KR20180085663A - 광학 시스템 및 헤드-마운트형 디스플레이 장치 - Google Patents

광학 시스템 및 헤드-마운트형 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상 빔을 수신하기 위한 광학 시스템을 개시한다. 광학 시스템의 제1 광도파로 소자는 제1 입광면, 제1 출광면 및 적어도 하나의 제1 분광판을 포함하며, 광학 시스템의 제2 광도파로 소자는 제1 표면, 제1 표면과 마주하는 제2 표면 및 적어도 하나의 제2 분광판을 포함한다. 영상 빔은 제1 입광면을 거쳐 제1 광도파로 소자에 진입하고 제1 출광면을 거쳐 제1 광도파로 소자로부터 이탈하고, 제1 표면의 일부분은 제2 입광면이며, 제1 표면의 타부분은 제2 출광면이다. 영상 빔은 제2 입광면을 거쳐 제2 광도파로 소자에 진입하고 또한 제2 출광면을 거쳐 제2 광도파로 소자로부터 이탈한다. 제2 표면 상에는 다수 개의 광학적 마이크로 구조가 구비되며, 각 광학적 마이크로 구조에는 반사면이 구비된다. 상기 광학 시스템은 영상 빔을 전송하여 영상 빔이 두 개의 방향에서 확장하게 하며 잔상이 발생하지 않는다. 그리고 부피가 얇은 상황에서 우수한 영상 디스플레이 품질을 갖는다.

Description

광학 시스템 및 헤드-마운트형 디스플레이 장치{OPTICAL SYSTEM AND HED-MOUNTED DISPLAY DEVICE}
본 발명은 광학 시스템 및 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 광학 시스템 및 헤드-마운트형 디스플레이 장치에 관한 것이다.
근안 디스플레이(Near Eye Display, NED) 및 헤드-마운트형 디스플레이(Head-mounted Display, HMD)는 현재 개발 잠재력이 가장 큰 차세대 킬러 제품이다. 현재 근안 디스플레이 기술에 관련된 응용은 증강현실(Augmented Reality, AR) 기술 및 가상현실(Virtual Reality, VR) 기술로 구분할 수 있다. 증강현실 기술에 있어서, 이에 관련된 개발자는 현재 헤드-마운트형 디스플레이의 부피가 얇다는 전제 하에 최적의 영상 품질을 제공하는 기술적 과제의 해결에 전력을 쏟고 있다.
헤드-마운트형 디스플레이에서 증강현실을 구현하는 기본 광학적 구성에서 디스플레이에 사용되는 영상 빔은 투영장치로부터 발사된 후 세미반사 세미투과 작용을 갖는 광학 소자에 의해 반사되어 사용자의 눈에 진입한다. 영상을 표시하는 광 빔 및 외부의 환경 광 빔은 모두 사용자의 눈에 진입할 수 있어 증강현실 디스플레이 효과를 구현한다. 현재, 광시각 디스플레이 효과를 구현하기 위한 분광판 어레이 도파(Beam Splitter Array Waveguide) 구성은 각종 증강현실 근안 디스플레이의 광학적 구성 중에서 광시각, 풀컬러 영상 및 얇은 부피를 모두 구현할 수 있는 최적의 선택이다. 이러한 구성의 광도파로 소자는 다수 개의 분광판을 구비함으로써 투영장치의 영상 빔을 사용자의 눈에 가이드할 수 있다.
일반적으로, 이러한 구성의 헤드-마운트형 디스플레이의 분광판에는 코팅막이 구비되어 비교적 작은 입사각으로 입사하는 광선을 반사시키며 비교적 큰 입사각으로 입사하는 광선을 투과하게 한다. 상기 반사되는 광선은 통상 예정된 방향으로 약간 경사되게 사용자의 눈에 가이드되어 사용자가 예정된 영상 화면을 볼 수 있게 한다. 이외에, 분광판을 투과하는 상기 광선은 다음 분광판으로 진행할 수 있다. 그러나 실제 사용 시 코팅막은 단지 특정 입사각 범위의 입사 광선만 투과시킨다. 광선이 광도파로 소자에서 진행하는 과정에서 과도한 입사각으로 분광판에 입사할 때 일부의 광선은 오히려 분광판에서 반사된다. 이 예정에 없는 반사광선(미광)은 광도파로 소자에서 계속 진행하고 이어서 비교적 작은 각도로 분광판에 입사하는 상황에서 전술한 소정 방향과 반대인 방향으로 경사지게 사용자의 눈에 가이드된다. 이때, 사용자는 원래의 예정된 영상 화면을 볼 수 있을 뿐만 아니라 미러이미지의 예정에 없는 영상 화면도 동시에 볼 수 있다. 따라서, 사용자는 헤드-마운트형 디스플레이를 사용하는 과정에서 디스플레이 화면에 잔상의 존재를 느끼기 쉬워 헤드-마운트형 디스플레이의 디스플레이 품질이 열악하다고 느끼게 된다.
“배경기술”부분은 단지 본 발명의 내용을 이해하도록 돕는 것이다. 따라서, “배경기술”부분에서 개시한 내용은 당 업계의 기술자가 이미 알고 있는 기존 기술이 아닌 부분을 포함할 가능성이 있다. “배경기술”부분에서 개시한 내용은 상기 내용이나 본 발명에서 하나의 또는 다수 개의 실시예에서 해결하고자 하는 문제가 본 발명이 출원되기 전에 이미 당 업계의 기술자가 알고 있거나 인지하고 있다는 것을 가리키지 않는다.
본 발명은, 영상 빔을 전송할 수 있고 또한 영상 빔이 두 개의 방향에서 확장하게 하며, 헤드-마운트형 디스플레이 장치에 응용될 때 헤드-마운트형 디스플레이 장치에 잔상이 발생하지 않고 부피가 얇은 상황에서 영상이 우수한 디스플레이 품질을 지니는 광학 시스템을 제공하는 것이 목적이다.
본 발명은 상기 광학 시스템이 구비된 헤드-마운트형 디스플레이 장치를 제공한다. 헤드-마운트형 디스플레이 장치에 잔상이 발생하지 않고 또한 우수한 디스플레이 품질을 갖는다.
본 발명은 상기 광도파로 소자가 구비된 헤드-마운트형 디스플레이 장치를 제공하며, 또한 부피가 얇은 상황에서 우수한 디스플레이 품질을 갖는다.
본 발명의 기타 목적과 장점은 본 발명에서 개시한 기술적 특징에서 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적 중의 하나 또는 일부 또는 전부 또는 기타 목적을 구현하기 위해, 본 발명의 일실시예는 영상 빔을 수신하기 위한 광학 시스템을 개시한다. 광학 시스템은 제1 광도파로 소자 및 제2 광도파로 소자를 포함하며, 상기 제1 광도파로 소자는 제1 입광면, 제1 출광면 및 적어도 하나의 제1 분광판을 포함한다. 영상 빔은 제1 입광면을 거쳐 제1 광도파로 소자에 진입한다. 제1 출광면은 제1 입광면에 연결되고 또한 영상 빔은 제1 출광면을 거쳐 제1 광도파로 소자로부터 이탈한다. 적어도 하나의 제1 분광판은 제1 광도파로 소자에 배치되고, 제2 광도파로 소자는 제1 광도파로 소자 옆에 배치되며, 제2 광도파로 소자는 제1 표면, 제2 표면 및 적어도 하나의 제2 분광판을 포함한다. 제1 표면의 일부분은 제1 출광면과 마주하는 제2 입광면이며, 제1 표면의 타부분은 제2 출광면이다. 영상 빔은 제2 입광면을 거쳐 제2 광도파로 소자에 진입하며, 제2 출광면을 거쳐 제2 광도파로 소자로부터 이탈한다. 제2 표면은 제1 표면과 마주한다. 제2 표면 상에는 다수 개의 광학적 마이크로 구조가 구비되며, 각 광학적 마이크로 구조에는 반사면이 구비된다. 이외에, 적어도 하나의 제2 분광판이 제2 광도파로 소자에 배치된다.
상술한 목적 중의 하나 또는 일부 또는 전부 또는 기타 목적을 구현하기 위해, 본 발명의 일실시예에서는 투영장치와 광학 시스템이 구비된 헤드-마운트형 디스플레이 장치를 개시한다. 투영장치는 영상 빔을 제공하며, 광학 시스템은 제1 광도파로 소자 및 제2 광도파로 소자를 포함한다. 제1 광도파로 소자는 제1 입광면, 제1 출광면 및 적어도 하나의 제1 분광판을 포함한다. 영상 빔은 제1 입광면을 거쳐 제1 광도파로 소자에 진입한다. 제1 출광면은 제1 입광면에 연결되며, 영상 빔은 제1 출광면을 거쳐 제1 광도파로 소자로부터 이탈한다. 적어도 하나의 제1 분광판은 제1 광도파로 소자에 배치되고, 제2 광도파로 소자는 제1 광도파로 소자 옆에 배치되며, 제2 광도파로 소자는 제1 표면, 제2 표면 및 적어도 하나의 제2 분광판을 포함한다. 제1 표면의 일부분은 제1 출광면과 마주하는 제2 입광면이며, 제1 표면의 타부분은 제2 출광면이다. 영상 빔은 제2 입광면을 거쳐 제2 광도파로 소자에 진입하며, 제2 출광면을 거쳐 제2 광도파로 소자로부터 이탈한다. 제2 표면은 제1 표면과 마주한다. 제2 표면 상에는 다수 개의 광학적 마이크로 구조가 구비되며, 각 광학적 마이크로 구조네는 반사면이 구비된다. 이외에, 적어도 하나의 제2 분광판이 제2 광도파로 소자에 배치된다.
상술한 내용에 기반하여, 본 발명의 실시예는 아래의 장점이나 효과를 적어도 하나 구비한다. 본 발명의 실시예에 따른 헤드-마운트형 디스플레이 장치의 광학 시스템은 제1 광도파로 소자 및 제1 광도파로 소자 옆에 배치되는 제2 광도파로 소자를 포함하고, 제1 광도파로 소자는 적어도 하나의 제1 분광판을 포함하고 제2 광도파로 소자는 적어도 하나의 제2 분광판을 포함하고, 제2 광도파로 소자의 제1 표면의 일부분은 제2 입광면이고 제1 표면의 타부분은 제2 출광면이고, 영상 빔이 제1 광도파로 소자로부터 이탈한 후 제2 입광면을 거쳐 제2 광도파로 소자에 진입하고 나서 제2 출광면을 거쳐 제2 광도파로 소자로부터 이탈한다. 이외에, 제2 광도파로 소자는 제1 표면과 마주 보는 제2 표면을 포함하고, 제2 표면 상에는 다수 개의 광학적 마이크로 구조가 구비되며, 각 광학적 마이크로 구조에는 반사면이 구비된다. 따라서, 영상 빔은 제1 광도파로 소자에서 진행한 후 이 광학적 마이크로 구조들의 반사를 거쳐 제2 광도파로 소자에서 진행함으로써, 광학 시스템이 영상 빔을 전송할 수 있게 하고, 영상 빔이 제1 광도파로 소자 및 제2 광도파로 소자에 의해 두 개의 방향에서 확장될 수 있게 하며, 제1 광도파로 소자 및 제2 광도파로 소자는 적층되게 설계될 수 있다. 이외에, 제2 광도파로 소자와 적층될 수 있는 제1 광도파로 소자를 적절한 사이즈로 설정하여 영상 빔이 제1 광도파로 소자에서 전반사가 발생하기 전에 제1 분광판에 진행되게 함으로써, 영상 빔이 제1 광도파로 소자에서 전반사가 발생하여 제1 분광판에 대해 너무 큰 예정에 없는 입사각이 형성되는 것을 방지한다. 따라서, 영상 빔은 예정된 방식으로 제1 분광판에서 반사 또는 투과하여 헤드-마운트형 디스플레이 장치에 잔상이 생기지 않게 한다. 그리고 부피가 경박하다는 전제 하에 우수한 디스플레이 품질을 갖는다.
본 발명의 상술한 특징과 장점을 더욱 명확하게 이해시키기 위해 아래에서는 첨부도면을 결합하여 실시예에 의해 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1A는 본 발명의 일실시예에 따른 헤드-마운트형 디스플레이 장치를 나타내는 입체 설명도이다.
도 1B는 도 1A실시예의 광학 시스템을 나타내는 단면 설명도이다.
도 1C는 도 1B의 광학 시스템의 일부분을 나타내는 확대 설명도이다.
도 1D 내지 도 1G는 도 1A실시예에서 제1 광도파로 소자가 영상 빔의 일부분을 전송하는 광 경로를 나타내는 설명도이다.
도 1H 내지 도 1J는 도 1A실시예에서 제2 광도파로 소자가 영상 빔의 일부분을 전송하는 광 경로를 나타내는 설명도이다.
도 2A는 비교용 실시예에 따른 광학 시스템의 광도파로 소자가 영상 빔의 일부분을 전송하는 광 경로를 나타내는 설명도이다.
도 2B는 도 2A의 비교용 실시예에서 관찰구역의 광도 분포를 나타내는 모식도다.
도 3은 영상 빔에 대한 분광판의 반사율과 영상 빔의 입사각을 나타내는 도면이다.
도 4A 내지 도 4C는 본 발명의 일부 관련된 실시예에서 제2 광도파로 소자에 위치한 다수 개의 광학적 마이크로 구조를 나타내는 단면 설명도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤드-마운트형 디스플레이 장치를 나타내는 단면 설명도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 헤드-마운트형 디스플레이 장치가 영상 빔을 전송하는 광 경로를 나타내는 설명도이다.
본 발명에 관련된 상술한 및 기타 기술적 내용의 특점 및 효과는 아래에서 첨부도면의 바람직한 실시예를 상세히 설명하는 과정에서 명백하게 드러나게 될 것이다. 아래의 실시예에서 언급한 위, 아래, 좌, 우, 위 또는 아래 등의 방향 용어는 단지 첨부도면의 방향을 참고한 것이기 때문에 본 발명에 사용된 방향 용어는 본 발명을 설명하기 위한 것이지만 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다.
도 1A는 본 발명의 일실시예에 따른 헤드-마운트형 디스플레이 장치를 나타내는 입체 설명도이다. 도 1A를 참조하면, 본 실시예에서 헤드-마운트형 디스플레이 장치(100)는 투영장치(110) 및 광학 시스템(120)을 포함하고, 광학 시스템(120)은 제1 광도파로 소자(122) 및 제1 광도파로 소자(122) 옆에 배치되는 제2 광도파로 소자(124)를 포함한다. 제1 광도파로 소자(122)는 내부에 배치되는 다수 개의 제1 분광판(Beam splitter)(126)을 포함하고, 이 제1 분광판(126)들은 상호 평행을 이루고 간격을 두고 배열된다(즉, 두 개의 인접한 제1 분광판(126) 사이에 틈새가 존재함). 제2 광도파로 소자(124)는 내부에 배치되는 다수 개의 제2 분광판(128)을 포함하고, 이 제2 분광판(128)들은 상호 평행을 이루고 간격을 두고 배열된다(즉, 두 개의 인접한 제2 분광판(128) 사이에 틈새가 존재함). 일부 실시예에서 제1 광도파로 소자(122)는 단지 하나의 제1 분광판(126)만 포함할 수 있고 제2 광도파로 소자(124)는 단지 하나의 제2 분광판(128)만 포함할 수 있지만, 본 발명은 이에 국한되지 않는다.
본 실시예에서 투영장치(110)는 디스플레이(D) 및 렌즈(PL)를 포함하고 렌즈(PL)의 수량을 제한하지 않으며, 렌즈의 수량은 설계에 따라 결정된다. 투영장치(110)는 영상 빔(IL)을 제공하고, 광학 시스템(120)은 영상 빔(IL)을 수신한다. 구체적으로, 투영장치(110)의 디스플레이(D)가 영상 빔(IL)을 제공하고, 영상 빔(IL)은 렌즈(PL)를 통해 제1 광도파로 소자(122)에 전송된다. 이외에, 제1 광도파로 소자(122)는 제1 입광면(ES1)을 구비하고, 영상 빔(IL)은 제1 입광면(ES1)을 거쳐 제1 광도파로 소자(122)에 진입한다. 본 실시예에서 헤드-마운트형 디스플레이 장치(100)는 예를 들어 제1 축(X), 제2 축(Y) 및 제3 축(Z)에 의해 구축된 공간에 위치하고, 제1 축(X) 방향은 이 제2 분광판(128)들의 배열 방향과 평행을 이루며, 제2 축(Y) 방향은 이 제1 분광판(126)들의 배열 방향과 평행을 이룬다. 이외에, 제1 축(X) 방향은 제2 축(Y) 방향과 수직을 이루며, 제3 축(Z) 방향은 제1 축(X)의 방향과 수직을 이루면서 제2 축(Y)의 방향과도 수직을 이룬다.
도 1B는 도 1A실시예의 광학 시스템을 나타내는 단면 설명도이고, 1C는 도 1B의 광학 시스템의 일부분을 나타내는 확대 설명도이며, 도 1D 내지 도 1G는 도 1A실시예에서 제1 광도파로 소자가 영상 빔의 일부분을 전송하는 광 경로를 나타내는 설명도이다. 여기서 주의할 점은, 도 1B 및 도 1C는 영상 빔(IL) 중 일부분의 영상 빔(IL1) 및 영상 빔(IL2)을 도시하며, 가느다란 선 모양의 광 빔을 통해 광학 시스템 중에서 광선의 광 경로를 명확하게 표기한다. 이외에, 도 1D 및 도 1E는 영상 빔(IL) 가장자리에 위치하는 영상 빔(IL3) 및 영상 빔(IL4)을 각각 나타내고, 도 1F는 도 1D의 영상 빔(IL3)과 도 1E의 영상 빔(IL4)을 적층시킴으로써, 영상 빔(IL3) 및 영상 빔(IL4)이 YZ평면(즉, 제2 축(Y)과 제3 축(Z)으로 구성된 평면) 상에서 영상 빔(IL)의 가장자리를 명확하게 나타내게 한다. 이외에, 도 1G는 영상 빔(IL) 가장자리에 위치하는 영상 빔(IL5) 및 영상 빔(IL6)을 도시하여, XY평면(즉, 제1 축(X)과 제2 축(Y)으로 구성된 평면) 상에서 영상 빔(IL)의 가장자리를 명확하게 나타내게 한다.
도 1A 및 도 1F를 동시에 참고하면, 제1 광도파로 소자(122)는 제1 출광면(ExS1)을 더 포함하며, 제1 출광면(ExS1)은 제1 입광면(ES1)에 연결된다. 이외에, 도 1A 및 도 1B를 동시에 참고하면, 제2 광도파로 소자(124)는 제1 표면(S1) 및 제2 표면(S2)을 포함한다. 제1 표면(S1)의 일부분은 제1 출광면(ExS1)과 마주하는 제2 입광면(ES2)이며, 제1 표면(S1)의 타부분은 제2 출광면(ExS2)이다. 구체적으로, 도 1F를 참조하면, 제1 광도파로 소자(122)에 진입한 영상 빔(IL)의 일부분은 이 제1 분광판(126)들에서 반사하기에 적합하며, 제1 출광면(ExS1)을 거쳐 제1 광도파로 소자(122)로부터 이탈한다. 이어서, 제1 광도파로 소자(122)로부터 이탈한 영상 빔(IL)은 제2 입광면(ES2)을 거쳐 제2 광도파로 소자(124)에 진입하기에 적합하다. 이외에, 도 1B를 참조하면, 제2 광도파로 소자(124)에 진입한 영상 빔(IL)의 일부분은 이 제2 분광판(128)들에서 반사하기에 적합하며, 제2 출광면(ExS2)을 거쳐 제2 광도파로 소자(124)로부터 이탈한다. 상세하게는, 영상 빔(IL)은 전반사(total internal reflection) 방식으로 제2 광도파로 소자(124)에서 진행하기에 적합하다.
구체적으로, 도 1C를 참조하면, 제2 광도파로 소자(124)의 제2 표면(S2)은 제1 표면(S1)과 마주하며, 제2 표면(S2) 상에는 다수 개의 광학적 마이크로 구조(130)가 구비된다. 각 광학적 마이크로 구조(130)는 반사면(132) 및 반사면(132)을 연결하는 연결면(134)을 포함하고, 이러한 반사면(132)들은 제2 광도파로 소자(124)에 진입한 영상 빔(IL)을 반사하기에 적합하여 이러한 반사면(132)들에 의해 반사된 영상 빔(IL)이 이 제2 분광판(128)들에 전송되게 하며, 이 제2 분광판(128)들 상에서 부분 반사와 부분 투과가 발생한다. 구체적으로, 이 광학적 마이크로 구조(130)들에 경사되게 구성되는 이러한 반사면(132)들이 구비되기 때문에, 제1 광도파로 소자(122)와 제2 광도파로 소자(124)가 적층 구성되게 설계되어도 제1 광도파로 소자(122)로부터 이탈되는 영상 빔(IL)은 여전히 이러한 반사면(132)들의 반사에 의해 제2 광도파로 소자(124) 속에 전송될 수 있다.
본 실시예에서 각 광학적 마이크로 구조(130)는 광 반사층(136) 및 광 흡수층(138)을 더 포함한다. 광 반사층(136)은 반사면(132) 상에 배치되며, 광 흡수층(138)은 연결면(134) 상에 배치된다. 광 반사층(136)은 예를 들어 반사 코팅막일 수 있어 영상 빔(IL)을 더욱 효과적으로 반사할 수 있게 한다. 이외에, 광 흡수층(138)은 예를 들어 흡수 코팅막일 수 있어 제2 광도파로 소자(124)에 진입한 영상 빔(IL)에서 진행 방향이 비교적 편이된 일부분이 광 흡수층(138)에 의해 흡수됨으로써, 이러한 반사면(132)들에 의해 반사된 영상 빔(IL)이 대체로 고정된 각도로 제2 광도파로 소자(124) 속에서 진행되게 한다. 이로 인해, 영상 빔(IL)이 이 제2 분광판(128)들까지 진행될 때 영상 빔(IL)은 대체로 예정된 입사각으로 이 제2 분광판(128)들에 입사된다.
본 실시예에서, 각 반사면(132)과 도면 상의 참고 평면(점선으로 표시됨) 사이에 형성된 예각은 제2 분광판(128)과 제2 출광면(ExS2) 사이에 형성된 예각과 동일하며, 참고 평면은 제2 출광면(ExS2)과 평행을 이룬다. 다시 말해, 각 반사면(132)과 참고 평면 사이에 형성된 예각은 협각(θ1)이고 제2 분광판(128)과 제2 출광면(ExS2) 사이에 형성된 예각은 협각(θ2)이고 협각(θ1)은 예를 들어 협각(θ2)과 같을 수 있다. 그러나 일부 실시예에서 협각(θ1)은 협각(θ2)과 같지 않을 수도 있으며, 본 발명은 협각(θ1) 및 협각(θ2)의 크기를 한정하지 않고 협각(θ1)이 협각(θ2)과 같은 지의 여부를 한정하지 않는다. 이외에, 각 연결면(134)과 참고 평면은 협각(θ3)이 형성되며, 협각(θ3)은 0도보다 크고 또한 협각(θ3)은 90도보다 작거나 같다. 구체적으로, 이 광학적 마이크로 구조(130)들의 형상은 직각 삼각형(예를 들면, 협각(θ3)이 90도일 때의 경우), 이등변 삼각형(예를 들면, 협각(θ3)이 90도보다 작고 협각(θ3)이 협각(θ1)과 같을 때의 경우) 또는 기타 형상일 수 있다. 이외에, 각 광학적 마이크로 구조(130)의 폭(W)은 예를 들어 100 미크론(μm) 내지 1000 미크론(μm)의 범위 내에 있을 수 있으며, 본 발명은 이 광학적 마이크로 구조(130)들의 형상 및 사이즈에 제한을 두지 않는다. 이외에, 실제 수요에 따라 이 광학적 마이크로 구조(130)들을 돌출된 모양의 광학적 마이크로 구조나 오목형 광학적 마이크로 구조로 설계할 수 있다. 예를 들면, 돌출된 모양의 광학적 마이크로 구조는 증착 방식으로 제조될 수 있으며, 오목형 광학적 마이크로 구조는 식각 공정 방식으로 제조될 수 있다. 본 발명은 이에 국한되지 않는다.
이외에, 도 1D를 먼저 참조하면, 본 실시예에서, 제1 광도파로 소자(122)는 제1 입광면(ES1)에 연결되는 제1 측면(SS1)을 포함하며, 제1 측면(SS1)과 제1 출광면(ExS1)은 평행을 이룬다. 이 제1 분광판(126)들은 제1 측면(SS1)과 제1 출광면(ExS1) 사이에 배치되며, 이 제1 분광판(126)들은 제1 입광면(ES1)과 평행을 이루지 않는다(제1 측면(SS1)과도 평행을 이루지 않음). 이어서, 도 1B를 참조하면, 본 실시예에서 제2 광도파로 소자(124)의 제2 표면(S2)과 제2 출광면(ExS2)은 평행을 이룬다. 이 제2 분광판(128)들은 제2 표면(S2)과 제2 출광면(ExS2) 사이에 배치되며, 이 제2 분광판(128)들은 제2 출광면(ExS2)과 평행을 이루지 않는다(제2 표면(S2)과도 평행을 이루지 않음). 이외에, 이 제1 분광판(126)들과 제1 출광면(ExS1)의 협각 및 이 제2 분광판(128)들과 제2 출광면(ExS2)의 협각은 예를 들어 25도 내지 40도 범위에 있으며, 바람직하게는 30도다. 구체적으로, 이 제1 분광판(126)들(또는 이 제2 분광판(128)들)의 배치 각도가 증가할 때, 이 제1 분광판(126)들(또는 이 제2 분광판(128)들)은 비교적 밀집되게 배치될 수 있고, 광학 시스템(120) 출광의 비교적 우수한 광 균일도를 구현할 수 있다. 여기서 주의할 점은, 이 제1 분광판(126)들이 제3 축(Z)을 따라 제1 출광면(ExS1)에 투영되고, 이 제1 분광판(126)들은 상호 중첩되지 않고, 이 제2 분광판(128)들은 제3 축(Z)을 따라 제2 출광면(ExS2)에 투영되며, 이 제2 분광판(128)들은 상호 중첩되지 않는다. 이외에, 제1 광도파로 소자(122)(또는 제2 광도파로 소자(124))는 비교적 얇은 두께로 설정하여도 충분히 영상 빔(IL)을 가이드할 수 있어 전체 헤드-마운트형 디스플레이 장치(100)의 부피를 얇게 하는 데에 유리하다.
도 1C를 참조하면, 구체적으로, 제2 광도파로 소자(124)의 제2 입광면(ES2)과 제1 광도파로 소자(122)의 제1 출광면(ExS1)은 평행을 이루며, 제2 입광면(ES2)과 제1 출광면(ExS1) 사이에는 틈새(G)(도 1C 참조)가 형성된다. 틈새(G)의 폭은 예를 들어 2 미크론 내지 12 미크론 사이에 있고 바람직하게는 3 미크론 내지 10 미크론 사이에 있다. 그러나, 기타 실시예에서 틈새(G)의 폭 값은 기타 값일 수 있으며, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 다른 실시예에서 제1 광도파로 소자(122) 및 제2 광도파로 소자(124)는 예를 들어 광학 접착제로 접착된다. 광학 접착제는 예를 들어 제1 출광면(ExS1)이나 제2 입광면(ES2)에서 가장자리에 가까운 부위에 도포되거나, 제1 출광면(ExS1)이나 제2 입광면(ES2)의 모서리에 도포된다. 제1 출광면(ExS1)과 제2 입광면(ES2)이 마주하여 접착을 진행한 후 제1 출광면(ExS1)과 제2 입광면(ES2)은 일부 접촉 접합하고 전면 접촉하여 접합하지 않기 때문에, 틈새(G)가 형성된다. 다른 실시예에서 제1 출광면(ExS1)과 제2 입광면(ES2)은 광학 접착제로 전면 접촉하는 방식으로 접착되어 제1 광도파로 소자(122) 및 제2 광도파로 소자(124)를 고정시킨다. 이외에, 일부 실시예에서는 고정용 지그 등과 같은 기구 장치를 이용하여 제1 광도파로 소자(122) 및 제2 광도파로 소자(124)의 상대적인 위치를 고정 시킴으로써, 제1 출광면(ExS1)과 제2 입광면(ES2) 사이에 틈새(G)가 형성되게 할 수 있으며, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 구체적으로, 틈새(G)는 예를 들어 공기로 채워질 수 있다. 그러나 일부 실시예에서 틈새(G)는 굴절률이 제1 광도파로 소자(122) 및 제2 광도파로 소자(124)보다 작은 투광 재료와 같은 투과 소재로 채울 수 있으며, 본 발명은 이에 국한되지 않는다.
도 1D 내지 도 1F를 참조하면, 본 실시예에서, 제1 광도파로 소자(122)의 제1 입광면(ES1)과 제1 출광면(ExS1) 사이의 협각은 90도보다 작거나 같을 수 있다. 구체적으로, 도 1D에 도시된 제1 입광면(ES1)과 제1 출광면(ExS1)은 수직을 이루며, 다시 말해 제1 입광면(ES1)과 제1 출광면(ExS1) 사이의 협각이 90도가 된다. 그러나, 기타 실시예에서 제1 입광면(ES1)은 제1 출광면(ExS1)에 대해 경사를 이룰 수 있으며, 다시 말해 제1 입광면(ES1)과 제1 출광면(ExS1) 사이의 협각이 90도보다 작을 수 있다. 후속 단락에서 더욱 상세하게 설명할 것이며 도 5를 참조할 수 있으며, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 구체적으로, 영상 빔(IL)은 제1 입광면(ES1)을 거쳐 제1 광도파로 소자(122)에 진입한다. 이어서, 영상 빔(IL)은 제1 측면(SS1)과 제1 출광면(ExS1) 사이에서 진행하기에 적합하다. 도 1D 및 도 1E를 참조하면, 본 실시예에서 영상 빔(IL) 가장자리에 위치하는 영상 빔(IL3) 및 영상 빔(IL4)이 제1 측면(SS1) 및 제1 출광면(ExS1)에 도달하기 전에 이 제1 분광판(126)들에 의해 반사되어 제1 출광면(ExS1)을 거쳐 제1 광도파로 소자(122)로부터 이탈한다. 다시 말해, 적어도 일부 영상 빔(IL)이 제1 입광면(ES1)을 거쳐 제1 광도파로 소자(122)에 진입한 후, YZ평면 상에서 제1 측면(SS1) 및 제1 출광면(ExS1)에 아직 확장되지 않은 상황에서 이 제1 분광판(126)들에 의해 직접 반사되어 제2 광도파로 소자(124)에 전송된다.
이어서, 도 1G를 참조하면, 본 실시예에서, 제1 광도파로 소자(122)는 제2 측면(SS2) 및 제3 측면(SS3)을 더 포함한다. 제2 측면(SS2)은 제1 측면(SS1) 및 제1 출광면(ExS1)을 연결하고 제3 측면(SS2)도 제1 측면(SS1) 및 제1 출광면(ExS1)을 연결하며, 제3 측면(SS3)은 제2 측면(SS2)과 평행을 이룬다. 구체적으로, 영상 빔(IL)이 제1 측면(SS1)과 제1 출광면(ExS1) 사이에서 진행할 때 영상 빔(IL)은 동시에 제2 측면(SS2)과 제3 측면(SS3) 사이에서 진행한다. 본 실시예에서, 영상 빔(IL) 가장자리에 위치하는 영상 빔(IL5) 및 영상 빔(IL6)은 제2 측면(SS2) 및 제3 측면(SS3)에 도달하기 전에 이 제1 분광판(126)들에 의해 반사되어 제1 출광면(ExS1)을 거쳐 제1 광도파로 소자(122)로부터 이탈한다. 상세하게는, 본 실시예에서 제2 광도파로 소자(124)와 적층되는 제1 광도파로 소자(122)가 제1 축(X) 방향에서 적절한 폭을 지녀 적어도 일부 영상 빔(IL)이 제1 입광면(ES1)을 거쳐 제1 광도파로 소자(122)에 진입한 후, XY평면에서 제2 측면(SS2) 및 제3 측면(SS3)에 아직 확장되지 않은 상황에서 이 제1 분광판(126)들에 의해 직접 반사되어 제2 광도파로 소자(124)에 전송된다.
본 실시예에서 영상 빔(IL)의 일부분(예를 들면, 영상 빔(IL3, IL4, IL5, IL6))은 이 제1 분광판(126)들의 적어도 하나에 의해 반사된 후 제1 출광면(ExS1)을 거쳐 제1 광도파로 소자(122)로부터 이탈한다. 구체적으로, 적어도 일부분의 이 제1 분광판(126)들이 영상 빔(IL)의 일부분을 반사하며, 영상 빔(IL)의 타부분은 이 제1 분광판(126)들을 투과한다.
도 1H 내지 도 1J는 도 1A실시예에서 제2 광도파로 소자가 영상 빔의 일부분을 전송하는 광 경로를 나타내는 설명도이다. 상세하게는, 도 1H 및 도 1I는 영상 빔(IL)의 일부분의 영상 빔(IL7) 및 영상 빔(IL8)을 각각 나타내고, 도 1J는 도 1H의 영상 빔(IL7)과 도 1I의 영상 빔(IL8)을 적층시킴으로써 영상 빔(IL7) 및 영상 빔(IL8)을 통해 XZ평면(제1 축(X)과 제3 축(Z)으로 구성된 평면) 상에서 영상 빔(IL)의 가장자리를 명확하게 나타내게 한다. 도 1H 및 도 1I를 참조하면, 본 실시예에서, 제1 광도파로 소자(122)로부터 이탈한 영상 빔(IL)의 일부분은, 예를 들어 영상 빔(IL7) 및 영상 빔(IL8)은 제2 입광면(ES2)을 거쳐 제2 광도파로 소자(124)에 진입한다. 이어서, 영상 빔(IL7) 및 영상 빔(IL8)은 이 광학적 마이크로 구조(130)들에 의해 반사되어 제2 광도파로 소자(124)의 제2 표면(S2)과 제2 출광면(ExS2) 사이에서 진행하게 된다. 대부분이 이 광학적 마이크로 구조(130)들에 의해 반사되는 영상 빔에 적어도 일부 영상 빔(IL)(예를 들어 영상 빔(IL7) 및 영상 빔(IL8))이 제2 표면(S2)과 제2 출광면(ExS2)에 입사하는 입사각이 전반사의 임계각(critical angle)보다 크며, 이러한 전반사 방식으로 이 제2 분광판(128)들에 전송된다.
도 1H 및 도 1I에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 영상 빔(IL)(예를 들어 영상 빔(IL7) 및 영상 빔(IL8))의 일부분이 이 제2 분광판(128)들 중의 적어도 하나에 의해 반사된 후, 제2 표면(S2)과 제2 출광면(ExS2) 중의 하나를 거쳐 제2 광도파로 소자(124)로부터 이탈한다. 구체적으로, 적어도 일부분의 이 제2 분광판(128)들이 영상 빔(IL)의 일부분을 반사하며, 영상 빔(IL)의 타부분은 이 제2 분광판(128)들을 투과한다. 이외에, 이 제2 분광판(128)들에 의해 반사된 영상 빔(IL)은 예를 들어 제2 출광면(ExS2)을 거쳐 제2 광도파로 소자(120)로부터 이탈한다. 제2 광도파로 소자(124)로부터 이탈된 영상 빔(IL)은 개구(P)에 진입하기에 적합하다. 본 실시예에서 개구(P)는 예를 들면 사용자의 눈이다.
도 1J를 참조하면, 본 실시예에서 제1 광도파로 소자(122)에 진입하기 전의 영상 빔(IL)이 제1 방향(D1)에서 제1 입사동 플레어 각(미도시)을 갖고 제2 방향(D2)에서는 제2 입사동 플레어 각(미도시)을 갖는다. 이외에, 제2 광도파로 소자(124)로부터 이탈하고 개구(P)에 진입하는 영상 빔(IL)은 제3 방향(D3)에서 제1 광 수렴각(θc1)을 갖고(도 1J에 도시된 바와 같음) 제4 방향(D4)에서는 제2 광 수렴각(미도시)을 갖는다. 본 실시예에서 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)은 수직을 이루고 제3 방향(D3)과 제4 방향(D4)이 수직을 이룬다. 구체적으로, 제1 방향(D1), 제3 방향(D3) 및 제1 축(X)이 예를 들어 서로 평행을 이루며, 제2 방향(D2), 제4 방향(D4) 및 제2 축(Y)이 예를 들어 서로 평행을 이룬다. 상세하게는, 영상 빔(IL)이 제1 광도파로 소자(122)에서 진행하는 과정에서 영상 빔(IL)의 제2 입사동 플레어 각 및 제2 광 수렴각은 대체적으로 변경되지 않는다. 이외에, 영상 빔(IL)이 제2 광도파로 소자(124)에서 진행하는 과정에서 영상 빔(IL)의 제1 입사동 플레어 각 및 제1 광 수렴각(θc1)은 대체적으로 변경되지 않는다. 구체적으로, 제1 입사동 플레어 각은 제1 광 수렴각(θc1)과 같고 제2 입사동 플레어 각은 제2 광 수렴각과 같다. 상기 제1 광 수렴각(θc1)과 제2 광 수렴각에 대한 각도는 렌즈(PL)의 FOV에 의해 결정된다. 예를 들면, 제조자가 렌즈(PL)의 FOV를 40도로 설계하면, 제1 광 수렴각(θc1)과 제2 광 수렴각의 각도는 34도와 20도가 되지만, 본 발명은 이에 국한되지 않는다.
본 실시예에서, 제1 광도파로 소자(122) 및 제2 광도파로 소자(124)는 예를 들어 광 투과 물질(예: 유리, 아크릴 또는 기타 적당한 재질 등)로 구성되어, 외부로부터의 환경 광 빔(AL)이 제1 광도파로 소자(122) 및 제2 광도파로 소자(124)를 투과하게 할 수 있다. 예를 들면, 영상 빔(IL)이 제1 광도파로 소자(122) 및 제2 광도파로 소자(124)를 거쳐 전송된 후 제2 출광면(ExS2)을 거쳐 제2 광도파로 소자(124)로부터 이탈된다. 사용자의 눈이 예를 들어 제2 광도파로 소자(124)의 제2 출광면(ExS2) 부근에 위치할 때, 제2 광도파로 소자(124)로부터 이탈된 영상 빔(IL)은 사용자의 눈에 진입할 수 있고, 외부로부터의 환경 광 빔(AL)도 제1 광도파로 소자(122) 및 제2 광도파로 소자(124)를 투과하여 사용자의 눈에 진입할 수 있다. 따라서, 헤드-마운트형 디스플레이 장치(100)가 사용자의 눈 전방에 놓여질 때 그리고 영상 빔(IL) 및 환경 광 빔(AL)이 사용자의 눈에 진입할 때, 사용자는 영상 빔(IL)에 대응되는 디스플레이 화면(미도시)을 볼 수 있게 된다. 이와 동시에, 사용자는 환경 광 빔(AL)에 대응되는 외부 영상(미도시)도 볼 수 있어서 증강현실이라는 디스플레이 효과를 얻을 수 있게 된다. 본 실시예에서 디스플레이(D)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 플라즈마 디스플레이(plasma display), 유기발광 디스플레이(OLED display), 전기습윤 디스플레이(electrowetting display, EWD), 전기영동 디스플레이(electro-phoretic display, EPD), 전기변색 디스플레이(electrochromic display, ECD), 디지털 마이크로미러 반사경 소자(Digital Micromirror Device, 'DMD'로 약칭됨) 또는 응용 가능한 기타 디스플레이지만, 본 발명은 이에 국한되지 않는다.
본 실시예에서, 이 제1 분광판(126)들의 반사율(Reflectivity)은 제1 입광면(ES1)으로부터 멀어지고 제1 측면(SS1)과 평행을 이루는 방향을 따라 점차 커진다. 이외에, 이 제1 분광판(126)들의 투과율(Transmittance)은 제1 입광면(ES1)로부터 멀어지고 제1 측면(SS1)과 평행을 이루는 방향을 따라 점차 작아진다. 구체적으로, 이 제1 분광판(126)들의 반사율은 제2 축(Y)의 방향과 반대인 방향을 따라 점차 커지고 이 제1 분광판(126)들의 투과율은 제2 축(Y)의 방향과 반대인 방향을 따라 점차 작아진다. 이외에, 본 실시예에서 이 제2 분광판(128)들의 반사율은 제1 광도파로 소자(122)로부터 멀어지고 제2 표면(S2)과 평행을 이루는 방향을 따라 점차 커진다. 이외에, 이 제2 분광판(128)들의 투과율은 제1 광도파로 소자(122)로부터 멀어지고 제2 표면(S2)과 평행을 이루는 방향을 따라 점차 작아진다. 구체적으로, 이 제2 분광판(128)들의 반사율은 제1 축(X)의 방향을 따라 점차 커지고 이 제2 분광판(128)들의 투과율은 제1 축(X)의 방향을 따라 점차 작아진다. 상기 이 제1 분광판(126)들과 이 제2 분광판(128)들의 반사율 및 투과율의 적절한 변경 설계에 의해 영상 빔(IL)의 광도는 이 제1 분광판(126)들 및 이 제2 분광판(128)들에 순차적으로 전송되는 과정에서 점차 작아진다. 이 제1 분광판(126)들이 반사한 영상 빔(IL)의 광도는 제2 축(Y)의 방향에서 일정하게 유지될 수 있고 이 제2 분광판(128)들이 반사한 영상 빔(IL)의 광도는 제1 축(X)의 방향에서 일정하게 유지될 수 있다. 다시 말해, 사용자가 영상 빔(IL)에 대응되는 디스플레이 화면(미도시)을 보았을 때, 사용자가 본 디스플레이 화면의 광도 분포는 평균적이고 어느 측의 밝기가 비교적 낮거나 높은 상황이 발생하지 않는다.
본 실시예에서, 제1 광도파로 소자(122)의 이 제1 분광판(126)들은 등간격으로 배열되며, 제2 광도파로 소자(124)의 이 제2 분광판(128)들도 등간격으로 배열된다. 그러나 기타 실시예에서는 실질적인 광학적 수요에 따라 이 제1 분광판(126)들 및 이 제2 분광판(128)들이 등간격이 아닌 간격으로 배열되게 설계할 수 있으며, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 구체적으로, 본 실시예에서 영상 빔(IL)이 제1 광도파로 소자(122) 및 제2 광도파로 소자(124)에서 진행하는 과정에서 이 제1 분광판(126)들 및 이 제2 분광판(128)들에 의해 두 개의 방향(제1 축(X)의 방향 및 제2 축(Y)의 방향)에서 확장하여, 영상 빔(IL)이 두 개의 방향에서 모두 사용자의 눈에 가이드될 수 있게 한다.
도 2A는 비교용 실시예에 따른 광학 시스템의 광도파로 소자가 영상 빔의 일부분을 전송하는 광 경로를 나타내는 설명도이다. 도 2A를 참조하면, 이 비교용 실시예에서 영상 빔(IL’)이 전반사 방식으로 광학 시스템(220’)의 광도파로 소자(224’)에서 진행한다. 광도파로 소자(224’)에서, 일예로 간격을 두고 배열되는 다수 개의 분광판(228’)에 있어서 이러한 분광판(228’)들은 도 1A 내지 도 1J에서 본 발명의 실시예에 따른 제1 분광판(126) 또는 제2 분광판(128)과 유사하다. 이러한 분광판(228’)들의 표면에는 코팅막이 구비되어 있어서, 비교적 작은 입사각으로 입사하는 광선을 반사시킬 수 있으며, 비교적 큰 입사각으로 입사하는 광선이 투과하게 한다.
도 3 은 영상 빔에 대한 분광판의 반사율과 영상 빔의 입사각을 나타내는 도면이다. 도 3을 먼저 참조하면, 구체적으로, 도 3에서 “S 편광” 및 “P 편광”으로 표기된 두 개의 곡선은 각각 S 편광 방향을 지니는 영상 빔 및 P 편광 방향을 지니는 영상 빔이 분광판에 입사될 때 서로 다른 입사각의 영상 빔에 대한 분광판의 반사율을 나타낸다. 도 3의 세로축에 표기된 “반사율”은 상술한 반사율을 나타내고 단위는 백분율이며, 가로축에 표기된 “입사각”은 상술한 입사각을 나타내고 단위는 도(°)다. 일반적으로, 분광판의 표면 코팅막은 분광판이 서로 다른 입사각을 지닌 광선에 대해 선택성을 지니게 한다. 다수 개의 분광판이 광선을 확장하여 사용자가 예정된 영상 화면을 볼 수 있게 하고자 할 때 분광판의 표면 코팅막은 비교적 작은 입사각으로 입사하는 광선을 반사시키고 비교적 큰 입사각으로 입사하는 광선을 투과시키도록 설계된다. 따라서, 이러한 분광판(228’)들에 의해 반사된 영상 빔(IL’)(즉, 영상 빔(IL1’))은 통상 예정된 방향으로 약간 경사되게 사용자의 눈에 가이드됨으로써 사용자가 예정된 영상 화면을 볼 수 있게 한다.
그러나, 실제로 사용할 때 분광판의 표면코팅막에는 제한이 따른다. 도 3에 도시된 바와 같이, 분광판의 표면코팅막은 과도한 입사각(예를 들어 입사각이 80도를 초과할 때 반사율이 상승함)으로 입사하는 광선을 반사하여 예정에 없는 반사광선이 생긴다. 도 2A를 다시 참조하면, 영상 빔(IL’)이 전반사 방식으로 광학 시스템(220’)의 광도파로 소자(224’)에서 진행할 때 전반사를 거쳐 이러한 분광판(228’)들에 전송되는 일부 영상 빔(IL’)이 과도한 입사각으로 이러한 분광판(228’)들에 입사하게 된다. 이때, 일부 영상 빔(IL’)은, 예를 들어 영상 빔(IL2’)은 이러한 분광판(228’)들에서 예정에 없는 반사가 발생한다(예: 영상 빔(IL2’)이 도 2A의 구역(A)에서 예정에 없는 반사가 발생함). 이 예정에 없는 반사된 영상 빔(IL2’)은 광도파로 소자(224’)에서 계속 진행하고, 후속으로 비교적 작은 각도로 분광판(228’)에 입사하는 상황에서 분광판(228’)에 의해 반사되어 예정에 없는 광선(SL)이 생성된다. 이 예정에 없는 광선(SL)은 전술한 예정된 방향과 반대인 방향에서 경사지게 사용자의 눈에 가이드 된다.
도 2B는 도 2A의 비교용 실시예에서 관찰구역의 광도 분포를 나타내는 모식도다. 도 2B를 참조하면, 영상 빔(IL1’) 및 예정에 없는 광선(SL)(영상 빔(IL2’))이 동시에 사용자의 눈에 진입할 때 사용자는 영상 빔(IL1’)에 대응되는 예정된 디스플레이 화면(Ima1)을 볼 수 있을 뿐만 아니라 예정에 없는 광선(SL)에 대응되는 예정에 없는 디스플레이 화면(Ima2)도 동시에 볼 수 있다. 따라서, 사용자는 이러한 비교용 실시예에 따른 헤드-마운트형 디스플레이를 사용하는 과정에서 디스플레이 화면에 잔상이 존재한다는 것을 느끼기 쉽고, 헤드-마운트형 디스플레이의 디스플레이 품질이 열악하다고 판단하게 된다.
이에 비해, 도 1G를 다시 참조하면, 본 실시예에서, 제2 광도파로 소자(124)와 적층되는 제1 광도파로 소자(122)는 제1 축(X) 방향에서 적절한 폭을 지님으로써, 적어도 일부 영상 빔(IL)이 XY평면 상으로 제1 광도파로 소자(122)에서 전반사가 발생하지 않게 된다. 구체적으로, 영상 빔(IL)은 제1 광도파로 소자(122)에서 전반사가 발생되기 전에 이 제1 분광판(126)들까지 진행하게 된다. 따라서, 영상 빔(IL)은 제1 광도파로 소자(122)에서 전반사가 발생하지 않고 또한 제1 분광판(126)에게 있어 너무 큰 예정에 없는 입사각이 형성됨으로써, 영상 빔(IL)이 예정된 방식으로 이 제1 분광판(126)들에서 반사나 투과가 발생하게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 헤드-마운트형 디스플레이 장치(100)는 잔상이 발생하지 않는다. 그리고 부피가 얇다는 전제 하에 우수한 디스플레이 품질을 갖는다.
도 1C를 다시 참조하면, 본 실시예에서 제2 광도파로 소자(124)의 이 광학적 마이크로 구조(130)들의 이러한 반사면(132)들에 의해 반사된 영상 빔(IL)은 진행 방향(DP)을 따라 제2 광도파로 소자(124)에서 진행하며, 진행 방향(DP)은 예를 들어 제1 축(X)과 평행을 이룰 수 있다. 구체적으로, 이 광학적 마이크로 구조(130)들이 제2 표면(S2)이 소재한 구역에서 진행 방향(DP)을 따라 폭(L)을 갖는다. 이외에, 제2 출광면(ExS2)과 제2 표면(S2) 사이에는 두께(H)가 구비되며, 각 반사면(132)과 도면 상의 참고 평면(점선으로 표시됨) 사이에는 제1 협각(α)이 형성되고 참고 평면은 제2 출광면(ExS2)과 평행을 이룬다. 이외에, 제2 입광면(ES2)을 거쳐 제2 광도파로 소자(124)에 진입한 영상 빔(IL)은 이러한 반사면(132)들 상에서 제2 입광면(ES2)과 수직을 이루는 수직선과 영상 빔(IL) 사이에는 제2 협각(β)이 형성된다. 본 실시예에서, 광학 시스템(120)은 아래의 관계식에 부합할 수 있다:
Figure pat00001
상기 관계식(1)에 따르면, 예를 들어 폭(L)이 10밀리미터이고, 제1 협각(α)이 30도이며, 제2 협각(β)이 20도일 때, 두께(H)는 5.95밀리미터다. 상대적으로 비교하면, 동일한 조건 하에서, 반사면(132)이 구비된 다수 개의 광학적 마이크로 구조(130)가 아니고 제2 광도파로 소자(124)의 제2 표면(S2)이 경사된 반사면으로 구성될 경우, 제2 광도파로 소자(124)는 예를 들어 반드시 8.84밀리미터의 두께를 지녀야만 영상 빔(IL)이 제2 광도파로 소자(124)에 전송되게 제1 광도파로 소자(122)로부터의 영상 빔(IL)을 순조롭게 가이드할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는, 이 광학적 마이크로 구조(130)들을 지니는 제2 광도파로 소자(124)는 비교적 얇은 두께를 가질 수 있다.
이외에, 본 실시예에서 이 광학적 마이크로 구조(130)들은 제2 표면(S2)이 소재한 구역에서 진행 방향(DP)을 따라 제1 폭(L1)(즉, 폭(L))을 가지며, 제1 광도파로 구조(122)는 진행 방향(DP)에서 제2 폭(L2)을 갖는다. 본 실시예에서, 영상 빔(IL)이 제2 광도파로 구조(124)에 입사되기 전의 스팟의 진행 방향(DP)에서의 폭이 예를 들어 제2 폭(L2)과 같을 때, 광학 시스템(120)은 예를 들어 아래의 관계식에 부합할 수 있다:
Figure pat00002
이 중에서, (θ)는 제1 광도파로 소자(122)로부터의 영상 빔(IL)의 시야각(field of view, FOV)을 가리킨다. 예를 들어 제2 폭(L2)이 8밀리미터이고 (θ)가 예를 들어 30도일 때, 두께(H)는 2.3밀리미터다. 상대적으로 비교하면, 동일한 조건 하에서, 반사면(132)이 구비된 다수 개의 광학적 마이크로 구조(130)가 아니고 제2 광도파로 소자(124)의 제2 표면(S2)이 경사된 반사면으로 구성될 경우, 제2 광도파로 소자(124)는 예를 들어 반드시 4.6밀리미터의 두께를 지녀야만 상기 (θ)값을 지니는 영상 빔(IL)을 순조롭게 가이드할 수 있고 제2 광도파로 소자(124)에 전송할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서 이 광학적 마이크로 구조(130)들을 지니는 제2 광도파로 소자(124)가 비교적 얇은 두께를 가질 수 있으며, 영상 빔(IL)의 분포가 비교적 균일되게 한다.
도 4A 내지 도 4C는 본 발명의 일부 관련된 실시예에서 제2 광도파로 소자에 위치한 다수 개의 광학적 마이크로 구조를 나타내는 단면 설명도이다. 도 4A 내지 도 4C의 제2 광도파로 소자(424a, 424b, 424c)는 도 1A 내지 도 1J의 실시예에 따른 제2 광도파로 소자(124)와 유사하다. 제2 광도파로 소자(424a, 424b, 424c)의 부재 및 관련된 설명은 도 1A 내지 도 1J의 실시예에 따른 제2 광도파로 소자(124)를 참고할 수 있으며, 여기서는 더 이상의 중복 설명을 하지 않는다. 제2 광도파로 소자(424a, 424b, 424c)와 제2 광도파로 소자(124)의 차이는 다음과 같다. 도 4A를 먼저 참조하면, 본 실시예에서 제2 광도파로 소자(424a)의 다수 개의 광학적 마이크로 구조(430a)는 예를 들어 다수 개의 돌출된 모양의 광학적 마이크로 구조일 수 있으며, 각 광학적 마이크로 구조(430a)도 반사면(432a) 및 연결면(434a)을 포함한다. 구체적으로, 이 광학적 마이크로 구조들(430a)은 예를 들어 마이크로 구조의 박막을 부착하거나 플라스틱 사출성형 방식으로 형성될 수 있으며, 본 발명은 이에 국한되지 않는다.
이외에, 도 4B를 먼저 참조하면, 본 실시예에서 제2 광도파로 소자(424b)에는 다수 개의 광학적 마이크로 구조(430b)가 구비되고 각 광학적 마이크로 구조(430b)도 반사면(432b) 및 연결면(434b)을 포함한다. 각 연결면(434b)과 제2 출광면(ExS2) 사이에는 협각(θ4)이 형성되고 협각(θ4)은 0도보다 크고 또한 협각(θ4)은 90도보다 작다. 본 실시예에서 이 광학적 마이크로 구조들(430b)의 형상은 예를 들어 이등변 삼각형일 수 있다. 구체적으로, 이러한 연결면(434)들이 제2 출광면(ExS2)과 수직을 이루지 않기 때문에 본 실시예의 이 광학적 마이크로 구조들(430b)은 사출성형 방식으로 제작하는 것이 비교적 용이하다. 이외에, 본 실시예의 이 광학적 마이크로 구조들(430b) 및 도 1A 내지 도 1J의 실시예에 따른 이 광학적 마이크로 구조(130)들은 예를 들어 다수 개의 오목형 광학적 마이크로 구조일 수 있다. 구체적으로, 이러한 오목형 광학적 마이크로 구조들은 예를 들어 전체 유리를 절삭하거나 플라스틱 사출성형 방식으로 형성되어, 이 광학적 마이크로 구조들(430b)의 끝단 점이 제2 광도파로 소자(124)의 제2 표면(S2)보다 높지 않게 한다. 본 발명은 이에 국한되지 않는다.
도 4C를 참조하면, 본 실시예에서, 제2 광도파로 소자(424c)는 다수 개의 광학적 마이크로 구조(430c)를 구비하며, 각 광학적 마이크로 구조(430c)도 반사면(432c) 및 연결면(434c)을 포함한다. 구체적으로, 이 광학적 마이크로 구조들(430c)은 도 4B의 실시예에 따른 이 광학적 마이크로 구조들(430b)과 유사하나, 이 광학적 마이크로 구조들(430c)은 예를 들어 도 4A의 실시예에 따른 이 광학적 마이크로 구조들(430a)의 형식과 유사하여 다수 개의 돌출된 모양의 광학적 마이크로 구조일 수 있다. 이 광학적 마이크로 구조들(430c)의 관련된 설명은 이 광학적 마이크로 구조들(430a) 및 이 광학적 마이크로 구조들(430b)의 관련된 설명을 참고할 수 있으며 여기서는 더 이상의 중복 설명을 하지 않는다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤드-마운트형 디스플레이 장치를 나타내는 단면 설명도이다. 도 5를 참조하면, 도 5의 실시예에 따른 헤드-마운트형 디스플레이 장치(500)는 도 1A 내지 도 1J의 실시예에 따른 헤드-마운트형 디스플레이 장치(100)와 유사하고 그 부재 및 관련된 설명은 헤드-마운트형 디스플레이 장치(100)의 부재 및 관련된 설명을 참고할 수 있으며, 여기서는 더 이상의 중복 설명을 하지 않는다. 헤드-마운트형 디스플레이 장치(500)와 헤드-마운트형 디스플레이 장치(100)의 차이는 다음과 같다. 본 실시예에서, 헤드-마운트형 디스플레이 장치(500)의 광학 시스템(520)은 서로 적층되어 구비되는 제1 광도파로 소자(522) 및 제2 광도파로 소자(524)를 포함하며, 제1 광도파로 소자(522)의 제1 입광면(ES1)과 제1 출광면(ExS1) 사이의 협각(θ5)은 90도보다 작다. 구체적으로, 제1 광도파로 소자(522)의 제1 입광면(ES1)에서의 일측은 예를 들어 쐐기(wedge) 모양을 이루며, 제1 입광면(ES1)은 경사면이다. 투영장치(110)에서 제공하는 영상 빔(IL)(도 5에 도시된 영상 빔(IL)의 일부분의 영상 빔(IL9) 및 영상 빔(IL10))이 제1 입광면(ES1)을 통해 제1 광도파로 소자(522)에 진입하여 다수 개의 제1 분광판(526)에 의해 반사되어 제2 광도파로 소자(524)에 전송된다. 상세하게는, 본 발명의 관련된 실시예에서는 실제 수요에 기반하여 제1 입광면(ES1)과 제1 출광면(ExS1) 사이의 협각 값을 설정할 수 있으며, 본 발명은 이에 국한되지 않는다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 헤드-마운트형 디스플레이 장치가 영상 빔을 전송하는 광 경로를 나타내는 설명도이다. 도 6를 참조하면, 도 6의 실시예에 따른 헤드-마운트형 디스플레이 장치(600)는 도 1A 내지 도 1J의 실시예에 따른 헤드-마운트형 디스플레이 장치(100)와 유사하고 그 부재 및 관련된 설명은 헤드-마운트형 디스플레이 장치(100)의 부재 및 관련된 설명을 참고할 수 있으며, 여기서는 더 이상의 중복 설명을 하지 않는다. 헤드-마운트형 디스플레이 장치(600)와 헤드-마운트형 디스플레이 장치(100)의 차이는 다음과 같다. 본 실시예에서, 헤드-마운트형 디스플레이 장치(600)의 광학 시스템(620)은 서로 적층되어 구비되는 제1 광도파로 소자(622) 및 제2 광도파로 소자(624)를 포함한다. 이외에, 광학 시스템(620)은 제1 입광면(ES1) 옆에 배치되는 반사경(640)을 구비한다. 반사경(640)은 영상 빔(IL)이 제1 입광면(ES1)을 거쳐 제1 광도파로 소자(622)에 진입하도록 투영장치(610)에서 제공하는 영상 빔(IL)을 반사하기에 적합하다. 이어서, 제1 광도파로 소자(622)에 진입한 영상 빔(IL)은 다시 다수 개의 제1 분광판(626)에 의해 반사되어 제2 광도파로 소자(624)에 전송된다.
구체적으로, 반사경(640)과 제1 출광면(ExS1) 사이의 협각(θ6)을 예를 들어 45도다. 영상 빔(IL)은 반사경(640)에 의한 반사를 거친 후 제1 입광면(ES1)에 수직으로 입사될 수 있다. 이외에, 본 실시예에서 투영장치(610)의 조리개 위치(PA)는 예를 들어 제1 광도파로 소자(622)에 위치할 수 있다. 예를 들면, 조리개 위치(PA)는 이 제1 분광판들(626) 사이에 위치할 수 있다. 따라서, 제1 광도파로 소자(622)에서 진행하는 영상 빔(IL)은 조리개 위치(PA)애 축소될 수 있다. 본 실시예에서 영상 빔(IL)을 조리개 위치(PA)에 축소시켜서 제1 광도파로 소자(622)의 내부에 조정함으로써 영상 빔(IL)이 너무 일찍 XY평면 상에서 발산하여 제1 출광면(ExS1) 및 제1 측면(SS1)에서 전반사가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 다시 말해, 영상 빔(IL)은 전반사가 발생하기 전에 이 제1 분광판들(626)을 통해 제2 광도파로 소자(624)에 가이드됨으로써 영상 빔(IL)이 제1 광도파로 소자(622)에서 전반사가 발생하여 예정에 없는 디스플레이 화면이 형성되는 문제점을 방지할 수 있게 된다.
상술한 내용을 종합하여 볼 때 본 발명의 실시예는 아래의 장점이나 효과를 적어도 하나 구비한다. 본 발명의 실시예에 따른 헤드-마운트형 디스플레이 장치의 광학 시스템은 제1 광도파로 소자 및 제1 광도파로 소자 옆에 배치되는 제2 광도파로 소자를 포함한다. 제1 광도파로 소자는 적어도 하나의 제1 분광판을 포함하며, 제2 광도파로 소자는 적어도 하나의 제2 분광판을 포함한다. 제2 광도파로 소자의 제1 표면의 일부분은 제2 입광면이며, 제1 표면의 타부분은 제2 출광면이다. 영상 빔이 제1 광도파로 소자로부터 이탈한 후, 제2 입광면을 거쳐 제2 광도파로 소자에 진입하고 나서, 제2 출광면을 거쳐 제2 광도파로 소자로부터 이탈한다. 이외에, 제2 광도파로 소자는 제1 표면과 마주 보는 제2 표면을 포함하고 제2 표면 상에는 다수 개의 광학적 마이크로 구조가 구비되며, 각 광학적 마이크로 구조에는 반사면이 구비된다. 따라서, 영상 빔은 제1 광도파로 소자에서 진행한 후 이 광학적 마이크로 구조들의 반사를 거쳐 제2 광도파로 소자에서 진행함으로써 광학 시스템이 영상 빔을 전송할 수 있게 하고, 영상 빔이 제1 광도파로 소자 및 제2 광도파로 소자에 의해 두 개의 방향에서 확장될 수 있게 하며, 제1 광도파로 소자 및 제2 광도파로 소자는 적층되게 설계될 수 있다. 이외에, 제2 광도파로 소자와 적층될 수 있는 제1 광도파로 소자를 적절한 사이즈로 설정하여 영상 빔이 제1 광도파로 소자에서 전반사가 발생하기 전에 제1 분광판에 진행되게 함으로써, 영상 빔이 제1 광도파로 소자에서 전반사가 발생하여 제1 분광판에게 있어 과도하게 큰 예정에 없는 입사각이 형성되는 것을 방지한다. 따라서, 영상 빔은 예정된 방식으로 제1 분광판에서 반사 또는 투과하여 헤드-마운트형 디스플레이 장치에 잔상이 생기지 않게 한다. 그리고, 부피가 얇다는 전제 하에 우수한 디스플레이 품질을 갖는다.
이상은 단지 본 발명의 바람직한 실시예로서, 이로 인해 본 발명의 실시 범위를 제한하는 것이 아니다. 즉, 본 발명의 특허청구범위 및 발명의 내용에서 기재한 내용에 따라 수행한 간단한 동등한 변화 및 수정은 모두 본 발명의 특허 범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다. 이외에, 본 발명의 그 어떠한 실시예나 청구항도 본 발명에서 개시한 모든 목적이나 장점 또는 특정을 구현할 필요는 없다. 이외에, 요약서 및 발명의 명칭은 단지 특허문서의 검색을 돕기 위한 것이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다. 이외에, 본 명세서나 청구항에 언급되는 “제1”, “제2”, “제3” 또는 “제4” 등의 용어는 단지 부품(element)의 명칭을 명명하거나 서로 다른 실시예나 범위를 구별하기 위한 것이며, 부품 수량의 상한이나 하한을 제한하고자 하는 것이 아니다.
이상에서는 본 발명을 실시예와 결합하여 개시하였지만 이로 인해 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 당 업계의 기술자라면 누구든지 일정한 변동이나 수정을 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 청구범위는 첨부된 특허청구범위를 기준으로 한다.
100, 500, 600: 헤드-마운트형 디스플레이 장치
110, 610: 투영장치
120, 220’, 520, 620: 광학 시스템
122, 522, 622: 제1 광도파로 소자
124, 424a, 424b, 424c, 524, 624: 제2 광도파로 소자
126, 526, 626: 제1 분광판
128: 제2 분광판
130, 430a, 430b, 430c: 광학적 마이크로 구조
132, 432a, 432b, 432c: 반사면
134, 434a, 434b, 34c: 연결면
136: 광 반사층
138: 광 흡수층
224’: 광도파로 소자
228’: 분광판
640: 반사경
IL, IL1, IL2, IL3, IL4, IL5, IL6, IL7, IL8, IL9, IL10, IL', IL1', IL2': 영상 빔
A: 구역
AL: 환경 광 빔
D: 디스플레이
D1: 제1 방향
D2: 제2 방향
D3: 제3 방향
D4: 제4 방향
DP: 진행 방향
ES1: 제1 입광면
ES2: 제2 입광면
ExS1: 제1 출광면
ExS2: 제2 출광면
G: 틈새
H: 두께
Ima1: 예정된 디스플레이 화면
Ima2: 예정에 없는 디스플레이 화면
L1: 제1 폭
L2: 제2 폭
P: 개구
PA: 조리개 위치
PL: 렌즈
S1: 제1 표면
S2: 제2 표면
SS1: 제1 측면
SS2: 제2 측면
SS3: 제3 측면
SL: 예정에 없는 광선
L, W: 폭
X: 제1 축
Y: 제2 축
Z: 제3 축
θc1: 제1 광 수렴각
θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6: 각도
α: 제1 협각
β: 제2 협각

Claims (25)

  1. 영상 빔을 수신하기 위한 광학 시스템으로서,
    상기 광학 시스템은 제1 광도파로 소자 및 제2 광도파로 소자를 포함하고,
    상기 제1 광도파로 소자는 제1 입광면, 제1 출광면 및 적어도 하나의 제1 분광판을 구비하며,
    상기 영상 빔은 상기 제1 입광면을 거쳐 상기 제1 광도파로 소자에 진입하고;
    상기 제1 출광면은 상기 제1 입광면에 연결되며, 상기 영상 빔은 상기 제1 출광면을 거쳐 상기 제1 광도파로 소자로부터 이탈하고;
    상기 적어도 하나의 제1 분광판은 상기 제1 광도파로 소자에 배치되고;
    상기 제2 광도파로 소자는 상기 제1 광도파로 소자 옆에 배치되고, 상기 제2 광도파로 소자는 제1 표면, 제2 표면 및 적어도 하나의 제2 분광판을 포함하고,
    상기 제1 표면의 일부분은 상기 제1 출광면과 마주하는 제2 입광면이고, 상기 제1 표면의 타부분은 제2 출광면이며, 상기 영상 빔은 상기 제2 입광면을 거쳐 상기 제2 광도파로 소자에 진입하고 상기 제2 출광면을 거쳐 상기 제2 광도파로 소자로부터 이탈하고;
    상기 제2 표면은 상기 제1 표면과 마주하고, 상기 제2 표면에는 다수 개의 광학적 마이크로 구조가 구비되며, 각 상기 광학적 마이크로 구조는 반사면을 포함하며;
    적어도 하나의 제2 분광판이 상기 제2 광도파로 소자에 배치되는 것을 특징으로 하는 영상 빔을 수신하기 위한 광학 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광도파로 소자에 진입한 상기 영상 빔의 일부분은 상기 적어도 하나의 제1 분광판에서 반사가 발생하기에 적합하고 상기 제1 출광면을 거쳐 상기 제1 광도파로 소자로부터 이탈하고, 상기 제1 광도파로 소자로부터 이탈한 상기 영상 빔은 상기 제2 입광면을 거쳐 상기 제2 광도파로 소자에 진입하기에 적합하고, 상기 반사면은 상기 제2 광도파로 소자에 진입한 상기 영상 빔을 반사하기에 적합하며, 상기 반사면에 의해 반사된 상기 영상 빔의 일부분은 상기 적어도 하나의 제2 분광판에서 반사가 발생하기에 적합하고 상기 제2 출광면을 거쳐 상기 제2 광도파로 소자로부터 이탈하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 광도파로 소자는 제1 측면, 제2 측면 및 제3 측면을 더 포함하고, 상기 제1 측면은 상기 제1 입광면에 연결되고 상기 제1 출광면과 평행을 이루고, 상기 적어도 하나의 제1 분광판은 상기 제1 측면과 상기 제1 출광면 사이에 배치되고, 상기 제2 측면은 상기 제1 측면 및 상기 제1 출광면을 연결하고, 상기 제3 측면은 상기 제1 측면 및 상기 제1 출광면을 연결하며 상기 제2 측면과 평행을 이루고, 상기 영상 빔은 상기 제1 측면과 상기 제1 출광면 사이 및 상기 제2 측면과 상기 제3 측면 사이에서 진행하기에 적합하며, 적어도 일부분의 상기 영상 빔은 상기 제2 측면 및 상기 제3 측면에 도달하기 전에 상기 적어도 하나의 제1 분광판에 의해 반사되어 상기 제1 출광면을 거쳐 상기 제1 광도파로 소자로부터 이탈하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 표면과 상기 제2 출광면은 평행을 이루고, 상기 적어도 하나의 제2 분광판은 상기 제2 표면과 상기 제2 출광면 사이에 배치되며, 적어도 일부분의 상기 영상 빔은 전반사 방식으로 상기 제2 표면과 상기 제2 출광면 사이에서 진행하기에 적합한 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 광도파로 소자로부터 이탈한 상기 영상 빔은 개구에 진입하기에 적합하고, 상기 제1 광도파로 소자에 진입하기 전의 상기 영상 빔은 제1 방향에서 제1 입사동 플레어 각을 갖고 제2 방향에서는 제2 입사동 플레어 각을 가지고, 상기 제2 광도파로 소자로부터 이탈하여 상기 개구에 진입한 상기 영상 빔은 제3 방향에서 제1 광 수렴각을 갖고 제4 방향에서는 제2 광 수렴각을 가지고, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 수직을 이루고 상기 제3 방향과 상기 제4 방향은 수직을 이루며, 상기 제1 입사동 플레어 각은 상기 제1 광 수렴각과 같고 상기 제2 입사동 플레어 각은 상기 제2 광 수렴각과 같은 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 각 광학적 마이크로 구조는 상기 반사면에 연결되는 연결면을 더 포함하고, 각각의 상기 반사면과 참고 평면 사이에 형성된 예각은 상기 적어도 하나의 제2 분광판과 상기 제2 출광면 사이에 형성된 예각과 같고, 각각의 상기 연결면과 상기 참고 평면 사이에는 협각이 형성되되 상기 협각은 0도보다 크고 90도보다 작거나 같으며, 상기 참고 평면은 상기 제2 출광면과 평행을 이루는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 각 광학적 마이크로 구조는 상기 반사면 상에 배치되는 광 반사층과 상기 연결면 상에 배치되는 광 흡수층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 상기 제1 입광면 옆에 배치되는 반사경을 더 포함하며, 상기 반사경은 상기 영상 빔이 상기 제1 입광면을 거쳐 상기 제1 광도파로 소자에 진입하게 상기 영상 빔을 반사하기에 적합한 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 분광판은 상기 제1 입광면과 평행을 이루지 않으며, 상기 적어도 하나의 제2 분광판은 상기 제2 입광면과 평행을 이루지 않는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입광면과 상기 제1 출광면 사이의 협각이 90도보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 분광판이 다수 개의 제1 분광판이고, 상기 적어도 하나의 제2 분광판이 다수 개의 제2 분광판이며, 상기 다수 개의 제1 분광판은 서로 평행을 이루고 또한 간격을 두고 배열되며, 상기 다수 개의 제2 분광판은 서로 평행을 이루고 또한 간격을 두고 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 입광면과 상기 제1 출광면 사이에는 틈새가 형성되며, 상기 제2 입광면과 상기 제1 출광면은 평행을 이루는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  13. 헤드-마운트형 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 헤드-마운트형 디스플레이 장치는 투영장치 및 광학 시스템을 포함하며,
    상기 투영장치는 영상 빔을 제공하고;
    상기 광학 시스템은 제1 광도파로 소자 및 제2 광도파로 소자를 포함하고;
    상기 제1 광도파로 소자는 제1 입광면, 제1 출광면 및 적어도 하나의 제1 분광판을 구비하고,
    상기 영상 빔은 상기 제1 입광면을 거쳐 상기 제1 광도파로 소자에 진입하고;
    상기 제1 출광면은 상기 제1 입광면에 연결되고 상기 영상 빔은 상기 제1 출광면을 거쳐 상기 제1 광도파로 소자로부터 이탈하고;
    상기 적어도 하나의 제1 분광판은 상기 제1 광도파로 소자에 배치되고;
    상기 제2 광도파로 소자는 상기 제1 광도파로 소자 옆에 배치되고 상기 제2 광도파로 소자는 제1 표면, 제2 표면 및 적어도 하나의 제2 분광판을 포함하고,
    상기 제1 표면의 일부분은 상기 제1 출광면과 마주하는 제2 입광면이고, 상기 제1 표면의 타부분은 제2 출광면이며, 상기 영상 빔은 상기 제2 입광면을 거쳐 상기 제2 광도파로 소자에 진입하고 상기 제2 출광면을 거쳐 상기 제2 광도파로 소자로부터 이탈하고;
    상기 제2 표면은 상기 제1 표면과 마주하고 상기 제2 표면에는 다수 개의 광학적 마이크로 구조가 구비되고, 각 상기 광학적 마이크로 구조는 반사면을 포함하며;
    상기 적어도 하나의 제2 분광판은 상기 제2 광도파로 소자에 배치되는 것을 특징으로 하는 헤드-마운트형 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 투영장치는 상기 영상 빔을 제공하는 디스플레이 및 적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 상기 영상 빔은 상기 적어도 하나의 렌즈를 통과한 후 상기 제1 광도파로 소자에 전송되며, 상기 적어도 하나의 렌즈의 조리개 위치는 상기 제1 광도파로 소자에 위치하는 것을 특징으로 하는 헤드-마운트형 디스플레이 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 광도파로 소자에 진입한 상기 영상 빔의 일부분은 상기 적어도 하나의 제1 분광판에서 반사가 발생하기에 적합하며 상기 제1 출광면을 거쳐 상기 제1 광도파로 소자로부터 이탈하며, 상기 제1 광도파로 소자로부터 이탈한 상기 영상 빔은 상기 제2 입광면을 거쳐 상기 제2 광도파로 소자에 진입하기에 적합하고 상기 반사면은 상기 제2 광도파로 소자에 진입한 상기 영상 빔을 반사하기에 적합하며, 상기 반사면에 의해 반사된 상기 영상 빔의 일부분은 상기 적어도 하나의 제2 분광판에서 반사가 발생하기에 적합하고 상기 제2 출광면을 거쳐 상기 제2 광도파로 소자로부터 이탈하는 것을 특징으로 하는 헤드-마운트형 디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 광도파로 소자는 제1 측면, 제2 측면 및 제3 측면을 더 포함하고, 상기 제1 측면은 상기 제1 입광면에 연결되고, 상기 제1 출광면과 평행을 이루고 상기 적어도 하나의 제1 분광판은 상기 제1 측면과 상기 제1 출광면 사이에 배치되며, 상기 제2 측면은 상기 제1 측면 및 상기 제1 출광면을 연결하고, 상기 제3 측면은 상기 제1 측면 및 상기 제1 출광면을 연결하고 또한 상기 제2 측면과 평행을 이루고, 상기 영상 빔은 상기 제1 측면과 상기 제1 출광면 사이 및 상기 제2 측면과 상기 제3 측면 사이에서 진행하기에 적합하며, 적어도 일부분의 상기 영상 빔은 상기 제2 측면 및 상기 제3 측면에 도달하기 전에 상기 적어도 하나의 제1 분광판에 의해 반사되어 상기 제1 출광면을 거쳐 상기 제1 광도파로 소자로부터 이탈하는 것을 특징으로 하는 헤드-마운트형 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 표면과 상기 제2 출광면은 평행을 이루고 상기 적어도 하나의 제2 분광판은 상기 제2 표면과 상기 제2 출광면 사이에 배치되며, 적어도 일부분의 상기 영상 빔은 전반사 방식으로 상기 제2 표면과 상기 제2 출광면 사이에서 진행하기에 적합한 것을 특징으로 하는 헤드-마운트형 디스플레이 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제2 광도파로 소자로부터 이탈한 상기 영상 빔은 개구에 진입하기에 적합하고, 상기 제1 광도파로 소자에 진입하기 전의 상기 영상 빔은 제1 방향에서 제1 입사동 플레어 각을 갖고 제2 방향에서는 제2 입사동 플레어 각을 가지고, 상기 제2 광도파로 소자로부터 이탈하여 상기 개구에 진입한 상기 영상 빔은 제3 방향에서 제1 광 수렴각을 갖고 제4 방향에서는 제2 광 수렴각을 가지고, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 수직을 이루고 상기 제3 방향과 상기 제4 방향은 수직을 이루며, 상기 제1 입사동 플레어 각은 상기 제1 광 수렴각과 같고 상기 제2 입사동 플레어 각은 상기 제2 광 수렴각과 같은 것을 특징으로 하는 헤드-마운트형 디스플레이 장치.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 각 광학적 마이크로 구조는 상기 반사면에 연결되는 연결면을 더 포함하고, 각각의 상기 반사면과 참고 평면 사이에 형성된 예각은 상기 적어도 하나의 제2 분광판과 상기 제2 출광면 사이에 형성된 예각과 같고, 각각의 상기 연결면과 상기 제2 출광면 사이에는 협각이 형성되되 상기 협각은 0도보다 크고 90도보다 작거나 같으며, 상기 참고 평면은 상기 제2 출광면과 평행을 이루는 것을 특징으로 하는 헤드-마운트형 디스플레이 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 각 광학적 마이크로 구조는 상기 반사면 상에 배치되는 광 반사층과 상기 연결면 상에 배치되는 광 흡수층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드-마운트형 디스플레이 장치.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 상기 제1 입광면 옆에 배치되는 반사경을 더 포함하며, 상기 반사경은 상기 영상 빔이 상기 제1 입광면을 거쳐 상기 제1 광도파로 소자에 진입하게 상기 영상 빔을 반사하기에 적합한 것을 특징으로 하는 헤드-마운트형 디스플레이 장치.
  22. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 분광판은 상기 제1 입광면과 평행을 이루지 않으며, 상기 적어도 하나의 제2 분광판은 상기 제2 입광면과 평행을 이루지 않는 것을 특징으로 하는 헤드-마운트형 디스플레이 장치.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 제1 입광면과 상기 제1 출광면 사이의 협각이 90도보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 헤드-마운트형 디스플레이 장치.
  24. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 분광판이 다수 개의 제1 분광판이고, 상기 적어도 하나의 제2 분광판이 다수 개의 제2 분광판이고, 상기 다수 개의 제1 분광판은 서로 평행을 이루고 간격을 두고 배열되며, 상기 다수 개의 제2 분광판은 서로 평행을 이루고 간격을 두고 배열되는 것을 특징으로 하는 헤드-마운트형 디스플레이 장치.
  25. 제13항에 있어서,
    상기 제2 입광면과 상기 제1 출광면 사이에는 틈새가 형성되며, 상기 제2 입광면과 상기 제1 출광면은 평행을 이루는 것을 특징으로 하는 헤드-마운트형 디스플레이 장치.
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