KR20240111747A

KR20240111747A - 차량에 통합된 필드 전개 공동을 사용하여 가상 디스플레이 시스템을 통합하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20240111747A
Application number: KR1020247014068A
Authority: KR
Inventors: 바르막 헤쉬마트 데코르디; 크리스토퍼 바르시
Original assignee: 브렐리온 인코포레이티트
Priority date: 2022-12-15
Filing date: 2023-12-13
Publication date: 2024-07-17

Abstract

가상 이미지 또는 광 필드 이미지를 생성하기 위한 디스플레이 시스템 및 방법은 일부 실시예에서 디스플레이 및 필드 전개 공동을 포함한다. 필드 전개 공동은 가상 이미지의 광학 깊이를 모듈화한다. 일부 실시예에서, 디스플레이 시스템은 차량의 일부로 통합된다. 가상 이미지는 차량의 일부에 의해 반사될 수 있으며 승객을 위한 증강 현실(AR) 환경을 생성할 수 있다.

Description

차량에 통합된 필드 전개 공동을 사용하여 가상 디스플레이 시스템을 통합하기 위한 시스템 및 방법

본 출원은 2022년 12월 15일에 제출되고 “다양한 광학 깊이를 통해 컴팩트한 광 필드 디스플레이 생성을 위한 시스템 및 방법”이라는 제목의 출원 번호 18/066,844에 대해 이익/우선권을 주장하며, 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.

기술 분야

본 발명은 일반적으로 광 필드 디스플레이에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 다양한 광학 깊이를 통해 컴팩트한 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 시스템이다.

현재 사회에서는 전자 및 마이크로 제조의 발전으로 인해 더욱 몰입도가 높은 광 필드 및/또는 무안경(autostereoscopic) 3차원(3D) 디스플레이에 대한 관심이 높아지고 있다. 입체 3D와 달리 광 필드 디스플레이는 파면을 조작하여 단안 수준(monocular level)에서 깊이 인식을 생성한다. 이는 원근조절-이접운동 미스매칭(accommodation-vergence mismatch)을 제거하고 사용자의 눈에 대한 스트레스를 줄일 수 있다. 보다 현실적인 광 필드 경험을 실현하기 위한 획기적인 발전이 있었으며, 이는 이러한 경험을 생성하기 위한 4 가지 주요 방법으로 설명될 수 있으며, 각 방법은 고유한 약점 및 장점을 갖는다: 초다시점(super multi-view), 계산(computational), 다중 초점 및 홀로그램. 초다시점 방법은 매우 컴팩트한 형태로 광 필드를 제공하지만 매우 작은 시야 영역과 낮은 해상도로 제한된다. 계산 방법은 해상도를 높이지만 헤이즈(haze)와 일시적인 깜빡임 아티팩트(flickering artifact)를 생성한다. 홀로그램 방법은 색상 불균일, 줄무늬(fringing) 또는 반사 아티팩트(specular artifact)로 어려움을 겪을 수 있다. 다중 초점 방법은 깨끗하지만 확장 가능한 이미지를 생성할 수 없다. 또한 다중 초점 방법을 사용하는 장치는 부피가 클 수 있다. 그러나 현재의 모든 광 필드 디스플레이 방법에는 다음의 문제가 보편적이다: 큰 대역폭 요구사항; 조정 가능한 렌즈와 같이 쉽게 대량 생산되지 않는 값비싼 부품 및/또는 고급 부품에 대한 의존; 낮은 색상 균일성; 작은 시야 또는 시야 구역, 낮은 밝기, 헤이즈 및 회절 아티팩트, 제한된 깊이 범위; 및 때때로 특수 안경을 착용해야 할 필요성. 이러한 과제로 인해 상업 및/또는 산업 환경에서 광 필드 디스플레이의 사용이나 생산이 크게 제한되었다. 따라서, 필요한 것은 일부 실시예에서 상이한 액정 디스플레이(LCD) 또는 단일 LCD의 상이한 부분을 상이한 광학 초점면에 다중화하기 위해 공동에 위치된 반사기 세트를 사용하는 철저한 종류의 광학 방법이다. 이는 공동 내의 광 필드가 공동의 출구 동공을 빠져나가기 전에 특정 광학 깊이에 적응하는 동시에 다른 광 필드 디스플레이 방법과 관련하여 이전에 논의된 문제를 해결하게 할 수 있다.

본 발명의 목적은 다양한 광학 깊이에서 또는 이를 통해 광 필드 디스플레이를 생성하는 컴팩트 시스템일 수 있는 장치를 사용자에게 제공하는 것이다. 본 발명은 광 필드 디스플레이의 현재 방법과 관련된 이전에 논의된 문제를 해결하는 장치를 사용자에게 제공하고자 한다. 본 발명은 상업적 및/또는 산업적 수준에서 더 저렴하고 생산하기 쉬운 장치를 사용자에게 제공하고자 한다. 본 발명은 광 필드 디스플레이의 선명도를 감소시키지 않으면서 아티팩트를 감소시키는 장치를 사용자에게 제공하고자 한다. 본 발명은 사용자가 기존 입체 디스플레이보다 더 쉽게 광 필드 디스플레이용 컨텐츠를 제작할 수 있도록 하는 장치를 사용자에게 제공하고자 한다. 본 발명은 광 필드 디스플레이의 컨텐츠를 보기 위해 사용자가 활용해야 하는 특수 안경이나 렌딩 엔진과 같은 추가적인 액세서리 또는 특수 구성요소가 필요하지 않은 장치를 사용자에게 제공하고자 한다. 본 발명은 광 필드 디스플레이의 각 초점면에 대한 광학 경로 차이를 줄이고 편광에 따른 광 손실을 최소화할 수 있는 장치를 사용자에게 제공하고자 한다. 본 발명은 기계적 움직임 없이 디스플레이 초점면을 변경할 수 있는 장치를 사용자에게 제공하고자 한다.

본 발명은 다양한 광학 깊이를 통해 컴팩트한 광 필드 디스플레이를 생성하기 위한 시스템이다. 본 발명은 주로 하우징을 포함한다. 하우징은 본 발명이 다양한 정도 또는 범위의 광 필드 디스플레이를 생성할 수 있는 다양한 배열의 복수의 패널을 포함한다. 본 발명은 또한 릴레이 패널을 포함한다. 본 발명은 하우징 상부에 커버 케이스를 포함한다.

정확한 광 필드 디스플레이를 실현하려면 일반적으로 고가의 광원과 레이저 스캐너, 조정 가능한 렌즈와 같은 공간 변조기; LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 반사기 또는 DMD(digital micro-mirror device)를 사용하는 고급 광학 구조가 필요하다. 따라서, 이러한 기존 방법은 진정한 광학 깊이를 제공하지 않으며, 이는 회절 색상 부정확성, 반점 또는 헤이즈 형태로 파면에 부정확성이 있음을 의미한다. 디스플레이 시스템 및 방법의 클래스는 FE(field-evolving) 공동의 개념을 중심으로 전개된다. 이러한 공동은 파면에 왜곡 없이 진정한 광학 깊이를 제공하는 방식으로 광을 준비하므로 이러한 시스템에 의해 제공되는 이미지는 일반 디스플레이 패널만큼 정확하다. 이 방법은 불투명 또는 증강(투명) 양식으로 동시에 또는 순차적으로 다중 광학 초점면을 제공하는 방식으로 기존 LED 또는 유기 발광 다이오드(OLED) 패널 디스플레이를 사용한다. 또한 시스템은 데스크탑 사용에 적합한 소형 폼 팩터로 편리하게 패키징될 수 있다. 공동은 일반 2차원(2D) 이미지를 공급하고 이를 광학적으로 3D 광 필드로 결합하기 때문에, 복잡한 렌더링 엔진이 필요하지 않다. 방법은 또한 상업적 용도를 위한 대규모 디스플레이로 확장 가능하다.

출원 파일의 특허는 컬러로 실행된 적어도 하나의 도면을 포함한다. 컬러 도면을 갖는 특허 또는 특허 출원 공보의 사본은 요청 및 필요한 수수료의 지불 시 사무실에서 제공된다.
다음의 설명은 첨부 도면을 참조하여 비제한적이고 예시적으로 의도된 예를 통해 개시된 장치, 방법 및 시스템의 실시예의 양태를 더 자세히 설명한다.
도 1은 3층 필드 전개 공동에 기초한 광 필드 디스플레이를 도시하며, 3층 광 필드 디스플레이 프로토타입의 3D 모델의 비제한적인 예가 도시되며, 정면도는 좌측에 도시되며, 후방 평면도가 중간에 도시되며, 정면 측면도가 우측에 도시된다.
도 2는 본 개시의 공동 기반 광 필드 시스템의 일반화된 블록도를 도시하며, FE 공동 기반 광 필드 디스플레이 시스템의 블록도가 도시되며, 공동은 다중 초점면의 광을 생성하여 이를 외부 세계로 투사하는 릴레이 메커니즘으로 공급한다.
도 3a, 3b 및 3c는 1차 사출 동공(first-order exit pupil)을 갖는 클래스 I FE 공동을 도시하며, 여기서 디스플레이는 1차원 도는 1축(수직 또는 수평)으로 배열되며, 각 층에 대한 광은 각 반사기에서 한번만 반사되며, 이는 공동을 빠져나오기 전에 광이 이동하는 왕복 또는 루프가 없음을 의미하며, 클래스 I FE 공동 카테고리에 따라 단순한 것부터 더 많은 수의 층을 갖는 더 복잡한 것까지 상이한 디자인의 비제한적인 예가 도시된다.
도 4는 클래스 II 디스플레이가 공동을 구성하기 위해 2차원(수직 및 수평 모두)으로 배열될 수 있도록 1차 사출 동공을 갖는 클래스 II FE 공동의 예를 도시하며, 용어 “1차”는 광이 각 거울 또는 반사기에서 한번만 반사되는 사실을 의미하며, 클래스 I 공동에서 디스플레이를 분할할 때 발생되는 공간 해상도 손실을 방지하기 위해 다중 디스플레이가 두 축을 따라 통합될 수 있는 방법을 보여주는 더 복잡한 클래스 II 공동 예가 도시되며, 주황색 화살표는 공동의 동공에서 나오는 광 다발이다.
도 5는 각 초점면에 대한 광학 경로 차이를 줄이고 광 손실을 최소화하도록 설계된 1차 및 2차 사출 동공을 갖는 클래스 I 및 클래스 II FE 공동의 예를 도시하며; “2차”는 광이 반사기로부터 최대 2회 반사될 수 있음을 의미하며, 각 초점면에 대한 광학 경로 차이를 줄이고 편광을 사용하여 광 손실을 최소화하도록 설계된 고차 사출 동공을 갖는 FE 공동의 예가 도시된다.
도 6은 깊이의 범위를 통해 초점면을 조정하거나 스윕하는데 사용되는 능동적으로 변환된(기계적으로 변환된) 구성요소를 갖는 FE 공동의 예를 도시하며, 깊이의 범위를 통해 초점면을 능동적으로 조정하거나 스윕하기 위해 기계적으로 변환된 구성요소를 갖는 FE 공동의 예가 도시된다.
도 7은 사출 광의 초점 깊이를 변경하기 위해 전환 가능한 거울 요소 및 전환 가능한 확산기를 포함하는 FE 공동의 예를 도시하며, 심한 기계적 움직임 없이 디스플레이 초점면을 변경하기 위해 전환 가능한 거울(도 6의 프로파일 22, 23) 및 전환 가능한 확산기(도 6의 프로파일 24)를 사용하는 디스플레이 공동의 예가 도시된다.
도 8은 FE 공동의 상이한 섹션 내부에서 광이 이동하는 경로를 전환하기 위한 전환 가능한 액정 층을 사용하는 예를 도시하며, 임의의 기계적 움직임 없이 디스플레이 초점면을 변경하기 위해 전환 가능한 액정 층을 사용하는 FE 공동의 예가 도시된다.
도 9는 다중 초점면을 생성하는데 사용되는 웨지(wedge) 타입(또는 각진) FE 공동의 예를 도시하며, 이러한 공동에서 디스플레이 평면 법선 벡터는 서로에 대해 90도의 배수가 아닌 각도를 만들 수 있으며, 더 작은 폼 팩터로 다중 초점면을 생성하는데 사용되는 컴팩트 클래스 I 및 II 웨지 공동의 예가 도시된다.
도 10은 더 높은 굴절률 슬래브 또는 프리즘을 사용하여 깊이 중 하나 또는 모두가 이동되는 예를 도시하며, 프리즘 필름이 초점면의 밝기를 어떻게 향상시킬 수 있는지도 보여주며, 공동 볼륨 또는 프리즘 필름 내에서 상이한 굴절률을 갖는 재료를 사용하는 초점면의 깊이 및 밝기를 수동적으로 조정하거나 향상시키는 예가 도시된다.
도 11은 공동에서 외부 세계로 광을 릴레이하는데 사용될 수 있는 릴레이 시스템의 예를 도시하며, 디스플레이는 원거리 디스플레이(far standing display)로 사용되거나 데스크탑에서와 같이 머리에 매우 가깝게 사용될 수 있으며, 릴레이는 완전 투명 또는 불투명, 곡선형 또는 평면형, 일체형일 수 있거나 다중 스위칭 섹션을 포함할 수 있으며, 다이어그램은 디스플레이 공동의 출력이 엔터테인먼트 시스템 또는 확대된 모니터의 일부로서 시청자에게 어떻게 릴레이될 수 있는지를 보여주며, 좌측 열은 엔터테인먼트 시스템 양식을 나타내며, 우측은 확대된 머리 근처 디스플레이 양식을 나타낸다.
도 12는 전환 가능한 거울에 기초한 압축된 FE 공동의 예를 도시하며, 공동의 두께(L)는 반사기를 순차적으로 켜고 끄는 것에 의해 감소될 수 있으며, 다이어그램은 클래스 I FE 공동에서 전환 가능한 거울을 갖는 압축된 아키텍처가 어떻게 시스템의 크기를 압축할 수 있는지를 보여준다.
도 13은 3층 광 필드 디스플레이의 프로토타입 모델의 분해도를 도시하며, 프로토타입 시스템의 3D 모델이 도시되며, 좌측 패널은 분해 모델의 후방이며 우측 패널은 디스플레이의 전방이며, 광 필드는 상부의 녹색 반사기에서 나온다.
도 14a는 조리개 광학 장치(aperture optic)가 필드 전개 공동의 공동 출사 동공에 위치되는 실시예를 도시한다.
도 14b는 조리개 광학 장치가 시스템 인클로저의 인클로저 출사 동공에 위치되는 실시예를 도시한다.
도 15는 본 발명의 요소가 분할되어 다중 깊이 또는 이미지를 생성하는 광 파이프로서 구성되는 필드 전개 공동의 실시예를 도시한다.
도 16은 필드 전개 공동이 거울과 광학 통신하는 본 발명의 실시예를 도시하며, 실시예는 관찰자의 반사와 동일한 깊이 또는 더 가까운 깊이에서 가상 이미지를 생성한다.
도 17은 필드 전개 공동이 차량의 지붕에 통합된 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 18a 내지 18f는 도 17에 도시된 디스플레이 시스템의 다양한 실시예를 도시하며, 실시예는 편광 의존 반사기 또는 세미 반사기를 사용한다.
도 19a 내지 19f는 기계적으로 관절식 또는 전동식 커플링을 포함하여 디스플레이 시스템이 차에 통합될 수 있는 예시적인 방식을 도시한다.
도 20a 내지 20e는 개시된 디스플레이 시스템 및 필드 전개 공동의 예시적인 응용을 도시한다.

도면의 모든 예시는 본 발명의 선택된 버전을 설명하기 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아니다.

기존의 양안(binocular) 또는 입체 비전에서, 디스플레이 시스템은 시청자의 좌측 및 우측 눈에 별도로 두 개의 오프셋 이미지를 제공한다. 이러한 2차원 이미지는 눈 렌즈의 조절과 함께 시청자의 뇌에서 결합되어 시청자 앞에서 3D 깊이에 대한 인식을 제공한다. 실제 광학 깊이(파면의 곡률)가 입체 이미지에 의해 제공되는 시차와 일치하지 않으면 시청자는 약간 불편한 부정확성을 경험하며, 이는 그/그녀의 눈 렌즈가 이미지가 특정 거리에 있고 시차가 뇌에 다르게 말하고 있다고 뇌에 알리기 때문이다. 이는 원근조절-이접운동 미스매칭이라고 알려져 있다. 광 필드 디스플레이 시스템은 시차 및 조절 신호를 모두 제공하는 방식으로 파면을 변경한다. 광 필드 디스플레이를 제공하는 기존 방법은 비용, 이미지의 정확성, 대역폭, 헤드셋 또는 안경 착용 필요성, 부피 및 제조 가능성으로 인해 제한되었다.

인지된 컨텐츠 현실성과 제조 가능성 사이의 이러한 균형을 극복하기 위해, 본 발명은 외부 시계로 릴레이되는 하나 이상의 디스플레이 초점 깊이에서 디지털 컨텐츠를 생성하기 위해 기존 LCD 또는 OLED 패널 디스플레이 주위에 구축된 필드 전개 공동을 사용한다. 이 접근 방식은 조정 가능한 렌즈, 광범위한 계산 렌더링 엔진이 필요하지 않으며; 또한 반드시 자유형 광학 장치에 의존할 필요가 없으며 비용 효율적으로 제조될 수 있으며 넓은 시야 구역 내에서 임의의 수의 사용자에게 광 필드 경험을 제공한다.

일반적인 목적

본 발명은 고품질 디스플레이에 필적하는 이미지 정확도로 대량 생산 가능한 방식으로 다중 층 광 필드 경험을 제공한다. 본 발명의 목적은 원근조절-이접운동 충돌을 겪지 않고 진정한 광학 깊이를 제공하는 작고 실용적인 투명 또는 불투명 광 필드 디스플레이를 실현하는 것이다. 이러한 디스플레이는 다양한 상황에서 폭넓은 유용성을 가지며, 이에 대해 이하에서 더 자세히 설명한다. 광 필드는 엔터테인먼트 디스플레이, 상업용 애플리케이션 또는 내비게이션이나 생물의학 사용 사례와 같은 산업적 사용 사례로 사용될 수 있다. 머리 근처의 사용 사례에서, 본 발명은 가상 윈도우처럼 보이고 작은 동공에도 불구하고 규모 감각을 제공할 수 있는 가상 깊이 또는 광학 공간을 제공한다. 예를 들어, 본 발명은 머리로부터 10 인치 떨어진 곳에 위치한 13 인치 사출 동공을 확대하여 사용자로부터 3미터 떨어진 곳에 위치한 60인치 모니터로 보이게 할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 본 발명은 도 1 내지 도 13에 도시된 시스템 인클로저(5), 필드 전개 공동(1) 및 릴레이 메커니즘(3)을 포함한다. 시스템 인클로저(5)는 본 발명의 다른 구성요소를 수용하는데 사용된다. 따라서, 필드 전개 공동(1) 및 릴레이 메커니즘(3)은 시스템 인클로저(5) 내에 장착된다. 필드 전개 공동(1)은 광 필드 디스플레이를 수정하는 역할을 하는 컴팩트한 본체이다. 또한, 필드 전개 공동(1)은 공동 출사 동공(2), 적어도 하나의 디스플레이 패널(6) 및 적어도 하나의 광학 튜닝 메커니즘(7)을 포함한다. 디스플레이 패널(6)은 광학 튜닝 메커니즘(7)에 의해 수정된 초기 광 필드 디스플레이를 생성하며, 수정된 광 필드 디스플레이는 공동 출사 동공(2)에 의해 출력된다. 또한, 디스플레이 패널(6) 및 광학 튜닝 메커니즘(7)은 특정 광학 배열로 구성되며, 이는 적어도 하나의 광 필드 디스플레이(6)가 적어도 하나의 광학 경로를 따라 적어도 하나의 초점면을 사용하여 생성되도록 허용한다. 광학 경로는 특히 디스플레이 패널(6)에서 공동 출사 동공(2)으로 이동한다. 릴레이 메커니즘(3)은 수정된 광 필드 디스플레이를 공동 출사 동공(2)으로부터 시스템 인클로저(5)의 인클로저 출사 동공(4)으로 전달하는데 사용되므로, 공동 출사 동공(2)은 릴레이 메커니즘(3)을 통해 인클로저 출사 동공과 광학 통신한다.

도 1은 본 발명의 프로토타입 모델에 대한 필드 전개 공동(1)을 도시한다. 공동 출사 동공(2)은 또한 도 1에서 점선 직사각형 프레임으로 도시된다. 이 경우 릴레이 메커니즘(3)은 간단한 거울 또는 전환 가능한 거울이며 공동 출사 동공(2)을 인클로저 출사 동공(4)에 릴레이한다. 또한 인클로저 출사 동공(4)은 이 동공에서 나가는 광이 더 이상의 조작 없이 사용자에게 직접 도달하도록 허용한다. 이 인클로저 출사 동공(4)은 도 1에 점선 직사각형 프레임으로 도시된다.

기술적 설명

개시된 장치, 방법 및 시스템의 양태는 2 개 이상의 초점면에서 디지털 컨텐츠의 디스플레이를 가능하게 하고 광 필드 디스플레이 시스템의 크기 및 비용의 상당한 감소에 기여하는 다양한 방법, 시스템, 구성요소 및 기술을 설명한다. 개시된 장치, 방법 및 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 필드 전개 공동(1) 내의 다중 깊이에서 디지털 컨텐츠를 생성하고 이 컨텐츠를 사용자의 눈으로 릴레이함으로써 작동한다.

먼저, 디지털 컨텐츠는 하나 이상의 깊이에서 필드 전개 공동(1) 내에서 생성된다. 이는 다양한 방법으로 수행될 수 있으며, 자세한 내용은 “필드 전개 공동의 설계”라는 제목의 섹션에 설명된다. 그 다음, 릴레이 메커니즘(3)은 사용자가 다양한 형식으로 디지털 컨텐츠를 볼 수 있게 하도록 사용되며, 이에 대한 세부 사항은 “릴레이 메커니즘 및 적용 방식”이라는 제목의 섹션에서 설명된다.

추가적으로, 본 명세서에 설명된 기술은 데스크탑 모니터, 텔레비전 세트 및 헤드업 디스플레이와 같은 대형 디스플레이뿐만 아니라 머리 근처의 디스플레이의 새로운 형식에도 사용될 수 있다. 이 애플리케이션 확장에 대한 자세한 내용은 “릴레이 메커니즘 및 적용 방식”이라는 제목의 섹션에서 설명된다. 필드 전개 공동(1)의 두께는 필드 전개 공동(1)의 내부 및 외부의 순차적 릴레이를 사용하여 줄일 수 있으며, 이에 대한 자세한 내용은 “압축 설계”라는 제목의 섹션에서 설명된다. 실제 프로토타입의 비제한적인 예의 자세한 내용은 “프로토타입 모델”이라는 제목의 섹션에서 주어진다.

본 개시는 4 가지 주용 양태 또는 초점을 갖는다: (1) 하나 이상의 디스플레이 패널로부터 하나 또는 다중 초점면을 생성하는데 필요한 필드 전개 공동(1)의 설계; (2) 공동 배열을 변경하거나 정교하게 하거나 전환 가능한 거울 또는 LCD 층을 사용하여 상이한 조정 가능한 초점면(즉, 조정 가능한 면이 있는 광 필드)을 생성하는 방법; (3) 공동 출사 동공(2)에서 인클로저 출사 공동(4)으로 광을 릴레이하는 수단에 대한 정교화; 및 (4) 압축 설계 및 머리 근처 사용 사례의 정교화.

필드 전개 공동의 설계

광 필드의 상이한 층에 진정한 광학 깊이를 제공하기 위해, 해당 깊이에 맞거나 해당 깊이에 맞게 수정되는 광의 파면의 곡률을 준비하거나 조작하는 광학 메커니즘이 필요하다. 도 3 내지 13에 도시된 필드 전개 공동(1)의 다양한 실시예는 공동 출사 동공(2)으로부터 상이한 깊이에서 발산 정점을 갖는 광 다발을 방출하는 방식으로 배열 및 조립되는 (액정 디스플레이(LCD), 박막 트랜지스터(TFT), 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드 어레이(OLED), 활성 매트릭스 유기 발광 다이오드(AMOLED), 평면 스크린 투사 또는 임의의 다른 디스플레이 기술에 기반하는) 적어도 하나의 디스플레이 패널(6) 및/또는 적어도 하나의 거울(8) 및/또는 적어도 하나의 하프 미러(9) 및/또는 복수의 전환 가능한 미러(13) 또는 적어도 하나의 액정 셀 층(16)을 포함하는 공동 또는 공극 공간이다. 이러한 정점은 필드 전개 공동(1) 내부의 상이한 깊이에 있는 상이한 디스플레이로부터 또는 필드 전개 공동(1)의 전체를 따라 단일 디스플레이 패널(6)로부터 나올 수 있다. 공동 출사 동공(2)은 광을 릴레이 메커니즘(3)으로 전달하여 사용자에게 제공되는 상이한 초점면에 대한 발산의 상이하거나 동일한 기준 정점(릴레이의 유형에 따라 다름)을 초래한다. 릴레이 메커니즘(3)은 본 명세서에 추가로 논의되는 바와 같이 단순한 평평한 표면 또는 자유형 곡면일 수 있거나, 기하학적 또는 회절성 도파관 또는 임의의 다른 적합한 릴레이 수단일 수 있다. 릴레이 메커니즘(3)은 반투명, 불투명 또는 투명도 조정이 가능할 수 있다(예를 들어, 전환 가능한 거울).

이론적으로 이러한 유형의 필드 전개 공동은 무한히 존재하므로, 필드 전개 공동(1)의 클래스를 결정하는 것은 디스플레이 배열의 차원성에 기초한다. 모든 디스플레이 패널(6)이 단일 축(예를 들어, y축)을 따르는 경우, 필드 전개 공동(1)은 클래스 I로 정의된다. 보다 구체적으로, 디스플레이 패널(6)은 단일 축을 따라 위치되며, 단일 축은 공동 출사 동공(2)에 수직 또는 평행하게 위치된다. 대안적으로, 모든 디스플레이 패널(6)이 x 및 y 차원 모두로 배열된다면, 필드 전개 공동(1)은 클래스 II이다. 보다 구체적으로, 복수의 디스플레이 패널(6)은 한 쌍의 축을 따라 위치되며, 한 쌍의 축은 서로 수직으로 위치되며, 한 쌍의 축 각각은 공동 출사 동공(2)에 수직 또는 평행하게 위치된다. 또한, 공동 출사 동공(2)의 차수는 디스플레이 패널(6)의 임의의 픽셀로부터 광 다발이 공동 출사 공동(2)을 빠져나가기 전에 반사되는 최대 횟수이다. x 및 y에서 90도의 배수가 아닌 각도로 배열된 적어도 하나의 디스플레이 패널(6)을 갖는 임의의 필드 전개 공동(1)은 여전히 클래스 II 공동으로 간주되지만 클래스 II 웨지 공동 또는 각진 공동으로 지칭됩니다. 보다 구체적으로, 디스플레이 패널(6)은 정렬 축을 따라 위치되며, 정렬 축은 공동 출사 동공(2)에 대해 각도를 두고 위치된다.

도 3 내지 13의 다음 설명 및 도면은 단일 디스플레이 패널(6) 또는 병렬 배열의 다중 디스플레이 패널(6)을 사용하여 다중 초점 깊이에서 디지털 컨텐츠를 생성하는데 사용될 수 있는 클래스 I 필드 전개 공동의 비제한적인 예를 제공한다. 이러한 모든 구성에서, 디스플레이 패널(6)은 OLED, LCD, LED, AMOLED 또는 2D 이미지를 제공하는 임의의 디스플레이 기술이나 프로젝션 스크린과 같은 다양한 디스플레이 기술을 사용할 수 있다. 이러한 개념의 비제한적인 예에서, 디스플레이 패널(6)은 순차적 RGB 광에 의해 조명되는 LCoS(Liquid crystal on silicon) 공간 광 변조기 또는 디스플레이에 의해 조명되는 DMD(Digital Mirror Device) 공간 광 변조기로 대체될 수 있다. 따라서, 본 개시에서 “디스플레이 패널”은 이미지를 생성하기 위해 초점을 맞추거나 시준될(collimated) 수 있는 광의 어레이를 제공하는 임의의 아키텍처를 의미한다.

도 3 내지 9에 주어진 모든 비제한적 예 및 구성에서, 반사기는 편광 의존 반사기, 반투명 반사기, 박층 펠리클(pellicle) 반사기, 빔 스플리터 큐브 또는 다른 적합한 반사기일 수 있다. 이러한 모든 구성에서, 디스플레이 패널(6)의 상이한 부분으로부터 또는 상이한 패널(6)로부터의 광은 광 전개 공동(1)의 출력 광 효율을 증가시키는 방식으로 편광될 수 있다. 더 구체적인 예가 본 개시의 전반에 걸쳐 도면에 제공된다.

도 3a, 3b 및 3c는 필드 전개 공동(1)의 클래스 I에 대한 일부 비제한적인 예를 도시한다. 일반적으로, 광학 튜닝 메커니즘(7)은 적어도 하나의 거울(8) 및 적어도 하나의 빔 스플리터 플레이트(9)를 포함할 수 있다. 도 3의 섹션에서 볼 수 있는 바와 같이, 특정 공동 배열은 거울(8)로 광학 경로를 반사하도록 구성될 수 있으며, 특정 공동 배열은 빔 스플리터 플레이트(9)로 광학 경로를 반사하여 빔 스플리터 플레이트(9) 또는 이들의 조합을 통해 광학 경로를 통과하도록 추가로 구성될 수 있다.

도 3a의 섹션 5는 단일 깊이(이론적 지원을 위해 포함됨)만을 생성하는 바닥에 단일 디스플레이 패널(6)을 갖는 필드 전개 공동(1)의 클래스 I의 실시예를 도시한다. 광은 반사기나 다른 광학 표면에서 반사되지 않고 공동 출사 동공(2)의 밖으로 직접 이동한다. 이는 차수가 0인 공동 출사 동공(2)이다. 주황색 화살표는 본 개시의 모든 도면에서 공동 출사 동공(6)인 점선을 빠져나가는 광 다발을 보여준다. 모든 도면에서, 광 전개 공동(1)에서 나오는 광만이 적색 또는 청색 화살표로 도시된다. 단순화를 위해 낭비되는 광은 도면에 표시되지 않는다. 또한 임의의 빔 스플리터 플레이트(9)에 대해 반사율의 백분율은 모든 층의 밝기 균일성을 최대화하는 방식으로 선택될 수 있다. 이는 디자인의 아키텍처를 변경하지 않으므로 반사율 비율은 본 개시를 통해 명시되지 않는다. 단순화를 위해 모든 설계에 대해 반사율 비율을 50%로 가정할 수 있다.

도 3a의 섹션 6은 2 개의 상이한 깊이레서 동시에 디지털 컨텐츠를 생성하는 우측 벽에 단일 디스플레이 패널(6)을 포함하는 클래스 I 필드 전개 공동(1)의 실시예를 도시한다. 빔 스플리터 플레이트(9)(하프 미러 시트) 및 거울(8)을 통합하여 공동 출사 동공(2)의 광을 결합하고 밖으로 광을 재지향한다. 디스플레이 패널(6)의 상부 부분으로부터의 광은 거울(8)에서 반사되어 빔 스플리터 플레이트(9)를 통과하며 그 강도의 절반은 공동 출사 동공(2)을 통해 출력된다. 디스플레이 패널(6)의 하부 부분으로부터의 광은 빔 스플리터 플레이트(9)에서 반사되며 그 강도의 절반은 공동 출사 동공(2)을 향해 지향된다. 따라서, 이는 1차를 갖는 필드 전개 공동(1)의 클래스 I이며, 각 초점면의 강도는 디스플레이 패널(6)의 원래 강도의 절반이다. 이러한 유형의 필드 전개 공동(1)의 일부 예에서, 반사기 중 하나 이상은 공동 출사 동공(2)에 대한 출력인 원하는 깊이를 변경하기 위해 위 또는 아래로 이동될 수 있다.

도 3a의 섹션 7은 도 3a의 섹션 6의 확장을 도시하며, 단일 디스플레이 패널(6)은 3 개의 상이한 깊이에서 동시에 디지털 컨텐츠를 생성하는데 사용된다. 일부 실시예에서, 필드 전개 공동(1)의 광학 효율은 상이한 깊이에 대해 다를 수 있으므로, 디스플레이 패널(6)의 밝기는 이러한 변화를 수용하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 빔 스플리터 플레이트(9)가 50% 반사율 및 50% 투과율을 갖는 경우, 디스플레이 패널(6)의 최상부로부터의 광은 두 개의 빔 스플리터 플레이트(9)를 통과하므로 그 강도는 디스플레이 패널(6)의 강도의 25%로 감소되며; 두 개의 빔 스플리터 플레이트(9)를 통과하는 중간 섹션으로부터의 광은 디스플레이 패널(6)에 대한 강도의 25%를 가지지만, 최하부 섹션으로부터의 광은 하나의 빔 스플리터 플레이트(9)를 통과하므로, 강도는 디스플레이 패널(6)의 강도의 50%이다. 초점 깊이에 걸친 강도의 이러한 변화를 보상하기 위해, 최하부 부분의 밝기는 디스플레이 패널(6)에 주어지는 신호를 통해 전기적으로 50%까지 감소될 수 있다. 이러한 밝기 조정은 광 필드의 상이한 층에 대해 균일한 밝기를 제공하기 위해 도 3 내지 13의 다양한 구성에 적용될 수 있다.

도 3a의 섹션 8은 도 3a의 섹션 6의 궁극적인 확장을 도시하며, 단일 디스플레이 패널(6)이 임의의 수의 깊이에서 디지털 컨텐츠를 생성하는데 사용된다.

도 3b의 섹션 9는 도 3a의 섹션 6의 확장을 도시하며, 2 개의 필드 전개 공동(1)(각각 두 개의 깊이에서 컨텐츠를 생성함)이 결합되어 4 개의 상이한 깊이에서 동시에 디지털 컨텐츠를 생성한다.

도 3b의 섹션 10은 도 3a 및 3b의 섹션 8 및 9의 확장을 도시하며, 도 3a의 섹션 8에 도시된 다수의 공동(1)은 도 3b의 섹션 9에 도시된 것과 결합하여 복수의 깊이에서 동시에 디지털 컨텐츠를 생성한다.

도 3c의 섹션 11은 도 3의 섹션 9의 확장을 도시하며, 2 개의 디스플레이 패널(6)은 더 컴팩트한 폼 팩터를 제공하기 위해 연속적으로 위치된다.

도 4는 공동 출사 공동(2)을 갖는 클래스 II 필드 전개 공동(1)에 대한 설계의 비제한적인 예를 도시한다.

도 4의 섹션 12는 서로 수직으로 위치되고 단일 빔 스플리터 플레이트(9)와 결합되는 2 개의 디스플레이 패널(6)을 포함하는 간단한 클래스 II 필드 전개 공동(1)의 실시예를 도시한다. 2 개의 디스플레이 패널(6)이 2 개의 유사한 깊이에서 동시에 디지털 컨텐츠를 생성할 수 있는 이점이 있다. 하나의 디스플레이 패널(6)의 위치를 조정함으로써 두 초점면 사이의 깊이 간격이 쉽게 조정될 수 있다.

도 4의 섹션 13은 4 개의 상이한 깊이에서 동시에 디지털 컨텐츠를 생성하기 위해 결합되는 4 개의 디스플레이 패널(6)을 포함하는 필드 전개 공동(1)의 간단한 클래스 II의 실시예를 도시한다.

도 4의 섹션 14는 복수의 상이한 깊이에서 동시에 디지털 컨텐츠를 생성하는 도 4의 섹션 13의 궁극적인 확장을 도시한다.

도 4의 섹션 15는 4 개의 상이한 깊이에서 동시에 디지털 컨텐츠를 생성하기 위해 결합되는 중앙에 4 개의 디지털 패널(6)을 포함하는 단순한 클래스 II 필드 전개 공동(1)의 실시예를 도시한다.

도 4의 섹션 16은 6 개의 상이한 깊이에서 동시에 디지털 컨텐츠를 생성하기 위해 결합되는 6 개의 디지털 패널(6)을 포함하는 간단한 클래스 II 필드 전개 공동(1)의 실시예를 도시한다.

도 5는 더 높은 차수의 출사 공동(2)을 갖는 클래스 I 필드 전개 공동(1) 및 클래스 II 필드 전개 공동(1)의 예를 도시한다. 이러한 비제한적인 예는 동일한 표면으로부터의 편광 및 다중 반사가 어떻게 더 큰 수의 출력 초점면을 갖는 더 작은 공동을 생성할 수 있는지 보여준다. 일반적으로, 광학 튜닝 메커니즘(7)은 적어도 하나의 편광 의존 빔 스플리터 플레이트(10) 및 적어도 하나의 1/4 파장판(11)을 더 포함할 수 있다. 도 5의 섹션에서 볼 수 있는 바와 같이 특정 공동 배열은 편광 의존 빔 스플리터 플레이트(10)를 사용하여 제1 편광의 광학 경로를 반사하여, 편광 의존 빔 스플리터 플레이트(10)를 통해 제2 편광의 광학 경로를 통과하거나 이들의 조합을 통과하도록 구성될 수 있으며, 제1 편광은 제2 편광의 광학적 반대이다. 특정 공동 배열은 1/4 파장판(11)과 거울(8)의 조합을 사용하여 광학 경로를 제1 선형 편광에서 제2 선형 편광으로 전환하도록 추가로 구성될 수 있으며, 제1 선형 편광은 제2 선형 편광에 수직이다.

도 5의 섹션 17은 편광 의존 빔 스플리터 플레이트(10)와 결합된 2 개의 편광 디스플레이 패널(6)을 포함하는 클래스 II 필드 전개 공동(1)의 실시예를 도시한다. 편광 의존 빔 스플리터(PDBS) 플레이트(10)는 하나의 편광을 완전히 반사하고 다른 수직 편광을 완전히 투과시키는 빔 스플리터 플레이트 또는 반사기 시트이다. 두 개의 디스플레이 패널(6)이 두 개의 유사한 깊이에서 동시에 디지털 컨텐츠를 생성할 수 있다는 이점을 갖는다. 하나의 디스플레이 패널(6)의 위치를 조정함으로써, 2 개의 초점면 사이의 깊이 간격이 쉽게 조정될 수 있다. 또한 PDBS 플레이트(10)와 결합하여 디스플레이 패널(6)의 편광을 활용함으로써 광 손실이 최소화되는 이점을 갖는다.

도 5의 섹션 18은 2 개의 상이한 초점면(이미지 깊이)을 효율적으로 생성하기 위해 PDBS 플레이트(10) 및 파장판(11)을 사용하는 2차 클래스 II 필드 전개 공동(1)의 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 수직 디스플레이 패널(6)로부터의 광은 수평 편광을 가지며 수평 편광을 갖는 광만을 반사하는 PDBS 플레이트(10)에 부딪힌다. 따라서, 이 광(적색 화살표로 개략적으로 도시됨)은 위쪽으로 이동하여 1/4 파장판(11)(보라색으로 도시됨)을 통과한다. 이 1/4 파장판(11)은 수평 편광을 시계 방향 원형 편광으로 변경한 다음 수평 디스플레이(청색으로 도시됨)의 상부의 하프 미러에 부딪혀 반시계 방향 편광으로 다시 반사될 것이다. 1/4 파장판(11)은 반시계 방향 원형 편광을 수직 선형 편광(적색 화살표로 개략적으로 도시됨)으로 변환한다. 이 광은 PDBS 플레이트(10)를 통과하여 공동 출사 동공(2)을 통해 빠져나간다. 수평 디스플레이 패널(6)로부터의 광은 반시계 방향 편광을 가지며, 1/4 파장판(11)을 통과하여 광이 수직 편광으로 변환되어 PDBS 플레이트(10)를 통과한다. 반사 표면(8)과 함께 1/4 파장판(11)을 사용하는 이러한 프로세스는 도 5 내지 10에 도시된 바와 같이 필드 전개 공동(1)을 위한 많은 다른 구성에서 광범위하게 사용될 수 있다. 기능은 이 구성에 대해 설명한 것과 동일하다: 반사 표면(8)과 함께 파장판(11)은 편광을 반사하고 90도 회전시킨다. 따라서, 수평 편광의 광이 해당 층을 통과하면, 광은 수직 편광으로 반사되고 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 수직 편광이 이 구조에서 반사되면, 광은 수평 편광으로 반사될 것이다.

도 5의 섹션 19는 일련의 빔 스플리터 플레이트(9) 및 거울(8)과 결합된 단일 디스플레이 패널(6)을 포함하는 2차 클래스 II 필드 전개 공동(1)의 실시예를 도시한다. 단일 디스플레이 패널(6)이 2 개의 유사한 깊이에서 동시에 디지털 컨텐츠를 생성하는데 사용될 수 있다는 이점을 가지며, 두 개의 초점면 사이의 깊이 간격이 조절될 수 있다. 이 실시예는 디스플레이 패널(6)이 1차원으로만 있으므로 클래스 I 필드 전개 공동(1)이며, 이 실시예는 디스플레이 패널(6)의 하부 부분으로부터의 광이 하부 빔 스플리터 플레이트(9)에서 한 번 반사된 후 수평 하프 미러에 의해 다시 반사되므로 2차에서 공동 사출 동공(2)을 갖는다(이는 나가기 전 하부 빔 스플리터 플레이트(9)를 통과할 것이다). 고차 필드 전개 공동(1)은 설계 및 폼 팩터 측면에서 더 많은 유연성을 제공할 수 있지만, 광 효율성이 떨어지는 경향이 있다.

도 5의 섹션 20은 일련의 PDBS 플레이트(10)와 결합된 2 개의 디스플레이 패널(6)을 포함하는 2차 클래스 II 필드 전개 공동(1)의 실시예를 도시한다. 좌측 디스플레이 패널(6)로부터의 광은 x-편광되며, 이는 반사기(8)로부터 공동 출사 동공(2)으로 반사된다. 우측 디스플레이 패널(6)로부터의 광은 x-편광되며, 이는 아래쪽으로 반사되어 파장판(11)을 통과하고, 바닥 거울(8)에 부딪힌 다음 다시 파장판(11)을 통과하여 편광이 y-편광으로 이동할 것이며, 이는 PDBS 플레이트(10)를 통과할 것이다.

도 5의 섹션 21은 우측 디스플레이 패널(6)로부터의 광이 x-편광되어 광이 PDBS 플레이트(10)로부터 반사되도록 구성되는 2차 클래스 II 필드 전개 공동(1)의 실시예를 도시한다. 바닥 디스플레이 패널(6)로부터의 광은 파장판(11)을 통해 회전된 편광을 가지며 대각선 PDBS 플레이트(10)를 통과하여 공동 출사 동공(2)으로 전달된다. 우측 디스플레이 패널(6)로부터의 광은 PDBS 플레이트(10)에 의해 아래쪽으로 반사되어 파장판(11)을 통해 편광 회전되며, 바닥에서 빔 스플리터 플레이트(9)에 의해 하프 반사된 후 대각선 PDBS 플레이트(10)를 통과하여 공동 출사 동공(2)으로 전달된다.

도 6을 참조하면, 광학 튜닝 메커니즘(7)은 적어도 하나의 기계적 액추에이터(12)를 더 포함할 수 있다. 도 6으로부터의 섹션에서 볼 수 있는 것과 같이, 특정 공동 배열은 기계적 액추에이터(12)를 사용하여 디스플레이 패널(6)을 병진 이동시키도록 구성될 수 있고/있거나 특정 공동 배열은 다른 기계적 액추에이터(12)를 사용하여 파장판(11)과 거울(8)의 조합을 병진 이동하도록 구성될 수 있다.

도 6의 섹션 22는 복수의 깊이에서 디지털 컨텐츠를 생성하기 위해 복수의 물리적 위치를 통해 스윕되는 단일 디스플레이 패널(6)을 포함하는 클래스 I 필드 전개 공동(1)의 실시예를 도시한다. 이러한 필드 전개 공동(1)은 원근조절 디스플레이 패널(6)의 일부로 사용될 수 있어, 여기서 디스플레이 패널(6)의 위치는 사용자의 이접운동 깊이에 대응하도록 조정되며, 이는 (광 필드를 생성하기 위해) 표시된 디지털 컨텐츠를 지속적으로 업데이트하면서 연속적으로 스윕될 수 있거나, 디지털 컨텐츠가 알려진 깊이에 있는 경우 이는 디지털 컨텐츠의 인지된 깊이와 일치하도록 간단히 설정될 수 있다. 이 기계적 움직임은 곡선형 릴레이와 결합되어 깊이 변화의 광학적 범위를 증가시킬 수 있다. 일반적으로 큰 범위의 기계적 변환은 실용적이지 않기 때문에 이는 일반적으로 필요하다. 기계적 스테이지, 압전 변환기 또는 보이스 코일과 같은 이러한 기계적 변환을 위해 다양한 솔루션이 고려될 수 있다.

도 6의 섹션 23은 도 6의 섹션 22에 도시된 실시예 및 도 5의 섹션 17에 도시된 실시예를 결합한 필드 전개 공동(1)의 실시예를 도시하며, 이는 2 개의 상이한 깊이에서 디지털 컨텐츠를 동시에 생성하며, 그 중 하나는 동적으로 조정 가능하다.

도 6의 섹션 24는 도 6의 섹션 23의 확장을 도시하며, 이는 동적으로 조정 가능한 초점면의 더 빠른 변환을 가능하게 하는 이동 가능한 거울(8)을 포함한다. 이는 두 가지 상이한 깊이에서 동시에 디지털 컨텐츠를 생성하며, 그 중 하나는 동적으로 조정 가능하다. 고차 필드 전개 공동(1)을 사용하여 더 빠른 변환이 달성될 수 있지만; 일반적으로 기계적 움직임이 사용되는 경우 깊이 변환 속도는 느려질 것이다. 변환 속도는 일반적으로 차수의 함수이다. 도 6의 섹션 24의 예는 광이 우측 거울(8)에 부딪혀서 거울(8)의 위치에서 델타 변화만큼 뒤로 돌아가거나 디스플레이 패널(6)이 광의 왕복을 통해 두 배가 되므로 두 배가 된 조정 가능성 또는 변환 속도이다. 우측 디스플레이 패널(6) 및 좌측 거울(8)의 동시 변환은 이 예에서 깊이 변화의 속도와 범위를 4배로 늘릴 수 있다.

도 7을 참조하면, 광학 튜닝 메커니즘(7)은 서로 직렬 광학 통신하며 서로 오프셋되어 위치되는 복수의 전환 가능 거울(13)을 더 포함할 수 있다. 도 7의 섹션에서 볼 수 있는 바와 같이, 특정 공동 배열은 복수의 전환 가능 거울(13)로부터 적어도 하나의 지정된 거울을 사용하여 광학 경로를 반사하는 것과 지정된 거울을 통해 광학 경로를 통과시키는 것 사이에서 선택적으로 교대로 구성될 수 있다.

도 7의 섹션 25는 필드 전개 공동(1)의 실시예를 도시하며, 이는 편광 디스플레이 패널(6) 및 편광 의존 전환 가능 액정 거울(13)의 스택을 활용하여 각각이 활성화된(광을 반사하는 것) 전환 가능한 거울(13)에 의해 결정된 복수의 깊이에서 디지털 컨텐츠를 생성한다. 전환 가능 거울(13)에 기능을 제공하는 많은 기술이 있으며, 전환 가능한 거울(13)의 비제한적인 예는 편광 의존 반사기의 상부에 배치된 액정 셀(LCC)이다. 입사광이 반사 표면의 편광 축과 동일한 편광을 가지면, 광은 전환 가능한 거울(13)로부터 반사될 것이다. LCC가 켜져서 LCC가 입사광이 반사 편광기로 교차 편광되도록 하면, 광이 통과하고 거울은 투명하게 렌더링된다. 광 굴절 또는 다른 전기 광학 재료를 사용하는 전환 가능한 거울(13)에 대한 다른 기술이 있다.

도 7의 섹션 26은 도 7의 섹션 25의 변형을 도시하며, 이는 전환 가능한 거울(13)의 물리적 분리와 비교하여 출력 초점면에 부여된 깊이 분리를 두 배로 하기 위해 접힌 구조를 활용한다. 공동 출사 동공(2)에서 나가는 깊이는 전환 가능한 거울(13)이 켜져서 광을 반사하는 방식으로 정의된다. 이러한 전환 가능한 거울(13)은 액정 재료의 전환 속도(수십 나노초)에 필적하는 속도로 켜고 끌 수 있다. 이러한 아키텍처에서, 각 프레임은 필드 전개 공동(1) 외부의 상이한 깊이에서 반사될 수 있으므로 광 필드의 상이한 층이 전자적으로 순차적으로 스캔될 수 있다. 한 번에 전환 가능한 거울(13) 중 하나를 켜서 층을 순차적으로 스캔하는 것은 반드시 광 필드의 전체 깊이를 스캔하는 가장 효율적인 방법은 아니며 전체 광 효율 또는 사용된 깊이의 밝기를 증가시키는 방식으로 필드 전개 공동(1) 내부의 전환 가능한 거울(13)을 켜고 끄기 위해 계산적 접근 방식을 사용할 수 있다. 예를 들어, 가장 가까운 깊이에만 컨텐츠가 있는 경우, 다른 더 깊은 깊이에 빈 프레임을 더 할당할 필요가 없다. 즉, 디스플레이 패널(6)과 전환 가능한 거울(13)에 공급하는 신호는 활성 깊이에서 동적으로 프레임 속도와 밝기를 최대화하는 방식으로 처리될 수 있다.

도 7의 섹션 27은 필드 전개 공동(1)의 실시예를 도시하며, 이는 디스플레이 패널(6)을 시준하고 전환 가능한 확산기의 스택 에 디지털 컨텐츠를 투사하기 위해 마이크로렌즈 어레이를 사용한다. 이 실시예는 복수의 깊이에서 디지털 컨텐츠를 생성하며, 이들 각각은 확산기가 확산되도록 설정되는지에 따라 결정된다. 또한, 전환 가능한 확산기가 공간적으로 변하는 확산이 달성되는 방식으로 구동되면, 비평면인 확산 표면을 생성하여 비평면인 출력 초점면을 생성할 수 있다. 그러면 이 출력 초점면의 공간적으로 변하는 깊이가 표시되는 디지털 컨텐츠의 공간적으로 변하는 깊이와 일치하도록 동적으로 조정될 수 있다. 전환 가능한 확산기에 대해 많은 기술이 이용 가능하며; 이러한 기술의 대부분은 PSCT(polymer stabilized cholesteric texture) 광 셔터 기술에 의존한다. 도 7의 섹션 27을 실현하는 다른 방법은 하나의 편광에서 광을 산란시키고 다른 수직 편광에서 광을 전달하는 편광 의존 확산기를 사용하는 것이다. 이를 위해서는 편광을 회전시키기 위해 렌즈릿 상부에 액정 층이 필요하며, 이는 상이한 깊이에서 광을 확산시키는 상이한 확산기에 대응한다. 이것이 이론적으로 실행 가능하지만 이러한 배열은 더 깊은 층에 대해 헤이즈 아티팩트를 생성할 가능성이 높다.

도 8을 참조하면, 광학 튜닝 메커니즘(7)은 적어도 하나의 액정 셀 층(16)을 포함한다. 도 8의 섹션으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 특정 공동 배열은 액정 셀 층(16)을 사용하여 광학 경로를 제1 선형 편광에서 제2 선형 편광으로 전환하거나, 액정 셀 층(16)을 사용하여 광학 경로의 굴절률을 조정하거나 이들의 조합으로 구성될 수 있으며, 제1 선형 편광은 제2 선형 편광에 수직이다.

도 8의 섹션 28은 도 7의 섹션 25의 확장을 도시하며, 이는 디스플레이 패널(6)의 상부에 위치되는 투과형 액정 셀 층(16)의 복굴절로 인해 상이한 깊이를 생성한다. 액정 셀 층(16)의 스택 중 더 많거나 더 적은 수가 활성화됨에 따라, 디스플레이 패널(6)과 공동 출사 동공(2) 사이의 겉보기 굴절률이 동적으로 조정될 수 있다. 따라서 이 확장은 복수의 상이한 깊이의 디지털 컨텐츠를 생성할 수 있다. 굴절률의 필요한 변화량은 공동 출사 동공(2)에 연결되는 광학 릴레이 메커니즘(3)의 설계에 따라 달라진다. 광학 릴레이 메커니즘(3)이 인지된 깊이를 확대하는 경우, 광학 경로의 작은 변화는 사용자가 인지하는 초점면 깊이의 큰 이동을 초래할 수 있다.

도 8의 섹션 29는 도 8의 섹션 28의 대안을 도시하며, 이는 훨씬 더 큰 깊이 단계 및 이에 따른 도 7의 섹션 25에 비해 초점면에 대해 더 큰 깊이 변화 범위를 제공할 수 있다. 이는 입사 편광을 회전시킬 수 있는 액정 셀 층(16)을 통해 광이 통과하는 단일 편광 디스플레이 패널(6)을 갖는 클래스 I 필드 전개 공동(1)의 실시예이다. 필더 전개 공동(1)의 나머지 부분(도 8에 도시된 바와 같이 편광 의존 빔 스플리터 플레이트(10) 및 1/4 파장판(11)/거울(8) 포함)의 구성으로 인해, 액정 셀(LCC) 층(16)을 사용하여 2 개의 출력 깊이를 전환하는 것이 가능하다. 일부 실시예에서, LCC 층(16)은 그 상에 2D 매트릭스를 갖지 않으며 본질적으로 바이어스되면 편광을 90도 회전시키는 LCC 층(16)이다. 따라서, 두 개의 상이한 평면에서 디지털 컨텐츠를 생성할 수 있으며, 그 선택은 액정 셀 층(16)의 상태(및 공동의 물리적 구조)에 의해 결정된다. 예시된 실시예에서, 디스플레이 패널(6)은 수평으로 편광된 광(청색 화살표)을 생성한다. LCC 층(16)이 오프인 경우, 광은 동일한 편광으로 LCC 층(16)을 통과한 다음 편광 의존 빔 스플리터 플레이트(10)를 통과한 다음, 1/4 파장판(11) 및 반사기(8)에 부딪힌 다음, 수직 편광으로 반사된 다음, 빔 스플리터 플레이트(9)에 부딪히고, 공동 출사 동공(2)으로 나온다(빔 I). LCC 층(16)이 온(전기로 바이어스됨)인 경우, 편광은 90도 회전하여 수직이 되며, 빔 스플리터 플레이트(9)로부터 반사되며, 위쪽으로 가며, 1/4 파장판(11)/거울 구조(8)에서 반사되어 수평 편광이 되며, 편광 의존 빔 스플리터 플레이트(10)를 통과한다(빔 II).

도 8의 섹션 30은 도 8의 섹션 28의 확장을 도시하며, 이는 하나의 디스플레이 패널(6)이 3 개의 상이한 깊이 평면에서 디지털 컨텐츠를 생성할 수 있게 하며, 그 선택은 두 개의 액정 셀 층(16)의 상태(및 필드 전개 공동(1)의 물리적 구성)에 의해 결정된다. 또한, 이는 훨씬 더 큰 깊이 단계 및 이에 따른 도 7의 섹션 25에 비해 초점면에 대해 더 큰 깊이 변화 범위를 제공할 수 있다. 각 액정 셀 층(16)은 각도 정보를 보존하고 광의 편광 상태에 따라 광이 어느 경로를 택할 지 정의하는 2D 광학 밸브처럼 작동한다. LCC 층(16)의 상태에 따라, I, II 및 III의 세 가지 깊이가 생성될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(6)이 수평 편광을 갖는다는 점을 고려하면, 이 설계에서 깊이 I은 LCC1이 켜져 있을 때 생성된다(LCC2는 깊이 I에 사용되지 않음). 깊이 II는 LCC1이 꺼지고 LCC2가 꺼질 때 생성된다. 깊이 III은 LCC1이 꺼지고 LCC2가 켜질 때 생성된다. 이론적으로 이 설계는 무한한 수의 필드 전개 공동으로 확장될 수 있지만; 다른 필드 전개 공동이 추가될 때마다 광의 일부가 손실될 것이고 효율이 감소될 것이다.

도 9의 섹션 31은 도 4의 섹션 12의 컴팩트한 웨지 공동 확장을 도시하며, 이는 2 개의 유사한 깊이에서 동시에 디지털 컨텐츠를 생성하기 위해 2 개의 디스플레이 패널(6) 대신 단일 디스플레이(6)를 사용한다. 단일 편광 의존 빔 스플리터 플레이트(10)의 위치를 조정함으로써 두 초점면 사이의 깊이 간격이 쉽게 조정될 수 있다. 또한 편광 의존 빔 스플리터 플레이트(10) 및 파장판(11)과 함께 디스플레이 패널(6)의 편광을 활용함으로써 최소화된다는 이점을 갖는다.

도 9의 섹션 32는 도 4의 섹션 12의 컴팩트한 클래스 II 변형을 도시하며, 이는 두 개의 유사한 깊이에서 동시에 디지털 컨텐츠를 생성하기 위해 두 개의 편광 디스플레이 패널(6) 및 편광 의존 빔 스플리터 플레이트(10)를 사용한다. 디스플레이 패널(6)의 위치를 조정함으로써, 두 초점면 사이의 깊이 간격이 쉽게 조정될 수 있다.

도 9의 섹션 33은 필드 전개 공동에 대한 컴팩트한 클래스 I 웨지를 도시하며, 이는 두 개의 깊이에서 동시에 디지털 컨텐츠를 생성하기 위해 편광 디스플레이 패널(6)을 사용한다. 각도는 광이 원하는 각도로 공동 출사 동공(2)을 빠져나가게 할 수 있다.

깊이 및 밝기 강화 메커니즘

광 필드에서 각 층의 깊이는 필드 전개 공동(1) 내에서 또는 공동 출사 동공(2)에서 유리 또는 다른 고굴절률 재료를 사용하여 조정될 수 있다. 또한, 디스플레이 상의 프리즘 필름을 사용하여 층의 밝기가 향상될 수 있다. 필드 전개 공동(1)의 디스플레이 패널(6)은 일반적으로 중앙에 최대 강도를 갖는 가우스 광각 프로파일을 가지며; 이는 디스플레이 패널(6)로부터의 반사가 비스듬한 각도(oblique angle)일 수 있는 공동 기반 광 필드에서는 항상 유익한 것은 아니다. 디스플레이 패널(6)에 프리즘 필름을 배치하면 가우스 프로파일의 피크 강도를 특정 원하는 강도로 기울여 화면의 해당 층에 대해 더 밝은 출력을 얻는데 도움이 될 수 있다. 고굴절 유리 윈도우가 깊이를 줄이는 이유는 광을 원래의 광의 원뿔보다 더 작은 원뿔로 굴절시켜 인지되는 깊이가 약간 더 작거나 덜 깊게 느껴지기 때문이다.

도 10을 참조하면, 광학 튜닝 메커니즘(7)은 적어도 하나의 프리즘 필름(17) 및 적어도 하나의 피스의 고굴절률 재료(18)를 더 포함할 수 있다. 도 10으로부터의 섹션에서 알 수 있듯이, 특정 프리즘 배열은 프리즘 필름(17)을 사용하여 광학 경로의 밝기를 향상시키도록 구성될 수 있으며/있거나 특정 공동 배열은 더 높은 굴절률 재료(18)의 피스로 광학 경로를 따라 초점면의 깊이를 낮추도록 구성될 수 있다.

도 10의 섹션 34는 프리즘 필름(17)이 강도의 가우스 프로파일의 피크를 방사기를 향하여 기울여 밝기를 증가시킬 수 있는 사례를 도시한다. 프리즘 필름(17)은 공동 출사 동공(2)이 90도 이외의 각도로 디스플레이 패널(6)을 바라보는 경우 항상 도움이 된다.

도 10의 섹션 35는 1차의 공동 출사 동공(2)을 갖는 클래스 I 필드 전개 공동(1)의 예를 도시하며, 여기서 두 깊이 모두에서 공동 출사 동공(2)에서 높은 굴절률(18)로 인해 필드 전개 공동(1) 내부에서 약간 덜 깊은 것으로 인식된다.

도 10의 섹션 36은 1차의 공동 출사 동공(2)을 갖는 클래스 I 필드 전개 공동(1)의 예를 도시하며, 여기서 더 깊은 초점면은 디스플레이 패널(6)의 높은 굴절률(18)로 인해 공동 출사 동공(2)에 대해 약간 덜 깊어졌다.

도 10의 섹션 37은 1차의 공동 출사 동공(2)을 갖는 클래스 I 필드 전개 공동(1)의 예를 도시하며, 여기서 더 깊은 초점면은 더 가까운 깊이를 위한 반사기(8)의 후방에 높은 굴절률(18)로 인해 공동 출사 동공(2)에 대해 약간 덜 깊어졌다.

도 10의 섹션 38은 1차의 공동 출사 동공(2)을 갖는 클래스 I 필드 전개 공동(1)의 예를 도시하며, 여기서 더 깊은 초점면은 필드 전개 공동(1)의 전체 하부 섹션의 높은 굴절률(18)로 인해 공동 출사 동공(2)에 대해 눈에 띄게 덜 깊어졌다. 본질적으로, 바닥 반사기(8)는 고굴절률 프리즘(18)으로 대체된다.

릴레이 메커니즘 및 적용 방식

이전에 언급한 바와 같이, 공동 출사 동공(2)은 광을 릴레이 메커니즘(3)으로 전달하여, 결과적으로 상이한 초점면에 대한 발산의 상이한 기준 정점이 사용자에게 제공된다. 릴레이 메커니즘(3)은 축외 바이저(off-axis visor), 기하학적 또는 회절성 도파관, 버드배스(birdbath) 설계 빔 스플리터 또는 임의의 다른 적절한 릴레이 수단일 수 있다.

도 11 및 다음 설명은 필드 전개 공동(1)의 출력을 시청자에게 전달하는데 사용될 수 있는 릴레이 메커니즘의 비제한적인 예를 제공한다. 일 예에서, 광은 공동 출사 동공(2)에서 바이저로 나와 눈을 향해 이동한다. 다른 예에서, 광은 더 작은 공동에서 나와 큰 크기의 도파관으로 공급되어 광을 시청자를 향해 재지향한다.

도 11을 참조하면, 필드 전개 공동(1)의 출력이 어떻게 엔터테인먼트 시스템 또는 확대 모니터의 일부로서 시청자에게 릴레이될 수 있는지를 보여주는 다이어그램이다. 좌측 열은 엔터테인먼트 시스템 양식이 표시되고 우측 열은 확대된 머리 근처 디스플레이 양식이 도시된다. 일반적으로, 머리 근처 마운트(20)는 시스템 인클로저(5)에 작동 가능하게 결합될 수 있으며, 머리 근처 마운트(20)는 사용자의 머리에 인접하게 시스템 인클로저(5)를 위치시키는데 사용된다. 또한, 엔터테인먼트 스탠드(21)는 시스템 인클로저(5)에 작동 가능하게 결합되며, 엔터테인먼트 스탠드(21)는 사용자의 머리로부터 이격되어 시스템 인클로저(5)를 위치시키는데 사용된다. 또한, 적어도 하나의 오디오 출력 장치(19)는 디스플레이 패널(6)에 전기적으로 연결된다.

도 11의 참조번호 39는 시청자가 디스플레이로부터 60 센치미터(cm) 넘게 떨어져 있는 머리 근처 양식(20) 또는 엔터테인먼트 시스템 양식(21)에 있는 시청자를 도시한다.

도 11의 참조번호 40은 하나 이상의 깊이에서 디지털 컨텐츠(입체 또는 2D)를 생성하는 일반화된 디스플레이 공동(즉, 적어도 하나의 필드 전개 공동(1))을 도시한다.

도 11의 참조번호 41은 시스템의 나머지 전자 장치를 유지하는 적어도 하나의 필드 전개 공동(1)의 케이싱(즉, 시스템 인클로저(5))을 도시한다.

도 11의 참조번호 42는 반사, 세미 반사 또는 전환 가능한 거울 표면이 공동 출사 동공(2)을 인클로저 출사 동공(4) 및 그에 따른 시청자에게 릴레이하는데 사용되는 각진 반사기 릴레이(즉, 릴레이 메커니즘(3))의 예를 도시한다.

도 11의 참조번호 43은 곡선형 반사, 세미 반사 또는 전환 가능한 거울 표면이 공동 출사 동공(2)을 인클로저 출사 동공(4) 및 이에 따른 시청자에게 릴레이하는데 사용되는 곡선형 각진 반사기 릴레이(즉, 릴레이 메커니즘(3))의 예를 도시한다. 이 릴레이의 곡률은 공동의 원래 깊이에서 더 멀거나 가까운 거리로 나오는 컨텐츠의 깊이를 변경할 수 있다.

도 11의 참조번호 44는 공동 출사 동공(2)을 도파관의 입구 동공(즉, 릴레이 메커니즘(3))에 결합하는 커플링 광학 장치를 도시한다.

도 11의 참조번호 45는 FE 공동(LCoS 및 반사기 또는 DMD 및 반사기 또는 LCD 패널 및 반사기 또는 프로젝터 어레이로 제조됨)의 출력을 시청자에게 재지향하는 기하학적 또는 회절성 도파관(즉, 릴레이 메커니즘(3))을 도시한다. 이러한 도파관은 다중 모드 기하학적, 회절 또는 실제 단일 모드 한정 도파관일 수 있다.

도 11의 참조번호 46은 본 개시의 다음 섹션에서 더 자세히 설명될 압축 릴레이 시스템(즉, 릴레이 메커니즘(3))을 도시한다. 압축된 릴레이 시스템은 디스플레이를 위한 보다 컴팩트한 폼 팩터를 갖는데 도움이 된다.

압축 설계

단일 반사기는 FE 공동(1) 내부와 릴레이로서 부피가 클 수 있다. 도 12는 전환 가능한 거울의 공간적 적층에 기초한 그러한 압축 설계의 소수의 비제한적인 예를 도시한다.

도 12를 참조하면, 적어도 하나의 필드 전개 공동(1) 및 릴레이 메커니즘(3)의 작동 조합은 서로 직렬 광학 통신하며 서로 오프셋되어 위치되는 복수의 전환 가능한 거울을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 전환 가능한 거울은 복수의 제1 전환 가능한 거울(14) 및 복수의 제2 전환 가능한 거울(15)을 포함하여 복수의 제1 전환 가능한 거울(14)이 복수의 제2 전환 가능한 거울(15) 사이에 산재될 수 있다. 도 12의 섹션에서 알 수 있는 바와 같이, 특정 공동 배열은 복수의 제1 전환 가능한 거울(14) 중 적어도 하나의 지정된 제1 전환 가능한 거울을 사용하여 제1 편광의 광학 경로를 반사하는 것과 지정된 제1 전환 가능한 거울을 통해 광학 경로를 통과하는 것 사이에서 선택적으로 교번하도록 구성되며, 특정 공동 배열은 또한 복수의 제2 전환 가능한 거울(15) 중 적어도 하나의 지정된 제2 전환 가능한 거울을 사용하여 제2 편광의 광학 경로를 반사하는 것과 지정된 제2 전환 가능한 거울을 통해 광학 경로를 통과하는 것 사이에서 선택적으로 교번하도록 구성된다. 이는 복수의 제1 전환 가능한 거울(14)과 복수의 제2 전환 가능한 거울(15)이 적어도 하나의 필드 전개 공동(1) 및 릴레이 메커니즘(3)의 작동 조합의 점유 부피를 압축하도록 구성되도록 허용한다. 도 12의 섹션 47은 도 3a의 섹션 6과 유사하게 클래스 I FE 공동(1) 및 두 개의 깊이를 갖는 압축이 없는 예시적인 시스템을 도시한다. 광은 공동 출사 동공(2)(청색 점선으로 도시됨)에서 나가고 도 12의 참조번호 42로부터 반사되며(즉, 릴레이 메커니즘(3)), 인클로저 출사 동공(4)으로 나간다(적색 점선으로 도시됨). 더 깊은 광 I는 깊이 I에서 나오며, 광 II은 필드 전개 공동(1) 내부의 더 가까운 거리로부터 나온다. 시스템은 디스플레이 패널(6)의 치수에 의해 최소 두께 L을 가져야 한다. 디스플레이 패널(6)의 동일한 치수에 대해, 도 12의 섹션 48은 두께를 절반(L/2)으로 줄인다. 이 압축은 전환 가능한 거울의 시간적 전환이나 편광에 의해 다른 것에 대해 투명한 릴레이 스택을 가짐으로써 달성된다. 따라서, 도 12의 섹션 48에서, 더 깊은 깊이 I는 두 개의 상이한 거리에서 릴레이되는 두 개의 섹션 I-a 및 I-b를 가지며; 릴레이의 거리는 I-a 및 I-b가 모두 깊이 I와 동일한 깊이를 갖게 되지만 도 12의 섹션 47에서와 같이 인클로저 출사 동공(4)에 대해 동일한 크기에 걸쳐 있게 되는 방식으로 작동한다. 더 가까운 깊이 II에 대해 동일한 일이 일어나고 있다. 깊이는 인클로저 출사 동공(4)을 확장하지만 더 적은 두께를 갖는 두 개의 릴레이로 잘린다. 또한, 도 12의 섹션 49는 도 12의 섹션 47과 관련하여 두께가 3배로 압축되는 경우를 도시한다. 여기서 각 깊이 레벨은 3 개의 릴레이 전환 가능한 거울(14, 15)의 높이로 보상되는 3 개의 섹션으로 공간적으로 다중화된다. 예를 들어, I-a 및 I-b 및 I-c가 인클로저 출사 동공(4)으로 이동하는 경로(적색 점선으로 도시됨)는 동일하므로 모두 깊이 I와 동일한 깊이를 갖는다. 그러나, 그들은 상이한높이에서 나가므로, 인클로저 출사 공동(4)이 도 12의 섹션 47의 인클로저 출사 동공(4)의 크기로 다시 확장한다.

프로토타입 예시

도 13은 좌측 상의 후방으로부터 그리고 우측 상의 전방으로부터 3 개의 깊이를 갖는 이전에 도 1에 세부 사항 없이 도시된 프로토타입 시스템의 분해된 3D 모델을 도시한다. 구성요소는 아래와 같다:

도 13의 참조번호 50(즉, 시스템 인클로저(5)의 구성요소)은 어셈블리의 측면 홀더이다. 도 13의 참조번호 51(즉, 광학 튜닝 메커니즘(7)의 구성요소)은 반사 또는 세미 반사 표면이다. 도 13의 참조번호 52는 릴레이 메커니즘(3)으로서 작용하는 단순 반사 거울이다. 도 13의 참조번호 51(즉, 시스템 인클로저(5)의 구성요소)은 단지 릴레이 메커니즘(3)을 보호하기 위한 상부 캡이다. 도 13의 참조번호 54(즉, 디스플레이 패널(6))는 3 개의 깊이로 분할된 LCD 패널이다. 도 13의 참조번호 55(즉, 시스템 인클로저(5)의 구성요소)는 FE 공동(1)의 후방 커버이다.

기존 방법 대비 장점 및 개선점

이 설명의 구성요소의 배열, 방법 및 조립은 기존 3D 시스템에 비해 다양한 장점과 개선점을 제공한다:

ㆍ 인체공학적 장점 및 개선점

o 원근조절-이접운동 충돌 완화 - 본 명세서에 설명된 본 발명은 실제 단안 광학 파면을 사용하여 다중 깊이에서 디지털 컨텐츠를 생성할 수 있다. 다중 깊이에서 디스플레이 디지털 컨텐츠의 유연성은 시청자에게 제시되는 양안 시차 깊이 단서와 일치하거나 유사한 광학 깊이에서 디지털 컨텐츠를 표시할 수 있게 하여 시청자가 경험하는 원근조절-이접운동 충돌을 해결하는데 도움이 된다. 원근조절-이접운동 충돌을 완화하면 디지털 컨텐츠를 장시간 동안 더 편안하게 볼 수 있고 디지털 컨텐츠를 보는 사용자가 경험하는 현실감을 높일 수 있다.

o 크기 감소 - 본 발명은 광학 경로를 접을 수 있기 때문에, 프로젝터를 사용하는 시스템에 비해 패키징 측면에서 유연성을 제공한다. 이를 통해 더 작은 시스템이 가능해졌다.

o 시야 구역 거리 및 각도가 제한되고 때로는 소수의 시청자만이 3D 컨텐츠를 볼 수 있게 하는 무안경 3D 시스템과 달리, 본 발명은 (깊이의 수에 따라) 최대 150도의 시야각을 허용하며 사용자 수에 제한을 가지지 않는다.

o FE 공동(1)은 모든 유형의 패널 및 조명 엔진과 결합될 수 있으므로 특정 기술에 제한되지 않으며; 필요한 경우 무안경 디스플레이를 엔진으로 사용하여 깊이 정확도 성능을 향상시킬 수 있다.

o 비용 절감 - 시선 추적 기반 원근조절 디스플레이 또는 홀로그램 디스플레이를 사용하는 것과 달리, 본 발명은 대량 생산 준비가 되어 있는 즉시 사용 가능한 구성요소(평면 디스플레이 패널)를 활용하여 전체 시스템 비용과 기술적 과제를 크게 줄일 수 있다.

o FE 공동(1) 시스템은 실제 광학 깊이를 허용하므로 이미지의 실제 광학 깊이가 훨씬 뒤에 있을 수 있으므로 인클로저 출사 동공(4)이 눈의 피로 없이 눈에 매우 가깝게 위치할 수 있다. 입체 디스플레이와 달리, 이는 임의의 것을 착용하거나 큰 화면을 가질 필요 없이 디스플레이의 크기를 확대할 수 있는 머리 근처 디스플레이에 대한 완전한 새로운 가능성을 열어준다.

o 본 명세서의 패시브 유리 반사기 또는 전환 가능한 거울을 사용하는 대부분의 설계의 경우 FE 공동(1)에 의해 제공되는 이미지는 헤이즈, 색상 불균일, 왜곡 및 모아레 아티팩트와 같은 아티팩트를 갖지 않는다.

ㆍ 성능 장점 및 개선점

o 대역폭 감소 - 본 명세서에 설명된 본 발명은 시청자에게 전체 5D 플렌옵틱 기능을 제공할 필요 없이 원근조절-이접운동 충돌을 해결하거나 완화할 수 있다. 이는 컨텐츠 렌더링의 복잡성을 줄이고 전체 광 필드 디스플레이에 비해 시스템 프레임 속도를 향상시킬 수 있다. 대역폭은 몇 배로 줄어들 수 있다.

o 광학 효율 유연성 - 본 발명은 광학 효율이 우선시되는 경우 높은 광 처리량을 갖는 설계를 선택할 수 있다는 점에서 유연성이 있다. 디스플레이 밝기가 필요하지 않은 경우 더 많은 디스플레이 평면을 추가하거나 더 간단한 공동 설계를 사용할 수 있는 추가적인 유연성이 있다.

o 공간 해상도 유연성 - 본 발명은 다중 디스플레이 패널(6)을 사용하여 공간 해상도를 유지할 수 있다는 점에서 유연성이 있다. 공간 해상도가 필요하지 않은 경우(예를 들어, 개별 픽셀을 사용자가 이미 확인할 수 없는 경우), 본 발명은 불필요한 공간 해상도를 활용하여 상이한 깊이 평면을 렌더링하여 사용자 경험을 향상시킬 수 있다.

o 확장성 - FE 공동(1)은 아키텍처, 평면의 수 및 상이한 디스플레이 시스템으로의 확장이 편리하게 확장 가능하다.

o 호환성 - 본 명세서에 소개된 본 발명은 소프트웨어 수준 및 하드웨어 수준 모두에서 호환성에 있어 상당한 이점을 갖는다. 소프트웨어 수준에서 광원은 궁극적으로 2D 화면이 될 수 있으므로 디스플레이 시스템에 대한 피드는 기존 표준 신호로 쉽게 공급될 수 있다. 또한 깊이 제공 광학 장치로 인해 입력에 대한 상당한 계산 처리가 근본적으로 필요하지 않으므로 렌더링이 단순화된다. 하드웨어 아키텍처는 다양한 기존 2D 디스플레이 시스템에 통합된다.

ㆍ 기능적 장점 및 개선점

o 모니터 확대 - 본 명세서에 공개된 시스템의 깊이는 실제 광학 깊이이므로 눈은 디스플레이의 주어진 거리에서 불편함 없이 이러한 3D 컨텐츠를 수용하고 볼 수 있다. 예를 들어, 디스플레이가 머리에서 20 cm 떨어져 있지만 도시된 깊이가 여전히 2 미터인 경우, 시청자는 이미지를 2 미터 떨어진 것으로 보고 그렇게 가까운 거리에서도 모니터를 사용할 수 있다. 이는 공개된 시스템에서 제공하는 실제 광학 깊이를 사용하여 소형 모니터를 확대하는데 도움이 된다.

o 헤드업 디스플레이 - 깊이가 디스플레이의 실제 위치보다 훨씬 더 멀 수 있으므로 릴레이는 반투명할 수 있다. 이는 특히 헤드업 디스플레이의 맥락에서 이미지와 실지 세계의 대규모 중첩을 위한 완벽한 사례가 된다.

o 엔터테인먼트 - 광 필드 경험은 정확한 광학 깊이와 아티펙트 없는 이미지로 인해 더 나은 현실감을 제공한다. 이는 홈 엔터테인먼트, 게임 및 상업용 엔터테인먼트 애플리케이션에 사용될 수 있다.

상업용 적용

드라마틱한 깊이 정확도, 화면의 투명도 및 몰입감으로 많은 상업용 적용이 가능해졌다. 다음은 가능한 적용의 비망라적 리스트이다:

ㆍ 내비게이션

o 운전/조종 등 중에 도로에서 눈을 떼거나 전화기나 별도의 내비게이션 장치를 더듬지 않고도 헤드업 디스플레이를 사용하여 단계별 방향 안내.

ㆍ 의료

o 광 필드 디스플레이를 사용하여 3D 데이터 파일을 더 효과적으로 조사.

ㆍ 직장 인체공학

o 확대 디스플레이는 하드웨어를 착용하거나 대형 화면을 가질 필요 없이 대형 디스플레이를 편리하게 대체할 수 있다. 디스플레이의 3D 특성은 오늘날 표준 모니터와 동일한 픽셀 정확도로 사무용 볼륨을 제공할 수 있다.

ㆍ 엔터테인먼트

o FE 공동(1)의 계층적 특성은 게임 및 비디오 산업의 컨텐츠 생성을 용이하게 한다. 이는 3D 효과를 제공하기 위해 몇 개의 층으로 렌더링하는 것이 전체 3D 환경을 렌더링하는 것보다 훨씬 쉽기 때문이다(계산량이 훨씬 덜 요구됨).

o FE 공동(1)은 진정한 깊이가 새로운 경험으로 시청자를 끌어당기기 때문에 독립형 게임기에 매우 적합하다.

ㆍ 설계

o 아직 물리적으로 프로토타입화되지 않은 객체의 모양과 느낌을 미리 보고, 헤드셋을 착용하지 않고도 AR 또는 VR에서 모델링 및 설계를 위한 컨텐츠를 시각화한다. 개발자는 여러 시간 동안 헤드셋을 착용할 수 없지만 진정한 광학적 깊이로 본 발명을 사용할 수 있으므로 이는 매우 중요하다.

전술한 필드 전개 공동의 임의의 실시예에서, 조리개 광학 장치(70)가 광학 경로의 광의 광학적 특성을 보조하고 수정하기 위해 추가될 수 있다. 도 14a 및 도 14b는 두 가지 예시적인 예를 도시한다.

도 14a에서, 필드 전개 공동(1)에서 나가는 광은 공동 출사 동공(2)에 위치된 조리개 광학 장치(70)를 통과한다. 조리개 광학 장치(70)에 의해 수정된 광은 인클로저 출사 동공(4)을 통해 시스템 인클로저(5)를 빠져나온다. 도 14b의 예시적인 예와 유사하게, 필드 전개 공동(1)은 공동 출사 동공(2)을 통해 광을 방출한다. 광은 인클로저 출사 동공(4)에 위치된 조리개 광학 장치(70)를 통과하여 수정되어 시청자에게 전달된다.

조리개 광학 장치(70)는 반사 방지 층, 프리즘 필름(17), 프라이버시 층, 흡수 편광기 또는 마이크로 커튼 층을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 수의 광 수정 장치를 포함할 수 있다. 조리개 광학 장치(70)는 외부 환경으로부터 사용자를 향해 지향되는 주변 광을 수정하는 데에도 사용될 수 있다. 예시적인 예로서, 반사 방지층은 시청자의 눈에 들어갈 스트레이 반사를 제거하기 위해 조리개 광학 장치(70)로 사용될 수 있다. 조리개 광학 장치(70)는 외부 환경으로부터 시스템 인클로저(5) 내의 구성요소를 보호하는 추가 기능을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 조리개 광학 장치(70)는 공동 출사 동공(2) 및 인클로저 출사 동공(4) 모두에 배치될 수 있다.

본 개시에서, 필드 전개 공동은 광 필드 디스플레이 또는 서브샘플링된 광 필드 디스플레이, 즉 물리적 3차원 장면에서 나오는 전체 광 필드를 대략적으로만 복제하는 광 필드 디스플레이를 생성할 수 있다. 예를 들어, 분수(fractional) 광 필드 디스플레이는 단일 초점면 또는 가상 깊이에 대응하는 단일 가상 이미지를 생성할 수 있다.

일부 실시예에서, 필드 전개 공동(1)은 하나 이상의 세미 반사 요소(71) 및 하나 이상의 반사 요소(72)로 추가로 구성된다. 본 발명의 일부 실시예에서, 이러한 반사 요소(72)는 시청자에게 제시되는 가상 이미지의 가상 깊이 위치를 선택적으로 조정하기 위해 광학 경로의 광이 그 자체로 적어도 부분적으로 접혀지도록 구성된다. 즉, 필드 전개 공동(1), 반사 요소(72) 및 세미 반사 요소(71)는 광학 경로를 따라 초점면의 깊이를 조정하기 위해 광학 경로의 일부가 원래 광학 경로 위로 접혀지도록 구성된다. 광학 경로 자체의 이러한 접힘은 본 발명이 가상 이미지의 가상 깊이 위치를 추가로 조정할 수 있게 한다. 추가 실시예는 가상 이미지의 가상 깊이 위치를 추가로 조정하도록 구성된 필드 전개 공동(1) 내에 전환 가능한 거울 또는 기계적 액추에이터를 포함한다.

도 15는 시스템의 세미-반사 요소(71)가 분할되어 확장된 조리개 광학 장치(70)를 통해 다중 깊이를 생성하는 필드 전개 공동(1)의 추가 실시예를 도시한다. 일부 실시예에서, 디스플레이 패널(6) 자체는 분할될 수 있다. 다른 실시예에서, 반사(72) 또는 세미 반사(71) 광학 장치는 분할될 수 있다.

본 개시에서, “분할된” 요소는 요소의 표면에 걸쳐 변하는 특성을 갖는다. 예를 들어 분할된 세미 반사 요소는 표면에 걸쳐 반사 계수 또는 반사율이 다양한 세미 반사 요소이다. 변화는 매끄럽거나, 연속적이거나, 부분적으로 일정하거나 또는 부분적으로 매끄러울 수 있다. 분할된 디스플레이 패널은 디스플레이 패널의 다양한 영역에서 상이한 이미지 컨텐츠를 표시하는 디스플레이 패널이다. 예를 들어, 두 영역으로 분할된 디스플레이 패널은 제1 이미지 및 제2 이미지를 표시할 수 있다. 이러한 방식으로 분할된 요소의 상이한 세그먼트에서 방출되거나 투과되거나 반사되는 광은 디스플레이 시스템을 통해 상이한 경로로 이동할 수 있다.

구성요소의 이러한 분할은 분할된 디스플레이 패널(6)이 제1 분할된 요소 및 제2 분할된 요소로 분할될 수 있도록 다수의 분할된 요소를 생성한다. 분할된 구성요소에 의해 생성된 분할된 요소의 수에는 제한이 없다. 또한, 동일한 방식으로 반사(72) 광학 장치 또는 세미 반사(71) 광학 장치는 또한 제1 분할된 요소 및 제2 분할된 요소로 분할될 수 있다. 본 발명 내의 임의의 구성요소는 이와 동일한 방식으로 분할될 수 있다. 분할된 요소를 갖는 예시적인 실시예가 도 15 및 도 17에 도시된다.

또한, 반사(72) 광학 장치 또는 세미 반사(71) 광학 장치는 경사 반사율과 같은 경사 특성을 가질 수 있다. 분할된 광학 장치를 포함하는 반사(72) 광학 장치 또는 세미 반사(71) 광학 장치는 편광 의존 요소와 상호작용한 후에 제1 편광의 광이 제1 광학 경로를 이동하고 제2 편광의 광이 제2 광학 경로를 이동하도록 추가로 편광 의존할 수 있다.

도 15에 도시된 바와 같이, 광학 경로의 광은 광 파이프를 구성하는 둘 이상의 반사기, 요소, 광학 장치 또는 구성요소 사이에서 생성되는 공동을 따라 안내될 수 있다. 광 파이프의 광은 조리개 광학 장치(70)를 통해 광 파이프에서 나가는 광 파이프의 공동 아래로 안내된다. 광은 시청자에게 지향된다.

추가 실시예에서 광 파이프는 제1 분할된 요소 및 제2 분할된 요소와 같은 분할된 요소를 사용하여 생성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 분할된 요소 및 제2 분할된 요소는 편광 의존 요소로 구성된다. 제1 분할된 요소 및 제2 분할된 요소의 편광 의존 요소는 제1 편광의 광이 제1 광학 경로를 따라 광 파이프를 따라 안내되고 제2 편광의 광이 제2 광학 경로를 따라 광 파이프를 따라 안내되도록 구성된다. 이에 따라 광 파이프는 복수의 깊이에서 복수의 가상 이미지를 생성한다. 일부 실시예에서, 상이한 분할된 요소에 대응하는 광 경로는 동일한 깊이이지만 상이한 측면 위치에서 이미지를 형성하므로 함께 확장된 조리개 또는 시야를 갖는 단일 가상 이미지를 형성한다. 일부 실시예에서, 이러한 편광 의존 요소 광 파이프는 차량에 내장되거나 통합된다.

도 16에 도시된 추가 실시예는 대형 거울(79)과 광학 통신하는 출구 조리개를 갖는 필드 전개 공동(1)을 갖는다. 거울은 조리개 광학 장치로서 부분적으로 기능할 수 있다. 실시예는 제스처 센서(80), 깊이 카메라(80) 또는 둘 다를 더 포함한다. 제스처 센서(80) 또는 깊이 카메라(80)는 디스플레이 시스템게 결합되거나 통합된다. 제스처 센서(80) 또는 깊이 카메라(80)는 시청자(77)를 관찰하여 디스플레이 시스템이 시청자(77)의 동작, 위치 및 제스처를 캡처, 통합 또는 해석할 수 있다. 제스처 센서(80) 또는 깊이 카메라(80)는 시청자(77)에 관한 정보를 디스플레이 시스템에 릴레이한다. 그 다음 디스플레이 시스템은 이 정보를 사용하여 가상 이미지(81)로서 텍스트 또는 다른 증강 효과를 동적으로 생성하고 표시할 수 있다. 일부 실시예에서, 텍스트 또는 증강 효과는 다른 소스로부터 생성될 수 있으며 여전히 깊이 카메라(80) 또는 제스처 센서(80)를 통해 시청자에 의해 조작될 수 있다.

이 실시예에서, 필드 전개 공동(1)은 가상 이미지(81)를 생성하도록 구성되며, 가상 이미지(81)는 텍스트 또는 이미지와 같은 임의의 수의 항목을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 가상 이미지(81)는 거울에 있는 시청자의 반사(82)와 유사한 가상 깊이에 가상 이미지(81)가 나타나도록 필드 전개 공동(1)에 의해 생성된다. 즉, 시청자가 거울의 반사(82)를 볼 때, 필드 전개 공동(1)에 의해 생성된 가상 이미지(81)는 동일한 깊이에 있는 것처럼 보이거나 거울의 반사(82)와 동일한 평면에 있는 것처럼 보인다.

일부 실시예에서, 필드 전개 공동(1)은 재귀반사성 또는 재귀굴절성 요소를 더 포함할 수 있다. 재귀반사성 또는 재귀굴절성 요소는 시청자(77)와 디스플레이의 물리적 거리에 비해 가상 이미지(81)가 시청자(77)에 더 가깝게 나타나도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 가상 이미지(81)의 텍스트 또는 증강 효과는 시청자의 이미지와 동일한 깊이로 나타난다. 그 다음 시청자는 가상 이미지(81)의 텍스트 또는 증강 효과가 공중에 떠있는 것처럼 제스처 센서(80) 또는 깊이 카메라를 통해 가상 이미지(81)와 상호 작용할 수 있다.

도 17은 필드 전개 공동(1)이 차량(76)의 지붕(75) 또는 천장에 매립되거나 통합된 추가 실시예를 도시한다. 도 9의 실시예 33과 유사한 이 추가 실시예에서, 디스플레이 패널(6)은 제1 요소(73) 및 제2 요소(74)를 가질 수 있는 필드 전개 공동(1) 내로 광을 방출한다. 제1 요소(73) 및 제2 요소(74) 모두 서로에 대해 45도 미만의 각도로 위치되는 반사 요소 또는 세미 반사 요소일 수 있다. 이 각도는 임의로 설계될 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이 패널 자체는 분할될 수 있으며; 일부 실시예에서, 제1 요소 또는 제2 요소는 분할될 수 있다. 일부 실시예에서, 분할된 특성은 시간에 따라 전환 가능하여, 광이 제1 시간에 제1 경로로 이동하고 후속 광이 제2 시간에 다른 경로로 이동할 수 있다. 일부 실시예에서, 어떤 요소도 분할되지 않는다. 광이 두 개의 반사 요소 사이에서 반사됨에 따라 광이 이동하는 각도가 더 얕아진다. 이는 더 얕은 시선에 대응하는 가상 이미지(78)를 보는 시청자(77)를 향해 디스플레이 시스템의 출구로부터 나가는 광을 지향시키는 광 파이프를 생성한다. 일부 실시예에서, 가상 이미지는 디스플레이 시스템의 임의의 구성요소의 각도 및 지붕 또는 천장의 각도와 다른 각도로 기울어진다. 시청자는 차량의 지붕을 똑바로 바라볼 때 가상 이미지를 볼 수 없다. 일부 실시예에서, 조리개 광학 장치(70)가 사용된다. 일부 실시예에서 릴레이 메커니즘(3)이 사용된다. 일부 실시예에서, 제2 분할된 요소와 같은 디스플레이 시스템의 구성요소는 조리개 광학 장치, 릴레이 메커니즘 및 광학 조정 메커니즘 또는 이들의 서브세트로서 동시에 기능한다.

일부 실시예에서, 광 경로는 편광 의존 요소에 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 세미 반사 요소는 제1 경로를 따라 제1 편광의 광을 지향시키고 제2 경로를 따라 제2 편광의 광을 지향시키는 편광 의존 격자를 포함할 수 있다. 광의 편광은 1/4 파장판 및 반사 편광판을 사용하여 변경될 수 있다.

일부 실시예에서, 필드 전개 공동은 가상 이미지가 시청자에게 더 멀리 있는 것보다 더 가까이 나타나도록 재귀반사형 또는 재귀굴절형 요소를 더 포함할 수 있다. 도 16의 실시예와 유사하게, 시청자가 가상 이미지와 상호 작용할 수 있도록 제스처 카메라 또는 깊이 센서가 디스플레이 시스템에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이 시스템은 사용자가 디스플레이 컨텐츠와 디스플레이 시스템 뒤의 환경을 동시에 볼 수 있도록 투시 효과를 위해 투명하거나 반투명하다. 일부 실시예에서, 카메라는 차량 외부의 환경에 대한 정보를 캡처하고, 디스플레이 시스템은 비디오 투시 효과를 위해 정보를 표시한다.

도 17의 실시예는 도 9에 설명된 웨지형 공동의 예이지만 광 경로가 정확히 또는 대략적으로 접히도록 다른 클래스 또는 차수의 필드 전개 공동으로 구성도리 수도 있다. 이러한 공동에서는 광이 단일 요소로부터 다중 반사를 경험할 때 접힐 수 있다.

도 17의 실시예는 차량의 일부에 통합될 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예는 자동차 또는 차를 언급하지만 차량은 차, 트럭, 오토바이, 삼륜차, 탱크, 항공기 또는 수상 선박을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 형태를 취할 수 있다.

가상 이미지의 각 지점은 인간 시청자의 양쪽 눈에 의해 볼 수 있다는 점, 즉 가상 이미지의 특정 지점으로부터 광선이 동시에 두 눈으로 들어간다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 시청자의 눈은 가상 이미지를 보기 위해 특정 볼륨 내의 어느 곳에나 위치될 수 있다. 가상 이미지의 깊이는 각 눈이 수용하거나 초점을 맞추는 깊이이다. 볼륨을 헤드박스라고 하며 측면 치수에 걸쳐 있다. 측면 치수는 예를 들어 적어도 8 cm, 적어도 10 cm, 적어도 15 cm, 적어도 20 cm 또는 적어도 30 cm일 수 있다. 디스플레이 시스템과 헤드박스의 가장 가까운 시청 위치 사이의 거리는 예를 들어 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm 또는 100 cm일 수 있다. 일부 실시예에서, 가장 가까운 시청 위치는 100 cm보다 크다. 이 거리는 가상 이미지를 보는 데 필요한 보는 방향에 따라 부분적으로 제한된다.

또한, 가상 이미지는 이미지의 특정 지점에 대응하는 결상 형성 광선(imaging-forming light ray)이 물리적으로 교차하지 않는 이미지이다. 오히려, 그들은 갈라지거나 시준된다. 결상 형성 광선이 기하학적으로 뒤쪽으로 투영되면 투영이 교차한다. 이 교차점이 가상 이미지의 위치이다(반대로, 광선을 물리적으로 교차함으로써 형성된 이미지는 다른 포커싱 요소 없이 화면 또는 다른 물리적 표면에 투사될 수 있는 실제 이미지이다). 일부 실시예에서, 시청자는 가상 이미지를 본다.

일부 실시예에서, 도 17의 제1 요소(73) 또는 제2 요소(74)는 편광 의존적이다. 일부 실시예에서, 이들은 세미 반사기 또는 부분 반사기이다. 예를 들어, 제1 요소(73)는 입사된 광의 적어두 일부를 투과시키고 또한 입사된 광의 편광을 한 상태에서 다른 상태로 변환시키는 요소인 편광 변경 세미 반사기일 수 있다. 일부 실시예에서, 편광 변경 세미 반사기는 제1 파장판, 빔 스플리터 또는 다른 세미 반사기 및 제2 파장판을 포함한다. 일부 실시예에서, 파장판은 1/4 파장판이다. 이 편광 변경 세미 반사기에 선 편광된 광이 입사되면, 투과된 광은 선 편광될 것이지만 편광 방향은 90도 회전할 것이며, 즉 입사된 x-(y-)편광된 광은 y-(x-)편광된 광으로 변환된다. 또한, 이 요소에 의해 반사된 선 편광된 광도 90도 회전된다.

일부 실시예에서, 요소(73 또는 74)는 입사광을 반사하고 추가로 입사광의 편광을 한 상태에서 다른 상태로 변환하는 요소인 편광 변경 반사기이다. 일부 실시예에서, 편광 변경 반사기는 거울 및 파장판을 포함한다. 파장판은 일부 실시예에서 1/4 파장판이다. 입사된 선형 편광된 광은 반사되고 편광 방향은 90도 회전될 것이다.

고려 중인 편광 상태는 선형 편광, 원형 편광 또는 타원 편광일 수 있다. 일부 실시예에서, 편광 정도는 편광 상태에 포함된다.

일부 실시예에서, 제1 요소(73) 또는 제2 요소(74)는 제1 편광 상태의 광을 투과시키고 제1 편광 상태에 직교하는 제2 편광 상태의 광을 반사시키는 반사 편광기이다. 반사 편광기의 예는 와이어 그리드 편광기이다. 일부 실시예에서, 반사 편광기는 편광 의존 빔 스플리터(PBS)이다.

일부 실시예에서, 제1 요소(73) 또는 제2 요소(74)의 광학 특성은 전자 신호에 의해 제어된다. 예를 들어, 편광 변경 (세미) 반사기의 위에서 언급한 파장판은 네마틱 LC 또는 콜레스테릭 LC와 같은 액정(LC)일 수 있다. 제1 전압이 인가되면, 편광을 변경하지 않고 광을 투과시킬 수 있다(따라서 편광이 보존됨). 제2 전압이 인가되면, 수평으로 편광된 광으로부터 수직으로 편광된 광으로의 변환과 같이 제1 상태에서 제2 상태로 편광을 변경시킬 수 있다. 전압 값은 임의로 설계될 수 있으며 0V를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 요소(73)가 제1 파장판, 빔 스플리터 및 제2 파장판을 포함하고; 파장판 중 하나가 액정인 경우, 인가된 전압은 투과된 편광 및 반사광이 어떻게 변경되는지에 영향을 미친다. 하나의 전압에서 투과된 편광은 90도 회전할 수 있다. 제2 전압에서, 이는 0도 회전할 수 있다. 제3 전압에서, 입사된 선형 편광은 원형 편광으로 변환될 수 있다. 따라서, 파장판의 유형 및 LC의 구성이 투과된 편광에 영향을 미칠 수 있다. 결과적으로, 투과된 광은 제2 요소(74)와 다르게 상호 작용할 것이다.

도 18a 내지 18f는 도 17과 관련된 실시예의 세트를 도시한다. 도 18a에서, 제1 편광 상태를 갖는 광은 디스플레이(6)로부터 방출되어 필드 전개 공동(1)으로 들어간다. 도 18a-18f에 도시된 모든 실시예에서, 필드 전개 공동(1)은 제1 요소(73) 및 제2 요소(74)를 포함하며, 이는 추가적인 광학 요소뿐만 아니라 요소를 기계적으로 지지하는 구조를 포함할 수 있다. 공동 내부에서 광은 먼저 편광 변경 반사기인 제1 요소(73)로부터 반사된다. 그 다음 광은 반사 편광기를 사용하여 제2 요소(74)에 의해 반사되며, 그 다음 제1 요소(73)에 다시 반사된다. 편광 상태는 광이 제2 시간에 입사할 때 제2 요소(74)에 의해 투과되는 상태이다. 투과된 광은 조리개 광학 장치(70)를 통과하여 공동을 빠져나가 외부 세계를 향한다. 일부 실시예에서, 조리개 광학 장치는 유리 층과 같은 투명한 재료이다.

시청자가 광을 볼 때, 이는 필드 전개 공동 자체보다 시청자로부터 더 멀리 떨어져 있는 가상 이미지(78)를 형성한다. 또한, 제2 요소(74)에 대한 제1 요소(73)의 각도는 45도 미만이므로, 가상 이미지의 배향은 디스플레이 자체의 배향보다 얕아진다. 또한, 각도가 45도 미만이므로 필드 전개 공동이 더 얇아질 수 있다.

디스플레이 시스템 및 공동의 임의의 전자적으로 주소 지정이 가능하거나 전기적으로 활성인 것은 회로 블록(1801)에 의해 제어된다. 일부 실시예에서, 회로 블록은 차량의 전자 시스템에 결합된다. 일부 실시예에서, 회로 블록은 디스플레이 시스템의 통합된 부분이며 가상 이미지의 컨텐츠를 제공하는 역할을 한다.

도 18b는 디스플레이(6)가 조리개 광학 장치(70)와 실질적으로 평행한 실시예를 도시한다. 디스플레이는 편광 변경 세미 반사기일 수 있는 제1 요소(73)를 통해 광을 보낸다. 편광 상태는 90도 회전되며, 반사 편광기 또는 PBS일 수 있는 제2 요소(74)에 의해 반사되며, 그 다음 제1 요소(73)에 의해 반사되며, 이는 제2 요소(74)에 의해 투과되도록 편광을 다른 90도 회전시키며, 조리개 광학 장치(70)를 통과시킨다. 가상 이미지(78)가 형성되고, 이는 필드 전개 공동(1)보다 더 멀고 디스플레이(6) 자체보다 더 먼 깊이에 위치된다. 회로 블록(1801)은 디스플레이 컨텐츠를 제어한다. 일부 실시예에서, 편광 변경 세미 반사기는 제1 파장판, 빔 스플리터 및 제2 파장판을 포함한다. 일부 실시예에서, 조리개 광학 장치(70)는 흡수성 편광 및/또는 반사 방지 요소를 포함한다. 이는 단지 예일 뿐이며, 제1 요소(73), 제2 요소(74) 및 조리개 광학 장치(70)의 임의 적절한 구성이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 지향성 필름이 빔 경로에 도입된다. 제1 및 제2 요소 사이의 각도는 θ이며, 이는 45도 미만이다.

FEC에서 광은 공동의 요소 사이에서 앞뒤로 반사되거나 순환된다. 이러한 전파 각각은 패스이다. 예를 들어, FEC는 제1 요소 및 제2 요소를 가질 수 있다. 제1 요소에서 제2 요소로 전파하는 광의 제1 인스턴스를 순방향 패스라고 한다. 광 또는 광의 선택된 부분이 제2 요소에서 다시 제1 요소로 반사될 때, 광이 광원을 향해 뒤로 전파되므로 해당 전파를 역방향 패스라고 한다. 이 공동에서는 광이 한 주기(순방향 및 역방향 패스)를 완료하고 제1 요소로 돌아가면 왕복이 발생한다. 일부 실시예에서, 왕복은 광이 실질적으로 방향을 바꾸고 요소에 두 번 이상 입사할 때 발생한다. 용어 “왕복”은 광이 공동의 두 요소 사이를 앞뒤로 순환하거나 반사하는 횟수 또는 광이 단일 요소와 상호 작용하는 횟수를 나타낸다.

일부 실시예에서, 광은 FEC(1) 내에서 1회 왕복 이동한다. 일부 실시예에서, 왕복 횟수는 2, 3, 4 또는 5일 수 있다. 왕복 횟수는 시청자가 인지하는 단안 깊이를 실질적으로 결정한다. 일부 실시예에서, 단안 깊이는 시청자와 광원 사이의 거리보다 크다. 예를 들어, 단인 깊이와 거리 사이의 비율은 1.1, 1.5, 2, 2.5, 3, 4.5 또는 5일 수 있다. 일부 실시예에서, 비율은 1.1-2, 1.5-3 또는 2-5와 같은 범위 내에 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 단안 깊이는 가상 디스플레이 시스템의 특성을 수정함으로써 동적으로 조정 가능하다.

도 18a에서와 같은 실시예에서는 왕복이 한 번 있다. 도 18b의 실시예에서는 왕복이 2 회 있다. 더 많은 왕복을 도입하는 메커니즘은 제1 및 제2 요소의 특성을 수정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 다른 유형의 파장판 또는 제1 요소의 LC를 사용하여, 반사된 편광(제1 왕복 후)은 상이하게 구성되어 대부분의 광이 제2 요소에 의해 제2 번째로 반사된다. 또한 제2 요소는 반사하는 광의 편광을 수정하기 위한 파장판 또는 LC와 같은 편광 변경 요소도 포함한다. 또한, 이들 요소의 편광 변화와 반사율 및 투과율은 모두 각도의 함수일 수 있다. 예를 들어, 두 요소는 다층 필름을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 광선의 각도는 왕복할 때마다 변하기 때문에, 광이 원하는 각도에 도달한 후에 제2 요소에 의해 실질적으로 투과될 수 있다.

도 18c는 도 18b와 유사한 실시예를 도시한다. 디스플레이(6)로부터의 광은 일부 실시예에서 지향성 필름을 포함하는 프리-공동 요소(1804)를 통과한다. 지향성 필름은 지정된 각도 범위 내의 각도로 배향된 광선을 선택적으로 투과하며 해당 범위 외부로 향하는 광선을 차단한다. 예를 들어, 지향성 필름은 0도 내지 10도, 0도 내지 20도, 0도 내지 30도, 0도 내지 40도, 0도 내지 50도 또는 0도 내지 60도 범위 내로 입사되는 광선을 투과시킬 수 있다. 지향성 필름은 광학(초점) 파워를 제공하지 않는다. 일부 실시예에서, 지향성 필름은 0도에서 시작하지 않는 각도 범위를 투과시킨다.

그 다음 광은 편광 변경 세미 반사기인 제1 요소(73)를 통과한다. 광은 반사 편광기인 제2 요소(74)에 의해 반사되어 필드 전개 공동(1) 내에서 왕복을 한다. 그 다음 광은 조리개 광학 장치(70)를 통해 시스템에서 빠져나간다. 일부 실시예에서, 조리개 광학 장치(70)는 흡수성 편광기 또는 반사 방지 층이다. 일부 실시예에서, 조리개 광학 장치(70)는 유리 또는 유사한 재료의 층과 같은 투명 요소이다. 가상 이미지(78)가 형성되고, 가상 이미지 배향은 디스플레이 배향에 대해 기울어진다. 회로 블록(1801)은 디스플레이 컨텐츠 및 제1 요소(73) 또는 제2 요소(74)에 포함될 수 있는 LC 또는 전기광학 재료와 같은 임의의 활성 재료를 제어한다. 제1 및 제2 요소 사이의 각도는 θ이며, 이는 45도보다 작다.

도 18d는 필드 전개 공동(1)의 요소가 곡선을 이루는 실시예를 도시한다. 디스플레이(1)로부터의 광은 곡선형 편광 변경 세미 반사기인 제1 요소(73)를 통해 공동으로 들어간다. 이 요소에서 나오는 편광은 반사 편광기일 수 있는 곡선형 제2 요소(74)에 반사된다. 그 다음 광은 제1 요소에 의해 반사되어 편광으로 회전된 다음 제2 요소를 통과하고 조리개 광학 장치(70)를 통해 가상 이미지(78)를 형성한다. 요소의 곡률은 광학 파워를 생성하고 이미지가 확대되거나 축소되고 그 깊이가 조정될 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 곡선 요소는 곡선 기판 상의 코팅이다. 일부 실시예에서, 곡선 요소는 자유형 요소이며, 요소의 곡률 또는 형상은 함수에 의해 정의된다.

이들 실시예 중 어느 하나에서, 제1 요소(73) 및 제2 요소(74) 사이의 각도는 45도 미만일 수 있다. 예를 들어, 이는 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 또는 44도일 수 있다.

도 18e는 필드 전개 공동이 인가된 전압에 따라 굴절률이 변하는 전기광학(EO) 재료(1803)를 포함하는 실시예를 도시한다. 예를 들어, 회로 블록(1801)에 의해 제1 전압이 인가될 때, EO 재료(1803)는 굴절률의 제1 값을 가지며; 제2 전압이 인가되면 이는 굴절률의 제2 값을 취한다. 일부 실시예에서, 굴절률은 균일하지 않지만, 인가된 전압이 변할 때 변화가 변하여 EO 재료(1803)가 전기적으로 제어 가능한 프리즘이 되도록 요소에 걸쳐 선형으로 변한다. 예를 들어, 수평 방향의 굴절률이 n(x)=n₀ + A(V)x로 주어지면(여기서 x는 위치이고 A(V)는 인가 전압의 함수임), 광이 A(V)의 값에 따라 달라지는 방향으로 편향될 것이다. 따라서, 디스플레이(6)에 의해 방출된 광은 제1 요소(73)를 통과하고 제2 요소(74)에 의해 반사되고, 제1 요소에 의해 반사되고, EO 재료(1803)를 통해 투과된다. 이는 이에 의해 편광되어 조리개 광학 장치(70)를 통해 투과된다. 편향은 EO 재료(1803)의 상태에 따라 제1 가상 이미지(78A)를 생성하는 제1 방향(1802A) 또는 제2 가상 이미지(78B)를 생성하는 제2 방향(1802B)일 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이 컨텐츠는 EO 재료에 의해 발생하는 임의의 수차를 설명하기 위해 사전 보상된다. 즉, 왜곡과 임의의 수차의 조합이 선명한 가상 이미지를 초래하도록 디스플레이 컨텐츠가 왜곡될 수 있다. 일부 실시예에서, 함수 n(x)는 선형이 아니라 수차를 최소화하도록 변화하는 함수이다. 예를 들어, 함수는 1차보다 큰 차수의 다항식, 로그 함수, 지수 함수 등일 수 있다.

도 18f는 디스플레이(6)로부터의 광이 좌측에서 필드 전개 공동(1)으로 들어가는 실시예를 도시한다. 이는 제2 요소(74)를 통과하고 제1 요소(73)에 의해 반사된다. 일부 실시예에서 반사 시, 광의 편광은 수정되어 이는 제2 요소에 의해 반사되고 얕은 가상 이미지(78)를 형성하는 시스템을 빠져나간다. 각도 θ는 4도 미만이다.

위의 실시예 중 임의의 것에서, 지향성 필름은 방출된 광을 필드 전개 공동에 진입하기 전에 바람직한 방향으로 기울이기 위해 디스플레이 패널을 오버레이할 수 있다.

이러한 실시예의 장점은 가상 이미지가 제1 요소(73)와 제2 요소(74) 사이의 각도에 의존하는 각도로 기울어진다는 것이다. 이들 사이의 각도를 θ라고 하면, 광의 기울기는 FEC 내부의 각 왕복 후에 대략 2θ만큼 누적된다. 따라서 θ가 1 내지 30도 범위에 있는 경우 가상 이미지는 한 번의 왕복 후 디스플레이에 대해 2 내지 60도 범위만큼 기울어질 것이다. θ가 1 내지 10도 범위에 있는 경우 가상 이미지는 2회 왕복 후 3 내지 30도 범위만큼 디스플레이에 대해 기울어질 것이다.

다른 장점은 디스플레이 시스템이 얇다는 점이다. 측면이 W ~ 30 cm이며, 각도 θ가 30도인 경우, FEC의 두께는 대략 Wtanθ 또는 17 cm이다. 각도가 얕을수록 디스플레이 시스템이 얇아진다. 디스플레이의 두께는 5 cm, 10 cm, 20 cm 또는 30 cm일 수 있다. 또한, 가상 이미지 크기는 디스플레이와 대략 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, 가상 이미지는 예를 들어 1.2, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5 또는 4배만큼 더 크다.

도 19a 내지 19f는 전술한 디스플레이 시스템이 차량에 통합된 실시예를 도시한다. 도 19a는 디스플레이 시스템(1900)이 차량에 통합되는 실시예이다. 디스플레이 시스템(1900)의 요소는 디스플레이 자체, 필드 전개 공동 및임의의 프리 또는 포스트 공동 요소를 포함한다. 일부 실시에에서, 디스플레이 시스템은 요소로서 조리개 광학 장치를 포함한다. 디스플레이 시스템은 가상 이미지를 생성한다. 일부 실시예에서, 디스플레이 시스템(1900)은 차량 부품(1901A)에 통합된다. 일부 실시예에서, 디스플레이 시스템(1900)은 윈도우 상에 오버레이되며 가상 이미지(78)가 장면과 중첩되어 증강 현실(AR) 환경을 생성하도록 외부 장면(1902)으로부터의 광이 이를 통과하게 한다. 일부 실시예에서, 디스플레이 시스템(1900)은 차량 부품(1901B)의 표면에 연결된다. 차량 부품(1901A 및 1901B)은 예를 들어 지붕, 측면 패널, 도어, 좌석, 좌석 등받이, 윈도우 또는 거울일 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 디스플레이 시스템이 얇기 때문에(제1 요소와 제2 요소 사이의 예각으로 인해), 차량 표면과 실질적으로 동일한 높이이며 임의의 리세스된 공동이 사용하지 않을 때 이를 수용할 공간을 거의 차지하지 않을 것이다. 부피가 큰 디스플레이는 더 많이 돌출되며 일반적으로 사용하지 않을 때 디스플레이를 접을 수 있는 메커니즘이 필요하거나 차량 내에서 더 많은 공간이 필요하다.

측면 크기, 시청자까지의 거리, 비스듬하게 배향된 가상 이미지를 보기 위한 시청 방향에 따라 본 발명의 배치에는 제한이 있다. 특히, 시청자의 눈에서 가상 이미지까지 연장하는 가상의 선은 조리개 광학 장치(또는 조리개 광학 장치가 배치될 수 있는 기하학적 표면)를 통과해야 한다. 예를 들어, 시청자에게 더 가까이 배치되는 상대적으로 작은 측면 치수를 갖는 디스플레이 시스템의 경우에는 그렇지 않다.

도 19b는 디스플레이 시스템(1900)이 차량 부품(1901)의 리세스된 영역 또는 포켓(1905)의 제1 위치에 설정되는 실시예를 도시한다. 디스플레이 시스템은 기계적 트랙(1904)에 의해 예를 들어 윈도우(1903) 위의 제자리로 이동된다. 윈도우를 통해 외부 장면(1902)이 보인다. 디스플레이 시스템이 제 위치에 있으면, 투명한 AR 효과가 생성되고 가상 이미지(78)가 장면 위에 형성된다. 일부 실시예에서, 디스플레이 시스템은 투시 비디오를 사용하여 증강 현실을 생성한다: 차량 외부 부분에 부착된 카메라는 외부 장면을 캡처하고 캡처된 정보를 디스플레이 시스템 자체의 디스플레이 상에 표시한다.

도 19c는 디스플레이 시스템(1900)이 차 지붕인 차량 부품(1901)에 통합되고 디스플레이 시스템이 적어도 부분적으로 투시되는 실시예를 도시한다. 기계적 트랙(1904)은 디스플레이 시스템을 지붕 내의 리세스된 공동으로부터 제자로 밀어 넣는다. 일부 실시예에서, 디스플레이 시스템은 차량 선루프 또는 윈도우 역할을 한다. 일부 실시예에서, 별도의 선루프(1905)가 있으며, 디스플레이 시스템과 선루프는 제1 기계적 트랙(1904A) 및 제2 기계적 트랙(1904B)에 의해 독립적으로 제어된다.

도 19d는 가상 이미지의 위치 및 배향을 수정하기 위해 디스플레이 시스템의 일부가 다른 구성요소에 대해 기계적으로 조정 가능한 실시예를 도시한다. 디스플레이(6)는 차량 부품(1901)에 고정되고 디스플레이로부터의 광은 제1 요소(73)에 의해 반사되고, 그 다음 제2 요소(74)에 의해 반사되며, 그 다음 제1 요소(73)에 의해 투과되어 조리개 광학 장치(70)를 통과한다. 조리개 광학 장치 및 제1 요소는 가상 이미지(78)를 이동시키고 회전시키는 효과를 갖는 힌지(1906)에 의해 회전 가능하다. 즉, 회전은 디스플레이 시스템을 사용하는 동안 시청 경험을 변화시킨다. 일부 실시예에서, 힌지는 전동식이다. 일부 실시예에서, 힌지는 사용자에 의해 직접 조정된다. 힌지는 디스플레이 시스템과 함께 힌지, 볼 조인트 또는 트랙을 포함하는 이동식 조인트의 예이거나 그 요소가 차량에 대해 움직일 수 있다. 힌지는 서로에 대해 움직이는 적어도 제1 부분 및 제2 부분을 포함한다. 예를 들어, 제1 부분은 차량 부품에 고정될 수 있고 제2 부분은 디스플레이 시스템의 일부 또는 전부에 고정될 수 있다.

도 19e는 디스플레이 시스템(1900)이 차량 부품(1901) 내의 리세스 부분에 위치할 수 있는 실시예를 도시한다. 한 쌍의 힌지(1906A, 1906B)는 디스플레이 시스템을 제2 차량 부품(1901A) 앞의 제 자리로 이동시킨다. 제3 힌지(1906C)는 패널(1907)을 움직여 디스플레이 시스템의 움직임을 허용한다. 차량 부품(1901A 및 1901)은 차량 내 시트의 일부일 수 있다. 회로 블록(1801)은 시간 t가 진행됨에 따라 힌지 및 디스플레이 시스템의 동작을 제어하는데 사용될 수 있다.

도 19f는 도 19a 내지 19d의 양태를 결합하는 실시예를 도시한다. 여기서, 전체 디스플레이 시스템(1901)은 전체 디스플레이 시스템을 조정하기 위해 관절로 연결될 수 있는 힌지(1906)를 통해 차량 부품(1901)에 연결된다. 생성된 가상 이미지의 위치는 변경되지만 디스플레이 시스템에 대한 위치는 고정된다. 일부 실시예에서, 힌지는 대신에 디스플레이 시스템을 여러 방향으로 회전시킬 수 있는, 즉 상이한 회전축을 중심으로 회전시킬 수 있는 관절식 암 또는 볼 조인트이다.

위의 실시예 중 임의의 것에서, 기계적 통합(레버, 암, 힌지 및 트랙)은 차량에 통합된 버튼을 통해 모터화되고 제어될 수 있거나 시청자의 동작에 따라 수동으로 조정될 수 있다.

도 20a 내지 20e는 디스플레이 시스템을 차량에 적용한 예시적인 실시예이다. 도 20a에서 차량(76)은 2 개의 디스플레이 시스템(1900)을 수용한다. 이들은 위에서 설명한 디스플레이 시스템일 수 있다. 광은 디스플레이 시스템(1900)에서 나가고 거울(2001)에 의해 차량에 걸쳐 반사된다. 반사된 광은 후속적으로 측면 윈도우(1903)에 의해 다시 반사되어 시청자(77)의 눈에 들어간다. 일부 실시예에서, 윈도우는 반경 곡률 R을 갖고 휘어져서, 윈도우가 광학 파워를 제공하고 광을 시준하는데 도움을 주어 차량 외부에서 매우 먼 깊이를 갖는 가상 이미지(78)를 형성한다.

도 20b에 유사한 실시예가 도시된다. 차량(76)은 측면 디스플레이 시스템(1900)에 통합된다. 이 실시예에서, 디스플레이 시스템은 이미저 형성을 완료하기 위해 추가적인 외부 구성요소를 가질 수 있다. 제2 요소(74)는 편광 변경 세미 반사기인 제1 요소(73)로 광을 반사시킨다. 광은 90도 회전되어 반사 편광기일 수 있는 제2 반사기에 의해 투과된다. 그 다음 광은 시청자(77)에게 가상 이미지(78)로 표시된다. 제1 요소가 세미 반사형이기 때문에, 제1 요소는 외부 환경으로부터의 광이 통과할 수 있게 하여 중첩된 가상 이미지가 AR 환경을 생성한다.

그러한 환경의 예가 도 20c에 도시된다. 시청자(77)는 차량(76)의 측면 윈도우(1903)를 통해 보고 외부 환경 장면(1902)을 본다. 장면의 일부(2002)는 주석을 포함할 수 있는 가상 이미지(78)와 중첩된다. 일부 실시예에서, 주석은 GPS 모듈 또는 내비게이션 시스템에 의해 적어도 부분적으로 생성된다.

도 20d는 디스플레이 시스템(1900)이 차량(76)의 지붕(75)에 고정되어 차량 위에 가상 이미지(78)를 형성하는 실시예를 도시한다. 일부 실시예에서, 디스플레이 시스템은 부분적으로 투명하고 외부 광이 이를 통과하여 외부 장면(1902)이 동시에 보이도록 허용한다. 일부 실시예에서 GPS 모듈(2003)은 환경에 대한 차량 좌표 또는 배향에 의존하는 컨텐츠를 생성하기 위해 디스플레이 시스템에 전기적으로 결합될 수 있다. 일부 실시예에서 SLAM(동시 위치 파악 및 매핑) 모듈이 디스플레이 시스템에 연결된다. SLAM 모듈은 계산 알고리즘을 사용하여 차량 환경을 파악하는 동시에 환경 내에서 차량의 위치를 추적한다. 이러한 알고리즘은 확장 칼만(Kalman) 필터 또는 입자 필터를 포함한다. 이러한 모듈은 특히 자율 주행 차량에 유용하다.

도 20e는 도 16과 유사하게 차량의 기존 거울의 기능을 수행하기 위해 디스플레이 시스템(1900)이 통합된 실시예를 도시한다. 이 실시예에서 외부 환경으로부터의 컨텐츠는 장면의 외부 부분에 고정된 카메라(2004)에 의해 캡처된다. 일부 차량에서는 카메라가 대략 기존 사이드 미러의 위치에 있고 사이드 미러가 없다. 카메라는 차량 측면의 환경에 대한 정보를 캡처하고 이를 차량(76)의 내부, 예를 들어 내부 도어(2005)에 고정된 디스플레이 시스템(1900)에 표시할 수 있다. 일부 실시예에서, 카메라는 차량의 후방에 대한 정보를 캡처하며 이를 암(2006)에 의해 차량에 고정된 디스플레이 시스템(1900), 예를 들어 기존의 백미러 대신에 표시한다. 단순히 거울을 대체하는 간단한 디스플레이 패널인 기존 “디지털 거울”과 비교할 때 이 시나리오의 장점은 외부 환경에서 물체와 관련된 깊이가 디스플레이 시스템의 가상 이미지의 깊이에 의해 보존될 수 있다는 것이다.

본 발명은 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 이후에 청구되는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 가능한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

이 문서에서는 다양한 양태가 알고리즘적으로 설명될 수 있다. 예시적인 알고리즘이 제공될 수 있지만, 원하는 기능은 임의의 적절한 방식으로 구현될 수 있다. 당업자는 예를 들어 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 이러한 기능이나 알고리즘을 구현할 수 있다. 모듈(예를 들어, “GPS 모듈”, “SLAM 모듈”)은 개시된 기능 또는 알고리즘을 구현하기 위한 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 알고리즘은 하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된 컴퓨터 코드를 실행하는 하나 이상의 프로세서를 갖는 모듈을 통해 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 기능은 전용 하드웨어(예를 들어, ASIC, FPGA)를 갖는 모듈을 통해 적어도 부분적으로 구현된다. 일부 실시예에서 모듈은 구성요소를 공유할 수 있다. 예를 들어, 제1 기능 모듈 및 제2 기능 모듈은 둘 다 공통 프로세서를 활용하거나(예를 들어 시분할 또는 멀티스레딩을 통해) 공통 컴퓨터 저장 매체(예를 들어, 상이한 메모리 위치에서)에 저장된 컴퓨터 실행 가능 코드를 가질 수 있다.

어떤 경우에는 모듈이 하드웨어 모듈 또는 소프트웨어 모듈로 식별될 수 있다. 하드웨어 모듈은 모듈의 기능을 구현하기 위한 하드웨어를 포함하거나 공유한다. 하드웨어 모듈은 소프트웨어를 포함할 수 있으며, 즉 이는 소프트웨어 모듈을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈은 예를 들어 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있는 정보를 포함한다. 일부 실시예에서, 정보는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능한 명령을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 정보는 FPGA와 같은 하드웨어를 구성하기 위해 적어도 부분적으로 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 알고리즘은 소프트웨어 모듈로 기록될 수 있다. 예를 들어, 기능은 저장 매체에서 소프트웨어 모듈을 읽고 이를 하나 이상의 프로세서로 실행함으로써 구현될 수 있거나 저장 매체에서 소프트웨어 모듈을 읽고 하드웨어를 구성하기 위해 정보를 사용함으로써 구현될 수 있다.

본 문서에서 “기계 판독 가능 매체”, “컴퓨터 판독 가능 매체” 및 유사한 용어는 기계가 특정 방식으로 작동하게 하는 데이터 및/또는 명령을 저장하는 휘발성 또는 비휘발성 비일시적 매체를 지칭하는데 사용된다. 기계 판독 가능 매체의 일반적인 형태는 예를 들어 하드 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브, 자기 텡프 또는 임의의 다른 자기 데이터 저장 매체, 광학 디스크 또는 임의의 다른 광학 데이터 저장 매체, 홀의 패턴을 갖는 임의의 물리적 매체, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, NVRAM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지 및 이들의 네트워크 버전을 포함한다.

이들 및 다른 다양한 형태의 컴퓨터 판독 가능 매체는 실행을 위해 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 처리 장치로 전달하는데 포함될 수 있다. 매체에 구현된 이러한 명령을 “명령” 또는 “코드”라고 한다. 명령은 컴퓨터 프로그램 또는 다른 그룹의 형태로 그룹화될 수 있다. 실행될 때, 이러한 명령은 처리 장치가 본 명세서에서 논의된 바와 같이 본 출원의 기능 또는 특징을 수행할 수 있게 할 수 있다.

본 문서에서, “처리 장치”는 처리 작업을 수행하는 단일 프로세서 또는 처리 적압을 수행하는 특수 및/또는 범용 프로세서의 조합으로 구현될 수 있다. 처리 장치는 CPU, GPU, APU, DSP, FPGA, ASIC, SOC 및/또는 다른 처리 회로를 포함할 수 있다.

본 명세서에 설명된 다양한 실시예는 예시적인 블록도, 흐름도 및 다른 예시의 관점에서 설명된다. 본 문서를 읽은 후 당업자에게 명백해지는 바와 같이, 예시된 실시예 및 그들의 다양한 대안은 예시된 예에 국한되지 않고 구현될 수 있다. 예를 들어, 블록 다이어그램 및 그에 따른 설명은 특정 아키텍처나 구성을 요구하는 것으로 구성되어서는 안된다.

이전에 설명된 프로세스, 방법 및 알고리즘 각각은 컴퓨터 하드웨어를 포함하는 컴퓨터 프로세서 또는 하나 이상의 컴퓨터 시스템에 의해 실행되는 코드 구성요소로 구현되고 완전히 또는 부분적으로 자동화될 수 있다. 프로세스 및 알고리즘은 특정 애플리케이션 회로에서 부분적으로 또는 전체적으로 구현될 수 있다. 위에서 설명된 다양한 특징 및 프로세스는 서로 독립적으로 사용될 수도 있고 여러 방식으로 결합될 수도 있다. 다양한 조합 및 서브 조합이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도되었으며, 특정 방법 또는 프로세스 블록은 일부 구현에서 생략될 수 있다. 추가적으로, 문맥상 다리 지시하지 않는 한, 본 명세서에 설명된 방법 및 프로세스는 임의의 특정 시퀀스로 제한되지 않으며, 이와 관련된 블록 또는 상태는 적절한 다른 시퀀스로 수행될 수 있거나 병렬로 또는 일부 다른 방식으로 수행될 수 있다. 블록이나 상태는 개시된 예시적인 실시예에 추가되거나 제거될 수 있다. 특정 작업이나 프로세스의 성능은 단일 기계 내에 있을 뿐만 아니라 여러 계산 리소스에 걸쳐 배포되는 컴퓨터 시스템 또는 컴퓨터 프로세서에 분산될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 “또는”은 포괄적인 의미 또는 배타적인 의미로 구성될 수 있다. 또한, 자원, 운영 또는 구조에 대한 설명을 단수로 읽어서 복수를 배제해서는 안된다. 달리 구체적으로 언급되거나 사용된 문맥 내에서 다르게 이해되지 않는 한, 특히 “할 수 있다(can)”, “할 수 있다(could)”, “할 수 있다(might)” 또는 “할 수 있다(may)”와 같은 조건부 언어는 일반적으로 특정 실시예가 특정 특징, 요소 및/또는 단계를 포함하지만 다른 실시예는 포함하지 않는다는 것을 전달하도록 의도된다.

본 문서에 사용된 용어 및 문구 및 그 변형은 별도로 명시하지 않는 한 제한이 아닌 개방형으로 구성되어야 한다. “전통적인(conventional)”, “전통적인(traditional)”, “일반”, “표준”, “알려진”과 같은 형용사 및 유사한 용어는 설명된 항목을 특정 기간 또는 주어진 시간의 사용 가능한 항목으로 제한하는 것으로 구성되어서는 안되지만 미래에 언제든지 이용 가능하거나 알려질 수 있는 전통적인, 일반 또는 표준 기술을 포함하도록 읽어야 한다. 어떤 경우에는 “하나 이상”, “적어도”, “그러나 이에 제한되지 않음” 또는 다른 유사한 문구와 같은 확대된 단어 및 문구가 존재한다고 해서 더 좁은 경우가 의도되거나 필요하다는 의미로 해석되어서는 안되며, 여기서 확장 문구가 없을 수도 있다.

Claims

디스플레이 시스템으로서,
광을 방출하기 위한 디스플레이 패널; 및
디스플레이 패널에 대해 비스듬한 각도로 배향된 가상 이미지를 생성하도록 경로를 따라 디스플레이 패널로부터의 광을 지향하기 위한 필드 전개 공동;을 포함하며,
상기 필드 전개 공동은:
제1 편광에서 제2 편광으로 광을 변환하기 위해 경로를 따라 위치되는 편광 변경 반사기;
제2 편광의 광을 반사하고 제1 편광의 광을 투과시키도록 편광 변경 반사기 이후의 경로를 따라 편광 변경 반사기에 대해 45도 미만의 각도로 배치되는 편광 의존 반사기; 및
필드 전개 공동으로부터 광을 멀리 투과시키는 조리개 광학 장치;를 갖는,
디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
디스플레이 패널 및 필드 전개 공동이 내부에 장착된 차량을 더 포함하는,
디스플레이 시스템.
제2항에 있어서,
가상 이미지의 깊이는 차량 외부에 있는,
디스플레이 시스템.
제2항에 있어서,
외부 환경에 대한 정보를 캡처하기 위한 카메라를 더 포함하며, 가상 이미지는 정보에 기초하는,
디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
편광 변경 반사기는 파장판 및 반사기를 포함하는,
디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
조리개 광학 장치는 흡수성 편광기 및 반사 방지 층을 포함하는,
디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
디스플레이 패널 및 필드 전개 공동은 차량의 지붕에 장착되는,
디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
디스플레이 패널 및 필드 전개 공동은 도어, 좌석, 바닥 및 측면 패널로 구성된 그룹으로부터 선택된 차량 부품에 장착되는,
디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
경로를 따라 배치되는 지향성 필름을 더 포함하는,
디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
가상 이미지와 디스플레이 패널 사이의 비스듬한 각도는 제1 비스듬한 각도이며, 디스플레이 패널은 편광 변경 반사기에 대해 제2 비스듬한 각도로 배향되는,
디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
디스플레이 시스템의 두께는 디스플레이 시스템의 측면 치수보다 작은,
디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
가상 이미지의 컨텐츠를 수정하기 위한 위성 항법 시스템(GPS) 모듈을 더 포함하는,
디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,
가상 이미지의 컨텐츠를 수정하기 위한 동시 위치 파악 및 매핑(SLAM) 모듈을 더 포함하는,
디스플레이 시스템.
디스플레이 시스템으로서,
광을 방출하기 위한 디스플레이 패널; 및
디스플레이 패널에 대해 비스듬한 각도로 배향된 가상 이미지를 생성하도록 경로를 따라 디스플레이 패널로부터의 광을 지향하기 위한 필드 전개 공동;을 포함하며,
상기 필드 전개 공동은:
제1 편광에서 제2 편광으로 광을 투과하고 변환하기 위해 위치되는 편광 변경 세미 반사기;
편광 변경 세미 반사기 이후의 경로를 따라 편광 변경 세미 반사기에 대해 45도 미만의 각도로 배치되는 편광 의존 반사기; 및
필드 전개 공동으로부터 광을 멀리 투과시키는 조리개 광학 장치;를 갖는,
디스플레이 시스템.
제14항에 있어서,
디스플레이 패널 및 필드 전개 공동이 내부에 장착되는 차량을 더 포함하는,
디스플레이 시스템.
제15항에 있어서,
가상 이미지의 깊이는 차량 외부에 있는,
디스플레이 시스템.
제16항에 있어서,
필드 전개 공동은 가상 이미지를 생성하기 위해 광을 반사하는 차량의 윈도우를 더 포함하며, 가상 이미지는 외부 환경의 증강 현실 뷰를 형성하는,
디스플레이 시스템.
제15항에 있어서,
외부 환경에 대한 정보를 캡처하기 위한 카메라를 더 포함하며, 디스플레이 패널 및 필드 전개 공동은 차량 내부에 장착되며, 가상 이미지는 정보에 기초하는,
디스플레이 시스템.
제15항에 있어서,
이동 가능한 조인트의 움직임을 사용하여 서로에 대해 이동하는 제1 부분 및 제2 부분을 갖는 이동 가능한 조인트를 더 포함하며, 제1 부분은 차량에 장착되며, 필드 전개 공동, 디스플레이 패널 및 조리개 광학 장치 중 적어도 하나는 제2 부분에 장착되는,
디스플레이 시스템.
제14항에 있어서,
편광 변경 세미 반사기는 제1 파장판, 빔 스플리터 및 제2 파장판을 포함하는,
디스플레이 시스템.
제14항에 있어서,
편광 변경 세미 반사기 및 디스플레이 패널은 비스듬한 각도를 형성하는,
디스플레이 시스템.
제14항에 있어서,
조리개 광학 장치는 흡수성 편광기 및 반사 방지 층을 포함하는,
디스플레이 시스템.
제14항에 있어서,
디스플레이 패널 및 필드 전개 공동은 차량의 지붕에 장착되는,
디스플레이 시스템.
제14항에 있어서,
디스플레이 패널 및 필드 전개 공동은 도어, 좌석, 바닥, 측면 패널 및 윈도우로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 차량 부품에 장착되는,
디스플레이 시스템.
제14항에 있어서,
경로를 따라 배치되는 지향성 필름을 더 포함하는,
디스플레이 시스템.
제14항에 있어서,
디스플레이는 편광 변경 반사기에 대해 비스듬한 각도로 배향되는,
디스플레이 시스템.
제14항에 있어서,
디스플레이 시스템의 두께는 디스플레이 시스템의 측면 치수보다 작은,
디스플레이 시스템.
제14항에 있어서,
가상 이미지의 컨텐츠를 수정하기 위한 위성 항법 시스템(GPS) 모듈을 더 포함하는,
디스플레이 시스템.
제14항에 있어서,
가상 이미지의 컨텐츠를 수정하기 위한 동시 위치 파악 및 매핑(SLAM) 모듈을 더 포함하는,
디스플레이 시스템.
제14항에 있어서,
편광 변경 세미 반사기는 곡선형인,
디스플레이 시스템.
제30항에 있어서,
편광 의존 반사기는 곡선형인,
디스플레이 시스템.
제14항에 있어서,
편광 의존 반사기는 반사 편광기인,
디스플레이 시스템.
차량 디스플레이 시스템으로서,
광을 방출하기 위한 디스플레이 패널;
디스플레이 패널로부터의 광을 지향시키고 가상 이미지를 생성하기 위한 필드 전개 공동 ― 필드 전개 공동은 복수의 편광 의존 세미 반사기; 및 조리개 광학 장치를 가짐 ―; 및
디스플레이 패널 및 필드 전개 공동이 그 상에 장착되는 차량 ― 가상 이미지의 깊이는 차량의 외부에 놓임 ―;을 포함하는,
차량 디스플레이 시스템.
제33항에 있어서,
가상 이미지는 차량의 표면에 의한 반사 후에 형성되며, 가상 이미지는 차량의 측면 너머에 놓이는,
차량 디스플레이 시스템.
제34항에 있어서,
위성 항법 시스템(GPS) 또는 동시 위치 파악 및 매핑(SLAM) 모듈은 가상 이미지의 컨텐츠를 수정하기 위해 사용되는,
차량 디스플레이 시스템.
제33항에 있어서,
위성 항법 시스템(GPS) 또는 동시 위치 파악 및 매핑(SLAM) 모듈은 가상 이미지의 컨텐츠를 수정하기 위해 사용되는,
차량 디스플레이 시스템.
제33항에 있어서,
필드 전개 공동은 편광 의존 반사기 및 편광 변경 세미 반사기를 더 포함하는,
차량 디스플레이 시스템.
제33항에 있어서,
외부 환경에 대한 정보를 캡처하기 위한 카메라를 더 포함하며, 가상 이미지는 정보에 기초하는,
차량 디스플레이 시스템.
제33항에 있어서,
광은 필드 전개 공동을 사용하여 복수회 왕복 이동하는,
차량 디스플레이 시스템.