KR20230125861A - 고해상도 디지털 디스플레이를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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라이오넬 어니스트 에드윈
이반 리 추엔 여
브라이언 티. 쇼벤게르트
케빈 리차드 커티스
윌리엄 허드슨 웰치
피에르 생 힐레르
후이-추안 청
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매직 립, 인코포레이티드
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Abstract

동적인 디지털화된 파면 해상도, 즉 출력 빔렛들의 밀도를 증가시키기 위한 방법 및 시스템은, 단일 시준된 소스 광 빔을 수신하는 것 그리고 도파관으로부터 아웃-커플링될 때 공간적으로 오프셋된 다수의 출력 빔렛들을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 시준된 소스 광 빔을 오프셋시키고 복제함으로써 다수의 출력 빔렛들이 획득될 수 있다. 대안적으로, 다수의 출력 빔렛들은 특정 컬러의 공칭 파장 부근의 상이한 파장들을 갖는 다수의 입력 빔들을 갖는 시준된 인입 소스 광 빔을 사용함으로써 획득될 수 있다. 시준된 인입 소스 광 빔은 공칭 파장에 대해 설계된 접안렌즈 내로 인-커플링될 수 있다. 다수의 파장들을 갖는 입력 빔들은, 이들이 도파관에서 내부 전반사를 겪을 때 상이한 경로를 취하며, 이는 다수의 출력 빔렛을 생성한다.

Description

고해상도 디지털 디스플레이를 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR HIGH RESOLUTION DIGITIZED DISPLAY}
[0001] 본 출원은, 2016년 11월 30일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/428,510호를 우선권으로 주장하며, 상기 출원의 내용은 모든 목적들을 위해 그 전체가 인용에 의해 포함된다.
[0002] 현대 컴퓨팅 및 디스플레이 기술들은 소위 "가상 현실" 또는 "증강 현실" 경험들을 위한 시스템들의 개발을 용이하게 했으며, 여기서 디지털방식으로 생성된 이미지들 또는 이미지들의 부분들은, 그들이 실제인 것으로 보이거나, 실제로서 지각될 수 있는 방식으로 웨어러블 디바이스에서 사용자에게 제시된다. 가상 현실, 또는 "VR" 시나리오는 통상적으로 다른 실제 실세계 시각적 입력에 대한 투명성(transparency) 없는 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션(presentation)을 수반하고; 증강 현실, 또는 "AR" 시나리오는 통상적으로 사용자 주위 실제 세계의 시각화에 대한 증강으로서 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션을 수반한다.
[0003] 웨어러블 디바이스는 증강 및/또는 가상 현실 안경을 포함할 수 있다. 이미지는 이미지 프레임들 또는 래스터 스캔 이미지들을 사용하여 디스플레이될 수 있다. 스캐닝 이미지 디스플레이 시스템에서, 광 빔들 각각은 이미지의 픽셀들을 정의한다. 2개의 직교 축들에서 미러들을 스캔함으로써, 2차원 시야가 생성될 수 있다. 이미지들은 도파관-기반 접안렌즈들 및 다른 광학 엘리먼트들, 이를테면, 광섬유들을 포함할 수 있는 안경 렌즈(spectacle lens) 상에 프로젝팅될 수 있다. 이미지 디스플레이 시스템들은 안경 프레임들의 좌측 및 우측 각각 상에 장착될 수 있다.
[0004] 스캐닝 프로젝터 및 도파관 접안렌즈를 사용하는 스캐닝 이미지 디스플레이 시스템에서, 이미지 광 빔은 도파관 접안렌즈 내부에서 TIR(total internal reflection)을 겪는다. 이미지 광 빔이 출력 커플링 엘리먼트에 도달하는 모든 각각의 반사 포인트에서, 빔렛은 도파관으로부터 아웃-커플링된다. 이들 출력 광 빔렛들의 밀도가 낮은 경우, 즉 출력 파면의 해상도가 낮은 경우, 이미지 품질은 열등하다. 예컨대, 뷰잉 박스(viewing box)를 통해 볼 때 깊이 평면의 이미지는 "스크린 도어" 아티팩트 또는 파면 희소성 아티팩트에 시달린다. 사용자에 대해, 이는 스크린 도어를 통해 이미지를 보는 것처럼 보인다.
[0005] 본 발명의 일부 실시예들은 시준된 소스 광 빔을 오프셋 및 복제함으로써 동적 디지털화된 파면 해상도, 즉 출력 빔렛들의 밀도를 증가시키기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 소스는 다수의 빔렛들을 형성하도록 복사되거나 복제되거나 클론화(cloned)될 수 있고, 빔렛들은 효과적으로 다수의 시준된 빔 소스들이 존재하도록 측방향으로 오프셋되거나 변위된다. 이 방법은 기판 두께에 독립적으로 빔렛 밀도를 증가시키는 방법을 제공한다. 그것은 또한, 접안렌즈가 눈에 전달하는 초점/원근조절 큐들을 강조한다.
[0006] 대안적으로, 본 발명의 소정의 실시예들은 파장 다이버시티(wavelength diversity)를 통해 출력 빔렛 밀도를 증가시키기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 시준된 인입 소스 광 빔은 특정 컬러의 공칭 파장 부근의 상이한 파장들을 갖는 다수의 입력 빔들을 포함할 수 있다. 인입 소스 광 빔은 공칭 파장에 대해 설계된 접안렌즈 내로 인-커플링될 수 있다. 다수의 파장들을 갖는 입력 빔렛들은 도파관 내로 인-커플링 시에 약간 상이하게 회절하고, 따라서 이들이 도파관에서 내부 전반사를 겪을 때 상이한 경로들을 취하고, 별도의 포지션들에서 아웃 커플링되어 다수의 오프셋된 출력 빔렛들을 생성한다.
[0007] 발명의 일부 실시예들에 따라, 이미지 디스플레이 시스템은 도파관, 및 인입 광 빔을 수신하고 도파관에 복수의 입력 빔렛들을 제공하도록 구성된 광학 디바이스를 포함한다. 각각의 입력 빔렛은 인입 광 빔의 부분으로부터 유도되고, 입력 빔렛들은 서로 공간적으로 오프셋된다. 도파관은, 입력 커플링 엘리먼트를 사용하여 복수의 입력 빔렛들을 수신하고, 내부 전반사(total internal reflection; TIR)에 의해 복수의 입력 빔렛들을 전파시키고, 그리고 출력 커플링 엘리먼트를 사용하여 출력 빔렛들의 다수의 그룹들을 출력하도록 구성된다. 출력 빔렛들의 각각의 그룹은 내부 전반사에 의해 도파관에서 전파되는 복수의 입력 빔렛들의 각각의 입력 빔렛의 부분을 포함한다.
[0008] 위의 이미지 디스플레이 시스템의 일부 실시예들에서, 광학 디바이스는 서로 평행하고 인접하게 배치된 제1 표면 및 제2 표면을 포함한다. 제1 표면은 부분 반사성이며, 제2 표면은 실질적으로 전반사성이다. 일부 실시예들에서, 부분 반사성 제1 표면은 광 빔을 수신하고 수신된 광 빔의 제1 부분을 반사시키고 수신된 광 빔의 제2 부분이 통과할 수 있도록 구성된다. 제2 표면은 제2 표면이 제1 표면으로부터 수신한 각각의 광 빔을 제1 표면으로 다시 반사시키도록 구성된다. 제2 표면으로부터 제1 표면으로 지향된 각각의 광 빔에 대해, 부분 반사성 제1 표면은, 새로운 빔렛을 형성하도록 부분이 도파관을 통과할 수 있게 하고 잔여 부분을 제2 표면으로 반사시키도록 구성된다.
[0009] 위의 이미지 디스플레이 시스템의 일부 실시예들에서, 광학 디바이스는 서로 평행하고 인접하게 배치된 제3 표면 및 제4 표면을 더 포함하고, 제3 표면은 부분 반사성이고 제4 표면은 실질적으로 전반사성이다. 제1 표면 및 제2 표면은 인입 광 빔을 수신하고 제1 복수의 빔렛들을 제공하도록 구성된다. 제3 표면 및 제4 표면은 제1 복수의 빔렛들 각각을 수신하고 다수의 빔렛들을 제공하도록 구성된다.
[0010] 위의 이미지 디스플레이 시스템의 일부 실시예들에서, 제1 표면 및 제2 표면은 도파관의 최상부 표면과 인커플링 각도(incoupling angle)를 형성하도록 구성되어서, 도파관 내의 어떠한 입력 격자도 필요하지 않게 한다.
[0011] 발명의 일부 실시예들에 따라, 이미지를 디스플레이하기 위한 방법은, 도파관을 제공하는 단계, 인입 광 빔을 수신하는 단계 및 복수의 입력 빔렛들을 도파관에 제공하는 단계를 포함하며, 입력 빔렛들은 공간적으로 오프셋된다. 이 방법은 또한, 도파관에서 복수의 입력 빔렛들을 수신하는 단계, 및 도파관에서 상이한 경로들을 따라 TIR(total internal reflection)에 의해 복수의 입력 빔렛들을 전파시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 출력 커플링 엘리먼트를 사용하여 출력 빔렛들의 다수의 그룹들을 출력하는 단계를 더 포함한다. 출력 빔렛들의 각각의 그룹은 내부 전반사에 의해 도파관에서 전파되는 복수의 입력 광 빔들의 각각의 입력 빔렛의 부분을 포함한다.
[0012] 발명의 일부 실시예들에 따라, 대안적인 이미지 디스플레이 시스템은, 도파관, 및 상이한 파장들을 갖는 복수의 입력 광 빔들을 포함하는 시준된 인입 광 빔을 제공하기 위한 광원을 포함한다. 도파관은, 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트를 이용하여 복수의 입력 광 빔들을 도파관 내로 인-커플링하고, TIR(total internal reflection)에 의해 복수의 입력 광 빔들을 전파시키도록 구성되며, 각각의 입력 광 빔은 상이한 방향에서 상이한 경로를 따라 전파된다. 시스템은 또한 출력 커플링 엘리먼트를 사용하여 출력 광 빔렛들의 다수의 그룹을 출력하도록 구성된다. 출력 광 빔렛들의 각각의 그룹은 내부 전반사에 의해 도파관에서 전파되는 복수의 입력 광 빔들의 각각의 입력 빔렛의 부분을 포함한다.
[0013] 위의 시스템의 일 실시예에서, 도파관은 컬러의 공칭 파장을 위해 구성되고, 복수의 입력 광 빔들은 공칭 파장 부근의 파장들을 갖는다.
[0014] 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 이미지를 디스플레이하기 위한 방법은, 도파관을 제공하는 단계, 및 시준된 인입 광 빔을 제공하는 단계를 포함한다. 시준된 인입 광 빔은 상이한 파장들을 갖는 복수의 입력 광 빔들을 포함한다. 이 방법은 또한, 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트를 이용하여 복수의 입력 광 빔들을 도파관 내로 인-커플링하는 단계, 및 TIR(total internal reflection)에 의해 복수의 입력 빔렛들을 전파시키는 단계를 포함한다. 각각의 빔렛은 상이한 경로를 따라 전파되도록 구성된다. 이 방법은 또한 출력 커플링 엘리먼트를 사용하여 출력 빔렛들의 다수의 그룹들을 출력하는 단계를 포함한다. 출력 빔렛들의 각각의 그룹은 내부 전반사에 의해 도파관에서 전파되는 복수의 입력 광 빔들의 각각의 입력 빔렛의 부분을 포함한다.
[0015] 부가적인 특징들, 이점들 및 실시예들은 아래의 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 설명된다.
[0016] 도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 예시적인 웨어러블 디스플레이 디바이스의 사시도를 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0017] 도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 스캐닝 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0018] 도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0019] 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 디스플레이 시스템으로부터의 출력 빔렛 파면들을 예시한다.
[0020] 도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 디스플레이 시스템들을 예시하는 간략화된 개략도들이다.
[0021] 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 위에서 설명된 광학 디바이스에 의한 스크린 도어 효과의 감소를 예시하는 이미지들이다.
[0022] 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따라 디스플레이 시스템의 기능을 검증하기 위한 실험 시스템을 예시하는 간략화된 도면이다.
[0023] 도 7a는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 다수의 출력 빔렛들을 생성하기 위한 다른 광학 디바이스를 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0024] 도 7b는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 다수의 출력 빔렛들을 생성하기 위한 다른 광학 디바이스를 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0025] 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 감소된 파면 희소성 효과 또는 스크린 도어 효과를 갖는 이미지를 디스플레이하기 위한 방법을 예시하는 간략화된 흐름도이다.
[0026] 도 9는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0027] 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 위에서 설명된 광학 디바이스에 의한 스크린 도어 효과의 감소를 예시하는 이미지들이다.
[0028] 도 11은 본 발명의 실시예에 따라 감소된 파면 희소성 효과 또는 스크린 도어 효과를 갖는 이미지를 디스플레이하기 위한 방법을 예시하는 간략화된 흐름도이다.
[0029] 본 출원에 따른 방법들 및 장치의 대표적인 애플리케이션들이 이 섹션에서 설명된다. 이들 예들은 단지 설명된 실시예들의 이해를 돕고 맥락을 추가하기 위해 제공된다. 따라서, 설명된 실시예들은 이들 특정한 세부사항들 중 일부 또는 전부 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 잘 알려진 프로세스 단계들은 설명된 실시예들을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 상세히 설명되지 않았다. 다른 애플리케이션들이 가능하여서, 다음의 예들은 제한하는 것으로 받아 들여지지 않아야 한다.
[0030] 도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 예시적인 웨어러블 디스플레이 디바이스(100)의 사시도를 예시하는 간략화된 개략도이다. 웨어러블 디스플레이 디바이스(100)는 메인 디스플레이들(110)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 웨어러블 디스플레이 디바이스(100)는 또한 템플 아암들(130)에 통합된 프로젝터 어셈블리들(120)을 포함한다. 프로젝터 어셈블리들(120)은 회절 광학기를 통해 광을 비추는 프로젝터들을 포함할 수 있으며, 이 광은 그 후 메인 디스플레이들(110)을 통해 사용자의 눈들로 반사된다.
[0031] 도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 스캐닝 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다. 이 예에서, 스캐닝 디스플레이 시스템(200)은 도 1의 웨어러블 디바이스(100)와 같은 웨어러블 디바이스의 접안렌즈의 부분, 예컨대, 도파관 기반 접안렌즈일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 스캐닝 디스플레이 시스템(200)은 이미지를 프로젝팅하기 위해 표면(250)에 걸쳐 광 빔들, 예컨대 빔(240)을 방출하도록 구성된 스캐닝 프로젝터(210)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 스캐닝 프로젝터(210)는 도 1의 웨어러블 디스플레이 디바이스(100)에서 프로젝터 어셈블리들(120)의 부분일 수 있다.
[0032] 도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다. 도 3은 도파관(310)과 함께 접안렌즈의 측면도를 포함하는 이미지 디스플레이 시스템(300)을 도시한다. 단일 시준된 광 빔(320)이 도파관(310)을 향해 지향된다. 광 빔(320)은 광섬유 스캐너와 같은 스캐닝 프로젝터에 의해 제공될 수 있다. 대안적으로, 광 빔(320)은 또한 스캐닝 미러로부터 반사된 시준된 광에 의해 제공될 수 있다. 이미지 디스플레이 시스템(300)은, TIR(total internal reflection)에 의한 전파를 위해 입사광을 진입시키도록 구성된 입력 커플링 엘리먼트(312)뿐만 아니라, TIR에 의해 도파관(310)을 따라 전파되는 광을 확장시키고 사용자의 눈(390)을 향해 아웃커플링하도록 구성된 출력 아웃커플링 엘리먼트(314)를 더 포함한다. 광 빔(320)은 도파관(310)의 입력 커플링 엘리먼트(312)에서 도파관(310)에 진입하고 도파관(310) 내부의 화살표들(322)에 의해 도시된 바와 같이 TIR(total internal reflection)를 겪는다. 빔렛들의 어레이(330)는 도파관(310)의 출사동의 출력 커플링 엘리먼트(314)에서 아웃-커플링된다. 출력 빔렛들의 어레이(330)는 파면을 형성한다. 일부 실시예들에서, 이미지 디스플레이 시스템은 또한 이미지를 사용자의 눈(390)으로 지향시키는 광학 엘리먼트들(380), 이를테면 눈 렌즈를 포함할 수 있다. 사용자의 관점에서, 출력 빔렛들의 어레이는 도 4a 내지 도 4d에서 추가로 설명되는 바와 같이 2-차원 파면을 형성한다. 출력 빔렛들의 밀도는 바운스 간격(bounce spacing)(b)에 의해 결정되며, 이 바운스 간격은 차례로 기판 두께(t)에 의해 결정된다.
[0033] 입력 및 출력 커플링 엘리먼트들(312 및 314)은 도파관(310) 내에 임베딩되거나 임프린트되는 "DOE"(diffractive optical element)들, 예컨대, 선형 격자들일 수 있다. 일부 예들에서, 이미지 디스플레이 시스템(300)은 출력 커플링 엘리먼트(314) 외에도, X 및 Y 둘 모두의 방향으로 광을 확장시키기 위해 "OPE"(orthogonal pupil expander) 엘리먼트(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 출력 커플링 엘리먼트(314)는, 도파관(300)을 통해 전파되는 빔렛들이 Z 평면에서 90 °만큼 편향되고 사용자의 눈(390)을 향하도록 Z 평면(즉, X 및 Y 방향들에 수직임)에서 기울어질 수 있다. 출력 커플링 엘리먼트(314)는 또한, 광 경로(Y 축)를 따라 부분적으로 투명하고 부분 반사성이어서, 빔렛들이 출력 커플링 엘리먼트(314)를 부분적으로 통과하여 서로 거리(b)만큼 이격된 다수의 빔렛들을 형성하게 한다. 입력 커플링 엘리먼트들, 출력 커플링 엘리먼트들, OPE들 및 다른 DOE들에 대한 추가의 세부사항들은 미국 특허 출원 번호 제14/555,585호 및 미국 특허 출원 번호 제14/726,424호에서 설명되며, 이들의 내용들은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0034] 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 디스플레이 시스템으로부터의 출력 빔렛 파면들을 예시한다. 도 4a는 저해상도의 파면을 갖는 것으로 또한 지칭되는, 희소(sparse) 파면을 형성하는 저밀도 출력 빔렛들의 도파관을 예시한다. 이 경우에, 뷰잉 박스를 통해 보았을 때의 깊이 평면에서의 이미지는 (스크린 도어를 통해 이미지를 보는 것처럼 보이는) 파면 희소성 아티팩트(wavefront sparsity artifact)로서 또한 알려진 "스크린 도어" 아티팩트에 시달린다. 도 4b는 파면 희소성에 의해 야기되는 스크린 도어 효과를 예시하는 이미지이다. 이 문제는 (예컨대, 섬유 스캐너로부터) 고도로 단색성인 좁은 인-커플링 빔들의 경우 특히 심각하다. 비교를 위해, 도 4c는 더 높은 밀도의 출력 빔렛들의 도파관을 예시하고, 도 4d는 훨씬 더 높은 밀도의 출력 빔렛들의 도파관을 예시한다. 실세계에서, 이미지들은 본질적으로 무한한 해상도를 가질 수 있으며, 이는 강력한 깊이 큐들을 제공할 수 있다.
[0035] 위에서 설명된 바와 같이, 희소 파면은 이미지가 스크린 도어를 통해 보여지는 것처럼 나타나는 원치않는 이미지 아티팩트들을 야기한다. 빔 밀도를 증가시키는 간단한 방법은 기판 두께를 감소시키는 것이다. 광선들이 주어진 각도에 대해 도파관의 두 표면들 사이에서 앞뒤로 바운싱하기 때문에, 2개의 평행한 표면들이 서로 근접함에 따라 즉, 도파관의 두께가 감소함에 따라 피치 또는 바운스 간격이 더 작아진다. 그러나, 소정의 두께 미만에서, 기판의 두께를 추가로 감소시키는 것은 엄청나게 난제가 되며, 다른 이미지 품질 및 제조 이슈들을 도입한다. 본 발명의 실시예들을 아래에서 설명되는 바와 같이 기판 두께에 독립적으로 파면 해상도를 증가시키는 기술들을 제공한다.
[0036] 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 동적 디지털화된 파면 해상도를 증가시키고 스크린 도어/파면 희소성 아티팩트들을 완화하기 위해, 인입 광 빔이 복사, 복제 또는 클론화되고 측방향으로 오프셋 또는 변위되어서, 이제 효과적으로 다수의 시준된 빔 소스들이 존재하게 한다. 이는 기판 두께에 독립적으로 빔렛 밀도를 증가시키는 방법을 제공한다. 그것은 또한, 접안렌즈가 사용자의 눈에 전달하는 초점 및 원근조절 큐들을 강조한다.
[0037] 도 5a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 이미지 디스플레이 시스템(500)은 도파관(510), 및 인입 광 빔(520)을 수신하고 도파관(510)에 복수의 입력 빔렛들(521)을 제공하도록 구성된 광학 디바이스(550)를 포함한다. 각각의 이미지 빔렛(521)은 인입 광 빔(520)의 부분으로부터 유도된다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 4개의 소스 빔렛들(521)은 공간적으로 오프셋되어서, 이들은 도파관(510)에 광학적으로 커플링된 입력 커플링 엘리먼트(512) 상의 상이한 위치들로 지향되게 한다. 단지 4개의 소스 빔렛들이 도 5a에 예시되지만, 본 발명의 실시예들은 소스 빔렛들의 이 특정 수로 제한되지 않는다. 다른 실시예들에서, 감소된 수의 소스 빔렛들이 활용되는 반면, 또 다른 실시예들에서, 증가된 수의 소스 빔렛들이 활용된다. 도 5c와 관련하여 추가로 상세히 논의되는 바와 같이, 일부 실시예들에서, 소스 빔렛들의 수는 광학 디바이스(550)와 연관된 공간 파라미터들의 함수이며, 그의 부가적인 세부사항들은 도 5b 내지 도 5d와 관련하여 보다 완전히 설명된다.
[0038] 도 5a에서, 도파관(510)은 입력 커플링 엘리먼트(512), 예컨대, 입력 커플링 격자에서 복수의 입력 빔렛들(521)을 수신하도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 소스 빔렛들은 수직 입사로 입력 커플링 엘리먼트(512) 상에 입사된다. 그러나, 이는 본 발명에 의해 요구되진 않고, 다른 입사각들에서의 동작이 본 발명의 범위에 포함된다. 소스 빔렛들(521)은 입력 커플링 엘리먼트(512)를 통과할 시에, 도파관(510) 내부에서 비-수직 전파각으로 회절된다.
[0039] 입력 커플링 엘리먼트(512)를 통과하고 회절된 후에, 입력 빔렛들(521)은 TIR(total internal reflection)에 의해 도파관(510)을 따라 전파되고, 도 5a에서 522로서 도시된 반사된 빔들은, 이들이 입력 커플링 엘리먼트(512)에 인접한 도파관(510)의 단부로부터, 도파관(510)의 하위 표면에 광학적으로 커플링된 출력 커플링 엘리먼트(514)의 우측 단부를 향해 전파됨에 따라 다수의 패스(pass)들을 형성한다. 도파관(510)은 도파관을 따라 광의 전파 방향과 정렬된 종축에 의해 특징화될 수 있다. 도 5a에서, 종축(505)은 도파관의 최상위 및 하부 표면들과 정렬되고 인입 광 빔(520)의 전파의 방향과 평행하다.
[0040] 도파관에서, 복수의 입력 빔렛들은 TIR(total internal reflection)에 의해 도파관을 따라 전파되는데, 여기서 빔렛은 그것이 도파관의 표면에 도달할 때 내부적으로 다시 전반사된다. 이 현상은, 빔렛의 입사각이 도파관의 임계각보다 큰 경우에 발생한다. 도 5b에서, 복수의 빔렛들(521) 각각은 상이한 실선 또는 파선 패턴에 의해 표현되고, 복수의 입력 빔렛들 각각은 도파관에서 상이한 경로를 횡단한다.
[0041] 또한, 도파관(510)은 출력 커플링 엘리먼트(514), 예컨대, 출력 커플링 격자를 사용하여 출력 빔렛들(530)의 다수의 그룹들을 출력하도록 구성된다. 출력 커플링 엘리먼트(514)는 도파관의 표면에서 도파관(510)에 커플링된다. 출력 커플링 엘리먼트(514)는 도파관 내의 빔렛들(522)이, 표면에서 부분적으로 굴절되게 하여 도파관을 빠져나가게 하고 도파관 내로 다시 부분적으로 반사되게 한다. 도 5a에서, 도파관 내의 빔렛들이 처음에 출력 커플링 엘리먼트(514)에 도달할 때, 각각의 빔렛의 일부는 굴절되어 도파관을 빠져나가서 제1 그룹의 출력 빔렛들(531)을 형성한다. 빔렛들의 잔여 부분들은 내부 전반사에 의해 계속 전파되고, 이들이 종축을 따라 상이한 포지션들에서 도파관을 빠져나갈 때 후속 그룹들의 출력 빔렛들(532 내지 534)을 형성한다. 따라서, 출력 빔렛들의 각각의 그룹은 내부 전반사에 의해 도파관에서 전파되는 복수의 입력 광 빔렛들의 각각의 입력 광 빔렛의 부분을 포함한다. 예컨대, 4개의 그룹들의 출력 빔렛들(531, 532, 533 및 534)이 도 5a에 도시된다. 출력 빔렛들의 각각의 그룹은 내부 전반사에 의해 도파관에서 전파되는 복수의 입력 빔렛들(521)의 각각의 입력 빔렛의 부분을 포함한다.
[0042] 도 5b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 이미지 디스플레이 시스템(560)은 도 5a의 이미지 디스플레이 시스템(500)과 유사하지만, 광학 디바이스(550)가 특정 구현으로 대체된다. 이 예에서, 광학 디바이스(550)는 평행하게, 서로 인접하게 그리고 도파관(510), 입력 커플링 엘리먼트(512), 및/또는 출력 커플링 엘리먼트(514)의 하나 이상의 표면들에 대해 사각으로, 예컨대 45 ° 각도로 배치된 제1 표면(552) 및 제2 표면(554) 포함한다. 제1 표면(552)은 부분 반사성이며, 제2 표면(554)은 실질적으로 전반사성이다. 광학 디바이스(550)의 동작은 도 5c에 도시된 광학 디바이스(550)의 확대도를 참조하여 추가로 설명된다.
[0043] 도 5c는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 도 5b의 이미지 디스플레이 시스템의 광학 디바이스(550)를 예시하는 간략화된 개략도이다. 도 5c에서, 부분 반사성 제1 표면(552)과 반사성 제2 표면(554)은 각각 2개의 프리즘들(562 및 561)에 의해 제공되며, 이는 직각 삼각형(right triangular)이고 크기가 비슷한다. 따라서, 일부 예들에서, 광학 디바이스(550)는 형상이 입방형 또는 준-입방형일 수 있다. 인입 광 빔(520)은 광학 디바이스(550)에 진입하고 공간적으로 오프셋된 복수의 이미지 빔렛들(521)을 제공한다. 각각의 이미지 빔렛(521)은 인입 광 빔(520)의 부분으로부터 유도된다. 이 예에서, 인입 광 빔(520)은 포인트(A1)에서 반사성 제2 표면(554)에 의해 부분 반사성 표면(552)을 향해 반사된다. 부분 반사성 제1 표면(552)은 인입 광 빔의 제1 부분을 제2 표면으로 반사시키고, 인입 광 빔의 제2 부분이 프리즘을 통해 투과하여 제1 빔렛(B1)을 형성할 수 있게 한다. 유사하게, 제2 표면(554)으로부터 반사되어 제1 표면(552)의 포인트(A2)에 도달하는 광 빔은, 제2 표면(554)을 향해 부분적으로 반사되고, 프리즘(562)을 부분적으로 통과하여 제2 빔렛(B2)을 형성한다. 유사한 방식으로, 포인트(A3)에 도달하는 광 빔의 부분은 제3 빔렛(B3)을 형성하고, 포인트(A4)에 도달하는 광 빔의 부분은 제4 빔렛(B4)을 형성한다. 예시 목적으로, 도 5c의 예에서, 부분 반사성 표면(552)의 반사율은 50%인 것으로 가정된다. 결과적으로, 광 빔렛들(B1, B2, B3 및 B4)의 세기들은 도 5c에 도시된 바와 같이 각각, 인입 광 빔(520)의 세기의 1/2, 1/4, 1/8 및 1/16이다.
[0044] 도 5c의 세기 분포는 50%의 반사율을 갖는 부분 반사성 표면(552)에 기초하여 유도된다. 일부 실시예들에서, 반사율은 상이한 빔렛 세기 분포로 이어지도록 변동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 부분 반사성 표면(552)을 따른 반사율은 원하는 세기 분포를 달성하도록 변동될 수 있다.
[0045] 부분 반사성 제1 표면(552)은 임의의 적합한 프로세스, 예컨대, "PVD"(physical vapor deposition), "IAD"(ion-assisted deposition), "IBS"(ion beam sputtering) 등에 의해 프리즘(562)에 도포될 수 있는 부분 반사성 코팅, 이를테면, 금속, 예컨대 금, 알루미늄, 은, 니켈-크롬, 크롬 등, 유전체, 예컨대, 산화물, 플루오르화물, 황화물 등, 반도체, 예컨대, 실리콘, 게르마늄 등 및/또는 반사 성질들을 갖는 아교 또는 접착제로 구성된 것을 포함할 수 있다. 이러한 코팅의 반사 대 투과의 비는 코팅의 두께에 적어도 부분적으로 기초하여 선택 또는 결정될 수 있거나, 또는 코팅은 반사 대 투과의 비를 제어하도록 복수의 작은 천공들을 가질 수 있다. 따라서, 출력 커플링 엘리먼트(514)는 전술한 재료들 중 하나 이상으로 구성된 부분 반사성 코팅을 포함할 수 있다. 반사성 제2 표면(554)은, 또한 전술한 재료들 중 하나 이상으로 구성될 수 있지만, 제2 표면(554)을 완전히 또는 거의 완전히 반사성이 되게 하는데 충분하도록 충분히 두꺼운 반사성 코팅을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프리즘들(562 및 561)의 표면들(552 및 554)은 각각, 아교 또는 접착제, 이를테면, 위에서 설명된 바와 같은 반사 성질들을 갖는 아교 또는 접착제로 직접적으로 또는 간접적으로 함께 본딩될 수 있다.
[0046] 일부 실시예들에서, 입력 빔렛들의 수는 부분 반사성 표면(552)과 반사성 표면(554) 사이의 간격을 변동시킴으로써 변경될 수 있다. 예컨대, 두 표면들 사이의 간격을 감소시키는 것은, 두 표면들 사이의 반사들의 수의 증가로 이어져서, 더 많은 입력 빔렛들을 생성할 수 있다. 도 5a 내지 도 5c에서, 부분 반사성 제1 표면(552)과 반사성 제2 표면(554)은 평면 표면들에 의해 표현된다. 다른 실시예들에서, 부분 반사성 제1 표면 및 반사성 제2 표면은 상이한 형상들, 예컨대 포물선, 구형 또는 다른 형상들을 가질 수 있다.
[0047] 도 5c에서, 인입 광 빔(520)은 제2 표면(554)에 도달하고 제1 표면(552)을 향해 반사된다. 대안적으로, 도 5d에 도시된 바와 같이, 인입 광 빔(520)이 전반사 표면(554)에 도달하기 전에 프리즘(562)에 진입하는 경우, 부분 반사성 제1 표면(552)은 도파관을 향해 인입 광 빔의 제1 부분을 반사하여 제1 빔렛을 형성하고, 인입 광 빔의 제2 부분이 제2 표면으로 투과시킬 수 있도록 구성된다. 후속 빔렛들은 도 5c와 관련하여 위에서 설명된 방식으로 형성된다.
[0048] 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 위에서 설명된 광학 디바이스에 의한 스크린 도어 효과의 감소를 예시하는 이미지들이다. 도 6a는 도 4b와 동일하며, 파면 희소성에 의해 야기되는 스크린 도어 효과를 예시하는 이미지이다. 도 6b는 단일 인입 광 빔으로부터 다수의 빔렛들을 제공함으로써 스크린 도어 효과의 감소를 예시하는 이미지이다. 빔렛 세기는 이미지들 아래에 플로팅된다. 도 6b에서, 빔렛 세기는 부분 반사 미러가 0.5의 반사율을 갖는 것으로 가정되는 도 5c에 기초한다. 본 발명의 실시예들에서, 빔렛 세기 분포를 변동시키고 인입 광 빔으로부터 유도된 빔렛들의 수를 증가시킴으로써 더 많은 개선들이 달성될 수 있다. 이러한 개선들은 반사성 및 부분 반사성 표면들의 형상 및 반사율을 최적화함으로써 달성될 수 있다.
[0049] 도 6c는 위에서 설명된 디스플레이 시스템의 기능을 검증하기 위한 실험 시스템을 예시하는 간략화된 도면이다. 도 6c는 섬유 스캐너로부터의 단일 시준된 광원(610) 및 광학 디바이스(620)를 도시한다. 시준된 광원(610)은 복수의 시준된 광 빔들(611)을 제공한다. 광학 디바이스(620)는 각각, 부분 반사성 미러(623) 및 100% 반사성 미러(624)를 제공하는 2개의 프리즘들(621 및 622)을 포함한다. 2개의 미러들로부터 2개의 평행한 평면들(623 및 624) 사이에 소정의 횡단 거리가 유지된다. 광학 디바이스(620)는 복수의 시준된 광 빔들(611) 각각을 수신하고 이미지 센서(640) 상에 프로젝팅되는 다수의 빔렛들(630)을 생성한다. 도 6a 및 도 6b는 이미지 센서(640)에 의해 제공될 수 있는 이미지들의 예들이다.
[0050] 도 7a는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 다수의 출력 빔렛들을 생성하기 위한 광학 디바이스를 예시하는 간략화된 개략도이다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 광학 디바이스(700)는 도 5a 및 5b의 이미지 디스플레이 시스템에서 광학 디바이스(550)로서 사용될 수 있다. 광학 디바이스(700)는 각각의 광학 디바이스(700)의 광학 디바이스(550)와 유사할 수 있는 다수의 "광학 디바이스들"을 포함할 수 있다. 다수의 광학 디바이스들은 캐스케이딩 어레인지먼트(cascading arrangement)로 포지셔닝되어 부가적인 빔 클론화를 제공할 수 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 프리즘들(701 및 702)은 제1 광학 디바이스(721)를 형성하고, 프리즘들(703 및 704)은 제2 광학 디바이스(722)를 형성한다. 제1 광학 디바이스(721) 및 제2 광학 디바이스(722) 둘 모두는 광학 디바이스(550)와 유사하지만 상이한 방향들로 배향된다.
[0051] 도 7a에서, 광학 디바이스(721)는 부분 반사성 표면(711)을 갖는 프리즘(701) 및 반사성 표면(712)을 갖는 프리즘(702)을 포함한다. 유사하게, 광학 디바이스(722)는 부분 반사성 표면(713)을 갖는 프리즘(703) 및 반사성 표면(714)을 갖는 프리즘(704)을 포함한다. 일부 예들에서, 광학 디바이스들은, 클론화된 빔렛들의 2D 어레이가 도파관 내로 인-커플링될 수 있도록 서로 상이하게 배향될 수 있다. 예컨대, 인입 광 빔(710)은, 공간적으로 오프셋되고 도파관을 따라 종방향으로 횡단하는 복수의 이미지 빔렛들(도시되지 않음)을 제공하는 광학 디바이스(721)에 진입한다. 광학 디바이스(722)에 진입하는 광학 디바이스(721)로부터의 빔렛들 각각은, 도파관으로 지향되는 복수의 입력 빔렛들(730)의 부분을 형성하는 복수의 빔렛들을 제공할 수 있다. 결과적으로, 클론화된 빔렛들의 2D 어레이가 도파관 내로 인-커플링될 수 있다.
[0052] 예로서, 광학 디바이스(721)는 m의 클론화 팩터 또는 다중도(multiplicity) 팩터에 의해 특성화될 수 있는데, 즉 단일 입력 빔이 m개의 출력 빔렛들을 생성할 수 있고, 광학 디바이스(722)는 n의 클론화 팩터 또는 다중도 인자에 의해 특성화될 수 있다. 그 후, 캐스케이딩된 광학 디바이스(700)는 m × n의 클론화 팩터 또는 다중도 팩터를 가질 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 도파관에 진입하는 각각의 입력 빔렛은 도파관으로부터 방출되는 다수의 출력 빔렛들을 생성한다. 파면 밀도가 크게 증가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 2개 초과의 광학 디바이스들이 파면 밀도를 추가로 증가시키기 위해 캐스케이딩될 수 있다.
[0053] 주로 삼각형 프리즘들, 특히 직각 삼각형 또는 "포로(Porro)" 프리즘들의 맥락 내에서 설명되었지만, 본원에서 설명된 프리즘들 중 하나 이상은 다른 기하학적 구조들을 취할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 단일 포로-아베 프리즘은, 캐스케이딩 구성으로 4개의 광학 디바이스들의 빔 클론화 기능성을 제공하도록 포로-아베 프리즘들의 4개의 빗변 측들의 각각에 것과 평행하게 각각 배열되는 전반사성 표면들을 갖는 4개의 삼각형 프리즘들로 구현될 수 있다. 다른 기하학적 구조들은, "아미치(Amici)" 또는 아미치 루프 프리즘 기하학적 구조들, 평행 사변형 프리즘 기하학적 구조들, 사다리꼴 프리즘 기하학적 구조들, 피라미드 또는 반-피라미드 프리즘 기하학적 구조들, 예컨대 사면체 프리즘 기하학적 구조들, 대각 슬라이스들의 입방형 또는 삼각형 프리즘 기하학적 구조들 등과 같은 다양한 다른 다면체 기하학적 구조들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
[0054] 도 7b는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 다수의 출력 빔렛들을 생성하기 위한 다른 광학 디바이스를 예시하는 간략화된 개략도이다. 이들 실시예들에서, 광학 디바이스의 하부 프리즘은 인커플링 기능성을 제공할 수 있다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 광학 시스템(750)은 입력 광 빔으로부터 다수의 빔렛들을 생성하기 위한 광학 디바이스(760) 및 다수의 빔렛들을 수신하기 위한 도파관(780)을 포함한다. 광학 디바이스(760)는 부분 반사성 표면(771)을 갖는 제1 프리즘(761) 및 반사성 표면(772)을 갖는 제2 프리즘(772)을 포함한다. 프리즘들은 45°-45°-90° 삼각형 프리즘 이외의 기하학적 구조를 취할 수 있어서, 프리즘들이 예컨대, 90°와 상이한 원하는 비스듬한 인커플링 각도로 도파관(780) 내로 인입 광(790)을 반사하게 한다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 프리즘들의 표면들(771 및 772)은, 도파관(780)의 최상부 표면과 45 ° 미만의 각도(α)를 형성하며, 이는 빔렛들이 경사진 입사각으로 도파관에 진입하게 유도할 수 있다. 따라서, 이들 실시예들 중 일부에서, 인커플링 격자는 필요하지 않을 수 있다. 광학 디바이스(760) 및/또는 도파관(780)을 통해 인커플링 기능성을 제공하기 위한 다른 기하학적 구조들/구성들이 또한 사용될 수 있다. 예컨대, 프리즘들의 표면들(771 및 772)은 도파관(780)의 최상부 표면과 45 ° 초과의 각도(α)를 형성한다. 다른 예에서, 입력 커플링 엘리먼트, 예컨대, 격자는, 제1 프리즘(761)(예컨대, 형상이 직각 삼각형임)의 하나 또는 양쪽의 레그들의 표면, 예컨대 비-빗변 측들 상에 제공될 수 있다. 또 다른 예에서, 제1 프리즘(761)은 삼각형 프리즘 이외의 기하학적 구조, 이를테면, 평행 사변형의 기하학적 구조를 취할 수 있다. 이러한 예에서, 제1 프리즘(761)은, 도파관(780)의 최상부 표면과 대조적으로, 도파관(780)의 측 표면 내로 광을 인커플링하도록 배열될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 프리즘(761)은 도파관(780)과 효과적으로 통합될 수 있다.
[0055] 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 감소된 파면 희소성 효과 또는 스크린 도어 효과를 갖는 이미지를 디스플레이하기 위한 방법을 예시하는 간략화된 흐름도이다. 이미지를 디스플레이하기 위한 방법(800)은, 도파관 및 광학 디바이스를 제공하는 것(810) 그리고 인입 광 빔을 수신하는 것(820)을 포함한다. 예시적인 광학 디바이스가 도 5b 및 도 5c에 도시되며, 여기서 광학 디바이스(550)는 서로 평행하고 인접하게 배치된 제1 표면(552) 및 제2 표면(554)을 포함한다. 이 예에서, 제1 표면(552)은 부분 반사성이며, 제2 표면(554)은 실질적으로 전반사성이다. 일부 실시예들에서, 인입 광 빔은 섬유 스캐너를 사용하여 제공될 수 있다.
[0056] 이 방법은 또한, 광학 디바이스의 부분과 충돌하도록 인입 광 빔을 지향시키는 것(830) 그리고 광학 디바이스를 사용하여 복수의 입력 빔렛들을 생성하는 것(840)을 포함한다. 도 5c를 참조하면, 인입 광 빔(520)은 광학 디바이스(550)의 제2 표면(554)으로 지향되고, 광이 다시 제2 표면(554)을 향해 부분적으로 반사되는 제1 표면(552)을 향해 반사된다. 광의 다른 부분은 프리즘(562)을 통해 투과되고, 제1 입력 빔렛(B1)으로서 프리즘(562)을 빠져나간다. 후속 입력 빔렛들(B2, B3 및 B4)은 유사한 방식으로 생성된다. 복수의 입력 빔렛들은 서로에 대해 공간적으로 오프셋된다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 입력 빔렛들(B1 내지 B4)은 프리즘(562)의 좌측으로부터 증가하는 거리들로 프리즘(562)을 빠져나가서, 입력 빔렛들 각각이 종축을 따라 어레이화되는 상이한 종방향 포지션들에서 입력 커플링 엘리먼트에 충돌하도록 포지셔닝되게 한다.
[0057] 이 방법은 또한 복수의 입력 빔렛들을 도파관에 커플링하는 것(850) 그리고 전반사에 의해 도파관을 따라 복수의 입력 빔렛을 전파시키는 것(860)을 포함한다. 도 5b를 참조하면, 입력 빔렛들(521)은 입력 커플링 엘리먼트(512)를 통해 도파관(510) 내로 커플링된다. 도파관에서, 복수의 입력 빔렛들은 TIR(total internal reflection)에 의해 도파관을 따라 전파된다. TIR 시에, 빔렛은 그것이 도파관의 표면에 도달할 때 내부적으로 다시 전반사된다. 도 5b에서, 복수의 빔렛들(521) 각각은 집합적으로 522로 라벨링되는 상이한 실선 또는 파선 패턴에 의해 표현되고, 복수의 입력 빔렛들 각각은 도파관에서 상이한 경로를 횡단한다.
[0058] 방법(800)은, 도파관에 광학적으로 커플링된 출력 커플링 엘리먼트를 제공하는 것(870) 그리고 출력 커플링 엘리먼트를 사용하여 출력 빔렛들의 다수의 그룹들을 출력하는 것(880)을 더 포함한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 출력 커플링 엘리먼트(514)는 도파관과 주위 공기 사이의 계면에서 도파관(510)에 커플링된다. 출력 커플링 엘리먼트(514)는 도파관 내의 빔렛들(522)이, 경계 표면에서 부분적으로 굴절되게 하여 도파관을 빠져나가게 하고 도파관 내로 다시 부분적으로 반사되게 한다. 도 5b에서, 도파관 내의 빔렛들이 처음에 출사 커플링 엘리먼트(exit coupling element)(514)에 도달할 때, 각각의 빔렛의 일부는 굴절되어 도파관을 빠져나가서 제1 그룹의 출력 빔렛들(531)을 형성한다. 빔렛들의 잔여 부분들은 내부 전반사에 의해 계속 전파되고, 종축을 따라 상이한 포지션들에서 후속 그룹들의 출력 빔렛들(532 내지 534)을 형성한다. 따라서, 출력 빔렛들의 각각의 그룹은 내부 전반사에 의해 도파관에서 전파되는 복수의 입력 광 빔렛들의 각각의 입력 광 빔렛의 부분을 포함한다.
[0059] 방법(800)을 구현하는 이미지 디스플레이 시스템의 예들이 도 3 내지 도 7과 관련하여 위에서 설명되었다. 일부 실시예들에서, 위의 방법은 인입 광 빔을 수신하고 공간적으로 오프셋된 복수의 입력 빔렛들을 제공하기 위한 광학 디바이스를 제공하는 것을 포함한다. 복수의 입력 빔렛들은 도파관으로 지향되어 증가된 수의 출력 빔렛들을 생성할 수 있으며, 이는 파면 밀도를 증가시키고 스크린 도어 효과를 감소시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법은 또한 눈 렌즈를 사용하여 출력 광 빔렛들의 다수 그룹들을 포커싱하는 것을 포함할 수 있다.
[0060] 도 8에 예시된 특정 단계들은 본 발명의 실시예에 따라 감소된 파면 희소성 효과 또는 스크린 도어 효과를 갖는 이미지를 디스플레이하기 위한 특정 방법을 제공한다는 것이 인지되어야 한다. 또한, 단계들의 다른 시퀀스들이 대안적 실시예들에 따라 수행될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 대안적인 실시예들은, 위에서 약술된 단계들을 상이한 순서로 수행할 수 있다. 더욱이, 도 8에 예시된 개별 단계들은, 개별 단계에 적절한 바와 같은 다양한 시퀀스들로 수행될 수 있는 다수의 서브-단계들을 포함할 수 있다. 또한, 부가적인 단계들이 특정한 애플리케이션들에 의존하여 부가되거나 또는 제거될 수 있다. 당업자는, 다수의 변동들, 수정들, 및 대안들을 인식할 것이다.
[0061] 도 9는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 이미지 디스플레이 시스템(900)은, 인입 광 빔을 수신하도록 구성된 도파관(910) 및 시준된 인입 광 빔(920)을 제공하기 위한 광원(905)을 포함한다. 시준된 인입 광 빔(920)은 상이한 파장들을 갖는 복수의 입력 광 빔들을 포함한다. 예로서, 도 9에서, 시준된 인입 광 빔(920)은 제1 파장을 갖는 제1 광 빔(921) 및 제2 파장을 갖는 제2 광 빔(922)을 포함한다.
[0062] 도 9에 도시된 바와 같이, 약간 상이한 파장들을 갖는 2개의 입력 광 빔들(921 및 922)이 시준된 인입 광 빔(920)에 포함되어서, 이들은 입력 커플링 엘리먼트(912)에서 약간 상이하게 회절되고 약간 상이한 입사각으로 도파관(910)에 진입한다. 단지 2개의 입력 광 빔들이 도 9에 예시되지만, 본 발명의 실시예들은 입력 광 빔들의 이 특정 수로 제한되지 않는다. 다른 실시예들에서, 증가된 수의 입력 광 빔들이 활용된다. 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 입력 광 빔들의 수를 증가시키는 것은 출력 빔렛들의 수를 증가시키고 출력 이미지의 파면 밀도를 추가로 증가시킬 수 있다.
[0063] 일부 실시예들에서, 상이한 파장들은 도파관 접안렌즈가 설계되는 공칭 파장 주위에 집중되는 파장들의 범위로부터 선택된다. 일 실시예에서, 적색 이미지 신호에 대해, 파장들 630 nm, 635 nm 및 640 nm의 레이저들은 공칭 635 nm에 대해 설계된 도파관 접안렌즈 내로 인-커플링될 수 있다. 다른 실시예에서, 단일 시준된 인입 광 빔은 635 nm 및 642 nm의 파장들을 갖는 컴포넌트 광 빔을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 입력 광 빔들은 공칭 파장 부근에서 약 5nm, 10nm 또는 20nm의 스펙트럼 폭에 걸쳐있는 파장들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 입력 광 빔들은 공칭 파장 부근에서 약 30nm 또는 50nm의 스펙트럼 폭에 걸쳐있는 파장들을 가질 수 있다. 이들 실시예들에서, 복수의 입력 광 빔들은 공칭 파장에 대한 이미지의 파면 밀도를 증가시킬 수 있는 증가된 수의 출력 빔렛들을 생성하는 데 사용될 수 있다. 더 높은 수의 입력 광 빔들은 더 높은 수의 출력 빔렛들을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
[0064] 도파관(910)은 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트(912), 예컨대, 입력 커플링 격자를 사용하여 도파관(910) 내로 시준된 인입 광 빔(920)을 인-커플링하도록 구성된다. 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트는, 회절 성질들이 인입 광 빔의 파장에 의존하는 회절 격자일 수 있다. 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트(912)는 제1 광 빔(921) 및 제2 광 빔(922)이 도파관(910)에 진입할 때 이들이 상이한 각도들로 회절되게 한다. 예시된 실시예에서, 시준된 인입 광 빔은 수직 입사로 입력 커플링 엘리먼트(912) 상에 입사된다. 그러나, 이는 본 발명에 의해 요구되진 않고, 다른 입사각들에서의 동작이 본 발명의 범위에 포함된다. 시준된 인입 광 빔은 입력 커플링 엘리먼트(912)를 통과할 시에 도파관(910) 내부에서 비-수직 전파각으로 회절된다.
[0065] 시준된 인입 광 빔(920)의 복수의 입력 광 빔들은 도파관(910)내의 상이한 방향들에서 상이한 경로를 따라 TIR(total internal reflection)에 의해 도파관(910)에서 전파되도록 구성된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 광 빔(921) 및 제2 광 빔(922)은 상이한 각도로 도파관(910)에 진입한다. 결과적으로, 광 빔들(921 및 922)은, 그들이 도파관(910)의 표면에 도달할 때 상이한 입사각들을 갖는다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 입력 광 빔들 각각은 도파관에서 상이한 경로를 횡단한다.
[0066] 입력 커플링 엘리먼트(912)를 통과하고 회절된 후에, 입력 광 빔들(921 및 922)은 TIR(total internal reflection)에 의해 도파관(910)을 따라 전파되어, 이들이 입력 커플링 엘리먼트(912)에 인접한 도파관(510)의 단부로부터, 도파관(910)의 하위 표면에 광학적으로 커플링된 출력 커플링 엘리먼트(514)의 우측 단부를 향해 전파됨에 따라 다수의 패스들을 형성한다. 도파관(910)은 도파관을 따라 광의 전파 방향과 정렬된 종축에 의해 특징화될 수 있다. 도 9에서, 종축(905)은 도파관의 최상위 및 하부 표면들과 정렬되고 인입 광 빔(920)의 전파의 방향에 수직이다.
[0067] 도파관(910)은 추가로, 출력 커플링 엘리먼트(914)를 사용하여 출력 광 빔들(930)의 다수의 그룹들을 출력하도록 구성된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 출력 커플링 엘리먼트(914)는 도파관의 하위 표면에서 도파관(910)에 커플링되고, 출력 커플링 엘리먼트(914)는 도파관(910)을 따라 종방향으로 연장된다. 입력 광 빔들 각각은 도파관에서 상이한 경로를 횡단하기 때문에, 이들은 상이한 위치들에서 출력 커플링 엘리먼트(914)에 도달하며, 여기서 각각의 빔렛의 부분은 굴절되고 도파관을 빠져나가 출력 빔렛을 형성하고 잔여 부분은 TIR에 의해 도파관에서 계속 전파된다. 도 9는 그룹들(950, 960, 970 및 980)을 포함하는 출력 광 빔들(930)의 다수의 그룹들을 도시한다. 출력 광 빔들의 각각의 그룹은 내부 전반사에 의해 도파관에서 전파되는 복수의 입력 광 빔들의 각각의 입력 빔렛의 부분을 포함한다. 예컨대, 출력 빔렛 그룹(950)은 인입 광 빔(921)의 부분으로부터의 제1 빔렛(951) 및 인입 광 빔(922)의 부분으로부터의 제2 빔렛(952)을 포함한다. 유사하게, 출력 빔렛 그룹(960)은 인입 광 빔(921)의 부분으로부터의 제1 빔렛(961) 및 인입 광 빔(922)의 부분으로부터의 제2 빔렛(962)을 포함한다. 출력 빔렛 그룹(970)은 인입 광 빔(921)의 부분으로부터의 제1 빔렛(971) 및 인입 광 빔(922)의 부분으로부터의 제2 빔렛(972)을 포함한다. 출력 빔렛 그룹(980)은 인입 광 빔(921)의 부분으로부터의 제1 빔렛(981) 및 인입 광 빔(922)의 부분으로부터의 제2 빔렛(982)을 포함한다.
[0068] 이미지 디스플레이 시스템(900)은 인입 시준된 광 빔(920)의 상이한 파장들을 갖는 다수의 입력 광 빔들 및 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트(912)를 포함한다는 것을 알 수 있다. 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트를 사용함으로써, 출력 빔렛들의 수가 증가될 수 있다. 그 결과, 파면 희소성 또는 스크린 도어 효과가 감소될 수 있다. 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트는, 회절 성질들이 인입 광 빔의 파장에 의존하는 회절 격자일 수 있다.
[0069] 도 10a 및 도 10b는, 본 발명의 일부 실시예들에 따라 위에서 설명된 광학 디바이스에 의한 스크린 도어 효과의 감소를 예시하는 이미지들이다. 위에서 설명된 이미지 디스플레이 시스템의 기능을 검증하기 위해, 인입 광 빔이 파장들(635 nm 및 642 nm)의 광을 수신한 결합기(combiner)에 의해 제공되는 실험이 수행되었다. 도파관 접안렌즈의 이미지들은 핀홀을 통해 보았다. 도 10a는 파면 희소성에 의해 야기된 스크린 효과를 예시한다. 이미지는 오리지널 이미지의 희박하게 샘플링된 버전으로서 나타난다. 도 10b는, 파장들(635 nm 및 642 nm)을 갖는 컴포넌트 광 빔들을 포함하는 단일 시준된 인입 광 빔을 제공함으로써 스크린 도어 효과의 감소를 예시하는 이미지이다. 이 예에서, 파장들이 7 nm 떨어져 있는 2개의 레이저들에 대해, 도 10b에서 부가적인 스폿들로서 보여지는, 핀홀들로부터 벗어나는 각도들에서 현저한 시프트가 존재한다.
[0070] 위에서 설명된 바와 같이, 단일 각도 빔의 경우, 오리지널 파면을 형성하는 하나의 세트의 빔렛들이 존재하지만, 제2 파장을 추가하면, 그 입력 각도에 대응하는 파면의 전반적인 해상도를 효과적으로 증가시키는 시프트된 세트의 빔렛들이 존재하기 때문에, 파면 해상도가 증가된다. 이는 "스크린 도어" 또는 더 정확하게 "파면 희소성" 문제를 개선할 것이다. 인입 시준된 광 빔에서 상이한 파장들을 갖는 빔렛의 수를 증가시킴으로써 더 많은 개선들이 달성될 수 있다. 예컨대, 630 nm, 635 nm 및 640 nm의 레이저들은 공칭 635 nm에 대해 설계된 도파관 접안렌즈 내로 인-커플링될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 약 20nm의 스펙트럼 폭을 갖는 광원들, 이를테면, 레이저들은 이미지 품질을 상당히 개선할 것이다. 렌즈 기능이 없는 접안렌즈에 대해, 이는 기판 두께에 독립적으로 빔렛 밀도를 증가시키는 방법을 제공한다. 렌즈 기능을 갖는 접안렌즈에 대해, 각각의 파장에 대한 초점 평면은 약간 상이하고 접안렌즈의 포커스 심도를 증가시킬 수 있다.
[0071] 도 11은 본 발명의 실시예에 따라 감소된 파면 희소성 효과 또는 스크린 도어 효과를 갖는 이미지를 디스플레이하기 위한 방법을 예시하는 간략화된 흐름도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 이미지를 디스플레이하기 위한 방법(1100)은, 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트를 갖는 도파관을 제공하는 것(1110)을 포함한다. 도 9를 참조하면, 도파관(910)은 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트(912)를 갖는다. 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트는, 회절 성질들이 인입 광 빔의 파장에 의존하는 회절 격자일 수 있다.
[0072] 이 방법은 또한 시준된 인입 광 빔을 제공하는 것(1120)을 포함한다. 시준된 인입 광 빔은 상이한 파장들을 갖는 복수의 입력 광 빔들을 포함한다. 예로서, 도 9에서, 시준된 인입 광 빔(920)은 제1 파장을 갖는 제1 광 빔(921) 및 제2 파장을 갖는 제2 광 빔(922)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상이한 파장들은 도파관 접안렌즈가 설계되는 공칭 파장 주위에 집중되는 파장들의 범위로부터 선택된다. 일 실시예에서, 적색 이미지 신호에 대해, 파장들 630 nm, 635 nm 및 640 nm의 레이저들은 공칭 635 nm에 대해 설계된 도파관 접안렌즈 내로 인-커플링될 수 있다. 다른 실시예에서, 단일 시준된 인입 광 빔은 635 nm 및 642 nm의 파장들을 갖는 컴포넌트 광 빔을 포함한다. 일부 실시예들에서, 복수의 입력 광 빔들은 약 20nm의 스펙트럼 폭에 걸쳐있는 파장들을 가질 수 있다. 이들 실시예들에서, 복수의 입력 광 빔들은 공칭 파장에 대한 이미지의 파면 밀도를 증가시킬 수 있는 증가된 수의 출력 빔렛들을 생성하는 데 사용될 수 있다.
[0073] 이 방법은 또한 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트를 이용하여 복수의 입력 광 빔들을 도파관 내로 인-커플링하는 것(1130)을 포함한다. 도 9를 참조하면, 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트(912)는, 제1 파장을 갖는 제1 광 빔(921) 및 제2 파장을 갖는 제2 광 빔(922)을 포함하는 시준된 인입 광 빔(920)을 인-커플링하도록 구성된다. 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트(912)는 제1 광 빔(921) 및 제2 광 빔(922)이 도파관(910)에 진입할 때 이들이 상이한 각도들로 회절되게 한다.
[0074] 방법(1100)은 또한, 내부 전반사에 의해 도파관에서 복수의 입력 광 빔들을 전파시키는 것(1140)을 포함한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 광 빔(921) 및 제2 광 빔(922)은 상이한 각도로 도파관(910)에 진입한다. 결과적으로, 광 빔들(921 및 922)은, 그들이 도파관(910)의 표면에 도달할 때 상이한 입사각들을 갖는다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 입력 광 빔들 각각은 도파관에서 상이한 경로를 횡단한다.
[0075] 방법은, 도파관에 광학적으로 커플링된 출력 커플링 엘리먼트를 제공하는 것(1150) 그리고 출력 커플링 엘리먼트를 사용하여 출력 빔렛들의 다수의 그룹들을 출력하는 것(1160)을 더 포함한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 출력 커플링 엘리먼트(914)는 도파관의 표면에서 도파관(910)에 커플링되고, 도파관(910)을 따라 종방향으로 연장된다. 입력 광 빔들 각각은 도파관에서 상이한 경로들을 횡단하기 때문에, 이들은 상이한 위치들에서 출력 커플링 엘리먼트(914)에 도달하며, 여기서 각각의 빔렛의 부분은 굴절되고 도파관을 빠져나가 출력 빔렛을 형성하고 잔여 부분은 TIR에 의해 도파관에서 계속 전파된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 출력 광 빔들(930)의 다수의 그룹들은 출력 커플링 엘리먼트(914)로부터 방출된다. 출력 광 빔들(930)의 다수의 그룹들은 그룹들(950, 960, 970 및 980)을 포함한다. 출력 광 빔들의 각각의 그룹은 내부 전반사에 의해 도파관에서 전파되는 복수의 입력 광 빔들의 각각의 입력 빔렛의 부분을 포함한다. 예컨대, 빔렛 그룹(950)은 인입 광 빔(921)의 부분으로부터의 제1 빔렛(951) 및 인입 광 빔(922)의 부분으로부터의 제2 빔렛(952)을 포함한다. 유사하게, 빔렛 그룹(960)은 인입 광 빔(921)의 부분으로부터의 제1 빔렛(961) 및 인입 광 빔(922)의 부분으로부터의 제2 빔렛(962)을 포함한다. 빔렛 그룹(970)은 인입 광 빔(921)의 부분으로부터의 제1 빔렛(971) 및 인입 광 빔(922)의 부분으로부터의 제2 빔렛(972)을 포함한다. 빔렛 그룹(980)은 인입 광 빔(921)의 부분으로부터의 제1 빔렛(981) 및 인입 광 빔(922)의 부분으로부터의 제2 빔렛(982)을 포함한다.
[0076] 방법(1100)을 구현하는 이미지 디스플레이 시스템의 예가 도 9 및 도 10과 관련하여 위에서 설명되었다. 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트를 사용함으로써, 출력 빔렛들의 수가 증가될 수 있다. 이 방법은 또한 눈 렌즈를 사용하여 출력 광 빔렛들의 다수 그룹들을 포커싱하는 것을 포함할 수 있다. 추가로, 인입 광 빔은 섬유 스캐너를 사용하여 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관은 컬러의 공칭 파장을 위해 구성되고, 복수의 입력 광 빔들은 상기 공칭 파장 부근의 파장들을 갖는다.
[0077] 위의 설명은 설명 목적들을 위해, 설명된 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 명칭을 사용하였다. 그러나, 특정한 세부사항들이 설명된 실시예들을 실시하기 위해 요구되는 것은 아니라는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 특정 실시예들의 위의 설명은 예시 및 설명의 목적들로 제시된다. 이들은 설명된 실시예들을 개시된 그 형태들로 제한하거나 총망라하려는 것은 아니다. 위의 교시들의 관점에서 다수의 수정들 및 변형들이 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 이미지 디스플레이 시스템으로서,
    파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트 및 출력 커플링 엘리먼트를 포함하는 도파관; 및
    상이한 파장들을 갖는 복수의 입력 광 빔들을 포함하는 시준된 인입 광 빔을 제공하기 위한 광원
    을 포함하며,
    상기 도파관은:
    상기 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트를 사용하여 상기 복수의 입력 광 빔들을 상기 도파관으로 인-커플링하고;
    내부 전반사(total internal reflection; TIR)에 의해 상기 복수의 입력 광 빔들을 전파시키고 ― 각각의 입력 광 빔은 상이한 경로를 따라 전파됨 ―; 그리고
    상기 출력 커플링 엘리먼트를 사용하여 출력 광 빔렛들의 다수의 그룹들을 출력하도록 구성되며, 출력 광 빔렛들의 각각의 그룹은 내부 전반사에 의해 상기 도파관 내에서 전파되는 상기 복수의 입력 광 빔들의 각 입력 광 빔의 일부를 포함하는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도파관은 컬러의 공칭 파장을 위해 구성되며, 상기 복수의 입력 광 빔들은 상기 공칭 파장 부근의 파장들을 갖는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시준된 인입 광 빔은 섬유 스캐너에 의해 제공되는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    디스플레이를 위해 상기 출력 광 빔렛들의 다수의 그룹들을 포커싱하기 위한 눈 렌즈를 더 포함하는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시준된 인입 광 빔은 수직 입사로 상기 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트 상에 입사되는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트는 상기 도파관의 제1 표면에 커플링되고, 상기 출력 커플링 엘리먼트는 상기 제1 표면에 대향하는 상기 도파관의 제2 표면에 커플링되는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 출력 광 빔렛들의 다수의 그룹들은 상기 도파관의 바운스 간격(bounde spacing)만큼 이격되는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도파관은 최상부 표면을 포함하고, 상기 최상부 표면의 일부는 상기 복수의 입력 광 빔들을 수신하도록 구성되는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  9. 이미지를 디스플레이하기 위한 방법으로서,
    파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트를 포함하는 도파관을 제공하는 단계;
    상이한 파장들을 갖는 복수의 입력 광 빔들을 포함하는 시준된 인입 광 빔을 제공하는 단계;
    상기 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트를 사용하여 상기 복수의 입력 광 빔들을 상기 도파관으로 인-커플링하는 단계;
    내부 전반사(TIR)에 의해 상기 복수의 입력 광 빔들을 전파시키는 단계 ― 각각의 입력 광 빔은 상이한 경로를 따라 전파됨 ―;
    상기 도파관에 광학적으로 커플링된 출력 커플링 엘리먼트를 제공하는 단계; 및
    상기 출력 커플링 엘리먼트를 사용하여 출력 광 빔렛들의 다수의 그룹들을 출력하는 단계
    를 포함하며,
    상기 출력 광 빔렛들의 각각의 그룹은 전반사에 의해 상기 도파관 내에서 전파되는 상기 복수의 입력 광 빔들의 각 입력 광 빔의 일부를 포함하는,
    이미지를 디스플레이하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 도파관은 컬러의 공칭 파장을 위해 구성되며, 상기 복수의 입력 광 빔들은 상기 공칭 파장 부근의 파장들을 갖는,
    이미지를 디스플레이하기 위한 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 시준된 인입 광 빔은 섬유 스캐너에 의해 제공되는,
    이미지를 디스플레이하기 위한 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    디스플레이를 위해 상기 출력 광 빔렛들의 다수의 그룹들을 포커싱하기 위한 눈 렌즈를 제공하는 단계를 더 포함하는,
    이미지를 디스플레이하기 위한 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 시준된 인입 광 빔은 수직 입사로 상기 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트 상에 입사되는,
    이미지를 디스플레이하기 위한 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 파장-민감성 입력 커플링 엘리먼트는 상기 도파관의 제1 표면에 커플링되고, 상기 출력 커플링 엘리먼트는 상기 제1 표면에 대향하는 상기 도파관의 제2 표면에 커플링되는,
    이미지를 디스플레이하기 위한 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 출력 광 빔렛들의 다수의 그룹들을 상기 도파관의 바운스 간격에 기초하여 이격시키는 단계를 더 포함하는,
    이미지를 디스플레이하기 위한 방법.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7232182B2 (ja) 2016-11-30 2023-03-02 マジック リープ， インコーポレイテッド 高分解能のデジタル化された表示のための方法及びシステム
US10371896B2 (en) 2016-12-22 2019-08-06 Magic Leap, Inc. Color separation in planar waveguides using dichroic filters
KR20230025946A (ko) 2017-03-22 2023-02-23 루머스 리미티드 중첩 파셋
IL308323A (en) 2017-05-16 2024-01-01 Magic Leap Inc Systems and methods for mixed reality
US11609441B1 (en) * 2018-05-30 2023-03-21 Snap Inc. Eyewear waveguide with reflector
JP7137273B2 (ja) * 2018-07-20 2022-09-14 株式会社日立製作所 映像表示装置、及び映像表示システム
US11022799B2 (en) * 2018-08-23 2021-06-01 Facebook Technologies, Llc Projector-combiner display with beam replication
WO2020047150A1 (en) * 2018-08-28 2020-03-05 Magic Leap, Inc. Dynamic incoupling gratings in imaging systems
CN116184666A (zh) 2018-09-09 2023-05-30 鲁姆斯有限公司 包括具有二维扩展的光导光学元件的光学系统
US11221486B2 (en) * 2018-12-10 2022-01-11 Auroratech Company AR headsets with improved pinhole mirror arrays
AU2020211092B2 (en) 2019-01-24 2023-05-11 Lumus Ltd. Optical systems including LOE with three stage expansion
US20210325688A1 (en) * 2019-10-18 2021-10-21 Google Llc Diffractive optical elements for largefield imaging
BR112022009872A2 (pt) 2019-12-05 2022-08-09 Lumus Ltd Dispositivo óptico e método para fabricar um dispositivo óptico
GB2588470B (en) * 2020-02-19 2022-01-12 Envisics Ltd Pupil expansion
US11604351B1 (en) * 2020-05-19 2023-03-14 Meta Platforms Technologies, Llc Field bias optical element for digital projector
CN115552171B (zh) 2020-05-24 2024-01-23 鲁姆斯有限公司 复合光导光学元件的制造方法以及光学结构
EP4242709A3 (en) * 2020-08-23 2023-11-22 Lumus Ltd. Optical system for two-dimensional expansion of an image reducing glints and ghosts from the waveduide
KR102620208B1 (ko) 2021-02-25 2023-12-29 루머스 리미티드 직사각형 도파관을 갖는 광 개구 증배기
TW202248717A (zh) * 2021-04-11 2022-12-16 以色列商魯姆斯有限公司 包括具有二維擴展的光導光學元件的顯示器
KR20230009210A (ko) * 2021-07-08 2023-01-17 삼성전자주식회사 표시 장치

Family Cites Families (62)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3544200A (en) * 1968-01-08 1970-12-01 Bell Telephone Labor Inc Cascaded light beam deflector system
SU1163161A1 (ru) * 1983-07-01 1985-06-23 Таджикский государственный университет им.В.И.Ленина Устройство дл измерени сдвига фазы световой волны при многократно нарушенном полном внутреннем отражении
US4711512A (en) * 1985-07-12 1987-12-08 Environmental Research Institute Of Michigan Compact head-up display
US6002829A (en) * 1992-03-23 1999-12-14 Minnesota Mining And Manufacturing Company Luminaire device
JPH07311302A (ja) * 1994-05-17 1995-11-28 Asahi Optical Co Ltd 光束分割素子
JP3527295B2 (ja) * 1994-10-14 2004-05-17 エヌエスディ株式会社 ３色分解プリズム及び３板式カラーカメラ
US5886822A (en) * 1996-10-08 1999-03-23 The Microoptical Corporation Image combining system for eyeglasses and face masks
JPH10300930A (ja) * 1997-04-30 1998-11-13 Shimadzu Corp 偏光解消子
US6297907B1 (en) * 1997-09-02 2001-10-02 California Institute Of Technology Devices based on surface plasmon interference filters
FR2783056B1 (fr) * 1998-09-04 2000-11-24 Thomson Csf Systeme de mise en forme d'un faisceau optique
WO2001095027A2 (en) 2000-06-05 2001-12-13 Lumus Ltd. Substrate-guided optical beam expander
JP2002072010A (ja) * 2000-09-05 2002-03-12 Nippon Sheet Glass Co Ltd 波長選択性を有する光学素子
KR100444981B1 (ko) * 2000-12-15 2004-08-21 삼성전자주식회사 착용형 디스플레이 시스템
US6690514B2 (en) * 2001-04-27 2004-02-10 Solid Optics, Inc. Single crystal polarizing prism and method of manufacturing thereof
US6871022B2 (en) * 2001-09-14 2005-03-22 Stratos International, Inc. Cascaded optical multiplexer
JP2004045684A (ja) * 2002-07-11 2004-02-12 Sony Corp 画像表示装置における照明光学装置及び画像表示装置
US6935254B2 (en) * 2002-08-08 2005-08-30 Deere & Company Split seed hoppers for seed on demand seeding machine
US6805490B2 (en) 2002-09-30 2004-10-19 Nokia Corporation Method and system for beam expansion in a display device
JP4055548B2 (ja) * 2002-10-28 2008-03-05 ソニー株式会社 画像表示装置における照明光学装置及び画像表示装置
FI115169B (fi) * 2003-05-13 2005-03-15 Nokia Corp Menetelmä ja optinen järjestelmä valon kytkemiseksi aaltojohteeseen
US6993059B2 (en) * 2003-06-11 2006-01-31 Coherent, Inc. Apparatus for reducing spacing of beams delivered by stacked diode-laser bars
KR20050074046A (ko) * 2004-01-13 2005-07-18 삼성전자주식회사 빔정형 프리즘 및 이를 채용한 광픽업
US7492512B2 (en) * 2004-07-23 2009-02-17 Mirage International Ltd. Wide field-of-view binocular device, system and kit
KR101109584B1 (ko) * 2004-11-27 2012-01-31 삼성전자주식회사 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치
KR100694068B1 (ko) * 2004-11-27 2007-03-12 삼성전자주식회사 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치
US7206107B2 (en) 2004-12-13 2007-04-17 Nokia Corporation Method and system for beam expansion in a display device
JP2006292798A (ja) * 2005-04-06 2006-10-26 Matsushita Electric Works Ltd オプティカルアドドロップ装置
JP2007219106A (ja) 2006-02-16 2007-08-30 Konica Minolta Holdings Inc 光束径拡大光学素子、映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ
CN100456080C (zh) * 2006-12-01 2009-01-28 上海微电子装备有限公司 一种定偏移平行输出分束器
CN101266333A (zh) * 2007-03-12 2008-09-17 张吉鹏 一种采用显微摄像的带有显示器的无目镜的体视显微镜
US7589901B2 (en) * 2007-07-10 2009-09-15 Microvision, Inc. Substrate-guided relays for use with scanned beam light sources
CN101878654B (zh) * 2007-11-28 2013-02-13 皇家飞利浦电子股份有限公司 立体可视化
CN101952765B (zh) * 2007-12-28 2013-01-23 3M创新有限公司 合光器
CN201173997Y (zh) * 2008-03-28 2008-12-31 深圳航天科技创新研究院 单芯片的眼镜式显示装置
US8649099B2 (en) * 2010-09-13 2014-02-11 Vuzix Corporation Prismatic multiple waveguide for near-eye display
JP5342041B2 (ja) * 2011-07-11 2013-11-13 キヤノン株式会社 マルチビーム走査光学装置の組立調整方法及び製造方法
US8998414B2 (en) 2011-09-26 2015-04-07 Microsoft Technology Licensing, Llc Integrated eye tracking and display system
CN104335117B (zh) * 2012-06-04 2016-09-07 应用材料公司 光学投影阵列曝光系统
US9671566B2 (en) * 2012-06-11 2017-06-06 Magic Leap, Inc. Planar waveguide apparatus with diffraction element(s) and system employing same
JP5984591B2 (ja) * 2012-09-05 2016-09-06 オリンパス株式会社 表示方法及び表示装置
US9933684B2 (en) * 2012-11-16 2018-04-03 Rockwell Collins, Inc. Transparent waveguide display providing upper and lower fields of view having a specific light output aperture configuration
PT2979125T (pt) * 2013-03-26 2020-04-13 Projectos Engenharia Lda Lusospace Dispositivo de visualização
US9946069B2 (en) * 2013-03-28 2018-04-17 Bae Systems Plc Displays
US9874749B2 (en) * 2013-11-27 2018-01-23 Magic Leap, Inc. Virtual and augmented reality systems and methods
US11402629B2 (en) 2013-11-27 2022-08-02 Magic Leap, Inc. Separated pupil optical systems for virtual and augmented reality and methods for displaying images using same
KR102493498B1 (ko) 2013-11-27 2023-01-27 매직 립, 인코포레이티드 가상 및 증강 현실 시스템들 및 방법들
JP6287131B2 (ja) 2013-12-02 2018-03-07 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置
JP6413291B2 (ja) * 2014-03-27 2018-10-31 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置、およびヘッドマウントディスプレイ
JP6340867B2 (ja) * 2014-03-28 2018-06-13 セイコーエプソン株式会社 電気光学装置
CN105093366B (zh) * 2014-04-30 2017-11-14 诺方（哈尔滨）科技股份有限公司 偏振分光棱镜、基波干涉单元及梳状分波器
AU2015266586B2 (en) 2014-05-30 2020-07-23 Magic Leap, Inc. Methods and systems for generating virtual content display with a virtual or augmented reality apparatus
JP2016085430A (ja) * 2014-10-29 2016-05-19 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置
EP3026426A1 (en) * 2014-11-26 2016-06-01 Universität Stuttgart A measuring probe, an apparatus and a method for label free attenuated reflection infrared spectroscopy
AU2015367283B2 (en) 2014-12-14 2021-05-20 Cylite Pty Ltd Multichannel optical receivers
CN104678555B (zh) 2015-01-24 2017-12-08 上海理湃光晶技术有限公司 屈光度矫正的齿形镶嵌平面波导光学器件
US9513480B2 (en) 2015-02-09 2016-12-06 Microsoft Technology Licensing, Llc Waveguide
US20160231567A1 (en) * 2015-02-09 2016-08-11 Pasi Saarikko Display System
NZ773822A (en) * 2015-03-16 2022-07-29 Magic Leap Inc Methods and systems for diagnosing and treating health ailments
US10007117B2 (en) * 2015-09-10 2018-06-26 Vuzix Corporation Imaging light guide with reflective turning array
US9766464B2 (en) * 2015-12-17 2017-09-19 Microsoft Technology Licensing, Llc Reducing ghost images
US10197804B2 (en) * 2016-04-25 2019-02-05 Microsoft Technology Licensing, Llc Refractive coating for diffractive optical elements
JP7232182B2 (ja) 2016-11-30 2023-03-02 マジック リープ， インコーポレイテッド 高分解能のデジタル化された表示のための方法及びシステム

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