KR20180059434A - 이미징 광학 유닛 및 이와 같은 이미징 광학 유닛을 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

광 다발들(9)이 이로부터 나타나는 복수의 픽셀들로부터 이미지를 생성하고 또한 사용자의 머리에 착용될 수 있는 디스플레이 장치(1)를 위한 이미징 광학 시스템이 제공되는데, 상기 이미징 광학 시스템(7)은 제1 진입 표면(F1) 및 굽은 출구 표면(F3)을 가지는, 광학적 요소(8), 및 굽은 제2 진입 표면(F4) 및 이로부터 이격되어 있는 커플링-아웃 섹션(13)을 가지는, 안경 렌즈(3, 4)를 포함하고, 이때 상기 굽은 출구 표면(F3)은 상기 굽은 제2 진입 표면(F4)에 연결되어 있고, 상기 이미징 광학 시스템(7)은 가상 이미지로서 생성된 이미지를 이미징하고, 이때 상기 광학적 요소(8)는 상기 제1 진입 표면(F1)을 거쳐 상기 광학적 요소(8)로 제공된 상기 광 다발들(9)을 상기 굽은 출구 표면(F3)으로 안내하고, 상기 안경 렌즈(3, 4)로, 상기 굽은 제2 진입 표면(F4)을 거쳐, 후자로부터 이들을 결합하고, 이때 이들은 상기 커플링-아웃 섹션(13)으로 안내되고 상기 가상 이미지를 생성하기 위해 상기 커플링-아웃 섹션(13)을 거쳐 결합되고, 그 결과 상기 광학적 요소(8)는 제1 이미징 요소로서 사용되고 상기 안경 렌즈(3, 4)는 제2 이미징 요소로서 사용되고, 이때 상기 가상 이미지의 이미징에서 측면 색수차를 감소시키기 위해, 상기 2 개의 이미징 요소들(3, 4; 8)은 서로 다른 물질들로부터 생성되고; 상기 2 개의 이미징 요소들(3, 4; 8) 중 하나는 양의 굴절력을 가지고 상기 2 개의 이미징 요소들(3, 4; 8) 중 다른 하나는 상기 가상 이미지를 이미징하기 위한 음의 굴절력을 가진다.

Description

이미징 광학 유닛 및 이와 같은 이미징 광학 유닛을 포함하는 디스플레이 장치

본 발명은 광 다발들이 이로부터 나타나는 복수의 픽셀들로부터 이미지를 생성하고 또한 사용자의 머리에 착용될 수 있는 디스플레이 장치를 위한 이미징 광학 시스템, 뿐만 아니라 이러한 이미징 광학 시스템을 가지는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

이러한 이미징 광학 시스템은 종종 굽은 배면을 가지는 안경 렌즈를 포함하는데, 이를 통해 이미지의 광 다발들은 사용자를 위한 가상 이미지의 생성을 위해 안경 렌즈 외측에서 결합된다. 굽은 배면에서 이 안경 렌즈-공기 전이(spectacle lens-air transition)는 원하지 않는 방식으로 측면 색수차(lateral chromatic aberration)로 귀결된다.

여기서부터 시작하면, 본 발명의 목적은 그러므로 서두에서 언급된 종류의 이미징 광학 시스템을 개발하는 데 있는데, 이로써 원하지 않는 측면 색수차는 가능한 한 많이 감소된다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 광 다발들이 이로부터 나타나는 복수의 픽셀들로부터 이미지를 생성하고 또한 사용자의 머리에 착용될 수 있는 디스플레이 장치를 위한 이미징 광학 시스템에 의해 달성되는데, 상기 이미징 광학 시스템은 제1 진입 표면 및 굽은 출구 표면을 가지는, 광학적 요소, 및 굽은 제2 진입 표면 및 이로부터 이격되어 있는 커플링-아웃 섹션을 가지는, 안경 렌즈를 포함하고, 이때 상기 굽은 출구 표면은 상기 굽은 제2 진입 표면에 연결되어 있고, 상기 이미징 광학 시스템은 가상 이미지로서 생성된 이미지를 이미징하고, 이때 상기 광학적 요소는 상기 제1 진입 표면을 거쳐 상기 광학적 요소로 제공된 상기 광 다발들을 상기 굽은 출구 표면으로 안내하고, 상기 안경 렌즈로, 상기 굽은 제2 진입 표면을 거쳐, 후자로부터 이들을 결합하고, 이때 이들은 상기 커플링-아웃 섹션으로 안내되고 상기 가상 이미지를 생성하기 위해 상기 커플링-아웃 섹션을 거쳐 결합되고, 그 결과 상기 광학적 요소는 제1 이미징 요소로서 사용되고 상기 안경 렌즈는 제2 이미징 요소로서 사용되고, 이때 상기 가상 이미지의 이미징에서 측면 색수차를 감소시키기 위해, 상기 2 개의 이미징 요소들은 서로 다른 물질들로부터 생성되고; 상기 2 개의 이미징 요소들 중 하나는 양의 굴절력을 가지고 상기 2 개의 이미징 요소들 중 다른 하나는 상기 가상 이미지를 이미징하기 위한 음의 굴절력을 가진다.

무색수차 시스템이 이로써 2 개의 이미징 요소들 및 굽은 출구 표면을 통한 2 개의 이미징 요소들의 연결을 위한 서로 다른 물질들에 의해 제공되는데, 이것은 측면 색수차에 있어서 원하는 감소를 가져온다.

본 발명에 따른 이미징 광학 시스템이 유리한 개선들은 종속항들에 지시된다.

상기 안경 렌즈는 음의 굴절력(negative refractive power)을 가질 수 있고 상기 광학적 요소는 양의 굴절력을 가질 수 있고 상기 안경 렌즈는 상기 광학적 요소보다 낮은 아베 수(Abbe number)를 가질 수 있다.

나아가, 상기 이미징 요소 모두는 플라스틱 물질들로부터 생성될 수 있다. 특히, 주입 성형에 적합한 플라스틱이 사용될 수 있다.

상기 광학적 요소는 폴리카보네이트로부터 생성될 수 있고 상기 광학적 요소는 제오넥스(Zeonex)로부터 생성될 수 있는데, 이것은 시크로-올레핀 폴리머의 상표명이다.

상기 2 개의 이미징 요소들의 굴절력들은 바람직하게 서로 다르게 선택되고 상기 2 개의 이미징 요소들의 분산은 반대로 선택되어 원하는 측면 색수차 교정이 달성된다. 특히, 상기 제2 개의 이미징 요소들의 굴절력들 및 물질들은 조건 f1v1 = f2v2를 만족하도록 선택되고, 이때 f1 및 f2는 상기 2 개의 이미징 요소들의 촛점 길이들이고, v1 및 v2는 2 개의 이미징 요소들의 아베 수들이다.

상기 광학적 요소의 안경 렌즈에의 연결은 바람직하게 공기 간격(즉, 공극)이 없다. 특히, 상기 광학적 요소 및 이에 연결되는 상기 안경 렌즈는 공기 간격들로부터 자유로울 수 있다.

상기 광학적 요소의 굽은 출구 표면은 상기 안경 렌즈의 굽은 제2 진입 표면에 접합될 수 있다.

상기 광학적 요소의 상기 굽은 출구 표면은 상기 안경 렌즈의 상기 굽은 제2 진입 표면에 보충적인 형태를 가질 수 있다.

특히, 상기 광학적 요소의 상기 굽은 출구 표면은 구형으로 굽어 있을 수 있다.

이에 더하여, 상기 광학적 요소는 상기 안경 렌즈와 함께 L-자형으로 배치될 수 있다.

특히, 상기 광학적 요소는 하나의 피스로 형성될 수 있다. 하지만, 수 개의 피스들로 형성되는 것 또한 가능하고 또한 수 개의 피스들이 서로 직접 접촉되는 것(예를 들어, 접합 또는 접착)도 가능하고, 그 결과 단일의 광학적 요소가 제공된다. 상기 광학적 요소는, 특히 생성된 이미지 또는 대응하는 광이 상기 광학적 요소로 안내되고, 공기 간격들 없이, 이것은 예를 들어, 플라스틱 또는 유리로부터 형성될 수 있다.

상기 광학적 요소의 제1 진입 표면은 바람직하게 편평하게 형성된다. 하지만, 대안적으로 굽어질 수 있다.

이에 더하여, 진입 표면은 생성된 이미지를 안내하기 위한 반사 표면으로 기능할 수 있다. 반사는 예를 들어 전체 내부 반사를 이용해 발생될 수 있다. 이로써, 진입 표면은 생성된 이미지의 커플링 인 동안 통과되게 또한 커플링-인의 안내 동안 반사되게 작용할 수 있다. 나아가, 진입 표면이 부분적으로 반사적으로 형성되는 것이 (예를 들어 적절한 반사 층을 적용하는 것에 의해) 가능하다.

나아가, 출구 표면은 생성된 이미지를 안내하기 위한 반사 표면으로 기능할 수 있다.

반사는 예를 들어 전체 내부 반사를 이용해 발생될 수 있다. 이로써, 출구 표면은 커플링-인된 이미지의 안내 동안 반사되게 또한 생성된 이미지의 커플링 아웃 동안 통과되게 작용할 수 있다. 나아가, 출구 표면이 부분적으로 반사적으로 형성되는 것이 (예를 들어 적절한 반사 층을 적용하는 것에 의해) 가능하다.

나아가, 제1 진입 표면 및 출구 표면은 서로에 대해 공간적으로 오프셋되어 있을 수 있고 또한 서로 독립적인 적어도 2 개의 공간 축들 주위로 (바람직하게 서로 독립적인 3 개의 공간 축들 주위로) 틸팅되어 있을 수 있다.

본 발명에 따른 이미징 광학 시스템에 있어서, 상기 광학적 요소는, 그 출구 표면을 가지고, 상기 안경 렌즈의 제2 진입 표면과 직접적으로 접촉될 수 있다. 2 개의 표면들은 예를 들어, 접합 또는 접착되어 있을 수 있다. 이로써 이미징 광학 시스템의 매우 컴팩트한 디자인이 제공된다. 나아가, 이로써 안경 렌즈를 가지는 광학적 요소의 튼튼한 배치가 보장될 수 있다.

안경 렌즈를 가지는 광학적 요소의 이러한 접촉을 통해, 미광 또는 산란광에 있어서의 감소가 더욱 더 유리하게 달성된다.

광학적 요소는 제1 진입 표면과 상기 생성된 이미지를 안내하기 위한 출구 표면 사이에서 반사가 발생되지 않거나, 단일 반사 또는 수 개의 반사들이 발생할 수 있다. 적어도 1, 2, 3, 4 또는 5 개의 반사들이 바람직하게 발생된다. 반사들의 수는 바람직하게 2 내지 10의 범위 내에 있고 또한 바람직하게 이미지-생성 모듈의 이미징 시스템의 위치 및 이미징 광학 시스템의 촛점 길이에 종속되어 선택된다.

본 발명에 따른 이미징 광학 시스템에 있어서, 생성된 이미지의 안내 및/또는 커플링 인 또는 아웃에 사용되지 않는 광학적 요소의 경계 표면들은 검게 되거나 및/또는 광흡수일 수 있다. 이것에 의해 산란광을 잘 억제하는 것도 가능하다는 것을 의미한다.

안경 렌즈는 굽은 또는 편평한 전면을 가질 수 있다. 커플링-아웃 섹션은 이미징 효과를 가질 수 있고, 반사, 통과 및/또는 굴절시킬 수 있다.

안경 렌즈 및 광학적 요소는, 그 각각의 경우에 있어서, 예를 들어 유리 또는 플라스틱으로부터 생성될 수 있다.

본 발명에 따른 이미징 광학 시스템에 있어서, 안경 렌즈 및 광학적 요소는 함께, 위에서 볼 때, L-자형을 가질 수 있다. 특히, 광학적 요소는 안경 렌즈의 배면으로부터 돌출될 수 있다. 이것은 설명한 L-자형으로 귀결된다.

안경 렌즈 내 및 광학적 요소 내의 광 다발들 또는 생성된 이미지의 안내는 반사들 및/또는 전체 내부 반사들에 의해 달성될 수 있다. 안내가 반사들에 의해 발생된다면, 반사 코팅들 또는 반사 표면들이 제공되는 것이 가능하다. 반사들은 안경 렌즈 및/또는 (예를 들어, 안경 렌즈의 전면 및 배면과 같은) 광학적 요소의 외부 경계 표면들 상에서 및/또는 내부에 놓인 표면들 상에서 발생될 수 있다.

커플링-아웃 섹션은 제2 진입 표면으로부터 측면으로 이격되어 있다. 이로써, 바람직하게, 적어도 하나의 반사 또는 수 개의 반사들은 항상 생성된 이미지를 안경 렌즈 내로 커플링 후, 커플링-아웃 섹션으로 안내하기 위해 안경 렌즈 내에서 발생한다 (예를 들어 안경 렌즈의 배면 상에서의 하나의 반사 및 전면 상에서의 하나의 반사).

특히, 광학적 요소의 하나의 반사 표면은 비구면 표면으로 형성될 수 있다. 비구면 표면은, 특히 회전 대칭을 가지지 않을 수 있다. 특히 자유형태 표면으로 형성될 수 있다. 자유형태 표면은 여기서 특히 2 개의 서로 다른 주 섹션들에서 서로 다른 곡률들을 가지거나 및/또는 굽어 있고 회전 대칭을 가지지 않는 굽은 표면을 의미한다.

광학적 요소의 다른 반사 표면들은 또한 그 각각의 경우에 있어서 비구면 표면으로 특히 자유형태 표면으로 형성될 수 있다.

커플링-아웃 섹션은 광 다발들에 대하여 반사적인 또는 부분적으로 반사적인, 하나 또는 그 이상의 반사 편향 표면들을 포함할 수 있다. 반사 편향 표면들은 또한 반사 면들(reflective facets)로 지칭될 수 있다.

반사 편향 표면들은 그 각각의 경우에 있어서 편평하거나 또는 굽어 있을 수 있다. 나아가, 편향 표면들은, 프레즈넬과 같은 방식으로, 순수한 빔 편향에 더하여, 이미징 특성을 가지는, 굽은 반사 표면을 재현할 수 있다.

반사 편향 표면들은 안경 렌즈 내에 매립되어 형성될 수 있다. 특히, 이들은 예를 들어 안경 렌즈의 전면에 형성될 수 있다. 이들은 안경 렌즈의 물질로 채워져 전면이 원활하고 연속적인 면이 된다. 안경 렌즈와 다른 물질로 채위지면, 이 모든 물질들은 유리하게도 동일한 굴절율을 가진다.

이미징 광학 시스템은 개발될 수 있는데 이것은 가상 이미지를 생성하여 안경 렌즈를 통해 볼 수 있는 배경 상에 중첩되게 인식될 수 있다. 소위 증강된 디스플레이는 이로써 가상 이미지가 사용자의 시야로 반사되는 것을 가능하게 만들어진다. 여기서 사용자는 안경 렌즈를 종래의 방식으로 사용하는 것을 계속할 수 있음이 중요하다. 이로써 그는 안경 렌즈를 통해 배경을 인식할 수 있다. 본 발명에 따른 이미징 광학 시스템을 가지고, 소위 스마트안경들이 이로써 예를 들어 생성될 수 있다.

안경 렌즈는 0의 굴절력 또는 (특히 결함있는 시력을 교정하기 위해) 0과 다른 굴절력을 가질 수 있다.

나아가, 사용자의 머리에 착용될 수 있는 홀더, 이미지를 생성하는, 상기 홀더 상에 생성되는 이미지-생성 모듈, 및 상기 홀더에 고정되고, 상기 홀더가 상기 머리에 착용될 때, 생성된 이미지를 이미징하여 상기 사용자가 가상 이미지로서 이를 인식할 수 있는, (본 발명에 따른 개선들을 포함하여) 본 발명에 따른 이미징 광학 시스템을 가지는, 디스플레이 장치가 제공된다.

상기 홀더는 안경과 같이 형성되고 제1 및 제2 안경 다리를 포함하고, 상기 광학적 요소는 적어도 부분적으로 상기 2 개의 안경 다리들 중 하나에 배치된다.

본 발명에 따른 디스플레이 장치에 있어서, 홀더가 머리에 착용될 때, 이미징 광학 시스템은 가상 이미지로서 생성된 이미지를 이미징하여 사용자가 배경 상에서 중첩되어 인식될 수 있다. 소외 증강된 디스플레이는 이로써 가능하게 된다. 사용자는 그러므로 종래 방식으로 안경 렌즈를 사용하는 것을 계속할 수 있다. 특히, 그는 안경 렌즈를 통해 배경을 인식할 수 있다. 안경 렌즈는 0의 굴절력 또는 (특히 결함있는 시력을 교정하기 위해) 0와 다른 굴절력을 가질 수 있다.

이미지-생성 모듈은 특히 예를 들어, LCD 모듈, LCoS 모듈, OLED 모듈 또는 틸팅 미러 매트릭스와 같은, 2차원 이미징 시스템을 포함할 수 있다. 특히, 이미징 시스템은 OLED, LCD, LCoS 및/또는 도트-매트릭스 마이크로디스플레이를 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 또는 광학적 부품 앞에 중간 이미지 평면에 산란 매체를 가지는 스캐닝 레이저 디스플레 모듈을 포함할 수 있다. 이미징 시스템은 자체발광 또는 자체발광이 아닐 수 있다.

이미지-생성 모듈은 특히 다색 이미지가 생성되도록 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이 장치는 생성된 이미지가 예를 들어 디스플레이될 데이터를 포함하는, 스마트안경으로 형성될 수 있다.

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

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

이하에서, 본 발명은 본 발명에 필수적인 특징들을 개시하고 있는, 첨부된 도면들을 참조하여 예를 들어 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 일 실시예의 대략적인 사시도이다.
도 2는 이미지-생성 모듈의 대략적인 도시를 포함하는 이미징 광학 시스템의 확대 부분 단면도이다.
도 3은 이미지-생성 모듈의 대략적인 도시를 포함하는 다른 실시예의 이미징 광학 시스템의 확대 부분 단면도이다.
도 4는 이미지-생성 모듈의 대략적인 도시를 포함하는 다른 실시예의 이미징 광학 시스템의 확대 부분 단면도이다.

도 1에 도시된 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 디스플레이 장치(1)는 사용자의 머리에 착용될 수 있고 여기서 설명된 실시예에 있어서 종래의 안경 프레임으로 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 안경으로 형성될 수 있고, 이때 가상 이미지는 이하에서 설명되는 바와 같이, 제1 안경 렌즈(3)를 통해 사용자의 시야로 반사될 수 있다.

도 2의 확대 부분 사시도로부터 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이(홀더(2)는 도시되지 않음), 디스플레이 장치(1)는 가상 이미지로서 사용자의 시야로 반사되는, 이미지가 생성될 수 있는, 이미징 시스템(6)(예. 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. 이에 더하여, 제1 안경 렌즈(3) 자체는 또한 이미징 광학 시스템(7)의 일 부분으로서 기능한다.

이와 같이, 이미징 광학 시스템(7)은 본 발명에 따른 이미징 광학 시스템(7)으로서 형성되고 바람직하게 사용자의 머리에 착용될 수 있고 이미지를 생성하는 디스플레이 장치를 위해 디자인된다. 이미징 광학 시스템(7)은 본 발명에 따른 형성을 명확하게 하기 위해 도 1에 따른 홀더(2)를 가지는 것으로만 여기서 설명된다. 하지만, 이미징 광학 시스템(7)은, 어떠한 다른 홀더를 위해 디자인될 수 있다.

이미징 시스템(6)은 예를 들어 행들 및 열들로 배치되는 복수의 픽셀들을 가지는 2차원 이미징 시스템으로서 형성되고, 이때 광 다발(9)은 각각의 픽셀로부터 나올 수 있다. 원하는 이미지는 픽셀들을 대응되게 활성화하는 것에 의해 (예를 들어, 제어 유닛(10)을 이용해) 생성될 수 있다. 도 2에 있어서, 광 빔의 빔 경로는 광 다발들(9)을 표현하기 위해 도시되어 있고, 그 결과 광 빔(9)은 또한 이하에서 설명된다.

이미징 시스템(6)으로부터 나오는 광 빔(9)은 광학적 요소(8)의 굽은 (또한 편평할 수 있는) 제1 진입 표면(F1)을 통해 광학적 요소(8)로 들어가고 반대에 놓인 편평한 반사 표면(F2)을 타격한다. 광 빔(9)은 반사 표면(F2)으로부터 구형으로 굽은 출구 표면(F3)으로 반사되는데, 이것은 굽은 출구 표면(F3)에 보충적으로 굽은 제1 안경 렌즈(3)의 제2 진입 표면(F4)에 접합되어 있다.

광 빔(1)은 제1 안경 렌즈(3)의 굽은 제2 진입 표면(F4)을 거쳐 제1 안경 렌즈(9)로 들어가고 제1 안경 렌즈(3)의 전면(18) 및 배면(15) 상의 반사들에 의해 제1 안경 렌즈(3) 내에서 커플링-아웃 섹션(13)까지 안내된다. 커플링-아웃 섹션(13)은 (반사 면들로 지칭될 수 있는) 서로 옆에 배치되는 수 개의 반사 편향 표면들(14)을 포함하고, 여기서 광 빔들(9)의 반사가 제1 안경 렌즈(3)의 배면(15)의 방향으로 발생하고, 그 결과 광 빔들(9)은 배면(15)을 거쳐 제1 안경 렌즈(3)을 빠져나간다.

그러므로, 사용자가 본 발명에 따른 디스플레이 장치(1)를 의도한 대로 머리에 착용할 때, 그는 커플링-아웃 섹션을 볼 때 가상 이미지로서 이미징 시스템(6)을 통해 생성되는 이미지를 인식할 수 있다. 여기서 설명되는 실시예에 있어서, 사용자는 전방의 시야 방향(G)에 대하여 대략 20° 내지 40° 만큼 오른쪽으로 보아야 한다. 도 2에 있어서, 사용자의 눈의 회전의 중심(16), 뿐만 아니라 이미징 광학 시스템의 사출 동공(exit pupil, 17) 또는 아이박스(17)가 명확함을 위해 도시되어 있다. 아이박스(17)는 디스플레이 장치(1)에 의해 제공되고 또한 사용자의 눈의 동공이 움직일 수 있고 그가 가상 이미지로서 생성된 이미지를 항상 볼 수 있는 영역이다.

광학적 요소(8)의 설명된 광 다발 안내로 인해, 광학적 요소(8)는 또한 광 가이드(8)로서, 특히 이미지-획득 및/또는 이미징 광 가이드로서 지칭될 수 있다.

면들(14)은 편평하거나 또는 굽어져 형성될 수 있다. 면들의 굽은 형성의 경우에 있어서, 커플링-아웃 섹션(13)은 전체적으로 이미징 효과를 가질 수 있다.

안경 렌즈의 배면(15)은 구형으로 굽어질 수 있다. 나아가, 안경 렌즈의 전면(18)은 편평하거나 또는 굽어질 수 있다.

표면들(F1 내지 F4), 배면(15) 및/또는 면들(14)의 곡률은, 구형 곡률, 비구면 곡률 또는 자유형태 표면의 곡률일 수 있다. 자유형태 표면은 특히 2 개의 서로 다른 주요 섹션들에서 서로 다른 곡률들을 가지거나 및/또는 굽어 있고 회전 대칭을 가지지 않는 굽은 표면을 의미한다. 특히, 자유형태 곡률은 비구면이고 회전 대칭이 아닐 수 있다.

광학적 요소(8)는 홀더(2)의 우측 안경 다리(B1)에 장착될 수 있도록 형성된다. 우측 안경 다리(B1)는 그후 광학적 요소(8)를 위한 하우징으로서 기능한다.

디스플레이 장치가 착용될 때, 사용자는 안경 렌즈들(3 및 4)을 통해 배경을 인식할 수 있다. 가상 이미지는 이로써 배경 상에 중첩되어 보여진다.

물론, 디스플레이 장치(1)는 또한 가상 이미지를 등록하기 위한 시야 방향이 전방의 시야 방향(G)과 일치하도록 형성될 수 있다.

광학적 요소(8)는 바람직하게 하나의 피스로 형성되고 유리 물질 또는 플라스틱 물질로부터 생성될 수 있다. 제1 및 제2 안경 렌즈(3, 4)는 또한 유리 물질 또는 플라스틱 물질로부터 생성될 수 있다.

제1 안경 렌즈(3)와 함께, 광학적 요소(8)는 가상 이미지로서 이미징 시스템(6)을 통해 생성된 이미지를 이미징하여 사용자가 이를 인식할 수 있다. 이 이미징에 있어서, 원하지 않는 측면 색수차가 발생한다 (예를 들어, 배면(15)에서 광 다발들의 안경 렌즈-공기 전이의 경우에 있어서). 이러한 측면 색수차들을 감소시키기 위해, 이미징 광학 시스템(7)은 무색수차적으로 행동하도록 디자인된다. 이를 위해, 제1 안경 렌즈(3) 및 광학적 요소(8)는 아베 수에서 가능한 한 명백하게 다른 서로 다른 물질들로부터 형성된다. 이에 더하여, 이미지를 이미징하기 위해, 광학적 요소(8)는 양의 굴절력을 가지고, 이미지를 이미징하기 위해, 제1 안경 렌즈(3)는 음의 굴절력을 가진다. 출구 표면(F3)의 굽은 형성과 함께, 개념적인 무색수차 시스템이 효과적으로 제공되는데, 이와 함께 측면 색수차에 있어서 원하는 감소가 달성된다.

제1 안경 렌즈(3)을 위한 물질로서, 예를 들어 아베 수 30을 가지는 폴리카보네이트가 사용될 수 있고 광학적 요소(8)를 위한 물질로서, 예를 들어 아베 수 56을 가지는 제오넥스가 사용될 수 있다. 이러한 물질들은 유리하게도 주입 성형을 통한 생산에 적합하다.

폴리카보네이트 및 제오넥스의 값들을 알려진 광학적 유리들의 값들과 비교할 때, 제오넥스는 크라운 유리에 대응하고 폴리카보네이트는 플린트 유리에 대응한다. 광학적 요소(8)의 제1 안경 렌즈(3)에의 이미 설명된 접합 및 구형의 출구 표면(F3)의 적절한 반지름의 선택을 통해, 당업자는 원하는 무색수차를 달성할 수 있다. 광학적 요소(8)와 제1 안경 렌즈(3)(및 이로써 구형 출구 표면(F3)) 사이의 분리점이 이미징 시스템(6)을 향해 더 가까이 가져가질수록, 측면 색수차의 교정은 종래의 광학으로부터 알려져 있는, 길이 방향의 색수차보다 더 많이 우세를 차지하게 된다.

길이 방향의 색수차는 상대적으로 작은 구경들 때문에 여기서 그렇게 지장을 주지 않고, 그에 따라 일반적으로 피사계 심도의 범위에 있지만, 측면 색수차는 구경들는 독립적이고 게다가 상당히 잘 보인다. 본 발명에 따른 이미징 광학 시스템(7)을 가지고, 측면 색수차는 서브-픽셀 범위로 명확하게 감소될 수 있고, 또한 예를 들어, 이미징 시스템(6)의 범위로 재계산되는, 단지 대략 1-2 ㎛일 수 있다.

나아가, 국가별 안전 규정들로 인해, 어느 정도까지 소정의 물질들만이 사용자의 눈 앞의 영역에 허용된다. 독일에서는, 폴리카보네이트가 이에 포함되고, 그 결과 이 물질의 사용은 또한 이러한 측면에서 유리하다.

도 2의 대략적인 도시에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1 안경 렌즈(3)의 배면(15) 및 전면(18)은 굽어져 형성된다.

제2 진입 표면(F4)으로부터 커플링-아웃 섹션(13)까지 광을 안내하기 위해, 제1 안경 렌즈(3)는 서로 반대로 놓인 2 개의 반사 층들(21, 22)을 포함하는데, 이들은 각각의 경우에 있어서 제2 진입 표면(F4)으로부터 커플링-아웃 섹션(13)까지 연장된다. 제1 반사 층(21)은 배면(15) 상에 형성되고 제2 반사 층(22)은 전면(18) 상에 형성된다. 반사 편향 표면들(14)을 위한 동일 물질이 반사 층들(21 및 22)을 위해 사용될 수 있다.

반사 층들(21 및 22)은 또한 생략될 수 있다. 이 경우에 있어서, 제1 안경 렌즈(3) 내에서의 안내는 제1 안경 렌즈(3)의 배면(15) 및 전면(18) 상에서 전체 내부 반사에 의해 발생한다.

반사 면들(14)은 매립되어 형성되고 바람직하게 안경 렌즈(3)의 물질로 채워져서 전면(18)은 원활하고 연속적인 면이다. 이들이 안경 렌즈(3)와 서로 다른 물질로 채워진다면, 물질들 모두는 유리하게 동일한 굴절율을 가진다.

본 발명에 따른 안경 렌즈(2)에 있어서, 배면(15)은 특히 결함있는 시력을 교정하기 위해 곡률을 가질 수 있다. 이로써 광 다발들(9)의 커플링 아웃은 사용자를 위한 교정 표면인, 배면(15)을 통해 달성되기 때문에, 디스플레이된 가상 이미지 또한 사용자에 의해 유리하게 달성된다.

이제까지 설명된 실시예들에 있어서, 안경 렌즈(3)는 단일 쉘 구조를 가진다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이중-쉘 구조 또한 가능하다. 이 경우에 있어서, 안경 렌즈(3)는 외부 쉘(19) 및 내부 쉘(20)을 포함한다. 반사 층(22)은 내부 및 외부 쉘(20, 19) 사이에 형성된다.

나아가, 제1 안경 렌즈(3)는 2 개 이상의 쉘들을 가지는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 추가의 내부 쉘이 제공될 수 있는데, 이것은 내부 쉘(20)에 대해 놓인다. 이 경우에 있어서, 반사 층들(21 및 22) 모두는 안경 렌즈(3) 내에 매립될 것이다.

도 2의 본 발명에 따른 안경 렌즈의 변형인, 도 4에 있어서, 이 변형에 있어서, 제2 반사 층(22)은 제공되지 않고 그 대신 전체 내부 반사가 전면(18) 상에서 발생한다.

내부 및 외부 쉘들(20 및 19)의 물질들은 바람직하게 동일하고, 그 결과 이들은 동일한 굴절율을 가진다. 내부 및 외부 쉘들(20 및 19)은 바람직하게 전체 표면에 걸쳐 함께 접착되고, 그 결과 컴팩트한 제1 안경 렌즈(3)가 존재하게 된다.

본 발명에 따른 디스플레이 장치(1)에 있어서, 가상 이미지의 사용자의 시야에의 반사는 제1 안경 렌즈(3)를 통해 달성된다. 물론, 제2 안경 렌즈(4)를 통한 반사 또한 가능하다. 이 경우에 있어서, 광학적 요소(8)와 이미지 생성 모듈(5)은 좌측 안경 다리(B2) 내에 배치될 수 있다. 이에 더하여, 디스플레이 장치(1)는 정보의 항목들 또는 가상 이미지들이 안경 렌즈들(3, 4) 모두를 통해 반사되도록 형성될 수 있다. 여기서, 반사는 3 차원 이미지 느낌을 형성하도록 달성될 수 있다. 하지만, 이것은 필수적인 것은 아니다.

안경 렌즈들(3, 4)은 0의 굴절력 또는 0와 다른 굴절력(특히 결함있는 시력을 교정하기 위해)을 가질 수 있다. 도면들에 도시된 바와 같이, 안경 렌즈(3)의 전면(18) 및 배면(15)은 굽어져 형성된다. 전면(18)은, 특히, 구형으로 굽어져 있을 수 있다. 안경 렌즈가 0과 다른 굴절력을 가진다면, 결함있는 시력을 교정하기 위해, 일반적으로 배면(15)의 곡률은 대응하는 교정을 달성하기 위해, 대응되게 선택된다. 배면(15)은 구형 형태로부터 벗어난 곡률을 가질 수 있고, 특히 이로써 비구면으로 형성될 수 있다.

홀더(2)는 안경 타입의 홀더로서 형성될 필요는 없다. 사용자의 머리에 착용될 수 있는 디스플레이 장치를 가지는, 어떠한 다른 종류의 홀더 또한 가능하다.

Claims (15)

1. 광 다발들(9)이 이로부터 나타나는 복수의 픽셀들로부터 이미지를 생성하고 또한 사용자의 머리에 착용될 수 있는 디스플레이 장치(1)를 위한 이미징 광학 시스템에 있어서, 상기 이미징 광학 시스템(7)은 제1 진입 표면(F1) 및 굽은 출구 표면(F3)을 가지는, 광학적 요소(8), 및 굽은 제2 진입 표면(F4) 및 이로부터 이격되어 있는 커플링-아웃 섹션(13)을 가지는, 안경 렌즈(3, 4)를 포함하고,
   이때 상기 굽은 출구 표면(F3)은 상기 굽은 제2 진입 표면(F4)에 연결되어 있고, 상기 이미징 광학 시스템(7)은 가상 이미지로서 생성된 이미지를 이미징하고, 이때 상기 광학적 요소(8)는 상기 제1 진입 표면(F1)을 거쳐 상기 광학적 요소(8)로 제공된 상기 광 다발들(9)을 상기 굽은 출구 표면(F3)으로 안내하고, 상기 안경 렌즈(3, 4)로, 상기 굽은 제2 진입 표면(F4)을 거쳐, 후자로부터 이들을 결합하고, 이때 이들은 상기 커플링-아웃 섹션(13)으로 안내되고 상기 가상 이미지를 생성하기 위해 상기 커플링-아웃 섹션(13)을 거쳐 결합되고, 그 결과 상기 광학적 요소(8)는 제1 이미징 요소로서 사용되고 상기 안경 렌즈(3, 4)는 제2 이미징 요소로서 사용되고,
   이때 상기 가상 이미지의 이미징에서 측면 색수차를 감소시키기 위해, 상기 2 개의 이미징 요소들(3, 4; 8)은 서로 다른 물질들로부터 생성되고; 상기 2 개의 이미징 요소들(3, 4; 8) 중 하나는 양의 굴절력을 가지고 상기 2 개의 이미징 요소들(3, 4; 8) 중 다른 하나는 상기 가상 이미지를 이미징하기 위한 음의 굴절력을 가지는, 이미징 광학 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 안경 렌즈(3, 4)는 음의 굴절력을 가지고 상기 광학적 요소(8)는 양의 굴절력을 가지고 상기 안경 렌즈(3, 4)는 상기 광학적 요소(8)보다 낮은 아베 수(Abbe number)를 가지는, 이미징 광학 시스템.
3. 제 1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 이미징 요소(3, 4; 8) 모두는 플라스틱 물질들로부터 생성되는, 이미징 광학 시스템.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안경 렌즈(3, 4)로 결합되는 상기 광 다발들(9)은 적어도 하나의 반사 및/또는 적어도 하나의 전체 내부 반사에 의해 상기 안경 렌즈(3, 4)로 상기 커플링-아웃 섹션(13)으로 안내되는, 이미징 광학 시스템.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커플링-아웃 섹션(13)은 반사 또는 부분적으로 반사하는, 하나 또는 그 이상의 반사 편향 표면들(14)을 포함하는, 이미징 광학 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 반사 편향 표면들(14)은 상기 안경 렌즈(3, 4)에 매립되는, 이미징 광학 시스템.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미징 광학 시스템(7)은 상기 가상 이미지를 생성하여 상기 안경 렌즈(3, 4)를 통해 보이는 배경 상에 중첩되어 인식될 수 있는, 이미징 광학 시스템.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안경 렌즈(3, 4)는 폴리카보네이트로부터 생성되고 상기 광학적 요소(8)는 제오넥스(Zeonex)로부터 생성되는, 이미징 광학 시스템.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 요소(8)의 상기 굽은 출구 표면(F3)은 상기 안경 렌즈(3, 4)의 상기 굽은 제2 진입 표면(F4)에 접합되는, 이미징 광학 시스템.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 요소(8)의 상기 굽은 출구 표면(F3)은 상기 안경 렌즈(3, 4)의 상기 굽은 제2 진입 표면(F4)에 보충적인 형태를 가지는, 이미징 광학 시스템.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 요소(8)의 상기 굽은 출구 표면(F3)은 구형으로 굽은, 이미징 광학 시스템.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 요소(8)는 상기 안경 렌즈(3, 4)와 함께 L-자형으로 배치되는, 이미징 광학 시스템.
13. 디스플레이 장치에 있어서,
    사용자의 머리에 착용될 수 있는 홀더(2),
    이미지를 생성하는, 상기 홀더 상에 생성되는 이미지-생성 모듈(5), 및
    상기 홀더(2)에 고정되고, 상기 홀더(2)가 상기 머리에 착용될 때, 생성된 이미지를 이미징하여 상기 사용자가 가상 이미지로서 이를 인식할 수 있는, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 이미징 광학 시스템(7)을 가지는, 디스플레이 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 홀더(2)가 상기 머리에 착용될 때, 상기 이미징 광학 시스템(7)은 가상 이미지로서 생성된 이미지를 이미징하여 상기 사용자가 배경 상에 중첩되는 가상 이미지로서 인식될 수 있는, 디스플레이 장치.
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 홀더(2)는 안경과 같이 형성되고 제1 및 제2 안경 다리(B1, B2)를 포함하고, 상기 광학적 요소(8)는 적어도 부분적으로 상기 2 개의 안경 다리들(B1, B2) 중 하나에 배치되는, 디스플레이 장치.

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