KR20160145556A

KR20160145556A - 사용자의 머리에 착용될 수 있고 이미지를 생성하는 디스플레이 장치를 위한 안경 렌즈

Info

Publication number: KR20160145556A
Application number: KR1020167026413A
Authority: KR
Inventors: 귄터 루돌프; 한스-유르겐 돕스샬
Original assignee: 칼 자이스 스마트 옵틱스 게엠베하
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2016-12-20
Also published as: DE102014207495B3; EP3132300B1; CN106233186A; CN106233186B; WO2015158831A1; JP2017514176A; US20170184850A1; US10012839B2; KR102353457B1; EP3132300A1; JP6673851B2

Abstract

사용자의 머리에 착용될 수 있고 이미지를 생성하는 디스플레이 장치(1)를 위한 안경 렌즈에 있어서, 상기 안경 렌즈(3)는 전면(18) 및 후면(15), 커플링-인 섹션(11) 및 상기 커플링-인 섹션(1)으로부터 이격된 커플링 아웃 섹션(13), 뿐만 아니라 상기 안경 렌즈(3)의 상기 커플링-인 섹션(11)을 거쳐 상기 안경 렌즈(3)로 커플링 인되는, 생성된 이미지의 픽셀들의 광 번들들(9)을 이로 인해 상기 안경 렌즈(3)로부터 커플링 아웃되는, 상기 안경 렌즈(3) 안의 상기 커플링-아웃 섹션(13)으로 안내하기에 적절한 광 안내 채널(12)을 포함하고, 상기 안경 렌즈(3)는 수 개의 쉘들로 구축되고 또한 외부 쉘(19) 및 상기 외부 쉘(19)에 결합되는 내부 쉘(22)을 포함하고, 상기 내부 쉘(22)로부터 멀리 면하는 상기 외부 쉘(19)의 상기 제1 면(20)은 상기 안경 렌즈(3)의 상기 전면(18)을 형성하고 또한 상기 외부 쉘(19)로부터 멀리 면하는 상기 내부 쉘(22)의 상기 제1 면(23)은 상기 안경 렌즈(3)의 상기 후면(15)을 형성하고, 상기 외부 쉘(19)은 상기 커플링-인 섹션(11), 상기 광 안내 채널(12) 및 상기 커플링-아웃 섹션(13)을 포함하고, 상기 내부 쉘(22)은 상기 내부 쉘(22)의 상기 제2 면(24)으로부터 연장되는 개구부(27)를 포함하고, 이것은 상기 후면(15)의 방향으로 상기 외부 쉘(19)과 마주하고 또한 여기에 상기 광 안내 채널(12)이 안착되고, 상기 커플링-아웃 섹션(13)은 상기 개구부(27) 옆에 놓이고, 그 결과 상기 커플링-아웃 섹션(13)에 의해 커플링 아웃되는 상기 광 번들들(9)은 상기 내부 쉘(22)의 상기 제2 면(24)을 통해 상기 내부 쉘(22)로 진입하고, 상기 내부 쉘(22)을 지나 상기 후면(15)을 거쳐 상기 내부 쉘(2)에 남게 되는, 안경 렌즈가 제공된다.

Description

사용자의 머리에 착용될 수 있고 이미지를 생성하는 디스플레이 장치를 위한 안경 렌즈{EYEGLASS LENS FOR A DISPLAY DEVICE, WHICH DISPLAY DEVICE CAN BE PLACED ON THE HEAD OF A USER AND PRODUCES AN IMAGE}

본 발명은 사용자의 머리에 착용될 수 있고 이미지를 생성하는 디스플레이 장치를 위한 안경 렌즈에 관한 것으로서, 안경 렌즈는 전면 및 후면, 커플링-인 섹션 및 이 커플링-인 섹션으로부터 이격된 커플링 아웃 섹션을 포함할 뿐만 아니라, 커플링-인 섹션을 거쳐 안경 렌즈로 커플링 인되는 생성 이미지의 픽셀들의 광 번들들을 안경 렌즈로부터 커플링 아웃되는 커플링-아웃 섹션으로 안내하기에 적절한 광 안내 채널을 포함한다.

가능한 한 작은 두께를 가지는 이러한 안경 렌즈를 생산할 수 있는 것이 바람직하고, 동시에 좋은 이미지의 이미징이 디스플레이 장치에 안경 렌즈를 사용할 때 보장되어야 한다.

여기서부터 시작하면, 본 발명의 목적은 그러므로 서두에서 언급된 종류의 안경 렌즈를 작은 두께 및 좋은 이미징 특성들을 가지고 생산될 수 있는 방식으로 개선하는 데 있다.

이러한 목적은 서두에서 언급된 종류의 안경 렌즈에서 안경 렌즈가 수 개의 쉘들로 구축되고 외부 쉘 및 외부 쉘에 결합되는 내부 쉘을 포함하고, 내부 쉘로부터 멀리 면하는 외부 쉘의 제1 면은 안경 렌즈의 전면을 형성하고 외부 쉘로부터 멀리 면하는 내부 쉘의 제1 면은 안경 렌즈의 후면을 형성하고, 외부 쉘은 커플링-인 섹션, 광 안내 채널 및 커플링-아웃 섹션을 포함하고, 내부 쉘은 내부 쉘의 제2 면으로부터 연장되고 후면 방향으로 외부 쉘과 면하고 또한 여기에 광 안내 채널이 놓이는 개구부를 포함하고, 이 커플링-아웃 섹션은 개구부 옆에 놓이고, 그 결과 커플링-아웃 섹션에 의해 커플링 아웃되는 광 번들들은 내부 쉘의 제2 면을 통해 내부 쉘로 진입하고, 내부 쉘을 지나 후면을 거쳐 내부 쉘에 남게 된다는 점에서 달성된다.

개구부와 조합되어 이 2 개의 쉘 구조를 통해, 안경 렌즈의 두께는 가능한 한 작게 유지될 수 있다. 동시에, 광 안내 채널은, 외부 쉘의 부분이고, 원하는 좋은 이미징 특성들이 보장될 수 있도록 형성될 수 있다.

특히, 개구부는 내부 쉘의 제2 면으로부터 내부 쉘의 제1 면까지 연장될 수 있다. 개구부는 이로써 내부 쉘의 전체 두께에 걸쳐 연장되고 관통공으로 지칭될 수 있다.

개구부는, 내부 쉘의 위에서 볼 때, 내부 쉘의 영역들에 의해 모든 면들의 경계에 접하거나 적어도 일 면에서 개방될 수 있다. 특히, 이 개구부는, 내부 쉘의 위에서 볼 때, U-자형으로 형성될 수 있다.

나아가 개구부는 내부 쉘의 전체 두께에 걸쳐 연장되지 않는 것이 가능하다. 이 경우에 있어서, 이로써 제2 면으로부터 내부 쉘로 연장되는 대응하는 오목부가 있다. 오목부의 깊이는 특히 이 오목부에 놓인 광 안내 채널이 오목부의 베이스와 접촉하지 않도록 선택되고, 그 결과 에어 갭이 존재한다. 하지만, 에어 갭이 없고 광 안내 채널이 오목부의 베이스와 접촉하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 안경 렌즈에는, 전면 및/또는 후면이 굴곡이 있게 형성될 수 있다. 특히, 후면은 결함있는 시력의 교정이 발생되도록 선택되는 굴곡을 가질 수 있다. 이것은 내부 쉘의 후면을 거쳐 안경 렌즈를 빠져나가도록 커플링된 아웃되어 있기 때문에, 원하는 결함있는 시력의 교정이 커플링-아웃된 광 번들들에 대하여 존재하는 장점으로 귀결된다.

본 발명에 따른 안경 렌즈를 가지고, 광 번들들의 안내 및 커플링 아웃은 외부 쉘을 이용해 원하는 이미징에 대하여 최적화될 수 있다. 이에 독립적으로, 원하는 결함있는 시력의 교정은 내부 쉘을 이용해 최적화될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 안경 렌즈를 가지고, 서로 독립적으로, 한편으로 이미징 특성들이 외부 쉘을 통해 디자인되고 설정될 수 있고, 다른 한편으로 결함있는 시력의 교정 특성들이 내부 쉘을 통해 디자인되고 설정될 수 있다.

특히, 내부 및 외부 쉘은 동일한 물질들로부터 형성된다.

이에 더하여, 내부 쉘은 외부 쉘에 평탄하게 결합(예를 들어 광학적 접합 또는 광학적 접착제를 가지고 접착 또는 접합)될 수 있다.

바람직하게, 서로를 향해 면하는 내부 및 외부 쉘의 면들은 서로 보완적으로 형성된다.

특히, 서로를 향해 면하는 이 면들은 구형으로 굴곡이 있을 수 있다.

이에 더하여, 외부 및/또는 내부는 구형으로 굴곡이 있을 수 있다.

커플링-아웃 섹션은 서로 옆에 배치되는 수 개의 반사 편향 표면들을 포함할 수 있다. 이 반사 편향 표면들은 또한 반사 면들(reflective facets)로 지칭될 수 있다. 이들은 거의 100% 반사율을 가질 수 있고 이 경우에 있어서 미러 표면들로 지칭될 수 있다. 이들은 더 낮은 반사율을 가지고 이로써 부분적으로 투명하게 형성되는 것이 가능하다.

반사 편향 표면들은 각각의 경우에 있어서 평탄하거나 또는 굴곡이 있을 수 있다. 나아가, 편향 표면들은 순수한 빔 반사에 더하여 이미징 특성을 또한 가지는 프레즈넬 방식으로 굴곡이 있는 반사 표면을 재현할 수 있다.

커플링-아웃 섹션은 외부 쉘에 매립될 수 있다. 특히, 커플링-아웃 섹션은 안경 렌즈의 전면이 원활하고, 연속적인 표면으로서 형성될 수 있다.

광 안내 채널은 서로 대향하는 2 개의 경계 표면들을 포함할 수 있고, 여기서 광 번들들은 안내를 위해 반사된다.

특히, 광 안내 채널의 경계 표면들 중 하나는 외부 쉘의 제1 면의 하나의 섹션에 의해 형성될 수 있다.

이에 더하여, 외부 쉘의 제1 면으로부터 멀리 면하는 광 안내 채널의 경계 표면은 이미징 특성을 가지도록 형성될 수 있다.

경계 표면들 상에서의 반사는 전체 내부 반사에 의해 발생할 수 있다. 하지만, 경계 표면들 중 적어도 하나(또는 모두)는 반사 또는 부분적으로 반사 코팅을 포함하는 것이 가능하다. 특히, 코팅은 금속 코팅일 수 있다. 나아가, 코팅은 제1 편광 상태를 가지는 광 번들들을 반사하고 제1 편광 상태에 직교하는 편광 상태를 가지는 광 번들들을 투과시키도록 형성될 수 있다. 반사 코팅은 나아가 간섭 레이어 시스템으로서 형성될 수 있다.

나아가, 광 안내 채널은 내부 쉘을 향해 면하는 외부 쉘의 제2 면에 대하여 투영될 수 있다.

커플링-인 섹션은 안경 렌즈의 모서리 영역에 형성될 수 있고 또한 커플링-아웃 섹션은 안경 렌즈의 중심 영역에 형성될 수 있다.

내부 쉘 및 외부 쉘은 각각의 경우에 있어서 일체형으로 형성될 수 있다. 하지만, 내부 쉘 및/또는 외부 쉘이 수 개의 부분들로 형성되는 것도 가능하다.

특히, 외부 쉘은 수 개의 쉘들로 형성될 수 있다. 이것은 예를 들어 적어도 2개의 부분 쉘들을 포함할 수 있다. 내부 쉘에도 동일하게 적용된다.

외부 쉘이 수 개의 쉘들로 형성되면, 커플링-아웃 섹션은 외부 쉘의 2 개의 부분 쉘들 사이에 놓일 수 있다. 부분 쉘들 중 적어도 하나는 필름으로서 형성될 수 있다. 예를 들어 PC 필름으로서 형성될 수 있다. 필름은 본래의 안정성을 가질 수 있고, 그 결과 중력의 예외로 추가의 힘의 작용 없이 그 형태가 유지되게 된다. 하지만, 필름은 본래의 안정성을 가져야 하는 것은 아니다. 특히, 필름은 유연하게 형성될 수 있다.

외부 부분 쉘은, 안경 렌즈의 전면을 형성하고, 커버 쉘로서 형성될 수 있다.

외부 쉘의 부분 쉘들의 물질들은 동일하거나 또는 다를 수 있다. 내부 쉘의 부분 쉘들의 물질들에도 동일하게 적용된다. 외부 및 내부 쉘의 모든 부분 쉘들은 또한 동일한 물질 또는 다른 물질들로 형성될 수 있다.

내부 쉘로부터 멀리 면하고 또한 안경 렌즈의 전면을 형성하는 외부 쉘의 제1 면은 코팅 및/또는 반사방지 코팅을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사방지 코팅 및/또는 하드 코팅은 제1 면 상에 형성될 수 있다. 안경 렌즈들의 분야에서 상용적인 추가의 코팅들 또한 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 안경 렌즈는 광 안내 채널이 외부 쉘 안에 배타적으로 놓이도록 형성될 수 있다. 하지만, 광 안내 채널이 내부 쉘 안의 영역을 통해 적어도 부분적으로 지나가는 것도 가능하다. 특히, 광 안내 채널의 부분은 내부 쉘의 개구부에 결합하는 내부 쉘의 영역 안에 놓일 수 있다.

나아가, 부분적인 반사 코팅 또는 반사 코팅을 가지는 영역이 개구부 옆에 형성되는 것이 가능하고, 그 결과 이 부분적인 반사 또는 반사 코팅 상에서 반사되는 광 번들들의 부분이 내부 쉘로 안내되고 그후 커플링-아웃 섹션을 타격하게 된다. 이 경우에도, 광 안내 채널의 부분은 내부 쉘 안에 놓인다. 부분적인 반사 코팅 또는 반사 코팅은 특히 외부 및 내부 쉘 사이에 제공될 수 있다. 부분적인 반사 또는 반사 코팅은 이로써 내부 쉘의 제2 면 및/또는 내부 쉘을 향해 면하는 외부 쉘의 제2 면 상에 형성될 수 있다.

나아가, 사용자의 머리에 착용될 수 있는 홀더, 이 홀더에 고정되며 이미지를 생성하는 이미지-생성 모듈, 및 상기의 청구항들 중 하나에 따른 안경 렌즈를 포함하고 또한 홀더가 사용자의 머리에 착용될 때 사용자가 가상의 이미지로서 인식할 수 있는 생성된 이미지를 이미징하는, 홀더에 고정되는 이미징 광학 시스템을 가지는, 디스플레이 장치가 제공된다.

이미징 광학 시스템은 광학적 요소만으로서 안경 렌즈를 포함할 수 있다. 하지만, 이미징 광학 시스템은, 안경 렌즈에 더하여, 적어도 하나의 추가의 광학적 요소를 포함하는 것도 가능하다. 특히, 외부 쉘은 적어도 하나의 추가의 광학적 요소와 함께 일체형으로 형성될 수 있다. 또는, 외부 쉘은 (예를 들어 접합(cementing) 또는 결합(bonding)을 통해) 적어도 하나의 추가의 광학적 요소에 결합되는 것이 가능하다. 나아가, 적어도 하나의 추가의 광학적 요소는 외부 쉘로부터 이격될 수 있다.

외부 쉘은, 위에서 볼 때, 적어도 하나의 광학적 요소와 함께 L-자형을 가질 수 있다. 적어도 하나의 추가의 광학적 요소는 이로써 종래의 안경 다리의 방향으로 연장될 수 있다. 특히, 이것은 안경 다리의 부분일 수 있다.

적어도 하나의 광학적 요소는 가능한 한 오류가 없는, 디스플레이 장치의 사용자에게 생성된 이미지의 이미징을 생성하기에 최적화될 수 있는 하나 또는 그 이상의 이미징 광학적 표면들(투과 및/또는 반사)을 포함할 수 있다.

적어도 하나의 추가의 광학적 요소는 예를 들어, 안경 렌즈와 이미지-생성 모듈 사이에 배치되는 시준 광학적 시스템(collimation optical system)일 수 있고, 그 결과 이미지-생성 모듈로부터의 광 번들들은 시준된 번들들로서 안경 렌즈로 커플링 인될 수 있다.

나아가, 디스플레이 장치는 이미지-생성 모듈을 활성화시키는 제어 유닛을 포함할 수 있다.

이미지-생성 모듈은 특히 LCD 모듈, LCoS 모듈, OLED 모듈 또는 틸팅 미러 매트릭스와 같은, 2-차원 이미징 시스템을 포함할 수 있다. 이 이미징 시스템은 복수의 픽셀들을 포함할 수 있는데, 이 픽셀들은 예를 들어 행들 및 열들로 배치될 수 있다. 이 이미징 시스템은 자가-발광이거나 또는 자가-발광이 아닐 수 있다.

이미지-생성 모듈은 특히 단색(monochromatic) 또는 다색 이미지(multi-coloured image)를 생성하도록 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이 장치는 그 작동을 위해 필요한 당업자에게 알려진 추가의 요소들을 포함할 수 있다.

상기에서 명명된 특징들 및 이하에서 설명될 특징들은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 언급된 조합들 뿐만 아니라 다른 조합들 또는 단독으로 사용될 수 있다.

본 발명은, 본 발명에 필수적인 특징들을 개시하는, 첨부된 도면들을 참조하여 예를 들어 이하에서 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 일 실시예의 대략적인 사시도이다.
도 2는 이미지-생성 모듈의 대략적인 도시를 포함하는 제1 안경 렌즈(3)의 확대 부분 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 실시예의 제1 안경 렌즈(3)의 사시도이다.
도 4는 도 3에 따른 제1 안경 렌즈(3)의 분해 사시도이다.
도 5는 위에서부터 도 3에 따른 제1 안경 렌즈(3)의 도면이다.
도 6은 도 3으로부터 제1 안경 렌즈(3)의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 안경 렌즈(3)의 다른 실시예의 사시도이다.
도 8은 도 7에 따른 본 발명에 따른 안경 렌즈(3)의 분해 사시도이다.
도 9는 위에서부터 도 7로부터 본 발명에 따른 안경 렌즈(3)의 도면이다.
도 10은 도 7에 따른 본 발명에 따른 안경 렌즈(3)의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 안경 렌즈(3)의 다른 실시예의 사시도이다.
도 12는 도 11에 따른 본 발명에 따른 안경 렌즈(3)의 단면도이다.
도 13은 도 3에 따른 본 발명에 따른 안경 렌즈의 변형의 분해 사시도이다.
도 14는 도 2에 따른 확대 부분 단면도이다.
도 15는 제1 안경 렌즈(3)의 다른 실시예의 도 14에 따른 확대 부분 단면도이다.
도 16은 도 15로부터 커플링-아웃 영역(13)의 확대 상세도이다.
도 17은 제1 안경 렌즈(3)의 다른 실시예의 도 2에 따른 확대 부분 단면도이다.
도 18은 본 발명에 따른 제1 안경 렌즈(3)의 변형의 도 17에 따른 확대 부분 단면도이다.

도 1에 도시된 실시예에는, 본 발명에 따른 디스플레이 장치(1)가 사용자의 머리에 착용될 수 있는, 예를 들어 종래의 안경 프레임의 방식으로 형성될 수 있는 홀더(2) 뿐만 아니라, 홀더(2)에 고정되는, 제1 및 제2 안경 렌즈(3, 4)를 포함한다. 안경 렌즈들(3, 4)을 가지는 홀더(2)는 예를 들어 스포츠 안경들, 선글라스들 및/또는 결함 있는 시력을 교정하기 위한 안경들로서 형성될 수 있고, 가상의 이미지는 이하에서 설명되는 바와 같이, 제1 안경 렌즈(3)를 통해 사용자의 시야로 반사될 수 있다.

이를 위해, 디스플레이 장치(1)는 이미지-생성 모듈(5)을 포함하는데, 이것은 도 1에 대략적으로 도시된 바와 같이, 홀더(2)의 오른쪽 안경 다리의 영역 안에 배치될 수 있다. 이미지-생성 모듈(5)은 예를 들어 행들 및 열들로 배치되는 복수의 픽셀들을 가지는, OLED, LCD, LCoS 칩 또는 틸팅 미러 매트릭스와 같은, 2-차원 이미지-생성 요소(6)(도 2 참조)를 포함할 수 있다.

안경 렌즈들(3 및 4) 및 특히 제1 안경 렌즈(3)는 예를 들어 본 발명에 따른 디스플레이 장치(1)과 함께 설명된다. 안경 렌즈들(3, 4) 또는 적어도 제1 안경 렌즈(3)는 각각의 경우에 있어서 본 발명에 따른 안경 렌즈(3, 4)로서 또는 본 발명에 따른 광학적 요소로서 독립적으로 형성된다. 본 발명에 따른 광학적 요소는 또한 여기서 설명되는 디스플레이 장치(1)과는 다른 맥락에서 사용될 수 있다. 그러므로, 광학적 요소는, 안경 렌즈로서 형성된 때, 물론 제2 안경 렌즈(4)로서 형성될 수 있다.

도 2의 대략적인 확대 부분 단면도로부터 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 디스플레이 장치(1)는 이미지-생성 요소(6), 또는 이미징 시스템(6)과 제1 안경 렌즈(3) 사이에 배치되는 광학적 요소(8)를 포함하는 이미징 광학 시스템(7)을 포함한다. 이에 더하여, 제1 안경 렌즈(3) 그 자체는 또한 이미징 광학 시스템(7)의 부분으로서 기능한다.

광 번들(9)은 이미징 시스템(6)의 각각의 픽셀로부터 나올 수 있다. 원하는 이미지는 제어 유닛(10)을 이용해 이미징 시스템(6)의 픽셀들을 대응되게 활성화시킴으로써 생성될 수 있는데, 이 제어 유닛(10)은 이미지-생성 모듈(5)의 부분일 수 있다. 도 2에는, 광 빔의 빔 경로가 광 번들들(9)을 표현하기 위해 도시되어 있고, 그 결과 광 빔(9) 또한 이하에서 설명된다.

이미징 시스템(6)으로부터 나오는 광 빔(9)은 광학적 요소(8)를 통해 지나가고 커플링-인 섹션(11)(여기서는 제1 안경 렌즈(3)의 끝단 면)을 통해 제1 안경 렌즈(3)로 진입하고, 광 안내 채널(12)을 따라 커플링-아웃 섹션(13)까지 안내된다. 커플링-아웃 섹션(13)은 여기서 광 빔들(9)의 반사가 제1 안경 렌즈(3)의 후면(15)의 방향으로 발생하는, 서로 옆에 배치되는 수 개의 반사 편향 표면들(14)(이것은 반사 면들로서 지칭될 수 있음.)을 포함하고, 그 결과 광 빔들(9)은 후면(15)을 통해 제1 안경 렌즈(3)를 빠져나가게 된다.

그러므로, 사용자가 본 발명에 따른 디스플레이 장치(1)를 의도한 대로 그의 머리에 착용하고 있을 때, 그는 커플링-아웃 섹션(13)을 볼 때 가상의 이미지로서 이미징 시스템(6)을 이용해 생성된 이미지를 인식할 수 있다. 여기서 설명되는 실시예에는, 사용자가 전방 시야의 시야 방향(G)에 대하여 대략 40°만큼 오른쪽을 향해 봐야 한다. 도 2에는, 사용자의 눈의 회전 중심(16) 뿐만 아니라 아이박스(17) 또는 이미징 광학 시스템(7)의 사출 동공(17)이 명확함을 위해 도시되어 있다. 아이박스(17)는 디스플레이 장치(1)에 의해 제공되는 영역이고 또한 여기서 사용자의 눈은 움직일 수 있고 또한 생성된 이미지를 가상의 이미지로서 항상 볼 수 있다.

설명된 실시예에서는 커플링-인이 제1 안경 렌즈(3)의 끝단 면을 통해 수행되고 이로써 커플링-인 섹션(11)은 제1 안경 렌즈(3)의 끝단 면 상에 형성되지만, 제1 안경 렌즈의 후면(15)을 통해 커플링-인이 수행되는 것도 가능하다.

도 2의 대략적인 도시에 도시된 바와 같이, 제1 안경 렌즈(3)의 후면(15) 및 전면(18) 모두는 굴곡이 있게 형성된다.

나아가, 제1 안경 렌즈(3)는, 특히 도 2 내지 도 6의 도시들로부터 알 수 있는 바와 같이, 2 개의 쉘들로 형성되고 제1 및 제2 면(20 및 21)을 가지는 외부 쉘(19) 및 제1 및 제2 면(23 및 24)을 가지는 내부 쉘(22)을 포함한다.

외부 쉘(19)의 제1 면(20)은 제1 안경 렌즈(3)의 전면(18)을 형성하고 내부 쉘(22)의 제1 면(23)은 제1 안경 렌즈(3)의 후면(15)을 형성한다. 외부 쉘(18)의 제2 면(21) 및 내부 쉘(22)의 제2 면(24)은, 서로를 향해 면하고, 보완적인 굴곡들을 가지고, 그 결과 이들은 도 2 및 도 3에 지시된 바와 같이, 서로 평탄하게 결합될 수 있다.

외부 쉘(19)은 커플링-인 섹션(11), 광 안내 채널(12) 및 커플링-아웃 섹션(13)을 포함한다. 광 안내 채널(12)은 커플링-인 섹션(11)으로부터 커플링-아웃 섹션(13)까지의 광 빔들(9)의 원하는 안내가 발생하도록 형성된다. 이것은 예를 들어 z-방향으로 대향하는 광 안내 채널(12)의 경계 표면들(25 및 26) 상에서 전체 내부 반사에 의해 발생할 수 있다. 물론, 반사 코팅이 광 빔들(9)의 원하는 반사가 발생하는 경계 표면(25) 및/또는 경계 표면(26) 상에 형성되는 것도 가능하다. 반사 코팅의 반사율은 예를 들어 가능한 한 클 수 있거나 (대략 100%) 또는 그 이하일 수 있다. 반사 코팅은 이로써 미러 레이어 또는 부분적인 반사 레이어로서 형성될 수 있다.

여기에 설명된 실시예에는, 경계 표면(25)이 외부 쉘(19)의 제1 면(20)의 부분이고 이로써 전면(18)의 부분이다. 경계 표면(26)은, 반대로, 외부 쉘의 제2 면(21)의 부분이 아니고, 그보다는 별도로 형성되는 경계 표면이고, 이것은 예를 들어 이미징 오류들을 감소시키기 위해, 광 안내에 더하여, 광학적으로 이미징 특성을 제공할 수 있다. 이로써 광 안내 채널(12)은 외부 쉘(19)의 제2 면(21)에 대하여 투영되고 이로써 외부 쉘(19)보다 더 큰 z-방향으로의 두께를 가진다.

그럼에도 불구하고 전체적으로 얇은 제1 안경 렌즈(3)를 제공할 수 있기 위해, 내부 쉘(22)은 개구부(27)를 포함하는데, 이것은 내부 쉘(22)의 제2 면(24)으로부터 내부 쉘(22)의 제1 면(23)의 방향으로 연장된다. 여기서 설명되는 실시예의 예에는, 개구부는 내부 쉘(22)의 전체 두께(z-방향으로의 범위)에 걸쳐 연장된다. 개구부(27)의 치수들은 조립된 상태에서 광 안내 채널(12)이 그 안에 놓이고 커플링-아웃 섹션(13)이 개구부(27)의 옆에 그리고 이에 따라 내부 쉘(22)의 제2 면(24) 앞에 놓이게 된다.

이 배치는 유리하게도 내부 쉘(22)의 제1 면(23)의 굴곡이 결함있는 시력의 원하는 교정이 달성되도록 선택될 수 있기 때문에, 예를 들어 결함있는 시력의 교정을 가지게 제1 안경 렌즈에 대하여 사용될 수 있다. 이것은 그후 사용자가 내부 쉘(22)의 제1 면(23) 또는 교정 표면을 통해 이것을 인식하기 때문에, 이러한 제1 안경 렌즈(3)을 가지는 디스플레이 장치(1)의 사용자가 자동적으로 유사한 명석한 방법으로 가상의 이미지를 인식할 수 있도록 해준다. 다시 말하면, 광 번들들(9)이 내부 쉘(22)의 방향으로 반사되고, 내부 쉘(22)의 제2 면(24)을 통해 내부 쉘(22)로 진입하고 이를 지나가고, 제1 면(23)을 통해 내부 쉘(22)을 빠져나가는 방식으로, 광 번들들(9)의 커플링-아웃이 커플링-아웃 섹션(13)의 반사 면들(14) 상의 반사에 의해 발생한다.

본 발명에 따른 안경 렌즈(3)를 가지고, 내부 쉘(22)을 통해 결함있는 시력의 교정을 위한 요구조건들 및 외부 쉘(19)을 통해 기상의 이미지의 생성을 위한 요구조건들을 실현하는 것이 가능하다. 그러므로 내부 쉘(22)은 교정 렌즈(22)로 지칭되고 외부 쉘(19)은 데이터 렌즈(19)로 지칭될 수 있다. 이로써 결함있는 시력의 교정과 가상의 이미지를 위한 이미징 사이에는 기능의 분리가 있고, 그 결과 이미징을 위한 외부 쉘(19)과 결함있는 시력의 교정을 위한 내부 쉘(22)은 서로 독립적으로 최적화될 수 있다. 이로써 가상의 이미지의 이미징을 위해, 사용자에 개인적으로 적응되는 디스플레이 장치(1)를 제공하는 것이 가능하기 위해 개별적인 사용자에 개인적으로 맞게 적응된 내부 쉘(22)에 조합되는 것이 필요한 외부 쉘(19)을 제공하는 것이 가능하다.

여기에 설명된 실시예에는, 외부 쉘(19)의 2 개의 면들(20, 21)이 구형으로 굴곡이 있고 외부 쉘(19)의 제1 면(20)은 94 mm의 굴곡의 반지름을 가지고 외부 쉘(19)의 제2 면(21)은 92 mm의 굴곡의 반지름을 가진다. 외부 쉘의 두께는 이로써 2 mm이다. 광 안내 채널(12)만이 더 큰 두께를 가지는데, 이것은 예를 들어 4 mm 또는 그보다 클 수 있다.

내부 쉘(22)의 제2 면(24)은 구형으로 굴곡이 있고 외부 쉘(19)의 제2 면(21)의 반지름에 대응하는 굴곡의 반지름을 가진다. 여기서, 이것은 이로써 92 mm의 반지름이다. 내부 쉘(22)의 제1 면(23)은 구형으로 굴곡이 있고 사용자의 결함있는 시력을 교정하는 데 필요한 굴곡의 반지름(예를 들어 내부 쉘(22)을 위한 물질로서 PMMA를 이용할 때 150 mm)을 가진다. 물론, 내부 쉘의 제1 면(23)은 구형이 아닌 굴곡이 있을 수 있다. 외부 쉘(19)의 물질은 바람직하게 내부 쉘(22)의 물질과 동일하다. 내부 쉘(22)의 두께는 내부 쉘(22)의 제2 면(24)의 반지름과 내부 쉘(22)의 제1 면(23)의 반지름 사이의 차이에 실질적으로 종속하는데, 여기서 설명되는 예에서는 대략 3 mm이다.

이미 언급한 바와 같이, 내부 및 외부 쉘(22 및 19)의 물질들은 바람직하게 동일하고, 그 결과 이들은 동일한 굴절계수를 가진다. 내부 및 외부 쉘(22 및 19)은 바람직하게 전체 표면에 걸쳐 접착되는데, 그 결과 컴팩트한 제1 안경 렌즈(3)가 생성되고, 개구부(27)만이 광 안내 채널(12) 주위에 닿는다.

여기서 설명된 실시예의 제1 안경 렌즈(3)는 +2 디옵터의 교정을 제공한다.

2 개-쉘 구조는 도 5에 따른 상면도 및 도 6의 단면도에서 동일하게 쉽게 인식된다. 특히 도 6에 도시된 바와 같이, 반사 면들(14)은 제1 안경 렌즈(3)의 전면(18) 상에 형성된다. 특히, 반사 면들(14)은 투명 물질(미도시)로 채워지고, 그 결과 연속적인 원활한 전면(18)이 존재하게 된다. 바람직하게, 외부 쉘(19)의 나머지 부분이 형성되는 것과 같은 충전을 위한 물질과 동일한 물질이 사용된다.

도시되지 않은 변형에서는, 반사 편향 표면들(14) 또한 전면(18)으로부터 이격될 수 있고 이로써 외부 쉘(19)에 매립되어 형성된다.

광 안내 채널(12)의 설명된 디자인에는, 가상의 이미지의 이미징에 대하여 최적화된 경계 표면(26) 때문에, 배경의 시야에 왜곡이 있다. 하지만, 광 안내 채널(12)이 정상적인 시야의 주변에 놓여 있기 때문에, 이 왜곡은 사용자를 방해하지는 않는다.

도 7 내지 도 10에 따른 본 발명에 따른 안경 렌즈의 다른 실시예에는, -2 디옵터의 교정이 제공된다. 이 실시예에는, 외부 쉘(19)이 도 1 내지 도 6과 연관하여 설명된 실시예의 외부 쉘(19)과 동일한다. 단지 내부 쉘(22)이 결함있는 시력의 원하는 교정을 실현하기 위해 이에 따라 적응되어 있다. 그러므로 동일한 요소들은 동일한 참조부호들로 지칭되고 도 1 내지 도 6과 관련된 설명을 참조한다.

이전에 설명된 실시예들에는, 개구부(27)가 각각의 경우에 있어서 내부 쉘(22)의 전체 두께에 걸쳐 연장된다. 이것은 이로써 개방된 섹션이 천공되어 있다고 말해질 수 있다. 측면으로 개방된 관통공이 이로써 존재한다. 하지만, 개구부(27)는 내부 쉘(22)의 전체 두께에 걸쳐 연장되지 않는 것이 가능하지만, 그보다는 내부 쉘(22)의 제2 면(24)으로부터 시작하여 내부 쉘(22)의 미리 결정된 깊이까지 연장된다. 이 경우에 있어서, 개구부(27)의 깊이는 바람직하게, 특히 도 12에 지시된 바와 같이, 조립된 상태에서 광 안내 채널(12)의 경계 표면(26)과 개구부(27)의 베이스(28) 사이에 에어 갭(29)이 존재하도록 선택된다. 도 11과 도 12에 도시된 실시예에는, 이러한 개구부가 형성되는데, 내부 쉘(22)은 -4 디옵터의 교정을 제공하도록 디자인된다. 반사 코팅이 경계 표면(26) 상에 형성되면, 에어 갭(29)이 제공될 수 있거나 또는 없을 수 있다.

도 13에는, 도 4에 따른 도시에 있어서, 본 발명에 따른 안경 렌즈(3)의, 도 4에 도시된, 실시예의 변형이 도시되어 있다.

도 4에 도시된 실시예와 비교하여, 도 13에 따른 안경 렌즈에는 개구부(27)가 내부 쉘(22)의 하나의 섹션(30)에 의해 측면으로 경계가 접하는 관통공으로서 형성된다. 이 경우에 있어서, 광 안내 채널(12)은, 물론 이에 따라 적응된다. 이로써 커플링-인은 안경 렌즈(3)의 끝단 면을 통해 더 이상 발생하지 않고, 그보다는 후면(15)을 통해 뒤에서 발생한다.

물론, 개구부(27)는 또한 (x-방향으로 볼 때) 아래 또는 위가 개방되도록 형성될 수 있다. 이것은 또한 커플링-아웃 섹션(13)이 위치되는 위치에 실질적으로 종속한다. 물론, 개구부(27)는 아래 및 측면 또는 위 및 측면이 개방되는 것 또한 가능하다.

도 14에는, 도 2에 따른 확대 부분 단면도가 도시되어 있는데, 이미징 시스템(6)으로부터 나오는 추가적인 광 빔(9')이 도시되어 있다. 이 도시로부터 알 수 있는 바와 같이, 광 빔(9')은 차례로 외부 쉘(19)로 진입하기 전에 개구부(27) 옆의 영역으로 내부 쉘(22)을 통해 지나가고 그후 커플링-아웃 섹션(13)을 타격한다. 이 광 안내 채널(12)은 이로써 내부 쉘(22)을 통해 부분적으로 연장될 수 있다. 이것은 모든 설명된 실시예들에 적용된다. 하지만, 또한 광 안내 채널(12)이 외부 쉘(19)로만 지나가도록 형성되는 것이 가능하다.

도 15에는, 도 14와 동일한 방식으로, 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에는, 내부 쉘(22)로 연장되는 광 안내 채널(12)의 부분 영역의 치수들이 도 14에 따른 실시예의 경우에서보다 크다. 이것은 부분 반사 코팅(31)이 외부 및 내부 쉘(19, 22)(도 16) 사이의 개구부 옆의 영역에 형성되는 것으로 달성되고, 그 결과 광 빔(9')의 부분은 외부 쉘(19)로 투과되지 않고, 그보다는 내부 쉘(22)의 제2 면(23)으로 반사된다. 이 반사된 광 빔(9")은 커플링-아웃 섹션(13)을 향해 제2 면(23) 상에서 반사되고 (예를 들어 전체 내부 반사에 의해 또는 적절하게 제공되는 반사 또는 부분 반사 코팅에 의해), 그 결과 원하는 커플링-아웃은 그후 커플링-아웃 섹션(13)을 통해 발생될 수 있다. 이러한방식으로, 커플링-아웃 섹션(13)의 측면 범위는 확대될 수 있다. 이러한 종류의 커플링-아웃 섹션(13)의 확장은 도 16의 확대 상세도에서 쉽게 인지될 수 있다. 동일한 방식으로, 부분 반사 코팅(31) 상에서 광 빔(9')의 분기(splitting)가 명확하게 보인다.

도 17에는, 도 2와 동일한 방식으로, 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 개선이 도시되어 있다. 이 개선에는, 광학적 요소(8)가 외부 쉘(19)에 결합되어 있다. 이 결합은 예를 들어 외부 쉘(19)의, 커플링-인 섹션(11) 또는 끝단 면(11)을 통해 접합(cementing) 또는 접착(bonding)을 통해 발생할 수 있다. 도시를 단순화하기 위해, 광학적 요소(8)는 직선의 경계 표면들로 도시되어 있다. 하지만, 경계 표면들은 광 번들들(9)의 반사 및 통로의 영역에서 굴곡이 있게 형성될 수 있고 이로써 이미징 특성을 제공하게 된다. 또한 도시를 단순화하기 위해, 이미지-생성 모듈(5)은 광학적 요소(8)의 옆에 측면으로 도시되어 있다. 하지만, 이것은 광학적 요소(8)에 대하여 위 또는 아래 또는 어떠한 다른 위치에 위치될 수 있다. 광학적 요소(8)는 또한 튜브로 지칭될 수 있다. 도 17의 도시에서 볼 수 있는 바와 같이, 광학적 요소(8) 및 외부 쉘(19)은 서로 결합되어 L-자형을 형성한다. 이 광학적 요소(8)는 이로써 외부 쉘(19)로부터 멀리 안경 다리의 방식으로 연장된다. 광학적 요소(8)는 머리에 이미징 광학 시스템의 착용을 위한 다른 홀더 또는 안경 다리(미도시)의 부분일 수 있다.

도 18에는, 도 17의 실시예의 변형이 도시되어 있다. 이 변형에는, 외부 쉘(19)이 광학적 요소(8)와 일체형으로 형성된다. 이것은 예를 들어 사출 성형(injection moulding)을 이용해 생산될 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 사용자의 시야로 가상의 이미지의 반사가 제1 안경 렌즈(3)를 통해 발생한다. 물론, 제2 안경 렌즈(4)를 통한 반사 또한 가능하다. 이에 더하여, 이 디스플레이 장치(1)는 정보 항목들 또는 가상의 이미지들이 안경 렌즈들(3, 4) 모두를 통해 반사되도록 형성될 수 있다. 이 반사는 3-차원 이미지 느낌 결과들로서 발생할 수 있다. 하지만, 이것은 절대적으로 필요하지 않다.

안경 렌즈들(3, 4)은 0의 굴절력 또는 (특히 시력 결함을 교정하기 위해) 0와 다른 굴절력을 가질 수 있다. 도면들에 도시된 바와 같이, 안경 렌즈(3)의 전면(11) 및 후면(12) 모두는 굴곡이 있게 형성된다. 특히, 전면(11)은 구면으로 굴곡(spherically curved) 될 수 있다. 안경 렌즈가 0와 다른 굴절력을 가진다면, 결함있는 시력을 교정하기 위해, 전반적으로 후면(15)의 굴곡은 적절한 교정을 달성하기 위해 적절하게 선택된다. 후면(15)은 구형 형태로부터 벗어나는 굴곡을 가질 수 있다.

이 홀더(2)는 안경-타입의 홀더로 형성될 필요는 없다. 사용자의 머리에 착용될 수 있는 디스플레이 장치를 가지는 어떠한 종류의 홀더도 가능하다.

Claims

사용자의 머리에 착용될 수 있고 이미지를 생성하는 디스플레이 장치(1)를 위한 안경 렌즈에 있어서,
상기 안경 렌즈(3)는, 전면(18) 및 후면(15),
커플링-인 섹션(11) 및 상기 커플링-인 섹션(11)으로부터 이격된 커플링 아웃 섹션(13), 뿐만 아니라
상기 안경 렌즈(3)의 상기 커플링-인 섹션(11)을 거쳐 상기 안경 렌즈(3) 내로 커플링 인되는 생성 이미지의 픽셀의 번들들(9)을 안경 렌즈(3) 내에서, 안경렌즈(3)로부터 커플링 아웃되는 커플링-아웃 섹션(13)으로 안내하는데 적합한 광 안내 채널(12)을 포함하고,
상기 안경 렌즈(3)는 수 개의 쉘들로 구축되고, 외부 쉘(19) 및 상기 외부 쉘(19)에 결합되는 내부 쉘(22)을 포함하고,
상기 내부 쉘(22)로부터 멀리 면하는 상기 외부 쉘(19)의 상기 제1 면(20)은 상기 안경 렌즈(3)의 상기 전면(18)을 형성하고, 상기 외부 쉘(19)로부터 멀리 면하는 상기 내부 쉘(22)의 상기 제1 면(23)은 상기 안경 렌즈(3)의 상기 후면(15)을 형성하고,
상기 외부 쉘(19)은 상기 커플링-인 섹션(11), 상기 광 안내 채널(12) 및 상기 커플링-아웃 섹션(13)을 포함하고,
상기 내부 쉘(22)은 상기 내부 쉘(22)의 상기 제2 면(24)으로부터 연장되고, 상기 후면(15)의 방향으로 상기 외부 쉘(19)과 대향하며, 상기 광 안내 채널(12)가 안착되는 개구부(27)를 포함하며,
상기 커플링-아웃 섹션(13)은 상기 개구부(27) 옆에 놓이고, 그 결과 상기 커플링-아웃 섹션(13)에 의해 커플링 아웃되는 상기 광 번들들(9)은 상기 내부 쉘(22)의 상기 제2 면(24)을 통해 상기 내부 쉘(22)로 진입하고, 상기 내부 쉘(22)을 지나 상기 후면(15)을 거쳐 상기 내부 쉘(2)에 남게 되는 것을 특징으로 하는, 안경 렌즈.
제 1 항에 있어서, 상기 개구부는 상기 내부 쉘(22)의 상기 제2 면(24)으로부터 상기 내부 쉘(22)의 상기 제1 면(23)까지 연장되는 것을 특징으로 하는, 안경 렌즈.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 후면(15)은 결함있는 시력의 교정이 발생되도록 선택되는 굴곡을 가지는 것을 특징으로 하는, 안경 렌즈.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 쉘(22) 및 상기 외부 쉘(19)은 동일한 물질로부터 형성되는 것을 특징으로 하는, 안경 렌즈.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 쉘(22)은 상기 외부 쉘(19)에 평탄하게 결합되는 것을 특징으로 하는, 안경 렌즈.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커플링-아웃 섹션(13)은 서로 옆에 배치되는 수 개의 반사 편향 표면들(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 안경 렌즈.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커플링-아웃 섹션(13)은 상기 외부 쉘(19) 안에 매립되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 안경 렌즈.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 안내 채널(12)은 2 개의 대향하는 경계 표면들(25, 26) 상의 반사들을 통해 상기 광 번들들(9)을 안내하는 것을 특징으로 하는, 안경 렌즈.
제 8 항에 있어서, 상기 광 안내 채널(12)의 상기 경계 표면들(25) 중 하나는 상기 외부 쉘(19)의 상기 제1 면(20)의 하나의 섹션에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 안경 렌즈.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 외부 쉘(19)의 상기 제1 면(20)으로부터 멀리 면하는 상기 광 안내 채널(12)의 상기 경계 표면(26)은 이미징 특성을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 안경 렌즈.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 안내 채널(12)은 상기 내부 쉘(22)을 향해 면하는 상기 외부 쉘(19)의 제2 면(21)에 대하여 투영되는 것을 특징으로 하는, 안경 렌즈.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구부(27)는, 위에서 봤을 때, U-자형으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 안경 렌즈.
사용자의 머리에 착용될 수 있는 홀더(2),
상기 홀더(2)에 고정되고 이미지를 생성하는 이미지-생성 모듈(5), 및
상기 홀더(2)에 고정되는 이미징 광학 시스템(7)을 가지는 디스플레이 장치에 있어서,
상기 이미징 광학 시스템(7)은 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나에 따른 안경 렌즈(3)를 포함하고, 상기 홀더(2)가 상기 사용자의 머리에 착용될 때, 상기 사용자가 이를 가상의 이미지로 인식할 수 있는 방식으로 상기 생성된 이미지를 이미징하는, 디스플레이 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 이미징 광학 시스템(7)은 상기 외부 쉘(19)에 직접 결합되거나 또는 상기 외부 쉘(19)과 일체형으로 형성되는 광학적 요소(8)를 포함하는, 디스플레이 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 외부 쉘(19)은, 위에서 볼 때, 상기 광학적 요소(8)와 함께 L-자형을 형성하는, 디스플레이 장치.