KR20160090310A - 이미징 광학 시스템 및 이러한 이미징 광학 시스템을 가지는 디스플레이 장치 - Google Patents

이미징 광학 시스템 및 이러한 이미징 광학 시스템을 가지는 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

진입 표면(F1)을 포함하는 광학적 요소(8), 및 커플링-아웃 섹션(16)을 포함하는 안경 렌즈(3, 4)를 가지고,
상기 이미징 광학 시스템(7)은 상기 광학적 요소(8) 안의 상기 진입 표면(F1)을 거쳐 상기 광학적 요소(8)로 제공되는 생성된 이미지를 가이드하고, 상기 안경 렌즈(3, 4)로 후자로부터의 이것을 커플링하기에 적절하고, 이때 가상 이미지를 생성하기 위해 이것은 상기 커플링-아웃 섹션(16)으로 가이드되고 또한 상기 커플링-아웃 섹션(16)을 거쳐 커플링 아웃되고,
상기 광학적 요소(8)는, 진입 표면(F1)에 더하여, 적어도 하나의 반사 표면(F2)을 포함하고, 여기서 상기 생성된 이미지가 상기 광학적 요소(8) 안에서 가이드를 위해 반사되고,
상기 광학적 요소(8) 및 상기 안경 렌즈(3, 4)는 하나의 조각 광학적 부분으로 함께 형성되는, 사용자의 머리에 착용될 수 있고 이미지를 생성하는 디스플레이 장치를 위한 이미징 광학 시스템이 제공된다.

Description

이미징 광학 시스템 및 이러한 이미징 광학 시스템을 가지는 디스플레이 장치{IMAGING OPTICAL UNIT AND DISPLAY DEVICE HAVING SUCH AN IMAGING OPTICAL UNIT}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부의 특징을 가지는 이미징 광학 시스템 및 이러한 이미징 광학 시스템을 가지는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
이러한 디스플레이 장치들의 경우에 있어서, 사용자의 머리에 착용될 수 있는 홀더가 종종 안경처럼 형성된다. 예를 들어 이러한 디스플레이 장치의 이미지-생성 모듈이 3.5 x 5 mm의 영역을 가지는 이미징 시스템을 포함한다면, 그 생성된 이미지는 시야각 7°x 10°에서 3000 mm 거리에서 가상 이미지로서 안경의 사용자에게 보여질 수 있고, 이미징 광학 시스템은 예를 들어 28.5 mm의 초점 거리를 가질 것이다. 하지만, 이 이미징 시스템의 및 (예를 들어 렌즈들 및 프리즘들과 같은) 필요한 광학적 구성성분들의 구축 부피들과 함께 이 광학 경로 길이는 너무 커서 안경 다리에 거의 수용될 수 없다. 다시 말하면, 이미징 시스템을 위해 예를 들어 렌즈들 및 프리즘들과 같은, 종래의 광학적 구성성분들의 사용 및 이 구성성분들에 대응하는 배치는 실사용 측면에서, 인간 공학적으로 수용가능하고 미학적으로 만족스러운 디스플레이 장치의 설계를 배제시키는, 구축 부피로 이르게 한다.
여기서부터 시작하면, 그러므로 본 발명의 목적은 가능한 한 컴팩트하게 형성될 수 있는 방식으로, 서두에서 언급된 종류의 이미징 광학 시스템을 개발하는 데 있다.
이 목적은 본 발명에 따라 서두에서 언급된 종류의 이미징 광학 시스템의 경우에 있어서 달성되는데, 이 광학적 요소는, 진입 표면에 더하여, 생성된 이미지가 광학적 요소에서 가이드하기 위해 반사되는 적어도 하나의 반사 표면을 포함하고, 또한 광학적 요소 및 안경 렌즈는 하나의 조각으로 이루어진 광학적 부분으로 함께 형성된다.
안경 렌즈와 광학적 요소 사이의 분리는 이 설계를 통해 제거되고 또한 더 이상 생성된 이미지를 안경 렌즈의 경계 표면을 통해 안경 렌즈로 커플링할 필요가 없는데, 이것은 안경 렌즈의 경계 표면에서 굴절의 결과로서 안경 렌즈에서 매우 불편한 광학적 관계로 이어질 수 있다. 그러므로, 예를 들어 광은 전체 반사를 위한 제한에 가까이 놓여 있는 각으로 안경 렌즈의 전면 및/또는 후면을 타격할 수 있는데, 이것은 안경 렌즈 안에서의 광의 가이드 동안 및 안경 렌즈의 커플링-아웃 동안 불리하다.
나아가, 본 발명에 따른 이미징 광학 시스템의 경우에 있어서, 표유 또는 산란 광의 감소가 유리하게 달성된다.
하나의 조각 (one-piece) 설계에 의해 여기서는 특히 광학적 부분(optical part)이 어떠한 에어 갭들도 포함하지 않고 이로써 광학적 부분 안에서 생성된 이미지를 가이드하기 위한 대응하는 경계 표면들도 없는 것이 정의된다. 이로써 광학적 부분은 어떠한 에어 갭들도 생성된 이미지가 광학적 부분 안에서 가이딩 동안 지나가야만 하는 광학적 부분 안에 존재하지 않는 방식으로, 예를 들어, 별도 분리된 광학적 요소 및 서로 접촉하는 별도 분리된 안경 렌즈로부터 형성될 수 있다. 광학적 부분은 예를 들어 안경 렌즈에 접합 또는 접착될 수 있다. 그후 광학적 부분 및/또는 안경 렌즈에 손상 없이 분리될 수 없는 내구성 있는 연결이 존재한다.
나아가, 광학적 부분은 또한 동일한 방식으로 하나의 조각으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 사출 성형(injection moulding)이 가능하다. 광학적 부분은 또한 물질-제거 기계가공 프로세스들을 이용해 고체 물질로부터 생산될 수 있다. 이 하나의 조각 생산의 경우에 있어서, 광학적 부분은 그후 생성된 이미지가 광학적 부분 상에서 가이딩 동안 지나가야 하는 내부 접합된 표면들 또는 내부 접착된 표면들을 포함하지 않고 존재하게 된다.
본 발명에 따른 이미징 광학 시스템의 경우에 있어서, 위에서 볼 때, 광학적 부분은 L-자형을 가질 수 있다. 특히, 광학적 요소는 안경 렌즈의 후면으로부터 돌출될 수 있다. 이것은 설명된 L-자형으로 귀결될 수 있다.
광학적 요소 및 안경 렌즈 안에서 생성된 이미지의 가이딩은 반사들 및/또는 전체 내부 반사들을 통해 발생할 수 있다. 가이딩이 반사들을 통해 발생한다면, 반사 코팅들 또는 반사 표면들이 제공되는 것이 가능하다. 반사들은 (안경 렌즈 및/또는 예를 들어 안경 렌즈의 전면 및 후면과 같은) 광학적 부분의 외부 경계 표면들 및/또는 내부 표면들에서 발생될 수 있다.
커플링-아웃 섹션은 이를 통해 생성된 이미지가 광학적 요소로부터 안경 렌즈로 커플링되는 커플링-인 섹션으로부터 측면으로 이격되어 있다. 그러므로, 적어도 하나의 반사 또는 수 개의 반사들은 바람직하게 안경 렌즈로의 커플링 후 커플링-아웃 섹션으로 생성된 이미지를 가이드하기 위한 안경 렌즈에서 (예를 들어, 안경 렌즈의 전면에서의 하나의 반사 및 후면에서의 하나의 반사가) 항상 발생한다. 커플링-아웃 섹션은 그러므로 바람직하게 광학적 요소로부터 측면으로 이격되어 있다.
나아가, 진입 표면 및/또는 적어도 하나의 반사 표면은 굽어져 형성될 수 있고, 그 결과 광학적 요소는 이미징 특성을 가진다.
광학적 요소의 이러한 설계를 통해, 원하는 공간적 적응이 이미징 기능 뿐만 아니라 필요한 광학적 경로 길이의 준비로서 동시에 달성될 수 있다. 그러므로, 더 이상 수 개의 개별적인 렌즈들, 프리즘들 및 다른 광학적 구성성분들이 필요하지 않고; 대신, 필요한 광학적 및 기계적 경계 조건들을 만족시키는 본 발명에 따라 특별히 적응된 광학적 요소가 제공된다.
이 광학적 요소는, 특히, 하나의 조각으로 형성될 수 있다. 하지만, 수 개의 조각들로 형성되는 것 또한 가능하고 이 수 개의 부분들이 서로 직접 접촉되는 것도 가능하고(예를 들어, 접합되거나 또는 접착되고), 그 결과 단일의 광학적 요소가 제공된다. 이 광학적 요소는, 특히 생성된 이미지 또는 광학적 요소 안의 대응하는 광을 가이드하는 것을 특징으로 하고, 이것은 예를 들어 플라스틱 또는 유리로 형성될 수 있고, 에어 갭 없이 배치된다.
광학적 요소의 진입 표면은 바람직하게 편평하게 형성된다. 하지만, 대안적으로 굽어져 있을 수도 있다.
이에 더하여, 이 진입 표면은 생성된 이미지를 가이드하기 위한 반사 표면으로서 사용될 수 있다. 이 반사는 예를 들어 전체 내부 반사를 이용해 야기될 수 있다. 그러므로, 진입 표면은 생성된 이미지의 커플링-인 동안 투과적으로 기능하고 커플링-인된 이미지의 가이드 동안 반사적으로 기능할 수 있다. 나아가, 진입 표면은 (예를 들어 적절한 반사 층을 적용하는 것에 의해) 부분적으로 반사적으로 형성되는 것도 가능하다.
광학적 요소는 생성된 이미지를 가이드하기 위한 진입 표면과 진출 표면 사이에서 단일 반사 또는 수 개의 반사들을 야기할 수 있다. 적어도 2, 3, 4 또는 5 번의 반사들이 바람직하게 야기된다. 반사의 수는 바람직하게 2 내지 10의 범위 안에 있고 또한 바람직하게 이미징 광학 시스템의 초점 거리 및 이미지-생성 모듈의 이미징 시스템의 위치에 따라서 선택된다.
본 발명에 따른 이미징 광학 시스템의 경우에 있어서, 생성된 이미지를 가이드 및/또는 커플링 인 또는 아웃하기 위해 사용되지 않는 광학적 요소의 경계 표면들은 검게 만들어지거나 및/또는 광-흡수하게 할 수 있다. 이로써 산란 광은 잘 억제되는 것이 가능하다.
안경 렌즈는 굽은 또는 편평한 전면 뿐만 아니라 굽은 또는 편평한 후면을 포함할 수 있다. 커플링-아웃 섹션은 이미징 효과를 가질 수 있다. 커플링-아웃 섹션은 반사적이고, 투과적이고 및/또는 굴절적일 수 있다.
본 발명에 따른 이미징 광학 시스템의 경우에 있어서, 광학적 요소는 안경 렌즈의 에지 영역 상에 형성될 수 있다. 에지 영역의 두께는 바람직하게 커플링-아웃 섹션이 놓여 있는 안경 렌즈의 영역의 두께보다 더 크다.
특히, 에지 영역 안의 안경 렌즈의 전면 및/또는 후면의 곡률 프로파일은, 미리 결정된 곡률 프로파일을 통해 발생하는 에지 영역 안의 두께와 비교하여 안경 렌즈의 더 큰 두께가 에지 영역 안에 존재하는 방식으로, 대응하는 미리 결정된 에지 영역 안의 전면 및/또는 후면의 곡률 프로파일로부터 벗어날 수 있다.
그러므로 선택적으로 "두꺼운" 에지 영역은 이미징 광학 시스템의 정상 사용이 이용되는 경우에 있어서, 사용자가 이를 통해 보는 영역 외부에 놓여 있는 영역이라는 사실이 이용된다. 따라서 사용자의 시야는 침범당하지 않는데, 이것은 사용자에 의해 불리한 것으로 보일 수 있다. 이것은 예를 들어 원하지 않는 원축오차(vignetting)는 두껍게 하는 것으로 감소될 수 있게 유리하게 이용된다. 예를 들어 전면 및 후면에서의 전체 반사를 이용해 가이드하는 동안 입사각이 너무 크게 되지 않는 것이 달성될 수 있고, 이로써 예를 들어 난시 및 코마(coma)가 방지되거나 또는 감소될 수 있다.
특히, 에지 영역의 설계는 이미징 광학 시스템의 광학적 이미징 특성을 개선하는 데 사용될 수 있다. 에지 영역의 가능한 설계 또는 가능한 형태를 가지고, 이미징 광학 시스템의 광학적 레이아웃의 경우에 있어서 매우 효율적인 자유도가 존재한다. 이것은 예를 들어 이미징 오류를 교정하는 데 사용될 수 있다. 특히, 전면 및/또는 후면은 에지 영역의 영역 안에서 자유-형태 표면의 곡률을 가질 수 있다.
안경 렌즈 및 광학적 요소는 각각의 경우에 있어서 예를 들어 유리 또는 플라스틱으로 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 이미징 광학 시스템의 경우에 있어서, 안경 렌즈의 전면 및 후면은 각각의 경우에 있어서 미리 결정된 곡률 프로파일을 가지고, 이때 안경 렌즈의 전면 및/또는 후면의 곡률 프로파일은 커플링-아웃 섹션의 영역 안의 안경 렌즈의 두께와 비교하여, 커플링-인 섹션(또는 에지 영역)과 접하는 (특히 직접 접하는) 안경 렌즈의 영역 안의 안경 렌즈의 두께와 비교하여, 및/또는 미리 결정된 곡률 프로파일을 통해 발생하는 커플링-인 섹션의 영역 안의 (또는 안경 렌즈의 에지 영역 안의) 두께와 비교하여, 안경 렌즈의 더 큰 두께가 커플링-인 섹션의 영역 안에 (또는 안경 렌즈의 에지 영역 안에) 존재하는 방식으로 커플링-인 섹션의 영역에서 (또는 안경 렌즈의 에지 영역에서) 전면 및/또는 후면의 대응하는 미리 결정된 곡률 프로파일로부터 벗어난다. 미리 결정된 곡률 프로파일로부터의 이탈은, 특히 벗어나는 곡률 프로파일의 영역에서 안경 렌즈의 광학적 기능이 안경 렌즈의 나머지 영역과 다르다는 점에서 인식가능하다. 만약 안경 렌즈가 광학적 효과 없는 (예를 들어, 결함있는 시력의 교정 없는) 안경 렌즈로서 형성되면, 예를 들어 원하지 않는 광학적 효과는 관찰자가 이 영역을 통해 본다면 인식할 수 있는 커플링-인 섹션의 영역 안에 존재한다. 하지만, 커플링-인 섹션은 정상적인 시야 동안 전체적으로 사용되지 않는 안경 렌즈의 영역 안에 (예. 에지 영역 안에) 놓여 있다. 안경 렌즈가 시력 결함의 교정을 제공한다면, 이것은 벗어나는 곡률 프로파일의 영역 안에 동일한 정도까지 존재하지 않거나 또는 더 이상 존재하지 않는다.
에지 영역은 본 발명에 따른 이미징 광학 시스템의 정상 사용 동안 (특히 전방 시야 방향에 대하여) 예를 들어 20°, 30°, 40° 또는 50°보다 큰 보기 방향(viewing direction)에서 시작한다.
본 발명에 따른 이미징 광학 시스템의 경우에 있어서, 안경 렌즈의 전면 및 후면은 각각의 경우에 있어서 구면의 곡률을 가지고, 이때 후면은 커플링-인 섹션의 영역에서 및/또는 안경 렌즈의 에지 영역에서 구면 곡률로부터 벗어나는 곡률 프로파일을 가질 수 있다. 그러므로, 커플링-인 섹션의 영역 및/또는 안경 렌즈의 에지 영역은 특히 커플링-인 섹션 및/또는 에지 영역에 접하는 (바람직하게 직접 접하는) 안경 렌즈의 영역보다 더 큰 두께를 가질 수 있다. 하지만, 전면 및/또는 후면이 비-구면(non-spherical) 곡률 프로파일을 가지는 것 또한 가능하다. 이것은 예를 들어 안경 렌즈가 결함있는 시력을 교정하기 위해 사용될 때의 경우이다.
벗어나는 곡률 프로파일은, 특히 이미징 광학 시스템의 이미징 품질을 개선시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 안경 렌즈 안의 가이딩은 종종 이미징 오류들로 이어지고, 이것은 벗어나는 곡률 프로파일의 대응하는 설계에 의해 보상될 수 있다.
특히, 광학적 요소의 반사 표면들 중 하나는 비구면(aspherical) 표면으로서 형성될 수 있다. 이 비구면 표면은, 특히 회전 대칭을 가지지 않을 수 있다. 특히, 이것은 자유-형태(free-form) 표면으로 형성될 수 있다. 자유-형태 표면에 의해 여기서는 특히 2 개의 서로 다른 주요 평면들에서 서로 다른 곡률을 가지거나 및/또는 굽어져 있고 회전 대칭을 가지지 않는 굽은 표면이 정의된다.
광학적 요소의 다른 반사 표면들 및 벗어난 곡률 프로파일에 의해 형성되는 표면 섹션은 그 각각의 경우에 있어서, 비구면 표면으로 또한 특히 자유-형태 표면으로 형성될 수 있다.
나아가, 사용자의 머리에 착용될 수 있는 홀더, 이미지를 생성하는, 홀더 상에서 생성되는 이미지-생성 모듈, (본 발명에 따른 추가의 개선들을 포함하는) 홀더에 고정되는 본 발명에 따른 이미징 광학 시스템을 가지는 디스플레이 장치가 제공되는데, 이때 본 발명에 따른 이미징 광학 시스템은, 홀더가 머리에 착용될 때, 사용자가 가상 이미지로 이를 인식할 수 있는 방식으로 생성된 이미지를 이미징한다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 바람직하게 이미지-생성 모듈과 안경 렌즈 사이에 (이미징 특성을 가지든 가지지 않든 간에) 추가의 광학적 구성성분들이 배치되지 않는 방식으로 형성된다. 하지만, 이미지-생성 모듈과 광학적 요소 사이에 편향 미러(deflecting mirror)를 제공하는 것은 가능하다. 편향 미러는 바람직하게 순수한 편향을 발생시키고 그러므로 편평하게 형성된다. 하지만, 이 편향 미러에 이미징 특성을 제공하는 것 또한 가능하고, 그 결과 미러 표면은 미리 결정된 곡률을 가진다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치의 경우에 있어서, 홀더는 안경처럼 형성되고 또한 제1 및 제2 안경 다리를 포함하고, 이때 광학적 요소는 2 개의 안경 다리들 중 하나에 적어도 부분적으로 또는 하나의 조각으로 이루어진 광학적 부분의 일 부분에 배치된다.
이미지-생성 모듈은, 특히, LCD 모듈, LCoS 모듈, OLED 모듈 또는 틸팅 미러 매트릭스(tilting mirror matrix)와 같은, 2차원의 이미징 시스템을 포함할 수 있다. 특히, 이미징 시스템은 OLED, LCD, LCoS 및/또는 도트 매트릭스 마이크로디스플레이(dot matrix microdisplay)를 포함할 수 있다. 나아가, 이미징 시스템은 LED 세그먼트 디스플레이를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 이미징 시스템은 (가능하면 동공 매칭(pupil matching)을 위한 광학 시스템을 가지는) 직접 스캐닝 레이저 디스플레이 모듈을 포함할 수 있다. 나아가, 이미징 시스템은 동공 매칭을 위한 광학 시스템 및 안경 렌즈 앞 또는 광학적 부분 앞에 중간 이미지 평면 상에 산란 매체를 가지는 스캐닝 레이저 디스플레이 모듈을 포함할 수 있다.
이미징 시스템은 자체-발광 또는 자체-발광이 아닐 수 있다.
이미지-생성 모듈은, 특히 단색 또는 다색 이미지가 생성되는 방식으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 예를 들어 생성된 이미지가 디스플레이되는 데이터를 포함하는 스마트안경으로서 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 그 작동을 위해 필요한 당업자에게 알려진 추가의 요소들을 포함할 수 있다.
상기에서 언급된 특징들 및 이하에서 설명될 특징들은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 서술된 조합들 뿐만 아니라, 다른 조합들 또는 단독으로, 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
본 발명은 본 발명에 필수적인 특징들을 개시하는, 첨부된 도면들을 참조하여 예로서 이하에서 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 일 실시예의 대략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 상세 확대 사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 디스플레이 장치의 광학적 요소(8)의 확대 사시도이다.
도 4는 도 1의 디스플레이 장치의 상세 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 다른 실시예의 이미징 광학 시스템의 상세 확대 사시도이다.
도 6은 도 5의 광학적 요소(8)의 확대 사시도이다.
도 7은 도 5에 따른 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 상세 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 이미징 광학 시스템의 다른 실시예의 대략적인 상세 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 이미징 광학 시스템의 다른 실시예의 대략적인 상세 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 이미징 광학 시스템의 다른 실시예의 대략적인 상세 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 이미징 광학 시스템(7)의 다른 실시예를 설명하기 위한 대략도이다.
도 12는 도 11의 실시예에 따른 광학적 부분(28)의 사시도이다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 디스플레이 장치(1)는 사용자의 머리에 착용될 수 있고 종래 안경 프레임으로 여기서 설명되는 실시예에서 형성되는 홀더(2) 뿐만 아니라, 홀더(2)에 고정되는 제1 및 제2 안경 렌즈(3, 4)를 포함한다. 안경 렌즈들(3, 및 4)을 가지는 홀더(2)는 예를 들어 스포츠 안경, 선글라스 및/또는 결함있는 시력을 교정하기 위한 안경으로서 형성될 수 있고, 가상 이미지는 이하에서 설명되는 바와 같이, 제1 안경 렌즈(3)를 거쳐 사용자의 시야로 반사될 수 있다.
도 2 (홀더(2)는 미도시)의 부분 확대 사시도로부터 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 디스플레이 장치(1)는 가상 이미지로 사용자의 시야로 반사되는 이미지가 생성될 수 있는 이미징 시스템(6)(예를 들어 OLED 모듈)을 포함하는 이미지-생성 모듈(5)을 포함한다. 이를 위해, 디스플레이 장치(1)는 이미징 시스템(6)과 제1 안경 렌즈(3) 사이에 배치되는 광학적 요소(8)를 포함하는 이미징 광학 시스템(7)을 포함한다. 나아가, 제1 안경 렌즈(3) 그 자체는 또한 이미징 광학 시스템(7)의 일 부분으로서 기능한다.
이미징 광학 시스템(7)은, 이와 같이, 본 발명에 따른 그런 이미징 광학 시스템(7)으로서 형성되고 또한 바람직하게 이미지를 생성하고 사용자의 머리에 착용될 수 있는 디스플레이 장치를 위해 설계된다. 이미징 광학 시스템(7)은 본 발명에 따른 그 설계를 설명하기 위해 도 1에 따른 홀더(2)를 가진 것으로 여기서 단지 설명된다. 하지만, 이미징 광학 시스템(7)은 또한 어떠한 다른 홀더를 위해 설계될 수 있다.
본 발명에 따른 이미징 광학 시스템(7)은, 에어 갭이 광학적 요소(8)와 안경 렌즈(3) 사이에 존재하는 방식으로 도 1 내지 도 7과 연결하여 이하에서 또한 설명된다. 하편, 이것은 한 덩어리인 본 발명에 따른 이미징 광학 시스템(7)을 설명하기 위해 제공되는데, 그 결과 에어 갭이 없다. 광학적 요소(8) 및 안경 렌즈(3) 중 하나는 가이드되는 이미징 시스템(6)의 이미지가 광학적 요소(8) 및 안경 렌즈(3) 안에서 가이딩 동안 에어 갭을 통과할 필요가 없는 방식으로 서로 연결되거나, 또는 광학적 요소(8) 및 안경 렌즈(3)는 이미 한 덩어리(one piece)로 생산되어 있다.
이미징 시스템(6)은 예를 들어 열들과 행들로 배치되는, 복수의 픽셀들을 가지는 2차원 이미징 시스템으로서 형성되고, 이때 광 번들(9)은 각각의 픽셀로부터 나올 수 있다. 원하는 이미지는 픽셀들을 대응되게 제어함으로써 생성될 수 있다. 도 2에서, 광 빔의 빔 경로는 광 번들(9)을 표현하기 위해 그려져 있고, 그 결과 광 빔(9) 또한 이하에서 설명된다.
이미징 시스템(6)으로부터 나오는 광 빔(9)은 광학적 요소(8)의 편평한 진입 표면(F1)을 거쳐 광학적 요소(8)로 들어가고 대향하는 편평한 반사 표면(F2)을 타격한다. 이미지-생성 모듈(5)로의 진입과 비교하여 다른 지점에서 또한 추가의 편평한 반사 표면(F3)으로의 광 빔(9)의 반사가 전체 내부 반사로 인해 발생하는 각으로, 광 빔(9)은 반사 표면(F2)으로부터 진입 표면(F1)으로 다시 반사되고 교대로 진입 표면(F1)을 타격한다. 도 2의 도시로부터 알 수 있는 바와 같이, 추가의 반사들은 편평한 반사 표면들(F4 및 F5)에서 발생하고 광 번들(9)은 그후 투명한 진출 표면(F6)을 타격하는데, 이것은 굽어져 형성되고 이로써 이미징 효과를 가진다. 광 빔(9)은 진출 표면(F6)을 거쳐 광학적 요소(8)를 빠져나가고, 에어 갭을 통과하여 제1 안경 렌즈(3)의 후면(10)으로 지나가고 후면(10)을 거쳐 제1 안경 렌즈(3)로 들어간다.
안경 렌즈(3)에서 이 영역에 후면(10)에서의 전체 내부 반사를 지나가고 제1 안경 렌즈의 전면(12)으로 반사되는 방식으로 광 빔(9)을 후면(10)으로 편향시키는 반사 표면(11)이 형성된다. 전체 내부 반사는 이와 유사하게 전면(12) 상에서 발생하고, 후면(10) 상에서의 추가의 전체 내부 반사 후, 광 빔(9)은 전면(12) 상에 형성되는, 프레즈넬 표면(Fresnel surface, 13)을 타격하는데, 이것은 나란히 놓여 있는 수 개의 반사면들(reflective facets, 14)을 포함한다. 반사면들(14)은 광 빔(9)이 후면(10)을 거쳐 안경 렌즈(3)를 빠져나가고 그후 정상적으로 그의 머리에 디스플레이 장치(1)를 착용하고 있는, 사용자에 의해 인식될 수 있는 방식으로, 후면(10)의 방향으로의 반사로 귀결된다.
광학적 요소(8)의 기술된 광 번들 가이딩 때문에, 후자는 또한 광 가이드(8)로, 특히 이미지-수신 및/또는 이미징 광 가이드로 지칭될 수 있다.
반사 표면(11)을 가지는 제1 안경 렌즈(3)의 영역은 커플링-인 섹션(15)으로 지칭될 수 있고, 이때 여기서 반사 표면(11)은 굽어져 형성되고 이로써 이미징 효과를 가진다.
프레즈넬 표면(13)을 가지는 영역은 커플링-아웃 섹션(16)으로 지칭될 수 있고, 이때 여기서 면들(facets, 14)은 굽어져 형성되고 이로써 프레즈넬 표면(13)은 전체적으로 이와 유사하게 이미징 효과를 가질 수 있다.
안경 렌즈의 후면(10)은 편평하거나 또는 굽어져 있을 수 있다. 특히, 후면(10)은 구면으로 굽어져 있을 수 있다. 나아가, 안경 렌즈의 전면(12)은 편평하거나 또는 굽어져 있을 수 있다.
반사 표면(11)의 및/또는 면들(14)의, 진출 표면(F6)의 곡률은 구면의 곡률, 비구면 곡률 또는 또는 자유-형태 표면의 곡률일 수 있다. 자유-형태 표면에 의해 특히 2 개의 서로 다른 주 표면들에서 서로 다른 곡률을 가지고 및/또는 굽어져 있고 회전 대칭을 가지지 않는 굽은 표면이 정의된다.
광학적 요소(8)는 도 3에 다시 확대되어 표현된다. 기술된 표면들(F1-F6)이 아닌 광학적 요소(8)의 경계 또는 에지 표면들은 검게 만들어지거나 및/또는 이 표면들에 떨어지는 광이 흡수되는 방식으로 흡수 표면들로 형성되는데, 이것은 산란광 또는 포유 광의 억제에 기여한다. 여기서 설명되는 실시예의 예시에는 18 개의 흡수 경계 또는 에지 표면들이 있고, 이 수는 여기에 제공되는 광학적 요소(8)의 기계가공 생산으로부터 필수적으로 발생하지만 그 기능을 결정하지 않는다. 물론, 흡수 에지 표면들의 수는 18보다 적거나 더 많을 수 있다. 여기서, 표면들은 편평한 표면들로 형성된다. 예를 들어, 이들은 굽은 표면들로서 부분적으로 결합될 수 있다. 이것은 (예를 들어 사출 성형과 같은) 기본적인 형상 제조 프로세스의 경우에 있어서 용이하게 실현될 수 있다.
특히 도 4의 대략적인 단면 도시로부터 알 수 있는 바와 같이, 광학적 요소(8)는 홀더(2)의 오른쪽 안경 다리(17)에 통합될 수 있는 방식으로 형성된다. 오른쪽 안경 다리(17)는 그후 광학적 요소(8)를 위한 하우징으로 기능한다. 이 실시예에 있어서, 오른쪽 안경 다리(17)는 오른쪽 안경 렌즈(3)에 단단히 연결되고, 그 결과 정의되고 변하지 않는 기계적 연결 및 배치가 광학적 요소(8)와 오른쪽 안경 렌즈(3) 사이에 존재하게 된다. 오른쪽 안경 다리(17)는 대략적으로 표현된 힌지(18)를 포함할 수 있고, 그 결과 오른쪽 안경 다리(17)의 후면 부분은 광학적 요소(8)를 포함하는 전면 부분에 대하여 (여기서, 예를 들어 도 4의 도면의 평면에 수직하게 지나가는 축 주위로) 피봇될 수 있다.
도 1 내지 도 4의 표현들로부터 더 알 수 있는 바와 같이, 이미징 시스템(6)은 오른쪽 안경 다리(17)에 가능한 한 공간-절약 방식으로 배치되고 이로써 한편으로는 도 4에 따른 도면의 표면에 수직하게 (x 방향) 또한 다른 한편으로 본질적으로 안경 다리(17)의 길이 방향으로 (및 이로써 도 4의 왼쪽으로부터 오른쪽으로 또는 z 방향을 따라) 연장된다. 광학적 요소(8)의 진입 표면(F1)은 본질적으로 이미징 시스템(6)에 평행하게 배치되고 이로써 도 4의 도면의 표면에 수직하게 또한 도 4의 왼쪽으로부터 오른쪽으로 연장된다.
광학적 요소(8)의 진출 표면(F6)은 오른쪽 안경 렌즈(3)의 후면(10)의 앞에 (바람직하게는 접선으로) 놓이고, 이것은 이 2 개의 표면들(F1 및 F6) 사이의 공간적 오프셋에 더하여, 3 개의 공간 축들 (x-, y- 및 z-축) 모두의 주위에서 틸팅되는 것으로 귀결된다. 이로써 광학적 요소(8)의 공간적 범위 및 치수들은 바람직하게 오른쪽 안경 다리(17)에 통합될 수 있는 방식으로 선택된다. 이에 더하여, 광학적 요소(8)는 오른쪽 안경 렌즈(3)의 커플링-인 섹션(15)으로 이미징 방식으로 이미징 시스템(6)을 이용해 생성되는 이미지를 전송 또는 전달하는 방식으로 설계된다. 동시에, 진출 표면(F6)의 곡률은 이미징 광학 시스템(7)의 이미징 효과의 일부를 양도받는 방식으로 선택된다. 특히, 광학적 요소(8)는 이미징의 벌크를 양도받을 수 있다. 광학적 요소(8)는 또한 특히 안경 렌즈(3) 안의 광 빔(9) 또는 이미지의 가이딩을 통해 발생하는 이미징 오류들을 교정하도록 설계될 수 있다.
그러므로, 광학적 요소(8)의 설계에 있어서, 기계적 및 광학적 경계의 조건들 모두는 가능한 한 최적에 가까운 결과를 달성하기 위해 고려되었다.
여기서, 이미징 시스템(6)은 3.5 x 5 mm의 영역을 가진다. 이미징 광학 시스템(7)은 28.5 mm의 초점 거리를 가지고 시야각 7°x 10°에서 3000 mm 거리에서 사용자를 위한 가상 이미지를 생성한다.
도 4로부터 더 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 디스플레이 장치(1)는 표현된 가상 이미지를 검출하기 위한 보기 방향(20)이 전방의 보기 방향(21)과 다른 방식으로 설계된다. 눈의 회전의 중심은 참조 부호 22로 표시된다.
물론, 디스플레이 장치(1)는 또한 가상 이미지를 검출하기 위한 보기 방향(20)이 전방 보기 방향(21)과 일치하는 방식으로 설계될 수 있다.
광학적 요소(8)는 바람직하게 하나의 조각으로 형성되고 유리 물질 또는 플라스틱 물질로부터 생산될 수 있다. 제1 및 제2 안경 렌즈(3, 4)는 또한 유리 물질 또는 플라스틱 물질로부터 생산될 수 있다.
도 5 내지 도 7에 있어서, 도 2 내지 도 4에서와 동일한 방식으로, 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제2 실시예가 도시되어 있고, 이때 동일하거나 유사한 요소들은 동일한 참조 부호들로 지시되고 이의 설명은 상기의 설명들을 참조한다.
도 5 내지 도 7에 따른 실시예에 있어서, 커플링-인 섹션(15)이 전면과 후면(12, 10)을 연결하는 제1 안경 렌즈(3)의 에지 표면(25) 상에 형성되기 때문에, 광학적 요소(8)는 다르게 형성된다. 이를 위해, 원통형 커플링-인 표면(26)이 에지 표면(25) 상에 형성된다.
도 5에 도시된 빔 경로로부터 알 수 있는 바와 같이, 광 빔(9)은 광 빔(9)이 진입 표면(F1)을 거쳐 광학적 요소(8)로 들어가는 방식으로, 광학적 요소(8)의 편평한 진입 표면(F1) 상의 편향 미러(27)를 거쳐 안내된다. 광학적 요소(8)에 있어서, 4 개의 반사들은 표면들(F2, F7, F6, F8) 상에서 발생하고, 광 빔(9)이 그후 진출 표면(F6)을 거쳐 광학적 요소(8)를 빠져나가, 에어 갭을 통해 제1 안경 렌즈(3)의 원통형 커플링-인 표면(26)까지 지나가고, 후자 안에서 프레즈넬 표면(13)까지 가이드되고 그후 기술된 방식으로 후면(10)을 거쳐 커플링 아웃된다.
표면들(F2, F7 및 F8)은 반사 표면들로 형성되고, 이때 표면(F2)은 편평한 표면이고 표면들(F7 및 F8)은 굽어져 있다. 특히, 이들은 자유-형태 표면들로서 형성될 수 있다. 편평한 표면(F6)은 한편으로 반사 표면으로 또한 다른 한편으로 진출 표면으로 기능하고, 이때 반사는 전체 내부 반사를 이용해 발생한다.
기술된 표면들(F1, F2, F6-F8)이 아닌 광학적 요소(8)의 에지 표면들은 도 2 내지 도 4에 따른 실시예에서와 동일한 방식으로 검게 만들어지거나 및/또는 흡수 표면들로 형성된다.
도 5 내지 도 7에 도시된 이미지-생성 모듈(5)의 배치 때문에, 편향 미러(27)는 이미지-생성 모듈(5)과 광학적 요소(8) 사이에 배치되고, 그 결과 광학적 요소(8)와 함께 이미지-생성 모듈(5)의 매우 컴팩트한 설계가 오른쪽 안경 다리(17)의 길이 방향으로 가능하다. 도 7과 도 4의 비교에서 볼 수 있듯이, 도 7에 따른 실시예에 있어서 안경 다리의 길이 방향으로의 범위는 도 4에 따른 실시예보다 더 짧다.
도 8에는 매우 대략적인 상세 단면도로 본 발명에 따른 이미징 광학 시스템(7)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 여기서, 편평한 진입 표면(F1)은 y-z 평면에 대하여 틸트되어 있다. 이 틸팅을 설명하기 위해, 실제로 직사각형의 진입 표면(F1)이 사다리꼴로 표현되어 있다. 이에 더하여, 이전의 표현들의 경우에서와 같이, 광 빔(9)이 도시되어 있는데, 이것은 광 가이딩을 설명하고 또한 광학적 요소(8) 및 안경 렌즈(3) 안에서의 이미징을 설명하기 위해서이다. 진입 표면(F1)을 거쳐 들어오는 광 빔(9)은 (여기서는 예를 들어 구면으로 굽어져 있는) 굽어진 반사 표면(F2)에서 진출 표면(F6)으로 반사되고 또한 이를 통해 안경 렌즈(3)로 들어가는데, 이때 가이딩은 전면 및 후면(12, 10)에서 반사를 통해 프레즈넬 표면(13)까지 발생한다. 커플링-아웃은 프레즈넬 표면(13)을 거쳐 교대로 발생한다.
반사 표면(F2)은 예를 들어 이미징 시스템으로부터 발생한 광 빔들의 시준을 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 이미징 시스템과 진입 표면(F1) 사이에 배치될 수 있는, 별도 분리된 시준 커플링-인 광학 시스템은, 생략될 수도 있다. 하지만, 이러한 별도 분리된 시준 커플링-인 광학 시스템을 제공하는 것 또한 가능하다.
도 8의 표현으로부터 더 알 수 있는 바와 같이, 진출 표면(F6)은 안경 렌즈(3)의 대응하는 표면에 직접 연결된다. 연결은 예를 들어 접합 또는 접착을 통해 발생할 수 있다. 진출 표면(F6) 및 안경 렌즈(3)의 대응하는 표면은 바람직하게 좋은 표면 접촉이 생성될 수 있는 방식으로 만들어진다. 예를 들어, 양 표면들은 편평한 표면들로 형성된다.
도 8에 대략적으로 지시되고 있는 바와 같이, 안경 렌즈(3)은 그 에지 영역(30) 안에 (여기서 이것은 광학적 요소(8)에 연결되고), 안경 렌즈의 나머지 두께(d2)와 비교하여 더 큰 두께(d1)를 가지는, 방식으로 형성될 수 있다. 도 8의 표현에 있어서, 전면 및 후면(12, 10)은 편평한 표면들로 대략적으로 형성된다. 하지만, 이들은 또한 굽어져 있을 수 있다. 이 경우에 있어서, 미리 결정된 곡률 프로파일을 통해 발생하는 에지 영역(30) 안의 두께와 비교하여 안경 렌즈의 더 큰 두께(d1)가 에지 영역(30) 안에 존재하는 방식으로, 전면 및/또는 후면(12, 10)의 미리 결정된 곡률 프로파일로부터 벗어나는 곡률 프로파일이 에지 영역 안에 제공된다. 에지 영역(30)은 예를 들어, 전방 보기에 비하여 20°, 30°, 또는 40°보다 큰 보기 방향으로부터 시작할 수 있다.
도 8에 도시된 실시예에 있어서, 인터페이스(여기서는 편평한 인터페이스)는 그러므로 광학적 요소(8)와 안경 렌즈(3) 사이에 제공된다.
도 8의 이미징 광학 시스템(7)의 변형이 도 9에 도시되어 있다. 도 9의 변형은 이미징 광학 시스템(7)이 하나의 조각으로 형성되기 때문에 인터페이스가 없고 이로써 진출 표면(F6)이 없다는 점에서 도 8의 실시예와 다르다. 또한 광학적 요소(8)와 안경 렌즈(3)는 하나의 조각 광학적 부분으로 형성된다고 말해질 수 있다.
도 8에 따른 이미징 광학 시스템(7)의 다른 변형이 도 10에 도시되어 있다. 이 다른 변형의 경우에 있어서, 안경 렌즈(3)는 한편으로 에지가 두꺼워지지 않는 것을 포함한다. 다른 한편으로, 여기서 광학적 요소(8)가 안경 렌즈(3)에 연결되는 인터페이스는 다소 다르게 위치된다. 인터페이스는 2 개의 반사들이 광학적 요소(8)에서 발생하도록 배치되고, 그 결과 후자는 또한 반사 표면(F2)에 더하여, 추가의 반사 표면(F3)을 포함한다. 도 10의 표현에 있어서, 이 반사 표면(F3)은 편평한 표면으로 도시되어 있다. 하지만, 이것은 바람직하게 굽어져 형성된다. 이로써, 이것은 구면의 곡률 또는 자유-형태 곡률을 가질 수 있다. 자유-형태 곡률에 의해 특히 2 개의 서로 다른 주 평면들에서 서로 다른 곡률들을 가지고 및/또는 굽어져 있고 회전 대칭을 가지지 않는 곡률이 정의된다. 특히, 자유-형태 곡률은 비구면일 수 있고 또한 회전적으로 대칭적이지 않을 수 있다.
물론, 도 8 및 도 9에 따른 실시예들은 또한 대응하는 반사가 굽어진 표면에서 발생하는 방식으로 형성될 수 있다. 도 8 및 도 9에 있어서, 반사는 참조 부호 31로 지시된다. 이것은 경계 표면은 이 영역 안에서 대응되게 굽어져 형성될 수 있다는 것을 의미한다.
광학적 요소(8)의 진출 표면(F6)이 안경 렌즈(3)에 직접 연결되어 있는 설명된 실시예들의 경우에 있어서, 지금까지 필요한 별도 분리된 경계 표면을 통해 안경 렌즈(3)로의 커플링이 방지되는 장점이 있다. 이것은 경계 표면에서 발생하는 굴절들은 더 이상 존재하지 않는다는 장점으로 이어진다. 광 또는 광 번들(9)은 단지 매체 안에서도 계속적으로 지나간다. 동일한 광학적 물질이 바람직하게 광학적 요소(8) 및 안경 렌즈(3)를 위해 사용된다.
도 11 및 도 12에 본 발명에 따른 이미징 광학 시스템(7)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예의 경우에 있어서, 광학적 부분(28)은 하나의 조각으로 형성되고, 그 결과 예를 들어 접합되거나 또는 접착된 표면과 같은 내부 경계 표면이 광학적 요소(8)와 안경 렌즈(3) 사이에 존재하지 않는다. 도 11의 표현에 있어서, 본질적으로 광학적 부분(28)의 오직 광학적으로 사용되는 표면들이 표현되어 있고, 이때 광학적 요소(8)의 표면들은 이 표면들의 공간적 배치를 설명하기 위해 사시도로 도시되어 있다. 추가적으로, 이미징 시스템(6)이 커버 유리(24)를 가지는 것으로 사시도로 표현되어 있다. 이에 더하여, 이미징 광학 시스템(7)의 진출 동공(exit pupil, 23) 또한 표현되어 있고, 눈의 회전의 중심(22)은 진출 동공(23)의 영역 안에 놓이고, 이것은 이미징 광학 시스템(7)의 정상적인 사용을 설명하고자 하는 것이다. 광학적 부분(28)은 도 12에 사시도로 표현되어 있다.
도 11에는 이미징 시스템(6)의 이미지 포인트로부터 나오는 3개의 광 빔들(9)이 광학적 부분(28) 내에서의 빔 경로를 설명하기 위하여 도시되어 있다.
도 11을 참조하면, 이미징 시스템(6)의 이미지 포인트로부터 나오는 광 빔들(9)은 제1 표면(F1)을 거쳐 광학적 요소(8)로 들어가고 또한 제2 표면(F2) 상에서 반사된다. 반사의 위치는 화살표들(P1 ,P2 및 P3)로 표시되는 점들에 의해 알 수 있다. 반사된 광 빔들(9)은 광학적 요소(8)의 제3 표면(F3)을 타격하고 전면(12)의 방향으로 후자에 의해 반사된다. 첫번째 반사는 그후 후면(10)의 방향으로 영역(A1)에서 안경 렌즈(3)의 전면(12)에서 발생한다. 두번째 반사는 안경 렌즈(3)에서 전면(12)으로 다시 후면(10)의 영역(A2)에서 발생하고 광 번들들(9)은 후면(10)을 향해 영역(A3)에서 전면(12)에서 다시 반사된다. 광 빔들(9)의 추가의 반사는 영역(A4)에서 전면(12)에서 영역(A5)에서 형성되는 프레즈넬 표면(13)으로 발생한다. 프레즈넬 표면(13)은 광선들이 영역(A6)에서 후면(10)을 거쳐 안경 렌즈(3)로부터 빠져나가서 진출 동공(23)까지 가는 방식으로, 후면(10)의 방향으로 광선(light radiation)을 편향시키고, 그 결과 사용자는 이미징 시스템(6)에 의해생성되는 이미지를 가상 이미지로서 인식할 수 있다.
전면(12) 및 후면(10)은 그 각각의 경우에 있어서 구면의 굽은 표면으로 형성되고, 이때 전면(12)의 반지름은 120 mm이고 후면(10)의 반지름은 116 mm이고, 그 결과 안경 렌즈(3)는 4 mm의 두께를 가진다. 에지 영역(30)에서, 후면(10)은 영역(A2)에서 구면의 형태로부터 벗어난다. 이 영역(A2)은 자유-형태 표면으로 형성되고, 이하에서 보다 더 상세하게 설명된다. 나아가, 광학적 요소(8)의 표면들(F1, F2 및 F3)은 유사하게 자유-형태 표면들로 형성된다.
표면들(F2, F3) 및 영역들(A1-A5) 안에서의 반사들은 전체 내부 반사들 또는 정상 반사들일 수 있다. 후자의 경우에 있어서, 대응하는 반사 코팅이 바람직하게 제공된다. 실시예의 바람직한 변형의 예에 있어서, 표면들(F2 및 F3)에는 각각의 경우에 있어서 반사 코팅이 마련되고, 그 결과 정상 반사가 각각의 경우에 거기서 발생한다. 실시예의 다른 바람직한 변형의 예에 있어서, 정확히 5 개의 원하는 반사들이 안경 렌즈(3)에 제공된다. 안경 렌즈(3)의 영역들(A1 내지 A4)에서, 개별적인 유리 경계 표면 섹션들 상에서 광 번들들(9)의 편향이 전체 내부 반사를 이용해 발생한다. 면들(14) 또는 프레즈넬 표면(13)의 표면 섹션들(14)에는 부분적으로 반사 코팅이 마련되고, 그 결과 광 번들들(9)은 각각의 경우에 있어서 정상 반사들을 통해 사용자의 눈의 방향으로 편향된다. 정확히 5 개의 반사들이 안경 렌즈(3)에 제공되기 때문에, 그 경로에 대하여 원하는 안경 렌즈(3)의 커플링-아웃의 위치와 관련하여 안경 렌즈(3) 안에서 이미징 시스템으로부터 나오는 광(9)이 커버하는 이상적인 기하학적 비율들이 결과로서 생긴다.
에지를 두껍게 할 때의 측면의 위치는 편리한 지점에서 공간 중첩을 감소시키기 위해 많은 공간이 생성되고 또한 이미징 품질은 거기에 배치되는 자유-형태 표면을 가지는 동공에 가깝게 편리하게 영향을 받을 수 있는 것을 요구한다.
표면들(F1-F3) 및 영역들(A1-A6) 뿐만 아니라 프레즈넬 표면(13)을 설명하기 위해, 진출 동공(23)에 있는 전역적인 좌표 시스템 또는 기준 좌표 시스템에 대한 지역적인 좌표 시스템들 (및 표면들의 소위 그 자체의 좌표 시스템들)의 위치들은 이하의 표 1에 지시되어 있다. 이렇게 할 때, XSC는 전역적인 좌표 시스템에 대한mm 단위의 표면들의 자체 좌표 시스템의 x-좌표를 확인한다. YSC 및 ZSC는 대응되게 mm 단위의 전역적인 좌표 시스템에 대한 y- 및 z-좌표들을 확인한다. 나아가, 도(deg.=°) 단위의 전역적인 좌표 시스템x-, y-, 및 z-축 주위로 표면들의 자체 좌표 시스템의 회전들은 ASC, BSC 및 CSC로 지시되고, 이때 먼저 전역적인 x-축 주위로의 회전, 그후 전역적인 y-축 주위로의 회전, 마지막으로 전역적인 z-축 주위로의 회전이 나열되어 있다.
표면 XSC[mm] YSC[mm] ZSC[mm] ASC[deg.] BSC[deg.] CSC[deg.]
23 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
A6 0.000 0.000 15.797 4.240 2.623 0.000
A5 -0.164 10.237 18.627 9.025 2.614 -0.218
A4 0.000 0.000 15.797 4.239 2.622 0.000
A3 -0.183 0.295 19.782 4.239 2.622 0.000
A2 -25.444 -1.765 11.012 -10.685 -36.694 17.282
A1 -0.183 0.295 19.782 4.239 2.622 0.000
F3 -36.045 0.994 0.061 52.848 -29.492 67.206
F2 -33.435 17.243 -2.495 155.859 -40.052 149.800
F1 -37.447 15.621 -1.802 -143.674 -2.024 -172.446
24 -37.424 14.856 4.393 -163.306 -51.935 132.689
6 -37.975 14.979 4.807 -163.306 -51.935 132.689
이하의 표 2에서, 개별적인 표면(F1-F3) 및 개별적인 영역(A1-A6)의 광학적으로 사용되는 영역이 지시된다. xh는 mm 단위로 x 방향으로 표면의 그 자체의 좌표 시스템 안에서 구멍 영역(aperture area)의 폭을 확인한다. yh는 mm 단위로 y 방향으로 표면의 그 자체의 좌표 시스템 안에서 구멍 영역의 폭을 확인한다. xc는 mm 단위로 표면의 그 자체의 좌표 시스템 안에서 구멍 영역의 x 탈중심화(decentring)를 지시하고 yc는 mm 단위로 표면의 그 자체의 좌표 시스템 안에서 구멍 영역의 y 탈중심화를 지시한다. 도(deg.=°) 단위로 표면의 그 자체의 좌표 시스템 안에서 구멍 영역의 회전은 red로 지시된다.
표면 xh[mm] yh[mm] xc[mm] yc[mm] red[deg.]
23 6.0 9.0 0.0 0.0 0.0
A6 7.6 12.5 0.0 0.0 0.0
A5 7.5 15.0 0.1 -10.14 0.0
A4 10.5 14.2 -5.9 0.4 0.0
A3 13.5 16.1 -12.4 1.1 0.0
A2 17.0 10.0 5.9 1.8 68.0
A1 19.5 17.5 -27.1 2.3 0.0
F3 23.0 8.4 -4.9 1.2 60.0
F2 11.0 6.6 0.8 -5.2 50.0
F1 7.8 5.0 -2.4 -2.5 50.0
이미 서술한 바와 같이, 표면들(F1, F2, F3 뿐만 아니라 A2)은 z에 대한 이하의 수식을 만족시키는 자유-형태 표면들로서 형성된다:
Figure pct00001
이때
Figure pct00002
자유-형태 표면(F1)에 대한 코닉 상수 c는 -2.08018이다. 다른 자유-현태 표면들에 대해서, 코닉 상수 c는 0와 동일하다. 자유-형태 표면(F1)의 곡률 r은 -0.11326이다. 다른 자유-형태 표면들의 곡률 r은 0와 동일하다.
4 개의 자유-형태 표면들(F1, F2, F3 및 A2)의 계수 Cj는 이하의 표 3에 지시되어 있다.
m n j A2 F3 F2 F1
0 1 3 -8.211282e-001 3.580199e-001 1.098298e-001 -3.148116e-001
0 2 6 3.184110e-004 6.844976e-003 1.511169e-002 -2.542607e-002
0 3 10 1.123522e-004 1.517722e-004 6.759819e-004 -2.896881e-003
0 4 15 4.880828e-006 8.735377e-006 -1.790506e-005 -1.967321e-004
0 5 21 -3.854380e-007 -1.898660e-007 -1.942538e-006 -2.920308e-005
1 0 2 1.101270e+000 -4.851655e-001 -1.595182e-001 2.092130e-002
1 1 5 3.381670e-003 9.733251e-004 -4.032251e-003 -5.745432e-002
1 2 9 -2.915113e-004 -4.578358e-005 1.395284e-003 -1.854767e-002
1 3 14 6.203969e-006 3.584199e-006 3.218334e-004 -4.710920e-003
1 4 20 2.507561e-007 1.270714e-006 1.552988e-005 -5.415544e-005
2 0 4 4.938080e-003 2.707058e-003 -5.192413e-003 -1.489861e-001
2 1 8 3.915322e-004 3.371028e-005 -2.088530e-003 -2.404343e-002
2 2 13 4.393941e-005 -9.041610e-006 -2.066364e-004 -1.370033e-003
2 3 19 -1.047160e-007 1.814456e-008 2.111390e-005 -1.409758e-003
2 4 26 1.622561e-008 -4.696602e-008 2.367029e-006 -3.946243e-005
3 0 7 -6.530776e-004 2.186814e-004 2.549032e-004 -2.239776e-002
3 1 12 -5.184317e-005 9.886133e-006 -1.642539e-005 -6.174311e-003
3 2 18 -5.417373e-006 -1.006245e-007 -7.183325e-005 -7.051493e-005
3 3 25 -7.520054e-008 1.444214e-007 -8.004834e-006 -7.566038e-005
4 0 11 1.718885e-005 3.877648e-007 7.493492e-005 -4.229653e-003
4 1 17 6.068608e-006 -2.940163e-007 6.131918e-005 -7.906821e-005
4 2 24 2.660155e-007 -9.820448e-008 8.119169e-006 -9.450391e-005
5 0 16 -1.246140e-006 4.467840e-007 -2.412639e-005 -8.493614e-004
5 1 23 -2.634752e-007 5.179216e-009 -5.762591e-006 1.479112e-004
6 0 22 6.636300e-008 1.937343e-008 1.672239e-006 -9.434803e-005
면들(14) 또는 프레즈넬 표면(13)의 표면 섹션들(14)은 z에 대한 이하의 수식에 의해 표현될 수 있고, 이때 floor 함수는 floor 함수의 아규먼트와 동일하거나 또는 이보다 작은 전체 수 중에서 가장 큰 수를 결과로서 준다. z'은 지시된 수식에 따라 결정될 수 있는데, 대응하는 계수들 Cj는 이하의 표 4에 지시되어 있다. h는 전면(12)에 있는 면들(14)의 실제 최대 깊이에 대응하고, 이것은 여기서 설명되는 실시예의 예에서는 0.45 mm이다.
Figure pct00003
이때
Figure pct00004
Figure pct00005
m n j Cj
0 1 2 1.373398e-001
0 2 5 -6.650772e-004
0 3 9 2.807541e-005
0 4 14 -1.639263e-006
0 5 20 -6.419537e-008
1 0 1 -5.500267e-001
1 1 4 2.428782e-004
1 2 8 1.867594e-005
1 3 13 -5.553906e-006
1 4 19 -4.810459e-007
1 5 26 -1.151520e-008
2 0 3 -1.385537e-003
2 1 7 -8.321437e-005
2 2 12 -4.385827e-006
2 3 18 8.439495e-008
2 4 25 1.076058e-008
3 0 6 1.227509e-005
3 1 11 -6.783826e-006
3 2 17 -1.331306e-006
3 3 24 -5.671084e-008
4 0 10 2.942916e-007
4 1 16 -2.239356e-007
4 2 23 -3.048329e-008
5 0 15 5.583618e-007
5 1 22 1.286646e-008
도 11과 연관하여 설명된 광학적 부분(28)은 폴리카보네이트로부터 제조된다.
도 11 및 도 12에 따라 설명된 실시예에 있어서, 전면(12)은 구면 형태로 남아 있다. 이미징 시스템(6)을 이용해 생성되는 이미지의 광학적 이미징을 위해 원하는 교정을 달성하기 위해, 이것은 이미징 오류들이 얇은 안경 렌즈(3) 안에서의 가이딩 때문에 생성되기 때문에 필요한데, 적어도 2 개의 비-구면 표면들(여기서는 3 개의 자유-형태 표면들(F1, F2 및 F3))이 광학적 요소(8) 안에 제공되고, 이 표면들은 가능한 한 오류 없이 원하는 이미징이 달성될 수 있는 방식으로 설계된다. 추가적으로, 비구면 표면 또한 이미징 오류들의 교정에 있어서 추가의 자유도를 가지기 위해 에지 영역(30) 안의 영역(A2)에 제공된다.
나아가, 진출 동공(22)은 x 방향으로 큰 범위를 가질 수 있다. 코에서 아래위로 미끄러지는 디스플레이 장치는 그러므로 방해 효과를 가지지 않는다. 사용자는 여전히 완전히 이미징된 이미지를 본다. 이에 더하여, 광학적 요소(8)에 필요한 구축 공간은 비구면 표면들의 준비 때문에 매우 작게 유지될 수 있다.
설명된 본 발명에 따른 디스플레이 장치(1)의 실시예들에 있어서, 사용자의 시야로 가상 이미지의 반사는 오른쪽 안경 렌즈(3)를 통해 발생한다. 물론, 왼쪽 안경 렌즈(4)를 통한 반사 또한 가능하다. 이 경우에 있어서, 단지, 광학 요소(8) 및 이미지-생성 모듈(5)은 왼쪽 안경 다리(19) 안에 배치될 필요가 있다. 이에 더하여, 디스플레이 장치(1)는 정보 항목들 또는 가상 이미지가 양 안경 렌즈들(3, 4)을 통해 반사되는 방식으로 형성될 수 있다. 이 반사는 3 차원 이미지 표현을 형성하는 방식으로 발생할 수 있다. 하지만, 이는 절대적으로 필요하지는 않다. 안경 렌즈들(3, 4)은 0의 굴절력 또는 0과 다른 굴절력(특히 결함있는 시력을 교정하기 위해)을 가질 수 있다. 홀더(2)는 안경과 유사한 홀더로 형성될 필요는 없다. 디스플레이 장치가 사용자의 머리에 착용될 수 있는 어떠한 종류의 홀더든 가능하다.

Claims (13)

  1. 사용자의 머리에 착용될 수 있고 이미지를 생성하는 디스플레이 장치를 위한 이미징 광학 시스템에 있어서,
    진입 표면(F1)을 포함하는 광학적 요소(8), 및 커플링-아웃 섹션(16)을 포함하는 안경 렌즈(3, 4)를 가지고,
    상기 이미징 광학 시스템(7)은 상기 광학적 요소(8) 안의 상기 진입 표면(F1)을 거쳐 상기 광학적 요소(8)로 제공되는 생성된 이미지를 가이드하고, 상기 안경 렌즈(3, 4)로 후자로부터의 이것을 커플링하기에 적절하고, 이때 가상 이미지를 생성하기 위해 이것은 상기 커플링-아웃 섹션(16)으로 가이드되고 또한 상기 커플링-아웃 섹션(16)을 거쳐 커플링 아웃되고,
    상기 광학적 요소(8)는, 진입 표면(F1)에 더하여, 적어도 하나의 반사 표면(F2)을 포함하고, 여기서 상기 생성된 이미지가 상기 광학적 요소(8) 안에서 가이드를 위해 반사되고, 상기 광학적 요소(8) 및 상기 안경 렌즈(3, 4)는 하나의 조각 광학적 부분으로 함께 형성되는 것을 특징으로 하는, 이미징 광학 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 진입 표면(F1) 및/또는 상기 적어도 하나의 반사 표면(F2)은 굽어져 형성되고, 그 결과 상기 광학적 요소(8)는 이미징 특성을 가지는 것을 특징으로 하는, 이미징 광학 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 진입 표면(F1)은 편평한 것을 특징으로 하는, 이미징 광학 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진입 표면(F1)은 상기 생성된 이미지를 상기 광학적 요소(8)로 커플링하기 위해 투과적이고 또한 상기 생성된 이미지를 상기 광학적 요소(8)에서 반사시키기 위해 반사적인 것을 특징으로 하는, 이미징 광학 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 요소(8)는 상기 생성된 이미지를 가이딩 및/또는 커플링 인 또는 아웃하는 데 사용되지 않는 경계 표면들을 포함하고, 상기 경계 표면들은 검게 만들어지거나 및/또는 광-흡수하는 것을 특징으로 하는, 이미징 광학 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안경 렌즈(3, 4)는, 상기 에지 영역(30) 안에, 상기 커플링-인 섹션(15)을 포함하고, 상기 에지 영역은 상기 커플링-아웃 섹션(16)이 놓여 있는 상기 안경 렌즈(3, 4)의 영역보다 더 큰 두께를 가지는 것을 특징으로 하는, 이미징 광학 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안경 렌즈(3, 4)는 상기 커플링-아웃 섹션(16)으로부터 이격되어 있는 커플링-인 섹션(15)을 포함하고, 상기 생성된 이미지는 상기 커플링-인 섹션(15)을 거쳐 상기 광학적 요소(8)로부터 상기 안경 렌즈(3, 4)로 커플링되고 상기 커플링-아웃 섹션(16)으로의 반사에 의해 상기 안경 렌즈(3, 4)로 가이드되는 것을 특징으로 하는, 이미징 광학 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 안경 렌즈(3, 4)의 전면(12) 및 상기 후면(10)은 그 각각의 경우에 있어서 미리 결정된 곡률 프로파일을 가지고, 상기 안경 렌즈(3, 4)의 상기 전면 및/또는 후면(12, 10)의 곡률 프로파일은 상기 미리 결정된 곡률 프로파일을 통해 발생하는 상기 커플링-인 섹션(15)의 영역 안의 두께와 비교하여 상기 안경 렌즈(3, 4)의 더 큰 두께가 상기 커플링-인 섹션(15)의 영역 안에 존재하는 방식으로 상기 커플링-인 섹션(15)의 영역 안의 상기 전면 및/또는 후면(12, 10)의 대응하는 미리 결정된 곡률 프로파일로부터 벗어나 있는 것을 특징으로 하는, 이미징 광학 시스템.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 안경 렌즈(3, 4)의 상기 전면(12) 및 상기 후면(10)은 그 각각의 경우에 있어서 구면의 곡률을 가지고, 상기 후면(10)은 상기 구면의 곡률로부터 벗어나는 상기 커플링-인 섹션(15)의 영역 안에 곡률 프로파일을 가지는 것을 특징으로 하는, 이미징 광학 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 요소(8)의 상기 반사 표면들 중 하나(F2)는 비구면 표면으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 이미징 광학 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 비구면 표면은 회전 대칭을 가지지 않는 것을 특징으로 하는, 이미징 광학 시스템.
  12. 사용자의 머리에 착용될 수 있는 홀더(2),
    이미지를 생성하는, 상기 홀더 상에서 생성되는 이미지-생성 모듈(5), 및
    상기 홀더(2)에 고정되는 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 이미징 광학 시스템(8)을 포함하고,
    상기 홀더(2)가 상기 머리에 착용될 때, 상기 사용자가 가상 이미지로 이를 인식할 수 있는 방식으로 상기 생성된 이미지를 이미징하는, 디스플레이 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 홀더(2)는 안경처럼 형성되고 또한 제1 및 제2 안경 다리(17, 19)를 포함하고, 상기 광학적 요소(8)는 상기 2 개의 안경 다리들(17, 19) 중 하나에 적어도 부분적으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
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