KR20180008190A - 렌즈모듈 및 가상 현실 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 실시예는 베이스부와, 상기 베이스부의 일면에 형성되는 광경로 변환부를 포함하는 렌즈모듈에 있어서, 상기 광경로 변환부는 반사면을 포함하는 복수의 산을 포함하고, 상기 렌즈모듈의 중심부에 배치된 반사면이 광축과 이루는 각도는 상기 렌즈모듈의 주변부에 배치된 반사면이 상기 광축과 이루는 각도 보다 작은 렌즈모듈에 관한 것이다.

Description

렌즈모듈 및 가상 현실 디스플레이 장치{LENS MODULE AND DISPLAY DEVICE FOR VIRTUAL REALITY}
본 실시예는 렌즈모듈 및 가상 현실 디스플레이 장치에 관한 것이다.
가상 현실 디스플레이 장치는 사용자가 안경처럼 착용하여 영상을 시청할 수 있는 장치로서, 헤드 마운트 디스플레이(Head Mounted Display) 또는 FMD(Face Mounted Display) 등의 용어로서 지칭되기도 한다.
이러한 안경형 모니터는 처음에는 군사용으로 개발되어 군사용으로 사용하기 시작하였으나 컴퓨터 시스템의 고성능화, 소형화 그리고 LCD 등의 디스플레이 장치의 발전, 영상 및 통신 기술의 발전 등의 다양한 요인에 따라 점차 민간용으로도 사용이 확대되고 있다.
특히 웨어러블 컴퓨터(Wearable Computer)나 스마트폰의 개발에 따라서 점차 웨어러블 컴퓨터를 위한 개인용 디스플레이 장치로서의 안경형 모니터의 보급이 늘어날 것으로 예측된다.
최근에는 가상 현실 디스플레이 장치에 프레넬 렌즈를 적용하고자 하는 연구가 진행되고 있는데, 디스플레이부에서 출력된 가상 현실 영상을 프레넬 렌즈를 통해 육안으로 관찰하는 경우 프레넬 렌즈의 링패턴이 보여 몰입감이 감소되는 문제가 있다.
본 실시예는 디스플레이부에서 출력된 가상 현실 영상에서 프레넬 렌즈의 링패턴이 보이는 현상을 최소화한 가상 현실 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
또한, 상기 가상 현실 디스플레이 장치에 사용 가능한 렌즈모듈을 제공하고자 한다.
본 실시예에 따른 렌즈모듈은 베이스부와, 상기 베이스부의 일면에 형성되는 광경로 변환부를 포함하는 렌즈모듈에 있어서, 상기 광경로 변환부는 반사면을 포함하는 복수의 산을 포함하고, 상기 렌즈모듈의 중심부에 배치된 반사면이 광축과 이루는 각도는 상기 렌즈모듈의 주변부에 배치된 반사면이 상기 광축과 이루는 각도 보다 작을 수 있다.
상기 복수의 산의 상기 반사면은 상기 복수의 산에 입사되는 광의 전반사가 제거되도록 형성될 수 있다.
상기 복수의 산의 상기 반사면은 상기 복수의 산에 입사되는 광과 평행을 이루도록 형성될 수 있다.
상기 복수의 산은 상기 반사면으로부터 연장되고 상기 렌즈모듈의 주변부 측에 배치되는 유효면을 더 포함하고, 상기 복수의 산은 상기 유효면 및 상기 렌즈모듈의 광축 사이의 각도가 상기 렌즈모듈의 중심부에서 주변부 측으로 갈수록 감소하도록 배치될 수 있다.
상기 복수의 산은 제1산과, 상기 제1산으로부터 상기 렌즈모듈의 주변부 측에 배치되는 제2산을 포함하고, 상기 제1산의 반사면 및 상기 광축 사이의 각도는 상기 제2산의 반사면 및 상기 광축 사이의 각도 보다 작을 수 있다.
상기 반사면 및 상기 광축 사이의 각도를 Y °라 하고, 상기 복수의 산 각각이 상기 광축과 이격된 거리를 X mm라 할때, 상기 복수의 산은 0.8 * X < Y < 1.0 * X 의 관계를 만족할 수 있다.
상기 광축과 가장 인접하게 배치되는 제1반사면은 상기 제1반사면에 입사되는 광과 평행을 이루지 않도록 형성될 수 있다.
상기 베이스부 및 상기 광경로 변환부는 일체로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 가상 현실 디스플레이 장치는 홀더; 상기 홀더에 배치되고 가상 현실 영상을 출력하는 디스플레이부; 및 상기 홀더에 상기 디스플레이부와 이격되어 배치되는 렌즈모듈을 포함하고, 상기 렌즈모듈은 베이스부와, 상기 베이스부의 디스플레이부측면에 형성되는 광경로 변환부를 포함하고, 상기 광경로 변환부는 반사면을 포함하는 복수의 산을 포함하고, 상기 렌즈모듈의 중심부에 배치된 반사면이 광축과 이루는 각도는 상기 렌즈모듈의 주변부에 배치된 반사면이 상기 광축과 이루는 각도 보다 작을 수 있다.
상기 가상 현실 디스플레이 장치는 상기 렌즈모듈을 상기 홀더에 이동가능하게 고정하는 렌즈 이동 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 렌즈 이동 유닛은 상기 홀더에 나사 결합될 수 있다.
본 실시예를 통해 디스플레이부에서 출력된 가상 현실 영상에서 프레넬 렌즈의 링패턴이 보이는 현상을 최소화할 수 있다.
따라서, 프레넬 렌즈의 링패턴이 보임에 따라 발생되는 몰입감 저하를 최소화할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 실시예에 따른 가상 현실 디스플레이 장치의 사시도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 디스플레이 어셈블리의 분해사시도이다.
도 3a는 본 실시예에 따른 디스플레이 어셈블리의 사시도이다.
도 3b는 본 실시예에 따른 디스플레이 어셈블리의 배면도이다.
도 3c 및 도 3d는 홀더의 제1영역과 제2영역의 개구부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 가상 현실 디스플레이 장치의 일부 구성을 사용자의 육안과 함께 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 렌즈모듈의 사시도이다.
도 6은 본 실시예에 따른 렌즈모듈의 단면도 및 일부 확대도이다.
도 7은 본 실시예에 따른 광선 각도 및 렌즈모듈의 드래프트 각도를 광축으로부터의 거리에 따라 도시한 그래프이다.
도 8a는 비교예에 따른 렌즈모듈의 시뮬레이션 데이터를 도시하는 도면이다.
도 8b는 본 실시예에 따른 렌즈모듈의 시뮬레이션 데이터를 도시하는 도면이다.
이하에서는, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 기재함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하에서는 본 실시예에 따른 가상 현실 디스플레이 장치의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 실시예에 따른 가상 현실 디스플레이 장치의 사시도이다.
본 실시예에 따른 가상 현실 디스플레이 장치(10)는 전면 차폐부(11), 본체(12) 및 측면 차폐부(13)를 포함할 수 있다. 다만, 본 실시예에 따른 가상 현실 디스플레이 장치(10)에서 전면 차폐부(11), 본체(12) 및 측면 차폐부(13) 중 어느 하나 이상이 생략 또는 변경될 수 있다. 본 실시예에 따른 가상 현실 디스플레이 장치(10)는, 본체(12)와 상기 본체(12) 상에 배치되는 한 쌍의 디스플레이 어셈블리(1000)를 포함할 수 있다.
전면 차폐부(11)는 가상 현실 디스플레이 장치(10)의 전면에 배치될 수 있다. 전면 차폐부(11)의 내측에는 후술할 디스플레이부(800)가 배치될 수 있다.
본체(12)의 일측에는 한 쌍의 디스플레이 어셈블리(1000)가 배치될 수 있다. 한 쌍의 디스플레이 어셈블리(1000) 사이에는 착용자의 코에 지지되는 제1지지 유닛(14)이 배치될 수 있다. 본체(12)의 가장 자리에는 측면 차폐부(13)가 배치될 수 있다. 본체(12)의 타측에는 전면 차폐부(11)가 배치될 수 있다. 전면 차폐부(11)와 측면 차폐부(13) 의 작용에 의하여, 가상 현실 디스플레이 장치(10)를 착용한 사용자는 외부의 광의 유입 없이 디스플레이부(800)에 표시되는 이미지를 뚜렷하게 볼 수 있다.
본체(12)는 가상 현실 디스플레이 장치(10)의 프레임(frame)으로 작용하므로 강도가 크고 깨지지 않는 재료로 형성될 수 있다. 본체(12)는 금속이나 세라믹 등의 재료로 이루어질 수 있다.
본체(12)의 전면에 구비되는 전면 차폐부(11)와 본체(12)의 후측에 구비되는 측면 차폐부(13)는 외부로부터의 빛을 차폐할 수 있는 재료와 형상으로 구비될 수 있다. 특히, 측면 차폐부(13)에는 그루브(g)가 형성되어 착용자의 코에 의하여 지지될 수 있다.
측면 차폐부(13)는 가상 현실 디스플레이 장치(10)의 후측에 배치될 수 있다. 측면 차폐부(13)에는 사용자의 안면이 접촉될 수 있다.
한 쌍의 디스플레이 어셈블리(1000)의 바깥쪽에서는 본체(12) 또는 측면 차폐부(13)와 연결되고 착용자의 귀에 지지되는 제2지지 유닛(15)이 배치될 수 있다.
제1케이블(16)은 디스플레이 어셈블리(1000)에 연결될 수 있다. 제1케이블(16)은 디스플레이 어셈블리(1000) 내의 디스플레이부(800)에 구동 신호 등을 공급할 수 있다.
제2케이블(18)은 본체(12)에 연결될 수 있다. 제2케이블(18)은 외부로부터 가상 현실 디스플레이 장치(10)에 전류를 공급할 수 있다. 본 실시예에 따른 가상 현실 디스플레이 장치(10)는 전원이 외부에 구비되어 경량으로 구현될 수 있다. 제1케이블(16)과 제2케이블(18)은 예를 들면 USB(Universal Serial Bus)일 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 디스플레이 어셈블리의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 실시예에 따른 디스플레이 어셈블리의 분해사시도이고, 도 3a는 본 실시예에 따른 디스플레이 어셈블리의 사시도이고, 도 3b는 본 실시예에 따른 디스플레이 어셈블리의 배면도이고, 도 3c 및 도 3d는 홀더의 제1영역과 제2영역의 개구부를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 디스플레이 어셈블리(1000)는 렌즈 덮개(100), 고정 링(200), 렌즈모듈(300), 렌즈 이동 유닛(400), 스토퍼(stopper, 500), 홀더(holder, 600), 고정 유닛(700), 디스플레이부(800) 및 보호 유닛(900)을 포함할 수 있다. 다만, 본 실시예에 따른 디스플레이 어셈블리(1000)에서 렌즈 덮개(100), 고정 링(200), 렌즈모듈(300), 렌즈 이동 유닛(400), 스토퍼(stopper, 500), 홀더(holder, 600), 고정 유닛(700), 디스플레이부(800) 및 보호 유닛(900) 중 어느 하나 이상이 생략 또는 변경될 수 있다.
렌즈 덮개(100)는 렌즈모듈(300)의 표면에 이물질이 붙거나 스크래치(scratch) 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 렌즈 덮개(100)는 가상 현실 디스플레이 장치(10)를 사용자가 사용할 때는 디스플레이 어셈블리(1000)로부터 분리할 수 있다.
고정 링(200)은 렌즈 이동 유닛(400)에 삽입된 렌즈모듈(300)의 가장 자리에는 배치될 수 있다. 고정 링(200)은 렌즈모듈(300)의 가장 자리와 렌즈 이동 유닛(400)의 사이에 삽입될 수 있다. 고정 링(200)은 렌즈모듈(300)이 렌즈 이동 유닛(400)으로부터 이탈되지 않게 할 수 있다.
렌즈 이동 유닛(400)은 홀더(600)에 이동가능하게 결합될 수 있다. 렌즈 이동 유닛(400)은 내측에 렌즈모듈(300)을 수용할 수 있다. 렌즈 이동 유닛(400)에는 렌즈모듈(300)이 결합될 수 있다. 렌즈 이동 유닛(400)은 홀더(600)에 나사 결합될 수 있다. 렌즈 이동 유닛(400)의 외주면에는 복수 개의 패턴(410)이 배치될 수 있다. 패턴(410)은 렌즈 이동 유닛(400)의 표면이 돌출되거나 함몰된 형상일 수 있다. 패턴(410)은 착용자가 파지하여 렌즈 이동 유닛(400)을 회전시켜서 홀더(600)와 접근시키거나 또는 홀더(600)로부터 멀어지게 할 때 사용할 수 있다. 즉, 사용자는 렌즈 이동 유닛(400)을 회전하여 렌즈모듈(300)을 이동시킴으로써, 디스플레이부(800)에서 발생하여 렌즈모듈(300)를 통하여 전달되는 이미지(image)를 착용자의 눈(eye)에 정확하게 포커싱(focusing)할 수 있다. 패턴(410)은 렌즈 이동 유닛(400)의 외주면의 상부에 구비될 수 있다. 이때, 렌즈 이동 유닛(400)의 외주면의 하부에는 제1나사선(420)이 돌출된 형상으로 구비될 수 있다. 렌즈 이동 유닛(400)과 홀더(600)의 결합 영역의 가장 자리에는 스토퍼(500)가 배치될 수 있다. 렌즈 이동 유닛(400)에 삽입된 렌즈모듈(300)의 가장 자리에는 고정 링(200)이 배치될 수 있다.
스토퍼(500)는 홀더(600)와 렌즈 이동 유닛(400) 사이에 배치될 수 있다. 스토퍼(500)는 홀더(600)의 가장 자리와 렌즈 이동 유닛(400)의 가장 자리 사이에서 고정될 수 있다. 스토퍼(500)의 내주면의 직경은 렌즈 이동 유닛(400)의 외주면의 제1나사선(420)의 외주면의 직경보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 사용자가 렌즈 이동 유닛(400)을 분리하는 방향으로 계속 회전시키더라도 렌즈 이동 유닛(400)이 홀더(600)로부터 분리되는 것이 방지될 수 있다.
홀더(600)는 디스플레이 어셈블리(1000)의 하우징일 수 있다. 홀더(600)는 적어도 일부가 경통(body tube) 형상으로 구비될 수 있다. 홀더(600)의 하부면에는 디스플레이부(800)가 고정 유닛(700)에 의하여 고정될 수 있다. 홀더(600)의 내주면의 상부에는 제2나사선(620)이 함몰된 형상으로 구비될 수 있다. 제2나사선(620)은 제1나사선(420)의 역상으로 구비될 수 있다. 제2나사산(620) 및 제1나사산(420)의 결합에 의해 렌즈 이동 유닛(400)을 제1방향으로 회전시키면 렌즈 이동 유닛(400)이 홀더(600)에 점차 삽입될 수 있다. 이때, 렌즈모듈(300)이 디스플레이부(800)와 접근할 수 있다. 또한, 렌즈 이동 유닛(400)을 제2방향으로 회전시키면 렌즈 이동 유닛(400)이 홀더(600)로부터 점차 이격될 수 있다. 이때, 렌즈모듈(300)이 디스플레이부(800)로부터 멀어질 수 있다. 홀더(600)는 지지판(630)과 지지판(630)의 양측 방향으로 노출된 슬라이딩바(650)를 포함할 수 있다. 홀더(600)에는 렌즈 이동 유닛(400)이 삽입되어 배치될 수 있다.
홀더(600)의 하부면은 지지판(support plate, 630)의 형상으로 구비될 수 있다. 이 경우, 디스플레이부(800)와의 결합에 용이할 수 있다. 지지판(630)을 디스플레이부(800)가 배치되는 안착부라 칭할 수 있다. 지지판(630)은 렌즈모듈(300)의 광축에 대하여 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 지지판(630)은 가로 방향의 길이가 세로 방향의 길이보다 큰 직사각형 형상일 수 있다. 지지판(630)은 디스플레이부(800)나 고정 유닛(700)의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다.
홀더(600)의 지지판(630)의 내부에는 한 쌍의 슬라이딩 바(sliding bar, 650)가 구비될 수 있다. 슬라이딩 바(650)는 지지판(630)의 양측으로 돌출될 수 있다. 슬라이딩 바(650)는 지지판(630) 내부의 관통 홀(미도시)에 삽입되어 배치될 수 있다. 이 경우, 슬라이딩 바(650)에 대하여 지지판(630)을 이동시킴으로써 렌즈 유닛(1000)의 위치를 이동시킬 수 있다. 슬라이딩 바(650)에 대한 디스플레이 어셈블리(1000)의 위치 이동 기능은, 착용자의 미간의 폭에 따라 한 쌍의 디스플레이 어셈블리(1000) 사이의 거리를 조절하기 위해 이용될 수 있다.
고정 유닛(700)은 홀더(600)의 제2영역의 하부와 디스플레이부(800)의 가장 자리를 밀폐하며 고정할 수 있다. 따라서, 고정 유닛(700)은 외부의 광이 디스플레이 어셈블리(1000) 내부로 유입되지 않도록 차단할 수 있다. 고정 유닛(700)은 양면 테이프(tape)일 수 있다. 디스플레이부(800)의 영상이 렌즈모듈(300) 방향으로 전달되도록, 고정 유닛(700)는 중앙 영역이 오픈(open)되고 테두리 영역에만 구비될 수 있다. 그리고, 홀더(600)의 하부에서도 중앙 영역이 오픈되어 디스플레이부(800)의 영상을 렌즈모듈(300) 방향으로 전달할 수 있다.
디스플레이부(800)는 홀더(600)에 고정될 수 있다. 디스플레이부(800)는 가상 현실 영상을 출력할 수 있다. 디스플레이부(800)는 홀더(600)의 하부에는 디스플레이부(800)가 배치될 수 있다. 디스플레이부(800)는 동영상 내지 정지 영상을 표시할 수 있다. 디스플레이부(800)는 예를 들면 LCD(Liquid crystal display)일 수 있다. 또한, 디스플레이부(800)는 디스플레이 패널일 수 있다. 디스플레이부(800)는 하나로 구비될 수 있다. 또는, 디스플레이부(800)는 한 쌍이 구비될 수 있다. 이 경우, 한 쌍의 디스플레이부(800) 각각이 사용자의 좌우 눈에 영상을 전달할 수 있다. 디스플레이부(800)는 홀더(600)의 하부에 고정 유닛(700)을 통하여 고정될 수 있다. 디스플레이부(800)는 광원을 포함할 수 있다. 이때, 광원은 발광 다이오드(Light emitting diode)일 수 있다.
보호 유닛(900)은 디스플레이부(800)의 하부에 구비될 수 있다. 보호 유닛(900)은 디스플레이부(800)를 지지하고 디스플레이부(800)의 PCB 또는 FPCB(Flexible printed circuit board, 미도시) 등을 고정할 수 있다. 보호 유닛(900)에는 회로 기판(850)이 배치될 수 있다. 회로 기판(850)은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)일 수 있다.
가상 현실 디스플레이 장치(10)에는 한 쌍의 렌즈모듈(300)과 한 쌍의 디스플레이부(800)가 구비될 수 있다. 다른 실시예로, 한 쌍의 렌즈모듈(300)와 하나의 디스플레이부(800)가 구비될 수도 있다. 한 쌍의 렌즈모듈(300)를 제1렌즈모듈과 제2렌즈모듈이라고 구분하고 한 쌍의 디스플레이부(800)를 제1디스플레이부와 제2디스플레이부이로 구분할 때, 제1디스플레이부의 영상은 제1렌즈모듈을 통해 출력되고 제2디스플레이부의 영상은 제2렌즈모듈을 통해 출력될 수 있다.
홀더(600)에서 렌즈모듈(300)이 배치되는 영역을 제1영역이라고 할 수 있다. 제1영역에는 렌즈 이동 유닛(400)이 배치될 수 있다. 제1영역에서 홀더(600)에는 중공 형상의 개구부가 형성될 수 있다. 제1영역에 형성된 중공 형상은 원형의 개구부일 수 있다. 홀더(600)에서 디스플레이부(800) 방향의 영역을 제2영역이라고 할 수 있다. 제2영역에서도 홀더(600)에 중공 형상의 개구부가 형성될 수 있다. 제2영역은 직사각형의 형상일 수 있다. 디스플레이부(800)의 형상은 사각형 형상일 수 있다. 이 경우, 디스플레이부(800)의 영상이 출력될 수 있는 유효 영역 중 일부는 차단되어 렌즈모듈(300)에 입사될 수 있다. 보다 상세히, 디스플레이부(800)로부터 출력되는 영상이 홀더(600)의 제2영역의 중공을 통과할 때, 사각형 형상의 영상의 유효 영역 중 꼭지 점 부분을 포함하는 4개의 부분에서 출력되는 영상 중 일부가 가려지거나 차단될 수 있다. 이는, 제2영역의 중공의 형상이 디스플레이부(800)의 형상과 다르기 때문이다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 제2영역에서 개구부는 서로 마주보는 두 개의 평면과 서로 마주보는 두 개의 곡면을 가질 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 렌즈모듈의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 실시예에 따른 가상 현실 디스플레이 장치의 일부 구성을 사용자의 육안과 함께 도시한 도면이고, 도 5는 본 실시예에 따른 렌즈모듈의 사시도이고, 도 6은 본 실시예에 따른 렌즈모듈의 단면도 및 일부 확대도이다.
가상 현실 디스플레이 장치(10)가 사용자에게 착용되면, 렌즈모듈(300)의 일측에는 디스플레이부(800)가 위치하며 렌즈모듈(300)의 타측에는 육안이 위치하게 된다. 렌즈모듈(300)은 디스플레이측면(301)과 육안측면(302)을 포함할 수 있다.
사용자의 육안과 렌즈모듈(300)은 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 육안과 렌즈모듈(300) 사이의 이격거리는 조정될 수 있다. 또한, 렌즈모듈(300)과 디스플레이부(800)도 이격되어 배치될 수 있다.이때, 렌즈모듈(300)과 디스플레이부(800) 사이의 이격거리는 조정될 수 있다. 이러한 기능은, 앞서 설명한 바와 같이 렌즈 이동 유닛(400)이 나산 결합을 통해 이동가능하게 홀더(600)에 결합되기 때문에 가능하다.
도 4에서 렌즈의 광축의 방향을 x축이라 하고, 상기 광축에 수직한 방향을 y축이라 할 때, 렌즈모듈(300)의 육안측면(302)으로부터 광축 방향으로 디스플레이부(800)까지의 거리(d)는, y 방향으로 디스플레이부(800)의 크기(IH, image height) 보다 작을 수 있다. 이때, 광축을 제1축이라 할 수 있고, 렌즈모듈(300)의 육안측면(302)과 제1축은 수직할 수 있다.
렌즈모듈(300)의 크기(L)은 디스플레이부(800)의 크기(IH)의 크기와 같거나 보다 작을 수 있다. 여기서, 렌즈모듈(300)의 크기(L)는 렌즈의 y축 방향으로의 단면이 원형이면 지름을 뜻하고, 사각형 형상이면 긴 변의 길이를 뜻할 수 있다. 디스플레이부(800)의 크기는 디스플레이부(800)의 영상이 출력되는 영역이 정사각형이면 한 변의 길이를 뜻하고, 직사각형이면 긴 변의 길이를 뜻할 수 있다.
렌즈모듈(300)은 한 쌍이 구비되어 디스플레이부(800)로부터 출력된 이미지는 각각의 렌즈모듈(300)를 통하여 각각 다른 위치, 예를 들면 좌안과 우안에 포커싱(focusing)될 수 있다.
렌즈모듈(300)는 플라스틱 계열의 소재로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
렌즈모듈(300)은 적어도 하나의 렌즈로 구비될 수 있다. 또는, 렌즈모듈(300)은 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈모듈(300)은 적어도 하나의 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)를 포함할 수 있다. 여기서, 프레넬 렌즈란 렌즈의 두께를 줄이기 위해서 수개 또는 여러개의 동그라미띠 모양의 렌즈로 분할한 렌즈일 수 있다.
렌즈모듈(300)은 디스플레이부측면(301)과 육안측면(302)을 포함할 수 있다. 디스플레이부측면(301)은 육안 보다 디스플레이부(800)에 가까운 면일 수 있다. 육안측면(302)은 디스플레이부(800) 보다 육안에 가까운 면일 수 있다. 디스플레이부(800)에서 출력된 광은 렌즈모듈(300)의 디스플레이부측면(301)으로 입사되어 렌즈모듈(300)을 통과한 후 육안측면(302)으로 출사되어 육안에 전달될 수 있다.
렌즈모듈(300)은 베이스부(310) 및 광경로 변환부(320)를 포함할 수 있다. 다만, 렌즈모듈(300)에서 베이스부(310) 및 광경로 변환부(320) 중 어느 하나 이상이 생략 또는 변경될 수 있다. 이하에서는 베이스부(310)와 광경로 변환부(320)를 구분구성으로 설명하지만, 베이스부(310)와 광경로 변환부(320)를 통칭하여 "프레넬 렌즈"로 호칭될 수 있다.
베이스부(310)는 렌즈모듈(300)의 몸체를 형성할 수 있다. 따라서, 베이스부(310)는 "몸체부" 또는 "바디부"로 호칭될 수 있다. 베이스부(310)는 렌즈모듈(300)로 입사된 광이 통과하는 부분일 수 있다. 따라서, 베이스부(310)는 "광학부" 또는 "렌즈부"로 호칭될 수 있다.
베이스부(310)의 일면에는 광경로 변환부(320)가 형성될 수 있다. 베이스부(310)의 디스플레이부측면에는 광경로 변환부(320)가 형성될 수 있다. 렌즈모듈(300)의 디스플레이부측면(301)에는 광경로 변환부(320)가 형성될 수 있다. 베이스부(310)는 평판 형상일 수 있다. 베이스부(310)는 납작한 원기둥 형상일 수 있다. 즉, 베이스부(310)는 무도수의 렌즈일 수 있다. 베이스부(310)는 광경로 변환부(320)와 일체로 형성될 수 있다. 즉, 베이스부(310)와 광경로 변환부(320)는 프레넬 렌즈의 구분 구성으로 이해될 수 있다.
광경로 변환부(320)는 베이스부(310)의 일면에 형성될 수 있다. 광경로 변환부(320)는 베이스부(310)의 디스플레이부측면에 형성될 수 있다. 광경로 변환부(320)는 렌즈모듈(300)의 디스플레이부측면(301)에 형성될 수 있다. 광경로 변환부(320)는 요철 형상으로 형성될 수 있다. 광경로 변환부(320)의 형상에 따라 렌즈모듈(300)의 굴절률이 결정될 수 있다.
광경로 변환부(320)는 베이스부(310)의 일면에 형성된 산(321, 322)을 포함할 수 있다. 광경로 변환부(320)는 베이스부(310)의 일면으로부터 돌출된 복수의 산(321, 322)을 포함할 수 있다. 이때, 복수의 산(321, 322) 각각은 하나의 산 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
복수의 산(321, 322) 각각은 렌즈모듈(300)의 중심부 측에 배치되는 반사면(320a)을 포함할 수 있다.
반사면(320a)은 렌즈모듈(300)의 중심부 측에 배치될 수 있다. 반사면(320a)은 렌즈모듈(300)의 광축을 바라보도록 배치될 수 있다. 반사면(320a)은 유효면(320b)으로부터 연장될 수 있다. 반사면(320a)은 유효면(320b)과 교대로 배치될 수 있다. 반사면(320a)은 입사되는 광을 반사하는 면일 수 있다.
복수의 산(321, 322)은 반사면(320a) 및 렌즈모듈(300)의 광축 사이의 각도가 렌즈모듈(300)의 중심부에서 주변부 측으로 갈수록 증가하도록 배치될 수 있다. 이때, 반사면(320a) 및 렌즈모듈(300)의 광축 사이의 각도(사잇각, 끼인각, 예각)를 "드래프트 각도(draft angle)"이라 칭할 수 있다. 따라서, 복수의 산(321, 322)은 드래프트 각도가 중심부에서 주변부 측으로 갈수록 증가하도록 배치될 수 있다. 복수의 산(321, 322)은 상호간 드래프트 각도가 상이할 수 있다.
복수의 산(321, 322)의 반사면(320a)은 복수의 산(321, 322)에 입사되는 광과 평행을 이루도록 형성될 수 있다. 복수의 산(321, 322)의 반사면(320a) 및 광축 사이의 각도는, 복수의 산(321, 322)에 입사되는 광 및 광축 사이의 각도는 대응할 수 있다. 이때, 입사되는 광 및 광축 사이의 각도를 "광선 각도(ray angle)"라 칭할 수 있다. 따라서, 복수의 산(321, 322)은 드래프트 각도가 복수의 산(321, 322)으로 입사되는 광선 각도와 일치하도록 형성될 수 있다. 이때, 광선 각도는 광축으로부터 멀어질수록 증가할 수 있다. 즉, 드래프트 각도도 광축으로부터 멀어질수록 증가할 수 있다.
복수의 산(321, 322)의 반사면(320a)은 복수의 산(321, 322)에 입사되는 광의 전반사가 제거되도록 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 복수의 산(321, 322)의 드래프트 각도와 복수의 산(321, 322)으로 입사되는 광선 각도가 일치되도록 형성되므로 복수의 산(321, 322)으로 입사되는 광이 반사면(320a)에서 전반사되는 현상이 방지될 수 있다. 이를 통해, 본 실시예에서는 렌즈모듈(300)을 통과한 광(영상)에서 링패턴이 제거될 수 있다. 즉, 본 실시예는 링패턴의 원인인 전반사되는 광을 제거함으로써 링패턴을 제거한 것이다.
복수의 산(321, 322)은 렌즈모듈(300)의 주변부 측에 배치되는 유효면(320b)을 포함할 수 있다.
유효면(320b)은 렌즈모듈(300)의 주변부 측에 배치될 수 있다. 유효면(320b)은 렌즈모듈(300)의 외주면 측을 바라보도록 배치될 수 있다. 유효면(320b)은 반사면(320a)으로부터 연장될 수 있다. 유효면(320b)은 반사면(320a)과 교대로 배치될 수 있다. 유효면(320b)은 입사되는 광이 통과하는 면일 수 있다.
복수의 산(321, 322)은 유효면(320b) 및 광축 사이의 각도(사잇각, 끼인각, 예각)가 렌즈모듈(300)의 중심부에서 주변부 측으로 갈수록 감소하도록 배치될 수 있다. 즉, 본 실시예에서 렌즈모듈(300)은 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에서 렌즈모듈(300)은 볼록렌즈를 프레넬 렌즈로 형성한 것일 수 있다. 또는, 변형례에서 렌즈모듈(300)은 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 즉, 변형례에서 렌즈모듈(300)은 오목렌즈를 프레넬 렌즈로 형성한 것일 수 있다.
복수의 산(321, 322)은 제1산(321) 및 제2산(322)을 포함할 수 있다.
제1산(321)은 제2산(322) 보다 중심부 측에 위치할 수 있다. 제1산(321)은 제2산(322) 보다 중심부 측에 배치될 수 있다. 제2산(322)은 제1산(321) 보다 주변부 측에 위치할 수 있다. 제2산(322)은 제1산(321) 보다 주변부 측에 배치될 수 있다.
제1산(321)은 제1반사면(321a) 및 제1유효면(321b)을 포함할 수 있다. 제2산(322)은 제2반사면(322a) 및 제2유효면(322b)을 포함할 수 있다.
제1산(321)의 제1반사면(321a) 및 광축 사이의 각도는 제2산(322)의 제2반사면(322a) 및 광축 사이의 각도 보다 작을 수 있다. 즉, 제1산(321)의 드래프트 앵글은 제2산(322)의 드래프트 앵글 보다 작을 수 있다.
보다 상세히, 제1산(321)은 제1반사면(321a) 및 광축과 평행한 가상의 직선 사이의 각도인 제1드래프트 각도(도 6의 θ1 참조)를 가질 수 있다. 또한, 제1산(321)의 제1유효면(321b)으로 입사되는 광(도 6의 L1 참조)은 광축과 평행한 가상의 직선과 제1광선 각도(도 6의 θ2 참조)를 이룰수 있다. 이때, 제1드래프트 각도(θ1) 및 제1광선 각도(θ2)는 일치할 수 있다.
또한, 제2산(322)은 제2반사면(322a) 및 광축과 평행한 가상의 직선 사이의 각도인 제2드래프트 각도(도 6의 θ3 참조)를 가질 수 있다. 또한, 제2산(322)의 제2유효면(322b)으로 입사되는 광(도 6의 L2 참조)은 광축과 평행한 가상의 직선과 제2광선 각도(도 6의 θ4 참조)를 이룰수 있다. 이때, 제2드래프트 각도(θ3) 및 제2광선 각도(θ4)는 일치할 수 있다.
제2광선 각도(θ4)는 제1광선 각도(θ2) 보다 클 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 제2드래프트 각도(θ3)가 제1드래프트 각도(θ1) 보다 클 수 있다.
제1산(321)의 제1유효면(321b) 및 광축 사이의 각도는 제2산(322)의 제2유효면(322b) 및 광축 사이의 각도 보다 클 수 있다.
본 실시예에서, 반사면(320a) 및 광축 사이의 각도(드래프트 각도)를 Y °라 하고, 복수의 산(321, 322) 각각이 광축과 이격된 거리를 X mm라 할때, 복수의 산(321, 322)은 0.8 * X < Y < 1.0 * X의 관계를 만족할 수 있다.
도 7은 본 실시예에 따른 광선 각도 및 렌즈모듈의 드래프트 각도를 광축으로부터의 거리에 따라 도시한 그래프이다.
도 7을 참고하면, 광선 각도의 그래프와 드래프트 각도의 그래프가 거의 일치함을 확인할 수 있다. 다만, 광선 각도의 그래프와 드래프트 각도의 그래프가 완전히 일치하는 것은 아님을 확인할 수 있다. 특히, 본 실시예의 드래프트 각도(draft angle)와 광축과 이격된 거리(Position) 사이의 관계는, y = 0.8735x + 1.3546 (여기서, y = 드래프트 각도, x = 광축과 이격 거리)을 만족할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 광축과 가장 인접하게 배치되는 반사면(320a)이 입사되는 광과 평행을 이루지 않도록 형성되는 것이다(x 값이 0일때 y 값은 0이 아닌 1.3546이 나온다.). 광축과 가장 인접하게 배치되는 반사면(320a)은 이론상 0 °에 가까운 드래프트 각도를 가질 필요가 있으나, 제품 제조상의 기술적인 문제로 드래프트 각도를 0 °로 제조하는 것은 어렵다. 현재 드래프트 각도는 2 °이상으로 제조될 수 있으며, 이는 도 7의 그래프에서 드래프트 각도의 y절편값을 변경시키는 요인이므로 그에 따라 본 실시예에서는 기울기가 변경된 것이다(본 실시예에서 x에 곱해지는 기울기가 1이 아닌 0.875인 것을 의미한다).
도 8a는 비교예에 따른 렌즈모듈의 시뮬레이션 데이터를 도시하는 도면이고, 도 8b는 본 실시예에 따른 렌즈모듈의 시뮬레이션 데이터를 도시하는 도면이다.
비교예에서는 렌즈모듈(300)의 복수의 산의 드래프트 각도가 일정하다. 이 경우, 도 8a에 도시된 바와 같이 프레넬 렌즈의 링패턴이 육안으로 확인될 수 있다.
본 실시예에서는 렌즈모듈(300)의 복수의 산의 드래프트 각도(반사면(320a)과 광축의 사잇각)가 복수의 산에 입사되는 광의 광선 각도(입사광선과 광축과의 사잇각)가 대응한다. 이 경우, 도 8b에 도시된 바와 같이 프레넬 렌즈의 링패턴이 육안으로는 확인하기 어려울만큼 제거됨을 확인할 수 있다.
300: 렌즈모듈 301: 디스플레이부측면
302: 육안측면 310: 베이스부
320: 광경로 변환부 320a: 반사면
320b: 유효면 321: 제1산
322: 제2산

Claims (11)

  1. 베이스부와, 상기 베이스부의 일면에 형성되는 광경로 변환부를 포함하는 렌즈모듈에 있어서,
    상기 광경로 변환부는 반사면을 포함하는 복수의 산을 포함하고,
    상기 렌즈모듈의 중심부에 배치된 반사면이 광축과 이루는 각도는 상기 렌즈모듈의 주변부에 배치된 반사면이 상기 광축과 이루는 각도 보다 작은 렌즈모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 산의 상기 반사면은 상기 복수의 산에 입사되는 광의 전반사가 제거되도록 형성되는 렌즈모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 산의 상기 반사면은 상기 복수의 산에 입사되는 광과 평행을 이루도록 형성되는 렌즈모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 산은 상기 반사면으로부터 연장되고 상기 렌즈모듈의 주변부 측에 배치되는 유효면을 더 포함하고,
    상기 복수의 산은 상기 유효면 및 상기 렌즈모듈의 광축 사이의 각도가 상기 렌즈모듈의 중심부에서 주변부 측으로 갈수록 감소하도록 배치되는 렌즈모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 산은 제1산과, 상기 제1산으로부터 상기 렌즈모듈의 주변부 측에 배치되는 제2산을 포함하고,
    상기 제1산의 반사면 및 상기 광축 사이의 각도는 상기 제2산의 반사면 및 상기 광축 사이의 각도 보다 작은 렌즈모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반사면 및 상기 광축 사이의 각도를 Y °라 하고, 상기 복수의 산 각각이 상기 광축과 이격된 거리를 X mm라 할때,
    상기 복수의 산은
    0.8 * X < Y < 1.0 * X
    의 관계를 만족하는 렌즈모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광축과 가장 인접하게 배치되는 제1반사면은 상기 제1반사면에 입사되는 광과 평행을 이루지 않도록 형성되는 렌즈모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부 및 상기 광경로 변환부는 일체로 형성되는 렌즈모듈.
  9. 홀더;
    상기 홀더에 배치되고 가상 현실 영상을 출력하는 디스플레이부; 및
    상기 홀더에 상기 디스플레이부와 이격되어 배치되는 렌즈모듈을 포함하고,
    상기 렌즈모듈은 베이스부와, 상기 베이스부의 디스플레이부측면에 형성되는 광경로 변환부를 포함하고,
    상기 광경로 변환부는 반사면을 포함하는 복수의 산을 포함하고,
    상기 렌즈모듈의 중심부에 배치된 반사면이 광축과 이루는 각도는 상기 렌즈모듈의 주변부에 배치된 반사면이 상기 광축과 이루는 각도 보다 작은 가상 현실 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 렌즈모듈을 상기 홀더에 이동가능하게 고정하는 렌즈 이동 유닛을 더 포함하는 가상 현실 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 렌즈 이동 유닛은 상기 홀더에 나사 결합되는 가상 현실 디스플레이 장치.
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