KR20220160607A - 포비티드 프로젝션 및 확장된 아이-박스 영역을 갖는 근안 이미지 프로젝션 시스템 - Google Patents

포비티드 프로젝션 및 확장된 아이-박스 영역을 갖는 근안 이미지 프로젝션 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 입사광선을 변조하고 복수의 변조 광선(110a, 100b)을 투사하도록 구성된 광 변조기(20)를 조명하는 입사광선(100a, 100b)을 생성하는 핀-라이트 어레이(10); 및 핀-라이트 이미지(31, 39)를 형성하고 투영축(170)을 따라 아이-박스 영역(121a, 121b)을 정의하는 복수의 투사 이미지 광선(112a, 112b)을 형성하기 위해 변조 광선(1110a, 110b)을 투사하도록 구성된 광학소자(32, 70, 40)을 포함하는 근안 이미지 프로젝션 시스템이 개시된다. 변조 광선은 중심와 동공 이미지(31)를 형성하고 중심와 아이-박스 영역(121a)을 정의하는 중심와 투사 이미지 광선(112a)을 투사하는 중심와 변조 광선(110a)을 포함하고, 주변 변조 광선(110b)은 주변 동공 이미지(39)를 형성한다. 사출동 확장장치(36, 38)는 주변 핀-라이트 이미지(39) 각각에 대해 동공 확장된 광선(104)을 투사하고 중심와 아이-박스 영역(121a)보다 더 넓은 주변 아이-박스 영역(121b)을 정의하는 주변 투사 이미지 광선(112b)을 형성하도록 구성된다.

Description

포비티드 프로젝션 및 확장된 아이-박스 영역을 갖는 근안 이미지 프로젝션 시스템
본 개시내용은 눈 가까이에 이미지를 투영하는 것에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가상, 증강, 혼합 또는 확장 현실용의 머리에 착용하는 장치 및 관련 애플리케이션용으로 눈 가까이에 이미지를 투영하는 것에 관한 것이다.
핀-라이트 기반 근안 순차 라이트 필드 프로젝터는 본 출원인에 의한 특허 출원 WO2018091984A1에 기재되어 있다. 기설된 라이트 필드 프로젝터는 사출 동공에서 프로젝션된 뷰포인트 어레이의 크기에 의해 정의된 아이-박스로 라이트 필드를 투사한다. 사출 동공은 많은 사용 사례에서 작다. 동시에, 투사된 이미지의 각도 해상도는 투사된 이미지의 시야(FoV)와 트레이드오프된다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 개시는 입사광선을 변조하고 복수의 변조 광선을 투사하도록 구성된 광 변조기를 조명하는 복수의 입사광선을 생성하는 핀-라이트 어레이; 및 제1 핀-라이트 평면에서 핀-라이트 이미지를 형성하고 투영축을 따라 아이-박스 영역을 정의하는 복수의 투사 이미지 광선을 투사하기 위해 복수의 변조 광선을 투사하도록 구성된 광학소자를 포함하고, 상기 복수의 변조 광선은 중심와 동공 이미지를 형성하고 중심와 아이-박스 영역을 정의하는 복수의 중심와 투사 이미지 광선을 투사하는 복수의 중심와 변조 광선을 포함하는 근안 이미지 프로젝션 시스템에 관한 것이다.상기 복수의 변조 광선은 주변 동공 이미지를 형성하는 복수의 주변 변조 광선을 더 포함한다. 상기 시스템은 주변 핀-라이트 이미지 각각에 대해 복수의 동공 확장된 광선을 투사하도록 구성된 사출동 확장장치를 더 포함하며, 상기 복수의 동공 확장된 라이트 필드는 중심와 아이-박스 영역보다 더 넓은 주변 아이-박스 영역을 정의하는 주변 투사 이미지 광선을 형성한다.
본 명세서에 개시된 이미지 프로젝션 시스템에서, 중심와 프로젝션 이미지 광선은 FoV의 좁은 중앙 부분에서 라이트 필드 이미지의 형성에 기여한다. 주변 변조 광선은 전체 FoV의 주변 부분에 해당하는 이미지 정보에 의해 변조되고 사출동 확장소자를 통해 투사된다.
이미지 프로젝션 시스템은 유효 FoV를 증가시키고 인지된 이미지 해상도를 증가시켰다. 이미지 해상도는 좁은 FoV 및 제한된 아이-박스에서 고해상도 라이트 필드를 더 큰 전체 FoV의 주변 부분을 덮고 더 큰 아이-박스를 통과하는 논-라이트 필드 이미지와 결합하여 달성된다.
이미지 프로젝션 시스템은 뷰어(viewer)가 보고 있는 위치에 대한 눈 추적 정보를 제공하도록 구성된 눈 추적 및 조종 장치를 포함할 수 있다. 눈 추적 및 조종 장치는 눈 추적 정보에 따라 주변 투사 이미지 광선 및 라이트 필드 이미지를 편향시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 발명의 예시적인 실시예는 설명에 개시되고 도면에 의해 예시된다:
도 1a 내지 도 1d는 일 실시예에 따라 중심와 입사광선(도 1a), 하나의 주변 입사광선(도 1b) 또는 2개의 주변 입사광선(도 1c), 및 2개의 주변 입사광선과 1개의 중심와 입사광선(도 1d)을 도시한 이미지 프로젝션 시스템을 도시한다.
도 2a 및 2b는 일 실시예에 따른 도파관의 측면도(도 2a) 및 정면도(도 2b)를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 구성된 FoV를 나타낸다.
도 4는 다른 실시예에 따른 이미지 프로젝션 시스템을 나타낸다.
도 5는 일 실시예에 따른, 기본적인 예시를 위한 동공 확장소자가 없는 눈 추적 및 조종 장치(도 5a) 및 동공 확장소자가 있는 눈 추적 및 조종 장치(도 5b)를 포함하는 이미지 프로젝션 시스템을 도시한다.
도 6은 다른 실시예에 따른, 미러 편향기, 투사 광학기, 동공 확장소자로서 작용하는 확산기 및 빔 스플리터를 사용하여 별도의 라이트 필드 중심와 및 주변 이미지 투사 경로를 갖는 이미지 프로젝션 시스템을 도시한다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른, 동공 확장소자로서 미러 편향기 및 도파관 결합기를 사용함으로써 별개의 라이트 필드 중심와 및 주변 이미지 투사 경로를 갖는 이미지 프로젝션 시스템을 도시한다.
도 1a 내지 도 1d는 일 실시예에 따른 이미지 프로젝션 시스템을 도시한다. 이미지 프로젝션 시스템은 입사광선(100a, 100b)을 변조하고 복수의 변조 광선(110a, 110b)을 투영하도록 구성된 광 변조기(20)를 조명하는 복수의 입사광선(100a, 100b)을 생성하는 핀-라이트 어레이(10)를 포함한다. 광학소자(32, 70, 40)는 제1 핀-라이트 평면(30)에서 핀-라이트 이미지(31, 39)를 형성하고 제2 핀-라이트 평면(124)에서 제2 핀-라이트 이미지(120)(또는 시점)를 형성하고 투영축(170)을 따라 아이-박스 영역(121a, 121b)을 정의하는 복수의 투사 이미지 광선(112a, 112b)을 투사하는 것과 같이 복수의 변조 광선(110a, 110b)을 투사하도록 구성된다.
이미지 프로젝션 시스템은 가상 및 혼합 현실 애플리케이션을 위해 뷰어가 착용하도록 되어 있다. 이미지 프로젝션 시스템은 뷰어가 아이-박스 영역(121a, 121b)을 착용하고 사출동(120)이 뷰어의 눈(90)에 있도록 구성될 수 있다. 변조 광선(110a, 110b)이 뷰어의 눈(90)의 동공(130)을 향해 투사되므로, 변조 광선(110a, 110b)이 망막(92)에 투사된다.
광학소자는 각각의 변조 광선(110a, 110b)이 제1 핀-라이트 평면(30)에서 동공 이미지(31, 39)와 변조기 이미지 평면(115)에서의 변조기 이미지(114a, 114b)를 형성하도록 복수의 변조 광선(110a, 110b)을 투사하도록 구성된 제1 핀-라이트 이미지 광학소자(70)를 포함할 수 있다.
광학소자는 투영축(170)을 따라 아이-박스 영역(121a, 121b)을 정의하는 복수의 투사 이미지 광선(112a, 112b)을 투사하기 위해 복수의 변조 광선(110a, 110b)과 상호작용하도록 구성된 제2 광학소자(40)를 더 포함할 수 있다. 제2 광학소자(40)는 접안경, 곡면 반투명 미러와 같은 세미-반사 결합기, 미러 어레이 또는 홀로그래픽 소자 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 제2 광학소자(40)는 투사된 가상 라이트 필드와 자연광 모두가 결합기(40)를 통해 아이-박스 영역(121a, 121b) 내에서 투영되도록 현실 세계(190)로부터 아이-박스 영역(121a, 121b)을 향해 자연광을 투과하도록 구성된 결합기를 포함할 수 있다.
도 1a에 도시된 일 양태에서, 입사광선은 핀-라이트 어레이(10)의 중심와 핀-라이트 서브어레이(14)에 의해 생성되고 복수의 중심와 입사광선(100a)을 포함한다. 중심와 변조 광선(100a)의 서브-앙상블은 제1 광학소자(50)를 통과하고 광 변조기(20)를 조명한다. 제1 광학소자(50)는 시준 렌즈 또는 부분 시준렌즈 또는 시준된 좁은 조명 빔과 아웃-커플링 소자를 통해 출사되는 확장된 시준 빔을 받아들이는 인-커플링 소자를 갖는 도파관을 포함할 수 있다. 제1 핀-라이트 이미지 광학소자(70)는 복수의 중심와 변조 광선(110a)을 투영하고 제1 핀-라이트 평면(30)에서 중심와 동공 이미지(31)를 형성하며, 일부 실시예에서 광학소자(32)와 함께, 중심와 변조기 이미지(114a)를 변조기 이미지 평면(115)에서 형성한다. 제2 광학소자(40)는 중심와 변조 광선(110a)과 상호작용하고 복수의 투사 중심와 이미지 광선(112a)을 투사하여 투영축(170)을 따라 중심와 아이-박스 영역(121a)을 정의한다.
도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 핀-라이트 어레이(10)에 의해 생성된 입사광선은 복수의 주변 입사광선(100b)을 생성하는 복수의 주변 핀-라이트 서브어레이(13)를 더 포함한다(주변 핀-라이트(13)은 일반적으로 중심와 핀-라이트(14)보다 더 높은 세기의 조명광을 제공한다). 하나의 주변 입사광선(100b)이 도 1b에 도시되어 있고 두 개의 주변 입사광선(100b)이 도 1c에 도시되어 있다. 주변 입사광선(100b)은 제1 광학소자(50)를 통과하여 광선이 변조되는 광 변조기(20)를 조명한다. 제1 핀-라이트 이미지 광학소자(70)는 복수의 주변 변조 광선(110b)을 투사한다. 주변 변조 광선(110b)은 제1 핀-라이트 평면(30)에서 주변 동공 이미지(39)를 형성한다.
이미지 프로젝션 시스템은 제1 핀-라이트 평면(30)에 편향소자(60)를 더 포함한다. 편향소자(60)는 투영축(170)에 대해 상기 주변 변조 광선(110b)을 편향시키도록 구성된다. 편향소자(60)는 또한 변조기 이미지 평면(115)을 따라 공간적으로 이동된 시프트된 주변 변조기 이미지(114b)를 형성하도록 구성된다.
편향소자(60)는 프리즘 또는 오프셋 렌즈와 같은 임의의 다른 편향 광학소자를 포함할 수 있다.
이미지 프로젝션 시스템은 사출동 확장장치(36)를 더 포함한다. 사출동 확장장치(36)는 주변 동공 이미지(39)를 복제하도록 구성된다(주변 핀-라이트 이미지(39)는 사출동 확장장치(36)에 의해 복제된 동공을 나타낸다). 각각의 복제된 주변 동공 이미지(39)에 대해, 사출동 확장장치(36)는 복수의 동공 확장된 라이트 필드(104)를 투사한다. 광학소자(32) 및 제2 광학소자(40)는 동공 확장된 라이트 필드(104)와 상호 작용하고 복수의 투사된 주변 이미지 광선(112b)(논-라이트 필드 주변 이미지)을 투사하여, 중심와 아이-박스 영역(121a)보다 더 넓은 주변 아이-박스 영역(121b)을 정의한다.
이미지 프로젝션 시스템은 제1 핀-라이트 평면(30)에 위치한 푸리에 필터(34)를 포함할 수 있다. 푸리에 필터(34)는 광 변조기(20)에 반사되고 회절되는 변조 광선(110a, 110b)으로부터 하나를 제외한 모든 회절 성분을 제거하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 사출동 확장장치는 제1 핀-라이트 평면(30)에서 연장하는 도파관(36)을 포함한다. 도파관(36)은 상기 주변 동공 이미지(39)를 입력하도록 구성된 인-커플링 요소(35) 및 복수의 동공 확장된 라이트 필드(104)를 투사하도록 구성된 아웃-커플링 소자(37)를 포함한다.
도 1d는 제1 핀-라이트 평면(30)에 2개의 주변 입사광선(100b) 및 하나의 입사광선(100a)을 나타내는 도파관(36)을 포함하는 이미지 프로젝션 시스템을 나타낸다.
일 양태에서, 인-커플링 소자(35)는 회절 격자를 포함한다. 주변 동공 이미지(39)를 형성하는 시준된 픽셀 빔(103)(도 2a 참조)은 아웃-커플링 소자(37)를 향한 전반사에 의해 도파관(36) 내에서 이동한다. 아웃-커플링 소자(37)는 내부적으로 전반사된 동공 이미지(39)가 도파관(36) 외부에서 결합되고 복수의 동공 확장된 라이트 필드(104)를 투사하도록 복제되는 또 다른 회절 격자를 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 인-커플링 소자(35) 및/또는 아웃-커플링 소자(37)는 홀로그래픽 광학소자를 포함할 수 있다. 도시되지 않은 대안적인 양태에서, 인-커플링 소자(35) 및/또는 아웃-커플링 소자(37)는 미러 어레이 또는 부분적으로 투명한 미러(빔 스플리터)의 스택을 포함할 수 있으며, 시준된 픽셀 빔(103)이 각 미러 인터페이스에서 부분적으로 반사하는 여러 미러를 부분적으로 통과한다. 다른 변형에서, 인-커플링 소자(35) 및 아웃-커플링 소자(37)는 회절 격자, 홀로그래픽 광학소자, 미러 어레이 또는 부분적으로 투명한 미러 스택 또는 이들 요소의 조합 중 임의의 하나를 포함할 수 있다.
도 2a는 일 실시예에 따른 도파관(36)의 측면도를 도시한다. 도 2a의 특정 예에서, 편향소자(60)는 주변 동공 이미지(39)가 도파관(36)에 주입될 수 있도록 인-커플링 소자(35)를 향해 주변 변조 광선(110b)을 편향시킨다. 도 2b는 다크 서클로 표시된 4개의 인커플링 요소(35)를 포함하는 도파관(36)의 정면도를 도시한다. 아웃-커플링 소자(37)는 디스크형 도파관(36)의 실질적으로 전체 표면을 차지한다.
인-커플링 소자(35)는 인-커플링 소자(35)에 주입된 시준되지 않은 주변 변조 광선(110b)을 시준하도록 구성될 수 있다. 이러한 인-커플링 소자(35)는 그래디언트 회절 격자, 구면 미러 또는 시준 홀로그램을 포함한다. 주입된 주변 변조 광선(110b)은 도파관(36)을 통해 가이드되고 아웃-커플링 소자(37)와 상호작용할 때 도파관(36)을 점차적으로 나가는 시준된 픽셀 빔(103)을 운반한다. 작은 주변 동공 이미지(39)를 통해 주입된 주변 변조 광선(110b)이 아웃-커플링 소자(37)를 통해 도파관(36)을 나간다. 아웃-커플링 소자(37)는 복수의 동공 확장된 라이트 필드(104)가 아웃-커플링 소자(37)의 유형 및 구성에 따라 사출동 확장소자(35)의 표면에 연속적으로 또는 이산적으로 분포된 도파관(36)을 빠져나가도록 구성될 수 있다.
각각의 시준된 픽셀 빔(103)은 동일한 각도(평행)로 동공 확장된 라이트 필드(104)의 복제된 투사 지점으로부터 동시에 방출될 수 있다. 따라서, 픽셀은 무한한 형태로 빛나는 듯 보이고 여러 투사 지점들(또는 하나의 연속적인 큰 투영 동공 영역)을 통과한다.
일 실시예에서, 도파관(36)은 변조 광선(110)이 변조기 이미지 평면(115)에서 중심와 변조기 이미지(114a)를 형성하도록 도파관(36)에 의해 영향을 받지 않는 중심와 변조 광선(110)을 투과시키도록 구성된 적어도 하나의 조리개 개구(120a)를 포함할 수 있다. 도 2b의 예에서, 도파관(36)은 개방 원으로 표시된 32개의 조리개 개구(120a)를 포함한다.
이미지 프로젝션 시스템이 푸리에 필터(34)를 포함하는 경우, 푸리에 필터는 하나 또는 여러 개의 조리개 개구(120a)를 포함할 수 있다. 여기서, 중심와 동공 이미지(31) 각각은 도파관(36) 및 가능하게는 푸리에 필터(34)에 제공된 조리개 개구(120a)와 일치한다.
다른 실시예에서, 이미지 프로젝션 시스템은 시프트된 주변 변조기 이미지(114b)를 형성하도록 복수의 동공 확장된 광선(104)을 포커싱하도록 구성된 변조기 이미징 렌즈(32)(도 1a 내지 1d 참조)를 포함한다.
도 3은 합성된 FoV를 나타낸다. 중앙 영역(11)은 조리개 개구(120a)를 통과하고 중심와 아이-박스 영역(121a)을 형성하는 중심와 변조기 이미지(114a)를 포함한다. 4개의 주변 영역(12a-d) 각각은 (논-라이트 필드) 주변 변조기 이미지(114b)를 포함하고 주변 아이-박스 영역(121b)을 형성한다.
도 4는 사출동 확장장치가 변조기 이미지 평면(115)에서 확산기 소자(38)를 포함하는 다른 실시예에 따른 이미지 프로젝션 시스템을 나타낸다. 이런 구성에서, 주변 입사광선(100b)이 제1 광학소자(50)를 통과하고 입사광선이 변조되는 광 변조기(20)를 조명한다. 제1 핀-라이트 이미지 광학소자(70)는 복수의 주변 변조 광선(110b)을 투사한다. 주변 변조 광선(110b)은 제1 핀-라이트 평면(30)에서 주변 동공 이미지(39)를 형성한다. 편향소자(60)는 투영축(170)에 대해 상기 주변 변조 광선(110b)을 편향시키고 변조기 이미지 평면(115)에서 공간 이동된 시프트된 주변 변조기 이미지(114b)를 형성하도록 구성된다. 확산기 소자(38)는 주변 변조 광선(110b)의 각 픽셀의 각도 방출 범위를 확장하는 복수의 동공 확장된 라이트 필드(104)를 투사한다. 확산기 소자(38)는 투과성 또는 반사성일 수 있다. 확산기 소자(38)는 조명 시간이 짧거나 듀티 사이클이 작은 경우 이미지 방출을 연장하기 위해 형광성 확산기일 수 있다. 확산기 소자(38)는 또한 방출형 디스플레이로 대체될 수 있다.
안와 안의 눈(90)의 움직임은 눈 동공(130)이 중심와 아이-박스 영역(121a)을 빠져나가게 하고 이미지 광이 눈(90)에 들어가지 않게 하여 중심와 이미지 광선(112a)(투사된 이미지의 라이트 필드 부분)에 의해 덮인 FoV에서 이미지 정보의 손실을 초래할 수 있다. 이 문제는 주변 아이-박스 영역(121b)을 통과하여 눈(90)이 움직일 때 손실되지 않는 논-라이트 필드 이미지에 의해 FoV의 이 부분을 일시적으로 채움으로써 감소될 수 있다. 그 결과, 중심와 이미지 광선(112a)을 덮는 이미지 부분이 항상 존재한다. 이 간단한 방안은 눈 동공(130)이 아이-박스의 라이트 필드 부분, 즉 중심와 이미지 광선(112a) 내부에 위치하는지 여부를 식별하는 적어도 이진 눈 추적 정보를 필요로 한다. 눈(90)은 중심와 아이-박스(121a) 외부에서 일반적으로 5% 미만의 작은 부분의 시간만을 소비하고 매번 짧은 시간만 보내기 때문에, 이 방안은 대부분의 사용 사례에 충분하다.
도 5a에 도시된 실시예에서, 이미지 프로젝션 시스템은 눈 추적 및 조종 장치를 포함한다. 눈 추적 및 조종 장치는 뷰어가 보고 있는 위치에 대한 눈 추적 정보를 제공하고 눈 추적 정보에 따라 주변에 투사 이미지 광선(112b)을 편향시키도록 구성된다.
눈 추적 및 조종 장치는 뷰어가 중심와 아이-박스 영역(121) 외부를 보고 있음을 눈 추적 정보가 나타낼 때 중심와 아이-박스 영역(121) 외부에 주변 투사 이미지 광선(112b)을 제공하도록 더 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 눈 추적 및 조종 장치는 눈(90), 특히 동공(130)의 시선 방향 및 위치를 추정하도록 구성될 수 있다. 눈 추적 및 조종 장치는 사용자의 눈(90) 및/또는 동공(130)의 시선 방향 및 위치를 추정하도록 더 구성될 수 있다.
일 양태에서, 눈 추적 및 조종 장치는 눈 추적 정보에 따라 이동 가능한 미러 또는 렌즈를 포함할 수 있다. 시선 추적 정보는 주변 투사 이미지 광선(112b)의 각도를 조정하기 위해 이동식 미러 또는 렌즈를 제어하는 컨트롤러(미도시)에 제공될 수 있다.
눈 추적 및 조종 장치는 도 5b에 도시된 바와 같이 사출동 확장소자(36)를 포함하는 이미지 프로젝션 시스템과 결합될 수 있다.
도 6은 사출동 확장소자(36)가 중심와 및 주변 입사광선(100a, 100b)에 평행한 입사 투영축(160)에서 떨어져 위치된 오프축 광학기(150)를 포함하는 다른 실시예에 따른 이미지 프로젝션 시스템을 도시한다. 미러인 편향소자(60)는 입사 투영축(160)에 실질적으로 평행하게 연장하는 확산기 소자(38) 상에 주변 변조 광선(110b)을 투사하는 오프축 광학기(150)를 향해 주변 변조 광선(110b)을 편향시킨다. 확산기 소자(38)는 입사 투영축(160)에 실질적으로 직교하는 투영축(170)을 따른 복수의 동공 확장된 라이트 필드(104)를 투사한다.
이미지 프로젝션 시스템은 빔 스플리터(140)를 포함한다. 중심와 변조 광선(110a)은 제1 핀-라이트 평면(30)의 조리개 개구(120a)를 통과하고 빔 스플리터(140)에 도달하며, 여기서 빔 스플리터(140)는 사용자의 눈(90)을 향해 투영축(170)을 따라 반사된다. 반사된 중심와 변조 광선(110a)과 동공 확장 광선(104)은 입사 투영축(160)에 실질적으로 평행하게 연장하는 제2 광학소자(40)에서 결합된다. 이 실시예에서, 광학기(150) 및 확산기 소자(38)가 단일 주변 이미지를 넓은 FoV로 확장하기 때문에 하나의 주변 이미지를 형성하는 하나의 핀-라이트(13)만 사용될 수 있다.
도 7은 사출동 확장소자(36)가 광 가이드를 포함하는 또 다른 실시예에 따른 이미지 프로젝션 시스템을 도시한다. 미러인 편향소자(60)는 단일 주변 변조 광선(110b)을 광 가이드되는 인-커플링 소자(35)를 향해 편향시킨다. 광 가이드(36)는 단일 주변 변조 광선(110b)을 가이드하고 광 가이드(36)에 제공된 아웃-커플링 소자(37)로부터 동공 확장된 라이트 필드(104)를 투사한다. 동공 확장된 라이트 필드(104)가 투영축(170)을 따라 투사된다. 투영축(170)은 입사 투영축(160)에 대해 30°내지 120° 사이의 각도를 형성할 수 있다.
중심와 변조 광선(110a)은 제1 핀-라이트 평면(30)의 조리개 개구(120a)를 통과하여 제2 광학소자(40)에 도달하여 아웃-커플링 소자(37)에 실질적으로 평행하게 연장된다. 중심와 변조 광선(110a)은 투영축(170)을 따라 제2 광학소자(40)에 반산된다. 중심와 변조 광선(110a)은 동공 확장된 라이트 필드(104)와 결합되어 사용자의 눈(90)에 도달한다.
10 핀-라이트 어레이
11 중심 지역
12a, 12b, 12c, 12d 주변 영역
13 주변 핀-라이트 서브어레이
14 중심와 핀-라이트 서브어레이
20 광 변조기
30 제1 핀-라이트 평면
31 중심와 동공 이미지
32 변조기 이미징 렌즈
34 푸리에 필터
35 인-커플링 소자
36 사출동 확장장치
37 아웃-커플링 소자
38 확산기
39 주변 동공 이미지
40 제2 광학소자
50 제1광학소자
60 편향소자
70 제1 핀-라이트 이미지 광학소자
90 눈
92 망막
100a 중심와 입사광선
100b 주변 입사광선
104 동공 확장 광선
110a 중심와 변조 광선
110b 주변 변조 광선
112a 중심와 이미지 광선
112b 주변 이미지 광선
114a 중심와 변조기 이미지
114b 주변 변조기 이미지
115 변조기 이미지 평면
120 제2 핀라이트 이미지, 시점
120a 조리개 개구
121a 투사된 중심와 아이-박스 영역
121b 투사된 주변 아이-박스 영역
124 제2 핀-라이트 평면
130 동공
140 빔 스플리터/반투명 미러
150 이미지 프로젝션 광학기
160 입사 투영축
170 투영축
190 현실 세계

Claims (20)

  1. 입사광선(100a, 100b)을 변조하고 복수의 변조 광선(100b)을 투사하도록 구성된 광 변조기(20)를 조명하는 복수의 입사광선(100a, 100b)을 생성하는 핀-라이트 어레이(10); 및
    제1 핀-라이트 평면(30)에서 핀-라이트 이미지(31, 39)를 형성하고 투영축(170)을 따라 아이-박스 영역(121a, 121b)을 정의하는 복수의 투사 이미지 광선(112a, 112b)을 투사하기 위해 복수의 변조 광선(1110a, 110b)을 투사하도록 구성된 광학소자(32, 70, 40)을 포함하고,
    상기 복수의 변조 광선은 중심와 동공 이미지(31)를 형성하고 중심와 아이-박스 영역(121a)을 정의하는 복수의 중심와 투사 이미지 광선(112a)을 투사하는 복수의 중심와 변조 광선(110a)을 포함하는 근안 이미지 프로젝션 시스템으로서,
    상기 복수의 변조 광선은 주변 동공 이미지(39)를 형성하는 복수의 주변 변조 광선(110b)을 더 포함하고;
    상기 시스템은 주변 핀-라이트 이미지(39) 각각에 대해 복수의 동공 확장된 광선(104)을 투사하도록 구성된 사출동 확장장치(36, 38)를 더 포함하며, 상기 복수의 동공 확장된 라이트 필드(104)는 중심와 아이-박스 영역(121a)보다 더 넓은 주변 아이-박스 영역(121b)을 정의하는 주변 투사 이미지 광선(112b)을 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 프로젝션 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 핀-라이트 이미지 광학소자(70)는 변조기 이미지 평면(115)에서 중심와 변조기 이미지(114a)를 형성하도록 복수의 중심와 변조 광선(110a)을 투사하고;
    이미지 프로젝션 시스템은, 제1 핀-라이트 평면(30)에서, 투영축(170)에 대해 주변 변조 광선(110b)을 편향시키고 변조기 이미지 평면(115)을 따라 공간 이동된 시프트된 변조기 이미지(114a)를 형성하도록 구성된 편향소자(60)를 더 포함하는 이미지 프로젝션 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    사출동 확장장치는 변조기 이미지 평면(115)에서 확산기 소자(38)를 더 포함하는 이미지 프로젝션 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    확장장치는 제1 핀-라이트 평면(30)에서 연장되는 도파관(36)을 포함하고, 상기 도파관(36)은 상기 주변 핀-라이트 이미지(39)를 입력하도록 구성된 인-커플링 소자(35)와, 상기 복수의 동공 확장된 광선(104)을 투사하도록 구성된 아웃-커플링 소자(37)를 포함하는 이미지 프로젝션 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    아웃-커플링 소자(37)는 복수의 이산 동공 확장 광선(104)을 투사하도록 구성되는 이미지 프로젝션 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    아웃-커플링 소자(37)는 연속적으로 분포된 동공 확장 광선(104)을 투사하도록 구성되는 이미지 프로젝션 시스템.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    시프트된 변조기 이미지(114b)를 형성하기 위해 복수의 동공 확장된 광선(104)을 포커싱하도록 구성된 빔 포커싱 소자(32)를 더 포함하는 이미지 프로젝션 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    인-커플링 소자(35)는 주변 변조 광선(103)을 시준하도록 구성되는 이미지 프로젝션 시스템.
  9. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    인-커플링 소자(35) 또는 아웃-커플링 소자(37) 중 적어도 하나는 홀로그래픽 광학소자를 포함하는 이미지 프로젝션 시스템.
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    인-커플링 소자(35) 또는 아웃-커플링 소자(37) 중 적어도 하나는 미러 어레이 또는 부분적으로 투명한 미러 스택을 포함하는 이미지 프로젝션 시스템.
  11. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    인-커플링 소자(35) 또는 아웃-커플링 소자(37) 중 적어도 하나는 회절 격자를 포함하는 이미지 프로젝션 시스템.
  12. 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    도파관(36)은 조리개 개구(120a)를 포함하고, 각 개구는 핀-라이트 이미지(31)를 투과시키도록 구성되는 이미지 프로젝션 시스템.
  13. 제2항 또는 제11항에 있어서,
    편향소자(60)는 프리즘을 포함하는 이미지 프로젝션 시스템.
  14. 제2항 또는 제13항에 있어서,
    투영축(170)을 따라 아이-박스 영역(121a, 121b)을 정의하는 복수의 투사 이미지 광선(112a, 112b)을 투사하도록 복수의 변조 광선(110a, 110b)과 상호작용하도록 구성된 제2 광학소자(40)를 포함하는 이미지 프로젝션 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    제2 광학소자(40)는 현실 세계(190)로부터 아이-박스 영역(121a, 121b)을 향해 자연광을 투과시키도록 구성된 결합기를 포함하는 이미지 프로젝션 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    출사동 확장소자(36)는 오프-축 광학기(150) 및 확산기 소자(38)를 포함하고, 오프-축 광학기(150)는 주변 변조 광선(110b)을 확산기 소자(38) 상에 투사하도록 구성되며, 확산기 소자(38)는 중심와 및 주변 입사광선(100a)에 평행한 입사 투영축(160)에 실질적으로 직교하는 투영축(170)을 따라 동공 확장된 라이트 필드(104)를 투사하고,
    이미지 프로젝션 시스템은 투영축(170)을 따라 중심와 변조 광선(110a)을 반사하는 빔 스플리터(140)를 포함하고, 반사된 중심와 변조 광선(110a)은 광학소자(40)에서 동공 확장된 라이트 필드(104)에 결합되는 이미지 프로젝션 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    출사동 확장소자는 주변 변조 광선(110b)을 가이드하고 중심와 및 주변 입사광선(100a, 100b)에 평행한 입사 투영축(160)에 대해 각을 이루는 투영축(170)을 따라 광-가이드(36)에 제공된 아웃-커플링 소자(37)로부터 동공 확장된 라이트 필드(104)를 투사하도록 구성된 광 가이드(36)를 포함하고,
    중심와 변조 광선(110a)은 투영축(170)을 따라 제2 광학소자(40) 상에서 반사되는 이미지 프로젝션 시스템.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    뷰어가 보고 있는 위치에 대한 눈 추적 정보를 제공하도록 구성된 눈 추적 및 조종 장치를 포함하고,
    눈 추적 및 조종 장치는 눈 추적 정보에 따라 주변 투사 이미지 광선(112b)을 편향시키도록 구성되는 이미지 프로젝션 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    눈 추적 및 조종 장치는 눈 추적 정보에 따라 이동식 미러 또는 렌즈를 포함하는 이미지 프로젝션 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    눈 추적 및 조종 장치는 뷰어가 제1 아이-박스 영역(121) 밖을 보고 있음을 눈 추적 정보가 나타낼 때 제1 아이-박스 영역(121) 외부에 논-라이트 필드 이미지를 제공하도록 구성되는 이미지 프로젝션 시스템.
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