KR20190079618A - 다양한 패싯 각도를 갖는 프레넬 렌즈 조립체 - Google Patents

다양한 패싯 각도를 갖는 프레넬 렌즈 조립체 Download PDF

Info

Publication number
KR20190079618A
KR20190079618A KR1020197012635A KR20197012635A KR20190079618A KR 20190079618 A KR20190079618 A KR 20190079618A KR 1020197012635 A KR1020197012635 A KR 1020197012635A KR 20197012635 A KR20197012635 A KR 20197012635A KR 20190079618 A KR20190079618 A KR 20190079618A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fresnel
facet
cross
section
lens body
Prior art date
Application number
KR1020197012635A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102247625B1 (ko
Inventor
세르게 비에르후이젠
신다 후
제로미 카롤러
Original Assignee
구글 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 구글 엘엘씨 filed Critical 구글 엘엘씨
Publication of KR20190079618A publication Critical patent/KR20190079618A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102247625B1 publication Critical patent/KR102247625B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/332—Displays for viewing with the aid of special glasses or head-mounted displays [HMD]
    • H04N13/344—Displays for viewing with the aid of special glasses or head-mounted displays [HMD] with head-mounted left-right displays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/011—Head-up displays characterised by optical features comprising device for correcting geometrical aberrations, distortion
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0123—Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the field of view
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0132—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems
    • G02B2027/0134—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems of stereoscopic type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0132—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems
    • G02B2027/0136—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems with a single image source for both eyes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

헤드 장착 디스플레이 장치(1400)는 디스플레이 패널(104)과 렌즈 조립체(124)를 포함하되, 렌즈 조립체는 렌즈 조립체의 광축이 상기 디스플레이 패널에 교차하도록 장착된다. 렌즈 조립체는 디스플레이 패널을 향하고 프레넬 프리즘(108)들을 정의하는 표면(112)을 구비하는 렌즈 본체(102)를 포함한다. 프레넬 프리즘들 중 프레넬 프리즘은, 제1 단면에서 보면 제1 패싯 각도를 가지고, 제1 단면에 평행한 제2 단면에서 볼 때에는 제2 패싯 각도를 갖는다. 제1 패싯 각도는 제2 패싯 각도와 다르다.

Description

다양한 패싯 각도를 갖는 프레넬 렌즈 조립체
본 개시는 일반적으로 가상현실 디스플레이, 보다 구체적으로는 가상현실 디스플레이에 있는 광학 렌즈 조립체에 관한 것이다.
업무 및 엔터테인먼트를 위한 시각적 미디어의 활용도가 높아짐에 따라, 사용자들은 현실적인 시각 경험, 특히 3차원적 경험을 포함한 시각 경험을 추구한다. 이와 같이, 사용자들은 가상현실(VR) 헤드셋과 기타 3-차원적(3-D) 디스플레이 기술로 관심을 돌리고 있다. 하지만, 종래의 렌즈 기술의 유형은, 시야에서, 특히 사용자의 시야의 주변 가장자리를 따라, 왜곡, 초점 상실, 원치 않은 배율, 또는 원치 않은 상면 만곡을 일으킨다. 이러한 왜곡 및 수차는 VR 또는 3-D 경험의 질을 저하시키고, 특히 VR 디스플레이의 현실감을 떨어뜨린다. 왜곡 및 수차를 보상하기 위해, 종래의 3-D 디스플레이 시스템은 복잡한 전자 왜곡 보정 및 색 보정 기술을 이용하는데, 그 결과 이미지를 디스플레이할 때 대기 시간이 증가된다. 왜곡, 수차 또는 대기 시간 중 무엇이 되었든, 시각적 경험은 품질이 저하된다.
첨부된 도면을 참조함으로써, 본 개시를 더 잘 이해할 수 있고, 본 개시의 다양한 특징들 및 이점들이 통상의 기술자에게 더 명백해질 것이다.
도 1은 일부 실시예에 따른, 프레넬 표면을 갖는 렌즈 조립체를 채용한 근안 디스플레이 시스템의 단면도이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 프레넬 표면을 구비하는 렌즈 본체를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 일부 실시예에 따른 예시적인 렌즈의 프레넬 표면을 나타내는 도면이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 프레넬 표면을 구비하는 렌즈 본체를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 일부 실시예에 따른 렌즈 본체의 표면에 의해 정의되는 프레넬 프리즘의 예시적인 배향을 나타내는 도면이다.
도 7은 일부 실시예에 따른 렌즈 본체의 수직 단면의 중앙 곡선을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 일부 실시예에 따라 렌즈 본체의 표면에 정의되는 프레넬 표면 구조를 다양한 위치에서 자른 단면도를 나타내는 도면이다.
도 10은 일부 실시예에 따른 렌즈 본체의 중앙 곡선의 조절된 곡률의 변화를 나타내는 도면이다.
도 11은 일부 실시예에 따른 반대쪽 프레넬 표면을 포함하는 렌즈 본체를 나타내는 도면이다.
도 12 및 도 13은 일부 실시예에 따른 아나모픽 렌즈 본체를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 따른 렌즈 조립체를 구현하는, 헤드 장착형 디스플레이(HMD) 장치의 배면도를 나타내는 도면이다.
다양한 도면에서, 동일한 도면부호가 사용된 것은 유사하거나 동일한 구성을 지칭한다.
특정 실시예에서, 장치는, 프레넬 프리즘을 정의하는 표면을 구비한 렌즈 본체를 포함하는 렌즈 조립체를 포함한다. 종종, 홈 또는 세그먼트로 지칭될 수 있는 프레넬 프리즘은, 프레넬 프리즘을 따르는 위치에 따라 변하는 패싯 각도를 가질 수 있다. 예를 들어, 프레넬 프리즘을 따르는 제1 위치에서, 프레넬 프리즘은 제1 패싯 각도를 가질 수 있고, 프레넬 프리즘을 따르는 제2 위치에서, 프레넬 프리즘은 제2 패싯 각도를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 렌즈 조립체는 디스플레이 패널을 포함하는 헤드-업(heads-up) 디스플레이 내에 포함될 수 있다. 렌즈 조립체는 디스플레이 패널과 교차하는 렌즈 조립체의 광축을 제공하도록 장착된다. 렌즈 조립체는 아나모픽 X-Y 프레넬 프리즘(국부 제어를 가능하게 하기 위해, (타원형) 홈/세그먼트를 따라 패싯 각도가 변함) 또는 (타원형) 프레넬 프리즘의 얇은 적층체(예를 들어, 선형 가변 세그먼트 각도(코르크 스크루(corkscrew)) 유형의 프레넬 프리즘을 X-방향으로 하나, 그리고 Y-방향으로 하나 배치한 것)을 갖는, 아나모픽 X-Y 렌즈 본체를 포함할 수 있다. X 및 Y 방향은 사용자의 시선의 평면에서 직교 방향(예를 들어, 좌/우 및 상/하)이다. 특히, 렌즈 조립체를 포함하는 장치는, 예컨대 렌즈 본체의 2-축 곡률 또는 굴곡형(curved) 렌즈 본체로 통합되는 평평한 영역과 같이, 사용자 경험을 향상시키고 더 적은 왜곡을 제공하는, 신규한 구성을 가능하게 한다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 장치는 렌즈 본체(102)를 구비하는 렌즈 조립체(124)를 포함하며, 렌즈 조립체(124)는 디스플레이 패널(104)과 눈의 절점(106) 사이에 위치된다. 렌즈 본체(102)는 표면(112, 114)들을 구비한다. 도시된 바와 같이, 표면(112)은 프레넬 프리즘(108)들을 정의한다. 디스플레이 패널(104)로부터 방출되는 광, 예컨대 광선(116, 118)들은 프레넬 프리즘(108)들을 통해 굴절되어, 눈의 절점(106)을 향한다. 도 1에 의해 표시된 배향으로 좌우를 고려할 때, 광선(116)은 하나의 프레넬 프리즘에 마지막에 부딪히는 광선으로서 교차하는 데에 반해, 광선(118)은 이웃하는 프레넬 프리즘에 가장 먼저 부딪히는 광선이며, 두 광선은 눈의 절점(106)으로 향하여, 눈의 절점(106)에서 서로 이웃하게 나타난다.
프레넬 프리즘(108)들은 디스플레이 패널(104)로부터 눈의 절점으로 가는 광을 굴절시키는 광 수신 표면(110) (또는 패싯)을 포함한다. 광 수신 표면은 평평한 표면 또는 만곡된 표면일 수 있다. 도시된 바와 같이, 굴절면(110)은 비구면이다. 광 수신 표면(110)은 비-굴절 패싯(120)과 만나, 융기부(ridge)(122)를 형성한다.
각각의 프레넬 프리즘(108)은 패싯 높이(fh: facet height) 및 패싯 각도(fa: facet angle)를 가지며, 이웃하는 프레넬 프리즘으로부터 패싯 피치(fp: facet pitch)만큼 떨어져 있다. 패싯 높이(fh)는 융기부(122)로부터, 렌즈 본체(102)의 중앙 곡선(centerline curve)에 평행한 선택된 표면, 예를 들어 도시된 바로는 표면(112)까지의 높이이다. 패싯 각도는, 융기부로부터 광 수신 표면(110)이 표면(112) 또는 이웃하는 프레넬 프리즘과 접촉하는 지점까지, 굴절면(110)을 따라 연장하는 선의 각도이되, 렌즈 본체(102) 또는 표면(112)의 중앙 곡선의 접선에 평행한 선에 대해 측정된 각도이다. 피치(fp)는 이웃하는 프레넬 프리즘들의 융기부들 사이의 거리이다.
렌즈 본체(102)는 단일 표면(112)이 프레넬 프리즘(108)들을 정의하는 것으로 도시되어 있지만, 대안적인 예시에서는 제2 표면(114)도 프레넬 프리즘들을 정의할 수 있다. 또한, 프레넬 프리즘들을 정의하는 표면(112)은 디스플레이 패널(103)을 향하고, 눈의 절점(106)을 향하는 표면과는 반대쪽에 있도록 도시되어 있다. 대안적인 실시예에서, 표면(114)은 표면(112)에 의해 정의되는 프레넬 프리즘들에 대안적으로, 또는 이에 추가적으로 프레넬 프리즘들을 정의할 수 있다.
설명을 위해, 렌즈 본체(102)는 광학 플라스틱 또는 유리로 구성될 수 있고, 프레넬 표면(112)은 렌즈 조립체의 제작 시에 몰딩 공정의 일부로서 형성될 수 있다. 대안적으로, 프레넬 표면(112)은, 예를 들어 양각(embossing), 레이저 절제(laser ablation) 또는 다른 가공 기법을 통해, 플라스틱이나 유리 렌즈 블랭크에 형성될 수 있다. 대안적으로, 눈의 절점(106)은 각각이 프레넬 표면을 갖는 2개의 별도의 프레넬 렌즈들을 결합함으로써 형성될 수 있다. 이하에 설명되는 굴곡형 렌즈 본체의 경우, (예를 들어, 굴곡형 프로파일을 단단하게 유지하기 위해 단단한 재료를 사용하여 렌즈 본체(102)를 몰딩함으로써) 굴곡형 프로파일을 유지하도록 굴곡형 렌즈 조립체(106)가 제조되거나, 렌즈 본체(102)가 유연하게 형성되어, 렌즈 본체가(102) 희망하는 굴곡형 프로파일을 제공하도록 만곡된 위치에 장착될 수 있다.
특히, 렌즈 본체(102)를 따라 다양한 위치들에서의 (도시된 페이지 내로 연장하는) 단면에서 보았을 때, 프레넬 프리즘들과 연관된 패싯 각도는 단면마다 변할 수 있다. 이러한, 변하는 패싯 각도는, 렌즈 본체의 대안적인 구조적 형상을 가능하게 한다.
도 2에 도시된 또 다른 예시에서, 렌즈 본체(200)는 프레넬 프리즘(202)들을 포함한다. 프레넬 프리즘들을 따라 횡단할 때, 예컨대 단면(A-A) 또는 단면(B-B)와 같이 다른 단면들에서, 주어진 프레넬 프리즘의 패싯 각도는 다르다. 도 2에 도시된 예시에서, 한 프레넬 프리즘의 패싯 각도는, 단면(A-A)에서 보았을 때의 프레넬 프리즘의 패싯 각도보다, 단면(B-B)에서 보았을 때 더 작다. 특정 예시에서, 프레넬 프리즘은 선형 가변(linear variable) 패싯 각도를 갖는다.
예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 단면(A-A)에서 프레넬 프리즘은 패싯 각도(faA)를 가질 수 있고, 단면(B-B)에서 프레넬 프리즘은 다른 패싯 각도(faB)를 가질 수 있다. 일 예시에서, 패싯 각도(faA)는 패싯 각도(faB)보다 크다. 경우에 따라서는, 이웃하는 프레넬 프리즘들 사이의 피치(fp)는 일정할 수 있다. 예를 들어, 선택된(select) 프레넬 프리즘에 대해, 그 선택된 프레넬 프리즘을 포함한 프레넬 프리즘들의 이웃하는 쌍은 대략적으로 동일한 피치(fp)를 가질 수 있다. 본 명세서에서 "대략적으로 동일"이라는 용어는 제조 공차의 범위 내에서 동일하다는 것을 의미한다. 대안적으로 피치는 변할 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 패싯 높이는 패싯 각도가 변화한 결과로서 변할 수 있다. 예를 들어, 단면(A-A)에서의 패싯 높이(fhA)는 단면(B-B)에서의 패싯 높이(fhB)보다 높다. 대안적으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 패싯 각도는 faA로부터 faB로 변하는데도, 렌즈 본체의 중앙선에 평행한 표면에 대한 패싯 높이(fh)는 일정하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 평행한 표면은 렌즈 본체의 중앙선에 평행한 표면으로, 예를 들어 가장 큰 패싯 각도를 나타내는 단면에서 이웃하는 프레넬 프리즘들 사이에 있는 가장 낮은 지점을 통과하는 표면일 수 있다. 이러한 예시에서, 피치는, 프레넬 프리즘의 이웃하는 쌍들 사이에서 일정하거나 대략적으로 동일한 것으로 도시되어 있다. 대안적으로, 피치는 렌즈 본체의 다양한 위치들 및 단면들에서 달라질 수 있다.
특히, 위치에 따라 변하는 패싯 각도를 갖는 프레넬 프리즘들을 사용함으로써, 왜곡이나 사용자 경험의 품질 저하가 적은 대안적인 기하학적 구조의 렌즈 본체들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 렌즈 본체(400)는 프레넬 프리즘(402)들을 포함한다. 프레넬 프리즘(402)들은 연속적인 루프(loop)를 형성하는 융기부들을 구비하도록 형성될 수 있으며, 이때 프레넬 프리즘(402)들 중 한 프레넬 프리즘의 융기부는 자신으로 다시돌아와 루프를 형성하여, 연속적인 융기부를 형성한다. 일 예시에서, 프레넬 프리즘(402)들의 융기부들은 동심원이고 원형일 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 일련의 프레넬 프리즘(500)들은 중앙축(504) 주위에, 원형이고 동심원인 프레넬 프리즘(502)들을 포함한다. 도 6에 도시된 또 다른 예시에서, 렌즈 본체(600)는 사실상 타원형인 융기부들을 구비하는 프레넬 프리즘(602)들을 포함한다. 타원형들은, 축(604)과 정렬하는 초점을 가질 수 있다. 대안적으로, 융기부들은 위에서 볼 때, 불규칙적인 연속형 곡선으로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 렌즈(400)는 직교하는 각각의 쌍의 단면들(예를 들어, 직교하는 방향들(404)을 따른 단면들)의 두 단면에서 보았을 때, 렌즈 본체가 만곡되는 축 곡률을 더 나타낼 수 있다. 단면들은 렌즈 본체의 두께에 평행하다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 단면에서 보았을 때, 렌즈 본체는 곡률(702)을 나타낸다. 렌즈 본체를 통해 연장하는 중앙선은 평평하지 않고, 만곡된다. 직교하는 단면에서 보았을 때, 렌즈 본체는 평평하지 않고 만곡되는데(단면 (704) 참조), 제1 단면에서 나타난 곡률과 다른 정도로 만곡된다. 직교하는 단면들에서 보았을 때, 곡선(702, 704)들은 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 특히, 단면들의 곡률은 다를 수 있다.
또 다른 예시에서, 평행한 단면들(예를 들어, 도 4의 단면(A-A)과 단면(B-B))에서 보았을 때, 렌즈 곡률 또는 패싯 각도는 변할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 본체의 단면에서 볼 때, 피팅된(fitted) 곡률 반경이 결정될 수 있다. 도 8에 도시된 예시에서, 렌즈(400)는 단면(A-A)에서 보았을 때 곡률 반경(rA)을 갖는다. 패싯 프레넬 프리즘(802)들을 갖는 렌즈 본체는 피팅된 곡류 반경(rA)을 갖는 원(804)에 피팅(fitting)될 수 있다. 도 9에 도시된, 렌즈(400)의 다른 단면(B-B)에서, 렌즈는 다른 패싯 각도를 갖는 프레넬 프리즘(902)들을 구비할 수 있다. 단면(B-B)에서, 곡률 반경(rB)을 갖는 렌즈(400)의 곡률에 대한 피팅된 원(904)을 찾을 수 있다. 도시된 바와 같이, 반경(rB)은 반경(rA)보다 크다. 다른 위치에서의 반경들의 반경 비율이 정의될 수 있다. 예를 들어, 최소 반경을 갖는 단면에서의 렌즈들에 대한 반경이 결정될 수 있고, 최대 반경을 갖는 평행한 단면에서의 렌즈들에 대한 반경이 결정될 수 있다. 반경 비율은, 최대 반경에 대한 최소 반경의 비율로서 정의될 수 있다. 일 예시에서, 주어진 렌즈 형상의 반경 비율은 0.1보다 크지 않을 수 있는데, 예컨대 0.05보다 크지 않거나, 심지어는 0.01보다 크지 않다. 평평한 섹션에 피팅된 곡률 반경은 무한대에 접근할 수 있다. 하나의 특정한 예시에서, 최대 곡률 반경을 갖는 단면 내에서 렌즈 본체가 평평할 때, 반경 비율은 0에 접근한다.
도 10에 도시된 또 다른 예시에서, 단면(A-A, B-B)들에 직교하는 단면 섹션으로부터 렌즈를 보았을 때, 렌즈(1000)는 작은 곡률 반경을 갖는 원(1006)에 피팅되는 굴곡된 영역(1002)을 나타낼 수 있고, 원(1008)에 피팅된 단면(1004)을 따른 다른 영역은 큰 곡률 반경을 나타낼 수 있으며 대략적으로 납작할 수 있다. 이러한 기하학적 구조가 디스플레이 패널과 함께 사용될 때, 예를 들어 가상현실 헤드셋에 사용되었을 때에 3-차원 경험이 더 강화될 수 있다.
전술된 렌즈 본체들은 단일 표면이 프레넬 프리즘들을 정의하는 것으로 도시되었지만, 렌즈 본체는 대안적으로, 각각이 프레넬 프리즘들을 정의하는 2개의 표면을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 렌즈 조립체(1100)는 중앙선(1108)을 구비하는 렌즈 본체(1102)를 포함한다. 하나의 주요 표면(1104)이 프레넬 프리즘들을 정의한다. 유사하게, 반대쪽 표면(1106)이 프레넬 프리즘들을 정의할 수 있다. 하나의 표면 또는 두 표면 모두에 있는 프레넬 프리즘들은, 다른 단면들에서 다른 패싯 각도를 나타낼 수 있다. 또한, 중앙선(1108)에서 보았을 때, 렌즈(1102)는 직선인 것으로 도시된다. 대안적으로, 또 다른 단면에서 보았을 때, 중앙선(1108)은 만곡될 수 있다. 도시된 바와 같이, 프레넬 프리즘들은 중앙 축(1110)의 반대 측에 있는 프레넬 프리즘들의 패싯 각도들의 반사된 구조(structural reflection)이다. 환언하면, 중앙축(1110)의 제1 면에 있는 프레넬 프리즘은 중앙축(1110)의 제2 면에 있는 프레넬 프리즘과 대칭되며, 이때, 하나의 프레넬 프리즘은 다른 프레넬 프리즘과 대략적으로 동일한 패싯 각도를 갖지만, 이들은 반대 방향을 향한다. 대안적으로, 패싯 각도들은 중앙축(1110)에 대해 비대칭이다. 또 다른 대안에서, 전방 프리즌(frontal prisons)을 구비하는 2개의 반대되는 표면들을 정의하기 위해, 2개의 렌즈 본체가 함께 사용될 수 있다.
하나의 특정 예시에서, 하나의 표면이 타원형의 초점들을 지나 연장하는 제1 축을 갖는 타원형 프레넬 프리즘들을 정의할 수 있고, 동일한 렌즈 본체 또는 별도의 렌즈 본체에 형성되는 제2의 표면이 제2의 표면에 의해 정의되는 타원형 프레넬 프리즘의 초점들을 지나 연장하는 제2 축을 갖는 타원형 프레넬 프리즘들을 정의할 수 있다. 제1 축 및 제2 축은 직교한다. 예를 들어, 관찰자의 관점에서 제1 축은 좌/우로 연장할 수 있고, 제2 축은 상/하로 연장할 수 있다.
또 다른 예시에서, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 렌즈 본체(1200)는 루프를 형성하는(lookback) 연속적인 융기부들을 형성하는 복수의 프레넬 프리즘(202)들을 포함할 수 있다. 이러한 렌즈(1200)는, 직교하는 단면들의 각각의 쌍에서 보았을 때, 렌즈 본체가 곡률을 나타내는(예를 들어, 평평하지 않은) 2축 곡률을 가질 수 있다. 대안적으로, 이러한 렌즈 본체는 렌즈 본체를 따라 특정 지점들에서 다축 곡률을 나타내되, 적어도 하나의 직교 단면을 따라서는 단일 축 곡률을 나타내거나 곡률이 없는 평평한 영역을 나타낼 수 있다. 하나의 특정 예시에서, 렌즈 본체(1200)는 프레넬 프리즘을 따라 연장하는 다양한 위치들에서 다른 패싯 각도들을 갖는 패싯 프리즘들을 포함하는 아나모픽 렌즈로서 형성될 수 있다. 하나의 예시에서, 프레넬 프리즘은 제1 및 제2 위치 모두에서 대략적으로 동일한 패싯 높이를 가질 수 있다. 이웃하는 프레넬 프리즘들의 쌍은 대략적으로 동일한 패싯 피치를 가질 수 있다.
하나의 특정 예시에서, 프레넬 프리즘(1202)들은 패싯 각도(fa)가 0° 내지 80°인데, 예컨대 10° 내지 80°, 20° 내지 70°, 또는 25° 내지 70°이다. 추가적인 예시에서, 프레넬 프리즘(1202)들은 피치(fp)가 100마이크로미터 내지 3밀리미터, 예컨대 500마이크로미터 내지 2mm, 또는 500마이크로미터 내지 1mm이다. 프레넬 프리즘(1202)은 -20° 내지 60°의 드래프트 각도(피크로부터 렌즈 내로 연장하는 수직선과 비-굴절면 사이에 정의되는 각도)를 가질 수 있다.
도 14는 적어도 하나의 실시예에 따라, 근안 디스플레이 시스템(100)을 구현하도록 구성되는 헤드 장착형 디스플레이(HMD; head mounted diusplay) 장치(1400)의 예시를 도시한다. HMD 장치(1400)는, HMD 장치(1400)가 사용자의 얼굴에 근접하도록 고정되게 위치되어, 사용자가 움직이면 함께 움직이도록, 사용자의 머리에 장착되거나 스트랩을 이용하여 장착된다. 하지만, 어떤 경우에는, 사용자가 태블릿 컴퓨터 또는 다른 핸드-헬드(hand-held) 장치를 사용자의 얼굴에 홀드하여, 사용자의 머리가 움직일 때에도 핸드-헬드 장치의 사용자 머리에 대한 배향이 비교적 고정되도록, 핸드-헬드 장치의 움직임을 제한할 수 있다. 이러한 경우에, 이러한 방식으로 작동되는 핸드-헬드 장치는, 사용자의 머리에 물리적인 부착으로 "장착"되지 않음에도 불구하고, HMD 장치(1400)의 구현으로서 고려될 수 있다.
HMD 장치(1400)는 표면(1404)을 갖는 하우징(1402)과, 사용자의 얼굴이 상기 하우징(1402)의 표면(1404)을 향하도록 사용자의 머리에 하우징(1402)을 장착하기 위한 얼굴 개스킷(1406) 및 일련의 스트랩 또는 하니스(harness)(도 14에서는 명확성을 위해 생략됨)을 포함한다. 도시된 실시예에서, HMD 장치(1400)는 쌍안(binocular) HMD이므로, (도 1의 디스플레이 패널(104)의 일 실시예를 집합적으로 또는 별도로 나타내는 디스플레이 패널(1408, 1410)을 갖는) 표면(1404)에 배치되는 좌안 디스플레이 패널(1408) 및 우안 디스플레이 패널(1410)을 구비한다. 디스플레이 패널(1408, 1410)들은 별도의 디스플레이 패널(즉, 별도의 디스플레이 드라이버 하드웨어 구성요소에 의해 구동되는 독립적인 디스플레이 어레이)로서 구현될 수도 있고, 디스플레이 패널(1408, 1410)들은 단일 디스플레이 패널의 논리적으로 분리되는 영역들(예를 들어, 논리적으로 좌우 "절반부"들로 나눠지는 단일 디스플레이 어레이)로서 구현될 수도 있다. 하우징(1402)은 좌안 디스플레이 패널(1408)에 정렬되는 아이피스(eyepiece) 렌즈 조립체(1412)와 우안 디스플레이 패널(1410)에 정렬되는 아이피스 렌즈 조립체(1414)를 추가적으로 포함한다. 대안적으로, 일부 실시예에서, HMD 장치(1400)는, 좌우 아이피스 렌즈 조립체(1412, 1414)들을 통해서 또는 중간(intervening) 렌즈 없이 직접적으로 사용자의 두 눈에 단일 이미지가 제시되는 단안 HMD로서 구현될 수 있다. 렌즈 조립체(1412, 1414)들은 각각, 본 명세서에 개시된 렌즈 조립체, 예를 들어 렌즈 조립체(124, 200, 400, 1100, 1200) 또는 이들의 조합 중 임의의 것을 구현할 수 있다. 하나의 예시에서, 렌즈 조립체는 도 14에 도시된 바와 같이, 종이 안쪽으로 수직으로 연장하도록 정의되는 평면(1416)을 중심으로, 서로 반사되는 구조일 수 있다. 환언하면, 렌즈 조립체들은 평면(1416)에 대해 서로의 반사된 구조를 가질 수 있다. 따라서, 렌즈 조립체(1412, 1414)들은, 실질적으로 평평하거나, 만곡되거나, 이들의 조합일 수 있는 디스플레이 패널(1408, 1410)에 잘 매칭되는 순 필드 곡률(net field curvature)을 나타낼 수 있다. 특히, 프레넬 프리즘은 디스플레이 패널(1408, 1410)을 향하는 렌즈 조립체(1412, 1414)들의 표면에 의해 정의된다. 따라서, HMD 장치(1400)는, 종래의 렌즈를 사용한 HMD 구현예에서 나타날 수 있는 초점 수차 및 다른 수차나 왜곡이 감소시킬 수 있다.
일반적인 설명 또는 예시에서 전술된 모든 활동들이 필수적인 것은 아니며, 특정 활동의 일부가 필수적이지 않을 수도 있고, 설명된 것들 이외에 하나 이상의 추가적인 활동이 수행될 수도 있음을 유의해야 한다. 또한, 활동들이 나열된 순서는 반드시 이들이 수행되는 순서가 아닐 수 있다.
전술한 설명에서, 특정 실시예를 참조하여 개념들이 설명되었다. 하지만, 통상의 기술자라면, 이하의 청구항에서 설명되는 것과 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 다양한 수정 및 변경을 수행할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한하는 의미보다는, 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 이러한 수정들은 모두 본 발명의 범위 내에 포함되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는, "포함하다(comprise 및 include)", "포함하는(comprising 및 including)", "구비하다", "구비하는" 또는 이들의 임의의 다른 변형은 비-배타적인 포괄까지도 다루는 것으로(cover) 의도된다. 예를 들어, 특징들의 리스트를 포함하는 공정, 방법, 물품, 또는 장치는 반드시 그러한 특징들에만 국하되는 것이 아니라, 명시적으로 나열되지 않은, 또는 이러한 공정, 방법, 물품 또는 장치에 내재되어 있는 다른 특징들도 포함할 수 있다. 또한, 특별히 명시하지 않는 한, "또는"이라는 표현은 배타적인 "또는"이 아니라 포괄적인 "또는"을 지칭한다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는, 다음 중 임의 것을 만족한다. A는 참(또는 존재함)이고 B는 거짓(또는 존재하지 않음)임, A는 거짓(또는 존재하지 않음)이고 B는 참(또는 존재함)임, 및 A와 B 모두 참(또는 존재함)임.
또한, 조사 "a" 또는 "an"의 사용은 본 명세서에 설명되는 요소들 및 구성요소들을 설명하는 데에 사용된다. 이는, 편의상, 그리고 본 발명의 범위에 대한 일반적인 이해를 제공하기 위해 행해진 것일 뿐이다. 이러한 표현은 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 이해되어야 하며, 단수는 다른 의미로 사용된 것이 명백하지 않는 이상, 복수도 포함한다.
위에서는, 이점, 다른 유리한 점들 및 문제에 대한 해결책이 특정한 실시예들과 관련하여 설명되었다. 하지만, 이점, 유리한 점들, 문제에 대한 해결책들, 그리고 임의의 이점, 유리한 점 또는 해결책이 발생하거나 보다 명확해질 수 있도록 할 수 있는 임의의 특징(들)은, 임의의 또는 모든 청구항의 중요한, 필수적인, 또는 근본적인 특징으로서 해석되어서는 안된다.
통상의 기술자는 본 명세서를 읽은 후에, 본 명세서에서 특정한 특징들이 명확성을 위해 별도의 실시예의 맥락에서 설명되었고, 단일 실시예에서는 조합하여 제공될 수도 있음을 이해할 것이다. 반대로, 간결성을 위해 단일 실시예의 맥락에서 설명된 다양한 특징들이 별도로 제공되거나 서브 콤비네이션으로 제공될 수도 있다. 또한, 어떤 범위로 지정된 값들의 참조는, 그 범위 내에 있는 각각의 값 및 모든 값을 포함한다.

Claims (15)

  1. 프레넬 프리즘(Fresnel Prisms)(108)들을 정의하는 제1 표면(112)을 구비하는 렌즈 본체(102)를 포함하는 렌즈 조립체(124)를 포함하는, 장치로,
    프레넬 프리즘들 중 하나의 프레넬 프리즘은 제1 단면에서 보았을 때에는 제1 패싯 각도(facet angle)를 갖고, 제1 단면에 평행한 제2 단면에서 보았을 때에는 제2 패싯 각도를 가지되, 제1 패싯 각도는 제2 패싯 각도와 다른 것을 특징으로 하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    프레넬 프리즘은 제1 단면과 제2 단면에서 동일한 패싯 높이를 갖는 것을 특징으로 하는, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    프레넬 프리즘에 이웃한 프레넬 프리즘들의 패싯 높이가 프레넬 프리즘의 패싯 높이와 대략적으로 동일한 것을 특징으로 하는, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    프레넬 프리즘을 포함하는 프레넬 프리즘들의 이웃하는 쌍들 사이의 피치들은 대략적으로 동일한 것을 특징으로 하는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    프레넬 프리즘은 루프로 연장하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    프레넬 프리즘이 원으로 연장하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    프레넬 프리즘이 타원형으로 연장하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    렌즈 본체는, 상기 렌즈 본체 내의 일 지점에서 교차하는 각각의 직교하는 단면들의 쌍에서 만곡되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    렌즈 본체는, 제1 단면에서는 제1의 피팅된(fitted) 곡률 반경, 그리고 제2 단면에서는 제2의 피팅된 곡률 반경을 가지며, 제1의 피팅된 반경은 제2의 피팅된 반경보다 작은 것을 특징으로 하는, 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    제2의 피팅된 반경에 대한 제1의 피팅된 반경의 반경 비(radius ratio)는 0.1보다 크지 않은 것을 특징으로 하는, 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반경 비가 0.05보다 크지 않은 것을 특징으로 하는, 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    렌즈 본체가 아나모픽(anamorphic)인 것을 특징으로 하는, 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    렌즈 본체는, 제1 표면에 반대되는 제2 표면에 의해 정의되는 제2의 프레넬 프리즘들을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    제2의 프레넬 프리즘들 중 하나의 제2의 프레넬 프리즘은, 제3 단면에서 보았을 때에는 제3 패싯 각도를 가지고, 제4 단면에서 보았을 때에는 제4 패싯 각도를 가지되, 제3 패싯 각도가 제4 패싯 각도와 다른 것을 특징으로 하는, 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    프레넬 프리즘은 선형의 가변 패싯 각도를 갖는 것을 특징으로 하는, 장치.
KR1020197012635A 2016-11-11 2017-09-20 다양한 패싯 각도를 갖는 프레넬 렌즈 조립체 KR102247625B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662420942P 2016-11-11 2016-11-11
US62/420,942 2016-11-11
US15/383,219 US9810904B1 (en) 2016-11-11 2016-12-19 Fresnel lens assembly having varying facet angle
US15/383,219 2016-12-19
PCT/US2017/052538 WO2018089107A1 (en) 2016-11-11 2017-09-20 Fresnel lens assembly having varying facet angle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190079618A true KR20190079618A (ko) 2019-07-05
KR102247625B1 KR102247625B1 (ko) 2021-05-03

Family

ID=60189576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197012635A KR102247625B1 (ko) 2016-11-11 2017-09-20 다양한 패싯 각도를 갖는 프레넬 렌즈 조립체

Country Status (6)

Country Link
US (2) US9810904B1 (ko)
EP (1) EP3538933A1 (ko)
JP (2) JP2020512568A (ko)
KR (1) KR102247625B1 (ko)
CN (2) CN109791228B (ko)
WO (1) WO2018089107A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023224193A1 (ko) * 2022-05-18 2023-11-23 엘지전자 주식회사 프레넬 렌즈 및 그를 갖는 영상 생성 장치

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI633337B (zh) * 2017-05-04 2018-08-21 宏碁股份有限公司 虛擬實境顯示裝置
TWI683133B (zh) * 2017-06-02 2020-01-21 宏碁股份有限公司 虛擬實境顯示裝置
FR3071071B1 (fr) * 2017-09-11 2023-03-17 Valeo Vision Lentille de fresnel avec angle de depouille variable
CN111443479B (zh) * 2017-10-13 2022-05-24 玉晶光电(厦门)有限公司 目镜光学系统
WO2019106636A1 (en) * 2017-12-03 2019-06-06 Lumus Ltd. Optical device testing method and apparatus
EP3757652A4 (en) * 2018-02-22 2021-12-01 Nikon Corporation Ocular optical system and head-mounted display
US10535319B2 (en) * 2018-02-23 2020-01-14 Facebook Technologies, Llc Apparatus, systems, and methods for displaying images in rotated display regions of display screens
CN110376735B (zh) * 2018-04-12 2021-10-22 京东方科技集团股份有限公司 Vr透镜结构及显示系统
CN108490728A (zh) * 2018-06-07 2018-09-04 成都恒坤光显材料科技有限公司 一种视角可控的正投影屏幕
US10747009B1 (en) * 2018-07-20 2020-08-18 Facebook Technologies, Llc Symmetrical facet Fresnel combiner
US10976552B2 (en) * 2018-10-12 2021-04-13 Google Llc Near-eye system having polarization waveguide
CN109634045A (zh) * 2018-12-10 2019-04-16 江阴通利光电科技有限公司 一种变间距抗光幕布及其制备方法
US11592670B2 (en) 2019-08-02 2023-02-28 Sharp Kabushiki Kaisha Compact high field of view display
CN110927974B (zh) * 2019-12-18 2022-05-10 业成科技（成都）有限公司 光学成像模组和vr电子设备
EP3933487A1 (en) * 2020-06-30 2022-01-05 Optea AB Optical component of hud apparatus, hud apparatus and a method of adjusting image formation in hud apparatus

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000249965A (ja) * 1999-02-26 2000-09-14 Asahi Glass Co Ltd 情報表示装置
US20050111114A1 (en) * 2003-11-20 2005-05-26 Bode Shane E. Vehicle window providing multiple operator viewing angles
US20160011341A1 (en) * 2010-10-21 2016-01-14 Lockheed Martin Corporation Fresnel lens with reduced draft facet visibility
JP2016180871A (ja) * 2015-03-24 2016-10-13 矢崎総業株式会社 光学デバイス

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000131510A (ja) 1998-10-29 2000-05-12 Toppan Printing Co Ltd トーリック面を持つフレネルレンズ
US7046905B1 (en) * 1999-10-08 2006-05-16 3M Innovative Properties Company Blacklight with structured surfaces
CN100350308C (zh) * 2000-07-11 2007-11-21 3M创新有限公司 光导
JP2002311377A (ja) * 2001-04-10 2002-10-23 Olympus Optical Co Ltd 表示装置
JP2004020590A (ja) * 2002-06-12 2004-01-22 Sony Corp 光走査装置及び２次元画像表示装置
US7102820B2 (en) * 2002-08-16 2006-09-05 Infocus Corporation Flat valley fresnel lens for a display device
JP4293857B2 (ja) 2003-07-29 2009-07-08 シチズン電子株式会社 フレネルレンズを用いた照明装置
FR2924819B1 (fr) 2007-12-07 2010-05-14 Essilor Int Pastille courbe de modification d'une puissance d'un composant optique
CN101435944B (zh) * 2008-11-20 2010-06-23 友达光电股份有限公司 显示器装置
JP6020979B2 (ja) 2010-09-27 2016-11-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 フレネルレンズ
KR101916079B1 (ko) * 2010-12-28 2018-11-07 록히드 마틴 코포레이션 하나 또는 그 이상의 프레넬 렌즈를 수반하는 헤드 장착 디스플레이 장치
US8917459B2 (en) * 2011-05-23 2014-12-23 Eric A. Klein Ergonomic vertical vision redirection
GB2523346A (en) 2014-02-20 2015-08-26 Polymer Optics Ltd Free form fresnel lens
US10310146B2 (en) * 2014-06-09 2019-06-04 Vadient Optics, Llc Nanocomposite gradient refractive-index Fresnel optical-element
US10245467B2 (en) * 2014-07-01 2019-04-02 Vurtego, LLC Piston configurations for pneumatic pogo stick
US9681804B2 (en) * 2015-01-12 2017-06-20 X Development Llc Hybrid lens system for head wearable display
US9939650B2 (en) * 2015-03-02 2018-04-10 Lockheed Martin Corporation Wearable display system
WO2017058146A1 (en) * 2015-09-28 2017-04-06 Vadients Optics Llc Nanocomposite gradient refractive-index fresnel optical-element

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000249965A (ja) * 1999-02-26 2000-09-14 Asahi Glass Co Ltd 情報表示装置
US20050111114A1 (en) * 2003-11-20 2005-05-26 Bode Shane E. Vehicle window providing multiple operator viewing angles
US20160011341A1 (en) * 2010-10-21 2016-01-14 Lockheed Martin Corporation Fresnel lens with reduced draft facet visibility
JP2016180871A (ja) * 2015-03-24 2016-10-13 矢崎総業株式会社 光学デバイス

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023224193A1 (ko) * 2022-05-18 2023-11-23 엘지전자 주식회사 프레넬 렌즈 및 그를 갖는 영상 생성 장치

Also Published As

Publication number Publication date
CN208140975U (zh) 2018-11-23
JP2021006912A (ja) 2021-01-21
CN109791228A (zh) 2019-05-21
EP3538933A1 (en) 2019-09-18
JP2020512568A (ja) 2020-04-23
JP7095043B2 (ja) 2022-07-04
KR102247625B1 (ko) 2021-05-03
US20180136460A1 (en) 2018-05-17
WO2018089107A1 (en) 2018-05-17
US9810904B1 (en) 2017-11-07
CN109791228B (zh) 2021-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102247625B1 (ko) 다양한 패싯 각도를 갖는 프레넬 렌즈 조립체
EP3513243B1 (en) Optical system for head-mounted display system
US10663626B2 (en) Advanced refractive optics for immersive virtual reality
US10061126B2 (en) Optical device
US9454010B1 (en) Wide field-of-view head mounted display system
US10761321B2 (en) Optical arrangements including Fresnel lens elements
EP3702825B1 (en) Head-mounted display device
CN105765443A (zh) 成像光学系统以及具有该成像光学系统的显示装置
TWI553344B (zh) 使用一或多個菲涅耳透鏡（ｆｒｅｓｎｅｌ ｌｅｎｓｅｓ）之頭戴式顯示裝置
US9995932B2 (en) Head-up display with variable focal length
US10831031B2 (en) Spectacle lens for a display device that can be fitted on the head of a user and generates an image and display device with such a spectacle lens
EP3722666B1 (en) Optical lens, glasses and display device
CN107144968B (zh) 一种虚拟现实装置
JPH0682934A (ja) 立体視用レンチキュラスクリーン
US8038293B2 (en) Optical system for enhanced vision
US11747525B1 (en) Self-aligned lens assembly for head-mounted displays
DE202017105910U1 (de) Fresnellinsenanordnung mit variablem Facettenwinkel
TW202238223A (zh) 立體顯示裝置
CN116360112A (zh) Vr光学模组及电子设备
CN116507958A (zh) 光学系统及vr显示设备

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant