KR20170139509A - 웨어러블 헤드-업 디스플레이 내의 아이박스 확장을 위한 시스템, 장치, 및 방법 - Google Patents
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Abstract
웨어러블 헤드-업 디스플레이("WHUD")에서의 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장을 위한 시스템, 장치, 및 방법이 설명된다. WHUD는 스캐닝 레이저 투사기("SLP"), 홀로그래픽 조합기, 및 그 사이의 광학적 경로 내에 배치된 사출 동공 선택기를 포함한다. 사출 동공 선택기는 N개의 상이한 구성 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있다. N개의 구성의 각각에서, 사출 동공 선택기는 SLP로부터 광 신호를 수신하고 그러한 광 신호를 SLP에 대한 N개의 가상의 위치의 각각의 하나로부터 홀로그래픽 조합기를 향해서 효과적으로 재지향시킨다. 홀로그래픽 조합기는, 광 신호가 효과적으로 기원하게 하는 특별한 가상 위치를 기초로, 광 신호를 사용자의 눈에 위치되는 N개의 사출 동공의 특별한 하나에 수렴시킨다. 이러한 방식으로, 사출 동공의 복수의 인스턴스는 눈 위에 분포되고, WHUD의 아이박스가 확장된다.
Description
본 시스템, 장치, 및 방법은 일반적으로 스캐닝 레이저-기반 디스플레이 기술에 관한 것이고, 특히 스캐닝 레이저-기반 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 아이박스(eyebox)의 확장에 관한 것이다.
웨어러블 헤드-업 디스플레이
머리-장착형 디스플레이는, 사용자의 머리에 착용되고, 그렇게 착용되었을 때, 사용자의 머리의 위치 또는 배향과 관계 없이, 사용자의 눈 중 적어도 하나의 시계 내에 적어도 하나의 전자적 디스플레이를 고정하는 전자 장치이다. 웨어러블 헤드-업 디스플레이는, 디스플레이되는 콘텐츠를 사용자가 볼 수 있게 하나, 또한 사용자의 외부 환경을 사용자가 볼 수 있는 것을 방해하지 않는 머리-장착형 디스플레이이다. 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 "디스플레이" 구성요소는 투명하거나 사용자의 시계의 주변에 위치되며, 그에 따라 디스플레이는 사용자가 그 외부 환경을 볼 수 있는 것을 완전히 차단하지 않는다. 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 예는: 단지 몇 개를 지명하면, Google Glass®, Optinvent Ora®, Epson Moverio®, 및 Sony Glasstron®를 포함한다.
웨어러블 헤드-업 디스플레이의 광학적 성능은 그 디자인에 있어서 중요한 인자이다. 그러나, 웨어러블 헤드-업 디스플레이가 안면-착용형 장치가 될 때, 사용자는 또한 미관에 많은 관심을 갖는다. 이는 안경(선글라스 포함) 프레임 산업의 거대한 규모에 의해서 분명히 강조된다. 그들의 성능 제한과 관계없이, 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 전술한 예 중 많은 것이 소비자 시장에서 견인력을 갖추고자 노력하고 있는데, 이는 적어도 부분적으로 그러한 것이 패션적인 호소력이 부족하기 때문이다. 이제까지 제공된 대부분의 웨어러블 헤드-업 디스플레이는 큰 디스플레이 구성요소를 채용하고, 결과적으로, 이제까지 제공된 대부분의 웨어러블 헤드-업 디스플레이는 통상적인 안경 프레임 보다 상당히 크고 덜 멋스럽다.
웨어러블 헤드-업 디스플레이의 디자인에서의 해결과제는, 충분한 시각적 품질을 가지는 디스플레이 콘텐츠를 여전히 제공하면서도, 안면-착용형 장치의 크기를 최소화하는 것이다. 관련 기술 분야에서, 사용자가 그 외부 환경을 볼 수 있는 능력을 제한하지 않고 사용자에게 고품질의 화상을 제공할 수 있는, 보다 미적으로-호소력을 가지는 디자인의 웨어러블 헤드-업 디스플레이가 요구되고 있다.
아이박스
소총용 망원경 및 웨어러블 헤드-업 디스플레이와 같은 눈에 가까운 광학적 장치에서, 장치에 의해서 제공되는 특정 콘텐츠/표상이 사용자에게 보여질 수 있는 (장치 자체에 대한) 눈의 위치의 범위는 일반적으로 "아이박스"로서 지칭된다. 콘텐츠/표상이 눈의 위치의 하나의 범위 또는 작은 범위로부터만 보여질 수 있는 적용예는 "작은 아이박스"를 가지며, 콘텐츠/표상이 눈의 위치의 보다 넓은 범위로부터 보여질 수 있는 적용예는 "큰 아이박스"를 갖는다. 아이박스는 광학적 장치 근처에 배치된 공간 내의 부피로서 생각될 수 있다. 사용자의 눈(그리고 보다 특히, 사용자의 눈의 동공)이 이러한 부피 내측에 배치되고 장치에 대면될 때, 사용자는 장치에 의해서 제공되는 콘텐츠/표상의 전부를 볼 수 있다. 사용자의 눈이 이러한 부피 외측에 배치될 때, 사용자는 장치에 의해서 제공되는 콘텐츠/표상의 적어도 일부를 볼 수 없다.
아이박스의 기하형태(즉, 크기 및 형상)는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이에 대한 사용자의 체험에 크게 영향을 미칠 수 있는 중요한 성질이다. 예를 들어, 사용자가 바로 앞을 바라볼 때 사용자의 동공 상에 중심이 위치되는 작은 아이박스를 웨어러블 헤드-업 디스플레이가 갖는다면, 사용자가 약간 중심을 벗어나게 바라볼 때에도, 예를 들어 약간 좌측, 약간 우측, 약간 위쪽, 또는 약간 아래쪽을 바라볼 때에도, 웨어러블 헤드-업 디스플레이에 의해서 디스플레이되는 일부 또는 모든 콘텐츠가 사용자에게 보이지 않을 수 있다. 또한, 작은 아이박스를 일부 사용자의 동공에 정렬시키도록, 작은 아이박스를 가지는 웨어러블 헤드-업 디스플레이가 디자인된다면, 아이박스는 불가피하게 다른 사용자의 동공에 대해서 오정렬될 것인데, 이는 모든 사용자가 동일한 안면 구조를 가지지 않기 때문이다. 글랜서블(glanceable) 디스플레이(즉, 항상 보이지는 않지만, 사용자가 특정 방향을 바라볼 때에만 보일 수 있는 디스플레이)를 제공하도록 웨어러블 헤드-업 디스플레이가 의도적으로 설계되지 않는 한, 웨어러블 헤드-업 디스플레이가 큰 아이박스를 가지는 것이 일반적으로 유리하다.
큰 아이박스를 가지는 웨어러블 헤드-업 디스플레이를 제공하기 위한 입증된 기술은 일반적으로 더 부피가 큰 광학적 구성요소를 디스플레이에 부가할 것을 필요로 한다. (통상적인 안경 프레임에 비해서) 최소 부피의 웨어러블 헤드-업 디스플레이가 큰 아이박스를 제공할 수 있게 하는 기술은 일반적으로 관련 기술 분야에서 결여되어 있다.
웨어러블 헤드-업 디스플레이는 이하를 포함하는 것으로 요약될 수 있다: 사용 중에 사용자의 머리에 착용되는 지지 구조물; 지지 구조물에 의해서 수반되는 스캐닝 레이저 투사기; 지지 구조물에 의해서 수반되는 홀로그래픽 조합기로서, 지지 구조물이 사용자의 머리에 착용될 때, 사용자의 눈의 시계 내에 배치되는, 홀로그래픽 조합기; 및 지지 구조물에 의해서 수반되고 스캐닝 레이저 투사기와 홀로그래픽 조합기 사이의 광학적 경로 내에 배치되는 사출 동공 선택기로서, 사출 동공 선택기는 N개의 상이한 구성의 각각의 구성 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있고, 여기에서 N은 1 보다 큰 정수이고, N개의 상이한 구성의 각각의 하나에서, 사출 동공 선택기는 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 생성되는 적어도 하나의 광 신호를 수신하도록 그리고 적어도 하나의 광 신호를 홀로그래픽 조합기를 향해서 스캐닝 레이저 투사기에 대한 N개의 공간적으로-분리된 가상 위치의 각각의 하나로부터 효과적으로 재지향시키도록 배치되고 배향되며, 홀로그래픽 조합기는 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호를 사용자의 눈을 향해서 재지향시키도록 배치되고 배향된 적어도 하나의 홀로그램을 포함하는, 사출 동공 선택기. 사출 동공 선택기는, 사출 동공 선택기의 적어도 하나의 광학적 요소의 병진운동, 사출 동공 선택기의 적어도 하나의 광학적 요소의 회전, 및 사출 동공 선택기의 적어도 하나의 광학적 요소의 변위로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 운동의 형태에 의해서 N개의 상이한 구성의 각각의 하나 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있다. 사출 동공 선택기는, 적어도 하나의 미세전자기계 시스템("MEMS") 기반의 광학적 요소 및 적어도 하나의 압전-기반의 광학적 요소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 동적 광학적 요소를 포함할 수 있다.
지지 구조물이 안경 프레임의 일반적인 형상 및 외관을 가질 수 있다. 웨어러블 헤드-업 디스플레이는 처방 안경 렌즈를 더 포함할 수 있다. 홀로그래픽 조합기는 처방 안경 렌즈에 수반될 수 있다.
사출 동공 선택기의 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에 대해서, 홀로그래픽 조합기의 적어도 하나의 홀로그램은 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호를 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있다. 홀로그래픽 조합기는 적어도 N개의 다중화된 홀로그램을 포함할 수 있고, 사출 동공 선택기의 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에 대해서, 적어도 N개의 다중화된 홀로그램의 각각의 하나는 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호를 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있다. 스캐닝 레이저 투사기는 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드, 및 청색 레이저 다이오드를 포함할 수 있고, 홀로그래픽 조합기는, 적어도 하나의 적색 홀로그램, 적어도 하나의 녹색 홀로그램, 및 적어도 하나의 청색 홀로그램을 포함하는 파장-다중화된 홀로그래픽 조합기를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 사출 동공 선택기의 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에 대해서: 적어도 하나의 적색 홀로그램이 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호의 적색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있고, 적어도 하나의 녹색 홀로그램이 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호의 녹색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있고, 그리고 적어도 하나의 청색 홀로그램이 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호의 청색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있다. 홀로그래픽 조합기는 파장-다중화된 그리고 각도-다중화된 홀로그래픽 조합기를 더 포함할 수 있고, 그러한 홀로그래픽 조합기는 적어도 N개의 각도-다중화된 적색 홀로그램, 적어도 N개의 각도-다중화된 녹색 홀로그램, 및 적어도 N개의 각도-다중화된 청색 홀로그램을 포함한다. 이러한 경우에, 사출 동공 선택기의 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에 대해서: 적어도 N개의 각도-다중화된 적색 홀로그램의 각각의 하나가 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호의 적색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있고, 적어도 N개의 각도-다중화된 녹색 홀로그램의 각각의 하나가 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호의 녹색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있으며, 그리고 적어도 N개의 각도-다중화된 청색 홀로그램의 각각의 하나가 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호의 청색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있다.
스캐닝 레이저 투사기와 홀로그래픽 조합기 사이의 광학적 경로는 스캐닝 레이저 투사기의 전체 스캔 범위(θ)를 포함할 수 있다. 사출 동공 선택기의 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에 대해서, 사출 동공 선택기는, 스캐닝 레이저 투사기에 의한 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호를 수신하도록 그리고 스캐닝 레이저 투사기의 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호를 홀로그래픽 조합기를 향해서 스캐닝 레이저 투사기에 대한 N개의 공간적으로-분리된 가상 위치의 각각의 하나로부터 효과적으로 재지향시키도록 배치되고 배향될 수 있다.
적어도 하나의 광 신호는 적어도 2개의 화소를 포함하는 화상을 포함할 수 있다. N개의 상이한 구성의 각각의 하나에서, 사출 동공 선택기는, 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 생성된 화상의 각각의 인스턴스를 수신하도록 그리고 화상의 각각의 인스턴스를 홀로그래픽 조합기를 향해서 스캐닝 레이저 투사기에 대한 N개의 공간적으로-분리된 가상 위치의 각각의 하나로부터 효과적으로 재지향시키도록, 배치되고 배향될 수 있다. 홀로그래픽 조합기의 적어도 하나의 홀로그램은, 사출 동공 선택기로부터 수신된 화상의 각각의 인스턴스를 사용자의 눈을 향해서 재지향시키도록 배치되고 배향될 수 있다.
N개의 상이한 구성의 각각의 하나에서, 사출 동공 선택기는, 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 생성된 동일한 화상의 상이한 인스턴스 내의 동일한 화소의 각각의 인스턴스를 수신하도록 그리고 동일한 화상의 상이한 인스턴스 내의 동일한 화소의 각각의 인스턴스를 홀로그래픽 조합기를 향해서 스캐닝 레이저 투사기에 대한 N개의 공간적으로-분리된 가상 위치의 각각의 하나로부터 효과적으로 재지향시키도록, 배치되고 배향될 수 있다. 홀로그래픽 조합기의 적어도 하나의 홀로그램은 사출 동공 선택기로부터 수신된 동일한 화상의 상이한 인스턴스 내의 동일한 화소의 각각의 인스턴스를 사용자의 눈을 향해서 재지향시키도록 배치되고 배향될 수 있다.
웨어러블 헤드-업 디스플레이는, 사용자의 눈의 응시 방향을 결정하도록 배치되고 배향되는, 지지 구조물에 의해서 수반되는 눈 추적기를 더 포함할 수 있고, 사출 동공 선택기는 눈 추적기에 의해서 결정되는 사용자의 눈의 응시 방향을 기초로 N개의 상이한 구성의 각각의 하나 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있다.
웨어러블 헤드-업 디스플레이는 이하를 포함하는 것으로 요약될 수 있다: 사용 중에 사용자의 머리에 착용되는 지지 구조물; 지지 구조물에 의해서 수반되는 스캐닝 레이저 투사기; 지지 구조물에 의해서 수반되는 홀로그래픽 조합기로서, 지지 구조물이 사용자의 머리에 착용될 때, 사용자의 눈의 시계 내에 배치되는, 홀로그래픽 조합기; 및 지지 구조물에 의해서 수반되고 스캐닝 레이저 투사기와 홀로그래픽 조합기 사이의 광학적 경로 내에 배치되는 사출 동공 선택기로서, 사출 동공 선택기는 N개의 상이한 구성의 각각의 구성 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있고, 여기에서 N은 1 보다 큰 정수이고, N개의 상이한 구성의 각각의 하나에서, 사출 동공 선택기는 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 생성되는 적어도 하나의 광 신호를 수신하도록 그리고 적어도 하나의 광 신호를 홀로그래픽 조합기를 향해서 사출 동공 선택기와 홀로그래픽 조합기 사이의 각각의 광학적 경로를 따라 재지향시키도록 배치되고 배향되며, 홀로그래픽 조합기는 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호를 사용자의 눈을 향해서 재지향시키도록 배치되고 배향된 적어도 하나의 홀로그램을 포함하는, 사출 동공 선택기. 사출 동공 선택기의 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에 대해서, 홀로그래픽 조합기의 적어도 하나의 홀로그램은 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호를 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있다.
스캐닝 레이저 투사기, 제어 가능하게 전환될 수 있는 사출 동공 선택기, 및 웨어러블 헤드-업 디스플레이가 사용자의 머리에 착용될 때 사용자의 눈의 시계 내에 배치되는 홀로그래픽 조합기를 포함하는 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 동작 방법은 이하의 단계를 포함하는 것으로 요약될 수 있다: 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 제1 시퀀스를 생성하는 단계(여기에서 N은 1 보다 큰 정수이다); 사출 동공 선택기를 N개의 상이한 구성의 제1 시퀀스 내로 그리고 그 사이로 제어 가능하게 전환시키는 단계; N개의 상이한 구성의 각각의 하나의 사출 동공 선택기에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 수신하는 단계; N개의 상이한 구성의 각각의 하나의 사출 동공 선택기에 의해서 각각의 광학적 경로를 따라서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 홀로그래픽 조합기를 향해서 재지향시키는 단계; 및 홀로그래픽 조합기에 의해서 사용자의 눈을 향해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 재지향시키는 단계. 사출 동공 선택기를 N개의 상이한 구성의 제1 시퀀스 내로 그리고 그 사이로 제어 가능하게 전환하는 단계는, 사출 동공 선택기의 적어도 하나의 광학적 요소의 병진운동, 사출 동공 선택기의 적어도 하나의 광학적 요소의 회전, 및 사출 동공 선택기의 적어도 하나의 광학적 요소의 변위로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 운동의 형태에 의해서 N개의 상이한 구성의 각각의 하나 내로 그리고 그 사이에서 사출 동공 선택기를 제어 가능하게 전환하는 단계를 포함할 수 있다. 홀로그래픽 조합기에 의해서 사용자의 눈을 향해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 재지향시키는 단계는 홀로그래픽 조합기에 의해서 사용자의 눈의 N개의 각각의 영역을 향해서 서로 공간적으로 평행한 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 재지향시키는 단계를 포함할 수 있다.
홀로그래픽 조합기에 의해서 사용자의 눈을 향해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 재지향시키는 단계는 홀로그래픽 조합기에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계를 포함할 수 있다. 홀로그래픽 조합기는 적어도 N개의 다중화된 홀로그램을 포함할 수 있고, 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 홀로그래픽 조합기에 의해서 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 적어도 N개의 다중화된 홀로그램의 각각의 하나에 의해서 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계를 포함할 수 있다. 스캐닝 레이저 투사기는 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드, 및 청색 레이저 다이오드를 포함할 수 있고, 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 생성된 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각은 각각의 적색 성분, 각각의 녹색 성분, 및 각각의 청색 성분을 포함할 수 있고, 홀로그래픽 조합기는, 적어도 하나의 적색 홀로그램, 적어도 하나의 녹색 홀로그램, 및 적어도 하나의 청색 홀로그램을 포함하는 파장-다중화된 홀로그래픽 조합기를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 적어도 N개의 다중화된 홀로그램의 각각의 하나에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계는: 적어도 하나의 적색 홀로그램에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 적색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계; 적어도 하나의 녹색 홀로그램에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 녹색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계; 및 적어도 하나의 청색 홀로그램에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 청색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계를 포함할 수 있다. 홀로그래픽 조합기는 파장-다중화된 그리고 각도-다중화된 홀로그래픽 조합기를 포함할 수 있고, 그러한 홀로그래픽 조합기는 적어도 N개의 각도-다중화된 적색 홀로그램, 적어도 N개의 각도-다중화된 녹색 홀로그램, 및 적어도 N개의 각도-다중화된 청색 홀로그램을 포함한다. 이러한 경우에: 적어도 하나의 적색 홀로그램에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 적색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계는 적어도 N개의 각도-다중화된 적색 홀로그램의 각각의 하나에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 적색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계를 포함할 수 있고; 적어도 하나의 녹색 홀로그램에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 녹색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계는 적어도 N개의 각도-다중화된 녹색 홀로그램의 각각의 하나에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 녹색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계를 포함할 수 있으며; 그리고 적어도 하나의 청색 홀로그램에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 청색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계는 적어도 N개의 각도-다중화된 청색 홀로그램의 각각의 하나에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 청색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계를 포함할 수 있다.
방법은: 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 적어도 광 신호의 N개의 인스턴스의 제2 시퀀스를 생성하는 단계; 사출 동공 선택기를 적어도 N개의 상이한 구성의 제2 시퀀스 내로 그리고 그 사이로 제어 가능하게 전환시키는 단계; N개의 상이한 구성의 각각의 하나의 사출 동공 선택기에 의해서 적어도 광 신호의 N개의 인스턴스의 제2 시퀀스의 각각의 하나를 수신하는 단계; N개의 상이한 구성의 각각의 하나의 사출 동공 선택기에 의해서 각각의 광학적 경로를 따라서 적어도 광 신호의 N개의 인스턴스의 제2 시퀀스 내의 각각의 광 신호를 홀로그래픽 조합기를 향해서 재지향시키는 단계; 및 홀로그래픽 조합기에 의해서 사용자의 눈을 향해서 적어도 광 신호의 N개의 인스턴스의 제2 시퀀스의 각각의 하나를 재지향시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
웨어러블 헤드-업 디스플레이는 눈 추적기를 더 포함할 수 있고, 방법은: 눈 추적기에 의해서 사용자의 눈의 응시 방향을 결정하는 단계; 눈 추적기에 의해서 결정된 사용자의 눈의 응시 방향을 기초로 사출 동공 선택기를 N개의 상이한 구성 중 특별한 하나 내로 제어 가능하게 전환시키는 단계, 및 광 신호의 N개의 인스턴스의 적어도 하나를 홀로그래픽 조합기에 의해서 사용자의 눈의 동공을 포함하는 사용자의 눈의 영역을 향해서 재지향시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
스캐닝 레이저 투사기에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 제1 시퀀스를 생성하는 단계는, 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 동일한 화상의 상이한 인스턴스 내의 동일한 화소의 각각의 인스턴스에 각각 상응하는 N개의 광 신호의 제1 시퀀스를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 제1 시퀀스를 생성하는 단계는 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 동일한 화상의 N개의 인스턴스의 제1 시퀀스를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
N개의 상이한 구성의 각각의 하나의 사출 동공 선택기에 의해서 각각의 광학적 경로를 따라서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 홀로그래픽 조합기를 향해서 재지향시키는 단계는 N개의 상이한 구성의 각각의 하나의 사출 동공 선택기에 의해서 스캐닝 레이저 투사기에 대한 N개의 공간적으로-분리된 가상 위치의 각각의 하나로부터 홀로그래픽 조합기를 향해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 효과적으로 재지향시키는 단계를 포함할 수 있다.
스캐닝 레이저 투사기, 제어 가능하게 전환될 수 있는 사출 동공 선택기, 및 웨어러블 헤드-업 디스플레이가 사용자의 머리에 착용될 때 사용자의 눈의 시계 내에 배치되는 홀로그래픽 조합기를 포함하는 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 동작 방법은 이하의 단계를 포함하는 것으로 요약될 수 있다: 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 제1 광 신호를 생성하는 단계; 사출 동공 선택기를 제1 구성으로 제어 가능하게 전환시키는 단계; 제1 구성의 사출 동공 선택기에 의해서 제1 광 신호를 수신하는 단계; 제1 구성의 사출 동공 선택기에 의해서 스캐닝 레이저 투사기에 대한 제1 가상 위치로부터 홀로그래픽 조합기를 향해서 제1 광 신호를 효과적으로 재지향시키는 단계; 및 홀로그래픽 조합기에 의해서 사용자의 눈에서 제1 사출 동공을 향해서 제1 광 신호를 재지향시키는 단계. 방법은: 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 제2 광 신호를 생성하는 단계; 사출 동공 선택기를 제2 구성으로 제어 가능하게 전환시키는 단계; 제2 구성의 사출 동공 선택기에 의해서 제2 광 신호를 수신하는 단계; 제2 구성의 사출 동공 선택기에 의해서 스캐닝 레이저 투사기에 대한 제2 가상 위치로부터 홀로그래픽 조합기를 향해서 제2 광 신호를 효과적으로 재지향시키는 단계로서, 제2 가상 위치는 제1 가상 위치로부터 공간적으로-분리되는, 단계; 및 홀로그래픽 조합기에 의해서 사용자의 눈에서 제2 사출 동공을 향해서 제2 광 신호를 재지향시키는 단계로서, 제2 사출 동공은 제1 사출 동공으로부터 공간적으로 분리되는, 단계를 더 포함할 수 있다. 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 제1 광 신호를 생성하는 단계는 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 광 신호의 제1 인스턴스를 생성하는 단계를 포함할 수 있고, 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 제2 광 신호를 생성하는 단계는 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 광 신호의 제2 인스턴스를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
도면에서, 동일한 참조 번호는 유사한 요소 또는 행위를 나타낸다. 도면 내의 요소의 크기 및 상대적인 위치는 반드시 실제 축척으로 도시된 것이 아니다. 예를 들어, 여러 요소의 형상 및 각도가 반드시 실제 축척으로 작성된 것이 아니고, 도면 판독성을 향상시키기 위해서 이러한 요소 중 일부가 임의적으로 확대되고 배치된다. 또한, 도시된 바와 같은 요소의 특별한 형상이 반드시 특별한 요소의 실제 형상과 관련한 임의 정보를 전달하기 위한 것은 아니고, 단지 도면의 용이한 인식을 위해서 선택된 것이다.
도 1은 본 시스템, 장치, 및 방법에 따라 복수의 광학적으로-복제된 사출 동공으로 이루어진 큰 아이박스를 제공하는 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 부분 절개 사시도이다.
도 2a는 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도로서, 본 시스템, 장치 및 방법에 따른 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장 목적을 위한 동작에서 사출 동공 선택기를 도시하며, 웨어러블 헤드-업 디스플레이는 제1 사출 동공을 복제하기 위해서(예를 들어, 그 제1 인스턴스를 제공하기 위해서) 제1 구성으로 제어 가능하게 전환된 사출 동공 선택기를 가지는, 설명도이다.
도 2b는, 본 시스템, 장치 및 방법에 따른, 도 2a의 제1 사출 동공을 제2 사출 동공으로서 복제하기 위해서(예를 들어, 그 제2 인스턴스를 제공하기 위해서) 사출 동공 선택기가 제2 구성으로 제어 가능하게 전환된 도 2a의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도로서, 제2 사출 동공은 제1 사출 동공으로부터 공간적으로 분리된, 설명도이다.
도 2c는, 본 시스템, 장치 및 방법에 따른, 도 2a의 제1 사출 동공 및 도 2b의 제2 사출 동공을 제3 사출 동공으로서 복제하기 위해서(예를 들어, 그 제3 인스턴스를 제공하기 위해서) 사출 동공 선택기가 제3 구성으로 제어 가능하게 전환된 도 2a 및 도 2b의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도로서, 제3 사출 동공은 제2 사출 동공 및 제1 사출 동공 모두로부터 공간적으로 분리된, 설명도이다.
도 2d는, 본 시스템, 장치 및 방법에 따른, 도 2a의 제1 사출 동공, 도 2b의 제2 사출 동공, 및 도 2c의 제3 사출 동공을 제4 사출 동공으로서 복제하기 위해서(예를 들어, 그 제4 인스턴스를 제공하기 위해서) 사출 동공 선택기가 제4 구성으로 제어 가능하게 전환된 도 2a, 도 2b, 및 도 2c의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도로서, 제4 사출 동공은 제1 사출 동공, 제2 사출 동공, 및 제3 사출 동공의 각각으로부터 공간적으로 분리된, 설명도이다.
도 2e는, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장의 예를 도시한, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 및 도 2d의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도이다.
도 2f는, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 스캐닝 레이저 투사기의 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 대한 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장을 도시한, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 및 도 2e의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도이다.
도 2g는, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 각각의 사출 동공을 향해서 서로 평행하게 공간적으로 투사되는 동일한 디스플레이 콘텐츠의 각각의 인스턴스를 가지는 일시적으로 순차적인 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장을 보여주는 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e, 및 도 2f의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도이다.
도 3은, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 특정 사출 동공 선택을 도시한 동작시의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도이다.
도 4는, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 4개의 공간적으로 분리된 사출 동공을 포함하는 확장된 아이박스를 형성하기 위해서 복제된(예를 들어, 반복된) 광 신호의 4개의 인스턴스를 수렴시키는 2-차원의 예시적인 홀로그래픽 조합기를 보여주는 설명도이다.
도 5는, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 예시적인 사출 동공 선택기를 이용한 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장을 도시한 동작시의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도이다.
도 6은 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 7은 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 1은 본 시스템, 장치, 및 방법에 따라 복수의 광학적으로-복제된 사출 동공으로 이루어진 큰 아이박스를 제공하는 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 부분 절개 사시도이다.
도 2a는 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도로서, 본 시스템, 장치 및 방법에 따른 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장 목적을 위한 동작에서 사출 동공 선택기를 도시하며, 웨어러블 헤드-업 디스플레이는 제1 사출 동공을 복제하기 위해서(예를 들어, 그 제1 인스턴스를 제공하기 위해서) 제1 구성으로 제어 가능하게 전환된 사출 동공 선택기를 가지는, 설명도이다.
도 2b는, 본 시스템, 장치 및 방법에 따른, 도 2a의 제1 사출 동공을 제2 사출 동공으로서 복제하기 위해서(예를 들어, 그 제2 인스턴스를 제공하기 위해서) 사출 동공 선택기가 제2 구성으로 제어 가능하게 전환된 도 2a의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도로서, 제2 사출 동공은 제1 사출 동공으로부터 공간적으로 분리된, 설명도이다.
도 2c는, 본 시스템, 장치 및 방법에 따른, 도 2a의 제1 사출 동공 및 도 2b의 제2 사출 동공을 제3 사출 동공으로서 복제하기 위해서(예를 들어, 그 제3 인스턴스를 제공하기 위해서) 사출 동공 선택기가 제3 구성으로 제어 가능하게 전환된 도 2a 및 도 2b의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도로서, 제3 사출 동공은 제2 사출 동공 및 제1 사출 동공 모두로부터 공간적으로 분리된, 설명도이다.
도 2d는, 본 시스템, 장치 및 방법에 따른, 도 2a의 제1 사출 동공, 도 2b의 제2 사출 동공, 및 도 2c의 제3 사출 동공을 제4 사출 동공으로서 복제하기 위해서(예를 들어, 그 제4 인스턴스를 제공하기 위해서) 사출 동공 선택기가 제4 구성으로 제어 가능하게 전환된 도 2a, 도 2b, 및 도 2c의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도로서, 제4 사출 동공은 제1 사출 동공, 제2 사출 동공, 및 제3 사출 동공의 각각으로부터 공간적으로 분리된, 설명도이다.
도 2e는, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장의 예를 도시한, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 및 도 2d의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도이다.
도 2f는, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 스캐닝 레이저 투사기의 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 대한 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장을 도시한, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 및 도 2e의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도이다.
도 2g는, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 각각의 사출 동공을 향해서 서로 평행하게 공간적으로 투사되는 동일한 디스플레이 콘텐츠의 각각의 인스턴스를 가지는 일시적으로 순차적인 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장을 보여주는 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e, 및 도 2f의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도이다.
도 3은, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 특정 사출 동공 선택을 도시한 동작시의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도이다.
도 4는, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 4개의 공간적으로 분리된 사출 동공을 포함하는 확장된 아이박스를 형성하기 위해서 복제된(예를 들어, 반복된) 광 신호의 4개의 인스턴스를 수렴시키는 2-차원의 예시적인 홀로그래픽 조합기를 보여주는 설명도이다.
도 5는, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 예시적인 사출 동공 선택기를 이용한 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장을 도시한 동작시의 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 설명도이다.
도 6은 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 7은 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
이하의 설명에서, 특정의 구체적인 상세 내용은 여러 개시된 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해서 기술된 것이다. 그러나, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 실시예가 구체적인 상세 부분 중 하나 이상이 없이, 또는 다른 방법, 구성요소, 또는 재료 등과 함께 실시될 수 있는 것을 이해할 것이다. 다른 경우에, 실시예의 설명을 불필요하게 불명료하게 하지 않기 위해서, 휴대용 전자 기기 및 머리-착용 장치와 관련된 주지의 구조를 구체적으로 도시 또는 설명하지 않는다.
문맥에서 달리 요구하지 않는 한, 이하의 명세서 및 청구항 전반에 걸쳐, "포함한다"라는 단어 및 "포함하고" 및 "포함하는"과 같은 그 변형은, 개방형의 포괄된 의미로, 즉 "포함하나, 그러한 것으로 제한되지 않는" 의미로 해석된다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예" 또는 "실시예"라는 언급은, 특별한 특징, 구조, 또는 특성이 임의의 적합한 방식으로 하나 이상의 실시예에 조합될 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서 및 첨부된 청구항에서 사용된 바와 같이, 기재 내용에서 달리 명백하게 기술하지 않는 한, 단수 형태("a", "an", 및 "the")가 복수의 대상을 포함한다. 기재 내용에서 달리 명백하게 기술하지 않는 한, "또는"이라는 용어가 일반적으로 그 가장 넓은 의미로 이용된다는 것, 즉 "및/또는"을 의미하는 것을 또한 주목하여야 할 것이다.
본원에서 제공된 개시 내용의 표제 및 요약서는 단지 편의를 위한 것이고 실시예의 범위 또는 의미로 해석되지 않는다.
본원에서 설명된 여러 실시예는 스케닝 레이저-기반의 웨어러블 헤드-업 디스플레이("WHUD")에서의 아이박스 확장을 위한 시스템, 장치, 및 방법을 제공한다. 일반적으로, 스캐닝 레이저-기반의 WHUD는, 스캐닝 레이저 투사기("SLP")가 사용자의 눈 상으로 래스터 스캔을 그리는 가상 망막 디스플레이의 형태이다. 임의의 추가적인 수단이 없을 때, SLP는 디스플레이의 사출 동공으로 지칭되는 고정된 지역 위로 광을 투사한다. 사용자가 디스플레이되는 콘텐츠를 볼 수 있게 하기 위해서, 사출 동공은 전형적으로 사용자의 눈의 진입 동공과 정렬되거나, 그에 의해서 둘러싸이거나, 그와 중첩될 것을 요구한다. 디스플레이의 사출 동공이 눈의 진입 동공 내에 완전히 포함될 때, SLP의 완전한 스캔 범위(즉, 디스플레이의 완전한 해상도 및/또는 시계)가 사용자에게 보여질 수 있다. 이러한 이유로, 스캐닝 레이저-기반의 WHUD는, 전형적으로, 사용자의 눈의 진입 동공의 예상 크기와 같거나 그 보다 작은(예를 들어, 약 4mm 직경과 같거나 그 미만인) 비교적 작은 사출 동공을 이용한다.
스캐닝 레이저-기반의 WHUD의 아이박스는 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 디스플레이의 사출 동공의 기하형태에 의해서 형성된다. 최대 디스플레이 해상도 및 시계를 성취하기 위해서 작은 사출 동공을 이용하는 스캐닝 레이저-기반의 WHUD는 비교적 작은 아이박스를 갖는다는 단점을 전형적으로 갖는다. 예를 들어, 사용자가 바로 앞을 바라볼 때 눈의 동공이 "아이박스 내에" 위치되도록 사출 동공이 사용자의 눈의 중심과 정렬될 수 있으나, 사용자가 중심을 벗어난 임의의 곳을 바라보는 경우 및 바라볼 때 눈의 동공은 아이박스를 순식간에 벗어날 수 있다. 사출 동공의 크기를 증가시키는 것에 의해서 더 큰 아이박스가 성취될 수 있으나, 이는 전형적으로 디스플레이 해상도 및/또는 시계의 감소라는 희생을 초래한다. 본 시스템, 장치, 및 방법에 따라서, 스캐닝 레이저-기반의 WHUD의 아이박스는 비교적 작은 사출 동공을 광학적으로 복제 또는 반복하는 것 그리고, 사용자의 눈의 자체의 단일 사출 동공의 지역에 비해서, 사용자의 눈의 비교적 큰 지역에 걸쳐 사출 동공의 복수의 카피 또는 인스턴스를 공간적으로 분배하는 것에 의해서 확장될 수 있다. 이러한 방식으로, (사출 동공의 전체에서 하나의 인스턴스로서 또는 복수의 인스턴스의 각각의 부분의 조합으로서) 디스플레이 사출 동공의 적어도 하나의 완전한 인스턴스는 사용자의 바라보는 방향의 범위에 상응하는 눈의 위치의 범위의 각각에 대한 눈의 동공의 경계부 내에 포함될 수 있다. 다시 말해서, 본 시스템, 장치, 및 방법은 스캐닝 레이저-기반의 WHUD 내의 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장을 설명한다.
이러한 명세서 및 첨부된 청구항 전반에 걸쳐서, "복제"라는 용어는 실질적으로 동일한 것(예를 들어, 사출 동공)의 복수의 인스턴스가 생성되는 상황을 일반적으로 지칭하기 위해서 (예를 들어, "사출 동공 복제"의 문맥에서) 사용된다. "사출 동공 복제"라는 용어는 일반적으로, 사출 동공의 순차적인 (예를 들어, 일시적으로 직렬인 또는 "반복되는")인스턴스들을 생성하는 접근방식뿐만 아니라 사출 동공의 동시적인 (예를 들어, 일시적으로 병렬인)인스턴스들을 생성하는 접근방식을 포함하도록 의도된 것이다. 많은 예에서, 본 시스템, 장치, 및 방법은 사출 동공 반복에 의한 사출 동공 복제를 제공한다. 특정 문맥에서 달리 요구하지 않는 한, 본원에서의 "사출 동공 복제"에 대한 언급은 사출 동공 반복에 의한 사출 동공 복제를 포함한다.
도 1은 본 시스템, 장치, 및 방법에 따라 복수의 광학적으로-복제된 사출 동공으로 이루어진 큰 아이박스를 제공하는 WHUD(100)의 부분 절개 사시도이다. WHUD(100)는 지지 구조물(110)을 포함하고, 그러한 지지 구조물(110)은 사용시에 사용자의 머리에 착용되고 안경(예를 들어, 선글라스) 프레임의 일반적인 형상 및 외관을 갖는다. 지지 구조물(110)은: SLP(120), 홀로그래픽 조합기(130), 및 사출 동공 선택기(150)를 포함하는 복수의 구성요소를 수반한다. SLP(120) 및 사출 동공 선택기(150)의 부분이 지지 구조물(110)의 내부 부피 내에 포함될 수 있으나; 도 1은, 은폐될 수 있는 SLP(120) 및 사출 동공 선택기(150)의 부분이 보여질 수 있게 하기 위해서 지지 구조물(110)의 영역을 제거한 부분-절개도를 제공한다.
본 명세서 및 첨부된 청구항 전반에 걸쳐서, "수반한다" 및 "~에 의해서 수반되는"과 같은 그 변형은 일반적으로 2개의 물체들 사이의 물리적 커플링을 지칭하기 위해서 사용된다. 물리적 커플링은 직접적인 물리적 커플링(즉, 2개의 물체들 사이의 직접적인 물리적 접촉) 또는 하나 이상의 부가적인 물체를 매개로 할 수 있는 간접적인 물리적 커플링일 수 있다. 그에 따라, "수반한다" 및 "~에 의해서 수반되는"과 같은 그 변형은 일반적으로, 비제한적으로: 임의 수의 중간의 물리적 물체를 사이에 가지거나 가지지 않고, '~ 상에서 수반되는', '~ 내에서 수반되는', '~에 물리적으로 커플링되는', 및/또는 '~에 의해서 지지되는'을 포함하는, 모든 방식의 직접적 및 간접적 물리적 커플링을 포함하는 것을 의미한다.
SLP(120)는 복수의 레이저 다이오드(예를 들어, 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드, 및/또는 청색 레이저 다이오드) 및 적어도 하나의 스캔 거울(예를 들어, 예를 들어 MEMS-기반 또는 압력-기반일 수 있는, 단일의 2-차원적 스캔 거울 또는 2개의 1-차원적 스캔 거울)을 포함할 수 있다. SLP(120)는 프로세서 및 프로세서-실행 가능 데이터 및/또는 명령어를 저장하는 비-일시적 프로세서-판독 가능 저장 매체 또는 메모리에 통신적으로 커플링될 수 있고(그리고 지지 구조물(110)이 그러한 프로세서 및 저장 매체 또는 메모리를 추가적으로 반송할 수 있고), 그러한 데이터 및/또는 명령어는, 프로세서에 의해서 실행될 때, 프로세서가 SLP(120)의 동작을 제어하게 한다. 용이한 설명을 위해서, 도 1은 프로세서 또는 메모리를 표시하지 않는다.
홀로그래픽 조합기(130)는, 지지 구조물(110)이 사용자의 머리에 착용되었을 때, 사용자의 적어도 하나의 눈의 시계 내에 배치된다. 홀로그래픽 조합기(130)는, 사용자의 환경으로부터의 광(즉, "환경적 광")이 사용자의 눈으로 전달될 수 있게 할 정도로 충분히 광학적으로 투명하다. 도 1의 예시된 예에서, 지지 구조물(110)은 투명한 안경 렌즈(140)(예를 들어, 처방 안경 렌즈)를 더 수반하고, 홀로그래픽 조합기(130)는, 안경 렌즈(140)에 접착되거나, 부착되거나, 적층되거나, 내부에 또는 상부에 수반되거나, 달리 통합되는 홀로그래픽 재료의 적어도 하나의 층을 포함한다. 홀로그래픽 재료의 적어도 하나의 층은 Bayer MaterialScience AG로부터 입수할 수 있는 Bayfo®HX와 같은 광중합체 막 또는 할로겐화 은 화합물을 포함할 수 있고, 예를 들어, 미국 가특허출원 제62/214,600호에서 설명된 임의의 기술을 이용하여 투명 렌즈(140)와 통합될 수 있다. 홀로그래픽 조합기(130)는 홀로그래픽 재료의 적어도 하나의 층 상에서 또는 내에서 적어도 하나의 홀로그램을 포함한다. 지지 구조물(110)이 사용자의 머리 상에 착용될 때 사용자의 눈의 시계 내에 배치되는 홀로그래픽 조합기(130)에서, 홀로그래픽 조합기(130)의 적어도 하나의 홀로그램은 SLP(120)로부터 기원하는 광을 사용자의 눈을 향해서 재지향시키도록 배치되고 배향된다. 특히, SLP(120)로부터 기원하는 광 신호를 수신하고 그러한 광 신호를 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 적어도 하나의 사출 동공에 수렴시키도록, 적어도 하나의 홀로그램이 배치되고 배향된다.
사출 동공 선택기(150)는 SLP(120)와 홀로그래픽 조합기(130) 사이의 광학적 경로 내에 배치된다. 사출 동공 선택기(150)는 복수의(예를 들어, N개, 여기에서 N은 1 보다 큰 정수이다) 상이한 상태들 또는 "구성들" 내로 그리고 그 사이로 제어 가능하게 전환될 수 있다(예를 들어, 사출 동공 선택기(150)의 적어도 하나의 광학적 요소가 제어 가능하게 전환될 수 있다). N개의 상이한 구성의 각각의 하나에서, 사출 동공 선택기(150)(예를 들어, 사출 동공 선택기(150)의 적어도 하나의 광학적 요소)는 SLP(120)에 의해서 생성된 적어도 하나의 광 신호를 수신하도록 그리고 적어도 하나의 광 신호를 사출 동공 선택기(150)와 홀로그래픽 조합기(130) 사이의 각각의 광학적 경로를 따라서 홀로그래픽 조합기(130)를 향해서 재지향시키도록 배치되고 배향된다. 유리하게, 사출 동공 선택기(150)는, N개의 상이한 구성의 각각의 하나에서, SLP(120)로부터의 적어도 하나의 광 신호를, SLP(120)에 대한 실제 위치로부터와 대조적으로, SLP(120)에 대한 N개의 상이한 공간적으로-분리된 "가상 위치"의 각각의 하나로부터 홀로그래픽 조합기(130)를 향해서 효과적으로 재지향시키도록 배치되고 배향되는 적어도 하나의 동적 광학적 요소일 수 있거나 포함할 수 있다. 적어도 하나의 동적 광학적 요소는 적어도 하나의 미세전자기계 시스템(MEMS) 기반 및/또는 압전-기반의 렌즈, 반사부, 부분적 반사부, 프리즘, 회절기, 회절 격자, 거울, 또는 다른 광학적 요소의 임의의 하나 또는 조합, 구성 및/또는 배열을 포함할 수 있다. 일반적으로, 사출 동공 선택기(150)는: 적어도 하나의 동적 광학적 요소의 병진운동, 적어도 하나의 동적 광학적 요소의 회전, 및 적어도 하나의 동적 광학적 요소의 변위와 같은, 적어도 하나의 운동의 형태에 의해서 N개의 상이한 구성의 각각의 하나 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있다(예를 들어, 사출 동공 선택기(150)의 적어도 하나의 동적 광학적 요소가 제어 가능하게 전환될 수 있다).
본 명세서 및 첨부된 청구항 전반에 걸쳐, "SLP에 대한 N개의 공간적으로-분리된 가상 위치"와 같은 하나 이상의 "가상 위치(들)"에 대해 종종 언급된다. 물체의 "실제 위치"는 실제의 3차원적 공간 내의 그 실제적 위치이다. 물체의 "가상 위치"는, 물체의 실제 위치가 다른 곳에 있을 수 있더라도, 시스템의 광학기기가 광이 물체로부터의 효과적으로 기원하도록 하는 실제 공간 내의 위치이다. 다시 말해서, 시스템의 광학기기는, 시스템의 광학기기가 역추적 중에 무시되는 경우에, 광이 물체로부터, 공간 내의 그러한 물체의 "실제 위치"로부터 공간적으로-분리된 공간 내의 "가상 위치"까지 역추적할 수 있는 광학적 경로를 따르게 한다. 단순한 예로서, 평면형 거울 전방의 물체는 평면형 거울의 다른 측면 상에서 "가상 위치"를 갖는다. "가상 위치"는 광학적 경로 내의 하나 이상의 개재된 광학적 요소(들)의 결과일 수 있다. 하나 이상의 광학적 요소(들)가 광 신호를 SLP로부터 재지향시킬 때, SLP에 대한 가상 위치는, 어떠한 개재되는 광학기기도 없는 동일한 궤적을 가지는 광 신호를 제공하기 위해서 SLP가 위치될 필요가 있는 실제 공간 내의 위치를 지칭한다. 시스템의 광학기기는, 그러한 광학기기가 시스템 내에 없는 경우에 다른 기원 지점에 상응할 수 있는 궤적을 광 신호가 따르게 한다. 광 신호는 SLP에 대한 상이한, 또는 "가상의" 위치로부터 "효과적으로" 기원된 것으로 보인다.
도 2a는 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장의 목적을 위한 동작에서의 사출 동공 선택기(250)를 보여주는 WHUD(200)의 설명도이다. WHUD(200)는 도 1의 WHUD(100)와 실질적으로 유사할 수 있으나, 복잡함을 방지하기 위해서 지지 구조물(예를 들어, 지지 구조물(110))을 도 2a에 도시하지 않았다. WHUD(100)에서와 같이, WHUD(200)는 (RGB 레이저 모듈(221) 및 적어도 하나의 MEMS-기반의 스캔 거울(222)을 포함하는) SLP(220), 안경 렌즈(240)에 의해서 수반되는 홀로그래픽 조합기(230), 및 사출 동공 선택기(250)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 홀로그래픽 조합기(230) 및 안경 렌즈(240)의 조합은, 환경의 광(295)이 사용자의 눈(290)을 통과하게 할 수 있을 정도로 충분히 투명하다.
SLP(220)는 홀로그래픽 조합기(230)에 대한 위치(260)(즉, "실제" 위치)에 위치되고 제1 광 신호(270)를 생성하는 것(예를 들어, 투사하는 것)으로 도시되어 있다. 사출 동공 선택기(250)가 SLP(220)로부터 홀로그래픽 조합기(230)까지의 경로 내에서 제1 광 신호(270)를 가로막도록(예를 들어, 수신하도록), 사출 동공 선택기(250)가 SLP(220)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 광학적 경로 내에 배치된다. 전술한 바와 같이, 사출 동공 선택기(250)는, N개의 상이한 상태 또는 "구성"의 각각의 하나 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있는 적어도 하나의 동적 광학적 요소(예를 들어, 적어도 하나의 MEMS-기반의 및/또는 압전-기반의 렌즈, 반사부, 부분적, 반사부, 프리즘, 회절기, 회절 격자, 거울, 또는 다른 광학적 요소, 또는 그러한 것의 적어도 하나의 조합 또는 배열)를 포함한다. N개의 상이한 구성의 각각의 하나에서, 사출 동공 선택기(250)(예를 들어, 그 적어도 하나의 동적 광학적 요소)는 SLP(220)로부터의 적어도 하나의 광 신호(270)를 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 SLP(220)에 대한 N개의 상이한 공간적으로-분리된 가상 위치의 각각의 하나로부터 효과적으로 재지향시키도록 배치되고 배향된다. 도 2a의 도시된 예에서, 사출 동공 선택기(250)(예를 들어, 그 적어도 하나의 동적 광학적 요소)는 제1 구성(251)(예를 들어, N개의 구성 중 제1 구성)으로 제어 가능하게 전환되고, 그러한 제1 구성의 사출 동공 선택기(250)(예를 들어, 그 적어도 하나의 동적 광학적 요소)는 SLP(220)에 대한 실제 위치(260)로부터 제1 광 신호(270)를 수신하도록 그리고 제1 광 신호(270)를 SLP(220)에 대한 제1 가상 위치(261)로부터 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 효과적으로 재지향시키도록 배치되고 배향된다. SLP(220)에 대한 제1 가상 위치(261)는 SLP(220)에 대한 실제 위치(260)로부터 공간적으로-분리되고, 그에 따라 SLP(220)에 대한 제1 가상 위치(261)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 광학적 경로는 SLP(220)에 대한 실제 위치(260)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 광학적 경로와 상이하다. 제1 구성(251)에서, 사출 동공 선택기(250)는 제1 광 신호(270)를 SLP(220)에 대한 제1 가상 위치(261)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 (도 2a에서 긴 쇄선을 가지는 선으로 표시된) 제1 광학적 경로(271)를 따라서 재지향시키고, 제1 광학적 경로(271)는 SLP(220)에 대한 실제 위치(260)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 제1 광 신호(270)의 원래의 광학적 경로와 상이하다.
전술한 바와 같이, 홀로그래픽 조합기(230)는 사출 동공 선택기(250)로부터 수신된 광 신호(270)를 사용자의 눈(290)을 향해서 재지향시키도록 동작되는(예를 들어, 설계되는, 만들어지는, 인코딩되는, 기록되는, 및/또는 일반적으로 배치 및 배향되는) 적어도 하나의 홀로그램을 포함한다. 사출 동공 선택기(250)의 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에 대해서, 홀로그래픽 조합기(230)의 적어도 하나의 홀로그램은 사출 동공 선택기(250)로부터 수신된 광 신호(270)를 눈(290)에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 사출 동공 선택기(250)는, 홀로그래픽 조합기(230)에 의해서 제1 광 신호(270)가 수렴될 사출 동공을 효과적으로 선택한다. 도 2a의 도시된 예에서, 사출 동공 선택기(250)는 제1 구성(251)에 있으며, 그러한 제1 구성에서 홀로그래픽 조합기(230)의 적어도 하나의 홀로그램은 사출 동공 선택기(250)로부터 제1 광학적 경로(271)을 따라 재지향된 제1 광 신호(270)를 수신하고 제1 광 신호(270)를 눈(290)에서 제1 사출 동공(281)으로 수렴시킨다. 제어 가능하게 전환될 수 있는 사출 동공 선택기(250)의 3개의 부가적인 구성이 도 2b, 도 2c, 및 도 2d에 도시되어 있으며, 그 각각은 광 신호(270)를 눈(290)에서 3개의 상이한 사출 동공)의 각각의 하나에 수렴시키는 홀로그래픽 조합기(230)를 초래한다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 사출 동공 선택기(250)가 N개의 상이한 구성의 각각의 하나 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있다는 것(예를 들어, 그 사이에서 전이될 수 있다는 것)을, 비록 그러한 전이를 예시하지는 않았지만, 이해할 수 있을 것이다.
도 2b는, 본 시스템, 장치 및 방법에 따른, 도 2a의 제1 사출 동공(281)을 제2 사출 동공(282)으로서 복제하기 위해서(예를 들어, 그 제2 인스턴스를 제공하기 위해서) 사출 동공 선택기(250)가 제2 구성(252)으로 제어 가능하게 전환된 도 2a의 WHUD(200)의 설명도이고, 제2 사출 동공(282)은 제1 사출 동공(281)으로부터 공간적으로 분리된다. 제2 구성(252)에서, 사출 동공 선택기(250)(예를 들어, 그 적어도 하나의 동적 광학적 요소)는, 실제 위치(260)에 위치된 SLP(220)로부터 제1 광 신호(270)를 수신하도록 그리고 제1 광 신호(270)를 SLP(220)에 대한 제2 가상 위치(262)로부터 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 효과적으로 재지향시키도록 배치되고 배향된다. SLP(220)에 대한 제2 가상 위치(262)는 SLP(220)에 대한 실제 위치(260)로부터 공간적으로-분리되고, 그에 따라 SLP(220)에 대한 제2 가상 위치(262)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 광학적 경로는 SLP(220)에 대한 실제 위치(260)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 광학적 경로와 상이하다. 제2 구성(252)에서, 사출 동공 선택기(250)는 SLP(220)에 대한 제2 가상 위치(262)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 (도 2b에서 실선으로 표시된) 제2 광학적 경로(272)를 따라서 제1 광 신호(270)를 재지향시키고, 제2 광학적 경로(272)는 도 2a의 제1 광학적 경로(271)와 상이하다. 홀로그래픽 조합기(230)는 사출 동공 선택기(250)로부터 제2 광학적 경로(272)를 따라서 재지향된 제1 광 신호(270)를 수신하고 제1 광 신호(270)를 눈(290)에서 제2 사출 동공(282)에 수렴시킨다. 제2 사출 동공(282)은 제1 사출 동공(281)으로부터 공간적으로 분리된다.
제1 사출 동공(281)은 (도 2a에 따라) 그 제1 구성(251)에서 사출 동공 선택기(250)로부터 재지향된 제1 광학적 경로(271)를 따라 제1 광 신호(270)의 제1 인스턴스를 수신하고, 제2 사출 동공(282)은 (도 2b에 따라) 그 제2 구성(252)에서 사출 동공 선택기(250)로부터 재지향된 제2 광학적 경로(272)를 따라 제1 광 신호(270)의 제2 인스턴스를 수신한다. 다시 말해서, 제1 광 신호(270)는, 사출 동공 선택기(250)에 의해서 제어 가능하게 선택되는 2개의 사출 동공(281 및 282) 위에서 효과적으로 복제된다. 일부 구현예에서, SLP(220)는 제1 광 신호(270)의 단일 인스턴스를 생성할 수 있고, 사출 동공 선택기(250)는 제1 광 신호(270)의 투사 지속시간 내에서(예를 들어, SLP(220)가 최초로 광 신호(270)를 방출하기 시작할 때 시작되고 SLP(220)가 최초로 광 신호(270)의 방출을 중단할 때 종료되는, SLP(220)가 광 신호(270)를 계속 출력하는 시간 내에서) 제1 구성(251) 및 제2 구성(252) 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있다. 다시 말해서, SLP(220)가 제1 광 신호(270)의 단일의 연속적인 인스턴스를 생성할 수 있는 반면, 사출 동공 선택기(250)는 N개의 상이한 구성의 각각의 하나 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환된다. 다른 구현예에서, SLP(220)가 제1 광 신호(270)의 제1 인스턴스를 생성할 수 있는 한편 사출 동공 선택기(250)는 제1 구성(251)으로 제어 가능하게 전환될 수 있고, SLP(220)가 어떠한 광 신호도 생성하지 않는 한편 사출 동공 선택기(250)는 제1 구성(251)과 제2 구성(252) 사이에서 제어 가능하게 전환되며, 그리고 SLP(220)가 제1 광 신호(270)의 제2 인스턴스를 생성할 수 있는 한편 사출 동공 선택기(250)는 제2 구성(252)으로 제어 가능하게 전환된다. 다시 말해서, SLP(220)가 제1 광 신호(270)의 각각의 인스턴스를 능동적으로 생성하도록 SLP(220)가 제1 광 신호(270)의 제1 시퀀스를 생성할 수 있는(예를 들어, 온(on) 변조되는) 한편 사출 동공 선택기(250)는 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에 있고, SLP(220)는 어떠한 광 신호도 생성하지 않는(예를 들어, 오프(off) 변조되는) 한편 사출 동공 선택기(250)는 N개의 구성의 각각의 하나 사이에서 제어 가능하게 전환된다(예를 들어, 사이에서 전이된다).
도 2c는, 본 시스템, 장치 및 방법에 따른, 도 2a의 제1 사출 동공(281) 및 도 2b의 제2 사출 동공(282)을 제3 사출 동공(283)으로서 복제하기 위해서(예를 들어, 그 제3 인스턴스를 제공하기 위해서) 사출 동공 선택기(250)가 제3 구성(253)으로 제어 가능하게 전환된 도 2a 및 도 2b의 WHUD(200)의 설명도이고, 제3 사출 동공(283)은 제2 사출 동공(282) 및 제1 사출 동공(281) 모두로부터 공간적으로 분리된다. 제3 구성(253)에서, 사출 동공 선택기(250)(예를 들어, 그 적어도 하나의 동적 광학적 요소)는, 실제 위치(260)에 위치된 SLP(220)로부터 제1 광 신호(270)를 수신하도록 그리고 제1 광 신호(270)를 SLP(220)에 대한 제3 가상 위치(263)로부터 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 효과적으로 재지향시키도록 배치되고 배향된다. SLP(220)에 대한 제3 가상 위치(263)는 SLP(220)에 대한 실제 위치(260)로부터 공간적으로-분리되고, 그에 따라 SLP(220)에 대한 제3 가상 위치(263)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 광학적 경로는 SLP(220)에 대한 실제 위치(260)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 광학적 경로와 상이하다. 제3 구성(253)에서, 사출 동공 선택기(250)는 SLP(220)에 대한 제3 가상 위치(263)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 (도 2c에서 점선으로 표시된) 제3 광학적 경로(273)를 따라서 제1 광 신호(270)를 재지향시키고, 이러한 제3 광학적 경로(273)는 도 2a의 제1 광학적 경로(271) 및 도 2b의 제2 광학적 경로(272) 모두와 상이하다. 홀로그래픽 조합기(230)는 사출 동공 선택기(250)로부터 제3 광학적 경로(273)를 따라서 재지향된 제1 광 신호(270)를 수신하고 제1 광 신호(270)를 눈(290)에서 제3 사출 동공(283)에 수렴시킨다. 제3 사출 동공(283)은 제1 사출 동공(281) 및 제2 사출 동공(282) 모두로부터 공간적으로 분리된다.
제3 사출 동공(283)은 사출 동공 선택기(250)의 제3 구성(253)에서 사출 동공 선택기(250)로부터 재지향된 제3 광학적 경로(273)를 따른 제1 광 신호(270)의 제3 인스턴스를 수신한다. 사출 동공(281, 282, 및 283) 모두가 동일한 제1 광 신호(270)의 각각의 인스턴스를 수신할 수 있기 때문에, 사출 동공(281, 282, 및 283)은 동일한 사출 동공의 복제된 인스턴스로서 보여질 수 있다.
도 2d는, 본 시스템, 장치 및 방법에 따른, 도 2a의 제1 사출 동공(281), 도 2b의 제2 사출 동공(282), 및 도 2c의 제3 사출 동공(283)을 제4 사출 동공(284)으로서 복제하기 위해서(예를 들어, 그 제4 인스턴스를 제공하기 위해서) 사출 동공 선택기(250)가 제4 구성(254)으로 제어 가능하게 전환된 도 2a, 도 2b, 및 도 2c의 WHUD(200)의 설명도이고, 제4 사출 동공(284)은 제1 사출 동공(281), 제2 사출 동공(282), 및 제3 사출 동공(283)의 각각으로부터 공간적으로 분리된다. 제4 구성(254)에서, 사출 동공 선택기(250)(예를 들어, 그 적어도 하나의 동적 광학적 요소)는, 실제 위치(260)에 위치된 SLP(220)로부터 제1 광 신호(270)를 수신하도록 그리고 제1 광 신호(270)를 SLP(220)에 대한 제4 가상 위치(264)로부터 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 효과적으로 재지향시키도록 배치되고 배향된다. SLP(220)에 대한 제4 가상 위치(264)는 SLP(220)에 대한 실제 위치(260)로부터 공간적으로-분리되고, 그에 따라 SLP(220)에 대한 제4 가상 위치(264)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 광학적 경로는 SLP(220)에 대한 실제 위치(260)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 광학적 경로와 상이하다. 제4 구성(254)에서, 사출 동공 선택기(250)는 SLP(220)에 대한 제4 가상 위치(264)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 (도 2d에서 교번적인 길고 짧은 쇄선을 가지는 선으로 표시된) 제4 광학적 경로(274)를 따라서 제1 광 신호(270)를 재지향시키고, 제4 광학적 경로(274)는 도 2a의 제1 광학적 경로(271), 도 2b의 제2 광학적 경로(272), 및 도 2c의 제3 광학적 경로(273)의 각각과 상이하다. 홀로그래픽 조합기(230)는 사출 동공 선택기(250)로부터 제4 광학적 경로(274)를 따라서 재지향된 제1 광 신호(270)를 수신하고 제1 광 신호(270)를 눈(290)에서 제4 사출 동공(284)에 수렴시킨다. 제4 사출 동공(284)은 제1 사출 동공(281), 제2 사출 동공(282), 및 제3 사출 동공(283) 모두로부터 공간적으로 분리된다.
제4 사출 동공(284)은 사출 동공 선택기(250)의 제4 구성(254)에서 사출 동공 선택기(250)로부터 재지향된 제4 광학적 경로(274)를 따른 제1 광 신호(270)의 제4 인스턴스를 수신한다. 사출 동공(281, 282, 283, 및 284) 모두가 동일한 제1 광 신호(270)의 각각의 인스턴스를 수신할 수 있기 때문에, 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)은 동일한 사출 동공의 복제된 인스턴스로서 보여질 수 있다.
도 2e는, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장의 예를 도시한, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 및 도 2d의 WHUD(200)의 설명도이다. 도 2e는, 눈(290)에서 4개의 복제된 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)을 생성하기 위해서 도 2a, 도 2b, 도 2c, 및 2d 각각의 4개의 구성(251, 252, 253, 및 254) 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환된 사출 동공 선택기(250)의 누적적인 효과를 도시한다. 다시 말해서, 도 2e는, 하나의 도면 내에 모두 배치된, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 및 도 2d에 도시된 시간의 4개의 인스턴스의 각각의 하나를 동시에 도시한다. 실제로, SLP(220) 및 사출 동공 선택기(250)가 동기화되고 그리고 너무 빨라서 눈(290)으로 구별할 수 없는 속도로 각각 작동되며(즉, 각각, 변조되고 제어 가능하게 전환되며); 그에 따라, 도 2e에 도시된 누적적 효과(즉, 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 동시성)는, 사출 동공 선택기(250)가 도 2a, 도 2b, 도 2c, 및 2d 각각에 도시된 4개의 구성(251, 252, 253, 및 254) 내로 그리고 그 사이에서 충분히 신속하게(예를 들어, 약 60Hz) 제어 가능하게 전환될 때, 사용자에 의해서 실제로 인지되는 것을 나타낼 수 있다.
도 2e는 WHUD(200)의 아이박스(280)를 도시한다. 아이박스(280)는, 사출 동공(281, 282, 283, 및/또는 284)의 적어도 하나가 눈(290)의 동공과 정렬되거나 그 동공 상으로 입사되게 하는, 눈(290)에 대한 동공 위치(또는 응시 방향)의 범위를 나타낸다. 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 각각은 눈(290)의 각각의 공간적으로-분리된 영역에 수렴되고, 아이박스(280)는 그러한 공간적으로-분리된 영역의 조합된 지역을 포함한다. 그에 따라, 아이박스(280)의 크기는 그 자체 상의 사출 동공(281, 282, 283, 및/또는 284)의 임의의 하나의 사출 동공의 크기에 비해서 확장된다. 도 2e를 참조한 확장된 아이박스(280)의 구성에 관한 검토를 이제 제공한다.
SLP(220)는 실제 공간 내의 실제 위치(260)에서 홀로그래픽 조합기(230)에 대해서 배치된다. 사출 동공 선택기(250)(예를 들어, 그 적어도 하나의 광학적 요소)는 N개의 상이한 구성의 각각의 하나 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환되고, 여기에서 N은 1 보다 큰 정수이다. 도시된 예에서, N = 4이나, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 사출 동공 선택기(250)에 대한 4개의 구성이 단지 설명을 목적으로 하는 예로서 사용된 것이고 사실상 1 보다 큰 임의 수(N)의 구성이 구현될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. N = 4개의 상이한 구성의 각각의 하나에서, 사출 동공 선택기(250)(예를 들어, 그 적어도 하나의 동적 광학적 요소)는 SLP(220)에 의해서 생성된 적어도 하나의 광 신호(270)를 수신하도록 그리고 적어도 하나의 광 신호(270)를 사출 동공 선택기(250)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 각각의 광학적 경로(271, 272, 273, 및 274)를 따라서 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 재지향시키도록 배치되고 배향된다. 사출 동공 선택기(250)의 N = 4개의 구성의 각각의 하나는 SLP(220)에 대한 N = 4개의 공간적으로-분리된 가상 위치(261, 262, 263, 및 264)의 각각의 하나에 상응한다. 다시 말해서, N = 4개의 광학적 경로(271, 272, 273, 및 274)의 각각의 하나는 SLP(220)에 대한 N = 4개의 공간적으로-분리된 가상 위치(261, 262, 263, 및 264)의 각각의 하나를 역으로 추적한다. 구체적으로, 사출 동공 선택기(250)의 제1 구성(251)은 광 신호(270)의 제1 인스턴스를 SLP(220)에 대한 제1 가상 위치(261)로부터 제1 광학적 경로(271)를 따라서 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 효과적으로 재지향시키고(예를 들어, 재지향시키도록 배치되고 배향되고), 사출 동공 선택기(250)의 제2 구성(252)은 광 신호(270)의 제2 인스턴스를 SLP(220)에 대한 제2 가상 위치(262)로부터 제2 광학적 경로(272)를 따라서 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 효과적으로 재지향시키고(예를 들어, 재지향시키도록 배치되고 배향되고), 사출 동공 선택기(250)의 제3 구성(253)은 광 신호(270)의 제3 인스턴스를 SLP(220)에 대한 제3 가상 위치(263)로부터 제3 광학적 경로(273)를 따라서 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 효과적으로 재지향시키고(예를 들어, 재지향시키도록 배치되고 배향되고), 그리고 사출 동공 선택기(250)의 제4 구성(254)은 광 신호(270)의 제4 인스턴스를 SLP(220)에 대한 제4 가상 위치(264)로부터 제4 광학적 경로(274)를 따라서 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 효과적으로 재지향시킨다(예를 들어, 재지향시키도록 배치되고 배향된다). 사출 동공 선택기(250)에 의해서 효과적으로 구축된 SLP(220)에 대한 N = 4개의 가상 위치(261, 262, 263, 및 264)의 각각의 개별적인 하나는 SLP(220)에 대한 N = 4개의 가상 위치(261, 262, 263, 및 264) 중 다른 하나로부터 공간적으로-분리되고, 그에 따라 광 신호(270)에 대한 각각의 개별적인 광학적 경로(271, 272, 273, 및 274)는 공간 내의 상이한 장소 또는 위치로부터 홀로그래픽 조합기(230)에 효과적으로 충돌한다. 유리하게, SLP(220)에 대한 N = 4개의 가상 위치(261, 262, 263, 및 264)의 각각은 SLP(220)의 각각의 위치 및 배향에 상응할 수 있다. 다시 말해서, SLP(220)에 대한 N = 4개의 가상 위치(261, 262, 263, 및 264)의 다른 하나에 대해서, 가상 위치(261, 262, 263, 및 264)의 각각의 하나는 SLP(220)의 각각의 변위 및 회전에 상응할 수 있다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명한 바와 같이, 도 2e의 SLP(220)에 대한 N = 4개의 가상 위치(261, 262, 263, 및 264)의 각각을 연결하는 선이 곡선일 수 있는 WHUD(200)의 경우에 그러하다.
광 신호(270)의 N = 4개의 광학적 경로(271, 272, 273, 및 274)의 각각의 하나는 사출 동공 선택기(250)에 의해서 출력되고 홀로그래픽 조합기(230)에 의해서 수신된다. 전술한 바와 같이, 홀로그래픽 조합기(230)는 광 신호(270)의 N = 4개의 인스턴스의 각각의 하나를 사용자의 눈(290)의 각각의 영역으로 재지향시키도록 동작되는(예를 들어, 설계되는, 만들어지는, 인코딩되는, 기록되는, 및/또는 일반적으로 배치 및 배향되는) 적어도 하나의 홀로그램을 포함한다. 홀로그래픽 조합기(230)에 의해서 광 신호(270)의 N = 4개의 인스턴스의 각각의 하나가 향해서 재지향되는 눈(290)의 특별한 영역은, 광 신호(270)의 인스턴스가 홀로그래픽 조합기(230)에 의해서 수신되는, N = 4개의 광학적 경로(271, 272, 273, 및 274) 중 특별한 하나에 의존하고, 이는 다시 사출 동공 선택기(250)가 제어 가능하게 전환되는 N = 4개의 구성(251, 252, 253, 및 254) 중 특별한 하나에 의존한다. 유리하게, 홀로그래픽 조합기(230)의 적어도 하나의 홀로그램은 광 신호(270)의 N = 4개의 인스턴스의 각각의 하나를 사용자의 눈(290)에 위치되는 또는 그에 근접한 N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있다. 구체적으로: 사출 동공 선택기(250)는 광 신호(270)의 (긴 쇄선을 가지는 선으로 표시된) 제1 인스턴스를 제1 광학적 경로(271)를 따라서 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 SLP(220)에 대한 제1 가상 위치(261)로부터 효과적으로 지향시키고 홀로그래픽 조합기(230)는 광 신호(270)의 제1 인스턴스를 눈(290)에 위치되는 또는 그에 근접한 제1 사출 동공(281)에 수렴시키고; 사출 동공 선택기(250)는 광 신호(270)의 (실선으로 표시된) 제2 인스턴스를 제2 광학적 경로(272)를 따라서 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 SLP(220)에 대한 제2 가상 위치(262)로부터 효과적으로 지향시키고 홀로그래픽 조합기(230)는 광 신호(270)의 제2 인스턴스를 눈(290)에 위치되는 또는 그에 근접한 제2 사출 동공(282)에 수렴시키며; 사출 동공 선택기(250)는 광 신호(270)의 (점선으로 표시된) 제3 인스턴스를 제3 광학적 경로(273)를 따라서 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 SLP(220)에 대한 제3 가상 위치(263)로부터 효과적으로 지향시키고 홀로그래픽 조합기(230)는 광 신호(270)의 제3 인스턴스를 눈(290)에 위치되는 또는 그에 근접한 제3 사출 동공(283)에 수렴시키며; 그리고 사출 동공 선택기(250)는 광 신호(270)의 (교번적인 긴 쇄선 및 짧은 쇄선을 가지는 선으로 표시된) 제4 인스턴스를 제4 광학적 경로(274)를 따라서 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 SLP(220)에 대한 제4 가상 위치(264)로부터 효과적으로 지향시키고 홀로그래픽 조합기(230)는 광 신호(270)의 제4 인스턴스를 눈(290)에 위치되는 또는 그에 근접한 제4 사출 동공(284)에 수렴시킨다. WHUD(200)의 아이박스(280)는, 사출 동공(281, 282, 283, 및/또는 284)의 적어도 하나가 동공과 충돌되는, 눈(290)에 대한 동공 위치(또는 응시 방향)의 전체 범위에 의해서 주어진다. 사출 동공 선택기(250)가 없이, 광 신호(270)의 하나의 인스턴스(예를 들어, 실선으로 표시된, 광학적 경로(272)를 따라 이동하는 제2 인스턴스)가 단일 사출 동공에서(예를 들어, 제2 사출 동공(282)에서) 눈(290)에 충돌할 것이고, 그에 따라 비교적 작은 아이박스를 제공할 수 있다. 그러한 구성에서, 눈(290)의 동공이 하나의 사출 동공으로부터 멀리(예를 들어, 제2 사출 동공(282)으로부터 멀리) 이동되게 하는 방향으로 사용자가 응시하는 경우에 그리고 그렇게 응시할 때, 디스플레이되는 콘텐츠가 사용자의 시점으로부터 사라질 수 있다. 본 시스템, 장치 및 방법에 따라, SLP(220) 및 사출 동공 선택기(250)는 함께 광 신호(270)를 복제하여 N = 4개의(여기에서 4는 예시적인 예이다) 인스턴스 광 신호(270)를 생성하고, 이러한 4개의 인스턴스의 각각이 SLP(220)에 대한 상이한 각각의 공간적으로-분리된 가상 위치(261, 262, 263, 및 264)로부터 효과적으로 기원하는 상이한 각각의 광학적 경로(271, 272, 273, 및 274)를 따르기 때문에, 홀로그래픽 조합기(230)는 이러한 4개의 인스턴스의 각각을 눈(290)에 위치되는 또는 그에 근접한 각각의 공간적으로-분리된 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)에 수렴시킨다. 공간적으로-분리된 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)은, 자체의 (사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 임의의 하나와 동일한 크기의) 단일 사출 동공 보다 더 넓은 동공 위치(예를 들어, 응시 방향)의 범위를 커버하는 눈(290)의 지역에 걸쳐 분포된다. 그에 따라, 아이박스(280)는 WHUD(200) 내의 사출 동공 복제에 의해서 확장된다.
설명된 예에서, 사출 동공 선택기(250)의 N = 4개의 구성의 각각은 광 신호(270)의 광학적 경로를 변화시키고 광 신호(270)가, 실제 위치(260)와 상이한 각각의 가상 위치(261, 262, 263, 및 264)로부터 효과적으로 기원되게 한다. 그러나, 일부 구현예에서, 사출 동공 선택기(250)는, 광 신호(270)가 가상 위치로부터가 아니라 실제 위치(260)으로부터 효과적으로 홀로그래픽 조합기(230)로 지향되는 구성을 포함할 수 있다.
일반적으로, 광 신호(270)는, 비제한적으로: 하나의 광 신호, 화상의 하나의 화소, 화상의 복수의 화소, 또는 적어도 2개의 화소를 포함하는 화상 자체를 포함하는, 다양한 상이한 형태들을 구현할 수 있다. 제1 광 신호(270)가 (예를 들어, 적어도 2개의 화소를 포함하는) 화상에 상응할 때, N = 4개의 상이한 구성의 각각의 하나에서, 사출 동공 선택기(250)는 SLP(220)에 의해서 생성된 화상의 각각의 인스턴스를 수신하도록 그리고 화상의 각각의 인스턴스를 SLP(220)에 대한 N = 4개의 공간적으로-분리된 가상 위치(261, 262, 263, 및 264)의 각각의 하나로부터 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 효과적으로 재지향시키도록 배치 및 배향될 수 있다. 이러한 경우에, 홀로그래픽 조합기(230)의 적어도 하나의 홀로그램은, 사출 동공 선택기(250)로부터 수신된 화상의 각각의 인스턴스를 눈(290)을 향해서 재지향시키도록 배치되고 배향될 수 있다.
제1 광 신호(270)가 화상의 하나 이상의 화소(들)에 상응할 때, N개의 상이한 구성의 각각의 하나에서, 사출 동공 선택기(250)는, SLP(220)에 의해서 생성된 동일한 화상의 상이한 인스턴스 내의 동일한 화소의 각각의 인스턴스를 수신하도록 그리고 동일한 화상의 상이한 인스턴스 내의 동일한 화소의 각각의 인스턴스를 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 SLP(220)에 대한 N = 4개의 공간적으로-분리된 가상 위치(261, 262, 263, 및 264)의 각각의 하나로부터 효과적으로 재지향시키도록 배치되고 배향될 수 있다. 이러한 경우에, 홀로그래픽 조합기(230)의 적어도 하나의 홀로그램은, 사출 동공 선택기(250)로부터 수신된 동일한 화상의 상이한 인스턴스 내의 동일한 화소의 각각의 인스턴스를 눈(290)을 향해서 재지향시키도록 배치되고 배향될 수 있다.
도 2f는, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 대한 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장을 도시한, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 및 도 2e의 WHUD(200)의 설명도이다. 도 2f에 도시된 WHUD(200)의 동작에서, SLP(220)는 그 전체 스캔 범위(θ)를 통해서 스윕한다. 본 명세서 및 청부된 청구항 전반에 걸쳐, SLP의 "전체 스캔 범위"는, 정상적인 사용 중에 광 신호를 투사하기 위해서 SLP가 동작되는 전체 각도 및/또는 방향 범위를 지칭하고 일반적으로 SLP(220) 내의 적어도 하나의 스캔 거울(222)의 이동 범위에 의해서 결정된다. 본원에서 설명된 SLP는 일반적으로 래스터 스캔을 그리도록 동작되고, "전체 스캔 범위"는, SLP가 그리기 위해서 동작되는 전체 래스터 스캔의 외부 경계부를 일반적으로 포함한다. 이는, 예를 들어, 2개의 직교적인 차원으로 스캔하도록 동작되는 단일 스캔 거울 또는 2개의 직교적인 차원의 각각의 하나 내에서 스캔하도록 각각 동작되는 2개의 별개의 스캔 거울을 이용하는, SLP에 의해서 달성될 수 있다. 예시적인 SLP는 제1 치수(예를 들어, 수평 치수) 내의 제1 스캔 범위 및 제2 치수(예를 들어, 수직 치수) 내의 제2 스캔 범위를 포함하는 전체 스캔 범위(θ)를 가질 수 있다. 제1 및 제2 스캔 범위는 각각 0°내지 180°일 수 있으나, 사실상 그 각각이 10°내지 60°와 같이 더 좁은 범위 이내일 수 있다. 제1 및 제2 치수 내의 상대적인 스캔 범위들은 WHUD의 종횡비에 영향을 미친다.
WHUD(200)의 사출 동공 선택기(250)는, SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)에 대해서, SLP(220)와 홀로그래픽 조합기(230) 사이의 광학적 경로 내에(예를 들어, 모든 광학적 경로 내에) 배치된다. 사출 동공 선택기(250)의 N = 4개의 상이한 구성(251, 252, 253, 및 254)의 각각의 하나에 대해서, 사출 동공 선택기(250)는, SLP(220)에 의한 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호를 수신하도록 그리고 SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호를 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 SLP(220)에 대한 N = 4개의 공간적으로-분리된 가상 위치(261, 262, 263, 및 264)의 각각의 하나로부터 효과적으로 재지향시키도록 배치되고 배향된다. 다시 말해서, 도 2e에 도시된 WHUD(200)의 예시적인 동작에서 사출 동공 선택기(250)에 의해서 제1 광 신호(270)를 4개의 각각의 광학적 경로(271, 272, 273, 및 274)를 따라서 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 4개의 인스턴스로서 순차적으로 재지향시키는 방식과 유사한 방식으로, 도 2f는, SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 제1 스윕에 상응하는 모든 광 신호가 SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호의 4개의 인스턴스로서 사출 동공 선택기(250)에 의해서 제어 가능하게 재지향되는, WHUD(200)의 예시적인 동작을 도시한다. 복잡성을 방지하기 위해서 전체 스캔 범위(θ)에 상응하는 모든 광 신호의 4개의 인스턴스를 도 2f에 표시하지 않았으나, 도 2e의 광 신호(270)의 상이한 광학적 경로들(271, 272, 273, 및 274) 사이의 구분을 위해서 사용된 것과 동일한 구분 가능한 선을 이용하여 도시하였다. 즉, (긴 쇄선을 가지는 선으로 표시된) 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호의 제1 인스턴스는 SLP(220)에 대한 제1 가상 위치(261)로부터 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 사출 동공 선택기(250)에 의해서 재지향되고, (실선으로 표시된) 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호의 제2 인스턴스는 SLP(220)에 대한 제2 가상 위치(262)로부터 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 사출 동공 선택기(250)에 의해서 재지향되며, (점선으로 표시된) 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호의 제3 인스턴스는 SLP(220)에 대한 제3 가상 위치(263)로부터 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 사출 동공 선택기(250)에 의해서 재지향되고, 그리고 (교번적인 긴 쇄선 및 짧은 쇄선을 가지는 선으로 표시된) 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호의 제4 인스턴스는 SLP(220)에 대한 제4 가상 위치(264)로부터 홀로그래픽 조합기(230)를 향해서 사출 동공 선택기(250)에 의해서 재지향된다. 홀로그래픽 조합기(230)의 적어도 하나의 홀로그램은 SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호의 N = 4개의 인스턴스를 수신하고 SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호의 N = 4개의 인스턴스의 각각의 개별적인 하나를 눈(290)에 위치되는 또는 그에 근접한 N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 각각의 하나에 수렴시킨다.
도 2e에서, (광학적 경로(271, 272, 273, 및 274)의 각각의 하나에 각각 상응하는) 제1 광 신호(270)의 N = 4개의 인스턴스 모두가 홀로그래픽 조합기(230)의 동일한 영역에서 또는 대략적으로 동일한 영역 상으로 입사되는 것으로 도시되어 있다. 유사하게, 도 2f에서, SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호의 N = 4개의 인스턴스 모두는 홀로그래픽 조합기(230)의 동일한 완전-중첩 지역에 걸쳐 입사되는 것으로 도시되어 있다. 양자의 경우에, 이러한 구성은 예시적인 것이고, 실제로 특정 구현예에 따라 대안적인 구성이 바람직할 수 있다. 일반적으로, SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호의 각각의 인스턴스가 홀로그래픽 조합기(230)의 각각의 영역 또는 지역 상으로 입사될 수 있고(그리고 그에 의해서 수신될 수 있고), 홀로그래픽 조합기(230)의 이러한 각각의 지역은 완전히 중첩될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다(예를 들어, 그러한 지역들이 부분적으로 중첩되거나 분리된, 비-중첩 지역들에 상응할 수 있다).
스캐닝 레이저-기반의 WHUD(100) 및/또는 스캐닝 레이저-기반의 WHUD(200)와 같은 가상 망막 디스플레이에서, 사용자의 눈의 외측에 형성된 "화상"이 없을 수 있다. 전형적으로, 투사된 화상을 제3자가 볼 수 있는 마이크로디스플레이 또는 투사 스크린 또는 다른 장소가 존재하지 않고; 오히려, 화상은 사용자의 눈 내에 완전히 형성될 수 있다. 이러한 이유로, 눈이 화상을 형성하는 방식을 수용하도록, 스캐닝 레이저-기반의 WHUD가 설계되는 것이 유리할 수 있다.
눈으로 진입하는 광 신호(예를 들어, 광선, 파면, SLP로부터의 입사 빔, 또는 유사물)의 경우에, 눈(또는 보다 정확하게, 눈과 인간 뇌의 조합)은, 광 신호에 의해서 조명되는 망막의 영역을 기초로 사용자의 시계 내에 광 신호가 위치되는 "곳"을 결정할 수 있다. 망막의 동일한 영역을 조명하는 2개의 광 신호가 사용자의 시계 내의 동일한 위치에서 나타날 수 있다. 임의의 주어진 광 신호에 의해서 조명되는 망막의 특별한 영역은, 광 신호가 눈으로 진입하는 각도에 의해서 결정되고 그 위치에 의해서는 결정되지 않는다. 그에 따라, 2개의 광 신호가 사용자의 눈에 진입할 때 2개의 광 신호가 동일한 입사 각도를 가지기만 한다면, 2개의 광 신호가 사용자의 동공의 상이한 위치들로 진입하는 경우에도, 2개의 광 신호는 사용자의 시계 내의 동일한 위치에서 나타날 수 있다. 동일한 각도로 눈으로 진입하는 임의의 2개의 광 신호가, 광 신호가 눈으로 진입하는 장소/위치와 관계 없이, 일반적으로 망막의 동일한 영역으로 지향될 수 있도록 그에 따라 사용자의 시계 내의 동일한 위치에서 일반적으로 나타날 수 있도록, 눈의 렌즈의 기하형태가 정해진다.
적어도 일부 구현예에서, 본원에서 설명된 스캐닝 레이저-기반의 WHUD는 동일한 화상의 복수의 인스턴스를 빠른 속도로 연속적으로 눈의 망막 상으로 투사한다. 복수의 인스턴스가 일시적으로-분리되더라도, 일시적 분리는 사용자에게 검출되지 않을 정도로 충분히 작을 수 있다. 동일한 화상의 복수의 인스턴스의 임의의 2개가 눈의 망막 상에 정렬/중첩되지 않는다면, 그러한 화상의 2개의 인스턴스는 사용자의 시계 내에서 정렬/중첩되지 않을 수 있고 고스팅(ghosting)과 같은 바람직하지 못한 결과가 발생될 수 있다. (각각이 개별적인 사출 동공에 상응하고 각각이 동일한 디스플레이 콘텐츠의 각각의 인스턴스를 나타내는) 동일한 화상의 복수의 인스턴스가 망막 상에 정렬/중첩되게 보장하고 그에 따라 화상의 복수의 인스턴스가 사용자의 시계 내에서 정렬/중첩되게 보장하기 위해서, 스캐닝 레이저-기반의 WHUD는 (각각이 개별적인 사출 동공에 상응하는) 임의의 주어진 광 신호의 복수의 인스턴스를 공간적으로 서로 평행하게 눈을 향해서 지향시키도록 유리하게 구성될 수 있다. 보다 구체적으로 그리고 도 2e를 참조하면, 모두가 공간적으로 서로 평행한 제1 광 신호(270)의 N = 4개의 인스턴스를 홀로그래픽 조합기(230)가 사용자의 눈(290)의 각각의 영역을 향해서(즉, 도 2b의 N = 4개의 공간적으로-분리된 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 각각의 하나를 향해서) 재지향시키도록, 사출 동공 선택기(250) 및/또는 홀로그래픽 조합기(230)가 (개별적으로 또는 조합되어) 구성되고, 배열되고, 및/또는 동작될 수 있다.
도 2g는, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 각각의 사출 동공을 향해서 서로 평행하게 공간적으로 투사되는 동일한 디스플레이 콘텐츠(예를 들어, 화소(들))의 각각의 인스턴스를 가지는 일시적으로 순차적인 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장을 보여주는 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e, 및 도 2f의 WHUD(200)의 설명도이다. 도 2g의 구현예에서 도시된 특징의 일부를 강조하기 위해서, 도 2f의 상응하는 양태를 먼저 주목할 것이다.
도 2f의 구현예에서, SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호의 N = 4개의 인스턴스의 각각의 하나의 모두가 서로 정렬되고 홀로그래픽 조합기(230) 상에서 완전히 중첩된다. 결과적으로, N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 각각은 홀로그래픽 조합기(230)의 실질적으로 동일한 지역으로부터 눈(290)에서 또는 그에 근접하여 수렴된다. N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 각각이 홀로그래픽 조합기(230)의 실질적으로 동일한 지역으로부터 기원하나 눈(290)의 각각의 공간적으로-분리된 영역에 수렴되기 때문에, N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 각각은, N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 적어도 하나의 다른 하나에 의해서 제공될 수 없는, (눈(290)에서의) 입사각을 가지는 적어도 일부의 광 신호를 필수적으로 포함한다. 예를 들어, 사출 동공(281)에 수렴되는 (긴 쇄선으로 표시된) 광 신호는 사출 동공(282)에 수렴되는 (실선으로 표시된) 광 신호에 포함되지 않는 적어도 일부의 입사각을 포함하고, 그리고 그 반대를 포함한다. 전술한 바와 같이, 눈으로 진입하는 광 신호의 입사각은, 사용자의 시계 내에서 광(또는 광 신호에 의해서 구현된 화상의 화소)이 나타날 곳을 결정한다. 해당 사출 동공이 사용자의 동공과 정렬될 때(예를 들어, 사용자의 응시 방향이 해당 사출 동공을 포함할 때), 하나의 사출 동공에 특유한 입사각을 가지는 광 신호는 사용자에게만 투사될 수 있다. 그에 따라, 복수의 공간적으로-분리된 사출 동공 모두가 홀로그래픽 조합기(230) 상의 실질적으로 동일한 공간적 지역으로부터 기원할 때, 그러한 공간적 지역의 제한된 하위-영역만이 모든 사출 동공에 공통되는 입사각을 제공하기 위해서 이용될 수 있고, 결과적으로, SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 제한된 부분만이 모든 공간적으로-분리된 사출 동공에 걸친 균일한 화상 복제를 제공하기 위해서 이용될 수 있다. SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 N = 4개의 인스턴스 모두를 홀로그래픽 조합기(230)와 정렬시키고 중첩시키는 것은 사출 동공 선택기(250) 및/또는 홀로그래픽 조합기(230)의 설계의 일부 양태를 단순화할 수 있으나, 모든 사출 동공에 걸쳐 복제될 수 있는 SLP(220)의 이용 가능한 해상도 및/또는 시계를 또한 제한할 수 있다.
도 2g의 구현예에서, 사출 동공 선택기(250)는, 도 2f의 구현예에서의 그 상응하는 궤적에 비해서, SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광신호의 N = 4개의 인스턴스의 상대적인 궤적을 이동시키도록 (예를 들어, 기하형태, 배향, 및/또는 조성이) 조절된다. (도 2f에서와 같이 도 2g에서 상이한 선의 유형으로 각각 표시된) SLP(220) 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호의 N = 4개의 인스턴스는, 도 2f에서와 같이 도 2g에서 홀로그래픽 조합기(230) 상에서 정렬되거나 완전히 중첩되지 않는다. 그 대신에, SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 N = 4개의 인스턴스는, 홀로그래픽 조합기(230)에 의해서 눈(290)에 위치되는 또는 그에 근접한 N = 4개의 공간적으로-분리된 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 각각의 하나를 향해서 재지향되고 수렴될 때, 각각의 상응하는 광 신호들이 모두 서로 실질적으로 평행하도록, 홀로그래픽 조합기(230)의 지역 위에서 공간적으로 분포되고 각각 배치된다. 즉, 도 2g에서, 홀로그래픽 조합기(230)에 의해서 N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 각각의 개별적인 하나에 수렴되는 광 신호 모두는 홀로그래픽 조합기(230)로부터의 동일한 반사각 및 그에 따라 눈(290)에 대한 동일한 입사각을 포함한다. 도 2f의 구현예와 대조적으로, 도 2g의 구현예에서, N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 어느 것도, N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 다른 하나의 각각에 또한 포함되지 않는 입사각(눈(290)에 대한 입사각, 또는 홀로그래픽 조합기(230)에 대한 반사각)을 가지는 광 신호를 포함하지 않는다. 도 2g의 구현예의 N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 각각은 SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)를 포함하고, 그에 따라 도 2g에 도시된 WHUD(200)의 구현예는, 사출 동공 선택기(250) 및/또는 홀로그래픽 조합기(230)에서의 복잡성 부가로, 도 2f에 도시된 WHUD(200)의 구현예 보다 큰 시계 및/또는 높은 해상도를 가지는 복수의 사출 동공(예를 들어, 복수의 일시적으로-분리된 및 공간적으로-분리된 사출 동공)에 걸친 균일한 화상 복제를 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 홀로그래픽 조합기(230)는 홀로그래픽 막의 적어도 하나의 층에 매립된, 인코딩된, 기록된, 또는 그러한 층에 의해서 달리 수반되는 적어도 하나의 홀로그램을 포함한다. 홀로그래픽 막은, 예로서, Bayer MaterialScience AG로부터의 Bayfol®HX 또는 할로겐화 은 화합물과 같은 광중합체 막을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 홀로그램의 성질은 구체적인 구현예에 따라 다를 수 있다.
제1 예로서, 홀로그래픽 조합기(230)는, SLP(220)에 의해서 제공되는 파장(들)을 가지는 광에 대해서 신속-수렴(예를 들어, 약 1 cm 이내의 수렴, 약 2 cm 이내의 수렴, 또는 약 3 cm 이내의 수렴) 거울로서 효과적으로 동작하는 단일 홀로그램을 포함할 수 있다. 이러한 제1 예에서, 제1 홀로그램을 수반하는 홀로그래픽 막은 비교적 넓은 대역폭을 가질 수 있고, 이는 홀로그래픽 막 내에 기록된 홀로그램이 홀로그래픽 조합기(230)에서의 입사각의 비교적 넓은 범위에 걸쳐 SLP(220)에 의해서 투사되는 모든 광 신호에 실질적으로 동일한 광학적 효과 또는 기능을 부여할 수 있다는 것을 의미한다. 본 시스템, 장치, 및 방법의 목적을 위해서, 홀로그램 및 홀로그래픽 막과 관련한 "넓은 대역폭"이라는 용어는, 사출 동공 선택기로부터 홀로그램 또는 홀로그래픽 막에 의해서 수신되는 모든 광 신호의 입사각의 전체 범위 보다 크거나 그와 같은 각도 대역폭을 의미한다. 예로서, WHUD(200)는 약 8° 와 같거나 그보다 큰 각도 대역폭을 가지는 홀로그래픽 조합기(230) 내의 넓은 대역폭의 홀로그램을 구현할 수 있다. 이러한 경우에, 홀로그래픽 조합기(230)의 임의의 주어진 지점, 영역, 또는 위치가 홀로그래픽 조합기(230)에서의 입사각의 8°(또는 그 미만)의 범위에 걸친 광 신호(즉, 임의의 광 신호(271, 272, 273 및 274)에 포함되는 광학적 경로의 모든 범위에 걸친)를 수신하도록, 가상 위치(261, 262, 263, 및 264) 사이의 공간적 분리가 이루어질 수 있다.
통상적인 거울 거동과 일치되게, 홀로그래픽 조합기(230)에 의해서 수반되는 하나의 넓은-대역폭 신속-수렴 홀로그램의 경우에, 홀로그래픽 조합기(230) 상에 입사되는 광 신호의 범위에 대한 입사각은 홀로그래픽 조합기(230)에 의해서 재지향되는 광 신호의 그러한 범위에 대한 반사각에 영향을 미칠 수 있다. 홀로그래픽 조합기(230)는, 일반적으로 WHUD(200)의 정상 동작 중에, SLP(220)에 대해서 제 위치에서 고정되기 때문에, 광 신호의 범위에 대한 입사각은, 적어도 부분적으로, 사출 동공 선택기(250)에 의해서 광 신호의 범위가 효과적으로 기원되기 시작하는 SLP(220)에 대한 특별한 가상 위치(261, 262, 263 또는 264)에 의해서 결정된다. 이어서, 광 신호의 범위가 홀로그래픽 조합기(230)에 의해서 수렴되는 사출 동공(281, 282, 283 또는 284)의 공간적 위치는, 적어도 부분적으로, 홀로그래픽 조합기(230)로부터의 광 신호의 그러한 범위의 반사각에 의해서 결정된다. 가상 위치(261, 262, 263 및 264)의 각각의 하나는 홀로그래픽 조합기(230)에서 (일반적으로 그러나 비필수적으로 적어도 일부 중첩을 가지는) 입사각의 각각의 범위에 걸쳐 광 신호를 제공하고, 그에 따라 홀로그래픽 조합기(230)는 가상 위치(261, 262, 263 및 264)의 각각의 하나로부터의 광 신호를 사출 동공(281, 282, 283 및 284)의 각각의 하나에 수렴시킨다. 이는, 예를 들어 도 2f를 참조할 때, (가상 위치(262, 263, 및 264)로부터 효과적으로 기원하는 SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 다른 인스턴스에 비해서) 비교적 작은 입사각의 범위를 가지는 (긴 쇄선을 가지는 선으로 표시된) 가상 위치(261)로부터 효과적으로 기원하는 SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 인스턴스를 (다른 사출 동공(282, 283, 및 284)에 비해서) 비교적 작은 반사각의 범위를 가지는 사출 동공(281)에 맵핑하는 이유가 되고, 그리고 (가상 위치(261, 262, 및 263)로부터 효과적으로 기원하는 SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 다른 인스턴스에 비해서) 비교적 큰 입사각의 범위를 가지는 (교번적인 긴 쇄선 및 짧은 쇄선을 가지는 선으로 표시된) 가상 위치(264)로부터 효과적으로 기원하는 SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 인스턴스를 (다른 사출 동공(281, 282, 및 283)에 비해서) 비교적 큰 반사각의 범위를 가지는 사출 동공(284)에 대해서 맵핑하는 이유가 된다.
제2 예로서, 단일 홀로그램 대신에, 홀로그래픽 조합기(230)는 임의 수의 다중화된 홀로그램을 대신 포함할 수 있다. 다중화된 홀로그램은, 예를 들어, 복수의 광 신호(예를 들어, SLP(220)에 의해서 생성된 적색, 녹색, 및 청색 광 신호)의 파장이 이용될 때 및/또는 SLP(220)에 대한 상이한 가상 위치로부터 효과적으로 기원하는 광 신호를 분리하기 위한 추가적인 수단을 제공하는데 있어서 유리할 수 있다. 전술한 "단일 홀로그램" 예는 SLP(220)이 단일 파장의 광 신호만(예를 들어, 적색 광 신호만, 녹색 광 신호만, 또는 청색 광 신호만)을 제공하는 구현예에 적합할 수 있으나, SLP(220)이 복수 파장의 광 신호를 제공하는 구현예의 경우에, 홀로그래픽 조합기(230)가 SLP(220)에 의해서 제공된 광 신호의 각각의 개별적인 파장(예를 들어, SLP(220)에 의해서 제공된 광 신호의 각각의 개별적인 공칭 파장, 이는 레이저 다이오드가 일반적으로 좁은 파장 대역에 걸친 광 신호를 제공하기 때문이다)에 대한 각각의 파장 다중화된 홀로그램을 포함하는 것이 유리할 수 있다. 그에 따라, SLP(220)이, 각각의 공칭 파장의 광 신호를 각각 제공하는 3개의 상이한 레이저 다이오드(예를 들어, 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드, 및 청색 레이저 다이오드)를 포함할 때, 3개의 공칭 파장의 각각의 하나를 가지는 광 신호에 대해서 작업(예를 들어, "재생")하도록 각각 설계된 3개의 파장-다중화된 홀로그램(예를 들어, 적색 홀로그램, 녹색 홀로그램, 및 청색 홀로그램)을 홀로그래픽 조합기(230)가 포함하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 예에서, 적어도 하나의 "적색 홀로그램"(즉, 적색 광에 상응하는 파장을 가지는 광 신호에 대해서 재생하도록 설계된 적어도 하나의 홀로그램)은 SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 N = 4개의 인스턴스의 각각의 하나의 각각의 적색 성분을 N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있고, 적어도 하나의 "녹색 홀로그램"(즉, 녹색 광에 상응하는 파장을 가지는 광 신호에 대해서 재생하도록 설계된 적어도 하나의 홀로그램)은 SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 N = 4개의 인스턴스의 각각의 하나의 각각의 녹색 성분을 N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있으며, 그리고 적어도 하나의 청색 홀로그램(즉, 청색 광에 상응하는 파장을 가지는 광 신호에 대해서 재생하도록 설계된 적어도 하나의 홀로그램)은 SLP(220)의 전체 스캔 범위(θ)의 N = 4개의 인스턴스의 각각의 하나의 각각의 청색 성분을 N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있다.
제3 예로서, 복수의 파장-다중화된 홀로그램과 별개로 또는 그에 부가하여, 홀로그래픽 조합기(230)가 적어도 N개의 각도-다중화된 홀로그램을 포함할 수 있다. 즉, SLP(220)에 대한 N = 4개의 가상 위치(261, 262, 263, 및 264) 및 N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)을 가지는 구현예의 경우에, 홀로그래픽 조합기(230)는 적어도 N = 4개의 각도-다중화된 홀로그램(또는, 후술되는 바와 같이, 파장 다중화가 또한 이용될 때, 각도-다중화된 홀로그램의 N = 4개의 세트)을 포함할 수 있다. N = 4개의 각도-다중화된 홀로그램의 각각은 SLP(220)에 대한 N = 4개의 가상 위치(261, 262, 263, 및 264)의 각각의 하나로부터 효과적으로 기원하는 광 신호를 재생하도록 그리고 그러한 광 신호를 N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 각각의 하나에 수렴시키도록 설계될 수 있다. 즉, 제1 각도-다중화된 홀로그램은 SLP(220)에 대한 제1 가상 위치(261)로부터 효과적으로 기원하는 광 신호를 재생하도록 그리고 그러한 광 신호를 제1 사출 동공(281)에 수렴시키도록 설계될 수 있고, 제2 각도-다중화된 홀로그램은 SLP(220)에 대한 제2 가상 위치(262)로부터 효과적으로 기원하는 광 신호를 재생하도록 그리고 그러한 광 신호를 제2 사출 동공(282)에 수렴시키도록 설계될 수 있으며, 제3 각도-다중화된 홀로그램은 SLP(220)에 대한 제3 가상 위치(263)로부터 효과적으로 기원하는 광 신호를 재생하도록 그리고 그러한 광 신호를 제3 사출 동공(283)에 수렴시키도록 설계될 수 있고, 그리고 제4 각도-다중화된 홀로그램은 SLP(220)에 대한 제4 가상 위치(264)로부터 효과적으로 기원하는 광 신호를 재생하도록 그리고 그러한 광 신호를 제4 사출 동공(284)에 수렴시키도록 설계될 수 있다.
각도-다중화를 이용하는 구현예의 경우에, 각도-다중화된 홀로그램을 포함하는 홀로그래픽 막이 비교적 좁은 대역폭을 가지는 것이 유리할 수 있다. 특히, 홀로그래픽 조합기(230)의 동일한 지점, 영역, 또는 위치 상에 입사되나 상이한 가상 위치(261, 262, 263 및 264)로부터 효과적으로 기원하는 2개의 광 신호의 각각의 입사각들 사이의 최소 차이와 대략적으로 같거나 그보다 작은 각도 대역폭을 홀로그래픽 막이 가지는 것이 유리할 수 있다. 예로서, WHUD(200)는 약 4°와 같거나 그보다 작은 각도 대역폭을 가지는 홀로그래픽 조합기(230) 내의 좁은 대역폭의 각도-다중화된 홀로그램을 구현할 수 있다. 이러한 경우에, 가상 위치(261)로부터 효과적으로 기원하고 홀로그래픽 조합기(230) 상의 제1 지점에서 입사되는 제1 광학적 경로(271)을 따르는 광 신호의 (홀로그래픽 조합기(230)에서의) 입사각과 가상 위치(262)로부터 효과적으로 기원하고 홀로그래픽 조합기(230) 상의 동일한 제1 지점에서 입사되는 제2 광학적 경로(272)를 따르는 광 신호의 (홀로그래픽 조합기(230)에서의) 입사각 사이의 차이는 약 4° 이하일 수 있다. 이러한 방식으로, 홀로그래픽 조합기(230) 내의 각각의 개별적인 각도-다중화된 홀로그램은, SLP(220)에 대한 가상 위치(261, 262, 263 및 264)의 각각의 하나로부터 효과적으로 기원하는 광 신호를 실질적으로 배타적으로 재생하도록 그리고 SLP(220)에 대한 가상 위치(261, 262, 263 및 264)의 다른 하나로부터 효과적으로 기원하는 광 신호를 실질적으로 재생하지 않도록(예를 들어, 비실질적으로 재생하도록), 설계될 수 있다.
일반적으로, 홀로그래픽 조합기(230)는 적어도 N개의 다중화된 홀로그램을 포함할 수 있고, 적어도 N개의 다중화된 홀로그램의 각각의 하나는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 사출 동공 선택기(250)로부터 사용자의 눈(290)에 위치되는 또는 근접하는 N개의 사출 동공 중 각각의 하나에 수렴시킬 수 있다.
일부 구현예는 파장 다중화 및 각도 다중화 모두를 이용할 수 있다. 예를 들어, 각도 다중화 및 복수 파장(예를 들어, 다중-색채 SLP)의 광 신호를 이용하는 구현예가 또한 파장 다중화를 유리하게 이용할 수 있다. 이러한 경우에, 홀로그래픽 조합기(230)는 파장-다중화된 그리고 각도-다중화된 홀로그래픽 조합기를 포함할 수 있고, 그러한 홀로그래픽 조합기는 적어도 N개의 각도-다중화된 적색 홀로그램, 적어도 N개의 각도-다중화된 녹색 홀로그램, 및 적어도 N개의 각도-다중화된 청색 홀로그램을 포함할 수 있다. 적어도 N개의 각도-다중화된 적색 홀로그램의 각각의 하나는 임의의 주어진 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 적색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있고, 적어도 N개의 각도-다중화된 녹색 홀로그램의 각각의 하나는 임의의 주어진 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 녹색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있고, 그리고 적어도 N개의 각도-다중화된 청색 홀로그램의 각각의 하나는 임의의 주어진 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 청색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시킬 수 있다.
복수의 다중화된 홀로그램을 이용하는 홀로그래픽 조합기(230)의 구현예는 홀로그래픽 막의 단일 층 내에 또는 상에(즉, 모두 동일한 층 내에 또는 상에) 복수의 홀로그램을 포함할 수 있거나, 적어도 하나의 각각의 홀로그램을 수반하는 홀로그래픽 막의 각각의 층을 가지는 홀로그래픽 막의 복수의 층을 포함할 수 있다. 홀로그래픽 조합기(230)는 적어도 하나의 부피적 홀로그래픽 광학적 요소를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 일반적으로, 홀로그래픽 조합기(230)는, 임의 수의 홀로그램을 수반하는 홀로그래픽 막의 단일 층을 포함할 수 있거나, 홀로그래픽 조합기(230)는 임의 수의 각각의 홀로그램을 수반하는 홀로그래픽 막의 각각의 개별적인 층을 가지는 홀로그래픽 막의 복수의 층(예를 들어, 함께 적층된 복수의 층)을 포함할 수 있다.
홀로그래픽 조합기(230)는 기하형태가 실질적으로 편평하거나 평면형일 수 있고, 또는 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e, 도 2f 및 도 2g에 도시된 바와 같이, 홀로그래픽 조합기(230)가 일부 곡률을 구현할 수 있다. 일부 구현예에서, 홀로그래픽 조합기(230)가 곡률을 구현할 수 있는데, 이는 홀로그래픽 조합기(230)가, 일부 곡률을 가지는 처방 안경 렌즈(240)에 수반되기 때문이다. 필요할 때, 홀로그래픽 조합기(230)는 미국 가특허출원 제62/268,892호에서 설명된 곡선형 홀로그래픽 광학적 요소를 위한 시스템, 장치, 및/또는 방법을 포함할 수 있다.
본원에서 설명된 여러 실시예는 스캐닝 레이저-기반의 WHUD 내의 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장을 위한 시스템, 장치, 및 방법을 제공한다. 각각의 복제된 사출 동공은 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 각각의 공간적으로-분리된 위치에 정렬되는데, 이는 사출 동공 선택기가 광 신호를 SLP에 대한 상이한 공간적으로-분리된 가상 위치로 각각 역추적하는(예를 들어, 각각 그로부터 효과적으로 기원하는 것으로 보이는) 공간적으로-분리된 광학적 경로를 따라서 선택적으로 경로화하기 때문이다. 효과는 사출 동공 선택기 대신에 복수의 SLP을 이용한 것과 실질적으로 동일하고, 각각의 SLP는 가상 위치의 각각의 하나 내에 배치되고, 각각의 SLP는 홀로그래픽 조합기를 향해서 광 신호의 각각의 인스턴스를 투사하나; 사출 동공 선택기의 이용은 전력 절감 및 하드웨어 부피의 최소화와 관련하여 상당한 장점을 갖는다.
사출 동공 복제의 하나의 잠재적 단점이, 일반적으로, 복제된 또는 반복된 광 신호의 인스턴스 모두가 실질적으로 동일한 광 신호를 구현할 수 있다는 사실로부터 발생될 수 있다. 이는, 예를 들어, 화상의 각각의 인스턴스가 SLP에 대한 상이한 공간적으로-분리된 가상 위치로부터 효과적으로 기원하도록 구성될 때, 문제가 될 수 있다. 그러한 경우에, 화상의 각각의 인스턴스는 광학적 왜곡의 특유한 조합의 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 제1 가상 위치로부터 효과적으로 기원하는 화상의 제1 인스턴스는, SLP에 대한 제1 가상 위치에 상응하는 (홀로그래픽 조합기(230)에서의 및/또는 눈(290)에서의) 사출 동공 선택기를 통한 화상의 제1 인스턴스의 특유의 광학적 경로로부터 및/또는 입사각의 범위로부터 초래되는 광학적 왜곡(예를 들어, 화상의 비뚤어짐, 키스토닝(keystoning), 수차, 등)의 제1 세트의 영향을 받을 수 있는 한편, 제2 가상 위치로부터 효과적으로 기원하는 화상의 제2의 복제된 또는 반복된 인스턴스는, SLP에 대한 제2 가상 위치에 상응하는 (홀로그래픽 조합기(230)에서의 및/또는 눈(290)에서의) 사출 동공 선택기를 통한 화상의 제2 인스턴스의 특유의 광학적 경로로부터 및/또는 입사각의 범위로부터 초래되는 광학적 왜곡의 제2 세트의 영향을 받을 수 있다. 화상의 제1 및 제2의 복제된 또는 반복된 인스턴스 모두가 SLP에 의해서 형성된 화상의 동일한 초기 버전에 상응한다면, 화상의 개별적인 제1 및 제2 인스턴스에 특유한 왜곡을 광학적으로 조율, 조정, 교정, 또는 달리 보상할 수 있는 기회가 없을 수 있다. 본 시스템, 장치 및 방법에 따라, 이러한 문제는, (필요한 경우에) 광 신호가 생성될 때 사출 동공 선택기의 특유의 구성을 수용, 정합, 보상하기 위해서, 또는 일반적으로 고려하기 위해서, SLP에 의해서 생성된 각각의 광 신호의 매개변수를 구체적으로 규정하는 것에 의해서 극복될 수 있다. 예를 들어 도 2e를 다시 참조하면, SLP(220)은 제1 광 신호(270)의 4개의 개별적인, 일시적으로-분리된 인스턴스를 순차적으로 생성할 수 있고, 각각의 인스턴스는 동일한 화상의 동일한 화소(예를 들어, 동일한 화상의 상이한 인스턴스의 동일한 화소)에 상응한다. SLP(220)에 의해서 생성된 제1 광 신호(270)의 각각의 연속적인 인스턴스는 사출 동공 선택기(250)의 N = 4개의 구성(복잡함을 감소시키기 위해서 도 2e에는 표시되지 않은, 251, 252, 253, 및 254)의 각각이 하나와 일치되고, 그에 따라 SLP(220)에 의해서 생성된 제1 광 신호(270)의 각각의 연속적인 인스턴스는 N = 4개의 광학적 경로(271, 272, 273, 및 274)의 각각의 하나에 상응한다. 적어도 부분적으로 광 신호(270)의 각각의 연속적인 인스턴스가 홀로그래픽 조합기(230)까지 N = 4개의 광학적 경로(271, 272, 273, 및 274) 중 특유의 하나를 따르기 때문에, 제1 광 신호(270)의 각각의 연속적인 인스턴스가 광학적 왜곡(들)의 특유의 형태 또는 조합의 영향을 받을 수 있다. 본 시스템, 장치 및 방법에 따라, 광 신호(270)의 연속적인 인스턴스에 걸친 그에 따라 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)에 걸친 그러한 불균일한 광학적 왜곡은, 광 신호(270)의 각각의 연속적인 인스턴스를 규정하는 매개변수를 조정하기 위해서 SLP(220)을 변조하는 것에 의해서 해결될 수 있다(예를 들어, 수용, 보상, 또는 고려될 수 있다). 즉, 제1 광 신호(270)의 제1 인스턴스는 SLP(220)에 의해서 생성될 수 있고 사출 동공 선택기(250)의 제1 구성(251)으로부터 및/또는 제1 광학적 경로(271)로부터 발생되는 광학적 왜곡을 수용하도록 형성될 수 있으며, 제1 광 신호(270)의 제2 인스턴스는 SLP(220)에 의해서 생성될 수 있고 사출 동공 선택기(250)의 제2 구성(252)으로부터 및/또는 제2 광학적 경로(272)로부터 발생되는 광학적 왜곡을 수용하도록 형성될 수 있으며, 제1 광 신호(270)의 제3 인스턴스는 SLP(220)에 의해서 생성될 수 있고 사출 동공 선택기(250)의 제3 구성(253)으로부터 및/또는 제3 광학적 경로(273)로부터 발생되는 광학적 왜곡을 수용하도록 형성될 수 있고, 그리고 제1 광 신호(270)의 제4 인스턴스는 SLP(220)에 의해서 생성될 수 있고 사출 동공 선택기(250)의 제4 구성(254)으로부터 및/또는 제4 광학적 경로(274)로부터 발생되는 광학적 왜곡을 수용하도록 형성될 수 있다. 비록 제1 광 신호(270)의 4개의 연속적인 인스턴스 모두가 동일한 화상의 동일한 화소를 나타낼 수 있지만, 제1 광 신호(270)의 제4 인스턴스의 각각의 하나는, 제1 광 신호(270)의 인스턴스가 홀로그래픽 조합기(230)까지 따르는 특정의 광학적 경로에 특별한 광학적 왜곡을 수용하도록 설계된 상이한 구성(예를 들어, 상대적인 색채 및/또는 세기 매개변수의 상이한 조합)을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 광 신호(270)의 4개의 복제된/반복된 인스턴스는, N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284)의 각각의 하나에서 사용자에 의해서 관찰될 때, 사용자에게 실질적으로 유사하게 보일 수 있다.
사출 동공 선택기(250)는, 적어도 하나의 동적 광학적 요소를 N = 4개의 구성 중 하나 내로 제어 가능하게 전환함으로써, 눈(290)에서 N = 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284) 중 임의의 주어진 하나를 효과적으로 선택한다(예를 들어, 임의의 주어진 하나를 향해 광 신호의 경로를 형성한다). 이러한 여분은 WHUD(200)가 눈(290)의 N = 4개의 상이한 영역에서 동일한 화상의 N = 4개의 인스턴스를 신속하게 디스플레이할 수 있게 하고, 그에 의해서 4개의 사출 동공(281, 282, 283, 및 284) 모두를 포함하도록 시스템의 아이박스(280)를 확장할 수 있게 한다. 그러나, 일부 적용예 또는 구현예에서, 화상의 하나의 인스턴스만이 임의의 주어진 시간에 눈(290)에 디스플레이될 필요가 있을 수 있다(또는 디스플레이될 것을 원할 수 있다). 그러한 것은 SLP(220)의 동작을 단순화할 수 있고 동일한 화상의 복수의 잠재적으로 여분인 인스턴스를 생성하는데 필요한 전력을 절감할 수 있다. 본 시스템, 장치, 및 방법에 따라, WHUD는 (직접적으로, 또는 프로세서나 비-일시적 프로세서-판독 가능 저장 매체와 같은, 다른 요소에 대한 공통적 통신 커플링에 의해서) 사출 동공 선택기에 통신적으로 커플링된 눈 추적기를 포함할 수 있고, 사출 동공 선택기(250)는 눈 추적기에 의해서 결정된 사용자의 눈의 응시 방향을 기초로 N개의 상이한 구성의 각각의 하나 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있다.
도 3은, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 특정 사출 동공 선택을 도시한 동작시의 WHUD(300)의 설명도이다. WHUD(300)는 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e, 도 2f, 및 도 2g의 WHUD(200)와 실질적으로 유사할 수 있고, 사용자의 눈(390)의 응시 방향을 결정하도록 배치되고 배향된 (복잡함 감소를 위해서 도 3에 도시하지 않은 WHUD(300)의 지지 구조물에 의해서 수반되는) 눈 추적기(355)가 부가되어 있다. 도 3에 도시된 WHUD(300)의 도시된 동작에서, 눈 추적기(355)는, 눈(390)의 동공이 사출 동공(381)에 상응하는 영역 내에 전반적으로 배치된 것으로 결정한다. 따라서, 사출 동공 선택기(350)는 사출 동공 선택기(350)(예를 들어, 사출 동공 선택기(350)의 적어도 하나의 동적 광학적 요소)가 SLP(320)로부터 광 신호(예를 들어, SLP(320)의 전체 스캔 범위(θ) 내의 임의의 또는 모든 광 신호)를 수신하도록 배치되고 배향되는 제1 구성(351)으로 전환되고(예를 들어, 사출 동공 선택기(350)의 적어도 하나의 동적 광학적 요소가 제1 구성으로 전환되고) 그러한 광 신호를 SLP(320)에 대한 가상 위치(361)로부터 홀로그래픽 조합기(330)로 효과적으로 재지향시킨다. 홀로그래픽 조합기(330)가 (예를 들어, 상응하는 반사각(들)의) 광 신호를 눈(390)에서 사출 동공(381)에 수렴시키도록, 가상 위치(361)로부터 효과적으로 유입되는 광 신호의 홀로그래픽 조합기(330)까지의 궤적 또는 광학적 경로(예를 들어, 입사각(들))가 결정된다. 모두 N = 4개의 사출 동공을 생성하기 위해서 모든 N = 4개의 구성들 사이에서 신속하게 전환하는 것 (그리고 그에 따라 각각의 광 신호의 N = 4개의 인스턴스를 생성하기 위해서 SLP(320)을 변조하는 것) 대신에, 눈(390)의 동공이 사출 동공(381)과 정렬되었다는 것을 눈 추적기(355)가 검출하는 동안, 사출 동공 선택기(350)가 제1 구성(351)에서 체류될 수 있고 (비록, 충분히 신속하게 변조되는 경우에, 필요하다면, 임의의 주어진 광 신호의 복수의 인스턴스가 여전히 이용될 수 있지만) SLP(320)는 각각의 광 신호의 하나의 인스턴스 만을 제공할 수 있다. 눈(390)의 동공이 사출 동공(381)으로부터 멀리 그리고 다른 이용 가능한 사출 동공을 향해서 이동되었다는 것을 눈 추적기(355)가 검출하는 경우에 그리고 검출할 때, 사출 동공 선택기(350)가 새로운 구성으로 전환되어, SLP(320)로부터의 광 신호가 눈(390)의 동공과 가장 잘 정렬된 이용 가능한 사출 동공을 향해서 지향되게 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 광 신호가 사출 동공 선택기(350)의 특별한 구성을 통해서 그리고 특별한 광학적 경로를 따라서 특별한 사출 동공까지 제어 가능하게 경로 형성될 때, 광학적 왜곡 오프셋을 생성된 광 신호에 적용하여 사출 동공 선택기(350)의 해당 구성에 특별한 광학적 왜곡 프로파일 및/또는 해당되는 특별한 광학적 경로를 수용하기 위해서, SLP(320)가 (재)보정될 수 있다.
눈 추적기(355)는 특정 구현예에 따라서 다양한 상이한 눈 추적 기술 중 임의의 기술을 이용할 수 있다. 예를 들어, 눈 추적기(355)는 미국 가특허출원 제62/167,767호; 미국 가특허출원 제62/271,135호; 미국 가특허출원 제62/245,792호; 및/또는 미국 가특허출원 제62/281,041호에서 설명된 임의의 또는 모든 시스템, 장치, 및 방법을 이용할 수 있다.
전술한 바와 같이, WHUD(300)는 적어도 하나의 프로세서 및 그에 통신적으로 커플링된 적어도 하나의 비-일시적 프로세서-판독 가능 저장 매체 또는 메모리를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 메모리는, 적어도 하나의 프로세서에 의해서 실행될 때, 적어도 하나의 프로세서가 사출 동공 선택기(350), 눈 추적기(355), 및/또는 SLP(320)의 어느 하나 또는 모두의 동작을 제어할 수 있게 하는, 프로세서-실행 가능 데이터 및/또는 명령어를 저장할 수 있다.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e, 도 2f, 도 2g, 및 도 3에 도시된 본 시스템, 장치, 및 방법의 예시적인 예 모두는 일반적으로 2-차원적으로 도시되어 있고, 일반적으로 복수의 사출 동공이 사용자의 눈에 걸쳐 일 차원으로 공간적으로 분리되는 아이박스 구성을 설명한다. 실제로, 본원에 설명된 확장된 아이박스 구성은 사용자의 눈의 지역에 걸쳐 임의의 2-차원적 구성으로 배열된 임의의 수(N개)의 복제된 또는 반복된 사출 동공을 포함할 수 있다. N = 4개의 복제된/반복된 사출 동공을 가지는 예시적인 구성이 도 4에 제공되어 있다.
도 4는, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 사용자의 눈(490)에 위치되는 또는 그에 근접한 4개의 공간적으로-분리된 사출 동공(481, 482, 483, 및 484)을 포함하는 확장된 아이박스(480)를 형성하기 위해서 복제된(예를 들어, 반복된) 광 신호의 4개의 인스턴스를 수렴시키는 2-차원의 예시적인 홀로그래픽 조합기(430)를 보여주는 설명도이다. 사출 동공(481, 482, 483, 및 484)은 눈(490)에 대한 동공 위치(예를 들어, 응시 방향)의 넓은 범위를 커버하기 위해서 눈(490)에 위치되는 또는 그에 근접한 2-차원적 지역에 걸쳐 분포된다. 눈(490)의 동공이 아이박스(480) 내에 배치되는 한, 사출 동공(481, 482, 483, 및 484)의 적어도 하나(일부 경우에, 사출 동공(481, 482, 483, 및 484)의 적어도 2개의 조합)는 동공을 통해서 눈(490)으로 광 신호를 제공할 것이고, 사용자는 투사된 화상을 볼 수 있을 것이다. 광학적 경로와 관련하여, 사출 동공(481, 482, 483, 및 484)의 각각의 하나는 SLP의 총 스캔 범위(θ)의 각각의 복제된(예를 들어, 반복된) 인스턴스에 상응하는 광 신호를 수신할 수 있다.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e, 도 2f, 도 2g, 및 도 3에 도시된 예시적인 사출 동공 선택기(250 및 350)는 단순화된 표상이다 그러한 표상은 단지 설명을 목적으로 도시된 것이고, 본원에서 설명된 사출 동공 선택기의 구성을 유사한 구성 및/또는 기하형태의 구조물로 제한하기 위한 것은 아니다. 전술한 바와 같이, 본원에서 설명된 사출 동공 선택기는 특정 구현예에 따라서 다양한 다른 구성요소 중 임의의 구성요소를 포함할 수 있다. 본원에서 설명된 바와 같은 사출 동공 선택기의 구성 및 동작의 비제한적인 예가 도 5에 제공되어 있다.
도 5는, 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른, 예시적인 사출 동공 선택기(550)를 이용한 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장을 도시한 동작시의 WHUD(500)의 설명도이다. WHUD(500)는, 전형적인 안경 프레임과 대체로 유사할 수 있는 지지 구조물(복잡함 감소를 위해서 도 5에 도시하지 않음), 그리고 레이저 모듈(521)(예를 들어, RGB 레이저 모듈) 및 적어도 하나의 스캔 거울(522)을 포함하는 SLP를 포함한다. 사용시에, 레이저 모듈(521)은: a) 사용자에게 디스플레이하고자 하는 화상의 각각의 부분(예를 들어, 상이한 화소), 및 b) 화상의 각각의 개별적인 부분의 각각의 인스턴스 (예를 들어, 동일한 화소의 반복된 인스턴스)에 상응하는 일련의 광 신호(570)를 생성한다. 광 신호(570)는 레이저 모듈(521)로부터 (MEMS-기반의 디지털 미세거울과 같은) 적어도 하나의 스캔 거울(522)로 지향되며, 그러한 스캔 거울은 광 신호(570)를 홀로그래픽 조합기(530)의 선택된 영역으로 반사시키기 위해서 제어 가능하게 변경될 수 있다(예를 들어, 회전 배향, 곡률, 또는 기타가 변경될 수 있다). 홀로그래픽 조합기(530)는 광 신호(570)를 사용자의 눈(590)을 향해서 그리고 사용자의 시계 내로 재지향시킨다(예를 들어, 반사시키고 및/또는 광학적으로 수렴시킨다). WHUD(500)의 유효 아이박스를 증가시키기 위해서, WHUD(500)는, 스캔 거울(522)(또는 레이저 모듈(521))과 홀로그래픽 조합기(530) 사이의 광학적 경로를 가로 막는 사출 동공 선택기(550)를 더 포함한다. 도시된 실시예에서, 사출 동공 선택기(550)는, 제어 가능하게 회전될 수 있고 제어 가능하게 병진운동될 수 있는 동적 거울을 포함한다. 예를 들어, 사출 동공 선택기(550)는, 축을 중심으로 제어 가능하게 회전될 수 있는 MEMS-기반의 또는 압전-기반의 거울을 포함하고, 그러한 축 자체는 슬롯, 채널, 또는 안내부에 활주식으로 결합된다. 회전 및 병진운동의 조합을 통해서, 사출 동공 선택기(550)는 적어도 N = 3개의 상이한 구성으로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있다. N = 3개의 구성의 각각의 하나에서, 사출 동공 선택기(550)의 동적 거울은 스캔 거울(522)로부터 광 신호(570)를 수신하도록 그리고 N = 3개의 상이한 상이한 광학적 경로(571, 572, 및 573)의 각각의 하나를 따라서 홀로그래픽 조합기(530)를 향해서 광 신호(570)를 재지향시키도록 배치되고 배향된다. 홀로그래픽 조합기(530)는 사출 동공 선택기(550)로부터 광 신호(570)를 수신하고, 광 신호(570)가 홀로그래픽 조합기(530) 상으로 입사되는 특별한 광학적 경로(571, 572, 및 573)에 따라, 눈(590)에 위치되는 N = 3개의 사출 동공(581, 582, 및 583) 중 특별한 하나를 향해서 광 신호(570)를 재지향시킨다. 도 5의 도시된 예에서, 사출 동공 선택기(550)의 동적 거울은, 광 신호(570)를 스캔 거울(522)로부터 수신하도록 그리고 광 신호(570)를 제2 광학적 경로(572)를 따라 홀로그래픽 조합기(530)를 향해서 재지향시키도록 그러한 동적 거울이 배치되고 배향되는 구성으로 전환된다. 광학적 경로(571 및 573)는 사출 동공 선택기(550)의 2개의 다른 구성에 상응하고, 광학적 경로(571 및 573)가 사출 동공 선택기(550)에 의해서 현재 선택되지 않았다는 것을 나타내기 위해서 도 5에서 쇄선으로 도시되어 있다.
본 시스템, 장치 및 방법에 따라, 사출 동공 선택기에 대해서 이용될 수 있는 (예를 들어, 사출 동공 선택기에 의해서 제어 가능하게 전환될 수 있는) 구성의 범위는 사출 동공 선택기의 적어도 하나의 동적 광학적 요소의 구분된 회전적 및/또는 병진운동적 구성에 상응하는 구분된 구성일 수 있거나, 사출 동공 선택기에 대해서 이용될 수 있는 (예를 들어, 사출 동공 선택기에 의해서 제어 가능하게 전환될 수 있는) 구성의 범위는 하나 이상의 경계들 사이에서 이용될 수 있는 상이한 구성들의 연속체(예를 들어, 연속적인 범위)일 수 있다. 예를 들어, 도 5는, 사출 동공 선택기(550)에 대한 3개의 구분된 구성에 상응하는 광 신호(570)에 대한 3개의 이용 가능한 광학적 경로(571, 572, 및 573)를 도시한다. 그러나, 대안적인 구현예에서, 사출 동공 선택기(550)는 광 신호(570)에 대한 광학적 경로(571)에 상응하는 제1 구성과 광 신호(570)에 대한 광학적 경로(573) 사이에서 연속적으로 구성될 수 있다. 실질적으로 고정된 사출 동공 위치를 가지는 눈에서 고정된 아이박스 기하형태를 제공하는 것이 일반적으로 바람직한 적용예 또는 구현예에서, 사출 동공 선택기에 대한 유한한 수의 구분된 구성이 바람직할 수 있다. 다른 한편으로, 동적 아이박스 기하형태 및/또는 하나 이상의 동적으로 가변적인 사출 동공을 제공하는 것이 바람직한 적용예 또는 구현예에서, 사출 동공 선택기에 대한 연속적인 구성의 범위가 바람직할 수 있다. 예로서, 눈(590)의 응시 방향을 모니터링하기 위한 눈 추적기를 포함하는 WHUD(500)의 구현예는, 사출 동공 선택기(550)의 위치(예를 들어, 병진운동적 위치) 및 배향(예를 들어, 회전적 배향)의 연속적인 가변적 조율을 유리하게 허용할 수 있다. 그러한 구성에서, 사출 동공 선택기(550)는, 눈(590)의 동공의 위치를 따르도록 단일 사출 동공의 위치를 연속적으로 변화시키기 위해서, 눈 추적기로부터의 입력에 응답하여 실시간으로 연속적으로 변경될 수 있다. 다시 말해서, 눈 추적기는 사용자의 응시 방향을 실시간으로 연속적으로 보고할 수 있고, 이러한 정보를 기초로, 사출 동공 선택기(550)는 그 위치 및/또는 배향을 실시간으로 연속적으로 변경할 수 있고, 그에 따라 하나의 사출 동공을 조향할 수 있고 눈(590)의 동공을 추적할 수 있으며(예를 들어, 사출 동공 선택기(550)는 WHUD(500)의 사출 동공과 눈(590)의 진입 동공 사이의 정렬을 유지할 수 있으며), 그에 의해서 소정 범위의 응시 방향에 걸쳐 디스플레이 콘텐츠가 사용자에게 보여질 수 있게 유지할 수 있다. 그러한 실시간 사출 동공 조향을 가능하게 하기 위해서, (직접적으로 또는 프로세서 또는 메모리와 같은, 하나 이상의 개재 요소에 대한 하나 이상의 통신적 결합(들)을 통해서) 눈 추적기(예를 들어, 눈 추적기(355))와 사출 동공 조향기(550) 사이의 통신적 결합이, 눈 추적기와 사출 동공 선택기(550) 사이에서 피드백(예를 들어, 적어도 눈 추적기로부터 사출 동공 선택기(550)로의 일방향 피드백)을 유리하게 제공할 수 있다.
사출 동공 복제(예를 들어, 사출 동공 반복)에 의한 아이박스 확장을 제공하는 다양한 WHUD 시스템 및 장치에 더하여, 본원에서 설명된 여러 실시예는 또한 사출 동공 복제에 의해서 WHUD의 아이박스를 확장하는 방법을 포함한다.
도 6은 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른 WHUD의 동작 방법(600)을 보여주는 흐름도이다. WHUD는 (이하의 구체적인 행위에 관한 설명을 기초로 할 때 적절한 경우에) WHUD(100), WHUD(200), 또는 WHUD(300)와 실질적으로 유사할 수 있고, SLP, 사출 동공 선택기, 및 홀로그래픽 조합기를 일반적으로 포함한다. 방법(600)은 5개의 행위(601, 602, 603, 604, 및 605)를 포함하나, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 대안적인 실시예에서, 특정 행위가 생략될 수 있고 및/또는 부가적인 행위가 부가될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 또한, 설명된 행위의 순서는 단지 예시적인 목적을 위한 것이고 대안적인 실시예에서 달라질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 방법(600)의 목적을 위해서, "사용자"라는 용어는 WHUD를 착용한 사람을 지칭한다.
601에서, WHUD의 SLP는 제1 광 신호를 생성한다. 제1 광 신호는 완전한 화상 또는 화상의 일부를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제1 광 신호는 화상의 하나 이상의 화소(들)를 나타낼 수 있다.
602에서, 사출 동공 선택기는 제1 구성으로 제어 가능하게 전환된다. 사출 동공 선택기를 제1 구성으로 전환하는 것은, 프로세서-실행 가능 사출 동공 선택기 제어 데이터 및/또는 명령어를 저장하는 비-일시적 프로세서-판독 가능 저장 매체 또는 메모리에 통신적으로 결합된 프로세서와 같은, WHUD의 다른 구성요소에 의해서 제어될 수 있고, 그러한 데이터 및/또는 명령어는, 프로세서에 의해서 실행될 때, 프로세서로 하여금 사출 동공 선택기를 제1 구성으로 제어 가능하게 전환시키게 한다. 일부 구현예에서, 사출 동공 선택기는 공진 주파수(예를 들어, 사출 동공 선택기가 MEMS-기반의 동적 광학적 요소를 포함하는 경우)에서 실질적으로 연속적으로 구동될 수 있고, 행위(602)는 사출 동공 선택기가 제1 구성에 있는 시간의 순간에 상응할 수 있다.
603에서, 사출 동공 선택기가 제1 구성에 있는 동안 사출 동공 선택기는 제1 광 신호를 수신한다. 사출 동공 선택기의 제1 구성은 사출 동공 선택기의 적어도 하나의 동적 광학적 요소의 특별한 위치(예를 들어, 병진운동적 위치) 및/또는 배향(예를 들어, 회전적 배향)에 상응할 수 있다.
604에서, 제1 구성의 사출 동공 선택기는 제1 광 신호를 SLP에 대한 제1 가상 위치로부터 효과적으로 홀로그래픽 조합기를 향해서 재지향시킨다. 다시 말해서, 603에서 SLP로부터 제1 광 신호를 수신한 후에, 604에서 사출 동공 선택기는 제1 광 신호를 홀로그래픽 조합기를 향해서 SLP에 대한 제1 가상 위치로 역으로 추적하는 제1 광학적 경로를 따라 재지향시키고, 그에 따라 제1 광 신호는, SLP에 대한 사실상의 실제 위치로부터에 대조적인 것으로서, SLP에 대한 제1 가상 위치로부터 기원하는 것으로 효과적으로 보인다.
605에서, 홀로그래픽 조합기는 제1 광 신호를 사용자의 눈에 위치되는 제1 사출 동공을 향해서 재지향시킨다. 사용자의 눈에 위치되는 제1 사출 동공의 공간적 위치(그리고 결과적으로 제1 사출 동공과 사용자의 눈의 진입 동공 사이의 정렬)는 사출 동공 선택기와 홀로그래픽 조합기 사이의 제1 광 신호에 의해서 취해진 특별한 광학적 경로에 의존할 수 있고, 이는 다시 602에서 사출 동공 선택기의 구성에 의존할 수 있다. 그에 따라, 사출 동공 선택기의 제1 구성은 사출 동공의 공간적 위치를 효과적으로 선택한다(예를 들어, 다른 공간적 위치에 있는 다른 이용 가능한 사출 동공들 중에서 제1 공간적 위치에 있는 제1 사출 동공을 선택한다)
방법(600)은 다양한 방식으로 확대될 수 있다. 예를 들어, SLP는 제2 광 신호를 생성할 수 있고, 사출 동공 선택기는 (예를 들어, 공진에서 변동하는 동안 또는 제어 프로세서로부터의 의도적인 명령어에 응답하여) 제2 구성으로 제어 가능하게 전환될 수 있으며, 사출 동공 선택기는, 제2 구성에 있는 동안, 제2 광 신호를 수신할 수 있고 제2 광 신호를 SLP에 대한 제2 가상 위치(SLP에 대한 제1 가상 위치로부터 공간적으로-분리된 SLP에 대한 제2 가상 위치)로부터 홀로그래픽 조합기를 향해서 효과적으로 재지향시키며, 그리고 홀로그래픽 조합기는 제2 광 신호를 사용자의 눈에 위치되는 제2 사출 동공(제1 사출 동공으로부터 공간적으로-분리된 제2 사출 동공)을 향해서 재지향시킬 수 있다. 특정 구현예에 따라서, 제1 광 신호는 광 신호의 (예를 들어, 화상의 제1 화소를 나타내는) 제1 인스턴스에 상응할 수 있고, 제2 광 신호는 동일한 광 신호의 (제1 인스턴스로부터 시간적으로-분리된) 제2 인스턴스(예를 들어, 화상의 동일한 제1 화소의 제2 인스턴스)에 상응할 수 있다. 이러한 경우에, 제1 및 제2 광 신호는, 그러한 광 신호들 각각이, 홀로그래픽 조합기를 향한, 및/또는 홀로그래픽 조합기로부터 사용자의 눈까지, 사출 동공 선택기를 통한 그들의 각각의 광 경로에 특별한 광학적 왜곡을 보상하기 위해서 특별한 보정 매개변수(예를 들어, 각각 구분되는 색채 및/또는 세기 프로파일)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다는 것을 제외하고, 서로 명목상 동일할 수 있다. 대안적으로, 제1 광 신호는 화상의 제1 화소에 상응할 수 있고, 제2 광 신호는 동일한 화상의 제2 화소에 상응할 수 있다. 그러한 것은, 예를 들어, WHUD가 눈 추적기를 포함하고, 화상이 SLP에 의해서 투사되는 동안, 사출 동공 선택기가 눈의 동공을 능동적으로 추적하는/따르는 경우(예를 들어, 눈의 동공이 이동될 수 있는 동안 WHUD의 사출 동공이 실시간으로 눈의 동공과 능동적으로 정렬되게 하는 경우)에, 바람직할 수 있다.
도 7은 본 시스템, 장치, 및 방법에 따른 WHUD의 동작 방법(700)을 보여주는 흐름도이다. WHUD는 (이하의 구체적인 행위에 관한 설명을 기초로 할 때 적절한 경우에) WHUD(100), WHUD(200), 또는 WHUD(300)와 실질적으로 유사할 수 있고, SLP, 사출 동공 선택기, 및 홀로그래픽 조합기를 일반적으로 포함한다. 방법(700)은 5개의 행위(701, 702, 703, 704, 및 705)를 포함하나, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 대안적인 실시예에서, 특정 행위가 생략될 수 있고 및/또는 부가적인 행위가 부가될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 또한, 설명된 행위의 순서는 단지 예시적인 목적을 위한 것이고 대안적인 실시예에서 달라질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 방법(700)의 목적을 위해서, "사용자"라는 용어는 WHUD를 착용한 사람을 지칭한다.
701에서, WHUD의 SLP는 광 신호의 N개의 인스턴스의 제1 시퀀스를 생성하고, 여기에서 N은 1 보다 큰 정수이다. 광 신호는 완전한 화상 또는 화상의 일부를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 광 신호는 화상의 하나 이상의 화소(들)를 나타낼 수 있다. 광 신호의 각각의 개별적인 인스턴스는, 광 신호가 따를 특별한 광학적 경로에 적용될 수 있는 광학적 왜곡을 수용하도록 개별적으로 조율되거나 조율되지 않을 수 있다.
702에서, 사출 동공 선택기는 N개의 상이한 구성의 제1 시퀀스 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환된다. 사출 동공 선택기를 N개의 구성의 제1 시퀀스를 통해서 전환하는 것은, 프로세서-실행 가능 사출 동공 선택기 제어 데이터를 저장하는 비-일시적 프로세서-판독 가능 저장 매체 또는 메모리에 통신적으로 결합된 프로세서와 같은, WHUD의 다른 구성요소에 의해서 제어될 수 있고, 사출 동공 선택기에 대한(예를 들어, 사출 동공 선택기의 적어도 하나의 동적 광학적 요소에 대한) 공진 주파수에서 이루어지거나 이루어지지 않을 수 있다. 전술한 바와 같이, 사출 동공 선택기는, 비제한적으로: 적어도 하나의 광학적 요소의 병진운동, 적어도 하나의 광학적 요소의 회전, 및/또는 적어도 하나의 광학적 요소의 변위를 포함하는, 임의의 또는 모든 형태의 운동을 통해서 제1 구성으로 제어 가능하게 전환될 수 있다.
703에서, 사출 동공 선택기는 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 수신한다. 즉, 사출 동공 선택기는 사출 동공 선택기가 제1 구성에 있는 동안 광 신호의 제1 인스턴스를 수신하고, 사출 동공 선택기가 제2 구성에 있는 동안 광 신호의 제2 인스턴스를 수신하며, 모든 N개의 구성의 모든 N개의 인스턴스에 대해서도 마찬가지다.
704에서, N개의 상이한 구성의 각각의 개별적인 하나의 사출 동공 선택기는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 각각의 광학적 경로를 따라서 홀로그래픽 조합기를 향해서 재지향시킨다. 즉, 제1 구성의 사출 동공 선택기는 광 신호의 제1 인스턴스를 제1 광학적 경로를 따라 홀로그래픽 조합기를 향해서 재지향시키고, 제2 구성의 사출 동공 선택기는 광 신호의 제2 인스턴스를 제2 광학적 경로를 따라 홀로그래픽 조합기를 향해서 재지향시키며, 모든 N개의 구성의 모든 N개의 인스턴스에 대해서도 마찬가지다. 일반적으로, N개의 상이한 구성의 각각의 개별적인 하나의 사출 동공 선택기는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 SLP에 대한 N개의 공간적으로-분리된 가상 위치의 각각의 하나로부터 홀로그래픽 조합기를 향해서 효과적으로 재지향시키고, SLP에 대한 각각의 가상 위치는 사출 동공 선택기와 홀로그래픽 조합기 사이의 각각의 광학적 경로에 상응한다.
705에서, 홀로그래픽 조합기는 사용자의 눈을 향해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 재지향시킨다(예를 들어, 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나를 향해서 수렴시킨다). 특정 구현예에 따라, 홀로그래픽 조합기는 사용자의 눈의 N개의 각각의 영역을 향해서 서로 공간적으로 평행한 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 재지향시키거나 재지향시키지 않을 수 있다.
일부 구현예에서, 홀로그래픽 조합기는, 광 신호의 인스턴스가 사출 동공 선택기로부터 홀로그래픽 조합기까지 이동되는 특별한 광학적 경로로부터 초래되는 광 신호의 각각의 인스턴스의 (홀로그래픽 조합기에서의) 입사각을 기초로 사용자의 눈에 위치되는 각각의 사출 동공을 향해서 광 신호의 N개의 인스턴스를 수렴시키는 단일 홀로그램을 포함할 수 있다. 그러한 구현예에서도, 홀로그래픽 조합기는, 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 적어도 2개의 색채 성분과 같은, 상이한 파장들을 가지는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 적어도 2개의 성분을 각각 재생하기 위해서(예를 들어, 행위(705)의 재지향 및/또는 수렴을 실시하기 위해서), 적어도 2개의 파장 다중화된 홀로그램을 포함할 수 있다. 예를 들어, SLP는 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드, 및 청색 레이저 다이오드를 포함할 수 있고, 광 신호는 적색 성분, 녹색 성분, 및 청색 성분을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 홀로그래픽 조합기는 적색 홀로그램, 녹색 홀로그램, 및 청색 홀로그램을 포함할 수 있고: 적색 홀로그램은 사출 동공 선택기로부터 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수신되는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 각각의 적색 성분을 수렴시킬 수 있고, 녹색 홀로그램은 사출 동공 선택기로부터 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수신되는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 각각의 녹색 성분을 수렴시킬 수 있고, 그리고 청색 홀로그램은 사출 동공 선택기로부터 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수신되는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 각각의 청색 성분을 수렴시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 홀로그래픽 조합기는 적어도 2개의 다중화된 홀로그램을 포함할 수 있고, 각각의 홀로그램은, 사출 동공 선택기로부터 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 각각의 사출 동공으로 수신되는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 수렴시킬 수 있다. 전술한 예에 계속하여, 홀로그래픽 조합기는 적어도 2개의 각도-다중화된 적색 홀로그램, 적어도 2개의 각도-다중화된 녹색 홀로그램, 및 적어도 2개의 각도-다중화된 청색 홀로그램을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 각각의 각도-다중화된 적색 홀로그램은 사출 동공 선택기로부터 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수신되는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 각각의 적색 성분을 수렴시킬 수 있고, 각각의 각도-다중화된 녹색 홀로그램은 사출 동공 선택기로부터 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수신되는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 각각의 녹색 성분을 수렴시킬 수 있고, 그리고 각각의 각도-다중화된 청색 홀로그램은 사출 동공 선택기로부터 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수신되는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 각각의 청색 성분을 수렴시킬 수 있다.
방법(700)은 다양한 방식으로 확대될 수 있다. 예를 들어, SLP는 광 신호의 N개의 인스턴스의 적어도 제2 시퀀스(예를 들어, 하나 이상의 부가적인 시퀀스)를 생성할 수 있고, 사출 동공 선택기는 N개의 상이한 구성의 적어도 제2 시퀀스 내로 또는 그 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있으며, 사출 동공 선택기는 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에서 광 신호의 N개의 인스턴스의 적어도 제2 시퀀스의 각각의 하나를 수신할 수 있고 광 신호의 N개의 인스턴스의 적어도 제2 시퀀스 내의 각각의 광 신호를 각각의 광학적 경로를 따라 홀로그래픽 조합기를 향해서 재지향시키며, 그리고 홀로그래픽 조합기는 광 신호의 N개의 인스턴스의 적어도 제2 시퀀스의 각각의 하나를 사용자의 눈을 향해서 재지향시킬 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, WHUD는 눈 추적기를 포함할 수 있고, 그러한 경우에 눈 추적기는 사용자의 눈의 응시 방향을 결정할 수 있고, 사출 동공 선택기는 눈 추적기에 의해서 결정된 사용자의 눈의 응시 방향을 기초로 N개의 상이한 구성 중 특별한 하나 내로 제어 가능하게 전환될 수 있고, 그리고 홀로그래픽 조합기는, 사용자의 눈의 동공을 포함하는 사용자의 눈의 영역을 향해서(예를 들어, 사용자의 눈의 동공과 정렬되거나 그와 중첩되는 사출 동공을 향해서) 광 신호의 N개의 인스턴스의 적어도 하나를 재지향시킬 수 있다.
본 시스템, 장치, 및 방법에 따라, 망막-스캐닝 투사기의 아이박스는 하나 이상의 사출 동공의 복제에 의해서 확장될 수 있다. 이러한 접근 방식에서, 주어진 사출 동공은, 약 4 mm 이하(예를 들어, 약 2 mm)와 같이, 눈의 동공의 직경과 대략적으로 같거나 그보다 작은 규정된 크기를 가질 수 있고, 그에 따라 사출 동공이 사용자의 (육체적) 동공 상에 충돌할 때(예를 들어, 그와 정렬되거나 중첩될 때), 화상으로부터의 모든 광이 눈으로 진입한다. 그러나, 사용자가 그들의 눈을 이동시킬 때, 사출 동공과 사용자의 동공 사이의 정렬이 상실될 수 있고, 투사된 화상이 사용자의 시계로부터 사라질 수 있다. 그에 따라, 본원에서 설명된 "사출 동공 복제를 통한 아이박스 확장"의 접근 방식에서, 복수의, 많은, 대부분의, 또는 모든 눈의 위치에 대해서, 적어도 하나의 사출 동공이 사용자의 눈과 정렬되도록, 복수의 사출 동공이 사용자에 눈 위로 투사되고 덮여질 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구항의 전반에 걸쳐, "약"이라는 용어는 종종 구체적인 값 또는 양과 관련하여 이용된다. 예를 들어, 신속-수렴은 "약 2 cm" 이내이다. 구체적인 문맥에서 달리 요구되지 않는 한, "약"이라는 용어는 일반적으로 ㅁ 15%를 의미한다.
본원에서 설명된 "사출 동공 선택기"는 광학적 장치이다. 회전 가능한 그리고 병진운동 가능한 MEMS-기반의 거울을 포함하는 사출 동공 선택기의 비제한적인 예가 도 5에 도시되어 있으나(그리고 도 5를 참조하여설명되나); 본 시스템, 장치 및 방법은 도 5의 사출 동공 선택기의 예시적인 구현예로 제한되지 않을 것이다. 본원에서 설명된 바와 같은 사출 동공 선택기는, 본원에서 설명된 바와 같이 사출 동공을 선택하기 위해서 관련 기술 분야의 통상의 기술자가 이용할 수 있는, 거울, 렌즈, 회절 격자, 빔-분할기, 프리즘, 절반-은처리 표면(half-silvered surface), 2색체(dichroic), 유전체 코팅, 및/또는 임의의 다른 광학적 장치(들)와 같은, 임의 수 및/또는 배열의 광학적 요소(동적 광학적 요소 및/또는 정적 광학적 요소를 포함)를 포함할 수 있다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 본원에서 설명된 사출 동공 선택기가, 특정 구현예의 요건에 따라서, 넓은 범위의 상이한 광학적 장치(들)를 개별적으로 또는 조합하여 이용할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 시스템, 장치, 및 방법은, 본원에서 설명된 바와 같이 광학적 장치 또는 광학적 장치의 배열이 사출 동공을 선택하는 모든 구현예를 포괄한다.
관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 본 시스템, 장치, 및 방법이, SLP 이외의 하나 이상의 광원(들)을 이용하는 WHUD 구조 내로 적용되거나 달리 통합될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 본원에서 설명된 SLP은, 하나 이상의 발광다이오드("LED"), 하나 이상의 유기 LED ("OLED"), 하나 이상의 디지털 광 프로세서("DLP")를 포함하는 광원과 같은, 다른 광원에 의해서 대체될 수 있다. 그러한 비-레이저 구현예는 투사된 광 신호를 시준, 포커스 및/또는 달리 지향시키기 위한 부가적 광학기기를 유리하게 이용할 수 있다. 구체적인 문맥에서 달리 요구되지 않는 한, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 본 시스템, 장치, 및 방법 전반을 통한 "SLP"에 대한 언급이 대표적인 것이라는 것 그리고 본원에서 설명된 SLP와 동일한 일반적인 목적을 위한 역할을 하도록 (필요에 따라, 다른 광학기기와 조합된) 다른 광원이 적용되거나 구성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 본 시스템, 장치, 및 방법이, 홀로그래픽 조합기 이외의 하나 이상의 투명 조합기(들)을 이용하는 WHUD 구조 내로 적용되거나 달리 통합될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 본원에서 설명된 홀로그래픽 조합기가, 프리즘형 막, 마이크로렌즈 어레이를 수반하는 막, 및/또는 도파관 구조물과 같은, 실질적으로 동일한 일반적인 목적을 위한 역할을 하는 비-홀로그래픽 장치에 의해서 대체될 수 있다. 그러한 비-홀로그래픽 구현예는 부가적인 광학기기를 이용하거나 이용하지 않을 수 있다. 구체적인 문맥에서 달리 요구되지 않는 한, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 본 시스템, 장치, 및 방법 전반을 통한 "홀로그래픽 조합기"에 대한 언급이 대표적인 것이라는 것 그리고 본원에서 설명된 홀로그래픽 조합기와 동일한 일반적인 목적을 위한 역할을 하기 위한 적용예를 위해 (필요에 따라, 다른 광학기기와 조합된) 다른 투명 조합기가 적용되거나 구성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
관련 기술 분야의 통상의 기술자는 본원에서 설명된 사출 동공 복제에 의한 아이박스 확장을 위한 여러 실시예가 비-WHUD 적용예에서 적용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 시스템, 장치, 및 방법은, 홀로그래픽 조합기가 반드시 투명할 필요가 없는, 가상 현실 디스플레이를 포함하는, 비-웨어러블 헤드-업 디스플레이에서 및/또는 다른 투사 디스플레이에서 적용될 수 있다.
쌍안형 구현예(즉, 디스플레이 콘텐츠가 사용자의 양 눈 내로 투사되는 구현예)에서, 사용자의 각각의 눈에 상이한 시계를 의도적으로 투사하는 것에 의해서, 전체 시계가 증가될 수 있다. 양 눈이 시계의 중심에서 콘텐츠를 보는 한편, 좌측 눈이 시계의 좌측에서 더 많은 콘텐츠를 보도록 그리고 우측 눈이 시계의 우측에서 더 많은 콘텐츠를 보도록, 2개의 시계가 중첩될 수 있다.
복수의 사출 동공을 이용하는 일부 구현예에서, 모든 사출 동공이 항상 선택적으로 활성적일 수 있다(그에 따라 일시적인 분리를 허용할 수 있다). 대안적으로, 눈-추적을 또한 이용하는 구현예는, (눈-추적을 기초로) 사용자가 바라보는 곳에 상응하는 사출 동공 만을 활성화시킬 수 있는 한편 사용자의 시계 외측에 위치되는 하나 이상의 사출 동공(들)은 비활성화될 수 있다.
일부 구현예에서, 눈이 바라보는 방향으로 또는 점유된 사출 동공에서 해상도를 높이기 위해서, 투사기의 스캔 범위가 활동적으로 변화될 수 있다. 그러한 것은 미국가특허출원 제62/134,347호에서 설명된 것과 같은 이질적(heterogeneous) 화상 해상도의 예이다.
아이박스 확장은 유리하게 사용자가 넓은 범위의 방향을 바라보면서 디스플레이되는 콘텐츠를 볼 수 있게 할 수 있다. 또한, 아이박스 확장은 또한 더 넓은 범위의 눈 배열을 가지는 더 다양한 사용자가 주어진 WHUD를 통해서 디스플레이되는 콘텐츠를 적절하게 볼 수 있게 할 수 있다. 눈동자간 거리, 눈 형상, 상대적인 눈 위치, 등과 같은 해부학적 상세 사항은 모두 사용자마다 다를 수 있다. 본원에서 설명된 여러가지의 아이박스 확장 방법은 해부학적 차이를 가지는 매우 다양한 사용자에 걸쳐 WHUD가 더 확실하게 사용될 수 있게 한다(그에 따라 그러한 사용자가 더 잘 이용할 수 있게 한다). 사용자마다의 육체적 변동사항을 보다 더 수용하기 위해서, 본원에서 설명된 다양한 WHUD는, 사용자가 그들의 자체의 눈(들)에 대한 하나 이상의 사출 동공(들)의 물리적 위치 및/또는 정렬을 제어 가능하게 조정할 수 있게 하는 하나 이상의 기계적 구조물(들)을 포함할 수 있다. 그러한 기계적 구조물은 하나 이상의 경첩(들), 다이얼(들), 고정구(들), 설부(tongue) 및 홈 또는 다른 활주 가능하게-커플링된 구성요소, 및 기타를 포함할 수 있다. 대안적으로, 본원에서 교시된 접근방식은 그러한 부가적인 기계적 구조물의 포함 필요성을 유리하게 방지할 수 있고, 그에 따라 그렇지 않은 경우에 획득될 수 있는 것 보다 더 작은 포장 및 더 가벼운 중량을 허용할 수 있다.
일부 구현예에서, 하나 이상의 광섬유(들)를 이용하여 본원에서 설명된 경로의 일부를 따라 광 신호를 안내할 수 있다.
본원에서 설명된 여러 구현예는, 선택적으로, 미국 가특허출원 제62/288,947호에서 설명된 아이박스 저하를 방지하기 위한 시스템, 장치, 및 방법을 이용할 수 있다.
본원에서 설명된 WHUD는 사용자의 환경으로부터 데이터를 수집하기 위한 하나 이상의 센서(들)(예를 들어, 마이크로폰, 카메라, 온도계, 나침반, 고도계 및/또는 기타)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 카메라(들)를 이용하여 WHUD의 프로세서로 피드백을 제공할 수 있고 디스플레이(들) 상에서 임의의 주어진 화상이 디스플레이되어야 하는 곳에 영향을 미칠 수 있다.
본원에서 설명된 WHUD는 하나 이상의 내장형 전원(예를 들어, 하나 이상의 배터리(들)), 무선 통신을 송/수신하기 위한 무선 송수신기, 및/또는 컴퓨터로의 커플링 및/또는 하나 이상의 내장형 전원(들)의 충전을 위한 테더링된 연결부 포트를 포함할 수 있다.
본원에서 설명된 WHUD는 비제한적으로: 예를 들어, 모두의 전체가 본원에서 참조로 포함되는, 미국 정규특허출원 제14/155,087호, 미국 정규특허출원 제14/155,107호, PCT 특허출원 제PCT/US2014/057029호, 및/또는 미국 가특허출원 제62/236,060호에서 설명된 바와 같이, 마이크로폰을 통한 음성 명령; 버튼, 스위치, 또는 터치 감응형 표면을 통한 터치 명령; 및/또는 동작 검출 시스템을 통한 동작-기반의 명령을 포함하는, 하나 이상의 다양한 방식으로 사용자로부터 명령을 수신하고 응답할 수 있다.
본원에서 설명된 WHUD의 다양한 구현예가 미국 가특허출원 제62/117,316호, 미국 가특허출원 제62/156,736호, 및 미국 가특허출원 제62/242,844호에서 설명된 임의의 또는 모든 기술을 포함할 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구항의 전반에 걸쳐, "통신적 경로", "통신적 커플링" 및 "통신적으로 커플링된"과 같은 변형에서와 같은 "통신적"이라는 용어는 일반적으로 정보를 전달 및/또는 교환하기 위한 임의의 공학적 배열을 지칭하기 위해 이용된다. 예시적인 통신적 경로는, 비제한적으로, 전기적으로 전도적인 경로(예를 들어, 전기적으로 전도적인 와이어, 전기적으로 전도적인 트레이스), 자기적 경로(예를 들어, 자기적 매체), 및/또는 광학적 경로(예를 들어, 광학적 섬유)를 포함하고, 예시적인 통신적 커플링은, 비제한적으로, 전기적 커플링, 자기적 커플링, 및/또는 광학적 커플링을 포함한다.
본 명세서 및 첨부된 청구항의 전반에 걸쳐, 부정사 형태가 종종 이용된다. 예에는, 비제한적으로: "검출하기 위한", "제공하기 위한", "전달하기 위한", "통신하기 위한", "프로세스하기 위한", "경로화하기 위한", 및 기타가 포함된다. 구체적인 문맥에서 달리 요구하지 않는 한, 그러한 부정사 형태는 개방적인 포괄적 의미로 사용되며, 다시 말해서 "적어도 검출하기 위한", "적어도 제공하기 위한", "적어도 전달하기 위한", 등으로 사용된다.
요약서에서 설명된 것을 포함하는 예시된 실시예에 관한 전술한 설명은 정확하게 개시된 형태로 실시예를 한정하거나 제한하기 위한 것은 아니다. 비록 구체적인 실시예 및 예가 본원에서 예시 목적을 위해서 설명되었지만, 관련 기술 분야의 통상의 기술자가 인지할 수 있는 바와 같이, 개시 내용의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고도, 여러 가지 균등한 수정이 이루어질 수 있다. 본원에서 제공된 여러 실시예의 교시 내용은, 반드시 본원에서 전반적으로 설명된 예시적인 웨어러블 전자 장치에만 적용되는 것이 아니라, 다른 휴대용 및/또는 웨어러블 전자 장치에도 적용될 수 있다.
예를 들어, 전술한 상세한 설명은 블록도, 개략도, 및 예의 이용을 통해서 장치 및/또는 프로세스의 여러 실시예를 설명하였다. 그러한 블록도, 개략도, 및 예가 하나 이상의 기능 및/또는 동작을 포함하는 한, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 그러한 블록도, 흐름도, 또는 예 내의 각각의 기능 및/또는 동작이 넓은 범위의 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 사실상 그 임의 조합에 의해서 개별적으로 및/또는 집합적으로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 본 청구 대상은 주문형 집적회로(ASIC)를 통해서 구현될 수 있다. 그러나, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 본원에서 개시된 실시예가, 전체적으로 또는 부분적으로, 하나 이상의 컴퓨터에 의해서 실행되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로서(예를 들어, 하나 이상의 컴퓨터 시스템 상에서 작동되는 하나 이상의 프로그램으로서), 하나 이상의 제어기(예를 들어, 마이크로제어기)에 의해서 실행되는 하나 이상의 프로그램으로서, 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 마이크로프로세서, 중앙 프로세싱 유닛, 그래픽 프로세싱 유닛)에 의해서 실행되는 하나 이상의 프로그램으로서, 펌웨어로서, 또는 사실상 그 임의 조합으로서, 표준 집적 회로 내에서 균등하게 구현될 수 있다는 것, 그리고 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 위한 회로 설계 및/또는 코드 기록이 본 개시 내용의 교시 내용을 고려한 관련 기술 분야의 통상의 기술자의 기술 내에서 양호하게 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
로직이 소프트웨어로서 구현되고 메모리 내에 저장될 때, 로직 또는 정보가 임의의 프로세서-관련 시스템 또는 방법에 의한 이용을 위해서 또는 그와 관련하여 임의의 프로세서-판독 가능 매체 상에 저장될 수 있다. 이러한 개시 내용의 문맥에서, 메모리는, 컴퓨터 및/또는 프로세서 프로그램을 포함 또는 저장하는 전자적, 자기적, 광학적, 또는 다른 물리적 장치 또는 수단인 프로세서-판독 가능 매체이다. 로직 및/또는 정보는, 명령어 실행 시스템, 장비, 또는 장치로부터 명령어를 가져올 수 있고 로직 및/또는 정보와 연관된 명령어를 실행할 수 있는, 컴퓨터-기반의 시스템, 프로세서-포함 시스템, 또는 기타 시스템과 같은, 명령어 실행 시스템, 장비, 또는 장치에 의한 이용을 위해서 또는 그와 관련하여 임의의 프로세서-판독 가능 매체 내에 구현될 수 있다.
본 명세서의 문맥에서, "비-일시적 프로세서-판독 가능 매체"는 명령어 실행 시스템, 장비 및/또는 장치에 의한 이용을 위한 또는 그와 관련된 로직 및/또는 정보와 연관된 프로그램을 저장할 수 있는 임의 요소일 수 있다. 프로세서-판독 가능 매체는, 예를 들어, 그러나 비제한적으로, 전자적, 자기적, 광학적, 전자기적, 적외선형, 또는 반도체 시스템, 장비, 또는 장치일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체의 더 구체적인 예(비-한정적 목록)가 이하를 포함할 수 있다: 휴대용 컴퓨터 디스켓(자기적, 콤팩트 플래시 카드, 보안 디지털, 또는 기타), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드-온리 메모리(ROM), 소거 가능한 프로그래밍 가능 리드-온리 메모리(EPROM, EEPROM, 또는 플래시 메모리), 휴대용 콤팩트 디스크 리드-온리 메모리(CDROM), 디지털 테이프, 및 다른 비-일시적 매체.
전술한 여러 실시예들이 조합되어 추가적인 실시예를 제공할 수 있다. 본원의 구체적인 교시 내용 및 규정 사항에서 벗어나지 않는 범위에서, 비제한적으로: 미국 가특허출원 제62/214,600호, 미국 가특허출원 제62/268,892호, 미국 가특허출원 제62/167,767호, 미국 가특허출원 제62/271,135호, 미국 가특허출원 제62/245,792호, 미국 가특허출원 제62/281,041호, 미국 가특허출원 제62/134,347호, 미국 가특허출원 제62/288,947호, 미국 정규특허출원 제14/155,087호, 미국 정규특허출원 제14/155,107호, PCT 특허출원 제PCT/US2014/057029호, 미국 가특허출원 제62/236,060호, 미국 가특허출원 제62/117,316호, 미국 가특허출원 제62/156,736호, 및 미국 가특허출원 제62/242,844호를 포함하는, 본원 명세서에서 언급된 및/또는 Thalmic Labs Inc.이 소유한 출원 데이터 시트 내에 나열된 모든 미국 특허, 미국 특허출원 공보, 미국 특허출원, 외국 특허, 외국 특허출원 및 비-특허 공보는 그 전체가 본원에서 참조로 포함된다. 필요한 경우에, 여러 특허, 출원, 공보의 시스템, 회로 및 개념을 이용하여 또한 추가적인 실시예를 제공하기 위해서, 실시예의 양태가 변경될 수 있다.
이러한 그리고 다른 변화가 전술한 구체적인 설명을 고려하여 실시예에 대해서 이루어질 수 있을 것이다. 일반적으로, 이하의 청구범위에서, 이용된 용어가, 청구범위를 명세서 및 청구항에서 개시된 구체적인 실시예로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 할 것이고, 그러한 청구범위에 의해서 주어지는 균등물의 전체 범위와 함께 모든 가능한 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다. 따라서, 청구범위가 개시 내용에 의해서 제한되지 않는다.
Claims (31)
- 웨어러블 헤드-업 디스플레이로서:
사용 중에 사용자의 머리에 착용되는 지지 구조물;
상기 지지 구조물에 의해서 수반되는 스캐닝 레이저 투사기;
상기 지지 구조물에 의해서 수반되는 홀로그래픽 조합기로서, 상기 지지 구조물이 사용자의 머리에 착용될 때, 사용자의 눈의 시계 내에 배치되는, 홀로그래픽 조합기; 및
상기 지지 구조물에 의해서 수반되고 스캐닝 레이저 투사기와 홀로그래픽 조합기 사이의 광학적 경로 내에 배치되는 사출 동공 선택기로서, 상기 사출 동공 선택기는 N개의 상이한 구성의 각각의 하나 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있고, 여기에서 N은 1 보다 큰 정수이며, 상기 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에서, 상기 사출 동공 선택기는, 상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 생성된 적어도 하나의 광 신호를 수신하고 상기 적어도 하나의 광 신호를 스캐닝 레이저 투사기에 대한 N개의 공간적으로-분리된 가상 위치의 각각의 하나로부터 홀로그래픽 조합기를 향해서 효과적으로 재지향시키도록 배치되고 배향되며, 상기 홀로그래픽 조합기는 상기 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호를 사용자의 눈을 향해서 재지향시키도록 배치되고 배향되는 적어도 하나의 홀로그램을 포함하는, 사출 동공 선택기를 포함하는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 제1항에 있어서,
상기 사출 동공 선택기는: 상기 사출 동공 선택기의 적어도 하나의 광학적 요소의 병진운동, 상기 사출 동공 선택기의 적어도 하나의 광학적 요소의 회전, 및 상기 사출 동공 선택기의 적어도 하나의 광학적 요소의 변위로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 운동의 형태에 의해서 N개의 상이한 구성의 각각의 하나 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 제1항에 있어서,
상기 사출 동공 선택기는: 적어도 하나의 미세전자기계 시스템("MEMS") 기반의 광학적 요소 및 적어도 하나의 압전-기반의 광학적 요소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 동적 광학적 요소를 포함하는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 제1항에 있어서,
상기 지지 구조물이 안경 프레임의 일반적인 형상 및 외관을 가지는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 제4항에 있어서,
처방 안경 렌즈를 더 포함하고, 상기 홀로그래픽 조합기는 상기 처방 안경 렌즈에 의해서 수반되는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 제1항에 있어서,
상기 사출 동공 선택기의 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에 대해서, 상기 홀로그래픽 조합기의 적어도 하나의 홀로그램은 상기 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호를 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 제6항에 있어서,
상기 홀로그래픽 조합기는 적어도 N개의 다중화된 홀로그램을 포함하고, 상기 사출 동공 선택기의 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에 대해서, 적어도 N개의 다중화된 홀로그램의 각각의 하나는 상기 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호를 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 제6항에 있어서,
상기 스캐닝 레이저 투사기는 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드, 및 청색 레이저 다이오드를 포함하고; 그리고
상기 홀로그래픽 조합기는 적어도 하나의 적색 홀로그램, 적어도 하나의 녹색 홀로그램, 및 적어도 하나의 청색 홀로그램을 포함하는 파장-다중화된 홀로그래픽 조합기를 포함하며, 그리고 상기 사출 동공 선택기의 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에 대해서:
상기 적어도 하나의 적색 홀로그램은 상기 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호의 적색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키고, 상기 적어도 하나의 녹색 홀로그램은 상기 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호의 녹색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키며, 상기 적어도 하나의 청색 홀로그램은 상기 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호의 청색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 제8항에 있어서,
상기 홀로그래픽 조합기는, 적어도 N개의 각도-다중화된 적색 홀로그램, 적어도 N개의 각도-다중화된 녹색 홀로그램, 및 적어도 N개의 각도-다중화된 청색 홀로그램을 포함하는, 파장-다중화된 그리고 각도-다중화된 홀로그래픽 조합기를 포함하고, 그리고 상기 사출 동공 선택기의 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에 대해서:
적어도 N개의 각도-다중화된 적색 홀로그램의 각각의 하나는 상기 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호의 적색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키고, 적어도 N개의 각도-다중화된 녹색 홀로그램의 각각의 하나는 상기 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호의 녹색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키며, 그리고 적어도 N개의 각도-다중화된 청색 홀로그램의 각각의 하나는 상기 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호의 청색 성분을 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 제1항에 있어서,
상기 스캐닝 레이저 투사기와 상기 홀로그래픽 조합기 사이의 광학적 경로는 스캐닝 레이저 투사기의 전체 스캔 범위(θ)를 포함하고, 상기 사출 동공 선택기의 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에 대해서, 상기 사출 동공 선택기는, 상기 스캐닝 레이저 투사기에 의한 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호를 수신하도록 그리고 상기 스캐닝 레이저 투사기의 전체 스캔 범위(θ)의 스윕에 상응하는 모든 광 신호를 상기 스캐닝 레이저 투사기에 대한 N개의 공간적으로-분리된 가상 위치의 각각의 하나로부터 상기 홀로그래픽 조합기를 향해서 효과적으로 재지향시키도록 배치되고 배향되는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광 신호는 적어도 2개의 화소를 포함하는 화상을 포함하는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 제11항에 있어서,
상기 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에서, 상기 사출 동공 선택기는, 상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 생성된 화상의 각각의 인스턴스를 수신하도록 그리고 화상의 각각의 인스턴스를 상기 스캐닝 레이저 투사기에 대한 N개의 공간적으로-분리된 가상 위치의 각각의 하나로부터 상기 홀로그래픽 조합기를 향해서 효과적으로 재지향시키도록, 배치되고 배향되며, 상기 홀로그래픽 조합기의 적어도 하나의 홀로그램은 상기 사출 동공 선택기로부터 수신된 화상의 각각의 인스턴스를 사용자의 눈을 향해서 재지향시키도록 배치되고 배향되는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 제1항에 있어서,
상기 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에서, 상기 사출 동공 선택기는, 상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 생성된 동일한 화상의 상이한 인스턴스 내의 동일한 화소의 각각의 인스턴스를 수신하도록 그리고 동일한 화상의 상이한 인스턴스 내의 동일한 화소의 각각의 인스턴스를 상기 스캐닝 레이저 투사기에 대한 N개의 공간적으로-분리된 가상 위치의 각각의 하나로부터 상기 홀로그래픽 조합기를 향해서 효과적으로 재지향시키도록, 배치되고 배향되며, 상기 홀로그래픽 조합기의 적어도 하나의 홀로그램은 상기 사출 동공 선택기로부터 수신된 동일한 화상의 상이한 인스턴스 내의 동일한 화소의 각각의 인스턴스를 사용자의 눈을 향해서 재지향시키도록 배치되고 배열되는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 제1항에 있어서,
사용자의 눈의 응시 방향을 결정하도록 배치되고 배향되는, 상기 지지 구조물에 의해서 수반되는 눈 추적기를 더 포함하고, 상기 사출 동공 선택기는 상기 눈 추적기에 의해서 결정되는 사용자의 눈의 응시 방향을 기초로 N개의 상이한 구성의 각각의 하나 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 웨어러블 헤드-업 디스플레이로서:
사용 중에 사용자의 머리에 착용되는 지지 구조물;
상기 지지 구조물에 의해서 수반되는 스캐닝 레이저 투사기;
상기 지지 구조물에 의해서 수반되는 홀로그래픽 조합기로서, 상기 지지 구조물이 사용자의 머리에 착용될 때, 사용자의 눈의 시계 내에 배치되는, 홀로그래픽 조합기; 및
상기 지지 구조물에 의해서 수반되고 스캐닝 레이저 투사기와 홀로그래픽 조합기 사이의 광학적 경로 내에 배치되는 사출 동공 선택기로서, 상기 사출 동공 선택기는 N개의 상이한 구성의 각각의 하나 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환될 수 있고, 여기에서 N은 1 보다 큰 정수이며, 상기 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에서, 상기 사출 동공 선택기는, 상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 생성된 적어도 하나의 광 신호를 수신하고 상기 적어도 하나의 광 신호를 상기 사출 동공 선택기와 상기 홀로그래픽 조합기 사이의 각각의 광학적 경로를 따라서 상기 홀로그래픽 조합기를 향해서 재지향시키도록 배치되고 배향되며, 상기 홀로그래픽 조합기는 상기 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호를 사용자의 눈을 향해서 재지향시키도록 배치되고 배향되는 적어도 하나의 홀로그램을 포함하는, 사출 동공 선택기를 포함하는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 제15항에 있어서,
상기 사출 동공 선택기의 N개의 상이한 구성의 각각의 하나에 대해서, 홀로그래픽 조합기의 적어도 하나의 홀로그램은 사출 동공 선택기로부터 수신된 광 신호를 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는, 웨어러블 헤드-업 디스플레이. - 스캐닝 레이저 투사기, 제어 가능하게 전환될 수 있는 사출 동공 선택기, 및 상기 웨어러블 헤드-업 디스플레이가 사용자의 머리에 착용될 때 사용자의 눈의 시계 내에 배치되는 홀로그래픽 조합기를 포함하는 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 동작 방법으로서:
상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 제1 시퀀스를 생성하는 단계(여기에서 N은 1 보다 큰 정수이다);
상기 사출 동공 선택기를 N개의 상이한 구성의 제1 시퀀스 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환하는 단계;
N개의 상이한 구성의 각각의 하나의 상기 사출 동공 선택기에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 수신하는 단계;
N개의 상이한 구성의 각각의 하나의 상기 사출 동공 선택기에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 각각의 광학적 경로를 따라서 상기 홀로그래픽 조합기를 향해서 재지향시키는 단계; 및
상기 홀로그래픽 조합기에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 사용자의 눈을 향해서 재지향시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서,
상기 사출 동공 선택기를 N개의 상이한 구성의 제1 시퀀스 내로 그리고 그 사이에서 제어 가능하게 전환시키는 단계는, 상기 사출 동공 선택기의 적어도 하나의 광학적 요소의 병진운동, 상기 사출 동공 선택기의 적어도 하나의 광학적 요소의 회전, 및 상기 사출 동공 선택기의 적어도 하나의 광학적 요소의 변위로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 운동의 형태에 의해서 N개의 상이한 구성의 각각의 하나 내로 그리고 그 사이에서 상기 사출 동공 선택기를 제어 가능하게 전환하는 단계를 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서,
상기 홀로그래픽 조합기에 의해서 사용자의 눈을 향해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 재지향시키는 단계는 홀로그래픽 조합기에 의해서 사용자의 눈의 N개의 각각의 영역을 향해서 서로 공간적으로 평행한 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 재지향시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서,
상기 홀로그래픽 조합기에 의해서 사용자의 눈을 향해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 지향시키는 단계는 상기 홀로그래픽 조합기에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 홀로그래픽 조합기는 적어도 N개의 다중화된 홀로그램을 포함하고, 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 상기 홀로그래픽 조합기에 의해서 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 적어도 N개의 다중화된 홀로그램의 각각의 하나에 의해서 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제21항에 있어서,
상기 스캐닝 레이저 투사기는 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드, 및 청색 레이저 다이오드를 포함하고;
상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 생성된 광 신호의 N개의 인스턴스 각각은 각각의 적색 성분, 각각의 녹색 성분, 및 각각의 청색 성분을 포함하고; 그리고
상기 홀로그래픽 조합기는, 적어도 하나의 적색 홀로그램, 적어도 하나의 녹색 홀로그램, 및 적어도 하나의 청색 홀로그램을 포함하는 파장-다중화된 홀로그래픽 조합기를 포함하고, 상기 적어도 N개의 다중화된 홀로그램의 각각의 하나에 의해서 상기 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계는:
상기 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 적색 성분을 상기 적어도 하나의 적색 홀로그램에 의해서 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계;
상기 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 녹색 성분을 상기 적어도 하나의 녹색 홀로그램에 의해서 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계; 및
상기 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 청색 성분을 상기 적어도 하나의 청색 홀로그램에 의해서 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제22항에 있어서,
상기 홀로그래픽 조합기는, 적어도 N개의 각도-다중화된 적색 홀로그램, 적어도 N개의 각도-다중화된 녹색 홀로그램, 및 적어도 N개의 각도-다중화된 청색 홀로그램을 포함하는, 파장-다중화된 그리고 각도-다중화된 홀로그래픽 조합기를 포함하고, 그리고:
광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 적색 성분을 상기 적어도 하나의 적색 홀로그램에 의해서 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 적색 성분을 적어도 N개의 각도-다중화된 적색 홀로그램의 각각의 하나에 의해서 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계를 포함하고;
광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 녹색 성분을 상기 적어도 하나의 녹색 홀로그램에 의해서 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 녹색 성분을 적어도 N개의 각도-다중화된 녹색 홀로그램의 각각의 하나에 의해서 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계를 포함하며; 그리고
광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 청색 성분을 상기 적어도 하나의 청색 홀로그램에 의해서 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계는 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나의 개별적인 청색 성분을 적어도 N개의 각도-다중화된 청색 홀로그램의 각각의 하나에 의해서 사용자의 눈에 위치되는 또는 그에 근접한 N개의 사출 동공의 각각의 하나에 수렴시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서,
상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 적어도 제2 시퀀스를 생성하는 단계;
상기 사출 동공 선택기를 적어도 N개의 상이한 구성의 제2 시퀀스 내로 그리고 그 사이로 제어 가능하게 전환시키는 단계;
N개의 상이한 구성의 각각의 하나의 상기 사출 동공 선택기에 의해서 적어도 광 신호의 N개의 인스턴스의 제2 시퀀스의 각각의 하나를 수신하는 단계;
N개의 상이한 구성의 각각의 하나의 상기 사출 동공 선택기에 의해서 각각의 광학적 경로를 따라서 적어도 광 신호의 N개의 인스턴스의 제2 시퀀스 내의 각각의 광 신호를 상기 홀로그래픽 조합기를 향해서 재지향시키는 단계; 및
상기 홀로그래픽 조합기에 의해서 사용자의 눈을 향해서 적어도 광 신호의 N개의 인스턴스의 제2 시퀀스의 각각의 하나를 재지향시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서,
웨어러블 헤드-업 디스플레이가 눈 추적기를 더 포함하고, 상기 방법은:
상기 눈 추적기에 의해서 사용자의 눈의 응시 방향을 결정하는 단계;
상기 눈 추적기에 의해서 결정된 사용자의 눈의 응시 방향을 기초로 상기 사출 동공 선택기를 N개의 상이한 구성 중 특별한 하나 내로 제어 가능하게 전환시키는 단계; 및
상기 홀로그래픽 조합기에 의해서 상기 광 신호의 N개의 인스턴스의 적어도 하나를 사용자의 눈의 동공을 포함하는 사용자의 눈의 영역을 향해서 재지향시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서,
상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 제1 시퀀스를 생성하는 단계는, 상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 동일한 화상의 상이한 인스턴스 내의 동일한 화소의 각각의 인스턴스에 각각 상응하는 N개의 광 신호의 제1 시퀀스를 생성하는 단계를 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서,
상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 제1 시퀀스를 생성하는 단계는 상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 동일한 화상의 N개의 인스턴스의 제1 시퀀스를 생성하는 단계를 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서,
상기 N개의 상이한 구성의 각각의 하나의 상기 사출 동공 선택기에 의해서 각각의 광학적 경로를 따라서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 상기 홀로그래픽 조합기를 향해서 재지향시키는 단계는 N개의 상이한 구성의 각각의 하나의 상기 사출 동공 선택기에 의해서 상기 스캐닝 레이저 투사기에 대한 N개의 공간적으로-분리된 가상 위치의 각각의 하나로부터 상기 홀로그래픽 조합기를 향해서 광 신호의 N개의 인스턴스의 각각의 하나를 효과적으로 재지향시키는 단계를 포함하는, 방법. - 스캐닝 레이저 투사기, 제어 가능하게 전환될 수 있는 사출 동공 선택기, 및 웨어러블 헤드-업 디스플레이가 사용자의 머리에 착용될 때 사용자의 눈의 시계 내에 배치되는 홀로그래픽 조합기를 포함하는 웨어러블 헤드-업 디스플레이의 동작 방법으로서:
상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 제1 광 신호를 생성하는 단계;
상기 사출 동공 선택기를 제1 구성으로 제어 가능하게 전환시키는 단계;
상기 제1 구성의 상기 사출 동공 선택기에 의해서 제1 광 신호를 수신하는 단계;
상기 제1 구성의 상기 사출 동공 선택기에 의해서 상기 제1 광 신호를 상기 스캐닝 레이저 투사기에 대한 제1 가상 위치로부터 상기 홀로그래픽 조합기를 향해서 효과적으로 재지향시키는 단계; 및
상기 홀로그래픽 조합기에 의해서 제1 광 신호를 사용자의 눈에 위치되는 제1 사출 동공을 향해서 재지향시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제29항에 있어서,
상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 제2 광 신호를 생성하는 단계;
상기 사출 동공 선택기를 제2 구성으로 제어 가능하게 전환시키는 단계;
상기 제2 구성의 상기 사출 동공 선택기에 의해서 제2 광 신호를 수신하는 단계;
상기 제2 구성의 상기 사출 동공 선택기에 의해서 상기 제2 광 신호를 상기 스캐닝 레이저 투사기에 대한, 상기 제1 가상 위치로부터 공간적으로-분리된, 제2 가상 위치로부터 상기 홀로그래픽 조합기를 향해서 효과적으로 재지향시키는 단계; 및
상기 홀로그래픽 조합기에 의해서 제2 광 신호를 사용자의 눈에 위치되는, 상기 제1 사출 동공과 공간적으로-분리된, 제2 사출 동공을 향해서 재지향시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제30항에 있어서,
상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 제1 광 신호를 생성하는 단계는 상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 광 신호의 제1 인스턴스를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 제2 광 신호를 생성하는 단계는 상기 스캐닝 레이저 투사기에 의해서 광 신호의 제2 인스턴스를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
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