KR101517299B1 - 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치 - Google Patents

광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자에서 발산되는 영상광이 사용자의 눈에 확대되어 결상되도록 확대수단을 제공하는 광학모듈; 상기 광학모듈에서 확대된 영상광이 물질 내 전반사 원리에 의하여 수평방향으로 이동할 수 있도록 통로를 제공하는 평행한 두 개의 표면을 가지며 영상광이 반사되어 출사될 수 있도록 2개 이상의 톱니 모양의 홈을 가진 경사면으로 이루어지는 광 가이드 플레이트; 및 상기 광가이드 플레이트와 결합시 투과되는 영상이 왜곡되지 않도록 상기 광가이드 플레이트에서 제시되는 상기 톱니 모양의 홈에 반대되는 톱니 모양의 홈을 가진 경사면을 가지고 있는 톱니커버;를 포함하여 이루어져, 외부 활동 중에도 정보 획득을 용이하고, 부피와 무게를 현저히 줄여 대화면 시청이 가능하며, 제조비용을 절감하여 제품가격을 현저히 낮출 수 있는 투과가 가능한 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치{Glasses Type Display Device using Light Guide Plate}
본 발명은 안경형 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히, 외부 활동 중에도 정보 획득을 용이하고, 부피와 무게를 현저히 줄여 대화면 시청이 가능하며, 제조비용을 절감하여 제품가격을 현저히 낮출 수 있는 투과가 가능한 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 안경형 디스플레이 장치는 눈과 매우 근접한 위치에서 발생하는 영상광을 정밀한 광학 장치를 이용하여 먼 거리에 가상의 대형화면이 구성될 수 있도록 초점을 형성함으로써 사용자로 하여금 확대된 허상을 볼 수 있도록 하는 화상 표시 장치이다. 안경형 디스플레이 장치는 주위 환경은 볼 수 없고 디스플레이 소자에서 발산된 영상광만을 볼 수 있는 폐쇄식(See-close)과, 윈도우를 통해 주위 환경을 볼 수 있으면서도 디스플레이 소자에서 발산된 영상광 또한 볼 수 있는 투과식(See-through)으로 나뉘는데, 도 1은 종래기술에 따른 투과식 안경형 디스플레이 광학시스템의 일예를 나타낸 것다.
도 1에 도시된 투과식 안경형 디스플레이 장치의 광학시스템은 대한민국특허등록공보 제10-0449704호(2004. 9. 13. 등록)으로 게시된 것으로, 디스플레이 패널(500)에 입사된 신호를 전파시키는 광가이드 플레이트(510)와, 상기 광가이드 플레이트(510)에 부착되어 상기 광가이드 플레이트(510)를 통해 전파되어 도달한 신호를 확대하여 보여주는 광학소자(520)를 포함하여 이루어진다.
도 1의 종래기술에 따르면, 상기 광가이드 플레이트(510)는 전파되는 신호가 상기 광가이드 플레이트(510) 내에서 전반사 각도로 반사될 수 있도록 입사면과 출사면을 소정 각도로 경사지게 형성함으로써 전반사 각도로 경사진 도파로 측면에 부착된 디스플레이 패널(500)로부터 입사되는 신호가 광가이드 플레이트(510) 내에서 전반사 각도로 반사되면서 전파된 후 상기 광학소자(520)에서 반사되어 사용자의 안구에 결상된다. 이때, 상기 광학소자(520)는 회절소자(DOE)이거나 홀로그램 소자(HOE)로서, 상기 광가이드 플레이트(510)를 통해 전파되어 도달한 신호를 확대하여 소정 초점거리에 있는 사용자의 눈에 확대된 영상신호의 상을 맺도록 한다.
그러나 전술한 방식의 종래기술은 안경형 디스플레이 장치의 성능을 결정하는 시야각(FOV)과 아이 박스(Eye Box)의 크기를 결정하는 광학소자(520)의 수평 폭을 키우는데 한계가 있어 결과적으로 시야각과 출사동의 크기를 키우기 위해서는 상기 광가이드 플레이트(510)의 두께를 키워야만 하고, 이는 결국 안경형 디스플레이 장치의 무게와 부피를 증가시켜 사용자가 착용하였을 경우 얼굴 전체에 압박 요인이 되어 쉽게 피로감을 느낄 수밖에 없다는 단점이 있다.
또한, 전술한 종래기술은 광학소자(520)가 단순한 반사면이 아닌 광학 확대 기능을 가지게 되면서, 광경로가 광학소자의 중심을 수직으로 통과하는 광축이 아닌 광학소자에 경사지게 입사되는 비축광학계로서 반사면에 입사되는 영상광의 입사각이 커지면 커질수록 심각한 왜곡과 광학적 수차가 발생할 여지가 있다. 더욱이, 광학소자(520)가 확대 기능을 가진 홀로그램 소자(HOE)를 사용할 경우에는 RGB 색의 파장별 색분리 현상으로 인해 최종 출사된 이미지의 색수차가 심해져 선명한 이미지 획득에 많은 어려움이 예상되며, 확대기능을 가진 회절소자(DOE)를 사용할 경우에는 광학소자(520)를 투과하여 제공되는 외부영상이 왜곡될 수 있을 뿐 아니라 광가이드 플레이트(510)을 통해 전달되는 가상 이미지와의 영상 합성에도 문제가 발생한다.
대한민국특허등록공보 제10-0449704호(2004. 9. 13. 등록)
따라서 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 광가이드 플레이트의 두께를 최소화하면서도 시야각과 출사동을 크게 할 수 있어 무게와 부피를 현저히 줄일 수 있으면서도 가상화면 크기를 극대화하여 대화면 시청이 가능한 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 출사면을 통한 가상화면뿐 아니라 외부영상을 왜곡 없이 사용자에게 제공함으로써 사용자가 외부에서도 선글라스처럼 착용한 후 활동하는 동안에도 정보 취득이 용이한 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 광학계의 부품 수를 줄여 안경형 디스플레이 장치의 제조비용 및 제품단가를 줄일 수 있는 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치는, 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자에서 발산되는 영상광이 사용자의 눈에 확대되어 결상되도록 확대수단을 제공하는 광학모듈; 상기 광학모듈에서 확대된 영상광이 물질 내 전반사 원리에 의하여 수평방향으로 이동할 수 있도록 통로를 제공하는 평행한 두 개의 표면을 가지며 영상광이 반사되어 출사될 수 있도록 2개 이상의 톱니 모양의 홈을 가진 경사면으로 이루어지는 광 가이드 플레이트; 상기 광가이드 플레이트와 결합시 투과되는 영상이 왜곡되지 않도록 상기 광가이드 플레이트에서 제시되는 상기 톱니 모양의 홈에 반대되는 톱니 모양의 홈을 가진 경사면을 가지고 있는 톱니커버;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치에서, 상기 경사면의 수평축에 대한 경사각은, 시야각과 상기 광가이드 플레이트 물질의 굴절률의 함수인 하기의 수학식 5에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.
(수학식 5)
Figure 112013104243440-pat00001
여기서,
Figure 112013104243440-pat00002
은 시야각,
Figure 112013104243440-pat00003
는 전반사각,
Figure 112013104243440-pat00004
은 경사각,
Figure 112013104243440-pat00005
은 굴절율이다.
이때, 상기 경사면의 수평축에 대한 경사각은, 안경형 디스플레이 장치에서 시야각 10° 이상을 얻기 위하여 하기의 수학식 6의 범위 이내에서 제공되는 것이 바람직하다.
(수학식 6)
Figure 112013104243440-pat00006
여기서,
Figure 112013104243440-pat00007
은 경사각이다.
또한, 본 발명에 따른 광 가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치에서 상기 광가이드 플레이트의 상기 경사면은, 하프 미러, 편광 또는 특정 파장에 대해서만 영상광을 반사하고 이외의 영상광은 투과시키는 코팅 물질이 도포되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 광 가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치에서 상기 톱니커버는, 경사면에 포함된 톱니 모양의 홈에 의해 투과되는 영상광이 왜곡되지 않도록 보상프리즘이 사용될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치에서 상기 광학모듈은 하나 이상의 볼록렌즈 및 오목 반사경과 프리즘을 결합한 형태 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 광가이드 플레이트의 두께를 최소화하면서도 시야각과 출사동을 크게 할 수 있어 무게와 부피를 현저히 줄일 수 있으면서도 가상화면 크기를 극대화하여 대화면 시청이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 출사면을 통한 가상화면뿐 아니라 결합되는 톱니커버를 통해 외부영상이 왜곡 없이 사용자에게 제공됨으로써, 사용자가 외부에서도 선글라스처럼 착용한 후 활동하는 동안에도 정보 취득이 용이한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 광학계의 부품 수를 줄여 안경형 디스플레이 장치의 제조비용 및 제품단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 안경형 디스플레이 장치의 광가이드를 이용한 광학시스템의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광가이드 플레이트를 사용한 안경형 디스플레이 장치의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 광가이드 플레이트의 굴절률과 전반사각에 따른 톱니모양 홈구조를 가진 경사면의 반사각과 최대시야각 사이의 관계를 나타낸 도면,
도 4a는 본 발명에 따른 광가이드 플레이트의 경사각과 시야각과의 관계를 나타낸 그래프,
도 4b는 본 발명에 따른 광가이드 플레이트의 경사각과 출사동과의 관계를 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 광가이드 플레이트를 사용한 안경형 디스플레이 장치의 다른 실시 예를 도시한 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 광 가이드 플레이트를 사용한 안경형 디스플레이 장치의 또 다른 실시 예를 도시한 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 광가이드 플레이트에서 출사면의 투과영상 왜곡을 보정하기 위한 톱니커버를 도시한 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것일뿐, 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
상세한 설명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치의 단면도를 도식화한 도면으로서, 본 발명에 따른 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치는 하나의 디스플레이 소자(20)와, 하나의 광학모듈(21)과, 경사면(221)에 2개 이상의 톱니 모양의 홈 구조를 가진 하나의 광 가이드 플레이트(22)와, 하나의 톱니커버(23)로 이루어진다.
도 2를 참조하면, 상기 디스플레이 소자(20)에서 발산된 영상광은 상기 광학모듈(21)에서 사용자가 확대된 상을 볼 수 있도록 시야각을 형성한 후 상기 광 가이드 플레이트(22)에 입사되고, 상기 광가이드 플레이트(20)의 평행한 상하부 표면에서 물질 내 전반사 원리를 이용 상기 광가이드 플레이트(22)의 경사면(221)까지 도달한 후, 톱니 모양의 경사면(221)에 도포된 반사코팅 물질에 의해 일부 영상광은 더 이상 전반사를 진행하지 못하고 반사되어 상기 광 가이드 플레이트(22)를 빠져나와 사용자의 눈에 결상된다.
이때, 상기 톱니 모양의 경사면(221, 이하 “경사면”이라 함)에 도포된 반사코팅 방법은 전체 광의 일부를 반사하는 하프미러 코팅이거나, P파나 S파 중 하나를 선택적으로 반사하는 편광 코팅 또는 특정 파장대역만을 반사하는 파장 선택 반사코팅과 같이 진행하는 모든 영상광을 반사하는 방식이 아닌 일부 영상광 만을 반사하는 방식이 바람직하며, 이는 상기 경사면(221)에서 반사와 투과가 동시에 발생할 수 있도록 하여 사용자가 디스플레이 소자(20)로부터 전송된 영상광과 경사면(221)을 통해 투과하는 외부 영상을 동시에 시청할 수 있도록 하기 위한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 광 가이드 플레이트의 굴절률과 전반사각에 따른 톱니모양 홈구조를 가진 경사면의 반사각과 최대시야각 사이의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 광 가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레 장치에서, 시야각을 형성하는 두 개의 외곽 빔으로 표시된 영상광(31, 32)이 사용자에게 확대 영상을 제공하기 위해서는 광가이드 플레이트(22) 내에서 전반사에 의해 경사면(221)까지 도달한 후, 경사면(221)에서 반사되어 출사면(222)에 이르는 각도가 적어도 수직축에 대하여 0보다 큰
Figure 112013104243440-pat00008
의 각도로 조사되어야 하며, 상기 출사면(222)을 통과한 후 물질의 굴절률에 따라 굴절된 후 사용자의 눈에 도달한다. 이 때 상기 시야각
Figure 112013104243440-pat00009
를 만드는 경사면(221)의 반사각
Figure 112013104243440-pat00010
는 스넬의 법칙에 의해 하기의 수학식 1로 유도된다.
여기에서
Figure 112013104243440-pat00011
는 영상광(31, 32)이 광가이드 플레이트 내에서 진행한 전반사각이며,
Figure 112013104243440-pat00012
1은 광가이드 플레이트 물질의 굴절률,
Figure 112013104243440-pat00013
는 영상광(31, 32)이 광가이드 플레이트 내부를 빠져나갔을 경우 굴절되어 사용자의 눈에 제공되는 시야각이다.
Figure 112013104243440-pat00014
상기 수학식 1에서 광가이드 플레이트 물질 내에서 광선이 진행한 전반사각
Figure 112013104243440-pat00015
는 하기의 수학식 2와 같은 조건을 만족하여야만 광선이 광가이드 플레이트 표면에서 전반사될 수 있다.
Figure 112013104243440-pat00016
통상적으로, 안경형 디스플레이 장치에서는 가상화면의 크기를 결정하는 시야각과(
Figure 112013104243440-pat00017
), 동일한 화상을 제공하는 면적인 출사동(Leyebox), 눈에서 출사면까지의 거리인 아이 릴리프(R)가 가장 중요한 사양으로 취급되고 있으며, 시야각과 출사동(Leyebox) 및 아이 릴리프(R)가 모두 커지면 커질수록 사용자의 만족도는 높아진다. 그러나 광가이드 플레이트를 사용하는 안경형 디스플레이 장치에서 시야각(
Figure 112013104243440-pat00018
)과 출사동(Leyebox) 및 아이 릴리프(R)를 키우기 위해서는 광가이드 플레이트의 두께(T)를 두껍게 하여 경사면의 수평면적(Bo)을 늘려야 하기 때문에 안경형 디스플레이 장치의 부피가 커지고 무게가 무거워져 사용자에게 큰 불편을 초래할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이 광가이드 플레이트(22)의 사면에 톱니 모양의 홈구조를 갖는 경사면(221)을 배치하는 방식으로 출사면(222)의 수평면적(Bo)을 확대(Bw)하여 시야각(
Figure 112013104243440-pat00019
)과 출사동(Leyebox) 및 아이 릴리프(R) 등 안경형 디스플레이 장치의 중요 사양의 크기를 키울 수 있다.
상술한 수학식 1 및 수학식2를 이용하면, 광가이드 플레이트(22)의 구성물질인 PMMA(Poly Methyl MethAcrylate)의 굴절율이 1.491임을 가정할 경우, 원하는 시야각을 얻기 위한 경사면(221)의 각도(
Figure 112013104243440-pat00020
, 이하 “경사각”이라 함)는 하기의 수학식 3과 같이 정의된다.
Figure 112013104243440-pat00021
상기 수학식 3을 참조하면, 예를 들어, 시야각(
Figure 112013104243440-pat00022
) 30도를 얻기 위해서는 경사각(
Figure 112013104243440-pat00023
)이 최소 26.08도가 되어야 한다. 따라서 출사동(Leyebox)을 10mm, 아이 릴리프(R)를 20 mm라 가정할 경우, 반사각이 26.08도로 하나의 경사면으로만 구성된 광가이드 플레이트의 경우 두께가 약 10 mm가 되어야만 한다. 그러나 본 발명에서와 같이 광가이드 플레이트(22)가 사면에 톱니 모양의 홈구조를 갖는 경사면(221)으로 반사면을 구성할 경우에는 약 6 mm 정도로 사양을 만족시킬 수 있기 때문에 약 40%의 두께 감소 효과를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 안경형 디스플레이 장치에서 사용자에 만족감을 주기 위한 시야각(
Figure 112013104243440-pat00024
)이 적어도 10도 이상이어야 하며, 경사각(
Figure 112013104243440-pat00025
)이 45도를 넘어설 경우 영상의 형상이 역으로 발생하게 되므로, 경사각(
Figure 112013104243440-pat00026
)은 상기 수학식 3과 바람직한 시야각(
Figure 112013104243440-pat00027
)을 고려하였을 때, 하기의 수학식 4와 같은 범위 이내에서 제공되는 것이 바람직하다.
Figure 112013104243440-pat00028
도 4a는 본 발명에 따른 광가이드 플레이트의 경사각과 시야각과의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 4b는 본 발명에 따른 광 가이드 플레이트의 경사각과 출사동과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 4a 및 도 4b에서 광가이드 플레이트(22)는 굴절율이 1.491인 PMMA 물질임을 가정하였으며 전반사율은 42.15도, 아이릴리프(R)는 각각 10 mm와 15 mm, 광가이드 플레이트(22)의 두께는 6 mm임을 가정하였다.
도 4a와 도 4b를 참조하면, 광 가이드 플레이트(22)에서, 경사각(
Figure 112013104243440-pat00029
)과 시야각(
Figure 112013104243440-pat00030
)은 경사각(
Figure 112013104243440-pat00031
)이 커지면 시야각(
Figure 112013104243440-pat00032
)도 커지는 비례 관계를 유지하며, 경사각(
Figure 112013104243440-pat00033
)과 출사동(Leyebox)은 아이릴리프(R)가 15 mm일 때와 10 mm 일 때 모두 경사각(
Figure 112013104243440-pat00034
)이 커지면 출사동(Leyebox)은 작아지는 선형적 반비례 관계임을 알 수 있다. 즉, 안경형 디스플레이 장치에서 시야각과 출사동을 키우기 위해서는 최종 영상광의 반사면이 수평면과 이루는 각도가 커져야 하나 일반적인 경사면의 경우 경사면의 각도를 키우기 위해서는 광 가이드 플레이트의 두께가 커져야 하기 때문에 부피와 무게가 증가할 수밖에 없다.
따라서 본 발명에서 제시된 바와 같이, 광가이드 플레이트의 사면에 톱니 모양의 경사면(221)을 배치할 경우 두께를 늘리지 않고도 수평면과 경사면의 각도를 키울 수 있게 되어 광 가이드 플레이트의 부피와 무게를 감소시킬 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 광가이드 플레이트를 사용한 안경형 디스플레이 장치의 광학시스템의 또 다른 실시 예를 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광 가이드 플레이트를 사용한 안경형 디스플레이 장치는 하나의 디스플레이 소자(50)와, 하나의 렌즈형 광학모듈(51)과, 하나의 광가이드 플레이트(52)로 구성된다.
도 5와 같은 구성에 의하여, 디스플레이 소자(50)에서 출사된 영상광은 렌즈형 광학모듈(51)을 통하여 사용자가 확대된 상을 볼 수 있도록 시야각을 형성한 후, 광가이드 플레이트(52)에 입사되며, 광가이드 플레이트(52)의 평행한 상하부 표면에서 물질 내 전반사 원리를 이용 광가이드 플레이트(52)의 출사면까지 도달한 후 출사면의 톱니 모양의 경사면에 도포된 반사코팅 물질에 의해 일부 영상광은 더 이상 전반사를 진행하지 못하고 반사되어 상기 광 가이드 플레이트(52)를 빠져나와 사용자의 눈에 결상된다.
도 5에 도시한 본 발명에 따른 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치의 다른 실시 예는 도 2에 도시한 광학모듈(21)이 렌즈형 광학모듈(51)로 대체된 것으로써, 도 2와 마찬가지로 광가이드 플레이트(52)의 출사면에 톱니 모양의 경사면을 배치하여 시야각과 출사동을 키울 수 있는 수단을 보유토록 함으로써 안경형 디스플레이 장치의 부피와 무게를 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 광가이드 플레이트를 사용한 안경형 디스플레이 장치의 또 다른 실시 예를 도시한 단면도로서, 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 광가이드 플레이트를 사용한 안경형 디스플레이 장치는 하나의 디스플레이 소자(60)와, 하나의 제 1 입사프리즘(61)과, 하나의 반사경(62)과, 하나의 제 2 입사프리즘(63)과, 하나의 광가이드 플레이트(64)로 구성된다.
도 6과 같은 구성에 의하여, 디스플레이 소자(60)에서 출사된 영상광은 반사면을 가진 제 1 입사프리즘(61)에서 반사되어 반사경(62)을 통하여 사용자가 확대된 상을 볼 수 있도록 시야각을 형성한 후, 제 2 입사프리즘(63)에서 전반사되어 광가이드 플레이트(64)에 입사되며, 광가이드 플레이트(64)의 평행한 상하부 표면에서 물질 내 전반사 원리를 이용하여 광가이드 플레이트(64)의 출사면까지 도달한 후 출사면의 톱니 모양의 경사면에 도포된 반사코팅 물질에 의해 일부 영상광은 더 이상 전반사를 진행하지 못하고 반사되어 상기 광 가이드 플레이트(64)를 빠져나와 사용자의 눈에 결상된다.
도 6에 도시한 본 발명에 따른 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치의 또 다른 실시 예는 도 2에 도시한 광학모듈(21)이, 광 확대비율의 초점거리가 커지게 될 경우 효율적으로 광을 접기 위한 구조로서 제 1 입사프리즘(61)과 반사경(62) 및 제 2 입사프리즘(63)으로 대체된 것으로써, 도 2 및 도 5와 마찬가지로 주요 기술적 사상은 광가이드 플레이트(64)의 출사면에 톱니 모양의 경사면을 배치하여 시야각과 출사동을 키울 수 있는 수단을 보유토록 함으로써 안경형 디스플레이 장치의 부피와 무게를 줄일 수 있도록 한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 광가이드 플레이트에서 출사면의 투과영상 왜곡을 보정하기 위한 톱니커버의 형상을 나타낸 도면으로서, 도 7을 참조하면, 광가이드 플레이트(70)와 톱니커버(71)는 톱니 형상이 서로 대응하는 역의 형상을 가지고 있으므로, 홈을 맞춰 접합할 경우 사용자가 근접해 있는 톱니 모양을 인식할 수 없는 하나의 유리창과 같은 형태가 된다. 따라서 본 발명에 따른 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치는 사용자로 하여금 광가이드 플레이트(70)의 톱니 모양의 경사면에서 반사되는 영상광과 톱니커버(71)를 통해 전달되는 외부 이미지를 동시에 볼 수도록 하는 투과식 안경형 디스플레이 장치를 제공하게 된다. 한편, 상기 광가이드 플레이트(70)의 톱니커버(71)는 경사면에 포함된 톱니 모양의 홈에 의해 투과되는 영상광이 왜곡되지 않도록 보상프리즘이 사용될 수도 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.
20: 디스플레이 소자 21: 렌즈 모듈
22: 광가이드 플레이트 23: 톱니커버
221: 경사면 222: 출사면

Claims (6)

  1. 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자에서 발산되는 영상광이 사용자의 눈에 확대되어 결상되도록 확대수단을 제공하는 광학모듈; 상기 광학모듈에서 확대된 영상광이 물질 내 전반사 원리에 의하여 수평방향으로 이동할 수 있도록 통로를 제공하는 평행한 두 개의 표면을 가지며 영상광이 반사되어 출사될 수 있도록 2개 이상의 톱니 모양의 홈을 가진 경사면으로 이루어지는 광 가이드 플레이트; 및 상기 광가이드 플레이트와 결합시 투과되는 영상이 왜곡되지 않도록 상기 광가이드 플레이트에서 제시되는 상기 톱니 모양의 홈에 반대되는 톱니 모양의 홈을 가진 경사면을 가지고 있는 톱니커버;를 포함하여 이루어지는 안경형 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 톱니 모양의 홈을 가진 경사면의 수평축에 대한 경사각은,
    시야각과 상기 광가이드 플레이트 물질의 굴절률의 함수인 하기의 수학식 5에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치.
    (수학식 5)
    Figure 112015007212686-pat00050

    여기서,
    Figure 112015007212686-pat00051
    은 시야각,
    Figure 112015007212686-pat00052
    는 외부 영상광이 상기 광가이드 플레이트 내의 경사면에 대해 진행한 전반사각,
    Figure 112015007212686-pat00053
    은 경사면의 수평축에 대한 경사각,
    Figure 112015007212686-pat00054
    은 굴절율이다.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 경사각은,
    하기의 수학식 6의 범위 이내에서 제공되는 것을 특징으로 하는 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치.
    (수학식 6)
    Figure 112015007212686-pat00040

    여기서,
    Figure 112015007212686-pat00041
    은 경사면의 수평축에 대한 경사각이다.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 광가이드 플레이트의 경사면은,
    하프 미러, 편광 또는 특정 파장에 대해서만 영상광을 반사하고 이외의 영상광은 투과시키는 코팅 물질이 도포된 것을 특징으로 하는 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 톱니커버는,
    경사면에 포함된 톱니 모양의 홈에 의해 투과되는 영상광이 왜곡되지 않도록 보상프리즘이 사용되는 것을 특징으로 하는 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 광학모듈은,
    하나 이상의 볼록렌즈 및 오목 반사경과 프리즘을 결합한 형태 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광가이드 플레이트를 이용한 안경형 디스플레이 장치.
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