KR102185156B1 - 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템 - Google Patents

헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템 Download PDF

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그래엄 비. 마이어
브렌 제이. 볼만
타일러 앤더슨
웨이보 쳉
존 보던 엔.
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Abstract

헤드 마운트 디스플레이는 하우징 내에 디스플레이 시스템 및 광학 시스템을 포함할 수 있다. 디스플레이 시스템은 이미지들과 연관된 광을 생성하는 픽셀 어레이를 가질 수 있다. 디스플레이 시스템은 또한 픽셀 어레이로부터의 광이 통과하는 선형 편광기 및 광이 1/4 파장판을 통과한 후에 통과하는 1/4 파장판을 가질 수 있다. 광학 시스템은 하나 이상의 렌즈 요소들을 갖는 반사굴절식 광학 시스템일 수 있다. 렌즈 요소들은 평면-볼록 렌즈 및 평면-오목 렌즈를 포함할 수 있다. 부분 반사형 미러는 평면-볼록 렌즈의 볼록한 표면 상에 형성될 수 있다. 반사형 편광기가 평면-볼록 렌즈의 편평한 표면 또는 평면-오목 렌즈의 오목한 표면 상에 형성될 수 있다. 추가적인 1/4 파장판이 반사형 편광기와 부분 반사형 미러 사이에 위치될 수 있다.

Description

헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템
본 출원은, 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함되는, 2016년 8월 2일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/370,170호, 2016년 9월 6일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/383,911호, 및 2017년 2월 16일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/434,623호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 광학 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템에 관한 것이다.
가상 현실 안경과 같은 헤드 마운트 디스플레이는 사용자에게 이미지들을 디스플레이하기 위한 렌즈들을 사용한다. 마이크로디스플레이는 사용자의 눈 각각에 대하여 이미지들을 생성할 수 있다. 렌즈는 사용자의 각 눈과 마이크로디스플레이의 일부분 사이에 배치되어 사용자가 가상 현실 콘텐츠를 볼 수 있도록 할 수 있다.
주의를 기울이지 않으면, 헤드 마운트 디스플레이는 착용하기 번거롭고 힘들 수 있다. 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템은 크고 무거운 렌즈들의 배열을 사용할 수 있다. 이러한 유형의 광학 시스템을 구비한 헤드 마운트 디스플레이의 오랜 사용은 불편할 수 있다.
따라서 개선된 헤드 마운트를 제공할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
헤드 마운트 디스플레이는 디스플레이 시스템 및 광학 시스템을 포함할 수 있다. 디스플레이 시스템 및 광학 시스템은 사용자의 머리에 착용되는 하우징에 의해 지지될 수 있다. 헤드 마운트 디스플레이는 하우징이 사용자의 머리에 착용되어 있는 동안 사용자에게 이미지들을 제시하는 디스플레이 시스템 및 광학 시스템을 사용할 수 있다.
디스플레이 시스템은 이미지들과 연관된 이미지 광을 생성하는 픽셀 어레이를 가질 수 있다. 디스플레이 시스템은 또한 픽셀 어레이로부터의 이미지 광이 통과하는 선형 편광기 및 광이 선형 편광기를 통과한 후에 통과하는 1/4 파장판을 가질 수 있다.
광학 시스템은 유리 또는 플라스틱과 같은 투명한 재료들로 형성된 하나 이상의 렌즈 요소들 및 반사 구조물들을 갖는 반사굴절식 광학 시스템일 수 있다. 렌즈 요소들은 평면-볼록 렌즈 요소 및 평면-오목 렌즈 요소를 포함할 수 있다. 평면-볼록 렌즈 요소는 볼록한 표면 및 반대편의 편평한 표면을 가질 수 있다. 평면-오목 렌즈 요소는 오목한 표면 및 볼록 렌즈 요소의 편평한 표면을 향하는 반대편의 편평한 표면을 가질 수 있다.
부분 반사형 미러는 평면-볼록 렌즈 요소의 볼록한 표면 상에 형성될 수 있다. 반사형 편광기가 평면-볼록 렌즈의 편평한 표면 또는 평면-오목 렌즈의 오목한 표면 상에 형성될 수 있다. 추가적인 1/4 파장판이 반사형 편광기와 부분 반사형 미러 사이에 위치될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 예시적인 헤드 마운트 디스플레이의 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 헤드 마운트 디스플레이의 도면으로서, 헤드 마운트 디스플레이 내의 예시적인 광학 시스템의 컴포넌트들을 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 다른 예시적인 광학 시스템을 구비한 헤드 마운트 디스플레이의 도면이다.
도 4 및 도 5는 일 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 광학 시스템에 포함될 수 있는 유형의 예시적인 렌즈 요소들의 측단면도이다.
도 6 및 도 7은 실시예들에 따른 추가 예시적인 헤드 마운트 디스플레이들의 도면이다.
도 8 및 도 9는 각각 일 실시예에 따른 원통형 표면을 구비한 렌즈 요소들의 평면도 및 측면도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 성형 동작 동안 금형 내의 예시적인 렌즈 요소 및 반사형 편광기의 도면이다.
헤드 마운트 디스플레이는 가상 현실 및 증강 현실 시스템에 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 머리에 착용되는 가상 현실 안경은 사용자에게 가상 현실 콘텐츠를 제공하는 데 사용될 수 있다.
가상 현실 안경과 같은 헤드 마운트 디스플레이가 사용자에게 가상 현실 콘텐츠를 제공하는 데 사용되는 예시적인 시스템이 도 1에 도시된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가상 현실 안경(헤드 마운트 디스플레이)(10)은 이미지들을 생성하는 디스플레이 시스템(40)과 같은 디스플레이 시스템을 포함할 수 있고, 사용자(예컨대, 사용자의 눈(46) 참조)가 디스플레이 시스템(40)에 의해 생성된 이미지들을 방향(48)으로 봄으로써 볼 수 있는 광학 시스템(20)과 같은 광학 시스템을 가질 수 있다.
디스플레이 시스템(40)은 액정 디스플레이, 유기 발광 다이오드 디스플레이, 결정질 반도체 발광 다이오드 다이들의 어레이를 갖는 발광 디스플레이 및/또는 다른 디스플레이 기술들에 기초한 디스플레이들에 기초할 수 있다 사용자의 좌우 눈에 대하여 개별적인 좌측 및 우측 디스플레이가 시스템(40)에 포함될 수 있거나 또는 단일 디스플레이가 두 눈을 포괄할 수 있다.
시각적 콘텐츠(예컨대, 정지 및/또는 동작 이미지들에 대한 이미지 데이터)는 안경(헤드 마운트 디스플레이)에 장착된 제어 회로부(42)(10) 및/또는 안경(42)의 외측에 장착된 제어 회로부(예컨대, 연관된 휴대용 전자 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 또는 기타 컴퓨팅 장비)를 이용하여 디스플레이 시스템(디스플레이)(40)에 제공될 수 있다. 제어 회로부(42)는 하드 디스크 저장장치, 휘발성 및 비휘발성 메모리, 솔리드 스테이트 드라이브를 형성하기 위한 전기 프로그램가능 저장장치, 및 기타 메모리와 같은 저장장치를 포함할 수 있다. 제어 회로부(42)는 또한 하나 이상의 마이크로프로세서들, 마이크로제어기들, 디지털 신호 프로세서들, 그래픽 프로세서들, 기저대역 프로세서들, 특정 응용분야 집적 회로, 및 기타 프로세싱 회로부를 포함할 수 있다. 회로부(42) 내의 통신 회로는 데이터를 (예컨대, 무선으로 및/또는 유선 경로를 통해) 전송 및 수신하는 데 사용될 수 있다. 제어 회로부(42)는 디스플레이 시스템(40)을 이용하여 가상 현실 콘텐츠(예컨대, 가상 세계와 연관된 컴퓨터-생성 콘텐츠), 영화를 위한 사전 녹화된 비디오 또는 기타 매체, 또는 기타 이미지들과 같은 시각적 콘텐츠를 디스플레이할 수 있다. 제어 회로부(42)가 디스플레이 시스템(40)을 이용하여 사용자에게 가상 현실 콘텐츠를 제공하는 예시적인 구성들이 종종 본 명세서에 예시로서 기재될 수 있다. 일반적으로, 그러나, 임의의 적합한 콘텐츠는 안경(10)의 디스플레이 시스템(40) 및 광학 시스템(20)을 이용하여 제어 회로부(42)에 의해 사용자에게 제시될 수 있다.
입출력 디바이스들(44)은 제어 회로부(42)에 결합될 수 있다. 입출력 디바이스들(44)은 사용자로부터 사용자 입력을 수집하는 데 사용될 수 있고, 안경(10) 주위의 환경에 대하여 측정을 하는 데 사용될 수 있고, 사용자에게 출력을 제공하는 데 사용될 수 있고/있거나 외부 전자 장비에 출력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 입출력 디바이스들(44)은 버튼, 조이스틱, 키패드, 키보드 키, 터치 센서, 트랙 패드, 디스플레이, 터치 스크린 디스플레이, 마이크로폰, 스피커, 사용자에게 시각적 출력을 제공하기 위한 발광 다이오드, 센서들(예컨대, 힘 센서, 온도 센서, 자기 센서, 가속도계, 자이로스코프, 및/또는 안경(10)의 배향, 위치, 및/또는 이동을 측정하기 위한 기타 센서, 근접 센서, 용량성 터치 센서, 스트레인 게이지, 가스 센서, 압력 센서, 주변 광 센서, 및/또는 기타 센서들)을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 입출력 디바이스들(44)은 하나 이상의 카메라들(예컨대, 사용자의 주변의 이미지들을 캡처하기 위한 카메라들, 눈(46)을 보면서 응시 검출 동작을 수행하기 위한 카메라들, 및/또는 기타 카메라들)을 포함할 수 있다.
도 2는 광학 시스템(20) 및 디스플레이 시스템(40)이 안경(10)에 대하여 하우징(12)과 같은 헤드 마운트 지지 구조물에 의해 어떻게 지지될 수 있는지 보여주는 안경(10)의 측단면도이다. 하우징(12)은 안경을 위한 프레임의 형상을 가질 수 있거나(예컨대, 안경(10)은 눈안경을 모방할 수 있음), 헬멧의 형상을 가질 수 있거나(예컨대, 안경(10)은 헬멧 마운트 디스플레이를 형성할 수 있음), 고글의 형상을 가질 수 있거나, 또는 하우징(12)이 사용자의 머리에 착용되도록 하는 임의의 다른 적합한 하우징 형상을 가질 수 있다. 사용자가 시스템(20) 및 디스플레이 시스템(40)을 방향(48)에서 보고 있을 때 하우징(12)이 사용자의 눈(예컨대, 눈(46)) 앞에서 광학 시스템(20) 및 디스플레이 시스템(40)을 지지하는 구성이 종종 본 명세서에 예시로서 기재될 수 있다. 원하는 경우, 하우징(12)은 다른 적합한 구성을 가질 수 있다.
하우징(12)은 플라스틱, 금속, 탄소 섬유 재료들과 같은 섬유 복합 재료들, 목재 및 기타 천연 재료들, 유리, 기타 재료들, 및/또는 이 재료들의 둘 이상의 조합으로 형성될 수 있다.
입출력 디바이스들(44) 및 제어 회로부(42)는 광학 시스템(20) 및 디스플레이 시스템(40)과 함께 하우징(12)에 장착될 수 있고/있거나 입출력 디바이스들(44) 및 제어 회로부(42)의 부분들은 케이블, 무선 연결, 또는 기타 신호 경로들을 이용하여 안경(10)에 결합될 수 있다.
안경(10)의 디스플레이 시스템(40) 및 광학 컴포넌트들은 가볍고 콤팩트한 배열을 이용하여 사용자(46)에게 이미지들을 디스플레이하도록 구성될 수 있다. 광학 시스템(10)은, 예를 들어, 반사굴절식 렌즈들에 기초할 수 있다.
디스플레이 시스템(40)은 픽셀 어레이(14)와 같은 이미지들의 공급원을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(14)는 이미지 광을 방출하는 픽셀들(P)의 2차원 어레이를 포함할 수 있다(예컨대, 유기 발광 다이오드 픽셀들, 반도체 다이들로 형성되는 발광 다이오드 픽셀들, 백라이트를 이용하는 액정 디스플레이 픽셀들, 프론트라이트를 이용하는 실리콘 액정(liquid-crystal-on-silicon) 픽셀들 등). 선형 편광기(16)와 같은 편광기는 픽셀 어레이(14)의 앞에 배치될 수 있고/있거나 픽셀 어레이(14)에 적층되어 편광된 이미지 광을 제공할 수 있다. 선형 편광기(16)는 (예를 들어) 도 2의 X축을 따라 정렬된 통과 축을 가질 수 있다. 디스플레이 시스템(40)은 또한 원형 편광된 이미지 광을 제공하기 위하여 1/4 파장판(18)과 같은 파장판을 포함할 수 있다. 1/4 파장판(18)의 빠른 축은 선형 편광기(16)의 통과 축에 대하여 45 도로 정렬될 수 있다. 1/4 파장판(18)은 편광기(16)의 앞에 (편광기(16)와 광학 시스템(20) 사이에) 장착될 수 있다. 원하는 경우, 1/4 파장판(18)은 편광기(16)(및 디스플레이(14))에 부착될 수 있다.
광학 시스템(20)은 렌즈 요소들(26, 32)과 같은 렌즈 요소들을 포함할 수 있다. 렌즈 요소(26)는 디스플레이 시스템(40)을 향하는 볼록한 표면을 구비한 평면-볼록 렌즈(렌즈 요소)일 수 있다. 선택적인 렌즈 요소(32)는 사용자(눈(46))를 향하는 오목한 표면(S3)을 구비한 평면-오목 렌즈(렌즈 요소)일 수 있다.
부분 반사 코팅, 파장판, 반사형 편광기, 선형 편광기, 반사방지 코팅과 같은 광학 구조물들, 및/또는 기타 광학 컴포넌트들이 안경(10)에 통합될 수 있다(예컨대, 시스템(20) 등). 이러한 광학 구조물들로 인해 디스플레이 시스템(40)으로부터의 광선이 표면들(S1, S2, S3)과 같은 광학 시스템(20)의 표면들을 통과 및/또는 반사함으로써, 바람직한 렌즈 굴절력을 갖는 광학 시스템(20)을 제공할 수 있다.
일례로서, 이미지 광선(R1)을 고려한다. 이미지 광선(R1)이 디스플레이(14)를 빠져나가 선형 편광기(16)를 통과함에 따라, 광선(R1)은 선형 편광기(16)의 통과 축과 정렬되어 선형으로 편광된다. 선형 편광기(16)의 통과 축은, 예를 들어, 도 2의 X축과 정렬될 수 있다. 편광기(16)를 통과한 후에, 광선(R1)은 파장판(18)을 통과하는데, 이는 1/4 파장판일 수 있다. 광선(R1)이 1/4 파장판(18)을 통과함에 따라, 광선(R1)은 원형 편광된다.
부분 반사형 미러(22)와 같은 부분 반사형 미러(예컨대, 금속 미러 코팅 또는 50% 투과 및 50% 반사하는 유전체 다중층 코팅과 같은 기타 미러 코팅)가 렌즈 요소(26)의 볼록한 표면 상에 형성될 수 있다. 원형 편광된 광선(R1)이 부분 반사형 미러(22)에 충돌할 때, 광선(R1)의 일부분은 부분 반사형 미러(22)를 통과하여 감소된-세기의 광선(R2)이 될 것이다. 광선(R2)은 렌즈 요소(26)의 볼록한 표면(S1)의 형상에 의해 굴절(부분적으로 집속)될 것이다.
광선(R2)은 원형 편광된다. 1/4 파장판(28)과 같은 제2 1/4 파장판이 광학 시스템(20)에 포함되어 광선(R2)의 원형 편광을 선형 편광으로 변환할 수 있다. 1/4 파장판(28)은, 예를 들어, 원형 편광된 광선(R2)을 도 2의 Y축에 정렬된 선형 편광을 갖는 광선(R3)으로 변환한다.
반사형 편광기(30)는 1/4 파장판(28)에 인접하게 형성될 수 있다. 일 예시적인 구성에서, 반사형 편광기(30) 및 1/4 파장판(28)은 평탄한 층이고, 렌즈 요소(26)의 평탄 표면 상에 형성될 수 있다. 반사형 편광기(30)는 수직 반사 및 통과 축들을 가질 수 있다. 반사형 편광기(30)의 반사 축에 평행하게 편광된 광은 반사형 편광기(30)에 의해 반사될 것이다. 반사 축에 수직하게 편광되어 반사형 편광기(30)의 통과 축에 평행한 광은 반사형 편광기(30)를 통과할 것이다. 도 2의 예시적인 배열에서, 반사형 편광기(30)는 Y축에 정렬된 반사 축을 가지며, 광선(R3)은 반사된 광선(R4)처럼 표면(S2)에서 반사형 편광기(30)로부터 반사될 것이다.
반사된 광선(R4)은 Y축에 정렬된 선형 편광을 갖는다. 1/4 파장판(28)을 통과한 후에, 광선(R4)의 선형 편광은 원형 편광으로 변환될 것이다(즉, 광선(R4)은 원형 편광된 광선(R5)이 될 것이다).
원형 편광된 광선(R5)은 렌즈 요소(26)를 통과할 것이고, 광선(R5)의 일부분은 렌즈 요소(26)의 볼록한 표면(S1) 상의 부분 반사형 미러(22)에 의해 광선(R6)처럼 Z 방향으로 반사될 것이다. 곡면 형상의 표면(S1)으로부터의 반사는 광학 시스템(20)에 추가적인 광학 굴절력을 제공한다. 동시에, 광선(R5) 중 부분 반사형 미러(22)에 의해 투과되는 부분은 1/4 파장판(18)에 의해 원형 편광된 광에서 선형 편광된 광으로 변환된다. 이 선형 편광된 광은 Y축에 정렬되어 선형 편광기(16)에 의해 흡수되는 극성을 갖는다. 결과적으로, 광선(R5)의 투과된 부분으로부터의 콘트라스트 열화 및 표유 광 아티팩트들이 사용자에게 보이는 이미지에서 방지된다.
광선(R6)은 원형 편광된다. 렌즈 요소(26) 및 1/4 파장판(28)을 다시 통과한 후에, 광선(R6)은 선형 편광(광선(R7)) 될 것이고, 광선(R7)의 선형 편광은 도 2의 X축에 정렬되며, 이는 반사형 편광기(30)의 통과 축에 평행하다. 따라서, 광선(R7)은 반사형 편광기(30)를 통과하여 가시적인 이미지를 사용자에게 제공할 것이다.
원하는 경우, 안경(10)은 클린업 선형 편광기(34)와 같은 추가적인 선형 편광기를 포함할 수 있다. 클린업 선형 편광기(34)는 반사형 편광기(30)의 통과 축에 정렬된 통과 축을 가지며(즉, 이 예에서 X축에 평행함), 따라서 광선(R7)이 관찰자 눈(46)에 도달하기 전에 광선(R7)으로부터 임의의 잔류 비-X축 편광을 제거할 것이다.
원하는 경우, 추가적인 렌즈 요소 표면(표면(S3))을 구비한 구성요소(32)와 같은 추가적인 렌즈 요소가 광학 시스템(20)에 통합될 수 있다. 표면(S3)은 오목 및/또는 볼록할 수 있고, 추가적인 포커싱, 왜곡 보정 등에 사용될 수 있다. 구성요소(32)는 렌즈 요소(26)를 향하는 편평한 표면 및 관찰자(46)를 향하는 굽은 표면(S3)을 가질 수 있다. 표면(S3)은 오목, 볼록, 비구면, 자유형태, 일부는 오목하고 일부는 볼록하거나, 또는 다른 적합한 형상들을 가질 수 있다. 표면들(S1 및/또는 S3)과 같은 시스템(20)의 굽은 표면들은 사용자에게 제시되는 이미지의 선명도를 개선하거나 또는 왜곡을 감소시키기 위한 비구면일 수 있다. 렌즈 요소(32)는, 예를 들어, 그것의 편평한 표면이 반사형 편광기(30), 1/4 파장판(28), 구성요소(26)의 편평한 표면에 인접하게 배치될 수 있다(즉, 반사형 편광기(30) 및 1/4 파장판(28)은 에어 갭 없이 렌즈 요소들(32, 26)의 편평한 표면들 사이에 개재될 수 있다).
구성요소(32)가 추가적인 집속 굴절력을 제공하지만, 원하는 경우, 구성요소(32)를 생략함으로써 광학 시스템 복잡성 및 무게가 감소될 수 있다. 또한, 1/4 파장판(28)은 구성요소(26)의 편평한 표면 상에 위치될 필요는 없고, 오히려 부분 반사형 미러(22)와 반사형 편광기(30) 사이의 임의의 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 1/4 파장판(28)은 굽은 부분 반사형 미러(22)와 구성요소(26)의 볼록한 표면 사이의 위치(24)로 이동될 수 있다.
도 3은 광학 시스템이 평면-볼록 렌즈 요소(26) 및 평면-곡면 렌즈 요소(32)(예컨대, 평면-오목, 평면-비구면 등)를 포함하고 반사형 편광기(30)가 렌즈 요소(32)의 굽은 표면(S3) 상에 형성되는 예시적인 구성의 안경(10)의 측단면도이다. 표면(S3)이 곡면이기 때문에, 반사형 편광기(30)가 표면(S3)의 형상으로 굽었을 때 이미지 광이 반사형 편광기(30)로부터 반사되도록 함으로써 추가적인 광학 굴절력 및/또는 왜곡 보정 능력 또는 더 큰 디스플레이 시야가 제공될 수 있다. 원하는 경우, 1/4 파장판(28)은 도 3에 도시된 위치에서 도 3의 반사형 편광기(30)에 인접한 위치(예컨대, 위치(50))로 이동될 수 있거나 또는 도 2의 위치(24)로 이동될 수 있다. 도 3의 구성은 단지 예시일 뿐이다.
도 4는 원하는 경우 시스템(20)에서 렌즈 요소들(32, 26)이 어떻게 에어 갭에 의해 분리되는지 보여준다. 원하는 경우 반사방지 코팅이 구성요소(32 및/또는 26)의 편평한 표면 상에 제공되어 반사를 감소시킬 수 있다.
도 5의 예시적인 구성에서, 시스템(20)은 추가적인 굽은 표면들을 갖는 렌즈 요소들로 형성된다. 이러한 배열에서 구성요소들(32, 26)은 메니스커스 렌즈들이고 곡면 정합 표면(52)에서 만난다. 도 4 및 도 5의 광학 시스템은 도 2 및 도 3의 반사굴절식 렌즈 시스템(렌즈들)(20)과 연관되어 기재된 바와 같이 반사굴절식 렌즈들을 형성하기 위하여 1/4 파장판들, 부분 반사 미러들, 및 반사형 편광기들을 포함할 수 있다.
도 6의 예시적인 구성에서, 반사형 편광기(30)는 추가적인 렌즈 요소(54)의 표면 상에 형성되었다. 반사형 편광기(30) 및 렌즈 요소(54)는 (일례로서) 광학적으로 투명한 접착제를 이용하여 렌즈 요소(32)의 인접한 굽은 표면에 부착될 수 있다. 원하는 경우, 사용자(46)를 향하는 렌즈 요소(54)의 표면은 굽은 표면을 가질 수 있다. 렌즈 요소(54)의 두께는, 원하는 경우, 일정할 수 있다(예컨대, 구성요소(54)의 두께는 그것의 직경에 걸쳐 10% 미만 또는 5% 미만 또는 다른 적합한 양만큼 달라질 수 있다). 또한, 선형 편광기(34)는 사용자(46)를 향하는 렌즈 요소(54)의 굽은 표면 상에 형성되어 주변 표유광의 반사를 억제하도록 도울 수 있다. 선형 편광기(34)는 선형 편광기(34)의 통과 축이 X축에 정렬되어 도 2의 광선(R7)과 같은 이미지 광의 광선들이 사용자(46)가 보도록 통과되는 반면, 편광기(34)를 (Z 방향으로) 통과하는 주변 광선들은 선형 편광기(34)의 X축 통과 축 배향으로 인해 X-편광될 것이고, 따라서 반사형 편광기(30)(Y축으로 배향된 반사 축을 가짐)에 의해 반사되지 않도록 배향될 수 있다. 경사 배향된 주변 광선들은 또한 시스템(20) 내의 렌즈 요소들의 굽은 표면들로 인해 사용자(46)로부터 멀리 반사되는 경향이 있을 것이다. 따라서 선형 편광기(34)의 존재는 사용자(46)를 향하는 시스템(20)의 내향면으로부터의 표유 광 반사를 감소시키는 것을 도울 것이다.
렌즈 요소(54)의 외향면(S4)은 곡면(예컨대, 볼록)일 수 있고, 렌즈 요소(32)의 반대편의 정합하는 내향면(S5)은 대응하는 곡면(예컨대, 오목)일 수 있다. 일 예시적인 구성에서, 표면들(S4, S5)은 도 6의 Z축을 중심으로 회전대칭일 수 있다(예컨대, 렌즈 요소들(54, 32)은 돔 렌즈들일 수 있고, 표면들(S4, S5)은 돔 렌즈 표면들일 수 있음). 이는 렌즈 요소(54)가 렌즈 요소(32)에 대하여 회전되도록 한다(예컨대, 반사형 편광기(30)를 1/4 파장판(28)에 정렬 등).
도 6의 예에서, 표면들(S6, S7)은 평면이다. 이는 1/4 파장판(28)에 바람직하지 않은 응력이 가해지는 것을 피하도록 돕는다(이는, 일례로서, 복굴절 신장된 필름으로 형성될 수 있음). 1/4 파장판 응력을 최소화하기 위한 다른 예시적인 배열이 도 7에 도시된다. 도 7의 예에서, 표면들(S6, S7)은 원통형 곡면 형상을 갖는다(S6은 볼록하고 S7은 오목하여 이러한 원통형 형상들이 정합되도록 함). 도 7의 1/4 파장판(28)은 곡면이지만, 1/4 파장판(28)은 단일 축(Y축)을 중심으로만 휘고(구부러지고) X축을 중심으로는 휘지 않는다. 결과적으로, 1/4 파장판(28)은 1/4 파장판(28)에 바람직하지 않은 응력을 가할 수 있는 복합 곡률을 갖지 않는다. 비교를 위해, 도 8 및 도 9는 도 7의 렌즈 요소들(32, 26)의 측단면도들이다. 도 8은 Y축을 따라 보이는 측단면도이다. 1/4 파장판(28)은 렌즈 요소(32)의 원통형 표면(S6)과 렌즈 요소(26)의 원통형 표면(S7) 사이에 개재되고, 도 8에 도시된 바와 같이 Y축에 평행한 축을 중심으로 휘어진다. 도 9는 X축을 따라 보이는 도 7의 렌즈 요소들(32, 26)의 측단면도이며, 표면들(S6, S7)이 어떻게 X축을 중심으로 휘지 않는지 보여준다. 표면들(S6, S7)은 이러한 원통형 형상을 갖기 때문에, 1/4 파장판(28)은 복합 곡률을 나타내지 않고, 바람직하지 않은 양의 응력에 노출되지 않아서 상대적으로 균일한 지연이 1/4 파장판(28)에 의해 렌즈 조립체에 걸쳐 제공되도록 한다.
도 10은 렌즈 요소(54)와 같은 렌즈 요소들이 어떻게 플라스틱(중합체) 또는 기타 재료를 금형(56) 안에 사출 성형함으로써 형성될 수 있는지 보여준다. 플라스틱이 금형(56)의 내부 공동 안으로 사출되어 렌즈 요소(54)를 형성함에 따라 반사형 편광기(30)는 반사형 편광기(30)의 반사 표면이 금형 표면(S5')에 직면하도록 금형(56) 내에 배치될 수 있다. 금형 표면(S5')은 매우 정밀하게 기계가공될 수 있어서, 성형 동작 동안 반사형 편광기(30)를 표면(S5')에 누르는 것은 반사형 편광기(30)의 반사 표면의 평활도 및 정확도를 향상시키도록 도울 것이다. 유사하게, 원하는 경우, 반사형 편광기(30)는 사출 성형 동작 동안 반대 표면(58)에 대하여 반사형 편광기(30)를 성형함으로써 형성될 수 있다.
광학 시스템(20)에 사용되는 렌즈 요소들은 상대적으로 얇고 가벼운 재료들(예컨대, 플라스틱)로 형성될 수 있고/있거나 유리와 같은 재료들로 형성될 수 있다. 무게의 감소는 사용자(46)에게 편안한 관찰 경험을 제공하도록 도울 수 있다. 구성요소(54)와 같은 렌즈 요소들이 균일한 두께를 가질 때 낮은 복굴절을 포함하는 균일한 광학 특성들을 갖는 렌즈 요소(들)를 성형하는 것이 더 용이할 수 있다.
도 8 및 도 9에 관련하여 기술된 바와 같이, 1/4 파장판(28)은 구성요소들(32, 26)이 서로 본딩될 때 (예컨대, 1/4 파장판(28)의 반대면 상의 접착제 층들을 이용하여) 렌즈 요소들(32, 26) 사이에 개재될 수 있다. 이는 도 6에 관련하여 기재된 바와 같이, 표면들(S6, S7)은 평면일 수 있거나(예컨대, 구성요소(32)는 평면-오목 구성요소일 수 있고, 구성요소(26)는 평면-볼록 구성요소일 수 있음), 또는 표면들(S6, S7)은 곡면일 수 있다(예컨대, 도 7 참조). 도 8 및 도 9에 관련하여 기재된 바와 같이, 표면들(S6, S7)은 원통형 표면들(일 축을 중심으로 휜 표면들)일 수 있다. 이러한 유형의 구성에서, 1/4 파장판(28)은 단지 하나의 축을 따라 휠 수 있고(예컨대, 1/4 파장판(28)은 어떠한 복합 곡면을 갖지 않을 수 있음), 따라서 1/4 파장판(28)의 왜곡을 감소시키고, 1/4 파장판(28)에 의해 제공되는 지연이 균일하게 보장하도록 도울 수 있다.
광학 시스템(20)의 조립 동안, 1/4 파장 필름의 평면 조각은 1/4 파장 필름의 양 면에 광학 접착제를 이용하여 구성요소들(32, 26) 사이에 배치될 수 있다. 이어서 구성요소들(32, 26)은 서로 힘을 가하면서 접착제를 분배하고 축 Y(축 Y에 평행한 축)를 중심으로 1/4 파장 필름을 구부릴 수 있다. 표면들(S6, S7)에 원통형 곡면 형상을 제공함으로써 렌즈 요소들(32, 26)의 두께가 감소되도록 할 수 있다. 표면들(S6, S7)에 원통형 곡면 형상을 사용하는 것은 렌즈 요소들에 걸쳐 두께를 더 균일하게 만들도록 도울 수 있고, 그럼으로써 렌즈 요소 성형성을 개선할 수 있다. 사출 성형된 렌즈 요소들을 형성할 때, 금형 공동의 두께의 균일성은, 용융된 플라스틱이 금형 안으로 사출되어 용융물 전방이 금형 공동에 걸쳐 유동함에 따라 용융된 플라스틱의 유동의 균일성을 개선하도록 도울 수 있다. 성형시 균일한 유동의 존재는, 특히 렌즈 요소가 중심보다 모서리에서 더 두꺼울 때 성형된 렌즈 내의 유동 라인을 방지하는 데 중요할 수 있다. 더 균일한 유동은 또한 성형된 렌즈 요소들 내에서 더 낮은 복굴절을 야기할 수 있다. 시스템(20)과 같은 반사굴절식 광학 시스템의 경우, 렌즈 요소들 내의 낮은 복굴절은 이미지 광의 편광 상태의 제어를 유지하도록 도와서, 표유 광 및 고스트가 감소되어 사용자(46)에게 표유 광 아티팩트 없이 높은 콘트라스트 이미지가 제공된다. 또한, 도 8 및 도 9에 도시된 유형의 구성들의 파장판(28)의 원통형 곡면 형상은 시스템(20) 내의 광선들이 평면 파장판 구성들보다 수직 입사에 더 가까운 각도로 1/4 파장판(28)을 통과하도록 보장하는 것을 도울 수 있다. 결과적으로, 1/4 파장판(28)에 의한 지연은 렌즈 요소에 걸쳐 더 균일할 수 있고, 사용자(46)에게 제공되는 이미지는 결과적으로 더 적은 고스트 아티팩트와 대조적으로 더 균일할 수 있다.
디바이스(10)에서, 이미지 광은 편광되지 않은 광으로부터 선형 편광된 광으로, 원형 편광된 광으로, 이어서 다시 선형 편광된 광으로, 다시 원형 편광된 광으로, 그리고 마지막으로 다시 선형 편광된 광으로 변환된다. 편광 타원율이 감소되도록 선형 편광된 광으로부터 원형 편광된 광으로의 변환이 완전히 일어나기 위하여, 1/4 파장판들(28, 18)이 편광기들의 편광 축에 대하여 정확하게 배향되는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 1/4 파장판(18)의 빠른 축을 선형 편광기(16)의 편광 축(통과 축)에 대하여 45 도로 정확하게 배향하고, 1/4 파장판(28)의 빠른 축을 반사형 편광기(30)의 편광 축(통과 축)에 대하여 45 도로 정확하게 배향하는 것이 바람직할 수 있다. 1/4 파장판들의 빠른 축들은, 예를 들어, +/- 1.5 도 또는 다른 적합한 정렬 오차 내에서 각각의 편광기들의 편광 축들에 대하여 45 도로 배향될 수 있다. 편광기들의 편광 축들에 대한 1/4 파장판들의 정확한 정렬은 광이 혼재된 편광 상태를 갖지 않게 보장하도록 돕는다(타원 편광되지 않음). 따라서 정확한 정렬은 이미지 광의 일부분들이 콘트라스트를 떨어뜨리고 표유 광 아티팩트를 나타내는 고스트 이미지들을 형성하는, 의도되지 않은 경로를 따르지 못하게 방지한다.
선형 편광기(16) 및 1/4 파장판(18)은 라미네이션 동안 정렬될 수 있다. 예를 들어, 편광기 필름의 롤과 1/4 파장 필름의 롤은 재권취 공정에서 정확하게 서로에 대해 정렬되고, 광학적으로 투명한 접착제를 이용하여 서로 라미네이트되어 정렬이 유지되도록 할 수 있다. 이어서 라미네이트된 편광기/1/4 파장 필름은 광학 시스템에 장착하기 위한 기재에 부착되거나 또는 커버 유리 또는 픽셀 어레이(14)와 연관된 기타 구조물에 직접 부착될 수 있다. 라미네이트된 편광기/1/4 파장 필름을 픽셀 어레이에 부착함으로써 디스플레이 시스템이 원형 편광된 광을 방출할 수 있도록, 유기 발광 다이오드 디스플레이와 같은 발광 디스플레이 및 결정질 반도체 발광 다이오드 다이들의 어레이들로 형성된 발광 다이오드 디스플레이는 편광되지 않은 이미지 광을 제공할 수 있다.
1/4 파장판(28)은 또한 반사형 편광기(30)에 정확하게 정렬될 수 있다. 반사형 편광기(30)는, 렌즈 요소(32)의 오목한 표면에 직접 또는 렌즈 요소(32)의 오목한 표면(예컨대, 도(10)의 금형(56))에 정합되는 금형에 (예컨대, 열 및 차압을 이용한 열 성형 또는 압력 성형에 의해) 곡면 형상으로 형성될 수 있다. 이어서 1/4 파장판(28) 또는 반사형 편광기(30)는 두 렌즈 요소들(32, 54)이 반사형 편광기(30) 및 곡면 1/4 파장판(28)과 본딩되는 조립 공정 동안 정렬될 수 있다. 반사형 편광기(30) 또는 곡면 1/4 파장판(28)은, 예를 들어, 렌즈 요소들 중 하나(32 또는 54)에 본딩될 수 있고 시스템(20)의 남은 구성요소들은 원하는 정렬 정확도로 배향될 수 있다. 편광계를 사용하여 광학 시스템(20)을 전체적으로 측정하여 정렬 동안 타원율이 얼마나 나타나는지 결정하고 조립 동안 정렬을 가이드하는 데 이 정보를 사용할 수 있다. 도 6에 도시된 유형의 구성들에서, 렌즈 요소들(32, 26) 사이의 계면은 평면이다. 이러한 유형의 구성에서, 1/4 파장판(28)은 평면-볼록 렌즈 요소(26)의 편평한 면에 본딩될 수 있고, 반사형 편광기(30)는 평면-오목 렌즈 요소(32)의 오목한 면에 본딩될 수 있다. 이어서 렌즈 요소들(32, 26)은 편광 타원율이 측정되는 동안 서로에 대하여 회전될 수 있다. 1/4 파장판(28)이 반사형 편광기(30)에 대하여 만족스럽게 정렬되어 있다고 결정되면, 광학 시스템(20)의 컴포넌트들은 서로 본딩되어 정렬을 보존할 수 있다.
원하는 경우, 편광기(30)와 1/4 파장판(28)의 정렬을 용이하게 하도록 돔 광학체(돔-형상의 표면을 구비한 렌즈 요소들)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 구성요소(54)의 볼록한 표면(S4) 및 구성요소(32)의 오목한 표면(S5)이 돔 형상이 되어, 이러한 돔 렌즈 요소들이 서로에 대하여 정렬 동작 동안 회전되도록 할 수 있다. 1/4 파장판(28)은 렌즈 요소들(32, 26) 사이에 본딩될 수 있다. 편광기(30)는 렌즈 요소(54)의 표면 상에 형성될 수 있다. 이어서 돔 렌즈 요소(54)는 편광기(30)와 1/4 파장판(28)을 정렬하는 동안 렌즈 요소(32)의 표면(S5)에 본딩될 수 있다. 돔 렌즈 요소(54)는 정렬 정확도를 평가하기 위하여 편광계 측정이 이루어지는 동안, 렌즈 요소(32)를 본딩하기 전에 필요한 경우 회전될 수 있다. 원하는 경우, 반사형 편광기(30)는 렌즈 요소(54)의 표면(S4)에 성형될 수 있고, 이는 도 10에 관련하여 기재된 바와 같다(예컨대, 금형(56) 안의 삽입물처럼 반사형 편광기(30)를 이용함). 성형 동안 구성요소(54)를 위한 광학 플라스틱에 압력을 가하는 것은 반사형 편광기(30)를 성형 동안 금형(56)의 벽에 압박하여, 반사형 편광기(30)의 반사 표면의 정확도 및 평활도(예컨대, 반사형 편광기(30)의 외향면)가 금형(56)의 벽의 정확도 및 평활도에 의해 결정되도록 하며, 이는 광학 사양에 맞춰 형성될 수 있다. 성형 후, 성형된 돔 렌즈(54)의 두께(예컨대 1 내지 3mm)는 조립 동안 취급이 용이하도록 반사형 편광기(30)의 반사 표면의 표면 정확도를 유지한다. 이어서 돔 렌즈(54)를 정합하는 렌즈 요소(32)의 돔-형상 표면(S5)에 (예컨대 액상의 광학적으로 투명한 접착제를 이용하여) 본딩하는 공정은 구성요소(54)의 표면(S4) 상의 반사형 편광기(30)의 반사 표면의 성형될 당시의 표면 정확도가 열화되지 않도록 충분히 약한 힘의 공정일 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 선형 편광기(34)는 구성요소(54)의 눈 쪽(오목한 표면(S8))에 형성되어 환경으로부터의 광의 허위 반사를 방지하도록 도울 수 있다. 선형 편광기(34)는 편평하거나 또는 구부러진, 광학 시스템(20)과 사용자의 눈(46) 사이에 위치설정되는 별개 층일 수 있다. 선형 편광기(34)는 또한 렌즈 요소(54)의 표면(S8)(예컨대, 내측 돔 렌즈 표면)에 부착되거나 또는 편광기(30)가 렌즈 요소(54)의 표면(S4) 상에 형성되기 전에 반사형 편광기(30)에 라미네이트될 수 있다. 선형 편광기(34)는 두 편광기의 통과 축들이 정렬되도록 반사형 편광기(30)에 대하여 정렬될 수 있다. 이러한 방식으로, 선형 편광기(34)는 반사형 편광기(30)에 의해 반사될 수 있는 편광 상태를 갖는 환경으로부터 광을 흡수한다. 선형 편광기(34) 및 반사형 편광기(30) 둘 모두에 의해 투과되는 편광 상태를 갖는 환경으로부터의 광은 1/4 파장판(28) 및 1/4 파장판(18)을 통과하여 결국에 선형 편광기(16)에 의해 흡수되는 선형 편광 상태로 된다. 이는 표유광 반사를 감소시키도록 도울 수 있는데, 그 이유는 반사형 편광기(30)가 이러한 편광 상태의 광을 높은 반사율로 반사시키기 때문이며, 이는 사용자(46)의 뒤 또는 측면에서 디바이스(10)에 진입하는 광의 산란 반사를 생성할 잠재력이 있다. 동시에, 선형 편광기(34)는 선형 편광기(34)의 투과 축이 반사형 편광기(30)의 투과 축에 평행하도록 정렬되고 그럼으로써 상대적으로 작은 양만큼(예컨대, 선형 편광기(34)의 투과율이 40%인 경우 < 20% 및 선형 편광기(34)의 투과율이 45%인 경우 < 10%) 사용자의 눈에 나타나는 이미지 광의 밝기를 감소시키면서 픽셀 어레이(14)로부터의 이미지들의 품질을 개선하기 위하여 선형 편광기(34)로 하여금 클린업 편광기의 역할을 하도록 돕는다. 선형 편광기(34)는 편광되지 않은 광에 비교하여 적어도 40%, 적어도 43%, 또는 적어도 45%의 투과율을 갖는 고 투과성 편광기일 수 있다.
일 실시예에서, 시스템(28) 내의 1/4 파장판들은 서로 라미네이트된 지연기 필름들의 다중 층들로부터 형성될 수 있다. 지연기 필름들의 층들은, 또한 수색성 1/4 파장(achromatic quarter wave)으로 알려진 더 넓은 스펙트럼 대역폭에 걸친 파장들에서 측정될 때, 서로에 대하여 지연의 변동이 감소된 1/4 파장판의 역할을 하도록 하는 각도로 배향될 수 있다. 예를 들어, 1/4 파장판들(18 및/또는 28)의 지연은 450 내지 650 nm의 파장 범위에 걸쳐 +/- 1.5o 이내일 수 있다).
돔 렌즈 요소(54)의 인서트 성형 이전에 반사형 편광기(30)의 하나 이상의 표면들에 프라이머(예컨대, 접착 촉진 중합체)가 적용될 수 있다. 이는 성형 이후에 반사형 편광기(30)와 돔 렌즈 요소(54) 사이의 본딩 강도를 증가시키는 데 도움을 줄 수 있다.
반사형 편광기(30)는, 원하는 경우, 시스템(20) 내의 렌즈 요소들의 열 팽창과 일치하는 폴리카보네이트 또는 환형 올레핀과 같은 재료(예컨대 아크릴레이트 또는 환형 올레핀 렌즈 요소들)로 형성된 기재를 가지며, 그럼으로써 광학 시스템(20)이 디스플레이 시스템(40) 또는 환경으로부터의 열에 노출될 때 계면 응력을 감소시킬 수 있다.
원하는 경우, 시스템(20)의 다른 렌즈 요소들과 디스플레이 시스템(40) 사이에 개재된 렌즈 요소(26)는 유리로 만들어져(이는 플라스틱보다 더 낮은 열 팽창 및 더 높은 열 저항 능력을 가질 수 있음) 디스플레이 시스템(20)으로부터의 열 영향에 저항하도록 도울 수 있다. 또한, 연성 접착제 또는 광학 그리스(grease)를 사용하여 1/4 파장판(28)을 렌즈 요소들(54, 32) 사이에 결속시켜 두 렌즈 요소와 1/4 파장판(28) 사이에 계면 응력이 감소된 일부 차별적인 열 팽창을 가능하게 할 수 있다.
일 실시예에 따라, 사용자에 의해 관찰가능한 이미지들을 디스플레이하도록 구성된 헤드 마운트 디스플레이가 제공되며, 이 헤드 마운트 디스플레이는 이미지들을 생성하도록 구성된 픽셀들의 어레이, 이미지들과 연관된 광이 통과하는 선형 편광기, 선형 편광기로부터 광을 수광하는 제1 평면 1/4 파장판, 볼록한 표면 및 반대편의 편평한 표면을 갖는 평면-볼록 렌즈 요소, 볼록한 표면 상의 부분 반사형 미러, 반사형 편광기 및 제2 평면 1/4 파장판 - 제2 평면 1/4 파장판은 반사형 편광기와 부분 반사형 미러 사이에 있음 -을 포함한다.
다른 실시예에 따라, 헤드 마운트 디스플레이는 광이 반사형 편광기를 통과한 후에 통과하는 추가적인 선형 편광기를 포함한다.
다른 실시예에 따라, 제2 평면 1/4 파장판은 평면-볼록 렌즈 요소의 편평한 표면에 형성된다.
다른 실시예에 따라, 헤드 마운트 디스플레이는 오목한 표면 및 반대편의 편평한 표면을 갖는 평면-오목 렌즈 요소를 포함하며, 평면-오목 요소의 편평한 표면은 평면-볼록 렌즈 요소의 편평한 표면에 평행하다.
다른 실시예에 따라, 평면-볼록 렌즈 요소의 편평한 표면은 평면-오목 렌즈 요소의 편평한 표면를 향한다.
다른 실시예에 따라, 반사형 편광기는 평면-오목 렌즈의 오목한 표면에 형성된다.
다른 실시예에 따라, 헤드 마운트는 추가적인 렌즈 요소를 포함하고, 반사형 편광기는 추가적인 렌즈 요소와 평면-오목 렌즈 요소 사이에 개재된다.
다른 실시예에 따라, 헤드 마운트 디스플레이는 추가적인 렌즈 요소의 표면에 추가적인 선형 편광기를 포함하고, 추가적인 렌즈 요소는 추가적인 선형 편광기와 반사형 편광기 사이에 개재된다.
다른 실시예에 따라, 헤드 마운트 디스플레이는 픽셀들의 어레이에 이미지 데이터를 공급하도록 구성된 제어 회로부, 및 제어 회로부에 결합된 입출력 디바이스들을 포함한다.
다른 실시예에 따라, 입출력 디바이스들은 카메라를 포함한다.
일 실시예에 따른, 사용자에 의해 관찰가능한 이미지들을 디스플레이하도록 구성된 헤드 마운트 디스플레이가 제공되며, 이 헤드 마운트 디스플레이는 이미지들을 생성하도록 구성된 픽셀들의 어레이, 이미지들과 연관된 광이 통과하는 선형 편광기, 선형 편광기로부터의 광을 수광하는 제1 1/4 파장판, 제1 표면 및 반대편의 제2 표면을 갖는 제1 렌즈 요소, 제3 표면 및 반대편의 제4 표면을 갖는 제2 렌즈 요소 - 제3 표면은 제2 표면을 향함 -, 제5 표면 및 반대편의 제6 표면을 갖는 제3 렌즈 요소 - 제5 표면은 제4 표면을 향함 -, 제1 표면 상의 부분 반사형 미러, 제2 1/4 파장판 - 제2 1/4 파장판은 제2 표면과 제3 표면 사이에 있음 - 및 제4 표면과 제5 표면 사이에 있는 반사형 편광기를 포함한다.
다른 실시예에 따라, 헤드 마운트 디스플레이는 광이 반사형 편광기를 통과한 후에 통과하는, 제6 표면에서의 추가적인 선형 편광기를 포함한다.
다른 실시예에 따라, 제1 표면은 볼록한 표면이고 제2 표면은 편평한 표면이다.
다른 실시예에 따라, 제3 표면은 편평한 표면이고, 제4 표면은 오목한 표면이고, 제5 표면은 볼록한 표면이고, 제6 표면은 오목한 표면이다.
다른 실시예에 따라, 제2 표면은 오목한 표면이고, 제3 표면은 볼록한 표면이다.
다른 실시예에 따라, 제1 표면은 볼록한 표면이고, 제2 표면은 오목한 표면이고, 제3 표면은 볼록한 표면이고, 제2 표면 및 제3 표면은 원통형 형상들을 갖는다.
다른 실시예에 따라, 제4 표면 및 제5 표면은 돔-형상 표면들이다.
일 실시예에 따른, 사용자에게 이미지들을 제시하도록 구성된 헤드 마운트 디바이스가 제공되며, 이 헤드 마운트 디바이스는 사용자의 머리에 착용되도록 구성된 지지 구조물, 이미지들을 위한 광을 생성하는 지지 구조물에 의해 지지되는 디스플레이 시스템, 및 광이 상기 디스플레이 시스템으로부터 사용자에게 전달됨에 따라 광을 집중시키는 하우징에 의해 지지되는 반사굴절식 광학 시스템 - 반사굴절식 시스템은 볼록한 제1 표면 및 반대편의 제2 표면을 갖는 제1 렌즈 요소, 제1 표면 상의 부분 반사 미러, 제2 표면에서의 1/4 파장판, 1/4 파장판에서의 제3 표면 및 반대편의 오목한 제4 표면을 갖는 제2 렌즈 요소, 반사 축 및 반사 축에 수직인 통과 축을 갖는 제4 표면에서의 반사형 편광기, 및 반사형 편광기에서 볼록한 제5 표면 및 반대편의 오목한 제6 표면을 갖는 제3 렌즈 요소를 포함함 -을 포함한다.
다른 실시예에 따라, 헤드 마운트 디바이스는 제6 표면 상의 선형 편광기를 포함한다.
다른 실시예에 따라, 제2 표면 및 제3 표면은 평면이고, 1/4 파장판은 평면이다.
다른 실시예에 따라, 제2 표면 및 제3 표면은 정합하는 원통형 형상들이다.
전술한 것은 단지 예시일 뿐이며, 설명된 실시예들에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (21)

  1. 사용자에 의해 관찰가능한 이미지들을 디스플레이하도록 구성된 헤드 마운트 디스플레이로서,
    상기 이미지들을 생성하도록 구성된 픽셀들의 어레이;
    상기 이미지들과 연관된 광이 통과하는 선형 편광기;
    상기 선형 편광기로부터 상기 광을 수광하는 제1 1/4 파장판;
    서로 반대편에 있는 제1 및 제2 표면을 갖는 제1 렌즈 요소 - 상기 제1 표면은 볼록하고 상기 제1 1/4 파장판을 마주보고, 상기 제2 표면은 원통형으로 오목(cylindrically concave)함 - ;
    상기 제1 표면 상의 부분 반사형 미러;
    반사형 편광기;
    상기 제2 표면에 원통형 표면들을 갖는 제2 1/4 파장판 - 상기 제2 1/4 파장판은 상기 반사형 편광기와 상기 부분 반사형 미러 사이에 있음 - ;
    원통형으로 볼록(cylindrically convex)한 상기 제2 1/4 파장판에서의 제3 표면 및 오목한 반대편의 제4 표면을 구비하는 제2 렌즈 요소 - 상기 반사형 편광기는 상기 제4 표면에 형성됨 - ; 및
    추가적인 렌즈 요소를 포함하며,
    상기 반사형 편광기는 상기 추가적인 렌즈 요소와 상기 제2 렌즈 요소 사이에 개재되는, 헤드 마운트 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광이 상기 반사형 편광기를 통과한 후에 통과하는 추가적인 선형 편광기를 추가로 포함하는, 헤드 마운트 디스플레이.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 추가적인 렌즈 요소의 표면에 추가적인 선형 편광기를 추가로 포함하며, 상기 추가적인 렌즈 요소는 상기 추가적인 선형 편광기와 상기 반사형 편광기 사이에 개재되는, 헤드 마운트 디스플레이.
  9. 제1항에 있어서,
    이미지 데이터를 상기 픽셀들의 어레이에 공급하도록 구성된 제어 회로부; 및
    상기 제어 회로부에 결합된 입출력 디바이스들을 추가로 포함하는, 헤드 마운트 디스플레이.
  10. 제9항에 있어서, 상기 입출력 디바이스들은 카메라를 포함하는, 헤드 마운트 디스플레이.
  11. 사용자에 의해 관찰가능한 이미지들을 디스플레이하도록 구성된 헤드 마운트 디스플레이로서,
    상기 이미지들을 생성하도록 구성된 픽셀들의 어레이;
    상기 이미지들과 연관된 광이 통과하는 선형 편광기;
    상기 선형 편광기로부터 상기 광을 수광하는 제1 1/4 파장판;
    서로 반대편에 있는 제1 및 제2 표면을 갖는 제1 렌즈 요소;
    서로 반대편에 있는 제3 및 제4 표면을 갖는 제2 렌즈 요소 - 상기 제3 표면은 상기 제2 표면을 향함 -;
    서로 반대편에 있는 제5 및 제6 표면을 갖는 제3 렌즈 요소 - 상기 제5 표면은 상기 제4 표면을 향함 -;
    상기 제1 표면 상의 부분 반사형 미러;
    제2 1/4 파장판 - 상기 제2 1/4 파장판은 상기 제2 표면과 제3 표면 사이에 있음 -; 및
    상기 제4 표면과 제5 표면 사이의 반사형 편광기를 포함하는, 헤드 마운트 디스플레이.
  12. 제11항에 있어서, 상기 광이 상기 반사형 편광기를 통과한 후에 통과하는, 상기 제6 표면의 추가적인 선형 편광기를 추가로 포함하는, 헤드 마운트 디스플레이.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 표면은 볼록한 표면이고, 상기 제2 표면은 편평한 표면인, 헤드 마운트 디스플레이.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제3 표면은 편평한 표면이고, 상기 제4 표면은 오목한 표면이고, 상기 제5 표면은 볼록한 표면이고, 상기 제6 표면은 오목한 표면인, 헤드 마운트 디스플레이.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제2 표면은 오목한 표면이고, 상기 제3 표면은 볼록한 표면인, 헤드 마운트 디스플레이.
  16. 제12항에 있어서, 상기 제1 표면은 볼록한 표면이고, 상기 제2 표면은 오목한 표면이고, 상기 제3 표면은 볼록한 표면이고, 상기 제2 표면 및 제3 표면은 원통형 형상들을 갖는, 헤드 마운트 디스플레이.
  17. 제11항에 있어서, 상기 제4 표면 및 제5 표면은 돔-형상 표면들인, 헤드 마운트 디스플레이.
  18. 사용자에게 이미지들을 제시하도록 구성된 헤드 마운트 디바이스로서,
    상기 사용자의 머리에 착용되도록 구성된 지지 구조물;
    상기 이미지들을 위한 광을 생성하는, 상기 지지 구조물에 의해 지지되는 디스플레이 시스템; 및
    상기 광이 상기 디스플레이 시스템으로부터 상기 사용자에게 전달됨에 따라 상기 광을 집중시키는 상기 지지 구조물에 의해 지지되는 반사굴절식 광학 시스템 - 상기 반사굴절식 광학 시스템은 볼록한 제1 표면 및 반대편의 제2 표면을 갖는 제1 렌즈 요소, 상기 제1 표면 상의 부분 반사 미러, 상기 제2 표면에서의 1/4 파장판, 상기 1/4 파장판에서의 제3 표면 및 반대편의 오목한 제4 표면을 갖는 제2 렌즈 요소, 반사 축 및 상기 반사 축에 수직인 통과 축을 갖는 상기 제4 표면에서의 반사형 편광기, 및 상기 반사형 편광기에서 볼록한 제5 표면 및 반대편의 오목한 제6 표면을 갖는 제3 렌즈 요소를 포함함 -을 포함하는, 헤드 마운트 디바이스.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제6 표면 상의 선형 편광기를 추가로 포함하는, 헤드 마운트 디바이스.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제2 표면 및 제3 표면은 평면이고, 상기 1/4 파장판은 평면인, 헤드 마운트 디바이스.
  21. 제19항에 있어서, 상기 제2 표면 및 제3 표면은 정합하는 원통형 형상들을 갖는, 헤드 마운트 디바이스.
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