KR102597609B1 - 네 개의 구면 유리 엘리먼트들을 갖는 투사 렌즈 - Google Patents

네 개의 구면 유리 엘리먼트들을 갖는 투사 렌즈 Download PDF

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Abstract

투사 렌즈는, 각각의 렌즈 엘리먼트가 유리로 형성되고 구면 또는 평면의 입사 및 출사 표면들을 포함하는 네 개의 렌즈 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 세 개의 렌즈 엘리먼트들을 사용하는 투사 렌즈에 비해, 4-엘리먼트 투사 렌즈는 완화된 제조 및 정렬 허용오차들을 갖는다. 하나 이상의 플라스틱 엘리먼트들을 사용하거나 또는 비구면 표면들을 사용하는 투사 렌즈와는 달리, 전체 유리 투사 렌즈는 비교적 빠르고 저렴한 연삭 및 연마 기법들을 사용하여 제조될 수 있다. 유리 렌즈 엘리먼트들 중 하나 또는 두 개는 역으로 형성되도록(reversible) 하기 위해서, 임의로 대칭적으로 형성될 수 있다. 하나의 유리 엘리먼트는 임의로 평면-볼록일 수 있다. 직각 프리즘이 비디오 디스플레이로부터의 광을 네 개의 유리 엘리먼트들로 지향시킬 수 있다. 색지움 프리즘이 광축을 약 8도만큼 각도 전환할 수 있고 네 개의 유리 엘리먼트들로부터의 광을 근안 도파관으로 지향시킬 수 있다.

Description

네 개의 구면 유리 엘리먼트들을 갖는 투사 렌즈
우선권 주장
본 출원은 우선권이 이점이 주장되는 2018년 11월 9일자로 출원된 미국 특허 가출원 제62/758,277호를 우선권 주장하며, 이는 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 개시는 대체로 근안 디스플레이들에서의 사용에 적합한 광학계들에 관한 것이다.
근안 디스플레이는 비디오 이미지를 생성하고, 비디오 이미지를 사람 눈을 향해 지향시킬 수 있다. 많은 경우들에서, 근안 디스플레이의 광학계에서의 컴포넌트들은 비교적 엄격한 허용오차들로 인해 제조 및 정렬이 어려울 수 있고, 그리고/또는 상대적으로 값비싼 제조 기법들로 인해 값이 비쌀 수 있다.
그 결과, 비교적 느슨한 허용오차들을 갖고 상대적으로 저렴한 제조 기법들을 사용하여 제조 가능한 근안 디스플레이 광학계에 대한 필요성이 존재한다.
도 1은 일부 실시예들에 따른 근안 디스플레이에서의 사용에 적합한 광학계의 개략도를 도시한다.
도 2는 일부 실시예들에 따른 근안 디스플레이에서의 사용에 적합한 광학계의 일 예의 측면도를 도시한다.
도 3은 직각 프리즘이 명료함을 위해 펼쳐져 있는, 도 2의 광학계의 평면도를 도시한다.
해당 참조 부호들이 여러 도면들의 전체에 걸쳐 대응하는 부분들을 나타낸다. 도면들에서의 엘리먼트들은 반드시 축척대로 그려지지는 않았다. 도면들에 도시된 구성들은 단지 예들일 뿐이고, 본 발명의 주제의 범위를 임의의 방식으로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
근안 디스플레이가 투사 렌즈를 포함할 수 있다. 투사 렌즈는, 각각의 렌즈 엘리먼트가 유리로 형성되고 구면 또는 평면의 입사 및 출사 표면들을 포함하는 네 개의 렌즈 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 세 개의 렌즈 엘리먼트들을 사용하는 투사 렌즈에 비해, 4-엘리먼트 투사 렌즈는 완화된 제조 및 정렬 허용오차들을 가질 수 있다. 하나 이상의 플라스틱 엘리먼트들을 사용하거나 또는 비구면 표면들을 사용하는 투사 렌즈와는 달리, 전체 유리 투사 렌즈는 비교적 빠르고 저렴한 연삭 및 연마 기법들을 사용하여 제조될 수 있다. 유리 렌즈 엘리먼트들 중 하나 또는 두 개는 역으로 형성되도록(reversible) 하기 위해서, 임의로 대칭적으로 형성될 수 있다. 하나의 유리 엘리먼트는 임의로 평면-볼록(plano-convex)일 수 있다. 직각 프리즘이 비디오 디스플레이로부터의 광을 네 개의 유리 엘리먼트들로 지향시킬 수 있다. 색지움 프리즘(achromatic prism)은 광축을 약 8도만큼 각도 전환할 수 있고 네 개의 유리 엘리먼트들로부터의 광을 근안 도파관으로 지향시킬 수 있다.
다음의 논의에서, 재료의 아베 수(Abbe number)(V-수로서 또한 알려짐)는 차원 없는 양 (nd - 1)/(nF - nC)로서 정의되며, 여기서 nd는 587.6 nm(헬륨 d-라인)의 파장에서의 재료의 굴절률이며, nF는 486.1 nm(수소 F-라인)의 파장에서의 재료의 굴절률이고, nC는 656.3 nm(수소 C-라인)의 파장에서의 재료의 굴절률이다. 일반적으로, 재료의 아베 수가 더 높을수록, 재료의 분산은 더 낮아진다.
뒤따르는 논의에서, 다양한 광학 엘리먼트들은 제1 렌즈 엘리먼트, 제2 렌즈 엘리먼트 등이라고 지칭된다. 번호부여 스킴은 편의를 위해서만 제공되고 엘리먼트들이 나타나는 순서를 특정하기 위한 것임이 이해될 것이다. 일부 예들에서, 하나 이상의 추가적인 광학 엘리먼트들은 임의로 번호 부여된 엘리먼트들 사이에서 나타날 수 있다. 예를 들어, 평면 스펙트럼 필터가 제1 렌즈 엘리먼트 전에, 제1 렌즈 엘리먼트와 제2 렌즈 엘리먼트 사이에서, 제2 렌즈 엘리먼트와 제3 렌즈 엘리먼트 사이에서 등으로 나타날 수 있다.
도 1은 일부 실시예들에 따른 근안 디스플레이에서의 사용에 적합한 광학계(100)의 개략도를 도시한다. 도 1의 구성은 하나의 구성일 뿐이며; 다른 적합한 구성들이 또한 사용될 수 있다.
광학계(100)는 제어기(102)를 포함할 수 있다. 제어기(102)는 비디오 이미지를 나타내는 데이터를 전기 신호로 변환할 수 있는 회로부를 포함할 수 있다. 그 회로부는 프로세서(104)를 포함할 수 있다. 그 회로부는 메모리(106)를 포함할 수 있다. 메모리(106)는, 프로세서(104)에 의해 실행될 때, 프로세서(104)로 하여금 명령어들을 실행하게 하는 명령어들을 포함할 수 있다. 명령어들은 전기 신호를 프로세싱하는 것, 저장된 비디오 콘텐츠를 저장하고 액세스하는 것을 포함할 수 있다. 제어기(102)는 비디오 신호를 디스플레이(108) 상에 디스플레이하기 위해 디스플레이(108)로 지향시킬 수 있다. 제어기(102)는 디스플레이(108) 상의 또는 그 안의 프로세서(104)를 포함할 수 있거나, 또는 유선 및/또는 무선 연결을 통해 디스플레이(108)로부터 먼 프로세서(104)에 커플링될 수 있다. 제어기(102)는 임의로 외부 소스, 이를테면 비디오 게임 콘솔, 유선 또는 무선 연결에 의해 연결된 랩톱 또는 컴퓨터, 스트리밍 비디오 소스 등으로부터의 비디오 신호에 대응하는 데이터를 수신할 수 있다. 일부 예들에서, 디스플레이(108)는 외부에서 조명되는 LCOS(liquid crystal on silicon) 또는 디지털 광 프로세싱(digital light processing)(DLP) 디스플레이일 수 있다. 디스플레이(108)는 전기 신호에 대응하는 비디오 이미지를 디스플레이할 수 있다. 투사 렌즈(110)(아래에서 상세히 논의됨)가 디스플레이(108)로부터의 비디오 이미지를 근안 도파관(112)에 투사할 수 있다. 근안 도파관(112)은 투사된 비디오 이미지를 사람 눈(114) 근처의 로케이션에 안내할 수 있다. 도파관(112)으로부터의 광은 사람 눈(114)에 들어갈 수 있다. 그 광은 재현되는 비디오 이미지를 사람 눈(114)의 망막 상에 형성할 수 있으며, 그 비디오 이미지는 디스플레이(108) 상에 디스플레이되는 비디오 이미지와 해당 전기 신호에 대응한다.
도 1의 엘리먼트들(사람 눈(114)을 제외함)은 근안 디스플레이로서 패키징될 수 있고, 임의로는 안경류(eyewear)로서, 이를테면 안경(spectacles)으로서, 또는 두부 장착형 디스플레이로서 착용될 수 있다.
투사 렌즈(110)는 아래에서 상세히 논의된다.
도 2는 일부 실시예들에 따른 근안 디스플레이에서의 사용에 적합한 광학계(110)의 일 예의 측면도를 도시한다. 도 3은 직각 프리즘이 명료함을 위해 펼쳐져 있는, 도 2의 광학계(110)의 평면도를 도시한다.
디스플레이(108)는 비디오를 디스플레이할 수 있으며, 그 비디오는 비디오 레이트, 이를테면 30 Hz, 60 Hz, 90 Hz, 120 Hz, 또는 다른 적합한 비디오 레이트에서 리프레시되는 이미지들의 시퀀스를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 디스플레이(108)는 화소들의 어레이를 포함할 수 있으며, 화소들의 각각은 독립적으로 제어될 수 있다.
일부 예들에서, 디스플레이(108)는 순차적 컬러 조명을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적색 발광 다이오드가 활성화될 수 있고, 이미지의 적색 부분들에 대응하는 화소들은 "온" 상태로 동시에 활성화될 수 있다. 그 다음에, 해당 화소들과 함께 녹색 발광 다이오드가 활성화될 수 있으며, 뒤따라 해당 화소들과 함께 청색 발광 다이오드가 활성화될 수 있다. 적색, 녹색, 및 청색 조명과 화소 활성화는 적색, 녹색, 및 청색 화소들로부터의 기여도들을 포함하는 비디오 이미지를 형성하기 위해 필요한 대로 순환될 수 있다. 다른 예들에서, 각각의 화소는 적색 광 생성 엘리먼트, 녹색 광 생성 엘리먼트, 및 청색 광 생성 엘리먼트를 포함할 수 있으며, 그 엘리먼트들의 각각은 각각의 화소에 대해 원하는 세기(예컨대, 밝기) 및 컬러를 생성하도록 독립적으로 제어 가능하다. 일부 예들에서, 다른 적합한 컬러들이 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 각각의 광 생성 엘리먼트는 발광 다이오드일 수 있다. 일부 예들에서, 각각의 광 생성 엘리먼트는 레이저 다이오드일 수 있다. 일부 예들에서, 각각의 광 생성 엘리먼트는 적합한 스펙트럼 필터가 뒤따르는 백색 광원을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 디스플레이(108)는 직사각형, 정사각형, 계란형, 또는 다른 적합한 형상일 수 있다. 일부 예들에서, 디스플레이(108)는 에지를 따라 대략 3 mm와 같이 비교적 작다. 다른 사이즈들이 또한 사용될 수 있다.
디스플레이(108)는 통상적으로 비교적 얇은 유리 엘리먼트인 덮개 유리(216) 뒤에 임의로 패키징될 수 있다. 덮개 유리(216)는 먼지 및 오염으로부터 디스플레이(108)를 보호하기 위한 것이고, 일반적으로 시스템에서 광학적 역할을 하지 않는다.
근안 도파관(112)은 사람 눈(114)을 향해 광을 작동가능하게 안내할 수 있다(도 1). 일부 예들에서, 근안 도파관(112)은 근안 도파관(112)의 길이방향 길이를 따라 일정하게 유지되는 직사각형 또는 정사각형 단면을 갖는 길쭉한 엘리먼트로서 성형될 수 있다. 다른 형상들 및 구성들이 근안 도파관(112)을 위해 또한 사용될 수 있다. 아래에서 설명되는 투사 렌즈(110)는 디스플레이(108)로부터 광을 수광하고 그 광을 근안 도파관(112)으로 지향시킬 수 있다. 근안 도파관(112)이 사람 눈(114)에 적절히 가깝게 위치되는 경우, 근안 도파관(112)은 광을 사람 눈(114)으로 지향시킬 수 있다.
양의 총 굴절력을 갖는 투사 렌즈(110)가 디스플레이(108)로부터의 광선 다발에서의 디스플레이된 비디오로부터의 광을 근안 도파관(112)으로 지향시킬 수 있다. 투사 렌즈(110)는 광선 다발의 중심에 대응하는 광축(OA)을 가질 수 있다.
투사 렌즈(110)는 디스플레이(108)에 인접하게 광축 (OA)을 따라 위치되는 직각 프리즘(218)을 포함할 수 있다. 직각 프리즘(218)은 광축(OA)을 90도만큼 각도 전환할 수 있다. 일부 예들에서, 그 각도들은 진정한 직각 프리즘(218)의 45도/45도/90도 기하구조로부터 벗어날 수 있어서, 각도 전환(diversion)은 90도에서 벗어날 수 있다. 다른 적합한 편차들은 89도 내지 91도, 88도 내지 92도, 85도 내지 95도 등의 범위들을 포함할 수 있다. 직각 프리즘(218)은 587.6 nm의 파장에서 1.728 이상의 굴절률과 50보다 큰 아베 수(이는 유리의 분산(dispersion), 또는 파장의 함수로서의 굴절률에서의 그것의 변동(variation)을 측정함)를 갖는 크라운 유리로 형성될 수 있다. 적합한 고 계수(high-index) 크라운 유리들은 587.6 nm의 파장에서 1.729의 굴절률과 54.7의 아베 수를 갖는 H-LAK52를 포함할 수 있다. 다른 적합한 고 계수 크라운 유리들이 또한 사용될 수 있다.
투사 렌즈(110)는, 광축(OA)을 따라 위치되고 587.6 nm의 파장에서 1.72 내지 1.85의 굴절률과 40 내지 55의 아베 수를 갖는 제1 유리로 형성되는 제1 렌즈 엘리먼트(220)를 포함할 수 있다. 적합한 유리들은 H-LAF50B(587.6 nm의 파장에서 1.773의 굴절률과 49.6의 아베 수를 가짐), KLASKN1, HLAK53B 등을 포함할 수 있다. 제1 렌즈 엘리먼트(220)는 직각 프리즘(218)을 마주보는 볼록 구면의 제1 입사 표면(222)과 디스플레이(108)로부터 먼 쪽을 마주보는 볼록 구면의 제1 출사 표면(224)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제1 입사 표면(222)과 제1 출사 표면(224)은 동일한 곡률반경을 가질 수 있으며, 이는 제1 렌즈 엘리먼트(220)를 위한 제조 프로세스를 단순화시킬 수 있다. 제1 입사 표면(222), 제1 출사 표면(224), 및 제1 유리는 제1 렌즈 엘리먼트(220)의 굴절력을 양(positive)이고 총 굴절력의 88% 내지 128%, 양이고 총 굴절력의 112% 내지 128%, 또는 다른 적합한 범위로 정의할 수 있다.
투사 렌즈(110)는, 광축(OA)을 따라 위치되고 587.6 nm의 파장에서 1.72 내지 1.85의 굴절률과 38 내지 55의 아베 수를 갖는 제2 유리로 형성되는 제2 렌즈 엘리먼트(226)를 포함할 수 있다. 적합한 유리들은 H-ZLAF50E(587.6 nm의 파장에서 1.804의 굴절률과 46.6의 아베 수를 가짐), D-ZLAF85L, SLAH59, TAF3D 등을 포함할 수 있다. 제2 렌즈 엘리먼트(226)는 제1 렌즈 엘리먼트(220)를 마주보는 볼록 구면의 제2 입사 표면(228)과 제1 렌즈 엘리먼트(220)로부터 먼 쪽을 마주보는 오목 구면의 제2 출사 표면(230)을 가질 수 있다. 제2 입사 표면(228), 제2 출사 표면(230), 및 제2 유리는 제2 렌즈 엘리먼트(226)의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 35% 내지 68%, 양이고 총 굴절력의 35% 내지 54%, 또는 다른 적합한 범위로 정의할 수 있다. 일부 예들에서, 제1 렌즈 엘리먼트(220)의 굴절력에 의해 나누어진 제2 렌즈 엘리먼트(226)의 굴절력은 0.28 내지 0.71, 0.28 내지 0.46, 또는 다른 적합한 범위에 있을 수 있다.
투사 렌즈(110)는, 광축(OA)을 따라 위치되고 587.6 nm의 파장에서 1.8보다 큰 굴절률과 20 내지 24의 아베 수를 갖는 제3 유리로 형성되는 제3 렌즈 엘리먼트(232)를 포함할 수 있다. 적합한 유리들은 H-ZF62(587.6 nm의 파장에서 1.923의 굴절률과 20.9의 아베 수를 가짐), KPSFN1M 등을 포함할 수 있다. 제3 렌즈 엘리먼트(232)는 제2 렌즈 엘리먼트(226)를 마주보는 오목 구면의 제3 입사 표면(234)과 제2 렌즈 엘리먼트(226)로부터 먼 쪽을 마주보는 오목 구면의 제3 출사 표면(236)을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 제3 입사 표면(234)과 제3 출사 표면(236)은 동일한 곡률반경을 가질 수 있으며, 이는 제3 렌즈 엘리먼트(232)를 위한 제조 프로세스를 단순화시킬 수 있다. 제3 입사 표면(234), 제3 출사 표면(236), 및 제3 유리는 제3 렌즈 엘리먼트(232)의 굴절력을 음(negative)이고 총 굴절력의 165% 내지 216%, 음이고 총 굴절력의 183% 내지 216%, 또는 다른 적합한 범위로 정의할 수 있다.
투사 렌즈(110)는, 광축(OA)을 따라 위치되고 587.6 nm의 파장에서 1.85보다 큰 굴절률과 28 내지 35의 아베 수를 갖는 제4 유리로 형성되는 제4 렌즈 엘리먼트(238)를 포함할 수 있다. 적합한 유리들은 H-ZLAF75B(587.6 nm의 파장에서 1.904의 굴절률과 31.4의 아베 수를 가짐), TAFD55, H-ZLAF76 등을 포함할 수 있다. 제4 렌즈 엘리먼트(238)는 제3 렌즈 엘리먼트(232)를 마주보는 볼록 구면의 제4 입사 표면(240)과 제3 렌즈 엘리먼트(232)로부터 근안 도파관(112)을 향해 먼 쪽을 마주보는 볼록 구면의 또는 평평한 제4 출사 표면을 가질 수 있다. 제4 입사 표면(240), 제4 출사 표면(242), 및 제4 유리는 제4 렌즈 엘리먼트(238)의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 87% 내지 125%, 양이고 총 굴절력의 91% 내지 125%, 또는 다른 적합한 범위로 정의할 수 있다. 일부 예들에서, 제3 렌즈 엘리먼트(232)의 굴절력에 의해 나누어진 제4 렌즈 엘리먼트(238)의 굴절력은 -0.64 내지 -0.49, -0.60 내지 -0.49, 또는 다른 적합한 범위에 있을 수 있다.
일부 예들에서, 제1 입사 표면(222), 제1 출사 표면(224), 제2 입사 표면(228), 제2 출사 표면(230), 제3 입사 표면(234), 제3 출사 표면(236), 제4 입사 표면(240)(제4 입사 표면(240)이 구면, 예컨대, 비-평면인 경우들), 및 제4 출사 표면(242)은 광축(OA)을 따라 동일 직선 상에 있는 중심들을 갖는다. 구체적으로는, 이들 표면들의 각각은 광축(OA)과 교차하는 정점을 가질 수 있다.
일반적으로, 제1 렌즈 엘리먼트(220), 제2 렌즈 엘리먼트(226), 제3 렌즈 엘리먼트(232), 제4 렌즈 엘리먼트(238), 및 직각 프리즘(218)을 위한 유리 재료들은, 이들 엘리먼트들을 통과하는 광에 대해, 시스템 레벨에서, 색수차(chromatic aberration)를 감소시키거나 또는 최소화하도록 선택될 수 있다(예컨대, 하나 이상의 엘리먼트들이 양의 색수차를 가지며, 하나 이상의 엘리먼트들이 음의 색수차를 가지고, 순수 합산된 색수차는 0에 있거나 또는 0에 가깝다).
투사 렌즈(110)는 제4 렌즈 엘리먼트(238)와 근안 도파관(112) 사이에서 광축(OA)을 따라 위치되는 색지움 프리즘(244)을 포함할 수 있다. 색지움 프리즘(244)은 광축(OA)을 7도와 9도 사이의 각도, 이를테면 8도만큼 각도 전환할 수 있다. 6도 내지 10도, 3도 내지 13도, 등의 의 범위와 같은 다른 적합한 각도 전환들이 또한 사용될 수 있다.
일부 예들에서, 색지움 프리즘(244)은 근안 도파관(112)을 마주보는 제2 프리즘 엘리먼트(248)와 접촉하는, 제4 렌즈 엘리먼트(238)를 마주보는 제1 프리즘 엘리먼트(246)로 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 제1 프리즘 엘리먼트(246)는 587.6 nm의 파장에서 1.85 내지 2.01의 굴절률과 18.0 내지 23.8의 아베 수를 갖는 플린트(flint) 유리로 형성될 수 있다. 적합한 유리들은 H-ZF52(587.6 nm의 파장에서의 1.847의 굴절률과, 23.8의 아베 수를 가짐), P-SF68, H-ZF88, H-ZF72A, H-ZF62 등을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제2 프리즘 엘리먼트(248)는 587.6 nm의 파장에서의 1.73의 굴절률과 54.7의 아베 수를 갖는 크라운 유리로 형성된다. 적합한 유리들은 H-LAK52(587.6 nm의 파장에서 1.729의 굴절률과 54.7의 아베 수를 가짐) 등을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제1 프리즘 엘리먼트(246) 및 제2 프리즘 엘리먼트(248)를 위한 유리들은 색지움 프리즘(244)의 색수차를 줄이거나 또는 최소화하도록 (예컨대, 색지움 프리즘(244) 단독의 순수 색수차는 0 또는 비교적 작은 값이 되도록) 선택될 수 있다.
일부 예들에서, 투사 렌즈(110)는 460 nm 내지 620 nm의 파장 범위에서 작동할 수 있다. 400 nm 내지 700 nm(통상적으로 일반적인 인간 시각의 전체 파장 범위인 것으로 간주됨) 등을 포함하는 다른 적합한 파장 범위들이 또한 사용될 수 있다.
렌즈의 f/#은 단일 물체 지점에 대해 렌즈에 의해 캡처된 광의 원뿔을 정량화할 수 있다. 구체적으로는, 디스플레이(108) 상의 단일 화소에 대해, f/#은 투사 렌즈(110)에 의해 캡처되는, 화소로부터의 각도 범위의 사이즈를 특징화할 수 있다. 일부 예들에서, f/#은 렌즈에 의해 캡처된 광의 양에 관련될 수 있다. 예를 들어, 비교적 낮은 f/#이 더 많은 광이 렌즈에 의해 캡처되고 렌즈에 의해 형성된 이미지가 비교적 밝다는 것을 의미한다. 마찬가지로, 더 높은 f/#이 적은 광이 렌즈에 의해 캡처되고 렌즈에 의해 형성된 이미지가 비교적 어둡다는 것을 의미한다. 일부 예들에서, 투사 렌즈(110)는 디스플레이(108)에서 0.24의 개구수, 또는 디스플레이(108)에서 약 14도의 절반각도에 대응하는 2.08의 f/#에서 동작할 수 있다. 다른 적합한 값들이 또한 사용될 수 있다.
렌즈의 시야는 물체의 얼마나 많은 영역이 렌즈에 의해 캡처되는지를 정량화할 수 있다. 구체적으로는, 시야는 디스플레이(108)의 전부(또는 거의 전부)를 포함해야 해서, 렌즈는 디스플레이(108)의 에지에서 화소들로부터 광을 캡처한다. 일부 예들에서, 투사 렌즈(110)는 비스듬한 25도의 시야를 가질 수 있다. 다른 적합한 값들이 또한 사용될 수 있다.
효과적인 초점 거리는 렌즈의 후방 주점(rear principal point)과 렌즈의 후방 초점 사이의 거리이다. 후방 주점과 후방 초점 둘 다는 렌즈의 로케이션들이다. 둘 다는 렌즈의 유형의 물리적 엘리먼트들이 아니라, 수학적 구조들이다. 일부 예들에서, 투사 렌즈(110)는 8.32 mm의 효과적인 초점 거리를 가질 수 있다. 다른 적합한 값들이 또한 사용될 수 있다.
렌즈의 왜곡은 정확하게 화소 로케이션들이 물체와 대응하는 이미지 사이에 어떻게 매핑되는지의 하나의 척도이다. 왜곡의 완전한 부재 시, 정사각형 이미지가 완전히 직선형 변들을 갖는 정사각형 이미지에 정사각형 물체가 매핑된다. 실제로, 왜곡을 완전히 제거하는 것이 일반적으로 어렵고, 그래서 렌즈 설계자가 종종 왜곡을 실제적인 것만큼 감소하려고 시도하고, 잔여 왜곡을 이미지 높이의 백분율로서 표현한다. 일부 예들에서, 투사 렌즈(110)는 1.86 mm의 이미지 높이에서 0.75%의 왜곡을 가질 수 있다. 다른 적합한 값들이 또한 사용될 수 있다.
렌즈의 텔레센트리시티(telecentricity)는 렌즈에 의해 형성된 이미지의 밝기에 영향을 줄 수 있다. 외부에서 조명되는 디스플레이를 갖는 투사 렌즈(110)(예컨대, 광원으로부터의 광을 감쇠시키는 멀티 화소 감쇠기)의 경우, 텔레센트리시티는 바람직하여서, 이미지의 에지에서의 화소들은 이미지의 중심에서의 화소들만큼 밝다. 일부 예들에서, 투사 렌즈(110)는 이미지 필드의 에지(예컨대, 디스플레이(108)의 대각 코너에 해당)에서 0.5도 미만의 (주광선(chief ray) 각도)의 텔레센트리시티를 가질 수 있다. 텔레센트리시티에 관련된 양이 상대 조명(relative illumination)이다. 일부 예들에서, 투사 렌즈(110)는 1.86 mm의 이미지 높이에서 80% 이상의 (이미지의 중심에 대한) 상대 조명을 가질 수 있다. 다른 적합한 값들이 또한 사용될 수 있다.
일반적으로, 렌즈의 열 성능은 중요할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 재료들의 열 팽창과 굴절률에서의 열적 변동들을 관리하는 것이 바람직할 수 있어서, 렌즈 성능은 온도 범위에서 잘 나온다. 일부 예들에서, 투사 렌즈(110)는 70도의 온도 범위에서 무열(athermal) 작동을 가질 수 있다. 다른 적합한 값들이 또한 사용될 수 있다.
일부 예들에서, 투사 렌즈(110)의 출사동(exit pupil)은 렌즈 엘리먼트들 외부에 있을 수 있다. 예를 들어, 출사동은 근안 도파관(112)에 또는 광이 근안 도파관(112)에 들어가는 근안 도파관 상의 영역 근처에 위치될 수 있다. 일부 예들에서, 제4 렌즈 엘리먼트(238)의 출사 표면의 정점과 외부 개구부 스톱 사이의 거리는 3.4 mm 내지 3.6 mm일 수 있다. 다른 적합한 값들이 또한 사용될 수 있다.
일부 예들에서, 총 렌즈 길이가 제1 렌즈 엘리먼트(220)의 입사 표면의 정점과 제4 렌즈 엘리먼트(238)의 출사 표면의 정점 사이의 공기 중의 거리를 나타낼 수 있다. 일부 예들에서, 총 렌즈 길이는 6.59 mm일 수 있다. 다른 적합한 값들이 또한 사용될 수 있다.
일부 예들에서, 물체 거리가 디스플레이(108)와 제1 렌즈 엘리먼트(220)의 제1 입사 표면(222)의 정점 사이의 공기 중의 거리를 나타낼 수 있다. 일부 예들에서, 물체 거리는 6.1 mm일 수 있다. 다른 적합한 값들이 또한 사용될 수 있다.
본 발명이 예시적인 설계들을 갖는 것으로 설명되었지만, 본 발명은 본 개시의 사상 및 범위 내에서 추가로 수정될 수 있다. 본 출원은 그러므로 본 발명의 임의의 변동들, 용도들, 또는 적응들을 본 발명의 일반적인 원리들을 사용하여 커버하도록 의도된다. 게다가, 본 출원은 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지 또는 관용 내에 들고 첨부의 청구항들의 한정들 내에 속하는 본 개시로부터의 그런 일탈들을 커버하도록 의도된다.
본 명세서에서 개시되는 디바이스를 추가로 예시하기 위해, 예들의 비제한적인 리스트가 아래에서 제공된다. 다음의 비제한적 예들의 각각은 그 자체로 독립적일 수 있거나, 또는 임의의 하나 이상의 다른 예들과의 임의의 순열 또는 조합으로 결합될 수 있다.
예 1에서, 광학계는, 양의 총 굴절력을 갖고 디스플레이로부터의 광선 다발에서의 광을 근안 도파관으로 지향시키도록 구성되는 투사 렌즈로서, 상기 광선 다발의 중심에 해당하는 광축을 갖는 투사 렌즈를 포함할 수 있으며, 투사 렌즈는, 광축을 따라 위치되는 제1 렌즈 엘리먼트로서, 디스플레이를 마주보는 볼록 구면의 제1 입사 표면과 디스플레이로부터 먼 쪽을 마주보는 볼록 구면의 제1 출사 표면을 갖는 제1 렌즈 엘리먼트; 광축을 따라 위치되는 제2 렌즈 엘리먼트로서, 제1 렌즈 엘리먼트를 마주보는 볼록 구면의 제2 입사 표면과 제1 렌즈 엘리먼트로부터 먼 쪽을 마주보는 오목 구면의 제2 출사 표면을 갖는 제2 렌즈 엘리먼트; 광축을 따라 위치되는 제3 렌즈 엘리먼트로서, 제2 렌즈 엘리먼트를 마주보는 오목 구면의 제3 입사 표면과 제2 렌즈 엘리먼트로부터 먼 쪽을 마주보는 오목 구면의 제3 출사 표면을 갖는 제3 렌즈 엘리먼트; 및 광축을 따라 위치되는 제4 렌즈 엘리먼트로서, 제3 렌즈 엘리먼트를 마주보는 볼록 구면의 또는 평평한 제4 입사 표면과 제3 렌즈 엘리먼트로부터 먼 쪽을 마주보는 볼록 구면의 제4 출사 표면을 갖는 제4 렌즈 엘리먼트를 포함한다.
예 2에서, 예 1의 광학계는 임의로, 제1 렌즈 엘리먼트는 587.6 nm의 파장에서 1.72 내지 1.85의 굴절률과 40 내지 55의 아베 수를 갖는 제1 유리로 형성되며; 제2 렌즈 엘리먼트는 587.6 nm의 파장에서 1.72 내지 1.85의 굴절률과 38 내지 55의 아베 수를 갖는 제2 유리로 형성되며; 제3 렌즈 엘리먼트는 587.6 nm의 파장에서 1.8보다 큰 굴절률과 20 내지 24의 아베 수를 갖는 제3 유리로 형성되고; 제4 렌즈 엘리먼트는 587.6 nm의 파장에서 1.85보다 큰 굴절률과 28 내지 35의 아베 수를 갖는 제4 유리로 형성되도록 추가로 구성될 수 있다.
예 3에서, 예 1과 예 2 중 어느 한 예의 광학계는 임의로, 제1 입사 표면, 제1 출사 표면, 및 제1 유리가 제1 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 88% 내지 128%인 것으로 정의하며; 제2 입사 표면, 제2 출사 표면, 및 제2 유리가 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 35% 내지 68%인 것으로 정의하며; 제3 입사 표면, 제3 출사 표면, 및 제3 유리가 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 음이고 총 굴절력의 165% 내지 216%인 것으로 정의하고; 제4 입사 표면, 제4 출사 표면, 및 제4 유리가 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 87% 내지 125%인 것으로 정의하도록 추가로 구성될 수 있다.
예 4에서, 예 1 내지 예 3 중 어느 한 예의 광학계는 임의로, 제1 렌즈 엘리먼트의 굴절력에 의해 나누어진 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력이 0.28 내지 0.71이고; 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력에 의해 나누어진 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력이 -0.64 내지 -0.49이도록 추가로 구성될 수 있다.
예 5에서, 예 1 내지 예 4 중 어느 한 예의 광학계는 임의로, 제1 입사 표면, 제1 출사 표면, 및 제1 유리가 제1 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 112% 내지 128%인 것으로 정의하며; 제2 입사 표면, 제2 출사 표면, 및 제2 유리가 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 35% 내지 54%인 것으로 정의하며; 제3 입사 표면, 제3 출사 표면, 및 제3 유리가 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 음이고 총 굴절력의 183% 내지 216%인 것으로 정의하고; 제4 입사 표면, 제4 출사 표면, 및 제4 유리가 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 91% 내지 125%인 것으로 정의하도록 추가로 구성될 수 있다.
예 6에서, 예 1 내지 예 5 중 어느 한 예의 광학계는 임의로, 제1 렌즈 엘리먼트의 굴절력에 의해 나누어진 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력이 0.28 내지 0.46이고; 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력에 의해 나누어진 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력이 -0.60 내지 -0.49이도록 추가로 구성될 수 있다.
예 7에서, 예 1 내지 예 6 중 어느 한 예의 광학계는 임의로, 제1 입사 표면과 제1 출사 표면이 동일한 곡률반경을 가지도록 추가로 구성될 수 있다.
예 8에서, 예 1 내지 예 7 중 어느 한 예의 광학계는 임의로, 제3 입사 표면과 제3 출사 표면이 동일한 곡률반경을 가지도록 추가로 구성될 수 있다.
예 9에서, 예 1 내지 예 8 중 어느 한 예의 광학계는 임의로, 제4 입사 표면이 평면이도록 추가로 구성될 수 있다.
예 10에서, 예 1 내지 예 9 중 어느 한 예의 광학계는 임의로, 비디오를 디스플레이하고 디스플레이된 비디오로부터의 광을 투사 렌즈로 지향시키도록 구성되는 디스플레이; 비디오 신호를 디스플레이 상에 디스플레이하기 위해 디스플레이로 지향시키도록 구성되는 제어기; 및 투사 렌즈로부터의 광을 수광하고 수광된 광을 사람 눈을 향해 작동가능하게 안내하도록 구성되는 근안 도파관을 더 포함할 수 있다.
예 11에서, 예 1 내지 예 10 중 어느 한 예의 광학계는 임의로, 투사 렌즈가 디스플레이와 제1 렌즈 엘리먼트 사이에서 광축을 따라 위치되는 직각 프리즘을 더 포함하며, 직각 프리즘이 광축을 90도만큼 각도 전환하도록 구성되며, 직각 프리즘이 587.6 nm의 파장에서 1.728 이상의 굴절률과 50보다 큰 아베 수를 갖는 크라운 유리로 형성되도록 추가로 구성될 수 있다.
예 12에서, 예 1 내지 예 11 중 어느 한 예의 광학계는 임의로, 투사 렌즈가, 근안 도파관과 제4 렌즈 엘리먼트 사이에서 광축을 따라 위치되고 광축을 7도 내지 9도의 각도만큼 각도 전환하도록 구성되는 색지움 프리즘을 더 포함하도록 추가로 구성될 수 있다.
예 13에서, 예 1 내지 예 12 중 어느 한 예의 광학계는 임의로, 색지움 프리즘이 근안 도파관을 마주보는 제2 프리즘 엘리먼트와 접촉하는, 제4 렌즈 엘리먼트를 마주보는 제1 프리즘 엘리먼트로 형성되며; 제1 프리즘이 587.6 nm의 파장에서 1.85 내지 2.01의 굴절률과 18.0 내지 23.8의 아베 수를 갖는 플린트 유리로 형성되고; 제2 프리즘이 587.6 nm의 파장에서 1.73의 굴절률과 54.7의 아베 수를 갖는 크라운 유리로 형성되도록 추가로 구성될 수 있다.
예 14에서, 광학계는, 양의 총 굴절력을 갖고 디스플레이로부터의 광선 다발에서의 광을 근안 도파관으로 지향시키도록 구성되는 투사 렌즈로서, 광선 다발의 중심에 해당하는 광축을 갖는 투사 렌즈를 포함할 수 있으며, 투사 렌즈는, 디스플레이에 인접하게 광축을 따라 위치되는 직각 프리즘으로서, 광축을 90도만큼 각도 전환하도록 구성되는 직각 프리즘; 광축을 따라 위치되는 제1 렌즈 엘리먼트로서, 직각 프리즘을 마주보는 볼록 구면의 제1 입사 표면과 디스플레이로부터 먼 쪽을 마주보는 볼록 구면의 제1 출사 표면을 갖는 제1 렌즈 엘리먼트; 광축을 따라 위치되는 제2 렌즈 엘리먼트로서, 제1 렌즈 엘리먼트를 마주보는 볼록 구면의 제2 입사 표면과 제1 렌즈 엘리먼트로부터 먼 쪽을 마주보는 오목 구면의 제2 출사 표면을 상기 제2 렌즈 엘리먼트; 광축을 따라 위치되는 제3 렌즈 엘리먼트로서, 제2 렌즈 엘리먼트를 마주보는 오목 구면의 제3 입사 표면과 제2 렌즈 엘리먼트로부터 먼 쪽을 마주보는 오목 구면의 제3 출사 표면을 갖는 제3 렌즈 엘리먼트; 광축을 따라 위치되는 제4 렌즈 엘리먼트로서, 제3 렌즈 엘리먼트를 마주보는 볼록 구면의 또는 평평한 제4 입사 표면과 제3 렌즈 엘리먼트로부터 근안 도파관을 향해 먼 쪽을 마주보는 볼록 구면의 제4 출사 표면을 갖는 제4 렌즈 엘리먼트; 및 제4 렌즈 엘리먼트와 근안 도파관 사이에서 광축을 따라 위치되는 색지움 프리즘으로서, 광축을 7도 내지 9도의 각도만큼 각도 전환하도록 구성되는 색지움 프리즘을 포함하며; 제1 입사 표면, 제1 출사 표면, 제2 입사 표면, 제2 출사 표면, 제3 입사 표면, 제3 출사 표면, 및 제4 출사 표면은 광축을 따라 동일 직선 상에 있는 중심들을 갖는다.
예 15에서, 예 14의 광학계는 임의로, 직각 프리즘이 587.6 nm의 파장에서 1.728 이상의 굴절률과 50보다 큰 아베 수를 갖는 크라운 유리로 형성되며; 제1 렌즈 엘리먼트가 587.6 nm의 파장에서 1.72 내지 1.85의 굴절률과 40 내지 55의 아베 수를 갖는 제1 유리로 형성되며; 제2 렌즈 엘리먼트가 587.6 nm의 파장에서 1.72 내지 1.85의 굴절률과 38 내지 55의 아베 수를 갖는 제2 유리로 형성되며; 제3 렌즈 엘리먼트가 587.6 nm의 파장에서 1.8보다 큰 굴절률과 20 내지 24의 아베 수를 갖는 제3 유리로 형성되며; 제4 렌즈 엘리먼트가 587.6 nm의 파장에서 1.85보다 큰 굴절률과 28 내지 35의 아베 수를 갖는 제4 유리로 형성되도록 구성될 수 있다.
예 16에서, 예 14 또는 예 15의 광학계는 임의로, 제1 입사 표면, 제1 출사 표면, 및 제1 유리가 제1 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 88% 내지 128%인 것으로 정의하며; 제2 입사 표면, 제2 출사 표면, 및 제2 유리가 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 35% 내지 68%인 것으로 정의하며; 제3 입사 표면, 제3 출사 표면, 및 제3 유리가 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 음이고 총 굴절력의 165% 내지 216%인 것으로 정의하며; 제4 입사 표면, 제4 출사 표면, 및 제4 유리가 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 87% 내지 125%인 것으로 정의하며; 제1 렌즈 엘리먼트의 굴절력에 의해 나누어진 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력이 0.28 내지 0.71이고; 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력에 의해 나누어진 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력이 -0.64 내지 -0.49이도록 구성될 수 있다.
예 17에서, 예 14 내지 예 16 중 어느 한 예의 광학계는 임의로, 제1 입사 표면, 제1 출사 표면, 및 제1 유리가 제1 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 112% 내지 128%인 것으로 정의하며; 제2 입사 표면, 제2 출사 표면, 및 제2 유리가 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 35% 내지 54%인 것으로 정의하며; 제3 입사 표면, 제3 출사 표면, 및 제3 유리가 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 음이고 총 굴절력의 183% 내지 216%인 것으로 정의하며; 제4 입사 표면, 제4 출사 표면, 및 제4 유리가 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 91% 내지 125%인 것으로 정의하며; 제1 렌즈 엘리먼트의 굴절력에 의해 나누어진 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력이 0.28 내지 0.46이고; 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력에 의해 나누어진 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력이 -0.60 내지 -0.49이도록 구성될 수 있다.
예 18에서, 예 14 내지 예 17 중 어느 한 예의 광학계는 임의로, 제1 입사 표면과 제1 출사 표면이 동일한 곡률반경을 가지며; 제3 입사 표면과 제3 출사 표면이 동일한 곡률반경을 가지고; 제4 입사 표면이 평면이도록 구성될 수 있다.
예 19에서, 광학계는, 비디오를 디스플레이하도록 구성되는 디스플레이; 비디오 신호를 디스플레이 상에 디스플레이하기 위해 디스플레이로 지향시키도록 구성되는 제어기; 광을 사람 눈을 향해 작동가능하게 안내하도록 구성되는 근안 도파관; 양의 총 굴절력을 갖고 디스플레이로부터의 광선 다발에서의 디스플레이된 비디오로부터의 광을 근안 도파관으로 지향시키도록 구성되는 투사 렌즈로서, 광선 다발의 중심에 해당하는 광축을 갖는 투사 렌즈를 포함할 수 있으며, 투사 렌즈는, 디스플레이에 인접하게 광축을 따라 위치되는 직각 프리즘으로서, 광축을 90도만큼 각도 전환하도록 구성되는 직각 프리즘 ― 직각 프리즘은 587.6 nm의 파장에서 1.728 이상의 굴절률과 50보다 큰 아베 수를 갖는 크라운 유리로 형성됨 ―; 광축을 따라 위치되고 587.6 nm의 파장에서 1.72 내지 1.85의 굴절률과 40 내지 55의 아베 수를 갖는 제1 유리로 형성되는 제1 렌즈 엘리먼트로서, 직각 프리즘을 마주보는 볼록 구면의 제1 입사 표면과 디스플레이로부터 먼 쪽을 마주보는 볼록 구면의 제1 출사 표면을 갖는 제1 렌즈 엘리먼트 ― 제1 입사 표면, 제1 출사 표면, 및 제1 유리는 제1 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 88% 내지 128%인 것으로 정의함 ―; 광축을 따라 위치되고 587.6 nm의 파장에서 1.72 내지 1.85의 굴절률과 38 내지 55의 아베 수를 갖는 제2 유리로 형성되는 제2 렌즈 엘리먼트로서, 제1 렌즈 엘리먼트를 마주보는 볼록 구면의 제2 입사 표면과 제1 렌즈 엘리먼트로부터 먼 쪽을 마주보는 오목 구면의 제2 출사 표면을 갖는 제2 렌즈 엘리먼트 ― 제2 입사 표면, 제2 출사 표면, 및 제2 유리는 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 35% 내지 68%인 것으로 정의하며, 제1 렌즈 엘리먼트의 상기 굴절력에 의해 나누어진 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력은 0.28 내지 0.71임 ―; 광축을 따라 위치되고 587.6 nm의 파장에서 1.8보다 큰 굴절률과 20 내지 24의 아베 수를 갖는 제3 유리로 형성되는 제3 렌즈 엘리먼트로서, 제2 렌즈 엘리먼트를 마주보는 오목 구면의 제3 입사 표면과 제2 렌즈 엘리먼트로부터 먼 쪽을 마주보는 오목 구면의 제3 출사 표면을 가지는 제3 렌즈 엘리먼트 ― 제3 렌즈 엘리먼트는 제3 입사 표면과 제3 출사 표면은 동일한 곡률반경을 가지며, 제3 입사 표면, 제3 출사 표면, 및 제3 유리는 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 음이고 총 굴절력의 165% 내지 216%인 것으로 정의함 ―; 광축을 따라 위치되고 587.6 nm의 파장에서 1.85보다 큰 굴절률과 28 내지 35의 아베 수를 갖는 제4 유리로 형성되는 제4 렌즈 엘리먼트로서, 제3 렌즈 엘리먼트를 마주보는 볼록 구면의 또는 평평한 제4 입사 표면과 제3 렌즈 엘리먼트로부터 근안 도파관을 향해 먼 쪽을 마주보는 볼록 구면의 제4 출사 표면을 갖는 제4 렌즈 엘리먼트 ― 제4 입사 표면, 제4 출사 표면, 및 제4 유리는 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 87% 내지 125%인 것으로 정의하며, 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력에 의해 나누어진 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력은 -0.64 내지 -0.49임 ―; 및 제4 렌즈 엘리먼트와 근안 도파관 사이에서 광축을 따라 위치되는 색지움 프리즘으로서, 광축을 7도 내지 9도의 각도만큼 각도 전환하도록 구성되는 색지움 프리즘을 포함하며; 제1 입사 표면, 제1 출사 표면, 제2 입사 표면, 제2 출사 표면, 제3 입사 표면, 제3 출사 표면, 및 제4 출사 표면은 광축을 따라 동일 직선 상에 있는 중심들을 갖는다.
예 20에서, 예 19의 광학계는 임의로, 제1 입사 표면, 제1 출사 표면, 및 제1 유리가 제1 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 112% 내지 128%인 것으로 정의하며; 제2 입사 표면, 제2 출사 표면, 및 제2 유리가 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 35% 내지 54%인 것으로 정의하며; 제3 입사 표면, 제3 출사 표면, 및 제3 유리가 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 음이고 총 굴절력의 183% 내지 216%인 것으로 정의하며; 제4 입사 표면, 제4 출사 표면, 및 제4 유리가 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 총 굴절력의 91% 내지 125%인 것으로 정의하며; 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력에 의해 나누어진 제1 렌즈 엘리먼트의 굴절력이 -0.60 내지 -0.49고; 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력에 의해 나누어진 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력이 0.28 내지 0.46이도록 구성될 수 있다.

Claims (20)

  1. 광학계로서,
    양의 총 굴절력을 갖고 디스플레이로부터의 광선 다발(light ray bundle)에서의 광을 근안 도파관으로 지향시키도록 구성되는 투사 렌즈
    를 포함하고, 상기 투사 렌즈는 상기 광선 다발의 중심에 해당하는 광축을 갖고, 상기 투사 렌즈는,
    상기 광축을 따라 위치되는 제1 렌즈 엘리먼트로서, 상기 디스플레이를 마주보는 볼록 구면의 제1 입사 표면과 상기 디스플레이로부터 먼 쪽을 마주보는 볼록 구면의 제1 출사 표면을 갖는 상기 제1 렌즈 엘리먼트;
    상기 광축을 따라 위치되는 제2 렌즈 엘리먼트로서, 상기 제1 렌즈 엘리먼트를 마주보는 볼록 구면의 제2 입사 표면과 상기 제1 렌즈 엘리먼트로부터 먼 쪽을 마주보는 오목 구면의 제2 출사 표면을 갖는 상기 제2 렌즈 엘리먼트;
    상기 광축을 따라 위치되는 제3 렌즈 엘리먼트로서, 상기 제2 렌즈 엘리먼트를 마주보는 오목 구면의 제3 입사 표면과 상기 제2 렌즈 엘리먼트로부터 먼 쪽을 마주보는 오목 구면의 제3 출사 표면을 갖는 상기 제3 렌즈 엘리먼트; 및
    상기 광축을 따라 위치되는 제4 렌즈 엘리먼트로서, 상기 제3 렌즈 엘리먼트를 마주보는 볼록 구면의 또는 평평한 제4 입사 표면과 상기 제3 렌즈 엘리먼트로부터 먼 쪽을 마주보는 볼록 구면의 제4 출사 표면을 갖는 상기 제4 렌즈 엘리먼트
    를 포함하고,
    상기 제1 렌즈 엘리먼트는 587.6 nm의 파장에서 1.72 내지 1.85의 굴절률과 40 내지 55의 아베 수를 갖는 제1 유리로 형성되며;
    상기 제2 렌즈 엘리먼트는 587.6 nm의 파장에서 1.72 내지 1.85의 굴절률과 38 내지 55의 아베 수를 갖는 제2 유리로 형성되며;
    상기 제3 렌즈 엘리먼트는 587.6 nm의 파장에서 1.8보다 큰 굴절률과 20 내지 24의 아베 수를 갖는 제3 유리로 형성되며;
    상기 제4 렌즈 엘리먼트는 587.6 nm의 파장에서 1.85보다 큰 굴절률과 28 내지 35의 아베 수를 갖는 제4 유리로 형성되는, 광학계.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입사 표면, 상기 제1 출사 표면, 및 상기 제1 유리는 상기 제1 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 상기 총 굴절력의 88% 내지 128%인 것으로 정의하며;
    상기 제2 입사 표면, 상기 제2 출사 표면, 및 상기 제2 유리는 상기 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 상기 총 굴절력의 35% 내지 68%인 것으로 정의하며;
    상기 제3 입사 표면, 상기 제3 출사 표면, 및 상기 제3 유리는 상기 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 음이고 상기 총 굴절력의 165% 내지 216%인 것으로 정의하며;
    상기 제4 입사 표면, 상기 제4 출사 표면, 및 상기 제4 유리는 상기 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 상기 총 굴절력의 87% 내지 125%인 것으로 정의하는, 광학계.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 상기 제1 렌즈 엘리먼트의 굴절력으로 나눈 값은 0.28 내지 0.71이며;
    상기 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 상기 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력으로 나눈 값은 -0.64 내지 -0.49인, 광학계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입사 표면, 상기 제1 출사 표면, 및 상기 제1 유리는 상기 제1 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 상기 총 굴절력의 112% 내지 128%인 것으로 정의하며;
    상기 제2 입사 표면, 상기 제2 출사 표면, 및 상기 제2 유리는 상기 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 상기 총 굴절력의 35% 내지 54%인 것으로 정의하며;
    상기 제3 입사 표면, 상기 제3 출사 표면, 및 상기 제3 유리는 상기 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 음이고 상기 총 굴절력의 183% 내지 216%인 것으로 정의하며;
    상기 제4 입사 표면, 상기 제4 출사 표면, 및 상기 제4 유리는 상기 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 양이고 상기 총 굴절력의 91% 내지 125%인 것으로 정의하는, 광학계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 상기 제1 렌즈 엘리먼트의 굴절력으로 나눈 값은 0.28 내지 0.46이며;
    상기 제4 렌즈 엘리먼트의 굴절력을 상기 제3 렌즈 엘리먼트의 굴절력으로 나눈 값은 -0.60 내지 -0.49인, 광학계.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 입사 표면과 상기 제1 출사 표면은 동일한 곡률반경을 갖는, 광학계.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제3 입사 표면과 상기 제3 출사 표면은 동일한 곡률반경을 갖는, 광학계.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제4 입사 표면은 평면인, 광학계.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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