KR20070085584A

KR20070085584A - 안경 렌즈 및 광학 영상장치를 포함하는 안경 디스플레이장치

Info

Publication number: KR20070085584A
Application number: KR1020077012233A
Authority: KR
Inventors: 흐노 몰리똥
Original assignee: 에실러에떼르나쇼날(꽁빠니제네랄돕띠끄)
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2007-08-27
Also published as: CN100456081C; US7791804B2; FR2877737A1; CN101048693A; IL182567A0; US20090009713A1; EP1807727A1; IL182567A; JP4961594B2; FR2877737B1; EP1807727B1; JP2008521023A; WO2006048564A1; KR101129372B1

Abstract

본 발명은 정보 컨텐츠(I)를 볼 수 있도록, 편광 방향을 제공하며 광선을 형성하여 안경 착용자의 눈(1) 쪽으로 광선을 향하게 하는 광학 영상장치 인서트(400)를 포함하는 안경 렌즈(300)가 제공되는 안경 디스플레이 장치에 관한 것이다. 이 디스플레이 장치는 또한 렌즈 표면에 위치될 수 있는 하나 이상의 편광기 소자를 포함하고 있고, 상기 편광기 소자는 편광을 조절할 수 있는 소자(2A, 2B)로 구성되어 있다.

인서트, 안경 렌즈, 편광기, 디스플레이 장치

Description

안경 렌즈 및 광학 영상장치를 포함하는 안경 디스플레이 장치{OPHTHALMIC DISPLAY COMPRISING AN OPHTHALMIC LENS AND AN OPTICAL IMAGE}

본 발명은 이미지 또는 멀티미디어 유형의 이미지의 정보가 투영될 수 있게 하는, 안경 렌즈 및 광학 영상장치를 포함하는 안경 디스플레이 장치에 관한 것이다.

"렌즈"라는 용어는 구체적으로 안경 프레임에 장착할 수 있는 광학적 교정 렌즈에 관한 것이다. 이러한 안경 렌즈는 예를 들어 종래의 일반적인 시력 교정 기능, 반사방지 기능, 오염방지 기능, 및 긁힘방지 기능을 제공할 수 있다.

미국특허 제5 886 822호는 투영 인서트를 제공하는 안경 렌즈를 개시하고 있다. 이러한 투영 인서트는 광학 영상장치로 구성되어 있고, 이 광학 영상장치는 소형 스크린, 레이저 다이오드, 또는 발광다이오드(LED)와 같은 장치의 전자 신호로부터 빛을 발생시키는 전자 광학 시스템으로부터 나오는 광선의 모양을 형성한다. 광학 영상장치는 광선을 안경착용자의 눈 쪽으로 향하게 하여, 그 정보 컨텐츠를 볼 수 있게 한다.

도 1은 이러한 공지의 안경 디스플레이 장치에 대한 평면도이다.

렌즈(300)에, 프리즘(401A), 후방 프리즘(401B), 쿼터웨이브 플레이트(404), 및 만긴(Mangin) 거울(403)로 구성된 광학 영상장치(400)가 끼워져 있다. 결합장치는 얇은 층의 퇴적물(deposit)의 형태로 구현될 수 있는 편광 분할 처리장치(403)를 포함한다.

정보를 전달하는 전자 신호는 도시되지 아니한 케이블에 의해 소형 스크린에 전송된다. 소형 스크린(320)은 백라이트 투영장치에 의해 빛을 받고, 정보에 대응하는 픽셀화된 이미지를 생성함으로써 신호에 반응한다.

점선으로 표시된 경로를 따라 소형 스크린으로부터 나오는 광선은 안경 렌즈 내에서 렌즈(360)와 거울(325)을 경유하여 전송되고, 안경 렌즈 내부에서 통과된 후 편광 분할 처리장치(402)에 도달하게 된다. 스크린에 의해 방출되는 광선의 편광은 편광 분할 처리장치(402)에서 광선이 입사하는 평면에 놓여 있도록 방향이 정해진다. 이는 P 방향으로 방향이 설정되었다고 말하겠다. 그 후 광선은 후방 프리즘(401B)을 통과하고, 그리고 쿼터웨이브 플레이트(404)를 통과한 후, 만긴 거울(403)에 도달하게 되어, 이 거울에서 반사되어 반대 방향으로 쿼터웨이브 플레이트를 통해 다시 돌아오게 된다. 만긴 거울의 역할은 스크린의 확대된 이미지(I)를 생성하는 것이며, 또한 사용자에게 편안한 시각적 거리에 놓이도록 위치를 조절하는 것이다. 보통, 이러한 시각적 거리는 이미지가 사용자에게 1 미터(m) 앞에 놓여 있는 것처럼 보이도록 조절된다. 또한, 이미지의 시각적 크기는 대각선을 따라 약 12°가 될 수 있고, 이는 영상장치의 특성에 따라 달라진다.

쿼터웨이브 플레이트(404)는 광선의 편광에 대해 45°로 향하는 축을 갖고 있다. 따라서, 광선의 제1 경로에서, 광선은 원형 편광 상태로 나오게 된다. 제2 경로의 끝에서, 광선은 직선형 편광 상태에 있지만, 처음의 편광에 대해서 90°로 향하게 된다. 이런식으로, 만긴 거울(403)에 의해 반사된 광선이 쿼터웨이브 플레이트(404)를 두 번 통과하게 되면, 광선은 편광 분할 처리장치(402)와 만나게 되고, 이때 입사 평면에 수직하는 편광 방향을 갖게 되며, 이 편광 방향은 보통 S로 표시된다. 따라서 광선은, 만긴 거울(403)을 통해 소형 스크린의 확대된 이미지(I)를 보게 되는 안경착용자의 눈에, 높은 측광 효율로 반사된다.

이러한 디스플레이 장치는 다음과 같은 문제점을 일으킨다.

인서트(400)는 실질적으로 인서트의 전방영역과 동일한 영역의 입방체(cube) 공간을 점유하며, 이 영역에서 주변환경의 풍경이 방해가 된다. 입방체 외부에서, 안경 착용자는 렌즈(300)를 통해 주변을 볼 수 있다.

시스템에 의해 표시되는 정보 이미지(I)는 외부 환경으로부터 들어오는 빛의 중첩현상 때문에 콘트라스트(contrast)가 손실되는 문제점을 겪게 되는 것이 발견되었다. 이러한 현상은 특히 정보 안경이 바깥에서 사용될 때 뚜렷하게 일어난다.

콘트라스트는 아래와 같이 정의된다:

C = (Ion - Ioff)/(Ion + Ioff)

여기에서, Ion은 주위환경 전방에 놓인 정보 이미지를 바라볼 때 눈에 들어가는 강도이며, Ioff는 정보 이미지가 없는 상태에서 주변환경을 바라볼 때 눈에 들어가는 강도이다.

또한, 렌즈에 포함된 편광 분할 입방체는 외부로부터 볼 수 있고, 이는 외관상 보기에 좋지 않은 효과를 일으킨다. 이것은 편광되지 않은 주변 광선을 대체로 50%만 통과시키는 편광 분할 다중층 처리장치 때문이다.

본 발명의 목적은 콘트라스트가 이미지 내에서 적절히 보존되도록 하고 입방체를 가능한 한 거의 보이지 않게 하여 입방체를 숨김으로써 상술한 문제를 해결할 수 있는 안경 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은, 정보 컨텐츠를 볼 수 있도록, 편광 방향을 제공하고 광선을 형성하여 광선을 안경착용자의 눈 쪽으로 향하게 하는 광학 영상장치 인서트를 구비하는, 안경 렌즈를 포함하고, 또한 렌즈 표면에 위치하는 하나 이상의 편광기 소자를 포함하고, 상기 편광기 소자는 조절가능한 편광을 갖는 소자로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 안경 디스플레이 장치를 제공한다.

한 실시예에서, 상기 편광기 소자는 인서트의 편광에 수직하는 편광을 제공한다.

나아가, 다른 실시예에서, 상기 편광기 소자는 인서트의 편광에 평행하는 편광을 제공한다.

바람직하게, 상기 편광기 소자는 크기를 조절할 수 있는 편광 회전을 제공하는 키랄 분자에 기초하는 액티브 필름을 포함하고 있다.

또한 바람직하게, 상기 액티브 필름은 픽셀화되며, 각각의 픽셀은 전기 신호에 개별적으로 종속되어 반응하게 된다.

단지 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 도면을 참조하여 아래에서 보다 상세히 본 발명을 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 본 발명의 도면이다.

도 3은 특정 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 단면도이다.

도 4는 또 다른 실시예를 구성하는, 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 도면이다.

도 2는 광학 영상장치 인서트(400)를 포함하는 렌즈(300)를 보여준다. 예를 들어, 광학 영상장치는 앞서 언급한 미국특허 제5 886 822호에 기술된 것과 같은 유형의 것일 수 있다.

본 발명에 따른 안경 디스플레이 장치는 광학 영상장치 인서트(400)를 포함하는 상기 광학 렌즈(300)를 포함하며, 상기 광학 영상장치 인서트는 정보 컨텐츠를 볼 수 있도록 광선의 모양을 형성하고 이 광선을 안경 착용자의 눈(1)쪽으로 향하게 하기 위해 편광 방향(P)을 제공한다. 디스플레이 장치는 또한 렌즈(300)의 표면 중 한 표면에, 바람직하게는 전방 표면에 위치되는 편광기 소자(2)를 포함한다.

이러한 편광 분할 입방체(400)는 P 편광에 대해 거의 90% 내지 그 이상에 해당하는 높은 전송율을 제공하며 S 편광에 대해 낮은 편광을 제공하고, S 편광에 대해 거의 90% 내지 그 이상에 해당하는 높은 반사를 제공하며, P 편광에 대해서는 낮은 반사를 제공한다.

이 실시예에서 영상장치 인서트(400)는 P 편광을 갖는다고 말할 수 있고, 편광기(2)는 인서트(400)의 편광에 평행하는 편광을 제공한다.

이 구조에서, 분할 입방체(400)의 편광 방향(P)을 가지고 편광기(2)의 편광방향을 정렬함으로써, 전체 렌즈 상에서 전송이 보다 균일하게 이루어질 수 있다. 외부 관측자에 대한 다중층 처리장치(404)의 가시도는 크게 감소된다.

예를 들어, 편광기가 없는 렌즈(300)가 힌색 시트 위에 놓여 있는 것을 생각할 수 있다. 렌즈의 나머지 부분을 통해 주변환경을 전송하는 것은 거의 100%인 반면, 편광되지 않은 광선으로 입방체(400)를 통해 주변환경을 전송하는 것은 거의 50%이다. 분할 입방체(400)는 0.33에 해당하는 콘트라스트로 보이게 되고, 따라서 깨끗하게 볼 수 있다.

이제 렌즈(300)의 전방 표면이 인서트(400)의 편광 방향과 평행하는 편광 방향으로 방향이 설정된 편광기(2)를 갖고 있는 것을 생각할 수 있다. 렌즈의 나머지 부분을 통해 주변환경을 전송하는 것이 거의 50%이고, 입방체(400)를 통해 주변환경을 전송하는 것이 거의 45%이다. 분할 입방체(400)는 약 0.05의 콘트라스트로 보이게 된다: 이것은 거의 보이지 않는 물체를 의미한다.

편광기 소자는 분리할 수 있는 플레이트로 구성될 수 있고, 이 플레이트는 클립에 의해 안경 프레임에 고정될 수 있고, 상기 클립은 고리나 자석부분에 의해 프레임에 고정될 수 있다.

편광기 소자는 영구적으로 또는 임시로 렌즈에 접착될 수 있는 필름으로 구성될 수 있다.

편광기 소자는 렌즈에 필름으로서 피복되는 층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 유형의 편광기는 필름, 브러쉬 분자(brushed molecules), 또는 당업자에게 알려진 유형의 와이어 편광기로 구성될 수 있다.

특정 실시예에서, 편광기 소자는 편광을 조절할 수 있는 소자로 구성되어 있고, 크기를 조절할 수 있는 편광 회전을 제공하는 키랄 분자에 기초하는 액티브 필름으로 구성될 수 있다.

일반적으로, 이 유형의 조절가능한 편광 소자에서, 액정층이 일반적인 편광기와 결합된다. 제어 전압을 가함으로써, 편광기의 방향을 전체적으로 바꿀 수 있다. 편광 방향의 제어는 제어장치를 사용하는 사용자에 의해 설정된다. 바람직하게, 제어장치는 안경 디스플레이 장치를 전체적으로 제어하는 단일 하우징에 통합되어 있다.

이 실시예는 원하는 효과를 얻기 위해 편광기의 방향을 조절할 수 있는 장점을 제공한다.

인서트(400)의 편광 방향에 평행하는 편광기 시스템의 편광 방향을 설정함으로써, 상술한 바와 같이, 바깥에서 보이는 인서트(400)는 위장될 수 있다.

인서트(400)의 편광 방향에 수직하도록 편광기 시스템의 편광 방향을 조절함 으로써, 주위의 이미지의 밝기가 감소된다.

크기 면에서 다양한 조명 조건에 대해, 본 발명에 따른 편광기를 사용하지 아니하는 경우, 제곱 미터당 약 120 칸델라(cd/m²)의 휘도(luminance)를 가지고 정보-표시 렌즈(300)에 의해 표시되는 이미지(I)의 컨트라스트는 아래의 테이블에 도시된 것처럼 측정된다.

	정보 이미지의 컨트라스트
강한 빛 (고통)	< 0.01 (0.006)
태양광	< 0.05 (0.041)
구름이 덮힘	∼ 0.06 (0.066)
정밀 작업 (CIE 권고)	∼ 0.4 (0.383)
사무실 (CIE 권고)	∼ 0.6 (0.611)
야간의 도시	∼ 0.8 (0.835)

분할 입방체(400)의 방향에 대해 교차되는 방향의 편광기(2)의 경우, 입방체를 통과하는 전송은 상당히 떨어진다. 편광기(2)의 효과가 크면 클 수록 그리고 분할 처리장치(402)가 좋으면 좋을수록, 콘트라스트가 더욱 향상된다. 이상적으로, 완전한 편광기(2)와 처리장치(402)의 경우, 얻을 수 있는 컨트라스트는 1이다.

주변환경의 밝기와 비교하여 정보 이미지의 컨트라스트를 향상시키려는 구성에서, 편광기의 방향은 입방체(400)의 P 편광의 방향과 교차된다. 이러한 상황에서, 렌즈의 나머지 부분을 통해 주변환경을 전송하는 것은 약 50%이고, 입방체(400)를 통해 주변환경을 전송하는 것은 0에 가깝다.

입방체가 거의 90%에 대항하는 효율을 제공하고 편광기가 거의 99%의 효율을 제공한다고 추정하면, 본 발명에 의해 아래와 같은 컨트라스트 값을 얻을 수 있다.

	정보 이미지의 컨트라스트
강한 빛 (고통)	∼ 0.06
태양광	∼ 0.3
구름이 덮힘	∼ 0.4
정밀 작업 (CIE 권고)	∼ 0.8
사무실 (CIE 권고)	∼ 0.9
야간의 도시	∼ 0.95

앞의 테이블과 비교하면, 컨트라스트가 매우 크게 향상되어 있음을 볼 수 있고, 따라서, "구름이 덮힌" 경우와 같은 야외의 상태에서도 그리고 "태양광"과 같은 상태에서도 장치를 쉽게 사용할 수 있게 된다.

편광기 소자가 편광을 조절할 수 있는 소자로 구성되지 않을 때에는, 안경 디스플레이 장치가 또한 인서트(400)의 편광과 수직하며 렌즈(300)의 표면 중 한 표면에 놓이는 편광을 제공하는 제2 편광기 소자를 포함하는 것이 바람직하다.

장치가 시각을 교정하기 위한 렌즈로서만 사용될 때에는, 사용자는 영상장치 인서트(400)를 위장하는 역할을 하는 제1 편광기(2)를 이용한다.

장치가 영상장치 인서트(400)에 의해 정보 이미지(I)를 보기 위한 렌즈로서 사용될 때에는, 심지어 주변환경의 밝기가 상당히 밝은 경우에도, 사용자는 필요시 이미지의 컨트라스트를 최적화시키는 제2 편광기를 이용한다.

도 3에 도시된 특정 실시예의 경우, 편광기 소자는 편광을 조절할 수 있는 소자로 구성된다.

편광을 조절할 수 있는 어느 한가지 유형의 소자에 있어서, 액정층(2B)은 종래의 일반적인 편광기(2A)와 연결된다. 제어 전압(3)에 의해, 편광기 전체의 방향을 바꿀 수 있다. 편광 방향의 제어는 제어장치를 사용하여 사용자에 의해 설정된다.

휴지(rest) 상태에서는, 전압이 액정층(2B)에 가해지지 않는다. 따라서, 액정은 렌즈를 통과하는 주변환경으로부터 광선(L)의 편광을 변환하지 않는다.

편광기 소자가 S 방향을 갖는 경우, 편광 분할 입방체를 통과하는 주변환경으로부터 나오는 광선(L1)은 그 편광을 취하게 되고 편광 분할 처리장치에 의해 차단되게 된다. 입방체(400)는 불투명하게 보이고, 정보 이미지(I)의 컨트라스트는 주변 배경의 이미지에 대해서 개선된다.

반대로, 편광기 소자가 P 방향을 갖는 경우, 주변환경에서 나오는 광선(L1)은 분할 입방체(400)를 바로 통과하고, 렌즈의 다른 부분을 통과하는 광선(L)에 상당하는 전송이 이루어진다. 따라서 인서트는 외부의 관측자에게는 잘 보이지 않게 된다.

활동(active) 상태에서, 전압(V)이 액정 필름(2B)에 가해진다. 이 전압(V)은 기술 수단에 의해 계산되고, 따라서 액정에 의해 광선의 편광은 90°만큼 바뀐다. 따라서, 편광기(2A)가 P 편광으로 방향이 설정되면, 액정층(2B)으로부터 나오는 출구에서, 편광은 S가 될 것이다; 또한 편광기(2A)가 S 편광으로 방향이 설정되면, 액정층으로부터 나오는 출구에서, 편광은 P가 될 것이다. 이로써, 상기 휴지 상태에서 얻을 수 있는 동작과 반대되는 동작이 이루어진다.

또는, 액정에 의해 편광에 제공되는 회전을 조절하기 위해, 전압(V)을 0 볼트(V)에서 U 볼트(V)의 범위에서, 연속적으로(선택 사항), 변환시킬 수 있다. 이로써, 인서트의 감소된 가시도와 주변환경에 대해 더 좋은 컨트라스트 사이에서 사용자에 의해 선택되는 타협점을 얻기 위해 과도기의 동작을 얻을 수 있다.

도 4에 도시된 것처럼, 편광 방향을 국부적으로 조절하기 위해 액정 필름(2B)을 픽셀화할 수 있다. 각각의 픽셀은 공지의 각도에 의해 편광을 바꾸는 기능을 하는 전기 신호에 개별적으로 대응된다. 이러한 기술은 액정표시장치(LCD) 스크린 분야에서 잘 알려져 있다. 따라서, 조절가능한 방법으로 공간 내에서 편광을 전송하는 것을 조절할 수 있다. 이것은, 인서트-위장 기능 또는 향상된 컨트라스트 기능을 유지하면서 사용자가 선택할 수 있는 상황에서 높은 편광도(물 표면, 태양 반대편의 창공, 반사 차단(reflection off) 유리, 등등...)를 제공하는 주변환경을 바라보는데 유용할 수 있다.

예로서, 도 4는 주변환경으로부터 들어오는 유리로부터의 측면 반사를 보여주며, 이 측면 반사는 RV로 표시되어 있다. 액정 필름(2B)은 편광 S를 갖는 픽셀 PI(S)와 편광 P를 갖는 픽셀 PI(S)를 구비하고 있다. 제1 픽셀 PI(S)는 주변환경에 대해 컨트라스트를 향상시키는 역할을 한다. 제2 픽셀 PI(P)는 측면에서 발생하는 반사 RV를 차단하는 역할을 한다. 주변환경으로부터의 나머지 빛은 화살표 L로 표시되어 있다.

Claims

정보 컨텐츠(I)를 볼 수 있도록, 편광 방향을 제공하며 광선을 형성하여 안경 착용자의 눈(1) 쪽으로 광선을 향하게 하는 광학 영상장치 인서트(400)를 갖는 안경 렌즈(300)를 포함하고, 또한 렌즈(300) 표면에 위치되는 하나 이상의 편광기 소자(2)를 포함하고 있는, 안경 디스플레이 장치에 있어서,

상기 편광기 소자는 편광을 조절할 수 있는 소자(2A, 2B)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 안경 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,

상기 편광기 소자는 상기 인서트(400)의 편광에 수직하는 편광을 제공하는 것을 특징으로 하는 안경 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 편광기 소자는 상기 인서트(400)의 편광에 평행하는 편광을 제공하는 것을 특징으로 하는 안경 디스플레이 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편광기 소자는 크기를 조절할 수 있는 편광 회전을 제공하는 키랄 분자에 기초하는 액티브 필름(2B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 안경 디스플레이 장 치.
제4항에 있어서,

상기 액티브 필름(2B)은 픽셀화되며, 각각의 픽셀은 전기 신호에 개별적으로 반응하는 것을 특징으로 하는 안경 디스플레이 장치.