KR20240038108A - 튜닝가능 렌즈를 갖는 전자 디바이스 - Google Patents

Abstract

헤드 장착형 디바이스 내의 렌즈 모듈은 유체 충전 챔버, 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 한정하는 반강성 렌즈 요소, 및 반강성 렌즈 요소를 선택적으로 굽히도록 구성된 적어도 하나의 액추에이터를 포함할 수 있다. 반강성 렌즈 요소는 렌즈 요소가 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 만곡될 때 제1 축을 따라 강성으로 될 수 있다. 반강성 렌즈 요소의 주연부 둘레에 균일하게 분포되는 6개의 액추에이터들이 반강성 렌즈 요소의 곡률을 제어하는 데 사용될 수 있다. 반강성 렌즈 요소는 초기에 평면형 또는 비평면형일 수 있다. 예를 들어, 반강성 렌즈 요소는 초기에 구면 볼록 표면 및 구면 오목 표면을 가질 수 있다. 반강성 렌즈 요소로부터의 기생 구면 렌즈 굴절력을 오프셋시키도록 튜닝가능 구면 렌즈가 렌즈 모듈 내에 통합될 수 있다.

Description

튜닝가능 렌즈를 갖는 전자 디바이스{ELECTRONIC DEVICE WITH A TUNABLE LENS}

본 출원은, 2019년 7월 23일자로 출원된 미국 정규 특허 출원 제16/520,200호, 2019년 3월 8일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/815,793호, 및 2018년 9월 21일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/734,610호에 대한 우선권을 주장하며, 이들은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.

본 발명은 대체적으로 전자 디바이스들에 관한 것으로, 더 상세하게는 웨어러블 전자 디바이스 시스템들에 관한 것이다.

전자 디바이스들은 때때로 사용자들에 의해 착용되도록 구성된다. 예를 들어, 헤드 장착형(head-mounted) 디바이스들에는 디바이스들이 사용자의 머리에 착용되게 하는 헤드 장착형 구조체가 제공된다. 헤드 장착형 디바이스들은 렌즈를 갖는 광학 시스템들을 포함할 수 있다. 렌즈는 디바이스들 내의 디스플레이들이 사용자들에게 시각적 콘텐츠를 제시하게 한다.

헤드 장착형 디바이스들은 전형적으로 고정된 형상들 및 속성들을 갖는 렌즈들을 포함한다. 주의를 기울이지 않으면, 헤드 장착형 디바이스의 각각의 사용자에게 콘텐츠를 최적으로 제시하도록 이들 유형의 렌즈들을 조정하는 것은 어려울 수 있다.

헤드 장착형 디바이스는 사용자를 위해 콘텐츠를 디스플레이하는 디스플레이를 가질 수 있다. 디바이스 내의 헤드 장착형 지지 구조체들은 사용자의 머리 상에서 디스플레이를 지지한다.

헤드 장착형 디바이스는 디스플레이의 각각의 좌측 및 우측 부분들 및 각각의 좌측 및 우측 렌즈들을 가질 수 있다. 좌측 렌즈는 이미지들을 디스플레이의 좌측 부분으로부터 좌안 박스(left eye box)로 지향시킬 수 있는 반면, 우측 렌즈는 이미지들을 디스플레이의 우측 부분으로부터 우안 박스(right eye box)로 지향시킬 수 있다.

헤드 장착형 디바이스 내의 렌즈 모듈은 조정가능 두께를 갖는 액체 충전 갭에 의해 분리되는 제1 및 제2 렌즈 요소들을 포함할 수 있다. 펌프 또는 다른 컴포넌트는 얼마나 많은 액체가 액체 저장조로부터 액체 충전 갭 내로 가압되는지를 제어할 수 있다. 제1 및 제2 렌즈 요소들은 액체 충전 갭의 조정가능 두께에 종속되는 두께를 갖는 반사굴절 렌즈를 형성할 수 있다.

헤드 장착형 디바이스 내의 렌즈 모듈은 제1 및 제2 유체 충전 챔버들 및 제1 및 제2 가요성 멤브레인들을 포함할 수 있다. 헤드 장착형 디바이스 내의 제어 회로부는 제1 가요성 멤브레인의 곡률 및 제2 가요성 멤브레인의 곡률을 조정하기 위해 제1 유체 충전 챔버 내의 유체의 제1 양 및 제2 유체 충전 챔버 내의 유체의 제2 양을 제어할 수 있다. 제1 및 제2 가요성 멤브레인들은 상이한 가변 강성 프로파일들을 가질 수 있다. 가변 강성 프로파일들은, 가변 두께를 갖거나, 가요성 멤브레인들의 탄성 계수를 가변시키는 표면 릴리프(surface relief)를 갖거나, 이방성 재료로 형성되는 가요성 멤브레인들의 결과일 수 있다.

헤드 장착형 디바이스 내의 렌즈 모듈은 주연부를 갖는 가요성 렌즈 요소 및 가요성 렌즈 요소의 주연부 둘레의 복수의 액추에이터들을 포함할 수 있다. 헤드 장착형 디바이스 내의 제어 회로부는 가요성 렌즈 요소를 동적으로 조정하기 위해 복수의 액추에이터들을 제어할 수 있다. 각각의 액추에이터는 가요성 렌즈 요소의 중심으로부터 멀리 가요성 렌즈 요소를 반경방향 외향으로 당길 수 있거나, 가요성 렌즈 요소의 주연부를 굽히거나 압축할 수 있다. 액추에이터들은 압전 액추에이터들 또는 보이스 코일 액추에이터들일 수 있다.

일부 경우에, 렌즈 모듈은 유체 충전 챔버, 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 한정하는 반강성 렌즈 요소, 및 반강성 렌즈 요소를 선택적으로 굽히도록 구성된 적어도 하나의 액추에이터를 포함할 수 있다. 렌즈 요소가 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 만곡될 때에도 제1 축을 따라 가요성을 유지하는 탄성중합체 렌즈 요소와는 대조적으로, 반강성 렌즈 요소는 렌즈 요소가 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 만곡될 때 제1 축을 따라 강성으로 될 수 있다. 반강성 렌즈 요소의 주연부 둘레에 균일하게 분포되는 6개의 액추에이터들이 반강성 렌즈 요소의 곡률을 제어하는 데 사용될 수 있다. 반강성 렌즈 요소는 초기에 평면형 또는 비평면형일 수 있다. 예를 들어, 반강성 렌즈 요소는 초기에 구면 볼록 표면 및 구면 오목 표면을 가질 수 있다. 반강성 렌즈 요소로부터의 기생 구면 렌즈 굴절력(parasitic spherical lens power)을 오프셋시키도록 튜닝가능 구면 렌즈(tunable spherical lens)가 렌즈 모듈 내에 통합될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 헤드 장착형 디스플레이 디바이스와 같은 예시적인 전자 디바이스의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 헤드 장착형 디바이스의 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른, 디스플레이 부분으로부터 광을 수용하는 반사굴절 렌즈를 갖는 예시적인 헤드 장착형 디바이스의 측단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른, 가변 두께를 갖는 유체 충전 갭에 의해 분리되는 2개의 렌즈 요소들을 포함하는 반사굴절 렌즈를 갖는 예시적인 헤드 장착형 디바이스의 측단면도들이다.
도 5a 및 도 5b는 일 실시예에 따른, 각각의 탄성중합체 멤브레인들의 형상들을 제어하는 2개의 유체 충전 챔버들을 포함하는 헤드 장착형 디바이스를 위한 예시적인 렌즈 모듈의 측단면도들이다.
도 6은 일 실시예에 따른, 곡률을 갖는 강성의 색상 교정된 렌즈 요소에 의해 분리되는 2개의 유체 충전 챔버들을 포함하는 헤드 장착형 디바이스를 위한 예시적인 렌즈 모듈의 측단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 일 실시예에 따른, 상이한 유형들의 유체로 충전된 2개의 유체 충전 챔버들을 포함하는 헤드 장착형 디바이스를 위한 예시적인 렌즈 모듈의 측단면도들이다.
도 8은 일 실시예에 따른, 아이 박스(eye box)를 향하는 곡률을 갖는 강성 렌즈 요소를 포함하는 헤드 장착형 디바이스를 위한 예시적인 렌즈 모듈의 측단면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른, 가변 압력 공기 충전 챔버를 포함하는 헤드 장착형 디바이스를 위한 예시적인 렌즈 모듈의 측단면도이다.
도 10a는 일 실시예에 따른, 동적 강성 튜닝을 위해 제어되는 액추에이터들에 부착된 예시적인 탄성중합체 멤브레인의 측단면도이다.
도 10b 및 도 10c는 일 실시예에 따른, 액추에이터들이 동적 강성 튜닝을 어떻게 수행하는지를 보여주는 도 10a의 탄성중합체 멤브레인의 평면도들이다.
도 11a는 일 실시예에 따른, 에지 굽힘을 위해 제어되는 액추에이터들을 포함하는 예시적인 탄성중합체 멤브레인의 평면도이다.
도 11b 및 도 11c는 일 실시예에 따른, 압전 액추에이터가 탄성중합체 멤브레인의 형상을 어떻게 제어할 수 있는지를 보여주는 도 11a의 탄성중합체 멤브레인의 측단면도들이다.
도 12a는 일 실시예에 따른, 에지 압축을 위해 제어되는 보이스 코일 액추에이터들을 포함하는 예시적인 탄성중합체 멤브레인의 평면도이다.
도 12b 및 도 12c는 일 실시예에 따른, 보이스 코일 액추에이터가 탄성중합체 멤브레인의 형상을 어떻게 제어할 수 있는지를 보여주는 도 12a의 탄성중합체 멤브레인의 측단면도들이다.
도 13은 일 실시예에 따른, 탄성중합체 멤브레인과 강성 렌즈 요소 사이에 강성 구조체를 갖는 예시적인 렌즈 모듈의 측단면도이다.
도 14는 일 실시예에 따른, 2개의 탄성중합체 멤브레인들 사이에 강성 부분을 갖는 예시적인 렌즈 모듈의 측단면도이다.
도 15는 일 실시예에 따른, 튜닝가능 반강성 렌즈 요소를 갖는 예시적인 렌즈 모듈의 측단면도이다.
도 16은 일 실시예에 따른, 액추에이터들이 렌즈 요소의 주연부 둘레에 어떻게 균일하게 분포될 수 있는지를 보여주는 튜닝가능 반강성 렌즈 요소의 평면도이다.
도 17은 일 실시예에 따른, 튜닝가능 비평면형 반강성 렌즈 요소 및 튜닝가능 구면 렌즈를 갖는 예시적인 렌즈 모듈의 측단면도이다.
도 18a는 일 실시예에 따른, 굽혀지지 않은 상태에 있는 도 17의 튜닝가능 비평면형 반강성 렌즈 요소의 사시도이다.
도 18b는 일 실시예에 따른, 굽혀진 상태에 있는 도 17의 튜닝가능 비평면형 반강성 렌즈 요소의 사시도이다.

전자 디바이스들은 사용자들에게 콘텐츠를 제시하기 위한 디스플레이들 및 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 전자 디바이스들은 웨어러블 전자 디바이스들일 수 있다. 헤드 장착형 디바이스와 같은 웨어러블 전자 디바이스는 헤드 장착형 디바이스가 사용자의 머리에 착용될 수 있게 하는 헤드 장착형 지지 구조체들을 가질 수 있다.

헤드 장착형 디바이스는 사용자에게 시각적 콘텐츠를 디스플레이하기 위한 하나 이상의 디스플레이 패널들(디스플레이들)로부터 형성된 디스플레이를 포함할 수 있다. 사용자가 디스플레이 상에 초점을 맞추고 시각적 콘텐츠를 볼 수 있게 하도록 렌즈 시스템이 사용될 수 있다. 렌즈 시스템은 사용자의 좌안과 정렬되는 좌측 렌즈 모듈 및 사용자의 우안과 정렬되는 우측 렌즈 모듈을 가질 수 있다.

헤드 장착형 디바이스 내의 렌즈 모듈들은 조정가능한 렌즈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 관찰자들을 위한 디스플레이 콘텐츠를 조정하기 위해 유체 충전 조정가능 렌즈들이 사용될 수 있다.

렌즈 모듈을 구비한 전자 디바이스를 갖는 예시적인 시스템의 개략도가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(8)은 전자 디바이스(10)와 같은 하나 이상의 전자 디바이스들을 포함할 수 있다. 시스템(8)의 전자 디바이스들은 컴퓨터들, 셀룰러 전화기들, 헤드 장착형 디바이스들, 손목시계 디바이스들, 및 다른 전자 디바이스들을 포함할 수 있다. 전자 디바이스(10)가 헤드 장착형 디바이스인 구성들이 때때로 본 명세서에서 일례로서 기술된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전자 디바이스(10)와 같은 전자 디바이스들은 제어 회로부(12)를 가질 수 있다. 제어 회로부(12)는 디바이스(10)의 동작을 제어하기 위한 저장소 및 프로세싱 회로부를 포함할 수 있다. 회로부(12)는 하드 디스크 드라이브 저장소, 비휘발성 메모리(예컨대, 솔리드 스테이트 드라이브를 형성하도록 구성된 전기적으로 프로그래밍가능한 판독 전용 메모리), 휘발성 메모리(예컨대, 정적 또는 동적 랜덤 액세스 메모리) 등과 같은 저장소를 포함할 수 있다. 제어 회로부(12) 내의 프로세싱 회로부는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 마이크로제어기들, 디지털 신호 프로세서들, 기저대역 프로세서들, 전력 관리 유닛들, 오디오 칩들, 그래픽 프로세싱 유닛들, 주문형 집적 회로들 및 다른 집적 회로들에 기초할 수 있다. 소프트웨어 코드는 회로부(12) 내의 저장소에 저장되고 회로부(12) 내의 프로세싱 회로부 상에서 실행되어, 디바이스(10)에 대한 제어 동작들(예컨대, 데이터 수집 동작들, 3차원 안면 이미지 데이터를 프로세싱하는 데 수반되는 동작들, 제어 신호들을 사용하여 컴포넌트들의 조정을 수반하는 동작들 등)을 구현할 수 있다. 제어 회로부(12)는 유선 및 무선 통신 회로부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(12)는 무선 주파수 송수신기 회로부, 예컨대 셀룰러 전화 송수신기 회로부, 무선 근거리 통신망(WiFi®) 송수신기 회로부, 밀리미터파 송수신기 회로부, 및/또는 다른 무선 통신 회로부를 포함할 수 있다.

동작 동안, 시스템(8) 내의 디바이스들의 통신 회로부(예컨대, 디바이스(10)의 제어 회로부(12)의 통신 회로부)는 전자 디바이스들 사이의 통신을 지원하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 전자 디바이스는 시스템(8) 내의 다른 전자 디바이스로 비디오 및/또는 오디오 데이터를 송신할 수 있다. 시스템(8) 내의 전자 디바이스들은 유선 및/또는 무선 통신 회로부를 사용하여 하나 이상의 통신 네트워크들(예컨대, 인터넷, 근거리 통신망 등)을 통해 통신할 수 있다. 통신 회로부는, 데이터가 외부 장비(예를 들어, 테더링된(tethered) 컴퓨터, 핸드헬드 디바이스 또는 랩톱 컴퓨터와 같은 휴대용 디바이스, 원격 서버 또는 다른 원격 컴퓨팅 장비와 같은 온라인 컴퓨팅 장비, 또는 다른 전기 장비)로부터 디바이스(10)에 의해 수신될 수 있게 하고/하거나 데이터를 외부 장비에 제공하는 데 사용될 수 있다.

디바이스(10)는 입출력 디바이스들(22)을 포함할 수 있다. 입출력 디바이스들(22)은 사용자가 디바이스(10)에 사용자 입력을 제공할 수 있게 하는 데 사용될 수 있다. 입출력 디바이스들(22)은 또한, 디바이스(10)가 동작하고 있는 환경에 대한 정보를 수집하는 데 사용될 수 있다. 디바이스들(22) 내의 출력 컴포넌트들은 디바이스(10)가 사용자에게 출력을 제공할 수 있게 할 수 있고, 외부 전기 장비와 통신하는 데 사용될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 입출력 디바이스들(22)은 디스플레이(14)와 같은 하나 이상의 디스플레이들을 포함할 수 있다. 일부 구성들에서, 디바이스(10)의 디스플레이(14)는 사용자의 좌안 및 우안과 각각 정렬 상태에 있는 (때때로 디스플레이(14)의 좌측 부분 및 우측 부분 및/또는 좌측 디스플레이 및 우측 디스플레이로 지칭되는) 좌측 디스플레이 패널 및 우측 디스플레이 패널을 포함한다. 다른 구성들에서, 디스플레이(14)는 양쪽 눈을 가로질러 연장되는 단일 디스플레이 패널을 포함한다.

디스플레이(14)는 이미지들을 디스플레이하는 데 사용될 수 있다. 디스플레이(14) 상에 디스플레이되는 시각적 콘텐츠는 디바이스(10)의 사용자에 의해 보여질 수 있다. 디스플레이(14)와 같은 디바이스(10) 내의 디스플레이들은 유기 발광 다이오드 디스플레이들 또는 발광 다이오드들의 어레이들에 기초한 다른 디스플레이들, 액정 디스플레이들, LCoS(liquid-crystal-on-silicon) 디스플레이들, 특수 광학장치(예컨대, 디지털 마이크로미러 디바이스들)를 통해 직접적으로 또는 간접적으로 표면 상에 광 빔들을 투사하는 것에 기초한 프로젝터들 또는 디스플레이들, 전기영동 디스플레이들, 플라즈마 디스플레이들, 전기습윤 디스플레이들, 또는 임의의 다른 적합한 디스플레이들일 수 있다.

디스플레이(14)는 가상 현실 콘텐츠 또는 혼합 현실 콘텐츠와 같은 컴퓨터-생성 현실(computer-generated reality, CGR)을 위한 디스플레이 콘텐츠를 제시할 수 있다.

물리적 환경은 사람들이 전자 시스템들의 도움없이 감지하고 그리고/또는 상호작용할 수 있는 물리적 세계를 지칭한다. 물리적 공원과 같은 물리적 환경들은 물리적 물품들, 예컨대 물리적 나무들, 물리적 건물들, 및 물리적 사람들을 포함한다. 사람들은, 예컨대 시각, 촉각, 청각, 미각, 및 후각을 통해, 물리적 환경을 직접 감지하고 그리고/또는 그와 상호작용할 수 있다.

대조적으로, 컴퓨터-생성 현실 환경은 사람들이 전자 시스템을 통해 감지하고/하거나 그와 상호작용하는 완전히 또는 부분적으로 시뮬레이션된 환경을 지칭한다. CGR에서, 사람의 물리적 움직임들, 또는 이들의 표현들의 서브세트가 추적되고, 이에 응답하여, CGR 환경에서 시뮬레이션된 하나 이상의 가상 객체들의 하나 이상의 특성들이 적어도 하나의 물리 법칙에 따르는 방식으로 조정된다. 예를 들어, CGR 시스템은 사람이 고개를 돌리는 것을 검출할 수 있고, 이에 응답하여, 그 사람에게 제시되는 그래픽 콘텐츠 및 음장(acoustic field)을 물리적 환경에서 그러한 뷰들 및 소리들이 변화하는 방식과 유사한 방식으로 조정할 수 있다. 일부 상황들에서(예를 들어, 접근성 이유들 때문에), CGR 환경에서의 가상 객체(들)의 특성(들)에 대한 조정들은 물리적 움직임들의 표현들(예를 들어, 음성 커맨드들)에 응답하여 이루어질 수 있다.

사람은, 시각, 청각, 촉각, 미각, 및 후각을 포함하는 그들의 감각들 중 임의의 하나를 사용하여 CGR 객체를 감지하고/하거나 그와 상호작용할 수 있다. 예를 들어, 사람은 3D 공간에서의 포인트 오디오 소스들의 지각을 제공하는 3D 또는 공간적 오디오 환경을 생성하는 오디오 객체들을 감지하고/하거나 그와 상호작용할 수 있다. 다른 예에서, 오디오 객체들은 오디오 투명성을 가능하게 할 수 있으며, 이는 선택적으로, 물리적 환경으로부터의 주변 소리들을 컴퓨터-생성 오디오와 함께 또는 그것 없이 통합한다. 일부 CGR 환경들에서, 사람은 오디오 객체들만을 감지하고/하거나 그와 상호작용할 수 있다. CGR의 예들은 가상 현실 및 혼합 현실을 포함한다.

가상 현실(VR) 환경은 하나 이상의 감각들에 대한 컴퓨터-생성 감각 입력들에 전적으로 기초하도록 설계된 시뮬레이션된 환경을 지칭한다. VR 환경은 사람이 감지하고 그리고/또는 상호작용할 수 있는 복수의 가상 객체들을 포함한다. 예를 들어, 나무들, 빌딩들, 및 사람들을 표현하는 아바타들의 컴퓨터-생성 형상화가 가상 객체들의 예들이다. 사람은, 컴퓨터-생성 환경에서의 사람의 존재의 시뮬레이션을 통해 그리고/또는 컴퓨터-생성 환경에서의 사람의 신체적 움직임들의 서브세트의 시뮬레이션을 통해 VR 환경에서 가상 객체들을 감지하고/하거나 그와 상호작용할 수 있다.

컴퓨터-생성 감각 입력들에 전적으로 기초하도록 설계되는 VR 환경과는 대조적으로, 혼합 현실(MR) 환경은 컴퓨터-생성 감각 입력들(예를 들어, 가상 객체들)을 포함하는 것에 부가하여, 물리적 환경으로부터의 감각 입력들, 또는 그들의 표현을 통합하도록 설계된 시뮬레이션된 환경을 지칭한다. 가상 연속체(virtuality continuum)에서, 혼합 현실 환경은 한쪽의 완전히 물리적인 환경과 다른 쪽의 가상 현실 환경 사이의 임의의 곳에 있지만, 포함하지는 않는다.

일부 MR 환경들에서, 컴퓨터-생성 감각 입력들은 물리적 환경으로부터의 감각 입력들의 변화들에 응답할 수 있다. 또한, MR 환경을 제시하기 위한 일부 전자 시스템들은 물리적 환경에 대한 위치 및/또는 배향을 추적하여 가상 객체들이 실제 객체들(즉, 물리적 환경으로부터의 물리적 물품들 또는 물리적 물품들의 표현들)과 상호작용할 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 움직임들을 고려하여 가상 나무가 물리적 땅에 대하여 고정되어 있는 것처럼 보이도록 할 수 있다. 혼합 현실들의 예들은 증강 현실 및 증강 가상을 포함한다.

증강 현실(AR) 환경은 하나 이상의 가상 객체가 물리적 환경, 또는 그의 표현 위에 중첩되어 있는 시뮬레이션된 환경을 지칭한다. 예를 들어, AR 환경을 제시하기 위한 전자 시스템은 사람이 직접 물리적 환경을 볼 수 있는 투명 또는 반투명 디스플레이를 가질 수 있다. 시스템은 투명 또는 반투명 디스플레이 상에 가상 객체들을 제시하도록 구성되어, 사람이, 시스템을 사용하여, 물리적 환경 위에 중첩된 가상 객체들을 지각하도록 할 수 있다. 대안적으로, 시스템은 불투명 디스플레이, 및 물리적 환경의 표현들인 물리적 환경의 이미지들 또는 비디오를 캡처하는 하나 이상의 이미징 센서들을 가질 수 있다. 시스템은 이미지들 또는 비디오를 가상 객체들과 합성하고, 합성물을 불투명 디스플레이 상에 제시한다. 사람은, 시스템을 사용하여, 물리적 환경의 이미지들 또는 비디오에 의해 물리적 환경을 간접적으로 보고, 물리적 환경 위에 중첩된 가상 객체들을 지각한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 불투명 디스플레이 상에 보여지는 물리적 환경의 비디오는 "패스-스루(pass-through) 비디오"로 불리는데, 이는 시스템이 하나 이상의 이미지 센서(들)를 사용하여 물리적 환경의 이미지들을 캡처하고, AR 환경을 불투명 디스플레이 상에 제시할 시에 이들 이미지들을 사용하는 것을 의미한다. 추가로 대안적으로, 시스템은 가상 객체들을 물리적 환경에, 예를 들어, 홀로그램으로서 또는 물리적 표면 상에 투영하는 투영 시스템을 가질 수 있어서, 사람이 시스템을 사용하여 물리적 환경 위에 중첩된 가상 객체들을 지각하게 한다.

증강 현실 환경은 또한 물리적 환경의 표현이 컴퓨터-생성 감각 정보에 의해 변환되는 시뮬레이션된 환경을 지칭한다. 예를 들어, 패스-스루 비디오를 제공할 시에, 시스템은 하나 이상의 센서 이미지들을 변환하여 이미징 센서들에 의해 캡처된 시점과 상이한 선택 관점(예를 들어, 시점)을 부과할 수 있다. 다른 예를 들어, 물리적 환경의 표현은 그것의 일부들을 그래픽적으로 수정(예컨대, 확대)함으로써 변환될 수 있고, 수정된 부분은 원래 캡처된 이미지들의 대표적인 버전일 수 있지만, 실사 버전은 아닐 수 있다. 추가적인 예로서, 물리적 환경의 표현은 그의 일부들을 그래픽적으로 제거하거나 또는 흐리게 함으로써 변환될 수 있다.

증강 가상(AV) 환경은 가상 또는 컴퓨터 생성 환경이 물리적 환경으로부터의 하나 이상의 감각 입력들을 통합하는 시뮬레이션된 환경을 지칭한다. 감각 입력들은 물리적 환경의 하나 이상의 특성들의 표현들일 수 있다. 예를 들어, AV 공원은 가상 나무들 및 가상 빌딩들을 가질 수 있지만, 사람들의 안면들은 물리적 사람들을 촬영한 이미지들로부터 실사처럼 재현될 수 있다. 다른 예로서, 가상 객체는 하나 이상의 이미징 센서들에 의해 이미징되는 물리적 물품의 형상 또는 색상을 채용할 수 있다. 추가적인 예로서, 가상 객체는 물리적 환경에서 태양의 위치에 부합하는 그림자들을 채용할 수 있다.

사람이 다양한 CGR 환경들을 감지하고/하거나 그와 상호작용할 수 있게 하는 많은 상이한 유형들의 전자 시스템들이 존재한다. 예들은 헤드 장착형 시스템들, 투영-기반 시스템들, 헤드-업(head-up) 디스플레이(HUD)들, 디스플레이 능력이 통합된 차량 앞유리들, 디스플레이 능력이 통합된 창문들, 사람의 눈들에 배치되도록 설계된 렌즈들로서 형성된 디스플레이들(예를 들어, 콘택트 렌즈들과 유사함), 헤드폰들/이어폰들, 스피커 어레이들, 입력 시스템들(예를 들어, 햅틱 피드백이 있거나 또는 없는 웨어러블 또는 핸드헬드 제어기들), 스마트폰들, 태블릿들, 및 데스크톱/랩톱 컴퓨터들을 포함한다. 헤드 장착형 시스템은 하나 이상의 스피커(들) 및 통합 불투명 디스플레이를 가질 수 있다. 대안적으로, 헤드 장착형 시스템은 외부 불투명 디스플레이(예를 들어, 스마트폰)를 수용하도록 구성될 수 있다. 헤드 장착형 시스템은 물리적 환경의 이미지들 또는 비디오를 캡처하기 위한 하나 이상의 이미징 센서, 및/또는 물리적 환경의 오디오를 캡처하기 위한 하나 이상의 마이크로폰을 포함할 수 있다. 헤드 장착형 시스템은 불투명 디스플레이보다는, 투명 또는 반투명 디스플레이를 가질 수 있다. 투명 또는 반투명 디스플레이는 이미지들을 표현하는 광이 사람의 눈들로 지향되는 매체를 가질 수 있다. 디스플레이는 디지털 광 프로젝션, OLED들, LED들, uLED들, 실리콘 액정 표시장치, 레이저 스캐닝 광원, 또는 이들 기술들의 임의의 조합을 이용할 수 있다. 매체는 광학 도파관, 홀로그램 매체, 광학 조합기, 광학 반사기, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 일 실시예에서, 투명 또는 반투명 디스플레이는 선택적으로 불투명하게 되도록 구성될 수 있다. 투영-기반 시스템들은 그래픽 이미지들을 사람의 망막 상에 투영하는 망막 투영 기술을 이용할 수 있다. 투영 시스템들은 또한 가상 객체들을 물리적 환경에, 예를 들어, 홀로그램으로서 또는 물리적 표면 상에 투영하도록 구성될 수 있다.

디스플레이(14)가 렌즈들을 통해 사용자에게 가상 현실 콘텐츠를 디스플레이하는 데 사용되는 구성들이 일례로서 본 명세서에 기술된다.

입출력 회로부(22)는 센서들(16)을 포함할 수 있다. 센서들(16)은, 예를 들어, 3차원 센서들(예컨대, 광의 빔들을 방출하고, 타깃이 광의 빔들에 의해 조명될 때 생성되는 광 스폿들로부터 3차원 이미지들을 위한 이미지 데이터를 수집하기 위해 2차원 디지털 이미지 센서들을 사용하는 구조화된 광 센서들과 같은 3차원 이미지 센서들, 양안 이미징 배열 내의 2개 이상의 카메라들을 사용하여 3차원 이미지들을 수집하는 양안 3차원 이미지 센서들, 3차원 라이다(lidar)(광 검출 및 레인징) 센서들, 3차원 무선 주파수 센서들, 또는 3차원 이미지 데이터를 수집하는 다른 센서들), 카메라들(예컨대, 적외선 및/또는 가시 디지털 이미지 센서들), 시선 추적 센서들(예컨대, 이미지 센서에 기초한 시선 추적 시스템, 및 원하는 경우, 사용자의 눈들로부터 반사된 후에 이미지 센서를 사용하여 추적되는 광의 하나 이상의 빔들을 방출하는 광원), 터치 센서들, 버튼들, 힘 센서들, 스위치들에 기초한 접촉 센서들과 같은 센서들, 가스 센서들, 압력 센서들, 수분 센서들, 자기 센서들, 오디오 센서들(마이크로폰들), 주변광 센서들, 음성 커맨드들 및 다른 오디오 입력을 수집하기 위한 마이크로폰들, 모션, 위치, 및/또는 배향에 관한 정보를 수집하도록 구성되는 센서들(예컨대, 가속도계들, 자이로스코프들, 나침반들, 및/또는 이들 센서들 전부 또는 이들 센서들 중 하나 또는 둘의 서브세트를 포함하는 관성 측정 유닛들), 지문 센서들 및 다른 생체측정 센서들, 광학 위치 센서들(광학 인코더들), 및/또는 다른 위치 센서들, 예컨대, 선형 위치 센서들, 및/또는 다른 센서들을 포함할 수 있다. 센서들(16)은 근접 센서들(예컨대, 용량성 근접 센서들, 광 기반(광학) 근접 센서들, 초음파 근접 센서들, 및/또는 다른 근접 센서들)을 포함할 수 있다. 근접 센서들은, 예를 들어, 사용자의 코와 디바이스(10) 내의 렌즈 모듈들 사이의 상대 위치들을 감지하기 위해 사용될 수 있다.

사용자 입력 및 다른 정보는 입출력 디바이스들(22) 내의 센서들 및 다른 입력 디바이스들을 사용하여 수집될 수 있다. 원하는 경우, 입출력 디바이스들(22)은 기타 디바이스들(24), 예컨대 햅틱 출력 디바이스들(예컨대, 진동 컴포넌트들), 발광 다이오드들 및 다른 광원들, 오디오 출력을 생성하기 위한 이어 스피커들과 같은 스피커들, 및 다른 전기 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 디바이스(10)는 무선 전력을 수신하기 위한 회로들, 다른 디바이스들로 전력을 무선으로 송신하기 위한 회로들, 배터리들 및 다른 에너지 저장 디바이스들(예컨대, 커패시터들), 조이스틱들, 버튼들, 및/또는 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다.

전자 디바이스(10)는 도 1의 예시적인 지지 구조체들(26)에 의해 도시된 바와 같이, 하우징 구조체들(예컨대, 하우징 벽들, 스트랩들 등)을 가질 수 있다. 전자 디바이스(10)가 헤드 장착형 디바이스(예컨대, 한 쌍의 안경, 고글, 헬멧, 모자 등)인 구성들에서, 지지 구조체들(26)은 헤드 장착형 지지 구조체들(예컨대, 헬멧 하우징, 헤드 스트랩들, 한 쌍의 안경 내의 템플들, 고글 하우징 구조체들, 및/또는 다른 헤드 장착형 구조체들)을 포함할 수 있다. 헤드 장착형 지지 구조체들은 디바이스(10)의 동작 동안 사용자의 머리 상에 착용되도록 구성될 수 있고, 디스플레이(들)(14), 센서들(16), 기타 컴포넌트들(24), 다른 입출력 디바이스들(22), 및 제어 회로부(12)를 지지할 수 있다.

도 2는 전자 디바이스(10)가 헤드 장착형 디바이스인 예시적인 구성의 전자 디바이스(10)의 평면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전자 디바이스(10)는 디바이스(10)의 컴포넌트들을 하우징하고 디바이스(10)를 사용자의 머리에 장착하는 데 사용되는 지지 구조체들(예컨대, 도 1의 지지 구조체들(26) 참조)을 포함할 수 있다. 이러한 지지 구조체들은, 예를 들어, 메인 유닛(26-2)을 위한 하우징 벽들 및 다른 구조체들을 형성하는 구조체들(예컨대, 외부 하우징 벽들, 렌즈 모듈 구조체들 등), 및 사용자의 눈이 아이 박스들(60) 내에 위치되도록 메인 유닛(26-2)을 사용자의 안면 상에 유지하는 것을 돕는 구조체들(26-1)과 같은 다른 보완 지지 구조체들 또는 스트랩들을 포함할 수 있다.

디스플레이(14)는, 사용자의 좌안(및 좌안 박스(60)) 및 우안(및 우안 박스(60))에 각각 대응하는 좌측 및 우측 디스플레이 모듈들(70) 내에 각각 장착되는 좌측 및 우측 디스플레이 패널들(예컨대, 때때로 좌측 및 우측 디스플레이들 또는 좌측 및 우측 디스플레이 부분들로 지칭되는 좌측 및 우측 픽셀 어레이들)을 포함할 수 있다.

각각의 디스플레이 모듈(70)은 디스플레이 부분(14) 및 (때때로 렌즈 스택업(stack-up)(72) 또는 렌즈(72)로 지칭되는) 대응하는 렌즈 모듈(72)을 포함한다. 렌즈들(72)이, 공통 축을 따라서 배열된 하나 이상의 렌즈 요소들을 포함할 수 있다. 각각의 렌즈 요소는 임의의 원하는 형상을 가질 수 있고, (예컨대, 임의의 원하는 굴절률을 갖는) 임의의 원하는 재료로 형성될 수 있다. 렌즈 요소들은, 조합하여, 디스플레이(14)로부터의 광을 원하는 방식으로 포커싱하는 고유한 형상들 및 굴절률들을 가질 수 있다. 렌즈 모듈(72)의 각각의 렌즈 요소는 임의의 원하는 투명 재료(예컨대, 유리, 폴리카르보네이트 또는 아크릴과 같은 중합체 재료, 사파이어와 같은 크리스털 등)로 형성될 수 있다.

모듈들(70)은, 선택적으로, 각각의 좌측 및 우측 포지셔너(positioner)들(58)과 같은 위치설정 회로부를 사용하여 사용자의 눈들에 대해 그리고 메인 유닛(26-2)의 하우징 벽 구조체들 중 일부에 대해 개별적으로 위치될 수 있다. 포지셔너들(58)은 디스플레이들(14) 및 렌즈 모듈들(72)의 위치를 조정하기 위한 스테퍼 모터들, 압전 액추에이터들, 모터들, 선형 전자기 액추에이터들, 및/또는 다른 전자 컴포넌트들일 수 있다. 포지셔너들(58)은 디바이스(10)의 동작 동안 제어 회로부(12)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 포지셔너들(58)은 사용자의 눈의 동공간 거리(IPD)와 매칭하도록 모듈들(70) 사이의 간격(및 이에 따른 모듈들(70)의 좌측 렌즈와 우측 렌즈 사이의 렌즈-대-렌즈 간격)을 조정하는 데 사용될 수 있다.

일부 경우에, 렌즈 모듈(72)과 디스플레이(14) 사이의 거리는 가변적이다. 예를 들어, 렌즈 모듈과 디스플레이 사이의 거리는 특정 사용자의 시력을 고려하여 조정될 수 있다. 디스플레이에 대해 이동할 수 있는 렌즈 모듈(72)을 갖는 예시적인 헤드 장착형 디바이스가 도 3에 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 헤드 장착형 디바이스(10)(예컨대, 헤드 장착형 디바이스 내의 디스플레이 모듈(70))는 픽셀 어레이(14)와 같은 이미지들의 소스를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(14)는 이미지 광을 방출하는 픽셀들(P)의 2차원 어레이를 포함할 수 있다(예컨대, 유기 발광 다이오드 픽셀들, 반도체 다이들로 형성되는 발광 다이오드 픽셀들, 백라이트를 이용하는 액정 디스플레이 픽셀들, 프론트라이트를 이용하는 LCoS 픽셀들 등). 도 3에는, 반사굴절 광학 시스템이 도시되어 있다. 선형 편광기(82)와 같은 편광기는 픽셀 어레이(14)의 전방에 배치될 수 있고/있거나 픽셀 어레이(14)에 적층되어 편광된 이미지 광을 제공할 수 있다. 선형 편광기(82)는 (일례로서) 도 3의 X-축과 정렬된 통과 축을 가질 수 있다. 1/4 파장판(84)이 또한 디스플레이(14) 상에 제공될 수 있다. 1/4 파장판은 원형 편광된 이미지 광을 제공할 수 있다. 1/4 파장판(84)의 진상 축은 선형 편광기(82)의 통과 축에 대하여 45도로 정렬될 수 있다. 1/4 파장판(84)은 편광기(82)의 전방에 (편광기(82)와 렌즈 모듈(72) 사이에) 장착될 수 있다. 원하는 경우, 1/4 파장판(84)은 편광기(82)(및 디스플레이(14))에 부착될 수 있다.

렌즈 모듈(72)은 렌즈 요소(88)와 같은 하나 이상의 렌즈 요소들을 포함할 수 있다. 렌즈 요소(88)는 디스플레이(14)를 향하는 볼록 표면 및 아이 박스(60)를 향하는 볼록 표면을 갖는 것으로 도시되어 있다. 이러한 예는 단지 예시적이며, 렌즈 요소(88)는 임의의 원하는 형상을 가질 수 있다(예컨대, 렌즈 요소(88)의 각각의 표면은 평면형이거나, 볼록하거나, 오목할 수 있다). 렌즈 요소(88)는 유리, 폴리카르보네이트 또는 아크릴과 같은 중합체 재료, 사파이어와 같은 크리스털 등으로 형성된 강성 렌즈 요소일 수 있다.

광학 구조체들, 예컨대, 부분 반사 코팅들, 파장판들, 반사 편광기들, 선형 편광기들, 반사방지 코팅들, 및/또는 다른 광학 컴포넌트들이 헤드 장착형 디바이스(10)에 통합될 수 있다. 이러한 광학 구조체들은 디스플레이(14)로부터의 광선들이 렌즈 요소(88) 내의 표면들을 통과하고/하거나 그들로부터 반사하게 하여, 그에 의해 렌즈 모듈(72)에 원하는 렌즈 굴절력을 제공할 수 있다.

예를 들어, 부분 반사 미러(86)와 같은 부분 반사 미러(예컨대, 금속 미러 코팅 또는 50% 투과율 및 50% 반사율을 갖는 유전체 다층 코팅과 같은 다른 미러 코팅)가 렌즈 요소(88) 상에 (예컨대, 렌즈 요소와 디스플레이(14) 사이에) 형성될 수 있다. 1/4 파장판(90) 및 반사 편광기(92)가 렌즈 요소(88)의 반대편 표면 상에 (예컨대, 렌즈 요소(88)와 아이 박스(60) 사이에) 형성될 수 있다. 광(44)과 같은 광은 반사굴절 렌즈를 통과할 수 있다. 도 3에 도시된 반사굴절 렌즈의 예는 단지 예시적이다. 대체적으로, 렌즈 모듈(72)은 렌즈 모듈 내의 임의의 원하는 위치들에 임의의 원하는 광학 구조체들(예컨대, 부분 반사 코팅들, 파장판들, 반사 편광기들, 선형 편광기들, 반사방지 코팅들 등)을 가질 수 있다. 추가 렌즈 요소들이 렌즈 모듈(72) 내에 통합될 수 있고, 각각의 렌즈 요소는 임의의 원하는 형상을 가질 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 헤드 장착형 디바이스(10)는 렌즈 모듈(72)(예컨대, 렌즈 요소(88))과 디스플레이(14) 사이의 거리(94)를 조정하기 위한 포지셔너(58)를 포함할 수 있다. 포지셔너(58)는 디스플레이(14)의 위치를 조정하기 위한 하나 이상의 스테퍼 모터들, 압전 액추에이터들, 모터들, 선형 전자기 액추에이터들, 및/또는 다른 전자 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 포지셔너(58)는 렌즈 모듈(72)에 대한 디스플레이(14)의 위치를 조정하기 위해 디바이스(10)의 동작 동안 제어 회로부(12)에 의해 제어될 수 있다.

렌즈 모듈(72)에 대한 디스플레이(14)의 위치를 조정하는 것은 상이한 사용자들의 시력을 고려하는 데 유용할 수 있다. 일부 사용자들이 근시(바투보기)를 가질 수 있는 반면, 다른 사용자들은 원시(멀리보기)를 가질 수 있다. 각각의 사용자의 눈의 시력은 상이할 수 있다. 따라서, 사용자의 시력을 고려하여 각각의 렌즈 모듈의 렌즈 굴절력을 독립적으로 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 렌즈 모듈(72)에 대한 디스플레이(14)의 위치를 이동시키기 위해 헤드 장착형 디바이스(10) 내에 포지셔너(58)를 포함함으로써 각각의 렌즈 모듈의 렌즈 굴절력의 조정을 가능하게 할 수 있다. 그러나, 포지셔너는 원하는 것보다 더 고가일 수 있고, 바람직하지 않게는 헤드 장착형 디바이스에 과도한 무게를 부가할 수 있다. 디스플레이의 위치를 물리적으로 이동시키기 위한 포지셔너들을 포함하지 않고서 렌즈 모듈의 조정을 가능하게 하기 위해, 도 4a 및 도 4b에 도시된 유형의 배열체가 사용될 수 있다.

도 4a에는, 유체 충전 조정가능 갭이 렌즈 모듈 튜닝을 위해 2개의 렌즈 요소들 사이에 개재되어 있는 헤드 장착형 디바이스가 도시되어 있다. 도 3과 유사하게, 도 4a에 도시된 바와 같이, 선형 편광기(82) 및 1/4 파장판(84)에 의해 덮인 픽셀들(P)을 갖는 디스플레이(14)는 광을 방출할 수 있다. 광은 (때때로 액체 충전 조정가능 갭(112)으로 지칭되는) 유체 충전 조정가능 갭(112)에 의해 분리되는 제1 및 제2 렌즈 요소들(102, 104)을 포함하는 렌즈 모듈(72)에 의해 수용될 수 있다. 유체 충전 조정가능 갭(112)의 두께(114)는 갭 내의 유체의 양에 의해 제어될 수 있다. 유체 충전 조정가능 갭의 두께를 조정함으로써 렌즈(72)의 렌즈 굴절력을 조정할 수 있다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 유체(109)는 하나 이상의 유체 저장조들(106) 내에 저장될 수 있다. 유체(109)는 미리결정된 굴절률을 갖는 액체, 겔 또는 기체일 수 있다(그리고 그에 따라서 때때로 액체(109), 겔(109) 또는 기체(109)로 지칭될 수 있다). 유체는 때때로 굴절률 매칭 오일, 광학 오일, 광학 유체, 굴절률 매칭 재료, 굴절률 매칭 액체 등으로 지칭될 수 있다. 렌즈 요소들(102, 104)은 동일한 굴절률을 가질 수 있거나 상이한 굴절률들을 가질 수 있다. 렌즈 요소들(102, 104) 사이의 갭(112)을 충전하는 유체(109)는 렌즈 요소(102)의 굴절률과 동일하지만 렌즈 요소(104)의 굴절률과는 상이한 굴절률을 가질 수 있거나, 렌즈 요소(104)의 굴절률과 동일하지만 렌즈 요소(102)의 굴절률과는 상이한 굴절률을 가질 수 있거나, 렌즈 요소(102) 및 렌즈 요소(104)의 굴절률과 동일한 굴절률을 가질 수 있거나, 렌즈 요소(102) 및 렌즈 요소(104)의 굴절률과는 상이한 굴절률을 가질 수 있다. 렌즈 요소들(102, 104)은 원형일 수 있거나, 타원형일 수 있거나, 임의의 다른 원하는 형상을 가질 수 있다.

유체 충전 갭(112) 내의 유체의 양(및 그에 따른 갭(112)의 두께)을 제어하기 위해 (때때로 액체 제어 컴포넌트(108)로 지칭되는) 하나 이상의 유체 제어 컴포넌트들(108)이 헤드 장착형 디바이스(10) 내에 포함될 수 있다. 유체 충전 갭(112)은 때때로 가변 두께를 갖는 유체 렌즈 요소 또는 액체 렌즈 요소로 지칭될 수 있다. 유체 제어 컴포넌트들은 유체를 저장조들(106)로부터 유체 충전 갭(112) 내로 펌핑하는 펌프들일 수 있다. 유체 제어 컴포넌트들은 액체를 유체 저장조들로부터 갭(112) 내로 가압하기 위한 다른 원하는 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유체 제어 컴포넌트(108)는 유체를 갭 내로 밀어넣기 위해 (예컨대, 유체 저장조 내의 유체를 멤브레인으로 가압함으로써) 유체 저장조 내의 유체에 힘을 인가하는 하나 이상의 스테퍼 모터들, 압전 액추에이터들, 모터들, 선형 전자기 액추에이터들, 및/또는 다른 전자 컴포넌트들을 포함할 수 있다.

하나 이상의 편의 컴포넌트들(110)이, 방향(116)으로 렌즈 요소(102)에 편의력(bias force)을 인가하기 위해 헤드 장착형 디바이스 내에 포함될 수 있다. 갭(112)의 폭의 조정을 허용하면서 갭(112)의 원하는 두께를 유지하기 위해 충분한 편의력이 렌즈 요소(102)에 인가될 수 있다. 편의 컴포넌트들(110)은 스프링들, 압전 액추에이터들, 모터들, 선형 전자기 액추에이터들, 및/또는 다른 전자 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 렌즈 요소(102)와 디스플레이(14) 사이에 형성되고 방향(116)으로 편의력을 인가하는 편의 컴포넌트들(110)에 대한 도 4a의 예는 단지 예시적이다. 원하는 경우, 하나 이상의 편의 컴포넌트들이 렌즈 모듈의 다른 면 상에 (예컨대, 렌즈 요소(104)와 아이 박스(60) 사이에) 형성될 수 있고, 방향(116)과 반대편 방향으로 렌즈 요소(104)에 편의력을 인가할 수 있다. 렌즈 요소들(102, 104) 중 하나 이상(예컨대, 편의력을 수용하지 않는 렌즈 요소)은 (예컨대, 지지 구조체(26-2)에) 고정될 수 있다.

도 4a에서, 유체 충전 갭(112)은 서로 반대편인 제1 및 제2 평면형 표면들을 갖는다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 원하는 경우, 유체 충전 갭(112)을 한정하는 표면들은 (아이 박스(60)를 향해 또는 디스플레이(14)를 향해) 만곡될 수 있다. 렌즈 요소들(102, 104) 둘 모두는 유리와 같은 투명 재료, 폴리카르보네이트 또는 아크릴과 같은 중합체 재료, 사파이어와 같은 크리스털 등으로 형성된 강성 렌즈 요소들일 수 있다. 렌즈 요소들(102, 104)은 임의의 원하는 형상(예컨대, 양면볼록, 평볼록, 정 메니스커스(positive meniscus), 부 메니스커스(negative meniscus), 평오목, 양면오목 등)을 가질 수 있다.

도 4a에서, 렌즈 모듈(72)은 유체 충전 갭에 의해 분리되는 제1 및 제2 렌즈 요소들을 포함하는 것으로 설명되었다. 그러나, 렌즈 모듈(72)은 때때로 그 대신 중간 유체 충전 갭의 두께에 의해 제어되는 가변 두께를 갖는 단일 스플릿(split) 렌즈 요소로서 설명될 수 있다.

도 4b는 유체 저장조(106) 내의 유체가 유체 충전 갭(112) 내로 가압된 상태에 있는 도 4a의 헤드 장착형 디바이스를 도시한다. 따라서, 도 4b에서, 유체 충전 갭(112)의 두께(114)는 도 4a의 유체 충전 갭의 두께보다 크다. 이러한 방식으로 두께를 조정함으로써 렌즈 모듈(72)의 렌즈 굴절력이 조정되게 할 수 있다. 유체 충전 갭(112)의 두께는 임의의 원하는 양만큼 가변될 수 있다. 다시 말하면, 유체 충전 갭(112)의 최소 두께와 유체 충전 갭(112)의 최대 두께 사이의 차이는 0.3 밀리미터 내지 1.0 밀리미터, 0.4 밀리미터 내지 0.6 밀리미터, 0.2 밀리미터 초과, 0.3 밀리미터 초과, 0.4 밀리미터 초과, 0.5 밀리미터 초과, 0.8 밀리미터 초과, 1.0 밀리미터 초과, 2.0 밀리미터 초과, 2.0 밀리미터 미만, 1.0 밀리미터 미만, 0.8 밀리미터 미만 등일 수 있다. 조정가능 렌즈 모듈의 최소 달성가능 렌즈 굴절력은 -10 디옵터(D), -8D, -6D, -4D, -1D 미만, -3D 미만, -5D 미만, -7D 미만 등일 수 있다. 조정가능 렌즈 모듈의 최대 달성가능 렌즈 굴절력은 10D, 8D, 6D, 4D, 1D 초과, 3D 초과, 5D 초과, 7D 초과 등일 수 있다.

렌즈 모듈(72)에 대한 더 작은 튜닝가능 범위는 렌즈 모듈의 더 빠른 튜닝을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 모듈(72)이 -1D 내지 1D에서 조정될 수 있는 경우, 렌즈 모듈은 렌즈 모듈(72)이 -6D 내지 6D에서 조정될 수 있는 경우보다 더 빠르게 튜닝될 수 있다. 렌즈 모듈이 충분히 빠르게 튜닝될 수 있는 경우, (2개의 상이한 렌즈 굴절력들 사이의 신속한 스위칭에 의해) 다초점 경험이 가능할 수 있다.

도 5a는 난시 교정을 위해 사용될 수 있는 렌즈 모듈을 도시한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 렌즈 모듈(72)은 튜닝가능 유체 챔버들(130-1, 130-2) 사이에 (때때로 강성 렌즈 요소(122)로 지칭되는) 강성 분할기(divider)(122)를 포함할 수 있다. 제1 탄성중합체 멤브레인(126)이 (예컨대, 아이 박스를 향하는) 좌측 유체 챔버(130-1) 상에 형성될 수 있고, 제2 탄성중합체 멤브레인(124)이 (예컨대, 디스플레이를 향하는) 우측 유체 챔버(130-2) 상에 형성될 수 있다. 렌즈 모듈 지지 구조체들(128)은 또한 유체 챔버들을 한정하는 것을 도울 수 있다. 탄성중합체 멤브레인들(124, 126)은 임의의 원하는 재료로 형성될 수 있고, 때때로 가요성 멤브레인들, 탄성 멤브레인들, 탄성중합체 렌즈 요소들, 가요성 렌즈 요소들, 탄성 렌즈 요소들 등으로 지칭될 수 있다.

유체 챔버(130-1)는 강성 분할기(122), 렌즈 모듈 지지 구조체들(128), 및 탄성중합체 멤브레인(126)에 의해 한정된다. 유체 챔버(130-1)는 렌즈 모듈 지지 구조체들에 형성된 입구(132-1)를 갖는다. 유체 저장조(106)로부터의 유체(109)는 유체 제어 컴포넌트(108)에 의해 입구(132-1)를 통해 유체 챔버 내로 펌핑되거나 가압될 수 있다. 유체 챔버(130-2)는 강성 분할기(122), 렌즈 모듈 지지 구조체들(128), 및 탄성중합체 멤브레인(124)에 의해 한정된다. 유체 챔버(130-2)는 렌즈 모듈 지지 구조체들에 형성된 입구(132-2)를 갖는다. 유체 저장조(106)로부터의 유체(109)는 유체 제어 컴포넌트(108)에 의해 입구(132-2)를 통해 유체 챔버 내로 펌핑될 수 있다.

강성 분할기(122)는 유리 또는 다른 원하는 투명 재료로 형성될 수 있다. (모두가 각각의 렌즈 요소들로서 지칭될 수 있는) 탄성중합체 멤브레인(126), 챔버(130-1) 내의 유체, 분할기(122), 챔버(130-2) 내의 유체, 및 탄성중합체 멤브레인(124)은 모두 임의의 원하는 굴절률을 가질 수 있다. 다시 말하면, 각각의 렌즈 요소는 인접 렌즈 요소와 동일한 굴절률을 또는 인접 컴포넌트와는 상이한 굴절률을 가질 수 있다. 일례에서, 탄성중합체 멤브레인(126) 및 챔버(130-1) 내의 유체는 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 탄성중합체 멤브레인(124) 및 챔버(130-2) 내의 유체는 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 각각의 유체 충전 챔버 내의 유체는 때때로 굴절률 매칭 오일, 광학 오일, 광학 유체, 굴절률 매칭 재료, 굴절률 매칭 액체 등으로 지칭될 수 있다. 챔버(130-1) 내의 유체는 챔버(130-2) 내의 유체와 동일한 유형의 유체일 수 있다. 대안적으로, 상이한 유형들의 유체가 챔버들(130-1, 130-2) 내에 사용될 수 있다.

챔버들(130-1, 130-2) 내의 유체의 양은 각각의 탄성중합체 멤브레인들의 형상을 결정할 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(124)은 유체 충전 챔버(130-2) 내의 유체의 양에 종속되는 곡률을 갖는 표면(124-S)을 갖는다. 멤브레인(126)은 유체 충전 챔버(130-1) 내의 유체의 양에 종속되는 곡률을 갖는 표면(126-S)을 갖는다. 각각의 챔버 내의 유체의 양은 렌즈 모듈(72)을 제어하기 위해 (예컨대, 각각의 유체 제어 컴포넌트에 의해) 독립적으로 제어될 수 있다.

헤드 장착형 디바이스(10)의 사용자의 난시 교정을 가능하게 하기 위해, 탄성중합체 멤브레인들(124, 126)은 멤브레인들에 걸쳐 가변 강성을 갖는다. 멤브레인들의 하나 또는 둘 모두는 축외 광학 교정을 위한 동심 강성 변동을 가질 수 있다. 멤브레인들의 하나 또는 둘 모두는 난시 광학 교정을 위한 선형 강성 변동을 가질 수 있다. 멤브레인들을 가로지르는 강성을 가변시킴으로써, 탄성중합체 멤브레인들은 비구면일 것이다(이는, 더 강성인 부분들이 덜 강성인 부분들보다 유체 충전 챔버 내의 유체에 의해 덜 변위될 것이기 때문이다). 예를 들어, 탄성중합체 멤브레인(126)은 Y-축에서보다 X-축에서 더 강성일 수 있다. 대조적으로, 탄성중합체 멤브레인(124)은 X-축에서보다 Y-축에서 더 강성일 수 있다. 대신, (탄성중합체 멤브레인(124)이 Y-축에서보다 X-축에서 더 강성이고 탄성중합체 멤브레인(126)이 X-축에서보다 Y-축에서 더 강성인) 그 반대도 사실일 수 있다. 이들 2개의 멤브레인들을 독립적으로 제어함으로써 난시 교정을 가능하게 한다.

2개의 탄성중합체 멤브레인들의 가변 강성 프로파일은 몇몇 상이한 방식들로 달성될 수 있다. 일례에서, 멤브레인 강성 프로파일은 가변 두께로 달성될 수 있다. 다시 말하면, 멤브레인은 제2 부분들보다 두꺼운 (그리고 그에 따라 더 강성인) 제1 부분들을 가질 수 있다. 가변 두께를 갖는 것에 대한 대안으로 또는 그에 더하여, 탄성중합체 멤브레인들은 강성을 감소시키는 리세스들을 가질 수 있다. 다시 말하면, 탄성중합체성 멤브레인들은 멤브레인에 걸쳐 가변 탄성 계수를 가질 수 있다. 예를 들어, 레이저 그루빙(laser grooving)은 탄성중합체 멤브레인의 일부분들에 홈들을 생성하여, 탄성중합체성 멤브레인이 그러한 일부분들에서 덜 강성이 되게 할 수 있다. 임의의 유형들의 홈들 또는 리세스들이 탄성중합체 멤브레인에 형성될 수 있다. 이들 특징부는 때때로 표면 릴리프로 지칭될 수 있다. 표면 릴리프를 형성하기 위해 임의의 원하는 기법들(예컨대, 레이저 그루빙, 나노 각인 등)이 사용될 수 있다. 가변 두께 및/또는 표면 릴리프를 갖는 것에 대한 대안으로 또는 그에 더하여, 탄성중합체 멤브레인은 이방성 재료로 형성될 수 있다. 이방성 재료는 상이한 방향들로 측정될 때 가변하는 강성을 가질 수 있다. 탄성중합체성 멤브레인들을 형성하기 위해 임의의 원하는 이방성 재료(예컨대, 섬유 강화 복합재)가 사용될 수 있다.

도 5b는 표면들(124-S, 126-S)의 형상들을 제어하기 위해 유체 충전 챔버들이 어떻게 상이한 양들로 충전될 수 있는지를 도시한다. 유체 제어 컴포넌트들(108)은 선택된 양의 유체를 각각의 유체 충전 챔버 내로 펌핑하기 위해 제어 회로부(12)(도 1 참조)에 의해 제어될 수 있다. 탄성중합체 멤브레인들(124, 126)의 독립적인 제어를 위해 상이한 양의 유체가 각각의 챔버 내에 있을 수 있다. 도 5b에서는, 챔버(130-2)보다 챔버(130-1) 내로 더 많은 유체가 펌핑되었다(결과적으로 탄성중합체 멤브레인(126)의 표면(126-S)은 탄성중합체 멤브레인(124)의 표면(124-S)보다 더 큰 곡률을 갖는다). 유체 제어 컴포넌트들은 유체를 저장조(106)로부터 유체 충전 챔버들(130-1, 130-2) 내로 펌핑하는 펌프들일 수 있다. 유체 제어 컴포넌트들(108)은 유체를 갭 내로 밀어넣기 위해 (예컨대, 유체 저장조 내의 유체를 멤브레인으로 가압함으로써) 유체 저장조 내의 유체에 힘을 인가하는 하나 이상의 스테퍼 모터들, 압전 액추에이터들, 모터들, 선형 전자기 액추에이터들, 및/또는 다른 전자 컴포넌트들을 포함할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 챔버들(130-1, 130-2) 내의 유체의 양은 고정될 수 있다. 탄성중합체 멤브레인들의 곡률을 제어하기 위해 탄성중합체 멤브레인들(126, 124) 사이에서 강성 분할기(122)가 이동될 수 있다. 예를 들어, 강성 분할기가 탄성중합체 멤브레인(126)에 더 가깝게 이동됨에 따라, 탄성중합체 멤브레인(126)은 더 큰 곡률을 나타낼 것이고, 탄성중합체 멤브레인(124)은 더 작은 곡률을 나타낼 것이다. 유사하게, 강성 분할기가 탄성중합체 멤브레인(124)에 더 가깝게 이동됨에 따라, 탄성중합체 멤브레인(124)은 더 큰 곡률을 나타낼 것이고, 탄성중합체 멤브레인(126)은 더 작은 곡률을 나타낼 것이다.

도 5a 및 도 5b에서, 강성 분할기(122)는 평면형 표면들을 갖는 것으로 도시되어 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 도 6은 만곡된 표면들이 구비된 강성 분할기를 갖는 예시적인 렌즈 모듈의 일례를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 렌즈 모듈(72)은 도 5a 및 도 5b의 렌즈 모듈과 동일한 구조를 갖는다. 그러나, 도 6에서, 강성 분할기(122)는 만곡된 표면들을 갖는다. 강성 분할기는 서로 반대편인 제1 및 제2 표면들(122-S1, 122-S2)을 갖는다. 표면(122-S1)은 탄성중합체 멤브레인(126)을 향하고 챔버(130-1)를 부분적으로 한정한다. 표면(122-S2)은 탄성중합체 멤브레인(124)을 향하고 챔버(130-2)를 부분적으로 한정한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 표면들(122-S1, 122-S2)은 둘 모두 오목할 수 있다. 그러나, 이 예는 단지 예시적인 것이다. 대체적으로, 표면들(122-S1, 122-S2)의 각각은 평면형이거나, 오목하거나, 볼록할 수 있다. 더욱이, 강성 분할기(122)는 무색 교정(achromatic correction)을 위해 선택되는 분산도(즉, 파장에 대한 굴절률의 변동)를 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 강성 분할기(122)는 무색 렌즈 요소로서의 역할을 할 수 있다. 렌즈 요소(122)는 색상 교정되는 것으로 설명될 수 있다.

(도 5a, 도 5b, 및 도 6에 도시된 바와 같이) 2개의 유체 충전 챔버들 사이에 강성 렌즈 요소를 갖는 대신, 강성 렌즈 요소가 도 7a에 도시된 바와 같이 아이 박스를 향할 수 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 렌즈 모듈(72)은 튜닝가능 유체 챔버들(130-1, 130-2) 사이에 탄성중합체 멤브레인(126)을 포함할 수 있다. 강성 렌즈 요소(122)가 (예컨대, 아이 박스를 향하는) 제1 유체 챔버(130-1) 상에 형성될 수 있고, 제2 탄성중합체 멤브레인(124)이 (예컨대, 디스플레이를 향하는) 제2 유체 챔버(130-2) 상에 형성될 수 있다. 렌즈 모듈 지지 구조체들(128)은 또한 유체 챔버들을 한정하는 것을 도울 수 있다.

유체 챔버(130-1)는 강성 렌즈 요소(122), 렌즈 모듈 지지 구조체들(128), 및 탄성중합체 멤브레인(126)에 의해 한정된다. 유체 챔버(130-1)는 렌즈 모듈 지지 구조체들에 형성된 입구(132-1)를 갖는다. 유체 저장조(106)로부터의 유체(109-1)는 유체 제어 컴포넌트(108)에 의해 입구(132-1)를 통해 유체 챔버 내로 펌핑되거나 가압될 수 있다. 유체 챔버(130-2)는 탄성중합체 멤브레인(126), 렌즈 모듈 지지 구조체들(128), 및 탄성중합체 멤브레인(124)에 의해 한정된다. 유체 챔버(130-2)는 렌즈 모듈 지지 구조체들에 형성된 입구(132-2)를 갖는다. 유체 저장조(106)로부터의 유체(109-2)는 유체 제어 컴포넌트(108)에 의해 입구(132-2)를 통해 유체 챔버 내로 펌핑될 수 있다.

강성 렌즈 요소(122)는 유리 또는 다른 원하는 투명 재료로 형성될 수 있다. (모두가 각각의 렌즈 요소들로서 지칭될 수 있는) 탄성중합체 멤브레인(126), 챔버(130-1) 내의 유체, 분할기(122), 챔버(130-2) 내의 유체, 및 탄성중합체 멤브레인(124)은 모두 임의의 원하는 굴절률을 가질 수 있다. 다시 말하면, 각각의 렌즈 요소는 인접 렌즈 요소와 동일한 굴절률을 또는 인접 컴포넌트와는 상이한 굴절률을 가질 수 있다. 도 7a의 유체들(109-1, 109-2)은 상이한 굴절률들을 갖는 상이한 유형들의 유체일 수 있다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 유사하게, 챔버들(130-1, 130-2) 내의 유체의 양은 각각의 탄성중합체 멤브레인들의 형상을 결정할 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(124)은 유체 충전 챔버(130-2) 내의 유체의 양에 종속되는 곡률을 갖는다. 멤브레인(126)은 유체 충전 챔버(130-1) 내의 유체의 양에 종속되는 곡률을 갖는다. 각각의 챔버 내의 유체의 양은 렌즈 모듈(72)을 제어하기 위해 (예컨대, 각각의 유체 제어 컴포넌트에 의해) 독립적으로 제어될 수 있다.

헤드 장착형 디바이스(10)의 사용자의 난시 교정을 가능하게 하기 위해, 탄성중합체 멤브레인들(124, 126)은 멤브레인들에 걸쳐 가변 강성을 갖는다. 멤브레인들의 하나 또는 둘 모두는 축외 광학 교정을 위한 동심 강성 변동을 가질 수 있다. 멤브레인들의 하나 또는 둘 모두는 난시 광학 교정을 위한 선형 강성 변동을 가질 수 있다. 멤브레인들을 가로지르는 강성을 가변시킴으로써, 탄성중합체 멤브레인들은 비구면일 것이다(이는, 더 강성인 부분들이 덜 강성인 부분들보다 유체 충전 챔버 내의 유체에 의해 덜 변위될 것이기 때문이다). 예를 들어, 탄성중합체 멤브레인(126)은 Y-축에서보다 X-축에서 더 강성일 수 있다. 대조적으로, 탄성중합체 멤브레인(124)은 X-축에서보다 Y-축에서 더 강성일 수 있다. 대신, (탄성중합체 멤브레인(124)이 Y-축에서보다 X-축에서 더 강성이고 탄성중합체 멤브레인(126)이 X-축에서보다 Y-축에서 더 강성인) 그 반대도 사실일 수 있다. 이들 2개의 멤브레인들을 독립적으로 제어함으로써 난시 교정을 가능하게 한다. 도 5a 및 도 5b와 관련하여 논의된 바와 같이, 탄성중합체 멤브레인들(124, 126)은 가변 두께 프로파일들을 가질 수 있고/있거나, 탄성 계수 프로파일들을 가변시키기 위한 표면 특징부들을 가질 수 있고/있거나, 원하는 강성 프로파일을 달성하기 위해 이방성 재료로 형성될 수 있다.

도 7b는 탄성중합체 멤브레인들(124, 126)의 형상들을 제어하기 위해 유체 충전 챔버들(130-1, 130-2)이 어떻게 상이한 양들로 충전될 수 있는지를 도시한다. 유체 제어 컴포넌트들(108)은 선택된 양의 유체를 각각의 유체 충전 챔버 내로 펌핑하기 위해 제어 회로부(12)(도 1 참조)에 의해 제어될 수 있다. 탄성중합체 멤브레인들(124, 126)의 독립적인 제어를 위해 상이한 양의 유체가 각각의 챔버 내에 있을 수 있다. 도 7b에서, 챔버(130-2)보다는 챔버(130-1) 내로 더 많은 유체가 펌핑되었다. 유체 제어 컴포넌트들은 유체를 저장조(106)로부터 유체 충전 챔버들(130-1, 130-2) 내로 펌핑하는 펌프들일 수 있다. 유체 제어 컴포넌트들(108)은 유체를 갭 내로 밀어넣기 위해 (예컨대, 유체 저장조 내의 유체를 멤브레인으로 가압함으로써) 유체 저장조 내의 유체에 힘을 인가하는 하나 이상의 스테퍼 모터들, 압전 액추에이터들, 모터들, 선형 전자기 액추에이터들, 및/또는 다른 전자 컴포넌트들을 포함할 수 있다.

도 7a 및 도 7b에서, 강성 렌즈 요소(122)는 평면형 표면들을 갖는 것으로 도시되어 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 도 8은 만곡된 표면들이 구비된 강성 렌즈 요소를 갖는 예시적인 렌즈 모듈의 일례를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 렌즈 모듈(72)은 도 7a 및 도 7b의 렌즈 모듈과 동일한 구조를 갖는다. 그러나, 도 8에서, 강성 렌즈 요소(122)는 만곡된 표면들을 갖는다. 강성 렌즈 요소(122)는 서로 반대편인 제1 및 제2 표면들(122-S1, 122-S2)을 갖는다. 표면(122-S1)이 아이 박스(60)를 향하는 반면, 표면(122-S2)은 탄성중합체 멤브레인(126)을 향하고 챔버(130-1)를 부분적으로 한정한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 표면(122-S1)은 오목할 수 있고, 122-S2는 볼록할 수 있다. 그러나, 이 예는 단지 예시적인 것이다. 대체적으로, 표면들(122-S1, 122-S2)의 각각은 평면형이거나, 오목하거나, 볼록할 수 있다.

도 7a 및 도 7b에서, 유체들(109-1, 109-2)은 상이한 유형들의 액체인 것으로 도시되어 있다. 그러나, 원하는 경우, 챔버(130-1)는 도 9에 도시된 바와 같이 공기로 대신 충전될 수 있다. 펌프(108)와 같은 펌프가 (때때로 가변 압력 공기 충전 챔버로 지칭되는) 챔버(130-1) 내의 공기 압력을 제어할 수 있으며, 이는 멤브레인(126)의 형상을 제어할 수 있다. 대체적으로, 본 명세서에서 설명되는 렌즈 모듈들 내의 유체 충전 챔버들 중 임의의 것이 선택적으로, 액체 대신 공기 또는 다른 기체를 포함할 수 있다.

전술된 예들에서, 탄성중합체 멤브레인들은 가변 강성 프로파일을 갖는 것으로 설명되었다. 다시 말하면, 탄성중합체 멤브레인들은 멤브레인에 걸쳐 가변하지만 시간 경과에 따라 변하지 않는 강성 프로파일을 갖는다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 원하는 경우, 헤드 장착형 디바이스의 작동 동안 동적으로 업데이트될 수 있는 강성 프로파일을 갖는 탄성중합체 멤브레인들이 렌즈 모듈(72) 내에 제공될 수 있다.

도 10a는 튜닝가능 강성 프로파일을 갖는 탄성중합체 멤브레인의 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 탄성중합체 멤브레인(124)은 하나 이상의 액추에이터들(142)에 결합될 수 있다. 도 10b는 액추에이터들(142)이 탄성중합체 멤브레인(124)의 주연부를 어떻게 둘러쌀 수 있는지를 보여주는 평면도이다. 각각의 액추에이터는 탄성중합체 멤브레인의 각자의 부분에 부착될 수 있다. 각각의 액추에이터는 선택적으로, 탄성중합체 멤브레인(124)의 물리적 중심(144)으로부터 멀리 반경방향 외향으로 이동할 수 있다.

도 10c는 액추에이터들에 의해 신장되는 동안의 탄성중합체 멤브레인의 평면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제1 액추에이터(142-1)는 멤브레인을 방향(146-1)으로 당길 수 있다. 액추에이터(142-1)로부터 멤브레인의 반대편 면 상의 제2 액추에이터(142-2)는 멤브레인을 방향(146-1)에 반대인 방향(146-2)으로 당길 수 있다. 이러한 방식으로 멤브레인을 당기는 액추에이터들은 2개의 액추에이터들 사이의 축을 따라 탄성중합체 멤브레인을 효과적으로 신장시킨다. 액추에이터들은 다양한 양들로 멤브레인을 신장시킬 수 있다. 예를 들어, 제3 액추에이터(142-3)는 제1 액추에이터가 멤브레인을 당기는 것보다 더 작은 양의 힘으로 멤브레인을 방향(146-3)으로 당길 수 있다. 액추에이터(142-3)로부터 멤브레인의 반대편 면 상의 제4 액추에이터(142-4)는 멤브레인을 방향(146-3)에 반대인 방향(146-4)으로 당길 수 있다. 유사하게, 제5 액추에이터(142-5)는 제1 액추에이터가 멤브레인을 당기는 것보다 더 작은 양의 힘으로 멤브레인을 방향(146-5)으로 당길 수 있다. 액추에이터(142-5)로부터 멤브레인의 반대편 면 상의 제6 액추에이터(142-6)는 멤브레인을 방향(146-5)에 반대인 방향(146-6)으로 당길 수 있다. 이러한 방식으로 액추에이터들이 멤브레인을 당기게 함으로써 제2 영역(124-2)보다 더 강성인 제1 영역(124-1)을 갖는 강성 프로파일을 생성한다.

도 10c는 각각의 액추에이터가 탄성중합체 멤브레인의 반대편 면 상의 액추에이터와 일렬로 나란히 멤브레인을 당기는 것으로 도시한다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 각각의 액추에이터는 임의의 원하는 강성 프로파일을 생성하도록 개별적으로 제어될 수 있다. 임의의 원하는 수의 (예컨대, 5개 초과, 10개 초과, 15개 초과, 20개 초과, 50개 초과, 75개 미만, 30개 미만, 20개 미만, 10개 미만, 8개 내지 25개, 15개 내지 25개 등의) 액추에이터들(142)이 탄성중합체 멤브레인에 부착되어 탄성중합체 멤브레인을 신장시킬 수 있다. 각각의 액추에이터는 탄성중합체 멤브레인을 당기기 위한 압전 액추에이터, 선형 전자기 액추에이터, 및/또는 임의의 다른 원하는 전자 컴포넌트일 수 있다.

도 10a 내지 도 10c에서, 탄성중합체 멤브레인(124)은 멤브레인의 강성 프로파일을 동적으로 튜닝하기 위한 액추에이터들(142)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 다시 말하면, 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 7a, 도 7b, 도 8, 및 도 9에 도시된 렌즈 모듈들 중 임의의 렌즈 모듈 내의 탄성중합체 멤브레인(124)은 선택적으로 이러한 유형의 튜닝가능 멤브레인을 가질 수 있다. 이는, 탄성중합체 멤브레인(124)의 형상이 멤브레인에 인접한 유체 충전 챔버 내의 유체 및 액추에이터들(142) 양자 모두에 의해 선택적으로 제어될 수 있다는 것을 의미한다. 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 7a, 도 7b, 도 8, 및 도 9 중 임의의 도면의 탄성중합체 멤브레인(126)이 또한 선택적으로 이러한 유형의 튜닝가능 멤브레인을 가질 수 있다.

멤브레인을 선택적으로 신장시키는 액추에이터들을 사용하여 렌즈 모듈에서 멤브레인의 형상을 동적으로 튜닝하는 예는 단지 예시적이다. 원하는 경우, 탄성중합체 멤브레인의 형상을 동적으로 조정하기 위해 탄성중합체 멤브레인의 에지를 선택적으로 굽히거나 압축시키는 액추에이터들이 포함될 수 있다.

도 11a는 탄성중합체 멤브레인의 원주 둘레에 액추에이터들(148)을 갖는 탄성중합체 멤브레인의 평면도이다. 각각의 액추에이터는 (예컨대, 스테인리스강 기판의 양 면 상에 압전 세라믹으로 형성된) 압전 액추에이터일 수 있다. 액추에이터들은 탄성중합체 멤브레인 둘레에 링을 형성할 수 있다. 임의의 원하는 수의 (예컨대, 3개, 4개, 4개 초과, 6개 초과, 8개 초과, 10개 초과, 15개 초과, 20개 초과, 50개 초과, 50개 미만, 30개 미만, 15개 미만, 10개 미만, 6개 미만, 6개 내지 15개 등의) 액추에이터들이 탄성중합체 멤브레인을 둘러싸는 데 사용될 수 있다.

도 11b는 압전 액추에이터에 의해 제어될 수 있는 탄성중합체 멤브레인의 측단면도이다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 압전 액추에이터(148)는 (때때로 기판(152)으로 지칭되는) 스테인리스강 기판(152)의 서로 반대편 면들 상에 제1 및 제2 압전 세라믹 층들(150-1, 150-2)을 포함한다. 기판의 양 면들 상에 압전 세라믹을 포함함으로써, 압전 액추에이터는 (도 11b에서와 같이) 탄성중합체 멤브레인으로부터 멀어지게 또는 (도 11c에서와 같이) 탄성중합체 멤브레인을 향해 굽혀질 수 있다. 도 11b 및 도 11c의 압전 액추에이터(148)가 2개의 활성 층들을 갖기 때문에, 이는 때때로 압전 바이모프(bimorph)로 지칭될 수 있다. 이러한 예는 단지 예시적이며, 원하는 경우, 탄성중합체성 멤브레인(124)의 형상을 튜닝하기 위해 (단지 일 방향으로만 굽혀지는) 압전 유니모프(unimorph)가 사용될 수 있다.

도 11b 및 도 11c의 압전 바이모프(148)는 (활성 층들이 스테인리스강 기판의 양 면 상에 형성된) 스테인리스강 기반 바이모프이다. 그러나, 이 예는 단지 예시적인 것이다. 원하는 경우, 그 대신, 압전 바이모프는 접착제 기반 바이모프일 수 있다. 활성 층들은 접착제 층의 양 면 상에 형성될 수 있다(예컨대, 도 11b 및 도 11c의 기판(152)은 스테인리스강 층 대신 접착제 층일 수 있다). 또 다른 대안예에서, 압전 바이모프는 (중간 접착제 층 없이 활성 층들이 서로 부착된) 소결된 바이모프일 수 있다.

도 11b 및 도 11c에 도시된 바와 같이, 각각의 압전 액추에이터(148)는 탄성중합체 멤브레인(124)의 형상을 제어하기 위해 원하는 위치로 굽혀질 수 있다. 압전 액츄에이터들은 탄성중합체성 멤브레인의 곡률을 제어할 수 있고, 선택적으로는, 탄성중합체 멤브레인의 광학 중심을 변경할 수 있다(예컨대, 멤브레인의 단지 절반만을 가압함으로써 멤브레인의 광학 중심을 멤브레인의 물리적 중심으로부터 멀리 시프트시킬 수 있다). 도 11b 및 도 11c에 도시된 바와 같이, 액추에이터(148)에 의해 제어되는 탄성중합체 멤브레인은 탄성중합체 멤브레인의 형상화에 또한 기여하는 (예컨대, 챔버 내의 유체(109)가 구조체들(128) 및 강성 렌즈 요소(122)에 의해 한정되는) 유체 충전 챔버에 인접할 수 있다. 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 7a, 도 7b, 도 8, 및 도 9에 도시된 렌즈 모듈들 중 임의의 렌즈 모듈 내의 탄성중합체 멤브레인(124)은 선택적으로, 멤브레인 튜닝을 위해 멤브레인의 에지를 굽히는 액추에이터를 가질 수 있다. 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 7a, 도 7b, 도 8, 및 도 9 중 임의의 도면의 탄성중합체 멤브레인(126)이 또한 선택적으로 이러한 유형의 튜닝가능 멤브레인을 가질 수 있다.

도 11a 내지 도 11c에서, 탄성중합체 멤브레인의 에지에 부착된 압전 액추에이터들은 탄성중합체 멤브레인의 형상을 튜닝하는 것을 돕도록 굽혀진다. 그러나, 탄성중합체 멤브레인의 형상을 튜닝하기 위한 탄성중합체 멤브레인의 에지 압축을 위해 다른 유형들의 액추에이터들이 사용될 수 있다.

도 12a는 탄성중합체 멤브레인의 원주 둘레에 액추에이터들(156)을 갖는 탄성중합체 멤브레인의 평면도이다. 각각의 액추에이터는, 선택적으로, 가변 양의 힘에 의해 서로 당겨지는 (때때로 보이스 코일 패들(paddle)들로 지칭되는) 보이스 코일 구조체들로부터 형성되는 보이스 코일 액추에이터일 수 있다. 액추에이터들은 탄성중합체 멤브레인 둘레에 링을 형성할 수 있다. 임의의 원하는 수의 (예컨대, 3개, 4개, 4개 초과, 6개 초과, 8개 초과, 10개 초과, 15개 초과, 20개 초과, 50개 초과, 50개 미만, 30개 미만, 15개 미만, 10개 미만, 6개 미만, 6개 내지 15개 등의) 액추에이터들이 탄성중합체 멤브레인을 둘러싸는 데 사용될 수 있다.

도 12b는 보이스 코일 액추에이터들을 사용한 에지 압축에 의해 제어되는 탄성중합체 멤브레인을 포함하는 렌즈 모듈의 측단면도이다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 렌즈 모듈은, 강성 렌즈 요소(122) 및 구조체들(128)과 조합하여 (예를 들어, 도 5a와 관련하여 논의된 바와 유사한) 유체(109)를 위한 챔버를 한정하는 탄성중합체 멤브레인(124)을 갖는다. 각각의 보이스 코일 액추에이터(156)는 탄성중합체 멤브레인의 제1 면 상에 제1 보이스 코일 구조체(예컨대, 보이스 코일 패들)(158)를 그리고 강성 렌즈 요소(122)의 제2 면 상에 제2 보이스 코일 구조체(예컨대, 보이스 코일 패들)(160)를 포함할 수 있다. 보이스 코일 구조체들 중 하나는 코일 권선을 포함할 수 있다. 보이스 코일 구조체들(158, 160)을 서로 당기는 자기장은 코일 권선에 인가되는 전류에 비례할 수 있다. 따라서, 보이스 코일 구조체들은 탄성중합체 멤브레인의 에지들을 선택적으로 압축하여 탄성중합체 멤브레인을 형상화하도록 (예컨대, 제어 회로부(12)에 의해) 제어될 수 있다.

도 12c에 도시된 바와 같이, 탄성중합체 멤브레인의 일 면 상의 보이스 코일 액추에이터는 탄성중합체 멤브레인의 반대편 면 상의 보이스 코일 액추에이터보다 더 압축될 수 있다. 이는 탄성중합체 멤브레인의 물리적 중심(144)에 대해 탄성중합체 멤브레인(124)의 광학 중심(162)을 시프트시킬 수 있다. 탄성중합체 멤브레인의 광학 중심은 사용자의 시선 방향에 대응하도록 제어될 수 있다. 제어 회로부(12)는 헤드 장착형 디바이스 내의 시선 검출 센서 및/또는 다른 센서들(예컨대, 센서들(16))로부터 시선 검출 정보를 획득할 수 있고, 센서 정보에 기초하여 탄성중합체 멤브레인(124)의 광학 중심을 제어할 수 있다.

본 명세서의 튜닝가능 멤브레인들 중 임의의 것이 헤드 장착형 디바이스 내의 센서들로부터의 센서 정보에 기초하여 (예컨대, 시선 검출 센서들로부터의 시선 검출 정보에 기초하여) 튜닝될 수 있다.

도 5a, 도 5b, 도 6, 도 7a, 도 7b, 도 8, 및 도 9에 도시된 렌즈 모듈들 중 임의의 렌즈 모듈 내의 탄성중합체 멤브레인(124)은 선택적으로, 멤브레인 튜닝을 위해 멤브레인의 에지를 압축하는 보이스 코일 액추에이터를 가질 수 있다. 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 7a, 도 7b, 도 8, 및 도 9 중 임의의 도면의 탄성중합체 멤브레인(126)이 또한 선택적으로 이러한 유형의 튜닝가능 멤브레인을 가질 수 있다.

원하는 경우, 에지 압축을 위한 보이스 코일 액추에이터들을 갖는 도 12a 내지 도 12c에 도시된 유형의 렌즈 모듈은 탄성중합체 멤브레인에 대해 원하는 형상을 유지하는 것을 돕기 위해 탄성중합체 멤브레인의 물리적 중심에 강성 구조체를 가질 수 있다. 도 13은 유체가 탄성중합체 멤브레인(124)과 강성 렌즈 요소(122) 사이에 형성되는 (예컨대, 유체(109)가 렌즈 요소들 사이에 그리고 저장조들(106) 내에 형성되는) 렌즈 모듈에 대한 실시예를 도시한다. 렌즈 모듈의 에지들 상의 보이스 코일 액추에이터들(156)은 선택적으로, 강성 렌즈 요소를 향해 탄성중합체 멤브레인을 압축할 수 있다. 그러나, 구면 형상의 상부 표면을 갖는 강성 구조체(166)는 탄성중합체 멤브레인의 중심과 강성 렌즈 요소(122) 사이의 소정 갭을 유지할 수 있다.

도 14는 도 13과 유사한 배열체를 도시한다. 도 14에서, 유체는 탄성중합체 멤브레인들(124, 126) 사이에 형성된다(예컨대, 유체(109)는 렌즈 요소들 사이에 그리고 저장조들(106) 내에 형성된다). 렌즈 모듈의 에지들 상의 보이스 코일 액추에이터들(156)은 선택적으로, 탄성중합체 멤브레인들을 서로를 향해 압축할 수 있다. 그러나, (예컨대, 렌즈 모듈의 물리적 중심에 위치된) 강성 구조체(168)는 2개의 탄성중합체 멤브레인들의 중심 사이의 최소 두께로 갭을 유지할 수 있다. 강성 구조체(168) 및 탄성중합체 멤브레인들(124, 126) 중 하나 이상은 일체로 형성될 수 있거나, 컴포넌트들은 별개로 형성될 수 있다.

도 13 및 도 14에서, 유체 저장조들(106)은 유체(109)를 갖는 유체 충전 챔버의 주연부에 도시되어 있다. 유체 충전 챔버는 렌즈 요소들의 주연부 둘레로 연장되는 가요성 밀봉부에 의해 한정될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 렌즈 요소(124)가 굽혀짐에 따라, 유체의 일부는 렌즈 요소들(122, 124) 사이의 체적부로부터 변위될 수 있다. 변위된 유체는 밀봉부를 형성하는 가요성 재료를 외향으로 가압할 수 있다(그러나, 가요성 재료에 의해 수용된 채로 유지될 수 있다). 다시 말하면, 도 13 및 도 14에 도시된 유체 저장조들은 가요성 층을 미는 변위된 유체로부터 형성될 수 있다. 이러한 유형의 배열체는 렌즈 요소들을 굽히는 데 필요한 힘의 양을 감소시키고, 렌즈 모듈에 존재하는 일정한 유체 체적을 유지한다.

전술된 실시예들 중 일부에서, 탄성중합체 멤브레인(124)은 원형인 것으로 도시되어 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 탄성중합체 멤브레인(124)(및 본 명세서에서 설명되는 임의의 다른 렌즈 요소)은 원형일 수 있거나, 타원형일 수 있거나, 임의의 다른 원하는 형상을 가질 수 있다.

전술된 실시예들 중 몇몇에서, 탄성중합체성 멤브레인들을 포함하는 튜닝가능 렌즈들이 설명된다. 각각의 탄성중합체성 멤브레인은 높은 가요성에 대해 낮은 영률(Young's modulus)을 갖는 천연 또는 합성 중합체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 탄성중합체 멤브레인은 1 GPa 미만, 0.5 GPa 미만, 0.1 GPa 미만 등의 영률을 갖는 재료로 형성될 수 있다.

대안적으로, 일부 실시예에서, 튜닝가능 렌즈는 탄성중합체 재료 대신 (또는 그에 더하여) 반강성 재료로 형성되는 (때때로 조정가능 렌즈 요소 또는 튜닝가능 렌즈 요소로 지칭되는) 조정가능 요소를 포함할 수 있다. 반강성 렌즈 요소의 속성들은, 반강성 렌즈 요소가 제1 축에 직교하는 제2 축을 따라 굽혀질 때 반강성 렌즈 요소가 제1 축을 따라 강성으로 되는 결과를 가져올 수 있다.

도 15는 반강성 렌즈 요소(202)를 포함하는 렌즈 모듈(72)의 측단면도이다. 반강성 렌즈 요소(202)는, 렌즈 모듈 지지 구조체들(128) 및 강성 렌즈 요소(122)와 조합하여, 유체(109)로 충전된 챔버를 한정할 수 있다.

반강성 렌즈 요소(202)는 강성이고 고체이지만 비가요성이 아닌 반강성 재료로 형성될 수 있다. 반강성 렌즈 요소(202)는, 예를 들어, 중합체 또는 유리의 얇은 층으로부터 형성될 수 있다. 렌즈 요소(202)는 1 ㎬ 초과, 2 GPa 초과, 3 GPa 초과, 10 GPa 초과, 25 GPa 초과 등의 영률을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 렌즈 요소(202)는 폴리카르보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴, 유리, 또는 임의의 다른 원하는 재료로 형성될 수 있다. 렌즈 요소(202)의 속성들은, 렌즈 요소가 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 만곡될 때 렌즈 요소가 제1 축을 따라 강성으로 되는 결과를 가져올 수 있다. 이는, 렌즈 요소가 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 만곡될 때에도 제1 축을 따라 가요성을 유지하는 탄성중합체 렌즈 요소와 대조적이다. 반강성 렌즈 요소(202)의 속성들은 반강성 렌즈 요소가 튜닝가능 렌즈 굴절력 및 튜닝가능 축을 갖는 원주 렌즈를 형성하도록 허용할 수 있다.

앞서 언급된 바와 같이, 유체(109)는 반강성 렌즈 요소(202), 렌즈 모듈 지지 구조체들(128), 및 렌즈 요소(122)에 의해 한정되는 챔버를 충전할 수 있다. 렌즈 요소(122)는 강성 렌즈 요소(예컨대, 유리로 형성된 렌즈 요소)일 수 있다. 렌즈 모듈 지지 구조체들(128)은 유체(109)를 보유하기 위한 챔버를 한정하는 것을 도울 수 있다. 렌즈 모듈 지지 구조체들은 강성 또는 가요성(탄성중합체) 재료들로 형성될 수 있다. 추가 유체 저장조들 및 유체 제어 컴포넌트들(예컨대, 펌프들)이, 원하는 경우, 챔버 내의 유체의 양을 제어하기 위해 포함될 수 있다.

유체(109)는 미리결정된 굴절률을 갖는 액체, 겔 또는 기체일 수 있다(그리고 그에 따라서 때때로 액체(109), 겔(109) 또는 기체(109)로 지칭될 수 있다). 유체는 때때로 굴절률 매칭 오일, 광학 오일, 광학 유체, 굴절률 매칭 재료, 굴절률 매칭 액체 등으로 지칭될 수 있다. 렌즈 요소들(122, 202)은 동일한 굴절률을 가질 수 있거나 상이한 굴절률들을 가질 수 있다. 렌즈 요소들(122, 202) 사이의 챔버를 충전하는 유체(109)는 렌즈 요소(122)의 굴절률과 동일하지만 렌즈 요소(202)의 굴절률과는 상이한 굴절률을 가질 수 있거나, 렌즈 요소(202)의 굴절률과 동일하지만 렌즈 요소(122)의 굴절률과는 상이한 굴절률을 가질 수 있거나, 렌즈 요소(122) 및 렌즈 요소(202)의 굴절률과 동일한 굴절률을 가질 수 있거나, 렌즈 요소(122) 및 렌즈 요소(122)의 굴절률과는 상이한 굴절률을 가질 수 있다. 렌즈 요소들(122, 202)은 원형일 수 있거나, 타원형일 수 있거나, 임의의 다른 원하는 형상을 가질 수 있다.

액추에이터들(206)은 반강성 렌즈 요소(202)와 같은 렌즈 요소들의 위치를 조작하기 위해 렌즈 모듈(72) 내에 포함될 수 있다. 액추에이터들은 반강성 렌즈 요소의 형상을 변경하기 위해 반강성 렌즈 요소의 일부분을 밀거나 당기도록 구성될 수 있다. 임의의 원하는 수의 액추에이터들(예컨대, 2개의 액추에이터들, 3개의 액추에이터들, 4개의 액추에이터들, 6개의 액추에이터들, 2개 초과의 액추에이터들, 4개 초과의 액추에이터들, 6개 초과의 액추에이터들, 10개 초과의 액추에이터들, 10개 미만의 액추에이터들 등)이 반강성 렌즈 요소를 조작하기 위해 포함될 수 있다. 각각의 액추에이터는 압전 액추에이터, 선형 전자기 액추에이터, 보이스 코일 액추에이터, 및/또는 임의의 다른 원하는 전자 컴포넌트일 수 있다. 전자 디바이스 내의 제어 회로부는 반강성 렌즈 요소의 곡률을 제어하도록 액추에이터들을 제어할 수 있다.

렌즈 모듈(72)은 선택적으로 하중 확산 링(load-spreading ring)(208)을 포함할 수 있다. 하중 확산 링(208)은 반강성 렌즈 요소(202)의 주연부 둘레로 연장될 수 있다. 하중 확산 링은 (힘이 액추에이터들의 위치들에 집중되게 하는 대신) 반강성 렌즈 요소에 인가되는 힘을 반강성 렌즈 요소의 주연부 둘레로 확산시킬 수 있다. 하중 확산 링(208)은 임의의 원하는 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하중 확산 링(208)은 중합체 재료, 예컨대 폴리카르보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 또는 아크릴로부터 형성될 수 있거나, 하중 확산 링은 유리로 형성될 수 있다. 하중 확산 링이 렌즈 모듈의 주연부에 형성되기 때문에, 하중 확산 링은 선택적으로 금속과 같은 불투명 재료로 형성될 수 있다.

반강성 렌즈 요소(202)의 두께(204)는 반강성 렌즈 요소가 액추에이터들(206)에 의해 조작될 때 휘어지도록 하기에 충분히 얇도록 선택될 수 있다. 렌즈 요소가 너무 두꺼운 경우, 반강성 렌즈 요소(202)는 원하는 방식으로 굽혀지지 않을 수 있다. 따라서, 두께(204)는 1.0 밀리미터 미만, 0.5 밀리미터 미만, 0.2 밀리미터 미만, 0.1 밀리미터 미만, 0.05 밀리미터 미만, 0.01 밀리미터 미만, 0.01 밀리미터 내지 0.5 밀리미터 등일 수 있다.

액추에이터들(206)은 가변 강도 및 배향의 원주 렌즈 굴절력을 부여하기 위해 반강성 렌즈 요소(202)의 위치를 조정하는 데 사용될 수 있다. 도 16은 액추에이터(206)가 반강성 렌즈 요소(202)의 주연부 둘레에 어떻게 분포되는지를 보여주는 렌즈 모듈(72)의 평면도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 총 6개의 액추에이터들(액추에이터(206-1), 액추에이터(206-2), 액추에이터(206-3), 액추에이터(206-4), 액추에이터(206-5), 및 액추에이터(206-6))이 반강성 렌즈 요소의 주연부 둘레에 분포된다. 6개의 액추에이터들 각각은 반강성 렌즈 요소를 아래로 밀거나 위로 당기도록 (즉, 반강성 렌즈 요소를 Z-축을 따라 양의 Z-방향 또는 음의 Z-방향으로 편의시키도록) 구성될 수 있다.

반강성 렌즈 요소를 조작하기 위해 총 6개의 액추에이터들을 포함함으로써 렌즈 요소(202)에 대한 임의의 원하는 원주 렌즈 축의 선택을 가능하게 할 수 있다. 본 명세서에서, 용어 원주 렌즈 축은 원주 렌즈가 광학 굴절력을 갖지 않도록 따르는 축을 지칭하는 데 사용될 것이다. 원주 렌즈는 원주 렌즈가 최대 광학 굴절력을 갖도록 따르는 원주 렌즈 축에 수직인 추가 축을 갖는다는 것을 이해하여야 한다. 도 16에 도시된 반강성 렌즈 요소(202)의 주연부 둘레의 액추에이터들의 위치는 어떠한 임의의 원주 렌즈 축도 반강성 렌즈 요소를 위해 선택될 수 있게 한다.

예를 들어, 액추에이터들(206-1, 206-2, 206-4, 206-5)이 반강성 렌즈 요소를 음의 Z-방향으로 편의시키는 데 사용되는 시나리오를 고려한다. 한편, 액추에이터들(206-3, 206-6)은 반강성 렌즈 요소를 양의 Z-방향으로 편의시킬 수 있다. 다시 말하면, 액추에이터들(206-3, 206-6)에 의해 편의되는 반강성 렌즈 요소(202)의 부분들은 액추에이터들(206-1, 206-2, 206-4, 206-5)에 의해 편의되는 반강성 렌즈 요소(202)의 부분들보다 더 높을 (예컨대, 양의 Z-방향으로 더 높을) 것이다. 이러한 편의식 설계의 생성된 원주 렌즈 축(212)은 X-축에 평행하다.

다른 시나리오에서는, 액추에이터들(206-1, 206-2, 206-4, 206-5)이 반강성 렌즈 요소를 양의 Z-방향으로 편의시키는 데 사용된다. 한편, 액추에이터들(206-3, 206-6)은 반강성 렌즈 요소를 음의 Z-방향으로 편의시킬 수 있다. 다시 말하면, 액추에이터들(206-3, 206-6)에 의해 편의되는 반강성 렌즈 요소(202)의 부분들은 액추에이터들(206-1, 206-2, 206-4, 206-5)에 의해 편의되는 반강성 렌즈 요소(202)의 부분들보다 더 낮을 것이다. 이러한 편의식 설계의 생성된 원주 렌즈 축(210)은 Y-축에 평행하다.

액추에이터들의 다양한 서브세트들을 이용하여 양의 또는 음의 Z-방향으로 반강성 렌즈 요소를 다양한 정도들로 편의시키는 것은 원하는 원주 렌즈 축을 갖도록 반강성 렌즈 요소를 수정하는 데 사용될 수 있다. 액추에이터들이 편의되는 정도는 반강성 렌즈 요소에 의해 부여되는 최대 광학 굴절력을 제어할 수 있다.

반강성 렌즈 요소를 양의 그리고 음의 Z-방향으로 편의시키는 액추에이터들의 예는 단지 예시적일 뿐이라는 것을 이해하여야 한다. 원하는 경우, 모든 액추에이터는 단지 반강성 렌즈 요소를 하나의 방향으로 편의시킬 수만 있고, 반강성 렌즈 요소를 편의시키지 않을 때 반강성 렌즈 요소를 고정된 상태로 유지할 수 있다. 액추에이터들은 또한, 반강성 렌즈 요소를 Z-축에 평행한 방향 이외의 방향들로 편의시킬 수 있다. 예를 들어, 액추에이터들은 (예를 들어, 도 10b 및 도 10c와 관련하여 논의된 바와 유사하게) 반강성 렌즈 요소의 중심을 향해 또는 그로부터 멀어지게 반강성 렌즈 요소를 밀거나 당길 수 있다.

도 15의 예에서, 반강성 렌즈 요소(202)는 그의 편의되지 않은 상태에서 평면형일 수 있다. 다시 말하면, 액추에이터들로부터의 어떠한 외부 영향도 없을 때, 반강성 렌즈 요소(202)는 (예컨대, 강성 렌즈 요소(122)에 평행하게) 평면형일 수 있다. 그러나, 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 다른 실시예들에서, 반강성 렌즈 요소는 초기에 비평면형 형상(예컨대, 구면 렌즈 형상 또는 구면 돔 형상)을 가질 수 있다. 더욱이, 도 15에 도시된 렌즈 모듈에서, 강성 렌즈 요소(122)는 대응하는 아이 박스와 반강성 렌즈 요소(202) 사이에 개재될 수 있다. 다시 말하면, 강성 렌즈 요소(122)는 도 15에서 사용자를 향한다. 그러나, 그 대신, 반강성 렌즈 요소가 (반강성 렌즈 요소가 아이 박스와 강성 렌즈 요소 사이에 개재된 상태로) 사용자를 향할 수 있다.

도 17은 비평면형 반강성 렌즈 요소를 포함하는 렌즈 모듈의 측단면도이다. 도 17에서, 반강성 렌즈 요소(202)는 사용자를 향한다(예컨대, 반강성 렌즈 요소(202)는 아이 박스(60)와 강성 렌즈 요소(122) 사이에 개재된다). 액추에이터들(206)은 (도 15 및 도 16과 관련하여 이미 논의된 바와 같이) 반강성 렌즈 요소(202)의 형상을 조작하는 데 사용될 수 있다. 렌즈 요소들(122, 202)은 집합적으로 렌즈(242)로 지칭될 수 있다.

도 17의 반강성 렌즈 요소(202)는 초기에 구면 형상 표면들을 가질 수 있다. 반강성 렌즈 요소는 구면으로 만곡된 볼록 표면(222) 및 구면으로 만곡된 오목 표면(224)을 갖는 메니스커스 렌즈 요소일 수 있다. 강성 렌즈 요소(122)는, 또한, 구면으로 만곡된 볼록 표면(226) 및 구면으로 만곡된 오목 표면(228)을 갖는 메니스커스 렌즈 요소일 수 있다. 액추에이터들(206)에 의해 인가되는 외부 편의력 없이, 렌즈 요소들(202, 122)은 평행할 수 있다.

액추에이터들(206)은 반강성 렌즈 요소(202)의 형상을 조작하는 데 사용될 수 있다. 도 16에 도시된 바와 유사하게, 6개의 액추에이터들이 비평면형 반강성 렌즈 요소의 주연부 둘레에 균일하게 분포될 수 있다. 이러한 예는 단지 예시적이며, 원하는 경우, 상이한 수의 액추에이터들(예컨대, 2개의 액추에이터들, 3개의 액추에이터들, 4개의 액추에이터들, 2개 초과의 액추에이터들, 4개 초과의 액추에이터들, 6개 초과의 액추에이터들, 10개 초과의 액추에이터들, 10개 미만의 액추에이터들 등)이 사용될 수 있다.

렌즈 요소(202)의 속성들은, 렌즈 요소가 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 만곡될 때 렌즈 요소가 제1 축을 따라 강성으로 되는 결과를 가져올 수 있다. 렌즈 요소(202)의 표면들의 초기 구면 형상 때문에, 렌즈 요소는 굽혀질 때 쌍원추 표면들을 가질 수 있다. 쌍원추 표면은 2개의 직교 축들을 따라 상이한 곡률들을 가질 수 있다.

반강성 렌즈 요소는 (렌즈 내의 강성 렌즈 요소가 고정된 위치에 유지되는 동안) 주어진 축을 따라 굽혀질 때 2개의 직교하는 원주 렌즈 굴절력들을 가져온다. 직교하는 원주 렌즈 굴절력들은 동일한 크기들을 가질 수 있거나 상이한 크기들을 가질 수 있다. 일례에서, 반강성 렌즈 요소는 굽혀질 수 있고, 90°에서 +0.25 디옵터의 그리고 0°에서 -0.25 디옵터의 결과적인 원주 렌즈 굴절력들을 가질 수 있다. 직교 원주 변환에 따르면, X 디옵터의 0° 원주 렌즈 굴절력은 X 디옵터의 구면 렌즈 굴절력 - X 디옵터의 90° 원주 렌즈 굴절력과 동일하다(예컨대, +0.25D CYL 0° = +0.25D SPHERE + -0.25D CYL 90°). 이러한 규칙을 고려하면, 굽혀진 반강성 렌즈 요소의 총 등가 굴절력은 0.25 디옵터의 구면 렌즈 굴절력과 -0.5 디옵터의 0° 원주 렌즈 굴절력이다.

반강성 렌즈 요소(202)가 굽혀질 때 렌즈(242)에 의해 생성되는 기생 구면 렌즈 굴절력에 대해 오프셋시키도록 추가 렌즈 요소가 렌즈 모듈에 포함될 수 있다. 도 17은 구면 렌즈 요소(232)가 렌즈 모듈(72)에 어떻게 포함될 수 있는지를 보여준다. 전술된 예에서, 구면 렌즈는 -0.25 디옵터의 구면 렌즈 굴절력을 제공하는 데 사용될 수 있다. 결과적으로, 렌즈 모듈은 궁극적으로 -0.5 디옵터의 0° 원주 렌즈 굴절력을 가질 것이다.

구면 렌즈 요소(232)는 렌즈(242)의 주어진 상태와 연관된 기생 구면 렌즈 굴절력을 오프셋시키도록 동적으로 조정될 수 있다. 구면 렌즈(232)는 임의의 원하는 유형의 튜닝가능 구면 렌즈 요소일 수 있다.

도 18a 및 도 18b는 2개의 직교 축들을 따라서 상이한 곡률들을 갖는 쌍원추 표면을 갖도록 비평면형 반강성 렌즈 요소가 어떻게 굽혀질 수 있는지를 보여준다. 도 18a는 초기 상태에 있는 비평면형 반강성 렌즈 요소(202)를 도시한다. 다시 말하면, 도 18a는 액추에이터들이 렌즈 요소를 굽히는 데 사용되기 전의 반강성 렌즈 요소를 도시한다. 도시된 바와 같이, 렌즈 요소는 초기에, 구면으로 볼록한 상부 표면(222) 및 구면으로 오목한 하부 표면(224)을 갖는다. 도 18a에서, 렌즈 요소는 Y-축을 따르는 (때때로 섹션(252) 또는 윤곽(252)으로 지칭되는) 제1 자오선(252) 및 X-축을 따르는 (때때로 자오선(254)으로 지칭되는) 제2 자오선(254)을 갖는다. 도 18a에서, 자오선(252)의 곡률 반경은 자오선(254)의 곡률 반경과 동일할 수 있다. 다시 말하면, 렌즈 요소의 중심에서 교차하는 직교 축들을 따르는 곡률은 동일하다.

도 18b에서, 비평면형 반강성 렌즈 요소는 굽혀진 상태로 도시되어 있다. 액추에이터들(206)은, 예를 들어, Y-축을 따라 반강성 렌즈 요소를 굽히는 데 사용되어 왔다. 이러한 상태에서, 렌즈 요소의 상부 및 하부 표면들(222, 224)은 쌍원추 표면들일 수 있다. 자오선(252)의 곡률 반경은 자오선(254)의 곡률 반경과 상이할 수 있다. (강성 구면 렌즈 요소와 조합하여 사용될 때) 도 18b에 도시된 바와 같은 굽혀진 형상에서, (예컨대, 상이한 크기들을 갖는) 2개의 원주 렌즈 굴절력들이 생성될 수 있다. 도 17의 구면 렌즈와 조합하여, 임의의 원하는 원주 렌즈 축을 따르는 단일 원주 렌즈 굴절력이 생성될 수 있다. 액추에이터들(206)은 비평면형 반강성 렌즈 요소를 선택적으로 굽혀서 원주 렌즈 축을 결정할 수 있다.

도 17의 실시예에서, 튜닝가능 반강성 비평면형 렌즈 요소가 아이 박스(60)와 강성 렌즈 요소(122) 사이에 개재된다. 강성 렌즈 요소(122)는 튜닝가능 반강성 비평면형 렌즈 요소와 튜닝가능 구면 렌즈(232) 사이에 개재된다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 대체적으로, 렌즈 모듈(72)은 튜닝가능 평면형 반강성 렌즈 요소들, 튜닝가능 비평면형 반강성 렌즈 요소들, 강성 평면형 렌즈 요소들, 강성 비평면형 렌즈 요소들, 튜닝가능 탄성중합체 렌즈 요소들 등의 임의의 원하는 조합을 포함할 수 있다.

하나의 예시적인 배열체에서, 렌즈는 튜닝가능 반강성 비평면형 렌즈 요소를 포함할 수 있으며, 이는 아이 박스(60)와 다른 튜닝가능 반강성 비평면형 렌즈 요소 사이에 개재된다. 유체(109)와 같은 유체는 2개의 튜닝가능 반강성 비평면형 렌즈 요소들 사이의 공동을 충전할 수 있다. 다른 실시예에서, 도 17의 강성 렌즈 요소(122)는 튜닝가능 평면형 반강성 렌즈 요소에 의해 대체될 수 있다.

원하는 경우, 일부 배열체에서, 도 15 내지 도 18에 도시된 반강성 렌즈 요소들은 (예컨대, 도 5 내지 도 7에 도시된) 전술된 가변 강성 개념들과 조합하여 사용될 수 있다. 도 5 내지 도 7과 관련하여 논의된 바와 같이, 렌즈 요소는 난시 교정을 돕기 위해 렌즈 요소에 걸쳐 가변 강성을 가질 수 있다. 도 15 내지 도 18에 도시된 바와 같은 반강성 렌즈 요소는 축외 광학 교정을 위한 동심 강성 변동 또는 난시 광학 교정을 위한 선형 강성 변동을 가질 수 있다. 반강성 렌즈 요소의 가변 강성 프로파일은 반강성 렌즈 요소에 가변 두께를 제공하는 것, 강성을 선택적으로 감소시키는 리세스들을 제공하는 것, 반강성 렌즈 요소를 이방성 재료로 형성하는 것 등에 의해 달성될 수 있다. 또 다른 가능한 배열체에서, 반강성 렌즈 요소는 가변 강성 프로파일을 갖는 탄성중합체 렌즈 요소(예컨대, 도 5 내지 도 7에 도시된 유형의 렌즈 요소)를 또한 포함하는 렌즈 모듈에 포함될 수 있다.

궁극적으로, 렌즈 모듈 내에 포함된 렌즈 요소들의 수, 배향, 및 스택업은 특정 전자 디바이스의 설계 요건들에 종속할 수 있다. 그러나, 도 15 내지 도 18에 도시된 유형의 렌즈 요소들을 사용함으로써 전자 디바이스의 사용자를 위해 개선된 시야를 제공할 수 있고, 다른 유형들의 렌즈들이 사용될 때보다 작은 아이 릴리프(eye relief)를 필요로 할 수 있다. (도 17, 도 18a 및 도 18b에 도시된 바와 같은) 튜닝가능 비평면형 반강성 렌즈 요소를 사용함으로써 아이 박스까지의 더 균일한 거리를 갖는 렌즈의 표면으로 인해 개선된 광학 성능을 가질 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 기술의 하나의 양태는 입출력 디바이스들로부터의 정보와 같은 정보의 수집 및 사용이다. 본 개시내용은, 일부 경우들에 있어서, 특정 개인을 고유하게 식별하거나 또는 그와 연락하거나 그의 위치를 확인하기 위해 이용될 수 있는 개인 정보 데이터를 포함하는 데이터가 수집될 수 있음을 고려한다. 그러한 개인 정보 데이터는 인구통계 데이터, 위치 기반 데이터, 전화 번호들, 이메일 주소들, 트위터 ID들, 집 주소들, 사용자의 건강 또는 피트니스 레벨에 관한 데이터 또는 기록들(예컨대, 바이탈 사인(vital sign) 측정치들, 약물 정보, 운동 정보), 생년월일, 사용자명, 패스워드, 생체 정보, 또는 임의의 다른 식별 또는 개인 정보를 포함할 수 있다.

본 개시내용은 본 기술에서의 그러한 개인 정보의 이용이 사용자들에게 이득을 주기 위해 사용될 수 있음을 인식한다. 예를 들어, 개인 정보 데이터는 더 큰 관심이 있는 타깃 콘텐츠를 사용자에게 전달하는데 이용될 수 있다. 따라서, 그러한 개인 정보 데이터의 이용은 사용자들이 전달된 콘텐츠의 계산된 제어를 가능하게 한다. 게다가, 사용자에게 이득을 주는 개인 정보 데이터에 대한 다른 이용들이 또한 본 개시내용에 의해 고려된다. 예를 들어, 건강 및 피트니스 데이터는 사용자의 일반적인 웰니스(wellness)에 대한 식견들을 제공하는 데 사용될 수 있거나, 또는 웰니스 목표들을 추구하는 기술을 이용하는 개인들에게 긍정적인 피드백으로서 사용될 수 있다.

본 개시내용은 그러한 개인 정보 데이터의 수집, 분석, 공개, 전송, 저장, 또는 다른 이용을 담당하는 엔티티들이 잘 확립된 프라이버시 정책들 및/또는 프라이버시 관례들을 준수할 것이라는 것을 고려한다. 특히, 그러한 엔티티들은, 대체로 개인 정보 데이터를 사적이고 안전하게 유지시키기 위한 산업적 또는 행정적 요건들을 충족시키거나 넘어서는 것으로 인식되는 프라이버시 정책들 및 관례들을 구현하고 지속적으로 이용해야 한다. 그러한 정책들은 사용자들에 의해 쉽게 액세스가능해야 하고, 데이터의 수집 및/또는 이용이 변화함에 따라 업데이트되어야 한다. 사용자들로부터의 개인 정보는 엔티티의 적법하며 적정한 사용들을 위해 수집되어야 하고, 이들 적법한 사용들을 벗어나서 공유되거나 판매되지 않아야 한다. 또한, 그러한 수집/공유는 사용자들의 통지된 동의를 수신한 후에 발생해야 한다. 부가적으로, 그러한 엔티티들은 그러한 개인 정보 데이터에 대한 액세스를 보호하고 안전하게 하며 개인 정보 데이터에 대한 액세스를 갖는 다른 사람들이 그들의 프라이버시 정책들 및 절차들을 고수한다는 것을 보장하기 위한 임의의 필요한 단계들을 취하는 것을 고려해야 한다. 게다가, 그러한 엔티티들은 널리 인정된 프라이버시 정책들 및 관례들에 대한 그들의 고수를 증명하기 위해 제3자들에 의해 그들 자신들이 평가를 받을 수 있다. 추가로, 정책들 및 관례들은 수집되고/되거나 액세스되는 특정 유형들의 개인 정보 데이터에 대해 조정되고, 관할구역 특정 고려사항들을 비롯한 적용가능한 법률들 및 표준들에 적응되어야 한다. 예를 들어, 미국에서, 소정 건강 데이터의 수집 또는 그에 대한 액세스는 연방법 및/또는 주의 법, 예컨대 미국 건강 보험 양도 및 책임 법령(Health Insurance Portability and Accountability Act, HIPAA)에 의해 통제될 수 있는 반면, 다른 국가들의 건강 데이터는 다른 규정들 및 정책들의 적용을 받을 수 있고 그에 따라 처리되어야 한다. 따라서, 상이한 프라이버시 관례들은 각각의 국가의 상이한 개인 데이터 유형들에 대해 유지되어야 한다.

전술한 것에도 불구하고, 본 개시내용은 또한 사용자들이 개인 정보 데이터의 사용, 또는 그에 대한 액세스를 선택적으로 차단하는 실시예들을 고려한다. 즉, 본 개시내용은 그러한 개인 정보 데이터에 대한 액세스를 방지하거나 차단하기 위해 하드웨어 및/또는 소프트웨어 요소들이 제공될 수 있다는 것을 고려한다. 예를 들어, 본 기술은 사용자들이 서비스들을 위한 등록 동안 또는 그 이후의 임의의 시간에 개인 정보 데이터의 수집 시의 참여의 "동의함" 또는 "동의하지 않음"을 선택하게 허용하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 사용자들은 특정 유형의 사용자 데이터를 제공하지 않을 것을 선택할 수 있다. 또 다른 예에서, 사용자들은 사용자 특정 데이터가 유지되는 시간의 길이를 제한할 것을 선택할 수 있다. "동의" 및 "동의하지 않음" 옵션들을 제공하는 것에 더하여, 본 개시내용은 개인 정보의 액세스 또는 이용에 관한 통지들을 제공하는 것을 고려한다. 예를 들어, 사용자는 그들의 개인 정보 데이터가 액세스될 애플리케이션("앱(app)")을 다운로드할 시에 통지받고, 이어서 개인 정보 데이터가 앱에 의해 액세스되기 직전에 다시 상기하게 될 수 있다.

더욱이, 의도하지 않은 또는 인가되지 않은 액세스 또는 사용의 위험요소들을 최소화하는 방식으로 개인 정보 데이터가 관리되고 다루어져야 한다는 것이 본 개시내용의 의도이다. 데이터의 수집을 제한하고 데이터가 더 이상 필요하지 않게 되면 데이터를 삭제함으로써 위험이 최소화될 수 있다. 추가로, 그리고 소정의 건강 관련 애플리케이션들에 적용하는 것을 비롯하여, 적용가능할 때, 사용자의 프라이버시를 보호하기 위해 데이터 식별해제가 사용될 수 있다. 비식별화는, 적절한 때, 특정 식별자들(예컨대, 생년월일 등)을 제거하는 것, 저장된 데이터의 양 또는 특이성을 제어하는 것(예컨대, 주소 레벨에서가 아니라 도시 레벨에서의 위치 데이터를 수집함), 데이터가 저장되는 방법을 제어하는 것(예컨대, 사용자들에 걸쳐서 데이터를 집계함), 및/또는 다른 방법들에 의해 용이해질 수 있다.

따라서, 본 개시내용이 하나 이상의 다양한 개시된 실시예들을 구현하기 위해 개인 정보 데이터를 포함할 수 있는 정보의 이용을 광범위하게 커버하지만, 본 개시내용은 다양한 실시예들이 또한 개인 정보 데이터에 액세스할 필요 없이 구현될 수 있다는 것을 또한 고려한다. 즉, 본 기술의 다양한 실시예들은 그러한 개인 정보 데이터의 전부 또는 일부의 결여로 인해 동작불가능하게 되지는 않는다.

일 실시예에 따르면, 헤드 장착형 지지 구조체, 광을 방출하는 디스플레이, 디스플레이로부터의 광을 수용하는, 헤드 장착형 지지 구조체에 의해 지지되는 렌즈 모듈 - 렌즈 모듈은 제1 및 제2 유체 충전 챔버들 및 제1 및 제2 가요성 멤브레인들을 포함함 -, 및 제1 가요성 멤브레인의 곡률 및 제2 가요성 멤브레인의 곡률을 조정하기 위해 렌즈 모듈을 제어하도록 구성된 제어 회로부를 포함하는 시스템이 제공된다.

다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 제1 가요성 멤브레인의 곡률 및 제2 가요성 멤브레인의 곡률을 조정하기 위해 제1 유체 충전 챔버 내의 유체의 제1 양 및 제2 유체 충전 챔버 내의 유체의 제2 양을 제어하도록 구성된다.

다른 실시예에 따르면, 제1 가요성 멤브레인은 제1 가변 강성 프로파일을 갖고, 제2 가요성 멤브레인은 제1 가변 강성 프로파일과 상이한 제2 가변 강성 프로파일을 갖는다.

다른 실시예에 따르면, 제1 가요성 멤브레인은 가변 두께를 갖는다.

다른 실시예에 따르면, 제1 가요성 멤브레인은 제1 가요성 멤브레인의 탄성 계수를 가변시키는 표면 릴리프를 갖는다.

다른 실시예에 따르면, 제1 가요성 멤브레인은 이방성 재료로 형성된다.

다른 실시예에 따르면, 렌즈 모듈은 제1 유체 충전 챔버와 제2 유체 충전 챔버 사이에 강성 분할기를 포함하고, 제1 유체 충전 챔버는 강성 분할기 및 제1 가요성 멤브레인에 의해 적어도 부분적으로 한정되고, 제2 유체 충전 챔버는 강성 분할기 및 제2 가요성 멤브레인에 의해 적어도 부분적으로 한정된다.

다른 실시예에 따르면, 렌즈 모듈은 강성 렌즈 요소를 포함하고, 제1 가요성 멤브레인은 제1 유체 충전 챔버와 제2 유체 충전 챔버 사이에 개재되고, 제1 유체 충전 챔버는 강성 렌즈 요소 및 제1 가요성 멤브레인에 의해 적어도 부분적으로 한정되고, 제2 유체 충전 챔버는 제1 가요성 멤브레인 및 제2 가요성 멤브레인에 의해 적어도 부분적으로 한정된다.

다른 실시예에 따르면, 렌즈 모듈은 제1 가요성 멤브레인의 주연부 둘레에 액추에이터들을 포함하고, 제어 회로부는 제1 가요성 멤브레인의 형상을 동적으로 조정하기 위해 액추에이터들을 제어하도록 구성된다.

일 실시예에 따르면, 헤드 장착형 지지 구조체, 광을 방출하는 디스플레이, 디스플레이로부터의 광을 수용하는, 헤드 장착형 지지 구조체에 의해 지지되는 렌즈 모듈 - 렌즈 모듈은 주연부를 갖는 가요성 렌즈 요소 및 가요성 렌즈 요소의 주연부 둘레의 복수의 액추에이터들을 포함함 -, 및 가요성 렌즈 요소를 동적으로 조정하기 위해 복수의 액추에이터들을 제어하도록 구성된 제어 회로부를 포함하는 시스템이 제공된다.

다른 실시예에 따르면, 각각의 액추에이터는 가요성 렌즈 요소의 중심으로부터 멀리 가요성 렌즈 요소를 반경방향 외향으로 당기도록 구성된다.

다른 실시예에 따르면, 시스템은 시선 정보를 획득하도록 구성된 시선 검출 센서를 포함하고, 제어 회로부는 시선 정보에 기초하여 액추에이터들을 제어하도록 구성된다.

일 실시예에 따르면, 헤드 장착형 지지 구조체, 광을 방출하는 디스플레이, 및 디스플레이로부터의 광을 수용하는, 헤드 장착형 지지 구조체에 의해 지지되는 렌즈 모듈 - 렌즈 모듈은 제1 및 제2 가요성 멤브레인들을 포함하고, 제1 가요성 멤브레인은 제1 가변 강성 프로파일을 갖고, 제2 가요성 멤브레인은 제1 가변 강성 프로파일과 상이한 제2 가변 강성 프로파일을 가짐 - 을 포함하는 시스템이 제공된다.

일 실시예에 따르면, 헤드 장착형 지지 구조체, 광을 방출하는 디스플레이, 및 디스플레이로부터의 광을 수용하는, 헤드 장착형 지지 구조체에 의해 지지되는 렌즈 모듈 - 렌즈 모듈은 유체 충전 챔버, 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 한정하는 반강성 렌즈 요소, 및 반강성 렌즈 요소를 선택적으로 굽히도록 구성된 적어도 하나의 액추에이터를 포함함 - 을 포함하는 시스템이 제공된다.

다른 실시예에 따르면, 렌즈 모듈은 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 한정하는 강성 렌즈 요소를 포함하고, 유체 충전 챔버를 충전하는 유체가 반강성 렌즈 요소와 강성 렌즈 요소 사이에 개재되고, 렌즈 모듈은 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 한정하는 렌즈 모듈 지지 구조체들을 포함한다.

다른 실시예에 따르면, 렌즈 모듈은 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 한정하는 강성 렌즈 요소를 포함하고, 강성 렌즈 요소와 반강성 렌즈 요소는 반강성 렌즈 요소가 적어도 하나의 액추에이터에 의해 굽혀지지 않는 제1 상태에서 평행하고, 강성 렌즈 요소와 반강성 렌즈 요소는 제2 상태에서 평행하지 않고, 적어도 하나의 액추에이터는 제2 상태에서 반강성 렌즈 요소를 선택적으로 굽힌다.

다른 실시예에 따르면, 렌즈 모듈은 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 한정하는 강성 렌즈 요소를 포함하고, 렌즈 모듈은 튜닝가능 구면 렌즈를 추가로 포함하고, 강성 렌즈 요소는 튜닝가능 구면 렌즈와 반강성 렌즈 요소 사이에 개재된다.

다른 실시예에 따르면, 반강성 렌즈 요소는 반강성 렌즈 요소가 적어도 하나의 액추에이터에 의해 굽혀지지 않는 제1 상태에서 평면형이다.

다른 실시예에 따르면, 반강성 렌즈 요소는 반강성 렌즈 요소가 적어도 하나의 액추에이터에 의해 굽혀지지 않는 제1 상태에서 구면 볼록 표면 및 구면 오목 표면을 갖고, 렌즈 모듈은 반강성 렌즈 요소가 적어도 하나의 액추에이터에 의해 굽혀지는 제2 상태에서 반강성 렌즈 요소에 의해 생성되는 기생 구면 렌즈 굴절력을 오프셋시키도록 구성되는 튜닝가능 구면 렌즈를 포함한다.

다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 액추에이터는 반강성 렌즈 요소의 주연부 둘레에 균일하게 분포되는 6개의 액추에이터들을 포함하고, 렌즈 모듈은 반강성 렌즈 요소의 주연부 둘레로 연장되는 하중 확산 링을 포함한다.

다른 실시예에 따르면, 반강성 렌즈 요소는 2 GPa 초과의 영률을 갖는 재료로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 헤드 장착형 지지 구조체, 광을 방출하는 디스플레이, 및 디스플레이로부터의 광을 수용하는, 헤드 장착형 지지 구조체에 의해 지지되는 렌즈 모듈 - 렌즈 모듈은 조정가능 두께를 갖는 액체 충전 갭에 의해 분리되는 제1 및 제2 렌즈 요소들을 포함함 - 을 포함하는 시스템이 제공된다.

다른 실시예에 따르면, 렌즈 모듈은 제1 렌즈 요소와 디스플레이 사이에 개재되는 부분 반사 미러, 1/4 파장판 - 제2 렌즈 요소는 1/4 파장판과 액체 충전 갭 사이에 개재됨 -, 및 반사 편광기 - 1/4 파장판은 반사 편광기와 제2 렌즈 요소 사이에 개재됨 - 를 포함한다.

다른 실시예에 따르면, 제1 및 제2 렌즈 요소들은 반사굴절 렌즈를 형성하고, 반사굴절 렌즈는 액체 충전 갭의 조정가능 두께에 종속되는 두께를 갖는다.

다른 실시예에 따르면, 시스템은 액체 충전 갭을 충전하는 액체를 보유하는 저장조, 액체 충전 갭 내의 액체의 양을 제어하는 펌프, 및 제2 렌즈 요소를 향해 제1 렌즈 요소를 편의시키는 편의 컴포넌트를 포함한다.

전술한 것은 단지 예시적인 것이며, 설명된 실시예들에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (20)

1. 시스템으로서,
   헤드 장착형 지지 구조체;
   광을 방출하는 픽셀들을 갖는 디스플레이;
   상기 픽셀들로부터의 광을 수용하는, 상기 헤드 장착형 지지 구조체에 의해 지지되는 렌즈 모듈 - 상기 렌즈 모듈은 제1 및 제2 유체 충전 챔버들, 상기 제1 유체 충전 챔버와 상기 제2 유체 충전 챔버 사이의 강성 분할기(divider), 및 상기 제1 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 정의하는 가요성 멤브레인을 포함하고, 상기 제1 유체 충전 챔버는 상기 강성 분할기에 의해 적어도 부분적으로 정의되고, 상기 제2 유체 충전 챔버는 상기 강성 분할기에 의해 적어도 부분적으로 정의됨 -; 및
   상기 가요성 멤브레인의 곡률을 조정하기 위해 상기 렌즈 모듈을 제어하도록 구성된 제어 회로부
   를 포함하는 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 강성 분할기는 상기 제1 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 정의하는 제1 오목 표면을 갖는, 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 강성 분할기는 상기 제2 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 정의하는 제2 오목 표면을 갖는, 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 강성 분할기는 상기 제1 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 정의하는 제1 평면 표면(planar surface) 및 상기 제2 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 정의하는 제2 평면 표면을 갖는, 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 강성 분할기는 무색 교정(achromatic correction)을 위한 분산도를 갖는, 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는 상기 강성 분할기를 이동시켜 상기 가요성 멤브레인의 곡률을 조정하도록 구성되는, 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 유체 충전 챔버는 제1 유체로 충전되고, 상기 제2 유체 충전 챔버는 제2 유체로 충전되고, 상기 제1 및 제2 유체들은 상이한 굴절률들을 갖는, 시스템.
8. 시스템으로서,
   헤드 장착형 지지 구조체;
   광을 방출하는 픽셀들을 갖는 디스플레이;
   상기 픽셀들로부터의 광을 수용하는, 상기 헤드 장착형 지지 구조체에 의해 지지되는 렌즈 모듈 - 상기 렌즈 모듈은 제1 및 제2 유체 충전 챔버들, 상기 제1 유체 충전 챔버와 상기 제2 유체 충전 챔버 사이의 제1 가요성 멤브레인, 상기 제2 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 정의하는 제2 가요성 멤브레인, 및 상기 제1 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 정의하는 강성 렌즈 요소를 포함하고, 상기 제1 유체 충전 챔버는 상기 제1 가요성 멤브레인에 의해 적어도 부분적으로 정의되고, 상기 제2 유체 충전 챔버는 상기 제1 가요성 멤브레인에 의해 적어도 부분적으로 정의됨 -; 및
   상기 제1 및 제2 가요성 멤브레인들의 곡률을 조정하기 위해 상기 렌즈 모듈을 제어하도록 구성된 제어 회로부
   를 포함하는 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 강성 렌즈 요소는 상기 제1 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 정의하는 제1 평면 표면을 갖는, 시스템.
10. 제8항에 있어서, 상기 강성 렌즈 요소는 상기 제1 유체 충전 챔버를 적어도 부분적으로 정의하는 제1 볼록 표면을 갖는, 시스템.
11. 제10항에 있어서, 상기 강성 렌즈 요소는 상기 제1 볼록 표면에 대향하는 제1 오목 표면을 갖는, 시스템.
12. 시스템으로서,
    헤드 장착형 지지 구조체;
    광을 방출하는 픽셀들을 갖는 디스플레이;
    상기 픽셀들로부터의 광을 수용하는, 상기 헤드 장착형 지지 구조체에 의해 지지되는 렌즈 모듈 - 상기 렌즈 모듈은 제1 및 제2 유체 충전 챔버들 및 제1 및 제2 가요성 멤브레인들을 포함하고, 상기 픽셀들에 의해 방출된 광은 상기 제1 유체 충전 챔버 및 상기 제2 유체 충전 챔버를 이 순서로 통과하고, 상기 제1 유체 충전 챔버는 상기 디스플레이와 상기 제2 유체 충전 챔버 사이에 개재됨 -; 및
    상기 제1 가요성 멤브레인의 곡률 및 상기 제2 가요성 멤브레인의 곡률을 조정하기 위해 상기 렌즈 모듈을 제어하도록 구성된 제어 회로부
    를 포함하는 시스템.
13. 제12항에 있어서, 상기 제어 회로부는, 상기 제1 가요성 멤브레인의 곡률 및 상기 제2 가요성 멤브레인의 곡률을 조정하기 위해 상기 제1 유체 충전 챔버 내의 유체의 제1 양 및 상기 제2 유체 충전 챔버 내의 유체의 제2 양을 변경하도록 구성되는, 시스템.
14. 제12항에 있어서, 상기 제1 가요성 멤브레인은 제1 가변 강성 프로파일을 갖고, 상기 제2 가요성 멤브레인은 상기 제1 가변 강성 프로파일과 상이한 제2 가변 강성 프로파일을 갖는, 시스템.
15. 제12항에 있어서, 상기 제1 가요성 멤브레인은 가변 두께를 갖는, 시스템.
16. 제12항에 있어서, 상기 제1 가요성 멤브레인은 상기 제1 가요성 멤브레인의 탄성 계수를 가변시키는 표면 릴리프(surface relief)를 갖는, 시스템.
17. 제12항에 있어서, 상기 제1 가요성 멤브레인은 이방성 재료로 형성되는, 시스템.
18. 제12항에 있어서, 상기 렌즈 모듈은 상기 제1 유체 충전 챔버와 상기 제2 유체 충전 챔버 사이에 강성 분할기(divider)를 포함하고, 상기 제1 유체 충전 챔버는 상기 강성 분할기 및 상기 제1 가요성 멤브레인에 의해 적어도 부분적으로 정의되고, 상기 제2 유체 충전 챔버는 상기 강성 분할기 및 상기 제2 가요성 멤브레인에 의해 적어도 부분적으로 정의되는, 시스템.
19. 제12항에 있어서, 상기 렌즈 모듈은 강성 렌즈 요소를 포함하고, 상기 제1 가요성 멤브레인은 상기 제1 유체 충전 챔버와 상기 제2 유체 충전 챔버 사이에 개재되고, 상기 제1 유체 충전 챔버는 상기 강성 렌즈 요소 및 상기 제1 가요성 멤브레인에 의해 적어도 부분적으로 정의되고, 상기 제2 유체 충전 챔버는 상기 제1 가요성 멤브레인 및 상기 제2 가요성 멤브레인에 의해 적어도 부분적으로 정의되는, 시스템.
20. 제12항에 있어서, 상기 렌즈 모듈은,
    상기 제1 가요성 멤브레인의 주연부 둘레에 액추에이터들을 추가로 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 제1 가요성 멤브레인의 형상을 동적으로 조정하기 위해 상기 액추에이터들을 제어하도록 구성되는, 시스템.

Images