KR20230133841A - 액티브 광학 엔진 - Google Patents

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Abstract

실시예에서, 타겟 커플링-아웃 패싯(target coupling-out facet)을 결정하고, 타겟 커플링-아웃 패싯에 대한 광학 경로를 식별하고, 광학 경로에 대응하는 액티브 파장판을 식별하고, 광학 경로에 대응하는 액티브 파장판의 타겟 상태를 결정하고, 액티브 파장판을 식별된 타겟 상태로 설정하며, 투영 디바이스로 하여금 이미지 시야 성분을 포함하는 광 빔을 식별된 광학 경로를 따라 투영하게 하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 장치가 개시된다.

Description

액티브 광학 엔진
본 개시는 광학 시스템들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시는 일부 실시예들에서, 근안 디스플레이 시스템들에 사용될 수 있는 액티브 광학 엔진을 갖는 광학 시스템들에 관한 것이다.
근안 디스플레이 시스템들과 같은 광학 시스템들에서, 투영기는 전형적으로 사용자의 눈에 이미지의 시야(FOV)를 제공한다. 광학 시스템에 대한 FOV를 증가시키기 위해서는, 투영기의 크기, 중량, 성분, 구성 및 전력 소비가 또한 전형적으로 증가될 필요가 있다. 예를 들어, 헤드 장착형 디바이스(head-mounted device, HMD), 스마트 안경 등과 같은 소형의 경량의 에너지 효율적인 광학 시스템들의 경우에서, 투영기의 이러한 증가는 실현가능하지 않을 수 있다.
실시예에서, 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 장치가 개시된다. 적어도 하나의 프로세서는 타겟 커플링-아웃 패싯(target coupling-out facet)을 결정하고, 타겟 커플링-아웃 패싯에 대한 광학 경로를 식별하고, 광학 경로에 대응하는 액티브 파장판을 식별하고, 광학 경로에 대응하는 액티브 파장판의 타겟 상태를 결정하고, 액티브 파장판을 식별된 타겟 상태로 설정하며, 투영 디바이스로 하여금 이미지 시야 성분을 포함하는 광 빔을 식별된 광학 경로를 따라 투영하게 하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 타겟 커플링-아웃 패싯을 결정하는 단계, 타겟 커플링-아웃 패싯에 대한 광학 경로를 식별하는 단계, 광학 경로에 대응하는 액티브 파장판을 식별하는 단계, 광학 경로에 대응하는 액티브 파장판의 타겟 상태를 결정하는 단계, 액티브 파장판을 식별된 타겟 상태로 설정하는 단계, 투영 디바이스로 하여금 이미지 시야 성분을 포함하는 광 빔을 식별된 광학 경로를 따라 투영하게 하는 단계를 포함하는 방법이 개시된다.
실시예에서, 광학 시스템이 개시된다. 광학 시스템은 제1 편광을 갖는 광 빔을 출력하도록 구성된 투영 광학 디바이스, 및 활성화된 상태와 비활성화된 상태 사이에서 전이하도록 구성된 액티브 파장판을 포함한다. 액티브 파장판은 활성화된 상태에 있을 때 투영 광학 디바이스에 의해 출력된 광 빔을 제1 편광으로부터 제2 편광으로 변환하도록 구성된다. 광학 시스템은 제1 편광을 갖는 광 빔들을 재지향시키고 제2 편광을 갖는 광 빔들이 통과하게 하도록 구성된 PBS, 제1 복수의 패싯들을 포함하는 제1 LOE 성분, 제2 복수의 패싯들을 포함하는 제2 LOE 성분, 및 제3 복수의 패싯들을 포함하는 제3 LOE 성분을 더 포함한다. 제1 LOE 성분 및 제3 LOE 성분은 투영 광학 디바이스로부터 액티브 파장판 및 PBS를 통한 제1 광학 경로를 정의하고, 제2 LOE 성분 및 제3 LOE 성분은 투영 광학 디바이스로부터 액티브 파장판 및 PBS를 통한 제2 광학 경로를 정의한다.
전술한 발명의 내용은 단지 예시적인 것이고, 어떠한 방식으로든 제한하려는 의도는 아니다. 위에서 설명된 예시적인 양태들, 실시예들, 및 특징들에 더하여, 추가 양태들, 실시예들, 및 특징들이 도면들 및 다음의 상세한 설명을 참조하여 명백해질 것이다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 동일하거나 기능적으로 유사한 요소들을 나타낸다.
도 1a는 실시예에 따른 예시적인 광학 시스템의 개략도이다.
도 1b는 실시예에 따른 2D 동공 확장을 이용하는 도 1a의 광학 시스템의 예시적인 이미지 투영 어셈블리의 개략도이다.
도 2는 실시예에 따른 도 1a의 광학 시스템의 예시적인 이미지 투영 어셈블리의 개략도이다.
도 3은 실시예에 따른 도 1a 및 도 2의 광학 시스템의 예시적인 이미지 FOV 및 이미지 FOV 성분들의 도해이다.
도 4는 실시예에 따른 이미지 FOV 성분들이 중첩되는 도 3의 예시적인 이미지 FOV 성분들의 개략도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 도 1a의 광학 시스템의 예시적인 이미지 투영 어셈블리의 개략도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 도 1a의 광학 시스템의 예시적인 이미지 투영 어셈블리의 개략도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 도 1a의 광학 시스템의 예시적인 이미지 투영 어셈블리의 개략도이다.
도 8a 내지 도 8d는 실시예에 따른 적층된 배열을 갖는 예시적인 광 가이드 광학 요소들(LOE들)의 개략도이다.
도 9는 실시예에 따른 예시적인 이미지 FOV 성분들의 도해이다.
도 10a 및 도 10b는 도 10b가 도 10a의 단면선 10B-10B를 따라 취해지는 실시예에 따른 도 9의 이미지 FOV 성분들을 출력하도록 구성된 예시적인 LOE의 개략도들이다.
도 11a 및 도 11b는 도 11b가 도 11a의 단면선 11B-11B를 따라 취해지는 실시예에 따른 도 9의 이미지 FOV 성분들을 출력하도록 구성된 다른 예시적인 LOE의 개략도들이다.
도 12a 내지 도 12d는 도 12b가 도 12a의 단면선 12B-12B를 따라 취해지는 실시예에 따른 도 9의 이미지 FOV 성분들을 출력하도록 구성된 다른 예시적인 LOE의 개략도들이다.
도 13은 실시예에 따른 예시적인 프로세스의 흐름도이다.
근안 디스플레이 시스템들과 같은 광학 시스템들에서, 광 빔들은 디스플레이 시스템으로부터, 디스플레이 시스템에 매우 근접한 사용자의 눈과 같은 타겟 표면으로 출력된다. 이러한 근안 디스플레이 시스템들의 사용이 증가함에 따라, 더 나은 그리고 더 편안한 근안 디스플레이 시스템들에 대한 수요도 또한 증가해왔다. 그러나, 예를 들어, 헤드 장착형 디스플레이들(HMD들) 및 스마트 안경과 같은 근안 디스플레이의 크기 및 중량을 감소시키면서, 더 나은 기하구조, 더 넓은 시야(FOV), 더 긴 배터리 수명, 주간 선명 증강 이미지들 및 근안 디스플레이 시스템들의 다른 개선을 제공하는 것은 어려운 일이다. 예를 들어, FOV의 크기를 증가시키는 것은 전형적으로 투영기의 크기, 중량 및 전력 소비의 대응하는 증가를 필요로 하며, 이는 보통 부피가 큰 폼 팩터(form factor)를 초래한다.
예시적인 실시예들은 투영기의 크기, 중량 및 전력 소비를 크게 증가시키지 않으면서 FOV가 확장될 수 있게 함으로써, 투영기 FOV 요구를 작게 유지하면서 넓은 몰입형 FOV를 가능하게 광학 시스템들 및 방법들을 개시한다.
도면들에서, X축, Y축 및 Z축은 명료화 및 용이한 참조를 위해 제공된다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 예시적인 광학 시스템(100)이 설명된다. 광학 시스템(100)은 이미지 투영 어셈블리(110) 및 제어기(140)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 광학 시스템(100)은 눈 추적 시스템(30) 및 광원 검출 시스템(40) 중 하나 이상을 또한 포함할 수 있다.
제어기(140)는 하나 이상의 처리 디바이스, 메모리 또는 다른 구성요소를 갖는 컴퓨팅 디바이스를 포함한다. 예를 들어, 제어기(140)는 중앙 처리 장치(CPU), 현장 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA) 마이크로 제어기, 전용 회로 또는 임의의 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 제어기(140)는 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이 눈에 투영하기 위한 광 가이드 광학 요소(light-guide optical element, LOE)에 이미지를 생성하고 출력하도록 투영 광학 디바이스(아래에서 설명됨)를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 제어기(140)는 이미지 투영 어셈블리(110) 내에 통합될 수 있거나, 예를 들어, 안경, 헤드 장착형 디스플레이 또는 다른 디바이스와 같은 이미지 투영 어셈블리(110)를 포함하는 디바이스 내에 통합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(140)는 이미지 투영 어셈블리(110)로부터 원격으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 이미지 투영 어셈블리(110)는 제어기(140)와 통신하도록 구성된 유선 또는 무선 통신 디바이스를 포함할 수 있다. 예로서, 제어기(140)는 모바일 디바이스, 또는 이미지 투영 어셈블리(110) 또는 이미지 투영 어셈블리(110)를 포함하는 디바이스와 별개인 다른 컴퓨팅 디바이스의 일부로서 포함될 수 있다.
눈 추적 시스템(30)은 선택사항이고, 사용자의 눈(180)의 동공의 위치를 추적하고 대응하는 위치 정보를 제어기(140)에 제공하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 눈 추적 시스템(30)은 예를 들어, 동공의 위치를 추적하거나 동공의 위치를 결정하는 데 이용될 수 있는 위치 정보를 생성하도록 구성될 수 있는 카메라 또는 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(140)는 위치 정보를 이용하여, 이미지 FOV를 동공의 위치에 대응하는 이들의 패싯들에 제공할 수 있다.
광원 검출 시스템(40)은 선택사항이고, 광학 시스템(100)에 영향을 줄 수 있는 광원, 예를 들어, 태양, 가로등, 헤드라이트 또는 다른 광원을 검출하고, 대응하는 정보, 예를 들어, 광원의 방향, 광원의 강도 또는 광원에 관한 임의의 다른 정보를 제어기(140)에 제공하도록 구성된다. 예로서, 광원 검출 시스템(40)은 광학 시스템(100) 외부의 광원을 검출하거나 또는 예를 들어, 광원에 관한 방향, 강도 또는 임의의 다른 정보와 같은 광원의 특성들을 식별하고 결정하기 위해 제어기(140)에 의해 이용될 수 있는 정보를 생성하도록 구성된 카메라, 적외선 검출기 또는 임의의 다른 디바이스를 포함할 수 있다.
이미지 투영 어셈블리(110)는 투영 광학 디바이스(projection optics device, POD)(112) 및 광 가이드 광학 요소(LOE)(114)를 포함하고, 사용자의 눈(180) 상으로 이미지를 투영하기 위해 1차원(1D) 또는 2차원(2D) 동공 확장을 이용하도록 구성된다. 2D 동공 확장을 이용하는 LOE(114)의 예가 도 1b에 도시된다.
POD(112)는 이미지 생성기(200), 시준 광학기(204), 또는 예를 들어, 공간 광 변조기(spatial light modulator: SLM)와 같은 이미지 투영 어셈블리에 포함될 수 있는 다른 구성요소들을 포함한다. 이들 구성요소들 중 일부 또는 전부는 일부 실시예들에서 하나 이상의 편광 빔 스플리터(PBS) 큐브 또는 다른 프리즘 배열의 표면들 상에 배열될 수 있다. 이미지 생성기(200)는 사용자의 눈(180) 상으로 투영될 이미지에 대응하는 조명, 예를 들어, 광 빔들, 레이저 빔들 또는 다른 형태들의 조명을 제공하는 하나 이상의 구성요소를 포함한다. 예를 들어, 이미지 생성기(200)는 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 요소, 백라이트 액정 디스플레이(LCD) 패널, 마이크로 LED 디스플레이, 디지털 광 처리(DLP) 칩, 액정 온 실리콘(LCOS) 칩 또는 다른 구성요소들을 포함한다.
POD(112)가 SLM(도시되지 않음)을 포함하는 경우에서, SLM은 예를 들어, OLED 디스플레이 요소, 백라이트 LCD 패널, 마이크로 LED 디스플레이, DLP 칩 또는 다른 발광 구성요소와 같은 구성요소를 포함하는 발광 SLM으로서 구현될 수 있거나, 또는 예를 들어, LCOS 칩과 같은 구성요소를 포함하는 반사 SLM으로서 구현될 수 있다. 빔 스플리터 큐브 블록이 SLM의 표면에 조명의 전달을 허용하기 위해 시준 광학기와 SLM 사이에 개재될 수 있다. SLM은 이미지를 생성하기 위해 조명의 각 픽셀의 투영된 강도를 변조하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, SLM은 디스플레이의 각 픽셀로부터 LOE(114)의 평면, 예를 들어, 아래에서 설명되는 주 LOE 표면들(116 및 118)의 평면에서 발산되는 광 빔을 제공할 수 있다.
대안적으로, POD(112)는 스캐닝 배열, 예를 들어, 각 픽셀에 대해 원하는 강도를 투영하기 위해 조명의 강도가 픽셀 단위로 모션과 동기식으로 변화되면서 POD(112)의 이미지 평면에 걸쳐 광원으로부터의 조명을 스캐닝하는 고속 스캐닝 미러를 포함할 수 있다.
POD(112)는 또한 선택사항으로서, 이미지의 조명을 LOE(114), 예를 들어, 커플링-인 반사체, 각진 커플링 프리즘 또는 임의의 다른 커플링-인 배열체로 투입하기 위한 커플링-인 배열체를 포함한다. 일부 실시예들에서, POD(112)와 LOE(114) 사이의 커플링은 직접 커플링을 포함할 수 있거나(예를 들어, POD(112)는 LOE(114)의 일부분과 접촉할 수 있음), 또는 이미지가 LOE(114)의 평면에 투입되는 애퍼처의 치수를 확장하기 위한 추가적인 애퍼처 확장 배열을 통한 커플링을 포함할 수 있다.
LOE(114)는 제1 및 제2 평행 주 LOE 표면들(116 및 118) 및 광학적으로 활성이 아닌 에지들을 포함하는 도파관을 포함한다. 예시적인 실시예들에서, 여기서 설명된 다양한 도파관들은 기하학적 도파관들, 회절 도파관들 또는 임의의 다른 유형의 도파관을 포함할 수 있다. LOE(114)는 사용자의 눈(180) 상으로 투영하기 위해 LOE(114) 밖으로 조명을 지향시키도록 구성된 커플링-아웃 배열체(120)를 또한 포함한다. 일부 실시예들에서, 커플링-아웃 배열체(120)는 LOE(114)의 주 LOE 표면들(116 및 118)에 대해 비스듬한 각도로 LOE(114) 내에 배열되는 복수의 평행 표면들(또한 여기서 패싯들(1221, 1222, 1223, 1224 및 1225)로도 지칭됨)로서 도시된다. 패싯들(1221, 1222, 1223, 1224 및 1225)은 또한 여기서 집합적으로 패싯들(122)로도 지칭될 수 있다. 패싯들(1221, 1222, 1223, 1224 및 1225) 중 어느 하나의 패싯 또한 여기서 개별적으로 패싯(122)으로도 지칭될 수 있다. 다섯 개의 패싯들(1221, 1222, 1223, 1224 및 1225)이 예시적인 실시예에서, 도 1a에 도시되지만, LOE(114)는 대안적으로 다른 실시예들에서 더 많은 수의 패싯들(122) 또는 더 적은 수의 패싯들(122)을 포함할 수 있다. 도 1b를 참조하면, 2D 동공 확장을 이용하는 실시예에서, 패싯들(1241, 1242, 1243, 1244 및 1245)의 제2 세트가 POD(112)로부터 패싯들(122)을 향해 광을 가이드하기 위해 이용된다. 패싯들(1241, 1242, 1243, 1244 및 1225) 중 어느 하나의 패싯 또한 여기서 개별적으로 패싯(122)으로도 지칭될 수 있다. 다섯 개의 패싯들(1241, 1242, 1243, 1244 및 1245)이 예시적인 실시예에서, 도 1b에 도시되지만, LOE(114)는 대안적으로 다른 실시예들에서 더 많은 수의 패싯들(122) 또는 더 적은 수의 패싯들(122)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 각 패싯(122 및 124)은 LOE(114)에서 특정 전파 각도들을 갖는 광 빔들을 눈(180)에 커플링-아웃하도록 구성된 반(semi)-반사성 패싯이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 각 패싯(122 및 124)은 LOE(114)에서 상이한 전파 각도들을 갖는 광 빔들을 커플링-아웃하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 패싯들(122 및 124) 중 하나 이상은 패싯(122)이 높은 광 투과율을 갖는 상태와 패싯(122)이 높은 광 반사율을 갖는 상태 사이에서 선택적으로 활성화가능할 수 있다. 예로서, 일부 실시예들에서, 패싯(1221)은 100% 반사율 및 0% 투과율을 갖도록 활성화될 수 있고, 0% 반사율 및 100% 투과율을 갖도록 비활성화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사율 및 투과율의 양은 예를 들어, 패싯(1221)이 부분 반사율 및 부분 투과율을 갖도록 조정될 수 있도록, 예를 들어, 25% 반사율 및 75% 투과율, 50% 반사율 및 50% 투과율, 75% 반사율 및 25% 투과율 또는 임의의 다른 양의 반사율 및 투과율을 갖도록 각 패싯(122)에 대해 조정가능할 수 있다. 예로서, 제어기(140)는 각 패싯(122)의 반사율 및 투과율을 선택적으로 활성화하고 조정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(140)는 광 빔들의 특정 각도들 또는 각도 범위들에 대해 각 패싯(122)의 반사율 및 투과율, 예를 들어, 광 빔들의 일부 각도들 또는 각도 범위에 대해 높은 투과율 및 광 빔들의 다른 각도들 또는 각도 범위들에 대해 높은 반사율을 선택적으로 활성화하고 조정하도록 구성될 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 광 빔들(L)은 주 LOE 표면들(116 및 118)로부터 반사함으로써 LOE(114)를 통해 패싯들(122)을 향해, 그리고 도 1b의 실시예에서 패싯들(124)을 향해 이동한다. 예를 들어, 주 LOE 표면들(116 및 118)은 LOE(114)를 통해 이동하는 임의의 광 빔들(L)에 대해 내부 전반사(TIR)를 제공할 수 있다. 광 빔(L)이 패싯(122 또는 124)에 직각으로, 또는 액티브 패싯(122 또는 124)에 부딪힐 때 대해, 광 빔(L)은 패싯(122 또는 124)에 의해 재지향된다. 예를 들어, 패싯들(122)에 부딪힌 광은 LOE(114)밖으로, 예를 들어, 눈(180)을 향해 재지향되는 한편, 패싯들(124)에 부딪힌 광은 패싯들(122)을 향해 재지향된다.
도 2를 참조하면, 광학 시스템(100)의 이미지 투영 어셈블리(210)의 예시적인 실시예가 설명될 것이다. 이미지 투영 어셈블리(210)는 예를 들어, POD(212), LOE(214), 패싯들, 회절 구성요소들, 홀로그래픽 구성요소들 또는 다른 유사한 구성요소들을 포함하여, 이미지 투영 어셈블리(110)와 유사한 특징부들을 포함할 수 있고, 광학 시스템(100)에서 이미지 투영 어셈블리(110)를 대체할 수 있다. 이미지 투영 어셈블리(210)는 POD(212)에 의해 출력되는 이용가능한 FOV를 능동적으로 확장하는 데 이용될 수 있다. POD(212)는 P 및 S 편광들 중 하나인 광 빔들을 출력하도록 구성된 편광된 POD를 포함할 수 있다. 예로서, 예시적인 실시예에서, POD(212)는 S 편광을 갖는 광 빔들을 출력하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제어기(140)(도 1a)에 의해 제어될 수 있는 액정판 또는 다른 액티브 파장판과 같은 액티브 반파장판(active half wave plate, AHWP)(220)이 POD(212)와 LOE(214) 사이에 배치되고, POD(212)에 의해 투영되는 광 빔의 편광을, 예를 들어, 제어기(140)에 의해 활성화될 때 S 편광으로부터 P 편광으로 또는 그 반대로 변경하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, AHWP(220)는 활성화될 때 S 편광으로부터 P 편광으로 편광을 변경하도록 구성된다. 대안적인 실시예들에서, POD(212)가 AHWP(220)를 포함할 수 있거나, 또는 LOE(214)가 AHWP(220)를 포함할 수 있다.
LOE(214)는 편광 빔 스플리터(PBS)(222), 반파장판(half wave plate, HWP)(224), LOE 성분(226), LOE 성분(228) 및 LOE 성분(230)를 포함한다.
PBS(222)는 P 및 S 편광 중 하나를 갖는 광 빔들이 LOE 성분(226)으로 통과하게 하는 한편, P 및 S 편광 중 다른 하나를 갖는 광 빔들을 LOE 성분(228)로 재지향시키도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, PBS(222)는 P 편광을 갖는 광 빔들이 LOE 성분(226)을 통과하게 하고, S 편광을 갖는 광 빔들을 LOE 성분(228)로 재지향시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, PBS(222)는 97% 반사된 S(Rs), 0.01% 투과된 S(Ts), 96% 투과된 P(Tp) 및 0.1% 반사된 P(Rp)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, PBS(222)는 P 및 S 편광된 광 빔들에 대한 임의의 다른 반사율 또는 투과율 값들을 포함할 수 있다.
HWP(224)는 PBS(222)와 LOE 성분(226) 사이에 배치되고, PBS(222)를 통과하는 광 빔들을 하나의 편광으로부터 다른 편광으로 변환하도록 구성된다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, HWP(224)는 PBS(222)를 통과하는 P 편광을 갖는 광 빔을 S 편광을 갖는 광 빔으로 변환하도록 구성된다.
LOE 성분(226)은 PBS(222) 및 HWP(224)를 통과하는 광 빔들을 LOE 성분(230)을 향해 지향시키도록 구성된 패싯들(232)을 포함한다. 일부 실시예들에서, LOE 성분(226)은 LOE(114)와 유사한 성분들, 예를 들어, 제1 및 제2 주 LOE 표면들(116 및 118) 및 패싯들(122)을 포함한다.
LOE 성분(228)은 PBS(222) 및 PBS(222)에 의해 반사되는 광 빔들을 LOE 성분(230)을 향해 지향시키도록 구성된 패싯들(234)을 포함한다. 일부 실시예들에서, LOE 성분(228)은 LOE(114)와 유사한 성분들, 예를 들어, 제1 및 제2 주 LOE 표면들(116 및 118) 및 패싯들(122)을 포함한다.
LOE 성분(230)은 LOE 성분들(226 및 228)로부터 수신되는 광 빔들을 LOE(114)와 유사한 방식으로 눈(180)(도 1a)을 향해 지향시키도록 구성된 패싯들(236)을 포함한다. 일부 실시예들에서, LOE 성분(230)은 LOE(114)와 유사한 성분들, 예를 들어, 제1 및 제2 주 LOE 표면들(116 및 118) 및 패싯들(122)을 포함한다.
일부 실시예들에서, LOE 성분(226), LOE 성분(228) 및 LOE 성분(230)은 주 LOE 표면들(116 및 118)과 동일 평면 상에 있다.
POD(212)와 LOE(214) 사이에 AHWP(220)를 도입함으로써, POD(212)에 의해 출력되는 광 빔들은 시간의 함수로서 P 편광과 S 편광 사이에서 전환될 수 있다. 도 2에서, S 편광을 갖는 광 빔들은 실선으로 도시되는 한편, P 편광을 갖는 광 빔들은 파선으로 도시된다.
예를 들어, AHWP(220)가 비활성화될 때, S 편광을 갖는 광 빔(238)은 변환되지 않고 AHWP(220)를 통과할 것이고, PBS(222)로부터 LOE 성분(228)을 향해 반사될 것이다. 그 후, 광 빔(238)은 패싯들(234)로부터 LOE 성분(230)을 향해 반사되고, 패싯들(236)로부터 눈(180)(도 1a)을 향해 반사된다.
AHWP(220)가 활성화될 때, 초기에 S 편광을 갖는 광 빔(240)은 AHWP(220)를 통과함에 따라 P 편광으로 변환될 것이고, PBS(222)를 통과해 HWP(224) 및 LOE 성분(226)을 향할 것이다. 광 빔(240)은 HWP(224)를 통과함에 따라 다시 S 편광으로 변환될 것이고, 그 후 패싯들(232)로부터 LOE 성분(230)을 향해 반사될 것이다. 그 후, 광 빔(240)은 패싯들(236)로부터 눈(180)(도 1a)을 향해 반사된다.
도 2에서, 광 빔들(238 및 240)은 최종적으로, LOE 성분들(226 및 228)의 상이한 패싯 각도들 및 광 빔들이 따르는 다양한 광학 경로들로 인한 투영기로부터의 출사 편광에 의존하여, 상이한 각도들로 눈(180)에 도달할 것이다. 제어기(140)(도 1a)가 시간의 함수로서 AHWP(220)를 활성화시키도록 구성되므로, 각 광 빔(238, 240)은 전체 이미지의 단지 일부만을 포함할 수 있다. 제어기(140)는 사용자가 눈(180)에서 상보적 이미지를 경험하는 것을 보장하기 위해 POD(212)에 의해 생성된 이미지와 AHWP(220)의 편광 출력 사이를 동기화하도록 구성된다.
도 3을 참조하면, 이미지 투영 어셈블리(110)와 이미지 투영 어셈블리(210)에 의해 제공되는 이미지 FOV들 사이의 비교가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 FOV 성분들(302 및 304)을 단일 이미지 FOV(300)로서 포함하는 이미지 FOV(300)는 이미지 투영 어셈블리(110)에 의해 출력된다. 대조적으로, 이미지 FOV 성분들(302, 및304) 중 하나를 각각 포함하는 절반 이미지 FOV들(306 및 308)은 예를 들어, AHWP(220)의 활성화에 기초하여, 시간의 함수로서 이미지 투영 어셈블리(210)에 의해 개별적으로 출력된다. 일부 실시예들에서, 이미지 FOV 성분들(302 및 304)은 크기가 동일할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 FOV 성분들(302 및 304)은 이미지 FOV 성분들(302 및 304) 사이의 '스티칭' 영역이 이미지 FOV(300)의 중심에 있지 않도록 상이한 크기들을 가질 수 있다.
이미지 투영 어셈블리(110)가 넓은 이미지 FOV(300)를 출력할 필요가 있기 때문에, POD(112)는 넓은 이미지 FOV를 생성하고 지원하도록 구성되어야 하여서, 가능하게는 POD(212)보다 더 크거나, 더 무겁거나, 또는 더 전력 집약적인 구성요소들을 필요로 한다. 또한, LOE(114)는 추가적인 패싯들, 각도들 등을 필요로 할 수 있고, 넓은 이미지 FOV를 눈(180) 상으로 지향시키기 위해 LOE(214)와 비교하여 더 많은 각도 공간 요건들을 필요로 할 수 있다.
이미지 투영 어셈블리(210)의 경우에서, LOE 성분(230)은 광 빔들(238 및 240)의 이미지 FOV를 눈(180)에 커플링 아웃시킨다. 시간의 함수로서, 광 빔들(238 및 240)은 LOE 성분(230)에 의해 LOE 성분(226)과 LOE 성분(228) 둘 모두로부터 수신될 것이고 패싯들(236)에 의해 눈(180)(도 1a)이 동일한 전체 이미지 FOV(300)를 경험하도록 커플링-아웃될 것인 한편, POD(212)는 임의의 소정의 시간에 FOV 각도 범위의 일부를 생성하기만 하면 된다. 패싯들(232 및 234)이 이미지 FOV의 일부만을 핸들링하면 되므로, LOE 성분(226) 및 LOE 성분(228)은 LOE(114)의 성분들과 비교하여 LOE(214)에서 감소된 광학적 요구들 및 물리적 크기를 가질 수 있다.
도 4를 참조하면, 일부 실시예들에서, 이미지 투영 어셈블리(210)에 의해 출력되는 이미지 FOV들은 중첩 이미지를 생성하도록 정렬될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 보여지는 바와 같이, 이미지 FOV 성분들(302 및 304)은 영역(310)에서 중첩될 수 있다. 일부 실시예들에서, 중첩 각도 범위는 영역(310)에서 이미지 FOV 성분들(302 및 304) 중 하나에 대해 흑색 이미지를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 이미지 FOV 성분들(302 및 304) 둘 모두는 영역(310)에서 동일한 이미지를 가질 수 있지만, 각 이미지 FOV 성분에 대해 감소된 강도, 예를 들어, 절반 강도를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 제어기(140)는 이미지 FOV 성분들(302 및 304)을 생성하기 위해 이미지 투영 어셈블리(210)의 출력을 제어하도록 구성된다.
도 5를 참조하면, 광학 시스템(100)의 이미지 투영 어셈블리(410)의 다른 예시적인 실시예가 설명될 것이다. 이미지 투영 어셈블리(410)는 예를 들어, POD(412), LOE(414), 패싯들 및/또는 다른 유사한 구성요소들을 포함하여 이미지 투영 어셈블리(210)와 유사한 특징부들을 포함할 수 있다. 이미지 투영 어셈블리(410)는 POD(412)에 의해 출력되는 이용가능한 FOV를 능동적으로 확장하는 데 이용될 수 있다. POD(412)는 P 및 S 편광들 중 하나인 광 빔들을 출력하도록 구성된 편광된 POD를 포함할 수 있다. 예로서, 예시적인 실시예에서, POD(412)는 S 편광을 갖는 광 빔들을 출력하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제어기(140)(도 1a)에 의해 제어될 수 있는 액정판 또는 다른 액티브 파장판과 같은 AHWP(420)이 POD(412)와 LOE(414) 사이에 배치되고, POD(412)에 의해 투영되는 광 빔의 편광을, 예를 들어, 제어기(140)에 의해 활성화될 때 S 편광으로부터 P 편광으로 또는 그 반대로 변경하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, AHWP(420)는 활성화될 때 S 편광으로부터 P 편광으로 편광을 변경하도록 구성된다. 대안적인 실시예들에서, POD(412)가 AHWP(420)를 포함할 수 있거나, 또는 LOE(414)가 AHWP(420)를 포함할 수 있다.
LOE(414)는 PBS(422), AHWP(424), 1/4 파장판(quarter wave plate, QWP)(426), 미러(428), QWP(430), 미러(432), LOE 성분(434) 및 LOE 성분(436)을 포함한다.
PBS(422)는 P 및 S 편광 중 하나를 갖는 광 빔들이 AHWP(424) 및 LOE 성분(434)으로 통과하게 하는 한편, P 및 S 편광 중 다른 하나를 갖는 광 빔들을 QWP(426)로 재지향시키도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, PBS(422)는 P 편광을 갖는 광 빔들이 AHWP(424)를 통과하게 하고, S 편광을 갖는 광 빔들을 QWP(426)로 재지향시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, PBS(422)는 97% 반사된 S(Rs), 0.01% 투과된 S(Ts), 96% 투과된 P(Tp) 및 0.1% 반사된 P(Rp)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, PBS(422)는 P 및 S 편광된 광 빔들에 대한 임의의 다른 반사율 또는 투과율 값들을 포함할 수 있다.
AHWP(424)는 PBS(422)와 LOE 성분(434) 사이에 배치되고, PBS(422)를 통과하는 광 빔들을 하나의 편광으로부터 다른 편광으로 변환하도록 구성된다. 예를 들어, AHWP(424)는 AHWP(420)와 유사한 방식으로 기능하도록 구성되고, 제어기(140)(도 1a)에 의해 활성화되거나 비활성화될 수 있다.
QWP(426)는 PBS(422)와 미러(428) 사이에 배치되며, 광 빔들을 하나의 편광으로부터 다른 편광으로 변환하도록 구성된다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, QWP(426)는 빔이 QWP(426)를 두 번 통과한 후에 S 편광을 갖는 광 빔을 P 편광을 갖는 광 빔으로 변환하도록 구성된다. 예를 들어, PBS(422)에 의해 QWP(426)를 향해 재지향되는 S 편광을 갖는 광 빔은 S 편광으로부터 P 편광으로의 변환을 완료하기 위해 QWP(426)를 통과하고, 미러(428)로부터 반사되며, QWP(426)를 두 번째로 통과할 것이다. 일부 실시예들에서, 미러(428)는 광 빔의 각도를 조정하기 위해 미러(432)에 대해 경사질 수 있다.
QWP(430)는 PBS(422)와 미러(432) 사이에 배치되며, 광 빔들을 하나의 편광으로부터 다른 편광으로 변환하도록 구성된다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, QWP(430)는 빔이 QWP(430)를 두 번 통과한 후에 P 편광을 갖는 광 빔을 S 편광을 갖는 광 빔으로 변환하도록 구성된다. 예를 들어, QWP(426)로부터 QWP(430)를 향해 PBS(422)를 통과하는 P 편광을 갖는 광 빔은 P 편광으로부터 S 편광으로의 변환을 완료하기 위해 QWP(430)를 통과할 것이고, 미러(432)로부터 반사될 것이며, QWP(430)를 두 번째로 통과할 것이다. 그 후, 광 빔은 다시 PBS(422)를 향해 지향되고, PBS(422)에 의해 AHWP(424) 및 LOE 성분(434)을 향해 재지향된다. 이러한 경우에서, AHWP(424)는 비활성화되어, S 편광을 갖는 광 빔이 변환되지 않고 통과하게 한다.
LOE 성분(434)은 AHWP(424)를 통과하는 광 빔들을 LOE 성분(436)을 향해 지향시키도록 구성된 패싯들(438)을 포함한다. 일부 실시예들에서, LOE 성분(434)은 LOE(114)와 유사한 성분들, 예를 들어, 제1 및 제2 주 LOE 표면들(116 및 118) 및 패싯들(122)을 포함한다.
LOE 성분(436)은 LOE 성분(434)으로부터 수신되는 광 빔들을 LOE(114)와 유사한 방식으로 눈(180)(도 1a)을 향해 지향시키도록 구성된 패싯들(440)을 포함한다. 일부 실시예들에서, LOE 성분(436)은 LOE(114)와 유사한 성분들, 예를 들어, 제1 및 제2 주 LOE 표면들(116 및 118) 및 패싯들(122)을 포함한다.
이미지 투영 어셈블리(210)와 유사하게, 이미지 투영 어셈블리(410)에서 POD(412)와 LOE(414) 사이에 AHWP(420)를 도입함으로써, POD(412)에 의해 출력되는 광 빔들은 시간의 함수로서 P 편광과 S 편광 사이에서 전환될 수 있다. 도 5에서, S 편광을 갖는 광 빔들은 실선으로 도시되는 한편, P 편광을 갖는 광 빔들은 파선으로 도시된다. 이미지 투영 어셈블리(210)와 비교하여, 이미지 투영 어셈블리(410)에서, LOE 성분(228)을 QWP들(426 및 430) 및 미러들(428 및 432)로 대체하고, 수동 HWP(224)를 AHWP(424)로 대체한다.
예를 들어, AHWP(420)가 비활성화될 때, S 편광을 갖는 광 빔(442)은 변환되지 않고 AHWP(420)를 통과할 것이고, PBS(422)로부터 QWP(426)를 향해 반사될 것이다. 광 빔(442)은 QWP(426)를 통과하고, 미러(428)로부터 반사되며, 다시 QWP(426)를 통과해 다시 PBS(422)를 향한다. 광 빔(442)이 QWP(426)를 두 번 통과할 때, 이는 S 편광으로부터 P 편광으로 변환된다. 그 후, 광 빔(442)은 PBS(422)를 통과해 QWP(430)를 향하고, QWP(430)를 통과하고, 미러(432)로부터 반사되며, 다시 QWP(430)를 통과해 다시 PBS(422)를 향한다. 광 빔(442)이 QWP(430)를 두 번 통과할 때, 이는 P 편광으로부터 S 편광으로 변환된다. 그 후, 광 빔(442)은 PBS(422)로부터 AHWP(424) 및 LOE 성분(434)을 향해 반사되고, AHWP(420)가 비활성화될 때 AHWP(424)가 비활성화되므로 변경되지 않고 AHWP(424)를 통과한다. 광 빔(442)은 패싯들(438) 중 하나로부터 LOE 성분(436)를 향해 반사되고, 그 후 패싯들(440) 중 하나로부터 눈(180)(도 1a)을 향해 반사된다.
AHWP(420)가 활성화될 때, 초기에 S 편광을 갖는 광 빔(444)은 AHWP(420)를 통과함에 따라 P 편광으로 변환될 것이고, PBS(422)를 통과해 AHWP(424) 및 LOE 성분(434)을 향할 것이다. 광 빔(444)은 AHWP(420)가 활성화될 때 AHWP(424)가 또한 활성화되므로, AHWP(424)를 통과함에 따라 다시 S 편광으로 변환될 것이고, 그 후, 패싯들(438) 중 하나로부터 LOE 성분(436)를 향해 반사될 것이다. 그 후, 광 빔(444)은 패싯들(440) 중 하나로부터 눈(180)(도 1a)을 향해 반사된다.
도 5에서, 광 빔들(442 및 444)은 최종적으로, 광 빔들이 따르는 다양한 광학 경로들로 인한 투영기로부터의 출사 편광에 의존하여, 상이한 각도들로 눈(180)에 도달할 것이다. 제어기(140)(도 1a)가 시간의 함수로서 AHWP(420) 및 AHWP(424)를 활성화시키도록 구성되므로, 각 광 빔(442, 444)은 전체 이미지의 단지 일부만을 포함할 수 있다. 제어기(140)는 사용자가 눈(180)에서 상보적 이미지를 경험하는 것을 보장하기 위해 POD(412)에 의해 생성된 이미지와 AHWP들(420 및 424)의 편광 출력 사이를 동기화하도록 구성된다.
도 6을 참조하면, 광학 시스템(100)의 이미지 투영 어셈블리(510)의 다른 예시적인 실시예가 설명될 것이다. 이미지 투영 어셈블리(510)는 예를 들어, POD(512), LOE(514), 패싯들 및/또는 다른 유사한 구성요소들을 포함하여 이미지 투영 어셈블리(210 및 410)와 유사한 특징부들을 포함할 수 있다. 이미지 투영 어셈블리(510)는 POD(512)에 의해 출력되는 이용가능한 FOV를 능동적으로 확장하는 데 이용될 수 있다. POD(212)는 P 및 S 편광들 중 하나인 광 빔들을 출력하도록 구성된 편광된 POD를 포함할 수 있다. 예로서, 예시적인 실시예에서, POD(512)는 S 편광을 갖는 광 빔들을 출력하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제어기(140)(도 1a)에 의해 제어될 수 있는 액정판 또는 다른 액티브 파장판과 같은 AHWP(520)이 POD(512)와 LOE(514) 사이에 배치되고, POD(512)에 의해 투영되는 광 빔의 편광을, 예를 들어, 제어기(140)에 의해 활성화될 때 S 편광으로부터 P 편광으로 또는 그 반대로 변경하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, AHWP(520)는 활성화될 때 S 편광으로부터 P 편광으로 편광을 변경하도록 구성된다. 대안적인 실시예들에서, POD(512)가 AHWP(520)를 포함할 수 있거나, 또는 LOE(514)가 AHWP(520)를 포함할 수 있다.
LOE(514)는 PBS(522), 반파장판, HWP(524), LOE 성분(526), LOE 성분(528) 및 LOE 성분(530)을 포함한다. LOE 성분(526)은 패싯들(532)을 포함하고, LOE 성분(528)은 패싯들(534)을 포함하며, LOE 성분(530)은 패싯들(536)을 포함한다.
이미지 투영 어셈블리(510)의 구성요소들이 이미지 투영 어셈블리(210)(도 2)와 상이한 배열로 구성되지만, POD(512), LOE(514), AHWP(520), PBS(522), HWP(524), LOE 성분(526), LOE 성분(528), LOE 성분(530), 패싯들(532), 패싯들(534) 및 패싯들(536)의 기능은 이미지 투영 어셈블리(210)(도 2)의 POD(212), LOE(214), AHWP(220), PBS(222), HWP(224), LOE 성분(226), LOE 성분(228), LOE 성분(230), 패싯들(232), 패싯들(234) 및 패싯들(236)에 대해 위에서 설명된 것과 유사하다.
도 7을 참조하면, 광학 시스템(100)의 이미지 투영 어셈블리(610)의 다른 예시적인 실시예가 설명될 것이다. 이미지 투영 어셈블리(610)는 예를 들어, POD(612), LOE(614), 패싯들 및/또는 다른 유사한 구성요소들을 포함하여 이미지 투영 어셈블리(210 및 410)와 유사한 특징부들을 포함할 수 있다. 이미지 투영 어셈블리(610)는 POD(612)에 의해 출력되는 이용가능한 FOV를 능동적으로 확장하는 데 이용될 수 있다. POD(612)는 P 및 S 편광들 중 하나인 광 빔들을 출력하도록 구성된 편광된 POD를 포함할 수 있다. 예로서, 예시적인 실시예에서, POD(612)는 S 편광을 갖는 광 빔들을 출력하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제어기(140)(도 1a)에 의해 제어될 수 있는 액정판 또는 다른 액티브 파장판과 같은 AHWP(620)이 POD(612)와 LOE(614) 사이에 배치되고, POD(612)에 의해 투영되는 광 빔의 편광을, 예를 들어, 제어기(140)에 의해 활성화될 때 S 편광으로부터 P 편광으로 또는 그 반대로 변경하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, AHWP(620)는 활성화될 때 S 편광으로부터 P 편광으로 편광을 변경하도록 구성된다. 대안적인 실시예들에서, POD(612)가 AHWP(620)를 포함할 수 있거나, 또는 LOE(614)가 AHWP(620)를 포함할 수 있다.
LOE(614)는 PBS(622), 반파장판, HWP(624), LOE 성분(626), LOE 성분(628) 및 LOE 성분(630)를 포함한다. LOE 성분(626)은 패싯들(632)을 포함하고, LOE 성분(628)은 패싯들(634)을 포함하며, LOE 성분(630)은 패싯들(636)을 포함한다.
이미지 투영 어셈블리(610)의 구성요소들이 이미지 투영 어셈블리(210)(도 2)와 상이한 배열로 구성되지만, POD(612), LOE(614), AHWP(620), PBS(622), HWP(624), LOE 성분(626), LOE 성분(628), LOE 성분(630), 패싯들(632), 패싯들(634) 및 패싯들(636)의 기능은 이미지 투영 어셈블리(210)(도 2)의 POD(212), LOE(214), AHWP(220), PBS(222), HWP(224), LOE 성분(226), LOE 성분(228), LOE 성분(230), 패싯들(232), 패싯들(234) 및 패싯들(236)에 대해 위에서 설명된 것과 유사하다.
도 8a 내지 도 8d를 참조하여, 이제 액티브 적층형 광학 엔진의 예시적인 실시예들이 설명될 것이다. 도 8a에 도시된 바와 같이, LOE(714)는 커플링-인 영역(716)을 포함한다. LOE(714)는 LOE들(114, 214, 414, 514 및 614) 중 임의의 것을 대체할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 예시적인 실시예에서, LOE(714)의 LOE 성분들(718 및 720)은 서로 위아래로 적층되고, 예를 들어, 저 굴절률(refractive index, RI) 접착제와 같은 접착제 또는 코팅(722)에 의해 함께 결합된다. 일부 실시예들에서, LOE 성분들(718 및 720)은 대안적으로 공극 또는 저 RI 코팅 또는 다른 코팅이 LOE 성분들(718 및 720) 사이에 배치되도록 상이한 방식으로 결합될 수 있다.
커플링-인 영역(716)에 근접하여, PBS(724) 및 HWP(726)가 LOE 성분들(718 및 720) 사이에 배치된다. PBS(724) 및 HWP(726)는 위에서 설명된 바와 같이 PBS(222) 및 HWP(224)와 유사한 방식으로 기능한다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 광 빔들은 예를 들어, 커플링-인 영역(716)을 통해, 최상부 LOE 성분(718) 내로 진입한다. 광 빔들은 예를 들어, POD들(212, 412, 512, 612 또는 712)과 같은 POD에 의해 생성될 수 있다. 예로서, 광 빔들은 상기한 실시예들에서 설명된 바와 같이, 예를 들어, AHWP(220, 420 등)와 같은 AHWP의 활성화 상태에 기초하여 S 또는 P 편광을 갖는다.
S 편광을 갖는 광 빔(728)이 커플링-인 영역(716)을 통해 LOE 성분(718)에 진입한다면, 광 빔(728)은 PBS(724)에 의해 재지향되고 LOE 성분(718)을 통해 전파될 것이다. P 편광을 갖는 광 빔(730)이 커플링-인 영역(716)을 통해 LOE 성분(718)에 진입한다면, 광 빔(730)은 PBS(724)를 통과하고 HWP(726)에 의해 S 편광으로 변경된다. 그 후, 광 빔(730)은 LOE 성분(720)을 통해 전파된다.
LOE 성분들(718 및 720)은 예를 들어, 광 빔들을 눈(180)(도 1a)에 커플링-아웃하도록 구성된, 예를 들어, LOE 성분(230)과 같은 다른 LOE를 향해 광 빔들을 재지향시키도록 구성된 패싯들(232)(도 2)과 같은 패싯들을 포함한다. 도 8b의 실시예에서, LOE 성분들(718 및 720) 각각은 이미지 FOV의 일부분, 예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 것들과 같은 절반 FOV 구성요소들을 담당할 수 있다.
도 8c를 참조하면, 예시적인 실시예에서, LOE(714)의 LOE 성분들(718 및 720)은 서로 위아래로 적층되고, 도 8b에 대해 설명된 바와 같은 접착제 또는 코팅(722)에 의해 함께 결합된다. 이 실시예에서, LOE 성분(720)은 LOE 성분(732) 상에 또한 적층되고, 접착제 또는 코팅(722)과 유사한 접착제 또는 코팅(734)에 의해 결합된다. 커플링-인 영역(716)에 근접하여, PBS(724) 및 HWP(726)는 LOE 성분들(718 및 720)과 AHWP(736) 사이에 배치되며, PBS(738) 및 HWP(740)는 LOE 성분들(720 및 732) 사이에 배치된다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 광 빔들은 예를 들어, 커플링-인 영역(716)을 통해, 최상부 LOE 성분(718) 내로 진입한다. 광 빔들은 예를 들어, POD들(212, 412, 512, 612 또는 712)과 같은 POD에 의해 생성될 수 있다. 예로서, 광 빔들은 상기한 실시예들에서 설명된 바와 같이, 예를 들어, AHWP(220, 420 등)와 같은 AHWP의 활성화 상태에 기초하여 S 또는 P 편광을 갖는다.
S 편광을 갖는 광 빔(728)이 커플링-인 영역(716)을 통해 LOE 성분(718)에 진입한다면, 광 빔(728)은 PBS(724)에 의해 재지향되고 LOE 성분(718)을 통해 전파될 것이다. P 편광을 갖는 광 빔(730)이 커플링-인 영역(716)을 통해 LOE 성분(718)에 진입한다면, 광 빔(730)은 PBS(724)를 통과하고 HWP(726)에 의해 S 편광으로 변경된다.
AHWP(736)가 활성이 아니라면, 광 빔(730)은 S 편광으로부터 P 편광으로 변경되지 않고 AHWP(736)를 통과할 것이고, PBS(738)에 의해 다시 LOE 성분(720)으로 재지향될 것이다. 그 후, 광 빔(730)은 LOE 성분(720)을 통해 전파된다.
AHWP(736)가 활성이라면, 광 빔(730)은 AHWP(736)에 의해 P 편광으로 변환되고, PBS(738)를 통과하며, HWP(740)에 의해 다시 S 편광으로 변환된다. 그 후, 광 빔(730)은 LOE 성분(732)을 통해 전파된다.
LOE 성분들(718, 720 및 732)은 예를 들어, 광 빔들을 눈(180)(도 1a)에 커플링-아웃하도록 구성된, 예를 들어, LOE 성분(230)과 같은 다른 LOE를 향해 광 빔들을 재지향시키도록 구성된 패싯들(232)(도 2)과 같은 패싯들을 포함한다. 도 8c의 실시예에서, LOE 성분들(718, 720 및 732) 각각은 이미지 FOV의 일부분, 예를 들어, 이미지 FOV의 1/3을 담당할 수 있다.
도 8d를 참조하면, 예시적인 실시예에서, LOE(714)의 LOE 성분들(718, 720 및 732)은 서로 위아래로 적층되고, 도 8c에 대해 설명된 바와 같은 접착제 또는 코팅(722 및 734)에 의해 함께 결합된다. 이 실시예에서, LOE 성분(732)은 LOE 성분(742) 상에 또한 적층되고, 접착제 또는 코팅(722)과 유사한 접착제 또는 코팅(744)에 의해 결합된다. 커플링-인 영역(716)에 근접하여, PBS(724) 및 HWP(726)는 LOE 성분들(718 및 720)과 AHWP(736) 사이에 배치되고, PBS(738) 및 HWP(740)는 LOE 성분들(720 및 732)과 AHWP(746) 사이에 배치되며, PBS(748) 및 HWP(750)는 LOE 성분들(732 및 742) 사이에 배치된다.
도 8d에 도시된 바와 같이, 광 빔들은 예를 들어, 커플링-인 영역(716)을 통해, 최상부 LOE 성분(718) 내로 진입한다. 광 빔들은 예를 들어, POD들(212, 412, 512, 612 또는 712)과 같은 POD에 의해 생성될 수 있다. 예로서, 광 빔들은 상기한 실시예들에서 설명된 바와 같이, 예를 들어, AHWP(220, 420 등)와 같은 AHWP의 활성화 상태에 기초하여 S 또는 P 편광을 갖는다.
S 편광을 갖는 광 빔(728)이 커플링-인 영역(716)을 통해 LOE 성분(718)에 진입한다면, 광 빔(728)은 PBS(724)에 의해 재지향되고 LOE 성분(718)을 통해 전파될 것이다. P 편광을 갖는 광 빔(730)이 커플링-인 영역(716)을 통해 LOE 성분(718)에 진입한다면, 광 빔(730)은 PBS(724)를 통과하고 HWP(726)에 의해 S 편광으로 변경된다. 그 후, 광 빔(730)은 LOE 성분(720)에 진입한다.
AHWP(736)가 활성이 아니라면, 광 빔(730)은 S 편광으로부터 P 편광으로 변경되지 않고 AHWP(736)를 통과할 것이고, PBS(738)에 의해 다시 LOE 성분(720)으로 재지향될 것이다. 그 후, 광 빔(730)은 LOE 성분(720)을 통해 전파된다.
AHWP(736)가 활성이라면, 광 빔(730)은 AHWP(736)에 의해 P 편광으로 변환되고, PBS(738)를 통과하며, HWP(740)에 의해 다시 S 편광으로 변환된다. 그 후, 광 빔(730)은 LOE 성분(732)에 진입한다.
AHWP(746)가 활성이 아니라면, 광 빔(730)은 S 편광으로부터 P 편광으로 변경되지 않고 AHWP(746)를 통과할 것이고, PBS(748)에 의해 다시 LOE 성분(732)으로 재지향될 것이다. 그 후, 광 빔(730)은 LOE 성분(732)을 통해 전파된다.
AHWP(746)가 활성이라면, 광 빔(730)은 AHWP(746)에 의해 P 편광으로 변환되고, PBS(748)를 통과하며, HWP(750)에 의해 다시 S 편광으로 변환된다. 그 후, 광 빔(730)은 LOE 성분(742)을 통해 전파된다.
LOE 성분들(718, 720, 732 및 742)은 예를 들어, 광 빔들을 눈(180)(도 1a)에 커플링-아웃하도록 구성된, 예를 들어, LOE 성분(230)과 같은 다른 LOE를 향해 광 빔들을 재지향시키도록 구성된 패싯들(232)(도 2)과 같은 패싯들을 포함한다. 도 8d의 실시예에서, LOE 성분들(718, 720, 732 및 742) 각각은 이미지 FOV의 일부분, 예를 들어, 이미지 FOV의 1/4을 담당할 수 있다.
도 8d에 도시된 바와 같이, LOE(714)는 임의의 다른 수의 추가적인 적층된 LOE 성분을 포함할 수 있으며, 이들 각각이 이미지 FOV의 일부분을 담당할 수 있다. 예를 들어, 다섯 개의 적층된 LOE 성분들을 이용하면, 각 성분은 이미지 FOV의 1/5을 담당할 수 있으며, 여섯 개의 적층된 LOE 성분들을 이용하면, 각 성분은 이미지 FOV의 1/6을 담당할 수 있는 등등이다.
일부 실시예들에서, 각 적층된 LOE 성분(718, 720, 732 및 742)은 예를 들어, 그 LOE 성분의 패싯들을 통해, 광 빔들을 눈(180)(도 1a)으로 지향시키기 위한 하나의 광학 경로를 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 각 적층된 LOE 성분(718, 720, 732 및 742)은 추가적인 LOE 성분들이 광 빔들을 눈(180)으로 지향시키기 위해 이용될 수 있는 도 2, 도 5, 도 6 및 도 7에 도시된 것들과 같은 다수의 광학 경로들을 가질 수 있다.
도 8a 내지 도 8d의 실시예들 각각에서, 제어기(140)(도 1a)는 사용자가 눈(180)(도 1a)에서 상보적인 이미지를 경험하게 하는 방식으로 POD에 의해 생성된 이미지와 AHWP들의 활성화들 사이를 동기화하도록 구성된다. 예를 들어, 도 8c의 경우에서, 제어기(140)는 광 빔들이 이미지 FOV의 각 1/3을 눈(180) 상으로 투영하기 위해 각 LOE 성분(718, 720 및 732)을 통해 순차적으로 전파하게 하는 방식으로 AHWP들에 대한 특정 활성화 상태들을 순환시키도록 구성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 중첩하는 FOV 성분들(802, 804, 806 및 808)을 포함하는 예시적인 이미지 FOV(800)가 도시된다. FOV 성분들(802, 804, 806 및 808) 각각은 상이한 광학 경로에 의해 눈(180)(도 1a) 상으로 투영된다. 일부 실시예들에서, FOV 성분들(802, 804, 806 및 808)의 일부 또는 전부는 도 4를 참조하여 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 중첩할 수 있다. 이제 이미지 FOV(800)를 눈(180)에 제공할 수 있는 예시적인 LOE들(1014, 1114, 및 1214)이 도 10a 내지 도 12b를 참조하여 설명될 것이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 LOE(1014)가 설명될 것이다. LOE(1014)는 LOE(1014)의 코너에 커플링-인 영역(1016), PBS(1020), 미러(1022), HWP(1024), LOE 성분(1026), LOE 성분(1028), LOE 성분(1030) 및 LOE 성분(1032)을 포함한다. LOE 성분(1026)은 패싯들(1034)을 포함하고, LOE 성분(1028)은 패싯들(1036)을 포함하고, LOE 성분(1030)은 패싯들(1038)을 포함하며, LOE 성분(1032)은 패싯들(1040)을 포함한다. LOE 성분들(1030 및 1032)은 예를 들어, 접착제, 코팅, 공극 또는 다른 층과 같은 층(1042)에 의해 분리된다. 일부 실시예들에서, LOE 성분들(1026 및 1028)은 층(1042)과 유사할 수 있는 층(1043)에 의해 LOE 성분들(1030 및 1032)로부터 분리된다. 일부 실시예들에서, 층(1042)은 예를 들어, 위에서 설명된 바와 같은 접착제 또는 코팅(722)과 같은 접착제를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, LOE 성분들(1030 및 1032)은 예를 들어, LOE 성분들(1030 및 1032)의 주요 LOE 표면들이 잘 폴리싱되지 않는 경우에서, 접착제 또는 코팅의 사용 없이 층(1042)을 형성하도록 서로 위아래로 적층될 수 있다.
LOE 성분(1030)은 광학 아이솔레이터(1044)를 포함하고, LOE 성분(1032)은 광학 아이솔레이터(1046)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 광학 아이솔레이터(1044)는 광학 아이솔레이터(1046)와 상이한 물질 또는 상이한 속성들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 광학 아이솔레이터들(1044 및 1046)은 동일한 물질 또는 속성들을 포함할 수 있다. 광학 아이솔레이터들(1044 및 1046)은 광 빔들이 LOE 성분들(1026 및 1028) 중 하나 또는 둘 모두로부터 이들의 각 LOE 성분들(1030 및 1032)에 진입하게 하고, 광 빔들이 다시 LOE 성분들(1026 및 1028)로 반사되는 것을 억제하도록 구성된다.
PBS(1020), 미러(1022), HWP(1024), LOE 성분(1026), LOE 성분(1028), LOE 성분(1030), LOE 성분(1032), 패싯들(1034), 패싯들(1036), 패싯들(1038), 패싯들(1040), 층(1042) 및 층(1043) 각각은 다른 실시예들에서 위에서 설명된 바와 유사한 성분들과 유사한 방식으로 기능한다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 광 빔들은 예를 들어, 커플링-인 영역(1016)을 통해, LOE(1014) 내로 진입한다. 광 빔들은 예를 들어, POD들(212, 412, 512, 612 또는 712)과 같은 POD에 의해 생성될 수 있다. 예로서, 광 빔들은 상기한 실시예들에서 설명된 바와 같이, 예를 들어, AHWP(220, 420 등)와 같은 AHWP의 활성화 상태에 기초하여 S 또는 P 편광을 갖는다.
S 편광을 갖는 광 빔(1048)이 커플링-인 영역(1016)을 통해 LOE(1014)에 진입한다면, 광 빔(1048)은 PBS(1020)에 의해 재지향되고, LOE 성분(1026)을 통해 전파되며, 패싯들(1034)에 의해 LOE 성분들(1030 및 1032) 중 하나 또는 둘 모두를 향해 재지향될 것이다. P 편광을 갖는 광 빔(1050)이 커플링-인 영역(1016)을 통해 LOE(1014)에 진입한다면, 광 빔(1050)은 PBS(1020)를 통과하고, 미러(1022)에 의해 HWP(1024)를 향해 재지향되며, HWP(1024)에 의해 S 편광으로 변경된다. 그 후, 광 빔(1050)은 LOE 성분(1028)을 통해 전파되고, 패싯들(1036)에 의해 LOE 성분들(1030 및 1032) 중 하나 또는 둘 모두를 향해 재지향된다. 일부 실시예들에서, 각 LOE 성분(1026 및 1028)의 상이한 패싯들(1034 및 1036)은 예를 들어, FOV를 채우는 데 필요한 상이한 패싯 각도들에 기초하여, LOE 성분들(1030 및 1032) 중 대응하는 LOE 성분으로 광 빔들을 지향시키도록 구성될 수 있다. 광 빔들(1048 및 1050)은 LOE 성분들(1030 및 1032)에 진입하고, 광학 아이솔레이터들(1044 및 1046)을 통과하며, 패싯들(1038 및 1040)에 의해 눈(180)(도 1a)에 커플링-아웃된다.
다시 도 9를 참조하면, 예를 들어, FOV 구성요소(802)는 LOE 성분(1026) 및 LOE 성분(1030)을 통한 광학 경로에 따르는 광 빔에 대응할 수 있고, FOV 구성요소(804)는 LOE 성분(1028) 및 LOE 성분(1030)을 통한 광학 경로에 따르는 광 빔에 대응할 수 있고, FOV 구성요소(806)는 LOE 성분(1026) 및 LOE 성분(1032)을 통한 광학 경로에 따르는 광 빔들에 대응할 수 있으며, FOV 구성요소(808)는 LOE 성분(1028) 및 LOE 성분(1032)을 통한 광학 경로에 따르는 광 빔들에 대응할 수 있다. 이러한 방식으로, 확대된 이미지 FOV는 POD의 크기, 중량, 전력 소비 또는 다른 속성들을 증가시키지 않고 눈(180)(도 1a) 상에 투영될 수 있다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 LOE(1114)가 설명될 것이다. LOE(1114)는 LOE(1114)의 코너에 커플링-인 영역(1116), PBS(1120), 미러(1122), HWP(1124), LOE 성분(1126), LOE 성분(1128), LOE 성분(1130) 및 LOE 성분(1132)을 포함한다. LOE 성분(1126)은 패싯들(1134)을 포함하고, LOE 성분(1128)은 패싯들(1136)을 포함하고, LOE 성분(1130)은 패싯들(1138)을 포함하며, LOE 성분(1132)은 패싯들(1140)을 포함한다. LOE 성분들(1130 및 1132)은 예를 들어, 접착제, 코팅, 공극 또는 다른 코팅과 같은 층(1142)에 의해 분리된다. 일부 실시예들에서, LOE 성분들(1126 및 1128)은 층(1142)과 유사할 수 있는 층(1143)에 의해 LOE 성분들(1130 및 1132)로부터 분리된다. LOE 성분(1130)과 LOE 성분(1132) 사이에는 위에서 설명된 바와 같은 유사한 구성요소들과 유사한 방식으로 기능하는 AHWP(1144), PBS(1146) 및 HWP(1148)가 배치된다.
LOE 성분(1130)은 비활성 영역(1150), 예를 들어, 불활성 유리 또는 다른 불활성 물질을 포함하고, LOE 성분(1132)으로부터 AHWP(1144), PBS(1146) 및 HWP(1148)를 통해 광 빔들을 수신하도록 구성된다. 예를 들어, LOE 성분(1132)은 LOE 성분들(1126 및 1128)로부터 광 빔들을 수신하도록 구성된다. 광 빔들은 LOE 성분(1132)을 통해 전파되고, AHWP(1144)가 활성인지 여부에 따라, AHWP(1144), PBS(1146) 및 HWP(1148)를 통해 LOE 성분(1130)로 통과하거나 PBS(1146)에 의해 다시 LOE 성분(1132)으로 재지향될 것이다.
PBS(1120), 미러(1122), HWP(1124), LOE 성분(1126), LOE 성분(1128), LOE 성분(1130), LOE 성분(1132), 패싯들(1134), 패싯들(1136), 패싯들(1138), 패싯들(1140) 층(1142), 층(1143), AHWP(1144), PBS(1146) 및 HWP(1148) 각각은 다른 실시예들에서 위에서 설명된 바와 유사한 성분들과 유사한 방식으로 기능한다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 광 빔들은 예를 들어, 커플링-인 영역(1116)을 통해, LOE(1114) 내로 진입한다. 광 빔들은 예를 들어, POD들(212, 412, 512, 612 또는 712)과 같은 POD에 의해 생성될 수 있다. 예로서, 광 빔들은 상기한 실시예들에서 설명된 바와 같이, 예를 들어, AHWP(220, 420 등)와 같은 AHWP의 활성화 상태에 기초하여 S 또는 P 편광을 갖는다.
S 편광을 갖는 광 빔(1154)이 커플링-인 영역(1116)을 통해 LOE(1114)에 진입한다면, 광 빔(1154)은 PBS(1120)에 의해 재지향되고, LOE 성분(1126)을 통해 전파되며, 패싯들(1134)에 의해 LOE 성분(1132)을 향해 지향될 것이다. P 편광을 갖는 광 빔(1156)이 커플링-인 영역(1116)을 통해 LOE(1114)에 진입한다면, 광 빔(1156)은 PBS(1120)를 통과하고, 미러(1122)에 의해 HWP(1124)를 향해 재지향되며, HWP(1124)에 의해 S 편광으로 변경된다. 그 후, 광 빔(1156)은 LOE 성분(1128)을 통해 전파되고, 패싯들(1136)에 의해 LOE 성분(1132)을 향해 재지향된다. 그 후, 광 빔들(1154 및 1156)은 LOE 성분(1132)을 통해 전파된다.
도 11b에 도시된 바와 같이, AHWP(1144)가 활성이 아니라면, 대응하는 광 빔은 S 편광으로부터 P 편광으로 변경되지 않고 AHWP(1144)를 통과할 것이고, PBS(1146)에 의해 다시 LOE 성분(1132)으로 재지향될 것이다. 그 후, 광 빔은 LOE 성분(1132)을 통해 전파되고, 예를 들어, 패싯들(1140)을 통해, 눈(180)(도 1a)에 커플링-아웃된다.
AHWP(1144)가 활성이라면, 대응하는 광 빔은 AHWP(1144)에 의해 P 편광으로 변환되고, PBS(1146)를 통과하며, HWP(1148)에 의해 다시 S 편광으로 변환된다. 그 후, 광 빔은 LOE 성분(1130)에 진입하여 이를 통해 전파되고, 예를 들어, 패싯들(1138)을 통해, 눈(180)(도 1a)에 커플링-아웃된다.
다시 도 9를 참조하면, 예를 들어, FOV 구성요소(802)는 LOE 성분(1126) 및 LOE 성분(1130)을 통한 광학 경로에 따르는 광 빔에 대응할 수 있고, FOV 구성요소(804)는 LOE 성분(1128) 및 LOE 성분(1130)을 통한 광학 경로에 따르는 광 빔에 대응할 수 있고, FOV 구성요소(806)는 LOE 성분(1126) 및 LOE 성분(1132)을 통한 광학 경로에 따르는 광 빔들에 대응할 수 있으며, FOV 구성요소(808)는 LOE 성분(1128) 및 LOE 성분(1132)을 통한 광학 경로에 따르는 광 빔들에 대응할 수 있다. 이러한 방식으로, 확대된 이미지 FOV는 POD의 크기, 중량, 전력 소비 또는 다른 속성들을 증가시키지 않고 눈(180)(도 1a) 상에 투영될 수 있다.
도 12a 내지 도 12d를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 LOE(1214)가 설명될 것이다. LOE(1214)는 LOE(1214)의 코너에 커플링-인 영역(1216), LOE 성분(1226), LOE 성분(1228), LOE 성분(1230) 및 LOE 성분(1232)을 포함한다. LOE 성분들(1226 및 1228)은 직사각형 도파관들(1215)(때때로 나선식 또는 나선형 도파관들로 지칭됨)을 포함하며, 이들 각각은 주 LOE 표면들(116 및 118)(도 1)과 유사한 방식으로 각각 기능하는 네 개의 주 LOE 표면들(1217, 1218, 1219 및 1221)을 가져서, 도 1a에 도시된 바와 같은 단지 두 개의 평행 주 LOE 표면들 대신에 네 개의 주 LOE 표면들 각각으로부터 광이 전파되게 한다.
도 12d에 도시된 바와 같이, LOE 성분들(1226 및 1228)은 예를 들어, LOE 성분들(718 및 720)에 대해 도 8b에 도시된 것과 유사한 방식으로, 서로 위아래로 적층된다. 예를 들어, LOE 성분들(1226 및 1228)은 일부 실시예들에서 Y 방향으로 적층될 수 있다. 다른 적층 방향들이 대안적으로 이용될 수 있다. LOE 성분들(1226 및 1228) 사이에는 도 8b에 대해 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 기능하는 PBS(1224) 및 HWP(1231)가 배치된다. 일부 실시예들에서, LOE 성분들(1226 및 1228)은 도 8b에 대해 위에서 설명된 바와 같이 접착제 또는 코팅(1225)에 의해 함께 결합된다.
도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, LOE 성분(1226)은 패싯들(1234)을 포함하고, LOE 성분(1228)은 패싯들(1236)을 포함하고, LOE 성분(1230)은 패싯들(1238)을 포함하며, LOE 성분(1232)은 패싯들(1240)을 포함한다. 패싯들(1234 및 1236)은 주 LOE 표면들(1217, 1218, 1219 및 1221)에 수직인 것으로 도시되지만, 일부 실시예들에서, 패싯들(1234 및 1236)의 일부 또는 전부는 대안적으로 주 LOE 표면들(1217, 1218, 1219 및 1221)에 대해 경사질 수 있다.
LOE 성분들(1230 및 1232)은 예를 들어, 접착제, 코팅, 또는 다른 층과 같은 층(1242)에 의해 분리된다. 일부 실시예들에서, LOE 성분들(1226 및 1228)은 층(1242)과 유사할 수 있는 층(1243)에 의해 LOE 성분들(1230 및 1232)로부터 분리된다. LOE 성분(1230)과 LOE 성분(1232) 사이에는 위에서 설명된 바와 같은 유사한 구성요소들과 유사한 방식으로 기능하는 AHWP(1244), PBS(1246) 및 AHWP(1248)가 배치된다.
다시 도 12a 내지 도 12d를 참조하면, 도 8b의 LOE 성분들(718 및 720)과 유사한 방식으로, S 편광을 갖는 광 빔(1227)이 커플링-인 영역(1216)을 통해 LOE 성분(1226)에 진입한다면, 광 빔(1227)은 PBS(1224)에 의해 재지향되고, LOE 성분(1226)을 통해 전파되며, 패싯들(1234)에 의해 LOE 성분(1230)으로 재지향될 것이다. P 편광을 갖는 광 빔(1229)이 커플링-인 영역(1216)을 통해 LOE 성분(1226)에 진입한다면, 광 빔(1229)은 PBS(1224)를 통과하고 HWP(1231)에 의해 S 편광으로 변경된다. 그 후, 광 빔(1229)은 LOE 성분(1228)을 통해 전파되고, 패싯들(1236)에 의해 LOE 성분(1232)으로 재지향된다.
광 빔들은 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 LOE 성분들(1230 및 1232)을 통해 전파되고, LOE 성분(1230)으로부터 LOE 성분(1232)으로 크로스 오버될 것이고, AHWP(1244) 및 AHWP(1248)가 제어기(140)에 의해 활성화된다면(도 1a), 그 반대일 것이다. 예를 들어, LOE 성분(1230) 내에서 전파되는 광 빔은 S 편광으로부터 P 편광으로 그리고 거꾸로 광 빔의 편광을 변환하기 위해 AHWP(1244) 및 AHWP(1248)가 활성인지 여부에 따라, AHWP(1248), PBS(1246) 및 AHWP(1244)를 통해 LOE 성분(1232)으로 통과하거나, PBS(1246)에 의해 다시 LOE 성분(1230)으로 재지향될 것이다. 유사하게, LOE 성분(1232) 내에서 전파되는 광 빔은 S 편광으로부터 P 편광으로 그리고 거꾸로 광 빔의 편광을 변환하기 위해 AHWP(1244) 및 AHWP(1248)가 활성인지 여부에 따라, AHWP(1244), PBS(1246) 및 AHWP(1248)를 통해 LOE 성분(1230)으로 통과하거나, PBS(1246)에 의해 다시 LOE 성분(1232)으로 재지향될 것이다. 광 빔은 그것이 전파되는 LOE 성분의 대응하는 패싯들(1238 및 1240)에 의해 눈(180)에 커플링-아웃된다.
LOE 성분(1226), LOE 성분(1228), LOE 성분(1230), LOE 성분(1232), 패싯들(1234), 패싯들(1236), 패싯들(1238), 패싯들(1240), 접착제 또는 코팅(1225), 층(1242), 층(1243), AHWP(1244), PBS(1224), AHWP(1244), PBS(1246), AHWP(1248) 및 HWP(1231) 각각은 다른 실시예들에서 위에서 설명된 것과 유사한 구성요소들과 유사한 방식으로 기능한다. LOE(1214)가 두 개의 직사각형 LOE 성분들(1226 및 1228)을 갖는 것으로 도시되지만, 임의의 다른 수의 직사각형 LOE 성분이 대안적으로 도 8b 내지 도 8d에 대해 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 이용될 수 있다.
다시 도 9를 참조하면, 예를 들어, FOV 성분들(802-808) 각각은 PBS(1246)를 통해 LOE 성분(1232)로 통과하지 않는 LOE 성분(1226) 및 LOE 성분(1230)을 통한 광학 경로, 광 빔이 AHWP(1248), PBS(1246) 및 AHWP(1244)를 통해 LOE 성분(1232)으로 통과하는 LOE 성분(1226) 및 LOE 성분(1232)을 통한 광학 경로, PBS(1246)를 통해 LOE 성분(1230)으로 통과하지 않는 LOE 성분(1228) 및 LOE 성분(1232)을 통한 광학 경로, 및 광 빔이 AHWP(1244), PBS(1246) 및 AHWP(1248)를 통해 LOE 성분(1230)으로 통과하는 LOE 성분(1228) 및 LOE 성분(1230)을 통한 광학 경로를 포함하여, LOE(1214)를 통한 하나 이상의 광학 경로에 대응할 수 있다. 이러한 방식으로, 확대된 이미지 FOV는 POD의 크기, 중량, 전력 소비 또는 다른 속성들을 증가시키지 않고 눈(180)(도 1a) 상에 투영될 수 있다.
상기한 실시예들 각각은 특정 수의 LOE 성분의 사용을 개시하지만, 임의의 다른 수의 LOE 성분이 대안적으로 다른 실시예들에서 이용될 수 있다. 또한, 위에서 언급된 LOE 성분들 중 임의의 LOE 성분은 대안적으로 다른 실시예들에서 LOE 성분들(1226 및 1228)과 같은 직사각형 LOE 성분들로 대체될 수 있다.
도 13을 참조하면, 이제 광학 시스템(100)을 동작시키기 위한 예시적인 프로세스가 설명될 것이다. 프로세스는 제어기(140)(도 1a)에 의해 적어도 부분적으로 수행될 수 있거나, 광학 시스템(100)의 임의의 다른 부분에 의해 적어도 부분적으로 수행될 수 있다. 도 13의 프로세스는 단계들(1300 내지 1306)을 포함한다. 도 13의 프로세스가 특정 단계들 또는 단계들의 특정 순서를 갖는 것으로 여기서 설명되지만, 프로세스는 대안적으로 단계들을 임의의 순서로 수행할 수 있거나, 추가적인 단계들을 포함할 수 있거나, 더 적은 단계들을 포함할 수 있거나, 다른 실시예들에서 아래에서 설명되는 단계들 중 일부분만을 수행할 수 있다.
단계(1300)에서, 제어기(140)는 이미지 FOV 성분을 눈(180)(도 1a) 상에 투영하기 위한 타겟 커플링-아웃 패싯 및 각도를 결정한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제어기(140)는 투영될 이미지 FOV 성분 및 눈(180)의 동공의 위치에 관한 눈 추적 시스템(30)으로부터 획득된 위치 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 타겟 커플링-아웃 패싯 및 각도를 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 눈 추적 시스템(30)이 포함되지 않거나 이용가능하지 않은 경우, 제어기(140)는 대안적으로 위치 정보의 사용 없이 타겟 커플링-아웃 패싯을 결정할 수 있다.
단계들(1302)에서, 제어기(140)는 타겟 커플링-아웃 패싯에 광 빔들을 대응하는 각도로 제공할 타겟 커플링-아웃 패싯에 대한 광학 경로, 예를 들어, 도 2, 3, 5, 6, 7, 8b, 8c, 8d, 10a, 10b, 11a, 11b, 12a, 및 12b에 도시된 바와 같은 광학 경로들을 식별한다.
단계(1304)에서, 제어기(140)는 예를 들어, PBS를 통과하거나 이로부터 반사하기 위해 S 편광을 P 편광으로 변환하거나 그 반대로 변환하도록 활성인 것으로, 식별된 광학 경로를 따라 각 AHWP에 대한 타겟 AHWP 상태를 결정한다.
단계(1306)에서, 제어기(140)는 식별된 광학 경로에 따른 AHWP를 타겟 AHWP 상태로 선택적으로 설정한다.
단계(1308)에서, 제어기(140)는 식별된 광 경로를 따라 이미지 FOV 성분을 투영하기 위해 POD를 활성화시킨다.
여기서 사용된 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 것이고, 본 발명을 제한하려는 의도는 아니다. 여기서 사용될 때, 단수 형태 표현들은 문맥상 명확하게 달리 나타내지 않는 한, 복수의 형태들도 포함하는 것으로 의도된다. 나아가 본 명세서에서 사용될 때 용어들 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 특징부들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 및/또는 구성요소들의 존재를 명시하나, 하나 이상의 다른 특징부, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하는 것을 아니라는 것이 이해될 것이다.
만약 있다면, 아래의 청구항들에서 모든 기능식(means or step plus function) 요소들의 대응하는 구조들, 물질들, 동작들 및 등가물들은 구체적으로 청구된 바와 같은 다른 청구된 요소들과 조합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 물질 또는 동작을 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명의 개시된 실시예들은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었지만, 개시된 형태들로 본 발명을 총망라하거나 제한하려는 의도가 아니다. 많은 변형들 및 변경들이 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않고 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백해질 것이다. 실시예들은 본 발명의 원리들 및 실제 적용예들을 가장 잘 설명하기 위해, 그리고 당업자들이 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정들을 갖는 다양한 실시예들에 대해 본 발명을 이해하는 것을 가능하게 하기 위해 선택되고 설명되었다.

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 장치로서, 상기 적어도 하나의 프로세서는:
    타겟 커플링-아웃 패싯(target coupling-out facet)을 결정하고;
    상기 타겟 커플링-아웃 패싯에 대한 광학 경로를 식별하고;
    상기 광학 경로에 대응하는 액티브 파장판(active wave plate)을 식별하고;
    상기 광학 경로에 대응하는 상기 액티브 파장판의 타겟 상태를 결정하고;
    상기 액티브 파장판을 상기 타겟 상태로 설정하고; 그리고
    투영 디바이스로 하여금 이미지 시야 성분(image field of view component)을 포함하는 광 빔을 상기 광학 경로를 따라 투영하게 하도록 구성된, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액티브 파장판은 활성화된 상태와 비활성화된 상태 사이에서 전이하도록 구성되며, 상기 액티브 파장판은 상기 활성화된 상태에 있을 때 상기 광 빔을 제1 편광으로부터 제2 편광으로 변환하도록 구성된 것인, 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 액티브 파장판은 액티브 반파장판을 포함하는 것인, 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 광학 경로는 편광 빔 스플리터(polarizing beamsplitter, PBS)를 포함하며, 상기 PBS는 상기 제1 편광을 갖는 광 빔들을 재지향시키고 상기 제2 편광을 갖는 광 빔들이 통과하게 하도록 구성된 것인, 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 PBS는 상기 장치의 광 가이드 광학 요소(light-guide optical element, LOE)에 내장된 것인, 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 LOE는:
    제1 LOE 성분;
    제2 LOE 성분; 및
    제3 LOE 성분을 포함하되,
    상기 제1 LOE 성분, 상기 제2 LOE 성분 및 상기 제3 LOE 성분 각각은 복수의 패싯들을 포함하며, 상기 제1 LOE 성분 및 상기 제2 LOE 성분은 광 빔들을 상기 제3 LOE 성분으로 상이한 광학 경로들을 따라 지향시키도록 구성된 것인, 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제3 LOE 성분의 상기 패싯들은 상기 타겟 커플링-아웃 패싯을 포함하는 것인, 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 LOE는 제4 LOE 성분을 포함하며, 상기 제1 LOE 성분 및 상기 제2 LOE 성분은 광 빔들을 상기 제3 LOE 성분 및 상기 제4 LOE 성분으로 상이한 광학 경로들을 따라 지향시키도록 구성되며, 상기 제3 LOE 성분 및 상기 제4 LOE 성분 중 하나의 LOE 성분의 상기 패싯들이 상기 타겟 커플링-아웃 패싯을 포함하는 것인, 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 LOE는 상기 제3 LOE 성분과 상기 제4 LOE 성분 사이에 배치된 제2 PBS를 포함하며, 상기 제2 PBS는 상기 제1 편광을 갖는 상기 제3 LOE 성분 및 상기 제4 LOE 성분의 각 LOE 성분으로부터의 광 빔들을 다시 상기 제3 LOE 성분 및 상기 제4 LOE 성분의 상기 각 LOE 성분으로 재지향시키고 상기 제2 편광을 갖는 상기 제3 LOE 성분 및 상기 제4 LOE 성분의 각 LOE 성분으로부터의 광 빔들을 상기 제3 LOE 성분 및 상기 제4 LOE 성분의 다른 LOE 성분으로 통과하게 하도록 구성된 것인, 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 LOE는 상기 제2 PBS에 인접하여 상기 제3 LOE 성분과 상기 제4 LOE 성분 사이에 배치된 제2 액티브 파장판을 포함하며, 상기 제2 액티브 파장판은 상기 활성화된 상태와 상기 비활성화된 상태 사이에서 전이하도록 구성된 것인, 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 액티브 파장판은 상기 제2 PBS의 제1 측 상에 배치되며, 상기 제1 측은 상기 제3 LOE 성분 및 상기 제4 LOE 성분 중 하나의 LOE 성분에 대응하고; 그리고
    상기 LOE는 상기 제2 PBS의 제2 측 상에 배치된 다른 파장판을 더 포함하며, 상기 제2 측은 상기 제3 LOE 성분 및 상기 제4 LOE 성분 중 다른 하나의 LOE 성분에 대응하되, 상기 다른 파장판은 상기 광 빔을 상기 제1 편광으로부터 상기 제2 편광으로 변환하도록 구성된 것인, 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 다른 파장판은 제3 액티브 파장판 및 반파장판 중 하나를 포함하며, 상기 제3 액티브 파장판은 상기 활성화된 상태와 상기 비활성화된 상태 사이에서 전이하도록 구성된 것인, 장치.
  13. 제6항에 있어서, 상기 제1 LOE 성분 및 상기 제2 LOE 성분 중 적어도 하나는 직사각형 도파관을 포함하는 것인, 장치.
  14. 방법으로서,
    타겟 커플링-아웃 패싯을 결정하는 단계;
    상기 타겟 커플링-아웃 패싯에 대한 광학 경로를 식별하는 단계;
    상기 광학 경로에 대응하는 액티브 파장판을 식별하는 단계;
    상기 광학 경로에 대응하는 상기 액티브 파장판의 타겟 상태를 결정하는 단계;
    상기 액티브 파장판을 상기 타겟 상태로 설정하는 단계; 및
    투영 디바이스로 하여금 이미지 시야 성분을 포함하는 광 빔을 상기 광학 경로를 따라 투영하게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 액티브 파장판은 활성화된 상태와 비활성화된 상태 사이에서 전이하도록 구성되고;
    상기 액티브 파장판은 상기 활성화된 상태에 있을 때 상기 광 빔을 제1 편광으로부터 제2 편광으로 변환하도록 구성되고; 그리고
    상기 액티브 파장판을 상기 타겟 상태로 설정하는 단계는 상기 액티브 파장판을 상기 활성화된 상태 및 상기 비활성화된 상태 중 하나의 상태로 설정하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  16. 광학 시스템으로서,
    제1 편광을 갖는 광 빔을 출력하도록 구성된 투영 디바이스;
    활성화된 상태와 비활성화된 상태 사이에서 전이하도록 구성된 액티브 파장판 ― 상기 액티브 파장판은 상기 활성화된 상태에 있을 때 상기 투영 디바이스에 의해 출력된 상기 광 빔을 상기 제1 편광으로부터 제2 편광으로 변환하도록 구성됨 ―;
    상기 제1 편광을 갖는 광 빔들을 재지향시키고 상기 제2 편광을 갖는 광 빔들이 통과하게 하도록 구성된 PBS;
    제1 복수의 패싯들을 포함하는 제1 LOE 성분;
    제2 복수의 패싯들을 포함하는 제2 LOE 성분; 및
    제3 복수의 패싯들을 포함하는 제3 LOE 성분을 포함하되:
    상기 제1 LOE 성분 및 상기 제3 LOE 성분은 상기 투영 디바이스로부터 상기 액티브 파장판 및 상기 PBS를 통한 제1 광학 경로를 정의하고; 그리고
    상기 제2 LOE 성분 및 상기 제3 LOE 성분은 상기 투영 디바이스로부터 상기 액티브 파장판 및 상기 PBS를 통한 제2 광학 경로를 정의하는 것인, 광학 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 광학 경로에서, 상기 투영 디바이스에 의해 출력된 상기 광 빔은 상기 액티브 파장판이 상기 비활성화된 상태에 있는 동안 상기 액티브 파장판을 통과하도록 구성되고, 상기 PBS에 의해 상기 제1 LOE 성분을 향해 재지향되는 것인, 광학 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제2 광학 경로에서, 상기 투영 디바이스에 의해 출력된 상기 광 빔은 상기 액티브 파장판이 상기 활성화된 상태에 있는 동안 상기 액티브 파장판을 통과하도록 구성되며, 상기 액티브 파장판은 상기 광 빔을 상기 제2 편광으로 변환하도록 구성되며, 상기 제2 편광을 갖는 상기 광 빔은 상기 PBS를 통해 상기 제2 LOE 성분을 향해 통과하도록 구성된 것인, 광학 시스템.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제1 LOE 성분 및 상기 제2 LOE 성분 각각은 광 빔들을 상기 제3 LOE 성분으로 지향시키도록 구성되며, 상기 제3 LOE 성분은 상기 광학 시스템으로부터 광 빔들을 커플링-아웃하도록 구성된 것인, 광학 시스템.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 제4 LOE 성분을 더 포함하며;
    상기 제1 LOE 성분 및 상기 제4 LOE 성분은 상기 투영 디바이스로부터 상기 액티브 파장판 및 상기 PBS를 통한 제3 광학 경로를 정의하고;
    상기 제2 LOE 성분 및 상기 제4 LOE 성분은 상기 투영 디바이스로부터 상기 액티브 파장판 및 상기 PBS를 통한 제4 광학 경로를 정의하고;
    상기 제1 LOE 성분 및 상기 제2 LOE 성분 각각은 광 빔들을 상기 제3 LOE 성분 및 상기 제4 LOE 성분 각각으로 지향시키도록 구성되고; 그리고
    상기 제3 LOE 성분 및 상기 제4 LOE 성분은 상기 광학 시스템으로부터 광 빔들을 커플링-아웃하도록 구성된 것인, 광학 시스템.
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