KR102291622B1 - 증강 현실을 위한 컴팩트한 눈 근접 디스플레이 옵틱스 - Google Patents

증강 현실을 위한 컴팩트한 눈 근접 디스플레이 옵틱스 Download PDF

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Abstract

광학 시스템은 디스플레이로부터 수신된 광을 제 1 원형 편광으로 변환하도록 구성된 제 1 필터 스택, 외부 소스로부터 수신된 광을 제 2 원형 편광으로 변환하도록 구성된 제 2 필터 스택 및 제 1 원형 편광을 갖는 광을 반사하고 제 2 원형 편광을 갖는 광을 투과시키도록 구성된 제 3 필터 스택을 포함한다. 광학 시스템은 또한 제 2 필터 스택으로부터 수신된 광을 제 3 필터 스택으로 투과시키도록 구성된 굴절 빔 분할 렌즈를 포함한다. 제 2 필터 스택은 제 1 필터 스택으로부터 수신된 광을 굴절 빔 분할 렌즈 상으로 반사시키도록 배향된다. 광학 시스템은 디스플레이에 의해 생성된 이미지를 외부 소스로부터 수신된 광과 결합하기 위해 HMD(Head Mounted Devices)와 같은 증강 현실 디바이스로 구현된다.

Description

증강 현실을 위한 컴팩트한 눈 근접 디스플레이 옵틱스
본 발명은 증강 현실을 제공하는 광학 시스템에 관한 발명이다.
증강 현실(AR) 시스템은 전형적으로 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 디바이스를 이용하며, 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 디바이스는 주변 환경으로부터 수신된 광선들 및 디스플레이에 의해 생성된 광선들을 사용자의 눈에 집중시킨다. 따라서, HMD 디바이스를 착용한 사용자는 가상 이미지들을 이용하여 "증강된" 실제 장면을 볼 수 있다. 예를 들어, HMD 디바이스는 도보 방향을 포함하는 가상 이미지를 중첩시킴으로써, 낯선 거리에 대한 사용자의 시야를 증강시킬 수 있다. AR 기능을 지원하는 HMD에 구현된 광학 시스템은 전형적으로 외부 광을 사용자의 눈에 투과시키고 그리고 디스플레이로부터의 광을 상기 외부 광의 경로로 반사시키는 빔 분할 요소(beam splitting elements)를 포함할 뿐만 아니라, 사용자의 눈에 광을 포커싱하기 위한 광학 요소를 포함한다. AR 기능을 제공하는 여러 가지 HMD 디바이스 디자인들이 현재 사용가능하다. 이러한 HMD 디바이스에 구현된 광학 시스템들은 버드배쓰 광학계(birdbath optics)(오목 거울 및 가상 이미지와 시-스루 이미지를 결합하는 빔 스플리터에 의해 분리된 디스플레이), 콜리메이션 렌즈(collimation lens)에 의해 (기하학적 또는 회절) 도파관에 연결된 디스플레이, 다수의 자유형(freeform) 반사기에 결합된 디스플레이, 및 자유형 프리즘 프리즘에 결합된 디스플레이를 포함한다.
이들 광학 시스템들은 공통의 결함을 공유하는바, 광학 파워를 제공하는 요소( 예를 들어, 광선의 포커싱)가 사용자의 눈으로부터 비교적 멀리 위치하며 이는 가상 이미지의 시야(field of view)를 감소시킨다. 예를 들어, 통상적인 AR 시스템의 일반적인 시야는 약 25°이다. 이러한 시야는 AR 시스템의 크기를 증가시킴으로써 증가될 수 있지만, 이는 착용이 가능한 HMD 디바이스에서 바람직하지 않다. 또한, 일부 광학 시스템은 시-스루(see-through) 이미지를 왜곡시킨다. 예를 들어, 내부 전반사를 사용하여 가상 이미지를 사용자의 눈으로 유도하는 기하학적 도파관은 시-스루 이미지에서 세그먼트화된 음영을 생성할 수 있다. 다른 일례에서, 회절을 사용하여 가상 이미지를 사용자의 눈으로 유도하는 회절형 도파관은 원치 않는 회절 차수로부터 고스트 이미지를 생성할 수 있다. 또 다른 예에서, 자유형 프리즘은 눈의 피로를 유발하는 균일하지 않은 시-스루 왜곡을 생성할 수 있다.
종래의 AR 광학 시스템보다 상당히 작은 부피를 포함하면서도, 증강 현실(AR)과 같은 어플리케이션에 대해 증가된 시야(예를 들어, 80°)를 제공하는 본 발명의 광학 시스템은, 디스플레이로부터 수신된 광을 제 1 원형 편광(circular polarization)으로 변환하도록 구성된 제 1 필터 스택, 외부 소스로부터 수신된 광을 제 2 원형 편광으로 변환하도록 구성된 제 2 필터 스택, 및 제 1 원형 편광을 갖는 광은 반사하고 제 2 원형 편광을 갖는 광은 투과시키도록 구성된 제 3 필터 스택을 포함한다. 또한, 상기 광학 시스템은 제 2 필터 스택으로부터 수신된 광을 제 3 필터 스택으로 투과시키도록 구성된 굴절 빔 분할 볼록 렌즈(refractive beam splitting convex lens)를 포함한다. 상기 제 2 필터 스택은 제 1 필터 스택으로부터 수신된 광을 상기 굴절 빔 분할 볼록 렌즈 상으로 반사시키도록 배향된다. 제 1 원형 편광은 제 2 원형 편광과 반대 방향이다.
제 1 필터 스택의 일부 실시예는 광을 제 1 선형 편광으로 변환하기 위한 선형 편광기 및 광을 제 1 선형 편광으로부터 제 1 원형 편광으로 변환하기 위한 ¼ 파장판(quarter wave plate)을 포함한다. 제 2 필터 스택의 일부 실시예는 제 1 원형 편광을 제 1 선형 편광으로 변환하기 위한 ¼ 파장판 및 제 2 선형 편광을 갖는 광은 투과시키면서 제 1 선형 편광을 갖는 광은 반사시키는 편광 의존성 빔 스플리터(polarization dependent beam splitter)를 포함한다. 제 3 필터 스택의 일부 실시예는 ¼ 파장판 및 제 1 선형 편광을 갖는 광을 반사하고 제 2 선형 편광을 갖는 광을 투과시키도록 구성된 편광 의존성 빔 스플리터를 포함한다. 일부 실시예에서, 굴절 빔 분할 볼록 렌즈는 평면-볼록형(plano-convex)이고, 상기 광학 시스템은 평면-오목형(plano-concave) 렌즈를 포함한다. 평면 오목형 렌즈의 오목 곡률(concave curvature)은 평면 볼록형 렌즈의 볼록 곡률(convex curvature)과 매칭된다. 평면 볼록형 렌즈의 볼록 표면은 평면 오목형 렌즈의 오목 표면에 결합될 수 있거나 또는 제 3 필터 스택이 상기 평면 볼록형 렌즈의 볼록 표면과 평면 오목형 렌즈의 오목 평면 사이에 배치될 수 있다.
첨부된 도면들을 참조하면, 본 발명이 더욱 잘 이해될 수 있으며 그리고 본 발명의 수 많은 특징들 및 장점들이 당업자에게 명백해질 것이다. 상이한 도면들에서 동일한 참조 부호의 사용은 유사하거나 동일한 요소들을 나타낸다.
도 1은 일부 실시예에 따라, 디스플레이로부터 수신된 광을 외부 광과 결합하여 증강 현실 이미지를 나타내는 실질적으로 평행한 광선들을 사용자의 눈에 제공하는 광학 시스템의 제 1 실시예의 도면이다.
도 2는 일부 실시예에 따라, 디스플레이에 의해 생성된 광선의 광 경로의 폴딩(folding) 및 외부 광과 광선과의 조합을 도시한 광학 시스템의 제 2 실시예의 도면이다.
도 3은 일부 실시예에 따라, 디스플레이로부터 수신된 광을 외부 광과 결합하여 증강 현실 이미지를 나타내는 실질적으로 평행한 광선들을 사용자의 눈에 제공하는 광학 시스템의 제 3 실시예의 도면이다.
도 4는 일부 실시예에 따라, 디스플레이로부터 수신된 광을 외부 광과 결합하여 증강 현실 이미지를 나타내는 실질적으로 평행한 광선들을 사용자의 눈에 제공하는 광학 시스템의 제 4 실시예의 도면이다.
도 5는 일부 실시예에 따라, 디스플레이로부터 수신된 광을 외부 광과 결합하여 증강 현실 이미지를 나타내는 실질적으로 평행한 광선들을 사용자의 눈에 제공하는 광학 시스템의 제 5 실시예의 도면이다.
도 6은 종래의 버드배쓰 렌즈 시스템과 본 발명의 일부 실시예에 따른 굴절 빔 분할 렌즈 시스템을 포함하는 렌즈 시스템과의 비교를 나타내는 도면이다.
도 7은 일부 실시예에 따라 디스플레이를 통해 증강 현실 기능을 제공하도록 구성된 전자 디바이스를 포함하는 디스플레이 시스템을 도시한다.
도 1은 일부 실시예에 따라, 디스플레이(102)로부터 수신된 광(101)을 외부 광(103)과 결합하여 증강 현실 이미지를 나타내는 실질적으로 평행한 광선들을 사용자의 눈(105)에 제공하는 광학 시스템(100)의 제 1 실시예의 도면이다.
광학 시스템(100)은 디스플레이(102)로부터 광을 수신하는 제 1 필터 스택(110)을 포함한다. 필터 스택(110)의 일부 실시예는 수신된 광(101)을 제 1 선형 편광으로 변환하는 선형 편광기(112)를 포함한다. 예를 들어, 선형 편광기(112)는 비편광된(또는 부분적으로 편광된) 광을 도 1에 도시된 바와 같이 선형 편광기(112)의 더 긴 치수에 평행한 방향으로 편광된 광으로 변환할 수 있으며, 이 방향은 본 명세서에서 y-방향로 지칭된다. 필터 스택(110)은 또한 선형 편광을 제 1 원형 편광으로 변환하는 ¼ 파장판(114)을 포함한다. 예를 들어, ¼ 파장판(114)은 y 방향으로 편광된 광을 우측 원형 편광(right circularly polarized light)으로 변환할 수 있다. 필터 스택(110)의 일부 실시예는 디스플레이(102)와 통합된다. 예를 들어, 선형 편광기(112)는 디스플레이(102)의 표면에 적층될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 제 1 필터 스택(110)은 공극(air gap)에 의해 디스플레이(102)로부터 분리된다.
광학 시스템(100)은 제 1 편광을 갖는 광을 투과시키고 상기 제 1 편광과 직교하는 제 2 편광을 갖는 광을 반사시키는 제 2 필터 스택(120)을 포함한다. 예를 들어, 제 2 필터 스택(120)은 좌측 원형 편광을 갖는 광은 투과시키고 우측 원형 편광을 갖는 광은 반사시키도록 구성될 수 있다. 제 2 필터 스택(120)은 ¼ 파장판(122)을 포함하며 ¼ 파장판(122)은 원형 편광을 선형 편광으로 변환한다. 예를 들어, ¼ 파장판(122)은 우측 원형 편광을 y 방향으로 편광된 광으로 변환할 수 있으며, 상기 ¼ 파장판(122)은 좌측 원형 편광을 도면의 지면에 수직인 방향으로 편광된 광으로 변환할 수 있는바, 이 방향은 본 명세서에서 x 방향으로 지칭되며 상기 x 방향은 y 방향에 직교 또는 횡 방향이다. 또한, 제 2 필터 스택(120)은 제 1 방향으로 편광된 광을 투과시키고 제 1 방향에 직교하거나 횡 방향인 제 2 방향으로 편광된 광을 반사시키는 편광 의존성 빔 스플리터(123)를 포함한다. 예를 들어, 편광 의존성 빔 스플리터(123)는 y 방향으로 편광된 광을 반사하고, x 방향으로 편광된 광을 투과시킬 수 있다. 제 2 필터 스택(120)의 일부 실시예는 또한 선형 편광된 광을 투과시키는 선형 편광기(124)를 포함한다. 예를 들어, 선형 편광기(124)는 x 방향으로 편광된 광을 투과시키면서 y 방향으로 편광된 광을 필터링할 수 있다.
광학 시스템(100)은 또한 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(125)을 포함한다. 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(125)의 일례는 미국 가출원(62/531,225호)에 기술되어 있으며, 상기 미국 가출원의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다. 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(125)의 일부 실시예는 굴절 평면 볼록 렌즈(refractive plano-convex lens)(127) 및 굴절 평면 오목 렌즈(refractive plano-concave lens)(128)를 포함한다. 굴절 평면 볼록 렌즈(127)는 볼록 표면(132)에 대향하는 평탄한 표면(131)을 포함한다. 굴절 평면 볼록 렌즈(127)는 제 1 굴절률을 갖는 물질로 형성되고 빔 스플리팅 코팅이 볼록 표면(132)에 적용된다. 예를 들어, 굴절 평면-볼록 렌즈(127)는 유리 또는 플라스틱으로 형성될 수 있고 볼록 표면(132)은 반-은도금(half-silvered) 표면일 수 있다. 굴절 평면 오목 렌즈(128)는 오목 표면(134)에 대향하는 평탄한 표면(133)을 포함한다. 굴절 평면 오목 렌즈(128)는 제 1 굴절률과 동일하거나 상이한 제 2 굴절률을 갖는 유리 또는 플라스틱으로 형성될 수 있다. 오목 표면(134)의 곡률은 볼록 표면(132)의 곡률에 상보적인바, 예를 들어 곡률들이 매칭될 수 있다. 굴절 평면-볼록 렌즈(127)와 굴절 평면-오목 렌즈(128) 사이에 작은 이격이 있는 것으로 도시되어 있지만, 광학 시스템(100)의 일부 실시예에서 상기 2개의 렌즈는 서로 접촉한다. 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(125)의 일부 실시예는 150mm ~ 300mm 의 초점 거리를 갖는다. 예를 들어, 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(125)의 초점 길이는 180 mm 내지 280 mm의 범위 내에 있을 수 있다.
광학 시스템(100)은 제 1 편광을 갖는 광을 투과시키고, 상기 제 1 편광과 직교하는 제 2 편광을 갖는 광을 반사시키는 제 3 필터 스택(135)을 포함한다. 예를 들어, 제 3 필터 스택(135)은 좌측 원형 편광을 갖는 광을 투과시키고 우측 원형 편광을 갖는 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 제 3 필터 스택(135)의 일부 실시예는 원형 편광을 선형 편광으로 변환하는 ¼ 파장판(137)을 포함한다. 예를 들어, ¼ 파장판(137)은 우측 원형 편광을 y 방향으로 편광된 광으로 변환할 수 있고, 상기 ¼ 파장판(137)은 좌측 원형 편광을 x 방향으로 편광된 광으로 변환할 수 있다. 제 3 필터 스택(135)은 또한 제 1 방향으로 편광된 광을 투과시키고 제 1 방향에 직교하거나 횡 방향인 제 2 방향으로 편광된 광을 반사시키는 편광 의존성 빔 스플리터(138)를 포함한다. 예를 들어, 편광 의존성 빔 스플리터(138)는 y 방향으로 편광된 광을 반사하고 x 방향으로 편광된 광을 투과시킬 수 있다. 제 3 필터 스택(135)의 일부 실시예는 또한 선형 편광을 투과시키는 선형 편광기(139)를 포함한다. 예를 들어, 선형 편광판(139)은 x 방향으로 편광된 광을 투과시킬 수 있다.
제 3 필터 스택(135)의 일부 실시예들이 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(125)에 결합된다. 예를 들어, ¼ 파장판(137)은 굴절 볼록 렌즈(127)의 평탄한 표면(131)에 적층될 수 있다. 제 3 필터 스택(135)을 접합 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(125)에 결합하는 것은, 광학 시스템(100)의 사이즈 감소, 더 큰 시야, 광학 시스템(100)의 광학 표면에 생성되는 프레넬 반사들(또는 고스트 이미지들)의 갯수 감소, 등등과 같은 다수의 장점을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 제 3 필터 스택(135)은 공극에 의해 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(125)으로부터 이격된다. 또한, 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 제 3 필터 스택(135)의 일부 실시예는 굴절 평면 볼록 렌즈(127)와 굴절 평면 오목 렌즈(128) 사이에 배치된다.
도 2는 일부 실시예에 따라 디스플레이(201)에 의해 생성된 광선의 광 경로의 폴딩(folding) 및 상기 광선과 외부 광의 조합을 도시하는 광학 시스템(200)의 제 2 실시예의 도면이다. 광학 시스템(200)은 도 1에 도시된 광학 시스템(100)의 일부 실시예를 나타낸다. 처음에, 디스플레이(201)로부터 방출되는 광선(202)은 편광되지 않거나 부분적으로 편광된다. 상기 광선(202)은 선형 편광기(206)를 포함하는 제 1 필터 스택(204) 으로 지향되고, 선형 편광기(206)는 광선(202)을 선형 편광 광선(208)으로 변환한다. 예를 들어, 광선(208)은 y 방향으로 편광될 수 있다. ¼ 파장판(210)은 선형 편광 광선(208)을 제 1 원형 편광을 갖는 광선(212)으로 변환한다. 예를 들어, ¼ 파장판(210)은 광선(208)을 y 방향의 선형 편광으로부터 우측 원형 편광인 광선(212)으로 변환할 수 있다.
제 2 필터 스택(214)은 광선(212)을 수신한다. 제 2 필터 스택(214)은 ¼ 파장판(216)을 포함하고, ¼ 파장판(216)은, 원형 편광 광선(212)을 선형 편광 광선(218)으로 변환한다. 예를 들어, ¼ 파장판(216)은 우측 원형 편광 광선(212)을 y 방향으로 편광된 선형 편광 광선(218)으로 변환할 수 있다. 제 2 필터 스택(214) 내의 편광 의존성 빔 스플리터(220)는 하나의 선형 편광인 광을 반사시키고, 직교 선형 편광인 광을 투과시킨다. 예를 들어, 편광 의존성 빔 스플리터(220)는 선형 편광 광선(218)을 반사시키고, 이는 ¼ 파장판(216)을 통과하여 원형 편광 광선(222)으로 변환된다. 예를 들어, ¼ 파장판(216)은 반사된 선형 편광 광선(218)을 y 방향의 편광으로부터 우측 원형 편광으로 변환할 수 있다. 제 2 필터 스택(214)은 디스플레이(201)로부터 수신된 광을 반사시켜서 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(224)으로 향하게 하도록 디스플레이(201)에 대해 소정 각도로기울어져 있으며, 일부 실시예에서 상기 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(224)은 도 1에 도시된 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(125)을 사용하여 구현된다.
굴절 빔 분할 렌즈 시스템(224)은 원형 편광 광선(222)의 일부를 투과시키고, 이는 그 다음으로 제 3 필터 스택(226)에 제공되기 전에 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(224) 내에서 굴절된다. 제 3 필터 스택(226)은 ¼ 파장판(228)을 포함하고, ¼ 파장판(228)은 원형 편광 광선(222)을 선형 편광 광선(230)으로 변환한다. 예를 들어, ¼ 파장판(228)은 우측 원형 편광 광선(222)을 y 방향으로 선형 편광된 광선(230)으로 변환할 수 있다. 광선(230)은 편광 의존성 빔 스플리터(232)에 의해 반사되고 ¼ 파장판(228)에 의해서 원형 편광 광선(234)으로 변환된다. 예를 들어, 광선(230)은 y 방향으로 선형 편광된 광선으로부터 우측 원형 편광을 갖는 광선(234)으로 변환될 수 있다. 광선(234)은 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(224)에 의해 굴절되고, 상기 광선(234)의 일부는 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(224)으로부터 반사된다. 이러한 반사는 광선(234)의 원형 편광을 반전시키는바, 예를 들어, 상기 반사는 상기 광선(234)을 좌측 원형 편광 광선(236)으로 변환시킨다. ¼ 파장판(228)은 원형으로 편광된 광선(236)을 선형으로 편광된 광선으로 변환한다. 예를 들면, 상기 광선(236)의 좌측 원형 편광은 x 방향의 선형 편광된 광선(238)으로 변환된다. 편광 의존성 빔 스플리터(232) 및 선형 편광기(240)는 선형 편광된 광선(238)을 투과시킨다.
광학 시스템(200)은 편광되지 않거나 부분적으로 편광될 수 있는 외부 광선(242)의 일부를 투과시킨다. 도시된 실시예에서, 외부 광선(242)은 편광 의존성 빔 스플리터(220)에 의해 필터링되어 선형 편광 광선(244)을 생성한다. 예를 들어, 상기 광선(244)은 x 방향으로 편광될 수 있다. ¼ 파장판(216)은 광선(244)을 원형 편광 광선(246)으로 변환한다. 예를 들어, 광선(244)은 x 방향의 선형 편광으로부터 좌측 원형 편광 광선(246)으로 변환될 수 있다. 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(224)은 원형 편광 광선(246)의 일부를 투과시키고, 이는 이후 제 3 필터 스택(226)에 제공되기 전에 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(224) 내에서 굴절된다. 원형 편광 광선(246)은 ¼ 파장판(228)에 의해 선형 편광 광선(248)으로 변환될 수 있다. 예를 들어, 좌측 원형 편광 광선(246)은 x 방향으로 편광된 광선(248)로 변환될 수 있다. 편광 의존성 빔 스플리터(232) 및 선형 편광기(240)는 선형 편광 광선(248)을 투과시킨다.
도 3은 일부 실시예에 따라, 디스플레이(302)로부터 수신된 광(301)을 외부 광(303)과 결합하여 증강 현실 이미지를 나타내는 실질적으로 평행한 광선을 사용자의 눈(305)에 제공하는 광학 시스템(300)의 제 3 실시예에 대한 도면이다. 광학 시스템(300)는 제 1 필터 스택(310)을 포함하고, 제 1 필터 스택(310)은 선형 편광 필터(312) 및 ¼ 파장판(314)을 포함한다. 또한, 광학 시스템(300)는 제 2 필터 스택(315)을 포함하고, 제 2 필터 스택(315)은 편광 의존성 빔 스플리터(317) 및 선형 편광기(319)를 포함한다. 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(320)은 평면 볼록 굴절 렌즈(322) 및 평면 오목 굴절 렌즈(324)를 포함한다. 또한, 광학 시스템(300)은 ¼ 파장판(327), 편광 의존성 빔 스플리터(329) 및 선형 편광기(331)로 형성된 제 3 필터 스택(325)을 포함한다.
본 명세서에서 논의된 바와 같이, 제 2 필터 스택(315)은 제 1 필터 스택(310) 및 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(320)에 대해 소정 각도로 배향된다. 예를 들어, 제 2 필터 스택(315)은 제 1 필터 스택(310) 및 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(320)에 대해 45도 각도로 배향될 수 있다. 제 2 필터 스택(315)를 제 1 필터 스택(310) 및 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(320)에 대해 소정 각도로 배향함으로써, 제 2 필터 스택(315)은 제 1 필터 스택(310)으로부터 수신된 빔을 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(320)을 향해 지향시킬 수 있다. 광학 시스템(300)은 도 1에 도시된 광학 시스템(100)과 상이한데, 왜냐하면 ¼ 파장판(335)이 제 2 필터 스택(315)의 필수 부분으로서 구현되는 대신에, 평면 오목한 굴절 렌즈(324)의 평탄한 표면에 적층되기 때문이다.
도 4는 일부 실시예에 따라, 디스플레이(402)로부터 수신된 광(401)을 외부 광(403)과 결합하여 증강 현실 이미지를 나타내는 실질적으로 평행한 광선을 사용자의 눈(405)에 제공하는 광학 시스템(400)의 제 4 실시예에 대한 도면이다. 광학 시스템(400)은 선형 편광 필터(412) 및 ¼ 파장판(414)을 포함하는 제 1 필터 스택(410)을 포함한다. 또한, 광학 시스템(400)은 ¼ 파장판(416), 편광 의존성 빔 스플리터(417) 및 선형 편광기(419)를 포함하는 제 2 필터 스택(415)을 포함한다. 굴절 빔 분할 렌즈 시스템은 평면 볼록 굴절 렌즈(422)의 및 평면 오목 굴절 렌즈(424)를 포함한다. 또한, 광학 시스템(400)은 ¼ 파장판(427), 편광 의존성 빔 스플리터(429) 및 선형 편광기(431)로 형성된 제 3 필터 스택(425)을 포함한다.
본 명세서에서 논의된 바와 같이, 제 2 필터 스택(415)은 제 1 필터 스택(410) 및 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(420)에 대해 소정 각도로 배향된다. 예를 들어, 제 2 필터 스택(415)은 제 1 필터 스택(410) 및 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(420)에 대해 45도 각도로 배향될 수 있다. 제 1 필터 스택(410) 및 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(420)에 대해 제 2 필터 스택(415)을 소정 각도로 배향함으로써, 제 2 필터 스택(415)은 제 1 필터 스택(410)으로부터 수신된 광을 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(420)쪽으로 지향할 수 있다. 광학 시스템(400)은 도 1에 도시된 광학 시스템(100) 및 도 3에 도시된 광학 시스템(300)과 상이한바, 평면 볼록 굴절 렌즈(422)가 평면 오목 굴절 렌즈(424)로부터 분리되어 있기 때문에, 상이하다. 도시된 실시예에서, 제 3 필터 스택(425)은 평면 볼록 굴절 렌즈(422)와 평면 오목 굴절 렌즈(424) 사이에 배치된다. 예를 들어, ¼ 파장판(427)은 평면 볼록 굴절 렌즈(422)의 평탄한 표면 상에 적층될 수 있으며, 선형 편광기(431)는 평면 오목 굴절 렌즈(424)의 평탄한 표면 상에 적층된다.
도 5는 일부 실시예에 따라 디스플레이(502)로부터 수신된 광(501)을 외부 광(503)과 결합하여 증강 현실 이미지를 나타내는 실질적으로 평행한 광선을 사용자의 눈(505)에 제공하는 광학 시스템(500)의 제 5 실시예의 도면이다. 광학 시스템(500)은 제 1 필터 스택(510)을 포함하고, 제 1 필터 스택(510)은 선형 편광 필터(512)와 ¼ 파장판(514)을 포함한다. 또한, 광학 시스템(500)은 편광 의존성 빔 스플리터(517) 및 선형 편광기(519)를 포함하는 제 2 필터 스택(515)을 포함한다. 굴절 빔 분할 렌즈 시스템은 평면 볼록 굴절 렌즈(522) 및 평면 오목 굴절 렌즈(524)를 포함한다. 광학 시스템(500)은 또한 ¼ 파장판(527), 편광 의존성 빔 스플리터(529) 및 선형 편광기(531)로 형성된 제 3 필터 스택(525)을 포함한다.
본 명세서에서 논의된 바와 같이, 제 2 필터 스택(515)은 제 1 필터 스택(510) 및 굴절 빔 분할 렌즈 시스템에 대해 소정 각도로 배향된다. 예를 들어, 제 2 필터 스택(515)은 제 1 필터 스택(510) 및 굴절 빔 분할 렌즈 시스템에 대해 45도 각도로 배향될 수 있다. 제 2 필터 스택(515)을 제 1 필터 스택(510) 및 굴절 빔 스플릿 렌즈 시스템(520)에 대해 소정 각도로 배향함으로써, 제 2 필터 스택(515)은 제 1 필터 스택(510)으로부터 수신된 광을 굴절 빔 스플릿 렌즈 시스템(520)쪽으로 지향시킬 수 있다. 평면 볼록 굴절 렌즈(522)가 평면 오목 굴절 렌즈(524)로부터 이격되어 있기 때문에, 광학 시스템(500)은 도 1 및 도 3에 도시된 광학 시스템(100, 300)과 다르다. 도시된 실시예에서, 제 3 필터 스택(525)은 평면 볼록 굴절 렌즈(522)와 평면 오목 굴절 렌즈(524) 사이에 배치된다. 예를 들어, ¼ 파장판(527)은 평면 볼록 굴절 렌즈(522)의 평탄한 표면 상에 적층될 수 있으며, 선형 편광기(531)는 평면 요철 굴절 렌즈(524)의 평탄한 표면 상에 적층될 수 있다. 또한, ¼ 파장판(535)이 제 2 필터 스택(515)의 필수 부분으로서 구현되는 것이 아니라, 평면 오목 굴절 렌즈(524)의 오목한 표면에 적층되기 때문에, 광학 시스템(500)은 도 1에 도시된 광학 시스템(100) 및 도 4에 도시된 광학 시스템(400)과 상이하다.
도 6은 일부 실시예에 따른 굴절 빔 분할 렌즈 시스템을 포함하는 렌즈 시스템(610)과 종래의 버드배쓰 렌즈 시스템(605)과의 비교(600)를 예시한 도면이다. 도시된 실시예에서, 종래의 버드배쓰 렌즈 시스템(605)과 상기 렌즈 시스템(610)은 시스템의 사용자에게 동일한 시야(20°)를 제공한다. 그러나, 종래의 버드배쓰 렌즈 시스템(605)은 사용자로부터 외부 광 소스로 향하는 시선(line of sight)에 수직인 축을 따라 정렬되는 디스플레이(615) 및 반사 오목 렌즈(620)를 구현한다. 빔 스플리터(625)가 디스플레이(615)와 반사 오목 렌즈(620) 사이에 배치된다. 따라서, 광 파워(optical power)를 제공하는 소자, 반사 오목 렌즈(620)는 렌즈 시스템(610)에서 광 파워를 제공하는 소자 즉, 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(630)보다 사용자로부터 훨씬 멀리에 배치된다. 결과적으로, 종래의 버드배쓰 렌즈 시스템(605)의 치수들(dimensions)은 렌즈 시스템(610)의 치수보다 2 배 이상 크다(비록, 이들 둘다가 사용자에게 동일한 시야를 제공할지라도).
도 7은 일부 실시예에 따라 디스플레이를 통해 증강 현실 기능을 제공하도록 구성된 전자 디바이스(705)를 포함하는 디스플레이 시스템(700)을 도시한다. 전자 디바이스(705)의 예시된 실시예는 휴대용 사용자 디바이스, 가령, HMD, 태블릿 컴퓨터, 컴퓨팅 가능 셀룰러 폰(예를 들어, "스마트폰"), 노트북 컴퓨터, 개인용 디지털 어시스턴트, 게임 콘솔 시스템, 기타 등등을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 전자 디바이스(705)는 의료 이미징 장비, 보안 이미징 센서 시스템, 산업용 로봇 제어 시스템, 드론 제어 시스템 등과 같은 고정 디바이스를 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해, 전자 디바이스(705)는 일반적으로 본 명세서에서 HMD 시스템과 관련하여 설명된다. 하지만, 전자 디바이스(705)는 이러한 예시적인 구현으로 제한되지 않는다.
도 7에 도시된 전자 디바이스(705)는 사용자의 헤드(710)에 장착된 것으로 도시된다. 도시된 바와 같이, 전자 디바이스(705)는 하우징(715)을 포함하고, 하우징(715)은 사용자에게 제시하기 위한 이미지들을 생성하는 디스플레이들(720, 721)을 포함한다. 디스플레이들(720, 721)은 도 1에 도시된 디스플레이(102), 도 2에 도시된 디스플레이(201), 도 3에 도시된 디스플레이(302), 도 4에 도시된 디스플레이(402), 및 도 5에 도시된 디스플레이(502)의 일부 실시예를 사용하여 구현될 수 있다. 도시된 실시예에서, 디스플레이(720, 721)는 대응하는 좌안 및 우안에 대응하는 입체 이미지(stereoscopic images)를 디스플레이하는데 사용된다.
디스플레이(720, 721)에 의해 생성된 광은 대응하는 제 1 필터 스택(725, 726)에 제공되며, 상기 제 1 필터 스택은 도 1에 도시된 제 1 필터 스택(110), 도 2에 도시된 제 1 필터 스택(204), 도 3에 도시된 제 1 필터 스택(310), 도 4에 도시된 제 1 필터 스택(410) 및 도 5에 도시된 제 1 필터 스택(510)의 일부 실시예들을 사용하여 구현될 수 있다.
제 2 필터 스택(730, 731)은 제 1 필터 스택(725, 726)으로부터 수신된 광을 대응하는 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(735, 736)에 반사시키도록 배향된다. 또한, 제 2 필터 스택(730, 731)은 외부 소스로부터 수신된 광을 투과시키도록 구성된다. 제 2 필터 스택(730, 731)은 도 1에 도시된 제 2 필터 스택(120), 도 2에 도시된 제 2 필터 스택(214), 도 3에 도시된 제 2 필터 스택(315), 도 4에 도시된 제 2 필터 스택(415), 및 도 5에 도시된 제 2 필터 스택(515)의 일부 실시예를 사용하여 구현될 수 있다. 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(735, 736)은 도 1에 도시된 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(125), 도 2에 도시된 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(224), 도 3에 도시된 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(320) 및 도 4와 도 5에 도시된 굴절 빔 분할 렌즈 시스템의 일부 실시예를 사용하여 구현될 수 있다.
굴절 빔 분할 렌즈 시스템(735, 736)으로부터의 광은 대응하는 제 3 필터 스택(740, 741)에 제공되며, 이는 도 1에 도시된 제 3 필터 스택(135), 도 2에 도시된 제 3 필터 스택(226), 도 3에 도시된 제 3 필터 스택(325), 도 4에 도시된 제 3 필터 스택(425) 및 도 5에 도시된 제 3 필터 스택(525)의 일부 실시예를 사용하여 구현될 수 있다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 제 3 필터 스택(740, 741)의 일부 실시예는 평면 중간에 배치된다. 굴절 빔 분할 렌즈 시스템(735, 736)을 구현하기 위해 사용되는 평면 볼록 굴절 렌즈 및 평면 오목 굴절 렌즈의 중간에 배치된다.
본 명세서에서 논의된 바와 같이, 굴절 빔 분할 렌즈 시스템을 사용하여 증강 현실을 제공하는 광학 시스템은 종래의 광학 시스템보다 많은 장점을 갖는다. 굴절 빔 분할 렌즈 시스템을 사용자의 눈에 더 가까이 배치함으로써, 잠재적 시야를 증가시킬 수 있으며(80°까지) 그리고 광학 시스템의 전체 사이즈를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 굴절 빔 분할 렌즈 시스템을 사용하여 증강 현실을 구현하는 헤드 장착 디바이스 및 전체 트랙 길이(total track length)는 30mm 미만일 수 있다. 또한, 굴절 빔 분할 렌즈 시스템을 구현하는 광학 시스템은 광학 시-스루(see-through) 왜곡 및 디스플레이 왜곡을 감소 또는 제거할 수 있다. 광학 수차(optical aberrations)가 감소될 수 있는바, 왜냐하면 굴절 빔 분할 렌즈 시스템 내의 곡면들이 단일 반사 광 파워(single reflection optical power) 또는 단일 굴절 파워(single refraction power)를 제공하여 사용자가 더 작은 디스플레이 픽셀을 분석할 수 있기 때문이다. 굴절 빔 분할 렌즈 시스템을 구현하는 광학 시스템의 일부 실시예는 더 큰 아이 박스(eye box)를 제공할 수 있으며 그리고 "동공 수영(pupil swimming)"을 감소시킬 수 있다. 구면 수차(spherical aberration), 색 수차(chromatic aberration), 비점 수차(astigmatism) 및 코마(coma)는 또한 본 명세서에 기재된 굴절 빔 분할 렌즈 시스템을 구현함으로써 감소될 수 있다. 또한, 굴절 빔 분할 렌즈 시스템 내의 포지티브(positive) 굴절 요소는 굴절 빔 분할 렌즈 시스템의 반사 요소의 필드 곡률의 균형을 맞출 수 있다.
일반적인 설명에서 상술된 모든 행동들 또는 요소들이 요구되는 것은 아니며, 특정 활동 또는 디바이스의 일부는 요구되지 않을 수도 있으며, 설명된 것들 이외의 하나 이상의 추가적인 활동들이 수행될 수 있거나, 또는 요소들이 추가될 수 있음에 유의해야 한다. 더 나아가, 활동들이 나열된 순서대로 이들이 반드시 수행되는 것은 아니다. 또한, 개념들은 특정 실시예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 당업자는 이하의 청구 범위에 기재된 본 개시의 범위를 벗어나지 않고도 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있음을 인지할 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미보다는 예시적인 의미로 간주되어야하고, 그러한 모든 수정은 본 개시의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
특정 실시예들과 관련하여 장점들, 다른 이점들 및 문제들에 대한 해결책들이 위에서 설명되었다. 그러나, 상기 장점들, 다른 이점들 및 문제들에 대한 해결책들및 임의의 장점, 이점, 해결책을 발생하게 하거나, 보다 자명하게 만들 수 있는 임의의 피처(들)은 임의의 또는 모든 청구항들에서 핵심적이거나, 요구되거나 또는 필수적인 피처로 간주되지 않아야 한다. 또한, 개시된 주제는 본 명세서의 교시의 이점을 갖는 당업자에게 명백한, 상이하지만 동등한 방식으로 수정 및 실시될 수 있기 때문에, 위에서 개시된 특정 실시예들은 단지 일례일 뿐이다. 이하의 청구 범위에 기재된 것 이외의 본 명세서에 도시된 구성 또는 설계의 세부 사항에 대한 제한은 없다. 따라서, 상기 개시된 특정 실시예는 변경되거나 수정될 수 있으며, 이러한 모든 변형은 개시된 주제의 범위 내에서 고려된다는 것이 명백하다. 따라서, 본 명세서에서 요구되는 보호 범위는 아래의 청구 범위에 기술된 바와 같다.

Claims (23)

  1. 광학 시스템으로서,
    디스플레이로부터 수신된 광을 제 1 원형 편광(circular polarization)으로 변환하도록 구성된 제 1 필터 스택(filter stack);
    외부 소스로부터 수신된 광을 제 2 원형 편광으로 변환하도록 구성된 제 2 필터 스택;
    상기 제 1 원형 편광을 갖는 광을 반사하고 상기 제 2 원형 편광을 갖는 광을 투과시키도록 구성된 제 3 필터 스택; 및
    상기 제 2 필터 스택으로부터 수신된 광을 상기 제 3 필터 스택으로 투과시키도록 구성된 굴절 빔 분할 렌즈(refractive beam splitting lens)
    를 포함하고,
    상기 제 2 필터 스택은 상기 제 1 필터 스택으로부터 수신된 광을 상기 굴절 빔 분할 렌즈 상으로 반사시키도록 배향되며,
    상기 굴절 빔 분할 렌즈는,
    제 1 평탄 표면(planar surface)에 대향하는 볼록 빔 분할 표면(convex beam splitting surface)을 갖는 굴절 평면 볼록 렌즈(refractive plano-convex lens); 및
    제 2 평탄 표면에 대향하는 오목 표면을 갖는 굴절 평면 오목 렌즈(refractive plano-concave lens)를 포함하고,
    상기 제 3 필터 스택은 상기 굴절 평면 볼록 렌즈의 상기 제 1 평탄 표면과 상기 굴절 평면 오목 렌즈의 상기 제 2 평탄 표면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 필터 스택은,
    광을 제 1 선형 편광으로 변환하기 위한 제 1 선형 편광기; 및
    상기 광을 상기 제 1 선형 편광으로부터 상기 제 1 원형 편광으로 변환하는 제 1 ¼ 파장판(quarter wave plate)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제 2 필터 스택은,
    상기 제 1 원형 편광을 상기 제 1 선형 편광으로 변환하기 위한 제 2 ¼ 파장판; 및
    상기 제 1 선형 편광을 갖는 광을 반사하고 제 2 선형 편광을 갖는 광을 투과시키는 제 1 편광 의존성 빔 스플리터(polarization dependent beam splitter)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제 3 필터 스택은,
    제 3 ¼ 파장판; 및
    상기 제 1 선형 편광을 갖는 광을 반사하고 상기 제 2 선형 편광을 갖는 광을 투과시키는 제 2 편광 의존성 빔 스플리터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 굴절 평면 볼록 렌즈의 상기 볼록 빔 분할 표면의 제 1 곡률은 상기 굴절 평면 오목 렌즈의 상기 오목 표면의 제 2 곡률과 상보적인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제 3 ¼ 파장판은 상기 제 2 평탄 표면에 적층되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  8. 삭제
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제 3 ¼ 파장판은 상기 굴절 평면 볼록 렌즈의 상기 볼록 빔 분할 표면 상에 적층되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  10. 광학 시스템으로서,
    사용자의 제 1 눈에 제시하기 위한 제 1 이미지들을 생성하는 제 1 디스플레이; 및
    상기 제 1 이미지들을 나타내는 광과 외부 소스로부터 수신된 광을 결합하여 상기 제 1 눈에 제공하도록 구성된 제 1 광학 시스템을 포함하고,
    상기 제 1 광학 시스템은,
    상기 제 1 디스플레이로부터 수신된 광을 제 1 원형 편광으로 변환하도록 구성된 제 1 필터 스택;
    상기 외부 소스로부터 수신된 광을 제 2 원형 편광으로 변환하도록 구성된 제 2 필터 스택;
    상기 제 1 원형 편광을 갖는 광을 반사하고 상기 제 2 원형 편광을 갖는 광을 투과시키도록 구성된 제 3 필터 스택; 및
    상기 제 2 필터 스택으로부터 수신된 광을 상기 제 3 필터 스택으로 투과시키도록 구성된 제 1 굴절 빔 분할 렌즈를 포함하고,
    상기 제 2 필터 스택은 상기 제 1 필터 스택으로부터 수신된 광을 상기 제 1 굴절 빔 분할 렌즈 상으로 반사시키도록 배향되며,
    상기 굴절 빔 분할 렌즈는,
    제 1 평탄 표면에 대향하는 볼록 빔 분할 표면을 갖는 굴절 평면 볼록 렌즈; 및
    제 2 평탄 표면에 대향하는 오목 표면을 갖는 굴절 평면 오목 렌즈를 포함하고,
    상기 제 3 필터 스택은 상기 굴절 평면 볼록 렌즈의 상기 제 1 평탄 표면과 상기 굴절 평면 오목 렌즈의 상기 제 2 평탄 표면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제 1 필터 스택은,
    광을 제 1 선형 편광으로 변환하기 위한 제 1 선형 편광기; 및
    상기 광을 상기 제 1 선형 편광으로부터 상기 제 1 원형 편광으로 변환하는 제 1 ¼ 파장판
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제 2 필터 스택은,
    상기 제 1 원형 편광을 상기 제 1 선형 편광으로 변환하기 위한 제 2 ¼ 파장판; 및
    상기 제 1 선형 편광을 갖는 광을 반사하고 제 2 선형 편광을 갖는 광을 투과시키는 제 1 편광 의존성 빔 스플리터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제 3 필터 스택은,
    제 3 ¼ 파장판; 및
    상기 제 1 선형 편광을 갖는 광을 반사하고 상기 제 2 선형 편광을 갖는 광을 투과시키는 제 2 편광 의존성 빔 스플리터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    상기 굴절 평면 볼록 렌즈의 상기 볼록 빔 분할 표면의 제 1 곡률은 상기 굴절 평면 오목 렌즈의 상기 오목 표면의 제 2 곡률과 상보적인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제 3 ¼ 파장판은 상기 제 2 평탄 표면에 적층되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  17. 삭제
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제 3 ¼ 파장판은 상기 굴절 평면 볼록 렌즈의 상기 볼록 빔 분할 표면 상에 적층되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 사용자의 제 2 눈에 제시하기 위한 제 2 이미지들을 생성하는 제 2 디스플레이; 및
    상기 제 2 이미지들을 나타내는 광과 상기 외부 소스로부터 수신된 광을 결합하여 상기 제 2 눈에 제공하도록 구성된 제 2 광학 시스템을 더 포함하고,
    상기 제 2 광학 시스템은,
    상기 제 2 디스플레이로부터 수신된 광을 상기 제 1 원형 편광으로 변환하도록 구성된 제 4 필터 스택;
    상기 외부 소스로부터 수신된 광을 상기 제 2 원형 편광으로 변환하도록 구성된 제 5 필터 스택;
    상기 제 1 원형 편광을 갖는 광을 반사하고 상기 제 2 원형 편광을 갖는 광을 투과시키도록 구성된 제 6 필터 스택; 및
    상기 제 5 필터 스택으로부터 수신된 광을 상기 제 6 필터 스택으로 투과시키도록 구성된 제 2 굴절 빔 분할 렌즈를 포함하고,
    상기 제 5 필터 스택은 상기 제 4 필터 스택으로부터 수신된 광을 상기 제 2 굴절 빔 분할 렌즈 상으로 반사시키도록 배향되며,
    상기 제 2 굴절 빔 분할 렌즈는,
    제 1 평탄 표면에 대향하는 볼록 빔 분할 표면을 갖는 굴절 평면 볼록 렌즈; 및
    제 2 평탄 표면에 대향하는 오목 표면을 갖는 굴절 평면 오목 렌즈를 포함하고,
    상기 제 6 필터 스택은 상기 제 2 굴절 빔 분할 렌즈의, 상기 굴절 평면 볼록 렌즈의 상기 제 1 평탄 표면과 상기 굴절 평면 오목 렌즈의 상기 제 2 평탄 표면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제 1 눈은 상기 사용자의 좌측 눈이고 상기 제 2 눈은 상기 사용자의 우측 눈이며, 상기 제 1 및 제 2 이미지들은 입체 이미지들(stereoscopic images)인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  21. 삭제
  22. 방법으로서,
    제 1 필터 스택에서, 디스플레이로부터 수신된 광을 제 1 원형 편광으로 변환하는 단계;
    제 2 필터 스택에서, 제 1 원형 편광을 갖는 광을 굴절 빔 분할 렌즈 상에 반사시키는 단계;
    굴절 빔 분할 렌즈에서, 상기 제 1 원형 편광을 갖는 광을 굴절시키고 상기 광을 제 3 필터 스택에 제공하는 단계;
    제 3 필터 스택에서, 상기 제 1 원형 편광을 갖는 광을 상기 굴절 빔 분할 렌즈쪽으로 다시 반사시키는 단계;
    상기 제 1 원형 편광을 갖는 광을 상기 굴절 빔 분할 렌즈의 볼록 표면으로부터 반사시켜서 반사된 광이 제 2 원형 편광을 갖게하는 단계; 및
    상기 제 2 원형 편광을 갖는 상기 반사된 광과 상기 제 2 필터 스택에서 외부 소스로부터 수신된 제 2 편광을 갖는 광을 상기 제 3 필터 스택을 통해 투과시키는 단계를 포함하며,
    상기 굴절 빔 분할 렌즈는,
    제 1 평탄 표면에 대향하는 볼록 빔 분할 표면을 갖는 굴절 평면 볼록 렌즈; 및
    제 2 평탄 표면에 대향하는 오목 표면을 갖는 굴절 평면 오목 렌즈를 포함하고,
    상기 제 3 필터 스택은 상기 굴절 평면 볼록 렌즈의 상기 제 1 평탄 표면과 상기 굴절 평면 오목 렌즈의 상기 제 2 평탄 표면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 삭제
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