KR102256661B1 - 광학 렌즈 - Google Patents

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Abstract

발광측에서 광 입사측으로 차례대로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 및 제3 렌즈를 포함하는 광학 렌즈가 제공된다. 광 밸브가 광 입사측에 배치된다. 광학 렌즈는 광 밸브에 의해 제공되는 이미지 빔을 받도록 구성되어 있다. 이미지 빔은 발광측에서 스톱을 형성한다. 스톱은 이미지 빔의 빔 수축의 최소 단면적을 갖는다. 본 발명의 광학 렌즈는 작은 크기, 가벼운 중량, 큰 시야각 및 높은 분해능의 이점을 갖는다.

Description

광학 렌즈{OPTICAL LENS}
본 출원은 2017년 12월 18일에 출원된 중국 출원 제 201711363161.7의 우선권의 이익을 주장한다. 위에서 언급된 특허 출원의 전체 내용은 이에 의해 여기에 참조로서 통합되며 본 명세서의 일부분이 된다.
본 발명은 광학 렌즈에 관한 것으로서, 특히 광학 렌즈를 갖는 도파관(waveguide) 디스플레이에 관한 것이다.
도관판을 갖는 디스플레이(도파관 디스플레이)는 이미지원의 종류에 따라 자기 발광(self-luminous) 패널 구조를 갖는 도파관 디스플레이, 전송형 패널 구조를 갖는 도파관 디스플레이, 및 반사형 패널 구조를 갖는 도파관 디스플레이로 분류될 수 있다. 자기 발광형 패널 구조 또는 전송형 패널 구조를 갖는 도파관 디스플레이에서, 위에서 언급된 다양한 형태의 패널에 의해 제공되는 이미지 빔이 광학 렌즈를 통과해서 커플링 입구를 경유하여 도파관 안으로 들어가게 된다. 그런 다음, 이미지 빔은 도파관에 있는 커플링 출구에 전송되며, 이미지 빔은 사람 눈의 위치에 투영되어 이미지를 형성하게 된다. 반사형 패널 구조를 갖는 도파관 디스플레이에서는, 광원에 의해 제공되는 조명 빔이 조명 광학 장치에 의해 전송된 후에, 그 조명 빔은 조명 프리즘에 의해 반사형 패널 상으로 조사된다. 반사형 패널은 조명 빔을 이미지 빔으로 전환시킨다. 따라서, 반사형 패널은 이미지 빔을 광학 렌즈에 전송하고, 이미지 빔은 그 광학 렌즈를 통과해 도파관 안으로 안내된다. 그런 다음, 이미지 빔은 도파관에 있는 커플링 출구에 전송되고 이미지 빔은 사람 눈의 위치에 투영된다. 광학 렌즈는 이미지원(패널)에 의해 생성되는 이미지를 만들어 어떤 거리에서 가상 이미지를 형성할 것이고, 그 가상 이미지는 사람 눈을 통과해 망막에 결상된다. 광학 렌즈가 도파관 디스플레이에 적용되는 경우, 설계시 광학 렌즈의 크기와 중량에 대한 고려가 중요한 문제이다.
이 배경 기술 부분에서 개시된 정보는 설명되는 기술의 배경 기술에 대한 이해를 증진시키기 위한 것 뿐이며, 따라서 당업자에게 이미 알려진 종래 기술을 형성하지 않는 정보를 포함할 수 있다. 또한, 배경 기술 부분에서 개시된 정보는 본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 의해 해결되어야 할 하나 이상의 문제가 당업자에 의해 인정되었음을 의미하는 것은 아니다.
본 발명은 작은 크기, 가벼운 중량, 큰 시야각 및 높은 분해능을 갖는 광학 렌즈를 제공한다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 다음과 같이 넓게 구현되고 설명되는 기술적 특징으로 더 설명될 수 있다. 목적 또는 다른 목적의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 형태는 발광측에서 광 입사측으로 차례대로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 및 제3 렌즈를 포함하는 광학 렌즈를 제공한다. 광 밸브가 광 입사측에 배치된다. 광학 렌즈는 광 밸브에 의해 제공되는 이미지 빔을 받도록 구성되어 있다. 이미지 빔은 발광측에서 스톱(stop)을 형성한다. 스톱은 이미지 빔의 빔 수축의 최소 단면적을 갖는다.
전술한 바에 근거하여, 본 발명의 실시 형태는 다음과 같은 이점 또는 효과 중의 적어도 하나를 갖는다. 본 발명의 예시적인 실시 형태에서, 광학 렌즈의 설계는 미리 설정된 사양을 만족하고, 그래서 광학 렌즈의 전체 길이가 짧아질 수 있고, 디스플레이의 외양은 더 작게 된다. 더욱이, 광학 렌즈에 있는 모든 렌즈의 재료를 고려할 때, 광학 렌즈의 중량은 더 가볍게 된다. 그리하여, 디스플레이의 중량이 더 가볍게 된다. 추가적으로, 따라서 도파관의 시야(FOV)가 더 커지면, 광학 렌즈의 설계를 피하는 것은 더 복잡하게 될 것이고, 그리하여, 디스플레이의 크기와 중량은 더 크고 더 무겁게 되며, 본 발명의 광학 렌즈는 작은 크기, 가벼운 중량, 큰 시야각 및 높은 분해능의 이점을 갖게 된다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 본 발명의 실시 형태에 의해 개시된 추가의 기술적 특징으로부터 더 이해될 것이고, 본 발명의 바람직한 실시 형태는 단순히 본 발명을 실시하는데 가장 적합한 모드의 실례로 나타나 있고 설명된다.
첨부 도면은 본 발명에 대한 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 포함되고 이의 일부분을 구성한다. 도면은 본 발명의 실시 형태를 도시하고, 설명 부분과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 도파관 디스플레이를 도시하는 개략도이다.
도 2a는 도 1의 광학 렌즈의 난시 시야 곡률 및 왜곡을 나타내는 도면이다.
도 2b는 도 1의 광학 렌즈의 측면 칼라를 나타내는 도면이다.
도 2c는 도 1의 광학 렌즈의 변조 전달 함수 곡선을 나타내는 도면이다.
도 2d는 도 1의 광학 렌즈의 광학적 경로 차를 나타내는 도면이다.
도 2e는 도 1의 광학 렌즈의 횡방향 광선 팬 선도(fan plot)이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 도파관 디스플레이를 도시하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 도파관 디스플레이를 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 도파관 디스플레이를 도시하는 개략도이다.
도 6a는 도 5의 광학 렌즈의 난시 시야 곡률 및 왜곡을 나타내는 도면이다.
도 6b는 도 5의 광학 렌즈의 측면 칼라를 나타내는 도면이다.
도 6c는 도 5의 광학 렌즈의 변조 전달 함수 곡선을 나타내는 도면이다.
도 6d는 도 5의 광학 렌즈의 광학적 경로 차를 나타내는 도면이다.
도 6e는 도 5의 광학 렌즈의 횡방향 광선 팬 선도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 도파관 디스플레이를 도시하는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 도파관 디스플레이를 도시하는 개략도이다.
바람직한 실시 형태에 대한 이하의 상세한 설명에서, 이 설명의 일부분을 형성하는 첨부 도면을 참조하며, 도면에는 본 발명이 실행될 수 있는 특정한 실시 형태가 실례로 나타나 있다. 이와 관련하여, "정상", "바닥", "전방", "후방" 등과 같은 방향 용어는 설명되는 도면(들)의 배향을 기준으로 사용된다. 본 발명의 구성 요소는 많은 다른 배향으로 위치될 수 있다. 따라서, 방향 용어는 실례의 목적으로 사용되며, 결코 한정적인 것이 아니다. 한편, 도면은 단지 개략적이고 구성 요소의 크기는 명료성을 위해 과장될 수 있다. 다른 실시 형태가 이용될 수 있고 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 구조적 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 여기서 사용되는 표현 및 용어는 설명을 위한 것이고 한정적인 것으로 간주되어서는 안 됨을 이해할 것이다. 여기서 "포함하는" 또는 "갖는" 및 이의 변형어의 사용은, 그 앞에 열거되는 항목과 그의 등가물 및 추가적인 항목을 포함하도록 되어 있다. 다른 제한이 없으면, "연결된", "결합된" 및 "장착된" 이라는 용어 및 이의 변형어는 넓게 사용되며 또한 직접 및 간접적인 연결, 결합 및 장착을 포함한다. 유사하게, 여기서 "대향하는","대향하다" 라는 용어 및 이의 변형어는 넓게 사용되고 또한 직접 및 간접적인 대향을 포함하고, 또한 여기서 "∼에 인접하는" 및 이의 변형어는 넓게 사용되며 또한 "∼에 직접 및 간접적으로 인접하는" 것을 포함한다. 그러므로, 여기서 "A" 구성 요소가 "B" 구성 요소와 대향한다는 기재는, "A" 구성 요소가 "B" 구성 요소와 직접 대향하거나 또는 하나 이상의 추가적인 구성 요소가 "A" 구성 요소와 "B" 구성 요소 사이에 있는 경우를 포함할 수 있다. 또한, 여기서 "A" 구성 요소는 "B" 구성 요소에 "인접"한다 라는 기재는, "A" 구성 요소가 "B" 구성 요소에 직접 "인접"하거나 또는 하나 이상의 추가적인 구성 요소가 "A" 구성 요소와 "B" 구성 요소 사이에 있는 경우를 포함할 수 있다. 따라서, 도면 및 설명은 본래 실례적이지 한정적이지 않은 것으로 간주될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 도파관 디스플레이를 도시하는 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시 형태의 도파관 디스플레이(100)는 도파관 요소(130)를 갖는 헤드 장착 디스플레이 장치에 적용되지만, 본 발명은 그러한 장치에 한정되지 않는다. 본 실시 형태에서, 도파관 디스플레이(100)는 광학 렌즈(110), 조명 프리즘(제2 프리즘)(120), 도파관 요소(130) 및 광 밸브(150)를 포함한다. 광 밸브(150)는 광학 렌즈(100)의 반대편에서 광 입사측(IS)에 배치된다. 광 밸브(150)는 디지털 마이크로미러 장치(DMD), 반투과형 액정 디스플레이(실리콘 상의 액정(LCoS)), 또는 다른 이미지 표시 요소일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 광 밸브(150)는 투명 액정 패널과 같은 투명 공간 광 변조기일 수도 있다. 제거 가능한 조명 프리즘(120)을 사용하는 경우, 광 밸브(150)의 종류와 종(species)은 본 발명에 한정되지 않는다. 조명 프리즘(120)은 광학 렌즈(110)와 광 밸브(150) 사이에 배치된다. 광 밸브(150)에 의해 제공되는 이미지 빔(IM)이 조명 프리즘(120)을 통과하여 광학 렌즈(110)에 들어간다. 광학 렌즈(110)는 이미지 빔(M)을 받도록 되어 있다. 본 실시 형태에서, 커버 유리(140)가 광 밸브(150)와 조명 프리즘(120) 사이에 배치되어 광 밸브(150)를 먼지의 영향으로부터 보호해 준다.
본 실시 형태에서, 이미지 빔(IM)이 광학 렌즈(110)를 통과한 후에, 스톱(stop(ST))이 광학 렌즈(110)의 반대편에서 발광측(ES)에 형성된다. 본 실시 형태에서, 이미지 빔(IM)에 의해 헝성되는 스톱(ST)은 도파관 요소(130) 안에 위치한다. 스톱(ST)은 이미지 빔(IM)의 빔 수축의 최소 단면적을 갖는다. 예컨대, 본 실시 형태에서, X-축과 Y-축으로 형성되는 기준면 상에서 스톱(ST)은 예컨대 원형이고, X-축 방향으로의 스톱의 직경 크기는 Y-축 방향으로의 직경 크기와 같다. 본 실시 형태에서, 이미지 빔(IM)은 광학 렌즈(110)를 통과한 후에 스톱(ST)을 형성하고, 이 스톱(ST)은 이미지 빔(IM)의 빔 수축의 최소 단면적을 갖는다. 그래서, 이미지 빔(IM)은 광학 렌즈(110)를 통과한 후에 스톱(ST)으로 수축되고, 스톱(ST)을 통과한 후에 분산된다. 본 실시 형태에서, 이미지 빔(IM)은 스톱(ST) 뒤에서 도파관 요소(130)에서 전송되고, 그런 다음 미리 설정된 타겟에 투영된다. 한 실시 형태에서, 미리 설정된 타겟은 예컨대 사람 눈이다.
본 실시 형태에서, 한 조건은 광학 렌즈(110)가 0.3<B/D<2.5을 만족하는 것이며, 여기서 B는 광학 렌즈(110)의 총 렌즈 길이이며, D는 광학 렌즈(110)에 있는 최대 렌즈의 유효경(clear aperture)이다. 본 실시 형태에서, D는 예컨대 제1 렌즈(112)의 유효경이다. 본 실시 형태에서, 다른 조건은 광학 렌즈(110)가 0.1<A/B<3.5을 만족하는 것으로, 여기서 A는 광학적 축선(OA) 상에서 스톱(ST)과 광학 렌즈(110) 사이의 거리, 즉 스톱(ST)과 제1 렌즈(112)의 발광 표면 사이의 거리이다. 본 실시 형태에서, 또 다른 조건은 광학 렌즈(110)가 2<(A+C)×FOV/(B×D)<30을 만족하는 것으로, 여기서 C는 광학적 축선(OA) 상에서 광학 렌즈(110)와 광 밸브(150) 사이의 거리이며, 이 거리는 광학적 축선(OA) 상에서 발광측(ES)에 가까운 조명 프리즘(120)의 표면과 광 밸브(150) 사이의 거리이며, FOV는 광학 렌즈(110)의 시야이다. 본 실시 형태에서, 또 다른 조건은 광학 렌즈(110)가 E/F＜1을 만족하는 것으로, 여기서 스톱(ST)의 형상은 원형이고, E는 스톱(ST)의 직경이고, 광 밸브(150)는 직사각형 또는 정사각형이며, F는 광 밸브(150)의 대각선 길이다. 본 실시 형태에서, 또 다른 조건은 광학 렌즈(110)가 0.3<B/D<2.5, 0.1<A/B<3.5, 2<(A+C)×FOV/(B×D)<30, 및 E/F<1을 동시에 만족하는 것이다. 앞에서 언급된 파라미터(A, B, C, D, E, F, FOV)는 위에서 정의된 바와 같다. 본 실시 형태에서, 앞에서 언급된 파라미터(A, B, C, D, E, F)는 각각 예컨대 15.5 밀리미터(mm), 7.51mm, 10.4mm, 8.6mm, 3.76mm, 그리고 7.93mm이다. 이들 파라미터의 값은 본 발명을 한정하고자 하는 의도는 없다. 본 실시 형태에서, 광학 렌즈(110)의 시야는 40도이다.
본 실시 형태에서, 광학 렌즈(110)는 발광측(ES)에서 광 입사측(IS)으로 차례대로 배치되는 제1 렌즈(112), 제2 렌즈(114), 및 제3 렌즈(116)를 포함한다. 제1 렌즈(112), 제2 렌즈(114), 및 제3 렌즈(116)의 디옵터(diopter)는 차례대로 양, 음 및 양이다. 본 실시 형태에서, 제1 렌즈(112)는 양면이 볼록한 랜즈이고, 제2 렌즈(114)는 양면이 오목한 렌즈이며, 그리고 제3 렌즈(116)는 양면이 오목한 렌즈이다. 본 실시 형태에서, 제1 렌즈(112)와 제3 렌즈(116)는 유리 비구면 렌즈이고, 제2 렌즈(114)는 플라스틱 비구면 렌즈이다. 다른 실시 형태에서, 제1 렌즈(112), 제2 렌즈(114), 및 제3 렌즈(116)는 플라스틱 비구면 렌즈이다.
광학 렌즈(110)의 일 실시 형태가 아래에 제공된다. 아래에서 제공되는 데이타는 본 발명을 한정하기 사용되는 것이 아님을 유의해야 하며, 당업자는 본 발명의 범위 또는 정신에서 벗어남이 없이 본 발명을 참조하여 다음 실시 형태의 파라미터 또는 설정을 적절히 변경할 수 있다.
요소 표면 곡률 반경(mm) 간격(mm) 굴절률 아베수
제1 렌즈(112) S1 8.44 2.02 1.8 40.88
S2 -20.71 1.26
제2 렌즈(114) S3 -16.64 1.00 1.63 23.33
S4 3.85 0.99
제3 렌즈(116) S5 9.87 1.89 1.85 40.39
S6 -12.95 0.25
도 1 및 표 1을 참조하면, 각 렌즈(제1 렌즈(112) 내지 제3 렌즈(116)를 포함함)의 표면이 표 1에 나타나 있다. 예컨대, 표면(S1)은 발광측(ES)과 대향하는 제1 렌즈(112)의 표면이고, 표면(S2)은 광 입사측(IS)과 대향하는 제1 렌즈(112)의 표면이다. 추가적으로, 간격은 광학적 축선(OA) 상에서 2개의 서로 인접하는 표면 사이의 선형 거리를 나타낸다. 예컨대, 표면(S1)에 대응하는 간격은 광학적 축선(OA) 상에서 표면(S1)과 표면(S2) 사이의 선형 거리이고, 표면(S2)에 대응하는 간격은 광학적 축선(OA) 상에서 표면(S2)과 표면(S3) 사이의 선형 거리이다.본 실시 형태에서, 제1 렌즈(112), 제2 렌즈(114), 및 제3 렌즈(116)는 비구면 렌즈일 수 있다. 비구면 렌즈의 식은 다음과 같다:
Figure 112018125964583-pat00001
위의 식에서, X는 광학적 축선(OA)을 따르는 처짐(sag)이고, R은 접촉 구의 반경, 즉 광학적 축선(OA)에 가까운 곡률 반경(예컨대, 표 1에 나타나 있는 곡률 반경)이다. k는 원뿔 계수이고, Y는 비구면 높이, 즉 렌즈의 중심에서 가장자리까지의 높이고, 계수(A2, A4, A6, A8, A10, A12)는 비구면 계수이다. 본 실시 형태에서, 계수(A2)는 0이다. 아래의 표 2에 나타나 있는 값들은 각 렌즈의 표면의 파라미터 값이다.
S1 S2 S3 S4 S5 S6
k 0 0 -3.38E-001 -3.20E+000 -4.99E+000 0
A4 -1.10E-004 9.48E-004 -2.19E-003 -1.18E-003 2.45E-004 7.06E-004
A6 1.23E-005 -5.98E-005 2.08E-004 1.54E-004 -4.95E-005 -3.66E-005
A8 -1.06E-006 3.44E-006 -5.46E-006 -1.17E-006 6.20E-006 4.64E-006
A10 3.74E-008 -1.02E-007 -5.52E-008 -2.32E-007 -2.96E-007 -2.54E-007
A12 1.30E-012 1.61E-009 3.14E-009 6.60E-009 5.40E-009 4.93E-009
도 2a는 도 1의 광학 렌즈의 난시 시야 곡률 및 왜곡을 나타내는 도면이다. 도 2b는 도 1의 광학 렌즈의 측면 칼라를 나타내는 도이며, 이는 465 nm, 525 nm 및 630 nm의 파장을 갖는 광에 근거하여 만들어진 아날로그 데이타 도이며, 세로축은 에어리 디스크(airy disc)이다. 도 2c는 도 1의 광학 렌즈의 변조 전달 함수 곡선을 나타내는 도이고, 여기서 가로축은 초점 이동이고, 세로축은 OTF의 모듈러스이다. 도 2d는 도 1의 광학 렌즈의 광학적 경로 차를 나타내는 도면이다. 도 2e는 예컨대 525 nm에 근거할 때 도 1의 광학 렌즈의 횡방향 광선 팬 선도(fan plot)이다. 도 2a 내지 도 2e에 나타나 있는 도는 표준 범위 내에 있다. 따라서, 본 실시 형태의 광학 렌즈(110)는 양호한 이미징 효과를 얻을 수 있음이 확인될 수 있다. 추가적으로, 도 2d에서, 광 밸브(150)의 작용 표면에서, 이미지 빔(IM)의 OPD의 범위는 -2.0λ＜OPD＜2.0λ 이고, 여기서 OPD는 각 시야에서의 광학적 경로 차이고, λ는 각 색 광의 파장이며, 이미지 빔(IM)은 적색광, 녹색광 및 청색광을 포함한다. 광 밸브(150)의 작용 표면은 이미지 빔(IM)이 나가는 표면이다. 광학적 경로 차의 설계에 대한 추가 설명에 대해, 광학 렌즈의 설계시, 이미지원에 의해 제공되는 각 시야에서의 이미지 빔의 광학적 경로 차는 반대로 광학적 유추법에 의해 광면으로부터 얻어짐을 당업자는 쉽게 이해할 수 있다. 본 실시 형태에서, 광학 렌즈(110)의 설계는 미리 설정된 사양을 만족하고, 이 사양은 적어도 931 p/mm의 분해능으로 이미지를 분해할 수 있고, 그래서 광학 렌즈(110)는 작은 크기, 가벼운 중량, 큰 시야각 및 높은 분해능을 갖는다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 도파관 디스플레이를 도시하는 개략도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시 형태의 도파관 디스플레이(200)는 도 1의 도파관 디스플레이(100)와 유사하지만, 두 도파관 디스플레이 간의 주된 차이점은, 도파관 디스플레이(200)는 예컨대 방향 전환 프리즘(260)(제1 렌즈) 및 도파관 요소(230)의 설계를 더 포함한다는 것이다. 본 실시 형태에서, 방향 전환 프리즘(260)은 광학 렌즈(110)와 스톱(ST) 사이에 배치된다. 이미지 빔(IM)은 광학 렌즈(110)를 떠나고, 그의 전송 방향은 방향 전환 프리즘(260)을 통과한 후에 변하게 되며, 그런 다음 이미지 빔(IM)은 스톱(ST) 쪽으로 수렴하게 된다. 이미지 빔(IM)은 스톱(ST)을 통과한 후에 분산된다. 본 실시 형태에서, 도파관 요소(230)는 커플링 입구(232) 및 커플링 출구(234)를 포함한다. 커플링 입구(232) 및 커플링 출구(234)는, 이미지 빔이 입사하는 도파관 요소(230)의 표면 영역 및 이미지 빔이 떠나는 도파관 요소(230)의 표면 영역이다. 스톱(ST)은 도파관 요소(230)의 커플링 입구(232)에 형성된다. 이미지 빔(IM)은 스톱(ST)을 통과하여 커플링 입구(232)를 경유하여 도파관 요소(230) 안으로 들어가며, 도파관 요소(230)의 커플링 출구(234)에 전송되고 그런 다음 타겟(900)에 투영된다. 투영 타겟(900)은 예컨대 사람 눈이다.
본 실시 형태에서, 한 조건은 광학 렌즈(110)가 0.3<B/D<2.5을 만족하는 것이고, 다른 조건은 광학 렌즈(110)가 0.1<A/B<3.5을 만족하는 것이고, 또 다른 조건은 광학 렌즈(110)가 2<(A+C)×FOV/(B×D)<30을 만족하는 것이고, 또 다른 조건은 광학 렌즈(110)가 E/F＜1을 만족하는 것이며, 또 다른 조건은 광학 렌즈(110)가 0.3<B/D<2.5, 0.1<A/B<3.5, 2<(A+C)×FOV/(B×D)<30, 및 E/F<1을 동시에 만족하는 것이다. A는 광학적 축선(OA) 상에서 스톱(ST)과 광학 렌즈(110) 사이의 거리이다. 본 실시 형태에서, A는 광학적 축선(OA) 상에서 제1 렌즈(112)의 표면(S1)과 방향 전환 프리즘(260)의 표면(S7) 사이의 거리와, 광학적 축선(OA) 상에서 방향 전환 프리즘(260)의 표면(S7)과 스톱(ST)의 표면 사이의 거리의 합이다. 본 실시 형태에서, 앞에서 언급된 파라미터(A, B, C, D, E, F)는 각각 예컨대 11.8mm, 7.51mm, 10.4mm, 8.6mm, 3.76mm, 그리고 7.93mm이다. 이들 파라미터의 값은 본 발명을 한정하고자 하는 의도는 없다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 도파관 디스플레이를 도시하는 개략도이다. 도 4를 참조하면, 본 실시 형태의 도파관 디스플레이(300)는 도 1의 도파관 디스플레이(100)와 유사하지만, 두 도파관 디스플레이 간의 주된 차이점은, 예컨대 도파관 요소(230)의 설계에 있다. 추가적으로, 본 실시 형태에서는, 스톱(ST)과 제1 렌즈(112) 사이에 유리 블럭 또는 렌즈가 없다. 이미지 빔(IM)은 광학 렌즈(110)를 떠난 후에 공기 중에서 전송되고 그런 다음 스톱(ST) 쪽으로 수렴된다.
본 실시 형태에서, 한 조건은 광학 렌즈(110)가 0.3<B/D<2.5을 만족하는 것이고, 다른 조건은 광학 렌즈(110)가 0.1<A/B<3.5을 만족하는 것이고, 또 다른 조건은 광학 렌즈(110)가 2<(A+C)×FOV/(B×D)<30을 만족하는 것이고, 또 다른 조건은 광학 렌즈(110)가 E/F＜1을 만족하는 것이며, 또 다른 조건은 광학 렌즈(110)가 0.3<B/D<2.5, 0.1<A/B<3.5, 2<(A+C)×FOV/(B×D)<30, 및 E/F<1을 동시에 만족하는 것이다. 본 실시 형태에서, 앞에서 언급된 파라미터(A, B, C, D, E, F)는 각각 예컨대 8mm, 7.51mm, 10.4mm, 8.6mm, 3.76mm, 그리고 7.93mm이다. 이들 파라미터의 값은 본 발명을 한정하고자 하는 의도는 없다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 도파관 디스플레이를 도시하는 개략도이다. 도 5를 참조하면, 본 실시 형태의 도파관 디스플레이(400)는 예컨대 도파관 요소(130)를 갖는 헤드 장착 디스플레이 장치이지만, 본 발명은 그러한 장치에 한정되지 않는다. 본 실시 형태에서, 도파관 디스플레이(400)는 광학 렌즈(410), 조명 프리즘(제2 프리즘)(120), 도파관 요소(130) 및 광 밸브(150)를 포함한다. 광 밸브(150)는 광 입사측(IS)에 배치된다. 조명 프리즘(120)은 광학 렌즈(410)와 광 밸브(150) 사이에 배치된다. 광 밸브(150)에 의해 제공되는 이미지 빔(IM)은 조명 프리즘(120)을 통과하여 광학 렌즈(410)에 들어간다. 광학 렌즈(410)는 이미지 빔(IM)을 받도록 되어 있다. 본 실시 형태에서, 커버 유리(140)가 광 밸브(150)와 조명 프리즘(120) 사이에 배치되어 광 밸브(150)를 보호해 준다.
본 실시 형태에서, 이미지 빔(IM)은 광학 렌즈(410)를 통과한 후에 광 입사측(ES)에서 스톱(ST)을 형성한다. 이 스톱(ST)은 이미지 빔(IM)의 빔 수축의 최소 단면적을 갖는다. 본 실시 형태에서, 이미지 빔(IM)은 스톱(ST)을 통과한 후에 도파관 요소(130) 안으로 들어가며 그런 다음 미리 설정된 타겟에 투영된다. 한 실시 형태에서, 미리 설정된 타겟은 예컨대 사람 눈이다.
본 실시 형태에서, 한 조건은 광학 렌즈(410)가 0.3<B/D<2.5을 만족한다는 것이며, 여기서 B는 광학 렌즈(410)의 총 렌즈 길이이며, D는 광학 렌즈(410)에 있는 최대 렌즈의 유효경이다. 본 실시 형태에서, D는 예컨대 제2 렌즈(414)의 유효경이다. 본 실시 형태에서, 다른 조건은 광학 렌즈(410)가 0.1<A/B<3.5을 만족하는 것으로, 여기서 A는 광학적 축선(OA) 상에서 스톱(ST)과 광학 렌즈(410) 사이의 거리이다. 본 실시 형태에서, 또 다른 조건은 광학 렌즈(410)가 2<(A+C)×FOV/(B×D)<30을 만족하는 것으로, 여기서 C는 광학적 축선(OA) 상에서 광학 렌즈(410)와 광 밸브(150) 사이의 거리이며, FOV는 광학 렌즈(410)의 시야이다. 본 실시 형태에서, 또 다른 조건은 광학 렌즈(410)가 E/F＜1을 만족하는 것으로, 여기서 스톱(ST)의 형상은 원형이고, E는 스톱(ST)의 직경이고, 광 밸브(150)는 직사각형 또는 정사각형이며, F는 광 밸브(150)의 대각선 길이다. 본 실시 형태에서, 또 다른 조건은 광학 렌즈(410)가 0.3<B/D<2.5, 0.1<A/B<3.5, 2<(A+C)×FOV/(B×D)<30, 및 E/F<1을 동시에 만족하는 것이다. 앞에서 언급된 파라미터(A, B, C, D, E, F, FOV)는 위에서 정의된 바와 같다. 본 실시 형태에서, 앞에서 언급된 파라미터(A, B, C, D, E, F)는 각각 예컨대 12.49mm, 11.55mm, 10.4mm, 8.4mm, 3.84mm, 그리고 7.93mm이다. 이들 파라미터의 값은 본 발명을 한정하고자 하는 의도는 없다. 본 실시 형태에서, 광학 렌즈(410)의 시야는 40도이다.
본 실시 형태에서, 광학 렌즈(410)는 발광측(ES)에서 광 입사측(IS)으로 차례대로 배치되는 제1 렌즈(412), 제2 렌즈(414), 제3 렌즈(416) 및 제4 렌즈(418)를 포함한다. 제1 렌즈(412), 제2 렌즈(414), 제3 렌즈(116) 및 제4 렌즈(418)의 디옵터는 차례대로 음, 양, 음 및 양이다. 본 실시 형태에서, 제1 렌즈(412)는 볼록-오목 랜즈이고 광 입사측(IS)을 향하는 볼록한 표면을 가지며, 제 2 렌즈(414)는 양면이 볼록한 렌즈이며, 제3 렌즈(416)는 볼록-오목 랜즈이고 발광 측(ES)을 향하는 볼록한 표면을 가지며, 제4 렌즈(418)는 양면이 볼록한 렌즈이다. 본 실시 형태에서, 제1 렌즈(412), 제2 렌즈(414), 와 제3 렌즈(416) 및 제4 렌즈(418)는 플라스틱 비구면 렌즈이지만, 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 광학 렌즈(410)는 4개의 렌즈를 갖지만, 이에 한정되지 않는다. 스톱(ST)의 직경은 약 4mm이며, 이는 통상적인 사람 눈의 동공 크기(약 3 - 6mm)와 비슷한다. 스톱(ST)의 크기 또한 광 밸브(150)의 짧은 측의 폭(예컨대, 3.888mm)과 비슷하지만, 광 밸브(150)의 대각선(예컨대, 7.93mm) 보다는 작고, 광 밸브(150)의 대각선은 광학 렌즈(410)의 이미지원(IMA)을 나타낸다. 광 밸브는 예컨대 0.3-인치 720P DMD 장치를 사용한다. 광학 렌즈(410)의 설계시, 사람 눈은 2 미터(M) 밖의 57-인치 가상 이미지에 상당하는 것을 볼 수 있고, 이때 배율은 약 190배이다.
추가적으로, 본 실시 형태의 광학 렌즈(410)는 다음과 같은 초점 거리와 이미지 높이 사이의 관계 표현을 갖는다: 이미지 높이 = 초점 거리 × tan(시야의 절반), 여기서 이미지 높이는 예컨대 3.965mm이다. 시야는 40도로 설계되며, 시야의 절반은 20도이다. 그래서, 광학 렌즈(410)의 유효 초점 거리는 대략 10.89mm이다.
광학 렌즈(410)의 일 실시 형태가 아래에 제공된다. 아래에서 제공되는 데이타는 본 발명을 한정하기 사용되는 것이 아님을 유의해야 하며, 당업자는 본 발명의 범위 또는 정신에서 벗어남이 없이 본 발명을 참조하여 다음 실시 형태의 파라미터 또는 설정을 적절히 변경할 수 있다.
요소 표면 곡률 반경(mm) 간격(mm) 굴절률 아베수
제1 렌즈(412) S1 -3.71 1.15 1.63 23.33
S2 -4.74 0.10
제2 렌즈(414) S3 6.51 2.23 1.53 55.74
S4 -40.49 0.10
제3 렌즈(416) S5 6.30 2.50 1.63 23.33
S6 2.57 0.92
제4 렌즈(418) S7 6.44 2.74 1.53 55.74
S8 -13.30 0.25
도 5 및 표 3을 참조하면, 각 렌즈(제1 렌즈(412) 내지 제4 렌즈(418)를 포함함)의 표면이 표 3에 나타나 있다. 예컨대, 표면(S1)은 발광측(ES)과 대향하는 제1 렌즈(412)의 표면이고, 표면(S2)은 광 입사측(IS)과 대향하는 제1 렌즈(412)의 표면이다. 추가적으로, 간격은 광학적 축선(OA) 상에서 2개의 서로 인접하는 표면 사이의 선형 거리를 나타낸다. 예컨대, 표면(S1)에 대응하는 간격은 광학적 축선(OA) 상에서 표면(S1)과 표면(S2) 사이의 선형 거리이고, 표면(S2)에 대응하는 간격은 광학적 축선(OA) 상에서 표면(S2)과 표면(S3) 사이의 선형 거리이다.본 실시 형태에서, 제1 렌즈(412), 제2 렌즈(414), 제3 렌즈(416) 및 제 4 렌즈(418)는 비구면 렌즈일 수 있다. 비구면 렌즈의 식은 다음과 같다:
Figure 112018125964583-pat00002
위의 식에서, X는 광학적 축선(OA)을 따르는 처짐이고, R은 접촉 구의 반경, 즉 광학적 축선(OA)에 가까운 곡률 반경(예컨대, 표 1에 나타나 있는 곡률 반경)이다. k는 원뿔 계수이고, Y는 비구면 높이, 즉 렌즈의 중심에서 가장자리까지의 높이고, 계수(A2, A4, A6, A8, A10, A12)는 비구면 계수이다. 본 실시 형태에서, 계수(A2)는 0이다. 아래의 표 4에 나타나 있는 값들은 각 렌즈의 표면의 파라미터 값이다.
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
k -7.13E-001 0.00E+000 0.00E+000 0.00E+000 -3.38E-001 -2.45E+000 -3.58E+000 0.00E+000
A4 2.95E-003 6.13E-004 -1.66E-004 2.43E-003 -5.24E-003 -1.61E-004 1.64E-003 1.42E-003
A6 -4.78E-004 -9.29E-005 -2.08E-005 -1.77E-004 1.87E-004 3.33E-005 -5.77E-005 -4.97E-005
A8 3.99E-005 6.10E-006 -5.94E-007 6.03E-006 -1.00E-006 6.44E-006 6.44E-006 6.60E-006
A10 -2.13E-006 -2.58E-008 3.37E-008 -1.08E-007 -1.42E-007 -4.02E-007 -3.34E-007 -3.52E-007
A12 5.33E-008 -5.21E-033 -5.21E-033 1.61E-009 3.14E-009 6.60E-009 5.40E-009 4.93E-009
도 6a는 도 5의 광학 렌즈의 난시 시야 곡률 및 왜곡을 나타내는 도면이다. 도 6b는 도 5의 광학 렌즈의 측면 칼라를 나타내는 도이며, 이는 465 nm, 525 nm 및 630 nm의 파장을 갖는 광에 근거하여 만들어진 아날로그 데이타 도이며, 세로축은 에어리 디스크이다. 도 6c는 도 5의 광학 렌즈의 변조 전달 함수 곡선을 나타내는 도이고, 여기서 가로축은 초점 이동이고, 세로축은 OTF의 모듈러스이다. 도 6d는 도 5의 광학 렌즈의 광학적 경로 차를 나타내는 도면이다. 도 6e는 예컨대 525 nm에 근거할 때 도 5의 광학 렌즈의 횡방향 광선 팬 선도이다. 도 6a 내지 도 6e에 나타나 있는 도는 표준 범위 내에 있다. 따라서, 본 실시 형태의 광학 렌즈(410)는 양호한 이미징 효과를 얻을 수 있음이 확인될 수 있다. 추가적으로, 도 6d에서, 광 밸브(150)의 작용 표면에서, 이미지 빔(IM)의 OPD의 범위는 -1.5λ＜OPD＜1.5λ 이고, 여기서 OPD는 각 시야에서의 광학적 경로 차이고, λ는 각 색 광의 파장이며, 이미지 빔(IM)은 적색광, 녹색광 및 청색광을 포함한다. 본 실시 형태에서, 광학 렌즈(410)의 설계는 미리 설정된 사양을 만족하고, 그래서 광학 렌즈(410)는 작은 크기, 가벼운 중량, 큰 시야각 및 높은 분해능을 갖는다.도 7은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 도파관 디스플레이를 도시하는 개략도이다. 도 7을 참조하면, 본 실시 형태의 도파관 디스플레이(500)는 도 5의 도파관 디스플레이(400)와 유사하지만, 두 도파관 디스플레이 간의 주된 차이점은, 도파관 디스플레이(500)는 예컨대 방향 전환 프리즘(260)(제1 렌즈) 및 도파관 요소(230)의 설계를 더 포함한다는 것이다. 본 실시 형태에서, 방향 전환 프리즘(260)은 광학 렌즈(410)와 스톱(ST) 사이에 배치된다. 이미지 빔(IM)은 광학 렌즈(410)를 떠나고, 그의 전송 방향은 방향 전환 프리즘(260)을 통과한 후에 변하게 되며, 그런 다음 이미지 빔(IM)은 스톱(ST) 쪽으로 수렴하게 된다. 이미지 빔(IM)은 스톱(ST)을 통과한 후에 분산된다. 본 실시 형태에서, 도파관 요소(230)는 커플링 입구(232) 및 커플링 출구(234)를 포함한다. 스톱(ST)은 도파관 요소(230)의 커플링 입구(232)에 형성된다. 이미지 빔(IM)은 스톱(ST)을 통과하여 커플링 입구(232)를 경유하여 도파관 요소(230) 안으로 들어가며, 도파관 요소(230)의 커플링 출구(234)에 전송되고 그런 다음 타겟(900)에 투영된다. 여기서 투영 타겟(900)은 예컨대 사람 눈이다.
본 실시 형태에서, 한 조건은 광학 렌즈(410)가 0.3<B/D<2.5을 만족하는 것이고, 다른 조건은 광학 렌즈(410)가 0.1<A/B<3.5을 만족하는 것이고, 또 다른 조건은 광학 렌즈(410)가 2<(A+C)×FOV/(B×D)<30을 만족하는 것이고, 또 다른 조건은 광학 렌즈(410)가 E/F＜1을 만족하는 것이며, 또 다른 조건은 광학 렌즈(410)가 0.3<B/D<2.5, 0.1<A/B<3.5, 2<(A+C)×FOV/(B×D)<30, 및 E/F<1을 동시에 만족하는 것이다. A는 광학적 축선(OA) 상에서 스톱(ST)과 광학 렌즈(410) 사이의 거리이다. 본 실시 형태에서, A는 광학적 축선(OA) 상에서 제1 렌즈(412)의 표면(S1)과 방향 전환 프리즘(260)의 표면(S7) 사이의 거리와, 광학적 축선(OA) 상에서 방향 전환 프리즘(260)의 표면(S7)과 스톱(ST)의 표면 사이의 거리의 합이다. 본 실시 형태에서, 앞에서 언급된 파라미터(A, B, C, D, E, F)는 각각 예컨대 9.6mm, 11.5mm, 10.4mm, 8.4mm, 3.84mm, 그리고 7.93mm이다. 이들 파라미터의 값은 본 발명을 한정하고자 하는 의도는 없다.
도 8는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 도파관 디스플레이를 도시하는 개략도이다. 도 8를 참조하면, 본 실시 형태의 도파관 디스플레이(600)는 도 5의 도파관 디스플레이(400)와 유사하지만, 두 도파관 디스플레이 간의 주된 차이점은, 예컨대 도파관 요소(230)의 설계에 있다. 추가적으로, 본 실시 형태에서는, 스톱(ST)과 제1 렌즈(412) 사이에 유리 블럭 또는 렌즈가 없다. 이미지 빔(IM)은 광학 렌즈(410)를 떠난 후에 공기 중에서 전송되고 그런 다음 스톱(ST) 쪽으로 수렴된다.
본 실시 형태에서, 한 조건은 광학 렌즈(410)가 0.3<B/D<2.5을 만족하는 것이고, 다른 조건은 광학 렌즈(410)가 0.1<A/B<3.5을 만족하는 것이고, 또 다른 조건은 광학 렌즈(410)가 2<(A+C)×FOV/(B×D)<30을 만족하는 것이고, 또 다른 조건은 광학 렌즈(410)가 E/F＜1을 만족하는 것이며, 또 다른 조건은 광학 렌즈(410)가 0.3<B/D<2.5, 0.1<A/B<3.5, 2<(A+C)×FOV/(B×D)<30, 및 E/F<1을 동시에 만족하는 것이다. 본 실시 형태에서, 앞에서 언급된 파라미터(A, B, C, D, E, F)는 각각 예컨대 6.45mm, 11.55mm, 10.4mm, 8.4mm, 3.84mm, 그리고 7.93mm이다. 이들 파라미터의 값은 본 발명을 한정하고자 하는 의도는 없다.
요컨대, 본 발명의 실시 형태는 다음과 같은 이점 또는 효과 중의 적어도 하나를 포함한다. 본 발명의 예시적인 실시 형태에서, 광학 렌즈의 설계는 미리 설정된 사양을 만족하고, 그래서 광학 렌즈는 작은 크기, 가벼운 중량, 큰 시야각 및 높은 분해능을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시 형태의 전술한 설명은 실례 및 설명의 목적으로 주어진 것이다. 이는, 포괄적이거나 본 발명을 개시된 바로 그 형태 또는 예시적인 실시 형태에 한정하려는 의도는 없다. 따라서, 전술한 설명은 한정적인 것이 아닌 실례적인 것으로 간주되어야 한다. 분명, 많은 수정 및 변화가 당업자에게 명백할 것이다. 실시 형태는, 본 발명의 원리 및 그의 최선의 모드 실용례를 가장 잘 설명하여 당업자가 다양한 실시 형태에 대해 또한 고려되는 특정한 용도 또는 실행에 적합하게 된 다양한 수정으로 본 발명을 이해할 수 있게 하기 위해 선택되어 설명된 것이다. 본 발명의 범위는, 다른 언급이 없으면 모든 용어는 그의 가장 넓은 합리적인 의미로 해석되는 첨부된 청구 범위 및 그의 등가물에 의해 규정되도록 되어 있다. 그러므로, "발명", "본 발명" 등의 용어는 청구 범위를 반드시 특정 실시 형태에 한정하는 것은 아니고, 본 발명의 특히 바람직한 예시적인 실시 형태에 대한 언급은 본 발명에 대한 제한을 암시하지 않으며, 또한 그러한 제한이 추론되지 않을 것이다. 본 발명은 첨부된 청구항의 요지와 범위에 의해서만 한정된다. 더욱이, 이들 청구항은 명사나 요소 앞에 "제1", "제2" 등을 사용할 수 있다. 이러한 용어는 일 명명법으로서 이해되어야 하고, 특정한 수가 주어져 있지 않다면, 그러한 명명법에 의해 수식되는 요소의 수를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 요약서는 요약서를 요구하는 규칙에 따르기 위해 제공되며, 이 요약서는 조사자가 본 개시로부터 허여된 어떤 특허의 기술적 개시 내용의 주제를 신속하게 확인할 수 있게 해줄 것이다. 요약서는 청구 범위 또는 의미를 해석하거나 한정하기 위해 사용되지 않을 것이라는 이해로 제출된다. 설명된 이점 및 이익은 본 발명의 모든 실시 형태에 해당되는 것은 아닐 수 있다. 다음의 청구 범위에 의해 규정되는 바와 같은 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이, 설명된 실시 형태에서 변화가 당업자에 의해 이루어질 수 있음을 알아야 한다. 더욱이, 개시 내용 중의 요소 및 구성 요소는, 그 요소 및 구성 요소가 다음의 청구 범위에 명시적으로 언급되어 있는지에 무관하게, 공공에 전용되려는 의도는 없다.

Claims (23)

  1. 발광측에서 광 입사측으로 차례대로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 및 제3 렌즈를 포함하는 광학 렌즈로서, 광 밸브가 상기 광 입사측에 배치되고, 상기 광학 렌즈는 상기 광 밸브에 의해 제공되는 이미지 빔을 받도록 구성되고, 상기 이미지 빔은 상기 발광측에서 스톱(stop)을 형성하며, 상기 스톱은 상기 이미지 빔의 빔 수축의 최소 단면적을 가지며, 상기 광학 렌즈는 2<(A+C)×FOV/(B×D)<30을 만족하고, 여기서 A는 광학적 축선 상에서 상기 스톱과 광학 렌즈 사이의 거리이고, B는 상기 광학 렌즈의 총 렌즈 길이이고, C는 광학적 축선 상에서 상기 광학 렌즈와 광 밸브 사이의 거리이며, D는 상기 광학 렌즈에 있는 최대 렌즈의 유효경이며, FOV는 상기 광학 렌즈의 시야인, 광학 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학 렌즈는 0.3<B/D<2.5을 만족하고, 여기서 B는 상기 광학 렌즈의 총 렌즈 길이이며, D는 상기 광학 렌즈에 있는 최대 렌즈의 유효경(clear aperture)인, 광학 렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학 렌즈는 0.1<A/B<3.5을 만족하고, 여기서 A는 광학적 축선 상에서 상기 스톱과 광학 렌즈 사이의 거리이며, B는 상기 광학 렌즈의 총 렌즈 길이인, 광학 렌즈.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광학 렌즈는 E/F＜1을 만족하고, 상기 스톱의 형상은 원형이고, E는 상기 스톱의 직경이고, 상기 광 밸브는 직사각형 또는 정사각형이며, F는 상기 광 밸브의 대각선 길이인, 광학 렌즈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광학 렌즈의 시야는 40도인, 광학 렌즈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈, 제2 렌즈, 및 제3 렌즈의 디옵터(diopter)는 차례대로 양, 음 및 양인, 광학 렌즈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 양면이 볼록한 랜즈이고, 상기 제2 렌즈는 양면이 오목한 렌즈이며, 상기 제3 렌즈는 양면이 오목한 렌즈인, 광학 렌즈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈, 제2 렌즈, 및 제3 렌즈는 플라스틱 비구면 렌즈인, 광학 렌즈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈와 제3 렌즈는 유리 비구면 렌즈이며, 상기 제2 렌즈는 플라스틱 비구면 렌즈인, 광학 렌즈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈와 광 밸브 사이에 위치되는 제4 렌즈를 더 포함하는, 광학 렌즈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈의 디옵터는 차례대로 음, 양, 음 및 양인, 광학 렌즈.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 볼록-오목 렌즈이고 상기 광 입사측을 향하는 볼록한 표면을 갖고, 상기 제2 렌즈는 양면이 볼록한 렌즈이고, 상기 제3 렌즈는 볼록-오목 렌즈이고 상기 발광측을 향하는 볼록한 표면을 가지며, 상기 제4 렌즈는 양면이 볼록한 렌즈인, 광학 렌즈.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈는 플라스틱 비구면 렌즈인, 광학 렌즈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 광학 렌즈와 스톱 사이에 배치되는 제1 프리즘을 더 포함하고, 상기 이미지 빔은 상기 광학 렌즈를 떠나 상기 제1 프리즘을 통과하여 상기 스톱 쪽으로 수렴되며, 상기 이미지 빔은 상기 스톱을 통과한 후에 발산되는, 광학 렌즈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 스톱은 도파관 요소의 커플링 입구에 형성되며, 상기 이미지 빔은 스톱을 통과하여 상기 커플링 입구를 경유하여 도파관 요소 안으로 들어가고, 상기 도파관 요소의 커플링 출구에 전송되며 그런 다음 타겟에 투영되는, 광학 렌즈.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 광학 렌즈에 의해 투영되는 가상 이미지의 크기는 상기 광 밸브의 크기의 190배인, 광학 렌즈.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 광학 렌즈는 다음과 같은 조건,
    0.3<B/D<2.5,
    0.1<A/B<3.5,
    2<(A+C)×FOV/(B×D)<30,
    E/F<1을 만족하고,
    여기서 A는 광학적 축선 상에서 상기 스톱과 광학 렌즈 사이의 거리이고, B는 상기 광학 렌즈의 총 렌즈 길이이고, C는 상기 광학적 축선 상에서 광학 렌즈와 광 밸브 사이의 거리이며, D는 상기 광학 렌즈에 있는 최대 렌즈의 유효경이며, FOV는 상기 광학 렌즈의 시야이고, 상기 스톱의 형상은 원형이고, E는 상기 스톱의 직경이고, 상기 광 밸브는 직사각형 또는 정사각형이며, F는 상기 광 밸브의 대각선 길이인, 광학 렌즈.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 발광측에서 광 입사측으로 차례대로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 및 제3 렌즈를 포함하는 광학 렌즈로서, 광 밸브가 상기 광 입사측에 배치되고, 상기 광학 렌즈는 상기 광 밸브에 의해 제공되는 이미지 빔을 받도록 구성되고, 상기 이미지 빔은 상기 발광측에서 스톱을 형성하며, 상기 스톱은 상기 이미지 빔의 빔 수축의 최소 단면적을 가지며, 상기 스톱은 도파관 요소의 커플링 입구에 형성되며, 상기 이미지 빔은 스톱을 통과하여 상기 커플링 입구를 경유하여 도파관 요소 안으로 들어가고, 상기 도파관 요소의 커플링 출구에 전송되며 그런 다음 타겟에 투영되며, 상기 광학 렌즈는 2<(A+C)×FOV/(B×D)<30을 만족하고, 여기서 A는 광학적 축선 상에서 상기 스톱과 광학 렌즈 사이의 거리이고, B는 상기 광학 렌즈의 총 렌즈 길이이고, C는 광학적 축선 상에서 상기 광학 렌즈와 광 밸브 사이의 거리이며, D는 상기 광학 렌즈에 있는 최대 렌즈의 유효경이며, FOV는 상기 광학 렌즈의 시야인, 광학 렌즈.
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