KR20020010078A - 소형 광학 시스템과 헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이유닛 - Google Patents

소형 광학 시스템과 헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이유닛 Download PDF

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KR20020010078A
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Abstract

소형이며 경량이고, 명료한 투시력을 제공하는 고성능 광학 시스템을 구비한 헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛이 제공되고 있다. 투시력을 원하지 않는 경우 슬라이딩 광 차폐 장치가 포함될 수 있다. 대략 18 인치에서 무한대의 거리까지 이미지의 초점을 조정할 수 있는 초점 조정 장치가 포함될 수 있다. 사용자의 머리에 맞도록 조정 가능한 헤드밴드가 포함될 수 있다. 광 어셈블리의 미세한 위치 조정을 용이하게 하기 위한 탄성 붐 구조(flexible boom structure)가 포함될 수 있다. 또한, 슬라이더 및 볼 조인트 메카니즘(slider and ball joint mechanism)은 광 어셈블리의 위치 조정을 용이하게 하기 위해 포함될 수 있다. 사용자에 의한 음성 입력이 가능하도록 하기 위한 내장형 마이크로폰이 포함될 수 있다. 헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛은 눈 또는 보호 안경과 결합하여 편안하게 사용될 수 있고, 주변 환경에 대한 시야를 막지 않고 사용자에게 유용한 이미지를 제공한다. 이 유닛은 사용자의 수용력을 매우 증진시키기 위해 좋은 형상으로 디자인되었다.

Description

소형 광학 시스템과 헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛{COMPACT OPTICAL SYSTEM AND PACKAGING FOR HEAD MOUNTED DISPLAY}
본 발명은 일반적으로 소형 광학 시스템(a compact optical system)에 관한 것이며, 특히 디스플레이 장치, 가령 착용 가능한 개인용 컴퓨터 시스템, 헤드 장착형 디스플레이(head mounted display), 휴대 전화기 등과 같은 개인용 장치에서 사용하기 위한 소형 광학 시스템에 관한 것이다.
가상 이미지 디스플레이는 확대 광학 장치(magnifying optics)와 소형 이미지 패널(panel)을 결합시켜 뷰어(viewer)에 많은 양의 정보를 표시할 수 있는 가상 이미지를 제공한다. 그러한 디스플레이는 소위 헤드 장착형 디스플레이에 사용되게 되었고 다양한 응용을 위해 컴퓨터 기반 장치에 접속되어 사용된다. 알려진 바와 같이, 컴퓨터 기반 장치는 광학 장치 및 이미지 패널을 통해 디스플레이될 이미지 신호를 생성하는 프로세싱 및 디스플레이 드라이버 회로를 포함한다.
그러나, 그러한 통상의 가상 이미지 디스플레이는 많은 단점을 가지는 것으로 알려져 있다. 가령, 그러한 디스플레이는 너무 무거워서 편리하게 사용할 수 없으며, 또한, 너무 커서 돌출되고 산만하여 심지어는 방향을 잃게 만든다. 무엇보다도 이들 결점은 상대적으로 큰 광학 시스템을 장착 구조체(mounting structure)에 결합한 것과, 크기, 형태, 무게 등과 같은 중요한 인간적 요소(human factor)를 적절하게 고려하지 않은 물리적 디자인 때문이다.
통상적인 헤드 장착형 가상 디스플레이의 예는 도 1과 도 2에 도시되고 있다. 도 1은 안경과 유사하게 사용자의 머리와 얼굴에 착용하는 헤드 장착형 가상 디스플레이 유닛(10)을 도시하고 있다. 사용자는 디스플레이 부(display portion)(12)를 통해 가상 이미지를 본다. 노우즈 브릿지(nose bridge)(14)와 측면 지지대(16)는 사용자의 머리와 얼굴에 착용하는 동안 디스플레이를 지지하는 역할을 한다. 디스플레이 유닛(10)은 커넥터(18)를 통해 컴퓨터에 접속된다. 그러한 유닛은 거추장스럽고, 착용자가 디스플레이 스크린 외에는 실질적으로 아무 것도 볼 수가 없는 것으로 알려져 있다. 즉, 사용자는 목전의 환경을 볼 수가 없다. 그런 헤드 장착형 가상 디스플레이는 국제 특허 출원 WO 95/11473 호에 개시되어 있으며, 그 개시는 후속하여 참조로 인용될 것이다.
도 2는 단안용 헤드 장착형 가상 디스플레이 장치(20)를 도시하고 있다. 지지 구조(12)는 사용자 머리 상에 위치하고 디스플레이 부(14)는 사용자의 시야로 내려온다. 이 디자인 역시 거추장스럽고 사용자의 주변 시야를 막는다. 그러한 단안용 헤드 장착형 가상 디스플레이 장치(20)도 국제 특허 출원 WO 95/11473 호에 개시되어 있다.
통상의 소형 디스플레이 시스템과 헤드 장착형 디스플레이의 다른 예는 킨츠(Kints) 등의 미국 특허 제 5,771,124 호, 윌리암스(Williams) 등의 미국 특허 제 5,757,339 호 및 론자니(Ronzani) 등의 미국 특허 제 5,844,656 호에 개시되어 있으며, 그 개시는 후속하여 본 명세서에서 참조로 인용될 것이다. 또한, 소니사(Sony Corporation)는 "글래스트론(Glasstron)"이라는 헤드 장착형 가상 디스플레이를 제조하는 것으로 알려져 있다.
그러나, 전술한 모든 예들은 전술한 디자인 결함들 중 하나 이상을 갖는다. 그 결과, 그러한 결함들은 그러한 장치의 보편적 수용을 심각하게 방해하고 있다.
종래 기술을 개선한 가상 디스플레이 응용에서 사용하기 위한 소형 광학 시스템은 본 양수인에 양도된 두 개의 미국 특허 출원 WO 09/437,972 호 및 09/437,793 호에 기술되어 있는데, 모두 1999년 11월 10일에 미국 출원되었으며, 그 개시는 후속하여 본 명세서에 참조로 인용될 것이다.
그럼에도 불구하고, 가령 착용 가능한 개인용 컴퓨터, 헤드 장착형 디스플레이, 휴대 전화기 등과 같은 개인용 디스플레이 장치에서 사용하기 위한 소형 광학 시스템이 필요한데, 실질적으로 이는 종래 기술과 연관하여 특별히 언급되지 않은 단점뿐만 아니라 전술한 단점을 줄이거나 제거, 그리고/또는 전술한 미국 특허 출원 제 09/437,972 호 및 제 09/347,793 호에 기술된 소형 광학 시스템 디자인을 개선한다.
본 발명은 예를 들면, 엄청난 크기와 무게, 막힌 시야 등 통상적인 디자인에 의해 드러난 단점들을 치유하는, 가령 헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이와 같은 디스플레이 장치에서 사용하기 위한 광학 시스템 디자인을 제공한다. 예를 들면, 그러한 새로운 디자인은 광범위한 사용자들에게 더 편리하며 더 많이 수용될 수 있는 착용 가능한 컴퓨터 시스템을 가능하게 한다.
마이크로디스플레이(microdisplay)에 의해 생성되어 사용자가 볼 수 있는 이미지 신호(image signal)를 송신하는 본 발명의 소형 광학 시스템의 일 실시예에 따라, 광학 시스템은 마이크로디스플레이 부근에 위치한 빔 스플리팅 프리즘과, 빔 스플리팅 프리즘과 마이크로 디스플레이 사이에 위치한 필드 렌즈(field lens)와, 필드 렌즈와 빔 스플리팅 프리즘 사이에 위치한 네가티브 렌즈(negative lens)와, 마이크로디스플레이 맞은편의 빔 스플리팅 프리즘 쪽의 부근에 위치한 반사 렌즈와, 반사 렌즈와 빔 스플리팅 프리즘 사이에 위치한 1/4 웨이브 평면(a quarter wave plate)을 포함하되, 빔 스플리팅 프리즘, 필드 렌즈, 네가티브 렌즈, 반사 렌즈 및 1/4 웨이브 평판은 마이크로 디스플레이에 따라서 선형으로 편광된(linearly polarized) 이미지 신호가 (a) 필드 렌즈와 네가티브 렌즈를 통과하고, (b) 빔 스플리팅 프리즘으로 입사하여 빔 스플리팅 프리즘의 편광 표면(polarizing surface)을 실질적으로 통과하며, (c) 1/4 웨이브 평판으로 통과하여 원형 편광되고, (d) 반사 렌즈의 표면에서 1/4 웨이브 평판 방향으로 다시 반사되고 1/4 웨이브 평판을 두 번째 통과하여, 이미지 신호의 최초 선형 편광 방향에 대해 90도 회전한 편광 방향으로 선형 편광되고, (e) 빔 스플리팅 프리즘으로 다시 들어가서 빔 스플리팅 프리즘의 편광 표면에서 실질적으로 반사되어 사용자가 볼 수 있도록 빔 스플리팅 프리즘을 빠져 나가도록 배열된다.
본 발명에 따른 헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛의 일 실시예에 따르면, 디스플레이 유닛은 크기와 무게에 있어서 소형화되고 전술한 광학 시스템과 같은 고성능 광학 시스템을 구현하여 뚜렷한 투시력(see-through capability)을 제공하게 된다. 슬라이딩 광 차폐 장치(a sliding light shield)는 투시력을 원하지 않을 경우 결합될 수 있다. 초점 조정 장치는 가령, 대략 18 인치에서 무한대의 거리까지 이미지 초점을 맞추는 것을 허용하도록 결합될 수 있다. 조정 가능한 헤드밴드는 사용자의 머리에 맞도록 결합될 수 있다. 탄성 붐 구조(a flexible boom structure)는 광 어셈블리의 미세한 위치 조정을 용이하게 하도록 결합될 수 있다. 또한, 슬라이더 및 볼 조인트 메카니즘은 광 어셈블리의 위치 조정을 용이하게 하도록 결합될 수 있다. 내장형 마이크로폰은 사용자의 음성 입력이 가능하도록 결합될 수 있다.
헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛은 안경(eye glasses) 혹은 보호경(safety glasses)과 결합하여 편리하게 사용될 수 있으며, 주변 환경의 시야를 막지 않고 사용자에게 유용한 이미지를 제공한다. 본 유닛은 사용자의 수용을매우 증진시키기 위해 좋은 외형으로 디자인되었다.
또한, 헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛은 컴퓨터 기반 장치와도 접속될 수 있다. 컴퓨터 기반 장치는, 사용자가 보는 이미지 신호를 생성하는 데 사용하는 디스플레이 유닛과 결합된 마이크로디스플레이에 전기적 신호를 생성하여 제공할 수 있다. 그 결합으로 휴대용 컴퓨터 시스템을 유리하게 형성한다.
본 발명의 목적과 다른 목적, 형태 및 이점들은 첨부된 도면을 참조하여 후속하는 실시예의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 통상적인 안경 타입(eye glasses type)의 헤드 장착형 가상 디스플레이,
도 2는 통상적인 단안 타입(monocular type)의 헤드 장착형 가상 디스플레이,
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착형 디스플레이 유닛과 컴퓨터 기반 장치의 제 1 도면,
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착형 디스플레이 유닛과 컴퓨터 기반 장치의 제 2 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착형 디스플레이 유닛을 사용자가 착용한 미술적 표현,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 디스플레이 광학 시스템,
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시스템의 성능을 비점수차(astigmatism), 왜곡(distortion), 측면 색상(lateral color)의 관점에서의 그래프,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시스템의 디자인 파라미터를 나타내는 테이블,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 헤드 장착형 가상 디스플레이 내에 통합 초점 메카니즘과 마이크로폰을 배치한 것을 나타내는 도면,
도 9a와 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착형 가상 디스플레이 상의 개방 및 폐쇄 위치에서의 슬라이딩 광 차폐 장치(a sliding light shield)를 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 장착형 가상 디스플레이 상에서 헤드밴드와 포드/붐(pod/boom) 조정 메카니즘을 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 헤드 장착형 가상 디스플레이 유닛(unit)
12 : 디스플레이 부(display portion)
14 : 노우즈 브릿지(nose bridge) 16 : 측면 지지대
18 : 커넥터 30 : 케이블
20 : 컴퓨터 기반 장치 100 : 광학 모듈(optical module)
200 : 탄성 붐(flexible boom) 300 : 조정 패드
302 : 원형 결각(indentation) 400 : 이어피스(earpiece)
500 : 헤드 밴드 1000 : 광원
1100 : 마이크로디스플레이 1200 : 이미지 필드
1300 : 네가티브 렌즈 1400 : 빔 스플리팅 프리즘
1410 : 편광 표면 1420 : 입구 표면
1430 : 출구 표면 1500 : 반사 렌즈
1600 : 1/4 웨이브 평판(1600) 1700 : 출구(exit pupil)
2200 : 이동 가능 캐리지 2500 : 스크류
2600 : 노브(knob) 2700 : 소형 마이크로폰
3200 : 광 차폐 장치 4110 : 채널
4100 : 베이스 부 4200 : 슬라이더 메카니즘
4300 : 볼 조인트 4400 : 화살표
본 발명의 광학 시스템 디자인은 이하 가상 이미지 디스플레이 유닛 및 착용 가능한 컴퓨터의 관점에서 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 이러한 또는 임의의 특별한 디스플레이 응용에 한정하지 않는다는 점을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명은 응용에 사용되는 장치 내에서 구현될 수 있는 이미지를 디스플레이하는 소형 광학 시스템을 사용하는 것이 바람직한 임의의 적합한 디스플레이 응용에 보다 전반적으로 응용 가능하다. 그러한 장치는, 예를 들면, 착용 가능한 개인용 컴퓨터, 헤드 장착형 디스플레이, 휴대용 전화기 등과 같은 개인용 장치일 수 있다.
먼저 도 3a와 도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 헤드 장착형 디스플레이 유닛(10)과 컴퓨터 기반 장치(20)가 도시되어 있다. 케이블(30)은 컴퓨터 기반 장치(20)를 헤드 장착형 가상 디스플레이 유닛(10)에 전기적으로 접속시키기 위해 제공된다. 도 3a와 3b는 같은 헤드 장착형 가상 디스플레이 유닛(10)을 도시하고있지만, 상호 반대편에서 본 것이다. 컴퓨터 기반 장치(20)는 소형, 가령 주머니 크기이며 가벼운 것이 바람직하다. 또한, 그것은 사용자의 벨트 혹은 주머니에 부착하기 위한 클립을 갖는 것이 바람직하다. 그러한 컴퓨터 기반 장치는 "착용 가능한 컴퓨터(wearable computer)"라 지칭된다. 착용 가능한 컴퓨터는 개인용 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 개인용 디지털 보조기(personal digital assistant) 등에서 이용 가능한 모든 또는 대부분의 전형적인 구성 요소, 가령 프로세서(예를 들면, CPU), 고정 메모리(fixed memory), 제거 가능 메모리(removable memory), 디스플레이 드라이버 회로, 외부 네트워크(가령, 인터넷) 접속 장치, 응용 소프트웨어 등을 포함할 수 있다.
헤드 장착형 가상 디스플레이 유닛(10)은 광학 모듈(optival module)(100), 탄성 붐(flexible boom)(200), 조정 포드(300), 이어피스(earpiece)(400) 및 헤드밴드(500)를 포함한다. 본 말명의 바람직한 실시예에 따라서, 광학 모듈(100)은 광학 시스템, 초점 메카니즘, 슬라이딩 광 차폐 장치 및 통합된 미이크로폰을 포함한다. 탄성 붐(200)은 사용자의 눈앞에 있는 광학 모듈(100)의 미세한 위치 제어를 가능하게 한다. 예로서, 금속 혹은 플라스틱의, 나선형으로 감긴 구스넥 튜빙 (gooseneck tubing)이 탄성 붐으로 사용될 수 있다. 그러한 튜빙은 잘 알려져 있고 상업적으로 입수 가능하다. 바람직하게, 조정 포드(300)는 붐의 위치 및 각을 제어하기 위한 결합 슬라이딩 및 볼 조인트 메카니즘을 포함한다. 본 실시예는 이하 도 10을 참조하여 더 상세히 기술될 것이다. 물론, 광학 모듈의 위치 제어에 영향을 미치는 다른 설비도 사용될 수 있다. 이어피스(400)는 접속 배선에 의해포드(300)에 부착되어 도시되어 있다. 이와 달리, 그것은 그 출력이 사용자의 귀 쪽을 향한 채로 포드(300)에 부착되거나 포드(300)로부터의 스윙 다운 레버(swing down lever) 상에 부착될 수 있다. 헤드밴드(500)는 조정 탭(502) 및 헤드 그립(504)을 구비하여 도시되어 있다. 헤드밴드는 보통 머리 뒤로 착용하게 되어있지만, 다른 설비도 가능하다. 예를 들면, 밴드는 머리 위로 착용할 수도 있으며, 이와 달리, 도시되지는 않았지만 포드(300)가 헬멧에 부착될 수도 있다.
탄성 붐(200)과 조정 포드(300)는 사용자가 광학 모듈(100)을 시야, 이 경우에는 오른쪽 눈 안팎으로 움직이도록 허용한다는 것을 이해해야 한다. 물론, 유닛(10)은 착용자의 왼쪽 눈으로 광학 모듈(100)을 볼 수 있도록 제조할 수 있다. 그러한 경우, 유닛(10)은 왼쪽 눈에 의해 사용되도록 뒤집힐 수 있다. 또한, 유닛(10)은 두 개의 개별 디스플레이 부, 즉, 오른쪽 눈에 하나, 왼쪽 눈에 하나를 포함하도록 제조될 수 있다. 당업자도 다른 구성을 구현할 수 있을 것이다.
따라서, 디스플레이 유닛(10)과 컴퓨터 기반 장치(20)의 결합은 사용자가 본 장치(20)에 의해, 가령, 응용 소프트웨어, 웹 브라우저 등으로부터 생성된 시각 데이터를 볼 수 있도록 한다. 시각 정보는 케이블(30)을 경유하여 디스플레이에 제공된다. 이어피스(400)는 사용자가 본 장치(20)에 의해 생성된 오디오 데이터를 들을 수 있도록 한다. 광학 모듈(100) 내의 마이크로폰(도 8에 도시)은 사용자가 음성 명령을 컴퓨터에 입력할 수 있도록 한다.
따라서, 도 3a 및 도 3b는 포켓 크기로 착용 가능한 컴퓨터와 접속되어 사용되는 소형 광학 시스템을 포함하는 경량의 헤드 장착형 디스플레이 유닛을 포함하는 착용 가능한 경량 컴퓨터 시스템을 도시한다. 도시된 바와 같이, 광학 시스템이 경량 붐 혹은 밴드 구조에 의해 사용자의 머리에 부착되기 때문에, 헤드 장착형 디스플레이의 무게는 대략 2온스 이하가 되는 것이 가능하다.
도 4는 본 발명에 따라 사용자에 의해 착용된 헤드 장착형 가상 디스플레이 유닛(10)의 미술적 표현을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 광학 모듈(100)은 사용자의 오른쪽 눈 또는 왼쪽 눈의 시야 내로 편리하게 이동할 수 있다. 그것은 작아서 두드러지지 않고 광학 시스템을 통해 외부 세계를 왜곡 없이 볼 수 있도록 한다. 디스플레이가 턴 온(turn on)되었을 때, 디스플레이는 주변 환경에 대해 분명히 보여질 만큼의 충분한 빛을 낸다.
본 발명에 따라 광학 모듈(100)에서 사용하기 위한 바람직한 광학 시스템이 이제부터 기술될 것이다. 그러나, 도 3a 및 도 3b에 도시된 착용 가능한 컴퓨터 시스템과는 다른 장치에 따라 본 발명의 광학 시스템 디자인이 사용될 수도 있다. 소형 요소와 고화질 광학 이미지를 디스플레이할 수 있는 능력이 있으므로, 본 발명의 광학 시스템은 수많은 응용에 적합하다. 당업자는 그러한 본 발명의 광학 시스템이 사용될 수 있는 여러 가지 다른 변형과 응용을 구현할 수 있을 것이다.
또한, 후속하는 실시예와 연관되어 상세히 설명되겠지만, 본 발명의 광학 시스템은 "프리 폼 광학 장치(free form optics)"라기 보다는 오히려 "온 액시스 광학 장치(on axis optics)"인 광학 장치에 포개어진 광로(folded light path)를 제공한다. 이런 방식으로, 광학 시스템은 본 명세서에 기술된 이점과 특성을 제공할 수 있고, 또한 당업자가 본 명세서에 주어진 창의적인 기술을 구현할 수 있는 다른이점과 특성도 제공할 수도 있다. 용어 "온 액시스(on-axis)"와 "프리 폼(free form)"은 다음과 같은 의미라는 것으로 이해해야 한다. 전형적인 구형 렌즈를 통해, 렌즈에 대해 직각을 이루고 중심을 통과하는 광선(ray)은 광 축(optical axis)을 정의한다. 광선의 번들(bundle)은 이 축 근처의 렌즈 클러스터(cluster)를 통과하여, 렌즈에 의해 잘 이미지화될 수 있다. 시스템의 예는 카메라, 현미경, 쌍안경이 될 수 있다. 더 복잡한 시스템에서, 광선의 번들은 렌즈에 대해 기울어진 라인(line) 주변에 모일 수 있다. 즉, 이것은 "오프 액시스(off-axis)" 이미지가 될 것이다. 전형적인 구형 렌즈는 광 축에 대해 대칭임을 유의하라. 그러나, 다른 시스템은 방사형으로 대칭은 아니고 전술한 것처럼 분명한 광 축을 갖지 않지만, 여전히 이미지 기능을 수행한다. 일반적으로 그것을 "프리 폼(free form)" 광학이라 지칭한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가상 디스플레이 광학 시스템이 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 바람직하게, 본 광학 시스템은 광학 모듈(100)에서 사용되는 광학 시스템이다. 전형적으로 적색(red), 녹색(green) 및 청색(blue) 발광 다이오드(LED)의 집합인 광원(1000)으로부터의 광은 마이크로디스플레이(1100)를 비춘다. 본 실시예에서, 마이크로디스플레이는 투시형 마이크로디스플레이이다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 투시형 마이크로디스플레이는 가령, 미국 매사츄세스 주 타운톤에 위치한 코핀사(Kopin of Taunton, MA)로부터 이용 가능하다. 투시형 마이크로디스플레이는 광원이 미이크로디스플레이 내에 있는 방출 마이크로디스플레이로 대체될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는방출 마이크로디스플레이는 가령, 오리건주 비버톤에 위치한 플래너사(Planar of Beaverton, OR)로부터 이용 가능하다. 또한, 마이크로디스플레이는 반사형 마이크로디스플레이일 수 있다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 반사형 마이크로디스플레이는, 가령, 콜로라도 주 보울더에 위치한 콜로라도 마이크로디스플레이사(Colorado Microdisplay of Boulder, CO)로부터 이용가능하다.
잘 알려진 바와 같이, 어떤 경우에서든지, 마이크로디스플레이는 디스플레이에 인가된 전기적 신호에 응답하여 이미지를 만든다. 가령, 전기적 신호는 컴퓨터 기반 장치(20)(도 3a 및 도 3b)로부터 마이크로디스플레이에 제공될 수 있다. 이 이미지는 필드 렌즈(1200), 네가티브 렌즈(1300), 빔 스플리팅 프리즘(1400), 1/4 웨이브 평판(1600) 및 반사 렌즈(1500)에 의해 보이게 된다. 잘 알려진 바와 같이, 볼록한 형태를 갖는 하나 이상의 외부 표면을 갖는 포지티브 렌즈와 달리, 네가티브 렌즈는 오목한 형태를 갖는 하나 이상의 외부 표면을 갖는다. 디스플레이로부터의 광은 선형 편광되어 렌즈(1200, 1300)를 통해 프리즘(1400)으로 들어간다. 광의 편광은 광이 실질적으로 프리즘(1400)의 편광 표면(1410)을 통해 전송되도록 하는 것이다. 그런 후에, 광은 1/4 웨이브 평판(1600)을 통과하여 원형 편광된다. 반사 렌즈(1500)는 광을 1/4 웨이브 평판 방향으로 다시 반사시키는 곡면에 반사 코팅(가령, 금속성 혹은 유전성 반사 물질)을 갖는다. 1/4 웨이브 평판(1600)을 두 번째 통과할 때, 광은 다시 한번 선형 편광이 되지만, 편광 방향은 90도 회전된다. 광은 프리즘(1400)으로 다시 들어가서 실질적으로 편광표면(1410)에 의해 반사된다. 광은 프리즘(1400)을 떠나서 광학 시스템의 출구(exit pupil)(1700)에 도달한다. 광학 시스템 출구(1700)는 마이크로디스플레이(1100)의 가상 이미지를 보기 위해 사용자가 눈을 두는 곳이다.
광학 시스템을 통해 밖을 볼 때 왜곡되어 보이지 않는 것이 이 디자인의 특징이다. 이것은 프리즘(1400)의 입력 표면(1420)과 출력 표면(1430)이 실질적으로 본 목적을 위해 같은 모양 또는 같은 형태로 디자인된 본 발명의 디자인 특징 때문이다.
또한, 마이크로디스플레이(1100)로부터의 광이 출구(1700)에서 가상 이미지를 형성하는데, 그 이미지는 고화질이며 실질적으로 수차(aberration)가 없는 것이 본 광학 시스템의 특징이다. 즉, 가상 이미지는 본질적으로 비점수차(astigmatism)가 없고, 본질적으로 측면 왜곡이 없으며, 본질적으로 측면 색상 수차(lateral color aberration)가 없다.
이런 고성능은 필드 렌즈(1200), 네가티브 렌즈(1300), 프리즘(1400), 1/4 웨이브 평판(1600) 및 반사 렌즈(1500)를 도시된 구조로 결합하고 이들 구성 요소를 위한 재료를 적절히 선택함으로써 달성된다. 특히, 네가티브 렌즈(1300) 재료는 필드 렌즈(1200)와 반사 렌즈(1300)가 결합하여 본질적으로 측면 색상 수차를 제거하는 작용을 하도록 선택된다. 후속하여, 이들 렌즈 및 광학 모듈의 다른 요소들과 관련한 바람직한 디자인 파라미터들이 도 7의 내용에서 기술될 것이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5에 도시된 광학의 광학 시스템 성능의 3가지 그래프를 각각 도시하고 있다. 도 6a는 비점수차 대 필드 위치(astigmatism versusfield position)의 그래프가 도시되어 있다. 이미지 필드는 0.016㎜ 내로 편평하고 화살표와 접선 방향 사이에서는 0.005㎜ 미만의 비점수차가 존내한다는 것은 명백하다. 이는 이미지가 본질적으로 완전히 균일하고 비점수차가 없다는 것을 의미한다. 도 6b는 왜곡 대 필드 위치(distortion versus field position)의 그래프를 도시하고 있다. 이 그래프로부터, 광학 시스템이 필드 전체에서 0.2% 보다 적은 왜곡을 갖는다는 것을 알 수 있다. 당업자에게 있어서, 이것은 이미지가 본질적으로 왜곡이 없다는 것을 의미한다. 도 6c는 측면 색상 대 필드 위치(lateral versus field position)의 그래프를 도시하고 있다. 최대 필드 위치에서, 적색, 녹색, 청색 색상 사이의 위치는 0.003㎜ 미만의 차가 있다는 것을 알 수 있다. 바람직한 실시예의 마이크로디스플레이는 대략 0.012㎜의 픽셀 피치(pixel pitch)를 갖는다. 그러므로, 광학 시스템은 본질적으로 측면 색상 수차가 없다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 시스템의 디자인 파라미터 테이블을 도시하고 있다. 테이블은 표면 수(surface number)(열 A), 표면 또는 곡률 반경(surface radius or curvature)(열 B), 표면의 중앙 두께(열 C), 표면의 개구 반경(aperture radius of surface)(열 D) 및 시스템의 광학 구성 요소 각각에 대한 재료(열 E)를 제시하고 있다. 테이블에서, SRF는 "표면"을 지칭하고, OBJ는 "물체" 위치를 지칭하며, AST는 "개구 멈춤(aperture stop)"을 지칭하고, IMS는 "이미지 표면(image surface)"을 지칭하며, BK7과 SF1은 산업 표준 글래스 타입(industry standard glass type)이다. 또한, 요소 사이의 간격을 제시한다. 테이블에 나열된 표면(열 A의 표면 수에 의함)은 도 5에 도시된 광학 시스템의 구성 요소(가령, 빔 스플리팅 프리즘, 필드 렌즈 등)의 표면임을 이해해야 한다. 도 5의 구성 요소와 표면의 대응관계는 괄호와 도 5로부터의 구성 요소에 대응하는 참조 번호에 의해 도 7의 좌측 아래에 표시되어 있다. 당업자는 본 디자인 데이터로 광학 시스템의 전술한 성능을 실시하고 증명할 수 있을 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 장착형 가상 디스플레이에 통합된 초점 메카니즘과 통합된 마이크로폰을 도시하고 있다. 전술한 바와 같이, 이들 구성 요소들은 도 3a 및 도 3b 에 도시된 광학 모듈(100) 내에 위치하고 있다. 도 8은 광학 모듈(100)의 외부 케이스(하우징)가 제거된 상태에서, 초점 메카니즘과 마이크로폰을 도시하고 있다는 것을 이해해야 한다. 통합된 초점 특성에 관하여, 소형 캐리지 메카니즘은 도 5에 필드 렌즈(1200), 마이크로디스플레이(1100) 및 LED 백라이트(1000)를 이동시켜 대략 18 인치의 거리에서 무한대까지 가상 이미지 초점을 맞추도록 한다. 필드 렌즈(1200), 마이크로디스플레이(1100) 및 백라이트(1000)는 이동 가능한 캐리지(2200)내에 고정된다. 캐리지(2200)는 스크류(2500)와 노브(knob)(2600)에 의해 광 축을 따라 이동된다. 다른 통상의 이동 장치 설비가 사용될 수도 있다. 빔 스플리팅 프리즘(1400)에 대한 캐리지(2200)의 ±1㎜ 이동은 바람직한 범위를 넘어 이미지 초점을 조정하는데 충분하다. 네가티브 렌즈(1300), 빔 스플리팅 프리즘(1400), 1/4 웨이브 평판(1600) 및 반사 렌즈(1500)(모듈 하우징 뚜껑(endcap) 아래에 위치하여 도 8에서는 보이지 않음)는 광학 모듈의 하우징(housing) 내에 고정되어 있다는 것을 이해해야 한다.
또한, 도 8은 소형 마이크로폰(2700)의 배치를 도시하고 있다. 마이크로폰은 지향형(directional type)일 수 있다. 그것은 사용자의 얼굴을 향하고 있으며 주변 환경으로부터 격리되어 사용자의 음성을 픽업(pick up)한다. 마이크로 폰과 광학 시스템을 위한 배선은 탄성 붐(200)을 통해 접속될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 전술한 바와 같이 이어피스(400) 뿐만 아니라 광학 모듈 내의 구성 요소는 케이블(30)을 통해 컴퓨터 기반 장치(20)에 접속될 수 있다(도 3a 및 도 3b).
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이에서 개방 및 폐쇄 상태의 슬라이딩 광 차폐 장치를 각각 도시하고 있다. 특히, 도 9a 및 도 9b는 광학 모듈의 하우징과 통합된 광 차폐 장치를 갖는 광학 모듈(100)의 상세도를 도시하고 있다. 도 9a에서, 광 차폐 장치(3200)는 개방 상태(투시 모드)로 도시되어 있다. 따라서, 광학 모듈(100)의 광학계를 통해 이미지를 보는 사용자는 광학 모듈(100) 뒤로부터 발산하는 광을 볼 수 있다. 도시된 바와 같이, 빔 스플리팅 프리즘(1400)은 광 차폐 장치(3200)가 개방 위치에 있는 도 9a에서는 볼 수 있다. 도 9b에서, 광 차폐 장치(3200)는 폐쇄 위치에 있는 것으로 도시되어 백그라운드 광을 차단하거나 실질적으로 차단한다. 광 차폐 장치(3200)는 백그라운드 광을 줄이거나 제거할 필요가 있을 때, 사용자에 의해 화살표 A가 지시하는 방향을 따라서 이동할 수 있다. 외부 광 완화 차폐 장치는 본 가상 디스플레이 시스템에 따라 구현된 응용에서 요구되는 것처럼 불투명하거나, 부분적으로 불투명하거나, 채색되거나, 편광된다는 것을 이해해야 한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 장착형 가상 디스플레이의 헤드밴드와 포드/붐 조정 메카니즘을 도시하고 있다. 특히, 도 10은 포드/붐 조정 메카니즘의 상세도를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 조정 포드(300)는 내부에 형성된 채널(4110)을 구비한 베이스 부(4100)를 포함한다. 화살표(4400) 방향으로 표시된 것처럼, 채널 길이 전후로 이동할 수 있는 슬라이더 메카니즘이 채널 내에 있다. 작은 원형 톱니(indentation)(302)(도 3 참조)는 슬라이더 메카니즘의 내부상의 하나 이상의 대응하는 돌출부(도시되지 않음)와 결합하여 슬라이더 메카니즘을 가능하게 하고 그에 따라 광학 모듈이 바람직한 위치에 있도록 한다.
또한, 포드 어셈블리는 슬라이더 메카니즘(4200) 내에 피봇가능하게 고정된(pivotably fixed) 볼 조인트(4300)를 포함한다. 회전할 수 있는 볼 조인트(4300)는 포드 어셈블리와 그에 따른 광학 모듈(100)이 화살표(4500, 4600)에 의해 표시된 방향으로 회전할 수 있도록 한다. 또한, 탄성 붐(200)은 광학 모듈이 화살표(4400, 4500, 4600)의 어느 방향으로든 이동하도록 허용한다. 슬라이더, 볼 조인트 메카니즘 및 탄성 붐을 결합함으로써, 사용자가 광학 모듈(100)을 자신의 눈에 대해 자신이 원하는 최선의 방법으로 소정의 특정 거리 및/혹은 위치로 조정할 수 있다.
비록 본 발명의 예시적인 실시예가 후속 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 기술되었다 할지라도, 본 발명은 그에 딱 맞는 실시예에 한정되지 않으며, 여러 가지 다른 변화와 변형들이 본 발명의 사상의 범위 내에서 당업자에 의해 구현될 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명에 따른 헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛은 안경 또는 보호 안경과 결합하여 안락하게 사용될 수 있고, 주변 환경에 대한 시야를 막지 않고 사용자에게 유용한 이미지를 제공하며, 사용자의 수용력을 매우 증진시키기 위해 좋은 형상으로 디자인되어 있고, 명료한 투시력을 제공하는 소형이며 경량이인 고성능 광학 시스템을 구비하여 종래 기술의 단점을 극복할 수 있다.

Claims (27)

  1. 마이크로디스플레이에 의해 생성되어 사용자가 볼 수 있는 이미지 신호를 송신하는 소형 광학 시스템에 있어서,
    상기 마이크로디스프레이 부근에 위치한 빔 스플리팅 프리즘(a beam splitting prism)과,
    상기 빔 스플리팅 프리즘과 상기 마이크로디스플레이 사이에 위치한 필드 렌즈(a field lens)와,
    상기 필드 렌즈와 상기 빔 스플리팅 프리즘 사이에 위치한 네가티브 렌즈(a negative lens)와,
    상기 마이크로디스플레이 맞은편의 상기 빔 스플리팅 프리즘 쪽의 부근에 위치한 반사 렌즈(a reflect lens)와,
    상기 반사 렌즈와 상기 빔 스플리팅 프리즘 사이에 위치한 1/4 웨이브 평판(a quarter wave plate)을 포함하되,
    상기 빔 스플리팅 프리즘, 상기 필드 렌즈, 상기 네가티브 렌즈, 상기 반사 렌즈 및 상기 1/4 웨이브 평판은 상기 마이크로디스플레이에 의해 선형으로 편광된 상기 이미지 신호가 (a) 상기 필드 렌즈와 상기 네가티브 렌즈를 통과하고, (b) 상기 빔 스플리팅 프리즘으로 입사하여 실질적으로 상기 빔 스플리팅 프리즘의 편광 표면을 통과하며, (c) 상기 1/4 웨이브 평판을 통과하여 원형 편광되고, (d) 상기 반사 렌즈의 표면에서 상기 1/4 웨이브 평판을 향해 다시 반사되고 상기 1/4 웨이브 평판을 두 번째 통과하여 상기 이미지 신호의 최초 선형 편광 방향에 대해 90도 회전한 편광 방향으로 선형 편광되고, (e) 상기 빔 스플리팅 프리즘으로 다시 들어가서 상기 빔 스플리팅 프리즘의 편광 표면에서 실질적으로 반사되어 사용자가 볼 수 있도록 상기 빔 스플리팅 프리즘을 빠져나가도록 배열되는
    소형 광학 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    사용자가 볼 수 있도록 송신되는 상기 이미지 신호는 실질적으로 측면 색상 수차(lateral color aberration)가 없는
    소형 광학 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 렌즈의 표면은 반사 코팅을 포함하는
    소형 광학 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 반사 코팅은 반사 금속성 코팅 및 반사 유전성 코팅 중 하나인
    소형 광학 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로디스플레이는 방사형 마이크로디스플레이, 투시형 마이크로디스플레이 및 반사형 마이크로디스플레이 중 하나인
    소형 광학 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은 가상 이미지 디스플레이 유닛에 포함되는
    소형 광학 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가상 이미지 디스플레이 유닛은 헤드에 장착 가능한(head mountable)
    소형 광학 시스템.
  8. 마이크로디스플레이와,
    상기 마이크로디스플레이에 의해 생성되고 사용자가 보기 위한 이미지 신호를 송신하는 광학 시스템과,
    사용자 눈의 시계 내에 상기 광학 시스템을 지지하는 광학 시스템 장착 구조를 포함하되,
    상기 광학 시스템은 상기 마이크로디스플레이 부근에 위치한 빔 스플리팅 프리즘과, 상기 빔 스플리팅 프리즘과 상기 마이크로디스플레이 사이에 위치한 필드 렌즈와, 상기 필드 렌즈와 상기 빔 스플리팅 프리즘 사이에 위치한 네가티브 렌즈와, 상기 마이크로디스플레이 맞은편의 상기 빔 스플리팅 프리즘쪽 부근에 위치한 반사 렌즈와, 상기 반사 렌즈와 상기 빔 스플리팅 프리즘 사이에 위치한 1/4 웨이브 평판을 포함하고, 또한 상기 빔 스플리팅 프리즘, 상기 필드 렌즈, 상기 네가티브 렌즈, 상기 반사 렌즈 및 상기 1/4 웨이브 평판은 상기 마이크로디스플레이에 의해 선형으로 편광된 상기 이미지 신호가 (a) 상기 필드 렌즈와 상기 네가티브 렌즈를 통과하고, (b) 상기 빔 스플리팅 프리즘으로 들어가서 실질적으로 상기 빔 스플리팅 프리즘의 편광 표면을 통과하며, (c) 상기 1/4 웨이브 평판을 통과하여 원형 편광되고, (d) 상기 반사 렌즈의 표면에서 상기 1/4 웨이브 평판을 향해 다시 반사되고 상기 1/4 웨이브 평판을 두 번째 통과하여 상기 이미지 신호의 최초 선형 편광 방향에 대해 90도 회전한 편광 방향으로 선형 편광되고, (e) 상기 빔 스플리팅 프리즘으로 다시 들어가서 상기 빔 스플리팅 프리즘의 편광 표면에서 실질적으로 반사되어 사용자가 볼 수 있도록 상기 빔 스플리팅 프리즘을 빠져나가도록 배열되는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  9. 제 8 항에 있어서
    상기 장착 구조는 상기 광학 시스템이 선택적으로 사용자 눈의 시계 안팎으로 이동하도록 구성되는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  10. 제 8 항에 있어서,
    사용자에게 송신되는 상기 이미지 신호의 초점 조정을 가능하게 하는 초점 메카니즘을 더 포함하는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 초점 메카니즘은 이동 가능 캐리지(a movable carriage)를 포함하고,
    상기 이동 가능 캐리지는 상기 마이크로디스플레이와 상기 필드 렌즈가 상기 빔 스플리팅 프리즘, 상기 반사 렌즈 및 상기 1/4 웨이브 평판에 대해 광 축을 따라서 이동 가능하도록 상기 마이크로디스플레이와 상기 필드 렌즈를 지지하는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 초점 메카니즘은 상기 이동 캐리지에 유효하게 결합되는 이동 장치(a translation actuator)를 더 포함하고,
    상기 이동 장치는 상기 광 축을 따라 상기 이동 캐리지의 이동시키는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 이동 장치는 스크류와 노브 장치(arrangement)를 더 포함하는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  14. 제 8 항에 있어서,
    광학 시스템에 대해, 개방 위치에서는 백그라운드 광이 상기 광학 시스템으로 들어가도록 하고, 폐쇄 위치에서는 백그라운드 광이 상기 광학 시스템으로 들어가는 것을 적어도 부분적으로 차단하도록 위치한 광 차폐 장치(a light shield)를 더 포함하는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  15. 제 14 항에 있어서,
    실질적으로 광학 시스템을 포함하는 하우징(a housing)을 더 포함하고,
    상기 광 차폐 장치는 상기 광학 시스템 하우징과 일체화되는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 광 차폐 장치는 상기 개방 위치 및 폐쇄 위치 사이에서 이동가능 하도록 광학 시스템 하우징과 일체화 되는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 광 차폐 장치는 불투명, 부분적으로 불투명, 채색 및 편광된 것 중 하나인
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  18. 제 8 항에 있어서,
    상기 이미지 신호를 보는 사용자가 말하는 음성을 수신하는 마이크로폰을 더 포함하는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  19. 제 18 항에 있어서,
    실질적으로 상기 광학 시스템을 포함하기 위한 하우징을 더 포함하고,
    상기 마이크로폰은 상기 광학 시스템 하우징과 일체화되는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  20. 제 8 항에 있어서,
    상기 광학 시스템 장착 구조는 조정 포드 어셈블리(an assembly)를 더 포함하고,
    상기 조정 포드 어셈블리는 상기 광학 시스템을 사용자 눈에 대해 특정 거리로 이동하기 위한 슬라이더 메카니즘을 포함하는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  21. 제 8 항에 있어서,
    상기 광학 시스템 장착 구조는 조정 포드 어셈블리를 포함하고, 상기 조정 포드는 상기 광학 시스템을 사용자의 눈에 대해 특정 위치로 회전 이동 시키기 위한 회전 가능 볼 조인트 메카니즘(a ball joint mechanism)을 포함하는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  22. 제 8 항에 있어서,
    상기 광학 시스템 장착 구조는 탄성 붐 어셈블리(a flexible boom assembly)를 포함하고,
    상기 탄성 붐 어셈블리는 상기 광학 시스템을 지지하고 상기 광학 시스템을 사용자의 눈에 대해 특정 위치로 유연하게 이동하도록 구성되는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  23. 휴대용 컴퓨터 시스템에 있어서,
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛과,
    컴퓨터 기반 장치를 포함하되,
    상기 헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛은,
    마이크로 디스플레이와,
    상기 마이크로디스플레이에 의해 생성되어 사용자가 보기 위한 이미지 신호를 송신하고, 상기 마이크로디스플레이 부근에 위치한 빔 스플리팅 프리즘과, 상기 빔 스플리팅 프리즘과 상기 마이크로디스플레이 사이에 위치한 필드 렌즈와, 상기 필드 렌즈와 상기 빔 스플리팅 프리즘 사이에 위치한 네가티브 렌즈와, 상기 마이크로디스플레이 맞은편의 상기 빔 스플리팅 프리즘 쪽 부근에 위치한 반사 렌즈와, 상기 반사 렌즈와 상기 빔 스플리팅 프리즘 사이에 위치한 1/4 웨이브 평판을 포함하고, 또한 상기 빔 스플리팅 프리즘, 상기 필드 렌즈, 상기 네가티브 렌즈, 상기 반사 렌즈 및 상기 1/4 웨이브 평판은 상기 마이크로디스플레이에 의해 선형으로 편광된 상기 이미지 신호가 (a) 상기 필드 렌즈와 상기 네가티브 렌즈를 통과하고, (b) 상기 빔 스플리팅 프리즘으로 들어가서 실질적으로 상기 빔 스플리팅 프리즘의 편광 표면을 통과하며, (c) 상기 1/4 웨이브 평판을 통과하여 원형 편광되고, (d) 상기 반사 렌즈의 표면에서 상기 1/4 웨이브 평판을 향해 다시 반사되고 상기 1/4 웨이브 평판을 두 번째 통과하여 상기 이미지 신호의 최초 선형 편광 방향에 대해 90도 회전한 방향으로 선형 편광되고, (e) 상기 빔 스플리팅 프리즘으로 다시 들어가서 상기 빔 스플리팅 프리즘의 편광 표면에서 실질적으로 반사되어 사용자가 볼 수 있도록 상기 빔 스플리팅 프리즘을 빠져나가도록 배열되는 광학 시스템과,
    사용자 눈의 시계 내에 상기 광학 시스템과 마이크로 디스플레이를 지지하기 위한 광학 시스템 장착 구조를 포함하고,
    상기 컴퓨터 기반 장치는,
    사용자가 볼 수 있도록 상기 이미지 신호를 생성하는데 사용하기 위한 상기 마이크로디스플레이에 전기적 신호를 생성하고 제공하기 위해 상기 헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛에 접속되는
    휴대용 컴퓨터 시스템.
  24. 마이크로디스플레이와,
    상기 마이크로디스플레이에 의해 생성되어 사용자가 보는 이미지 신호를 송신하기 위한 광학 시스템과,
    사용자 눈의 시계 내에 상기 광학 시스템을 지지하기 위한 광학 시스템 장착 구조와,
    적어도 상기 광학 시스템을 실질적으로 포함하는 하우징과,
    상기 하우징과 일체화 되어, 광학 시스템에 대해 개방 위치에서는 백그라운드 광이 상기 광학 시스템에 들어가고, 패쇄 위치에서는 백그라운드 광이 상기 광학 시스템에 들어가는 것을 적어도 부분적으로 차단하도록 위치하는 광 차폐 장치
    를 포함하는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 광 차폐 장치는 상기 개방 위치 및 상기 폐쇄 위치 사이에서 이동할 수 있도록 상기 광학 시스템 하우징과 일체화 되는
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 광 차폐 장치는 불투명, 부분적으로 불투명, 채색 및 편광된 것 중 하나인
    헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
  27. 마이크로디스플레이와,
    상기 마이크로디스플레이에 의해 생성되어 사용자가 보는 이미지 신호를 송신하기 위한 광학 시스템과,
    사용자 눈의 시계 내로 광학 시스템을 지지하고, 상기 시스템을 사용자의 눈에 대해 특정 위치로 유연하게 이동하도록 구성되는 탄성 붐 어셈블리를 포함하는 광학 시스템 장착 구조
    를 포함하는 헤드 장착형 가상 이미지 디스플레이 유닛.
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