KR20220126774A - 자유형 가변 초점 광학 조립체 - Google Patents

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아프손 자말리
강 리
창원 장
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메타 플랫폼즈 테크놀로지스, 엘엘씨
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Abstract

자유형 가변 초점 광학 조립체는 판차라트남-베리 위상(PBP) 렌즈, 편광 감지 홀로그램(PSH) 렌즈, 메타물질, 또는 이들의 조합을 포함하는 제1 복수의 광학 요소를 포함하는 적어도 3개의 광학 모듈을 포함한다. 각각의 광학 모듈의 복수의 광학 요소는 제르니케 다항식과 관련된 특성을 포함한다. 제1 및 3개의 광학 모듈의 각각은 복수의 광출력 사이에서 구성 가능하다. 자유형 가변 초점 광학 조립체는 입력 파면에 응답하여 사전 결정된 파면을 출력하도록 구성 가능하다.

Description

자유형 가변 초점 광학 조립체
본 출원은 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함되는 2020년 1월 24일자 출원된 미국 특허 가출원 제62/965,455호의 이익을 주장한다.
본 개시내용은 일반적으로 다양한 유형의 전자 시스템 및 디바이스에서 구현되는 광학 요소 및 광학 시스템에 관한 것이다.
머리 착용형 디스플레이 디바이스를 포함하는 광학 디바이스는 사용자에게 시각적 정보를 제공한다. 예를 들어, 머리 착용형 디스플레이는 가상 현실 및 증강 현실 작업에 사용된다. 머리 착용형 디스플레이는 종종 전자 이미지 소스와 광학 조립체를 포함한다.
원근 조절(accommodation)은 인간 눈의 모양체 근육과 현수 인대가 눈의 수정체를 팽창시키거나 평평하게 하여 망막의 객체에 초점을 맞추는 시력 과정을 지칭한다. 눈의 원근 조절이 불완전하면, 수정체에 입사되는 평행 광선이 망막 뒤의 지점(원시 또는 원시안) 또는 망막 앞의 지점(근시 또는 근시안)으로 수렴될 수 있다. 이러한 시력 결함을 교정하기 위해, 적절한 초점 거리의 수렴 렌즈가 고근방성 눈(hypermyotropic eye) 앞에 배치되고, 적절한 초점 거리의 발산 렌즈가 근시안(myopic eye) 앞에 배치된다. 눈 앞에 배치된 렌즈는 구면 보정을 제공하며, 그 정도는 양 또는 음의 디옵터(D)의 렌즈 초점 거리에 의존한다.
난시, 코마(coma), 트레포일(trefoil), 쿼드라포일(quadrafoil), 2차 난시 등과 같은 고차 수차는 눈이 광을 망막에 고르게 초점을 맞추지 못하는 굴절 이상을 유발할 수 있다. 수차는 이미지가 흐릿하고 늘어져 보이게 하고, 두통, 눈의 피로, 사시, 왜곡되거나 흐릿한 시야를 유발할 수 있다.
가변 초점 광학 조립체는 조정 가능한 광출력(optical power)을 가지도록 구성 가능한 여러 개의 조정 가능한 스테이지를 포함하며, 한 예에서, 객체의 디스플레이된 이미지가 디스플레이 관찰자의 양쪽 눈의 망막에 적절하게 초점이 맞춰지도록 머리 착용형 디스플레이와 같은 광학 디바이스에서 사용될 수 있다. 광학 조립체에서, 복수의 광학 스테이지를 가지는 광학 스택의 초점 거리는 하나 이상의 광학 스테이지의 각각의 상태를 변경하는 것에 의해 조정될 수 있다. 예를 들어, 제1 상태에서, 광학 스테이지는 제1 편광의 광에 대한 제1 각각의 광출력, 및 제1 편광에 직교하는 제2 편광에 대한, 제1 각각의 광출력과 상이한 제2 각각의 광출력을 가지도록 구성될 수 있다. 제2 상태에서, 각각의 광학 스테이지는 제1 편광의 광에 대한 제3 광출력, 및 제2 편광의 광에 대한 제4 광출력을 가지도록 구성될 수 있다. 광학 스택의 초점 거리와 가변 초점 광학 조립체의 전체 광학 출력(위에서 논의된 바와 같이 + 또는 - D로서 측정된)은 관찰자를 위한 파면 보정을 제공하고 및/또는 원근 조절을 향상시키도록 조립체의 하나 이상의 연속적인 광학 스테이지를 구성하는 것에 의해 달라질 수 있다.
일반적으로, 본 개시내용은 디스플레이 디바이스(예를 들어, 머리 착용형 디스플레이 디바이스)의 광학 시스템의 구성요소로서 사용될 수 있는 자유형 가변 초점 광학 조립체에 관한 것이다. 가변 초점 광학 조립체는 디스플레이 디바이스를 사용하는 동안 관찰자의 전반적인 편안함과 즐거움을 증가시키기 위해 초점 및 고차 수차 보정을 제공하는 것에 의해 디스플레이 관찰자의 한쪽 또는 양쪽 눈의 원근 조절을 향상시키도록 구성될 수 있는 광학 스택을 포함한다. 본 개시내용은 또한 디스플레이 디바이스의 광학 시스템에 독립적인 임의의 입력 파면으로부터 사전 결정된 파면을 출력하는데 사용될 수 있는 자유형 가변 초점 광학 조립체에 관한 것이다. 예를 들어, 자유형 가변 초점 광학 조립체는 예를 들어 파면에서의 왜곡을 보상하기 위해 적응형 광학 요소로서 사용될 수 있다. 일부 예에서, 자유형 가변 초점 광학 조립체는 가변 초점 광학 조립체를 포함하는 광학 모듈들의 각각의 파면 조정의 상이한 조합에 기초하여 가변 파면을 출력하도록 구성될 수 있다.
가변 초점 광학 조립체는 디스플레이와 관찰자의 한쪽 또는 양쪽 눈 사이에 광학 스택을 형성할 수 있는 렌즈화 광학 조립체(lensing optical assembly)를 포함한다. 렌즈화 광학 조립체는 교정 안경 렌즈와 같이 각각의 눈의 저차 수차(lower order aberration)뿐만 아니라 고차 수차를 교정하도록 구성할 수 있다. 렌즈화 광학 조립체는 얇고 가벼워, 머리 착용형 디스플레이(또는 모든 광학 디바이스)의 전체 중량을 감소시키고, 보다 최적의 디바이스 폼 팩터를 제공하여, 그 중 하나 또는 둘 모두가 관찰자의 보기 경험을 향상시킬 수 있다.
일부 예에서, 본 개시내용은 적어도 3개의 광학 모듈을 포함하는 자유형 가변 초점 렌즈를 설명하고, 각각의 광학 모듈은 대응하는 복수의 편광 감지 광학 요소를 포함한다. 각각의 광학 모듈은 대응하는 제르니케 다항식(Zernike polynomial)과 관련되고, 각각의 광학 모듈에 대해, 대응하는 복수의 광학 요소는 대응하는 제르니케 다항식과 관련된 대응하는 특성을 포함한다. 각각의 광학 모듈과 관련된 대응하는 제르니케 다항식은 상이할 수 있다.
일부 예에서, 본 개시내용은 이미지 광을 방출하도록 구성된 디스플레이를 포함하는 머리 착용형 디스플레이를 설명한다. 머리 착용형 디스플레이는 적어도 3개의 광학 모듈을 포함하는 자유형 가변 초점 광학 조립체를 추가로 포함하고, 각각의 광학 모듈은 대응하는 복수의 편광 감지 광학 요소를 포함한다. 각각의 광학 모듈은 대응하는 제르니케 다항식과 관련되고, 각각의 광학 모듈에 대해, 대응하는 복수의 광학 요소는 대응하는 제르니케 다항식과 관련된 대응하는 특성을 포함한다. 각각의 광학 모듈과 관련된 대응하는 제르니케 다항식은 상이할 수 있다.
일부 예에서, 본 개시내용은 복수의 편광 감지 광학 요소를 각각 포함하는 적어도 3개의 광학 모듈을 통해 광을 투과시키는 단계를 포함하는 방법을 기술한다. 각각의 광학 모듈은 대응하는 제르니케 다항식과 관련되고, 각각의 광학 모듈에 대해, 대응하는 복수의 광학 요소는 대응하는 제르니케 다항식과 관련된 대응하는 특성을 포함한다. 각각의 광학 모듈과 관련된 대응하는 제르니케 다항식은 상이할 수 있다. 방법은 적어도 3개의 광학 모듈 중 하나 이상에서 복수의 광학 요소 중 하나 이상의 광학 요소의 각각의 상태를 변경하는 것에 의해 적어도 3개의 광학 모듈 중 하나 이상의 초점력(focal power)을 조정하는 단계를 추가로 포함한다.
따라서, 개시된 실시예는 임의의 입력 파면으로부터 원하는 파면을 출력하기 위해 파면 성형(wavefront shaping)을 제공할 뿐만 아니라 눈의 피로를 감소시키고 이러한 디바이스에 대한 사용자 편안함 및 만족도를 개선하기 위해 조정 가능한 광출력을 가지는 디스플레이 디바이스를 제공한다.
도 1은 본 개시내용에서 설명된 기술에 따른, 수차 보상을 제공하도록 구성된 자유형 가변 초점 광학 조립체를 포함하는 예시적인 인공 현실 시스템을 도시하는 예시이다.
도 2a는 본 개시내용에서 설명된 기술에 따른, 수차 보상을 제공하도록 구성된 자유형 가변 초점 광학 조립체를 포함하는 예시적인 HMD를 도시하는 예시이다.
도 2b는 본 개시내용에서 설명된 기술에 따른, 수차 보상을 제공하도록 구성된 가변 초점 광학 조립체를 포함하는 다른 예시적인 HMD를 도시하는 예시이다.
도 3은 본 개시내용에서 설명된 기술에 따른, 도 1의 인공 현실 시스템의 콘솔 및 HMD의 예시적인 구현예를 도시하는 블록도이다.
도 4는 본 개시내용에서 설명된 기술에 따른, 도 1의 인공 현실 시스템의 예시적인 HMD를 도시하는 블록도이다.
도 5는 예시적인 디스플레이 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 6은 예시적인 구면 렌즈화 광학 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 개시내용의 일부 예에 따른, 제1 광학 요소, 및 제1 광학 요소와 광학 직렬로 연결된 제2 광학 요소를 포함하는, 구면 렌즈화 광학 모듈의 예시적인 광학 스테이지의 개념도이다.
도 8a 내지 도 8d는 구면 렌즈화 광학 모듈을 위한 예시적인 판차라트남-베리 위상 렌즈(Pancharatnam-Berry Phase lens)를 도시하는 개략도이다.
도 9a 내지 도 9d는 구면 렌즈화 광학 모듈을 위한 예시적인 편광 감지 홀로그램 렌즈를 도시하는 개략도이다.
도 10은 예시적인 구면 렌즈화 광학 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 11은 방사 정도(radial degree)에 의해 수직으로 정렬되고 방위각에 의해 수평으로 정렬된 처음 21개의 제르니케 다항식의 이미지이다.
도 12는 직교 제르니케 다항식(
Figure pct00001
및
Figure pct00002
)에 의해 형성된 개략적인 단위 원(unit circle)이다.
도 13a는 제르니케 다항식(
Figure pct00003
)과 관련된 경사 난시 보상 광학 모듈에 대한 판차라트남-베리 위상 렌즈 내의 액정 방향자 배향(liquid crystal director orientation)의 개략도이다.
도 13b는 제르니케 다항식(
Figure pct00004
)과 관련된 수직 난시 보상 광학 모듈에 대한 판차라트남-베리 위상 렌즈 내의 액정 방향자 배향의 개략도이다.
도 13c는 제르니케 다항식(
Figure pct00005
)과 관련된 수직 트레포일 보상 광학 모듈에 대한 판차라트남-베리 위상 렌즈 내의 액정 방향자 배향의 개략도이다.
도 13d는 제르니케 다항식(
Figure pct00006
)과 관련된 경사 트레포일 보상 광학 모듈에 대한 판차라트남-베리 위상 렌즈 내의 액정 방향자 배향의 개략도이다.
도 13e는 제르니케 다항식(
Figure pct00007
)과 관련된 수직 코마 보상 광학 모듈에 대한 판차라트남-베리 위상 렌즈 내의 액정 방향자 배향의 개략도이다.
도 13f는 제르니케 다항식(
Figure pct00008
)과 관련된 수평 코마 보상 광학 모듈에 대한 판차라트남-베리 위상 렌즈 내의 액정 방향자 배향의 개략도이다.
도 13g는 제르니케 다항식(
Figure pct00009
)과 관련된 수평 코마 보상 광학 모듈에 대한 판차라트남-베리 위상 렌즈 내의 액정 방향자 배향의 개략도이다.
도 14는 수직 난시 보상 광학 모듈 및 경사 난시 보상 광학 모듈을 포함하는 가변 초점 광학 조립체의 실시예를 포함하는 광학 디바이스의 개략적인 단면도이다.
도면에서 동일 기호는 동일 구성요소를 나타낸다.
본 개시내용은 디스플레이 디바이스(예를 들어, 머리 착용형 디스플레이 디바이스)의 광학 시스템과 같은 광학 시스템의 구성요소로서 사용될 수 있는 자유형 가변 초점 광학 조립체에 관한 것이다. 가변 초점 광학 조립체는 임의의 입력 파면으로부터 사전 결정된 파면을 출력하도록 구성될 수 있는 광학 스택을 포함한다. 가변 초점 광학 조립체는 복수의 광학 모듈을 포함할 수 있다. 각각의 광학 모듈은 적어도 하나의 편광 감지 또는 편광 선택적 렌즈화 요소를 포함할 수 있고, 선택된 유형의 렌즈화(예를 들어, 선택된 유형의 광학 수차)와 관련될 수 있다. 각각의 광학 모듈이 적어도 하나의 편광 감지 렌즈화 요소를 포함하고 편광 감지 렌즈화 요소에 입사되는 광의 편광을 제어하는 복수의 광학 모듈을 포함하는 것에 의해, 가변 초점 광학 조립체는 임의의 입력 파면으로부터 사전 결정된 파면(또는 사전 결정된 입력 파면으로부터 임의의 출력 파면)을 출력하도록 제어될 수 있다.
일부 예에서, 가변 초점 광학 조립체는 머리 착용형 디스플레이 디바이스와 같은 디스플레이 디바이스를 사용하는 동안 관찰자의 전반적인 편안함과 즐거움을 증가시키기 위해 초점 및 고차 수차 보정을 제공하는 것에 의해 디스플레이 관찰자의 한쪽 또는 양쪽 눈의 원근 조절을 향상시키는데 사용될 수 있다. 본 개시내용은 또한 디스플레이 디바이스의 광학 시스템에 독립적인 임의의 입력 파면으로부터 사전 결정된 파면을 출력하는데 사용될 수 있는 자유형 가변 초점 광학 조립체에 관한 것이다. 예를 들어, 자유형 가변 초점 광학 조립체를 적응형 광학 기기로서 사용될 수 있다.
도 1은 본 개시내용에서 설명된 기술에 따른, 임의의 입력 파면으로부터 사전 결정된 파면을 출력하는데 사용될 수 있는 가변 초점 광학 조립체를 포함하는 예시적인 인공 현실 시스템을 도시하는 예시이다. 도 1의 예에서, 인공 현실 시스템(100)은 HMD(112), 하나 이상의 컨트롤러(114A 및 114B)(집합적으로 "컨트롤러(들)(114)")를 포함하고, 일부 예에서 하나 이상의 외부 센서(90) 및/또는 콘솔(106)을 포함할 수 있다.
HMD(112)는 전형적으로 사용자(110)에 의해 착용되고, 인공 현실 콘텐츠(122)를 사용자(110)에게 제시하기 위한 전자 디스플레이 및 광학 조립체를 포함한다. 아울러, HMD(112)는 HMD(112)의 모션을 추적하기 위한 하나 이상의 센서(예를 들어, 가속도계)를 포함하고, 주변 물리적 환경의 이미지 데이터를 캡처하기 위한 하나 이상의 이미지 캡처 디바이스(138)(예를 들어, 카메라, 라인 스캐너)를 포함할 수 있다. 머리 착용형 디스플레이로서 예시되었을지라도, AR 시스템(100)은 대안적으로 또는 추가적으로 인공 현실 콘텐츠(122)를 사용자(110)에게 제시하기 위한 안경 또는 다른 디스플레이 디바이스를 포함할 수 있다.
각각의 컨트롤러(들)(114)는 콘솔(106), HMD(112), 또는 인공 현실 시스템(100)의 다른 컴포넌트에 입력을 제공하기 위해 사용자(110)가 사용할 수 있는 입력 디바이스이다. 컨트롤러(114)는 존재 감지 표면의 위치를 터치하거나 호버링하는 하나 이상의 객체(예를 들어, 손가락, 스타일러스)의 존재를 검출하는 것에 의해 사용자 입력을 검출하기 위한 하나 이상의 존재 감지 표면을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 컨트롤러(들)(114)는 존재 감지 디스플레이일 수 있는 출력 디스플레이를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 컨트롤러(들)(114)는 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 개인 데이터 어시스턴트(PDA), 또는 다른 휴대용 디바이스일 수 있다. 일부 예에서, 컨트롤러(들)(114)는 스마트워치, 스마트링, 또는 다른 웨어러블 디바이스일 수 있다. 컨트롤러(들)(114)는 또한 키오스크 또는 다른 고정식 또는 이동식 시스템의 일부일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 컨트롤러(들)(114)는 사용자가 인공 현실 시스템(100)에 의해 사용자(110)에게 제시된 인공 현실 콘텐츠(122)의 양태와 상호 작용하고 및/또는 제어할 수 있게 하기 위해 하나 이상의 버튼, 트리거, 조이스틱, D-패드 등과 같은 다른 사용자 입력 메커니즘을 포함할 수 있다.
이 예에서, 콘솔(106)은 게임 콘솔, 워크스테이션, 데스크탑 컴퓨터, 또는 랩탑과 같은 단일 컴퓨팅 디바이스로서 도시되어 있다. 다른 예에서, 콘솔(106)은 분산 컴퓨팅 네트워크, 데이터 센터, 또는 클라우드 컴퓨팅 시스템과 같은 복수의 컴퓨팅 디바이스에 걸쳐 분산될 수 있다. 콘솔(106), HMD(112) 및 센서(90)들은 이 예에 도시된 바와 같이, Wi-Fi, 메시 네트워크 또는 단거리 무선 통신 매체, 또는 이들의 조합과 같은 유선 또는 무선 네트워크일 수 있는 네트워크(104)를 통해 통신 가능하게 결합될 수 있다. HMD(112)가 이 예에서 콘솔(106)과 통신하는, 예를 들어, 콘솔(106)에 테더링되거나 무선 통신하는 것으로 도시되어 있을지라도, 일부 구현예에서, HMD(112)는 독립형 모바일 인공 현실 시스템으로 동작하고, 인공 현실 시스템(100)은 콘솔(106)을 생략할 수 있다.
일반적으로, 인공 현실 시스템(100)은 HMD(112)에서 사용자(110)에게 디스플레이하기 위해 인공 현실 콘텐츠(122)를 렌더링한다. 도 1의 예에서, 사용자(110)는 HMD(112) 및/또는 콘솔(106)에서 실행되는 인공 현실 애플리케이션에 의해 구성되고 렌더링된 인공 현실 콘텐츠(122)를 본다. 일부 예에서, 인공 현실 콘텐츠(122)는 완전히 인공적이며, 즉 이미지는 사용자(110)가 위치되는 환경과 관련되지 않는다. 일부 예에서, 인공 현실 콘텐츠(122)는 혼합 현실 및/또는 증강 현실을 만들기 위해 현실 세계 이미지(예를 들어, 사용자(110)의 손, 컨트롤러(들)(114), 사용자(110) 근처의 다른 환경 객체)와 가상 객체의 혼합을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 가상 콘텐츠 아이템은 예를 들어 현실 세계 이미지에 대해 인공 현실 콘텐츠(122) 내의 특정 위치에 매핑(예를 들어, 피닝, 잠금, 배치)될 수 있다. 가상 콘텐츠 아이템에 대한 위치는 예를 들어 벽 또는 지면 중 하나에 대해 고정될 수 있다. 가상 콘텐츠 아이템에 대한 위치는 예를 들어 컨트롤러(들)(114) 또는 사용자에 대해 가변적일 수 있다. 일부 예에서, 인공 현실 콘텐츠(122) 내의 가상 콘텐츠 아이템의 특정 위치는 현실 세계, 물리적 환경(예를 들어, 물리적 객체의 표면 상의) 내의 위치와 관련된다.
동작 동안, 인공 현실 애플리케이션은 기준 프레임, 전형적으로 HMD(112)의 보는 관점에 대한 포즈 정보를 추적하고 계산하는 것에 의해 사용자(110)에게 디스플레이하기 위한 인공 현실 콘텐츠(122)를 구성한다. 기준 프레임으로서 HMD(112)를 사용하고, HMD(112)의 현재 추정된 포즈에 의해 결정된 바와 같은 현재 시야에 기초하여, 인공 현실 애플리케이션은 일부 예에서 사용자(110)의 현실 세계의 3D 물리적 환경에 적어도 부분적으로 오버레이될 수 있는 3D 인공 현실 콘텐츠를 렌더링한다. 이러한 프로세스 동안, 인공 현실 애플리케이션은 사용자(110)에 의한 움직임 및/또는 사용자(110)에 대한 특징 추적 정보와 같은 현실 세계의 물리적 환경 내의 3D 정보를 캡처하도록 움직임 정보 및 사용자 명령과 같은 HMD(112)로부터 수신된 감지 데이터, 및 일부 예에서 외부 카메라와 같은 임의의 외부 센서(90)로부터의 데이터를 사용한다. 감지된 데이터에 기초하여, 인공 현실 애플리케이션은 HMD(112)의 기준 프레임에 대한 현재 포즈를 결정하고, 현재 포즈에 따라서, 인공 현실 콘텐츠(122)를 렌더링한다.
인공 현실 시스템(100)은 사용자의 실시간 시선 추적 또는 다른 조건에 의해 결정될 수 있는 바와 같이 사용자(110)의 현재 시야(130)에 기초하여 가상 콘텐츠 아이템의 생성 및 렌더링을 트리거할 수 있다. 보다 구체적으로, HMD(112)의 이미지 캡처 디바이스(138)는 이미지 캡처 디바이스(138)의 시야(130) 내에 있는 현실 세계 물리적 환경의 객체들을 나타내는 이미지 데이터를 캡처한다. 시야(130)는 전형적으로 HMD(112)의 보는 관점(viewing perspective)에 대응한다. 일부 예에서, 인공 현실 애플리케이션은 혼합 현실 및/또는 증강 현실을 포함하는 인공 현실 콘텐츠(122)를 제시한다. 인공 현실 애플리케이션은 인공 현실 콘텐츠(122) 내와 같은, 가상 객체를 따라서 시야(130) 내에 있는 주변 디바이스(136), 사용자(110)의 손(132), 및/또는 팔(134) 부분과 같은 현실 세계 객체의 이미지를 렌더링할 수 있다. 다른 예에서, 인공 현실 애플리케이션은 인공 현실 콘텐츠(122) 내의 시야(130) 내에 있는 주변 디바이스(136), 사용자(110)의 손(132) 및/또는 팔(134) 부분의 가상 표현을 렌더링할 수 있다(예를 들어, 현실 세계 객체를 가상 객체로서 렌더링할 수 있다). 어느 하나의 예에서, 사용자(110)는 인공 현실 콘텐츠(122) 내의 시야(130) 내에 있는 자신의 손(132), 팔(134), 주변 디바이스(136) 및/또는 임의의 다른 현실 세계 객체의 부분을 볼 수 있다. 다른 예에서, 인공 현실 애플리케이션은 사용자(110)의 손(132) 또는 팔(134)의 표현을 렌더링하지 않을 수 있다.
사용자(110)에게 편안한 보기 경험을 제공하기 위해, HMD(112)는 HMD(112)의 디스플레이 디바이스에 의해 출력된 광을 사용자(110)의 눈에 초점을 맞추기 위한 렌즈 시스템을 포함할 수 있다. HMD(112)를 사용하는 동안 사용자(110)가 경험할 수 있는 사용자 편안함을 증가시키고 수렴-원근 조절 충동을 감소시키기 위하여, HMD(112)의 광학 조립체 또는 시스템은 초점 상태를 변경하는 것에 의해 이미지의 겉보기 깊이를 변경하는 가변 초점 광학 조립체를 포함할 수 있다. 이러한 것이 수렴-원근 조절 충동을 감소시킬 수 있지만, 사용자(110)는 난시 및 다른 고차 수차를 보상하기 위해 여전히 처방 광학 기기(처방 안경과 같은)를 착용할 필요가 있을 수 있다. 처방 광학 기기를 착용하는 것은 HMD(112)의 맞춤을 방해하여, 사용자(110)의 편안함을 감소시킬 수 있다.
본 개시내용의 기술에 따르면, HMD(112)는 초점력 및 고차 수차 보정을 제공하는 자유형 가변 초점 광학 조립체를 포함한다. 자유형 가변 초점 광학 조립체는 복수의 광학 모듈을 포함할 수 있으며, 각각의 광학 모듈은 대응하는 제르니케 다항식과 관련된다. 각각의 광학 모듈은 판차라트남-베리 위상(PBP; 또한 기하학적 위상으로서 지칭됨) 렌즈, 편광 감지 홀로그램(PSH) 렌즈 및/또는 메타물질(예를 들어, 메타표면)과 같은 복수의 편광 감지 렌즈화 요소를 포함할 수 있다. 각각의 렌즈화 요소에 입사되는 광의 편광, 및/또는 렌즈화 요소의 상태를 제어하는 것에 의해, 자유형 가변 초점 광학 시스템의 광학 모듈은 대응하는 제르니케 다항식과 관련된 선택된 광출력을 가지도록 제어될 수 있다. 일부 예에서, 자유형 가변 초점 광학 조립체는 광학 모듈에 추가하여, 하나 이상의 액체 렌즈, 하나 이상의 이동 가능한 기존 렌즈, 하나 이상의 팬케이크 렌즈, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 각각의 광학 모듈은 단일 제르니케 다항식과 관련된다. 일부 예에서, 각각의 광학 모듈은 2개 이상의 제르니케 다항식과 관련된다.
추가적으로, 편광 감지 렌즈화 요소 내에서 액정(LC) 분자의 방향자의 배향을 제어하는 것에 의해(예를 들어, 편광 감지 렌즈화 요소의 제조 동안), 편광 감지 렌즈화 요소는 선택된 유형의 렌즈화를 제공하도록 구성될 수 있다. 유사한 효과가 메타물질의 구조를 제어하는 것에 의해 달성될 수 있다. 이와 같이, 자유형 가변 초점 광학 시스템 내의 렌즈는 구면 렌즈화를 제공하도록 구성된 패턴으로 배향된 LC 방향자를 가질 수 있는 반면, 다른 렌즈는 난시를 보상하기 위해 선택된 축을 따라서 원통형 렌즈화를 제공하도록 구성된 패턴으로 배향된 LC 방향자를 가질 수 있고, 여전히 다른 렌즈는 고차 수차를 보상하기 위한 패턴으로 배향된 LC 방향자를 가질 수 있다. 복수의 광학 모듈의 각각에 대해 제어 가능한 광출력을 가지는 자유형 가변 초점 광학 시스템을 포함하는 것에 의해, 본 명세서에서 설명된 자유형 가변 초점 광학 시스템들 또는 조립체들은 사용자(110)가 처방 광학 기기를 착용할 것을 요구함이 없이 선택된 광출력의 수차 보상을 제공할 수 있으며, 그러므로 HMD(112)를 사용할 때 사용자(110)의 경험을 개선하고 사용자(110)의 편안함을 증가시킬 수 있다. 대안적으로, 자유형 가변 초점 광학 시스템은 입력 파면에 기초하여 선택된 파면을 출력하기 위해 임의의 선택된 광학 시스템에서 사용될 수 있다.
도 2a는 본 개시내용에서 설명된 기술에 따른, 수차 보상을 제공하는 자유형 가변 초점 광학 시스템을 포함하는 예시적인 HMD(112)를 도시하는 예시이다. 도 2a의 HMD(112)는 도 1의 HMD(112)의 예일 수 있다. HMD(112)는 도 1의 인공 현실 시스템(100)과 같은 인공 현실 시스템의 일부일 수 있거나, 본 명세서에서 설명된 기술을 구현하도록 구성된 독립형 모바일 인공 현실 시스템으로서 동작할 수 있다.
이 예에서, HMD(112)는 전면 강성체, 및 HMD(112)를 사용자에게 고정하기 위한 밴드를 포함한다. 또한, HMD(112)는 자유형 가변 초점 광학 시스템(205)을 통해 사용자에게 인공 현실 콘텐츠를 제시하도록 구성된 내향 전자 디스플레이(203)를 포함한다. 전자 디스플레이(203)는 전술한 바와 같이 임의의 적절한 디스플레이 기술일 수 있다. 일부 예에서, 전자 디스플레이는 사용자의 각각의 눈에 별도의 이미지를 제공하기 위한 입체 디스플레이이다. 일부 예에서, HMD(112)의 전면 강성체에 대한 디스플레이(203)의 알려진 배향 및 위치는 HMD(112) 및 사용자의 현재 보는 관점에 따라서 인공 현실 콘텐츠를 렌더링하기 위해 HMD(112)의 위치 및 배향을 추적할 때 로컬 원점으로서 또한 지칭되는 기준 프레임으로서 사용된다. 다른 예에서, HMD(112)는 안경 또는 고글과 같은 다른 웨어러블 머리 착용형 디스플레이의 형태를 취할 수 있다.
자유형 가변 초점 광학 시스템(205)은 HMD(112)의 사용자(예를 들어, 도 1의 사용자(110))가 보기 위해 전자 디스플레이(203)에 의해 출력된 광을 관리하도록 구성된 광학 요소를 포함한다. 광학 요소는 예를 들어, 전자 디스플레이(203)에 의해 출력된 광을 조작하는(예를 들어, 초점을 맞추거나, 초점을 흐리거나, 반사하거나, 굴절시키거나, 회절시키는 등) 하나 이상의 렌즈, 하나 이상의 회절 광학 요소, 하나 이상의 반사 광학 요소, 하나 이상의 도파관 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자유형 가변 초점 광학 시스템(205)은 도 1, 도 6, 도 7, 및 도 8을 참조하여 본 명세서에서 설명된 자유형 가변 초점 광학 시스템 중 임의의 것일 수 있다.
도 2a에 추가로 도시된 바와 같이, 이 예에서, HMD(112)는 HMD(112)의 현재 가속도를 나타내는데가터를 출력하는 하나 이상의 가속도계(관성 측정 유닛 또는 "IMU"로서 또한 지칭됨), HMD(112)의 위치를 나타내는데가터를 출력하는 GPS 센서, 다양한 객체로부터 HMD(112)의 거리를 나타내는데가터를 출력하는 레이더 또는 소나, 또는 HMD(112) 또는 물리적 환경 내의 다른 객체의 위치 또는 배향의 표시를 제공하는 다른 센서와 같은 하나 이상의 모션 센서(206)를 추가로 포함한다. 더욱이, HMD(112)는 물리적 환경을 나타내는 이미지 데이터를 출력하도록 구성된 비디오 카메라, 레이저 스캐너, 도플러 레이더 스캐너, 깊이 스캐너 등과 같은 통합 이미지 캡처 디바이스(138A 및 138B)(총칭하여 "이미지 캡처 디바이스(138)")를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 이미지 캡처 디바이스(138)는 전형적으로 HMD(112)의 보기 관점에 대응하는 이미지 캡처 디바이스(138)의 시야(130A, 130B) 내의 물리적 환경에 있는 객체(주변 디바이스(136) 및/또는 손(132)을 포함하는)를 나타내는 이미지 데이터를 캡처한다. HMD(112)는 내부 전원, 및 하나 이상의 프로세서, 메모리 및 하드웨어를 가지는 하나 이상의 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있는 내부 제어 유닛(210)을 포함하여, 감지된 데이터를 처리하고 디스플레이(203)에 인공 현실 콘텐츠를 제시하도록 프로그래밍 가능한 동작을 실행하기 위한 운영 환경을 제공한다.
도 2b는 본 개시내용에서 설명된 기술에 따른 다른 예시적인 HMD(112)를 도시하는 예시이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, HMD(112)는 안경의 형태를 취할 수 있다. 도 2a의 HMD(112)는 도 1의 HMD(112)의 예일 수 있다. HMD(112)는 도 1의 인공 현실 시스템(100)과 같은 인공 현실 시스템의 일부일 수 있거나, 또는 본 명세서에서 설명된 기술을 구현하도록 구성된 독립형 모바일 인공 현실 시스템으로서 동작할 수 있다.
이 예에서, HMD(112)는 사용자에게 HMD(112)를 고정하기 위해 HMD(112)가 사용자의 코 및 사용자의 귀 위로 연장되는 관자놀이(또는 "아암")에 놓이는 것을 허용하도록 다리를 포함하는 전면 프레임을 포함하는 안경이다. 또한, 도 2b의 HMD(112)는 인공 현실 콘텐츠를 사용자에게 제공하도록 구성된 하나 이상의 내향 전자 디스플레이(203A 및 203B)(총칭하여 "전자 디스플레이(203)") 및 내향 전자 디스플레이(203)에 의한 광 출력을 관리하도록 구성된 하나 이상의 자유형 가변 초점 광학 시스템(205A 및 205B)(총칭하여 "자유형 가변 초점 광학 시스템(205)")을 포함한다. 일부 예에서, HMD(112)의 전면 프레임에 대한 디스플레이(203)의 알려진 배향 및 위치는 HMD(112) 및 사용자의 현재 시청 관점에 따라서 인공 현실 콘텐츠를 렌더링하기 위해 HMD(112)의 위치 및 배향을 추적할 때 로컬 원점으로서 지칭되는 기준 프레임으로서 사용된다.
도 2b에 추가로 도시된 바와 같이, 이 예에서, HMD(112)는 하나 이상의 모션 센서(206), 하나 이상의 통합된 이미지 캡처 디바이스(138A 및 138B)(총칭하여 "이미지 캡처 디바이스(138)"), 내부 제어 유닛(210)을 추가로 포함하며, 내부 제어 유닛은 내부 전원, 및 감지된 데이터를 처리하고 인공 현실 콘텐츠를 디스플레이(203)에 표시하기 위해 프로그래밍 가능한 작업을 실행하기 위한 운영 환경을 제공하기 위해 하나 이상의 프로세서, 메모리 및 하드웨어를 가지는 하나 이상의 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다.
도 3은 본 개시내용에서 설명된 기술에 따른, 콘솔(106) 및 HMD(112)를 포함하는 인공 현실 시스템의 예시적인 구현을 도시하주는 블록도이다. 도 3의 예에서, 콘솔(106)은 HMD(112) 및/또는 외부 센서로부터 수신된 모션 데이터 및 이미지 데이터와 같은 감지 데이터에 기초하여 HMD(112)에 대한 포즈 추적, 제스처 검출, 및 사용자 인터페이스 생성 및 렌더링을 수행한다.
이 예에서, HMD(112)는 일부 예에서 운영 체제(305)를 실행하기 위한 컴퓨터 플랫폼을 제공하는, 하나 이상의 프로세서(302) 및 메모리(304)를 포함하며, 운영 체제는 예를 들어 내장형 실시간 멀티태스킹 운영 체제 또는 기타 유형의 운영 체제일 수 있다. 차례로, 운영 체제(305)는 애플리케이션 엔진(340)을 포함하는 하나 이상의 소프트웨어 컴포넌트(307)를 실행하기 위한 멀티태스킹 운영 환경을 제공한다. 도 2a 및 도 2b의 예와 관련하여 논의된 바와 같이, 프로세서(302)는 전자 디스플레이(203), 모션 센서(206)들, 이미지 캡처 디바이스(138), 및 일부 예에서 광학 시스템(205)에 연결된다. 일부 예에서, 프로세서(302) 및 메모리(304)는 별개의 개별 컴포넌트일 수 있다. 다른 예에서, 메모리(304)는 단일 집적 회로 내에서 프로세서(302)와 함께 배치된 온칩 메모리일 수 있다.
일반적으로, 콘솔(106)은 HMD(112)에 대한 제스처 검출 및 사용자 인터페이스 및/또는 가상 콘텐츠 생성을 수행하기 위해 이미지 캡처 디바이스(138)(도 2)로부터 수신된 이미지 및 추적 정보를 처리하는 컴퓨팅 디바이스이다. 일부 예에서, 콘솔(106)은 워크스테이션, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 또는 게임 시스템과 같은 단일 컴퓨팅 디바이스이다. 일부 예에서, 프로세서(312) 및/또는 메모리(314)와 같은 콘솔(106)의 적어도 일부는 클라우드 컴퓨팅 시스템, 데이터 센터 또는 인터넷, 다른 공공 또는 사설 통신 네트워크, 예를 들어 광대역, 셀룰러, Wi-Fi 및/또는 컴퓨팅 시스템, 서버 및 컴퓨팅 디바이스 사이에 데이터를 전송하기 위한 기타 유형의 통신 네트워크와 같은 네트워크를 통해 배포될 수 있다.
도 3의 예에서, 콘솔(106)은 예를 들어 내장형 실시간 멀티태스킹 운영 체제, 또는 다른 유형의 운영 체제일 수 있는 운영 체제(316)를 실행하기 위한 컴퓨터 플랫폼을 제공하는 하나 이상의 프로세서(312) 및 메모리(314)를 포함한다. 차례로, 운영 체제(316)는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션(317)을 실행하기 위한 멀티태스킹 운영 환경을 제공한다. 프로세서(312)는 하나 이상의 I/O 인터페이스(315)에 결합되며, 이는 키보드, 게임 컨트롤러(들), 디스플레이 디바이스(들), 이미지 캡처 디바이스(들), HMD(들), 주변 디바이스(들) 등과 같은 외부 장치와 통신하기 위한 하나 이상의 I/O 인터페이스를 제공한다. 더욱이, 하나 이상의 I/O 인터페이스(315)는 네트워크(104)와 같은 네트워크와 통신하기 위한 하나 이상의 유선 또는 무선 네트워크 인터페이스 컨트롤러(NIC)를 포함할 수 있다.
콘솔(106)의 소프트웨어 컴포넌트(317)는 전체 인공 현실 애플리케이션을 제공하도록 동작한다. 이 예에서, 소프트웨어 애플리케이션(317)은 애플리케이션 엔진(320), 렌더링 엔진(322), 제스처 검출기(324), 포즈 추적기(326), 및 사용자 인터페이스 엔진(328)을 포함한다.
일반적으로, 애플리케이션 엔진(320)은 인공 현실 애플리케이션, 예를 들어 원격회의 애플리케이션, 게임 애플리케이션, 내비게이션 애플리케이션, 교육 애플리케이션, 훈련 또는 시뮬레이션 애플리케이션 등을 제공하고 제시하는 기능을 포함한다. 애플리케이션 엔진(320)은 예를 들어 콘솔(106)에서 인공 현실 애플리케이션을 구현하기 위한 하나 이상의 소프트웨어 패키지, 소프트웨어 라이브러리, 하드웨어 드라이버, 및/또는 애플리케이션 프로그램 인터페이스(API)를 포함할 수 있다. 애플리케이션 엔진(320)에 의한 제어에 응답하여, 렌더링 엔진(322)은 HMD(112)의 애플리케이션 엔진(340)에 의해 사용자에게 디스플레이하기 위한 3D 인공 현실 콘텐츠를 생성한다.
애플리케이션 엔진(320) 및 렌더링 엔진(322)은 포즈 추적기(326)에 의해 결정된 바와 같이, 기준 프레임, 전형적으로 HMD(112)의 보기 관점에 대한 현재 포즈 정보에 따라서 사용자(110)에게 디스플레이하기 위한 인공 콘텐츠를 구성한다. 현재 보기 관점에 기초하여, 렌더링 엔진(322)은 일부 경우에 사용자(110)의 현실 세계 3D 환경에 적어도 부분적으로 오버레이될 수 있는 3D 인공 현실 콘텐츠를 구성한다. 이러한 프로세스 동안, 포즈 추적기(326)는 사용자(110)에 의한 모션 및/또는 사용자(110)에 대한 특징 추적 정보와 같은 현실 세계 환경 내의 3D 정보를 캡처하도록 움직임 정보 및 사용자 명령과 같은 HMD(112)로부터 수신된 감지 데이터, 그리고 일부 예에서, 외부 카메라와 같은 임의의 외부 센서(90)(도 1)로부터의 데이터로 동작한다. 감지된 데이터에 기초하여, 포즈 추적기(326)는 HMD(112)의 기준 프레임에 대한 현재 포즈를 결정하고, 현재 포즈에 따라서, 하나 이상의 I/O 인터페이스(315)를 통해, 사용자(110)에게 디스플레이하기 위해 HMD(112)로의 통신을 위해 인공 현실 콘텐츠를 구성한다.
포즈 추적기(326)는 HMD(112)에 대한 현재 포즈를 결정할 수 있고, 현재 포즈에 따라서, 임의의 렌더링된 가상 콘텐츠와 관련된 특정 기능을 트리거할 수 있다(예를 들어, 가상 콘텐츠 아이템을 가상 표면에 배치하고, 가상 콘텐츠 아이템을 조작하고, 하나 이상의 가상 표시를 생성하여 렌더링하고, 레이저 포인터를 생성 및 렌더링한다). 일부 예에서, 포즈 추적기(326)는 가상 콘텐츠의 렌더링을 트리거하기 위해 HMD(112)가 가상 표면(예를 들어, 가상 핀보드)에 대응하는 물리적 위치에 근접하는지의 여부를 검출한다.
사용자 인터페이스 엔진(328)은 인공 현실 환경에서 렌더링하기 위한 가상 사용자 인터페이스를 생성하도록 구성된다. 사용자 인터페이스 엔진(328)은 가상 드로잉 인터페이스, 선택 가능한 메뉴(예를 들어, 드롭다운 메뉴), 가상 버튼, 방향 패드, 키보드 또는 다른 사용자 선택 가능한 사용자 인터페이스 요소, 글리프(glyph), 디스플레이 요소, 콘텐츠, 사용자 인터페이스 컨트롤 등과 같은 하나 이상의 가상 사용자 인터페이스 요소(329)를 포함하도록 가상 사용자 인터페이스를 생성한다.
콘솔(106)은 이러한 가상 사용자 인터페이스 및 다른 인공 현실 콘텐츠를 통신 채널을 통해 HMD(112)에서의 디스플레이를 위해 HMD(112)로 출력할 수 있다.
이미지 캡처 디바이스(138) 중 임의의 것, 또는 다른 센서 디바이스로부터 감지된 데이터에 기초하여, 제스처 검출기(324)는 사용자(110)에 의해 수행된 하나 이상의 제스처를 식별하기 위해 컨트롤러(114) 및/또는 사용자(110)의 객체(예를 들어, 손, 팔, 손목, 손가락, 손바닥, 엄지)의 추적된 모션, 구성, 위치 및/또는 배향을 분석한다. 보다 구체적으로, 제스처 검출기(324)는 컨트롤러(들)(114) 및/또는 사용자(110)의 손 및/또는 팔을 식별하고, 사용자에 의해 수행된 제스처를 식별하기 위해 HMD(112)에 대한 컨트롤러(들)(114), 손 및/또는 팔의 움직임을 추적하기 위해 HMD(112)의 이미지 캡처 디바이스(138) 및/또는 센서(90) 및 외부 카메라(102)에 의해 캡처된 이미지 데이터 내에서 인식된 객체를 분석한다. 일부 예에서, 제스처 검출기(324)는 캡처된 이미지 데이터에 기초하여 컨트롤러(들)(114), 손, 손가락, 및/또는 팔의 위치 및 배향에 대한 변경을 포함하는 움직임을 추적하고, 사용자(110)에 의해 수행된 제스처 또는 제스처의 조합을 검출하도록 제스처 라이브러리(330)에서의 하나 이상의 엔트리에 대한 객체의 모션 벡터를 비교할 수 있다. 일부 예에서, 제스처 검출기(324)는 컨트롤러(들)(114)의 존재 감지 표면(들)에 의해 검출된 사용자 입력을 수신하고, 컨트롤러(들)(114)에 대해 사용자(110)에 의해 수행된 하나 이상의 제스처를 검출하기 위해 사용자 입력을 처리할 수 있다.
본 명세서에 설명된 기술에 따르면, 자유형 가변 초점 광학 시스템(들)(205)은 시력 보정 및 시각 시스템 수차 보정도 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 자유형 가변 초점 광학 시스템(들)(205)은 구면 렌즈화 광학 모듈 및 수차 보상 광학 조립체를 포함할 수 있다. 구면 렌즈화 모듈 및 수차 보상 광학 모듈은 본 명세서에 설명된 것들 중 임의의 것일 수 있다. 자유형 가변 초점 광학 시스템(들)(205)은 또한 예를 들어 적응 광학 시스템로서 임의의 입력 파면으로부터 사전 결정된 파면을 제공하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 기술에 따르면, 자유형 가변 초점 광학 시스템(들)(205)은 시력 교정 및 시각 시스템 수차 보정을 또한 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 자유형 가변 초점 광학 시스템(들)(205)은 구면 렌즈화 광학 모듈 및 수차 보상 광학 조립체를 포함할 수 있다. 구면 렌즈화 모듈 및 수차 보상 광학 모듈은 본 명세서에 기술된 것 중 임의의 것일 수 있다. 자유형 가변 초점 광학 시스템(들)(205)은 또한 예를 들어 적응형 광학 기기로서, 임의의 입력 파면으로부터 사전 결정된 파면을 제공하도록 구성될 수 있다.
도 4는 HMD(112)가 본 개시내용에서 기술된 기술에 따른 독립형 인공 현실 시스템인 예를 도시하는 블록도이다.
이 예에서, 도 3처럼, HMD(112)는 일부 예에서 내장형 실시간 멀티태스킹 운영 체제일 수 있는 운영 체제(305) 또는 예를 들어 다른 유형의 운영 체제를 실행하기 위한 컴퓨터 플랫폼을 제공하는, 하나 이상의 프로세서(302) 및 메모리(304)를 포함한다. 차례로, 운영 체제(305)는 하나 이상의 소프트웨어 컴포넌트(417)를 실행하기 위한 멀티태스킹 운영 환경을 제공한다. 또한, 프로세서(들)(302)는 전자 디스플레이(203), 자유형 가변 초점 광학 시스템(들)(205), 모션 센서(206), 및 이미지 캡처 디바이스(138)에 연결된다.
도 4의 예에서, 소프트웨어 컴포넌트(417)는 전체 인공 현실 애플리케이션을 제공하도록 동작한다. 이 예에서, 소프트웨어 애플리케이션(417)은 애플리케이션 엔진(440), 렌더링 엔진(422), 제스처 검출기(424), 포즈 추적기(426), 및 사용자 인터페이스 엔진(428)을 포함한다. 다양한 예에서, 소프트웨어 컴포넌트(417)는 사용자(110)에게 디스플레이하기 위해 인공 콘텐츠 위에 오버레이되거나 그 일부로서 가상 사용자 인터페이스를 구성하도록 도 3의 콘솔(106)의 대응 컴포넌트(예를 들어, 애플리케이션 엔진(320), 렌더링 엔진(322), 제스처 검출기(324), 포즈 추적기(326), 및 사용자 인터페이스 엔진(328))와 유사하게 동작한다.
도 3과 관련하여 설명된 예와 유사하게, 이미지 캡처 디바이스(138 또는 102), 컨트롤러(들)(114), 또는 다른 센서 디바이스 중 임의의 것으로부터의 감지된 데이터에 기초하여, 제스처 검출기(424)는 사용자(110)에 의해 수행된 하나 이상의 제스처를 식별하기 위해 컨트롤러(들)(114) 및/또는 사용자의 객체(예를 들어, 손, 팔, 손목, 손가락, 손바닥, 엄지손가락)의 추적된 모션, 구성, 위치, 및/또는 배향을 분석한다.
도 5는 도 2a 내지 도 4의 디스플레이(들)(203) 및 광학 시스템(들)(205)의 구성요소의 예를 포함하는 예시적인 디스플레이 디바이스(500)의 등각도이다. 일부 예에서, 디스플레이 디바이스(500)는 발광 디바이스 어레이(510) 및 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)을 포함한다. 발광 디바이스 어레이(510)는 보는 사용자를 향해 이미지 광을 방출한다. 발광 디바이스 어레이(510)는 예를 들어 LED의 어레이, 마이크로 LED의 어레이, OLED의 어레이, 또는 이들의 일부 조합일 수 있다. 발광 디바이스 어레이(510)는 가시 범위의 광을 방출하는 발광 디바이스(520)를 포함한다.
일부 예에서, 디스플레이 디바이스(500)는 발광 어레이(510)로부터 방출된 광을 선택적으로 감쇠시키도록 구성된 발광 강도 어레이를 포함한다. 일부 예에서, 발광 강도 어레이는 복수의 액정 셀 또는 픽셀, 발광 디바이스의 그룹, 또는 이들의 일부 조합으로 구성된다. 각각의 액정 셀, 또는 일부 예에서 액정 셀의 그룹은 특정 레벨의 감쇠를 가지도록 취급될 수 있다. 예를 들어, 주어진 시간에, 액정 셀 중 일부는 감쇠가 없는 것으로 설정되지만, 다른 액정 셀은 최대 감쇠로 설정될 수 있다. 이러한 방식으로, 발광 강도 어레이는 발광 디바이스 어레이(510)로부터 방출된 이미지 광의 어느 부분이 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)으로 전달되는지를 제어할 수 있다. 일부 예에서, 디스플레이 디바이스(500)는 이미지 광을 사용자의 눈(540)의 동공(550)의 위치에 이미지 광을 제공하고 아이박스(eyebox)에서의 다른 영역에 제공되는 이미지 광의 양을 최소화하는 것을 용이하게 하도록 발광 강도 어레이를 사용한다.
자유형 가변 초점 광학 시스템(530)은 발광 강도 어레이로부터(또는 방출 디바이스 어레이(510)로부터 직접) 이미지 광(예를 들어, 감쇠된 광)을 수신하고, 동공(550)의 위치에 이미지 광의 초점을 맞추며, 여기에서 이미지 광은 눈(340)의 수정체(342)에 의해 망막(344)에 초점이 맞추어진다. 동공(550)의 위치에 이미지 광의 초점을 맞추는 동안, 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)은 사용자에게 수차 보상을 제공하기 위해 구형, 원통형 및 더 높은 차수의 렌즈화를 제공할 수 있다.
일부 예에서, 디스플레이 디바이스(500)는 발광 디바이스 어레이(510)에 더하여 또는 그 대신에, 복수의 컬러 필터와 결합된 하나 이상의 광대역 소스(예를 들어, 하나 이상의 백색 LED)를 포함한다.
자유형 가변 초점 광학 시스템(530)은 액정으로 형성된 렌즈와 같은 복수의 편광 감지 렌즈화 요소를 포함한다. 액정으로 형성된 편광 감지 렌즈화 요소의 예는 PBP 렌즈(기하학적 위상 렌즈로서 또한 지칭됨) 및/또는 PSH 렌즈를 포함한다. 적절한 편광 감지 렌즈화 요소의 다른 예는 메타물질 또는 메타표면을 포함한다. 편광 감지 렌즈화 요소는 상이한 편광을 가지는 입사광에 대해 상이한 광출력을 나타낼 수 있다. 각각의 렌즈에 입사되는 광의 편광 및/또는 렌즈의 상태를 제어하는 것에 의해, 광학 시스템은 선택된 전체 광출력을 가지도록 제어될 수 있다. 각각의 광학 모듈이 대응하는 렌즈화 효과와 관련되는, 복수의 광학 모듈을 포함하는 것에 의해, 광학 시스템은 각각의 렌즈화 효과(예를 들어, 기울기, 구면, 원통형, 코마, 트레포일, 쿼드라포일, 2차 난시 등)와 관련된 선택된 전체 광출력을 가지도록 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 광학 시스템은 자유형 가변 초점 광학 시스템일 수 있다.
도 1과 관련하여 위에서 언급된 바와 같이, 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)은 수차 보상 광학 조립체 및 구면 렌즈화 광학 모듈을 포함할 수 있다. 수차 보상 광학 조립체는 복수의 수차 보상 광학 모듈을 포함할 수 있다. 각각의 수차 보상 광학 모듈은 적어도 하나의 편광 감지 렌즈화 요소를 포함할 수 있다. 수차 보상 광학 조립체에서, 편광 감지 렌즈화 요소는 (예를 들어, 렌즈 내의 액정 방향자의 패턴에 기초하여) 선택된 축을 따라서 수차 보상 렌즈화를 나타내도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 편광 감지 렌즈화 요소의 일부는 제1 축의 특정 수차(예를 들어, 수직 난시, 수직 트레포일, 수직 코마 등)를 보상하도록 구성될 수 있고, 편광 감지 렌즈화 요소의 일부는 제2 축에서의 특정 수차(예를 들어, 경사 난시, 경사 트레포일, 경사 코마 등)를 보상하도록 구성될 수 있다. 편광 감지 렌즈화 요소의 적어도 일부는 예를 들어 액정 방향자의 패턴을 선택하는 것에 의해 상이한 광출력으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 편광 감지 렌즈화 요소는 약 2의 배율(예를 들어, 20 = 1 디옵터, 2-1 = 0.5 디옵터, 및 2-2 = 0.25 디옵터)인 광출력을 가질 수 있다.
일부 예에서, 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)은 디스플레이 디바이스(500)의 출사동(exit pupil)을 조향시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)은 도 11을 참조하여 다음에 설명되는 바와 같은 1차 기울기 및 팁 제르니케 다항식과 관련된 수차 보상 광학 모듈을 포함할 수 있다. 이와 같이, 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)은 기울기를 통해 수직으로, 그리고 시프트를 통해 수평으로 이미지 지점을 시프팅시킬 수 있다. 이러한 이미지 지점은 발광 디바이스 어레이(510)의 이미지를 포함할 수 있으며, 디스플레이 디바이스(500)의 조리개(stop), 즉 디스플레이 디바이스(500)의 출사동의 이미지를 또한 포함할 수 있다. 또한, 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)은 도 11과 관련하여 아래에 설명된 바와 같이 초점 흐림(defocus)과 같은 2차 제르니케 다항식과 관련된 수차 보상 모듈을 포함할 수 있다. 이와 같이, 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)은 이미지 지점의 축 방향 위치를 시프팅시킬 수 있다. 이러한 이미지 지점은 디스플레이 디바이스(500)의 조리개, 예를 들어, 디스플레이 디바이스(500)의 출사동의 이미지를 포함할 수 있다. 적어도 1차 및 2차 제르니케 다항식과 관련된 수차 보상을 포함하는 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)에 대해, 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)은 출사동을 예를 들어 수직 및/또는 수평으로 시프팅시키도록 구성될 수 있으며, 예를 들어, 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)은 사용자의 눈의 움직임에 따라서 디스플레이 디바이스(500)의 출사동을 조향시키도록 구성될 수 있고, 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)은 또한 축 방향으로의 눈동자 거리(eye-relief) 변화에 따라서 초점이 흐려질 수 있는 경우에 동공 조향의 눈동자 거리 변화를 커버하도록 구성될 수 있다.
또한, 일부 예에서, 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)은 동공 조향에 의해 유도된 수차를 보정하고, 예를 들어 동공을 조향시킬 때 출사동 형상에서의 변화로 인한 비네팅(vignetting)을 피하거나 감소시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 가변 초점 광학 시스템(530)은 도 11과 관련하여 다음에 설명되는 바아 같이 고차 수차, 예를들어 3차, 4차, 5차 수차 등과 관련된 수차 보상 모듈을 포함할 수 있다. 이와 같이, 가변 초점 광학 시스템(530)은 동공 조향에 의해 유도된 수차를 보정할 수 있다.
광학 모듈은 또한 선택적으로 전환 가능한 지연기와 같은 복수의 전환 가능한 편광 제어 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전환 가능한 반 파장판은 대응하는 편광 감지 렌즈화 요소에 입사되는 광의 편광을 제어하기 위해 대응하는 편광 감지 렌즈화 요소 앞에 위치될 수 있다. 전환 가능한 반 파장판의 상태를 제어하는 것에 의해, 대응하는 렌즈에 입사되는 광의 편광은 제어될 수 있고, 그러므로 제1 편광(예를 들어, 우측 원형 편광)의 광에 대한 제1 광출력과 제2 편광(예를 들어, 좌측 원형 편광)의 광에 대한 제2의 상이한 광출력(예를 들어, 제1 광출력의 음인) 사이에서 대응하는 렌즈의 광출력을 제어할 수 있다. 상이한 광출력을 가지는 복수의 편광 감지 렌즈화 요소를 포함하고 복수의 전환 가능한 편광 제어 광학 구성요소 및 선택적으로 편광 민감 렌즈화 요소를 제어하는 것에 의해, 초점력 및 수차 보상을 제공하는 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)이 만들어질 수 있다.
디스플레이 디바이스(500)는 하나 이상의 프로세서(560)에 연결된다. 프로세서(들)(560)는 이미지를 디스플레이하기 위해 발광 디바이스 어레이(510)를 제어하도록 구성되고 자유형 가변 초점 광학 시스템의 초점 거리를 설정하기 위해 자유형 가변 초점 광학 시스템(530)을 제어하도록 구성된다. 프로세서(들)(560)은 도 3 및 도 4에 도시된 프로세서(302 및 312)를 포함하는 본 명세서에 설명된 임의의 프로세서를 나타낼 수 있다. 프로세서(들)(560)는 애플리케이션 특정 또는 다른 제어 회로, 명령어를 실행하기 위한 처리 코어, 이산 로직, 또는 기타 하드웨어 요소를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 가변 초점 광학 조립체는 수차 보상 조립체 및 적어도 하나의 구면 렌즈화 모듈을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 구형 렌즈 모듈은 예를 들어, 하나 이상의 액체 렌즈; 하나 이상의 이동 가능한 기존 렌즈, 및/또는 PBP 렌즈, PSH 렌즈, 메타물질, 메타표면, 또는 이들의 조합을 포함하는 복수의 광학 요소를 포함할 수 있다.
도 6은 도 5의 광학 조립체(530)의 일부이거나 도 2a 내지 도 4에서의 광학 시스템(들)(205)의 일부일 수 있는 예시적인 광학 모듈(600)의 동작을 도시한다. 광학 모듈(600)은 기울기, 팁(수평 기울기), 초점/초점 흐림, 원통형 초점(난시), 트레포일, 코마, 쿼드라포일, 2차 난시 등과 같은 임의의 선택된 수차 또는 대응하는 렌즈화 효과와 관련될 수 있으며, 대응하는 편광 감지 렌즈화 요소를 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 예는 참조의 편의를 위해 구면 렌즈화를 참조하여 설명되며, 유사한 개념이 다른 유형의 수차 및 렌즈화에 적용될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 광학 모듈(600)은 다양한 광출력으로 광(예를 들어, 광(604A-604Q))을 투과시키도록 구성된 복수의 연속적인 광학 스테이지(602A, 602B, ..., 602N)(본 명세서에서 광학 스테이지(602)로서 또한 지칭됨)을 포함한다. 제1 광학 스테이지(602A)를 제외하고, 연속적인 광학 스테이지의 각각의 개별 광학 스테이지는 이전의 스테이지로부터 출력된 입사광을 수신한다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 제2 광학 스테이지(602B)는 제1 스테이지(602A)로부터 출력되는 광(604C)을 수신한다. 일부 예에서, 연속적인 광학 스테이지(602)의 각각의 개별 스테이지는 제1 상태 및 제2 상태를 포함하는 복수의 상태 중 임의의 상태에 있도록 구성 가능하다. 제1 상태에서, 각각의 광학 스테이지는 제1 편광의 광에 대한 제1 각각의 광출력 및 제1 편광에 직교하는 제2 편광의 광에 대한, 제1 각각의 광출력과 상이한 제2 각각의 광출력을 가진다. 제2 상태에서, 각각의 광학 스테이지는 제1 편광의 광에 대한 제3 광 출력 및 제2 편광의 광에 대한 제4 광출력을 가진다. 그 결과, 광학 모듈(600)의 전체 광출력은 연속적인 광학 스테이지(602) 중 하나 이상을 구성하는 것에 의해 가변 가능하다.
광학 모듈(600)은 2개의 광학 스테이지에 대한 적어도 2개의 상이한 레벨의 광출력 중 어느 하나일 수 있는 전체 광출력을 가지도록 구성될 수 있다(예를 들어, n = 2). 전체 광출력은 더 많은 광학 스테이지를 추가하는 것에 의해 더 많은 수의 상이한 레벨의 광출력을 가질 수 있다. 일부 예에서, 광학 모듈(600)은 제1 광학 스테이지 이전의 하나 이상의 광학 요소(606) 및/또는 마지막 광학 스테이지(602N) 후의 하나 이상의 광학 요소(608)를 추가로 포함할 수 있다.
각각의 광학 스테이지(602)는 적어도 하나의 광학 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 스테이지는 한 쌍의 광학 요소를 포함할 수 있다. 도 7은 제1 광학 요소(712)와, 선택적으로 제1 광학 요소(712)와 직렬인 제2 광학 요소(714)를 포함하는 예시적인 광학 스테이지(602)의 개념도이다.
제1 광학 요소(712)는 제1 광학 요소 상태 또는 제2 광학 요소 상태에 있도록 컨트롤러(716)를 통해 구성 가능하다. 컨트롤러(716)는 도 5에 도시된 프로세서(들)(560)의 예이다. 제1 광학 요소(712)는 전환 가능한 반 파장판과 같은 전환 가능한 광학 지연기일 수 있다. 제1 광학 요소 상태(예를 들어, "오프" 상태)에서, 제1 광학 요소(712)는 제1 또는 제2 편광의 광을 각각 제2 또는 제1 편광의 광으로 변환하도록 구성될 수 있다. 제1 편광은 제2 편광에 실질적으로 직교(예를 들어, 직교 또는 거의 직교)할 수 있다. 제2 광학 요소 상태(예를 들어, "온" 상태)에서, 제1 광학 요소(712)는 광의 편광을 변경함이 없이 입사광을 투과시킨다. 예를 들어, 컨트롤러(716)가 제1 광학 요소(712)를 제1 상태로 설정할 때(예를 들어, 제1 광학 요소(712) 양단에 전압을 인가하지 않는 것에 의해), 제1 광학 요소(712)에 입사되는 좌측 원형으로 편광된(LCP) 광은 우측 원형으로 편광된(RCP) 광으로서, 그리고 그 반대로 출력될 것이다. 대조적으로, 컨트롤러(716)가 제1 광학 요소(712)를 제2 상태로 설정할 때(예를 들어, 제1 광학 요소(712)에 전압을 인가하는 것에 의해), 제1 광학 요소(712)에 입사되는 광은 광의 편광에서의 변화없이 투과될 것이다(예를 들어, LCP 광은 LCP로 유지되고 RCP 광은 RCP로 유지된다).
제1 광학 요소(712)는 네마틱(nematic) LC 셀, 키랄 도펀트를 가지는 네마틱 LC 셀, 키랄 LC 셀, 균일 누운 나선(Uniform Liing Helix, ULH) LC 셀, 강유전성 LC 셀, 파이 셀 등과 같은 액정(LC) 셀을 포함할 수 있다. 다른 예에서, LC 셀은 전기적으로 구동 가능한 복굴절 재료를 포함한다.
제2 광학 요소(714)는 제1 광학 요소(712)를 통해 투과된 광을 수신하도록 구성된다. 제2 광학 요소(714)는 렌즈화 광학 요소(예를 들어, 렌즈 또는 메타물질/메타표면)일 수 있다. 일부 예에서, 제2 광학 요소(714)는 편광 감지 광학 요소 또는 편광 선택성 광학 요소이다. 예를 들어, 제2 광학 요소(714)는 PBP 렌즈(또한 기하학적 위상 렌즈로서 지칭됨), PSH 렌즈(예를 들어, 편광 체적 홀로그램(PVH) 렌즈), 메타물질 렌즈, 또는 메타표면 렌즈 중 하나 이상을 포함할 수 있다. PBP 렌즈 및 PSH 렌즈에 관한 세부 사항은 각각 도 8a 내지 도 8d 및 도 9a 내지 도 9d와 관련하여 다음에 제공된다.
제2 광학 요소(714)는 수동적(예를 들어, 제2 광학 요소(714)의 특성을 변경하기 위해 제2 광학 요소(714)에 전압을 선택적으로 인가하도록 구성된 컨트롤러(718)에 연결되지 않음) 또는 능동적(예를 들어, 제2 광학 요소(714)의 특성을 변경하기 위해 제2 광학 요소(714)에 전압을 선택적으로 인가하도록 구성된 컨트롤러(718)에 연결됨)일 수 있다. 제2 광학 요소(714)가 수동적인 예에서, 제2 광학 요소(714)는 제1 편광의 광에 대한 제1 광출력, 및 제2 편광의 광에 대한, 제1 광출력과 상이한 제2 광출력을 가진다. 일부 예에서, 제2 각각의 광출력은 제1 각각의 광출력보다 더 적다. 예를 들어, 제2 각각의 광출력은 0일 수 있다. 예를 들어, 제2 광학 요소(714)는 RCP 광에 대해 0이 아닌 제1 광출력을 나타낼 수 있고, RCP 광을 수렴 또는 발산하는 동안(제1 광출력에 의존하여) RCP 광을 LCP 광으로 변환하도록 구성될 수 있다. 제2 광학 요소(714)는 LCP 광의 편광을 초점을 맞추거나 변경함이 없이 LCP 광을 투과시키도록 구성될 수 있다.
다른 예에서, 제2 각각의 광출력은 크기가 제1 각각의 광출력과 대략 동일하지만, 부호(효과)가 제1 각각의 광출력과 반대이다. 예를 들어, 제2 광학 요소(714)는 RCP인 입사광에 대해 +0.5 디옵터의 광출력을 가지는 볼록 렌즈(positive lens)로서 작용할 수 있고, LCP인 입사광에 대해 -0.5 디옵터의 광출력을 가지는 오목 렌즈(negative lens)로서 작용할 수 있다. 그러므로, 제2 광학 요소(714)의 광출력, 그러므로 광학 스테이지(602)의 광출력은 제1 광학 요소(712)의 상태 및 광학 스테이지(602)에 입사되는 광의 편광에 기초할 수 있다.
일부 예에서, 제2 광학 요소(714)는 제3 광학 요소 상태(예를 들어, "오프" 상태) 또는 제4 광학 요소 상태(예를 들어, "온" 상태)에 있도록 컨트롤러(718)를 통해 구성 가능한 능동 광학 요소이다. 컨트롤러(718)는 도 5에 도시된 프로세서(들)(560)의 예일 수 있다. 제3 광학 요소 상태에서, 능동 제2 광학 요소(714)는 제2 광학 요소(714)가 수동적인 예와 관련하여 전술한 바와 같이, 제1 편광을 가지는 입사광에 대한 제1 각각의 광출력 및 제2 편광을 가지는 입사광에 대한 제2 각각의 광출력을 가지도록 구성된다. 제4 광학 요소 상태에서 능동 제2 광학 요소(714)는 0의 광출력을 가지도록 구성되고, 입사광의 편광에 관계없이 광출력을 가함이 없이 입사광을 투과시키도록 구성된다. 그 결과, 제1 광학 요소(712) 및 능동 제2 광학 요소(714)를 포함하는 광학 스테이지(602)는 제1 광학 요소(712) 및 능동 제2 광학 요소(714)의 상태, 예를 들어 입사광의 초점을 맞추기 위한 가산 상태, 입사광의 초점을 흐리기기 위한 감산 상태, 입사광의 편광에 관계없이 광출력을 가함이 없는 중립 상태에 의존하여 2개 이상의 상이한 상태를 나타낼 수 있다.
일부 예에서, 제2 광학 요소(714)는 제1 광학 요소(712)의 표면에 본딩되거나 형성된 박막이다.
제2 광학 요소(714)는 다른 광학 스테이지(602)에서의 제2 광학 요소와 동일하거나 상이할 수 있는 관련된 광출력(또는 다수의 관련된 광출력)을 가진다. 일부 예에서, 제2 광학 요소(714)의 광출력의 크기(들)는 2.0 디옵터보다 크지 않다(예를 들어, 광출력은 -2 디옵터 또는 +2 디옵터보다 강하지 않다). 일부 예에서, 제2 광학 요소(714)의 광출력의 크기(들)는 2의 배율(예를 들어, 21 = 2 디옵터, 20 = 1 디옵터, 2-1 = 0.5 디옵터, 2-2 = 0.25 디옵터, 2-3 = 0.125 디옵터 등)이다.
일부 예에서, 연속 광학 스테이지(602)(도 6)의 광학 스테이지는 제1 광학 요소(712) 및 능동 제2 광학 요소(714) 중 하나만을 포함한다. 예를 들어, 연속 광학 스테이지(702)의 광학 스테이지는 제1 광학 요소(712)를 포함하지 않고 능동 제2 광학 요소(714)를 포함할 수 있다.
따라서, 컨트롤러(716 및 718)(도 5의 프로세서(들)(560)의 예임)는 도 7과 관련하여 설명된 바와 같이, 광학 모듈(600)의 광학 스테이지(602)의 각각의 상태를 제어하는 것에 의해 가변 초점 광학 조립체(530)(도 5)의 하나 이상의 유형의 수차 보상에 대한 전체 광출력을 제어할 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 일부 예에 따른 구면 렌즈화를 나타내도록 구성된 판차라트남-베리 위상(PBP) 렌즈(800)를 예시하는 개략도이다. 일부 예에서, 도 6 및 도 7과 관련하여 위에서 설명된 자유형 가변 초점 광학 조립체(600)에서의 광학 스테이지(602)의 제2 광학 요소(714)는 PBP 렌즈(800)를 포함한다. 일부 예에서, PBP 렌즈(800)는 액정층을 포함을 포함하는 액정 광학 요소이다. 일부 예에서, PBP 렌즈(800)는 다른 유형의 하부 구조, 예를 들어 고굴절률 재료로 구성된 나노필러의 층을 포함한다.
PBP 렌즈(800)는 입사광의 편광에 부분적으로 기초하여 구면 광출력을 추가하거나 제거한다. 예를 들어, RCP 광이 PBP 렌즈(800)에 입사되면, PBP 렌즈(800)는 볼록 렌즈로서 작용한다(즉, 광이 수렴되게 한다). LCP 광이 PBP 렌즈(800)에 입사되면, PBP 렌즈(800)는 오목 렌즈로서 작용한다(즉, 광이 발산되게 한다). PBP 렌즈(800)는 또한 광의 핸드니스(handedness)를 직교 핸드니스로 변경한다(예를 들어, LCP를 RCP로 또는 그 반대로 변경한다). PBP 렌즈는 또한 파장 선택성이다. 입사광이 설계된 파장이면, LCP 광은 RCP 광으로 변환되고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 대조적으로, 입사광이 설계된 파장 범위를 벗어난 파장을 가지면, 광의 적어도 일부는 편광에서의 변화 없이, 그리고 초점 맞춤 또는 수렴 없이 투과된다. PBP 렌즈는 큰 조리개 크기를 가질 수 있으며, 매우 얇은 액정층으로 만들어질 수 있다. PBP 렌즈의 광학 특성(예를 들어, 초점력 또는 회절력)은 액정 분자의 방위각(θ)의 변화에 기초한다. 예를 들어, PBP 렌즈의 경우, 액정 분자의 방위각(θ)은 수학식 1에 기초하여 결정된다:
Figure pct00010
여기서, r은 액정 분자와 PBP 렌즈의 광학 중심 사이의 반경 방향 거리이며, f는 초점 거리이며, λ는 PBP 렌즈가 설계된 광의 파장이다. 일부 예에서, x-y 평면에서 액정 분자의 방위각은 PBP 렌즈의 광학 중심으로부터 가장자리로 증가한다. 액정 방향자 패턴(예를 들어, 액정의 방위각 패턴)은 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이 제1 제르니케 다항식(
Figure pct00011
)과 관련될 수 있다. 일부 예에서, 수학식 1에 의해 표현되는 바와 같이, 이웃하는 액정 분자들 사이의 방위각에서의 증가율은 또한 PBP 렌즈(800)의 광학 중심으로부터의 거리에 따라 증가한다. PBP 렌즈(800)는 도 8a의 x-y 평면에서 액정 분자의 배향,(즉, 방위각(θ))에 기초하여 각각의 렌즈 프로파일을 생성한다. 대조적으로 (비-PBP) 액정 렌즈는 복굴절 특성(x-y 평면을 벗어나 배향된, 예를 들어, x-y 평면으로부터의 0이 아닌 경사각을 가지는 액정 분자로) 및 액정층의 두께를 통해 렌즈 프로파일을 생성한다.
도 8a는 유입광(804)이 z-축을 따라서 렌즈에 들어가는 PBP 렌즈(800)의 3차원 도면을 도시한다.
도 8b는 다양한 배향을 가지는 복수의 액정(예를 들어, 액정(802A 및 802B))을 가지는 PBP 렌즈(800)의 x-y-평면도를 도시한다. 액정의 배향(즉, 액정의 방위각(θ))은 PBP 렌즈(800)의 중심으로부터 PBP 렌즈(800)의 주변을 향해 A와 A' 사이의 기준선을 따라서 변한다.
도 8c는 PBP 렌즈(800)의 x-z-단면도를 도시한다. 도 8c에 도시된 바와 같이, 액정(예를 들어, 액정(802A 및 802B))의 배향은 z-방향을 따라서 일정하게 유지된다. 도 8c는 z-축을 따라서 일정한 배향, 및 이상적으로 설계된 파장의 절반인 복굴절 두께(Δn ×t)를 가지는 PBP 구조의 예이며, 여기서 Δn은 액정 물질의 복굴절이고, t는 PBP 렌즈(800)의 액정 물질의 물리적 두께이다.
일부 예에서, PBP 광학 요소(예를 들어, 렌즈, 격자)는 도 8c에 도시된 것과 다른 액정 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, PBP 광학 요소는 z-방향을 따라서 이중 꼬임 액정 구조를 포함할 수 있다. 다른 예에서, PBP 광학 요소는 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 무채색 응답을 제공하기 위해 z-방향을 따라서 3층의 대안적인 구조를 포함할 수 있다.
도 8d는 도 8b에 도시된 A와 A' 사이의 기준선을 따르는 액정의 상세 평면도를 도시한다. 피치(806)는 액정의 방위각(θ)이 180°회전한 x-축을 따르는 거리로서 정의된다. 일부 예에서, 피치(806)는 PBP 렌즈(800)의 중심으로부터의 거리의 함수로서 변한다. 구면 렌즈화의 경우에, 액정의 방위각(θ)은 위에서 보여준 수학식 1에 따라서 변한다. 이러한 경우에, 렌즈의 중심에서의 피치가 가장 길고, 렌즈의 가장자리에서의 피치가 가장 짧다.
도 9a 내지 도 9d는 일부 예에 따른 구면 렌즈화를 나타내도록 구성된 편광 감지 홀로그램(PSH) 렌즈를 예시하는 개략도이다. 일부 예에서, 도 6 및 도 7과 관련하여 위에서 설명된 자유형 가변 초점 광학 시스템(600)의 광학 스테이지(602)의 제2 광학 요소(714)는 PSH 렌즈(900)를 포함한다. PSH 렌즈(900)는 나선 구조로 배열된 액정(예를 들어, 콜레스테릭 액정으로 형성된 액정)의 층을 포함하는 액정 PSH 렌즈이다. PBP 렌즈(도 8a 내지 도 8d와 관련하여 위에서 설명됨)와 같이, PSH 렌즈(900)는 입사광의 편광에 부분적으로 기초하여 구면 광출력을 추가하거나 제거한다. 그러나, PSH 렌즈(900)는 광의 원편광에 대해 선택적이다. 원형으로 편광된 광의 상태(핸드니스)가 액정층의 나선 비틀림과 같을 때, PSH 렌즈(900)는 원형으로 편광된 광과 상호 작용하고, 이에 의해 광의 방향을 변경한다(예를 들어, 광을 회절시킨다). 동시에, 광을 회절시키는 동안, PSH 렌즈(900)는 또한 광의 편광을 변화시킨다. 대조적으로, PSH 렌즈(900)는 배향 또는 편광을 변경함이 없이 반대인 원편광을 가지는 광을 투과시킨다. 예를 들어, PSH 렌즈(900)는 RCP 광의 편광을 LCP 광으로 변경함과 동시에, 그 편광 또는 방향을 변경함이 없이 LCP 광을 투과시키면서 광을 초점을 맞추거나 초점을 흐릴 수 있다. PSH 렌즈(900)의 광학 특성(예를 들어, 집속력 또는 회절력)은 액정 분자의 방위각의 변화에 기초한다. 또한, PSH의 광학 특성은 액정의 나선 축 및/또는 나선 피치에 기초한다.
도 9a는 유입광(904)이 z-축을 따라서 렌즈에 들어가는 PSH 렌즈(800)의 3차원 도면을 도시한다. 도 9b는 다양한 배향을 가지는 복수의 액정(예를 들어, 액정(902A 및 902B))을 가지는 PSH 렌즈(900)의 x-y 평면도를 도시한다. 액정의 배향(즉, 액정의 방위각(θ))은 PSH 렌즈(900)의 중심으로부터 PSH 렌즈(900)의 주변을 향하여 B와 B' 사이의 기준선을 따라서 변한다.
도 9c는 PSH 렌즈(900)의 x-z-단면도를 도시한다. 도 9c에 도시된 바와 같이, 도 8c와 관련하여 설명된 PBP 렌즈(800)와 대조적으로, PSH 렌즈(900)의 액정(예를 들어, 도 9b에서의 액정(902A 및 902B))은 나선 구조(918)에 배열된다. 나선 구조(918)는 z-축에 평행하게 정렬된 나선 축을 가진다. x-y 평면 상의 각각의 액정의 방위각이 변함에 따라서, 나선 구조는 사이클로이드 패턴을 형성하는 복수의 회절 평면(예를 들어, 평면(920A 및 920B))을 가지는 체적 격자를 생성한다. PSH 렌즈(900)의 체적에서 정의된 회절 평면(예를 들어, 브래그 회절 평면)은 주기적으로 변하는 굴절률의 결과이다. 나선 구조 또는 나선 비틀림(918)은 나선 비틀림에 대응하는 원편광 핸드니스를 가지는 광이 회절되는 반면에 반대 핸드니스를 가진 원편광을 가지는 광은 회절되지 않음에 따라서 PSH 렌즈(900)의 편광 선택성을 정의한다. 나선 구조(918)는 또한 나선 피치(922)가 어느 파장(들)이 PSH 렌즈(900)에 의해 회절되는지를 결정함에 따라서(다른 파장을 가지는 광은 회절되지 않음) PSH 렌즈(900)의 파장 선택성을 정의한다. 예를 들어, PSH 렌즈에 대해, PSH 렌즈가 광을 회절시키는 설계 파장은 수학식 (2)에 따라서 결정된다:
Figure pct00012
여기서, λ는 PSH 렌즈(900)가 설계된 광의 파장이고, Pz는 나선 피치(922)의 거리이고, neff는 복굴절 매질인 액정 매질의 유효 굴절률이다. 나선 피치는 나선이 나선 축(예를 들어, 도 9c의 z-축)을 따라서 180°회전했을 때의 거리를 나타낸다. 복굴절 액정 매질의 유효 굴절률은 수학식 3에 따라서 결정된다:
Figure pct00013
여기서 n0는 복굴절 매질의 정상 굴절률이고, ne은 복굴절 매질의 비상 굴절률(extraordinary refractive index)이다.
도 9d는 도 9b의 B와 B' 사이의 기준선을 따른 액정의 상세 평면도를 도시한다. 피치(906)는 액정의 방위각이 초기 배향으로부터 180°회전한 x-축을 따르는 거리로서 정의된다. 일부 실시예에서, 피치(906)는 PSH 렌즈(900)의 중심으로부터의 거리의 함수로서 변한다. 구면 렌즈의 경우에, 액정의 방위각은 위에 도시된 수학식 1에 따라서 변한다. 이러한 경우에, 렌즈 중앙에서의 피치가 가장 길고, 렌즈 가장자리에서의 피치가 가장 짧다.
도 10은 도 6 및 도 7에서 전술한 광학 모듈(600)의 예인 구면 렌즈화 광학 모듈(1000)을 통해 투과된 광의 광학 경로를 도시한다. 도시된 바와 같이, 이러한 예에서, 구면 렌즈화 광학 모듈(1000)은 광학 스테이지(1020A, 1020B, 및 1020C)를 가지는 3-스테이지 광학 스택을 포함한다.
제1 광학 스테이지(1020A)는 제1 발산을 가지는 제1 광(1021)을 수신하도록 구성된다. 제1 광(1021)은 광학 스택을 통해 투과되고, 제1 발산과 상이한 제2 발산을 가지는 제2 광(1022)으로서 마지막 광학 스테이지(1020C)로부터 출력된다. 일부 예에서, 제2 발산은 제1 발산보다 작다(예를 들어, 제2 광은 제1 광보다 더 시준된다).
도 10의 예에서, 제1 컨트롤러(1014A)는 제1 상태("오프" 상태)에서 제1 광학 스테이지(1020A)의 제1 광학 요소(1010A)를 설정한다. 따라서, 제1 광학 요소(1010A)는 좌측 원편광(LCP)을 가지는 제1 광(1021)을 수신하고, 우측 원편광(RCP)을 가지는 광(1022)으로 LCP 제1 광(1021)을 변환한다. 제1 광학 스테이지(1020A)의 제2 광학 요소(1012A)는 제1 발산을 가지는 RCP 광(1022)을 수신하고, 이의 초점을 맞추는 동안 LCP를 가지는 제3 광(1023)으로 RCP 광(1022)을 변환하여, 제1 발산보다 작은 제3 발산을 가지는 제3 광(1023)을 초래한다(예를 들어, 제2 광학 요소(1012A)는 수렴 렌즈로서 작용하고, 따라서 RCP 광(1022)은 더 수렴된 LCP 제3 광(1023)으로 변환된다).
도 10의 예에서, 제2 컨트롤러(1014B)는 제2 상태("온" 상태)에서 제2 광학 스테이지(1020B)의 제1 광학 요소(1010B)를 설정하였다. 따라서, 제2 광학 요소(1010B)는 제1 광학 스테이지(1020A)로부터 출력된 LCP 제3 광(1023)을 수신하고, 편광을 변경함이 없이 LCP 광(1024)으로서 LCP 제3 광(1023)을 투과시킨다. 제2 광학 스테이지(1020B)의 제2 광학 요소(1012B)는 제3 발산을 가지는 LCP 광(1024)을 수신하고, 이를 발산하는 동안 LCP 광(1024)을 RCP 제4 광(1025)으로 변환하여, 제3 발산보다 큰 제4 발산을 가지는 제4 광(1025)을 초래한다(예를 들어, 제2 광학 요소(1012B)는 발산 렌즈로서 작용하고, 그러므로 광(1024)은 더 발산하는 RCP 제4 광(1025)으로 변환된다).
도 10의 예에서, 제3 컨트롤러(1014C)는 제2 상태("온" 상태)에서 제3 및 마지막 광학 스테이지(1020C)의 제1 광학 요소(1010C)를 설정하였다. 따라서, 제1 광학 요소(1010C)는 제2 광학 스테이지(1020B)로부터 출력된 RCP 제4 광(1025)을 수신하고, RCP 광(1026)으로서 RCP 제4 광(1025)을 투과시킨다. 제2 광학 요소(1012C)는 제4 발산을 가지는 RCP 광(1026)을 수신하고, 이를 수렴하는 동안 RCP 광(1026)을 LCP 제5 광(1027)으로 변환하여, 제4 발산보다 작은 제5 발산을 가지는 LCP 제5 광(1027)을 초래한다(예를 들어, 제2 광학 요소(1012C)가 수렴 렌즈로서 작용하고, 그러므로 RCP 광(1026)은 더 수렴된 LCP 제5 광(1027)으로 변환된다). 제3 광학 스테이지가 광학 스택의 마지막 광학 스테이지이기 때문에, 제5 발산을 가지는 제5 광(1027)은 전술한 바와 같이 출력단으로부터 출력되는 광에 대응한다(예를 들어, 이와 동일하다).
따라서, 추가 광학 스테이지(1020B)는 이전 광학 스테이지(1020A)로부터 광을 수신하고, 추가 광학 스테이지로부터 출력된 광이 광학 스테이지에 의해 수신된 광의 발산과 다른 발산을 가지도록 다음 광학 스테이지로 광을 전달하기 위해 구성된다. 투과된 광의 발산은 수신된 광의 발산, 수신된 광의 편광, 및 추가 광학 스테이지의 제1 광학 요소의 상태에 기초하여 결정된다.
일부 예에서, 구면 렌즈화 광학 모듈(1000)은 또한 광학 스택의 입력측에 있는 제1 편광기(1014)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제1 편광기(1014)는 원형 편광된 광을 출력하도록 구성된 원형 편광기이다. 일부 예에서, 제1 편광기(1014)는 선형 편광기이고, 1/4 파장판은 제1 편광기(1014)로부터 출력된 선형으로 편광된 광을 제1 광학 상태(1020A)에 입사될 원형으로 편광된 광으로 변환하기 위해 제1 편광기(1014)에 결합된다. 일부 예에서, 모듈(1000)은 또한 광학 스택의 출력측에서, 컨트롤러(1017)에 전기적으로 결합된 전환 가능한 지연기(1016), 및 제2 편광기(1018)를 포함한다. 전환 가능한 지연기(1016)는 도 7을 참조하여 위에서 설명된 제1 광학 요소(712)의 지연기와 유사(또는 동일)한 광학 특성을 가지며, 그러므로 이는 간결함을 위해 반복되지 않는다. 일부 예에서, 전환 가능한 지연기(1016)는 전환 가능한 반 파장판이다. 일부 예에서, 전환 가능한 지연기(1016) 및 제2 편광기(1018)는 구면 렌즈화 광학 모듈(1000)로부터 출력되는 원하는 광(1029)의 핸드니스와 비교하여 반대의 핸드니스를 가지는 광 누설을 감소시키거나 제거하도록 구성된다.
광학 수차는 이상적 이미지와, 광학 시스템 통해 처리된 실제 이미지의 차이로서 정의될 수 있다. 광학 수차는 이상적 이미지와 비교하여 이미지의 크기와 형상을 변경하여 이미지 품질에 부정적인 영향을 미치고, 이상적 이미지에 블러(blur)를 추가하여, 인식되는 이미지의 해상도를 감소시킬 수 있다. 광학 수차는 광이 광학 시스템을 통해 전파됨에 따라서, 객체 지점을 이미지 평면에서의 이상적인 이미지 지점에 매핑하는 이상적인 파면과 실제 파면 사이의 차이로서 또한 정의될 수 있다. 디스플레이 관찰자의 눈의 각막 표면의 광학 특성 및 굴절 오류로 인한 각막 수차는 안구 수차(ocular aberration)의 수학적 청사진으로서 사용되는 제르니케 다항식의 합으로 기술될 수 있다. 본 명세서에서 모드로서 지칭되는 각각의 제르니케 다항식 또는 제르니케 항(Zernike term)은 특정 유형의 형상, 특정 3차원 표면을 기술한다. 2차 제르니케 항은 기존의 각막 이상, 예를 들어 초점 흐림(구면 보정) 및 난시를 나타낸다.
도 11은 방사 정도에 의해 수직으로 정렬되고 방위각으로 수평으로 정렬된 처음 21개의 제르니케 다항식을 도시한다. 1차 제르니케 다항식(1102)은 제르니케 다항식(
Figure pct00014
)(기울기, 예를 들어 이미지 지점의 수직 시프트) 및 제르니케 다항식(
Figure pct00015
)(팁, 예를 들어 이미지 지점의 수평 시프트)을 포함한다. 2차 제르니케 다항식(1102)은 제르니케 다항식(
Figure pct00016
)(초점 흐림), (
Figure pct00017
)(θ= 45° 및 θ= + 225°에서 최대값 및 θ= 135° 및 θ= 315°에서 최소값을 가지는 경사 난시), 및 제르니케 다항식(
Figure pct00018
)(θ= 0°및 θ= 180°에서 최대값 및 θ= 90° 및 θ= 270°에서 최소값을 가지는 수직 난시)를 포함한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 직교 제르니케 다항식(
Figure pct00019
및
Figure pct00020
)의 단위 원 기반 확장은 한 라인을 따르는 값에서의 변화가 다른 라인을 따르는 값에 영향을 미치지 않는 2개의 직교 라인으로서 표현되어, 축 방향 위치(θ)에서 난시력(astigmatic power)(r)의 값을 제공한다. 이와 같이, PBP 렌즈 및/또는 PSH 렌즈와 같은 렌즈들은 경사 및 수직 난시 보상의 상이한 광출력을 조합하는 것에 의해 선택된 각도 및 선택된 광출력에서의 가변 초점 광학 조립체에서 난시 보상을 제공하도록 제르니케 다항식(
Figure pct00021
및
Figure pct00022
)과 관련된 LC 분자 방향자 배향 패턴으로 설계될 수 있다. 예를 들어, 상이한 광출력을 경사 난시 보상에 제공하는 3개의 광학 스테이지 및 상이한 광출력을 수직 난시 보상에 제공하는 3개의 광학 스테이지를 제공하는 것에 의해, 난시 보상 광학 모듈은 총 64개의 가능한 난시 보상 값(예를 들어, 원통형 광출력과 보정 축의 쌍)을 제공하도록 구성될 수 있다.
3차 제르니케 다항식(1104)은 제르니케 다항식(
Figure pct00023
)(θ= 90°, 210° 및 240°에서 최대값 및 θ= 45° 120°에서 최소값을 가지는 수직 트레포일), 제르니케 다항식(
Figure pct00024
)(수직 코마), 제르니케 다항식(
Figure pct00025
)(수평 코마), 및 제르니케 다항식(
Figure pct00026
)(θ= 0°, 120° 및 240°에서 최대값 및 θ= 60°, 180° 및 300°에서 최소값을 가지는 경사 트레포일)을 포함한다. 위에서 설명된 2차 제르니케 다항식과 마찬가지로, 직교 제르니케 다항식(
Figure pct00027
,
Figure pct00028
), 및 (
Figure pct00029
,
Figure pct00030
)는 한 라인을 따르는 값에서의 변화가 다른 라인을 따르는 값에 영향을 주지 않는 2개의 직교 라인으로서 표현될 수 있다. 이와 같이, PBP 렌즈 및/또는 PSH 렌즈와 같은 렌즈들은 경사 및 수직 트레포일 보상 및 수평 및 수직 코마 보상의 상이한 광출력을 조합하는 것에 의해 선택된 각도 및 선택된 광출력에서의 가변 초점 광학 조립체에서, 트레포일 및 코마 보상을 각각 제공하도록 (
Figure pct00031
,
Figure pct00032
), 및 (
Figure pct00033
,
Figure pct00034
)과 관련된 LC 분자 방향자 배향 패턴으로 설계될 수 있다.
동일한 방식으로, PBP 렌즈 및/또는 PSH 렌즈와 같은 렌즈들은 각각의 경사, 수직, 및 수평 고차 수차뿐만 아니라, 고차 구면 수차(예를 들어,
Figure pct00035
, 여기서 n은 양의 정수)의 상이한 광출력을 조합하는 자유형 가변 초점 광학 조립체에서 보상을 제공하기 위해 고차 수차와 관련된 LC 분자 방향자 배향 패턴으로 설계될 수 있다.
도 13a는 경사 난시 보상을 제공하도록 구성된 예시적인 PBP 렌즈(1300)의 x-y-평면도를 도시한다. PBP 렌즈(1300)는 도 13a의 x-y 평면에서 액정 분자의 배향(즉, 방위각(θ))에 기초하여 렌즈 프로파일을 생성한다. PBP 렌즈(1300)는 함수 sin2θ에 의해 결정되는 최대값과 최소값을 가지는 제르니케 다항식(
Figure pct00036
)과 관련된(예를 들어, 이로부터 파생된) 패턴으로 배열된 방향자 배향을 가지는 복수의 액정(1302)을 포함한다. 액정(1302)은 경사 난시를 보상하기 위해 광을 렌즈화하도록 배열된다. z-축을 따르는 액정(1302)의 배향은 도 8c에 도시된 것과 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있다.
도 13b는 수직 난시 보상을 제공하도록 구성된 예시적인 PBP 렌즈(1350)의 x-y-평면도를 도시한다. PBP 렌즈(1350)는 도 13b의 x-y 평면에서 액정 분자의 배향(즉, 방위각(θ))에 기초하여 렌즈 프로파일을 생성한다. PBP 렌즈(1350)는 함수 cos2θ에 의해 결정되는 최대값과 최소값을 가지는 제르니케 다항식(
Figure pct00037
)과 관련된(예를 들어, 이로부터 파생된) 패턴으로 배열된 방향자 패턴을 가지는 복수의 액정(1352)을 포함한다. 액정(1352)은 수직 난시를 보상하기 위해 광을 렌즈화하도록 배열된다. z-축을 따른 액정(1352)의 배향은 도 8c에 도시된 것과 유사하거나 실질적으로 동일하거나 동일할 수 있다.
도 13c는 수직 트레포일 보상을 제공하도록 구성된 예시적인 PBP 렌즈(1500)의 x-y-평면도를 도시한다. PBP 렌즈(1500)는 도 13c의 x-y 평면에서 액정 분자의 배향(즉, 방위각(θ))에 기초하여 렌즈 프로파일을 생성한다. PBP 렌즈(1500)는 함수 sin3θ에 의해 결정되는 최대값과 최소값을 가지는 제르니케 다항식(
Figure pct00038
)과 관련된(예를 들어, 이로부터 파생된) 패턴으로 배열된 방향자 배향을 가지는 복수의 액정(1502)을 포함한다. 액정(1502)은 수직 트레포일을 보상하기 위해 광을 렌즈화하도록 배열된다. z-축을 따르는 액정(1502)의 배향은 도 8c에 도시된 것과 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있다.
도 13d는 경사 트레포일 보상을 제공하도록 구성된 예시적인 PBP 렌즈(1600)의 x-y-평면도를 도시한다. PBP 렌즈(1600)는 도 13d의 x-y 평면에서 액정 분자의 배향(즉, 방위각(θ))에 기초하여 렌즈 프로파일을 생성한다. PBP 렌즈(1600)는 함수 cos3θ에 의해 결정되는 최대값과 최소값을 가지는 제르니케 다항식(
Figure pct00039
)과 관련된(예를 들어, 이로부터 파생된) 패턴으로 배열된 방향자 배향을 가지는 복수의 액정(1602)을 포함한다. 액정(1602)은 경사 트레포일을 보상하기 위해 광을 렌즈화하도록 배열된다. z-축을 따르는 액정(1602)의 배향은 도 8c에 도시된 것과 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있다.
도 13e는 수직 코마 보상을 제공하도록 구성된 예시적인 PBP 렌즈(1700)의 x-y 평면도를 도시한다. PBP 렌즈(1700)는 도 13e의 x-y 평면에서 액정 분자의 배향(즉, 방위각(θ))에 기초하여 렌즈 프로파일을 생성한다. PBP 렌즈(1700)는 함수 sinθ에 의해 결정되는 최대값과 최소값을 가지는 제르니케 다항식(
Figure pct00040
)과 관련된(예를 들어, 이로부터 파생된) 패턴으로 배열된 방향자 배향을 가지는 복수의 액정(1702)을 포함한다. 액정(1702)은 수직 코마를 보상하기 위해 광을 렌즈화하도록 배열된다. z-축을 따른 액정(1702)의 배향은 도 8c에 도시된 것과 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있다.
도 13f는 수평 코마 보상을 제공하도록 구성된 예시적인 PBP 렌즈(1800)의 x-y 평면도를 도시한다. PBP 렌즈(1800)는 도 13f의 x-y 평면에서 액정 분자의 배향(즉, 방위각(θ))에 기초하여 렌즈 프로파일을 생성한다. PBP 렌즈(1800)는 함수 cosθ에 의해 결정된 최대값 및 최소값을 가지는 제르니케 다항식(
Figure pct00041
)과 관련된(예를 들어, 이로부터 파생된) 패턴으로 배열된 방향자 배향을 가지는 복수의 액정(1802)을 포함한다. 액정(1802)은 수평 코마를 보상하기 위해 광을 렌즈화하도록 배열된다. z-축을 따른 액정(1802)의 배향은 도 8c에 도시된 것과 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있다.
도 13g는 초점 흐림 보상을 제공하도록 구성된 예시적인 PBP 렌즈(1900)의 x-y 평면도를 도시한다. PBP 렌즈(1900)는 도 13g의 x-y 평면에서 액정 분자의 배향(즉, 방위각(θ))에 기초하여 렌즈 프로파일을 생성한다. PBP 렌즈(1900)는 제르니케 다항식(
Figure pct00042
)과 관련된(예를 들어, 이로부터 파생된) 패턴으로 배열된 방향자 배향을 가지는 복수의 액정(1902)을 포함한다. 액정(1902)은 수평 코마를 보상하기 위해 광을 렌즈화하도록 배열된다. z-축을 따른 액정(1902)의 배향은 도 8c에 도시된 것과 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있다.
일부 예에서, 1300-1900과 같은 PBP 렌즈는 예를 들어 임의의 제르니케 다항식(
Figure pct00043
)과 관련된 추가 수차에 대한 보상을 제공하도록 구성될 수 있으며, 여기서 m은 임의의 정수이고, n은 임의의 양의 정수이다.
도 14는 수차 보상을 제공하는 자유형 가변 초점 광학 조립체를 형성하기 위해 예시적인 수차 보상 광학 조립체(1404)를 통해 투과된 광의 광학 경로를 도시한다. 제2 광학 요소(1412A-1412F)의 각각의 제2 광학 요소는 선택된 축을 따라서 수차 보상 렌즈화를 만들도록 구성된 LC 방향자의 패턴을 가지는 PBP 렌즈 또는 PSH 렌즈, 또는 선택한 축을 따라서 수차 보상 렌즈화를 만들도록 구성된 구조를 가지는 메타물질 또는 메타표면 렌즈이다. 예를 들어, 수차 보상 광학 조립체(1404)는 3개의 광학 스테이지(1450A, 1450B, 1450C)를 포함하는 수직 난시 보상 모듈(1450)을 포함한다. 수차 보상 광학 조립체(1404)는 3개의 광학 스테이지(1460A, 1460B, 1460C)를 포함하는 경사 난시 보상 모듈(1460)을 추가로 포함한다. 비록 수직 난시 보상 모듈(1450) 및 경사 난시 보상 모듈(1460)의 각각이 도 14의 예에서 3개의 광학 스테이지를 포함할지라도, 다른 예에서, 수직 난시 보상 모듈(1450) 및 경사 난시 보상 모듈(1460)은 상이한 수의 스테이지를 포함할 수 있다(일반적으로, 각각은 적어도 2개의 광학 스테이지를 포함할 수 있다). 추가적으로, 수직 난시 보상 모듈(1450) 및 경사 난시 보상 모듈(1460)은 동일한 수의 광학 스테이지 또는 상이한 수의 광학 스테이지를 포함할 수 있다. 주어진 모듈에서의 추가 광학 스테이지는 모듈에 대한 증가된 수의 유효 광출력을 가능하게 할 수 있다. 수차 보상 광학 조립체(1404)가 수직 난시 보상 모듈(1450) 및 경사 난시 보상 모듈(1460)을 포함할지라도, 수차 보상 광학 조립체(1404)는 각각이 하나 이상의 광학 스테이지를 가지는 상이한 수의 모듈, 예를 들어, 기울기, 수직 및 경사 트레포일, 수직 및 수평 코마, 1차 구형, 2차 난시, 쿼드라포일 등을 보상하는 추가 모듈을 포함할 수 있다.
난시 보상 광학 조립체(1404)의 각각의 제2 광학 요소(1412, 1422)는 디옵터로 표현되는 선택된 광출력을 가질 수 있다. 일부 예에서, 수직 난시 보상 모듈(1450)에서의 각각의 제2 광학 요소(1412A-1412C)는 상이한 광출력을 갖고, 경사 난시 보상 모듈(1460)에서의 각각의 제2 광학 요소(1422A-1422C)는 상이한 광출력을 가진다. 일부 예에서, 광출력은 2의 배율(예를 들어, 예를 들어, 21 = 2 디옵터, 20 = 1 디옵터, 2-1 = 0.5 디옵터, 2-2 = 0.25 디옵터, 23 = 0.125 디옵터 등)일 수 있다. 이것은 각각의 제1 및 제2광학 요소(1410, 1412, 1422)의 제어에 각각 기초하여, 수직 난시 보상 광학 모듈(1450)이 수직 난시 보정을 위한 복수의 광출력을 달성하고 경사 난시 보상 광학 모듈(1450)이 경사 난시 보정을 위한 복수의 광출력을 달성하는 것을 가능하게 할 수 있다.
수직 난시 보상 모듈(1450)의 제1 광학 스테이지(1450A)는 제1 발산을 가지는 제1 광(1421)을 수신하도록 구성된다. 제1 광(1421)은 광학 스택을 통해 투과되어, 수직 난시 보상 모듈(1450)의 마지막 광학 스테이지(제3 광학 스테이지(1450C))로부터, 제1 발산과 상이한 제2 발산을 가지는 제2 광(1427)으로서 출력된다. 일부 예에서, 제2 발산은 제1 발산보다 작다(예를 들어, 제2 광(1427)은 제1 광(1421)보다 더 시준된다).
이 예에서, 제1 컨트롤러(1414A)는 제1 광학 스테이지(1450A)의 제1 광학 요소(1410A)를 제1("오프") 상태에 있도록 제어한다. 따라서, 제1 광학 요소(1410A)는 좌측 원편광(LCP)을 가지는 제1 광(1421)을 수신하고, 우측 원편광(RCP)를 가지는 광(1422)으로 LCP 제1 광(1421)을 변환한다. 도 13a에 도시된 액정 방향자의 패턴을 가지는 제1 광학 스테이지(1450A)의 제2 광학 요소(1412A)는 제1 발산을 가지는 RCP 광(1422)을 수신하고, 이의 초점을 맞추는 동안 좌측 원편광(LCP)을 가지는 제3 광(1423)으로 RCP 광(1422)을 변환하여, 제1 발산보다 작은 제3 발산을 가지는 제3 광(1423)을 초래한다(예를 들어, 제2 광학 요소(1412A)는 RCP 광을 위한 수렴 렌즈로서 작용하고, 따라서 RCP 광(1422)은 더 수렴된 LCP 제3 광(1423)으로 변환된다).
이 예에서, 제2 컨트롤러(1414B)는 제2 광학 스테이지(1450B)의 제1 광학 요소(1410B)를 제2("온") 상태에 있도록 제어한다. 따라서, 제2 광학 요소(1410B)는 제1 광학 스테이지(1450A)로부터 출력된 LCP 제3 광(1423)을 수신하고, 편광을 변경함이 없이 LCP 광(1424)으로서 LCP 제3 광(1423)을 투과시킨다. 제2 광학 스테이지(1450B)의 제2 광학 요소(1412B)는 제3 발산을 가지는 LCP 광(1424)을 수신하고, 이를 발산하는 동안 LCP 광(1424)을 RCP 제4 광(1425)으로 변환하여, 제3 발산보다 큰 제4 발산을 가지는 제4 광(1425)을 초래된다(예를 들어, 제2 광학 요소(1412B)는 LCP 광에 대한 발산 렌즈로서 작용하고, 그러므로 LCP 광(1424)은 더 발산하는 RCP 제4 광(1425)로 변환된다).
이 예에서, 제3 컨트롤러(1414C)는 제3 광학 스테이지(1450C)의 제1 광학 요소(1410C)를 제2("오프") 상태에 있도록 제어한다. 따라서, 제1 광학 요소(1410C)는 제2 광학 스테이지(1450B)로부터 출력된 RCP 제4 광(1425)을 수신하고, 편광을 변경함이 없이 RCP 제4 광(1425)을 RCP 광(1426)으로서 투과시킨다. 제2 광학 요소(1412C)는 제4 발산을 가지는 RCP 광(1426)을 수신하고, 이를 수렴하는 동안 RCP 광(1426)을 LCP 제5 광(1427)으로 변환하여, 제4 발산보다 작은 제5 발산을 가지는 제5 광(1427)을 초래한다(예를 들어, 제2 광학 요소(1412C)는 RCP 광에 대한 수렴 렌즈로서 작용하고, 그러므로 RCP 광(1426)은 더 수렴된 LCP 제5 광(1427)으로 변환된다). 제3 광학 스테이지(1450C)가 수직 난시 보상 모듈(1450)에서의 마지막 광학 스테이지이기 때문에, 제5 발산을 가지는 제5 광(1427)은 전술한 출력단으로부터 출력되는 광에 대응한다(예를 들어, 이와 동일하다).
따라서, 주어진 광학 스테이지는 이전 광학 스테이지로부터 광을 수신하고, 추가 광학 스테이지로부터 출력된 광이 제1 광학 스테이지에 의해 수신된 광의 발산과 다른 발산을 가질 수 있도록 다음 광학 스테이지로 광을 투과시키도록 구성된다. 투과된 광의 발산은 수신된 광의 발산, 수신된 광의 편광, 및 추가 광학 스테이지의 제1 광학 요소의 상태에 기초하여 결정된다.
다른 예에서, 각각의 제2 광학 요소(예를 들어, 렌즈 또는 격자)는 능동 광학 요소일 수 있어서, 제2 광학 요소는 도 7을 참조하여 설명된 바와 같이 2개의 상태 사이에서 제어될 수 있다. 일부 예에서, 전압이 제2 광학 요소에 인가되는 "온" 상태에 있도록 제2 광학 요소가 제어될 때, 제2 광학 요소가 광을 렌즈화하거나 광의 편광을 변경함이 없이 광을 투과할 수 있도록, 제2 광학 요소는 적어도 일부 광에 대해 렌즈화 효과를 나타내지 않을 수 있다(예를 들어, 특정 편광의 광에 대해).
도 14의 예에서, 수직 난시 보상 모듈(1450)로부터 출력된 광(1427)은 경사 난시 보상 모듈(1460)에 입사된다. 경사 난시 보상 모듈(1460)의 제1 광학 스테이지(1460A)는 제1 발산을 가지는 수직 난시 보상 모듈(1450)로부터 출력된 LCP 제5 광(1427)을 수신하도록 구성된다. 광(1427)은 경사 난시 보상 모듈(1460)을 통해 투과되어 제1 발산과 다른 제2 발산을 가지는 광(1439)으로서, 경사 난시 보상 모듈(1460)의 마지막 광학 스테이지(제3 광학 스테이지(1460C))로부터 출력된다. 일부 예에서, 제2 발산은 제1 발산보다 작다(예를 들어, 제2 광은 제1 광보다 더 시준된다).
도 14의 예에서, 제1 광학 스테이지(1460A)는 LCP 제5 광(1427)을 수신하도록 구성된다. 이 예에서, 제4 컨트롤러(1414D)는 제1 광학 스테이지(1460A)의 제1 광학 요소(1410A)를 제2("온") 상태에 있도록 제어한다. 따라서, 제1 광학 요소(1410A)는 좌측 원편광(LCP)을 가지는 LCP 제5 광(1427)을 수신하고, 좌측 원편광을 가지는 LCP 광(1429)으로서 LCP 제5 광(1427)을 투과시킨다. 도 9b에 도시된 액정 방향자의 패턴을 가지는 제1 광학 스테이지(1460A)의 제2 광학 요소(1422A)는 제1 발산을 가지는 LCP 광(1429)을 수신하고, 이를 발산하는 동안 우측 원편광(RCP)을 가지는 제3 광(1431)으로 LCP 광(1429)을 변환한다(예를 들어, 제2 광학 요소(1422A)는 LCP 광에 대한 발산 렌즈로서 작용하고, 그러므로 LCP 광(1429)은 더 발산된 RCP 광(1431)으로 변환된다).
제5 컨트롤러(1414E)는 제2 광학 스테이지(1460B)의 제1 광학 요소(1410E)를 제2("온") 상태에 있도록 제어한다. 따라서, 제2 광학 요소(1410E)는 제1 광학 스테이지(1460A)로부터 출력된 RCP 제3 광(1431)을 수신하고, 편광을 변경함이 없이 RCP 제3 광(1431)을 RCP 광(1433)으로서 투과시킨다. 제2 광학 스테이지(1460B)의 제2 광학 요소(1422B)는 제3 발산을 가지는 RCP 광(1433)을 수신하고, 이를 수렴하는 동안 RCP 광(1433)을 LCP 광(1435)으로 변환하여, 이전의 발산보다 작은 발산을 가지는 LCP 광(1435)을 초래한다(예를 들어, 제2 광학 요소(1422B)는 RCP 광에 대한 수렴 렌즈로서 작용하고, 그러므로 RCP 광(1433)은 더 수렴하는 LCP 제4 광(1435)으로 변환된다).
제6 컨트롤러(1414F)는 제3 광학 스테이지(1460)의 제1 광학 요소(1410F)를 제2("온") 상태에 있도록 제어한다. 따라서, 제1 광학 요소(1410F)는 제2 광학 스테이지(1460B)로부터 출력된 LCP 광(1435)을 수신하고, 편광을 변경함이 없이 LCP 광(1435)을 LCP 광(1437)으로서 투과시킨다. 제3 광학 요소(1422C)는 LCP 광(1437)을 수신하고, 이를 발산하는 동안 LCP 광(1437)을 RCP 광(1439)으로 변환하여, 이전의 발산보다 더 큰 발산을 가지는 RCP 광(1439)을 초래한다(예를 들어, 제3 광학 요소(1422C)는 LCP 광에 대한 발산 렌즈로서서 작용하고, 그러므로 LCP 광(1437)은 더 발산된 RCP 광(1439)으로 변환된다). 제3 광학 스테이지(1460C)가 경사 난시 보상 모듈(1460)의 마지막 광학 스테이지이기 때문에, 제5 발산을 가지는 RCP 광(1439)은 전술한 바와 같이 출력단으로부터 출력되는 광에 대응한다(예를 들어, 이와 동일하다).
일부 예에서, 수차 보상 광학 조립체(1404)는 또한 입력측에서 제1 편광기(1470)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 조립체(1404)는 또한 출력측에서, 컨트롤러(1477) 및 제2 편광기(1478)에 전기적으로 결합된 전환 가능한 지연기(1476)를 포함한다. 전환 가능한 지연기(1476)는 광학 스테이지(1450 및 1460)에 대해 설명된 제1 광학 요소와 유사한(또는 동일한) 광학 특성을 가진다. 일부 예에서, 전환 가능한 지연기(1476)는 전환 가능한 반 파장판이다. 수차 보상 광학 조립체(1404)의 각각의 광학 스테이지의 동작은 광학 스테이지에 입사되는 광의 편광, 제1 광학 요소의 상태, 및 선택적으로, 제2 광학 요소가 능동 광학 요소인 예에서 제2 광학 요소의 상태에 의존한다.
위에서 설명되고 도 10에 도시된 구면 렌즈화 광학 모듈(1000)에서와 같이, 수직 난시 보상 모듈(1450) 및 경사 난시 보상 모듈(1460)의 전체 원통형 광출력은 본 명세서에서의 복수의 광학 스테이지(1450A-1450C, 1460A-1460C)에서의 제1 광학 요소(1410)(및, 선택적으로 제2 광학 요소(1412, 1422))의 각각의 상태를 조정하거나 변경함하는 것에 의해 조정될 수 있다. 난시 보상 광학 모듈(1450, 1460)의 원통형 광출력은 임의의 광학 스테이지에서의 광학 요소의 상태를 전환하는 것에 의해 변경될 수 있으며, 이에 따라 광학 스테이지의 광출력을 변경할 수 있다. 조합된 연속적인 광학 스테이지의 광출력은 난시 보상 광학 모듈(1450, 1460)의 결과적인 총 광출력을 결정한다.
또한, 난시 보상 광학 모듈(1450, 1460)의 상대적인 광출력은 수차 보상 광학 조립체(1404)에 대한 유효 보정 축에 기여한다.
수차 보상 광학 조립체(1404)는 단독으로 또는 다른 광학 요소와 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 수차 보상 광학 조립체(1404)는 초점 및 고차 수차 보상 모두를 제공하는 자유형 가변 초점 수차 보상 광학 조립체를 형성하기 위해 구면 렌즈화 광학 모듈(1000) 중 임의의 것, 및 임의의 제르니케 다항식(
Figure pct00044
)에 대한 수차 보상을 제공하도록 구성된 임의의 다른 광학 조립체 또는 보상 모듈과 함께 사용될 수 있다. 수차 보상 광학 조립체(1404, 1000)는 또한 예를 들어 광학 시스템에서의 적응형 광학 기기로서 파면 성형을 제공하는 자유형 가변 초점 수차 보상 광학 조립체를 형성하기 위해 임의의 다른 제르니케 다항식에 대응하는 임의의 다른 수차 보상 광학 조립체와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 수차 보상 광학 조립체(1404, 1000)는 피스톤을 위한 수차 보상(예를 들어, 0차 제르니케 다항식과 관련된); 기울기, 팁(예를 들어, 1차 제르니케 다항식과 관련된); 초점/초점 흐림, 원통형 초점/난시(예를 들어, 2차 제르니케 다항식과 관련된); 트레포일, 코마(예를 들어, 3차 제르니케 다항식과 관련된); 쿼드라포일, 2차 난시, 1차 구형(예를 들어, 4차 제르니케 다항식과 관련된); 및 기타 고차 수차를 제공하도록 구성된 임의의 수차 보상 광학 조립체와 함께 사용될 수 있다.
하나의 예에서, 사용자는 수차 보상(예를 들어, 적어도 하나의 구면 렌즈화 광학 모듈(1000)과 적어도 하나의 수차 보상 광학 모듈, 예를 들어 수직 난시 보상 모듈(1450) 및 경사 난시 보상 모듈(1460)의 조합)을 제공하는 자유형 가변 초점 광학 조립체를 조정하기 위해 UI 요소와 상호 작용할 수 있다. 이것은 사용자가 사용자의 특정 눈에 대한 개선된 디스플레이 이미지를 찾기 위해 구형, 원통형 및 축 값을 미세 조정하는 것을 허용할 수 있다. UI 요소는 전자 디스플레이(들)(203)에 의해 출력되는 가상 현실 콘텐츠의 일부로서 제시되는 UI 요소(329) 중 하나일 수 있거나, 예를 들어 적절한 다이얼, 지동륜 또는 슬라이더, 또는 기타 기계적 사용자 입력 메커니즘을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 사용자는 UI 요소(329)를 사용하여 한쪽 또는 양쪽 눈에 대해 선택된 처방을 입력할 수 있고, 프로세서(들)(302)는 처방에 대응하는 광학 교정을 제공하도록 광학 스테이지를 구성할 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 및 제2 난시 보상 광학 모듈의 원통형 광출력(예를 들어, 제1 난시 보상 광학 모듈의 광출력 및 제2 난시 보상 광학 모듈의 광출력)은 가변 초점 광학 조립체의 사용자의 난시에 기초하여 구성된다.
추가적으로, 본 설명이 주로 사용자의 난시를 해결하는 것으로서 설명되었을지라도, 본 명세서에서 설명되는 난시 보상 광학 모듈은 난시 보상 광학 모듈이 사용되는 광학 시스템 내의 다른 광학 요소에 의해 도입된 광학 수차를 보상하는데 사용될 수 있다.
또한, 연속 스테이지인 수직 난시 보상에 관련된 모든 광학 스테이지 및 연속 스테이지인 경사 난시 보상에 관련된 모든 광학 스테이지를 구비한 난시 보상 광학 조립체(1404)가 설명되었을지라도, 수직 난시 보상에 관한 광학 스테이지는 경사 난시 보상과 관련된 2개의 광학 스테이지 또는 다른 고차 수차(예를 들어, 수직 및 경사 트레포일, 수직 및 수평 코마 등)와 관련된 다른 광학 스테이지 사이에 있을 수 있고 및/또는 그 반대도 마찬가지일 수 있다. 유사하게, 구면 렌즈화 광학 모듈(1000)의 광학 스테이지가 수차 보상 광학 조립체(1404)와 분리된 연속적인 광학 스테이지인 것으로 설명되었을지라도, 구면 렌즈화 광학 모듈(1000)의 광학 스테이지에는 수차 보상 광학 조립체(1404)의 스테이지가 끼워 넣어질 수 있다. 일부 예에서, 가장 큰 광출력 크기를 가진 광학 스테이지는 사용자 또는 뷰어의 눈에 가장 가깝게 위치된다.
본 개시내용은 또한 디스플레이의 관찰자를 위한 시력 보정을 제공하는 방법에 관한 것이다. 방법은 제1 복수의 광학 스테이지를 포함하는 제1 수차 보상 광학 모듈을 통해 광을 투과시키는 단계를 포함한다. 각각의 광학 스테이지는 판차라트남-베리 위상(PBP) 렌즈, 편광 감지 홀로그램(PSH) 렌즈, 메타물질, 또는 이들의 조합을 포함하는 제1 복수의 광학 요소로부터의 광학 요소를 포함할 수 있다. 제1 복수의 광학 요소는 제1 제르니케 다항식(
Figure pct00045
)과 관련된 특성을 포함하며, 여기서 m은 임의의 정수이고, n은 임의의 양의 정수이다. 제1 복수의 광학 스테이지의 각각의 스테이지는 제1 상태 및 제2 상태를 포함하는 복수의 상태 중 임의의 상태에 있도록 구성 가능하다.
방법은 또한 제1 복수의 광학 스테이지의 하나 이상의 광학 스테이지의 각각의 상태를 변경하는 것에 의해 제1 수차 보상 광학 모듈의 제1 초점력을 조정하는 단계를 포함한다.
방법은 제2 복수의 광학 스테이지를 포함하는 제2 수차 보상 광학 모듈을 통해 광을 투과시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 각각의 광학 스테이지는 PBP 렌즈, PSH 렌즈, 메타물질, 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 복수의 광학 요소로부터의 광학 요소를 포함할 수 있다. 제2 복수의 광학 요소는 제1 제르니케 다항식과 상이한 제2 제르니케 다항식(
Figure pct00046
)과 관련된 특성을 포함한다. 제2 복수의 광학 스테이지의 각각의 스테이지는 제1 상태 및 제2 상태를 포함하는 복수의 상태 중 임의의 상태에 있도록 구성 가능하다. 방법은 제2 복수의 광학 스테이지 중 하나 이상의 광학 스테이지의 각각의 상태를 변경하는 것에 의해 제2 수차 보상 광학 모듈의 제2 초점력을 조정하는 단계를 추가로 포함한다.
방법은 또한 선택적으로 제3 복수의 광학 스테이지를 포함하는 제3 수차 보상 광학 모듈을 통해 광을 투과시키는 단계를 포함할 수 있다. 각각의 광학 스테이지는 PBP 렌즈, PSH 렌즈, 또는 이들의 조합을 포함하는 제3 복수의 광학 요소로부터의 광학 요소를 포함할 수 있다. 제3 복수의 광학 요소는 제1 및 제2 제르니케 다항식과 상이한 제3 제르니케 다항식(
Figure pct00047
)과 관련된 특성을 포함한다. 제3 복수의 광학 스테이지의 각각의 스테이지는 제1 상태 및 제2 상태를 포함하는 복수의 상태 중 임의의 상태에 있도록 구성 가능하다. 방법은 또한 제3 복수의 광학 스테이지 중 하나 이상의 광학 스테이지의 각각의 상태를 변경하는 것에 의해 수차 보상 광학 모듈의 제3 초점력을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서의 다양한 예에 의해 설명된 바와 같이, 본 개시내용의 기술은 인공 현실 시스템을 포함하거나 이와 함께 구현될 수 있다. 설명된 바와 같이, 인공 현실은 사용자에게 표시하기 전에 어떤 방식으로든 조정된 현실의 형태이며, 이는 예를 들어 가상 현실(VR), 증강 현실(AR), 혼합 현실(MR), 하이브리드 현실, 또는 이들의 일부 조합 및/또는 파생물을 포함할 수 있다. 인공 현실 콘텐츠는 완전히 생성된 콘텐츠 또는 캡처된 콘텐츠(예를 들어, 현실 세계 사진 또는 비디오)와 조합된 생성 콘텐츠를 포함할 수 있다. 인공 현실 콘텐츠는 비디오, 오디오, 햅틱 피드백 또는 이것들의 일부 조합을 포함할 수 있으며, 이들 중 임의의 것이 단일 채널 또는 다중 채널(예를 들어, 시청자에게 3차원 효과를 생성하는 스테레오 비디오와 같은)로 제시될 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예에서, 인공 현실은 예를 들어 인공 현실에서 콘텐츠를 생성하는데 사용되고 및/또는 인공 현실에서 사용되는(예를 들어, 인공 현실에서 활동을 수행하는) 애플리케이션, 제품, 액세서리, 서비스 또는 이들의 일부 조합과 관련될 수 있다. 인공 현실 콘텐츠를 제공하는 인공 현실 시스템은 호스트 컴퓨터 시스템에 연결된 머리 착용형 디바이스(HMD), 독립형 HMD, 모바일 디바이스 또는 컴퓨팅 시스템, 또는 한 명 이상의 시청자에게 인공 현실 콘텐츠를 제공할 수 있는 임의의 다른 하드웨어 플랫폼을 포함하는 다양한 플랫폼에서 구현될 수 있다.
본 개시내용에서 설명된 기술은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이것들의 임의의 조합으로 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술의 다양한 양태는 하나 이상의 마이크로프로세서, DSP, 주문형 집적회로(ASIC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 또는 임의의 다른 등가의 집적 또는 이산 논리 회로 및 이러한 구성 요소의 모든 조합을 포함하는 하나 이상의 프로세서 내에서 구현될 수 있다. "프로세서" 또는 "처리 회로"라는 용어는 일반적으로 단독으로 또는 다른 논리 회로, 또는 임의의 다른 등가 회로와 조합하여 전술한 논리 회로 중 임의의 것을 지칭할 수 있다. 하드웨어를 포함하는 제어 유닛은 또한 본 개시내용의 기술 중 하나 이상을 수행할 수 있다.
이러한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어는 본 개시내용에서 설명된 다양한 동작 및 기능을 지원하기 위해 동일한 디바이스 내에서 또는 별도의 디바이스 내에서 구현될 수 있다. 또한, 설명된 유닛, 모듈 또는 컴포넌트 중 임의의 것은 이산이지만 상호 운용 가능한 논리 디바이스로서 함께 또는 별도로 구현될 수 있다. 모듈 또는 유닛으로서 상이한 특징의 묘사는 상이한 기능적 양태를 강조하도록 의도되며, 이러한 모듈 또는 유닛이 별도의 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트에 의해 실현되어야만 한다는 것을 반드시 의미하지 않는다. 오히려, 하나 이상의 모듈 또는 유닛과 관련된 기능은 별도의 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트에 의해 수행되거나 공통 또는 별도의 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트 내에 통합될 수 있다.
본 개시내용에서 설명된 기술은 또한 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체와 같은 컴퓨터 판독 가능 매체에서 구현되거나 인코딩될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 내장되거나 인코딩된 명령어는 예를 들어 명령어가 실행될 때 프로그램 가능 프로세서 또는 다른 프로세서가 방법을 수행하게 할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 읽기 전용 메모리(ROM), 프로그램 가능 읽기 전용 메모리(PROM), 소거 가능 프로그램 가능 읽기 전용 메모리(EPROM), 전자적으로 소거 가능 프로그램 가능 읽기 전용 메모리(EEPROM), 플래시 메모리, 하드 디스크, CD-ROM, 플로피 디스크, 카세트, 자기 매체, 광 매체 또는 다른 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다.
본 명세서의 다양한 예에 의해 설명된 바와 같이, 본 개시내용의 기술은 인공 현실 시스템을 포함하거나 이와 함께 구현될 수 있다. 설명된 바와 같이, 인공 현실은 사용자에게 표시하기 전에 어떤 방식으로든 조정된 현실의 형태이며, 이는 예를 들어 가상 현실(VR), 증강 현실(AR), 혼합 현실(MR), 하이브리드 현실, 또는 이들의 일부 조합 및/또는 파생물을 포함할 수 있다. 인공 현실 콘텐츠는 완전히 생성된 콘텐츠 또는 캡처된 콘텐츠(예를 들어, 현실 세계 사진)와 조합된 생성 콘텐츠를 포함할 수 있다. 인공 현실 콘텐츠는 비디오, 오디오, 햅틱 피드백 또는 이것들의 일부 조합을 포함할 수 있으며, 이들 중 임의의 것이 단일 채널 또는 다중 채널(예를 들어, 시청자에게 3차원 효과를 생성하는 스테레오 비디오와 같은)로 제시될 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예에서, 인공 현실은 예를 들어 인공 현실에서 콘텐츠를 생성하는데 사용되고 및/또는 인공 현실에서 사용되는(예를 들어, 인공 현실에서 활동을 수행하는) 애플리케이션, 제품, 액세서리, 서비스 또는 이들의 일부 조합과 관련될 수 있다. 인공 현실 콘텐츠를 제공하는 인공 현실 시스템은 호스트 컴퓨터 시스템에 연결된 머리 착용형 디바이스(HMD), 독립형 HMD, 모바일 디바이스 또는 컴퓨팅 시스템, 또는 한 명 이상의 시청자에게 인공 현실 콘텐츠를 제공할 수 있는 임의의 다른 하드웨어 플랫폼을 포함하는 다양한 플랫폼에서 구현될 수 있다.

Claims (21)

  1. 자유형 가변 초점 렌즈로서,
    적어도 3개의 광학 모듈을 포함하며, 각각의 광학 모듈은 대응하는 복수의 편광 감지 광학 요소를 포함하고, 상기 각각의 광학 모듈은 대응하는 제르니케 다항식(Zernike polynomial)과 관련되고, 각각의 광학 모듈에 대해, 상기 대응하는 복수의 광학 요소는 상기 대응하는 제르니케 다항식과 관련된 대응하는 특성을 포함하며, 각각의 광학 모듈과 관련된 상기 대응하는 제르니케 다항식은 상이한, 자유형 가변 초점 렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 대응하는 복수의 편광 감지 광학 요소는 판차라트남-베리 위상 (PBP) 렌즈, 편광 감지 홀로그램 (PSH) 렌즈, 메타물질, 또는 이들의 조합을 포함하는, 자유형 가변 초점 렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 광학 모듈은 하나 이상의 광학 스테이지를 포함하며, 각각의 광학 스테이지는 적어도 하나의 광학 요소를 포함하며, 각각의 광학 모듈 내의 상기 광학 요소 중 적어도 일부는 상이한 광출력을 가지는, 자유형 가변 초점 렌즈.
  4. 제2항에 있어서, 각각의 광학 모듈에서의 하나 이상의 광학 스테이지는 전환 가능한 광학 지연기, 및 PBP 렌즈 또는 PSH 렌즈를 포함하는 광학 요소를 포함하며,
    상기 전환 가능한 광학 지연기는 "오프" 상태 또는 "온" 상태에 있도록 구성 가능하며,
    상기 "오프" 상태에서, 상기 전환 가능한 광학 지연기는 제1 또는 제2 편광의 광을 제2 편광의 광 또는 제1 편광의 광으로 각각 변환하도록 구성되며;
    상기 "온" 상태에서, 상기 전환 가능한 광학 지연기는 편광을 변경함이 없이 광을 투과시키며;
    상기 PBP 렌즈 또는 PSH 렌즈를 포함하는 광학 요소는 상기 전환 가능한 광학 지연기를 통해 투과되는 광을 수신하도록 구성되고, 상기 전환 가능한 광학 지연기가 제1 편광 또는 제2 편광을 가지는지의 여부에 의존하는 광출력을 가지는, 자유형 가변 초점 렌즈.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 광학 모듈은 상기 대응하는 제르니케 다항식과 관련된 파면 조정을 입사 파면에 제공하도록 구성되는, 자유형 가변 초점 렌즈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 3개의 광학 모듈은 각각의 파면 조정의 상이한 조합에 기초한 가변 파면을 출력하도록 구성되는, 자유형 가변 초점 렌즈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 대응하는 복수의 광학 요소의 각각의 광학 요소는 PBP 렌즈를 포함하며, 상기 특성은 액정 방향자 패턴을 포함하는, 자유형 가변 초점 렌즈.
  8. 제1항에 있어서, 원형 편광기 또는 선형 편광기 중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 자유형 가변 초점 렌즈.
  9. 제1항에 있어서, 제1 광학 모듈의 대응하는 제르니케 다항식은 제1 방향으로의 기울기와 관련되고, 제2 광학 모듈의 대응하는 제르니케 다항식은 제2 방향으로의 기울기와 관련되고, 제3 광학 모듈의 대응하는 제르니케 다항식은 초점과 관련되고, 제4 광학 모듈의 대응하는 제르니케 다항식은 경사 난시와 관련되고, 제5 광학 모듈의 대응하는 제르니케 다항식은 수직 난시와 관련되는, 자유형 가변 초점 렌즈.
  10. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광학 모듈은 트레포일, 코마, 쿼드라포일, 또는 2차 난시와 관련되는, 자유형 가변 초점 렌즈.
  11. 디스플레이로서,
    이미지 광을 방출하도록 구성된 광원; 및
    광학 디바이스의 아이박스로 상기 이미지 광을 안내하도록 구성된 자유형 가변 초점 광학 조립체를 포함하며, 상기 자유형 가변 초점 광학 조립체는,
    적어도 3개의 광학 모듈을 포함하며, 각각의 광학 모듈은 대응하는 복수의 편광 감지 광학 요소를 포함하고, 상기 각각의 광학 모듈은 대응하는 제르니케 다항식과 관련되고, 각각의 광학 모듈에 대해, 상기 대응하는 복수의 광학 요소는 상기 대응하는 제르니케 다항식과 관련된 대응하는 특성을 포함하며, 각각의 광학 모듈과 관련된 상기 대응하는 제르니케 다항식은 상이한, 디스플레이.
  12. 제11항에 있어서, 상기 대응하는 복수의 편광 감지 광학 요소는 판차라트남-베리 위상 (PBP) 렌즈, 편광 감지 홀로그램 (PSH) 렌즈, 메타물질, 또는 이들의 조합을 포함하는, 디스플레이.
  13. 제11항에 있어서, 각각의 광학 모듈은 하나 이상의 광학 스테이지를 포함하며, 각각의 광학 스테이지는 적어도 하나의 광학 요소를 포함하며, 각각의 광학 모듈 내의 상기 광학 요소 중 적어도 일부는 상이한 광출력을 가지는, 디스플레이.
  14. 제12항에 있어서, 각각의 광학 모듈에서의 하나 이상의 광학 스테이지는 전환 가능한 광학 지연기, 및 PBP 렌즈 또는 PSH 렌즈를 포함하는 광학 요소를 포함하며,
    상기 전환 가능한 광학 지연기는 "오프" 상태 또는 "온" 상태에 있도록 구성 가능하며,
    상기 "오프" 상태에서, 상기 전환 가능한 광학 지연기는 제1 또는 제2 편광의 광을 제2 편광의 광 또는 제1 편광의 광으로 각각 변환하도록 구성되며;
    상기 "온" 상태에서, 상기 전환 가능한 광학 지연기는 편광을 변경함이 없이 입사 광을 투과시키며;
    상기 PBP 렌즈 또는 PSH 렌즈를 포함하는 광학 요소는 상기 전환 가능한 광학 지연기를 통해 투과되는 광을 수신하도록 구성되고, 상기 전환 가능한 광학 지연기가 제1 편광 또는 제2 편광을 가지는지의 여부에 의존하는 광출력을 가지는, 디스플레이.
  15. 제11항에 있어서, 각각의 광학 모듈은 상기 대응하는 제르니케 다항식과 관련된 파면 조정을 입사 파면에 제공하도록 구성되는, 디스플레이.
  16. 제11항에 있어서, 상기 적어도 3개의 광학 모듈은 각각의 파면 조정의 상이한 조합에 기초한 가변 파면을 출력하도록 구성되는, 디스플레이.
  17. 제11항에 있어서, 상기 자유형 광학 조립체는 머리 착용형 디스플레이의 출사동을 조향시키도록 구성되며, 상기 자유형 광학 조립체는 상기 머리 착용형 디스플레이의 출사동의 수차를 보상하도록 추가로 구성되는, 디스플레이.
  18. 제11항에 있어서, 상기 디스플레이는 머리 착용형 디스플레이를 포함하는, 디스플레이.
  19. 방법으로서,
    복수의 편광 감지 광학 요소를 각각 포함하는 적어도 3개의 광학 모듈을 통해 광을 투과시키는 단계로서, 각각의 광학 모듈은 대응하는 제르니케 다항식과 관련되고, 각각의 광학 모듈에 대해, 상기 대응하는 복수의 광학 요소는 상기 대응하는 제르니케 다항식과 관련된 대응하는 특성을 포함하며, 상기 각각의 광학 모듈과 관련된 대응하는 제르니케 다항식은 상이한, 상기 단계; 및
    상기 적어도 3개의 광학 모듈 중 하나 이상에서 상기 복수의 광학 요소 중 하나 이상의 광학 요소의 각각의 상태를 변경하는 것에 의해 상기 적어도 3개의 광학 모듈 중 하나 이상의 초점력을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 대응하는 복수의 편광 감지 광학 요소는 판차라트남-베리 위상 (PBP) 렌즈, 편광 감지 홀로그램 (PSH) 렌즈, 메타물질, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  21. 제18항에 있어서, 상기 적어도 3개의 광학 모듈의 각각에서의 하나 이상의 광학 스테이지는 전환 가능한 광학 지연기, 및 PBP 렌즈 또는 PSH 렌즈를 포함하는 광학 요소를 포함하며,
    상기 전환 가능한 광학 지연기는 "오프" 상태 또는 "온" 상태에 있도록 구성 가능하며,
    상기 "오프" 상태에서, 상기 전환 가능한 광학 지연기는 제1 또는 제2 편광의 광을 제2 편광의 광 또는 제1 편광의 광으로 각각 변환하도록 구성되며;
    상기 "온" 상태에서, 상기 전환 가능한 광학 지연기는 편광을 변경함이 없이 입사 광을 투과시키며;
    상기 PBP 렌즈 또는 PSH 렌즈를 포함하는 광학 요소는 상기 전환 가능한 광학 지연기를 통해 투과되는 광을 수신하도록 구성되고, 제1 유형의 광학 요소를 통해 투과되는 광이 제1 편광 또는 제2 편광을 가지는지의 여부에 의존하는 광출력을 가지며;
    상기 각각의 초점력을 조정하는 단계는 상기 전환 가능한 광학 지연기의 상태를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11982906B1 (en) * 2018-03-05 2024-05-14 Beam Engineering For Advanced Measurements Co. Polarization-independent diffractive optical structures
US11327314B2 (en) * 2020-03-03 2022-05-10 Facebook Technologies, Llc Suppressing coherence artifacts and optical interference in displays
US20230333380A1 (en) * 2022-04-14 2023-10-19 Meta Platforms Technologies, Llc Pbp micro-lens for micro-oled beam tuning
WO2024077086A1 (en) * 2022-10-05 2024-04-11 Metalenz, Inc. Shared-aperture camera system and calibration method

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7611244B2 (en) * 2003-11-20 2009-11-03 Heidelberg Engineering Gmbh Adaptive optics for compensating for optical aberrations in an imaging process
EP2012173A3 (en) 2007-07-03 2009-12-09 JDS Uniphase Corporation Non-etched flat polarization-selective diffractive optical elements
US20180045960A1 (en) 2015-12-02 2018-02-15 Augmenteum, LLC. System for and method of projecting augmentation imagery in a head-mounted display
US10151961B2 (en) * 2016-12-29 2018-12-11 Facebook Technologies, Llc Switchable bragg gratings for chromatic error correction of pancharatnam berry phase (PBP) components
KR102601052B1 (ko) * 2017-02-23 2023-11-09 매직 립, 인코포레이티드 가변 파워 반사기를 갖는 디스플레이 시스템
WO2018231784A1 (en) * 2017-06-12 2018-12-20 Magic Leap, Inc. Augmented reality display having multi-element adaptive lens for changing depth planes
US11327306B2 (en) 2018-03-15 2022-05-10 Facebook Technologies, Llc Angular performance of apochromatic pancharatnam berry phase components using a C-plate
US11175508B2 (en) 2018-03-15 2021-11-16 Facebook Technologies, Llc Display device with varifocal optical assembly
US10852619B1 (en) * 2018-11-01 2020-12-01 Facebook Technologies, Llc Multifocal system using adaptive lenses
US11221479B2 (en) * 2019-09-24 2022-01-11 Facebook Technologies, Llc Varifocal optical assembly providing astigmatism compensation
US11360308B2 (en) * 2020-01-22 2022-06-14 Facebook Technologies, Llc Optical assembly with holographic optics for folded optical path

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