KR102544150B1 - 시역 확장을 위한 프리즘 접합형 도파관 디스플레이 구조체 및 방법 - Google Patents

시역 확장을 위한 프리즘 접합형 도파관 디스플레이 구조체 및 방법 Download PDF

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Abstract

복수의 소형 프리즘을 접합한 광학 구조체 및 구조체 조정 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 도파관 디스플레이 구조체는, 사용자의 측면 또는 상면부에 위치한 디스플레이로부터 나온 빛을 시준(Collimation)하는 시준부; 시준광을 기판 내로 입사시키는 인커플러(Incoupler); 및 사용자의 동공 앞에 위치하여 기판으로 전달된 빛을 출광시키는 아웃커플러(Outcoupler);를 포함하고, 이때, 아웃커플러는, 2개 이상의 부분 반사면으로 구성될 수 있다. 이에 의해, 시준부의 광축에 일치하도록 입광하는 디스플레이의 중앙 픽셀광에 대하여 도파관 표면에서 수직 출광이 아니라 기울어진 방향으로 출광함으로써 간소한 형태로 양안의 수렴점 형성이 가능하다.

Description

시역 확장을 위한 프리즘 접합형 도파관 디스플레이 구조체 및 방법{Waveguide display structure and method of prism junction type for expanding the field of view}
본 발명은 넓은 시역에서 영상 제공을 위한 도파관형 광학 장치 관련 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 소형 프리즘을 접합한 광학 구조체 및 구조체 조정 방법에 관한 것이다.
통상적인 도파관 디스플레이의 경우, 시준부의 광축에 디스플레이의 중앙이 일치하도록 형성한 후에 해당 광축으로 입광한 빛이 도파관을 통해 출광할 시에 도파관의 매질면에 수직하게 출광되도록 하기 때문에, 양안 간의 수렴점 형성을 위해서는 별도의 전체 시스템 틸팅 등이 요구된다는 문제점이 존재한다.
따라서, 별도의 시스템 틸팅 없이도, 간소한 형태로 양안의 수렴점을 형성할 수 있는 방안의 모색이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 시준부의 광축 상에 위치한 마이크로디스플레이의 중심 픽셀에서 출광된 빛이 도파관의 아웃커플러를 통해 출광될 때 양안의 수렴을 위해 특정 각도로 비축(Off-axis)되도록 하는 프리즘 접합형 도파관 디스플레이 구조체 및 구조체 조정 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 도파관 디스플레이 구조체는, 사용자의 측면 또는 상면부에 위치한 디스플레이로부터 나온 빛을 시준(Collimation)하는 시준부; 시준광을 기판 내로 입사시키는 인커플러(Incoupler); 및 사용자의 동공 앞에 위치하여 기판으로 전달된 빛을 출광시키는 아웃커플러(Outcoupler);를 포함하고, 이때, 아웃커플러는, 2개 이상의 부분 반사면으로 구성될 수 있다.
또한, 영상원인 마이크로디스플레이의 중앙 픽셀에서 출광된 빛은, 시준부를 거쳐 시준부 광축을 따라 진행하는 평행광으로 변하여 도파관 내부로 트랩되며, 아웃커플러를 통해 출광 시, 양안의 수렴점 형성을 위하여 광축 방향에서 특정 각도 θv 만큼 축에서 벗어나(Off-aixs) 틸팅되며, θv는, 수렴점의 깊이 z 및 양안 간격 IPD(Inter Pupilary Distance)에 따라 하기 수식 1을 통해 결정될 수 있다.
(수식 1)
Figure 112020091328728-pat00001
그리고 θv는, IPD가 57mm 내지 65mm이고, 양안의 수렴점이 사용자로부터 1 내지 3m 전면(前面)으로 설계되는 경우, 0.5 내지 2˚로 결정될 수 있다.
또한, 아웃커플러는, 트랩된 영상광이 반복적으로 출광되도록, 복수의 부분반사 프리즘으로 구성되며, 시준부의 광축을 따라 입광하는 디스플레이의 중앙 픽셀로부터 방출된 광파는, 도파관을 통해 출광 시, 매질 표면에서 θv만큼 기울어지며, 인커플러 및 아웃커플러의 기울임각은, 인커플러가 반사형인 경우, 도파관의 매질 굴절률이 n이면, 하기 수식 2를 통해 산출될 수 있다.
(수식 2)
Figure 112020091328728-pat00002
그리고 아웃커플러는, 트랩된 영상광이 반복적으로 출광되도록, 복수의 부분반사 프리즘으로 구성되며, 시준부의 광축을 따라 입광하는 디스플레이의 중앙 픽셀로부터 방출된 광파는, 도파관을 통해 출광 시, 매질 표면에서 θv만큼 기울어지며, 인커플러 및 아웃커플러의 기울임각은, 인커플러가 굴절형인 경우, 도파관의 매질 굴절률이 n이면, 하기 수식 3을 통해 산출될 수 있다.
(수식 3)
Figure 112020091328728-pat00003
또한, 시준부는, 마이크로디스플레이의 표면에서 이격된 2개 이상의 렌즈로 구성되며, 출사동 형성 거리 차이로 인한 비네팅(Vignetting) 또는 화면 잘림 이슈를 해결하기 위하여 가로 길이 대비 세로 길이가 긴 직사각형의 단면을 구비할 수 있다.
그리고 아웃커플러에 의하여 시역확장이 이루어지는 가로 방향의 출사동은, 시준부 광학계와 기설정된 거리(L) 내에 형성되되, 세로 방향의 출사동은, 가로 방향의 출사동까지의 기설정된 거리 L, 도파관 디스플레이 내에서 시준광이 트랩되어 이동되는 거리 및 도파관 디스플레이로부터 사용자 눈까지의 안점거리(Eye relief)가 포함되도록 하고, 시준부 렌즈의 가로 방향 유효경(유효지름) AH 및 시준부 렌즈의 세로 방향 유효경 AV는, L이 시준부 렌즈로부터 가로방향 출사동까지의 거리이고, ER은 안점거리이며, αH가 가로 방향으로의 설계 화각이고, αV가 세로 방향으로의 설계 화각이며, EPH가 가로 방향 출사동의 크기이고, EPV가 세로 방향 출사동의 크기이며, t가 도파관 디스플레이에서 트랩된 빛의 광경로 길이이고, n이 굴절률인 경우, 하기 수식 4 및 수식 5를 통해 각각 산출될 수 있다.
(수식 4)
Figure 112020091328728-pat00004
(수식 5)
Figure 112020091328728-pat00005
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 도파관 디스플레이 구조체 조정 방법은, 마이크로디스플레이와 시준부를 상호 고정시킨 후, 도파관 디스플레이에 정렬시키는 단계; 마이크로디스플레이에 디스플레이되는 영상의 중앙부 픽셀만을 On 시키고, 그 외 영역을 흑색으로 세팅한 테스트 영상에 대하여, 도파관 디스플레이의 아웃커플러 영역에서 출광되는 시준광의 틸팅 각도를 측정하는 단계; 및 시준광의 틸팅 각도의 실시간 측정 결과를 반영하여, 시준부의 정렬 상태를 조정하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 시준부의 광축에 일치하도록 입광하는 디스플레이의 중앙 픽셀광에 대하여 도파관 표면에서 수직 출광이 아니라 기울어진 방향으로 출광함으로써 간소한 형태로 양안의 수렴점 형성이 가능하다.
더불어, 본 발명의 실시예들에 따르면, 머리 착용형 디스플레이(Head-mounted Display), 전방 시현기(Head-up Display) 등에 적용되는 도파관을 구성하는 광학 부품의 조립/조정 방법에 있어 실시간 출사각도 모니터링을 통하여 저비용으로 정렬 정밀도를 확보함으로써 다양한 스펙의 도파관 디스플레이 제작에 있어 제작 비용의 저감을 도모할 수 있다.
도 1은, 양안 도파관 디스플레이에서의 수렴점 형성의 설명에 제공된 도면,
도 2 내지 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 접합형 도파관 디스플레이 구조체의 설명에 제공된 도면,
도 4 내지 도 5는, 시준부의 설명에 제공된 도면,
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 접합형 도파관 디스플레이 구조체의 조정 방법의 설명에 제공된 흐름도, 그리고
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 접합형 도파관 디스플레이 구조체의 조정 방법의 설명에 제공된 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은, 양안 도파관 디스플레이에서의 수렴점 형성의 설명에 제공된 도면이고, 도 2 내지 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 접합형 도파관 디스플레이 구조체(이하에서는 '도파관 디스플레이 구조체'로 총칭하기로 함)의 설명에 제공된 도면이다. 구체적으로, 도 2는, 인커플러(130)가 반사형으로 구현된 도파관 디스플레이 구조체가 도시된 도면이고, 도 3은, 인커플러(130)가 굴절형으로 구현된 도파관 디스플레이 구조체가 도시된 도면이다.
본 실시예에 따른 도파관 디스플레이 구조체(100)는, 영상원인 마이크로디스플레이(110), 사용자의 측면 또는 상면부에 위치한 디스플레이로부터 나온 빛을 시준(Collimation)하는 시준부(120), 시준광을 기판 내로 입사시키는 인커플러(130) 및 사용자의 동공 앞에 위치하여 기판으로 전달된 빛을 출광시키되, 2개 이상의 부분 반사면으로 구성되는 아웃커플러(140)로 구성된다.
이때, 인커플러(130) 및 아웃커플러(140)는 회절광학소자, 홀로그래픽 광학 소자, 반사면, 부분반사면 등으로 구성될 수 있으며, 도파관 기판 내부를 통해 전달되는 빛은 전반사에 기인하기 때문에 별도의 반사 코팅 없이도 긴 도파거리를 전파할 수 있다.
마이크로디스플레이(110)의 중앙 픽셀에서 출광된 빛은 시준부(120)를 거쳐 시준부(120)의 광축을 따라 진행하는 평행광으로 변하여 도파관 내부로 트랩되며, 도 1과 같이 아웃커플러(140)를 통해 출광될 때는 양안의 수렴점 형성을 위하여 광축 방향에서 특정 각도 θv 만큼 축에서 벗어나(Off-aixs) 틸팅되어야 한다.
이때 θv는 하기 수식 1과 같이 설계되는 수렴점의 깊이 z 및 양안 간격 IPD(Inter Pupilary Distance)에 따라 정해진다.
(수식 1)
Figure 112020091328728-pat00006
이때, θv는, IPD가 57mm 내지 65mm이고, 양안의 수렴점이 사용자로부터 1 내지 3m 전면(前面)으로 설계되는 경우, 0.5 내지 2˚로 결정될 수 있다.
즉, 본 도파관 디스플레이 구조체(100)는, 시준부(120)의 광축을 따라 진행하는 디스플레이의 중심 픽셀에서 나온 시준된 픽셀광이 도파관을 거쳐 사용자 눈으로 출광될 때 도파관의 표면의 수직 법선과 0도 초과, 2도 이하의 출사각을 가지게 되는 것이 바람직하다.
도 2는 사용자의 좌안을 기준으로, 부분반사 프리즘(141)으로 아웃커플러(140)가 구성된 도파관 디스플레이의 두 구성안으로, 각각 인커플러(130)가 거울면에 의한 반사 및 프리즘에 의한 굴절로 구성된 경우를 도시한다.
트랩된 영상광은 복수의 아웃커플러(140)를 통하여 반복적으로 출광된다.
이때, 시준부(120)의 광축을 따라 입광하는 디스플레이의 중앙 픽셀로부터 방출된 광파는, 도 2와 같이 도파관을 통해 출광될 시에 매질 표면에서 θv만큼 기울어지도록 설계되어야 한다.
즉, 아웃커플러(140)는, 트랩된 영상광이 반복적으로 출광되도록, 복수의 부분반사 프리즘(141)으로 구성되며, 시준부(120)의 광축을 따라 입광하는 디스플레이의 중앙 픽셀로부터 방출된 광파는, 도파관을 통해 출광 시, 매질 표면에서 θv만큼 기울어지게 된다.
이때, 인커플러(130) 및 아웃커플러(140)의 기울임각은, 인커플러(130)가 반사형인 경우, 도파관의 매질 굴절률이 n이면, 하기 수식 2-1을 통해 산출될 수 있다.
(수식 2-1)
Figure 112020091328728-pat00007
구체적으로, 인커플러(130) 및 아웃커플러(140)의 기울임각은, 인커플러(130)가 반사형인 경우, 도파관의 매질 굴절률이 n이고, θv가, 0.5 내지 2˚로 결정되면, 하기 수식 2-2와 같이 각도 차이 범위가 0.1 내지 1.35˚로 결정될 수 있다.
(수식 2-2)
Figure 112020091328728-pat00008
더불어, 인커플러(130) 및 아웃커플러(140)의 기울임각은, 인커플러(130)가 굴절형인 경우, 도파관의 매질 굴절률이 n이면, 하기 수식 3-1을 통해 산출될 수 있다.
(수식 3-1)
Figure 112020091328728-pat00009
따라서, 인커플러(130) 및 아웃커플러(140)의 기울임각은, 인커플러(130)가 굴절형인 경우, 도파관의 매질 굴절률이 n이고, θv가, 0.5 내지 2˚로 결정되면, 하기 수식 3-2와 같이 각도 차이 범위가 0.1 내지 1.35˚로 결정될 수 있다.
(수식 3-2)
Figure 112020091328728-pat00010
한편, 프리즘형 인커플러(130)의 경우, 인커플러(130)의 경사면에서의 법선과 시준부(120)의 광축이 이루는 상대각도 θdsp에 따라 가변적이며, 예를 들어 시준부(120)의 광축이 인커플러(130)의 경사면에 수직인 경우, 2θout-θin은 아래 수식과 같은 수치 이하의 값을 만족하여야 한다.
(수식)
Figure 112020091328728-pat00011
본 도파관 디스플레이 구조체(100)는, 반사형 인커플러(130)를 통해 입광하는 경우 인커플러(130)와 아웃커플러(140)의 (부분)반사면 기울임 각이 동일하지 않고 0.1~1.35도 이내의 각도 차이를 가지게 되는 것이 바람직하다.
도 4 내지 도 5는, 시준부(120)의 설명에 제공된 도면이다. 구체적으로, 도 4a는, 시준부(120)의 가로 방향 단면이 예시된 도면이고, 도 4b는 시준부(120)의 세로 방향 단면이 예시된 도면이며, 도 5a는 복수의 렌즈로 구성되는 시준부(120)의 가로 방향 단면이 예시된 도면이고, 도 5b는 복수의 렌즈로 구성되는 시준부(120)의 세로 방향 단면이 예시된 도면이다.
본 실시예에 따른 시준부(120)는, 마이크로디스플레이(110)의 표면에서 이격된 2개 이상의 렌즈로 구성되며, 출사동(exit pupil)의 형성 거리 차이로 인한 비네팅(Vignetting) 또는 화면 잘림 이슈를 해결하기 위하여 가로 길이 대비 세로 길이가 긴 직사각형의 단면을 구비할 수 있다.
보다 상세하게는, 아웃커플러(140)에 의하여 시역확장이 이루어지는 가로방향의 출사동은 도 4a와 같이 시준부(120) 광학계와 수 mm 내의 짧은 거리(L)에 형성되는 반면, 세로 방향의 출사동은 도 4b와 같이 가로방향 출사동까지의 거리 L에 도파관 디스플레이 내에서 시준광이 트랩되어 이동되는 거리 및 도파관 디스플레이로부터 사용자 눈까지의 안점거리(Eye relief)를 포함하여야 하기 때문에, 매우 긴 거리에 형성되어야 한다.
예를 들면, 시준부(120)의 렌즈 가로 방향 유효경(유효지름) AH 및 시준부 렌즈의 세로 방향 유효경 AV는, L이 시준부(120)의 렌즈로부터 가로방향 출사동까지의 거리이고, ER은 안점거리이며, αH가 가로 방향으로의 설계 화각이고, αV가 세로 방향으로의 설계 화각이며, EPH가 가로 방향 출사동의 크기이고, EPV가 세로 방향 출사동의 크기이며, t가 도파관 디스플레이에서 트랩된 빛의 광경로 길이이고, n이 굴절률인 경우, 하기 수식 4 및 수식 5를 통해 각각 산출될 수 있다.
(수식 4)
Figure 112020091328728-pat00012
(수식 5)
Figure 112020091328728-pat00013
예를 들어, 통상적인 마이크로디스플레이(110)와 같이 tanαH 및 tanαV가 16:9의 비율을 만족하고, 안경 착용자를 고려하여 ER은 25mm 이상을 확보하여야 한다면, 한국인 성인 남성의 평균 두상을 고려할 시 동공으로부터 얼굴 측면까지의 거리 약 50mm으로부터, t는 도파각에 따라 약 20mm에서 42mm 의 범위를 가지므로, AV는 AH 대비 약 2.5~3.5배의 비율로 큰 유효경을 가져야 한다. 해당 AV와 AH의 비율은 도파거리 및 렌즈의 설계 마진에 따라 변용될 수 있음은 물론이다.
정리하면, 본 도파관 디스플레이 구조체(100)는, 인커플러(130)의 표면 및 마이크로디스플레의 표면에서 각각 이격되어 있으며, 2개 이상의 렌즈로 구성된 시준부((120))가 가로 대비 세로 방향의 비율이 1.5이상 3이하인 긴 직사각형 형태를 가지는 렌즈를 포함할 수 있다.
아래는 해당 조건을 만족하는 시준부(120)의 실시예로 총 4종의 렌즈로 구성한 예시이다.
Surface Radius(mm) Thickness(mm) Material 비고
s1 16.6 4.7 SK10
s2 48.7 2.8 -
s3 -682.0 3.7 SK11 Even Asphere
2nd order: 4.1e-3
4th order: -1.0e-4
6th order: -3.2e-7
8th order: 1.7e-9
s4 -24.4 1.0 -
s5 13.8 5.9 SK10
s6 -51.8 2.0 -
s7 -44.2 1.7 SK10
s8 Infinity 2.0 -
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 접합형 도파관 디스플레이 구조체(100)의 조정 방법의 설명에 제공된 흐름도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 접합형 도파관 디스플레이 구조체(100)의 조정 방법의 설명에 제공된 도면이다.
본 실시이예 따른 도파관 디스플레이 구조체(100)의 조정 방법은, 우선, 마이크로디스플레이(110)와 시준부(120)를 상호 고정시킨 후, 도파관 디스플레이에 정렬시켜야 한다(S610).
이때, 도파관의 제작/설치 공차 등에 의해 발생하는 출사광의 편차를 보정하고 양안의 정밀한 수렴점 구현을 위해서는, 모든 광학 부품의 제작이 끝난 후에 조립 공정에서 도파관과의 정밀한 상대적 정렬이 요구된다.
다음으로, 도 7에 예시된 바와 같이 마이크로디스플레이(110)에 디스플레이되는 영상의 중앙부 픽셀만을 On 시키고, 그 외 영역을 흑색으로 세팅한 테스트 영상에 대하여, 아웃커플러(140) 영역에서 출광되는 시준광의 틸팅 각도를 측정(모니터링)하고(S610), 이후, 시준광의 틸팅 각도의 실시간 측정 결과를 반영하여, 시준부(120)의 정렬 상태를 조정함으로써(S620), 마이크로디스플레이(110)의 중앙 픽셀에서 나온 빛이 최종 사용자에게 틸팅된 각도로 출사각을 가지도록 하는 것이다.
여기서, 시준부(120)-도파관 사이의 상대적 각도 차이에 의하여 틸팅되어 출광되는 빛의 각도가 민감하게 변화하므로, 실시간으로 출사광의 방향을 모니터링하며, 별도로 마련되어, 시준부(120)를 정렬 조정하는 지그를 통해 정밀한 부품 조립을 진행할 수 있다.
또한, 보다 정밀한 시준부(120)-도파관의 정렬을 위해서는 On시키는 중앙부 픽셀의 세로 위치만을 조정하여 여러 테스트 영상에 대하여 출사광의 틸팅각을 측정함으로써, 반복적으로 정렬/조립 공정을 수행할 수도 있다. 이때 시준광의 틸팅각도를 측정하기 위하여 깊이 방향으로 이동 가능한 촬상장비를 사용하여 출사광의 trajectory를 측정하거나 Wavefront Sensor 등을 사용하여 직접 측정할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 도파관 디스플레이 구조체
110 : 마이크로디스플레이
120 : 시준부
130 : 인커플러(Incoupler)
140 : 아웃커플러(Outcoupler)
141 : 부분반사 프리즘

Claims (8)

  1. 사용자의 측면 또는 상면부에 위치한 디스플레이로부터 나온 빛을 시준(Collimation)하는 시준부;
    시준광을 기판 내로 입사시키는 인커플러(Incoupler); 및
    사용자의 동공 앞에 위치하여 기판으로 전달된 빛을 출광시키는 아웃커플러(Outcoupler);를 포함하고,
    아웃커플러는,
    2개 이상의 부분 반사면으로 구성되며,
    영상원인 마이크로디스플레이의 중앙 픽셀에서 출광된 빛은,
    시준부를 거쳐 시준부 광축을 따라 진행하는 평행광으로 변하여 도파관 내부로 트랩되며,
    아웃커플러를 통해 출광 시, 양안의 수렴점 형성을 위하여 광축 방향에서 특정 각도 θv 만큼 축에서 벗어나(Off-aixs) 틸팅되며,
    θv는,
    수렴점의 깊이 z 및 양안 간격 IPD(Inter Pupilary Distance)에 따라 하기 수식 1을 통해 결정되고,
    θv는,
    IPD가 57mm 내지 65mm이고, 양안의 수렴점이 사용자로부터 1 내지 3m 전면(前面)으로 설계되는 경우, 0.5 내지 2˚로 결정되며,
    아웃커플러는,
    트랩된 영상광이 반복적으로 출광되도록, 복수의 부분반사 프리즘으로 구성되며,
    시준부의 광축을 따라 입광하는 디스플레이의 중앙 픽셀로부터 방출된 광파는,
    도파관을 통해 출광 시, 매질 표면에서 θv만큼 기울어지며,
    인커플러의 기울임각(θin) 및 아웃커플러의 기울임각(θout)은,
    인커플러가 반사형인 경우, 도파관의 매질 굴절률이 n이면, 하기 수식 2를 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 도파관 디스플레이 구조체.
    (수식 1)
    Figure 112023003307619-pat00026

    (수식 2)
    Figure 112023003307619-pat00027

  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 사용자의 측면 또는 상면부에 위치한 디스플레이로부터 나온 빛을 시준(Collimation)하는 시준부;
    시준광을 기판 내로 입사시키는 인커플러(Incoupler); 및
    사용자의 동공 앞에 위치하여 기판으로 전달된 빛을 출광시키는 아웃커플러(Outcoupler);를 포함하고,
    아웃커플러는,
    2개 이상의 부분 반사면으로 구성되며,
    영상원인 마이크로디스플레이의 중앙 픽셀에서 출광된 빛은,
    시준부를 거쳐 시준부 광축을 따라 진행하는 평행광으로 변하여 도파관 내부로 트랩되며,
    아웃커플러를 통해 출광 시, 양안의 수렴점 형성을 위하여 광축 방향에서 특정 각도 θv 만큼 축에서 벗어나(Off-aixs) 틸팅되며,
    θv는,
    수렴점의 깊이 z 및 양안 간격 IPD(Inter Pupilary Distance)에 따라 하기 수식 1을 통해 결정되고,
    θv는,
    IPD가 57mm 내지 65mm이고, 양안의 수렴점이 사용자로부터 1 내지 3m 전면(前面)으로 설계되는 경우, 0.5 내지 2˚로 결정되며,
    아웃커플러는,
    트랩된 영상광이 반복적으로 출광되도록, 복수의 부분반사 프리즘으로 구성되며,
    시준부의 광축을 따라 입광하는 디스플레이의 중앙 픽셀로부터 방출된 광파는,
    도파관을 통해 출광 시, 매질 표면에서 θv만큼 기울어지며,
    인커플러의 기울임각(θin) 및 아웃커플러의 기울임각(θout)은,
    인커플러가 굴절형인 경우, 인커플러의 경사면에서의 법선과 시준부의 광축이 이루는 상대각도가 θdsp이고, 도파관의 매질 굴절률이 n이면, 하기 수식 3을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 도파관 디스플레이 구조체.
    (수식 1)
    Figure 112023003307619-pat00028

    (수식 3)
    Figure 112023003307619-pat00029

  6. 청구항 1에 있어서,
    시준부는,
    마이크로디스플레이의 표면에서 이격된 2개 이상의 렌즈로 구성되며,
    출사동 형성 거리 차이로 인한 비네팅(Vignetting) 또는 화면 잘림 이슈를 해결하기 위하여 가로 길이 대비 세로 길이가 긴 직사각형의 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 도파관 디스플레이 구조체.
  7. 청구항 6에 있어서,
    아웃커플러에 의하여 시역확장이 이루어지는 가로 방향의 출사동은,
    시준부 광학계와 기설정된 거리(L) 내에 형성되되,
    세로 방향의 출사동은,
    가로 방향의 출사동까지의 기설정된 거리 L, 도파관 디스플레이 내에서 시준광이 트랩되어 이동되는 거리 및 도파관 디스플레이로부터 사용자 눈까지의 안점거리(Eye relief)가 포함되도록 하고,
    시준부 렌즈의 가로 방향 유효경(유효지름) AH 및 시준부 렌즈의 세로 방향 유효경 AV는,
    L이 시준부 렌즈로부터 가로방향 출사동까지의 거리이고, ER은 안점거리이며, αH가 가로 방향으로의 설계 화각이고, αV가 세로 방향으로의 설계 화각이며, EPH가 가로 방향 출사동의 크기이고, EPV가 세로 방향 출사동의 크기이며, t가 도파관 디스플레이에서 트랩된 빛의 광경로 길이이고, n이 굴절률인 경우, 하기 수식 4 및 수식 5를 통해 각각 산출되는 것을 특징으로 하는 도파관 디스플레이 구조체.
    (수식 4)
    Figure 112020091328728-pat00017

    (수식 5)
    Figure 112020091328728-pat00018

  8. 삭제
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