KR20200102102A - 착용식 디스플레이용 광학유닛 및 이의 형성 방법 그리고 이를 구비하는 증강현실 표시 글래스 - Google Patents

착용식 디스플레이용 광학유닛 및 이의 형성 방법 그리고 이를 구비하는 증강현실 표시 글래스 Download PDF

Info

Publication number
KR20200102102A
KR20200102102A KR1020190020276A KR20190020276A KR20200102102A KR 20200102102 A KR20200102102 A KR 20200102102A KR 1020190020276 A KR1020190020276 A KR 1020190020276A KR 20190020276 A KR20190020276 A KR 20190020276A KR 20200102102 A KR20200102102 A KR 20200102102A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical
pieces
piece
convex lens
display device
Prior art date
Application number
KR1020190020276A
Other languages
English (en)
Inventor
문현찬
유태경
Original Assignee
주식회사 아이디스
주식회사 루멘스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 아이디스, 주식회사 루멘스 filed Critical 주식회사 아이디스
Priority to KR1020190020276A priority Critical patent/KR20200102102A/ko
Publication of KR20200102102A publication Critical patent/KR20200102102A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/30—Collimators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/014—Head-up displays characterised by optical features comprising information/image processing systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 투명하면서 콤팩트한 구조로 제작 가능하여, 스마트 글래스 등과 같은 착용식 디스플레이를 비롯하여, 투명한 프롬프터 등에 적용할 수 있는 디스플레이용 광학유닛에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광학유닛은 광가이드 렌즈패널에 형성되는 비정형 패턴부;를 포함한다.
상기 비정형 패턴부는 상기 광가이드 렌즈패널의 일방향을 따라 배열되고, 사면 또는 곡면이 형성되어 있는 다수의 광학편을 포함한다.
상기 다수의 광학편 중 적어도 일부는 상호 이웃하는 광학편 간에 서로 다른 구조의 상기 곡면 또는 서로 다른 구조의 상기 사면을 갖도록 구성된다.
상기 서로 다른 구조는 서로 다른 경사도로 구성된다.
상기 다수의 광학편은 상기 비정형 패턴부의 중심부에서 멀어질수록 더 큰 경사도의 곡면 또는 사면을 갖도록 배치되는 광학편들을 포함한다.

Description

착용식 디스플레이용 광학유닛 및 이의 형성 방법 그리고 이를 구비하는 증강현실 표시 글래스{OPTICAL UNIT FOR WEARABLE DISPLAY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF AND AR DISPLAY GLASSES WITH THE SAME}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 특히 투명하면서 콤팩트한 구조로 제작 가능하여, 스마트 글래스, 헬멧용 디스플레이 등과 같은 착용식 디스플레이에 적용 가능하고, 더 나아가 투명한 프롬프터 등에 적용할 수 있는 착용식 디스플레이의 광학유닛 및 이의 형성 방법 그리고 이를 구비하는 증강현실 표시 글래스에 관한 것이다.
일반적으로, 헤드 마운트 디스플레이(Head Mounted Display) 장치와 같은 착용식 디스플레이는 1인치 이하의 초소형 디스플레이 소자에서 발생하는 영상광을 빛의 굴절을 이용하는 광학계를 이용하여 일정 거리에 가상의 대형 화면이 구성될 수 있도록 초점을 형성함으로써, 사용자로 하여금 확대 허상을 볼 수 있도록 하는 화상 표시 장치이다.
착용식 디스플레이는 처음에는 군사용으로 개발 및 사용하기 시작하였으나 컴퓨터 시스템의 고성능화, 소형화 그리고 LCD 등의 디스플레이 장치의 발전, 영상 및 통신 기술의 발전 등의 다양한 요인에 의해 점차 민간용으로도 사용이 확대되고 있다. 이러한 착용식 디스플레이는 특히 시-쓰루(See-Through) 형태로 구현시 증강현실(AR) 표시장치에 적용될 수 있다.
종래 착용식 디스플레이용 광학계는 그 구성이 간단하여 제작비가 저렴한 장점이 있으나, 대화면을 구현하기 위해서 접안렌즈의 두께를 두껍게 해야하고, 빔스플리터(Beam Splitter)가 반드시 설치되어야 했다.
이에 따라, 종래 착용식 디스플레이용 광학계는 두꺼운 접안렌즈와 빔스플리터의 설치를 위한 공간이 추가적으로 더 필요하였고, 이로 인해 광학계의 부피가 커지게 되어 착용식 디스플레이의 콤팩트화에 한계가 있었다.
또한, 오목반사거울을 사용하는 광학 시스템의 경우 이 오목반사거울에 착용자 자신의 눈 형상이 비쳐 보인다는 문제점이 있었다.
한국공개특허 제10-2002-0010810호 (2002.02.06.공개) 한국공개특허 제10-2013-0034125호 (2013.04.05.공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래 착용식 디스플레이 대비 그 무게와 부피를 크게 감소시킬 수 있는 광학유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 두꺼운 접안렌즈와 별도의 빔스플리터(Beam Splitter)를 사용하지 않고도 대화면을 구현할 수 있는 투명 디스플레이 장치 및 이를 구비하는 광학 보조 기구를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학유닛은 영상광을 출력하는 영상원; 상기 영상원으로부터 출사된 영상광을 평행하게 만들어주는 콜리메이팅 렌즈; 상기 콜리메이팅 렌즈를 거친 상기 영상광을 광가이드 렌즈패널에 입력하는 프리즘 커플러; 및 투명한 판형으로 형성되는 상기 광가이드 렌즈패널;을 구비하는 광학계에 적용되는 광학유닛에 있어서, 상기 광가이드 렌즈패널에 형성되는 비정형 패턴부를 포함한다.
상기 비정형 패턴부는 상기 광가이드 렌즈패널의 일방향을 따라 배열되고, 사면 또는 곡면이 형성되어 있는 다수의 광학편을 포함한다.
상기 다수의 광학편 중 적어도 일부는 상호 이웃하는 광학편 간에 서로 다른 구조의 상기 곡면 또는 서로 다른 구조의 상기 사면을 갖도록 구성된다.
상기 서로 다른 구조는 서로 다른 경사도로 구성된다.
상기 다수의 광학편은 상기 비정형 패턴부의 중심부에서 멀어질수록 더 큰 경사도의 곡면 또는 사면을 갖도록 배치되는 광학편들을 포함한다.
본 발명에 따른 투명 디스플레이 장치에 의하면, 최소한의 광학 부품과 설치 공간을 갖는 디스플레이 장치를 제조할 수 있어, 특히 스마트 글래스와 같은 착용식 디스플레이에 적용할 경우 매우 콤팩트한 구조를 구현할 수 있게 되었다.
본 발명에 따른 투명 디스플레이 장치에 의하면, 두꺼운 접안렌즈와 별도의 빔스플리터(Beam Splitter)를 사용하지 않고도 대화면을 구현할 수 있게 되었다.
도 1은 본 발명에 따른 투명 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 상면도.
도 2는 본 발명에 따른 투명 디스플레이 장치의 외관을 개략적으로 도시한 사시도.
도 3 (a),(b),(c),(d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 패턴부 형성 방법의 공정 순서도.
도 4 (a),(b),(c)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비정형 패턴부 형성 방법의 공정 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 투명 디스플레이 장치를 구비하는 광학 보조 기구의 일례.
도 6은 본 발명에 따른 투명 디스플레이 장치를 구비하는 광학 보조 기구의 또 다른 일례.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "갖다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것인데, 이는 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 즉, 본 명세서에서 지칭하는 "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 경우뿐만 아니라 대상 부분의 앞 또는 뒤에 위치하는 경우도 포함한다.
또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 투명 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 상면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 투명 디스플레이 장치의 외관을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 투명 디스플레이 장치는 영상원(10), 콜리메이팅 렌즈(20), 프리즘 커플러(30), 광가이드 렌즈패널(40), 및 비정형 패턴부(50)를 포함한다.
본 발명의 영상원(10)은 동영상, 사진, 그림, 문자, 숫자, 기호 등을 포함하는 영상광을 생성 출력하는 장치로서, 영상광은 R,G,B 각 색상 성분으로 조합된 영상일 수 있다.
영상원(10)은 예컨대 LED(Light Emitting Diode), LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes), DLP(Digital Light Processing) 또는 LCos(Liquid Crystal on Silicon) 등의 디스플레이 소자를 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 영상원(10)은 마이크로 디스플레이 소자로 구성될 수 있으며, 예컨대 마이크로 LCD 소자, 마이크로 LED 소자, 마이크로 OLED 소자로 구성될 수 있다.
본 발명의 콜리메이팅 렌즈(Collimating Lens,20)는 영상원(10)과 함께 함체(15) 내부에 설치되어, 영상원(10)으로부터 출사된 영상광을 평행하게 만드는 광학소자이다.
콜리메이팅 렌즈(20)는 영상광의 전부가 입사될 수 있는 크기와 위치를 갖도록 구성된다. 예컨대, 콜리메이팅 렌즈(20)는 영상원(10) 전방에 배치될 수 있다.
본 발명의 프리즘 커플러(Prism coupler,30)는 광가이드 렌즈패널(40)에 영상광의 입력을 행하는 광학소자이다.
프리즘 커플러(30)는 영상광이 출사되는 출사면이 광가이드 렌즈패널(40)의 일 측면 상에 접속되게 구성된다.
따라서, 영상원(10)으로부터 출력된 영상광은 콜리메이팅 렌즈(20)를 거치면서 평행광으로 집속된 후 프리즘 커플러(30)에 입사하고, 프리즘 커플러(30)에서 반사되어 광가이드 렌즈패널(40)로 들어가게 된다.
한편, 이러한 프리즘 커플러(30)를 대신하여 그레이팅 커플러(Grating coupler)로 구성할 수도 있다.
본 발명의 광가이드 렌즈패널(40)은 프리즘 커플러(30)로부터 입력된 영상광의 진행을 안내하는 광학소자로서, 투명한 판형 부재로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 '판형 부재'란 평평한 평판형 부재는 물론 완만한 곡판형 부재를 포함한다.
구체적으로, 광가이드 렌즈패널(40)은 프리즘 커플러(30)와 접속되어, 이 프리즘 커플러(30)로부터 입사된 영상광이 진행할 수 있도록 유도하는 통로 역할을 한다. 즉, 광가이드 렌즈패널(40)은 입력된 영상광을 직진시켜 비정형 패턴부(50) 측으로 전파시키도록 구성된다.
바람직한 실시예에 따르면, 광가이드 렌즈패널(40)의 일 측면에는 사면(41)이 형성될 수 있다. 상기 경우, 프리즘 커플러(30)의 출사면은 광가이드 렌즈패널(40)의 상기 사면(41) 상에 접속되는 구조로 구성될 수 있다. 상기 경우, 프리즘 커플러(30)의 출사면을 통해 출사되는 영상광은 상기 사면(41)을 통해 광가이드 렌즈패널(40)로 입력되게 된다.
한편, 광가이드 렌즈패널(40)의 외측면에는 외부 빛에 의한 변색을 방지하고, 실외에서 사용시 외부 빛을 차단해 주는 변색 코팅막(60)이 더 형성될 수 있다.
본 발명의 비정형 패턴부(50)는 광가이드 렌즈패널(40)로 입사되어 진행하는 영상광을 굴절 및 확장시켜 사용자에게 시각적으로 표시 제공하는 광학소자이다.
구체적으로, 비정형 패턴부(50)는 광가이드 렌즈패널(40)의 일방향을 따라 배열되는 구조로 형성되는 다수 개의 광학편(51)을 포함한다.
광학편(51)은 곡면 또는 사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 광학편(51)은 곡면 또는 사면으로 형성된 일면을 포함하고, 상기 곡면 또는 사면의 일면은 광학편(51)의 외면들 중 하나의 면에 해당한다.
한편, 광학편(51)은 일면에 곡면과 사면이 혼합된 형태로 형성될 수도 있다. 예컨대, 일면의 주면은 사면으로 형성되고, 일면의 상단면과 하단면은 곡면으로 형성될 수도 있으며, 이러한 구조 역시 본 발명의 광학편(51)의 구조에 포함된다.
그리고, 다수의 광학편(51) 중 적어도 일부는 상호 이웃하는 광학편(51) 간에 서로 다른 구조의 곡면, 또는 서로 다른 구조의 사면을 갖도록 구성된다. 여기서, 상기 '서로 다른 구조'란 경사도가 서로 다음을 의미할 수 있다. 따라서, '서로 다른 구조의 곡면'이란 서로 다른 경사도로 형성되는 곡면을 의미하고, '서로 다른 구조의 사면'이란 서로 다른 경사도로 형성되는 사면을 의미할 수 있다.
예컨대, 일면이 곡면으로 형성되고 상호 이웃하게 배치되는 제1 광학편과 제2 광학편을 가정할 경우, 제2 광학편의 곡면은 제1 광학편의 곡면의 경사도보다 더 큰 곡면 경사도를 갖도록 구성된다. 여기서, 상기 '곡면 경사도'는 곡면의 중심에 접하는 면(또는 접선)이 광학편(51)의 평평한 밑면에 대해 기울어진 정도를 의미할 수 있다.
마찬가지로, 일면이 사면으로 형성되고 상호 이웃하게 배치되는 제3 광학편과 제4 광학편을 가정할 경우, 제3 광학편의 사면은 제4 광학편의 사면의 경사도보다 더 큰 사면 경사도를 갖도록 구성된다. 여기서, 상기 '사면의 경사도'는 광학편(51)의 평평한 밑면에 대해 사면이 기울어진 정도를 의미할 수 있다.
바람직하게는, 다수의 광학편(51)은 비정형 패턴부(50)의 중심부에서 멀어질수록 더 큰 경사도의 곡면 또는 사면을 갖도록 배치되는 광학편(51)들을 포함한다.
보다 바람직하게는, 비정형 패턴부(50)는 그 중심부에서 멀어질수록 더 큰 경사도의 곡면 또는 사면을 갖는 광학편(51)이 배치되도록 구성될 수 있다. 상기 경우, 비정형 패턴부(50)는 그 중심부를 기준으로 상호 대칭 구조를 갖는 광학편(51)들로 구성된다.
도 3을 참조하여 설명하면,'51a'에 해당하는 광학편이 배치된 위치가 비정형 패턴부(50)의 중심부에 해당하고, 중심부(51a)를 기준으로 좌측 영역에 있는 광학편 그룹(이하 '제1 광학편 그룹'이라 칭함)과 우측 영역에 있는 광학편 그룹(이하, '제2 광학편 그룹'이라 칭함)으로 구분될 수 있다.
상기 경우, 제1 광학편 그룹은 곡면의 경사도가 서로 상이한 광학편(51)으로 구성되고, 바람직하게는 중심부(51a)에서 좌측으로 갈수록 더 큰 경사도의 곡면을 갖는 광학편(51)이 배치되도록 구성된다.
제2 광학편 그룹은 곡면의 경사도가 서로 상이한 광학편(51)으로 구성되고, 바람직하게는 중심부(51a)에서 우측으로 갈수록 더 큰 경사도의 곡면을 갖는 광학편(51)이 배치되도록 구성된다.
바람직하게는, 제1 광학편 그룹과 제2 광학편 그룹은 중심부(51a)를 기준으로 상호 대칭 구조를 갖도록 구성될 수 있다.
한편, 도 4 실시예의 경우 '53a'에 해당하는 광학편이 중심부에 해당하고, 중심부(53a)의 좌측영역에 있는 제3 광학편 그룹은 사면의 경사도가 서로 상이한 광학편(51)으로 구성되고, 바람직하게는 중심부(53a)에서 좌측으로 갈수록 더 큰 경사도의 사면을 갖는 광학편(51)이 배치되도록 구성된다.
그리고, 도 4의 중심부(53a)의 우측영역에 있는 제4 광학편 그룹은 사면의 경사도가 서로 상이한 광학편(51)으로 구성되고, 바람직하게는 중심부(53a)에서 우측으로 갈수록 더 큰 경사도의 사면을 갖는 광학편(51)이 배치되도록 구성된다.
바람직하게는, 제3 광학편 그룹과 제4 광학편 그룹은 중심부(53a)를 기준으로 상호 대칭 구조를 갖도록 구성될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 비정형 패턴부(50)를 형성하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 3 (a),(b),(c),(d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정형 패턴부 형성 방법의 공정 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 비정형 패턴부(50)는 다수의 광학편(51)을 포함하는데, 이 다수의 광학편(51)은 볼록렌즈(100)를 다수 개의 조각(101)으로 분할하고 연마하여 형성된 볼록렌즈 조각(101)들로 구성된다.
상기 경우, 볼록렌즈 조각(101)의 곡면 중 적어도 일부영역이 비정형 패턴부(50)의 광학편(51)의 곡면에 해당하게 된다. 참고로, 도 3 실시예의 경우, 볼록렌즈 조각(101)의 곡면이 비정형 패턴부(50)의 광학편(51)의 곡면이 되게 구성하였다.
먼저, 볼록렌즈(100)를 준비한 후, 이 볼록렌즈(100)를 세로방향(S1)으로 절단하여 다수 개로 분할한다(도 3(a),(b) 참조). 이때, 볼록렌즈(100)는 밑면이 평평한 평면볼록렌즈를 사용하는 것이 바람직하고, 등간격으로 분할하는 것이 바람직하다. 다수의 광학편(51)은 이처럼 볼록렌즈(100)를 등간격으로 분할하여 형성된 다수 개의 볼록렌즈 조각(101)으로 구성된다.
다음으로, 볼록렌즈 조각(101)들 간의 높이 편차를 줄이기 위해 각 볼록렌즈 조각(101)의 밑면을 깎아내는 연마공정을 수행한다. 바람직하게는, 도 3(c)와 같이 모든 볼록렌즈 조각(101)이 동일한 최대 높이(H1)를 갖도록 연마공정을 수행하는 것이 좋다.
볼록렌즈 조각(101)의 밑면 연마가 완료되면, 지지패널 상에 그 가로길이방향을 따라 볼록렌즈 조각(101)들을 나란히 배열 및 고정시킴으로써 본 발명의 비정형 패턴부(50)가 형성된다(도 3(d) 참조).
이때, 지지패널은 광가이드 렌즈패널(40)이거나, 또는 별도의 얇고 투명한 박판일 수 있다. 만약, 지지패널을 별도의 박판으로 구성하면, 다수의 광학편(51)이 부착된 박판을 광가이드 렌즈패널(40)에 부착함으로써 비정형 패턴부(50)가 형성된 광가이드 렌즈패널(40)을 제조할 수 있다.
도 3 실시예에 따른 공정이 모두 완료되면, 도 3(d)와 같이, 다수의 볼록렌즈 조각(즉, 광학편(51))이 일방향으로 나란히 배열되어 있는 비정형 패턴부(50)가 형성된다. 이러한 비정형 패턴부(50)는 그 중심부(51a)에서 멀어질수록 점차 더 큰 경사도의 곡면을 갖는 광학편(51)이 배치된 구조를 갖게 된다. 그리고, 비정형 패턴부(50)는 그 중심부(51a)를 기준으로 상호 대칭 구조를 갖는 광학편(51)들로 이루어질 수 있다.
한편, 도 3(e)와 같이, 지지패널의 광학편(51)이 형성되어 있는 영역에 투명한 수지재를 도포 및 경화시켜 투명 코팅층(70)을 더 형성할 수 있다. 상기 경우, 투명 코팅층(70)은 비정형 패턴부(50)을 덮으며 내부에 수용하는 구조로 형성될 수 있다.
도 4 (a),(b),(c)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비정형 패턴부 형성 방법의 공정 순서도이다.
도 4 실시예의 비정형 패턴부 형성 방법은 도 3의 실시예와 동일하되, 다만 볼록렌즈 조각(즉, 광학편)의 곡면을 연마하는 공정을 더 포함하는 것이 차이점이다.
도 3의 실시예에 따라 형성된 비정형 패턴부(50)는 곡면을 갖는 볼록렌즈 조각(즉, 광학편(51))들로 이루어진다. 즉, 도 3(d)와 같은 상태에서, 각 광학편 (51)의 곡면을 연마하여 사면으로 만들면, 도 4(b)와 같이 비정형 패턴부(50)는 사면을 갖는 광학편(53)으로 구성되게 된다.
이때, 볼록렌즈 조각(즉, 광학편(51))의 곡면의 연마는 비정형 패턴부(50)의 중심부(53a)에서 멀어질수록 더 큰 경사도의 사면을 갖는 광학편이 배치되도록 수행된다.
도 4 실시예에 따른 공정이 모두 완료되면, 도 4(b)와 같이, 다수의 볼록렌즈 조각(즉, 광학편(53))이 일방향으로 나란히 배열되어 있는 비정형 패턴부(50)가 형성된다. 이러한 비정형 패턴부(50)는 그 중심부(53a)에서 멀어질수록 점차 더 큰 경사도의 사면을 갖는 광학편(53)이 배치된 구조를 갖게 된다. 그리고, 비정형 패턴부(50)는 그 중심부(51a)를 기준으로 상호 대칭 구조를 갖는 광학편(53)들로 이루어질 수 있다.
한편, 도 4의 확장 실시예는 도 3(e)의 실시예와 마찬가지로, 투명한 수지재를 도포하여 투명 코팅층(70)을 더 형성할 수 있다. 상기 경우, 투명 코팅층(70)은 비정형 패턴부(50)을 덮으며 내부에 수용하는 구조로 형성될 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 투명 디스플레이 장치는 다양한 광학 보조 기구에 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 투명 디스플레이 장치를 구비하는 광학 보조 기구의 일례로서, 본 발명의 투명 디스플레이 장치를 안경 타입의 착용식 디스플레이(즉, 스마트 글래스)에 적용한 형태를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 투명 디스플레이 장치(10,20,30)의 일측은 안경의 다리(1) 측에 결합되고, 타측(특히, 프리즘 커플러(30))은 안경렌즈(40)에 접속되게 구성하였다. 상기 경우, 안경렌즈(40)는 본 발명의 광가이드 렌즈패널(40)에 해당할 수 있고, 이러한 안경렌즈에 비정형 패턴부(50)가 형성될 수 있다.
상기 경우, 영상원(10)에서 출력되는 영상광은 콜리메이팅 렌즈(20) 및 프리즘 커플러(30)를 거쳐 안경렌즈(즉, 광가이드 렌즈패널(40))에 입력된 후, 비정형 패턴부(50)를 통해 스마트 글래스 착용자에게 해당 영상이 표시 제공되게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 투명 디스플레이 장치를 구비하는 광학 보조 기구의 또 다른 일례로서, 본 발명의 투명 디스플레이 장치를 투명 프롬프터(Prompter)에 적용한 형태를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 투명 디스플레이 장치(10,20,30)의의 일측은 프롬프터의 지지대(5) 측에 결합되고, 타측(특히, 프리즘 커플러(30))은 프롬프터의 투명판(즉, 프롬프터 화면(40))에 접속되게 구성하였다. 상기 경우, 프롬프터의 투명판(40)은 본 발명의 광가이드 렌즈패널(40)에 해당할 수 있고, 이러한 프롬프터 투명판(40)에 비정형 패턴부(50)가 형성될 수 있다.
상기 경우, 영상원(10)에서 출력되는 영상광은 콜리메이팅 렌즈(20) 및 프리즘 커플러(30)를 거쳐 프롬프터의 투명판(즉, 광가이드 렌즈패널(40))에 입력되고, 프롬프터 사용자는 비정형 패턴부(50)에 의해 해당 영상을 볼 수 있게 된다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 영상원 20: 콜리메이팅 렌즈
30: 프리즘 커플러 40: 광가이드 렌즈패널
50: 비정형 패턴부 51,53: 광학편
70: 투명 코팅층 100: 볼록렌즈
101: 볼록렌즈 조각

Claims (11)

  1. 영상광을 출력하는 영상원; 상기 영상원으로부터 출사된 영상광을 평행하게 만들어주는 콜리메이팅 렌즈; 상기 콜리메이팅 렌즈를 거친 상기 영상광을 광가이드 렌즈패널에 입력하는 프리즘 커플러; 및 투명한 판형으로 형성되는 상기 광가이드 렌즈패널;을 구비하는 광학계에 적용되는 광학유닛에 있어서,
    상기 광학유닛은, 상기 광가이드 렌즈패널에 형성되는 비정형 패턴부;를 포함하고,
    상기 비정형 패턴부는, 상기 광가이드 렌즈패널의 일방향을 따라 배열되고, 사면 또는 곡면이 형성되어 있는 다수의 광학편을 포함하고,
    상기 다수의 광학편 중 적어도 일부는, 상호 이웃하는 광학편 간에 서로 다른 구조의 상기 곡면 또는 서로 다른 구조의 상기 사면을 갖도록 구성되고,
    상기 서로 다른 구조는 서로 다른 경사도로 구성되고,
    상기 다수의 광학편은,
    상기 비정형 패턴부의 중심부에서 멀어질수록 더 큰 경사도의 곡면 또는 사면을 갖도록 배치되는 광학편들을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용식 표시장치의 광학유닛.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 다수의 광학편은,
    상기 비정형 패턴부의 중심부를 기준으로 좌측영역에 있는 제1 광학편 그룹 및 우측영역에 있는 제2 광학편 그룹으로 구분되고,
    상기 제1 광학편 그룹은,
    서로 다른 구조의 상기 곡면 또는 서로 다른 구조의 상기 사면을 갖는 광학편들로 구성되고,
    상기 제2 광학편 그룹은,
    서로 다른 구조의 상기 곡면 또는 서로 다른 구조의 상기 사면을 갖는 광학편들로 구성되는 것을 특징으로 하는 착용식 표시장치의 광학유닛.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 광학편 그룹은,
    상기 중심부에서 좌측으로 갈수록 더 큰 경사도의 곡면 또는 사면을 갖는 광학편이 배치되도록 구성되고,
    상기 제2 광학편 그룹은,
    상기 중심부에서 우측으로 갈수록 더 큰 경사도의 곡면 또는 사면을 갖는 광학편이 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 착용식 표시장치의 광학유닛.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 다수의 광학편은, 볼록렌즈를 다수 개의 조각으로 분할하고 연마하여 형성된 볼록렌즈 조각들로 구성되고,
    상기 볼록렌즈 조각의 곡면 중 적어도 일부 영역이 상기 광학편의 곡면을 구성하는 것을 특징으로 하는 착용식 표시장치의 광학유닛.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 분할은 등간격 분할인 것을 특징으로 하는 착용식 표시장치의 광학유닛.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 연마는 상기 볼록렌즈 조각들 간의 높이 편차를 줄이기 위한 상기 볼록렌즈 조각의 밑면 연마인 것을 특징으로 하는 착용식 표시장치의 광학유닛.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 연마는 상기 볼록렌즈 조각들이 동일한 최대 높이(H1)를 갖도록 하는 상기 볼록렌즈 조각의 밑면 연마인 것을 특징으로 하는 착용식 표시장치의 광학유닛.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 연마는 상기 볼록렌즈 조각의 곡면을 사면으로 만들기 위한 상기 볼록렌즈 조각의 곡면 연마이고,
    상기 광학편의 사면은 상기 볼록렌즈 조각의 사면인 것을 특징으로 하는 착용식 표시장치의 광학유닛.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 볼록렌즈는 평면볼록렌즈인 것을 특징으로 하는 착용식 표시장치의 광학유닛.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 다수의 광학편은,
    상기 광가이드 렌즈패널의 가로길이방향을 따라 나란히 배열된 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 착용식 표시장치의 광학유닛.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항의 광학유닛; 및 안경테를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 표시 글래스.



KR1020190020276A 2019-02-21 2019-02-21 착용식 디스플레이용 광학유닛 및 이의 형성 방법 그리고 이를 구비하는 증강현실 표시 글래스 KR20200102102A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190020276A KR20200102102A (ko) 2019-02-21 2019-02-21 착용식 디스플레이용 광학유닛 및 이의 형성 방법 그리고 이를 구비하는 증강현실 표시 글래스

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190020276A KR20200102102A (ko) 2019-02-21 2019-02-21 착용식 디스플레이용 광학유닛 및 이의 형성 방법 그리고 이를 구비하는 증강현실 표시 글래스

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200102102A true KR20200102102A (ko) 2020-08-31

Family

ID=72234320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190020276A KR20200102102A (ko) 2019-02-21 2019-02-21 착용식 디스플레이용 광학유닛 및 이의 형성 방법 그리고 이를 구비하는 증강현실 표시 글래스

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20200102102A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11928257B2 (en) 2021-02-17 2024-03-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and electronic device for tracking eye

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020010810A (ko) 2000-07-31 2002-02-06 이준욱 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템
KR20130034125A (ko) 2011-09-28 2013-04-05 송영일 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020010810A (ko) 2000-07-31 2002-02-06 이준욱 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템
KR20130034125A (ko) 2011-09-28 2013-04-05 송영일 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11928257B2 (en) 2021-02-17 2024-03-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and electronic device for tracking eye

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3458898B1 (en) Head-mounted imaging device
US10393946B2 (en) Method of manufacturing directional backlight apparatus and directional structured optical film
EP2788809B1 (en) Compact illumination module for head mounted display
US10197804B2 (en) Refractive coating for diffractive optical elements
US20200225487A1 (en) Near-eye optical imaging system, near-eye display device and head-mounted display device
JP5698297B2 (ja) 基板によって誘導される光学ビーム拡大器
US9594261B2 (en) Directionally illuminated waveguide arrangement
US9081182B2 (en) Virtual image display apparatus
EP2732328B1 (en) Eyepiece for near-to-eye display with multi-reflectors
JP2015049376A (ja) 光学デバイス及び画像表示装置
US11598971B2 (en) Image device with a compact homogenizer
KR102307285B1 (ko) 디스플레이들을 갖는 전자 디바이스들을 위한 광학 시스템들
CN110036235B (zh) 具有用于再循环光的外围侧面几何形状的波导
CN112462564B (zh) 激光光学投影模块及包含其的穿戴装置
KR20200102102A (ko) 착용식 디스플레이용 광학유닛 및 이의 형성 방법 그리고 이를 구비하는 증강현실 표시 글래스
KR20200102103A (ko) 비정형 패턴부를 이용한 초박형 광학계, 그리고 이를 구비하는 착용식 증강현실 표시장치 및 투명 프롬프터
KR20200092554A (ko) 투명 디스플레이 장치 및 이를 구비하는 광학 보조 기구
JP6836707B2 (ja) ライトガイド及び虚像表示装置
KR20040005031A (ko) 단판식 헤드마운트 디스플레이의 광학시스템
JP7380240B2 (ja) 導光部材および虚像表示装置
TWI770415B (zh) 導光模組及具有此導光模組的擴增實境裝置
JP2016114885A (ja) 頭部装着型表示装置
CN112505821A (zh) 导光模块及扩增实境装置
CN118525238A (zh) Tir棱镜和对用于lcos微显示器照明的背光的使用
CN115113396A (zh) 包括具有不对称放大率的组合器的显示装置