KR20240004083A - 렌즈 어셈블리를 포함하는 웨어러블 전자 장치 - Google Patents

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KR20240004083A
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Abstract

본 개시의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 전자 장치에 있어서, 사용자의 눈 측으로부터 디스플레이를 향하는 광축을 따라 적어도 4매의 렌즈가 정렬된 렌즈 어셈블리;를 포함하고, 상기 렌즈 어셈블리의 사용자의 눈 측에 가장 가까운 첫 번째 렌즈는 적어도 한 면이 평면으로 구성되고, 상기 평면에 제 1 1/4 파장판(QWP; quarter wave plate)와 제 1 반사 부재가 배치되며, 상기 사용자의 눈 측으로부터 두 번째 렌즈는 적어도 한면이 볼록하게 형성되고, 상기 볼록한 면에 제 2 반사 부재가 형성된 웨어러블 전자 장치를 제공할 수 있다. 상기 웨어러블 전자 장치는 소형이면서 고배율의 광학 장치로 구현될 수 있다.
상기와 같은 웨어러블 전자 장치는 실시예에 따라 다양할 수 있다.

Description

렌즈 어셈블리를 포함하는 웨어러블 전자 장치{WEARABLE ELECTRONIC DEVICE INCLUDING A LENS ASSEMBLY}
본 개시는 렌즈 어셈블리를 포함하는 웨어러블 전자 장치에 관한 것이다.
휴대 목적의 전자 장치, 예컨대, 전자 수첩, 휴대용 멀티미디어 재생기, 이동통신 단말기, 태블릿 PC 등은 일반적으로 표시 부재와 배터리를 탑재하고 있으며, 표시 부재나 배터리의 형상으로 인해 바형, 폴더형, 슬라이딩형의 외관을 가지고 있었다. 최근에는 표시 부재와 배터리의 성능이 향상되면서 소형화되어, 손목(wrist)이나 두부(head)와 같은 신체의 일부 또는 의복의 형태로 착용할 수 있는 전자 장치(이하 '웨어러블 전자 장치')가 등장하고 있다.
웨어러블 전자 장치로는, 헤드 마운트 웨어러블 장치(head mounting device; HMD), 스마트 안경, 스마트 시계(또는 밴드), 콘택트 렌즈형 장치, 반지형 장치, 의복 / 신발 / 장갑형 장치 등을 예로 들 수 있다. 이러한 신체 착용형 전자 장치는 휴대가 간편하고, 사용자 접근성을 향상시킬 수 있다.
한 예로, '헤드 마운트 웨어러블 장치'는, 사용자의 머리 또는 안면에 착용한 상태로 사용되는 장치로서, 사용자의 망막에 영상을 투영하여 3차원의 공간에서 가상 이미지를 볼 수 있도록 한 장치이다. 예를 들어, 헤드 마운트 웨어러블 장치는 증강 현실(augmented reality, AR)을 제공하는 씨-스루(see-through) 형태와 가상 현실(virtual reality, VR)을 제공하는 씨-클로즈드(see-closed) 형태로 구분할 수 있다. 씨-스루 형태의 헤드 마운트 웨어러블 장치는, 예를 들면, 안경 형태로 구현될 수 있으며, 사용자 시야 범위의 공간에서 건물, 사물 등의 정보를 이미지나 문자 형태로 사용자에게 제공할 수 있다. 씨-클로즈드 형태의 헤드 마운트 웨어러블 장치는 사용자의 양안(both eyes)에 각각 독립된 영상을 출력하며, 착용하고 있는 사용자, 1인에게 이동통신 단말기 또는, 외부 입력로부터 제공되는 콘텐츠(게임, 영화, 스트리밍, 방송 등)를 영상 또는 음향 형태로 출력함으로써 뛰어난 몰입감을 제공할 수 있다. 이 밖에도, 헤드 마운트 웨어러블 장치는 상기 증강 현실(AR)과 가상 현실(VR)이 혼합된 형태인 혼합 현실(mixed reality, MR)이나 확장 현실(extended reality, XR)을 제공하는데 사용될 수도 있다.
최근 상기 헤드 마운트 웨어러블 장치에 관한 제품 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 헤드 마운트 웨어러블 장치는 군사용, 게임용, 산업용, 의료용과 같은 다양한 용도로 사용되고 있다. 이에 따라 좀더 작고 가벼운 사이즈를 가짐과 동시에 좋은 화질을 제공할 것이 요구되고 있다.
상술한 정보는 본 개시에 대한 이해를 돕기 위한 목적으로 하는 배경 기술(related art)로 제공될 수 있다. 상술한 내용 중 어느 것도 본 개시와 관련된 종래 기술(prior art)로서 적용될 수 있는지에 대하여 어떠한 주장이나 결정이 제기되지 않는다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 전자 장치에 있어서, 사용자의 눈 측으로부터 디스플레이를 향하는 광축을 따라 적어도 4매의 렌즈가 정렬된 렌즈 어셈블리;를 포함하고, 상기 렌즈 어셈블리의 사용자의 눈 측에 가장 가까운 첫 번째 렌즈는 적어도 한 면이 평면으로 구성되고, 상기 평면에 제 1 1/4 파장판(QWP; quarter wave plate)와 제 1 반사 부재가 배치되며, 상기 사용자의 눈 측으로부터 두 번째 렌즈는 적어도 한면이 볼록하게 형성되고, 상기 볼록한 면에 제 2 반사 부재가 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 하기 [조건식 1] 및 [조건식 2]를 만족하는 웨어러블 전자 장치를 제공할 수 있다.
[조건식 1]
M12 ≥ 0.99
[조건식 2]
TTL / ImgH ≤ 1.75
(여기서, 상기 [조건식 1]의 M12는 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈와 두 번째 렌즈의 합성 군배율, 상기 [조건식 2]의 TTL은 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈의 눈 측 면부터 디스플레이까지 거리. 상기 [조건식 2]의 ImgH은 디스플레이의 최대 상고 높이.)
본 개시의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 전자 장치에 있어서, 사용자의 눈 측으로부터 디스플레이를 향하는 광축 방향을 따라 순차적으로 제 1 렌즈, 제 2 렌즈, 제 3 렌즈 및 제 4 렌즈가 정렬된 렌즈 어셈블리;를 포함하고, 상기 렌즈 어셈블리의 제 1 렌즈는 사용자의 눈 측 면이 평면으로 구성되거나 또는 디스플레이 측 면이 평면으로 구성되고, 상기 평면에 제 1 1/4 파장판 및 반사 편광자가 합지되어 형성되며, 상기 제 2 렌즈는 적어도 한면이 볼록하게 형성되고, 상기 볼록한 면에 빔 스플리터가 형성되고, 상기 제 4 렌즈의 디스플레이 측 면에는 제 2 1/4 파장판과 편광자가 형성될 수 있다. 상기 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈와, 사용자의 눈 측 두 번째 렌즈가 상기 광축 방향으로 이동하여 디옵터 조정이 가능할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 하기 [조건식 1] 및 [조건식 2]를 만족하는 웨어러블 전자 장치를 제공할 수 있다.
[조건식 1]
M12 ≥ 0.99
[조건식 2]
TTL / ImgH ≤1.75
(여기서, 상기 [조건식 1]의 M12는 제 1 렌즈와 제 2 렌즈의 합성 군배율, 상기 [조건식 2]의 TTL은 제 1 렌즈의 눈 측 면부터 디스플레이까지 거리. 상기 [조건식 2]의 ImgH은 디스플레이의 최대 상고 높이.)
본 개시의 일 실시예에 관해 상술한 측면 또는 다른 측면, 구성 및/또는 장점은 첨부된 도면을 참조하는 다음의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해질 수 있다.
도 1은, 일 실시예에 따른, 웨어러블 전자 장치를 나타내는 도면이다.
도 2a는, 본 개시의 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치의 전면을 나타내는 도면이다.
도 2b는, 본 개시의 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치의 후면을 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 개시의 일 실시예에 따른 디스플레이에서 출력된 광이 사용자의 눈으로 전달되는 상태를 도시한 것이다.
도 4는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 5는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 6a는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 구면수차를 나타내는 그래프이다.
도 6b는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 비점수차를 나타내는 그래프이다.
도 6c는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 왜곡수차를 나타내는 그래프이다.
도 7a는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 구면수차를 나타내는 그래프이다.
도 7b는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 비점수차를 나타내는 그래프이다.
도 7c는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 비점수차를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 9는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 10a는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 구면수차를 나타내는 그래프이다.
도 10b는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 비점수차를 나타내는 그래프이다.
도 10c는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 왜곡수차를 나타내는 그래프이다.
도 11a는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 구면수차를 나타내는 그래프이다.
도 11b는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 비점수차를 나타내는 그래프이다.
도 11c는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 비점수차를 나타내는 그래프이다.
도 12는, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 13은, 다양한 실시예들에 따른, 카메라 모듈을 예시하는 블록도이다.
종래의 경우 1 매의 렌즈를 사용하여 헤드 마운트 웨어러블 장치를 구성하였으나, 이는 시력 보정 기능을 구현하는데 어려움이 있을 수 있고, 복수의 렌즈(예: 3 매 이하의 렌즈)를 사용한 경우도 있으나 이는 슬림화를 달성하기에 어려울 수 있다.
본 개시에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은, 본 개시의 일 실시예에 따른, 웨어러블 전자 장치를 도시한다.
본 개시의 일 실시예를 설명함에 있어, 일부 수치 등이 제시될 수 있으나, 이러한 수치는 청구범위에 기재되어 있지 않은 한 본 개시의 일 실시예를 한정하지는 않는다는 것에 유의해야 한다.
도 1을 참조하면, 웨어러블 전자 장치(100)는 안경 형태의 전자 장치로서, 사용자는 웨어러블 전자 장치(100)를 착용한 상태에서도 주변의 사물이나 환경을 시각적으로 인지할 수 있다. 웨어러블 전자 장치(100)는 카메라 모듈을 이용하여 사용자가 바라보는 또는 웨어러블 전자 장치(100)가 지향하는 방향의 사물이나 환경에 관한 시각적인 이미지를 획득 및/또는 인지하고, 네트워크를 통해 외부의 전자 장치로부터 사물 또는 환경에 관한 정보를 제공받을 수 있다. 웨어러블 전자 장치(100)는 제공받은 사물이나 환경에 관한 정보를 음향 또는 시각적인 형태로 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 전자 장치(100)는 제공받은 사물이나 환경에 관한 정보를 디스플레이 모듈을 이용하여 시각적인 형태로 표시 부재를 통해 사용자에게 제공할 수 있다. 사물이나 환경에 관한 정보를 시각적인 형태 구현하고 사용자 주변 환경의 실제 이미지(또는 영상)와 조합함으로써, 웨어러블 전자 장치(100)는 증강 현실(AR; Augment Reality), 가상 현실(VR; Virtual Reality), 혼합 현실(MR; Mixed Reality), 및/또는 확장 현실(XR; eXtened Reality)을 구현할 수 있다. 표시 부재는 사용자 주변 환경의 실제 이미지(또는 영상)에 증강 현실 객체가 추가된 화면을 출력함으로써 사용자에게 그 주위 사물이나 환경에 관한 정보를 제공할 수 있다.
이하의 상세한 설명에서는 "전자 장치 또는 전자 장치의 지정된 구성요소가 사용자의 안면과 마주보는 상태 또는 위치"에 관해 다양하게 언급될 수 있으며, 이는 사용자가 웨어러블 전자 장치(100)를 착용한 상태를 전제로 하는 것임에 유의한다.
일 실시예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(100)는, 적어도 하나의 표시 부재, 렌즈 프레임, 및 착용 부재를 포함할 수 있다. 표시 부재는 제 1 표시 부재 및 제 2 표시 부재를 포함한 한 쌍으로 제공되어, 웨어러블 전자 장치(100)가 사용자 신체에 착용된 상태에서, 사용자의 우안과 좌안에 각각 대응하게 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 웨어러블 전자 장치(100)는 우안 및 좌안에 대응하는 하나의 표시 부재를 포함하는 하우징 형태(예: 고글 형태)를 포함할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 표시 부재는, 사용자에게 시각적인 정보를 제공하기 위해 마련되는 구성으로서, 예를 들면, 렌즈 어셈블리, 디스플레이(D) 및 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 여기서 상기 렌즈 어셈블리 및 디스플레이(D)는 각각 투명 또는 반투명하게 형성될 수 있다. 다만, 상기 표시 부재는 이에 한정되지 않는다. 또 다른 예로, 상기 표시 부재는 윈도우 부재(window member)를 포함할 수 있으며, 상기 윈도우 부재는 반투명 재질의 글래스 또는 착색 농도가 조절됨에 따라 빛의 투과율이 조절될 수 있는 부재일 수 있다. 또 다른 예로, 상기 표시 부재는 웨이브가이드(waveguide)를 포함하는 렌즈, 또는 반사형 렌즈 등을 포함할 수 있으며, 상기 각각의 렌즈에 광 출력 장치(예: 프로젝터)에서 출력된 상이 맺힘으로써 사용자에게 시각적 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 표시 부재는 상기 각각의 렌즈의 적어도 일부에 웨이브가이드(예: 광 도파관(light waveguide))를 포함할 수 있고, 광 출력 장치에서 출력되는 영상(또는 광)을 표시 부재 내 포함된 웨이브가이드를 통해 사용자의 눈으로 전달하고, 동시에 그 영역을 통해 현실 세계(real world)를 사용자의 눈으로 씨스루(see-through)로 전달할 수 있는 디스플레이를 의미할 수도 있다. 렌즈 어셈블리(예: 도 4 내지 도 11c의 렌즈 어셈블리(200, 300))는 복수의 렌즈들(예: L1, L2, L3, L4)을 포함하는 구성으로서, 웨어러블 전자 장치(100) 내의 공간에서 광축(O-I)에 정렬된 상태로 배치될 수 있다.
도 2a는, 본 개시의 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치의 전면을 나타내는 도면이다. 도 2b는, 본 개시의 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치의 후면을 나타내는 도면이다.
일 실시예로, 전자 장치(100)는 AR 글라스 또는 VST(video see-through) 타입의 VR 글라스일 수 있다. 일 실시예로, VST 타입의 VR 글라스는 카메라(미도시)를 이용하여 외부 환경을 촬영하고, 촬영한 외부 환경의 영상을 VR 컨텐츠와 함께 디스플레이(D)를 통하여 사용자에게 표시할 수 있다. 예를 들어, VR 컨텐츠는 네비게이션, 또는 특정 오브젝트에 관련한 데이터와 같은 컨텐츠일 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 일 실시예에서, 하우징의 제 1 면(110) 상에는 웨어러블 전자 장치(100)의 주변 환경과 관련된 정보를 획득하기 위한 카메라 모듈들(111, 112, 113, 114, 115, 116) 및/또는 뎁스 센서(117)가 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 카메라 모듈들(111, 112)은, 웨어러블 전자 장치 주변 환경과 관련된 이미지를 획득할 수 있다.
일 실시예에서, 카메라 모듈들(113, 114, 115, 116)은, 웨어러블 전자 장치가 사용자에 의해 착용된 상태에서, 이미지를 획득할 수 있다. 카메라 모듈들(113, 114, 115, 116)은 핸드 검출과, 트래킹, 사용자의 제스처(예: 손동작) 인식을 위해 사용될 수 있다. 카메라 모듈들(113, 114, 115, 116)은 3DoF(degrees of freedom), 6DoF의 헤드 트래킹, 위치(공간, 환경) 인식 및/또는 이동 인식을 위하여 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 핸드 검출과 트래킹, 사용자의 제스처 위하여 카메라 모듈들(111, 112)이 사용될 수도 있다.
일 실시예에서, 뎁스(depth) 센서(117)는, 신호를 송신하고 피사체로부터 반사되는 신호를 수신하도록 구성될 수 있으며, TOF(time of flight)와 같이 물체와의 거리 확인을 위한 용도로 사용될 수 있다.
일 실시예에 따라서, 하우징의 제 2 면(120) 상에는 얼굴 인식용 카메라 모듈(125, 126) 및/또는 디스플레이(121)(및/또는 렌즈)가 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 디스플레이에 인접한 얼굴 인식용 카메라 모듈(125, 126)은 사용자의 얼굴을 인식하기 위한 용도로 사용되거나, 사용자의 양 눈들을 인식 및/또는 트래킹할 수 있다.
일 실시예에서, 디스플레이(121)(및/또는 렌즈)는, 웨어러블 전자 장치(100)의 제 2 면(120)에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 웨어러블 전자 장치(100)는, 복수의 카메라 모듈들(113, 114, 115, 116) 중에서, 카메라 모듈들(115, 116)을 포함하지 않을 수 있다. 웨어러블 전자 장치(100)는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 구성들 중 적어도 하나의 구성이 생략되거나, 도면에 도시되지 않은 구성을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 전자 장치(100)는 상기 카메라 모듈들 중 적어도 하나의 카메라 모듈이 생략되거나 더 많은 개수의 카메라 모듈들을 포함할수도 있다.
상술한 바와 같이, 일 실시예에 따른, 웨어러블 전자 장치(100)는 사용자의 머리에 착용되기 위한 폼 팩터를 가질 수 있다. 웨어러블 전자 장치(100)는 사용자의 신체 부위 상에 고정되기 위한 스트랩, 및/또는 착용 부재를 더 포함할 수 있다. 웨어러블 전자 장치(100)는, 상기 사용자의 머리에 착용된 상태 내에서, 증강 현실, 가상 현실, 및/또는 혼합 현실에 기반하는 사용자 경험을 제공할 수 있다.
도 3은, 본 개시의 일 실시예에 따른 디스플레이(D)에서 출력된 광이 사용자의 눈(eye)으로 전달되는 상태를 도시한 것이다.
본 개시의 웨어러블 전자 장치(100)는, 렌즈 어셈블리(200)와, 적어도 하나의 1/4 파장판(QWP; quarter wave plate), 적어도 하나의 반사 편광자(RP; reflective polarizer), 및 적어도 하나의 빔 스플리터(beam splitter)를 포함할 수 있다. 본 개시의 웨어러블 전자 장치(100)는, 적어도 일부의 렌즈가 이동 가능하여 디옵터(diopter)를 조절함으로써 사용자에게 시력 보정 기능을 제공하는 한편, 적어도 하나의 1/4 파장판(QWP; quarter wave plate), 적어도 하나의 반사 편광자(RP; reflective polarizer), 및 적어도 하나의 빔 스플리터를 제공하여 광의 광 경로 길이를 연장 및/또는 조절함으로써 초점거리를 조절하거나 출력되는 이미지 품질을 높일 수 있다. 렌즈 어셈블리(200)에 대한 상세한 설명은 도 4 이하의 실시예를 통해 상세히 설명하고, 웨어러블 전자 장치(100)에 포함된 다른 구성들, 예를 들면, 적어도 하나의 1/4 파장판(QWP; quarter wave plate), 적어도 하나의 반사 편광자(RP; reflective polarizer), 및 적어도 하나의 빔 스플리터에 대해 상세히 설명한다.
웨어러블 전자 장치(예: AR/VR 글라스)의 경우 초점 거리가 고정되어 있기 때문에, 시스템(예: AR/VR 시스템) 자체를 통한 사용자 시력의 굴절 오류(예: 노안, 근시, 원시와 같은 시력 장애로 인한 눈의 굴절)를 교정하기 어렵고, 출력되는 가상 이미지의 해상도가 제한되는 단점이 있다. 이와 달리, 본 개시의 웨어러블 전자 장치(100)는 입사 광선의 광학 경로 길이를 연장하여 다양한 초점 길이에서 가상 이미지의 디스플레이가 가능함에 따라 시력 교정이 가능하고, 이미지 해상도를 높일 수 있다.
본 개시의 웨어러블 전자 장치(100)는 디스플레이(D)와 복수의 렌즈들을 포함하는 렌즈 어셈블리(200)가 함께 장착되어 광학계(optical system)을 구성하는 광학 장치(예: AR/VR 글라스)일 수 있다. 여기서 렌즈 어셈블리(200)는 복수 매(예: 4매)의 렌즈(예: L1, L2, L3, L4)를 포함할 수 있다. 디스플레이(D)는 사용자가 웨어러블 전자 장치(100)를 착용시 사용자의 양안에 대응하는 부분에 시각적 정보를 노출하는 화면 표시 영역을 포함할 수 있다. 디스플레이(D)는, 예를 들면, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 또는 마이크로 전자기계 시스템 (MEMS) 디스플레이, 또는 전자종이(electronic paper) 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이(D)는, 예를 들면, 사용자에게 각종 콘텐츠(예: 텍스트, 이미지, 비디오, 아이콘, 또는 심볼 등)을 표시할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 디스플레이(D)를 통해 사용자에게 상기 각종 콘텐츠(예: 텍스트, 이미지, 비디오, 아이콘, 또는 심볼 등)가 전달되기 전에, 디스플레이(D)를 통해 출력된 광은 적어도 하나의 1/4 파장판, 적어도 하나의 반사 편광자, 및 적어도 하나의 빔 스플리터를 통과하고 렌즈 어셈블리(200)를 통과할 수 있다. 광이, 상기 적어도 하나의 1/4 파장판, 상기 적어도 하나의 반사 편광자, 및 상기 적어도 하나의 빔 스플리터, 그리고 렌즈 어셈블리(200)를 통과하는 순서는 실시예에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따르면, 렌즈 어셈블리(200) 중 사용자의 눈으로부터 첫번째 렌즈(L1)(이하, '제 1 렌즈(L1)'라 칭함)의 두 면중 적어도 하나의 면에 인접하게 1/4 파장판, 반사 편광자가 배치되고, 렌즈 어셈블리(200) 중 사용자의 눈으로부터 두번째 렌즈(L2)(이하, '제 2 렌즈(L2)'라 칭함)의 디스플레이 측 면에 인접하게 빔 스플리터가 배치될 수 있다.
도 3에는 제 1 렌즈(L1)의 두 면 중 사용자의 눈 측 면에 인접하게 1/4 파장판(103), 반사 편광자(102)가 배치되고, 제 2 렌즈(L2)의 디스플레이 측 면에 인접하게 빔 스플리터(104)가 배치된 것이 도시된다. 일 실시예에 따르면, 반사 편광자(102)는 필름 형태로 구성되며, 상기 1/4 파장판(103)과 합지(lamination)되어 제 1 필름부(F1)를 형성하고, 사용자의 눈으로부터 첫번째 렌즈(L1)에 부착될 수 있다. 여기서, '합지(lamination)'란 서로 다른 두 개의 부재 중 적어도 하나의 부재에 접착제가 구비되어 접합된 것을 의미할 수 있다. 1/4 파장판(103)과 반사 편광자(102)가 합지된 형태의 제 1 필름부(F1)는, 합지되지 않고 단순히 적층된 경우의 실시예보다 더 얇고, 우수한 광학성능을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 필름부(F1)는 도 3에 도시된 바와 같이, 별도로 마련된 적어도 하나의 편광 필름(예: 제 1 편광자(101))을 더 포함할 수 있고, 이에 추가적으로 또는 대체적으로, 적어도 하나의 반사 방지(AR; anti reflection) 필름(미도시)를 더 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 제 1 필름부(F1)는 렌즈 어셈블리(200)를 기준으로 사용자의 눈(eye) 측에 가까이 배치되어 사용자의 눈에 들어오는 광을 선택적으로 투과, 반사 및/또는 차단할 수 있다. 빔 스플리터(104)는 렌즈 어셈블리(200)의 렌즈들 사이, 예를 들면 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3) 사이에 배치될 수 있다. 빔 스플리터(104)는 빔 스플리터(104)에 일부 광은 투과하고, 다른 일부 광은 반사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 빔 스플리터(104)는 50%의 광은 투과하고, 50%의 광은 반사하도록 구성될 수 있다. 도 3은, 빔 스플리터(104)를 통해 50%의 광이 투과하는 모습을 도시할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 빔 스플리터(104)는 반투명 거울로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 제 2 렌즈(L2)의 일면에 코팅된 거울 형태로 구성될 수도 있다. 이하, 광이 반사되는 기능적인 측면에 기초하여, 반사 편광자(102)를 '제 1 반사 부재(102)'로 지칭할 수 있고, 빔 스플리터(104)를 '제 2 반사 부재(104)'로 지칭할 수도 있다.
이하의 설명을 함에 있어서, 사용자의 눈(eye)에서 디스플레이(D)를 바라보는 방향을 제 1 방향이라하고, 제 1 방향과 반대로 디스플레이(D)에서 사용자의 눈(eye)을 향하는 방향을 제 2 방향이라 할 수 있다. 제 1 방향과 제 2 방향은 모두 광축(O-I)과 평행할 수 있다. 렌즈 어셈블리(200)는 제 1 방향을 따라 순차적으로 배열된 복수개의 렌즈들(예: 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2), 제 3 렌즈(L3), 제 4 렌즈(L4))를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(100)는 렌즈 어셈블리(200)를 기준으로 사용자의 눈(eye) 보다 먼 위치, 즉 디스플레이(D) 측에 가까이 배치되어 렌즈 어셈블리(200)에 들어오는 광을 선택적으로 투과, 반사, 및/또는 차단하기 위한 제 2 필름부(F2)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 2 필름부(F2)는 1/4 파장판(105), 및 편광자(106)를 포함할 수 있다. 제 2 필름부(F2) 또한, 1/4 파장판(105), 및 편광자(106)가 합지된 형태로 배치될 수 있다. 구성요소의 구분을 위하여 전술한 제 1 필름부(F1)의 1/4 파장판(103)은 제 1 1/4 파장판(103)으로 지칭될 수 있고, 제 2 필름부(F2)의 1/4 파장판(105)은 제 2 1/4 파장판(105)으로 지칭될 수 있다. 또한, 제 1 필름부(F1)에 포함된 제 1 편광자(101)와의 구분을 위하여 제 2 필름부(F2)의 편광자(106)는 제 2 편광자(106)로 지칭될 수 있다.
도 3을 참조하면, 웨어러블 전자 장치(100)는 다음과 같이 작동할 수 있다. 디스플레이(D)에서 출력된 광은, 제 2 필름부(F2), 렌즈 어셈블리(200) 및 제 1 필름부(F1)를 통과한 뒤 사용자의 눈(eye)에 도달할 수 있다. 이때, 제 2 필름부(F2)의 제 2 편광자(106)는 제 1 선형 편광, 예를 들어, 수직 편광(또는 p 편광)을 투과시키고, 제 2 선형 편광, 예를 들어, 수평 편광(또는 s 편광)은 투과시키지 않을 수 있다. 즉. 제 2 편광자(106)에 도달한 광 중 수직 편광(또는 p 편광)만이 투과될 수 있다. 제 2 편광자(106)를 투과한 광은 제 2 1/4 파장판(105)에 의해 원형 편광(우원 편광 또는 좌원 편광)으로 변환되고, 이 원형 편광은 렌즈 어셈블리(200) 및 빔 스플리터(104)를 통과한 뒤 제 1 1/4 파장판(103)에 도달할 수 있다. 제 1 1/4 파장판(103)에 도달한 원형 편광은 제 1 1/4 파장판(103)을 통과하면서 다시 선형 편광(예: 수직 편광(또는 p 편광))으로 변환되어 반사 편광자(102)에 도달할 수 있다. 반사 편광자(102)에 도달할 때까지 광은 제 2 방향(디스플레이(D) -> 사용자의 눈(eye))을 향해 움직일 수 있다. 반사 편광자(102)에 도달한 광은 반사 편광자(102)로부터 반사되어 제 1 방향(사용자의 눈(eye) -> 디스플레이(D))을 향하게 되고, 다시 제 1 1/4 파장판(103)을 투과하면서 원형 편광(우원 편광 또는 좌원 편광)으로 변환될 수 있다. 이 원형 편광(우원 편광 또는 좌원 편광)은 빔 스플리터(104)에 의해 반사되어 다시 제 2 방향을 향하며, 이때 위상이 변환(예를 들어, 좌원 편광일 시 -> 우원 편광, 우원 편광일 시 -> 좌원 편광)될 수 있다. 위상이 변환된 원형 편광은 제 2 방향을 따라 제 1 1/4 파장판(103) 및 반사 편광자(102)를 통과하여 사용자의 눈(eye)에 도달할 수 있다. 이때, 제 1 1/4 파장판(103)을 투과하는 광은 수평 편광(또는 s 편광)으로 변환되어 사용자의 눈(eye)에 도달할 수 있다. 다만, 상기 도 3의 실시예는 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(100)을 통과하는 광의 상태 변화를 예시적으로 도시한 것으로서, 본 개시의 범주는 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아님을 유의해야 한다.
도 4는, 일 실시예에 따른 렌즈 어셈블리(200)를 나타내는 도면이다. 도 5는, 일 실시예에 따른 렌즈 어셈블리(200)를 나타내는 도면이다. 도 4는 디옵터(diopter)가 0일 때의 렌즈 어셈블리(200)를 나타내고, 도 5는, 디옵터가 -6일 때의 렌즈 어셈블리(200)를 나타낼 수 있다.
렌즈 어셈블리(200)에 포함된 복수의 렌즈들(L1, L2, L3, L4) 중 적어도 하나의 렌즈는 합성수지(예: 플라스틱) 재질로 형성된 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(200)에 포함된 복수의 렌즈들(L1, L2, L3, L4)중 적어도 하나의 렌즈를 소정의 굴절을 갖는 합성수지(예: 플라스틱)로 구성된 렌즈로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 복수의 렌즈들을 합성수지 재질로 제작함으로써, 크기나 형상의 설계 자유도가 높을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 렌즈 어셈블리에 포함된 전체 렌즈들(L1, L2, L3, L4)을 모두 합성수지 재질로 형성할 수 있다. 이와 같이, 렌즈 어셈블리(100)가 합성수지 재질로 형성됨에 따라, 렌즈 어셈블리(100)가 장착되는 웨어러블 전자 장치(100)의 경량화 및 소형화에 유리할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 렌즈 어셈블리(200)는, 디스플레이(D)의 화면 상의 객체(O, object side)로부터 사용자의 눈 측(I, image side)으로 복수 개의 렌즈의 중심들을 통과하는 광축(O-I)상에 배치될 수 있다. 이하에서 각 렌즈의 구성을 설명함에 있어, 예를 들면, 사용자의 눈 측은 사용자의 눈(eye)이 있는 방향을 나타낼 수 있다. 사용자의 눈(eye)에 상(image)이 맺혀 사용자가 객체를 인식하게 되므로, 사용자의 눈은 이미지 센서의 역할을 하는 것으로 볼 수 있다. 또한, 렌즈의 "사용자의 눈(eye) 측(I)을 향하는 면"은, 예를 들면, 광축(O-I)을 기준으로 하여 사용자의 눈(예: 이미지 센서)이 있는 쪽의 면으로서 본 개시의 도면에서 렌즈의 우측 표면(또는 전면)을 의미하며, "디스플레이(D) 측(O)을 향하는 면"은 광축(O-I)을 기준으로 하여 도면상 렌즈의 좌측 표면(또는 후면)을 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따른 복수의 렌즈들(예: L1, L2, L3, L4)을 설명함에 있어서, 각 렌즈들에서 광축(O-I)과 가까운 쪽을 이하 '중심부(chief portion)'라 할 수 있으며, 광축(O-I)과 먼 쪽(또는 렌즈의 가장자리 부근)을 이하 '주변부(marginal portion)'라 할 수 있다. 상기 중심부(chief portion)는, 예를 들면, 어떤 렌즈(예: 제 1 렌즈(L1))에서 광축(O-I)과 교차하는 부분일 수 있다. 상기 주변부(marginal portion)는, 예를 들면, 렌즈(예: 제 1 렌즈(L1))에서 광축으로부터 소정 거리 이격된 부분일 수 있다. 상기 주변부(marginal portion)는 예를 들면, 렌즈의 광축(O-I)으로부터 가장 멀리 떨어진 렌즈의 단부(end portion)를 포함할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 중심부 또는 상기 중심부와 가까운 부분을 통과하는 빛을 근축광선이라 하고, 상기 주변부를 통과하는 빛을 원축광선이라 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 개시의 렌즈의 곡률 반지름, 두께, TTL(total length from image plane), 초점 거리 등은 특별한 언급이 없는 한 모두 ㎜ 단위를 가질 수 있다. 또한, 렌즈의 두께, 렌즈들 간의 간격, TTL은 렌즈의 광축을 중심으로 측정된 거리일 수 있다. 아울러, 렌즈의 형상에 대한 설명에서 일면이 볼록한 형상이라는 의미는 해당 면의 광축 부분이 볼록하다는 의미이고, 일면이 오목한 형상이라는 의미는 해당 면의 광축 부분이 오목하다는 의미일 수 있다. 따라서, 렌즈의 일면(해당 면의 광축 부분)이 볼록한 형상이라고 설명되어도, 렌즈의 가장자리 부분(해당 면의 광축 부분으로부터 소정거리 이격된 부분)은 오목할 수 있다. 마찬가지로, 렌즈의 일면(해당 면의 광축 부분이)이 오목한 형상이라고 설명되어도, 렌즈의 가장자리 부분(해당 면의 광축 부분으로부터 소정거리 이격된 부분)은 볼록할 수 있다. 그리고 이하의 상세한 설명 및 청구범위에서 변곡점(inflection point)이라 함은 광축과 교차하지 않는 부분에서 곡률 반지름이 변경되는 지점을 의미할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 렌즈 어셈블리(200)는 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2), 제 3 렌즈(L3), 및 제 4 렌즈(L4)를 포함할 수 있다. 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2), 제 3 렌즈(L3), 및 제 4 렌즈(L4)는 사용자가 웨어러블 전자 장치(100)를 착용하였을 때, 눈(eye)으로부터 가까운 측에서 디스플레이(D)를 향해 순서대로 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 렌즈 어셈블리(200)에 포함된 제 1 렌즈(L1)는 정(positive)의 굴절력을 가질 수 있다. 정의 굴절력을 가지는 렌즈에 광축과 평행한 빛이 입사되면, 렌즈를 통과한 빛은 집광될 수 있다. 예를 들면, 정의 굴절력을 가지는 렌즈는 볼록 렌즈의 원리에 기반한 렌즈일 수 있다. 반면에, 부의 굴절력을 가지는 렌즈에 평행한 빛이 입사되면, 렌즈를 통과한 빛은 분산될 수 있다. 예를 들면, 부의 굴절력을 가지는 렌즈는 오목 렌즈의 원리에 기반한 렌즈일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 4매의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리의 경우, 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 4 렌즈(L4)는 정의 굴절력을 가지며, 제 3 렌즈(L3)는 부의 굴절력을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 렌즈 어셈블리(200)에 포함된 제 1 렌즈(L1)는 사용자의 눈(eye) 측(I)을 향한 면(S2)과, 디스플레이(D) 화면상의 객체 측(O)을 향한 면(S3)을 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(200)에 포함된 제 2 렌즈(L2)는 사용자의 눈 측(I)을 향한 면(S4)과, 디스플레이(D) 화면상의 객체 측(O)을 향한 면(S5)을 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(200)에 포함된 제 3 렌즈(L3)는 사용자의 눈(eye) 측(I)을 향한 면(S6)과, 디스플레이(D) 화면상의 객체 측(O)을 향한 면(S7)을 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(200)에 포함된 제 4 렌즈(L4)는 사용자의 눈 측(I)을 향한 면(S8)과, 디스플레이(D) 화면상의 객체 측(O)을 향한 면(S9)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 렌즈 어셈블리(200)는 도면에 별도로 도시되진 않았으나, 사용자의 눈 측으로부터 마지막 렌즈(예: 제 4 렌즈(L4))와 디스플레이(D) 사이에 필터를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 필터는 가시광선은 투과시키고 적외선은 차단할 수 있다. 예를 들어, 필터는 저역 통과 필터, 또는 커버 글라스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예컨대, 필터를 장착함으로써 사용자가 디스플레이에서 표시되는 객체를 보았을 때, 실제 객체를 보았을 대 느끼는 색감에 근접하게 할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 4 렌즈(L4)와 디스플레이(D) 사이의 필터는, 앞서 도 3의 실시예에서 살펴본 제 2 필름부(F2)로서 구현될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 렌즈 어셈블리(200)에 포함된 제 1 렌즈(L1)는 적어도 한면이 평면으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 렌즈(L1)는 평오목(plano-concave) 타입의 정의 굴절력을 가진 렌즈일 수 있다. 제 1 렌즈(L1)에서 평면으로 구성된 면에 제 1 필름부(F1)가 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 필름부는 제 1 1/4 파장판(103)과 반사 편광자(102)를 포함할 수 있으며, 일 실시예에 따르면, 제 1 1/4 파장판(103)과 반사 편광자(102)가 합지(lamination)되어 상기 평면에 부착될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 렌즈(L1)의 사용자의 눈(eye) 측(I)을 향한 면(S2)이 평면으로 구성되어 제 1 1/4 파장판(103)과 반사 편광자(102)가 합지된 구성이 부착될 수 있고(예: 도 8및 도 9의 실시예), 또는 제 1 렌즈(L1)의 디스플레이(D) 화면 상의 객체(O)를 향한 면(S3)이 평면으로 구성되어 제 1 1/4 파장판과 반사 편광자가 합지된 구성이 부착될 수도 있다(예: 도 4 및 도 5의 실시예).
일 실시예에 따르면, 제 2 렌즈(L2)는 적어도 하나의 볼록면을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면 제 2 렌즈(L2)는 사용자의 눈을 향한 면(S4)과 디스플레이(D) 화면 상의 객체를 향한 면(S5)이 모두다 볼록한, 양볼록 형태의 렌즈일 수 있다. 그리고 제 2 렌즈(L2)의 볼록면에는 빔 스플리터(104)를 형성하여 제 1 렌즈(L1)를 통과하여 제 2 렌즈(L2)에 입사된 광이 다시 반사되어 제 1 렌즈(L1)를 향해 출광되도록 할 수 있다. 예를 들어, 제 2 렌즈(L2)는 양볼록 형태의 정의 굴절력을 갖는 렌즈로서 디스플레이(D)를 향한 면(S5)에 광선 분할 기능을 하는 미러 코팅을 적용하여 광을 반사 또는 투과시킬 수 있다. 이와 같이 본 개시의 웨어러블 전자 장치(100)는 제 1 렌즈(L1)의 적어도 한면에 제 1 1/4 파장판과 반사 편광자가 합지된 구성을 부착하고 제 2 렌즈(L2)에 미러 코팅을 적용함으로써, 입사 광선의 광학 경로 길이를 연장하는 한편, 전체 광학계의 사이즈를 축소할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 개시의 웨어러블 전자 장치(100)는 제 3 렌즈(L3) 및 제 4 렌즈(L4)를 웨어러블 전자 장치(100) 내에 고정시킨 상태에서, 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)를 제 3 렌즈(L3) 및 제 4 렌즈(L4)에 대하여 이동할 수 있도록 구성함으로써 디옵터(diopter) 조정에 따른 시력 보정 기능을 수행할 수 있다. 본 개시의 웨어러블 전자 장치(100)는 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)의 이동으로, 성능의 열화없이 시력보정 기능을 적용할 수 있다. 제 3 렌즈(L3)와 제 4 렌즈(L4)는 각각 부렌즈와 정렌즈로 구성하고, 이때 제 3 렌즈(L3)와 제 4 렌즈(L4)를 아베수 차이를 30이상의 소재로 구성하여, 축상 색수차와 주변부 배율 색수차를 효과적으로 보정할 수 있다.
상술한 렌즈 어셈블리(200)를 포함하는 웨어러블 전자 장치(100)는 다음의 [조건식 1], 및 [조건식 2]를 만족하는 광학계를 구성할 수 있다.
[조건식 1]
M12 ≥ 0.99 (1)
[조건식 2]
TTL / ImgH ≤ 1.75 (2)
여기서, M12 은 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈(제 1 렌즈(L1))와 두 번째 렌즈(제 2 렌즈(L2))의 합성 군배율일 수 있다. 상기 TTL 은 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈(제 1 렌즈(L1))의 눈 측 면(S2)부터 디스플레이(D)까지 거리이고, 상기 ImgH 는 디스플레이(D)의 최대 상고 높이일 수 있다. 본 개시의 광학계는 디스플레이에서 출력된 화면이 사용자의 눈의 각막에 인식되는 것을 전제할 수 있다. 따라서, 상기 '최대 상고'란 객체가 표시될 수 있는 디스플레이(D)의 크기와 관련된 것으로서, 디스플레이(D) 대각선 길이의 절반을 의미할 수 있다. 상기 [조건식 1]은 디옵터 조정에 따른 사용자의 눈 측 첫번째 렌즈(제 1 렌즈(L1))와 두번째 렌즈(제 2 렌즈(L2))의 합성 군배율을 나타낸 식으로 합성 군배율이 상기 하한 값보다 작을 경우 디옵터 조정에 따른 렌즈의 이동량이 커져 성능변화가 크게 발생하여 디옵터 조정이 어려워진다. 상기 [조건식 2]는 전체　광학계의　전장(TTL)과　디스플레이(D)에서 사용하는　최대　상고높이　비에　대한　식이다. 상기 [조건식 2]의 상한보다 값이 커질 경우 광학계 사이즈를 최소화 하기 어려워질 수 있다.
또한, 본 개시의 웨어러블 전자 장치(100)는 전체 광학계의 화각이 아래의 [조건식 3]을 만족할 수 있다.
[조건식 3]
80°≤ Fov ≤ 100° (3)
여기서, Fov(field of view)는 전체 광학계의 화각일 수 있다.
본 개시의 웨어러블 전자 장치(100)는 렌즈 어셈블리에 포함된 렌즈들이 모두 플라스틱 비구면 렌즈로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전체 4매 렌즈를 플라스틱 비구면 렌즈로 구성하여, 초소형이면서 성능 확보가　가능하고, 글라스 렌즈 대비 제조 원가를 낮추는데 유리할 수 있다.
본 개시의 웨어러블 전자 장치(100)는 전체 광학계의 렌즈 구성이 눈으로부터 정, 정, 부, 정의 파워로 구성된 광학계이다. 해당 구성으로 90도 이상의 광각이면서 초소형의 광학계 설계를 확보할 수 있다.
본 개시의 웨어러블 전자 장치(100)는 눈 측으로부터 세번째 렌즈(제 3 렌즈(L3))와 네번째 렌즈(제 4 렌즈(L4))의 아베수 차가 아래의 [조건식 4]를 만족할 수 있다.
[조건식 4]
25 ≤ |V4-V3| ≤ 40 (4)
여기서, V3 는 사용자의 눈 측으로부터 세번째 렌즈(제 3 렌즈(L3))의 아베수이고, V4 는 사용자의 눈 측으로부터 네번째 렌즈(L4)의 아베수일 수 있다. [조건식 4]식의 상한치를 초과하게 되면 정렌즈와 부렌즈의 아베수 차가 커 색수차 보정에는 유리하나, 소재 재료비가 증가하여 제품 단가 증가의 요인이 되며, 하한치를 하회할 경우 작은 아베수 차로 인해 효과적인 색수차 보정이 어려워질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(100)는 디스플레이에서 렌즈 어셈블리로 입사하는 주광선(chief ray)의 각도가 하기의 식을 만족할 수 있다.
[조건식 5]
DCRA ≤ 35° (5)
여기서, DCRA 는 디스플레이(D) 에서 렌즈로 입사하는 주광선의 각도를 의미할 수 있다. 여기서, 주광선(chief ray)이란 디스플레이(D)의 끝선에서 나오는 광선 다발의 중간의 광선(예: 광속)을 의미할 수 있다. [조건식 5]의 상한치를 초과하게 되면, 디옵터 조정에 따라 렌즈가 이동할 경우 성능변화가 크게 발생하여, 디옵터 조정이 불가능할 수 있다.
하기의 [표 1]은 상기 도 4 및 도 5에 도시된 렌즈 어셈블리(200)의 각종 렌즈 데이터를 기재한 것으로서, 예컨대, 4 개의 렌즈들을 포함하는 렌즈 어셈블리(200)에서, 광의 이동 경로 상에 위치한 렌즈에 대한 정보를 나타낼 수 있다. 'eye'는 피사체(예: 사용자의 눈)를 의미할 수 있다. radius은 렌즈의 곡률 반경을, thickness은 렌즈의 두께 또는 공기 간격을, nd는 매질(예: 렌즈)의 굴절률을, vd는 렌즈의 아베수(abbe's number)를 의미할 수 있다. 상기 thickness에 대하여, 어떤 렌즈(예: 제 1 렌즈(L1))의 사용자의 눈 측(I)을 향한 면(예: S2)에 기재된 thickness는 그 렌즈의 두께를 의미할 수 있으며, 어떤 렌즈(예: 제 1 렌즈(L1))의 디스플레이 측(O)을 향한 면(예: S3)에 기재된 thickness 값은 그 렌즈에서 광축 방향으로 그 뒤에 위치한 렌즈(예: 제 2 렌즈(L2))까지의 공기 간격으로 설명될 수 있다. 도 2 및 도 3의 실시예에서 'S2~S9'은 관련된 복수의 렌즈들(예: L1, L2, L3, L4)의 사용자의 눈 측(I) 또는 디스플레이 측(O)의 표면을 지칭할 수 있다. 그리고, 예를 들면, . 여기서, 'S1', 은 실제 렌즈면이 아닌, 렌즈 어셈블리(200) 설계 상 고려되는 위치일 수 있다. 하기 [표 1]에서, surface에 기재된 '1'은 조리개(stop)의 위치를 나타낼 수 있다. 본 개시에서, [표 1]의 조리개(stop)의 위치는 사용자의 각막 안의 동공에 대응될 수 있다.
하기 [표 1]에서, surface에 기재된 '2~16'는 광이 복수의 렌즈들(예: L1, L2, L3, L4)을 지날 때, 광의 이동 경로 상에 위치한 렌즈, 1/4 파장판, 반사 편광자, 및/또는 빔 스플리터의 표면을 가리키는 것일 수 있다. 하기 [표 1]을 통해 렌즈, 1/4 파장판, 반사 편광자, 및/또는 빔 스플리터 자체의 정보뿐만 아니라, 이를 통과하는 광의 이동 경로에 대한 정보를 살펴볼 수 있다.
예를 들어, surface의 '2'는 제 1 렌즈(L1)의 사용자의 눈 측(I) 면(S2)을 지시할 수 있다. surface의 '3'은 제 1 렌즈(L1)의 디스플레이 측(O) 면(S3)을 지시함과 동시에 또는 반사 편광자를 지시할 수 있다. surface의 '4'는 제 1 1/4 파장판을 지시할 수 있다. surface의 '5'는 제 2 렌즈(L2)의 사용자의 눈 측 면(S4)을 지시할 수 있다. surface의 '6'은 제 2 렌즈(L2)의 디스플레이 측(O) 면(S5)을 지시함과 동시에 빔 스플리터를 지시할 수 있다. 본 개시의 렌즈 어셈블리(200)를 통과하는 광은 반사 편광자 및/또는 빔 스플리터에서 반사되어 이동할 수 있다. 예를 들어, 광은 빔 스플리터가 적용된 제 2 렌즈(L2)의 디스플레이 측(O) 면(S5)으로부터 반사된 후, 제 2 렌즈(L2)의 사용자의 눈 측(I)을 향한 면(S4)을 지나 제 1 렌즈(L1)의 디스플레이 측(O) 면(S3)에 도달할 수 있다. 그리고, 제 1 1/4 파장판과 반사 편광자가 합지되어 부착된 제 1 렌즈(L1)의 디스플레이 측(O) 면(S3)에서 다시 반사된 광은 다시 제 2 렌즈(L2)의 사용자의 눈 측(I)을 향한 면(S4) 및 제 2 렌즈(L2)의 디스플레이 측(O) 면(S5)을 통과할 수 있다. 이러한 광 경로의 굴절 및/또는 반사의 정보가 하기 [표 1]의 surface에서 6, 7, 8로 정의된 데이터를 통해 제공될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이 surface의 '6'은 제 2 렌즈(L2)의 디스플레이 측(O) 면(S5)을 지시하는데 여기에는 빔 스플리터에서 광이 반사될 때의 정보가 포함될 수 있다. [표 1]에서, thickness가 음(-)의 값을 갖는 다는 것은 일 방향(제 1 방향 또는 제 2 방향을 향하던 광이 이 부분(예: 제 2 렌즈(L2)의 디스플레이 측(O) 면(S5))에서 광이 반사되어 반대 방향을 향해 이동하는 것을 의미할 수 있다. surface의 '7'은 제 2 렌즈(L2)의 사용자의 눈 측(I) 면(S4)을 지시하며, 이는 제 2 렌즈(L2)의 디스플레이 측(O) 면(S5)에서 반사되어 사용자의 눈 측(I) 면(S4)에 도달할 때의 광의 정보를 포함할 수 있다. 제 2 렌즈(L2)의 사용자의 눈 측(I) 면(S4)을 통과한 뒤 제 1 렌즈(L1)의 디스플레이 측(O) 면(S3)에 도달한 광은, 반사 편광자로부터 반사된 뒤 다시 제 2 렌즈(L2)를 향해 진행할 수 있다. [표 1]에서 surface '8'은 반사 편광자를 지시하며, surface의 '9'는 제 2 렌즈(L2)의 사용자의 눈 측(I) 면(S4)을 지시할 수 있다. 그리고 surface의 '10'은 제 2 렌즈(L2)의 디스플레이 측(O) 면(S5)을 지시할 수 있다. surface의 '10'의 thickness D1은 [표 1] 이하에 기재된 [표 2]를 통해 제공되는 바와 같이 디옵터 0과, 디옵터 -6일 때의 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3) 사이의 거리를 나타낼 수 있다. surface의 '11'은 제 3 렌즈(L3)의 사용자의 눈 측(I) 면(S6)을 지시할 수 있다. surface의 '12'는 제 3 렌즈(L3)의 디스플레이 측(O) 면(S7)을 지시할 수 있다. surface의 '13'은 제 4 렌즈(L4)의 사용자의 눈 측(I) 면(S8)을 지시할 수 있다. surface의 '14'는 제 4 렌즈(L4)의 디스플레이 측(O) 면(S9)을 지시할 수 있다. surface의 '15'는 필터의 사용자의 눈 측(I) 면을 지시할 수 있다. surface의 '16'는 필터의 디스플레이 측(O) 면을 지시할 수 있다. 여기서, 상기 필터는 전술한 바와 같이 제 2 1/4 파장판과 제 2 편광자를 포함하는 제 2 필름부로 구성될 수 있다. surface의 'img'는 디스플레이(D)의 표면에서 출력되는 객체의 이미지를 지시할 수 있다. 한편, 하기 [표 1]에서, surface에 기재된 '2~16'에 '*'가 함께 표시된 surface는 그에 대응하는 렌즈의 표면이 비구면으로 형성됨을 의미할 수 있다.
하기 [표 1]에 포함된 렌즈 어셈블리(200)는 화각(ANG)이 90도 이하(반화각 (HFOV)은 45도 이하)의 망원 렌즈에 관한 것일 수 있다. 또한, 하기 [표 1]에 포함된 렌즈 어셈블리(200)는 전체 유효 초점 거리(EFL)가 12.6mm이고, F수(Fno)가 대략 3.15이며, 광학 전장(OTTL; optical total length from image plane)은 대략 14.91mm 내지 대략 15.95mm 일 때, 상술한 조건(및/또는 상술한 조건식들 중 적어도 하나)들을 만족할 수 있다.
Surface Radius Thickness EFL nd vd
1(stop) infinity 12
2* 112.84 2 207.4224 1.54401 55.91
3 infinity 0.3 1.5168 64.17
4 infinity 0.3
5* 185.06 4.5 72.8232 1.54401 55.91
6* -49.976 -4.5 15.9713 -1.54401 55.91
7* 185.06 -0.3
8 infinity 0.3
9* 185.06 4.5 72.8232 1.54401 55.91
10* -49.976 D1
11* -25.601 2.445 -70.5179 1.54401 55.91
12* -79.554 0.3
13* 32.852 2.843 19.4882 1.63492 23.89
14* -19.183 0.605
15 infinity 0.25 1.5168 64.17
16 infinity 0.7 1.5168 64.2
img infinity 0
0 D -6D
D1 1.34 0.3
상기 [표 1] 및 [표 2]를 참조로, 도 4 및 도 5의 실시예를 다시 살펴보면, 0 디옵터에서, 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3) 사이의 거리는 1.34mm로 형성되고, -6 디옵터에서 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3) 사이의 거리는 0.3mm로 형성됨을 확인할 수 있다. 하기의 [표 3]는 상기 복수의 렌즈들(예: L1, L2, L3, L4)의 비구면 계수를 기재한 것으로서, 비구면 계수는 다음의 [조건식 6]을 통해 산출될 수 있다.
[조건식 6]
여기서, 'z'는 렌즈의 정점으로부터 광축(O-I) 방향의 거리(sag)를, 'c''는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률 반경(radius)의 역수를, 'y'는 광축에 수직인 방향으로의 거리를, 'K'는 코닉(Conic) 상수를, 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'I'는 비구면 계수를 각각 의미할 수 있다. 하기 [표 3]의 수치에서 'E 및 이에 이어지는 숫자'는 10의 거듭제곱을 나타낼 수 있다. 예를 들어 E+01은 101을,E-02는 10-2를 나타낼 수 있다. 하기 [표 3]에서, surface의 '2'는 제 1 렌즈(L1)의 사용자의 눈 측 면(S2)을 나타낼 수 있다. surface의 '5, 7, 9'은 실질적으로 동일한 렌즈의 동일한 면에 대한 비구면으로서, 제 2 렌즈(L2)의 사용자의 눈 측 면(S4)을 나타낼 수 있다. 또한, surface의 '6, 10'도 실질적으로 동일한 렌즈의 동일한 면에 대한 비구면으로서, 제 2 렌즈(L2)의 디스플레이 측 면(S5)을 나타낼 수 있다. surface의 '11'은 제 3 렌즈(L3)의 사용자의 눈 측 면(S6)을 나타낼 수 있다. surface의 '12'은 제 3 렌즈(L3)의 디스플레이 측 면(S7)을 나타낼 수 있다. surface '13'은 제 4 렌즈(L4)의 사용자의 눈 측 면(S8)을 나타낼 수 있다. surface의 '14'는 제 4 렌즈(L4)의 디스플레이 측 면(S9)을 나타낼 수 있다. 상기 [표 3]을 참조하면, 일 실시예에 따른 렌즈 어셈블리(200)는 제 1 렌즈(L1)의 사용자의 눈 측 면(S2), 제 2 렌즈(L2)의 사용자의 눈 측 면(S4)과 디스플레이 측 면(S5), 제 3 렌즈(L3)의 사용자의 눈 측 면(S6)과 디스플레이 측 면(S7), 및 제 4 렌즈(L4)의 사용자의 눈 측 면(S8)과 디스플레이 측 면(S9)이 비구면으로 형성될 수 있다.
surface K A B C D E F G H
2 0 9.82E-06 1.52E-07 -7.23E-09 1.04E-10 -8.59E-13 4.16E-15 -1.10E-17 1.23E-20
5 0 1.37E-05 -3.90E-07 5.31E-09 -4.60E-11 2.43E-13 -7.70E-16 1.32E-18 -9.41E-22
6 0 1.17E-05 -1.18E-07 1.37E-09 -1.09E-11 5.19E-14 -1.47E-16 2.21E-19 -1.35E-22
7 0 1.37E-05 -3.90E-07 5.31E-09 -4.60E-11 2.43E-13 -7.70E-16 1.32E-18 -9.41E-22
9 0 1.37E-05 -3.90E-07 5.31E-09 -4.60E-11 2.43E-13 -7.70E-16 1.32E-18 -9.41E-22
10 0 1.17E-05 -1.18E-07 1.37E-09 -1.09E-11 5.19E-14 -1.47E-16 2.21E-19 -1.35E-22
11 0 4.92E-04 -8.78E-06 1.56E-07 -1.82E-09 1.34E-11 -6.21E-14 1.71E-16 -2.20E-19
12 0 1.57E-04 -1.49E-06 5.50E-08 -7.43E-10 3.66E-12 -3.23E-15 -2.28E-17 4.34E-20
13 0 -3.35E-04 9.47E-06 -1.96E-07 2.55E-09 -1.96E-11 8.62E-14 -1.96E-16 1.80E-19
14 0 1.35E-03 -4.54E-05 8.62E-07 -9.15E-09 5.20E-11 -1.20E-13 -3.69E-17 2.05E-19
도 6a는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 구면수차를 나타내는 그래프이다. 도 6b는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 비점수차를 나타내는 그래프이다. 도 6c는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 왜곡수차를 나타내는 그래프이다. 도 6a 내지 도 6c는 디옵터가 0일 때(예: 도 4의 실시예) 렌즈 어셈블리의 수차를 나타낼 수 있다.
도 7a는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 구면수차를 나타내는 그래프이다. 도 7b는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 비점수차를 나타내는 그래프이다. 도 7c는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 비점수차를 나타내는 그래프이다. 도 7a 내지 도 7c는 디옵터가 -6일 때(예: 도 5의 실시예) 렌즈 어셈블리의 수차를 나타낼 수 있다.
도 6a 및 도 7a는 본 개시의 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리(200)의 구면수차(spherical aberration)를 나타내는 그래프이다. 구면수차는 렌즈의 서로 다른 부분(예: 중심부(chief portion) 및, 주변부(marginal portion))을 통과하는 광들의 초점을 맺는 위치가 달라지는 현상일 수 있다.
도 6a 및 도 7a에서, 가로축은 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration)의 정도를 나타내고, 세로축은 광축의 중심으로부터의 거리를 규격화(normalization)하여 나타낸 것으로서, 빛의 파장에 따른 종방향 구면수차의 변화가 도시될 수 있다. 종방향 구면수차는, 예를 들면, 파장이 각각 대략 656.2725nm(nanometer), 대략 587.5618nm, 또는 대략 481.1327nm인 광에 대해 각각 나타낼 수 있다. 도 6a 및 도 7a를 살펴보면, 가시광 대역에서의 본 개시의 일 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 종방향 구면수차는 파장이 481.1327nm인 광을 제외하고 대략 +0.050에서 -0.050 이내로 제한되어 안정적인 광학 특성을 보임을 확인할 수 있다.
도 6b 및 도 7b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리(200)의 비점수차(astigmatism)를 나타내는 그래프이다. 비점수차는 렌즈의 자오상면(tangential plane 또는 meridian plane)과 구결상면(sagittal plane)이 서로 다른 반경을 가질 때, 수직선 방향과 수평선 방향을 통과하는 광의 초점이 서로 어긋나는 것일 수 있다. 여기서 자오상면은 렌즈의 정점으로부터 광축에 실질적으로 수직한 방향 상에 위치한 렌즈 상의 곡선을 포함하는 면일 수 있으며, 구결상면은 렌즈의 정점으로부터 광축에 실질적으로 수직한 제 2 방향 상에 위치한 렌즈 상의 곡선을 포함하는 면일 수 있다. 도 6b 및 도 7b에서 세로축(IMG HT)는 상고(image height)를 나타낼 수 있다. 여기서 상고란, 광축(O-I)으로부터 디스플레이(D) 가장자리까지의 최대 거리(디스플레이(D) 표시 화면의 대각선 길이의 절반)을 의미할 수 있다.
도 6b 및 도 7b에서, 상기 렌즈 어셈블리(200)의 비점수차는 대략 587.5618nm의 파장에서 얻어진 결과로서, 점선(Y)은 자오상면(tangential plane) 방향의 비점수차(예: 자오상면 만곡)를 나타내고, 실선(X)은 구결상면(sagittal plane) 방향의 비점수차(예: 구결상면 만곡)를 의미할 수 있다. 도 6b 및 도 7b를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른, 비점수차는 대략 +0.050에서 -0.050 이내로 제한되어 안정적인 광학 특성을 보임을 확인할 수 있다.
도 6c 및 도 7c는, 본 개시의 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리(200)의 왜곡수차(distortion)를 나타내는 그래프이다. 왜곡수차는 광축(O-I)으로부터 거리에 따라 광학배율이 달라지게 되기 때문에 발생하는 것으로서, 이론적인 결상면에 맺히는 상에 비해, 실제 결상면에 맺히는 상이 크거나 작게 보이는 것일 수 있다.
도 6c 및 도 7c에서, 상기 렌즈 어셈블리(200)의 왜곡은 대략 587.5618nm의 파장에서 얻어진 결과로서, 렌즈 어셈블리(200)를 통해 촬영된 이미지(image)는, 상기 광축(O-I)에서 벗어난 지점(예: 주변부)에서 왜곡이 발생할 수 있다. 다만, 이러한 왜곡은 렌즈를 이용하는 광학 장치에서 일반적으로 나타날 수 있는 정도의 것이며, 본 개시의 일 실시예 중 하나에 따른 렌즈 어셈블리(200)는 왜곡율이 대략 ±25% 미만으로서, 양호한 광학 특성을 제공할 수 있다.
상술한 실시예들에 따른, 렌즈 어셈블리(200)에 대한 설명은 이하 후술하는 다른 일 실시예에 따른 렌즈 어셈블리(300)에 준용될 수 있다. 복수의 렌즈 어셈블리(200, 300)들 중 일부는 동일한 렌즈 속성(예: 화각, 초점 거리, 자동 초점, f 넘버(f number), 또는 광학 줌)을 갖거나, 또는 적어도 하나의 렌즈 어셈블리는 다른 렌즈 어셈블리의 렌즈 속성들과 다른 하나 이상의 렌즈 속성들을 가질 수 있다.
이하의 본 개시의 일 실시예를 설명함에 있어, 전술한 실시예들을 통해 용이하게 이해할 수 있는 구성요소들에 대해서는 도면의 참조번호를 유사하게 부여하거나 생략할 수 있다. 또한, 그에 대한 상세한 설명도 중복될 수 있는 범위에서는 생략될 수 있다.
도 8은, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리를 나타내는 도면이다. 도 9는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리를 나타내는 도면이다. 도 8은 디옵터(diopter)가 0일 때의 렌즈 어셈블리(300)를 나타내고, 도 9는, 디옵터가 -6일 때의 렌즈 어셈블리(300)를 나타낼 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 렌즈 어셈블리(300)는, 복수의 렌즈들(예: L1, L2, L3, L4)를 포함할 수 있다. 여기서, 도 8 및 도 9에 도시된 실시예에 따른 렌즈 어셈블리(300)는, 도 4 및 도 5의 실시예와 달리, 제 1 렌즈(L1)의 사용자의 눈 측(I)을 향하는 면(S2)이 평면이고, 제 1 렌즈(L1)의 디스플레이(D) 화면 상의 객체(O)를 향한 면(S3)이 볼록한 형태를 가질 수 있다. 아울러, 일 실시예에 따르면, 제 2 렌즈(L2)는 디스플레이(D) 화면 상의 객체(O)를 향한 면(S5) 이 볼록하되, 사용자의 눈 측(I)을 향하는 면은 오목한 형태를 가질 수 있다.
하기의 [표 4] 및 [표 5]는 도 8 및 도 9의 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리(300)의 각종 렌즈 데이터를 나타낼 수 있다. 하기의 [표 6]는 각각 상기 복수의 렌즈들(L1, L2, L3, L4)의 비구면 계수를 정의하기 위한 데이터를 기재한 것일 수 있다.
하기 [표 4]에서, surface에 기재된 '2~18'은 광이 복수의 렌즈들(예: L1, L2, L3, L4)을 지날 때, 광의 이동 경로 상에 위치한 렌즈의 표면, 1/4 파장판, 반사 편광자, 및/또는 빔 스플리터를 가리키는 것일 수 있다. 하기 [표 4]를 통해 렌즈, 1/4 파장판, 반사 편광자, 및/또는 빔 스플리터 자체의 정보뿐만 아니라, 이를 통과하는 광의 이동 경로에 대한 정보를 살펴볼 수 있다.
예를 들어, surface의 '2'는 반사 편광자를 지시할 수 있다. surface의 '3'은 제 1 1/4 파장판과 제 1 렌즈(L1)의 사용자의 눈 측 면(S2)을 지시할 수 있다. surface의 '4'는 제 1 렌즈(L1)의 디스플레이 측(O) 면(S3)을 지시할 수 있다. surface의 '5'는 제 제 2 렌즈(L2)의 사용자의 눈 측 면(S4)을 지시할 수 있다. surface의 '6'은 제 2 렌즈(L2)의 디스플레이 측(O) 면(S5)과 함께 빔 스플리터를 지시할 수 있다. 본 개시의 렌즈 어셈블리(300)를 통과하는 광은 반사 편광자 및/또는 빔 스플리터에서 반사되어 이동할 수 있다. 예를 들어, 광은 빔 스플리터가 형성된 제 2 렌즈(L2)의 디스플레이 측(O) 면(S5)으로부터 반사된 후, 제 2 렌즈(L2)의 사용자의 눈 측(I)을 향한 면(S4)을 지나고 제 1 렌즈(L1)의 디스플레이 측(O) 면(S3)을 지나 제 1 렌즈(L1)의 사용자의 눈 측(I)을 향한 면(S2)에 도달할 수 있다. 그리고, 제 1 1/4 파장판과 반사 편광자가 합지되어 부착된 제 1 렌즈(L1)의 사용자의 눈 측(I) 면(S2)에서 다시 반사된 광은 다시 제 1 렌즈(L1)의 디스플레이 측(O) 면(S3), 제 2 렌즈(L2)의 사용자의 눈 측(I)을 향한 면(S4) 및 제 2 렌즈(L2)의 디스플레이 측(O) 면(S5)을 통과할 수 있다. 이러한 광 경로의 굴절 및/또는 반사의 정보가 하기 [표 4]의 surface에서 6, 7, 8로 정의된 데이터를 통해 제공될 수 있다. 다시 말해 surface의 '6'은 제 2 렌즈(L2)의 디스플레이 측(O) 면(S5)을 지시하는 한편, 빔 스플리터로부터 반사되어 제 2 렌즈(L2)를 통과하는 광에 대한 정보를 나타낼 수 있다. surface의 '7'은 제 2 렌즈(L2)의 사용자의 눈 측 면(S4)을 지시하며, 빔 스플리터로부터 반사된 광이 제 2 렌즈(L2)를 통과한 뒤 제 1 렌즈(L1)의 디스플레이 측(O) 면(S3)에 도달하기 까지 광에 대한 정보를 나타낼 수 있다. surface '8'은 제 1 렌즈(L1)의 디스플레이 측(O) 면(S3)을 지시하는데 제 1 렌즈(L1)의 사용자 측(O) 면(S2)에 도달하기 까지 광에 대한 정보를 나타낼 수 있다. surface '9'는 반사 편광자를 지시하며, 여기서 광이 다시 한번 반사되는 것을 확인할 수 있다. surface '10'은 제 1 렌즈(L1)의 디스플레이 측(O) 면(S3)을 지시하고, surface '11'은 제 2 렌즈(L2)의 사용자 측 면(S4)을 지시하며, surface '12'는 제 2 렌즈(L2)의 디스플레이 측 면(S5)을 지시할 수 있다. 또한, surface의 '13'은 제 3 렌즈(L3)의 사용자의 눈 측(I) 면(S6)를 지시할 수 있다. surface의 '14'는 제 3 렌즈(L3)의 디스플레이 측(O) 면(S7)을 지시할 수 있다. Surface '15'는 제 4 렌즈(L4)의 사용자의 눈 측(O) 면(S8)을 지시할 수 있다. surface의 '16'은 제 4 렌즈(L4)의 디스플레이 측(O) 면(S9)을 지시할 수 있다. surface의 '17'은 필터의 사용자의 눈 측(I) 면을 지시할 수 있다. surface의 '18'은 필터의 디스플레이 측(O) 면을 지시할 수 있다. 여기서, 상기 필터는 전술한 바와 같이 제 2 1/4 파장판과 제 2 편광자를 포함하는 제 2 필름부로 구성될 수 있다. surface의 'img'는 디스플레이(D)의 표면에서 출력되는 객체의 이미지를 지시할 수 있다. 한편, 하기 [표 4]에서, surface에 기재된 '2~18'에 '*'가 함께 표시된 surface는 그에 대항하는 렌즈의 표면이 비구면으로 형성됨을 의미할 수 있다.
하기 [표 4]에 포함된 렌즈 어셈블리(200)는 화각(ANG)이 90도 이하(반화각 (HFOV)은 45도 이하)의 망원 렌즈에 관한 것일 수 있다. 또한, 하기 [표 4]에 포함된 렌즈 어셈블리(200)는 전체 유효 초점 거리(EFL)가 12.8mm이고, F수(Fno)가 대략 3.2이며, 광학 전장(OTTL; optical total length from image plane)은 대략 13.95mm 내지 15mm 일 때, 상술한 조건(및/또는 상술한 조건식들 중 적어도 하나)들을 만족할 수 있다.
Surface Radius Thickness EFL nd vd
1(stop) infinity 10
2 infinity 0.3 1.5168 64.17
3 infinity 2 49.1563 1.5348 55.71
4* -26.289 0.3
5* -30.269 2.713 -154.6325 1.54401 55.91
6* -48.775 -2.713 -41.3446 -1.54401 55.91
7* -30.269 -0.3
8* -26.289 -2 10.3711 -1.5348 55.71
9 infinity 2 49.1563 1.5348 55.71
10* -26.289 0.3
11* -30.269 2.713 -154.6325 1.54401 55.91
12* -48.775 D1
13* 302.505 3.5 72.6894 1.63492 23.89
14* -54.217 0.3
15* -46.298 2.421 312.3564 1.5348 55.71
16* -36.912 0.845
17 infinity 0.25 1.5168 64.17
18 infinity 0.7 1.5168 64.2
img infinity 0
0 D -6D
D1 1.38 0.3
상기 [표 4] 및 [표 5]를 참조로, 도 8 및 도 9의 실시예를 다시 살펴보면, 0 디옵터에서, 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3) 사이의 거리는 1.38mm로 형성되고, -6 디옵터에서 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3) 사이의 거리는 0.3mm로 형성됨을 확인할 수 있다.
하기 [표 6]에서, surface의 '4, 8, 10'은 실질적으로 동일한 렌즈의 동일한 면에 대한 비구면으로서, 제 1 렌즈(L1)의 디스플레이 측 면(S3)을 나타낼 수 있다. surface의 '5, 7, 11'는 제 2 렌즈(L2)의 사용자 측 면(S4)을 나타낼 수 있다. surface의 '6, 12'은 제 2 렌즈(L2)의 디스플레이 측 면(S5)을 나타낼 수 있다. surface의 '13'은 제 3 렌즈(L3)의 사용자의 눈 측 면(S6)을 나타낼 수 있다. surface의 '14'은 제 3 렌즈(L3)의 디스플레이 측 면(S7)을 나타낼 수 있다. surface '15'은 제 4 렌즈(L4)의 사용자의 눈 측 면(S8)을 나타낼 수 있다. surface의 '16'은 제 4 렌즈(L4)의 디스플레이 측 면(S9)을 나타낼 수 있다. 상기 [표 6]을 참조하면, 일 실시예에 따른 렌즈 어셈블리(200)는 제 1 렌즈(L1)의 디스플레이 측 면(S3), 제 2 렌즈(L2)의 사용자의 눈 측 면(S4)과 디스플레이 측 면(S5), 제 3 렌즈(L3)의 사용자의 눈 측 면(S6)과 디스플레이 측 면(S7), 및 제 4 렌즈(L4)의 사용자의 눈 측 면(S8)과 디스플레이 측 면(S9)이 비구면으로 형성될 수 있다.
surface K A B C D E F
4 0 9.34E-05 3.28E-08 -2.26E-11 -1.04E-12 -1.83E-14 5.16E-17
5 0 1.29E-04 -2.29E-07 -5.30E-10 -7.06E-14 1.20E-14 -2.55E-17
6 0 1.61E-05 -6.35E-08 -4.35E-11 5.77E-13 -3.49E-15 1.36E-17
7 0 1.29E-04 -2.29E-07 -5.30E-10 -7.06E-14 1.20E-14 -2.55E-17
8 0 9.34E-05 3.28E-08 -2.26E-11 -1.04E-12 -1.83E-14 5.16E-17
10 0 9.34E-05 3.28E-08 -2.26E-11 -1.04E-12 -1.83E-14 5.16E-17
11 0 1.29E-04 -2.29E-07 -5.30E-10 -7.06E-14 1.20E-14 -2.55E-17
12 0 1.61E-05 -6.35E-08 -4.35E-11 5.77E-13 -3.49E-15 1.36E-17
13 0 -2.67E-06 4.49E-07 2.93E-09 -1.72E-11 2.66E-14 -1.27E-16
14 0 8.31E-05 3.72E-07 -4.84E-09 6.53E-13 9.49E-14 -2.95E-16
15 0 6.77E-05 8.19E-07 1.82E-09 -8.37E-11 2.85E-13 0.00E+00
16 0 -2.15E-04 1.04E-05 -1.61E-07 1.39E-09 -4.48E-12 0.00E+00
일 실시예에 따르면, 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 렌즈 어셈블리(200, 300)는 하기의 [표 7]과 같이 각 조건식들을 만족하는 값을 가질 수 있다.
도 4및 도 5의 실시예 도 8및 도 9의 실시예
조건식 1 1.0 1.0
조건식 2 1.7 1.63
조건식 3 89.5 89.5
조건식 4 32.02 31.8
조건식 5 33 18
도 10a는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 구면수차를 나타내는 그래프이다. 도 10b는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 비점수차를 나타내는 그래프이다. 도 10c는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 왜곡수차를 나타내는 그래프이다. 도 11a는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 구면수차를 나타내는 그래프이다. 도 11b는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 비점수차를 나타내는 그래프이다. 도 11c는, 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리의 비점수차를 나타내는 그래프이다.
도 10a 및 도 11a는 본 개시의 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리(300)의 구면수차(spherical aberration)를 나타내는 그래프이다. 구면수차는 렌즈의 서로 다른 부분(예: 중심부(chief portion) 및, 주변부(marginal portion))을 통과하는 광들의 초점을 맺는 위치가 달라지는 현상일 수 있다.
도 10a 및 도 11a에서, 가로축은 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration)의 정도를 나타내고, 세로축은 광축의 중심으로부터의 거리를 규격화(normalization)하여 나타낸 것으로서, 빛의 파장에 따른 종방향 구면수차의 변화가 도시될 수 있다. 종방향 구면수차는, 예를 들면, 파장이 각각 대략 656.2725nm(nanometer), 대략 587.5618nm, 또는 대략 481.1327nm인 광에 대해 각각 나타낼 수 있다. 도 10a 및 도 11a를 살펴보면, 가시광 대역에서의 본 개시의 일 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 종방향 구면수차는 파장이 481.1327nm인 광을 제외하고 대략 +0.050에서 -0.050 이내로 제한되어 안정적인 광학 특성을 보임을 확인할 수 있다.
도 10b 및 도 11b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리(300)의 비점수차(astigmatism)를 나타내는 그래프이다. 비점수차는 렌즈의 자오상면(tangential plane 또는 meridian plane)과 구결상면(sagittal plane)이 서로 다른 반경을 가질 때, 수직선 방향과 수평선 방향을 통과하는 광의 초점이 서로 어긋나는 것일 수 있다. 여기서 자오상면은 렌즈의 정점으로부터 광축에 실질적으로 수직한 방향 상에 위치한 렌즈 상의 곡선을 포함하는 면일 수 있으며, 구결상면은 렌즈의 정점으로부터 광축에 실질적으로 수직한 제 2 방향 상에 위치한 렌즈 상의 곡선을 포함하는 면일 수 있다. 도 10b 및 도 11b에서 세로축(IMG HT)는 상고(image height)를 나타낼 수 있다. 여기서 상고란, 광축(O-I)으로부터 디스플레이(D) 가장자리까지의 최대 거리(디스플레이(D) 표시 화면의 대각선 길이의 절반)을 의미할 수 있다.
도 10b 및 도 11b에서, 상기 렌즈 어셈블리(300)의 비점수차는 대략 587.5618nm의 파장에서 얻어진 결과로서, 점선(Y)은 자오상면(tangential plane) 방향의 비점수차(예: 자오상면 만곡)를 나타내고, 실선(X)은 구결상면(sagittal plane) 방향의 비점수차(예: 구결상면 만곡)를 의미할 수 있다. 도 10b를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른, 비점수차는 대략 +0.050에서 -0.050 이내로 제한되어 안정적인 광학 특성을 보임을 확인할 수 있다. 도 11b를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 디옵터 -6인 상태에서도, 비점수차는 대략 +0.200에서 -0.200 이내로 제한될 수 있다.
도 10c 및 도 11c는, 본 개시의 일 실시예에 따른, 렌즈 어셈블리(300)의 왜곡수차(distortion)를 나타내는 그래프이다. 왜곡수차는 광축(O-I)으로부터 거리에 따라 광학배율이 달라지게 되기 때문에 발생하는 것으로서, 이론적인 결상면에 맺히는 상에 비해, 실제 결상면에 맺히는 상이 크거나 작게 보이는 것일 수 있다.
도 10c 및 도 11c에서, 상기 렌즈 어셈블리(300)의 왜곡은 대략 587.5618nm의 파장에서 얻어진 결과로서, 렌즈 어셈블리(300)를 통해 촬영된 이미지(image)는, 상기 광축(O-I)에서 벗어난 지점(예: 주변부)에서 왜곡이 발생할 수 있다. 다만, 이러한 왜곡은 렌즈를 이용하는 광학 장치에서 일반적으로 나타날 수 있는 정도의 것이며, 본 개시의 일 실시예 중 하나에 따른 렌즈 어셈블리(300)는 왜곡율이 대략 ±25% 미만으로서, 양호한 광학 특성을 제공할 수 있다.
도 12는, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경(1200) 내의 전자 장치(1201)(예: 도 1의 전자 장치(100))(예: 광학 장치)의 블록도이다.
도 12를 참조하면, 네트워크 환경(1200)에서 전자 장치(1201)(예: 광학 장치)는 제 1 네트워크(1298)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(1202)와 통신하거나, 또는 제 2 네트워크(1299)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(1204) 또는 서버(1208) 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(1201)는 서버(1208)를 통하여 전자 장치(1204)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(1201)는 프로세서(1220), 메모리(1230), 입력 모듈(1250), 음향 출력 모듈(1255), 디스플레이 모듈(1260), 오디오 모듈(1270), 센서 모듈(1276), 인터페이스(1277), 연결 단자(1278), 햅틱 모듈(1279), 카메라 모듈(1280), 전력 관리 모듈(1288), 배터리(1289), 통신 모듈(1290), 가입자 식별 모듈(1296), 또는 안테나 모듈(1297)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(1201)에는, 이 구성요소들 중 적어도 하나(예: 표시 장치(1260) 또는 카메라 모듈(1280))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부들(예: 센서 모듈(1276), 카메라 모듈(1280), 또는 안테나 모듈(1297))은 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(1260))로 통합될 수 있다.
프로세서(1220)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(1240))를 실행하여 프로세서(1220)에 연결된 전자 장치(1201)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(1220)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(1276) 또는 통신 모듈(1290))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(1232)에 저장하고, 휘발성 메모리(1232)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(1234)에 저장할 수 있다. 일실시예에 따르면, 프로세서(1220)는 메인 프로세서(1221)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서), 또는 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(1223)(예: 그래픽 처리 장치, 신경망 처리 장치(NPU: neural processing unit), 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(1201)가 메인 프로세서(1221) 및 보조 프로세서(1223)를 포함하는 경우, 보조 프로세서(1223)은 메인 프로세서(1221)보다 저전력을 사용하거나, 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(1223)는 메인 프로세서(1221)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(1223)는, 예를 들면, 메인 프로세서(1221)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(1221)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(1221)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(1221)와 함께, 전자 장치(1201)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(1260), 센서 모듈(1276), 또는 통신 모듈(1290))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(1223)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성요소(예: 카메라 모듈(1280) 또는 통신 모듈(1290))의 일부로서 구현될 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(1223)(예: 신경망 처리 장치)는 인공지능 모델의 처리에 특화된 하드웨어 구조를 포함할 수 있다. 인공지능 모델은 기계 학습을 통해 생성될 수 있다. 이러한 학습은, 예를 들어, 인공지능 모델이 수행되는 전자 장치(1201) 자체에서 수행될 수 있고, 별도의 서버(예: 서버(1208))를 통해 수행될 수도 있다. 학습 알고리즘은, 예를 들어, 지도형 학습(supervised learning), 비지도형 학습(unsupervised learning), 준지도형 학습(semi-supervised learning) 또는 강화 학습(reinforcement learning)을 포함할 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은, 복수의 인공 신경망 레이어들을 포함할 수 있다. 인공 신경망은 심층 신경망(DNN: deep neural network), CNN(convolutional neural network), RNN(recurrent neural network), RBM(restricted boltzmann machine), DBN(deep belief network), BRDNN(bidirectional recurrent deep neural network), 심층 Q-네트워크(deep Q-networks) 또는 상기 중 둘 이상의 조합 중 하나일 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은 하드웨어 구조 이외에, 추가적으로 또는 대체적으로, 소프트웨어 구조를 포함할 수 있다.
메모리(1230)는, 전자 장치(1201)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(1220) 또는 센서 모듈(1276))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(1240)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(1230)는, 휘발성 메모리(1232) 또는 비휘발성 메모리(1234)를 포함할 수 있다.
프로그램(1240)은 메모리(1230)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(1242), 미들 웨어(1244) 또는 어플리케이션(1246)을 포함할 수 있다.
입력 모듈(1250)은, 전자 장치(1201)의 구성요소(예: 프로세서(1220))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(1201)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 모듈(1250)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 키(예: 버튼), 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.
음향 출력 모듈(1255)은 음향 신호를 전자 장치(1201)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(1255)은, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있다. 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
디스플레이 모듈(1260)은 전자 장치(1201)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 모듈(1260)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 디스플레이 모듈(1260)은 터치를 감지하도록 설정된 터치 센서, 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 압력 센서를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(1270)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일실시예에 따르면, 오디오 모듈(1270)은, 입력 모듈(1250)을 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 모듈(1255), 또는 전자 장치(1201)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(1202)) (예: 스피커 또는 헤드폰))를 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(1276)은 전자 장치(1201)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일실시예에 따르면, 센서 모듈(1276)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(1277)는 전자 장치(1201)이 외부 전자 장치(예: 전자 장치(1202))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 인터페이스(1277)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(1278)는, 그를 통해서 전자 장치(1201)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(1202))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 연결 단자(1278)은, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(1279)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일실시예에 따르면, 햅틱 모듈(1279)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(1280)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일실시예에 따르면, 카메라 모듈(1280)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(1288)은 전자 장치(1201)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(1288)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(1289)는 전자 장치(1201)의 적어도 하나의 구성요소에 전력을 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리(1289)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(1290)은 전자 장치(1201)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(1202), 전자 장치(1204), 또는 서버(1208))간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(1290)은 프로세서(1220)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 통신 모듈(1290)은 무선 통신 모듈(1292)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(1294)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제 1 네트워크(1298)(예: 블루투스, WiFi(wireless fidelity) direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(1299)(예: 레거시 셀룰러 네트워크, 5G 네트워크, 차세대 통신 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부의 전자 장치(1204)와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(1292)은 가입자 식별 모듈(1296)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제 1 네트워크(1298) 또는 제 2 네트워크(1299)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(1201)를 확인 또는 인증할 수 있다.
무선 통신 모듈(1292)은 4G 네트워크 이후의 5G 네트워크 및 차세대 통신 기술, 예를 들어, NR 접속 기술(new radio access technology)을 지원할 수 있다. NR 접속 기술은 고용량 데이터의 고속 전송(eMBB(enhanced mobile broadband)), 단말 전력 최소화와 다수 단말의 접속(mMTC(massive machine type communications)), 또는 고신뢰도와 저지연(URLLC(ultra-reliable and low-latency communications))을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(1292)은, 예를 들어, 높은 데이터 전송률 달성을 위해, 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(1292)은 고주파 대역에서의 성능 확보를 위한 다양한 기술들, 예를 들어, 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO(multiple-input and multiple-output)), 전차원 다중입출력(FD-MIMO: full dimensional MIMO), 어레이 안테나 (array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 또는 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 기술들을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(1292)은 전자 장치(1201), 외부 전자 장치(예: 전자 장치(1204)) 또는 네트워크 시스템(예: 제 2 네트워크(1299))에 규정되는 다양한 요구사항을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 무선 통신 모듈(1292)은 eMBB 실현을 위한 Peak data rate(예: 20Gbps 이상), mMTC 실현을 위한 손실 Coverage(예: 164dB 이하), 또는 URLLC 실현을 위한 U-plane latency(예: 다운링크(DL) 및 업링크(UL) 각각 0.5ms 이하, 또는 라운드 트립 1ms 이하)를 지원할 수 있다.
안테나 모듈(1297)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부의 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(1297)은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 하나의 안테나를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(1297)은 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제 1 네트워크(1298) 또는 제 2 네트워크(1299)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(1290)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(1290)과 외부 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC(radio frequency integrated circuit)))이 추가로 안테나 모듈(1297)의 일부로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(1297)은 mmWave 안테나 모듈을 형성할 수 있다. 일실시예에 따르면, mmWave 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 기판의 제 1 면(예: 아래 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 지정된 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있는 RFIC, 및 상기 인쇄 회로 기판의 제 2 면(예: 윗 면 또는 측 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 상기 지정된 고주파 대역의 신호를 송신 또는 수신할 수 있는 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))를 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제 2 네트워크(1299)에 연결된 서버(1208)를 통해서 전자 장치(1201)와 외부의 전자 장치(1204)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 외부의 전자 장치(1202, 1204) 각각은 전자 장치(1201)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(1201)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부의 전자 장치들(1202, 1204, or 1208) 중 하나 이상의 외부 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(1201)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(1201)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부의 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부의 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(1201)로 전달할 수 있다. 전자 장치(1201)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 모바일 에지 컴퓨팅(MEC: mobile edge computing), 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
전자 장치(1201)는, 예를 들어, 분산 컴퓨팅 또는 모바일 에지 컴퓨팅을 이용하여 초저지연 서비스를 제공할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 외부의 전자 장치(1204)는 IoT(internet of things) 기기를 포함할 수 있다. 서버(1208)는 기계 학습 및/또는 신경망을 이용한 지능형 서버일 수 있다. 일실시예에 따르면, 외부의 전자 장치(1204) 또는 서버(1208)는 제 2 네트워크(1299) 내에 포함될 수 있다. 전자 장치(1201)는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스(예: 스마트 홈, 스마트 시티, 스마트 카, 또는 헬스 케어)에 적용될 수 있다.
도 13은, 다양한 실시예들에 따른, 카메라 모듈(1380)을 예시하는 블록도(1300)이다.
도 13을 참조하면, 카메라 모듈(1380)은 렌즈 어셈블리(1310)(예: 200, 300), 플래쉬(1320), 이미지 센서(1330)(예: IS), 이미지 스태빌라이저(1340), 메모리(1350)(예: 버퍼 메모리)(예: 도 12의 메모리(1230)), 또는 이미지 시그널 프로세서(1360)를 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(1310)는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다. 렌즈 어셈블리(1310)는 하나 또는 그 이상의 렌즈들을 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 카메라 모듈(1380)은 복수의 렌즈 어셈블리(1310)들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 카메라 모듈(1380)은, 예를 들면, 듀얼 카메라, 360도 카메라, 또는 구형 카메라(spherical camera)를 형성할 수 있다. 복수의 렌즈 어셈블리(1310)들 중 일부는 동일한 렌즈 속성(예: 화각, 초점 거리, 자동 초점, F 수(Fno), 또는 광학 줌)을 갖거나, 또는 적어도 하나의 렌즈 어셈블리는 다른 렌즈 어셈블리의 렌즈 속성들과 다른 하나 이상의 렌즈 속성들을 가질 수 있다. 렌즈 어셈블리(1310)는, 예를 들면, 광각 렌즈 또는 망원 렌즈를 포함할 수 있다.
플래쉬(1320)는 피사체로부터 방출 또는 반사되는 빛을 강화하기 위하여 사용되는 빛을 방출할 수 있다. 일실시예에 따르면, 플래쉬(1320)는 하나 이상의 발광 다이오드들(예: RGB(red-green-blue) LED, white LED, infrared LED, 또는 ultraviolet LED), 또는 xenon lamp를 포함할 수 있다. 이미지 센서(1330)는 피사체로부터 방출 또는 반사되어 렌즈 어셈블리(1310)를 통해 전달된 빛을 전기적인 신호로 변환함으로써, 상기 피사체에 대응하는 이미지를 획득할 수 있다. 일실시예에 따르면, 이미지 센서(1330)는, 예를 들면, RGB 센서, BW(black and white) 센서, IR 센서, 또는 UV 센서와 같이 속성이 다른 이미지 센서들 중 선택된 하나의 이미지 센서, 동일한 속성을 갖는 복수의 이미지 센서들, 또는 다른 속성을 갖는 복수의 이미지 센서들을 포함할 수 있다. 이미지 센서(1330)에 포함된 각각의 이미지 센서는, 예를 들면, CCD(charged coupled device) 센서 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 센서를 이용하여 구현될 수 있다.
이미지 스태빌라이저(1340)는 카메라 모듈(1380) 또는 이를 포함하는 전자 장치(1201)의 움직임에 반응하여, 렌즈 어셈블리(1310)에 포함된 적어도 하나의 렌즈 또는 이미지 센서(1330)를 특정한 방향으로 움직이거나 이미지 센서(1330)의 동작 특성을 제어(예: 리드 아웃(read-out) 타이밍을 조정 등)할 수 있다. 이는 촬영되는 이미지에 대한 상기 움직임에 의한 부정적인 영향의 적어도 일부를 보상하게 해 준다. 일실시예에 따르면, 이미지 스태빌라이저(1340)는, 일실시예에 따르면, 이미지 스태빌라이저(1340)은 카메라 모듈(1380)의 내부 또는 외부에 배치된 자이로 센서(미도시) 또는 가속도 센서(미도시)를 이용하여 카메라 모듈(1380) 또는 전자 장치(1201)의 그런 움직임을 감지할 수 있다. 일실시예에 따르면, 이미지 스태빌라이저(1340)는, 예를 들면, 광학식 이미지 스태빌라이저로 구현될 수 있다. 메모리(1350)는 이미지 센서(1330)을 통하여 획득된 이미지의 적어도 일부를 다음 이미지 처리 작업을 위하여 적어도 일시 저장할 수 있다. 예를 들어, 셔터에 따른 이미지 획득이 지연되거나, 또는 복수의 이미지들이 고속으로 획득되는 경우, 획득된 원본 이미지(예: Bayer-patterned 이미지 또는 높은 해상력의 이미지)는 메모리(1350)에 저장이 되고, 그에 대응하는 사본 이미지(예: 낮은 해상력의 이미지)는 표시 장치(1260)을 통하여 프리뷰될 수 있다. 이후, 지정된 조건이 만족되면(예: 사용자 입력 또는 시스템 명령) 메모리(1350)에 저장되었던 원본 이미지의 적어도 일부가, 예를 들면, 이미지 시그널 프로세서(1360)에 의해 획득되어 처리될 수 있다. 일실시예에 따르면, 메모리(1350)는 도 12의 메모리(1230)의 적어도 일부로, 또는 이와는 독립적으로 운영되는 별도의 메모리로 구성될 수 있다.
이미지 시그널 프로세서(1360)는 이미지 센서(1330)을 통하여 획득된 이미지 또는 메모리(1350)에 저장된 이미지에 대하여 하나 이상의 이미지 처리들을 수행할 수 있다. 상기 하나 이상의 이미지 처리들은, 예를 들면, 깊이 지도(depth map) 생성, 3차원 모델링, 파노라마 생성, 특징점 추출, 이미지 합성, 또는 이미지 보상(예: 노이즈 감소, 해상력 조정, 밝기 조정, 블러링(blurring), 샤프닝(sharpening), 또는 소프트닝(softening)을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 이미지 시그널 프로세서(1360)는 카메라 모듈(1380)에 포함된 구성 요소들 중 적어도 하나(예: 이미지 센서(1330))에 대한 제어(예: 노출 시간 제어, 또는 리드 아웃 타이밍 제어 등)를 수행할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(1360)에 의해 처리된 이미지는 추가 처리를 위하여 메모리(1350)에 다시 저장 되거나 카메라 모듈(1380)의 외부 구성 요소(예: 메모리(1230), 표시 장치(1260), 전자 장치(1202), 전자 장치(1204), 또는 서버(1208))로 제공될 수 있다. 일실시예에 따르면, 이미지 시그널 프로세서(1360)는 프로세서(1220)의 적어도 일부로 구성되거나, 프로세서(1220)와 독립적으로 운영되는 별도의 프로세서로 구성될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(1360)이 프로세서(1220)과 별도의 프로세서로 구성된 경우, 이미지 시그널 프로세서(1360)에 의해 처리된 적어도 하나의 이미지는 프로세서(1360)에 의하여 그대로 또는 추가의 이미지 처리를 거친 후 표시 장치(1360)를 통해 표시될 수 있다.
일실시예에 따르면, 전자 장치(1201)는 각각 다른 속성 또는 기능을 가진 복수의 카메라 모듈(1380)들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 예를 들면, 상기 복수의 카메라 모듈(1380)들 중 적어도 하나는 광각 카메라이고, 적어도 다른 하나는 망원 카메라일 수 있다. 유사하게, 상기 복수의 카메라 모듈(1380)들 중 적어도 하나는 전면 카메라이고, 적어도 다른 하나는 후면 카메라일 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 개시의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 개시의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 개시에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 개시에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 개시의 다양한 실시예들에서 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(1201)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(1236) 또는 외장 메모리(1238))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(1240))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(1201))의 프로세서(예: 프로세서(1220))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체 는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(100)에 있어서, 사용자의 눈(eye) 측으로부터 디스플레이(D)를 향하는 광축(O-I) 을 따라 적어도 4매의 렌즈가 정렬된 렌즈 어셈블리(200, 300);를 포함하고, 상기 렌즈 어셈블리의 사용자의 눈 측에 가장 가까운 첫 번째 렌즈(L1)는 적어도 한 면이 평면으로 구성되고, 상기 평면에 제 1 1/4 파장판(QWP; quarter wave plate)(103)와 제 1 반사 부재(102)가 배치되며, 상기 사용자의 눈 측으로부터 두 번째 렌즈(L2)는 적어도 한면이 볼록하게 형성되고, 상기 볼록한 면에 제 2 반사 부재(104)가 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하기 [조건식 1] 및 [조건식 2]를 만족하는 웨어러블 전자 장치를 제공할 수 있다.
[조건식 1]
M12 ≥ 0.99
[조건식 2]
TTL / ImgH ≤ 1.75
(여기서, 상기 [조건식 1]의 M12는 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈와 두 번째 렌즈의 합성 군배율, 상기 [조건식 2]의 TTL은 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈의 눈 측 면부터 디스플레이까지 거리. 상기 [조건식 2]의 ImgH은 디스플레이의 최대 상고 높이.)
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 반사 부재(102)는 반사 편광자이고, 상기 제 1 1/4 파장판(103)과 합지되어 제 1 필름부(F1)를 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 2 반사 부재(104)는 빔 스플리터일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 렌즈 어셈블리와 상기 디스플레이 사이에 배치된 제 2 1/4 파장판(105)과 편광자(106)를 더 포함할 수 있다 .
일 실시예에 따르면, 상기 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈(L1)는 사용자의 눈 측 면(S2)이 볼록하고, 디스플레이 측 면(S3)이 평면으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈(L1)는 사용자의 눈 측 면(S2)이 평면으로 형성되고, 디스플레이 측 면(S3)이 볼록하게 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하기 [조건식 3]을 만족하는 웨어러블 전자 장치를 제공할 수 있다.
[조건식 3]
80°≤ Fov ≤ 100°
(여기서, 상기 [조건식 3]의 Fov 는 전체 광학계의 화각)
일 실시예에 따르면, 상기 렌즈 어셈블리에 포함된 렌즈들(L1, L2, L3, L4)은 플라스틱 렌즈로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 렌즈 어셈블리에 포함된 렌즈들(L1, L2, L3, L4) 중 적어도 하나의 렌즈는 비구면을 포함하는 렌즈로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 렌즈 어셈블리에 포함된 렌즈는 사용자의 눈 측으로부터 차례대로 정의 굴절력, 정의 굴절력, 부의 굴절력, 정의 굴절력을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 사용자의 눈으로부터 세번째 렌즈(L3)와 네번째 렌즈(L4)의 아베수 차는 하기 [조건식 4]를 만족하는 웨어러블 전자 장치를 제공할 수 있다.
[조건식 4]
25 ≤ |V4-V3 | ≤ 40 (4)
(여기서, 상기 [조건식 4]의 V3 는 사용자의 눈 측으로부터 세번째 렌즈의 아베수, V4 는 사용자의 눈 측으로부터 네번째 렌즈의 아베수)
일 실시예에 따르면, 디스플레이(D)에서 렌즈로 입사하는 주광선의 각도가 하기 [조건식 5]를 만족하는 웨어러블 전자 장치를 제공할 수 있다.
[조건식 5]
DCRA ≤ 35° (5)
(여기서, 상기 [조건식 5]의 DCRA는 Display 에서 렌즈로 입사하는 주광선의 각도)
일 실시예에 따르면, 상기 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈(L1)와, 사용자의 눈 측 두 번째 렌즈(L2)가 상기 광축 방향으로 이동하여 디옵터 조정이 가능할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 웨어러블 전자 장치는 AR(Augment Reality), VR(Virtual Reality), MR(Mixed Reality), 또는 XR(eXtened Reality)이 적용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 웨어러블 전자 장치는 VST(visual see-through) 타입일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(100)에 있어서, 사용자의 눈 측으로부터 디스플레이를 향하는 광축 방향을 따라 순차적으로 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2), 제 3 렌즈(L3) 및 제 4 렌즈(L4)가 정렬된 렌즈 어셈블리(200, 300);를 포함하고, 상기 렌즈 어셈블리(200, 300)의 제 1 렌즈(L1)는 사용자의 눈 측 면(S2)이 평면으로 구성되거나 또는 디스플레이 측 면(S3)이 평면으로 구성되고, 상기 평면에 제 1 1/4 파장판(103) 및 반사 편광자(102)가 합지되어 형성되며, 상기 제 2 렌즈(L2)는 적어도 한면이 볼록하게 형성되고, 상기 볼록한 면에 빔 스플리터(104)가 형성되고, 상기 제 4 렌즈(L4)의 디스플레이 측 면(S9)에는 제 2 1/4 파장판(105)과 편광자(106)가 형성될 수 있다. 상기 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈(L1)와, 사용자의 눈 측 두 번째 렌즈(L2)가 상기 광축 방향으로 이동하여 디옵터 조정이 가능할 수 있다. 이때, 사용자의 눈 측 세 번째 렌즈(L3)와, 사용자의 눈 측 네 번째 렌즈(L4)는 위치가 고정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하기 [조건식 1] 및 [조건식 2]를 만족하는 웨어러블 전자 장치를 제공할 수 있다.
[조건식 1]
M12 ≥ 0.99
[조건식 2]
TTL / ImgH ≤ 1.75
(여기서, 상기 [조건식 1]의 M12는 제 1 렌즈와 제 2 렌즈의 합성 군배율, 상기 [조건식 2]의 TTL은 제 1 렌즈의 눈 측 면부터 디스플레이 측 면까지 거리. 상기 [조건식 2]의 ImgH은 디스플레이의 최대 상고 높이.)
일 실시예에 따르면, 하기 [조건식 3]을 만족하는 웨어러블 전자 장치를 제공할 수 있다.
[조건식 3]
80 ≤ Fov ≤ 100°
(여기서, 상기 [조건식 3]의 Fov 는 전체 광학계의 화각)
일 실시예에 따르면, 상기 렌즈 어셈블리에 포함된 렌즈는 사용자의 눈 측으로부터 차례대로 정의 굴절력, 정의 굴절력, 부의 굴절력, 정의 굴절력을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 사용자의 눈으로부터 세번째 렌즈(L3)와 네번째 렌즈(L4)의 아베수 차는 하기 [조건식 4]를 만족하는 웨어러블 전자 장치를 제공할 수 있다.
[조건식 4]
25 ≤ |V4-V3 | ≤ 40 (4)
(여기서, 상기 [조건식 4]의 V3 는 사용자의 눈 측으로부터 세번째 렌즈의 아베수, V4 는 사용자의 눈 측으로부터 네번째 렌즈의 아베수)
일 실시예에 따르면, 디스플레이(D)에서 렌즈로 입사하는 주광선의 각도가 하기 [조건식 5]를 만족하는 웨어러블 전자 장치를 제공할 수 있다.
[조건식 5]
DCRA ≤ 35° (5)
(여기서, 상기 [조건시 5]의 DCRA는 Display 에서 렌즈로 입사하는 주광선의 각도)
이상, 본 개시의 일 실시예에 대한 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 개시의 요지에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다. 예를 들어, 본 개시의 구체적인 실시예에서는 복수 개의 렌즈들의 치수 등은, 실제 제작될 카메라 모듈과, 전자 장치의 구조와 요구 사양, 실제 사용 환경 등에 따라 적절하게 설정될 수 있다.
100, 1201: 전자 장치
101 : 제 1 편광자(first polarizer)
102 : 반사 편광자(reflective polarizer)
103 : 제 1 1/4 파장판(QWP; quarter wave plate)
104 : 빔 스플리터(beam splitter)(예: 미러 코팅)
105 : 제 2 1/4 파장판
106 : 제 2 편광자
F1 : 제 1 필름부
F2 : 제 2 필름부
D : 디스플레이
L1 : 제 1 렌즈
L2 : 제 2 렌즈
L3 : 제 3 렌즈
L4 : 제 4 렌즈

Claims (20)

  1. 웨어러블 전자 장치(100)에 있어서,
    사용자의 눈(eye) 측으로부터 디스플레이(D)를 향하는 광축(O-I) 을 따라 적어도 4매의 렌즈가 정렬된 렌즈 어셈블리(200, 300);를 포함하고,
    상기 렌즈 어셈블리의 사용자의 눈 측에 가장 가까운 첫 번째 렌즈(L1)는 적어도 한 면이 평면으로 구성되고, 상기 평면에 제 1 1/4 파장판(QWP; quarter wave plate)(103)와 제 1 반사 부재(102)가 배치되며,
    상기 사용자의 눈 측으로부터 두 번째 렌즈(L2)는 적어도 한면이 볼록하게 형성되고, 상기 볼록한 면에 제 2 반사 부재(104)가 형성되며,
    하기 [조건식 1] 및 [조건식 2]를 만족하는 웨어러블 전자 장치.
    [조건식 1]
    M12 ≥ 0.99
    [조건식 2]
    TTL / ImgH ≤ 1.75
    (여기서, 상기 [조건식 1]의 M12는 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈와 두 번째 렌즈의 합성 군배율, 상기 [조건식 2]의 TTL은 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈의 눈 측 면부터 디스플레이까지 거리. 상기 [조건식 2]의 ImgH은 디스플레이의 최대 상고 높이.)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반사 부재(102)는 반사 편광자이고, 상기 제 1 1/4 파장판(103)과 합지되어 제 1 필름부(F1)를 형성하는 웨어러블 어셈블리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 반사 부재(104)는 빔 스플리터인 웨어러블 어셈블리.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 어셈블리와 상기 디스플레이 사이에 배치된 제 2 1/4 파장판(105)과 편광자(106)를 더 포함하는 웨어러블 어셈블리.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈(L1)는 사용자의 눈 측 면(S2)이 볼록하고, 디스플레이 측 면(S3)이 평면으로 형성된 웨어러블 전자 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈(L1)는 사용자의 눈 측 면(S2)이 평면으로 형성되고, 디스플레이 측 면(S3)이 볼록하게 형성된 웨어러블 전자 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하기 [조건식 3]을 만족하는 웨어러블 전자 장치.
    [조건식 3]
    80°≤ Fov ≤ 100°
    (여기서, 상기 [조건식 3]의 Fov 는 전체 광학계의 화각)
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 어셈블리에 포함된 렌즈들(L1, L2, L3, L4)은 플라스틱 렌즈로 구성된 웨어러블 전자 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 어셈블리에 포함된 렌즈들(L1, L2, L3, L4) 중 적어도 하나의 렌즈는 비구면을 포함하는 렌즈로 구성된 웨어러블 전자 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 어셈블리에 포함된 렌즈는 사용자의 눈 측으로부터 차례대로 정의 굴절력, 정의 굴절력, 부의 굴절력, 정의 굴절력을 가지는 웨어러블 전자 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사용자의 눈으로부터 세번째 렌즈(L3)와 네번째 렌즈(L4)의 아베수 차는 하기 [조건식 4]를 만족하는 웨어러블 전자 장치.
    [조건식 4]
    25 ≤ |V4-V3 | ≤ 40 (4)
    (여기서, 상기 [조건식 4]의 V3 는 사용자의 눈 측으로부터 세번째 렌즈의 아베수, V4 는 사용자의 눈 측으로부터 네번째 렌즈의 아베수)
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    디스플레이(D)에서 렌즈로 입사하는 주광선의 각도가 하기 [조건식 5]를 만족하는 웨어러블 전자 장치.
    [조건식 5]
    DCRA ≤ 35° (5)
    (여기서, 상기 [조건식 5]의 DCRA는 Display 에서 렌즈로 입사하는 주광선의 각도)
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈(L1)와, 사용자의 눈 측 두 번째 렌즈(L2)가 상기 광축 방향으로 이동하여 디옵터 조정이 가능한 웨어러블 전자 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨어러블 전자 장치는 AR(Augment Reality), VR(Virtual Reality), MR(Mixed Reality), 또는 XR(eXtened Reality)이 적용된 웨어러블 전자 장치
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨어러블 전자 장치는 VST(visual see-through) 타입의 웨어러블 전자 장치.
  16. 웨어러블 전자 장치(100)에 있어서,
    사용자의 눈 측으로부터 디스플레이를 향하는 광축 방향을 따라 순차적으로 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2), 제 3 렌즈(L3) 및 제 4 렌즈(L4)가 정렬된 렌즈 어셈블리(200, 300);를 포함하고,
    상기 렌즈 어셈블리(200, 300)의 제 1 렌즈(L1)는 사용자의 눈 측 면(S2)이 평면으로 구성되거나 또는 디스플레이 측 면(S3)이 평면으로 구성되고, 상기 평면에 제 1 1/4 파장판(103) 및 반사 편광자(102)가 합지되어 형성되며,
    상기 제 2 렌즈(L2)는 적어도 한면이 볼록하게 형성되고, 상기 볼록한 면에 빔 스플리터(104)가 형성되며,
    상기 제 4 렌즈(L4)의 디스플레이 측 면(S9)에 제 2 1/4 파장판(105)과 편광자(106)가 형성되고,
    상기 사용자의 눈 측 첫 번째 렌즈(L1)와, 사용자의 눈 측 두 번째 렌즈(L2)가 상기 광축 방향으로 이동하여 디옵터 조정이 가능하며,
    하기 [조건식 1] 및 [조건식 2]를 만족하는 웨어러블 전자 장치.
    [조건식 1]
    M12 ≥ 0.99
    [조건식 2]
    TTL / ImgH ≤ 1.75
    (여기서, 상기 [조건식 1]의 M12는 제 1 렌즈와 제 2 렌즈의 합성 군배율, 상기 [조건식 2]의 TTL은 제 1 렌즈의 눈 측 면부터 디스플레이 측 면까지 거리. 상기 [조건식 2]의 ImgH은 디스플레이의 최대 상고 높이.)
  17. 제 16 항에 있어서,
    하기 [조건식 3]을 만족하는 웨어러블 전자 장치.
    [조건식 3]
    80 ≤ Fov ≤ 100°
    (여기서, 상기 [조건식 3]의 Fov 는 전체 광학계의 화각)
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 렌즈 어셈블리에 포함된 렌즈는 사용자의 눈 측으로부터 차례대로 정의 굴절력, 정의 굴절력, 부의 굴절력, 정의 굴절력을 가지는 웨어러블 전자 장치.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사용자의 눈으로부터 세번째 렌즈(L3)와 네번째 렌즈(L4)의 아베수 차는 하기 [조건식 4]를 만족하는 웨어러블 전자 장치.
    [조건식 4]
    25 ≤ |V4-V3 | ≤ 40 (4)
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  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    디스플레이(D)에서 렌즈로 입사하는 주광선의 각도가 하기 [조건식 5]를 만족하는 웨어러블 전자 장치.
    [조건식 5]
    DCRA ≤ 35° (5)
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