KR20200009121A - 깊이 평면들을 변경하기 위한 다중-엘리먼트 적응형 렌즈를 갖는 증강 현실 디스플레이 - Google Patents
깊이 평면들을 변경하기 위한 다중-엘리먼트 적응형 렌즈를 갖는 증강 현실 디스플레이 Download PDFInfo
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Abstract
증강 현실 시스템은 광을 수신하여 사용자를 향해 재지향시키고 주변 광이 사용자를 향해 통과할 수 있게 하도록 구성되는 적어도 하나의 도파관을 포함한다. 제1 적응형 렌즈 조립체는 도파관과 환경 사이에 포지셔닝되고, 제2 적응형 렌즈 조립체는 도파관과 사용자 사이에 포지셔닝되고, 적어도 하나의 프로세서는 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들에 동작 가능하게 커플링된다. 각각의 렌즈 조립체는, 적어도 2개의 상이한 상태들 사이에서 선택적으로 스위칭 가능하며, 이 상태들에서, 각각의 렌즈 조립체는 각각의 렌즈 조립체를 통과하는 광에 적어도 2개의 상이한 광학 파워들을 각각 부여하도록 구성된다. 프로세서는, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체가 환경으로부터의 주변 광에 실질적으로 일정한 순 광학 파워(net optical power)를 부여하는 방식으로, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체가 상이한 상태들 사이에서 동기식으로 스위칭하게 하도록 구성된다.
Description
[0001]
본 출원은 2017년 6월 12일에 출원되고 발명의 명칭이 "AUGMENTED REALITY DISPLAY HAVING MULTI-ELEMENT ADAPTIVE LENS FOR CHANGING DEPTH PLANES"인 미국 가특허 출원 번호 제62/518,539호 및 2017년 7월 25일 출원되고 발명의 명칭이 "AUGMENTED REALITY DISPLAY HAVING MULTI-ELEMENT ADAPTIVE LENS FOR CHANGING DEPTH PLANES"인 미국 가특허 출원 번호 제62/536,872호에 대한 우선권의 이익을 주장한다. 이로써 각각의 내용은 그 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002]
이 출원은 다음의 특허 출원들, 2014년 11월 27일에 출원되고 미국 공개 번호 제2015/0205126호로서 2015년 7월 23일에 공개된 미국 특허 출원 번호 제14/555,585호; 2015년 4월 18일에 출원되고 미국 공개 번호 제2015/0302652호로서 2015년 10월 22일에 공개된 미국 특허 출원 번호 제14/690,401호; 2014년 3월 14일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제14/212,961호(지금, 2016년 8월 16일에 발행된 미국 특허 번호 제9,417,452호); 및 2014년 7월 14일에 출원되고 미국 공개 번호 제2015/0309263호로서 2015년 10월 29일에 공개된 미국 특허 출원 번호 제14/331,218호 각각의 전문을 인용으로 포함한다.
[0003]
본 개시내용은 디스플레이 시스템들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증강 및 가상 현실 디스플레이 시스템들에 관한 것이다.
[0004]
현대 컴퓨팅 및 디스플레이 기술들은 소위 "가상 현실" 또는 "증강 현실" 경험들을 위한 시스템들의 개발을 용이하게 했으며, 여기서 디지털방식으로 재생된 이미지들 또는 이미지들의 부분들은, 그들이 실제인 것으로 보이거나, 실제로서 지각될 수 있는 방식으로 사용자에게 제시된다. 가상 현실, 또는 "VR" 시나리오는 통상적으로 다른 실제 실세계 시각적 입력에 대한 투명성(transparency) 없는 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션(presentation)을 수반하고; 증강 현실, 또는 "AR" 시나리오는 통상적으로 사용자 주위 실제 세계의 시각화에 대한 증강으로서 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션을 수반한다. 혼합 현실, 또는 "MR" 시나리오는 AR 시나리오의 타입이고 통상적으로 자연 세계에 통합되고 이에 응답하는 가상 객체들을 수반한다. 예컨대, MR 시나리오에서, AR 이미지 콘텐츠는 실세계의 객체들에 의해 차단되거나, 그렇지 않으면, 실세계의 객체들과 상호작용하는 것으로 지각될 수 있다.
[0005]
도 1을 참조하면, 증강 현실 장면(scene)(10)이 도시되며, 여기서 AR 기술의 사용자는 배경에 있는 사람들, 나무들, 빌딩들, 및 콘크리트 플랫폼(30)을 특징으로 하는 실세계 공원-형 세팅(20)을 본다. 이들 아이템들에 더하여, AR 기술의 사용자는 또한, 그가 "가상 콘텐츠", 이를테면, 실세계 플랫폼(30) 상에 서 있는 로봇 동상(40), 및 호박벌의 의인화인 것으로 보여지는 날고 있는 만화-형 아바타 캐릭터(50)를 "보는 것"을 지각하지만, 이들 엘리먼트들(40, 50)은 실세계에 존재하지 않는다. 인간 시각 지각 시스템은 복잡하기 때문에, 다른 가상 또는 실세계 이미저리 엘리먼트들 사이에서 가상 이미지 엘리먼트들의 편안하고, 자연스럽고, 풍부한 프리젠테이션을 용이하게 하는 AR 기술을 생성하는 것은 난제이다.
[0006]
본원에서 개시된 시스템들 및 방법들은 AR 및 VR 기술에 관련된 다양한 난제들을 해결한다.
[0007]
본 명세서에서 설명되는 청구 대상의 하나 이상의 구현들의 세부사항들은, 아래의 첨부 도면들 및 설명에서 기술된다. 다른 특징들, 양상들, 및 이점들은 설명, 도면들, 및 청구항들로부터 명백해질 것이다. 이 개요 또는 다음의 상세한 설명 어느 것도, 본 발명의 청구 대상의 범위를 한정하거나 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
[0008]
일 양상에서, 증강 현실 시스템은 광을 수신하여 사용자를 향해 재지향시키도록 구성되는 적어도 하나의 도파관을 포함할 수 있고, 추가로 사용자의 환경으로부터의 주변 광이 사용자를 향해 적어도 하나의 도파관을 통과할 수 있도록 구성된다. 증강 현실 시스템은 또한 적어도 하나의 도파관과 환경 사이에 포지셔닝된 제1 적응형 렌즈 조립체, 적어도 하나의 도파관과 사용자 사이에 포지셔닝된 제2 적응형 렌즈 조립체, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들에 동작 가능하게 커플링된 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 제1 적응형 렌즈 조립체는, 제1 적응형 렌즈 조립체가 제1 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에 제1 광학 파워를 부여하도록 구성되는 상태, 및 제1 적응형 렌즈 조립체가 제1 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에, 제1 광학 파워와 상이한 광학 파워를 부여하도록 구성되는 적어도 하나의 다른 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능할 수 있다. 제2 적응형 렌즈 조립체는, 제2 적응형 렌즈 조립체가 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에 제1 광학 파워와 상이한 제2 광학 파워를 부여하도록 구성되는 상태, 및 제2 적응형 렌즈 조립체가 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에, 제2 광학 파워와 상이한 광학 파워를 부여하도록 구성되는 적어도 하나의 다른 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능할 수 있다. 적어도 하나의 프로세서는, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체가 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 환경으로부터의 주변 광에 실질적으로 일정한 순 광학 파워(net optical power)를 부여하는 방식으로, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체가 상이한 상태들 사이에서 동기식으로 스위칭하게 하도록 구성될 수 있다.
[0009]
일부 실시예들에서, 증강 현실 시스템은 마이크로-디스플레이를 더 포함할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 적어도 하나의 도파관은 마이크로-디스플레이로부터 광을 수신하여 사용자를 향해 재지향시키도록 구성될 수 있다.
[0010]
일부 예들에서, 제1 광학 파워 및 제2 광학 파워는 부호가 반대일 수 있다. 이들 예들 중 적어도 일부에서, 제1 광학 파워 및 제2 광학 파워는 실질적으로 크기가 동일할 수 있다.
[0011]
일부 실시예들에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은, 입력으로서 하나 이상의 제어 신호들을 수신하고, 그 후, 이에 응답하여, 400 밀리초 미만의 시간 기간 내에 하나의 상태로부터 다른 상태로 스위칭하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각이 하나의 상태로부터 다른 상태로 스위칭하도록 구성되는 시간 기간은 200 내지 400 밀리초, 100 내지 200 밀리초, 또는 100 밀리초 미만일 수 있다.
[0012]
일부 예들에서, 적어도 하나의 도파관은, 적어도 하나의 도파관이 사용자를 향해 광을 재지향시키고 사용자의 환경으로부터의 주변 광이 사용자를 향해 적어도 하나의 도파관을 통과할 수 있도록 구성되는 출력 영역을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 도파관의 출력 영역은 제1 적응형 렌즈 조립체의 클리어 어퍼처가 형성되는 제1 적응형 렌즈 조립체의 부분과, 제2 적응형 렌즈 조립체의 클리어 어퍼처가 형성되는 제2 적응형 렌즈 조립체의 부분 사이에 포지셔닝될 수 있다. 이들 예들 중 적어도 일부에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체의 클리어 어퍼처들이 각각 형성되는 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체의 부분들 각각은 적어도 하나의 도파관의 출력 영역보다 크기가 더 클 수 있다.
[0013]
일부 실시예들에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은 두 상태들 사이에서 단일-극 스위칭 가능한 적어도 하나의 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 이들 실시예들 중 적어도 일부에서, 적어도 하나의 광학 엘리먼트는, 적어도 하나의 광학 엘리먼트가 사용자를 향해 적어도 하나의 광학 엘리먼트를 통과하는 광에 제1 편광 상태를 부여하도록 구성되는 제1 상태, 및 적어도 하나의 광학 엘리먼트가 적어도 하나의 광학 엘리먼트를 통과하는 광에 제1 편광 상태와 상이한 제2 편광 상태를 부여하도록 구성되는 제2 상태 사이에서 단일-극 스위칭 가능할 수 있다. 또한, 이러한 실시예들 중 하나 이상에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체는 각각, 적어도 하나의 광학 엘리먼트와 사용자 사이에 포지셔닝된 적어도 하나의 파장판 렌즈를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 파장판 렌즈는 적어도 하나의 파장판 렌즈를 통과하는 제1 편광 상태의 광에 하나의 광학 파워를 그리고 적어도 하나의 파장판 렌즈를 통과하는 제2 편광 상태의 광에 다른 상이한 광학 파워를 부여하도록 구성될 수 있다.
[0014]
이들 실시예들 중 적어도 일부에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은 두 상태들 사이에서 단일-극 스위칭 가능한 일정 양의 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각에 포함된 일정 양의 광학 엘리먼트는 제1 값과 동일할 수 있다. 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체는 각각 일정 양의 상이한 상태들 중으로부터의 상태들 사이에서 선택적으로 스위칭 가능할 수 있다. 일정 양의 상이한 상태들은 제1 값에 지수적으로 의존하는 제2 값과 동일할 수 있다. 예컨대, 제2 값은 지수를 갖는 2의 누승법(exponentiation)과 동일하며, 여기서 지수는 제1 값과 동일하다. 그러한 실시예들 중 하나 이상에서, 적어도 하나의 도파관은 가상 콘텐츠를 표현하는 광을 수신하여 사용자를 향해 재지향시키도록 구성될 수 있고, 적어도 하나의 프로세서는, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체로 하여금, 일정 양의 상이한 상태들 중으로부터의 상이한 상태들 사이에서 동기식으로 스위칭하게 하여, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에 의해 표현되는 가상 콘텐츠가 사용자에 의해 지각되는 사용자로부터 떨어진 거리를 조정하도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에 의해 표현되는 가상 콘텐츠가 사용자에 의해 지각되는 사용자로부터 떨어진 거리는, 바로 위에서 설명된 실시예들 중 하나 이상에서, 일정 양의 상이한 거리들 중 임의의 것으로 선택적으로 스위칭 가능할 수 있다. 일정 양의 상이한 거리들은 제2 값과 동일할 수 있다.
[0015]
다른 양상에서, 디스플레이 디바이스는 도파관의 출력 표면을 따라 아웃커플링된 광을 출력하도록 구성된 도파관을 포함할 수 있는 도파관 조립체를 포함할 수 있다. 디스플레이 디바이스는 부가적으로, 출력 표면을 향하는 주 표면을 갖는 제1 적응형 렌즈 조립체를 포함할 수 있다. 제1 적응형 렌즈 조립체는 제1 파장판 렌즈, 제2 파장판 렌즈, 및 제1 파장판 렌즈와 제2 파장판 렌즈 사이에 개재된 제1 스위칭 가능 파장판을 포함할 수 있다. 제1 스위칭 가능 파장판은 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하지 않고 아웃커플링된 광을 통과시키도록 구성되는 제1 상태, 및 제1 스위칭 가능 파장판을 통과하는 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하도록 구성된 제2 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능할 수 있다. 디스플레이 디바이스는 출력 표면에 대향하는 외부 장면을 향하는 제2 주 표면을 갖는 제2 적응형 렌즈 조립체를 더 포함할 수 있다. 제2 적응형 렌즈 조립체는 제3 파장판 렌즈, 제4 파장판 렌즈, 및 제3 파장판 렌즈와 제4 파장판 렌즈 사이에 개재된 제2 스위칭 가능 파장판을 포함할 수 있다. 제2 스위칭 가능 파장판은 외부 장면으로부터의 광의 편광 상태를 변경하지 않고 외부 장면으로부터의 광을 통과시키도록 구성된 제3 상태, 및 제2 스위칭 가능 파장판을 통과하는 외부 장면으로부터의 광의 편광 상태를 변경하도록 구성된 제4 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능할 수 있다.
[0016]
일부 실시예들에서, 제1 파장판 렌즈 및 제2 파장판 렌즈 각각은 제1 파장판 렌즈 및 제2 파장판 렌즈를 통과하는 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하고, 아웃커플링된 광을 수렴 또는 발산시키도록 구성될 수 있다. 이들 실시예들 중 적어도 일부에서, 제3 파장판 렌즈 및 제4 파장판 렌즈 각각은 제3 파장판 렌즈 및 제4 파장판 렌즈를 통과하는 외부 장면으로부터의 광의 편광 상태를 변경하고, 아웃커플링된 광을 수렴 또는 발산시키도록 구성될 수 있다.
[0017]
다른 양상에서, 디스플레이 디바이스는 광학 경로에 있는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 포함할 수 있다. 적응형 렌즈 조립체들 각각은, 대응하는 스위칭 가능 파장판을 통과하는 광의 편광 상태를 선택적으로 변경하기 위해 제1 상태와 제2 상태 사이에서 스위칭하도록 구성되는 대응하는 스위칭 가능 파장판을 더 포함할 수 있다. 적응형 렌즈 조립체들은 반대 부호들을 갖는 광학 파워들을 가질 수 있다.
[0018]
일부 실시예들에서, 적응형 렌즈 조립체들 각각은 적응형 렌즈 조립체의 스위칭 가능 파장판의 상태에 기초하여 조정 가능한 각각의 광학 파워를 가질 수 있다. 이러한 실시예들 중 적어도 일부에서, 디스플레이 디바이스는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 제1 적응형 렌즈 조립체의 제1 광학 파워가 제1 값일 때, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 제2 적응형 렌즈 조립체의 제2 광학 파워가 상응하게 제2 값으로 조정되도록 구성된 제어기를 더 포함할 수 있다. 이러한 실시예들 중 하나 이상에서, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 제1 적응형 렌즈 조립체와 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 제2 적응형 렌즈 조립체의 조합으로부터의 순 광학 파워는 대략 일정한 값으로 유지될 수 있다. 예컨대, 일정한 값은 약 0 m-1일 수 있다.
[0019]
일부 예들에서, 디스플레이 디바이스는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 사이에 개재된 도파관 조립체를 더 포함할 수 있다. 이들 예에서, 도파관 조립체는 내부에서 전파되는 광을 적응형 렌즈 조립체들 중 하나 내로 아웃커플링하도록 구성된 도파관을 포함할 수 있다. 이들 예들 중 적어도 일부에서, 적응형 렌즈 조립체들 각각은 복수의 파장판 렌즈들 및 복수의 스위칭 가능 파장판들을 포함할 수 있다. 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장판들은 교호적으로 스택될 수 있다. 또한, 스위칭 가능 파장판들 및 파장판 렌즈들 중 상이한 것들은 상이한 광학 파워를 가질 수 있다.
[0020]
일부 실시예들에서, 적응형 렌즈 조립체들 각각은 렌즈 조립체의 대응하는 스위칭 가능 파장판 사이에 개재된 제1 파장판 렌즈 및 제2 파장판 렌즈를 포함할 수 있다. 이들 실시예들에서, 파장판 렌즈들 각각은 파장판 렌즈들을 통과하는 광의 편광 상태를 변경하도록 구성될 수 있다.
[0021]
또 다른 양상에서, 적응형 렌즈 조립체는 광학 경로에 정렬된 하나 이상의 파장판 렌즈들 및 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 파장판 렌즈들 각각은 하나 이상의 파장판 렌즈들을 통과하는 광의 편광 상태를 변경하고, 제1 편광을 갖는 광에 대해 제1 광학 파워를 제공하고, 제2 편광을 갖는 광에 대해 제2 광학 파워를 제공하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들 각각은 광의 편광 상태를 변경하지 않고 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들을 통해 광을 통과시키도록 구성된 제1 상태, 및 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들을 통과하는 광의 편광 상태를 변경하도록 구성된 제2 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능할 수 있다.
[0022]
일부 실시예들에서, 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장판들 중 하나 또는 둘 모두는 액정들을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예들에서, 제2 상태의 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들 각각은, 원형 편광된 광의 핸디드니스(handedness)를 반전시키도록 구성된 스위칭 가능 반파장판일 수 있다.
[0023]
일부 예들에서, 스위칭 가능 파장판들 각각은 한 쌍의 하나 이상의 파장판 렌즈들 사이에 개재된다. 이들 실시예들 중 적어도 일부에서, 적응형 렌즈 조립체는 복수의 파장판 렌즈들 및 복수의 스위칭 가능 파장판들을 포함할 수 있다. 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장판은 교호적으로 스택될 수 있다.
[0024]
또 다른 양상에서, 웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템은 이미지를 형성하기 위해 광을 출력하도록 구성된 광 변조 시스템을 포함할 수 있다. 시스템은 또한, 머리 장착 가능 프레임을 포함할 수 있다. 하나 이상의 도파관들은 프레임에 부착되고 광 변조 시스템으로부터 광을 수신하도록 구성될 수 있다. 시스템은 부가적으로, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 도파관들은 적응형 렌즈 조립체들 사이에 배치된다. 적응형 렌즈 조립체들 각각은 차례로, 제1 편광을 갖는 광에 대해 제1 광학 파워를 제공하고, 제2 편광을 갖는 광에 대해 제2 광학 파워를 제공하도록 구성된 하나 이상의 파장판 렌즈들을 포함할 수 있다. 적응형 렌즈 조립체들 각각은 부가적으로 광학 경로에 있는 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들을 포함할 수 있으며, 여기서 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들 각각은 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들을 통과하는 광의 편광 상태를 선택적으로 변경하도록 구성된다. 적응형 렌즈 조립체들은 부가적으로, 각각의 전기 신호의 적용 시에 조정 가능한 각각의 광학 파워를 제공하도록 구성될 수 있다.
[0025]
또 다른 양상에서, 증강 현실 시스템은 제1 적응형 렌즈 조립체뿐만 아니라 제1 적응형 렌즈 조립체와 사용자 사이에 포지셔닝된 제2 적응형 렌즈 조립체를 포함할 수 있다. 적응형 렌즈 조립체들 각각은, 적어도, (i) 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트가 사용자를 향해 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트를 통과하는 광에 제1 편광 상태를 부여하도록 구성되는 제1 상태와, (i) 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트가 사용자를 향해 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트를 통과하는 광에 제2 편광 상태를 부여하도록 구성되는 제2 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능한 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 적응형 렌즈 조립체들 각각은, 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트와 사용자 사이에 포지셔닝된 적어도 하나의 파장판 렌즈를 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 파장판 렌즈는, 사용자를 향해 적어도 하나의 파장판 렌즈를 통과하는 제1 편광 상태의 광에 제1 각각의 광학 파워를 부여하고, 사용자를 향해 적어도 하나의 파장판 렌즈를 통과하는 제2 편광 상태의 광에 제2 각각의 광학 파워를 부여하도록 구성될 수 있다. 적응형 렌즈 조립체들 각각은 제1 적응형 렌즈 조립체와 제2 적응형 렌즈 조립체 사이에 포지셔닝된 적어도 하나의 도파관을 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 도파관은 가상 콘텐츠를 표현하는 광을, 제2 렌즈 조립체를 통해 그리고 사용자를 향해 지향시키도록 구성될 수 있다.
[0026]
도 1은 AR(augmented reality) 디바이스를 통한 AR의 사용자의 뷰를 예시한다.
[0027] 도 2는 사용자에 대한 3차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 종래의 디스플레이 시스템을 예시한다.
[0028] 도 3a 내지 도 3c는 곡률의 반경과 초점 반경 간의 관계들을 예시한다.
[0029] 도 4a는 인간 시각 시스템의 원근조절-이접운동 응답의 표현을 예시한다.
[0030] 도 4b는 사용자의 한 쌍의 눈들의 상이한 원근조절 상태들 및 이접운동 상태들의 예들을 예시한다.
[0031] 도 4c는 디스플레이 시스템을 통해 콘텐츠를 보는 사용자의 하향식 뷰의 표현의 예를 예시한다.
[0032] 도 4d는 디스플레이 시스템을 통해 콘텐츠를 보는 사용자의 하향식 뷰의 표현의 다른 예를 예시한다.
[0033] 도 5는 파면 발산을 수정함으로써 3-차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 접근법의 양상들을 예시한다.
[0034] 도 6은 이미지 정보를 사용자에게 출력하기 위한 도파관 스택의 예를 예시한다.
[0035] 도 7은 도파관에 의해 출력된 출사 빔들의 예를 예시한다.
[0036] 도 8은 각각의 깊이 평면이 다수의 상이한 컴포넌트 컬러들을 사용하여 형성된 이미지들을 포함하는 스택된 도파관 조립체의 예를 예시한다.
[0037] 도 9a는 인커플링 광학 엘리먼트를 각각 포함하는 스택된 도파관들의 세트의 예의 측 단면도를 예시한다.
[0038] 도 9b는 도 9a의 복수의 스택된 도파관들의 예의 사시도를 예시한다.
[0039] 도 9c는 도 9a 및 도 9b의 복수의 스택된 도파관들의 예의 하향식 평면도를 예시한다.
[0040] 도 9d는 웨어러블 디스플레이 시스템의 예를 예시한다.
[0041] 도 10은 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 포함하는 디스플레이 시스템의 예를 예시한다.
[0042] 도 11a는 가상 깊이 평면에서 사용자에게 가상 콘텐츠를 디스플레이하는 도 10의 디스플레이 시스템의 예를 예시한다.
[0043] 도 11b는 사용자에게 실세계 콘텐츠의 뷰를 제공하는 도 10의 디스플레이 시스템의 예를 예시한다.
[0044] 도 12a는 액정들을 포함하는 파장판 렌즈의 예를 예시한다.
[0045] 도 12b는 액정들을 포함하는 파장판 렌즈의 예를 예시한다.
[0046] 도 12c는 광의 편광 및 광이 입사되는 측에 의존하여 파장판 렌즈를 통과하는 광을 발산 또는 수렴시키도록 상이한 광학 파워를 제공하는 파장판 렌즈의 예를 예시한다.
[0047] 도 12d는 광의 편광 및 광이 입사되는 측에 의존하여 파장판 렌즈를 통과하는 광을 발산 또는 수렴시키도록 상이한 광학 파워를 제공하는 파장판 렌즈의 예를 예시한다.
[0048] 도 13a는 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장판을 포함하는 적응형 렌즈 조립체의 예를 예시한다.
[0049] 도 13b는 스위칭 가능 파장판이 비활성화된 상태의 동작에서 도 13a의 적응형 렌즈 조립체의 예를 예시한다.
[0050] 도 13c는 스위칭 가능 파장판이 활성화된 상태의 동작에서 도 13a의 적응형 렌즈 조립체의 예를 예시한다.
[0051] 도 14a는 스위칭 가능 파장판이 비활성화된 상태의 동작에서, 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장판을 각각 포함하는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 포함하는 디스플레이 디바이스의 예를 예시한다.
[0052] 도 14b는 스위칭 가능 파장판이 활성화된 상태의 동작에서 도 14a의 디스플레이 디바이스의 예를 예시한다.
[0053] 도 15는 교호적으로 스택된 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장판들을 각각 포함하는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 포함하는 디스플레이 디바이스의 예를 예시한다.
[0054] 도 16은 도 15의 디스플레이 디바이스를 사용하여 생성될 수 있는 복수의 가상 깊이 평면들의 예를 예시한다.
[0055] 도 17a 내지 도 17h는 도 15에 예시된 복수의 가상 깊이 평면들을 생성하기 위한 다양한 구성들 하의 도 15의 디스플레이 디바이스의 예를 예시한다.
[0056] 도 18a 및 도 18b는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 및 한 쌍의 고정된 렌즈들을 포함하는 디스플레이 디바이스의 예를 예시한다.
[0057] 도 19는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 및 고정된 렌즈를 포함하는 디스플레이 디바이스의 예를 예시한다.
[0058] 도면들 전체에 걸쳐, 참조 번호들은 참조된 엘리먼트들 사이의 대응성(correspondence)을 표시하는 데 재사용될 수 있다. 도면들은 본원에서 설명된 예시적인 실시예들을 예시하기 위해 제공되며 본 개시내용의 범위를 제한하려는 의도는 아니다.
[0027] 도 2는 사용자에 대한 3차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 종래의 디스플레이 시스템을 예시한다.
[0028] 도 3a 내지 도 3c는 곡률의 반경과 초점 반경 간의 관계들을 예시한다.
[0029] 도 4a는 인간 시각 시스템의 원근조절-이접운동 응답의 표현을 예시한다.
[0030] 도 4b는 사용자의 한 쌍의 눈들의 상이한 원근조절 상태들 및 이접운동 상태들의 예들을 예시한다.
[0031] 도 4c는 디스플레이 시스템을 통해 콘텐츠를 보는 사용자의 하향식 뷰의 표현의 예를 예시한다.
[0032] 도 4d는 디스플레이 시스템을 통해 콘텐츠를 보는 사용자의 하향식 뷰의 표현의 다른 예를 예시한다.
[0033] 도 5는 파면 발산을 수정함으로써 3-차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 접근법의 양상들을 예시한다.
[0034] 도 6은 이미지 정보를 사용자에게 출력하기 위한 도파관 스택의 예를 예시한다.
[0035] 도 7은 도파관에 의해 출력된 출사 빔들의 예를 예시한다.
[0036] 도 8은 각각의 깊이 평면이 다수의 상이한 컴포넌트 컬러들을 사용하여 형성된 이미지들을 포함하는 스택된 도파관 조립체의 예를 예시한다.
[0037] 도 9a는 인커플링 광학 엘리먼트를 각각 포함하는 스택된 도파관들의 세트의 예의 측 단면도를 예시한다.
[0038] 도 9b는 도 9a의 복수의 스택된 도파관들의 예의 사시도를 예시한다.
[0039] 도 9c는 도 9a 및 도 9b의 복수의 스택된 도파관들의 예의 하향식 평면도를 예시한다.
[0040] 도 9d는 웨어러블 디스플레이 시스템의 예를 예시한다.
[0041] 도 10은 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 포함하는 디스플레이 시스템의 예를 예시한다.
[0042] 도 11a는 가상 깊이 평면에서 사용자에게 가상 콘텐츠를 디스플레이하는 도 10의 디스플레이 시스템의 예를 예시한다.
[0043] 도 11b는 사용자에게 실세계 콘텐츠의 뷰를 제공하는 도 10의 디스플레이 시스템의 예를 예시한다.
[0044] 도 12a는 액정들을 포함하는 파장판 렌즈의 예를 예시한다.
[0045] 도 12b는 액정들을 포함하는 파장판 렌즈의 예를 예시한다.
[0046] 도 12c는 광의 편광 및 광이 입사되는 측에 의존하여 파장판 렌즈를 통과하는 광을 발산 또는 수렴시키도록 상이한 광학 파워를 제공하는 파장판 렌즈의 예를 예시한다.
[0047] 도 12d는 광의 편광 및 광이 입사되는 측에 의존하여 파장판 렌즈를 통과하는 광을 발산 또는 수렴시키도록 상이한 광학 파워를 제공하는 파장판 렌즈의 예를 예시한다.
[0048] 도 13a는 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장판을 포함하는 적응형 렌즈 조립체의 예를 예시한다.
[0049] 도 13b는 스위칭 가능 파장판이 비활성화된 상태의 동작에서 도 13a의 적응형 렌즈 조립체의 예를 예시한다.
[0050] 도 13c는 스위칭 가능 파장판이 활성화된 상태의 동작에서 도 13a의 적응형 렌즈 조립체의 예를 예시한다.
[0051] 도 14a는 스위칭 가능 파장판이 비활성화된 상태의 동작에서, 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장판을 각각 포함하는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 포함하는 디스플레이 디바이스의 예를 예시한다.
[0052] 도 14b는 스위칭 가능 파장판이 활성화된 상태의 동작에서 도 14a의 디스플레이 디바이스의 예를 예시한다.
[0053] 도 15는 교호적으로 스택된 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장판들을 각각 포함하는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 포함하는 디스플레이 디바이스의 예를 예시한다.
[0054] 도 16은 도 15의 디스플레이 디바이스를 사용하여 생성될 수 있는 복수의 가상 깊이 평면들의 예를 예시한다.
[0055] 도 17a 내지 도 17h는 도 15에 예시된 복수의 가상 깊이 평면들을 생성하기 위한 다양한 구성들 하의 도 15의 디스플레이 디바이스의 예를 예시한다.
[0056] 도 18a 및 도 18b는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 및 한 쌍의 고정된 렌즈들을 포함하는 디스플레이 디바이스의 예를 예시한다.
[0057] 도 19는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 및 고정된 렌즈를 포함하는 디스플레이 디바이스의 예를 예시한다.
[0058] 도면들 전체에 걸쳐, 참조 번호들은 참조된 엘리먼트들 사이의 대응성(correspondence)을 표시하는 데 재사용될 수 있다. 도면들은 본원에서 설명된 예시적인 실시예들을 예시하기 위해 제공되며 본 개시내용의 범위를 제한하려는 의도는 아니다.
[0059]
AR 시스템들은 사용자가 자신 주위의 세계를 계속해서 볼 수 있게 하면서, 가상 콘텐츠를 사용자 또는 뷰어에 디스플레이할 수 있다. 바람직하게는, 이 콘텐츠는 사용자의 눈들에 이미지 정보를 프로젝팅하는, 예컨대, 안경류의 부분으로서 머리-장착 디스플레이 상에 디스플레이된다. 게다가, 디스플레이는 또한 주변 환경의 뷰를 허용하기 위해 주변 환경으로부터 사용자의 눈으로 광을 투과시킬 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "머리-장착" 또는 "머리 장착 가능" 디스플레이는 뷰어 또는 사용자의 머리 상에 장착될 수 있는 디스플레이라는 것이 인지될 것이다.
[0060]
일부 AR 시스템에서, 복수의 도파관들은 복수의 가상 깊이 평면들(본원에서 간단히 "깊이 평면들"로 또한 지칭됨)에서 가상 이미지들을 형성하도록 구성될 수 있다. 복수의 도파관들의 상이한 도파관들은 상이한 광학 파워들을 가질 수 있고 사용자의 눈으로부터 상이한 거리들에서 형성될 수 있다. 디스플레이 시스템은 또한 광학 파워들을 제공하거나 부가적으로 제공하는 복수의 렌즈들을 포함할 수 있다. 도파관들 및/또는 렌즈들의 광학 파워들은 상이한 가상 깊이 평면들의 이미지들을 제공할 수 있다. 바람직하지 않게, 도파관들 및 렌즈들 각각은 디스플레이의 전체 두께, 무게 및 비용을 증가시킬 수 있다.
[0061]
바람직하게는, 본원에서 설명된 다양한 실시예들에서, 적응형 렌즈 조립체는 예컨대, 사용자로부터의 상이한 지각된 거리들의 가상 깊이 평면들을 제공하도록 렌즈 조립체를 통해 전파되는 광의 파면 발산을 수정하기 위해 가변 광학 파워를 제공하는 데 활용될 수 있다. 적응형 렌즈 조립체는 한 쌍의 파장판 렌즈들 사이에 배치된 스위칭 가능 파장판을 갖는 한 쌍의 파장판 렌즈들을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 파장판 렌즈들 각각은 제1 및 제2 파장판 렌즈들을 통과하는 광의 편광 상태를 변경하도록 구성될 수 있고, 스위칭 가능 파장판은 복수의 상태들, 예컨대, 광의 편광을 변경하지 않고 광이 통과 수 있게 하는 제1 상태와 (예컨대, 편광의 핸디드니스를 변경함으로써) 광의 편광을 변경하는 제2 상태 사이에서 스위칭 가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 파장판 렌즈들 중 하나 또는 둘 모두는 이러한 제1 상태와 제2 상태 사이에서 스위칭 가능할 수 있고, 위에서 언급된 개재 스위칭 가능 파장판은 생략될 수 있다.
[0062]
적응형 렌즈 조립체는 복수의 파장판 렌즈들 및 복수의 스위칭 가능 파장판들의 스택을 포함할 수 있다는 것이 인지될 것이다. 예컨대, 적응형 렌즈 조립체는 개재 스위칭 가능 파장판을 갖는 한 쌍의 파장판 렌즈들을 포함하는 다수의 서브조립체들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적응형 렌즈 조립체는 교호하는 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장판들을 포함할 수 있다. 유리하게는, 이러한 교호 어레인지먼트는 이웃 스위칭 가능 파장판들이 공통 파장판 렌즈를 공유하게 함으로써 두께 및 무게의 감소를 허용한다. 일부 실시예들에서, 스택에서 스위칭 가능 플레이트들의 다양한 조합들의 상태들을 스위칭함으로써, 2개 초과의 이산 레벨들의 광학 파워들이 제공될 수 있다.
[0063]
일부 실시예들에서, 적응형 렌즈 조립체는 상이한 가상 깊이 평면들의 이미지들을 형성하기 위한 도파관 조립체를 갖는 디스플레이 디바이스를 형성한다. 다양한 실시예들에서, 디스플레이 디바이스는 도파관 조립체에 의해 개재된 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 포함한다. 도파관 조립체는 (예컨대, 내부 전반사를 통해) 내부에서 광(예컨대, 가시광)을 전파시키고 광을 아웃커플링하도록 구성된 도파관을 포함한다. 예컨대, 광은 도파관의 주 표면에 수직인 광학 축 방향을 따라 아웃커플링될 수 있다. 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 하나는 도파관 조립체의 제1 측 상에 형성될 수 있고, 복수의 가상 깊이 평면들 각각에 있는 이미지들을 형성하기 위해 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광의 파면을 수정하기 위해 가변 광학 파워를 제공하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 적응형 렌즈 조립체들은 도파관 조립체로부터 수신된 아웃커플링된 광을 수렴 또는 발산시킬 수 있다. 적응형 렌즈 조립체 및/또는 도파관 조립체를 통해 전파되는 주변 광의 수렴 또는 발산으로 인한 실세계 뷰들의 수정들을 보상하기 위해, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 다른 하나는 제1 측에 대향하는 도파관 조립체의 제2 측 상에 부가적으로 제공된다. 각각의 적응형 렌즈 조립체의 스위칭 가능 파장판들이 대응하는 상태를 취할 때, 적응형 렌즈 조립체들은 반대의 부호들을 갖는 광학 파워를 가질 수 있어서, 적응형 렌즈 조립체들 중 다른 하나가 도파관 조립체의 제1 측 상의 적응형 렌즈 조립체에 의해 야기된 왜곡들을 보정한다.
[0064]
유리하게는, 연속 가변 광학 엘리먼트들을 갖는 연속 가변 적응형 렌즈에 비해, 2개의 상태들 사이에서 스위칭 가능한 스위칭 가능 파장판들을 활용하는 것은 적응성 렌즈 조립체의 구동을 단순화하고, 원하는 광학 파워를 위해 적응성 렌즈 조립체를 적절히 활성화하는 방법을 결정하는 데 필요한 컴퓨테이셔널 파워를 감소시킨다. 또한, 적응형 렌즈 조립체가 도파관에 의해 출력된 광의 파면 발산을 수정하게 함으로써, 복수의 깊이 평면들을 제공하는 데 필요한 도파관들의 수는, 각각의 도파관이 특정한 양의 파면 발산을 제공하는 어레인지먼트에 비해 감소된다.
[0065]
이제 유사한 참조 번호들이 전반에 걸쳐 유사한 부분들을 지칭하는 도면들에 대한 참조가 이루어질 것이다. 달리 표시되지 않는 한, 도면들은 반드시 실 척대로 그려진 것은 아니다.
예시적인 디스플레이 시스템들
[0066]
도 2는 사용자에 대한 3차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 종래의 디스플레이 시스템을 예시한다. 사용자의 눈들이 이격되어 있고, 공간에서 실제 객체를 바라볼 때, 각각의 눈은 객체에 대해 약간 상이한 뷰를 가질 것이고 각각 눈의 망막 상의 상이한 위치들에서 객체의 이미지를 형성할 수 있다는 것이 인지될 것이다. 이것은 양안 시차로서 지칭될 수 있고 깊이의 지각을 제공하기 위해 인간 시각 시스템에 의해 활용될 수 있다. 종래의 디스플레이 시스템들은, 가상 객체가 원하는 깊이의 실제 객체이면, 각각의 눈이 볼 수 있는 가상 객체의 뷰들에 대응하는 동일한 가상 객체의 약간 상이한 뷰들을 갖는 2개의 별개의 이미지들(190, 200)을 ― 각각의 눈(210, 220)에 대해 하나씩 ― 제시함으로써 양안 시차를 시뮬레이팅한다. 이들 이미지들은 깊이의 지각을 유도하기 위해 사용자의 시각 시스템이 해석할 수 있는 양안 큐들을 제공한다.
[0067]
도 2를 계속 참조하면, 이미지들(190, 200)은 z-축 상에서 거리(230)만큼 눈들(210, 220)로부터 이격된다. z-축은 뷰어의 바로 앞에서 광학 무한대의 객체에 자신의 눈들을 응시하는 뷰어의 광학 축과 평행하다. 이미지들(190, 200)은 편평하고 눈들(210, 220)로부터 고정된 거리에 있다. 눈들(210, 220)에 각각 제시되는 이미지들에서 가상 객체의 약간 상이한 뷰들에 기초하여, 눈들은, 단일 쌍안시(binocular vision)를 유지하기 위해 객체의 이미지가 눈들 각각의 망막들 상의 대응하는 포인트들에 들어오도록 자연스럽게 회전할 수 있다. 이 회전은 눈들(210, 220) 각각의 시선들이, 가상 객체가 존재하는 것으로 지각되는 공간 내의 포인트로 수렴하게 할 수 있다. 결과적으로, 3차원 이미저리를 제공하는 것은 통상적으로, 사용자의 눈들(210, 220)의 이접운동을 조작할 수 있고 깊이의 지각을 제공하기 위해 인간 시각 시스템이 해석하는 양안 큐들을 제공하는 것을 수반한다.
[0068]
그러나 현실감 있고 편안한 깊이 지각을 생성하는 것은 난제이다. 눈들로부터 상이한 거리들에 있는 객체들로부터의 광은 상이한 양의 발산을 갖는 파면을 갖는다는 것이 인지될 것이다. 도 3a 내지 도 3c는 광선들의 발산과 거리 간의 관계들을 예시한다. 객체와 눈(210) 간의 거리는, 거리가 감소하는 순서로 R1, R2 및 R3에 의해 표현된다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 광선들은, 객체에 대한 거리가 감소함에 따라 더 많이 발산하게 된다. 반대로, 거리가 증가함에 따라, 광선들은 더욱 시준된다. 다른 말로 하면, 포인트(객체 또는 객체의 부분)에 의해 생성된 광 필드가 구체 파면 곡률을 가지는 것으로 말해질 수 있고, 구체 파면 곡률은, 포인트가 사용자의 눈으로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지의 함수이다. 곡률은 객체와 눈(210) 간의 거리가 감소함에 따라 증가한다. 단지 하나의 눈(210)이 도 3a 내지 도 3c 및 본원의 다른 도면들에서 예시의 명확성을 위해 예시되지만, 눈(210)에 대한 논의들이 뷰어의 양쪽 눈들(210 및 220)에 적용될 수 있다.
[0069]
도 3a 내지 도 3c를 계속 참조하면, 뷰어의 눈들이 응시하는 객체로부터의 광은 상이한 정도의 파면 발산을 가질 수 있다. 상이한 양들의 파면 발산으로 인해, 광은 눈의 렌즈에 의해 상이하게 포커싱될 수 있으며, 이는 결국, 눈의 망막 상에 포커싱된 이미지를 형성하기 위해 렌즈가 상이한 형상들을 취할 것을 요구할 수 있다. 포커싱된 이미지가 망막 상에 형성되지 않는 경우, 결과적인 망막 블러(retinal blur)는 포커싱된 이미지가 망막 상에 형성될 때까지 눈의 렌즈의 형상의 변화를 야기하는 원근조절에 대한 큐로서 작용한다. 예컨대, 원근조절에 대한 큐는 눈의 렌즈를 둘러싼 모양체근이 이완 또는 수축되도록 트리거하고, 그리하여, 렌즈를 홀딩하는 현수 인대들에 가해지는 힘을 변조하여, 응시 객체의 망막 블러가 제거되거나 최소화될 때까지 눈의 렌즈의 형상이 변경되게 하고, 그리하여 눈의 망막(예컨대, 중심와(fovea)) 상에 응시 객체의 포커싱된 이미지를 형성할 수 있다. 눈의 렌즈가 형상을 변경하는 프로세스는 원근조절로서 지칭될 수 있고, 눈의 망막(예컨대, 중심와) 상에 응시 객체의 포커싱된 이미지를 형성하는 데 필요한 눈의 렌즈의 형상은 원근조절 상태로서 지칭될 수 있다.
[0070]
이제 도 4a를 참조하면, 인간 시각 시스템의 원근조절-이접운동 응답의 표현이 예시된다. 객체를 응시하기 위한 눈들의 움직임은 눈들이 객체로부터의 광을 수신하게 하며, 광은 눈들의 망막들 각각 상에 이미지를 형성한다. 망막 상에 형성된 이미지에서 망막 블러의 존재는 원근조절에 대한 큐를 제공할 수 있고, 망막들 상의 이미지의 상대적 위치들은 이접운동에 대한 큐를 제공할 수 있다. 원근조절에 대한 큐는 원근조절이 발생하게 하여, 눈들의 렌즈들 각각이 눈의 망막(예컨대, 중심와) 상에 객체의 포커싱된 이미지를 형성하는 특정 원근조절 상태를 취하게 한다. 다른 한편으로, 이접운동에 대한 큐는, 각각의 눈의 각각의 망막 상에 형성된 이미지들이 단일 쌍안시를 유지하는 대응하는 망막 포인트들에 있도록 이접운동 움직임들(눈들의 회전)이 발생하게 한다. 이 포지션들에서, 눈은 특정 이접운동 상태를 취한 것으로 말해질 수 있다. 도 4a를 계속 참조하면, 원근조절은 눈이 특정 원근조절 상태를 달성하게 하는 프로세스인 것으로 이해될 수 있고, 이접운동은 눈이 특정 이접운동 상태를 달성하게 하는 프로세스인 것으로 이해될 수 있다. 도 4a에 표시된 바와 같이, 사용자가 다른 객체를 응시하는 경우, 눈들의 원근조절 및 이접운동 상태들이 변할 수 있다. 예컨대, 사용자가 z-축 상에서 상이한 깊이에 있는 새로운 객체에 응시하는 경우, 원근조절된 상태가 변할 수 있다.
[0071]
이론에 의해 제한됨 없이, 객체의 뷰어들은 이접운동 및 원근조절의 결합으로 인해 객체를 3-차원인 것으로 지각할 수 있다고 여겨진다. 위에서 언급된 바와 같이, 서로에 대한 두 눈들의 이접운동 움직임들(예컨대, 동공들이 객체를 응시하기 위해 눈들의 시선들을 수렴시키도록 서로를 향해 또는 서로 멀어지게 움직이도록 하는 눈들의 회전)은 눈들의 렌즈들의 원근조절과 밀접하게 연관된다. 정상 조건들하에서, 하나의 객체로부터 상이한 거리에 있는 다른 객체로 포커스를 변화시키기 위해 눈들의 렌즈들의 형상을 변화시키는 것은 "원근조절-이접운동 리플렉스(accommodation-vergence reflex)"로서 알려진 관계하에서, 동일한 거리에 대한 이접운동에서의 매칭하는 변화를 자동으로 유발할 것이다. 마찬가지로, 이접운동의 변화는 정상 조건들하에서, 렌즈 형상의 매칭되는 변화를 트리거할 것이다.
[0072]
이제 도 4b를 참조하면, 눈들의 상이한 원근조절 및 이접운동 상태들의 예들이 예시된다. 한 쌍의 눈들(222a)은 광학 무한대에 있는 객체를 응시하는 반면, 한 쌍의 눈들(222b)은 광학 무한대 미만에 있는 객체(221)를 응시한다. 특히, 한 쌍의 눈들의 이접운동 상태들이 상이하며, 한 쌍의 눈들(222a)이 앞으로 직선으로 지향되는 반면, 한 쌍의 눈들(222)은 객체(221) 상에 수렴된다. 한 쌍의 눈들(222a, 222b)을 각각 형성하는 눈들의 원근조절 상태들은 또한, 렌즈들(210a, 220a)의 상이한 형상들에 의해 표현되는 바와 같이 상이하다.
[0073]
바람직하지 않게, 종래의 "3-D" 디스플레이 시스템들의 다수의 사용자들은 이러한 종래의 시스템들이 불편하다고 느끼거나, 또는 이러한 디스플레이들에서의 원근조절 및 이접운동 상태들 사이의 미스매칭으로 인해 깊이감을 전혀 지각하지 못할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 다수의 입체 또는 "3-D" 디스플레이 시스템들은 각각의 눈에 약간 상이한 이미지들을 제공함으로써 장면을 디스플레이한다. 이러한 시스템들은 다수의 뷰어들에게 불편한데, 그 이유는, 다른 것들 중에서도 이들이 장면의 상이한 프리젠테이션들을 단순히 제공하고, 눈들의 이접운동 상태들의 변화들을 (그러나 이러한 눈들의 원근조절 상태들에서 대응하는 변화 없이) 야기하기 때문이다. 오히려, 이미지들은 눈들로부터 고정된 거리에서 디스플레이에 의해 보여져서, 눈들은 단일 원근조절 상태에서 모든 이미지 정보를 본다. 이러한 어레인지먼트는 원근조절 상태에서의 매칭되는 변화 없이, 이접운동 상태에서의 변화들을 야기함으로써 "원근조절-이접운동 리플렉스"에 대해 작용한다. 이 미스매칭은 뷰어 불편함을 야기하는 것으로 여겨진다. 원근조절과 이접운동 사이의 더 양호한 매칭을 제공하는 디스플레이 시스템들은 3-차원 이미저리의 더 현실적이고 편안한 시뮬레이션들을 형성할 수 있다.
[0074]
이론에 의해 제한됨 없이, 인간 눈이 통상적으로 깊이 지각을 제공하기 위하여 유한 수의 깊이 평면들을 해석할 수 있다고 여겨진다. 결과적으로, 지각된 깊이의 매우 그럴듯한 시뮬레이션은, 눈에, 이들 제한된 수의 깊이 평면들 각각에 대응하는 이미지의 상이한 프리젠테이션들을 제공함으로써 달성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상이한 프리젠테이션들은 이접운동에 대한 큐들 및 원근조절에 대한 매칭되는 큐들을 제공하고, 그리하여 생리적으로 정확한 원근조절-이접운동 매칭을 제공할 수 있다.
[0075]
도 4b를 계속 참조하면, 눈들(210, 220)로부터 공간 내의 상이한 거리들에 대응하는 2개의 깊이 평면들(240)이 도시된다. 주어진 깊이 평면(240)에 대해, 각각의 눈(210, 220)에 대해 적절하게 상이한 관점들의 이미지들의 디스플레이에 의해 이접운동 큐들이 제공될 수 있다. 또한, 주어진 깊이 평면(240)에 대해, 각각의 눈(210, 220)에 제공되는 이미지들을 형성하는 광은 그 깊이 평면(240)의 거리에 있는 포인트에 의해 생성된 광 필드에 대응하는 파면 발산을 가질 수 있다.
[0076]
예시된 실시예에서, 포인트(221)를 포함하는 깊이 평면(240)의, z-축을 따른 거리는 1m이다. 본원에서 사용된 바와 같이, z-축을 따른 거리들 또는 깊이들은 사용자 눈들의 출사동들에 로케이팅된 영점을 이용하여 측정될 수 있다. 따라서, 1m의 깊이에 로케이팅된 깊이 평면(240)은 사용자의 눈들의 광학 축 상에서 이러한 눈들의 출사동들로부터 1m 떨어진 거리에 대응하며, 눈들은 광학 무한대를 향해 지향된다. 근사로서, z-축을 따른 깊이 또는 거리는 디바이스와 사용자의 눈들의 출사동들 사이의 거리에 대한 값에 더하여, 사용자의 눈들 전방의 디스플레이로부터(예컨대, 도파관의 표면으로부터) 측정될 수 있다. 이 값은 눈동자 거리(eye relief)라 불릴 수 있고 사용자 눈의 출사동과 눈 전방에 있는 사용자에 의해 착용된 디스플레이 사이의 거리에 대응한다. 실제로, 눈동자 거리에 대한 값은 모든 뷰어들에 대해 일반적으로 사용되는 정규화된 값일 수 있다. 예컨대, 눈동자 거리는 20mm인 것으로 가정될 수 있고 1m의 깊이에 있는 깊이 평면은 디스플레이 전방에서 980mm의 거리에 있을 수 있다.
[0077]
이제 도 4c 및 도 4d를 참조하면, 매칭된 원근조절-이접운동 거리들 및 미스매칭된 원근조절-이접운동 거리들의 예들이 각각 예시된다. 도 4c에 예시된 바와 같이, 디스플레이 시스템은 각각의 눈(210, 220)에 가상 객체의 이미지들을 제공할 수 있다. 이미지들은 눈들(210, 220)로 하여금, 눈들이 깊이 평면(240) 상의 포인트(15) 상에서 수렴하는 이접운동 상태를 취하게 할 수 있다. 또한, 이미지들은 그 깊이 평면(240)의 실제 객체들에 대응하는 파면 곡률을 갖는 광에 의해 형성될 수 있다. 결과적으로, 눈들(210, 220)은 이미지들이 그 눈들의 망막들 상에서 포커싱이 맞는 원근조절 상태를 취한다. 따라서, 사용자는 가상 객체가 깊이 평면(240) 상의 포인트(15)에 있는 것으로 지각할 수 있다.
[0078]
눈들(210, 220)의 각각의 원근조절 및 이접운동 상태들은 z-축 상의 특정 거리와 연관된다는 것이 인지될 것이다. 예컨대, 눈들(210, 220)로부터 특정 거리에 있는 객체는 이들 눈들로 하여금, 객체의 거리들에 기초하여 특정 원근조절 상태들을 취하게 한다. 특정 원근조절 상태와 연관된 거리는 원근조절 거리(Ad)로서 지칭될 수 있다. 유사하게, 서로에 대한 포지션들 또는 특정 이접운동 상태의 눈들과 연관된 특정 이접운동 거리들(Vd)이 존재한다. 원근조절 거리와 이접운동 거리가 매칭되는 경우, 원근조절과 이접운동 사이의 관계는 생리적으로 정확하다고 말해질 수 있다. 이는 뷰어에 대한 최상의 편안한 시나리오인 것으로 간주된다.
[0079]
그러나 입체 디스플레이들에서, 원근조절 거리 및 이접운동 거리가 항상 매칭되진 않을 수 있다. 예컨대, 도 4d에 예시된 바와 같이, 눈들(210, 220)에 디스플레이된 이미지들은 깊이 평면(240)에 대응하는 파면 발산으로 디스플레이될 수 있고, 눈들(210, 220)은 그 깊이 평면 상의 포인트들(15a, 15b)이 포커싱이 맞는 특정 원근조절 상태를 취할 수 있다. 그러나, 눈들(210, 220)에 디스플레이된 이미지들은 눈들(210, 220)이, 깊이 평면(240) 상에 로케이팅되지 않은 포인트(15) 상에서 수렴하게 하는 이접운동에 대한 큐들을 제공할 수 있다. 결과적으로, 일부 실시예에서, 원근조절 거리는 눈들(210, 220)의 출사동들로부터 깊이 평면(240)까지의 거리에 대응하는 반면, 이접운동 거리는 눈들(210, 220)의 출사동들로부터 포인트(15)까지의 더 먼 거리에 대응한다. 원근조절 거리가 이접운동 거리와 상이하다. 결과적으로 원근조절-이접운동 미스매칭이 존재한다. 이러한 미스매칭은 바람직하지 않은 것으로 간주되고 사용자에게 불편함을 야기할 수 있다. 미스매칭은 거리(예컨대, Vd ― Ad)에 대응하고 디옵터들을 사용하여 특성화될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0080]
일부 실시예들에서, 원근조절 거리 및 이접운동 거리에 대해 동일한 기준 포인트가 활용되는 한, 눈들(210, 220)의 출사동들 이외의 기준 포인트가 원근조절-이접운동 미스매칭을 결정하기 위해 거리를 결정하는 데 활용될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 예컨대, 각막으로부터 깊이 평면까지, 망막으로부터 깊이 평면까지, 접안렌즈(예컨대, 디스플레이 디바이스의 도파관)로부터 깊이 평면까지 등의 거리들이 측정될 수 있다.
[0081]
이론에 의해 제한되지 않고, 미스매칭 자체가 상당한 불편함을 유발하지 않으면, 사용자들이 최대 약 0.25 디옵터, 최대 약 0.33 디옵터 및 최대 약 0.5 디옵터의 원근조절-이접운동 미스매칭들을 생리학적으로 정확한 것으로 여전히 인식할 수 있다는 것이 여겨진다. 일부 실시예들에서, 본원에서 개시된 디스플레이 시스템들(예컨대, 디스플레이 시스템(250), 도 6)은 약 0.5 디옵터 이하의 원근조절-이접운동 미스매칭을 갖는 이미지들을 뷰어에 제시한다. 일부 다른 실시예들에서, 디스플레이 시스템에 의해 제공되는 이미지들의 원근조절-이접운동 미스매칭은 약 0.33 디옵터 이하이다. 또 다른 실시예들에서, 디스플레이 시스템에 의해 제공되는 이미지들의 원근조절-이접운동 미스매칭은 약 0.1 디옵터 이하를 포함해서, 약 0.25 디옵터 이하이다.
[0082]
도 5는 파면 발산을 수정함으로써 3-차원 이미저리를 시뮬레이팅하기 위한 접근법의 양상들을 예시한다. 디스플레이 시스템은 이미지 정보로 인코딩된 광(770)을 수신하고 그 광을 사용자의 눈(210)으로 출력하도록 구성된 도파관(270)을 포함한다. 도파관(270)은 원하는 깊이 평면(240) 상의 포인트에 의해 생성된 광 필드의 파면 발산에 대응하는 정의된 양의 파면 발산으로 광(650)을 출력할 수 있다. 일부 실시예들에서, 동일한 양의 파면 발산이 그 깊이 평면 상에 제시된 모든 객체들에 대해 제공된다. 또한, 사용자의 다른 쪽 눈에는 유사한 도파관으로부터의 이미지 정보가 제공될 수 있다는 것이 예시될 것이다.
[0083]
일부 실시예들에서, 단일 도파관은 단일 또는 제한된 수의 깊이 평면들에 대응하는 세팅된 양의 파면 발산으로 광을 출력하도록 구성될 수 있고 그리고/또는 도파관은 제한된 범위의 파장들의 광을 출력하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 일부 실시예들에서, 복수의 도파관들 또는 도파관들의 스택은 상이한 깊이 평면들에 대해 상이한 양들의 파면 발산을 제공하고 그리고/또는 상이한 범위의 파장들의 광을 출력하기 위해 활용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 깊이 평면은 평면일 수 있거나 곡선 표면의 윤곽들을 따를 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0084]
도 6은 이미지 정보를 사용자에게 출력하기 위한 도파관 스택의 예를 예시한다. 디스플레이 시스템(250)은 복수의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)을 사용하여 3-차원 지각을 눈/뇌에 제공하기 위하여 활용될 수 있는 도파관들의 스택, 또는 스택된 도파관 조립체(260)를 포함한다. 디스플레이 시스템(250)은 일부 실시예들에서 광 필드(light field) 디스플레이로서 간주될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 게다가, 도파관 조립체(260)는 또한 접안렌즈로서 지칭될 수 있다.
[0085]
일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템(250)은 실질적으로 이접운동에 대한 연속 큐들 및 원근조절에 대한 다수의 이산 큐들을 제공하도록 구성될 수 있다. 이접운동에 대한 단서들은 상이한 이미지들을 사용자의 눈들의 각각에 디스플레이함으로써 제공될 수 있고, 그리고 원근조절에 대한 단서들은 선택 가능한 이산 파면 발산 양들을 가진 이미지들을 형성하는 광을 출력함으로써 제공될 수 있다. 다른 말로 하면, 디스플레이 시스템(250)은 가변 레벨들의 파면 발산(wavefront divergence)으로 광을 출력하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 이산 레벨의 파면 발산은 특정 깊이 평면에 대응하고 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 중 특정한 하나에 의해 제공될 수 있다.
[0086]
도 6을 계속 참조하면, 도파관 조립체(260)는 또한 도파관들 사이에 복수의 피처들(320, 330, 340, 350)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 피처들(320, 330, 340, 350)은 하나 이상의 렌즈들일 수 있다. 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 및/또는 복수의 렌즈들(320, 330, 340, 350)은 다양한 레벨들의 파면 곡률 또는 광선 발산으로 이미지 정보를 눈에 전송하도록 구성될 수 있다. 각각의 도파관 레벨은 특정 깊이 평면과 연관될 수 있고 그 깊이 평면에 대응하는 이미지 정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)은 도파관들에 대한 광원으로서 기능할 수 있고, 이미지 정보를 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)에 주입하기 위하여 활용될 수 있으며, 도파관들 각각은, 본원에 설명된 바와 같이, 눈(210)을 향하여 출력하기 위해 각각의 개별 도파관에 걸쳐 인입 광을 분산시키도록 구성될 수 있다. 광은 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)의 출력 표면(410, 420, 430, 440, 450)을 나가고 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)의 대응하는 입력 표면(460, 470, 480, 490, 500)에 주입된다. 일부 실시예들에서, 입력 표면들(460, 470, 480, 490, 500) 각각은 대응하는 도파관의 에지일 수 있거나, 또는 대응하는 도파관의 주 표면의 일부일 수 있다 (즉, 도파관 표면들 중 하나는 직접적으로 세계(510) 또는 뷰어의 눈(210)을 향함). 일부 실시예들에서, 단일 광 빔(예컨대, 시준된 빔)은 특정 도파관과 연관된 깊이 평면에 대응하는 특정 각도들(및 발산의 양들)로 눈(210)을 향하여 지향되는 시준된 클론 빔(cloned collimated beam)들의 전체 필드를 출력하기 위하여 각각의 도파관으로 주입될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400) 중 단 하나의 이미지 주입 디바이스가 복수(예컨대, 3개)의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)과 연관되고 그에 광을 주입할 수 있다.
[0087]
일부 실시예들에서, 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)은 각각 대응하는 도파관(270, 280, 290, 300, 310)에 주입을 위한 이미지 정보를 각각 생성하는 이산 디스플레이들이다. 일부 다른 실시예들에서, 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)은 예컨대, 이미지 정보를 하나 이상의 광학 도관들(예컨대, 광섬유 케이블들)을 통하여 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400) 각각에 파이핑(pipe)할 수 있는 단일 멀티플렉싱된 디스플레이의 출력 단부들이다. 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)에 의해 제공되는 이미지 정보는 상이한 파장들 또는 컬러들(예컨대, 본원에서 논의된 바와 같이 상이한 컴포넌트 컬러들)의 광을 포함할 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0088]
일부 실시예들에서, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)로 주입된 광은 LED(light emitting diode)와 같은 광 이미터를 포함할 수 있는 광 모듈(530)을 포함하는 광 프로젝터 시스템(520)에 의해 제공된다. 광 모듈(530)로부터의 광은 빔 분할기(550)를 통해 광 변조기(540), 예컨대, 공간 광 변조기에 지향되고 그에 의해 수정될 수 있다. 광 변조기(540)는 이미지 정보로 광을 인코딩하기 위해 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 내로 주입되는 광의 지각된 세기를 변화시키도록 구성될 수 있다. 공간 광 변조기들의 예들은, LCOS(liquid crystal on silicon) 디스플레이들을 포함하는 LCD(liquid crystal display)들을 포함한다. 이러한 방식으로, 광 변조기(540)는 디스플레이 시스템(250)의 마이크로-디스플레이 컴포넌트로서 효과적으로 역할을 할 수 있다. 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)이 개략적으로 예시되고, 일부 실시예들에서, 이들 이미지 주입 디바이스들은 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 중 연관된 것들 내로 광을 출력하도록 구성된 공통 프로젝션 시스템에서 상이한 광 경로들 및 위치들을 표현할 수 있다는 것이 인지될 것이다. 일부 실시예들에서, 도파관 조립체(260)의 도파관들은 도파관들 내로 주입된 광을 사용자의 눈들에 중계하는 동안 이상적인 렌즈로서 기능할 수 있다. 이러한 개념에서, 객체는 공간 광 변조기(540)일 수 있고 이미지는 깊이 평면 상의 이미지일 수 있다.
[0089]
일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템(250)은 광을 다양한 패턴들(예컨대, 래스터 스캔, 나선형 스캔, 리사주(Lissajous) 패턴 등)로 하나 이상의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 내로 그리고 궁극적으로 뷰어의 눈(210)으로 프로젝팅하도록 구성된 하나 이상의 스캐닝 섬유들을 포함하는 스캐닝 섬유 디스플레이일 수 있다. 일부 실시예들에서, 예시된 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)은 하나 또는 복수의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 내로 광을 주입하도록 구성된 단일 스캐닝 섬유 또는 스캐닝 섬유들의 번들(bundle)을 개략적으로 표현할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 예시된 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)은 복수의 스캐닝 섬유들 또는 스캐닝 섬유들의 복수의 번들들을 개략적으로 표현할 수 있으며, 이들 각각은 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 중 연관된 하나 내로 광을 주입하도록 구성된다. 하나 이상의 광섬유들이 광 모듈(530)로부터 하나 이상의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)로 광을 송신하도록 구성될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 예컨대, 스캐닝 섬유를 빠져나가는 광을 하나 이상의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)로 재지향시키도록, 스캐닝 섬유 또는 섬유들과 하나 이상의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 사이에 하나 이상의 개재된 광학 구조들이 제공될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0090]
제어기(560)는 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400), 광원(530) 및 광 변조기(540)의 동작을 포함한, 스택된 도파관 어셈블리(260)의 하나 이상의 도파관들의 동작을 제어한다. 일부 실시예들에서, 제어기(560)는 로컬 데이터 프로세싱 모듈(140)의 부분이다. 제어기(560)는 예컨대, 본원에 개시된 다양한 방식들 중 임의의 방식에 따라 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)에 대한 이미지 정보의 타이밍 및 제공을 조절하는 프로그래밍(예컨대, 비-일시적 매체의 명령들)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제어기는 단일 통합 디바이스, 또는 유선 또는 무선 통신 채널들에 의해 연결되는 분산 시스템일 수 있다. 제어기(560)는 일부 실시예들에서, 프로세싱 모듈들(140 또는 150)(도 9d)의 부분일 수 있다.
[0091]
도 6을 계속 참조하면, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)은 TIR(total internal reflection)에 의해 각각의 개별 도파관 내에서 광을 전파하도록 구성될 수 있다. 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)은 각각 평면형이거나 다른 형상(예컨대, 곡선)을 가질 수 있으며, 주 최상부 및 최하부 표면들 및 이들 주 최상부와 최하부 표면들 사이에서 연장되는 에지들을 갖는다. 예시된 구성에서, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)은 이미지 정보를 눈(210)에 출력하기 위해 각각의 개별 도파관 내에서 전파되는 광을 도파관 밖으로 재지향시킴으로써 도파관 밖으로 광을 추출하도록 구성된 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)을 각각 포함할 수 있다. 추출된 광은 아웃-커플링된 광으로서 또한 지칭될 수 있고, 아웃-커플링 광학 엘리먼트들은 또한 광 추출 광학 엘리먼트들로서 지칭될 수 있다. 추출된 광 빔은, 도파관 내에서 전파되는 광이 광 추출 광학 엘리먼트에 부딪치는 위치들에서 도파관에 의해 출력될 수 있다. 아웃-커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 예컨대, 본원에서 추가로 논의되는 바와 같이, 회절성 광학 피처들을 포함하는 격자들일 수 있다. 설명의 용이함 및 도면 명확성을 위하여 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)의 최하부 주 표면들에 배치된 것으로 예시되지만, 일부 실시예들에서, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 본원에서 추가로 논의되는 바와 같이, 최상부 및/또는 최하부 주 표면들에 배치될 수 있고, 그리고/또는 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)의 볼륨에 직접 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 아웃-커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)을 형성하기 위해 투명 기판에 부착된 재료 층에 형성될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)은 재료의 모놀리식 피스(piece)일 수 있고 아웃-커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 재료의 해당 피스의 표면 상에 그리고/또는 그 내부에 형성될 수 있다.
[0092]
도 6을 계속 참조하면, 본원에 논의된 바와 같이, 각각의 도파관(270, 280, 290, 300, 310)은 특정 깊이 평면에 대응하는 이미지를 형성하기 위해 광을 출력하도록 구성된다. 예컨대, 눈에 가장 가까운 도파관(270)은, (그러한 도파관(270)에 주입된) 시준된 광을 눈(210)에 전달하도록 구성될 수 있다. 시준된 광은 광학 무한대 초점 평면을 나타낼 수 있다. 위의 다음 도파관(280)은, 시준된 광이 눈(210)에 도달할 수 있기 전에 제1 렌즈(350)(예컨대, 네거티브 렌즈)를 통과하는 시준된 광을 전송하도록 구성될 수 있고; 그러한 제1 렌즈(350)는 약간 볼록한 파면 곡률을 생성하도록 구성될 수 있어서, 눈/뇌는 위의 다음 도파관(280)으로부터 오는 광을, 광학적 무한대로부터 눈(210)을 향하여 안쪽으로 더 가까운 제1 초점 평면으로부터 오는 것으로 해석한다. 유사하게, 위의 제3 도파관(290)은 자신의 출력 광을 눈(210)에 도달하기 전에 제1(350) 및 제2(340) 렌즈들 둘 모두를 통과시키고; 제1(350) 및 제2(340) 렌즈들의 결합된 광학 파워(optical power)는 다른 증분 양의 파면 곡률을 생성하도록 구성될 수 있어서, 눈/뇌는 제3 도파관(290)으로부터 오는 광을, 위의 다음 도파관(280)으로부터의 광보다는 광학적 무한대로부터 사람을 향하여 안쪽으로 훨씬 더 가까운 제2 초점 평면으로부터 오는 것으로 해석한다.
[0093]
다른 도파관 층들(300, 310) 및 렌즈들(330, 320)은 유사하게 구성되는데, 스택에서 가장 높은 도파관(310)은 자신의 출력을, 사람과 가장 가까운 초점 평면을 나타내는 어그리게이트 초점 전력에 대해 자신과 눈 사이의 렌즈들 모두를 통하여 전송한다. 스택된 도파관 조립체(260)의 다른 측 상에서 세계(510)로부터 오는 광을 보거나/해석할 때 렌즈들(320, 330, 340, 350)의 스택을 보상하기 위하여, 아래의 렌즈 스택(320, 330, 340, 350)의 어그리게이트 전력을 보상하기 위하여 보상 렌즈 층(620)이 스택의 최상부에 배치될 수 있다. 이러한 구성은 이용 가능한 도파관/렌즈 쌍들이 존재하는 만큼 많은 지각된 초점 평면들을 제공한다. 도파관들의 아웃-커플링 광학 엘리먼트들 및 렌즈들의 포커싱 양상들 둘 모두는 정적(즉, 동적이거나 전자-활성이지 않음)일 수 있다. 일부 대안적인 실시예들에서, 어느 하나 또는 둘 모두는 전자-활성 피처들을 사용하여 동적일 수 있다.
[0094]
일부 실시예들에서, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 중 둘 이상은 동일한 연관된 깊이 평면을 가질 수 있다. 예컨대, 다수의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)은 동일한 깊이 평면으로 세팅된 이미지들을 출력하도록 구성될 수 있거나, 또는 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)의 다수의 서브세트들은 동일한 복수의 깊이 평면들로 세팅된 이미지들(각각의 깊이 평면에 대해 하나의 이미지가 세팅됨)을 출력하도록 구성될 수 있다. 이는 그러한 깊이 평면들에서 확장된 시야를 제공하기 위해 타일 이미지(tiled image)를 형성하는 이점들을 제공할 수 있다.
[0095]
도 6을 계속 참조하면, 아웃커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 자신의 개별 도파관들 밖으로 광을 재지향시키고 그리고 또한 도파관과 연관된 특정 깊이 평면에 대해 적절한 양의 발산 또는 시준으로 이 광을 출력하도록 구성될 수 있다. 결과로서, 상이한 연관된 깊이 평면들을 가진 도파관들은 상이한 구성들의 아웃-커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)을 가질 수 있고, 이러한 아웃-커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 연관된 깊이 평면에 따라 상이한 양의 발산으로 광을 출력한다. 일부 실시예들에서, 광 추출 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 특정 각도들로 광을 출력하도록 구성될 수 있는 볼류메트릭(volumetric) 또는 표면 피처들일 수 있다. 예컨대, 광 추출 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 볼륨 홀로그램들, 표면 홀로그램들, 및/또는 회절 격자들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 피처들(320, 330, 340, 350)은 렌즈들이 아닐 수 있고; 오히려, 이들은 단순히 스페이서들(예컨대, 공기 갭들을 형성하기 위한 클래딩(cladding) 층들 및/또는 구조들)일 수 있다.
[0096]
일부 실시예들에서, 아웃-커플링 광학 엘리먼트들(570, 580, 590, 600, 610)은 회절 패턴을 형성하는 회절 피처들 또는 "회절 광학 엘리먼트"(또한 본원에서 "DOE"로서 지칭됨)이다. 바람직하게는, DOE들은 충분히 낮은 회절 효율성을 가져서, 빔의 광의 일부만이 DOE의 각각의 교차로 인해 눈(210)을 향하여 편향되지만, 나머지는 TIR을 통하여 도파관을 통해 계속 이동한다. 따라서, 이미지 정보를 전달하는 광은 다수의 위치들에서 도파관을 나가는 다수의 관련된 출사 빔들로 분할되고 그 결과는 이런 특정 시준된 빔이 도파관 내에서 이리저리 바운싱되기 때문에 눈(210)을 향하는 상당히 균일한 출사 방출 패턴이다.
[0097]
일부 실시예들에서, 하나 이상의 DOE들은, 그것들을 활발하게 회절시키는 "온" 상태들과 그것들을 크게 회절시키지 않는 "오프" 상태들 간에 스위칭 가능할 수 있다. 예컨대, 스위칭 가능 DOE는, 마이크로액적들이 호스트 매질에서 회절 패턴을 포함하는 중합체 분산형 액정 층을 포함할 수 있고, 마이크로액적들의 굴절률은 호스트 매질의 굴절률에 실질적으로 매칭하도록 스위칭될 수 있거나(이 경우에 패턴은 입사 광을 현저하게 회절시키지 않음) 또는 마이크로액적은 호스트 매질의 인덱스에 매칭하지 않는 인덱스로 스위칭될 수 있다(이 경우 패턴은 입사 광을 활발하게 회절시킴).
[0098]
일부 실시예들에서, 예컨대, 사용자 입력들을 검출하고 그리고/또는 사용자의 생리적 상태를 모니터링하기 위해 눈(210) 및/또는 눈(210) 주위 조직의 이미지들을 캡처하도록 카메라 조립체(630)(예컨대, 가시 광 및 적외선 카메라들을 포함하는 디지털 카메라)가 제공될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 카메라는 임의의 이미지 캡처 디바이스일 수 있다. 일부 실시예들에서, 카메라 조립체(630)는 이미지 캡처 디바이스 및 눈에 광(예컨대, 적외선)을 프로젝팅하기 위한 광원을 포함할 수 있으며, 이 광은 그 후 눈에 의해 반사되고 이미지 캡처 디바이스에 의해 검출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 카메라 조립체(630)는 프레임(80)(도 9d)에 부착될 수 있고, 카메라 조립체(630)로부터의 이미지 정보를 프로세싱할 수 있는 프로세싱 모듈들(140 및/또는 150)과 전기 통신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나의 카메라 조립체(630)가 각각의 눈을 별개로 모니터링하기 위해 각각의 눈에 대해 활용될 수 있다.
[0099]
이제 도 7을 참조하면, 도파관에 의해 출력된 출사 빔들의 예가 도시된다. 하나의 도파관이 예시되지만, 도파관 조립체(260)(도 6) 내의 다른 도파관들이 유사하게 기능할 수 있다는 것이 인지될 것이며, 여기서 도파관 조립체(260)는 다수의 도파관들을 포함한다. 광(640)은 도파관(270)의 입력 표면(460)에서 도파관(270)으로 주입되고 TIR에 의해 도파관(270) 내에서 전파된다. 광(640)이 DOE(570)에 충돌하는 포인트들에서, 광의 일부는 출사 빔들(650)로서 도파관을 나간다. 출사 빔들(650)은 실질적으로 평행한 것으로 예시되지만, 본원에 논의된 바와 같이, 이들 출사 빔들은 또한 도파관(270)과 연관된 깊이 평면에 따라, 임의의 각도로 눈(210)으로 전파되도록 재지향될 수 있다(예컨대, 발산하는 출사 빔들을 형성함). 실질적으로 평행한 출사 빔들은, 눈(210)으로부터 먼 거리(예컨대, 광학적 무한대)에 있는 깊이 평면 상에 세팅된 것처럼 보이는 이미지들을 형성하도록 광을 아웃커플링하는 아웃-커플링 광학 엘리먼트들을 갖는 도파관을 나타낼 수 있다는 것이 인지될 것이다. 다른 도파관들 또는 아웃커플링 광학 엘리먼트들의 다른 세트들은 더 발산하는 출사 빔 패턴을 출력할 수 있고, 이는 눈(210)이 망막 상에 포커싱을 맞추게 하기 위해 더 가까운 거리로 원근조절하는 것을 요구할 것이고 광학적 무한대보다 눈(210)에 더 가까운 거리로부터의 광으로서 뇌에 의해 해석될 것이다.
[0100]
일부 실시예들에서, 풀(full) 컬러 이미지는 컴포넌트 컬러들, 예컨대, 3개 또는 그 초과의 컴포넌트 컬러들 각각에 이미지들을 오버레이시킴으로써 각각의 깊이 평면에 형성될 수 있다. 도 8은 각각의 깊이 평면이 다수의 상이한 컴포넌트 컬러들을 사용하여 형성된 이미지들을 포함하는 스택된 도파관 조립체의 예를 예시한다. 예시된 실시예는 깊이 평면들(240a-240f)을 도시하지만, 더 많거나 더 적은 깊이들이 또한 고려될 수 있다. 각각의 깊이 평면은, 제1 컬러(G)의 제1 이미지; 제2 컬러(R)의 제2 이미지; 및 제3 컬러(B)의 제3 이미지를 포함해서, 자신과 연관된 3개 또는 그 초과의 컴포넌트 컬러 이미지들을 가질 수 있다. 상이한 깊이 평면들은 G, R 및 B 문자들 다음에 오는 디옵터들(dpt)에 대한 상이한 숫자들에 의해 도면에 표시된다. 단지 예들로서, 이들 문자들 각각 다음에 오는 숫자들은 디옵터들(1/m) 또는 뷰어로부터의 깊이 평면의 역 거리(inverse distance)를 표시하며, 도면들에서 각각의 박스는 개별 컴포넌트 컬러 이미지를 나타낸다. 일부 실시예들에서, 상이한 파장들의 광의 눈의 포커싱에서의 차이를 참작하기 위해, 상이한 컴포넌트 컬러들에 대한 깊이 평면들의 정확한 배치는 변동될 수 있다. 예컨대, 주어진 깊이 평면에 대한 상이한 컴포넌트 컬러 이미지들은 사용자로부터의 상이한 거리들에 대응하는 깊이 평면들 상에 배치될 수 있다. 이러한 어레인지먼트는 시력 및 사용자의 편안함을 증가시킬 수 있고 그리고/또는 색수차들을 감소시킬 수 있다.
[0101]
일부 실시예들에서, 각각의 컴포넌트 컬러의 광은 하나의 전용 도파관에 의해 출력될 수 있고, 결과적으로, 각각의 깊이 평면은 그것과 연관된 다수의 도파관들을 가질 수 있다. 이러한 실시예들에서, 문자들 G, R 또는 B를 포함하는 도면들 내의 각각의 박스는 개별 도파관을 나타내는 것으로 이해될 수 있고, 3개의 도파관들이 깊이 평면 당 제공될 수 있으며, 여기서 3개의 컴포넌트 컬러 이미지들이 깊이 평면 당 제공된다. 각각의 깊이 평면과 연관된 도파관들이 설명의 용이함을 위해 이 도면에서 서로 인접한 것으로 도시되지만, 물리적 디바이스에서, 도파관들은 모두 레벨 당 하나의 도파관을 갖는 스택으로 배열될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 일부 다른 실시예들에서, 다수의 컴포넌트 컬러들이 동일한 도파관에 의해 출력될 수 있어서, 예컨대, 단지 단일 도파관이 깊이 평면 당 제공될 수 있다.
[0102]
도 8을 계속 참조하면, 일부 실시예들에서, G는 녹색 컬러이고, R은 적색 컬러이고, B는 청색 컬러이다. 일부 다른 실시예들에서, 마젠타 및 시안을 포함하는, 다른 광의 파장들과 연관되는 다른 컬러들이 적색, 녹색 또는 청색 중 하나 이상을 대체할 수 있거나, 또는 이에 추가로 사용될 수 있다.
[0103]
본 개시내용 전반에 걸쳐 주어진 컬러의 광에 대한 참조는 그 주어진 컬러인 것으로서 뷰어에 의해 지각되는 광의 파장들의 범위 내의 하나 이상의 파장들의 광을 포함하는 것으로 이해될 것이란 점이 인지될 것이다. 예컨대, 적색 광은 약 620-780nm 범위의 하나 이상의 파장들의 광을 포함할 수 있고, 녹색 광은 약 492-577nm 범위의 하나 이상의 파장들의 광을 포함할 수 있으며, 청색 광은 약 435-493nm 범위의 하나 이상의 파장들의 광을 포함할 수 있다.
[0104]
일부 실시예들에서, 광원(530)(도 6)은 뷰어의 시각적 지각 범위 밖의 하나 이상의 파장들, 예컨대, 적외선 및/또는 자외선 파장들의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 또한, 디스플레이(250)의 도파관들의 인-커플링, 아웃-커플링 및 다른 광 재지향 구조들은 예컨대, 이미징 및/또는 사용자 자극 애플리케이션들을 위해 사용자의 눈(210)을 향하여 디스플레이 밖으로 이 광을 지향 및 방출하도록 구성될 수 있다.
[0105]
이제 도 9a를 참조하면, 일부 실시예들에서, 도파관에 충돌하는 광은 도파관 내로 그 광을 인-커플링하기 위해 재지향될 필요가 있을 수 있다. 인-커플링 광학 엘리먼트는 광을 그의 대응하는 도파관으로 재지향 및 인-커플링하는 데 사용될 수 있다. 도 9a는 인-커플링 광학 엘리먼트를 각각 포함하는 복수의 스택된 도파관들 또는 스택된 도파관들의 세트(660)의 예의 측 단면도를 예시한다. 도파관들은 각각 하나 이상의 상이한 파장들, 또는 하나 이상의 상이한 파장들의 범위들의 광을 출력하도록 구성될 수 있다. 스택(660)은 스택(260)(도 6)에 대응할 수 있고, 스택(660)의 예시된 도파관들은, 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400) 중 하나 이상으로부터의 광이 인-커플링을 위해 광이 재지향되도록 요구하는 포지션으로부터 도파관들로 주입되는 것을 제외하면, 복수의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)의 부분에 대응할 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0106]
스택된 도파관들의 예시된 세트(660)는 도파관들(670, 680, 및 690)을 포함한다. 각각의 도파관은, (도파관 상의 광 입력 영역으로서 또한 지칭될 수 있는) 연관된 인-커플링 광학 엘리먼트를 포함하며, 예컨대, 인-커플링 광학 엘리먼트(700)는 도파관(670)의 주 표면(예컨대, 상위 주 표면) 상에 배치되고, 인-커플링 광학 엘리먼트(710)는 도파관(680)의 주 표면(예컨대, 상위 주 표면) 상에 배치되며, 인-커플링 광학 엘리먼트(720)는 도파관(690)의 주 표면(예컨대, 상위 주 표면) 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720) 중 하나 이상은 각각의 도파관(670, 680, 690)의 최하부 주 표면 상에 배치될 수 있다(특히, 여기서 하나 이상의 인-커플링 광학 엘리먼트들은 반사성 편향 광학 엘리먼트들임). 예시된 바와 같이, 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은, 특히 이러한 인-커플링 광학 엘리먼트들이 투과성 편향 광학 엘리먼트들인 경우, 그의 각각의 도파관(670, 680, 690)의 상위 주 표면(또는 다음 하위 도파관의 최상부) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 각각의 도파관(670, 680, 690)의 바디에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본원에서 논의된 바와 같이, 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 파장 선택적이어서, 이들은 하나 이상의 광 파장들을 선택적으로 재지향시키면서 다른 광 파장들을 투과시킨다. 그의 각각의 도파관(670, 680, 690)의 한 측 또는 코너 상에서 예시되지만, 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 일부 실시예들에서, 그의 각각의 도파관(670, 680, 690)의 다른 영역들에 배치될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0107]
예시된 바와 같이, 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 서로 측방향으로 오프셋될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 인-커플링 광학 엘리먼트는, 광이 다른 인-커플링 광학 엘리먼트를 통과하지 않고 자신이 그 광을 수신하도록 오프셋될 수 있다. 예컨대, 각각의 인-커플링 광학 엘리먼트(700, 710, 720)는 도 6에 도시된 바와 같이 상이한 이미지 주입 디바이스(360, 370, 380, 390, 및 400)로부터 광을 수신하도록 구성될 수 있고, 다른 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)로부터 분리(예컨대, 측방향으로 이격)될 수 있어서, 그것은 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720) 중 다른 것들로부터의 광을 실질적으로 수신하지 않는다.
[0108]
각각의 도파관은 또한 연관된 광 분배 엘리먼트들을 포함하며, 예컨대, 광 분배 엘리먼트들(730)은 도파관(670)의 주 표면(예컨대, 최상부 주 표면) 상에 배치되고, 광 분배 엘리먼트들(740)은 도파관(680)의 주 표면(예컨대, 최상부 주 표면) 상에 배치되며, 광 분배 엘리먼트들(750)은 도파관(690)의 주 표면(예컨대, 최상부 주 표면) 상에 배치된다. 일부 다른 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 연관된 도파관들(670, 680, 690)의 최하부 주 표면 상에 각각 배치될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 연관된 도파관들(670, 680, 690)의 최상부 및 최하부 주 표면 둘 모두 상에 각각 배치될 수 있거나; 또는 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 상이한 연관된 도파관들(670, 680, 690)의 최상부 및 최하부 주 표면들 중 상이한 것들 상에 각각 배치될 수 있다.
[0109]
도파관들(670, 680, 690)은 예컨대, 기체, 액체 및/또는 고체 재료 층들에 의해 이격되고 분리될 수 있다. 예컨대, 예시된 바와 같이, 층(760a)은 도파관들(670, 680)을 분리할 수 있고; 층(760b)은 도파관(680 및 690)을 분리할 수 있다. 일부 실시예들에서, 층들(760a 및 760b)은 저 굴절률 재료들(즉, 도파관들(670, 680, 690) 중 바로 인접한 하나를 형성하는 재료보다 낮은 굴절률을 갖는 재료들)로 형성된다. 바람직하게는, 층들(760a, 760b)을 형성하는 재료의 굴절률은 도파관들(670, 680, 690)을 형성하는 재료의 굴절률보다 0.05 이상으로 크거나 또는 0.10 이하로 작다. 유리하게는, 더 낮은 굴절률 층들(760a, 760b)은 도파관들(670, 680, 690)을 통한 광의 TIR(total internal reflection)(예컨대, 각각의 도파관의 최상부 및 최하부 주 표면들 사이의 TIR)을 용이하게 하는 클래딩 층들로서 기능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 층들(760a, 760b)은 공기로 형성된다. 예시되지는 않았지만, 예시된 도파관들의 세트(660)의 최상부 및 최하부는 바로 이웃한 클래딩 층들을 포함할 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0110]
바람직하게는, 제조의 용이함 및 다른 고려사항들을 위해, 도파관들(670, 680, 690)을 형성하는 재료는 유사하거나 동일하며, 층들(760a, 760b)을 형성하는 재료는 유사하거나 동일하다. 일부 실시예들에서, 도파관들(670, 680, 690)을 형성하는 재료는 하나 이상의 도파관들 간에 상이할 수 있고, 그리고/또는 층들(760a, 760b)을 형성하는 재료는 여전히 위에서 언급된 다양한 굴절률 관계들을 유지하면서 상이할 수 있다.
[0111]
도 9a를 계속 참조하여, 광선들(770, 780, 790)이 도파관들의 세트(660) 상에 입사된다. 광선들(770, 780, 790)은 하나 이상의 이미지 주입 디바이스들(360, 370, 380, 390, 400)(도 6)에 의해 도파관들(670, 680, 690) 내로 주입될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0112]
일부 실시예들에서, 광선들(770, 780, 790)은 상이한 성질들, 예컨대, 상이한 파장들 또는 상이한 파장들의 범위들을 가지며, 이는 상이한 컬러들에 대응할 수 있다. 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 각각, 입사 광이 TIR에 의해 도파관들(670, 680, 690) 중 각각의 하나를 통해 전파되도록 광을 편향시킨다. 일부 실시예들에서, 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 각각, 하나 이상의 특정 광 파장들을 선택적으로 편향시키면서, 다른 파장들을 하부 도파관 및 연관된 인커플링 광학 엘리먼트로 투과시킨다.
[0113]
예컨대, 인-커플링 광학 엘리먼트(700)는, 상이한 제2 및 제3 파장들 또는 파장들의 범위들을 각각 갖는 광선들(780 및 790)을 투과시키면서 제1 파장 또는 파장들의 범위를 갖는 광선(770)을 편향시키도록 구성될 수 있다. 투과된 광선(780)은 제2 파장 또는 파장들의 범위의 광을 편향시키도록 구성된 인-커플링 광학 엘리먼트(710)에 충돌하고 그에 의해 편향된다. 광선(790)은 제3 파장 또는 파장들의 범위의 광을 선택적으로 편향시키도록 구성된 인-커플링 광학 엘리먼트(720)에 의해 편향된다.
[0114]
도 9a를 계속 참조하면, 편향된 광선들(770, 780, 790)은, 이들이 대응하는 도파관(670, 680, 690)을 통해 전파되도록 편향되는데; 즉, 각각의 도파관의 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 해당 대응하는 도파관(670, 680, 690) 내로 광을 인-커플링하도록 해당 대응하는 도파관 내로 광을 편향시킨다. 광선들(770, 780, 790)은 광이 TIR에 의해 각각의 도파관(670, 680, 690)을 통해 전파되게 하는 각도들로 편향된다. 광선들(770, 780, 790)은, 도파관의 대응하는 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)에 충돌할 때까지 TIR에 의해 각각의 도파관(670, 680, 690)을 통해 전파된다.
[0115]
이제 도 9b를 참조하면, 도 9a의 복수의 스택된 도파관들의 예의 사시도를 예시한다. 위에서 언급된 바와 같이, 인-커플링된 광선들(770, 780, 790)은 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)에 의해 각각 편향되고, 그 후 도파관들(670, 680, 690) 내에서 TIR에 의해 각각 전파된다. 그 후, 광선들(770, 780, 790)은 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)에 각각 충돌한다. 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은, 광선들(770, 780, 790)이 아웃-커플링 광학 엘리먼트(800, 810, 820)를 향해 각각 전파되도록 이들을 편향시킨다.
[0116]
일부 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 OPE(orthogonal pupil expander)들이다. 일부 실시예들에서, OPE들은 아웃-커플링 광학 엘리먼트들(800, 810, 820)로 광을 편향시키거나 분배하고, 일부 실시예들에서, 광이 아웃-커플링 광학 엘리먼트들로 전파될 때 이 광의 빔 또는 스폿 크기를 또한 증가시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 생략될 수 있고, 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 아웃-커플링 광학 엘리먼트들(800, 810, 820)에 광을 직접 편향시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 9a를 참조하면, 광 분배 엘리먼트들(730, 740, 750)은 아웃-커플링 광학 엘리먼트(800, 810, 820)로 각각 대체될 수 있다. 일부 실시예들에서, 아웃-커플링 광학 엘리먼트들(800, 810, 820)은 뷰어의 눈(210)(도 7)에 광을 지향시키는 EP(exit pupil)들 또는 EPE(exit pupil expander)들이다. OPE들은 적어도 하나의 축에서 아이 박스(eye box)의 치수들을 증가시키도록 구성될 수 있고, EPE들은 OPE들의 축과 교차하는, 예컨대, 직교하는 축에서 아이 박스를 증가시키는 것일 수 있다는 것이 인지될 것이다. 예컨대, 각각의 OPE는 OPE에 부딪치는 광의 일부를 동일한 도파관의 EPE로 재지향시키면서 광의 잔여 부분이 도파관을 따라 계속 전파되도록 허용하게 구성될 수 있다. OPE에 다시 충돌할 때, 잔여 광의 다른 부분은 EPE로 재지향되고, 그 부분의 잔여 부분은 도파관을 따라 추가로 계속 전파되는 식이다. 유사하게, EPE에 부딪치면, 충돌하는 광의 일부는 사용자를 향하여 도파관 밖으로 지향되고, 그 광의 잔여 부분은 그것이 EP에 다시 부딪칠 때까지 도파관을 통해 계속 전파되며, 이 때 충돌하는 광의 다른 부분은 도파관 밖으로 지향되는 식이다. 결과적으로, 인커플링된 단일 광 빔은 그 광의 일부가 OPE 또는 EPE에 의해 재지향될 때마다 "복제"될 수 있으며, 그리하여 도 6에 도시된 바와 같이 클론 광 빔들의 필드를 형성한다. 일부 실시예들에서, OPE 및/또는 EPE는 광 빔들의 크기를 수정하도록 구성될 수 있다.
[0117]
따라서, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 일부 실시예들에서, 도파관들의 세트(660)는 각각의 컴포넌트 컬러에 대해 도파관들(670, 680, 690; 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720); 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(730, 740, 750); 및 아웃-커플링 광학 엘리먼트들(예컨대, EP들)(800, 810, 820)을 포함한다. 도파관들(670, 680, 690)은 각각의 도파관 사이에 에어 갭/클래딩 층을 갖도록 스택될 수 있다. 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 (상이한 인-커플링 광학 엘리먼트들이 상이한 파장들의 광을 수신함에 따라) 입사 광을 자신의 도파관으로 재지향 또는 편향시킨다. 그 후, 광은 각각의 도파관(670, 680, 690) 내에서 TIR을 초래할 각도로 전파된다. 도시된 예에서, 광선(770)(예컨대, 청색 광)은 제1 인-커플링 광학 엘리먼트(700)에 의해 편향되고, 그 후 도파관을 따라 계속 바운싱(bounce)하여, 앞서 설명된 방식으로, 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(730) 및 그 후 아웃-커플링 광학 엘리먼트(예컨대, EP들)(800)와 상호작용한다. 광선들(780 및 790)(예컨대, 각각 녹색 및 적색 광)은 도파관(670)을 통과할 것이고, 광선(780)은 인-커플링 광학 엘리먼트(710)에 충돌하고 그에 의해 편향된다. 그 후, 광선(780)은 TIR을 통해 도파관(680)을 따라 바운싱되어, 자신의 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(740)로 그리고 그 후 아웃-커플링 광학 엘리먼트(예컨대, EP들)(810)로 진행된다. 마지막으로, 광선(790)(예컨대, 적색 광)은 도파관(690)을 통과하여 도파관(690)의 광 인-커플링 광학 엘리먼트들(720)에 충돌한다. 광 인-커플링 광학 엘리먼트들(720)은, 광선(790)이 TIR에 의해 광 분배 엘리먼트(예컨대, OPE들)(750)로, 그리고 그 후 TIR에 의해 아웃-커플링 광학 엘리먼트(예컨대, EP들)(820)로 전파되도록 그 광선을 편향시킨다. 그 후, 아웃-커플링 광학 엘리먼트(820)는 최종적으로 광선(790)을 뷰어에 아웃-커플링하며, 이 뷰어는 또한 다른 도파관들(670, 680)로부터 아웃-커플링된 광을 수신한다.
[0118]
도 9c는 도 9a 및 도 9b의 복수의 스택된 도파관들의 예의 하향식 평면도를 예시한다. 예시된 바와 같이, 각각의 도파관의 연관된 광 분배 엘리먼트(730, 740, 750) 및 연관된 아웃-커플링 광학 엘리먼트(800, 810, 820)와 함께, 도파관들(670, 680, 690)은 수직으로 정렬될 수 있다. 그러나, 본원에서 논의된 바와 같이, 인-커플링 광학 엘리먼트들(700, 710, 720)은 수직으로 정렬되지 않고; 오히려, 인-커플링 광학 엘리먼트들은 바람직하게는, 중첩되지 않는다(예컨대, 하향식 도면에서 보여지는 바와 같이 측방향으로 이격됨). 본원에서 추가로 논의되는 바와 같이, 이러한 중첩되지 않는 공간적 어레인지먼트는 일대일 기반으로 상이한 자원들로부터 상이한 도파관들로의 광의 주입을 용이하게 하고, 그리하여 특정 광원이 특정 도파관에 고유하게 커플링되도록 허용한다. 일부 실시예들에서, 중첩되지 않는 공간적으로-분리된 인커플링 광학 엘리먼트들을 포함하는 어레인지먼트들은 시프트된 동공 시스템으로서 지칭될 수 있고, 이러한 어레인지먼트들의 인커플링 광학 엘리먼트들은 서브 동공들에 대응할 수 있다.
[0119]
도 9d는 본원에서 개시된 다양한 도파관들 및 관련된 시스템들이 통합될 수 있는 웨어러블 디스플레이 시스템(60)의 예를 예시한다. 일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템(60)은 도 6의 시스템(250)이고, 도 6은 그 시스템(60)의 일부 부분들을 더 상세히 개략적으로 보여준다. 예컨대, 도 6의 도파관 조립체(260)는 디스플레이(70)의 부분일 수 있다.
[0120]
도 9d를 계속 참조하면, 디스플레이 시스템(60)은 디스플레이(70), 및 그 디스플레이(70)의 기능을 지원하기 위한 다양한 기계 및 전자 모듈들 및 시스템들을 포함한다. 디스플레이(70)는, 디스플레이 시스템 사용자 또는 뷰어(90)에 의해 착용 가능하고 사용자(90)의 눈들의 전방에 디스플레이(70)를 포지셔닝하도록 구성된 프레임(80)에 커플링될 수 있다. 디스플레이(70)는 일부 실시예들에서, 안경류(eyewear)로 고려될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스피커(100)는 프레임(80)에 커플링되고 사용자(90)의 외이도에 인접하게 포지셔닝되도록 구성된다(일부 실시예들에서, 도시되지 않은 다른 스피커가 선택적으로, 사용자의 다른 외이도에 인접하게 포지셔닝되어 스테레오/형상화 가능(shapeable) 사운드 제어를 제공할 수 있음). 디스플레이 시스템(60)은 또한 하나 이상의 마이크로폰들(110) 또는 사운드를 검출하기 위한 다른 디바이스들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로폰은 사용자가 시스템(60)에 입력들 또는 커맨드들(예컨대, 음성 메뉴 커맨드들의 선택, 자연어 질문 등)을 제공할 수 있도록 구성되고, 그리고/또는 다른 사람들(예컨대, 유사한 디스플레이 시스템들의 다른 사용자들)과의 오디오 통신을 허용할 수 있다. 마이크로폰은 또한, 오디오 데이터(예컨대, 사용자 및/또는 환경으로부터의 사운드들)를 수집하기 위한 주변 센서로서 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 디스플레이 시스템은 또한, 프레임(80)과 별개이고 사용자(90)의 신체(예컨대, 사용자(90)의 머리, 몸통, 사지(extremity) 등)에 부착될 수 있는 주변 센서(120a)를 포함할 수 있다. 주변 센서(120a)는 일부 실시예들에서, 사용자(90)의 생리적 상태를 특징화하는 데이터를 취득하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 센서(120a)는 전극일 수 있다.
[0121]
도 9d를 계속 참조하면, 디스플레이(70)는, 다양한 구성들로 장착될 수 있는, 예컨대, 프레임(80)에 고정적으로 부착되거나, 사용자에 의해 착용된 헬멧 또는 모자에 고정적으로 부착되거나, 헤드폰들에 매립되거나, 그렇지 않으면 사용자(90)에게 제거 가능하게 부착되는(예컨대, 백팩(backpack)-스타일 구성으로, 벨트-커플링 스타일 구성으로) 로컬 데이터 프로세싱 모듈(140)에 통신 링크(130)에 의해, 예컨대, 유선 리드 또는 무선 연결성에 의해, 동작 가능하게 커플링된다. 유사하게, 센서(120a)는 통신 링크(120b), 예컨대, 유선 리드 또는 무선 연결성에 의해 로컬 프로세서 및 데이터 모듈(140)에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)은 하드웨어 프로세서뿐 아니라, 디지털 메모리 예컨대, 비-휘발성 메모리(예컨대, 플래시 메모리 또는 하드 디스크 드라이브들)를 포함할 수 있고, 이 둘 모두는 데이터의 프로세싱, 캐싱(caching) 및 저장을 보조하기 위해 활용될 수 있다. 선택적으로, 로컬 프로세서 및 데이터 모듈(140)은 하나 이상의 CPU(central processing unit)들, GPU(graphics processing unit)들, 전용 프로세싱 하드웨어 등을 포함할 수 있다. 데이터는 a) 센서들(예컨대 프레임(80)에 동작 가능하게 커플링되거나 그렇지 않으면 사용자(90)에게 부착될 수 있음), 예컨대, (이를테면, 카메라들) 이미지 캡처 디바이스들, 마이크로폰들, 관성 측정 유닛들, 가속도계들, 컴퍼스(compass)들, GPS 유닛들, 라디오 디바이스들, 자이로(gyro)들 및/또는 본원에서 개시된 다른 센서들로부터 캡처되고; 및/또는 b) 원격 프로세싱 모듈(150) 및/또는 원격 데이터 리포지토리(repository)(160)(가상 콘텐츠에 관련된 데이터를 포함함)를 사용하여 취득 및/또는 프로세싱되는 (어쩌면, 이러한 프로세싱 또는 리트리벌(retrieval) 후 디스플레이(70)에 전달하기 위한) 데이터를 포함할 수 있다. 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)은 통신 링크들(170, 180)에 의해, 예컨대, 유선 또는 무선 통신 링크들을 통하여, 원격 프로세싱 모듈(150) 및 원격 데이터 리포지토리(160)에 동작 가능하게 커플링될 수 있어서, 이들 원격 모듈들(150, 160)은 서로 동작 가능하게 커플링되고 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)에 대한 자원들로서 이용 가능하다. 일부 실시예들에서, 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)은 이미지 캡처 디바이스들, 마이크로폰들, 관성 측정 유닛들, 가속도계들, 컴퍼스들, GPS 유닛들, 라디오 디바이스들 및/또는 자이로들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 이들 센서들 중 하나 이상은 프레임(80)에 부착될 수 있거나, 또는 유선 또는 무선 통신 통로들에 의해 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140)과 통신하는 자립형 구조들일 수 있다.
[0122]
도 9d를 계속 참조하면, 일부 실시예들에서, 원격 프로세싱 모듈(150)은, 예컨대, 하나 이상의 CPU(central processing unit)들, GPU(graphics processing unit)들, 전용 프로세싱 하드웨어 등을 포함하는, 데이터 및/또는 이미지 정보를 분석 및 프로세싱하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 원격 데이터 리포지토리(160)는 "클라우드" 자원 구성에서 인터넷 또는 다른 네트워킹 구성을 통하여 이용 가능할 수 있는 디지털 데이터 저장 설비를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 원격 데이터 리포지토리(160)는 정보, 예컨대, 증강 현실 콘텐츠를 생성하기 위한 정보를 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈(140) 및/또는 원격 프로세싱 모듈(150)에 제공하는 하나 이상의 원격 서버들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 모든 데이터는 저장되고 모든 컴퓨테이션들은 로컬 프로세싱 및 데이터 모듈에서 수행되어, 원격 모듈로부터 완전히 자율적인 사용을 허용한다. 선택적으로, CPU들, GPU들 등을 포함하는 외부 시스템(예컨대, 하나 이상의 프로세서들의 시스템, 하나 이상의 컴퓨터들)은 프로세싱 중 적어도 일부(예컨대, 이미지 정보의 생성, 데이터의 프로세싱)를 수행하고 예컨대, 무선 또는 유선 연결들을 통해 모듈들(140, 150, 160)에 정보를 제공하고 이들로부터 정보를 수신할 수 있다.
적응형 렌즈 조립체들
[0123]
도 6을 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 실시예들에 따른 일부 디스플레이 시스템들은 복수의 가상 깊이 평면들에서 이미지들을 형성하도록 구성된 도파관 조립체(260)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 이미지들은 예컨대, 상이한 깊이 평면들 중 하나에 있는 이미지를 형성하도록 구성된 복수의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)을 사용하여 형성될 수 있다. 도파관 조립체(260)는 또한 도파관들 사이에 복수의 렌즈들(320, 330, 340, 350)을 선택적으로 포함할 수 있다. 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 및/또는 복수의 렌즈들(320, 330, 340, 350)은 상이한 가상 깊이 평면들에 있는 이미지들을 형성하기 위해 다양한 광학 파워들을 가질 수 있다.
[0124]
그러나, 도파관들(270, 280, 290, 300, 310) 각각은 도파관 조립체(260)에 대한 전체 두께, 무게 및 비용을 증가시키기 때문에, 더 적은 도파관들로 복수의 가상 깊이 평면들에 있는 이미지들을 형성하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 종래의 렌즈 재료로 형성될 때, 선택적 렌즈들(320, 330, 340, 350) 각각은 디스플레이들에 밀리미터들 또는 수십 밀리미터들의 두께 및 대응하는 무게를 추가할 수 있다.
[0125]
본원에서 설명된 다양한 실시예들에서, 디스플레이 디바이스들은 도파관 조립체 및 하나 이상의 적응형 렌즈 조립체들을 사용하여 상이한 가상 깊이 평면들에 있는 이미지들을 형성하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 적응형 렌즈 조립체들은 종래의 렌즈들에 비해 상당히 더 가볍고 더 얇은(미크론) 액정들을 포함하고, 유리하게는, 스위칭 가능(예컨대, 전기적으로 스위칭 가능)하도록 구성될 수 있다. 유리하게는, 이러한 적응형 렌즈 조립체들은 조립체(260)와 같은 도파관 조립체의 수, 두께 및 무게를 감소시킬 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 광학 파워(굴절 파워, 포커싱 파워 또는 수렴 파워로서 또한 지칭됨)는 렌즈, 미러 또는 다른 광학 시스템이 광을 수렴 또는 발산시키는 정도이다. 이는 디바이스의 초점 길이의 역수 : P = 1/f와 동일하다. 즉, 높은 광 출력은 짧은 초점 길이에 대응한다. 광학 파워에 대한 SI 유닛은 공통적으로 디옵터라 불리는 인버스 미터(inverse meter)(m-1)이다. 본원에서 설명된 바와 같이, 수렴 렌즈들은 양의 광학 파워를 갖는 것으로 설명되는 반면, 발산 렌즈들은 음의 파워를 갖는 것으로 설명된다. 이론에 얽매임 없이, 광이 서로 비교적 근접한 둘 이상의 얇은 렌즈들을 통과할 때, 결합된 렌즈들의 광학 파워는 개별 렌즈들의 광학 파워들의 합으로서 근사될 수 있다. 따라서, 광이 제1 광학 파워(P1)를 갖는 제1 렌즈를 통과하고 추가로, 제2 광학 파워(P2)를 갖는 제2 렌즈를 통과할 때, 광은 광학 파워들의 합 P = P1 + P2에 따라 수렴 또는 발산하는 것으로 이해될 수 있다.
[0126]
도 10은 도파관 조립체(1012)에 의해 개재된, 광학 경로(1016)에 있는 하나 이상의 적응형 렌즈 조립체들, 예컨대, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008)을 포함하는 디스플레이 디바이스(1000), 예컨대 웨어러블 디스플레이 디바이스의 예를 예시한다. 위에서 설명된 바와 같이, 도파관 조립체는 내부 전반사 하에서 광(예컨대, 가시 광)을 전파시키고 도파관의 광 출력 표면(예컨대, 도파관의 주 표면)으로부터 (예컨대, 이 광 출력 표면에 수직인 방향으로) 연장되는 광학 축에서 광을 아웃커플링하도록 구성된 도파관을 포함한다. 일부 실시예들에서, 광은 회절 격자에 의해 아웃커플링될 수 있다. 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각은 자신들을 통해 아웃커플링된 광을 적어도 부분적으로 투과시키도록 구성될 수 있다. 예시된 실시예들에서, 적응형 렌즈 조립체들 각각은 도파관 조립체(1012)로부터 아웃커플링된 광을 수신하고 광학 축 방향으로 아웃커플링된 광을 수렴 또는 발산시키도록 구성될 수 있다. 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각은 스위칭 가능 파장판에 의해 개재된 제1 및 제2 파장판 렌즈들을 포함한다. 제1 및 제2 파장판 렌즈들 각각은 자신들을 통과하는 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하도록 구성될 수 있다. 스위칭 가능 파장판은 활성화될 때(예컨대, 전기적으로 활성화될 때) 자신을 통과하는 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하도록 구성될 수 있다.
[0127]
본원에서 사용되는 바와 같이, 적응형 렌즈 조립체는 외부 자극을 사용하여 조정될 수 있는, 예컨대, 가역적으로 활성화 및 비활성화될 수 있는 적어도 하나의 광학 성질을 갖는 렌즈 조립체를 지칭한다. 가역적으로 활성화 및 비활성화될 수 있는 예시적인 광학 성질들은 다른 성질들 중에서도, 광학 파워(초점 길이), 위상, 편광, 편광-선택성, 투과율, 반사율, 복굴절 및 회절 성질들을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 적응형 렌즈 조립체들은 자신을 통과하는 광의 광학 파워 및 편광 상태를 전기적으로 변동시킬 수 있다.
[0128]
예시된 실시예에서, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각은 전기적으로 활성화 및 비활성화되도록 구성되며, 여기서, 비활성화된 상태에서, 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각은 제1 광학 파워를 제공하는 반면, 활성화된 상태에서, 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각은 제1 광학 파워와 상이한 제2 광학 파워를 제공한다. 또한, 활성화된 상태에서, 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각은 자신을 통과하는 광(예컨대, 가시광)의 편광 상태를 변경하는 반면, 비활성화된 상태에서, 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각은 자신을 통과하는 광의 편광 상태를 보존한다. 예컨대, 활성화될 때, 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각은 원형 편광된 광의 핸디드니스를 역전시키는 반면, 비활성화될 때, 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각은 원형 편광된 광의 핸디드니스를 보존한다. 편광 상태는 주로 원형 편광 상태들을 참조하여 본원에서 설명되지만, 본 명세서에 설명된 시스템들 및 기술들 중 일부 또는 전부는 광에 다른 유형들의 편광 상태들(예컨대, 선형 편광 상태, 타원형 편광 상태 등)을 부여하고, 이러한 다른 유형들의 편광 상태들의 광과 차별적으로 상호작용하는 역할을 할 수 있다는 것이 이해된다.
[0129]
여전히 도 10을 참조하면, 디스플레이 디바이스(1000)는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 사이에 개재된 도파관 조립체(1012)를 더 포함한다. 도파관 조립체(1012)는 도 6의 하나 이상의 도파관들(270, 280, 290, 300, 310)과 유사한 하나 이상의 도파관들을 포함하는, 도 6과 관련하여 위에서 설명된 도파관 조립체(260)와 유사할 수 있다. 예컨대, 도 6 및 도 7과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 도파관은 도파관의 주 표면에 평행한 측방향으로 내부 전반사 하에서 광을 전파시키도록 구성될 수 있다. 도파관은 추가로, 예컨대 도파관의 주 표면에 수직인 방향으로 광을 아웃커플링하도록 구성될 수 있다.
[0130]
여전히 도 10을 참조하면, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)는 도파관 조립체(1012)의 제1 측, 예컨대, 사용자에 의해 관찰되는 세계(510) 측 상에 배치되고, 한 쌍의 렌즈 조립체들 중 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)는 도파관 조립체(1012)의 제2 측, 예컨대, 사용자의 눈(210) 측 상에 배치된다. 아래에 설명된 바와 같이, 구성된 바와 같은 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들은 실세계의 뷰뿐만 아니라 복수의 가상 깊이 평면들에서의 도파관 조립체(1012)로부터의 가상 콘텐츠를 사용자에게 제공한다. 일부 실시예들에서, 적응형 렌즈 조립체들의 존재로 인한 왜곡이 거의 또는 전혀 없다. 가상 콘텐츠 및 실세계의 뷰가 도 11a 및 도 11b와 관련하여 아래에 설명된 바와 같이, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008)의 활성화 시에 사용자에게 제공된다.
[0131]
본 명세서에 설명된 다양한 실시예들에서, 디스플레이 디바이스들은 세계 뷰의 가능한 왜곡을 조정하면서 증강 현실 콘텐츠를 디스플레이하기 위한 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 포함한다. 그러나, 실시예들이 그러한 것으로 제한되지 않으며 일부 구현들에서, 디스플레이 디바이스는 단지 하나의 적응형 렌즈 조립체만을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 구성은 디스플레이 디바이스가 증강 현실(AR) 콘텐츠보다는, 가상 현실(VR) 콘텐츠를 제공하도록 구성된 상황들에 대해 적합할 수 있다. 이러한 구성들에서, 도파관 조립체와 실세계 사이에 제2 적응형 렌즈 조립체가 필요하지 않을 수 있다. 따라서, 본원에서 개시된 실시예들 중 임의의 것은 하나의 적응형 렌즈 조립체 또는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
[0132]
도 11a 및 도 11b는 각각이 이미지 정보를 사용자에게 출력하도록 동작하는 적응형 렌즈 조립체들을 포함하는 디스플레이 디바이스들(1100A/1100B)의 예들을 예시한다. 무전력 상태에서의 디스플레이 디바이스들(1100A, 1100B)은 구조적으로 동일하다. 디스플레이 디바이스(1100A)는 가상 이미지를 사용자에게 출력하는 것을 설명하기 위해 본원에서 사용되는 반면, 디스플레이 디바이스(1100B)는 디스플레이 디바이스(1100B)를 통해 실세계 이미지를 사용자에게 투과시키는 것을 설명하기 위해 본원에서 사용된다. 디스플레이 디바이스(1100A/1100B)는 예컨대, 전압 또는 전류의 인가에 의해 전기적으로 활성화되도록 구성되는 한 쌍의 스위칭 가능 렌즈 조립체들(1004, 1008)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 비활성화된 상태에서, 예컨대, 전압 또는 전류가 인가되지 않을 때, 제1 및 제2 스위칭 가능 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각은 낮은, 예컨대, 거의 제로의 광학 파워를 갖는다. 일부 실시예들에서, 활성화된 상태에서, 예컨대, 전압 또는 전류가 인가될 때, 세계 측 상의 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)는 제1 부호를 갖는 제1 순 광학 파워(Pnet1), 예컨대 양의 광학 파워를 제공할 수 있다. 활성화된 상태에 있을 때, 사용자 측 상의 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)는 제2 부호를 갖는 제2 순 광학 파워(Pnet2), 예컨대 음의 광학 파워를 제공할 수 있다.
[0133]
도 11a는 일부 실시예들에 따라 가상 깊이 평면에서 사용자에게 가상 콘텐츠를 디스플레이하는 도 10의 디스플레이 시스템의 예를 예시한다. 위에서 설명된 바와 같이, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 사이에 개재된 도파관 조립체(1012)는 가상 이미지 정보를 포함하는 광을 수신하고 내부 전반사 하에서 광을 전파시키도록 구성된 도파관을 포함한다. 도파관 조립체(1012)는 추가로, 예컨대 회절 격자를 통해 눈(210)을 향해 광을 아웃커플링하도록 구성된다. 아웃커플링된 광은 눈(210)에 진입하기 전에 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)를 통과한다. 활성화될 때, 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)는, 사용자가 가상 깊이 평면(1104)의 가상 이미지를 보도록 음의 값을 가질 수 있는 제2 순 광학 파워(Pnet2)를 갖는다.
[0134]
일부 실시예들에서, 제2 순 광학 파워(Pnet2)는 전기적으로 조정되어 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)의 제2 순 광학 파워(Pnet2)를 조정하고 그리하여 가상 깊이 평면(1104)까지의 거리를 조정할 수 있다. 예컨대, 가상 객체가 가상의 3차원 공간 내에서 눈(210)에 대해 더 근접하게 그리고 추가로 "이동"함에 따라, 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)의 제2 순 광학 파워(Pnet2)는 가상 객체를 추적하기 위해 가상 깊이 평면 1(1104)이 조정되도록 상응하게 조정될 수 있다. 따라서, 사용자는 수락 가능한 임계치를 넘는 원근조절/이접운동 미스매칭이 비교적 거의 또는 전혀 경험하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 가상 깊이 평면(1104)까지의 거리의 크기는 이산 단계들에서 조정될 수 있는 반면, 일부 다른 실시예들에서, 가상 깊이 평면(1104)까지의 거리의 크기는 연속적으로 조정될 수 있다.
[0135]
도 11b는 일부 실시예들에 따라 사용자에게 실세계 콘텐츠의 뷰를 제공하는 도 10의 디스플레이 시스템의 예를 예시한다. 가상 깊이 평면(1104)에 있는 가상 콘텐츠를 디스플레이하기 위해 제2 순 광학 파워(Pnet2)를 갖도록 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)가 활성화될 때, 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)를 통과하는 실세계로부터의 광은 또한, 활성화된 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)의 Pnet2에 따라 수렴되거나 발산될 수 있다. 따라서 실세계의 객체들은 포커싱이 맞지 않게 나타날 수 있다. 이러한 왜곡을 완화시키기 위해, 실시예들에 따라, 활성화될 때, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008)은 반대 부호들을 갖는 광학 파워들을 갖도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008)을 통과하는 광은 각각 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008)의 제1 및 제2 순 광학 파워들(Pnet1, Pnet2)의 크기들 사이의 대략적인 차이인 크기를 갖는 결합된 광학 파워에 따라 수렴 또는 발산시킨다. 일부 실시예들에서, 도파관 조립체(1012)는 또한 광학 파워를 가질 수 있고, 적응형 렌즈 조립체(1008)는 렌즈 조립체(1004) 및 도파관 조립체(1012) 둘 모두에 의해 야기된 왜곡들을 참작하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 적응형 렌즈 조립체(1008)의 광학 파워는 렌즈 조립체(1004) 및 도파관 조립체(1012)의 광학 파워들의 합과 부호가 반대일 수 있다.
[0136]
일부 실시예들에서, 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)는 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)의 제2 순 광학 파워(Pnet2)의 크기에 근접하거나 그와 동일한 크기를 갖는 제1 순 광학 파워(Pnet1)를 갖도록 구성된다. 결과적으로, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 둘 모두가 동시에 활성화될 때, 실세계의 객체들은 가상 콘텐츠를 디스플레이하기 위해 제공된 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)의 광학 파워에 의해 비교적 영향을 받지 않는 것처럼 나타난다.
[0137]
일부 실시예들에서, 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)는, 활성화될 때, 제1 순 광학 파워(Pnet1)가 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)의 제2 순 광학 파워(Pnet2)와 동적으로 매칭되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제2 스위칭 가능 조립체(1008)의 제2 순 광학 파워(Pnet1)가 가상 3차원 공간 내에서 이동하는 가상 객체들을 추적하기 위해 조정될 때, 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)의 제1 순 광학 파워(Pnet1)는, 결합된 광학 파워(P = Pnet1 + Pnet2)의 크기가 미리 결정된 값 미만으로 유지될 수 있도록 동적으로 조정될 수 있다. 따라서, 실시예들에 따르면, 결합된 광학 파워 P = Pnet1 + Pnet2가 작게, 예컨대, 약 0m-1 근처에서 유지되도록 제1 적응 렌즈 조립체(1004)의 제1 순 광학 파워(Pnet1)로 음의 값을 가질 수 있는 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)의 제2 순 광학 파워(Pnet2)를 보상함으로써, 실세계의 객체들이 수락 불가능하게 포커싱이 맞지 않게 되는 것이 방지될 수 있다.
스위칭 가능 반파장판 및 파장판 렌즈들을 포함하는 적응형 렌즈 조립체
[0138]
위에서 논의된 바와 같이, 더 적은 도파관들로 복수의 깊이 평면들에 있는 이미지들을 형성하는 것의 이점들 중 하나는, 디스플레이 디바이스(예컨대, 도 10의 디스플레이 디바이스(1000))의 두께 및 무게의 전반적인 감소이다. 따라서, 예컨대, 유리 렌즈들 또는 프레넬 렌즈들을 포함하는 종래의 렌즈들은 본원에서 논의된 적응형 렌즈 조립체들에 대한 컴포넌트 렌즈들로서 부적합할 수 있다. 따라서, 본원에서의 다양한 실시예들은 콤팩트하고 경량이며 부가적인 광학 기능들, 예컨대 편광 도치를 제공하는 적응형 렌즈 조립체들을 제공한다. 일부 실시예들에서, 적응형 렌즈 조립체들(예컨대, 도 10, 도 11a, 도 11b의 1004, 1008)에 포함된 광학 컴포넌트들은 박막의 복굴절 재료로 형성된 스위칭 가능 파장판들 및/또는 파장판 렌즈들을 포함한다. 예컨대, 스위칭 가능 파장판들 및/또는 파장판 렌즈들은, 예컨대, 파장판의 평면에서의 배향들이 자신들을 통해 투과되는 광의 편광 상태를 변경하고 그리고/또는 그 광을 포커싱하도록 적응되는 액정들을 갖는 액정-기반 파장판들로 형성될 수 있다.
[0139]
효율적인 광 포커싱 및 편광 변경은 예컨대, 가상/증강/혼합 디스플레이 애플리케이션들을 위한 도파관-기반 시-쓰루 디스플레이들을 설계하는 데 있어서의 난제일 수 있다. 이들 및 다른 애플리케이션들을 위해, 구조가 고효율을 갖는 광학 파워 및 편광 변경을 포함해서, 다양한 광학 성질들을 최적화하도록 구성 가능한 재료로 형성된 렌즈들 및 파장판들을 갖는 것이 바람직하다. 이하에서는, 액정들, 예컨대 콜레스테릭(cholesteric) 액정들로 형성된 렌즈들 및 파장판들의 다양한 실시예들이 설명된다.
[0140]
키랄(네마틱) 상 또는 콜레스테릭 상에서의 CLC(cholesteric liquid crystal) 층의 액정 분자들은 액정 층의 법선 방향 또는 깊이 방향에서의 막의 포지션의 함수로서 디렉터의 연속적인 방위각 트위스트들을 갖도록 배열되는 복수의 액정 분자들을 특징으로 한다. 본원에서 설명된 바와 같이, 연속적인 방위각 트위스트들 갖도록 배열되는 액정 분자들은 본원에서 키랄 구조로서 집합적으로 지칭된다. 본원에서 설명된 바와 같이, 방위각 트위스트 또는 회전의 각도(φ)는 층 법선에 평행한 방향에 대해 액정 분자들의 디렉터들 사이의 각도로서 설명된다. 키랄 구조의 액정 분자들의 공간적으로 변동되는 디렉터는, 위에서 설명된 바와 같이 디렉터가 360도만큼 회전한 (예컨대, 액정 층의 층 법선 방향에서의) 거리로서 나선형 피치(p)가 정의되는 나선형 패턴을 형성하는 것으로서 설명될 수 있다.
[0141]
본원에서 설명된 일부 실시예들에 따라, 파장판 렌즈들 및/또는 스위칭 가능 파장판은 복수의 키랄 구조들을 포함하는 CLC(cholesteric liquid crystal) 층을 포함하며, 여기서 각각의 키랄 구조는 적어도 나선형 피치만큼 층 깊이 방향으로 연장되고 제1 회전 방향으로 연속적으로 회전되는 복수의 액정 분자들을 포함한다. 나선형 피치는, 제1 회전 방향의 한 번의 풀 회전(full rotation)에 의한 키랄 구조들의 액정 분자들의 순 회전각(net rotation angle)에 대응하는 층 깊이 방향의 길이이다.
[0142]
액정-기반 파장판 렌즈들의 일 예는 도 12a 및 도 12b와 관련하여 예시된다.
[0143]
도 12a 및 도 12b는, 각각이 기판(1204)의 주 표면을 따라 축 방향(예컨대, x-방향 또는 y-방향)에 평행한 방향에 대해 상이한 신장 방향들을 따라 신장된 액정 분자들(1208)이 형성되어 있는 투명 기판(1204), 예컨대 유리 기판을 포함하는 파장판 렌즈들(1200A 및 1200B)의 예들을 각각 예시한다. 즉, 액정 분자들(1208)은 상이한 회전 각도(φ) 만큼 기판(1204)의 주 표면에 수직인 방향(예컨대, z-방향)을 중심으로 회전되며, 여기서 φ는 층 법선에 평행한 방향(예컨대, x-방향 또는 y-방향)에 대한 액정 분자들의 신장의 방향 사이의 각도로서 설명된다.
[0144]
도시된 구현들에서, 중앙 축(C)으로부터 주어진 반경에서 액정 분자들(1208)은 동일한 회전 각도(φ)를 갖는다. 배열된 바와 같이, 액정 분자(1208)는 시준된 광 빔을 초점 길이의 포인트에 포커싱하도록 구성된다. 어떠한 이론에도 얽매임 없이, 액정 분자들(1208)의 회전 각도(φ)는 
에 비례할 수 있으며, 여기서 r2은 C로부터의 반경 거리이고 k0 = 2π/λ는 회절 파장판 렌즈에 의해 포커싱되는 광의 파수이고, 1은 광의 파장이고, f는 파장판 렌즈들(1200A, 1200B)의 초점 길이이다. + 및 ― 부호는 파장판 렌즈들(1200A, 1200B)의 중심(C)에 가장 가까운 액정 분자들(1208)에 대한 액정 분자들(1208)의 회전 방향에 대응할 수 있다.
[0145]
파장판 렌즈들(1200A 및 1200B)의 액정 분자들(1208)의 패턴들은 서로 플립된 이미지들을 표현한다는 것이 인지될 것이다. 즉, 파장판 렌즈들(1200A, 1200B) 중 하나는 파장판 렌즈들(1200B, 1200B) 중 다른 하나를 축 방향(예컨대, x-방향 또는 y-방향) 주위에서 180도만큼 회전시킴으로써 획득될 수 있다. 구성된 바와 같이, 파장판 렌즈들(1200A 및 1200B)의 초점 길이들 및 광학 파워들은 크기는 동일하지만 부호가 반대이다.
[0146]
일부 구현들에서, 파장판 렌즈들(1200A 및 1200B) 각각은 반파장판 렌즈들로서 역할을 할 수 있다. 반파장판 렌즈로서 구성될 때, 파장판 렌즈들(1200A 및 1200B) 각각은 입력 빔의 편광에 대한 각도(2α)만큼 선형 편광된 광의 평면을 회전시키며, 여기서 α는 입력 편광 방향과 파장판 축 사이의 각도이다. 원형 편광된 빔에 대해, 이러한 각도 변화는 위상 시프트 및 편광 핸디드니스의 역전으로 변환된다. 따라서, ± 2α 위상 시프트는 편광 핸디드니스에 의존하는 위상 시프트의 부호를 갖는 원형 편광된 빔에서 생성될 수 있다.
[0147]
도 12c는 일부 실시예들에 따라, 광의 편광 및 광이 입사되는 측에 의존하여 자신을 통과하는 광을 발산 또는 수렴시키는 파장판 렌즈의 예들을 예시한다. 반-파장판 렌즈로서 구성될 때, 예시된 파장판 렌즈(1200A)는 제1 측 상에서 입사되는 우향 원형 편광된(right- hand circular polarized; RHCP) 광 빔(1212)을, 좌향 원형 편광(left-hand circular polarized; LHCP) 빔(1216)으로 발산시키도록 구성될 수 있다. 한편으로, 파장판 렌즈(1200A)는 제1 측에 대향하는 제2 측 상에서 입사되는 RHCP 광 빔(1220)을 좌향 원형 편광된(LHCP) 빔(1224)으로 수렴시키도록 구성될 수 있다.
[0148]
파장판 렌즈(1200B)에 대해, 상황이 역전된다. 도 12d에 도시된 바와 같이, 반-파장판으로서 구성될 때, 파장판 렌즈(1200B)는 제1 측 상에서 입사되는 LHCP 광 빔(1228)을 RHCP 빔(1232)으로 수렴시키도록 구성될 수 있다. 한편으로, 파장판 렌즈(1200B)는 제1 측에 대향하는 제2 측 상에서 입사되는 LHCP 광 빔(1236)을 RHCP 빔(1240)으로 발산시키도록 구성될 수 있다.
[0149]
따라서, 액정들(1208)의 회전 각도 방향 및 방사상 분포를 제어함으로써, 파장판 렌즈는 어느 하나의 핸디드니스를 갖는 원형 편광된 광을 수렴 또는 발산시키도록 구성될 수 있다. 액정들의 회전 각도들 사이의 관계에 기초하여, 광학 파워가 증가 또는 감소될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 또한, 일부 실시예들에서, 전기장을 인가함으로써 액정들이 정렬되고 정렬되지 않을 수 있다. 따라서, 광학 파워가 제로에 가까운 한계에서, 파장판 렌즈들은 파장판들, 예컨대 스위칭 가능 파장판들로서 사용될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0150]
도 13a는 일부 실시예들에 따라, 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장판을 포함하는 적응형 렌즈 조립체의 예를 예시한다. 적응형 렌즈 조립체(1300)는 예컨대, 도 10, 도 11a 및 도 11b와 관련하여 위에서 설명된 한 쌍의 스위칭 가능 파장판 조립체들(1004, 1008) 중 어느 하나로서 구성될 수 있다. 도 13b는 도 13a에 예시된 적응형 렌즈 조립체(1300)의 스위칭 가능 파장판이 비활성화될 때 동작하는 스위칭 가능 파장판 조립체(1300A)를 예시하는 반면, 도 13c는 도 13a에 예시된 적응형 렌즈 조립체(1300)의 스위칭 가능 파장판이 활성화될 때 동작하는 스위칭 가능 조립체(1300B)를 예시한다. 적응형 렌즈 조립체(1300)는 도파관 조립체(1012)(도 10, 도 11a, 도 11b)로부터 아웃커플링된 광을 커플링하고 자신을 통해 투과시키도록 구성된다. 적응형 렌즈 조립체(1300)는 제1 파장판 렌즈(L1/HWP1)(1304), 예컨대 제1 반-파장판 렌즈, 제2 파장판 렌즈(L2/HWP2)(1308), 예컨대 제2 반-파장판 렌즈, 및 스위칭 가능 파장판(HWP3)(1312), 예컨대 스위칭 가능 반파장판을 포함한다.
[0151]
다양한 실시예들에서, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308) 각각은 렌즈 및 반파장판으로서 역할을 하도록 구성된다. 도 12a 및 도 12b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 반-파장판으로서 구성될 때, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308) 각각은 제1 핸디드니스의 원형 편광을 갖는 광(제1 HCP)을 제2 핸디드니스의 원형 편광을 갖는 광(제2 HCP)으로 변환하도록 구성된다. 즉, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308) 각각은 자신을 통과하는 광을, LHCP 또는 RHCP를 갖는 광으로부터 RHCP 또는 LHCP를 갖는 광으로 각각 변환하도록 구성된다.
[0152]
다양한 실시예들에서, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308) 각각은 주어진 편광에 대해, 제1 렌징 효과 또는 제1 렌징 효과에 상반되는 제2 렌징 효과를 갖는 렌즈로서 역할을 하도록 구성된다. 즉, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308) 각각은 자신을 통과하는 광을 수렴 또는 발산시키도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308) 각각은 입사 광의 편광 상태에 의존하여 상반되는 렌징 효과들을 갖도록 구성될 수 있다. 예컨대, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308) 각각은, 제2 HCP를 갖는, 자신에 입사되는 광을 디포커싱하도록 구성되면서, 제1 HCP를 갖는 자신에 입사되는 광을 포커싱하도록 구성될 수 있다.
[0153]
일부 실시예들에서, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308)는 주어진 HCP를 갖는 광에 대해 동일한 렌징 효과를 갖도록 구성된다. 즉, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308) 둘 모두는 LHCP를 갖는 광을 포커싱하고, RHCP를 갖는 광을 포커싱하고, LHCP를 갖는 광을 디포커싱하거나 RHCP를 갖는 광을 디포커싱하도록 구성될 수 있다.
[0154]
일부 실시예들에서, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308) 각각은, 도 12a 및 도 12b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 각각의 파장판 렌즈들(1304, 1308)의 중심 축으로부터 주어진 반경에서 액정들이 동일한 회전 각도(φ)를 갖도록 신장되고 회전되는 액정 분자를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 파장판 렌즈들(1304, 1308) 각각은 자신을 통과하는 광의 편광 상태를 변경하도록, 예컨대, 편광 상태를 반전시키도록 구성된다. 스위칭 가능 파장판(1312)은 전기적으로 활성화될 때 자신을 통과하는 광의 편광 상태를 변경하도록, 예컨대, 편광 상태를 반전시키도록 구성되면서, 비활성화될 때 자신을 통과하는 광의 편광 상태를 변경하지 않고 실질적으로 광을 통과시키도록 구성된다. 스위칭 가능 파장판(1312)을 스위칭하기 위한 전기 신호, 예컨대 전류 신호 또는 전압 신호는 스위칭 가능 파장판에 전기적으로 연결된 스위칭 회로(1316)에 의해 제공될 수 있다.
[0155]
다양한 실시예들에서, 활성화될 때, 예컨대 스위칭 회로(1316)에 의해 제공되는 전압 또는 전류 신호를 사용하여 전기적으로 활성화될 때, HWP3(1312B)(도 13c)는 반파장판으로서 역할을 한다. 즉, 활성화될 때, HWP3(1312B)(도 13c)은 자신을 통과하는 광을, LHCP 또는 RHCP를 갖는 광으로부터 RHCP 또는 LHCP를 갖는 광으로 각각 변환하도록 구성된 반파장판으로서 역할을 한다. 따라서, 활성화될 때 L1/HWP1(1304), L2/HWP2(1308) 및 HWP3(1312B)(도 13c) 각각은 제1 핸디드니스의 원형 편광을 갖는 광(제1 HCP)을 제2 핸디드니스의 원형 편광을 갖는 광(제2 HCP)으로 변환하도록 구성된다.
[0156]
다양한 실시예들에서, 비활성화될 때, 예컨대, 전압 또는 전류 신호를 제거함으로써 예컨대, 스위칭 회로(1316)에 의해 제공된 전압 또는 전류 신호를 사용하여 전기적으로 비활성화될 때, HWP3(1312A)(도 13b)은 편광에 영향을 미치거나 어떠한 렌징 효과도 제공하지 않고 광에 대한 투과 매체로서 역할을 한다.
[0157]
일부 실시예들에서, 단일 파장판 렌즈(1304 및/또는 1308)는 파장판 렌즈 및 스위칭 가능 반파장판 둘 모두로서 기능할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 전용 스위칭 가능 반파장판(1312)은 생략될 수 있다.
[0158]
도 13b는 일부 실시예들에 따라, 스위칭 가능 파장판이 비활성화된 상태의 동작에서 도 13a의 적응형 렌즈 조립체의 예를 예시한다. 적응형 렌즈 조립체(1300A)는 스위칭 가능 파장판(1312)이 비활성화될 때, 예컨대 스위칭 회로(1316)에 의해 스위칭 가능 파장판(1312)에 어떤 전류 또는 전압도 인가되지 않을 때 비활성화될 수 있다. 적응형 렌즈 조립체(1300A)는 (세계 측 상의) 제1 적응형 렌즈 조립체(1004) 또는 (사용자 측 상의) 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)에 대응할 수 있다. 단지 예로서, 적응형 렌즈 조립체(1300A)는 가상 이미지를 디스플레이하지 않고 사용자에게 실세계의 뷰를 디스플레이하는 디스플레이 디바이스(1000)(도 10)의 부분으로서, 제1 적응형 렌즈 조립체(1004) 또는 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)에 대응하는 것으로 설명될 것이다. 예컨대, 디스플레이 디바이스(1000)(도 10)는 통상의 안경 또는 통상의 고글로서 사용될 수 있다. L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308) 각각은 자신을 통과하는, 제1 HCP, 예컨대 LHCP를 갖는 광에 대한 제1 렌징 효과, 예컨대 발산 효과를 갖도록 구성될 수 있다. L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308) 각각은 또한, 자신을 통과하는 상반되는 HCP, 예컨대 RHCP를 갖는 광에 대해 제1 렌징 효과에 상반되는 제2 렌징 효과, 예컨대 수렴 효과를 갖도록 구성될 수 있다.
[0159]
예시된 실시예에서, 광 빔(1320)은, 디스플레이 디바이스(1300A)가 가상 콘텐츠를 디스플레이하지 않고 통상의 안경 또는 고글로서 사용되는 동안 (세계 측 상의) 제1 적응형 렌즈 조립체(1004) 또는 (사용자 측 상의) 제2 적응형 렌즈 조립체(1008) 상에 입사되는 세계로부터의 광 빔을 표현할 수 있다. 단지 예로서, 제1 HCP, 예컨대 LHCP를 갖는 광 빔(1320)은, 빔(1320)이 L1/HWP(1304)에 충돌하여 거기를 통해 투과될 때까지 예컨대, 양의 z-방향으로 이동한다. L1/HWP1(1304)은 LHCP를 갖는 광 빔(1320)을 RHCP를 갖는 광 빔(1324)으로 변환한다. L1/HWP1(1304)은 또한 렌즈로서 구성되기 때문에, L1/HWP1(1304)은 또한 L1/HWP1(1304)의 제1 광학 파워(P1)에 따라 광 빔(1320)을 발산시킨다.
[0160]
RHCP를 갖는 광 빔(1324)은 후속적으로 비활성화된 상태의 HWP3(1312A) 상에 입사된다. HWP3(1312A)가 비활성화되기 때문에, RHCP를 갖는 광 빔(1324)은 편광 또는 렌징 효과의 관점에서 실질적으로 영향을 받지 않고 HWP3(1312A)를 투과하여 RHCP를 갖는 광 빔(1328A)으로서 L2/HWP2(1308) 상에 입사된다. 위에서 설명된 바와 같이, 사용자 측 상의 적응형 렌즈 조립체(예컨대, 도 10의 제2 적응형 렌즈 조립체(1004))로서 구성될 때, L2/HWP2(1308)는 예시된 실시예에서 L1/HWP1(1304)과 유사하게, 즉 편광을 변환하고 LHCP를 갖는 광을 발산하면서 RHCP를 갖는 광을 수렴시키도록 구성된다. 따라서, RHCP를 갖는 광 빔(1328A)은 LHCP를 갖는 광 빔(1332)으로 다시 변환된다. 따라서, HWP3(1312A)가 비활성화될 때, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308)는 상반되는 편광들을 갖는 광 빔을 투과시켜서, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308)는 자신을 통과하는 광에 대해 상반되는 렌징 효과를 갖는다. 즉, L2/HWP2(1304) 상에 입사되는 광 빔(1328A)이 RHCP를 갖기 때문에, 제1 광학 파워(P1)에 따라 발산되는, L1/HWP1(1304)을 빠져나가는 광 빔(1324)과 달리, L2/HWP2(1308)를 빠져나가는 광 빔(1332A)은 제2 광학 파워(P2)에 따라 수렴된다. 그 후, 비활성화된 상태의 적응형 렌즈 조립체(1300A)를 빠져나가면, 광 빔(1332A)은 눈으로 볼 수 있다.
[0161]
일부 실시예들에서, HWP3(1312A)가 비활성화될 때, 음(즉, 발산)일 수 있는 L1/HWP1(1304)의 제1 광학 파워(P1) 및 양(즉, 수렴)일 수 있는 L2/HWP2(1308)의 제2 광학 파워(P2)는 실질적으로 동일하거나 매칭되는 크기들을 가질 수 있다. 이들 실시예들에서, 대략 P1 + P2일 수 있는 적응형 렌즈 조립체(1300A)의 순 광학 파워(Pnet)는, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308)의 렌징 효과들의 보상으로 인해, 실질적으로 0일 수 있다. 그러나, 실시예들은 이러한 것으로 제한되지 않고, 제1 및 제2 광학 파워들(P1, P2)은 상이한 크기들을 가질 수 있어서, 순 광학 파워(Pnet)는 비제로 값을 가질 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 비제로 Pnet은 사용자의 안경 처방과 동일할 수 있고, 그리하여 사용자의 눈들의 포커싱 에러들(예컨대, 굴절 포커싱 에러들)에 대한 보정들을 허용한다.
[0162]
예시된 실시예에서, 입사 광 빔(1320)은 LHCP를 갖지만, 입사 광 빔(1320)이 RHCP를 가질 때 유사한 결과가 초래될 것이라는 것이 인지될 것이다. 즉, 광 빔(1320)이 RHCP를 가질 때, 광 빔들(1324 및 1328A)은 LHCP를 가지며, 예시된 실시예와 달리, 광 빔들(1324 및 1328A)은 광 빔(1320)에 대해 수렴된다. 마찬가지로, L2/HWP2(1308)는 L1/HWP1(1304)에 의해 수렴된 광 빔(1328A)을 발산하여서, 순 광학 파워(Pnet)는 실질적으로 0일 수 있다.
[0163]
L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308)의 렌징 효과들 및 도 13b와 관련하여 위에서 설명된 입사 광 빔들의 편광 상태에 대한 렌징 효과의 선택성은 단지 일 예로서 역할을 하며, 다른 구성들이 가능하다는 것이 인지될 것이다. 예컨대, 도 13b에서, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308)는 RHCP를 갖는 광을 수렴하면서 LHCP를 갖는 광을 발산시키도록 구성되지만, 다른 실시예들에서, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308)는 RHCP를 갖는 광을 발산하면서 LHCP를 갖는 광을 수렴시키도록 구성될 수 있다.
[0164]
요약하면, 일부 실시예들에서, 적응형 렌즈 조립체(1300A)의 HWP3(1312A)가 비활성화된 상태에 있을 때, 출사 광 빔(1332A)은 입사 광 빔(1320)과 동일한 HCP를 가지며, L1/HWP1(1304)의 P1과 L2/HWP2(1308)의 P2 사이의 렌즈 효과들의 보상으로 인해 렌즈 효과의 관점에서 입사 광 빔(1320)과 실질적으로 매칭될 수 있다. 결과적으로, 사용자가 가상 콘텐츠를 보고 있지 않을 때, 세계의 뷰는 적응형 렌즈 조립체들(도 10, 도 11a, 도 11b의 1004, 1008)의 존재에 의해 비교적 영향을 받지 않는다.
[0165]
도 13c는 일부 실시예들에 따라, 스위칭 가능 파장판이 활성화된 상태의 동작에서 도 13a의 적응형 렌즈 조립체의 예를 예시한다. 적응형 렌즈 조립체(1300B)는 스위칭 가능 파장판(1312B)이 활성화될 때, 예컨대 스위칭 회로(1316)에 의해 스위칭 가능 파장판(1312B)에 전류 또는 전압도 인가될 때 활성화될 수 있다. 적응형 렌즈 조립체(1300B)는 예컨대, (세계 측 상의) 제1 적응형 렌즈 조립체(1004) 또는 (사용자 측 상의) 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)에 대응할 수 있다. 이하에서, 예로서, 적응형 렌즈 조립체(1300B)는 먼저, 사용자에게 가상 이미지를 출력하는 디스플레이 디바이스(예컨대, 도 11a의 디스플레이 디바이스(1100A))의 부분으로서, 사용자 측 상의 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)로서 구성되는 것으로 설명될 것이다. 후속적으로, 적응형 렌즈 조립체(1300B)는, 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)의 렌즈 효과들로 인한 실세계의 뷰의 왜곡을 감소시키거나 본질적으로 제거하기 위해, 사용자에게 가상 이미지를 출력하면서 실세계의 뷰를 동시적으로 투과시키는 디스플레이 디바이스(1100B)(도 11b)의 부분으로서, 세계 측 상의 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)로서 구성되는 것으로 설명될 것이다.
[0166]
사용자 측 상의 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)(도 11a)로서 구성될 때, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308) 각각은 자신을 통과하는, HCP 중 하나, 예컨대 LHCP를 갖는 광을 발산시키도록 구성될 수 있다. L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308) 각각은 또한 자신을 통과하는, 다른 HCP, 예컨대 RHCP를 갖는 광을 수렴시키도록 구성될 수 있다.
[0167]
도 11a와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 도파관 조립체(1012) 내에서 예컨대, 내부 전반사에 의해 x-방향으로 전파되는 광의 일부는 z-방향으로 재지향되거나 아웃-커플링될 수 있다. 도파관 조립체(1012)(도 11a)로부터 아웃-커플링된 광은 LHCP를 갖는 원형 편광된 광 빔(1320)으로서 스위칭 가능 렌즈 조립체(1300B) 상에 입사될 수 있다. 광 빔(1320)은, 광 빔(1320)이 L1/HWP(1304)에 충돌하여 거기를 통해 투과될 때까지 예컨대, 양의 z-방향으로 이동한다. L1/HWP1(1304)은 LHCP를 갖는 광 빔(1320)을 RHCP를 갖는 광 빔(1324)으로 변환한다. L1/HWP1(1304)은 LHCP를 갖는 광을 발산시키도록 구성되기 때문에, 광 빔(1324)은 또한 L1/HWP1(1304)의 제1 광학 파워(P1)에 따라 발산된다.
[0168]
RHCP를 갖는 광 빔(1324)은 후속적으로 활성화된 상태의 HWP3(1312B) 상에 입사된다. 도 13b와 관련하여 위에서 예시된 비활성화된 HWP(1312A)와 달리, HWP3(1312B)가 활성화되기 때문에, HWP3(1312B)을 통해 투과되는 RHCP를 갖는 광 빔(1324)은 LCHP를 갖는 광 빔(1328B)으로 변환된다. 후속적으로, LHCP를 갖는 광 빔(1328B)이 L2/HWP2(1308) 상에 입사된다. 도 13b와 관련하여 위에서 예시된 광 빔(1328A)과 달리, L2/HWP2(1308) 상에 입사되는 광 빔(1328B)은 LHCP를 갖기 때문에, L2/HWP2(1308)는 추가로, 제2 광학 파워(P2)에 따라 광 빔(1328B)을, RHCP를 갖는 광 빔(1332B)으로 발산시킨다. 즉, 도 13b와 관련하여 예시된 HWP(1312A)의 비활성화된 상태와 달리, HWP(1312B)가 활성화되기 때문에, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP1(1304)은 동일한 편광인 LHCP를 갖는 광 빔들을 투과시키도록 구성된다. 따라서, 도 13b와 관련하여 예시된 보상 효과를 갖는 L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308)와는 달리, 도 13c의 L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308)는 자신을 통과하는 광에 대해 부가적인 렌징 효과를 갖는다. 즉, L1/HWP1 상에 입사되는 광 빔(1320) 및 L2/HWP2(1304) 상에 입사되는 광 빔(1328B) 둘 모두가 LHCP를 갖기 때문에, L2/HWP2(1308)을 빠져나가는 광 빔(1332B)은 L1/HWP1(1304)에 의해 발산되는 것 외에도, 추가로 발산될 것이다. 그 후, 활성화된 상태의 적응형 렌즈 조립체(1300B)를 빠져나가면, 광 빔(1332A)은 눈으로 볼 수 있다.
[0169]
일부 실시예들에서, L1/HWP1(1304)의 제1 광학 파워(P1) 및 L2/HWP2(1308)의 제2 광학 파워(P2) 둘 모두는 음(즉, 발산)일 수 있고, 실질적으로 동일하거나 매칭되는 크기들을 가질 수 있다. 이들 실시예들에서, 대략 P1 + P2일 수 있는 적응형 렌즈 조립체(1300B)의 순 광학 파워(Pnet)는, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308)의 결합의 부가적인 렌즈 효과로 인해, 실질적으로 P1 또는 P2의 것의 2배일 수 있다. 그러나, 실시예들은 이에 제한되지 않고, 제1 및 제2 광학 파워들(P1, P2)은 상이한 크기들을 가질 수 있다.
[0170]
예시된 실시예에서, 입사 광 빔(1320)은 LHCP를 갖지만, 입사 광 빔(1320)이 RHCP를 가질 때 유사한 결과가 초래될 것이라는 것이 인지될 것이다. 즉, 광 빔(1320)이 RHCP를 가질 때, 예시된 실시예와 달리, 결과적인 광 빔(1332B)은 LHCP를 가지며 순 광학 파워(Pnet)에 따라 L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308)에 의해 수렴되며, 이는 대략적으로 제1 및 제2 광학 파워들(P1 및 P2)의 크기들의 합인 크기를 갖는다.
[0171]
L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308)의 렌징 효과들 및 도 13c와 관련하여 위에서 설명된 입사 광 빔들의 편광 상태에 대한 렌징 효과의 의존성은 단지 일 예로서 역할을 하며, 다른 구성들이 가능하다는 것이 인지될 것이다. 예컨대, 도 13b에서, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308)는 RHCP를 갖는 광을 수렴하면서 LHCP를 갖는 광을 발산시키도록 구성되지만, 다른 실시예들에서, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308)는 RHCP를 갖는 광을 수렴하면서 LHCP를 갖는 광을 발산시키도록 반대로 구성될 수 있다.
[0172]
결과적으로, 일부 실시예들에서, 적응형 렌즈 조립체(1300B)의 스위칭 가능 반파장판(1312B)이 활성화된 상태에 있을 때, 출사 광 빔(1332B)은 입사 광 빔(1320)에 대해 상반되는 HCP를 가지며, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308)의 부가적인 광학 파워들(P1 및 P2)에 따라 발산될 수 있다. 결과적으로, 사용자가 가상 콘텐츠를 볼 때, 가상 콘텐츠는 그 값이 대략 Pnet = P1 + P2인 순 광학 파워에 따라 눈(210)으로 포커싱된다.
[0173]
위에서, 활성화된 상태의 적응형 렌즈 조립체(1300B)는 도 11a와 관련하여 위에서 설명된 디스플레이 디바이스(1100A)에서 사용자 측 상의 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)로서 구성될 때 설명되었다. 그러나, 도 11b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 어떠한 보상 효과도 없이, 사용자의 눈들(210)에 가상 콘텐츠를 디스플레이하기 위해 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)를 활성화하는 것은 실세계의 뷰의 디포커싱 또는 왜곡을 초래할 수 있으며, 이는 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 가상 콘텐츠를 디스플레이하기 위해 활성화될 때, 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)의 렌즈 효과를 적어도 부분적으로 보상하거나 무효화하도록 세계 측 상의 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)를 구성하는 것이 바람직할 수 있다.
[0174]
다시 도 13c를 참조하면, 사용자 측 상의 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)(도 11b)의 렌즈 효과를 무효화하기 위해 세계 측 상의 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)(도 11b)로서 구성될 때, 적응형 렌즈 조립체(1300B)의 컴포넌트들은 도 11b와 관련하여 위에서 설명된 것과 유사하게 구성될 수 있다. 즉, 세계(510)로부터 눈(210)으로 투과된 광이 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008)을 트래버싱함에 따라, 각각은 도 13c와 관련하여 설명된 적응형 렌즈 조립체(1300B)와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 구성될 수 있다. 동작에서, 위에서 설명된 바와 같이, 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)를 통해 세계로부터 투과된 광의 편광은 제1 편광 상태로부터 제2 편광 상태로, 예컨대 RHCP로부터 LHCP로 변환된다. 후속적으로, 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)를 통해 투과된 광의 편광은 제2 편광 상태로부터 제1 편광 상태로, 예컨대 LHCP로부터 RHCP로 다시 변환된다. 또한, 도 11b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)를 통해 세계로부터 투과된 광은 제1 부호, 예컨대, 양의 부호를 갖는 제1 순 광학 파워 Pnet1 = P1 + P2에 따라 제1 렌즈 효과, 예컨대 수렴 효과를 겪는다. 후속적으로, 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)를 통해 투과된 광은 제2 부호 예컨대, 음의 부호를 갖는 제2 순 광학 파워 Pnet2 = P1'+ P2'에 따라 제1 렌즈 효과와 상반되는 제2 렌즈 효과, 예컨대 발산 효과를 겪는데, 그 이유는, 제2 적응형 렌즈 조립체(1008) 상에 입사되는 광은 제1 적응형 렌즈 조립체(1004) 상에 입사되는 광과 상반되는 편광을 갖기 때문이다. Pnet1 및 Pnet2가 실질적으로 유사한 크기들을 가질 때, P = Pnet1 + Pnet2에 의해 근사된 전체 렌즈 효과는 실질적으로 0일 수 있다. 결과적으로, 사용자가 제2 렌즈 조립체(1008)를 활성화함으로써 가상 콘텐츠를 볼 뿐만 아니라 주변 세계의 실제 객체들을 볼 때, 세계의 뷰는 제1 렌즈 조립체(1004)의 보상 효과에 의해 비교적 영향을 받지 않는다.
[0175]
다양한 실시예들에서, 활성화될 때, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각은, 약 ± 5.0 디옵터와 0 디옵터, ± 4.0 디옵터와 0 디옵터, ± 3.0 디옵터 및 0 디옵터, ± 2.0 디옵터 및 0 디옵터, ± 1.0 디옵터 및 0 디옵터 범위(이러한 값들에 의해 정의된 임의의 범위 예컨대, ± 1.5 디옵터를 포함함)의 순 광학 파워(양 또는 음)를 제공할 수 있다.
스위칭 가능 반파장판 및 파장판 렌즈들을 갖는 적응형 렌즈 조립체들을 포함한 디스플레이 디바이스들
[0176]
도 14a 및 도 14b는, 각각이 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)와 제2 적응형 렌즈 조립체(1008) 사이에 개재된 도파관 조립체(1012)를 포함하는 예시적인 디스플레이 디바이스들(1400A/1400B)을 예시한다. 디스플레이 디바이스(1400A)는 도 11a/11b와 관련하여 위에서 설명된 디스플레이 디바이스(1100A/1100B)와 유사하며, 여기서 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각은 제1 파장판 렌즈(L1/HWP1)(1304), 예컨대 제1 반-파장판 렌즈, 제2 파장판 렌즈(L2/HWP2)(1308), 예컨대 제2 반-파장판 렌즈, 및 스위칭 가능 파장판(HWP3)(1312), 예컨대 스위칭 가능 반파장판을 포함한다.
[0177]
도 14a를 참조하면, 도 13a와 관련하여 위에서 설명된 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008)이 둘 모두 비활성화될 때, 동작중인 디스플레이 디바이스(1400A)가 설명된다. 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008)은 스위칭 가능 파장판(1312)(도 13a)이 비활성화될 때, 예컨대 스위칭 회로들(1316, 1316')에 의해 스위칭 가능 파장판(1312)에 어떤 전류 또는 전압도 인가되지 않을 때 비활성화될 수 있다. 구성된 바와 같이, 디스플레이 디바이스(1400A)는 예컨대, 가상 이미지를 디스플레이하지 않고 실세계 뷰를 사용자에게 디스플레이하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 디스플레이 디바이스(1400A)는 도 13b와 관련하여 상세하게 설명된 바와 같이 통상의 안경 또는 통상의 고글로서 사용되도록 구성될 수 있다. 도 13a와 유사하게, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각은 제1 파장판 렌즈(L1/HWP1)(1304), 예컨대 제1 반-파장판 렌즈, 제2 파장판 렌즈(L2/HWP2)(1308), 예컨대 제2 반-파장판 렌즈, 및 스위칭 가능 파장판(HWP3)(1312), 예컨대 스위칭 가능 반파장판을 포함한다. 도 13a와 관련하여 설명된 바와 같이, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308) 각각은 자신을 통과하는, 제1 HCP, 예컨대 LHCP를 갖는 광에 대한 제1 렌징 효과, 예컨대 발산 효과를 갖도록 구성될 수 있다. 게다가, L1/HWP1(1304) 및 L2/HWP2(1308) 각각은 또한, 자신을 통과하는 상반되는 HCP, 예컨대 RHCP를 갖는 광에 대해 제1 렌징 효과에 상반되는 제2 렌징 효과, 예컨대 수렴 효과를 갖도록 구성될 수 있다. 활성화될 때, 예컨대, 스위칭 회로(1316 1316')에 의해 제공되는 전압 또는 전류 신호를 사용하여 전기적으로 활성화될 때, HWP3(1312B)(도 13c)는 파장판 예컨대, 반파장판으로서 역할을 한다. 도 13c와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 활성화될 때, HWP3(1312B)(도 13c)은 자신을 통과하는 광을, LHCP 또는 RHCP를 갖는 광으로부터 RHCP 또는 LHCP를 갖는 광으로 각각 변환하도록 구성된 반파장판으로서 역할을 한다. 한편으로, 비활성화될 때, 예컨대, 전압 또는 전류 신호를 제거함으로써, 예컨대, 스위칭 회로(1316, 1316')에 의해 제공된 전압 또는 전류 신호를 사용하여, 전기적으로 비활성화될 때, HWP3(1312A)(도 13b)은 편광에 영향을 미치지 않고 광에 대한 투과 매체로서 역할을 한다. L1/HWP1(1304), L2/HWP2(1308) 및 HWP3(1312A)을 포함하는 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008)의 상세한 동작 원리들은 도 13a 및 도 13b와 관련하여 위에서 제공되었으며, 여기서는 생략된다.
[0178]
도 13a 및 도 13b와 관련하여 상세히 설명된 동작 원리들에 기초하여, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008)이 비활성화된 상태에 있을 때, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각으로부터 빠져나오는 광 빔(예컨대, 도 13b의 1332A)은 거기에 입사되는 광 빔(예컨대, 도 13b의 1320)과 동일한 HCP를 갖는다. 또한, 입사 광 빔(1320) 및 출사 광 빔(1332A)은 도 13b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 제1 및 제2 렌즈 조립체들(1004, 1008)의 순 광학 파워들의 보상으로 인해 렌즈 파워들의 크기의 관점에서 실질적으로 매칭될 수 있다.
[0179]
도 14b는 일부 실시예들에 따라, 스위칭 가능 파장판이 활성화된 상태의 동작에서 도 14a의 디스플레이 디바이스의 예를 예시한다. 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008)은, 예컨대, 스위칭 회로(1316, 1316')를 사용하여 스위칭 가능 파장판(1312)에 전류 또는 전압을 인가함으로써 각각의 스위칭 가능 파장판들(1312)(도 13a)을 활성화한다. 이하에서, 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008)의 렌즈 효과들로 인한 왜곡이 감소되거나 본질적으로 제거된 채로 실세계의 객체로부터 광을 투과시키면서 사용자에게 가상 이미지를 또한 출력하는 디스플레이 디바이스(1400B)의 동작이 설명된다.
[0180]
도 11a 및 도 13c와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 가상 이미지를 디스플레이할 때, 도파관 조립체(1012) 내의 도파관 내에서 x-방향으로 전파되는 광의 일부는 z-방향으로 재지향되거나 아웃-커플링될 수 있다. 광 빔(1320)은, 광 빔(1320)이 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)의 L1/HWP(1304)에 충돌할 때까지 예컨대, 양의 z-방향으로 이동한다. 도 13c와 관련하여 위에서 설명된 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)의 동작 원리들에 기초하여, 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)가 활성화된 상태에 있을 때, 출사 광 빔(예컨대, 도 13c의 1332B)은 입사 광 빔(예컨대, 도 13c의 1320)과 상반되는 HCP를 갖고, 대응하는 가상 깊이 평면에서 가상 콘텐츠를 디스플레이하기 위해 제2 순 광학 파워(Pnet2)에 따라 발산된다.
[0181]
다양한 실시예들에서, 활성화될 때, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각은, 약 ± 5.0 디옵터와 0 디옵터, ± 4.0 디옵터와 0 디옵터, ± 3.0 디옵터 및 0 디옵터, ± 2.0 디옵터 및 0 디옵터, ± 1.0 디옵터 및 0 디옵터 범위(이러한 값들에 의해 정의된 임의의 범위 예컨대, ± 1.5 디옵터를 포함함)의 순 광학 파워(양 또는 음)를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 조립체(1012)와 세계 사이의 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)는 양의 광학 파워를 가질 수 있는 반면, 도파관 조립체(1012)와 사용자 사이의 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)는 음의 광학 파워를 가질 수 있어서, 제1 및 제2 스위칭 가능 조립체들(1004, 1008)의 광학 파워들은 세계를 볼 때 서로를 보상한다.
[0182]
결과적으로, 여전히 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 디스플레이 디바이스(1400A/1400B)는 세계(510)와 눈(210) 사이의 광학 경로에 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008)을 포함하며, 여기서, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각은 전기적으로 활성화될 때 자신을 통과하는 광의 편광 상태를 변경하도록 구성된 스위칭 가능 파장판(예컨대, 도 13a/13b의 1312A/1312B)을 포함한다. 전기적으로 활성화될 때, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들은 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 통과하는 광이 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들의 광학 파워들의 크기들 사이의 대략적 차이인 크기를 갖는 결합된 광학 파워에 따라 수렴 또는 발산시키도록 반대의 부호들을 갖는 순 광학 파워들 (Pnet 1, Pnet2)을 갖는다. 가상 콘텐츠는 음일 수 있는 Pnet2에 따른 깊이 평면에서 사용자에 의해 관찰될 수 있는 반면, 세계의 뷰는 양일 수 있는 Pnet에 의해 적어도 부분적으로 보상되는 Pnet2에 의해 비교적 영향을 받지 않는다.
[0183]
일부 실시예들에서, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 각각은 스위칭 회로(1316, 1316')를 사용하여 복수의 값들 중 하나로 전기적으로 조정 가능하거나 튜닝 가능한 각각의 순 광학 파워(Pnet1, Pnet2)를 갖는다. 위에서 설명된 바와 같이, 도파관 조립체(1012)에 의해 아웃커플링된 광에 의해 생성된 가상 객체들의 이미지들이 3D에서 이동함에 따라, 사용자 측 상의 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)의 제2 순 광학 파워(Pnet2)는 가상 깊이 평면의 변하는 깊이에 적응하도록 조정된다. 동시에, 실시예들에 따르면, 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)의 제1 순 광학 파워(Pnet1)는 스위칭 회로(1316, 1316')를 사용하여 상응하게 조정되어서, 실세계의 뷰가 바람직하지 않게 디포커싱되거나 왜곡되지 않게 한다. 이런 및 다른 요구들을 해결하기 위해, 일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스(1400A/1400B)는, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 중 제1 적응형 렌즈 조립체의 제1 순 광학 파워(Pnet1)가 전기적으로 조정될 때, 결합된 광학 파워(Pnet1 + Pnet2)가 대략 일정하게, 예컨대 약 0으로 유지되도록 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 제2 적응형 렌즈 조립체의 제2 순 광학 파워(Pnet2)가 상응하게 조정되게 구성된 제어기(1404)를 포함한다. 제어기 회로 및 스위칭 가능 파장판(1312)은, 본원에서 설명된 바와 같이, 제1 및 제2 순 광학 파워들(Pnet, Pnet2)을 스위칭하고, 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)를 사용하여 가상 깊이 평면들을 조정하고, 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)를 사용하여 실세계 뷰를 보상하는 시간이 약 100 밀리초 미만, 약 50 밀리초 미만, 약 10 밀리초 미만, 약 5 밀리초 미만, 약 1 밀리초 미만, 또는 이들 값 중 임의의 것에 의해 정의된 범위 내의 값이 되도록 구성된다. 도 13b를 참조하여 위에서 언급된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 단일 파장판 렌즈는 파장판 렌즈 및 스위칭 가능 반파장판 둘 모두로서 기능할 수 있다. 예컨대, 하나의 통합된 광학 엘리먼트는 자신을 통과하는 광에 선택적으로 반파장판 편광을 부여하고, 파장판 렌즈 기능에 따라 자신을 통과하는 광에 광학 파워를 추가로 부여하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 일부 실시예들에서, 도 14a 및 도 14b의 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004 및 1008)은 스위칭 가능 파장판(1312)뿐만 아니라 제1 파장판 렌즈(1304) 및/또는 제2 파장판 렌즈(1308)의 기능성을 제공하는 단일의 통합된 광학 엘리먼트의 형태를 각각 취할 수 있다.
[0184]
여전히 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 도 10을 참조하여 위에서 논의된 바와 같이, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 각각에 의해 조정될 수 있는 광학 성질들은 다른 성질들 중에서도, 편광 및 편광-선택성을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1004, 1008) 중 하나 또는 둘 모두는, 세계(510)로부터 그리고 선택적으로 또한 도파관 조립체(1012)로부터 눈(210)을 향하여, 자신을 통과하는 광의 소정의 원치않는 컴포넌트들을 차단하거나 달리 필터링하기 위해 적어도 하나의 편광 선택적 터닝 엘리먼트(예컨대, 편광기)를 포함하거나 이에 인접하게 포지셔닝될 수 있다. 예컨대, 이러한 구현들에서, 디스플레이 디바이스(1400A/1400B)는 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)의 제1 파장판 렌즈(L1/HWP1)(1304)와 도파관 조립체(1012) 사이에 개재된 편광 선택적 터닝 엘리먼트, 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)의 제2 파장판 렌즈(L2/HWP2)(1308)와 눈(210) 사이에 개재된 편광 선택적 터닝 엘리먼트, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 또한, 대안적으로 또는 부가적으로, 이러한 구현들 중 일부에서, 디스플레이 디바이스(1400A)는 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)의 제2 파장판 렌즈(L2/HWP2)(1308)와 도파관 조립체(1012) 사이에 개재된 편광 선택적 터닝 엘리먼트, 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)의 제1 파장판 렌즈(L1/HWP1)(1304)와 세계(510) 사이에 개재된 편광 선택적 터닝 엘리먼트, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 편광 선택적 터닝 엘리먼트는 하나 이상의 편광 격자들, 회절 광학 엘리먼트들 및/또는 홀로그래픽 광학 엘리먼트들을 포함하고, 액정 편광 격자들과 같은 액정 구조들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 조립체(1012)는 편광된 광을 아웃커플링하도록 구성될 수 있다.
[0185]
도 15는 일부 실시예들에 따라, 교호적으로 스택된 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장판들을 각각 포함하는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 포함하는 디스플레이 디바이스의 예를 예시한다. 디스플레이 디바이스(1500A)는 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1504, 1508) 각각이, 각각이 스위칭 가능 반파장판일 수 있는 복수의 스위칭 가능 파장판들, 예컨대, 제1 내지 제3 스위칭 가능 파장판들(1312-1, 1312-2, 1312-3)과 교호적으로 스택되는, 각각이 반-파장판 렌즈일 수 있는 복수의 파장판 렌즈들, 예컨대, 제1 내지 제4 파장판 렌즈들(1308-1, 1308-2, 1308-3, 1308-4)을 포함한다는 것을 제외하면, 도 14a 및 도 14b와 관련하여 위에서 설명된 디스플레이 디바이스(1400A/1400B)와 유사하다. 일부 구현들에서, 도파관 조립체(1012)는 도파관들(1012a, 1012b 및 1012c)의 스택을 포함할 수 있으며, 이는 예컨대, 각각 적색, 녹색 및 청색 광을 임의의 적합한 순서로 인커플링하고 후속적으로 아웃커플링함으로써 컴포넌트 컬러 이미지들을 제공하도록 구성된 도파관들에 대응할 수 있다. 복수의 스위칭 가능 파장판들(1312) 각각은 스위칭 회로(1316, 1316')(도 14a/14b)를 이용하여 독립적으로 활성화될 수 있다. 스위칭 가능 파장판들 중 상이한 스위칭 가능 파장판들을 전기적으로 활성화하는 것은, 스위칭 가능 파장판들 중 상이한 스위칭 가능 파장판들에 의해 개재된 바로 인접한 파장판 렌즈들의 광학 파워들의 크기들의 대략적인 합들인 크기들을 갖는 상이한 순 광학 파워에 따라, 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광을 발산 또는 수렴시킨다.
[0186]
유리하게는, 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들(1312-1, 1312-2, 1312-3)을 선택적으로 활성화함으로써, 하나 이상의 서브스택들(1504-1, 1504-2, 1504-3)은 하나 이상의 적응형 렌즈 서브조립체들로서 역할을 하도록 각각 선택될 수 있으며, 여기서 각각의 서브스택은 스위칭 가능 파장판들(1312-1, 1312-2, 1312-3) 중 하나 및 한 쌍의 바로 인접한 파장판 렌즈들을 포함한다. 예컨대, 제1 스위칭 가능 파장판(1312-1)이 활성화될 때, 제1 및 제2 파장판 렌즈들(1308-1, 1308-2) 및 제1 파장판 렌즈(1312-1)를 포함하는 제1 서브스택(1504-1)은 도 13c와 관련하여 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로, 적응형 렌즈 서브조립체로서 역할을 한다. 또한, 도 13b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 스위칭 가능 파장판(도 13b에서 1312A)이 비활성화될 때, 스위칭 가능 파장판(1312A)에 의해 개재된 제1 및 제2 파장판들(1304, 1308)을 포함하는 대응하는 적응형 렌즈 조립체(1300A)는 순 수렴, 발산 또는 편광의 변경을 제공하지 않고 광을 실질적으로 통과시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 스위칭 가능 파장판들(1312-1, 1312-2, 1312-3) 중 하나 이상이 활성화될 때, 서브스택들(1504-1, 1504-2, 1504-3) 중 대응하는 하나 이상은 적응형 렌즈 서브조립체로서 역할을 하는 반면, 서브스택들(1504-1, 1504-2, 1504-3) 중 남은 것들은 자신을 통과하는 광에 실질적으로 영향을 미치지 않는다. 또한, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1504, 1508)에서 도파관 조립체(1012)의 대향하는 측들 상의 스위칭 가능 파장판들(1312-1, 1312-2, 1312-3) 중 대응하는 것들을 활성화함으로써, 제1 및 제2 스위칭 가능 파장판 렌즈 조립체들(1504, 1508)의 제1 및 제2 순 광학 파워들은 도 14a 및 도 14b와 관련하여 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 보상될 수 있다. 예컨대, 제어기는 제1 적응형 렌즈 조립체(1504)의 스위칭 가능 파장판들(1312-1, 1312-2, 1312-3) 중 하나가 활성화되어서 제1 적응형 렌즈 조립체(1004)가 제1 순 광학 파워(Pnet1)를 갖게 될 때, 제2 적응형 렌즈 조립체(1508)의 스위칭 가능 파장판들(1312- 1, 1312-2, 1312-3) 중 대응하는 하나가 활성화되어서, 제2 적응형 렌즈 조립체(1008)가 제1 순 광학 파워(Pnet2)를 갖게 되도록 구성될 수 있으며, 여기서 결합된 광학 파워(Pnet1 + Pnet2)는 대략 일정하게, 예컨대 약 0으로 유지된다.
[0187]
바람직하게는, 제2 적응형 렌즈 조립체(1508)에서 하나 이상의 서브스택들(1508-1, 1508-2, 1508-3) 중 상이한 것들을 선택함으로써, 상이한 깊이 평면들의 가상 이미지들이 사용자에게 디스플레이될 수 있고, 제1 적응형 렌즈 조립체(1504)에서 서브스택들(1504-1, 1504-2, 1504-3)의 상이한 대응하는 쌍들을 부가적으로 선택함으로써, 서브스택들(1508-1, 1508-2, 1508-3)의 광학 파워들에 기인할 수 있는 실세계 이미지들의 디포커싱 또는 왜곡이 보상되거나 감소될 수 있다. 도 14a 및 도 14b를 참조하여 위에서 언급된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 단일 파장판 렌즈는 파장판 렌즈 및 스위칭 가능 반파장판 둘 모두로서 기능할 수 있다. 유사하게, 일부 실시예들에서, 서브스택들(1504-1, 1504-2, 1504-3, 1508-1, 1508-2 및 1508-3) 중 하나 이상은 각각, 각각의 제1 및/또는 제2 파장판 렌즈들뿐만 아니라 각각의 스위칭 가능 파장판의 기능성을 제공하는 단일의 통합된 광학 엘리먼트의 형태를 취할 수 있다.
[0188]
여전히 도 15를 참조하면, 도 14a 및 도 14b를 참조하여 위에서 논의된 것과 유사한 방식으로, 일부 구현들에서, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1504, 1508) 중 하나 또는 둘 모두는, 세계(510)로부터 그리고 선택적으로 또한 도파관 조립체(1012)로부터 눈(210)을 향하여, 자신을 통과하는 광의 소정의 원치않는 컴포넌트들을 차단하거나 달리 필터링하기 위해 적어도 하나의 편광 선택적 터닝 엘리먼트(예컨대, 편광기)를 포함하거나 이에 인접하게 포지셔닝될 수 있다. 예컨대, 이러한 구현들에서, 디스플레이 디바이스(1500)는 제2 적응형 렌즈 조립체(1508)의 제4 파장판 렌즈(L1/HWP1)(1308-4)와 도파관 조립체(1012) 사이에 개재된 편광 선택적 터닝 엘리먼트, 제2 적응형 렌즈 조립체(1508)의 제1 파장판 렌즈(1308-1)와 눈(210) 사이에 개재된 편광 선택적 터닝 엘리먼트, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 또한, 대안적으로 또는 부가적으로, 디스플레이 디바이스(1500)는 제1 적응형 렌즈 조립체(1504)의 제1 파장판 렌즈(1308-1)와 도파관 조립체(1012) 사이에 개재된 편광 선택적 터닝 엘리먼트, 제1 적응형 렌즈 조립체(1204)의 제4 파장판 렌즈(1308-4)와 세계(510) 사이에 개재된 편광 선택적 터닝 엘리먼트, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 편광 선택적 터닝 엘리먼트는 하나 이상의 편광 격자들, 회절 광학 엘리먼트들 및/또는 홀로그래픽 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있고, 액정 편광 격자들과 같은 액정 구조들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 조립체(1012)는 편광된 광을 아웃커플링하도록 구성될 수 있다.
[0189]
도 16은 디폴트 가상 이미지 깊이(fs0), 및 도 17a 내지 도 17h와 관련하여 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 도 15와 관련하여 위에서 예시된 디스플레이 디바이스의 제2 적응형 렌즈 조립체(1508)에서 서브스택들(1508-1, 1508-2, 1508-3) 중 하나 이상을 선택함으로써 사용자(1604)에 대해 선택될 수 있는 제1 내지 제6 가상 이미지 깊이들(fs1-fs6)의 예를 개략적으로 예시한다. 또한, 제2 적응형 렌즈 조립체(1508)의 서브스택들(1508-1, 1508-2, 1508-3) 중 선택된 하나는 제1 적응형 렌즈 조립체(1504)의 서브스택들(1504-1, 1504-2, 1504-3) 중 대응하는 하나의 서브스택과 페어링되어서, 실세계의 뷰들의 바람직하지 않은 디포커싱 또는 왜곡이 감소되거나 최소화되게 한다.
[0190]
도 17a는 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1504, 1508) 중 어느 하나에서 어떤 서브스택들도 선택되지 않는, 도 15에 예시된 디스플레이 디바이스(1500)의 제 0 상태(1500A)의 예를 예시한다. 이 상태에서, 서브스택들(1508-1, 1508-2, 1508-3) 중 어느 것도 눈에 포커싱되기 전에 도파관 조립체(1012)로부터 아웃커플링된 광을 실질적으로 수렴 또는 발산하지 않는다. 가상 이미지는 이미지의 디폴트 깊이(fs0)에서 디스플레이될 수 있다. 일부 예들에서, 디폴트 이미지 깊이(fs0)에서 이미지를 디스플레이하는 것은 무한하거나 무한에 근접한 값들을 갖는 초점 길이에서 이미지를 디스플레이하는 것과 등가일 수 있다(예컨대, fs0은 광학 무한대일 수 있으며, 이는 광학 무한대에 의해 포함되는 시야 대부분의 콘텐츠가 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1504, 1508)의 스위칭 가능 파장판들의 활성화를 요구하지 않고 디스플레이될 수 있게 함으로써 자원들을 보존하는 이점들을 가질 수 있음).
[0191]
도 17b는 도 15에 예시된 디스플레이 디바이스(1500)의 제1 상태(1500B)의 예를 예시하며, 여기서 제1 서브스택(1508-1)은 제1 서브스택(1508-1)의 제1 스위칭 가능 파장판(1312-1)을 활성화함으로써 제2 적응형 렌즈 조립체(1508)에서 선택되어서, 도파관 조립체(1012)로부터 아웃커플링된 광을 포커싱함으로써 생성된 가상 이미지는 제1 서브스택(1508-1)의 음의 광학 파워로 인해, 디폴트 이미지 깊이(fs0)보다 눈(210)에 더 근접한 제1 이미지 깊이(fs1)에서 눈(210)에 디스플레이되게 한다. 그로부터 기인한 실세계 이미지의 디포커싱을 보상하기 위해, 대응하는 제1 서브스택(1504-1)은 제1 서브스택(1504-1)의 제1 스위칭 가능 파장판(1312-1)을 활성화함으로써 제1 적응형 렌즈 조립체(1508)에서 선택되어서, 실세계 뷰들의 바람직하지 않은 디포커싱은 제1 및 제2 적응 렌즈 조립체들(1504, 1508)의 순 광학 파워들의 보상된 차이에 따라 감소되거나 최소화되게 한다.
[0192]
도 17c는 도 15에 예시된 디스플레이 디바이스(1500)의 제2 상태(1500C)의 예를 예시하며, 여기서 제2 서브스택(1508-2)은 제2 서브스택(1508-2)의 제2 스위칭 가능 파장판(1312-2)을 활성화함으로써 제2 적응형 렌즈 조립체(1508)에서 선택되어서, 도파관 조립체(1012)로부터 아웃커플링된 광을 포커싱함으로써 생성된 가상 이미지는 제2 서브스택(1508-2)의 음의 광학 파워로 인해, 제1이미지 깊이(fs1)보다 눈(210)에 더 근접한 제2 이미지 깊이(fs2)에서 눈(210)에 디스플레이되게 한다. 그로부터 기인한 실세계 이미지들의 디포커싱을 보상하기 위해, 대응하는 제2 서브스택(1504-2)은 제1 서브스택(1504-1)의 제2 스위칭 가능 파장판(1312-2)을 활성화함으로써 제1 적응형 렌즈 조립체(1508)에서 선택되어서, 실세계 뷰들의 바람직하지 않은 디포커싱은 제1 및 제2 적응 렌즈 조립체들(1504, 1508)의 순 광학 파워의 차이에 따라 감소되거나 최소화되게 한다.
[0193]
도 17d는 도 15에 예시된 디스플레이 디바이스(1500)의 제3 상태(1500D)의 예를 예시하며, 여기서 복수의 서브스택들, 즉 제1 및 제2 서브스택들(1508-1, 1508-2)은 제1 및 제2 서브스택들(1508-1, 1508-2)의 제1 및 제2 스위칭 가능 파장판들(1312-1, 1312-2)을 활성화함으로써 제2 적응형 렌즈 조립체(1508)에서 선택되어서, 도파관 조립체(1012)로부터 아웃커플링된 광을 포커싱함으로써 생성된 가상 이미지는 제1 및 제2 서브스택들(1508-1, 1508-2)의 결합된 음의 광학 파워들로 인해, 제2 이미지 깊이(fs2)보다 눈(210)에 더 근접한 제3 이미지 깊이(fs3)에서 눈(210)에 디스플레이되게 한다. 그로부터 기인한 실세계 이미지들의 디포커싱을 보상하기 위해, 대응하는 제1 및 제2 서브스택들(1504-1, 1504-2)이 제1 및 제2 서브스택들(1504-1, 1504-2)의 제1 및 제2 스위칭 가능 파장판들(1312-1, 1312-2)을 활성화함으로써 제1 적응형 렌즈 조립체(1508)에서 선택되어서, 실세계 이미지들의 바람직하지 않은 디포커싱은 제1 및 제2 적응 렌즈 조립체들(1504, 1508)의 순 광학 파워의 보상된 차이에 따라 감소되거나 최소화되게 한다.
[0194]
도 17e는 도 15에 예시된 디스플레이 디바이스(1500)의 제4 상태(1500E)의 예를 예시하며, 여기서 제3 서브스택(1508-3)은 제2 서브스택(1508-2)의 제3 스위칭 가능 파장판(1312-3)을 활성화함으로써 제2 적응형 렌즈 조립체(1508)에서 선택되어서, 도파관 조립체(1012)로부터 아웃커플링된 광을 포커싱함으로써 생성된 가상 이미지는 제3 서브스택(1508-3)의 음의 광학 파워로 인해, 제3 이미지 깊이(fs3)보다 눈(210)에 더 근접한 제4 이미지 깊이(fs4)에서 눈(210)에 디스플레이되게 한다. 그로부터 기인한 실세계 이미지들의 디포커싱을 보상하기 위해, 대응하는 제3 서브스택(1504-3)은 제3 서브스택(1504-3)의 제3 스위칭 가능 파장 판(1312-2)을 활성화함으로써 제1 적응형 렌즈 조립체(1508)에서 선택되어서, 실세계 이미지들의 바람직하지 않은 디포커싱은 제1 및 제2 적응 렌즈 조립체들(1504, 1508)의 순 광학 파워의 차이에 따라 감소되거나 최소화되게 한다.
[0195]
도 17f는 도 15에 예시된 디스플레이 디바이스(1500)의 제5 상태(1500E)의 예를 예시하며, 여기서 복수의 서브스택들, 즉 제1 및 제3 서브스택들(1508-1, 1508-3)은 제1 및 제3 서브스택들(1508-1, 1508-3)의 제1 및 제3 스위칭 가능 파장판들(1312-1, 1312-3)을 활성화함으로써 제2 적응형 렌즈 조립체(1508)에서 선택되어서, 도파관 조립체(1012)로부터 아웃커플링된 광을 포커싱함으로써 생성된 가상 이미지는 제1 및 제3 서브스택들(1508-1, 1508-3)의 음의 광학 파워들로 인해, 제4 이미지 깊이(fs4)보다 눈(210)에 더 근접한 제5 이미지 깊이(fs5)에서 눈(210)에 디스플레이되게 한다. 그로부터 기인한 실세계 이미지들의 디포커싱을 보상하기 위해, 대응하는 제1 및 제3 서브스택들(1504-1, 1504-3)이 제1 및 제3 서브스택들(1504-1, 1504-3)의 제1 및 제3 스위칭 가능 파장판들(1312-1, 1312-3)을 활성화함으로써 제1 적응형 렌즈 조립체(1508)에서 선택되어서, 실세계 이미지들의 바람직하지 않은 디포커싱은 제1 및 제2 적응 렌즈 조립체들(1504, 1508)의 순 광학 파워의 차이에 따라 감소되거나 최소화되게 한다.
[0196]
도 17g는 도 15에 예시된 디스플레이 디바이스(1500)의 제6 상태(1500F)의 예를 예시하며, 여기서 복수의 서브스택들, 즉 제2 및 제3 서브스택들(1508-2, 1508-3)은 제2 및 제3 서브스택들(1508-2, 1508-3)의 제2 및 제3 스위칭 가능 파장판들(1312-2, 1312-3)을 활성화함으로써 제2 적응형 렌즈 조립체(1508)에서 선택되어서, 도파관 조립체(1012)로부터 아웃커플링된 광을 포커싱함으로써 생성된 가상 이미지는 제2 및 제3 서브스택들(1508-2, 1508-3)의 음의 광학 파워들로 인해, 제5 이미지 깊이(fs5)보다 눈(210)에 더 근접한 제6 이미지 깊이(fs6)에서 눈(210)에 디스플레이되게 한다. 그로부터 기인한 실세계 이미지들의 디포커싱을 보상하기 위해, 대응하는 제2 및 제3 서브스택들(1504-2, 1504-3)이 제2 및 제3 서브스택들(1504-2, 1504-3)의 제2 및 제3 스위칭 가능 파장판들(1312-2, 1312-3)을 활성화함으로써 제1 적응형 렌즈 조립체(1508)에서 선택되어서, 실세계 이미지들의 바람직하지 않은 디포커싱은 제1 및 제2 적응 렌즈 조립체들(1504, 1508)의 순 광학 파워의 차이에 따라 감소되거나 최소화되게 한다.
[0197]
도 17h는 도 15에 예시된 디스플레이 디바이스(1500)의 제7 상태(1500G)의 예를 예시하며, 여기서 복수의 서브스택들, 즉 제1, 제2 및 제3 서브스택들(1508-1, 1508-2, 1508-3)은 제1, 제2 및 제3 서브스택들(1508-1, 1508-2, 1508-3)의 제1, 제2 및 제3 스위칭 가능 파장판들(1312-1, 1312-2, 1312-3)을 활성화함으로써 제2 적응형 렌즈 조립체(1508)에서 선택되어서, 도파관 조립체(1012)로부터 아웃커플링된 광을 포커싱함으로써 생성된 가상 이미지는 제1, 제2 및 제3 서브스택들(1508-1, 1508-2, 1508-3)의 음의 광학 파워들로 인해, 제6 이미지 깊이(fs6)보다 눈(210)에 더 근접한 제7 이미지 깊이(fs7)에서 눈(210)에 디스플레이되게 한다. 그로부터 기인한 실세계 이미지들의 디포커싱을 보상하기 위해, 대응하는 제1, 제2 및 제3 서브스택들(1504-1, 1504-2, 1504-3)이 제1, 제2 및 제3 서브스택들(1504-1, 1504-2, 1504-3)의 제1, 제2 및 제3 스위칭 가능 파장판들(1312-1, 1312-2, 1312-3)을 활성화함으로써 제1 적응형 렌즈 조립체(1504)에서 선택되어서, 실세계 이미지들의 바람직하지 않은 디포커싱은 제1 및 제2 적응 렌즈 조립체들(1504, 1508)의 순 광학 파워의 차이에 따라 감소되거나 최소화되게 한다.
[0198]
도 17a 내지 도 17h를 참조하면, 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1504, 1508)의 활성화된 또는 비활성화된 스위칭 가능 파장판들의 거리 분리 쌍들 예컨대, 실질적으로 동일한 크기들의 광학 파워를 갖는 스위칭 가능 파장판의 거리 분리 쌍들은 실질적으로 동일하다. 예컨대, 도 17d를 참조하면, 광학 파워 +/- fc를 갖는 한 쌍의 비활성화된 서브-스택들의 서브-스택들 사이의 (적응형 렌즈 서브스택들의 스택의 두께 방향인 z-축에서의) 거리는 광학 파워 +/- fa를 갖는 한 쌍의 비활성화된 서브-스택들의 서브-스택들 사이의 두께 방향의 거리와 동일하며, 이는 결국, 광학 파워 +/- fc를 갖는 한 쌍의 비활성화된 서브-스택들의 서브-스택들 사이의 두께 방향의 거리와 동일하다.
[0199]
예시된 실시예에서, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1504, 1508) 각각은 예시적인 목적들을 위해 3개의 서브스택들을 포함하지만, 실시예들은 이것으로 제한되지 않는다는 것이 인지될 것이다. 즉, 다른 실시예들에서, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들(1504, 1508)은 각각 제1 내지 제 n 서브스택들(1504-1, 1504-2,… 1504-n 및 1508-1, 1508-2,… 1508-n)을 포함할 수 있으며, n은 대응하는 수의 이미지 깊이들(fs1, fs2,… fsn)을 전달하기에 적합한 수이다.
[0200]
일부 실시예들에서, 서브스택들 각각의 광학 파워들은 이미지 깊이들(fs1-fs7) 중 일부 또는 전부가 디옵터 공간에서 서로 동일하거나 실질적으로 동일한 거리들로 이격되도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 디옵터 공간에서, 이미지 깊이들(fs1-fs7)은 서로 약 0.5 디옵터만큼 이격될 수 있다. 예컨대, 이미지 깊이들(fs1-fs7)은 각각 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 및 3.5 디옵터들에 대응할 수 있다.
적응형 렌즈 조립체들 및 고정된 렌즈들을 포함하는 디스플레이
디바이스
[0201]
적응형 렌즈 조립체들을 포함한 위에서 설명된 예시적인 디스플레이 디바이스들에서, 적응형 렌즈 조립체는 다른 이점들 중에서도, 도파관들의 수를 감소시키는(이는 결국, 전체 디바이스 무게 및 두께를 감소시킴) 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장 판들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 부가적인 고정된 렌즈들이 하나 이상의 적응형 렌즈 조립체들 상에 스택될 수 있다. 유리하게는, 부가적인 렌즈들은 다양한 가능한 이점들을 제공한다. 예컨대, 일부 상황들 하에서, 이러한 렌즈들은 부가적인 광학 파워를 추가하기 위해 제공될 수 있다. 또한, 도 10과 관련하여 설명된 웨어러블 디바이스(1000)와 같이, 일부 실시예들에 따른 웨어러블 디스플레이 디바이스를 사용하는 일부 사용자들은 광이 자신의 눈의 망막들에 정확하게 포커싱하는 것을 방해하는 굴절 에러들을 갖는 눈들을 갖는다. 일부 실시예들에서, 부가적인 렌즈 엘리먼트들은 사용자가, 디스플레이에 의해 프로젝팅되고 그리고/또는 실세계로부터 디스플레이를 통해 송신되는 이미지 정보를 명확하게 볼 수 있게 하기 위해 특정 처방 광학 파워를 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 부가적인 렌즈들에는, 디바이스를 사용자의 안면 윤곽들에 보다 잘 맞게 하고, 안경류를 위한 일반 프레임과 더 잘 통합하고 그리고/또는 디스플레이 디바이스에 보다 미학적으로 만족스러운 외관을 제공하기 위해 곡률들을 갖는 표면들이 제공될 수 있다.
[0202]
도 18a 및 도 18b는 일부 실시예들에 따라, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 및 한 쌍의 고정된 렌즈들을 포함하는 디스플레이 디바이스를 예시한다. 위에서 논의된 바와 같이, 디스플레이 디바이스(1800A/1800B)는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들(예컨대, 도 14a/14B의 1004, 1008, 도 15의 1504, 1508) 및 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 사이에 개재된 도파관 조립체(1012)를 포함하며, 여기서 도파관 조립체는 복수의 가상 깊이 평면들의 가상 콘텐츠를 디스플레이하기 위해 내부 전반사 하에서 광을 전파시키고 광을 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 하나 내로 아웃커플링하도록 구성된 도파관을 포함한다. 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 각각은 전기적으로 활성화될 때 자신을 통과하는 광의 편광 상태를 변경하도록 구성된 스위칭 가능 파장판을 포함한다. 위에서 논의된 바와 같이, 일부 상황들 하에서, 사용자가 보다 명확하게 볼 수 있게 하기 위해 부가적인 고정된 렌즈들 예컨대, 보정 렌즈들을 추가하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1808)는 도파관 조립체(1012)와 뷰어의 눈(210) 사이에 제공될 수 있다. 제1 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트의 추가는 뷰어의 눈(210)에 대해 정확하게 포커싱되도록 가상 콘텐츠를 포함할 수 있는 도파관 조립체(1012)로부터 아웃커플링된 광을 조정하기 위해 적절한 조정을 제공할 수 있다. 그러나, 제1 고정된 렌즈 엘리먼트(1808)는 또한 세계(510)로부터 뷰어의 눈(210)으로 전파되는 광의 경로에 있다. 결과적으로, 제1 렌즈 엘리먼트는 주변 환경으로부터의 광을 수정할 수 있고, 그리하여 뷰어의 세계 뷰에서 수차들을 야기할 수 있다. 이러한 수차들을 보정하기 위해, 제2 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1804)가 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트(1808)로부터 도파관 조립체(1012)의 대향하는 측 상에 배치될 수 있다. 제2 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1804)는 제1 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1808)에 의해 야기된 수차들을 보상하도록 구성될 수 있다.
[0203]
일부 실시예들에서, 제2 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1804)의 포커스는 제1 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1808)의 포커스와 반대이거나 상반될 수 있다. 예컨대, 제1 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1808)가 양의 광학 파워를 갖는 경우, 제2 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1804)는 음의 광학 파워를 가질 수 있고, 그 반대도 가능하며, 이는 일부 실시예들에서 유사한 크기를 가질 수 있다.
[0204]
일부 실시예들에서, 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트들(1804, 1808)이 없는 디스플레이 디바이스(1800A/1800B)는 충분한 광학 파워를 갖지 않을 수 있고, 제1 가변 포커스 렌즈 엘리먼트는 이미지 정보가 특정 깊이 평면 상에 있는 것으로서 뷰어에 의해 해석되도록 광에 적절한 양의 부가적인 발산을 제공하게 구성될 수 있다.
[0205]
제1 및 제2 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트들(1804, 1808)은 뷰어의 눈들 중 하나에 대해 제공될 수 있고, 제1 및 제2 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트들과 각각 유사한 제3 및 제4 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트들(도시되지 않음)은 뷰어의 눈들 중 다른 하나에 대해 제공될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0206]
다양한 실시예들에서, 제1 및 제2 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트들 각각은, 약 ± 5.0 디옵터와 0 디옵터, ± 4.0 디옵터와 0 디옵터, ± 3.0 디옵터 및 0 디옵터, ± 2.0 디옵터 및 0 디옵터, ± 1.0 디옵터 및 0 디옵터 범위(이러한 값들에 의해 정의된 임의의 범위 예컨대, ± 1.5 디옵터를 포함함)의 순 광학 파워(양 또는 음)를 제공할 수 있다.
[0207]
도 18a 및 도 18b의 실시예와 같은 일부 실시예들에서, 예컨대 오목 또는 평면-오목(plano-concave) 렌즈일 수 있는 제1 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1804)의 광학 파워는 양의 값을 갖고, 예컨대, 볼록 또는 평면-볼록 렌즈일 수 있는 제2 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1808)의 광학 파워는 음의 값을 가져서, 제1 및 제2 포커스 렌즈 엘리먼트들(1804, 1808)의 광학 파워들은 서로를 보상한다. 그러나, 일부 다른 실시예들에서, 제2 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1808)의 광학 파워는 양의 값을 가질 수 있고, 제1 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1804)의 광학 파워는 음의 값을 가질 수 있어서, 제1 및 제2 포커스 렌즈 엘리먼트들(1804, 1808)의 광학 파워들은 서로를 보상한다.
[0208]
도 19는 일부 다른 실시예들에 따른 디스플레이 디바이스(1900)를 예시한다. 도 18a 및 도 18b와 관련하여 위에서 설명된 디스플레이 디바이스(1800A/1800B)와 유사하게, 디스플레이 디바이스(1900)는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들(예컨대, 도 14a/14b의 1004, 1008, 도 15의 1504, 1508) 및 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 사이에 개재된 도파관 조립체(1012)를 포함한다. 그러나, 도 18a 및 도 18b의 디스플레이 디바이스(1800A/1800B)와 달리, 뷰어의 눈(210)에 대해 정확하게 포커싱되도록 가상 콘텐츠를 포함할 수 있는 도파관 조립체(1012)로부터 아웃커플링된 광을 조정하기 위해, 도파관 조립체(1012)는 도파관 조립체(1012)와 뷰어의 눈(210) 사이에 제1 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1808)를 갖는 대신에, 내장된 광학 파워를 갖도록 구성될 수 있다. 위에서 설명된 디스플레이 디바이스(1800A/1800B)와 유사하게, 도파관 조립체(1012)의 내장된 광학 파워는 주변 환경으로부터의 광의 파면을 수정할 수 있고, 그리하여 뷰어의 세계의 뷰에서 수차들을 야기할 수 있다. 이러한 수차들을 보정하기 위해, 도 18a 및 도 18b와 관련하여 위에서 설명된 제2 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1804)와 유사한 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1804)가 세계와 도파관 조립체(1012) 사이에 배치될 수 있다. 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1804)는 도 18a 및 도 18b와 관련하여 위에서 설명된 보상 메커니즘과 유사하게, 도파관 조립체(1012)의 내장된 광학 파워에 의해 야기된 수차들을 보상하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 조립체(1012)의 내장된 광학 파워는 음의 값을 가질 수 있고, 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1804)의 광학 파워는 양의 값을 가질 수 있어서, 도파관 조립체와 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워들은 서로를 보상한다. 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1804)의 다양한 특성들은 도 18a 및 도 18b와 관련하여 위에서 설명한 것들과 유사하다.
[0209]
도 19에 예시된 실시예에서, 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1804)가 세계(510)와 도파관 조립체(1012) 사이에 배치되지만, 다른 실시예들이 가능하다는 것이 인지될 것이다. 예컨대, 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1808)는 도 18a 및 도 18b와 관련하여 위에서 설명된 제1 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1808)와 유사하게 눈(210)과 도파관 조립체(1012) 사이에 배치될 수 있다. 이들 실시예들에서, 도파관 조립체(1012)의 내장된 광학 파워는 양의 값을 가질 수 있고, 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트(1808)의 광학 파워는 음의 값을 가질 수 있어서, 도파관 조립체와 고정된 포커스 렌즈 엘리먼트의 광학 파워들은 서로를 보상한다.
[0210]
도 18a/18b와 관련하여 예시된 디스플레이 디바이스(1800A/1800B) 및 도 19와 관련하여 예시된 디스플레이 디바이스(1900)를 다시 참조하면, 도 14a 및 도 14b를 참조하여 위에서 논의된 것과 유사한 방식으로, 일부 구현들에서, 제1 및 제2 적응형 렌즈 조립체들 중 하나 또는 둘 모두는, 세계(510)로부터 그리고 선택적으로 또한 도파관 조립체(1012)로부터 눈(210)을 향하여, 자신을 통과하는 광의 소정의 원치않는 컴포넌트들을 차단하거나 달리 필터링하기 위해 적어도 하나의 편광 선택적 터닝 엘리먼트(예컨대, 편광기)를 포함하거나 이에 인접하게 포지셔닝될 수 있다. 예컨대, 이러한 구현들에서, 디스플레이 디바이스(1800A/1800B)(도 18a/18b) 및/또는 디스플레이 디바이스(1900)(도 19)는, 사용자 측 상의, 도파관 조립체(1012)와 이에 인접한 파장판 렌즈 사이에 개재된 편광 선택적 터닝 엘리먼트, 사용자(눈(210))와 이에 인접한 파장판 렌즈 사이에 개재된 편광 선택적 터닝 엘리먼트, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 또한, 대안적으로 또는 부가적으로, 디스플레이 디바이스(1800A/1800B)(도 18a/18b) 및/또는 디스플레이 디바이스(1900)(도 19)는, 세계 측 상의, 도파관 조립체(1012)와 이에 인접한 파장판 렌즈 사이에 개재된 편광 선택적 터닝 엘리먼트, 세계(510)와 그에 인접한 파장판 렌즈 사이에 개재된 편광 선택적 터닝 엘리먼트, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 편광 선택적 터닝 엘리먼트는 하나 이상의 편광 격자들, 회절 광학 엘리먼트들 및/또는 홀로그래픽 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있고, 액정 편광 격자들과 같은 액정 구조들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 조립체(1012)는 편광된 광을 아웃커플링하도록 구성될 수 있다.
부가적인 예들
[0211]
제1 예에서, 증강 현실 시스템은 광을 수신하여 사용자를 향해 재지향시키도록 구성되는 적어도 하나의 도파관을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 도파관은 추가로, 사용자의 환경으로부터의 주변 광이 사용자를 향해 적어도 하나의 도파관을 통과할 수 있도록 구성된다. 시스템은 부가적으로 적어도 하나의 도파관과 환경 사이에 포지셔닝된 제1 적응형 렌즈 조립체를 포함하며, 여기서 제1 적응형 렌즈 조립체는, 제1 적응형 렌즈 조립체가 제1 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에 제1 광학 파워를 부여하도록 구성되는 상태, 및 제1 적응형 렌즈 조립체가 제1 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에, 제1 광학 파워와 상이한 광학 파워를 부여하도록 구성되는 적어도 하나의 다른 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능하다. 시스템은 부가적으로 적어도 하나의 도파관과 사용자 사이에 포지셔닝된 제2 적응형 렌즈 조립체를 포함하며, 여기서 제2 적응형 렌즈 조립체는, 제2 적응형 렌즈 조립체가 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에 제1 광학 파워와 상이한 제2 광학 파워를 부여하도록 구성되는 상태, 및 제2 적응형 렌즈 조립체가 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에, 제2 광학 파워와 상이한 광학 파워를 부여하도록 구성되는 적어도 하나의 다른 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능하다. 시스템은 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체에 동작 가능하게 커플링된 적어도 하나의 프로세서를 더 포함하며, 여기서 적어도 하나의 프로세서는, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체가 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 환경으로부터의 주변 광에 실질적으로 일정한 순 광학 파워(net optical power)를 부여하는 방식으로, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체가 상이한 상태들 사이에서 동기식으로 스위칭하게 하도록 구성된다.
[0212]
제2 예에서, 제1 예의 증강 현실 시스템은 마이크로-디스플레이를 더 포함하며, 여기서 적어도 하나의 도파관은 마이크로-디스플레이로부터 광을 수신하여 사용자를 향해 재지향시키도록 구성된다.
[0213]
제3 예에서, 제1 예 및 제2 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템에서, 제1 광학 파워 및 제2 광학 파워는 부호가 반대이다.
[0214]
제4 예에서, 제1 예 내지 제3 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템에서, 제1 광학 파워 및 제2 광학 파워는 실질적으로 크기가 동일하다.
[0215]
제5 예에서, 제1 예 내지 제4 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은, 입력으로서 적어도 하나의 프로세서로부터 하나 이상의 제어 신호들을 수신하고, 그 후, 이에 응답하여, 400 밀리초 미만의 시간 기간 내에 하나의 상태로부터 다른 상태로 스위칭하도록 구성된다.
[0216]
제6 예에서, 제5 예의 증강 현실 시스템에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각이 하나의 상태로부터 다른 상태로 스위칭하도록 구성되는 시간 기간은 200 밀리초 미만이다.
[0217]
제7 예에서, 제6 예의 증강 현실 시스템에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각이 하나의 상태로부터 다른 상태로 스위칭하도록 구성되는 시간 기간은 100 밀리초 미만이다.
[0218]
제8 예에서, 제1 예 내지 제7 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템에서, 적어도 하나의 도파관은, 적어도 하나의 도파관이 사용자를 향해 광을 재지향시키고 사용자의 환경으로부터의 주변 광이 사용자를 향해 자신을 통과할 수 있도록 구성되는 출력 영역을 포함한다. 적어도 하나의 도파관의 출력 영역은 제1 적응형 렌즈 조립체의 클리어 어퍼처가 형성되는 제1 적응형 렌즈 조립체의 부분과, 제2 적응형 렌즈 조립체의 클리어 어퍼처가 형성되는 제2 적응형 렌즈 조립체의 부분 사이에 포지셔닝된다.
[0219]
제9 예에서, 제8 예의 증강 현실 시스템에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체의 클리어 어퍼처들이 각각 형성되는 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체의 부분들 각각은 적어도 하나의 도파관의 출력 영역보다 크기가 더 크다.
[0220]
제10 예에서, 제1 예 내지 제9 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은 두 상태들 사이에서 단일-극 스위칭 가능한 적어도 하나의 광학 엘리먼트를 포함한다.
[0221]
제11 예에서, 제10 예의 증강 현실 시스템에서, 적어도 하나의 광학 엘리먼트는, 적어도 하나의 광학 엘리먼트가 사용자를 향해 적어도 하나의 광학 엘리먼트를 통과하는 광에 제1 편광 상태를 부여하도록 구성되는 제1 상태, 및 적어도 하나의 광학 엘리먼트가 적어도 하나의 광학 엘리먼트를 통과하는 광에 제1 편광 상태와 상이한 제2 편광 상태를 부여하도록 구성되는 제2 상태 사이에서 단일-극 스위칭 가능하다.
[0222]
제12 예에서, 제1 예 내지 제11 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은, 적어도 하나의 광학 엘리먼트와 사용자 사이에 포지셔닝된 적어도 하나의 파장판 렌즈를 포함하고, 적어도 하나의 파장판 렌즈는 적어도 하나의 파장판 렌즈를 통과하는 제1 편광 상태의 광에 하나의 광학 파워를 그리고 적어도 하나의 파장판 렌즈를 통과하는 제2 편광 상태의 광에 다른 상이한 광학 파워를 부여하도록 구성된다.
[0223]
제13 예에서, 제1 예 내지 제12 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은 두 상태들 사이에서 단일-극 스위칭 가능한 일정 양의 광학 엘리먼트들을 포함하고, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각에 포함된 일정 양의 광학 엘리먼트들은 제1 값과 동일하고, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은 일정 양의 상이한 상태들 중으로부터의 상태들 사이에서 선택적으로 스위칭 가능하고, 일정 양의 상이한 상태들은 제1 값에 지수적으로 의존하는 제2 값과 동일하다.
[0224]
제14 예에서, 제13 예의 증강 현실 시스템에서, 제2 값은 지수를 갖는 2의 누승법(exponentiation)과 동일하고, 지수는 제1 값과 동일하다.
[0225]
제15 예에서, 제1 예 내지 제14 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템에서, 적어도 하나의 도파관은 가상 콘텐츠를 표현하는 광을 수신하여 사용자를 향해 재지향시키도록 구성되고, 적어도 하나의 프로세서는, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체로 하여금, 일정 양의 상이한 상태들 중으로부터의 상이한 상태들 사이에서 동기식으로 스위칭하게 하여, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에 의해 표현되는 가상 콘텐츠가 사용자에 의해 지각되는 사용자로부터 떨어진 거리를 조정하도록 구성된다.
[0226]
제16 예에서, 제15 예의 증강 현실 시스템에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에 의해 표현되는 가상 콘텐츠가 사용자에 의해 지각되는 사용자로부터 떨어진 거리는, 일정 양의 상이한 거리들 중 임의의 것으로 선택적으로 스위칭 가능하고, 일정 양의 상이한 거리들은 제2 값과 동일하다.
[0227]
제17 예에서, 디스플레이 디바이스는 도파관의 출력 표면을 따라 아웃커플링된 광을 출력하도록 구성된 도파관을 포함하는 도파관 조립체를 포함한다. 디스플레이 디바이스는 부가적으로, 출력 표면을 향하는 제1 주 표면을 갖는 제1 적응형 렌즈 조립체를 포함하고, 여기서 제1 적응형 렌즈 조립체는 제1 파장판 렌즈, 제2 파장판 렌즈, 및 제1 파장판 렌즈와 제2 파장판 렌즈 사이에 개재된 제1 스위칭 가능 파장판을 포함하고, 제1 스위칭 가능 파장판은 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하지 않고 아웃커플링된 광을 통과시키도록 구성되는 제1 상태, 및 제1 스위칭 가능 파장판을 통과하는 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하도록 구성된 제2 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능하다. 디스플레이 디바이스는 부가적으로, 출력 표면에 대향하는 외부 장면을 향하는 제2 주 표면 및 제1 주 표면을 향하는 제2 부 표면을 갖는 제2 적응형 렌즈 조립체를 포함하고, 여기서 제2 적응형 렌즈 조립체는 제3 파장판 렌즈, 제4 파장판 렌즈, 및 제3 파장판 렌즈와 제4 파장판 렌즈 사이에 개재된 제2 스위칭 가능 파장판을 포함하고, 제2 스위칭 가능 파장판은 외부 장면으로부터의 광의 편광 상태를 변경하지 않고 외부 장면으로부터의 광을 통과시키도록 구성된 제3 상태 및 제2 스위칭 가능 파장판을 통과하는 외부 장면으로부터의 광의 편광 상태를 변경하도록 구성된 제4 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능하다.
[0228]
제18 예에서, 제17 실시예의 디스플레이 디바이스에서, 제1 파장판 렌즈 및 제2 파장판 렌즈 각각은 제1 파장판 렌즈 및 제2 파장판 렌즈를 통과하는 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하고, 아웃커플링된 광을 수렴 또는 발산시키도록 구성된다.
[0229]
제19 예에서, 제17 예 및 제18 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스에서, 제3 파장판 렌즈 및 제4 파장판 렌즈 각각은 제3 파장판 렌즈 및 제4 파장판 렌즈를 통과하는 외부 장면으로부터의 광의 편광 상태를 변경하고, 아웃커플링된 광을 수렴 또는 발산시키도록 구성된다.
[0230]
제20 예에서, 디스플레이 디바이스는 광학 경로의 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 포함하고, 여기서 적응형 렌즈 조립체들 각각은, 대응하는 스위칭 가능 파장판을 통과하는 광의 편광 상태를 선택적으로 변경하기 위해 제1 상태와 제2 상태 사이에서 스위칭하도록 구성되는 대응하는 스위칭 가능 파장판을 더 포함하고, 적응형 렌즈 조립체들은 반대 부호들을 갖는 광학 파워들을 갖는다.
[0231]
제21 예에서, 제20 예의 디스플레이 디바이스에서, 적응형 렌즈 조립체들 각각은 적응형 렌즈 조립체의 스위칭 가능 파장판의 상태에 기초하여 조정 가능한 각각의 광학 파워를 갖는다.
[0232]
제22 예에서, 제20 예 내지 제21 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스는, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 제1 적응형 렌즈 조립체의 제1 광학 파워가 제1 값일 때, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 제2 적응형 렌즈 조립체의 제2 광학 파워가 상응하게 제2 값으로 조정되도록 구성된 제어기를 더 포함한다.
[0233]
제23 예에서, 제20 예 내지 제22 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스에서, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 제1 적응형 렌즈 조립체와 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 제2 적응형 렌즈 조립체의 조합으로부터의 순 광학 파워는 대략 일정한 값으로 유지된다.
[0234]
제24 예에서, 제23 예의 디스플레이 디바이스에서, 일정한 값은 약 0 m-1이다.
[0235]
제25 예에서, 제20 예 내지 제24 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스에서, 적응형 렌즈 조립체들 각각은 제1 파장판 렌즈 및 제2 파장판 렌즈를 포함하고, 적응형 렌즈 조립체들 각각의 대응하는 스위칭 가능 파장판은 제1 파장판 렌즈와 제2 파장판 렌즈 사이에 개재되고, 파장판 렌즈들 각각은 파장판 렌즈들을 통과하는 광의 편광 상태를 변경하도록 구성된다.
[0236]
제26 예에서, 제20 예 내지 제25 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스는, 한 쌍의 적응 렌즈 조립체들 사이에 개재된 도파관 조립체를 더 포함하고, 도파관 조립체는 내부에서 전파되는 광을 적응형 렌즈 조립체들 중 하나 내로 아웃커플링하도록 구성된 도파관을 포함한다.
[0237]
제27 예에서, 제20 예 내지 제26 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스에서, 적응형 렌즈 조립체들 각각은 복수의 파장판 렌즈들 및 복수의 스위칭 가능 파장판들을 포함하고, 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장판들은 교호적으로 스택된다.
[0238]
제28 예에서, 제20 예 내지 제27 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스에서, 스위칭 가능 파장판들 및 파장판 렌즈들 중 상이한 것들은 상이한 광학 파워들을 갖는다.
[0239]
제29 예에서, 적응형 렌즈 조립체는 광학 경로에 정렬된 하나 이상의 파장판 렌즈들 및 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들을 포함하고, 여기서 하나 이상의 파장판 렌즈들 각각은 하나 이상의 파장판 렌즈들을 통과하는 광의 편광 상태를 변경하고, 제1 편광을 갖는 광에 대해 제1 광학 파워를 제공하고, 제2 편광을 갖는 광에 대해 제2 광학 파워를 제공하도록 구성된다. 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들 각각은 광의 편광 상태를 변경하지 않고 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들을 통해 광을 통과시키도록 구성된 제1 상태, 및 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들을 통과하는 광의 편광 상태를 변경하도록 구성된 제2 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능하다.
[0240]
제30 예에서, 제29 예의 적응형 렌즈 조립체에서, 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장판들 중 하나 또는 둘 모두는 액정들을 포함한다.
[0241]
제31 예에서, 제29 예 및 제30 예 중 어느 하나의 렌즈 조립체에서, 제2 상태의 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들 각각은, 활성화될 때 원형 편광된 광의 핸디드니스(handedness)를 반전시키도록 구성된 스위칭 가능 반파장판이다.
[0242]
제32 예에서, 제29 예 내지 제31 예 중 어느 하나의 적응형 렌즈 조립체에서, 스위칭 가능 파장판들 각각은 한 쌍의 하나 이상의 파장판 렌즈들 사이에 개재된다.
[0243]
제33 예에서, 제29 예 내지 제32 예 중 어느 하나의 적응형 렌즈 조립체에서, 적응형 렌즈 조립체는 복수의 파장판 렌즈들 및 복수의 스위칭 가능 파장판들을 포함하고, 파장판 렌즈들 및 스위칭 가능 파장판은 교호적으로 스택된다.
[0244]
제34 예에서, 웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템은, 이미지를 형성하기 위해 광을 출력하도록 구성된 광 변조 시스템, 머리 장착 가능 프레임, 프레임에 부착되고 광 변조 시스템으로부터 이미지를 수신하여 머리 장착 가능 프레임 외부로 재지향시키도록 구성된 하나 이상의 도파관들 및 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 포함하고, 하나 이상의 도파관들은 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 사이에 배치된다. 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 각각은 광학 경로에 있는 하나 이상의 파장판 렌즈들을 포함하고, 하나 이상의 파장판 렌즈들 각각은 제1 편광을 갖는 광에 대해 제1 광학 파워를 제공하고, 제2 편광을 갖는 광에 대해 제2 광학 파워를 제공하도록 구성된다. 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체 각각은 부가적으로, 광학 경로에 있는 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들을 포함하고, 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들 각각은 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들을 통과하는 광의 편광 상태를 선택적으로 변경하도록 구성된다. 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 각각은 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들 중의 각각의 스위칭 가능 파장판으로의 각각의 전기 신호의 인가 시에 조정 가능한 각각의 광학 파워를 제공하도록 구성된다.
[0245]
제35 예에서, 제34 예의 웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템은, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체에 동작 가능하게 커플링된 적어도 하나의 프로세서를 더 포함하고, 적어도 하나의 프로세서는, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체가 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 환경으로부터의 주변 광에 실질적으로 일정한 순 광학 파워(net optical power)를 부여하는 방식으로, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체가 상이한 상태들 사이에서 동기식으로 스위칭하게 하도록 구성된다.
[0246]
제36 예에서, 제34 예 및 제35 예 중 어느 하나의 웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템은, 마이크로-디스플레이를 더 포함하고, 하나 이상의 도파관들은 마이크로-디스플레이로부터 광을 수신하여 사용자를 향해 재지향시키도록 구성된다.
[0247]
제37 예에서, 제34 예 내지 제36 예 중 어느 하나의 웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템에서, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들은 부호가 반대인 광학 파워들을 제공하도록 구성된다.
[0248]
제38 예에서, 제37 예의 웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템에서, 부호가 반대인 광학 파워들은 크기가 실질적으로 동일하다.
[0249]
제39 예에서, 제35 예 내지 제38 예 중 어느 하나의 웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템에서, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 각각은, 입력으로서 적어도 하나의 프로세서로부터 하나 이상의 제어 신호들을 수신하고, 그 후, 이에 응답하여, 400 밀리초 미만의 시간 기간 내에 하나의 상태로부터 다른 상태로 스위칭하도록 구성된다.
[0250]
제40 예에서, 제34 예 내지 제39 예 중 어느 하나의 웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템에서, 하나 이상의 도파관들은 가상 콘텐츠를 표현하는 이미지를 수신하여 사용자를 향해 재지향시키도록 구성되고, 적어도 하나의 프로세서는, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들로 하여금, 일정 양의 상이한 상태들 중으로부터의 상이한 상태들 사이에서 동기식으로 스위칭하게 하여, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 통과하는 광에 의해 표현되는 가상 콘텐츠가 사용자에 의해 지각되는 사용자로부터 떨어진 거리를 조정하도록 구성된다.
[0251]
제41 예에서, 제40 예의 웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템에서, 가상 콘텐츠가 사용자에 의해 지각되는 사용자로부터 떨어진 거리는 복수의 상이한 거리들 사이에서 선택적으로 스위칭 가능하다.
[0252]
제42 예에서, 증강 현실 시스템은 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체를 포함하고, 여기서 제2 적응형 렌즈 조립체는 제1 적응형 렌즈 조립체와 사용자 사이에 포지셔닝된다. 적응형 렌즈 조립체들 각각은, 적어도, (i) 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트가 사용자를 향해 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트를 통과하는 광에 제1 편광 상태를 부여하도록 구성되는 제1 상태와, (i) 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트가 사용자를 향해 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트를 통과하는 광에 제2 편광 상태를 부여하도록 구성되는 제2 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능한 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트를 포함한다. 적응형 렌즈 조립체들 각각은 부가적으로, 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트와 사용자 사이에 포지셔닝된 적어도 하나의 파장판 렌즈를 포함하며, 여기서 적어도 하나의 파장판 렌즈는 사용자를 향해 적어도 하나의 파장판 렌즈를 통과하는 제1 편광 상태의 광에 제1 각각의 광학 파워를 부여하고, 사용자를 향해 적어도 하나의 파장판 렌즈를 통과하는 제2 편광 상태의 광에 제2 각각의 광학 파워를 부여하도록 구성된다. 시스템은 제1 적응형 렌즈 조립체와 제2 적응형 렌즈 조립체 사이에 포지셔닝된 적어도 하나의 도파관을 더 포함하고, 여기서 적어도 하나의 도파관은 가상 콘텐츠를 표현하는 광을 제2 렌즈 조립체를 통해 그리고 사용자를 향해 지향시키도록 구성된다.
[0253]
제43 예에서, 제42 예의 증강 현실 시스템은 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체에 동작 가능하게 커플링된 적어도 하나의 프로세서를 더 포함하고, 여기서 적어도 하나의 프로세서는, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체가 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 환경으로부터의 주변 광에 실질적으로 일정한 순 광학 파워(net optical power)를 부여하는 방식으로, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체가 상이한 상태들 사이에서 동기식으로 스위칭하게 하도록 구성된다.
[0254]
제44 예에서, 제42 예 및 제43 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템은 마이크로-디스플레이를 더 포함하고, 여기서 적어도 하나의 도파관은 마이크로-디스플레이로부터 광을 수신하여 사용자를 향해 재지향시키도록 구성된다.
[0255]
제45 예에서, 제42 예 내지 제44 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체는 부호가 반대인 광학 파워들을 제공하도록 구성된다.
[0256]
제46 예에서, 제45 예의 증강 현실 시스템에서, 부호가 반대인 광학 파워들은 크기가 실질적으로 동일하다.
[0257]
제47 예에서, 제43 예 내지 제46 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은, 입력으로서 적어도 하나의 프로세서로부터 하나 이상의 제어 신호들을 수신하고, 그 후, 이에 응답하여, 400 밀리초 미만의 시간 기간 내에 하나의 상태로부터 다른 상태로 스위칭하도록 구성된다.
[0258]
제48 예에서, 제42 예 내지 제47 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템에서, 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은 두 상태들 사이에서 단일-극 스위칭 가능한 일정 양의 광학 엘리먼트들을 포함한다. 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각에 포함된 일정 양의 광학 엘리먼트는 제1 값과 동일하다. 제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은 일정 양의 상이한 상태들 중으로부터의 상태들 사이에서 선택적으로 스위칭 가능하고, 일정 양의 상이한 상태들은 제1 값에 지수적으로 의존하는 제2 값과 동일하다.
[0259]
제49 예에서, 제48 예의 증강 현실 시스템에서, 제2 값은 지수를 갖는 2의 누승법(exponentiation)과 동일하고, 지수는 제1 값과 동일하다.
[0260]
제50 예에서, 제43 예 내지 제49 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템에서, 하나 이상의 도파관들은 가상 콘텐츠를 표현하는 광을 수신하여 사용자를 향해 재지향시키도록 구성되고, 적어도 하나의 프로세서는, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들로 하여금, 일정 양의 상이한 상태들 중으로부터의 상이한 상태들 사이에서 동기식으로 스위칭하게 하여, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 통과하는 광에 의해 표현되는 가상 콘텐츠가 사용자에 의해 지각되는 사용자로부터 떨어진 거리를 조정하도록 구성된다.
[0261]
제51 예에서, 제50 예의 증강 현실 시스템에서, 가상 콘텐츠가 사용자에 의해 지각되는 사용자로부터 떨어진 거리는, 일정 양의 상이한 거리들 중 임의의 것으로 선택적으로 스위칭 가능하고, 일정 양의 상이한 거리들은 제2 값과 동일하다.
[0262]
제52 예에서, 디스플레이 디바이스는 도파관의 출력 표면을 따라 아웃커플링된 광을 출력하도록 구성된 도파관을 포함하는 도파관 조립체를 포함한다. 디스플레이 디바이스는 부가적으로, 출력 표면을 향하는 주 표면을 갖는 제1 적응형 렌즈 조립체를 포함한다. 적응형 렌즈 조립체는 제1 파장판 렌즈, 제2 파장판 렌즈, 및 제1 파장판 렌즈와 제2 파장판 렌즈 사이에 개재된 스위칭 가능 파장판을 포함한다. 스위칭 가능 파장판은 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하지 않고 아웃커플링된 광을 통과시키도록 구성되는 제1 상태 및 제1 스위칭 가능 파장판을 통과하는 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하도록 구성된 제2 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능하다.
[0263]
제53 예에서, 제52 예의 디스플레이 디바이스에서, 제1 파장판 렌즈 및 제2 파장판 렌즈 각각은 제1 파장판 렌즈 및 제2 파장판 렌즈를 통과하는 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하고, 아웃커플링된 광을 수렴 또는 발산시키도록 구성된다.
[0264]
제54 예에서, 제52 예 또는 제53 예의 디스플레이 디바이스에서, 아웃커플링된 광은 편광 핸디드니스를 갖는 원형 편광된 광이고, 제1 및 제2 파장판 렌즈들 각각 및 제2 상태의 스위칭 가능 파장판은, 자신을 통과하는 아웃커플링된 광의 핸디드니스를 반전시키도록 구성된 반파장판들이다.
[0265]
제55 예에서, 제52 예 내지 제54 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스에서, 각각의 제1 및 제2 파장판 렌즈들 각각은 제1 핸디드니스를 갖는 광에 대해 제1 광학 파워를 제공하고, 제1 핸디드니스에 대향하는 제2 핸디드니스를 갖는 광에 대해 제2 광학 파워를 제공하도록 구성된다.
[0266]
제56 예에서, 제52 예 내지 제55 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스에서, 스위칭 가능 파장판이 제2 상태에 있을 때, 제1 파장판 렌즈 상에 입사되는 아웃커플링된 광은 제2 파장판 상에 입사된 아웃커플링된 광과 동일한 핸디드니스를 갖는 반면, 스위칭 가능 파장판이 제1 상태에 있을 때, 제1 파장판 렌즈 상에 입사되는 아웃커플링된 광은 제2 파장판 상에 입사되는 아웃커플링된 광과 상반되는 핸디드니스를 갖는다.
[0267]
제57 예에서, 제52 예 내지 제56 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스에서, 스위칭 가능 파장판이 제2 상태에 있을 때, 제1 및 제2 파장판 렌즈들 둘 모두는 자신을 통과하는 아웃커플링된 광을 발산하는 반면, 스위칭 가능 파장판이 제1 상태에 있을 때, 제1 및 제2 파장판 렌즈들 중 하나는 자신을 통과하는 아웃커플링된 광을 수렴하는 한편, 제1 및 제2 파장판 렌즈들 중 다른 하나는 자신을 통과하는 아웃커플링된 광을 발산시킨다.
[0268]
제58 예에서, 제52 예 내지 제57 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스에서, 스위칭 가능 파장판이 제2 상태에 있을 때, 적응형 렌즈 조립체는 제1 및 제2 파장판 렌즈들의 광학 파워들의 크기들의 대략적인 합인 크기를 갖는 순 광학 파워를 갖는 반면, 스위칭 가능 파장판이 제1 상태에 있을 때, 적응형 렌즈 조립체는 제1 및 제2 파장판 렌즈들의 광학 파워들의 크기들 사이의 대략적인 차이인 크기를 갖는 순 광학 파워를 갖는다.
[0269]
제59 예에서, 제52 예 내지 제58 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스에서, 제1 및 제2 파장판 렌즈들은 스위칭 가능 파장판이 전기적으로 비활성화될 때, 순 광학 파워가 약 0이 되도록, 대략 동일한 크기를 갖는 광학 파워들을 갖는다.
[0270]
제60 예에서, 제52 예 내지 제59 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스에서, 제1 및 제2 파장판 렌즈들 각각 및 스위칭 가능 파장판은 상이한 신장 방향들로 신장되고 상이한 회전 각도를 갖는 신장된 액정 분자들을 포함한다.
[0271]
제61 예에서, 제52 예 내지 제60 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스에서, 제1 및 제2 파장판 렌즈들 각각은 적응형 렌즈 조립체의 광학 축으로부터 액정 분자들까지의 반경 거리에 비례하는 회전 각도들을 갖는 액정 분자들을 포함한다.
[0272]
제62 예에서, 제52 예 내지 제61 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스에서, 제2 상태에서, 스위칭 가능 파장판은 복수의 키랄 구조들을 포함하는 CLC(cholesteric liquid crystal) 층을 포함하고, 여기서 각각의 키랄 구조는, 적어도 나선형 피치만큼 층 깊이 방향으로 연장되고 제1 회전 방향으로 연속적으로 회전되는 복수의 액정 분자들을 포함하고, 나선형 피치는, 제1 회전 방향의 한 번의 풀 회전(full rotation)에 의한 키랄 구조들의 액정 분자들의 순 회전각(net rotation angle)에 대응하는 층 깊이 방향의 길이이다.
[0273]
제63 예에서, 제52 예 내지 제62 예 중 어느 하나의 디스플레이 디바이스에서, 활성화될 때, 스위칭 가능 파장판은 PBOE(Pancharatnam-Berry (PB) optical element)를 포함한다.
[0274]
제64 예에서, 제17 예 내지 제19 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템은 도파관 조립체와 사용자 사이에 배치된 하나 이상의 편광 선택적 터닝 엘리먼트들을 더 포함하고, 제1 파장판 렌즈는 제2 파장판 렌즈보다 사용자에 더 근접하다.
[0275]
제65 예에서, 제64 예의 증강 현실 시스템에서, 제1 편광 선택적 터닝 엘리먼트는 사용자와 제1 파장판 렌즈 사이에 배치된다.
[0276]
제66 예에서, 제64 예 또는 제65 예의 증강 현실 시스템에서, 제2 편광 선택적 터닝 엘리먼트가 도파관 조립체와 제2 파장판 렌즈 사이에 배치된다.
[0277]
제67 예에서, 제64 예 내지 제66 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템에서, 하나 이상의 편광 선택적 터닝 엘리먼트들은 편광 격자, 회절 광학 엘리먼트 및/또는 홀로그래픽 광학 엘리먼트 중 하나 이상을 포함한다.
[0278]
제68 예에서, 제17 예 내지 제19 예 및 제64 예 내지 제67 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템은, 도파관 조립체와 외부 장면 사이에 배치된 하나 이상의 편광 선택적 터닝 엘리먼트들을 포함하고, 제3 파장판 렌즈는 제4 파장판 렌즈보다 외부 장면에 더 근접하다.
[0279]
제69 예에서, 제17 예 내지 제19 예 및 제64 예 내지 제68 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템은, 외부 장면과 제3 파장판 렌즈 사이에 배치된 제3 편광 선택적 터닝 엘리먼트를 더 포함한다.
[0280]
제70 예에서, 제17 예 내지 제19 예 및 제64 예 내지 제69 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템은 도파관 조립체와 제4 파장판 렌즈 사이에 배치된 제4 편광 선택적 회전 엘리먼트를 더 포함한다.
[0281]
제71 예에서, 제17 예 내지 제19 예 및 제64 예 내지 제70 예 중 어느 하나의 증강 현실 시스템에서, 하나 이상의 편광 선택적 터닝 엘리먼트들은 편광 격자, 회절 광학 엘리먼트 및/또는 홀로그래픽 광학 엘리먼트 중 하나 이상을 포함한다.
부가적인 고려사항들
[0282]
위의 명세서에서, 본 발명은 본 발명의 특정 실시예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 발명의 더 넓은 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정들 및 변경들이 본 발명에 대해 행해질 수 있다는 것은 명백할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적인 의미보다는 예시적인 의미로 간주될 것이다.
[0283]
실제로, 본 개시내용의 시스템들 및 방법들 각각은 여러 개의 혁신적인 양상들을 가지며, 그 양상들 중 어떠한 단일 양상도 본원에서 개시된 바람직한 속성들을 단독으로 담당하지 않거나, 이 속성들을 위해 요구되진 않는다는 것이 인지될 것이다. 위에서 설명된 다양한 특징들 및 프로세스들은 서로 독립적으로 사용될 수 있거나, 또는 다양한 방식들로 조합될 수 있다. 모든 가능한 조합들 및 서브조합들은 본 개시내용의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다. 예컨대, 도 15를 참조하면, 하나 이상의 적응형 렌즈 조립체들(1504-1 내지 1504-3)은 도파관들(1012a, 1012b 및/또는 1012c)의 개별 도파관들 사이에 배치될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
[0284]
별개의 실시예들의 맥락에서 본 명세서에 설명된 소정의 특징들은 또한, 단일 실시예에서 조합하여 구현될 수 있다. 대조적으로, 단일 실시예의 맥락에서 설명된 다양한 특징들은 또한, 별개로 다수의 실시예들로 또는 임의의 적절한 서브조합으로 구현될 수 있다. 더욱이, 특징들이 소정의 조합들로 작용하는 것으로 위에서 설명되고 심지어 초기에 이와 같이 청구될 수 있지만, 일부 경우들에서, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 그 조합으로부터 제거될 수 있고, 청구된 조합은 서브조합 또는 서브조합의 변동에 관련될 수 있다. 단일 특징 또는 특징들의 그룹이 각각의 그리고 모든 각각의 실시예에 필요하거나 필수적인 것은 아니다.
[0285]
구체적으로 달리 언급되지 않거나 또는 사용된 맥락 내에서 달리 이해되지 않으면, 본원에서 사용된 조건부 언어, 이를테면, 다른 것들 중에서도, "할 수 있다(can, could, might, may)", "예컨대" 등은 일반적으로, 소정의 실시예들은 소정의 특징들, 엘리먼트들, 및/또는 단계들을 포함하지만 다른 실시예들은 이들을 포함하지 않는다는 것을 전달하도록 의도된다는 것이 인지될 것이다. 따라서, 그러한 조건어는 일반적으로, 특징들, 엘리먼트들, 및/또는 단계들이 하나 이상의 실시예들을 위해 어떤 식으로든 요구된다는 것을, 또는 하나 이상의 실시예들이, 저자 입력 또는 프롬프팅(prompting)을 이용하거나 또는 그러한 것을 이용함이 없이, 이들 특징들, 엘리먼트들, 및/또는 단계들이 임의의 특정 실시예에 포함되는지 또는 임의의 특정 실시예에서 수행되어야 하는지를 판단하기 위한 로직을 반드시 포함한다는 것을 암시하도록 의도되진 않는다. "포함하는(comprising, including)", "갖는(having)" 등의 용어들은 동의어이며, 오픈-엔디드(open-ended) 방식으로 포괄적으로 사용되며, 부가적인 엘리먼트들, 특징들, 행동들, 동작들 등을 배제하지 않는다. 또한, "또는"이라는 용어는 (그의 배타적인 의미가 아니라) 그의 포괄적인 의미로 사용되어서, 예컨대, 리스트의 엘리먼트들을 연결하기 위해 사용될 때, "또는"이라는 용어는 리스트 내의 엘리먼트들 중 하나, 일부, 또는 전부를 의미한다. 또한, 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같은 단수 표현은 달리 특정되지 않는 한 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 해석될 것이다. 유사하게, 동작들이 특정한 순서로 도면들에 도시될 수 있지만, 원하는 결과들을 달성하기 위해, 그러한 동작들이 도시된 특정한 순서 또는 순차적인 순서로 수행될 필요가 없거나, 모든 예시된 동작들이 수행될 필요가 없다는 것이 인지될 것이다. 추가로, 도면들은 흐름도의 형태로 하나 이상의 예시적인 프로세스들을 개략적으로 도시할 수 있다. 그러나, 도시되지 않은 다른 동작들이, 개략적으로 예시된 예시적인 방법들 및 프로세스들에 통합될 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 부가적인 동작들은, 예시된 동작들 중 임의의 동작 이전에, 이후에, 동시에, 또는 그 중간에 수행될 수 있다. 부가적으로, 동작들은 다른 실시예들에서 재배열되거나 재순서화될 수 있다. 소정의 환경들에서, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 위에서 설명된 실시예들에서의 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 모든 실시예들에서 그러한 분리를 요구하는 것으로서 이해되지는 않아야 하며, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들이 일반적으로, 단일 소프트웨어 제품에 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품들에 패키징될 수 있음 이해되어야 한다. 부가적으로, 다른 실시예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다. 일부 경우들에서, 청구항들에서 열거된 액션들은, 상이한 순서로 수행될 수 있으며, 그럼에도 불구하고 원하는 결과들을 달성할 수 있다.
[0286]
따라서, 청구항들은 본 명세서에 도시된 실시예들로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 본 명세서에 개시된 본 개시내용, 원리들 및 신규한 특성들과 일치하는 가장 넓은 범위에 부합할 것이다.
Claims (59)
- 증강 현실 시스템으로서,
광을 수신하여 사용자를 향해 재지향시키도록 구성되는 적어도 하나의 도파관 ― 상기 적어도 하나의 도파관은 추가로, 상기 사용자의 환경으로부터의 주변 광이 상기 사용자를 향해 상기 적어도 하나의 도파관을 통과할 수 있도록 구성됨 ― ;
상기 적어도 하나의 도파관과 상기 환경 사이에 포지셔닝된 제1 적응형 렌즈 조립체 ― 상기 제1 적응형 렌즈 조립체는,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체가, 상기 제1 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에 제1 광학 파워를 부여하도록 구성되는 상태; 및
상기 제1 적응형 렌즈 조립체가, 상기 제1 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에, 상기 제1 광학 파워와 상이한 광학 파워를 부여하도록 구성되는 적어도 하나의 다른 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능함 ― ;
제2 적응형 렌즈 조립체 ― 상기 제2 적응형 렌즈 조립체는 상기 사용자에 의한 상기 증강 현실 시스템의 착용 시에 상기 적어도 하나의 도파관과 상기 사용자 사이에 있도록 포지셔닝되고, 상기 제2 적응형 렌즈 조립체는,
상기 제2 적응형 렌즈 조립체가, 상기 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에 상기 제1 광학 파워와 상이한 제2 광학 파워를 부여하도록 구성되는 상태; 및
상기 제2 적응형 렌즈 조립체가, 상기 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에, 상기 제2 광학 파워와 상이한 광학 파워를 부여하도록 구성되는 적어도 하나의 다른 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능함 ― ; 및
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체에 동작 가능하게 커플링된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체가, 상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 상기 환경으로부터의 주변 광에 실질적으로 일정한 순 광학 파워(net optical power)를 부여하는 방식으로, 상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체가 상이한 상태들 사이에서 동기식으로 스위칭하게 하도록 구성되는,
증강 현실 시스템. - 제1 항에 있어서,
마이크로-디스플레이를 더 포함하고,
상기 적어도 하나의 도파관은 상기 마이크로-디스플레이로부터 광을 수신하여 상기 사용자를 향해 재지향시키도록 구성되는,
증강 현실 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 광학 파워 및 상기 제2 광학 파워는 부호가 반대인,
증강 현실 시스템. - 제3 항에 있어서,
상기 제1 광학 파워 및 상기 제2 광학 파워는 실질적으로 크기가 동일한,
증강 현실 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은, 입력으로서 상기 적어도 하나의 프로세서로부터 하나 이상의 제어 신호들을 수신하고, 그 후, 이에 응답하여, 400 밀리초 미만의 시간 기간 내에 하나의 상태로부터 다른 상태로 스위칭하도록 구성되는,
증강 현실 시스템. - 제5 항에 있어서,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체 각각이 하나의 상태로부터 다른 상태로 스위칭하도록 구성되는 시간 기간은 200 밀리초 미만인,
증강 현실 시스템. - 제6 항에 있어서,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체 각각이 하나의 상태로부터 다른 상태로 스위칭하도록 구성되는 시간 기간은 100 밀리초 미만인,
증강 현실 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 도파관은, 상기 적어도 하나의 도파관이 상기 사용자를 향해 광을 재지향시키고 상기 사용자의 환경으로부터의 주변 광이 상기 사용자를 향해 상기 적어도 하나의 도파관을 통과할 수 있도록 구성되는 출력 영역을 포함하고, 상기 적어도 하나의 도파관의 출력 영역은 상기 제1 적응형 렌즈 조립체의 클리어 어퍼처(clear aperture)가 형성되는 상기 제1 적응형 렌즈 조립체의 부분과, 상기 제2 적응형 렌즈 조립체의 클리어 어퍼처가 형성되는 상기 제2 적응형 렌즈 조립체의 부분 사이에 포지셔닝되는,
증강 현실 시스템. - 제8 항에 있어서,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체의 클리어 어퍼처들이 각각 형성되는 상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체의 부분들 각각은 상기 적어도 하나의 도파관의 출력 영역보다 크기가 더 큰,
증강 현실 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은 두 상태들 사이에서 단일-극 스위칭 가능한(single-pole switchable) 적어도 하나의 광학 엘리먼트를 포함하는,
증강 현실 시스템. - 제10 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트는,
상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트가, 상기 사용자를 향해 상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트를 통과하는 광에 제1 편광 상태를 부여하도록 구성되는 제1 상태; 및
상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트가 상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트를 통과하는 광에 상기 제1 편광 상태와 상이한 제2 편광 상태를 부여하도록 구성되는 제2 상태 사이에서 단일-극 스위칭 가능한,
증강 현실 시스템. - 제11 항에 있어서,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은 적어도 하나의 파장판 렌즈를 포함하고, 상기 적어도 하나의 파장판 렌즈는 상기 사용자에 의한 상기 증강 현실 시스템의 착용 시에 상기 적어도 하나의 파장판 렌즈가 상기 적어도 하나의 광학 엘리먼트와 상기 사용자 사이에 있도록 포지셔닝되고,
상기 적어도 하나의 파장판 렌즈는 상기 적어도 하나의 파장판 렌즈를 통과하는 상기 제1 편광 상태의 광에 하나의 광학 파워를 그리고 상기 적어도 하나의 파장판 렌즈를 통과하는 상기 제2 편광 상태의 광에 다른 상이한 광학 파워를 부여하도록 구성되는,
증강 현실 시스템. - 제10 항에 있어서,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은 두 상태들 사이에서 단일-극 스위칭 가능한 일정 양의(a quantity of) 광학 엘리먼트들을 포함하고, 상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체 각각에 포함된 상기 일정 양의 광학 엘리먼트들은 제1 값과 동일하고,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은 일정 양의 상이한 상태들 중으로부터의 상태들 사이에서 선택적으로 스위칭 가능하고, 상기 일정 양의 상이한 상태들은 상기 제1 값에 지수적으로 의존하는 제2 값과 동일한,
증강 현실 시스템. - 제13 항에 있어서,
상기 제2 값은 지수를 갖는 2의 누승법(exponentiation)과 동일하고, 상기 지수는 상기 제1 값과 동일한,
증강 현실 시스템. - 제13 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 도파관은 가상 콘텐츠를 표현하는 광을 수신하여 상기 사용자를 향해 재지향시키도록 구성되고,
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체로 하여금, 상기 일정 양의 상이한 상태들 중으로부터의 상이한 상태들 사이에서 동기식으로 스위칭하게 하여, 상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에 의해 표현되는 가상 콘텐츠가 상기 사용자에 의해 지각되는 상기 사용자로부터 떨어진 거리를 조정하도록 구성되는,
증강 현실 시스템. - 제15 항에 있어서,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는 광에 의해 표현되는 가상 콘텐츠가 상기 사용자에 의해 지각되는 상기 사용자로부터 떨어진 거리는, 일정 양의 상이한 거리들 중 임의의 것으로 선택적으로 스위칭 가능하고, 상기 일정 양의 상이한 거리들은 상기 제2 값과 동일한,
증강 현실 시스템. - 디스플레이 디바이스로서,
도파관을 포함하는 도파관 조립체 ― 상기 도파관은 상기 도파관의 출력 표면을 따라 아웃커플링된 광을 출력하도록 구성됨 ― ; 및
상기 출력 표면을 향하는 제1 주 표면을 갖는 제1 적응형 렌즈 조립체 ― 상기 제1 적응형 렌즈 조립체는,
제1 파장판 렌즈;
제2 파장판 렌즈; 및
상기 제1 파장판 렌즈와 상기 제2 파장판 렌즈 사이에 개재된 제1 스위칭 가능 파장판을 포함하고, 상기 제1 스위칭 가능 파장판은,
상기 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하지 않고 상기 아웃커플링된 광을 통과시키도록 구성되는 제1 상태; 및
상기 제1 스위칭 가능 파장판을 통과하는 상기 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하도록 구성된 제2 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능함 ― ;
상기 출력 표면에 대향하는 외부 장면을 향하는 제2 주 표면 및 상기 제1 주 표면을 향하는 제2 부 표면을 갖는 제2 적응형 렌즈 조립체를 포함하고,
상기 제2 적응형 렌즈 조립체는,
제3 파장판 렌즈;
제4 파장판 렌즈; 및
상기 제3 파장판 렌즈와 상기 제4 파장판 렌즈 사이에 개재된 제2 스위칭 가능 파장판을 포함하고,
상기 제2 스위칭 가능 파장판은,
상기 외부 장면으로부터의 광의 편광 상태를 변경하지 않고 상기 외부 장면으로부터의 광을 통과시키도록 구성된 제3 상태; 및
상기 제2 스위칭 가능 파장판을 통과하는 상기 외부 장면으로부터의 광의 편광 상태를 변경하도록 구성된 제4 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능한,
디스플레이 디바이스. - 제17 항에 있어서,
상기 제1 파장판 렌즈 및 상기 제2 파장판 렌즈 각각은 상기 제1 파장판 렌즈 및 상기 제2 파장판 렌즈를 통과하는 상기 아웃커플링된 광의 편광 상태를 변경하고, 상기 아웃커플링된 광을 수렴 또는 발산시키도록 구성되는,
디스플레이 디바이스. - 제18 항에 있어서,
상기 제3 파장판 렌즈 및 상기 제4 파장판 렌즈 각각은 상기 제3 파장판 렌즈 및 상기 제4 파장판 렌즈를 통과하는 상기 외부 장면으로부터의 광의 편광 상태를 변경하고, 상기 아웃커플링된 광을 수렴 또는 발산시키도록 구성되는,
디스플레이 디바이스. - 제17 항에 있어서,
사용자에 의한 증강 현실 시스템의 착용 시에 상기 도파관 조립체와 상기 사용자 사이에 배치되도록 포지셔닝된 하나 이상의 편광 선택적 터닝(turning) 엘리먼트들을 더 포함하고,
상기 제1 파장판 렌즈는 상기 제2 파장판 렌즈보다 상기 사용자에 더 근접하게 포지셔닝되는,
디스플레이 디바이스. - 제20 항에 있어서,
상기 하나 이상의 편광 선택적 터닝 엘리먼트들은 상기 사용자에 의한 상기 증강 현실 시스템의 착용 시에 상기 사용자와 상기 제1 파장판 렌즈 사이에 배치되도록 포지셔닝된 제1 편광 선택적 터닝 엘리먼트를 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 제20 항에 있어서,
상기 하나 이상의 편광 선택적 터닝 엘리먼트들은 상기 도파관 조립체와 상기 제2 파장판 렌즈 사이에 배치된 제2 편광 선택적 터닝 엘리먼트를 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 제20 항에 있어서,
상기 하나 이상의 편광 선택적 터닝 엘리먼트들은 편광 격자, 회절 광학 엘리먼트 및/또는 홀로그래픽 광학 엘리먼트 중 하나 이상을 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 제17 항에 있어서,
상기 도파관 조립체와 상기 외부 장면 사이에 배치된 하나 이상의 편광 선택적 터닝 엘리먼트들을 더 포함하고,
상기 제3 파장판 렌즈는 상기 제4 파장판 렌즈보다 상기 외부 장면에 더 근접한,
디스플레이 디바이스. - 제24 항에 있어서,
상기 하나 이상의 편광 선택적 터닝 엘리먼트들은 상기 외부 장면과 상기 제3 파장판 렌즈 사이에 배치된 제3 편광 선택적 터닝 엘리먼트를 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 제24 항에 있어서,
상기 하나 이상의 편광 선택적 터닝 엘리먼트들은 상기 도파관 조립체와 상기 제4 파장판 렌즈 사이에 배치된 제4 편광 선택적 터닝 엘리먼트를 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 제24 항에 있어서,
상기 하나 이상의 편광 선택적 터닝 엘리먼트들은 편광 격자, 회절 광학 엘리먼트 및/또는 홀로그래픽 광학 엘리먼트 중 하나 이상을 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 디스플레이 디바이스로서,
광학 경로에 있는 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 포함하고,
상기 적응형 렌즈 조립체들 각각은,
대응하는 스위칭 가능 파장판을 포함하고, 상기 대응하는 스위칭 가능 파장판은 상기 대응하는 스위칭 가능 파장판을 통과하는 광의 편광 상태를 선택적으로 변경하기 위해 제1 상태와 제2 상태 사이에서 스위칭하도록 구성되고,
상기 적응형 렌즈 조립체들은 반대 부호들을 갖는 광학 파워들을 갖는,
디스플레이 디바이스. - 제28 항에 있어서,
상기 적응형 렌즈 조립체들 각각은 상기 적응형 렌즈 조립체의 스위칭 가능 파장판의 상태에 기초하여 조정 가능한 각각의 광학 파워를 갖는,
디스플레이 디바이스. - 제29 항에 있어서,
상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 제1 적응형 렌즈 조립체의 제1 광학 파워가 제1 값일 때, 상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 제2 적응형 렌즈 조립체의 제2 광학 파워가 상응하게 제2 값으로 조정되도록 구성된 제어기를 더 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 제30 항에 있어서,
상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 제1 적응형 렌즈 조립체와 상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 중 제2 적응형 렌즈 조립체의 조합으로부터의 순 광학 파워는 대략 일정한 값으로 유지되는,
디스플레이 디바이스. - 제31 항에 있어서,
상기 일정한 값은 약 0 m-1인,
디스플레이 디바이스. - 제28 항에 있어서,
상기 적응형 렌즈 조립체들 각각은 제1 파장판 렌즈 및 제2 파장판 렌즈를 포함하고, 상기 적응형 렌즈 조립체들 각각의 대응하는 스위칭 가능 파장판은 상기 제1 파장판 렌즈와 상기 제2 파장판 렌즈 사이에 개재되고,
파장판 렌즈들 각각은 상기 파장판 렌즈들을 통과하는 광의 편광 상태를 변경하도록 구성되는,
디스플레이 디바이스. - 제28 항에 있어서,
상기 디스플레이 디바이스는 상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 사이에 개재된 도파관 조립체를 더 포함하고, 상기 도파관 조립체는 상기 도파관 조립체 내부에서 전파되는 광을 상기 적응형 렌즈 조립체들 중 하나에 아웃커플링하도록 구성된 도파관을 포함하는,
디스플레이 디바이스. - 제34 항에 있어서,
상기 적응형 렌즈 조립체들 각각은 복수의 파장판 렌즈들 및 복수의 스위칭 가능 파장판들을 포함하고, 상기 파장판 렌즈들 및 상기 스위칭 가능 파장판들은 교호적으로 스택되는,
디스플레이 디바이스. - 제35 항에 있어서,
상기 스위칭 가능 파장판들 및 파장판 렌즈들 중 상이한 것들은 상이한 광학 파워들을 갖는,
디스플레이 디바이스. - 적응형 렌즈 조립체로서,
광학 경로에 정렬된 하나 이상의 파장판 렌즈들 및 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들을 포함하고,
상기 하나 이상의 파장판 렌즈들 각각은 상기 하나 이상의 파장판 렌즈들을 통과하는 광의 편광 상태를 변경하고, 제1 편광을 갖는 광에 대해 제1 광학 파워를 제공하고, 제2 편광을 갖는 광에 대해 제2 광학 파워를 제공하도록 구성되고,
상기 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들 각각은,
상기 광의 편광 상태를 변경하지 않고 상기 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들을 통해 상기 광을 통과시키도록 구성된 제1 상태; 및
상기 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들을 통과하는 광의 편광 상태를 변경하도록 구성된 제2 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능한,
적응형 렌즈 조립체. - 제37 항에 있어서,
상기 파장판 렌즈들 및 상기 스위칭 가능 파장판들 중 하나 또는 둘 모두는 액정들을 포함하는,
적응형 렌즈 조립체. - 제37 항에 있어서,
상기 제2 상태의 상기 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들 각각은, 활성화될 때 원형 편광된 광의 핸디드니스(handedness)를 반전시키도록 구성된 스위칭 가능 반파장판인,
적응형 렌즈 조립체. - 제37 항에 있어서,
상기 스위칭 가능 파장판들 각각은 한 쌍의 하나 이상의 파장판 렌즈들 사이에 개재되는,
적응형 렌즈 조립체. - 제40 항에 있어서,
상기 적응형 렌즈 조립체는 복수의 파장판 렌즈들 및 복수의 스위칭 가능 파장판들을 포함하고, 상기 파장판 렌즈들 및 상기 스위칭 가능 파장판은 교호적으로 스택되는,
적응형 렌즈 조립체. - 웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템으로서,
이미지를 형성하기 위해 광을 출력하도록 구성된 광 변조 시스템;
머리 장착 가능 프레임;
상기 프레임에 부착되고 상기 광 변조 시스템으로부터 상기 이미지를 수신하여 상기 머리 장착 가능 프레임 외부로 재지향시키도록 구성된 하나 이상의 도파관들;
한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 포함하고,
상기 하나 이상의 도파관들은 상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 사이에 배치되고, 상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 각각은,
광학 경로에 있는 하나 이상의 파장판 렌즈들 ― 상기 하나 이상의 파장판 렌즈들 각각은 제1 편광을 갖는 광에 대해 제1 광학 파워를 제공하고, 제2 편광을 갖는 광에 대해 제2 광학 파워를 제공하도록 구성됨 ― ; 및
상기 광학 경로에 있는 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들을 포함하고, 상기 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들 각각은 상기 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들을 통과하는 광의 편광 상태를 선택적으로 변경하도록 구성되고,
상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 각각은 상기 하나 이상의 스위칭 가능 파장판들 중의 각각의 스위칭 가능 파장판으로의 각각의 전기 신호의 인가 시에 조정 가능한 각각의 광학 파워를 제공하도록 구성되는,
웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템. - 제42 항에 있어서,
상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들에 동작 가능하게 커플링된 적어도 하나의 프로세서를 더 포함하고,
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들로 하여금 상이한 상태들 사이에서 동기식으로 스위칭하게 하도록 구성되고, 상기 상이한 상태들은 상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 통과하는, 환경으로부터의 주변 광에 실질적으로 일정한 순 광학 파워를 제공하는,
웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템. - 제42 항에 있어서,
마이크로-디스플레이를 더 포함하고,
상기 하나 이상의 도파관들은 상기 마이크로-디스플레이로부터 광을 수신하여 사용자를 향해 재지향시키도록 구성되는,
웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템. - 제42 항에 있어서,
상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들은 부호가 반대인 광학 파워들을 제공하도록 구성되는,
웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템. - 제45 항에 있어서,
상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들은 실질적으로 크기가 동일한 광학 파워들을 제공하도록 구성되는,
웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템. - 제43 항에 있어서,
상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들 각각은, 입력으로서 상기 적어도 하나의 프로세서로부터 하나 이상의 제어 신호들을 수신하고, 그 후, 이에 응답하여, 400 밀리초 미만의 시간 기간 내에 하나의 상태로부터 다른 상태로 스위칭하도록 구성되는,
웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템. - 제42 항에 있어서,
상기 하나 이상의 도파관들은 가상 콘텐츠를 표현하는 이미지를 수신하여 사용자를 향해 재지향시키도록 구성되고,
적어도 하나의 프로세서는, 상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들로 하여금, 일정 양의 상이한 상태들 중으로부터의 상이한 상태들 사이에서 동기식으로 스위칭하게 하여, 상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 통과하는 광에 의해 표현되는 가상 콘텐츠가 상기 사용자에 의해 지각되는 상기 사용자로부터 떨어진 거리를 조정하도록 구성되는,
웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템. - 제48 항에 있어서,
상기 가상 콘텐츠가 상기 사용자에 의해 지각되는 상기 사용자로부터 떨어진 거리는 복수의 상이한 거리들 사이에서 선택적으로 스위칭 가능한,
웨어러블 증강 현실 머리-장착 가능 디스플레이 시스템. - 증강 현실 시스템으로서,
제1 적응형 렌즈 조립체 및 제2 적응형 렌즈 조립체; 및
상기 제1 적응형 렌즈 조립체와 상기 제2 적응형 렌즈 조립체 사이에 포지셔닝된 적어도 하나의 도파관을 포함하고,
상기 제2 적응형 렌즈 조립체는 상기 제1 적응형 렌즈 조립체와 사용자 사이에 포지셔닝되며, 적응형 렌즈 조립체들 각각은,
적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트 ― 상기 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트는, 적어도, (i) 상기 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트가 상기 사용자를 향해 상기 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트를 통과하는 광에 제1 편광 상태를 부여하도록 구성되는 제1 상태와, (i) 상기 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트가 상기 사용자를 향해 상기 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트를 통과하는 광에 제2 편광 상태를 부여하도록 구성되는 제2 상태 사이에서 선택적으로 스위칭 가능함 ― ; 및
적어도 하나의 파장판 렌즈를 포함하고, 상기 적어도 하나의 파장판 렌즈는 상기 사용자에 의한 증강 현실 시스템의 착용 시에 상기 적어도 하나의 파장판 렌즈가 상기 적어도 하나의 스위칭 가능 광학 엘리먼트와 상기 사용자 사이에 있도록 포지셔닝되고, 상기 적어도 하나의 파장판 렌즈는 상기 사용자를 향해 상기 적어도 하나의 파장판 렌즈를 통과하는 제1 편광 상태의 광에 제1 각각의 광학 파워를 부여하고, 상기 사용자를 향해 상기 적어도 하나의 파장판 렌즈를 통과하는 제2 편광 상태의 광에 제2 각각의 광학 파워를 부여하도록 구성되고,
상기 적어도 하나의 도파관은 가상 콘텐츠를 표현하는 광을 상기 제2 렌즈 조립체를 통해 그리고 상기 사용자를 향해 지향시키도록 구성되는,
증강 현실 시스템. - 제50 항에 있어서,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체에 동작 가능하게 커플링된 적어도 하나의 프로세서를 더 포함하고,
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체로 하여금 상이한 상태들 사이에서 동기식으로 스위칭하게 하도록 구성되고, 상기 상이한 상태들은 상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체를 통과하는, 상기 환경으로부터의 주변 광에 실질적으로 일정한 순 광학 파워를 제공하는,
증강 현실 시스템. - 제50 항에 있어서,
마이크로-디스플레이를 더 포함하고,
상기 적어도 하나의 도파관은 상기 마이크로-디스플레이로부터 광을 수신하여 상기 사용자를 향해 재지향시키도록 구성되는,
증강 현실 시스템. - 제50 항에 있어서,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체는 부호가 반대인 광학 파워들을 제공하도록 구성되는,
증강 현실 시스템. - 제53 항에 있어서,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체는 실질적으로 크기가 동일한 광학 파워들을 제공하도록 구성되는,
증강 현실 시스템. - 제51 항에 있어서,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은, 입력으로서 상기 적어도 하나의 프로세서로부터 하나 이상의 제어 신호들을 수신하고, 그 후, 이에 응답하여, 400 밀리초 미만의 시간 기간 내에 하나의 상태로부터 다른 상태로 스위칭하도록 구성되는,
증강 현실 시스템. - 제50 항에 있어서,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은 두 상태들 사이에서 단일-극 스위칭 가능한 일정 양의 광학 엘리먼트들을 포함하고, 상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체 각각에 포함된 상기 일정 양의 광학 엘리먼트들은 제1 값과 동일하고,
상기 제1 적응형 렌즈 조립체 및 상기 제2 적응형 렌즈 조립체 각각은 일정 양의 상이한 상태들 중으로부터의 상태들 사이에서 선택적으로 스위칭 가능하고, 상기 일정 양의 상이한 상태들은 상기 제1 값에 지수적으로 의존하는 제2 값과 동일한,
증강 현실 시스템. - 제56 항에 있어서,
상기 제2 값은 지수를 갖는 2의 누승법(exponentiation)과 동일하고, 상기 지수는 상기 제1 값과 동일한,
증강 현실 시스템. - 제56 항에 있어서,
하나 이상의 도파관들은 가상 콘텐츠를 표현하는 광을 수신하여 상기 사용자를 향해 재지향시키도록 구성되고,
적어도 하나의 프로세서는, 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들로 하여금, 상기 일정 양의 상이한 상태들 중으로부터의 상이한 상태들 사이에서 동기식으로 스위칭하게 하여, 상기 한 쌍의 적응형 렌즈 조립체들을 통과하는 광에 의해 표현되는 가상 콘텐츠가 상기 사용자에 의해 지각되는 상기 사용자로부터 떨어진 거리를 조정하도록 구성되는,
증강 현실 시스템. - 제58 항에 있어서,
상기 가상 콘텐츠가 상기 사용자에 의해 지각되는 상기 사용자로부터 떨어진 거리는, 일정 양의 상이한 거리들 중 임의의 것으로 선택적으로 스위칭 가능하고, 상기 일정 양의 상이한 거리들은 상기 제2 값과 동일한,
증강 현실 시스템.
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