KR20220131341A

KR20220131341A - 스캔 빔 시스템들에 대한 공간적으로 및 시간 변화하는 편광 교정 광학부

Info

Publication number: KR20220131341A
Application number: KR1020227030729A
Authority: KR
Inventors: 조슈아 마크 허드먼
Original assignee: 밸브 코포레이션
Priority date: 2020-02-06
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2022-09-27
Also published as: CN115087906A; EP4100783A1; JP2023512879A; US11815684B2; JP7683167B2; WO2021158679A1; CN115087906B; EP4100783A4; US20210247613A1

Abstract

본 개시는 전반적으로, HMD 또는 다른 디바이스의 레이저 스캔 빔 디스플레이 시스템들 또는 다른 유형들의 디스플레이 시스템들(예를 들어, 마이크로-디스플레이들)과 같은 디스플레이 시스템들의 성능 및 효율을 개선하기 위한 기술들에 관련된다. 본 개시의 디스플레이 시스템들은, 도파관-기반 광학 시스템, 팬케이크 광학 시스템, 버드배스 광학 시스템, 코팅-기반 광학 시스템, 등과 같은 디스플레이 시스템의 편광 민감 광학부에 대해 매우 적절한 광을 제공하기 위해 편광 보상을 제공하는, 위치의 함수로서 변화하는 위상 지연을 제공하는 공간적으로 변화하는 편광기와 같은 편광 보상 광학부를 포함할 수 있다. 공간적으로 변화하는 편광기는, 사용자가 응시하고 있는 것으로 알려지거나 또는 추론된 영역에서 최적화된 시야를 제공하기 위해 사용자의 시선 로케이션에 기초하여 실시간으로 공간적으로 변화될 수 있으며, 그럼으로써 개선된 광학적 성능을 제공한다.

Description

스캔 빔 시스템들에 대한 공간적으로 및 시간 변화하는 편광 교정 광학부

본 개시는 전반적으로 디스플레이 시스템들에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 디스플레이 시스템들의 효율 및 성능을 개선하는 것에 관한 것이다.

가상 현실(virtual reality; "VR") 경험들의 하나의 현행 생성은, 고정식 컴퓨터(예컨대, 개인용 컴퓨터("PC"), 랩탑, 또는 게임 콘솔)에 테더링되거나, 스마트 폰 및/또는 그것의 연관된 디스플레이와 결합되거나 및/또는 통합될 수 있거나, 또는 자급식일 수 있는 머리-착용 디스플레이(head-mounted display; "HMD")들을 사용하여 생성된다. 일반적으로, HMD들은, 하나의(단안 HMD) 또는 각각의 눈(쌍안 HMD)의 전방에 소형 디스플레이 디바이스를 갖는, 사용자의 머리에 착용되는 디스플레이 디바이스들이다. 디스플레이 유닛들은 전형적으로 소형화되며, 예를 들어, CRT, LCD, 실리콘 위 액정(Liquid crystal on silicon; LCoS), OLED 기술품들, 또는 레이저 스캔 빔 디스플레이들을 포함할 수 있다. 쌍안 HMD는 각각의 눈에 상이한 이미지를 디스플레이할 가능성을 갖는다. 이러한 성능은 입체 이미지들을 디스플레이하기 위하여 사용된다.

스마트폰들 및 고-화질 텔레비전들뿐만 아니라 다른 전자 디바이스들의 성장과 함께 고성능을 갖는 디스플레이들에 대한 수요가 증가하였다. 가상 현실 및 증강 현실 시스템들, 특히 이러한 HMD들을 사용하는 가상 현실 및 증강 현실 시스템들의 성장하고 있는 인기가 이러한 수요를 추가로 증가시키고 있다. 가상 현실 시스템들은 전형적으로 착용자의 눈들을 완전히 감싸고 착용자의 전방에서 실제 또는 물리적 현실 뷰(view)를 "가상" 현실로 치환하며, 반면 증강 현실 시스템들은 전형적으로, 실제 뷰가 추가적인 정보로 증강되도록 착용자의 눈들의 전방에 하나 이상의 스크린들의 반-투명 또는 투명 오버레이(overlay)를 제공하고, 매개 현실 시스템(mediated reality system)들은 유사하게 실제 요소들을 가상 요소들과 결합하는 정보를 시청자(viewer)에게 나타낼 수 있다.

디스플레이 시스템은, 디스플레이 광원; 디스플레이 광원으로부터의 제1 동공을 시청자의 눈에 있는 제2 동공으로 릴레이하도록 위치되는 동공 릴레이 시스템으로서, 동공 릴레이 시스템은, 편광 민감 광학부; 및 편광 민감 광학부에 대한 편광 보상을 제공하기 위해 위치의 함수로서 공간적으로 변화하는 편광을 갖는 공간적으로 변화하는 편광기(spatially varying polarizer)를 포함하는, 동공 릴레이 시스템; 및 공간적으로 변화하는 편광기에 동작가능하게 결합되는 제어 회로부를 포함하며, 제어 회로부는, 사용자의 현재 또는 예측된 시선 로케이션을 나타내는 시선 정보를 눈 추적 서브시스템으로부터 수신하고; 그리고 수신된 시선 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 공간적으로 변화하는 편광기의 가변 편광을 선택적으로 조정하도록 구성되는 것으로서 요약될 수 있다. 공간적으로 변화하는 편광기는 복수의 층들을 포함할 수 있으며, 복수의 층들의 각각은 활성 상태 또는 비활성 상태에 있도록 제어 회로부에 의해 독립적으로 제어가능하고, 동작 시에, 제어 회로부는 공간적으로 변화하는 편광기의 가변 편광을 선택적으로 조정하기 위해 복수의 층들의 상태를 제어한다. 층들의 각각은 복수의 층들의 다른 층들 중 적어도 하나의 층과는 상이한 공간적으로 변화하는 편광을 가질 수 있다. 제어 회로부는 제1 영역 외부의 제2 영역에 비해 사용자의 시선 로케이션과 연관된 제1 영역에 대해 공간적으로 변화하는 편광기를 최적화할 수 있다. 제어 회로부는 제1 영역 외부의 제2 영역에 비해 사용자의 시선 로케이션과 연관된 제1 영역에서 상대적으로 더 높은 밝기를 제공하도록 공간적으로 변화하는 편광기를 제어할 수 있다. 제어 회로부는 제1 영역 외부의 제2 영역에 비해 사용자의 시선 로케이션과 연관된 제1 영역에서 상대적으로 더 적은 양의 미광을 제공하도록 공간적으로 변화하는 편광기를 제어할 수 있다. 제어 회로부는, 수신된 시선 정보가 눈 추적 서브시스템에 의해 업데이트됨에 따라 공간적으로 변화하는 편광기의 가변 편광을 실시간으로 선택적으로 조정할 수 있다.

디스플레이 시스템은 시선 정보를 생성하는 눈 추적 서브시스템을 더 포함할 수 있다. 공간적으로 변화하는 편광기는 멀티-트위스트 지연기를 포함할 수 있다. 공간적으로 변화하는 편광기의 지연은 수평 치수 또는 수직 치수의 함수로서 변화할 수 있다. 공간적으로 변화하는 편광기의 지연은 디스플레이 시스템의 시야에 걸쳐 변화할 수 있다. 편광 민감 광학부는 도파관-기반 광학 시스템, 팬케이크 광학 시스템, 버드배스 광학 시스템, 또는 코팅-기반 광학 시스템을 포함할 수 있다.

디스플레이 광원은 레이저 광원을 포함할 수 있으며, 디스플레이 시스템은, 레이저 광원으로부터 광 빔을 수신하고 수신된 광을 동공 릴레이 시스템을 향해 릴레이하도록 위치된 스캔 미러를 더 포함할 수 있다.

디스플레이 시스템은, 레이저 광원과 스캔 미러 사이에 위치되는 빔 포밍 광학부를 더 포함할 수 있다. 공간적으로 변화하는 편광기의 적어도 일 부분은 편광 민감 광학부 상에, 편광 민감 광학부에 인접하여, 또는 편광 민감 광학부 내에 위치될 수 있다. 편광 민감 광학부는 도파관을 포함할 수 있으며, 공간적으로 변화하는 편광기는 도파관 상에, 도파관 내부에, 또는 도파관의 포트에 근접하여 위치된다. 디스플레이 시스템은 머리-착용 디스플레이 시스템의 디스플레이 시스템일 수 있다.

머리-착용 디스플레이 시스템은, 지지 구조체; 지지 구조체에 결합되는 디스플레이 시스템을 포함하며, 디스플레이 시스템은, 디스플레이 광원; 및 디스플레이 광원으로부터의 제1 동공을 시청자의 눈에 있는 제2 동공으로 릴레이하도록 위치되는 동공 릴레이 시스템으로서, 동공 릴레이 시스템은, 편광 민감 광학부; 및 편광 민감 광학부에 대한 편광 보상을 제공하기 위해 위치의 함수로서 공간적으로 변화하는 편광을 갖는 공간적으로 변화하는 편광기를 포함하는, 동공 릴레이 시스템을 포함하는, 디스플레이 시스템; 및 공간적으로 변화하는 편광기에 동작가능하게 결합되는 제어 회로부를 포함하며, 제어 회로부는, 사용자의 현재 또는 예측된 시선 로케이션을 나타내는 시선 정보를 눈 추적 서브시스템으로부터 수신하고; 그리고 수신된 시선 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 공간적으로 변화하는 편광기의 가변 편광을 선택적으로 조정하도록 구성되는 것으로서 요약될 수 있다. 공간적으로 변화하는 편광기는 복수의 층들을 포함할 수 있으며, 복수의 층들의 각각은 활성 상태 또는 비활성 상태에 있도록 제어 회로부에 의해 독립적으로 제어가능하고, 동작 시에, 제어 회로부는 공간적으로 변화하는 편광기의 가변 편광을 선택적으로 조정하기 위해 복수의 층들의 상태를 제어한다. 층들의 각각은 복수의 층들의 다른 층들 중 적어도 하나의 층과는 상이한 공간적으로 변화하는 편광을 가질 수 있다. 제어 회로부는 제1 영역 외부의 제2 영역에 비해 사용자의 시선 로케이션과 연관된 제1 영역에 대해 공간적으로 변화하는 편광기를 최적화할 수 있다. 제어 회로부는 제1 영역 외부의 제2 영역에 비해 사용자의 시선 로케이션과 연관된 제1 영역에서 상대적으로 더 높은 밝기를 제공하도록 공간적으로 변화하는 편광기를 제어할 수 있다. 제어 회로부는 제1 영역 외부의 제2 영역에 비해 사용자의 시선 로케이션과 연관된 제1 영역에서 상대적으로 더 적은 양의 미광을 제공하도록 공간적으로 변화하는 편광기를 제어할 수 있다. 제어 회로부는, 수신된 시선 정보가 눈 추적 서브시스템에 의해 업데이트됨에 따라 공간적으로 변화하는 편광기의 가변 편광을 실시간으로 선택적으로 조정할 수 있다. 공간적으로 변화하는 편광기는 멀티-트위스트 지연기를 포함할 수 있다. 편광 민감 광학부는 도파관-기반 광학 시스템, 팬케이크 광학 시스템, 버드배스 광학 시스템, 또는 코팅-기반 광학 시스템을 포함할 수 있다.

머리-착용 디스플레이 시스템은, 레이저 광원과 스캔 미러 사이에 위치되는 빔 포밍 광학부를 더 포함할 수 있다. 편광 민감 광학부는 도파관을 포함할 수 있으며, 공간적으로 변화하는 편광기는 도파관 상에, 도파관 내부에, 또는 도파관의 포트에 근접하여 위치된다.

머리-착용 디스플레이 시스템은, 지지 구조체; 지지 구조체에 결합되는 디스플레이 시스템을 포함하며, 디스플레이 시스템은, 레이저 광원; 레이저 광원으로부터 광 빔을 수신하도록 위치되는 스캔 미러; 및 스캔 미러로부터 수신된 제1 동공을 시청자의 눈에 있는 제2 동공으로 릴레이하도록 위치되는 동공 릴레이 시스템으로서, 동공 릴레이 시스템은, 편광 민감 광학부; 및 편광 민감 광학부에 대한 편광 보상을 제공하기 위해 위치의 함수로서 공간적으로 변화하는 편광을 갖는 공간적으로 변화하는 편광기를 포함하는, 동공 릴레이 시스템을 포함하는, 디스플레이 시스템; 사용자의 현재 또는 예측된 시선 로케이션을 나타내는 시선 정보를 생성하도록 동작하는 눈 추적 서브시스템; 및 공간적으로 변화하는 편광기에 동작가능하게 결합되는 제어 회로부를 포함하며, 제어 회로부는, 사용자가 디스플레이 시스템의 디스플레이를 볼 때 눈 추적 서브시스템으로부터 시선 정보를 수신하고; 그리고 수신된 시선 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 공간적으로 변화하는 편광기의 가변 편광을 선택적으로 조정하도록 구성되는 것으로서 요약될 수 있다. 공간적으로 변화하는 편광기는 복수의 층들을 포함할 수 있으며, 복수의 층들의 각각은 활성 상태 또는 비활성 상태에 있도록 제어 회로부에 의해 독립적으로 제어가능하고, 동작 시에, 제어 회로부는 공간적으로 변화하는 편광기의 가변 편광을 선택적으로 조정하기 위해 복수의 층들의 상태를 제어한다. 층들의 각각은 복수의 층들의 다른 층들 중 적어도 하나의 층과는 상이한 공간적으로 변화하는 편광을 가질 수 있다. 공간적으로 변화하는 편광기는 멀티-트위스트 지연기를 포함할 수 있다. 편광 민감 광학부는 도파관-기반 광학 시스템, 팬케이크 광학 시스템, 버드배스 광학 시스템, 또는 코팅-기반 광학 시스템을 포함할 수 있다.

도면들에서, 동일한 참조 번호들은 유사한 요소들 또는 행동들을 식별한다. 도면들 내에서 요소들의 크기들 및 상대적인 위치들은 반드시 축적이 맞춰져야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 다양한 요소들의 형상들 및 각도들이 반드시 축적이 맞춰져야 할 필요는 없으며, 이러한 요소들 중 일부는 도면 가독성을 개선하기 위하여 임의적으로 확장되고 위치될 수 있다. 추가로, 도시되는 요소들의 특정 형상들은 반드시 특정 요소들의 정확한 형상에 관한 임의의 정보를 전달하도록 의도되는 것은 아니며, 단지 도면들 내에서의 인식의 용이성을 위하여 선택될 수 있다.
도 1은, 본 개시에서 설명되는 적어도 일부 기술들을 수행하기에 적절한 하나 이상의 시스템들을 포함하는 네트워크형 환경의 개략도이다.
도 2는, 설명되는 기술들 중 적어도 일부가 비디오 렌더링 시스템에 테더링(tether)되고 사용자에게 가상 현실 디스플레이를 제공하는 예시적인 머리-착용 디스플레이 디스플레이와 함께 사용되는 예시적인 환경을 예시하는 도면이다.
도 3은 쌍안 디스플레이 서브시스템들을 갖는 예시적인 HMD 디바이스의 도식적인 정면도이다.
도 4는, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른, 쌍안 디스플레이 서브시스템들 및 다양한 센서들을 갖는 HMD 디바이스의 상단 평면도를 예시한다.
도 5는, 하나의 비-제한적인 예시된 구현예에 따른, 공간적으로 변화하는 편광기를 포함하는 디스플레이 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 6은, 하나의 비-제한적인 예시된 구현예에 따른, 스캔 빔 디스플레이 시스템의 개략도이다.
도 7은, 하나의 비-제한적인 예시된 구현예에 따른, 사용자의 결정된 또는 추론된 시선 로케이션에 기초하여 선택적으로 조정되는 공간적으로 변화하는 편광기를 포함하는 스캔 빔 디스플레이 시스템의 개략도이다.
도 8은, 하나의 비-제한적인 예시된 구현예에 따른, 도파관-기반 광학 시스템 및 공간적으로 변화하는 편광기를 포함하는 디스플레이 시스템의 개략도이다.
도 9a는, 하나의 비-제한적인 예시된 구현예에 따른, 공간적으로 변화하는 편광기가 사용자의 시선 로케이션에 기초하여 해당 영역에 대해 최적화되는, 제1 시간(t1)에서의 디스플레이의 중심의 최적화된 영역을 예시하는 디스플레이의 개략도이다.
도 9b는, 하나의 비-제한적인 예시된 구현예에 따른, 공간적으로 변화하는 편광기가 사용자의 시선 로케이션에 기초하여 해당 영역에 대해 최적화되는, 제2 시간(t2)에서의 디스플레이의 주변부의 최적화된 영역을 예시하는 디스플레이의 개략도이다.
도 10은 하나의 비-제한적인 예시된 구현예에 따른 제어기에 결합된 공간적으로 변화하는 편광기 층들의 스택을 도시한다.
도 11은, 하나의 비-제한적인 예시된 구현예에 따른, 공간적으로 변화하는 편광기에 대한 예시적인 표면 위상 맵이다.
도 12은, 하나의 비-제한적인 예시된 구현예에 따른, 공간적으로 변화하는 편광기에 대한 다른 예시적인 표면 위상 맵이다.

다음의 설명에 있어, 어떤 특정 세부사항들이 개시된 다양한 구현예들의 철저한 이해를 제공하기 위하여 기술되었다. 그러나, 당업자는 구현예들이 이러한 특정 세부사항들 중 하나 이상이 없는 상태로 또는 다른 방법들, 구성 요소들, 재료들 등과 함께 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 예들에서, 컴퓨터 시스템들, 서버 컴퓨터들, 및/또는 통신 네트워크들과 연관된 잘 알려진 구조들은 구현예들의 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위하여 상세하게 도시되지 않거나 또는 설명되지 않는다.

문맥이 달리 요구하지 않는 한, 다음의 명세서 및 청구항들 전체에 걸쳐, 단어 "구성되는"은 "포함하는"과 동의어이며, 포괄적이고 개방적이다(즉, 추가적인, 언급되지 않은 요소들 또는 방법 행동들을 배제하지 않는다).

본 명세서 전체에 걸쳐 "하나의 구현예" 또는 "일 구현예"에 대한 이러한 설명의 언급은 구현예와 함께 설명된 특정 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 구현예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 위치들에서의 문구들 "하나의 구현예에서" 또는 "일 구현예에서"의 출현이 반드시 모두 동일한 구현예를 지칭하는 것이 아니다. 추가적으로, 특정 특징들, 구조들, 또는 특성들은 하나 이상의 구현예들에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.

본 명세서에서 그리고 첨부된 청구항들에서 사용될 때, 단수 형태들 "일", 및 "상기"는 문맥이 명백하게 달리 기재하지 않는 한 복수의 지시대상들을 포함한다. 용어 "또는"은 일반적으로, 문맥이 명백히 달리 기술하지 않는 한, "및/또는"을 포함하는 의미로 이용된다.

본원에서 제공되는 본 개시의 표제 및 요약은 오로지 편의를 위한 것이며, 구현예들의 의미 또는 범위를 해석하지 않는다.

본 개시는 전반적으로, 레이저 스캔 빔 디스플레이 시스템들 또는 다른 유형들의 디스플레이 시스템들(예를 들어, 마이크로-디스플레이들)과 같은 디스플레이 시스템들의 성능 및 효율을 개선하기 위한 기술들에 관련된다. 이하에서 추가로 논의되는 바와 같이, 본 개시의 적어도 일부 실시예들은, 도파관-기반 광학 시스템, 팬케이크 광학 시스템, 버드배스(birdbath) 광학 시스템, 코팅-기반 광학 시스템, 등과 같은 디스플레이 시스템의 편광 민감 광학부에 대해 매우 적절한 광을 생성하고 편광 보상을 제공하는, 위치의 함수로서 변화하는 위상 지연을 제공하는 공간적으로 변화하는 편광기를 제공함으로써 디스플레이 시스템들의 성능을 개선한다. 이러한 기술들은, 편광 민감 광학부를 통과하는 광의 강도를 상당히 개선하면서 또한 바람직하지 않은 미광(stray light)을 감소시킨다. 유익하게는, 공간적으로 변화하는 편광기의 편광은 사용자의 알려진 또는 추론된 시선 로케이션에 기초하여 실시간으로 선택적으로 변화될 수 있다. 이는 함께 적층된 공간적으로 변화하는 편광기들의 복수의 층들을 제공함으로써 달성될 수 있으며, 여기서 층들의 각각은 상이한 공간적으로 변화하는 편광을 가지고, 활성 상태에 있거나 또는 비활성 상태에 있도록 독립적으로 제어가능하다. 다수의 유형들의 광학부들에 대해, 전체 시야에 걸쳐 편광 교정을 제공하는 것이 어려울 수 있지만, 상대적으로 좁은 시야에 걸쳐 상당한 편광 교정을 제공하는 것은 가능할 수 있다. 따라서, 시선 정보를 사용하여, 사용자가 응시하고 있는 상대적으로 좁은 시야 또는 영역은 향상된 밝기, 감소된 미광, 또는 사용자의 뷰잉 경험을 향상시키는 다른 특성들을 제공하도록 최적화될 수 있다. 시선 정보는, 눈 추적 서브시스템을 통해서와 같은 임의의 방식으로 획득될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 시선 정보는 디스플레이되는 콘텐트에 대한 정보에 기초하여 추론될 수 있다. 예를 들어, 특정 물체가 디스플레이되고 있는 신(scene)의 의도된 포커스인 경우, 시스템은, 사용자가 해당 방향으로 응시할 가능성이 높기 때문에, 물체를 포함하는 시야를 최적화할 수 있다.

처음에, 본원에서 설명되는 기술들에 대한 예시적인 머리-착용 디스플레이 디바이스 애플리케이션이 도 1 내지 도 4를 참조하여 논의된다. 그런 다음, 도 5 내지 도 12를 참조하여, 편광 보상 광학부를 포함하는 디스플레이 시스템들의 예시적인 구현예들이 논의된다.

예시적인 머리-착용 디스플레이 시스템 및 환경

도 1은, 본원에서 설명되는 적어도 일부 기술들을 수행하기에 적절한 로컬 컴퓨팅 시스템(120) 및 디스플레이 디바이스(180)(예를 들어, 2개의 디스플레이 패널들을 갖는 HMD 디바이스)를 포함하는, 로컬 미디어 렌더링(local media rendering; LMR) 시스템(110)(예를 들어, 게이밍 시스템)을 포함하는 네트워크형 환경(100)의 개략도이다. 도 1의 묘사된 실시예에서, 로컬 컴퓨팅 시스템(120)은 (예컨대, 도 2에 예시된 바와 같은 하나 이상의 케이블들(케이블(220))을 통해서 유선으로 연결되거나 또는 테더링될 수 있거나 또는 그 대신에 무선일 수 있는) 송신 링크(115)를 통해 디스플레이 디바이스(180)에 통신가능하게 연결된다. 다른 실시예들에서, 로컬 컴퓨팅 시스템(120)은, HMD 디바이스(180)에 더하여 또는 그 대신에, 유선 또는 무선 링크를 통해 패널 디스플레이 디바이스(예를 들어, TV, 콘솔 또는 모니터)에 디스플레이를 위한 인코딩된 이미지 데이터를 제공할 수 있으며, 디스플레이 디바이스들 각각은 하나 이상의 어드레스가능(addressable) 픽셀 어레이들을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 로컬 컴퓨팅 시스템(120)은, 범용 컴퓨팅 시스템; 게이밍 콘솔; 비디오 스트림 프로세싱 디바이스; 모바일 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, 무선 전화, PDA, 또는 다른 모바일 디바이스); VR 또는 AR 프로세싱 디바이스; 또는 다른 컴퓨팅 시스템을 포함할 수 있다.

예시된 실시예에서, 로컬 컴퓨팅 시스템(120)은, 하나 이상의 하드웨어 프로세서들(예를 들어, 중앙 프로세싱 유닛들, 또는 "CPU들")(125), 메모리(130), 다양한 I/O("입력/출력") 하드웨어 구성요소들(127)(예를 들어, 키보드, 마우스, 하나 이상의 게이밍 제어기들, 스피커들, 마이크, IR 송신기 및/또는 수신기, 등), 하나 이상의 특수 하드웨어 프로세서들(예를 들어, 그래픽 프로세싱 유닛들, 또는 "GPU들")(144) 및 비디오 메모리(VRAM)(148)를 포함하는 비디오 서브시스템(140), 컴퓨터-판독가능 저장부(150), 및 네트워크 연결(160)을 포함하는 구성요소들을 갖는다. 또한, 예시된 실시예에서, 눈 추적(eye tracking) 서브시스템(135)의 일 실시예는, 예컨대, 이러한 설명된 기술들을 구현하는 자동화된 동작들을 수행하기 위하여 CPU(들)(125) 및/또는 GPU(들)(144)에 의해, 설명된 기술들 중 적어도 일부를 수행하기 위하여 메모리(130) 내에서 실행되며, 메모리(130)는 선택적으로 (예를 들어, 게임 프로그램과 같은, 디스플레이될 비디오 또는 다른 이미지를 생성하기 위한) 하나 이상의 다른 프로그램들(133)을 추가로 실행할 수 있다. 본원에서 설명되는 적어도 일부 기술들을 구현하기 위한 자동화된 동작들의 부분으로서, 메모리(130) 내에서 실행 중인 눈 추적 서브시스템(135) 및/또는 프로그램들(133)은, 저장부(150)의 예시적인 데이터베이스 데이터 구조체 내를 포함하여, 다양한 유형들의 데이터를 저장하거나 및/또는 검색할 수 있으며, 이러한 예에서, 사용되는 데이터는 데이터베이스(database; "DB")(154) 내의 다양한 유형들의 이미지 데이터 정보, DB(152) 내의 다양한 유형들의 애플리케이션, DB(157) 내의 다양한 유형들의 구성 데이터를 포함할 수 있으며, 시스템 데이터 또는 다른 정보와 같은 추가적인 정보를 포함할 수 있다.

도시된 실시예에서, LMR 시스템(110)은 또한, 이미지-생성 프로그램들(133)에 더하여 또는 그 대신에, 디스플레이를 위하여 LMR 시스템(110)에 콘텐트를 추가로 제공할 수 있는 예시적인 네트워크-액세스가능 미디어 콘텐트 제공자(190)에 하나 이상의 컴퓨터 네트워크들(101) 및 네트워크 링크들(102)을 통해 통신가능하게 연결된다. 미디어 콘텐트 제공자(190)는, 각기 하나 이상의 하드웨어 프로세서들, I/O 구성요소들, 로컬 저장 디바이스들 및 메모리를 포함하여, 로컬 컴퓨팅 시스템(120)의 구성요소들과 유사한 구성요소들을 가질 수 있는 하나 이상의 컴퓨팅 시스템들(미도시)을 포함할 수 있지만, 일부 세부사항들은 간결함을 위하여 네트워크-액세스가능 미디어 콘텐트 제공자에 대해 예시되지 않는다.

디스플레이 디바이스(180)가 도 1의 예시된 실시예에서 로컬 컴퓨팅 시스템(120)과는 별개의 그리고 구별되는 것으로서 도시되지만, 특정 실시예들에서, 로컬 미디어 렌더링 시스템(110)의 일부 또는 모든 구성요소들은 모바일 게이밍 디바이스, 휴대용 VR 엔터테인먼트 시스템, HMD 디바이스, 등과 같은 단일 디바이스 내에 통합되거나 또는 하우징될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 실시예들에서, 송신 링크(115)는, 예를 들어, 하나 이상의 시스템 버스들 및/또는 비디오 버스 아키텍처들을 포함할 수 있다.

로컬 미디어 렌더링 시스템(120)에 의해 로컬적으로 수행되는 동작들을 수반하는 일 예로서, 로컬 컴퓨팅 시스템은 게이밍 컴퓨팅 시스템이며 그 결과 애플리케이션 데이터(152)는 메모리(130)를 사용하여 CPU(125)를 통해 실행되는 하나 이상의 게이밍 애플리케이션들을 포한다는 것, 및 다양한 비디오 프레임 디스플레이 데이터가 예컨대, 비디오 서브시스템(140)의 GPU(144)와 함께 이미지-생성 프로그램들(133)에 의해 생성되거나 및/또는 프로세싱된다는 것을 가정한다. 양질의 게이밍 경험을 제공하기 위하여 (초 당 이러한 비디오 프레임들의 약 60-180의 높은 "프레임 레이트"뿐만 아니라 각각의 비디오 프레임에 대한 높은 이미지 해상도에 대응하는) 높은 볼륨의 비디오 프레임 데이터가 로컬 컴퓨팅 시스템(120)에 의해 생성되고, 유선 또는 무선 송신 링크(115)를 통해 디스플레이 디바이스(180)에 제공된다.

컴퓨팅 시스템(120) 및 디스플레이 디바이스(180)가 단지 예시적이며 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 또한 이해될 것이다. 컴퓨팅 시스템(120)은 그 대신에 다수의 상호작용 컴퓨팅 시스템들 또는 디바이스들을 포함할 수 있으며, 인터넷과 같은 하나 이상의 네트워크들을 통해, 웹을 통해, 또는 사설 네트워크들(예를 들어, 모바일 통신 네트워크들, 등)을 통하는 것을 포함하여, 예시되지 않은 다른 디바이스들에 연결될 수 있다. 보다 더 일반적으로, 컴퓨팅 시스템 또는 다른 컴퓨팅 노드는, 비제한적으로, 데스크탑 또는 다른 컴퓨터들, 게임 시스템들, 데이터베이스 서버들, 네트워크 저장 디바이스들 및 다른 네트워크 디바이스들, PDA들, 휴대용 전화기들, 무선 전화기들, 호출기들, 전자 수첩들, 인터넷 전기기기들, (예를 들어, 셋탑 박스들 및/또는 개인용/디지털 비디오 레코더들을 사용하는) 텔레비전-기반 시스템들, 및 적절한 통신 성능들을 포함하는 다양한 다른 소비자 제품들을 포함하는, 설명되는 유형들의 기능을 수행하고 상호작용할 수 있는 하드웨어 또는 소프트웨어의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 디스플레이 디바이스(180)는 유사하게 다양한 유형들 및 형태들의 하나 이상의 디스플레이 패널들을 갖는 하나 이상의 디바이스들을 포함할 수 있으며, 선택적으로 다양한 다른 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성요소들을 포함할 수 있다.

다양한 아이템들이 사용되고 있는 동안 메모리 내에 또는 저장부 상에 저장되는 것으로서 예시되지만, 이러한 아이템들 또는 이들의 부분들은 메모리 관리 또는 데이터 무결성의 목적들을 위하여 메모리와 저장 디바이스들 사이에서 전송될 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 따라서, 일부 실시예들에 있어서, 설명되는 기술들 중 일부 또는 전부는, 예컨대, 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들에 의해 및/또는 데이터 구조들에 의해(예를 들어, 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들의 소프트웨어 명령어들의 실행에 의해 및/또는 이러한 소프트웨어 명령어들 및/또는 데이터 구조들의 저장에 의해) 구성될 때, 하나 이상의 프로세서들 또는 다른 구성된 하드웨어 회로부 또는 메모리 또는 저장부를 포함하는 하드웨어에 의해 수행될 수 있다. 구성요소들, 시스템들 또는 데이터 구조들의 일부 또는 전부는 또한, 적절한 드라이브에 의해 또는 적절한 연결을 통해 판독될 하드 디스크 또는 플래시 드라이브 또는 다른 비-휘발성 저장 디바이스, 휘발성 또는 비-휘발성 메모리(예를 들어, RAM), 네트워크 저장 디바이스, 또는 휴대용 매체 물품(예를 들어, DVD 디스크, CD 디스크, 광 디스크, 등)과 같은, 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 저장 매체 상에 (예를 들어, 소프트웨어 명령어들 또는 구조화된 데이터로서) 저장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템들, 구성요소들 및 데이터 구조들은 또한, 무선-기반 및 유선/케이블-기반 매체들을 포함하는 다양한 컴퓨터-판독가능 송신 매체들 상의 생성된 데이터 신호들로서(예를 들어, 반송파 또는 다른 아날로그 또는 디지털 전파형 신호의 부분으로서) 송신될 수 있으며, (예를 들어, 단일 또는 멀티플렉싱된 아날로그 신호의 부분으로서, 또는 다수의 이산 디지털 패킷들 또는 프레임들로서) 다양한 형태들을 취할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램 제품들이 또한 다른 실시예들에서 다른 형태들을 취할 수 있다. 따라서, 본 발명은 다른 컴퓨터 시스템 구성들을 가지고 실시될 수 있다.

도 2는, 설명되는 기술들 중 적어도 일부가, 인간 사용자(206)에게 가상 현실 디스플레이를 제공하기 위해 테더링된 연결(220)(또는 다른 실시예들에서는 무선 연결)을 통해 비디오 렌더링 컴퓨팅 시스템(204)에 결합된 예시적인 HMD 디바이스(202)와 함께 사용되는 예시적인 환경(200)을 예시한다. 사용자는 HMD 디바이스(202)를 착용하고, 실제 물리적 환경과는 상이한 시뮬레이션된 환경의 컴퓨팅 시스템(204)으로부터 HMD 디바이스를 통해 디스플레이되는 정보를 수신하며, 여기에서 컴퓨팅 시스템은, 컴퓨팅 시스템 상에서 실행 중인 게임 프로그램 및/또는 다른 소프트웨어 프로그램에 의해 생성되는 이미지들과 같은, 시뮬레이션된 환경의 이미지들을 사용자에 대한 디스플레이를 위하여 HMD 디바이스로 공급하는 이미지 렌더링 시스템으로서 역할한다. 이러한 예에서, 사용자는 추가로 실제 물리적 환경(200)의 추적되는 체적(201) 내에서 돌아다닐 수 있으며, 사용자가 시뮬레이션된 환경과 추가로 상호작용하는 것을 가능하게 하기 위한 하나 이상의 I/O("입력/출력") 디바이스들을 가질 수 있고, 이러한 예에 있어서 이는 핸드-헬드 제어기들(208 및 210)을 포함한다.

예시된 예에서, 환경(200)은, HMD 디바이스(202) 또는 제어기들(208 및 210)의 추적을 용이하게 할 수 있는 하나 이상의 기지국(base station)들(214)(2개의 도시되고 라벨링된 기지국들(214a 및 214b))을 포함할 수 있다. 사용자가 HMD 디바이스(202)의 로케이션을 움직이거나 또는 이의 배향을 변화시킴에 따라, 예컨대, 시뮬레이션된 환경의 대응하는 부분이 HMD 디바이스 상에서 사용자에게 디스플레이되는 것을 가능하게 하기 위하여 HMD 디바이스의 위치가 추적되며, 제어기들(208 및 210)은, 제어기들의 위치를 추적하는데 사용하기 위하여 (그리고 선택적으로 HMD 디바이스의 위치를 결정하거나 또는 검증하는 것을 보조하기 위하여 해당 정보를 사용하기 위하여) 유사한 기술들을 추가로 이용할 수 있다. HMD 디바이스(202)의 추적된 위치가 알려진 이후에, 대응하는 정보가 테더(220)를 통해 또는 무선으로 컴퓨팅 시스템(204)으로 송신되며, 이는 사용자에게 디스플레이할 시뮬레이션된 환경의 하나 이상의 다음 이미지들을 생성하기 위해 추적된 위치 정보를 사용한다.

비제한적으로, 음향 추적, 관성 추적, 자기 추적, 광학적 추적, 이들의 조합들, 등을 포함하여, 본 개시의 다양한 구현예들에서 사용될 수 있는 위치를 추적하는 다수의 상이한 방법들이 존재한다.

적어도 일부 구현예들에서, HMD 디바이스(202)는, 본 개시의 추적 기능 또는 다른 측면들을 구현하기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 광학적 수신기들 또는 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기지국들(214)은 각기 추적되는 체적(201)에 걸쳐 광학적 신호를 스윕(sweep)할 수 있다. 각각의 특정 구현예의 요건들에 의존하여, 각각의 기지국(214)은 2개 이상의 광학적 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 단일 기지국(214)이 전형적으로 6-자유도 추적에 대하여 충분하지만, 한편 다수의 기지국들(예를 들어, 기지국들(214a, 214b))이 HMD 디바이스들 및 주변기기들에 대한 강건한 룸-스케일(room-scale) 추적을 제공하기 위해 일부 실시예들에서 필요하거나 또는 희망될 수 있다. 이러한 예에서, 광학적 수신기들은 HMD 디바이스(202) 및 또는 다른 추적되는 물체들, 예컨대 제어기들(208 및 210) 내에 통합된다. 적어도 일부 구현예들에서, 광학적 수신기들은 저-레이턴시 센서 융합을 지원하기 위해 각각의 추적되는 디바이스 상의 가속도계 및 자이로스코프 관성 측정 유닛(Inertial Measurement Unit; "IMU")과 페어링될 수 있다.

적어도 일부 구현예들에서, 각각의 기지국(214)은, 직교 축들 상의 추적되는 체적(201)에 걸쳐 선형 빔을 스윕하는 2개의 회전자(rotor)들을 포함한다. 각각의 스윕 사이클의 시작에서, 기지국(214)은, 추적되는 물체들 상의 모든 센서들에게 보일 수 있는 ("동기(sync) 신호"로 지칭되는) 전-방향성 광 펄스를 방출할 수 있다. 따라서, 각각의 센서는 동기 신호와 빔 신호 사이의 지속기간을 타이밍(time)함으로써 스윕되는 체적 내의 고유 각 위치를 계산한다. 센서 거리 및 배향은 단일 강성 몸체에 부착된 다수의 센서들을 사용하여 해결될 수 있다.

추적되는 물체들(예를 들어, HMD 디바이스(202), 제어기들(208 및 210)) 상에 위치된 하나 이상의 센서들은 회전자로부터의 변조된 광을 검출할 수 있는 광전자 디바이스를 포함할 수 있다. 가시광 또는 근-적외선(near-infrared; NIR) 광에 대하여, 실리콘 포토다이오드들 및 적절한 증폭기/검출기 회로가 사용될 수 있다. 환경(200)이 기지국(214) 신호들의 신호들과 유사한 파장들을 갖는 정적 및 시변 신호들(광학적 잡음)을 포함할 수 있기 때문에, 적어도 일부 구현예들에서, 기지국 광은, 이것을 임의의 간섭 신호들로부터 구분하는 것을 용이하게 만들기 위한 방식으로 및/또는 기지국 신호들과는 다른 방사의 임의의 파장으로부터 센서를 필터링하는 방식으로 변조될 수 있다.

인사이드-아웃(inside-out) 추적이 또한, HMD 디바이스(202) 및/또는 다른 물체들(예를 들어, 제어기들(208 및 210), 태블릿 컴퓨터들, 스마트폰들)의 위치를 추적하기 위해 사용될 수 있는 유형의 위치 추적이다. 인사이드-아웃 추적은, HMD의 위치를 결정하기 위해 사용되는 카메라들 또는 다른 센서들의 위치에 의해 아웃사이드-인(outside-in) 추적과는 상이하다. 인사이드-아웃 추적에 대하여, 카메라 또는 센서들은 HMD 또는 추적되는 물체 상에 위치되며, 반면 아웃사이드-아웃 추적에서 카메라 또는 센서들은 환경 내의 고정 위치에 위치된다.

인사이드-아웃 추적을 사용하는 HMD는, 환경에 대하여 그것의 위치가 변화하는 방식을 결정하기 위하여 "룩 아웃(look out)"하기 위한 하나 이상의 카메라들을 사용한다. HMD가 움직일 때, 센서들은 공간(room) 내에서 그들의 위치를 재조정하며, 가상 환경은 그에 따라서 실시간으로 응답한다. 이러한 유형의 위치 추적은, 환경 내에 위치된 마커들을 가지고 또는 마커들 없이 달성될 수 있다. HMD 상에 위치된 카메라들은 주변 환경의 특징부들을 관찰한다. 마커들을 사용할 때, 마커들은 추적 시스템에 의해 용이하게 검출되고 특정 영역 내에 위치되도록 디자인된다. "무마커(markerless)" 인사이드-아웃 추적을 이용하면, HMD 시스템은, 위치 및 배향을 결정하기 위하여 환경 내에 원래 존재하는 특유한 특성들(예를 들어, 자연적 특징부들)을 사용한다. HMD 시스템의 알고리즘은 특정 이미지들 또는 형상들을 식별하고, 이들을 사용하여 공간 내의 디바이스의 위치를 계산한다. 가속도계들 및 자이로스코프들로부터의 데이터가 또한 위치 추적의 정밀도를 증가시키기 위해 사용될 수 있다.

도 3은, 사용자(342)의 머리에 착용될 때 예시적인 HMD 디바이스(344)의 정면도를 예시하는 정보(300)를 도시한다. HMD 디바이스(344)는, 전향(front-facing) 또는 전방 카메라(346) 및 하나 이상의 유형들의 복수의 센서들(348a-348d)(집합적으로 348)을 지지하는 전향 구조체(343)를 포함한다. 일 예로서, 센서들(348) 중 일부 또는 전부는, 하나 이상의 외부 디바이스들(도시되지 않음, 예를 들어, 도 2의 기지국들(214))로부터 방출되는 광 정보를 검출하고 사용하기 위한 광 센서들과 같이, 공간 내의 디바이스(344)의 로케이션 및 배향을 결정하는 것을 도울 수 있다. 도시된 바와 같이, 전방 카메라(346) 및 센서들(348)은, 사용자(342)가 HMD 디바이스(344)를 동작시키는 실제 신(scene) 또는 환경(미도시)을 향해 전방으로 지향된다. 실제 물리적 환경은, 예를 들어, 하나 이상의 물체들(예를 들어, 벽들, 천장들, 가구, 계단들, 자동차들, 나무들, 추적 마커들 또는 임의의 다른 유형의 물체들)을 포함할 수 있다. 센서들(348)의 특정한 수는 도시된 센서들의 수보다 더 적거나 또는 더 많을 수 있다. HMD 디바이스(344)는, (예를 들어, 가속도계 및 자이로스코프들의 조합, 및 선택적으로, 자력계들을 사용하여) HMD 디바이스(344)의 특정 힘, 각도 레이트(angular rate), 및/또는 HMD 디바이스를 둘러싸는 자기장을 측정하고 보고하는 IMU(관성 측정 유닛)(347) 전자 디바이스와 같은, 전향 구조체에 부착되지 않은(예를 들어, HMD 디바이스 내부에 있는) 하나 이상의 추가적인 구성요소들을 더 포함할 수 있다. HMD 디바이스는, 도 4에 대해 이하에서 더 상세하게 논의되는 바와 같이, HMD 디바이스 내의 광학적 렌즈 시스템들 및/또는 디스플레이 패널들 중 하나 이상의 정렬 또는 다른 위치설정(positioning)을 변화시키기 위한 하나 이상의 부착된 내부 모터들을 선택적으로 가지는 사용자의 눈들(미도시)을 향해 배향된 하나 이상의 디스플레이 패널들 및 광학적 렌즈 시스템들을 포함하여, 도시되지 않은 추가적인 구성요소들을 더 포함할 수 있다.

HMD 디바이스(344)의 예시된 예는, 사용자의 머리 주위로 전체적으로 또는 부분적으로 연장되는 HMD 디바이스(344)의 하우징에 부착된 하나 이상의 스트랩들(345)에 적어도 부분적으로 기초하여 사용자(342)의 머리 상에 지지된다. 여기에 예시되지는 않았지만, HMD 디바이스(344)는, 예컨대, 스트랩들(345) 중 하나 이상에 부착된 하나 이상의 외부 모터들을 더 가질 수 있으며, 자동화된 교정(corrective) 액션들은 사용자의 머리 상에서의 HMD 디바이스의 정렬 또는 다른 위치설정을 수정하기 위해 이러한 스트랩들을 조정하기 위해 이러한 모터들을 사용하는 것을 포함할 수 있다. HMD 디바이스가, 예시된 스트랩들에 더하여 또는 그 대신에, 여기에 예시되지 않은 다른 지지 구조체들(예를 들어, 노우즈 피스(nose piece), 턱 스트랩(chin strap), 등)을 포함할 수 있다는 것, 및 일부 실시예들은 사용자의 머리 상에서 HMD 디바이스의 정렬 또는 다른 위치설정을 수정하기 위해 그들의 형상 및/또는 로케이션들을 유사하게 조정하기 위해 하나 이상의 이러한 다른 지지 구조체들에 부착된 모터들을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 사용자의 머리에 부착되지 않은 다른 디스플레이 디바이스들은 디스플레이 디바이스의 위치설정에 영향을 주는 하나 이상의 구조체들에 유사하게 부착될 수 있거나 또는 이들의 부분일 수 있으며, 적어도 일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스의 1명 이상의 사용자들의 하나 이상의 동공들에 대해 디스플레이 디바이스의 정렬 또는 다른 위치설정을 수정하기 위해 그들의 형상 및/또는 로케이션들을 유사하게 수정하기 위한 모터들 또는 다른 기계적 작동기들을 포함할 수 있다.

도 4는, 눈-근접(near-to-eye) 디스플레이 시스템들(402 및 404)의 쌍을 포함하는 HMD 디바이스(405)의 간략화된 상단 평면도(400)를 예시한다. HMD 디바이스(405)는, 예를 들어, 도 1 내지 도 3에 예시된 동일한 또는 유사한 HMD 디바이스들 또는 상이한 HMD 디바이스일 수 있으며, 본원에서 논의되는 HMD 디바이스들은 추가로 이하에서 더 논의되는 예들에서 사용될 수 있다. 도 4의 눈-근접 디스플레이 시스템들(402 및 404)은 각각 디스플레이 패널들(406 및 408)(예를 들어, OLED 마이크로-디스플레이들) 및 각기 하나 이상의 광학적 렌즈들을 갖는 개별적인 광학적 렌즈 시스템들(410 및 412)을 포함한다. 디스플레이 시스템들(402 및 404)은, 전향 부분(416)(예를 들어, 도 3의 전향 표면(343)와 동일하거나 또는 유사함), 좌측 안경다리(temple)(418), 우측 안경다리(420), 및 HMD 디바이스가 사용자에 의해 착용될 때 착용 사용자(424)의 얼굴을 터치하거나 또는 이에 근접하는 내부 표면(421)을 포함하는, 하우징(또는 프레임)(414) 내에 장착되거나 또는 달리 위치될 수 있다. 2개의 디스플레이 시스템들(402 및 404)은 착용 사용자(424)의 머리(422)에 착용될 수 있는 안경 배열 내의 하우징(414)에 고정될 수 있으며, 여기서 좌측 템플(418) 및 우측 템플(420)은 각기 사용자의 귀들(426 및 428) 위에 놓이고, 한편 코 어셈블리(nose assembly)(492)는 사용자의 코(430) 위에 놓일 수 있다. 도 4의 예에서, HMD 디바이스(405)는 코 디스플레이 및/또는 우측 및 좌측 귀-위(over-ear) 템플들에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 사용자의 머리 상에 지지될 수 있지만, 도 2 및 도 3에 도시된 실시예들과 같은 일부 실시예들에서 스트랩들(미도시) 또는 다른 구조체들이 HMD 디바이스를 사용자의 머리에 고정하기 위해 사용될 수 있다. 하우징(414)은 각기 사용자의 귀들(432 및 434) 중 하나의 전방에 2개의 광학적 렌즈 시스템들(410 및 412)의 각각을 위치시키도록 성형되고 크기가 결정될 수 있으며, 그 결과 각각의 동공(494)의 목표 로케이션이 개별적인 광학적 렌즈 시스템들 및/또는 디스플레이 패널들의 전방에 수직으로 그리고 수평으로 중심이 맞춰진다. 하우징(414)이 설명의 목적들을 위하여 안경과 유사하게 간략화된 방식으로 도시되지만, 실제로는 더 정교한 구조체들(예를 들어, 고글, 통합 머리밴드, 헬멧, 스트랩들, 등)이 사용자(424)의 머리(422) 상에 디스플레이 시스템들(402 및 404)을 위치시키고 지지하기 위하여 사용될 수 있다.

도 4의 HMD 디바이스(405), 및 본원에서 논의되는 다른 HMD 디바이스들은, 예컨대 초 당 30 또는 60 또는 90 프레임(또는 이미지)과 같은 디스플레이 레이트(rate)로 표현되는 대응하는 비디오를 통해 사용자에게 가상 현실 디스플레이를 나타낼 수 있으며, 반면 유사한 시스템의 다른 실시예들은 사용자에게 증강 현실 디스플레이를 나타낼 수 있다. 도 4의 디스플레이들(406 및 408)의 각각은, 각기 사용자(424)의 눈들(432 및 434) 상으로 개별적인 광학적 렌즈 시스템들(410 및 412)을 통해 전달되며 이에 의해 포커싱되는 광을 생성할 수 있다. 이를 통해 광이 눈 내로 전달되는 각각의 눈의 동공(494) 개구(pupil aperture)는 전형적으로 매우 밝은 조건들에서 2 mm(밀리미터)로부터 어두운 조건들에서 무려 8mm까지의 범위의 동공 크기를 가질 것이며, 반면 동공이 포함되는 더 큰 홍채는 대략 12 mm의 크기를 가질 수 있다 - 동공(및 둘러싸는 홍채)은 추가로 전형적으로 수평 및/또는 수직 방향들로 수 밀리미터만큼 눈꺼풀들이 개방된 상태에서 눈의 가시적인 부분 내에서 움직일 수 있으며, 이는 또한 안구가 그것의 중심 주위에서 회전할 때 상이한 수평 및 수직 위치들에 대하여 디스플레이의 광학적 렌즈 또는 다른 물리적 요소로부터 상이한 깊이들까지 동공을 움직일 것이다(이는 동공이 움직일 수 있는 3차원 체적을 야기한다). 사용자의 동공에 진입하는 광은 이미지들 및/또는 비디오로서 사용자(424)에게 보인다. 일부 구현예들에서, 사용자의 눈들(432 및 434)과 광학적 렌즈 시스템들(410 및 412)의 각각 사이의 거리는 비교적 짧을 수 있으며(예를 들어, 30 mm 미만, 20 mm 미만), 광학 렌즈 시스템들 및 디스플레이 시스템들의 중량이 사용자의 얼굴에 상대적으로 가깝기 때문에 이는 유익하게는 HMD 디바이스가 사용자에게 더 가볍게 느껴지게 하고, 또한 사용자에게 더 큰 시야를 제공할 수 있다. 여기에 예시되지는 않았지만, 이러한 HMD 디바이스의 일부 실시예들은 다양한 추가적인 내부 및/또는 외부 센서들을 포함할 수 있다.

예시된 실시예에서, 도 4의 HMD 디바이스(405)는, 예컨대 (예를 들어, 하나 이상의 IMU 유닛들의 부분으로서) 하나 이상의 가속도계들 및/또는 자이로스코프들(490)을 포함하기 위해, 하드웨어 센서들 및 추가적인 구성요소들을 더 포함한다. 본원의 다른 곳에서 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 가속도계(들) 및/또는 자이로스코프들로부터의 값들은 HMD 디바이스의 배향을 로컬적으로 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 이에 더하여, HMD 디바이스(405)는 전방 부분(416)의 외부 상에 카메라(들)(485)와 같은 하나 이상의 전향 카메라들을 포함할 수 있으며, 이들의 정보는, 예컨대 AR 기능 또는 위치설정 기능을 제공하기 위해, HMD 디바이스의 동작들의 부분으로서 사용될 수 있다. 추가로, HMD 디바이스(405)는, 본원의 다른 곳에서 더 상세하게 논의되는 바와 같은, 다른 구성요소들(475)(예를 들어, 디스플레이 패널들(406 및 408) 상의 이미지들의 디스플레이를 제어하기 위한 전자 회로들, 내부 저장부, 하나 이상의 배터리들, 외부 기지국들과 상호작용하기 위한 위치 추적 디바이스, 등)을 더 포함할 수 있다. 다른 실시예들은 구성요소들(475, 485, 및/또는 490) 중 하나 이상을 포함하지 않을 수 있다. 여기에 예시되지는 않았지만, 이러한 HMD 디바이스의 일부 실시예들은, 예컨대 사용자의 신체, 눈들, 제어기들, 등의 다양한 다른 유형들의 움직임들 및 위치를 추적하기 위한 다양한 추가적인 내부 및/또는 외부 센서들을 포함할 수 있다.

예시된 실시예에서, 도 4의 HMD 디바이스(405)는, 본원의 다른 곳에서 논의되는 바와 같이, HMD 디바이스와 연관된 하나 이상의 구성요소들에 제공되어 사용될 수 있는, 사용자 동공 또는 시선 방향을 결정하기 위한 설명된 기술들의 부분으로서 개시된 실시예들에 의해 사용될 수 있는 하드웨어 센서들 및 추가적인 구성요소들을 더 포함한다. 이러한 예에서 하드웨어 센서들은, 예컨대 이러한 예에서 각각의 동공에 대해 별개로, 사용자의 동공들(494)의 실제 로케이션들에 관한 정보를 획득하는 데 사용하기 위해 광학적 렌즈 시스템들(410 및 412) 근처에 내부 표면(421) 상에 위치되거나 및/또는 디스플레이 패널들(406 및 408) 상에 또는 그 근처에 장착되는 눈 추적 서브시스템의 하나 이상의 눈 추적 어셈블리들(472)을 포함한다.

눈 추적 어셈블리들(472)의 각각은 하나 이상의 광원들(예를 들어, IR LED들) 및 하나 이상의 광 검출기들(예를 들어, 실리콘 포토다이오드들)을 포함할 수 있다. 추가로, 명료성을 위해 단지 총 4개의 눈 추적 어셈블리들(472)이 도 4에 도시되었지만, 실제로 상이한 수의 눈 추적 어셈블리들이 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 일부 실시예들에서, 사용자(424)의 각각의 눈에 대해 4개의 눈 추적 어셈블리들이 제공되어 총 8개의 눈 추적 어셈블리들(472)이 제공된다. 추가로, 적어도 일부 구현예들에서, 각각의 눈 추적 어셈블리는 사용자(424)의 눈들(432 및 434) 중 하나로 지향된 광원, 사용자의 개별적인 눈에 의해 반사되는 광을 수신하도록 위치된 광 검출기, 및 정반사(specular reflection)를 통해 반사된 광이 광 검출기 상에 전달되는 것을 방지하도록 구성되고 위치된 편광기를 포함한다.

본원의 다른 곳에서 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 눈 추적 어셈블리들(472)로부터의 정보는 HMD 디바이스(405)의 사용 동안 사용자의 시선 방향을 결정하고 추적하기 위해 사용될 수 있다. 추가로, 적어도 일부 실시예들에서, HMD 디바이스(405)는, 예컨대 동공들(494) 중 하나 또는 둘 모두의 실제 로케이션들에 대응하도록 눈-근접 디스플레이 시스템들(402 및 404) 중 하나 또는 둘 모두의 목표 동공 로케이션을 개인화하거나 또는 달리 조정하기 위해, HMD 디바이스(405)의 하우징 내의 디스플레이 패널들(406 및 408) 및/또는 광학적 렌즈 시스템들(410 및 412) 중 하나 이상의 정렬 및/또는 다른 위치설정을 (예를 들어, 수직, 수평 좌측-및-우측 및/또는 수평 전방-및 후방 방향으로) 움직이기(439) 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 내부 모터들(438)(또는 다른 움직임 메커니즘들)을 포함할 수 있다. 이러한 모터들(438)은, 예를 들어, 하우징(414) 상의 하나 이상의 제어부들(437)의 사용자 조작에 의해 및/또는 하나 이상의 연관된 별개의 I/O 제어기들(미도시)의 사용자 조작을 통해 제어될 수 있다. 다른 실시예들에서, HMD 디바이스(405)는, 예컨대 제어부들(437)의 사용을 통해 사용자에 의해 수동으로 변경되는 조정가능 위치설정 메커니즘들(예를 들어, 나사들, 슬라이더들, 래칫(ratchet)들, 등)의 사용에 의해, 이러한 모터들(438) 없이 광학적 렌즈 시스템들(410 및 412) 및/또는 디스플레이 패널들(406 및 408)의 정렬 및/또는 다른 위치설정을 제어할 수 있다. 이에 더하여, 모터들(438)이 눈-근접 디스플레이 시스템들 중 하나에 대해서만 도 4에 예시되지만, 각각의 눈-근접 디스플레이 시스템들은 일부 실시예들에서 그 자체의 하나 이상의 모터들을 가질 수 있으며, 일부 실시예들에서 하나 이상의 모터들은 다수의 눈-근접 디스플레이 시스템들의 각각을 (예를 들어, 독립적으로) 제어하기 위해 사용될 수 있다.

일부 실시예들에 있어서 설명되는 기술들이 예시된 것과 유사한 디스플레이 시스템과 함께 사용될 수 있지만, 다른 실시예들에 있어서, 단일 광학적 렌즈 및 디스플레이 디바이스를 이용하거나 또는 다수의 이러한 광학적 렌즈들 및 디스플레이 디바이스들을 이용하는 것을 포함하여 다른 유형들의 디스플레이 시스템들이 사용될 수 있다. 다른 이러한 디바이스들의 비-배타적인 예들은 카메라들, 텔레스코프들, 마이크로스코프들, 쌍안경들, 스팟팅 스코프(spotting scope)들, 서베잉 스코프(surveying scope)들, 등을 포함한다. 이에 더하여, 본원의 다른 곳에서 논의되는 바와 같이, 설명되는 기술들은, 1명 이상의 사용자들이 하나 이상의 광학적 렌즈를 통해 보는 이미지들을 형성하기 위하여 광을 방출하는 매우 다양한 디스플레이 패널들 또는 다른 디스플레이 디바이스들과 함께 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 사용자는, 예컨대 부분적으로 또는 전체적으로 다른 광원(예를 들어, 레이저 스캔 빔)으로부터의 광을 반사하는 표면 상에서, 디스플레이 패널을 통하는 것과는 다른 방식으로 생성되는 하나 이상의 이미지들을 하나 이상의 광학적 렌즈를 통해 볼 수 있다.

예시적인 디스플레이 시스템들

도 5는, 하나의 비-제한적인 예시된 구현예에 따른, 디스플레이 시스템(500)의 개략적인 블록도이다. 디스플레이 시스템(500)은, 이상에서 논의된 머리-착용 디스플레이 시스템들과 같은 머리-착용 디스플레이 시스템의 디스플레이 시스템 또는 임의의 다른 유형의 디스플레이 시스템(예를 들어, 착용형 또는 비-착용형 디스플레이 시스템)일 수 있다. 디스플레이 시스템(500)은 스캔 빔 디스플레이 시스템 또는 다른 유형의 디스플레이 시스템(예를 들어, 마이크로-디스플레이)을 포함할 수 있다. 적어도 일부 구현예들에서, 디스플레이 시스템(500)은 머리-착용 디스플레이 디바이스와 같은 디바이스에 제공된 2개의 실질적으로 동일한 디스플레이 시스템들 중 하나일 수 있다.

디스플레이 시스템(500)은, 동공(pupil) 릴레이 시스템(504)에 광학적으로 결합된 디스플레이 광원(502)을 포함한다. 디스플레이 광원(502)은 레이저 스캔 빔 광원, 마이크로-디스플레이, 또는 임의의 다른 적절한 디스플레이 광원을 포함할 수 있다. 동공 릴레이 시스템(504)은 디스플레이 광원(502)으로부터의 제1 동공을 시청자의 눈(506)(또는 다른 이미지 평면, 표면, 또는 재료)에 있는 제2 동공으로 릴레이하도록 위치된다. 동공 릴레이 시스템(504)은, 도파관-기반 광학 시스템, 팬케이크 광학 시스템, 버드배스 광학 시스템, 코팅-기반 광학 시스템, 또는 다른 광학부 중 하나 이상을 포함할 수 있는 편광 민감 광학부(508)(예를 들어, 포스트-스캔 광학부)를 포함한다. 편광 민감 광학부(508)는 하나 이상의 구성요소들을 포함할 수 있다. 편광 민감 광학부(508)의 효율은 이를 통과하는 광의 편광에 매우 민감할 수 있다. 즉, 상이한 편광들은, 편광 민감 광학부(508)으로부터 나오는 미광 및 강도를 상당히 변경할 것이다.

편광 민감 광학부(508)에 제공되는 광의 편광을 최적화하기 위해, 디스플레이 시스템(500)의 동공 릴레이 시스템(504)은, 편광 민감 광학부(508)에 균일한 편광된 광, 또는 더 일반적으로는 최적화된 편광된 광을 제공하기 위해 편광에서의 변화들을 보상하도록 기능하는, 위치의 함수로서 공간적으로 변화하는 편광을 갖는 공간적으로 변화하는 편광기(510)를 더 포함한다. 공간적으로 변화하는 편광기(510)는 단일 층을 포함할 수 있거나, 또는, 활성 또는 비활성 상태에 있도록 각각 독립적으로 제어가능한 복수의 층들과 같은 복수의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 편광 민감 광학부(508)는, 하나 이상의 미러들 또는 다른 광학부가 복합 각도들로부터 생성하는 편광 중 임의의 편광을 보상하거나 또는 "되돌리도록(undo)" 구성될 수 있다. 이하에서 추가로 논의되는 바와 같이, 공간적으로 변화하는 편광기(510)는 사용자의 시선 로케이션에 기초하여 시야 또는 영역에서 최적화된 성능을 제공하기 위해 실시간으로 선택적으로 조정될 수 있다.

공간적으로 변화하는 편광기(510)는 복굴절 재료로 형성된 파장 지연기(wave retarder)를 포함할 수 있다. 복굴절은, 광의 편광 및 전파 방향에 의존하는 굴절률을 갖는 재료의 속성이다. 파장 지연기는 파장 지연기를 통해 이동하는 광의 편광 상태 또는 위상을 변경한다. 파장 지연기는 느린 축(또는 비정상 축(extraordinary axis)) 및 빠른 축(보통 축(ordinary axis))을 가질 수 있다. 편광된 광이 파장 지연기를 통해 이동함에 따라, 빠른 축을 따른 광은 느린 축을 따른 것보다 더 빠르게 이동한다.

이상에서 논의된 바와 같이, 공간적으로 변화하는 편광기(510)는, 디스플레이 광원(502)으로부터 편광 민감 광학부(508)로의 광의 더 균일하고 효율적인 분배를 가능하게 하는, 시야(예를 들어, 축-상(on-axis) 대 축-외(off-axis))에 걸쳐 위치, 예를 들어, 수평 위치, 수직 위치, 방사상 위치의 함수를 변화시키는 위상 지연을 제공할 수 있다. 공간적으로 변화하는 편광기(510)의 지연이 변화하는 특정 방식은, 입사광의 편광 상태, 입사각(들), 재료들, 다양한 구성요소들의 기하구조, 등과 같은 디스플레이 시스템(500)의 광학 시스템(들)의 특정 구성 및 재료들에 의존할 수 있다.

일 예로서, 공간적으로 변화하는 편광기(510)는 제1 위치에서 지연을 제공하지 않을 수 있으며, 공간적으로 변화하는 편광기의 제2 위치에서 λ/4(또는 다른 값)의 지연을 제공하기 위해 지연을 선형적으로 증가시킬 수 있다. 일반적으로, 공간적으로 변화하는 편광기(510)는 위치의 함수로서 임의의 방식으로 변화하는 지연을 제공할 수 있으며, 지연의 양들은 임의의 값(예를 들어, λ/20, λ/10, λ/4, λ, 2λ)일 수 있다. 추가로, 지연의 양은 하나 이상의 방향들로 증가하기만 하거나, 하나 이상의 방향들로 감소하기만 하거나, 또는 증가하고 감소할 수 있다. 지연의 양은 연속적으로 변화할 수 있거나, 또는 다수의 단계들로 변화할 수 있다. 지연의 양은, 예를 들어, 선형 함수들, 다항식 함수들, 지수 함수들, 계단 함수들, 다른 유형들의 함수들, 또는 이들의 조합들을 포함하여 임의의 유형의 함수에 따라 변화할 수 있다.

적어도 일부 구현예들에서, 공간적으로 변화하는 편광기(510)는, 단일 박막에서 정밀하고 맞춤화된 레벨들의 광대역, 협대역 또는 다중 대역 지연을 제공하는 파장판-형(waveplate-like) 지연 필름인, 멀티-트위스트 지연기(multi-twist retarder; MTR)로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, MTR은 단일 정렬 층을 가지며 단일 기판 상에 2개 이상의 트위스트된 액정(liquid crystal; LC) 층들을 포함한다. 후속 LC 층들은 이전 층들에 의해 직접적으로 정렬되며, 이는 단순한 제조를 허용하고, 자동 층 정합을 달성하며, 연속적으로 변화하는 광학 축을 갖는 모놀리식(monolithic) 필름을 야기한다.

도 6은, 하나의 비-제한적인 예시된 구현예에 따른, 스캔 빔 디스플레이 시스템 또는 프로젝터(600)의 개략도이다. 스캔 빔 디스플레이 시스템(600)은, 빔(604)을 방출하는 레이저 광원일 수 있는 광원(602)을 포함한다. 광원(602)은, 적색 광원, 녹색 광원, 및 청색 광원과 같은 2개 이상의 광원들을 포함할 수 있다. 이러한 경우들에서, 복수의 광원들은 빔 결합기에 의해 단일 빔으로 결합될 수 있다. 적어도 일부 구현예들에서, 광원(602)은 하나 이상의 컬러 광원들(예를 들어, 적색, 녹색, 청색) 및, 눈 추적(eye tracking)과 같은 다양한 목적들을 위해 사용될 수 있는 적외선 빔 또는 자외선 빔과 같은 비가시 빔을 방출하는 광원을 포함할 수 있다.

빔(604)은, 마이크로전자기계 시스템(microelectromechanical system; MEMS) 기반 스캐너를 포함할 수 있는 스캐닝 플랫폼(606) 상에 입사하며, 제어된 출력 빔(610)을 생성하기 위해 플랫폼의 스캔 미러(608)에서 반사된다. 스캐닝 플랫폼(606)은, 회절 광학 격자, 이동 광학 격자, 광 밸브, 회전 미러, 이동가능 실리콘 디바이스, 디지털 광 프로젝터 디바이스, 플라잉 스팟 프로젝터, 실리콘 위 액정(liquid crystal on silicon; LCoS) 디바이스, 또는 다른 스캐닝 또는 변조 디바이스들을 포함할 수 있다. 스캐닝 플랫폼(606)은, 하나 이상의 구성요소들을 갖는 임의의 적절한 제어 회로부를 포함할 수 있는, 스캐닝 플랫폼 및 광원(602)에 결합된 제어기(612)에 의해 선택적으로 제어되는 하나 이상의 구동 회로들에 결합될 수 있다. 구동 회로부는, 출력 빔(610)이 래스터(raster) 스캔과 같은 스캔을 생성하여 시청자의 눈(614) 또는 디스플레이 표면과 같은 이미지 평면 상에 디스플레이되는 이미지를 생성하게 하기 위해 스캐닝 미러(608)가 입사 빔(604)을 편향시키는 방향을 변조한다.

도 7은 하나의 비-제한적인 예시된 구현예에 따른 스캔 빔 디스플레이 시스템 또는 프로젝터(700)의 개략도이다. 스캔 빔 디스플레이 시스템(700)은 다수의 측면들에서 도 6의 스캔 빔 디스플레이 시스템(600)과 유사하거나 또는 동일할 수 있다. 이와 같이, 유사한 구성요소들은 동일한 번호들로 참조되며, 이러한 구성요소들의 논의는 간결함을 위해 여기에서 반복되지 않는다.

스캔 빔 디스플레이 시스템(700)은 포스트-스캔 교정 광학부(702)("포스트-스캔 광학부") 및 콜리메이션(collimation) 광학부(704)를 포함한다. 포스트-스캔 광학부(702)는 스캐닝 플랫폼(606) 이후에 광 경로에 위치된 하나 이상의 광학부들을 포함할 수 있으며, 이는 본원에서 일반적으로 "포스트-스캔"으로 지칭된다. 포스트-스캔 교정 광학부(702)는, 투영된 이미지에서 하나 이상의 왜곡 아티팩트(artifact)들을 교정하거나 또는 조정하도록 설계되고 구성될 수 있다. 이러한 왜곡의 예들은 스마일(smile) 왜곡, 핀 쿠션(pin cushion) 왜곡, 배럴(barrel) 왜곡, 축-외 투영-기반 왜곡, 등을 포함할 수 있다. 이들은 단지 포스트-스캔 교정 광학부(702)가 교정할 수 있는 비-제한적인 예시적인 유형들이라는 것이 이해되어야 한다.

포스트-스캔 광학부(702)는, 도파관-기반 광학 시스템, 팬케이크 광학 시스템, 버드배스 광학 시스템, 코팅-기반 광학 시스템, 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 포스트-스캔 광학부는 하나 이상의 구성요소들을 포함할 수 있다. 포스트-스캔 광학부(702)의 효율은 이를 통과하는 광의 편광에 매우 민감할 수 있다. 즉, 상이한 편광들은, 포스트-스캔 광학부(702)로부터 나오는 미광 및 강도를 상당히 변경할 것이다. 적어도 일부 구현예들에서, 디스플레이 시스템(700)은 또한, 포스트-스캔 광학부(702)에 의해 야기된 무한 포커스의 손실을 적어도 부분적으로 회복하기 위해 사용될 수 있는 콜리메이팅 또는 빔 포밍 광학부(704)를 포함할 수 있다.

디스플레이 시스템(700)은, 이상에서 논의된 바와 같이 편광에 매우 민감할 수 있는, 포스트-스캔 광학부(702)에 대해 편광 보상을 제공하기 위해 스캔 미러(608)와 포스트-스캔 광학부(702) 사이에 위치된 공간적으로 변화하는 편광기(706) 형태의 편광 보상 광학부를 더 포함한다. 공간적으로 변화하는 편광기(706)는, 예를 들어, 포스트-스캔 광학부(702) 상에, 이에 인접하여, 또는 그 내부에 위치될 수 있다. 다른 구현예들에서, 공간적으로 변화하는 편광기(706)는 광원(602)과 디스플레이되는 이미지 사이의 광 경로 내의 어떤 다른 곳에(예를 들어, 프리-스캔, 포스트-스캔, 광원에 인접하여, 등) 위치된다.

적어도 일부 구현예들에서, 제어기(612)는, 공간적으로 변화하는 편광기의 공간적으로-의존적인 위상 지연을 임의의 희망되는 구성으로 선택적으로 변화시키기 위해 공간적으로 변화하는 편광기(706)에 동작가능하게 결합될 수 있다. 이러한 구현예들에서, 공간적으로 변화하는 편광기(706)의 공간적으로-의존적인 위상 지연이 제어기(612)에 의해 선택적으로 제어되는 것을 가능하게 하는 하나 이상의 추가적인 박막 트랜지스터 층들이 제공될 수 있다. 다른 예로서, 공간적으로 변화하는 편광기(706)는 복수의 독립적으로 제어가능한 층들을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 층은 활성 상태 또는 비활성 상태에 있도록 제어기(612)에 의해 제어될 수 있다. 제어기(612)는, 1회만, 주기적으로, 디스플레이 시스템(700)의 프레임 레이트와 동일하거나 또는 이의 분율인 레이트로, 등과 같은 임의의 희망되는 레이트로 위상 지연을 제어할 수 있다.

적어도 일부 구현예들에서, 제어기(612)는, 사용자가 현재 응시하고 있는 것으로 믿어지는 최적화된 영역에서 최적화되도록 공간적으로 변화하는 편광기(706)의 공간적으로-의존적인 위상 지연을 선택적으로 조정하기 위해 사용될 수 있는, 시선 추적 정보(708)를 수신하도록 동작가능할 수 있다. 이러한 시선 추적 정보는, 눈 추적 서브시스템으로부터, 디스플레이되고 있는 콘텐트에 관한 정보(예를 들어, 포커스의 물체)로부터, 또는 사용자가 응시하고 있을 가능성이 있는 디스플레이 상의 위치에 관한 정보를 제공하는 임의의 다른 소스로부터 수신될 수 있다.

이상에서 언급된 바와 같이, 포스트-스캔 광학부(702)의 효율은 이를 통과하는 광의 편광에 매우 민감할 수 있다. 즉, 상이한 편광들은, 포스트-스캔 광학부(702)로부터 나오는 미광 및 강도를 상당히 변경할 것이다. 상대적으로 작은 영역 또는 시야(예를 들어, 0-10 도, 0-30 도, 다른 영역)에 걸쳐 공간적으로 변화하는 편광기(706)를 최적화하는 것이 유익할 수 있으며, 이는 전체 시야에 걸친 최적화보다 상당히 더 양호한 성능을 제공할 수 있다. 시선 추적 정보를 사용하여, 시스템은 다양한 특성들(예를 들어, 강도, 미광)에 대해 영역을 최적화하면서 영역 외부의 구역(area)들은 더 낮은 성능(예를 들어, 더 적은 강도, 더 많은 미광)을 갖도록 구성할 수 있다. 사용자의 시각이 주변 영역들에서는 그다지 분별력이 없기 때문에, 사용자는, 디스플레이의 성능이 사용자가 응시하고 있는 영역 외부에서 감소된다는 것을 인식조차 하지 않을 수 있다.

도 8은, 하나의 비-제한적인 예시된 구현예에 따른, 머리-착용 디스플레이 시스템에서 사용하기 위한 공간적으로 변화하는 편광기 형태의 편광 보상 광학부 및 도파관-기반 광학 시스템을 포함하는 디스플레이 시스템(800)의 개략도이다. 디스플레이 시스템(800)은 렌즈 또는 지지 구조체(802)(예를 들어, 처방 또는 비-처방 안경 렌즈)를 포함할 수 있다. 평면 도파관 구조체(804)는 적어도 부분적으로 구조체(802)에 내장될 수 있거나 또는 구조체에 근접하여(예를 들어, 구조체 전방에 또는 뒤에) 위치될 수 있다. 도파관(804)은, 도파관 내에서 내부 전반사를 제공하기 위해 주변 구조체(예를 들어, 구조체(802))의 굴절률과는 충분히 상이한 굴절률을 갖는 재료로 형성된 직사각형(또는 다른 형상의) 프리즘 구조체일 수 있다.

광이 도파관(804) 내로 커플링되는 것을 가능하게 하기 위해, 디스플레이 시스템(800)은 도파관의 제1 부분에 물리적으로 결합된 인-커플러(in-coupler)(806)를 포함한다. 유사하게, 광이 시청자의 눈(810)을 향해 도파관(804) 밖으로 커플링되는 것을 가능하게 하기 위해, 디스플레이 시스템(800)은 도파관의 제2 부분에 물리적으로 결합된 아웃-커플러(out-coupler)(808)를 포함한다. 인-커플러(806)를 통해 인-커플링되고 아웃-커플러(808)를 통해 아웃-커플링되는 디스플레이 광은, 이상에서 논의된 바와 같이, 디스플레이 광원, 예컨대 프로젝터, 스캐닝 레이저 프로젝터, 마이크로 디스플레이, 또는 다른 디스플레이 광원으로부터 유래할 수 있다. 비-제한적인 예들로서, 커플러들(806 및 808)은 회절 격자들, 홀로그램들, 홀로그래픽 광학적 요소들, 볼륨 회절 격자들, 표면 릴리프(relief) 회절 격자들, 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 커플러들(806 및 808)은 또한 반사-형 커플러 또는 투과-형 커플러들일 수 있다. 일 예로서, 구조체(802)는 우측 안경 렌즈를 포함할 수 있으며, 인-커플러(806)는 디스플레이 소스(예를 들어, 프로젝터)에 근접하여 안경의 에지 근처에 위치될 수 있고, 아웃-커플러는, 시청자가 직선 영역 또는 대략적으로 바로 앞을 보면서 도파관(804)으로부터의 광을 볼 수 있도록 안경 렌즈의 중심을 향해 위치될 수 있다.

디스플레이 시스템(800)은 공간적으로 변화하는 편광기(812) 형태의 편광 보상 광학부를 더 포함하며, 이들의 다양한 예들은 공간적으로 변화하는 편광기들(812a-812e)로서 도 8에 도시된다. 비-제한적인 예시된 예에서, 공간적으로 변화하는 편광기(812)의 예시적인 예들(812a-812e)은 디스플레이 시스템(800)의 몇몇 비-제한적인 예시적인 로케이션들에 위치되는 것으로 도시된다. 애플리케이션에서, 하나의 공간적으로 변화하는 편광기(812)만이 존재할 수 있지만, 다른 애플리케이션들에서, 2개 이상의 공간적으로 변화하는 편광기(812)가 존재할 수 있다. 본원의 다른 곳에서 논의된 바와 같이, 적어도 일부 구현예들에서, 공간적으로 변화하는 편광기(812)는 복수의 독립적으로 제어가능한 층들을 포함할 수 있다. 특히, 812a는, 이상에서 논의된 바와 같이, 편광에 매우 민감할 수 있는, 도파관(804)에 진입하는 광에 대한 편광 보상을 제공하기 위해 디스플레이 소스를 향한 측면 상에서 인-커플러(806)에 인접하여 위치된 공간적으로 변화하는 편광기를 도시한다. 공간적으로 변화하는 편광기(812b)는, 예시적인 공간적으로 변화하는 편광기(812a)에 비해 이것의 대향되는 측면 상에서 인-커플러(806)에 인접하여 위치되는 것으로 도 8에 도시된다. 유사하게, 공간적으로 변화하는 편광기(812c)는 사용자의 눈(810)을 향한 측면 상에서 아웃-커플러(808)에 인접하여 위치되는 것으로 도시되며, 공간적으로 변화하는 편광기(812d)는 이것의 대향되는 측면 상에서 아웃-커플러(808)에 인접하여 위치되는 것으로 도시된다. 공간적으로 변화하는 편광기(812e)는, 인-커플러(806)와 아웃-커플러(808) 사이에 있는 위치에서 도파관(804) 내부에 위치되는 것으로 도시된다. 공간적으로 변화하는 편광기(812)는, 예를 들어, 도파관(804) 상에, 이에 인접하여 또는 근접하여, 또는 그 내부에 위치될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다른 구현예들에서, 공간적으로 변화하는 편광기(812)는 편광 보상을 제공하기 위해 시청자의 눈과 디스플레이 광원 사이의 광학적 경로 내의 어떤 다른 곳에 위치된다.

도 9a는, 공간적으로 변화하는 편광기가 사용자의 시선 로케이션에 기초하여 해당 영역에 대해 최적화되는, 제1 시간(t1)에서의 디스플레이의 중심의 최적화된 영역(902)을 예시하는 디스플레이(900)의 개략도이다. 이상에서 논의된 바와 같이, 공간적으로 변화하는 편광기는 최적화된 영역 외부의 영역(904)에 비해 최적화된 영역(902)에서 하나 이상의 향상된 특성들(예를 들어, 강도, 더 적은 미광)을 제공하도록 최적화될 수 있다. 도 9b는, 공간적으로 변화하는 편광기가 사용자의 시선 로케이션에 기초하여 해당 영역에 대해 최적화되는, 제2 시간(t2)에서의 디스플레이의 주변부의 최적화된 영역(902)을 예시하는 디스플레이(900)의 개략도이다. 일반적으로, 최적화된 영역(902)은 사용자의 알려진 또는 추론된 시선 로케이션을 추적하기 위해 또는 따르기 위해 이동할 수 있다.

최적화된 영역(902)은 임의의 크기 또는 형상일 수 있으며, 이것의 크기 또는 형상은 고정되거나 또는 가변적일 수 있다. 예를 들어, 사용자가 디스플레이의 큰 영역을 응시하고 있는 것으로 믿어지는 경우, 또는 사용자가 응시하고 있는 위치에 관한 일부 불확실성이 존재하는 경우, 최적화된 영역(902)은 상대적으로 클 수 있다. 대조적으로, 사용자가 디스플레이의 작은 영역을 응시하고 있는 것으로 믿어지는 경우, 또는 사용자가 응시하고 있는 위치에 관한 최소 불확실성이 존재하는 경우, 최적화된 영역(902)은 상대적으로 작을 수 있다. 적어도 일부 구현예들에서, 최적화된 영역(902)과 비-최적화된 영역(904) 사이의 에지 근처의 공간적으로 변화하는 편광기의 특성들은 영역들(902 및 904) 사이의 매끄러운 전환을 제공하기 위해 (예를 들어, 선형 또는 비-선형 블렌딩 함수를 사용하여) 블렌딩될 수 있다. 최적화된 영역의 형상은, 원형, 직사각형, 타원형, 또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 본원의 다른 곳에서 논의된 바와 같이, 공간적으로 변화하는 편광기는, 최적화될 수 있는 영역들의 희망되는 형상들 및 크기들을 제공하는 임의의 적절한 수의 제어가능 층들을 가질 수 있다.

도 10은, 이상에서 설명된 바와 같은 제어기(612)와 같은 제어기(1002)에 결합된 예시적인 공간적으로 변화하는 편광기 또는 보상 광학부(1010)를 도시한다. 공간적으로 변화하는 편광기(1010)는 본원에서 논의된 공간적으로 변화하는 편광기들 중 임의의 것과 유사하거나 또는 동일할 수 있다. 제어기(1002)는, 공간적으로 변화하는 편광기(1010)의 개별적인 복수의 공간적으로 변화하는 편광기들 층(1011a, 1011b, 1011c)의 복수의 입력들(1012a, 1012b, 1012c)에 개별적으로 결합되는 복수의 출력들(1014a, 1014b, 1014c)을 갖는다. 예시된 예에서, 공간적으로 변화하는 편광기들의 3개의 층들이 예시적인 목적을 위해 도시되지만, 애플리케이션에서 더 적은 층들(예를 들어, 1개의 층, 2개의 층들) 또는 더 많은 층들(예를 들어, 5개의 층들, 10개의 층들, 20개의 층들, 등)이 희망되는 대로 사용될 수 있다. 제어기(1002)는 공간적으로 변화하는 편광기들(1011)이 활성 또는 비활성이 되게 하도록 동작가능한 제어 신호를 각각의 출력(1014)을 통해 전송한다.

비활성일 때, 공간적으로 변화하는 편광기들(1011)의 각각은 광학적으로 투명할 수 있거나, 또는 공간적으로 변화하는 편광기(1011)의 재료 조성과 연관된 고유 광학 수정만을 수행할 수 있다. 다양한 유형들의 재료들이 광학적 속성들을 가지며, 광을 변화시키도록 동작가능하다. 본원에서 설명된 바와 같이, 공간적으로 변화하는 편광기 층(1011)의 각각은, 예를 들어, 2개 이상의 트위스트된 액정 층들로 형성될 수 있다. 턴 오프될 때 공간적으로 변화하는 편광기 층들(1011)의 액정 층들은 여전히 고유 광학 수정을 수행할 수 있다. 턴 온될 때, 공간적으로 변화하는 편광기(1011)는 수행하도록 설계된 광학 수정을 수행한다.

제1, 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(1011a, 1011b, 1011c)은 제1, 제2 및 제3 광학 교정들 또는 최적화들을 수행하도록 형성된다. 동작 시에, 제어기(1002)는 활성 상태와 비활성 상태 사이에서 공간적으로 변화하는 편광기들(1011a, 1011b, 1011c)을 동작시키기 위해 공간적으로 변화하는 편광기들(1011a, 1011b, 1011c)로 제어 신호들을 전송한다. 예를 들어, 제1 광학 최적화를 활성화하고 제2 및 제3 광학 최적화들을 비활성화하기 위해, 제어기(1002)는 제1 공간적으로 변화하는 편광기(1011a)를 활성화하는 제어 신호를 제1 공간적으로 변화하는 편광기(1011a)로 전송하고, 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(1011b, 1011c)을 각각 비활성화하는 개별적인 제어 신호들을 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(1011b, 1011c)로 전송한다. 제1 광학 최적화는 추구되는 광학 교정 및 광학 보상의 조합일 수 있다. 광학 보상은 비활성화된 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(1011b, 1011c)에 의해 수행된 고유 광학 교정을 보상할 수 있다. 제1 공간적으로 변화하는 편광기(1011a)를 떠나서 비활성화된 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(1011b, 1011c)을 가로지르는 광들은 따라서 비활성화된 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(1011b, 1011c)들에 의해 수행되는 고유 광학 교정에 대해 사전-보상된다.

비-제한적인 예로서, 제1 공간적으로 변화하는 편광기(1011a)는 도 9a에 도시된 바와 같은 제1 최적화된 영역을 제공하도록 설계될 수 있으며, 제2 공간적으로 변화하는 편광기(1011b)는 도 9b에 도시된 바와 같은 제2 최적화된 영역을 제공하도록 설계될 수 있다. 유사하게, 제3 공간적으로 변화하는 편광기(1011c)는 제3 최적화된 영역(미도시)을 제공하도록 설계될 수 있다. 그러면, 제어기는, 사용자가 현재 응시하고 있는 영역이 공간적으로 변화하는 편광기들에 의해 최적화되도록 공간적으로 변화하는 편광기들(1011)의 상태들을 선택적으로 사용하기 위해 시선 정보를 사용할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 제1 시간(t1)에 제1 공간적으로 변화하는 편광기(1011a)를 활성화할 수 있으며, 그런 다음 시간(t2)에서 제2 공간적으로 변화하는 편광기(1011b)를 활성화할 수 있는 등이다. 이상에서 언급된 바와 같이, 독립적으로 제어될 수 있는 층들의 수는 층들의 임의의 적절한 수일 수 있다(예를 들어, 5-15개의 층들이 최적화될 수 있는 5-15개의 별개의 영역들을 각각 제공하기 위해 제공될 수 있는 등이다).

다른 예에서, 제어기(1002)는 제1 공간적으로 변화하는 편광기(1011a)를 비활성화하는 제어 신호를 제1 공간적으로 변화하는 편광기(1011a)로 전송할 수 있고, 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(1011b, 1011c)을 활성화하는 개별적인 제어 신호들을 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(1011b, 1011c)로 전송할 수 있다. 제2 및 제3 공간적으로 변화하는 편광기들(1011b, 1011c)에 의해 제공되는 제1 광학 보상은은 제2 및 제3 광학 교정들의 조합이다. 제어기(1002)는 공간적으로 변화하는 편광기(1010)가 광학 교정을 제공하게 하기 위해 공간적으로 변화하는 편광기들(1011)을 활성 상태와 비활성 상태 사이에서 선택적으로 스위칭할 수 있다.

본 개시의 공간적으로 변화하는 편광기들은, 표면 위상 맵에 의해, 또는 함께 멀티플렉싱된 2개 이상의 표면 위상 맵들의 조합에 의해 정의된 공간적으로 변화하는 편광을 제공할 수 있다. 도 11 및 도 12는 공간적으로 변화하는 편광기들에 대한 표면 위상 맵들의 2개의 비-제한적인 예들을 도시한다. 도 11의 예시적인 표면 맵(1100)에서, 위상은 -0.433 파장 내지 +0.433 파장 사이에서 광학부의 중심으로부터 외부 주변부를 향해 동심적으로 변화된다. 도 12의 예시적인 표면 맵(1200)에서, 위상은 광학부의 (도시된 바와 같은) 하단에서 -1.25E+004로부터 광학부의 (도시된 바와 같은) 상단에서 +1.25E+004까지 선형적으로 변화되며, 여기서 단위는 각각 2π 라디안의 주기들이다. 애플리케이션에서, 2개 이상의 공간적으로 변화하는 편광기들이 함께 적층될 수 있다. 예를 들어, 동심 표면 위상 맵(1100)이 선형 위상 맵(1200) 등과 멀티플렉싱될 수 있다. 표면 맵들(1100 및 1200)의 위상 변동이 단순성을 위해 이산적인 단계들로서 도시되지만, 실제로 위상은 광학부의 표면에 걸쳐 연속적으로 변화할 수 있다는 것을 유의해야 한다. 또한, 표면 위상 맵들(1100 및 1200)의 특정 위상 값들은 예들로서 제공되며, 제한적으로 간주되지 않아야 한다.

적어도 일부 구현예들에서, 공간적으로 변화하는 편광기의 표면 위상 맵은, 디스플레이 소스, 렌즈, 등과 같은 디스플레이 시스템의 적어도 하나의 다른 구성요소에 의해 초래된 바람직하지 않은 편광을 상쇄하거나 또는 보상하도록 디자인될 수 있다. 이러한 구현예들에서, 광학 시스템(예를 들어, 렌즈, 또는 렌즈 및 디스플레이 소스)의 위상 프로파일 또는 맵이 먼저 결정될 수 있다. 그런 다음, 결정된 위상 맵은 반전되어 공간적으로 변화하는 편광기에 적용될 수 있으며, 그 결과 공간적으로 변화하는 편광기는 광학 시스템의 다른 구성요소들에 의해 초래된 바람직하지 않은 효과들을 상쇄한다.

본원에서 논의된 공간적으로 변화하는 편광기들을 사용함으로써, 광학 설계자들은 개선된 성능 및 효율을 갖는 광학 시스템들을 생산할 수 있는 훨씬 더 많은 자유도를 가지며, 이는, 더 양호한 시청 경험을 제공하고, 비용이 더 적게 들며, 크기 또는 중량이 더 작고, 더 적은 전력을 소모하며, 당업자들에게 명백할 다른 장점들을 제공하는 디스플레이 시스템들을 가능하게 한다.

이상에서 설명된 다양한 구현예들이 추가적인 구현예들을 제공하기 위하여 결합될 수 있다. 이상의 상세한 설명을 고려하여 구현예들에 대하여 이러한 그리고 다른 변화들이 이루어질 수 있다. 일반적으로, 다음의 청구항들에 있어, 사용되는 용어들은 청구항들을 명세서 및 청구항들에 개시된 특정 구현예들로 한정하도록 해석되지 않아야만 하며, 오히려 이러한 청구항들에 대한 등가물들의 완전한 범위와 함께 가능한 모든 구현예들을 포함하는 것으로 해석되어야만 한다. 따라서, 청구항들은 본 개시에 의해 한정되지 않는다.

Claims

디스플레이 시스템으로서,
디스플레이 광원;
상기 디스플레이 광원으로부터의 제1 동공을 시청자의 눈에 있는 제2 동공으로 릴레이하도록 위치되는 동공 릴레이 시스템으로서, 상기 동공 릴레이 시스템은,
편광 민감 광학부; 및
상기 편광 민감 광학부에 대한 편광 보상을 제공하기 위해 위치의 함수로서 공간적으로 변화하는 편광을 갖는 공간적으로 변화하는 편광기(spatially varying polarizer)를 포함하는, 상기 동공 릴레이 시스템; 및
상기 공간적으로 변화하는 편광기에 동작가능하게 결합되는 제어 회로부를 포함하며, 상기 제어 회로부는,
사용자의 현재 또는 예측된 시선 로케이션을 나타내는 시선 정보를 눈 추적 서브시스템으로부터 수신하고; 그리고
수신된 시선 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 공간적으로 변화하는 편광기의 가변 편광을 선택적으로 조정하도록 구성되는, 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 공간적으로 변화하는 편광기는 복수의 층들을 포함하며, 상기 복수의 층들의 각각은 활성 상태 또는 비활성 상태에 있도록 상기 제어 회로부에 의해 독립적으로 제어가능하고, 동작 시에, 상기 제어 회로부는 상기 공간적으로 변화하는 편광기의 상기 가변 편광을 선택적으로 조정하기 위해 상기 복수의 층들의 상태를 제어하는, 디스플레이 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 층들의 각각은 상기 복수의 층들의 다른 층들 중 적어도 하나의 층과는 상이한 공간적으로 변화하는 편광을 갖는, 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 회로부는 제1 영역 외부의 제2 영역에 비해 상기 사용자의 시선 로케이션과 연관된 상기 제1 영역에 대해 상기 공간적으로 변화하는 편광기를 최적화하는, 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 회로부는 제1 영역 외부의 제2 영역에 비해 상기 사용자의 시선 로케이션과 연관된 상기 제1 영역에서 상대적으로 더 높은 밝기를 제공하도록 상기 공간적으로 변화하는 편광기를 제어하는, 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 회로부는 제1 영역 외부의 제2 영역에 비해 상기 사용자의 시선 로케이션과 연관된 상기 제1 영역에서 상대적으로 더 적은 양의 미광을 제공하도록 상기 공간적으로 변화하는 편광기를 제어하는, 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 회로부는, 상기 수신된 시선 정보가 상기 눈 추적 서브시스템에 의해 업데이트됨에 따라 상기 공간적으로 변화하는 편광기의 상기 가변 편광을 실시간으로 선택적으로 조정하는, 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 디스플레이 시스템은,
상기 시선 정보를 생성하는 눈 추적 서브시스템을 더 포함하는, 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 공간적으로 변화하는 편광기는 멀티-트위스트 지연기(multi-twist retarder)를 포함하는, 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 공간적으로 변화하는 편광기의 지연은 수평 치수 또는 수직 치수의 함수로서 변화하는, 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 공간적으로 변화하는 편광기의 지연은 상기 디스플레이 시스템의 시야에 걸쳐 변화하는, 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 편광 민감 광학부는 도파관-기반 광학 시스템, 팬케이크(pancake) 광학 시스템, 버드배스(birdbath) 광학 시스템, 또는 코팅-기반 광학 시스템을 포함하는, 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 디스플레이 광원은 레이저 광원을 포함하며, 상기 디스플레이 시스템은, 상기 레이저 광원으로부터 광 빔을 수신하고 수신된 광을 상기 동공 릴레이 시스템을 향해 릴레이하도록 위치된 스캔 미러를 더 포함하는, 디스플레이 시스템.
청구항 13에 있어서,
상기 디스플레이 시스템은, 상기 레이저 광원과 상기 스캔 미러 사이에 위치되는 빔 포밍 광학부를 더 포함하는, 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 공간적으로 변화하는 편광기의 적어도 일 부분은 상기 편광 민감 광학부 상에, 상기 편광 민감 광학부에 인접하여, 또는 상기 편광 민감 광학부 내에 위치되는, 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 편광 민감 광학부는 도파관을 포함하며, 상기 공간적으로 변화하는 편광기는 상기 도파관 상에, 상기 도파관 내부에, 또는 상기 도파관의 포트에 근접하여 위치되는, 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 디스플레이 시스템은 머리-착용 디스플레이 시스템의 디스플레이 시스템인, 디스플레이 시스템.
머리-착용 디스플레이 시스템으로서,
지지 구조체;
상기 지지 구조체에 결합되는 디스플레이 시스템을 포함하며, 상기 디스플레이 시스템은,
디스플레이 광원; 및
상기 디스플레이 광원으로부터의 제1 동공을 시청자의 눈에 있는 제2 동공으로 릴레이하도록 위치되는 동공 릴레이 시스템으로서, 상기 동공 릴레이 시스템은,
편광 민감 광학부; 및
상기 편광 민감 광학부에 대한 편광 보상을 제공하기 위해 위치의 함수로서 공간적으로 변화하는 편광을 갖는 공간적으로 변화하는 편광기(spatially varying polarizer)를 포함하는, 상기 동공 릴레이 시스템을 포함하는, 상기 디스플레이 시스템; 및
상기 공간적으로 변화하는 편광기에 동작가능하게 결합되는 제어 회로부를 포함하며, 상기 제어 회로부는,
사용자의 현재 또는 예측된 시선 로케이션을 나타내는 시선 정보를 눈 추적 서브시스템으로부터 수신하고; 그리고
수신된 시선 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 공간적으로 변화하는 편광기의 가변 편광을 선택적으로 조정하도록 구성되는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
청구항 18에 있어서,
상기 공간적으로 변화하는 편광기는 복수의 층들을 포함하며, 상기 복수의 층들의 각각은 활성 상태 또는 비활성 상태에 있도록 상기 제어 회로부에 의해 독립적으로 제어가능하고, 동작 시에, 상기 제어 회로부는 상기 공간적으로 변화하는 편광기의 상기 가변 편광을 선택적으로 조정하기 위해 상기 복수의 층들의 상태를 제어하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
청구항 19에 있어서,
상기 층들의 각각은 상기 복수의 층들의 다른 층들 중 적어도 하나의 층과는 상이한 공간적으로 변화하는 편광을 갖는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
청구항 18에 있어서,
상기 제어 회로부는 제1 영역 외부의 제2 영역에 비해 상기 사용자의 시선 로케이션과 연관된 상기 제1 영역에 대해 상기 공간적으로 변화하는 편광기를 최적화하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
청구항 18에 있어서,
상기 제어 회로부는 제1 영역 외부의 제2 영역에 비해 상기 사용자의 시선 로케이션과 연관된 상기 제1 영역에서 상대적으로 더 높은 밝기를 제공하도록 상기 공간적으로 변화하는 편광기를 제어하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
청구항 18에 있어서,
상기 제어 회로부는 제1 영역 외부의 제2 영역에 비해 상기 사용자의 시선 로케이션과 연관된 상기 제1 영역에서 상대적으로 더 적은 양의 미광을 제공하도록 상기 공간적으로 변화하는 편광기를 제어하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
청구항 18에 있어서,
상기 제어 회로부는, 상기 수신된 시선 정보가 상기 눈 추적 서브시스템에 의해 업데이트됨에 따라 상기 공간적으로 변화하는 편광기의 상기 가변 편광을 실시간으로 선택적으로 조정하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
청구항 18에 있어서,
상기 공간적으로 변화하는 편광기는 멀티-트위스트 지연기를 포함하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
청구항 18에 있어서,
상기 편광 민감 광학부는 도파관-기반 광학 시스템, 팬케이크 광학 시스템, 버드배스 광학 시스템, 또는 코팅-기반 광학 시스템을 포함하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
청구항 18에 있어서,
상기 디스플레이 광원은 레이저 광원을 포함하며, 상기 디스플레이 시스템은, 상기 레이저 광원으로부터 광 빔을 수신하고 수신된 광을 상기 동공 릴레이 시스템을 향해 릴레이하도록 위치된 스캔 미러를 더 포함하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
청구항 27에 있어서,
상기 머리-착용 디스플레이 시스템은, 상기 레이저 광원과 상기 스캔 미러 사이에 위치되는 빔 포밍 광학부를 더 포함하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
청구항 18에 있어서,
상기 편광 민감 광학부는 도파관을 포함하며, 상기 공간적으로 변화하는 편광기는 상기 도파관 상에, 상기 도파관 내부에, 또는 상기 도파관의 포트에 근접하여 위치되는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
머리-착용 디스플레이 시스템으로서,
지지 구조체;
상기 지지 구조체에 결합되는 디스플레이 시스템을 포함하며, 상기 디스플레이 시스템은,
레이저 광원;
상기 레이저 광원으로부터 광 빔을 수신하도록 위치되는 스캔 미러; 및
상기 스캔 미러로부터 수신된 제1 동공을 시청자의 눈에 있는 제2 동공으로 릴레이하도록 위치되는 동공 릴레이 시스템으로서, 상기 동공 릴레이 시스템은,
편광 민감 광학부; 및
상기 편광 민감 광학부에 대한 편광 보상을 제공하기 위해 위치의 함수로서 공간적으로 변화하는 편광을 갖는 공간적으로 변화하는 편광기를 포함하는, 상기 동공 릴레이 시스템을 포함하는, 상기 디스플레이 시스템;
사용자의 현재 또는 예측된 시선 로케이션을 나타내는 시선 정보를 생성하도록 동작하는 눈 추적 서브시스템; 및
상기 공간적으로 변화하는 편광기에 동작가능하게 결합되는 제어 회로부를 포함하며, 상기 제어 회로부는,
상기 사용자가 상기 디스플레이 시스템의 디스플레이를 볼 때 상기 눈 추적 서브시스템으로부터 시선 정보를 수신하고; 그리고
수신된 시선 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 공간적으로 변화하는 편광기의 가변 편광을 선택적으로 조정하도록 구성되는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
청구항 30에 있어서,
상기 공간적으로 변화하는 편광기는 복수의 층들을 포함하며, 상기 복수의 층들의 각각은 활성 상태 또는 비활성 상태에 있도록 상기 제어 회로부에 의해 독립적으로 제어가능하고, 동작 시에, 상기 제어 회로부는 상기 공간적으로 변화하는 편광기의 상기 가변 편광을 선택적으로 조정하기 위해 상기 복수의 층들의 상태를 제어하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
청구항 31에 있어서,
상기 층들의 각각은 상기 복수의 층들의 다른 층들 중 적어도 하나의 층과는 상이한 공간적으로 변화하는 편광을 갖는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
청구항 30에 있어서,
상기 공간적으로 변화하는 편광기는 멀티-트위스트 지연기를 포함하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.
청구항 30에 있어서,
상기 편광 민감 광학부는 도파관-기반 광학 시스템, 팬케이크 광학 시스템, 버드배스 광학 시스템, 또는 코팅-기반 광학 시스템을 포함하는, 머리-착용 디스플레이 시스템.