KR102266501B1

KR102266501B1 - 사용자의 머리에 착용될 수 있고 이미지를 생성하는 디스플레이 장치를 위한 안경 렌즈, 및 이러한 안경 렌즈를 가지는 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR102266501B1
Application number: KR1020167008994A
Authority: KR
Inventors: 한스-유르겐 돕스샬; 카스텐 린디그
Original assignee: 투즈 테크놀로지스 게임베하
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2021-06-16
Also published as: CN113534468A; US9995934B2; CN105579886A; US20180307049A1; EP3049850A1; KR20160062029A; US10401629B2; JP2016535291A; US20160246056A1; JP6637881B2; WO2015044299A1; DE102013219623A1; DE102013219623B4; EP3049850B1

Abstract

사용자의 머리에 착용될 수 있고 이미지를 생성하는 디스플레이 장치를 위한 안경 렌즈가 제공되는데,
전면(8) 및 후면(9)을 포함하는 안경 렌즈 몸체(7),
안경 렌즈(3, 4)를 위에서 보면, 상기 안경 렌즈(3, 4)의 에지 영역(12) 안에 커플링-인 섹션(25) 및 상기 안경 렌즈(3, 4)의 중심 영역(13) 안에, 면들(27)을 포함하는, 반사 커플링-아웃 섹션(26), 및
상기 커플링-아웃 섹션(26)의 영역 안에 2개의 경계 표면들 사이에 배치되는 스플리터 층(22)을 가지고,
상기 전면(8) 및/또는 상기 후면(9)은 굽어 있고 상기 안경 렌트 몸체(7)는 제1 및 제2 부분 몸체(20, 21)를 포함하고, 그 서로 향하는 경계 표면들은 서로 연결되어 있고,
상기 안경 렌즈(3, 4)는 상기 생성된 이미지의 픽셀들의 광 다발들을 상기 후면(9) 및 이에 반대로 놓인 반사 표면(8, 22) 상의 반사들에 의해 상기 안경 렌즈(3, 4) 안의 상기 커플링-아웃 섹션(26)으로 안내하고 또한 상기 커플링-아웃 섹션(26)을 통해 상기 안경 렌즈(3, 4)로부터 나온 것들을 결합하기에 적합한데, 상기 광 다발들은 상기 안경 렌즈(3, 4)의 상기 커플링-인 섹션(25)을 통해 상기 안경 렌즈(3, 4)로 결합되고,
상기 스플리터 층(22)은 각각의 경우에서 상기 후면(9)에 의해 반사된 광 다발들(24)의 일 부분을 상기 후면(8)을 향해 반사하고 일 부분을 투과하고, 상기 후면 상의 반사 후 상기 반사된 부분은 상기 스플리터 층(22)을 다시 타격하고, 한번 더 상기 후면(9)을 향해 부분적으로 반사되고 부분적으로 투과되며, 상기 투과된 부분들은 상기 면들(27)을 타격하는데, 이는 상기 후면(9)의 방향으로 반사를 발생시켜 상기 면들(27)에 의해 반사된 상기 부분들은 상기 스플리터 층(22) 및 상기 후면(9)을 통해 상기 안경 렌즈(3, 4)로부터 나와서 결합된다.

Description

사용자의 머리에 착용될 수 있고 이미지를 생성하는 디스플레이 장치를 위한 안경 렌즈, 및 이러한 안경 렌즈를 가지는 디스플레이 장치{OPTHALMIC LENS FOR A DISPLAY DEVICE WHICH CAN BE PLACED ON A USER'S HEAD AND WHICH GENERATES AN IMAGE, AND DISPLAY DEVICE HAVING SUCH AN OPTHALMIC LENS}

본 발명은 사용자의 머리에 착용될 수 있고 이미지를 생성하는 디스플레이 장치를 위한 안경 렌즈, 및 이러한 안경 렌즈를 가지는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

이러한 안경 렌즈들은 종종 안경 렌즈를 위에서 보면, 안경 렌즈의 에지 영역 안에 커플링-인 섹션 및 안경 렌즈의 중심 영역 안에 커플링-아웃 섹션을 포함하는데, 이때 생성된 이미지의 픽셀들의 광 다발들은 안경 렌즈의 커플링-인 섹션을 통해 안경 렌즈 안으로 결합되고, 안경 렌즈 안의 커플링-아웃 섹션으로 안내되고 가상 이미지를 제공하기 위해 커플링-아웃 섹션을 통해 안경 렌즈로부터 나와서 결합된다. 실제로, 한편으로 안경 렌즈를 가능한 한 얇게 만드는 것과 다른 한편으로 가능한 한 크게 커플링-아웃 광 빔들을 위한 출사동(exit pupil)을 제공하는 것은 어렵다는 것이 알려져 있다. 그러므로, 대체로, 출사동의 원하는 확장을 구현하기 위해 소위 동공 확장자들(pupil expanders)이 커플링-아웃 섹션 안에 형성된다. 종종 한편으로 파장에 크게 종속되고 다른 한편으로 구현하기 어려운 회절하는 동공 확장자들로 형성된다.

여기서 출발하면, 본 발명의 목적은 그러므로 처음에 언급된 어려움들이 가능한 한 완전히 극복될 수 있는 안경 렌즈를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 사용자의 머리에 착용될 수 있고 이미지를 생성하는 디스플레이 장치를 위한 안경 렌즈에 있어서, 상기 안경 렌즈가 전면 및 후면을 포함하는 안경 렌즈 몸체를 가지고, 이때 상기 전면 및/또는 상기 후면은 굽어 있고 상기 안경 렌즈 몸체는 제1 및 제2 부분 몸체를 포함하고, 그 서로 향하는 경계 표면들은 서로 연결되어 있고, 상기 안경 렌즈를 위에서 보면, 상기 안경 렌즈의 에지 영역 안에 커플링-인 섹션 및 상기 안경 렌즈의 중심 영역 안에, 반사 면들을 포함하는, 반사 커플링-아웃 섹션을 가지고, 또한 상기 커플링-아웃 섹션의 영역 안에 상기 2개의 경계 표면들 사이에 배치되는 스플리터 층 또한 가지고, 이때 상기 안경 렌즈는 상기 생성된 이미지의 픽셀들의 광 다발들을 상기 후면 및 이에 반대로 놓인 반사 표면 상의 반사들에 의해 상기 안경 렌즈 안의 상기 커플링-아웃 섹션으로 안내하고 또한 상기 커플링-아웃 섹션을 통해 상기 안경 렌즈로부터 나온 것들을 결합하기에 적합한데, 상기 광 다발들은 상기 안경 렌즈의 상기 커플링-인 섹션을 통해 상기 안경 렌즈로 결합되고, 이때 상기 스플리터 층은 각각의 경우에서 상기 후면에 의해 반사된 광 다발들의 일 부분을 상기 후면을 향해 반사하고 일 부분은 투과시키며, 상기 후면 상의 반사 후 상기 반사된 부분은 상기 스플리터 층을 다시 타격하고, 한번 더 상기 후면을 향해 부분적으로 반사되고 부분적으로 투과되고, 이때 상기 투과된 부분들은 상기 면들을 타격하는데, 이것은 상기 후면의 방향으로 반사를 발생시켜 커플링-아웃이 상기 스플리터 층 및 상기 후면을 통해 발생하는, 안경 렌즈에 의해 달성된다.

스플리터 층을 이용해 광 다발들(또는 각각의 광 다발의 개별적으로 투과된 부분)이 각각의 경우에서 여러 번 측면으로 이격된 커플링-아웃 섹션의 면들을 타격하는 것을 보장하기 때문에, 동공의 원하는 확장은 이러한 안경 렌즈로 쉽게 달성될 수 있고, 그 결과 (반사를 이용해) 면들에서 굴절이 발생한 후 원하는 커플링-아웃은 출사동이 확장될 때 동시에 존재하게 된다.

그러므로 커플링-아웃 섹션은 반사 면들이 의도하는 또는 원하는 굴절 효과를 생성하지 않도록 제공되기 때문에 반사 커플링-아웃 섹션으로 작용한다.

본 발명에 따른 안경 렌즈에 있어서 스플리터 층의 반사율은 상기 커플링-인으로부터 상기 커플링-아웃 섹션으로 향하는 방향으로 감소할 수 있다.

나아가, 상기 면들은 부분적으로 반사 면들로 형성될 수 있다. 특히, 상기 면들의 반사율은 상기 커플링-인으로부터 상기 커플링 아웃 섹션으로의 방향으로 증가할 수 있다.

이에 더하여, 상기 면들이 (100% 반사율을 가지는 것이 가능한) 반사 면들로 형성되는 것은 가능하다.

상기 면들은 상기 면들을 위에서 보면, (실질적으로) 연속적인 반사 또는 부분적으로 반사 층이 존재하는 방식으로 서로 바로 옆에 배치될 수 있다. 또는, 이웃하는 면들이 서로 이격되어 있을 수 있어, 그 결과 (위에서 보면) 투명한 갭들이 이들 사이에 있게 된다.

본 발명에 따른 안경 렌즈에 있어서 반사 표면은 전면 또는 전면에 적용되는 반사 층일 수 있다.

나아가, 상기 반사 표면은 상기 2 개의 부분 몸체들의 2 개의 경계 표면 사이에 형성되는 것이 가능하다.

상기 후면 상의 반사 및/또는 상기 반사 표면 상의 반사는 전체 내부 반사에 의해 발생될 수 있다.

상기 면들은 상기 안경 렌즈 몸체의 전면에 형성될 수 있다. 특히, 상기 면들은 매립된 면들(buried facets)로 형성될 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 면들에 의해 형성되는 오목부들(depressions)은 상기 안경 렌즈 몸체(또는 대응하는 부분 몸체)의 물질로 채워지고, 그 결과 평활한(smooth) 전면이 형성되고, 특히 상기 충전은 상기 전면의 본래 굴곡 프로파일(curvature profile)이 상기 매립된 면들의 영역 안에 존재하도록 수행된다.

상기 반사 표면은 편평하게 또는 굽어 있게 형성될 수 있다. 상기 스플리터 층 또한 편평하게 또는 굽어 있게 형성될 수 있다.

상기 반사 표면 및/또는 스플리터 층의 굽은 형성의 경우에 있어서, 이것은 광 다발들의 이미징에 있어서 이미징 오류들을 교정하는 데 사용될 수 있다.

상기 반사 표면들 및 스플리터 층은 동일 층에 의해 구현될 수 있다.

상기 커플링-인 섹션 및/또는 커플링-아웃 섹션은 이미징 효과를 가질 수 있다.

이에 더하여, 상기 커플링-인 섹션은 시준 효과를 가지는 것이 가능하다. 상기 커플링-인 섹션은 또한 광 다발에 대해 굴절 및/또는 반사를 시킬 수 있다.

상기 전면 및 후면을 연결하는 끝 면(end face)을 통해 상기 안경 렌즈로 커플링이 수행되는 것이 가능하다. 특히, 상기 끝 면은 이미징 기능을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 안경 렌즈는 플라스틱 또는 유리로 형성될 수 있다.

면(facet)은 특히, 표면의 한 조각, 표면 요소 또는 표면을 의미한다. 이러한 표면의 한 조각, 표면 요소 또는 표면은 상기에서 기술한 면의 광학적 효과를 제공할 수 있다.

나아가, 사용자의 머리에 착용될 수 있는 홀더, 상기 홀더에 고정되는 이미지-생성 모듈, 이것은 이미지를 생성하고, 및 상기 홀더에 고정되는 이미징 광학 시스템을 가지는 디스플레이 장치가 제안되는데, 이때 상기 이미징 광학 시스템은 본 발명에 따른 안경 렌즈를 포함하고, 상기 홀더가 상기 머리에 착용될 때, 사용자가 가상 이미지로 인식할 수 있는 생성된 이미지를 이미징한다.

상기 이미징 광학 시스템은 하나의 광학적 요소로서 안경 렌즈를 포함할 수 있다. 하지만, 상기 이미징 광학 시스템은, 상기 안경 렌즈에 더하여, 적어도 하나의 추가의 광학적 요소를 포함하는 것 또한 가능하다.

그러므로, 상기 추가의 광학적 요소는 예를 들어 상기 안경 렌즈와 상기 이미지-생성 모듈 사이에 배치되는 시준 광학 시스템일 수 있고, 그 결과 상기 이미지-생성 모듈로부터의 광 다발들은 시준된 다발들로서 상기 안경 렌즈로 결합될 수 있다.

특히, 상기 이미징 광학 시스템은 상기 커플링-인 섹션 안의 모든 광 다발들의 크기(extent)가 가능한 한 작도록 설계될 수 있다. 이것은 특히 상기 이미징 광학 시스템의 입사동(entrance pupil)이 상기 커플링-인 섹션의 영역 안에 배치된다면 달성될 수 있다.

이 이미지-생성 모듈은 특히 예를 들어 LCD 모듈, LCoS 모듈, OED 모듈 또는 틸팅 미러 매트릭스와 같은 2차원 이미징 시스템을 포함할 수 있다. 이 이미징 시스템은 자체-발광 또는 자체-발광이 아닐 수 있다.

이 이미지-생성 모듈은 특히 단색 또는 다색 이미지를 생성하도록 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이 장치는 그 작동에 필요한 당업자에게 알려진 추가 요소들을 포함할 수 있다.

상기에서 명명된 특징들 및 이하에서 설명될 특징들은 기술된 조합 뿐만 아니라, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 조합들 또는 단독으로 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.

본 발명은 본 발명에 필수적인 특징들이 개시된, 첨부된 도면들을 참조하여 예를 들어 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 일 실시예의 대략적인 사시도이다.
도 2는 도 1로부터의 제1 안경 렌즈(3)의 상세 단면도이다.
도 3은 도 2에 따른 커플링-아웃 섹션(26)의 일 부분의 상세 확대도이다.
도 4 내지 도 8은 커플링-아웃 섹션을 이용해 다른 커플링-아웃을 설명하기 위한 제1 안경 렌즈(3)의 단면도들이다.
도 9 내지 도 11은 다른 필드 포인트들을 위한 동일한 위치에 있는 눈의 동공을 가지는 출사동의 도면들이다.
도 12 내지 도 14는 수평으로 천이된 눈의 동공의 위치를 가지는 도 9 내지 도 11에 대응하는 도면들이다.
도 15는 커플링-아웃 섹션(26)의 면들(facets, 27)의 형성의 변형을 설명하기 위한 도 3에 따른 표현이다.

도 1에 도시된 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 디스플레이 장치(1)는 사용자의 머리에 착용될 수 있고 예를 들어 종래의 안경테의 방식으로 형성될 수 있는 홀더(2) 뿐만 아니라, 홀더(2)에 고정되는 제1 및 제2 안경 렌즈(3, 4)를 포함한다. 안경 렌즈들(3, 4)을 가지는 홀더(2)는 예를 들어 스포츠 안경, 선글라스 및/또는 결함있는 시력을 교정하기 위한 안경으로 형성될 수 있는데, 이때 가상 이미지는 이하에서 설명되는 바와 같이, 제1 안경 렌즈(3)를 통해 사용자의 시야로 반사될 수 있다.

안경 렌즈들(3, 4) 및 특히 왼쪽 안경 렌즈(3)는 예로써 본 발명에 따른 디스플레이 장치(1)와 함께 설명된다. 안경 렌즈들(3, 4) 또는 적어도 왼쪽 안경 렌즈는 각각의 경우에 있어서 본 발명에 따른 안경 렌즈(3, 4)로 별도로 형성된다. 본 발명에 따른 왼쪽 안경 렌즈(3)는 당연히 오른쪽 안경 렌즈로 형성될 수 있다.

도 2의 제1 (왼쪽) 안경 렌즈(3)(홀더(2)는 미도시)의 상세한 단면도로부터 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 디스플레이 장치(1)는 이미지-생성 모듈(5), 제어 유닛(6) 및 커플링-인 광학 시스템(15)을 포함한다. 이미지-생성 모듈(5), 제어 유닛(6) 및 커플링-인 광학 시스템(15)은 순수하게 대략적으로 표현되었고 또한 바람직하게 홀더(2)에 고정되어 있다. 이미지-생성 모듈(5)은 예를 들어 행들 및 열들로 배치되는 복수의 픽셀들을 가지는, 예를 들어 (OLED, CMOS 또는 LCoS 칩 또는 틸팅 미러 매트릭스와 같은) 2차원 광 모듈레이터를 포함할 수 있다. 광 다발(24)은 각각의 픽셀로부터 발생할 수 있다.

왼쪽 안경 렌즈(3)는 굽은 전면(8), 굽은 후면(9) 및 끝 면(10)을 가지는 안경 렌즈 몸체(7)를 포함한다. 안경 렌즈 몸체(7)는 2 부분들로 형성되고 또한 내부 부분 몸체(20) 및 외부 부분 몸체(21)를 포함한다. 2 개의 부분 몸체들(20, 21)의 서로 향하는 면들은 대응하는 굴곡들을 가지고, 그 결과 서로에게 편평하게 연결될 수 있다. 안경 렌즈(3)의 에지 영역(12)으로부터 중심 영역(13)으로 확장되는 반사 층(22)(예. 티타늄 다이옥사이드)은 2 개의 서로 대향하는 경계 표면 사이에 배치된다. 커플링-인 섹션(25)은 에지 영역(12) 상에 형성되고 커플링-아웃 섹션(26)은 중심 영역(13) 안에 형성된다.

도 2의 도시로부터 볼 수 있는 바와 같이, 광 다발들(24)은 이미지-생성 모듈(5)로부터 커플링-인 광학 시스템(15)까지 이르고, 끝 면(10) 및 후면(9)을 통해 안경 렌즈(여기서는 내부 부분 몸체(20))에 진입하여 후면(9)에 대하여 전체 내부 반사가 후면(9)에서 발생하는 각도로 반사 층(22)에 의해 반사된다. 그러므로 광 다발들은 반사 층(22)과 후면(9) 사이에서 왕복 반사되고 이로써 커플링-아웃 섹션(26)까지 안내된다.

커플링-아웃 섹션(26)의 영역 안에서 반사 층(22)은 이에 타격하는 각각의 광 다발(24)의 일 부분을 반사하고 일 부분을 투과하는 스플리터 층(22)으로 형성된다. 이 투과되는 부분은 외부 부분 몸체(21)를 통해 지나가고 커플링-아웃 섹션(26)의 영역 안의 전면(9)에 형성되는 프레즈넬 구조(Fresnel structure, 28)의 면들(facets, 27)을 타격한다. 이 면들(27)은 부분적으로 반사적으로 만들어지고 (반사에 의해) 스플리터 층(22) 및 후면(9)의 방향으로 접히는 빔 경로가 생겨서 (작은 입사각으로 인해 후면(9) 상에서의 전체 내부 반사가 더이상 일어나지 않기 때문에) 광 다발들(24)의 반사된 부분은 스플리터 층(22)과 후면(9)을 관통하고 이로써 커플링 아웃된다.

스플리터 층(22)에 의해 반사되는 부분은 전체적으로 후면(9) 상에서 반사되고, 이로써, 광 다발(24')은 다시 측면으로 오프셋되어 (그러므로 커플링-인으로부터 커플링-아웃 섹션(25, 26)으로의 방향으로 오프셋되어) 스플리터 층(22)을 타격하는데, 이때 다시 한번 일 부분은 투과되고 일 부분은 반사된다. 광 다발(24')의 투과되는 부분은 측면으로 오프셋되어 추가 면들(27)을 타격하고, 다시 한번 이에 의해 굴절되어 커플링-아웃이 발생한다. 스플리터 층(22)에 의해 반사되는 광 다발(24')의 일 부분은 다시 측면으로 오프셋되어 후면(9)을 타격하고 전체적으로 이에 의해 반사된다. 스플리터 층(22)의 이 작동 모드는 도 3의 상세 확대도에서 다시 대략적으로 표현되고, 이때 광 다발(24')은 점선으로 도시되어 있다.

이런 방식으로, 동공 확장자는 프레즈넬 구조(28), 스플리터 층(22) 및 커플링-아웃 섹션(26)의 영역 안의 후면(9)을 이용해 실현되고, 그 결과 측면 방향으로의 출사동(29)의 커다란 확장이 실현될 수 있다.

출사동(29)의 이 확장은 안경 렌즈 몸체(7)의 매우 얇은 형성으로 인해, 하나의 커플링-아웃의 다발 지름이 출사동(29)을 채우기에 충분하지 않기 때문에, 본 발명에 따른 안경 렌즈(3)에 수행된다. 이 출사동(29)은 또한 아이박스(eyebox)로 지칭될 수 있다. 이것은 디스플레이 장치(1)에 의해 제공되는 영역이고 여기에서 사용자의 눈이 움직일 수 있고 사용자는 커플링-아웃된 이미지를 항상 인식할 수 있다. 그러므로, 각각의 필드 포인트(field point)(또는 표현되어야 하는 이미지의 픽셀)에 대하여, 예를 들어 2 또는 3 개의 인접하는 커플링-아웃들은 아이박스(29) 안의 한 장소에 위치하는 사용자의 눈의 동공을 채우기 위해 필요하다. 그러므로 예를 들어 2 또는 3 개의 커플링-아웃들은 망막 상에 (눈의 해상도 안에 놓이는) 동일한 이미지 점들에 이미징되어야 한다. 그러므로 일치(congruence)가 존재해야 한다. 이것은 특히 1 분 이하의 눈의 해상도의 프레임워크 안에서, 망막 상에 동일 위치가 타격되어야 함을 의미한다. 이것은 또한 동일한 메인 빔 각도가 하나의 필드 포인트에 대한 이러한 인접하는 커플링-아웃들에 존재하는 것으로 언급될 수 있다.

커플링-아웃 섹션(26)의 영역에서와 동일한 방식으로 커플링-인 및 커플링-아웃 세션(25, 26) 사이의 영역에, 이를 타격하는 광 다발의 일 부분을 반사시키고 일 부분을 투과하는 스플리터 층으로 반사 층(22)이 형성될 수 있다. 반사되는 부분만이 도 2에 도시되어 있다. 또는, 반사 층은 커플링-인과 커플링-아웃 섹션(25, 26) 사이에 형성될 수 있어, 미리 정해진 입사 각으로부터 광 다발들(24)을 반사하고 미리 정해진 입사 각보다 작은 입사각을 가지고 광을 투과하는 방식으로 전체 내부 반사 층으로 작용한다. 이 경우에 있어서 디스플레이 장치의 사용자는 또한 커플링-인과 커플링-아웃 섹션(25, 26) 사이의 반사 층 영역을 통해 볼 수 있다. 나아가, 커플링-인과 커플링-아웃 섹션(25, 26) 사이의 반사 층은 (0%보다 크고 100%까지의) 원하는 다른 반사율을 가질수 있다.

반사 층(22)은 커플링-인 섹션(25)의 영역으로 확장될 수 있다. 여기서, 바람직하게 이에 입사되는 광 다발들을 완전히 반사시키는 반사 층으로 형성된다 (이로써 100% 반사가 가능하다). 사용자는 이 에지 영역에서 안경 렌즈를 통해 보지 않기 때문에 이것은 사용자에게 부정적인 영향 없이 가능하다. 특히, 이 에지 영역은 예를 들어 측면 안경다리 영역 또는 홀더(2)의 대응하는 힌지에 위치될 수 있다.

기술된 실시예에 있어서 광 다발들의 커플링-인은 후면(9)을 통해 부분적으로 및 끝 면(10)을 통해 부분적으로 발생한다 (여기서 내부 부분 몸체(20)의 끝 면(10)의 부분). 원래, 커플링-인 또한 발생하여 끝 면(10)을 통해서만 또는 후면(9)을 통해서만 수행된다. 도 2에서, 망막 내에 각각의 필드 포인트에 대한 수 개의 커플링-아웃들은 합동이라는 것을 도시하기 위해, 디스플레이 장치(1)를 착용한 사용자의 눈의 망막의 위치(30) 또한 도시되어 있다.

프레즈넬 구조(28)는 빔 굴절에 더하여, 이미징 기능을 실현하도록 형성될 수 있다. 이것은 원하는 이미징 특성들을 가지는 굽어 있는 반사 표면은 시작 점으로 이용되고, 이것은 그후 면들(27)에 의해 조정된다는 점에서 달성될 수 있다. 개별적인 면들(27)은 편평하거나 또는 굽어 있다. 이러한 절차는 예를 들어 WO 2010/097442 A1 및 WO 2010/097439 A1에 설명되어 있고, 여기서 이러한 공개된 문헌들의 대응하는 상세한 설명 및 도면들은 그러므로 본 개시에 결합된다.

도 2에 따른 안경 렌즈 몸체(7)는 예를 들어 2.0 mm의 두께를 가질 수 있다. 전면 및 후면(8,9)의 굴곡의 반지름들의 크기는 90 mm이다. 생성되는 시야는 10° x 4°이다. PMMA는 예를 들어 안경 렌즈 몸체(7)에 대한 물질로서 사용될 수 있다. 아이박스(7)의 지름, 이로써 최대 측면 확장은 7 mm이고 많아야 5 개의 커플링-아웃들이 눈의 동공을 채우기 위해 발생하는데, 이때 눈의 동공은 지름 2 내지 3 mm를 가지고 있다고 추정된다.

스플리터 층(22)은 특히 커플링-아웃 섹션(26)의 영역에서 커플링-인으로부터 커플링 아웃 섹션(26)으로의 방향으로 증가하는 투과율 (및 이로써 감소될 수 있는 반사율)을 가지도록 형성된다.

나아가, 이미지-생성 모듈(5)을 이용해 생성되는 이미지의 가상 이미지로서의 이미징을 위한, 내부 및 외부 부분 몸체들(20, 21)의 서로 향하는 면들의 형태 및 이로 인해 반사 층(22)의 형태는, 본 발명의 안경 렌즈(3)에 의해 제공되는 이미징 특성들의 최적화에서 고려될 수 있다. 그러므로, 반사 층(22)은 예를 들어 (예를 들어 2개의 수직하는 부분들에서 또는 2 개의 주요 부분들에서 다른 굴곡들을 가지는) 자유-형태 표면으로 디자인될 수 있고, 이로써 (전면 및 후면(8, 9)에 의해서만 결정되는) 투과되는 광의 이미징 품질에 영향을 주지 않으면서 반사에 있어서 이미징 품질의 명확한 개선이 가능하다.

그러므로, 예를 들어 후면(9)의 굴곡은, 결함있는 시력을 교정하는 데 종종 사용되는데, 투과되는 광의 이미징 특성들에 영향을 미치지 않고, 반사 층(22)의 굴곡의 형태에 대응함으로써 보상될 수 있다. 전면(8)의 굴곡 또한, 예를 들어 필요하다면 고려될 수 있어, 그 결과 가상 이미지 또한 후면(9)을 관통한 후 사용자를 위해 원하는 결함있는 시력 교정을 가질 수 있다.

도 4 내지 도 8에 있어서, 2개의 에지 필드 포인트들에 대한 5 개의 다른 커플링-아웃들 및 필드 중심이 표현되어 있다. 모든 추가의 커플링-아웃은 더 이상 눈에 도달하지 않고 이로써 더 이상 표현되지 않는다.

도 9에, 아이박스(29)의 중심에 위치될 때 사용자의 눈의 동공(31)이 도시되어 있는데, 이때 5 개의 커플링-아웃들은 A1, A2, A3, A4, 및 A5로 라벨링되어 있다. 도 9의 이미징으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 3번째 커플링-아웃(A3)은 이미징에 가장 많이 기여하는데, 이때 2번째 및 4번째 커플링-아웃(A2, A4)의 작은 부분들은 추가적으로 이를 보충한다.

도 10에, 도 9와 유사한 방식으로, 상대적으로 낮은 필드 에지(-5°)의 광 다발에 대한 커플링-아웃들이 이미지 형성에 기여함을 보여준다. 이것들은 주로 4번째 및 5번째 커플링-아웃들(A4, A5)이다. 도 11에, 동일한 표현이 상대적으로 높은 필드 에지(+5°)에 대해 도시되어 있다. 이것은 1번째 및 2번째 커플링-아웃들(A1, A2)이 감지됨을 보여준다.

도 12 내지 도 14에, 아이박스(29) 내부에서 수평으로 (y 방향으로) 시프트된 눈(31)의 동공의 위치를 가지는 대응하는 표현들이 도시되어 있다.

이전에 설명된 실시예들의 변형에 있어서, 반사 층(22)은 커플링-인 섹션(25)으로부터 커플링-아웃 섹션(26) 바로 전까지, 투명하게 형성되거나, 또는 제공되지 않고, 그 결과 이 영역에서 광 안내는 (도 2에 점선(40)에 의해 지시되는) 전면 및 후면(8, 9) 상에서 전체 내부 반사에 의해 발생한다.

커플링-아웃 섹션(26)의 영역에서만 반사 층(22)이 그후 이미 설명된 방식으로 스플리터 층으로 작용하고, 그 결과 이를 타격하는 각각의 광 다발(24)의 일 부분은 투과되고 일 부분은 반사되고 (빔 경로는 그후 이전에 설명된 실시예와 동일하고, 그 결과 선(40)은 더 이상 커플링-아웃 섹션의 영역에 도시되지 않는다). 투과된 부분은 프레즈넬 구조(28)를 타격하고, 이로 인해 굴절되고 이로써 출사동(29)을 향해 커플링 아웃된다. 반사된 부분은 후면에서 스플리터 층(22)을 향해 다시 반사되고, 그 결과 출사동(29)의 원하는 확장이 발생한다. 스플리터 층(22)은 차례로 커플링-인으로부터 커플링-아웃 섹션(25, 26)까지의 방향으로, 증가하는 투과율, 및 이로 인한 감소하는 반사율을 가지도록 디자인된다.

이전에 설명된 실시예들에 있어서, 면들(27)은 전면(8) 상에 형성된다. 하지만, 도 15의 대략적인 표현에 지시된 바와 같이, 면들(27)이 안경 렌즈 몸체(7)에, 특히 외부 부분 몸체(21)에 형성되는 것이 가능하다. 도 15는 실질적으로 도 3의 표현에 대응하는데, 하지만 여기서 면들(27)은 안경 렌즈 몸체(7) 안의 매립된 면들(27)로 형성된다. 면들(27)에 의해 형성되는 오목부들은 바람직하게 채워지는데, 그 결과 전면(8)의 본래 굴곡 프로파일은 커플링-아웃 영역(26)에 존재한다. 그러므로 주변이 안경 렌즈(3)를 통해 관찰될 때 원치 않는 굴절들이 커플링-아웃 섹션(26)의 영역에서 발생하지 않는다.

이전의 실시예들에 있어서 면들(27)은 부분적으로 반사시키는 면들로 형성된다. 하지만, 이들은 또한 (100%의 반사를 가지는 것도 가능한) 반사시키는 면들로 형성될 수 있다. 이 경우에 있어서, 투과되는 광 관찰은 커플링-아웃 섹션의 영역에서는 관찰자에게 가능하지 않다. 하지만, 나아가 부분적으로 반사시키는 또는 반사시키는 면들(27)을, 설명된, 위에서 봤을 때 연속적으로 부분적으로 반사시키는 또는 반사시키는 표면이 형성되는, 방식으로 뿐만 아니라, 서로 이격되게, 배치하는 것이 가능하고, 그 결과 면들(27)이 없는 투과시키는 영역은 각각의 경우에 있어서 2 개의 면들(27) 사이에 존재한다. 이 경우에 있어서, 면들(27)이 반사시키는 면들(27)로 형성되는 경우일지라도, 커플링-아웃 섹션(26)을 통해 투과되는 광 관찰 또한 가능하다.

본 발명에 따른 디스플레이 장치(1)의 설명된 실시예들에 있어서, 사용자의 시야로 가상 이미지의 반사가 왼쪽 안경 렌즈(3)를 통해 발생한다. 당연히, 오른쪽 안경 렌즈(4)를 통한 반사 또한 가능하다. 이에 더하여, 디스플레이 장치(1)는 정보의 항목들(또는 가상 이미지들)이 양쪽 안경 렌즈들(3, 4)을 통해 반사되도록 형성될 수 있다. 이 반사는 3차원 이미지 효과가 있도록 발생할 수 있다. 안경 렌즈들(3, 4)은 0의 굴절력 또는 (특히 결함있는 시력을 교정하기 위해) 0과 다른 굴절력을 가질 수 있다. 안경 렌즈들(3, 4)은 예를 들어 유리 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있고 당연히, 사용자의 머리에 착용될 수 있는 다른 디스플레이 장치들에 사용될 수 있다.

Claims

사용자의 머리에 착용될 수 있고, 이미지를 생성하는 디스플레이 장치를 위한 안경 렌즈에 있어서,
전면(8) 및 후면(9)을 포함하는 안경 렌즈 몸체(7),
안경 렌즈(3, 4)를 위에서 보면, 상기 안경 렌즈(3, 4)의 에지 영역(12) 안에 커플링-인 섹션(25) 및 상기 안경 렌즈(3, 4)의 중심 영역(13) 안에 면들(facets, 27)을 포함하는, 반사 커플링-아웃 섹션(26), 및
상기 커플링-아웃 섹션(26)의 영역에 있어서 2개의 경계 표면 사이에 배치되는 스플리터 층(22)을 가지며,
상기 전면(8) 및/또는 상기 후면(9)은 굽어 있고, 상기 안경 렌즈 몸체(7)는 제1 및 제2 부분 몸체(20, 21)를 포함하고, 상기 제1 및 제2 부분 몸체(20, 21)의 서로 면하는 경계 표면은 서로 접속되어 있고,
상기 안경 렌즈(3, 4)는 생성된 이미지의 픽셀들의 광 다발들을 상기 커플링-인 섹션(25)을 통해 상기 안경 렌즈(3, 4)로 커플링-인시키고, 상기 후면(9) 및 이에 마주보는 반대편의 반사 표면 상의 반사들에 의해 상기 광 다발들을 상기 안경 렌즈(3, 4) 안의 상기 커플링-아웃 섹션(26)으로 안내하며, 또한 상기 커플링-아웃 섹션(26)을 통해 상기 안경 렌즈(3, 4)로부터 커플링-아웃시키도록 안내하며,
상기 스플리터 층(22)은 각각의 경우에서 상기 후면(9)에 의해 반사된 광 다발들(24)의 일 부분을 상기 후면(9)을 향해 반사하고 일 부분을 투과하고, 상기 후면 상의 반사 후 상기 반사된 부분은 상기 스플리터 층(22)을 다시 타격하고, 한번 더 상기 후면(9)을 향해 부분적으로 반사되고 부분적으로 투과되고, 투과된 부분들은 상기 면들(27)을 타격하는데, 이는 상기 후면(9)의 방향으로 반사를 발생시켜 상기 면들(27)에 의해 반사된 상기 부분들은 상기 스플리터 층(22) 및 상기 후면(9)을 통해 상기 안경 렌즈(3, 4)로부터 나와서 결합되며,
상기 스플리터 층(22)은 굽어 있게 형성되고,
상기 스플리터 층(22)의 반사율은 상기 커플링-인 섹션(25)으로부터 상기 커플링-아웃 섹션(26)으로 향하는 방향으로 감소하는, 안경 렌즈.
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제 1 항에 있어서, 상기 면들(27)은 부분적으로 반사하는 면들로 형성되는, 안경 렌즈.
제 3 항에 있어서, 상기 면들(27)의 반사율은 상기 커플링-인 섹션(25)으로부터 상기 커플링 아웃 섹션(26)으로 향하는 방향으로 증가하는, 안경 렌즈.
제 4 항에 있어서, 상기 반사 표면은 전면(8)인, 안경 렌즈.
제 4 항에 있어서, 상기 반사 표면은 2 개의 부분 몸체들(20, 21)의 2 개의 경계 표면들 사이에 형성되는, 안경 렌즈.
제 6 항에 있어서, 상기 면들(27)에 의해 형성되는 오목부들은 부분 몸체의 물질로 채워지고, 상기 면들(27)은 평활한 전면(8)이 형성되도록 형성되는, 안경 렌즈.
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제 7 항에 있어서, 상기 커플링-인 섹션(25) 및/또는 커플링-아웃 섹션(26)은 이미징 효과를 가지는, 안경 렌즈.
제 11 항에 있어서, 상기 커플링-인 섹션(25)은 시준 효과를 가지는, 안경 렌즈.
제 12 항에 있어서, 상기 커플링-인 섹션(25)은 광 다발을 굴절 및/또는 반사시키는, 안경 렌즈.
제 13 항에 있어서, 상기 반사 표면 및 상기 스플리터 층은 동일층으로 구현되는, 안경 렌즈.
사용자의 머리에 착용될 수 있는 홀더(2),
상기 홀더(2)에 고정되며, 이미지를 생성하는 이미지-생성 모듈(25), 및
상기 홀더(2)에 고정되며, 제 1 항에 따른 안경 렌즈(3, 4)를 포함하고, 상기 홀더(2)가 머리에 착용될 때 생성된 이미지를 이미징하여 사용자가 가상 이미지로 인식할 수 있도록 하는 이미징 광학 시스템을 가지는 디스플레이 장치.