KR20220126328A - 다자유도 구동기 및 이를 채용한 디스플레이 장치 - Google Patents

다자유도 구동기 및 이를 채용한 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

개시된 다자유도 구동기는 엔드 이펙터와, 90도 간격으로 상기 엔드 이펙터에 피벗가능하게 연결되는 3개의 종동 링크와, 각각 상기 3개의 종동 링크와 피벗가능하게 연결되는 3개의 구동 링크, 및 상기 3개의 구동 링크를 구동하는 3개의 액추에이터를 포함한다. 3개의 종동 링크 각각은, 간격을 두고 순차로 배치되는 상기 제1 내지 제4아암과, 상기 간격을 가로질러 상기 제1 내지 제4아암을 평행사변형 형태로 연결하며 상기 간격에서 피벗 가능한 관절부를 형성하는 연성 부재를 포함한다.

Description

다자유도 구동기 및 이를 채용한 디스플레이 장치{multi-DOF moving stage and display apparatus using the same}
광원의 위치를 조정하는 다자유도 구동기(multi-DOF(degree of freedom) moving stage) 및 이를 채용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
차량 내에서 운전자에게 정보를 효과적으로 제공할 수 있는 차량용 헤드업 디스플레이 시스템이 연구 및 개발되고 있다. 헤드업 디스플레이 시스템은, 차량의 주행 속도, 연비, 엔진의 상태 등을 표시하여 제공할 수 있고, 길을 알려주는 네비게이션 정보를 제공할 수 있다. 헤드업 디스플레이는 운전자에게 주행정보를 차량 전면유리(windshield)를 통해서 전방시야에 오버랩되도록 표시해주는 디스플레이 장치이다.
전면유리(windshield) 헤드업 디스플레이는 운전자의 시선 이동을 최소화 하는 위치에 가상 이미지를 제공할 수 있다. 운전자에 따라서, 또는 운전자의 움직임에 의하여 눈동자의 위치가 변할 수 있다. 그러면, 영상광이 운전자의 눈동자에 제대로 전달되지 않을 수 있다.
영상광을 제공하는 광원의 위치를 조정할 수 있는 소형화된 다자유도 구동기를 제공한다.
영상광을 제공하는 광원의 위치를 조정할 수 있는 고속화된 다자유도 구동기를 제공한다.
영상광을 제공하는 광원의 위치를 정밀하게 조정할 수 있는 다자유도 구동기를 제공한다.
전술한 다자유도 구동기를 채용한 가상 이미지를 제공할 수 있는 디스플레이 장치를 제공한다.
일측면에 따른 다자유도 구동기는, 엔드 이펙터; 90도 간격으로 상기 엔드 이펙터에 피벗가능하게 연결되는 3개의 종동 링크; 각각 상기 3개의 종동 링크와 피벗가능하게 연결되는 3개의 구동 링크; 상기 3개의 구동 링크를 구동하는 3개의 액추에이터;를 포함한다.
상기 3개의 구동 링크 중 적어도 하나는 길이가 나머지와 다를 수 있다.
상기 3개의 구동 링크 중 180도 간격으로 배치되는 두 개의 구동 링크는 제1길이를 가지며, 나머지 구동 링크는 제1길이와 다른 제2길이를 가질 수 있다.
상기 3개의 종동 링크는 길이가 동일할 수 있다.
상기 3개의 종동 링크 중 적어도 하나는 길이가 나머지와 다를 수 있다.
상기 3개의 종동 링크 각각은, 간격을 두고 순차로 배치되는 상기 제1 내지 제4아암; 상기 간격을 가로질러 상기 제1 내지 제4아암을 평행사변형 형태로 연결하며 상기 간격에서 피벗 가능한 관절부를 형성하는 연성 부재;를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4아암 사이의 상기 간격은 직선적인 띠 형상일 수 있다.
상기 제1 내지 제4아암 사이의 상기 간격은 요철 형상일 수 있다.
상기 연성 부재는 탄성 부재를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 상기 제4아암 중 적어도 하나는, 절곡된 중공 각기둥 형상일 수 있다.
일 측면에 따른 다자유도 구동기는, 엔드 이펙터; 간격을 두고 순차로 배치되는 상기 제1 내지 제4아암과 상기 간격을 가로질러 상기 제1 내지 제4아암을 평행사변형 형태로 연결하며 상기 간격에서 피벗 가능한 관절부를 형성하는 연성 부재를 각각 포함하며, 상기 엔트 이펙터와 피벗가능하게 연결되는 다수의 종동 링크; 각각 상기 다수의 종동 링크와 피벗가능하게 연결되는 다수의 구동 링크; 상기 다수의 구동 링크를 구동하는 다수의 액추에이터;를 포함하며, 상기 제1 내지 상기 제4아암 중 적어도 하나는, 절곡된 중공 각기둥 형상이다.
상기 제1아암은 상기 엔트 이펙터와 피벗가능하게 연결되며, 상기 제1아암과 마주보는 상기 제3아암은 상기 구동 링크와 피벗가능하게 연결되며, 상기 제2아암과 상기 제4아암은 상기 절곡된 중공 각기둥 형상일 수 있다.
상기 다수의 구동 링크 중 적어도 하나의 길이는 나머지와 다를 수 있다.
상기 다수의 종동 링크의 길이는 동일할 수 있다.
상기 다수의 종동 링크는 90도 간격으로 상기 엔드 이펙터와 연결되는 3개의 종동 링크를 포함하며, 상기 다수의 구동 링크는 상기 3개의 종동 링크와 각각 연결되는 3개의 구동 링크를 포함할 수 있다.
일 측면에 따른 디스플레이 장치는, 좌안 영상광을 제공하는 제1광원; 상기 제1광원의 위치를 조정하는 제1다자유도 구동기; 우안 영상광을 제공하는 제2광원; 상기 제2광원의 위치를 조정하는 제2다자유도 구동기; 상기 좌안 영상광과 상기 우안 영상광을 각각 좌안과 우안에 제공하는 광학계;를 포함하며, 상기 제1다자유도 구동기와 상기 제2다자유도 구동기는, 전술한 다자유도 구동기를 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2다자유도 구동기 각각은 제1축 방향으로 배열된 두 개의 종동 링크를 포함하며, 상기 제1다자유도 구동기의 상기 두 개의 종동 링크와 상기 제2다자유도 구동기의 상기 두 개의 종동 링크는 서로 인접하게 배치될 수 있다.
엔드 이펙터와 90도 간격으로 연결되는 3개의 종동 링크를 채용함으로써, 광원의 위치를 조정할 수 있는 소형화된 다자유도 구동기의 구현이 가능하다. 접기 방식으로 제조 가능한 평행사변형 형태의 종동 링크를 채용함으로써, 고속, 정밀 구동이 가능한 다자유도 구동기가 구현될 수 있다. 종동 링크를 형성하는 4개의 아암 중 적어도 하나를 중공 각기둥 형상으로 함으로써, 종동 링크의 무게 증가를 최소화하면서 종동 링크의 강성을 강화할 수 있다. 전술한 다자유도 구동기를 채용하여, 가상 이미지를 제공할 수 있는 콤팩트한 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 델타로봇 방식의 다자유도 구동기의 일 실시예의 개략적인 구성도이다.
도 3은 종동 링크의 일 실시예를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 종동 링크의 일 실시예의 전개도이며, 도 5는 도 4의 X1-X1' 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 도 5에 도시된 관절부를 형성하는 간격의 다양한 형상의 예들을 보여준다.
도 9는 종동 링크의 일 실시예의 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 종동 링크의 일 실시예의 전개도이다.
도 11은 다자유도 구동기의 일 실시예의 모식도이다.
도 12는 도 11에 도시된 다자유도 구동기의 일 실시예에 의한 워크 스페이스의 일 예를 보여주는 그래프이다.
도 13은 도 12의 워크 스페이스를 구현하기 위하여 다자유도 구동기가 차지하는 공간의 일 예를 보여준다.
도 15는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 15는 도 14의 영상 생성 장치의 예시적인 구성을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 16은 도 14의 영상 생성 장치의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 측면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 예시적인 실시예에 따른 다자유도 구동기 및 디스플레이 장치에 대해 상세히 설명한다. 이하의 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성과 편의를 위하여 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 고 전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조방법은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치(1000)의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 디스플레이 장치(1000)은 영상광을 제공하는 광원(1001)과, 영상광을 관찰자의 눈동자(P)에 제공하는 광학계(1002)를 포함할 수 있다. 광원(1001)은 제1광원(1001-1)과 제2광원(1001-2)을 포함할 수 있다. 제1광원(1001-1)은 예를 들어 좌안용 영상광을 제공한다. 제2광원(1001-2)은 예를 들어 우안용 영상광을 제공한다. 제1광원(1001-1)과 제2광원(1001-2)은 영상광을 제공하는 영상 생성부, 예를 들어 소형 프로젝터일 수 있다. 제1광원(1001-1)과 제2광원(1001-2)은 영상광으로 변조되지 않은 광을 제공하는 광원일 수도 있다. 광학계(1002)는 좌안용 영상광과 우안용 영상광을 각각 관찰자의 좌안(P1)과 우안(P2)에 제공하는 제1광학계와 제2광학계를 포함할 수 있다.
디스플레이 장치(1000)는 예를 들어 차량용 헤드업 디스플레이, 홀로그래픽 3차원 디스플레이, 2D 스테리오 디스플레이 등일 수 있다. 예를 들어, 차량용 헤드업 디스플레이는 차량의 여러가지 정보들을 차량의 전방 유리창(windshield glass) 시야에 제공하여 운전자가 볼 수 있게 해주는 기술이다. 이를 통해서 운전자는 운전 중 전방 주시를 유지하면서 운전에 필요한 여러가지 정보를 얻을 수 있게 된다. 종래에는 디스플레이 패널에 형성된 평면 형태의 그래픽을 전방 유리창에 투영하기 때문에 운전자는 전방의 실제 도로와의 일체감과는 동떨어진, 입체감이 없는 단순한 화면 정보만을 얻을 수 있다. 실 도로와 일체감있는 다양하고 직관적인 정보를 전달할 수 있는 방법으로써, 운전자에게 시각정보의 입체감을 줄 수 있는 홀로그래피 기술들을 차량용 헤드업 디스플레이에 적용시키기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 홀로그래피 기술은 서로 다른 2개의 광원을 운전자의 눈동자(P)에 정확하게 대응시켜 좌우 눈동자(P1, P2)로 들어가는 시각 정보를 다르게 줌으로써 입체감이 있는 시각 정보를 주는 기술이다. 그러나 운전자의 움직임에 따라 눈동자(P)의 위치가 항상 동일하지 않으며, 상황에 따라서 눈동자(P)의 위치가 빠르게 변할 수도 있다. 이때 광원이 운전자의 눈동자(P)를 따라가지 못해 눈동자(P)의 위치와 정확히 대응되지 못한다면 운전자는 입체감이 왜곡된 정보를 받게 되거나 정보 자체를 받을 수 없게 될 수 있다. 그러므로 홀로그래피 기술의 구현을 위해서는, 운전자의 눈동자(P)가 위치할 것으로 예상되는 범위(뷰박스)(VB) 내에서 광원의 위치를 눈동자(P)의 위치에 대응되게 빠르고 정확하게 조정할 필요가 있다.
이를 위하여, 디스플레이 장치(1000)는 아이트래킹 센서(1003)와 광원(1001)의 위치를 조정하는 다자유도 구동기(1004)를 포함할 수 있다. 아이트래킹 센서(1003)는 눈동자(P)의 움직임을 추적하여 눈동자(P)의 위치 정보를 도시되지 않은 제어부로 전달할 수 있으며, 제어부는 눈동자(P)의 위치 정보에 따라서 다자유도 구동기(1004)를 구동하여 영상광이 눈동자(P)으로 전달되도록 광원(1001)의 위치를 조정할 수 있다. 다자유도 구동기(1004)는 제1광원(1001-1)과 제2광원(1001-2)에 각각 대응되는 제1다자유도 구동기(1004-1)와 제2다자유도 구동기(1004-2)를 포함할 수 있다.
한편, 홀로그래피 기술 자체의 속도 및 정밀도 요구조건 외에, 차량용 헤드업 디스플레이로 적용되기 위해서는 소형화 또한 구현될 필요가 있다. 차량용 헤드업 디스플레이는 차량의 전방 유리창에 상을 반사시켜 운전자의 눈동자(P)로 투영하기 때문에 광원(1001)과 다자유도 구동기(1004)는 전방 유리창 하단의 제한된 공간 내에 배치된다. 컴팩트한 시스템 구성을 구현하기 위해서는 2개의 독립적인 다자유도 구동기(1004-1)(1004-2)가 밀집하여 병렬 배치될 수 있어야 하며, 다자유도 구동기(1004)의 소형화가 요구된다.
알려진 다자유도 구동기 방식에는 델타로봇, 헥사포드형 병렬 메커니즘, 케이블 드리븐 메커니즘, 로봇팔 메커니즘 등 다양한 메커니즘이 있다. 델타로봇에서는, 광원이 탑재되는 이동부가 액츄에이터와 분리되어 있기 때문에 이동부의 관성모멘트를 최소화할 수 있어 빠르고 정확하게 반복적인 움직임을 만들 수 있다. 도 2는 델타로봇 방식의 다자유도 구동기(1004)의 일 실시예의 개략적인 구성도이다. 도 2를 참조하면, 다자유도 구동기(1004)는, 서로 대칭되게 배치되는 제1, 제2다자유도 구동기(1004-1)(1004-2)를 구비할 수 있다. 제1, 제2다자유도 구동기(1004-1)(1004-2)는 서로 제1축, 예를 들어 X축에 대하여 대칭되게 배치된다. 제1, 제2다자유도 구동기(1004-1)(1004-2)는 구성이 동일하므로 이하에서 다자유도 구동기(1004-1)를 기준으로 설명한다. 다자유도 구동기(1004-1)는 광원, 예를 들어 제1광원(1001-1)이 탑재되는 엔드 이펙터(end-effector)(100), 엔트 이펙터(100)와 피벗가능하게 연결되는 다수의 종동 링크(200), 각각 다수의 종동 링크(200)와 피벗가능하게 연결되는 다수의 구동 링크(300), 및 다수의 구동 링크(300)를 구동하는 다수의 액추에이터(400)를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 다수의 종동 링크(200)는 3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3)를 포함할 수 있다. 다수의 구동 링크(300)는 3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3)와 각각 피벗가능하게 연결되는 3개의 구동 링크(300-1, 300-2, 300-3)를 포함할 수 있다. 다수의 액추에이터(400)는 3개의 구동 링크(300-1, 300-2, 300-3)를 각각 구동하는 3개의 액추에이터(400-1, 400-2, 400-3)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3)는 90도 간격으로 엔트 이펙터(100)에 연결된다. 종동 링크(200-1, 200-3)는 제1축 방향으로 마주보게 위치되며 제1축과 직교하는 제2축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗될 수 있게 엔드 이펙터(100)와 연결될 수 있다. 종동 링크(200-2)는 종동 링크(200-1, 200-3)와 90도 간격을 두고 제1축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗될 수 있게 엔드 이펙터(100)와 연결될 수 있다. 구동 링크(300-1, 300-3)는 제2축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗될 수 있게 종동 링크(200-1, 200-3)과 연결될 수 있다. 구동 링크(300-2)는 구동 링크(300-1, 300-3)와 90도 간격을 두고 제1축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗될 수 있게 종동 링크(200-2)와 연결될 수 있다.
예를 들어, 3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3)는 각각 엔드 이펙터(100)의 -X 쪽의 단부, +Y 쪽의 단부, +X 쪽의 단부에 피벗될 수 있게 연결될 수 있다. 종동 링크(200-1, 200-3)는 X축 방향으로 마주보게 위치되며 Y축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗될 수 있게 엔드 이펙터(100)와 연결될 수 있다. 종동 링크(200-2)는 종동 링크(200-1, 200-3)와 90도 간격을 두고 X축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗될 수 있게 엔드 이펙터(100)와 연결될 수 있다. 구동 링크(300-1, 300-3)는 Y축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗될 수 있게 종동 링크(200-1, 200-3)과 연결될 수 있다. 구동 링크(300-2)는 구동 링크(300-1, 300-3)와 90도 간격을 두고 X축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗될 수 있게 종동 링크(200-2)와 연결될 수 있다.
3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3) 각각은 평행사변형 형태로 연결된 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)을 포함할 수 있다. 종동 링크(200-1, 200-3)의 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)은 제1축, 예를 들어 X축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗될 수 있게 연결된다. 종동 링크(200-2)의 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)은 제2축, 예를 들어 Y축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗될 수 있게 연결된다. 따라서, 3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3) 각각의 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)은 평행사변형을 이루며 서로 피벗될 수 있게 연결될 수 있다.
3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3) 각각의 제1아암(210)은 엔드 이펙터(100)에 피벗될 수 있게 연결된다. 3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3) 각각의 제1아암(210)과 마주보는 제3아암(230)은 3개의 구동 링크(300-1, 300-2, 300-3)와 피벗될 수 있게 연결된다. 예를 들어, 종동 링크(200-1, 200-3) 각각의 제1아암(210)은 제2축, 예를 들어 Y축과 평행하다. 종동 링크(200-1, 200-3) 각각의 제3아암(230)은 제1아암(210)과 평행하다. 종동 링크(200-1, 200-3) 각각의 제3아암(230)은 구동 링크(300-1, 300-3)와 각각 제2축, 예를 들어 Y축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗될 수 있게 연결된다. 종동 링크(200-1, 200-3) 각각의 제2, 제4아암(220, 240)은 서로 평행하며 제1, 제3아암(210, 230)과 제2축, 예를 들어 Y축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗될 수 있게 연결된다. 종동 링크(200-2)의 제1아암(210)은 제1축, 예를 들어 X축과 평행하다. 종동 링크(200-2)의 제3아암(230)은 제1아암(210)과 평행하다. 종동 링크(200-2)의 제3아암(230)은 구동 링크(300-2)와 제1축, 예를 들어 X축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗될 수 있게 연결된다. 종동 링크(200-2)의 제2, 제4아암(220, 240)은 서로 평행하며 제1, 제3아암(210, 230)과 제1축, 예를 들어 X축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗될 수 있게 연결된다.
3개의 액추에이터(400-1, 400-2, 400-3)는 각각 3개의 구동 링크(300-1, 300-2, 300-3)를 피벗시킨다. 예를 들어, 액추에이터(400-1, 400-3)는 각각 구동 링크(300-1, 300-3)를 제2축, 즉 Y축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗시킨다. 그러면, 종동 링크(200-1, 200-3)는 Y축에 평행한 피벗축에 대하여 피벗된다. 종동 링크(200-1, 200-3)의 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)는 평행사변형 형태를 유지하면서 제1축, 즉 X축에 평행한 피벗축에 대하여 피벗된다. 액추에이터(400-2)는 구동 링크(300-2)를 제1축, 예를 들어 X축과 평행한 피벗축에 대하여 피벗시킨다. 그러면, 종동 링크(200-2)는 X축에 평행한 피벗축에 대하여 피벗된다. 종동 링크(200-2)의 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)는 평행사변형 형태를 유지하면서 제2축, 즉 Y축에 평행한 피벗축에 대하여 피벗된다. 이와 같은 구성에 의하여, 3개의 액추에이터(400-1, 400-2, 400-3)의 구동량을 조절함으로써, 엔드 이펙터(100)를 X, Y, Z 방향으로 병진 이동시킬 수 있다. 또한, 엔드 이펙터(100)를 X, Y, Z 축에 대하여 피벗시킬 수도 있다. 예를 들어, 제1다자유도 구동기(1004-1)를 구동하여 제1광원(1001-1)을 X, Y, Z 방향으로 병진 이동시켜, 좌안 영상광을 좌안(P1)에 제공할 수 있다. 제2다자유도 구동기(1004-2)를 구동하여 제2광원(1001-2)을 X, Y, Z 방향으로 병진 이동시며, 우안 영상광을 우안(P2)에 제공할 수 있다.
디스플레이 장치(1000)에서 눈동자(P)가 위치될 것으로 예상되는 범위, 예를 들어 뷰박스(VB)는 좌안(P1)이 위치할 수 있는 범위(VB1)와 우안(P2)이 위치할 수 있는 범위(VB2)의 합집합이다. 좌안(P1)의 범위(VB1)와 우안(P2)의 범위(VB2)가 동시에 위치하는 범위(VB3)가 존재할 수 있다. 따라서, 제1광원(1001-1)의 이동 범위와 제2광원(1001-2)의 이동 범위가 겹쳐지는 영역이 존재할 수 있다. 일반적인 델타 로봇은 3개의 종동 링크가 서로 120도를 이루며 배치되는데, 이 경우 범위(VB3)에서 좌인용 델타 로봇의 링크들과 우안용 델타 로봇의 링크들이 서로 간섭될 가능성이 있다. 간섭 가능성을 줄이기 위하여는 제1광원(1001-1)과 제2광원(1001-2)을 충분히 이격시켜야 하므로, 디스플레이 장치(1000)의 광학적 구성을 컴팩트하게 하기가 어렵다.
본 실시예의 제1, 제2다자유도 구동기(1004-1, 1004-2)에서는 3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3)가 엔드 이펙터(100)과 90도 간격으로 배치된다. 제1다자유도 구동기(1004-1)는 제1축, 즉 X축 방향으로 배열된 두 개의 종동 링크(200-1, 200-3)를 포함하며, 제2다자유도 구동기(1004-1)는 제1축, 즉 X축 방향으로 배열된 배열된 두 개의 종동 링크(200-1, 200-3)를 포함한다. 제1다자유도 구동기(1004-1)와 제2다자유도 구동기(1004-2)는 제1축, 즉 X축에 대하여 대칭되게 배치된다. 다시 말하면, 제1다자유도 구동기(1004-1)의 종동 링크(200-1, 200-3)가 제2다자유도 구동기(1004-2)의 종동 링크(200-1, 200-3)가 서로 인접하게 배치된다. 제1다자유도 구동기(1004-1)의 종동 링크(200-2)와 제2다자유도 구동기(1004-2)의 종동 링크(200-2)는 제1축 방향, 즉 X축 방향으로 서로 멀리 이격되게 배치된다. 제1광원(1001-1)과 제2광원(1001-2)은 제2축, 즉 Y축 방향으로 이동될 때에 동일한 방향으로 구동된다. 다시 말하면, 제1광원(1001-1)과 제2광원(1001-2)은 함께 +Y 방향 또는 -Y 방향으로 이동된다. 따라서, 범위(VB3)에서 제1다자유도 구동기(1004-1)와 제2다자유도 구동기(1004-2)의 간섭 가능성을 줄일 수 있다. 또한, 제1광원(1001-1)과 제2광원(1001-2)을 가깝게 배치할 수 있어서 디스플레이 장치(1000)의 광학적 구성이 컴팩트해질 수 있다.
종동 링크(200)는 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)이 평행사변형을 이루면서 피벗될 수 있게 연결된 구조를 갖는다. 이를 위하여, 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)의 연결부에는 피벗가능한 관절부가 마련된다. 도 3은 종동 링크(200)의 일 실시예를 보여주는 사시도이다. 도 3에서는 종동 링크(200-1)의 실시예를 도시하며, 도 3에 도시된 종동 링크(200-1)의 실시예는 종동 링크(200-1, 200-3)에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 종동 링크(200)는 박판 형태의 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)을 구비한다. 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)은 관절부(271, 272, 273, 274)에 의하여 평행사변형을 이루며 피벗 가능하게 연결된다. 제1아암(210)에는 제1연결부(250)가 예를 들어 제1관절부(275)에 의하여 피벗가능하게 연결될 수 있다. 엔드 이펙터(100)는 제1연결부(250)에 연결된다. 제3아암(230)에는 제2연결부(260)가 예를 들어 제2관절부(276)에 의하여 피벗가능하게 연결될 수 있다. 구동 링크(300)는 제2연결부(260)에 연결된다.
종래의 3축 델타 로봇은 축이나 베어링, 풀리 등 많은 부품들이 조립되어 형성된다. 이러한 형태의 3축 델타 로봇을 소형화하기 위하여는, 축, 베어링, 풀리 등 복잡한 부품들의 소형화와 이들 부품의 정교하고 복잡한 조립 작업이 요구되므로, 소형화, 저가격화된 3축 델타 로봇을 구현하기가 어렵다. 본 실시예에서는 종이 접기 방식을 응용하여 종동 링크(200)를 형성한다.
도 4는 도 3에 도시된 종동 링크(200)의 일 실시예의 전개도이며, 도 5는 도 4의 X1-X1' 단면도이다. 도 4와 도 5를 참조하면, 종동 링크(200)는 간격(281, 282, 283, 284)을 두고 순차로 배치되는 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)과 간격(281, 282, 283, 284)을 가로질러 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)을 평행사변형 형태로 연결하며 간격(281, 282, 283, 284)에서 피벗 가능한 관절부(271, 272, 273, 274)를 형성하는 연성 부재(270)를 포함할 수 있다. 제1아암(210)은 부속 아암(210a)과 부속 아암(210b)이 서로 연결되어 형성될 수 있다. 연성 부재(270)는 필름, 직물 등 연성을 가진 재료로 형성될 수 있다. 연성 부재(270)는 탄성 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연성 부재(270)는 직물 등 연성을 가진 재료와 고분자 재료 등의 탄성 부재가 적층 또는 복합된 형태일 수도 있다. 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)은 고분자 필름, 압축 종이 등의 강성 박판으로 형성될 수 있다. 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)은 간격(281, 282, 283, 284)을 두고 연성 부재(270)에 예를 들어 부착될 수 있다. 간격(281, 282, 283, 284)에서 연성 부재(270)를 구부려서 부속 아암(210a)과 부속 아암(210b)을 연결하여 도 3에 도시된 바와 같은 평행사변형 형태의 종동 링크(200)가 구현될 수 있다. 연성 부재(270)는 간격(281, 282, 283, 284)에서 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)을 피벗 가능하게 연결하는 관절부(271, 272, 273, 274)를 형성할 수 있다. 연성 부재(270) 상에 부속 아암(210a, 210b)과 간격을 두고 부속 연결부(250a, 250b) 및 제3아암(230)과 간격을 두고 제2연결부(260)가 배치될 수 있다. 부속 연결부(250a, 250b)는 제1연결부(250)를 형성한다. 연성 부재(270)는, 부속 아암(210a, 210b)과 부속 연결부(250a, 250b) 사이의 간격에서 부속 관절부(275a, 275b)를 형성하며, 부속 관절부(275a, 275b)에 의하여 제1관절부(275)가 형성된다. 연성 부재(270)는, 제3아암(230)과 제2연결부(260) 사이의 간격에서 제2관절부(276)를 형성한다.
본 실시예에 따르면, 가벼운 재료에 의하여 관절부(271, 272, 273, 274), 및 제1, 제2관절부(275, 276)를 형성할 수 있으므로, 종동 링크(200)의 관성 모멘트를 작게 할 수 있어, 고속, 정밀 구동이 가능한 다자유도 구동기(1004)의 구현이 가능하다. 또한, 접기 방식에 의하여 평행사변형 형태의 피벗 가능한 종동 링크(200)를 구현할 수 있으므로, 구조가 간단하고 적은 비용으로 다자유도 구동기(1004)가 구현될 수 있다.
도 5에서는 연성 부재(270)의 일면에 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240) 이 배치되어 있으며, 연성 부재(270)의 양면에 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)이 배치될 수도 있다. 또한, 연성 부재(270)의 일면과 양면 중 적어도 면에 복층 형태의 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)이 배치될 수도 있다. 제1, 제2연결부(250, 260)는 연성 부재(270)의 양면에 배치될 수 있으며, 연성 부재(270)의 일면과 양면 중 적어도 면에 복층 형태의 제1, 제2연결부(250, 260)이 배치될 수도 있다.
간격(281, 282, 283, 284)은 도 4에 도시된 바와 같은 직선적인 띠 형상일 수 있다. 이외에도 간격(281, 282, 283, 284)의 형상은 다양할 수 있다. 도 6 내지 도 8은 간격(281, 282, 283, 284)의 다양한 형상의 예들을 보여준다. 도 6 내지 도 8에서 제1아암(210)과 제3아암(230) 사이의 간격(281)을 예시적으로 보여주나, 도 6 내지 도 8의 구조는 간격(282, 283, 284)에도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 도 6 내지 도 8의 구조는 제1아암(210)과 제1연결부(250) 사이의 간격 및 제3아암(230)과 제2연결부(260) 사이의 간격에도 적용될 수 있다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 간격(281)은 계단형, 톱니형, 물결형 등의 요철 형상을 가질 수도 있다. 요철 형상의 마루는 직선(L1, L2) 상에 정렬될 수 있다. 직선(L1, L2)은 동일한 선일 수 있으며, 서로 다른 선일 수도 있다.
관절부(271, 272, 273, 274) 및 제1, 제2관절부(275, 276)의 유연성 또는 탄성은 연성 부재(270)의 재료, 간격의 형상 등에 의하여 결정될 수 있다. 도 6 내지 도 8에 도시된 실시예들에 따르면, 연성 부재(270)의 재료를 변경하지 않고 간격의 형상을 변경함으로써 관절부(271, 272, 273, 274) 및 제1, 제2관절부(275, 276)의 유연성 또는 탄성을 조절할 수 있다. 또한, 간격의 형상을 변경함으로써, 엔드 이펙터(100), 종동 링크(200), 구동 링크(300)의 연결부, 및 종동 링크(200)의 관절부에서의 오프셋을 최소화하여 안정적이고 정밀한 다자유도 구동이 가능하다.
제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)의 강성을 강화하기 위하여, 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240) 중 적어도 하나는 절곡된 중공 각기둥 형상일 수 있다. 도 9는 종동 링크(200)의 일 실시예의 사시도이며, 도 10은 도 9에 도시된 종동 링크(200)의 일 실시예의 전개도이다. 본 실시예의 종동 링크(200)는 제2, 제4아암(220, 240)이 절곡된 중공 각기둥인 점에서 도 3에 도시된 종동 링크(200)의 실시예와 차이가 있다. 도 9와 도 10을 참조하면, 제2, 제4아암(220, 240)은 절곡된 중공 삼각기둥 형상이다. 제2아암(220)은 제1 내지 제3판상 부재(221, 222, 223)를 포함한다. 제1 내지 제3판상 부재(221, 222, 223)는 연성 부재(270) 상에 간격을 두고 이격되게 배치된다. 연성 부재(270)는 제1, 제2판상 부재(221, 222)를 절곡가능하게 연결하는 절곡부(224)와 제1, 제3판상 부재(221, 223)를 절곡가능하게 연결하는 절곡부(225)를 형성한다. 제2, 제3판상 부재(222, 223)에는 서로 암수 결합 가능한 홈(226)과 돌기(227)가 각각 마련된다. 절곡부(224, 225)를 따라 제2, 제3판상 부재(222, 223)를 제1판상 부재(221)에 대하여 접어서 홈(226)에 돌기(227)를 끼우면, 중공 삼각 기둥 형상의 제2아암(220)이 구현될 수 있다.
마찬가지로, 제4아암(240)은 제1 내지 제3판상 부재(241, 242, 243)를 포함한다. 제1 내지 제3판상 부재(241, 242, 243)는 연성 부재(270) 상에 간격을 두고 이격되게 배치된다. 연성 부재(270)는 제1, 제2판상 부재(241, 242)를 절곡가능하에 연결하는 절곡부(244)와 제1, 제3판상 부재(241, 243)를 절곡가능하게 연결하는 절곡부(245)를 형성한다. 제2, 제3판상 부재(242, 243)에는 서로 암수 결합 가능한 홈(246)과 돌기(247)가 각각 마련된다. 절곡부(244, 245)를 따라 제2, 제3판상 부재(242, 243)를 제1판상 부재(241)에 대하여 접어서 홈(246)에 돌기(247)를 끼우면, 중공 삼각 기둥 형상의 제4아암(240)이 구현될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 간단하고 저렴한 구조에 의하여, 종동 링크(200)의 강성을 강화할 수 있다. 또한, 종동 링크(200)의 관성 모멘트의 증가를 최소화하면서 종동 링크(200)의 강성을 증가시킬 수 있다. 도 9 및 도 10에서는 중공 삼각 기둥 형상의 아암을 갖는 종동 링크(200)가 도시되어 있으나, 필요에 따라서, 종동 링크(200)의 적어도 하나의 아암은 사각 기둥, 오각 기둥 등의 형상을 가질 수도 있다.
3축 델타 로봇의 구동 시에 두 개의 로봇 축이 동일 선상에 정렬되면 예측할 수 없는 거동이 초래될 수 있다. 예를 들어, 3개의 구동 링크(300-1, 300-2, 300-3)와 3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3)의 3개의 피벗 가능한 연결부 중에서 2 개의 연결부가 종일 선상에 정렬되면, 엔드 이펙터(100)의 구동 방향과 속도가 예측 불가능하게 될 수 있다. 이를 특이점 효과(singularity effect)라고 한다. 특이점 효과에 의한 엔드 이펙터(100)의 거동 불안을 해소하기 위하여는 2 개의 연결부가 동일 선상에 정렬될 가능성을 줄일 필요가 있다. 이를 위하여, 3개의 구동 링크(300-1, 300-2, 300-3) 중 적어도 하나의 길이를 다르게 할 수 있다. 이 경우, 3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3)의 길이는 같을 수 있으며, 다를 수도 있다. 일 예로서, 180도 간격을 갖는, 다시 말하면 X축 방향으로 마주보는 두 개의 구동 링크(300-1, 300-3)가 동일한 길이(제1길이)를 갖고, 두 개의 구동 링크(300-1, 300-3)와 90도 간격을 이루는 구동 링크(300-2)의 길이(제2길이)를 제1길이와 다르게 할 수 있다. 이 경우, 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3)는 동일한 길이를 가질 수 있다. 다른 예로서, 3개의 구동 링크(300-1, 300-2, 300-3)의 길이를 동일하게 하고, 3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3) 중 적어도 하나의 길이는 다르게 할 수도 있다. 종동 링크(200)의 길이는 제2아암(220) 또는 제4아암(240)의 길이를 지칭한다. 이와 같은 구성에 의하여, 특이점 효과에 의한 엔드 이펙터(100)의 거동 불안을 해소할 수 있다.
도 11은 다자유도 구동기(1004)의 일 실시예의 모식도이며, 도 12는 도 11에 도시된 다자유도 구동기(1004)의 일 실시예에 의한 워크 스페이스의 일 예를 보여주는 그래프이며, 도 13은 도 12의 워크 스페이스를 구현하기 위하여 다자유도 구동기(1004)가 차지하는 공간의 일 예를 보여준다. 도 11을 참조하면, a1, a2, a3는 각각 액추에이터(400-1, 400-2, 400-3)가 설치되는 베이스(401)의 중심(402)으로부터 액추에이터(400-1, 400-2, 400-3)까지의 거리로서, 각각 20mm, 50mm, 20mm이다. b1, b2, b3는 각각 엔트 이펙터(100)의 중심(102)으로부터 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3)까지의 거리로서, 각각 15mm, 30mm, 15mm이다. l11, l12, l13는 각각 구동 링크(300-1, 300-2, 300-3)의 길이이다. 180도 간격으로 배치되는 구동 링크(300-1, 300-3)의 길이(l11, l13)는 동일하며, 25mm 이다. 구동 링크(300-1, 300-3)와 90도 간격으로 배치되는 구동 링크(300-2)의 길이(l12)는 26mm로서, 구동 링크(300-1, 300-3)의 길이(l11, l13)보다 길다. l21, l22, l23는 각각 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3)의 길이이다. 본 실시예에서 l21, l22, l23는 동일하며, l21 = l22 = l23 = 33mm 이다. 이와 같은 구성에 의하여, 도 12에 도시된 바와 같이, XYX 방향으로 34mm X 30mm X 24mm의 워크 스페이스(WS)가 구현될 수 있다.
도 13에서, HW는 엔드 이펙터(100)가 Z 방향으로 최대 변위를 가질 때에 베이스(401)로부터 엔트 이펙터(100)까지의 거리이다. 본 실시예에서 HW는 약 44mm 이다. MZ는 Z방향의 마진으로서, 엑추에이터(400-1, 400-2, 400-3)가 베이스(401)로부터 Z방향으로 돌출된 양을 감안한 값이다. 본 실시예에서 MZ는 약 25mm 이다. MZ는 컴팩트한 엑추에이터(400-1, 400-2, 400-3)를 채용함으로써 줄일 수도 있다. MY는 Y방향의 마진으로서, 엑추에이터(400-1, 400-2, 400-3), 구동 링크(300-1, 300-2, 300-3), 및 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3)기 베이스(401)로부터 Y 방향으로 돌출된 양을 감안한 값이다. 본 실시예에서 MY는 예를 들어 약 14mm 이다.
다자유도 구동기(1004)가 차지하는 공간의 Z방향의 최대값은 HW + Mz = 44 + 25 = 69mm이다. 다자유도 구동기(1004)가 차지하는 공간의 X방향의 최대값은 a1 + a3 + l11 + l13 = 20 + 20 + 25 + 25 = 90mm이다. 다자유도 구동기(1004)가 차지하는 공간의 Y방향의 최대값은 a2 + l12 + MY = 50 + 26 + 14 = 90mm이다. 따라서, 워크 스페이스(WS)를 갖는 다자유도 구동기(1004)가 차지하는 최대 부피는 69 X 90 X 90 = 558,900 mm3 ≒ 0.56L(litter)가 된다. 따라서, 매우 작은 공간을 차지하는 컴팩트한 다자유도 구동기(1004)가 구현될 수 있다.
전술한 실시예들에서는 3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3)가 90도 간격으로 배치되어 있으나, 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들어, 3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3)는 120도 간격으로 배치될 수도 있다. 이 경우, 3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3) 각각은, 도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 간격을 두고 순차로 배치되는 판상의 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)과 간격을 가로질러 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240)을 평행사변형 형태로 연결하며 간격에서 피벗 가능한 관절부(271, 272, 273, 274)를 형성하는 연성 부재(270)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 종이 접기 방식으로 구현가능한 종동 링크(200)를 채용함으로써, 전술한 바와 같이 이동부의 관성 모멘트를 줄여 고속, 정밀 구동이 가능한 소형, 저가격의 다자유도 구동기(1004)가 구현될 수 있다. 또한, 제1 내지 제4아암(210, 220, 230, 240) 중 적어도 하나를 절곡된 중공 각기둥 형상으로 함으로써, 이동부의 관성 모멘트의 증가를 최소화하면서 종동 링크(200)의 강성을 증가시킬 수 있다. 또한, 특이점 효과에 의한 거동 불안정을 해소하기 위하여, 3개의 구동 링크(300-1, 300-2, 300-3)의 길이를 다르게 할 수 있다. 이 경우, 3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3)의 길이는 같을 수 있으며, 다를 수도 있다. 물론, 3개의 구동 링크(300-1, 300-2, 300-3)의 길이를 동일하게 하고, 3개의 종동 링크(200-1, 200-2, 200-3)의 길이는 다르게 할 수도 있다. 종동 링크(200)의 길이는 제2아암(220) 또는 제4아암(240)의 길이를 지칭한다.
도 14는 디스플레이 장치(1000)의 일 예로서, 헤드업 디스플레이 장치(1000a)의 일 실시예의 개략적인 구성도이다. 도 14를 참조하면, 영상 생성 장치(광원)(1001-1, 1001-2)는 영상 정보를 포함하는 제1 편광의 광을 방출한다. 광학계(1002)는 (제1, 제2)영상 생성 장치(제1, 제2광원)(1001-1, 1001-2)는 영상광을 운전자(관찰자)의 눈동자(P1, P2)에 제공할 수 있다. 일 실시예로서, 광학계(1002)는 편광 빔 스플리터(polarization beam splitter; PBS)(1005), 파장판(1006), 및 거울(1007)을 포함할 수 있다. 편광 빔 스플리터(1005)는 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)로부터 방출되는 제1 편광의 광의 진행 경로 상에 마련되어 제1 편광의 광을 투과시킨다. 파장판(1006)은 편광 빔 스플리터(1005)를 투과한 광의 진행 경로 상에 마련되어 편광 빔 스플리터(1005)를 투과한 광의 위상을 변환하여 투과시킨다. 거울(1007)은 편광 빔 스플리터(1005)와 파장판(1006)을 투과한 광을 반사시켜 다시 파장판(1006)을 투과하여 편광 빔 스플리터(1005)로 향하도록 한다.
영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)는 영상 정보를 포함하는 광을 생성하는 디스플레이 패널(미도시) 및 디스플레이 패널로부터의 광을 확산시키는 광학계(미도시)를 포함할 수 있다. 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)는 제1 편광의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 제1 편광은 수평 편광(P편광)일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 편광은 수직 편광(S편광)일 수 있다. 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)는 각각 좌안용 영상광과 우안용 영상광을 방출할 수 있다. 이에 따라, 좌안용 영상과 우안용 영상이 결합된 스테레오 형태의 3차원 입체 영상이 운전자(관찰자)에게 제공될 수 있다. 또한, 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)는 컴퓨터 생성 홀로그램(Computer generative hologram; CGH) 영상을 생성할 수도 있다. 예를 들어, 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)는 CGH 영상을 생성하는 디스플레이 패널을 포함할 수 있다.
편광 빔 스플리터(1005)는 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)로부터의 광을 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 편광 빔 스플리터(1005)는 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)가 생성한 제1 편광의 광을 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 편광 빔 스플리터(1005)는 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)로부터 방출된 수평 편광(P편광)의 광을 투과시킬 수 있다. 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)로부터 방출된 광에 대한 편광 빔 스플리터(1005)의 입사면은 상기 광의 진행 경로에 대해 소정의 각도로 기울어질 수 있다.
파장판(1006)은 입사광의 위상을 변환하여 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)로부터 방출되어 편광 빔 스플리터(1005)를 투과한 제1 편광의 광의 위상을 90도만큼 변환할 수 있다. 예를 들어, 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)로부터 방출된 제1 편광의 광이 수평 편광(P편광)의 광인 경우, 파장판(1006)을 투과한 광은 원편광의 광으로 변환될 수 있다. 예를 들어, 파장판(1006)은 4분의 1 파장판(quarter wave plate; QWP)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 거울(1007)은 오목 거울을 포함할 수 있다. 이 경우, 거울(1007)에 의해 반사된 광은 거울(1007)의 초점에 포커싱될 수 있다. 예를 들어, 거울(1007)은 비구면(aspheric) 거울 또는 자유형상곡면 거울 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 거울(1007)은 구면 거울을 포함할 수 있다. 도 14에는 파장판(1006)과 거울(1007)이 이격된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 파장판(1006)과 거울(1007)은 일체형으로 형성될 수도 있다. 거울(1007)은 파장판(1006)을 투과한 광을 반사시켜 다시 파장판(1006)을 투과하도록 할 수 있다. 상기 광이 다시 파장판(1006)을 투과하는 경우, 상기 광의 위상은 파장판(1006)에 의해서 재차 변환될 수 있다. 예를 들어, 거울(1007)에 의해 반사된 광의 위상이 파장판(1006)을 투과함으로써 90도만큼 변환될 수 있다. 예를 들어, 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)로부터 방출된 제1 편광의 광이 수평 편광(P편광)의 광일 경우, 제1 편광의 광은 파장판(1006)을 투과하여 원편광으로 변환될 수 있고, 이 원편광의 광은 거울(1007)에 의해 반사되어 재차 파장판(1006)을 투과함으로써 제1 편광과 다른 제2 편광의 광으로 변환될 수 있다. 예를 들어, 제2 편광은 수직 편광(S편광)일 수 있다. 이처럼, 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)로부터 방출된 제1 편광(예를 들어, P편광)의 광이 파장판(1006)을 두 번에 걸쳐 투과함으로써, 제2 편광(예를 들어, S편광)의 광으로 변환될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)로부터 방출된 제1 편광의 광이 수직 편광(S편광)의 광인 경우, 제2 편광의 광은 수평 편광(P편광)의 광일 수 있다. 예를 들어, 제1 편광의 편광축과 제2 편광의 편광축은 서로 수직일 수 있다.
상기한 바와 같이, 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)로부터 방출된 제1 편광(예를 들어, P편광)의 광은 편광 빔 스플리터(1005) 및 파장판(1006)을 순차적으로 투과할 수 있다. 편광 빔 스플리터(1005) 및 파장판(1006)을 순차적으로 투과한 광은 거울(1007)에 의해 반사되어 다시 파장판(1006)을 투과하고 제2 편광(예를 들어, S편광)의 광으로 변환되어 편광 빔 스플리터(1005)로 향할 수 있다. 제2 편광(예를 들어, S편광)의 광은 최종적으로 편광 빔 스플리터(1005)에 의해 반사되어 차량의 전면유리(1008)로 향한다. 제2 편광(예를 들어, S편광)의 광은 전면유리(1008)에 의해 반사되어 운전자의 눈동자(P1, P2)로 향할 수 있다. 예를 들어, 제1 영상 생성 장치(1001-1)에 의해 생성된 좌안용 영상은 좌측 눈동자(P1)에 제공될 수 있다. 또한, 제2 영상 생성 장치(1001-2)에 의해 생성된 우안용 영상은 우측 눈동자(P2)에 제공될 수 있다. 이에 따라, 운전자는 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)로부터 생성된 영상을 인식할 수 있다. 또한, 운전자의 눈동자(P1, P2)의 위치 변동은 아이트래킹 센서(1003)에 의하여 검출되며, 도시되지 않은 제어부는 눈동자(P1, P2)의 위치 변동에 근거하여 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)의 위치 조정량을 산출하고, 산출된 조정량에 근거하여 제1, 제2다자유도 구동기(1004-1, 1004-2)를 구동한다. 따라서, 운전자의 눈동자(P1, P2)의 위치가 바뀌더라도, 영상 생성 장치(1001-1, 1001-2)로부터의 광이 변환된 위치의 눈동자(P1, P2)에 전달될 수 있다.
도 15는 도 14의 영상 생성 장치(1001-1)의 예시적인 구성을 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 15의 영상 생성 장치(1001-1)의 예시적인 구성은 도 14의 영상 생성 장치(1001-2)에도 적용될 수 있다. 도 15를 참조하면, 영상 생성 장치(1001-1)는 광원(21), 광원(21)으로부터의 광을 반사시켜 영상 정보를 포함하는 광을 생성하는 디스플레이 패널(20), 광원(21)과 디스플레이 패널(20) 사이에 마련되어, 광원(21)으로부터의 광은 반사시켜 디스플레이 패널(20)로 전달하고, 디스플레이 패널(20)로부터의 광은 투과시키는 빔 스플리터(22), 디스플레이 패널(20)로부터의 광을 투사하는 투사 광학계(30)를 포함할 수 있다.
광원(21)은 백색광을 방출하는 LED 소자를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 광원(21)은 레이저 광을 방출하는 레이저 다이오드를 포함할 수 도 있다. 이 경우, 광원(21)으로부터 방출되는 광은 가간섭성(coherence)을 가질 수 있다. 한편, 광원(21)은 가시광 영역의 단색광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 광원(21)은 적색광, 녹색광 및 청색광 중 어느 하나를 방출하는 광학 소자(예를 들어, LED)일 수 있다. 나아가, 광원(21)은 각각 적색광을 방출하는 제1 광학 소자, 녹색광을 방출하는 제2 광학 소자 및 청색광을 방출하는 제3 광학 소자를 포함하는 복수 개의 광학 소자를 포함할 수 있다. 광원(21)에 포함된 서로 다른 파장의 광을 방출하는 제1, 제2 및 제3 광학 소자는 시차를 두고 독립적으로 구동될 수 있다. 이에 따라, 광원(21)으로부터 적색광, 녹색광 및 청색광이 순차적으로 방출될 수 있다.
디스플레이 패널(20)은 광원(21)으로부터 방출된 광을 영상 정보를 포함하는 광으로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(20)은 실리콘 액정 디스플레이(liquid crystal on silicon; LCoS), 디지털 마이크로미러 디스플레이(digital micromirror display; DMD) 및 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD) 패널 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(20)이 LCoS 또는 LCD인 경우, 디스플레이 패널(20)에 의해 생성된 영상 정보를 포함하는 광은 제1 편광의 광일 수 있다. 예를 들어, 제1 편광은 수평 편광(P편광)일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 편광은 수직 편광(S편광)일 수도 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(20)이 DMD인 경우, 디스플레이 패널(20)로부터 반사된 광의 편광을 변환하기 위한 별도의 편광판(미도시)이 영상 생성 장치(1000-1)에 더 포함될 수 있다.
빔 스플리터(22)는 디스플레이 패널(20)이 반사형인 경우에 마련될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(20)이 LCoS 또는 DMD인 경우, 빔 스플리터(22)는 광원(21)과 디스플레이 패널(20) 사이에 마련될 수 있다. 빔 스플리터(22)는 편광의 종류에 따라 광을 투과시키거나 반사시키는 편광 빔 스플리터(PBS)를 포함할 수 있다. 빔 스플리터(22)는 광원(21)으로부터 방출되는 광의 진행 경로에 대해 소정의 각도로 기울어진 입사면을 포함할 수 있다. 이 입사면에 의해서 광원(21)으로부터의 광의 적어도 일부가 반사되어 디스플레이 패널(20)을 향해 진행할 수 있다. 이 때, 빔 스플리터(22)의 입사면에 의해 반사되어 디스플레이 패널(20)로 향하는 광은 예를 들어, 수직 편광(S편광)의 광일 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(20)이 LCoS인 경우, 디스플레이 패널(20)로 진행한 수직 편광(S편광)의 광은 디스플레이 패널(20)에 의해 반사되어 수평 편광(P편광)으로 변환될 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(20)이 DMD인 경우에는 빔 스플리터(22)와 디스플레이 패널(20) 사이에 입사광을 수평 편광(P편광)으로 변환시키는 별도의 편광판(미도시)이 마련될 수 있다. 디스플레이 패널(20)로부터의 수평 편광(P편광)의 광은 빔 스플리터(22)를 투과할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 달리, 디스플레이 패널(20)이 투과형인 경우에는 빔 스플리터(22)가 영상 생성 장치(1001-1)에 포함되지 않을 수 있다. 이 경우, 광원(21), 디스플레이 패널(20) 및 투사 광학계(30)가 일직선 상에 마련될 수 있다.
한편, 디스플레이 패널(20)은 영상을 디스플레이 패널(20) 부근에 결상시킬 수 있다. 디스플레이 패널(20) 부근에 결상된 영상은 광학계(30)를 통해 확대될 수 있다. 투사 광학계(30)는 복수 개의 렌즈를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(20)에 의해 결상된 영상은 투사 광학계(30)에 포함된 복수 개의 렌즈를 통해 확대되어 헤드업 디스플레이 장치(1000) 내부에 결상될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(20)에 의해 생성된 영상은 투사 광학계(30)를 통해 확대되어 영역(a1)에 결상될 수 있다.
도 16은 도 14의 영상 생성 장치(1001-1)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 측면도이다. 도 16에서는 설명의 편의를 위해 도 15의 광원(21)을 생략하였다.
도 16을 참조하면, 디스플레이 패널(20)로부터의 광은 빔 스플리터(22) 및 광학계(30)를 투과할 수 있다. 예를 들어, 투사 광학계(30)는 복수 개의 렌즈를 포함하는 렌즈군을 포함할 수 있다. 예를 들어, 투사 광학계(30)에 포함된 렌즈군은 영상을 헤드업 디스플레이 장치(1000) 내부에 결상시키기 위한 프로젝터(projector) 렌즈군을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(20)로부터의 광을 확산시킬 수 있도록, 복수 개의 렌즈의 형상이 절절히 설계될 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 패널(20)로부터의 광에 의한 영상이 확대될 수 있다. 또한, 복수 개의 렌즈 사이에 조리개(40)가 마련될 수 있다. 조리개(40)는 디스플레이 패널(20)로부터 방출되는 광의 일부를 차단할 수 있다.
상기한 다양한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 예시적인 다양한 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
100...엔드 이펙터 200...종동 링크
210, 220, 230, 240...제1, 제2, 제3, 제4아암
250, 260...제1, 제2연결부 271, 272, 273, 274...관절부
275, 276...제1, 제2관절부 281, 282, 283, 284...간격
300...구동 링크 400...액추에이터
1000, 1000a...디스플레이 장치 1001...광원
1001-1...제1광원(영상 생성 장치) 1001-2...제2광원(영상 생성 장치)
1002...광학계 1003...아이 트래킹 센서
1004...다자유도 구동기 1004-1...제1다자유도 구동기
1004-2...제2다자유도 구동기 1005...편광 빔 스플리터
1006...파장판 1007...거울
10...전면유리 20...디스플레이 패널
21...광원 30...투사 광학계
40...조리개

Claims (20)

  1. 엔드 이펙터;
    90도 간격으로 상기 엔드 이펙터에 피벗가능하게 연결되는 3개의 종동 링크;
    각각 상기 3개의 종동 링크와 피벗가능하게 연결되는 3개의 구동 링크;
    상기 3개의 구동 링크를 구동하는 3개의 액추에이터;를 포함하는 다자유도 구동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 3개의 구동 링크 중 적어도 하나는 길이가 나머지와 다른 다자유도 구동기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 3개의 구동 링크 중 180도 간격으로 배치되는 두 개의 구동 링크는 제1길이를 가지며, 나머지 구동 링크는 제1길이와 다른 제2길이를 가지는 다자유도 구동기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 3개의 종동 링크는 길이가 동일한 다자유도 구동기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 3개의 종동 링크 중 적어도 하나는 길이가 나머지와 다른 다자유도 구동기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 3개의 종동 링크 각각은,
    간격을 두고 순차로 배치되는 상기 제1 내지 제4아암;
    상기 간격을 가로질러 상기 제1 내지 제4아암을 평행사변형 형태로 연결하며 상기 간격에서 피벗 가능한 관절부를 형성하는 연성 부재;를 포함하는 다자유도 구동기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4아암 사이의 상기 간격은 직선적인 띠 형상인 다자유도 구동기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4아암 사이의 상기 간격은 요철 형상인 다자유도 구동기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 연성 부재는 탄성 부재를 포함하는 다자유도 구동기.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 내지 상기 제4아암 중 적어도 하나는, 절곡된 중공 각기둥 형상인 다자유도 구동기.
  11. 엔드 이펙터;
    간격을 두고 순차로 배치되는 상기 제1 내지 제4아암과 상기 간격을 가로질러 상기 제1 내지 제4아암을 평행사변형 형태로 연결하며 상기 간격에서 피벗 가능한 관절부를 형성하는 연성 부재를 각각 포함하며, 상기 엔트 이펙터와 피벗가능하게 연결되는 다수의 종동 링크;
    각각 상기 다수의 종동 링크와 피벗가능하게 연결되는 다수의 구동 링크;
    상기 다수의 구동 링크를 구동하는 다수의 액추에이터;를 포함하며,
    상기 제1 내지 상기 제4아암 중 적어도 하나는, 절곡된 중공 각기둥 형상인 다자유도 구동기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1아암은 상기 엔트 이펙터와 피벗가능하게 연결되며,
    상기 제1아암과 마주보는 상기 제3아암은 상기 구동 링크와 피벗가능하게 연결되며,
    상기 제2아암과 상기 제4아암은 상기 절곡된 중공 각기둥 형상인 다자유도 구동기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 다수의 구동 링크 중 적어도 하나의 길이는 다른 구동 링크의 길이와 다른 다자유도 구동기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 다수의 종동 링크의 길이는 동일한 다자유도 구동기.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 다수의 종동 링크는 90도 간격으로 상기 엔드 이펙터와 연결되는 3개의 종동 링크를 포함하며,
    상기 다수의 구동 링크는 상기 3개의 종동 링크와 각각 연결되는 3개의 구동 링크를 포함하는 다자유도 구동기.
  16. 좌안 영상광을 제공하는 제1광원;
    상기 제1광원의 위치를 조정하는 제1다자유도 구동기;
    우안 영상광을 제공하는 제2광원;
    상기 제2광원의 위치를 조정하는 제2다자유도 구동기;
    상기 좌안 영상광과 상기 우안 영상광을 각각 좌안과 우안에 제공하는 광학계;를 포함하며,
    상기 제1다자유도 구동기와 상기 제2다자유도 구동기는,
    광원이 탑재되는 엔드 이펙터;
    90도 간격으로 상기 엔드 이펙터에 피벗가능하게 연결되는 3개의 종동 링크;
    각각 상기 3개의 종동 링크와 피벗가능하게 연결되는 3개의 구동 링크;
    상기 3개의 구동 링크를 구동하는 3개의 액추에이터;를 포함하는 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 3개의 구동 링크 중 적어도 하나는 나머지와 길이가 다른 디스플레이 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 3개의 종동 링크 각각은,
    간격을 두고 순차로 배치되는 상기 제1 내지 제4아암;
    상기 간격을 가로질러 상기 제1 내지 제4아암을 평행사변형 형태로 연결하며 상기 간격에서 피벗 가능한 관절부를 형성하는 연성 부재;를 포함하는 디스플레이 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 내지 상기 제4아암 중 적어도 하나는, 절곡된 중공 각기둥 형상인 디스플레이 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제1, 제2다자유도 구동기 각각은 제1축 방향으로 배열된 두 개의 종동 링크를 포함하며,
    상기 제1다자유도 구동기의 상기 두 개의 종동 링크와 상기 제2다자유도 구동기의 상기 두 개의 종동 링크는 서로 인접하게 배치되는 디스플레이 장치.
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