KR20100108333A - 광학 안내 장치 및 시각 광학 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 안내 장치, 더욱 상세하게는 이미지를 변형시키지 않고 전송할 수 있는 안내 장치에 관한 것이다. 이들 안내 장치는 더 일반적으로는 교육용 안경이라 불리는 시각 광학 시스템이라 할 수 있다. 광학 안내 장치는 안내 장치의 표면에 반사성 미소 구조로 만들어진 출사부를 포함한다. 미소 구조는 안내 장치로부터 나올 수 있는 대향 표면에 대하여 주어진 각도로 광 빔을 되돌아가게 하기 위하여 돌출된 각도를 가진 프리즘을 형성한다. 상기 미소 구조의 절단 및 배열은 크고 안락한 이미지를 발생시키는 동안에 눈으로 볼 수 있는 것이 바람직하다.

Description

광학 안내 장치 및 시각 광학 시스템{Optical guide and ocular vision optical system}

본 발명은 광학 안내 장치 분야, 특히 이미지를 변형 없이 전송할 수 있는 안내 장치에 관한 것이다. 이러한 안내 장치는 통상적으로 교육용 안경이라 불리는 시각 광학 시스템을 만드는데 사용될 수 있다.

일반적으로 광학 안내 장치는 이미지가 들어오는 입사부로 이루어져 있다. 이미지는 광원에 의해 조명되는 LCD(액정 디스플레이) 화소의 매트릭스일 수도 있는 소스로부터 나오는 광선에 의해 형성된다. 이는 또한 OLED(유기 발광 다이오드)의 매트릭스일 수도 있다. 광학 시스템은 이러한 이미지를 무한대로 평행한 빔(beam)으로 출사할 수 있다. 이러한 평행한 빔은 광학 안내 장치의 입사부로 들어간다. 이러한 안내 장치는, 예를 들면 두 개의 평행한 면을 가진 재료로 형성될 수 있다. 빔은 벽의 특정 처리에 의해 또는 전체적인 내부 반사에 의해 안내 장치의 내측으로 전파된다. 빔은 광학 안내 장치를 이탈할 수 있는 출사 시스템에 도달한다.

출사 시스템은 두 개의 면에 결합되는 경사진 평면에서 안내를 종단하는 반사기로 구성될 수 있다. 이러한 안내 장치는 US 2003/0086135호에 개시되어 있다. 이러한 시스템은 시야각이라는 측면에서 매우 제한적이다.

루머스라는 회사에 의한 WO 2001/095027호에는 광학 안내 장치의 두께 내에 결합되어 있는 평행의 경사진 반사 장치로 구성된 출사 시스템을 개시한다. 이러한 시스템은 아이 박스라 불리는, 눈이 이미지를 볼 수 있는 영역을 넓게 할 수 있다. 이는 또한 이전의 시스템에 의해 얻어지는 것보다 더 큰 시야각을 얻을 수 있다. 그러나 안내 장치의 핵심부에 세미 반사기를 결합하여야 하기 때문에 제조 단가가 비싸진다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 안내 장치의 표면에 마이크로 구조의 반사체로 이루어진 출사 시스템을 구비한 광학 안내 장치를 제공하는 데 있다. 이러한 마이크로 구조는 안내 장치에서 나와 대향면을 가진 각도로 광선이 회수되도록 산출된 각도를 가진 프리즘을 형성한다. 바람직하게는, 이들 마이크로 구조의 크기와 배열은 많은 편안한 이미지를 생성하면서 이미지를 볼 수 있게 한다.

본 발명은 두 개의 면을 구비한 안내 장치를 형성하는 재료와; 안내 장치의 두 개의 면에서 연속적으로 반사되어 안내되어 빔이 전파되는, 안내 장치로 광선이 들어가게 하는 입사부와; 빔이 나올 수 있는 출사 시스템을 구비한 이미지를 전송하는 광선의 광학 안내를 하기 위한 장치에 관한 것이고, 상기 출사 시스템은 안내 장치의 두 개의 면 중의 하나의 표면상에 위치하는 적어도 하나의 마이크로 구조를 구비하고, 상기 안내 장치를 떠나도록 빔의 광선이 편평한 표면에 부딪히게 하는 편평한 표면을 구비한다.

본 발명의 특정 실시예에 따라서, 상기 안내 장치의 두 개의 면은 평행하다.

본 발명의 특정 실시예에 따라서, 안내 장치의 두 개의 면은 편평하고, 이미지를 전송하는 광선은 평행하다.

본 발명의 특정 실시예에 따라서, 마이크로 구조의 편평한 표면은 반사성을 가지고, 편평한 표면에 부딪히는 광선은 상기 마이크로 구조가 위치하는 표면의 반대측의 안내 장치의 면을 통하여 나온다.

본 발명의 특정 실시예에 따라서, 상기 마이크로 구조는 안내 장치의 면상에서 투사되는 프리즘을 구성한다.

본 발명의 특정 실시예에 따라서, 상기 마이크로 구조는 상기 안내 장치의 면상에서 오목한 프리즘으로 구성된다.

본 발명의 특정 실시예에 따라서, 상기 출사부는 복수의 마이크로 구조를 가진다.

본 발명의 특정 실시예에 따라서, 상기 안내 장치의 표면과 정렬되어 있는 편평한 부분으로부터 형성된 틈새 공간은 상기 마이크로 구조들 사이에 배치된다.

본 발명의 특정 실시예에 따라서, 상기 출사부는 여러 개의 영역으로 구성되고, 각각의 영역은 마이크로 구조의 특정 배열과 틈새 공간에 의해 구성된다.

본 발명의 특정 실시예에 따라서, 상기 마이크로 구조는 출사 영역의 전 길이에 걸쳐있는 밴드이다.

본 발명은 또한 출구 이미지가 안내 장치의 외측 안내부의 출사 표면에 직각인 각각의 각도 ω_- 및 ω₊를 형성하고, 상기 안내 장치의 내측 안내부의 출사 표면에 직각인 각도 ω_n- 및 ω_n+ 를 형성하는 두 개의 극단 광선을 규정하며, 상기 출사 표면을 가진 미러에 의해 형성된 각도(μ)는

또는 각도보다 큰

각도보다 큰 값을 가진 광학 안내 장치에 관한 것이다.

본 발명은 또한 상기 마이크로 구조를 주조하여 광학 안내 장치의 두 개의 면 중의 하나의 표면상에 적어도 하나의 마이크로 구조를 생성하는 단계와, 상기 마이크로 구조의 면들 중에 하나의 면 상에 반사 박막을 도포하는 단계를 구비한 상기한 바와 같은 광학 안내 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 상기한 바와 같은 광학 안내 장치를 구비한 시각 광학 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 상기 특징 및 다른 특징에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 예증적인 실시예를 읽으면 명백해 질 것이다.

본 발명에 따른 출사 시스템은 광학 안내 장치 제조 주형에 결합할 수 있기 때문에 간단하고 값이 싸다는 장점을 제공한다. 간단한 반사 코팅은 프리즘의 경사 표면에 도포된다.

도 1은 본 발명의 예증적인 실시예의 일반적인 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 예증적인 실시예의 입사부를 도시한 도면이다.
도 3은 출사부의 요소의 기능을 도시한 도면이다.
도 4는 출사부의 가능한 분배 요소를 도시한 도면이다.
도 5는 출사부 이미지의 제한각을 도시한 도면이다.
도 6은 출사부의 특정 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 출사부의 두 개의 영역의 특정 실시예를 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 출사부의 두 실시예의 출사 영역의 크기를 도시한 도면이다.

본 발명은 이미지를 변형됨이 없이 전송할 수 있는 광학 안내 장치로 구성된다. 본 발명은 시각 광학 시스템에서 사용되도록 의도된 특정 실시예를 참조하여 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 자동차의 윈드스크린 또는 항공기의 조종석에 결합된 스크린과 같은 광학 안내 장치를 사용하는 다른 분야에도 사용될 수 있다.

예증적인 실시예의 일반적인 개념이 도 1에 도시되어 있다. 광원(1.1)은 광학 안내 장치를 통하여 통과되도록 의도된 광이미지를 생성한다. 이러한 광원은 후광 장치를 가진 LCD 화소의 매트릭스 또는 OLED 화소의 매트릭스로 이루어질 수 있다. 어떤 발광 이미지원도 본원에 사용될 수 있다. 이러한 이미지는 광학 시스템(1.2)에 의해 무한대로, 말하자면 평행하게 투사될 수 있다. 그러므로, 이미지의 다양한 화소는 광학 시스템(1.2)으로부터 출력되는 평행 빔(1.3)의 클러스터로 투사된다. 시야는 렌즈의 초점 길이와 투사될 이미지의 반 대각선에 의해 정의된다. 평행 빔(1.3)은 입사부(1.4)를 거쳐 광학 안내 장치(1.5)로 들어간다. 이러한 입사부의 상세는 도 2에 도시된다. 상기 빔은 임의의 길이에 걸쳐 광학 안내 장치(1.5)로 전송된다. 광학 안내 장치(1.5)는 광이 투과할 수 있는 재료로 만들어지고 두 개의 평행한 면을 가진다. 광 빔(1.6)은 이들 두 면에 의해 안내되고 안내 장치에서 전체적인 반사에 의해 전파된다. 안내 장치를 구성하고 있는 투명 재료의 지수가 둘러싸고 있는 매체의 지수보다 높다면, 전체의 내부 반사는 자연적으로 빔 광선의 입사 각도가 안내 장치의 면에 대하여 충분히 작으면 발생된다. 다르게는, 외부 지수가 크거나 동일하다면, 전체적인 내부 반사 조건을 충족하도록 일정 범위 내에서 어느 정도 전해 재료로 된 박막을 적층 할 수도 있다. 그런 다음에 빔은 출사부(1.7)라 불리는 영역에 도달한다. 이러한 영역은 빔이 안내 장치를 떠나도록 한다. 출사 영역(1.7)은 안내 장치의 면들 중의 하나에 위치한다. 빔을 이루고 있는 광선이 상기 안내 장치를 떠나도록 할 수 있는 실제적으로 수직인 각도로 다른 면을 향하여 복귀하게 할 수 있다. 빔(1.8)은 안내 장치를 떠나서 센서(1.9)를 향하여 투사될 수 있으며, 이는 시각 광학 시스템의 경우에 사용자의 눈이 될 수도 있다.

도 2는 본 발명의 예증적인 실시예에서와 같이 제조된 입사부(1.4)를 도시한다. 입사부의 다른 구성은 광선이 이미지의 질을 낮추지 않으면서 안내 장치로 들어가는 한 본 발명의 영역을 벗어남이 없이 가능하다. 입사부는 안내 장치의 평행 표면의 평면과 90도 다른 각도(β)를 형성하는 편평한 입구면(2.1)으로 구성된다. 평행한 빔은 입구면에 수직으로 들어간다. 하강면(2.2)은 이러한 입구면과 안내 장치의 상부면(2.3)을 연결한다. 이러한 면은 입구면과 수직이다. 이러한 면은 이미지가 흩어지는 것을 방지하기 위하여 흡수체로 하는 것이 바람직하다. 각도(β)는 안내 장치의 하부면(2.4)에 대한 광선의 입사 각도(α)가 모든 광선을 반사하게 하도록 산출된다. 그러므로, 광선은 광학 안내 장치 내에 트랩되도록 입사되고 광학 안내 장치의 평행 평면에서 반사되어 안내 장치를 따라 전파된다. 이는 안내 장치의 표면에 대하여 각각 바운스되는 동안에 입사 각도(α)를 유지시켜 준다. 이러한 시스템에 있어서, 홀(hole)은 면들 중의 하나에 빔의 각각의 바운스 사이에 나타날 수도 있다. 안내 장치의 두께를 e₀ 라 하고, 광선의 두 개의 바운스 사이의 거리(s)는 : s=e₀tan(β)이다.

들어오는 빔은 어떤 거리에 걸쳐 흩어진다 : t=2 e₀/sin(2β).

홀이 없을 때에는 2s< t일 필요가 있다.

그러나, β>45도에 대하여 2s<t이어야 한다. 전체적인 내부 반사를 돕기 위하여, 이러한 조건 β>45도를 만족하는 것이 바람직하다.

이들 홀을 최소화하기 위하여, 입구면의 폭을 증가시켜야할 필요가 있다. 입구면의 상부와 안내 장치의 하부면 사이의 거리를 e1이라고 한다면, 입구면에 직각으로 광이 입사하고 더 이상 홀이 없어야만 한다:

e₀.tan(β) = e₁/sin(β); 즉:

e₁ = 2 e₀/sin²(β)이다.

그러나, 들어오는 광이 입사표면에 직각이지 않다면 홀은 여전히 존재한다는 것을 알아야 한다. 홀의 균형을 맞추기 위하여, 입사면을 확대하여 직각으로부터 다른 입사 각도 및/또는 입사면을 만드는 하강 면의 각도에 작용하여 홀이 영이되게 할 수도 있다.

출사부는 미소 구조를 구비한 부분이다. 이들 미소 구조는 본 안내 장치의 면들 중에 하나에 광학 안내 표면상에 배열되고, 출사광은 안내 장치의 대향면을 통하여 나온다. 이들은 반사 또는 회절된다. 구조는 1차원일 수도 있고, 출사선으로 구성되고, 출사 요소의 모자익에 의해 형성된 이차원적일 수도 있다. 출사 요소는, 예를 들면 구조를 따라 일정한 활성각도와 면하는 편평한 면을 가진 프리즘이다. 이들 구조의 크기와 배열은 안내 장치가 사용되는 적용에 따라 다르다. 시각 광학 시스템의 경우에 있어서, 미소 구조의 사이즈는 눈의 눈동자의 사이즈와 비교하여 작은 것이 바람직한 데, 예를 들면 몇십 ㎛ 정도이다. 여기에서, 이미지는 눈의 위치와 운동에 따라 변하지 않는다. 그들의 사이즈와 그들의 거리가 눈으로부터 짧기 때문에, 이들 미소 구조는 또한 나안으로는 볼 수 없다. 또한, 이들 미소 구조가 안내 장치의 면을 완전히 덮지 못하기 때문에, 면은 투명하게 남아 있고 안내 장치로부터 나오는 이미지를 디스플레이하면서 안내 장치를 통하여 볼 수 있게 한다. 본 시스템은 투명을 유지하게 한다.

예증적인 실시예는 반사성 미소 구조에 기초한다. 이들 미소 구조 중의 하나의 구조가 도 3에 도시되어 있다. 미소 구조(3.4)는 안내 장치의 면(3.2)의 표면에 형성된다. 이는 면(3.2)으로부터 돌출된 프리즘을 형성한다. 안내 장치의 표면을 타격하는 광 빔(3,1)의 입사광은 안내 장치에서 계속하여 진행하기 위하여 전적으로 반사된다. 다른 한편, 미소 구조(3.4)의 경사면을 타격하는 입사광(3.3)은 직각에 가까운 각도로 안내 장치의 제 2 면을 향하여 광선(3.5)으로서 반사된다. 이 때문에, 미소 구조(3.4)에 의해 반사된 광선(3.5)은 제 2 표면에 의해 반사되지 않고 안내 장치를 떠난다. 그러므로, 미소 구조는 이미지 출사면에 대하여 대향된 면 상에 형성된다.

미소 구조는 상기 안내 장치가 제조될 때, 주조에 의해 광학 안내 장치의 면 상에 형성된다. 미소 구조의 경사면 상에 알루미늄 또는 은과 같은 반사막을 도포하는 것으로 충분하다. 미소 구조의 폭은 가시 광선의 파장보다 커야만 하므로 적어도 10㎛이어야 한다. 시각 광학 시스템의 고려할 적용에 대하여, 그 폭은 눈의 눈동자의 크기를 비교하여 안내 장치의 두께와 비교하여 작아야만 하고 그러므로 실제적으로 200 ㎛이하이다. 본 발명의 영역을 벗어남이 없이 미소 구조의 다른 크기도 고려할 수 있다는 것을 알아야 한다.

다르게는, 프리즘은 돌출되지 않도록 형성되나 미소 구조의 기능을 변경함이 없이 표면이 우묵하게 형성할 수도 있다. 이들 미소 구조는 광학 안내 장치의 출사면에 직각에 근접한 각도로 입사광을 반사하는 면을 가지도록 변형된 형태를 취할 수도 있다.

이들 미소 구조의 안내 장치의 표면상에서의 배열에 관하여, 설계에 있어서 지대한 자유를 제공한다. 이러한 장치는 광학 안내 장치에 의한 적용 사고에 의존하게 된다. 절대적인 용어로, 적어도 동등한 10㎛의 폭을 가진 이들 미소 구조만이 존재하는 것은 이미지를 안내 장치의 밖으로 가져가는 것이 가능하다. 실제로, 광범위한 시각을 제공하기 위하여 질 좋은 이미지를 얻기 위하여, 안내 장치의 표면상에서 이용가능하다. 이는 이러한 미소 구조를 가진 출사 영역을 완전히 덮는 것을 고려할 수도 있다. 그러나, 이 때문에 모든 광선은 상기 영역에 의해 출사되고, 아이 박스는 한정되게 제공된다. 본 발명의 예증적인 실시예에 있어서, 안내 장치는 두 개의 평행한 편평한 면을 구비하고, 모든 입사 광은 미소 구조의 입사각과 실제적으로 동일한 각도로 도달한다. 그러므로, 이들은 모두 동일한 각도를 가진 편평한 표면을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 안내 장치가 곡선을 이루고 있다면, 미소 구조의 편평한 면의 각도는 미소 구조마다 변할 수도 있다. 미소 구조는 미소 구조들 사이에서 소위 틈새 공간을 가지도록 표면에 배열되는 것이 바람직하다. 이들 공간은 안내 장치의 표면에 연속하여 편평한 것이 바람직하다. 그러므로, 각각 이미지를 출사할 수 있는 여러 출사 영역을 제공하는 것이 가능하다. 이러한 배열은 광범위한 아이 박스를 얻는 것이 가능하고 넓은 시계는 시각을 매우 안락하게 제공한다. 더욱이, 틈새 영역은, 즉 다시 말하면 미소 영역과 미소 영역 들 사이의 피팅으로 덮여 있지 않은 영역은 투명하고 이들의 존재는 투시 시각의 효과를 얻을 수 있고 안내 장치에서 멀어진 장면의 가능성을 가진다.

도 4는 두 개의 출사 영역에서 이들 미소 구조의 배열의 예를 도시한다. 제 1 출사 영역(Z1)은, 예를 들면 10과 200㎛사이의 전형적인 폭과 추출 영역의 길이와 동등한 길이의 밴드를 형성하는 미소 구조(4.1)로 구성된 일차적인 구조의 반복으로 이루어진다. 이러한 미소 구조와 평행한 두 배의 폭(4.2)을 가진 틈새 영역도 동일한 길이를 가진다. 이러한 일차적인 구조는 약 1cm의 폭으로 주기적으로 반복된다. 제 2 구조는 미소 구조(4.3)와 틈새 영역(4.4)을 나타낸다. 그러므로, 이러한 제 1 영역의 3분의 1은 입사 빔의 광도로 출사되고 3분의 2는 영역(Z2)에 도달하도록 반사되는 것을 볼 수 있다. 이러한 제 2 영역은 미소 구조와 동일한 폭을 가진 틈새 영역(4.3)과 제 1 영역의 미소 구조의 폭의 3배의 폭으로 제 1 미소 구조(4.5)로 이루어진 반복적인 구조로 또한 이루어져 있다. 제 1 영역에 의해 출사되지 않은 광만이 제 2 영역에 도달하고, 그중의 절반은 이러한 제 2 영역(Z2)에 의해 출사된다. 그러므로, 두 개의 영역의 미소 구조의 상대적인 치수로 만들어진 선택은 각각의 영역에서 출사하는 소스에 의해 같은 광의 비율로 방출되게 하는 효과를 가진다. 이는 제 1 영역의 3분의 1이 입사광을 출사하고 제 2 영역은 제 1 영역에 의해 출사된 광의 3분의 2의 절반을 출사하기 때문이다. 결국, 각각의 영역은 입사광의 3분의 1만을 출사한다. 그러므로, 출사는 두 영역 사이에서 균일하다.

입사 렌즈는 만들어지는 물체의 이미지상의 각각의 점에 대응하는 각도로 만들어진다.

따라서, 두 바운스 사이의 단계(s)는 어떤 범위에 걸쳐 값을 취하는 물체 상에 고려되는 점에 따라 달라진다. 그런 다음에 문제의 이미지가 만들어지는 물체의 점을 따라 제 2 영역 상의 충격점에서 떨어진 제 1 영역 상의 어떤 위치를 생성한다. 그러므로, 제 1 영역의 패턴의 형성은 제 2 영역의 패턴에 따라 변한다. 영역들이 이러한 오프셋의 값을 취하면 블랙 밴드의 출현이 상승하게 된다. 상기한 구조는 오프셋의 효과를 취하게 되고 반사도는 만들어지는 물체의 이미지의 모든 점과 오프셋에 대하여 일정하다.

도 6은 미소 구조의 특정 실시예를 도시한다. 본 실시예에 있어서, 오목한 형태의 프리즘은 소위 돌출 모드라 불리는 외측을 향하여 있다기보다는 안내 장치의 내측을 향하여 대향되어 있다. 이들은 프리즘의 점이 평행면에 의해 형성된 평면으로부터 가장 멀 때, 돌출되고, 두께는 두 개의 프리즘을 분리하는 편평부에서 안내 장치의 두께보다 크다. 이러한 두께가 작은 경우에 이들은 오목하다.

출사부는 미러(6.3)에 의해 형성된 오목한 프리즘이고, 그 반사는 그 전체 및 연결 표면(6.4)은 안내 장치의 표면(6.5)의 레벨로 돌아오게 한다. 안내 장치의 표면에 대한 미소 구조의 출사 미러(6.3)에 형성된 각도를 μ라 부른다. 이들 미러는 입사 광선(6.1, 6.2 또는 6.6)을 전달하고, 면들에 직각인 상태로 안내 장치 내에서 각도(ω_n)를 형성하는 광선(6.7)으로 안내 장치의 면들에 각도(α)를 가지고 안내 장치로 전파된다. 이러한 각도(ω_n)는 회절에 의해 안내 장치로부터 들어간다. 안내 장치로부터 들어간 후에 광선(6.8)은 안내 장치의 면들에 직각인 각도(ω_air)를 형성한다.

안내 장치의 미러의 표면상에서의 돌출부는 길이(a)를 가지고, 표면(6.4)의 돌출부는 길이(b)를 가지고, 두 개의 미소 구조 사이의 길이(c)를 가진다는 것을 주목해야 한다.

도 5는 안내 장치로부터 출구를 도시한다. 본 원에 개시된 것과 같은 광학 안내 장치를 구성하기 위하여, 제 1 단계는 "아이 박스"(5.1)라 불리는 것을 결정하고, 즉, 아이 박스로부터 출사되는 이미지의 양과 방향을 나타낸다. 그러므로, 안내 장치로부터의 출구는 결정되는 데 이는 양단의 필드 또는 각각 ωw_와 ω₊로 표시된 광선(5,2 및 5.3)으로 특징 지워 진다. 이미지는 평행한 면에 직각에 센터링될 필요가 없으며, 이들 두 숫자는 실제적으로 종종 있는 경우라 할지라도 서로 대향될 필요는 없다.

출사 미러의 각도(μ)는 선택되고, 출사 이미지의 한정 광선의 각도( ω_와 ω₊)는 안내 장치에서의 대응 광선에 의해 만들어진 각도(ω_n_와 ω_n+)를 규정한다. 상기 안내 장치에서의 이들 광선에 대하여, 상기 광학 안내 장치의 마주보고 있는 면의 각각의 제한 각도(α_max 와 α_min)를 형성하는 출사 미러에서 반사하기 전의 입사 광에 대응한다.

각도(μ)는 기준 광에 연합될 수 있고, 여기에서 광은 미러의 표면에 평행하다. 이러한 광은 생성될 이미지에 의해 범위(α_max 와 α_min)에서 결정될 필요는 없다. μ = α이면, 방정식 :

이다.

미러가 안내 장치 내에서 오목한 경우에, 난반사를 방지하기 위하여, 각도(μ)는 어떤 일정값보다 작아야만 하고: 하나는 상기 식에 의해 ω₊에 연합되어 있다. 이 경우에 있어서, μ≤α_min이다.

따라서, 안내 장치에서 전파하는 광선과 필드(ω₊)로부터 나오는 광선은 미러가 장착될 평행한 면에서 반사가 된 후에 미러를 중간 차단하지 않을 것이며: 이들 광선은 미러에 평행하게 되기 가장 나쁠 것이다. 다른 필드들이 평행한 면에 대하여 더 경사질 때, 이들은 같은 조건하에서 미러를 차단하지 않을 것이다.

방정식에 의해 주어진 제한 각도보다 더 작은 각도(μ)를 취하면, 제조 공차를 얻는 것이 가능하다. 이것은 실제로 실제보다 더 큰 극단적인 필드를 얻는 것에 대응하고 이 때문에, 불완전한 센터링은 이미지의 질에 덜 효과를 가지게 될 것이다.

본 경우는 ω_- 또한 ω_-와 관련된 값보다 높게 μ가 취해질 수 있도록 고려될 수도 있다. 본 경우에 있어서, μ≥α_max이다. 이때, 산란 광은 α_max보다 큰 평향면에 대하여 어떤 각도를 가질 것이다. 이 때문에, 미러가 형성되는 경우에 평행한 면으로부터 나와 미러에 광 각도(α)가 반사되면, 이는 반사 후에 각도는 μ + (μ - α)≥α_{max +} (α_{max -} α)≥α_max와 같다. 이들 기생 상태는 더 이상 이미지를 방해하지 않는다. 산란 이미지는 요구되는 이미지의 미러에서 볼 수 있는 이미지와 같이 나타나 극단 필드를 따라 더 나쁘게 개시된다.

그러나, 각도차가 적을 때, 차단되는 광선의 갯수는 작아지며, 각도(α)가 각도(α_max)를 향하는 경향이 있을 때 0을 향하는 경향이 있다. 산란 이미지의 밝기도 또한 주이미지에 비해 작고, 이는 간섭이 적다는 의미이다. 대부분의 입사광은 또한 우선적으로 출사되고, 이들 광선으로부터의 기생은 심각한 광의 손실을 일으키지는 않는다. 이러한 상황은 산란된 이미지가 모두 동일하게 생성되지는 않기 때문에 보여지는 이미지와 직접적으로 간섭은 하지 않을지라도 μ≥α_min 인 경우보다 덜 바람직하다는 것을 알아야 한다.

이 경우에 있어서, 각도 α_min은 처음의 경우보다 작다는 것을 알 수 있다. 평행한 면 상의 주어진 필드에 입사된 빔에 의해 형성된 스폿이 커지게 되고 이는 출사 영역을 넓게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 면들을 평행하기 하는데 있어서의 공차가 좀더 수렴된다고 말할 수 있다.

프리즘이 오목할 경우, 안내 장치의 면을 가진 출사 미러에 의해 형성된 각도(μ)의 값의 범위가 출사 이미지의 인지를 방해할 수도 있는 산란 광의 발생을 일어나게 할 수도 있다. 각도(μ)의 범위는

와

사이에서 선택되고, 일종의 이미지 자체를 절첩하여 이미지에 직접적인 영향을 미칠 기생 상태를 생성하지 않도록 회피된다.

오목 프리즘 및 돌출 프리즘의 다른 중요한 특징은 프리즘들 사이의 위치, 연결부와 평행부 정도이다. 양질의 이미지를 위하여, 예를 들면 안내 장치의 미러(6.6)와 표면(6.5) 사이의 평행한 면들에 의해 만들어지는 각도(μ)는 이미지를 간섭하게 되는 모드 미소 구조에 대하여 일정해야만 한다.

프리즘이 돌출되어 있을 때, 각도의 선택은 기생에 대하여 자유롭다. 출사될 광선만이 미러에 의해 차단되기 때문이다.

기생 패턴은 세 부분으로 이루어진다. 첫째는 미러의 특성 때문이다. 평행한 면의 대각선방향으로의 돌출의 길이(a)는 올바른 이미지의 질을 보존하기 위하여 우선 회절에 의해 제한되고 최소 사이즈가 요구된다. 더욱이, 안내 장치의 두께와 관찰의 안락도는 제한된 길이를 필요로 한다.

둘째 특징은 미러의 단부와 평행한 면의 연결이다. 평행한 면의 돌출 길이(b)는 제조를 용이하게 하기 위하여 양적이다. 이는 또한 상한 b_max을 가지며, 평행한 면의 연결에 의해 형성된 각도가 a_max보다 작다면, 비네트(vignett)가 발생하든지 산란광이 나타난다. 이러한 연결이 편평하지 않을지라도, 이러한 효과를 보존하기 위하여 비네트와 산란 광이 없도록 평면의 같은 측면에 남아 있는 다는 규칙에 맞아야만 한다. 길이(b_max)는 필드에 따라 미러에 의해 형성된 새도우의 최소의 길이에 대응한다.

세번째 특징은 편평부이다. 이는 안내 장치를 볼 수 있고 후에 출사되는 광선이 안내 장치에서 전파되는 것을 가능하게 한다. 그 길이(c)는 그 자체로 양적이기 때문에, 원하는 광선이 출사되어 전파되는 것이 결정된다.

이러한 장치는 도 8에 도시되어 있다. 비교로서, 도 9의 돌출 프리즘의 경우에 부품의 순서가 변경되었다. 우선 연결이 되고 그런 다음에 미러와 섹션이 면들에 평행하게 된다.

안내 장치에 의해 전송된 이미지와 안내 장치(소위 씨쓰루의 경우)를 통한 환경을 보기를 원할 때, 이들 부품들이 다른 특성을 가질 필요가 있다는 것을 증명한다. 안내 장치가 유사한 인덱스로 매체에 삽입되어 있다면, 연결은 광선을 전환시키지 못한다. 다른 한편, 안내 장치가 다른 인덱스를 가진 매체에 묻혀 있다면, 연결은 b가 엄격하게 양적이면 광선은 전환될 것이다. 사용자의 시야의 방해를 방지하도록 반사적이거나 불투명한 코팅을 가지는 것이 바람직하다.

출사되는 광의 상대적인 질이 a, b, c에 종속될 때, 이들을 변경하여 이러한 질을 조절 가능하다. 출사된 광선의 질이 증가되는 여러 영역을 생성하는 것이 가능하고, 이 때문에 출사된 광의 절대 질을 높이기 위하여 모든 영역에서 일정하고 이미지의 일정한 균일도가 보장되어야 한다.

영역의 크기는 평행한 면으로부터 출발하여 다른 평행한 면에서 반사되어 제 1 면으로 되돌아오도록 하기 위하여 광선에 의해 이동되는 거리에 직접적으로 관련이 있다. 이러한 거리는 또한 평행한 면에 빔의 입사 폭과 동일하고, 양호한 입사의 경우에, 안내 장치의 두께와 광선의 전파 각도에 종속된다. 그러므로, 광선은 가장 작은 입사를 가지고 안내 장치 내에서 최소로 경사져 있고 출사되기 전에 안내 장치에 더욱 전파되는 것이 바람직하고 상기 부분의 크기는 상기 안내 장치 내에서 거의 경사진 광선의 입사에 대한 기준으로 명백하게 규정될 것이다. 영역의 출사 비율과 패턴의 분포 비율에 따라서, 눈이 출사된 이미지의 양호한 균일도를 유지하고 위치되는 경우에 영역을 균일하게 비추도록 여러 부분(1, 2, 3,...)을 생성할 수 있다. 다수의 부분은 광범위한 시각 영역 및/또는 출사된 이미지의 큰 각도 크기가 되게 허용한다.

도 7은 두 부분인 출사 영역의 예증적인 실시예를 도시한다. 제 1 부분(7.6)은 상기한 바와 같이 오목한 미소 구조(7.1)로 제조된다. 이는 a, b, c의 선택값에 의해 특징지워진다. 각도는 한편으로는 미러에 의해 만들어지고, 다른 한편으로는 연결은, 예를 들면 각각 α_min과 α_max 를 취할 수 있다. 제 1 영역은 c = a와 b = b_max를 취하는 것이 가능하다. 제 2 영역(7.7)에 있어서, 값은 b = 0 및 c = b_max를 취하고, 값 a는 변함이 없다. 환언하면, 동일한 미러(7.2)가 유지된다. 상기 연결이 점선(7.5)으로 나타낸 제 1 영역으로서 유지된다면 미소 구조들 사이의 편평한 표면은 사라진다. 이 대신에. 수직 연결 표면(7.3)은 시야가 안내 장치를 통하여 편평한 면(7.4)을 생성하도록 이행된다. 모든 광선은 제 2 영역에서 출사되고, 그들 중의 절반은 제 1 영역에서 출사된다. 절반의 유용한 개시 광선은 제 1 영역에서 출사되고, 그런 다음에 절반은 제 2 영역에서 출사된다.

본 경우에 있어서, α_min이 27.4도이고 α_max가 43.9도를 취하면, b_max = a * tan(α_min)/tan(α_max)이고, 즉 말하자면 약 0.54a이다. 미러와 연결이 완전히 불투명하고 투명부가 환경으로부터 모든 입사광을 전송한다면, 투과는 제 1 영역에서 약 39%이고 제 2 영역에서는 약 35%이다. 이러한 조직은 외부 환경으로부터 나오는 광을 일정하게 전송할 수 있다.

출사 영역의 전과 후에서 안내 장치의 평행한 면과 정렬된 영역은 안내 장치의 내측에서 출사될 이미지의 광선의 전체적인 내부 반사의 간섭이 없이 출사 영역과 다른 영역 사이에서 외부 신의 투과와 조화를 이루도록 반 반사되도록 처리된다.

본 발명은 또한 구부러진 또는 평행하거나 평행하지 않은 두 개의 면을 광학 안내 장치에 적용할 수 있다. 이러한 굴곡과 모든 비평행성에 의해 야기되는 변형은 안내 장치에 입사되기 전에 빔을 발생시키기 위하여 사용되는 광학 장치에 의해 보상된다. 이러한 광학 안내 장치는 시각 광학 시스템을 제조하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 광학 안내 장치는 안경 렌즈나 그 내부에 결합된 유리로 이루어진다.

본 발명의 특정 실시예에 따라서, 미소 구조(6.5) 들 사이의 편평한 표면은 서로 정렬되지 않는다. 이들은 모두에 걸쳐 평행을 유지한다. 그러므로, 이들 영역과 출사표면 사이의 거리를 감소시켜 안내 장치의 두께를 변경할 수 있다. 그러므로, 기능적인 질을 해함이 없이 광학 안내 장치의 형태에서 작용하는 것이 가능하다.

제안된 두 개의 영역의 구조를 나타낸다. 두 개의 출사 영역 또는 오직 하나의 출사 영역만을 가지는 출사 영역을 고려할 수 있다. 더욱이, 출사 영역의 전체 길이에 걸쳐 연속적인 밴드로 미소 구조를 사용하는 것은 바둑판 배열과 같은 어떠한 형태의 장치로 대체할 수도 있다.

Claims (13)

1. - 두 개의 면(2.3, 2.4)을 구비한 안내 장치(1.5)를 형성하는 재료와,
   - 안내 장치의 두 개의 면(2.3, 2.4)에서 연속적인 반사에 의해 안내 장치에서 전파되는 빔(1.6)과, 상기 안내 장치(1.5)로 광 빔이 들어가기 위한 입사부(1.4)와,
   - 상기 빔이 나오는 출사부(1.7)를 구비한 이미지를 전송하는 광학 안내 장치에 있어서,
   상기 출사부는 상기 안내 장치(1.5)의 두 개의 면(3.2) 중의 하나의 표면상에 위치하는 적어도 하나의 미소 구조를 구비하고, 상기 미소 구조와 평행한 적어도 하나의 투명한 틈새 영역과 편평한 표면(3.4)에 부딪치는 상기 빔의 광선(3.5)이 상기 안내 장치로부터 나오게 하는 상기 편평한 표면(3.4)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 안내 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 안내 장치의 두 개의 면은 평행한 것을 특징으로 하는 광학 안내 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 안내 장치의 두 개의 면은 편평하고, 상기 이미지를 전송하는 광 빔은 평행한 것을 특징으로 하는 광학 안내 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 미소 구조의 편평한 면(3.4)은 반사성이고, 상기 편평한 면(3.4)에 부딪히는 상기 빔의 광선(3.5)은 상기 미소 구조가 위치하는 상기 면(3.2)에 대향하는 상기 안내 장치의 상기 면을 통하여 나오는 것을 특징으로 하는 광학 안내 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 미소 구조는 상기 안내 장치(3.2)의 상기 면 상에서 돌출된 프리즘으로 구성된 것을 특징으로 하는 광학 안내 장치.
   
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 미소 구조는 상기 안내 장치(6.3, 6.4)의 상기 면상에서 오목한 프리즘으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 안내 장치.
   
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 출사부는 복수의 미소 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 안내 장치.
   
8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
   상기 틈새 공간은 상기 안내 장치의 상기 표면에 평행한 편평한 부분으로부터 형성되고, 상기 미소 구조들 사이에 배열된 것을 특징으로 하는 광학 안내 장치.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 출사 시스템은 여러 영역으로 구성되고, 각각의 영역은 상기 미소 구조의 특별 배열과 틈새 영역으로 구성된 것을 특징으로 하는 광학 안내 장치.
   
10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미소 구조는 상기 출사 영역의 전 길이에 걸쳐 있는 밴드인 것을 특징으로 하는 광학 안내 장치.
    
11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출사 이미지는 상기 안내 장치의 외측에서 상기 안내 장치의 출사 표면에 직각인 각도(ω_-, ω₊)와 상기 아내 장치의 내측에서 상기 안내 장치의 출사 표면에 직각인 각도(ω_n-, ω_n+)를 각각 형성하는 두 개의 극단 광선을 규정하고, 상기 출사 표면과 상기 미러에 의해 형성된 각도(μ)는 각도

    

    보다 작거나 각도

    

    보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 안내 장치.
    
12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 따른 광학 안내 장치의 제조 방법에 있어서,
    - 적어도 하나의 미소 구조와 상기 안내 장치를 주조하여 광학 안내 장치의 두 개의 면 중의 하나의 표면에 상기 미소 구조와 평행한 적어도 하나의 투명 틈새 영역을 생성하는 단계와,
    - 상기 미소 구조의 상기 면들 중의 하나에 반사성 박막을 도포하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 광학 안내 장치 제조 방법.
    
13. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 따른 광학 안내 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 시각 광학 시스템.
    

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