KR20220059553A - 필드 곡률 보정 디스플레이 - Google Patents

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KR20220059553A
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잉 젱
재키스 골리어
스테픈 제임스 맥날리
브렛 조셉 브라이어스
스캇 찰스 맥엘다우니
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페이스북 테크놀로지스, 엘엘씨
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Abstract

HMD(head mounted display)는 사용자의 눈에 출력되는 이미지에서 필드 곡률을 완화하기 위한 FC(field curvature corrected) 디스플레이를 포함한다. FC 디스플레이는 이미지 광을 생성하는 요소 및 이미지 광으로부터 필드 곡률을 완화하기 위한 요소를 포함한다. FC 디스플레이는 렌즈를 가지는 디스플레이 패널, 반사 편광자와 반사성 표면을 가지는 디스플레이 패널 또는 다른 광학 요소를 포함할 수 있다. FC 디스플레이는 1/4 파장판, 반사 거울 및 편광 반사 거울을 가지는 편광된 디스플레이를 포함하는 팬케이크 렌즈 구성을 포함할 수 있다.

Description

필드 곡률 보정 디스플레이{FIELD CURVATURE CORRECTED DISPLAY}
본 명세서는 일반적으로 광학 수차 보정에 관한 것이고, 특히 퓨필 스윔(pupil swim) 보정에 관한 것이다.
헤드 마운트 디스플레이(HMD)에서 사용자의 눈은 일반적으로 아이박스(eyebox)라고 불리는 공간의 영역을 점유한다(일반적으로 사용자의 왼쪽 및 오른쪽 눈에 각 아이박스가 있다). HMD는 아이박스에 컨텐츠를 디스플레이하고 지시한다. 하지만 사용자가 아이박스 내에서 그 눈을 움직이고 및/또는 사용자의 머리의 위치에 대한 HMD의 위치가 바뀜에 따라, 아이박스 내의 사용자의 눈의 위치는 바뀔 수 있다. 아이박스 내의 눈의 위치의 변경은 사용자에게 표시되는 컨텐츠에 왜곡을 초래할 수 있다. 이 효과는 퓨필 스윔으로 알려져 있고, 예컨대 높아진 캘리브레이션 난이도, 수직 불일치 문제로 인한 멀미를 포함하여 다양한 이유로 HMD에 문제가 될 수 있다. 퓨필 스윔을 줄이기 위한 종래의 접근법은 HMD에 복잡성을 추가한다. 예를 들어, 한 해결책은 동공 위치로 계속하여 HMD를 재캘리브레이션하는 안구 추적 유닛을 포함한다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 실시예들은 특히 시스템에 관한 첨부된 청구항들에 개시되며, 가령 시스템과 같은 하나의 청구항 카테고리에 언급되는 임의의 특징은 또한 가령 방법, 저장 매체나 컴퓨터 프로그램 제품과 같은 다른 청구항 카테고리로 청구될 수 있다. 첨부된 청구항의 인용 또는 참조는 형식상의 이유를 위해 선택되었을 뿐이다. 하지만 임의의 선행 청구항으로의 의도적인 참조(특히 다중 인용)에서 야기되는 임의의 주제 또한 청구될 수 있어, 청구항 및 그 특징의 임의의 조합이 첨부된 청구항에서 선택된 인용에 관계 없이 개시되고 청구될 수 있다. 청구될 수 있는 주제는 첨부된 청구항에 나타난 바와 같은 특징의 조합뿐만 아니라 청구항의 특징의 다른 임의의 조합을 포함하는데, 청구항에 언급된 각 특징은 청구항의 임의의 다른 특징 또는 다른 특징의 조합과 조합될 수 있다. 나아가, 임의의 실시예와 본 명세서에 서술되거나 도시된 특징은 별개의 청구항 및/또는 임의의 실시예나 본 명세서에 서술되거나 도시된 특징과의 또는 첨부된 청구항의 임의의 특징과의 조합에 청구될 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, HMD(head mounted display)는:
HMD의 사용자의 눈에 출력되는 이미지에서 필드 곡률에 대해 보정하도록 구성되는 FC(field curvature corrected) 디스플레이를 포함하고,
FC 디스플레이는:
이미지 광을 출력하도록 구성되는 디스플레이 블록; 및
HMD의 사용자의 눈의 위치에 대응하는 HMD의 사출 동공으로 필드 곡률에 대해 보정된 이미지 광을 광학적으로 유도하도록 구성되는 광학 블록을 포함하고,
디스플레이 블록 및 광학 블록 중 적어도 하나는 필드 곡률에 대하여 이미지 광을 광학적으로 보정한다.
디스플레이 블록은 전자 디스플레이 패널을 더 포함할 수 있고, FC 디스플레이는:
장착면 및 디스플레이면을 포함하는 섬유 테이퍼를 더 포함할 수 있고,
장착면은 전자 디스플레이 패널로부터의 이미지 광을 수신하기 위하여 전자 디스플레이 패널의 표면에 형성 및 부착되고,
디스플레이면은 전자 디스플레이 패널로부터 수신된 이미지 광에서 필드 곡률에 대해 보정된 이미지 광을 출력하도록 구성되는 형상을 가진다.
섬유 테이퍼의 디스플레이면은 구형으로 오목할 수 있다.
섬유 테이퍼의 장착면은 평면일 수 있다.
섬유 테이퍼의 장착면은 원통형으로 곡면일 수 있다.
전자 디스플레이 패널의 커버 글래스는 섬유 광학 페이스 플레이트일 수 있다.
전자 디스플레이 패널의 커버 글래스는 광학 블록에 의해 생성되는 필드 곡률에 대해 보상하는 형상을 가지는 섬유 광학 페이스 플레이트일 수 있다.
디스플레이 블록을 프로젝터 및 디퓨저를 포함하고, 디퓨저는 프로젝터로부터 이미지 광을 수신하도록 구성되고, 디퓨저는 필드 곡률에 대해 보정된 이미지 광을 출력하도록 구성되는 형상을 가질 수 있다.
디스플레이 블록은:
반사면 및 반사면에 연결된 1/4 파장판을 포함하는 전자 디스플레이 패널을 더 포함하고, FC 디스플레이는:
전자 디스플레이 패널로부터 방출되는 한 편광의 이미지 광을 반사하고 전자 디스플레이 패널의 반사면으로부터 반사되고 1/4 파장판을 통과한 다른 편광의 이미지 광을 투과하도록 구성되는 반사 편광자를 더 포함하고,
반사 편광자는 전자 디스플레이 패널로부터 수신된 이미지 광에서 필드 곡률에 대해 보정된 이미지 광을 출력하도록 구성되는 형상을 가질 수 있다.
전자 디스플레이 패널의 반사면은 발광하지 않는 전자 디스플레이 패널의 영역 상의 반사기일 수 있다.
디스플레이 블록은:
전자 디스플레이 패널; 및
전자 디스플레이 패널의 표면 상의 전자 디스플레이 패널의 반사면을 더 포함할 수 있고,
FC 디스플레이는:
제1 1/4 파장판,
제2 1/4 파장판, 및
반사 편광자를 더 포함하고,
반사 편광자는:
전자 디스플레이 패널로부터 방출되고 제1 1/4 파장판을 한번 및 제2 1/4 파장판을 통과하는 한 편광의 이미지 광을 반사하고;
제1 1/4 파장판을 한번 및 제2 1/4 파장판을 한번 통과한 후 디스플레이 패널의 표면 상의 전자 디스플레이 패널의 반사면으로부터 반사되는 다른 편광의 이미지 광을 투과하고; 및
전자 디스플레이 패널로부터 수신된 이미지 광에서 필드 곡률에 대해 보정된 이미지 광을 출력하도록 구성되는 형상을 가지도록 구성되고,
반사되는 광은 제2 1/4 파장판에 의하여 투과된다.
전자 디스플레이 패널의 반사면은 발광하지 않는 전자 디스플레이 패널의 영역 상의 반사기일 수 있다.
디스플레이 블록은 투명 전자 디스플레이 패널, 1/4 파장판, 반사기를 더 포함할 수 있고, FC 디스플레이는 반사 편광자를 더 포함하고, 반사 편광자는:
투명 전자 디스플레이 패널로부터 방출되는 한 편광의 이미지 광을 반사하고;
반사기로부터 반사되고 1/4 파장판을 두 번 통과하는 다른 편광의 이미지 광을 투과하고; 및
투명 전자 디스플레이 패널로부터 수신된 이미지 광에서 필드 곡률에 대해 보정된 이미지 광을 출력하도록 구성되는 형상을 가지도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, HMD(head mounted display)는:
HMD의 사용자의 눈에 출력되는 이미지에서 필드 곡률에 대해 보정하도록 구성되는 FC(field curvature corrected) 디스플레이를 포함할 수 있고,
FC 디스플레이는:
이미지 광을 출력하는 전자 디스플레이 패널;
이미지 광을 선형으로 편광시키도록 구성되는 선형 편광자; 및
팬케이크 렌즈 조립체를 포함하고,
팬케이크 렌즈 조립체는:
제1 파장판 표면 및 제1 거울면을 포함하는 제1 광학 요소, 및
제2 파장판 표면 및 제2 거울면을 포함하는 제2 광학 요소를 포함하고,
제1 파장판 표면은 선형 편광자로부터 광을 수신하고 이미지 광의 편광을 시프트시키는 1/4 파장판이고, 제1 거울면은 이미지 광의 일부를 투과하도록 구성되는 부분 반사 거울이고,
제2 파장판 표면은 제1 광학 요소로부터 이미지 광을 수신하고 제2 파장판 표면에 의해 투과되는 이미지 광의 편광을 시프트시키는 1/4 파장판이고, 제2 거울면은 편광 반사기이고, 제2 거울면은 제1 편광의 이미지 광을 제2 파장판 표면을 향해 반사하고 필드 곡률에 대해 보정된 제2 편광의 이미지 광을 HMD의 사용자의 눈의 위치에 대응하는 HMD의 사출 동공으로 투과하도록 구성된다.
제1 광학 요소 및 제2 광학 요소의 하나 이상의 표면은 전자 디스플레이 패널로부터 수신된 이미지 광에서 필드 곡률에 대해 보정된 이미지 광을 출력하도록 구성되는 형상을 가질 수 있다.
상기 형상은 구면으로 오목할 수 있다.
제1 거울면은 제1 반경의 곡률을 가지고 제2 거울면은 제1 반경의 곡률의 임계 범위 내의 제2 반경의 곡률을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, HMD(head mounted display)는:
HMD의 사용자의 눈에 출력되는 이미지에서 필드 곡률에 대해 보정하도록 구성되는 FC(field curvature corrected) 디스플레이를 포함할 수 있고,
FC 디스플레이는:
이미지 광을 출력하도록 구성되는 디스플레이 블록; 및
HMD의 사용자의 눈의 위치에 대응하는 HMD의 사출 동공으로 필드 곡률에 대해 보정된 이미지 광을 광학적으로 유도하도록 구성되는 광학 블록을 포함하고,
광학 블록은 제1 및 제2 렌즈를 포함하고, 제1 렌즈는 디스플레이 블록으로부터의 이미지 광을 수신하도록 구성되고 제2 렌즈는 HMD의 사용자의 눈의 위치에 대응하는 HMD의 사출 동공으로 제1 렌즈로부터 출력된 이미지 광을 광학적으로 유도하도록 구성된다.
디스플레이 블록은 전자 디스플레이 패널을 포함하도록 더 구성될 수 있고 제1 렌즈는 두 부분을 포함하는 더블릿이고, 두 부분 중 하나는 음의 요소이다.
디스플레이 블록은 전자 디스플레이 패널을 포함하도록 더 구성될 수 있고, 광학 블록은 두 상이한 타입의 플라스틱으로 이루어진다.
본 발명에 따른 추가 실시예로, 컴퓨터 구현 방법은 본 발명 또는 임의의 상술한 실시예에 따른 시스템을 사용한다.
본 발명에 따른 실시예로, 하나 이상의 컴퓨터-판독가능한 비-일시적 저장매체는 본 발명 또는 상술한 실시예들 중 임의의 것에 따른 방법을 수행하도록 실행시 동작가능한 소프트웨어를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예로, 시스템은 하나 이상의 프로세서; 및 프로세서에 결합되며 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들을 포함하는 적어도 하나의 메모리를 포함할 수 있으며, 상기 프로세서는 명령어들을 실행시 본 발명 또는 상술한 실시예들 중 임의의 것에 따른 방법을 수행하도록 동작가능하다.
본 발명에 따른 실시예로, 바람직하게는 컴퓨터-판독가능한 비-일시적 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 데이터 처리 시스템에서 실행시 본 발명 또는 상술한 실시예들 중 임의의 것에 따른 방법을 수행하도록 동작가능할 수 있다.
HMD는 사용자의 눈에 출력되는 이미지에서 필드 곡률을 완화하는 FC(field curvature corrected) 디스플레이를 포함한다. FC 디스플레이는 이미지 광을 생성하는 요소 및 이미지 광으로부터 필드 곡률을 완화하는 요소를 포함한다.
일실시예에서, FC 디스플레이는 디스플레이 블록과 광학적으로 필드 곡률이 보정된 이미지 광을 HMD의 사출 동공으로 유도하는 광학 블록을 포함하고, 디스플레이 블록과 광학 블록 중 적어도 하나는 필드 곡률에 대하여 이미지 광을 광학적으로 보정한다.
일부 실시예에서, 디스플레이 블록은 전자 디스플레이 패널을 포함하고, FC 디스플레이는 장착면과 디스플레이면을 포함하는 섬유 테이퍼를 더 포함한다. 장착면은 전자 디스플레이 패널로부터 이미지 광을 수신하도록 전자 디스플레이 패널의 표면에 형성 및 부착된다. 디스플레이면은 전자 디스플레이 패널로부터 수신한 이미지 광에서 필드 곡률에 대하여 보정된 이미지 광을 출력하도록 구성된 형상을 가진다.
일부 실시예에서, 디스플레이 블록은 프로젝터와 프로젝터로부터 이미지 광을 수신하도록 구성된 디퓨저를 포함하고, 디퓨저는 필드 곡률에 대하여 보정된 이미지 광을 출력하도록 구성된 형상을 가진다.
일부 실시예에서, 디스플레이 블록은 전자 디스플레이 패널, 전자 디스플레이 패널의 반사면 및 전자 디스플레이 패널의 표면 상의 1/4 파장판을 포함하고, FC 디스플레이는 반사 편광자를 더 포함하고, 반사 편광자는 전자 디스플레이 패널로부터 수신한 이미지 광에서 필드 곡률에 대하여 보정된 이미지 광을 출력하도록 구성된 형상을 가진다. 반사 편광자는 전자 디스플레이 패널로부터 방출된 한 편광의 이미지 광을 반사하고 전자 디스플레이 패널의 반사면으로부터 반사되고 전자 디스플레이 패널의 표면 상의 1/4 파장판을 통과하는 다른 편광의 이미지 광을 투과하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 디스플레이 블록은 전자 디스플레이 패널과 전자 디스플레이 패널의 반사면을 포함하고, FC 디스플레이는 1/4 파장판과 반사 편광자를 더 포함하고, 반사 편광자는 전자 디스플레이 패널로부터 수신한 이미지 광에서 필드 곡률에 대하여 보정된 이미지 광을 출력하도록 구성된 형상을 가진다. 반사 편광자는 전자 디스플레이 패널로부터 방출되고 1/4 파장판을 통과하는 한 편광의 이미지 광을 반사하고 전자 디스플레이 패널의 표면 상의 전자 디스플레이 패널의 반사면으로부터 반사되고 1/4 파장판을 통과하는 다른 편광의 이미지 광을 투과하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 디스플레이 블록은 투명 전자 디스플레이 패널, 1/4 파장판, 반사기를 포함하고, FC 디스플레이는 반사 편광자를 더 포함하고, 반사 편광자는 투명 전자 디스플레이 패널로부터 수신한 이미지 광에서 필드 곡률에 대하여 보정된 이미지 광을 출력하도록 구성된 형상을 가진다. 반사 편광자는 투명 전자 디스플레이 패널로부터 방출된 한 편광의 이미지 광을 반사하고 반사기로부터 반사되고 1/4 파장판을 통과하는 다른 편광의 이미지 광을 투과하도록 구성된다.
일부 실시예에서, HMD는 이미지 광을 출력하는 전자 디스플레이 패널, 이미지 광을 선형으로 편광시키도록 구성되는 선형 편광자 및 팬케이크 렌즈 조립체를 포함하는 FC 디스플레이를 포함한다. 팬케이크 렌즈 어셈블리는 제1 광학 요소 및 제2 광학 요소를 포함한다. 제1 광학 요소는 제1 파장판 표면과 제1 거울면을 포함한다. 제1 파장판 표면은 선형 편광자로부터 광을 수신하고 이미지 광의 편광을 시프트하도록 구성되는 1/4 파장판이다. 제1 거울면은 이미지 광의 일부를 투과하도록 구성되는 부분 반사 거울이다. 제2 광학 요소는 제2 파장판 표면과 제2 거울면을 포함한다. 제2 파장판 표면은 제1 광학 요소로부터 이미지 광을 수신하고 제2 파장판에 의하여 투과되는 이미지 광의 편광을 시프트하도록 구성되는 1/4 파장판이다. 제2 거울면은 편광 반사기이고 제1 편광의 이미지 광을 제2 파장판 표면을 향해 반사하고 필드 곡률에 대해 보정된 제2 편광의 이미지 광을 HMD의 사용자의 눈의 위치에 대응하는 HMD의 사출 동공으로 투과하도록 구성된다. 제1 광학 요소와 제2 광학 요소의 하나 이상의 표면은 디스플레이 패널로부터 수신된 이미지 광에서 필드 곡률에 대해 보정된 이미지 광을 출력하도록 구성된 형상을 가질 수 있다. 이 형상은 구형으로 오목할 수 있다. 제1 거울면은 제1 반경의 곡률을 가지고 제2 거울면은 제1 반경의 곡률의 임계 범위 내에 있는 제2 반경의 곡률을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, HMD(헤드 마운트 디스플레이)는 이미지 광을 출력하도록 구성된 디스플레이 블록 및 HMD의 사용자의 눈의 위치에 대응하는 HMD의 사출 동공으로 필드 곡률에 대해 보정된 이미지 광을 광학적으로 유도하도록 구성된 광학 블록을 포함하는 FC(field curvature corrected) 디스플레이를 포함한다. 디스플레이 블록은 전자 디스플레이 패널을 포함하고, FC 디스플레이는 제1 렌즈와 제2 렌즈를 더 포함한다. 제1 렌즈는 두 부분을 포함하는 더블릿(doublet)인데, 두 부분 중 하나는 음의 요소이다. 광학 블록은 두 상이한 타입의 플라스틱으로 이루어져 있다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
도 1은 일실시예에 따른 가상 현실 시스템을 포함하는 시스템 환경의 블록도이다.
도 2a는 일실시예에 따른 가상 현실 헤드셋의 다이어그램이다.
도 2b는 일실시예에 따른 도 2a의 VR 헤드셋의 전방 강체의 단면도이다.
도 3a는 일실시예에 따른 섬유 테이퍼를 포함하는 FC(field curvature corrected) 디스플레이의 단면도이다.
도 3b는 일실시예에 따른 섬유 테이퍼를 포함하는 두 FC 디스플레이의 디스플레이 조립체이다.
도 4는 일실시예에 따른 프로젝터와 디퓨저를 포함하는 FC 디스플레이의 단면도이다.
도 5a는 일실시예에 따른 곡면 반사 편광자를 포함하는 FC 디스플레이의 단면도이다.
도 5b는 일실시예에 따른 도 5a로부터의 디스플레이 블록의 단면도이다.
도 5c는 일실시예에 따른 제2 1/4 파장판을 포함하는 도 5a로부터의 디스플레이 블록의 단면도이다.
도 5d는 일실시예에 따른 투명 전자 디스플레이 패널을 포함하는 도 5a로부터의 디스플레이 블록의 단면도이다.
도 6은 일실시예에 따른 팬케이크 렌즈 조립체를 포함하는 FC 디스플레이의 단면도이다.
도 7a는 일실시예에 따른 3개의 렌즈를 포함하는 FC 디스플레이의 단면도이다.
도 7b는 일실시예에 따른 2개의 렌즈를 포함하는 FC 디스플레이의 단면도이다.
도면들은 단지 예로서 본 발명의 다양한 실시예들을 도시한다. 통상의 기술자는 이하의 설명으로부터 본 명세서에 도시되는 구조 및 방법의 대안적 실시예가 본 명세서에 기술되는 개시내용의 원리로부터 벗어나지 않고 이용되거나 그 이점이 권유될 수 있음을 쉽게 인식할 것이다.
필드 곡률은 평면 객체가 프레임에 걸쳐 균일하게 샤프한 대신 프레임의 특정 부분(들)에서만 샤프하게 보이도록 야기하는 광학 수차이다. 더 일반적으로, 필드 곡률은 초점면 상의 모든 점과 완벽하게 정렬되지 않은 광학 시스템의 초점 거리의 결과이다. 이것은 평면 전자 디스플레이 패널로부터 방출된 광을 투과하는 광학이 투과되는 광에 필드 곡률 오차를 도입할 수 있기 때문에 특히 평면 패널 디스플레이의 문제이다.
퓨필 스윔은 아이박스 내의 사용자의 눈의 위치의 변화가 사용자에게 표시되는 컨텐츠에 왜곡을 초래할 때의 효과이다. 필드 곡률 보정은 퓨필 스윔을 완화한다. 필드 곡률이 보정된 디스플레이는 HMD(헤드 마운트 디스플레이)의 일부이다. HMD는 예컨대 가상 현실(“VR”) 및/또는 증강 현실(“AR”) 시스템 환경의 일부일 수 있다. FC(field curvature corrected) 디스플레이는 퓨필 스윔을 감소시키기 위하여 사용자의 눈에 출력되는 이미지의 필드 곡률을 완화시킨다. FC 디스플레이는 일반적으로 이미지 광을 생성하는 요소 및 이미지 광으로부터 필드 곡률을 완화하는 요소를 포함한다. 예를 들어, FC 디스플레이는 렌즈를 가지는 전자 디스플레이 패널, 섬유 테이퍼를 가지는 전자 디스플레이, 곡면 디퓨저를 가지는 프로젝터, 반사 편광자를 가지는 전자 디스플레이 패널 및 반사면, 또는 필드 곡률을 완화시키도록 구성되는 다른 광학 요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, FC 디스플레이는 1/4 파장판, 반사 거울 및 편광 반사 거울을 가지는 편광된 디스플레이를 포함하는 팬케이크 렌즈 구성을 가질 수 있다.
시스템 개요
도 1은 VR 콘솔(110)이 동작하는 가상 현실(VR) 시스템 환경(100)의 블록도이다. 도 1에 도시된 시스템 환경(100)은 각각 VR 콘솔(110)에 결합되는 VR 헤드셋(105), 이미징 장치(135) 및 VR 입력 인터페이스(140)를 포함한다. 도 1은 하나의 VR 헤드셋(105), 하나의 이미징 장치(135) 및 하나의 VR 입력 인터페이스(140)를 포함하는 예시적인 시스템(100)을 도시하는 한편, 다른 실시예에서 임의의 수의 이러한 컴포넌트들이 시스템(100)에 포함될 수 있다. 예컨대, 각각 연관되는 VR 입력 인터페이스(140)를 갖고 하나 이상의 이미징 장치(135)에 의해 모니터링되는 다수의 VR 헤드셋(105)이 있을 수 있고, VR 헤드셋(105), VR 입력 인터페이스(140), 및 이미징 장치(135) 각각은 VR 콘솔(110)과 통신한다. 대안적 구성으로, 상이한 컴포넌트 및/또는 추가 컴포넌트가 시스템 환경(100)에 포함될 수 있다. 나아가, 일부 실시예에서 VR 시스템(100)은 AR 시스템 환경과 같은 다른 시스템 환경을 포함하도록 수정될 수 있다.
VR 헤드셋(105)은 미디어를 사용자에게 제시하는 헤드-장착형 디스플레이이다. VR 헤드셋이 제시하는 미디어의 예시는 하나 이상의 이미지, 비디오, 오디오, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 실시예로, 오디오는 VR 헤드셋(105), VR 콘솔(110) 또는 둘 모두로부터 오디오 정보를 수신하고 오디오 정보에 기반하여 오디오 데이터를 제시하는 외부 장치(예컨대, 스피커 및/또는 헤드폰)를 통해 제시된다. VR 헤드셋(105)의 실시예가 도 2a 및 2b와 함께 아래에서 더 기술된다. VR 헤드셋(105)은 하나 이상의 강체를 포함할 수 있는데, 서로 함께 강성 또는 비-강성으로 연결될 수 있다. 강체 사이의 강성 결합은 결합된 강체가 단일 강성 엔티티로 역할을 하도록 한다. 대조적으로, 강체 사이의 비-강성 결합은 강체가 서로에 상대적으로 이동할 수 있게 한다. 일부 실시예에서, HMD(105)는 또한 AR 헤드셋으로 동작할 수 있다. 이들 실시예에서, VR 헤드셋(105)은 물리적, 실제 세계 환경의 뷰를 컴퓨터 생성된 요소(예컨대, 이미지, 비디오, 사운드 등)로 증강한다.
VR 헤드셋(105)은 FC(field curvature corrected) 디스플레이(115), 하나 이상의 로케이터(120), 하나 이상의 위치 센서(125) 및 관성 측정 유닛(IMU)(130)을 포함한다.
FC 디스플레이(115)는 VR 콘솔(110)로부터 수신된 데이터에 따라 이미지를 사용자에게 디스플레이한다. 일부 실시예에서, FC 디스플레이(115)는 디스플레이 블록 및 광학 블록을 포함한다. 디스플레이 블록은 전자 디스플레이(예컨대, OLED)를 포함하고, 광학 블록은 디스플레이 블록으로부터의 이미지를 사용자의 눈에 투과하는 하나 이상의 광학 요소를 포함한다. 일부 실시예에서, 디스플레이 블록의 기능 일부 또는 전부는 광학 블록의 일부이거나 그 반대이다. 도 2b-7과 관련하여 후술되는 바와 같이, FC 디스플레이(115)의 블록은 필드 곡률을 완화하도록 구성된다. 예를 들어, FC 디스플레이(115)는 전자 디스플레이와 연결된 섬유 테이퍼를 포함할 수 있는데, 그 형상은 섬유 테이퍼로부터 출력된 이미지 광이 필드 곡률에 대해 보정되도록 한다. 다른 실시예에서, FC 디스플레이(115)는 디퓨저를 가지는 프로젝터인데, 디퓨저는 출력광이 필드 곡률에 대해 보정되도록 하는 형상(예컨대, 곡면)을 가진다. FC 디스플레이(115)는 상이한 구성을 통해 퓨필 스윔에 대해 보정할 수 있다. 가능한 FC 디스플레이의 특정 구성이 도 3-7과 관련하여 후술된다.
로케이터(locator, 120)는 서로에 대하여 그리고 VR 헤드셋(105) 상의 특정 기준점에 대하여 VR 헤드셋(105) 상의 특정 위치들에 위치하는 물체이다. 로케이터(120)는 발광 다이오드(LED), 코너 튜브 반사기, 반사 마커, VR 헤드셋(105)이 동작하는 환경과 대조되는 광원 타입, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 로케이터(120)가 활성(즉, LED 또는 다른 타입의 발광 장치)인 실시예에서, 로케이터(120)는 가시광 대역(~380nm 내지 750nm), 적외선(IR) 대역(~750nm 내지 1mm), 적외선 대역(10nm 내지 380nm), 전자기 스펙트럼의 일부 다른 부분, 또는 이들의 임의의 조합 내에서 광을 방출할 수 있다.
일부 실시예로, 로케이터(120)는, 로케이터(120)에 의해 방출되거나 반사된 광의 파장에 대해 투명하거나 로케이터(120)에 의해 방출되거나 반사된 광의 파장을 실질적으로 감쇠하지 않도록 충분히 얇게 되도록 VR 헤드셋(105)의 외부 표면 아래에 위치한다. 추가로, 일부 실시예에서, VR 헤드셋(105)의 외부 표면 또는 다른 부분은 광의 파장의 가시선 대역에서 불투명하다. 따라서, 로케이터(120)는 IR 대역에서 투명하지만 가시광 대역에서 불투명한, 외부 표면 아래에서의 IR 대역의 광을 방출할 수 있다.
IMU(130)는 하나 이상의 위치 센서들(125)로부터 수신된 측정 신호에 기반하여 캘리브레이션 데이터를 생성하는 전자 장치이다. 위치 센서(125)는 VR 헤드셋(105)의 움직임에 응답하여 하나 이상의 측정 신호를 생성한다. 위치 센서(125)의 예시는: 하나 이상의 가속도계, 하나 이상의 자이로스코프, 하나 이상의 자력계, 움직임을 감지하는 다른 적절한 타입의 센서, IMU(130)의 오차 보정에 사용되는 센서 타입, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 위치 센서(125)는 IMU(130)의 외부, IMU(130)의 내부, 또는 이들의 임의의 조합에 위치할 수 있다.
하나 이상의 위치 센서(125)로부터의 하나 이상의 측정 신호에 기반하여, IMU(130)는 VR 헤드셋(105)의 초기 위치에 상대적인 VR 헤드셋(105)의 추정된 위치를 표시하는 고속 캘리브레이션 데이터를 생성한다. 예컨대, 위치 센서(125)는 병진 운동(전/후, 상/하, 좌/우)을 측정하는 다수의 가속도계 및 회전 운동(예컨대, 피치, 요우(yaw), 롤(roll))을 측정하는 다수의 자이로스코프를 포함한다. 일부 실시예로, IMU(130)는 빠르게 측정 신호를 샘플링하고 샘플링된 데이터로부터 VR 헤드셋(105)의 추정된 위치를 계산한다. 예컨대, IMU(130)는 속도 벡터를 추정하기 위해 가속도계로부터 수신된 측정 신호를 시간에 대해 적분하고, VR 헤드셋(105) 상의 기준점의 추정 위치를 결정하기 위해 속도 벡터를 시간에 대해 적분한다. 대안으로, IMU(130)는 고속 캘리브레이션 데이터를 결정하는 VR 콘솔(110)로 샘플링된 측정 신호를 제공한다. 기준점은 VR 헤드셋(105)의 위치를 기술하는데 사용될 수 있는 포인트이다. 기준점은 일반적으로 공간에서의 한 지점으로 정의될 수 있지만, 실제로는, 기준점은 VR 헤드셋(105) 내의 지점(예를 들어, IMU(130)의 중심)으로 정의된다.
IMU(130)는 VR 콘솔(110)로부터 하나 이상의 캘리브레이션 파라미터를 수신한다. 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 하나 이상의 캘리브레이션 파라미터는 VR 헤드셋(105)의 추적을 관리하는데 사용된다. 수신된 캘리브레이션 파라미터에 기반하여, IMU(130)는 하나 이상의 IMU 파라미터(예컨대, 샘플링 속도)를 조정할 수 있다. 일부 실시예로, 특정 캘리브레이션 파라미터는 IMU(130)로 하여금 기준점의 초기 위치를 업데이트하도록 하여서 기준점의 다음 캘리브레이션된 위치에 대응하도록 한다. 기준점의 다음 캘리브레이션된 위치로 기준점의 초기 위치를 업데이트하는 것은 결정된 추정 위치와 연관되는 누적 오차를 감소시키는데 도움을 준다. 드리프트 오차로도 지칭되는 누적 오차는 기준점의 추정 위치가 시간에 걸쳐 기준점의 실제 위치로부터 멀리 "표류(drift)"하도록 야기한다.
이미징 장치(135)는 VR 콘솔(110)로부터 수신된 캘리브레이션 파라미터에 따라 저속 캘리브레이션 데이터를 생성한다. 저속 캘리브레이션 데이터는 이미징 장치(135)가 감지할 수 있는 로케이터(120)의 관측된 위치를 보여주는 하나 이상의 이미지를 포함한다. 이미징 장치(135)는 하나 이상의 카메라, 하나 이상의 비디오 카메라, 하나 이상의 로케이터(120)를 포함하는 이미지를 캡쳐할 수 있는 임의의 다른 장치, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 추가로, 이미징 장치(135)는 (예컨대, 신호-대-노이즈 비율을 증가시키는데 사용되는) 하나 이상의 필터를 포함할 수 있다. 이미징 장치(135)는 이미징 장치(135)의 시야 내에서 로케이터(120)로부터 방출되거나 반사된 광을 감지하도록 구성된다. 로케이터(120)가 수동 소자(예컨대, 역반사기(retroreflector))를 포함하는 실시예에서, 이미징 장치(135)는 이미징 장치(135)에서 광원을 향해 광을 역반사하는, 로케이터(120)의 일부 또는 전부를 조명하는 광원을 포함할 수 있다. 저속 캘리브레이션 데이터는 이미징 장치(135)로부터 VR 콘솔(110)로 통신되고, 이미징 장치(135)는 하나 이상의 이미징 파라미터(예컨대, 초점 길이, 초점, 프레임 속도, ISO, 센서 온도, 셔터 속도, 개구 등)를 조정하기 위해 VR 콘솔(110)로부터 하나 이상의 캘리브레이션 파라미터를 수신한다.
VR 입력 인터페이스(140)는 VR 콘솔(110)로 행위 요청을 사용자가 전송하도록 허용하는 장치이다. 행위 요청은 특정 행위를 수행하기 위한 요청이다. 예컨대, 행위 요청은 애플리케이션을 시작 또는 종료하거나 애플리케이션 내의 특정 행위를 수행하는 것일 수 있다. VR 입력 인터페이스(140)는 하나 이상의 입력 장치를 포함 할 수 있다. 예시적인 입력 장치는: 키보드, 마우스, 게임 컨트롤러, 행위 요청을 수신하고 수신된 행위 요청을 VR 콘솔(110)로 통신하기 위한 임의의 다른 적절한 장치를 포함한다. VR 입력 인터페이스(140)에 의해 수신된 행위 요청은 행위 요청에 대응하는 행위를 수행하는 VR 콘솔(110)로 통신된다. 일부 실시예에서, VR 입력 인터페이스(140)는 VR 콘솔(110)로부터 수신한 명령어에 따라 사용자에게 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 예컨대, 햅틱 피드백은 행위 요청이 수신될 때 제공되거나, VR 콘솔(110)은 VR 콘솔(110)이 행위를 수행할 때 햅틱 피드백을 생성하도록 야기하는 명령어를 VR 입력 인터페이스(140)로 통신한다.
VR 콘솔(110)은: 이미징 장치(135), VR 헤드셋(105) 및 VR 입력 인터페이스(140) 중 하나 이상으로부터 수신된 정보에 따라 사용자에게 제시하기 위해 미디어를 VR 헤드셋(105)으로 제공한다. 도 1에 도시된 예시에서, VR 콘솔(110)은 애플리케이션 스토어(145), 추적 모듈(150), 및 가상 현실(VR) 엔진(155)을 포함한다. VR 콘솔(110)의 일부 실시예는 도 1과 함께 기술된 것들과는 상이한 모듈을 가진다. 유사하게, 이하에서 추가로 기술되는 기능은 본 명세서에 기술되는 것과는 상이한 방식으로 VR 콘솔(110)의 컴포넌트들 사이에 분산될 수 있다.
애플리케이션 스토어(145)는 VR 콘솔(110)에 의한 실행을 위한 하나 이상의 애플리케이션을 저장한다. 애플리케이션은, 프로세서에 의해 실행시 사용자에게 제시하기 위한 컨텐츠를 생성하는 명령어들의 그룹이다. 애플리케이션에 의해 생성된 컨텐츠는 VR 헤드셋(105) 또는 VR 인터페이스 장치(140)의 움직임을 통해 사용자로부터 수신된 입력에 응답할 수 있다. 애플리케이션의 예시는: 게임 애플리케이션, 컨퍼런스 애플리케이션, 비디오 재생 애플리케이션, 또는 다른 적절한 애플리케이션을 포함한다.
추적 모듈(150)은 하나 이상의 캘리브레이션 파라미터를 사용하여 VR 시스템(100)을 캘리브레이션하고, VR 헤드셋(105)의 위치 결정에 있어서의 오차를 감소시키기 위해 하나 이상의 캘리브레이션 파라미터를 조정할 수 있다. 예컨대, 추적 모듈(150)은 VR 헤드셋(105) 상의 관측된 위치에 대한 더 정확한 위치를 획득하기 위해 이미징 장치(135)의 초점을 조정한다. 또한, 추적 모듈(150)에 의해 수행되는 캘리브레이션은 IMU(130)로부터 수신된 정보를 감안한다. 추가로, VR 헤드셋(105)의 추적이 손실된다면(예컨대, 이미징 장치(135)가 적어도 임계 수의 로케이터(120)에 대한 시야를 손실한다면), 추적 모듈(140)은 시스템 환경(100)의 일부 또는 전부를 다시 캘리브레이션한다.
추적 모듈(150)은 이미징 장치(135)로부터 저속 캘리브레이션 정보를 사용하여 VR 헤드셋(105)의 움직임을 추적한다. 추적 모듈(150)은 VR 헤드셋(105)의 모델 및 저속 캘리브레이션 정보로부터 관측된 로케이터를 사용하여 VR 헤드셋(105)의 기준점의 위치를 결정한다. 추적 모듈(150)은 또한, 고속 캘리브레이션 정보로부터의 위치 정보를 사용하여 VR 헤드셋(105)의 기준점의 위치를 결정한다. 추가로, 일부 실시예에서, 추적 모듈(150)은 고속 캘리브레이션 정보, 저속 캘리브레이션 정보, 또는 이들의 일부 조합의 부분들을 사용하여 헤드셋(105)의 미래의 위치를 예측할 수 있다. 추적 모듈(150)은 VR 헤드셋(105)의 추정 또는 예측된 미래 위치를 VR 엔진(155)으로 제공한다.
VR 엔진(155)은 시스템 환경(100) 내에서 애플리케이션을 실행하고, 추적 모듈(150)로부터 VR 헤드셋(105)의 위치 정보, 가속도 정보, 속도 정보, 예측된 미래 위치, 또는 이들의 임의의 조합을 수신한다. 수신된 정보에 기반하여, VR 엔진(155)은 사용자에게 제시하기 위해 VR 헤드셋(105)으로 제공하기 위한 컨텐츠를 결정한다. 예컨대, 수신된 정보가 사용자가 좌측을 보았다고 표시한다면, VR 엔진(155)은 가상 현실에서 사용자의 움직임을 미러링하는 VR 헤드셋(105)을 위한 컨텐츠를 생성한다. 추가로, VR 엔진(155)은 VR 입력 인터페이스(140)로부터 수신된 행위 요청에 응답하여 VR 콘솔(110) 상에서 실행되는 애플리케이션 내에서 행위를 수행하고 행위가 수행되었다는 피드백을 사용자에게 제공한다. 제공된 피드백은 VR 헤드셋(105)을 통한 시각적 또는 청각적 피드백이거나 VR 입력 인터페이스(140)를 통한 햅틱 피드백일 수 있다.
도 2a는 일실시예에 따른 가상 현실(VR) 헤드셋(200)의 다이어그램이다. VR 헤드셋(200)은 VR 헤드셋(105)의 일실시예이며, 전방 강체(205) 및 밴드(210)를 포함한다. 전방 강체(205)는 필드 곡률 보정 디스플레이(115)(도 2a에 미도시)의 하나 이상의 전자 디스플레이 요소, IMU(130), 하나 이상의 위치 센서(125) 및 로케이터(120)을 포함한다. 도 2a가 도시하는 실시예에서, 위치 센서(125)는 IMU(130) 내에 위치하고, IMU(130) 또는 위치 센서(125) 모두는 사용장에게 가시적이지 않다.
로케이터(120)는 서로에 대해 그리고 기준점(215)에 대하여 전방 강체(205) 상의 고정된 위치에 위치한다. 도 2a의 예시에서, 기준점(215)은 IMU(130)의 중심에 위치한다. 각 로케이터(120)는 이미징 장치(135)가 감지할 수 있는 광을 방출한다. 로케이터(120), 또는 로케이터(120)의 부분은 도 2a의 예시에서 전방 강체(205)의 전방 측면(220A), 상부 측면(220B), 하부 측면(220C), 우측 측면(220D), 좌측 측면(220E)에 위치한다. VR 헤드셋(200)은 AR 헤드셋으로 동작하도록 수정될 수 있음을 유의하여야 한다.
도 2b는 도 2a에 도시된 VR 헤드셋(200)의 실시예의 전방 강체(205)의 단면(225)이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 전방 강체(205)는 사출 동공(250)으로 변경된 이미지 광을 제공하는 FC 디스플레이(115)를 포함한다. FC 디스플레이(115)는 디스플레이 블록(228) 및 광학 블록(218)을 포함한다. 사출 동공(250)은 전방 강체(205) 중 사용자의 눈(245)이 위치한 곳이다. 예시의 목적으로, 도 2b는 하나의 눈(245)과 연관된 단면(225)을 도시하지만, FC 디스플레이(115)로부터 분리된 다른 FC 디스플레이가 사용자의 다른 눈에 변경된 이미지 광을 제공한다.
디스플레이 블록(228)은 이미지 광을 생성한다. 일부 실시예에서 광은 필드 곡률 및/또는 다른 수차에 대하여 보정된다. FC 디스플레이(115)는 VR 콘솔(110)로부터 수신된 데이터에 따라 이미지를 사용자에게 디스플레이한다. 다양한 실시예로, FC 디스플레이(115)는 단일 전자 디스플레이 또는 다수의 전자 디스플레이(예컨대, 사용자의 각 눈을 위한 디스플레이)를 포함할 수 있다. 전자 디스플레이의 예시는: 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 액티브 매트릭스 유가 발광 다이오드 디스플레이(AMOLED), 투명 유기 발광 다이오드 디스플레이(TOLED), 임의의 다른 디스플레이, 프로젝터, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. FC 디스플레이(115)는 퓨필 스윔을 최소화하기 위한 디스플레이 블록 광학 요소도 포함할 수 있다. 디스플레이 블록 광학 요소는 개구(aperture), 프레넬 렌즈, 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 필터, 편광기, 디퓨저, 섬유 테이퍼 또는 전자 디스플레이로부터 방출된 이미지 광에 영향을 주는 임의의 다른 적절한 광학 요소를 포함한다. 일부 실시예로, 하나 이상의 디스플레이 블록 광학 요소는 하나 이상의 코팅, 가령 반사방지 코팅을 가질 수 있다.
광학 블록(218)은 디스플레이 블록(228)로부터 수신된 광을 확대하고, 광과 연관된 광학 수차를 보정하고, 보정된 이미지 광이 VR 헤드셋(105)의 사용자에게 제시된다. 광학 요소는 개구, 프레넬(Fresnel) 렌즈, 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 필터, 또는 디스플레이 블록(228)로부터 방출된 이미지 광에 영향을 주는 임의의 다른 적절한 광학 요소일 수 있다. 또한, 광학 블록(218)은 상이한 광학 요소들의 조합을 포함 할 수 있다. 일부 실시예로, 광학 블록(218) 내의 하나 이상의 광학 요소는 하나 이상의 코팅, 가령 반사방지 코팅을 가질 수 있다. 광학 블록(218)에 의한 이미지 광의 확대는 디스플레이 블록(228)의 요소가 큰 디스플레이보다 물리적으로 작고, 가볍고, 더 적은 전력을 소비할 수 있게 한다. 추가로, 확대는 디스플레이되는 미디어의 시야각을 증가시킬 수 있다. 예컨대, 디스플레이되는 미디어의 시야는 사용자의 시야의 거의 전부, 그리고 일부의 경우 전부를 사용하여(예컨대, 110도의 대각선으로) 디스플레이되는 미디어가 제시되도록 한다. 일부 실시예에서, 광학 블록(218)은 그 효과적인 초점 거리가 디스플레이 블록(228)에 의해 투영되는 이미지 광을 확대하는 디스플레이 블록(228)와의 간격보다 크도록 설계된다. 추가로, 일부 실시예에서 확대의 양은 광학 요소의 추가 또는 제거에 의해 조정될 수 있다.
디스플레이 블록(228) 및 광학 블록(218)은 FC 디스플레이(115) 내에서 상이한 구성을 취할 수 있다. 상이한 구성은 도 3a-7b와 관련하여 후술된다.
도 3a는 일실시예에 따른 FC 디스플레이(315)의 단면도(300)이다. 일부 실시예에서, FC 디스플레이(315)는 VR 헤드셋(105)의 FC 디스플레이(115)의 일부이다. 다른 실시예에서, 일부 다른 전자 디스플레이, 예컨대 AR 디스플레이 HMD, VR 디스플레이, 디지털 마이크로스코프 등의 일부이다. FC 디스플레이(315)는 디스플레이 블록(328)과 광학 블록(318)을 포함한다. FC 디스플레이(315)는 이미지 광을 예컨대, 광학 시스템(예컨대, 광학 블록(318))의 초점면과 일치하는 형상으로 방출함으로써 필드 곡률을 보정한다(그리고 이로써 퓨필 스윔을 완화한다). 사출 동공(350)은 사용자의 눈(345)이 위치한 곳이다. 예시의 목적으로, 도 3a는 하나의 눈(345)과 연관된 FC 디스플레이(315)의 단면을 도시하지만, FC 디스플레이(315)로부터 분리된 다른 FC 디스플레이가 사용자의 다른 눈에 변경된 이미지 광을 제공한다. FC 디스플레이(315)의 일부 실시예는 본 명세서에 기술된 것들과는 상이한 컴포넌트를 가진다. 일부 경우에, 유사하게, 기능은 본 명세서에 기술되는 것과는 상이한 방식으로 컴포넌트들 사이에 분산될 수 있다. 디스플레이 블록(328)은 전자 디스플레이 패널(330) 및 섬유 테이퍼(340)를 포함한다. 전자 디스플레이 패널(330)은 전자 신호로부터 시각적 정보를 표시한다. 전자 디스플레이 패널(330)의 예시는: 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 액티브 매트릭스 유가 발광 다이오드 디스플레이(AMOLED), 어떤 타입의 플렉서블 디스플레이, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
섬유 테이퍼(340)는 테이퍼링된 섬유 광학판이다. 섬유 광학판은 광섬유 다발로 만들어지고, 그 내부 표면으로부터 그 외부 표면으로 직접 광을 보여준다. 테이퍼링된 섬유 광학판은 일반적으로 섬유 광학 페이스 플레이트에 열처리를 사용함으로써 만들어지고, 내부 표면 대 외부 표면의 크기 비를 변경한다. 섬유 테이퍼는 전자 디스플레이 패널(330)의 확대를 가능하게 하는데 사용될 수 있고, 섬유 테이퍼(340)의 디스플레이면(342)은 섬유 광학 페이스 플레이트와 유사한 곡면 디스플레이면이 되도록 연마될 수 있다.
섬유 테이퍼(340)의 장착면(344)은 전자 디스플레이 패널(330)의 표면에 형성 및 부착된다. 섬유 테이퍼(340)는 장착면(344)을 통해 디스플레이 패널(330)로부터 광을 수신하고 수신된 광을 출력되는 이미지 광이 필드 곡률에 대해 보정되도록 하는 형상을 가진 디스플레이면(342)을 통해 출력하는 복수의 광섬유를 포함한다. 이 실시예에서, 디스플레이면(342)은 구형으로 오목한(예컨대, 구의 일부) 형상을 가진다. 하지만, 다른 실시예에서, 디스플레이면(342)은 구형으로 볼록하거나, 회전 대칭인 구이거나, 비구면, 자유 형상 또는 필드 곡률과 다른 광학 수차를 완화하는 일부 다른 형상일 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이면(342)의 형상은 추가로 다른 형태의 광학 수차, 예컨대 필드 의존 수차를 보정하도록 설계될 수 있다.
이 실시예에서, 전자 디스플레이 패널(330)은 평면을 가지고, 따라서 섬유 테이퍼(340)의 장착면(344)도 평면이다. 대안적으로, 도시되지 않았지만, 전자 디스플레이 패널(330)은 원통형으로 만곡되거나 일부 다른 형상을 가질 수 있다. 장착면(344)은 전자 디스플레이 패널(330)의 표면과 일치하도록 형성되어, 섬유 테이퍼(340)의 장착면(344)은 전자 디스플레이 패널(330)의 표면에 부착된다. 예를 들어, 만약 전자 디스플레이 패널 표면이 평면이면, 장착면(344)이 평면이고, 만약 전자 디스플레이 평면이 원통형으로 볼록하면, 장착면(344)이 원통형으로 볼록인 등이다. 전자 디스플레이 패널(330)과 장착면(344)은 장착면(344)과 전자 디스플레이 패널의 커버 글래스 사이에 공기 갭이나 이격이 없도록 연결되어 디스플레이 밖으로 나가는 광이 섬유 테이퍼(340)에 들어가기 전 발산 및 이웃 픽셀과 혼합되는 것(광학 크로스토크)을 방지한다. 일실시예에서, 전자 디스플레이 패널(330)의 커버 글래스는 섬유 광 페이스 플레이트인데, 섬유 테이퍼(340)와 조합하여 사용되어 섬유 테이퍼(340)에 들어가기 전에 디스플레이 패널(330)을 나가는 광의 광학 크로스 토크 방지를 도울 수 있다. 다른 실시예에서, 전자 디스플레이 패널(330)의 커버 글래스는 섬유 테이퍼(340)에 들어가기 전에 전자 디스플레이 패널(330)을 나가는 광의 광학 크로스 토크를 감소시키기 위하여 픽셀 피치보다 작은 두께를 가지는 밀봉 막이다. 나아가, 섬유 테이퍼(340)의 섬유의 직경은 이웃 픽셀로부터의 광과 혼합되는 것을 방지하기 위하여 전자 디스플레이 패널(330)의 픽셀 피치 이하의 크기이다. 필드 곡률을 보정하기 위하여 섬유 테이퍼를 사용하는 이 실시예의 한 이점은 이 기술로 평면 패널 디스플레이를 사용할 수 있다는 것이다. 평면 패널 디스플레이는 일반적으로 곡면 디스플레이보다 싸고 제조가 쉽다.
다른 실시예에서, 도 3a에 도시되지 않았지만, 섬유 테이퍼(340)는 섬유 광 페이스 플레이트일 수 있고, 전자 디스플레이 패널(330)은 곡면 디스플레이일 수 있다. 다른 실시예에서, 전자 디스플레이 패널(330)의 커버 글래스는 섬유 테이퍼(340)를 대체하는 섬유 광 페이스 플레이트일 수 있다. 이 섬유 광 페이스 플레이트는 확대 또는 이미지 크기 변경을 제공할 필요가 없지만, 이미지 평면의 형상을 변경할 수 있다. 형상은 광학 블록(318)으로부터 생성된 넷 필드 곡률에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 만약 광학 블록(318)이 양의 굴절 렌즈 요소로 구성된다면, 이들 요소로부터의 필드 곡률은 오목한 이미지 평면을 생성하고, 섬유 광 페이스 플레이트의 표면은 광학 블록(318)에 의해 생성된 필드 곡률을 보상하기 위하여 오목한 이미지 평면을 생성하는 형상일 수 있다. 다른 예시에서, 만약 광학 블록(318)이 반사성 양의 렌즈 요소로 구성된다면, 이들 요소로부터의 필드 곡률은 볼록한 이미지 평면을 생성하고, 섬유 광 페이스 플레이트의 표면은 이에 따라 보상을 위한 형상일 수 있다. 섬유 광 페이스 플레이트의 개구수는 광이 공기와 섬유 광 페이스 플레이트 간의 계면에서, 그리고 광학 블록(318)을 통해 굴절된 후 아이박스가 채워질 수 있는 크기이다.
광학 블록(318)은 디스플레이 블록으로부터 수신된 광을 확대하고 이미지 광과 연관된 광학 수차를 보정한다. 광학 블록(318)은 광학 블록(218)과 동일한 기능을 가진다. 광학 블록(318)은 렌즈 홀더(320)에 의해 연결된 렌즈(321)와 렌즈(322)로 이루어진다. 광학 블록(318)의 렌즈들은 반사 방지 코팅과 같은 하나 이상의 코팅을 가질 수 있다.
도 3b는 일실시예에 따른 도 3a에 도시된 FC 디스플레이(315)를 포함하는 디스플레이 조립체(340)의 사시도이다. 이 실시예에서, FC 디스플레이 조립체(340)는 사용자의 각 눈에 한 디스플레이씩 두 FC 디스플레이 요소(315)로 이루어진다. FC 디스플레이 조립체(340)는 두 디스플레이 블록(328a 및 328b) 및 두 대응하는 광학 블록(318a 및 318b)를 포함하는데, 도 3a에 도시된 디스플레이 블록(328) 및 광학 블록(318)과 동일하다.
도 4는 일실시예에 따른 디스플레이 블록(428)에 기반한 프로젝션을 포함하는 FC 디스플레이(415)의 일실시예의 단면도(400)이다. 일부 실시예에서, FC 디스플레이(415)는 VR 헤드셋(105)의 FC 디스플레이(115)의 일부이다. 다른 실시예에서, 일부 다른 전자 디스플레이, 예컨대 AR 디스플레이 HMD, VR 디스플레이, 디지털 마이크로스코프 등의 일부이다. FC 디스플레이(415)는 디스플레이 블록(428) 및 광학 블록(418)을 포함한다. FC 디스플레이(415)는 이미지 광을 광학 시스템(예컨대, 광학 블록(418))의 곡면 초점면과 일치하는 곡면에 방출하는 디스플레이 블록(428)을 가짐으로써 필드 곡률을 보정한다. 사출 동공(450)은 사용자의 눈(445)이 위치한 곳이다. 예시의 목적으로, 도 4는 하나의 눈(445)과 연관된 FC 디스플레이(415)의 단면을 도시하지만, FC 디스플레이(415)로부터 분리된 다른 FC 디스플레이가 사용자의 다른 눈에 변경된 이미지 광을 제공한다. FC 디스플레이(415)의 일부 실시예는 본 명세서에 기술된 것들과는 상이한 컴포넌트를 가진다. 일부 경우에, 유사하게, 기능은 본 명세서에 기술되는 것과는 상이한 방식으로 컴포넌트들 사이에 분산될 수 있다.
디스플레이 블록(428)은 프로젝터(430)와 디퓨저(440)를 포함한다. 프로젝터(430)는 레이저 프로젝터, 피코 프로젝터 또는 DMD(digital mirror device)를 사용하는 것과 같은 다른 타입의 프로젝터일 수 있다. 디퓨저(440)는 프로젝터(430)로부터의 투영된 광을 확산시킨다. 디퓨저(440)의 형상은 출력되는 이미지 광이 광학 블록(418)의 초점면에 대응하는 곡면 이미지 평면을 따르고 이에 따라 필드 곡률에 대해 보정되도록 한다. 이 실시예에서, 디퓨저(440)은 구형으로 오목한(예컨대, 구의 일부) 형상을 가진다. 하지만, 다른 실시예에서, 디퓨저(440)는 구형으로 볼록하거나, 회전 대칭인 구이거나, 자유 형상 또는 필드 곡률을 완화하는 일부 다른 형상일 수 있다. 일부 실시예에서, 디퓨저(440)의 형상은 추가로 다른 형태의 광학 수차를 보정하도록 설계될 수 있다. 디퓨저(440)의 입자 크기는 시청자가 볼 때, 예컨대 VR 헤드셋(105)에서 사용될 때 더러운 스크린 아티팩트를 가지는 것을 피하기 위하여 픽셀 피치보다 작은 크기의 입자 크기를 가질 수 있다. 이 실시예에서, 프로젝터(430)는 사용자의 눈(445)에 대하여 디퓨저(440) 뒤에 위치한다. 대안적 실시예에서, 도시되지 않았지만, 프로젝터(430)는 사용자의 눈(445)에 대하여 디퓨저(440) 앞에 위치할 수 있고, 디퓨저(440)는 반사면일 수 있다.
광학 블록(418)은 도 3a의 광학 블록(318)과 유사하다. 광학 블록(418)은 두 렌즈, 렌즈(421) 및 렌즈(422)를 포함한다. 이들 렌즈는 도면에 도시되지 않았지만 렌즈 홀더에 의해 연결될 수 있다. 광학 블록은 디스플레이 블록으로부터 수신된 광을 확대하고 이미지 광과 연관된 광학 수차를 보정한다.
도 5a는 일실시예에 따른 곡면 반사 편광자를 포함하는 FC 디스플레이(505)의 일실시예의 단면도(500)이다. 일부 실시예에서, FC 디스플레이(505)는 VR 헤드셋(105)의 FC 디스플레이(115)의 일부이다. 다른 실시예에서, 일부 다른 전자 디스플레이, 예컨대 AR 디스플레이 HMD, VR 디스플레이, 디지털 마이크로스코프 등의 일부이다. FC 디스플레이(505)는 디스플레이 블록(510)과 광학 블록(515)을 포함한다. 사출 동공(518)은 사용자의 눈(520)이 위치한 곳이다. 예시의 목적으로, 도 5a는 하나의 눈(520)과 연관된 FC 디스플레이(505)의 단면을 도시하지만, FC 디스플레이(505)로부터 분리된 다른 FC 디스플레이가 사용자의 다른 눈에 변경된 이미지 광을 제공한다. FC 디스플레이(505)의 일부 실시예는 본 명세서에 기술된 것들과는 상이한 컴포넌트를 가진다. 일부 경우에, 유사하게, 기능은 본 명세서에 기술되는 것과는 상이한 방식으로 컴포넌트들 사이에 분산될 수 있다.
디스플레이 블록(510)은 필드 곡률에 대하여 보정된 광을 방출한다. 디스플레이 블록(510)은 전자 디스플레이 패널, 반사 편광자, 하나 이상의 1/4 파장판, 하나 이상의 반사기, 하나 이상의 선형 편광자 또는 그 일부의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 디스플레이 패널은 부분적으로 반사성이고, 패널은 픽셀 영역 바깥의 영역, 예컨대 블랙 매트릭스 또는 발광하지 않는 디스플레이의 영역에서 반사성이다. 다른 실시예에서, 전자 디스플레이 패널은 투명 전자 디스플레이 패널일 수 있다. 투명 전자 디스플레이 패널은 예를 들어 투명한 유기 발광 다이오드 디스플레이(TOLED), 일부 다른 투명 전자 디스플레이, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
반사 편광자는 필드 곡률에 대하여 보정하고 광을 편광시키는 형상의 곡면 광학 요소이다. 반사 편광자는 x 방향으로 선형으로 편광된 광을 반사하고, y 방향으로 선형으로 편광된 광을 통과하도록 구성될 수 있다(또는 그 반대). 반사 편광자는 음의 페츠발(Petzval) 곡률을 제공하기 위하여 구형으로 오목한(예컨대, 구의 일부) 형상일 수 있다. 하지만, 다른 실시예에서, 반사 편광자는 구형으로 볼록하거나, 회전 대칭인 비구면이거나, 자유 형상 또는 필드 곡률을 완화하는 일부 다른 형상일 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 편광자의 형상은 추가로 다른 형태의 광학 수차를 보정하도록 설계될 수 있다. 반사 편광자 요소의 기능은 도 5b-5d와 관련하여 자세히 후술된다.
하나 이상의 1/4 파장판 요소가 디스플레이 블록(510)에 포함된다. 1/4 파장판은 편광축을 포함한다. 편광축은 y 방향(수직 방향의 선형 편광된 광의 방향)에 대하여 45도(또는 90도) 시프트된다. 유사하게, 1/4 파장판은 원형으로 편광된 광을 선형으로 편광된 광으로 변환한다. 입사하는 선형 편광된 광에 대한 1/4 파장판 축의 방향은 방출되는 원형으로 편광된 광의 좌우성(handedness)(시계 방향 또는 반시계 방향)을 제어한다. 1/4 파장판 요소의 기능은 도 5b-5d와 관련하여 자세히 후술된다.
광학 블록(515)은 도 3a의 광학 블록(318)과 유사하다. 광학 블록(515)은 두 렌즈, 렌즈(521) 및 렌즈(522)를 포함한다. 이들 렌즈는 도면에 도시되지 않았지만 렌즈 홀더에 의해 연결될 수 있다. 광학 블록은 디스플레이 블록(510)으로부터 수신된 광을 확대하고 이미지 광과 연관된 광학 수차를 보정한다. 광학 블록의 렌즈 요소의 수와 렌즈 설계(형상, 굴절/반사, 재료, 굴절/회절)은 달라질 수 있다.
도 5b는 일실시예에 따른 도 5a로부터의 디스플레이 블록(510)의 단면도(525)이다. 전자 디스플레이 패널(526)은 원형 편광자를 포함하지 않는 OLED 디스플레이일 수 있다(예컨대, 선형 편광자와 1/4 파장판이 디스플레이의 픽셀을 오버레이한다). 일부 경우에, OLED 디스플레이는 디스플레이면으로부터의 주변광을 줄이고 디스플레이의 콘트라스트의 증가를 돕기 위하여 원형 편광자를 포함한다. 하지만, 일부 경우에, 원형 편광자는 OLED 디스플레이가 HMD에 사용되는 경우에 포함되지 않을 수 있는데 HMD의 경우 주변광이 이미 사용자로부터 차폐되기 때문이다. 전자 디스플레이 패널(526)은 복수의 픽셀 그룹(528)을 포함한다. 각 픽셀 그룹(528)은 픽셀(530), 블랙 매트릭스(532), 선형 편광자(534), 반사기(536) 및 1/4 파장판(538)을 포함한다. 픽셀(530)은 기판(539) 상에 형성된다. 블랙 매트릭스(532)는 다른 픽셀 그룹(528)의 인접 픽셀(530)로부터 픽셀(530)을 분리한다. 대안적인 실시예에서, 픽셀 그룹은 상이한 또는 추가적 요소(예컨대, 다수의 픽셀(530))를 포함할 수 있다.
선형 편광자(534)는 픽셀(530)을 오버레이한다. 선형 편광자(534)는 픽셀(530)에서 방출된 광을 선형으로 편광시킨다. 편광자는 선형으로 편광된 광이 제1 방향으로 배향되도록 배향된다. 선형 편광자(534)는 예컨대, 흡수성 편광자, 박막 편광자 또는 광을 선형으로 편광시키는 일부 다른 타입의 편광자일 수 있다.
반사기(536)는 입사광을 반사한다. 반사기(536)는 픽셀(530)에 의해 방출되는 파장의 광을 반사하는 물질(예컨대, 알루미늄, 은)이다. 반사기(536)는 전자 디스플레이 패널(526)의 블랙 매트릭스(532)를 오버레이한다.
곡면 반사 편광자(540)는 도 5a의 것과 유사하고, 전자 디스플레이 패널(526)로부터 방출되는 광을 수신하도록 위치한다. 유사하게, 1/4 파장판(538)은 도 5a에 도시된 것과 유사하다.
주어진 픽셀 그룹(528)에 대하여, 픽셀(530)로부터 방출된 광(541)은 선형 편광자(534)에 의하여 제1 방향으로 선형으로 편광된다. 이 선형으로 편광된 광(542)은 곡면 반사 편광자(540)에 입사하고 전자 디스플레이 패널(526)을 향해 다시 반사되는데 제1 방향은 반사 편광자(540)의 투과 축에 수직하기 때문이다. 반사된 광(543)의 일부는 1/4 파장판(538)에 입사한다. 광(544)은 1/4 파장판(538)을 통해 이동하고 특정 좌우성(예컨대, 시계 방향)의 원형으로 편광된 광으로 출사한다. 원형으로 편광된 광은 반사기(536)에 반사되고 반대 좌우성(예컨대, 반시계 방향)의 원형으로 편광된 광(545)이 된다. 반사된 광은 1/4 파장판(538)을 통해 이동하고 선형으로 편광된 광(546)으로 1/4 파장판(538)을 빠져 나간다. 광(546)은 제1 방향과 수직인 편광을 가져서, 반사 편광자(540)의 투과 축과 정렬된다. 광(546)은 반사 편광자(540)에 의해 투과된다. 도 5c는 일실시예에 따른 제2 1/4 파장판(551)을 포함하는 디스플레이 블록(510)의 단면도(550)이다. 디스플레이 블록(510)은 전자 디스플레이 패널(552)과 곡면 반사 편광자(540) 사이의 제2 1/4 파장판(551)을 포함한다. 곡면 반사 편광자(540)는 도 5a의 것과 유사하다. 평평하게 도시되었지만, 제2 1/4 파장판(551)은 곡면일 수 있다. 전자 디스플레이 패널(552)은 복수의 픽셀 그룹(554)을 포함한다. 픽셀 그룹(554)은 픽셀(556), 블랙 매트릭스(558), 선형 편광자(560), 1/4 파장판(562) 및 반사기(563)를 포함한다. 픽셀(556)은 기판(564) 상에 형성된다. 블랙 매트릭스(558)는 다른 픽셀 그룹(554)의 인접 픽셀(556)로부터 픽셀(556)을 분리한다. 대안적인 실시예에서, 픽셀 그룹은 상이한 또는 추가적 요소(예컨대, 다수의 픽셀(556))을 포함할 수 있다.
선형 편광자(560)와 1/4 파장판(562)은 함께 원형 편광자를 형성하는데, 픽셀(556)을 오버레이하고, 반사기(563)는 블랙 매트릭스(558)를 오버레이한다. 비록 전자 디스플레이 패널(552)의 일부로 도시되지만, 원형 편광자와 반사기(563)는 전자 디스플레이 패널(552)와 별개일 수 있다. 비록 반사기(563)가 도 5c에 별개의 층으로 도시되지만, 블랙 매트릭스(558)는 반사기일 수 있고, 동일 층일 수 있다.
주어진 픽셀 그룹(554)에 대하여, 픽셀(556)로부터 방출된 광(565)은 선형 편광자(560)에 의하여 제1 방향으로 선형으로 편광되고, 1/4 파장판(562)은 선형으로 편광된 광(566)을 원형으로 편광된 광(567)으로 변환한다. 원형으로 편광된 광(567)은 제2 1/4 파장판(551)을 통과하고 제1 방향으로 선형으로 편광된 광(568)이 된다. 광(568)은 반사 편광자(540)에 의해 반사되는데 제1 방향이 반사 편광자의 투과 축과 직교하기 때문이다. 제2 1/4 파장판(551)은 선형으로 편광된 광(569)을 원형으로 편광된 광(570)으로 변환한다. 원형으로 편광된 광(570)은 특정 좌우성(예컨대, 시계 방향 또는 반시계 방향)을 가진다. 원형으로 편광된 광(570)의 일부(571)는 반사기(563)에 의해 반사된다. 반사된 광(571)은 원형으로 편광되지만 좌우성은 570과 반대이다. 반사된 광은 제2 1/4 파장판(551)을 통해 이동하고 선형으로 편광된 광(572)으로 제2 1/4 파장판(551)을 빠져 나간다. 광(572)은 제1 방향과 수직인 편광을 가져서, 반사 편광자(540)의 투과 축과 정렬된다. 광(572)은 반사 편광자(540)에 의해 투과된다.
도 5d는 일실시예에 따른 투명 전자 디스플레이 패널(576)을 포함하는 도 5a로부터의 디스플레이 블록(510)의 단면도(575)이다. 이 실시예에서, 전자 디스플레이 패널(576)은 곡면 반사 편광자(540)와 1/4 파장판(577) 사이에 위치한 투명 디스플레이이다. 1/4 파장판(577)은 반사기(578)를 오버레이한다. 곡면 반사 편광자(540)는 도 5a의 것과 유사하다.
전자 디스플레이 패널(576)은 복수의 픽셀 그룹(580)을 포함한다. 픽셀 그룹은 픽셀(581)과 선형 편광자(582)를 포함한다. 선형 편광자(582)는 픽셀(581)을 오버레이하고 픽셀(581) 사이의 영역을 오버레이하지 않는다. 픽셀(581)은 기판(585) 상에 형성된다. 기판(585), 픽셀 그룹(580) 및 선형 편광자(582)는 실질적으로 투명하다.
주어진 픽셀 그룹(580)에 대하여, 픽셀(581)로부터 방출된 광(591)은 선형 편광자(582)에 의하여 제1 방향으로 선형으로 편광된다. 선형으로 편광된 광(592)은 반사 편광자(540)에 입사하고 광(593)으로 반사되는데 제1 방향이 반사 편광자(540)의 투과 축과 직교하기 때문이다. 광(593)은 기판(585)을 통해 전파되고 1/4 파장판(577)에 입사한다. 광(594)은 1/4 파장판(577)을 통해 이동하고 특정 좌우성(예컨대, 시계 방향)의 원형으로 편광된 광으로 출사한다. 원형으로 편광된 광은 반사기(578)에 반사되고 반대 좌우성(예컨대, 반시계 방향)의 원형으로 편광된 광(595)이 된다. 반사된 광은 1/4 파장판(577)을 통해 이동하고 선형으로 편광된 광(596)으로 1/4 파장판(577)을 빠져 나간다. 광(596)은 제1 방향과 수직인 편광을 가져서, 반사 편광자(540)의 투과 축과 정렬된다. 광(596)은 기판(585)을 통해 전파되고 반사 편광자(540)에 의해 투과된다.
필드 곡률에 대해 보정하기 위한 도 5a-5d의 실시예의 일부 이점은, 도 6에 도시되는 실시예와 비교할 때, 특히 픽셀 필 팩터가 낮을 경우 더 많은 광 처리량을 가지는 것을 포함한다. 이것은 광이 디스플레이 패널의 픽셀 사이의 영역에서 반사되고 부분 반사 미러와 같은 컴포넌트를 여러 번 통과할 필요가 없기 때문이다.
도 6은 일실시예에 따른 팬케이크 렌즈 조립체(620)를 포함하는 FC 디스플레이(615)의 일실시예의 단면도(600)이다. 일부 실시예에서, FC 디스플레이(615)는 VR 헤드셋(105)의 FC 디스플레이(115)의 일부이다. 다른 실시예에서, 일부 다른 전자 디스플레이, 예컨대 AR 디스플레이 HMD, VR 디스플레이, 디지털 마이크로스코프 등의 일부이다. FC 디스플레이(615)는 전자 디스플레이 패널(630), 편광자(632) 및 팬케이크 렌즈 조립체(620)로 이루어진다. 사출 동공(650)은 사용자의 눈(645)이 위치한 곳이다. 예시의 목적으로, 도 6은 하나의 눈(645)과 연관된 FC 디스플레이(615)의 단면(600)을 도시하지만, FC 디스플레이(615)로부터 분리된 다른 FC 디스플레이가 사용자의 다른 눈에 변경된 이미지 광을 제공한다. FC 디스플레이(615)의 일부 실시예는 본 명세서에 기술된 것들과는 상이한 컴포넌트를 가진다. 일부 경우에, 유사하게, 기능은 본 명세서에 기술되는 것과는 상이한 방식으로 컴포넌트들 사이에 분산될 수 있다.
전자 디스플레이 패널(630)은 도 3a의 전자 디스플레이 패널(330)과 유사하다. 비록 도 6에 전자 디스플레이 패널(630)과 별개로 도시되지만, 선형 편광자(632)는 전자 디스플레이 패널(630)의 일부일 수 있다. 전자 디스플레이 패널(630)로부터 방출되는 광은 편광자(632)를 통해 디스플레이를 빠져 나가, 한 편광의 광을 낳는다.
팬케이크 렌즈 조립체(620)는 부분 반사 미러(634) 및 편광 반사 미러(638)를 포함한다. 도 6에서, 부분 반사 미러(634)는 전자 디스플레이 패널(630)에 가까이 위치하고 편광 반사 미러(638)는 사용자의 눈(645) 가까이에 위치한다. 하지만, 일부 실시예에서, 부분 반사 미러(634)는 사용자의 눈(645) 가까이에 위치할 수 있고, 편광 반사 미러(638)는 전자 디스플레이 패널(630) 가까이에 위치할 수 있다.
부분 반사 미러(634) 및 편광 반사 미러(638)의 하나 이상의 표면은 필드 곡률을 보정하는 형상일 수 있다. 부분 반사 미러(634)의 하나 이상의 표면은 구형으로 오목하거나(예컨대, 구의 일부), 구형으로 볼록하거나, 회전 대칭 비구면, 자유 형상 또는 필드 곡률을 완화하는 일부 다른 형상일 수 있다. 일부 실시예에서, 부분 반사 미러(634)와 편광 반사 미러(638)의 하나 이상의 형상은 추가적으로 다른 형태의 광학 수차를 보정하도록 설계된다. 일부 실시예에서, 팬케이크 렌즈 조립체(620) 내의 하나 이상의 광학 요소는 고스트 이미지를 감소시키고 콘트라스트를 향상시키기 위하여 하나 이상의 코팅, 예컨대 반사 방지 코팅을 가질 수 있다.
부분 반사 미러(634)는 파장판 표면(633)과 거울면(635)을 포함한다. 파장판 표면(633)은 수신된 광의 편광을 시프트하는 1/4 파장판이다. 1/4 파장판은 편광 축을 포함한다. 편광 축은 입사하는 선형으로 편광된 광에 대해 45도 시프트되어 1/4 파장판이 선형으로 편광된 광을 원형으로 편광된 광으로 변환한다. 유사하게, 1/4 파장판은 원형으로 편광된 광을 선형으로 편광된 광으로 변환한다. 거울면(635)은 수신된 광의 일부를 반사하도록 구성되는 부분 반사 거울이다. 일부 실시예에서, 거울면(635)은 입사광의 50%를 투과하고 입사광의 50%를 반사하도록 구성된다.
편광 반사 미러(638)는 파장판 표면(637)과 반사 편광자 표면(639)을 포함한다. 파장판 표면(637)은 1/4 파장판이다. 반사 편광자 표면(639)은 한 편광(차단 편광)의 광을 반사하고 수신된 광의 제2 편광(수직 편광)의 광을 투과하도록 구성되는 부분 반사 미러이다. 예를 들어, 반사 편광자 표면(639)는 x 방향으로 선형으로 편광된 광을 반사하고, y 방향으로 선형으로 편광된 광을 통과하도록 구성될 수 있다.
팬케이크 렌즈 조립체(620)는 필드 곡률을 완화하고 따라서 퓨필 스윔을 감소시키도록 작용한다. 추가로, 팬케이크 렌즈 조립체(620)는 필드 곡률을 제거하도록 설계된 다른 광학 시스템과 비교할 때 작은 폼 팩터와 상대적으로 낮은 무게를 가진다.
전자 디스플레이 패널(630)을 나가는 광은 본질적으로 편광되거나, 선형 편광자(632)를 통해 이동한 후 제1 방향으로 선형으로 편광된 광이 된다. 선형으로 편광된 광은 파장판 표면(633)에 입사하여, 원형으로 편광된 광이 된다. 원형으로 편광된 광의 일부는 부분 반사 미러(634)의 거울면(635)을 통과한다. 원형으로 편광된 광은 파장판 표면(637)을 통과하여, 제1 방향으로 선형으로 편광된 광이 된다. 반사 편광자 표면(639)은 이 선형으로 편광된 광을 반사하는데 제1 방향은 반사 편광자 표면(639)의 편광 축과 수직이기 때문이다. 반사된 광은 파장판 표면(637)을 통해 다시 전파하고 광은 원형으로 편광된다. 원형으로 편광된 광은 거울면(635)에 입사한다. 원형으로 편광된 광의 일부는 거울면(635)에 의해 반사되어, 반대 좌우성으로 원형으로 편광된 광이 된다. 반사된 원형으로 편광된 광은 파장판 표면(637)을 통과하여 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 편광된 수직으로 편광된 광이 된다. 제2 방향은 반사 편광자 표면(639)의 편광 축과 정렬된다. 반사 편광자 표면(639)은 선형으로 편광된 광을 사용자의 눈(645)에 투과한다.
필드 곡률을 보정하기 위하여 팬케이크 렌즈 조립체를 사용하는 이 실시예의 일부 이점은 작은 폼 팩터, 낮은 무게 및 이 기술로 평면 디스플레이를 사용할 수 있다는 것이다.
도 7a는 일실시예에 따른 3개의 렌즈를 포함하는 FC 디스플레이(715)의 다른 실시예의 단면도(700)이다. 일부 실시예에서, FC 디스플레이(715)는 VR 헤드셋(105)의 FC 디스플레이(115)의 일부이다. 다른 실시예에서, 일부 다른 전자 디스플레이, 예컨대 AR 디스플레이 HMD, VR 디스플레이, 디지털 마이크로스코프 등의 일부이다. FC 디스플레이(715)는 디스플레이 블록(728)과 광학 블록(718)을 포함한다. 사출 동공(750)은 사용자의 눈(745)이 위치한 곳이다. 예시의 목적으로, 도 7a는 하나의 눈(745)과 연관된 FC 디스플레이(715)의 단면을 도시하지만, FC 디스플레이(715)로부터 분리된 다른 FC 디스플레이가 사용자의 다른 눈에 변경된 이미지 광을 제공한다. FC 디스플레이(715)의 일부 실시예는 본 명세서에 기술된 것들과는 상이한 컴포넌트를 가진다. 일부 경우에, 유사하게, 기능은 본 명세서에 기술되는 것과는 상이한 방식으로 컴포넌트들 사이에 분산될 수 있다.
디스플레이 블록(728)은 전자 디스플레이 패널(730)로 이루어진다. 전자 디스플레이 패널(730)는 도 3a의 전자 디스플레이 패널(330)과 유사하다.
광학 블록(718)은 도 3a의 광학 블록(318)과 유사하다. 광학 블록(718)은 3개의 렌즈, 렌즈(721) 및 렌즈(722) 및 렌즈(723)를 포함한다. 이 실시예에서, 렌즈(723)는 구형으로 오목한(예컨대, 구의 일부) 형상인 복합 렌즈이다. 하지만, 다른 실시예에서, 렌즈(723)는 구형으로 볼록하거나, 회전 대칭인 구이거나, 자유 형상 또는 필드 곡률을 완화하는 일부 다른 형상일 수 있다. 일부 실시예에서, 렌즈(723)의 형상은 추가로 다른 형태의 광학 수차를 보정하도록 설계될 수 있다. 이들 렌즈는 도면에 도시되지 않았지만 렌즈 홀더에 의해 연결될 수 있다. 광학 블록은 디스플레이 블록(728)으로부터 수신된 광을 확대하고 이미지 광과 연관된 광학 수차를 보정한다.
도 7b는 일실시예에 따른 두 렌즈를 포함하는 FC 디스플레이(755)의 다른 실시예의 단면도(751)이다. 일부 실시예에서, FC 디스플레이(755)는 VR 헤드셋(105)의 FC 디스플레이(115)의 일부이다. 다른 실시예에서, 일부 다른 전자 디스플레이, 예컨대 AR 디스플레이 HMD, VR 디스플레이, 디지털 마이크로스코프 등의 일부이다. FC 디스플레이(755)는 디스플레이 블록(728)과 광학 블록(758)을 포함한다. 사출 동공(750)은 사용자의 눈(745)이 위치한 곳이다. 예시의 목적으로, 도 7b는 하나의 눈(745)과 연관된 FC 디스플레이(755)의 단면을 도시하지만, FC 디스플레이(755)로부터 분리된 다른 FC 디스플레이가 사용자의 다른 눈에 변경된 이미지 광을 제공한다. FC 디스플레이(755)의 일부 실시예는 본 명세서에 기술된 것들과는 상이한 컴포넌트를 가진다. 일부 경우에, 유사하게, 기능은 본 명세서에 기술되는 것과는 상이한 방식으로 컴포넌트들 사이에 분산될 수 있다. 이 실시예에서, 광학 블록(758)은 두 상이한 종류의 플라스틱을 사용한 완전 플라스틱 설계이며, “역 켈너(reverse Kellner)” 접안 렌즈 설계의 변형이다. 광학 블록(758)은 두 렌즈, 렌즈(761)와 렌즈(762)를 포함하고, 렌즈(762)는 더블릿이다. 이 설계는 넓은 시야(80도 이상의 전체 시야)와 합리적인 눈동자 거리(eye relief)를 제공할 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 실시예에서, 적어도 하나의 음의 요소가 필드 곡률을 보정하기 위해 사용된다. 예를 들어, 도 7a에서, 렌즈(721) 및 렌즈(723)의 일부는 음의 요소이다. 도 7b에서, 렌즈(762)의 일부(762b)는 음의 요소이다. 렌즈는 유리, 플라스틱 또는 유리와 플라스틱의 조합으로 설계 및 제조될 수 있다. 플라스틱이 선호되는 재료인데 경량 및 저비용 제조 방법이 사용 가능하기 때문이다. 상이한 분산 파라미터를 가지는 상이한 재료를 사용하는 것은 축 방향 및 측면 색수차를 보정하는데 도움이 된다. 개별 렌즈 표면은 구면, 비구면 또는 자유 형태 표면일 수 있다.
추가적인 구성 정보
본 명세서의 실시예들의 상술한 설명은 예시의 목적으로 제시된 것으로서, 배타적이거나 개시된 정확한 형태들로 본 명세서를 제한하고자 하는 것이 아니다. 당업자는 상술한 명세서의 관점에서 많은 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다.
본 명세서에 사용된 언어는 가독성과 지시의 목적을 위해 원칙적으로 선택된 것으로서 발명의 대상을 제한하거나 한정하도록 선택된 것이 아니다. 따라서, 본 명세서의 범위는 발명의 상세한 설명에 의해서가 아니라 본 명세서를 기초로 출원된 임의의 청구범위들에 의해 한정되는 것으로 의도된다. 따라서, 개시된 실시예는 하기의 청구범위에 제시된 개시내용의 범위를 예시하기 위한 것이며, 제한하려는 것이 아니다.

Claims (20)

  1. 시스템으로서,
    시스템의 사용자의 눈에 출력되는 이미지에서 필드 곡률에 대해 보정하도록 구성되는 FC(field curvature corrected) 디스플레이를 포함하고,
    FC 디스플레이는:
    이미지 광을 출력하도록 구성되는 디스플레이 블록을 포함하고,
    디스플레이 블록은:
    프로젝터 및 디퓨저로서, 디퓨저는 프로젝터로부터 이미지 광을 수신하도록 구성되고, 디퓨저는 필드 곡률에 대해 보정된 이미지 광을 출력하도록 구성되는 형상을 갖는, 프로젝터 및 디퓨저; 및
    시스템의 사용자의 눈의 위치에 대응하는 시스템의 사출 동공으로 필드 곡률에 대해 보정된 이미지 광을 광학적으로 유도하도록 구성되는 광학 블록을 포함하는 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    디퓨저의 입자 크기는 프로젝터의 픽셀 피치보다 작은 크기인 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    디퓨저의 형상은 광학 블록의 초점면에 대응하는 곡면 이미지 평면을 따라 이미지 광을 출력하도록 구성되는 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    디퓨저는 프로젝터로부터 이미지 광을 확산시키도록 구성되는 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    디퓨저는 반사면을 포함하는 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    프로젝터는 사용자의 눈에 대하여 디퓨저 뒤에 위치하는 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    프로젝터는 사용자의 눈에 대하여 디퓨저 앞에 위치하는 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    프로젝터는 레이저 프로젝터인 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    프로젝터는 피코 프로젝터인 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    프로젝터는 DMD(digital mirror device)를 포함하는 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    디퓨저의 형상은 구형으로 오목한 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    디퓨저의 형상은 구형으로 볼록한 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    디퓨저의 형상은 회전 대칭인 구인 시스템.
  14. 청구항 1에 있어서,
    디퓨저의 형상은 자유 형상인 시스템.
  15. 청구항 1에 있어서,
    디퓨저의 형상은 추가적인 광학 수차를 보정하는 시스템.
  16. 시스템으로서,
    이미지 광을 투영하도록 구성되는 프로젝터;
    이미지 광을 수신하고 이미지 광을 확산시키도록 구성되는 곡면 디퓨저; 및
    시스템 사용자의 눈의 위치에 대응하는 시스템의 사출 동공으로 필드 곡률에 대해 보정된 이미지 광을 광학적으로 유도하도록 구성되는 곡면 초점면을 갖는 광학 블록을 포함하는 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    곡면 디퓨저의 입자 크기는 프로젝터의 픽셀 피치보다 작은 크기인 시스템.
  18. 청구항 16에 있어서,
    곡면 디퓨저의 형상은 필드 곡률을 보정하기 위해 광학 블록의 곡면 초점면에 대응하는 곡면 이미지 평면을 따라 이미지 광을 출력하도록 구성되는 시스템.
  19. 청구항 16에 있어서,
    곡면 디퓨저는 반사면을 포함하는 시스템.
  20. 청구항 16에 있어서,
    프로젝터는 레이저 프로젝터, 피코 프로젝터, 또는 DMD를 포함하는 프로젝터인 시스템.
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