KR20220002092U

KR20220002092U - 회전가능한 광도파관

Info

Publication number: KR20220002092U
Application number: KR2020227000043U
Authority: KR
Inventors: 시몬 그라바닉; 지온 아이센펠드
Original assignee: 루머스 리미티드
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2021-05-03
Publication date: 2022-08-25
Also published as: DE212021000276U1; CN218848473U; US20220390754A1; JP3243058U; TW202201082A; WO2021229563A1

Abstract

투영 광학계에 대한 입사축과 일치하는 광도파관의 출사에 대한 대칭의 회전축에 기초하여, 광도파관은 광도파관을 연관된 안경의 프레임, 또는 대응하여 안경 착용자의 안경다리와 정렬하기 위해, 회전축을 중심으로 회전될 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 시스템의 개선된 또는 최적의 심미적 외관이 근접될 수 있다. 디스플레이 시스템의 광도파관은 이미지 투영 구성요소들에 대한 구현 세부사항들 및 요건들에 따라, 안경의 프레임과 정렬될 수 있거나, 나아가 프레임 내에 숨겨질 수도 있다. 렌즈 (도파관)의 범초점용 기울임(pantoscopic tilt)이 변하는 경우, 광도파관이 안경다리와 정렬된 위치로 다시 가져오기 위해 광도파관의 회전이 광도파관에 적용되며, 이에 따라 광도파관 재설계에 대한 필요성을 회피한다.

Description

회전가능한 광도파관

본 발명은 일반적으로 광도파관(lightpipe)에 관한 것으로, 특히, 관련 시스템 구성요소들에 대해 재설계 없이 전개될 수 있는 광도파관에 관한 것이다.

범초점용 기울임(pantoscopic tilt)은 대상자의 주 시선에 대한, 수평축을 중심으로 한 렌즈 기울임으로서 정의된다. 간단하게, 범초점용 기울임은 "렌즈 바닥의 뺨 쪽으로의 회전"으로서 설명될 수 있다. 전형적으로, 이 기울임은 0-12도의 범위이고, 3-7도 사이의 기울임이 정상적인 것으로 간주된다. 범초점용 기울임은 일반적으로 안경이 사용자의(착용자의) 얼굴에 어떻게 놓이는지에 따라 달라진다.

범초점용 기울임의 양은 사용 및 사용자에 따라 달라진다. 렌즈는 증강 현실(augmented reality, AR) 및 가상 현실(virtual reality, VR)과 같은 적용을 위한 이미지들을 디스플레이하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우, 렌즈에 의한 디스플레이를 위한 이미지를 구성요소들에 제공할 필요가 있다. 구성요소들은 전원, 이미지 소스, 광원, 광학적 조작부 및 투영부를 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 하나의 구성요소는 광도파관이다. 광도파관은 전형적으로 (예를 들어, RGB LED 광원으로부터의) 광의 다수의 파장들을 조합하고/하거나 광도파관 디바이스 또는 시스템에의 입사를 위해 광도파관의 출사 개구에 걸친 광 균일성을 균질화하기 위해 사용된다.

심미적인 이유로, 광도파관을 안경의 프레임과 정렬시키는 것이 바람직하다. 그러나, 시스템의 구성요소들을 변경하는 것과 렌즈 및 범초점용 기울임과 같은 구성 요소들의 배향을 변경하는 것은 종래의 광도파관의 배향을 포함하여, 관련 구성요소들의 상대적인 구성(기하학적 관계)을 변경한다. 종래의 해결책은 광도파관이 안경의 프레임과 정렬될 수 있도록 광도파관을 재설계하는 것이었다.

본 실시예의 교시에 따르면, 장치로서, 공간 광 변조기(spatial light modulato, SLM)(8)를 포함하는 투영 광학계(24) - 투영 광학계는 공간 광 변조기(8)의 입사면에 대응하는 x축 및 y축을 갖는 투영 광학계 입사면(24N)을 가짐 -, 및 광도파관 입사면(2N)으로부터 광도파관 출사면(2T)까지 광도파관의 장축에 따른 광도파관 축(30)을 갖고, 광도파관 출사면 및 투영 광학계 입사면(24N)에 수직인 출사 z축(10)을 갖는 광도파관(2)을 포함하며, 광도파관(2)은 광도파관 축(30)이 x축, y축, 및 z축에 대해 비스듬한 각도에 있게 배치되는 것인, 장치가 제공된다. 바람직한 실시예에서, 광도파관 축(30)은 출사축(10)에 평행하지 않다.

임의적인 실시예에서, 광도파관 출사면(2T)으로부터의 출사광(28T)을 수용하고 확산광(28D)을 투영 광학계 입사면(24N)을 향해 제공하도록 구성된 이방성 확산체(3)를 더 포함하며, 확산체(3)는 광도파관 출사면(2T)에 평행하게 배치되고 투영광학계 입사면의 x축 및 y축 둘 다에 평행하지 않게 회전된다.

다른 임의적인 실시예에서, 이방성 확산체(3)는 제1 방향에서 광을 보다 더 넓은 각도 범위로 산란시키는 것에 대해, 제2 방향에서 광을 더 작은 각도 범위로 산란시키는 비대칭 기능을 갖는다.

다른 임의적인 실시예에서, 확산체(3)는 광도파관 출사면(2T)과 접촉하여 배치된다.

다른 임의적인 실시예에서, 광도파관(2) 및 확산체(3)는 조명 시스템(26) 내에 구성되며, 조명 시스템(26)은 입사광(28N)을 제1 프레넬 렌즈(22A)를 통해 광도파관 입사면(2N)에 제공하는 광원(1)을 더 포함한다.

다른 임의적인 실시예에서, 조명 시스템(26)은 확산광(28D)을 조명 시스템 출사면(26T)을 향해 제공하는 제2 프레넬 렌즈(22B) 및 편광체(4)를 더 포함한다.

다른 임의적인 실시예에서, 광도파관(2)은 조명 시스템(26) 내에 구성되며, 조명 시스템은 투영 광학계(24)에 회전가능하게 연결된다.

다른 임의적인 실시예에서, 조명 시스템(26)은 광도파관(2)과 확산체(3)가 회전축(10)에 대해 동기적으로 회전하도록 광도파관(2)에 작동가능하게 연결된 이방성 확산체(3)를 더 포함한다. 다른 임의적인 실시예에서, 조명 시스템(26)은 광도파관(2)과 확산체(3)가 회전축(10)에 대해 독립적으로 회전하도록 하는 이방성 확산체(3)를 더 포함한다.

다른 임의적인 실시예에서, 광도파관 축(30)은 출사축(10)에 평행하지 않다.

본 실시예의 교시에 따르면, 장치를 전개하는 방법으로서, 광도파관(2)은 사용자의 안경의 프레임(11)의 프레임 축(110)과 실질적으로 정렬되며, 프레임 축(110)은 프레임(11)을 따르는 길이방향 축이며, 프레임(11)은 안경의 렌즈와 사용자의 귀 사이에 있는 것인, 방법이 제공된다.

장치는 광도파관 입사면(2N)으로부터 광도파관 출사면(2T)까지 광도파관의 장축에 따른 광도파관 축(30)을 갖고, 광도파관 출사면 및 투영 광학계(24)에 수직인 회전축(10)을 갖는 광도파관(2)을 포함하며, 광도파관(2)은 회전축(10)과 일치하는 정점(14V)을 갖는 직원추(right circular cone)(14)의 기하학적 구성의 횡측면(14L)과 광도파관축(30)이 실질적으로 정렬되게 - 직원추는 회전축(10)과 정렬된 원추축을 갖고, 정점(14V)은 광도파관 출사면(2T)과 실질적으로 정렬됨 - 배치된다.

제1항의 장치를 전개하는 방법에서, 회전축(10)과 프레임 축(110) 사이의 제1 각도는 회전축(10)과 광도파관 축(30) 사이의 제2 각도와 실질적으로 동일하며, 프레임 축(110)은 프레임(11)을 따르는 길이방향 축이어서, 회전축(10)을 중심으로 광도파관(2)을 회전시키는 것은 광도파관 축(30)과 프레임 축(110) 사이의 이격 각도(38A)를 최소화하도록 하며, 이에 따라 광도파관(2)을 프레임(11)과 실질적으로 평행하게 정렬시킨다.

본 실시예는 본원에서 단지 예로서, 첨부 도면들을 참조하여 설명되며, 이 도면들에서:
도 1a는 마이크로-디스플레이 투영기의 설계의 제1 도해이다.
도 1b는 마이크로-디스플레이 투영기의 설계의 제2 도해이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 도 1a의 제1 도해 및 도 1b의 제2 도해에 대응하는, 광도파관에서의 광의 전파의 상세의 제1 도해 및 제2 도해이다.
도 3a는 수직 평면에서 프레임과 정렬되지 않은 광도파관(2)을 갖는 디스플레이 시스템이다.
도 3b는 수평 평면에서 프레임과 적절하게 정렬된 광도파관(2)을 갖는 디스플레이 시스템이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 도 1a의 제1 도해 및 도 1b의 제2 도해에 대응하는, 원추 - 광도파관이 회전하는 횡측면 - 의 제1 도해 및 제2 도해를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 각 도면에, 프레임에 대해 (동일한 회전으로) 회전된 광도파관 및 LOE와 통합된 POD의 도해를 도시한다.

상세한 설명 - 도 1a 내지 도 5b

본 실시예에 따른 장치의 원리들 및 동작은 도면들 및 첨부 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다. 본 발명은 광도파관을 회전가능하게 구성하기 위한 장치이다. 본 장치는 광도파관의 재설계 없이, 연관된 구성요소들의 다양한 구성들에 대한 광도파관의 구성을 가능하게 한다.

투영 광학계에 대한 입사축과 일치하는 광도파관의 출사에 대한 대칭의 축(회전축, 출사축)에 기초하여, 광도파관은 광도파관을 연관된 안경의 프레임, 또는 대응하여 사용자(안경 착용자)의 안경다리와 정렬하기 위해, 회전축 상에서(회전축을 중심으로) 회전될 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 시스템의 개선된 또는 최적의 심미적 외관이 근접될 수 있다. 광도파관은 이미지 투영 구성요소들에 대한 구현 세부사항들 및 요건들에 따라, 안경의 프레임과 정렬될 수 있거나, 나아가 프레임 내에 숨겨질 수도 있다. 렌즈 (도파관)의 범초점용 기울임(pantoscopic tilt)이 변하는 경우, 광도파관이 안경다리와 정렬된 위치로 다시 가져오기 위해 광도파관의 회전이 광도파관에 적용되며, 이에 따라 광도파관 재설계에 대한 필요성을 회피한다.

광도파관은 본 설명의 문맥에서 "회전축"으로서 지칭되는 출사축을 갖고, 광도파관으로부터의 출사광은 이 회전축을 중심으로 회전 대칭이다. 광도파관은 광도파관의 길이방향 축이 회전축에 대해 일정한 경사로 있게 배치되도록 구성된다. 광도파관 축의 연장부가 투영 광학계의 PBS(편광 빔 스플리터(polarized beam splitter), 반사 편광체)와 정렬될 것은 요구되지 않는다.

도 1a를 참조하면, 마이크로-디스플레이 투영기의 설계의 제1 도해가 도시되고, 도 1b는 마이크로-디스플레이 투영기의 설계의 제2 도해를 도시한다. 요소들은 일정한 비율로 그려진 것은 아니다. 단순성 및 명확성을 위해, 전형적인 예시적인 구성요소들이 본 설명에서 사용된다. 당업자는 다른 구성요소들 및 구성들이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 광 전파의 다양한 스테이지들에서의 대안적인 광원들, 추가적인, 제거, 또는 대안적인 렌즈, 대안적인 이미지 생성 기술들 등이 있다.

예시적인 마이크로-디스플레이 투영기(POD(100))는 예시적인 조명 시스템(26) 및 예시적인 투영 광학계(24)를 포함한다. 예시적인 조명 시스템(26)은 광원(1), 제1 프레넬 렌즈(22A), 광도파관(2), 확산체(3), 및 편광체(4)에 부착된 제2 프레넬 렌즈(22B)를 포함한다. 예시적인 투영 광학계(24)는 제1 프리즘(5), 편광 빔 스플리터(PBS)(7), 공간 광 변조기(예를 들어, 공간 광 모듈, LCOS)(8), 제2 프리즘(6), 및 시준기(9)를 포함한다. POD(100)의 출사는 디스플레이를 위해, 이를테면 도파관, 예를 들어, 도광 광학 요소(lightguide optical element, LOE)(20)로 보내진다.

광원(1)은 예를 들어, 세 개의 공간적으로 분리된 LED들 - 각각 적색, 녹색 및 청색 - 을 갖는 RGB LED 모듈일 수 있다. 광원(1)으로부터 발생되고 출사된 광의 개별 색상들은 전형적으로 광도파관(2)으로의 보다 더 효율적인 입사(주입)를 위해 광을 집중시키기 위해 제1 프레넬 렌즈(22A)를 사용하여 집속된다. 입사 색상들은 광도파관(2)에서의 광 전파 동안 조합(혼합, 균질화)되어 광도파관(2)의 출구 애퍼처에서의 광을 생성하고, 확산체(3)에 의해 보조되어 투영 광학계(24)로의 입사로서 균일한 백색광 방사 출사를 제공한다. 전형적으로, 제2 프레넬 렌즈(22B)는 확산체(3)로부터 이격되어 있다.

본 구현예의 조명 시스템(26)은 전형적으로 편광체(4)로부터 편광된 광을 출사한다. 조명 시스템(26)은 조명 시스템(26)으로부터의 광을 투영 광학계(24)의 투영 광학계 입사면(24N)으로 제공하는 조명 시스템 출사면(26T)을 갖는다. 편광된 광은 예시적인 투영 광학계(24)에 의해 수광되고, 제1 프리즘(5)을 통해 전파되며, PBS(7)의 제1 측면으로부터 공간 광 변조기(SLM), 이를테면 예시적인 LCOS(8)를 향해 반사된다. LCOS(8)는 이미지를 생성하기 위해 조명 시스템으로부터의 광을 사용하는 기술의 비제한적인 예이다. 이미지 광의 편광은 LCOS로부터 다시 반사된 후, 90도만큼 회전되어, 이미지 광은 제1 프리즘(5)을 통해 전파되고, PBS(7) 및 제2 프리즘(6)을 통과해 시준기(9)로 전달된다. 시준기(9) 구현의 일 예는 1/4 파장판과 통합된 시준 미러(예를 들어, 구형 미러 또는 구형 미러와 조합된 렌즈)를 사용하는 것이다. 시준된 이미지 광은 시준기(9)로부터의 반사 후에 90도 회전된 편광을 가지므로, 제2 프리즘(6)을 통해 전파되고, PBS(7)에 의해 반사된다. 이어서, 시준된 이미지 광은 POD(100)로부터 출사된다. 출사 이미지 광은 도파관, 이 경우 도광 광학 요소(LOE)(20)와 같은 디스플레이로 보내진다.

투영 광학계 입사면(24N)은 LCOS(8)의 입사면에 대응하는 x축 및 y축을 갖는다. 투영 광학계 입사면(24N) 및 LCOS(8)의 입사면의 두 표면들은 평행할 수 있거나, 또는 서로에 대해 상대적인 각도에 있도록 반사광 경로를 사용할 수 있다. 두 표면들의 배향은 투영 광학계 입사면(24N) 및 LCOS(8)의 입사면으로부터의 직선 경로와 광학적으로 등가이다. 투영 광학계(24)에서 광 경로가 반사되고 두 표면들이 상대적인 각도에 있는 경우에서, 축은 대응하여 반영될 것이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 각각 도 1a의 제1 도해 및 도 1b의 제2 도해에 대응하는, 광도파관에서의 광의 전파의 상세의 제1 도해 및 제2 도해가 도시되어 있다. 광도파관(2)에서 조합되는 광(28C)의 전파는 전형적으로 내부 전반사(total internal reflection, TIR)에 의한 것이다. 광도파관(2)의 회전축(10)은 투영 광학계(24)의 입사에 수직인 것으로 도시되어 있다. 회전축(10)은 또한 본 명세서의 문맥에서 "출사축"으로도 지칭되고, 도면들에서 "z축"으로도 지칭된다. 이 출사축은 "회전"축으로서 지칭되지만, 이 설명은 제한적인 것이 아니고, 구현예들은 투영 광학계(24)에 대해 회전하고 정지되어 있는 양자의 광도파관들(2) 및 조명 시스템들(26)을 포함한다. 광도파관 축(30)은 광도파관(2)을 따르는 조합광(28C)의 전파 방향에서, 광도파관(2)의 장축을 따라, 전형적으로는 광도파관 입사(2N)로부터 광도파관 출사(2T)까지, 광도파관(2)의 길이를 따라 도시된다.

광원(1)으로부터 발생된 광은 광도파관(2)의 입사각 개구에 의해 정의되는 원추에서의 광도파관 입사(2N)에서 광도파관(2)에 진입한다. 도 2b에서, 광원(1)으로부터의 광은 광도파관 축(30)에 대해 입사각(34A)으로 광도파관(2)에 진입하는 입사광(28N)의 단일 광선으로 표현된다. 입사각(34A)은 또한 본 설명의 문맥에서 "제1 각도", 또는 간단히 "입사각"으로도 지칭된다. 이에 대응하여, 광(28C)이 광도파관(2)을 통해 전파되고 조합된 후, 조합광(28)이 출사광(28T)으로서 광도파관(2)을 빠져나간다. 출사광(28T)은 출사광 각도(36A)로서 도시된 각도로 광도파관(2)을 빠져나간다. 출사광(2T)은 회전축(10)에 대한 광도파관 출사각(32A)(최대 산란각, 제2 각도, 출사각)에 의해 정의되는 원추 내부에서 확산체(3)에 의해 산란(확산)되어, 확산광(28D)을 제공한다. 확산체(3)를 빠져나가는 확산광(28D)의 방사는 확산체(3), 광원(1)의 설계, 및 제1 프레넬 렌즈(22A)의 조합을 사용하여, 회전축(10)에 대하여 실질적으로 회전 대칭이다.

본 실시예의 특징은 출사광(28T), 그리고 이에 따라 확산광(28)이 회전축(10)에 대해 대략 회전 대칭이 되도록 광도파관(2)이 설계되고 구성될 수 있다는 혁신적인 통찰 및 실현이다. 이 특징은 광도파관(2)이 투영 광학계(24)에 대해 기울어질 수 있게 한다(광도파관 축(30)은 회전축(10)에 평행하지 않다). 각도(출사각(32A)) 및 공간 분포의 관점에서 광도파관 광 출사(28T)가 회전축(10)에 대해 실질적으로 대칭이므로, 회전축(10)을 중심으로 한 광도파관(2)의 회전은 POD(100)의 광학 성능에 영향을 미치지 않는다.

본 실시예의 다른 특징은 제1 방향에서 광을 보다 더 넓은 각도 범위로 산란시키는 것에 대해, 제2 방향에서 광을 더 작은 각도 범위로 산란시키는 비대칭 기능을 갖는 이방성 확산체로서의 확산체(3)의 바람직한 구현이다. 임의적으로, 그리고 바람직하게는 추가적으로, 이방성 확산체(3)는 (입사면 및 출사면이) 평행하고 광도파관 출사면(2T)과 정렬된다. 이에 따라, 광도파관(2)의 비스듬한 배향은 확산체가 투영 광학계 입사면(24N)과 평행하지 않게 회전되는(정렬되지 않는) 것에 대응한다. 즉, 확산체(3)의 제1 방향 및 제2 방향이 투영 광학계 입사면(24N)의 x축 및 y축에 평행하지 않게 회전된다.

도면들에서의 단순화를 위해, 하나의 광선만이 일반적으로 도시되어 있다는 점에 유의한다. 광은 또한 "광" 또는 "빔"으로도 지칭될 수 있다. 당업자는 도시된 광(선)이 실제 광의 샘플 빔이며, 이는 전형적으로 약간 상이한 각도들에서, 다중 빔들에 의해 형성된다는 것을 인식할 것이다. 구체적으로 광의 말단(에지)으로서 지칭되는 경우를 제외하고, 도시된 광선들은 전형적으로 광의 중심이다. 이 경우는 광이 이미지에 대응하고 중심 광선이 이미지의 중심 또는 이미지의 중심 픽셀로부터의 중심 광선인 경우이다.

도 3a를 참조하면, 도파관(LOE)(20)과 통합된 POD(100)를 포함하는 디스플레이 시스템(300)의 도해가 프레임(11)과 관련하여 도시된다(예를 들어, 사용자에 의해 착용된 안경의 일부를 도시한다). 본 도면에서, 광도파관(2)은 수직 평면에서, 사용자의 눈(60)에 대해 프레임(11)과 정렬되지 않는다. 본 도면에서, 확산체(3), 제2 프레넬 렌즈(22B), 및 편광체(4)는 도시되지 않는다는 점에 유의한다. 이 경우, LOE(20)는 안경의 렌즈로서 기능한다. 예를 들어, 도파관(LOE(20))의 범초점용 기울임으로 인해, 조명 시스템(26)은 투영 광학계(24)에 대해, 페이지 내로 기울어지며, 이로 인해 광도파관 축(30)은 페이지 내로 있다. 광도파관 축(30)은 회전축(10)과 일치하지 않는다. 도파관에 대한 POD(100)의 기울임은 광도파관(2)이 안경의 프레임(11)의 안경다리와 정렬되지 않게 한다. 이격 각도(38A)는 광도파관(2)과 프레임(11) 사이(프레임(11)의 길이를 따라 광도파관 축(30)과 프레임(110)의 길이방향 축 사이)에 있다. 이상적으로는, 광도파관(2)과 프레임(11) 사이에 각도(38A)가 존재하지 않아야 하며, 즉, 이격 각도(38A)는 제로에 접근하고 실질적으로 제로이어야 한다. 이격 각도(38A)가 소정의 양보다 더 큰 경우, 광도파관(2)은 프레임(11)과 정렬되지 않고, 디스플레이 시스템(300)과 안경의 통합의 결과적인 심미적 외관은 광도파관(2)이 프레임(11)과 정렬되는 심미적 외관보다 더 적다.

도 3b를 참조하면, LOE(20)와 통합된 POD(100)를 포함하는 디스플레이 시스템(300)의 도해가 프레임(11)과 관련하여 도시된다(예를 들어, 사용자에 의해 착용된 안경의 일부를 도시한다). 본 도면에서, 광도파관(2)은 수평 평면에서, 사용자의 눈(60)에 대해 프레임(11)과 적절하게 정렬되지 않는다. POD(100)가 도파관(LOE)(20)에 대해 실제로 기울어지기(회전되기) 때문에, 본 도면은 단순화된다점에 유의한다. 이격 각도(38B)는 실질적으로 제로이며, 광도파관 축(30)이 수평 평면에서 프레임(110)의 길이방향 축과 평행하게 정렬된다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 각각 도 1a의 제1 도해 및 도 1b의 제2 도해에 대응하는, 원추 - 광도파관이 회전하는 횡측면 - 의 제1 도해 및 제2 도해가 도시되어 있다. 직원추(14)의 기하학적 구성은 회전축(10)과 일치하는 정점(14V) 및 광도파관 출사면(2T)을 갖는다. 정점(14V)은 또한 광도파관 축(30)의 교차점과 일치한다. 전형적으로, 광도파관 출사면(2T)은 확산체(3)의 표면의 평면에 평행하며, 실질적으로 확산체(3)와 접촉하므로, 정점(14V)은 또한 회전축(10)과 확산체(3)의 교차점과 일치한다. 원추(14)의 정점(14V)은 전형적으로 확산체 상에 먼저 충돌하는 출사광(28T)의 방향으로 확산체(3)의 표면 상에 놓인다. 원추(14)의 축은 회전축(10)과 실질적으로 일치한다. 원추(14)는 횡측면(14L)을 갖는다. 개구 절반 각도(40A)는 본 도면에서 횡측면(14L)과 원추의 축 사이인 것으로 도시된다. 광도파관 축(30)은 실질적으로 횡측면(14L)과 정렬된다. 원추(14)의 정점(14V)은 광도파관 출사면(2T)에서 정렬된다. 원추의 표면(횡측면(14L))은 회전축(10)을 중심으로 광도파관 축(30)을 스위핑함으로써 형성된다. 횡측면(14L)은 POD(100)의 동작을 유지하면서, 특히 회전축(10)에 대해 대칭인 광(출사광(28T), 이로 인해 확산광(28D))의 방사도를 유지하면서, 광도파관(2)을 구성하기 위한 가능한 위치들을 설명한다. 당업자는 본 설명에 기초하여, 광도파관(2)이 예를 들어, 회전축(10)(z축 방향)을 따라(이의 방향에서) 시프트될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 도 4b에서, 광도파관 축(30)과 원추 표면(14L)은 도면들에서 볼 수 있도록 약간 오프셋되어 있는데, 이는 실제로는 광도파관 축(30) 및 원추 표면(14L)이 실질적으로 일치하기 때문이다.

참조를 위해, "정점"은 또한 수학 분야에서 "꼭지점"으로도 지칭된다. 원추의 축은 정점을 통과하는 직선(만약 있다면)이며, 이를 중심으로 기부(및 전체 원추)가 원형 대칭을 갖는다. 원추의 기부의 주연부는 "준선(directrix)"으로 지칭되고, 준선과 정점 사이의 각 선분들은 원추의 횡측면의 "모선(generatrix)" 또는 "생기게 하는 선(generating line)"이다. 원추의 "기초 반경"은 원추의 기부의 반경이며, 이는 종종 단순히 원추의 반경으로 지칭된다. 직원추의 개구는 두 모선들 사이의 최대 각도이다. 예를 들어, 모선이 축에 대해 각도 θ를 이루는 경우, 개구는 2θ이다.

본 실시예의 특징은 광도파관 출사면(2T)에 정점(14V)을 유지하면서 광도파관(2)이 회전축(10)을 중심으로 회전될 수 있고, 광도파관(2)의 균일한 백색광 조도의 출사는 광도파관(2)의 이러한 회전에 따라 달라지지 않는다(독립적이다)는 것이다. 다시 말해서, 광도파관(2)은 원추(14)의 횡측면(14L) 상에 광도파관 축(30)을 유지하면서 회전축(10)을 중심으로 회전될 수 있고, 광도파관은 균일한 백색 광 조도의 출사를 제공할 것이며, 이는 광도파관(2)의 회전에 따라 달라지지 않는다.

광도파관(2)을 회전축(10)을 중심으로 회전시킴으로써, 광도파관(2), 조명 시스템(26), 및 POD(100)의 동작을 유지하면서, 안경 프레임(11)에 대한 바람직한 각도(회전)(바람직한 이격 각도들(38A 및 38B)), 및 이로 인한 사용자(안경 착용자)의 관자놀이에 있는 광도파관(2)의 배향(원추(14)의 횡측면(14L) 상의 광도파관(2)의 위치)이 찾아질 수 있다. 일반적인 경우에, 안경의 프레임(11)은 횡측면(14L) 상에 놓이지 않는다. 이로 인해, 이격 각도들(38A, 38B) 양자를 제로와 같게 만들 수 있는 회전축(10)을 중심으로 한 광도파관 회전이 존재하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 3a에서 이격 각도(38A)는 허용할 수 없을 정도로 큰 반면, 도3b에서 이격 각도(38B)는 거의 제로이다. 광도파관 회전의 목적은 이격 각도들(38A 및 38B) 양자를 최소화하고, 디스플레이 시스템(300)을 허용가능하게 양호하게, 심미적으로 보이도록 하는, 원추(14)의 횡측면(14L) 상의 광도파관(2)의 최적의 위치를 찾는 것이다.

광도파관(2)은 디스플레이 시스템(300)의 바람직한 심미적 외관을 달성하기 위해 광도파관(2)을 안경 프레임(11)의 안경다리와 정렬하도록, 광도파관 광 출사(2T)의 대칭축인 축을 중심으로 회전될 수 있다. 도파관(LOE(20))의 범초점용 기울임이 변하는 경우, 광도파관(2)을 안경다리와 정렬된 위치로 다시 가져오기 위해 광도파관(2)의 회전이 적용되며, 이에 따라 광도파관(2)의 재설계에 대한 필요성을 회피한다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 각 도면에서, 프레임(11)에 대해 (동일한 회전으로) 회전된 광도파관(2) 및 LOE(20)와 통합된 POD(100)의 도해가 도시되어 있다. 광도파관(2)은 광도파관(2)이 프레임(11)과 호용가능하게 양호하게 정렬되는 방식으로 회전된다. 본 도 5a에서, 확산체(3), 제2 프레넬 렌즈(22B), 및 편광체(4)는 도시되지 않는다는 점에 유의한다. POD(100)가 도파관(LOE)(20)에 대해 실제로 기울어지기(회전되기) 때문에, 본 도 5b는 단순화된다점에 유의한다. 본 도면들에서, 광도파관(2)은 프레임(11)에 가까이 회전되지만, 정확하게 평행하지는 않다. 이는 광도파관(2)과 프레임(11) 사이의(광도파관 축(30)과 프레임(110)의 축 사이의) 수평 평면에서 제로가 아닌 각도(50B)로 보여질 수 있다. 대체로 수직인 것과 같은 다른 평면에서, 각도(50A)는 실질적으로 제로일 수 있다는 점에 유의한다. 각도들(50A 및 50B)은 상술한 각도들(38A 및 38B)과 유사하게 정의된다. 완벽하게 정렬되지는 않지만, 제로가 아닌 각도(50B)와 같은 최적(실질적으로 평행)으로부터의 편차는 안경 프레임의 소정의 심미적 제약 내에서 허용가능할 수 있다.

대안적으로, 제로가 아닌 각도(50B)는 광도파관(2) 및/또는 조명 시스템(26) 및 POD(100)를. 예술적, 디자인적, 또는 심미적 효과를 달성하기 위해 안경 및/또는 사용자의 프레임(11)으로부터 멀어지는 원하는 각도에서 배향하는 데 바람직할 수 있다.

본 설명은 균일한 백색광을 제공하기 위해 예시적인 조명 시스템(26)의 일부로서 광도파관(2)을 사용하지만, 이 설명은 제한적인 것이 아니다. 본 설명에 기초하여, 광도파관은 다른 구성들로 배치될 수 있다는 것이 예상된다. 하나의 비제한적인 예는 (광원(1) 대신에) 이미징 광학 요소를 갖는 광도파관(2)을 배치하는 것이다. 이 경우에, 광도파관(2)은 예를 들어, 안경의 프레임(11)에서, 사용자의 관자놀이 근처의 이미지 투영기로부터 이미지 정보를 LOE(20)로의 커플링-인 요소로 전달한다. 광도파관(2)을 사용하여, 이미지가 LOE(20) 내로 주입되는 이미지 배향은 회전축(10)을 중심으로 하는 광도파관(2)의 회전에 따라 달라지지 않을 것이다. 예를 들어, 이미지의 소스인 이미지 투영기가 광도파관(2)과 함께 그리고/또는 광도파관(2)과 독립적으로 회전될 수 있는, 보상이 사용될 수 있다.

전술된 예들, 사용된 수들, 및 예시적인 계산들은 본 실시예의 설명을 돕기 위한 것임에 유의한다. 부적절한 오식 에러, 수학적 에러, 및/또는 단순화된 계산의 사용은 본 발명의 유용성 및 기본 이점을 손상시키지 않는다.

첨부된 청구항들이 다중 종속성 없이 초안이 작성되는 한, 이는 이러한 다중 종속성을 허용하지 않는 관할권의 방식 요건들을 수용하기 위해서만 수행되었다. 청구항들을 다중 종속으로 만들어 암시될 모든 가능한 특징들의 조합들은 명시적으로 구상되고 본 발명의 일부인 것으로 고려되어야 한다는 점에 유념한다.

상기한 설명들은 단지 예들로서 기능하도록 의도된다는 것과, 많은 다른 실시예들이 본 발명의 범위 내에서 첨부된 청구항들에 정의된 바와 같이 가능하다는 것이 인식될 것이다.

Claims

장치로서,
(a) 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM)(8)를 포함하는 투영 광학계(24) - 상기 투영 광학계는 상기 공간 광 변조기(8)의 입사면에 대응하는 x축 및 y축을 갖는 투영 광학계 입사면(24N)을 가짐 -, 및
(b) 광도파관 입사면(2N)으로부터 광도파관 출사면(2T)까지 광도파관의 장축에 따른 광도파관 축(30)을 갖고, 상기 광도파관 출사면 및 상기 투영 광학계 입사면(24N)에 수직인 출사 z축(10)을 갖는 광도파관(2)을 포함하며,
상기 광도파관(2)은 상기 광도파관 축(30)이 상기 x축, 상기 y축, 및 상기 z축에 대해 비스듬한 각도에 있게 배치되는 것인, 장치.
제1항에 있어서, 상기 광도파관 출사면(2T)으로부터의 출사광(28T)을 수용하고 확산광(28D)을 상기 투영 광학계 입사면(24N)을 향해 제공하도록 구성된 이방성 확산체(3)를 더 포함하며, 상기 확산체(3)는 상기 광도파관 출사면(2T)에 평행하게 배치되고 상기 투영광학계 입사면의 상기 x축 및 상기 y축 둘 다에 평행하지 않게 회전되는 것인, 장치.
제2항에 있어서, 상기 이방성 확산체(3)는 제1 방향에서 광을 보다 더 넓은 각도 범위로 산란시키는 것에 대해, 제2 방향에서 광을 더 작은 각도 범위로 산란시키는 비대칭 기능을 갖는 것인, 장치.
제2항에 있어서, 상기 확산체(3)는 상기 광도파관 출사면(2T)과 접촉하여 배치되는 것인, 장치.
제2항에 있어서, 상기 광도파관(2) 및 상기 확산체(3)는 조명 시스템(26) 내에 구성되며, 상기 조명 시스템(26)은 입사광(28N)을 제1 프레넬 렌즈(22A)를 통해 광도파관 입사면(2N)에 제공하는 광원(1)을 더 포함하는 것인, 장치.
제5항에 있어서, 상기 조명 시스템(26)은 상기 확산광(28D)을 조명 시스템 출사면(26T)을 향해 제공하는 제2 프레넬 렌즈(22B) 및 편광체(4)를 더 포함하는 것인, 장치.
제1항에 있어서, 상기 광도파관(2)은 조명 시스템(26) 내에 구성되며, 상기 조명 시스템은 상기 투영 광학계(24)에 회전가능하게 연결되는 것인, 장치.
제7항에 있어서, 상기 조명 시스템(26)은 상기 광도파관(2)과 상기 확산체(3)가 회전축(10)에 대해 동기적으로 회전하도록 상기 광도파관(2)에 작동가능하게 연결된 이방성 확산체(3)를 더 포함하는 것인, 장치.
제7항에 있어서, 상기 조명 시스템(26)은 상기 광도파관(2)과 상기 확산체(3)가 회전축(10)에 대해 독립적으로 회전하도록 하는 이방성 확산체(3)를 더 포함하는 것인, 장치.
제1항에 있어서, 상기 광도파관 축(30)은 출사축(10)에 평행하지 않은 것인, 장치.
제1항의 장치를 전개하는 방법으로서, 광도파관(2)은 사용자의 안경의 프레임(11)의 프레임 축(110)과 실질적으로 정렬되며, 상기 프레임 축(110)은 프레임(11)을 따르는 길이방향 축이며, 상기 프레임(11)은 상기 안경의 렌즈와 상기 사용자의 귀 사이에 있는 것인, 방법.