KR20230128897A - 광학 부재 및 이를 포함하는 웨어러블 장치 - Google Patents

광학 부재 및 이를 포함하는 웨어러블 장치 Download PDF

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고중열
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 광학 부재는 하우징; 및 상기 하우징 내에 배치되는 렌즈 모듈; 상기 렌즈 모듈로부터 출사되는 광을 반사하는 제 1 반사 부재; 및 상기 제 1 반사 부재로부터 반사된 광을 반사하는 제 2 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재로부터 반사된 광이 출사 되는 출사 부재를 포함하고, 상기 제 2 반사 부재를 통해 출사된 광은 상기 제 1 반사 부재를 통과하여 상기 출사 부재로 방출된다.

Description

광학 부재 및 이를 포함하는 웨어러블 장치{OPTICAL MEMBER AND WEARAVLE DEVICE COMPRISING THE SAME}
실시예는 광학 부재 및 이를 포함하는 웨어러블 장치에 관한 것이다.
최근 기술의 발전에 따라, 신체에 착용 가능한 다양한 형태의 웨어러블 장치가 나오고 있다. 그 중 증강현실(Augmented Reality, AR) 장치는 사용자의 머리에 착용하는 안경 형태의 웨어러블 장치로써, 디스플레이를 통해 시각적 정보를 제공함으로써 사용자에게 증강현실 서비스를 제공할 수 있다.
증강현실(Augmented Reality)이란, 실제 환경에 3차원 영상을 삽입하여 현실 세계 정보와 가상의 영상을 혼합한 것을 의미한다.
현실 세계 정보에는 착용자가 필요로 하지 않는 정보도 있고, 때로는 착용자가 필요로 하는 정보가 부족할 수도 있다. 그러나 증강현실 시스템은 현실 세계와 가상 세계를 결합함으로써 실시간으로 착용자에게 현실 세계와 필요한 정보의 상호 작용이 이루어지도록 하는 것이다.
이러한 증강현실(AR) 장치는 시야가 막히는 가상현실(VR) 장치와 달리 이용 도중에도 앞을 볼 수 있다. 또한, 일반 안경처럼 착용한 상태에서 눈앞에 와이드 스크린 화면 수준의 디스플레이를 띄우거나 다양한 AR 콘텐츠 이용이 가능하다. 또한, 사용자 중심으로 360도 모든 공간을 활용하여 현실과 AR 콘텐츠를 결합한 확장현실 경험을 지원할 수 있다. 또한, 양손이 자유로운 상태에서 사용자 시점에 최적화된 디스플레이를 제공한다는 점에서 스마트폰을 대체하는 기술로 발전 중이다.
상기 증강현실 장치는 착용자들에게 증강현실 영상을 제공하기 위해 광학 모듈을 포함한다.
이러한 광학 모듈은 광원 및 상기 광원에서 출사되는 광의 이동을 제어하는 다양한 광학 부품을 포함한다. 상기 광원에서 출사되는 광은 다양한 광학 부품을 통해 집광, 반사 및 스캐닝되어 상기 광학 모듈 외부에 배치되는 글래스로 이동한다.
이때, 광학 모듈 내부에 배치되는 광학 부품의 배치, 크기에 따라 광학 모듈을 포함하는 증강현실 장치의 화질, 무게, 구동전압이 달라질 수 있다. 따라서, 최적의 화질, 구동전압 및 무게를 구현할 수 있는 새로운 구조의 광학 부재 및 이를 포함하는 웨어러블 장치가 요구된다.
한편, 이러한 스캐닝 프로젝터를 사용하는 것은 한국공개특허 KR10-2017-0085875(2027.07.25)에 개시되어 있다.
실시예는 저전력으로 구동 가능하고, 향상된 화질을 구현할 수 있는 광학 부재 및 이를 포함하는 웨어러블 장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 광학 부재는, 하우징; 및 상기 하우징 내에 배치되는 렌즈 모듈; 상기 렌즈 모듈로부터 출사되는 광을 반사하는 제 1 반사 부재; 및 상기 제 1 반사 부재로부터 반사된 광을 반사하는 제 2 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재로부터 반사된 광이 출사 되는 출사 부재를 포함하고, 상기 제 2 반사 부재를 통해 출사된 광은 상기 제 1 반사 부재를 통과하여 상기 출사 부재로 방출된다.
실시예에 따른 3D 디스플레이의 광학 부재는, 하우징; 및 상기 하우징 내에 배치되는 렌즈 모듈; 상기 렌즈 모듈로부터 출사되는 광을 반사하는 제 1 반사 부재; 상기 제 1 반사 부재로부터 반사된 광을 반사하는 제 2 반사 부재; 및 상기 제 2 반사 부재로부터 반사된 광이 출사 되는 출사 부재를 포함하고, 상기 제 2 반사 부재를 통해 출사된 광은 상기 제 1 반사 부재를 통과하여 상기 출사 부재로 방출되고, 상기 렌즈 모듈의 광축의 연장선과 상기 제 2 반사 부재의 수직 벡터 사이의 각도는 70°내지 105°이다.
실시예에 따른 3D 디스플레이의 광학 부재는, 하우징; 및 상기 하우징 내에 배치되는 광원 부재; 상기 광원 장치의 앞에 배치되는 렌즈 모듈; 상기 렌즈 모듈의 출사면 앞에 배치되는 제 1 반사 부재; 상기 제 1 반사 부재의 출사면과 마주보게 배치되는 출사 부재; 및 상기 제 1 반사 부재의 반사면과 마주보게 배치되는 제 2 반사 부재를 포함하고, 상기 제 1 반사 부재는 상기 제 2 반사 부재와 상기 출사 부재 사이에 배치된다.
실시예에 따른 광학 부재는, 하우징; 및 상기 하우징 내에 배치되는 광원 부재 및 렌즈 모듈; 상기 렌즈 모듈로부터 출사 되는 광을 반사하는 제 1 반사 부재; 상기 제 1 반사 부재로부터 반사된 광을 반사하는 제 2 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재로부터 반사된 광이 출사되는 출사 부재를 포함하고, 상기 렌즈 모듈은 상기 광원 부재에서 출사된 광이 들어가는 제 1 렌즈; 및 상기 제 2 렌즈로 들어온 광을 상기 제 2 반사 부재로 출사하는 제 2 렌즈를 포함하고, 상기 출사 부재의 수직 벡터 방향에 있어서, 상기 제 2 렌즈의 광축과 상기 출사 부재의 연장선 사이의 거리는 상기 제 1 렌즈의 광축과 상기 출사 부재의 연장선 사이의 거리보다 가깝게 배치된다.
실시예에 따른 광학 부재는 제 2 반사 부재로 입사 및 반사되는 광이 반사 부재를 통해 이동할 수 있다.
2개의 반사부를 포함하는 반사 부재에 의해 상기 제 2 반사 부재로 입사되는 입사광과 반사되는 반사광의 각도를 감소할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 반사 부재로 입사되는 광의 수광을 위해 상기 제 2 반사 부재의 크기가 증가되거나 또는 상기 멤스 부재의 기울기가 커지는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 광학 부재는 상기 제 2 반사 부재의 크기를 감소하고, 제 2 반사 부재의 기울기를 감소하여 광학 부재를 저전력으로 구동하면서 소형화할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 광학 부재는 제 1 반사 부재, 렌즈 모듈 및 제 2 반사 부재의 각도 및 거리를 제어함으로써, 광학 손실을 감소하면서 향상된 화질을 구현할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 광학 부재의 사시도를 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 광학 부재의 분해 사시도를 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 광학 모듈의 사시도를 도시한 도면들이다.
도 4는 실시예에 따른 광학 모듈의 반사 부재의 사시도를 도시한 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 광학 모듈의 반사 부재의 단면도를 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 실시예에 따른 광학 모듈의 단면도를 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 15는 실시예에 따른 광학 모듈과 비교예에 광학 모듈을 비교하기 위한 광학 모듈의 단면도를 도시한 도면들이다.
도 16은 실시예에 따른 광학 부재가 적용되는 웨어러블 장치를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐 만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐 만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
한편, 이하에서 설명하는 각 부재는 각 부재의 수직 벡터, 광축 또는 연장선이 정의될 수 있다. 자세하게, 상기 반사 부재(400)의 제 1 수직 벡터(V1) 또는 제 1 수직 벡터(V1)의 연장선, 상기 출사 부재(500)의 제 2 수직 벡터(V2) 또는 제 2 수직 벡터(V2)의 연장선, 상기 렌즈 모듈의 광축(OA) 또는 광축(OA)의 연장선, 상기 출사 부재(500)의 연장선(E1) 및 상기 제 2 반사 부재의 연장선(E2)이 정의될 수 있다. 여기서, 상기 출사 부재(500)의 연장선(E1)은 상기 제 2 수직 벡터(V2) 수직할 수 있고, 상기 제 2 반사 부재의 연장선(E2)은 상기 제 1 수직 벡터(V1)와 수직할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 실시예에 따른 광학 부재를 설명한다. 이하에서 설명하는 실시예에 따른 광학 부재는 3D 디스플레이의 광학 부재일 수 있다. 이하에서 설명하는 실시예에 따른 광학 부재는 디스플레이 장치에 적용될 수 있다, 자세하게, 실시예에 따른 광학 부재는 웨어러블 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 일례로, 실시예에 따른 광학 부재는 증강현실(Augmented Reality, AR) 디바이스 장치에 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 광학 부재(10)는 제 1 하우징(1100), 제 2 하우징(1200) 및 광학 모듈(2000)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 하우징(1100) 및 상기 제 2 하우징(1200)은 각각 상기 광학 모듈(2000)을 수용할 수 있다.
자세하게, 상기 제 1 하우징(1100)은 상기 광학 모듈(2000)의 측부를 수용할 수 있다. 즉, 상기 제 1 하우징(1100)은 상기 광학 모듈(2000)의 측면을 둘러싸며 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 2 하우징(1200)은 상기 광학 모듈(2000)을 수용할 수 있다. 즉, 상기 제 2 하우징(1200)은 상기 제 1 하우징(1100)에 의해 측부가 수용된 상기 광학 모듈(2000)을 수용할 수 있다. 즉, 상기 광학 모듈(2000)의 측부는 상기 제 1 하우징(1100)에 의해 수용되고, 상기 제 2 하우징(1200)은 상기 광학 모듈의 전면을 둘러싸며 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 1 하우징(1100)과 상기 광학 모듈(2000)은 상기 제 2 하우징(1200)에 의해 수용될 수 있다.
상기 제 2 하우징(1200)은 개구부(OA)를 포함할 수 있다. 상기 제 2 하우징(1200)의 상기 개구부(1200)에 의해 상기 광학 모듈(2000)이 부분적으로 노출될 수 있다. 즉, 상기 광학 모듈(2000)의 출사 부재(700)는 상기 개구부(OA)에 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 광학 모듈(2000)에서 이동하는 광은 상기 출사 부재를 통해 상기 광학 부재(10)의 외부로 이동할 수 있다.
상기 제 2 하우징(1200)은 세 개의 면, 제1 면(1201S), 제2 면(1202S), 제3 면(1203S)을 포함한다. 제 3면(1203S)은 상기 광학 모듈(2000)의 일부로 인해 돌출된 돌출부(P1)을 포함할 수 있다. 상기 제2 면(1202S)은 상기 광학 모듈(2000)의 배치로 인해 상기 제1 면(1201S)에 대해 기울기를 가지도록 배치된다.
도 3은 실시예에 따른 광학 부재의 광학 모듈(2000)의 사시도를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 광학 모듈(2000)은 광원 부재(100), 렌즈 모듈(200), 제 1 반사 부재(300), 제 2 반사 부재(400), 출사 부재(500) 및 복수의 회로 부재(610, 620)들을 포함할 수 있다.
상기 회로 부재는 회로 기판(610) 및 상기 회로 기판(610) 상에 배치되는 구동 부재(620)를 포함할 수 있다. 상기 회로 기판(610)은 FPCB 및 PCB 중 적어도 하나의 인쇄회로기판을 포함할 수 있다. 상기 회로 기판(610)은 상기 광원 부재(100), 상기 렌즈 모듈(200), 상기 제 1 반사 부재(300) 및 상기 제 2 반사 부재(400) 중 적어도 하나의 부재를 지지하거나 또는 적어도 하나 부재와 연결될 수 있다.
또한, 상기 구동 부재(620)는 구동 드라이버 등의 다양한 구동 부품을 포함할 수 있다.
상기 광원 부재(100), 상기 렌즈 모듈(200), 상기 제 1 반사 부재(300), 상기 제 2 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500) 및 상기 복수의 회로 부재(910, 920)들은 앞서 설명한 상기 제 1 하우징(1100) 및 상기 제 2 하우징(1200)에 수용될 수 있다.
상기 광원 부재(100)에서 발생하는 광은 상기 렌즈 모듈(200), 상기 제 1 반사 부재(300), 상기 제 2 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500) 방향으로 순차적으로 이동할 수 있다. 즉, 상기 광원 부재(100)에서 발생하는 광은 상기 렌즈 모듈(200), 상기 제 1 반사 부재(300), 상기 제 2 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)에서 반사, 투과 및 굴절을 하면서 이동할 수 있다.
상기 광원 부재(100)는 광을 발생할 수 있다. 자세하게, 상기 광원 부재(100)는 상기 출사 부재(500) 방향으로 이동하는 광을 발생할 수 있다. 자세하게, 상기 광원 부재(100)는 상기 출사 부재(500) 방향으로 레이저 광을 출사할 수 있다.
상기 광원 부재(100)는 적어도 하나의 색을 가지는 광을 출사할 수 있다. 즉, 상기 광원 부재(100)는 하나의 색을 가지는 광 또는 서로 다른 색을 가지는 복수의 광을 출사할 수 있다.
예를 들어, 상기 광원 부재(100)는 서로 다른 색을 가지는 복수의 광을 출사할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원 부재(100)는 적색광, 녹색광 및 청색광을 출사할 수 있다. 즉, 상기 광원 부재(100)는 복수의 색을 가지는 레이저 광이 출사되는 레이저 패키지일 수 있다.
상기 광원 부재(100)에서 발생하여 출사되는 광은 상기 렌즈 모듈(200)로 전달될 수 있다. 상기 광원 부재(100)에서 발생하여 출사되는 광은 상기 렌즈 모듈(200)로 직접 전달될 수 있다. 또는, 상기 광원 부재(100)에서 발생하여 출사되는 광은 상기 렌즈 모듈(200)로 간접적으로 전달될 수 있다. 즉, 상기 광원 부재(100)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이에는 상기 광을 집광하거나 광의 경로를 변화하는 반사 부재가 추가로 배치될 수 있고, 상기 광원 부재(100)에서 발생하여 출사되는 광은 상기 반사 부재를 통해 상기 렌즈 모듈(200)로 입사될 수 있다. 자세하게, 상기 광원 부재(100)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이에는 미러 또는 프리즘을 포함하는 적어도 하나 이상의 반사 부재가 추가로 배치될 수 있고, 상기 광원 부재(100)에서 발생하여 출사되는 광은 상기 반사 부재를 통해 상기 렌즈 모듈(200)로 입사될 수도 있다.
이따, 상기 광원 부재(100)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이에 반사 부재가 추가로 배치되는 경우, 상기 광원 부재(10)의 중심을 지나는 직선과 상기 렌즈 모듈의 광축이 이루는 각도는 90°초과 내지 180° 또는 120°초과 내지 150°미만일 수 있다.
상기 렌즈 모듈(200)에는 상기 광원 부재(100)에서 출사되는 광이 입사될 수 있다. 즉, 상기 렌즈 모듈(200)은 상기 광원 부재의 출사면 앞에 배치될 수 있다.
상기 렌즈 모듈(200)은 상기 광원 부재(100)에서 출사되는 광을 입사받아 상기 제 1 반사 부재(300) 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 렌즈 모듈(200)은 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다, 예를 들어, 상기 렌즈 모듈(200)은 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈 모듈(200)은 서로 이격하여 배치되는 3매 이상의 렌즈 및 상기 렌즈들을 수용하는 경통을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 렌즈 모듈(200)은 서로 이격하여 배치되는 3매 내지 6매의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 렌즈 모듈(200)의 렌즈들 중 적어도 하나의 렌즈는 다른 렌즈와 재질, 크기, 형상이 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈 모듈(200)은 상기 광원 부재(100)로부터 출사되는 광을 입사받는 제 1 렌즈(210) 및 상기 제 1 반사 부재(300)로 광을 출사하는 제 2 렌즈(220)를 포함할 수 있다. 즉 상기 제 2 렌즈(220)는 상기 제 1 렌즈(210)로부터 출사되는 광을 입사받아 상기 제 1 반사 부재(300) 및 상기 제 2 반사 부재(400)로 출사할 수 있다.
한편, 상기 출사 부재(500)의 제 2 수직 벡터(V2) 방향에서, 상기 제 2 렌즈(220)의 일부는 상기 제 2 반사 부재(400)와 상기 출사 부재(500) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 출사 부재(500)의 제 2 수직 벡터(V2) 방향에서, 상기 제 2 렌즈(220)의 중앙은 상기 제 2 반사 부재(400)의 연장선(E2)과 상기 출사 부재(500)의 연장선(E1) 사이에 배치될 수 있다.
즉, 상기 제 1 렌즈(210)는 상기 렌즈 모듈(200)의 입사부에 가장 인접하여 배치되고, 상기 제 2 렌즈(220)는 상기 렌즈 모듈(200)의 출사부에 가장 인접하여 배치될 수 있다.
따라서, 상기 제 2 렌즈(210)와 상기 출사 부재(500) 사이의 거리는 상기 제 1 렌즈(210)와 상기 출사 부재(500) 사이의 거리보다 작을 수 있다. 다시 말해, 상기 제 2 렌즈(220)와 상기 출사 부재(500) 사이에서 광이 이동하는 거리는 상기 제 1 렌즈(210)와 상기 출사 부재(500) 사이에서 광이 이동하는 거리보다 작을 수 있다.
자세하게, 상기 출사 부재(500)의 수직 벡터 방향에 있어서, 상기 제 2 렌즈(220)의 광축과 상기 출사 부재(500)의 연장선(E1) 사이의 거리는 상기 제 1 렌즈(210)의 광축과 상기 출사 부재(500)의 연장선(E1) 사이의 거리보다 가깝게 배치될 수 있다.
상기 렌즈 모듈(200)은 상기 제 1 반사 부재(300) 방향으로 이동하는 광의 출사각을 제어할 수 있다. 자세하게, 상기 렌즈 모듈(200)은 상기 렌즈 모듈(200) 외부로 출사하는 광의 출사각을 제어할 수 있다. 즉, 상기 렌즈 모듈(200)은 상기 광의 출사각을 제어하는 릴레이 렌즈(Relay Lens)일 수 있다.
상기 렌즈 모듈(200)에서 광의 출사각도가 제어되므로, 상기 출사 부재(500)로 입사되는 광의 입사 영역을 작게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 광의 출사각도의 증가에 의해 출사 부재의 크기가 증가하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)에는 상기 렌즈 모듈(200)에서 출사되는 광이 입사될 수 있다. 즉, 상기 제 1 반사 부재(300)는 상기 렌즈 모듈(200)의 츨사면 앞에 배치될 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)는 복수의 반사부를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)는 반사부(310) 및 광 가이드부(320)를 포함할 수 있다. 상기 반사부(310) 및 상기 광 가이드부(320)는 서로 마주보며 배치될 수 있다. 또한, 상기 반사부(310) 및 상기 광 가이드부(320)는 서로 이격하여 배치될 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)는 상기 제 1 반사 부재(300)로 입사되는 광의 입사 각도에 따라, 광이 반사 또는 투과될 수 있다. 즉, 상기 제 1 반사 부재(300)는 전반사 프리즘일 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)에서 반사되는 광은 상기 제 2 반사 부재(400)로 이동하고, 상기 제 2 반사 부재(400)에서 반사되는 광은 상기 제 1 반사 부재(300)를 투과하여 상기 출사 부재(500)로 이동할 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)는 상기 제 1 반사 부재(300)에서 상기 제 2 반사 부재(400)로 이동하는 입사각과 상기 제 2 반사 부재(400)에서 다시 상기 제 1 반사 부재(300)로 반사되는 반사각의 각도 차이를 조절할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 반사 부재(400)의 크기를 소형화 함으로써, 광학 모듈(10)의 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)에 대한 설명은 이하에서 상세하게 설명한다.
상기 제 2 반사 부재(400)는 상기 제 1 반사 부재(300)에서 반사되는 광이 입사될 수 있다. 즉, 상기 제 2 반사 부재(400)는 상기 제 1 반사 부재(300)의 축사면과 마주보며 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 2 반사 부재(400)는 상기 제 1 반사 부재(300)의 반사면과 마주보며 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 반사 부재(300)는 상기 제 2 반사 부재(400)와 상기 출사 부재 사이에 배치될 수 있다.
상기 제 2 반사 부재(400)는 지지부(410), 상기 지지부(410) 상에 배치되는 미러(420)를 포함할 수 있다.
상기 지지부(410) 내부에는 전자기력을 발생하는 자석을 포함하고, 상기 자석에 의해 발생하는 전자기력에 의해 상기 미러(420)는 수평 및 수직 방향으로 구동할 수 있다.
상기 미러(420)는 제 1 방향 및 제 2 방향으로 회전할 수 있다. 즉, 상기 미러(420)는 두 방향으로 회전 가능하고, 두 방향으로 회전하면서 광을 반사시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 반사 부재(400)는 수직 방향 및 수평 방향으로 스캐닝할 수 있다.
자세하게, 상기 제 2 반사 부재(400)는 상기 광원 부재(100), 상기 렌즈 모듈(200) 및 상기 제 1 반사 부재(300)로부터 전달되는 광을 입력받아 수평 방향 및 수직 방향으로 투사할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 반사 부재(400)는 제 1 라인에 대해 수평 방향으로 합성된 광을 투사(수평 스캐닝)하고, 제 2 라인으로 수직 이동(수직 스캐닝)한 후, 다시 제 2 라인에 대해 수평 방향으로 광을 투사(수평 스캐닝)할 수 있다. 즉, 상기 제 2 반사 부재(400)는 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동하고, 이러한 수평 방향 및 수직 방향의 스캐닝의 반복에 의해. 상기 제 2 반사 부재(400)는 표시할 영상을 상기 출사 부재(500)에 투사할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 상기 제 2 반사 부재(400)는 멤스 스캐너이나 상기 제 2 반사 부재(400)는 이에 한정되지 않고, 멤스 스캐너, 미러 또는 프리즘일 수 있다.
상기 출사 부재(500)는 상기 제 2 반사 부재(400)로부터 스캐닝되는 광이 입사된다. 상기 출사 부재(500)는 유리를 포함할 수 있다. 상기 출사 부재(500)는 상기 제 2 하우징(1200)의 개구부(OA)에 삽입되어 배치될 수 있다.
상기 출사 부재(500)는 상기 제 1 반사 부재(400)와 마주보며 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 출사 부재(500)는 기울기를 가지는 상기 제 1 반사 부재(400)의 2개의 면과 마주볼 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 광학 모듈(10)의 외부에는 웨이브 가이드가 배치될 수 있다. 상기 출사 부재(700)를 통과한 광은 홀로그램이 붙어있는 상기 웨이브 가이드에서 반사될 수 있다. 이에 따라, 상기 웨이브 가이드를 통해 상기 광학 모듈을 포함하는 디스플레이 장치를 착용한 사용자의 눈으로 광이 입사될 수 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 앞서 설명한 반사 부재를 더 상세하게 설명한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 제 1 반사 부재(300)는 반사부(310) 및 광 가이드부(320)를 포함할 수 있다. 상기 반사부(310) 및 상기 광 가이드부(320) 중 적어도 하나의 반사부는 전반사면을 포함할 수 있다. 즉, 상기 반사부(310)는 상기 렌즈 모듈(200)로부터 입사되는 광을 상기 제 2 반사 부재(400)로 반사시키고, 상기 광 가이드부(320)는 상기 제 2 반사부재(400)로부터 반사된 광을 상기 출사 부재(500)로 가이드할 수 있다. 이에 의해, 상기 제 2 반사 부재(400)를 통해 반사되는 광은 상기 제 1 반사 부재(300)를 통과하여 상기 출사 부재(500)로 방출될 수 있다.
상기 반사부(310) 및 상기 광 가이드부(320) 중 적어도 하나의 반사부는 유리 또는 플라스틱을 포함할 수 있다. 또한, 상기 반사부(310) 및 상기 광 가이드부(320)는 유리 또는 플라스틱의 소재 중에서 서로 동일하거나 또는 서로 다른 소재를 포함할 수 있다.
상기 반사부(310)는 상기 제 2 반사 부재(400)로 출사되는 제 1 광(LI1)과 상기 제 2 반사 부재(400)에서 반사되는 제 2 광(LI2)의 각도 크기를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 반사부(510)는 상기 제 2 반사 부재(400)의 미러(420)의 크기를 감소시킬 수 있다. 이에 의해, 미러(420)를 구동하기 위한 힘을 감소할 수 있고, 미러(420)를 지지하는 지지부(410)의 크기도 함께 감소하므로 제 2 반사 부재(400)의 전체적인 크기가 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 소형의 광학 모듈을 구현할 수 있다.
또한, 상기 제 2 반사부(420)는 상기 출사 부재(500)로 출사되는 광이 평행한 방향으로 이동하게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 출사 부재(500)로 입사되는 광의 양을 증가시켜, 광학 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 반사부(310) 및 상기 광 가이드부(320)는 각각 복수의 면을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 반사부(310) 및 상기 광 가이드부(320)는 광이 입사, 반사, 출사되는 복수의 면을 포함할 수 있다.
상기 반사부(310)는 제 1-1 면(1-1S), 제 1-2 면(1-2S) 및 제 1-3 면(1-3S)을 포함할 수 있다.
상기 제 1-1 면(1-1S)은 상기 광이 입사되는 면이다. 자세하게, 상기 제 1-1 면(1-1S)은 상기 렌즈 모듈(200)의 렌즈들 중 마지막 렌즈 즉, 제 2 렌즈(220)와 마주볼 수 있다. 상기 제 1-1 면(1-1S)에는 상기 렌즈 모듈(200)을 통과하는 광이 입사될 수 있다. 상기 제 1-1 면(1-1S)으로 입사되는 광은 상기 제 1-2 면(1-2S)으로 이동할 수 있다.
상기 제 1-2 면(1-2S)은 상기 광이 반사 또는 투과되는 면이다. 자세하게, 상기 제 1-2 면(1-2S)은 상기 제 1-2 면(1-2S)으로 입사되는 광의 입사각도에 따라 광이 반사되거나 또는 투과될 수 있다. 즉, 상기 제 1-2 면(1-2S)은 상기 제 1-2 면(1-2S)으로 입사되는 입사각도가 임계각보다 큰 경우 반사되고, 임계각보다 작은 경우 투과할 수 있다. 예를 들어, 상기 반사부(310)는 전반사 프리즘일 수 있다.
상기 제 1-1 면(1-1S)에서 상기 제 1-2 면(1-2S)으로 입사되는 광은 임계각보다 큰 입사각도로 입사되고, 이에 의해, 상기 제 1-2 면(1-2S)으로 입사되는 광은 상기 제 1-3 면(1-3S) 방향으로 반사될 수 있다.
상기 제 1-3 면(1-3S)은 상기 광이 출사 및 입사되는 면이다. 상기 제 1-3 면(1-3S)은 상기 제 1-2 면(1-2S)에서 반사된 광이 입사된다. 상기 제 1-3 면(1-3S)을 통과한 광은 상기 제 2 반사 부재(400) 방향으로 출사하여 이동할 수 있다. 또한, 상기 제 2 반사 부재(400)를 통해 스캐닝된 후 반사되는 광은 다시 상기 제 1-3 면(1-3S)으로 입사될 수 있다.
상기 제 1-3 면(1-3S)으로 다시 입사되는 광은 상기 제 1-2 면(1-2S)으로 이동한다. 상기 제 1-3 면(1-3S)에서 상기 제 1-2 면(1-2S)으로 입사되는 광은 임계각보다 작은 입사각도로 입사되고, 이에 의해 상기 제 1-2 면(1-3S)을 투과하여 상기 광 가이드부(320) 방향으로 이동할 수 있다.
상기 광 가이드부(320)는 제 2-1 면(2-1S) 및 제 2-2 면(2-2S)을 포함할 수 있다.
상기 제 2-1 면(2-1S)은 상기 광이 입사 및 출사되는 면이다. 자세하게, 상기 제 1-2 면(1-3S)을 투과하여 상기 제 2 반사부(520) 방향으로 이동하는 광은 상기 제 2-1 면(2-1S)에 입사되고, 상기 제 2-2 면(2-2S) 방향으로 출사될 수 있다.
상기 제 2-2 면(2-2S)은 상기 광이 입사 및 출사되는 면이다. 자세하게, 상기 제 2-1 면(2-1S)에서 출사되는 광은 상기 제 2-2 면(2-2S)으로 입사되고, 상기 제 2-2 면(2-2S)에서 상기 출사 부재(500) 방향으로 출사할 수 있다.
상기 반사부(310) 및 상기 광 가이드부(320)는 서로 마주보며 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 반사부(310)와 상기 광 가이드부(320)는 서로 마주보는 면을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사부(310)의 일면은 상기 광 가이드부(320)의 일면과 서로 마주보며 배치될 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사부(310)의 제 1-2 면(1-2S)은 상기 광 가이드부(320)의 제 2-1 면(2-1S)과 마주보며 배치될 수 있다.
또한, 상기 반사부(310)와 상기 광 가이드부(320)는 서로 이격하여 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 반사부(310)의 일면은 상기 광 가이드부(320)의 일면과 서로 이격하여 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 반사부(310)의 제 1-2 면(1-2S)은 상기 광 가이드부(320)의 제 2-1 면(2-1S)과 이격하여 배치될 수 있다.
자세하게, 상기 반사부(310)의 일면과 상기 광 가이드부(320)의 일면 사이의 거리(d1)는 0.005㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사부(310)의 일면과 상기 제 2 반사부(520)의 일면 사이의 거리(d1)는 0.01㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사부(310)의 일면과 상기 광 가이드부(320)의 일면 사이의 거리(d1)는 0.02㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사부(310)의 일면과 상기 광 가이드부(320)의 일면 사이의 거리(d1)는 0.005㎜ 내지 0.03㎜ 일 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사부(310)의 일면과 상기 광 가이드부(320)의 일면 사이의 거리(d1)는 0.01㎜ 내지 0.03㎜ 일 수 있다.
상기 반사부(310)의 일면과 상기 광 가이드부(320)의 일면 사이의 거리(d1)가 0.005㎜ 미만인 경우, 공정 중 오차 또는 외부의 충격에 의해 반사부(310) 및 광 가이드부(320)가 서로 충돌할 수 있다.
또한, 상기 반사부(310)의 일면과 상기 광 가이드부(320)의 일면 사이의 거리(d1)가 0.03㎜ 초과인 경우, 상기 간격의 증가로 인해 광학 모듈의 크기가 증가할 수 있다.
즉, 상기 반사부(310)의 제 1-2 면(1-2S)과 상기 광 가이드부(320)의 제 2-1 면(2-1S)은 서로 이격하면서 마주볼 수 있다.
또한, 상기 반사부(310)와 상기 광 가이드부(320)는 서로 평행하게 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 반사부(310)의 일면은 상기 광 가이드부(320)의 일면과 서로 평행하게 배치될 수 있다. 자세하게 서로 마주보며 배치하는 상기 반사부(310)의 일면과 상기 광 가이드부(320)의 일면은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사부(310)의 제 1-2 면(1-2S)은 상기 광 가이드부(320)의 제 2-1 면(2-1S)과 평행하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 반사부(310)의 일면과 상기 광 가이드부(320)의 일면은 상기 제 2 반사 부재(400)와 평행하게 배치될 수 있다. 자세하게 서로 마주보며 배치하는 상기 반사부(310)의 제 1-2 면(1-2S)과 상기 광 가이드부(320)의 제 2-1 면(2-1S)은 상기 제 2 반사 부재(400)의 미러(420)와 평행하게 배치될 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사부(310)의 제 1-2 면(1-2S)과 상기 광 가이드부(320)의 제 2-1 면(2-1S)은 상기 제 2 반사 부재(400)의 미러(420)가 스캔을 위해 회전하기 전의 일면과 평행할 수 있다.
또한, 상기 반사부(310)의 제 1-3 면(1-3S)은 상기 광 가이드부(320)의 제 2-2 면(2-2S)과 평행하게 배치될 수 있다.
상기 반사부(310)와 상기 광 가이드부(320)는 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 반사부(310)의 크기는 상기 광 가이드부(320)보다 큰 크기로 배치될 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사부(310)의 길이는 상기 광 가이드부(320)의 길이보다 길게 배치될 수 있다.
또한, 상기 반사부(310)의 상기 제 1-3 면(1-3S)의 길이(L1)는 설정된 범위로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 반사부(310)의 상기 제 1-3 면(1-3S)의 길이(L1)는 0.5㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사부(310)의 상기 제 1-3 면(1-3S)의 길이(L1)는 1㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사부(310)의 상기 제 1-3 면(1-3S)의 길이(L1)는 2㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사부(310)의 상기 제 1-3 면(1-3S)의 길이(L1)는 3㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 반사부(310)의 상기 제 1-3 면(1-3S)의 길이(L1)는 0.5㎜ 내지 4㎜ 일 수 있다.
상기 반사부(310)의 상기 제 1-3 면(1-3S)의 길이(L1)가 0.5㎜ 미만인 경우, 상기 제 1-2 면(1-2S)에서 반사 또는 상기 제 2 반사 부재(400)에서 반사되어 입사되는 광이 상기 제 1-3 면(1-3S)에서 모두 반사 또는 입사되지 않을 수 있다.
또한, 상기 반사부(310)의 상기 제 1-3 면(1-3S)의 길이(L1)가 4㎜ 초과하는 경우, 상기 반사부(310)의 크기 증가로 상기 광학 모듈(2000)의 전체적인 크기가 증가할 수 있다.
또한, 상기 광 가이드부(320)의 상기 제 2-2 면(2-2S)의 길이(L2)는 설정된 범위로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 광 가이드부(320)의 상기 제 2-2 면(2-2S)의 길이(L2)는 0.5㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 광 가이드부(320)의 상기 제 2-2 면(2-2S)의 길이(L2)는 1㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 광 가이드부(320)의 상기 제 2-2 면(2-2S)의 길이(L2)는 2㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 광 가이드부(320)의 상기 제 2-2 면(2-2S)의 길이(L2)는 3㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 광 가이드부(320)의 상기 제 2-2 면(2-2S)의 길이(L2)는 0.5㎜ 내지 4㎜ 일 수 있다.
상기 광 가이드부(320)의 상기 제 2-2 면(2-2S)의 길이(L2)가 0.5㎜ 미만인 경우, 상기 제 1-2 면(1-2S) 및 상기 제 2-1 면(2-1S)에서 출사되어 입사되는 광이 상기 제 2-2 면(2-2S)에서 모두 입사되지 않을 수 있다.
또한, 상기 광 가이드부(320)의 상기 제 2-2 면(2-2S)의 길이(L2)가 4㎜ 초과하는 경우, 상기 광 가이드부(320)의 크기 증가로 상기 광학 모듈(2000)의 전체적인 크기가 증가할 수 있다.
또한, 상기 반사부(310)의 상기 제 1-3 면(1-3S)의 길이(L1)와 상기 광 가이드부(320)의 상기 제 2-2 면(2-2S)의 길이(L2)는 동일할 수 있다. 또한, 상기 반사부(310)의 상기 제 1-3 면(1-3S)의 길이(L1)와 상기 광 가이드부(320)의 상기 제 2-2 면(2-2S)의 길이(L2)는 다를 수 있다.
예를 들어, 상기 반사부(310)의 상기 제 1-3 면(1-3S)의 길이(L1)는 상기 광 가이드부(320)의 상기 제 2-2 면(2-2S)의 길이(L2)보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 반사 부재(400)로 광을 출사 또는 상기 제 2 반사 부재(400)에서 광이 반사되어 입사될 때, 상기 반사부(310)의 상기 제 1-3 면(1-3S)을 통해 광 손실 없이 광을 이동할 수 있다.
또는, 상기 광 가이드부(320)의 상기 제 2-2 면(2-2S)의 길이(L2)는 상기 반사부(310)의 상기 제 1-3 면(1-3S)의 길이(L1)보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 상기 제 2-2 면(2-2S)을 통해 상기 출사 부재(500)로 광이 이동할 때, 상기 출사 부재(600)의 크기가 변화하여도 광을 용이하게 전달할 수 있다.
상기 반사부(310) 및 상기 광 가이드부(320)를 포함하는 상기 제 1 반사 부재(300)는 하기의 수학식을 만족할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)는 하기의 수학식들 중 적어도 하나의 수학식을 만족할 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)는 하기의 수학식들을 모두 만족할 수 있다.
[수학식 1]
1.3 ≤ nt_1 ≤ 2.1 또는,
1.35 ≤ nt_1 ≤ 2.05 또는.
1.4 ≤ nt_1 ≤ 2.0 또는.
1.5 ≤ nt_1 ≤ 1.9
수학식 1에서 상기 nt_1은 반사부(310)의 d-line(587.6nm) 파장 대역의 광에 대한 굴절율로 정의된다.
[수학식 2]
1.3 ≤ nt_2 ≤ 2.1 또는,
1.35 ≤ nt_2 ≤ 2.05 또는.
1.4 ≤ nt_2 ≤ 2.0 또는.
1.5 ≤ nt_2 ≤ 1.9
수학식 2에서 상기 nt_2는 광 가이드부(320)의 d-line(587.6nm) 파장 대역의 광에 대한 굴절율로 정의된다.
[수학식 3]
0 ≤ |nt_1 - nt_2| ≤ 0.01
상기 제 1 반사 부재(300)가 수학식 1 내지 3을 만족함에 따라, 상기 반사부(310) 및 상기 광 가이드부(320)를 통해 출사 부재로 광이 이동할 때, 상기 제 1 반사부 및 상기 제 2 반사부의 굴절율 차이에 의한 광 손실을 방지할 수 있다.
[수학식 4]
θ1 = θ2 = θ3
수학식 4에서 상기 θ1은 상기 반사부(310)의 제 1-1 면(1-1S)과 제 1-2 면(1-2S)이 이루는 각도로 정의되고, 상기 θ2는 상기 제 1 반사부(510)의 제 1-2 면(1-2S)과 제 1-3 면(1-3S)이 이루는 각도로 정의되고, 상기 θ3는 상기 제 2 반사부(520)의 제 2-1 면(2-1S)과 제 2-2 면(2-2S)이 이루는 각도로 정의된다. 다시 말해, 상기 θ1은 상기 반사부(310)의 제 1-1 면 중 장변과 제 1-2 면(1-2S)의 장변이 이루는 각도로 정의되고, 상기 θ2는 상기 반사부(310)의 제 1-2 면(1-2S) 중 장변과 제 1-3 면(1-3S) 중 장변이 이루는 각도로 정의되고, 상기 θ3는 상기 광 가이드부(320)의 제 2-1 면(2-1S) 중 장변과 제 2-2 면(2-2S) 중 장변이 이루는 각도로 정의된다.
상기 제 1 반사 부재(300)가 수학식 4를 만족함에 따라, 상기 제 1 반사 부재(300) 내부에서 색수차가 발생하는 것을 방지하여 향상된 화질의 디스플레이를 구현할 수 있다.
[수학식 5]
|Lθ1| = |Lθ2| 이고,
Lθ1 < Lθ2 - 6 < Lθ2 < Lθ2 + 6
수학식 5에서 상기 Lθ1은 상기 반사부(310)의 제 1-3 면(1-1S)에서 출사되어 상기 제 2 반사 부재(400)로 입사되는 광과 상기 제 2 반사 부재(400)의 수직벡터 간의 광의 각도로 정의된다. 또한, 상기 Lθ2는 상기 제 2 반사 부재(400)에서 반사되어 상기 반사부(310)의 제 1-3 면(1-1S)으로 입사되는 광과 상기 제 2 반사 부재(400)의 수직벡터 간의 광의 각도로 정의된다.
[수학식 6]
0° < |Lθ1| + |Lθ2| < 12°
상기 제 1 반사 부재(300)가 수학식 5 및 6을 만족함에 따라, 상기 반사부(310)의 제 1-3 면(1-1S)에서 출사되어 상기 제 2 반사 부재(400)로 입사되는 광과 상기 제 2 반사 부재(400)에서 반사되어 상기 반사부(310)의 제 1-3 면(1-1S)으로 입사되는 광을 분리시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 반사 부재(300)가 수학식 5 및 6을 만족함에 따라, 상기 제 2 반사 부재(400)의 크기를 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 제 2 반사 부재(400)로 입사되는 광과 반사되는 광 및 이들의 각도의 합을 설정된 범위로 제어함으로써 상기 제 2 반사 부재(400)의 미러(420) 크기를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 반사 부재(400)의 무게를 감소시켜, 상기 제 2 반사 부재(400)의 구동 효율을 향상시킬 수 있고, 광학 모듈의 소형화를 구현할 수 있다.
[수학식 7]
1.45 < nt_1 < 1.55일 때,
4 < Lθ3 이고,
수학식 7에서 Lθ3는 상기 반사부(310)의 굴절율 범위에서, 상기 제 2 반사 부재(400)에서 반사되어 상기 반사부(310)의 제 1-3 면(1-3S)에서 입사될 때, 상기 제 1-3 면(1-1S)에서 출사되는 광과 상기 제 1-3 면(1-1S)의 수직벡터 간의 광의 각도로 정의된다.
[수학식 8]
1.65 < nt_1 < 1.75일 때,
3.5 < Lθ3 이고,
수학식 8에서 Lθ3는 상기 반사부(310)의 굴절율 범위에서, 상기 제 2 반사 부재(400)에서 반사되어 상기 반사부(310)의 제 1-3 면(1-3S)에서 입사될 때, 상기 제 1-3 면(1-1S)에서 출사되는 광과 상기 제 1-3 면(1-1S)의 수직벡터 간의 광의 각도로 정의된다.
[수학식 9]
1.85 < nt_1 < 1.95일 때,
3.2 < Lθ3 이고,
수학식 9에서 Lθ3는 상기 반사부(310)의 굴절율 범위에서, 상기 제 2 반사 부재(400)에서 반사되어 상기 반사부(310)의 제 1-3 면(1-3S)에서 입사될 때, 상기 제 1-3 면(1-1S)에서 출사되는 광과 상기 제 1-3 면(1-1S)의 수직벡터 간의 광의 각도로 정의된다.
상기 제 1 반사 부재(300)가 상기 수학식 7 내지 수학식 9를 만족함에 따라, 상기 제 2 반사 부재(400)에서 반사되어, 상기 제 1-3 면(1-3S)에서 굴절되어 상기 제 1-2 면(1-2)으로 입사되는 광이 상기 상기 제 1-2 면(1-2)에서 전반사되지 않고, 상기 광 가이드부(320) 방향으로 이동할 수 있다.
[수학식 10]
25° ≤ CR_1-2S ≤ 43°또는,
28° ≤ CR_1-2S ≤ 41°
수학식 10에서 CR_1-2S 상기 반사부(310)의 제 1-2 면(1-2S)의 임계각으로 정의된다.
[수학식 11]
Lθ4 = θ2 + Lθ3
수학식 12에서 Lθ4는 상기 반사부(310)의 제 1-2 면(1-2S)에서 출사되는 광과 상기 제 1-2 면(1-2S)의 수직벡터 간의 광의 각도로 정의된다.
[수학식 12]
Lθ5 = θ2 - Lθ3
수학식 12에서 Lθ5는 상기 제 2 반사 부재(400)에서 반사되어 상기 반사부(310)의 제 1-2 면(1-2S)으로 입사되는 광과 상기 제 1-2 면(1-2S)의 수직벡터 간의 광의 각도로 정의된다.
[수학식 13]
32 ≤ θ2 ≤ 52 또는,
36 ≤ θ2 ≤ 48 또는,
40 ≤ θ2 ≤ 44 또는,
41.5 ≤ θ2 ≤ 42.5
상기 제 1 반사 부재(300)가 상기 수학식 11 내지 수학식 13을 만족함에 따라, 상기 제 1 반사 부재(300)의 크기를 감소하면서도, 상기 제 1 반사 부재(300) 내부에서 광이 모두 이동할 수 있고, 상기 제 2 반사 부재(400)로 입사되는 광은 상기 반사부(310)의 제 1-2 면(1-2S)에서 반사할 수 있고, 상기 제 2 반사 부재(400)에서 반사되는 광은 상기 제 1 반사부(510)의 제 1-2 면(1-2S)에서 투과될 수 있다.
[수학식 14]
20°< θ400-TIR < 50°
수학식 14에서 θ400-TIR은 상기 렌즈 모듈의 렌즈의 광축과 상기 반사부(310)의 제 1-2 면(1-2S)의 수직벡터간의 각도로 정의된다.
상기 제 1 반사 부재(300)가 상기 수학식 14를 만족함에 따라, 상기 렌즈 모듈에서 입사되는 광이 상기 반사부(310)의 제 1-2 면(1-2S)에서 투과되지 않고, 상기 제 2 반사 부재(400) 방향으로 용이하게 전반사 할 수 있다.
실시예에 따른 광학 모듈(2000)의 제 1 반사 부재(300)는 수학식 1 내지 수학식 14 중 적어도 하나의 수학식을 만족할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)는 수학식 1 내지 수학식 14를 모두 만족할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 광학 모듈(2000)을 포함하는 광학 부재(10)에서 제 2 반사 부재의 크기를 감소하여 광학 부재(10)의 전체적인 크기를 소형화할 수 있다. 또한, 상기 광학 모듈(2000)에서 출사되는 광의 수차를 보정하여 보다 선명한 화질을 구현할 수 있다. 또한, 상기 제 2 반사 부재의 구동을 위한 힘을 감소함으로써, 상기 광학 모듈을 저전력으로 구동할 수 있어, 이를 포함하는 디스플레이 장치의 구동 시간 및 수명을 향상시킬 수 있다.
도 6 및 도 7은 실시예에 따른 광학 모듈의 일부분의 단면도를 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 각 부재의 수직 벡터, 광축 또는 연장선이 정의될 수 있다. 자세하게, 상기 출사 부재(500)의 제 2 수직 벡터(V2) 또는 제 2 수직 벡터(V2)의 연장선, 상기 제 2 반사 부재(400)의 제 1 수직 벡터(V1) 또는 제 1 수직 벡터(V1)의 연장선, 상기 렌즈 모듈의 광축(OA) 또는 광축(OA)의 연장선, 상기 출사 부재(500)의 연장선(E1) 및 상기 제 2 반사 부재의 연장선(E2)이 정의될 수 있다. 여기서, 상기 출사 부재(500)의 연장선(E1)은 상기 제 2 수직 벡터(V2) 수직할 수 있고, 상기 제 2 반사 부재의 연장선(E2)은 상기 제 1 수직 벡터(V1)와 수직할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 제 1 반사 부재(300)는 상기 렌즈 모듈(200), 상기 제 2 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500) 중 적어도 하나의 부재와 서로 이격하여 배치될 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)는 상기 렌즈 모듈(400)과 서로 이격하여 배치될 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이의 거리(d2)는 상기 반사부(310)의 일면과 상기 광 가이드부(320)의 일면 사이의 거리(d1)와 다를 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이의 거리(d2)는 상기 반사부(310)의 일면과 상기 광 가이드부(320)의 일면 사이의 거리(d1)보다 클 수 있다.
자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이의 거리(d2)는 0.1㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이의 거리(d2)는 0.3㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이의 거리(d2)는 0.1㎜ 내지 0.5㎜일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이의 거리(d2) 0.2㎜ 내지 0.3㎜일 수 있다.
여기서, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이의 거리(d2)는 상기 반사부(310)에서 상기 렌즈 모듈(200)의 마지막 렌즈 즉, 상기 제 2 렌즈(220)의 중심까지의 최소 거리로 정의될 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이의 거리(d2)가 0.1㎜ 미만인 경우, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 렌즈 모듈(200)의 공정 중 오차에 의해 접촉될 수 있다. 또한. 외부에서 상기 광학 부재(10)로 충격이 인가되는 경우, 상기 충격에 의해 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 렌즈 모듈(200)이 충돌될 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이의 거리(d2)가 0.5㎜ 초과인 경우, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 렌즈 모듈(200)의 거리가 불필요하게 증가하여 광학 모듈의 크기가 전체적으로 증가할 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)는 상기 제 2 반사 부재(400)와 서로 이격하여 배치될 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 제 2 반사 부재(400) 사이의 거리(d3)는 상기 반사부(310)의 일면과 상기 광 가이드부(320)의 일면 사이의 거리(d1)와 다를 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 제 2 반사 부재(400) 사이의 거리(d3)는 상기 반사부(310)의 일면과 상기 광 가이드부(320)의 일면 사이의 거리(d1)보다 클 수 있다.
자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 제 2 반사 부재(400) 사이의 거리(d3)는 0.1㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 제 2 반사 부재(400) 사이의 거리(d3)는 0.4㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 제 2 반사 부재(400) 사이의 거리(d3)는 0.1㎜ 내지 0.6㎜일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 제 2 반사 부재(400) 사이의 거리(d3)는 0.3㎜ 내지 0.5㎜일 수 있다.
여기서, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 제 2 반사 부재(400) 사이의 거리(d3)는 상기 반사부(310)에서 상기 제 2 반사 부재(400) 중심까지의 최소 거리로 정의될 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 제 2 반사 부재(400) 사이의 거리(d3)가 0.1㎜ 미만인 경우, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 제 2 반사 부재(400)의 공정 중 오차에 의해 접촉될 수 있다. 또한. 외부에서 상기 광학 부재(10)로 충격이 인가되는 경우, 상기 충격에 의해 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 제 2 반사 부재(400)가 충돌될 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 제 2 반사 부재(400) 사이의 거리(d3)가 0.6㎜ 초과인 경우, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 제 2 반사 부재(400)의 거리가 불필요하게 증가하여 광학 모듈의 크기가 전체적으로 증가할 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)는 상기 출사 부재(500)와 서로 이격하여 배치될 수 있다.
자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 출사 부재(500) 사이의 거리(d4)는 0.03㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 출사 부재(500) 사이의 거리(d4)는 0.05㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 출사 부재(500) 사이의 거리(d4)는 0.03㎜ 내지 0.08㎜일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 출사 부재(500) 사이의 거리(d4)는 0.06㎜ 내지 0.07㎜일 수 있다.
여기서, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 출사 부재(500) 사이의 거리(d4)는 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 출사 부재(500) 사이의 최소 거리로 정의될 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 출사 부재(500) 사이의 거리(d4)가 0.05㎜ 미만으로 상기 제 1 반사 부재(300)를 배치하는 것은 공정 상 구현이 어려울 수 있다. 또한, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 출사 부재(500) 사이의 거리(d4)가 0.05㎜ 미만인 경우, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 출사 부재(500)가 공정 중 오차에 의해 접촉될 수 있다. 또한. 외부에서 상기 광학 부재(10)로 충격이 인가되는 경우, 상기 충격에 의해 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 출사 부재(500)가 충돌될 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 출사 부재(500) 사이의 거리(d4)가 0.08㎜ 초과인 경우, 상기 제 1 반사 부재(300)와 상기 출사 부재(500)의 거리가 불필요하게 증가하여 광학 모듈의 크기가 전체적으로 증가할 수 있다.
상기 제 2 반사 부재(400)는 기울어져서 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 반사 부재(400)는 상기 출사 부재(500) 방향으로 기울어져서 배치될 수 있다. 상기 제 2 반사 부재(400)의 기울기 정도는 상기 제 2 반사 부재(400)와 상기 출사 부재(500)의 각도로 정의될 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 반사 부재(400)의 제 1 수직 벡터(V1)를 정의하고, 상기 출사 부재(500)의 제 2 수직 벡터(V2)를 정의하였을 때, 상기 제 2 반사 부재(400)의 기울기 정도는 상기 제 1 수직 벡터(V1)와 상기 제 2 수직 벡터(V2)가 형성하는 각도로 정의될 수 있다.
상기 제 1 수직 벡터(V1)와 상기 제 2 수직 벡터(V2)간의 각도는 설정된 크기를 가질 수 있다.
자세하게, 상기 제 1 수직 벡터(V1)와 상기 제 2 수직 벡터(V2)간의 각도(θ4)는 10° 이상일 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 수직 벡터(V1)와 상기 제 2 수직 벡터(V2)간의 각도(θ4)는 20° 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 수직 벡터(V1)와 상기 제 2 수직 벡터(V2)간의 각도(θ4)는 10°내지 30°일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 수직 벡터(V1)와 상기 제 2 수직 벡터(V2)간의 각도(θ4)는 15°내지 20°일 수 있다.
또한, 상기 제 2 반사 부재(400)는 상기 각도 범위로 상기 출사 부재(500) 방향으로 기울어져서 배치되고, 상기 제 2 반사 부재(400)로 입사되는 입사광과 반사되는 반사광은 상기 수학식 6을 만족할 수 있다.
상기 제 2 반사 부재(400)가 설정된 범위의 각도로 상기 출사 부재(500) 방향으로 기울어져서 배치되므로, 상기 제 1 반사 부재(300)에서 상기 제 2 반사 부재(400)로 입사되는 광은 상기 제 2 반사 부재(400)에서 반사되어 다시 상기 제 1 반사 부재(300)로 안정적으로 입사될 수 있다. 즉, 상기 렌즈 모듈(200)과 상기 제 2 반사 부재(400) 사이에 배치되는 제 1 반사 부재(300)에 의해 상기 제 2 반사 부재(400)를 작은 각도로 기울여도 상기 광은 상기 제 2 반사 부재(400)에서 반사되는 광은 상기 제 1 반사 부재(300)를 통과하면서 상기 출사 부재(500)로 안정적으로 입사될 수 있다.
따라서, 상기 제 2 반사 부재(400)가 작은 각도로 기울어져서 배치되므로, 상기 제 2 반사 부재(400)가 상기 제 1 반사 부재(300) 및 상기 제 2 하우징(1200)과 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 상기 제 2 반사 부재(400)가 작은 각도로 기울어져서 배치되므로, 상기 제2 하우징의 제2 면(1202S)은 상기 제 2 하우징의 제1 면(1201S)에 대해 일정한 각도로 기울어지게 형성된다. 상기 제 2 하우징의 제1 면(1201S)과 상기 제 2 하우징의 제2 면(1202S)이 이루는 각도는 110도 보다 크고 130도 보다 작다.
상기 제 2 반사 부재(400)는 상기 제 2 하우징(1200)과 이격하여 배치될 수 있다.
자세하게, 상기 제 2 반사 부재(400)와 상기 제 2 하우징(1200) 사이의 거리(d5)는 0.7㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 2 반사 부재(400)와 상기 제 2 하우징(1200) 사이의 거리(d5)는 0.9㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 2 반사 부재(400)와 상기 제 2 하우징(1200) 사이의 거리(d5)는 0.7㎜ 내지 1.2㎜일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 2 반사 부재(400)와 상기 제 2 하우징(1200) 사이의 거리(d5)는 1.0㎜ 내지 1.1㎜일 수 있다.
여기서, 상기 제 2 반사 부재(400)와 상기 제 2 하우징(1200) 사이의 거리(d5)는 상기 제 2 반사 부재(400)의 중심에서 상기 제 2 하우징(1200)의 내측면 까지의 거리로 정의될 수 있다.
상기 제 2 반사 부재(400)와 상기 제 2 하우징(1200) 사이의 거리(d5)가 0.7㎜ 미만인 경우, 상기 제 2 반사 부재(400)와 상기 제 2 하우징(1200)이 공정 중 오차에 의해 접촉될 수 있다. 또한. 외부에서 상기 광학 부재(10)로 충격이 인가되는 경우, 상기 충격에 의해 상기 제 2 반사 부재(400)와 상기 제 2 하우징(1200)이 충돌될 수 있다.
상기 제 2 반사 부재(400)와 상기 제 2 하우징(1200) 사이의 거리(d5)가 1.2㎜ 초과인 경우, 상기 제 2 반사 부재(400)와 상기 제 2 하우징(1200) 사이의 거리가 불필요하게 증가하여 광학 모듈의 크기가 전체적으로 증가할 수 있다.
상기 렌즈 모듈(200)은 기울어져서 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 렌즈 모듈(200)은 상기 출사 부재(500) 방향으로 기울어져서 배치될 수 있다. 상기 렌즈 모듈(200)의 기울기 정도는 상기 렌즈 모듈(200)과 상기 출사 부재(500)의 각도로 정의될 수 있다. 자세하게, 상기 출사 부재(500)의 제 2 수직 벡터(V2)를 정의하고, 상기 렌즈 모듈(200)의 광축(OA)를 정의하였을 때, 상기 렌즈 모듈(200)의 기울기 정도는 상기 제 2 수직 벡터(V2)의 연장선과 상기 광축(OA)의 연장선이 형성하는 각도로 정의될 수 있다. 즉, 상기 렌즈 모듈(200)의 광축(OA)의 연장선과 상기 출사 부재(500)의 수직 벡터 사이의 각도는 상기 렌즈 모듈과 상기 출사 부재 사이의 각도일 수 있다.
상기 제 2 수직 벡터(V2)와 상기 광축(OA)간의 각도는 설정된 크기를 가질 수 있다.
자세하게, 상기 제 2 수직 벡터(V2)와 상기 광축(OA)간의 각도(θ5)는 50° 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 2 수직 벡터(V2)와 상기 광축(OA)간의 각도(θ5)는 55° 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 2 수직 벡터(V2)와 상기 광축(OA)간의 각도(θ5)는 50° 내지 70°일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 2 수직 벡터(V2)와 상기 광축(OA)간의 각도(θ5)는 58° 내지 63°일 수 있다.
상기 제 2 수직 벡터(V2)와 상기 광축(OA)간의 각도(θ5)가 50° 이하인 경우, 상기 광원 부재(100)로부터 출사된 광을 상기 렌즈 모듈(200)로 입사시키는 상기 제1 렌즈(210)가 상기 제 2 하우징의 제3면(1203S)와 멀어지도록 배치되어 상기 광학 모듈(2000)의 크기가 커지게 되어 소형화가 힘들어지게 된다.
상기 제 2 수직 벡터(V2)와 상기 광축(OA)간의 각도(θ5)가 70° 이상인 경우, 상기 광원 부재(100)로부터 광을 입사시키는 상기 제1 렌즈(210)가 상기 제 2 하우징의 제3면(1203S)과 지나치게 가깝게 배치되어 상기 제1 렌즈(210)로 광을 입사시키는 상기 광원 부재(100)를 배치할 공간이 협소해 진다. 따라서, 상기 광원 부재(100)를 조립하기 힘들어 진다. 상기 제1 렌즈(210)와 상기 광원 부재(100) 사이에는 상기 광원 부재(100)에서 출사된 광을 상기 제1 렌즈(210)로 반사 혹은 전달하기 위한 반사 부재(미도시)가 추가로 배치될 수 있다. 상기 제1 렌즈(210)와 상기 광원 부재(100) 사이에는 배치되는 상기 반사 부재(미도시) 한 개 또는 두 개 이상일 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 수직 벡터(V2)와 상기 광축(OA)간의 각도(θ5)가 70° 이상이면 상기 광원 부재(100)로부터 광을 입사시키는 상기 제1 렌즈(210)가 상기 제 2 하우징의 제3면(1203S)과 지나치게 가깝게 배치되어 상기 제1 렌즈(210)로 광을 입사시키는 상기 반사 부재(미도시)를 배치할 공간이 협소해 진다. 따라서, 상기 반사 부재(미도시)를 조립하기 힘들어 진다.
상기 렌즈 모듈(200)의 광축(OA)과 상기 제 2 반사 부재(400)는 설정된 범위의 각도를 가질 수 있다.
자세하게, 상기 렌즈 모듈(200)의 광축(OA)과 상기 제 2 반사 부재(400)의 제 1 수직 벡터(V1)간의 각도(θ6)는 90°이하일 수 있다. 더 자세하게, 상기 렌즈 모듈(200)의 광축(OA)과 상기 제 2 반사 부재(400)의 제 1 수직 벡터(V1)간의 각도(θ6)는 80°이하일 수 있다. 더 자세하게, 상기 렌즈 모듈(200)의 광축(OA)과 상기 제 2 반사 부재(400)의 제 1 수직 벡터(V1)간의 각도(θ6)는 70°내지 105°일 수 있다. 더 자세하게, 상기 렌즈 모듈(200)의 광축(OA)과 상기 제 2 반사 부재(400)의 제 1 수직 벡터(V1)간의 각도(θ6)는 75°내지 98°일 수 있다.
상기 렌즈 모듈(200)의 광축(OA)과 상기 제 2 반사 부재(400)의 제 1 수직 벡터(V1)간의 각도가 70° 미만 또는 105° 초과인 경우, 상기 렌즈 모듈(200)에서 출사되는 광이 상기 제 1 반사 부재(300)에서 반사되어, 상기 제 2 반사 부재(400)로 입사되는 광과 반사되는 광이 서로 중첩될 수 있다.
앞서 서술한 바와 동일하게, 상기 렌즈 모듈(200)의 광축(OA)과 상기 제 2 반사 부재(400)의 제 1 수직 벡터(V1)간의 각도가 70° 미만일 경우, 상기 제1 렌즈(210)가 상기 제 2 하우징의 제3면(1203S)와 멀어지도록 배치되어 상기 광학 모듈(2000)의 크기가 커지게 되어 소형화가 힘들어지게 된다. 상기 제 2 반사 부재(400)의 제 1 수직 벡터(V1)간의 각도가 105° 초과할 경우, 상기 광원 부재(100)로부터 광을 입사시키는 상기 제1 렌즈(210)가 상기 제 2 하우징의 제3면(1203S)과 지나치게 가깝게 배치되어 상기 제1 렌즈(210)로 광을 입사시키는 상기 광원 부재(100) 혹은 상기 반사 부재(미도시)를 배치할 공간이 협소해 진다. 따라서, 상기 광원 부재(100) 및 상기 반사 부재(미도시)를 조립하기 힘들어 진다.
상기 제 1 수직 벡터(V1)와의 각도 관계, 상기 제 2 수직 벡터(V2)와의 각도 관계를 만족하는 렌즈 모듈(200)을 배치하기 위해 상기 제2 하우징의 제 3 면(1203S)은 상기 출사 부재(500) 외측 방향으로 돌출된 돌출부(P1)을 포함한다. 상기 돌출부(P1)은 상기 출사 부재(500) 대비 외측으로 돌출될 수 있다.
상기 렌즈 모듈(200)과 상기 출사 부재(500)는 설정된 거리로 이격하여 배치될 수 있다. 자세하게, 여기서, 상기 렌즈 모듈(200)과 상기 출사 부재(500)의 거리(d6)는 상기 출사 부재(500)의 제 1 수직벡터 방향에서의 상기 렌즈 모듈(200)과 상기 출사 부재(500)의 최단거리로 정의될 수 있다.
상기 렌즈 모듈(200)과 상기 출사 부재(500)의 거리(d6)는 0.8㎜ 이상일 수 있다. 자세하게, 상기 렌즈 모듈(200)과 상기 출사 부재(500)의 거리(d6)는 0.9㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 렌즈 모듈(200)과 상기 출사 부재(500)의 거리(d6)는 0.8㎜ 내지 1.2㎜일 수 있다. 더 자세하게, 상기 렌즈 모듈(200)과 상기 출사 부재(500)의 거리(d6)는 0.9㎜ 내지 1.1㎜일 수 있다.
이하, 도 8 내지 도 15를 참조하여, 반사 부재를 포함하는 광학 모듈과 반사 부재를 포함하지 않은 광학 모듈을 설명한다.
도 8 및 도 13을 참조하면, 반사 부재를 포함하는 실시예에 따른 광학 모듈은 제 2 렌즈(220)가 상기 제 1 렌즈(210)보다 상기 출사 부재(500)에 가깝게 배치된다.
실시예에 따른 광학 모듈은 렌즈 모듈(200)과 제 2 반사 부재(400) 사이에 제 1 반사 부재(300)를 배치하여 광학 모듈의 성능을 유지하면서 광학 모듈 내부 부품의 조립을 용이하게 하며, 광학 모듈의 소형화를 구현할 수 있다
광학 모듈의 성능을 유지하며, 조립의 용이성과 기구물의 소형화를 위해서는 상기 렌즈 모듈(200)의 제 1 렌즈(210)가 출사 부재(500)와 멀게 배치되어야 한다. 즉, 상기 렌즈 모듈(200)의 제 1 렌즈(210)가 상기 출사 부재(500)를 향하지 않도록 배치되어야 한다.
상기 렌즈 모듈(200)의 제 1 렌즈(210)는 상기 광원 부재(100)와 가깝게 배치되어야 하한다. 즉, 상기 렌즈 모듈(200)의 제 1 렌즈(210)가 상기 출사 부재(500)에 인접하게 배치되는 경우, 상기 광원 부재(100) 또는 상기 광원 부재(100)로부터 출사된 광을 반사시켜 상기 렌즈 모듈로 입사시키기 위한 상기 반사 부재 등의 추가 부품이 배치될 공간이 협소해지게 되어 조립이 힘들어 질 수 있다.
즉, 상기 렌즈 모듈(200)의 제 1 렌즈(210)가 상기 출사 부재(500)를 향하도록 배치될 경우, 상기 렌즈 모듈(200)의 제 1 렌즈(210)와 상기 출사 부재(500) 사이에 상기 광원 부재(100) 또는 반사 부재가 배치되어야 하므로 조립 시 고려해야 할 제약 조건이 많아 조립이 용이하지 않다. 특히 상기 출사 부재(500)와 접하지 않으면서 상기 렌즈 모듈(200)에 광을 입사할 수 있도록 조립해야 하므로 조립 시 고려해햐 할 조건이 많아 조립이 어려워질 수 있다.
반면에, 상기 렌즈 모듈(200)의 제 1 렌즈(210)가 출사 부재(500)와 멀게 배치될 경우, 즉, 상기 출사 부재(500)와 상기 렌즈 모듈(200)의 제 1 렌즈(210)의 거리가 상기 출사 부재(500)와 상기 렌즈 모듈의 제 2 렌즈(220)의 거리보다 멀도록 배치되는 경우, 즉, 상기 렌즈 모듈(200)의 제 1 렌즈(210)가 상기 출사 부재(500)를 향하지 않도록 배치되는 경우, 상기 광원 부재(100) 또는 추가 반사 부재를 상기 출사 부재(500)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이에 배치하지 않아도 되므로 조립이 용이해질 수 있다.
도 8 및 도 13과 같이 상기 렌즈 모듈(200)과 상기 제 2 반사 부재(400) 사이에 반사 부재를 배치하는 경우, 상기 렌즈 모듈(200)의 제 1 렌즈(210)가 상기 출사 부재(500)를 향하지 않도록 배치할 수 있다. 도 9, 도 10 및 도 14는 반사 부재 없이 렌즈 모듈을 배치하는 경우를 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 상기 광원 부재를 배치할 수 없도록 설계되고, 도 10 및 도 14를 참조하면, 상기 광원 부재 또는 반사 부재(150)가 상기 출사 부재(500)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이에 배치되어 조립이 용이하지 않게된다. 따라서, 소형화는 가능할 수 있으나, 조립이 용이하지 않은 문제점이 발생할 수 있다.
도 11, 도 12 및 도 15는 반사 부재를 배치하지 않고 상기 렌즈 모듈(200)이 상기 출사 부재를 향하지 않도록 배치하는 구조를 도시한 도면이다. 도 11, 도 12 및 도 15를 참조하면, 반사 부재를 배치하지 않고도 상기 출사 부재(500)와 상기 렌즈 모듈(200)의 제 1 렌즈(210) 거리가 상기 출사 부재(500)와 상기 렌즈 모듈(200)의 제 2 렌즈(220) 거리보다 멀도록 배치할수 있다. 따라서, 상기 출사 부재(500)와 인접하지 않게 상기 광원 부재(100) 혹은 상기 추가 반사 부재(150)를 배치하는 것이 가능하여 조립은 용이할 수 있다 그러나, 광학 모듈의 소형화가 불가해지는 문제점이 있다. 즉, 반사 부재르 배치하지 않고 상기 렌즈 모듈(200)이 상기 출사 부재(500)를 향하지 않도록 배치하는 경우, 상기 렌즈 모듈(200)과 상기 출사 부재(500) 사이가 멀어지게 되어 광학 모듈의 소형화를 구현하기 어려울 수 있다.
즉, 실시예에 따른 광학 모듈이 이를 포함하는 광학 부재는 렌즈 모듈과 제 2 반사 부재 사이에 제 1 반사 부재(300)를 배치함으로써, 성능을 유지하면서 조립의 용이성과 광학 부재의 소형화를 모두 만족할 수 있다.
한편, 앞서 설명하였듯이, 상기 제 2 반사 부재(400)는 상기 제 1 수직 벡터(V1)와 상기 제 2 수직 벡터(V2)간의 설정된 각도로 기울어져서 배치될 수 있다. 또한, 상기 렌즈 모듈(200)은 상기 제 2 수직 벡터(V2)와 상기 광축(OA)간의 설정된 각도로 기울어져서 배치될 수 있다.
즉, 실시예에 따른 광학 모듈은 상기 렌즈 모듈(200)과 상기 제 2 반사 부재(400) 사이에 제 1 반사 부재(300)를 배치함으로써, 상기 제 2 반사 부재(400) 및 상기 렌즈 모듈(200)의 기울기 각도를 모두 만족할 수 있다.
상기 제 1 반사 부재(300)를 포함하지 않는 도 10을 참조하면, 상기 제 2 반사 부재(400)의 기울기 각도는 만족할 수 있으나, 상기 렌즈 모듈(200)의 기울기 각도는 만족하지 못한다.
상기 제 1 반사 부재(300)를 포함하지 않는 도 12를 참조하면, 상기 렌즈 모듈(200)의 기울기 각도는 만족할 수 있으나, 상기 제 2 반사 부재(400)의 기울기 각도는 만족하지 못한다.
실시예에 따른 광학 모듈은 상기 제 2 반사 부재(400) 및 상기 렌즈 모듈(200)의 기울기 각도를 모두 만족할 때 제 2 반사 부재(400)로 입사되는 광과 반사되는 광의 중첩을 방지하여 향상된 해상력을 유지할 수 있고, 광학 부재의 조립의 용이성 및 광학 부재의 소형화를 구현할 수 있다.
상기 광학 부재의 광학 성능이라 함은 상기 광원 부재에서 생성되어 출사 부재(500)로 출사될 때, 광손실을 최소화하면서, 수차 및 왜곡 특성을 최소화하여 상기 출사 부재에 적정한 크기로 노이즈 없이 빛을 전달하여 선명한 화면을 디스플레이하는 것을 의미한다.
상기 제 2 반사 부재(400)의 각도가 상기 범위를 벗어나는 경우, 상기 렌즈 모듈(200)의 각도도 벗어나게 된다. 이에 따라, 상기 출사 부재와 상기 렌즈 모듈이 가깝게 배치되어 상기 광원 부재 또는 추가 반사 부재를 배치할 공간이 협소해지게 되어 조립의 용이성이 현저히 저하된다. 또한, 상기 출사 부재와 상기 렌즈 모듈이 지나치게 멀게 배치될 수 있어 상기 광학 부재의 소형화가 어려워질 수 있다.
한편, 앞서 설명하였듯이, 상기 출사 부재(500)와 상기 제 2 렌즈(220) 사이의 최단 거리는 일 수 있다.
상기 렌즈 모듈(200)과 상기 출사 부재(500)의 각도 및 거리의 위치 관계는 상기 광학 부재의 성능 유지, 조립의 용이성 및 소형화를 위한 조건이다.
도 10을 참조하면, 상기 출사 부재(500)와 상기 제 2 렌즈(220) 사이의 최단 거리는 만족할 수 있으나, 상기 렌즈 모듈(200)과 상기 출사 부재(500)의 각도는 만족할 수 없다. 이에 따라, 소형화는 가능할 수 있지만 조립이 비용이하다는 문제점이 발생할수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 렌즈 모듈(200)과 상기 출사 부재(500)의 각도는 만족 할 수 있으나, 상기 출사 부재(500)와 상기 제 2 렌즈(220) 사이의 최단 거리는 만족할 수 없다. 이에 따라, 조립이 용이할 수 있으나 소형화는 어렵다는 문제점이 발생할 수 있다.
즉, 실시예와 같이 렌즈 모듈(200)과 제 2 반사 부재(400) 사이에 제 1 반사 부재(300)를 배치하는 경우에만 상기 렌즈 모듈과 상기 출사 부재는 상기 경사각도 조건과 상기 거리 조건을 만족하고, 이에 의해 광학 모듈의 소형화와 조립의 용이성을 구현할 수 있다.
상기 출사 부재(500)와 상기 제 2 렌즈(220) 사이의 최단 거리가 상기 범위를 벗어나는 경우, 상기 출사 부재와 상기 렌즈 모듈 사이의 거리가 가까워 조립이 힘들 수 있고, 상기 광학 부재의 소형화가 어려워질 수 있다.
이하, 도 16을 참조하여. 실시예에 따른 광학 부재(10)를 포함하는 디스플레이 장치의 일례를 설명한다.
도 16을 참조하면, 실시예에 따른 광학 부재(10)는 웨어러블 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 광학 부재(10)는 인체의 머리 또는 인체의 귀에 착용하는 웨어러블 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
일례로, 상기 디스플레이 장치(3000)는 증강현실 장치일 수 있다.
상기 디스플레이 장치(3000)는 착용부(3100), 광학 부재(10) 및 디스플레이부(3200)를 포함할 수 있다.
상기 착용부(3100)는 일 방향으로 연장할 수 있다. 상기 착용부(1000)는 사용자의 신체에 착용될 수 있다. 예를 들어, 상기 착용부(1000)는 사용자의 머리 또는 귀에 착용되고, 이에 의해 상기 디스플레이 장치(3000)는 사용자의 신체에 고정될 수 있다.
상기 광학 부재(10)는 상기 착용부(3100)와 연결될 수 있다. 상기 광학 부재(10)는 상기 디스플레이부(3200)와 인접하여 배치될 수 있다. 상기 부재(10)는 상기 디스플레이부(3200) 방향으로 이미지가 스캐닝된 광을 전달할 수 있고, 상기 디스플레이부(3200)를 통과한 광은 사용자의 눈으로 전달될 수 있다.
이에 따라, 사용자는 상기 광학 부재를 통해 가상 현실 및 실제 현실의 증강 현실을 시인할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 하우징; 및
    상기 하우징 내에 배치되는 렌즈 모듈;
    상기 렌즈 모듈로부터 출사되는 광을 반사하는 제 1 반사 부재; 및
    상기 제 1 반사 부재로부터 반사된 광을 반사하는 제 2 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재로부터 반사된 광이 출사 되는 출사 부재를 포함하고,
    상기 제 2 반사 부재를 통해 출사된 광은 상기 제 1 반사 부재를 통과하여 상기 출사 부재로 방출되는 광학 부재.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제 1 반사 부재는 반사부 및 광 가이드 부를 포함하고,
    상기 반사부는 상기 렌즈 모듈로부터 출사된 광을 상기 제 2 반사 부재로 반사시키고,
    상기 광 가이드 부는 상기 제 2 반사 부재로부터 반사된 광을 상기 출사 부재로 가이드 하는 광학 부재.
  3. 하우징; 및
    상기 하우징 내에 배치되는 렌즈 모듈;
    상기 렌즈 모듈로부터 출사되는 광을 반사하는 제 1 반사 부재;
    상기 제 1 반사 부재로부터 반사된 광을 반사하는 제 2 반사 부재; 및
    상기 제 2 반사 부재로부터 반사된 광이 출사 되는 출사 부재를 포함하고,
    상기 제 2 반사 부재를 통해 출사된 광은 상기 제 1 반사 부재를 통과하여 상기 출사 부재로 방출되고,
    상기 렌즈 모듈의 광축의 연장선과 상기 제 2 반사 부재의 수직 벡터 사이의 각도는 70°내지 105°인 3D 디스플레이의 광학 부재.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 렌즈 모듈의 광축의 연장선과 상기 제 2 반사 부재의 수직 벡터 사이의 각도는 상기 렌즈 모듈과 상기 제 2 반사 부재 사이의 각도인 3D 디스플레이의 광학 부재.
  5. 하우징; 및
    상기 하우징 내에 배치되는 광원 부재;
    상기 광원 장치의 앞에 배치되는 렌즈 모듈;
    상기 렌즈 모듈의 출사면 앞에 배치되는 제 1 반사 부재;
    상기 제 1 반사 부재의 출사면과 마주보게 배치되는 출사 부재; 및
    상기 제 1 반사 부재의 반사면과 마주보게 배치되는 제 2 반사 부재를 포함하고,
    상기 제 1 반사 부재는 상기 제 2 반사 부재와 상기 출사 부재 사이에 배치되는 3D 디스플레이의 광학 부재.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 광원 부재와 상기 렌즈 모듈 사이에 배치되는 반사 부재를 더 포함하는 3D 디스플레이의 광학 부재.
  7. 제 6항에 있어서
    상기 광원 부재의 중심을 지나는 직선과 상기 렌즈 모듈의 광축과 이루는 각도는 90°보다 크고 180° 보다 작은 3D 디스플레이의 광학 부재.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 광원 부재의 중심을 지나는 직선과 상기 렌즈 모듈의 광축과 이루는 각도는 120° 보다 크고 150° 보다 작은 3D 디스플레이의 광학 부재.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 출사 부재는 기울기를 가지는 상기 제 1 반사 부재의 두 개의 면과 마주하는 3D 디스플레이의 광학 부재.
  10. 하우징; 및
    상기 하우징 내에 배치되는 광원 부재 및 렌즈 모듈;
    상기 렌즈 모듈로부터 출사 되는 광을 반사하는 제 1 반사 부재;
    상기 제 1 반사 부재로부터 반사된 광을 반사하는 제 2 반사 부재 및 상기 제 2 반사 부재로부터 반사된 광이 출사되는 출사 부재를 포함하고,
    상기 렌즈 모듈은 상기 광원 부재에서 출사된 광이 들어가는 제 1 렌즈; 및 상기 제 2 렌즈로 들어온 광을 상기 제 2 반사 부재로 출사하는 제 2 렌즈를 포함하고,
    상기 출사 부재의 수직 벡터 방향에 있어서, 상기 제 2 렌즈의 광축과 상기 출사 부재의 연장선 사이의 거리는 상기 제 1 렌즈의 광축과 상기 출사 부재의 연장선 사이의 거리보다 가깝게 배치되는 광학 부재.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 2 반사 부재의 연장선은 상기 제 2 반사 부재의 수직 벡터와 수직한 방향으로 연장된 선이고,
    상기 출사 부재의 연장선은 상기 출사 부재의 수직 벡터와 수직한 방향으로 연장된 선인 광학 부재.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 렌즈 모듈의 광축은 상기 출사 부재의 수직 벡터 방향에 대해 50° 내지 70°의 경사각도로 기울어지게 배치되고,
    상기 출사 부재의 수직 벡터 방향으로 상기 출사 부재와 상기 제 2 렌즈 사이의 상기 최단 거리는 0.8㎜ 내지 1.2㎜인 광학 부재.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 제 2 반사 부재는 상기 출사 부재의 수직 벡터 방향에 대해 10° 내지 30°의 경사각도로 기울어지게 배치되고,
    상기 렌즈 모듈의 광축은 상기 출사 부재의 수직 벡터 방향에 대해 50° 내지 70°의 경사각도로 기울어지게 배치되는 광학 부재.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 출사 부재의 수직 벡터 방향에 있어서, 상기 제 2 렌즈의 일부는 상기 제 2 반사 부재와 상기 출사 부재 사이에 배치되는 광학 부재.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 출사 부재의 수직 벡터 방향에 있어서, 상기 제 2 렌즈의 중앙은 상기 제 2 반사 부재의 연장선과 상기 출사 부재의 연장선 사이에 배치되는 광학 부재.
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