KR20220061962A

KR20220061962A - 빔 증배를 갖는 이미지 디스플레이 시스템

Info

Publication number: KR20220061962A
Application number: KR1020227007381A
Authority: KR
Inventors: 치온 아이젠펠드; 로넨 크리키
Original assignee: 루머스 리미티드
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2022-05-13
Also published as: EP4031808A4; IL290757A; BR112022002335A2; AU2020349136A1; CA3153661A1; TW202126957A; CN114207354A; EP4031808A1; US20220057643A1; MX2022002820A; JP2022546979A; WO2021053665A1

Abstract

이미지를 표시하기 위한 광학 시스템은 커플링-인 영역 및 전파 영역을 갖는 도광 광학 요소(LOE), LOE의 전파 영역과 관련된 커플링-아웃 구성부, 시준된 이미지에 대응하는 이미지 조명을 생성하기 위한 이미지 프로젝터, 및 LOE 외부의 빔 증배 구성부를 포함한다. 빔 증배기는 커플링-인 영역에 인접한 LOE에 접착된 투명 플레이트이다. 투명 플레이트는 LOE와 플레이트 사이의 부분 반사 표면, 및 반대쪽 표면에 있는 반사기를 갖는다. 부분 반사 표면과 반사기는 시준된 이미지와 시준된 이미지의 공액 모두를 이용하여 LOE의 전파 영역을 완전히 조명하도록 프로젝터로부터의 빔을 증배시킨다.

Description

빔 증배를 갖는 이미지 디스플레이 시스템

본 발명은 광학 시스템에 관한 것으로, 특히 조명의 빔이 증배되는 도파관을 이용하는 이미지 디스플레이 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 구현을 위한 예시적인 문맥으로서, 다양한 광학 디스플레이는 사용자의 눈 맞은편의, 전형적으로 부분 반사기의 배열에 의해 또는 회절 광학 요소에 의해 커플링-아웃되는 이미지 프로젝터로부터 눈을 향해 이미지를 전달하기 위해 도광 광학 요소(light-guide optical element: LOE)("도파관" 또는 "기판"으로서 상호 교환 가능하게 지칭됨)를 이용한다.

보여진 이미지의 균일성을 달성하기 위해, 도파관은 투사된 이미지와 그 공액 이미지(conjugate image)로 균일하게 "채워져야" 한다. 이러한 것은 이미지 프로젝터의 크기와 광학 설계의 다양한 양태에 대한 설계 제한을 부과한다.

본 발명은 이미지 프로젝터에 의한 불충분한 조리개 채움(aperture filling)을 보상하기 위한 빔 증배 구성부(beam multiplication configuration)를 갖는 도광 광학 시스템이다.

본 발명의 실시형태의 교시에 따르면, a) 2개의 평면의 주요 외부 표면에서 내부 반사에 의한 도광 광학 요소(LOE) 내에서의 이미지 조명의 전파를 지원하기 위해 평행한 주요 외부 표면을 갖는 도광 광학 요소(LOE)로서, 주요 외부 표면 사이에 두께(h)를 가지며, 커플링-인 영역(coupling-in region) 및 전파 영역을 갖는, 상기 도광 광학 요소(LOE); (b) LOE의 전파 영역과 관련되고 LOE로부터 사용자의 눈을 향하여 이미지 조명의 적어도 일부를 커플링-아웃하기 위해 구성된 커플링-아웃 구성부(coupling-out configuration); (c) 시준된 이미지에 대응하는 이미지 조명을 생성하고, 내부 반사에 의해 LOE의 전파 영역 내에서 전파하도록 LOE의 커플링-인 영역 내로 이미지 조명을 도입하기 위해 LOE에 광학적으로 결합되는 이미지 프로젝터; 및 (d) LOE와 관련되고, LOE의 커플링-인 영역 내로 도입된 이미지 조명의 빔 증배를 위해 구성되고, 상호 평행 외부 표면들을 갖는 투명 플레이트를 포함하는 빔 증배 구성부를 포함하며, 투명 플레이트는 커플링-인 영역에 인접한 LOE의 주요 외부 표면에 접착되고, 투명 플레이트는 LOE와 플레이트 사이에 부분 반사 표면을 제공하고, 반사기를 추가로 제공하며, 부분 반사 표면 및 반사기는 시준된 이미지와 시준된 이미지의 공액을 이용하여 전파 영역을 완전히 조명하기 위해 커플링-인 영역 내로 도입된 이미지 조명을 전파 영역 내로 반사하도록 배열되는, 사용자의 눈에 이미지를 디스플레이하기 위한 광학 시스템이 제공된다.

본 발명의 실시형태의 추가 특징에 따르면, 투명 플레이트는 h/2의 두께를 갖는다.

본 발명의 실시형태의 추가 특징에 따르면, 빔 증배 구성부는 이미지 프로젝터에 의한 커플링-인 영역의 ½ 조리개 채움을 보상하도록 구성된다.

본 발명의 실시형태의 추가 특징에 따르면, LOE의 커플링-인 영역과 관련되고 내부 반사에 의해 LOE 내에서 전파하기 위해 이미지 프로젝터로부터 LOE 내로 이미지 조명을 커플링-인하도록 구성된 커플링-인 구성부를 포함한다.

본 발명의 실시형태의 추가 특징에 따르면, 커플링-인 구성부는 이미지 프로젝터와 LOE의 커플링-인 영역 사이에 위치된 쐐기형 프리즘(wedge prism), 또는 이미지 프로젝터와 LOE의 커플링-인 영역 사이의 LOE의 한쪽 단부에 있는 경사 가장자리를 포함한다.

본 발명의 실시형태의 추가 특징에 따르면, 시스템은 LOE의 안내 치수(guided dimension)로 빔 증배를 제공하도록 구성된 제1 빔 증배 구성부, 및 LOE의 미안내 치수에서 빔 증배를 제공하도록 구성된 제2 빔 증배 구성부를 포함한다.

본 발명의 실시형태의 추가 특징에 따르면, 빔 증배 구성부는 m개의 부분 반사 상호 평행 표면을 포함하고, 여기에서, m은 양의 정수이고, m개의 표면은 m개의 투명 플레이트에 의해 제공되며, 빔 증배 구성부는 1/(m +1)의 조리개 채움을 보상하도록 구성되며, 각각의 플레이트는 한 쌍의 주요 평행 외부 표면을 가지며, m개의 플레이트는 LOE의 주요 외부 표면에 접착된 스택을 형성하기 위해 각각의 주요 평행 표면에서 함께 접착되며, 반사기는 LOE로부터 가장 먼 플레이트인 m번째 플레이트의 외부 표면에 의해 제공되며, m개의 플레이트의 각각은 LOE의 두께(h)의 1/(m+1)과 동일한 두께를 갖는다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 설명된다:
도 1A 및 도 1B는 반사 및 회절 빔 지향 구성요소를 각각 이용하는 본 발명의 실시형태에 따른 빔 증배를 갖는 이미지 투사 도파관 시스템을 도시하는 개략적인 측면도이며;
도 2는 종래의 커플링-인 기하학적 구조에 따른 커플링-인 쐐기를 이용하는 도파관의 개략적인 측면도이며;
도 3A 및 도 3B는 도 2의 도파관 내로 도입되어 도파관의 완전 및 부분 채움을 각각 달성하는 상이한 크기의 조명 조리개의 결과를 도시하며;
도 4 내지 도 6은 각각 ½ 조리개 채움, ⅓ 조리개 채움 및 ¼ 조리개 채움을 보상하기 위한 이미지 디스플레이 시스템의 실시형태의 개략적인 측면도이며;
도 7은 쐐기 커플링-인 구성부를 사용하는 종래 광학 시스템의 커플링-인 영역의 크기를 도시하며;
도 8은 쐐기 커플링-인 구성부를 사용하는 개시된 광학 시스템의 실시형태의 커플링-인 영역의 크기를 도시하며;
도 9는 경사 가장자리 커플링-인 구성부를 사용하는 개시된 광학 시스템의 실시형태의 커플링-인 영역의 크기를 도시하며;
도 10 및 도 11은 조리개가 미안내 치수에서 연장된 개시된 광학 시스템의 실시형태의 개략적인 측면도이며;
도 12는 도 10 및 도 11의 광학 시스템의 등각도이며;
도 13은 조리개가 안내 치수 및 미안내 치수 모두에서 연장된 광학 시스템의 등각도이며;
도 14는 에어 갭 커플링-인 구성부를 사용하는 개시된 광학 시스템의 실시형태의 개략적인 측면도이다.

본 발명은 빔 증배를 갖는 도광 광학 시스템으로서, 그 원리 및 동작은 도면 및 첨부된 설명을 참조하여 더욱 잘 이해될 수 있다.

이제, 눈 운동 상자(eye motion box: EMB)(102)로서 지칭되는 영역 내에 위치된, 사용자의 눈(100)에 이미지를 디스플레이하기 위한 광학 시스템의 본 명세서에 제공된 교시에 따른 구현을 개략적으로 도시하는 도 1A 및 도 1B를 참조한다. 시스템은 주요 외부 표면에서 내부 반사(TIR)에 의해 LOE 내에서 이미지 조명의 전파를 지원하기 위해 평행한 2개의 평면의 주요 외부 표면(12, 14)을 갖는 도광 광학 요소(LOE)(10)("도파관" 또는 "기판"으로서 상호 교환 가능하게 지칭됨)을 포함한다. 본 시스템의 LOE는 그 폭을 따라서, 다음에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, "커플링-인 영역" 및 "전파 영역"으로서 본 명세서에서 지칭되는, 적어도 기능적으로 상이한 영역들로 사실상 분할되는 것으로 간주될 수 있다.

커플링-아웃 구성부는 LOE의 전파 영역의 적어도 일부와 관련되고, LOE로부터 사용자의 눈(100)을 향하여 이미지 조명의 적어도 일부를 커플링-아웃하도록 구성된다. 특정 실시형태에서, 커플링-아웃 구성부는 도 1A에 도시된 바와 같이, LOE 내에 배치되고 주요 외부 표면에 대해 비스듬하게 배향된, 상호 평행 부분 반사 표면(16)의 세트로서 구현된다. 다른 실시형태에서, 커플링-아웃 구성부는 도 1B에 도시된 바와 같이, LOE(10)와 관련되고 사용자의 눈을 향해 이미지 조명의 일부를 점진적으로 커플링-아웃하도록 구성된 적어도 하나의 회절 광학 요소(18)로서 구현된다. 일부 실시형태에서, 커플링-아웃 구성부는 이미지가 전파 영역의 전체 길이를 따라서 점진적으로 커플링-아웃되도록 전파 영역의 전체와 관련될 수 있다. 다른 실시형태에서, 커플링-아웃 구성부는 이미지가 커플링-아웃됨이 없이 오직 전파되는 부분을 전파 영역이 포함하도록 전파 영역의 일부에만 관련될 수 있다.

"POD"로서 호환 가능하게 지칭되는 이미지 프로젝터(20)는 시준된 이미지에 대응하는 이미지 조명을 생성한다. 이미지 프로젝터(20)는 내부 반사에 의해 LOE 내에서 전파하도록 LOE의 커플링-인 영역 내로 이미지 조명을 도입하기 위해 LOE(10)에 광학적으로 결합된다. 본 발명의 디바이스와 함께 이용되는 POD는 바람직하게는 시준된 이미지를 생성하도록 구성되고, 즉, 시준된 이미지에서, 각각의 이미지 픽셀의 광은 픽셀 위치에 대응하는 각도 방향으로 무한대로 시준된 평행 빔이다. 그러므로, 이미지 조명은 2차원의 각도적 관측 시야(angular field of view)에 대응하는 각도의 범위에 걸쳐 있다.

이미지 프로젝터(20)는 일반적으로 LCOS 칩과 같은 공간 광 변조기를 조명하도록 배치된 적어도 하나의 광원을 포함한다. 공간 광 변조기는 이미지의 각각의 픽셀의 투사 강도를 변조하고, 이에 의해 이미지를 생성한다. 이미지 프로젝터(20)의 다른 실시형태는 OLED 또는 마이크로-LED 조명 소스를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이미지 프로젝터는 빔의 강도가 픽셀 단위로 운동과 동기적으로 변하고, 이에 의해 각각의 픽셀에 대해 원하는 강도를 투사하는 동안 프로젝터의 이미지 평면을 가로지르는 레이저 광원으로부터의 조명을 스캐닝하는 고속 스캐닝 미러를 사용하여 전형적으로 구현되는 스캐닝 배열을 포함할 수 있다. 두 경우 모두에서, 시준 광학 기기(collimating optic)는 무한대로 시준되는 출력 투사 이미지를 생성하도록 제공된다. 상기 구성요소들 중 일부 또는 전부는 전형적으로 당업계에 공지된 바와 같이 반사 광학 기기를 이용하는 하나 이상의 편광 빔 스플리터(PBS) 큐브 또는 다른 프리즘 배열의 표면에 배열된다. 대안적으로, 반사 및/또는 굴절 광학 기기를 이용한 자유 공간 광학 기기 구현이 사용될 수 있다. 이미지 프로젝터의 세부 사항은 그 자체가 본 발명의 일부가 아니며, 프레젠테이션을 단순화하기 위해, 이미지 프로젝터는 개별 구성요소를 예시하는 어떠한 시도없이 본 명세서에서 점선 상자로서 개략적으로 도시된다.

LOE(10)에 대한 이미지 프로젝터(20)의 광학적 결합은 예를 들어 비스듬하게 각진 입력 표면을 갖는 커플링-인 프리즘을 통해, 반사 커플링 배열을 통해, 또는 LOE의 주요 외부 표면의 측면 가장자리 및/또는 그 중 하나를 통하는 것과 같은 임의의 적합한 광학적 결합에 의해 달성될 수 있다. 쐐기형 프리즘을 통한 커플링-인의 예는 PCT 공개 WO2015162611에서 찾을 수 있다. 미러를 사용하는 커플링-인의 다양한 예는 PCT 공개 WO2001095027에서 찾을 수 있다. 아래에서 달리 명시된 경우를 제외하고, 이미지 프로젝터와 LOE 사이의 광학적 결합의 세부 사항은 전형적으로 본 발명에 중요하지 않으며, 여기에서 LOE(10)의 가장자리 표면에 적용된 쐐기형 프리즘(22)의 비제한적인 예로서 개략적으로 도시되어 있다. 또한, 커플링-인 프리즘을 사용하여 본 명세서에서 예시된 본 발명의 구현은 반사형 커플링-인 배열을 사용하여 동일하게 구현될 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다. 커플링-인 배열은 도 2에서 α_pod로서 표시된 POD와 LOE 사이의 각도를 결정한다.

도 1A, 도 1B, 및 도 4 내지 도 14에 도시된 본 발명의 양태는 시준된 이미지의 광이 한 쌍의 주요 평행 외부 표면을 갖는 도광 광학 요소(LOE)에 의해 안내되지만 이를 완전히 "채우지"(여기에서 "조명하지"로도 지칭됨) 않는, 특히 이미지가 LOE를 따라서 모든 지점에서 이미지/이미지-공액 쌍이 없이 전파되는 구성의 범위에 관한 것이다. 이러한 상황에서, 본 발명의 한 양태에 따르면, 다음에 상세히 설명되는 바와 같이, LOE의 커플링-인 영역과 관련되고, 이미지 및 그 공액으로 전파 영역을 완전히 조명하기 위해 LOE의 커플링-인 영역 내로 도입된 이미지 조명의 빔 증배를 위해 구성된 빔 증배 구성부를 제공하는 것이 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다.

따라서, 도 1A 및 도 1B에 도시된 광학 시스템은 LOE(10)의 하부 표면(12)에 인접하게 위치된 적어도 하나의 투명 플레이트(26)를 포함한다. 도 1A 및 도 1B에 도시된 실시형태에서, 단일 투명 플레이트(26)가 도시되어 있다. 투명 플레이트(26)는 빔 스플리터("빔 증배기" 및/또는 "빔 복제기"로도 지칭됨)로서 작용하는 표면(12)에서 또는 그 근처에 있는 부분 반사 표면(24)을 포함하여서, 빔 스플리터에 부딪치는 광의 일부는 LOE(10) 내로 다시 반사되고, 광의 일부는 플레이트(26)를 통해 투과되어 플레이트(26)의 외부 표면에 의해 LOE(10) 내로 반사된다. 본 발명의 빔 증배 구성부의 추가 세부 사항은 다음에 제공된다.

도 1A 및 도 1B에 도시된 빔 증배 구성부에 의해 제공되는 이점을 더욱 잘 예시하기 위해, 도 2 및 도 3A는 현재 개시된 빔 증배 구성부 없이 종래의 접근 방식에 따른 쐐기 프리즘(22)을 이용하는 커플링-인 구성부를 도시한다. LOE는 광의 모든 전파 각도("관측 시야들" 또는 "관측 시야(FOV)"로서 지칭됨) 및 EMB(102) 전체에 걸쳐서 균일한 분포로 인간의 눈에 이미지 조명을 제공하여야 한다. 이를 위해, 각각의 관측 시야의 조리개는 광으로 고르게 채워져야 한다. 즉, 시준된 이미지 내의 픽셀에 대응하는 어떠한 조명 각도에 대해, LOE의 주요 표면에 직각인 평면에서 LOE의 전체 단면은 이미지 및 그 반사(공액) 모두로 채워져야 되어서, LOE 볼륨에서의 어떠한 지점에서도, 광선은 시준된 이미지와 그 공액 모두의 모든 픽셀에 대응하여 존재한다. 이러한 결과를 달성하기 위해, 도 3A에 도시된 바와 같이, 비교적 큰 조리개 이미지 프로젝터(20)는 LOE(10)의 조리개가 이미지의 완전한 직접 조명 및 표면(12)으로부터 내부 반사된 공액 이미지의 완전 반사 조명을 수신하도록 LOE의 하나의 주요 표면(12)으로 연장과 함께 사용된다. 이미지 프로젝터(20)는 이러한 방식으로 LOE 조리개를 채우도록 대응하여 큰 조리개를 가져야만 한다.

"채움" 조건이 충족되지 않으면, 눈에 비치는 광은 고르게 분포되지 않는다. 이러한 기준을 충족시키지 못하는 좁은 조명 빔의 예가 도 3B에 도시되어 있으며, 여기에서, 더 작은 이미지 프로젝터(20)가 그 외에는 도 3A와 유사한 광학 구성과 함께 사용된다. 조리개 채움이 부족할 때, LOE로부터 빠져나오는 광은 고르게 분포되지 않을 것이다. LOE의 채움의 불균일성은 작은 조리개 프로젝터의 사용, 작은 커플링-인 기하학적 구조의 사용, 내부 패싯 반사(internal facet reflection)의 특정 구성을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 이유로 발생할 수 있다.

이제 도 4 내지 도 6을 참조하면, 조리개의 부분적인 채움을 보상하는 본 발명의 실시형태에 따른 광학 시스템이 개시된다. 일반적으로 말해서, 각각의 광학 시스템은 주요 외부 표면에서의 내부 반사에 의한 LOE 내에서 이미지 조명의 전파를 지원하기 위해 평행한 2개의 평면의 주요 외부 표면(12, 14)을 갖는 LOE(10)를 포함한다. LOE는 주요 외부 표면들 사이의 두께(h)를 갖는다. LOE의 길이를 따라서, LOE는 먼저 커플링-인 영역(34)에 이어서 전파 영역(36)을 포함한다. 커플링-인 영역과 구별되는 바와 같이, 전파 영역은 전파 영역 내로 도입된 이미지 조명이 주요 외부 표면(12, 14) 사이에서 TIR을 겪도록 공기 장벽(또는 대안적으로 반사 미러)에 의해 둘러싸인다.

이미지는 시준된 이미지에 대응하는 이미지 조명을 생성하도록 구성된 프로젝터(20)에 의해 커플링-인 영역(34) 내로 도입되고, 내부 반사에 의해 LOE의 전파 영역 내에서 전파하기 위해 LOE의 커플링-인 영역 내로 이미지 조명을 도입하도록 LOE에 광학적으로 결합된다.

광학 시스템은, LOE와 관련되고 LOE의 커플링-인 영역 내로 도입된 이미지 조명의 빔 증배를 위해 구성된 빔 증배 구성부를 더 포함하고, 빔 증배 구성부는 m개의 부분 반사 상호 평행 표면(28)으로 구성되며, 여기서 m은 양의 정수이며, m개의 표면은 LOE의 외부에 있고 LOE의 주요 외부 표면과 평행하다. 빔 증배 구성부는 반사기(30)를 더 포함한다. m개의 표면과 반사기는, 이미지와 그 공액 모두로 전파 영역(36)을 완전히 조명하기 위해 커플링-인 영역(34) 내로 도입된 이미지 조명을 전파 영역(36) 내로 반사하도록 배열된다.

광학 시스템은 전형적으로, 전파 영역(36)과 관련되고 LOE로부터 사용자의 눈을 향한 이미지 조명의 적어도 일부를 커플링-아웃하기 위해 구성된 패싯(16) 또는 회절 요소(18)(도 4 내지 도 6에서 명확성을 위해 생략되었지만 도 1A 및 도 1B에는 도시됨)로서 구현된 커플링-아웃 구성부를 더 포함한다.

이러한 설명 전체에 걸쳐서, 부분 반사 표면(28)은 본 명세서에서 "부분 반사기"로도 지칭되는 반면에, 완전 반사 표면(30)은 단순히 "반사기"로서 지칭된다. 다음에 상세히 설명되는 바와 같이, 반사기 및 부분 반사기(들)는 하나 이상의 투명 플레이트(26)에 의해 제공된다. 일반적으로 말해서, m개의 플레이트는 1/m 조리개 채움을 보상하기 위해 사용된다. m개의 플레이트는 1개의 반사기와 m개의 부분 반사기를 포함하는 m+1개의 반사 표면을 제공한다. 반사기는 전형적으로 TIR에 의해 충돌하는 광선을 완전히 반사하는 플레이트의 외부 표면으로서 구현된다. 대안적으로, 일부 실시형태에서, 반사기는 미러로서 구현될 수 있다.

이제 도 4를 참조하면, 빔 증배 구성부가 이미지 프로젝터에 의해 절반(1/2) 조리개 채움을 보상하는 광학 시스템의 개략 단면도가 도시되어 있다. 이러한 경우에, 단일 투명 플레이트(26)는 부분 반사기(26) 및 반사기(30)를 제공하고, 커플링-인 영역(34)에 인접한 LOE의 외부 표면(12)(여기에서 "하부" 주요 외부 표면으로도 지칭됨)에 접착된다.

투명 플레이트(26)는 커플링-인 영역(34)에 인접한 LOE의 하부 주요 외부 표면(12)의 길이를 따라서 부분적으로 연장된다. 플레이트(26)의 단부 지점(32)(여기에서, "임계 지점"으로서 지칭됨)은 커플링-인 영역(34)의 끝과 LOE의 전파 영역(36)의 입구를 마킹할지라도, 커플링-인 영역과 전파 영역 사이의 구별은 이들 영역 사이의 접합부에 물리적 장벽이 없음에 따라서 순전히 개념적이다. 일부 실시형태에서, 플레이트(26)는 임계 지점에 있는 가장자리(38)를 포함하고, 가장자리는 LOE의 주요 외부 표면에 직각이다. 중요하게, 어떠한 이미지 조명도 가장자리(38)에 충돌한 후에 전파 영역에 들어갈 수 없다. 일부 실시형태에서, 2개 이상의 플레이트의 경우에, LOE에 가장 가까운(사실상 LOE에 인접한) 플레이트만이 커플링-인 영역(34) 옆에서 완전히 연장되고 지점(32)에서 가장자리(38)로 끝나야만 한다.

이러한 경우에, 도 4에 도시된 바와 같이, 빔 증배 구성부는 전파 영역이 (하향 화살표로 도시된 바와 같은) 이미지 및 (상향 화살표로 도시된 바와 같은) 그 공액 모두에 의해 완전히 조명되도록 전파 영역에 들어가는 이미지 조명의 빔 증배(또한 "빔 복제"로서 본 명세서에서 지칭됨)에 의해 ½ 조리개 채움을 보상한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 광선은 광선의 일부가 부분 반사기(28)로부터 반사되고 광선의 일부가 완전 반사기(30)로부터 반사되도록 빔 스플리터에 의해 복제되고, 이에 의해 LOE의 길이를 따라서 더 멀리 임계 지점(32)을 효과적으로 연장시켜서, 각각의 광선과 그 공액은 이제 LOE의 전파 영역(36)을 채우고, 이에 의해 이미지와 그 공액 모두로 전파 영역을 완전히 조명하기에 불충분할 프로젝터에 의한 작은 조리개 채움을 보상한다. 이미지와 공액 이미지의 균일한 강도 분포를 달성하기 위해, 투명 플레이트(26)의 하부 표면은 (예를 들어, TIR 또는 미러 코팅을 통해) 완전 반사기(30)로서 작용하고, 이상적으로 플레이트(26)의 상부 표면은 이미지의 각도 범위에서 충돌광의 36% 내지 40%, 가장 바람직하게는 38.2%를 균일하게 반사하도록 코팅되어야 한다.

삽입적으로, 프로젝터(20)는 대안적으로 이미지의 공액을 주입할 수 있으며, 이러한 경우에, 하향 화살표는 실제로 공액을 나타내고, 상향 화살표는 이미지를 나타낸다는 것을 이해하여야 한다. 이와 같이, 이러한 설명 전반에 걸쳐서, "이미지" 및 "공액"이라는 용어는 "이미지"에 대한 언급이 이미지의 공액을 의미할 수 있도록 상호 교환 가능한 것으로 이해되어야 하고, 이러한 경우에, "공액"에 대한 모든 언급이 이미지를 언급하는 것으로서 이해될 수 있다.

광학 시스템은 일부 실시형태에서 프로젝터(20)와 LOE(10) 사이에 쐐기(22) 커플링-인 구성부를 포함할 수 있다.

위에서 논의된 바와 같이, 더 작은 단편적 조리개 채움에 대한 보상이 또한 고려된다. 도 5는 완전 조리개 주입 광선에 의해 채워진 영역의 크기의 ⅓(즉, 도 3A에 도시된 광선에 의해 채워진 크기의 ⅓)만을 채우는 주입 광선을 보상하는 광학 디바이스를 도시한다. 보상이 없으면, LOE는 부분적으로만 채워질 것이다(도 3B). ⅓ 조리개 채움(N = 3)을 보상하기 위해, 2개의(N-1 = 2) 부분 반사기(28)가 필요하다. 도 5에 도시된 예시적인 구현에서, 2개의 부분 반사기는 전체 조합된 두께가 h * 2/3로 주어지는 2개의 투명 플레이트(26)를 사용하여 구현되어서, 각각의 개별 투명 플레이트(26)는 h/3의 두께를 갖는다. 이러한 경우에, 2개의 투명 플레이트(26)가 함께 접착되고, 그런 다음 커플링-인 영역(34)에 인접한 LOE의 표면(12)에 접착되는 "스택"을 형성한다. 2개의 투명 플레이트는 그 주요 외부 표면에서 접착되고, 2개의 부분 반사기(28)와 반사기(30)를 집합적으로 제공한다.

이미지 및 공액 이미지의 균일한 분포를 달성하기 위해, 상부(제1) 플레이트와 LOE 사이의 경계면은 21% 내지 24%, 바람직하게는 22.8%의 반사율을 갖는 부분 반사 코팅을 포함할 수 있다. 하부(제2) 플레이트와 상부(제1) 플레이트 사이의 경계면은 37% 내지 40%, 바람직하게는 38.2%의 반사율을 갖는 부분 반사 코팅으로 코팅될 수 있다. 바닥(즉, 제2) 투명 플레이트의 하부 주요 외부 표면은 도 4를 참조하여 설명된 것과 유사한 완전 반사기로서 작용한다.

도 6은 완전 조리개 주입 광선에 의해 채워진 영역의 크기의 ¼(즉, 도 3A에 도시된 광선에 의해 채워진 크기의 ¼)만을 채우는 주입 광선을 보상하는 광학 디바이스를 도시한다. ¼ 조리개 채움(N=4)를 보상하기 위해, 3개(N-1 = 3) 부분 반사기(28)가 필요하다. 도 6에 도시된 예시적인 구현에서, 3개의 부분 반사기(28)는 전체 조합된 두께가 h*3/4로 주어지는 3개의 투명 플레이트(26)를 사용하여 구현되어서, 각각의 개별 투명 플레이트는 h/4의 두께를 갖는다.

이미지 및 공액 이미지의 균일한 분포를 달성하기 위해, 상부(제1) 플레이트와 LOE 사이의 경계면은 15% 내지 17%, 바람직하게는 16.1%의 반사율을 갖는 부분 반사 코팅을 포함할 수 있다. 중간(제2) 플레이트와 상부(제1) 플레이트 사이의 경계면은 21% 내지 24%, 바람직하게는 22.8%의 반사율을 갖는 부분 반사 코팅으로 코팅될 수 있다. 중간(제2) 플레이트와 바닥(제3) 플레이트 사이의 경계면은 37% 내지 40%, 바람직하게는 38.2%의 반사율을 갖는 부분 반사 코팅으로 코팅될 수 있다. 바닥(즉, 제2) 투명 플레이트의 하부 주요 외부 표면은 도 4 및 도 5를 참조하여 설명된 것과 유사한 완전 반사기로서 작용한다.

일반적으로 말해서, 빔 증배 구성부는 m개의 투명 플레이트에 의해 제공되는 주요 외부 LOE 표면에 평행한 m개의 부분 반사 표면을 포함하며, 여기서 m은 양의 정수이다. 부분 반사기의 수는 방정식 m = N-1에 따라서 결정되며, 여기서 1/N은 보상되어야 하는 조리개 채움의 비율을 나타낸다. 부분 반사기(들)는 LOE의 하부 주요 외부 표면(12)에 또는 그 근처에서 제1 부분 반사기와 이격된 관계로 배치된다. 부분 반사기들 사이의 간격은 LOE의 두께(h)에 비례하고, 플레이트(들)의 두께에 의해 결정된다. 완전 반사기(30)는 부분 반사기(들) 아래에, 특히 마지막 부분 반사기(단지 하나의 부분 반사기만이 사용될 때에는 제1 부분 반사기) 아래에 배치된다. 완전 반사기는 완전 반사기와 LOE의 하부 주요 외부 표면(12) 사이의 유효 간격(제1 부분 반사기와 동등하게 또는 대략적으로 동등하게)이 또한 h에 비례하도록 마지막 부분 반사기에 대해 이격된 관계로 그 아래에 배치된다. 일반적으로, 완전 반사기와 LOE의 하부 주요 외부 표면 사이의 유효 간격은 공식 h * (N - 1)/N으로 표현될 수 있다. 이러한 간격을 달성하기 위해, m개의 플레이트의 각각의 두께는 바람직하게는 h의 1/(m+1)이어야 한다.

1개보다 많은 투명 플레이트의 경우에, 플레이트들 사이의 각각의 경계면뿐만 아니라 제1 플레이트(즉, LOE에 인접한 플레이트)와 LOE 사이의 경계면은 부분 반사 코팅을 포함한다. 다수의 상이한 코팅 방법이 가능하다. 예를 들어, 각각의 플레이트는 한쪽 표면에 코팅되고, 함께 그리고 LOE에 접착되어서, 각각의 경계면은 부분 반사 코팅을 포함할 수 있다. 대안적으로, 다른 모든 플레이트(즉, 스택에서 교대하는 플레이트)는 부분 반사 코팅으로 양쪽 주요 외부 표면에 각각 코팅될 수 있다. 대안적으로, 부분 반사율은 플레이트들 사이의 경계면에서 원하는 부분 반사를 생성하도록 선택된 상이한 굴절률의 플레이트를 적층하는 것에 의해(또는 광학 접착제를 사용하여) 달성될 수 있다. 대안적으로, 플레이트들 사이의 광학 접착제는 원하는 부분 반사를 생성하기 위해 선택된 플레이트들과 다른 굴절률을 가질 수 있다.

이미지와 공액 이미지의 균일한 강도를 달성하기 위해, 플레이트(i)의 상부 표면은

의 이상적인 부분 반사율을 달성하도록 코팅되어야 하며, 여기서 m번째 플레이트(즉, LOE에서 가장 먼 플레이트)의 바닥 표면은 TIR로 인해 R_m+1 = 1이다.

바람직하게는, m개의 연속적인 부분 반사기의 각각의 반사율은 위에 전술한 R_i에 대한 방정식을 사용하여 주어진다. 그러나, 반사율의 비율은 적어도 이미지의 전체 각도 범위(관측 시야)에 대해서가 아니라, 모든 경우에 정확하게 한정되거나 정확하게 달성 가능하지 않은 파라미터이며, 여기에서 의도는 샘플링되면 결과적인 강도 분포가 LOE의 두께에 걸쳐서 시각적으로 균일한 것으로 인식될 수 있는 이론적 값에 충분히 가까운 값을 참조하는 것이다. 단일 부분 반사기(m=1)에 대하여, 반사율에서 5-10%의 오류는 ½ 사이클 후에만 시각적으로 허용된다. 보다 일반적으로, 반사율에서의 ±5% 또는 심지어 ±10%의 변화는 특정 경우에 시각적으로 허용 가능하도록 최적에 충분히 가까운 결과를 렌더링할 수 있다. 부분 반사기 층(들)과 LOE의 주요 외부 표면 사이의 평행도는 보존되어야 하며, 동일한 부분으로 두께의 세분화는 빔 증배 과정 동안 불균일한 강도의 스트라이프의 생성을 피하기 위해 바람직하게는 10% 이내의 정확도로, 바람직하게는 보다 정확하게 수행된다.

구조적으로, 빔 증배 구성부의 부분 반사율은 금속 코팅, 구조적 부분 반사기(예를 들어, 물방울 무늬 반사기) 및 다층 유전체 코팅을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적절한 부분 반사 층 또는 코팅을 사용하여 구현될 수 있다. 일부 실시형태에서, 부분 반사 코팅은 바람직하게는, 직접 보는 장면에서 광의 보다 적은 감쇠를 제공하도록, 코팅이 LOE 내에서 이미지 광 전파의 각도에 대응하는 범위에서의 각도에서 전술한 순서에 따라서 원하는 반사율을 가지지만 (빔 스플리터에 직각에 가까운) 작은 각도에서 낮은 반사율을 갖는 각도 의존적 반사 코팅을 사용하여 구현될 수 있다. 이러한 각도 의존적 반사율을 갖는 층은 다층 유전체 코팅을 사용하여 용이하게 달성할 수 있으며, 필요한 특성이 프레넬(Fresnel) 반사 특성과 본질적으로 유사하기 때문에 제조가 용이하다. 이러한 각도 의존적 반사율을 제공하기 위한 다층 코팅의 설계는 당업계의 일반적인 관행과 같이 표준 소프트웨어 패키지를 사용하여 수행될 수 있으며, 적절한 코팅은 많은 공급원으로부터 상업적으로 얻을 수 있다. 따라서, 프레젠테이션의 간결함을 위해, 세부 사항은 여기에서 다루지 않는다.

지금까지 설명된 실시형태는 LOE 내로 광선을 주입하기 위한 커플링-인 메커니즘으로서 쐐기를 사용할 때 빔 증배에 관한 것일지라도, 다른 커플링-인 기하학적 구조가 고려되는 다른 실시형태가 가능하다.

서론으로서, 도 7은 커플링-인 메커니즘으로서 쐐기(22)를 사용할 때 LOE의 완전 조리개 채움을 반복한다. 쐐기는 조리개가 완전히 채워지도록 광학적으로 설계되며, 즉, LOE의 주요 외부 표면에 직각인 평면에서의 LOE 단면의 모든 지점에서 상향 및 하향 광선이 있다. 커플링-인 영역(34)의 크기는 쐐기 및 관측 시야에 의해 결정되며, LOE 내부의 모든 관측 시야에 대해 상향 및 하향 광선 사이에 중첩이 있도록 설계된다. 주 광선이 LOE에 직각인 LOE의 외부로 결합되는 구성에서, LOE에 대한 쐐기의 각도는 주 광선에 직각이도록 선택된다. 그러나, (예를 들어, 심미적인 이유로) LOE에 약간의 틸트가 추가되면, 쐐기 각도는 색수차를 최소화하기 위해 틸트 각도를 고려하여 조정되어야 한다. 아울러, 쐐기의 길이는 LOE를 통해 안내될 수 있는 가장 얕은 광선에 따라서 결정된다. 전파 영역(36)은 커플링 영역(34)의 단부에서 시작하여 LOE의 길이 전체에 걸쳐서 연속한다.

위에서 상세하게 논의된 바와 같이, 빔 증배를 이용한 부분-조리개 채움 기술(예를 들어, 도 4에 도시되고 도 8에 더 상세히 재현된 절반-조리개 채움 기술)은 조리개를 완전히 채우기 위해 유입 광선을 복제하도록 하나 이상의 투명 플레이트(26)를 사용하는 것에 의지한다. 그러나, 도 8로부터 명백한 바와 같이, 투명 플레이트(26)는 도 7에 도시된 완전 조리개 방법과 비교할 때 커플링-인 영역(34)의 크기를 증가시킨다(즉, 투명 플레이트는 LOE의 하부 주요 외부 표면(12)의 상당한 부분을 따라서 연장된다).

상기를 염두에 두고, 도 9는 도 8의 커플링-인 영역(34)과 비교할 때 커플링-인 영역(34)의 크기를 동시에 감소시키는 빔 증배 메커니즘을 갖는 본 발명의 실시형태에 따른 광학 디바이스를 도시한다. 이러한 실시형태에서, 전체 조리개가 조명되지만, 쐐기 커플링-인 메커니즘은 경사 가장자리(40)(즉, LOE의 평행한 주요 외부 표면에 대해 일정 각도인 가장자리)로 대체된다. 일반적으로, 경사 가장자리(40)의 특정 각도는 위에서 논의된 쐐기의 각도를 선택하는데 사용된 것과 동일한 기준에 따라서 선택된다. 상향 및 하향 광선을 복제하는 쐐기가 없기 때문에, 광선은 경사 가장자리(40)를 통해 LOE 내로 직접 주입된다. 투명 플레이트(26)(이전에 설명된 것과 유사)는 상향 및 하향 광선을 복제하고 중첩한다. 또한, 커플링-인 메커니즘으로 작용하는 쐐기가 없기 때문에, 광학 디바이스의 전체 입력 조리개는 (도 8의 광학 디바이스와 비교하여) 더 작고, 커플링-인 영역(34)의 크기(즉, 투명 플레이트의 길이에 의해 한정된 바와 같음)은 도 8의 커플링-인 영역(34)의 크기보다 작다. 여담으로, 감소된 전체 입력 조리개는 광학 디바이스의 전체 폼 팩터를 감소시키는 추가 이점을 가지며, 이는 근안 디스플레이(NED) 시스템에 사용하는데 적합하다.

지금까지, 입력 조리개 연장의 논의는 LOE(10)의 안내 치수에서의 조리개 연장과 관련하여 논의되었다. 일부 경우에, 미안내 치수에서의 조리개 연장이 또한 필요하다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "안내 치수"는 광이 TIR에 의해 안내되는 주요 표면들 사이의 치수를 지칭하고, "미안내 치수"는 광 경로가 내부 반사에 의해 제한되지 않고 확장되는 주요 표면에 평행하게 연장되는 치수를 지칭한다.

도 10은 조리개가 미안내 치수에서 연장되는 광학 시스템을 도시한다. 광선이 TIR에 의해 안내되지 않을 때 조리개의 부분적인 채움을 보상하기 위해, 부분 반사 코팅으로 코팅된 하부 주요 표면(28)을 갖는 투명 플레이트(26)가 쐐기(22)와 LOE(10)의 가장자리 사이에 배치되어서, 투명 플레이트(26)의 상부 주요 외부 표면의 일부는 미러(30)로서 작용하고, 투명 플레이트의 하부 주요 외부 표면은 부분 반사기(28)로서 작용한다. 투명 플레이트는 부분적으로 채워진 입력 광선이 복제되도록 유입 광선을 효과적으로 반사한다. 전체 조리개를 채우기 위해, 투명 플레이트(26)의 두께(h_m)는 광학 시스템의 조리개 스토퍼(S)의 절반을 가지도록 선택된다.

도 11은 상이한 관측 시야(평행하지 않은 광선의 평행하지 않은 세트로 도시됨)의 광선에 대한 추가 예시와 함께, 광학 시스템의 스토퍼(S)(이는 원래의 완전 조리개 광학 시스템의 크기의 절반임)를 모두 채운, 도 10의 광학 시스템의 다른 도면을 도시한다.

도 12는 LOE 입력에 결합된 투명 플레이트(26)를 도시하는, 도 10 및 도 11의 광학 시스템의 등각도이다. 명확성을 위해, 커플링-인 구성부는 도 12에 도시되지 않지만, 존재하는 것으로 가정한다. 2개의 광선은 투명 플레이트(26)에 의해 복제되고, 그런 다음 커플링-아웃 구성부(도 12에서 패싯을 나타내는 대각선으로 도시됨)에 도달하고 EMB(도시되지 않음)를 향해 커플링-아웃되기 전에 LOE 내에서 전파된다.

도 13은 도 12의 광학 시스템과 유사하지만 (예를 들어, 도 4 내지 9를 참조하여 논의된 바와 같은) LOE의 안내 치수로 빔 복제를 수행하기 위해 LOE 입력에 추가적인 투명 플레이트(26')가 있는 광학 시스템의 실시형태의 단면도 및 등각도를 각각 도시한다.

도 14는 본 발명의 실시형태에 따른, 미안내 치수에서 빔 증배를 수행하는 다른 광학 시스템을 도시한다. 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명된 실시형태와 대조적으로, 이 실시형태에서, 광선을 LOE에 결합하기 위해 쐐기가 사용되지 않는다. 대신에, 유입 빔(광선)은 에어 갭(44)(명확성을 위해 과장되어 도시됨)을 통해 프로젝터(도시되지 않음)로부터 LOE 내로 주입된다. 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명된 것과 유사하게, 투명 플레이트는 에어 갭(44)과 LOE(10) 사이에 배치된다. 빔은 부분적으로 (이전에 설명된 바와 같은) 투명 플레이트(26)로 인해, 그리고 더 낮은 굴절률의 에어 갭(44) 매체로부터 더 높은 굴절률 매체(예를 들어, 전형적으로 유리로 구성된 LOE)로 이동할 때 부분적으로 빔의 굴절로 인해 확장된다. 굴절로 인한 확장은 빔 직경 확대로서 지칭된다. 도 14에 도시된 바와 같이, 직경(d₁)을 갖는 빔은 (법선에 대해 측정된) θ₁의 입사각에서 길이(H)의 세그먼트를 덮는 투명 플레이트에 충돌한다. 굴절된 빔은 d₂의 빔 직경 및 (법선에 대해 측정된) θ₂의 굴절각을 갖는다. 간단한 기하학을 사용하여, 다음과 같은 수학적 관계가 쉽게 유도될 수 있다.

(1)

(2)

(3)

θ₂는 θ₁보다 작기 때문에(Snell의 법칙), d₂는 d₁보다 크고, 이에 의해 확대된 빔 직경을 산출한다.

도 1A 및 도 1B, 및 도 4 내지 도 14를 참조하여 위에서 개시된 실시형태에서, LOE의 전파 영역에 들어가는 광은 부분 반사기 및/또는 완전 반사기에 의해서만 이전에 반사되었다는 것이 강조되어야 한다. 어떠한 경우에도, 투명 플레이트의 가장자리(즉, LOE 표면(12, 14)에 직각인 투명 플레이트(26)의 가장자리)로부터 반사된 광은 LOE의 전파 영역에 들어가지 않아야 한다.

디스플레이는 일반적으로 소형 온보드 배터리 또는 일부 다른 적절한 전원으로부터 전력을 이용하여 이미지 프로젝터를 작동시키기 위한 제어기를 포함하여 다양한 추가 구성요소를 포함한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 제어기는 이미지 프로젝터를 구동하기 위한 적어도 하나의 프로세서 또는 처리 회로와 같은 모든 필요한 전자 구성요소를 포함하며, 모두 당업계에 공지되어 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 특징은 그 자체로 본 발명의 일부가 아니며, 그러므로 본 명세서에서 상세히 설명되지 않을 것이다. 이러한 모든 특징은 당업자에 의해 용이하게 구현될 것이다.

본 명세서에서의 설명에서, 연장된 빔은, 빔 증배 구성부가 이미지 프로젝터에 의해 제공되는 빔 폭의 제한을 극복하고, LOE로의 입구 조리개에는 그 전체 영역에 걸쳐서 이미지 및 그 공액이 모두 제공되는 것을 보장한다는 의미에서 전파 영역을 "완전히 조명하는" 것으로서 참조된다. 명확히, "완전" 조명은 관찰자의 눈에 인식되고 눈에 문제가 될 정도로 심각한 구멍이나 검은색 선이 없는 커플링-아웃된 이미지를 생성하는 능력에 의해 평가된다. 사용자 경험에 크게 영향을 미치지 않는 LOE 채움에서의 사소한 결함은 분명히 허용 가능하고, "완전히 조명됨"이라는 문구에 포함된다.

상기 설명은 단지 예로서 제공하는 것으로 의도되고, 첨부된 청구범위에서 한정된 바와 같은 본 발명의 범위 내에서 많은 다른 실시형태가 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims

사용자의 눈에 이미지를 디스플레이하기 위한 광학 시스템으로서,
a) 2개의 평면의 주요 외부 표면에서 내부 반사에 의한 도광 광학 요소(LOE) 내에서의 이미지 조명의 전파를 지원하기 위해 평행한 상기 주요 외부 표면을 갖는 상기 도광 광학 요소(LOE)로서, 상기 주요 외부 표면 사이에 두께(h)를 가지며, 커플링-인 영역(coupling-in region) 및 전파 영역을 갖는, 상기 도광 광학 요소(LOE);
(b) 상기 LOE의 전파 영역과 관련되고, 상기 LOE로부터 사용자의 눈을 향하여 이미지 조명의 적어도 일부를 커플링-아웃하기 위해 구성된 커플링-아웃 구성부(coupling-out configuration);
(c) 시준된 이미지에 대응하는 이미지 조명을 생성하는 이미지 프로젝터로서, 내부 반사에 의해 상기 LOE의 전파 영역 내에서 전파하도록 상기 LOE의 커플링-인 영역 내로 이미지 조명을 도입하기 위해 상기 LOE에 광학적으로 결합되는, 상기 이미지 프로젝터; 및
(d) 상기 LOE와 관련되고 상기 LOE의 커플링-인 영역 내로 도입된 이미지 조명의 빔 증배를 위해 구성된 빔 증배 구성부(beam-multiplication configuration)로서, m개의 부분 반사 상호 평행 표면 및 반사기를 포함하는 빔 증배 구성부를 포함하되, m은 양의 정수이며, 상기 m개의 표면은 상기 LOE의 외부에 있고 상기 LOE의 주요 외부 표면에 평행하며, 상기 m개의 표면 및 상기 반사기는, 시준된 이미지 및 상기 시준된 이미지의 공액 모두에 의해 상기 전파 영역을 완전히 조명하기 위해 상기 커플링-인 영역 내로 도입된 이미지 조명을 상기 전파 영역 내로 반사하도록 구성되는, 상기 빔 증배 구성부
를 포함하는, 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 m개의 표면은 m개의 투명 플레이트에 의해 제공되며, 각각의 플레이트는 한 쌍의 주요 평행 외부 표면을 가지며, 상기 m개의 플레이트는 상기 LOE의 주요 외부 표면에 접착되는 스택을 형성하기 위해 그 각각의 주요 평행 표면에서 함께 접착되는, 광학 시스템.
제2항에 있어서, 상기 반사기는 상기 LOE로부터 가장 먼 플레이트인 m번째 플레이트의 외부 표면에 의해 제공되며, 상기 외부 표면은 TIR를 통한 완전 반사를 위해 구성되는, 광학 시스템.
제2항에 있어서, 상기 반사기는 미러에 의해 제공되는, 광학 시스템.
제2항에 있어서, 상기 m개의 플레이트의 각각은 h의 1/(m+1)와 동일한 두께를 갖는, 광학 시스템.
제2항에 있어서, 상기 LOE에 가장 가까운 플레이트인 제1 플레이트는 상기 커플링-인 영역에 인접한 상기 LOE의 길이를 따라서 연장되는, 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 빔 증배 구성부는 1/(m+1) 조리개 채움(aperture filling)을 보상하도록 구성되는, 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 LOE는 안내 치수 및 미안내 치수를 포함하고, 상기 광학 시스템은 상기 안내 치수에서 빔 증배를 제공하도록 구성된 제1 빔 증배 구성부, 및 상기 미안내 치수에서 빔 증배를 제공하도록 구성된 제2 빔 증배 구성부를 포함하는, 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 LOE의 커플링-인 영역과 관련되고, 내부 반사에 의해 상기 LOE 내에서 전파하기 위해 상기 이미지 프로젝터로부터 상기 LOE 내로 이미지 조명을 커플링-인하도록 구성된 커플링-인 구성부를 더 포함하는, 광학 시스템.
제9항에 있어서, 상기 커플링-인 구성부는 상기 이미지 프로젝터와 상기 LOE의 커플링-인 영역 사이에 위치된 쐐기형 프리즘을 포함하는, 광학 시스템.
제9항에 있어서, 상기 커플링-인 구성부는 상기 이미지 프로젝터와 상기 LOE의 커플링-인 영역 사이의 상기 LOE의 한쪽 단부에 있는 경사 가장자리를 포함하는, 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 커플링-아웃 구성부는 상기 LOE의 주요 외부 표면에 비스듬하게 각진 복수의 상호 평행 패싯을 포함하는, 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 커플링-아웃 구성부는 회절 요소를 포함하는, 광학 시스템.
사용자의 눈에 이미지를 디스플레이하기 위한 광학 시스템으로서,
a) 2개의 평면의 주요 외부 표면에서 내부 반사에 의한 도광 광학 요소(LOE) 내에서의 이미지 조명의 전파를 지원하기 위해 평행한 상기 주요 외부 표면을 갖는 상기 도광 광학 요소(LOE)로서, 상기 주요 외부 표면 사이에 두께(h)를 가지며, 커플링-인 영역 및 전파 영역을 갖는, 상기 도광 광학 요소(LOE);
(b) 상기 LOE의 전파 영역과 관련되고, 상기 LOE로부터 사용자의 눈을 향하여 이미지 조명의 적어도 일부를 커플링-아웃하기 위해 구성된 커플링-아웃 구성부;
(c) 시준된 이미지에 대응하는 이미지 조명을 생성하고, 내부 반사에 의해 상기 LOE의 전파 영역 내에서 전파하도록 상기 LOE의 커플링-인 영역 내로 이미지 조명을 도입하기 위해 상기 LOE에 광학적으로 결합되는 이미지 프로젝터; 및
(d) 상기 LOE와 관련되고, 상기 LOE의 커플링-인 영역 내로 도입된 이미지 조명의 빔 증배를 위해 구성되고, 상호 평행 외부 표면들을 갖는 투명 플레이트를 포함하는 빔 증배 구성부를 포함하며, 상기 투명 플레이트는 상기 커플링-인 영역에 인접한 상기 LOE의 주요 외부 표면에 접착되고, 상기 투명 플레이트는 상기 LOE와 상기 플레이트 사이에 부분 반사 표면을 제공하고, 반사기를 추가로 제공하며, 상기 부분 반사 표면 및 상기 반사기는, 시준된 이미지와 상기 시준된 이미지의 공액을 이용하여 상기 전파 영역을 완전히 조명하기 위해 상기 커플링-인 영역 내로 도입된 이미지 조명을 상기 전파 영역 내로 반사하도록 배열되는, 광학 시스템.
제14항에 있어서, 상기 투명 플레이트는 h/2의 두께를 갖는, 광학 시스템.
제14항에 있어서, 상기 빔 증배 구성부는 상기 이미지 프로젝터에 의해 상기 커플링-인 영역의 ½ 조리개 채움을 보상하도록 구성되는, 광학 시스템.
제14항에 있어서, 상기 LOE의 커플링-인 영역과 관련되고, 내부 반사에 의해 상기 LOE 내에서 전파하도록 상기 이미지 프로젝터로부터 상기 LOE 내로의 이미지 조명을 커플링-인하기 위해 구성되는 커플링-인 구성부를 더 포함하는, 광학 시스템.
제14항에 있어서, 상기 커플링-인 구성부는 상기 이미지 프로젝터와 상기 LOE의 커플링-인 영역 사이에 위치된 쐐기형 프리즘을 포함하는, 광학 시스템.
제14항에 있어서, 상기 커플링-인 구성부는 상기 이미지 프로젝터와 상기 LOE의 커플링-인 영역 사이의 상기 LOE의 한쪽 단부에 있는 경사 가장자리를 포함하는, 광학 시스템.
제14항에 있어서, 상기 LOE는 안내 치수 및 미안내 치수를 포함하고, 상기 광학 시스템은 상기 안내 치수에서 빔 증배를 제공하도록 구성된 제1 빔 증배 구성부, 및 상기 미안내 치수에서 빔 증배를 제공하도록 구성된 제2 빔 증배 구성부를 포함하는, 광학 시스템.