KR20220131338A - 공간적으로 변화하는 편광기들을 사용하는 가변 광학 교정 - Google Patents

공간적으로 변화하는 편광기들을 사용하는 가변 광학 교정 Download PDF

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KR20220131338A
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밸브 코포레이션
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Abstract

하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들을 포함하는 교정 부분을 포함하는 광학 시스템이 제공된다. 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들 중 제1 공간적으로 변화하는 편광기는 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될지 또는 비활성이 될지 여부를 나타내는 제1 제어 신호를 수신하도록 구성된 제1 제어 입력을 갖는다. 활성일 때, 제1 공간적으로 변화하는 편광기는 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제1 광학 교정을 제공하도록 동작가능하다. 광학 시스템은, 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제1 광학 교정을 구현할지 여부를 결정하고, 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제1 광학 교정을 구현한다고 결정하는 것에 응답하여, 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될 것을 나타내는 제1 제어 신호를 출력하도록 구성된 제어기를 포함한다. 추가적으로, 공간적으로 변화하는 편광기들은 추가적인 또는 대안적인 광학 교정들을 제공하도록 구성될 수 있다.

Description

공간적으로 변화하는 편광기들을 사용하는 가변 광학 교정
본 개시는 공간적으로 변화하는 편광기(spatially varying polarizer)들을 사용하여 가변 광학 교정을 수행하는 광학 교정 시스템에 관한 것이다.
머리-착용 디스플레이 디바이스(Head-mounted display device; HMD)는, 사용자에게 시각적 콘텐트를 나타내기 위한 하나 이상의 디스플레이 유닛들을 갖는 사용자의 머리에 착용되는 디스플레이 디바이스들이다. HMD들은 가상 현실(virtual reality; VR) 또는 증강 현실(augmented reality; AR) 경험들을 제공하기 위해, 또는 게이밍 또는 시청각 미디어의 표현을 용이하게 하기 위해 점점 더 대중화되고 있다. 디스플레이 유닛들은 전형적으로 소형화되며, 예를 들어, CRT, LCD, 실리콘 위 액정(Liquid crystal on silicon; LCos), 또는 OLED 기술품들을 포함할 수 있다. 일부 HMD들은 쌍안경이며, 각각의 눈에 상이한 이미지를 디스플레이할 가능성을 갖는다. 이러한 성능은 더 몰입감이 있는 사용자 경험을 제공하기 위해 입체 이미지들을 디스플레이하기 위하여 사용된다.
기존 HMD들은 사용자의 시각 장애(vision defect)들 또는 결함(deficiency)들을 고려하지 않는다. 예를 들어, 난시, 근시, 또는 원시(노안으로도 알려짐)를 갖는 사람들은 이러한 질환(condition)들 중 하나 이상을 교정하기 위해 안경을 착용할 수 있다. 그러나, 이전에-구현된 HMD들은 이러한 질환들을 교정하기 위해 가상 이미지 광을 적응시키지 않고 사용자들에게 시각적 콘텐트를 디스플레이한다. 적어도 일부 HMD들은, 사용자의 눈의 전방에 또는 주변에 사용자가 시각 교정 안경 및 HMD를 착용하는 것을 가능하게 하기 위한 충분한 공간을 갖지 않는다. 결과적으로, 시각적 콘텐트는 안경을 착용한 시각 장애들 또는 결함들로 고통을 받는 사용자에게 초점이 맞지 않거나 또는 불명료하게 나타날 수 있으며, 이는 사용자의 전체 경험을 손상시킨다.
머리-착용 디스플레이는, 가상 이미지 디스플레이 유닛, 및 가상 이미지 광을 수정하기 위한 광학 시스템을 포함하는 것으로서 요약될 수 있다. 광학 시스템은 근시, 원시 및 난시를 포함하는 사용자의 하나 이상의 시작 질환들에 대한 교정, 또는 사용자 경험 또는 뷰잉(viewing)을 향상시키기 위해 가상 이미지 광을 수정할 수 있다. 광학 시스템은, 좌측 눈 및 우측 눈 뷰잉을 교정하기 위해 가상 이미지 디스플레이로부터 수신된 가상 이미지 광을 수정하도록 각각 동작할 수 있는 좌측 광학 서브시스템 및 우측 광학 서브시스템을 포함할 수 있다.
광학 시스템은 제어기 입력에 기초하여 각각 활성(온(on)) 상태 또는 비활성(오프) 상태에 있도록 동작할 수 있는 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들을 포함한다. 공간적으로 변화하는 편광기들은 멀티-트위스트 지연기(multi-twist retarder; MTR) 형태일 수 있으며, 단일 박막에서 지연의 정밀한 레벨들을 제공하도록 맞춤화된다. 공간적으로 변화하는 편광기는 교정 광학부로서 동작하고, 이를 통과하는 광이 (굴절률에 따른) 굴절 또는 (회절 패턴에 따른) 회절을 겪게 하도록 구성될 수 있다. 공간적으로 변화하는 편광기는 편광-지향형(polarization-directed) 렌즈로서 형성될 수 있으며, 통과하는 광을 포커싱하기 위한 전기적-제어가능 초점 길이를 가질 수 있고, 통과하는 광에 대해 콜리메이션(collimation)을 수행할 수 있다.
각각의 공간적으로 변화하는 편광기는, 다른 것들 중에서도, 공간적으로 변화하는 편광기를 통과하는 광에 작용하는 회절 패턴 속성들, 광 콜리메이션 속성들, 광 포커싱 속성들 또는 수차 교정 속성들을 갖도록 형성될 수 있다. 2개 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들의 서브세트는, 다른 것들 중에서도, 서브세트를 통과하는 광에 작용하는 특정 회절 속성들, 광 콜리메이션 속성들, 광 포커싱 속성들 또는 수차 교정 속성들을 조합하여 가질 수 있다.
제어기는 대응하는 광학 교정들을 실현하고 구현하기 위해 개별적인 공간적으로 변화하는 편광기들, 공간적으로 변화하는 편광기들의 서브세트들 또는 모든 이용가능한 공간적으로 변화하는 편광기들을 스위칭 온 또는 오프할 수 있다. 제어기는 상이한 이용가능한 광학 교정들 사이에서 스위칭하기 위해 다양한 공간적으로 변화하는 편광기들을 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위칭할 수 있다.
광학 시스템은, 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기(spatially varying polarizer)들을 포함하는 교정 부분으로서, 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들 중 제1 공간적으로 변화하는 편광기는 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될지 또는 비활성이 될지 여부를 나타내는 제1 제어 신호를 수신하도록 구성된 제1 제어 입력을 가지며, 활성 일 때, 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제1 광학 교정을 제공하도록 동작하는, 교정 부분; 및 제어기를 포함하며, 제어기는, 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제1 광학 교정을 구현할지 여부를 결정하고; 그리고 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제1 광학 교정을 구현한다고 결정하는 것에 응답하여, 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될 것을 나타내는 제1 제어 신호를 출력하도록 구성되는 것으로서 요약될 수 있다.
하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들은 제1 공간적으로 변화하는 편광기와 적층된 배열로 제2 공간적으로 변화하는 편광기를 포함할 수 있어서 교정 부분을 통과하는 광은 제1 공간적으로 변화하는 편광기를 통과한 후에 제2 공간적으로 변화하는 편광기에 충돌할 수 있다. 제2 공간적으로 변화하는 편광기는 제2 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될지 또는 비활성이 될지 여부를 나타내는 제2 제어 신호를 수신하도록 구성된 제2 제어 입력을 가질 수 있으며, 제2 공간적으로 변화하는 편광기는, 활성 일 때, 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제2 광학 교정을 제공하도록 동작할 수 있다. 제어기는, 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제2 광학 교정을 구현할 것을 결정하고; 그리고 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제2 광학 교정을 구현한다고 결정하는 것에 응답하여, 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 비활성이 될 것을 나타내는 제1 제어 신호를 출력하며; 그리고 제2 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될 것을 나타내는 제2 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들은 제1 및 제2 공간적으로 변화하는 편광기들과 적층된 배열로 제3 공간적으로 변화하는 편광기를 포함할 수 있어서 교정 부분을 통과하는 광은 제1 및 제2 공간적으로 변화하는 편광기들을 통과한 후에 제3 공간적으로 변화하는 편광기에 충돌할 수 있다. 제3 공간적으로 변화하는 편광기는 제3 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될지 또는 비활성이 될지 여부를 나타내는 제3 제어 신호를 수신하도록 구성된 제3 제어 입력을 가질 수 있으며, 제3 공간적으로 변화하는 편광기는, 활성 일 때, 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제3 광학 교정을 제공하도록 동작할 수 있다. 제어기는, 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제3 광학 교정을 구현할 것을 결정하고; 그리고 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제3 광학 교정을 구현한다고 결정하는 것에 응답하여, 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 비활성이 될 것을 나타내는 제1 제어 신호를 출력하며; 제2 공간적으로 변화하는 편광기가 비활성이 될 것을 나타내는 제2 제어 신호를 출력하고; 그리고 제3 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될 것을 나타내는 제3 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제1 광학 교정을 제공하는 것은 회절 패턴에 따른 회절, 광 콜리메이션, 광 포커싱 또는 수차 교정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들은 멀티-트위스트 지연기(multi-twist retarder; MTR)를 포함할 수 있다.
머리-착용 디스플레이 시스템은, 지지 구조체; 디스플레이; 제1 및 제2 광학 서브시스템들을 포함하는 광학 시스템으로서, 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각은, 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기(spatially varying polarizer)들을 포함하는 교정 부분으로서, 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들 중 제1 공간적으로 변화하는 편광기는 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될지 또는 비활성이 될지 여부를 나타내는 제1 제어 신호를 수신하도록 구성된 제1 제어 입력을 가지며, 활성 일 때, 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제1 광학 교정을 제공하도록 동작하는, 교정 부분을 포함하는, 광학 시스템; 및 제어기를 포함하며, 제어기는 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제1 광학 교정을 구현할지 여부를 결정하고; 그리고 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제1 광학 교정을 구현한다고 결정하는 것에 응답하여, 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될 것을 나타내는 제1 제어 신호를 출력하도록 구성되는 것으로서 요약될 수 있다.
제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들은 제1 공간적으로 변화하는 편광기와 적층된 배열로 제2 공간적으로 변화하는 편광기를 포함할 수 있어서 교정 부분을 통과하는 광은 제1 공간적으로 변화하는 편광기를 통과한 후에 제2 공간적으로 변화하는 편광기에 충돌할 수 있다. 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 제2 공간적으로 변화하는 편광기는 제2 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될지 또는 비활성이 될지 여부를 나타내는 제2 제어 신호를 수신하도록 구성된 제2 제어 입력을 가질 수 있으며, 제2 공간적으로 변화하는 편광기는, 활성 일 때, 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제2 광학 교정을 제공하도록 동작할 수 있다. 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 제어기는, 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제2 광학 교정을 구현할 것을 결정하고; 그리고 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제2 광학 교정을 구현한다고 결정하는 것에 응답하여, 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 비활성이 될 것을 나타내는 제1 제어 신호를 출력하며; 그리고 제2 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될 것을 나타내는 제2 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들은 제1 및 제2 공간적으로 변화하는 편광기들과 적층된 배열로 제3 공간적으로 변화하는 편광기를 포함할 수 있어서 교정 부분을 통과하는 광은 제1 및 제2 공간적으로 변화하는 편광기들을 통과한 후에 제3 공간적으로 변화하는 편광기에 충돌할 수 있다. 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 제3 공간적으로 변화하는 편광기는 제3 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될지 또는 비활성이 될지 여부를 나타내는 제3 제어 신호를 수신하도록 구성된 제3 제어 입력을 가질 수 있으며, 제3 공간적으로 변화하는 편광기는, 활성 일 때, 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제3 광학 교정을 제공하도록 동작할 수 있다. 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 제어기는, 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제3 광학 교정을 구현할 것을 결정하고; 그리고 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제3 광학 교정을 구현한다고 결정하는 것에 응답하여, 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 비활성이 될 것을 나타내는 제1 제어 신호를 출력하며; 제2 공간적으로 변화하는 편광기가 비활성이 될 것을 나타내는 제2 제어 신호를 출력하고; 그리고 제3 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될 것을 나타내는 제3 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제1 광학 교정을 제공하는 것은 회절 패턴에 따른 회절, 광 콜리메이션, 광 포커싱 또는 수차 교정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들은 멀티-트위스트 지연기(multi-twist retarder; MTR)를 포함할 수 있다.
도 1은 하나 이상의 구현예들에 따른 광학 시스템을 갖는 머리-착용 디스플레이의 머리 위 평면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 머리-착용 디스플레이의 광학 시스템의 광학 서브시스템의 도면을 도시한다.
도 3은 도 1의 머리-착용 디스플레이의 외부의 머리 위 사시도를 도시한다.
도 4는 머리-착용 디스플레이의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 5는 도 4를 참조하여 설명된 제어기에 결합된 교정 부분을 도시한다.
도 6은, 하나의 비-제한적인 예시된 구현예에 따른, 공간적으로 변화하는 편광기에 대한 예시적인 표면 위상 맵이다.
도 7은, 하나의 비-제한적인 예시된 구현예에 따른, 공간적으로 변화하는 편광기에 대한 다른 예시적인 표면 위상 맵이다.
다음의 설명에 있어, 어떤 특정 세부사항들이 개시된 다양한 구현예들의 철저한 이해를 제공하기 위하여 기술되었다. 그러나, 당업자는 구현예들이 이러한 특정 세부사항들 중 하나 이상이 없는 상태로 또는 다른 방법들, 구성 요소들, 재료들 등과 함께 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 예들에서, 컴퓨터 시스템들, 서버 컴퓨터들, 및/또는 통신 네트워크들과 연관된 잘 알려진 구조들은 구현예들의 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위하여 상세하게 도시되지 않거나 또는 설명되지 않는다.
문맥이 달리 요구하지 않는 한, 다음의 명세서 및 청구항들 전체에 걸쳐, 단어 "구성되는"은 "포함하는"과 동의어이며, 포괄적이고 개방적이다(즉, 추가적인, 언급되지 않은 요소들 또는 방법 행동들을 배제하지 않는다). 본원에서 사용되는 용어 "세트"(예를 들어, "아이템들의 세트")에 대한 언급들은, 문맥에 의해 달리 언급되지 않거나 또는 모순되지 않는 한, 하나 이상의 멤버들 또는 인스턴스들을 포함하는 비어 있지 않은 모음으로서 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에 걸쳐 "하나의 구현예" 또는 "일 구현예"에 대한 이러한 설명의 언급은 구현예와 함께 설명된 특정 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 구현예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 위치들에서의 문구들 "하나의 구현예에서" 또는 "일 구현예에서"의 출현이 반드시 모두 동일한 구현예를 지칭하는 것이 아니다. 추가적으로, 특정 특징들, 구조들, 또는 특성들은 하나 이상의 구현예들에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
본 명세서에서 그리고 첨부된 청구항들에서 사용될 때, 단수 형태들 "일", 및 "상기"는 문맥이 명백하게 달리 기재하지 않는 한 복수의 지시대상들을 포함한다. 용어 "또는"은 일반적으로, 문맥이 명백히 달리 기술하지 않는 한, "및/또는"을 포함하는 의미로 이용된다.
본원에서 제공되는 본 개시의 표제 및 요약은 오로지 편의를 위한 것이며, 구현예들의 의미 또는 범위를 해석하지 않는다.
도 1은 하나 이상의 실시예들에 따른 머리-착용 디스플레이 디바이스(head-mounted display device; HMD)(100)의 머리 위 평면도를 도시한다. HMD 시스템(100)은, 예컨대 초 당 30 프레임(또는 이미지) 또는 초 당 90 프레임과 같은 디스플레이 레이트(rate)로 표현되는 대응하는 비디오를 통해 사용자(104)에게 가상 현실(virtual reality; VR)을 나타낼 수 있으며, 반면 유사한 시스템의 다른 실시예들은 사용자(104)에게 증강 현실 디스플레이를 나타낼 수 있다. HMD(100)는 사용자(104)의 좌측 눈(105l) 및 우측 눈(105r)에 교정된 가상 이미지 광(102)을 제공한다. HMD(100)는 프레임(108) 내의 또는 이에 장착된 하나 이상의 가상 이미지 디스플레이 유닛들(106)을 포함한다. 가상 이미지 디스플레이 유닛들(106)은 사용자가 시각적 콘텐트를 인식하게끔 하는 가상 이미지 광(102)을 생성한다. HMD(100)는 가상 이미지 디스플레이 유닛들(106)의 방출 측면 상에 제공되는 렌즈들의 좌측 및 우측 세트들(107l 및 107r)을 더 포함할 수 있다. 렌즈들의 좌측 및 우측 세트들(107l 및 107r)은, 가상 이미지 광이 가상 이미지 디스플레이 유닛들(106)로부터 방출된 이후에 가상 이미지 광(102)을 포커싱하거나, 콜리메이팅하거나, 또는 달리 수정할 수 있다. 렌즈들의 좌측 및 우측 세트들(107l 및 107r)은, 예를 들어, 가상 이미지 광(102)을 굴절시키거나 또는 콜리메이팅하는 프레넬 렌즈들을 포함할 수 있다.
HMD(100)는 또한, 사용자의 하나 이상의 시각 질환들을 교정하기 위해 선택적으로 변경가능한 광학적 특성들을 갖는 광학 시스템(112)을 포함한다. 예를 들어, 광학 시스템(112)은, 다른 것들 중에서도, 근시, 원시, 및 난시 중 하나 이상을 교정하기 위해 선택적으로 조정가능하다. 가상 이미지 디스플레이 유닛들(106)로부터 방출되는 가상 이미지 광(102)은, 광학 시스템(112)의 광학적 특성에 따라 가상 이미지 광(102)을 수정하고 교정된 가상 이미지 광(114)을 사용자의 좌측 눈 및 우측 눈(105l 및 105r) 각각에 방출하는 광학 시스템(112)을 통해 광학 경로(126)를 따라 이동한다.
프레임(108)은 사용자(104)의 머리 상에 HMD(100)를 지지하기 위한 장착 구조체이다. 프레임(108)은, 전방 부분(118) 및 생성되는 시각적 콘텐트를 보기 위해 사용자의 눈들(105l 및 105r)의 전방에 배치하기 위한 전방 부분(118)에 대향되는 뷰잉(viewing) 부분(120)을 갖는 메인 몸체(116)를 포함한다. HMD(100)는 사용자의 머리에 HMD(100)를 선택적으로 장착하기 위한 하나 이상의 구조 지지체들을 포함한다. 예를 들어, 도 1의 HMD(100)는, 각기 사용자(104)의 좌측 및 우측 귀들(124l 및 124r) 위에 놓이기 위한 좌측 및 우측 안경다리(temple)들(122l 및 122r)을 포함한다. 일부 실시예들에서, HMD(100)는, 사용자(104)의 머리의 후방 주위를 둘러싸는 메인 몸체(116)에 연결된 스트랩(strap)과 같은 다른 지지 구조체를 포함할 수 있다. HMD(100)의 코 어셈블리(미도시)는 사용자(104)의 코 위에 메인 몸체(116)를 지지할 수 있다. 프레임(108)은 사용자의 눈들(105l 및 105r) 중 하나의 전방에 광학 시스템(112)을 위치시키도록 성형되고 크기가 결정될 수 있다. 프레임(108)이 설명의 목적들을 위하여 안경과 유사하게 간략화된 방식으로 도시되지만, 실제로는 더 정교한 구조체들(예를 들어, 고글, 통합 머리밴드, 헬멧, 스트랩들, 등)이 사용자(104)의 머리 상에 HMD(100)를 위치시키고 지지하기 위하여 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
가상 이미지 디스플레이 유닛들(106)은, 광학 시스템(112)을 통해 송신되며 선택적으로 수정되는 가상 이미지 광(102)을 생성한다. 가상 이미지 디스플레이 유닛들(106)은, 좌측 눈(105l)에 표현하기 위한 이미지 광을 생성하기 위한 좌측 디스플레이 유닛(106l) 및 우측 눈(105r)에 표현하기 위한 이미지 광을 생성하기 위한 우측 디스플레이 유닛(106r)을 포함한다. 가상 이미지 디스플레이 유닛들(106)은, 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD), 발광 다이오드(light emitting diode; LED)들, 음극선관(cathode ray tube; CRT)들, 실리콘 위 액정(liquid crystal on silicon; LCos), 또는 가상 이미지 광(102)을 생성하는 다른 발광 기술품들을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예의 가상 이미지 디스플레이 유닛들(106)은 HMD(100)의 전방 부분에 위치되며, 사용자(104)의 눈들을 향해 후방 방향으로 광을 방출한다. 일부 실시예들에서, 가상 이미지 디스플레이 유닛들(106)은, 사용자(104)가 시각적 콘텐트를 인식하게 하기 위해 가상 이미지 디스플레이 유닛들(106)의 발광 요소들이 눈들(105l 및 105r)의 전방에 직접적으로 존재하지 없도록 가상 이미지 광(102)을 눈들(105l 또는 105r)을 향해 지향(예를 들어, 반사, 굴절)시키는 도파관들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 메인 몸체(116)의 전방 부분(118)은, 증강 현실 경험을 제공하기 위해 사용자(104)가 외부 콘텐트를 인식할 수 있도록 적어도 부분적으로 투명할 수 있다.
HMD(100)는, 사용자의 눈들(105l, 105r) 또는 사용자(104)의 시선(gaze)(또는 시선의 방향)을 추적하도록 구성된 시선 추적기(127)를 포함한다. 시선 추적기(127)가 HMD(100)의 내부 요소로서 도시되지만, 시선 추적기(127)는 대안적인 실시예들에서 외부 센서일 수 있다. 추가로, 시선 추적기(127)는 각각의 눈(105l 및 105r)에 대해 개별적으로 시선 또는 동공 추적을 수행할 수 있거나 또는 (예를 들어, 머리 추적의 부분으로서) 사용자(104)의 머리의 로케이션(location) 또는 배향을 추적할 수 있다. 추가로, 시선 추적기(127)는 사용자의 신체의 다양한 다른 유형들의 움직임들 및 위치를 추적할 수 있다.
시선 추적기(127)는 사용자(104)의 시선을 나타내는 데이터를 출력할 수 있다. 데이터는, 사용자(104)가 시선을 지향하고 있는 뷰잉 부분(120) 상의 위치(또는 영역)를 나타낼 수 있다. 위치(또는 영역)는 뷰잉 부분(120)의 중심, 뷰잉 부분(120)의 사분면 또는 뷰잉 부분(120)의 임의의 다른 영역일 수 있다.
설명되는 기술들이 일부 실시예들에서 도 1에 예시된 것과 유사한 디스플레이 시스템과 함께 사용될 수 있지만, 다른 실시예들에서, 단일 광학적 렌즈 및 디스플레이 디바이스를 이용하거나 또는 다수의 이러한 광학적 렌즈들 및 디스플레이 디바이스들을 이용하는 것을 포함하여 다른 유형들의 디스플레이 시스템들이 사용될 수 있다. 다른 이러한 디바이스들의 비-배타적인 예들은 카메라들, 텔레스코프들, 마이크로스코프들, 쌍안경들, 스팟팅 스코프(spotting scope)들, 서베잉 스코프(surveying scope)들, 등을 포함한다. 이에 더하여, 설명되는 기술들은, 1명 이상의 사용자들이 하나 이상의 광학적 렌즈를 통해 보는 이미지들을 형성하기 위하여 광을 방출하는 매우 다양한 디스플레이 패널들 또는 다른 디스플레이 디바이스들과 함께 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 사용자는, 예컨대 부분적으로 또는 전체적으로 다른 광원으로부터의 광을 반사하는 표면 상에서, 디스플레이 패널을 통하는 것과는 다른 방식으로 생성되는 하나 이상의 이미지들을 하나 이상의 광학적 렌즈를 통해 볼 수 있다.
가상 이미지 광(102)은, 가상 이미지 디스플레이 유닛들(106)의 각각으로부터 광학 경로(126)를 따라 광학 시스템(112)을 통해 뷰잉 부분(120)을 향해 이동하는 복수의 광선들을 포함할 수 있다. 광학 시스템(112)은 교정된 가상 이미지 광(114)을 제공하기 위해 복수의 광선들 중 일부 또는 전부를 수정한다. 광학 시스템(112)은 가상 이미지 광(102)을 수정하기 위해 하나 이상의 광학 서브시스템들(130)을 포함한다. 복수의 광학 서브시스템들(130)이 좌측 눈(105l)에 대해 가상 이미지 광(102)을 수정하기 위한 좌측 광학 서브시스템(130l) 및 좌측 눈(105r)에 대해 가상 이미지 광(102)을 수정하기 위한 우측 광학 서브시스템(130r)을 포함하지만, 하나의 광학 서브시스템(130)이 양쪽 눈들(105l, 105r) 모두에 대해 가상 이미지 광(102)을 집합적으로 수정하기 위해 사용될 수 있다. 좌측 및 우측 광학 서브시스템들(130l 및 130r)의 각각은, 좌측 눈(105l) 및 우측 눈(105r) 각각의 시각적 장애들 또는 결함들을 교정하기 위해 또는 사용자(104)의 뷰잉 경험을 향상시키기 위해 독립적으로 조정가능할 수 있다.
도 2는 하나 이상의 실시예들에 따른 도 1의 광학 서브시스템(130)(예를 들어, 광학 서브시스템(130l 또는 130r))의 도면(200)을 도시한다. 광학 서브시스템(130)은, 단일 눈에 대한 가상 이미지 광(102)에 대응하는 초기 가상 이미지 광(204)을 수신하기 위한 수신 부분(202) 및 교정된 가상 이미지 광(208)을 방출하기 위한 방출 부분(206)을 포함한다. 초기 가상 이미지 광(204)은, 각기 사용자(104)가 시각적 콘텐트를 인식하게끔 하기 위한 특정 속성들(예를 들어, 컬러, 방향, 밝기)의 세트를 갖는 복수의 광선들(205)을 포함할 수 있다. 광학 서브시스템(130)은, 본원에서 설명되는 바와 같은 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들(211)을 포함하는 교정 부분(210)을 더 포함한다. 교정 부분(210)은 초기 가상 이미지 광(204)을 교정하고 교정된 가상 이미지 광(208)을 방출한다.
공간적으로 변화하는 편광기들(211)(제1, 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(211a, 211b, 211c))이 도 2에 도시되지만, 광학 서브시스템(130)은 임의의 수의 공간적으로 변화하는 편광기들(211)을 포함할 수 있다.
각각의 공간적으로 변화하는 편광기들(211a, 211b, 211c)은, 공간적으로 변화하는 편광기들(211a, 211b, 211c)가 온 또는 오프될지 여부를 나타내는 개별적인 제어 신호를 수신하도록 동작가능한 개별적인 입력(212a, 212b, 212c)을 갖는다. 제어 신호는, 공간적으로 변화하는 편광기(211)가 온될 것임을 나타내는 제1 상태 및 공간적으로 변화하는 편광기(211)가 오프될 것임을 나타내는 제2 상태를 가질 수 있다. 입력들(212)은 본원에서 설명되는 제어기(도 2에 미도시)에 결합될 수 있으며, 제어 신호들은 제어기로부터 수신될 수 있다.
공간적으로 변화하는 편광기(211)는, 단일 박막에서 정밀하고 맞춤화된 레벨들의 광대역, 협대역 또는 다중 대역 지연을 제공하는 파장판-형(waveplate-like) 지연 필름인, 멀티-트위스트 지연기(multi-twist retarder; MTR)로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, MTR은 단일 정렬 층을 가지며 단일 기판 상에 2개 이상의 트위스트된 액정(liquid crystal; LC) 층들을 포함한다. 후속 LC 층들은 이전 층들에 의해 직접적으로 정렬되며, 이는 단순한 제조를 허용하고, 자동 층 정합을 달성하며, 연속적으로 변화하는 광학 축을 갖는 모놀리식(monolithic) 필름을 야기한다.
공간적으로 변화하는 편광기(211)는 복굴절 재료로 형성된 파장 지연기(wave retarder)를 포함할 수 있다. 복굴절은, 광의 편광 및 전파 방향에 의존하는 굴절률을 갖는 재료의 속성이다. 파장 지연기는 파장 지연기를 통해 이동하는 광의 편광 상태 또는 위상을 변경한다. 파장 지연기는 느린 축(또는 비정상 축(extraordinary axis)) 및 빠른 축(보통 축(ordinary axis))을 가질 수 있다. 편광된 광이 파장 지연기를 통해 이동함에 따라, 빠른 축을 따른 광은 느린 축을 따른 것보다 더 빠르게 이동한다.
공간적으로 변화하는 편광기(211)는 교정 광학부로서 동작하도록 구성될 수 있다. 공간적으로 변화하는 편광기(211)의 복굴절 재료는 이를 통과하는 광이 (예를 들어, 굴절률에 따른) 굴절을 겪게 하도록 구성될 수 있다. 각각의 공간적으로 변화하는 편광기(211)는 회절 패턴을 가질 수 있다. 공간적으로 변화하는 편광기는 편광-지향형 렌즈로서 형성될 수 있으며, 전기적-제어가능 초점 길이를 가질 수 있다. 추가로, 공간적으로 변화하는 편광기(211)는 통과하는 광에 대해 콜리메이션을 수행할 수 있다.
교정 부분(210)의 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들(211)은 전기적-제어가능 교정 광학부로서 개별적으로, 집합적으로 또는 서브세트들로 동작할 수 있다. 각각의 공간적으로 변화하는 편광기(211)는, 다른 것들 중에서도, 공간적으로 변화하는 편광기(211)를 통과하는 광에 작용하는 회절 패턴 속성들, 광 콜리메이션 속성들, 광 포커싱 속성들 또는 수차 교정 속성들을 갖도록 형성될 수 있다. 추가로, 공간적으로 변화하는 편광기들(211)의 2개 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들(211)의 서브세트는, 다른 것들 중에서도, 서브세트를 통과하는 광에 작용하는 특정 회절 속성들, 광 콜리메이션 속성들, 광 포커싱 속성들 또는 수차 교정 속성들을 조합하여 가질 수 있다. 서브세트가 활성화(또는 스위칭 온)되고 다른 이용가능한 공간적으로 변화하는 편광기들(211)이 비활성화(또는 스위치 오프)될 때, 서브세트는 서브세트의 특정 속성들에 따라 이를 통과하는 광에 작용할 수 있다.
각각의 공간적으로 변화하는 편광기들(211a, 211b, 211c)은 광학부로서 특정 광학 교정을 수행하도록 형성될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 2개 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들(211)은 조합하여 광학부로서 특정 광학 교정을 수행하도록 형성될 수 있다. 공간적으로 변화하는 편광기들(211a, 211b, 211c)은, 복수의 광선들(205)이 제1 공간적으로 변화하는 편광기(211a)로부터 제2 공간적으로 변화하는 편광기(211b)로 그런 다음 제3 공간적으로 변화하는 편광기(211c)로 전달되는 상태로 계층화(layer)되거나 또는 적층될 수 있다. 제1 공간적으로 변화하는 편광기(211a) 및 제2 공간적으로 변화하는 편광기(211b)는 희망되는 광학 교정을 수행하도록 집합적으로 각각 형성된다. 제1 공간적으로 변화하는 편광기(211a)는 제1 공간적으로 변화하는 편광기(211a)에 충돌하는 광(205)에 대해 제1 광학 교정을 수행하도록 형성될 수 있다. 제2 공간적으로 변화하는 편광기(211b)는, (제1 광학 교정에 의해 교정된 이후에) 제2 공간적으로 변화하는 편광기(211b)에 충돌하는 광에 대해 제2 광학 교정을 수행하도록 형성될 수 있다. 제1 및 제2 광학 교정의 조합은 집합적으로 희망되는 광학 교정을 달성한다.
이러한 예를 계속하면, 제3 공간적으로 변화하는 편광기(211c)는, 제3 공간적으로 변화하는 편광기가 제1 및 제2 공간적으로 변화하는 편광기들(211a, 211b)에 의해 수행되는 희망되는 광학 교정을 방해하거나 또는 간섭하지 않도록 턴 오프될 수 있다. 턴 오프될 때, 제3 공간적으로 변화하는 편광기(211c)는 그것 자체의 광학 교정을 수행하지 않을 수 있다. 대안적으로, 턴 오프될 때, 제3 공간적으로 변화하는 편광기(211c)는 제3 광학 교정을 수행할 수 있다. 이러한 경우에, 제1 및 제2 광학 교정은, 추구되는 광학 교정을 달성하기 위해 제3 광학 교정을 보상하도록(그리고 제3 광학 교정의 효과를 역전시키도록) 조정될 수 있다.
도 3은 하나 이상의 실시예들에 따른 HMD(100)의 외부(300)를 도시한다. HMD(100)는 메인 몸체(116)에 부착된 스트랩들의 세트(302)를 포함한다. 스트랩들의 세트(302)는 시각적 콘텐트를 보기 위해 사용자(104)의 머리에 HMD(100)를 선택적으로 그리고 견고하게 장착하기 위해 사용가능하다. 메인 몸체(116)는 HMD(100)의 다양한 측면들을 제어하기 위한 제어 패널(304)을 포함할 수 있다. 제어 패널(304)은 시각적 콘텐트를 교정하기 위해 광학 시스템(112)의 광학적 특성들을 제어하기 위한 하나 이상의 입력 디바이스들을 포함할 수 있다. 시각적 콘텐트는 사용자(104)의 시각 질환들(예를 들어, 근시, 원시, 난시)에 대해 및/또는 사용자(104)의 경험을 개선하기 위해 교정될 수 있다.
입력 디바이스들은, 제어기에 전기적으로 결합되며 교정 부분(210) 및 이의 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들(211)에 의해 수행되는 광학 교정을 구성하도록 제어기에 명령하는 전기적 디바이스들일 수 있다. 일 예로서, 입력 디바이스들은, 사용자(104)에 의한 상호작용에 응답하여, 전기적 신호가 제어기로 전송되게 할 수 있으며, 제어기는 이에 응답하여 교정 부분(210)에 의해 수행되는 광학 교정을 조정하기 위해 하나 이상의 제어 신호들을 개별적인 공간적으로 변화하는 편광기들(211a, 211b, 211c)로 전송한다. 제어 패널(304)의 전기적 입력 디바이스의 비-제한적인 예들은, 영숫자 입력을 제공하거나 또는 메뉴를 네비게이션하기 위한 키들의 세트를 갖는 키패드, 또는 제어기에 전기적으로 결합되는 다이얼 또는 손잡이를 포함한다. 외부(300)는, 광학 시스템(112)의 현재 광학 세팅들과 같은, HMD(100)에 관한 정보를 디스플레이하기 위한 디스플레이(306)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 디스플레이(306)는, 사용자(104)가 광학 시스템(112)을 제어하기 위해 이와 상호작용할 수 있는 터치스크린 입력 디바이스일 수 있다.
일부 실시예들에서, 사용자는, 가상 이미지 디스플레이 유닛(들)(106)에 의해 표현되는 가상 콘텐트와 관련하여 광학 시스템(112)의 광학 세팅들을 조정할 수 있다. 예를 들어, HMD(100)를 착용한 사용자는 광학 세팅들을 조정하기 위해 가상 이미지 디스플레이 유닛(들)(106)에 의해 디스플레이 되는 메뉴 또는 다른 시각적 콘텐트에 따라 제어 패널(304) 또는 다른 입력 디바이스(예를 들어, 핸드-헬드 제어기, 마우스, 키보드)와 상호작용할 수 있다. 일 예로서, 사용자는 제어 패널(304) 또는 다른 입력 디바이스를 통해 메뉴를 네비게이션하고, 광학 시스템(112)의 광학 세팅들이 이에 응답하여 변경되게끔 하는 사용자 입력을 제공할 수 있다. 다른 예로서, HMD(100)는, 사용자(104)에 의해 인지되는 시각적 콘텐트에 관한 사용자 입력에 응답하여 실시간으로 광학 시스템(112)의 광학 세팅들을 조정할 수 있다. 사용자는, 가상 이미지 디스플레이 유닛(들)(106)이 테스트 패턴들과 같은 시각적 콘텐트를 디스플레이하게 하고 사용자가 시각적 콘텐트의 선명도와 관련된 입력을 제공하도록 유도(prompt)하는 HMD(100)에 대한 시각적 테스트를 개시할 수 있다. 입력을 수신하는 것의 결과로서, HMD(100)는 사용자(104)의 경험을 개선하기 위해 시각적 콘텐트의 선명도를 개선하기 위해 광학 시스템(112)의 광학 세팅들을 자동으로 조정할 수 있다.
도 4는 하나 이상의 실시예들에 따른 HMD(100)의 다양한 부분들의 상호연결들을 도시하는 블록도(400)이다. HMD(100)는, 하나 이상의 프로세서들(404) 및, 하나 이상의 프로세서들(404)에 의해 실행의 결과로서 HMD(100)가 본원에서 설명된 하나 이상의 동작들을 수행하게 하는 명령어들의 세트를 저장하는 메모리(406)를 포함하는 제어기(402)를 포함한다. 메모리(406)는 판독-전용 메모리(read-only memory; ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM)를 포함할 수 있으며, 비-제한적인 예시적인 예로서, 고체-상태 메모리 또는 하드 디스크 드라이브의 형태일 수 있다. HMD(100)는 또한 외부 디바이스들과 통신들을 전송하고 수신하기 위해 제어기(402)에 전기적으로 결합된 통신 인터페이스(408)를 포함한다. 통신 인터페이스(408)는, 네트워크 라우터 또는 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, 랩탑, 데스크탑, 태블릿, 모바일 디바이스)와 같은 외부 디바이스들로 그리고 이로부터 통신들을 무선으로 전송하고 수신하는 Wi-Fi 트랜시버들, 셀룰러 트랜시버들, Bluetooth™ 트랜시버들 등과 같은 하나 이상의 무선 트랜시버들을 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(408)는 외부 디바이스들과의 유선 통신을 위한 범용 직렬 버스 포트, 네트워크 인터페이스 포트, 또는 유사한 것과 같은 유선 통신 포트를 포함할 수 있다.
HMD(100)는 사용자 입력을 HMD(100)에 제공하기 위해 제어기(402)에 전기적으로 결합된 입력 디바이스들(410)의 세트를 포함할 수 있다. 입력 디바이스들(410)의 세트 중 하나 이상은 HMD(100)의 외부(300) 상에 - 예를 들어, 제어 패널(304)의 부분으로서 제공될 수 있다. 제어기(402)는 또한, 포함되는 경우, 디스플레이(306) 및/또는 가상 이미지 디스플레이 유닛들(106)에 전기적으로 결합되고 이를 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(402)는 가상 이미지 디스플레이 유닛들(106)을 통해 가상 이미지 광(102)을 생성하기 위한 하나 이상의 그래픽 프로세싱 유닛들을 포함할 수 있다.
제어기(402)는, 본원에서 설명된 바와 같이, 광학 시스템의 광학적 특성들을 조정하기 위해 광학 시스템(112)에 전기적으로 결합되고 광학 시스템(112)을 제어하도록 구성된다. 특히, 제어기(402)는 좌측 광학 서브시스템(130l)의 교정 부분(412) 및 우측 광학 서브시스템(130r)의 교정 부분(416)에 전기적으로 결합되고 이들을 제어하도록 구성된다.
각각의 교정 부분(412, 416)은 본원에서 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이 구성될 수 있다. 제어기(402)는 교정 부분들의 개별적인 공간적으로 변화하는 편광기들(211)을 제어하기 위해 교정 부분들(412, 416)에 전기적으로 결합된다. 구체적으로, 제어기(402)는 교정 부분들(412, 416)로 신호들(예를 들어, 제어 신호들)을 전송하여 개별적인 교정 부분들(412, 416)이 이것의 공간적으로 변화하는 편광기들(211)을 스위칭 온하고 오프함으로써 광학 교정을 수행하게 한다. 이상에서 설명된 바와 같이, 교정 부분들(412, 416)은 이들의 광학적 특성들을 수정하도록 제어될 수 있다. 제어기(402)는 입력을 수신하는 것에 응답하여 신호들을 전송할 수 있다. 예를 들어, 제어기(402)는 입력 디바이스(들)(410)로부터 입력을 수신하는 것에 응답하여 광학적 특성들이 조정되게 할 수 있다. 다른 예로서, 제어기(402)는 통신 인터페이스(408)를 통해 입력을 수신하는 것에 응답하여 광학적 특성들을 조정할 수 있다.
제어기(402)에 의해 수신되는 입력은 특정 포맷을 가질 수 있다. 입력은 우측 눈에 대한 처방 및/또는 좌측 눈에 대한 처방을 나타낼 수 있다. 각각의 개별적인 눈에 대해, 입력은 굴절 또는 구면 파워(spherical power)(때때로 SPH 또는 S로 표시됨), 원주 파워(cylinder power)(때때로 CYL 또는 C로 표시됨), 및/또는 축(일반적으로 0 내지 180 사이)을 나타낼 수 있다. 입력은 좌측 광학 서브시스템(130l) 및 우측 광학 서브시스템(130r)에 대한 입력을 포함할 수 있다.
광학 서브시스템(112)의 광학 세팅들의 조정은 사용자(104)에 의해 제공되는 피드백을 통해 실시간으로 조정될 수 있다. 제어기(402)는 광학 시스템(112)의 광학 세팅들에 대해 이루어질 조정들을 결정하기 위해 테스트를 개시할 수 있다. 테스트는, 가상 이미지 디스플레이 유닛(들)(106)이 테스트 패턴 또는 상세 시각적 이미지와 같은 특정 시각적 콘텐트를 디스플레이하게 하는 것, 및 사용자가 제어 패널(304) 또는 입력 디바이스(들)(410)을 통해 피드백을 제공하도록 유도하는 것을 수반할 수 있다. 사용자(104)는, 시각적 콘텐트의 측면들(예를 들어, 텍스트, 이미지들)이 불명확하게 나타난다는 것을 표시하는 피드백을 제공할 수 있다. 제어기(402)는 광학 시스템(112)의 광학 세팅들을 조정하고, 조정들이 시각적 콘텐트의 측면들의 선명도를 개선했는지 여부를 사용자(104)에게 질문할 수 있다. 이러한 프로세스는 반복적일 수 있고, 사용자(104)가 시각적 콘텐트의 선명도에 만족할 때까지 반복될 수 있다. 테스트는 입력 디바이스(410) 또는 제어 패널(304)을 통해 사용자(104)로부터 사용자 입력을 수신하는 것에 응답하여 수행될 수 있다.
통신 인터페이스(408)를 통한 입력은 사용자 상호작용의 결과로서 디바이스(예를 들어, 랩탑, 데스크탑, 모바일 디바이스, 제어기)에 의해 제공될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는, 사용자(104)의 시각 질환들을 교정하기 위하여 가상 이미지 광(102)을 수정하기 위해 광학적 특성들을 나타내거나 또는 표시하는 정보를 포함하는 통신들을 컴퓨팅 디바이스가 전송하게끔 하기 위해 사용자가 이와 상호작용할 수 있는 명령어들의 세트(예를 들어, 애플리케이션, 프로그램)를 포함할 수 있다. 사용자는, 이상에서 설명된 바와 같이, 의료 전문가에 의해 제공되는 처방으로서 입력 디바이스(410) 또는 컴퓨팅 디바이스로 입력을 입력할 수 있으며, 미리 결정된 포맷을 가질 수 있다.
제어기(402)는, 입력 디바이스(들)(410) 또는 통신 인터페이스(408)로부터 입력을 수신하는 것에 응답하여, 교정 부분들(412, 416)로 전송할 신호들을 결정할 수 있다. 프로세서들(404) 중 하나 이상은, 예를 들어, 대응하는 교정 부분들(412, 416)로 전송될 제어 신호들을 나타내는 메모리(406)에 저장된 데이터 구조체에 액세스할 수 있다. 데이터 구조체는, 그 내부에서 입력 데이터가 전송될 대응하는 출력(즉, 제어 신호)과 연관되는 어레이, 룩업 테이블, 또는 다른 참조 구조체일 수 있다. 일부 구현예들에서, 제어기(402)는, 이로부터 제어기(402)가 수신된 입력을 만족시키기 위한 조정들을 결정할 수 있는 광학 시스템(112)의 현재 상태를 나타내는 정보를 메모리(406)에 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 공간적으로 변화하는 편광기들(211)은 HMD(100)의 사용자(104) 또는 잠재적인 사용자들의 세트의 처방 또는 의학적 상태의 고급 지식을 가지고 형성될 수 있으며, 사용자(104) 또는 잠재적인 사용자들의 세트에 맞춰질 수 있다. 이러한 경우에, HMD(100)는, 사용자(104) 또는, 사용자의 친구들 또는 사용자의 가족 구성원들일 수 있는 잠재적인 사용자들의 세트에 대해 ??춤화될 수 있다. 예를 들어, 각각의 공간적으로 변화하는 편광기(211)는 사용자들의 잠재적인 세트의 특정 사용자에 대해 광학적으로 교정하도록 형성될 수 있다. 사용 동안, 제어기(402)는 HMD(100)의 사용자의 신원(identity)에 따라 특정한 공간적으로 변화하는 편광기(221)로 스위칭할 수 있다.
공간적으로 변화하는 편광기들(211)은 사용자의 현재 처방의 범위 내의 광학 교정을 제공하도록 형성될 수 있다. 사용자의 시각이 시간에 걸쳐 변화하거나 또는 저하되는 경우, 사용자(104)에 대해 ??춤화된 HMD(100)의 제어기(402)는 광학 교정을 미세 튜닝하고 사용자의 변화된 처방에 더 적절한 광학 교정을 제공하기 위해 범위 내에서 광학 교정을 조정할 수 있다. 본원에서 설명되는 교정 부분들(412, 416)에 의해 제공되는 광학 교정의 변화가능성(changeability)은 광학 교정을 새로운, 예견된 또는 예측가능한 광학 교정 필요성들에 대해 적응시키는 것을 가능하게 한다.
일부 실시예들에서, HMD(100)는 사용자의 눈들(105l 및 105r)의 시각 질환들을 검출하고 검출의 결과로서 광학 시스템(112)을 자동으로 조정하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, HMD(100)는 사용자의 눈들(105l 및 105r)에 관한 정보를 검출하고 측정치들을 제어기(402)에 제공하는 하나 이상의 센서들(424)을 포함할 수 있으며, 제어기는 그에 따라 광학 시스템(112)을 조정한다. HMD(100)는 정보를 획득하기 위해 센서(들)(424)와 관련하여 사용하기 위한 제어기(402)에 결합된 하나 이상의 조명 요소들(426)을 또한 포함할 수 있다. 발광 요소(들)(426)은, 광이 센서(들)(424)에 의해 반사되고 수신되도록 특정 특성들(예를 들어, 주파수, 강도)을 갖는 광을 소정의 각도로 방출할 수 있다. 센서(들)(424)은, 사용자의 눈으로부터 검출된 광에 기초하여, 사용자의 눈들에 대한 정보를 결정할 수 있다. 사용자(104)의 눈들에 관해 결정된 정보의 결과로서, 제어기(402)는 그에 따라 광학 시스템(112)의 광학적 특성들을 조정할 수 있다.
도 5는 도 4를 참조하여 설명된 제어기(402)에 결합된 교정 부분(210)을 도시한다. 제어기(402)는 개별적인 복수의 공간적으로 변화하는 편광기들(211a, 211b, 211c)의 복수의 입력들(212a, 212b, 212c)에 개별적으로 결합되는 복수의 출력들(214a, 214b, 214c)을 갖는다. 예시된 예에서, 공간적으로 변화하는 편광기들의 3개의 층들이 예시적인 목적을 위해 도시되지만, 애플리케이션에서 더 적은 층들(예를 들어, 1개의 층, 2개의 층들) 또는 더 많은 층들(예를 들어, 5개의 층들, 10개의 층들, 20개의 층들, 등)이 희망되는 대로 사용될 수 있다. 제어기(402)는 공간적으로 변화하는 편광기들(211)이 활성 또는 비활성이 되게 하도록 동작가능한 제어 신호를 각각의 출력(214)을 통해 전송한다.
비활성일 때, 공간적으로 변화하는 편광기들(211), 공간적으로 변화하는 편광기들(211)은 광학적으로 투명할 수 있거나, 또는 공간적으로 변화하는 편광기(211)의 재료 조성과 연관된 고유 광학 교정만을 수행할 수 있다. 다양한 유형들의 재료들이 광학적 속성들을 가지며, 광을 변화시키도록 동작가능하다. 본원에서 설명된 바와 같이, 공간적으로 변화하는 편광기(211)는 2개 이상의 트위스트된 액정 층들로 형성될 수 있다. 턴 오프될 때 공간적으로 변화하는 편광기(211)의 액정 층들은 여전히 고유 광학 교정을 수행할 수 있다. 턴 온될 때, 공간적으로 변화하는 편광기(211)는 수행하도록 설계된 광학 교정을 수행한다.
제1, 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(211a, 211b, 211c)은 제1, 제2 및 제3 광학 교정을 수행하도록 형성된다. 동작 시에, 제어기(402)는 활성 상태와 비활성 상태 사이에서 공간적으로 변화하는 편광기들(211a, 211b, 211c)을 동작시키기 위해 공간적으로 변화하는 편광기들(211a, 211b, 211c)로 제어 신호들을 전송한다. 예를 들어, 제1 광학 교정을 활성화하고 제2 및 제3 광학 교정들을 비활성화하기 위해, 제어기(402)는 제1 공간적으로 변화하는 편광기(211a)를 활성화하는 제어 신호를 제1 공간적으로 변화하는 편광기(211a)로 전송하고, 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(211b, 211c)을 각각 비활성화하는 개별적인 제어 신호들을 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(211b, 211c)로 전송한다. 제1 광학 교정은 추구되는 광학 교정 및 광학 보상의 조합일 수 있다. 광학 보상은 비활성화된 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(211b, 211c)에 의해 수행된 고유 광학 교정을 보상할 수 있다. 제1 공간적으로 변화하는 편광기(211a)를 떠나서 비활성화된 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(211b, 211c)을 가로지르는 광들은 따라서 비활성화된 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(211b, 211c)들에 의해 수행되는 고유 광학 교정에 대해 사전-보상된다.
다른 예에서, 제어기(402)는 제1 공간적으로 변화하는 편광기(211a)를 비활성화하는 제어 신호를 제1 공간적으로 변화하는 편광기(211a)로 전송할 수 있고, 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(211b, 211c)을 활성화하는 개별적인 제어 신호들을 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(211b, 211c)로 전송할 수 있다. 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(211b, 211c)에 의해 제공되는 제1 광학 교정은 제2 및 제3 광학 교정들의 조합이다. 제어기(402)는 교정 부분(210)이 광학 교정을 제공하게 하기 위해 공간적으로 변화하는 편광기들(211)을 활성 상태와 비활성 상태 사이에서 선택적으로 스위칭할 수 있다.
본 개시의 공간적으로 변화하는 편광기들은, 표면 위상 맵에 의해, 또는 함께 멀티플렉싱된 2개 이상의 표면 위상 맵들의 조합에 의해 정의된 공간적으로 변화하는 편광을 제공할 수 있다. 보다 일반적으로, 임의의 선형 또는 비-선형 함수가 희망되는 기능을 제공하기 위해 본 개시의 공간적으로 변화하는 편광기들 중 하나 이상의 표면을 정의하기 위해 사용될 수 있다. 도 6 및 도 7은 공간적으로 변화하는 편광기들에 대한 표면 위상 맵들의 2개의 비-제한적인 예들을 도시한다. 도 6의 예시적인 표면 맵(600)에서, 위상은 -0.433 파장 내지 +0.433 파장 사이에서 광학부의 중심으로부터 외부 주변부를 향해 동심적으로 변화된다. 도 7의 예시적인 표면 맵(700)에서, 위상은 광학부의 (도시된 바와 같은) 하단에서 -1.25E+004로부터 광학부의 (도시된 바와 같은) 상단에서 +1.25E+004까지 선형적으로 변화되며, 여기서 단위는 각각 2π 라디안의 주기들이다. 애플리케이션에서, 2개 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들이 함께 적층될 수 있다. 예를 들어, 동심 표면 위상 맵(600)이 선형 위상 맵(700) 등과 멀티플렉싱될 수 있다. 표면 맵들(600 및 700)의 위상 변동이 단순성을 위해 이산적인 단계들로서 도시되지만, 실제로 위상은 광학부의 표면에 걸쳐 연속적으로 변화할 수 있다는 것을 유의해야 한다. 또한, 표면 위상 맵들(600 및 700)의 특정 위상 값들은 예들로서 제공되며, 제한적으로 간주되지 않아야 한다.
적어도 일부 구현예들에서, 공간적으로 변화하는 편광기의 표면 위상 맵은, 디스플레이 소스, 렌즈, 등과 같은 디스플레이 시스템의 적어도 하나의 다른 구성요소에 의해 초래된 바람직하지 않은 편광을 상쇄하거나 또는 보상하도록 디자인될 수 있다. 이러한 구현예들에서, 광학 시스템(예를 들어, 렌즈, 또는 렌즈 및 디스플레이 소스)의 위상 프로파일 또는 맵이 먼저 결정될 수 있다. 그런 다음, 결정된 위상 맵은 반전되어 공간적으로 변화하는 편광기에 적용될 수 있으며, 그 결과 공간적으로 변화하는 편광기는 광학 시스템의 다른 구성요소들에 의해 초래된 바람직하지 않은 효과들을 상쇄한다.
이상에서 설명된 다양한 실시예들이 추가적인 실시예들을 제공하기 위하여 결합될 수 있다. 이상의 상세한 설명을 고려하여 실시예들에 대하여 이러한 그리고 다른 변화들이 이루어질 수 있다. 일반적으로, 다음의 청구항들에 있어, 사용되는 용어들은 청구항들을 명세서 및 청구항들에 개시된 특정 실시예들로 한정하도록 해석되지 않아야만 하며, 오히려 이러한 청구항들에 대한 등가물들의 완전한 범위와 함께 가능한 모든 실시예들을 포함하는 것으로 해석되어야만 한다. 따라서, 청구항들은 본 개시에 의해 한정되지 않는다.

Claims (18)

  1. 광학 시스템으로서,
    하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기(spatially varying polarizer)들을 포함하는 교정 부분으로서, 상기 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들 중 제1 공간적으로 변화하는 편광기는 상기 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될지 또는 비활성이 될지 여부를 나타내는 제1 제어 신호를 수신하도록 구성된 제1 제어 입력을 가지며, 활성 일 때, 상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제1 광학 교정을 제공하도록 동작하는, 상기 교정 부분; 및
    제어기를 포함하며, 상기 제어기는,
    상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 상기 제1 광학 교정을 구현할지 여부를 결정하고; 그리고
    상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 상기 제1 광학 교정을 구현한다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될 것을 나타내는 상기 제1 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 광학 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들은 상기 제1 공간적으로 변화하는 편광기와 적층된 배열로 제2 공간적으로 변화하는 편광기를 포함하여 상기 교정 부분을 통과하는 광은 상기 제1 공간적으로 변화하는 편광기를 통과한 후에 상기 제2 공간적으로 변화하는 편광기에 충돌하는, 광학 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 공간적으로 변화하는 편광기는 상기 제2 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될지 또는 비활성이 될지 여부를 나타내는 제2 제어 신호를 수신하도록 구성된 제2 제어 입력을 가지며, 상기 제2 공간적으로 변화하는 편광기는, 활성 일 때, 상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제2 광학 교정을 제공하도록 동작하는, 광학 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 상기 제2 광학 교정을 구현할 것을 결정하고; 그리고
    상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 상기 제2 광학 교정을 구현한다고 결정하는 것에 응답하여,
    상기 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 비활성이 될 것을 나타내는 상기 제1 제어 신호를 출력하며; 그리고
    상기 제2 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될 것을 나타내는 상기 제2 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 광학 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들은 상기 제1 및 제2 공간적으로 변화하는 편광기들과 적층된 배열로 제3 공간적으로 변화하는 편광기를 포함하여 상기 교정 부분을 통과하는 광은 상기 제1 및 제2 공간적으로 변화하는 편광기들을 통과한 후에 상기 제3 공간적으로 변화하는 편광기에 충돌하는, 광학 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3 공간적으로 변화하는 편광기는 상기 제3 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될지 또는 비활성이 될지 여부를 나타내는 제3 제어 신호를 수신하도록 구성된 제3 제어 입력을 가지며, 상기 제3 공간적으로 변화하는 편광기는, 활성 일 때, 상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제3 광학 교정을 제공하도록 동작하는, 광학 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 상기 제3 광학 교정을 구현할 것을 결정하고; 그리고
    상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 상기 제3 광학 교정을 구현한다고 결정하는 것에 응답하여,
    상기 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 비활성이 될 것을 나타내는 상기 제1 제어 신호를 출력하며;
    상기 제2 공간적으로 변화하는 편광기가 비활성이 될 것을 나타내는 상기 제2 제어 신호를 출력하고; 그리고
    상기 제3 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될 것을 나타내는 상기 제3 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 광학 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 상기 제1 광학 교정을 제공하는 것은 회절 패턴에 따른 회절, 광 콜리메이션, 광 포커싱 또는 수차 교정을 수행하는 것을 포함하는, 광학 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들은 멀티-트위스트 지연기(multi-twist retarder; MTR)를 포함하는, 광학 시스템.
  10. 머리-착용 디스플레이 시스템으로서,
    지지 구조체;
    디스플레이;
    제1 및 제2 광학 서브시스템들을 포함하는 광학 시스템으로서, 상기 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각은,
    하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기(spatially varying polarizer)들을 포함하는 교정 부분으로서, 상기 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들 중 제1 공간적으로 변화하는 편광기는 상기 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될지 또는 비활성이 될지 여부를 나타내는 제1 제어 신호를 수신하도록 구성된 제1 제어 입력을 가지며, 활성 일 때, 상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제1 광학 교정을 제공하도록 동작하는, 상기 교정 부분을 포함하는, 상기 광학 시스템; 및
    제어기를 포함하며, 상기 제어기는 상기 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해,
    상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 상기 제1 광학 교정을 구현할지 여부를 결정하고; 그리고
    상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 상기 제1 광학 교정을 구현한다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될 것을 나타내는 상기 제1 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 상기 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들은 상기 제1 공간적으로 변화하는 편광기와 적층된 배열로 제2 공간적으로 변화하는 편광기를 포함하여 상기 교정 부분을 통과하는 광은 상기 제1 공간적으로 변화하는 편광기를 통과한 후에 상기 제2 공간적으로 변화하는 편광기에 충돌하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 상기 제2 공간적으로 변화하는 편광기는 상기 제2 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될지 또는 비활성이 될지 여부를 나타내는 제2 제어 신호를 수신하도록 구성된 제2 제어 입력을 가지며, 상기 제2 공간적으로 변화하는 편광기는, 활성 일 때, 상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제2 광학 교정을 제공하도록 동작하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 상기 제어기는,
    상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 상기 제2 광학 교정을 구현할 것을 결정하고; 그리고
    상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 상기 제2 광학 교정을 구현한다고 결정하는 것에 응답하여,
    상기 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 비활성이 될 것을 나타내는 상기 제1 제어 신호를 출력하며; 그리고
    상기 제2 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될 것을 나타내는 상기 제2 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 상기 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들은 상기 제1 및 제2 공간적으로 변화하는 편광기들과 적층된 배열로 제3 공간적으로 변화하는 편광기를 포함하여 상기 교정 부분을 통과하는 광은 상기 제1 및 제2 공간적으로 변화하는 편광기들을 통과한 후에 상기 제3 공간적으로 변화하는 편광기에 충돌하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 상기 제3 공간적으로 변화하는 편광기는 상기 제3 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될지 또는 비활성이 될지 여부를 나타내는 제3 제어 신호를 수신하도록 구성된 제3 제어 입력을 가지며, 상기 제3 공간적으로 변화하는 편광기는, 활성 일 때, 상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 제3 광학 교정을 제공하도록 동작하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 상기 제어기는,
    상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 상기 제3 광학 교정을 구현할 것을 결정하고; 그리고
    상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 상기 제3 광학 교정을 구현한다고 결정하는 것에 응답하여,
    상기 제1 공간적으로 변화하는 편광기가 비활성이 될 것을 나타내는 상기 제1 제어 신호를 출력하며;
    상기 제2 공간적으로 변화하는 편광기가 비활성이 될 것을 나타내는 상기 제2 제어 신호를 출력하고; 그리고
    상기 제3 공간적으로 변화하는 편광기가 활성이 될 것을 나타내는 상기 제3 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 상기 교정 부분을 통과하는 광에 대해 상기 제1 광학 교정을 제공하는 것은 회절 패턴에 따른 회절, 광 콜리메이션, 광 포커싱 또는 수차 교정을 수행하는 것을 포함하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광학 서브시스템들의 각각에 대해, 상기 하나 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들을 멀티-트위스트 지연기(multi-twist retarder; MTR)를 포함하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
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