KR20220008315A

KR20220008315A - 에너지 소비가 감소된 디스플레이 디바이스

Info

Publication number: KR20220008315A
Application number: KR1020217040763A
Authority: KR
Inventors: 보 크롤; 노르베르트 레이스터; 야곱 푸갈; 로버트 미스바흐
Original assignee: 시리얼 테크놀로지즈 에스.에이.
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2022-01-20
Also published as: CN114174893A; DE112020002420A5; US20220247982A1; WO2020229599A1

Abstract

본 발명은 광을 방출하기 위한 조명 장치(10), 입사된 광을 변조하기 위한 공간 광 변조 장치(19), 광학 시스템 및 제어 장치를 포함하는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 광학 시스템은 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지를 생성하도록 제공되며, 광학 시스템은 공간 광 변조 장치의 이미지를 사용자의 시야(18)에서 정의된 위치로 지향시키기 위한 편향 장치(12)를 더 포함한다. 제어 장치는 조명 장치 및 편향 장치에 연결되고, 편향 장치의 구동에 기초하여 조명 장치를 스위칭하도록 형성된다.

Description

에너지 소비가 감소된 디스플레이 디바이스

본 발명은 적은 에너지 소비를 제공하는 오브젝트(object) 또는 장면과 같은 2차원 정보 및/또는 3차원 정보를 표현하기 위한 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 바람직하게는 증강 현실(AR)(Augmented Reality) 디스플레이 디바이스 또는 디스플레이에 관한 것이다. 여기에는 예를 들어 헤드 마운트 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이도 또한 포함된다. 그러나, 본 발명은 이러한 유형의 디스플레이에 제한되는 것으로 의도되지는 않는다는 점에 유의해야 한다. 또한, 본 발명은 2차원 정보 및/또는 3차원 정보를 표현하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이러한 방법에 의해 디스플레이 디바이스에서 에너지 소비가 감소된다.

2차원 및/또는 3차원 장면을 표현하기 위한 디스플레이 디바이스에서, 소위 공간 광 변조기가 종종 사용되며, 이에 의해 필요한 정보 및 표현될 정보에 대응하여 입사된 광이 변조될 수 있다. 여기서, SLM으로도 또한 지칭되는 다양한 유형의 공간 광 변조기가 공지되어 있다. 이를 위해 일반적으로 사용되는 공간 광 변조기는, 예를 들어 입사된 광을 투과시키는 대신 반사하는 LCoS-SLM(Liquid Crystal on Silicon)이다. LCoS-SLM은 일반적으로 예를 들어 대각선이 20 mm 미만으로 그 크기가 매우 작은데, 그러나 예를 들어 4000×2000개 픽셀의 매우 많은 픽셀을 포함할 수 있다. LCoS-SLM은 상용 제품으로서 광의 진폭 변조를 위해서뿐만 아니라 위상 변조를 위해서도 또한 존재한다. LCoS-SLM의 이점은 명백히 그 반사율에 있다. 그러나, 예를 들어 SLM에서 액정의 반응 시간에 의해 제한되는 속도와 같은 작은 단점도 또한 존재한다. LCoS-SLM은 예를 들어 60 Hz, 어떠한 경우에는 예를 들어 180 Hz 또는 240 Hz의 수백 헤르츠의 이미지 주파수(image frequency)를 달성할 수 있다. 그러나, 500 Hz 초과의 이미지 주파수는 달성될 수 없다.

SLM의 다른 유형은 MEMS-SLM(Micro Electro-Mechanical Mirror Systems)이고, 이러한 유형의 SLM의 실질적인 이점은 LCoS-SLM에 비해 더 높은 속도이다. 또 다른 이점은 변조 값, 위상 값 또는 진폭 값에 있고, 이들은 LCoS-SLM보다 더 안정적으로 설정될 수 있고, 낮은 결함 민감성을 갖는다. 예를 들어 MEMS-SLM에서는 인접하는 픽셀의 변조 값이 서로에 대해 독립적으로 보다 잘 설정될 수 있는 반면, LCoS-SLM에서는 인접하는 픽셀의 변조 값이 상호간에 바람직하지 않은 영향을 줄 수 있다. 다른 측면으로는, 현재 상용화된 진폭 변조 MEMS-SLM은 바이너리 유형으로 제한되어 있고, 여기서 위상 변조 MEMS-SLM은 현재 디스플레이 시장에서 찾을 수 없는데, 오히려 예를 들어 리소그래피 분야에서 사용된다. 또한, 이러한 유형의 MEMS-SLM은 예를 들어 VGA (640×480개 픽셀) 미만의 비교적 적은 개수의 픽셀을 포함한다.

일반적으로 새로운 공간 광 변조기(SLM)의 제조를 위한 노력 및 비용은 픽셀의 개수에 따라 증가된다. 또한, 디스플레이 디바이스의 에너지 소비 또는 전력 소비도 또한 중요한 역할을 한다. 이를 위해, 공간 광 변조기의 전력 소비도 또한 고려되어야 한다. 공간 광 변조기의 전력 소비의 상당 부분은 공간 광 변조기의 픽셀로의 데이터 전송으로 인한 것이다. 그러나, 에너지 소비는 공간 광 변조기의 가장자리에서 개별 픽셀까지의 데이터 라인의 길이에도 또한 의존한다. 크기가 작고, 평균적으로 더 적은 개수의 픽셀을 갖는 공간 광 변조기는 더 짧은 데이터 라인을 갖고, 이에 따라 일반적으로 에너지 소비가 더 적다. 따라서, 이러한 유형의 공간 광 변조기는, 픽셀 개수는 많지만 이미지 레이트가 더 낮은 공간 광 변조기에 비해 높은 이미지 레이트(image rate) 또는 이미지 주파수로 작동되더라도, 즉 단위 시간당 동일한 개수의 픽셀이 기록되는 경우에 보다 효율적일 수 있다.

관찰자 또는 사용자의 머리에 부착되어 케이블을 통해 전력망에 연결될 수 없는 예를 들어 헤드 마운트 디스플레이와 같은 모바일 디스플레이 디바이스의 경우, 에너지 소비는 특히 중요한 요인이다.

여기서, 적은 개수의 픽셀을 갖는 공간 광 변조기의 사용을 가능하게 하는 디스플레이 디바이스가 유리한 것으로 간주될 것이다. 다른 한편으로는, 헤드 마운트 디스플레이(HMD)에서 양호한 해상도로 넓은 시야(FoV)(Field of View)를 생성하기 위해서는 많은 개수의 픽셀을 필요로 한다. 일반적인 값은 평면 2차원(2D) 이미지의 표현을 위한 60 픽셀/시야각(°)인데, 이러한 값(60 픽셀/시야각(°))이 사람의 눈의 해상도에 대응하기 때문이다. 그러나, 3차원(3D) 장면의 홀로그래픽 표현을 위해서는 시야각 당 더 많은 개수의 픽셀을 필요로 한다.

예를 들어 60도×30도의 시야는 편평한 2차원 이미지의 생성 시 3600개 픽셀×1800개 픽셀을 필요로 하지만, 그러나 홀로그래픽 이미지를 생성하기 위해서는 예를 들어 15000개 픽셀×7500개 픽셀과 같은 더 많은 픽셀을 필요로 한다. 대략 4000개 픽셀×2000개 픽셀의 해상도를 갖는 LCoS-SLM은 이미 상용 제품으로 존재한다. 그러나, 이들은 여전히 상당한 단점을 포함한다. 예를 들어 3 내지 5 마이크로미터 크기의 픽셀의 더 작은 픽셀을 사용함으로써 더 높은 해상도가 종종 달성되고, 이에 의해 LCoS-SLM에서 예를 들어 인접하는 픽셀에 의한 변조 값의 원하지 않는 영향과 같은 변조 값의 오류 민감성이 증폭된다. 그러나, 예를 들어 8 내지 10 마이크로미터 크기의 픽셀과 같은 더 큰 픽셀이 사용되는 경우, 예를 들어 4000×2000개 픽셀의 해상도에서 헤드 마운트 디스플레이의 구조 체적 및 전체 중량에 여전히 불리한 LCoS-SLM의 크기 및 중량이 획득된다. 이 경우, 크기는 또한 LCoS-SLM의 제조 비용에도 또한 불리하게 작용할 것이다.

예를 들어 WO 2018/146326 A1호, WO 2019/012028 A1호, WO 2018/211074 A1호, WO 2019/076963A호와 같은 출원인의 문헌으로부터, 헤드 마운트 디스플레이 형태의 디스플레이 디바이스가 공지되어 있으며, 이러한 디스플레이 디바이스는 각각 광 가이드, 커플링 장치 및 디커플링 장치, 및 광이 광 가이드 내로 커플링되기 전에 광 경로에 배치되는 추가적인 광학 요소를 포함한다. 광 가이드를 포함하지 않지만 예를 들어 렌즈 요소 및/또는 만곡된 미러 요소와 같은 집속 수단의 어셈블리를 포함하는 헤드 마운트 디스플레이는 예를 들어 US 2010/0097671호 또는 US 2013/0222384호로부터 공지되어 있다.

US 2013/0222384호에는 공간 광 변조기의 세그먼트화된 다중 이미징이 설명된다. 여기서, 공간 광 변조기의 이미징을 통해 다양한 세그먼트들이 시간 순차적으로 생성됨으로써 넒은 시야가 생성되고, 각각 시야의 다른 위치에서 공간 광 변조기의 이미징이 수행된다. US 2013/0222384호의 일 실시예에서, 동일한 방향으로 회전된 2개의 미러의 어셈블리가 세그먼트를 생성하기 위해 사용된다.

예를 들어 텔레비전, 노트북 또는 태블릿 또는 또한 VR(가상 현실) 헤드 마운트 디스플레이와 같은 디스플레이 디바이스에서 전체 시야 또는 전체 시야의 적어도 대부분은 일반적으로 컨텐츠 또는 정보로 채워져 있지만, AR(증강 현실) 디스플레이 디바이스 또는 AR 디스플레이의 경우 그렇지 않다. 이러한 유형의 AR 디스플레이는 혼합 현실 디스플레이(Mixed-Reality-Display)로도 또한 지칭되고, 사람으로 하여금 투과성 시스템 또는 반-투과성 시스템을 통과하여 볼 수 있도록 하여, 사람이 자신의 실제 환경을 관찰할 수 있고, 추가적으로 실제 환경에 중첩됨으로써 실제 환경의 일 부분으로 나타나도록 생성된, 예를 들어 텍스트, 그래픽, 비디오 등과 같은 가상 오브젝트의 이미지도 또한 볼 수 있게 된다. 따라서, 사람의 자연스러운 인지 또는 환경에 추가적인 정보를 페이드인하거나 또는 표현하거나 또는 중첩하는 것이 증강 현실(Augmented Reality)(AR)로 지칭된다. 예를 들어 속도 표시, 온도 표시, 표시판, 경고 또는 보조 기능, 내비게이션 시스템 기능, 라디오 기능 또는 쇼핑 표시와 같이 보다 정확하게 지정된 이러한 추가적으로 표현된 정보들은, 여기서 사람의 거동 또는 조작 거동에 방해가 되는 영향을 받지 않고 사람의 시야에 페이드인된다. 따라서, AR 디스플레이의 경우 사용자가 가상으로 생성된 오브젝트 외에도 또한 실제 환경을 계속 관찰할 수 있는 것이 중요하다. 따라서, AR 디스플레이를 통해 사용자에게 디스플레이되는 오브젝트의 컨텐츠에 의해 실제 환경의 단지 작은 부분만이 커버되어야 한다. 그러나, AR 디스플레이는 텔레비전 또는 VR HMD로서의 디스플레이 디바이스의 적용 분야에 비해 더 높은 밝기를 필요로 하는데, 사용자가 실제 환경과 거의 동일한 밝기 수준으로 밝은 햇빛이 있는 환경에서도 또한 정보 또는 가상 오브젝트를 보아야 하기 때문이다. AR 디스플레이, 예를 들어 AR 헤드 마운트 디스플레이(AR-HMD)의 경우, 모바일 기기로서 낮은 에너지 소비의 필요성도 또한 동시에 존재한다.

따라서, 본 발명의 과제는 정보의 3차원 표현을 가능하게 하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 또한, 장치는 컴팩트하고 작은 중량을 포함해야 하며, 또한 에너지 효율적이어야 한다.

이러한 과제는 본 발명에 따르면, 본원의 청구항 제1항의 특징을 갖는 장치에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 특히 AR(증강 현실) 디스플레이 디바이스 또는 AR 디스플레이로서 형성되는 디스플레이 디바이스가 제공된다. 바람직하게는, AR 디스플레이는 AR 헤드 마운트 디스플레이로서 또는 AR 헤드 업 디스플레이로서 형성된다. 디바이스는 조명 장치, 공간 광 변조 장치, 광학 시스템 및 제어 장치를 포함한다. 조명 장치는 광, 예를 들어 실질적으로 간섭성인 광을 방출하기 위해 제공된다. 공간 광 변조 장치는 조명 장치에 의해 방출된 광을 변조하기 위해 제공되고, 적어도 하나의 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 광학 시스템은 다시 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지를 세그먼트로서 생성하기 위해 제공되고, 적어도 하나의 이미징 요소 외에, 공간 광 변조 장치의 이미지를 사용자의 시야에서 정의된 위치로 지향시키기 위한 편향 장치를 포함한다. 제어 장치는 조명 장치 및 편향 장치에 연결되고, 편향 장치의 구동에 따라 조명 장치를 제어하기 위해 또는 스위칭하기 위해 형성된다.

본 발명은 AR 디스플레이, 특히 AR 헤드 마운트 디스플레이에 기초하여 보다 상세히 설명되는데, 그러나 이미 설명된 바와 같이 이러한 유형의 디스플레이에 제한되는 것으로 의도되지는 않는다.

AR 디스플레이는, AR 디스플레이를 사용하는 사람 또는 사용자의 실제 환경에 가상의 정보 또는 오브젝트가 중첩되어, 사용자가 자신의 실제 환경을 관찰할 때 활용하거나 또는 활용할 수 있는 추가적인 정보들을 획득할 수 있게 하는 디스플레이 디바이스이다. 예를 들어 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스 또는 디바이스의 사용자에게, 도시 여행 동안 명소에 관한 정보 또는 내비게이션 안내 등이 페이드인될 수 있으며, 이는 사용자의 시야에서 실제 환경에 중첩된다. 사용자의 시야에서 가상 정보와 실제 정보의 이러한 유형의 중첩을 달성할 수 있도록, 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 광학 시스템은 편향 장치를 포함하고, 이러한 편향 장치에 의해 공간 광 변조 장치의 광학 시스템에 의해 생성된 이미지가 사용자의 시야에서 정의된 위치 또는 장소로 지향되어, 그곳에서 필요한 정보 또는 필요한 오브젝트를 실제 환경과 중첩할 수 있고, 사용자에게 디스플레이할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 제어 장치는 조명 장치 및 편향 장치에 연결되어, 조명 장치와 편향 장치 모두를 또한 상응하게 구동할 수 있다. 조명 장치는 편향 장치의 구동에 따라 제어 장치에 의해 구동되거나 또는 스위칭된다. 이것은, 광학 시스템의 편향 장치가 구동되고 가상 정보 또는 가상 오브젝트가 디스플레이되거나 또는 표현될 시야에서의 위치를 설정한다는 것을 의미한다. 시야에서 필요한 위치에 도달되면, 조명 장치가 제어 장치에 의해 구동되므로, 이에 대응하여 조명 장치가 공간 광 변조 장치 상으로 입사되는 광을 방출하고, 이로부터 광학 시스템에 의해 이미지가 생성된다. 따라서, 공간 광 변조 장치의 이러한 이미지는 세그먼트로서 사용자의 시야에서 정의된 위치로 지향되고 시야에서 실제 환경과 중첩되어, 사용자는 이에 따라 표현된 정보를 관찰할 수 있다.

이러한 방식으로, 적은 개수의 컴포넌트를 포함하고 이에 따라 컴팩트하고 작은 중량을 포함하는, 2차원 및/또는 3차원 정보를 표현하기 위한 디스플레이 디바이스가 생성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스는 사용자에게 필요한 정보 또는 정보들을 에너지 효율적으로 표현하는 것이 달성될 수 있는데, 이 경우 표현할 가상 정보를 생성하기 위한 데이터는 제어 장치가 광을 방출하기 위해 조명 장치를 대응하게 구동시키는 경우에만 공간 광 변조 장치로 전송 또는 전달되거나, 또는 공간 광 변조 장치에 의해 자체적으로 생성되기 때문이다. 이것은, 예를 들어 홀로그래픽 3차원 정보 또는 오브젝트의 표현을 위한 전체 홀로그램에 대한 서브 홀로그램의 계산 및 합산과 같은 표현될 가상 정보의 계산, 또는 입체적 장면의 표현을 위해 사용자의 초점 외부에 있는 오브젝트의 번짐(blur)과 같은 유형의 이미지 처리, 및 그 디스플레이는, 가상 정보가 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스에 의해 또한 표현되거나 또는 디스플레이되어야 하는 시야에서의 영역에 대해서만 수행된다는 것을 의미한다. 가상 정보가 디스플레이되지 않는 시야에서의 다른 영역에 대해서는, 데이터가 계산되지 않거나 또는 다른 실시예에서는 어떠한 데이터도 계산되지 않고 공간 광 변조 장치로 전송되지 않는다. 따라서, 이러한 방식으로 단지 데이터 전송만을 위한 에너지 소비가 상당히 감소될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스는 예를 들어 2차원 및/또는 3차원 오브젝트와 같은, 실제 환경 및 표현된 가상 정보 또는 페이드인된 가상 정보의 결합을 위한 증강 현실 디스플레이로서 유리하게 형성될 수 있다. 가상 정보를 포함하는 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 생성된 적어도 하나의 이미지는 여기서 시야의 단지 일 부분, 예를 들어 2% 내지 30% 또는 단지 5% 내지 20%만을 차지한다. 이것은, 시야가 단지 작은 가상 정보로 채워진다는 것을 의미한다. 다시 말하면, 세그먼트로서 표현된 공간 광 변조 장치의 이미지 또는 세그먼트로서 표현된 공간 광 변조 장치의 복수의 이미지가 시야를 완전히 채우지 않거나 또는 시야의 단지 일 부분만을 형성하므로, 각각 완전한 가상 정보를 형성하는 표현된 가상 정보들 사이에는, 실제 정보로 채워지거나 또는 사용자가 자신의 실제 환경을 관찰할 수 있는 시야에서의 갭(gap) 또는 영역이 존재한다. 세그먼트로서 공간 광 변조 장치의 이미지 또는 세그먼트로서 공간 광 변조 장치의 복수의 이미지도 또한 함께 가상 정보를 형성할 수 있으며, 이는 다시 관찰자가 실제 환경을 인지하는 갭에 의해 시야에서 표현된 다른 가상 정보와는 분리된다.

표현될 가상 정보는 홀로그래픽으로 또는 입체적으로 생성될 수 있다. 또한, 가상 정보는 2차원 표현 또는 3차원 표현으로 디스플레이될 수 있다. 또한, 2차원 표현과 3차원 표현의 결합도 또한 가능하다. “가상 정보”라는 용어는, 본 발명에 따르면, 예를 들어 오브젝트 또는 장면과 같이 완전히 생성된 가상 정보뿐만 아니라, 예를 들어 오브젝트의 일 부분 또는 장면의 일 부분과 같은 가상 정보의 단지 일 부분도 또한 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 추가의 유리한 실시예 및 개발예는 추가의 종속 청구항으로부터 명백해진다.

본 발명의 특히 유리한 실시예에서, 광학 시스템은 공간 광 변조 장치의 적어도 2개의 이미지를 생성하기 위해 및 공간 광 변조 장치의 이미지의 개수에 대응하여 가상 가시성 영역을 생성하기 위해 제공되는 것이 제안될 수 있고, 여기서 공간 광 변조 장치의 적어도 2개의 이미지는 시야에서 세그먼트로서 존재한다.

유리하게는, 공간 광 변조 장치의 적어도 2개의 이미지는 시야에서 세그먼트로서 서로 결합될 수 있고 그리고/또는 서로 부분적으로 중첩될 수 있거나 또는 갭을 통해 서로에 대해 이격될 수 있다.

공간 광 변조 장치의 이미지는 바람직하게는 시야에서 시간 순차적으로 생성된다.

공간 광 변조 장치의 적어도 2개의 이미지를 생성하고 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 사용자의 시야에 표현함으로써, 가상 정보의 세그먼트화된 표현이 시야에서 생성된다. 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 복수의 이미지가 결합됨으로써, 넓은 시야 또는 큰 관찰 각도가 생성될 수 있다. 예를 들어 10개 초과의 세그먼트, 30개 초과의 세그먼트 또는 50개 초과의 세그먼트와 같은 특정 개수의 세그먼트가 사용될 수 있으며, 이는 사용자의 시야에 가상 정보의 표현을 가능하게 한다.

각 프레임에서 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지의 개수는 유리하게는 예를 들어 세그먼트로서 하나의 이미지와 같은 최소값과, 예를 들어 세그먼트로서 10개 내지 50개의 이미지와 같은 최대값 사이에서 상이하게 설정될 수 있고, 시야에서 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지의 위치는 각 프레임에서 상이하게 설정될 수 있다.

시야에서 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지의 개수 및 위치를 결정하는 것은, 여기서 사용자의 실제 환경에 의존한다. 이것은, 공간 광 변조 장치의 이미지의 개수 및 위치가 실제 환경에 따라 설정될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 표현된 이미지의 개수 및 위치는 가변적으로 및 시야에서 필요한 가상 정보에 따라 설정될 수 있다.

이를 위해, 사용자 또는 관찰자는 관찰자 평면에서 가상 가시성 영역을 통해 표현된 2차원 정보 및/또는 3차원 정보 또는 표현된 2차원 오브젝트 및/또는 3차원 오브젝트를 관찰한다.

즉, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 각각의 개별 이미지의 생성 시, 관찰자 평면에 가상 가시성 영역이 생성되고, 여기서 생성된 모든 가상 가시성 영역은 관찰자의 한 쪽 눈에 대해 관찰자 평면의 동일한 위치에 형성되고 서로 중첩되어야 한다.

이러한 사실은 본 발명에 따르면, 공간 광 변조 장치로 인코딩된 홀로그램의 인코딩 방향으로 가상 정보가 홀로그래픽으로 생성되고 표현될 때 가상 관찰자 윈도우가 가상 가시성 영역으로서 존재하고, 시야에 가상 정보가 입체적으로 표현될 때 “스위트 스폿(sweet spot)”으로도 또한 언급되는 최적의 가시성 영역이 가상 가시성 영역으로서 존재한다는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 가상 관찰자 윈도우 및 스위트 스폿은 가상 정보가 표현되는 방식에 따라 각각 또는 함께 가상 가시성 영역을 관찰자 평면에 형성하고, 이러한 관찰자 평면에는 사용자, 특히 사용자의 한 쪽 눈이 생성된 정보를 관찰하기 위해 위치된다.

예를 들어 사용자의 눈이 시선 방향에 있고 이에 따라 눈의 중심와의 중앙에서 망막에 나타나는, 표현될 3차원 정보의 하나 이상의 세그먼트가 홀로그래픽으로 생성되고 표현될 수 있다. 그러나, 사용자의 눈의 시선 방향에 있지 않고 이에 따라 눈의 망막에는 나타나지만, 그러나 중심와에 중앙에는 나타나지 않는, 동일한 또는 추가의 표현될 3차원 정보의 하나 이상의 세그먼트는 입체적으로 생성되지 않고 표현되지 않는다.

가능한 수렴 조절 불일치를 실질적으로 또는 완전히 방지할 수 있도록, 시야에 가상 정보를 표현하기 위한 개별 세그먼트는 순전히 홀로그래픽으로 생성될 수 있어야 하는데, 이러한 방식으로 가상 정보의 입체 표현에 비해 재구성된 정보 또는 오브젝트의 보다 현실적인 깊이 표현이 달성될 수 있기 때문이다.

또한, 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지는 전체 공간 광 변조 장치의 이미징 또는 공간 광 변조 장치의 단지 일 부분 영역의 이미징인 것이 제공될 수 있다.

공간 광 변조 장치의 이미지는 일반적으로 세그먼트를 형성하고, 이러한 세그먼트는 사용자의 실제 환경 또는 실제 시야에 중첩되고, 따라서 사용자의 시야의 세그먼트이다. 가상 정보를 포함하는 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스에 의해 생성된 시야에서의 세그먼트는 전체 공간 광 변조 장치, 즉 공간 광 변조 장치의 전체 면적의 이미징을 통해 생성될 수 있으므로, 공간 광 변조 장치의 모든 픽셀은 세그먼트의 생성에 기여한다. 또는, 생성된 세그먼트는 공간 광 변조 장치의 단지 일 부분 또는 부분 영역만을 이미징함으로써 또한 생성될 수도 있는데, 즉 공간 광 변조 장치의 모든 픽셀이 세그먼트의 생성에 기여하는 것은 아니다.

따라서, 생성된 단일 세그먼트는 본 발명에 따른 디바이스의 사용자의 시야의 단지 작은 영역만을 커버하거나 또는 오버랩한다. 예를 들어 단일 세그먼트는 단지 전체 시야의 대략 3°× 3° 또는 대략 5°× 3° 또는 대략 7°× 7°의 영역만을 커버할 수 있고, 여기서 본 발명은 이러한 수치 정보에 제한되지는 않는다. 전체 시야는 여기서 예를 들어 대략 40°× 20° 또는 대략 60°× 30° 또는 60°× 60°의 영역에 걸쳐 있을 수 있으며, 여기서 이러한 수치 정보도 또한 제한된 방식으로 영향을 주도록 의도되지는 않는다. 즉, 가상 정보를 포함하고 실제 환경에 중첩되는 세그먼트의 개수는, 전체 시야가 세그먼트를 통해 구성될 때 또는 세그먼트에 의해 전체 시야를 생성하기 위해 필요로 하는 세그먼트의 개수보다 더 적다는 것을 또한 의미한다. 예를 들어 전체 시야가 대략 60°× 60°의 영역을 포함하고 개별 세그먼트의 크기는 대략 5°× 5°인 경우, 여기서 전체 시야를 생성하기 위해서는, 이론적으로 볼 때 12×12 세그먼트, 즉 144개의 세그먼트가 요구될 것이다. 그러나, 시야의 단지 약 15%만이 가상 정보로, 즉 2차원 오브젝트 및/또는 3차원 오브젝트로 채워져야 한다면, 이 경우 세그먼트의 크기에 따라 단지 약 25개 내지 30개의 세그먼트만이 선택될 수 있고, 필요한 정보(들)를 시야에 표현하기 위해 충분할 수 있다. 따라서, 더 큰 시간 절약과 더 높은 에너지 효율이 달성될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에서, 편향 장치는 이동 가능하게 장착된 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소, 또는 적어도 하나의 격자 요소를 포함하는 것이 제공될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 디바이스는 광을 편향시키고 지향시키기 위해 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소를 포함한다. 이동 가능한 장착을 통해, 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소는 이동될 수 있거나 또는 회전될 수 있으며, 공간 광 변조 장치에 의해 생성된 세그먼트로서의 이미지가 사용자의 시야에서 정의된 위치로 지향될 수 있다. 이러한 방식으로, 공간 광 변조 장치의 복수의 이미지가 생성될 수 있고, 시야에서 정의된 위치로 지향될 수 있다. 스캐닝 미러 요소로서는 상업적으로 이용되는 스캐닝 미러가 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 편향 장치는 적어도 하나의 격자 요소, 예를 들어 스위칭 가능한 격자 요소 또는 예를 들어 편광 스위치와 조합된 편광 격자와 같은 편광 선택성 격자 요소를 포함할 수 있다. 편향 장치는, 예를 들어 상이한 격자 주기를 갖는 격자 요소의 스택을 포함할 수 있으므로, 2의 N제곱(2^N)의 N 격자의 상이한 조합에 의해 상이한 편향 각도가 설정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 편향 장치는 또한 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소 및 적어도 하나의 격자 요소, 예를 들어 체적 격자의 조합을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 격자 요소 또는 체적 격자는 여기서 각도 선택성을 포함한다. 스캐닝 미러 요소가 격자 요소 또는 체적 격자의 각도 선택성 내의 광이 이러한 격자 요소 또는 체적 격자 상으로 입사되도록 설정되면, 광은 격자 요소 또는 체적 격자에 의해 계속 편향된다. 스캐닝 미러 요소의 편향 각도는 따라서 격자 요소 또는 체적 격자에 의해 증가된다. 스캐닝 미러 요소가 격자 요소 또는 체적 격자의 각도 선택성 외부의 광이 이러한 격자 요소 또는 체적 격자 상으로 입사되도록 형성되면, 광은 이러한 격자 요소 또는 체적 격자에 의해 편향되지 않는다. 스캐닝 미러 요소는 각도 선택성 및 편향 각도가 상이하게 설정되어 광을 계속 편향시키는 복수의 격자 요소 또는 체적 격자 중 하나를 선택하는데 사용될 수 있다.

그러나, 본 발명은 특정 유형의 편향 장치로 제한되도록 의도되지는 않는다.

본 발명에 따른 디바이스에 의해 생성된 가상 정보를 시야에서 실제 정보와 중첩할 수 있도록, 광학 시스템이 적어도 하나의 결합기를 포함하는 것이 유리하게 제공될 수 있다.

따라서, 적어도 하나의 결합기는 사용자의 실제 환경으로부터의 정보와 사용자의 시야에서 본 발명에 따른 디바이스에 의해 생성된 정보를 결합하여, 이에 따라 사용자의 눈이 시야의 2개의 정보를 함께 보고 관찰할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 적어도 하나의 결합기는 광 변조 장치로부터 빔 경로에서 방출되는 광을 사용자의 눈의 방향으로 적어도 부분적으로 반사하고 주변 광을 적어도 부분적으로 투과시키는 부분 반사성 미러 요소일 수 있다. 헤드 업 디스플레이의 경우, 적어도 하나의 결합기는 예를 들어 차량과 같은 이동 수단의 앞유리일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 적어도 하나의 결합기는 또한 광 변조 장치로부터 방출되는 광이 사용자의 눈을 향하는 빔 경로에서 디커플링되고 주변 광을 적어도 부분적으로 투과시키는 광 가이드일 수도 있다.

유리하게는, 편향 장치는 공간 광 변조 장치와 결합기 사이에 또는 조명 장치와 공간 광 변조 장치 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어 편향 장치 및 이에 따라 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소는 공간 광 변조 장치의 퓨리에 평면에 배치될 수 있다. 이러한 퓨리에 평면은 이 경우, 광학 시스템에 의해 사용자의 눈이 위치되는 관찰자 평면에 추가로 이미징되고, 이러한 평면에서 가상 가시성 영역, 즉 가상 관찰자 윈도우 또는 스위트 스폿이 생성되어, 사용자는 이를 통해 주시하여야 하고, 시야에서 표현된 가상 정보를 관찰할 수 있게 된다. 편향 장치의 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소가 이동되는 경우, 가상 가시성 영역의 위치는 관찰자 평면에서 고정된 상태로 유지되는데, 그러나 여기서 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 생성된 이미지는 시야에서 정의된 위치로 이동된다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 편향 장치는 동기화된 방식으로 서로에 대해 회전될 수 있는 2개의 스캐닝 미러 요소를 포함하는 것이 제공될 수 있다.

세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지를 시야에서 정의된 위치로 지향시키기 위해 2개의 스캐닝 미러 요소의 조합을 사용하는 것도 또한 가능하다. 이러한 스캐닝 미러 요소는 동기화된 방식으로 서로에 대해 회전될 수 있거나 또는 이동될 수 있다. 스캐닝 미러 요소의 서로에 대한 이러한 동기화된 이동을 통해, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지 또는 공간 광 변조 장치의 이미지 평면을, 관찰자 평면에서 가상 가시성 영역의 위치가 변경되지 않고도, 시야에서 정의된 위치로 이동하는 것이 또한 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스에서, 여기서 예를 들어 하나의 스캐닝 미러 요소가 광 방향으로 공간 광 변조 장치의 퓨리에 평면의 상류에 배치되고, 다른 스캐닝 미러 요소는 광 방향으로 퓨리에 평면의 하류에 배치되는 방식으로 2개의 스캐닝 미러 요소가 배치될 수 있다.

마찬가지로, 본 발명의 다른 실시예에서, 편향 장치가 적어도 2개의 격자 요소를 포함하는 것이 또한 제공될 수 있으며, 이러한 2개의 격자 요소는 동기화된 방식으로 서로에 대해 스위칭된다. 2개의 격자 요소의 동기화된 스위칭을 통해, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지 또는 공간 광 변조 장치의 이미지 평면을, 관찰자 평면에서 가상 가시성 영역의 위치가 변경되지 않고도, 시야에서 정의된 위치로 이동하는 것이 또한 달성될 수 있다. 예를 들어 하나의 격자 요소는 광 방향으로 공간 광 변조 장치의 퓨리에 평면의 상류에 배치될 수 있고, 다른 격자 요소는 광 방향으로 퓨리에 평면의 하류에 배치될 수 있다.

바람직하게는, 적어도 하나의 결합기는 적어도 하나의 포커싱 요소 또는 적어도 하나의 포커싱 함수를 포함할 수 있다.

적어도 하나의 결합기는 깊이 범위의 시야에 표현될 가상 정보를 필요한 깊이로 지향하거나 또는 설정할 수 있도록 적어도 하나의 포커싱 요소를 포함할 수 있다. 이 경우, 바람직하게는 포커싱 요소는 시야에서 실제 환경의 인지를 손상시키거나 또는 영향을 미치지 않는 방식으로 형성된다. 예를 들어 이를 위해 포커싱 요소는 제한된 수용 각도를 갖는 격자 요소로서, 바람직하게는 제한된 수용 각도를 갖는 체적 격자로서 형성될 수 있다. 수용 각도는 여기서 정보를 전달하는 광의 입사각에 맞게 조정되지만, 그러나 실제 환경의 광이 격자 요소 상으로 입사되는 광 입사각 범위에 맞게 조정되지는 않는다. 이를 통해, 실제 환경에서 격자 요소 상으로 입사되는 광은 이러한 수용 각도의 영향을 받지 않고, 방해받지 않는 방식으로 이를 통과한다.

결합기는 예를 들어 격자 요소와 같은 포커싱 요소가 표면 상에 제공되거나 또는 적용되는 부분 반사성 미러로서 또는 광 가이드로서 형성될 수 있다.

이에 대해 대안적으로, 적어도 하나의 결합기는, 만곡된 방식으로 또는 적어도 부분적으로 만곡된 방식으로 형성된다는 점에서 자체적으로 포커싱 함수를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 결합기의 만곡된 설계를 통해, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 광 또는 이미지가 이에 따라 (z 방향을 따라 또는 광학 시스템의 광학 축을 따라) 정의된 z 위치에 포커싱되는 것이 달성될 수 있다. 다시 말하면, 적어도 하나의 결합기는 적어도 부분적으로 만곡된 방식으로 형성될 수 있다. 적어도 하나의 결합기가 예를 들어 부분 반사성 미러 요소로서 형성되는 경우에, 본 발명의 일 실시예에서 미러 표면은 예를 들어 오목 거울의 형태로 만곡될 수 있거나 또는 아치형이 될 수 있고, 포커싱 함수를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 결합기의 표면 상에서의 만곡된 표면과 추가적인 격자 요소의 조합도 또한 예시적으로 가능하다.

따라서, 적어도 하나의 결합기는 일종의 안경 렌즈 또는 앞유리로도 또한 형성될 수 있다. 여기서, 평면으로 또는 편평하게 형성될 수 있으며, 포커싱 요소를 포함할 수 있다. 그러나, 적어도 하나의 결합기는 또한 적어도 부분적으로 만곡된 방식으로 형성될 수 이으며, 이에 따라 자체적으로 포커싱 요소로서 작용하거나 또는 추가적으로 포커싱 요소와 조합될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에서, 편향 장치에는 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 연속적인 이동 또는 고정 정의된 단계 폭을 갖는 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 단계적 이동이 제공되는 것이 또한 제안될 수 있다.

따라서, 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소는 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지를 시야에서 필요한 위치로 지향할 수 있도록, 연속적으로 또는 단계적으로 이동될 수 있다.

적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 단계적 이동은 예를 들어 스캐닝 미러 요소가 정의된 각도만큼 이동된 다음, 이러한 순간에 정의된 고정 스캐닝 미러 요소 위치에서 본 발명에 따른 디바이스의 제어 장치가 대응하게 구동되어 조명 장치가 광을 방출할 수 있도록 정지되고, 이에 따라 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지가 생성되고, 이러한 세그먼트는 스캐닝 미러 요소에 의해 근접된 시야에서의 위치로 지향된다. 이것은, 단지 스캐닝 미러 요소의 정지 상태에서만 제어 장치가 조명 장치를 구동하여, 이에 의해 방출된 광이 공간 광 변조 장치에 의해 필요한 정보로 변조되고, 공간 광 변조 장치의 이미지는 광학 시스템에 의해 생성되고, 그런 다음 이러한 이미지는 스캐닝 미러 요소에 의해 사전 설정된 시야에서의 위치로 지향된다는 것을 의미한다. 공간 광 변조 장치의 이미지가 생성되고 시야에서 필요한 위치로 지향된 후, 스캐닝 미러 요소는 제어 장치에 의해 추가로 정의된 각도만큼 이동되고, 여기서 스캐닝 미러 요소의 이동은 공간 광 변조 장치의 추가의 이미지가 생성되고 시야에서의 다른 정의된 위치로 지향될 수 있도록 다시 정지된다. 스캐닝 미러 요소의 이러한 시작-정지 이동은 높은 속도에 의해 가능하다. 이를 위해 적합한 미러 요소는 이미 공지되어 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 디바이스의 조명 장치는 펄스 방식으로 작동될 수 있는 적어도 하나의 광원을 포함해야 한다. 이 경우, 조명 장치 또는 적어도 하나의 광원은, 단지 스캐닝 미러 요소가 정지 상태가 되는 경우에만 스위칭 온된 상태가 된다. 스캐닝 미러 요소가 이동되는 경우, 조명 장치 또는 광원은 OFF 상태이다.

적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 단계적 이동에 대해 대안적으로, 연속적인 이동이 또한 제공될 수도 있다. 그러나, 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 연속적인 이동은 또한 공간 광 변조 장치의 생성된 이미지의 연속적인 변위를 또한 야기할 것이다. 그러나, 이것은 바람직하지 않다. 공간 광 변조 장치의 이미지가 생성된 후 이미지의 이러한 연속적인 이동에 대응하기 위해, 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 연속적인 이동 시, 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소가 보상 미러 요소와 조합되고, 이러한 보상 미러 요소는 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 이동을 위해 동기화된 이동을 수행하여, 2개의 미러 요소가 동일한 방향으로 이동될 때 공간 광 변조 장치의 이미지는 고정된 일정한 위치에서 생성될 수 있고, 2개의 미러 요소가 반대 방향으로 이동될 때 공간 광 변조 장치의 이미지는 시야에서 변위될 수 있는 것이 유리하게 제공될 수 있다. 제어 가능하게 형성된 보상 미러 요소의 제공을 통해, 공간 광 변조 장치의 이미지는 생성 동안 동일한 필요한 위치에 유지될 수 있고, 이에 따라 시야에서 정의된 위치로 지향될 수 있다. 보상 제어 요소는 마찬가지로 제어 장치에 의해 구동될 수도 있다. 따라서, 두 이동, 즉 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 이동과 이에 대해 동기화된 보상 미러 요소의 이동은, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지를 시야에서 필요한 위치로 지향시킬 수 있도록 서로 조합된다. 예를 들어 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소는, 스캐닝 미러 요소의 연속적인 이동 동안, 공간 광 변조 장치의 이미지가 생성되어야 하는 위치에 도달하지만, 그러나 이제 스캐닝 미러 요소의 연속적인 이동으로 인해, 공간 광 변조 장치의 이러한 이미지는 더 이상 요구되는 바와 같이 정의된 위치로 계속 지향될 수 없는 방식으로 보상 미러 요소와 조합될 수 있다. 보상 미러 요소는 여기서 스캐닝 미러 요소의 이동과 동기화된 방식으로 이동을 실행하는 방식으로 구동될 수 있다. 이를 통해, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 생성된 이미지는 스캐닝 미러 요소의 이동 방향과 반대의 방향으로 변위되거나 또는 이동되어, 보상 미러 요소의 이러한 보상 이동을 통해 시야에서 필요한 정의된 위치로 변위될 수 있고 지향될 수 있다. 공간 광 변조 장치의 후속적으로 생성된 이미지는 동일한 방식으로 시야에서 정의된 위치로 지향된다. 보상 미러 요소의 동기화된 이동은 그러나, 조명 장치 또는 적어도 하나의 광원이 ON 상태에 있는 한, 제어 장치의 구동을 통해서만 유지된다. 다시 말하면, 조명 장치가 ON 상태에 있는 한, 스캐닝 미러 요소와 보상 미러 요소의 동일한 방향으로의 이동이 제공될 수 있다. 이 경우, 보상 미러 요소는 조명 장치 또는 적어도 하나의 광원이 OFF 상태가 되는 경우에 초기 상태로 이동될 수 있다.

여기서 유리하게는, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 2개의 이미지를 프레임 내의 시야에 생성하기 위해, 사전 정의된 상이한 속도로 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 연속적인 이동 또는 조정 가능한 상이한 단계 폭을 갖는 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 단계적 이동이 제공되는 것이 제안될 수 있다.

세그먼트로서 공간 광 변조 장치의 2개 이상의 이미지가 생성될 때, 세그먼트는 연속적인 이동 시 상이한 속도로 또는 단계적 이동 시 상이한 단계 폭으로 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소에 의해 시야에서 필요한 정의된 위치로 지향될 수 있다. 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 이동의 속도 또는 단계 폭은 여기서 사용자의 시야에서 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 생성될 이미지의 필요한 위치에 의존한다. 예를 들어 본 발명에 따른 디바이스의 사용자를 위한 가상 정보가 시야의 좌측 영역 및 마찬가지로 시야의 우측 영역에도 가상 정보가 표현되거나 또는 디스플레이되어야 하는 경우, 예를 들어 시야의 좌측 영역에 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지를 지향하기 위해 및 디스플레이하기 위해 일반적으로 정의된 속도가 요구되는 동안, 시야의 우측 영역에 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지를 지향하기 위해 및 디스플레이하기 위해 이에 따라 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 더 높은 속도를 필요로 하는데, 2개의 가상 정보는 시야에서 서로에 대해 멀리 떨어져 위치되지만, 그러나 사용자는 가능한 한 동시에 이러한 정보를 관찰하고자 하기 때문이다. 이를 보장하기 위해, 스캐닝 미러 요소는 시야의 우측 영역에서 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지가 시야의 좌측 영역에서의 공간 광 변조 장치의 이미지에 가능한 한 가깝게 디스플레이될 수 있도록 더 높은 속도로 작동되어야 한다. 그러나, 가상 정보가 시야의 단지 좌측 영역에만 필요로 하고, 서로 가깝게 위치되는 경우, 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소는 가상 정보의 2개 이상의 표현 사이에서 더 낮은 속도로 작동될 수 있다. 다시 말하면, 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 이동의 속도 또는 단계 폭은, 시야에서 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 각각의 이미지의 정의된 위치에 맞게 조정되는 것이 유리하게 제공될 수 있다.

광학 시스템에 의해 생성될 수 있는 수차로 인해, 생성된 세그먼트의 크기 및 형상은 시야의 위치에 따라 변경될 수 있다. 시야에서 세그먼트의 이러한 유형의 크기 변화 및 형상 변화를 보정하기 위해, 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 이동의 속도 또는 단계 폭도 마찬가지로 이에 상응하게 변경될 수도 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에서, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지의 크기 및/또는 형상은 연속적인 프레임에서 변경될 수 있거나, 또는 시야에서 정의된 위치를 갖는 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 2개의 이미지의 크기 및/또는 형상이 프레임 내에서 또는 연속적인 프레임에서 변경될 수 있는 것이 제공될 수도 있다.

연속적인 프레임에서 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지의 크기 및/또는 형상의 변화는, 표현된 장면 또는 오브젝트의 크기 및/또는 형상이 연속적인 프레임에서 또한 변경되고 고정된 개수의 세그먼트로 표현되어야 하는 경우에 특히 유용하다.

예를 들어 오브젝트의 크기가 변경되어, 한 프레임에 단일 세그먼트로 표현될 수 있지만, 그러나 다음 프레임에서는 이러한 세그먼트보다 약간 더 큰 경우, 고정된 크기의 2개의 세그먼트를 통해 이러한 오브젝트를 표현하는 것보다 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지의 크기 및/또는 형상을 조정하는 것이 더 유리할 수 있다. 시야에서 정의된 위치를 갖는 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지의 크기 또는 형상이 프레임 내에서 변경되는 것은, 동일한 목적을 위한 것일 수 있지만, 그러나 시야의 특정 영역에서 다른 영역에서보다 더 높은 해상도를 필요로 할 때에도 또한 사용될 수 있다. 예를 들어 미세한 해상도의 작은 세그먼트의 범위는 시야의 중간 영역에서 생성될 수 있고, 거친 해상도의 큰 세그먼트의 범위는 시야의 가장자리 영역에서 생성될 수 있다.

그러나, 시야에서 정의된 위치를 갖는 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지의 크기 또는 형상이 프레임 내에서 변경되는 것은 또한 예를 들어 광학 시스템을 단순화시키는 역할을 할 수도 있다. 이것은, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지가 생성될 때, 단순한 광학 시스템에서 시야의 위치에 따른 배율의 변화 또는 이미지의 형상에 영향을 주는 광학적 왜곡의 변화가 발생할 수 있다는 사실을 감수한다.

본 발명의 특히 유리한 실시예에서, 적어도 하나의 결합기가 부분 반사성 미러 요소로서 또는 광 가이드로서 형성되는 것이 제공될 수 있다.

적어도 하나의 결합기는 부분 반사성 미러 요소로서 형성될 수 있다. 이러한 부분 반사성 미러 요소는 예를 들어 이동 수단의 앞유리 또는 안경 렌즈일 수도 있다.

또한, 적어도 하나의 결합기는 광 가이드로서 형성될 수도 있는데, 여기서 광은 광 가이드 내에서 전반사에 의해 전파된다. 결합기로서의 광 가이드는 광학 시스템의 일부이며, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지를 생성하기 위한 역할도 한다. 사용자의 실제 환경의 광은 여기서 결합기로서의 광 가이드를 통해 방해받지 않고 투과될 수 있으며, 이에 의해 본 발명에 따른 디바이스에 의해 생성된, 가상 정보를 전달하는 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지는 시야에서 사용자의 실제 환경과 중첩된다.

유리하게는, 본 발명의 일 실시예에서, 편향 장치는 광 가이드로서 형성된 결합기 내로 광을 커플링하기 위한 스위칭 가능한 커플링 요소로서 및/또는 광 가이드로서 형성된 결합기로부터 광을 디커플링하기 위한 디커플링 요소로서 형성되는 것이 제공될 수 있다.

결합기가 광 가이드로서 형성된 본 발명에 따른 디바이스의 일 실시예에서, 공간 광 변조 장치의 이미지를 시야의 정의된 위치로 지향하기 위한 편향 장치는 스위칭 가능한 커플링 요소 및/또는 스위칭 가능한 디커플링 요소로서도 또한 설계될 수 있다. 예를 들어 스위칭 가능한 디커플링 요소에 의해 광 가이드의 상이한 위치에서 광이 광 가이드로부터 디커플링될 수 있고, 시야의 다양한 위치에 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지가 생성될 수 있다. 광 가이드로서, 예를 들어 그 개시 내용이 본 명세서에 완전히 포함되는 WO 2018/146326 A1호에 설명되어 있는 바와 같은 광 가이드가 사용될 수 있다. 광은 광 가이드의 경계 표면에서의 반사를 통해 광 가이드 내에서 전파되며, 여기서 광 가이드로부터의 광의 디커플링은 광 가이드의 경계 표면에서의 광의 사전 결정된 횟수의 반사 이후에 제공된다. 광 디커플링 장치는 제어 가능하게 형성될 수 있으며, 여기서 광 디커플링 장치는 광 디커플링 장치의 일 구동 상태에서 광이 사전 결정된 횟수의 반사 이후에 디커플링되고, 광 디커플링 장치의 다른 구동 상태에서 광은 광 가이드 내에서 계속 전파되는 방식으로 구동될 수 있다. 또한, WO 2018/146326 A1호에는 디스플레이 디바이스, 특히 적어도 하나의 광원을 포함하는 조명 장치, 적어도 하나의 공간 광 변조 장치, 광학 시스템 및 이러한 유형의 광 가이드 디바이스를 포함하는 눈 가까이에 제공되는 디스플레이 디바이스가 설명되어 있다. 공간 광 변조 장치의 다중 이미징의 단일 세그먼트 또는 이미징의 경우, 광 가이드의 경계 표면에서 모든 픽셀에 대해 각각 동일한 횟수의 반사 후에 광 가이드 디바이스 내로 입사된 후 공간 광 변조 장치의 다양한 픽셀로부터 나오는 광의 디커플링이 제공될 수 있다. 다중 이미징의 상이한 세그먼트에 대해, 일 세그먼트의 생성을 위한 광 가이드의 경계 표면에서의 광의 반사 횟수는, 다른 세그먼트의 생성을 위한 광 가이드의 경계 표면에서의 광의 반사 횟수와 구별될 수 있다. 다중 이미징의 상이한 세그먼트에 대해, 광 가이드의 경계 표면에서의 광의 반사 횟수는 동일할 수 있으며, 광 가이드 내로의 광의 커플링 지점은 이러한 세그먼트에 대해 구별될 수 있다. 광 가이드 내로의 광의 커플링 지점을 변위시키기 위해, 광 방향으로 광 가이드 디바이스의 상류에 광 편향 장치가 제공될 수 있다.

여기서, 광 커플링 지점을 변위시키기 위한 광 편향 장치 및/또는 광 가이드로부터 광의 디커플링을 위한 디커플링 요소는 단지, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지가 디커플링의 지점과 관련된 시야의 위치에 필요로 하는 경우에만 구동된다.

적어도 하나의 결합기가 또한 광 가이드로서 형성되는 본 발명의 다른 실시예에서, 편향 장치는 이미 언급된 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소를 포함할 수 있다.

광학 시스템 및 광 가이드는 공간 광 변조 장치의 개별 픽셀로부터 방출되는 광 빔이 광 가이드의 표면에 대해 평균적으로 상이한 각도로 광 가이드 상으로 입사되고 커플링될 수 있도록 형성되고, 이에 의해 커플링 각도 스펙트럼이 정의될 수 있고, 여기서 광 가이드 내에서 전파되는 광 빔은 가상 가시성 영역에 대해 평균적으로 상이한 각도 하에 광 가이드로부터 디커플링될 수 있고, 이에 의해 디커플링 각도 스펙트럼이 정의될 수 있다.

특히 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 광 가이드는 WO 2019/012028 A1호에서와 같이 형성될 수 있으며, 그 개시 내용은 본 명세서에 완전히 포함된다. 여기서, 광의 디커플링 각도 스펙트럼이 광의 커플링 각도 스펙트럼에 비해 확대되는 방식으로 형성된 광 가이드가 설명된다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서 광의 디커플링 각도 스펙트럼 및 광의 커플링 각도 스펙트럼은 또한 동일한 크기일 수 있다.

바람직하게는, 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소는 공간 광 변조 장치와 결합기로서의 광 가이드 사이의 빔 경로에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어 스캐닝 미러 요소의 이동 또는 회전을 통해 광 가이드 내로의 광의 커플링 각도가 변경될 수 있고, 이에 의해 광 가이드 내 광의 전파 각도도 마찬가지로 변경된다. 결합기로서의 광 가이드는 수동 또는 능동 디커플링 요소를 포함할 수 있다. 이러한 디커플링 요소에 의해, 광은 상이한 위치에 대응하여 및/또는 상이한 디커플링 각도 하에 광 가이드로부터 디커플링될 수 있고, 이에 따라 시야에서 정의된 위치로 지향될 수 있다.

(예를 들어 1차원에서 1000 픽셀 초과의) 상대적으로 더 많은 픽셀 개수를 포함하는 공간 광 변조 장치 대신, 예를 들어 결합기로서의 광 가이드 및 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소와 연결된, (예를 들어 1차원에서 1000 픽셀 미만의) 상대적으로 더 적은 픽셀 개수를 포함하는 공간 광 변조 장치가 사용될 수 있다. 종래 기술에 따른 디바이스에서, 많은 개수의 픽셀을 갖는 공간 광 변조 장치는 광 가이드 내로 커플링될 특정 커플링 각도 스펙트럼을 생성할 것이며, 여기서 디바이스에 의해 달성되는 시야는 커플링 각도 스펙트럼에 비례할 것이다.

바람직하게는, 본 발명에 따르면 적은 개수의 픽셀, 예를 들어 일 방향으로 수백 픽셀을 갖는 공간 광 변조 장치가 사용된다. 이러한 공간 광 변조 장치는 시야에서 생성될 각 세그먼트에 대해 작은 커플링 각도 스펙트럼을 생성한다. 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소는 여기서 광 가이드 내로 커플링될 광의 중심 각도가 각각 생성될, 가상 정보를 포함하는 세그먼트에 대해 각각 상이한 방식으로 형성된다. 이러한 방식으로, 하나의 동일한 광 가이드에 의해 시야의 상이한 위치에 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지가 생성될 수 있고, 여기서 사용자에게 가상 정보가 디스플레이된다. 이 경우, 생성된 각 세그먼트는 작은 커플링 각도 스펙트럼에 비례하는 시야를 그 자체로 포함하며, 복수의 세그먼트의 결합은 전체적으로 볼 때 다시 큰 각도 스펙트럼을 생성한다.

본 발명은 특정 유형의 공간 광 변조 장치에 제한되도록 의도되지 않는다. 하나 이상의 공간 광 변조 장치의 다양한 유형 또는 조합이 또한 본 발명을 위해 사용될 수 있다. 바람직하게는, 공간 광 변조 장치는 LCoS-SLM 또는 MEMS-SLM을 포함할 수 있다.

LCoS-SLM은 상대적으로 많은 픽셀 개수를 포함하지만, 그러나 상대적으로 낮은 이미지 주파수를 포함하는 공간 광 변조 장치이다. 반면, MEMS-SLM은 단지 적은 픽셀 개수를 포함하지만, 그러나 비교적 높은 이미지 주파수를 갖는다.

상대적으로 많은 픽셀 개수를 갖는 공간 광 변조 장치와 관련하여, 공간 광 변조 장치는 가상 영역 또는 부분 영역으로 분할될 수 있다. 사용자를 위한 가상 정보를 포함하는, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지를 생성하기 위해, 전체 공간 광 변조 장치가 아닌, 단지 공간 광 변조 장치의 이러한 유형의 가상 영역 또는 부분 영역만이 조명된다. 공간 광 변조 장치의 각 픽셀 또는 다른 실시예에서 가상 정보의 표현에 기여하는 모든 픽셀은 적어도 하나의 가상 영역 또는 부분 영역에 할당된다. 가상 영역 또는 부분 영역은 또한 공간 광 변조 장치에서 중첩될 수 있다. 가상 영역 또는 부분 영역이 중첩되는 경우, 공간 광 변조 장치의 픽셀은 또한 하나 이상의 가상 영역 또는 부분 영역에 또한 할당될 수도 있다. 예를 들어 공간 광 변조 장치는 4000×2000개 픽셀의 픽셀 개수를 갖는 LCoS-SLM일 수 있으며, LCoS-SLM의 가상 영역 또는 부분 영역으로의 분할을 통해, 단지 이러한 가상 영역 또는 부분 영역만을 조명함으로써 400×400개 픽셀의 크기를 갖는 세그먼트로서 LCoS-SLM의 이러한 영역의 이미지가 각각 생성될 수 있다.

단일 이미지의 경우 데이터는 공간 광 변조 장치의 모든 픽셀에 기록되거나 또는 단지 가상 정보의 표현에 기여하도록 의도된 픽셀에만 기록된다. 이 경우, 예를 들어 공간 광 변조 장치의 주사선에 의해 데이터 기록을 수행할 수 있다. 시야의 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지를 각각 생성하기 위해, LCoS와 같은 공간 광 변조 장치의 가상 영역 또는 부분 영역이 차례로 조명된다. 이를 위해, 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소를 포함하는 편향 장치는 조명 장치와 공간 광 변조 장치 사이의 빔 경로에 배치될 수 있고, 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 정의된 이동을 통해 광이 제어 장치에 의해 공간 광 변조 장치의 각각의 가상 영역 또는 부분 영역 상으로 지향될 수 있다. 이를 위해, 공간 광 변조 장치의 가상 영역 또는 부분 영역을 조명하기 위한 순서는 공간 광 변조 장치의 픽셀에 데이터를 기록하는 순서에 맞게 조정될 수 있다. 공간 광 변조 장치의 영역 또는 부분 영역은 동일한 크기 또는 상이한 크기도 또한 포함할 수 있다.

적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 연속적인 이동 시, 공간 광 변조 장치의 가상 영역 또는 부분 영역은 또한 더 큰 중첩을 포함할 수 있다. 예를 들어 인접하여 제공된 가상 영역 또는 부분 영역은 단지 하나의 픽셀 또는 몇 개의 픽셀만의 중첩을 포함할 수 있다. 공간 광 변조 장치의 스캐닝 동안, 조명 장치는 사용자의 시야에서 가상 정보의 표현에 기여하는 픽셀 또는 가상 영역의 경우에만 ON 상태가 된다. 이러한 시점에 대해 가상 정보의 표현에 기여하지 않는 공간 광 변조 장치의 픽셀 또는 가상 영역이 스캔되면, 조명 장치는 OFF 상태에 있다.

그러나, 예를 들어 MEMS-SLM과 같이 상대적으로 적은 개수의 픽셀만을 갖는 공간 광 변조 장치도 또한 사용될 수 있다. 여기서, 픽셀 개수는 예를 들어 640×480개 픽셀(VGA) 미만, 예를 들어 200×200개 픽셀 또는 300×200개 픽셀 또는 400×400개 픽셀과 같은 디스플레이 디바이스 또는 디스플레이에 대한 일반적인 해상도의 미만일 수 있고, 여기서 본 발명에 따른 디바이스를 위한 공간 광 변조 장치의 픽셀 개수는 이러한 개시된 픽셀 개수로 제한되어서는 안 된다.

상대적으로 적은 픽셀 개수를 갖는 공간 광 변조 장치의 경우, 바람직하게는 편향 장치는 공간 광 변조 장치와 적어도 하나의 결합기 사이의 빔 경로에 배치될 수 있다. 본 발명의 이러한 유형의 실시예에서, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지는 공간 광 변조 장치의 전체 표면의 이미징에 대응하는 것이 바람직하게 제공될 수 있다. 따라서 바람직하게는, 생성된 모든 세그먼트는 동일한 크기를 갖는다. 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지들은 사용자의 시야에 시간 순차적으로 표현되거나 또는 디스플레이된다. 이것은, 각각 예를 들어 홀로그램의 인코딩을 통해 공간 광 변조 장치에 정보를 기록함으로써, 및 광학 시스템에 의해 공간 광 변조 장치의 이미징을 통해 수행되고, 여기서 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 각각의 이미지는 편향 장치에 의해 예를 들어 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소에 의해 시야에서 정의된, 각각 상이한 위치로 지향된다.

본 발명의 특별한 실시예에서, 본 발명에 따른 디바이스의 사용자의 시야에 추가적인 정보가 입체적으로 표현되는 것이 제공될 수 있다. 즉, 평면 또는 편평한 2차원의 이미지가 생성되고 표현되며, 여기서 표현될 정보의 이미지는 각각 사용자의 좌측 눈에 대해 및 우측 눈에 대해 생성된다. 이것은 다시, 사용자의 좌측 눈을 위한 이미지를 생성하기 위해 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스가 제공되고, 사용자의 우측 눈을 위한 이미지를 생성하기 위해 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스가 제공되어야 하는 것을 의미한다. 본 발명에 따른 2개의 디스플레이 디바이스는 예를 들어 일종의 안경과 같은 방식으로 서로 조합될 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이 디바이스는 또한 예를 들어 조명 장치 및 공간 광 변조 장치가 사용되도록 2개의 눈을 위해 제공될 수 있으며, 여기서 광학 시스템이 제공되고, 이에 의해 사용자의 좌측 눈을 위한 광 및 우측 눈을 위한 광이 시간적으로 또는 공간적으로 다중화되는 방식으로 편향된다. 예를 들어 별도의 결합기, 예를 들어 좌측 눈을 위한 별도의 광 가이드 및 우측 눈을 위한 별도의 광 가이드가 사용자의 각 눈에 또한 할당될 수 있으며, 여기서 공간 광 변조 장치로부터의 광은 전환 요소에 의해 시간 순차적으로 하나의 광 가이드 또는 다른 광 가이드 내로 커플링된다. 예를 들어 헤드 업 디스플레이와 같은 다른 적용예에서는, 사용자의 두 눈을 위한 공통의 결합기가 또한 제공될 수 있고, 이 경우 예를 들어 결합기는 운송 수단 또는 차량의 앞유리가 된다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 광학 시스템은 시야에서 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지의 사용자에 대한 거리가 설정될 수 있는 가변 초점 시스템을 포함하는 것이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 디바이스는 가변 초점 구성을 포함할 수 있다. 이것은, 생성된 가상 정보가 디바이스의 광학 시스템의 광학 축을 따라 시야에서 깊이 방식으로 설정될 수 있다는 것을 의미한다. 가상 정보, 즉 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 생성된 이미지의 사용자의 눈이 위치되는 관찰자 평면에 대한 거리가 깊이 또는 깊이 위치로서 이해되어야 한다. 따라서, 가상 정보를 포함하는 세그먼트들의 거리는 시야에서 필요한 깊이 위치에 대응하여 광학 시스템의 가변 초점 시스템에 의해 설정될 수 있다.

바람직하게는, 가변 초점 시스템은 제어 가능한 격자 주기를 갖는 적어도 하나의 격자 요소 또는 능동 및 수동 이미징 요소의 조합을 포함할 수 있다. 격자 요소는 예를 들어 액정 격자 요소일 수 있다. 가변 초점 시스템은 또한 조정 가능한 격자 요소 및 예를 들어 렌즈 요소와 같은 수동 이미징 요소의 조합을 포함할 수도 있다. 가변 초점 시스템은 또한 예를 들어 스위칭 가능한 편광 격자와 같은 격자 요소를 포함할 수 있거나, 또는 수동 격자가 편광 스위치와 조합될 수 있다.

가변 초점 시스템은 바람직하게는 공간 광 변조 장치의 퓨리에 평면의 근처에 또는 퓨리에 평면에 배치되고, 여기서 다른 배치도 또한 가능하다. 공간 광 변조 장치의 퓨리에 평면은 예를 들어 공간 광 변조 장치와 적어도 하나의 결합기 사이의 빔 경로에 형성된다.

가변 초점 시스템이 제어 가능한 격자 주기를 갖는 적어도 하나의 격자 요소를 포함하면, 이 경우 본 발명에 따르면, 제어 가능한 격자 주기를 갖는 적어도 하나의 격자 요소가 광학 시스템에 의해 야기된 수차 보정을 위한 프리즘 함수 및/또는 위상 함수를 포함하는 것이 제공될 수 있다.

렌즈 함수 외에 추가적으로, 적어도 하나의 격자 요소는 수차 보정을 위해 프리즘 함수 또는 위상 함수와 같은 다른 함수도 또한 포함할 수 있다. 이러한 함수는 적어도 하나의 격자 요소에 기록될 수 있다.

본 발명의 특히 유리한 실시예에서, 사용자의 시선 방향을 검출하기 위해 시선 추적 시스템이 제공되는 것도 또한 제안될 수 있다. 시선 추적 시스템의 제공을 통해, 시야에서 특정 시점에 대해 사용자가 자신의 시선을 전환하거나, 또는 시야의 어느 부분 또는 표현된 가상 정보 또는 시야의 실제 정보의 어느 부분 또는 오브젝트가 현재 사용자에게 관심이 있고, 따라서 사용자에 의해 조준되는지가 확인될 수 있다. 그 결과, 조준된 오브젝트 또는 오브젝트들의 깊이 위치는 사용자가 능동적으로 보고 있거나 또는 조준하는 z 방향으로 결정된다. 실제 정보의 경우, 깊이 위치, 즉 사용자의 눈까지의 거리가 예를 들어 추가적인 센서에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어 경고 표시와 같은 다른 중요한 가상 정보 또는 시야의 조준된 실제 정보에 대한 내용 관련 참조가 있는 환경에서 페이드인된 가상 정보는 이 경우, 예를 들어 사용자가 조준하는 실제 정보와 동일한 깊이로 표현되어야 한다. 가변 초점 시스템에 의해, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지의 깊이 위치는 사용자가 그 순간에 능동적으로 조준하는 z 방향을 따라 깊이 위치로 변위될 수 있다. 사용자가 보지 않거나 또는 조준하지 않는 시야의 가상 정보는, 예를 들어 이러한 정보가 약간 선명하지 않거나 또는 약간 흐리거나 또는 왜곡된 방식으로 표현되는 방식으로 소프트웨어 시스템에 의해 영향을 받을 수 있고, 또는 선택적으로 전혀 디스플레이되지 않을 수도 있다.

또한, 시선 추적 시스템에 대해 추가적으로 또는 대안적으로, 가상 정보가 표현되어야 하는 시야의 영역을 확인하기 위한 검출 장치가 제공될 수도 있다.

검출 장치는 사용자의 시야에서, 하나 이상의 가상 정보가 생성되고 디스플레이되거나 또는 표현되어야 하는 시야의 영역을 확인한다.

본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 조명 장치는 펄스 형태로 구동 가능한 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 과제는 청구항 제28항의 특징을 갖는 방법에 의해서도 또한 달성된다.

본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 특징을 포함한다:

- 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지를 사용자의 시야에서 정의된 위치로 지향시킬 수 있도록, 편향 장치의 구동에 따라 조명 장치를 작동하기 위한, 디스플레이 디바이스의 광을 방출하기 위한 조명 장치 및 광학 시스템의 편향 장치에 연결된 제어 장치를 구동하는 단계,

- 공간 광 변조 장치 상으로 광을 지향하는 단계 및 광학 시스템에 의해 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지를 생성하는 단계,

- 편향 장치에 의해 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지를 사용자의 시야에서 정의된 위치로 지향하는 단계, 및

- 사용자의 시야에서 세그먼트에 가상 정보를 표현하는 단계.

본 발명에 따른 방법은, 정보가 단지 필요할 때에만 사용자에게 표현되고 디스플레이되기 때문에, 사용자의 시야에서 정보의 에너지 효율적인 표현을 가능하게 한다.

바람직하게는, 디스플레이 디바이스에 의해 표현될 이미지 시퀀스의 각 프레임에 대해, 검출 장치에 의해 시야의 어느 부분 또는 영역이 가상 정보, 예를 들어 2차원 오브젝트 및/또는 3차원 오브젝트 또는 장면으로 채워져야 하는지 또는 디스플레이되어야 하는지 또는 시야의 어느 부분 또는 영역이 가상 정보를 포함하지 않아야 하는지 결정하는 것이 수행될 수 있다.

광학 시스템에 의해, 여기서 공간 광 변조 장치의 적어도 2개의 이미지 및 공간 광 변조 장치의 이미지의 개수에 대응하여 가상 가시성 영역이 생성될 수 있으며, 여기서 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 2개의 이미지가 사용자의 시야에 형성되고, 바람직하게는 서로 결합되거나 또는 중첩되거나 또는 갭에 의해 이격된다.

유리하게는, 광학 시스템의 적어도 하나의 결합기는 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지의 표현을 통해 시야에서 추가적으로 생성되는 가상 정보와 시야의 실제 정보를 중첩할 수 있다.

세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지는 시야에서 필요한 위치에 대응하여 생성될 수 있다. 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지는, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 생성된 이미지가 각각의 프레임에 대해 시야에 표현될 가상 정보의 위치에 의존하는 방식으로 각 프레임에 대해 동적으로 생성될 수 있다. 여기서, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지는, 특히 개별 프레임 또는 개별 이미지에 대해 오브젝트 형태의 가상 정보가 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지의 최소 개수 내에 있는 방식으로 생성될 수 있다. 즉, 가상 정보를 예를 들어 내비게이션 표시의 형태로 표현하기 위해 예를 들어 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 단지 3개의 이미지만을 필요로 한다. 그러나 가상 정보로서 다른 오브젝트를 표현하기 위해, 예를 들어 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 7개의 이미지가 필요할 수 있다. 따라서, 오브젝트 형태의 가상 정보의 표현을 위한 공간 광 변조 장치에 의해 생성될 이미지의 개수도 또한 디스플레이될 오브젝트의 크기에 의존한다. 예를 들어 오브젝트의 크기가 공간 광 변조 장치의 이미지의 범위보다 더 작은 오브젝트 형태의 가상 정보의 경우, 공간 광 변조 장치의 이미지는, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 단지 하나의 이미지에 의해 전체 오브젝트가 생성되고 시야에 표현되는 방식으로 생성될 수 있다. 이를 위해, 오브젝트의 중심점은 예를 들어 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지의 중심점과 일치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 시야는 래스터 필드(raster field)로 분할되는 것이 제공될 수 있고, 여기서 각 프레임에 대해 시야의 어느 래스터 필드에 가상 정보가 표현되어야 하는지가 검사되고, 공간 광 변조 장치 및 편향 장치의 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소는, 각각 단지 프레임당 가상 정보가 표현되어야 할 래스터 필드에 대해서만 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지가 생성되고 시야에서 정의된 위치로 지향되는 방식으로 구동된다.

시야는 복수의 래스터 필드를 포함하는 일종의 격자 배열로 형성될 수 있다. 이러한 격자 배열은 고정 정의될 수 있고, 이에 따라 각 프레임에 대해 동일할 수 있다. 그러나, 가상 정보를 표현하기 위한 공간 광 변조 장치의 이미지로 생성될 세그먼트의 개수는 전체 시야를 생성하는데 필요한 세그먼트의 전체 개수보다 더 작다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 단일 이미지를 생성하기 위한 시간은, M이 가상 정보를 포함하는 세그먼트의 개수일 때, 전체 이미지 시간의 1/M이다. 전체 시야를 생성하기 위해 144개의 세그먼트가 생성되어야 하는 60°×60°의 시야의 이미 언급된 예시에서, 각각 가상 정보를 포함하는 공간 광 변조 장치의 이미지로서 세그먼트의 개수는 M = 30이다. 이것은 다시, 공간 광 변조기의 더 낮은 이미지 주파수로의 구동을 허용한다. 그러나, 광학 시스템은 보다 유연하게 설계되어야 할 필요가 있다. 예를 들어 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지는 그 사이에 갭 또는 간격이 있는 시야에서의 다양한 위치에서 생성될 수 있거나 또는 생성되어야 한다. 갭 또는 간격의 크기는 여기서 각각 프레임마다 다양할 수 있다. 따라서, 이는 시야에서 각각의 위치에 의존하므로, 좌측 시야 영역의 세그먼트는 우측 시야 영역의 세그먼트로부터 이격된 방식으로 더 큰 갭에 의해 생성될 수 있다. 이를 위해, 예를 들어 편향 장치의 스캐닝 미러 요소는 상이한 크기의 갭을 연결하기 위해 상이한 속도로 이동되어야 한다. 가상 정보를 포함하는 세그먼트의 개수 M은 또한 프레임마다 변경될 수 있다.

본 발명의 대안적인 실시예에서, 시야가 래스터 필드로 분할되는 것이 제공될 수 있고, 여기서 모든 래스터 필드는 편향 장치의 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소에 의해 차례로 스캐닝되고, 여기서 각 프레임에 대해 시야의 어느 래스터 필드에 가상 정보가 표현되어야 하는지 검사되고, 가상 정보가 또한 표현되어야 하는 각각의 래스터 필드에 대해서만, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 가상 정보를 포함하는 이미지가 광학 시스템에 의해 생성되고 할당된다.

이러한 대안적인 실시예에서 또한, 시야는 복수의 래스터 필드를 포함하는 일종의 격자 배열로서 형성될 수 있다. 이러한 격자 배열은 고정 정의될 수 있으므로, 각 프레임에 대해 동일할 수 있다. 가상 정보를 표현하기 위한 공간 광 변조 장치의 이미지로서 생성될 세그먼트의 개수는 여기서 또한 전체 시야를 생성하기 위해 필요한 세그먼트의 전체 개수보다 더 작다. 그러나, 여기서 격자 배열의 모든 래스터 필드가 차례로 스캔되지만, 그러나 가상 정보가 각각의 바로 스캔될 래스터 필드에 표현되어야 하는 경우에만 조명 장치, 공간 광 변조 장치 및 편향 장치의 구동을 통해 공간 광 변조 장치의 이미지가 생성된다. 가상 정보가 디스플레이되어야 하는 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 개별 이미지들은 시간 순차적으로 생성된다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 개별 이미지의 생성을 위한 시간은, N이 세그먼트의 전체 개수인 경우 전체 이미지 시간의 1/N이다.

따라서, 가상 정보가 표현되지 않는 래스터 필드의 경우, 조명 장치가 구동되지 않으므로, 공간 광 변조 장치의 이미지가 생성되지 않는다. 따라서, 공간 광 변조 장치에도 데이터가 전송되지 않고, 이에 의해 데이터 전달이 감소된다. 조명 장치가 그럼에도 불구하고 스위칭 온되어야 하는 경우, 가상 정보가 디스플레이되지 않는 래스터 필드에 할당된 모든 픽셀에 대해, 액정이 일종의 시작 상태로 다시 이동되는 방식으로 공간 광 변조 장치의 액정 층이 구동되는 레벨로의 글로벌 재설정이 수행되는 것도 또한 가능하다. 다른 가능성은, 이러한 픽셀이 정의되지 않은 상태로 스위칭되는 것이다.

편향 장치의 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소는 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지를 시야에서 정의된 위치로 지향하기 위해 연속적으로 또는 정의된 단계 폭으로 단계적으로 이동될 수 있다.

적어도 하나의 스캐닝 미러 요소가 단계적으로 이동될 때, 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소가 정의된 단계 폭 이후에 유지 상태 또는 정지 상태에 위치되고 공간 광 변조 장치의 이미지를 생성하기 위해 공간 광 변조 장치가 조명되는 경우에, 조명 장치가 각각 스위칭 온되고, 이에 의해 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 생성된 이미지가 시야에서 정의된 위치로 지향되는 것이 제공될 수 있다. 조명 장치는 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소가 이동 상태에 위치될 때 스위칭 오프된다.

따라서, 조명 장치는 편향 장치, 특히 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 구동와 관련하여 구동되고, 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소가 정지 상태에 위치되는지 또는 이동 중인지의 여부에 따라 ON 상태 및 OFF 상태가 된다. 조명 장치 및 편향 장치는 여기서 제어 장치에 의해 구동된다.

적어도 하나의 스캐닝 미러 요소가 연속적으로 이동될 때, 보상 미러 요소는 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소와 조합될 수 있고, 여기서 보상 미러 요소는 조명 장치가 ON 상태에 있을 때 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소에 대해 동기화된, 바람직하게는 동일한 방향으로의 이동을 수행한다.

적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 이동을 위한 보상 미러 요소의 동기화된 이동은, 조명 장치가 ON 상태에 있거나 또는 스위칭 온된 경우에만 수행된다. 또한, 본 발명에 따른 이러한 본 발명의 실시예에서도, 조명 장치는 편향 장치에 연결되고, 여기서 편향 장치는 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소 외에 보상 미러 요소도 또한 포함한다. 보상 미러 요소는 편향 장치의 일부가 아닌 것도 또한 가능하다. 이러한 경우, 조명 장치는 편향 장치에 연결될 뿐만 아니라, 추가적으로 보상 미러 요소에도 또한 연결된다. 제어 장치는 다시, 조명 장치와 편향 장치 및 경우에 따라서는 편향 장치의 일부가 아닌 보상 미러 요소를 구동한다.

적어도 하나의 스캐닝 미러 요소 및 적어도 하나의 보상 미러 요소는 또한 2차원, 바람직하게는 수평 및 수직으로 이동될 수 있는 방식으로 또한 형성될 수 있다. 수평 방향 및 수직 방향 모두에서의 스캐닝 미러 요소 및 보상 미러 요소의 동일한 방향 이동을 통해, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 생성된 이미지는 시야에서 정의된 수평 및 수직 위치로 지향된다. 일 방향으로의, 예를 들어 수평으로의 동일한 방향 이동을 통해, 그러나 이에 대해 수직인 방향, 예를 들어 수직으로 반대 방향 이동을 통해, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지의 위치는 일 방향으로, 예를 들어 수직으로 변위되지만, 그러나 이에 대해 수직 방향으로, 예를 들어 수평으로 유지된다.

스캐닝 미러 요소는 최소 설정과 최대 설정 사이에서 연속적으로 앞뒤로 이동될 수 있고, 예를 들어 좌측에서 우측으로의 연속적인 이동 및 이어서 상부에서 하부로의 느린 이동으로 다시 우측에서 좌측으로 연속적인 이동이 수행된다. 프레임의 종료 후에 스캐닝 미러 요소는 시작 위치로 다시 이동될 수 있다. 그러나, 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 2차원 연속적인 이동은 또한 예를 들어 리사주 도형의 형태로 또한 수행될 수 있으므로, 스캐닝 미러 요소의 초기 상태는 한 프레임 후에 다시 도달된다.

스캐닝 미러 요소 및 경우에 따라서는 보상 미러 요소의 설정이 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지의 시야에서의 어느 위치에 대응하는지 확인되는 일회성 보정이 수행될 수 있다. 예를 들어 스캐닝 미러 요소가 단계적으로 이동될 때 단계 모터가 제공되고 구동되는 경우, 단계 모터의 특정 개수의 단계가 시야의 위치에 할당하는 것이 수행될 수 있다.

스캐닝 미러 요소가 연속적으로 이동될 때, 보정에 의해 이동 속도 및 시간 간격을 통해 시야에서의 위치에 할당하는 것이 수행될 수 있다.

보정 데이터는 예를 들어 룩업 테이블에 저장될 수 있으며, 이러한 룩업 테이블은 스캐닝 미러 요소의 구동을 위해 제어 장치에 의해 사용될 수 있다.

바람직하게는, 적어도 하나의 결합기는 광 가이드로서 형성될 수 있으며, 여기서 공간 광 변조 장치는 조명 장치에 의해 조명되고, 공간 광 변조 장치에 의해 변조된 광은 편향 장치로 지향되고, 이러한 편향 장치는 광을 광 가이드로서 형성된 결합기 상으로 지향시키고, 여기서 광은 결합기 내로 커플링되고 이러한 결합기 내에서 전파되고, 결합기 내에서 전파되는 광은 시야에서 필요한 정의된 위치에 대응하여 디커플링되고, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지가 이러한 정의된 위치로 지향된다.

본 발명의 특히 유리한 실시예에서, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지가 광학 시스템의 광학 축을 따라 z 방향으로 가변 초점 시스템에 의해 사용자가 수용하는 시야의 깊이 위치로 변위되는 것이 제공될 수 있다.

가변 초점 시스템에 의해, 본 발명에 따른 디바이스의 사용자가 조준하거나 또는 사용자가 시선을 보내는 깊이 위치로 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지의 변위가 특히 사용자의 시선 방향으로 또는 시선 방향의 근처에 제공되는 세그먼트에 대해 높은 정확도로 수행될 수 있다. 사용자의 시선 방향으로부터 더 멀리 떨어져 있는 시야에서 표현되고 디스플레이되는 세그먼트는 고정 정의된 깊이 또는 사용자의 시선 방향에 위치되는 세그먼트와 동일한 깊이에 배치될 수 있다. 그러나, 이러한 세그먼트는 고정 정의된 깊이에서 더 낮은 정확도로 제공되거나 또는 사용자의 시선 방향에서 세그먼트와 동일한 깊이로, 즉 약간의 허용 오차로 제공된다. 이는, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 생성된 모든 이미지에 대해 가변 초점 시스템의 동일한 설정 파라미터를 사용하는 경우와 관련될 수 있다. 이러한 경우, 공간 광 변조 장치의 이미지의 깊이 위치는 예를 들어 광학 시스템의 이미지 필드 곡률과 같은 수차로 인해 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 다양한 이미지에 대한 공간 광 변조 장치의 이미징 시 변경될 수 있다. 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지에 대한 정확한 깊이 위치를 사용자의 각각 확인된 시선 깊이에 따라 시선 추적 장치에 의해 시선 방향으로 설정함으로써, 및 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지의 깊이 위치에서 사용자의 시선 방향으로부터 더 멀리 약간의 공차를 허용함으로써, 유리하게는 편향 장치의 필요한 이미지 주파수에 비해 적은 이미지 주파수를 갖는 가변 초점 시스템이 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 디바이스는 2차원 진폭 데이터가 기록되는 진폭 변조 공간 광 변조 장치가 사용되는 입체 디스플레이 디바이스 또는 가변 초점 입체 디스플레이 디바이스로 형성될 수 있다.

입체 디스플레이 디바이스 또는 가변 초점 입체 디스플레이 디바이스의 다른 실시예에서, 공간 광 변조 장치는 복소수 공간 광 변조 장치로서 형성될 수 있다. 이것은 예를 들어 빔 결합기와 결합된 위상 변조 공간 광 변조 장치일 수 있다. 이러한 경우, 표현될 2차원 정보도 마찬가지로 진폭 데이터에 의해 공간 광 변조 장치에 기록된다. 광의 위상 변조를 위한 공간 광 변조 장치의 성능은 예를 들어 수차 보정을 위한 위상 함수를 기록하기 위해 사용될 수 있다.

상대적으로 낮은 주파수, 예를 들어 50 Hz - 200 Hz, 및 제어 가능하고 조정 가능한 격자 주기를 갖는 적어도 하나의 격자 요소는 MEMS-SLM으로서 형성될 수 있는, 상대적으로 높은 주파수로 작동되는 공간 광 변조 장치, 및 수차 보정을 위한 정적 광학 요소와 조합된 방식으로 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 정적 광학 요소는 전체 디스플레이 디바이스에 대한 수차 보정을 수행할 수 있다. 제어 가능하고 조정 가능한 격자 주기를 갖는 적어도 하나의 격자 요소는 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 모든 이미지에 대해 모든 세그먼트의 깊이 위치를 변위하기 위해 동일한 렌즈 함수를 포함할 수 있지만, 그러나 세그먼트의 이러한 정의된 깊이 위치에 대한 수차 보정도 또한 제공할 수 있다. 수차 보정은 여기서 모든 세그먼트에 대해 동일하다. 고속 MEMS-SLM은 2차원 이미지 정보뿐만 아니라 위상 함수도 또한 각 세그먼트의 수차 보정을 위해 업데이트되기 때문에, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 개별 이미지에 대해 개별 수차 보정을 수행할 수도 있다.

입체 디스플레이 디바이스에는 산란 장치 또는 확산기가 제공될 수 있다. 산란 장치는 예를 들어 공간 광 변조 장치의 근처에 또는 공간 광 변조 장치의 중간 이미지 평면에 배치될 수 있다. 산란 장치에 의해 스위트 스폿의 영역이 확장될 수 있으므로, 관찰자 평면에 넓은 가상 가시성 영역이 생성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 가상 정보가 사용자의 시야에 홀로그래픽으로 생성되고 표현되는 것이 제공될 수 있다. 이를 위해, 공간 광 변조 장치는 홀로그래픽 데이터가 기록되거나 또는 홀로그램이 인코딩되는 진폭 변조, 위상 변조 또는 복소수(진폭 및 위상) 공간 광 변조 장치로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 공간 광 변조 장치는 예를 들어 빔 결합기와 조합된 방식으로 위상 변조 공간 광 변조 장치로서 복소수 값으로 형성된다. 다른 실시예에서, 이는 예를 들어 Gerchberg-Saxton 방법에 의해 반복적으로 계산된 홀로그램이 기록되는 위상 변조 공간 광 변조 장치로 형성될 수 있다.

홀로그래픽 디스플레이 디바이스는 일반적으로 가변 초점 시스템을 필요로 하지 않는데, 왜냐하면 완전한 깊이 정보와 함께 표현될 3차원 정보는 공간 광 변조 장치로 인코딩된 홀로그램에 의해 이미 생성될 수 있기 때문이다. 그러나, 특정 상황에서는 공간 광 변조 장치의 이미지의 깊이 위치를 변위하거나 또는 정의된 위치로 설정하기 위해, 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에 시선 추적 장치 및/또는 가변 초점 시스템을 제공하는 것이 유용할 수 있다. 예를 들어 공간 광 변조 장치의 이미지의 깊이 위치의 적절한 선택에 의해, 홀로그램 계산을 위한 노력이 감소될 수 있다.

홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 일 실시예에서, 제어 가능하고 조정 가능한 격자 주기를 갖는 적어도 하나의 격자 요소가 또한 제공될 수 있으며, 이는 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지의 위치를 변경하지 않지만, 수차 보정을 위해 제공된다.

가변 초점 시스템과 유사하게, 홀로그래픽 디스플레이 디바이스에서 수차 보정을 정적 광학 요소와 조합하거나 또는 제어 가능하고 조정 가능한 격자 주기를 갖는 적어도 하나의 격자 요소에 의해 수차 보정을 또한 수행할 수 있는 것이 다시 가능하고, 여기서 격자 주기는 각 프레임마다 다양할 수 있으며, 각 프레임에 표현될 정보에 의존한다. 또한, 수차 보정은 공간 광 변조 장치에서 직접 수행될 수도 있으므로, 수차 보정은 홀로그램의 계산 시 이미 고려되고 포함된다. 공간 광 변조 장치로 인코딩된 홀로그램은 여기서 가상 정보를 전달하는 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 생성될 각 이미지를 위해 다양할 수 있다.

제어 가능하고 조정 가능한 격자 주기를 갖는 격자 요소가 충분히 높은 주파수로 작동될 수 있는 경우, 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 각 이미지에 대해 격자 요소를 통해 상이한 수차 보정이 또한 수행될 수도 있다.

공간 광 변조 장치로부터 방출되는 광이 상대적으로 큰 경사진 각도로 적어도 하나의 결합기 상으로 입사되는 경우, 여기서 공간 광 변조 장치는, 공간 광 변조 장치의 이미징 시 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 광학 시스템에 대해 경사짐으로써 정적 수차 보정이 또한 수행될 수도 있다.

본 발명의 교시를 유리한 방식으로 설계하고 그리고/또는 설명되는 예시적인 실시예 또는 구성예를 서로 조합하기 위한 다양한 가능성이 이제 존재한다. 이를 위해, 한편으로는 종속 청구항에 종속된 청구항을 참조해야 하고, 다른 한편으로는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예에 대한 이하의 설명을 참조해야 하며, 교시의 바람직한 구성예도 또한 일반적으로 설명된다. 이 경우, 본 발명은 설명된 예시적인 실시예에 기초하여 원칙적으로 설명되지만, 그러나 이들에 제한되는 것은 아니다.

도 1은 단지 사용자의 시야만이 도시된 안경 형태로 표현된, AR 디스플레이 디바이스의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 원칙적인 도면을 평면도로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 다른 실시예의 원칙적인 도면을 평면도로 도시한다.
도 4는 도 1에 따른 사용자의 시야를 래스터 필드로 분할하는 것의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 5는 사용자에 대한 가상 정보를 각각 포함하는, 시야에서 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 6은 사용자에 대한 가상 정보를 각각 포함하는, 시야에서 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 이미지의 다른 원칙적인 도면을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스에 제공된 본 발명에 따른 편향 장치의 다양한 구동 상태의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 8은 종래 기술에 따른, 비교적 많은 개수의 픽셀을 갖는 공간 광 변조 장치가 사용될 때 광 가이드 내로의 광 커플링의 원칙적인 도면을 도시한다.
도 9는 비교적 적은 개수의 픽셀을 갖는 공간 광 변조 장치가 사용되는 경우, 광 가이드로서 형성된 결합기를 포함하고 시야에서 세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 2개의 이미지를 생성하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 원칙적인 도면을 도시한다.

동일한 요소들/부품들/컴포넌트들은 또한 도면에서 동일한 참조 부호를 포함할 수 있다는 것이 간단히 언급된다.

도 1에는 여기서 증강 현실 디스플레이(AR)로 형성된 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스가 도시되어 있다. AR 디스플레이 디바이스는 여기서 안경의 형태로 설계되어 있으므로, 디스플레이 디바이스는 AR 헤드 마운트 디스플레이로서 형성되고, 여기서 AR 안경의 사용자(B)가 이러한 AR 안경을 통해 자신의 시야(S)에서 무엇을 관찰할 수 있는지가 표현된다. 사용자(B)는 여기서 명확성을 위해 단지 예를 들어 자전거 핸들 바를 잡고 있는 두 손과 두 팔로만 표현된다. AR 안경 형태의 디스플레이 디바이스는 사용자(B)의 머리에 고정되어 있다. 따라서, 사용자(B)는 AR 안경을 통해 주시하고, 이러한 AR 안경을 통해 자신의 자연 환경 또는 실제 환경(R)을 관찰할 수 있다. 따라서, 도 1은 단지 사용자(B)의 시야(S)만을 도시한다. 사용자(B)는 도 1의 자신의 시야에서 건물, 도로 및 교통 수단이 있는 도로 장면을 보고, 여기서 사용자(B)는 이러한 거리 장면을 각각 자신의 두 눈으로 본다. 표현된 안경 렌즈의 형상은, 여기서 특정 유형의 AR 안경과 관련된 것이 아니라, 단지 AR 안경의 형상이 설계될 수 있는 방법의 예시로서의 역할을 한다. 따라서, AR 안경의 다른 형상도 또한 물론 가능하다. 또한, 이것은 여기에 표현된 도면에서 디스플레이 디바이스가 안경의 형태로 형성되었지만, 그러나 예를 들어 헤드 업 디스플레이와 같은 다른 적용예도 또한 가능하다는 것을 의미한다.

또한, 실제 환경(R)에 중첩되어 사용자(B)에게 실제 환경(R) 외에 추가적으로 디스플레이될 수 있는 가상 정보(C1, C2 및 C3)가 디스플레이 디바이스에 의해 사용자(B)의 시야(S)에 표현되거나 또는 디스플레이된다. 시야(S)에 가상 정보로서 표현되는 것은, 교통 표지(C1), 건물 내 위치된 쇼핑 가게(C2) 및 도로 방향을 디스플레이하기 위한 내비게이션 보조 시스템으로서의 화살표(C3)이다. 따라서, 표현된 가상 정보(C1, C2 및 C3)는 시야(S)의 단지 작은 부분만을 채운다. 이것은, 시야(S)의 단지 적은 비율만이 가상 정보에 의해 형성된다는 것을 의미한다. 사용자의 시야(S)의 대부분은 실제 환경(R)의 컨텐츠를 통해 형성된다.

도 2에는 디스플레이 디바이스의 가능한 구성예가 도시되어 있다. 이러한 구성예는 AR 헤드 마운트 디스플레이와 헤드 업 디스플레이 모두에 또한 사용될 수 있다. 이하에서, 디스플레이 디바이스는 도 1과의 연관성을 확립하기 위해 AR 헤드 마운트 디스플레이로 형성되도록 의도된다.

디스플레이 디바이스는 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있는 조명 장치(10)를 포함하고, 여기서 기본 색상(RGB)(빨강-초록-파랑)에 따른 3개의 광원이 가상 정보의 컬러 표현을 위해 제공될 수 있다. 이하에서 SLM으로 지칭되는 공간 광 변조 장치(11)는 광 방향으로 조명 장치(10)를 뒤따르므로, 조명 장치가 SLM을 조명한다. SLM(11)은 여기서 예를 들어 일 방향으로 1000개 미만의 픽셀과 같은 비교적 적은 개수의 픽셀을 갖는 SLM으로 형성된다. 광 방향으로 SLM(11)의 하류에는, 이제 디스플레이 디바이스의 광학 시스템의 2개의 컴포넌트인 편향 장치(12) 및 결합기(13)가 뒤따른다. 편향 장치(12)는 여기서 이동 가능하게 배치되고 회전축을 중심으로 이동되거나 또는 회전될 수 있는 스캐닝 미러 요소(12-1)를 포함한다. 편향 장치(12)의 스캐닝 미러 요소(12-1)는 SLM(11)과 결합기 사이의 빔 경로에 배치된다. 스캐닝 미러 요소(12-1)는 연속적인 이동 또는 고정 정의된 단계 폭을 갖는 단계적 이동을 또한 실행할 수 있고, 이에 의해 입사된 광이 특정 방향으로 안내될 수 있다. 이 경우, 도 1에 따라 안경 렌즈로 형성된 결합기(13)는 디스플레이 디바이스에 의해 생성된 가상 정보와 실제 환경의 정보를 사용자의 시야에 중첩하기 위해 제공된다. 이를 위해, 결합기(13)는 실제 환경의 광이 방해받지 않고 결합기를 통과할 수 있도록, 즉 결합기에 의해 영향을 받지 않는 방식으로 형성된다. 결합기(13)는 평면으로 또는 편평하거나 또는 만곡된 방식으로도 또한 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광학 시스템은 예를 들어 여기서 수동 렌즈 요소로서 형성된 이미징 요소(14)와 같은 추가의 이미징 요소를 포함할 수 있다.

또한, 디스플레이 디바이스는 조명 장치(10) 및 편향 장치(12)에 연결된 제어 장치(15)를 포함한다. 이를 통해, 조명 장치(10)는 편향 장치(12), 여기서 특히 스캐닝 미러 요소(12-1)의 구동에 따라 구동되고 이에 대응하여 스위칭되는데, 즉 ON 상태 및 OFF 상태가 될 수 있다. 제어 장치(15)는 SLM(11)에 또한 연결될 수도 있다. 그러나, SLM(11)이 데이터 기록을 위한 자체적인 제어 장치에 의해 작동되는 것도 또한 가능하다.

이하에서, 예를 들어 도 1에 따른 가상 정보(C1)와 같은 가상 정보가 생성될 때의 일반적인 접근법이 설명된다. 이를 위해, 가상 정보는 홀로그래픽으로 생성되어야 하며, 여기서 물론 입체적인 생성도 또한 가능하다.

제어 장치(15)에 의해 구동되는 조명 장치(10)가 대응하는 ON 상태로 전환된 경우, 조명 장치(10)는 실질적으로 충분히 간섭성인, SLM(11) 상으로 입사되는 광을 방출하고, 여기서 가상 정보의 데이터가 SLM(11)으로 전송되거나 또는 전달된다. 조명 장치(10)에 의해 방출되고 SLM(11) 상으로 입사되는 광은 여기서 화살표를 통해 도시된다. 이제 SLM(11)에 의해 표현될 가상 정보로 변조된 광은 이미징 요소(14)를 통과하고, 이에 의해 SLM(11)의 이미지가 편향 장치(12)의 스캐닝 미러 요소(12-1) 상에 생성된다. 편향 장치(12)는 여기서 SLM(11)의 퓨리에 평면에 배치된다. 스캐닝 미러 요소(12-1)는 조명 장치(10)의 구동 이전에 이미 제어 장치(15)에 의해 구동되어, 여기서 눈으로 도시된 사용자(B)의 시야(S)에서 정의된 위치에 이러한 가상 정보를 표현하기 위해 필요한 위치로 이동되었다. 가상 정보가 시야(S)에서 정확한 위치에 또한 표현되도록 스캐닝 미러 요소(12-1)가 어느 위치로 이동되어야 하는지를 결정하기 위해, 가상 정보의 생성 전에 각 프레임에 대해, 시야(S)에서 어느 영역이 가상 정보, 예를 들어 2차원 또는 3차원 오브젝트 또는 장면으로 채워져야 하는지, 그리고 시야(S)에서 어느 영역이 가상 정보가 아니라 단지 사용자(B)의 실제 환경의 정보만을 포함해야 하는지가 검출 장치(16)에 의해 확인된다. SLM(11)의 이미지는 이제 세그먼트(S1)로서 스캐닝 미러 요소(12-1)에 의해 결합기(13)의 방향으로 지향되며, 이러한 결합기(13)는 세그먼트(S1)로서의 SLM(11)의 이미지를 실제 환경과 중첩시킨다. 또한, 세그먼트(S1)로서의 SLM(11)의 이미지가 결합기(13)에 의해 관찰자 평면(17)에서 이미징되어, 그곳에서 가상 가시성 영역(18)을 생성할 수 있다. 가상 가시성 영역(18)은 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 경우 가상 관찰자 윈도우일 수 있거나 또는 입체 디스플레이 디바이스의 경우 스위트 스폿일 수 있다. 이러한 방식으로, 가상 정보는 시야(S)에서 정의된 위치에 표현되고 디스플레이된다. 시야(S)에서 가상 정보를 관찰할 수 있도록, 사용자(B)는 자신의 눈을 관찰자 평면(17)에 배치하여야 하고, 가상 가시성 영역(18)을 통해 주시해야 한다. 사용자(B)의 시야(S)에 추가의 가상 정보를 표현하기 위해, 설명된 방식으로 동일하게 진행될 수 있다. 따라서, 예를 들어 세그먼트(S2 및 S3)로서의 SLM(11)의 이미지가 생성될 수 있으며, 스캐닝 미러 요소(12-1)에 의해 시야(S)에서 필요한 정의된 위치로 지향되고 그리고 결합기(13)에 의해 이러한 세그먼트(S2 및 S3)는 실제 환경에 중첩되고, 및 시야(S)에서 사용자(B)에게 표현되고 디스플레이된다. 세그먼트(S1, S2 및 S3)로서의 SLM(11)의 이미지는 시간 순차적으로 생성되고, 및 시야(S)에 표현되고 디스플레이된다. 그러나 이는 높은 주파수로 수행되어, 사용자(B)의 눈이 세그먼트(S1, S2 및 S3)의 이러한 연속적인 생성을 육안으로는 인식할 수 없고, 결과적으로 이를 동시에 일어나는 것으로 인지한다.

후속 프레임에서도 마찬가지로 진행되는데, 우선 가상 정보가 시야(S)에서 어느 곳에 디스플레이되어야 하는지가 검출되고, 그런 다음 이러한 가상 정보가 세그먼트로서 시간 순차적으로 생성되고, 사용자(B)의 실제 환경과 중첩되어 시야에 표현된다.

이러한 방식으로, 필요한 가상 정보를 포함하는 단지 적은 세그먼트만의 생성을 통해서도 또한 넓은 시야가 생성될 수 있다.

결합기(13)는 또한 고정 (가변이 아닌) 포커싱 요소, 예를 들어 격자 요소를 포함할 수도 있다.

도 2의 디스플레이 디바이스는 또한 가변 초점 시스템(19)을 포함한다. 가변 초점 시스템(19)은 시야에서 세그먼트로서의 SLM(11)의 이미지의 사용자(B)를 향한 거리를 변경할 수 있도록, 즉 시야(S)에서 세그먼트로서의 SLM(11)의 이미지의 깊이를 설정할 수 있는 것을 가능하게 한다. 이를 위해, 가변 초점 시스템(19)은 바람직하게는 SLM(11)의 퓨리에 평면의 영역, 즉 SLM(11)의 퓨리에 평면에 또는 적어도 SLM(11)의 퓨리에 평면 근처에 배치되고, 예를 들어 설정 가능하고 조정 가능한 격자 주기를 갖는 적어도 하나의 격자 요소를 포함할 수 있고, 이러한 격자 요소에는 렌즈 함수가 기록되어 있다. 바람직하게는, 세그먼트로서의 SLM(11)의 이미지의 깊이를 설정하는 것은 사용자(B)의 시선 방향의 검출과 관련하여 수행될 수 있다. 시선 추적 장치(20)는 사용자(B)의 시선 방향 및 사용자(B)가 포커싱하는 시야에서의 깊이 위치 또는 그가 조준하고 있는 깊이를 확인한다. 세그먼트로서의 SLM(11)의 생성된 이미지는 이 경우, 가변 초점 시스템(19)에 의해 사용자(B)를 향해, 사용자(B)가 그 순간에 조준하거나 또는 주시하고 있는 깊이 위치로 변위될 수 있다.

홀로그래픽 디스플레이 디바이스에서 가변 초점 시스템이 절대적으로 필요하지는 않는데, 이미 가상 정보는 필요한 깊이로 홀로그래픽으로 표현될 수 있기 때문이다. 그러나, 그럼에도 불구하고 가변 초점 시스템을 사용하는 것은 예를 들어 세그먼트로서의 SLM(11)의 이미지를 깊이로 또는 z 방향을 따라 변위시킴으로써, 광학 시스템에 의해 야기된 수차를 보정할 수 있기 위해 유용할 수 있다. 이를 위해, 가변 초점 시스템(19)은 예를 들어 프리즘 함수 또는 위상 함수를 포함하는 설정 가능하고 조정 가능한 격자 주기를 갖는 적어도 하나의 격자 요소를 포함할 수 있다.

입체 디스플레이 디바이스에서 세그먼트로서의 SLM의 이미지의 깊이를 변위시키고 그리고/또는 광학 시스템의 수차를 보정하기 위해, 이러한 유형의 가변 초점 시스템(19)을 사용하는 것이 유용하다.

도 3에는 마찬가지로 AR 디스플레이 디바이스 또는 AR 디스플레이로 형성될 수 있고 AR 헤드 마운트 디스플레이 및 AR 헤드 업 디스플레이 모두로 사용될 수 있는 다른 디스플레이 디바이스가 도시되어 있다.

디스플레이 디바이스는 조명 장치(30), SLM(31), 편향 장치(32), 결합기(33) 및 이미징 요소를 포함하며, 여기서는 단지 하나의 이미징 요소(34)만이 도시되어 있다. 편향 장치(32), 결합기(33) 및 이미징 요소(34)는 디스플레이 디바이스의 광학 시스템의 컴포넌트이다. 디스플레이 디바이스의 이러한 실시예에서, 조명 장치(30)는 이미, 여기서 또한 스캐닝 미러 요소(32-1)를 포함하는 편향 장치(32)를 뒤따른다. 광 방향으로 편향 장치(32)의 하류에는, 이미징 요소(34), SLM(31) 및 결합기(33)가 배치된다. 따라서, 이것은 여기서 조명 장치(30)와 SLM(31) 사이에 편향 장치가 제공된다는 것을 의미한다. SLM(31)은 여기서 예를 들어 일 방향으로 1000개 초과의 픽셀과 같이 비교적 많은 개수의 픽셀을 갖는 SLM으로 형성된다. 편향 장치(32)의 스캐닝 미러 요소(32-1)는 파선에 의해 알 수 있는 바와 같이 이동 가능하게 배치되고, 이에 따라 이동될 수 있거나 또는 회전 축을 중심으로 회전될 수 있다. 스캐닝 미러 요소(32-1)는 여기서도 또한 연속적인 이동 또는 고정 정의된 단계 폭을 갖는 단계적 이동을 실행할 수 있고, 이에 의해 입사된 광이 특정 방향으로 안내될 수 있다. 이러한 실시예에서 안경 렌즈로도 또한 형성될 수 있지만, 그러나 이에 제한되지는 않는 결합기(33)는 디스플레이 디바이스에 의해 생성된 가상 정보와 실제 환경의 정보를 사용자(B)의 시야(S)에서 중첩하기 위해 제공된다. 이를 위해, 결합기(33)는 여기서 또한 실제 환경의 광이 방해받지 않고 결합기(33)를 통과할 수 있도록, 즉 결합기(33)에 의해 영향을 받지 않는 방식으로 형성된다. 결합기(33)는 평면으로 또는 편평하거나 또는 만곡된 방식으로도 또한 형성될 수 있다.

또한, 디스플레이 디바이스는 조명 장치(30) 및 편향 장치(32)에 연결된 제어 장치(35)를 포함한다. 이를 통해, 조명 장치(30)는 또한 이러한 예시적인 실시예에서 편향 장치(32), 여기서 특히 스캐닝 미러 요소(32-1)의 구동에 따라 구동되고, 이에 대응하여 스위칭될 수 있는데, 즉 ON 상태 및 OFF 상태가 될 수 있다. 제어 장치(35)는 또한 SLM(31)에 연결될 수도 있다. 그러나, SLM(31)이 데이터의 기록을 위한 자체의 제어 장치에 의해 작동되는 것도 또한 가능하다. 또한, 디스플레이 디바이스는 사용자(B)의 시선 방향 및 사용자(B)가 포커싱하는 시야의 깊이 위치 또는 그가 조준하고 있는 깊이를 확인하는 시선 추적 장치(39)를 또한 포함할 수 있다. 세그먼트로서의 SLM(31)의 생성된 이미지는 필요한 경우, 사용자(B)가 그 순간에 조준하거나 또는 주시하는 사용자(B)의 깊이 위치로 가변 초점 시스템에 의해 변위될 수 있다.

이하에서, 도 3에 도시된 디스플레이 디바이스와 관련하여 예를 들어 도 1에 따른 가상 정보(C1)와 같은 가상 정보가 생성될 때의 일반적인 접근법이 설명된다. 또한, 여기서도 가상 정보는 홀로그래픽으로 생성되어야 하며, 물론 입체적인 생성도 또한 가능하다.

제어 장치(35)에 의해 구동되는 조명 장치(30)가 대응하는 ON 상태로 전환된 경우, 조명 장치(30)는 실질적으로 충분히 간섭성인, 편향 장치(32), 특히 스캐닝 미러 요소(32-1) 상으로 입사되는 광을 방출한다. 편향 장치(32)는 여기서 이제 광 방향으로 SLM(31)의 상류에 배치된다. 스캐닝 미러 요소(32-1)는 조명 장치(30)의 구동 이전에 이미 제어 장치(35)에 의해 구동되어, 여기서 눈으로 표현된 사용자(B)의 시야(S)에서 정의된 위치에 필요한 가상 정보를 표현하기 위해 필요한 위치로 이동되었다. 디스플레이 디바이스의 이러한 실시예에서, 가상 정보가 시야(S)에서 정확한 위치에 표현되도록 스캐닝 미러 요소(32-1)가 어느 위치로 이동되어야 하는지를 결정하기 위해, 가상 정보의 생성 전에 각 프레임에 대해, 시야(S)에서 어느 영역이 가상 정보, 예를 들어 2차원 또는 3차원 오브젝트 또는 장면으로 채워져야 하는지, 그리고 시야(S)에서 어느 영역이 가상 정보가 아니라 단지 사용자(B)의 실제 환경의 정보만을 포함해야 하는지가 검출 장치(36)에 의해 확인된다. 조명 장치(30)에 의해 방출되고 스캐닝 미러 요소(32-1) 상으로 입사되는 광은 여기서 마찬가지로 화살표로 도시되어 있다. 그런 다음, 시야(S)에서 정의된 위치에 대응하여 편향 장치(32)의 스캐닝 미러 요소(32-1)에 의해 반사되고 지향된 광(L1)은, 광(L1)을 시준하는 이미징 요소(34) 상으로 입사된다. 이러한 시준된 광(L1)은 이제 SLM(31) 상으로 입사되고, 여기서 SLM(31)의 단지 부분 영역만이 조명된다. 도 3에 따르면, SLM(31)의 단지 좌측 부분 영역만이 광(L1)에 의해 조명되고, 이러한 부분 영역은 SLM(31)의 전체 좌측 영역일 수 있거나, 또는 SLM(31)의 좌측 영역에서 단지 부분 영역일 수도 있다. 도면은 단지 예시적인 것으로 볼 수 있다. 또한, 가상 정보의 데이터는 SLM(31)의 대응하는 부분 영역, 여기서는 좌측 부분 영역으로 전송되거나 또는 전달된다. 따라서, SLM(31) 상에는 단지 조명되는 이러한 부분 영역에만, 시야(S)에서 광(L1)에 의해 표현되는 가상 정보에 대한 정보가 위치된다. SLM(31)의 이러한 부분 영역 상으로 입사되는 광은 표현될 정보로 변조된 다음, 세그먼트(S1)로서 결합기(33) 상으로 입사된다. 결합기(33)는 이제 SLM(31)의 이미지, 여기서는 SLM(31)의 부분 영역의 이미지를 생성하기 위한 이미징 요소로서의 역할을 하며, 또한 세그먼트(S1)로서의 SLM(31)의 이러한 이미지를 사용자(B)의 실제 환경과 중첩시킨다. 세그먼트(S1)로서의 SLM(31)의 이미지는 관찰자 평면(37)에 이미징되고, 이에 의해 가상 가시성 영역(38)이 형성된다. 가상 가시성 영역(38)은 홀로그래픽 디스플레이 디바이스의 경우에는 가상 관찰자 윈도우일 수 있고, 또는 입체 디스플레이 디바이스의 경우에는 스위트 스폿일 수 있다. 이러한 방식으로, 가상 정보는 시야(S)에서 정의된 위치에 표현되고 디스플레이된다. 시야(S)에서 가상 정보를 관찰할 수 있기 위해서는, 사용자(B)는 자신의 눈을 관찰자 평면(37)에 배치하여야 하고, 가상 가시성 영역(38)을 통해 주시해야 한다.

사용자(B)의 시야(S)에 추가의 가상 정보를 표현하기 위해, 설명된 방식으로 동일하게 진행될 수 있다. 따라서, 예를 들어 편향 장치(32)의 스캐닝 미러 요소(32-1)의 상이한 위치에 의해, 시야(S)에서 가상 정보의 필요한 위치에 대응하는 광 번들(L2, L3)의 상이한 방향이 생성될 수 있고, 이는 SLM(31)의 다양한 부분 영역 상으로 입사된다. 따라서, 세그먼트(S2 및 S3)로서의 SLM(31)의 이미지가 생성되고, 시야(S)에서 필요한 정의된 위치로 지향되고, 시야(S)에서 사용자(B)에게 표현되고 디스플레이된다. 세그먼트(S1, S2 및 S3)로서의 SLM(11)의 이미지는 시간 순차적으로 생성되고 시야(S)에 표현되고 디스플레이된다. 그러나 이는 높은 주파수로 수행되어, 사용자(B)의 눈이 세그먼트(S1, S2 및 S3)의 이러한 연속적인 생성을 육안으로는 인식할 수 없고, 결과적으로 이를 동시에 일어나는 것으로 인지한다.

결합기(13)는 또한 고정 포커싱 요소, 예를 들어 격자 요소를 포함할 수도 있다.

도 3에 따른 디스플레이 디바이스는 또한 가변 초점 시스템을 포함할 수 있다. 가변 초점 시스템은 여기서 도 2에 따른 가변 초점 시스템(19)에 대응하여 형성될 수 있으므로, 도 3에 따른 디스플레이 디바이스에도 또한 동일하게 적용되어야 한다.

도 2 및 도 3에 따른 디스플레이 디바이스는 도 4 내지 도 7 및 도 9에 따른 실시예 및 구성예를 위해서도 사용될 수 있으며, 여기서 가상 정보의 생성을 위한 방법의 특별한 접근법이 설명된다.

도 4에는, 사용자(B)가 시야에서 자신의 실제 환경에 페이드인되고 디스플레이될 수 있는 가상 정보를 추가적으로 수신할 수 있기 위해 머리에 착용한, 도 1에 따른 AR 안경이 도시되어 있다.

알 수 있는 바와 같이, 사용자(B)의 시야(S)는 개별 래스터 필드(RF)로 분할되며, 이는 격자 방식으로 배치되거나 또는 격자 배열을 형성한다. 여기서 래스터 필드(RF)는 모두 동일한 형상 및 동일한 크기를 갖는다. 이들은 이러한 예시적인 실시예에서 정사각형으로 형성된다. 물론, 래스터 필드(RF)는 다른 형상 및 크기를 또한 포함할 수도 있다. 또한, 래스터 필드의 크기 및 형상은 시야(S)에 따라 변경될 수 있다.

이제 가상 정보(C1, C2 및 C3)가 디스플레이 디바이스에 의해 생성될 수 있고, 시야의 실제 환경과 중첩될 수 있고 사용자(B)에게 디스플레이할 수 있도록, 시야(S)는 래스터 필드(RF)로 스캐닝되거나 또는 주사되고, 검출 장치에 의해, 시야에서 사용자(B)에게 유용한 가상 정보(C1, C2 및 C3)가 표현되어야 하거나 또는 디스플레이되어야 하는 위치가 확인된다. 즉, 가상 정보(C1, C2 및 C3)가 시야(S)의 어느 래스터 필드(RF)에 표현되어야 하는지가 검사되고 확인된다. 시야(S)의 이러한 래스터 필드(RF)만이 그곳에 존재하는 실제 정보에 중첩된 대응하는 가상 정보로 채워져야 하기 때문이다. 시야의 스캐닝 또는 주사는 행 단위로 또는 열 단위로 래스터 필드마다 수행될 수 있다.

가상 정보, 예를 들어 도 1에 따른 가상 정보(C1)의 생성 및 표현은 이제 다음과 같이 수행된다. 접근법을 설명하기 위해 시야의 행 단위로의 주사가 가정되는데, 여기서 물론 열 단위로도 또한 진행될 수 있다. 각 프레임에 대해 시야(S)의 각 래스터 필드(RF)는 이제 편향 장치의 스캐닝 미러 요소의 정의된 단계 폭을 갖는 단계적인 이동에 의해 차례로 행 단위로 근접되고, 단지 래스터 필드에만 세그먼트로서의 SLM의 이미지가 할당되고, 여기에 가상 정보도 또한 표현되어야 한다. 즉, 가상 정보(C1)의 표현과 관련하여, 시야에서 래스터 필드(RF1)가 스캐닝 미러 요소에 의해 근접된다는 것을 의미하고, 여기서 이전에 수행된 전체 시야의 스캐닝을 통해 및 가상 정보가 어느 래스터 필드에 표현되어야 하는지의 확인을 통해, 가상 정보가 이러한 래스터 필드(RF1)에 표현될 수 있는 것이 공지된다. 이러한 확인에 기초하여, 이동되는 스캐닝 미러 요소는 제어 장치에 의해 정지 상태로 전환되므로, 마찬가지로 제어 장치에 의해 조명 장치가 구동되고 ON 상태가 되면, 그 결과 SLM 및 결합기 및 광학 시스템의 적어도 하나의 이미징 요소와 관련하여 세그먼트로서의 SLM의 이미지가 생성되고 래스터 필드(RF1)에 할당된다. 이를 통해, 가상 정보(C1)의 일 부분이 디스플레이된다. 이제 제어 장치는 스캐닝 미러 요소 및 조명 장치를 새로 구동하여, 스캐닝 미러 요소가 ON 상태로 전환되고, 조명 장치가 OFF 상태로 전환된다. 스캐닝 미러 요소는 이제 래스터 필드(RF2)에 근접되도록 정의된 단계 폭으로 계속 이동되고, 이로부터 마찬가지로 이러한 래스터 필드(RF2)가 가상 정보(C1)의 표현에 기여하는 것이 확인된다. 제어 장치는 이제 이에 대응하여 스캐닝 미러 요소 및 조명 장치를 다시 구동하여, 스캐닝 미러 요소가 정지 상태로 전환되고 조명 장치는 ON 상태로 전환된다. 그런 다음, 표현될 가상 정보 부분에 대응하는 세그먼트로서의 SLM의 이미지는 SLM, 결합기 및 광학 시스템의 적어도 하나의 이미징 요소에 의해 생성되고, 래스터 필드(RF2)에 할당되므로, 그곳에서 대응하는 가상 정보가 디스플레이된다. 2개의 후속 래스터 필드(RF3 및 RF4)는 이전에 개시된 바에 대응하여 스캐닝 미러 요소로 근접되고, 가상 정보를 전달하는 세그먼트로서의 SLM의 이미지가 각각 생성된다. 이 경우, 세그먼트로서의 SLM의 이러한 두 이미지는 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 2개의 래스터 필드(RF3 및 RF4)에 할당된다. 그런 다음, 스캐닝 미러 요소는 래스터 격자의 이러한 상부 라인을 따라 정의된 단계 폭으로 단계적으로 계속 이동되고, 추가의 래스터 필드가 스캔될 때 각각 정지 상태 및 ON 상태로 이동된다. 이러한 라인의 다른 래스터 필드(RF5 내지 RF15)의 경우, 이러한 래스터 필드에 대해서는 가상 정보가 제공되지 않고 디스플레이되지 않는 것이 확인되기 때문에, 제어 장치는 조명 장치를 구동하지 않으므로, 이러한 래스터 필드(RF5 내지 RF15)에 대해 조명 장치가 OFF 상태로 유지되고 세그먼트로서의 SLM의 이미지가 생성되지 않는다. 그런 다음, 스캐닝 미러 요소에 의해 래스터 격자의 제2 라인에 근접되고, 여기서 도 5에 따라 제1 래스터 필드(RF16)에 대해서는 세그먼트로서의 SLM의 이미지가 생성되지 않는데, 이러한 래스터에는 가상 정보가 디스플레이되지 않기 때문이다. 후속 래스터 필드(RF17 내지 RF26)의 경우, 상기 설명된 바와 같이 스캐닝 미러 요소에 의해 래스터 필드에 각각 근접되고, 세그먼트로서의 SLM의 대응하는 이미지가 생성되고, 이러한 세그먼트가 대응하는 래스터 필드에 할당되므로, 래스터 필드에 가상 정보가 디스플레이될 수 있다. 동일한 방식으로, 래스터 격자의 각 래스터 필드는 스캐닝 미러 요소에 의해 차례로 근접되고, 세그먼트로서의 SLM의 이미지는 추가의 래스터 필드(RF35 및 RF48 내지 RF51 및 RF63, RF64)에 대해 각각 생성되고, 관련된 래스터 필드에 할당되고 디스플레이된다. 따라서, 래스터 필드(RF1, RF2, RF3, RF4, RF17, RF18 및 RF19)는 가상 정보(C1)의 표현에 기여한다. 래스터 필드(RF20 내지 RF26 및 RF35)는 가상 정보(C2)의 표현에 기여하고, 래스터 필드(RF48 내지 RF51 및 RF63, RF64)는 가상 정보(C3)의 표현에 기여한다. 이 경우, 각 프레임에 대해 상기 설명된 바와 같이 진행된다. 세그먼트로서의 SLM의 개별 이미지의 생성 및 표현은 시간 순차적으로 수행된다.

본 방법은 스캐닝 미러 요소의 단계적 이동으로 설명되었다. 그러나, 스캐닝 미러 요소가 연속적인 이동을 수행하는 것도 또한 가능하다. 도 7은 이에 대해 추후에 상세히 설명한다.

또한, 약간 변형된 방식으로도 또한 진행될 수 있다. 또한, 여기서 시야는 우선 격자 방식으로 래스터 필드(RF)로 분할된 다음, 스캐닝되거나 또는 주사되고, 검출 장치에 의해 시야에서 사용자(B)에게 유용한 가상 정보(C1, C2 및 C3)가 표현되어야 하거나 디스플레이되어야 하는 위치가 확인된다. 즉, 시야(S)의 어느 래스터 필드(RF)에 가상 정보(C1, C2 및 C3)가 표현되어야 하는지가 검사되고 확인된다. 시야(S)의 단지 이러한 래스터 필드(RF)만이 그곳에 존재하는 실제 정보에 중첩된 대응하는 가상 정보로 채워져야 하기 때문이다. 시야의 스캐닝 또는 주사는 또한 이러한 접근법에서 행 단위로 또는 열 단위로 래스터 필드마다 수행될 수 있다. 그러나, 이제 도 5에 따른 이전의 예시적인 실시예에서와 같이, 래스터 격자의 모든 래스터 필드(RF)가 스캐닝 미러 요소에 의해 행 단위로 또는 열 단위로 차례로 근접되는 것은 아니며, 가상 정보(C1, C2 및 C3)가 표현되거나 또는 디스플레이되어야 하거나, 또는 가상 정보(C1, C2, C3)의 표현에 기여해야 하는 래스터 필드(RF)에만 근접된다. 단지 이러한 래스터 필드(RF)에 대해서만, 각각 제어 장치가 스캐닝 미러 요소 및 조명 장치를 대응하게 구동하여, 세그먼트로서의 SLM의 이미지가 생성될 수 있고 표현될 수 있어야 하기 때문이다. 이러한 접근법은 가상 정보를 생성하고 표현하는데 보다 효율적일 수 있다.

도 6에는 가상 정보가 생성되고 표현될 때의 접근법에 대한 다른 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 여기서, 가상 정보를 표현하기 위한 세그먼트로서의 SLM의 이미지의 위치 설정은 도 4 및 도 5에 따른 예시적인 실시예에서 설명된 바와 같이, 하나의 래스터 격자 또는 고정된 래스터 격자 상에서 수행되지 않고, 디스플레이 디바이스의 사용자(B)의 시야에서 자유롭게 선택될 수 있다. 이러한 방식으로, 도 4 및 도 5에서와 같이 동일한 가상 정보(C1, C2 및 C3) 또는 동일한 컨텐츠를 표현하기 위한 세그먼트로서의 SLM의 이미지의 개수가 감소되는 것도 또한 가능하다. 이것은, 가상 정보(C1, C2 및 C3)가 도 6에서 세그먼트로서의 SLM의 더 적은 개수의 이미지, 즉 도 5에 따른 세그먼트로서의 SLM의 21개의 이미지 대신 세그먼트로서의 SLM의 단지 17개의 이미지로 생성될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 각각의 가상 정보(C1, C2 및 C3)에 대한 세그먼트로서의 SLM의 이미지는 각 프레임에 대해 단지 정보가 또한 필요한 시야에서의 위치에만 생성된다. 이를 위해, 오브젝트의 범위가 SLM의 이미지보다 더 큰 경우에 오브젝트로서의 가상 정보가 SLM의 가능한 한 전체 이미지를 차지하거나, 또는 오브젝트의 범위가 SLM의 이미지보다 더 작은 경우에 오브젝트로서의 가상 정보가 SLM의 이미지에 완전히 제공되는 방식으로, 세그먼트로서의 SLM의 이미지가 생성된다. 예를 들어 오브젝트의 중심점은 세그먼트로서의 SLM의 이미지의 중심점과 일치할 수 있다. 이를 통해, 필요한 가상 정보가 세그먼트로서의 SLM의 단지 최소한의 개수의 이미지로만 표현될 수 있는 것이 달성될 수 있다.

예를 들어 가상 정보(C1)는 다음과 같이 생성되고 시야에 표현된다. 검출 장치에 의해, 가상 정보(C1)가 표현되고 디스플레이되어야 하는 시야에서의 위치가 확인된다. 그런 다음, 표현될 정보(C1)가 가능한 한 적은 이미지로 또는 심지어 세그먼트로서의 SLM의 단지 하나의 이미지로 생성되어야 하고 표현될 수 있는 세그먼트로서의 SLM의 이미지의 개수가 확인된다. 시야(S)에서 세그먼트로서의 SLM의 각각의 이미지의 적절한 개수 및 필요한 위치도 또한 확인되면, 편향 장치의 스캐닝 미러 요소가 제어 장치에 의해 시야(S)에서 세그먼트로서의 SLM의 이미지를 위해 관련된 위치로 이동되고, 그런 다음 정지 상태로 유지된다. 바람직하게는, 이미 스캐닝 미러 요소의 이동 동안 및/또는 스캐닝 미러 요소의 정지 상태의 유지 동안, 이러한 세그먼트에 표현될 가상 정보의 데이터가 SLM으로 전송되거나 또는 SLM에 의해 자체적으로 생성되고, 이러한 SLM으로 인코딩된다. 이러한 세그먼트에 대한 데이터를 SLM 상으로 또는 SLM에 의해 전송하는 것 또는 생성하는 것이 완료된 후 및 스캐닝 미러 요소의 정지 상태로의 유지 동안, 제어 장치는 조명 장치를 구동하므로, ON 상태로 스위칭되면, 그 결과 표현될 가상 정보의 데이터는 가상 정보가 전체 정보 또는 부분 정보로서 SLM의 이미지에 완전히 위치되는 방식으로 이러한 세그먼트에 표현되므로, 시야(S)에 가상 정보를 표현하기 위해 세그먼트로서의 SLM의 단지 적은 이미지만을 필요로 한다. 조명 장치는 이제 가상 정보에 대응하여 광을 변조하고 결합기 및 광학 시스템과 관련하여 세그먼트(BS1)로서의 SLM의 이미지를 생성하고, 이를 스캐닝 미러 요소에 의해 시야(S)에서 확인된 위치로 지향할 수 있도록 SLM을 조명한다. 그런 다음, 가상 정보(C1)를 표현하기 위해 세그먼트(BS2)로서의 SLM의 추가의 이미지가 동일한 방식으로 생성되고 표현된다. 이러한 접근법은 가상 정보(C1)가 사용자를 위한 시야(S)에 완전히 디스플레이될 때까지 수행된다. 따라서, 세그먼트로서의 SLM의 이미지의 생성 및 표현은 이러한 예시적인 실시예에서 또한 시간 순차적으로 수행된다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 세그먼트로서의 SLM의 개별 이미지는 도 1에 따른 가상 정보(C1)를 표현할 수 있도록 중첩될 수도 있다. 가상 정보(C2 및 C3)의 생성 및 표현은 가상 정보(C1)의 생성 및 표현과 동일한 방식으로 수행된다.

추가의 가상 정보, 예를 들어 도 1로부터의 가상 정보(C2 또는 C3)는 동일한 프레임에서 가상 정보(C1)의 생성 및 표현 직후에 가능하게 하여, 사용자의 눈이 가상 정보의 시간 순차적 표현을 차례적인 생성으로 인지하지 않고 실질적으로 동시적인 것으로 인지하도록, 스캐닝 미러 요소는 세그먼트(BS6)로서의 SLM의 이미지의 위치로부터 예를 들어 가상 정보(C2)에 대한 세그먼트(BS7)로서의 SLM의 계속 생성될 이미지를 위한 위치로 보다 높은 속도로 이동될 수 있어, 이러한 2개의 세그먼트(BS6 및 BS7) 사이에 존재하는 갭을 보다 신속하게 통과할 수 있다. 스캐닝 미러 요소의 이동 속도는, 가상 정보(C1)를 위한 세그먼트로서의 SLM의 이미지에 대해 각 위치에 근접될 때보다 더 높아야 한다. 그런 다음, 시야(S)에서 가상 정보(C2)를 위해 세그먼트로서 계속 생성되고 표현될 SLM의 이미지의 각각의 위치는, 가상 정보(C1)가 표현될 때와 같은 속도와 유사하게 스캐닝 미러 요소의 더 낮은 이동 속도로 근접되는 것이 수행될 수 있다. 가상 정보(C2)를 위한 세그먼트로서의 SLM의 각각의 이미지의 생성 및 표현은 가상 정보(C1)의 생성 및 표현과 동일한 방식으로 수행된다. 가상 정보(C3)의 표현에 대해서도 마찬가지로 진행될 수 있다. 또한, 여기서 가상 정보(C2)를 위한 세그먼트(BS13)로서의 SLM의 마지막으로 생성된 이미지로부터 가상 정보(C3)의 세그먼트(BS14)로서의 SLM의 계속 생성될 이미지로의 이행은 스캐닝 미러 요소의 이동의 더 높은 속도로 수행될 수 있어, 큰 갭이 시간적으로 보다 신속하게 통과될 수 있다. 시야(S)에서 세그먼트로서의 SLM의 이미지의 생성 및 위치의 근접의 이러한 순서는 단지 예시적인 것일 수 있다. 물론, 다른 순서도 또한 가능하다. 예를 들어 세그먼트(BS13)로서의 SLM의 마지막 이미지 이후에, 세그먼트(BS17)로서의 SLM의 계속 생성될 이미지가 또한 생성되고 표현될 수 있는데, 2개의 세그먼트(BS13 및 BS17) 사이의 갭이 세그먼트(BS13 및 BS14) 사이에서와 크기가 같지 않고, 이에 따라 세그먼트(BS17)의 이러한 위치가 더 신속하게 근접될 수 있기 때문이다.

도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 세그먼트로서의 SLM의 이미지는 시야에서 자유롭게 표현되고, 중첩될 수 있으며, 상이한 형상 및/또는 크기를 또한 포함할 수 있다.

도 4 내지 도 6에서, 정의된 단계 폭을 갖는 스캐닝 미러 요소의 단계적 이동에 의한 가상 정보의 생성 및 표현이 설명되었다. 그러나, 도 4 내지 도 6의 이러한 예시적인 실시예에서 스캐닝 미러 요소의 단계적 이동은 스캐닝 미러 요소의 연속적 이동으로 대체되고, 이러한 방식으로 세그먼트로서의 SLM의 이미지를 시야에 표현하는 것도 또한 가능하다.

스캐닝 미러 요소의 연속적인 이동을 제공하는 이러한 유형의 편향 장치가 도 7에 도시되어 있다. 도 7의 표현 a), b) 및 c)에서, 세그먼트로서의 SLM의 2개의 이미지의 생성이 도시된다. 편향 장치(50)는 스캐닝 미러 요소(51) 및 보상 미러 요소(52)를 포함한다. 스캐닝 미러 요소(51)는 연속적인 이동을 수행하는 편향 장치(50)의 요소이다. 보상 미러 요소(52)도 마찬가지로 이동 가능하게 장착된다. 스캐닝 미러 요소(51) 및 보상 미러 요소(52)는 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이 서로에 대해 일정 각도로 배치된다. 도 7의 표현 a)에서, 이러한 각도는 대략 90도이다. 스캐닝 미러 요소(51) 및 보상 미러 요소(52)는, 마찬가지로 도시되지 않은 조명 장치 및 경우에 따라서는 SLM도 또한 구동하는 제어 장치(53)에 의해 구동된다.

도 7의 표현 a)에서, 세그먼트(BS1)로서의 SLM의 제1 이미지의 생성이 도시되어 있다. 이를 위해, 세그먼트(BS1)로서의 SLM의 이미지가 사용자의 시야에서 사전 정의된 위치에서 생성되는 순간, 2개의 미러 요소(51 및 52)는 서로 정의된 각도를 형성하고, 여기서 보상 미러 요소(52)는 고정된 상태로, 즉 이동되지 않는 상태로 유지된다. 그러나, 스캐닝 미러 요소(51)는 연속적으로 계속 이동된다. 따라서, 편향 장치(50) 상으로 입사되는 광(L)은 우선 스캐닝 미러 요소(51) 상으로 입사되고, 스캐닝 미러 요소(51)에 의해 이러한 정렬에 상응하게 보상 미러 요소(52)의 방향으로 반사된다. 보상 미러 요소(52) 상으로 입사되는 광은 마찬가지로, 보상 미러 요소(52)에 의해 이러한 정렬에 상응하게 반사되고, 결합기 상으로 입사된 다음 사용자의 시야에서 대응하는 위치로 지향된다. 편향 장치(50)의 이러한 실시예는 예를 들어 SLM의 제1 이미지가 시야에서 정의된 위치에서 세그먼트로서 생성되는 경우에 수행될 수 있으므로, 스캐닝 미러 요소(51)가 제어 장치(53)에 의해 연속적인 이동에 대해 처음 구동되는 순간에 또한 이미 조명 장치가 제어 장치(53)에 의해 구동되고 광을 방출하여, 가상 정보를 위한 세그먼트로서의 SLM의 이미지를 시야에서 스캐닝 미러 요소의 이러한 제1 위치에 편평하게 생성하고 표현할 수 있게 된다.

도 7의 표현 b)에는, 스캐닝 미러 요소(51)가 도시된 화살표를 따라, 제어 장치(53)에 의한 구동을 통해 파선 위치로부터 실선으로 표현되어야 하는 다른 위치로 계속 회전되거나 또는 이동된 것이 도시되어 있다. 보상 미러 요소(52)는 여기서 스캐닝 미러 요소(51)와 동일한 방향으로 동일한 양만큼 회전되므로, 조명 장치가 디스플레이 디바이스의 제어 장치(53)에 의해 구동되어 ON 상태로 전환되는 시점에서 SLM이 조명되고, 세그먼트로서의 SLM의 이미지가 표현 a)에서와 같이, 시야에서 동일한 위치에 생성되고 표현된다. 따라서, 세그먼트(BS1)로서의 SLM의 이미지는 시야에서 동일한 위치에 디스플레이된다. 이것은, 스캐닝 미러 요소(51)의 연속적인 이동 시 세그먼트로서의 SLM의 이미지가 표현 a)에서와 같은 동일한 위치에서 계속 생성되고 디스플레이될 수 있다는 것을 의미한다. 보상 미러 요소(52)는 이에 따라 스캐닝 미러 요소(51)의 이동을 보상한다. 파선 및 화살표는 표현 a)에 따른 2개의 미러 요소(51 및 52) 상의 입사된 광 빔을 도시하기 위한 것이고, 여기서 실선 및 화살표는 입사된, 오프셋된 광 빔을 나타내도록 의도된다.

도 7의 표현 c)에서, 스캐닝 미러 요소(51)는 제어 장치(53)에 의한 구동을 통해 연속적으로 계속 이동되었다. 그러나, 보상 미러 요소(52)는 제어 장치(53)에 의해 반대 방향으로 회전되거나 또는 이동되므로, 이제 이러한 보상 미러 요소(52)는 파선으로 된 위치에서 실선으로 된 위치로 이동되었다. 이러한 방식으로, 세그먼트(BS2)로서의 SLM의 이미지가 시야에서 세그먼트(BS1)로서의 SLM의 이미지와 다른 위치에 생성되고 표현된다.

편향 장치에서 스캐닝 미러 요소 및 보상 미러 요소의 이러한 유형의 배치의 이점은, 연속적으로 스캐닝하거나 또는 이동하는 미러 요소의 이동 속도가 종종 지점에서 지점으로의 단계적으로 이동된 다음 정지되는 미러 요소보다 더 빠르다는 점에 있다. 도 7에 따른 예시적인 실시예에서, 표현 a) 및 b)에 도시된 미러 요소(51 및 52)의 상태 사이에서, 미러 요소(51 및/또는 52)가 계속 이동되거나 또는 계속 회전되는 동안에도, 세그먼트(BS1)로서의 SLM의 이미지는 전체 시간 동안 디스플레이될 수 있다. 도 7의 표현 b)와 c) 사이에서, 보상 미러 요소(52)가 초기 상태로 이동되는 경우, 보상 미러 요소(52)의 필요한 새로운 위치에 도달될 때까지 세그먼트로서의 SLM의 이미지가 생성되지 않는다. 보상 미러 요소(52)가 초기 상태로 이동될 때, 조명 장치는 스위칭 오프되거나 또는 OFF 상태가 된다. 보상 미러 요소(52)가 새로운 필요한 위치에 도달한 경우에만, 조명 장치가 제어 장치(53)에 의해 ON 상태로 다시 전환된다. 그런 다음, 2개의 미러 요소(51 및 52) 또는 단지 그 중 하나만이 계속 이동될 수 있고, 세그먼트로서의 SLM의 다른 또는 추가의 이미지가 생성되고, 시야에서 사용자에게 디스플레이될 수 있다.

종래 기술에 따른 광 가이드 내로의 광의 커플링과 관련된 정보의 일반적인 생성이 도 8에 도시되어 있다. 여기서는 비교적 많은 개수의 픽셀을 포함하고 이에 따라 HD(high definition) TV 해상도 또는 그 이상의 해상도를 포함하는 SLM(60)이 사용된다. SLM(60)과 광 가이드(61) 사이의 빔 경로에 배치된 이미징 요소(62), 예를 들어 렌즈 요소에 의해, SLM(60)에 의해 변조되고 방출되는 광의 커플링 각도 스펙트럼(63)이 생성되어, SLM(60)의 개별 픽셀로부터 방출된 광 빔이 광 가이드(61)의 표면에 대해 상이한 각도의 평균으로 광 가이드(61) 상으로 입사된다. 이러한 커플링 각도 스펙트럼(63)은 광 가이드(61) 상으로 입사되고, 미러 표면(64)에 의해 광 가이트(61) 내로 커플링된다. 미러 표면(64)은 정의된 각도로 광 가이드(61) 내에 고정 방식으로 배치된다. 미러 표면(64) 상으로 입사되는 광 빔은 미러 표면에 의해 반사되고 전반사 하에 광 가이드(61) 내에서 전파된다. 대응하는 디커플링 요소, 예를 들어 디커플링 격자 요소를 포함하는 디커플링 장치(65)에 의해, 광은 광 가이드(61)로부터 사용자(B)의 눈의 방향으로 디커플링될 수 있고, 이에 의해 디커플링 스펙트럼(66)이 정의될 수 있다. SLM(60)의 이미지는 관찰자 평면(67)에 이미징되어, 그곳에서 가상 가시성 영역(68)이 생성될 수 있다.

광 가이드 내에서의 광의 전파 및 이로부터 광의 디커플링에 대한 추가적인 가능성은, 예를 들어 WO 2019/012028 A1호에 설명되어 있으며, 여기서 WO 2019/012028 A1호의 개시 내용은 본 명세서에 완전히 포함된다. 이러한 문헌에는, 광 가이드에서 고정된 횟수의 반사 후에 디커플링이 수행되고, 커플링 각도 스펙트럼에 비해 디커플링 각도 스펙트럼이 확대되는 방식으로 형성된 광 가이드가 설명된다. 디커플링된 광은 가시성 영역으로 계속 전파되고, 디커플링 각도 스펙트럼은 시야에 대응한다. 그러나, 광의 전파 및 디커플링이 이러한 가능성에 제한되지는 않는다.

반면, 도 9는 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스에 의해 세그먼트로서의 SLM의 이미지의 생성을 도시한다. 또한, 도 9의 이러한 디스플레이 디바이스는 특히 예를 들어 AR 헤드 마운트 디스플레이 또는 AR 헤드 업 디스플레이와 같은 AR 디스플레이 디바이스로 형성될 수 있다. 이러한 디스플레이 디바이스는 도 2 내지 도 7의 디스플레이 디바이스와 같이, 가상 정보를 홀로그래픽으로 또는 입체적으로 생성할 수 있고, 사용자의 시야에 표현할 수 있다.

표현 a)는 세그먼트로서의 SLM의 제1 이미지가 생성될 때의 디스플레이 디바이스를 도시하고, 표현 b)는 세그먼트로서의 SLM의 제2 이미지의 생성을 도시한다. 도 9의 디스플레이 디바이스는 조명 장치(70), SLM(71), 결합기(72), 편향 장치(73) 및 광학 시스템의 적어도 하나의 이미징 요소(74)를 포함한다. 도 8과 대조적으로, SLM(71)은 이제 비교적 적은 개수의 픽셀, 예를 들어 일 방향으로 1000개 미만의 픽셀을 포함한다. 편향 장치(73)는 여기서 이동 가능하고 이에 따라 회전 가능하게 장착된, 입사된 광의 편향을 위한 스캐닝 미러 요소(73-1)를 포함한다. 스캐닝 미러 요소(73-1)는 결합기(72)의 광 커플링 표면의 근처에 배치되고, 이에 따라 커플링이 더 높은 정확도로 수행될 수 있다. 디스플레이 디바이스의 광학 시스템은 여기서 이미징 요소(74), 결합기(72) 및 편향 장치(73)로 표현되어야 하고, 여기서 물론 복수의 이미징 요소 또는 다른 광학 요소도 또한 제공될 수 있다. 이미징 요소(74)는 SLM(71)과 편향 장치(73) 사이에서 빔 경로에 제공된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 결합기(72)는 광 가이드로서 형성되고, 이는 평면으로 또는 편평하게 또는 만곡된 방식으로도 또한 설계될 수 있다. 또한, 조명 장치(70) 및 편향 장치(73), 특히 스캐닝 미러 요소(73-1)에 연결되는 제어 장치(75)가 제공된다. 또한 SLM(71)에 추가적으로 연결될 수도 있으며, 여기서 SLM(71)는 자체적으로 또한 자체의 제어 장치에 의해 작동될 수 있다.

조명 장치(70)가 제어 장치(75)에 의한 구동을 통해 이제 ON 상태가 되면, SLM(71) 상으로 광이 전송되고, 이러한 광은 SLM(71)에 의해 변조되고 이미징 요소(74)를 통해 편향 장치(73) 상으로 입사된다. 도 9의 2개의 표현 a) 및 b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 이미징 요소(74)는 도 8에 따른 광의 커플링 각도 스펙트럼보다 그 범위가 더 작은 광의 커플링 각도 스펙트럼을 생성한다. 이러한 커플링 각도 스펙트럼은 이 경우, 예를 들어 미러 요소 또는 적어도 하나의 격자 요소, 예를 들어 체적 격자를 포함할 수 있는 커플링 장치에 의해 광 가이드로서 형성된 결합기(72) 내로 커플링된다. 광의 결합기(72)로부터의 디커플링은, 적어도 하나의 디커플링 요소, 예를 들어 체적 격자와 같은 디커플링 격자 요소를 포함하는 디커플링 장치(77)를 통해 수행될 수 있으므로, 디커플링된 광이 사용자(B)의 방향으로 관찰자 평면(78)으로 지향되고, 그곳에서 사용자(B)가 시야에서 생성된 가상 정보(들)를 관찰할 수 있는 가상 가시성 영역(79)을 형성한다.

도 9의 표현 a)에서, 가상 정보를 포함하는 세그먼트로서의 SML(71)의 제1 이미지가 시야에서 생성되고 표현된다. 이를 위해, 검출 장치에 의해, 시야에서 가상 정보가 표현되어야 하는 위치가 확인된다. 이것이 공지되면, 제어 장치(75)는 스캐닝 미러 요소(73-1)를 구동시켜, 가상 정보의 적어도 일 부분을 표현하기 위해 필요한 정의된 위치로 이동시킬 수 있다. 또한, 제어 장치(75)는 조명 장치(70)를 ON 상태로 전환하여, SLM(71)이 광으로 조명되고, 여기서 가상 정보의 표현을 위한 데이터가 SLM(71)으로 전송된다. SLM(71) 상으로 입사된 광은 가상 정보에 대응하여 이에 의해 변조되고, 이미징 요소(74) 상으로 입사되고, 이에 의해 SLM(71)의 이미지가 SLM(71)의 퓨리에 평면에 배치된 스캐닝 미러 요소(73-1) 상에 생성된다. 이미징 요소(74)에 의한 SLM(71)의 이미징으로 생성된 광(76)의 각도 스펙트럼은, 스캐닝 미러 요소(73-1)에 의해 제1 중심 각도(α) 하에 광 가이드로서 형성된 결합기(72) 내로 커플링되고, 전반사 하에 결합기(72)에서 더 전파된다. 결합기(72)에서 전파된 광이 이제 디커플링 장치(77) 상에 정의된 각도로 입사되면, 결합기(72)로부터 디커플링되고 세그먼트로서의 SLM(71)의 이미지는 가상 가시성 영역(79)이 형성되는 관찰자 평면(78)으로 지향된다. 이러한 방식으로, 세그먼트로서의 SLM(71)의 제1 이미지가 시야에서 정의된 위치에 가상 정보의 형태로 생성되고 표현된다.

도 9의 표현 b)에서, 세그먼트로서의 SLM(71)의 제2 이미지가 사용자(B)의 시야에서 제1 정의된 위치와는 상이한 제2 정의된 위치에서 생성되고 표현된다. 알 수 있는 바와 같이, 이를 위해 스캐닝 미러 요소(73-1)는 제어 장치(75)에 의해 다른 위치로, 즉 점선으로 도시된 위치에서 실선이 있는 위치로 화살표를 따라 이동되거나 또는 회전되었다. 이를 통해, 결합기(72) 내로 커플링된 광 번들의 중심 각도가 변경된다. SLM(71)의 이미징으로 생성된 광(76)의 각도 스펙트럼은 이 경우, 스캐닝 미러 요소(73-1)에 의해 다른 중심 각도, 즉 정의된 각도만큼 회전된 스캐닝 미러 요소(73-1)를 제공하는 중심 각도(β) 하에 결합기(72) 내로 커플링된다. 그러나, 이제 표현 a)에 비해 상이한 각도로 결합기(72)에서 전파된 광은 표현 a)에 대해 설명된 바와 같이 동일한 방식으로 디커플링될 수 있다. 이와 함께, 세그먼트로서의 SLM(71)의 제2 이미지는 추가적인 가상 정보를 디스플레이하기 위해 세그먼트로서의 SLM(71)의 제1 이미지와 상이한 시야의 위치에 생성되고 표현된다.

그러나, 도 9에서는 명료함을 위해 세그먼트로서의 SLM(71)의 2개의 이미지의 생성 및 표현만이 도시되어 있으며, 여기서 세그먼트로서의 SLM(71)의 2개의 이미지는 시간 순차적으로 생성된다. 그러나, 동일한 방식으로, 예를 들어 필요한 경우 세그먼트로서의 SLM(71)의 5개 또는 10개의 이미지 또는 그 이상의 이미지와 같은 세그먼트로서의 SLM(71)의 추가의 이미지가 생성될 수 있고 표현될 수 있다. 이를 위해, 스캐닝 미러 요소(73-1)는 시야에서 세그먼트로서의 SLM(71)의 이미지를 각각의 정의된 위치에서 표현할 수 있도록, 제어 장치(75)에 의해 추가의 정의된 단계 폭만큼 회전된다.

도 9의 접근법을 설명하기 위해, 스캐닝 미러 요소(73-1)의 단계적 이동이 가정되었다. 물론, 도 9의 편향 장치(73)는 또한 도 7에 따라 형성될 수 있으며, 이에 의해 스캐닝 미러 요소의 연속적인 이동이 제공된다.

도 9와 도 8이 비교될 때, 세그먼트로서의 SLM(71)의 제1 이미지 및 세그먼트로서의 SLM(71)의 제2 이미지에 대한 각도 스펙트럼의 조합에 의해 달성되고 결합기(72) 내로 커플링되는 광의 전체 각도 스펙트럼은 도 8에 따라 광 가이드(61) 내로 커플링되는 광의 동일한 각도 스펙트럼인 것이 명백해진다. 따라서, 도 8에서와 동일한 크기의 시야가 도 9에서 또한 생성된다.

본 발명은 여기에 도시된 예시적인 실시예들에 제한되지는 않는다. 다른 실시예 또는 예시적인 실시예도 또한 가능하다. 마지막으로, 위에서 설명된 예시적인 실시예들은 단지 청구된 교시의 설명을 위한 것이고, 이러한 교시는 예시적인 실시예들에 제한되는 것으로 의도되지 않는다는 것을 특히 주목해야 한다.

Claims

디스플레이 디바이스로서,
광을 방출하기 위한 조명 장치,
입사된 광을 변조하기 위한 공간 광 변조 장치,
세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지를 생성하기 위한 광학 시스템 - 상기 광학 시스템은 상기 공간 광 변조 장치의 상기 이미지를 사용자의 시야에서 정의된 위치로 지향시키기 위한 편향 장치를 포함함 - , 및
상기 조명 장치 및 상기 편향 장치에 연결되고 상기 편향 장치의 구동에 따라 상기 조명 장치를 스위칭하도록 형성된 제어 장치
를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 광학 시스템은 상기 공간 광 변조 장치의 적어도 2개의 이미지를 생성하기 위해 및 상기 공간 광 변조 장치의 상기 이미지의 개수에 대응하여 가상 가시성 영역을 생성하기 위해 제공되고, 상기 공간 광 변조 장치의 상기 적어도 2개의 이미지는 시야에 세그먼트로서 존재하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제2항에 있어서,
세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 상기 적어도 2개의 이미지는 시야에서 서로 결합되고 및/또는 서로 부분적으로 중첩되거나 또는 갭(gap)을 통해 서로에 대해 이격되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
각 프레임에서 세그먼트로서의 상기 광 변조 장치의 상기 이미지의 개수는 최소값과 최대값의 사이에서 상이하게 설정될 수 있고, 시야에서 세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 상기 이미지의 위치는 각 프레임에서 상이하게 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제4항에 있어서,
시야에서 세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 상기 이미지의 상기 개수 및 상기 위치를 결정하는 것은, 사용자의 실제 환경에 의존하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공간 광 변조 장치의 상기 적어도 하나의 이미지는 상기 전체 공간 광 변조 장치의 이미징 또는 상기 공간 광 변조 장치의 단지 일 부분 영역의 이미징인 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편향 장치는 이동 가능하게 장착된 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소 및/또는 적어도 하나의 격자 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 시스템은 시야에서 가상 정보를 실제 정보와 중첩하기 위한 적어도 하나의 결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편향 장치는 상기 공간 광 변조 장치와 상기 결합기 사이 또는 상기 조명 장치와 상기 공간 광 변조 장치 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편향 장치는 동기화된 방식으로 서로에 대해 회전될 수 있는 2개의 스캐닝 미러 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제8항에 있어서,
상기 적어도 하나의 결합기는 적어도 하나의 포커싱 요소 또는 적어도 하나의 포커싱 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제11항에 있어서,
상기 적어도 하나의 포커싱 요소는 격자 요소로서, 특히 체적 격자로서, 특히 제한된 수용 각도를 갖는 격자 요소로서 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제8항 또는 제11항에 있어서,
상기 적어도 하나의 결합기는 적어도 부분적으로 만곡된 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편향 장치에는, 상기 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 연속적인 이동 또는 고정 정의된 단계 폭을 갖는 상기 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 단계적 이동이 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제14항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 연속적인 이동 시, 상기 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소는 보상 미러 요소와 결합되고, 상기 보상 미러 요소는 상기 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 이동을 위해 동기화된 이동을 수행하여, 상기 2개의 미러 요소가 동일한 방향으로 이동될 때 상기 공간 광 변조 장치의 이미지는 고정된 일정한 위치에서 생성될 수 있고, 상기 2개의 미러 요소가 반대 방향으로 이동될 때 상기 공간 광 변조 장치의 이미지는 시야에서 변위될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제15항에 있어서,
상기 조명 장치가 ON 상태에 있는 한, 상기 스캐닝 미러 요소와 상기 보상 미러 요소의 동일한 방향으로의 이동이 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 적어도 2개의 이미지를 프레임 내의 시야에 생성하기 위해, 사전 정의된 상이한 속도로 상기 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 연속적인 이동 또는 조정 가능한 상이한 단계 폭을 갖는 상기 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 단계적 이동이 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제17항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소의 상기 이동의 상기 속도 또는 상기 단계 폭은, 시야에서 세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 상기 각각의 이미지의 상기 정의된 위치에 맞게 조정되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 상기 적어도 하나의 이미지의 크기 및/또는 형상은 연속 프레임에서 변경될 수 있거나, 또는 시야에서 상기 정의된 위치를 갖는 세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 상기 적어도 2개의 이미지의 크기 및/또는 형상이 프레임 내에서 또는 연속 프레임에서 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 결합기는 부분 반사성 미러 요소로서 또는 광 가이드로서 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제20항에 있어서,
상기 편향 장치는 상기 광 가이드로서 형성된 상기 결합기 내로 상기 광을 커플링하기 위한 스위칭 가능한 커플링 요소로서 및/또는 상기 광 가이드로서 형성된 상기 결합기로부터 상기 광을 디커플링하기 위한 디커플링 요소로서 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 시스템은 시야에서 세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 상기 적어도 하나의 이미지의 사용자에 대한 거리가 설정될 수 있는 가변 초점 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제22항에 있어서,
상기 가변 초점 시스템은 제어 가능한 격자 주기를 갖는 적어도 하나의 격자 요소 또는 능동 및 수동 이미징 요소의 결합을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제23항에 있어서,
제어 가능한 격자 주기를 갖는 상기 적어도 하나의 격자 요소는 수차를 보정하기 위해 프리즘 함수 및/또는 위상 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사용자의 시선 방향을 검출하기 위한 시선 추적 시스템 및/또는 가상 정보가 표현되어야 하는 상기 시야의 영역을 확인하기 위한 검출 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조명 장치는 펄스 형태로 구동 가능한 적어도 하나의 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디스플레이 디바이스는 실제 환경과 표현된 가상 정보를 결합하기 위한 증강 현실 디스플레이로서 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.
방법에 있어서,
세그먼트로서의 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지를 사용자의 시야에서 정의된 위치로 지향시킬 수 있도록, 상기 편향 장치의 구동에 따라 상기 조명 장치를 작동하기 위한, 디스플레이 디바이스의 광을 방출하기 위한 조명 장치 및 광학 시스템의 편향 장치에 연결된 제어 장치를 구동하는 단계,
상기 공간 광 변조 장치 상으로 상기 광을 지향하는 단계 및 상기 광학 시스템에 의해 세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 적어도 하나의 이미지를 생성하는 단계,
상기 편향 장치에 의해 세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 상기 이미지를 상기 사용자의 시야에서 상기 정의된 위치로 지향하는 단계, 및
상기 사용자의 시야에서 세그먼트에 가상 정보를 표현하는 단계
를 포함하는 것인, 방법.
제28항에 있어서,
상기 광학 시스템은 상기 공간 광 변조 장치의 적어도 2개의 이미지를 생성하고 및 상기 공간 광 변조 장치의 상기 이미지에 대응하는 상기 개수의 가상 가시성 영역을 생성하고, 세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 상기 적어도 2개의 이미지가 상기 사용자의 시야에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제28항 또는 29항에 있어서,
상기 광학 시스템의 적어도 하나의 결합기는 세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 상기 적어도 하나의 이미지의 표현을 통해 상기 시야에서 추가적으로 생성되는 가상 정보와 상기 시야의 실제 정보를 중첩하는 것을 특징으로 하는 방법.
제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
세그먼트로서의 상기 광 변조 장치의 상기 적어도 하나의 이미지는 시야에서 필요한 위치에 대응하여 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시야는 래스터 필드(raster field)로 분할되고, 각 프레임에 대해, 상기 시야의 어느 래스터 필드에 가상 정보가 표현되어야 하는지가 검사되고, 상기 공간 광 변조 장치 및 상기 편향 장치의 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소는, 각각 단지 프레임당 상기 가상 정보가 표현되어야 할 상기 래스터 필드에 대해서만 세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 이미지가 생성되고 시야에서 상기 정의된 위치로 지향되는 방식으로 구동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시야는 래스터 필드로 분할되고, 상기 모든 래스터 필드는 상기 편향 장치의 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소에 의해 차례로 스캐닝되고, 각 프레임에 대해, 상기 시야의 어느 래스터 필드에 가상 정보가 표현되어야 하는지 검사되고, 상기 가상 정보가 또한 표현되어야 하는 상기 각각의 래스터 필드에 대해서만, 세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 가상 정보를 포함하는 이미지가 상기 광학 시스템에 의해 생성되고 할당되는 것을 특징으로 하는 방법.
제32항 또는 제33항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소는 세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 상기 적어도 하나의 이미지를 상기 시야에서 정의된 위치로 지향하기 위해 연속적으로 또는 정의된 단계 폭으로 단계적으로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제34항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소가 단계적으로 이동될 때, 상기 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소가 정의된 단계 폭 이후에 유지 상태가 되고 상기 공간 광 변조 장치의 이미지를 생성하기 위해 상기 공간 광 변조 장치가 조명되는 경우, 상기 조명 장치가 각각 스위칭 온되고, 이에 의해 세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 상기 생성된 이미지는 상기 시야에서 정의된 위치로 지향되고, 상기 조명 장치는 상기 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소가 이동 상태가 될 때 스위칭 오프되는 것을 특징으로 하는 방법.
제34항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소가 연속적으로 이동될 때, 보상 미러 요소가 상기 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소와 결합되고, 상기 보상 미러 요소는 상기 조명 장치가 ON 상태에 있을 때 적어도 하나의 스캐닝 미러 요소에 대해 동기화된 이동을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
제30항에 있어서,
상기 공간 광 변조 장치는 상기 조명 장치에 의해 조명되고, 상기 공간 광 변조 장치에 의해 변조된 상기 광은, 광 가이드로서 형성된 결합기 상에서 상기 광을 편향시키는 상기 편향 장치로 지향되고, 상기 광은 상기 결합기 내로 커플링되어 상기 결합기 내에서 전파되고, 상기 결합기 내에서 전파되는 광은 시야에서 상기 필요한 정의된 위치에 대응하여 디커플링되고, 세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 상기 적어도 하나의 이미지가 상기 정의된 위치로 지향되는 것을 특징으로 하는 방법.
제28항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
세그먼트로서의 상기 공간 광 변조 장치의 상기 적어도 하나의 이미지는 상기 광학 시스템의 광학 축을 따라 z 방향으로 가변 초점 시스템에 의해 사용자가 수용하는 시야의 깊이 위치로 변위되는 것을 특징으로 하는 방법.