KR20200134139A - 안경형 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

안경형 디스플레이 장치가 개시된다. 개시된 안경형 디스플레이 장치는 화상을 담은 광을 투사하는 광학 엔진; 투사된 광을 입력 영역에서 입력받고 입력된 광의 적어도 일부를 출력 영역에서 출력하도록 구성된 도광판; 및 도광판과 광학 엔진을 홀딩하는 안경형 몸체;를 포함하며, 광학 엔진의 일부는 입력 영역에 인접한 상기 도광판의 측부에 배치된다.

Description

안경형 디스플레이 장치{Glasses type display apparatus}

본 개시는 디스플레이 장치에 관하고, 구체적으로 사용자가 착용하는 안경형 디스플레이 장치에 관한다.

착용형 디스플레이 장치(wearable display device)는 사람이 착용한 상태에서 디스플레이된 화면을 볼 수 있는 장치이다. 이러한 착용형 디스플레이 장치에 대한 연구가 활발히 진행됨에 따라 다양한 형태의 착용형 장치들이 출시되거나 출시가 예고 되고 있다. 예를 들어, 안경형 디스플레이 장치(wearable glasses)나 헤드마운트 디스플레이 장치(Head Mounted Display)가 현재 출시되거나 출시가 예고되고 있는 착용형 디스플레이 장치이다.

이와 같은 착용형 디스플레이 장치는 사람이 착용할 것을 예정하고 있으므로, 사용자의 사용환경을 고려하여 경량 박형화가 요구되고 있는바, 도광판과 초소형 프로젝터가 사용된다.

해결하고자 하는 과제는 기구적 안정성을 개선한 안경형 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.

해결하고자 하는 과제는 기구적 배치를 향상시켜 외관 형상의 제한을 완화시킨 안경형 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.

해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

일 측면에 있어서, 사용자의 두부에 착용되는 안경형 디스플레이 장치(착용형 디스플레이 장치)에 관한 것으로서, 화상을 담은 광을 투사하는 광학 엔진; 투사된 광을 입력 영역에서 입력받고 입력된 광의 적어도 일부를 출력 영역에서 출력하도록 구성된 도광판; 및 도광판과 광학 엔진을 홀딩하는 안경형 몸체;를 포함하며, 광학 엔진의 일부는 입력 영역에 인접한 도광판의 측부에 배치되는, 안경형 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 안경형 몸체는, 프레임과, 프레임의 양 단부에 각각 연결되고 일 방향으로 연장된 안경다리들을 포함하며, 광학 엔진은 프레임의 양 단부 중 적어도 어느 한 단부에 설치될 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 프레임과 안경다리들은 힌지로 연결될 수 있다. 또는 프레임과 안경다리들은 연속적으로 연결될 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 광학 엔진은 광학 부품들을 실장하는 하우징으로 포함하며, 하우징은 안경형 몸체에 고정부재에 의해 고정되며, 고정부재는 광학 엔진에서의 투사 위치를 조절가능하게 구성될 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 고정부재는 하우징의 적어도 2개소 이상을 고정하며, 고정부재의 조정에 의해 광학 엔진에서 투사되는 광의 광축 방향을 틸트시킬 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 고정부재는 나사 또는 볼트일 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 광학부품들은 광을 조명하는 조명 광학계, 조명 광학계로부터의 광을 조명받아 화상을 형성하고 화상의 광을 도광판에 투사하는 화상 형성/투사부, 및 광학 엔진 내의 광의 경로를 변환하는 광경로 변환기를 포함하며, 화상 형성/투사부의 광 투사 방향을 기준으로, 적어도 하나의 광경로 변환기는 조명 광학계의 일부가 화상 형성/투사부보다 돌출되도록 구성될 수 있다.

다른 측면에 있어서, 투사된 광을 입력받고 입력된 광의 적어도 일부를 출력하도록 구성된 도광판; 및 도광판의 일 영역에 화상을 담은 광을 투사하는 광학 엔진;을 포함하며, 광학 엔진은 광을 조명하는 조명 광학계, 조명 광학계로부터의 광을 조명받아 화상을 형성하고 화상을 도광판에 투사하는 화상 형성/투사부, 및 광학 엔진 내의 광의 경로를 변환하는 적어도 하나의 광경로 변환기를 포함하며, 적어도 하나의 광경로 변환기는, 화상 형성/투사부의 광 투사 방향을 기준으로, 조명 광학계의 일부가 도광판의 측부에 배치되도록 구성된, 안경형 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 화상 형성/투사부는 조명 광학계로부터의 광을 조명받아 화상을 형성하는 화상패널과 화상패널에서 형성된 화상을 상기 도광판에 투사하는 투사 광학계를 포함하며, 투사 광학계의 광축 방향을 기준으로, 조명 광학계의 일부가 투사 광학계의 출사면보다 돌출되도록 구성될 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 화상패널은 반사형 화상패널이며, 반사형 화상패널과 투사 광학계 사이의 광경로상에 편향기가 배치되며, 편향기는 조명 광학계에서 조명된 광을 화상패널로 반사하고, 화상패널에서 반사된 화상의 광은 투사 광학계로 투과하도록 구성될 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 반사형 화상패널은 DMD 패널 또는 LCoS 패널일 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 화상 형성부는 조명 광학계로부터의 광을 도광판에 주사하여 화상을 형성하는 스캐닝 미러(scanning mirror)를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 화상 형성부는 라인 형상의 화상을 형성하는 선형 광변조기를 더 포함하며, 스캐닝 미러는 라인 형상의 화상을 라인 형상의 직교하는 방향으로 스캐닝하는 1차원 스캐너일 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 조명 광학계는 영상 신호에 따라 광을 변조하고, 스캐닝 미러는 2차원의 면상으로 스캐닝하는 2차원 스캐너일 수 있다. 2차원 스캐너는 2축 구동 스캐너이거나, 2개의 1축 구동 스캐너의 조합으로 구현될 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 스캐닝 미러는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 스캐너일 수 있다.

예시적인 실시예들에서 광학 엔진은 레이저 스캐닝 프로젝터일 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 조명 광학계는 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 광원은 LED(light emitting diode), LD(laser diode), OLED(organic light emitting diode), 또는 램프일 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 조명 광학계는 출사된 광을 정형하는 콜리메이팅 렌즈, 광을 균일하게 하는 플라이아이 렌즈 및 콜리메이팅된 광을 화상패널로 전달하는 릴레이 렌즈 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 콜리메이팅 렌즈, 플라이아이 렌즈 및 릴레이 렌즈 중 일부는 생략되거나 기능적으로 결합되어 하나의 광학 부재로 구현될 수도 있다.

예시적인 실시예들에서, 광경로 변환기는 콜리메이팅 렌즈와 릴레이 렌즈 사이 또는 릴레이 렌즈의 출사면 이후의 광경로 상에 위치할 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 광경로 변환기는 반사미러 또는 전반사프리즘일 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 조명 광학계는 제1 단색의 광을 출사하는 제1 광원과, 제2 단색의 광을 출사하는 제2 광원과, 제3 단색의 광을 출사하는 제3 광원과, 제1 단색의 광은 투과시키고 제2 단색의 광과 제3 단색의 광은 반사시키도록 구성된 광 결합기를 포함하며, 제1 단색, 제2 단색 및 제3 단색은 서로 다른 단색이며, 돌출된 조명 광학계의 일부는 제1 광원, 제2 광원 및 제3 광원 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 제1 광원, 제2 광원 및 제3 광원은 각각 적색광원, 녹색광원, 청색광원일 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 광결합기는 적어도 하나의 이색 미러를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 조명 광학계는 단색 광원을 포함하며, 돌출된 조명 광학계의 일부는 단색 광원일 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 도광판은 화상 형성/투사부에 마주하여 화상을 입력받는 제1 영역과, 제1 영역에 입사된 화상이 전파되는 제2 영역과, 제2 영역에서 전파되는 화상을 출력하는 제3 영역을 포함하며, 돌출된 조명 광학계의 일부는 도광판의 제1 영역에 인접하여 위치할 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 도광판은 전면과 전면에 대향되는 배면을 포함하며, 도광판의 두께 방향을 기준으로, 돌출된 조명 광학계의 일부는 도광판의 배면보다 앞쪽에 위치할 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 도광판의 두께 방향을 기준으로, 돌출된 조명 광학계의 일부는 도광판의 전면보다 앞쪽에 위치할 수 있다.

또 다른 측면에 있어서, 사용자의 두부에 착용되는 안경형 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 화상을 담은 광을 투사하는 광학 엔진; 및 전면과 전면에 대향되는 배면을 포함하며, 투사된 광을 배면에서 입력받아 입력된 광의 적어도 일부를 전면과 배면 사이에서 반사하면서 배면쪽으로 출력하도록 구성된 도광판;을 포함하며, 도광판의 두께 방향을 기준으로, 광학 엔진의 일부는 도광판의 배면보다 앞쪽에 위치한 안경형 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 도광판은 광학 엔진에서 투사된 화상의 광을 입력받는 제1 영역과, 제1 영역에 입사된 화상의 광이 전파되는 제2 영역과, 제2 영역에서 전파되는 화상의 광 중 적어도 일부를 출력하는 제3 영역을 포함하며, 광학 엔진의 일부는 제1 영역에 인접한 도광판의 측부에 배치될 수 있다. 제1 영역과 제3 영역은 도광판의 배면에 위치한다.

예시적인 실시예들에서, 도광판의 배면 상에서 제1 방향과 제1 방향과 다른 제2 방향이 규정되며, 제2 영역은 제1 영역을 기준으로 제1 방향에 위치하고, 제3 영역은 제2 영역을 기준으로 제2 방향에 위치하며, 광학 엔진의 일부는 제1 영역을 기준으로 제2 방향에 위치할 수 있다. 여기서 제2 방향은 제1 방향에 수직할 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역에는 서로 다른 패턴이거나 서로 다른 패턴 방향을 갖는 회절 격자가 형성될 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 도광판의 두께 방향을 기준으로, 광학 엔진의 일부는 도광판의 전면보다 앞쪽에 위치할 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 광학엔진은 광을 조명하는 조명 광학계, 조명 광학계로부터의 광을 조명받아 화상을 형성하고 화상을 도광판에 투사하는 화상 형성/투사부, 및 광학엔진 내의 광의 경로를 변환하는 광경로 변환기를 포함하며, 광경로 변환기는, 화상 형성/투사부의 광 투사 방향을 기준으로, 조명 광학계의 일부가 도광판의 배면보다 앞쪽에 위치하도록 구성될 수 있다.

또 다른 측면에 있어서, 프레임과, 프레임의 양단에 연결되며 일 방향으로 길게 연장되는 안경다리들을 포함하며, 프레임에 설치된 도광판을 통해 사용자가 화상을 볼 수 있는 웨어러블 글래스에 관한 것으로서, 프레임은 도광판을 고정시키는 테와, 테와 안경다리들을 연결시키는 테 연장부들을 포함하며, 화상을 담은 광을 도광판에 투사하는 광학 엔진은 테 연장부들 중 적어도 어느 한 테 연결부에 장착되며, 광학 엔진의 일부는 도광판의 측부에 배치된, 웨어러블 글래스가 제공될 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 테와 테 연장부는 일체로 형성될 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 테 연장부와 안경다리들은 힌지로 연결될 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 테 연장부와 안경다리들은 연속적으로 연결될 수 있다.

본 개시에 따르면, 안경형 디스플레이 장치(착용형 디스플레이 장치)의 착용시 안경다리의 휨등에 의해 발생되는 도광판과 프로젝터(광학 엔진)와의 정렬 어긋나는 것을 방지하거나 억제함으로써 안경형 디스플레이 장치(착용형 디스플레이 장치)의 기구적 안정성을 개선할 수 있다.

본 개시에 따르면, 안경형 디스플레이 장치(착용형 디스플레이 장치)의 조립이나 수리할 때, 도광판과 프로젝터의 정렬을 용이하게 할 수 있다.

본 개시에 따르면, 프로젝터의 광학 엔진을 안경형 몸체의 프레임 단부에 배치함으로써, 안경형 디스플레이 장치(착용형 디스플레이 장치)의 외관 형상의 제한을 완화시킬 수 있다.

본 개시에 따르면, 안경형 디스플레이 장치(착용형 디스플레이 장치)의 부품들 중 발열량이 높은 부품들이 착용자의 피부로부터 먼 외곽에 배치시킬 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 안경형 디스플레이 장치의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 안경형 디스플레이 장치의 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 광학 엔진과 도광판의 결합 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 도광판에 따른 광학 엔진의 배치를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 광학 엔진에서 조명 광학계와, 광경로 변환기와, 화상패널과, 투사광학계의 배치를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 광학 엔진의 투사 방향을 조정하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 7은 도 5의 광학 엔진의 투사 방향을 조정하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다.
도 16은 다른 실시예에 따른 도광판에 따른 광학 엔진의 배치를 도시한 도면이다.
도 17은 또 다른 실시예에 따른 도광판에 따른 광학 엔진의 배치를 도시한 도면이다.
도 18은 다른 실시예에 따른 안경형 디스플레이 장치의 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 일 실시예에 따른 안경형 디스플레이 장치(100)의 외관을 도시한 도면이며, 도 2는 도 1의 안경형 디스플레이 장치(100)의 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 안경형 디스플레이 장치(100)는 사용자가 착용할 수 있도록 구성된 안경형 몸체를 포함한다.

안경형 몸체는 프레임(110)과, 안경다리들(190)을 포함한다.

프레임(110)은 안경알(101L, 101R)이 위치하는 것으로서, 예시적으로 브릿지(112)로 연결된 2개의 테(rim)(111)를 포함할 수 있다. 안경알(101L, 101R)은 예시적인 것으로서, 굴절력(도수)를 가지거나 혹은 가지지 않을 수 있다. 또는 안경알(101L, 101R)은 일체로 형성될 수 있으며, 이 경우 프레임(110)의 테(111)와 브릿지(112)가 구분되지 않을 수도 있다. 안경알(101L, 101R)은 생략될 수도 있다.

안경다리들(190)은 프레임(110)의 양 단부(end pieces)(113)에 각각 연결되고 일 방향으로 연장된다. 프레임(110)의 양단부(113)와 안경다리들(190)는 힌지(115)에 의해 연결될 수 있다. 힌지(115)는 예시적인 것으로서, 프레임(110)의 양단부(113)과 안경다리들(190)를 연결하는 공지의 부재가 채용될 수 있다.

안경다리들(190)은 안경형 디스플레이 장치(100)가 사용자에 착용될 수 있도록 소정의 탄성력을 가지고 휘어질 수 있다. 프레임(110)은 안경다리들(190)에 비해 상대적으로 경성(rigidity)을 가질 수 있다. 다른 예로서, 안경다리들(190)은 상대적으로 경성을 가지고, 힌지(115)에 탄성부재가 결합되어 있을 수도 있다. 여기서, 상대적으로 경성을 가진다 함은, 안경다리들(190)이 조금이나마 휘어질 수 있음을 의미한다.

도광판(170)은 투사된 광을 입력 영역에서 입력받고 입력된 광의 적어도 일부를 출력 영역에서 출력하도록 구성된다. 이러한 도광판(170)은 각각 좌안용 도광판(170L) 및 우안용 도광판(170R)을 포함할 수 있다. 안경알(101L, 101R)에는 각각 좌안용 도광판(170L) 및 우안용 도광판(170R)이 부착될 수 있다. 또는 좌안용 도광판(170L) 및 우안용 도광판(170R)은 안경알(101L, 101R)과 별개로 테(111)에 고정될 수도 있다. 나아가, 좌안용 도광판(170L)과 우안용 도광판(170R)은 일체로 형성될 수도 있으며, 이 경우 프레임(110)의 테(111)와 브릿지(112)가 구분되지 않을 수도 있다.

화상을 담은 광을 투사하는 프로젝터의 광학 엔진(120)은 좌안용 광학 엔진(120L) 및 우안용 광학 엔진(120R)을 포함할 수 있다. 좌안용 광학 엔진(120L) 및 우안용 광학 엔진(120R)은 프레임(110)의 양 단부(113)에 위치할 수 있다. 프레임(110)의 양 단부(113)는 광학 엔진(120)과 도광판(170)의 정렬이 유지될 수 있는 강성을 지니도록 경성 재질로 형성된다. 이러한 프레임(110)의 양 단부(113)는 테(111)와 일체로 형성된 테의 연장부일 수 있다. 또는 프레임(110)의 양 단부(113)는 별도로 제조되어 테(111)에 움직이지 않게 고정될 수도 있다. 이와 같이 프레임(110)의 양 단부(113)를 경성 재질로 형성함으로써, 사용자가 안경형 디스플레이 장치(100)를 착용할 때에, 안경다리들(190)을 좌우로 벌리더라도, 광학 엔진(120)과 도광판(170)의 정렬이 유지될 수 있도록 한다.

다음으로, 광학 엔진(120)과 도광판(180)에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 설명에서 좌안용 도광판(170L)과 좌안용 광학 엔진(120L)을 예로 들어 설명하나, 좌안용과 우안용은 서로 좌우 대칭적인 구조를 가지므로, 당업자라면 우안용 도광판(170R) 및 우안용 광학 엔진(120R)에도 그대로 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 3은 일 실시예에 따른 광학 엔진(120)과 도광판(170)의 결합 구조를 도시한 도면이며, 도 4는 일 실시예에 따른 도광판(170)에 따른 광학 엔진(120)의 배치를 도시한 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 도광판(170)은 사용자가 안경형 디스플레이 장치(100)를 착용할 때 배면의 적어도 일부 영역이 보일 수 있도록 프레임(110)에 장착된다. 여기서, 도광판(170)의 배면은, 사용자가 안경형 디스플레이 장치(100)를 착용할 때, 사용자의 눈이 마주하는 면을 의미하며, 도광판(170)의 전면은, 상기 배면에 대향되는 면(즉, 사용자의 눈에서 먼 쪽)을 의미한다.

도광판(170)은 광이 내부에서 반사되면서 전파될 수 있는 투명 재질의 단층 혹은 다층 구조의 평판(171)으로 형성된다. 도광판(170)은, 광학 엔진(120)의 출사면에 마주하여 투사된 화상의 광을 입력받는 제1 영역과(172), 제1 영역(172)에 입사된 화상의 광이 전파되는 제2 영역(173)과, 제2 영역(173)에서 전파되는 화상의 광을 출력하는 제3 영역(174)을 포함한다. 여기서, 투명 재질이라 함은, 광이 통과될 수 있는 재질이라는 의미이며, 투명도가 100%가 아닐 수 있으며, 소정의 색상을 지닐 수도 있다.

본 실시예의 도광판(170)은 투명 재질로 형성됨에 따라, 사용자는 안경형 디스플레이 장치(100)를 통해 화상을 볼 수 있을 뿐만 아니라, 외부 장면(scene)을 볼 수 있으므로, 안경형 디스플레이 장치(100)는 증강 현실(argumented reality)을 구현할 수 있다.

제1 내지 제3 영역(172, 173, 174)은 홀로그래픽(예컨대, 회절) 광학을 기반으로 하거나 반사 및 굴절 광학을 기반으로 형성될 수 있다.

일 예로, 제1 영역(172)에는 입사되는 광을 결합(coupling)하여 제1 방향(X 방향)으로 전달할 수 있도록 회절 격자가 형성될 수 있다. 광학 엔진(120)은, 출사되는 광이 제1 영역(172)에 수직한 방향(Z 방향)이거나 혹은 수직한 방향(Z 방향)에 대해 소정 각도로 경사지게 입사되도록 배치될 수 있다. 이와 같은 광학 엔진(120)의 배치 방향은 제1 영역(172)의 회절 격자의 패턴에 따라 달라 질 수 있다.

제2 영역(173)은 제1 영역(172)을 기준으로 제1 방향(X 방향)에 위치할 수 있다. 제2 영역(173)에는 제1 영역(172)으로부터 전달받은 광의 적어도 일부를 제2 방향(Y 방향)으로 전파하도록 회절 격자가 형성된다. 제1 영역(172)에 입사되는 광은 도광판(170)의 전면과 배면 사이에서 반사되면서 전파된다.

제3 영역(174)은 제2 영역(173)을 기준으로 제2 방향(Y 방향)에 위치할 수 있다. 제3 영역(174)에는 제2 영역(173)으로부터 전파된 광의 적어도 일부가 도광판(170)에 수직한 방향(Z 방향)으로 출력하도록 회절 격자가 형성된다.

일 실시예에서, 평판(171)이 단층 구조인 경우, 제1 영역(172)의 회절 격자, 제2 영역(173)의 회절 격자 및 제3 영역(174)의 회절 격자는 평판(171)의 동일 면상에 또는 서로 다른 면상에 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 평판(171)이 다층 구조인 경우, 제1 영역(172)의 회절 격자, 제2 영역(173)의 회절 격자 및 제3 영역(174)의 회절 격자는 평판(171)의 동일 층 혹은 서로 다른 층에 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 제1 영역(172)의 회절 격자와, 격자는 제2 영역(173)의 회절 격자와, 제3 영역(174)의 회절 격자는 격자 간격, 격자 피치, 격자 높이, 격자 형상, 패턴 모양 등 중 적어도 하나가 서로 다른 패턴을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 제1 영역(172)의 회절 격자와, 격자는 제2 영역(173)의 회절 격자와, 제3 영역(174)의 회절 격자는 동일 패턴을 가지되, 패턴 방향이 서로 다를 수도 있다.

평판(171)이 다층 구조인 경우, 제2 영역(173)는 제1 영역(172) 및 제3 영역(174)과 일부 겹칠 수도 있다.

제1 내지 제3 영역(172, 173, 174)은 회절 격자대신에, 하나 이상의 반사기들(예컨대, 마이크로미러들 또는 다른 반사기들의 어레이)을 포함할 수 있다.

상기와 같은 도광판(170)에서 제1 영역(172)을 기준으로 제2 방향(Y방향)의 영역(A 영역)은 도광판(170)에서 활용되고 있지 아니한 영역이다. 이에 도광판(170)은 A 영역이 제거된 형상(171a)을 지니며, A 영역에 프로젝터의 광학 엔진(120)의 일부가 위치할 수 있다.

도면에서 X 방향 및 Y 방향은 제1 방향 및 제2 방향이 서로 직교하는 예에 해당되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 방향 및 제2 방향이 직교하지 않더라도 서로 다른 방향이라면, 도광판(170)에서 제1 영역(172)을 기준으로 제2 방향(Y방향)의 영역(A 영역)은 도광판(170)에서 활용되고 있지 아니한 영역이 되므로, 본 실시예의 배치가 그대로 적용될 수 있을 것이다.

다음으로, 상기와 같은 배치를 가능케 하는 광학 엔진(120)의 구조에 대해 설명하기로 한다.

도 5는 일 실시예에 따른 광학 엔진(120)에서 조명 광학계(130)와, 광경로 변환기(137)와, 편향기(140)와, 화상패널(150)과, 투사 광학계(160)의 배치를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 광학 엔진(120)은 조명 광학계(130)와, 광경로 변환기(137), 편향기(140)와, 화상패널(150)과, 투사 광학계(160)와, 이들 광학부품들을 실장하는 하우징(121)을 포함한다.

조명 광학계(130)는 광을 조명하는 광학부품으로서, 광원과 렌즈들을 포함할 수 있다.

화상패널(150)과 투사 광학계(160) 사이의 광경로 상에 편향기(140)가 배치된다. 편향기(140)는 조명 광학계(130)에서 출사된 광을 반사하고, 화상패널(150)에서 반사된 광을 투과하도록 구성될 수 있다.

화상패널(150)은 조명 광학계(130)에서 조명된 광을 2차원 화상을 담은 광으로 변조하면서 반사하면서 반사형 화상패널일 수 있다. 반사형 화상패널은 예시적으로 DMD (Digital Micromirror Device) 패널 또는 LCoS (Liquid Crystal on Silicon) 패널이나, 그밖의 공지의 반사형 화상패널일 수 있다.

투사 광학계(160)는 화상패널(150)에서 반사된 화상을 담은 광을 도광판(120)에 투사하는 것으로서 하나 혹은 복수의 투사렌즈들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 투사 광학계(160)의 투사면은 하나 혹은 복수의 투사렌즈들 중 최외측 투사렌즈의 출사면을 의미한다.

조명 광학계(130)는 그 내부의 렌즈들 때문에 소정의 물리적 길이를 가지고 있으며, 이러한 조명 광학계(130)의 길이는 광학 엔진(120)의 크기를 줄이는데 제한하는 요소가 된다. 본 실시예는 조명 광학계(130)의 내부에 광경로 변환기(137)를 배치하여, 조명 광학계(130)에서 출사된 광이 조명 광학계(130)의 길이 방향에 수직 혹은 경사진 방향으로 출사될 수 있도록 한다.

상기와 같이 화상패널(150)로 반사형 화상패널을 사용하고, 조명 광학계(130)에 광경로 변환기(137)를 배치함에 따라, 광학 엔진(120)의 하우징(121)의 투사 광학계(160)쪽 폭(W1)을 크게 줄일 수 있다. 일 예로, 투사 광학계(160)의 투사면의 수직 축(즉, 투사하는 광의 광축(OA))을 기준으로, 한편, 하우징(121)의 조명 광학계(130) 쪽은 투사광학계(160)의 투사면보다 투사하는 광의 광축(OA) 방향으로 △W만큼 돌출된 돌출 부분(121a)가 된다. 달리 말하면, 하우징(121)의 조명 광학계(130) 쪽 폭(W2)은, 투사하는 광의 광축(OA) 방향을 기준으로, 하우징(121)의 투사 광학계(160)쪽 폭(W1)보다 크다. 전술한 바와 같이, 하우징(121)의 조명 광학계(130) 쪽의 돌출 부분(121a)은 도광판(170)의 사용되지 않는 영역(도 4의 A 영역)에 위치시킴으로써, 도광판(170)과 광학 엔진(120)의 조립 구조물의 폭을 최소한도로 줄일 수 있게 된다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 안경형 디스플레이 장치(100)는 프레임(110)의 양 단부(113)에 광학 엔진(120)을 배치하므로, 광학 엔진(120)의 하우징(121)의 폭(W1, W2)은 프레임(110)의 양 단부(113)의 폭을 결정하는 요소가 된다. 이에, 하우징(121)의 투사광학계(160)쪽 폭(W1)을 줄임으로써, 프레임(110)의 양 단부(113)의 폭을 이에 대응하여 줄일 수 있게 된다. 이와 같이 프레임(110)의 양 단부(113)의 크기를 줄임으로써 본 실시예의 안경형 디스플레이 장치(100)의 외관을 통상의 안경 디자인에서 크게 벗어나지 않게 할 수 있으며, 사용자로 하여금 본 실시예의 안경형 디스플레이 장치(100)를 사용하는데 거부감을 최소화시킬 수 있게 하며, 제품 디자인을 좀 더 자유롭게 할 수 있게 한다.

나아가, 광학 엔진(120)이 실장되는 프레임(110)의 양 단부(113)의 폭을 좁게 함으로써, 사용자가 안경형 디스플레이 장치(100)를 착용할 때에, 안경다리들(190)을 좌우로 벌려 프레임(110)의 양 단부(113)에 소정의 힘이 가해지더라도 프레임(110)의 양 단부(113)의 비틀림을 좀 더 억제할 수 있다.

만일, 광학 엔진과 도광판의 정렬이 약간이라도 비틀리게 되면, 최종적으로 사용자의 안구쪽으로 출사될 때에 화상이 크게 기울어지거나 이동할 수 있다. 나아가 나아가, 좌우에서 양안 시차를 이용하여 화상을 디스플레이 하는 경우, 화상의 방향이 조금만 어긋나더라도 사용자에게 올바른 화상이 전달되지 않아 어지러움을 유발시키게 된다. 이러한 문제에 대해, 본 실시예의 안경형 디스플레이 장치(100)는, 광학 엔진(120)이 실장되는 프레임(110)의 양 단부(113)의 폭을 좁게 함으로써, 광학 엔진(120)과 도광판(170)의 정렬이 정밀하게 유지될 수 있도록 한다.

도 6은 도 5의 광학 엔진(120)의 투사 방향을 조정하는 일 예를 도시한 도면이며, 도 7는 도 5의 광학 엔진(120)의 투사 방향을 조정하는 일 예를 도시한 도면이다.

일 실시예의 안경형 디스플레이 장치(100)는 프레임(110)의 양 단부(113)에 광학 엔진(120)이 고정된 상태로 고정부재(fastner)(123)에 의해 고정될 수 있다. 고정부재(123)는 예를 들어 나사나 볼트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 조립 공정에서 지그(jig)에 의해 광학 엔진(120)이 프레임(110)에 배치된 상태에서 접착제에 의해 고정될 수도 있을 것이다.

일 실시예의 하우징(121)에는 고정용 홈(122)이 마련된다. 고정부재(123)는 하나 혹은 복수개 마련될 수 있으며, 고정용 홈(122)은 상기 고정부재(123)의 개수에 대응되게 마련될 수 있다. 고정용 홈(122)은 장방형의 홈 혹은 곡선형의 홈으로 형성될 수 있다. 고정용 홈(122)이 장방형의 홈 혹은 곡선형의 홈으로 형성되는 경우, 광학 엔진(120)을 하우징(121)에 조립 또는 수리할 때에, 광학 엔진(120)의 위치나 투사 방향을 조정할 수 있게 된다.

일 실시예의 고정용 홈(122a, 122b, 122c) 및 고정부재(123a, 123b, 123c)는 서로 다른 위치에 복수개 마련되어, 조립 또는 수리할 때에, 고정부재(123a, 123b, 123c)를 조정함으로써, 광학 엔진(120)에서 투사되는 광의 광축(OA) 방향을 틸트시킬 수 있다. 예를 들어, 고정부재(123a)를 조정함으로서, 하우징(121)을 소정의 기준점(O)을 중심으로, R1 방향이나 R2 방향으로 틸트시킬 수 있을 것이다. R1 방향은 기준점(O)을 중심으로 X축을 중심으로 회전하는 방향이며, R2 방향은 기준점(O)을 중심으로 Y축을 중심으로 회전하는 방향을 가리킬 수 있다. 또는 고정부재(123a, 123b, 123c)를 조정함으로써, 광학 엔진(120)에서 투사되는 화상을 광축(OA)(즉, Z축)을 중심으로 회전시킬 수도 있을 것이다. 이와 같이 조정을 통해, 사용자의 안구쪽으로 출력되는 화상을 회전시키거나 또는 틸트를 이용하여 이동시킴으로써, 좌우의 회상을 정확하게 일치시킬 수 있게 된다.

다음으로, 광학 엔진(120)의 구체적인 광학계를 설명하기로 한다.

도 8은 일 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, 본 실시예의 광학 엔진은 단색 광을 조명하는 조명 광학계(130)와, 편향기(140)와, 화상패널(150)과, 투사광학계(160)를 포함한다. 참조번호 155는 화상패널(150)을 하우징(221)에 고정하는 화상패널 홀더이다.

일 실시예의 조명 광학계(130)는 단색 광을 출사하는 단색 광원(131)을 포함한다. 단색 광원(131)은 LED(light emitting diode), LD(laser diode), OLED(organic light emitting diode), 또는 램프(lamp)일 수 있다.

일 실시예의 조명 광학계(130)는 광을 집속하거나 평행광속으로 정형하는 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)(132)와, 광을 균일하게 하는 플라이아이 렌즈(flyeye lens) (136)와, 광을 화상패널(150)로 전달하는 릴레이 렌즈(relay lens)(138) 를 포함할 수 있다. 조명 광학계(130)는 광의 광속 단면을 성형하는 개구 스탑이나, 자외선 필터 등을 더 포함할 수 있다. 조명 광학계(130)를 구성하는 광학부재들 중 일부는 생략되거나, 기능적으로 결합되어 있을 수도 있다. 예를 들어, 하나의 렌즈 부재에서 콜리메이팅 렌즈와 플라이아이 렌즈의 기능을 수행하거나, 나아가 릴레이 렌즈의 기능을 수행할 수도 있다.

일 실시예의 조명 광학계(130)의 광경로 상에는 광경로 변환기(137)가 배치된다. 광경로 변환기(137)는 플라이아이 렌즈(136)과 릴레이 렌즈(138) 사이에 위치할 수 있다. 조명 광학계(130)를 구성하는 단색 광원(131)과 콜리메이팅 렌즈(132)와, 플라이아이 렌즈(136)는 광축 방향으로 소정의 물리적 길이를 가지고 있으나, 광경로 변환기(137)에 의해 광경로가 접힘에 따라 광학 엔진의 전체적인 길이를 최소화시킬 수 있다.

도 8은 광경로 변환기(137)가 플라이아이 렌즈(136)과 릴레이 렌즈(138) 사이에 위치하는 경우를 도시하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 가령, 광경로 변환기(137)는 릴레이 렌즈(138)의 출사단측에 위치하거나 플라이아이 렌즈(136)의 입사단측에 위치할 수도 있다. 플라이아이 렌즈(136)가 복수 매로 이루어진 경우, 광경로 변환기(137)는 복수 매의 플라이아이 렌즈(136) 사이의 광경로상에 위치할 수도 있다. 광경로 변환기(137)는 미러이거나 전반사 프리즘일 수 있다. 광경로 변환기(137)는 조명 광학계(130)에서 조명되는 광의 경로를 꺽어지게 한다.

일 실시예의 편향기(140)는 제1 및 제2 프리즘(141, 142)이 접합된 구조를 지닐 수 있다.

일 실시예에서, 제1 및 제2 프리즘(141, 142)은 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 제1 프리즘(141)의 접합면 중 제1 영역(141a)은 제2 프리즘(142)과 맞닿아 있지 않도록 배치될 수 있다. 조명 광학계(130)는 제1 프리즘(141)에 입력된 광이 제1 영역(141a)을 향하도록 배치된다. 제1 프리즘(141)에 입력된 광이 제1 영역(141a)에 제1 프리즘(141)의 임계각보다 큰 입사각으로 입사하도록 함으로서 제1 프리즘(141)에 입력된 광이 제1 영역(141a)에서 전반사된다. 제1 영역(141a)에서 전반사된 광은 화상패널(150) 쪽으로 반사되면서 화상패널(150)에 형성된 화상을 담게 된다. 화상패널(150)에서 반사된 광은 제1 프리즘(141)과 제2 프리즘(142)을 거쳐 투사 광학계(160)로 향하게 된다.

일 실시예에서, 제1 프리즘(141)의 굴절률이 제2 프리즘(142)의 굴절률 보다은 작을 수도 있다. 이러한 경우, 제1 프리즘(141)과 제2 프리즘(142)의 접합면에서 제1 프리즘(141)에 입사된 광은 소정의 임계각보다 큰 입사각에 대해 전반사를 하고, 임계각보다 작은 입사각에 대해서는 투과할 수 있다.

상기와 같은 편향기(140)의 구성은 예시적인 것이고, 이에 제한되지 않는다.

다른 예로서, 편향기(140)는 하나의 프리즘으로 구성될 수도 있다.

또 다른 예로서, 편향기(140)는 부분적으로 반사 코팅되어 반사영역과 투과영역을 가지고 있어서, 조명 광학계(130)에서 출사된 광이 상기 반사영역에서 반사되고, 화상패널(150)에서 반사된 광은 상기 투과영역에서 반사되도록 구성될 수도 있다.

또 다른 예로서, 조명 광학계(130)가 편광빔을 조명하고 편향기(140)가 편광 빔 스플리터일 수도 있다. 화상패널(150)과 편향기(140) 사이에 1/4파장판(미도시)을 배치하여 편광방향을 바꿈으로써 편향기(140)는 조명 광학계(130)에서 조명된 광은 반사시키고 화상패널(150)에서 반사된 광은 투과시킬 수도 있다.

화상패널(150)은, 전술한 바와 같이, 조명 광학계(130)에서 조명된 광을 2차원 화상을 담은 광으로 변조하면서 반사하는 반사형 화상패널일 수 있다.

투사광학계(160)는, 전술한 바와 같이, 화상패널(150)에서 반사된 화상을 담은 광을 도광판(120)에 투사하는 것으로서 하나 혹은 복수의 투사렌즈들을 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 광학 엔진은, 광경로 변환기(137)에 의해 조명 광학계(130)의 광경로가 접힘에 따라, 투사광학계(160)의 출사면을 기준으로 조명 광학계(130)의 광원(131)쪽 부분이 투사 방향쪽으로 △W만큼 돌출되도록 구성될 수 있다. 광원(131)은 구동 중 발열량이 높은 부품인데, 광경로 변환기(137)에 의해 광원(131)은 착용자의 피부로부터 먼 외곽에 배치시킬 수 있으며, 이에 따라 착용자의 착용감이 향상될 수 있다.

도 9는 다른 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예의 광학 엔진은 조명 광학계(230)와, 편향기(140)와, 화상패널(150)과, 투사광학계(160)를 포함한다. 본 실시예의 광학 엔진은 컬러 광을 조명하고 컬러 화상의 광을 투사한다는 점을 제외한 나머지 광학적 배치는 도 8을 참조한 실시예와 실질적으로 동일하다.

조명 광학계(230)는 제1 단색의 광을 출사하는 제1 광원(231a)과, 제2 단색의 광을 출사하는 제2 광원(231b)과, 제3 단색의 광을 출사하는 제3 광원(231c)과, 제1 단색의 광과 제2 단색의 광과 제3 단색의 광을 단일 광경로로 결합하는 광 결합기(235)를 포함한다. 제1 단색, 제2 단색 및 제3 단색은 광혼합을 통해 컬러를 구현하는 서로 다른 단색일 수 있다. 가령, 제1 단색, 제2 단색 및 제3 단색은 적색, 녹색, 및 청색으로 이루어진 그룹에서 선택된 서로 다른 단색일 수 있다.

광 결합기(235)는 제1 단색의 광은 투과시키고 제2 및 제3 단색의 광은 반사시키는 이색 미러(dichroic mirror)일 수 있다. 광 결합기(235)은 판형의 양면을 제2 단색의 광에 대한 반사면과 제3 단색의 광에 대한 반사면으로 가지도록 구성될 수 있다. 또는 광 결합기(235)은 평판형의 어느 한면을 제2 단색의 광에 대한 반사면과 제3 단색의 광에 대한 반사면으로 가지도록 구성될 수도 있다.

제1 광원(231a)는 광 결합기(235)의 일측에 위치하고, 제2 광원(231b) 및 제3 광원(231c)는 광 결합기(235)의 타측에 위치할 수 있다. 제2 광원(231b) 및 제3 광원(231c)은 나란히 배치될 수 있다. 단매의 이색 미러로 이루어진 광 결합기(235)는 일 예이고, 2개의 이색 미러로 이루어질 수도 있다.

제1 콜리메이팅 렌즈(232a)는 광 결합기(235)와 제1 광원(231a) 사이에 위치하며, 제2 콜리메이팅 렌즈(232b)는 광 결합기(235)와 제2 광원(231b) 및 제3 광원(231c) 사이에 위치할 수 있다. 즉, 제2 광원(231b) 및 제3 광원(231c)은 제2 콜리메이팅 렌즈(232b)를 공용할 수 있다. 즉, 제1 광원(231a)에서 출사된 제1 단색의 광은 제1 콜리메이팅 렌즈(232a)에서 평행 광속으로 정형되고, 제2 광원(231b)에서 출사된 제2 단색의 광과 제3 광원(231c)에서 출사된 제3 단색의 광은 제2 콜리메이팅 렌즈(232b)에서 각각 평행광속으로 정형될 수 있다.

제1 내지 제3 단색의 합성광은 플라이아이 렌즈(236)에서 균일하게 되며, 광경로 변환기(237)에서 광경로를 변경한 후 릴레이 렌즈(238)을 거쳐 화상패널(150)로 향하게 된다.

본 실시예의 광학 엔진은 시순차적으로 컬러 화상을 구현할 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 광원(231a, 231b, 231c)은 시순차적으로 구동되어 제1 내지 제3 단색의 광을 시순차적으로 출사하고, 화상패널(150)은 순차적으로 구동되는 제1 내지 제3 광원(231a, 231b, 231c)에 동기되어 제1 내지 제3 단색의 영상을 표시함으로써, 컬러 화상을 구현하게 된다.

전술한 바와 유사하게 광경로 변환기(237)에 의해 광경로가 접힘에 따라 조명 광학계(230)의 제1 내지 제3 광원(231a, 231b, 231c) 중 일부(즉, 제1 광원(231a)이 투사광학계(160)의 출사면을 기준으로 투사 방향쪽으로 돌출되도록 구성될 수 있으며, 또한 광 결합기(235)를 이용하여 제1 내지 제3 광원(231a, 231b, 231c)를 좁은 공간에 실장시킬 수 있게 되어, 광학 엔진의 전체적인 길이를 최소화시킬 수 있다.

도 10은 또 다른 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 실시예의 광학 엔진은 조명 광학계(230)와, 편향기(140)와, 화상패널(150)과, 투사광학계(160)를 포함한다. 본 실시예의 광학 엔진은 제2 광경로 변환기(234)를 광 결합기(235)와 제2 및 제3 광원(231b, 231c) 사이의 광경로 배치함으로써, 제1 광원(231a) 뿐만 아니라 제2 및 제3 광원(231b, 231c)도 투사광학계(160)의 출사면을 기준으로 투사 방향쪽으로 돌출되도록 구성된다는 점을 제외한 나머지 광학적 배치는 도 9를 참조한 실시예와 실질적으로 동일하다.

제2 광경로 변환기(234)에 의해 제2 및 제3 광원(231b, 231c)도 투사광학계(160)의 출사면을 기준으로 투사 방향쪽으로 돌출되도록 배치됨에 따라, 도광판(도 4의 170)에서 활용되지 않아 제거된 부위(즉, 도 4에서 A 영역)에 제1 내지 제3 광원(231a, 231b, 231c)이 위치할 수 있으며, 이에 조명 광학계(230)를 더 컴팩트한 공간에 실장시킬 수 있게 되어, 광학 엔진의 전체적인 길이를 최소화시킬 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 광원(231a, 231b, 231c)이 착용자의 피부로부터 최대한 먼 외곽에 배치됨에 따라 착용자의 착용감이 향상될 수 있다.

도 11은 또 다른 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 본 실시예의 광학 엔진은 조명 광학계(230)와, 편향기(140)와, 화상패널(150)과, 투사광학계(160)를 포함한다. 본 실시예의 광학 엔진은 제2 광원(231b)에서 출사된 제2 단색의 광과 제3 광원(231c)에서 출사된 제3 단색의 광이 제2 광 결합기(235b)에 의해 단일 광경로로 결합하고, 제1 광원(231a)에서 출사된 제1 단색의 광과 2 광 결합기(235b)에 의해 결합된 제2 및 제3 단색의 광이 제1 광결합기(235a)에 의해 단일 광경로 결합한다는 점을 제외한 나머지 광학적 배치는 도 10을 참조한 실시예와 실질적으로 동일하다.

제1 광 결합기(235a)는 제1 단색의 광은 투과시키고 제2 및 제3 단색의 광은 반사시키는 이색 미러(dichroic mirror)일 수 있다. 제2 광 결합기(235b)는 제3 단색의 광은 투과시키고 제2 단색의 광은 반사시키는 이색 미러일 수 있다.

도 12는 또 다른 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다.

도 12를 참조하면, 본 실시예의 광학 엔진은 조명 광학계(330)와, 스캐닝 미러(350)를 포함한다.

일 실시예의 조명 광학계(330)는 제1 내지 제3 광원(331a, 331b, 331c)을 포함한다. 제1 내지 제3 광원(331a, 331b, 331c)은 레이저 광원일 수 있다. 가령, 제1 내지 제3 광원(331a, 331b, 331c)은 각각 적색 LD, 녹색 LD, 청색 LD 일 수 있다. 조명 광학계(330)는 레이저 광의 가간섭성(coherence)에 의한 스펙클( speckle)을 저감시키기 위해 디퓨저(diffuser)나 그밖의 공지의 스펙클 저감 부재가 더 마련될 수 있다.

일 실시예의 조명 광학계(330)는 콜리메이팅 렌즈, 플라이아이 렌즈 및 릴레이 렌즈 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 콜리메이팅 렌즈, 플라이아이 렌즈 및 릴레이 렌즈 중 일부는 생략되거나 기능적으로 결합되어 하나의 광학 부재로 구현될 수도 있다.

제1 내지 제3 광원(331a, 331b, 331c)에서 출사된 제1 내지 제3 레이저 광은 제1 및 제2 광 결합기(335a, 335b)에 의해 단일 광경로로 결합된다. 즉, 제1 광원(331a)에서 출사된 제1 레이저 빔과 제2 광원(331b)에서 출사된 제2 레이저 빔은 제1 광 결합기(335a)에 의해 단일 광경로로 결합하고, 제1 및 제2 레이저 빔과 제3 광원(331c)에서 출사된 제3 레이저 빔은 제2 광 결합기(335b)에 의해 단일 광경로로 결합한다. 제1 및 제2 광 결합기(335a, 335b)는 이색미러일 수 있다.

제1 광경로 변환기(334)는 제1 레이저 빔의 광 경로를 꺽어 제1 광원(331a)을 제2 및 제3 광원(331b, 331c)와 나란히 정렬되도록 한다. 제2 광 결합기(335b)에 의해 단일 광경로로 결합된 제1 내지 제3 레이저 빔은 제2 및 제3 광경로 변환기(337, 338)을 거쳐 스캐닝 미러(350)에 입사된다. 제1 내지 제3 광경로 변환기(334, 337, 338)는 미러이거나 전반사 프리즘일 수 있다.

제2 및 제3 광경로 변환기(337, 338) 덕분에, 스캐닝 미러(350)에서 스캐닝되는 광의 투사 방향을 기준으로, 제1 내지 제3 광원(331a, 331b, 331c)는 스캐닝 미러(350)보다 돌출되게 위치하여, 착용자의 피부로부터 최대한 먼 외곽에 배치될 수 있으며, 이에 따라 착용자의 착용감이 향상될 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 광경로 변환기(334, 337, 338)는 조명 광학계(330)에서 조명되는 광의 경로를 꺽어지게 하며, 이에 따라 광학 엔진의 전체적인 길이를 최소화시킬 수 있다.

스캐닝 미러(350)는 2차원 스캐너일 수 있다. 2차원 스캐너는 미러가 2축으로 회동(351)하는 2축 구동 스캐너이거나, 2개의 1축 구동 스캐너의 조합으로 구현될 수 있다. 이러한 스캐닝 미러(350)는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 스캐너일 수 있다.

조명 광학계(330)는 영상 신호에 따라 광을 변조하고, 스캐닝 미러(350)는 레이저 빔을 스캐닝(S)을 하여, 도광판(도 4의 170)의 제1 영역(172)에 2차원의 화상을 투사한다.

본 실시예의 광학 엔진은 시순차적으로 컬러 화상을 구현할 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 광원(331a, 331b, 331c)은 시순차적으로 구동되어 제1 내지 제3 단색의 레이저 빔을 시순차적으로 변조하면서 출사하고, 스캐닝 미러(350)는 순차적으로 구동되는 제1 내지 제3 광원(331a, 331b, 331c)에 동기되어 제1 내지 제3 단색의 레이저 빔을 도광판(170)의 제1 영역(172)에 스캐닝함으로써, 컬러 화상을 구현하게 된다.

스캐닝 미러(350과 도광판(170) 사이에는 스캐닝되는 레이저 빔이 결상되도록 하는 결상 렌즈(미도시)가 더 배치될 수도 있다.

본 실시예는 스캐닝 미러(350)가 2차원 스캐너인 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 스캐닝 미러(350)는 미러가 1축으로 회동하는 1차원 스캐너일 수도 있다. 이 경우, 광학 엔진은 라인 형상의 화상을 형성하는 선형 광변조기를 더 포함하며, 스캐닝 미러(350)는 라인 형상의 화상을 라인 형상의 직교하는 방향으로 스캐닝할 수도 있다. 가령, 제2 광경로 변환기(337)나 제3 광경로 변환기(338) 중 어느 하나가 선형 광변조기로 대체될 수도 있을 것이다.

본 실시예는 제2 및 제3 광경로 변환기(337, 338)에 의해 조명 광학계(330)의 제1 내지 제3 광원(331a, 331b, 331c)가 도면에서 볼 때 스캐닝 미러(350)의 하방에 나란히 배열된 배치 구성을 가지고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 13는 또 다른 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다. 도 13을 참조하면, 제2 광경로 변환기(339)에 의해 조명 광학계(330)는 스캐닝 미러(350)의 하방에 위치한다. 한편, 본 실시예의 경우, 조명 광학계(330) 내에 위치하는 제1 광경로 변환기(334)나 제1 및 제2 광 결합기(335a, 335b)가, 스캐닝 미러(350)에서 스캐닝되는 광의 투사 방향을 기준으로, 스캐닝 미러(350)보다 돌출되게 위치할 수 있다.

도 14는 또 다른 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다. 도 14를 참조하면, 제2 및 제3 광경로 변환기(340, 341)에 의해 조명 광학계(330)는 스캐닝 미러(350)의 하방에 위치할 수 있다.

도 15는 또 다른 실시예에 따른 광학 엔진을 도시한 도면이다. 도 15를 참조하면, 제2 및 제3 광경로 변환기(342, 343)에 의해 조명 광학계(330)는 스캐닝 미러(350)의 하방에 위치할 수 있다.

전술한 실시예들에서 도광판(170)은 제2 영역(173)은 제1 영역(172)을 기준으로 제1 방향(X 방향)에 위치하고, 제3 영역(174)은 제2 영역(173)을 기준으로 제2 방향(Y 방향)에 위치하는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 16은 다른 실시예에 따른 도광판(470)에 따른 광학 엔진의 배치를 도시한 도면이다.도 16에 도시된 바와 같이, 도광판(470)은 제2 영역(473)이 제1 영역(472)을 기준으로 제1 방향(X 방향)에 위치하고, 제3 영역(474)은 제2 영역(473)을 기준으로 제2 방향(-Y 방향)에 위치할 수 있다. 도광판(470)에서 제1 영역(472)을 기준으로 제2 방향(-Y 방향)의 A 영역은 도광판(470)에서 활용되고 있지 아니한 영역이며, 도광판(470)은 A 영역이 제거된 형상(470a)을 지닌다. 광학엔진의 돌출 부위(가령, 도 3의 121a)는 A 영역에 위치한다.

도 17은 또 다른 실시예에 따른 도광판(471)에 따른 광학 엔진의 배치를 도시한 도면이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 도광판(471)은 2개의 제2 영역(473a, 473b)이 제1 영역(472)을 기준으로 제1 방향(X 방향을 기준으로 시계방향 경사진 방향) 및 제2 방향(X 방향을 기준으로 반시계방향 경사진 방향)에 위치하고, 제3 영역(474)은 2개의 제2 영역(473a, 473b)의 사이의 영역에 위치할 수도 있다.도광판(471)에서 제1 영역(472)을 기준으로 제2 방향(-Y 방향)의 A 영역 또는 그 반대 방향(+Y 방향)의 영역은 도광판(471)에서 활용되고 있지 아니한 영역이며, 도광판(471)은 상기 영역들이 제거된 형상(471a)을 지닌다. 광학엔진의 돌출 부위(가령, 도 3의 121a)는 A영역에 위치할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조한 실시예에서 안경다리들(190)은 프레임(110)에 힌지(115)로 연결되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 18은 다른 실시예에 따른 안경형 디스플레이 장치의 평면도이다. 도 18을 참조하면, 본 실시예의 안경형 디스플레이 장치에 있어서, 안경다리들(519)은 프레임(510)에 일체로 연결되어 형성될 수도 있다. 안경다리들(519)와 프레임(510)은 동일 재질로 형성될 수 있다. 안경다리들(519)와 프레임(510)은 동일 재질로 형성되더라도, 안경다리들(519)이 가늘고 길다란 형상을 지녀 사용자가 착용할 수 있도록 할 수 있도록 소정의 휨성을 갖고, 프레임(510)을 두텁게 하여 소정의 경성을 가질 수 있게 할 수 있다. 또는 안경다리들(519)와 프레임(510)은 휨성(경성)이 서로 다른 이종 재질이 연속적으로 성형될 수도 있다.

전술한 실시예들은 안경형 디스플레이 장치를 예로 들어 설명하고 있으나, 도광판 및 광학 엔진의 배치 구조는 헤드마운트 디스플레이 장치와 같이 사용자의 두부에 착용하여 사용자의 눈에 인접하여 디스플레이하는 착용형 디스플레이 장치에도 그대로 적용될 수 있음은 당업자라면 자명하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 실시예에서 좌안과 우안에 모두 디스플레이 되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 안경형 디스플레이 장치(착용형 디스플레이 장치)는 좌안용 도광판(170L)과 좌안용 광학 엔진(120L)만을 가지거나, 또는 우안용 도광판(170R) 및 우안용 광학 엔진(120R)만을 가질 수도 있을 것이다.

전술한 본 발명인 안경형 디스플레이 장치(착용형 디스플레이 장치)는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 안경형 디스플레이 장치
110: 프레임
111: 테
113: 프레임의 양단부
115: 힌지
120: 광학엔진
121: 하우징
130: 조명 광학계
137: 광경로 변환기
140: 편향기
150: 화상패널
160: 투사 광학계
170: 도광판
190: 안경다리들

Claims (30)

1. 화상을 담은 광을 투사하는 광학 엔진;
   투사된 광을 입력 영역에서 입력받고 입력된 광의 적어도 일부를 출력 영역에서 출력하도록 구성된 도광판; 및
   상기 도광판과 상기 광학 엔진을 홀딩하는 안경형 몸체;를 포함하며,
   상기 광학 엔진의 일부는 상기 입력 영역에 인접한 상기 도광판의 측부에 배치되는,
   안경형 디스플레이 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 안경형 몸체는, 프레임과, 상기 프레임의 양 단부에 각각 연결되고 일 방향으로 연장된 안경다리들을 포함하며,
   상기 광학 엔진은 상기 프레임의 양 단부 중 적어도 어느 한 단부에 설치되는,
   안경형 디스플레이 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 프레임과 상기 안경다리들은 힌지로 연결된,
   안경형 디스플레이 장치.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 프레임과 상기 안경다리들은 연속적으로 연결된,
   안경형 디스플레이 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 광학 엔진은 광학 부품들을 실장하는 하우징으로 포함하며,
   상기 하우징은 상기 안경형 몸체에 고정부재에 의해 고정되며,
   상기 고정부재는 상기 광학 엔진에서의 투사 위치를 조절가능하게 구성되는,
   안경형 디스플레이 장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 고정부재는, 상기 광학 엔진에서 투사되는 광의 광축 방향이 틸트 가능하도록, 상기 하우징의 적어도 2개소 이상을 조정 가능하게 고정하는,
   안경형 디스플레이 장치.
7. 제5 항에 있어서,
   상기 고정부재는 나사 또는 볼트인 안경형 디스플레이 장치.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 광학 엔진은 광을 조명하는 조명 광학계, 상기 조명 광학계로부터의 광을 조명받아 화상을 형성하고 화상의 광을 상기 도광판으로 투사하는 화상 형성/투사부, 및 상기 광학 엔진 내의 광의 경로를 변환하는 적어도 하나의 광경로 변환기를 포함하며,
   상기 화상 형성/투사부의 광 투사 방향을 기준으로, 상기 적어도 하나의 광경로 변환기는 상기 조명 광학계의 일부가 상기 화상 형성/투사부보다 돌출되도록 구성되는,
   안경형 디스플레이 장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 화상 형성/투사부는 상기 조명 광학계로부터의 광을 조명받아 화상을 형성하는 화상패널과 상기 화상패널에서 형성된 화상을 상기 도광판에 투사하는 투사 광학계를 포함하는,
   안경형 디스플레이 장치.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 화상 형성/투사부는 상기 조명 광학계로부터의 광을 상기 도광판에 주사하여 화상을 형성하는 광주사 유닛을 포함하는,
    안경형 디스플레이 장치.
11. 투사된 광을 입력받고 입력된 광의 적어도 일부를 출력하도록 구성된 도광판; 및
    상기 도광판의 일 영역에 화상을 담은 광을 투사하는 광학 엔진;을 포함하며,
    상기 광학 엔진은 광을 조명하는 조명 광학계, 상기 조명 광학계로부터의 광을 조명받아 화상을 형성하고 화상을 상기 도광판으로 투사하는 화상 형성/투사부, 및 상기 광학 엔진 내의 광의 경로를 변환하는 적어도 하나의 광경로 변환기를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 광경로 변환기는 상기 조명 광학계의 일부가 상기 도광판의 측부에 배치되도록 구성된,
    안경형 디스플레이 장치.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 화상 형성/투사부는 상기 조명 광학계로부터의 광을 조명받아 화상을 형성하는 화상패널과 상기 화상패널에서 형성된 화상의 광을 상기 도광판에 투사하는 투사 광학계를 포함하며,
    상기 투사 광학계의 광축 방향을 기준으로, 상기 조명 광학계의 일부가 상기 투사 광학계의 출사면보다 돌출되도록 구성되는,
    안경형 디스플레이 장치.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 화상패널은 반사형 화상패널이며,
    상기 반사형 화상패널과 상기 투사 광학계 사이의 광경로상에 편향기가 배치되며,
    상기 편향기는 상기 조명 광학계에서 조명된 광을 상기 화상패널로 반사하고, 상기 화상패널에서 반사된 화상의 광은 상기 투사 광학계로 투과하도록 구성된,
    안경형 디스플레이 장치.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 반사형 화상패널은 DMD 패널 또는 LCoS 패널인,
    안경형 디스플레이 장치.
15. 제11 항에 있어서,
    상기 화상 형성부는 상기 조명 광학계로부터의 광을 상기 도광판에 주사하여 화상을 형성하는 스캐닝 미러를 포함하는,
    안경형 디스플레이 장치.
16. 제11 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는 적어도 하나의 광원을 포함하며, 상기 적어도 하나의 광은 LED(light emitting diode), LD(laser diode), OLED(organic light emitting diode), 또는 램프인,
    안경형 디스플레이 장치.
17. 제16 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는 출사된 광을 정형하는 콜리메이팅 렌즈, 광을 균일하게 하는 플라이아이 렌즈 및 출사된 광을 상기 화상 형성부로 전달하는 릴레이 렌즈 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는,
    안경형 디스플레이 장치.
18. 제17 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광경로 변환기는 상기 콜리메이팅 렌즈와 상기 릴레이 렌즈 사이 또는 상기 릴레이 렌즈의 출사면 이후의 광경로 상에 위치하는,
    안경형 디스플레이 장치.
19. 제11 항에 있어서,
    상기 광경로 변환기는 반사미러 또는 전반사프리즘인 안경형 디스플레이 장치.
20. 제11 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는 제1 단색의 광을 출사하는 제1 광원과, 제2 단색의 광을 출사하는 제2 광원과, 제3 단색의 광을 출사하는 제3 광원과, 상기 제1 단색의 광과 상기 제2 단색의 광과 상기 제3 단색의 광을 단일 광경로로 결합하는 광 결합기를 포함하며,
    상기 제1 단색, 상기 제2 단색 및 상기 제3 단색은 서로 다른 단색이며,
    돌출된 상기 조명 광학계의 일부는 상기 제1 광원, 상기 제2 광원 및 상기 제3 광원 중 적어도 어느 하나인
    안경형 디스플레이 장치.
21. 제11 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는 단색 광원을 포함하며, 돌출된 상기 조명 광학계의 일부는 상기 단색 광원이 위치한 부위인,
    안경형 디스플레이 장치.
22. 제11 항에 있어서,
    상기 도광판은 상기 화상 형성/투사부에 마주하여 화상을 입력받는 제1 영역과, 상기 제1 영역에 입사된 화상이 전파되는 제2 영역과, 상기 제2 영역에서 전파되는 화상을 출력하는 제3 영역을 포함하며,
    돌출된 상기 조명 광학계의 일부는 상기 도광판의 제1 영역에 인접하여 위치하는,
    안경형 디스플레이 장치.
23. 제11 항에 있어서,
    상기 도광판은 전면과 상기 전면에 대향되는 배면을 포함하며,
    상기 도광판의 두께 방향을 기준으로, 돌출된 상기 조명 광학계의 일부는 상기 도광판의 배면보다 앞쪽에 위치하는,
    안경형 디스플레이 장치.
24. 제21 항에 있어서,
    상기 도광판의 두께 방향을 기준으로, 돌출된 상기 조명 광학계의 일부는 상기 도광판의 전면보다 앞쪽에 위치하는,
    안경형 디스플레이 장치.
25. 화상을 담은 광을 투사하는 광학 엔진; 및
    전면과 상기 전면에 대향되는 배면을 포함하며, 투사된 광을 상기 배면에서 입력받아 입력된 광의 적어도 일부를 상기 전면과 상기 배면 사이에서 반사하면서 상기 배면쪽으로 출력하도록 구성된 도광판;을 포함하며,
    상기 도광판의 두께 방향을 기준으로, 상기 광학 엔진의 일부는 상기 도광판의 배면보다 앞쪽에 위치하는,
    안경형 디스플레이 장치.
26. 제25 항에 있어서,
    상기 도광판은 상기 광학 엔진에서 투사된 화상의 광을 입력받는 제1 영역과, 상기 제1 영역에 입사된 화상의 광이 전파되는 제2 영역과, 상기 제2 영역에서 전파되는 화상의 광 중 적어도 일부를 출력하는 제3 영역을 포함하며,
    상기 광학 엔진의 일부는 상기 제1 영역에 인접한 상기 도광판의 측부에 배치되는,
    안경형 디스플레이 장치.
27. 제26 항에 있어서,
    상기 도광판의 배면 상에서 제1 방향과 상기 제1 방향과 다른 제2 방향이 규정되며,
    상기 제2 영역은 상기 제1 영역을 기준으로 상기 제1 방향에 위치하고, 상기 제3 영역은 상기 제2 영역을 기준으로 상기 제2 방향에 위치하며,
    상기 광학 엔진의 일부는 상기 제1 영역을 기준으로 상기 제2 방향에 위치하는,
    안경형 디스플레이 장치.
28. 제26 항에 있어서,
    상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역에는 서로 다른 패턴이거나 서로 다른 패턴 방향을 갖는 회절 격자가 형성된,
    안경형 디스플레이 장치.
29. 제25 항에 있어서,
    상기 도광판의 두께 방향을 기준으로, 상기 광학 엔진의 일부는 상기 도광판의 전면보다 앞쪽에 위치하는,
    안경형 디스플레이 장치.
30. 제25 항에 있어서,
    상기 광학 엔진은 광을 조명하는 조명 광학계, 상기 조명 광학계로부터의 광을 조명받아 화상을 형성하고 화상의 광을 상기 도광판에 투사하는 화상 형성/투사부, 및 상기 광학 엔진 내의 광의 경로를 변환하는 광경로 변환기를 포함하며,
    상기 광경로 변환기는, 상기 화상 형성/투사부의 광 투사 방향을 기준으로, 상기 조명 광학계의 일부가 상기 도광판의 배면보다 앞쪽에 위치하도록 구성되는,
    안경형 디스플레이 장치.

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