KR20210058636A - Optical device including achromatic phase doublet and method of driving the optical device with reduced chromatic aberration - Google Patents

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KR20210058636A
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Abstract

An optical device comprising achromatic phase doublet and a method of driving an optical device having reduced chromatic aberration are disclosed. The disclosed optical device comprises an electroactive lens having a layer of electroactive material. The electroactive lens is configured to apply a voltage to the electroactive material layer to form a doublet phase function comprising a kinoform phase function and a harmonic lens phase function.

Description

색지움 위상 더블릿을 포함하는 광학 장치 및 감소된 색수차를 갖는 광학 장치를 구동하는 방법 {Optical device including achromatic phase doublet and method of driving the optical device with reduced chromatic aberration}{Optical device including achromatic phase doublet and method of driving the optical device with reduced chromatic aberration}

본 개시는 광학계 분야에 관한 것이고, 더 상세하게는 가변 초점 거리를 갖는 색지움 광학계(achromatic optical system)에 관한 것이고, 특히, 증강 현실(augmented reality) 또는 가상 현실(virtual reality)(AR/VR) 시스템들, 조정 가능 초점 안경, 사진 및 비디오 카메라 렌즈들에서뿐만 아니라 연구 및 응용 목적들을 위한 다양한 광학 장치들에서 사용될 수 있다.The present disclosure relates to the field of optical systems, and more particularly, to an achromatic optical system having a variable focal length, and in particular, to an augmented reality or virtual reality (AR/VR) system. S, adjustable focus glasses, photographic and video camera lenses, as well as in a variety of optical devices for research and application purposes.

예컨대, 증강 현실 또는 가상 현실(AR/VR) 시스템들, 조정 가능 초점 안경, 사진 및 비디오 카메라 렌즈들과 같은 다양한 응용 분야들을 위한 현재 개발되는 광학계들에서, 뿐만 아니라 연구 및 응용 목적들을 위한 다양한 광학 장치들에서, 전기활성 회절 렌즈들, 특히 액정(liquid crystal)(LC) 렌즈들 또는 폴리머 젤 기반 렌즈들이 현재 사용된다. 이러한 렌즈들이 갖는 문제들 중 하나는, 렌즈 재료(액정들 또는 폴리머 젤) 굴절률의 분산뿐만 아니라 사용되고 있는 렌즈들의 회절 구조에서 유래하는 색수차(chromatic aberration)들이 있다는 것, 즉, 재료의 굴절률이 광 복사(optical radiation)의 파장에 의존한다는 것이다. 색수차는 상이한 복사 파장들에 대해 상이한 초점 거리들에 의해 야기되고 렌즈의 초점 거리에 의존하여 변화한다. 또한, 결상된 물체들의 가장자리들 주위의 블러링된 "무지개빛(iridescent)" 대역들로서 보일 수 있는 그리고 소프트웨어 수단에 의해 보정될 수 있는 "줌(zoom) 색수차"로도 알려진 측방향(횡단방향) 색수차들 및, 영상에서 광 스폿들 주위의 "무지개빛" 헤일로(halo)들로서 보일 수 있는 그리고 소프트웨어 수단에 의해 보정될 수 없는 "위치 색수차"로도 알려진 축방향 색수차들도 존재한다.Various optics for research and application purposes, as well as in currently developed optics for a variety of applications, such as, for example, augmented reality or virtual reality (AR/VR) systems, adjustable focus glasses, photographic and video camera lenses. In devices, electroactive diffractive lenses, in particular liquid crystal (LC) lenses or polymer gel based lenses are currently used. One of the problems with these lenses is the dispersion of the refractive index of the lens material (liquid crystals or polymer gel), as well as chromatic aberrations resulting from the diffractive structure of the lenses being used, i.e., the refractive index of the material is light radiation. It depends on the wavelength of (optical radiation). Chromatic aberration is caused by different focal lengths for different radiation wavelengths and varies depending on the focal length of the lens. Lateral (transverse) chromatic aberration, also known as "zoom chromatic aberration", which can be seen as blurred "iridescent" bands around the edges of imaged objects and can be corrected by software means. There are also axial chromatic aberrations, also known as "position chromatic aberration", which can be seen as "rainbow" halos around light spots in the image and cannot be corrected by software means.

영상 품질을 개선하기 위해, 영상에서의 색수차들, 특히, 축방향 색수차들(위치 색수차)을 제거(보상, 정정)하는 것이 유리할 것이다. 전술한 종류의 조정 가능 렌즈들에서, 초점 거리는 전극들에 인가된 전압의 영향 하에 전기활성 렌즈의 위상 함수(phase function)를 변경함으로써 조절된다. 이러한 렌즈들의 굴절력(optical power)은 매우 다양한 방법들에 의해 변경될 수 있지만, 그들 방법들은 색수차들을 보상하는 작업(task)에 참여하지 않는다.In order to improve the image quality, it would be advantageous to remove (compensate, correct) chromatic aberrations in the image, in particular, axial chromatic aberrations (position chromatic aberration). In adjustable lenses of the type described above, the focal length is adjusted by changing the phase function of the electroactive lens under the influence of the voltage applied to the electrodes. The optical power of these lenses can be changed by a wide variety of methods, but they do not participate in the task of compensating for chromatic aberrations.

또한, 전술한 유형의 조정 가능 렌즈들을 개선하기 위한 중요한 작업이 렌즈 응답 시간을 단축시키는 것, 렌즈 두께를 줄이는 것, 및 렌즈를 조절하는데 필요한 전극들 상의 전압을 줄이는 것을 포함한다.In addition, important tasks for improving the aforementioned types of adjustable lenses include shortening the lens response time, reducing the lens thickness, and reducing the voltage on the electrodes required to adjust the lens.

종래 기술에서, 응답 시간은 조정 가능 렌즈 두께를 감소시킨 것 및/또는 전극들 상의 전압을 증가시키는 것에 의해 일반적으로 단축된다.In the prior art, the response time is generally shortened by reducing the adjustable lens thickness and/or increasing the voltage on the electrodes.

참고문헌 US 8717681 B2(BAE Systems PLC, 2014년 5월 6일자 공고)는 형상(곡률 값)이 압전 액추에이터들을 사용하여 조절될 수 있는 변형 가능 멤브레인을 갖는, 두 개의 상이한 액체들을 포함하는 색지움 유체 광학계를 개시한다. 이 광학계에서 사용되는 두 개의 상이한 액체들은 상이한 분산 지수들을 갖는다. 이 해법의 단점들 중에서, 기계적 조정 수단을 사용할 필요성, 긴 응답 시간 및 높은 동작 전압을 언급할 수 있다.Reference US 8717681 B2 (BAE Systems PLC, announcement dated May 6, 2014) is an optical system containing two different liquids with a deformable membrane whose shape (curvature value) can be adjusted using piezoelectric actuators. Start. The two different liquids used in this optical system have different dispersion indices. Among the drawbacks of this solution, mention can be made of the need to use mechanical adjustment means, a long response time and a high operating voltage.

참고문헌 US 7352514 B2(Koninklijke Philips Electronics N.V., 2008년 4월 1일 공고)는, 계면이 메니스커스를 형성하며 형상이 인가된 전압에 의존하여 변경되는 상이한 두 개의 비혼합 액체들을 포함하는 그리고 두 개의 액체들 사이의 메니스커스 형성 계면 층은 제1 액체에 의한 습윤성을 갖는 전기습윤 효과에 기초한 색지움 렌즈 시스템을 개시한다. 이 해법의 단점들 중에서, 긴 응답 시간, 사용되고 있는 액체들의 관성 효과에 의해 제한되는 개구 크기뿐만 아니라 높은 동작 전압을 언급할 수 있다.Reference US 7352514 B2 (Koninklijke Philips Electronics NV, Announced April 1, 2008) describes and contains two different non-mixed liquids whose interface forms a meniscus and whose shape changes depending on the applied voltage. The meniscus-forming interfacial layer between the two liquids discloses a decolorization lens system based on the electrowetting effect having wettability by the first liquid. Among the shortcomings of this solution, mention may be made of the high operating voltage as well as the long response time, the aperture size limited by the inertial effect of the liquids being used.

참고문헌 CN 108845382 A(Hangzhou Dianzi University, 2018년 11월 20일)는 렌즈들의 서로에 대한 측방향 시프트에 의존하여 특정한 범위의 초점 거리들을 제공하며, 여기서 두 렌즈들의 회절 표면들이 색수차들을 감소시키는 고조파 알바레즈(Alvarez) 회절 렌즈를 사용하는 것을 개시한다. 이 해법의 단점들 중에서, 기계적 조정 및 큰 광학계 치수들을 위한 필요성을 언급할 수 있다.Reference CN 108845382 A (Hangzhou Dianzi University, November 20, 2018) provides a specific range of focal lengths relying on the lateral shift of the lenses to each other, where the diffractive surfaces of the two lenses are harmonics that reduce chromatic aberrations. The use of an Alvarez diffractive lens is disclosed. Among the drawbacks of this solution, one can mention the need for mechanical adjustment and large optical system dimensions.

참고문헌 A. Marquez 등의 2006년 2월 1일자에 공개된 액정 디스플레이 상에 기입된 색지움 회절 렌즈, doi.org/10.1364/OL.31.000392는, 액정 디스플레이(liquid crystal display)(LCD)에서 각각의 파장에 대한 위상 함수들을 다중화함으로써 색수차들을 줄이는 것을 제안한다. 이 해법의 단점들 중에서, 결과적인 영상의 불충분한 품질을 언급할 수 있다.References A. Marquez et al., a color erase diffraction lens written on a liquid crystal display published on February 1, 2006, doi.org/10.1364/OL.31.000392, is used in a liquid crystal display (LCD). It is proposed to reduce chromatic aberrations by multiplexing the phase functions for the wavelength. Among the shortcomings of this solution, one can mention the insufficient quality of the resulting image.

참고문헌 US 9164206 B2(애리조나 대학교, 2015년 10월 20일자 공개됨)에서 회절 렌즈와 굴절 렌즈를 포함하는 색지움 가변 초점 렌즈들의 시스템을 위한 해법이 공지되어 있다. 이 종래 기술 해법에서, 색수차들은 유체 렌즈와 액정 렌즈인 회절 렌즈를 결합함으로써 감소된다. 이 종래 기술 해법의 단점들 중에서, 유체 렌즈의 기계적 조정의 필요성, 긴 응답 시간, 액체의 관성 영향들에 의해 제한되는 개구, 뿐만 아니라 전극들 상의 높은 동작 전압을 언급할 수 있다. 이 종래 기술 해법은 청구된 본 개시의 가장 가까운 유사물(프로토타입)로서 간주될 수 있다.In reference US 9164206 B2 (University of Arizona, published Oct. 20, 2015) a solution is known for a system of chromatic varifocal lenses including diffractive and refractive lenses. In this prior art solution, chromatic aberrations are reduced by combining a fluid lens and a diffractive lens that is a liquid crystal lens. Among the drawbacks of this prior art solution, mention may be made of the need for mechanical adjustment of the fluid lens, a long response time, an aperture limited by the inertial effects of the liquid, as well as a high operating voltage on the electrodes. This prior art solution can be considered as the closest analog (prototype) of the claimed disclosure.

색지움 위상 더블릿을 포함하는 광학 장치 및 감소된 색수차를 갖는 광학 장치를 제공하는 방법이 제공된다.An optical device comprising a color erase phase doublet and a method of providing an optical device with reduced chromatic aberration are provided.

또한, 가변 초점을 갖는 색지움 렌즈가 제공된다.In addition, a color eraser lens having a variable focus is provided.

청구된 본 개시의 다양한 양태들 및 실시예들을 개시하는 이 부분은 청구된 요지들 및 그것들의 실시예들의 간략한 개관을 제공하도록 의도된다. 청구된 본 개시들의 특징들의 조합들을 구현하는 기술적 수단 및 방법들의 상세한 특징들이 이하에서 제공된다. 본 개시의 이 요약이나 첨부 도면들과 함께 아래에서 제공되는 상세한 설명 중 어느 것도 청구된 본 개시의 범위를 정의하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 청구된 본 개시의 법적 보호의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정의된다.This portion of disclosing various aspects and embodiments of the claimed disclosure is intended to provide a brief overview of the claimed subject matter and embodiments thereof. Detailed features of technical means and methods for implementing combinations of features of the claimed disclosures are provided below. Neither this summary of the disclosure nor the detailed description provided below in conjunction with the accompanying drawings should be considered as defining the scope of the claimed disclosure. The scope of the legal protection of the claimed disclosure is defined only by the appended claims.

종래 기술의 위에서 언급된 단점들을 고려하여, 본 개시의 목적은 사용될 때, 광학계에서 색수차들을 감소시키는 것을 포함하는 기술적 결과를 달성하는 전기활성 렌즈를 사용하는 광학계 및 방법을 제공하는 것이다. 또한, 전기활성 렌즈의 더 짧은 응답 시간과 그것의 더 작은 두께가 달성되고, 적절한 응답 시간을 위해 전기활성 렌즈에 인가될 전압은 감소된다.In view of the above mentioned drawbacks of the prior art, it is an object of the present disclosure to provide an optical system and method using an electroactive lens that, when used, achieves technical results including reducing chromatic aberrations in the optical system. Further, a shorter response time of the electroactive lens and a smaller thickness thereof are achieved, and the voltage to be applied to the electroactive lens is reduced for a suitable response time.

전술한 목적을 달성하기 위해, 하나의 양태에 따르면, 광학 장치는 전기활성 재료층을 구비하는 전기활성 렌즈를 포함하며, 상기 전기활성 렌즈는 상기 전기활성 재료층에 전압을 인가하여 키노폼 위상 함수와 고조파 렌즈 위상 함수로 이루어진 더블릿 위상 함수를 형성하도록 구성된다.In order to achieve the above object, according to one aspect, the optical device includes an electroactive lens having an electroactive material layer, wherein the electroactive lens applies a voltage to the electroactive material layer to provide a keynoform phase function. And a harmonic lens phase function to form a doublet phase function.

상기 조조파 렌즈 위상 함수는 상기 키노폼 위상 함수의 정수배일 수 있다.The harmonic lens phase function may be an integer multiple of the kinoform phase function.

상기 키노폼 위상 함수는 최대 위상이 2π 라디안인 위상 함수이며 상기 고조파 렌즈 위상 함수는 최대 위상이 2πN (N은 2 이상의 정수)인 위상 함수이고, 상기 더블릿 위상 함수는 상기 키노폼 위상 함수와 상기 고조파 렌즈 위상 함수의 결합에 의해 형성되며 최대 위상이 2π+2πN인 위상 함수일 수 있다.The kinoform phase function is a phase function having a maximum phase of 2π radians, the harmonic lens phase function is a phase function having a maximum phase of 2πN (N is an integer greater than or equal to 2), and the doublet phase function is the kinoform phase function and the It is formed by a combination of harmonic lens phase functions and may be a phase function having a maximum phase of 2π+2πN.

예를 들어, N은 2 내지 내림된(rounded downward) (ktΔn/2π - 1)의 정수이며 k는 파수, t는 렌즈 두께, Δn은 광학적 이방성이다.For example, N is an integer from 2 to rounded downward (ktΔn/2π-1), k is the wavenumber, t is the lens thickness, and Δn is optical anisotropy.

상기 전기활성 렌즈는 조정 가능 전기활성 렌즈이며, 상기 전기활성 렌즈는 상기 전기활성 렌즈의 상기 전기활성 재료층에 인가된 전압을 변경함으로써 초점 거리를 조정하도록 구성될 수 있다.The electroactive lens is an adjustable electroactive lens, and the electroactive lens may be configured to adjust a focal length by changing a voltage applied to the electroactive material layer of the electroactive lens.

일 예에서, 상기 전기활성 렌즈는 액정(LC) 렌즈일 수 있다.In one example, the electroactive lens may be a liquid crystal (LC) lens.

다른 예에서, 상기 전기활성 렌즈는 폴리머 젤 기반 렌즈일 수 있다.In another example, the electroactive lens may be a polymer gel-based lens.

상기 전기활성 재료층은 광의 전파 경로를 따라 적층된 복수의 독립적인 셀을 포함하며, 예를 들어, 각각의 셀은 2π의 위상 함수 진폭을 가질 수 있다.The electroactive material layer includes a plurality of independent cells stacked along a propagation path of light, for example, each cell may have a phase function amplitude of 2π.

상기 전기활성 렌즈는 상기 키노폼 위상 함수를 재현하는 제 1 전기활성 렌즈 및 상기 고조파 렌즈 위상 함수를 재현하는 제 2 전기활성 렌즈를 포함하며, 상기 제 1 전기활성 렌즈와 제 2 전기활성 렌즈는 광의 경로를 따라 간격 없이 배열될 수 있다.The electroactive lens includes a first electroactive lens that reproduces the kinoform phase function and a second electroactive lens that reproduces the harmonic lens phase function, and the first electroactive lens and the second electroactive lens have a broad meaning. It can be arranged without gaps along the path.

상기 광학 장치는 정적 렌즈를 더 포함하며, 상기 전기활성 렌즈는 상기 키노폼 위상 함수와 상기 고조파 렌즈 위상 함수 중에서 어느 하나를 재현하도록 구성되고, 상기 정적 렌즈는 상기 키노폼 위상 함수와 상기 고조파 렌즈 위상 함수 중에서 다른 하나를 재현하도록 구성될 수 있다.The optical device further includes a static lens, the electroactive lens is configured to reproduce any one of the kinoform phase function and the harmonic lens phase function, and the static lens is the kinoform phase function and the harmonic lens phase. It can be configured to reproduce the other one of the functions.

또한 상기 광학 장치는 추가적인 굴절력 시프트를 제공하는 정적 렌즈를 더 포함할 수 있다.In addition, the optical device may further include a static lens that provides an additional refractive power shift.

다른 양태에서, 본 개시에 따른 증강 현실 시스템은 도파로; 상기 도파로의 제 1 표면의 일측 가장자리에 마주하여 배치된 디스플레이; 상기 도파로의 제 1 표면과 상기 디스플레이 사이에 배치된 제 1 색지움 위상 더블릿; 상기 도파로의 제 1 표면의 반대편인 제 2 표면의 타측 가장자리에 배치된 제 2 색지움 위상 더블릿; 및 상기 도파로를 사이에 두고 상기 제 2 색지움 위상 더블릿과 마주하여 배치된 제 3 색지움 위상 더블릿;을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 내지 제 2 색지움 위상 더블릿은 상술한 구성을 갖는 광학 장치일 수 있다.In another aspect, an augmented reality system according to the present disclosure includes a waveguide; A display disposed to face an edge of a first surface of the waveguide; A first color erase phase doublet disposed between the display and the first surface of the waveguide; A second color erase phase doublet disposed on the other edge of the second surface opposite the first surface of the waveguide; And a third color erase phase doublet disposed to face the second color erase phase doublet with the waveguide interposed therebetween. Here, the first to second color erase phase doublets may be optical devices having the above-described configuration.

다른 양태에서, 본 개시는, 감소된 색수차들을 갖는 전기활성 렌즈를 제공하는 방법을 위한 것인데, 그 방법은, 키노폼의 굴절력을 획득하는 단계; 고조파 렌즈의 굴절력을 획득하는 단계; 최대 위상이 2πN 라디안이며 N이 1보다 큰 정수인 고조파 렌즈 위상 함수를 획득하는 단계; 최대 위상이 2π 라디안인 키노폼 위상 함수를 획득하는 단계; 더블릿 위상 함수를 획득하기 위해 고조파 렌즈 위상 함수와 키노폼 위상 함수를 결합하는 단계; 및 상기 더블릿 위상 함수를 구현하기 위해 전기활성 렌즈의 전기활성 재료에 전압을 인가하는 단계를 포함한다.In another aspect, the present disclosure is directed to a method of providing an electroactive lens having reduced chromatic aberrations, the method comprising: acquiring a refractive power of a kenoform; Acquiring refractive power of the harmonic lens; Obtaining a harmonic lens phase function whose maximum phase is 2πN radians and N is an integer greater than 1; Obtaining a kinoform phase function whose maximum phase is 2π radians; Combining the harmonic lens phase function and the kinoform phase function to obtain a doublet phase function; And applying a voltage to the electroactive material of the electroactive lens to implement the doublet phase function.

또 다른 양태에서, 본 개시는 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세서로 하여금 위에서 언급된 양태의 방법을 수행하게 하는 명령들을 저장하는 컴퓨터 판독가능 매체를 위한 것이다.In yet another aspect, the present disclosure is directed to a computer-readable medium storing instructions that, when executed by a processor, cause a processor to perform the method of the above-mentioned aspect.

다른 양태들에서, 본 개시는 또한, 상기 광학 장치를 포함하는 광학계, 뿐만 아니라 하나 이상의 전기활성 렌즈들, 영상 형성 방법들 및 광학 장치들, 컴퓨터 프로그램들 및 프로그램 제품들, 컴퓨터 판독가능 매체를 위한 것일 수 있다.In other aspects, the present disclosure also provides for an optical system comprising the optical device, as well as one or more electroactive lenses, image forming methods and optical devices, computer programs and program products, computer-readable media. Can be.

개시된 실시예들에 따르면, 전기활성 렌즈들을 이용하여 색수차가 없는 가변 초점 렌즈를 제공할 수 있다. 또한, 개시된 실시예들에 따르면, 가변 초점 렌즈의 응답 시간, 두께, 및 인가 전압을 줄일 수 있다.According to the disclosed embodiments, it is possible to provide a variable focus lens without chromatic aberration using electroactive lenses. In addition, according to the disclosed embodiments, it is possible to reduce the response time, thickness, and applied voltage of the variable focus lens.

도 1은 키노폼 위상 함수의 그래프를 도시한다.
도 2는 고조파 렌즈 위상 함수의 그래프를 도시한다.
도 3은 실시예에 따른 색지움 위상 더블릿 위상 함수의 그래프를 도시한다.
도 4는 전기활성 재료의 전압-위상 특성들의 그래프를 도시한다.
도 5는 실시예에 따른 색지움 위상 더블릿을 위한 개구를 따르는 전압 분포의 그래프를 도시한다.
도 6은 실시예에 따른 조정 가능 전기활성 렌즈에서 달성되는 최소 색수차를 예시하는 굴절력(색수차)의 잔여 변조(residual modulation)의 그래프를 도시한다.
도 7은 조정 가능 전기활성 렌즈가 조정 가능 광학적 셀들의 적층으로서 구현되는 실시예에 따른 색지움 위상 더블릿 위상 함수의 그래프를 도시한다.
도 8은 도 7에 도시된 색지움 위상 더블릿 위상 함수를 구현하기 위한 조정 가능 광학적 셀들의 적층 구조를 예시한다.
도 9는 광학 유리를 사용하여 정적 렌즈를 구현하기 위한 키노폼 위상 함수, 고조파 렌즈 위상 함수, 및 색지움 위상 더블릿 위상 함수의 그래프를 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 색지움 위상 더블릿의 구조를 개략적으로 예시한다.
도 11은 다른 실시예에 따른 색지움 위상 더블릿의 구조를 개략적으로 예시한다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 색지움 위상 더블릿를 포함하는 광학계의 구조를 개략적으로 예시한다.
도 13은 실시예에 따른 조정 가능 전기활성 렌즈의 구조를 개략적으로 예시한다.
도 14는 실시예에 따른 조정 가능 전기활성 렌즈들을 포함하는 증강 현실(AR) 시스템을 개략적으로 예시한다.
1 shows a graph of the kinoform phase function.
2 shows a graph of the harmonic lens phase function.
3 is a graph of a color erase phase doublet phase function according to an embodiment.
4 shows a graph of voltage-phase properties of an electroactive material.
5 shows a graph of the voltage distribution along the aperture for a color erase phase doublet according to an embodiment.
6 shows a graph of residual modulation of refractive power (chromatic aberration) illustrating the minimum chromatic aberration achieved in an adjustable electroactive lens according to an embodiment.
7 shows a graph of a color erase phase doublet phase function according to an embodiment in which an adjustable electroactive lens is implemented as a stack of adjustable optical cells.
FIG. 8 illustrates a stacked structure of adjustable optical cells for implementing the color erase phase doublet phase function shown in FIG. 7.
9 shows graphs of a kinoform phase function, a harmonic lens phase function, and a color erase phase doublet phase function for implementing a static lens using an optical glass.
10 schematically illustrates the structure of a color erase phase doublet according to an embodiment.
11 schematically illustrates a structure of a color erase phase doublet according to another embodiment.
12 schematically illustrates a structure of an optical system including a color erase phase doublet according to another embodiment.
13 schematically illustrates the structure of an adjustable electroactive lens according to an embodiment.
14 schematically illustrates an augmented reality (AR) system comprising adjustable electroactive lenses according to an embodiment.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 색지움 위상 더블릿을 포함하는 광학 장치 및 감소된 색수차를 갖는 광학 장치를 구동하는 방법에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.Hereinafter, an optical device including a color erase phase doublet and a method of driving an optical device having reduced chromatic aberration will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, the embodiments described below are merely exemplary, and various modifications are possible from these embodiments.

이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 다수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Hereinafter, what is described as "top" or "top" may include not only those directly above by contact, but also those that are above non-contact. Singular expressions include multiple expressions unless the context clearly indicates otherwise. In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

"상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 다수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 이러한 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있으며, 반드시 기재된 순서에 한정되는 것은 아니다. The use of the term "above" and similar designating terms may correspond to both the singular and the plural. Unless explicitly stated or contradictory to the steps constituting the method, these steps may be performed in an appropriate order, and are not necessarily limited to the stated order.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as "... unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. .

도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.Connections or connecting members of lines between components shown in the drawings are illustrative representations of functional connections and/or physical or circuit connections, and in an actual device, various functional connections, physical connections, alternative or additional, Or it can be represented as circuit connections.

모든 예들 또는 예시적인 용어의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 이런 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.The use of all examples or illustrative terms is merely for describing technical concepts in detail, and the scope is not limited by these examples or illustrative terms unless limited by the claims.

영상 품질을 개선하기 위해, 영상에서의 색수차들, 특히, 축방향 색수차들(위치 색수차)을 제거(보상, 정정)하는 것이 유리할 것이다.In order to improve the image quality, it would be advantageous to remove (compensate, correct) chromatic aberrations in the image, in particular, axial chromatic aberrations (position chromatic aberration).

또한, 위에서 언급된 유형의 조정 가능 렌즈들을 개선하기 위한 중요한 작업이 렌즈의 응답 시간을 단축시키고, 렌즈의 두께를 감소시키고, 렌즈를 조절하기 위해 전극들에서 필요한 전압을 감소시키는 것이다.In addition, an important task to improve the above mentioned types of adjustable lenses is to shorten the response time of the lens, reduce the thickness of the lens, and reduce the voltage required at the electrodes to adjust the lens.

전기활성 렌즈의 응답 시간은 그 렌즈의 두께의 제곱에 비례하는 것으로 알려져 있다. 조정 가능 전기활성 렌즈의 경우, 특히 액정 (LC) 렌즈의 경우, 응답 시간은 다음의 수학식 1에 따라 계산되며:It is known that the response time of an electroactive lens is proportional to the square of the thickness of the lens. For adjustable electroactive lenses, especially liquid crystal (LC) lenses, the response time is calculated according to the following equation:

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서 LC 렌즈를 특징짓는 주요 파라미터들은 액정 렌즈 두께인 t와, 인가된 전압인 Von이다.Here, the main parameters that characterize the LC lens are the liquid crystal lens thickness t and the applied voltage V on .

제거된(보상된) 색수차를 갖는 조정 가능 전기활성 렌즈의 다양한 응용분야들의 경우, 특히 렌즈가 증강 현실(AR) 시스템들에서 사용될 때, 다음의 효과를 달성하는 것이 유리할 것이다:For various applications of an adjustable electroactive lens with eliminated (compensated) chromatic aberration, it would be advantageous to achieve the following effect, especially when the lens is used in augmented reality (AR) systems:

- 더 짧은 응답 시간(τΣ),-Shorter response time (τ Σ ),

- 더 작은 렌즈 두께(t), 및-Smaller lens thickness (t), and

- 더 낮은 인가 전압(Von).-Lower applied voltage (V on ).

전술한 목적을 달성하기 위해, 두 개의 렌즈들, 즉 키노폼 및 고조파 렌즈의 위상 함수들로 이루어진 "더블릿(doublet)"이 제안된다. 키노폼 및 고조파 렌즈의 위상 함수들은 재료 두께를 감소시키는 것을 가능하게 하는 2π(또는 2πN) 레벨의 위상 변조(phase modulation)를 갖는다는 점에서 전통적 렌즈의 위상 함수와는 상이하다.In order to achieve the above object, a "doublet" consisting of phase functions of two lenses, namely a kinoform and a harmonic lens, is proposed. The phase functions of the kenoform and harmonic lenses differ from the phase functions of traditional lenses in that they have a 2π (or 2πN) level of phase modulation that makes it possible to reduce the material thickness.

본 개시는 두 개의 위상 함수들의 "더블릿"을, 예컨대, 조정 가능 액정(LC) 렌즈 또는 조정 가능 폴리머 젤 기반 렌즈의 형태를 가질 수 있는 하나의 조정 가능 전기활성 렌즈에 구현한다. 전술한 렌즈 유형들은 예로서만 언급되고, 다른 종류들의 재료 및 기계적 수단이 본 개시를 구현하기에 적합한 관련 기술분야에서의 통상의 기술자에게 명확하게 될 수 있다는 것에 주의해야 한다. 하나의 조정 가능 전기활성 렌즈만을 사용하면 광학계 조정을 위한 기계적 수단에 대한 필요성을 제거하며, 필요한 동작 전압을 줄이고, 색수차들을 줄이는 작업을 해결하면서도 조정 가능 전기활성 렌즈의 응답 시간을 줄인다. 본 개시의 하나의 예시적인 실시예에서, 약 0.3 mm의 조정 가능 전기활성 렌즈 두께가 달성될 수 있다.The present disclosure implements a "doublet" of two phase functions in one adjustable electroactive lens, which may take the form of, for example, an adjustable liquid crystal (LC) lens or an adjustable polymer gel based lens. It should be noted that the foregoing lens types are mentioned only by way of example, and that other kinds of materials and mechanical means may become apparent to those skilled in the art suitable for implementing the present disclosure. Using only one adjustable electroactive lens eliminates the need for mechanical means for optical system adjustment, reduces the required operating voltage, and reduces the response time of the adjustable electroactive lens while solving the task of reducing chromatic aberrations. In one exemplary embodiment of the present disclosure, an adjustable electroactive lens thickness of about 0.3 mm can be achieved.

청구된 본 개시에 따라 위상 함수들의 상기 "더블릿"을 제공하는 방법이 이제 설명될 것이다. 본 개시에 따르면, 조정 가능 전기활성 렌즈는 두 개의 렌즈들, 즉 키노폼 및 고조파 렌즈를 위한 특성을 갖는 위상 함수들을 획득하고 결합함으로써 "색지움 위상 더블릿"을 제공한다. 한편, 키노폼의 굴절력과 고조파 렌즈의 굴절력 사이의 균형이 달성되며, 이는 색수차들을 제거(보상)하거나 또는 적어도 감소시키는 것을 가능하게 한다.A method of providing the "doublet" of phase functions in accordance with the claimed present disclosure will now be described. According to the present disclosure, a tunable electroactive lens provides a "suppressed phase doublet" by acquiring and combining phase functions with characteristics for two lenses, ie a kinoform and a harmonic lens. On the other hand, a balance between the refraction power of the kinoform and the refraction power of the harmonic lens is achieved, which makes it possible to eliminate (compensate) or at least reduce the chromatic aberrations.

본 개시의 방법에 따라서, 위상 함수들이 상기 "더블릿"을 구성하는 키노폼 및 고조파 렌즈의 굴절력들이 본 개시에 따른 조정 가능 전기활성 렌즈에 의해 구현되는 위상 함수 "더블릿"에 대해 획득된다. 여기서 본 개시는 액정(LC) 렌즈 형태인 조정 가능 전기활성 렌즈의 일 예에 대해 논의될 것이지만, 본 개시는 LC 렌즈의 사용으로 제한되지 않고, 대체예로서, 조정 가능 전기활성 렌즈가, 예컨대, 폴리머 젤 기반 렌즈 형태일 수 있다는 것이 이해되어야 한다.According to the method of the present disclosure, the phase functions are obtained for the phase function "doublet" implemented by the adjustable electroactive lens according to the present disclosure, wherein the refraction powers of the kinoform and harmonic lens constituting the "doublet" are obtained. Here, the present disclosure will be discussed with respect to an example of a tunable electroactive lens in the form of a liquid crystal (LC) lens, but the present disclosure is not limited to the use of an LC lens, as an alternative, a tunable electroactive lens, for example, It should be understood that it may be in the form of a polymer gel based lens.

두 개의 렌즈들로 구성되는 렌즈 시스템의 최대 굴절력은 이들 두 개의 렌즈들의 굴절력들을 합산함으로써 획득된다. 키노폼 및 고조파 렌즈를 포함하는 예시적인 광학계의 경우, 최대 굴절력은 다음의 수학식 2를 사용하여 계산될 수 있으며:The maximum refractive power of a lens system composed of two lenses is obtained by summing the refractive powers of these two lenses. For an exemplary optical system including a kenoform and a harmonic lens, the maximum refractive power can be calculated using Equation 2 below:

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서 D0는 최대 굴절력, Dk는 키노폼의 굴절력, 그리고 Dh는 고조파 렌즈의 굴절력이다.Here, D 0 is the maximum refractive power, D k is the refractive power of the kinoform, and D h is the refractive power of the harmonic lens.

이때, 렌즈들의 이러한 "시스템"에 대한 색지움(achromaticity)의 조건(색수차들의 부재)은 다음과 같을 것이며:At this time, the condition of achromaticity (the absence of chromatic aberrations) for this "system" of the lenses would be:

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서 Vk는 키노폼에 대한 아베 수(Abbe number)이고, Vh는 고조파 렌즈에 대한 아베 수이다.Where V k is the Abbe number for the kinoform and V h is the Abbe number for the harmonic lens.

위에서 제공된 두 개의 수학식들로 이루어지는 연립 방정식을 풀면, 키노폼에 대한 굴절력은 다음과 같이 계산될 수 있다:Solving the system of equations consisting of the two equations provided above, the power of refraction for the kenoform can be calculated as follows:

Figure pat00004
Figure pat00004

고조파 렌즈에 대한 굴절력은 다음과 같이 계산된다:The power of refraction for a harmonic lens is calculated as follows:

Figure pat00005
Figure pat00005

액정(LC) 재료 E7이 조정 가능 전기활성 렌즈를 위한 재료로서 간주되는 경우, 4 디옵터(dpt)의 최대 굴절력(D0)이 주어지면, 키노폼 및 고조파 렌즈에 대한 굴절력들인 Dk 및 Dh는 각각 1.3 dpt 및 2.7 dpt가 될 것이다. 이들 값들은 청구된 본 개시를 설명하기 위한 전형적인 예로서만 사용되고, 본 개시의 범위를 특정 값들로 제한하기 위해 의도된 경우에 해당하지 않는다는 것에 주의해야 한다.If the liquid crystal (LC) material E7 is considered as a material for a tunable electroactive lens, given a maximum power (D 0 ) of 4 diopters (dpt), the powers D k and D h for the kenoform and harmonic lenses Will be 1.3 dpt and 2.7 dpt, respectively. It should be noted that these values are used only as a typical example for describing the claimed disclosure, and are not intended to limit the scope of the disclosure to specific values.

청구된 본 개시를 구현하기 위해 새로운 조정 가능 전기활성 렌즈가 필요한 경우에, 위의 계산된 특성들을 갖는 광학계를 구현하기에 적합한 렌즈의 두께가 도출될 것이다. 본 개시는 기존 렌즈의 두께, 전기활성 재료의 특성들 등에 의존하여 필요한 전압 값을 인가함으로써 적절히 조절될 기존 조정 가능 전기활성 렌즈를 사용하여 또한 구현될 수 있다는 것에 주의해야 한다.In case a new adjustable electroactive lens is needed to implement the claimed disclosure, a thickness of the lens suitable for implementing an optical system having the above calculated properties will be derived. It should be noted that the present disclosure can also be implemented using an existing adjustable electroactive lens that will be appropriately adjusted by applying a required voltage value depending on the thickness of the existing lens, properties of the electroactive material, and the like.

조정 가능 전기활성 렌즈의 짧은 응답 시간, 즉, 굴절력의 빠른 조정은 렌즈 두께를 줄이며 그리고/또는 인가된 전압을 증가시킴으로써 달성될 수 있다는 것에 주의해야 한다. 조정 가능 전기활성 렌즈를 비제한의 구체적인 예로서 취하고 증강 현실(AR) 시스템들의 분야에서 사용하면, 0.9 초의 응답 시간(τΣ)과 10 볼트(V)의 인가된 전압 값(V)이 렌즈 두께를 계산하기 위한 입력 파라미터들로서 사용될 수 있다. 렌즈의 전기활성 재료의 일 예로서, 다음의 특성들을 갖는 재료 Е7를 취할 수 있다:It should be noted that the short response time of the adjustable electroactive lens, i.e., fast adjustment of the refractive power, can be achieved by reducing the lens thickness and/or increasing the applied voltage. Taking an adjustable electroactive lens as a specific, non-limiting example and used in the field of augmented reality (AR) systems, a response time of 0.9 seconds (τ Σ ) and an applied voltage value (V) of 10 volts (V) is the lens thickness Can be used as input parameters to calculate. As an example of an electroactive material of a lens, it is possible to take a material Е7 having the following properties:

γ1 = 186 MPaㆍsec - 액정들의 회전 점도γ 1 = 186 MPa·sec-rotational viscosity of liquid crystals

K33 = 18ㆍ10-12 N - 프랭크(Frank) 탄성 계수K 33 = 18·10 -12 N-Frank's modulus of elasticity

ε0 = 8.85ㆍ10-12 F/m - 절대 유전율(electric constant)ε 0 = 8.85ㆍ10 -12 F/m-absolute dielectric constant

Δε = 13.8 - 액정들의 유전율 이방성Δε = 13.8-dielectric anisotropy of liquid crystals

문턱 전압(Vth)은 다음의 식에 따라 계산된다:The threshold voltage (V th ) is calculated according to the following equation:

Figure pat00006
Figure pat00006

위에서 제공된 특성들에 기초하여, 문턱 전압은 1.2 V이다.Based on the characteristics provided above, the threshold voltage is 1.2 V.

조정 가능 액정 렌즈의 필수 두께를 계산할 목적으로, 다음과 같이 응답 시간은 이완 시간(relaxation time)과 액정들 재정렬 시간으로 이루어지며:For the purpose of calculating the required thickness of the adjustable liquid crystal lens, the response time consists of the relaxation time and the liquid crystals realignment time as follows:

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서 τon은 액정들 재정렬 시간이고, τoff는 이완 시간이다.Where τ on is the liquid crystals realignment time and τ off is the relaxation time.

액정들 재정렬 시간은 다음의 식에 따라 계산된다:The liquid crystals realignment time is calculated according to the following equation:

Figure pat00008
Figure pat00008

이완 시간은 다음과 같이 계산된다:The relaxation time is calculated as follows:

Figure pat00009
Figure pat00009

따라서, 응답 시간은 다음이 된다:Thus, the response time becomes:

Figure pat00010
Figure pat00010

렌즈 두께(t)는 다음의 식에 따라 계산된다:The lens thickness (t) is calculated according to the following equation:

Figure pat00011
Figure pat00011

제한되지 않는 예로서 사용되는 위에서 언급된 파라미터들의 경우, 렌즈 두께(t)는 31 μm이다.For the parameters mentioned above used as a non-limiting example, the lens thickness t is 31 μm.

키노폼 위상 함수 및 고조파 렌즈 위상 함수는 각각 위에서 계산된 바와 같은 키노폼 및 고조파 렌즈의 굴절력 값들에 대해 획득된다. 키노폼 위상 함수는 도 1에 도시되고, 고조파 렌즈 위상 함수는 도 2에 도시된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 고조파 렌즈 위상 함수는 키노폼 위상 함수의 정수배인 형태를 가질 수 있다.The kinoform phase function and the harmonic lens phase function are obtained for the refraction power values of the kinoform and harmonic lens, respectively, as calculated above. The kinoform phase function is shown in FIG. 1 and the harmonic lens phase function is shown in FIG. 2. 1 and 2, the harmonic lens phase function may have a form that is an integer multiple of the kinoform phase function.

고조파 렌즈 위상 함수는 렌즈의 굴절력의 빠른 조정, 즉, 조정 가능 전기활성 렌즈의 짧은 응답 시간을 제공하는 것을 조건으로 계산된 또는 알려진 렌즈 두께로부터 시작하여 획득된다. 고조파 렌즈 위상 함수의 최대 위상은 2πN 라디안이며, 여기서 N은 2 이상의 정수(N=2, 3, ...)이다.The harmonic lens phase function is obtained starting from a calculated or known lens thickness, subject to a quick adjustment of the refractive power of the lens, i.e. providing a short response time of an adjustable electroactive lens. The maximum phase of the harmonic lens phase function is 2πN radians, where N is an integer greater than or equal to 2 (N=2, 3, ...).

고조파 렌즈 위상 함수는 다음의 식에 따라 계산된다:The harmonic lens phase function is calculated according to the following equation:

Figure pat00012
Figure pat00012

위에서 계산된 바와 같은 31 μm의 두께(t)를 2π+2πN의 최대 위상을 갖는 더블릿 위상 함수에 적용하고, 위에서 계산된 바와 같은 2.7 dpt의 Dh 값을 고려함으로써, 다음의 수학식 13이 획득될 수 있으며:By applying the thickness (t) of 31 μm as calculated above to a doublet phase function having a maximum phase of 2π+2πN, and considering the Dh value of 2.7 dpt as calculated above, the following equation (13) is obtained. Can be:

Figure pat00013
Figure pat00013

여기서 Δn은 제한되지 않는 예로서 0.21로서 취해질 수 있는 액정들의 광학적 이방성(굴절률 이방성)이고, λ는 제한되지 않는 예로서 0.588 μm로서 취해질 수 있는 기본 파장이다.Here, Δn is the optical anisotropy (refractive index anisotropy) of liquid crystals, which can be taken as 0.21 as a non-limiting example, and λ is a fundamental wavelength that can be taken as 0.588 μm as a non-limiting example.

전술한 바에 기초하여, 고조파 렌즈 위상 함수에 대한 N의 값은 다음의 수학식 14에 따라 계산될 수 있다:Based on the foregoing, the value of N for the harmonic lens phase function can be calculated according to Equation 14 below:

Figure pat00014
Figure pat00014

다르게 표현하면, 고조파 렌즈 위상 함수에 대한 N은 (ktΔn/2π - 1)의 내림된(rounded downward) 정수이다. 여기서, k는 파수(2π/λ)이다. 위에서 언급된 파라미터들을 고려하면, N은 10과 동일할 것이며, 즉, 2πN = 20π일 것이다(도 2 참조). 위에서 언급된 파라미터들은 제한되지 않는 예로서만 언급되고 특정 값들에 의해 청구된 본 개시의 범위를 제한하려고 의도되지 않는다는 것에 주의해야 한다. 파라미터들은 선택된 전기활성 재료의 유형 및 특성들, 조정 가능 전기활성 렌즈의 두께, 조정 가능 전기활성 렌즈의 필요한 최대 굴절력 등에 따라 변화할 수 있다.In other words, N for the harmonic lens phase function is a rounded downward integer of (ktΔn/2π-1). Here, k is the wave number (2π/λ). Considering the parameters mentioned above, N will be equal to 10, that is, 2πN = 20π (see Fig. 2). It should be noted that the parameters mentioned above are mentioned as non-limiting examples only and are not intended to limit the scope of the present disclosure claimed by specific values. The parameters may vary depending on the type and properties of the electroactive material selected, the thickness of the tunable electroactive lens, the maximum required refractive power of the tunable electroactive lens, and the like.

키노폼 위상 함수(최대 위상 2π 라디안)는 렌즈의 굴절력의 신속한 조정을 제공하기 위해 또한 의도된다.The kinoform phase function (maximum phase 2π radians) is also intended to provide a quick adjustment of the refractive power of the lens.

키노폼 위상 함수는 다음의 수학식 15에 따라 계산된다:The kinoform phase function is calculated according to Equation 15 below:

Figure pat00015
Figure pat00015

그리고 획득된 키노폼 위상 함수와 고조파 렌즈 위상 함수는 결합되어, "더블릿" 위상 함수가 된다. 위상 함수들을 결합하면, 고조파 렌즈 및 키노폼에 대한 위상 값들의 합(이는 고려되는 비제한적 예에서 2π+20π=22π 라디안과 동일함)과 동일한 위상 값을 가지는, 고조파 렌즈 및 키노폼의 굴절력들의 합(이는 고려되는 비제한적 예에서 1.3 dpt+2.7 dpt=4 dpt와 동일함)과 동일한 최대 굴절력을 갖는 "더블릿" 위상 함수가 제공된다. 고조파 렌즈 위상 함수와 키노폼 위상 함수를 결합하면, 키노폼의 회절 분산으로, 고조파 렌즈에 대한 특성인 재료 분산을 제거하는 것이 허용되며, 그 결과로서 고조파 렌즈의 색수차와 키노폼의 색수차는 최소(잔여) 색수차로 실질적으로 합산된다. 고조파 렌즈 위상 함수와 키노폼 위상 함수의 프로파일들은 서로 반대가 되는 분산 곡선(굴절력과 파장 사이의 의존성) 기울기들을 가지며, 고조파 렌즈 위상 함수와 키노폼 위상 함수를 결합하면, 잔여 굴절력 조정(파장에 따른 굴절력에서의 변화)이 일어난다(도 6의 그래프 참조). 위에서 언급된 잔여 굴절력 조정은 색수차들, 특히 축방향 수차들 ("위치 색수차")를 야기한다. 본 개시에 따라 위상 함수들을 결합하면 매우 작은 잔여 굴절력 조정이 일어나고, 따라서, 종래 기술 해법들과 비교하여 매우 낮은 색수차들이 일어난다.And the obtained kinoform phase function and harmonic lens phase function are combined to become a "doublet" phase function. Combining the phase functions, the refraction powers of the harmonic lens and the kenoform having a phase value equal to the sum of the phase values for the harmonic lens and the kinoform (which is equal to 2π+20π=22π radians in the considered non-limiting example). A "doublet" phase function is provided with a maximum refractive power equal to the sum (which is equal to 1.3 dpt+2.7 dpt=4 dpt in the non-limiting example considered). Combining the harmonic lens phase function and the kinoform phase function allows the diffraction dispersion of the kinoform to remove the material dispersion characteristic of the harmonic lens, and as a result, the chromatic aberration of the harmonic lens and the kinoform are minimal ( The residual) is substantially summed up with chromatic aberration. The profiles of the harmonic lens phase function and the kinoform phase function have slopes of the dispersion curve (dependence between the power and wavelength) that are opposite to each other, and by combining the harmonic lens phase function and the kinoform phase function, the residual refractive power is adjusted (wavelength dependent). Change in refractive power) occurs (refer to the graph in FIG. 6). The residual refractive power adjustment mentioned above causes chromatic aberrations, in particular axial aberrations ("position chromatic aberration"). Combining the phase functions according to the present disclosure results in very small residual power adjustment, and thus very low chromatic aberrations compared to prior art solutions.

한편, 다음의 수학식 16을 고려하며:On the other hand, considering the following Equation 16:

Figure pat00016
Figure pat00016

여기서 ΔD는 잔여 굴절력 조정(색수차)이며, D0는 최대 굴절력이며, N 값이 클수록 주어진 광학계에서 결과적인 색수차들은 낮아진다. 그러나, 한편으로는, N에서의 증가는 조정 가능 전기활성 렌즈의 두께에서의 증가를 유발하며 이는 결국, 응답 시간에 악 영향을 미친다.Here, ΔD is the residual refractive power adjustment (chromatic aberration), D0 is the maximum refractive power, and the larger the value of N, the lower the resulting chromatic aberrations in a given optical system. However, on the one hand, an increase in N causes an increase in the thickness of the adjustable electroactive lens, which in turn adversely affects the response time.

위에서 논의된 파라미터들을 갖는 조정 가능 렌즈에 대한 최소 색수차들은 다음과 같이 제거될 수 있다.The minimum chromatic aberrations for the adjustable lens with the parameters discussed above can be eliminated as follows.

고조파 렌즈 위상 함수(2πN)에 대해 N은 수학식 14와 같이 주어질 수 있다. For the harmonic lens phase function (2πN), N may be given by Equation 14.

예를 들어, N이 10과 동일하고 D0가 4 dpt이면, 위에서 논의된 파라미터들을 갖는 조정 가능 전기활성 렌즈에 대한 최소 색수차들("위치 색수차")은 0.36 dpt가 된다. 최소 색수차들의 값은 렌즈의 최대 굴절력, 렌즈의 두께 및 응답 시간 사이의 균형에 의해 실질적으로 규정된다.For example, if N is equal to 10 and D0 is 4 dpt, then the minimum chromatic aberrations (“position chromatic aberration”) for an adjustable electroactive lens with the parameters discussed above are 0.36 dpt. The value of the minimum chromatic aberrations is substantially defined by the balance between the maximum refractive power of the lens, the thickness of the lens and the response time.

획득된 "더블릿" 위상 함수는 필요한 파라미터들(특히, 두께, 위상 프로파일)이 위에서 설명된 바와 같이 계산되는 새로운 조정 가능 전기활성 렌즈에서, 또는 필요한 전압 값들을 인가함으로써 기존 조정 가능 전기활성 렌즈에서 구현된다. 전압을 인가하기 위해, 렌즈의 전기활성 재료에 작용하는 (예컨대, 액정(LC) 전기활성 렌즈의 경우에 액정들을 제어하는) 전극들에 인가될 전압을 계산하는 것이 필요하다. 이를 위해, 조정 가능 전기활성 렌즈의 전극들을 위한 전압 맵이 형성된다. 전압 맵은 조정 가능 전기활성 렌즈의 전기활성 재료의 전압-위상 특성들을 기초로 계산된다. 전압과 위상 사이의 의존성들과 "더블릿" 위상 함수에서의 상기 의존성들의 사용은 도 3 내지 도 5에서 예시된다. 도 5는 실시예에 따른 색지움 위상 더블릿을 위한 개구를 따르는 전압 분포의 그래프를 도시한다. 예를 들어, 전기활성 재료의 전압-위상 특성이 도 4의 그래프와 같은 경우, 도 3에 도시된 더블릿 위상 함수를 얻기 위한 전압 맵은 도 5와 같을 수 있다.The obtained "doublet" phase function can be used in a new adjustable electroactive lens in which the required parameters (especially thickness, phase profile) are calculated as described above, or in an existing adjustable electroactive lens by applying the required voltage values. Is implemented. In order to apply a voltage, it is necessary to calculate the voltage to be applied to the electrodes acting on the electroactive material of the lens (eg, controlling the liquid crystals in the case of a liquid crystal (LC) electroactive lens). To this end, a voltage map for the electrodes of the adjustable electroactive lens is formed. The voltage map is calculated based on the voltage-phase properties of the electroactive material of the adjustable electroactive lens. The dependencies between voltage and phase and the use of those dependencies in a "doublet" phase function are illustrated in Figures 3-5. 5 shows a graph of the voltage distribution along the aperture for a color erase phase doublet according to an embodiment. For example, when the voltage-phase characteristic of the electroactive material is the same as the graph of FIG. 4, the voltage map for obtaining the doublet phase function shown in FIG. 3 may be the same as that of FIG. 5.

기존 렌즈의 경우, 전압-위상 특성들은 종래 기술로부터 공지된 다양한 방식들로 측정될 수 있다(예컨대, Chen R. H. Liquid crystal displays: fundamental physics and technology. - John Wiley & Sons, 2011, 또는 Den Boer W. Active matrix liquid crystal displays: fundamentals and applications. - Elsevier, 2011 참조). 그러면, 전압 함수 프로파일은 측정된 전압-위상 특성들(도 5 참조)에 기초하여 "더블릿" 위상 함수에 대해 결정되고, 그 다음에 획득된 전압 함수 프로파일은 획득된 전압 함수 프로파일에 대응하는 "전압 맵"에 따라서 전기활성 렌즈를 제어하는 전극에 전압을 인가함으로써 조정 가능 전기활성 렌즈에 적용된다.In the case of a conventional lens, voltage-phase characteristics can be measured in various ways known from the prior art (eg, Chen RH Liquid crystal displays: fundamental physics and technology.- John Wiley & Sons, 2011, or Den Boer W. Active matrix liquid crystal displays: fundamentals and applications.- Elsevier, 2011). Then, a voltage function profile is determined for a "doublet" phase function based on the measured voltage-phase characteristics (see Fig. 5), and the obtained voltage function profile is then "corresponding to the obtained voltage function profile. It is applied to the adjustable electroactive lens by applying a voltage to the electrode controlling the electroactive lens according to the "voltage map".

본 개시의 가능한 실시예들 중 하나로서, 색수차들이 보상되는 광학계에서, 더블릿 위상 함수의 매우 큰 진폭(22π)이, 비제한적 예로서 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 2π의 위상 함수 진폭을 각각이 갖는 11 개의 독립적인 액정(LC) 셀(LC1, LC2, ..., LC10, LC11)들로 나누어지는 LC 셀들의 적층 형태로 조정 가능 전기활성 렌즈를 구현함으로써 응답 시간은 더욱 단축될(동작 속력이 증가될) 수 있다. 예를 들어, 도 7은 조정 가능 전기활성 렌즈가 조정 가능 광학적 셀들의 적층으로서 구현되는 실시예에 따른 색지움 위상 더블릿의 위상 함수의 그래프를 도시하며, 도 8은 도 7에 도시된 색지움 위상 더블릿의 위상 함수를 구현하기 위한 조정 가능 LC 셀(LC1, LC2, ..., LC10, LC11)들의 적층 구조를 예시한다. 복수의 LC 셀(LC1, LC2, ..., LC10, LC11)들은 광의 전파 경로를 따라 적층될 수 있다.As one of the possible embodiments of the present disclosure, in an optical system in which chromatic aberrations are compensated, a very large amplitude (22π) of the doublet phase function is a phase function of 2π, as shown in FIGS. 7 and 8 as a non-limiting example. The response time is further shortened by implementing an electroactive lens that can be adjusted in the form of a stack of LC cells divided into 11 independent liquid crystal (LC) cells (LC1, LC2, ..., LC10, LC11) each having an amplitude. Can be (the speed of motion is increased). For example, FIG. 7 shows a graph of a phase function of a color erase phase doublet according to an embodiment in which an adjustable electroactive lens is implemented as a stack of adjustable optical cells, and FIG. 8 is a graph of the color erase phase double shown in FIG. 7. It illustrates a stacked structure of adjustable LC cells (LC1, LC2, ..., LC10, LC11) to implement the phase function of Lit. A plurality of LC cells LC1, LC2, ..., LC10, LC11 may be stacked along a propagation path of light.

이러한 경우 위상 함수 진폭은 11 배 감소될 것이며, 이는 광학계의 응답 시간을 하나의 렌즈 두께의 제곱에 비례하여 단축시킬 것이고, 따라서 응답 시간은 121 배 감소될 것이다. 한편, 적층물의 총 두께는, 비제한적 예로서 위에서 제공된 파라미터들에 기초하여, 약 3.3 mm가 될 것이며, 이는 청구된 본 개시의 대부분의 응용분야들에, 특히 증강 현실(AR) 시스템 응용분야들에 일반적으로 적합하다. 여기서, LC 셀(LC1, LC2, ..., LC10, LC11)들의 개수는 단지 예시적인 것이며, 다른 개수의 LC 셀들을 적층하는 것도 가능하다. 또한, 도 8에는 예시적으로 LC 셀(LC1, LC2, ..., LC10, LC11)들이 도시되었으나, LC 셀 대신에 복수의 폴리머 젤들의 셀들이 적층될 수도 있다.In this case, the phase function amplitude will be reduced by 11 times, which will shorten the response time of the optical system in proportion to the square of one lens thickness, and thus the response time will be reduced by 121 times. On the other hand, the total thickness of the stack will be about 3.3 mm, based on the parameters provided above as a non-limiting example, which is for most applications of the claimed disclosure, in particular augmented reality (AR) system applications. It is generally suitable for Here, the number of LC cells LC1, LC2, ..., LC10, LC11 is merely exemplary, and other numbers of LC cells may be stacked. In addition, although the LC cells LC1, LC2, ..., LC10, and LC11 are illustrated in FIG. 8 by way of example, cells of a plurality of polymer gels may be stacked instead of the LC cell.

본 개시의 법적 보호 범위 내에서, 색지움 위상 "더블릿"은 액정 전기활성 재료 또는 폴리머 젤에 기초한 전기활성 렌즈로서 구현되지 않고, 광학 유리 형태인 정적 렌즈에서도 구현될 수도 있다. 이러한 경우 정적 렌즈는 키노폼 및 고조파 렌즈의 "더블릿" 프로파일을 물리적으로 재현하는 프로파일로 만들어질 수 있다. 이 경우 렌즈 두께는 다음의 수학식 17에 따라 계산될 수 있다:Within the legal protection scope of the present disclosure, the color erase phase "doublet" is not implemented as an electroactive lens based on a liquid crystal electroactive material or a polymer gel, but may also be implemented in a static lens in the form of an optical glass. In this case, the static lens can be made into a profile that physically reproduces the "doublet" profile of the kenoform and harmonic lenses. In this case, the lens thickness can be calculated according to Equation 17 below:

Figure pat00017
Figure pat00017

비제한적 예로서, 이러한 렌즈의 두께는, 위에서 제공된 예시적인 파라미터들(4 dpt의 최대 굴절력, N=11)에 기초하여, 약 3.3 mm가 될 것이며, 이는 이 렌즈를 본 개시가 관련되는 기술분야에서 다양한 광학계들에서의 적용에 또한 적합하게 하는 한편, 색수차들, 특히, "위치 색수차"를 제거하는 기술적 효과가 이러한 렌즈에 대해 또한 달성될 것이다. 예를 들어, 도 9는 광학 유리를 사용하여 정적 렌즈를 구현하기 위한 키노폼 위상 함수, 고조파 렌즈 위상 함수, 및 색지움 위상 더블릿 위상 함수의 그래프를 도시한다.By way of non-limiting example, the thickness of such a lens will be about 3.3 mm, based on the exemplary parameters provided above (maximum refractive power of 4 dpt, N=11), which refers to this lens in the art. While also making it suitable for application in various optical systems in, a technical effect of eliminating chromatic aberrations, in particular "position chromatic aberration", will also be achieved for such a lens. For example, FIG. 9 shows a graph of a kinoform phase function, a harmonic lens phase function, and a color erase phase doublet phase function for implementing a static lens using an optical glass.

다른 실시예에서, 색지움 위상 더블릿은 하나가 키노폼 위상 함수를 재현하고 다른 하나가 고조파 렌즈 위상 함수를 재현하는 두 개의 조정 가능 전기활성 렌즈들에 의해 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 렌즈들은 광 복사 전파의 경로에서 차례차례, 특히 렌즈들 사이에 공기 갭(air gap) 없이 배열된다.In another embodiment, the color erase phase doublet may be formed by two adjustable electroactive lenses, one reproducing the kinoform phase function and the other reproducing the harmonic lens phase function. In this embodiment, the lenses are arranged one after another in the path of light radiation propagation, in particular without an air gap between the lenses.

예를 들어, 도 10은 일 실시예에 따른 색지움 위상 더블릿의 구조를 개략적으로 예시한다. 도 10을 참조하면, 색지움 위상 더블릿(1)은 제 1 조정 가능 전기활성 렌즈(2) 및 제 2 조정 가능 전기활성 렌즈(3)를 포함한다. 제 1 조정 가능 전기활성 렌즈(2)와 제 2 조정 가능 전기활성 렌즈(3)는 광 복사 전파의 경로를 따라 간격 없이 배열될 수 있다. 제 1 조정 가능 전기활성 렌즈(2)와 제 2 조정 가능 전기활성 렌즈(3) 중에서 하나는 키노폼 위상 함수를 재현하고, 다른 하나는 고조파 렌즈 위상 함수를 재현할 수 있다. 이러한 색지움 위상 더블릿(1)은 가변 초점을 갖는 색지움 렌즈일 수 있다.For example, FIG. 10 schematically illustrates a structure of a color erase phase doublet according to an embodiment. Referring to FIG. 10, the color erase phase doublet 1 includes a first adjustable electroactive lens 2 and a second adjustable electroactive lens 3. The first adjustable electroactive lens 2 and the second adjustable electroactive lens 3 can be arranged without gaps along the path of light radiation propagation. One of the first adjustable electroactive lens 2 and the second adjustable electroactive lens 3 can reproduce the kinoform phase function, and the other can reproduce the harmonic lens phase function. Such a color erase phase doublet 1 may be a color erase lens having a variable focus.

다른 실시예에서, 색지움 위상 더블릿은 조정 가능 전기활성 렌즈와 정적 렌즈의 조합에 의해 형성될 수 있다. 이러한 경우 상기 조정 가능 전기활성 렌즈와 정적 렌즈는 광 복사 전파 경로에서 차례차례 배열되어, 조정 가능 전기활성 렌즈 및 정적 렌즈 중 하나가 키노폼 위상 프로파일을 구현할 수 있고, 다른 하나가 고조파 렌즈 위상 프로파일을 구현할 수 있다. 이러한 실시예는, 비제한적 예로서, 망원경 또는 쌍안경의 렌즈와 같은 논의되고 있는 광학계의 일부 응용분야들에 유리할 수 있다. 그러나, 이 실시예에서 최소 색수차들은 하나의 굴절력 값(단지 하나의 초점 거리)에 대해서만 달성될 수 있는 반면, 광학계를 다른 굴절력 값들로 조정하면 색수차들의 증가로 이어진다.In another embodiment, the color erase phase doublet may be formed by a combination of an adjustable electroactive lens and a static lens. In this case, the adjustable electroactive lens and the static lens are sequentially arranged in the optical radiation propagation path, so that one of the adjustable electroactive lens and the static lens can implement a kinoform phase profile, and the other is a harmonic lens phase profile. Can be implemented. This embodiment may be advantageous for some applications of the optics being discussed, such as, by way of non-limiting example, a lens in a telescope or binocular. However, in this embodiment the minimum chromatic aberrations can be achieved for only one refractive power value (only one focal length), while adjusting the optical system to other refractive power values leads to an increase in chromatic aberrations.

예를 들어, 도 11은 다른 실시예에 따른 색지움 위상 더블릿의 구조를 개략적으로 예시한다. 도 11을 참조하면, 색지움 위상 더블릿(4)은 조정 가능 전기활성 렌즈(5) 및 정적 렌즈(6)를 포함한다. 조정 가능 전기활성 렌즈(5)와 정적 렌즈(6)는 광 복사 전파의 경로를 따라 간격 없이 배열될 수 있다. 조정 가능 전기활성 렌즈(5)와 정적 렌즈(6) 중에서 하나는 키노폼 위상 함수를 재현하고, 다른 하나는 고조파 렌즈 위상 함수를 재현할 수 있다. 정적 렌즈(6)는, 예를 들어, 유리로 만들어질 수 있다.For example, FIG. 11 schematically illustrates a structure of a color erase phase doublet according to another embodiment. Referring to FIG. 11, the color erase phase doublet 4 includes an adjustable electroactive lens 5 and a static lens 6. The adjustable electroactive lens 5 and the static lens 6 can be arranged without gaps along the path of light radiation propagation. One of the adjustable electroactive lens 5 and the static lens 6 can reproduce the kinoform phase function, and the other can reproduce the harmonic lens phase function. The static lens 6 can be made of glass, for example.

또 다른 실시예에서, 광학계는 조정 가능 전기활성 렌즈 및 굴절력의 추가적인 조정을 제공하는 정적 렌즈의 결합을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 조정 가능 전기활성 렌즈는, 비제한적 예로서, -4 dpt 내지 +4 dpt의 굴절력의 범위를 갖는 본 개시에 따른 더블릿 위상 함수를 구현하고, 예컨대, 유리로 만들어질 수 있는 정적 렌즈의 위상 함수는, 비제한적 예로서, 0 내지 +8 dpt의 결과적인 굴절력 범위를 제공할 수 있다.In yet another embodiment, the optics may include a combination of an adjustable electroactive lens and a static lens that provides additional adjustment of the power of refraction. In this embodiment, the adjustable electroactive lens implements a doublet phase function according to the present disclosure having a refractive power in the range of -4 dpt to +4 dpt, as a non-limiting example, and may be made of glass, for example. The phase function of a static lens may, as a non-limiting example, give a resulting range of refractive power from 0 to +8 dpt.

예를 들어, 도 12는 또 다른 실시예에 따른 색지움 위상 더블릿을 포함하는 광학계의 구조를 개략적으로 예시한다. 도 12를 참조하면, 광학계(7)는 색지움 위상 더블릿(8) 및 정적 렌즈(9)를 포함할 수 있다. 색지움 위상 더블릿(8)은 더블릿 위상 함수를 갖는 조정 가능 전기활성 렌즈에 의해 구현될 수 있다. 색지움 위상 더블릿(8)은, 예를 들어, -4 dpt 내지 +4 dpt의 굴절력의 범위를 가질 수 있다. 정적 렌즈(9)는, 예를 들어, +4 dpt의 추가적인 굴절력 시프트를 제공할 수 있다. 그러면, 광학계(7)는 0 내지 +8 dpt의 결과적인 굴절력 범위를 제공할 수 있다. 또는, 정적 렌즈(9)는 음(-)의 추가적인 굴절력 시프트를 제공할 수 있다. 예를 들어, 정적 렌즈(9)는, 예를 들어, -4 dpt의 추가적인 굴절력 시프트를 제공할 수 있다. 이 경우, 광학계(7)는 -8 dpt 내지 0 dpt의 결과적인 굴절력 범위를 제공할 수 있다.For example, FIG. 12 schematically illustrates the structure of an optical system including a color erase phase doublet according to another embodiment. Referring to FIG. 12, the optical system 7 may include a color erase phase doublet 8 and a static lens 9. The color erase phase doublet 8 can be implemented by an adjustable electroactive lens with a doublet phase function. The color erase phase doublet 8 may have a refractive power range of, for example, -4 dpt to +4 dpt. The static lens 9 can provide an additional power shift of +4 dpt, for example. Then, the optical system 7 can provide a resulting refractive power range of 0 to +8 dpt. Alternatively, the static lens 9 may provide a negative additional refractive power shift. For example, the static lens 9 may provide an additional power shift of -4 dpt, for example. In this case, the optical system 7 can provide a resulting refractive power range of -8 dpt to 0 dpt.

도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 조정 가능 전기활성 렌즈의 구조를 개략적으로 예시한다. 조정 가능 전기활성 렌즈(10)는, 비제한적인 예로서, 조정 가능 액정(LC) 렌즈 또는 조정 가능 폴리머 젤 기반 렌즈이다. 도 13을 참조하면, 조정 가능 전기활성 렌즈(10)는 상부 기판(11)과 하부 기판(19)을 포함한다. 본 개시에 따르면, 조정 가능 전기활성 렌즈(10)의 상부 기판(11) 및 하부 기판(19)의 재료는, 비제한적인 예로서, 유리, 플라스틱, 석영과 같이 가시 파장 범위에서 투명한 재료들로부터 선택된다. 본 개시에 따르면 상부 기판(11)과 하부 기판(19)의 두께는 3 μm 내지 20 μm의 범위 내에 있다. 본 개시의 주어진 구현예에서 특정 기판 재료들에 기초한 기판 두께의 선택 원리들은 이 기술 분야에서 널리 공지되어 있다.13 schematically illustrates the structure of an adjustable electroactive lens according to an embodiment of the present disclosure. The adjustable electroactive lens 10 is, by way of non-limiting example, an adjustable liquid crystal (LC) lens or an adjustable polymer gel based lens. Referring to FIG. 13, the adjustable electroactive lens 10 includes an upper substrate 11 and a lower substrate 19. According to the present disclosure, the materials of the upper substrate 11 and the lower substrate 19 of the tunable electroactive lens 10 are, as non-limiting examples, from materials that are transparent in the visible wavelength range, such as glass, plastic, and quartz. Is selected. According to the present disclosure, the thickness of the upper substrate 11 and the lower substrate 19 is in the range of 3 μm to 20 μm. The principles of selection of a substrate thickness based on specific substrate materials in a given embodiment of the present disclosure are well known in the art.

또한, 조정 가능 전기활성 렌즈(10)는 상부 기판(11)의 하부 표면에 배치된 상부 전극(12)과 하부 기판(19)의 상부 표면에 배치된 하부 전극(13)을 포함한다. 상부 전극(12)은 접지 전극이고, 하부 전극(13)은, 위에서 설명된 바와 같이 "전압 맵"에 따라 전압이 인가될 때, 전기활성 렌즈 및 색지움 위상 더블릿의 조정을 구현하도록 패터닝된 전극이다. 상부 전극(12) 및 하부 전극(13)은 임의의 적합한 투명 도전성 재료로, 특히 인듐-주석 산화물(indium-tin oxide)(ITO), 인듐 산화물, 주석 산화물, 인듐-아연 산화물(indium-zinc oxide)(IZO), 산화 아연 등으로 이루어질 수 있다. 비제한적인 예로서, 상부 전극(12) 및 하부 전극(13)은 약 30 nm 내지 약 200 nm의 두께를 갖고, 결국, 선택적으로 여러 개별 층들로 이루어질 수 있다. 하부 전극(13)은 임의의 적합한 형상, 특히 동심 링들, 스트립들 등의 형상의 전극 패턴을 가질 수 있다.Further, the adjustable electroactive lens 10 includes an upper electrode 12 disposed on the lower surface of the upper substrate 11 and a lower electrode 13 disposed on the upper surface of the lower substrate 19. The upper electrode 12 is a ground electrode, and the lower electrode 13 is an electrode patterned to implement the adjustment of the electroactive lens and the color erase phase doublet when a voltage is applied according to the "voltage map" as described above. to be. The upper electrode 12 and the lower electrode 13 are any suitable transparent conductive material, in particular indium-tin oxide (ITO), indium oxide, tin oxide, indium-zinc oxide. ) (IZO), zinc oxide, or the like. As a non-limiting example, the upper electrode 12 and the lower electrode 13 have a thickness of about 30 nm to about 200 nm, and, consequently, may optionally consist of several individual layers. The lower electrode 13 may have an electrode pattern of any suitable shape, in particular concentric rings, strips, or the like.

조정 가능 전기활성 렌즈(10)는 상부 전극(12)과 하부 전극(13) 사이에 배치된 전기활성 재료층(14)을 포함할 수 있다. 조정 가능 전기활성 렌즈(10)가 액정(LC) 렌즈인 경우, 전기활성 재료층(14)은 액정층일 수 있다. 다른 실시예들에서, 예컨대, 조정 가능 전기활성 렌즈(10)가 폴리머 젤 기반 렌즈인 경우에, 전기활성 재료층(14)은 폴리머 젤일 수 있다.The adjustable electroactive lens 10 may include a layer of electroactive material 14 disposed between the upper electrode 12 and the lower electrode 13. When the adjustable electroactive lens 10 is a liquid crystal (LC) lens, the electroactive material layer 14 may be a liquid crystal layer. In other embodiments, for example, where the adjustable electroactive lens 10 is a polymer gel based lens, the electroactive material layer 14 may be a polymer gel.

또한, 조정 가능 전기활성 렌즈(10)는 전기활성 재료층(14)의 두께를 정의하는 스페이서(15), 조정 가능 전기활성 렌즈(10)와 전압 공급부를 접속시키는 공급(제어) 전극(17), 및 절연층(18)을 더 포함할 수 있다. 전기활성 재료층(14)이 액정층인 경우, 조정 가능 전기활성 렌즈(10)는 액정층 내의 액정들을 정렬할 수 있게 하는 정렬층(16)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 스페이서(15)는 마일러(mylar), 유리 또는 석영으로 만들어질 수 있다. 정렬층(16)은, 예를 들어, 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol)(PVA), 폴리이미드(polyimide)(PI), 나일론 6,6 등으로 만들어질 수 있다. 공급(제어) 전극(17)은, 예를 들어, 알루미늄, 인듐-주석 산화물, 니켈 및 다른 재료들로 만들어질 수 있다. 절연층(18)은, 예컨대, 이산화 규소로 만들어질 수 있다.In addition, the adjustable electroactive lens 10 includes a spacer 15 defining the thickness of the electroactive material layer 14, and a supply (control) electrode 17 connecting the adjustable electroactive lens 10 and a voltage supply unit. , And an insulating layer 18 may be further included. When the electroactive material layer 14 is a liquid crystal layer, the tunable electroactive lens 10 may further include an alignment layer 16 that enables liquid crystals in the liquid crystal layer to be aligned. For example, the spacer 15 may be made of mylar, glass or quartz. The alignment layer 16 may be made of, for example, polyvinyl alcohol (PVA), polyimide (PI), nylon 6,6, or the like. The supply (control) electrode 17 can be made of, for example, aluminum, indium-tin oxide, nickel and other materials. The insulating layer 18 may be made of, for example, silicon dioxide.

도 8의 화살표들은 셀에서 액정들을 배향/정렬할 목적으로 수행되는 연마의 방향들을 나타낸다. 참조 부호 k는 파수 벡터(wave vector)를 나타내고, 참조 부호 E는 입사 광 복사의 편광 상태를 나타낸다.The arrows in FIG. 8 indicate the directions of polishing performed for the purpose of aligning/aligning liquid crystals in the cell. Reference numeral k denotes a wave vector, and reference numeral E denotes a polarization state of incident light radiation.

조정 가능 전기활성 렌즈(10)는 전극 패턴의 선택된 형상에 의존하여 직사각형, 원형 또는 임의의 다른 적합한 개구 형상을 가질 수 있다. 렌즈 개구부 형상은 원형 및 직사각형 형상으로 제한되지 않고 또한, 특히, 직사각형, 다각형 또는 곡선형 형상일 수 있고, 즉, 본 개시에 따르면, 조정 가능 전기활성 렌즈(10)의 개구는 광학계에 대한 실제 요구사항들, 전극들의 크기 제한, 요구된 형상 및 크기 등에 의해 결정되는 임의의 형상을 가질 수 있다는 것에 주의해야 한다.The adjustable electroactive lens 10 may have a rectangular, circular or any other suitable aperture shape depending on the selected shape of the electrode pattern. The lens opening shape is not limited to circular and rectangular shapes, and, in particular, may be a rectangular, polygonal or curved shape, that is, according to the present disclosure, the opening of the adjustable electroactive lens 10 is an actual requirement for the optical system. It should be noted that it can have any shape determined by the specifications, size limitations of the electrodes, the shape and size required, and the like.

전극(12, 13)들에 인가되는 전압은, 조정 가능 액정(LC) 렌즈를 갖는 실시예에서 액정들의 배향 또는 폴리머 젤에 기반한 전기활성 렌즈의 실시예에서 폴리머 젤 결정들의 배향을 변경시키며, 이에 따라 굴절률 값이 변화한다. 본 개시에 따르면, 전극(12, 13)들이 조정 가능 전기활성 렌즈(10)의 실질적으로 전체 표면 위에서 전극 패턴 형태로 배열되고 특정한 전압이 각각의 전극(12, 13)에 인가되기 때문에, 필요한 굴절력을 갖는 조정 가능 렌즈(이는, 본 개시에 따르면 위에서 설명된 바와 같은 "색지움 위상 더블릿"임)의 요구된 위상 프로파일에 대응하는 전압 프로파일("전압 맵")이 그에 따라 생성된다. 전압 프로파일은 전압-위상 의존도(도 4 참조)를 사용하여 위상 프로파일로 변환되는데, 이 전압-위상 의존도는 임의의 광학적 활성 재료의 특성이다(더 상세한 내용을 위해, 예컨대. Chen R. H. Liquid crystal displays: fundamental physics and technology. - John Wiley & Sons, 2011, 또는 Den Boer W. Active matrix liquid crystal displays: fundamentals and applications. - Elsevier, 2011을 참조).The voltage applied to the electrodes 12 and 13 changes the orientation of the liquid crystals in the embodiment with the adjustable liquid crystal (LC) lens or the orientation of the polymer gel crystals in the embodiment of the electroactive lens based on the polymer gel. The refractive index value changes accordingly. According to the present disclosure, since the electrodes 12, 13 are arranged in an electrode pattern shape over substantially the entire surface of the adjustable electroactive lens 10 and a specific voltage is applied to each of the electrodes 12, 13, the required refractive power A voltage profile ("voltage map") corresponding to the required phase profile of the adjustable lens with (which is, according to the present disclosure, a "suppressed phase doublet" as described above) is generated accordingly. The voltage profile is converted to a phase profile using a voltage-phase dependence (see Fig. 4), which voltage-phase dependence is a property of any optically active material (for more details, see, e.g. Chen RH Liquid crystal displays: fundamental physics and technology.- John Wiley & Sons, 2011, or Den Boer W. Active matrix liquid crystal displays: fundamentals and applications.- See Elsevier, 2011).

조정 가능 전기활성 렌즈(10)의 전극(12, 13)들은 논의되고 있는 광학계의 특정 사용에 적합한 임의의 형상의 패턴들을 포함할 수 있다. 특히, 전극(12, 13)들은 동심원, 병렬 스트립들, 다각형 어레이 형상, 또는 영상 이산물들(discretes)의 원하는 형상에 의존한 임의의 불규칙 형상을 가질 수 있다. 전극들(12, 13)의 형상의 선택은 예컨대, 주어진 실시예에 대해 생성되어야 하는 조정 가능 전기활성 렌즈(10)의 유형에 의해 규정된다.The electrodes 12 and 13 of the adjustable electroactive lens 10 may comprise patterns of any shape suitable for the particular use of the optics being discussed. In particular, the electrodes 12 and 13 may have a concentric circle, parallel strips, polygonal array shape, or any irregular shape depending on the desired shape of the image discretes. The choice of the shape of the electrodes 12, 13 is defined, for example, by the type of adjustable electroactive lens 10 that must be created for a given embodiment.

조정 가능 전기활성 렌즈(10)는 편광 의존적인 또는 편광 독립적인 배열로 만들어질 수 있다. 그래서, 예컨대, 투과율이 입사 광의 편광에 의존하지 않는 조정 가능 전기활성 렌즈(10)를 생성하기 위해, (편광의 x 및 y 방향들 둘 다를 갖는 광을 포커싱하기 위한) 병렬 스트립들의 형상의 전극(12, 13)들을 선택할 것이다. 또한, x 및 y 모두의 편광을 갖는 광을 포커싱하기 위해, 동심 링 전극들을 또한 선택할 수 있다. 또한, 전극(12, 13)들 구성의 선택은 광학계의 두께를 줄이는 것(이때 링 전극들이 선택됨) 또는 전극(12, 13)들 제조의 단순화(이때 스트립 전극들이 선택됨)의 필요성에 의해 규정될 수 있다. 편광 및 무편광 광을 포커싱하기 위한 다양한 수단 및 방법들은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 일 예로서, 광을 포커싱하기 위한 방식이 참고문헌 Sun Y. N. et al. Development of liquid crystal adaptive lens with circular electrodes for imaging application //Integrated Optics: Devices, Materials, and Technologies VII. - International Society for Optics and Photonics, 2003. - Т. 4987. - С.209-220에서 개시되어 있다.The adjustable electroactive lens 10 can be made in a polarization dependent or polarization independent arrangement. So, for example, to create an adjustable electroactive lens 10 whose transmittance does not depend on the polarization of the incident light, an electrode in the shape of parallel strips (for focusing light having both x and y directions of polarization) ( 12, 13) will be selected. In addition, concentric ring electrodes can also be selected to focus light with polarizations of both x and y. In addition, the choice of the configuration of the electrodes 12 and 13 will be defined by the need to reduce the thickness of the optical system (ring electrodes are selected at this time) or to simplify the manufacture of the electrodes 12 and 13 (strip electrodes are selected at this time). I can. Various means and methods for focusing polarized and unpolarized light will be apparent to those skilled in the art. As an example, a method for focusing light is described in Sun Y. N. et al. Development of liquid crystal adaptive lens with circular electrodes for imaging application //Integrated Optics: Devices, Materials, and Technologies VII. -International Society for Optics and Photonics, 2003.-Т. 4987.-Disclosed in С.209-220.

조정 가능 전기활성 렌즈는 적어도 하나의 조정 가능 광학적 셀을 포함할(또는 그러한 셀로 실질적으로 구성될) 수 있다. 조정 가능 광학적 셀들은 다양한 구성들을 가질 수 있고 서로에 대해 특정한 방식들로 배열될 수 있다. 또한, 하나를 초과하는 조정 가능 광학적 셀이 있다면, 상기 조정 가능 광학적 셀들은 도파로에 의해 접속될 수 있다. 비제한적 실시예들 중 하나에서, 도파로는 조정 가능 전기활성 렌즈들과 가상 영상들의 소스를 접속시키고, 다른 실시예에서 도파로는 가상 영상들의 소스에 직접적으로 커플링되는 조정 가능 전기활성 렌즈와, 실세계 측에 배열되는 조정 가능 전기활성 렌즈 사이에 배열된다. 이러한 광학계 배열은 충분한 선명도를 가지고서 색수차들 없이 가상 영상들의 관람과 실세계의 관찰을 가능하게 할 필요가 있는 증강 현실(AR) 시스템들에 특히 적용 가능하다.The adjustable electroactive lens may comprise (or consist substantially of) at least one adjustable optical cell. The tunable optical cells can have various configurations and can be arranged in specific ways with respect to each other. Further, if there is more than one tunable optical cell, the tunable optical cells may be connected by a waveguide. In one of the non-limiting embodiments, the waveguide connects the adjustable electroactive lenses and the source of virtual images, and in another embodiment, the waveguide connects the adjustable electroactive lens directly to the source of the virtual images, and the real world It is arranged between adjustable electroactive lenses arranged on the side. This optical system arrangement is particularly applicable to augmented reality (AR) systems that need to have sufficient sharpness to enable viewing of virtual images and observation of the real world without chromatic aberrations.

위에서 설명된 바와 같은 색지움 위상 "더블릿"을 구현할 수 있는 적어도 하나의 조정 가능 전기활성 렌즈를 포함하는 본 개시의 광학 장치는, 색수차들, 특히 "위치 색수차"를 제거 또는 감소(보상)하는 것뿐만 아니라 조정 가능 전기활성 렌즈의 두께를 감소시키고 그 렌즈의 응답 시간을 단축시키는 것이 바람직한 상이한 광학 장치들 및 시스템들에서 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 광학 장치는, 예컨대, 스마트폰, 태블릿 또는 다른 휴대용 컴퓨터의 카메라, 조정 가능 전기활성 렌즈가 캡처링 시스템의 센서 상에서 감소된 색수차들을 갖는 영상들을 생성하는데 사용되는 사진 카메라와 같은 사진 또는 비디오 캡처링 시스템들에서 사용될 수 있다.An optical device of the present disclosure comprising at least one tunable electroactive lens capable of implementing a color erase phase "doublet" as described above, to eliminate or reduce (compensate) chromatic aberrations, in particular "position chromatic aberration" In addition, it can be used in different optical devices and systems where it is desirable to reduce the thickness of the adjustable electroactive lens and shorten the response time of that lens. As a non-limiting example, an optical device may be used, for example, a camera of a smartphone, tablet or other portable computer, a photographic camera in which an adjustable electroactive lens is used to generate images with reduced chromatic aberrations on the sensor of the capturing system. It can be used in photo or video capturing systems.

본 개시의 광학 장치를 위한 다른 가능한 응용 분야는, 조정 가능 전기활성 렌즈가 사용자의 한쪽 또는 양쪽 눈의 굴절 이상(refractive error)을 보상하면서 사용자가 실세계를 보기 위한 안경의 구조에서 사용될 수 있는 사용자의 시력 교정을 위한 다초점 안경에 관련되고, 이러한 경우 구현된 전기활성 렌즈의 굴절력 값은 사용자의 눈들의 굴절 이상 값에 의해 정정된다.Another possible application for the optical device of the present disclosure is that the adjustable electroactive lens can be used in the structure of glasses for the user to see the real world while compensating for refractive errors in one or both eyes of the user. It relates to multifocal spectacles for vision correction, and in this case, the refractive power value of the implemented electroactive lens is corrected by refractive anomalies of the user's eyes.

본 개시의 광학 장치의 하나 이상의 가능한 응용 분야들은, 디스플레이로부터의 영상(본 개시가 VR 시스템에 구현되는 경우임)이 조정 가능 전기활성 렌즈를 통해 색수차들을 제거 또는 감소시키면서 사용자의 눈들에 전달되는, 또는 사용자가 AR 시스템에서 증강 현실 영상들이 오버레이된 실세계를 보는 증강 또는 가상 현실(AR/VR) 시스템들이다. 그때, 본 개시에 따른 AR 시스템의 경우, 광학 장치는 사용자의 눈들의 굴절 이상의 정정과 함께 또는 그러한 정정 없이 또한 사용될 수 있다.One or more possible applications of the optical device of the present disclosure are, wherein the image from the display (where the present disclosure is implemented in a VR system) is transmitted to the eyes of the user while removing or reducing chromatic aberrations through an adjustable electroactive lens. Or, augmented or virtual reality (AR/VR) systems in which a user views the real world overlaid with augmented reality images in the AR system. Then, in the case of the AR system according to the present disclosure, the optical device may also be used with or without correction of refraction anomalies of the user's eyes.

도 14는 실시예에 따른 조정 가능 전기활성 렌즈들을 포함하는 증강 현실(AR) 시스템을 개략적으로 예시한다. 도 14를 참조하면, AR 시스템(100)은 도파로(110), 도파로(110)의 제 1 표면(111)의 일측 가장자리에 마주하여 배치된 디스플레이(120), 및 복수의 색지움 위상 더블릿(131, 132, 133)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 색지움 위상 더블릿(131)은 도파로(110)의 제 1 표면(111)과 디스플레이(120) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 색지움 위상 더블릿(131)은, 예를 들어, 도파로(110)의 제 1 표면(111) 위에 접촉하여 배치될 수 있다. 또한, 제 2 색지움 위상 더블릿(132)은 도파로(110)의 제 1 표면(111)의 반대편인 제 2 표면(112)의 타측 가장자리에 배치될 수 있으며, 제 3 색지움 위상 더블릿(133)은 도파로(110)의 제 1 표면(111)의 타측 가장자리에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 2 색지움 위상 더블릿(132)은 도파로(110)의 제 2 표면(112)에 접촉하여 배치되고 제 3 색지움 위상 더블릿(133)은 도파로(110)의 제 1 표면(111)에 접촉하여 배치될 수 있다. 제 2 색지움 위상 더블릿(132)과 제 3 색지움 위상 더블릿(133)은 도파로(110)를 사이에 두고 서로 마주하여 배치될 수 있다.14 schematically illustrates an augmented reality (AR) system including adjustable electroactive lenses according to an embodiment. Referring to FIG. 14, the AR system 100 includes a waveguide 110, a display 120 disposed facing one edge of the first surface 111 of the waveguide 110, and a plurality of color erase phase doublets 131. , 132, 133). For example, the first color erase phase doublet 131 may be disposed between the first surface 111 of the waveguide 110 and the display 120. The first color erase phase doublet 131 may be disposed in contact with the first surface 111 of the waveguide 110, for example. In addition, the second color erase phase doublet 132 may be disposed on the other edge of the second surface 112 opposite to the first surface 111 of the waveguide 110, and the third color erase phase doublet 133 Silver may be disposed on the other edge of the first surface 111 of the waveguide 110. For example, the second color erased phase doublet 132 is disposed in contact with the second surface 112 of the waveguide 110, and the third color erased phase doublet 133 is the first surface 111 of the waveguide 110. ) Can be placed in contact with. The second color erase phase doublet 132 and the third color erase phase doublet 133 may be disposed to face each other with the waveguide 110 interposed therebetween.

이러한 구조에서, 디스플레이(120)에서 표시되는 가상 영상은 제 1 색지움 위상 더블릿(131), 도파로(110), 및 제 3 색지움 위상 더블릿(133)을 통해 사용자의 눈에 전달될 수 있다. 또한, 실세계의 풍경은 제 2 색지움 위상 더블릿(132), 도파로(110), 및 제 3 색지움 위상 더블릿(133)을 투과하여 사용자의 눈에 전달될 수 있다.In this structure, the virtual image displayed on the display 120 may be transmitted to the user's eyes through the first color erase phase doublet 131, the waveguide 110, and the third color erase phase doublet 133. In addition, the real world landscape may be transmitted to the user's eyes through the second color erase phase doublet 132, the waveguide 110, and the third color erase phase doublet 133.

AR 시스템(100)은 상이한 2개의 모드들에서 동작할 수 있다. 제 1 모드에서, 제 1 색지움 위상 더블릿(131)은 노안, 근시 등에 의해 야기되는 사용자의 눈들의 굴절 이상의 값에 의해 정정되는 굴절력으로 가상 영상를 변환하는데 사용될 수 있다. 제 2 색지움 위상 더블릿(132), 필요하다면 또한 제 3 색지움 위상 더블릿(133)은 AR 시스템(100)을 통해 실세계를 관찰할 때 사용자의 눈들의 굴절 이상을 보상하는데 사용될 수 있다.AR system 100 can operate in two different modes. In the first mode, the first color erase phase doublet 131 may be used to convert a virtual image into a refractive power corrected by a value of refraction or higher of the user's eyes caused by presbyopia, myopia, or the like. The second color erase phase doublet 132, if necessary, also the third color erase phase doublet 133 may be used to compensate for refraction anomalies of the user's eyes when observing the real world through the AR system 100.

제 2 모드에서, AR 시스템(100)은 사용자의 눈들의 굴절 이상을 정정하지 않고 동작하며(정정 시력을 갖는 사용자의 경우임), 반면에 제 2 색지움 위상 더블릿(132)은 제 3 색지움 위상 더블릿(133)에 의해 유도된 굴절력을 보상하는 역할을 하며, 이는, 결국, 디스플레이(120)로부터의 가상 영상을 도파로를 통해 사용자의 눈으로 이동시키는 역할을 한다.In the second mode, the AR system 100 operates without correcting the refractive error of the user's eyes (this is the case of a user with corrected vision), whereas the second color erase phase doublet 132 is the third color erase phase. It serves to compensate for the refractive power induced by the doublet 133, which, in turn, serves to move the virtual image from the display 120 to the user's eyes through the waveguide.

본 기술분야의 통상의 기술자들은 위의 설명 및 도면들이 본 개시의 실시예들이 구현될 수 있는 기법들과 재료 및 기술적 수단의 가능한 예들의 일부만을 보여준다는 것을 이해할 수 있다. 위에서 제공된 실시예들의 상세한 설명은 본 개시의 법적 보호 범위를 제한 또는 정의하려고 의도된 것이 아니다.Those skilled in the art will appreciate that the above description and drawings show only some of the possible examples of techniques and materials and technical means in which embodiments of the present disclosure may be implemented. The detailed description of the embodiments provided above is not intended to limit or define the scope of legal protection of the present disclosure.

본 개시의 범위에 의해 포함될 수 있는 다른 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 위에서 제공되는 상세한 설명의 주의 깊은 읽음 후에 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 발생할 수 있고, 모든 이러한 명백한 수정들, 변경들 및/또는 동등한 대체물들은 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 여겨진다. 본 명세서에서 인용되고 논의된 모든 종래 기술 참고문헌들은 적용 가능한 경우 참조에 의해 본 개시에 포함된다.Other embodiments that may be included by the scope of the present disclosure may occur to those of ordinary skill in the art after careful reading of the detailed description provided above with reference to the accompanying drawings, and all such obvious modifications, changes and /Or equivalent substitutes are believed to be included within the scope of this disclosure. All prior art references cited and discussed herein are incorporated into this disclosure by reference, where applicable.

본 개시가 상이한 실시예들을 참조하여 설명되고 예시되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 본 개시의 범위로부터 벗어남 없이 그것의 형태 및 특정 세부사항들에 대해 상이한 변경들이 이루어질 수 있으며, 그러한 변경들은 이하에서 제공되는 청구항들 및 그것들의 동등물들에 의해서만 정의된다는 것을 이해할 것이다.Although the present disclosure has been described and illustrated with reference to different embodiments, those skilled in the art may make different changes to its form and specific details without departing from the scope of the present disclosure, and such changes are as follows. It will be understood that it is defined only by the claims provided in and their equivalents.

1, 4, 8, 131, 132, 133.....색지움 위상 더블릿
2, 3, 5, 10.....조정 가능 전기활성 렌즈
6, 9.....정적 렌즈 7.....광학계
11, 19.....기판 12, 13, 17.....전극
14.....전기활성 재료층 15.....스페이서
16.....정렬층 18.....절연층
100.....증강 현실 시스템 110.....도파로
120.....디스플레이
1, 4, 8, 131, 132, 133..... Suppression phase doublet
2, 3, 5, 10..... adjustable electroactive lens
6, 9.....static lens 7.....optical system
11, 19.....substrate 12, 13, 17.....electrodes
14.....electroactive material layer 15.....spacer
16.....alignment layer 18.....insulation layer
100.....Augmented Reality System 110.....Doparo
120.....display

Claims (15)

전기활성 재료층을 구비하는 전기활성 렌즈를 포함하며,
상기 전기활성 렌즈는 상기 전기활성 재료층에 전압을 인가하여 키노폼 위상 함수와 고조파 렌즈 위상 함수로 이루어진 더블릿 위상 함수를 형성하도록 구성되는, 광학 장치.
It comprises an electroactive lens having an electroactive material layer,
Wherein the electroactive lens is configured to apply a voltage to the electroactive material layer to form a doublet phase function consisting of a kinoform phase function and a harmonic lens phase function.
제 1 항에 있어서,
상기 고조파 렌즈 위상 함수는 상기 키노폼 위상 함수의 정수배인, 광학 장치.
The method of claim 1,
Wherein the harmonic lens phase function is an integer multiple of the kinoform phase function.
제 2 항에 있어서,
상기 키노폼 위상 함수는 최대 위상이 2π 라디안인 위상 함수이며 상기 고조파 렌즈 위상 함수는 최대 위상이 2πN (N은 2 이상의 정수)인 위상 함수이고, 상기 더블릿 위상 함수는 상기 키노폼 위상 함수와 상기 고조파 렌즈 위상 함수의 결합에 의해 형성되며 최대 위상이 2π+2πN인 위상 함수인, 광학 장치.
The method of claim 2,
The kinoform phase function is a phase function having a maximum phase of 2π radians, the harmonic lens phase function is a phase function having a maximum phase of 2πN (N is an integer greater than or equal to 2), and the doublet phase function is the kinoform phase function and the An optical device, which is a phase function formed by a combination of harmonic lens phase functions and has a maximum phase of 2π+2πN.
제 3 항에 있어서,
N은 2 내지 내림된(rounded downward) (ktΔn/2π - 1)의 정수이며 k는 파수, t는 렌즈 두께, Δn은 광학적 이방성인, 광학 장치.
The method of claim 3,
N is an integer from 2 to rounded downward (ktΔn/2π-1), k is the wave number, t is the lens thickness, and Δn is optically anisotropic.
제 1 항에 있어서,
상기 전기활성 렌즈는 조정 가능 전기활성 렌즈이며, 상기 전기활성 렌즈는 상기 전기활성 렌즈의 상기 전기활성 재료층에 인가된 전압을 변경함으로써 초점 거리를 조정하도록 구성되는, 광학 장치.
The method of claim 1,
Wherein the electroactive lens is an adjustable electroactive lens, and the electroactive lens is configured to adjust a focal length by changing a voltage applied to the electroactive material layer of the electroactive lens.
제 5 항에 있어서,
상기 전기활성 렌즈는 액정(LC) 렌즈인, 광학 장치.
The method of claim 5,
The electroactive lens is a liquid crystal (LC) lens.
제 5 항에 있어서,
상기 전기활성 렌즈는 폴리머 젤 기반 렌즈인, 광학 장치.
The method of claim 5,
The electroactive lens is a polymer gel-based lens, optical device.
제 1 항에 있어서,
상기 전기활성 재료층은 광의 전파 경로를 따라 적층된 복수의 독립적인 셀을 포함하며, 각각의 셀은 2π의 위상 함수 진폭을 갖는, 광학 장치.
The method of claim 1,
Wherein the electroactive material layer comprises a plurality of independent cells stacked along a propagation path of light, each cell having a phase function amplitude of 2π.
제 1 항에 있어서,
상기 전기활성 렌즈는 상기 키노폼 위상 함수를 재현하는 제 1 전기활성 렌즈 및 상기 고조파 렌즈 위상 함수를 재현하는 제 2 전기활성 렌즈를 포함하며, 상기 제 1 전기활성 렌즈와 제 2 전기활성 렌즈는 광의 경로를 따라 간격 없이 배열되는, 광학 장치.
The method of claim 1,
The electroactive lens includes a first electroactive lens that reproduces the kinoform phase function and a second electroactive lens that reproduces the harmonic lens phase function, and the first electroactive lens and the second electroactive lens have a broad meaning. Optical devices, arranged without gaps along the path.
제 1 항에 있어서,
정적 렌즈를 더 포함하며,
상기 전기활성 렌즈는 상기 키노폼 위상 함수와 상기 고조파 렌즈 위상 함수 중에서 어느 하나를 재현하도록 구성되고, 상기 정적 렌즈는 상기 키노폼 위상 함수와 상기 고조파 렌즈 위상 함수 중에서 다른 하나를 재현하도록 구성되는, 광학 장치.
The method of claim 1,
It further includes a static lens,
The electroactive lens is configured to reproduce any one of the kinoform phase function and the harmonic lens phase function, and the static lens is configured to reproduce the other one of the kinoform phase function and the harmonic lens phase function. Device.
제 1 항에 있어서,
추가적인 굴절력 시프트를 제공하는 정적 렌즈를 더 포함하는, 광학 장치.
The method of claim 1,
The optical device further comprising a static lens that provides an additional power shift.
도파로;
상기 도파로의 제 1 표면의 일측 가장자리에 마주하여 배치된 디스플레이;
상기 도파로의 제 1 표면과 상기 디스플레이 사이에 배치된 제 1 색지움 위상 더블릿;
상기 도파로의 제 1 표면의 반대편인 제 2 표면의 타측 가장자리에 배치된 제 2 색지움 위상 더블릿; 및
상기 도파로를 사이에 두고 상기 제 2 색지움 위상 더블릿과 마주하여 배치된 제 3 색지움 위상 더블릿;을 포함하며,
상기 제 1 내지 제 2 색지움 위상 더블릿은 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 광학 장치인, 증강 현실 시스템.
Waveguide;
A display disposed to face an edge of a first surface of the waveguide;
A first color erase phase doublet disposed between the display and the first surface of the waveguide;
A second color erase phase doublet disposed on the other edge of the second surface opposite the first surface of the waveguide; And
Including; a third color erase phase doublet disposed to face the second color erase phase doublet with the waveguide interposed therebetween,
The first to second color erase phase doublets are the optical device according to any one of claims 1 to 11, wherein the augmented reality system.
전기활성 재료층을 구비하는 전기활성 렌즈를 포함하는 광학 장치를 구동하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
키노폼의 굴절력을 획득하는 단계;
고조파 렌즈의 굴절력을 획득하는 단계;
최대 위상이 2π 라디안인 키노폼 위상 함수를 획득하는 단계;
최대 위상이 2πN 라디안이며 N은 1보다 큰 정수인 고조파 렌즈 위상 함수를 획득하는 단계;
더블릿 위상 함수를 획득하기 위해 상기 고조파 렌즈 위상 함수와 상기 키노폼 위상 함수를 결합하는 단계; 및
상기 더블릿 위상 함수를 구현하기 위해 상기 전기활성 렌즈의 전기활성 재료층에 전압을 인가하는 단계를 포함하는, 감소된 색수차들을 갖는 광학 장치의 구동 방법.
A method of driving an optical device comprising an electroactive lens having an electroactive material layer, the method comprising:
Acquiring refractive power of the kenoform;
Acquiring refractive power of the harmonic lens;
Obtaining a kinoform phase function whose maximum phase is 2π radians;
Obtaining a harmonic lens phase function whose maximum phase is 2πN radians and N is an integer greater than 1;
Combining the harmonic lens phase function and the kinoform phase function to obtain a doublet phase function; And
And applying a voltage to an electroactive material layer of the electroactive lens to implement the doublet phase function.
제 13 항에 있어서,
N은 2 내지 내림된 (ktΔn/2π - 1)의 정수이며 k는 파수, t는 렌즈 두께, Δn은 광학적 이방성인, 포함하는, 감소된 색수차들을 갖는 광학 장치의 구동 방법.
The method of claim 13,
N is an integer from 2 to rounded down (ktΔn/2π-1), k is the wave number, t is the lens thickness, and Δn is optically anisotropic.
프로세서에 의해 실행될 때, 프로세서로 하여금 제 13 항 또는 제 14 항의 방법을 수행하게 하는 명령들을 저장하는 컴퓨터 판독가능 매체.A computer-readable medium storing instructions that, when executed by a processor, cause the processor to perform the method of claim 13 or claim 14.
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