KR101916079B1 - Head-mounted display apparatus employing one or more fresnel lenses - Google Patents

Head-mounted display apparatus employing one or more fresnel lenses Download PDF

Info

Publication number
KR101916079B1
KR101916079B1 KR1020137013038A KR20137013038A KR101916079B1 KR 101916079 B1 KR101916079 B1 KR 101916079B1 KR 1020137013038 A KR1020137013038 A KR 1020137013038A KR 20137013038 A KR20137013038 A KR 20137013038A KR 101916079 B1 KR101916079 B1 KR 101916079B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fresnel lens
user
display device
eye
mounted display
Prior art date
Application number
KR1020137013038A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140045292A (en
Inventor
그레고리 에이. 해리슨
데이비드 알렌 스미스
게리 이. 비제
글렌 크락 쿠디히
Original Assignee
록히드 마틴 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/211,365 external-priority patent/US9632315B2/en
Application filed by 록히드 마틴 코포레이션 filed Critical 록히드 마틴 코포레이션
Publication of KR20140045292A publication Critical patent/KR20140045292A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101916079B1 publication Critical patent/KR101916079B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/017Head mounted
    • G02B27/0172Head mounted characterised by optical features
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/02Viewing or reading apparatus
    • G02B27/022Viewing apparatus
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/02Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133526Lenses, e.g. microlenses or Fresnel lenses
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/013Eye tracking input arrangements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/017Head mounted
    • G02B2027/0178Eyeglass type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)

Abstract

본 발명은 프레임 (107), 상기 프레임 (107)에 의해 지지되는 이미지 디스플레이 시스템 (110), 및 상기 프레임 (107)에 의해 지지되는 프레넬 렌즈 시스템 (115)을 포함하는 헤드장착 디스플레이(100)에 관한 것이다. 상기 HMD(100)는, 상기 프레임 (107)에 의해 지지되는 것으로, 예를 들어 자유공간, 초광각, 반사광학표면(FS/UWA/RO surface)인 반사광학표면(120)과, 상기 이미지 디스플레이 시스템 (110) 및 상기 반사광학표면(120) 사이에 위치한 프레넬 렌즈 시스템 (115)을 적용할 수 있다. 상기 프레넬 렌즈 시스템(115)은 적어도 1개의 곡률프레넬 렌즈 요소(820)를 포함할 수 있다. HMD의 사용을 위한 상기 프레넬 렌즈 요소(30)는 모서리부(32)에 의하여 분리되는 깎인면(31)을 갖는 것으로, 상기 모서리부는 (i) 사용자 눈(35)의 회전중심(34)을 통과하는 사선, 또는 (ii) 사용자의 자연 렌즈(36)의 중심을 통과하는 사선, 또는 (iii) 보통인 사용자 각막의 사선을 따라 배열된다.The present invention is directed to a head mounted display 100 that includes a frame 107, an image display system 110 supported by the frame 107, and a Fresnel lens system 115 supported by the frame 107. [ . The HMD 100 is supported by the frame 107 and includes a reflective optical surface 120 that is, for example, a free space, an ultra-wide angle, a reflective optical surface (FS / UWA / RO surface) A Fresnel lens system 115 located between the reflective optical surface 110 and the reflective optical surface 120 may be applied. The Fresnel lens system 115 may include at least one curvature Fresnel lens element 820. The Fresnel lens element 30 for use of the HMD has a surface 31 that is separated by an edge portion 32 which has (i) a center of rotation 34 of the user's eye 35 (Ii) a diagonal line passing through the center of the natural lens 36 of the user, or (iii) a diagonal line of the user's cornea that is normal.

Figure 112013044928634-pct00006
Figure 112013044928634-pct00006

Description

하나 또는 그 이상의 프레넬 렌즈를 수반하는 헤드 장착 디스플레이 장치{HEAD-MOUNTED DISPLAY APPARATUS EMPLOYING ONE OR MORE FRESNEL LENSES}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a head-mounted display device having one or more Fresnel lenses,

관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related application

본 출원은 미국특허출원 제 13/211,365호 (2011년 8월 17일 출원), 미국특허 가출원 제 61/405,440호(2010년 10월 21일 출원, “헤드 장착 디스플레이”), 미국특허 가출원 제 61/417,325호 (2010년 10월 26일 출원, “커브 스택 프레넬 구조”), 미국특허 가출원 제 61/417,326호 (2010년 11월 26일 출원, “커브 빔 스플리터 구조”), 미국특허 가출원 제61/417,32호 (2010년 11월 26일 출원, “프레넬 렌즈와 플랫 빔 스플리터의 결합 구조), 미국특허 가출원 제 61/417,328호 (2010년 11월 26일 출원, “프레넬 렌즈와 커브 빔 스플리터의 결합 구조”), 및 미국특허 가출원 제 61/427,530호 (2010년 12월 28일 출원, “헤드 장착 디스플레이를 위한 빔 스플리터”)에 바탕을 둔 우선권을 주장하며 이들은 본 특허 출원에 전문이 참고 인용된다.
This application is related to U.S. Provisional Patent Application No. 13 / 211,365 filed on August 17, 2011, U.S. Provisional Patent Application Serial No. 61 / 405,440 filed on October 21, 2010, U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 417,326 filed on November 26, 2010, entitled " Curve Beam Splitter Structure ", filed October 26, 2010, 61 / 417,32, filed November 26, 2010, entitled " Fresnel lens and flat beam splitter coupling structure ", U.S. Provisional Patent Application 61 / 417,328, filed November 26, 2010, Quot;), and U.S. Provisional Patent Application Serial No. 61 / 427,530, filed December 28, 2010, entitled " Beam Splitter for Head Mounted Displays ", which are incorporated herein by reference References are cited.

발명의 분야Field of invention

본 발명은 하나 또는 그 이상의 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)를 수반하는 헤드 장착 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 구체예에서는 이 장치는 또한 하나 또는 그 이상의 반사광학표면(reflective optical surfaces), 예를 들어 하나 또는 그 이상의 자유 공간(free-space), 초광각(ultra-wide angle), 반사광학표면(reflective optical surfaces) (이하 약어 “FS/UWA/RO 표면”으로 표기함)을 수반한다. 본 발명의 다른 구체예에서는 전반적 광학 시스템이 비동공 형성 시스템 (non-pupil forming system), 즉 전체 시스템의 제어 조리개(조리개 스톱)가 사용자의 눈의 동공이다.The present invention relates to a head mounted display device with one or more Fresnel lenses. In one embodiment of the present invention, the apparatus also includes one or more reflective optical surfaces, e.g., one or more free-space, an ultra-wide angle, (hereinafter abbreviated as " FS / UWA / RO surface "). In another embodiment of the present invention, the overall optical system is a non-pupil forming system, i.e. the control aperture (stop) of the entire system is the pupil of the user's eye.

상기 하나 또는 그 이상의 프레넬 렌즈 및 사용시 하나 또는 그 이상의 반사표면(예를 들어 하나 또는 그 이상의 FS/UWA/RO 표면)들이 사용자의 분에 가까이 부착된 발광 표시 시스템으로부터의 이미지를 표시하기 위해 수반된다.
The one or more Fresnel lenses and, in use, one or more reflective surfaces (e.g., one or more FS / UWA / RO surfaces) at the time of use to display an image from the light- do.

발명의 배경BACKGROUND OF THE INVENTION

예를 들어 헬멧 장착 디스플레이 또는 안경장착 디스플레이 헤드 장착 (이하 약어 “HMD”로 표기)와 같은 헤드 장착 디스플레이는 개인의 머리에 장착하는 디스플레이 장치로 사용자의 한쪽 눈 가까이 또는 보다 일반적으로 양쪽 눈 가까이에 위치한 하나 또는 그 이상의 작은 디스플레이 장치를 가진다.For example, a head mounted display, such as a helmet mount display or an eyeglass mount display head (abbreviated as " HMD " hereinafter), is a display device mounted on an individual's head that is located near one eye One or more small display devices.

어떤 HMD들은 실제 이미지가 아닌 컴퓨터에 의해 생성된 시뮬레이션이 된 이미지만 표시하고 “가상 현실(virtual reality)” 또는 실감형 HMD(immersive HMD)로 지칭되기도 한다. 어떤 HMD들은 시뮬레이션이 된 이미지를 시뮬레이션이 된 것이 아닌 실제 이미지 위에 중첩(결합)시킨다. 이 시뮬레이션 이미지와 비 시뮬레이션 이미지의 결합의 HMD 사용자로 하여금 예를 들어 수행되어야 할 과업에 관련이 있는 추가적 데이터가 사용자의 전방 시야(Forward field of view, FOV)에 중첩되는 바이저(visor) 또는 아이피스(eyepiece)를 통하여 볼 수 있게 한다. 이 중첩은 때로는 증강 현실(augmented reality) 또는 혼합 현실(mixed reality)로 불린다. Some HMDs display only simulated images generated by a computer, not actual images, and are sometimes referred to as " virtual reality " or immersive HMDs. Some HMDs superimpose (combine) the simulated image onto the actual image rather than being simulated. The HMD user of the combination of the simulated image and the non-simulated image can be provided with additional data related to the task to be performed, for example, a visor or an eyepiece superimposed on the user's forward field of view (FOV) eyepiece. This overlap is sometimes referred to as augmented reality or mixed reality.

비 시뮬레이션의 실제의 뷰(view)를 시뮬레이션 이미지와 결합하는 것은 부분반사/부분투과 광학 표면 (빔 스플리터(beam splitter))을 사용하여 할 수 있는데, 여기서 표면의 반사력이 시뮬레이션 이미지를 가상 이미지(광학적 의미에서)로 표시하는데 사용되고, 표면의 투과성은 사용자로 하여금 현실 세계를 직접적으로 볼 수 있게 해 준다 (광학적 시-쓰루(see-through) 시스템이라고 함). 실제의 뷰를 시뮬레이션 이미지와 결합하는 것은 또는 실제 뷰의 영상을 카메라로부터 받아 그것을 결합기(combiner) 를 사용하여 전자적으로 시뮬레이션이 된 이미지와 혼합함으로써 전자적으로 가능하다 (비디오 시-쓰루 시스템이라고 함). 상기 결합된 이미지는 다음에 반사광학표면의 의해 가상 이미지(광학적 의미에서)로서 사용자에게 보여지고 이 경우 그것은 투과성을 가질 필요가 없다. Combining the actual view of the non-simulation with the simulated image can be done using a partially reflective / partially transparent optical surface (beam splitter), where the reflectivity of the surface converts the simulated image into a virtual image In optical sense), and the transmissivity of the surface allows the user to see the real world directly (referred to as an optical see-through system). Combining the actual view with the simulated image is possible electronically (called the video-to-through system) by taking the image of the actual view from the camera and blending it with the electronically simulated image using a combiner. The combined image is then shown to the user as a virtual image (in the optical sense) by the reflective optical surface, in which case it does not need to be transparent.

이상으로부터 반사광학표면들은 다음과 같은 것들을 사용자에게 제공하는 HMD에서 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 즉, (i) 시뮬레이션 이미지와 비시뮬레이션의 실제 이미지의 결합, (ii) 시뮬레이션 이미지와 실제 세계의 비디오 이미지의 결합, 또는 (iii) 순수한 시뮬레이션 이미지들 등이 그것이다. (마지막 경우는 “실감형” 시스템이라고도 한다.) 이들 각각의 경우에서 반사광학표면은 (광학적 의미에서) 사용자에게 보여지는 가상이미지를 만든다. 역사적으로, 그러한 반사광학표면들은 그 출구 동공들이 사용자에게 가용한 동적인 시야뿐 아니라 정적인 시야도 상당히 제한하는 광학시스템의 부분이었다. 구체적으로 그 광학시스템에 의해 만들어진 이미지를 보기 위해 사용자는 자신의 눈을 그 광학시스템의 출구 동공에 정렬하고 그렇게 정렬된 상태를 유지할 필요가 있었으며, 그러한 때에도 사용자에게 보여지는 이미지는 그 사용자의 정적 시야 전체에 걸친 것은 되지 못했다. 즉, HMD들에 사용된 반사광학표면을 수반하는 이전의 광학시스템들은 동공 형성 시스템의 부분이었고 따라서 출구동공은 제한적이었다.It can be seen from the above that the reflective optical surfaces can be used in an HMD that provides the user with the following: That is, (i) a combination of a simulated image and an actual image of a non-simulation, (ii) a combination of a simulated image and a real world video image, or (iii) pure simulation images. In each of these cases, the reflective optical surface creates a virtual image (visible in the optical sense) that is visible to the user. Historically, such reflective optical surfaces have been part of an optical system in which the exit pupils significantly limit the static view as well as the dynamic view available to the user. Specifically, in order to view an image created by the optical system, the user would have to align his eye with the exit pupil of the optical system and maintain such alignment, and even then, the image shown to the user, The whole thing was not done. In other words, previous optical systems involving reflective optical surfaces used in HMDs were part of the pupil-forming system and thus the exit pupil was limited.

그 시스템들의 그렇게 제한적이었던 이유는 사람의 시야가 놀랍도록 넓다는 기본적 사실에 있다. 그래서 눈의 포빌(foveal)과 주변 시야를 포함한 사람의 정적인 시야는 수평방향으로 150° 수준까지이고 수직 방향으로 130° 수준까지이다. (본 발명의 개시 목적으로 보통 삶의 눈의 직진(straight ahead) 정적 시야는 150°가 사용될 것이다.) 그렇게 큰 정적 시야를 수용할 수 있는 출구 동공을 가진 잘 교정된 광학시스템은 드물고 있다고 해도 비싸고 부피가 크다.The reason that the systems were so limited is in the basic fact that people's view is surprisingly wide. So the static view of a person, including the eye's foveal and peripheral vision, is up to 150 degrees in the horizontal direction and up to 130 degrees in the vertical direction. (A straight ahead static view of normal life for the purposes of the present invention will be used at 150 degrees.) A well-calibrated optical system with an exit pupil capable of accommodating such a large static field is expensive It is bulky.

더구나 사람의 눈의 작동 시야(동적 시야)는 더욱 크다. 눈이 그 회전의 중심에 대하여 회전할 수 있으므로, 즉 사람의 뇌가 사람의 눈의 포빌 + 주변 시야를 눈의 응시방향을 변화시킴으로써 서로 다른 방향으로 맞출 수 있기 때문이다. 보통의 눈(nominal eye)에 대하여 운동의 수직적 범위는 상향 40°수준까지, 하향 60° 수준까지이고 운동의 수평적 범위는 직진 전방으로부터 ±~50°수준까지이다. 종래의 HMD에 사용된 유형의 광학 시스템에 의해 만들어진 크기의 출구 동공에 대해서 눈의 작은 회전이라고 눈의 정적 시야와 출구 동공 사이에 겹치는 부분을 상당히 축소 시킬 것이고, 커다란 회전은 그 이미지가 완전히 사라지게 만들 것이다. 비록 이론적으로는 가능하지만 사용자의 눈과 공시성(synchrony)을 가지고 움직이는 출구 동공은 비실용적이며 가용하지 못할 정도로 고가일 것이다.이러한 사람 눈의 성질들로 보아 사용자가 자연적 세계를 보는 것과 같은 방법으로 이미지 디스플레이 시스템에 의해 생성된 이미지를 볼 수 있도록 하는 광학 시스템을 제공하는 것과 관련성이 있는 3개의 시야들이 있다.Furthermore, the working field of the human eye (dynamic view) is larger. Because the eye can rotate about its center of rotation, that is, the human brain can be adjusted in different directions by changing the eyepiece + eye field of the human eye by changing the eye's direction of gaze. For the nominal eye, the vertical range of motion is up to 40 °, down to 60 °, and the horizontal range of motion is from ± 50 ° from the front of the straight line. For an exit pupil of the size produced by a type of optical system used in a conventional HMD, a small rotation of the eye would significantly reduce the overlap between the static view of the eye and the exit pupil, and a large rotation would cause the image to completely disappear will be. Although theoretically possible, the exit pupil, moving with the user's eye and synchrony, will be impractical and unacceptably expensive. The nature of these eyes allows the user to see the natural world, There are three views that are relevant to providing an optical system that allows an image generated by the system to be viewed.

상기 3개의 시야들 중 가장 작은 것은 사용자가 자신의 눈을 회전할 수 있는 능력에 의해 정의된다. 최대의 회전은 직진 전방에서 ±50° 수준까지 이며 그래서 이 시야(포빌 동적 시야)는 약 100°이다. 이 3개의 시야 중 중간은 전방 직진 정적 시야이고 사용자의 포빌 및 주변시를 포함한다. 상기 언급한 것과 같이 이 시야 (포빌 + 주변 정적시야)는 150° 수준이다. 상기 3개 시야 중 가장 큰 것은 사용자가 자신의 눈을 회전시켜 포빌 + 주변시를 외부세계에 대해 스캔할 수 있는 사용자의 능력에 의해 정의된다. 최대 회전이 ±50° 수준이고 포빌 + 주변 정적시야가 150°이라는 것을 바탕으로 하면 상기 가장 큰 시야는 (포빌 + 주변 동적 시야)는 200° 수준이다. 최소한 100도에서 최소한 150도로, 그리고 최소한 200도로 증가하는 시야의 이 스케일은 이미지 디스플레이 시스템에 의해 생성된 이미지들을 직관적이고 자연스러운 방식으로 볼 수 있는 능력이라는 면에서 사용자에게 대응되는 편익을 제공한다.The smallest of the three views is defined by the ability of the user to rotate his or her eyes. The maximum rotation is in the range of ± 50 ° from the front of the straight ahead, so this field of view (Foam Dynamic Visibility) is about 100 °. The middle of these three views is a forward straight forward static view and includes the user's shell and surroundings. As mentioned above, this field of view (foam + surrounding static field of view) is on the order of 150 degrees. The largest of the three views is defined by the ability of the user to rotate his / her eyes to scan the glove + surrounding scene against the outside world. Based on the fact that the maximum rotation is at a level of ± 50 ° and the static angle of view around the foam + is 150 °, the largest visual field (foam + peripheral dynamic visual field) is at a level of 200 °. This scale of view, which increases from at least 100 degrees to at least 150 degrees, and at least 200 degrees, provides a corresponding benefit to the user in terms of the ability to view the images generated by the image display system in an intuitive and natural manner.

사람의 눈이 눈의 10인치 안에 있는 디스플레이에 쉽게 초점을 맞출 수 있기 위해서는 디스플레이에서 나가는 광선들에 대한 시준(collimation)의 한 형태가 적용될 필요가 있다. 그 시준은 광선들이 그 눈과 디스플레이 사이의 실제 거리보다 더 큰 거리로부터 나온 것처럼 만들어 준다. 외형적 거리가 더 클수록 이는 다시 눈으로 하여금 디스플레이의 이미지에 즉각 초점을 맞출 수 있도록 해 준다. 어떤 헤드 장착 디스플레이들은 디스플레이로부터의 빛을 시준하기 위한 시도로서 다중의 거울들 또는 프리즘들을 사용한다. 다중의 거울들 또는 프리즘들의 사용은 부피와 무게를 증가시키고 그러한 헤드 장착 디스플레이들을 원하는 것보다 더욱 번거롭고 무거운 것으로 만든다.In order for the human eye to easily focus on a display within 10 inches of the eye, one form of collimation to the outgoing rays needs to be applied. The collimation makes the rays appear to be from a distance greater than the actual distance between the eye and the display. The larger the external distance, the more it allows the eye to focus on the image of the display immediately. Some head mounted displays use multiple mirrors or prisms as an attempt to collimate light from the display. The use of multiple mirrors or prisms increases the volume and weight and makes such head mounted displays more cumbersome and heavier than desired.

그래서 적어도 사람 눈의 포빌 동적 시야는 물론 초점을 맞추는 능력에 맞는 헤드 장착 디스플레이에 대한 필요가 있다. 본 발명의 개시는 이들 필요를 지향하며 넓은 시야에 걸쳐 시준된 (또는 상당히 시준된) 빛을 내는 헤드 장착 디스플레이를 제공한다.Thus, there is at least a need for a head mounted display that fits with the ability to focus, as well as the canonical vision of the human eye. The disclosure of the present invention provides a head mounted display aimed at these needs and emitting collimated (or highly collimated) light over a wide field of view.


정의Justice

이후의 공개 및 특허청구범위에서 “가상 이미지”는 그 광학적 의미에서 사용된다. 즉, 가상 이미지는 실제로는 어떤 장소에서 나오는 빛이 아니지만 그 특정 장소로부터 나오는 것처럼 인식되는 이미지이다. 이 공개의 전문에 걸쳐서 다음의 구절 또는 용어들은 다음의 의미 또는 범위를 가진다.
In the following publications and claims, " virtual image " is used in its optical sense. In other words, a virtual image is an image that is not actually light coming from a place, but is perceived as coming from that specific place. Throughout the text of this disclosure, the following phrases or terms have the following meanings or ranges:

(1)“반사광학표면” (또는 “반사표면”)은 단지 반사적인 표면뿐 아니라 반사적이면서 투과적인 표면들을 포함한다. 어느 경우에도 반사성은 단지 부분적일 수 있다. 즉, 입사광은 부분적으로 그 표면을 통과하여 투과될 수 있다. 마찬가지로, 그 표면이 반사적이면서 투과적일 때, 그 반사성 또는 투과성은 부분적일 수 있다. 아래에 언급한 것과 같이 하나의 반사광학표면은 양쪽 눈에 대하여 사용될 수도 있고 또는 각각의 눈이 그 자체의 개별적인 반사광학표면을 가질 수도 있다. 다른 변형들은 양쪽 눈에 대한 또는 개별적인 각각의 눈에 대한 다중 반사광학표면들의 사용을 포함한다. 예를 들어 단일한 반사광학표면은 한쪽 눈에 사용되고, 다중의 반사광학표면들은 다른 쪽 눈에 사용되는 것과 같은 조합도 사용될 수 있다. 또 다른 대안으로 하나 또는 다중의 반사광학표면들은 사용자의 눈 중한 쪽 눈만을 위해 제공될 수도 있다. 아래의 특허청구범위들은 이들과 그리고 여기에 개시된 반사광학표면들의 적용에 걸친 범위를 포괄하도록 의도되었다. 특히 반사광학표면을 요구하는 각 특허청구범위는 상세히 설명된 하나 또는 그 이상의 반사광학표면들을 포함하는 헤드 장착 디스플레이 장치를 다루도록 의도되었다.(1) A "reflective optical surface" (or "reflective surface") includes reflective and transmissive surfaces as well as reflective surfaces only. In either case, the reflectivity may be only partial. That is, the incident light can be partially transmitted through the surface thereof. Likewise, when the surface is reflective and transmissive, its reflectivity or transmissivity may be partial. As mentioned below, one reflective optical surface may be used for both eyes, or each eye may have its own individual reflective optical surface. Other variations include the use of multiple reflective optical surfaces for both eyes or for each individual eye. For example, a single reflective optical surface may be used in one eye, and multiple reflective optical surfaces may be used in the same combination as used in the other eye. As yet another alternative, one or multiple reflective optical surfaces may be provided for only one eye of the user's eye. The following claims are intended to cover the scope of these and the applications of the reflective optical surfaces disclosed herein. In particular, each claim requiring a reflective optical surface is intended to cover a head-mounted display device comprising one or more reflective optical surfaces as described in detail.

(2)“최소한 하나의 발광 표면을 가진 이미지 디스플레이 시스템”은 표며을 통과하는 빛의 투과에 의해서든, 표면에서의 빛의 생성(예: LED 배열)이든, 다른 원천 등으로부터의 빛을 그 표면에서 반사한 것이든, 일반적으로 빛을 내는 표면을 가진 어떤 디스플레이 시스템도 포함하는 용어로 사용된다. 이미지 디스플레이 시스템은 예를 들어 단일 또는 다중의 LED 및/또는LCD 배열과 같은 하나 또는 그 이상의 이미지 디스플레이 장치를 수반할 수 있다. 반사광학표면들에서와 같이 주어진 헤드 장착 디스플레이 장치는 하나 또는 그 이상의 이미지 디스플레이 시스템을 사용자의 한쪽 눈 또는 양쪽 눈을 위해 통합할 수 있다. 또한 이미지 디스플레이 시스템을 요구하는 아래의 각 특허청구범위는 상세히 설명된 유형의 하나 또는 그 이상의 이미지 디스플레이 시스템을 포함하는 헤드 장착 디스플레이 장치를 포괄하도록 의도되었다.(2) "Image display system with at least one light emitting surface" means that light from other sources, such as by transmission of light through the surface, or from the generation of light at the surface (eg LED array) , Or any display system that has a light-emitting surface. The image display system may, for example, be accompanied by one or more image display devices, such as single or multiple LEDs and / or LCD arrays. A given head mounted display device, such as at the reflective optical surfaces, may incorporate one or more image display systems for one eye or both eyes of the user. Each of the following claims requiring an image display system is also intended to encompass a head mounted display device comprising one or more image display systems of the type described in detail.

(3)“양안 뷰어(binocular viewer)”는 각 눈을 위한 적어도 하나의 별도의 광학적 요소(예를 들어 하나의 디스플레이 요소 및/또는 하나의 반사광학표면)를 포함하는 장치를 뜻한다 ”  (3) "binocular viewer" means a device comprising at least one separate optical element for each eye (eg one display element and / or one reflective optical surface)

(4)“관측시야(field of view)”와 그 약어 FOV는 대상(즉 디스플레이) 공간에서의 실제 시야와 대비되는 이미지(눈) 공간의 눈에 보이는 시야를 가리킨다.
(4) "Field of view" and its abbreviation FOV refers to the visual field of the image (eye) space compared to the actual field of view in the object (ie display) space.

발명의 요약SUMMARY OF THE INVENTION

본 발명의 일구체예에 개시된 헤드 장착 디스프레이 장치(100)는 하기의 구성요소를 포함하며;The head mounted display device 100 disclosed in one embodiment of the present invention includes the following components;

(I) 사용자의 머리 (105)에 장착되는 프레임(107); (I) a frame (107) mounted to the user ' s head (105);

(II) 상기 프레임 (107)에 의해 지지되는 이미지 디스플레이 시스템 (110) (예, 상기 HMD를 사용하는 동안, 상기 프레임은 사용자의 관측시야 외부의 고정된 위치에서 상기 이미지 시스템 장치를 지지한다); (II) an image display system 110 supported by the frame 107 (e.g., while using the HMD, the frame supports the image system device at a fixed location outside the user's viewing field);

(III) 프레임(107)에 의해 지지되며, 3차원 카테시안 좌표계의 어떤 좌표축에 대해서도 비대칭 연속면인 반사광학표면(120) (예, 상기 반사광학표면은 자유공간,, 초광각, 반사광학표면 (120)일 수 있는데, 임의의 기원(arbitrary origin)을 갖는 3차원 카테시안 좌표계의 x, y, 또는 z 축에 대하여 회전대칭이 아니다 ); 그리고(E.g., the reflective optical surface is a free space, an ultra-wide angle, a reflective optical surface (e.g., a reflective optical surface) that is supported by a frame (III) frame 107 and which is asymmetrically continuous with respect to any coordinate axes of the three- 120), which is not rotationally symmetric about the x, y, or z axis of a three dimensional Cartesian coordinate system with arbitrary origin); And

(IV) 상기 프레임(107)에 의해 지지되며, 상기 이미지 디스플레이 시스템 (110) 및 상기 반사광학표면 (120) 사이에 배치된 프레넬 렌즈 시스템 (115);(IV) a Fresnel lens system (115) supported by the frame (107) and disposed between the image display system (110) and the reflective optical surface (120);

상기 헤드 장착 디스플레이 장치는 하기를 특징으로 한다:The head mounted display device is characterized in that:

(a) 상기 이미지 디스플레이 시스템 (110)이 적어도 1개인 발광면 (81)을 포함하며; (a) the light emitting surface (81) having at least one image display system (110);

(b) 사용시에, 상기 반사광학표면 (120) 및 상기 프레넬 렌즈 시스템 (115) 은 적어도 1개인 상기 발광면 (81)의 공간적으로 분리된 부분의 공간적으로 분리된 가상 이미지를 재생하며, 상기 공간적으로 분리된 가상 이미지의 적어도 하나는 공간적으로 분리된 다른 가상 이미지로부터 100도 가량의 각을 갖고 분리되며 (본 발명의 일 구체예에서는 적어도 150도이고, 본 발명의 다른 구체예에서는 적어도 200 도), 상기 분리각은 사용자 눈 (71)의 회전 중심(72)으로부터 측정되고; 그리고(b) in use, the reflective optical surface (120) and the Fresnel lens system (115) reproduce a spatially separated virtual image of the spatially separated portion of the light emitting surface (81) At least one of the spatially separated virtual images is separated from another spatially separated virtual image by an angle of about 100 degrees (at least 150 degrees in one embodiment of the present invention and at least 200 degrees in another embodiment of the invention) ), The separation angle is measured from the rotation center 72 of the user eye 71; And

(c) 사용시에, 사용시에, 상기 반사광학표면 (120)의 적어도 한 점은 상기 반사광학표면 (120)의 다른 점으로부터 100도 가량의 각으로 분리되며(본 발명의 일 구체예에서는 적어도 150도이고, 본 발명의 다른 구체예에서는 적어도 200 도), 상기 분리각은 사용자 눈의 회전 중심으로부터 측정된다.(c) at use, in use, at least one point of the reflective optical surface 120 is separated from the other point of the reflective optical surface 120 by an angle of about 100 degrees (in one embodiment of the invention at least 150 And at least 200 degrees in other embodiments of the present invention), the separation angle is measured from the center of rotation of the user's eye.

상기 관점에서, 사용시에, 적어도 1개인 상기 공간적으로 분리된 가상이미지는 적어도 1개인 반사광학표면의 한 지점을 통과하는 응시방향을 따라 배치될 수 있고, 상기 적어도 1개인 공간적으로 분리된 다른 가상 이미지는 상기 반사광학표면의 다른 한 지점을 통과하는 응시방향을 따라 배치된다..
In view of the above, in use, the at least one spatially separated virtual image may be arranged along a viewing direction through at least one point of the reflective optical surface, and the at least one spatially separated virtual image Is disposed along the viewing direction passing through another point on the reflective optical surface.

본 발명의 제2 구체예에 개시된 헤드 장착 디스프레이 장치(100)는 하기를 포함한다: The head mounted display apparatus 100 disclosed in the second embodiment of the present invention includes the following:

(I) 사용자 머리(105)에 장착된 프레임(107)(I) a frame 107 mounted on the user's head 105,

(II) 상기 프레임 (107)에 의해 지지되는 이미지 디스플레이 시스템 (110) (예, 상기 HMD 사용시에, 상기 프레임은 사용자 관측 시야 외부에 위치한 고정된 위치에서 상기 이미지 디스플레이 시스템을 지지한다); (II) an image display system 110 supported by the frame 107 (e.g., in use of the HMD, the frame supports the image display system at a fixed location located outside the user's viewing field);

(III) 프레임 (107)에 의해 지지되는 자유공간, 초광각, 반사광학표면 (120); 및(III) free space, super-wide angle, supported by frame 107, reflective optical surface 120; And

(IV) 상기 프레임 (107)에 의해 지지되는 것으로, 상기 이미지 디스플레이 시스템 (110) 및 상기 자유공간, 초광각, 반사광학표면(120) 사이에 위치하는 프레넬 렌즈 시스템 (115);(IV) a Fresnel lens system (115) supported by the frame (107) and positioned between the image display system (110) and the free space, super wide angle, reflective optical surface (120);

상기 헤드 장착 디스플레이 장치는 하기를 특징으로 한다:The head mounted display device is characterized in that:

(a) 상기 이미지 디스플레이 시스템 (110)이 적어도 1개인 발광면 (81)을 포하며; (a) the image display system (110) comprises at least one light emitting surface (81);

(b) 사용시에, 상기 반사광학표면 (120) 및 상기 프레넬 렌즈 시스템 (115) 이 적어도 1개인 상기 발광면(81)의 공간적으로 분리된 부분의 공간적으로 분리된 가상 이미지를 재생하며, 상기 공간적으로 분리된 가상 이미지의 적어도 하나는 공간적으로 분리된 다른 가상 이미지로부터 100도 가량의 각을 갖고 분리되며 (본 발명의 일 구체예에서는 적어도 150도이고, 본 발명의 다른 구체예에서는 적어도 200 도), 상기 분리각은 사용자 눈 (71)의 회전 중심(72)으로부터 측정된다;
(b) reproduces a spatially separated virtual image of the spatially separated portion of said light emitting surface (81) with at least one of said reflective optical surface (120) and said Fresnel lens system (115) in use, At least one of the spatially separated virtual images is separated from another spatially separated virtual image by an angle of about 100 degrees (at least 150 degrees in one embodiment of the present invention and at least 200 degrees in another embodiment of the invention) ), The separation angle is measured from the rotation center 72 of the user eye 71;

본 발명의 제3 구체예에 개시된 헤드 장착 디스프레이 장치(100)는 하기를 포함하며: The head mounted display device 100 disclosed in the third embodiment of the present invention comprises:

(I) 사용자의 머리 (105)에 장착되는 프레임(107);(I) a frame (107) mounted to the user ' s head (105);

(II) 상기 프레임 (107)에 의해 지지되는 이미지 디스플레이 시스템 (110)(II) an image display system (110) supported by the frame (107)

(III) 상기 프레임 (107)에 의해 지지되는 반사표면(120); 및(III) a reflective surface (120) supported by the frame (107); And

(IV) 상기 프레임(107)에 의해 지지되며, 상기 이미지 디스플레이 시스템 (110) 및 상기 반사광학표면 (120) 사이에 배치된 프레넬 렌즈 시스템 (115);(IV) a Fresnel lens system (115) supported by the frame (107) and disposed between the image display system (110) and the reflective optical surface (120);

상기의 장치에 있어서, 상기 프레넬 렌즈 시스템 (115)은 적어도 1개인 곡률 프레넬 렌즈 요소를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In the above arrangement, the Fresnel lens system 115 is characterized by comprising at least one curvature Fresnel lens element.

본 발명의 제4 구체예에 개시된 헤드 장착 디스프레이 장치(100)는 하기를 포함하며: The head mounted display apparatus 100 disclosed in the fourth embodiment of the present invention includes:

(I) 사용자의 머리 (105)에 장착되는 프레임(107);(I) a frame (107) mounted to the user ' s head (105);

(II) 프레임 (107)에 의해 지지되는 이미지 디스플레이 시스템 (110) ; 및(II) an image display system (110) supported by a frame (107); And

(III) 프레임(107)에 의해 지지되는 프레넬 렌즈 시스템(115) ; (III) a Fresnel lens system 115 supported by a frame 107;

상기 장치는 하기와 같은 특징을 갖는다:The device has the following characteristics:

상기 장치 사용시에, 상기 프레넬 렌즈 시스템 (115)은 상기 이미지 디스플레이 시스템 (110) 및 사용자 눈 사이에 위치하며; 그리고In use of the apparatus, the Fresnel lens system 115 is located between the image display system 110 and the user's eyes; And

상기 헤드 장착 디스플레이 장치를 사용하는 동안 상기 프레넬 렌즈 시스템(115)은, 모서리부(32)에 의하여 다른 깍인면(facet)과 분리되는 다수의 깎인면(31)을 갖는 적어도 1개의 프레넬 렌즈 요소(30)를 포함하며The Fresnel lens system 115 includes at least one Fresnel lens 32 having a plurality of scored faces 31 separated from other facets by edge portions 32 during use of the head- Element 30

상기 적어도 몇 개의 상기 모서리부(32)는 (i) 사용자 눈(35)의 회전중심(34)을 통과하는 사선, 또는 (ii) 사용자의 자연 렌즈(예를 들어 사용자의 안구 수정체)의 중심을 통과하는 사선, 또는 (iii) 보통인 사용자 각막의 사선을 따라 배열된다.The at least some of the corner portions 32 may be formed by at least one of (i) a diagonal line passing through the rotation center 34 of the user's eye 35, or (ii) a center of the user's natural lens Or (iii) a normal user's cornea.

상기 개시된 구체예에 있어서, 분리된 프레넬 렌즈 시스템, 분리된 이미지 디스플레이 시스템, 및/또는 분리된 반사평면은 (상기 장치거 사용될 경우) 사용자의 각 눈에 적용된다. 다른 구체예에 있어서, 상기 반사광학표면은(상기 장치가 사용될 경우) 이미지 디스플레이 시스템 프레넬 렌즈 시스템에 의해 제공된 이미지 디스플레이 시스템으로부터 발산되는 광의 시준화(또는 충분한 시준화)에 기여하는데, 상기 시준화(또는 충분한 시준화)에 대한 기여는 로컬 반경의 곡면을 통해 달성된다. In the disclosed embodiment, a separate Fresnel lens system, a separate image display system, and / or a separate reflective plane is applied to each eye of the user (if the device is used). In another embodiment, the reflective optical surface contributes to the collimation (or sufficient collimation) of the light emitted from the image display system provided by the image display system Fresnel lens system (when the apparatus is used) (Or sufficient collimation) is achieved through the curvature of the local radius.

본 발명의 다양한 구체예에서, 상기 HMD 장치는 동공을 형성하지 않는 양안 시스템(binocular non-pupil-forming system)이 될 수 있는 것으로 상기 시스템에서 상기 눈은, 외부 동공(external pupil)을 통한 시각에 제한을 받지 않고 보통 얻을 수 있는 각 크기(normally obtainable angular extents)를 통해 회전중심에 대하여 자유롭게 이동할 수 있다. 종래의 HMD 장치는 넓은 관측시야를 제공하도록 정렬된 것이지만, 상기 종래 장치는 눈이 반드시 통과해야 하는 외부 동공을 반드시 포함하는 것이다. 눈에 제공되는 정보의 양이 많음에도 불구하고, 상기 눈이 방향을 달리하는 경우 정보는 손실된다. 이것이 바로 반사표면, 특히 FS/UWA/RO 표면을 사용하는 본 발명이 피하고자 하는 중대한 문제점이다.In various embodiments of the present invention, the HMD device can be a binocular non-pupil-forming system in which the eye can be seen at a time through an external pupil It is freely movable about the center of rotation through normally obtainable angular extents without any restriction. Conventional HMD devices are arranged to provide a wide viewing field, but the conventional device necessarily includes an external pupil through which the eye must pass. Even though the amount of information provided to the eyes is large, the information is lost if the eyes are in different directions. This is a serious problem that the present invention using reflex surfaces, especially FS / UWA / RO surfaces, is to be avoided.

상기 내용의 요약에 사용되는 본 발명의 참조번호는 (참조 번호는 발명의 모든 내용을 완벽히 나타내지는 않는다) 본 명세서 독자의 편의를 위한 것으로 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다. 또한 일반적으로, 상기 또는 하기의 본 발명에 관한 기재는 본 발명을 설명하기 위한 일례에 불과할 뿐이다.Reference numerals used in the Summary of the Invention are not intended to limit the scope of the present invention for the convenience of the reader of the present specification (the reference numerals do not completely represent all the contents of the present invention). Further, in general, the above or the following description related to the present invention is only an example for explaining the present invention.

하기에 기재할 본 발명의 구체적인 내용를 바탕으로 한 본 발명의 추가적인 장점이나 기술 등은 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 하기의 도면은 본 발명을 자세한 이해를 위해 제공되는 것으로 본 발명에 관한 설명의 한 부분을 구성한다. 본 발명의 명세서 및 도면에 개시된 발명의 다양한 특징 및 그 조합은 본 발명에 속하는 것으로 본다.
Additional advantages and features of the present invention based on the detailed description of the present invention will be apparent to those skilled in the art. The following drawings are provided for a better understanding of the present invention and form a part of the description of the present invention. Various features and combinations of the invention disclosed in the specification and drawings of the present invention are deemed to belong to the present invention.

도면의 간단한 설명Brief Description of Drawings

제1도는 본 발명의 일례에 따른 헤드 장착 디스플레이 장치의 개략적인 측면도이다. FIG. 1 is a schematic side view of a head mounted display device according to an example of the present invention.

제2도는 상기 제1도의 헤드 장착 디스플레이 장치의 개략적인 정면도이다.2 is a schematic front view of the head mounted display device of FIG.

제3도는, 본 발명의 일구체예에 따라 사용자 눈의 회전 중심을 통과하는 모서리를 구비한 깍인면을 갖는 프레넬 렌즈 요소의 개략적인 횡단면도이다. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a Fresnel lens element having a cut-away surface with an edge passing through the center of rotation of the user's eye, in accordance with one embodiment of the present invention.

제4도는 본 발명의 일 구체예에 따른 프레넬 렌즈 시스템 및 곡률 반사광학표면을 포함하는 헤드장착 디스플레이 장치의 광학 시스템 도시한다.4 shows an optical system of a head mounted display device comprising a Fresnel lens system and a curvature reflective optical surface according to an embodiment of the present invention.

제5도는 본 발명의 일구체예에 따라 사용자의 2개 눈에 상응하는 2개의 곡률 반사광학표면 사용에 관한 헤드 장착 디스플레이 장치의 평면도이다. FIG. 5 is a top view of a head mounted display device for use with two curved reflective optical surfaces corresponding to a user's two eyes in accordance with an embodiment of the present invention.

제6도는 바로 앞의 응시방향에 대한 인간 눈의 정지된 관측시야 를 도시한 개략적인 다이어그램이다.FIG. 6 is a schematic diagram showing a stationary observation view of the human eye with respect to the gazing direction immediately preceding.

제7도는 본 발명의 구체예에 따라 도 6의 정지된 관측시야 사이의 상호작용을FS/UWA/RO 표면과 함께 도시한 개략적인 다이어그램이다. 도 7의 화살표는 빛의 진행방향을 나타낸다.FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the interaction between the stationary view of FIG. 6 with the FS / UWA / RO surface according to an embodiment of the present invention. FIG. The arrows in Fig. 7 indicate the traveling direction of the light.

제8도는 본 발명의 구체예에 따라 픽셀이 눈을 향해 반사되는 것으로 디스플레이 상의 주어진 픽셀로부터의 광경로의 음선도(ray diagram)를 도시한다.FIG. 8 illustrates a ray diagram of a light path from a given pixel on a display as a pixel is reflected towards the eye, according to embodiments of the present invention.

제9도는 본 발명의 구체예에 따라 2개의 픽셀이 눈을 향해 반사되는 것으로 디스플레이 상의 2개의 픽셀로부터의 광경로의 음선도를 도시한다.FIG. 9 illustrates the sound path of the optical path from two pixels on the display as two pixels are reflected toward the eye, according to an embodiment of the present invention.

제10도는 구체예에 따라 반사장치의 부분 법선의 방향을 선택하는데 사용되는 변수를 도시한 다이어그램이다.FIG. 10 is a diagram illustrating the variables used to select the direction of the partial normal of the reflective device in accordance with an embodiment. FIG.

제11도는 본 발명의 구체예에 따른 광경로와 함께 곡선 반사장치를 나타낸다.Figure 11 shows a curved reflector with an optical path according to embodiments of the present invention.

제12도는 프레넬 렌즈 시스템을 갖는 증강현실(augmented-reality) 헤드 장착 디스플레이 장치 측면의 블록선도이다.12 is a block diagram of a augmented-reality head-mounted display device side with a Fresnel lens system.

제13도는 상기 도 12에 그려진 증강현실 헤드 장착 디스플레이 장치에서의 광선을 도시한 음선도이다.FIG. 13 is a diagram showing a light beam in the augmented reality head-mounted display device depicted in FIG. 12; FIG.

제14도는 상기 도 13에 그려진 증강현실 헤드 장착 디스플레이 장치에서의 외부 광선 및 디스플레이를 도시한 음선도이다.FIG. 14 is a front view of the external light and display in the augmented reality head-mounted display device depicted in FIG. 13; FIG.

제15도는 본 발명의 일 구체예에 따른 프레넬 렌즈 시스템을 갖는 실감형 헤드 장착 디스플레이 장치 측면의 블록선도이다.FIG. 15 is a block diagram of a side view of a sensible head-mounted display device having a Fresnel lens system according to an embodiment of the present invention; FIG.

제16도는 본 발명의 구체예에 따른 프레넬 렌즈 시스템을 갖는 실감형 헤드 장착 디스플레이 장치 평면의 블록선도이다. FIG. 16 is a block diagram of a plane of a sensible head-mounted display device having a Fresnel lens system according to an embodiment of the present invention; FIG.

제17도는 상기 도 15 및 도 16에 도시된 실감형 헤드 장착 디스플레이 장치에서의 광선을 도시한 음선도이다.FIG. 17 is a diagram showing a light beam in the real-sensible head-mounted display device shown in FIG. 15 and FIG.

제18도는 본 발명의 실시에에 따라 사용자의 눈에 입사되는 광선을 도시한 음선도이다.FIG. 18 is a front view of a light beam incident on a user's eye according to an embodiment of the present invention. FIG.

제19도는 구체예에 따른 반사표면에 대한 부분 법선을 계산하기 위한 기하학을 개략적으로 도시한 것이다.
FIG. 19 schematically shows geometry for calculating a partial normal to a reflective surface according to an embodiment. FIG.

발명의 상세한 설명DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

I. 도입I. Introduction

상기 언급한 바와 같이, 프레넬 렌즈 시스템을 사용하여 시준화된 (또는 충분히 시준화된) 이미지를 사용자에게 제공하는 HMD에 관한 것으로, (하기와 같이) 상기프레넬 렌즈 시스템은 곡률 프레넬 렌즈 시스템일 수 있다. 상기 프레넬 렌즈 시스템은 광학 시스템내에서 시준화(collimation)의 유일한 소스(sole source)일 수 있으며, 또는 FS/UWA/RO 표면과 같은 곡률 반사광학표면을 사용하는 구체예에서, 상기 프레넬 렌즈 시스템의 시준화는 곡률 반사광학표면에 의한 시준화와 결합되어 나타날 수 있다.As mentioned above, the present invention relates to an HMD that provides a user with a collimated (or sufficiently collimated) image using a Fresnel lens system, wherein the Fresnel lens system comprises a curvature Fresnel lens system Lt; / RTI > The Fresnel lens system may be the sole source of collimation in the optical system or, in embodiments using a curvature reflective optical surface such as an FS / UWA / RO surface, The collimation of the system can occur in combination with the collimation by the curvature reflective optical surface.

하기의 기술은 FS/UWA/RO 표면을 사용하는 구체예에 대한 기술(섹션 II)로 시작하여 본 발명의 장치 사용에 관해 플레넬 렌즈 시스템을 사용하는 구체예 및 그 외 구체예에 대한 기술(섹션 III)을 하고자 한다. 섹션 III은 또한 프레넬 렌즈 시스템을 포함하는 광학 시스템에 사용되는 FS/UWA/RO 표면의 설계에 대한 내용도 포함한다. 섹션 III 이후에는, FS/UWA/RO 표면 이 아닌 반사광학표면을 적용하는 구체예와 곡률 프레넬 렌즈 시스템(Section IV)에 관해 기술하며, 그 후에는 반사표면을 사용하지 않은 곡률 프레넬 렌즈 시스템을 통하여 직접 이미지 디스플레이 시스템을 보게 되는 구체예에 관해 기술한다(Section V). 마지막으로, 본 발명에 기술된 다양한 구체예에 관한 내용이 논의된다 (섹션 VI). The following description begins with a description of embodiments using an FS / UWA / RO surface (Section II) and describes techniques for using a plenel lens system for use of the apparatus of the present invention and other embodiments Section III). Section III also covers the design of the FS / UWA / RO surface used in optical systems including the Fresnel lens system. After section III, a reflective optical surface application and a curvilinear Fresnel lens system (Section IV), which are not FS / UWA / RO surfaces, are described, followed by a curvature Fresnel lens system (Section V). ≪ / RTI > Finally, the discussion of the various embodiments described herein is discussed (Section VI).

본 발명의 HMD에 관하여 각 섹션에 소개될 다양한 내용들은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 구체예가 적용될 수 있는 경우에 관한 일반적인 기술이다. 예를 들어, 섹션 I에서 개시된 HMD에 사용되는 이미지 디스플레이 시스템의 어느 한 유형은 섹션 I뿐 아니라, 섹션 IV 및 섹션 V의 구체예에서도 사용될 수 있다.
The various contents to be introduced in each section with respect to the HMD of the present invention do not limit the scope of the present invention and are general descriptions of cases in which embodiments of the present invention can be applied. For example, any one type of image display system used in the HMD disclosed in Section I may be used in the embodiments of Section IV and Section V as well as Section I.

IIII . 표면을 적용한 . Surface applied HMDHMD

도 1 및 도 2는 각각 사용자(105)가 가진 헤드 장착된 디스플레이 장치(100)의 측면도와 정면도이다. 헤드 장착된 디스플레이 장치는 FS/UWA/RO 표면(120)을 사용한다.1 and 2 are a side view and a front view, respectively, of a head mounted display device 100 possessed by a user 105. Fig. The head mounted display device uses the FS / UWA / RO surface 120.

본 발명의 일 구체예로, 예를 들어 헤드 장착된 디스플레이 장치(100)는 광학의 내부 투명성, 증감현실, 쌍안용의 뷰어(viewer)일 수 있다. 광학의 내부 투명성, 증감현실, 쌍안용의 뷰어는 일반적으로 가장 복잡한 HMD 형태이기 때문에, 본 발명은 우선적으로 이러한 형태의 구체예를 논의하고 본 명세서에는 논의되는 원리는 광학의 내부 투명성, 증감현실, 단안용 뷰어, 비디오 내부 투명성, 증감현실, 쌍안용 및 단안용 뷰어, 및 쌍안용 및 단안용 “실감형” 시스템에 동등하게 적용 가능한 것으로 이해해야 한다. In one embodiment of the present invention, for example, the head mounted display device 100 may be a viewer of the interior transparency of the optical system, an increase / decrease reality, and a binocular viewer. Since the inner transparency of the optics, the increasing and decreasing reality, and the binocular viewer are generally the most complex HMD types, the present invention first discusses this type of embodiment, and the principles discussed herein relate to optical transparency, It should be understood that the invention is equally applicable to monocular viewers, intra-video transparency, incremental reality, binocular and monocular viewers, and binocular and monocular "real-world" systems.

도 1 및 도 2에서 도시한 것처럼, 헤드 장착된 디스플레이 장치(100)는 사용자가 착용하여 안경과 유사한 방법으로 사용자의 코와 눈으로 지지되는 프레임(107)을 포함한다. 도 1 내지 도 2의 구체예뿐만 아니라 다른 구체예에서, 헤드 장착된 디스플레이 장치는 다양한 배열을 가질 수 있고 예를 들어, 일반적인 고글, 안경, 헬멧 등과 비슷할 수 있다. 일부 구체예에서, 사용자의 눈 쪽에 HMD 프레임을 고정된 위치로 고정하기 위하여 끈을 사용할 수 있다. 일반적으로 사용되는 용어로, HMD 패키지의 외부 표면은 HMD의 디스플레이 및 사용자의 눈과 관련하여 요구되는 배향에서 광학 시스템을 고정하는 모든 형태를 가질 수 있다. As shown in Figs. 1 and 2, the head mounted display device 100 includes a frame 107 which is worn by the user and supported by the user's nose and eyes in a manner similar to glasses. In other embodiments as well as the embodiments of Figures 1 and 2, the head mounted display device may have a variety of arrangements and may be similar to, for example, a typical goggles, glasses, helmet, and the like. In some embodiments, a strap may be used to secure the HMD frame to the user's eye in a fixed position. In commonly used terms, the outer surface of the HMD package may have any shape that fixes the optical system in the orientation desired in association with the display of the HMD and the user ' s eyes.

헤드 장착된 디스플레이 장치(100)는 적어도 하나의 디스플레이 시스템(110) 및 도 1 및 2에서 도시한 것처럼 자유공간, 초광각, 반사광학표면(120), 즉, 필요에 의해 구부려질 수 있는 FS/UWA/RO 표면(120)을 포함한다. 표면(120)은 순수하게 반사되거나 또는 반사성 및 전달성을 가질 수 있으며, 이러한 경우는 "광선 분사기(beam splitter)"의 형태로서 고려될 수 있다.  The head mounted display device 100 includes at least one display system 110 and a free space, ultra-wide angle, reflective optical surface 120, as shown in Figures 1 and 2, that is, an FS / UWA / RO < / RTI > Surface 120 may be either purely reflective or reflective and electrically conductive, and this case may be considered as a form of " beam splitter ".

표면(120)은 “자유 공간(free space)”으로 부르는데, 이는 상기 표면의 로컬 국소 위치, 국소 표면 곡률, 및 국소 표면 배향은 x-y평면과 같은 특정 기판에 고정되는 것이 아니고, 표면을 설계하는 동안 3차원 공간에 적용되는 기본적인 광학 원리(예, The Fermat and Hero least time Principle)에 따라 결정되는 것이기 때문이다. 표면(120)은 "초광각(ultra-wide angle)" 표면으로도 불리는데, 이는 사용시에, 최소한도로, 사용자 눈의 동적 포빌(dynamic foveal) 관측시야를 제한하지 않기 때문이다. 상기와 같이, 상기 FS/UWA/RO 표면이 함께 사용되는 프레넬 렌즈 시스템의 광학 특성에 대한 의존성 때문에, 예를 들어 사용자의 관측 시야를 제한하는 사출동공(exit pupil)을 가진 종래의 광학 시스템과 달리, 상기 HMD의 상기 전체 광학 시스템은 동공형성을 하지 않으며(non-pupil forming), 본 발명 광학 시스템의 다양한 구체예를 위해 가동되는 동공(operative pupil)은 외부의 광학 시스템과 연결된 것이 아닌 사용자 눈의 입사동(entrance pupil)이 될 수 있다. 이에 수반하여, 상기 구체예에 대하여 사용자에게 제공되는 관측시야는, 정보내용을 충분히 감소시키는 외부 광학 시스템의 사출 동공과 사용자 눈의 작은 정렬불량과 정보를 완전히 사라지게 하는 큰 정렬불량이 발생하는 종래 광학 시스템보다, 훨씬 넓은 것이 될 수 있다.Surface 120 is referred to as a " free space ", which means that the local local position, local surface curvature, and local surface orientation of the surface are not fixed to a particular substrate such as the xy plane, (Eg, The Fermat and Hero least time Principle) applied to a three-dimensional space. The surface 120 is also referred to as an " ultra-wide angle " surface since, in use, at least does not limit the dynamic foveal viewing field of the user's eye. As described above, due to the dependence of the FS / UWA / RO surface on the optical characteristics of the Fresnel lens system used together, for example, conventional optical systems with exit pupils that limit the user's viewing field Alternatively, the entire optical system of the HMD is non-pupil forming, and the operative pupil, which is activated for various embodiments of the optical system of the present invention, is not associated with an external optical system, And may be an entrance pupil. Accordingly, the observation field provided to the user with respect to the above embodiment is a conventional optical system in which an exit pupil of an external optical system sufficiently reducing information content, a small misalignment of the user's eye, and a large misalignment causing the information to disappear completely, System, it can be much wider.

FS/UWA/RO 표면(120) 은 하나 또는 두 개의 눈뿐만 아니라 적어도 하나의 디스플레이 시스템(110)을 완벽하게 감쌀 수 있다. 구체적으로, 표면은 가능한 시야의 수평부분까지 확장되도록 눈의 측면부분과 표면의 측면 쪽으로 구부려질 수 있다. 하나의 구체예로, FS/UWA/RO 표면(120)은 하기의 도 5에서 가장 잘 볼 수 있듯이 180° 이상까지(예, 200°이상) 확장할 수 있다. 도 2에서 설명된 것처럼, HMD는 프레임 및/또는 콧등부분(210)에 의해 별도로 지지되는 사용자의 두 눈에 대하여 두 개의 분리된 FS/UWA/RO 표면(120R 및 120L)을 포함할 수 있다. 별도로, HMD는 하나의 구조물로 두 눈에 대하여 기능을 하는 단 하나의 FS/UWA/RO 표면, 두 눈으로 보이는 몇 가지의 부분, 및 단지 하나의 눈으로 보이는 기타 다른 부분을 적용할 수 있다. The FS / UWA / RO surface 120 may completely cover at least one display system 110 as well as one or two eyes. Specifically, the surface can be bent toward the side of the eye and the side of the surface to extend to the horizontal portion of the viewable field. In one embodiment, the FS / UWA / RO surface 120 may extend up to 180 degrees or more (e.g., 200 degrees or more), as best seen in FIG. 5 below. 2, the HMD may include two separate FS / UWA / RO surfaces 120R and 120L for the two eyes of the user, which are separately supported by the frame and / or nose portion 210. As shown in FIG. Separately, the HMD can be applied to only one FS / UWA / RO surface, two parts visible to the eye, and other parts visible to only one eye, functioning as a single structure in both eyes.

상기와 도 2에서 설명된 것처럼, 헤드 장착된 디스플레이 장치(100)은 콧등 부분(210)을 포함할 수 있다. 콧등 부분은 사용자 눈 각각에 대하여 하나인 두 개의 FS/UWA/RO 표면 사이에 분리를 제공하는 수직의 막대 또는 벽일 수 있다. 또한, 콧등부분(210)은 사용자의 두 눈의 시각 사이에 분리를 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 사용자의 오른쪽 눈은 제1 이미지 디스플레이 장치와 제1 FS/UWA/RO 표면을 경유하여 제1 이미지를 오른쪽 눈에 전시함으로써 3 차원의 물리적 현실의 첫 번째의 표시일 수 있는 반면, 사용자의 왼쪽 눈은 제2 이미지 디스플레이 장치 및 제2 FS/UWA/RO 표면을 경유하여 왼쪽 눈으로 제2 이미지를 전시함으로써 3 차원의 물리적 현실의 두 번째 표시일 수 있다. 따라서, 별도의 디스플레이 장치/반사표면 조합은 사용자의 각각의 눈에 기능을 하고, 각각의 눈은 3 차원의 물리적 현실과 관련하여 위치에 대한 정확한 이미지를 본다. 사용자의 두 눈을 분리함으로써, 콧등부분(210)은 다른 눈과 상관없이 최적화되어 각각의 눈에 이미지가 적용되는 것을 가능케 한다. 하나의 구체예에서, 콧등 부분의 수직벽은 각각의 면에 하나씩 있는 두 개의 반사기를 포함할 수 있고, 이는 사용자가 눈을 코 쪽으로, 또는 왼쪽 또는 오른쪽으로 돌릴 때 표상을 보는 것을 가능케 한다. As described above and in FIG. 2, the head mounted display device 100 may include a nose portion 210. The nose portion may be a vertical rod or wall that provides separation between two FS / UWA / RO surfaces, one for each eye of the user. In addition, the nose portion 210 may provide separation between the eyes of the user's two eyes. In this way, the right eye of the user may be the first display of the three-dimensional physical reality by displaying the first image on the right eye via the first image display device and the first FS / UWA / RO surface, The user's left eye may be the second display of the three-dimensional physical reality by displaying the second image with the left eye via the second image display device and the second FS / UWA / RO surface. Thus, a separate display device / reflective surface combination functions on each eye of the user, and each eye sees an accurate image of the location in relation to the three-dimensional physical reality. By separating the user's two eyes, the nose portion 210 is optimized independently of the other eyes, allowing the image to be applied to each eye. In one embodiment, the vertical wall of the nose portion can include two reflectors, one on each side, allowing the user to see the representation when the user turns the eye towards the nose, or to the left or right.

적어도 하나의 디스플레이 표시 시스템(110)은 FS/UWA/RO 표면(120) 내부에 고정될 수 있고 수평으로 배치되거나 또는 수평에 약간의 각도로 배치될 수 있다. 별도로, 적어도 하나의 디스플레이 표시 시스템은 FS/UWA/RO 표면의 단지 바깥부분에 배치될 수 있다. 적어도 하나의 디스플레이 표시 시스템(110) 또는 좀 더 구체적으로 적어도 하나의 발광 표면의 경사 또는 각도는 일반적으로 표면(120)으로부터 반사되는 픽셀, 이미지 및/또는 디스플레이 부분의 위치 기능일 것이다. At least one display display system 110 may be secured within the FS / UWA / RO surface 120 and disposed horizontally or at a slight angle to the horizontal. Separately, at least one display display system may be located only at the outer portion of the FS / UWA / RO surface. The tilt or angle of the at least one display display system 110 or, more specifically, the at least one light emitting surface will generally be a function of the position of a pixel, image, and / or display portion that is reflected from the surface 120.

일부 구체예에서, 헤드 장착된 디스플레이 장치(100)는 빈 공간의 내부로 반사되는 FS/UWA/RO 표면과 함께 내부 빈 공간을 만들도록 고안되었다. 전달성을 갖는 FS/UWA/RO 표면에 대하여, 적어도 하나의 디스플레이 시스템으로부터의 이미지 또는 디스플레이 정보는 표면에서 빈 공간과 사용자의 눈으로 반사되는 반면, 동시에 빛은 반사표면을 지나서 외부세계로부터 빈 공간과 사용자의 눈으로 들어간다. In some embodiments, the head mounted display device 100 is designed to create an internal void space with an FS / UWA / RO surface that is reflected into the interior of the void space. With respect to the FS / UWA / RO surface having a full reach, the image or display information from at least one display system is reflected from the surface to the empty space and to the user's eye, while at the same time, And enters the user's eyes.

헤드-장착된 디스플레이 장치는 적어도 하나의 영상표시 시스템((110))에 의해 영상되는 영상을 제어하기 위한 전자기기 패키지(140)를 포함할 수 있다. 하나의 구체예로, 전자기기 패키지(140)는 사용자 기능을 가진 적어도 하나의 투사 시스템(110)으로부터 영상을 동조하는데 필요한 위치, 배향 및 위치정보를 제공하는 가속도계 및 자이로스코프를 포함한다. 헤드-장착된 디스플레이 장치(100)의 전력 및 비디오는 전자기기 패키지(140)에 연결된 전달 케이블(150) 및 무선 매체를 통하여 제공될 수 있다. The head-mounted display device may include an electronic device package 140 for controlling an image imaged by at least one image display system (110). In one embodiment, the electronics package 140 includes an accelerometer and a gyroscope that provide the position, orientation, and position information needed to tune the image from the at least one projection system 110 having a user function. The power and video of the head-mounted display device 100 may be provided via a transmission cable 150 and a wireless medium coupled to the electronics package 140.

카메라(170) 세트는 예를 들어, "증감현실" 화면의 컴퓨터 생성을 제어하는 것을 돕는 전자기기 패키지로 입력을 제공하기 위하여 헤드-장착된 디스플레이 장치 100의 반대면 상에 장착될 수 있다. 카메라(170) 세트는 전력을 받고 신호를 제어하고 전자기기의 소프트웨어로 비디오 입력을 제공하기 위하여 전자기기 패키지(140)에 연결될 수 있다. The set of cameras 170 may be mounted on the opposite side of the head-mounted display device 100, for example, to provide input to an electronics package that helps control computer generation of the " A set of cameras 170 may be coupled to the electronics package 140 to receive power, control the signal, and provide video input to the software of the electronic device.

헤드-장착된 디스플레이 장치에서 사용되는 영상표시 시스템은 현재 알려져 있거나 개발되는 많은 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 작은 고해상도의 액정 영상 (LCDs), 발광 다이오드(LED) 영상, 및/또는 유연한 OLED 화면을 포함하는 유기성 발광 다이오드(OLED) 영상일 수 있다. 특히, 영상표시 시스템은 예를 들어 핸드폰 산업에서 확인될 수 있는 높은 픽셀 밀도를 가진 고-선명도의 소형인수(small-form-factor) 디스플레이 장치를 도입할 수 있다. 또한, 섬유-광학 묶음은 영상표시 시스템에서도 사용될 수 있다. 다양한 구체예에서, 영상표시 시스템은 텔레비전 기능을 하는 것으로 고려될 수 있다. 영상표시 시스템이 편광된 빛(예, 영상표시 시스템이 모든 색상이 동일한 방향에서 1차원으로 편광되는 액정 영상을 적용하는 경우에)을 생산하고, FS/UWA/RO 표면이 영상에 의해 방출된 빛에 직각으로 편광된다면, 빛이 FS/UWA/RO 표면 밖으로 새지 않을 것이다. 따라서, 디스플레이된 정보 및 광원 자체는 HMD 밖에서는 보이지 않을 것이다. Image display systems used in head-mounted display devices can take many forms now known or developed. For example, the system may be an organic light emitting diode (OLED) image including small high resolution liquid crystal images (LCDs), light emitting diode (LED) images, and / or flexible OLED screens. In particular, video display systems can introduce high-definition, small-form-factor display devices with high pixel densities that can be found in, for example, the mobile phone industry. Fiber-optic bundles can also be used in image display systems. In various embodiments, the image display system may be considered to function as a television. An image display system produces polarized light (e.g., when the image display system applies a liquid crystal image in which all the colors are one-dimensionally polarized in the same direction) and the FS / UWA / RO surface emits light , The light will not leak out of the FS / UWA / RO surface. Thus, the displayed information and the light source itself will not be visible outside the HMD.

본 발명의 광학 시스템에 따라서 제작된 광학 시스템, 특히 “증감현실” HMD에 대한 광학 시스템의 구체예의 전체적인 기능은 도 1의 광선-투사, 구체적으로 광선(180, 185 및(190))에 의해서 설명된다. 이러한 구체예에서, FS/UWA/RO 표면(120)은 반사성 및 전달성을 가진다. 표면(120)의 전달성을 사용하면서, 광선(190)은 표면을 통하여 환경으로부터 들어가고 사용자의 눈을 향하여 나아간다. 표면(120)의 동일한 영역으로부터, 광선(180)은 표면에 의해 반사되고(표면의 반사성을 사용하여) 사용자가 포인트(195)의 방향을 볼 때 즉, 사용자의 응시방향이 포인트(195)의 방향에 있을 때 사용자의 눈으로 들어가는 조합된 광선(185)를 생성하기 위하여 광선(180)은 광선(190)을 결합한다. 이와 같이 보고 있을 때, 사용자의 주변시야는 사용자가 표면(120)을 통하여 지나가는 환경에 있는 다른 포인트로부터의 빛을 보고 또한 표면의 전달성을 사용하는 것을 가능하게 할 수 있다. The overall function of the optical system made in accordance with the optical system of the present invention, particularly the embodiment of the optical system for the " incremental reality " HMD, is described by the light-projection of FIG. 1, specifically by rays 180, 185 and 190 do. In this embodiment, the FS / UWA / RO surface 120 has reflective and conductive properties. Using the transfer of surface 120, rays 190 enter the environment through the surface and move toward the user's eye. From the same area of the surface 120, the ray 180 is reflected by the surface (using the reflectivity of the surface) and when the user views the direction of the point 195, The ray 180 combines the ray 190 to produce a combined ray 185 that enters the user ' When viewed in this manner, the user's peripheral vision may enable the user to see light from other points in the environment through the surface 120 and also to use the surface attainment of the surface.

======================================================================================

IIIIII . . 프레넬Fresnel 렌즈 시스템 Lens system

본 발명의 설명에 따르면, 적어도 하나의 이미지 디스플레이 시스템에 의해 제공되는 디스플레이의 정보나 이미지는 사용자의 눈에 들어가기에 앞서 근접하여 볼 수 있도록 조정이 된다. 예를 들어, 도 1 및 2의 모범적 구체예에서, 상기 조정은 렌즈 시스템(115)에 의해 이루어지며 렌즈 시스템은 하나 또는 하나 이상의 프레넬 렌즈 요소를 포함하고 디스플레이의 표면으로부터 나오는 광선의 디옵터 특성을 변경하도록 하여 사용자가 상기 전체 광학 시스템에 의해 생산되는 디스플레이의 가상 이미지에 초점을 맞추기 용이하도록 한다. 도 12-14 및 15-18은 디스플레이로부터 나오는 광선이 디옵터 특징을 변경하도록 프레넬 렌즈 요소를 이용하는 다른 구체예를 나타낸다. 이러한 기능에 추가적으로, 상기 프레넬 렌즈 요소는 또한 사용자에게 공급되는 이미지를 확대하도록 제공된다. 일부 구체예에서, 3배 내지 6배 또는 그 이상의 확대는 겹쳐진 배열에서 다중 프레넬 렌즈 요소에서 얻어질 수 있다. According to the description of the present invention, the information or image of the display provided by the at least one image display system is adjusted to be viewed in close proximity before entering the user's eyes. For example, in the exemplary embodiment of Figures 1 and 2, the adjustment is made by the lens system 115 and the lens system includes one or more Fresnel lens elements and the diopter characteristics of the light rays coming from the surface of the display To allow the user to focus on a virtual image of the display produced by the entire optical system. Figs. 12-14 and 15-18 illustrate another embodiment of the use of a Fresnel lens element to change the diopter feature of a light beam emerging from the display. In addition to these functions, the Fresnel lens element is also provided to magnify the image supplied to the user. In some embodiments, 3 to 6 times or more magnification may be obtained in a multiple Fresnel lens element in a stacked arrangement.

이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 구체적 구체예에서, 프레넬 렌즈 시스템(Fresnel lens system)은 하나 또는 하나 이상의 곡면 프레넬 렌즈 요소를 포함한다. 곡면 프레넬 렌즈는 평평하지 않은 곡면으로 된 기질로 이루어진 프레넬 렌즈이다. 참고 편의상, 곡면의 프레넬 렌즈 요소를 포함하는 프레넬 렌즈 시스템은 명세서 상에서 “곡면 프레넬 렌즈 시스템(curved Fresnel lens systems)으로 언급될 것이며, 곡면이 필요한 곡면 프레넬 렌즈 시스템에 사용되는 프레넬 렌즈 요소 모두를 말하는 것은 아니다. ‘프레넬 렌즈 시스템’은 화면의 이미지를 눈에 근접하여 볼 수 있는 이미지 디스플레이 시스템으로부터 나오는 광선의 디옵터 특성을 변경하는 기능을 수행하는 적어도 하나의 프레넬 렌즈 요소(곡면 또는 평면)를 포함하는 렌즈 시스템의 일반적인 예를 설명하는데 사용될 것이다. 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, FS/UWA/RO 표면을 사용하는 구체적 구체예에서, 원한다면 FS/UWA/RO 표면은 상기 이미지 디스플레이 시스템의 적어도 하나의 발광표면(light-emitting surface)상에 형성된 이미지를 눈에 근접하여 볼 수 있도록 초점이 맞도록 기여하는 광학 특성을 또한 가질 수 있다. As will be described in detail below, in a specific embodiment, the Fresnel lens system comprises one or more curved Fresnel lens elements. A curved Fresnel lens is a Fresnel lens made of a substrate with a non-flat curved surface. For the sake of convenience, a Fresnel lens system including a curved Fresnel lens element will be referred to in the specification as " curved Fresnel lens systems ", and includes a Fresnel lens used in a curved Fresnel lens system requiring curved surfaces It does not mean all of the elements. A "Fresnel lens system" is a lens that includes at least one Fresnel lens element (curved surface or plane) that performs the function of changing the diopter characteristics of a ray coming from an image display system that can see an image of the screen close to the eye It will be used to describe a generic example of a system. In a specific embodiment using the FS / UWA / RO surface, the FS / UWA / RO surface, if desired, can be imaged onto at least one light-emitting surface of the image display system, May also have optical properties that contribute to focusing so as to be close to the eye.

일반적인 용어로서, 여기에서 개시된 상기 프레넬 렌즈 시스템은 눈이 화면상에 초점을 맞출 수 있도록 하고, HMD를 통해 사용자가 눈으로 보는 현실세계에 컴퓨터를 통해 가상 물체를 겹쳐서 보여주는 기술의 경우, 외부환경의 물체에 초점을 맞출 수 있도록 하기 위해 상기 이미지 디스플레이 시스템으로부터 나오는 빛의 디옵터를 조절하도록 선택된 평면 및/또는 곡면 프레넬 렌즈의 다양한 조합으로 이루어 질 수 있다. 곡면 프레넬 렌즈 시스템의 적어도 하나의 곡면 렌즈의 존재는 적어도 사용자들에게 제공되는 이미지의 수차(aberrations)를 조절하는 하나의 추가 파라미터(즉, 렌즈의 곡률(curvature))를 제공한다. 예를 들어, 곡면 배열(configuration)을 포함하는 하나 또는 하나 이상의 프레넬 렌즈는 색수차(chromatic aberrations)의 상당한 감소를 제공할 수 있다. 더 나아가, 곡면 기질상에 제조된 프레넬 표면은 감소된 축외 수차(off-axis aberrations)를 제공할 수 있다.As a general term, the Fresnel lens system disclosed herein allows the eye to focus on the screen, and in the case of a technology in which a virtual object is overlaid on a computer through a real world viewed by a user through an HMD, Or a curved Fresnel lens that is selected to adjust the diopter of the light coming from the image display system so as to be able to focus on objects of the image display system. The presence of at least one curved surface lens of the curvilinear Fresnel lens system provides at least one additional parameter (i.e., the curvature of the lens) that adjusts the aberrations of the image provided to the users. For example, one or more Fresnel lenses comprising a curved configuration can provide a significant reduction in chromatic aberrations. Furthermore, the Fresnel surfaces prepared on the curved substrate can provide reduced off-axis aberrations.

더 일반적으로, 상기 프레넬 렌즈 시스템과 시스템에 포함된 상기 하나 또는 하나 이상의 프레넬 렌즈의 광학특성은 경험적으로 또는 분석파선추적(analytic ray-tracing)을 통해 선택될 수 있다. 예를 들어, 파선추적은 군사훈련, 비행시뮬레이션, 게임 및 다른 상업적 용도와 같은 특별한 실행에서 기기의 파라미터를 최적화가 되도록 한다. 최적화가 되도록 하는 상기 파라미터는 프레넬 렌즈 시스템 또는 광학 시스템의 다른 부품이 하나 또는 하나 이상의 비곡면 표면을 포함하는 경우, 화면의 곡률, 화면의 크기, 프레넬 렌즈의 곡률, 비구면 파라미터를 포함하고, (i) 디스플레이 화면의 전면 및 (ii) 사용자의 눈으로부터 거리에 대비한 프레넬 렌즈 굴절력을 포함한다. More generally, the optical characteristics of the Fresnel lens system and the one or more Fresnel lenses included in the system may be selected empirically or through analytic ray-tracing. For example, dashed line tracking optimizes the parameters of a device in specific implementations such as military training, flight simulations, games, and other commercial uses. The parameter to be optimized includes the curvature of the screen, the size of the screen, the curvature of the Fresnel lens, and the aspheric parameters when the Fresnel lens system or other parts of the optical system include one or more non-curved surfaces, (i) the front of the display screen and (ii) the distance from the user's eye.

일 구체예에서, 상기 프레넬 렌즈 요소는 시야 곡률을 만들지 않는다. 그래서, 광시야각이 다수의 작고 얇은 광학부품을 사용하는데 제공될 수 있다. 다른 구체예로서, 상기 프레넬 렌즈 시스템은 이미지 수차의 보정을 도와주도록 하나 또는 하나 이상의 비구면 표면을 포함할 수 있다. 비구면 표면은 상기 프레넬 렌즈 시스템의 광학 부품중의 어느 표면에 적용될 수 있다. 명목상으로, 상기 프레넬 렌즈 요소의 제1 및 제2 표면은 동일한 베이스의 반경의 곡률을 가질 것이다(즉, 그들의 두께는 그들의 구경(aperture)은 일정하게 될 것이다). 추가적인 수차 보정 또는 기능성은 하나 또는 하나 이상의 프레넬 렌즈가 제1 및 제2 표면상의 다른 반경을 갖도록 하게 될 것이다.In one embodiment, the Fresnel lens element does not produce a field of view curvature. Thus, a wide viewing angle can be provided for using a large number of small and thin optical components. In another embodiment, the Fresnel lens system may include one or more than one aspherical surface to aid in correcting image aberrations. The aspherical surface may be applied to any surface of the optical component of the Fresnel lens system. Nominally, the first and second surfaces of the Fresnel lens element will have the same base radius of curvature (i.e. their thickness will be constant in their aperture). Additional aberration correction or functionality may result in one or more Fresnel lenses having different radii on the first and second surfaces.

다양한 구체예에서, 비구면 프레넬 렌즈 요소를 포함하는 상기 프레넬 렌즈의 사용을 통해, 광학 시스템은 넓은 시야, 전형적인 인간의 시각 해상도에 상응하는 이미지 품질을 가지며 컴팩트하고 가볍게 만들어질 수 있고, 전체구조는 낮은 비용으로 대용량을 제조할 수 있다. 가능하다면, 상기 프레넬 렌즈 시스템은 색수차, 특히 측면 색수차가 감소하도록 하나 또는 하나 이상의 회절성 표면(diffractive surface)을 포함 할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 요소(810, 1330, 및 1135)는 하나 또는 하나 이상의 회절성 표면을 가질 수 있다. 이러한 경우, 평면 이미지 디스플레이 기기를 포함한 이미지 디스플레이 기기의 수정된 이미지는 상기 프레넬 렌즈 시스템 그 자체 또는 FS/UWA/RO 표면과 결합 사용하여 만들어 낼 수 있다. 일부 구체예에서, 상기 하나 또는 하나 이상의 프레넬 렌즈는 시스템에 광출력의 대부분을 제공할 수 있고 단색 수차를 최소화하도록 지정될 것이다.In various embodiments, through the use of the Fresnel lens comprising an aspherical Fresnel lens element, the optical system can be made compact and light with a wide field of view, image quality corresponding to typical human visual resolution, Can produce a large capacity at low cost. If possible, the Fresnel lens system may include one or more diffractive surfaces to reduce chromatic aberrations, especially lateral chromatic aberrations. For example, lens elements 810, 1330, and 1135 may have one or more diffractive surfaces. In this case, a modified image of an image display device, including a planar image display device, can be created in combination with the Fresnel lens system itself or the FS / UWA / RO surface. In some embodiments, the one or more than one Fresnel lens may be designated to minimize monochromatic aberrations, which may provide the system with a greater portion of the light output.

인접 렌즈 사이의 틈을 결합한 하나의 구체예에서, 상기 프레넬 렌즈 요소는 전통적인 렌즈보다 더욱 얇게 만들어질 수 있다. 그래서, 광학 시스템의 부피 및 무게는 전통적인 두꺼운 렌즈에 비교하여 상당히 감소한다. 그 무게는 모든 렌즈를 플라스틱으로 제조시 더 감소될 수 있다. 플라스틱 렌즈는 다이아몬드 가공 또는 몰딩에 의해 생산될 수 있다. In one embodiment combining the gaps between adjacent lenses, the Fresnel lens element can be made thinner than conventional lenses. Thus, the volume and weight of the optical system is significantly reduced compared to conventional thick lenses. The weight can be further reduced when all lenses are made of plastic. Plastic lenses can be produced by diamond processing or molding.

하나의 구체예에서, 하나 또는 하나 이상(또는 모든)의 곡면 프레넬 렌즈 요소는 명목상 사용자의 눈의 회전의 중심을 통해 지나가는 사선을 따라 놓여진 경계의 측면을 가질 수 있다. 도 3은 이러한 구체예를 나타낸다. 30은 프레넬 렌즈, 31은 프레넬 렌즈의 측면, 32는 프레넬 렌즈의 측면 경계, 그리고 33은 명목상 사용자의 눈(35)의 회전의 중심(34)을 통해 지나가는 사선이다. 도 3은 또한 상기 명목상 사용자의 눈의 내부 렌즈(36)(천연 렌즈 36)를 보여준다. 대신에, 하나 또는 하나 이상(또는 모든)의 곡면 프레넬 렌즈요소는 명목상 사용자의 천연 렌즈의 중심을 통해 지나가는 사선을 따라 경계가 위치하거나 명목상 사용자의 각막의 표면에 평균적인 측면의 경계를 가질 수 있다. In one embodiment, one or more (or all) of the curvilinear Fresnel lens elements may have a side of the boundary that lies along a diagonal line passing through the center of rotation of the user's eye nominally. Figure 3 shows this embodiment. 30 is a Fresnel lens, 31 is a side of the Fresnel lens, 32 is a side border of the Fresnel lens, and 33 is a slant passing through the center of rotation 34 of the nominal user's eye 35. Figure 3 also shows the inner lens 36 (natural lens 36) of the nominal user's eye. Alternatively, one or more (or all) of the curvilinear Fresnel lens elements may have a boundary along an oblique line passing through the center of the nominally natural lens of the user, or may have an average lateral boundary to the surface of the user's cornea have.

상기와 같이, 프레넬 렌즈는 그들의 경량 때문에 HMD에 매우 적합하다. 그러나, 렌즈는 렌즈 표면상에 디스플레이에서 나오는 광파(light wave)의 발생의 각 때문에 이미지 수차가 발생할 수 있다. 특히, 광파는 프레넬 렌즈의 홈의 의도하지 않은 부분을 통해 통과 할 수 있다. 도 3에 나타난 구체예와 관련하여, 그러한 수차가 상기 프레넬 렌즈를 명목상 사용자의 눈의 회전 중심에 위치한 돔 형태, 특별히 구형태로 된 프레넬 렌즈를 제공함으로써 감소될 수 있다. 이러한 경우, 프레넬 측면의 경계는 상기 렌즈의 표면 주위의 어디에서든 그 돔의 형태가 평균을 이루게 된다. 대신하여, 돔형태(구 형태)는 명목상 사용자의 천연렌즈의 중심에 중앙에 위치할 수 있고 또는 명목상 사용자의 각막과 동심원을 이룰 수 있다. 이러한 경우, 광선은 측면의 경계에 평행하게 렌즈를 통해 통과하고, 이러한 비연속성에 의해 광학수차(optical aberration)는 다른 것들 중에서 렌즈의 색상 반응을 향상시키고 피하게 된다. 수렴하는 측면 경계는 경계 모두가 상기 상태의 하나를 정확히 만족하지 않는다 할지라도, 예를 들어 상기 경계 모두가 정확히 명목상 사용자의 누의 회전의 중심을 통해 정확히 지가지 않는다 할지라도 보여지는 이미지에서 광불곡(optical distortion)은 감소하게 될 것이다. 따라서, 순수한 구체 형태를 가지는 것보다 프레넬 렌즈는 비구면을 가질 수 있고 적어도 일부 수렴하는 측면 경계를 가지는 것에서 여전히 이점을 가질 수 있다.As described above, Fresnel lenses are very suitable for HMD because of their light weight. However, the lens may experience image aberration due to the angle of incidence of the light wave coming from the display on the lens surface. In particular, the light wave can pass through an unintended portion of the groove of the Fresnel lens. With respect to the embodiment shown in FIG. 3, such aberrations can be reduced by providing the Fresnel lens with a dome-shaped, specially spherical Fresnel lens that is nominally located at the center of rotation of the user's eye. In this case, the border of the Fresnel side is averaged over the shape of the dome anywhere around the surface of the lens. Alternatively, the dome shape (spherical shape) may be nominally centered at the center of the natural lens of the user or may be concentric with the cornea of the nominal user. In this case, the light rays pass through the lens in parallel to the lateral boundary, and this discontinuity causes optical aberration to improve and avoid the lens's color response among others. The converging lateral boundaries are such that even though all of the boundaries do not exactly satisfy one of the above states, for example, even though all of the boundaries do not exactly lie through the center of the rotation of the nominally user's tuft, the optical distortion will be reduced. Thus, a Fresnel lens can have an aspherical surface and still have the advantage of having a side boundary that at least partially converges, rather than having a pure spherical shape.

비록 정사각형, 사각형 또는 다른 투명 조리개(clear apeture) 형태를 가지는 프레넬 렌즈 요소가 사용되더라도, 바란다면, 일반적으로, 프레넬 렌즈는 원형의 분명한 구멍을 가지게 될 것이다. 대부분의 적용시, 프레넬 렌즈 시스템을 구성하는 렌즈의 가장 작은 투명 조리개의 크기는 전체 광학 시스템이 형성된 동공(pupil) 또는 시스템을 형성하는 비동공(non-pupil) 여부에 의해 결정될 것이다. 특히, 프레넬 렌즈 시스템 및 FS/UWA/RO 표면으로 구성된 전체 광학 시스템에서, 이 시스템의 사출동(射出瞳 , exit pupil)은 전형적으로 조리개의 하부 광학요소에 의해 생산된 상기 프레넬 렌즈 시스템의 가장 소형의 투명 조리개의 이미지일 것이다(즉, 사용자의 눈 방향). 즉, 조리개와 관련하여, FS/UWA/RO 표면이 매우 큰 투명 조리개를 가진 것처럼 움직이기 때문에 시스템의 전체 구경조리개(aperture stop)는 전형적으로 프레넬 렌즈 시스템에 있을 것이다. FS/UWA/RO 표면에 의해 생산된 프레넬 렌즈 시스템의 가작 작은 투명 조리개의 이미지의 크기 및 위치에 따라서(또한 가장 작은 투명 조리개와 함께 요소의 하부면상의 프레넬 렌즈 시스템의 어느 요소에 의해서도), 전체 시스템은 사용자에게 완전한 망막의 역학적 시야, 완전한 망막 + 주변 고정시야, 또는 완전한 망막 + 주변 역학적 시야를 제공할 수 있다.Although a Fresnel lens element having a square, square or other clear apeture shape is used, generally, the Fresnel lens will have a circular clear aperture. For most applications, the size of the smallest transparent aperture of the lens that makes up the Fresnel lens system will be determined by whether it is a pupil in which the entire optical system is formed or a non-pupil forming system. In particular, in an overall optical system consisting of a Fresnel lens system and an FS / UWA / RO surface, the exit pupil of this system is typically the exit pupil of the Fresnel lens system produced by the lower optical element of the aperture It would be the image of the smallest transparent aperture (i.e., the user's eye direction). That is, with respect to the iris, the entire aperture stop of the system will typically be in the Fresnel lens system, since the FS / UWA / RO surface moves like a very large transparent aperture. Fresnel lens system produced by FS / UWA / RO surface Depending on the size and position of the image of the small transparent aperture (and also by any element of the Fresnel lens system on the bottom side of the element with the smallest transparent aperture) , The entire system can provide the user with a complete mechanical retinal visual field, a complete retinal + peripheral fixed visual field, or a complete retinal + peripheral mechanical field of view.

도 4는 평면 프레넬 렌즈(810) 및 2개의 곡면 프레넬 렌즈(815 및 820)를 가지는 FS/UWA/RO 표면 및 프레넬 렌즈 시스템(115)을 사용하는 HMD 광학 시스템의 구체예를 나타낸다. 그리고, 도 4에 나타나 있듯이, 서로 근접해 있다. 광선(830, 835 및 840)은 환경으로부터 들어오는 빛(840)이 나타나 있다. 그리고 포인트(850)의 방향으로 사용자가 응시할 때 사용자의 눈으로 들어가는 조합된 빛(835)를 발생하도록 빛(830)과 결합하게 된다.FIG. 4 shows an embodiment of an HMD optical system using a FS / UWA / RO surface and a Fresnel lens system 115 having a planar Fresnel lens 810 and two curved Fresnel lenses 815 and 820. Then, as shown in Fig. 4, they are close to each other. Light rays 830, 835, and 840 show incoming light 840 from the environment. And combine with light 830 to produce combined light 835 that enters the user's eye as the user gazes in the direction of point 850. [

더 특별히, 적어도 하나의 이미지 디스플레이 시스템(110)으로부터 나오는 빛의 분리 파면(860)은 제로 디옵터 및 초기 티옵터 사이에 있는 빛(830)을 제공하는 프레넬 렌즈(810, 815 및 820)를 포함하는 포지티브 디옵터(positive-diopter) 프레넬 렌즈 시스템에 수렴한다. 적어도 하나의 이미지 디스플레이 시스템(110)으로부터 나오는 빛의 상기 최기 디옵터는 예를 들어 거의 D = 1/(0.03 [m]) = 33 dpt이 된다. 프레넬 렌즈를 벗어난 후, 빛은 FS/UWA/RO 표면으로부터 비추게 되고, 바란다면, 추가 디옵터 발산은 이하에서 언급되는 표변 곡률(surface curvature)기술을 사용하여 제거될 수 있다.More specifically, the separating wavefront 860 of light emerging from the at least one image display system 110 includes Fresnel lenses 810, 815, and 820 that provide light 830 between the zero diopter and the initial teether Converge to a positive-diopter Fresnel lens system. The nearest diopter of light from at least one image display system 110 is, for example, approximately D = 1 / (0.03 [m]) = 33 dpt. After exiting the Fresnel lens, the light is projected from the FS / UWA / RO surface and, if desired, additional diopter divergence can be removed using the surface curvature technique described below.

전체 디옵터 변화는 예를 들어 33 dpt일 수 있다. 그리고 다양한 구체예에서 FS/UWA/RO 표면 및 상기 프레넬 렌즈 사이에서 분리될 수 있다. 특히, FS/UWA/RO 표면에 의해 공급되는 디옵터 변화의 양은 다양한 구체예에서 FS/UWA/RO 표면을 디자인하고 제조하여 이점이 있도록 감소 될 수 있다. 디옵터는 첨가제이기 때문에 많은 이접운동(離接運動, vergence)이 다른 것에 의해 공급될 필요가 없는 광학 부품의 하나에 의해 공급이 된다. (디옵터 값의 이러한 첨가적 특성은 프레넬 렌즈 시스템의 시준효과(collimating effects)를 조합하고, 상기 프레넬 시스템을 구성하는 개개의 렌즈 요소의 효과를 조합하는 데 사용될 수 있다. 또한 전체 시스템의 부분일 수 있는 어느 다른 광학 요소의 시준효과(collimating effects)를 고려하여 사용될 수 있다). 도 4의 모범적 구체예에서, 33 dpt의 디옵터 변화는 취후 광선이 시준이 되거나(0 dpt) 상당히 시준 되도록(~0 dpt) 할 것이다. 이것은 눈의 입구를 가로질러 빛(835)에 보여지듯이 빛이 파면에 평행한 표면이 되어 빛 파면은 평평해질 것이고, 본질적으로 하나의 지점으로부터 대단히 먼 곳에서 온 빛과 대응한다. 시준되어 비춰진 빛은 예를 들어 외부 환경이 사용자와 관련하여 효과적으로 무한원으로인 아이템들을 포함할 때 바람직하다. 상기 언급한 바와 같이, 상기 FS/UWA/RO 표면(120)은 외부환경에서의 광선(840)을 인정하고, 내부 이미지가 외부 이미지, 특히 사용자의 눈과 관련하여 효과적으로 무한원인 외부 이미지를 덮어 씌우도록 한다. The overall diopter variation may be, for example, 33 dpt. And in various embodiments may be separated between the FS / UWA / RO surface and the Fresnel lens. In particular, the amount of diopter variation supplied by the FS / UWA / RO surface can be reduced to advantage by designing and manufacturing the FS / UWA / RO surface in various embodiments. Because diopters are additives, many discrete movements (feed-throughs, vergence) are supplied by one of the optical components that need not be supplied by another. (This additive property of the diopter value can be used to combine the collimating effects of the Fresnel lens system and to combine the effects of the individual lens elements that make up the Fresnel system. Which may be used in view of the collimating effects of any other optical element that may be used. In the exemplary embodiment of Fig. 4, a diopter variation of 33 dpt will cause the drone beam to collimate (0 dpt) or significantly collimate (~ 0 dpt). This will be the light parallel to the wavefront, as seen in light (835) across the entrance of the eye, and the light wavefront will be flattened, essentially corresponding to the light coming from farther from one point. Illuminated collimated light is desirable, for example, when the external environment contains items that are effectively infinite in relation to the user. As mentioned above, the FS / UWA / RO surface 120 recognizes the rays 840 in the external environment and effectively prevents the internal image from overwriting the external image, particularly with respect to the user's eye, .

상기에서 논의된 것처럼, 반사광학표면을 사용하는 HMD에서 사용되는 종래의 광학 시스템은 ~60 도 이하인 일반적인 시각을 형성하는 눈동자이고 따라서 제한된 시각을 가진다. 이는 종래의 헤드-장착된 디스플레이 장치의 가치와 기능을 상당히 제한한다. 다양한 구체예에서, 본 명세서에 기재된 헤드-장착된 디스플레이는 훨씬 더 넓은 시각(fields of view, FOV)을 가지고, 따라서 더 좁은 시각을 가진 HMD와 비교할 때 훨씬 더 많은 광학정보를 가능하게 한다. 넓은 시각은 100° 초과, 150° 초과, 또는 200° 초과일 수 있다. 좀 더 구체적으로, 넓은 시각은 부가적인 정보가 좀 더 자연스러운 방식으로 물리적 현실에서 더 잘 전시되는 영상에 의하여 좀 더 에워싸는 듯한 증감현실 환경을 가능하게 하면서 사용자에 의해 처리될 수 있도록 한다. As discussed above, conventional optical systems used in HMDs using reflective optical surfaces are pupils that form a general view at ~ 60 degrees and thus have a limited viewing angle. This significantly limits the value and functionality of conventional head-mounted display devices. In various embodiments, the head-mounted display described herein has far wider fields of view (FOV), thus enabling much more optical information compared to HMDs with narrower viewing angles. The wide viewing angle may be greater than 100 °, greater than 150 °, or greater than 200 °. More specifically, a broad perspective allows additional information to be processed by the user, enabling a more or less enriched incremental reality environment by images that are better displayed in physical reality in a more natural way.

특히, 도 5에서 설명되는 대표적인 구체예에서, 머리 쪽으로 똑바른 시선 방향에 대하여, 눈은 각각의 눈에 대하여 수평 시각의 적어도 150 도에 상응하는(예, 수평의 FOV의 ~168 도) 구부러진 FS/UWA/RO 표면(201 및 202)에 의해 도 5에서 나타나는 보이는 전체부분에 있을 수 있다. 이러한 시각은 시각의 와(窩)의 부분과 시각의 주변부분으로 이루어진다. 게다가, 눈은 물리적 세계를 볼 때 눈이 자연스럽게 하는 것처럼 다른 방향의 시각에 있는 조합된 와의부분 +주변부분을 목적으로 하여 회전의 중심점 부분을 자유롭게 움직이게 된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 광학 시스템은 눈이 일반세상을 볼 때 하는 것처럼 동일한 방식으로 움직임으로써 정보를 얻는 것을 가능하게 한다. In particular, in the exemplary embodiment illustrated in Figure 5, with respect to the straight line of sight toward the head, the eye is a curved FS corresponding to at least 150 degrees of horizontal time with respect to each eye (e.g., ~ 168 degrees of horizontal FOV) / UWA / RO surfaces 201 and 202, as shown in FIG. This view consists of a part of the fovea and a peripheral part of the sight. In addition, the eye moves freely around the center of rotation, aiming at the part of the combined + neighboring parts in the view of the other direction as the eye naturally does when viewing the physical world. Thus, the optical system described herein makes it possible to obtain information by moving in the same way as the eye does when viewing the general world.

좀 더 상세히 설명하고 있는 도 5은 위쪽에서 본 사용자의 머리(200) 전방부의 단순화된 선형도이다. 도 5은 사용자의 눈(203 및 204)의 앞 쪽에 놓여진 FS/UWA/RO 표면(201 및 202)를 보여준다. 상기에서 논의한 것처럼, FS/UWA/RO 표면(201 및202)은 사용자 코(205) 위에 놓여질 수 있으며, 이것은 사용자 머리(200)의 앞쪽 중앙(214)에 함께 있을 수 있다. 하기에서 상세히 설명하는 것처럼, 표면(201 및 202)의 국부적인 표준들 및 국부적인 공간 위치는 적어도 하나의 디스플레이 시스템(도 5에서 도시하지 않음)에 의해 생성되는 영상이 각각의 눈에 대하여 수평의 FOV의 적어도 100°를 커버하고, 예를 들어 일부 구체예에서, 적어도 150°, 및 다른 구체예에서 적어도 200°를 커버하도록 조절된다. (하기에서 논의되는 것처럼, 선택적으로, 굴곡의 반경 또한 Fresnel 렌즈 시스템과 조합할 때, 원거리의 실질영상을 제공하기 위해서 조절될 수 있다.) 예를 들어, 공간 표준 및 공간 위치는 시선(210,211 및 212,213)에 의해 보이는 것처럼 FS/UWA/RO 표면(201 또는 202)의 가장자리에서 가장자리로 확장하는 168 도와 함께 사용자의 완벽한 ~168 도, 똑바른 머리 앞 부분, 각각의 눈에 대하여 움직이지 않는 부분을 커버하기 위하여 조절될 수 있다. 따라서, 시각은 사용자에게 제공되는 시각의 넓은 고정된 부분(와의부분+주변부분)에 상응한다. 게다가, 사용자는 컴퓨터에 의해 생성된 영상을 보고 있을 동안에 롤링(rolling) 센터(215 및 216) 주위의 눈을 움직이는 것이 자유롭다. 5, which is a more detailed description, is a simplified linear view of the front of the user's head 200 viewed from above. Figure 5 shows the FS / UWA / RO surfaces 201 and 202 placed in front of the user's eyes 203 and 204. As discussed above, the FS / UWA / RO surfaces 201 and 202 may rest on the user nose 205, which may be together in the front center 214 of the user's head 200. As will be described in greater detail below, the local standards of the surfaces 201 and 202 and the local spatial locations are such that the images produced by at least one display system (not shown in Figure 5) Covers at least 100 [deg.] Of the FOV and is adjusted to cover, for example, at least 150 [deg.] In some embodiments, and at least 200 [deg.] In other embodiments. (As discussed below, optionally, the radius of curvature can also be adjusted to provide a real image at a distance when combined with a Fresnel lens system.) For example, the spatial standard and spatial positions can be determined by viewing lines 210, 211, 168, extending to the edge from the edge of the FS / UWA / RO surface 201 or 202 as shown by the arrows 212, 213), a user's perfect ~ 168 degrees, straight head front, Can be adjusted to cover. Thus, the time corresponds to a wide fixed portion (and a portion plus a peripheral portion) of the time provided to the user. In addition, the user is free to move the eyes around the rolling centers 215 and 216 while viewing the images generated by the computer.

도 5뿐만 아니라 도 11에서, FS/UWA/RO 표면은 도시를 쉽게 하고자 구의 부분으로 도시하였다. 구체적으로, 표면은 구가 아니고 좀 더 복잡한 배열이며, 표면의 국부적인 표준 및 국부적인 공간상의 위치는(및 선택적으로, 굴곡의 국부적인 반경) 원하는 정적인 시각 및 동적인 시각(및 선택적으로, 실질영상에 대한 원하는 거리)을 포함할 것이다. 또한, 도 5에서, 헤드-장착된 디스플레이 장치의 오른쪽 면은 왼쪽면과 동일하게 작동하고, 원할 경우에는 두 개의 면이 다르게 작동할 수 있음을 이해해야 한다. 또한. 더욱 상세한 설명을 위해, 도 5 내지 도 11은 광학 시스템 적어도 1개인 프레넬 렌즈Fresnel lens between 상기 적어도 1개인 이미지 디스플레이 시스템 및 상기 반사광학표면 사이에 위치한 적어도 1개인 프레넬 렌즈를 포함하는 것을 보여주는데, 이는 본 발명의 실시예 및 본 발명이 개시하는 바와 일치한다. In FIG. 5 as well as FIG. 5, the FS / UWA / RO surface is shown as part of the sphere for ease of illustration. Specifically, the surface is not a sphere and is a more complex arrangement, the local standard and local spatial location of the surface (and, optionally, the local radius of curvature), the desired static and dynamic time (and, optionally, Desired distance for the real image). It should also be appreciated that, in Fig. 5, the right side of the head-mounted display device operates identically to the left side, and that two faces may operate differently if desired. Also. 5-11 illustrate a Fresnel lens with at least one optical system between the at least one image display system and at least one Fresnel lens positioned between the reflective optical surfaces, Which is consistent with the embodiments of the present invention and the disclosure of the present invention.

도 6 및 7은 본 명세서에 기재된 FS/UWA/RO 표면에 의해 제공되는 정적인 시각 및 동적인 시각을 도시한다. 도 6은 똑 바른 머리응시방향(73)을 갖는 사용자의 명목상의 오른쪽 눈(71)을 보여준다. 이 눈의 와의 시각부분+주변 시각부분은 호(75)에 의해 보여지고, ~168°의 각도범위를 가진다. 도 6 내지 8에서, 시각은 사용자 눈동자의 중심 및 끝부분과 반대되는 것으로써 사용자 눈의 회전 중심부분과 관련하여 도시하였다. 실제로, 사람의 눈에 의해 보이는 넓은 시각은(예, ~168°) 크게 기울어진 광선이 사용자의 눈동자에 들어가고 망막에 다다를 수 있도록 하는 망막의 넓은 각도범위의 결과이다. Figures 6 and 7 illustrate the static and dynamic views provided by the FS / UWA / RO surfaces described herein. Fig. 6 shows the nominal right eye 71 of the user with a straight head gazing direction 73. Fig. The visual part of the eye and the peripheral visual part of this eye are shown by the arc 75 and have an angular range of ~ 168 °. In Figures 6-8, the time is shown relative to the center of rotation of the user's eye as opposed to the center and end of the user's eye. In fact, the wide viewing angle seen by the human eye (eg, ~ 168 °) is the result of a wide angular range of the retina that allows light to enter the pupil of the user and reach the retina.

도 7 은 (a) 제1 발광영역(82)(정사각형으로 도시됨) 및 제2 발광영역(83) (삼각형으로 도시됨)을 갖는 영상표시 시스템의 적어도 하나의 발광 표면(81) 및 (b) 제1 국부적인 표준(85) 및 제2 국부적인 표준(87)을 갖는 제2 반사영역(86)을 갖는 제1 반사영역(84)을 갖는 FS/UWA/RO 표면을 갖는 HMD와 도 6의 시각의 상호작용을 보여준다. Figure 7 shows a cross-sectional view of a light emitting device having at least one light emitting surface 81 and (b) of an image display system having (a) a first light emitting region 82 (shown as a square) and a second light emitting region 83 An HMD having an FS / UWA / RO surface having a first reflective region 84 having a first local standard 85 and a second local region 87 having a first local standard 85 and a second local standard 87, Of-sight interaction.

상기에서 설명된 것처럼, FS/UWA/RO 표면은 "자유공간" 표면 및 "초광각" 표면이다. 게다가, 상기에서 설명되고 하기에서 논의되는 것처럼, 표면은 사용자의 눈에 들어가는 빛의 콜리메이션(또는 부분적인 콜리메이션)에 참여할 수 있다. 이러한 콜리메이션은 FS/UWA/RO 표면 및 프레넬 렌즈 시스템에 의해 생성된 허상이 사용자로부터 멀리 떨어져 위치하는(예, 30 미터 이상) 것으로 나타나는 원인이 되며, 이는 사용자가 편안한 눈으로 허상에 쉽게 초점을 맞추도록 한다. As described above, the FS / UWA / RO surface is a "free space" surface and an "ultra-wide" surface. In addition, as discussed above and discussed below, the surface can participate in collimation (or partial collimation) of light entering the user's eyes. This collimation causes the virtual image generated by the FS / UWA / RO surface and the Fresnel lens system to appear far away from the user (e.g., over 30 meters), which allows the user to easily focus .

“자유공간” 및 “초광각” 부분은 FS/UWA/RO 표면의 미리 결정된 위치 (표면 위의 미리 결정된 위치)로부터 올 때 사용자의 눈이 적어도 하나의 영상표시 시스템의 발광영역을 볼 수 있도록 표면의 국부적인 표준을 조절함으로써 이루어질 수 있다.  The " free space " and " super wide angle " portions are defined by the surface of the surface of the FS / UWA / RO so that the user's eye can see the luminescent region of at least one image display system when coming from a predetermined position (predetermined position on the surface) This can be done by adjusting local standards.

예를들면, 도 7에서, HMD의 설계자는 사용자의 응시방향이 직진일 때, 정사각형의 허상(88)이 사용자의 망막 중심부에 의해 보여지는 것이 유리하다고 결정할 수 있다. 그리고, 사용자의 응시방향이, 예를 들면, 직진 왼쪽에서 50° 인 경우, 삼각형의 허상(89)이 사용자의 망막의 중심부에 의해 보여지는 것이 유리하다고 결정할 수 있다. 설계자는 그런 다음 적어도 하나의 영상 표시 시스템(image display system), FS/UWA/RO 표면, 프레넬 렌즈 시스템 및 시스템의 다른 광학 부품들을 구성할 수 있다. 그럼으로써, HMD 을 사용하는 동안에, 정사각형의 허상은 똑바로 될 것이고 삼각형의 허상은 직진 왼쪽에서 50°가 될 것이다.For example, in FIG. 7, the designer of the HMD may determine that when the user's gaze direction is straight, a square virtual image 88 is advantageous to be viewed by the user's retina center. Then, when the gaze direction of the user is, for example, 50 degrees from the straight left side, it can be determined that the virtual image 89 of the triangle is advantageously seen by the central portion of the user's retina. The designer can then construct at least one image display system, an FS / UWA / RO surface, a Fresnel lens system and other optical components of the system. Thus, while using the HMD, the virtual image of the square will be straight and the virtual image of the triangle will be 50 ° from the straight left.

이 방법으로, 사용자의 응시방향(시선)이 똑바로 FS/UWA/RO 표면을 교차할 때, 정사각형의 허상은 원하는 대로 사용자의 눈의 중심에서 보일 것이다. 그리고 사용자의 응시방향(시선)이 직진의 왼쪽 50°로 FS/UWA/RO 표면을 교차할 때, 삼각형의 허상은 원하는 대로 사용자의 눈의 중심에서 보일 것이다. 도 6 및 7에서 도시되지는 않았지만, 같은 방법이 수직 시야에서 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 비-축선 시야에서도 사용될 수 있다. 더 일반적으로, HMD의 설계 및 이의 광학 부품의 각각에서 설계자는 반사표면에 적어도 하나의 디스플레이 발광 표면을 “만든다(maps)”. 그럼으로써, 사용자의 응시가 특정 방향인 경우, 디스플레이의 원하는 부분은 사용자의 눈에 보일 수 있다. 따라서, 눈은 수평 및 수직의 모두 시야를 통해서 스캔되기 때문에, FS/UWA/RO 표면은 사용자의 눈에 영상 표시 시스템의 적어도 하나의 발광 표면의 다른 부분이 빛난다. 비록 앞에서는 정상 사용자의 망막의 중심에 관해서 언급하였지만, 설계 과정에서, 원한다면, 물론, 정상 사용자의 중심과 다른 위치를 사용할 수 있다.In this way, when the gaze direction (line of sight) of the user crosses the FS / UWA / RO surface straight, the square virtual image will be seen at the center of the user's eye as desired. When the user's gaze direction (line of sight) crosses the FS / UWA / RO surface to the left 50 ° of the straight ahead, the virtual image of the triangle will be seen at the center of the user's eye as desired. Although not shown in Figures 6 and 7, the same method can be used in a vertical field of view. In addition, it can be used in non-axial view. More generally, in each of the HMD's design and its optical components, the designer "maps" at least one display-emitting surface to the reflective surface. Thereby, if the user's gaze is in a particular direction, the desired portion of the display can be seen by the user. Thus, since the eye is scanned through both the horizontal and vertical views, the FS / UWA / RO surface is illuminated by the user's eye to another portion of at least one emitting surface of the image display system. Although mentioned above in reference to the center of the retina of the normal user, in the design process, of course, the center of the normal user can be used, if desired.

도 7에서, 사용자의 오른쪽 눈의 회전은 삼각형의 허상(89)이 더 이상 사용자에게 보이지 않게 한다. 그리하여 도 7에서, 직진의 응시 방향 또는 직진의 왼쪽의 응시방향은 정사각형 및 삼각형 모두의 허상을 사용자에게 제공한다. 반면에 직진의 오른쪽의 응시방향은 오로지 정사각형의 허상을 제공한다. 허상이 정확성(acuity)은 물론, 사용자의 중심시야 또는 사용자의 주변 시야에 의해 인지된 허상에 따라 결정될 것이다.In Figure 7, rotation of the user's right eye causes the virtual image 89 of the triangle to no longer be visible to the user. Thus, in Fig. 7, the gaze direction of the straight ahead or the gaze direction of the left side of the straight ahead provides the user with a virtual image of both square and triangle. On the other hand, the gaze direction on the right side of the straight line only provides a square virtual image. The virtual image will be determined not only by the acuity, but also by the virtual image perceived by the user's central field of view or the user's peripheral field of view.

만약 HMD의 설계자가 도 7에서처럼 오른쪽에서 멀리 정사각형(square)의 허상을 배치하고, 반면에 왼쪽에서 멀리 삼각형의 허상을 놓는다면, 오로지 정사각형의 허상이 보이는 곳이 응시방향일 것이고, 삼각형의 허상이 보이는 곳이 다른 응시방향일 것이다. 마찬가지로, 지금까지 설명한 원칙을 기반으로, 설계자는 정사각형의 허상 및 삼각형의 허상을 배열할 수 있다. 그럼으로써, 정사각형의 허상은 응시 방향에 가시적이면서, 삼각형의 허상은 항상 가시적일 수 있다. 그러나 다른 응시 방향에서는 아니다. 다른 변형으로서, HMD의 설계자는 하나 이상의 응시 방향의 위치에 정사각형 및 삼각형의 허상을 놓을 수 있으며, 어떠한 영상(image)도 사용자에게 가지적이지 않을 수 있다. 예를 들면, 설계자는 직진의 응시 방향을 위해서 고정된(static) 시야 밖에 허상을 놓을 수 있다. 본 발명에 의해 HMD 설계자에게 제공된 적응성(flexibility)은 이리하여 확실하다고 할 것이다.If the designer of the HMD places a virtual image of a square far from the right as in FIG. 7, but places a virtual image of the triangle far from the left, then only the image of the square image will be the gazing direction, The visible direction will be the other gaze direction. Likewise, based on the principles described so far, the designer can arrange the virtual image of a square and the virtual image of a triangle. Thereby, the virtual image of the square is visible in the gazing direction, and the virtual image of the triangle can always be visible. But not in the other direction. As another variation, the designer of the HMD may place square and triangular virtual images at positions in one or more facing directions, and no image may be left to the user. For example, the designer can place a virtual image outside the static view for the direction of gazing straight ahead. The flexibility provided by the present invention to the HMD designer is thus assured.

하나의 구체예에서, "자유 공간" 및 반사표면의 "최광각" 의 측면은 빛이 최단(최소 시 간) 광 경로를 따라 이동한다는 Fermat 및 Hero의 원리를 사용하여 달성될 수 있다. G. 해리슨, D. 스미스, 및 G. 비제에 의해 여기 동시에 출원되고,일반적으로 할당된, 그리고 공동-출원된 미국 특허 출원 제13/211,389 호인 “자유 공간 반사 광학 표면을 만들기 위한 방법 및 시스템”, 그리고 변호사 사건 번호 IS 00354에 의해 알려진 것 의 내용이 참고로 여기에 포함된다. 구체예에서 설명하는 Fermat 및 Hero 원리는 HMD의 사용에 적합한 FS/UWA/RO 표면을 설계하기 위해 사용된다. G. 해리슨, D. 스미스, 및 G. 비제에 의해 여기 동시에 출원되고,일반적으로 할당된, 그리고 공동-출원된 미국 특허 출원 제13/211,372호인 “하나 이상의 반사 광학 표면을 수반하는 헤드-장착 디스플레이 장치”, 그리고 변호사 사건 번호 IS 00267에 의해 알려진 것의 내용이 참고로 여기에 포함된다.In one embodiment, the "free space" and the "widest angle" side of the reflective surface can be achieved using the principles of Fermat and Hero that light travels along the shortest (least time) optical path. "Methods and Systems for Making Free Space Reflective Optical Surfaces", commonly assigned, commonly assigned, and co-pending U.S. Patent Application No. 13 / 211,389 to G. Harrison, D. Smith, , And the contents of what is known by attorney case number IS 00354 are incorporated herein by reference. The Fermat and Hero principles described in the embodiments are used to design an FS / UWA / RO surface suitable for use with an HMD. Quot; United States Patent Application Serial No. < RTI ID = 0.0 > 13 / 211,372, < / RTI > filed simultaneously by G. Harrison, D. Smith, Device ", and the contents of what is known by attorney case number IS 00267 are incorporated herein by reference.

Fermat 및 Hero의 최소 시간의 원리의 수단으로, 영상 표시 시스템(image display system)(예를 들면, 영상 표시 시스템의 픽셀)의 적어도 하나의 발광 표면의 “원하는 부분(desired portion)”은 FS/UWA/RO 표면에 원하는 반사 지점을 가지게 할 수 있고, FS/UWA/RO 표면에서 반사 지점에 적어도 하나의 발광 표면의 원하는 부분으로부터 광경로가 제공되게 할 수 있다. 그리고, 사용자 눈의 회전중심이 극값에 있게 할 수 있다. 광 경로에서 극값은 광 경로 길이의 1차 도함수가 광 경로 길이에서 최대 또는 최소를 의미하는 제로(0) 값에 도달하는 것을 의미한다. 극값은 정상 양분된(normal bisect) 반사 광학 표면의 부분(local) 영역(region)을 만듬으로서 시야의 어떠한 지점에도 삽입될 수 있다. 반사 광학 표면은 (a) 부분 역영부터 사용자의 눈까지의 하나의 벡터 (예를 들면, 부분 영역의 중심부터 사용자 눈의 중심까지의 하나의 벡터) 그리고 (b) 부분 영역으로부터 발광 표면의 “원하는 지점”까지의 하나의 벡터 (예를 들면, 부분 영역의 중심부터 발광 표면의 “원하는 지점”의 중심까지의 하나의 벡터). 도 8 및 9는 영상 표시 시스템의 발광 표면의 적어도 하나의“원하는 지점”이 하나의 픽셀인 경우 공정을 설명하는 것이다.By means of Fermat and Hero's minimal time principle, a " desired portion " of at least one light emitting surface of an image display system (e.g., a pixel of an image display system) / RO surface to have a desired reflection point and to provide a light path from a desired portion of at least one light emitting surface to a reflection point at the FS / UWA / RO surface. Then, the center of rotation of the user's eye can be at the extreme value. The extremum in the optical path means that the first derivative of the optical path length reaches a zero value which means maximum or minimum in the optical path length. The extremum may be inserted at any point in the field of view by creating a local region of a normal bisecting reflective optical surface. The reflective optical surface includes (a) one vector from the partial backlight to the user's eye (e.g., one vector from the center of the partial region to the center of the user's eye) and (b) Quot; point " (e.g., one vector from the center of the partial region to the center of the " desired point " of the light emitting surface). Figures 8 and 9 illustrate the process when at least one " desired spot " of the light emitting surface of the image display system is one pixel.

특히, 도 8는 광빔(light beam)(515)의 방향으로 헤드-장착 디스플레이 장치의 앞쪽에서 빛이 나오는 일반적인 사각형의 픽셀 배열로 구성된 영상 표시 시스템의 발광 표면(510)을 도시한 것이다. 광빔(515)은 반사 광학 표면(520)에 대하여 반사된다. 보다 용이하게 보이기 위해서 도 8에서 평평하게 도시하였다. 반사시 광빔(515)은 사용자의 눈(530)에 들어가는 광빔(525)이 된다.8 shows a light emitting surface 510 of an image display system comprised of a generally rectangular pixel array in which light emerges from the front of the head-mounted display device in the direction of a light beam 515. [ The light beam 515 is reflected with respect to the reflective optical surface 520. It is shown flat in FIG. 8 for easier viewing. The reflected light beam 515 becomes a light beam 525 entering the user's eye 530.

각각의 픽셀에 대하여 반사면(reflector)의 법선면(surface normal)을 결정하는 목적을 위해서, 광빔(515) 및 광빔(525)에 해당하는 벡터들의 3-차원 이등분선(bisector)를 결정하는 것만이 필요하다. 도 8에서, 이러한 이등분선 벡터는 선(535)과 같은 2-차원 형태로 표시된다. 양분된 벡터(535)는 반사 지점(540)에서 반사 광학 표면에 법선(normal)이고, 발광표면(510)의 픽셀(545)이 HMD의 사용자에게 가시적일 수 있는 표면(520) 상에 위치한다.For purposes of determining the surface normal of the reflector for each pixel, it is only necessary to determine the three-dimensional bisector of the vectors corresponding to the light beam 515 and the light beam 525 need. In FIG. 8, this bisector vector is represented in a two-dimensional form such as line 535. The bisected vector 535 is normal to the reflective optical surface at the reflection point 540 and the pixel 545 of the light emitting surface 510 is located on the surface 520 that may be visible to the user of the HMD .

특히, 작동 중에, 디스플레이 표면(510)에서 픽셀(545)은 양분된 벡터 (535) 및 이의 수직 평면(550)에 해당하는 법선면(surface normal)에 의해서 설립된 각도에서 반사 광학 표면(520)을 반사하는 광빔(515)를 방출한다. 이는 Fermat 및 Hero의 원리에 의해서 생산되고, 반사 지점(540)에서 반사된 픽셀은 광빔(525)를 따라 눈(530)에 의해 보여진다.In particular, during operation, the pixel 545 at the display surface 510 is positioned on the reflective optical surface 520 at an angle established by a bisected vector 535 and a surface normal corresponding to the vertical plane 550 thereof. A light beam 515 reflecting the light beam 515 is emitted. This is produced by the principles of Fermat and Hero, and the pixels reflected at the reflection point 540 are seen by the eye 530 along the light beam 525.

반사지점(540)에서 법선면(surface normal)을 정확하게 계산하기 위해서, 빔(525)는 사용자의 눈(530)의 중심(555)를 근접하게 통과할 수 있다. 만약 사용자의 눈이 회전하더라도, 도 6 및 도 7과 관련하여 위에서 설명한 대로 주변 시력이 될때까지, 그 결과는 안정적으로 유지될 이며, 눈은 디스플레이의 영역이 사용자의 중심 시야 또는 주변 시야를 가지고 볼 수 없을 만큼 바뀐다.
Beam 525 may pass close to the center 555 of the user's eye 530 to accurately calculate the surface normal at the reflection point 540. Even if the user's eye is rotated, the result will remain stable until the peripheral vision is obtained as described above with reference to FIGS. 6 and 7, and the eye will see the area of the display with the user's center or peripheral vision I can not change it.

법선면의 위치를 계산하기 위하여, 4 원수의 방법이 사용될 수 있다. 여기에서, In order to calculate the position of the normal plane, a quadruple method can be used. From here,

q1 = 빔(515)의 배향q1 = orientation of beam 515

q2 = 빔(525)의 배향q2 = orientation of beam 525

And

q3 = 원하는 법선면535의 배향 = (q1 + q2) / 2
q3 = orientation of the desired normal plane 535 = (q1 + q2) / 2

법선면은 도 10에서 설명된 것처럼 벡터 표시법에서도 설명된다. 하기의 방정식 및 도 10에서, 포인트 N은 반사 광학 표면의 원하는 영역의 중심부분에 있는 포인트 M에서 떨어진 하나의 유닛이고 포인트 M에 있는 반사광학표면의 접평면에 대하여 수직의 표준방향에 있다. 포인트 M에 있는 반사 광학 표면의 접선면은 3 차원에서 포인트 M 2에 있는 법선면이 포인트 M 원하는 픽셀의 중앙에 있는 포인트 M에서 포인트 P에 있는 선 및 사용자의 눈이 움직이는 부분의 중앙에 있는 포인트 M에서 포인트 C에 있는 선을 이등분하도록 하기 방정식에서 나타낸 관계식에 충족되게 조절된다(참조, 포인트 C는 눈의 앞쪽에서 약 13 mm 뒤쪽으로 떨어져 있다). The normal plane is also described in the vector notation as described in Fig. In the following equation and FIG. 10, point N is one unit away from point M at the center of the desired area of the reflective optical surface and is in a normal direction normal to the tangent plane of the reflective optical surface at point M. The tangential plane of the reflective optical surface at point M is the point at the center of the point at which the user's eye moves and the line at point P at point M at the center of the desired pixel. (See point C is about 13 mm behind the front of the eye).

하기 방정식은 포인트 M에 있는 법선면 상의 포인트 N을 설명한다:The following equation describes point N on the normal plane at point M:

Figure 112013044928634-pct00001
Figure 112013044928634-pct00001

상기 식에서 모든 포인트N, M, P, 및C는 임의의 카르테시안(Cartesian) 좌표 시스템에 있는 3 차원 공간에서의 이들의 위치를 나타내는 구성요소[x, y, z]를 가진다.In the above equation, all points N, M, P, and C have a component [x, y, z] representing their position in a three-dimensional space in any Cartesian coordinate system.

결과되는 표준 벡터 N-M은 유클리드(Euclidean) 길이를 가진다The resulting standard vector N-M has an Euclidean length

Figure 112013044928634-pct00002
Figure 112013044928634-pct00002

상기식에서, 두 개의 수직막대는 하기처럼 계산된 유클리드 길이를 나타낸다:In the above equation, the two vertical bars represent the Euclidean length calculated as follows:

Figure 112013044928634-pct00003
Figure 112013044928634-pct00003

예시로 든 수치로서, 하기의 M, P, 및 C 값을 고려하면 된다;As an example numerical value, the following values of M, P, and C can be considered;

Figure 112013044928634-pct00004
Figure 112013044928634-pct00004

표준 N에 따른 포인트는 하기처럼 계산된다:The points according to the standard N are calculated as follows:

P -M = [(2-4),(10-8),(5-10)]=[-2,2,-5]P -M = [(2-4), (10-8), (5-10)] = [- 2,2,5]

C-M= [(6-4),(10-8),(5-10)]=[2, 2. -5]C-M = [(6-4), (10-8), (5-10)] = [2,

(P-M)+(C-M) = [0, 4, -10](P-M) + (C-M) = [0, 4, -10]

And

Figure 112013044928634-pct00005
Figure 112013044928634-pct00005

= {[-2,2,-5]+[2,2,-5]}/10.7703296143 + [4,8,10]= {[-2,2, -5] + [2,2, -5]} / 10.7703296143 + [4,8,10]

=[0, 0.3713806764, -0.928476691] + [4,8,10]= [0, 0.3713806764, -0.928476691] + [4,8,10]

= [4, 8.3713806764, 9.07152(330)91]= [4, 8.3713806764, 9.07152 (330) 91]

기하학이 도 19에서 도시되고 이등분선은 두 개의 더 긴 벡터 사이에 있다. The geometry is shown in Figure 19 and the bisector is between two longer vectors.

물론 상기식은 단지 보는 사람에게 인접한 허상을 나타내기 위해 의도된 수 차례 반사하는 자유공간(자유형태) 표면을 만드는 포인트 부분에 대하여 국부적인 접선면의 각의 상수를 매우 짧은 시간에 결정하는데 Fermat 및 Hero 원리를 사용하는 것을 보여준다. 보는 사람에게 근접한 허상을 나타내기 위해 의도된 수차례 반사하는 자유공간(자유형태) 표면을 만드는 포인트 영역에 대한 국부적인 접선면 각의 상수를 단지 실제 상수만이 사용자의 눈 및 눈의 실제시각의 중심에 있다. 모든 기타 요소들은 주어진 디스플레이 시스템 및 반사광학 표면배향에 대한 적절한 해결책이 나올때까지 지속적으로 업데이트될 것이다. 다른 방식으로 보여진 픽셀 영상 반사위치, M1, M2, …, Mn, 및 이들의 관련된 표준 및 곡률은 FS/UWA/RO 표면이 영상표시 시스템에 의해 형성된 컴퓨터에 의해 생성된 영상을 처리하는 원하는 허상을 얻도록 “정상을 벗어난(wraped)”(조절된) 매트릭스로서 고려될 수 있다. Of course, the above equation only determines the constant of the angle of the local tangential surface in a very short time relative to the point portion making the surface of the free space (free form) several times intended to represent the virtual image adjacent to the viewer. Fermat and Hero Principles. The constant of the local tangent angle for the point area that makes the surface of the free space (free form) several times it is intended to represent the virtual image close to the viewer is only the actual constant, It is in the center. All other elements will be continuously updated until a suitable solution for the given display system and reflective optical surface orientation is available. Pixel image reflection positions, M1, M2, ... , Mn, and their associated standards and curvatures are " wrapped " (conditioned) so that the FS / UWA / RO surface obtains the desired image of processing the image generated by the computer formed by the image display system. Can be considered as a matrix.

Fermat 및 Hero 원리를 인용하는데 있어서, 사용자가 하나 이상의 포인트에서 동일한 픽셀 반사를 보도록 표준이 조절되는 위치를 피하는 것이 바람직할 것이다. 일부 구체예에서, 반사광학 표면의 국부적인 영역은 매우 작을 수 있고 심지어 부드러운 표면을 만들기 위하여 다른 포인트 내로 모핑하는(morphing) 포인트와 함께 반사기 위의 포인트에 상응할 수 있다. In citing the Fermat and Hero principles, it would be desirable to avoid positions where the standard is adjusted such that the user sees the same pixel reflections at one or more points. In some embodiments, the local area of the reflective optical surface may be very small and may correspond to a point on the reflector with a point morphing into another point to create a smooth surface.

상기 방식을 실현하기 위해, 프레넬 렌즈 시스템의 존재의 효과는 명확하게 FS/UWA/RO 표면을 디자인하는 페르맷 및 헤로 법칙(Fermat and Hero principles)의 사용에는 상기 내용에 포함되지 않는다. 실제적으로, 프레넬 렌즈 시스템의 존재는 용이하게 페르맷 및 헤로 계산에 입력하여 사용하는 분석과 빛이 상기 프레넬 렌즈 시스템을 구성하는 광학 요소를 통해 통과한 후, 빛의 전파 방향에 포함이 되고, 이러한 전파 방향은 예를 들어 가우시안 옵틱 기술(Gaussian optics techniques)을 사용하여 결정될 수 있다. 바란다면, 페르맷 및 헤로 계산은 기대하는 가상 기억 이미지를 얻을 때가지 상기 프레넬 렌즈 시스템의 프레넬 렌즈 굴절력을 변화하여 조절되도록 다른 초기의 이접운동(離接運動) 세팅을 위해 반복될 수 있다.In order to realize this scheme, the effect of the presence of the Fresnel lens system is not included in the above description for the use of the Fermat and Hero principles to clearly design the FS / UWA / RO surface. In practice, the presence of the Fresnel lens system is easily included in the propagation direction of the light after passing through the optical element constituting the Fresnel lens system, , This propagation direction can be determined using, for example, Gaussian optics techniques. If desired, the perma- nent and heuristic calculations can be repeated for other initial settling motion settings to adjust the Fresnel lens power of the Fresnel lens system to be adjusted until an expected virtual memory image is obtained .

사용자가 용이하게 적어도 하나의 발광 표면의 기대부분(desired portion)의 가상 기억 이미지에 초점을 맞출수 있도록 보장하기 위하여, 일 실시예에서, 반사지점을 둘러싸고 있는 부분(반사 부분)의 곡률의 반경은 프레넬 렌즈 시스템을 통해 통과하고 FS/UWA/RO 표면으로부터 반사된 후에, 시준된(또는 거의 시준된) 이미지가 사용자에게 도달하도록 조절이 된다. 상기 언급한 바와 같이, 시준된(또는 거의 시준이 된) 이미지는 상기 이미지가 사용자로부터 멀리 떨어져 있는 것처럼 예를 들어 수십 내지 수백미터 떨어져 있는 것처럼 더 평행한 광학선을 가진다. 프레넬 렌즈 시스템의 콜리메이팅 파워(collimating power)에 따라, 상기 표면을 이룰 수 있도록, 적어도 하나의 발광 표면(기대 발광 픽셀, desired light-emitting pixel)에 상응하는 반사 광학 표면의 반사 부분의 곡률반경은 디스플레이 상에 반사부분으로부터 발광 표면(실제 픽셀)의 실제 기대부분(desired portion)까지 거리의 약 이분의 일(그러나, 더 길다)의 반경이 유지될 수 있다. 더 상세히, 그 반경은 기대부분이 반사부분의 위치로부터 프레넬 렌즈 시스템을 통해 보여질 때, 반사 부분으로부터 빛 방출 표면의 기대부분까지 명확한 거리의 약 이분의 일이 될 것이다. In order to ensure that the user can easily focus on the virtual storage image of the desired portion of the at least one light emitting surface, in one embodiment, the radius of curvature of the portion (reflective portion) After passing through the Nell lens system and reflecting off the FS / UWA / RO surface, the collimated (or nearly collimated) image is adjusted to reach the user. As mentioned above, the collimated (or nearly collimated) image has a more parallel optical line such that the image is, for example, several tens to several hundreds of meters away from the user. According to the collimating power of the Fresnel lens system, the radius of curvature of the reflective portion of the reflective optical surface corresponding to the at least one light-emitting pixel (the desired light-emitting pixel) (But longer) of the distance from the reflective portion on the display to the desired portion of the light-emitting surface (actual pixel) can be maintained. More specifically, the radius will be about one-half of a definite distance from the reflective portion to the expected portion of the light emitting surface when the expectation portion is viewed through the Fresnel lens system from the position of the reflective portion.

따라서, 하나의 실시예에서, 인접한 픽셀에 관련한 픽셀로부터 내부 반사 픽셀 노말 벡터(inter-reflected-pixel normal vector)는 프레넬 렌즈 시스템을 통해 보여지는 디스플레이 픽셀의 분명한 위치의 반사표면 상의 반사된 픽셀의 위치로부터 벡터의 거의 이분의 일의 길이 곡률의 반경을 만들도록 하는 관계를 만족한다. 이러한 파라미터에 영향을 주는 조정은 적어도 하나의 표면 방출 빛의 크기를 포함하고 표면으로부터 방출되는 적어도 하나의 빛이 곡선이 되는지를 포함한다. Thus, in one embodiment, an inter-reflected-pixel normal vector from a pixel associated with a neighboring pixel is a vector of reflected pixels on a reflective surface at a distinct location of a display pixel viewed through a Fresnel lens system Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > radius of curvature of approximately half of the vector from the position. Adjustments affecting these parameters include the magnitude of at least one surface emitting light and whether at least one light emitted from the surface is a curve.

도 9는 이러한 실시예를 나타낸다. 사용자에게 시준된(또는 거의 시준이 된) 이미지가 도달하도록 픽셀 반사의 주위의 부분의 곡률의 반경을 조절하도록, 반사포인트(540)으로 2개의 인접 픽셀 반사부분이 고려된다. 더 많은 부분이 더 좋은 균형을 위해 고려될 수 있으나 2개면 충분하다. 도 9와 관련하여, 2개의 픽셀 반사 포인트(540 및 610)은 각각 디스플레이 표면(510) 상의 2개의 픽셀(545 및 615)과 관련이 있는 것을 보여준다. 포인트 (540 및 610)에서의 평균 표면은 그들의 방향 사이의 각에 따라 계산이 된다. 곡률의 반경은 포인트(540 및 610) 사이의 이러한 각과 거리로 계산이 된다. 분명히, 표면 배열 및 필요하다면 표면의 공간적 위치가 길이가 프레넬 렌즈 시스템의 효과로 조정이 될 때, 곡률의 반경이 광선(515 및 620)의 길이의 평균의 약 이분이 일이 될 때까지 조정이 된다. 이러한 경우, 제로 또는 제로에 가까운 디옵터 빛은 사용자의 눈에 공급될 수 있다. 상기 언급한 바와 같이, 이것은 본질저으로 무한대 거리의 지점으로부터 오는 빛과 같고, 빛의 파면은 평평하고 빛의 파면에 정상적으로 표면에 평행하게 된다.Fig. 9 shows this embodiment. Two adjacent pixel reflection portions are considered at the reflection point 540 to adjust the radius of curvature of the surrounding portion of the pixel reflection so that the collimated (or nearly collimated) image reaches the user. More parts can be considered for a better balance, but two are sufficient. 9, two pixel reflection points 540 and 610 are shown associated with two pixels 545 and 615, respectively, on the display surface 510. The average surface at points 540 and 610 is calculated according to the angle between their directions. The radius of curvature is calculated by this angle and distance between points 540 and 610. Obviously, when the surface arrangement and, if necessary, the spatial position of the surface is adjusted by the effect of the Fresnel lens system, the radius of curvature is adjusted until the average of the lengths of the rays 515 and 620 is approximately one- . In this case, zero or near zero diopter light can be supplied to the user's eyes. As mentioned above, this is like the light coming from a point of infinite distance in essence, and the wavefront of light is flat and normally parallel to the wavefront of light.

곡률의 국소 반경의 조절에 더하여, 일 실시예에서, 눈으로 들어가는 시준된(또는 거의 시준이 된) 이미지를 가지는 제1 오더 포인트 솔루션(order point solution)에서, 상기 적어도 하나의 빛 방출 표면은 명목상 FS/UWA/RO 표면으로부터 떨어진 초점거리의 거리에 위치하고, 이 초점거리는 FS/UWA/RO 표면으로 구성된 다양한 표면 부분의 곡률 반경의 평균 값에 기초한다.In addition to the adjustment of the local radius of curvature, in one embodiment, in a first order point solution having a collimated (or nearly collimated) image that enters the eye, the at least one light- Located at a distance of the focal distance away from the FS / UWA / RO surface, this focal distance is based on the average value of the radius of curvature of the various surface portions composed of the FS / UWA / RO surface.

페르맷 및 헤로 규칙을 적용한 결과 부드러운 반사 표면으로 결합이 되는 반사 부분의 세트를 가진다. 이 표면은 일반적으로 구 모양이거나 대칭형태로 이루지지 않는다. 도 11은 FS/UWA/RO 표면(520)의 2 차원적 표현이다. 상기 언급한 대로, 표면(520)은 프레넬 렌즈 시스템의 시준 효과(collimating effects)와 결합될 때, 포인트(710 및 720)에서 곡면의 반경이 표면에 의해 반사되는 이미지 디스플에이 시스템의 적어도 하나의 발광 표면으로부터 이미지의 편안한 시청을 위해 제공되는 값에 설정되도록 설치 될 수 있다. 이러한 경우, 선(730)에 의해 표현되는 일정 방향으로 시준된(또는 거의 시준이 된) 가상 저장 이미지를 눈(530)에 공급하게 될 것이고 선(740)에 의해 표현된 다른 방향으로 적용될 것이다. 전시야를 통해 부드러운 시선의 이동이 가능하도록, FS/UWA/RO 표면의 부분이 부드럽게 하나의 컨트롤 포인트에서 다른 포인트로 이전이 될 수 있고, 키홈이 난 표면(splined surfaces)을 위해 넙스(Non-Uniform Rational B-Spline,(NURBS))기술을 사용하여 처리될 수 있다. 일부 경우에서, FS/UWA/RO 표면은 충분한 수의 부분을 포함하여, 표면은 파인 그레인 레벨(fine grain level)에서 부드럽게 된다. 일부 실시예에서, 디스플레이의 각각의 부분(각 픽셀)의 다른 확대가 점진적 경사를 사용하여 더 좋은 생산능력, 실현 및 이미지 품질을 가지도록 제공될 수 있다.It has a set of reflective parts that are bonded to a smooth reflective surface as a result of applying the Permat and Hero rules. The surface is generally spherical or not symmetrical. 11 is a two-dimensional representation of the FS / UWA / RO surface 520. As mentioned above, the surface 520, when combined with collimating effects of the Fresnel lens system, allows at least one of the image display systems in which the radius of the curved surface at points 710 and 720 is reflected by the surface And may be set to a value provided for comfortable viewing of the image from the light emitting surface. In this case, a virtual stored image that is collimated (or nearly collimated) in a certain direction represented by line 730 will be supplied to eye 530 and applied in the other direction represented by line 740. The part of the surface of the FS / UWA / RO can be smoothly transferred from one control point to another to allow for smooth eye movement through the display field, and the key groove can be transferred from the NURBS to the splined surfaces, Uniform Rational B-Spline, (NURBS)) techniques. In some cases, the FS / UWA / RO surface includes a sufficient number of portions so that the surface is smooth at a fine grain level. In some embodiments, another magnification of each portion (each pixel) of the display can be provided using progressive gradients to have better production capability, realization and image quality.

앞서 언급한 대로, 전체 헤드 마운트 디스플레이가 다음의 따른 적절한 단계를 사용하여 디자인될 수 있다. 기대 시야를 결정하는 단계, 디스플레이 표면 크기(폭 및 높이 치수)를 선택하는 단계, 반사 표면과 관련된 디스플레이 표면의 방향을 선택하는 단계, 디스플레이 및 반사표면 사이의 프레넬 렌즈 시스템에 관한 추천 위치를 선택하는 단계, 프레넬 렌즈 시스템의 추천 배열을 선택하는 단계, 프레넬 렌즈 시스템을 통해 나타나는 디스플레이 표면 상에 각 픽셀의 위치를 분류하는 단계, 및 반사 표면 상의 디스플레이 표면으로부터 각 픽셀의 디스플레이에 관한 위치를 선택하는 단계. 디스플레이 표면과 프레넬 렌즈 시스템은 눈의 위로 위치하고 반사표면 방향으로 기울어지게 할 수 있고, 착용자의 눈에 빛을 비추도록 반사 표면의 곡률을 갖도록 할 수 있다. 더 구체적인 실시예로서, 디스플레이 표면과 프레넬 렌즈 시스템은 눈의 측면이나 눈의 아래에 적당하게 디스플레이 표면으로부터 빌을 반사하도록 선택된 곡면 및 반사 위치를 갖도록 또는 다른 정도로 기울어질 수 있도록 다른 위치에 위치할 수 있다. As mentioned above, the entire head mount display can be designed using the appropriate steps according to the following. Selecting a display surface size (width and height dimension); selecting a direction of the display surface relative to the reflective surface; selecting a recommended position with respect to the Fresnel lens system between the display and the reflective surface; Selecting a recommended arrangement of the Fresnel lens system, classifying the position of each pixel on the display surface through the Fresnel lens system, and determining the position of each pixel on the reflective surface relative to the display surface Selecting the step. The display surface and the Fresnel lens system can be positioned above the eye and tilted towards the reflective surface and can have a curvature of the reflective surface to illuminate the wearer's eye. In a more specific embodiment, the display surface and the Fresnel lens system are positioned at different positions so as to have a curved surface and reflective position selected to reflect the bill from the display surface, as appropriate to the side of the eye or below the eye, or to a different degree .

일 실시예로서, 반사표면의 3차원 실체화 또는 수학적 표현이 상기 언급한 바와 같이, 사용자의 눈의 중앙 부분 중심으로부터 및 디스플레이 표면에서 픽셀의 중앙(프레넬 렌즈 시스템의 존재로부터 기인한 픽셀의 명확한 위치의 중심)으로부터의 벡터를 이등분하는 평균값을 가지는 국소 부분을 가지는 각각의 반사 표면의 부분과 함께 만들 수 있다.상기 언급한 바와 같이, 픽셀 반사 주변 부분의 곡률의 반경은 조절될 수 있어서, 프레넬 렌즈 시스템의 시준효과(collimating effects)와 결합하여 시준된(또는 거의 시준된) 이미지가 시야 전체로 사용자에게 도달하게 된다. 컴퓨터 기초의 처리절차의 반복을 통하여, 변경가능한 파라미터 (예, 반사표면의 국소 평균, 국소 곡률, 및 국소 공간입지 및 구성요소의 숫자, 요소의 파워, 요소의 곡률, 및 프레넬 렌즈 시스템에 관한 요소의 위치)는 파라미터의 조합(세트)이 시야에 관한 광학 성능의 기대 수준을 제공하고 또한 심미적으로 받아들일 수있느 제조가능한 디자인으로 판명될 때까지 조절될 수 있다.In one embodiment, the three-dimensional realization or mathematical representation of the reflective surface is determined from the center portion center of the user's eye and from the center of the pixel at the display surface (the exact location of the pixel resulting from the presence of the Fresnel lens system With the portion of each reflective surface having a local portion having an average value bisecting the vector from the center of the pixel reflections. As mentioned above, the radius of curvature of the peripheral portion of the pixel reflections can be adjusted, Combined with the collimating effects of the lens system, the collimated (or nearly collimated) image reaches the user through the field of view. Through the repetition of the computer-based processing procedure, it is possible to determine, for example, the local average of the reflective surface, the local curvature, and the number of localized space locations and components, the power of the elements, the curvature of the elements, The position of the element) can be adjusted until the combination (set) of the parameters provides an expected level of optical performance with respect to the field of view and is found to be a manufacturable design that is also aesthetically acceptable.

사용하는 동안, 프레넬 렌즈 시스템과 결합된 비대칭 FS/UWA/RO 표면 (일 실시예로서, 초점의 다중 국소 부분의 키홈이 난 표면으로부터 구성된다)은 광시야각으로 늘어나는 이미지 디스플레이 시스템의 적어도 하나의 발광 표면의 가상 저장 이미지를 형성한다. 상기 FS/UWA/RO 표면은 혁신적인 거울 또는 혁신적인 곡선의 빔 스플리터(curved beam splitter) 또는 자유로운 형식의 거울 또는 반사면으로 볼 수 있다. 시야를 통해 눈이 수평 및 수직으로 훑어 보게 되면, 곡면의 FS/UWA/RO 표면은 사용자의 눈으로 이미지 디스플레이 시스템의 적어도 하나의 발광 표면의 다른 위치를 빛나게 한다. 다양한 실시예에서, 전체 광학 시스템은 전형적인 인간의 시각 해상도에 상응하는 이미지 품질을 유지하도록 낮은 비용으로 대량으로 제조가 가능하다.
During use, an asymmetric FS / UWA / RO surface coupled to the Fresnel lens system (in one embodiment, constructed from keyed surfaces of multiple localized portions of the focus) To form a virtual stored image of the emitting surface. The FS / UWA / RO surface can be viewed as an innovative mirror or an innovative curved beam splitter or as a free-form mirror or reflective surface. When the eye is scanned horizontally and vertically through the field of view, the FS / UWA / RO surface of the surface illuminates another position of at least one emitting surface of the image display system with the user's eyes. In various embodiments, the entire optical system can be manufactured in large quantities at low cost to maintain image quality corresponding to typical human visual resolutions.

IVIV . 비(. ratio( nonnon )-) - FSFS // UWAUWA // RORO 반사표면들을 수반하는  Reflective surfaces HMDHMD

위에서 언급한 것과 같이 도4는 커브 FS/UWA/RO 표면 및 커브 프레넬 렌즈 시스템을 사용하는 HMD 광학 시스템의 구체예를 보여준다. FS/UWA/RO 표면들이 아닌 커브 반사표면들을 수반하는 HMD 광학 시스템은 이미지 디스플레이 시스템과 그 반사표면 사이에 커브 프레넬 렌드 시스템을 사용할 때의 장점이 있다. 도 12 내지도 14는 플랫 반사표면과 커브 프레넬 렌즈 시스템을 수반하는 예시적 구체예를 보여준다. As mentioned above, Figure 4 shows an embodiment of an HMD optical system using a curve FS / UWA / RO surface and a curve Fresnel lens system. An HMD optical system with curved reflective surfaces that are not FS / UWA / RO surfaces has the advantage of using a Curve Fresnel system between the image display system and its reflective surface. Figures 12-14 illustrate an exemplary embodiment involving a flat reflective surface and a curved Fresnel lens system.

도 12에서 사용자(1300)가 광학적 시-쓰루 증강 현실 양안 뷰어(1310)를 포함하는 헤드 장착 디스플레이를 장착하고 있다. 상기 뷰어(1310)는 적어도 하나의 이미지 디스플레이 시스템(1320), 적어도 하나의 반사표면(1380), 및 적어도 하나의 디스플레이의 근접 뷰 및 넓은 시야를 제공하는 커브 프레넬 렌즈 시스템을 포함한다. 전형적으로 뷰어(1310)는 다음의 하나 또는 그 이상의 이들 요소들이 원한다면 양쪽 눈 모두 서비스하겠지만, 각 눈을 위한 하나의 디스플레이 시스템, 커브 프레넬 렌즈 시스템, 반사표면의 조합을 포함할 것이다. In Fig. 12, the user 1300 is equipped with a head mounted display including an optical time-lapse augmented reality face viewer 1310. The viewer 1310 includes at least one image display system 1320, at least one reflective surface 1380, and a curved Fresnel lens system that provides a near view and at least one view of the at least one display. Typically, the viewer 1310 will include a display system for each eye, a curve Fresnel lens system, and a combination of reflective surfaces, although one or more of these elements may serve both eyes if desired.

도 12와 같이 커브 프레넬 렌즈 시스템은 프레넬 렌즈들(1330, 1335)을 포함한다. 100도 또는 그 이상의 시야를 제공하기 위하여 플랫 프레넬 렌즈(1330)와 커브 프레넬 렌즈(1335)의 양자 모두 다양한 구체예에 수반될 수 있다. 여기에 거론된 다른 예시적 구체예들에서와 같이 도 12에 보인 것보다 더 많은 또는 더 적은 수의 렌즈들이 커브 프레넬 렌즈 시스템에 사용될 수 있다. 한 구체예에서 단일의 커브 프레넬 렌즈 요소가 사용될 수 있다. FS/UWA/RO 표면을 수반하는 구체예에서 단일 프레넬 렌즈 요소, 예를 들어 단일 커브 프레넬 렌즈 요소가 사용될 수 있음에 유의하라. 도 13 내지 도 14에 설명된 다른 구체예에서 3개의 프레넬 렌즈 요소(1125, 1130, 1135)가 사용되었다.As shown in FIG. 12, the curve Fresnel lens system includes Fresnel lenses 1330 and 1335. Both the flat Fresnel lens 1330 and the curve Fresnel lens 1335 may be subjected to various embodiments to provide a field of view of 100 degrees or greater. More or fewer lenses than the ones shown in Figure 12 can be used in the Curve Fresnel lens system as in other exemplary embodiments discussed herein. In one embodiment, a single curve Fresnel lens element can be used. Note that a single Fresnel lens element, for example a single curve Fresnel lens element, may be used in embodiments involving an FS / UWA / RO surface. Three Fresnel lens elements 1125, 1130 and 1135 have been used in other embodiments described in Figures 13-14.

적어도 하나의 이미지 디스플레이 시스템(1320)에 의해 디스플레이가 된 이미지를 제어하기 위해 전자 패키지(1340)가 제공되었다. 전자패키지(1340)는 사용자를 찾고 위치를 설정하기 위하여 가속도계와 자이로스코프를 포함할 수 있다. 양안 뷰어로의 그리고 그로부터의 전원과 영상이 전송 케이블(1350) 또는 무선 매체를 통하여 공급될 수 있다. 증강 현실 장면들의 컴퓨터 생성의 제어를 돕기 위한 HMD 소프트웨어 패키지에로의 입력을 공급하기 목적으로 사용자의 헤드의 반대편 쪽에 카메라 세트(1370)를 위치시킬 수 있다. An electronic package 1340 has been provided for controlling an image that has been displayed by at least one image display system 1320. The electronic package 1340 may include an accelerometer and a gyroscope to locate and locate a user. Power and images to and from the binocular viewer can be supplied via transmission cable 1350 or wireless media. The camera set 1370 can be located on the opposite side of the user's head for the purpose of providing input to the HMD software package to help control the computer generation of the augmented reality scenes.

광학적 시-쓰루 증강현실 양안 뷰어(1310)는 적어도 하나의 내부적으로 생성딘 이미지를 외부 환경으로부터 그 뷰어에 들어오는 적어도 하나의 이미지에 오버레이(overlay)하기 위하여 적어도 하나의 반사광학표면(1380)을 포함한다. 특히 빛(1386)이 외부 환경으로부터 반사광학표면(1380)을 통하여 지나 그 뷰어에 들어간다. 이 빛은 반사광학표면(1380)에 의해 사용자의 눈을 향하여 반사된 상기 이미지 디스플레이 시스템과 커브 프레넬 렌즈 시스템으로부터의 빛(1385)과 결합한다.The optical time-thru augmented reality facial viewer 1310 includes at least one reflective optical surface 1380 for overlaying at least one internally generated image from the external environment onto at least one image coming into the viewer do. In particular, light 1386 enters the viewer through the reflective optical surface 1380 from the outside environment. This light combines with light 1385 from the image display system and the curved Fresnel lens system reflected by the reflective optical surface 1380 towards the user's eye.

그 결과는 사용자가 지점(1390) 방향으로 볼 때 사용자의 눈에 들어가는 빛(1387)과 결합한다. 이 사용자의 주변시 능력이 그 사용자로 하여금 지점(1390)으로부터 거리를 두고 있는 반사광학표면(1380)의 다른 부분들로부터의 빛을 볼 수 있도록 해 준다.The result is combined with light 1387 entering the user's eye as the user looks at point 1390. Allowing the user to see the light from other portions of the reflective optical surface 1380 that are at a distance from the point 1390. [

하나의 구체예에서, 보인 것과 같이, 적어도 하나의 이미지 디스플레이 시스템(1320)과 커브 프레넬 렌즈 시스템(예: 프레넬 렌즈들(1330, 1335))이 상기 사용자의 눈 위로 지지되고 상당히 수평적인 평면에서 눈으로부터 멀리 나와 연장한다. 이 구체예에 대하여 그 하나의 반사광학표면(1380)은 HMD의 전방(forward front) 프레임 부분의 바닥 가장자리에 의하여(결합되어), 그리고 상기 적어도 하나의 이미지 프로젝션 장치(1320)로부터 빛을 사용자의 눈으로 반사하도록 각도를 잡아서 지지된다. 하나의 구체예에서 상기 반사광학표면(1380)의 각도는 그 하부 말단이 사용자의 얼굴에 가장 가깝게 되고 그 최상부가 사용자의 얼굴로부터 가장 멀리되도록 되어 있다. 바람직하다면 상기 반사광학표면은 얼굴의 측면으로 방향이 잡힌 편평한 또는 곡면의 부분을 포함할 수 있다.In one embodiment, as shown, at least one image display system 1320 and a curved Fresnel lens system (e.g., Fresnel lenses 1330 and 1335) are supported above the user ' From the eyes. For this embodiment, that one reflective optical surface 1380 is formed by the bottom edge of the forward front frame portion of the HMD (coupled) and the light from the at least one image projection device 1320 It is held at an angle to reflect with the eyes. In one embodiment, the angle of the reflective optical surface 1380 is such that its lower end is closest to the user ' s face and its uppermost is furthest away from the user ' s face. If desired, the reflective optical surface may comprise a flat or curved portion oriented to the side of the face.

도 12에 보인 유형의 헤드 장착 디스플레이 장치의 광선추적분석(ray tracing analysis)이 도 13 및 도 14에 제공되어 있다. 도 13 및 도 14의 구체예는 도 12의 2개의 프레넬 요소들(1330, 1335)보다는 3개의 프레넬 렌즈 요소들(1125, 1130, 1135)을 사용한다. 도 13 및 도 14에서 광선들(1430, 1435, 1440)들이 광선(1440)이 환경으로부터 들어가서 반사광학표면(1380)으로부터 반사된 광선(1430)과 결합하여 사용자가 지점(1442) 방향으로 볼 때 사용자의 눈으로 들어가는 결합된 광선(1435)를 만들도록 된 것이 보인다. 그 사용자의 주변시 능력은 또한 그 사용자로 하여금 지점(1442)으로부터 멀리 있는 반사표면(1380)의 다른 부분으로부터의 빛을 볼 수 있도록 해 준다.A ray tracing analysis of a head mounted display device of the type shown in Fig. 12 is provided in Figs. 13 and 14. Fig. The embodiments of Figures 13 and 14 use three Fresnel lens elements 1125, 1130, and 1135 rather than the two Fresnel elements 1330 and 1335 of Figure 12. Light rays 1430,1435 and 1440 in Figures 13 and 14 show that when light 1440 enters from the environment and combines with the reflected light 1430 from reflective optical surface 1380 and the user looks in the direction of point 1442 It appears to be creating a combined ray 1435 entering the user's eye. The user's ability to perceive also allows the user to view light from other portions of the reflective surface 1380 that are remote from the point 1442.

도 14에서 가장 잘 볼 수 있는 것과 같이 적어도 하나의 이미지 프로젝션 장치(1320)로부터 나오는 빛(1460)의 발산 파면(diverging wavefront)이 프레넬 렌즈들(1125, 1130, 1135)을 가지는 양의 디옵터의 프레넬 렌즈 시스템에 의해 수렴되어 제로 디옵터 빛(1430)을 공급하는데 그것은 편평한 반사광학표면(1380)에 부딪히고, 거기에서 그 빛은 눈의 동공으로 들어가는 제로 디옵터 빛(1435)으로 굴절된다. 이것은 기본적으로 무한히 먼 지점으로부터 오는 빛과 같고 그 빛의 파면은 편평하며, 눈으로 가는 입구 동공에 결친 광선들(1435)로 보인 것과 같이 그 파면에 평행한 표면법선들이 된다. 상기 반사광학표면(1380)은 또한 외부환경으로부터 빛(1440)을 받아들여(도 13) 또한 도 14에 보인 것과 같이 외부에서 온 광선 빔(1510)으로서 내부 이미지들이 외부 이미지들에 오버레이 되게 한다.
As best seen in FIG. 14, the diverging wavefront of light 1460 from at least one image projection device 1320 is a positive diopter having a Fresnel lens 1125, 1130, Converged by the Fresnel lens system to provide zero diopter light 1430 which strikes a flat reflective optical surface 1380 where it is refracted into zero diopter light 1435 entering the pupil of the eye. This is basically the same as the light coming from an infinitely distant point, and the wavefront of the light is flat and becomes the surface normals parallel to the wavefront, as seen by the rays (1435) on the entrance pupil to the eye. The reflective optical surface 1380 also receives light 1440 from the external environment (Figure 13) and also allows internal images to be overlaid on external images as an externally illuminated beam 1510, as shown in Figure 14.

V. V. 다이렉트direct  View HMDHMD

위의 응용들에 덧붙여 커브 프레넬 렌즈 시스템은 또한 개입(intervening) 반사광학표면이 없는 이미지 디스플레이 시스템의 직접 뷰에 사용될 수 있다. 그러한 구성은 실감형이 될 것이지만 하나 또는 그 이상의 비디오 카메라의 사용을 통한 외부 세계의 정보를 포함할 수 있다. 스택(stacked) 프레넬 렌즈들을 포함하는 프레넬 렌즈 시스템을 사용함으로써 디스플레이의 이미지를 넓은 시야로 투사할 수 있는 짧은 초점 거리와 하이 파워(high power)를 가지는 광학시스템이 밀집된 공간에 형성될 수 있다.In addition to the above applications, a curved Fresnel lens system can also be used in direct view of an image display system without an intervening reflective optical surface. Such a configuration would be realistic, but could include information from the outside world through the use of one or more video cameras. By using a Fresnel lens system including stacked Fresnel lenses, an optical system having a short focal length and a high power capable of projecting an image of a display in a wide field of view can be formed in a dense space .

도 15는 헤드 장착 디스플레이에 실감형 양안 뷰어(910)를 장착하고 있는 사용자(900)의 측면을 보여준다. 이 헤드 장착 디스플레이 내에 커브 프레넬 렌즈 시스템(930)을 가진 근접 뷰를 위해 조절된 각 눈을 위한 적어도 하나의 이미지 디스플레이 시스템(920)이 있다. 전자 패키지(940)는 디스플레이되는, 그리고 그 디스플레이에서 이미지를 사용자의 활동들과 동기화하기 위한 위치, 방향 및 자세 정보를 공급하는 이미지를 제어하기 위하여 가속도계 및/또는 자이로스코프를 포함할 수 있다. 양안 뷰어로의 그리고 그로부터의 전원과 영상은 전송케이블(950) 또는 무선 매체를 통하여 공급될 수 있다. 사용자(900)와 뷰어들(910)의 평면도가 이 뷰어들과 관련된 눈(955)과 코(960)를 포함하여 도 16에 도시되어 있다. 프레넬 렌즈 시스템(930)의 프레넬 렌즈들은 스택 및 커브를 가진다..Figure 15 shows a side view of a user 900 mounting a realistic binaural viewer 910 on a head mounted display. There is at least one image display system 920 for each eye adjusted for close-up view with a curved Fresnel lens system 930 in this head mounted display. The electronic package 940 may include an accelerometer and / or a gyroscope for controlling an image to be displayed and providing position, orientation, and attitude information for synchronizing an image with a user's activities in the display. Power and images to and from the binocular viewer can be supplied via transmission cable 950 or wireless media. A top view of the user 900 and viewers 910 is shown in FIG. 16, including eyes 955 and noses 960 associated with these viewers. The Fresnel lenses of the Fresnel lens system 930 have stacks and curves.

이 구체예에서 상기 적어도 하나의 이미지 디스플레이 시스템(920)이 상기 HMD의 프레임에 사용자의 바로 눈 앞에, 그리고 기본적으로 수직방향으로 그 픽셀들이 실감형 가상 세계의 경험을 위해 사용자의 눈 방향으로 직접적으로 빛을 발산하도록 적재되었다. 커브 프레넬 렌즈 시스템(830)은 상기 이미지 디스플레이 시스템(920)의 디스플레이스크린과 사용자의 눈 사이에 배치되고 눈으로 근접거리에서 스크린에 초점을 맞출 수 있게 해 준다. In this embodiment, the at least one image display system 920 is arranged such that the pixels in the frame of the HMD are displayed in front of the user's eyes, and essentially in a vertical direction, It was loaded to emit light. The curve Fresnel lens system 830 is disposed between the display screen of the image display system 920 and the user ' s eye and allows the user to focus on the screen at a close distance with the eye.

도 15 및 도 16에 설명된 헤드 장착 디스플레이 장치의 작동은 광선 추적을 사용하여 보여질 수 있다. 도 17은 근접 제로 디옵터 빛(1140)을 사용자의 동공(1145)에 공급하기 위하여 프레넬 렌즈들(1125, 1130, 1135)을 가진 상기 적어도 하나의 양의 디옵터 프레넬 렌즈 시스템에 의해 시준된 이미지 디스플레이 시스템(920)으로부터 나오는 빛(1120)의 발산 파면을 설명한다. 빛(1140)은 기본적으로 무한히 먼 거리의 지점으로부터 오는 빛과 동등하고 그 빛의 파면은 편평하며 광선(1140)들로 보인 눈으로 향하는 입구 동공(1145)에 걸쳐 파면에 법선인 평행한 표면들이 된다. The operation of the head mounted display device described in Figs. 15 and 16 can be seen using ray tracing. Figure 17 shows an image that is collimated by the at least one positive diopter Fresnel lens system with Fresnel lenses 1125, 1130, 1135 to provide near zero diopter light 1140 to the user ' s pupil 1145. [ The divergent wave front of the light 1120 emerging from the display system 920 will be described. Light 1140 is basically equal to the light coming from a point at an infinitely long distance and the wavefront of the light is flat and parallel to the wavefront 1140 across the entrance pupil 1145 towards the eye seen by the rays 1140 do.

보다 구체적으로 도 17에서 프레넬 렌즈들(1125, 1130, 1135)을 가진 커브 프레넬 렌즈 시스템은 필드 지점(1155)을 프레넬 렌즈들(1125, 1130, 1135)의 가장자리들에서 빛(1150) 통과하여 지점(1165)에서 나오는 광선 빔(1160)과 다른 방향으로부터 눈으로 들어가도록 해 준다. 상기 프레넬 렌즈들(1125, 1130, 1135)을 가진 커브 프레넬 렌즈 시스템은 그 빛이 사용자의 시야에 광선 경로(1170)를 따라 들어온 것 같이 보이게 해 준다. 이것은 각도(1175)로 표시된 양의 외형적 (apparent) 시야(외형적 각도 대변)에서의 증가를 허용한다. More specifically, a curve Fresnel lens system with Fresnel lenses 1125, 1130, and 1135 in FIG. 17 diffracts field points 1155 from light 1150 at the edges of Fresnel lenses 1125, 1130, Allowing it to enter the eye from a different direction than the beam of light 1160 emerging from point 1165. The Curve Fresnel lens system with the Fresnel lenses 1125, 1130, and 1135 allows the light to look as if it came along the ray path 1170 to the user's field of view. This allows an increase in the positive apparent angle (the external angle offset) of the amount indicated by the angle 1175.

도 18은 시준된 평행 광선들(1140)이 동공(1145)를 통하여 눈(1205)으로 들어가고 최고의 시력이 이루어지는 포빌(1210)에 초점이 ?추어지는 것을 보여주는 광선 추적에 대한 것이다. 주변의 망막(1215)은 넓은 시야에 반응하지만 더 낮은 시력으로 예를 들어 지점(1220) 및 지점(1225)에서 반응한다.
Figure 18 is for ray tracing showing that collimated parallel rays 1140 enter the eye 1205 through the pupil 1145 and focus on the cannula 1210 where the best vision occurs. The peripheral retina 1215 is responsive to a wide field of view, but at a lower visual acuity, for example at point 1220 and point 1225.

VIVI . 일반적인 고려사항. General Considerations

HMD의 전체 구조로 보아 표1은 본 발명의 개시에 따라 구축된 HMD 디스플레이가 전형적으로 만나게 될 대표적이고 비제한적인 파라미터들의 예를 제시한다. 덧붙여 여기에 개시된 HMD 디스플레이들은 전형적으로 사용자의 가시 평면에 납득할 만한 이미지가 수립되도록 보증하기 위해 충분히 작은 픽셀간 거리를 가진다.In view of the overall structure of the HMD, Table 1 gives an example of typical and non-limiting parameters that HMD displays constructed according to the disclosure of the present invention will typically encounter. In addition, the HMD displays disclosed herein typically have sufficiently small inter-pixel distances to insure that a satisfactory image is established in the user's viewing plane.

여기에 개시된 헤드 장착 디스플레이들에 포함될 수 있는 특성들은 제한 없이 다음과 같은 것들을 포함하고, 그 중의 일부는 위에서 인용되었다:The features that may be included in the head mounted displays disclosed herein include, without limitation, the following, some of which are cited above:

(1) 본 발명의 일 실시에에서는 상기 반사광학표면이 (사용될 때) 반투명일 수 있고 외부 환경으로부터 빛이 들어오는 것을 허용한다. 내부의 디스플레이 생성 이미지들은 그때 그 외부 이미지들에 오버레이될 수 있다. 이 두 이미지들은 가상이미지들이 외부환경에서 적절한 위치에 있도록 자이로스코프, 카메라 등의 지역화 장비들의 사용을 통하여, 그리고 컴퓨터 생성 이미지들의 소프트웨어 조작을 통하여 정렬될 수 있다. 특히 카메라, 가속도계, 및 / 또는 자이로스코프는 상기 장치가 물리적 현실에서 존재하는 것에서 등록하도록 상기 장치를 지원하고 그것의 이미지들 외부 뷰에 중첩하는 것을 위하여 사용될 수 있다. 이러한 실시 예들에서 상대적인 투과율과 반사광학표면의 반사율 사이의 균형은 사용자에게 적절한 밝기 특성을 가진 오버레이된 이미지들을 제공하기 위하여 선택될 수 있다. 또한 이들 구체예들에서 실제 이미지와 컴퓨터 생성 이미지가 둘 다 근사적으로 동일한 외형적 거리에서 나타날 수 있고 따라서 눈은 두 개의 이미지에 동시에 초점을 ?출 수 있다.(1) In one embodiment of the present invention, the reflective optical surface may be translucent (when used) and allow light to enter from the outside environment. The internal display-generated images may then be overlaid on the external images. These two images can be arranged through the use of localization equipment such as gyroscopes, cameras, etc., and through software manipulation of computer generated images so that the virtual images are in the proper position in the external environment. In particular, a camera, an accelerometer, and / or a gyroscope may be used to support the device to register in the presence of the device in physical reality and to superimpose on an external view of its images. In these embodiments, a balance between the relative transmittance and the reflectivity of the reflective optical surface may be selected to provide the user with overlayed images with appropriate brightness characteristics. Also in these embodiments both the actual image and the computer generated image can appear at approximately the same apparent distance and thus the eye can focus on two images at the same time.

(2) 어떤 구체예에서는 반사광학표면(사용시)이 자세 또는 표면을 통과하여 지나가는 외부 빛의 초점에 미치는 영향을 최소화하기 위해 가능한 한 얇게 유지된다.(2) In some embodiments, the reflective optical surface (in use) is kept as thin as possible to minimize the effect of attitude or focus of external light passing through the surface.

(3) 어떤 구체예에서는 상기 헤드 장착 디스플레이 장치는 각 눈의 적어도 100도, 적어도 150도 또는 적어도 200도의 시야를 제공한다.(3) In some embodiments, the head mounted display device provides at least 100 degrees, at least 150 degrees, or at least 200 degrees of view of each eye.

(4) 어떤 구체예에서는 각 눈에 상기 헤드 장착 디스플레이에 의해 제공된 시야는 사용자의 코에 조금도 더 큰 각도도 겹치지 않는다.(4) In some embodiments, the visual field provided by the head mounted display in each eye does not overlap the user's nose at any greater angle.

(5) 본 발명의 또다른 구체예에 있어서, 반사광학표면(사용되는 경우)은 사용가능한 디스플레이 영역상에서 포커스(focus)를 유지하기 위한 관측 시야를 가로지르는 광학처방(optical prescription)의 점진적 전이(progressive transition)를 적용할 수 있다.(5) In another embodiment of the present invention, the reflective optical surface (if used) is a progressive transition of an optical prescription across an observation field for maintaining focus on a usable display area progressive transition can be applied.

(6) 본 발명의 또다른 구체예에 있어서, 광전 추적(ray tracing)은 군사 훈련, 전투 시뮬레이션, 게임 및 다른 상업용도와 같은 특정 용도에 대한 장치 파라미터를 주문제작하는데 사용될 수 있다.(6) In another embodiment of the present invention, ray tracing can be used to customize the device parameters for specific applications such as military training, combat simulation, games and other commercial applications.

(7) 본 발명의 또다른 구체예에 있어서, 프레넬 렌즈의 특성과 위치뿐 아니라 상기 반사광학표면(사용되는 경우) 및/또는 디스플레이 표면, 그리고 상기 디스플레이와 반사광학표면(사용되는 경우) 사이의 거리 및 상기 반사광학표면(사용되는 경우)과 상기 눈 사이의 거리는, 변조전달함수(Modulation Transfer Function, MTF)에 관하여 특정 상기 레티나(retina) 및/또는 상기 포비어(fovea)에서 조작가능하다.(7) In another embodiment of the present invention, the characteristics and location of the Fresnel lens as well as the reflective optical surface (if used) and / or the display surface, and between the display and the reflective optical surface (if used) And the distance between the reflective optical surface (if used) and the eye can be manipulated in a particular retina and / or the fovea with respect to a modulation transfer function (MTF) Do.

(8) 본 발명의 또다른 구체예에 있어서, 상기 반사광학표면 및/또는 상기 디스플레이의 표면뿐 아니라 상기 렌즈의 곡률 (사용되는 경우) 및 상기 디스플레이와 상기 반사광학표면 사이의 거리 및 상기 반사광학표면 및 상기 눈 사이의 거리는 망막 및/또는 포빌에서 변조 전달 함수(MTF)의 사양에 대하여 조종될 수 있다.(8) In another embodiment of the present invention, the curvature (if used) of the lens as well as the surface of the reflective optical surface and / or the display, and the distance between the display and the reflective optical surface, The distance between the surface and the eye can be manipulated with respect to the specification of the modulation transfer function (MTF) in the retina and / or the follicle.

(9) 몇몇의 구체예에 있어서, 여기에 개시된 상기 HMD는 제한없이, 저격수 탐지, 상업적 훈련, 군사적 훈련과 활동, 및 CAD 생산에 응용될 수 있다.(9) In some embodiments, the HMD disclosed herein can be applied to, without limitation, sniper detection, commercial training, military training and activities, and CAD production.

일단 설계되면, 상기 개시된 반사광학표면 (즉, FS/UWA/RO 표면)은 현재 알려지거나 또는 개발되고 있는 다양한 기술 및 다양한 재료를 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 표면은 적절하게 반사되기 위하여 금속화된 플라스틱 재료로부터 만들어질 수 있다. 또한, 연마된 플라스틱 또는 유리 재료가 사용될 수 있다. “증강 현실” 응용을 위하여, 상기 반사광학표면은 내장된 소형 반사장치와 함께 전송물질로부터 구성될 수 있으므로, 상기 물질을 통해 빛의 전송이 허용되는 동안 입사 파면의 일부는 반사된다. Once designed, the above described reflective optical surfaces (i.e., FS / UWA / RO surfaces) can be made using a variety of techniques and a variety of materials that are currently known or under development. For example, the surface may be made from a metallized plastic material for proper reflection. Also, polished plastic or glass materials can be used. For " augmented reality " applications, the reflective optical surface may be constructed from a transmitting material with a built-in small reflective device so that a portion of the incident wavefront is reflected while light transmission is allowed through the material.

프로토 부분을 위하여, 아크릴릭 플라스틱 (즉, 플렉시 유리)는 다이아몬드 선삭에 의해 형성된 부분과 함께 사용될 것이다. 생산 부분을 위하여, 아크릴릭 또는 폴리카보네이트 중 하나는, 예를 들면 사출 성형 기술에 의해 형성된 부분과 함께 사용될 것이다. 반사광학표면은 상세한 캐드 (CAD) 묘사 또는 캐드 묘사로 변환 가능한 넙스(NURBS) 표면에 개시되어 있을 것이다. 캐드 파일은 기계 가공없이 캐드 묘사가 3차원 물체로 직접적으로 야기되는 CAD 3차원 프린팅을 사용할 수 있는 장치를 허용할 것이다.For the prototype part, acrylic plastic (i.e. plexiglass) will be used with the part formed by diamond turning. For the production part, one of the acrylic or polycarbonate will be used, for example, with the part formed by the injection molding technique. The reflective optical surface will be described on a NURBS surface that can be converted to a detailed CAD (CAD) or CAD representation. CAD files will allow devices that can use CAD three-dimensional printing where the CAD description is directly caused by a three-dimensional object without machining.

상기에서 언급된 수학적 기술은 현재 알려지거나 또는 개발되고 있는 다양한 프로그래밍 환경 및/또는 프로그래밍 언어로 암호화될 수 있다. 현재 바람직한 프로그래밍 환경은 이클립스 프로그래머의 인터페이스에서 실행되는 자바 언어이다. 마이크로소프트 비쥬얼 C#과 같은 다른 프로그래밍 환경 또한 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 매사추세츠, 니드함의 PTC에 의해 시장에 나와 있는 매트캐드 플랫폼 및/또는 매사추세츠, 나틱의 매트 워크의 매트랩 플랫폼을 사용하여 계산이 수행될 수 있다. 결과 프로그램은 하드 드라이브, 메모리 스틱, CD 또는 유사한 장치에 저장될 수 있다. 절차는 다양한 판매회사, 즉, DELL, HP, TOSHIBA 등으로부터 사용 가능한 전형적인 데스크탑 컴퓨터 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 그렇지 않으면, 바람직하게 “클라우드” 컴퓨터를 포함하는 더욱 강력한 컴퓨터 장치가 사용될 수 있다.The mathematical techniques mentioned above may be encrypted in various programming environments and / or programming languages that are currently known or under development. Currently, the preferred programming environment is the Java language that runs in the Eclipse programmer's interface. Other programming environments such as Microsoft Visual C # may also be advantageously used. In addition, calculations can be performed using the MATCAD platform marketed by PTC of Needham, Mass. And / or the MATLAB platform of MATTWORK, Natick, Mass. The resulting program can be stored on a hard drive, memory stick, CD, or similar device. The procedure may be performed using a typical desktop computer device available from various vendors, i.e., DELL, HP, TOSHIBA, and the like. Otherwise, a more powerful computer device, preferably including a " cloud " computer, may be used.

본 발명으로부터 벗어나지 않은 다양한 수정 및 본 발명의 의미는 상기 개시로부터 본 발명의 기술분야의 당업자에게 분명할 것이다. 예를 들면, 사용자에게 넓은 시야, 즉, 100°, 150°, 또는 200° 이상의 시야를 제공하는 반사광학표면이 본 발명 설계 측면의 유리한 구체예로 이루어져 있다고 할지라도, 여기에 개시된 반사광학표면을 설계하기 위한 컴퓨터 기반 방법 및 시스템은 또한 더 작은 시야를 갖는 표면을 창조하는데 사용될 수 있다. 하기 청구항은 이러한 본 발명 및 다른 수정, 변경 및 상기 기재된 특정한 구체예와 동일한 범위를 모두 포함한다.
Various modifications and the meaning of the present invention which are not depart from the present invention will be apparent to those skilled in the art from the foregoing disclosure. For example, although a reflective optical surface providing a wide field of view, i. E., 100 °, 150 °, or 200 ° or greater, to the user is an advantageous embodiment of the inventive design aspect, Computer-based methods and systems for design can also be used to create surfaces with a smaller field of view. The following claims all encompass the same scope of this invention and other modifications, changes and specific embodiments described above.

명칭designation 표현expression 단위unit 최소값Minimum value 최대값Maximum value 눈으로부터
반사표면의 거리
From the eyes
Distance of reflective surface
mmmm 1010 400400
디스플레이로부터
반사표면의 거리
From display
Distance of reflective surface
mmmm 1010 400400
디스플레이 크기Display Size 수평level mmmm 99 100100 수직Perpendicular mmmm 99 100100 디스플레이 해상도Display Resolution 수평level 픽셀pixel 640640 1920+1920+ 수직Perpendicular 픽셀pixel 480480 1080+1080+ HMD 질량HMD mass gg 1One 10001000 HMD 크기HMD size 얼굴로부터의 거리Distance from face mmmm 1010 140140 인간 동공 크기Human pupil size mmmm 3 내지 43 to 4 5 내지 95 to 9 반사표면의 크기Size of reflective surface 즉, 머리의 너비의 1/2보다 작음That is, less than half the width of the head mmmm 3030 7878 반사표면의 숫자 Number of reflective surfaces 유니트Unit 1One 3+3+ 눈에 대한 조명의 최대값Maximum value of illumination for eyes 즉, 맑은 날 볼 수 있을 정도로 충분히 밝음In other words, it is bright enough to see on a clear day fc, 풋캔들fc, foot candle 5,0005,000 10,00010,000 배터리 수명Battery life 시간time 33 44 광학적 해상도Optical resolution 가장 큰 각오차The biggest defenders 분각 RMS 블러 다이아미터Discrete RMS Blur Diameter 1One 1010 추정된 해상도 쌍의 선의 개수The number of lines of the estimated resolution pair 1One 55 영상의 겉보기 밝기에서 최대변동Maximum fluctuation in apparent brightness of image %% 00 2020 최대 영상 왜곡Maximum image distortion %% 00 55 밝기의 최대 유도 추정치Maximum Induced Estimate of Brightness %/도%/Degree 00 55

Claims (41)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (I) 명목상의 사용자의 머리에 장착하기에 적합한 프레임;
(II) 상기 프레임에 의해 지지되고 최소한 하나의 발광(light-emitting) 표면을 포함하는 이미지 디스플레이 시스템;
(III) 상기 프레임에 의해 지지되고, 연속면이면서 상기 명목상의 사용자의 눈을 향하여 빛을 집중시키도록 설계된 자유공간, 초광각, 비회절성, 및 반사 광학표면; 및
(IV) 상기 프레임에 의해 지지되는 프레넬 렌즈 시스템으로, 상기 프레넬 렌즈 시스템과 상기 이미지 디스플레이 시스템 사이에서 어떤 개입하는 광학 성분도 없이 상기 이미지 디스플레이 시스템으로부터 직접 상기 이미지 디스플레이 시스템에 의해 발광된 빛을 수신하도록 그리고 상기 자유공간, 초광각, 비회절성, 및 반사 광학표면 쪽의 방향에서 빛을 굴절시키도록 설계되고, 상기 광학표면과 상기 명목상의 사용자의 눈 사이에 광경로의 바깥쪽에 위치하고, 상기 프레넬 렌즈 시스템의 한 프레넬 렌즈 부재는 동심원상 링을 갖는 비평면 곡면을 포함하는 제1 측부 및 비평면 연속면을 포함하는 제2 측부를 포함하는 프레넬 렌즈 시스템;
을 포함하는 헤드 장착 디스플레이 장치로서,
상기 자유공간, 초광각, 비회절성, 및 반사 광학표면은 상기 프레넬 렌즈 부재와 상기 반사 광학표면으로부터 광경로 내에 어떤 개입하는 광학 성분도 없이 상기 프레넬 렌즈 시스템의 상기 프레넬 렌즈 부재로부터 직접 빛을 수신하고, 상기 반사 광학표면과 상기 프레넬 렌즈시스템은 적어도 하나의 상기 발광면의 공간적으로 분리된 부분의 공간적으로 분리된 부분의 공간적으로 분리된 가상 이미지를 생성하고, 적어도 하나의 상기 공간적으로 분리된 가상 이미지는 적어도 하나의 다른 공간적으로 분리된 가상 이미지로부터 적어도 100도의 각으로 분리되며, 상기 분리각은 상기 명목상의 사용자의 눈의 회전 중심으로부터 측정되는;
것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
(I) a frame adapted to be mounted on the head of a nominal user;
(II) an image display system supported by said frame and comprising at least one light-emitting surface;
(III) a free space, an ultra-wide angle, an undiffracted, and a reflective optical surface supported by the frame and designed to concentrate light towards the nominal user's eye while being continuous; And
(IV) a Fresnel lens system supported by the frame, wherein light emitted by the image display system is received directly from the image display system without any intervening optical components between the Fresnel lens system and the image display system And is designed to refract light in the direction of the free space, the super wide angle, the non-diffracting, and the reflective optical surface, and is located outside the optical path between the optical surface and the nominal user's eye, A Fresnel lens element of the lens system includes a Fresnel lens system including a first side including a non-planar curved surface having a concentric ring and a second side including a non-planar continuous surface;
The head mounted display device comprising:
Wherein said free space, super wide angle, non-diffractive, and reflective optical surfaces are configured to direct light from said Fresnel lens element of said Fresnel lens system without any intervening optical components in the optical path from said Fresnel lens element and said reflective optical surface Wherein the reflective optical surface and the Fresnel lens system produce a spatially separated virtual image of a spatially separated portion of at least one spatially separated portion of the light emitting surface and at least one of the spatially separated Wherein the separated virtual image is separated from at least one other spatially separated virtual image by an angle of at least 100 degrees and the separation angle is measured from the center of rotation of the nominal user's eye;
And the head-mounted display device.
제16항에 있어서, 적어도 하나의 상기 공간적으로 분리된 가상 이미지는 적어도 하나의 다른 상기 공간적으로 분리된 가상 이미지로부터 적어도 150도의 각으로 분리되고, 상기 분리된 각은 응시 방향으로 가장 넓은 관측시야까지인 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
17. The method of claim 16, wherein the at least one spatially separated virtual image is separated by at least an angle of at least 150 degrees from at least one other spatially separated virtual image, Is mounted on the head mounted display device.
제16항에 있어서, 적어도 하나의 상기 공간적으로 분리된 가상 이미지는 적어도 하나의 다른 상기 공간적으로 분리된 가상 이미지로부터 적어도 200도의 각으로 분리되고, 상기 분리된 각은 응시 방향으로 가장 넓은 관측시야까지인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
17. The method of claim 16, wherein the at least one spatially separated virtual image is separated by at least an angle of at least 200 degrees from at least one other spatially separated virtual image, Wherein the head-mounted display device is a head-mounted display device.
제16항에 있어서, 상기 자유공간, 초광각, 비회절성, 및 반사 광학표면은 반투명인 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
17. The head mounted display device of claim 16, wherein the free space, super wide angle, non-diffractive, and reflective optical surfaces are translucent.
제16항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈 시스템은 상기 이미지 디스플레이 장치의 발광면으로부터 방출된 광을 적어도 부분적으로 시준화하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
17. The head mounted display device of claim 16, wherein the Fresnel lens system is designed to at least partially collimate the light emitted from the light emitting surface of the image display device.
제16항에 있어서, 상기 자유공간, 초광각, 비회절성, 및 반사 광학표면은 상기 이미지 디스플레이 장치의 발광면으로부터 발산된 광을 부분적으로 시준화하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
17. The head mounted display device of claim 16, wherein the free space, super wide angle, undiffracted, and reflective optical surfaces are designed to partially collimate light emitted from the light emitting surface of the image display device.
삭제delete 제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 곡면의 프레넬 렌즈 부재는 자유공간, 초광각, 비회절성, 및 반사 광학표면에 대하여 오목한 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이장치.
17. The head mounted display device of claim 16, wherein the at least one curved Fresnel lens element is concave relative to free space, super wide, undiffracted, and reflective optical surfaces.
제16항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈 시스템은 적재된 형태인 다수의 프레넬 렌즈 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
17. The head mounted display device of claim 16, wherein the Fresnel lens system includes a plurality of Fresnel lens elements in a stacked form.
제16항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈 시스템은, 모서리부에 의하여 다른 깍인면(facet)과 분리되는 다수의 깎인면을 갖는 적어도 1개의 프레넬 렌즈 부재를 포함하는 것으로,
적어도 몇 개의 상기 모서리부는 (i) 상기 명목상의 사용자의 눈의 회전중심을 통과하는 사선, 또는 (ii) 상기 명목상의 사용자의 자연 렌즈의 중심을 통과하는 사선, 또는 (iii) 상기 명목상의 사용자의 각막의 표면에 수직인 사선을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
17. The system of claim 16, wherein the Fresnel lens system includes at least one Fresnel lens element having a plurality of beveled surfaces separated from other facets by edges,
At least some of said corners are (i) a slant that passes through the center of rotation of the nominal user's eye, (ii) a slant that passes through the center of the nominal user's natural lens, or (iii) And is arranged along a diagonal line perpendicular to the surface of the cornea.
(I) 명목상의 사용자의 머리에 장착하기에 적합한 프레임;
(II) 상기 프레임에 의해 지지되는 이미지 디스플레이 시스템;
(III) 상기 프레임에 의해 지지되는 비회절성 및 연속성 반사표면(reflective surface); 및
(IV) 상기 프레임에 의해 지지되는 프레넬 렌즈 시스템으로, 상기 프레넬 렌즈 시스템과 상기 이미지 디스플레이 시스템 사이에서 어떤 개입하는 광학 성분도 없이 상기 이미지 디스플레이 시스템으로부터 직접 상기 이미지 디스플레이 시스템에 의해 발광된 빛을 수신하도록 그리고 상기 자유공간, 초광각, 비회절성, 및 반사 광학표면 쪽의 방향에서 빛을 굴절시키도록 설계되고, 상기 광학표면과 상기 명목상의 사용자의 눈 사이에 광경로의 바깥쪽에 위치하고, 상기 프레넬 렌즈 시스템의 한 프레넬 렌즈 부재는 동심원상 링을 갖는 비평면 곡면을 포함하는 제1 측부 및 비평면 연속면을 포함하는 제2 측부를 포함하는 프레넬 렌즈 시스템;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
(I) a frame adapted to be mounted on the head of a nominal user;
(II) an image display system supported by the frame;
(III) a non-diffractive and continuous reflective surface supported by the frame; And
(IV) a Fresnel lens system supported by the frame, wherein light emitted by the image display system is received directly from the image display system without any intervening optical components between the Fresnel lens system and the image display system And is designed to refract light in the direction of the free space, the super wide angle, the non-diffracting, and the reflective optical surface, and is located outside the optical path between the optical surface and the nominal user's eye, A Fresnel lens element of the lens system includes a Fresnel lens system including a first side including a non-planar curved surface having a concentric ring and a second side including a non-planar continuous surface;
And the head-mounted display device.
제26항에 있어서, 상기 반사표면 및 상기 프레넬 렌즈 시스템은 상기 명목상의 사용자에게 적어도 100도이고 응시 방향으로 가장 넓은 관측시야를 제공하는 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
27. The head mounted display device of claim 26, wherein the reflective surface and the Fresnel lens system are at least 100 degrees to the nominal user and provide the widest viewing field in the gazing direction.
제26항에 있어서, 상기 반사표면은 반투명인 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
27. The head mounted display device of claim 26, wherein the reflective surface is translucent.
제26항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈 시스템은 상기 이미지 디스플레이 시스템으로부터 발산되는 광을 적어도 부분적으로 시준화하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
27. The head mounted display device of claim 26, wherein the Fresnel lens system is designed to at least partially collimate light emitted from the image display system.
제26항에 있어서, 상기 반사표면은 상기 이미지 디스플레이 시스템으로부터 발산되는 광을 적어도 부분적으로 시준화하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
27. The head mounted display device of claim 26, wherein the reflective surface is designed to at least partially collimate light emitted from the image display system.
제26항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈 요소는 반사표면을 향하여 오목한 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
27. The head mounted display device of claim 26, wherein the Fresnel lens element is concave towards the reflective surface.
삭제delete 제26항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈 시스템은 모서리부에 의하여 다른 깍인면(facet)과 분리되는 다수의 깎인면을 포함하는 것으로, 적어도 몇 개의 상기 모서리부는 (i) 명목상의 사용자의 눈의 회전 중심을 통과하는 사선, 또는 (ii) 명목상의 사용자의 자연 렌즈의 중심을 통과하는 사선, 또는 (iii) 명목상의 사용자의 각막의 표면에 수직인 사선을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
27. The Fresnel lens system of claim 26, wherein the Fresnel lens system includes a plurality of beveled surfaces separated from other facets by corners, wherein at least some of the corners include: (i) (Ii) a diagonal line passing through the center of the natural lens of the nominal user, or (iii) a diagonal line perpendicular to the surface of the nominal user's cornea. .
(I) 명목상의 사용자의 머리에 장착하기에 적합한 프레임;
(II) 상기 프레임에 의해 지지되는 이미지 디스플레이 시스템; 및
(III) 상기 프레임에 의해 지지되는 프레넬 렌즈 시스템;
으로 구성된 헤드 장착 디스플레이 장치로서,
상기 프레넬 렌즈 시스템은 상기 이미지 디스플레이 시스템에 의해 발광된 빛이 두 배로 굴절되도록 적층 구조로 최소한 두 개의 프레넬 렌즈 부재를 포함하고, 상기 프레넬 렌즈 시스템은 상기 프레넬 렌즈 시스템과 상기 이미지 디스플레이 시스템 사이에서 어떤 개입하는 광학 성분도 없이 상기 이미지 디스플레이 시스템으로부터 직접 상기 이미지 디스플레이 시스템에 의해 발광된 빛을 수신하도록 그리고 상기 명목상의 사용자의 눈을 향하여 상기 이미지 디스플레이 시스템에 의해 발광된 빛을 굴절시키도록 설계되고, 상기 최소한 두 개의 프레넬 렌즈 시스템의 각각의 프레넬 렌즈 부재는 동심원상 링을 갖는 비평면 곡면을 포함하는 제1 측부 및 비평면 연속면을 포함하는 제2 측부를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
(I) a frame adapted to be mounted on the head of a nominal user;
(II) an image display system supported by the frame; And
(III) a Fresnel lens system supported by the frame;
Wherein the head mounted display device comprises:
Wherein the Fresnel lens system includes at least two Fresnel lens elements in a stacked structure such that light emitted by the image display system is doubled, the Fresnel lens system comprising: Is designed to receive light emitted by the image display system directly from the image display system without any intervening optical components between the image display system and to refract light emitted by the image display system towards the nominal user's eye Wherein each Fresnel lens element of the at least two Fresnel lens systems comprises a first side comprising a non-planar curved surface having a concentric ring and a second side comprising a nonplanar continuous surface. Mounted display device.
제34항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈 시스템이 모서리부에 의하여 다른 깍인면(facet)과 분리되는 다수의 깎인면을 포함하는 것으로, 적어도 몇 개의 상기 모서리부는 (i) 명목상의 사용자의 눈의 회전 중심을 통과하는 사선, 또는 (ii) 명목상의 사용자의 자연 렌즈의 중심을 통과하는 사선, 또는 (iii) 명목상의 사용자의 각막의 표면에 수직인 사선을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
35. The system of claim 34, wherein the Fresnel lens system includes a plurality of beveled surfaces separated from other facets by edges, wherein at least some of the edges include: (i) (Ii) a diagonal line passing through the center of the natural lens of the nominal user, or (iii) a diagonal line perpendicular to the surface of the nominal user's cornea. .
제34항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈 시스템은 상기 이미지 디스플레이 시스템 및 반사 광학표면 사이에서 상기 이미지 디스플레이 시스템의 한 평면으로부터 수직으로 연장된 축 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
35. The head mounted display device of claim 34, wherein the Fresnel lens system is positioned on an axis extending vertically from one plane of the image display system between the image display system and the reflective optical surface.
제16항에 있어서, 응시 방향으로 가장 넓은 관측시야까지 분리된 각이 약200도인 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
17. The head-mounted display device according to claim 16, wherein the angle separated to the widest observation field in the gazing direction is about 200 degrees.
제27항에 있어서, 응시 방향으로 가장 넓은 관측시야까지 분리된 각이 약200도인 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
28. The head mounted display device of claim 27, wherein the angle separated by the viewing field to the widest viewing field in the gazing direction is about 200 degrees.
제17항에 있어서, 응시 방향으로 가장 넓은 관측시야까지 분리된 각이 약200도인 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
18. The head mounted display device according to claim 17, wherein the angle separated to the widest observation field in the gazing direction is about 200 degrees.
제35항에 있어서, 상기 모든 모서리부는, (i) 명목상의 사용자의 눈의 회전 중심을 통과하는 사선, 또는 (ii) 명목상의 사용자의 자연 렌즈의 중심을 통과하는 사선, 또는 (iii) 명목상의 사용자의 각막의 표면에 수직인 사선을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
37. The method of claim 35, wherein all of the edges are formed by at least one of: (i) an oblique line passing through a center of rotation of a nominal user's eye; (ii) a diagonal line passing through a center of a nominal user's natural lens; or (iii) Is arranged along an oblique line perpendicular to the surface of the cornea of the user.
제16항에 있어서, 상기 자유공간, 초광각, 비회절성, 및 반사 광학표면이 비평면이고, 상기 명목상의 사용자의 눈을 향하여 최소한 하나의 발광 표면으로부터 빛을 반사시켜 집중시키도록 설계되고; 그리고
상기 적어도 하나의 상기 공간적으로 분리된 가상 이미지 및 상기 적어도 하나의 다른 공간적으로 분리된 가상 이미지의 분리각이 상기 명목상의 사용자의 눈의 회전 중심으로부터 측정되는;
것을 특징으로 하는 헤드 장착 디스플레이 장치.
17. The system of claim 16, wherein the free space, super-wide angle, undiffracted, and reflective optical surfaces are non-planar and are designed to reflect and focus light from at least one light emitting surface toward the nominal user's eye; And
Wherein an angle of separation of the at least one spatially separated virtual image and the at least one other spatially separated virtual image is measured from the center of rotation of the nominal user's eye;
And the head-mounted display device.
KR1020137013038A 2010-12-28 2011-12-20 Head-mounted display apparatus employing one or more fresnel lenses KR101916079B1 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201061427530P 2010-12-28 2010-12-28
US61/427,530 2010-12-28
US13/211,365 2011-08-17
US13/211,365 US9632315B2 (en) 2010-10-21 2011-08-17 Head-mounted display apparatus employing one or more fresnel lenses
PCT/IB2011/055826 WO2012052981A2 (en) 2010-10-21 2011-12-20 Head-mounted display apparatus employing one or more fresnel lenses

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140045292A KR20140045292A (en) 2014-04-16
KR101916079B1 true KR101916079B1 (en) 2018-11-07

Family

ID=48525247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137013038A KR101916079B1 (en) 2010-12-28 2011-12-20 Head-mounted display apparatus employing one or more fresnel lenses

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR101916079B1 (en)
CN (1) CN103261943B (en)
CA (1) CA2815461C (en)

Families Citing this family (65)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5958689B2 (en) * 2012-03-22 2016-08-02 セイコーエプソン株式会社 Head-mounted display device
CN103784298A (en) * 2013-11-20 2014-05-14 中国科学院光电技术研究所 Head-mounted individualized eye aberration correcting and vision training device
KR102177133B1 (en) * 2014-01-31 2020-11-10 매직 립, 인코포레이티드 Multi-focal display system and method
CN103901626B (en) * 2014-03-20 2016-05-25 成都理想境界科技有限公司 One is worn three-dimensional viewing equipment
WO2015196021A1 (en) * 2014-06-19 2015-12-23 M-I Drilling Fluids U.K. Ltd. Intrinsically safe safety goggles with data display, user input and data communication
CN104898276A (en) * 2014-12-26 2015-09-09 成都理想境界科技有限公司 Head-mounted display device
KR102320737B1 (en) 2015-01-14 2021-11-03 삼성디스플레이 주식회사 Head mounted electronic device
CN104749761B (en) * 2015-03-06 2017-07-21 成都理想境界科技有限公司 Optical amplifier combined lens, wear display optical system and equipment
CN104749762B (en) * 2015-03-06 2017-10-31 成都理想境界科技有限公司 Optical amplifier combined lens, wear display optical system and equipment
CN104991340B (en) * 2015-06-23 2018-03-20 成都理想境界科技有限公司 Optical amplifier combined lens, binocular wear-type virtual reality display device
US10247870B2 (en) * 2015-05-04 2019-04-02 Himax Display, Inc. Wearable display apparatus comprising an optical assembly having an optical integrator rod
CN104991345A (en) * 2015-07-31 2015-10-21 北京亮亮视野科技有限公司 Mobile display system and smart glasses with application of mobile display system
CN105068648A (en) * 2015-08-03 2015-11-18 众景视界(北京)科技有限公司 Head-mounted intelligent interactive system
US9829976B2 (en) * 2015-08-07 2017-11-28 Tobii Ab Gaze direction mapping
KR102417142B1 (en) 2015-11-11 2022-07-05 삼성디스플레이 주식회사 Display device
TWI585462B (en) 2015-12-01 2017-06-01 中強光電股份有限公司 Head mounted display device
KR102571818B1 (en) 2016-01-06 2023-08-29 삼성전자주식회사 Head mounted type electronic device
CN105678638A (en) * 2016-01-12 2016-06-15 国网上海市电力公司 Virtual reality device used for power station production and operation management
CN109416469B (en) * 2016-03-21 2021-06-22 苹果公司 Optical device comprising a fresnel lens element
CN105807428B (en) * 2016-05-09 2019-03-26 范杭 A kind of head-mounted display apparatus and system
US10156723B2 (en) * 2016-05-12 2018-12-18 Google Llc Display pre-distortion methods and apparatus for head-mounted displays
US10215890B2 (en) * 2016-05-18 2019-02-26 Google Llc Optical field curvature control using multi-layer Fresnel lens in VR display
CN106019591A (en) * 2016-07-14 2016-10-12 联想(北京)有限公司 Electronic device
CN106708264A (en) * 2016-12-16 2017-05-24 联想(北京)有限公司 Display device and wearable electronic equipment
US10466481B2 (en) 2016-07-14 2019-11-05 Lenovo (Beijing) Co., Ltd. Electronic device
EP4235230A1 (en) * 2016-09-13 2023-08-30 Facebook Technologies, LLC Fresnel lens with dynamic draft for reduced optical artifacts
EP3513243B1 (en) * 2016-09-16 2024-04-03 Valve Corporation Optical system for head-mounted display system
CN108076195B (en) * 2016-11-07 2024-05-28 深圳市易瞳科技有限公司 Augmented reality mobile phone box for realizing video perspective
US9810904B1 (en) * 2016-11-11 2017-11-07 Google Inc. Fresnel lens assembly having varying facet angle
US10444511B2 (en) 2016-11-16 2019-10-15 Lumens Co., Ltd. Head-mounted display apparatuses
KR20180073166A (en) * 2016-12-22 2018-07-02 엘지디스플레이 주식회사 Augmented reality device
KR20180081211A (en) 2017-01-06 2018-07-16 주식회사 루멘스 Head mount display apparatus using micro mirror
CN106842573B (en) * 2017-01-26 2023-04-07 西安可视可觉网络科技有限公司 AR or VR imaging method and glasses capable of being used for AR or VR
CN108459412B (en) * 2017-02-21 2020-09-01 宏碁股份有限公司 Virtual reality display device
CN106646890A (en) * 2017-03-10 2017-05-10 京东方科技集团股份有限公司 Virtual reality display device and manufacturing method thereof
CN108957743B (en) * 2017-05-22 2020-12-22 宏碁股份有限公司 Virtual reality display device
CN206863266U (en) 2017-06-15 2018-01-09 北京京东方显示技术有限公司 A kind of polaroid, display panel, display device and glasses
WO2019017187A1 (en) * 2017-07-19 2019-01-24 グリー株式会社 Head-mounted display
CN107589544A (en) * 2017-09-04 2018-01-16 浙江大学 A kind of big visual field head-wearing display device and big field stitching method
CN108333756A (en) * 2017-12-31 2018-07-27 深圳市虚拟现实科技有限公司 Upper trans- virtual reality display device and its method
CN108254924A (en) * 2017-12-31 2018-07-06 深圳市虚拟现实科技有限公司 Have the virtual reality display device and its method of augmented reality function
CN108345110A (en) * 2017-12-31 2018-07-31 深圳市虚拟现实科技有限公司 Mix virtual reality display device
CN108333758A (en) * 2017-12-31 2018-07-27 深圳市虚拟现实科技有限公司 The reflective virtual reality display device of cambered surface
CN108169908A (en) * 2017-12-31 2018-06-15 深圳市虚拟现实科技有限公司 Virtual reality display device and its method
CN108287406A (en) * 2017-12-31 2018-07-17 深圳市虚拟现实科技有限公司 Mixed reality display device
CN108267858A (en) * 2017-12-31 2018-07-10 深圳市虚拟现实科技有限公司 Upper trans- mixing virtual reality display device and its method
CN108333757A (en) * 2017-12-31 2018-07-27 深圳市虚拟现实科技有限公司 Top cap type virtual reality display device
CN108319016A (en) * 2017-12-31 2018-07-24 深圳市虚拟现实科技有限公司 Cambered surface augmented reality virtual reality display device and its method
CN108287405A (en) * 2017-12-31 2018-07-17 深圳市虚拟现实科技有限公司 Turnover type virtual reality display device and its method
KR102547943B1 (en) 2018-01-05 2023-06-26 삼성디스플레이 주식회사 Head-mounted display device
CN112740093B (en) * 2018-09-21 2024-03-08 杜比实验室特许公司 Bonding component within an optical stack of a head-mounted device
WO2020118276A1 (en) 2018-12-07 2020-06-11 Avegant Corp. Steerable positioning element
WO2021066335A1 (en) * 2019-09-30 2021-04-08 주식회사 엘지화학 Head mounted display
KR102216587B1 (en) * 2019-10-24 2021-02-17 주식회사 레티널 Optical device for augmented reality which can prevent ghost images
KR102412293B1 (en) * 2019-10-31 2022-06-22 이성민 Optical System of Near to Eye Display
CN110927974B (en) * 2019-12-18 2022-05-10 业成科技(成都)有限公司 Optical imaging module and VR electronic equipment
CN111474715A (en) * 2020-04-23 2020-07-31 歌尔股份有限公司 Optical system and augmented reality device
CN111766706A (en) * 2020-06-19 2020-10-13 江西微瑞光学有限公司 Short-distance and high-lens-birefringence-tolerance optical imaging module
CN111766705A (en) * 2020-06-19 2020-10-13 江西微瑞光学有限公司 Short-distance and high-lens-birefringence-tolerance optical imaging module
CN114683448B (en) * 2020-12-25 2023-12-22 光耀科技股份有限公司 Optical lens device for head-mounted display and method of manufacturing the same
CN113253557B (en) * 2021-04-30 2022-08-02 电子科技大学 Projector system based on Fresnel lens
CN114442334A (en) * 2022-01-04 2022-05-06 歌尔光学科技有限公司 Collimating lens set, light source module, light combining system and projection device
CN114442203A (en) * 2022-01-04 2022-05-06 歌尔光学科技有限公司 Fresnel lens, collimating lens group, light source module and light combining system
CN115494959B (en) * 2022-11-15 2023-02-28 四川易景智能终端有限公司 Multifunctional intelligent helmet and management platform thereof
CN116068773B (en) * 2023-03-06 2023-07-25 惠科股份有限公司 Head-mounted display device and preparation method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100292015B1 (en) * 1998-05-28 2001-06-01 윤종용 Head mounted display using reflect type display
JP2010020065A (en) * 2008-07-10 2010-01-28 Olympus Corp Image display apparatus

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5757544A (en) * 1993-03-09 1998-05-26 Olympus Optical Co., Ltd. Image display apparatus
US7119965B1 (en) * 2003-02-24 2006-10-10 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Head mounted projection display with a wide field of view
US7499217B2 (en) * 2006-03-03 2009-03-03 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Imaging systems for eyeglass-based display devices
CN100462984C (en) * 2006-03-17 2009-02-18 清华大学 Freeform curved surface reflector design system and method thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100292015B1 (en) * 1998-05-28 2001-06-01 윤종용 Head mounted display using reflect type display
JP2010020065A (en) * 2008-07-10 2010-01-28 Olympus Corp Image display apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
CA2815461C (en) 2019-04-30
KR20140045292A (en) 2014-04-16
CA2815461A1 (en) 2012-04-26
CN103261943B (en) 2016-05-04
CN103261943A (en) 2013-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101916079B1 (en) Head-mounted display apparatus employing one or more fresnel lenses
US10495790B2 (en) Head-mounted display apparatus employing one or more Fresnel lenses
KR101928764B1 (en) Head-mounted display apparatus employing one or more reflective optical surfaces
JP6262530B2 (en) Head mounted display device using one or more reflective optical surfaces
CN107430277B (en) Advanced refractive optics for immersive virtual reality
JP6246592B2 (en) Collimating display with pixel lens
TWI553344B (en) Head-mounted display apparatus employing one or more fresnel lenses
TWI559034B (en) Head-mounted display apparatus employing one or more reflective optical surfaces
AU2015249168B2 (en) Collimating display with pixel lenses

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant