KR20240013470A - 광학 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치 - Google Patents

광학 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 광학 장치는, 제 1 광을 출사하는 광원; 상기 제 1 광이 순차적으로 입사되는 렌즈 모듈 및 광 신호 생성부를 포함하고, 상기 제 1 광이 상기 광 신호 생성부에서 반사되어 생성하는 제2 광을 포함하고, 상기 광 신호 생성부에서 생성된 상기 제2 광이 상기 렌즈 모듈을 통과하여 입사하는 광 가이드를 포함하고, 상기 렌즈 모듈은 상기 제1 광이 가장 먼저 입사하는 제1 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈는 상기 제1 광이 입사하는 제1 영역과 상기 제2 광이 출사하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 광원과 상기 렌즈 모듈의 광축 방향으로 중첩되는 영역을 포함한다.

Description

광학 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치{OPTICAL DEVICE AND WEARABLE DEVICE COMPRISING THE SAME}
실시예는 광학 장치 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 장치를 포함할 수 있다. 이러한 광학 장치는 웨어러블 장치의 디스플레이부로 이미지를 전달하는 프로젝트일 수 있다.
이러한 광학 장치에서 생성된 이미지는 디스플레이부를 통해 사용자의 눈으로 전달되고, 사용자는 증강현실 영상을 제공받을 수 있다.
한편, 상기 광학 장치의 크기 또는 무게가 증가하는 경우, 웨어러블 장치의 착용감이 감소되고, 웨어러블 장치의 크기가 전체적으로 증가되는 문제점이 있다.
한편, 이러한 광학 장치를 사용하는 웨어러블 장치는 한국공개특허 KR10-2015-0114763(2015.10.13)에 개시되어 있다.
실시예는 슬림한 크기를 구현할 수 있고, 향상된 효율을 가지는 광학 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 광학 장치는, 제 1 광을 출사하는 광원; 상기 제 1 광이 순차적으로 입사되는 렌즈 모듈 및 광 신호 생성부를 포함하고, 상기 제 1 광이 상기 광 신호 생성부에서 반사되어 생성하는 제2 광을 포함하고, 상기 광 신호 생성부에서 생성된 상기 제2 광이 상기 렌즈 모듈을 통과하여 입사하는 광 가이드를 포함하고, 상기 렌즈 모듈은 상기 제1 광이 가장 먼저 입사하는 제1 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈는 상기 제1 광이 입사하는 제1 영역과 상기 제2 광이 출사하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 광원과 상기 렌즈 모듈의 광축 방향으로 중첩되는 영역을 포함한다.
실시예에 따른 광학 장치는 제 1 광 및 제 2 광이 하나의 렌즈 모듈을 통해서 이동할 수 있다. 즉, 광원에서 상기 광 신호 생성부로 입사되는 광과 상기 광 신호 생성부에서 반사되어 상기 광 가이드로 입사되는 광이 하나의 렌즈 모듈을 통해서 이동할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 광학 장치는 렌즈 모듈의 수를 감소할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학 장치는 슬림한 크기로 형성될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 광학 장치는 광 가이드가 상기 제 1 렌즈의 일부 영역과만 중첩되며 배치되므로, 상기 광 가이드의 크기가 감소될 수 있다. 이에 따라, 상기 광 가이드를 포함하는 광학 장치의 크기를 감소시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 실시예에 따른 광학 장치를 설명하기 위한 도면이다..
도 3은 실시예에 따른 광학 장치의 제 1 렌즈를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 광학 장치의 광원, 광 가이드 및 제 1 렌즈의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 광학 장치에서 제 1 광 및 제 2 광의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 광학 장치의 광원, 광 가이드 및 제 1 렌즈의 다른 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 10은 다른 실시예에 따른 광학 장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 실시예에 따른 광학 장치가 적용되는 디스플레이 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, 실시예들간 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 한개이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나이상을 포함 할 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 경우 뿐만 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 경우뿐만 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 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 도면들을 참조하여 실시예에 따른 광학 장치를 설명한다.
도 1 및 도 2는 실시예에 따른 광학 장치를 설명하기 위한 도면이다. 자세하게, 상기 광학 장치(1000)는 광원(100), 광 가이드(200), 렌즈 모듈(300), 광 신호 생성부(400) 및 편광 필터(500)를 포함할 수 있다.
상기 광원(100)은 광을 발생할 수 있다. 상기 광원(100)은 복수의 광을 발생할 수 있다. 자세하게, 상기 광원(100)은 적색광의 제 1 광, 녹색광의 제 2 광 및 청색광의 제 3 광을 포함할 수 있다. 상기 광원(100)은 광을 발생할 수 있는 다양한 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(100)은 발광다이오드 패키지 또는 레이저 패키지를 포함할 수 있다.
상기 광원(100)은 상기 광 가이드(200)의 일면 상에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 광 가이드(200)는 제 1 면(1S) 및 제 2 면(2S)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 면(1S)은 사용자(U)와 마주보는 면으로 정의될 수 있다. 또한, 상기 제 2 면(2S)은 상기 제 1 면(1S)과 반대되는 면으로 정의될 수 있다. 상기 광원(100)은 상기 광 가이드(200)의 상기 제 1 면(1S) 상에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 광원(100)은 사용자(U) 측 방향에 배치될 수 있다.
상기 광원(100)에서 발생하는 광은 외부로 출사될 수 있다. 자세하게, 상기 광원(100)은 상기 렌즈 모듈(300) 방향으로 광을 출사할 수 있다. 자세하게, 상기 광원(100)은 상기 렌즈 모듈(300) 방향으로 제 1 광(L1)을 출사할 수 있다. 상기 광원(100)에서 출사되는 상기 제 1 광(L1)은 상기 광 신호 생성부(400)에서 제 2 광(L2)으로 반사될 수 있다.
상기 광 가이드(200)는 상기 광원(100)의 상부에 배치될 수 있다. 상기 제 1 광(L1)은 상기 광 가이드(200)에 입사되지 않는다. 상기 제 2 광(L2)은 상기 광 가이드(200)로 입사된다. 즉, 상기 광 신호 생성부(400)에서 반사되는 상기 제 2 광(L2)은 상기 광 가이드(200)로 입사될 수 있다.
상기 광 가이드(200)는 상기 제 2 광(L2)을 가이드할 수 있다. 자세하게, 상기 광 가이드(200)로 입사되는 상기 제 2 광(L2)은 상기 광 가이드(200)의 내부에서 전반사되고, 상기 사용자(U) 방향으로 출사될 수 있다.
상기 광 가이드(200)는 웨이브 가이드(wave guide)를 포함할 수 있다. 상기 광 가이드(200)는 복수의 회절 패턴을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 광 가이드(200)는 특정 편광 및/또는 특정 파장의 광만이 전반사될 수 있다. 즉, 상기 광 가이드(200)로 입사되는 광들 중 특정 편광 및 특정 파장의 광은 상기 광 가이드(200)의 내부에서 전반사된다. 또한, 이외의 편광 및 파장의 광은 상기 광 가이드(200)를 투과할 수 있다.
상기 렌즈 모듈(300)은 상기 광원(100)의 하부에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 렌즈 모듈(300)은 상기 제 1 광(L1)의 경로를 기준으로, 상기 광원(200)과 상기 편광 필터(500) 사이에 배치될 수 있다.
상기 렌즈 모듈(300)은 복수의 렌즈(310) 및 상기 렌즈(310)를 수용하는 렌즈 배럴(320)을 포함할 수 있다.
도면에서는 상기 렌즈 배럴(320)의 내부에 5개의 렌즈가 배치되는 것을 도시하였으나, 실시예는 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 렌즈 모듈(300)은 5개 미만 또는 5개 초과의 렌즈를 포함할 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해, 상기 렌즈 모듈이 5개의 렌즈를 포함하는 것을 중심으로 설명한다.
상기 렌즈(310)는 순차적으로 배치되는 제 1 렌즈(311), 제 2 렌즈(312), 제 3 렌즈(313), 제 4 렌즈(314) 및 제 5 렌즈(315)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 렌즈(311)는 렌즈들 중 상기 광원(100)과 가장 인접하는 렌즈로 정의될 수 있다. 상기 제 1 렌즈(311)는 상기 렌즈 모듈(300)의 첫 번째 렌즈로 정의될 수 있다.
또한, 상기 제 5 렌즈(315)는 렌즈들 중 상기 광원(100)과 가장 먼 렌즈로 정의될 수 있다. 상기 제 5 렌즈(315)는 상기 렌즈 모듈(300)의 마지막 렌즈로 정의될 수 있다.
상기 제 1 렌즈(311)의 유효경 크기는 상기 제 5 렌즈(315)의 유효경 크기와 다를 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 렌즈(311)의 유효경 크기는 상기 제 5 렌즈(315)의 유효경 크기보다 작을 수 있다. 즉, 상기 렌즈 모듈(300)의 첫 번째 렌즈의 유효경 크기는 상기 렌즈 모듈(300)의 마지막 렌즈의 유효경 크기보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제 5 렌즈(315)의 유효경 크기는 상기 광 신호 생성부(400)의 유효 영역 크기와 다를 수 있다. 여기서, 상기 광 신호 생성부(400)의 유효 영역은 상기 제 1 광(L1)이 상기 광 신호 생성부(400)에서 반사되는 영역으로 정의될 수 있다. 자세하게, 상기 제 5 렌즈(315)의 유효경 크기는 상기 광 신호 생성부(400)의 유효 영역 크기보다 작을 수 있다. 즉, 상기 렌즈 모듈(300)의 마지막 렌즈의 유효경 크기는 상기 광 신호 생성부(400)의 유효 영역 크기보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제 5 렌즈(315)의 크기는 상기 광 신호 생성부(400)의 크기와 다를 수 있다. 여기서, 상기 제 5 렌즈(315)의 크기는 상기 제 5 렌즈(315)의 유효경 및 비유효경 크기의 합으로 정의될 수 있다. 또한, 상기 광 신호 생성부(400)의 크기는 상기 광 신호 생성부(400)의 유효 영역 및 비유효 영역 크기의 합으로 정의될 수 있다. 자세하게, 상기 제 5 렌즈(315)의 크기는 상기 광 신호 생성부(400)의 크기보다 클 수 있다. 즉, 상기 렌즈 모듈(300)의 마지막 렌즈의 크기는 상기 광 신호 생성부(400)의 크기보다 클 수 있다.
상기 렌즈 모듈(300)을 통과한 제 1 광(L1)은 상기 편광 필터(500)로 입사될 수 있다.
상기 편광 필터(500)는 상기 렌즈 모듈(300)의 하부에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 편광 필터(500)는 상기 제 1 광(L1)의 경로를 기준으로, 상기 렌즈 모듈(300)과 상기 광 신호 생성부(400) 사이에 배치될 수 있다.
상기 편광 필터(500)는 상기 렌즈 모듈(300)을 통과한 제 1 광(L1)의 편광을 변화시킬 수 있다. 상기 광원(100)에서 출사되는 제 1 광(L1)은 편광이 없는 무편광으로 출사된다. 무편광의 제 1 광(L1)은 상기 렌즈 모듈(300)을 통과하고, 상기 편광 필터(500)에서 편광이 형성될 수 있다. 상기 제 1 광(L1)은 상기 편광 필터(500)를 통과하면서, S파의 편광 및 P파의 편광으로 분리될 수 있다.
도면에서는 상기 편광 필터(500)가 상기 제 1 광(L1)의 경로를 기준으로 상기 렌즈 모듈(300)과 상기 광 신호 생성부(400) 사이에 배치되는 것을 도시하였으나, 실시예는 이에 제한되지 않는다.
자세하게, 상기 편광 필터(500)는 상기 제 1 광(L1)의 경로를 기준으로 상기 광원(100)과 상기 렌즈 모듈(300) 사이에 배치될 수 있다.
또는, 상기 편광 필터(500)는 복수의 편광 필터를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 편광 필터(500)는 상기 제 1 광(L1)의 경로를 기준으로 상기 렌즈 모듈(300)과 상기 광 신호 생성부(400) 사이에 배치되는 편광 필터 및 상기 제 1 광(L1)의 경로를 기준으로 상기 광원(100)과 상기 렌즈 모듈(300) 사이에 배치되는 편광 필터를 포함할 수 있다.
상기 편광 필터(500)를 통해 편광된 제 1 광(L1)은 상기 광 신호 생성부(400)의 표면으로 입사될 수 있다.
상기 광 신호 생성부(400)는 상기 제 1 광(L1)의 경로를 기준으로 상기 편광 필터(500)의 하부에 배치될 수 있다.
상기 광 신호 생성부(400)로 입사되는 제 1 광(L1)은 상기 광 신호 생성부(400)의 거울을 통해 상기 제 2 광(L2)로 반사되면서 광 신호를 생성할 수 있다. 자세하게, 상기 광 신호 생성부(400)로 입사되는 제 1 광(L1)은 상기 광 신호 생성부(400)의 거울을 통해 반사되면서 이미지 정보를 생성할 수 있다.
이에 따라, 상기 광 신호 생성부(400)에서 반사되는 이미지 정보를 통해 사용자에게 화면을 제공할 수 있다. 즉, 상기 광 신호 생성부(400)는 이미지를 형성하는 표시 소자일 수 있다. 일례로, 상기 광 신호 생성부(400)는 LCoS(Liquid Crystal On Silicon)를 포함할 수 있다.
상기 광 신호 생성부(400)에서 생성된 이미지 정보를 포함하는 제 2 광(L2)은 상기 광 가이드(200) 방향으로 이동할 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 광(L2)은 상기 편광 필터(500) 및 상기 렌즈 모듈(300)을 상기 광 가이드(200)로 입사될 수 있다. 즉, 상기 제 1 광(L1) 및 상기 제 2 광(L2)은 동일한 렌즈 모듈(300)을 통과할 수 있다. 즉, 상기 제 1 광(L1) 및 상기 제 2 광(L2)은 동일한 렌즈 모듈(300)의 렌즈를 통과할 수 있다.
상기 광 가이드(200)로 입사된 제 2 광(L2)은 상기 광 가이드(200)의 회절 패턴에 의해 상기 광 가이드(200)의 내부에서 전반사되면서 가이드될 수 있다. 상기 제 2 광(L2)은 상기 광 가이드(200)에서 상기 사용자(U) 방향으로 출사될 수 있다. 이에 의해, 사용자는 상기 광 신호 생성부(400)에서 생성된 이미지 정보를 제공 받을 수 있다.
앞서 설명하였듯이, 상기 제 1 광(L1) 및 상기 제 2 광(L2)은 동일한 렌즈 모듈(300)을 통과할 수 있다. 즉, 편광 특성이 다른 상기 제 1 광(L1) 및 상기 제 2 광(L2)은 동일한 렌즈 모듈(300)의 렌즈들을 통과할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 렌즈 모듈(300)의 렌즈는 상기 제 1 광(L1)이 이동하는 영역과 상기 제 2 광(L2)이 이동하는 영역으로 분리될 수 있다. 자세하게, 상기 렌즈 모듈(300)의 렌즈들 중 상기 제 1 렌즈(311)는 상기 제 1 광(L1)이 이동하는 제 1 영역(1A) 및 상기 제 2 광(L2)이 이동하는 제 2 영역(2A)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 렌즈 모듈(300)의 렌즈들 중 첫 번째 렌즈는 상기 제 1 영역(1A) 및 상기 제 2 영역(2A)을 포함할 수 있다.
도 3에서는 상기 제 1 영역(1A)과 상기 제 2 영역(2A)의 크기가 동일한 것으로 도시하엿으나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 제 1 영역(1A)과 상기 제 2 영역(2A)의 크기는 다를 수 있다.
상기 광원(100)에서 상기 광 신호 생성부(400)로 이동하는 제 1 광(L1)은 상기 제 1 영역(1A)으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 광 신호 생성부(400)에서 상기 광 가이드(200)로 이동하는 제 2 광(L2)은 상기 제 2 영역(2A)으로 이동할 수 있다.
도 4는 상기 광원(100), 상기 광 가이드(200) 및 상기 제 1 렌즈(311)의 중첩 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 광원(100)은 상기 제 1 렌즈(311)의 상기 제 1 영역(1A)과 상기 렌즈(310), 렌즈 모듈(300)의 광축 방향으로 중첩되는 영역을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 광원(100)에서 출사되는 제 1 광(L1)은 상기 제 1 렌즈(311)의 제 1 영역(1A)으로 이동할 수 있다.
또한, 상기 광원(100)과 상기 제 1 렌즈(311)의 상기 제 2 영역(2A)은 상기 렌즈(310), 렌즈 모듈(300)의 광축 방향으로 중첩하지 않는다.
또한, 상기 광 가이드(200)는 상기 제 1 렌즈(311)의 상기 제 2 영역(2A)과 상기 렌즈(310), 렌즈 모듈(300)의 광축 방향으로 중첩될 수 있다. 자세하게, 상기 광 가이드(200)는 상기 제 2 영역(2A)의 전 영역과 모두 중첩되며 배치될 수 있다. 도면에서는, 상기 광 가이드(200)가 상기 제 1 영역(1A)의 일부와도 중첩되는 것을 도시하였으나 실시예는 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 광 가이드(200)는 상기 제 1 영역(1A)과 중첩되지 않는다. 즉, 상기 광 가이드(200)는 상기 제 2 영역(2A)과만 중첩되며 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 광 신호 생성부(400)에서 반사되는 상기 제 2 광(L2)은 상기 제 2 영역(2A)을 통과하여 상기 광 가이드(200)로 입사될 수 있다.
상기 광 가이드(200)가 상기 제 1 렌즈(311)의 전 영역이 아닌 일부 영역과만 중첩되며 배치되므로, 상기 광 가이드(200)의 크기가 감소될 수 있다. 이에 따라, 상기 광 가이드(200)를 포함하는 광학 장치의 크기를 감소시킬 수 있다.
도 5는 상기 렌즈 모듈(300)의 렌즈들을 통과하는 제 1 광(L1) 및 제 2 광(L2)의 경로를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 제 1 광(L1)은 상기 제 1 렌즈(311)의 제 1 영역(1A)을 통과하여, 상기 제 2 렌즈(312), 상기 제 3 렌즈(313), 상기 제 4 렌즈(314) 및 상기 제 5 렌즈(315)를 순차적으로 통과할 수 있다.
또한, 상기 제 2 광(L2)은 상기 제 5 렌즈(315), 상기 제 4 렌즈(314), 상기 제 3 렌즈(313) 및 상기 제 2 렌즈(312)를 순차적으로 통과하고, 상기 제 1 렌즈(311)의 제 2 영역(2A)을 통과할 수 있다.
즉, 상기 제 1 광(L1) 및 상기 제 2 광(L2)은 상기 제 1 렌즈(311)에서는 상기 제 1 렌즈(311)의 서로 다른 영역을 통과하고, 이외의 렌즈들(312, 313, 314, 315)에서는 영역의 구분 없이 이동될 수 있다.
실시예에 따른 광학 장치는 제 1 광 및 제 2 광이 하나의 렌즈 모듈을 통해서 이동할 수 있다. 즉, 광원에서 상기 광 신호 생성부로 입사되는 광과 상기 광 신호 생성부에서 반사되어 상기 광 가이드로 입사되는 광이 하나의 렌즈 모듈을 통해서 이동할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 광학 장치는 렌즈 모듈의 수를 감소할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학 장치는 슬림한 크기로 형성될 수 있다.
한편, 앞선 설명에서는, 상기 광 가이드(200)가 상기 제 1 렌즈(311)의 일부 영역과 중첩되는 것을 도시하였으나, 실시예는 이에 제한되지 않는다.
도 6은 상기 광원(100), 상기 광 가이드(200) 및 상기 제 1 렌즈(311)의 중첩 관계를 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 광원(300)은 발생하는 광의 파장마다 상기 제 1 렌즈(311)의 다른 영역과 상기 렌즈(310)의 광축 방향으로 중첩될 수 있다. 자세하게, 상기 광원(300)에서 발생하는 광들 중 적색광의 제 1 광을 발생하는 발광다이오드는 상기 제 1 렌즈(311)의 일 영역과 상기 렌즈(310)의 광축 방향으로 중첩될 수 있다. 또한, 상기 광원(300)에서 발생하는 광들 중 녹색광의 제 2 광을 발생하는 발광다이오드는 상기 제 1 렌즈(311)의 다른 영역과 상기 렌즈(310)의 광축 방향으로 중첩될 수 있다. 또한, 상기 광원(300)에서 발생하는 광들 중 청색광의 제 1 광을 발생하는 발광다이오드는 상기 제 1 렌즈(311)의 또 다른 영역과 상기 렌즈(310)의 광축 방향으로 중첩될 수 있다
즉, 상기 광원(300)은 광의 파장에 따라 각각의 발광 다이오드 또는 레이저를 포함할 수 있다. 또한, 각각의 발광 다이오드 또는 레이저는 상기 제 1 렌즈(311)의 서로 다른 영역과 상기 렌즈(310)의 광축 방향으로 중첩될 수 있다.
상기 제 1 렌즈(311)와 상기 광원(300)이 광축 방향으로 중첩되는 영역은 제 1 영역(1A)으로 정의될 수 있다. 또한, 상기 제 1 렌즈(311)와 상기 광원(300)이 광축 방향으로 중첩되지 않는 영역은 제 2 영역(2A)으로 정의될 수 있다.
상기 광 가이드(200)는 상기 제 1 렌즈(311)의 상기 제 1 영역(1A) 및 상기 제 2 영역(2A)과 중첩되며 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 광 가이드(200)는 상기 제 1 영역(1A)의 전 영역 및 상기 제 2 영역(2A)의 전 영역과 모두 중첩되며 배치될 수 있다.
즉, 상기 광 가이드(200)는 하나의 광 가이드로 상기 제 2 영역(2A)을 모두 커버해야 하므로, 상기 제 1 영역(1A) 및 상기 제 2 영역(2A)의 전 영역과 모두 중첩되는 위치에 배치될 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 10을 참조하여, 다른 실시예에 따른 광학 장치를 설명한다. 다른 실시에에 따른 광학 장치에 대한 설명에서는 앞서 설명한 실시예에 따른 광학 장치와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여한다.
도 7을 참조하면, 다른 실시예에 따른 광학 장치는 제 2 광 가이드(210)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 다른 실시예에 따른 광학 장치는 제 1 광 가이드로 정의되는 광 가이드(200)와 제 2 광 가이드(210)를 포함할 수 있다.
도 7에서 설명하는 다른 실시예에 따른 광학 장치는 앞서 설명한 도 4 및 도 6의 구조에 모두 적용될 수 있다.
상기 제 2 광 가이드(210)는 상기 광원(100)에서 출사되는 제 1 광의 경로를 기준으로 상기 광원(100)과 상기 렌즈 모듈(300) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제 2 광 가이드(210)는 상기 광원(100)에서 출사되는 제 1 광을 상기 렌즈 모듈(300)로 가이드할 수 있다. 즉, 상기 제 1 광은 상기 제 2 광 가이드(210)를 통해 상기 렌즈 모듈(300)로 입사될 수 있다.
상기 제 2 광 가이드(210)는 상기 렌즈 모듈(300)의 렌즈들과 상기 렌즈(310)의 광축 방향으로 중첩될 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 강 가이드(210)는 상기 렌즈 모듈(300)의 첫 번째 렌즈와 상기 렌즈(310)의 광축 방향으로 중첩될 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 2 강 가이드(210)는 상기 렌즈 모듈(300)의 제 1 렌즈(311)와 상기 렌즈(310)의 광축 방향으로 중첩될 수 있다.
이에 따라, 상기 광원(100)에서 상기 제 2 광 가이드(210)로 이동하는 제 1 광은 상기 제 2 광 가이드(210)에서 가이드되어 상기 제 1 렌즈(311)로 입사될 수 있다.
다른 실시예에 따른 광학 장치는 제 2 광 가이드를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 광원(100)을 다양한 위치에 배치할 수 있다. 즉, 상기 광원에서 출사되는 광은 상기 제 2 광 가이드를 통해 상기 렌즈부로 이동하므로, 상기 광원의 위치를 상기 렌즈부의 위치과 관계 없이 배치할 수 있다.
이에 따라, 다른 실시예에 따른 광학 장치는 광원의 위치를 자유롭게 하여 기구적인 제한을 감소할 수 있다.
도 8을 참조하면, 다른 실시예에 따른 광학 장치는 제 2 광 가이드(210)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 다른 실시예에 따른 광학 장치는 제 1 광 가이드로 정의되는 광 가이드(200)와 제 2 광 가이드(210)를 포함할 수 있다.
도 8에서 설명하는 다른 실시예에 따른 광학 장치는 앞서 설명한 도 4의 구조에 적용될 수 있다.
상기 광 가이드(200)는 상기 광원(100)과 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 자세하게, 상기 광 가이드(200)과 상기 광원(100)은 상기 광축 방향과 수직한 방향으로 중첩될 수 있다.
상기 제 2 광 가이드(210)는 상기 광원(100)에서 출사되는 제 1 광의 경로를 기준으로 상기 광원(100)과 상기 렌즈 모듈(300) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제 2 광 가이드(210)는 상기 광원(100)에서 출사되는 제 1 광을 상기 렌즈 모듈(300)로 가이드할 수 있다. 즉, 상기 제 1 광은 상기 제 2 광 가이드(210)를 통해 상기 렌즈 모듈(300)로 입사될 수 있다.
상기 제 2 광 가이드(210)는 상기 렌즈 모듈(300)의 렌즈들과 상기 렌즈(310)의 광축 방향으로 중첩될 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 강 가이드(210)는 상기 렌즈 모듈(300)의 첫 번째 렌즈와 상기 렌즈(310)의 광축 방향으로 중첩될 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 2 광 가이드(210)는 상기 렌즈 모듈(300)의 제 1 렌즈(311)와 상기 렌즈(310)의 광축 방향으로 중첩될 수 있다.
이에 따라, 상기 광원(100)에서 상기 제 2 광 가이드(210)로 이동하는 제 1 광은 상기 제 2 광 가이드(210)에서 가이드되어 상기 제 1 렌즈(311)로 입사될 수 있다.
또한, 상기 광원(100)은 상기 광 가이드(200)의 측부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 광 가이드(220)는 상기 광원(100) 및 상기 렌즈 모듈(300)과 상기 렌즈의 광축 방향으로 중첩될 수 있다.
다른 실시예에 따른 광학 장치는 제 2 광 가이드를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 광원(100)은 상기 제 1 광 가이드의 측부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 광 가이드(210)를 더 크게 형성할 수 있다. 따라서, 상기 제 2 광 가이드(210)는 상기 광원(100)에서 출사되는 제 1 광이 입사되는 영역과 상기 제 1 광이 상기 렌즈부(300)로 출사되는 영역을 충분하게 확보할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 광원(100)에서 출사되는 광은 상기 렌즈 모듈(300)로 바로 입사될 수 있다.
또한, 상기 광 가이드(200)는 상기 제 1 렌즈(210)의 제 1 영역과 상기 렌즈 모듈(400)의 광축 방향으로 중첩되지 않는다. 또한, 상기 광 가이드(200)와 상기 광원(100)은 상기 렌즈 모듈(400)의 광축 방향과 수직한 방향으로 중첩될 수 있다.
다른 실시예에 따른 광학 장치는 상기 광 가이드와 상기 광원이 광축 방향에 대해 수직한 방향으로 배치된다. 이에 따라, 상기 광학 장치의 크기를 감소할 수 있다. 따라서, 슬림한 크기의 광학 장치를 구현할 수 있다.
도 10을 참조하면, 다른 실시예에 따른 광학 장치는 화각 조정부(600)를 더 포함할 수 있다.
도 10에서 설명하는 다른 실시예에 따른 광학 장치는 앞서 설명한 도 4 및 도 6의 구조에 모두 적용될 수 있다.
상기 화각 조정부(600)는 상기 광원(100)에서 출사되는 제 1 광의 경로를 기준으로 상기 광원(100)과 상기 렌즈 모듈(300) 사이에 배치될 수 있다.
상기 화각 조정부(600)는 상기 제 1 렌즈(311)와 부분적으로 중첩될 수 있다. 자세하게, 상기 화각 조정부(600)는 상기 제 1 렌즈(311)의 제 2 영역(2A)과는 중첩되지 않을 수 있다.
상기 화각 조정부(600)는 상기 광원(100)에서 출사되는 제 1 광이 화각을 조정할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 광은 상기 렌즈 모듈의 렌즈의 유효경 크기에 적합한 화각으로 상기 렌즈 모듈에 입사될 수 있다.
다른 실시예에 따른 광학 장치는 화각 조정부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 광은 상기 렌즈 모듈의 렌즈의 유효경 크기에 적합한 화각으로 상기 렌즈 모듈에 입사될 수 있다. 또한, 상기 렌즈 모듈의 렌즈의 유효경을 모두 활용 가능하므로, 렌즈의 유효경 크기를 감소시킬 수 있다. 따라서, 렌즈 모듈 및 이를 포함하는 광학 장치의 크기를 감소시킬 수 있다.
이하, 도 11을 참조하여. 실시예에 따른 광학 장치가 적용되는 디스플레이 장치의 일례를 설명한다.
도 11을 참조하면, 실시예에 따른 광학 장치는 웨어러블 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 광학 장치는 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) 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(3100)는 사용자의 머리 또는 귀에 착용되고, 이에 의해 상기 디스플레이 장치(3000)는 사용자의 신체에 고정될 수 있다.
앞서 설명한 상기 광학 장치(1000)는 상기 착용부(3100) 또는 상기 디스플레이부(3200)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 광학 장치(1000)는 상기 착용부(3100)와 연결되고, 상기 광학 장치(1000)는 상기 디스플레이부(3200)와 인접하여 배치될 수 있다.
또는, 상기 광학 장치(1000)는 상기 디스플레이부(3200)의 상부에 배치될 수 있다.
상기 광학 장치(1000)는 상기 디스플레이부(3200) 방향으로 광을 전달할 수 있다. 자세하게, 상기 광학 장치(1000)는 광 신호 생성부에 의해 이미지 정보가 출력된 광을 상기 디스플레이부(3200)로 전달할 수 있다.
이에 의해, 사용자는 상기 디스플레이부(3200)를 통해 이미지 정보를 전달받을 수 있다. 이에 따라, 사용자는 상기 광학 장치를 통해 가상 현실 및 실제 현실의 증강 현실을 시인할 수 있다.
상술한 실시예에 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 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 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, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 제 1 광을 출사하는 광원;
    상기 제 1 광이 순차적으로 입사되는 렌즈 모듈 및 광 신호 생성부를 포함하고,
    상기 제 1 광이 상기 광 신호 생성부에서 반사되어 생성하는 제 2 광을 포함하고,
    상기 광 신호 생성부에서 생성된 상기 제2 광이 상기 렌즈 모듈을 통과하여 입사하는 광 가이드를 포함하고,
    상기 렌즈 모듈은 상기 제 1 광이 가장 먼저 입사하는 제 1 렌즈를 포함하고,
    상기 제 1 렌즈는 상기 제 1 광이 입사하는 제 1 영역과 상기 제 2 광이 출사하는 제 2 영역을 포함하고,
    상기 제 1 영역은 상기 광원과 상기 렌즈 모듈의 광축 방향으로 중첩되는 영역을 포함하는 광학 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈의 상기 제 2 영역은 상기 광원과 상기 광축 방향으로 중첩되지 않는 광학 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 광 가이드는 상기 제 1 영역과 상기 렌즈 모듈의 광축 방향으로 중첩되지 않고,
    상기 광 가이드와 상기 광원은 상기 광축 방향과 수직한 방향으로 중첩되는 광학 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 광 가이드는 상기 제 2 영역과 상기 렌즈 모듈의 광축 방향으로 중첩되는 광학 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 광 가이드는 상기 제 2 영역의 전 영역과 중첩되는 광학 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 광 가이드는 상기 제 2 영역과만 상기 렌즈 모듈의 광축 방향으로 중첩되는 광학 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 영역은 상기 첫 번째 렌즈와 상기 광원이 상기 렌즈 모듈의 광축 방향으로 중첩되는 영역으로 정의되고,
    상기 제 2 영역은 상기 첫 번째 렌즈와 상기 광원이 상기 렌즈 모듈의 광축 방향으로 비중첩되는 영역으로 정의되는 광학 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 광 가이드는 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역과 중첩되는 광학 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 광의 경로를 기준으로, 상기 렌즈 모듈과 상기 광 신호 생성부 사이에 배치되는 편광 필터를 더 포함하는 광학 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 광의 경로를 기준으로 상기 광원과 상기 렌즈 모듈 사이에 배치되는 제 2 광 가이드를 더 포함하는 광학 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 2 광 가이드는 상기 광원 및 상기 렌즈 모듈과 상기 렌즈 모듈의 광축 방향으로 중첩되는 광학 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 광의 경로를 기준으로 상기 광원과 상기 렌즈 모듈 사이에 배치되는 화각 조정부를 더 포함하고,
    상기 화각 조정부는 상기 제1 렌즈의 상기 제2 영역과 중첩하지 않는 광학 장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 광학 장치; 및
    상기 광학 장치에서 생성된 광이 전달되는 디스플레이부를 포함하는 웨어러블 장치.
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