KR102090274B1 - 근안 디스플레이용 색수차 보정 광학계 - Google Patents

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Abstract

광학계는 상 측에서부터 물체 측까지 양의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈, 양의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈 및 음의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈를 포함한다. 제 1 렌즈, 제 2 렌즈 및 제 3 렌즈는 스크린을 마주하는 물체 측과 스크린으로부터 사용자에게 이미지를 제공하도록 적용된 상 측을 가지는 광 경로를 형성한다. 일 태양에서, 광학계는 비점수차 및 상면 만곡을 포함하는 수차 그룹 중 적어도 하나와, 또는 횡 색수차를 보정하도록 적용된다.

Description

근안 디스플레이용 색수차 보정 광학계
본 출원은 2016.2.26일에 출원된 미국 가출원 62/300,692의 이익을 주장하며, 이는 본원에 참고로 인용된다.
본 개시는 광학계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 수차를 보정하도록 적용된 다중 렌즈를 갖는 광학계에 관한 것이다.
가상 현실 또는 "VR"은 환경을 복제하려는 시도에서 사실적인 이미지, 소리 및 감각을 생성하고자 하는 컴퓨터 기반 기술을 의미한다. 사용자는 마치 사용자가 환경에 실제로 존재하는 것처럼 이미지, 소리 및 감각을 받음으로써 그 환경에 몰입된다. 또한, 사용자는 컴퓨터 생성 환경과 상호 작용하고 컴퓨터 생성 환경 내에 있는 개체의 묘사와 상호 작용할 수 있다.
사용자에게 몰입감 있고 현실감 있는 경험을 제공하기 위해, VR 헤드셋이 사용될 수 있다. 일반적으로 VR 헤드셋에는 입체, 헤드 장착 디스플레이, 렌즈 및 헤드 모션 추적 센서가 포함된다. 렌즈는 입체 디스플레이를 보기 위한 입체경 (stereoscope)의 역할을 하도록 배열된다. VR 헤드셋의 무게, 크기, 착용성 및 비용과 관련된 다양한 문제로 인해 렌즈에 대한 절충이 보편화 되어 있다.
결과적으로, VR 헤드셋에 사용되는 렌즈는 전형적으로 다중 수차를 갖는 이미지를 생성한다. 이러한 수차에는 상면 만곡(field curvature)상면 만곡, 비점수차(astigmatism), 횡색수차(lateral color) 등이 포함될 수 있다. 이와 같이, VR 사용자 경험은 사용자가 입체 디스플레이의 화각(FOV;field of view)의 중심에서 직진하는 콘텐츠를 볼 때만 허용되는 경향이 있다. 화각의 주변을 향해 배치된 이미지는 눈의 피로, 메스꺼움 및 사용자 불편을 유발하는 높은 상면(field) 수차 및 색수차로 인해 흐려진다. 주변부에서 이미지가 흐려지면 안구 조절 장애(eye accommodation difficulty)가 발생하고 VR 병(sickness)에 더 많이 기여한다.
본 발명의 하나 이상의 실시 예는 광학계에 관한 것이다.
일 측면에서, 이미지를 생성하기 위한 광학계는 상 측면으로부터 물체 측까지, 양의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈, 양의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈 및 음의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈를 포함 할 수 있다. 제 1 렌즈, 제 2 렌즈 및 제 3 렌즈는 스크린에 대향하는 물체 측과 스크린으로부터 사용자에게 이미지를 제공하도록 구성된 상 측을 가지는 광 경로를 형성한다.
다른 측면에서, 이미지를 생성하기 위한 광학계는 스크린에 대향하는 물체 측 및 이미지를 스크린으로부터 사용자에게 제공하도록 구성된 상 측을 갖는 광 경로를 형성하는 복수의 렌즈를 포함한다. 상기 복수의 렌즈는 비점 수차 및 상면 만곡을 포함하는 수차 그룹 중 적어도 하나; 또는 횡 색 수차를 보정하도록 적용된다.
하나 이상의 실시 예는 광학계를 구현하는 방법에 관한 것이다. 일 측면에 있어서, 광 경로의 상 측에 정의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈를 배치하고, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈를 제공하고, 물체 측에 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈를 배치하는 단계를 포함한다. 제 2 렌즈는 제 1 렌즈와 제 3 렌즈 사이에 위치한다. 제 1 렌즈, 제 2 렌즈 및 제 3 렌즈는 스크린에 대향하는 물체 측과 스크린으로부터 사용자에게 이미지를 제공하도록 구성된 상 측을 가지는 광 경로를 형성한다.
이 요약 섹션은 단지 특정 개념을 도입하도록 제공될 뿐이고 청구된 주제의 핵심 특징 또는 본질적인 특징을 식별하지 않도록 제공된다. 본 발명의 많은 다른 특징들 및 실시 예들은 첨부 된 도면들 및 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
첨부 된 도면은 하나 이상의 실시 예를 도시한다. 그러나, 첨부된 도면은 본 발명을 도시된 실시예로 제한하도록 취해서는 안 된다. 다양한 양태 및 이점은 다음의 상세한 설명을 검토 및 도면을 참조하여 명백해질 것이다.
도 1a는 예시적인 광학계를 도시한다.
도 1b는 스크린(물체) 측에서 마이크로미터 단위로 도 1a의 광학계에 대한 횡 색수차를 도시한다.
도 1c는 스크린 측에서 마이크로미터 단위로 도 1a의 광학계에 대한 상면 만곡 수차 및 비점 수차를 도시한다.
도 1d는 사용자 눈 (이미지) 쪽에서 디옵터 단위(afocal space)로 도 1의 광학계에 대한 횡 색수차를 도시한다.
도 1e는 상 측에서 디옵터 단위(afocal space)로 도 1a의 광학계의 상면 만곡과 비점 수차를 도시한다.
도 2a는 다른 광학계의 예를 도시한다.
도 2b는 스크린 측에서 마이크로 미터 단위로 도 2a의 광학계에 대한 횡 색수차를 도시한다.
도 2c는 스크린 측에서 밀리미터 단위로 도 1a의 광학계에 대한 상면 만곡 수차 및 비점 수차를 도시한
도 2d는 상 측에서 디옵터 단위(afocal space)로 도 2a의 광학계에 대한 횡 색수차를 도시한다.
도 2e는 상 측에서 디옵터 단위(afocal space)로 도 2a의 광학계에 대한 상면 만곡과 비점 수차를 도시한다.
도 3a는 다른 광학계의 예를 도시한다.
도 3b는 스크린 측에서 마이크로 미터 단위로 도 3a의 광학계에 대한 횡 색수차를 도시한다.
도 3c는 스크린 측에서 밀리미터 단위로 도 3a의 광학계에 대한 상면 만곡 수차 및 비점 수차를 도시한다.
도 3d는 상 측에서 밀리 라디안(afocal space)으로 도 3a의 광학계에 대한 횡 색수차를 도시한다.
도 3e는 상 측에서 디옵터 단위(afocal space)로 도 2의 광학계에 대한 상면 만곡 및 비점 수차를 도시한다.
도 4a는 다른 광학계의 예를 도시한다.
도 4b는 스크린 측에서 마이크로미터로 도 4a의 광학계에 대한 횡 색수차를 도시한다.
도 4c는 스크린 측에서 밀리미터로 도 4a의 광학계에 대한 상면 만곡 및 비 점 수차를 도시한다.
도 4d는 상 측에서 밀리 라디안(afocal space)으로 도 4a의 광학계에 대한 횡 색수차를 도시한다.
도 4e는 디옵터 단위(afocal space)로 이미지 측에 도 4a의 광학계에 대한 상면 만곡과 비점 수차를 도시한다.
도 5a는 다른 광학계의 예를 도시한다.
도 5b는 스크린 측에서 마이크로 미터로 도 5a의 광학계에 대한 횡 색수차를 나타낸 것이다.
도 5c는 스크린 측에서 도 5a의 광학계에 대한 상면 만곡 및 비점 수차를 도시한다.
도 5d는 상 측에서 밀리 라디안(afocal space)으로 도 5a의 광학계에 대한 횡 색수차를 도시한다.
도 5e는 상 측에서 디옵터 단위로 도 5a의 광학계에 대한 상면 만곡 및 비점 수차를 도시한다.
도 6은 본 명세서에 기술 된 예시적인 실시 예에 따른 광학계를 구현하는 예시적인 방법을 도시한다.
도 7은 가상 현실을 위한 헤드 장착형 조립체의 예를 도시한다.
본 개시물은 새로운 특징을 정의하는 청구 범위로 결론을 맺지만, 여기에 설명된 다양한 특징은 도면과 관련한 설명의 고려로부터 더 잘 이해 될 것으로 생각된다. 본 개시 내용 내에서 설명된 공정(들), 기계(들), 제조(들) 및 그 변형은 설명의 목적으로 제공된다. 기술된 임의의 특정 구조적 및 기능적 세부 사항은 제한으로서 해석되어서는 안되며 단지 청구 범위의 기초로서 그리고 사실상 임의의 적절하게 상세한 구조로 기술된 특징을 다양하게 사용하기 위해 당업자에게 교시하기 위한 대표적인 기초로서 해석되어야 한다. 또한, 본 개시물 내에서 사용되는 용어 및 문구는 제한하려는 것이 아니라 기술된 특징에 대한 이해 가능한 설명을 제공하기 위한 것이다.
본 개시는 광학계에 관한 것이고, 보다 상세하게는 다수의 렌즈를 갖는 광학계에 관한 것이다. 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 실시예는 다양한 수차를 보정하도록 구성된 광학계에 관한 것이다. 이러한 수차는 상면 만곡상면 만곡, 비점 수차 및 / 또는 횡 색수차를 포함 할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 여기에 개시된 실시 예는 복수의 렌즈를 갖는다. 하나 이상의 실시 예에서, 광학계는 3 개의 렌즈를 포함한다. 본 명세서에 개시된 예시적인 광학계는 넓은 화각(FOV)을 제공함으로써 비점 수차, 상면 만곡 및 / 또는 횡 색수차를 보정한다.
하나 이상의 실시 예에서, 여기에 개시된 광학계는 아이피스로서 사용하기에 적합하다. 이 아이피스는 모듈로 구현 될 수 있다. 이 모듈은 가상 현실 (VR)을 위한 헤드 장착형 어셈블리에 통합 될 수 있다. 논의를 위해, VR 용 헤드 장착형 조립체는 본 명세서에서 때때로 "VR 헤드셋"으로 언급 될 수 있다. 모듈은 이동식 모듈로서 구현되어, 모듈이 VR 헤드셋 내에서 제거 및 / 또는 교체 될 수 있다. 예를 들어, 각각의 아이피스 또는 모듈은 여기에 설명 된 광학계의 예로서 구현 될 수 있다. 현명하게는, 광학계는 아이피스를 구현하기 위한 목적으로 매칭 될 수 있다. 본 명세서에 개시된 예시적인 실시 예들은 구면 수차, 코마 및 비점 수차를 보정 할 수 있는 비구면 (anastigmatic) 렌즈 시스템의 도입에 의해 개선 된 광학 트레인을 제공 할 수 있다.
하나 이상의 실시 예들에서, 여기에 설명 된 다양한 목적들은 합리적인 또는 감소된 무게를 유지하면서 달성된다. 본원에 기술 된 실시 예는 약 74.9 그램 이하의 중량을 갖는다. 또한, 본 명세서에서 설명 된 예시적인 광학계의 시뮬레이션 된 영상 품질은 전체 FOV에 걸쳐 높은 영상 품질 및 향상된 사용자 경험을 제공하면서 사용자의 눈의 피로, 사용자 불편함, 메스꺼움 및 VR 병을 감쇠 시키거나 제거할 수 있다.
하나 이상의 실시 예들에서, 여기에 기술 된 예시적인 광학계들은 이하의 식 1-18의 하나 이상의 또는 임의의 조합을 만족 시키도록 구현 될 수 있다.
0.8 < f1/f <2.2 (1)
0.8 < f2/f <1.9 (2)
-1.0 < f3/f < -0.4 (3)
0.4 < f1/f2 < 2.0 (4)
-3.0 < f2/f3 < -0.8 (5)
|Vd2-Vd3|>24 (6)
1.0< OAL/f < 1.8 (7)
0.0 < D1/f < 0.2 (8)
0.0 < D2/f < 0.4 (9)
0.2 < BFL/f < 0.9 (10)
-1.0 < r2/f < -0.2 (11)
0.5 < r3/f < 2.5 (12)
-5.0 < r4/f < -0.5 (13)
-20 < r5/f < -0.5 (14)
본 명세서에서, "f"는 광학계의 전체 초점 거리이고, "f1"은 사용자의 눈 (또한 제 1 렌즈라고도 함)의 배치에 가장 가까운 렌즈의 초점 거리이고, f2는 중간 렌즈 (제 2 렌즈라고도 함)의 초점 거리, f3은 사용자의 눈 (또한 제 3 렌즈라고도 함)의 배치로부터 가장 먼 렌즈의 초점 거리이다. "OAL"은 제1 렌즈의 상 측면 (예 : 왼쪽 또는 "A"표면)에서 스크린 표면까지의 거리이며, "BFL"은 제3 렌즈의 상 측면 (예 : 오른쪽 또는 "B"면)으로부터 스크린 표면까지의 거리이다. 또한, Vd1은 제 1 렌즈의 광학 재료의 아베 수, Vd2는 제 2 렌즈의 광학 재료의 아베 수, Vd3은 제 3 렌즈의 광학 재료의 아베 수이다. D1은 제 1 렌즈의 중심과 제 2 렌즈의 중심 사이의 공기 공간 두께이다. D2는 제 2 렌즈의 중심과 제 3 렌즈의 중심 사이의 공기 간격 두께이다. 마지막으로, "r2"는 제 1 렌즈의 물체 측 면의 곡률 반경, "r3"은 제 2 렌즈의 상 측 면의 곡률 반경, "r4"는 물체 측 면의 곡률 반경 "r5"는 제 3 렌즈의 상 측면의 곡률 반경을 나타낸다.
본 발명의 장치의 또 다른 양상은 도면을 참조하여 이하에서보다 상세히 설명된다. 설명의 단순화 및 명료성을 위해, 도면들에 도시 된 요소들은 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아니다. 예를 들어, 일부 요소의 치수는 명확성을 위해 다른 요소에 비해 과장 될 수 있다. 또한, 적절한 것으로 고려되는 경우, 대응하는 유사하거나 유사한 특징을 나타내기 위해 참조 번호가 도면들 사이에서 반복된다.
광학계 (100)는 제 1 렌즈 (105), 제 2 렌즈 (110) 및 제 3 렌즈 (115)를 포함한다. 렌즈 (105, 110 및 115) 각각은 "A"라고 표기된 상 측 면과, "B"라고 표기된 물체 측면을 가진다. 면(125)은 하나 이상의 스크린 면(예를 들어, 스크린이 면 (125)으로 나타낸 평면에 정렬되는 곳)을 나타낸다. 하나의 양태에서, 하나 이상의 스크린이 VR 헤드 셋에 통합된다. 이 경우, 예를 들어, 스크린은 제거할 수 없다. 다른 측면에서, 스크린은 VR 헤드 셋과 함께 사용될 수 있는 디스플레이 장치의 일부이다. 이 후자의 예에서, 디스플레이 장치는 VR 헤드셋으로부터 제거 가능하다. 당연히, 디스플레이 장치는 하나 이상의 스크린을 포함 할 수 있다. 광학계 (100)는 렌즈 (105, 110 및 115)에 의해 형성된 광 경로를 제공한다.
도 1a의 예에서, 렌즈 (105)는 사용자의 눈 (예를 들어, 상 측)의 배치에 대해 광학계 (100)의 가장 근접한 렌즈이다. 렌즈 (105)의 좌측은 상 측으로 지칭 될 수 있다. 렌즈 (105)는 양의 굴절력을 가질 수 있다. 일 실시 예에서, 렌즈 (105)는 양의 양볼록 렌즈 일 수 있다.
렌즈 (110)는 광 경로에서 렌즈 (105)와 렌즈 (115) 사이에 배치된다. 렌즈 (110)는 양의 굴절력으로 구현 될 수 있다. 일 실시 예에서, 렌즈 (110)는 양의 양볼록 렌즈로서 구현 될 수 있다.
렌즈 (115)는 사용자의 눈의 위치로부터 가장 먼 렌즈이다. 이와 같이, 렌즈 (115)는 광 경로의 물체 측에 있고 물체 측에 대해 광학계 (100)의 가장 근접한 렌즈이다. 렌즈 (115)는 음의 굴절력으로 구현된다. 일 실시 예에서, 렌즈 (115)는 음의 메니스커스 렌즈로서 구현된다. 하나 이상의 다른 실시 예에서, 렌즈 (115)는 음의 메니스커스 형상을 갖는 중앙 부분과 상이한 형상을 갖는 외측 부분을 갖는다.
본원에 사용 된 바와 같이, 양 (또는 음) 렌즈는 렌즈의 중심부에 대한 굴절력의 관점에서 양 (또는 음) 인 렌즈를 지칭한다. 이와 같이, 양 (또는 음) 렌즈는 음 (또는 양)이 되는 외측 부분을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 렌즈 (115)는 표면 형상을 기술하기 위해 16 차까지 비구면 용어를 사용할 수 있는 비구면 광학 요소이다. 회전 대칭 다항식 비구면 표면은 구형 (또는 원추형으로 기술 된 비구면) 표면으로부터의 편차의 다항식 확장으로 설명된다. 균일한 비구면 모델은 기본 곡률 반경과 코닉 상수를 사용한다. 표면 세그 "z"는 아래의 식 15에 의해 주어진다.
Figure 112018093075052-pct00001
(15)
수학 식 15에서, 용어 "r"은 렌즈의 방사 좌표를 나타낸다.
하나 이상의 실시 예에서, 렌즈 (105) 및 렌즈 (110)는 각각 짝수의 10 차 비구면 표면을 갖는다. 렌즈 (105) 및 렌즈 (110) 각각은 대안적인 실시 예에서 비구면 최대 짝수의 16 차 항까지 가질 수 있다. 광학계 (100)는 ± 50.5 ° (101 °)의 대각선 화각(DFOV) 및 ± 34.8mm (69.6mm) 최대 스크린 대상물 크기를 제공 할 수 있다. 하나 이상의 실시 예에서, 광학계 (100)SMS 하나 이상의 스크린을 포함하거나 스크린을 갖는 디스플레이 디바이스를 수용하도록 구성된 VR 헤드셋 내에 사용될 수 있다. 일 예시에서, 디스플레이 디바이스는 입체 디스플레이로서 사용되는 LCD / OLED 스크린으로서 구현되는 단일 스크린을 포함한다. 디스플레이 장치의 예는 셀 폰, 이동 전화, 휴대용 컴퓨팅 장치, 모바일 장치 등을 포함 할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 광학계 (100)는 더 크게 (또는 더 작게) 스케일링 될 수 있고, 화면 이미지 크기의 스케일링을 더 크게(또는 작게) 할 수 있다.
광학계 (100)는 사용자 동공에 대해 11.8mm의 아이 릴리프 및 16mm의 아이 박스 직경을 제공 할 수 있다. 일반적으로, 광학계 (100)와 같은 광학 기기의 아이 릴리프는 사용자의 눈이 전체 시야각을 얻을 수 있는 아이피스의 최종 표면으로부터의 거리에 대응할 수 있다. 인간의 눈동자 직경은 밝은 조명 조건에서의 약 2mm에서 암흑에서 완전히 팽창 될 때 약 8mm까지 사이에서 변할 수 있다. 인간 눈동자의 일반적인 크기는 4-5mm이다. 이 예에서, 시선 변화와 함께 눈 동공 운동을 설명하기 위해 16mm 눈 상자 크기가 사용된다. 11.8mm의 아이 릴리프 (eye relief)는 각 아이피스에 대한 광학계 (100)를 사용하는 VR 헤드셋이 안경 및 / 또는 안경과 함께 사용될 수 있게 한다.
표 1은 광학계 (100)에 대한 광학 설계(prescription)의 예를 제공한다.
설명 표면 타입 곡률 반경
[mm] 		두께
[mm] 		반경
[mm] 		코닉
0 - Standard Infinity Infinity Infinity 0.0000
1 Eye pupil (표면 120) Standard Infinity 11.8000 8.000 0.0000
2 렌즈 105, 표면 105A Standard 100.0000 12.0100 21.5000 0.0000
3 렌즈 105, 표면 105B Standard -33.9621 0.3000 21.5000 0.3704
4 렌즈 110, 표면 110A Standard 69.0280 14.0100 24.9000 -3.8894
5 렌즈 110, 표면 110B Standard -56.3858 11.1100 24.9000 2.6436
6 렌즈 115, 표면 115A Standard -14.5535 4.0000 24.4000 -1.2361
7 렌즈 115, 표면 115B Standard -193.2856 12.4000 29.0000 0.0000
8 스크린 (표면 125) Standard Infinity - 35.0000 0.0000
표 2는 광학계 (100)의 다양한 추가 특성을 도시한다. 예를 들어, 표 2는 광학계 (100 (f))의 전체 초점 거리를 도시한다. 렌즈 (105, 110 및 115) 각각의 초점 거리(f-105, f-110, f-115); 렌즈 (105, 110 및 115) 각각의 굴절률(n)(n-105, n-110 및 n-115) ; 렌즈(105, 110, 115) 각각의 아베수(Vd)(Vd-105, Vd-110, Vd-115)를 나타낸다.
f 47.1 mm
f-105 (corresponding to f1) 49.6 mm
f-110 (corresponding to f2) 61.2 mm
f-115 (corresponding to f3) -25.9 mm
n-105 1.525
n-110 1.525
n-115 1.608
Vd-105 (corresponding to Vd1) 55.95
Vd-110 (corresponding to Vd2) 55.95
Vd-115 (corresponding to Vd3) 26.90
광학계 (100)는 렌즈 (105, 110 및 115)를 구현하기 위해 다양한 상이한 렌즈 재료를 사용할 수 있다. 일례로, 렌즈 (105, 110 및 115) 각각은 동일한 재료, 예를 들어, 광학 플라스틱 또는 광학 유리를 사용하여 구현될 수 있다. 다른 예에서, 렌즈 (105, 110 및 115) 중 2 개는 광학 플라스틱 (광학 유리)을 사용하여 구현되는 반면, 렌즈 (105, 110 및 115) 중 다른 하나는 광학 유리 (광학 플라스틱)를 사용하여 구현된다. 사용된 특정 광학 플라스틱 및 / 또는 특정 광학 유리는 렌즈들간에 다를 수 있다는 것을 이해해야 한다.
하나 이상의 실시 예에서, 렌즈 (105, 110 및 115) 중 하나 이상 또는 모두는 광학 플라스틱을 사용하여 구현된다. 일 실시 예에서, 렌즈 (105)는 480R을 사용하여 구현되며; 렌즈 (110)는 480R을 사용하여 구현되며; 렌즈 (115)는 오사카 가스 화학 폴리에스테르 (OKP 광학 플라스틱) 4 (OKP4)를 사용하여 구현된다. 이 예에서, 광학계 (100)의 중량은 약 74.9 그램이다.
도 1과 관련하여 기술된 바와 같은 광학계 (100)는 개선된 광학 성능을 제공하기 위해 표 3에 도시된 식을 만족하도록 구현될 수 있다.
식 값
OAL [mm] 53.83
BFL [mm] 12.40
D1 [mm] 0.30
D2 [mm] 11.11
f1/f 10.54
f2/f 1.30
f3/f -0.55
f1/f2 0.81
f2/f3 -2.36
V2-V3 29.05
OAL/f 1.14
BFL/f 0.26
r2/f -0.72
r3/f 1.47
r4/f -1.20
r5/f -0.31
D1/f 0.006
D2/f 0.236
도 1b는 스크린 측에서 마이크로 미터 단위로 도 1a의 광학계 (100)에 대한 횡 색수차를 도시한다. 도 1c는 스크린 측에서 밀리미터 단위로 도 1a의 광학계 (100)에 대한 상면 만곡 및 비점 수차를 도시한다. 도 1d는 상 측에서 밀리 라디안 단위(afocal space)로 도 1a의 광학계 (100)에 대한 횡 색수차를 도시한다. 도 1e는 이미지 측에서 디옵터 단위로 도 1a의 광학계 (100)에 대한 상면 만곡 및 비점 수차를 도시한다.
도 2a는 또 다른 예시적인 광학계 (200)를 도시한다. 광학계 (200)는 광학계 (100)의 중량보다 약 10 % 적은 중량을 갖는다. 그러나, 광학계 (200)는 광학계 (100)보다 덜 둔감한 색상 보정을 제공한다. 광학계 (200)는 광학계 (200)의 제 1 렌즈(205), 제 2 렌즈 (210) 및 제 3 렌즈 (215)를 포함한다. 각각의 렌즈 (205, 210, 215)는 "A"로 표시된 상 측면 및 "B"로 표시된 물체 측면을 갖는다. 표면 (220)은 아이 박스의 배치 또는 위치를 나타낸다. 표면 (225)은 하나 이상의 스크린의 표면을 나타낸다. 하나의 양태에서, 하나 이상의 스크린이 VR 헤드셋에 통합된다. 이 경우, 예를 들어, 스크린은 제거 할 수 없다. 다른 측면에서, 스크린은 VR 헤드셋과 함께 사용될 수 있는 디스플레이 장치의 일부이다. 이 후자의 예에서, 디스플레이 장치는 VR 헤드셋으로부터 제거 가능하다. 이해되는 바와 같이, 디스플레이 장치는 하나 이상의 스크린을 포함 할 수 있다. 광학계 (200)는 렌즈 (205, 210 및 215)에 의해 형성된 광 경로를 제공한다.
도 2a의 예에서는, 렌즈 (205)는 사용자의 눈의 위치에 대하여 광학계 (200)의 가장 근접한 렌즈이다. 렌즈 (205)는 양의 렌즈로서 구현 될 수 있다. 일 실시 예에서, 렌즈 (205)는 양의 양볼록 렌즈로서 구현된다. 다른 실시 예에서, 렌즈 (205)는 양의 메니스커스 렌즈로서 구현된다.
렌즈 (210)는 광 경로에서 렌즈 (205)와 렌즈 (215) 사이에 배치된다. 렌즈 (210)는 양의 렌즈로서 구현 될 수 있다. 렌즈 (210)는 또한 양의 비구면 렌즈로서 구현 될 수 있다.
렌즈 (215)는 사용자의 눈의 위치로부터 가장 먼 렌즈이다. 이와 같이, 렌즈 (215)는 광 경로의 물체 측에 있고 물체 측에 광학계 (200)의 가장 근접한 렌즈이다. 렌즈 (215)는 음의 렌즈로서 구현된다.
광학계 (200)는 ± 50.5 ° (101 °)의 DFOVE 및 ± 35.2㎜ (70.4㎜)의 최대 스크린 대상물 크기를 제공 할 수 있다. 하나 이상의 실시 예에서, 광학계 (200)는 하나 이상의 스크린 (들)을 포함하거나 스크린을 갖는 디스플레이 디바이스를 수용하도록 구성된 VR 헤드셋 내에 사용될 수 있다. 일 예시에서, 디스플레이 디바이스는 입체 디스플레이로서 사용되는 LCD / OLED 스크린으로서 구현되는 단일 스크린을 포함한다. 디스플레이 장치의 예는 셀 폰, 이동 전화, 휴대용 컴퓨팅 장치, 모바일 장치 등을 포함 할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 광학계 (200)는 더 크게 (또는 더 작게) 스케일링 될 수 있고, 그럼으로써 스크린 이미지 크기를 더 크게(또는 작게) 스케일링 할 수 있다. 광학계 (200)는 사용자 동공에 대해 11.8mm의 아이 릴리프 및 16mm의 아이 박스 직경을 제공 할 수 있다. 11.8mm의 아이 릴리프 (eye relief)는 각 아이피스에 대한 광학계 (200)를 사용하는 VR 헤드셋이 안경 및 / 또는 스펙터클스(spectacles)와 함께 사용될 수 있게 한다.
아래의 표 4는 광학계 (200)에 대한 광학 설계의 예를 제공한다.
설명 표면 타입 곡률 반경
[mm] 		두께
[mm] 		반경
[mm] 		코닉
0 - Standard Infinity Infinity Infinity 0.0000
1 Eye pupil (표면 220) Standard Infinity 11.8000 8.000 0.0000
2 렌즈 205, 표면 205A Standard 100.0000 11.3400 21.2000 0.0000
3 렌즈 205, 표면 205B Standard -33.5925 0.3000 21.2000 0.1081
4 렌즈 210, 표면 210A Standard 64.2690 14.1100 25.0500 -4.3349
5 렌즈 210, 표면 210B Standard -57.0110 9.8900 25.0500 2.8585
6 렌즈 215, 표면 215A Standard -16.1781 4.0000 24.5000 -1.2114
7 렌즈 215, 표면 215B Standard Infinity 13.5000 29.0000 0.0000
8 스크린 (표면 225) Standard Infinity - 35.0000 0.0000
표 5는 광학계 (200)의 다양한 추가 특성을 도시한다. 예를 들어, 표 5는 광학계 (200)의 전체 초점 거리(f)를 보여준다. 렌즈 (205, 210 및 215) 각각의 초점 거리(f-205, f-210, f-215); 렌즈 (205, 210 및 215) 각각의 굴절률(n-205, n-210 및 n-215); 렌즈(205, 210, 215) 각각의 아베수(Vd-205, Vd-210, Vd-215)를 나타낸다.
f 46.1 mm
f-205 (f1에 대응) 49.1 mm
f-210 ( f2에 대응) 59.7 mm
f-215 ( f3에 대응) -27.2 mm
n-205 1.525
n-210 1.525
n-215 1.590
Vd-205 (Vd1에 대응) 55.95
Vd-210 (Vd2에 대응) 55.95
Vd-215 (Vd3에 대응) 30.86
다른 실시 예에서, 광학계 (200)는 렌즈 (205, 210 및 215)를 구현하기 위해 다양한 상이한 렌즈 재료를 사용할 수 있다. 일례로, 렌즈 (205, 210 및 215) 각각은 동일한 재료, 예를 들어, 광학 플라스틱 또는 광학 유리를 사용하여 구현된다. 다른 예에서, 렌즈 (205, 210 및 215) 중 2 개는 광학 플라스틱 (광학 유리)을 사용하여 구현되는 반면, 렌즈 (205, 210 및 215) 중 다른 하나는 광학 유리 (광학 플라스틱)를 사용하여 구현된다. 사용된 특정 광학 플라스틱 및 / 또는 특정 광학 유리는 렌즈들간에 다를 수 있다는 것을 이해해야 한다.
하나 이상의 실시 예에서, 렌즈 (205, 210, 215) 중 하나 이상 또는 모두는 광학 플라스틱을 사용하여 구현될 수 있다. 일 실시 예에서, 렌즈 (205)는 480R을 사용하여 구현되며; 렌즈 (210)는 480R을 사용하여 구현되며; 렌즈 (215)는 폴리스티렌(Polystyrene)을 사용하여 구현된다. 이 예에서, 광학계 (200)의 중량은 약 68 그램이다.
도 2a와 관련하여 설명 된 바와 같은 광학계 (200)는 개선된 광학 성능을 제공하기 위해 표 6에 도시 된 식을 만족하도록 구현 될 수 있다.
식 값
OAL [mm] 53.14
BFL [mm] 13.50
D1 [mm] 0.30
D2 [mm] 9.89
f1/f 1.06
f2/f 1.30
f3/f -0.59
f1/f2 0.82
f2/f3 -2.20
V2-V3 25.09
OAL/f 1.15
BFL/f 0.29
r2/f -0.73
r3/f 1.39
r4/f -1.24
r5/f -0.35
D1/f 0.007
D2/f 0.214
또한, 도 2b는 스크린 측에서 마이크로 미터 단위로 도 2a의 광학계 (200)에 대한 횡 색수차를 도시한다. 도 2c는 스크린 측에서 밀리미터 단위로 도 2a의 광학계 (200)에 대한 상면 만곡 및 비점 수차를 도시한다. 도 2d는 상 측에서 밀리 라디안(afocal space) 단위로 도 2a의 광학계 (200)에 대한 횡 색수차를 도시한다. 도 2e는 상 측에서 디옵터 단위(afocal apace)로 도 2a의 광학계 (200)에 대한 상면 만곡 및 비점 수차를 도시한다.
도 3a는 다른 예의 광학계(300)를 도시한다. 광학계 (300)의 중량은 광학계 (100)의 중량보다 약 7 % 더 작다. 광학계 (300)는 상면 만곡에 관해 다소 감소된 성능을 갖지만 광학계 (100)에 비해 증가된 아이 릴리프를 제공한다. 광학계 (300)는 제 1 렌즈 (305), 제 2 렌즈 (310) 및 제 3 렌즈 (315)를 포함한다. 렌즈 (305, 310 및 315) 각각은 " A "로 표시된 상 측면, "B "로 표시된 물체 측면을 가진다. 표면 (320)은 아이 박스의 배치 또는 위치를 나타낸다. 표면 (325)은 하나 이상의 스크린의 표면을 나타낸다. 하나의 양태에서, 하나 이상의 스크린이 VR 헤드셋에 통합된다. 이 경우, 예를 들어, 화면은 제거 할 수 없다. 다른 측면에서, 스크린은 VR 헤드셋과 함께 사용될 수 있는 디스플레이 장치의 일부이다. 이 후자의 예에서, 디스플레이 장치는 VR 헤드셋으로부터 제거 가능하다. 이해되는 바와 같이, 디스플레이 장치는 하나 이상의 스크린을 포함 할 수 있다. 광학계 (300)는 렌즈 (305, 310 및 315)에 의해 형성된 광 경로를 제공한다.
도 3a의 예에서는, 렌즈 (305)는 사용자의 눈의 위치에 대해 가장 근접한광학계 (300)의 렌즈이다. 렌즈 (305)는 양의 렌즈로서 구현 될 수 있다. 도 3a의 예에서, 렌즈 (305)는 편평한 표면 (305A) 및 볼록한 표면 (305B)을 갖는다. 또 다른 실시 예에서, 렌즈 (305)는 양의 메니스커스 렌즈로서 구현된다.
렌즈 (310)는 광 경로에서 렌즈 (305)와 렌즈 (315) 사이에 배치된다. 렌즈 (310)는 양의 렌즈로서 구현 될 수 있다. 표면 (305A) 및 표면 (305B)은 볼록한 표면으로서 구현된다. 렌즈 (310)는 또한 양의 비구면 렌즈로서 구현 될 수 있다.
렌즈 (315)는 사용자의 눈의 위치로부터 가장 먼 렌즈이다. 이와 같이, 렌즈 (315)는 광 경로의 물체 측에 있고 물체 측에 가장 근접한 광학계 (300)의 렌즈이다. 렌즈 (315)는 음의 렌즈로서 구현된다.
광학계 (300)는 ± 50.5 ° (101 °)의 DFOV 및 ± 33.9㎜ (67.8㎜)의 최대 스크린 대상물 크기를 제공 할 수 있다. 하나 이상의 실시 예에서, 광학계 (300)는 하나 이상의 스크린을 포함하거나 스크린을 갖는 디스플레이 디바이스를 수용하도록 구성된 VR 헤드셋 내에 사용될 수 있다. 일 예시에서, 디스플레이 디바이스는 입체 디스플레이로서 사용되는 LCD / OLED 스크린으로서 구현되는 단일 스크린을 포함한다. 디스플레이 장치의 예는 셀 폰, 이동 전화, 휴대용 컴퓨팅 장치, 모바일 장치 등을 포함 할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 광학계 (300)는 더 크게 (또는 더 작게) 스케일링 될 수 있고, 그럼으로써 스크린 이미지 크기를 더 크게(또는 더 작게)스케일링한다. 광학계 (300)는 사용자 동공에 대해 14.5mm의 아이 릴리프 및 16mm의 아이 박스 직경을 제공 할 수 있다.
아래의 표 7은 광학계 (300)에 대한 광학 설계의 예를 제공한다.
설명 표면 타입 곡률 반경
[mm] 		두께
[mm] 		반경
[mm] 		코닉
0 - Standard Infinity Infinity Infinity 0.0000
1 Eye pupil (s표면 320) Standard Infinity 11.5000 8.0000 0.0000
2 렌즈 305, 표면 305A Standard Infinity 4.8917 19.5000 0.0000
3 렌즈 305, 표면 305B Standard -25.3756 13.9292 21.0000 -0.2356
4 렌즈 310, 표면 310A Standard 38.1042 14.1100 28.0000 -4.5456
5 렌즈 310, 표면 310B Standard -139.2472 4.2182 28.0000 17.9815
6 렌즈 315, 표면 315A Standard -31.2416 3.9000 28.0000 -5.4046
7 렌즈 315, 표면 315B Standard 48.7538 16.8420 29.5000 -9.1969
8 스크린 (표면 325) Standard Infinity - 35.0000 0.0000
표 8은 광학계 (300)의 다양한 추가 특성을 도시한다. 예를 들어, 표 8은 광학계 (300)의 전체 초점 거리 (f)를 보여준다. 렌즈 (305, 310 및 315) 각각의 초점 거리 (f-305, f-310, f-315); 렌즈 (305, 310 및 315) 각각의 굴절률 (n-305, n-310 및 n-315); 렌즈 (305, 310 및 315) 각각의 아베수 (Vd-305, Vd-310 및 Vd-315) 나타낸다.
f 45.7 mm
f-305 (corresponding to f1) 47.4 mm
f-310 (corresponding to f2) 57.4 mm
f-315 (corresponding to f3) -28.8 mm
n-305 1.534
n-310 1.534
n-315 1.642
Vd-305 (corresponding to Vd1) 56.23
Vd-310 (corresponding to Vd2) 56.23
Vd-315 (corresponding to Vd3) 22.41
광학계 (300)는 렌즈 (305, 310 및 315)를 구현하기 위해 다양한 상이한 렌즈 재료를 사용할 수 있다. 일례로, 렌즈 (305, 310 및 315) 각각은 동일한 재료, 예를 들어, 광학 플라스틱 또는 광학 유리를 사용하여 구현될 수 있다. 다른 예에서, 렌즈 (305, 310 및 315) 중 2 개는 광학 플라스틱 (광학 유리)을 사용하여 구현되는 반면, 렌즈 (305, 310 및 315) 중 다른 하나는 광학 유리 (광학 플라스틱)를 사용하여 구현된다. 사용된 특정 광학 플라스틱 및 / 또는 특정 광학 유리는 렌즈들간에 다를 수 있다는 것을 이해해야 한다.
하나 이상의 실시 예에서, 렌즈 (305, 310 및 315) 중 하나 이상 또는 모두는 광학 플라스틱을 사용하여 구현 될 수 있다. 일 실시 예에서, 렌즈 (305)는 COC를 사용하여 구현되고; 렌즈 (310)는 COC를 사용하여 구현되고; 렌즈 (315)는 OKP-1을 사용하여 구현된다. 이 예에서, 광학계 (300)의 중량은 약 70 그램이다.
도 3a와 관련하여 기술된 바와 같은 광학계 (300)는 개선된 광학 성능을 제공하기 위해 표 9에 도시된 식들을 만족 시키도록 구현 될 수 있다.
식 값
OAL [mm] 55.28
BFL [mm] 16.84
D1 [mm] 4.89
D2 [mm] 4.22
f1/f 1.04
f2/f 1.26
f3/f -0.63
f1/f2 0.82
f2/f3 -1.99
V2-V3 33.82
OAL/f 1.21
BFL/f 0.37
r2/f -0.56
r3/f 0.83
r4/f -3.05
r5/f -0.68
D1/f 0.11
D2/f 0.09
도 3b는 스크린 측에서 마이크로 미터 단위로 도 3a의 광학계 (300)에 대한 횡 색수차를 도시한다. 도 3c는 스크린 측에서 밀리미터 단위로 도 3a의 광학계 (300)에 대한 상면 만곡 및 비점 수차를 도시한다. 도 3d는 상 측에서 밀리 라디안 (afocal space)으로 도 3a의 광학계 (300)에 대한 횡 색수차를 도시한다. 도 3e는 상 측에서 디옵터 단위(afocal space)로 도 3a의 광학계 (300)에 대한 상면 만곡 및 비점 수차를 도시한다.
도 4a는 다른 예의 광학계(400)를 도시한다. 광학계 (400)는 또한 광학계 (100)의 중량보다 약 30 % 작은 중량을 갖는다. 광학계 (400)는 또한 광학계 (100)의 FOV보다 약 10 % 좁은 FOV를 갖는다. 광학계(400)는 광학계 (100)보다 상면 만곡에 대해 다소 감소된 광학 성능을 제공한다.
광학계 (400)는 제 1 렌즈 (405), 제 2 렌즈 (410) 및 제 3 렌즈 (415)를 포함한다. 각각의 렌즈 (405, 410 및 415)는 "A"로 표시된 상 측면 및 "B"로 표시된 물체 측면을 가진다. 표면 (420)은 아이 박스의 배치 또는 위치를 나타낸다. 표면 (425)은 하나 이상의 스크린의 표면을 나타낸다. 하나의 양태에서, 하나 이상의 스크린이 VR 헤드셋에 통합된다. 이 경우, 예를 들어, 스크린은 제거 할 수 없다. 다른 측면에서, 스크린은 VR 헤드셋과 함께 사용될 수 있는 디스플레이 장치의 일부이다. 이 후자의 예에서, 디스플레이 장치는 VR 헤드셋으로부터 제거 가능하다. 당연히, 디스플레이 장치는 하나 이상의 스크린을 포함 할 수 있다. 광학계 (400)는 렌즈 (405, 410 및 415)에 의해 형성된 광 경로를 제공한다.
도 4a의 예에서, 렌즈 (405)는 사용자의 눈의 위치에 대해 가장 근접한 광학계 (400)의 렌즈이다. 렌즈 (405)는 양의 렌즈로서 구현 될 수 있다. 도 4a의 예에서, 렌즈 (405)는 편평한 표면 (405A) 및 볼록한 표면 (405B)을 갖는다. 다른 실시 예에서, 렌즈 (405)는 양의 메니스커스 렌즈로서 구현된다.
렌즈 (410)는 광 경로에서 렌즈 (405)와 렌즈 (415) 사이에 배치된다. 렌즈 (410)는 양의 렌즈로서 구현 될 수 있다. 일 양태에서, 렌즈 (410)는 양의 비구면 렌즈로서 구현 될 수 있다.
렌즈 (415)는 사용자의 눈의 위치로부터 가장 먼 렌즈이다. 이와 같이, 렌즈 (415)는 광 경로의 물체 측에 있고 물체 측에 가장 근접한 광학계 (400)의 렌즈이다. 렌즈 (415)는 음의 렌즈로서 구현 될 수 있다.
광학계 (400)는 ± 45 ° (90 °)의 DFOV 및 ± 31.7mm (63.4mm)의 최대 스크린 대상물 크기를 제공 할 수 있다. 하나 이상의 실시 예에서, 광학계 (400)는 하나 이상의 스크린을 포함하거나 스크린을 갖는 디스플레이 디바이스를 수용하도록 구성된 VR 헤드셋 내에 사용될 수 있다. 일 예시에서, 디스플레이 디바이스는 입체 디스플레이로서 사용되는 LCD / OLED 스크린으로서 구현되는 스크린을 포함한다. 디스플레이 장치의 예는 셀 폰, 이동 전화, 휴대용 컴퓨팅 장치, 이동 장치 등을 포함 할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 광학계 (400)는 더 크게 (또는 더 작게) 스케일링 될 수 있고, 그럼으로써 스크린 이미지 크기를 더 크거나(또는 더 작게)스케일링한다. 광학계 (400)는 사용자 동공에 대해 15mm의 아이 릴리프 및 16mm의 아이 박스 직경을 제공 할 수 있다. 15 mm의 아이 릴리프 (eye relief)는 각 아이피스에 대한 광학계 (400)를 사용하는 VR 헤드셋이 안경 및 / 또는 스펙터클스(spectacles)와 함께 사용될 수 있게 한다.
아래의 표 10은 광학계 (400)에 대한 광학 설계의 예를 제공한다.
설명 표면 타입 곡률 반경
[mm] 		두께
[mm] 		반경
[mm] 		코닉 4 th
order 		6 th
order 		8 th
order 		10 th
order 		12 th
order
0 - Standard Infinity Infinity Infinity 0.000 - - - - -
1 Eye pupil (표면 420) Standard Infinity 15.000 8.000 0.000 - - - - -
2 렌즈 405, 표면 405A Standard Infinity 11.0014 20.5865 0.000 - - - - -
3 Lens 405, surface 405B Even Asphere -45.203 1.8997 21.5143 0.000 -2.317
x10-5 		9.936
x10-9 		-1.548
x10-11 		1.173
x10-13 		-1.372
x10-16
4 렌즈 410, 표면 410A Even Asphere 28.295 11.0019 26.0298 0.000 1.634
x10-6 		-3.179
x10-8 		-6.217
x10-11 		2.186
x10-13 		-1.785
x10-16
5 렌즈 410, 표면 410B Even Asphere -182.29 8.5425 26.3192 0.000 7.274
x10-5 		-2.591
x10-7 		3.815
x10-10 		-3.269
x10-13 		1.572
x10-16
6 렌즈 415, 표면 415A Even Asphere -28.359 3.9971 26.4703 0.000 4.716
x10-5 		-1.626
x10-7 		3.415
x10-10 		-4.062
x10-13 		2.446
x10-16
7 렌즈 415, 표면 415B Standard Infinity 19.5000 27.6000 0.000 - - - - -
8 스크린 (표면 425) Standard Infinity - 33.0000 0.000 - - - - -
표 11은 광학계 (400)의 다양한 추가 특성을 도시한다. 예를 들어, 표 11은 광학계 (400)의 전체 초점 거리(f)를 보여준다. 렌즈 (405, 410, 415) 각각의 초점 거리 (f-405, f-410, f-415); 렌즈 (405, 410 및 415) 각각의 굴절률(n-405, n-410 및 n-415); 렌즈 (405, 410 및 415) 각각의 아베수(Vd-405, Vd-410 및 Vd-415)를 나타낸다.
f 46.3 mm
f-405 (corresponding to f1) 84.4 mm
f-410 (corresponding to f2) 46.6 mm
f-415 (corresponding to f3) -43.8 mm
n-405 1.534
n-410 1.534
n-415 1.642
Vd-405 (corresponding to Vd1) 56.23
Vd-410 (corresponding to Vd2) 56.23
Vd-415 (corresponding to Vd3) 22.41
광학계 (400)는 렌즈 (405, 410 및 415)를 구현하기 위해 다양한 상이한 렌즈 재료를 사용할 수 있다. 일례로, 렌즈 (405, 410 및 415) 각각은 동일한 재료, 예를 들어 광학 플라스틱 또는 광학 유리를 사용하여 구현될 수 있다. 다른 예에서, 렌즈 (405, 410, 415) 중 2 개는 광학 플라스틱 (광학 유리)을 사용하여 구현되는 반면, 렌즈 (405, 410 및 415) 중 다른 하나는 광학 유리 (광학 플라스틱)를 사용하여 구현된다. 사용 된 특정 광학 플라스틱 및 / 또는 특정 광학 유리는 렌즈들간에 다를 수 있다는 것을 이해해야 한다.
하나 이상의 실시 예에서, 하나 이상의 렌즈 (405), (410) 및 (415)는 광학 플라스틱을 사용하여 구현 될 수 있다. 일 실시 예에서, 렌즈 (405)는 COC를 사용하여 구현되고; 렌즈 (410)는 COC를 사용하여 구현되고; 렌즈 (415)는 OKP-1을 사용하여 구현된다. 이 예에서, 광학계 (400)의 중량은 대략 50 그램이다.
도 4a와 관련하여 기술 된 바와 같은 광학계 (400)는 개선 된 광학 성능을 제공하기 위해 표 12에 도시 된 식을 만족하도록 구현 될 수 있다.
식 값
OAL [mm] 55.93
BFL [mm] 19.50
D1 [mm] 1.90
D2 [mm] 8.54
f1/f 1.82
f2/f 1.00
f3/f -0.95
f1/f2 1.81
f2/f3 -1.06
V2-V3 33.82
OAL/f 1.21
BFL/f 0.42
r2/f -0.98
r3/f 0.61
r4/f -3.94
r5/f -0.61
D1/f 0.04
D2/f 0.18
도 4b는 스크린 측에서 마이크로 미터 단위로 도 4a의 광학계 (400)에 대한 횡 색수차를 도시한다. 도 4c는 스크린 측에서 밀리미터 단위로 도 4a의 광학계 (400)에 대한 상면 만곡 및 비점 수차를 도시한다. 도 4d는 이미지 측에서 밀리 라디안(afocal space)으로 도 4a의 광학계 (400)에 대한 횡 색수차를 도시한다. 도 4e는 상 측에서 디옵터 단위(afocal space)로 도 4a의 광학계 (400)에 대한 상면 만곡 및 비점 수차를 도시한다.
도 5a는 일 예의 광학계(500)를 도시한다. 광학계 (500)는 광학계 (100)의 중량보다 대략 60 % 더 작은 중량을 갖는다. 광학계 (500)는 또한 광학계 (100)의 FOV보다 약 10 % 좁은 FOV를 갖는다. 광학계(500)는 광학계 (100)보다 25 % 더 작은 아이 박스 크기를 갖는다. 또한, 광학계 (500)는 도 1의 광학계 (100)에 비해 도입된 구역별 비점 수차와 함께 상면 만곡에 대해 감소 된 광학 성능을 제공한다.
광학계 (500)는 제 1 렌즈 (505), 제 2 렌즈 (510) 및 제 3 렌즈 (515)를 포함한다. 렌즈 (505, 510 및 515) 각각은 "A"로 표시된 스크린 측면 및 "B"로 표시된 물체 측면을 포함한다. 표면 (520)은 아이 박스의 배치 또는 위치를 나타낸다. 표면 (525)은 하나 이상의 스크린의 표면을 나타낸다. 하나의 양태에서, 하나 이상의 스크린이 VR 헤드셋에 통합된다. 이 경우, 예를 들어, 화면은 제거 할 수 없다. 다른 측면에서, 스크린은 VR 헤드셋과 함께 사용될 수 있는 디스플레이 장치의 일부이다. 이 후자의 예에서, 디스플레이 장치는 VR 헤드셋으로부터 제거 가능하다. 당연히, 디스플레이 장치는 하나 이상의 스크린을 포함 할 수 있다. 광학계 (500)는 렌즈 (505, 510 및 515)에 의해 형성된 광 경로를 제공한다.
도 5a에서, 렌즈 (505)는 사용자의 눈의 위치에 대해 가장 근접한 광학계 (500)의 렌즈이다. 렌즈 (505)는 양의 굴절력을 가질 수 있다. 일 실시 예에서, 렌즈 (505)는 양의 메니스커스 렌즈 일 수 있다.
렌즈 (510)는 광 경로에서 렌즈 (505)와 렌즈 (515) 사이에 배치된다. 렌즈 (510)는 양의 굴절력으로 구현 될 수 있다. 일 실시 예에서, 렌즈 (510)는 양의 양볼록 렌즈로 구현 될 수 있다.
렌즈 (515)는 사용자의 눈의 위치로부터 가장 먼 렌즈이다. 이와 같이, 렌즈 (515)는 광 경로의 물체 측에 있고 물체 측에 가장 인접한 광학계 (500)의 렌즈이다. 렌즈 (515)는 음의 굴절력으로 구현된다. 일 실시 예에서, 렌즈 (515)는 음의 메니스커스 렌즈로서 구현된다. 렌즈 (515)는 또한 음의 메니스 커스 형상을 갖는 중앙 부분 및 상이한 형상을 갖는 외측 부분을 가질 수 있다.
광학계 (500)는 ± 45 ° (90 °)의 DFOV 및 ± 31.3 mm (62.6 mm)의 최대 스크린 대상물 크기를 제공 할 수 있다. 하나 이상의 실시 예에서, 광학계 (500)는 하나 이상의 스크린을 포함하거나 스크린을 갖는 디스플레이 디바이스를 수용하도록 구성된 VR 헤드셋 내에 사용될 수 있다. 일 예시에서, 디스플레이 디바이스는 입체 디스플레이로서 사용되는 LCD / OLED 스크린으로서 구현되는 단일 스크린을 포함한다. 디스플레이 장치의 예는 셀 폰, 이동 전화, 휴대용 컴퓨팅 장치, 이동 장치 등을 포함 할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 광학계 (500)는 더 크게 (또는 더 작게) 스케일링 될 수 있고, 그럼으로써 스크린 이미지 크기가 더 크거나(또는 더 작게) 스케일링된다. 광학계 (500)는 사용자 동공에 대해 10mm의 아이 릴리프 및 12mm의 아이 박스 직경을 제공 할 수 있다. 12 mm의 아이 릴리프 (eye relief)는 각 아이피스에 대한 광학계 (500)를 사용하는 VR 헤드셋이 안경 및 / 또는 스펙터클스와 함께 사용될 수 있게 한다.
표 13은 광학계 (500)에 대한 광학 설계의 예를 제공한다.
설명 표면 타입 곡률 반경
[mm] 		두께
[mm] 		반경
[mm]
코닉 4 th
order 		6 th
order 		8 th
order 		10 th
order 		12 th
order
0 - Standard Infinity Infinity Infinity 0.000 - - - - -
1 Eye pupil (표면 520) Standard Infinity 10.000 6.000 0.000 - - - - -
2 렌즈 505, 표면 505A Standard -17.454 8.995 10.623 0.000 - - - - -
3 렌즈 505, 표면 505B Even Asphere -13.499 0.066 14.087 -0.867 -1.880
x10-5 		2.375
x10-8 		-1.362
x10-9 		2.965
x10-12 		-
4 렌즈 510, 표면 510A Even Asphere 48.624 11.562 21.200 0.000 -7.322
x10-6 		9.957
x10-9 		6.896
x10-13 		-3.276
x10-14 		-
5 렌즈 510, 표면 510B Even Asphere -30.989 0.709 21.200 0.000 8.203
x10-6 		1.206
x10-8 		-4.122
x10-11 		1.221
x10-14 		-
6 렌즈 515, 표면 515A Even Asphere -590.05 3.978 21.000 0.000 6.309
x10-5 		-2.679
x10-7 		3.781
x10-10 		-2.386
x10-13 		1.046
x10-16
7 렌즈 515, 표면 515B Even Asphere 26.117 33.5000 23.000 0.000 1.818
x10-5 		-1.995
x10-7 		3.092
x10-10 		-1.410
x10-13 		-6.816
x10-17
8 스크린 (표면 525) Standard Infinity - 33.0000 0.000 - - - - -
표 14는 광학계 (500)의 다양한 추가 특성을 보여준다. 예를 들어, 표 14는 광학계 (500)의 전체 초점 거리(f)를 도시한다. 렌즈 (505, 510 및 515) 각각의 초점 거리(f-505, f-510, f-515); 렌즈 (505, 510 및 515) 각각의 굴절률(n-505, n-510 및 n-515); 렌즈 (505, 510 및 515) 각각의 아베수(Vd-505, Vd-510 및 Vd-515)를 나타낸다.
f 41 mm
f-505 (corresponding to f1) 62.0 mm
f-510 (corresponding to f2) 37.2 mm
f-515 (corresponding to f3) -38.5 mm
n-505 1.534
n-510 1.534
n-515 1.642
Vd-505 (corresponding to Vd1) 56.23
Vd-510 (corresponding to Vd2) 56.23
Vd-515 (corresponding to Vd3) 22.41
광학계 (500)는 렌즈 (505, 510 및 515)를 구현하기 위해 다양한 상이한 렌즈 재료를 사용할 수 있다. 일례로, 렌즈 (505, 510 및 515) 각각은 동일한 재료, 예를 들어, 광학 플라스틱 또는 광학 유리를 사용하여 구현될 수 있다. 다른 예에서, 렌즈 (505, 510 및 515) 중 2 개는 광학 플라스틱 (광학 유리)을 사용하여 구현되는 반면, 렌즈 (505, 510 및 515) 중 다른 하나는 광학 유리 (광학 플라스틱)를 사용하여 구현된다. 사용된 특정 광학 플라스틱 및 / 또는 특정 광학 유리는 렌즈들간에 다를 수 있다는 것을 이해해야 한다.
하나 이상의 실시 예에서, 렌즈 (505, 510 및 515) 중 하나 이상 또는 모두는 광학 플라스틱을 사용하여 구현된다. 일 실시 예에서, 렌즈 (505)는 사이클릭 올레핀 코폴리머 (COC)를 사용하여 구현되고; 렌즈 (510)는 COC를 사용하여 구현된다. 렌즈 (515)는 OKP-1을 사용하여 구현된다. 이 예에서, 광학계 (500)의 중량은 약 29 그램이다.
도 5와 관련하여 설명 된 바와 같은 광학계 (500)는 개선된 광학 성능을 제공하기 위해 표 15에 도시된 식들을 만족 시키도록 구현 될 수 있다.
식 값
OAL [mm] 58.81
BFL [mm] 33.50
D1 [mm] 0.07
D2 [mm] 0.71
f1/f 1.51
f2/f 0.91
f3/f -0.94
f1/f2 1.67
f2/f3 -0.97
V2-V3 33.82
OAL/f 1.43
BFL/f 0.82
r2/f -0.33
r3/f 1.19
r4/f -0.76
r5/f -14.4
D1/f 0.00
D2/f 0.02
도 5b는 스크린 측에서 마이크로 미터 단위로 도 5a의 광학계 (500)에 대한 횡 색수차를 도시한다. 도 5c는 스크린 측에서 밀리미터 단위로 도 5a의 광학계 (500)에 대한 상면 만곡 및 비점 수차를 도시한다. 도 5d는 상 측에서 밀리 라디안 (afocal space)으로 도 5a의 광학계 (500)에 대한 횡 색수차를 도시한다. 도 5e는 상 측에서 디옵터 단위(afocal space)로 도 5a의 광학계 (500)에 대한 상면 만곡 및 비점 수차를 도시한다.
본 명세서에 개시된 예시적인 광학계는 전체 필드 뷰의 90 %에 걸쳐 ± 1 디옵터 (dP) 범위 내의 전체 상면 만곡을 초래하는 비점 수차 및 상면 만곡의 보정을 제공 할 수 있다. 왜곡은 필드의 가장자리에서 약 35-40 %로 유지 될 수 있지만 반대 기호의 왜곡 변환을 사용하여 소프트웨어에서 수정할 수 있다. 예시적인 광학계는 더 적은 색수차로 동공을 가로 질러 향상된 종 방향 구면 수차 보정을 제공 할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 광학계의 횡 색수차는 1 밀리 라디안 (35mm 초점 거리 VR 세트를 통해 관측 된 518ppi 디스플레이상의 단일 픽셀에 대응할 수 있다) 이하로 보정된다.
본원에 기술 된 예시적인 광학계의 초점은 개별 사용자 눈의 광학 설계를 보상하도록 조절될 수 있다(예를 들어, 근시 또는 원시를 교정하는 단일 시야 SPHERE 인자인 반면, 비점 수차/CYLINDER 설명이 보정될 수 없다. 사용자의 광학 설계에 대한 보상은 광학 수차를 제어 하에 유지하면서 사용자의 눈을 위한 최상의 초점을 달성하기 위해 광학계를 각 눈에 대해 멀리 또는 스크린을 향해 이동시킴으로써 달성 될 수 있다. 하나의 양태에서, 각각의 눈에 대한 광학계는 다른 눈과 독립적으로 움직일 수 있다.
본원에 기술 된 예는 렌즈 크기 / 두께, 렌즈 들간의 상대적 간격, 및 / 또는 스크린 (들)까지의 거리의 변화를 나타낸다. 렌즈의 크기 증가와 렌즈 가까이에서의 스크린 이동은 일반적으로 더 나은 성능을 제공하지만 체중이 증가한다. 본 명세서에 개시된 예시적인 광학계는 전술 한 바와 같이 광학 플라스틱을 사용할 때 3 개의 광학 렌즈 및 약 30 g 미만 내지 약 74.9 g의 상한 임계 범위의 중량을 제공한다.
렌즈를 구현하기 위해 본원에 기술 된 특정 재료는 단지 예시의 목적을 위해 제공된다는 것을 이해해야 한다. 다른 적합한 광학 플라스틱이 사용될 수 있다. 설명을 위해, 본원에 기술 된 광학계 실시 예에서, OKP-1의 대체물은 OKP4, OKP4HT, 폴리스티렌 및 폴리 카보네이트를 포함 할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. OKP-1에 대한 다른 적합한 대체물은 약 30의 낮은 아베수를 가진 플린트 유형 물질을 포함 할 수 있다. 본원에 기술 된 광학계 실시 예에서 COC의 대체 예는 폴리메틸메타아크릴레이트 (PMMA), 아크릴, 330R, 480R 및 Zeonex E48R를 포함할 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다. COC에 대한 다른 적절한 대체물은 약 1.5의 굴절률 및 56에 가까운 아베 수를 갖는 크라운 유형의 재료를 포함 할 수 있다. 예를 들어, 여기에 설명 된 다양한 예시적인 광학계에서, 제 1, 제2 렌즈는 크라운이고, 제 3 렌즈는 플린트이다. 기술 된 바와 같은 플라스틱을 이용하는 실시 예는 사출 성형 기술을 사용하여 제조 될 수 있다.
다른 예시적인 실시 예에서, 하나 이상의 렌즈 또는 각각의 렌즈는 등가의 또는 실질적으로 동등한 프레넬 렌즈로서 구현 될 수 있다.
하나 이상의 실시 예에서, 여기에 기술 된 예시적인 광학계들 각각에 구현 된 렌즈들은 플랜지를 포함하도록 구현 될 수 있다. 예를 들어, 플랜지는 렌즈를 적절한 하우징 내에 장착하는 데 도움이 될 수 있다.
하나 이상의 실시 예들에서, 여기에 기술 된 광학계들에 포함 된 렌즈들은 크롭 (cropped) 될 수 있다. 예를 들어, 광학계가 VR 헤드셋 내에 위치 될 때, 사용자의 코에 가깝거나 가장 가까운 렌즈 각각의 에지를 따라 렌즈가 크롭, 예를 들어 트리밍 (trimming) 될 수 있다. 렌즈를 크롭함으로써, 광학계가 VR 헤드셋에 통합 될 때 사용자의 코를 위한 추가 공간이 제공된다. 따라서, 크롭된 렌즈는 더 이상 둘레에 걸쳐 원주 형 또는 원통형이 아니다. 사용자의 코를 보다 잘 수용하기 위해 설명 된 바와 같이 렌즈를 크롭하는 것은 광학계의 광학 성능에 영향을 미치지 않는다는 것을 이해해야 한다.
하나 이상의 대안적인 실시 예에서, 하나 이상의 광학 윈도우가 추가 될 수있다. 예를 들어, 편평한 윈도우는 여기에 설명 된 광학계의 상 측에, 물체 측에 또는 양 측에 추가 될 수 있다. 윈도우는 유리 또는 플라스틱으로 만들 수 있다. 예를 들어, 사용자의 눈에 가장 가까운 렌즈의 왼쪽에 광학 윈도우를 바로 배치 할 수 있다. 광학 윈도우는 스크린 (들)에 가장 가까운 렌즈의 오른 쪽에 바로 배치 될 수 있다. 광학 윈도우는 광학 장치를 보호한다. 또한, 광학 윈도우는 먼지, 닦기 또는 다르게 청소하기 쉬운 표면을 제공 할 수 있다. 광학 윈도우(들)는 설명 된 다양한 예시적인 실시 예의 광학적 설계 및 / 또는 광학적 특성 (예를 들어, 식)을 수정하지 않고 추가 될 수 있다.
하나 이상의 실시 예에서, 여기에 설명 된 예시적인 실시 예의 광학 특성을 변경시키는 광학 윈도우가 광학계의 사용자 눈 쪽에 추가 될 수 있다. 예를 들어, 광학 윈도우는 사용자의 눈 처방을 구현하도록 제조 될 수 있다. 예를 들어, 광학 윈도우는 사용자의 처방전을 갖는 광학 윈도우가 상 측에 위치 된 광학계의 제 1 렌즈보다 사용자의 눈에 더 가깝도록 VR 헤드셋을 장착하거나 예를 들면 VR 헤드셋 상에 또는 안으로 장착하도록 구성 될 수 있다. 사용자의 눈 처방을 광학계의 사용자 눈 쪽의 광학 윈도우에 통합함으로써, 사용자는 VR 헤드셋을 사용할 때 안경을 착용 할 필요가 없다.
도 6은 여기에 기술 된 예시적인 실시 예에 따라 광학계를 구현하는 예시적인 방법 (600)을 도시한다. 하나 이상의 실시 예에서, 방법 (600)은 설명 된 바와 같이 위치 된 렌즈를 고정 시키도록 적용된 렌즈 장착 어셈블리 내에 설명 된 바와 같이 다양한 렌즈를 위치시킴으로써 구현 될 수 있다. 하나 이상의 다른 실시 예에서, 방법 (600)의 양태는 사출 성형 프로세스를 사용하여 구현 될 수 있다. 예를 들어, 사출 성형 공정을 사용하여, 3 개의 렌즈 각각은 장착 조립체 또는 모듈 내에 기술 된 바와 같이 제조되고 위치 될 수 있다. 충분한 광학적 품질의 표면 마무리를 생성하는 3D 인쇄 기술의 능력에 좌우되는 또 다른 예에서, 광학계는 3D 인쇄 기술을 사용하여 제조 될 수 있다. 어느 경우 에나, 광학계의 렌즈는 이하에 설명하는 바와 같이 제공 될 수 있다.
블록 (605)에서, 양의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈가 광 경로의 상 측 위치에 위치된다. 예를 들어, 제 1 렌즈는 광 경로의 상 측에 가장 근접 할 수 있다. 블록 (610)에서, 양의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈가 제공된다. 제 2 렌즈는 제 1 렌즈에 대해 위치된다. 예를 들어, 제 2 렌즈는 제 1 렌즈에 인접한 위치에 위치 될 수 있다. 블록 (615)에서, 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈가 광 경로의 물체 측 위치에 위치된다. 예를 들어, 제 3 렌즈는 광 경로의 물체 측에 가장 인접 할 수 있다. 일 양태에서, 제 2 렌즈는 제 1 렌즈와 제 3 렌즈 사이에 위치한다. 또한, 제 1 렌즈, 제 2 렌즈 및 제 3 렌즈는 물체 측이 스크린을 향하고 스크린이 이미지를 사용자에게 제공하는 상 측을 갖는 광 경로를 형성한다.
일 양태에서, 광학계 (들)가 VR 헤드셋에 결합될 때 사용자의 코를 더 잘 수용하도록 광학계의 렌즈가 크롭될 수 있다. 하나의 양태에서, 렌즈는 제조 후에 크롭될 수 있다. 또 다른 양태에서, 렌즈는 크롭 된 형상으로 제조되어, 렌즈의 후 처리, 예를 들어, 렌즈의 크롭핑이 수행 될 필요가 없다.
일 양태에서, 광학계는 0.8 <f1 / f <2.2 및 0.8 <f2 / f <1.89의 식을 만족 시키도록 구성된다.
다른 태양에서, 광학계는 -1.0 <f3 / f <-0.4 및 0.4 <f1 / f2 <2.0의 식을 만족 시키도록 구성된다.
다른 태양에 있어서, 광학계는 -3.0 <f2 / f3 <-0.8의 조건식, | Vd2-Vd3 |> 24의 조건을 만족 시키도록 구성되어있다.
다른 태양에서, 광학계는 1.0 <OAL / f <1.8의 표현식 및 0.0 <D1 / f <0.2의 표현식을 만족 시키도록 구성된다.
다른 태양에서, 광학계는 0.2 <BFL / f <0.9의 식 및 0.0 <D2 / f <0.4의 식을 만족 시키도록 구성된다.
다른 태양에 있어서, 상기 광학계는, -1.0 <r2 / f <-0.2의 조건을 만족시키고, 0.5 <r3 / f <2.5의 조건을 만족 시키도록 구성되어 있다.
다른 태양에서, 광학계는 -5.0 <r4 / f <-0.5 및 -20 <r5 / f <-0.5의 식을 만족 시키도록 구성된다.
방법 (600)에 관하여 전술 한 식은 본 명세서에 설명 된 식들 1 내지 14로부터 얻어진다. 본 명세서에 제공된 예들은 식들 중 특정 식들을 조합하지만, 여기에 설명 된 예시적인 실시 예들은 설명의 목적으로 제공된다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에 기재된 광학계는 하나 이상의 (예를 들어, 식 1-14의 임의의 서브 세트) 또는 식 1-14의 모든 조합을 만족시킬 수 있다.
또 다른 양태에서, 광학계는 비점수차, 상면 만곡 및 / 또는 횡 색수차를 보정한다. 다른 태양에서, 광학계는 비점수차 및 상면 만곡; 또는 횡 색수차를 포함하는 수차 그룹 중 적어도 하나를 보정하다.
또 다른 양태에서, 광학계는 VR 헤드 장착형 어셈블리에 포함 된 아이피스로서 제공 될 수 있으며, 헤드 장착형 어셈블리는 하나 이상의 스크린을 포함하거나 하나 이상의 스크린을 갖는 디스플레이 장치를 수용하도록 구성된다. 아이피스는 VR 헤드 마운트 조립체와 일체로, 예를 들면, 착탈 불가능하게 될 수 있다. 다른 양상에서, 아이피스는 제거 가능한 렌즈 모듈의 일부로서 제공 될 수 있다. 설명 된 바와 같이, 디스플레이 장치는 이동 전화 일 수 있다.
도 7은 VR 헤드셋 (700)의 일례이다. VR 헤드셋 (700)은 사용자에 의해 착용되도록 되어 있으며 헤드 장착형 조립체의 예이다. VR 헤드셋 (700)은 프레임 (705)을 포함 할 수 있다. 스트랩 (725)은 프레임 (705)에 연결될 수 있다. 사용자는 사용자의 눈이 아이피스 (715 및 720)를 통해 디스플레이 장치 (710)를 향해 응시하도록 VR 헤드셋 (700)을 착용할 수 있다.
일 측면에서, 프레임 (705)은 디스플레이 마운트 (730)를 포함하도록 채용된다. 디스플레이 마운트 (730)는 디스플레이 장치 (710)를 수용하도록 구성된다. 디스플레이 마운트 (730)는 디스플레이 장치 또는 디스플레이 장치 (710)를 제 위치에 고정시키는데 적합한 고정 또는 잠금 기구를 더 포함 할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 마운트 (730)는 래치, 스트랩 등을 포함 할 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 프레임 (705)은 디스플레이 장치 (710)의 외부 표면 (스크린 측과 반대 인 배면)을 덮도록 폐쇄 될 수 있는 도어 또는 해치를 포함 할 수 있다. 장치 (710)는 일단 디스플레이 마운트 (730)에 장착된 프레임 (705)의 내부에 고정된다.
다른 양태에서, 디스플레이 디바이스 (710)는 스크린 (735)을 포함하는 다양한 디바이스 중 임의의 디바이스로서 구현 될 수 있다. 디스플레이 디바이스 (710)의 예시적인 구현은 셀 폰, 이동 전화, 휴대용 컴퓨팅 및 / 또는 통신 장치, 독립형 스크린 등을 포함한다. 입체 동작이 가능한 스크린 (735). 일 예시에서, 스크린 (735)은 LCD 스크린으로서 구현 될 수 있다. 다른 예에서, 스크린 (735)은 OLED 스크린으로서 구현 될 수 있다. 또한, 다른 예에서, 스크린 (735)은 이용되는 특정 광학계 및 / 또는 구현 될 수 있는 그러한 시스템의 임의의 스케일링에 따라 여기에 기재된 다양한 크기까지의 이미지를 디스플레이하도록 구성 될 수 있다. 설명 된 바와 같이, 하나 이상의 실시 예에서, 디스플레이 장치 (710)는 하나 이상의 스크린을 포함 할 수 있다. 디스플레이 장치의 스크린 또는 스크린들은 여기에 언급 된 것들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 상이한 기술들 중 임의의 것을 사용하여 구현 될 수 있다.
또 다른 실시 예에서, VR 헤드셋 (700)은 그 내부에 집적되고 입체 동작이 가능한 스크린을 포함 할 수 있다. 이 경우, 예를 들어 화면이 제거 가능하거나 다른 이동식 장치의 일부가 아닐 수 있다. VR 헤드셋 (700)이 일체형 비 분리형 스크린을 포함하는 경우, VR 헤드셋 (700)은 스크린을 고정하기 위해 필요한 장착 구조, 패스너 및 / 또는 접착제를 포함하도록 구성된다. 스크린은 본 명세서에서 설명 된 바와 같이 실질적으로 구현 될 수 있다. 스크린은 여기에 언급 된 기술을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 다른 기술 중 임의의 것을 사용하여 구현 될 수 있다.
또 다른 실시 예에서, VR 헤드셋 (700)은 단일 스크린에 반대되는 내부에 통합 된 2 개의 스크린을 포함 할 수 있다. 화면은 이동식 장치 또는 이동식 장치의 일부가 아닐 수 있다. 또한, 몇몇 경우에, 아이피스 (715, 720)는 아이피스 (715, 720) 사이의 거리가 상호 - 동공 간 거리(IPD)를 수용하도록 변경 될 수 있도록 조정될 수 있다 IPD). 아이피스 (715 및 720)가 IPD를 수용하도록 조정 가능한 경우, 각 스크린은 스크린이 고정되는 각각의 아이피스와 함께 움직이도록 구성되어, 스크린 사이의 거리가 아이피스 (715 및 720) 사이의 거리에 따라 변한다. 이 화면은 여기에 언급 된 기술을 포함하여 다양한 기술을 사용하여 구현 될 수 있다.
각각의 아이피스 (715 및 720)는 도 1 및 도 2와 관련하여 본 명세서에 기술 된 광학계 중 임의의 것을 수용하고 안전하게 유지할 수 있는 모듈 또는 어셈블리로서 구현 될 수 있다. 도 1a, 도 2a,도 3a,도 4a 및 도 5a를 참조하여 설명된다. 아이피스 (715 및 720)는 매치 될 수 있음을 이해해야 한다. 다시 말하면, 아이피스 (715)에 사용 된 것과 동일한 광학계 구현이 아이피스 (720)에 사용될 수 있다. 전술 한 바와 같이, 아이피스 (715 및 720)의 위치는 사용자의 눈 및 / 또는 스크린 (735)에 가깝게 또는 멀리 이동 될 수 있다.
프레임(705)이 또한 처리 및 제어 회로(740)를 포함할 수 있다. 처리 및 제어 회로 (740)의 예는 움직임 검출 시스템, 제어 시스템, 입력 장치, (예를 들어, 물리적으로 및/또는 전기적으로) 디스플레이 장치(710)(또는 다른 스크린 또는 스크린들)에 결합 될 수 있는 인터페이스 회로, 오디오 회로 및 / 또는 오디오 인터페이스 (들), 무선 송수신기, VR 헤드셋 (700) 외부의 다른 시스템에 연결하기 위한 인터페이스 회로를 포함 할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 처리 및 제어 회로 (740)는 오디오 잭, 통신 포트 등을 포함 할 수 있다. 프레임 (705)은 하나의 배터리 또는 배터리들과 같은 전원 (745)을 더 포함 할 수 있다. 다른 예에서, 전원 (745)은 전원 어댑터와 같은 외부 전원을 VR 헤드셋 (700) 및 / 또는 내부에 포함된 재충전 가능한 배터리에 연결하기 위한 전원 어댑터 인터페이스, 콘센트 등일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 특정 실시 예만을 설명하기 위한 것이며 제한하려는 것은 아니다. 그럼에도 불구하고 이 문서 전반에 걸쳐 적용되는 몇 가지 정의가 제시 될 것이다.
본 명세서에 정의 된 바와 같이, 단수 형태 "a", "an"및 "the"는 문맥 상 달리 명시하지 않는 한 복수 형태를 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에 정의 된 바와 같이, "하나 이상", "하나 이상"및 "및 / 또는"이라는 용어는 명시 적으로 다르게 명시되지 않는 한, 연결형 및 분리형의 개방형 표현식이다. 예를 들어, "A, B 및 C 중 적어도 하나", "A, B 또는 C 중 적어도 하나", "A, B 및 C 중 하나 이상", "하나 이상의 A, B 또는 C "는 A 단독, B 단독, C 단독, A와 B 함께, A와 C 함께, B와 C 함께 또는 A, B 및 C 함께를 의미한다.
본 명세서에 정의 된 바와 같이, "일 실시 예", "실시 예", "하나 이상의 실시 예들"또는 유사한 언어라는 용어는 실시 예와 관련하여 설명 된 특정의 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 실시 예는 본 개시 물 내에서 설명된다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 "일 실시 예에서", "실시 예에서", "하나 이상의 실시 예들"및 유사한 언어의 표현들은 모두 동일한 실시 예를 지칭 할 수도 있지만 반드시 그런 것은 아니다. "실시 예"및 "배치"라는 용어는 본 명세서에서 상호 교환 적으로 사용된다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 요소를 설명하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 이들 용어는 달리 언급되지 않는 한 하나의 성분을 구별하기 위해서만 사용되거나 다른 문맥에서 달리 명시하지 않는 한, 이들 용어에 의해 제한되지 않아야 한다.
이하의 청구 범위에서 발견 될 수 있는 모든 수단 또는 단계 플러스 기능 요소의 대응 구조, 재료, 동작 및 등가물은 다른 청구 된 요소와 조합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료 또는 동작을 포함하도록 의도된다 구체적으로 주장하고 있다.
본 명세서에 제공된 실시 예의 설명은 설명의 목적을 위한 것이며 개시된 형태 및 실시 예에 완전하거나 제한하려는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용 된 용어는 발명의 장치의 원리, 시장에서 발견 된 기술에 대한 실제적 적용 또는 기술적 개선을 설명하고 및 / 또는 당업자가 본 명세서에 개시된 실시 예를 이해할 수 있도록 선택되었다. 본 명세서에 제공된 실시 예의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 수정 및 변형이 당업자에게 명백 할 수 있다. 따라서, 전술 한 개시보다는 그와 같은 특징 및 구현의 범위를 나타내는 이하의 청구 범위가 참조되어야 한다.

Claims (15)

  1. 상 측 (image side)으로부터 물체 측 (object side)까지,
    양의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈;
    양의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈; 및
    음의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈;를 포함하고,
    상기 제 1 렌즈, 상기 제 2 렌즈 및 상기 제 3 렌즈는 물체 측이 스크린을 향하고 상기 상 측이 스크린으로부터 사용자에게 이미지를 제공하도록 구성된 광 경로를 형성하고,
    제 1 식 1.0 <OAL / f <1.8 및 제 2 식 0.0 <D1 / f <0.2를 만족하도록 구성되고, OAL은 제 1 렌즈의 상 측으로부터 물체 측에서의 스크린의 표면까지의 거리이고, D1은 제 1 렌즈와 제 2 렌즈 사이의 공간 간격 두께, f는 광학계의 전체 초점 거리인 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    f는 전체 초점 거리이고, f1은 제1 렌즈의 초점 거리이고, f2는 제 2 렌즈의 초점 거리인 경우, 0.8 <f1 / f <2.2이고, 0.8 <f2 / f <1.9 조건을 만족시키도록 구성된 광학계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 1 식 -1.0 <f3 / f <-0.4 및 제 2 식 0.4 <f1 / f2 <2.0을 충족시키고, f는 광학계의 전체 초점 거리, f1은 제1렌즈의 초점 거리, f2는 제 2 렌즈의 초점 거리, f3는 제 3 렌즈의 초점 거리인 광학계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈의 초점 거리를 f2, 제3렌즈의 초점 거리를 f3이라고 할 때, 제1 식 -3.0 <f2 / f3 <-0.8 및 제2 식 | Vd2-Vd3 |> 24를 만족시키고, Vd2는 제 2 렌즈의 광학 재료의 아베수, V3은 제 3 렌즈의 광학 재료의 아베수인 광학계.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    제 1 식 0.2 <BFL / f <0.9 및 제 2 식 0.0 <D2 / f <0.4을 만족하도록 구성되고, BFL은 제 3 렌즈의 물체 측으로부터 물체 측에 있는 스크린의 표면까지의 거리, D2는 제 2 렌즈와 제 3 렌즈 사이의 공기 간격 두께이고, f는 광학계의 전체 초점 거리인 광학계.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제 1 식 -1.0 <r2 / f <-0.2 및 제 2 식 0.5 <r3 / f <2.5를 만족하도록 구성되고, r2는 상기 제 1 렌즈의 물체 측을 마주보는 표면의 곡률 반경. f는 광학계의 전체 초점 거리, r3은 제 2 렌즈의 상 측을 마주보는 표면의 곡률 반경인 광학계.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 1 식 -5.0 <r4 / f <-0.5 및 제 2 식 -20 <r5 / f <-0.5를 만족하도록 구성되고, r4는 물체 측을 마주보는 제2렌즈의 표면의 곡률 반경, f는 광학계의 전체 초점 거리, r5는 제 3 렌즈의 상 측을 마주보는 제3렌즈의 표면의 곡률 반경인 광학계.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학계는 가상 현실 헤드 장착형 어셈블리에 포함된 복수의 아이피스 각각에 대응하고, 상기 헤드 장착형 어셈블리는 상기 스크린을 수용하도록 적용된 광학계.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 아이피스 각각은 제거 가능한 렌즈 모듈에 대응하는 광학계.
  11. 이미지를 생성하기 위한 광학계에 있어서,
    스크린에 마주하는 물체 측과, 스크린 측으로부터 사용자에게 이미지를 제공하도록 적용된 상 측을 갖는 광 경로를 형성하는 복수의 렌즈는 상 측 (image side)으로부터 물체 측 (object side)까지,양의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈, 양의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈 및 음의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈를 포함하고,
    상기 복수의 렌즈는, 비 점수차 및 상면 만곡을 포함하는 그룹; 또는 횡 색수차 중 적어도 하나를 보정하고, 제 1 식 0.2 <BFL / f <0.9 및 제 2 식 0.0 <D2 / f <0.4을 만족하도록 구성되고, BFL은 제 3 렌즈의 물체 측으로부터 물체 측에 있는 스크린의 표면까지의 거리, D2는 제 2 렌즈와 제 3 렌즈 사이의 공기 간격 두께이고, f는 광학계의 전체 초점 거리인 광학계.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는,
    물체 측에서 적어도 62mm의 대각선을 갖는 스크린에 대해 적어도 ± 45 ° (90 °)의 전체 화각을 커버하는 필드에 대해 ± 1 디옵터 (dP) 미만의 사용자 안구 조절(accommodation)을 제공하는 광학계.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는 적어도 10 mm의 아이 릴리프를 제공하는 광학계.
  14. 삭제
  15. 광학계를 제공하는 방법으로서,
    광 경로의 상 측 위치에 양의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈를 위치시키는 단계;
    양의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈를 제공하는 단계; 및
    상기 광 경로의 물체 측에 음의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈를 위치시키는 단계;를 포함하고,
    상기 제 1 렌즈, 상기 제 2 렌즈 및 상기 제 3 렌즈는 스크린을 마주하는 물체 측과 스크린으로부터 사용자에게 이미지를 제공하도록 적용된 상 측을 가지는 광 경로를 형성하며,
    제 1 식 1.0 <OAL / f <1.8 및 제 2 식 0.0 <D1 / f <0.2를 만족하도록 구성되고, OAL은 제 1 렌즈의 상 측으로부터 물체 측에서의 스크린의 표면까지의 거리이고, D1은 제 1 렌즈와 제 2 렌즈 사이의 공간 간격 두께, f는 광학계의 전체 초점 거리인 광학계 제공 방법.
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