KR20190072838A - 광학 시스템 및 이를 구비한 웨어러블 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르는 광학 시스템은, 광을 생성하는 광원; 입사된 광을 전파시키는 제1웨이브 가이드; 상기 제1웨이브 가이드의 상면에 마련되며, 광의 일부는 반사하고 나머지 광은 투과시키는 투과반사층; 상기 투과반사층의 상면에 마련되며, 입사된 광을 전파시키는 제2웨이브 가이드; 상기 제1웨이브 가이드에 마련되며, 상기 광원에서 생성된 광을 상기 제1웨이브 가이드로 입사시키는 인 커플러; 및 상기 제1웨이브 가이드와 상기 제2웨이브 가이드 중 하나에 마련되며, 전파된 광을 외부로 내보내는 아웃 커플러;를 포함한다.

Description

광학 시스템 및 이를 구비한 웨어러블 표시장치{Optical system and Wearable display apparatus haivng the same}
본 발명은 광을 전달할 수 있는 웨이브 가이드를 포함하는 광학 시스템 및 이를 구비한 웨어러블 표시장치에 관한 것이다.
증강 현실(Augmented Reality)을 구현하기 위한 웨어러블 표시장치는 일반적으로 헤드 마운트 디스플레이(Head Mounted Display: HMD)나 스마트 안경으로 구현되고 있다.
이러한 웨어러블 표시장치는 넓은 화각과 고해상도를 가지면서도, 초소형이며 초박형의 장치일 것이 요구되고 있다.
이와 같은 증강 현실을 구현하는 웨어러블 표시장치에는 프로젝트부로부터 출력되는 영상을 사용자의 눈으로 안내하기 위해 웨이브 가이드(waveguide)가 사용되고 있다.
또한, 프로젝터부로는 광원으로 레이저를 사용하는 레이저 스캐닝(Laser scanning) 프로젝터가 사용될 수 있다. 이러한 레이저 스캐닝 프로젝터는 투사하는 광의 지름이 매우 작다.
그런데, 웨이브 가이드는 프로젝트부에서 출력되는 광의 지름이 웨이브 가이드의 두께와 대략 동일하도록 형성된다. 만일, 웨이브 가이드로 인입되는 광의 지름이 웨이브 가이드의 두께보다 작은 경우에는, 웨이브 가이드에서 출력되는 영상의 일부분이 보이지 않는 현상이 발생한다. 즉, 웨이브 가이드에서 출력되는 영상에 암부가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 웨이브 가이드의 두께를 줄이는 것을 고려할 수 있으나, 이는 물리적으로 한계가 있다.
따라서, 프로젝트부에서 출력되는 광의 지름이 웨이브 가이드의 두께와 대략 동일하도록 광의 지름을 확대하는 별도의 광학계, 예를 들면, 빔 익스팬더(beam expander)를 사용할 수 있다.
그러나, 이와 같이 웨이브 가이드로 입사되는 광의 지름을 확대하기 위해 별도의 광학계를 사용하면, 웨어러블 표시장치의 크기가 커져 휴대성이 나빠진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 웨이브 가이드로 입사되는 광의 지름에 관계 없이 출력되는 화상의 암부를 최소화할 수 있는 웨이브 가이드를 포함하는 광학 시스템 및 이를 구비하는 웨어러블 표시장치와 관련된다.
본 발명의 일 측면에 의한 광학 시스템은, 광을 생성하는 광원; 입사된 광을 전파시키는 제1웨이브 가이드; 상기 제1웨이브 가이드의 상면에 마련되며, 광의 일부는 반사하고 나머지 광은 투과시키는 투과반사층; 상기 투과반사층의 상면에 마련되며, 입사된 광을 전파시키는 제2웨이브 가이드; 상기 제1웨이브 가이드에 마련되며, 상기 광원에서 생성된 광을 상기 제1웨이브 가이드로 입사시키는 인 커플러(in-coupler); 및 상기 제1웨이브 가이드와 상기 제2웨이브 가이드 중 하나에 마련되며, 전파된 광을 외부로 내보내는 아웃 커플러(out-coupler);를 포함할 수 있다.
이때, 상기 투과반사층과 상기 제2웨이브 가이드 사이에는 적어도 한 개의 d웨이브 가이드와 적어도 한 개의 투과반사층이 마련될 수 있다.
또한, 상기 투과반사층은 상기 적어도 한 개의 투과반사층과 크기가 다르게 형성될 수 있다.
또한, 상기 투과반사층은 상기 제1웨이브 가이드의 투과면의 일부를 덮을 수 있도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 투과반사층은 상기 인 커플러에 대응하는 위치에 마련될 수 있다.
또한, 상기 투과반사층은 상기 제1웨이브 가이드의 투과면 전부를 덮을 수 있도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 인 커플러와 상기 아웃 커플러는 상기 제1웨이브 가이드에 설치될 수 있다.
또한, 상기 인 커플러는 상기 제1웨이브 가이드의 일단에 형성된 경사면을 포함할 수 있다.
또한, 상기 인 커플러는 상기 제1웨이브 가이드에 설치된 프리즘을 포함할 수 있다.
또한, 상기 인 커플러와 상기 아웃 커플러는 회절 광학 소자, 편광 선택적 코팅, 프리즘 중 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의한, 제1웨이브 가이드, 투과반사층, 제2웨이브 가이드, 인 커플러, 및 아웃 커플러를 포함하는 웨이브 가이드의 광이동방법은, 광이 상기 인 커플러를 통과하며 굴절되어 상기 투과반사층에 입사하는 단계; 상기 투과반사층에 입사한 광의 일부는 상기 투과반사층에 의해 반사되어 상기 제1웨이브 가이드로 입사되고, 나머지 광은 상기 투과반사층을 투과하여 상기 제2웨이브 가이드로 입사되는 단계; 상기 제1웨이브 가이드에 입사된 광은 전반사되어 상기 투과반사층으로 입사되는 단계; 상기 제1웨이브 가이드에 의해 전반사되어 상기 투과반사층으로 입사된 광의 일부는 상기 투과반사층에 의해 반사되어 상기 제1웨이브 가이드로 입사되고, 나머지 광은 상기 투과반사층을 투과하여 상기 제2웨이브 가이드로 입사되는 단계; 상기 제2웨이브 가이드에 입사된 광은 전반사되어 상기 투과반사층으로 입사되는 단계; 상기 제2웨이브 가이드에 의해 전반사되어 상기 투과반사층으로 입사된 광의 일부는 상기 투과반사층에 의해 반사되어 상기 제2웨이브 가이드로 입사되고, 나머지 광은 상기 투과반사층을 투과하여 상기 제1웨이브 가이드로 입사되는 단계; 및 상기 제1웨이브 가이드와 상기 제2웨이브 가이드를 통해 이동한 광이 상기 아웃 커플러에 의해 굴절되어 상기 웨이브 가이드에서 나오는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르는 웨어러블 표시장치는, 영상을 형성하는 광을 투사하는 프로젝션부; 및 상기 프로젝션부에서 나오는 광을 안내하는 웨이브 가이드;를 포함하며, 상기 웨이브 가이드는, 입사된 광을 전파시키는 제1웨이브 가이드; 상기 제1웨이브 가이드의 상면에 마련되며, 광의 일부는 반사하고 나머지 광은 투과시키는 투과반사층; 상기 투과반사층의 상면에 마련되며, 입사된 광을 전파시키는 제2웨이브 가이드; 상기 제1웨이브 가이드에 마련되며, 상기 프로젝션부에서 투사된 광을 상기 제1웨이브 가이드로 입사시키는 인 커플러; 및 상기 제1웨이브 가이드와 상기 제2웨이브 가이드 중 하나에 마련되며, 전파된 광을 외부로 내보내는 아웃 커플러;를 포함할 수 있다.
상기 웨어러블 표시장치는 헤드 마운트 디스플레이 또는 스마트 안경을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드를 구비한 웨어러블 표시장치를 개념적으로 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드를 나타내는 단면도;
도 3은 도 2의 웨이브 가이드에 의해 안내되는 광을 나타내는 도면;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 웨이브 가이드를 나타내는 단면도;
도 5는 도 4의 웨이브 가이드의 변형예를 나타내는 단면도;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 웨이브 가이드를 나타내는 단면도;
도 7은 도 6의 웨이브 가이드에 의해 안내되는 광을 나타내는 도면;
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 웨이브 가이드를 나타내는 단면도;
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 웨이브 가이드를 나타내는 단면도;
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 웨이브 가이드를 나타내는 단면도;
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 웨이브 가이드를 나타내는 단면도;
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 웨이브 가이드를 나타내는 단면도;
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면;이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 웨이브 가이드, 및 이를 구비한 웨어러블 표시장치의 실시예들에 대하여 상세하게 설명한다.
이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들과 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드를 구비한 웨어러블 표시장치를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨어러블 표시장치(1)는 지지부(3), 프로젝트부(5), 및 웨이브 가이드(10)를 포함할 수 있다.
지지부(3)는 프로젝트부(5)와 웨이브 가이드(10)를 지지하며, 사용자의 얼굴에 쓸 수 있도록 안경 형태로 형성될 수 있다. 지지부(3)는 사용자의 눈(E) 앞에 위치하는 몸체부(3a)와 몸체부(3a)의 양단에 설치되는 한 쌍의 다리(3b)를 포함할 수 있다.
도 1에서는 지지부(3)가 안경 형태로 형성된 경우를 도시하고 있으나, 다른 예로서, 도시하지는 않았지만, 지지부(3)는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mounted Display: HMD)와 같이 사용자의 머리에 장착할 수 있는 형태로 구성할 수도 있다.
프로젝트부(5)는 증강 현실용 영상을 형성하는 광을 투사하는 장치로서, 레이저 스캐닝 프로젝터(laser scanning projector), 마이크로 디스플레이 프로젝터(micro display projector), DLP(Digital Light Processing) 프로젝터 등과 같은 다양한 영상 투사장치가 사용될 수 있다. 프로젝트부(5)는 지지부(3)의 다리(3b)에 설치될 수 있다.
본 실시예의 경우에는 프로젝트부(5)로서 레이저 스캐닝 프로젝터를 사용한다. 레이저 스캐닝 프로젝터에서 나오는 광의 지름은 웨이브 가이드(10)의 두께보다 작을 수 있다. 여기서, 광의 지름은 광이 웨이브 가이드(10)에 입사할 때, 입사면에 형성하는 광 스폿의 지름을 말한다.
웨이브 가이드(10)는 프로젝트부(5)에서 투사된 광을 사용자의 눈(E)으로 안내하는 것으로서, 지지부(3)의 몸체부(3a)에 설치될 수 있다. 웨이브 가이드(10)는 프로젝트부(5)에서 투사된 광이 인입되는 인 커플러(in-coupler)와 웨이브 가이드에 의해 안내된 광이 방출되는 아웃 커플러(out-coupler)를 포함할 수 있다. 웨이브 가이드(10)는 사용자가 전방을 볼 수 있도록 투명한 재질로 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 웨어러블 표시장치(1)는 지지부(3)에 2개의 프로젝트부(5)와 2개의 웨이브 가이드(10)가 설치되나, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨어러블 표시장치(1)가 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시에에 의한 웨어러블 표시장치(1)는 한 개의 프로젝트부(5)와 한 개의 웨이브 가이드(10)를 포함할 수도 있다. 즉, 사용자의 좌안(E)또는 우안(E)에 맞도록 지지부(3a)의 좌측 또는 우측에 설치된 한 개의 프로젝트부(5)와 한 개의 웨이브 가이드(10)로 웨어러블 표시장치(1)를 구성할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드(10)에 대해 상세하게 설명한다. 웨이브 가이드(10)는 광을 생성하는 광원과 함께 광학 시스템을 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드(10)는 제1웨이브 가이드(11), 투과반사층(12), 제2웨이브 가이드(13)를 포함할 수 있다.
제1웨이브 가이드(11)는 인 커플러(18)로 입사된 광을 전파시켜 아웃 커플러(19)를 통해 외부로 내보낼 수 있도록 형성된다. 구체적으로, 제1웨이브 가이드(11)는 인 커플러(18)로 입사되는 광이 전반사에 의해 이동하여 아웃 커플러(19)를 통해 방출되도록 형성된다. 이러한 제1웨이브 가이드(11)는 전반사면(11a)과 투과면(11b)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 공기와 접하는 제1웨이브 가이드(11)의 일측면의 내면, 즉 도 2에서 제1웨이브 가이드(11)의 하면의 내면(11a)은 입사된 광이 전반사되는 전반사면을 형성하고, 제1웨이브 가이드(11)의 반대측면(11b), 즉 도 2에서 제1웨이브 가이드(11)의 상면(11b)은 입사된 광이 투과될 수 있는 투과면을 형성한다.
제1웨이브 가이드(11)는 입사된 광이 전반사에 의해 이동할 수 있는 투명한 재질로 형성된다.
인 커플러(18)는 제1웨이브 가이드(11)의 일측면, 즉 도 2에서 제1웨이브 가이드(11)의 하면에 마련된다. 인 커플러(18)는 프로젝트부(5)(도 3 참조)에서 나와서 웨이브 가이드(10)로 입사되는 광이 웨이브 가이드(10)의 내부에서 전반사되도록 굴절시키는 역할을 한다.
인 커플러(18)는 입사되는 광이 웨이브 가이드(10)의 내부에서 전반사를 일으키도록 굴절시킬 수 있는 한 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 인 커플러(18)는 회절 광학소자(DOE: Diffraction optical element), 홀로그램 광학소자(HOE: Hologram optical element), 마이크로 미러(micromirror), 미러 어레이(mirror array) 등으로 구현할 수 있다. 또는 인 커플러(18)는 편광 선택적 코팅 또는 프리즘으로 형성할 수 있다.
인 커플러(18)의 지름(D)은 프로젝트부(5)에서 방출되는 광의 지름에 대응하는 지름으로 형성될 수 있다. 따라서, 인 커플러(18)의 지름(D)은 제1웨이브 가이드(11)의 두께(T)보다 작게 형성될 수 있다.
아웃 커플러(19)는 제1웨이브 가이드(11)의 일측면, 즉 도 2에서 제1웨이브 가이드(11)의 하면에 인 커플러(18)의 일측으로 마련된다. 아웃 커플러(19)는 웨이브 가이드(10)의 내부에서 전반사로 진행한 광이 사용자의 눈(E)쪽으로 방출될 수 있도록 굴절시키는 역할을 한다. 따라서, 아웃 커플러(19)를 통해 방출되는 광은 평행광을 형성한다.
아웃 커플러(19)는 방출되는 광이 사용자의 눈쪽으로 향하도록 굴절시킬 수 있는 한 다양한 방법으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 아웃 커플러(19)는 회절 광학소자(DOE), 홀로그램 광학소자(HOE), 마이크로 패턴(micro pattern), 미러 어레이(mirror array) 등으로 구현할 수 있다. 또는 아웃 커플러(19)는 편광 선택적 코팅 또는 프리즘으로 형성할 수 있다.
아웃 커플러(19)의 지름은 사용자의 눈(E)에 대응하는 크기로 형성될 수 있다. 따라서, 아웃 커플러(19)의 지름은 인 커플러(18)의 지름(D)보다 크게 형성될 수 있다.
투과반사층(12)은 제1웨이브 가이드(11)의 일면(11b)에 마련되며, 웨이브 가이드(10)로 입사된 입사광의 일부는 반사하고, 나머지는 투과할 수 있도록 형성된다. 즉, 투과반사층(12)은 일부의 광은 투과하고 일부의 광은 반사하는 부분 반사-부분 투과 구조로 형성된다. 투과반사층(12)은 제1웨이브 가이드(11)의 상면을 전부 덮도록 형성될 수 있다. 즉, 투과반사층(12)은 제1웨이브 가이드(11)의 투과면(11b)과 동일한 형상 및 크기로 형성될 수 있다.
투과반사층(12)은 제1웨이브 가이드(11)의 투과면(11b)에 금, 은, 알루미늄 등과 같은 금속을 코팅한 금속 코팅, 다층 유전체 코팅, 회절 구조 등으로 형성할 수 있다.
제2웨이브 가이드(13)는 투과반사층(12)에 마련되며, 투과반사층(12)을 투과한 광을 투과반사층(12)으로 전반사하도록 형성된다. 제2웨이브 가이드(13)는 전반사면(13a)과 투과면(13b)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 공기와 접하는 제2웨이브 가이드(13)의 일측면의 내면, 즉 도 2에서 제2웨이브 가이드(13)의 상면의 내면(13a)은 투과반사층(12)을 투과한 광이 전반사되는 전반사면을 형성하고, 제2웨이브 가이드(13)의 반대측면, 즉 도 2에서 투과반사층(12)과 접하는 제2웨이브 가이드(13)의 하면(13b)은 투과반사층(12)을 통과한 광이 투과될 수 있는 투과면을 형성한다.
제2웨이브 가이드(13)는 입사된 광이 전반사에 의해 이동할 수 있는 투명한 재질로 형성된다. 따라서, 제2웨이브 가이드(13)은 제1웨이브 가이드(11)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 또는, 제2웨이브 가이드(13)는 제1웨이브 가이드(11)와 굴절율이 동일하거나 유사하며 투명한 다른 재질로 형성될 수 있다.
또한, 제2웨이브 가이드(13)는 제1웨이브 가이드(11)의 두께와 다른 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 일 예로서, 도 2에 도시된 실시예의 경우에는 제2웨이브 가이드(13)는 제1웨이브 가이드(11)보다 얇은 두께를 갖도록 형성되어 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드(10)의 작용에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 도 2의 웨이브 가이드에 의해 안내되는 광을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 프로젝트부(5)에서 방출된 광(L)은 웨이브 가이드(10)의 인 커플러(18)로 입사된다.
인 커플러(18)를 통과하는 광은 인 커플러(18)에 의해 제1웨이브 가이드(11)의 전반사면(11a)과 제2웨이브 가이드(13)의 전반사면(13a)에 의해 전반사될 수 있도록 굴절된다.
제1웨이브 가이드(11)로 입사된 광은 투과반사층(12)으로 진행한다. 투과반사층(12)에 의해 광의 일부는 반사하여 제1웨이브 가이드(11)의 전반사면(11a)으로 반사되고, 나머지 광은 투과반사층(12)을 투과하여 제2웨이브 가이드(13)로 입사된다.
제2웨이브 가이드(13)로 입사된 광은 제2웨이브 가이드(13)의 전반사면(13a)에 의해 반사되어 다시 투과반사층(12)으로 진행한다.
제2웨이브 가이드(13)의 전반사면(13a)에 의해 전반사되어 투과반사층(12)으로 진행한 광의 일부는 투과반사층(12)을 투과하여 제1웨이브 가이드(11)으로 진행하고, 나머지 광은 다시 투과반사층(12)에 의해 반사되어 제2웨이브 가이드(13)의 전반사면(13a)으로 진행한다.
투과반사층(12)에 의해 반사되거나 투과반사층(12)을 투과하여 제1웨이브 가이드(11)의 전반사면(11a)으로 입사된 광은 전반사면(11a)에 의해 반사되어 다시 투과반사층(12)으로 진행한다. 투과반사층(12)으로 진행된 광은 투과반사층(12)에 의해 일부의 광은 투과반사층(12)을 투과하여 제2웨이브 가이드(13)로 진행하고, 나머지 광은 투과반사층(12)에 의해 반사되어 제1웨이브 가이드(11)의 전반사면(11a)으로 진행한다.
상기에서 설명한 바와 같이 제1웨이브 가이드(11)의 전반사면(11a)과 제2웨이브 가이드(13)의 전반사면(13a)에 의해 반사되어 투과반사층(12)으로 진행하는 광은 투과반사층(12)에 의해 일부는 투과하고 일부는 반사하므로 하나로 입사된 광이 2개로 갈라지게 된다. 그런데, 인 커플러(18)를 통해 웨이브 가이드(10)로 입사된 광이 아웃 커플러(19)를 통해 방출될 때까지 광은 투과반사층(12)을 여러번 통과하게 되므로 인 커플러(18)로 입사된 한 개의 광은 여러 갈래로 나누어지게 된다. 이렇게 많은 갈래로 나누어진 광이 넓은 면적의 아웃 커플러(19)를 통해 눈쪽으로 방출되므로 영상의 암부가 줄어 들게 된다.
이상에서는 투과반사층(12)이 제1웨이브 가이드(11)의 전체에 걸쳐 형성된 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명에 의한 웨이브 가이드(10)는 이에 한정되는 것은 아니다. 투과반사층(12)은 제1웨이브 가이드(11)의 일부를 덮도록 형성될 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 투과반사층이 제1웨이브 가이드의 일부에 형성된 웨이브 가이드에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 웨이브 가이드를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드(20)는 제1웨이브 가이드(21), 투과반사층(22), 제2웨이브 가이드(23)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 의한 웨이브 가이드(20)의 제1웨이브 가이드(21)는 상술한 실시예에 의한 웨이브 가이드(10)의 제1웨이브 가이드(11)와 동일하거나 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
투과반사층(22)은 제1웨이브 가이드(21)의 투과면(21b)의 일부에 형성된다. 즉, 투과반사층(22)이 제1웨이브 가이드(21)의 상면(21b) 전부를 덮는 것이 아니라 일부만 덮을 수 있도록 형성될 수 있다. 따라서, 투과반사층(22)의 면적은 제1웨이브 가이드(21)의 투과면(21b)의 면적보다 작게 형성된다. 투과반사층(22)의 면적은 아웃 커플러(29)로 방출되는 광에 의해 형성되는 영상에 암부가 발생하지 않는 적절한 크기로 정할 수 있다.
투과반사층(22)은 웨이브 가이드(10)로 입사된 입사광의 일부는 반사하고, 나머지는 투과할 수 있도록 형성된다. 즉, 투과반사층(22)은 일부의 광은 투과하고 나머지 광은 반사하는 부분 반사-부분 투과 구조로 형성된다.
투과반사층(22)은 제1웨이브 가이드(21)의 인 커플러(28)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 투과반사층(22)이 제1웨이브 가이드(21)의 인 커플러(28)의 바로 위쪽에 인 커플러(28)를 통과한 광이 바로 진입할 수 있는 위치에 마련될 수 있다.
제2웨이브 가이드(23)는 투과반사층(22)의 상면에 형성된다. 이때, 제2웨이브 가이드(23)의 일부분은 투과반사층(22)의 상면에 위치하고, 제2웨이브 가이드(23)의 나머지 부분은 제1웨이브 가이드(21)의 상면에 위치한다. 즉, 제1웨이브 가이드(21)의 일부와 제2웨이브 가이드(23)의 일부는 그 사이에 투과반사층(22)이 없이 바로 접촉할 수 있다.
제2웨이브 가이드(23)는 전반사면(23a)과 투과면(23b)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2웨이브 가이드(23)의 일측면의 내면(23a), 즉 도 4에서 공기와 접하는 제2웨이브 가이드(23)의 상면의 내면(23a)은 제2웨이브 가이드(23)로 인입된 광을 전반사하는 전반사면을 형성하고, 제2웨이브 가이드(23)의 반대측면, 즉 도 4에서 투과반사층(22) 및 제1웨이브 가이드(21)와 접하는 제2웨이브 가이드(23)의 하면(23b)은 광이 투과될 수 있는 투과면으로 형성된다.
따라서, 투과반사층(22)의 위에 위치하는 제2웨이브 가이드(23)의 전반사면(23a)의 부분은 투과반사층(22)을 투과한 광을 투과반사층(22)으로 전반사하고, 제1웨이브 가이드(21)의 위에 위치하는 제2웨이브 가이드(23)의 전반사면(23a)의 부분은 입사된 광을 제1웨이브 가이드(21)로 전반사한다.
도 4에 도시된 웨이브 가이드(20)의 제1웨이브 가이드(21), 투과반사층(22), 및 제2웨이브 가이드(23)는 도 2에 도시된 웨이브 가이드(10)의 제1웨이브 가이드(11), 투과반사층(12), 및 제2웨이브 가이드(13)와 동일한 재질로 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 웨이브 가이드(20)의 인 커플러(28)를 통과한 광은 인 커플러(28)에 의해 제1웨이브 가이드(21)의 전반사면(21a)과 제2웨이브 가이드(23)의 전반사면(23a)에 의해 전반사될 수 있도록 굴절된다.
인 커플러(28)를 통해 제1웨이브 가이드(21)로 입사된 광은 투과반사층(22)으로 진행한다. 투과반사층(22)에 의해 광의 일부는 반사하여 제1웨이브 가이드(21)의 전반사면(21a)으로 반사되고, 나머지 광은 투과반사층(22)을 투과하여 제2웨이브 가이드(23)로 입사된다.
제2웨이브 가이드(23)로 입사된 광은 제2웨이브 가이드(23)의 전반사면(23a)에 의해 반사되어 다시 투과반사층(22)으로 진행한다.
제2웨이브 가이드(23)의 전반사면(23a)에 의해 투과반사층(22)으로 진행한 광의 일부는 투과반사층(22)을 투과하여 제1웨이브 가이드(21)로 진행하고, 나머지 광은 다시 투과반사층(22)에 의해 반사되어 제2웨이브 가이드(23)의 전반사면(23a)으로 진행한다.
투과반사층(22)에 의해 반사되거나 투과반사층(22)을 투과하여 제1웨이브 가이드(21)의 전반사면(21a)으로 진행한 광은 전반사면(21a)에 의해 반사되어 다시 투과반사층(22)으로 진행한다. 투과반사층(22)으로 진행된 광은 투과반사층(22)에 의해 일부의 광은 투과반사층(22)을 투과하여 제2웨이브 가이드(23)로 진행하고, 나머지 광은 투과반사층(23)에 의해 반사되어 제1웨이브 가이드(21)의 전반사면921a)으로 진행한다.
그러나, 투과반사층(22)이 없는 부분에서는 제1웨이브 가이드(21)의 전반사면(21a)에서 전반사된 광은 바로 제2웨이브 가이드(23)의 전반사면(23a)에서 전반사되어 제1웨이브 가이드(21)로 진행한다. 즉, 투과반사층(22)이 없는 부분에서는 광은 제1웨이브 가이드(21)의 전반사면(21a)과 제2웨이브 가이드(23)의 전반사면(23a)에 의해 전반사되어 아웃 커플러(29)로 이동하여 외부로 방출된다.
본 실시예에 의한 웨이브 가이드(20)의 경우에도, 인 커플러(28)를 통해 웨이브 가이드(20)로 입사된 광이 아웃 커플러(29)를 통해 방출될 때까지 광은 제1웨이브 가이드(21)와 제2웨이브 가이드(23) 사이에 부분적으로 마련된 투과반사층(22)을 여러번 통과하게 되므로 인 커플러(28)로 입사된 한 개의 광은 여러 갈래로 나누어지게 된다. 따라서, 여러 갈래로 나누어진 광이 아웃 커플러(29)를 통해 눈쪽으로 방출되므로 암부가 줄어 들게 된다.
도 4에서는 투과반사층(22)이 제1웨이브 가이드(21)의 인 커플러(28)의 위쪽에 위치한 경우에 대해 설명하였으나, 투과반사층(22)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니다. 투과반사층(22)은 제1웨이브 가이드(21)의 투과면(21b)에 인 커플러(28)를 통해 인입된 광을 여러개로 분리할 수 있으면 임의의 위치에 마련될 수 있다.
도 5는 도 4의 웨이브 가이드의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드(20')는 도 4의 웨이브 가이드(20)와 동일하게 제1웨이브 가이드(21), 제2웨이브 가이드(23), 및 투과반사층(22')을 포함한다.
도 5의 웨이브 가이드(20')는 상술한 도 4에 도시된 웨이브 가이드(20)와 같이 투과반사층(22')의 면적이 제1웨이브 가이드(21)의 상면의 면적보다 작게 형성된다.
도 5에 도시된 웨이브 가이드(20')는 투과반사층(22')이 인 커플러(28)의 바로 위에 설치된 것이 아니라 인 커플러(28)에서 웨이브 가이드(20')의 길이 방향으로 일정 거리 이격되어 설치된다는 점에서 도 4에 도시된 웨이브 가이드(20)와 차이가 있다. 따라서, 인 커플러(28)로 인입된 광은 제2웨이브 가이드(23)의 전반사면(23a)에 반사된 후, 투과반사층(22')으로 진입할 수 있다.
도 5에 도시된 웨이브 가이드(20')는 투과반사층(22')의 위치 외에는 상술한 도 4의 웨이브 가이드(20)와 동일하거나 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
이상에서는 제1웨이브 가이드(21)과 제2웨이브 가이드(23) 사이에 투과반사층(22)이 한 개 마련된 경우에 대해 설명하였으나, 투과반사층(22)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 웨이브 가이드의 제1웨이브 가이드와 제2웨이브 가이드 사이에는 2개 이상의 투과반사층을 마련할 수 있다. 이때, 인접한 2개의 투과반사층 사이에는 제3웨이브 가이드가 마련될 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 2개의 투과반사층을 갖는 웨이브 가이드에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 웨이브 가이드를 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드(30)는 제1웨이브 가이드(31), 제1투과반사층(32), 제3웨이브 가이드(33), 제2투과반사층(34), 제2웨이브 가이드(35)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 의한 웨이브 가이드(30)의 제1웨이브 가이드(31)와 제1투과반사층(32)은 상술한 도 2의 실시예에 의한 웨이브 가이드(10)의 제1웨이브 가이드(11) 및 투과반사층(12)과 동일하거나 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
제3웨이브 가이드(33)는 제1투과반사층(32)에 마련되며, 제1투과반사층(32)을 투과한 광이 통과할 수 있도록 형성된다. 제3웨이브 가이드(33)는 2개의 투과면(33a,33b)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1투과반사층(32)과 접하는 면(33a), 즉 도 6에서 제3웨이브 가이드(33)의 하면과 제2투과반사층(34)과 접하는 면(33b), 즉 도 6에서 제3웨이브 가이드(33)의 상면은 광이 투과할 수 있는 투과면을 형성한다. 제3웨이브 가이드(33)는 제1투과반사층(32)의 상면 전부를 덮을 수 있도록 마련된다.
제3웨이브 가이드(33)는 투명한 재질로 형성된다. 예를 들면, 제3웨이브 가이드(33)는 제1웨이브 가이드(31)와 동일한 재질로 형성할 수 있다. 또는, 제3웨이브 가이드(33)는 제1웨이브 가이드(31)와 굴절율이 동일하거나 유사하며 투명한 다른 재질로 형성될 수 있다.
제2투과반사층(34)은 제3웨이브 가이드(33)에 마련되며, 제1투과반사층(32)을 투과한 입사광의 일부는 반사하고, 나머지 광은 투과할 수 있도록 형성된다. 즉, 제2투과반사층(34)은 제1투과반사층(32)과 동일하게 일부의 광은 투과하고 일부의 광은 반사하는 부분 반사-부분 투과 구조로 형성된다. 제2투과반사층(34)은 제3웨이브 가이드(33)의 상면을 전부 덮도록 형성될 수 있다. 즉, 제2투과반사층(34)은 제3웨이브 가이드(33)와 동일한 형상 및 크기로 형성될 수 있다. 제2투과반사층(34)은 제3웨이브 가이드(33)의 두께(t)만큼 제1투과반사층(32)에서 일정 거리 이격되어 형성된다.
제2투과반사층(34)은 제3웨이브 가이드(33)의 상면에 금, 은, 알루미늄 등과 같은 금속을 코팅한 금속 코팅, 다층 유전체 코팅, 회절 구조 등으로 형성할 수 있다. 즉, 제2투과반사층(34)은 제1투과반사층(32)과 동일한 재질로 형성할 수 있다.
제2웨이브 가이드(35)는 제2투과반사층(34)에 마련되며, 제2투과반사층(34)을 투과한 광을 제2투과반사층(34)으로 전반사하도록 형성된다. 제2웨이브 가이드(35)는 전반사면(35a)과 투과면(35b)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 공기와 접하는 제2웨이브 가이드(35)의 일측면의 내면(35a), 즉 도 6에서 제2웨이브 가이드(35)의 상면의 내면(35a)은 제2투과반사층(34)을 투과한 광이 전반사되는 전반사면을 형성하고, 제2웨이브 가이드(35)의 반대측면, 즉 도 6에서 제2투과반사층(34)과 접하는 제2웨이브 가이드(35)의 하면(35b)은 제2투과반사층(34)을 통과한 광이 투과될 수 있는 투과면을 형성한다.
제2웨이브 가이드(35)는 입사된 광이 전반사에 의해 이동할 수 있는 투명한 재질로 형성된다. 따라서, 제2웨이브 가이드(35)는 제1웨이브 가이드(31)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 또는 제2웨이브 가이드(35)는 제1웨이브 가이드(31)와 동일하거나 유사한 굴절율을 가지며 투명한 다른 재질로 형성될 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드(30)의 작용에 대해 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 도 6의 웨이브 가이드에 의해 안내되는 광을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 프로젝트부(5)에서 방출된 광(L)은 웨이브 가이드(30)의 인 커플러(38)로 입사된다.
인 커플러(38)를 통과하는 광(L)은 인 커플러(38)에 의해 제1웨이브 가이드(31)의 전반사면(31a)과 제2웨이브 가이드(35)의 전반사면(35a)에 의해 전반사될 수 있도록 굴절된다.
제1웨이브 가이드(31)로 입사된 광은 제1투과반사층(32)으로 진행한다. 제1투과반사층(32)에 의해 광(L)의 일부는 반사하여 제1웨이브 가이드(31)의 전반사면(31a)으로 입사되고, 나머지 광은 제1투과반사층(32)을 투과하여 제3웨이브 가이드(33)로 입사된다.
제3웨이브 가이드(33)로 입사된 광은 제3웨이브 가이드(33)를 통과하여 제2투과반사층(34)으로 입사된다. 제2투과반사층(34)에 의해 광의 일부는 반사하여 제1투과반사층(32)으로 진행하고, 나머지 광은 제2투과반사층(34)을 투과하여 제2웨이브 가이드(35)로 입사된다.
제2투과반사층(34)에 의해 반사되어 제1투과반사층(31)으로 입사한 광의 일부는 반사하여 다시 제3웨이브 가이드(33)를 통과하여 제2투과반사층(34)으로 진행하고, 나머지 광은 제1투과반사층(32)을 통과하여 제1웨이브 가이드(31)로 입사된다. 제1웨이브 가이드(31)로 입사된 광은 전반사면(31a)에 의해 전반사되어 다시 제1투과반사층(32)으로 진행하게 된다. 제1투과반사층(32)으로 입사한 광은 일부의 광은 반사되고 일부의 광은 투과하여 상술한 바와 동일한 과정을 거쳐 아웃 커플러(39)를 통해 방출되게 된다.
제2투과반사층(34)을 투과하거나 제2투과반사층(34)에 의해 반사되어 제2웨이브 가이드(35)로 입사된 광은 제2웨이브 가이드(35)의 전반사면(35a)에 의해 반사되어 다시 제2투과반사층(34)으로 진행한다.
제2웨이브 가이드(35)의 전반사면(35a)에 의해 제2투과반사층(34)으로 진행한 광의 일부는 제2투과반사층(34)을 투과하여 제1투과반사층(32)으로 진행하고, 나머지 광은 다시 제2투과반사층(34)에 의해 반사되어 제2웨이브 가이드(35)의 전반사면(35a)으로 진행한다.
제1투과반사층(32)에 반사되거나 제1투과반사층(32)을 투과하여 제1웨이브 가이드(31)의 전반사면(31a)으로 입사한 광은 전반사면(31a)에 의해 반사되어 다시 제1투과반사층(32)으로 진행한다. 제1투과반사층(32)으로 진행된 광은 제1투과반사층(32)에 의해 일부의 광은 제1투과반사층(32)을 투과하여 제2투과반사층(34)으로 진행하고, 나머지 광은 제1투과반사층(32)에 의해 반사되어 제1웨이브 가이드(31)의 전반사면(31a)으로 진행한다.
제1투과반사층(32)에 의해 반사된 광이 아웃 커플러(39)에 입사하면, 아웃 커플러(39)를 통해 웨이브 가이드(30)의 외부로 방출된다.
상기에서 설명한 바와 같이 제1웨이브 가이드(31)의 전반사면(31a)과 제2웨이브 가이드(35)의 전반사면(35a)에 의해 반사되어 제1 및 제2투과반사층(32,34)으로 진행하는 광은 제1 및 제2투과반사층(32,34)에 의해 일부의 광은 투과하고 일부의 광은 반사하므로 하나로 입사된 광이 제 및 제2투과반사층(32,34) 각각에 의해 2개로 갈라지게 된다. 그런데, 인 커플러(38)를 통해 웨이브 가이드(30)로 입사된 광이 아웃 커플러(39)를 통해 방출될 때까지 광은 제1 및 제2투과반사층(32,34)을 여러번 통과하게 되므로 인 커플러(38)로 입사된 한 개의 광은 도 7에 도시된 바와 같이 여러 갈래로 나누어지게 된다. 이렇게 많은 갈래로 나누어진 광이 넓은 면적의 아웃 커플러(39)를 통해 눈쪽으로 방출되므로 영사의 암부가 줄어 들게 된다.
이와 같이 제1웨이브 가이드(31)와 제2웨이브 가이드(35) 사이에 2개 이상의 투과반사층(32,34)을 형성하고 2개 이상의 투과반사층(32,34) 사이에 적어도 한 개의 제3웨이브 가이드(33)를 형성하면, 인 커플러(38)로 입사된 광이 한 개의 투과반사층(12)(도 2 및 도 3 참조)에 의해 반사되거나 투과하는 경우보다 더 많은 갈래로 갈라지므로 암부를 더 효과적으로 줄일 수 있다.
이상에서는 제1 및 제2투과반사층(32,34)이 제1웨이브 가이드(31)의 투과면(31b) 전부를 덮을 수 있도록 형성된 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명에 의한 웨이브 가이드(30)는 이에 한정되지 않는다. 제1 및 제2투과반사층(32,34)은 제1웨이브 가이드(31)의 일부를 덮도록 형성될 수도 있다.
이하, 도 8를 참조하여 제1 및 제2투과반사층이 제1웨이브 가이드의 일부를 덮도록 형성된 웨이브 가이드에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 웨이브 가이드를 나타내는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드(40)는 제1웨이브 가이드(41), 제1투과반사층(42), 제3웨이브 가이드(43), 및 제2투과반사층(44), 및 제2웨이브 가이드(45)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 의한 웨이브 가이드(40)의 제1웨이브 가이드(41)는 도 6 및 도 7에 도시한 실시예에 의한 웨이브 가이드(30)의 제1웨이브 가이드(31)와 동일하거나 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
제1투과반사층(42)은 제1웨이브 가이드(41)의 투과면(41b)의 일부에 형성된다. 즉, 제1투과반사층(42)이 제1웨이브 가이드(41)의 상면 전부를 덮는 것이 아니라 일부만 덮을 수 있도록 형성될 수 있다. 따라서, 제1투과반사층(42)의 면적은 제1웨이브 가이드(41)의 투과면(41b)의 면적보다 작게 형성된다. 제1투과반사층(42)의 면적은 아웃 커플러(49)로 방출되는 광에 의해 형성되는 영상에 암부가 발생하지 않는 적절한 크기로 정할 수 있다.
제1투과반사층(42)은 웨이브 가이드(40)로 입사된 입사광의 일부는 반사하고, 나머지 광은 투과할 수 있도록 형성된다. 즉, 제1투과반사층(42)은 일부의 광은 투과하고 나머지 광은 반사하는 부분 반사-부분 투과 구조로 형성된다.
제1투과반사층(42)은 제1웨이브 가이드(41)의 인 커플러(48)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1투과반사층(42)이 제1웨이브 가이드(41)의 인 커플러(48)의 바로 위쪽에 인 커플러(48)를 통과한 광이 바로 입사할 수 있는 위치에 마련될 수 있다.
제3웨이브 가이드(43)는 제1투과반사층(42)의 상면에 마련되며, 제1투과반사층(42)을 투과한 광이 통과할 수 있도록 형성된다. 제3웨이브 가이드(43)는 2개의 투과면(43a,43b)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1투과반사층(42)과 접하는 면(43a), 즉 도 8에서 제3웨이브 가이드(43)의 하면과, 제2투과반사층(44)과 접하는 면(43b), 즉 도 8에서 제3웨이브 가이드(43)의 상면은 광이 투과할 수 있는 투과면을 형성한다. 제3웨이브 가이드(43)는 제1투과반사층(42)의 상면 전부를 덮을 수 있도록 형성될 수 있다. 또는 제3웨이브 가이드(43)는 제1투과반사층(42)과 제1투과반사층(42)이 형성되지 않은 제1웨이브 가이드(41)의 상면을 전부 덮을 수 있도록 형성될 수 있다.
제2투과반사층(44)은 제3웨이브 가이드(43)의 상면에 마련되며, 제1투과반사층(42)을 투과한 입사광의 일부는 반사하고, 나머지는 투과할 수 있도록 형성된다. 즉, 제2투과반사층(44)은 제1투과반사층(42)과 동일하게 일부의 광은 투과하고 일부의 광은 반사하는 부분 반사-부분 투과 구조로 형성된다. 제2투과반사층(44)은 제1투과반사층(42)의 상부를 전부 덮도록 형성될 수 있다. 즉, 제2투과반사층(44)은 제1투과반사층(42)과 동일한 형상 및 크기로 형성될 수 있다. 제2투과반사층(44)은 제3웨이브 가이드(43)의 두께만큼 제1투과반사층(42)에서 일정 거리 이격되어 형성된다.
제2웨이브 가이드(45)는 제2투과반사층(44)의 상면에 형성된다. 이때, 제2웨이브 가이드(45)의 일부분은 제2투과반사층(44)의 상면에 위치하고, 제2웨이브 가이드의 나머지 부분은 제1웨이브 가이드(41)의 상면에 위치한다. 즉, 제1웨이브 가이드(41)의 일부와 제2웨이브 가이드(45)의 일부는 그 사이에 제1 및 제2투과반사층(42,44)이 없이 바로 접촉할 수 있다. 다른 예로서, 제1투과반사층(42)과 제2투과반사층(44) 사이에 형성된 제3웨이브 가이드(43)가 제1웨이브 가이드(41)의 상면까지 연장된 경우에는 제1웨이브 가이드(41)와 제2웨이브 가이드(45) 사이에 제3웨이브 가이드(43)이 형성될 수 있다.
제2웨이브 가이드(45)는 전반사면(45a)과 투과면(45b)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 공기와 접하는 제2웨이브 가이드(45)의 일측면의 내면, 즉 도 8에서 제2웨이브 가이드(45)의 상면의 내면(45a)은 제2웨이브 가이드(45)으로 인입된 광을 전반사하는 전반사면을 형성하고, 제2웨이브 가이드(45)의 반대측면, 즉 도 8에서 제2투과반사층(44) 및 제1웨이브 가이드(41)(또는 제3웨이브 가이드(43))과 접하는 제2웨이브 가이드(45)의 하면(45b)은 광이 투과될 수 있는 투과면을 형성한다.
따라서, 제2투과반사층(44)의 위에 위치하는 제2웨이브 가이드(45)의 전반사면(45a)의 부분은 제2투과반사층(44)을 투과한 광을 제2투과반사층(44)으로 전반사하고, 제1웨이브 가이드(41)의 위에 위치하는 제2웨이브 가이드(45)의 전반사면(45a)의 부분은 입사된 광을 제1웨이브 가이드(41)로 전반사한다.
도 8에 도시된 웨이브 가이드(40)의 제1웨이브 가이드(41), 제1투과반사층(42), 제3웨이브 가이드(43), 제2투과반사층(44), 및 제2웨이브 가이드(45)는 도 6에 도시된 웨이브 가이드(30)의 제1웨이브 가이드(31), 제1투과반사층(32), 제3웨이브 가이드(33), 제2투과반사층(34), 및 제2웨이브 가이드(35)와 동일한 재질로 형성될 수 있다.
도 8에 도시된 웨이브 가이드(40)의 인 커플러(48)를 통과하여 웨이브 가이드(40)로 입사한 광은 인 커플러(48)에 의해 제1웨이브 가이드(41)의 전반사면(41a)과 제2웨이브 가이드(45)의 전반사면(45a)에 의해 전반사될 수 있도록 굴절된다.
인 커플러(48)를 통해 제1웨이브 가이드(41)로 입사된 광은 제1투과반사층(42)으로 진행한다. 제1투과반사층(42)에 의해 광의 일부는 반사하여 제1웨이브 가이드(41)의 전반사면(41a)으로 반사되고, 나머지 광은 제1투과반사층(42)을 투과하여 제3웨이브 가이드(43)로 입사된다.
제3웨이브 가이드(43)를 통과한 광은 제2투과반사층(44)으로 입사되어 일부의 광은 제2투과반사층(44)에 의해 반사되어 제1투과반사층(42)으로 향하고, 나머지 광은 제2투과반사층(44)을 통과하여 제2웨이브 가이드(45)로 입사된다.
제2웨이브 가이드(45)로 입사된 광은 제2웨이브 가이드(45)의 전반사면(45a)에 의해 전반사되어 다시 제2투과반사층(44)으로 진행한다.
제2웨이브 가이드(45)의 전반사면(45a)에 의해 제2투과반사층(44)으로 진행한 광의 일부는 제2투과반사층(44)을 투과하여 제1투과반사층(42)으로 진행하고, 나머지 광은 다시 제2투과반사층(44)에 의해 반사되어 제2웨이브 가이드(45)의 전반사면(45a)으로 진행한다.
제2투과반사층(44)을 투과하여 제1투과반사층(42)으로 입사한 광은 다시 일부의 광은 제1투과반사층(42)에 의해 반사되어 제2투과반사층(44)으로 진행하고, 나머지 광은 제1투과반사층(42)을 투과하여 제1웨이브 가이드(41)로 입사하여 전반사면(41a)으로 진행한다.
제1투과반사층(42)에 의해 반사되거나 제1투과반사층(42)을 투과하여 제1웨이브 가이드(41)의 전반사면(41a)으로 입사된 광은 제1웨이브 가이드(41)의 전반사면(41a)에 의해 반사되어 다시 제1투과반사층(42)으로 진행한다. 제1투과반사층(42)으로 진행된 광은 제1투과반사층(42)에 의해 일부의 광은 제1투과반사층(42)을 투과하여 제2투과반사층(44)으로 진행하고, 나머지 광은 제1투과반사층(42)에 의해 반사되어 제1웨이브 가이드(41)의 전반사면(41a)으로 진행한다.
그러나, 제1 및 제2투과반사층(42,44)이 없는 부분에서는 제1웨이브 가이드(41)의 전반사면(41a)에서 반사된 광은 제2웨이브 가이드(45)의 전반사면(45a)에서 전반사되어 제1웨이브 가이드(41)로 진행한다. 즉, 제1 및 제2투과반사층(42,44)이 없는 부분에서는 광은 제1웨이브 가이드(41)의 전반사면(41a)과 제2웨이브 가이드(45)의 전반사면(45a)에 의해 전반사되어 아웃 커플러(49)로 이동하여 외부로 방출된다.
본 실시예에 의한 웨이브 가이드(40)의 경우에도, 인 커플러(48)를 통해 웨이브 가이드(40)로 입사된 광이 아웃 커플러(49)를 통해 방출될 때까지 광은 제1웨이브 가이드(41)와 제2웨이브 가이드(45) 사이에 부분적으로 마련된 제1 및 제2투과반사층(42,44)을 여러번 통과하게 되므로 인 커플러(48)로 입사된 한 개의 광은 여러 갈래로 나누어지게 된다. 따라서, 여러 갈래로 나누어진 광이 아웃 커플러(49)를 통해 눈쪽으로 방출되므로 암부가 줄어 들게 된다.
도 8에서는 제1 및 제2투과반사층(42,44)이 제1웨이브 가이드(41)의 인 커플러(48)의 위쪽에 위치한 경우에 대해 설명하였으나, 제1 및 제2투과반사층(42,44)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 및 제2투과반사층(42,44)은 제1웨이브 가이드(41)의 투과면(41b)에 인 커플러(48)를 통해 인입된 광을 여러개로 분리할 수 있으면 임의의 위치에 마련될 수 있다.
예를 들면, 도시하지는 않았지만, 제1투과반사층(42)은 도 8과 같이 인 커플러(48)의 바로 위쪽에 위치하도록 마련되나, 제2투과반사층(44)은 웨이브 가이드(40)의 길이방향으로 제1투과반사층(42)에서 일정 거리 이격되도록 마련될 수 있다. 다른 예로, 제2투과반사층(44)이 인 커플러(48)의 바로 위쪽에 위치하고, 제1투과반사층(42)은 웨이브 가이드(40)의 길이 방향으로 제2투과반사층(44)에서 일정 거리 이격되도록 설치될 수도 있다.
이상에서는 제1웨이브 가이드(41)와 제2웨이브 가이드(45) 사이에 마련된 제1 및 제2투과반사층(42,44)이 동일한 크기로 형성된 경우에 대해 설명하였으나, 제1 및 제2투과반사층(42,44)의 크기는 서로 다르게 형성될 수 있다.
제1투과반사층과 제2투과반사층의 크기가 다른 경우의 웨이브 가이드가 도 9에 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드(50)는 제1웨이브 가이드(51), 제1투과반사층(52), 제3웨이브 가이드(53), 및 제2투과반사층(54), 및 제2웨이브 가이드(55)를 포함할 수 있다.
도 9에 도시된 웨이브 가이드(50)는 제1투과반사층(52)의 크기가 도 8에 도시된 웨이브 가이드(40)의 제1투과반사층(42)의 크기와 상이하고, 제1웨이브 가이드(51), 제3웨이브 가이드(53), 제2투과반사층(54), 및 제2웨이브 가이드(55)는 도 8에 도시된 웨이브 가이드(40)의 제1웨이브 가이드(41), 제3웨이브 가이드(43), 제2투과반사층(44), 및 제2웨이브 가이드(45)와 동일하거나 유사하다. 따라서, 이에 대한 설명은 생략한다.
제1투과반사층(52)은 제1웨이브 가이드(51)의 상면, 즉 투과면(51b)에 제1웨이브 가이드(51)의 투과면(51b)을 전부 덮을 수 있도록 형성된다.
제3웨이브 가이드(53)는 제1투과반사층(52)의 상면에 제1투과반사층(52)을 전부 덮을 수 있도록 형성된다.
제2투과반사층(54)은 제3웨이브 가이드(53)의 상면에 제3웨이브 가이드(53)의 일부, 즉 제1투과반사층(52)의 일부를 덮을 수 있도록 형성된다. 따라서, 제2투과반사층(54)의 면적은 제1투과반사층(52)의 면적보다 작게 형성된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드(50)는 도 9에 도시된 바와 같이, 제1웨이브 가이드(51)와 제2웨이브 가이드(55) 사이에 마련되는 제1투과반사층(52)과 제2투과반사층(54)의 크기를 서로 다르게 형성할 수 있다.
이때, 제1투과반사층(52)과 제2투과반사층(54)의 크기는 아웃 커플러(59)를 통해 방출되는 광에 의해 형성되는 영상에 암부가 발생하지 않도록 적절하게 정해질 수 있다.
다른 예로서, 제1투과반사층(52)과 제2투과반사층(54)의 크기는 도 9에 도시된 바와 다르게 형성할 수도 있다. 즉, 제2투과반사층(54)이 제1웨이브 가이드(51)를 전부 덮을 수 있는 크기로 형성되고, 제1투과반사층(52)은 제2투과반사층(54)보다 작은 크기로 제1웨이브 가이드(51)의 일부를 덮을 수 있도록 형성될 수 있다.
이상에서는 웨이브 가이드(10,20,30,40,50)로 입사되는 광이 제1웨이브 가이드(11,21,31,41,51)에 마련된 인 커플러(18,28,38,48,58)를 통해 제1웨이브 가이드(11,21,31,41,51)으로 전반사가 가능한 각도로 굴절되어 입사되는 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 경우는 웨이브 가이드로 입사되는 광을 전반사가 되도록 굴절시킬 수 있으면, 인 커플러를 프리즘으로 형성할 수 있다.
이하, 도 10 및 도 11을 참조하여, 프로젝트부에서 방출된 광이 프리즘을 통해 웨이브 가이드로 입사되는 경우에 대해 설명한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 웨이브 가이드를 나타내는 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드(60)는 제1웨이브 가이드(61), 투과반사층(62), 및 제2웨이브 가이드(63)를 포함할 수 있다.
제1웨이브 가이드(61)는 입사되는 광이 전반사에 의해 이동하여 아웃 커플러(69)로 방출하도록 형성된다. 이러한 제1웨이브 가이드(61)는 전반사면(61a)과 투과면(61b)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 공기와 접하는 제1웨이브 가이드(61)의 일측면의 내면, 즉 도 10에서 제1웨이브 가이드(61)의 하면의 내면(61a)은 입사된 광이 전반사되는 전반사면을 형성하고, 제1웨이브 가이드(61)의 반대측면, 즉 도 10에서 제1웨이브 가이드(61)의 상면(61b)은 입사된 광이 투과될 수 있는 투과면을 형성한다.
제1웨이브 가이드(61)의 일단에는 프로젝트부(5)에서 방출된 광이 입사되는 경사면(68)이 형성된다. 경사면(68)은 광이 제1웨이브 가이드(61)의 내부에 마련된 전반사면(61a)에서 전반사할 수 있도록 굴절시킨다. 따라서, 제1웨이브 가이드(61)의 경사면(68)은 입사되는 광을 소정 각도로 굴절시키는 프리즘의 기능을 한다.
아웃 커플러(69)는 제1웨이브 가이드(61)의 일측면, 즉 도 10에서 제1웨이브 가이드(61)의 하면에 경사면(68)의 일측으로 마련된다. 아웃 커플러(69)는 웨이브 가이드(60)의 내부에서 전반사로 진행한 광이 사용자의 눈쪽으로 방출될 수 있도록 굴절시키는 역할을 한다. 아웃 커플러(69)는 방출되는 광이 사용자의 눈쪽으로 향하도록 굴절시킬 수 있는 한 다양한 방법으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 아웃 커플러(69)는 회절 광학소자(DOE), 홀로그램 광학소자(HOE), 마이크로 패턴(micro pattern), 미러 어레이(mirror array) 등으로 구현할 수 있다.
아웃 커플러(69)의 지름은 사용자의 눈에 대응하는 크기로 형성될 수 있다.
투과반사층(62) 및 제2웨이브 가이드(63)는 상술한 도 2의 웨이브 가이드(10)의 투과반사층(12) 및 제2웨이브 가이드(13)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 도 10의 웨이브 가이드(60)의 경사면(68)으로 입사된 광은 웨이브 가이드(60)의 내부를 통과하는 동안 투과반사층(62)에 의해 여러 갈래로 분기되므로 아웃 커플러(69)를 통해 방출되는 광에 의해 형성되는 영상에 발생하는 암부를 줄일 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 웨이브 가이드를 나타내는 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드(70)는 제1웨이브 가이드(71), 투과반사층(72), 및 제2웨이브 가이드(73)를 포함할 수 있다.
제1웨이브 가이드(71)는 입사되는 광이 전반사에 의해 이동하여 아웃 커플러(79)로 방출하도록 형성된다. 이러한 제1웨이브 가이드(71)는 전반사면(71a)과 투과면(71b)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 공기와 접하는 제1웨이브 가이드(71)의 일측면의 내면, 즉 도 11에서 제1웨이브 가이드(71)의 하면의 내면(71a)은 입사된 광이 전반사되는 전반사면을 형성하고, 제1웨이브 가이드(71)의 반대측면, 즉 도 11에서 제1웨이브 가이드(71)의 상면(71b)은 입사된 광이 투과될 수 있는 투과면을 형성한다.
제1웨이브 가이드(71)의 전반사면(71a)에는 프로젝트부(5)에서 방출된 광이 입사되는 프리즘(78)이 마련된다. 프리즘(78)은 제1웨이브 가이드(71)의 하면에서 아래 방향으로 돌출된 형태로 형성된다. 프리즘(78)은 입사된 광이 제1웨이브 가이드(71)의 내부에 마련된 전반사면(71a)에서 전반사할 수 있도록 굴절시킨다.
제1웨이브 가이드(71)의 전반사면(71a)에는 프리즘(78)의 일측으로 아웃 커플러(79)가 마련된다. 아웃 커플러(79)는 상술한 도 10의 웨이브 가이드(60)의 아웃 커플러(69)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
또한, 투과반사층(72) 및 제2웨이브 가이드(73)는 상술한 도 2의 웨이브 가이드(10)의 투과반사층(12) 및 제2웨이브 가이드(13)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 도 11에 도시된 웨이브 가이드(70)의 프리즘(78)으로 입사된 광은 웨이브 가이드(70)의 내부를 통과하는 동안 투과반사층(72)에 의해 여러 갈래로 분기되므로 아웃 커플러(79)를 통해 방출되는 광에 의해 형성되는 영상에 발생하는 암부를 줄일 수 있다.
이상에서는 인 커플러(18,28,38,48,58,68,78)와 아웃 커플러(19,29,39,49,59,69,79)가 웨이브 가이드(10,20,30,40,50,60,70)의 하면에 설치된 경우에 대해 설명하였으나, 인 커플러(18,28,38,48,58,68,78)와 아웃 커플러(19,29,39,49,59,69,79)의 설치가 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로서 인 커플러(18,28,38,48,58,68,78)와 아웃 커플러(19,29,39,49,59,69,79)는 웨이브 가이드(10,20,30,40,50,60,70)의 동일면이 아니라 서로 다른 면에 설치될 수 있다.
이하, 도 12를 참조하여, 인 커플러와 아웃 커플러가 웨이브 가이드의 다른 면에 설치된 경우에 대해 설명한다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드(10')는 제1웨이브 가이드(11), 투과반사층(12), 제2웨이브 가이드(13), 인 커플러(18), 아웃 커플러(19)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 경우에는 제1웨이브 가이드(11), 투과반사층(12), 제2웨이브 가이드(13)는 도 2에 도시한 실시예에 의한 웨이브 가이드(10)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
인 커플러(18)와 아웃 커플러(19)는 도 2에 도시한 웨이브 가이드(10)의 인 커플러(18) 및 아웃 커플러(19)와 동일하게 구성되나 그 배치가 상이하다.
즉, 인 커플러(18)는 웨이브 가이드(10')의 하면, 즉 제1웨이브 가이드(11)의 하면에 설치되며, 아웃 커플러(19)는 웨이브 가이드(10')의 상면, 즉 제2웨이브 가이드(13)의 상면에 설치된다. 따라서, 웨이브 가이드(10')의 하면에 설치된 인 커플러(18)로 입사된 광은 웨이브 가이드(10')의 상면에 설치된 아웃 커플러(19)를 통해 웨이브 가이드(10')의 상측으로 방출된다.
도시하지는 않았지만, 상술한 다른 실시예의 경우에도, 인 커플러(28,38,48,58,68,78)와 아웃 커플러(29,39,49,59,69,79)를 웨이브 가이드(20,30,40,50,60,70)의 다른 면에 형성할 수 있다.
이하, 상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드를 제조하는 방법에 대해 도 13a 내지 도 13d를 참조하여 설명한다.
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 13a에 도시된 바와 같이, 공기보다 큰 굴절율을 갖는 투명재질로 제1웨이브 가이드(11)를 형성한다.
이어서, 도 13b에 도시된 바와 같이, 제1웨이브 가이드(11)의 상면(11b)에 투과반사층(12)을 형성한다. 투과반사층(12)은 코팅, 증착, 필림 부착 등과 같은 다양한 방법으로 형성할 수 있다.
예를 들면, 금, 은, 알루미늄 등과 같은 금속, 유전체 등을 제1웨이브 가이드(11)의 상면(11b)에 코팅하여 투과반사층(12)을 형성할 수 있다. 또는, 반 투과-반 반사 기능이 있는 광학 필름을 제1웨이브 가이드(11)의 상면(11b)에 부착하여 투과반사층(12)을 형성할 수 있다. 또는, 제1웨이브 가이드(11)의 상면(11b)에 부분 투과-부분 반사가 가능한 회절 구조를 증착하여 투과반사층(12)을 형성할 수 있다.
이어서, 도 13c에 도시된 바와 같이, 투과반사층(12)의 상면에 제2웨이브 가이드(13)를 형성한다. 이때, 제2웨이브 가이드는 공기보다 큰 굴절율을 갖는 투명재질로 형성한다.
끝으로, 도 13d에 도시된 바와 같이, 제1웨이브 가이드(11)의 하면에 인 커플러(18)와 아웃 커플러(19)를 형성하면, 웨이브 가이드(10)의 제조가 완료된다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드(10)는 프로젝트부(5)에서 방출되는 광의 지름이 웨이브 가이드(10)의 두께보다 작은 경우에도 웨이브 가이드(10)의 아웃 커플러(19)에서 방출되는 광에 의해 형성되는 영상에 발생되는 암부를 없애거나 최소화할 수 있다. 따라서, 웨이브 가이드(10)로 입사되는 광의 지름을 웨이브 가이드(10)의 두께 이상으로 하기 위해 별도의 광학 요소를 사용할 필요가 없으므로, 프로젝트부의 크기를 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이브 가이드를 사용하는 웨어러블 표시장치는 종래 기술에 의한 웨이브 가이드를 사용하는 웨어러블 표시장치보다 크기를 줄일 수 있다.
상기에서 본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며, 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구범위의 범주 내에서 자유로이 실시될 수 있을 것이다.
1; 웨어러블 표시장치 3; 지지부
5; 프로젝트부
10,20,30,40,50,60,70; 웨이브 가이드
11,21,31,41,51,61,71; 제1웨이브 가이드
12,22,32,42,52,62,72; 투과반사층
13,23,35,45,55,63,73; 제2웨이브 가이드
34,44,54; 제2투과반사층
33,43,53; 제3웨이브 가이드

Claims (20)

  1. 광을 생성하는 광원;
    입사된 광을 전파시키는 제1웨이브 가이드;
    상기 제1웨이브 가이드의 상면에 마련되며, 광의 일부는 반사하고 나머지 광은 투과시키는 투과반사층;
    상기 투과반사층의 상면에 마련되며, 입사된 광을 전파시키는 제2웨이브 가이드;
    상기 제1웨이브 가이드에 마련되며, 상기 광원에서 생성된 광을 상기 제1웨이브 가이드로 입사시키는 인 커플러(in-coupler); 및
    상기 제1웨이브 가이드와 상기 제2웨이브 가이드 중 하나에 마련되며, 전파된 광을 외부로 내보내는 아웃 커플러(out-coupler);를 포함하는, 광학 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과반사층과 상기 제2웨이브 가이드 사이에는 적어도 한 개의 웨이브 가이드와 적어도 한 개의 투과반사층이 더 마련되는, 광학 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 투과반사층은 상기 적어도 한 개의 투과반사층과 크기가 다른, 광학 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과반사층은 상기 제1웨이브 가이드의 일면의 일부를 덮을 수 있도록 마련되는, 광학 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 투과반사층은 상기 인 커플러에 대응하는 위치에 마련되는, 광학 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과반사층은 상기 제1웨이브 가이드의 상면의 전부를 덮을 수 있도록 형성되는, 광학 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 인 커플러와 상기 아웃 커플러는 모두 상기 제1웨이브 가이드에 설치되는, 광학 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 인 커플러는 상기 제1웨이브 가이드의 일단에 형성된 경사면을 포함하는, 광학 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 인 커플러는 상기 제1웨이브 가이드에 설치된 프리즘을 포함하는, 광학 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 인 커플러와 상기 아웃 커플러는 회절 광학 소자, 편광 선택적 코팅, 프리즘 중 하나인, 광학 시스템.
  11. 제1웨이브 가이드, 투과반사층, 제2웨이브 가이드, 인 커플러, 및 아웃 커플러를 포함하는 웨이브 가이드의 광이동방법에 있어서,
    광이 상기 인 커플러를 통과하며 굴절되어 상기 투과반사층에 입사하는 단계;
    상기 투과반사층에 입사한 광의 일부는 상기 투과반사층에 의해 반사되어 상기 제1웨이브 가이드로 입사되고, 나머지 광은 상기 투과반사층을 투과하여 상기 제2웨이브 가이드로 입사되는 단계;
    상기 제1웨이브 가이드에 입사된 광은 전반사되어 상기 투과반사층으로 입사되는 단계;
    상기 제1웨이브 가이드에 의해 전반사되어 상기 투과반사층으로 입사된 광의 일부는 상기 투과반사층에 의해 반사되어 상기 제1웨이브 가이드로 입사되고, 나머지 광은 상기 투과반사층을 투과하여 상기 제2웨이브 가이드로 입사되는 단계;
    상기 제2웨이브 가이드에 입사된 광은 전반사되어 상기 투과반사층으로 입사되는 단계;
    상기 제2웨이브 가이드에 의해 전반사되어 상기 투과반사층으로 입사된 광의 일부는 상기 투과반사층에 의해 반사되어 상기 제2웨이브 가이드로 입사되고, 나머지 광은 상기 투과반사층을 투과하여 상기 제1웨이브 가이드로 입사되는 단계; 및
    상기 제1웨이브 가이드와 상기 제2웨이브 가이드를 통해 이동한 광이 상기 아웃 커플러에 의해 굴절되어 상기 웨이브 가이드에서 나오는 단계;를 포함하는, 웨이브 가이드의 광이동방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광이 상기 인 커플러를 통과하며 굴절되어 상기 투과반사층에 입사하는 단계는,
    상기 인 커플러를 통과하며 굴절된 광이 상기 제1웨이브 가이드 또는 상기 제2웨이브 가이드에 전반사되는 단계를 더 포함하는, 웨이브 가이드의 광이동방법.
  13. 영상을 형성하는 광을 투사하는 프로젝션부; 및
    상기 프로젝션부에서 나오는 광을 안내하는 웨이브 가이드;를 포함하며,
    상기 웨이브 가이드는,
    입사된 광을 전파시키는 제1웨이브 가이드;
    상기 제1웨이브 가이드의 상면에 마련되며, 광의 일부는 반사하고 나머지 광은 투과시키는 투과반사층;
    상기 투과반사층의 상면에 마련되며, 입사된 광을 전파시키는 제2웨이브 가이드;
    상기 제1웨이브 가이드에 마련되며, 상기 프로젝션부에서 투사된 광을 상기 제1웨이브 가이드로 입사시키는 인 커플러; 및
    상기 제1웨이브 가이드와 상기 제2웨이브 가이드 중 하나에 마련되며, 전파된 광을 외부로 내보내는 아웃 커플러;를 포함하는, 웨어러블 표시장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 투과반사층과 상기 제2웨이브 가이드 사이에는 적어도 한 개의 웨이브 가이드와 적어도 한 개의 투과반사층이 더 마련되는, 웨어러블 표시장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 투과반사층은 상기 제1웨이브 가이드의 투과면의 일부를 덮도록 마련되는, 웨어러블 표시장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 투과반사층은 상기 인 커플러에 대응하는 위치에 마련되는, 웨어러블 표시장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 투과반사층은 상기 제1웨이브 가이드의 상면 전부를 덮을 수 있도록 형성되는, 웨어러블 표시장치.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 인 커플러와 상기 아웃 커플러는 모두 상기 제1웨이브 가이드에 설치되는, 웨어러블 표시장치.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 인 커플러와 상기 아웃 커플러는 회절 광학 소자, 편광 선택적 코팅, 프리즘 중 하나인, 웨어러블 표시장치.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 웨어러블 표시장치는 헤드 마운트 디스플레이 또는 스마트 안경을 포함하는, 웨어러블 표시장치.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102113434B1 (ko) * 2019-11-15 2020-05-20 전자부품연구원 도파광의 선택적 출광을 통한 도파관 디스플레이의 시야각 확장 구조 및 방법
WO2022108150A1 (ko) * 2020-11-19 2022-05-27 삼성전자 주식회사 빛 간섭이 방지되는 증강 현실 웨어러블 전자 장치
US11410579B2 (en) 2019-10-21 2022-08-09 Samsung Display Co., Ltd. Display device
WO2023059134A1 (ko) * 2021-10-08 2023-04-13 삼성전자 주식회사 웨이브가이드 및 이를 채용한 증강현실 디바이스
US11822074B2 (en) 2021-12-08 2023-11-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Wearable electronic device implementing distributed system for processing contents and vision

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11307420B2 (en) 2017-07-03 2022-04-19 Holovisions LLC Augmented reality eyewear with “ghost buster” technology
US11163163B2 (en) 2017-07-03 2021-11-02 Holovisions Augmented reality (AR) eyewear with at least one quasi Fresnel reflector (QFR)
US11754843B2 (en) 2017-07-03 2023-09-12 Holovisions LLC Augmented reality eyewear with “ghost buster” technology
WO2021001841A1 (en) * 2019-07-04 2021-01-07 Lumus Ltd. Image waveguide with symmetric beam multiplication
WO2021132097A1 (ja) * 2019-12-27 2021-07-01 富士フイルム株式会社 導光素子および画像表示装置
CN113391393A (zh) * 2021-06-28 2021-09-14 维沃移动通信有限公司 光学系统和可穿戴设备
US11874463B2 (en) * 2021-08-04 2024-01-16 Himax Technologies Limited Waveguide combiner with at least one embedded film layer
CN113625453A (zh) * 2021-09-06 2021-11-09 维沃移动通信有限公司 光学系统和可穿戴设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014142386A (ja) * 2013-01-22 2014-08-07 Seiko Epson Corp 光学デバイス及び画像表示装置
KR20140102258A (ko) * 2011-12-13 2014-08-21 옵틴벤트 겹쳐진 안내 요소들을 지닌 광학 가이드와 그 제조 방법
KR20150023712A (ko) * 2012-06-12 2015-03-05 마이크로소프트 코포레이션 광시야의 가상 영상 프로젝터
JP2015161737A (ja) * 2014-02-26 2015-09-07 オリンパス株式会社 表示方法及び表示装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6307987B1 (en) 1998-09-01 2001-10-23 Nec Corporation Optical luminescent display device
KR100449704B1 (ko) 2001-08-25 2004-09-22 삼성전자주식회사 착용형 디스플레이 시스템
GB2375188B (en) 2001-04-30 2004-07-21 Samsung Electronics Co Ltd Wearable Display Apparatus with Waveguide Having Diagonally Cut End Face
KR100403599B1 (ko) 2001-11-06 2003-10-30 삼성전자주식회사 조명계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템
JP4100276B2 (ja) 2003-07-04 2008-06-11 セイコーエプソン株式会社 照明装置及びプロジェクタ
US8094377B2 (en) 2009-05-13 2012-01-10 Nvis, Inc. Head-mounted optical apparatus using an OLED display
US9933684B2 (en) * 2012-11-16 2018-04-03 Rockwell Collins, Inc. Transparent waveguide display providing upper and lower fields of view having a specific light output aperture configuration
KR102399512B1 (ko) 2015-02-26 2022-05-19 엘지이노텍 주식회사 프론트 라이트 유닛 및 이를 포함하는 허상 표시 장치
KR101732880B1 (ko) 2015-08-17 2017-05-08 (주)그린광학 도파로를 이용한 헤드마운트 디스플레이용 광학계
IL241033B (en) 2015-09-02 2021-12-01 Eyeway Vision Ltd Projector system and method for ocular projection
EP3205512B1 (en) * 2016-02-09 2018-06-13 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA - Recherche et Développement Optical security device
EP3440497B1 (en) 2016-04-08 2023-08-16 Magic Leap, Inc. Augmented reality systems and methods with variable focus lens elements
WO2018213388A1 (en) * 2017-05-16 2018-11-22 Magic Leap, Inc. Systems and methods for mixed reality
US11422369B1 (en) * 2017-06-14 2022-08-23 Meta Platforms Technologies, Llc Multi-layered substrates for waveguide displays

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140102258A (ko) * 2011-12-13 2014-08-21 옵틴벤트 겹쳐진 안내 요소들을 지닌 광학 가이드와 그 제조 방법
KR20150023712A (ko) * 2012-06-12 2015-03-05 마이크로소프트 코포레이션 광시야의 가상 영상 프로젝터
JP2014142386A (ja) * 2013-01-22 2014-08-07 Seiko Epson Corp 光学デバイス及び画像表示装置
JP2015161737A (ja) * 2014-02-26 2015-09-07 オリンパス株式会社 表示方法及び表示装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11410579B2 (en) 2019-10-21 2022-08-09 Samsung Display Co., Ltd. Display device
KR102113434B1 (ko) * 2019-11-15 2020-05-20 전자부품연구원 도파광의 선택적 출광을 통한 도파관 디스플레이의 시야각 확장 구조 및 방법
WO2022108150A1 (ko) * 2020-11-19 2022-05-27 삼성전자 주식회사 빛 간섭이 방지되는 증강 현실 웨어러블 전자 장치
WO2023059134A1 (ko) * 2021-10-08 2023-04-13 삼성전자 주식회사 웨이브가이드 및 이를 채용한 증강현실 디바이스
US11822074B2 (en) 2021-12-08 2023-11-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Wearable electronic device implementing distributed system for processing contents and vision

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