KR20210038674A - 짙은 적색, 근적외선, 및 가시 범위에서 반사가 감소된 광학 장치 - Google Patents
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Abstract
이 광학 장치는 짙은 적색 및 근적외선 영역에서 발광하는 광원 및 안과용 렌즈를 포함한다. 안과용 렌즈는, 전면과 후면이 간섭 코팅으로 코팅되어 있다. 후면 간섭 코팅의 평균 반사율은, 45° 이하의 입사각에서 700 nm 내지 2500 nm 이하의 미리 결정된 최대 파장의 범위에 있는 파장에 대해 2.5% 이하이다. 45° 이하의 입 사각에서, 700 nm 내지 미리 결정된 최대 파장의 범위에 있는 파장에 대해, 전면 간섭 코팅의 평균 반사율은, 광원이 안과용 렌즈의 전면을 지향하면 2.5% 이하이거나 광원이 안과용 렌즈의 후면을 지향하면 25% 이상이다.
Description
본 발명은 안과용 렌즈 및 짙은 적색과 근적외선(NIR) 영역에서, 즉, 700 nm 내지 2500 nm 범위의 파장에서 발광하며 짙은 적색, NIR, 및 가시 범위에서 반사가 크게 감소되는 광원을 포함하는 광학 장치에 관한 것이다. 광학 장치는, 예를 들어, 증강 현실 장치, 가상 현실 장치, 또는 눈 추적 장치에 포함될 수 있다.
NIR 범위는 일반적으로 눈 추적 목적으로 눈을 조명하는 광에 사용되며, 그 이유는 NIR 광을 사용자가 볼 수 없고, 동시에 동공에서 매우 좋은 콘트라스트를 허용하여, 응시 방향 또는 눈 움직임 측정 혹은 동공 크기와 위치, 각막 면 상의 눈 반사, 눈 수정체 표면, 눈썹 등의 다른 임의의 측정의 높은 정확도와 높은 신뢰도를 얻을 수 있게 하기 때문이다.
이러한 측정은, 안과용 렌즈 외에도, 짙은 적색 및 NIR 광원 및 비디오 카메라를 포함하는 특정 안경을 통해 이루어질 수 있다.
그러나 짙은 적색 및 NIR 광원이 이러한 장비를 착용하는 사용자의 눈을 향하여 발광하면, 안과용 렌즈의 면에 다중 반사가 발생한다. 이러한 다중 반사는 카메라 감지기에 노이즈를 생성하는 한편, 동공을 제대로 위치 파악할 수 없게 된다.
따라서, 안과용 렌즈에서 짙은 적색 및 NIR 광 반사를 제한해야 한다.
문헌 US-A-2015 138451은 NIR 광을 사용하는 눈 추적 장치를 개시하고 있으며, 여기서 일부 광학면의 NIR 반사율은 입사각 35° 및 75°에 대하여 감소된다.
그럼에도 불구하고, 낮은 입사각에서의 성능은 알려져 있지 않으며, 층의 수, 사용된 재료, 해당 굴절률, 또는 해당 두께와 같이 NIR 반사율이 감소된 광학면의 특성은 공개되어 있지 않다.
또한, 주목하고자 하는 전면 광학면의 반사율은, 광학면에 대한 NIR 광원의 방향에 따라, 즉, NIR 광원이 전면 광학면을 향하는지 또는 후방 광학면을 향하는지에 따라 달라야 한다. 위에 인용된 문헌도 이러한 문제점을 다루지 않는다.
본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 단점을 극복하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 짙은 적색 및 근적외선 영역에서 발광하는 광원 및 안과용 렌즈(ophthalmic lens)를 포함하는 광학 장치로서, 안과용 렌즈는 전면 간섭 코팅으로 코팅된 전면 및 후면 간섭 코팅으로 코팅된 후면을 갖는, 광학 장치에 있어서,
후면 간섭 코팅의 평균 반사율은 45° 이하의 입사각에서 700 nm 내지 2500 nm 이하의 미리 결정된 최대 파장의 범위에 있는 파장에 대해 2.5% 이하이고,
전면 간섭 코팅의 평균 반사율은,
광원이 안과용 렌즈의 전면을 지향하면, 45° 이하의 입사각에서 700 nm 내지 미리 결정된 최대 파장의 범위에 있는 파장에 대해 2.5% 이하이거나,
광원이 안과용 렌즈의 후면을 지향하면, 45° 이하의 입사각에서 700 nm 내지 미리 결정된 최대 파장의 범위에 있는 파장에 대해 25% 이상인 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 광학 장치는, 짙은 적색 및 NIR 광원이 안과용 렌즈의 전면을 지향하면 한편으로는 안과용 렌즈의 후면에 다른 한편으로는 안과용 렌즈의 전면에 45° 이하의 입사각에서 짙은 적색 및 NIR 범위에서의 고효율 반사 방지 코팅을 포함하는 한편, 짙은 적색 및 NIR 광원이 안과용 렌즈의 후면을 지향하면 안과용 렌즈의 전면에 강력한 반사 코팅을 포함한다.
본 발명은, 또한, 증강 현실 장치, 가상 현실 장치, 및 눈 추적 장치를 제공하며, 이들 장치 각각은 이러한 광학 장치를 포함한다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 명세서에 제공된 설명 및 이러한 설명의 이점을 보다 완전하게 이해하기 위해, 첨부 도면 및 상세한 설명과 관련하여 취해진 이하의 간단한 설명을 참조하며, 여기서 동일한 참조 번호는 동일한 부분을 나타낸다.
도 1은 특정 실시형태에서 본 발명에 따른 광학 장치를 포함하는 증강 현실 장치 또는 가상 현실 장치의 개략도이다.
도 2는 특정 실시형태에서 본 발명에 따른 광학 장치를 포함하는 눈 추적 장치의 개략도이다.
도 3은 15° 및 35°의 입사각에서 본원의 실시예 1에서 준비된 렌즈의 후면의 반사율(R%)의 변동을 380 nm 내지 900 nm 범위에 있는 광 파장(λ)의 함수로서 도시하는 그래프들의 세트이다.
도 4는 15° 및 35°의 입사각에서 본원의 실시예 2에서 준비된 렌즈의 전면의 반사율(R%)의 변동을 380 nm 내지 900 nm 범위에 있는 광 파장(λ)의 함수로서 도시하는 그래프들의 세트이다.
도 1은 특정 실시형태에서 본 발명에 따른 광학 장치를 포함하는 증강 현실 장치 또는 가상 현실 장치의 개략도이다.
도 2는 특정 실시형태에서 본 발명에 따른 광학 장치를 포함하는 눈 추적 장치의 개략도이다.
도 3은 15° 및 35°의 입사각에서 본원의 실시예 1에서 준비된 렌즈의 후면의 반사율(R%)의 변동을 380 nm 내지 900 nm 범위에 있는 광 파장(λ)의 함수로서 도시하는 그래프들의 세트이다.
도 4는 15° 및 35°의 입사각에서 본원의 실시예 2에서 준비된 렌즈의 전면의 반사율(R%)의 변동을 380 nm 내지 900 nm 범위에 있는 광 파장(λ)의 함수로서 도시하는 그래프들의 세트이다.
다음에 따르는 설명에서, 도면은 반드시 축척대로 될 필요는 없으며, 소정의 특징부는 명확성과 간결함을 위해 또는 정보 목적을 위해 일반화된 형태 또는 개략적인 형태로 도시될 수 있다. 또한, 다양한 실시형태의 제작 및 사용을 아래에서 상세히 설명하지만, 본원에 설명된 바와 같이 다양한 맥락으로 구현될 수 있는 많은 발명적 개념이 제공된다는 점을 이해해야 한다. 본원에서 설명된 실시형태들은 단지 대표적인 것이며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 또한, 공정과 관련하여 정의된 모든 기술적 특징부가 장치에 대하여 개별적으로 또는 조합하여 전치될 수 있고, 반대로 장치에 대한 모든 기술적 특징부가 공정에 대하여 개별적으로 또는 조합하여 전치될 수 있다는 점은 당업자에게 명백할 것이다.
"포함한다(comprise)"(그리고 "포함하다" 및 "포함하는"과 같은 이의 임의의 문법적 어미 변화), "갖는다"(그리고 "가진다" 및 "갖는"과 같은 이의 임의의 문법적 변형), "포함한다(contain)"(그리고 "포함하다" 및 "포함하는"과 같은 이의 임의의 문법적 변형), 및 "포함한다(include)"(그리고 "포함하다" 및 "포함하는"과 같은 이의 임의의 문법적 변형)라는 용어는 개방형 연결 동사이다. 이들은 언급된 특징, 정수, 단계 또는 구성 요소 또는 이의 그룹의 존재를 명시하기 위해 사용되지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계 또는 구성 요소 또는 이의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 결과적으로, 하나 이상의 단계 또는 요소를 "포함하는", "갖는", "포함하는", 또는 "포함하는" 방법, 또는 방법의 단계는, 그러한 하나 이상의 단계 또는 요소를 갖지만, 그러한 하나 이상의 단계 또는 요소만을 갖는 것으로 제한되지 않는다.
달리 명시되지 않는 한, 본원에 사용된 성분, 범위, 반응 조건 등의 양을 나타내는 모든 숫자 또는 표현은, 모든 경우에 "약"이라는 용어에 의해 변형된 것으로서 이해되어야 한다.
또한, 달리 명시되지 않는 한, 본 발명에 따른 "X에서 Y" 또는 "X 내지 Y" 값들의 간격의 표시는 X 및 Y의 값을 포함함을 의미한다.
본원에서, 광학 장치가 자신의 표면에 하나 이상의 코팅을 포함하는 경우, "장치 상에 층 또는 코팅을 증착시킨다"는 표현은, 층 또는 코팅이 장치의 외부 코팅, 즉, 기판으로부터 가장 멀리 있는 코팅의 외부 (노출된) 면 상에 증착됨을 의미하도록 의도된 것이다.
기판 "상에" 있거나 기판 "상으로" 증착된다고 하는 코팅은, (i) 기판 위에 위치하며, (ii) 기판과 반드시 접촉할 필요가 없으며, 다시 말하면, 하나 이상의 중간 코팅이 기판과 해당 코팅 사이에 배열될 수 있으며, (iii) 반드시 기판을 완전히 덮는 것이 아닌 코팅으로서 정의된다.
바람직한 실시형태에서, 기판 상의 코팅 또는 기판 상에 증착된 코팅은 기판과 직접 접촉한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 기판의 후면(또는 내면)은, 장치를 사용할 때, 착용자의 눈에서 가장 가까운 얼굴을 의미하도록 의도된 것이다. 이것은 일반적으로 오목면이다. 반대로, 기판의 전면은, 장치를 사용할 때, 착용자의 눈에서 가장 먼 면이다. 이것은 일반적으로 볼록면이다.
또한, "입사각(기호 θ)"은, 안과용 렌즈 표면에 입사되며 입사 지점에서 표면에 대하여 수직인 광선에 의해 형성되는 각도이다. 예를 들어, 광선은 국제 비색계 CIE L*a*b*로 정의된 바와 같은 발광 광원(예를 들어, 표준 광원 D65)이다. 대체로, 입사각은 0°(수직 입사) 내지 90°(그레이징 입사(grazing incidence))로 변화된다. 입사각의 일반적인 범위는 0° 내지 75°이다.
국제 비색계(CIE L*a*b*)에서 본 발명의 광학 장치의 비색 계수는, 표준 조명(D65)과 관찰자를 고려하여 380 nm 내지 780nm로 계산된다(각도 10°). 관찰자는 국제 비색계 CIE L*a*b*에 정의된 바와 같은 "표준 관찰자"이다.
일반적으로 말하면, 설명된 구성에 따라 "반사 방지 코팅" 또는 "반사 코팅"으로 지칭될 본 발명에 따른 광학 장치의 간섭 코팅은, 임의의 기판 상에, 바람직하게는 유기 렌즈 기판, 예를 들어 열가소성 또는 열경화성 플라스틱 재료 상에 증착될 수 있다. 열가소성 물질은, 예를 들어, 폴리아미드; 폴리이미드; 폴리술폰; 폴리카보네이트 및 이의 공중합체; 폴리(에틸렌테레프탈레이트), 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 중에서 선택될 수 있다.
열경화성 물질은, 예를 들어, 에틸렌/노르보르넨 또는 에틸렌/시클로펜타디엔 공중합체와 같은 시클로올레핀 공중합체; 선형 또는 분지형 지방족 또는 방향족 폴리올의 알릴 카보네이트의 단일중합체 및 공중합체, 예컨대, 디에틸렌 글리콜 비스(알릴 카보네이트)(CR39®)의 단일중합체; 비스페놀 A로부터 유도될 수 있는 (메트)아크릴산 및 이의 에스테르의 단일중합체 및 공중합체; 티오(메트)아크릴산 및 이의 에스테르의 중합체 및 공중합체, 스티렌과 같은 알릴 방향족 및 비스페놀 A 또는 프탈산으로부터 유도될 수 있는 알릴 에스테르의 중합체 및 공중합체, 우레탄 및 티오우레탄의 중합체 및 공중합체, 에폭시의 중합체 및 공중합체, 황화물, 이황화물, 및 에피술피드의 중합체 및 공중합체, 및 이들의 조합 중에서 선택될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, (공)중합체는 공중합체 또는 중합체를 의미하도록 의도된 것이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, (메트)아크릴레이트는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 의미하도록 의도된 것이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 폴리카보네이트(PC)는 호모폴리카보네이트 또는 코폴리카보네이트 및 블록 코폴리카보네이트를 의미하도록 의도된 것이다.
디에틸렌 글리콜 비스(알릴 카보네이트)(CR39®)의 단일중합체, 굴절률이 1.54 내지 1.58인 알릴 및 (메트)아크릴 공중합체, 티오우레탄, 폴리카보네이트의 중합체 및 공중합체가 바람직하다.
기판은, 본 발명의 반사 방지 코팅 또는 반사 코팅을 증착하기 전에 하나 이상의 기능성 코팅으로 코팅될 수 있다. 광학 장치에 통상적으로 사용되는 이러한 기능성 코팅은, 충격 방지 프라이머 층, 마모 방지 코팅 및/또는 스크래치 방지 코팅, 편광 코팅, 광색성 코팅, 또는 착색 코팅일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 이하에서, 기판은 베어 기판 또는 이와 같은 코팅 기판을 의미한다.
반사 방지 코팅 또는 반사 코팅을 증착하기 전에, 상기 기판의 표면은, 일반적으로 반사 방지 코팅 또는 반사 코팅의 접착을 강화하기 위해 물리적 또는 화학적 표면 활성화 처리를 받는다. 이러한 전처리는 일반적으로 진공 상태에서 수행된다. 이는 활성화 및/또는 반응성 종을 통한(예를 들어, 이온 빔을 통한("이온 전처리(Ion Pre-Cleaning)" 또는 "IPC") 또는 전자 빔을 통한) 충격, 코로나 방전 처리, 이온 파쇄 처리, 자외선 처리, 또는 일반적으로 산소 또는 아르곤 플라즈마를 사용하는, 진공 상태에서의 플라즈마 매개 처리일 수 있다. 또한, 전처리는, 산성 또는 염기성 처리, 및/또는 용제 기반 처리(물, 과산화수소 또는 임의의 유기 용제)일 수 있다.
본 발명에 따른 광학 장치는, 안과용 렌즈, 및 짙은 적색 및 근적외선 영역, 즉, 700 nm 내지 2500 nm 범위의 파장에서 발광하는 광원을 포함한다.
광원은, 예를 들어, 발광 다이오드(LED)일 수 있다.
해당 광원으로부터 방출되는 광을 검출하기 위해, NIR 파장에 민감한 비디오 카메라, 예를 들어, 어떠한 짙은 적색 및 NIR 필터 없이 CCD(전하 결합 소자) 유형 또는 CMOS(상보적 금속 산화물 반도체) 유형의 카메라를 사용할 수 있다. 변형으로서, 카메라 대신, 단일 짙은 적색 및 NIR 센서 또는 PSD(위치 감지 검출기) 센서 또는 다른 임의의 적절한 센서의 어레이를 사용할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 광학 장치를 포함하는 증강 현실 장치 또는 가상 현실 장치의 구성의 비제한적인 예를 도시한다.
광학 장치는, 한편의 사용자의 눈(14)과 다른 한편의 광학 요소(12) 사이에 배치된 안과용 렌즈(10)를 포함한다. 광학 요소(12)는, 예를 들어, 광을 사용자의 눈(14)에 커플링하기 위한 커플링 수단 및 광을 사용자의 눈(14) 쪽으로 아웃커플링하기 위한 아웃커플링 수단을 갖는 도파관일 수 있어서, 사용자가 가상 화상을 인식할 수 있다.
광 광학 요소(12)를 통과하고 안과용 렌즈(10)를 통과하는 수평 화살표(11)는 환경으로부터 나오는 광을 나타낸다.
짙은 적색 및 NIR 눈 추적기도 증강 현실 장치 또는 가상 현실 장치에 포함되어 있다. 짙은 적색 및 NIR 눈 추적기는 짙은 적색 및 NIR 카메라(16) 및 적어도 하나의 짙은 적색 및 NIR 광원(18)을 포함하며, 광원(18)은 본 발명에 따른 광학 장치에 포함된다.
도 1에 도시된 특정 실시형태에서, 광원(18)은 광 광학 요소(12)와 안과용 렌즈(10) 사이에 배치되는 한편, 카메라(16)는 광 광학 요소(12) 앞에 배치된다.
변형으로서, 카메라(16) 및 광원(18)은 광 광학 요소(12) 앞에 배치될 수 있다.
다른 변형으로서, 광 광학 요소(12)는 가상 화상을 제공하고 광 조명을 제공하는 데 모두 사용될 수 있다. 이어서, 눈(14)에 의해 반사되는 광은 광 광학 요소(12)로 다시 돌아와 짙은 적색 및 NIR 광 센서로 재지향될 수 있다.
안과용 렌즈(10)는 사용자에게 광학 기능을 제공할 수 있다.
안과용 렌즈는, 예를 들어, 교정 렌즈, 즉, 근시, 원시, 난시, 및/또는 노안을 치료하기 위한 굴절이상이 있는 사용자를 위한 구면형, 원통형, 및/또는 추가 유형의 파워 렌즈일 수 있다. 렌즈(10)는, 일정한 파워를 가질 수 있어서, 단초점 렌즈처럼 파워를 제공하거나 가변 파워를 갖는 누진 렌즈일 수 있다.
또한, 렌즈는, 기판 상에, 코팅 상에, 또는 필름 상에 통합될 수 있는 필터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 필터는, 일부 편광을 차단하고 가상 화상 편광에 대응하는 편광을 유지하도록 설계될 수 있다. 이러한 방식으로, 가상 화상의 콘트라스트는, 가상 화상의 강도가 유지되는 동안 환경으로부터의 기생 광이 감소되기 때문에, 증가될 수 있다. 렌즈는, 예를 들어, 주형에 부착되는 TAC-PVA-TAC(트리아세틸 셀룰로오스-폴리(비닐 알코올)-트리아세틸 셀룰로오스) 필름과 같은 편광 필름을 포함할 수 있다. 이것은, 예를 들어, 가상 화상 파장과는 다른 파장에 대해 감소된 투과를 갖는 한편 광 광학 요소(12)에 대응하는 파장에 대해 높은 투과를 유지하는 특정 필터일 수 있다.
렌즈(10)는, 자신의 적어도 하나의 면 상에, 바람직하게는, 전면과 후면 모두 상에 짙은 적색 및 NIR 반사 방지 코팅을 포함한다.
반사 방지 코팅은, 짙은 적색 및 NIR 범위의 반사가 감소되도록 설계되므로, 카메라(16)가 렌즈(10) 상의 반사로부터 오는 광을 거의 수신하지 못한다.
도 2는 본 발명에 따른 광학 장치를 포함하는 눈 추적 장치의 구성의 비제한적인 예를 도시한다.
이 실시형태에서, 광학 장치는, 프레임(20)을 갖는 안경 장비로서 구현될 수 있고, 가상 화상 디스플레이 없이 눈 추적에 사용될 수 있다.
광학 장치는, 예를 들어, 눈 깜박임 검출을 통한 운전 중 피로 감지, 또는 눈 건강 모니터링에 사용될 수 있다.
이 실시형태에서, 도 1의 실시형태와는 달리, 짙은 적색 및 NIR 광원(18)은, 렌즈(10)의 후면을 향하여, 렌즈(10)의 후면 상에만 반사 방지 코팅을 가질 수 있는 반면, 렌즈(10)의 전면은 짙은 적색 및 NIR 광 반사 코팅을 갖는다. 변형으로서, 반사 코팅은, 예를 들어, MOF(다층 광학 필터)와 같은 렌즈(10) 내에 내장된 반사 요소에 의해 대체될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 안경 장비는, 사용자의 관자놀이 상에 또는 프레임(20) 상에 배치될 수 있는 특정한 짙은 적색 및 NIR 광원(18)을 갖는다. 안경 장비는, 또한, 광원(18) 가까이에 위치한 카메라(16)를 갖는다.
광원(18)에 의해 방출되는 광은, 눈의 전면을 조명하도록 눈(14)의 전면에 의해 적어도 부분적으로 반사된다.
짙은 적색 및 NIR 광은, 눈(14)에 의해 확산 및 반사되고, 렌즈(10)의 반사 전면을 향해 다시 전파된 다음 카메라(16)를 향해 전파된다.
도 1의 실시형태와 유사하게, 렌즈(10)의 후면은 짙은 적색 및 NIR 반사 방지 코팅을 가지고 있어서, 광이 눈(14)에서 렌즈(10)를 향하여 다시 전파될 때, 카메라(16)를 향해 반사가 발생하지 않거나 거의 발생하지 않는다. . 또한, 태양이나 환경과 같은 짙은 적색 및 NIR 외부 광원으로부터 나오는 반사는 영향을 감소시킨다.
본 발명에 따르면, 도 1 및 도 2에 각각 도시된 두 개의 실시형태에서, 안과용 렌즈(10)는 전면 간섭 코팅으로 코팅된 전면 및 후면 간섭 코팅으로 코팅된 후면을 갖는다.
후면 간섭 코팅의 평균 반사율은, 입사각이 45° 이하인 입사각에서 700 nm 내지 2500 nm 이하의 미리 결정된 최대 파장의 범위에 있는 파장에 대해 2.5% 이하이다.
특정한 실시형태에서, 짙은 적색 및 NIR 광의 입사각이 낮을 때, 즉, 수직 입사로부터 너무 멀지 않은 경우, 통상적으로 광원이 안과용 렌즈의 전면을 향할 때, 후면 간섭 코팅의 평균 반사율은, 35° 이하의 입사각에서 700 nm 내지 2500 nm 이하의 미리 결정된 최대 파장의 범위에 있는 파장에 대해 2.5% 이하이다. 이는, 안과용 렌즈 및 광원의 기하학적 구조에 의해 정의되는 입사각에 대한 짙은 적색 및 NIR 광 반사를 최소화할 수 있게 한다.
다른 특정 실시형태에서, 짙은 적색 및 NIR 광의 입사각이 높을 때, 통상적으로 광원이 안과용 렌즈의 후면을 향할 때, 후면 간섭 코팅의 평균 반사율은, 35°(경계값 포함) 내지 45°(경계값 포함)에 포함되는 입사각에서 700 nm 내지 2500 nm 이하의 미리 결정된 최대 파장의 범위에 있는 파장에 대해 2.5% 이하이다. 이는, 착용자의 머리측에 위치하는 광원 및 안과용 렌즈의 기하학적 구조에 의해 정의되는 입사각에 대한 짙은 적색 및 NIR 광 반사를 최소화할 수 있게 한다.
따라서, 이것은 반사 방지 코팅이며, 짙은 적색 및 NIR 범위에서 반사를 상당히 감소시켜, 카메라(16)가 렌즈(10) 상의 반사로부터 오는 광을 거의 수신하지 못할 것이다.
이것은 제한된 노이즈 광이 존재할 것이기 때문에 눈(14)의 특징부의 고품질 측정을 보장할 것이다. 이것은, 예를 들어, 정확하고 신뢰할 수 있는 눈 위치 및 홍채 또는 동공 크기 측정을 가능하게 한다. 도 1의 실시형태에서, 눈 위치는, 예를 들어, 눈의 위치에 따라 가상 화상의 내용을 수정하는 데 사용될 수 있다. 눈 위치는, 또한, 전자 시스템을 구동하기 위한 MMI 인터페이스(멀티 미디어 인터페이스)의 일부로서 사용될 수 있다.
상기 언급된 미리 결정된 최대 파장은, 2500 nm, 바람직하게는 1400 nm, 더 바람직하게는 980 nm, 훨씬 더 바람직하게는 900 nm이다. 비제한적인 예로서, 눈 추적에 대한 관심 범위는 780 nm 내지 900 nm이다.
짙은 적색 및 NIR 영역, 즉, 700 nm 내지 2500 nm 범위의 파장에서의 후면 간섭 코팅의 평균 반사율인 Rm NIR2500은 다음의 공식에 의해 정의된다.
여기서, R(λ)은 주어진 파장 λ에서의 반사율을 나타낸다.
더욱 일반적인 방식으로, 짙은 적색 및 NIR 영역, 즉, 700 nm 내지 미리 결정된 파장인 A nm 범위에 있는 파장에서의 후면 간섭 코팅의 평균 반사율인 Rm NIRA는 다음의 공식에 의해 정의된다.
본 발명에 따르면, 짙은 적색 및 NIR 광원이 안과용 렌즈의 전면 또는 후면을 향하는지 여부에 따라, 전면 간섭 코팅의 평균 반사율 Rm NIR이 다르다.
즉, 짙은 적색 및 NIR 광원은, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 증강 현실 장치 또는 가상 현실 장치의 구성에서는 안과용 렌즈의 전면을 향하는 반면, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 눈 추적 장치의 구성에서는 안과용 렌즈의 후면을 향한다.
광원이 안과용 렌즈의 전면을 향하는 경우, 전면 간섭 코팅의 Rm NIR은, 45° 이하의 입사각에서 700 nm 내지 전술한 미리 결정된 최대 파장의 범위에 있는 파장에 대해 2.5% 이하이다.
광원이 안과용 렌즈의 후면을 향하는 경우, 전면 간섭 코팅의 RmNIR은, 45° 이하의 입사각에서 700 nm 내지 전술한 미리 결정된 최대 파장의 범위에 있는 파장에 대해 25% 이상이다.
특정 실시형태에서, 또한, 전면 및 후면 간섭 코팅의 시감 반사율(Rv)은, 즉, 45° 이하의 입사각에서 380 nm 내지 780 nm 범위의 파장에 대하여 가시 범위에서 2.5% 미만, 바람직하게는 1% 미만, 더욱 바람직하게는 0.75% 미만이다.
시감 반사율(Rv)은, ISO 13666:1998 표준에 정의된 바와 같으며, 즉, 전체 가시 스펙트럼, 즉, 380 nm 내지 780 nm에 걸친 입사 광속에 대한 재료에 의해 반사되는 광속의 비이다.
따라서, 렌즈 착용자의 뒤쪽으로부터 나오는 광과 렌즈의 전면과 후면 상에서 반사되는 광 모두에 대해 가시적 반사가 제한된다.
이는 렌즈 후면으로부터의 반사를 제한함으로써 시각적 편안함을 높이고 관찰자가 인지하는 반사를 감소시킴으로써 미관을 개선하기 때문에 특히 유리하다.
특정 실시형태에서, 후방 간섭 코팅은 적어도 4개의 층을 포함하고, 각 층은, 모든 인접 층의 굴절률보다 낮거나 모든 인접 층의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는다. 다시 말하면, 저 굴절률 재료와 고 굴절률 재료의 층들이 교번하여 적층된다.
그 실시형태에서, 짙은 적색 및 NIR 광원이 안과용 렌즈의 전면을 향하는 경우, 전면 간섭 코팅도 적어도 4개의 층을 포함하고, 각 층은, 모든 인접 층의 굴절률보다 낮거나 모든 인접 층의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는다.
그 실시형태에서, 비제한적인 예로서, 렌즈는, 투명하거나 부분적으로 가시 광선을 흡수할 수 있으며 투명하거나 부분적으로 짙은 적색 및 NIR 광을 흡수할 수 있는 기판을 포함한다. 기판으로부터 멀어지는 방향으로, 간섭 코팅은 적어도 다음을 포함한다.
· 1.6 내지 2.4 범위의 굴절률을 갖는 하나의 층;
· 1.6 미만의 굴절률을 갖는 하나의 층;
· 1.6 내지 2.4 범위의 굴절률을 갖는 하나의 층;
· 1.6 미만의 굴절률을 갖는 하나의 층.
그 실시형태에서, 1.6 내지 2.4 범위의 굴절률을 갖는 층은, 예를 들어, 지르코니아(ZrO2)로 제조될 수 있고 1.6 미만의 굴절률을 갖는 층은, 예를 들어, 이산화규소(SiO2)로 제조될 수 있다.
그 실시형태에서, 비제한적인 예로서, 기판으로부터 멀어지는 방향으로, 렌즈는 적어도 다음을 포함한다.
· 10 nm 내지 25 nm 범위의 물리적 두께를 갖는 하나의 층;
· 20 nm 내지 35 nm 범위의 물리적 두께를 갖는 하나의 층;
· 140 nm 내지 180 nm 범위의 물리적 두께를 갖는 하나의 층;
· 90 nm 내지 120nm 범위의 물리적 두께를 갖는 하나의 층.
그 실시형태에서, 비제한적인 예로서, 후면 간섭 코팅의 물리적 두께 또는 전면 간섭 코팅의 물리적 두께(짙은 적색 및 NIR 광원이 안과용 렌즈의 전면을 향하는 경우, 항상 해당됨)는, 500 nm 이하, 바람직하게는 320 nm 이하, 통상적으로는 260 nm 내지 320 nm 범위에 있다.
특정 실시형태에서, 짙은 적색 및 NIR 광원이 안과용 렌즈의 후면을 향하는 경우, 전면 간섭 코팅은 적어도 6개의 층을 포함한다. 기판으로부터 멀어지는 방향으로, 전면 간섭 코팅은 적어도 다음을 포함한다.
· 1.6 내지 2.2 범위의 굴절률을 갖는 하나의 층;
· 2.2 이상의 굴절률을 갖는 하나의 층;
· 1.6 이하의 굴절률을 갖는 하나의 층;
· 2.2 이상의 굴절률을 갖는 하나의 층;
· 1.6 내지 2.2 범위의 굴절률을 갖는 하나의 선택적 층; 및
· 1.6 이하의 굴절률을 갖는 하나의 층.
그 실시형태에서, 1.6 내지 2.2 범위의 굴절률을 갖는 층은, 예를 들어, 지르코니아(ZrO2)로 제조될 수 있고, 1.6 미만의 굴절률을 갖는 층은, 예를 들어, 이산화규소(SiO2)로 제조될 수 있으며, 2.2보다 큰 굴절률을 갖는 층은, 예를 들어, 이산화티타늄(TiO2)으로 제조될 수 있다.
그 실시형태에서, 비제한적인 예로서, 기판으로부터 멀어지는 방향으로, 렌즈는 적어도 다음을 포함한다.
· 31 nm 내지 54 nm 범위의 물리적 두께를 갖는 하나의 층;
· 74 nm 내지 98 nm 범위의 물리적 두께를 갖는 하나의 층;
· 165 nm 내지 190 nm 범위의 물리적 두께를 갖는 하나의 층;
· 87 nm 내지 98 nm 범위의 물리적 두께를 갖는 하나의 층;
· 0 nm 내지 10 nm 범위의 물리적 두께를 갖는 하나의 선택적 층; 및
· 64 nm 내지 85 nm 범위의 물리적 두께를 갖는 하나의 층.
달리 특정하지 않는 한, 본원에서 언급된 굴절률은 550 nm의 파장 및 25℃에서 표현된 것이다.
특정 실시형태에서, 안과용 렌즈(10)는 내마모성을 증가시키기 위해 하드 코팅을 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 기판의 굴절률은, 유리하게는 굴절률들 간의 불일치로 인한 프린지를 감소시키기 위해 하드 코팅의 굴절률과 유사할 것이다. 프린지는, 또한, 특히 좁은 파장 대역폭을 갖는 NIR 광을 사용할 때와 같이 높은 가간섭성(coherence) 광을 사용할 때 강도의 변동을 제공하므로, 특히 눈 특징부 측정을 위한 화질을 감소시킬 수 있다.
다음에 따르는 실시예들은 본 발명을 비제한적인 방식으로 예시한다.
실시예
1. 전반적인 절차
실시예에서 사용된 안과용 렌즈는, 굴절률이 1.59인 3μm 두께의 하드 코트로 코팅된, 1.60의 굴절률을 갖는 렌즈 기판(MITSUI의 MR-8® 렌즈)을 포함한다.
본 발명에 따른 반사 방지 코팅을 렌즈의 후면 상에 증착한다.
또한, 짙은 적색 및 NIR 광원이 렌즈 전면을 향하는 용도의 경우, 본 발명에 따른 반사 방지 코팅을 렌즈 전면 상에 증착한다.
한편, 짙은 적색 및 NIR 광원이 렌즈 후면을 향하는 용도의 경우, 본 발명에 따른 반사 코팅을 렌즈 전면 상에 증착한다.
반사 방지 코팅과 반사 코팅의 층들을, 기판을 가열하지 않고서 진공 하에서 증발에 의해 증착하였다(증발원: 전자 총).
증착 프레임은, 산화물을 증발시키기 위한 전자 총(ESV14(8 kV))이 장착되고, 아르곤 이온(IPC)을 사용하여 기판의 표면을 제조하기 위한 예비 단계를 위한 이온 총(Commonwealth Mark II)이 구비된 Leybold 1104 기계이다.
층의 두께를 석영 마이크로밸런스에 의해 제어하였다. 스펙트럼 측정을, URA 액세서리(Universal Reflectance Accessory)를 갖는 가변-입사 분광 광도계인 Perkin-Elmer Lambda 850으로 수행하였다.
2. 테스트 절차
본 발명에 따른 광학 장치에 포함된 안과용 렌즈를 제조하는 방법은, 가능하면 종래의 내마모성 및 스크래치 방지 코팅이 기판의 후면 또는 전면 상에 코팅된 해당 기판을 진공 증착 챔버 내로 도입하는 단계, 고 진공이 될 때까지 펌핑을 행하는 단계, 아르곤 이온 빔을 사용하여 기판의 표면을 활성화하고, 이온 조사를 턴오프한 후, 연속적 증발에 의해 반사 방지 코팅과 반사 코팅의 다양한 층을 후속 형성하는 단계, 및 최종 환기 단계를 포함한다.
3. 결과
렌즈 후면 상에 실시예 1의 간섭 코팅이 취득된 안과용 렌즈의 구조적 특성과 광학 성능은 이하에서 상세히 설명된다.
15°와 35°의 입사각에서의 380 nm 내지 900 nm의 반사 그래프는 도 3에 예시되어 있다.
광학 값은 후면의 광학 값이다.
반사된 광의 색도(C*) 및 색조 각도(h*)는, 입사각 15° 및 35°, 표준 조명 D65, 및 표준 관찰자(각도 10°)에 대해 제공된다.
Rv는 380 nm 내지 780 nm에서 계산된 시감 반사율이다.
| 실시예 1 | ||
| 재료 | 굴절률 | 물리적 두께 (nm) |
| 공기 | 1.00000 | |
| SiO2 | 1.47300 | 104.64 |
| ZrO2 | 1.99700 | 158.01 |
| SiO2 | 1.47300 | 29.34 |
| ZrO2 | 1.99700 | 20.91 |
| 기판 + 하드 코팅 | 1.59260 | |
| 입사각 15° | 입사각 35° | ||
| Rv | 0.83. | Rv | 0.85. |
| L* | 7.46 | L* | 7.65 |
| C*(ab) | 13.4 | C*(ab) | 7.5 |
| h*(ab) | -74 | h*(ab) | -58 |
| Rm NIR900 | 0.76. | Rm NIR900 | 1.26. |
실시예 1에서와 동일한 간섭 코팅을 도 1의 실시형태의 구현에 있어서 안과용 렌즈의 전면 상에 증착하였다. 실시예 1에서, 700 nm 내지 900 nm 범위의 파장에 대한 렌즈의 후면과 전면 모두에서의 평균 반사율은 2.5% 이하, 심지어 1% 미만이다. 이러한 속성을 이용함으로써, 노이즈 반사가 방지된다.
이하 실시예 2에서 상세히 설명된 다른 간섭 코팅을, 도 2의 실시형태의 구현에 있어서 안과용 렌즈의 전면에 증착하였으며, 후면 상의 코팅과는 다른 하드 코팅은 1.479의 굴절률과 3 ㎛의 두께를 가졌다.
| 실시예 2 | ||
| 재료 | 굴절률 | 물리적 두께 (nm) |
| 공기 | 1.00000 | |
| SiO2 | 1.474 | 74.43 |
| ZrO2 | 1.997 | 6.73 |
| TiO2 | 2.408 | 89.27 |
| SiO2 | 1.474 | 171.21 |
| TiO2 | 2.408 | 82.83 |
| ZrO2 | 1.997 | 47.92 |
| 기판 + 하드 코팅 | 1.479 | |
| 입사각 15° | |
| Rv | 0.2. |
| C*(ab) | 29 |
| h*(ab) | 304 |
| Rm NIR900 | 27.1. |
실시예 2에서, 700 nm 내지 900 nm 범위의 파장에 대한 렌즈 후면의 평균 반사율은 2.5% 이하, 심지어 1% 미만이며, 700 nm 내지 900 nm 범위의 파장에 대한 렌즈 전면의 평균 반사율은 25%보다 높다. 이러한 특성으로 인해, 렌즈 후면으로 향하는 광은 렌즈 전면에 의해서만 반사되고, 후면 상의 낮은 반사는 노이즈 반사를 방지한다.
본원에서는 대표적인 공정 및 물품을 상세히 설명하였지만, 당업자라면 첨부된 청구범위에 의해 설명되고 정의된 범위를 벗어나지 않고 다양한 대체 및 수정이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.
Claims (15)
- 짙은 적색 및 근적외선 영역에서 발광하는 광원 및 안과용 렌즈를 포함하는 광학 장치로서, 상기 안과용 렌즈는 전면 간섭 코팅으로 코팅된 전면 및 후면 간섭 코팅으로 코팅된 후면을 갖는, 상기 광학 장치에 있어서,
상기 후면 간섭 코팅의 평균 반사율은 45° 이하의 입사각에서 700 nm 내지 2500 nm 이하의 미리 결정된 최대 파장의 범위에 있는 파장에 대해 2.5% 이하이고,
상기 전면 간섭 코팅의 평균 반사율은,
상기 광원이 상기 안과용 렌즈의 상기 전면을 지향하면, 45° 이하의 입사각에서 700 nm 내지 상기 미리 결정된 최대 파장의 범위에 있는 파장에 대해 2.5% 이하이거나,
상기 광원이 상기 안과용 렌즈의 상기 후면을 지향하면, 45° 이하의 입사각에서 700 nm 내지 상기 미리 결정된 최대 파장의 범위에 있는 파장에 대해 25% 이상인 것을 특징으로 하는 광학 장치. - 제1항에 있어서,
상기 미리 결정된 최대 파장은 2500 nm인 것을 특징으로 하는 광학 장치. - 제1항에 있어서,
상기 미리 결정된 최대 파장은 1400 nm인 것을 특징으로 하는 광학 장치. - 제1항에 있어서,
상기 미리 결정된 최대 파장은 980 nm인 것을 특징으로 하는 광학 장치. - 제1항에 있어서,
상기 미리 결정된 최대 파장은 900 nm인 것을 특징으로 하는 광학 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전면 및 후면 간섭 코팅의 시감 반사율(Rv)은, 45° 이하의 입사각에서 380 nm 내지 780 nm의 파장에 대한 가시 범위에 있어서 2.5% 미만, 바람직하게는 1% 미만, 더욱 바람직하게는 0.75% 미만인 것을 특징으로 하는 광학 장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원이 상기 안과용 렌즈의 상기 전면을 지향하면 (i) 상기 후면 간섭 코팅 또는 (ii) 상기 전면 간섭 코팅은 적어도 4개의 층을 포함하고, 각 층은 모든 인접 층들의 굴절률보다 작거나 상기 모든 인접 층들의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 장치. - 제7항에 있어서,
상기 렌즈는 기판을 포함하고, 상기 광원이 상기 안과용 렌즈의 상기 전면을 지향하면 (i) 상기 후면 간섭 코팅 또는 (ii) 상기 전면 간섭 코팅은, 상기 기판으로부터 멀어지는 방향으로 적어도,
굴절률이 1.6 내지 2.4인 하나의 층;
굴절률이 1.6 미만인 하나의 층;
굴절률이 1.6 내지 2.4인 하나의 층;
굴절률이 1.6 미만인 하나의 층
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치. - 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 렌즈는 기판을 포함하고, 상기 광원이 상기 안과용 렌즈의 상기 전면을 지향하면 (i) 상기 후면 간섭 코팅 또는 (ii) 상기 전면 간섭 코팅은, 상기 기판으로부터 멀어지는 방향으로 적어도,
물리적 두께가 10 nm 내지 25 nm인 하나의 층;
물리적 두께가 20 nm 내지 35 nm인 하나의 층;
물리적 두께가 140 nm 내지 180 nm인 하나의 층;
물리적 두께가 90 nm 내지 120 nm인 하나의 층
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원이 상기 안과용 렌즈의 상기 전면을 지향하면 (i) 상기 후면 간섭 코팅 또는 (ii) 상기 전면 간섭 코팅의 물리적 두께는, 500 nm 이하이고, 바람직하게는 320 nm 이하이며, 통상적으로는 260 nm 내지 320 nm인 것을 특징으로 하는 광학 장치. - 제8항에 있어서,
굴절률이 1.6 내지 2.4인 상기 층들은 지르코니아(ZrO2)로 제조되고, 굴절률이 1.6 이하인 상기 층들은 이산화규소(SiO2)로 제조되는 것을 특징으로 하는 광학 장치. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안과용 렌즈는 교정 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학 장치. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 광학 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강 현실 장치.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 광학 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 현실 장치.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 광학 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 눈 추적 장치.
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