KR20240034587A - 광학 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치 - Google Patents

Abstract

실시예에 따른 광학 장치는, 입사되는 광을 가이드하는 제 1 영역; 상기 제 1 영역으로부터 가이드되는 광이 출사되는 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 1 영역은 제 1 패턴을 포함하고, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 패턴과 다른 크기 또는 형상의 제2 패턴을 포함하고, 상기 제 1 영역의 제 1 중심을 지나는 가상의 제 1 직선과 상기 제 2 영역의 제 2 중심을 지나고 상기 제 1 직선과 평행한 가상의 제 2 직선을 기준으로, 상기 제 1 영역의 중심과 상기 제 2 영역의 중심을 연결하는 제3 직선은 상기 제 1 직선 및 상기 제 2 직선과 수직하고, 상기 제 1 직선과 상기 제2 직선을 연결하는 제4 직선보다 길고, 상기 제 1 패턴은 상기 제 1 패턴 사이의 거리로 정의되는 제 1 주기를 가지고, 상기 제 1 주기는 하기의 수학식 1을 만족한다.
[수학식 1]
λ/1.75 < 제 1 주기 < λ/1.37
(수학식 1에서 λ는 광의 파장(㎚)이다.)

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 모듈을 포함한다. 예를 들어, 상기 증강현실 장치는 광학 장치인 웨어러블 글라스로 구성되고, 상기 웨어러블 글라스에 영상을 투사하는 프로젝터가 결합될 수 있다.

이러한 프로젝터에서 출사되는 광은 광학 장치를 통과하여 사용자의 눈으로 입사되고, 이에 의해 사용자는 증강현실 디스플레이를 시인할 수 있다.

한편, 상기 프로젝터에서 출사되는 광은 광학 장치에서 회절된 후, 사용자의 눈으로 입사될 수 있다. 이를 위해, 상기 광학 장치는 회절 패턴을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 회절 패턴의 크기가 커지는 경우, 상기 광학 장치의 크기도 함께 증가할 수 있다. 또한, 사용자에게 상기 회절 패턴이 시인되어, 사용자의 시인성에 감소될 수 있다.

따라서, 상기와 같은 문제를 해결할 수 있는 광학 장치가 요구된다.

한편, 이러한 회절 패턴을 포함하는 광학 장치는 한국공개특허 KR10-2017-0039655(2017.04.11)에 개시되어 있다.

실시예는 소형화를 구현할 수 있고, 사용자가 향상된 착용감 및 시인성을 가질 수 있는 광학 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치를 제공하고자 한다.

실시예에 따른 광학 장치는, 입사되는 광을 가이드하는 제 1 영역; 상기 제 1 영역으로부터 가이드되는 광이 출사되는 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 1 영역은 제 1 패턴을 포함하고, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 패턴과 다른 크기 또는 형상의 제2 패턴을 포함하고, 상기 제 1 영역의 제 1 중심을 지나는 가상의 제 1 직선과 상기 제 2 영역의 제 2 중심을 지나고 상기 제 1 직선과 평행한 가상의 제 2 직선을 기준으로, 상기 제 1 영역의 중심과 상기 제 2 영역의 중심을 연결하는 제3 직선은 상기 제 1 직선 및 상기 제 2 직선과 수직하고, 상기 제 1 직선과 상기 제2 직선을 연결하는 제4 직선보다 길고, 상기 제 1 패턴은 상기 제 1 패턴 사이의 거리로 정의되는 제 1 주기를 가지고, 상기 제 1 주기는 하기의 수학식 1을 만족한다.

[수학식 1]

λ/1.75 < 제 1 주기 < λ/1.37

(수학식 1에서 λ는 광의 파장(㎚)이다.)

실시예에 따른 광학 장치는 크기가 감소될 수 있다.

자세하게, 상기 광학 장치는 두 방향으로 광을 회절시키는 제 2 회절 소자를 포함하므로, 광의 각도를 확장하기 위한 추가 회절 소자가 요구되지 않는다.

따라서, 추가 회절 소자가 생략되므로, 광학 장치의 크기를 감소할 수 있고, 사용자의 시인성이 향상될 수 있다.

실시예에 따른 광학 장치는 광학 장치의 입사 영역과 출사 영역이 X축 방향으로 이격한다. 즉, 상기 광학 장치의 입사 영역으로 입사된 광은 X축 방향으로 이동하여 출사 영역으로 출사된다.

즉, 광학 장치로 광을 출사하는 광원 부재가 사용자의 관자놀이와 인접한 영역에 배치되므로, 사용자는 실제 안경과 같은 착용감으로 웨어러블 장치를 사용할 수 있다.

실시예에 따른 광학 장치는 입사 영역인 제 1 영역과 출사 영역인 제 2 영역의 중심이 X축 방향 및 Y축 방향으로 일치하지 않는다.

이에 따라, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역의 하부에 배치될 수 있다. 따라서, 사용자가 상기 광원 부재에서 출사되는 이미지 정보를 포함하는 광을 용이하게 시인할 수 있다.

실시예에 따른 광학 장치는 제 1 회절 소자 및 제 2 회절 소자의 패턴이 설정된 범위의 주기를 가진다.

이에 따라, 상기 제 1 회절 소자 및 상기 제 2 회절 소자의 회절 효율이 향상되므로, 상기 제 2 영역에서 사용자 방향으로 광이 출사되는 영역을 최적의 위치에 형성할 수 있고, 이미지 정보를 포함하는 광이 향상된 휘도를 가질 수 있으므로, 사용자의 시인성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 광학 장치를 포함하는 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 실시예에 따른 광학 장치의 제 1 면의 상면도를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 A 영역의 확대도를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 2의 B 영역의 확대도를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 실시예에 따른 광학 장치의 제 1 면의 상면도를 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 실시예에 따른 광학 장치의 회절 소자의 주기를 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 실시예에 따른 광학 장치가 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, 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 1은 실시예에 따른 광학 장치를 포함하는 웨어러블 장치(의 일부를 도시한 도면이다. 이하에서 설명하는 웨어러블 장치는 증강현실(AR) 장치일 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 웨어러블 장치는 광학 장치(100), 광원 부재(200) 및 회절 소자(410, 420)를 포함한다.

상기 광학 장치(100)는 제 1 면(1S) 및 상기 제 1 면(1S)과 반대되는 제 2 면(2S)을 포함한다.

상기 제 1 면(1S)에서는 광이 입사된다. 또한, 상기 제 1 면(1S)에서는 상기 광이 출사된다. 자세하게, 상기 광원 부재(200)에서 출사되는 광은 상기 광학 장치(100)의 제 1 면(1S) 방향으로 출사된다. 이에 따라, 상기 광은 상기 제 1 면(1S)을 통해 상기 광학 장치(100)의 내부로 입사된다. 상기 광학 장치(100)의 내부로 입사된 광은 상기 광학 장치(100)의 내부에서 전반사되고, 상기 제 1 면(1S)을 통해 상기 광학 장치(100)의 외부로 출사된다. 이에 따라, 상기 제 1 면(1S)을 통해 출사되는 출사광이 사용자에게 전달된다.

상기 광학 장치(100)는 광을 투과하는 물질을 포함한다. 상기 광학 장치(100)는 설정된 범위의 굴절율을 가진다. 자세하게, 상기 광학 장치(100)는 1.82 이상의 굴절율을 가지는 물질을 포함한다. 예를 들어, 상기 광학 장치(100)는 1.82 내지 2의 굴절율을 가지는 유리를 포함한다.

상기 광학 장치(100)는 다양한 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 장치(100)는 곡면을 포함하는 원형 형상, 또는 타원 형상을 포함할 수 있다. 또는, 상기 광학 장치(100)는 삼각형, 사각형 등의 다각형 형상을 포함할 수 있다.

상기 광학 장치(100)는 광을 가이드한다. 예를 들어, 상기 광학 장치(100)는 웨이브가이드(waveguide)일 수 있다.

상기 광원 부재(200)는 프로젝터를 포함할 수 있다. 상기 광원 부재(200)에서 출사되는 광은 이미지 정보를 포함할 수 있다. 즉, 상기 광학 장치(100)로 입사되는 광은 이미지 정보를 포함한다. 이에 따라, 상기 사용자는 상기 광학 장치(200)를 통해 상기 광원 부재(200)에서 출사되는 이미지 정보를 전달받는다.

상기 광학 장치(100)는 복수의 회절 소자를 포함한다. 자세하게, 상기 광학 장치(100)는 제 1 회절 소자(410) 및 제 2 회절 소자(420)를 포함한다. 상기 제 1 회절 소자(410)는 상기 광학 장치(100)와 상기 광원 부재(200) 사이에 배치된다. 또한, 상기 제 2 회절 소자(420)는 상기 광학 장치(100)와 사용자 사이에 배치된다.

자세하게, 상기 광의 경로를 기준으로, 상기 제 1 회절 소자(410)는 상기 광학 장치(100)와 상기 광원 부재(200) 사이에 배치된다. 또한, 상기 광의 경로를 기준으로, 상기 제 2 회절 소자(420)는 상기 광학 장치(100)와 상기 사용자 사이에 배치된다.

이에 따라, 상기 광원 부재(100)에서 출사되는 광은 상기 제 1 회절 소자(410)를 통과하여 상기 광학 장치(100)의 내부로 입사된다. 또한, 상기 광학 장치(100)의 내부에서 출사되는 광은 상기 제 2 회절 소자(420)를 통과하여 상기 사용자에게 전달된다.

이하에서는, 상기 광원 부재(200)에서 상기 광학 장치(100)의 제 1 면(1S) 방향으로 이동하는 광은 제 1 광(L1)으로 정의한다. 또한, 상기 제 1 회절 소자(410)를 통과하여 상기 광학 장치(100)의 내부로 입사되는 광은 제 2 광(L2)으로 정의한다. 또한, 상기 제 2 회절 소자(420)를 통과하여 상기 사용자에게 출사되는 광은 제 3 광(L3)으로 정의한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 광학 장치(100)는 복수의 영역을 포함한다. 자세하게, 상기 광학 장치(100)의 제 1 면(1S)은 제 1 영역(1A) 및 제 2 영역(2A)을 포함한다.

상기 제 1 영역(1A)은 상기 제 1 회절 소자(410)가 배치되는 영역이다. 상기 제 2 영역(2A)은 상기 제 2 회절 소자(420)가 배치되는 영역이다.

상기 제 1 영역(1A)은 상기 광학 장치(100)로 입사되는 광을 가이드할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 영역(1A)은 상기 광원 부재(200)에서 출사되는 광이 입사되는 영역일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 영역(1A)은 상기 광원 부재(200)에서 출사되고, 이미지 정보를 포함하는 광이 입사되는 영역이다. 상기 제 1 영역(1A)은 상기 광원 부재(200)에서 출사되는 광을 가이드할 수 있다. 즉, 상기 제 1 영역(1A)은 상기 광원 부재(200)에서 출사되는 광을 상기 광학 장치(100)의 내부로 가이드할 수 있다.

또한, 상기 제 2 영역(2A)은 상기 제 1 영역(1A)에서 가이드되는 광이 상기 광학 장치(100)의 외부로 출사할 수 있다.

이에 따라, 상기 제 1 영역(1A)을 통해 가이드되어 상기 광학 장치(100)의 내부로 가이드되는 광은 상기 제 2 영역(2A)을 통해 상기 광학 장치(100)의 외부로 출사되고, 사용자에게 이미지 정보를 전달할 수 있다.

상기 광원 부재(200)에서 출사되는 제 1 광(L1)은 상기 제 1 영역(1A)의 상기 제 1 회절 소자(410)를 통해 하나의 방향으로 회절한다. 이에 의해, 상기 제 1 광(L1)은 제 2 광(L2)으로 회절되어 상기 광학 장치(100)의 내부로 가이드된다. 또한, 상기 제 2 광(L2)은 상기 광학 장치(100)의 내부에서 전반사된다. 상기 제 2 광(L2)은 상기 제 2 영역(2A)의 상기 제 2 회절 소자(420)를 통해 제 3 광(L3)으로 회절한다. 자세하게, 상기 제 2 광(L2)은 적어도 2개의 방향으로 회절되어 상기 제 3 광(L3)으로 회절한다. 즉, 제 2 광(L2)은 상기 제 2 영역(2A)의 상기 제 2 회절 소자(420)를 통해 두 방향으로 회절한다. 이에 의해, 상기 제 1 회절 소자(410) 및 상기 제 2 회절 소자(420)에서 회절된 제 3 광(L3)은 사용자에게 전달되고, 사용자에게 이미지 정보를 전달한다.

상기 제 2 영역(2A)은 복수의 영역을 포함한다. 예를 들어, 상기 제 2 영역(2A)은 제 2-1 영역(2-1A) 및 제 2-2 영역(2-2A)을 포함한다. 상기 제 2-1 영역(2-1A)은 상기 제 2 영역(2A)의 내부에 배치되는 영역이다. 또한, 상기 제 2-2 영역(2-2A)은 상기 제 2 영역(2A)의 가장자리에 배치되는 영역이다. 즉, 상기 제 2-2 영역(2-2A)은 상기 제 2-1 영역(2-1)을 둘러싸며 배치된다.

상기 제 2-1 영역(2-1A)은 유효 영역으로 정의될 수 있다. 즉, 상기 제 2-1 영역(2-1A)은 상기 사용자 방향으로 광이 전달되는 영역으로 정의될 수 있다. 또한, 상기 제 2-2 영역(2-2A)은 비유효 영역으로 정의될 수 있다. 즉, 상기 제 2-2 영역(2-2A)은 상기 사용자 방향으로 광이 전달되지 않는 영역으로 정의될 수 있다. 즉, 상기 제 2-2 영역(2-2A)에서 출사되는 광은 상기 사용자 방향으로 전달되지 않는다.

상기 제 2-1 영역(2-1A) 및 상기 제 2-2 영역(2-2A)은 상기 제 2 광(L2)이 상기 제 2 회절 소자(420)를 통해 제 2 광의 각도가 확장(expanding)되는 영역이다. 이에 따라, 상기 제 2 광이 확장되는 제 2 영역(2A)의 일부 영역 즉, 상기 제 2-2 영역(2-2A)에서 출사되는 광은 디스플레이 장치의 화각을 초과하는 각도로 출사되어 상기 사용자에게 전달되지 않는다.

도 4는 도 2의 A 영역을 확대한 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 제 1 영역(1A)은 제 1 패턴(P1)을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 영역(1A)은 복수의 제 1 패턴(P1)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 패턴(P1)은 상기 제 1 회절 소자(410)를 구성할 수 있다. 상기 제 1 패턴(P1)은 설정된 크기로 형성된다. 예를 들어, 상기 제 1 패턴(P1)은 설정된 범위의 면적, 설정된 범위의 두께로 형성된다. 상기 제 1 패턴(P1)은 스트라이프 형상으로 형성된다. 상기 제 1 패턴(P1)은 선 패턴을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 패턴(P1)은 일 방향으로 연장하는 형상으로 형성된다.

상기 제 1 회절 소자(410)는 상기 제 1 광(L1)을 하나의 방향으로 회절한다.

도 5 및 도 6은 도 2의 B 영역을 확대한 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 제 2 영역(2A)은 제 2 패턴(P2)을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 영역(2A)은 복수의 제 2 패턴(P2)을 포함할 수 있다. 상기 제 2 패턴(P2)은 상기 제 2 회절 소자(420)를 구성할 수 있다. 상기 제 2 패턴(P2)은 상기 제 1 패턴(P1)과 다르다, 자세하게, 상기 제 1 패턴(P1)과 상기 제 2 패턴(P2)은 서로 다른 크기 또는 형상으로 형성된다. 예를 들어, 상기 제 1 패턴(P1)과 상기 제 2 패턴(P2)은 다른 높이, 다른 형상 및 다른 두께로 형성될 수 있다.

상기 제 2 회절 소자(420)의 제 2 패턴(P2)은 프리폼(Free Form) 형상으로 형성된다. 상기 제 2 회절 소자(420)는 복수의 제 2 패턴(P2)을 포함하는 단위 유닛 패턴(UNP)을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 회절 소자(420)는 복수의 단위 유닛 패턴(UNP)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 2 회절 소자(420)는 복수의 단위 유닛 패턴(UNP)이 반복하여 배치되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 2 회절 소자(420)는 N개의 행(N은 자연수) 및 M개의 열(M은 자연수)에 의해 형성되는 단위 유닛 패턴(UNP)이 반복하여 배치되는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 2 영역(2A)은 N*M의 행열로 이루어지는 제 2 패턴을 포함할 수 있다. 상기 N*M의 행열에서, 상기 N행 중 어느 하나의 항에 배치된 패턴 사이의 간격과 상기 N행 중 다른 하나의 행에 배치된 패턴 사이의 간격은 동일할 수 있다.

상기 단위 유닛 패턴(UNP)의 내부에는 복수의 패턴이 배치된다. 예를 들어, 상기 단위 유닛 패턴(UNP)의 내부에는 서로 다른 형상 또는 크기를 가지는 복수의 패턴이 배치된다. 도 5 및 도 6에서는 상기 단위 유닛 패턴(UNP)이 3개의 행 및 2개의 열에 의해 형성되어 제 2-1 패턴(P2-1), 제 2-2 패턴(P2-2), 제 2-3 패턴(P2-3), 제 2-4 패턴(P2-4), 제 2-5 패턴(P2-5) 및 제 2-6 패턴(P2-6)을 포함하는 것을 도시하였으나, 이는 하나의 예일 뿐 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 단위 유닛 패턴은 다양한 수의 행과 열의 조합으로 형성될 수 있다.

상기 제 2 회절 소자(420)는 상기 제 2 광(L2)을 복수의 방향으로 회절한다. 즉, 상기 제 2 회절 소자(420)는 상기 제 2 광(L2)을 확장(expanding)하는 제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 회절한다. 자세하게, 상기 제 2 회절 소자(420)는 상기 제 2 광(L2)을 60°또는 90°로 확장(expanding)하는 상기 제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 회절한다.

상기 제 2 회절 소자(420)가 상기 제 2 광을 복수의 방향으로 회절하므로, 상기 광학 장치(100)의 회절 소자의 수를 감소할 수 있다. 종래에는 광의 경로를 기준으로, 제 1 회절 소자(410)와 제 2 회절 소자(420) 사이에 제 3 회절 소자를 포함하였다. 상기 제 1 회절 소자, 상기 제 2 회절 소자 및 상기 제 3 회절 소자를 통과하는 광은 하나의 방향으로 광을 회절하였다. 그러나, 광학 장치의 화각이 증가할수록 제 3 회절 소자의 크기가 증가하였다. 이에 따라, 상기 광학 장치의 크기가 증가하거나 또는 상기 회절 소자가 사용자에게 시인되는 문제점이 있었다.

그러나, 실시예에 따른 광학 장치는 상기 제 2 회절 소자(420)가 복수의 방향으로 광을 회절하므로, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제 1 영역(1A) 및 상기 제 2 영역(2A)은 각각 영역의 중심이 정의된다. 예를 들어, 상기 제 1 영역(1A)은 제 1 중심(C1)이 정의되고, 상기 제 2 영역(2A)은 제 2 중심(C2)이 정의된다.

또한, 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)을 지나는 복수의 가상의 직선들이 정의된다.

예를 들어, 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)을 지나는 가상의 제 1 직선(VL1)이 정의된다. 또한, 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)을 지나고, 상기 제 1 직선(VL1)과 평행한 가상의 제 2 직선(VL2)이 정의된다. 또한, 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)을 연결하는 가상의 제 3 직선(VL3)이 정의된다. 또한, 상기 제 1 직선(VL1) 및 상기 제 2 직선(VL2)과 수직하고, 상기 제 1 직선(VL1)과 상기 제 2 직선(VL2)을 연결하는 가상의 제 4 직선(VL4)이 정의된다. 자세하게, 상기 제 4 직선(VL4)은 상기 제 1 직선(VL1)과 상기 제 2 직선(VL2)을 최단거리로 연결하는 직선일 수 있다. 또한, 상기 제 4 직선(VL4)은 상기 제 1 패턴인 선 패턴의 외곽선과 예각의 각도를 이룰 수 있다.

상기 제 3 직선(VL3)과 상기 제 4 직선(VL4)은 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제 3 직선(VL3)의 길이는 상기 제 4 직선(VL4)의 길이보다 길 수 있다.

상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)에서 상기 제 1 직선(VL1)과 수직한 선을 X축으로 정의하고, 상기 제 1 직선(VL1)을 Y축으로 정의하는 경우, 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)은 각각 좌표가 설정될 수 있다.

자세하게, 상기 제 1 중심(C1)의 제 1 좌표는 (0, 0)으로 설정될 수 있다. 또한, 상기 제 2 중심(C2)의 제 2 좌표는 (x, y)로 설정될 수 있다.

상기 x 및 상기 y는 설정된 크기를 가질 수 있다. 상기 x는 30mm 이상 내지 45mm 이하일 수 있다. 또한, 상기 y는 -10mm 이상 내지 5mm 이하일 수 있다. (y ≠ 0)

따라서, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)은 상기 X축 방향으로는 30㎜ 내지 45㎜의 제 1 간격(d1)으로 이격한다.

또한, 상기 y는 양 또는 음의 값을 가진다. 즉, 상기 Y축 방향을 기준으로 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)은 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)의 하부 방향 또는 상부 방향에 배치된다.

도 2를 참조하면, 상기 Y축 방향을 기준으로 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)은 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)의 하부 방향에 배치된다. 이와 같은 경우, 상기 y는 -10mm 내지 0 미만일 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)은 상기 Y축 방향으로 설정된 범위의 간격으로 이격한다. 자세하게, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)은 상기 Y축 방향으로 -10㎜ 내지 0㎜ 미만으로 이격한다. 따라서, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)의 Y축 방향의 제 2 간격(d2)은 -10㎜ 내지 0㎜ 미만일 수 있다.

이에 따라, 상기 제 2 영역(2A)은 상기 제 1 영역(1A)보다 하부에 배치된다. 따라서, 사용자가 상기 제 2 영역(2A)에서 출사되는 제 3 광을 용이하게 시인할 수 있다. 일반적으로, AR 글래스를 착용하는 사용자는 안경알의 상부 부분보다 하부 부분을 더 많이 활용한다. 상기 광원 부재(200)가 사용자의 관자놀이 즉, AR 글래스의 안경테에 배치되는 경우, 상기 광원 부재(200)에서 출사되는 광은 안경알의 상부 부분으로 입사된다. 이에 따라, 상기 광이 출사되는 제 2 영역은 상기 제 1 영역보다 하부에 배치하여, 사용자가 상기 광학 장치를 통해 전달되는 이미지 정보를 용이하게 시인할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 Y축 방향을 기준으로 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)은 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)의 상부 방향에 배치된다. 이와 같은 경우, 상기 y는 0 초과 내지 5mm 이하일 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)은 상기 Y축 방향으로 설정된 범위의 간격으로 이격한다. 자세하게, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)은 상기 Y축 방향으로 0㎜ 초과 내지 5㎜ 이하로 이격한다. 따라서, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)의 Y축 방향의 제 2 간격(d2)은 0㎜ 초과 내지 5㎜ 이하일 수 있다.

이에 따라, 상기 제 2 영역(2A)은 상기 제 1 영역(1A)보다 상부에 배치된다. 따라서, 상기 제 2 영역(2A)에서 사용자에게 광이 출사되는 상기 제 2-1 영역(2-1A)이 상기 제 2 영역(2A)의 Y축의 하부 방향으로 많이 치우쳐서 배치되어도 사용자는 상기 광학 장치를 통해 전달되는 이미지 정보를 용이하게 시인할 수 있다.

한편, 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)은 다르게 정의될 수 있다.

먼저, 상기 광학 장치는 X축과 Y축이 정의된다.

또한, 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)을 지나는 복수의 가상의 직선들이 정의된다.

예를 들어, 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)을 지나고, X축과 평행한 가상의 제 5 직선(VL5)이 정의된다. 또한, 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)을 지나고, Y축과 평행한 가상의 제 6 직선(VL6)이 정의된다. 또한, 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)을 지나고, X축과 평행한 가상의 제 7 직선(VL7)이 정의된다. 또한, 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)을 지나고, Y축과 평행한 가상의 제 8 직선(VL8)이 정의된다.

이에 따라, 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)은 제 5 직선(VL5) 및 제 6 직선(VL6)이 교차하는 영역으로 정의된다. 또한, 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)은 제 7 직선(VL7) 및 제 8 직선(VL8)이 교차하는 영역으로 정의된다.

상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)은 각각 좌표가 설정될 수 있다.

자세하게, 상기 제 1 중심(C1)의 제 1 좌표는 (0, 0)으로 설정될 수 있다. 또한, 상기 제 2 중심(C2)의 제 2 좌표는 (x, y)로 설정될 수 있다.

상기 x 및 상기 y는 설정된 크기를 가질 수 있다. 상기 x는 30mm 이상 내지 45mm 이하일 수 있다. 또한, 상기 y는 -10mm 이상 내지 5mm 이하일 수 있다. (y ≠ 0)

상기 x는 양의 값을 가진다. 즉, 상기 X축 방향을 기준으로 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)은 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)의 우측 방향에 배치된다. 상기 x는 설정된 범위를 가진다. 자세하게, 상기 x는 30mm 이상일 수 있다. 상기 x는 45mm 이하일 수 있다. 상기 x는 30mm 내지 45mm일 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)은 상기 X축 방향으로 설정된 범위의 간격으로 이격한다. 자세하게, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)은 상기 X축 방향으로 30㎜ 내지 45㎜로 이격한다. 따라서, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)의 X축 방향의 제 1 간격(d1)은 30㎜ 내지 45㎜일 수 있다.

상기 y는 양 또는 음의 값을 가진다. 즉, 상기 Y축 방향을 기준으로 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2) 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)의 하부 방향 또는 상부 방향에 배치된다.

도 7을 참조하면, 상기 Y축 방향을 기준으로 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)은 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)의 하부 방향에 배치된다. 상기 y는 설정된 범위를 가진다. 자세하게, 상기 y는 -10mm 이상일 수 있다. 상기 y는 0 미만일 수 있다. 상기 y는 -10mm 내지 0 미만일 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)은 상기 Y축 방향으로 설정된 범위의 간격으로 이격한다. 자세하게, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)은 상기 Y축 방향으로 -10㎜ 내지 0㎜ 미만으로 이격한다. 따라서, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)의 Y축 방향의 제 2 간격(d2)은 -10㎜ 내지 0㎜ 미만일 수 있다.

이에 따라, 상기 제 2 영역(2A)은 상기 제 1 영역(1A)보다 하부에 배치된다. 따라서, 사용자가 상기 제 2 영역(2A)에서 출사되는 제 3 광을 용이하게 시인할 수 있다. 일반적으로, AR 글래스를 착용하는 사용자는 안경알의 상부 부분보다 하부 부분을 더 많이 활용한다. 상기 광원 부재(200)가 사용자의 관자놀이 즉, AR 글래스의 안경테에 배치되는 경우, 상기 광원 부재(200)에서 출사되는 광은 안경알의 상부 부분으로 입사된다. 이에 따라, 상기 광이 출사되는 제 2 영역은 상기 제 1 영역보다 하부에 배치하여, 사용자가 상기 광학 장치를 통해 전달되는 이미지 정보를 용이하게 시인할 수 있다.

도 8을 참조하면, 상기 Y축 방향을 기준으로 상기 제 2 영역(2A)의 제 2 중심(C2)은 상기 제 1 영역(1A)의 제 1 중심(C1)의 상부 방향에 배치된다. 상기 y는 설정된 범위를 가진다. 자세하게, 상기 y는 0 초과일 수 있다. 상기 y는 5mm 이하일 수 있다. 상기 y는 0 초과 내지 5mm 이하일 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)은 상기 Y축 방향으로 설정된 범위의 간격으로 이격한다. 자세하게, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)은 상기 Y축 방향으로 0㎜ 초과 내지 5㎜ 이하로 이격한다. 따라서, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)의 Y축 방향의 제 2 간격(d2)은 0㎜ 초과 내지 5㎜ 이하일 수 있다.

이에 따라, 상기 제 2 영역(2A)은 상기 제 1 영역(1A)보다 상부에 배치된다. 따라서, 상기 제 2 영역(2A)에서 사용자에게 광이 출사되는 상기 제 2-1 영역(2-1A)이 상기 제 2 영역(2A)의 Y축의 하부 방향으로 많이 치우쳐서 배치되어도 사용자는 상기 광학 장치를 통해 전달되는 이미지 정보를 용이하게 시인할 수 있다.

즉, 상기 y는 -10mm 내지 0 미만 및 0 초과 내지 5mm 이하이다. 이에 따라, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)은 상기 Y축 방향으로 -10㎜ 내지 0㎜ 미만 및 0㎜ 초과 내지 5㎜ 이하로 이격한다.

따라서, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)은 상기 X축 방향으로는 30㎜ 내지 45㎜의 제 1 간격(d1)으로 이격하고, 상기 Y축 방향으로는 -10㎜ 내지 0㎜ 미만 및 0㎜ 초과 내지 5㎜ 이하의 제 2 간격(d2)으로 이격한다.

또한, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)을 연결하는 제 9 직선(VL5)이 정의된다. 상기 제 9 직선(VL9)은 상기 제 5 직선(VL5)과 평행하지 않다. 또한, 상기 제 9 직선(VL9)은 상기 제 7 직선(VL7)과 평행하지 않다. 즉, 상기 제 9 직선(VL9)은 상기 X축 방향과 평행하지 않다.

따라서, 상기 제 1 중심(C1)과 상기 제 2 중심(C2)은 상기 X축 방향 및 상기 Y축 방향으로 모두 불일치한다.

상기 제 1 영역(1A) 및 상기 제 2 영역(2A)은 상기 X축 방향으로는 제 1 간격(d1)으로 이격하고, 상기 Y축 방향으로는 제 2 간격(d2)으로 이격한다. 이때, 상기 제 1 간격(d1)은 상기 제 2 간격(d2)보다 크다.

이에 따라, 상기 광학 장치(100)의 입사 영역과 출사 영역은 상기 X축 방향으로 이격한다. 즉, 상기 제 1 영역(1A)에서 입사되는 광은 상기 X축 방향으로 가이드되어 상기 제 2 영역(2A)에서 출사된다.

이에 따라, 사용자는 실제 안경을 착용한 것과 같은 느낌으로 디스플레이 장치를 사용할 수 잇다. 즉, 상기 디스플레이 장치는 상기 광원 부재(200)가 사용자의 눈 위에 배치되지 않고, 사용자의 관자놀이와 인접한 위치에 배치된다. 따라서, 사용자는 상기 디스플레이 장치를 상시 휴대에 적합한 안경형 디스플레이 장치로 사용할 수 있다.

한편, 상기 제 1 회절 소자(410)의 제 1 패턴(P1) 및 상기 제 2 회절 소자(420)의 제 2 패턴(P2)은 주기를 가질 수 있다. 여기서, 패턴의 주기는 상기 제 1 패턴(P1) 및 상기 제 2 패턴(P2)이 반복되는 거리로 정의될 수 있다.

도 9를 참조하면, 상기 제 1 회절 소자(410)의 제 1 패턴(P1)은 설정된 제 1 주기(PE1)를 가질 수 있다. 상기 제 1 주기(PE1)는 상기 제 1 패턴(P1)들 사이의 거리로 정의될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 패턴(P1)들은 상기 제 1 주기(PE1)의 거리로 이격하여 배치될 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 패턴(P1)들은 상기 제 1 패턴(P1)의 길이 방향과 수직한 방향으로 상기 제 1 주기(PE1)의 거리로 이격하여 배치될 수 있다.

상기 제 1 주기(PE1)는 하기의 수학식 1 내지 수학식 4 중 적어도 하나의 수학식을 만족할 수 있다.

[수학식 1]

λ/1.75 < 제 1 주기 < λ/1.37

(수학식 1에서 λ는 광의 파장(㎚)이다.)

[수학식 2]

λ/1.75 < 제 1 주기 < λ/1.37

(수학식 2에서 λ는 450㎚ ≤ λ ≤ 490㎚을 만족한다.)

[수학식 3]

λ/1.75 < 제 1 주기 < λ/1.37

(수학식 3에서 λ는 490㎚ < λ ≤ 570㎚을 만족한다.)

[수학식 4]

λ/1.75 < 제 1 주기 < λ/1.37

(수학식 4에서 λ는 620㎚ ≤ λ ≤ 780㎚을 만족한다.)

즉, 상기 제 1 회절 소자(410)의 제 1 패턴(P1)의 제 1 주기(PE1)는 상기 수학식 1과 같이 상기 광원 부재(200)에서 출사되는 광의 파장의 크기에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 주기(PE1)는 상기 광의 파장의 크기와 비례할 수 있다.

상기 수학식 2는 상기 광원 부재(200)에서 청색광이 출사되는 경우이고, 상기 수학식 3은 상기 광원 부재(200)에서 녹색광이 출사되는 경우이고, 상기 수학식 4는 상기 광원 부재(200)에서 적색광이 출사되는 경우이다.

상기 수학식 1 내지 수학식 4를 참조하면, 상기 광원 부재(200)에서 적색광이 출사되는 경우의 제 1 주기(PE1)는 상기 광원 부재(200)에서 녹색광이 출사되는 경우의 제 1 주기(PE1) 및 상기 광원 부재(200)에서 청색광이 출사되는 경우의 제 1 주기(PE1)보다 클 수 있다. 또한, 상기 광원 부재(200)에서 녹색광이 출사되는 경우의 제 1 주기(PE1)는 상기 광원 부재(200)에서 청색광이 출사되는 경우의 제 1 주기(PE1)보다 클 수 있다.

상기 제 1 회절 소자(410)의 제 1 패턴(P1)의 제 1 주기(PE1)가 상기 수학식 1 내지 수학식 4 중 적어도 하나의 수학식을 만족함에 따라, 상기 광학 장치(100)로 입사되는 입사광의 회절 효율이 향상될 수 있다. 즉, 상기 광원 부재(200)에서 상기 제 1 회절 소자(410)를 통해 회절되는 광의 회절 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 상기 광학 장치(100)의 외부로 손실되는 손실광을 감소할 수 있다. 또한, 상기 광학 장치(100)의 내부 전반사 효율이 향상될 수 있다.

도 10을 참조하면, 상기 제 2 회절 소자(420)의 제 2 패턴(P2)은 설정된 제 2 주기를 가질 수 있다. 상기 제 2 주기는 상기 제 2 회절 소자(420)의 단위 유닛 패턴들 사이의 거리로 정의될 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 주기는 상기 단위 유닛 패턴을의 중심들 사이의 거리로 정의될 수 있다.

자세하게, 상기 단위 유닛 패턴들은 상기 제 2 주기의 거리로 이격하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 단위 유닛 패턴은 제 1 단위 유닛 패턴(UNP1), 제 2 단위 유닛 패턴(UNP2) 및 제 3 단위 유닛 패턴(UNP3)을 포함할 수 있다.

상기 제 1 단위 유닛 패턴(UNP1) 및 상기 제 2 단위 유닛 패턴(UNP2)은 행 방향으로 마주보며 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 1 단위 유닛 패턴(UNP1) 및 상기 제 3 단위 유닛 패턴(UNP3)은 열 방향으로 마주보며 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 2 단위 유닛 패턴(UNP2) 및 상기 제 3 단위 유닛 패턴(UNP3)은 행 방향과 열 방향 사이의 방향으로 마주보며 배치될 수 있다.

이에 따라, 상기 제 1 단위 유닛 패턴(UNP1), 상기 제 2 단위 유닛 패턴(UNP2) 및 상기 제 3 단위 유닛 패턴(UNP3)은 방향에 따라 각각의 주기를 가질 수 있다.

자세하게, 상기 제 2 패턴(P2)의 제 2 주기는 상기 제 1 단위 유닛 패턴(UNP1) 및 상기 제 2 단위 유닛 패턴(UNP2)의 제 2-1 주기(PE2-1), 상기 제 1 단위 유닛 패턴(UNP1) 및 상기 제 3 단위 유닛 패턴(UNP3)의 제 2-2 주기(PE2-2) 및 상기 제 2 단위 유닛 패턴(UNP2) 및 상기 제 3 단위 유닛 패턴(UNP3)의 제 2-3 주기(PE2-3)를 포함할 수 있다.

즉, 상기 제 2-1 주기(PE2-1)는 행 방향의 주기이고, 상기 제 2-2 주기(PE2-2)는 열 방향의 주기이고, 상기 제 2-3 주기(PE2-3)는 행 방향과 열 방향 사이의 주기일 수 있다. 즉, 상기 제 2-3 주기(PE2-3)는 대각 방향으로 마주보는 단위 유닛 패턴들의 주기일 수 있다.

상기 제 2-1 주기(PE2-1), 상기 제 2-2 주기(PE2-2) 및 상기 제 2-3 주기(PE2-3)는 하기 수학식 5 내지 수학식 7 중 적어도 하나의 수학식을 만족할 수 있다.

[수학식 5]

0.9 < 제 2-1 주기/제 1 주기 < 1.1 이고,

0.9 < 제 2-2 주기/제 1 주기 < 1.1

[수학식 6]

0.9 < 제 2-1 주기/제 1 주기 < 1.1 이고,

0.9 < 제 2-2 주기/제 1 주기 < 1.1 이고,

0.9 < 제 2-3 주기/제 1 주기 < 1.1

[수학식 7]

1.8 < 제 2-1 주기/제 1 주기 < 2.2

1.8*

< 제 2-2 주기/제 1 주기 < 2.2*

상기 제 2 주기는 상기 제 2 회절 패턴이 제 2 광(L2)을 확장하는 정도에 따라 달라질 수 있다.

자세하게, 상기 제 2 회절 소자(420)가 상기 제 2 광(L2)을 90°확장(expanding)하는 경우, 상기 제 2 회절 소자(420)의 제 2 주기는 수학식 5 또는 수학식 6을 만족할 수 있다. 즉, 상기 제 2-1 주기(PE2-1) 및 상기 제 2-2 주기(PE2-2)는 동일할 수 있다. 또는, 상기 제 2-1 주기(PE2-1), 상기 제 2-2 주기(PE2-2) 및 상기 제 2-3 주기(PE2-3)는 동일할 수 있다.

또는, 상기 제 2 회절 소자(420)가 상기 제 2 광(L2)을 60°확장(expanding)하는 경우, 상기 제 2 회절 소자(420)의 제 2 주기(PE2)는 수학식 7을 만족할 수 있다. 즉, 상기 제 2-1 주기(PE2-1)와 상기 제 2-2 주기(PE2-2)는 다를 수 있다.

또한, 상기 제 2 주기는 상기 광원 부재(200)에서 출사되는 광의 파장에 따라 달라질 수 있다. 즉, 상기 제 2 주기는 상기 제 1 주기와 반비례하므로, 상기 제 2 주기의 크기는 상기 광의 파장 크기와 반비례할 수 있다.

따라서, 상기 광원 부재(200)에서 청색광이 출사되는 경우의 제 2 주기는 상기 광원 부재(200)에서 녹색광이 출사되는 경우의 제 2 주기 및 상기 광원 부재(200)에서 적색광이 출사되는 경우의 제 2 주기보다 클 수 있다. 또한, 상기 광원 부재(200)에서 녹색광이 출사되는 경우의 제 2 주기는 상기 광원 부재(200)에서 적색광이 출사되는 경우의 제 2 주기보다 클 수 있다.

상기 제 2 회절 소자(420)의 제 2 패턴(P2)의 제 2 주기가 상기 수학식 5 및수학식 6 중 중 적어도 하나의 수학식을 만족함에 따라, 상기 광학 장치(100)에서 출사되는 출사광의 회절 효율이 향상될 수 있다. 즉, 상기 광학 장치(100)에서 상기 제 2 회절 소자(420)를 통해 회절되는 광의 회절 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 상기 광학 장치(100)의 외부로 출사되는 광의 회절 효율이 향상되므로, 사용자에게 향상된 휘도로 이미지 정보가 전달될 수 있다.

실시예에 따른 광학 장치는 크기가 감소될 수 있다.

자세하게, 상기 광학 장치는 두 방향으로 광을 회절시키는 제 2 회절 소자를 포함하므로, 광의 각도를 확장하기 위한 추가 회절 소자가 요구되지 않는다.

따라서, 추가 회절 소자가 생략되므로, 광학 장치의 크기를 감소할 수 있고, 사용자의 시인성이 향상될 수 있다.

실시예에 따른 광학 장치는 광학 장치의 입사 영역과 출사 영역이 X축 방향으로 이격한다. 즉, 상기 광학 장치의 입사 영역으로 입사된 광은 X축 방향으로 이동하여 출사 영역으로 출사된다.

즉, 광학 장치로 광을 출사하는 광원 부재가 사용자의 관자놀이와 인접한 영역에 배치되므로, 사용자는 실제 안경과 같은 착용감으로 웨어러블 장치를 사용할 수 있다.

실시예에 따른 광학 장치는 입사 영역인 제 1 영역과 출사 영역인 제 2 영역의 중심이 X축 방향 및 Y축 방향으로 일치하지 않는다.

이에 따라, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역의 하부에 배치될 수 있다. 따라서, 사용자가 상기 광원 부재에서 출사되는 이미지 정보를 포함하는 광을 용이하게 시인할 수 있다.

실시예에 따른 광학 장치는 제 1 회절 소자 및 제 2 회절 소자의 패턴이 설정된 범위의 주기를 가진다.

이에 따라, 상기 제 1 회절 소자 및 상기 제 2 회절 소자의 회절 효율이 향상되므로, 상기 제 2 영역에서 사용자 방향으로 광이 출사되는 영역을 최적의 위치에 형성할 수 있고, 이미지 정보를 포함하는 광이 향상된 휘도를 가질 수 있으므로, 사용자의 시인성을 향상시킬 수 있다.

이하, 도 11을 참조하여. 실시예에 따른 광학 장치를 포함하는 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(2000)는 증강현실 장치일 수 있다.

상기 디스플레이 장치(2000)는 착용부(2100) 및 디스플레이부(2200)를 포함한다.

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. 일례로, 상기 착용부(2100)는 상기 웨어러블 디스플레이 장치에서 안경테일 수 있다.

상기 착용부(2100)에는 상기 광원 부재(200)가 배치된다. 상기 광원 부재(200)는 상기 디스플레이부(2200) 방향으로 광을 출사한다. 자세하게, 상기 광원 부재(200)는 상기 디스플레이부(2200) 방향으로 이미지 정보를 포함하는 광을 출사한다. 예를 들어, 상기 광원 부재(200)는 프로젝터일 수 있다.

상기 디스플레이부(2200)는 앞서 설명한 광학 장치일 수 있다. 또는, 상기 디스플레이부(2200)는 상기 광학 장치를 포함하는 AR 글래스일 수 있다.

이에 의해, 사용자는 상기 디스플레이부(3200)를 통해 상기 광원 부재(200)에서 출사되는 이미지 정보를 포함하는 광을 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 (14)

1. 입사되는 광을 가이드하는 제 1 영역;
   상기 제 1 영역으로부터 가이드되는 광이 출사되는 제 2 영역을 포함하고,
   상기 제 1 영역은 제 1 패턴을 포함하고,
   상기 제 2 영역은 상기 제 1 패턴과 다른 크기 또는 형상의 제2 패턴을 포함하고,
   상기 제 1 영역의 제 1 중심을 지나는 가상의 제 1 직선과 상기 제 2 영역의 제 2 중심을 지나고 상기 제 1 직선과 평행한 가상의 제 2 직선을 기준으로, 상기 제 1 영역의 중심과 상기 제 2 영역의 중심을 연결하는 제3 직선은 상기 제 1 직선 및 상기 제 2 직선과 수직하고, 상기 제 1 직선과 상기 제2 직선을 연결하는 제4 직선보다 길고,
   상기 제 1 패턴은 상기 제 1 패턴 사이의 거리로 정의되는 제 1 주기를 가지고,
   상기 제 1 주기는 하기의 수학식 1을 만족하는 광학 장치.
   [수학식 1]
   λ/1.75 < 제 1 주기 < λ/1.37
   (수학식 1에서 λ는 광의 파장(㎚)이다.)
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 주기는 하기의 수학식 2를 만족하는 광학 장치.
   [수학식 2]
   λ/1.75 < 제 1 주기 < λ/1.37
   (수학식 2에서 λ는 450㎚ ≤ λ ≤ 490㎚을 만족한다.)
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 주기는 하기의 수학식 3을 만족하는 광학 장치.
   [수학식 3]
   λ/1.75 < 제 1 주기 < λ/1.37
   (수학식 3에서 λ는 490㎚ < λ ≤ 570㎚을 만족한다.)
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 주기는 하기의 수학식 4를 만족하는 광학 장치.
   [수학식 4]
   λ/1.75 < 제 1 주기 < λ/1.37
   (수학식 4에서 λ는 620㎚ ≤ λ ≤ 780㎚을 만족한다.)
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제 2 패턴은 복수의 단위 유닛 패턴을 포함하고,
   상기 제 2 패턴은 상기 단위 유닛 패턴 사이의 거리로 정의되는 제 2 주기를 가지고,
   상기 제 2 주기는 행 방향으로 마주보는 단위 유닛 패턴의 제 2-1 주기, 열 방향으로 마주보는 단위 유닛 패턴의 제 2-2 주기를 포함하고,
   상기 제 2 주기는 하기의 수학식 5를 만족하는 광학 장치.
   [수학식 5]
   0.9 < 제 2-1 주기/제 1 주기 < 1.1 이고,
   0.9 < 제 2-2 주기/제 1 주기 < 1.1
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제 2 주기는 대각 방향으로 마주보는 단위 유닛 패턴의 제 2-3 주기를 포함하고,
   상기 제 2 주기는 하기의 수학식 6을 만족하는 광학 장치.
   [수학식 6]
   0.9 < 제 2-1 주기/제 1 주기 < 1.1 이고,
   0.9 < 제 2-2 주기/제 1 주기 < 1.1 이고,
   0.9 < 제 2-3 주기/제 1 주기 < 1.1
7. 제 5항에 있어서,
   상기 제 2 주기는 하기의 수학식 6을 만족하는 광학 장치.
   [수학식 7]
   1.8 < 제 2-1 주기/제 1 주기 < 2.2
   1.8*

   

   < 제 2-2 주기/제 1 주기 < 2.2*

   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 영역의 제 1 중심에서 상기 제 1 직선과 수직한 선을 X축으로 정의하고,
   상기 제 1 직선을 Y으로 정의할 때,
   상기 제 1 영역의 제 1 중심의 좌표는 (0,0)이고, 상기 제 2 영역의 제 2 중심의 좌표는 (x, y)이고,
   상기 x는 30mm 이상 45mm 이하이고, 상기 y는 -10mm 이상 5mm 이하이고,
   상기 y는 0을 포함하지 않는 광학 장치.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 패턴은 선 패턴을 포함하고,
   상기 선 패턴의 외곽선과 상기 제 4 직선은 예각의 각도를 이루는 광학 장치.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 패턴은 서로 다른 형상을 가지는 적어도 두 개의 패턴을 포함하는 광학 장치.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 패턴은 상기 광을 하나의 방향으로 회절하고,
    상기 제 2 패턴은 상기 광을 두개의 방향으로 회절하는 광학 장치.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 영역은 상기 제 2 영역의 내부에 배치되는 제 2-1 영역 및 상기 제 2 영역의 가장자리에 배치되는 제 2-2 영역을 포함하고,
    상기 제 2-1 영역을 통해 사용자 방향으로 광이 출사하는 광학 장치.
13. 입사되는 광을 가이드하는 제 1 영역;
    상기 제 1 영역으로부터 가이드되는 광이 출사되는 제 2 영역을 포함하고,
    상기 제 1 영역은 제 1 패턴을 포함하고,
    상기 제 2 영역은 상기 제 1 패턴과 다른 크기 또는 형상의 제 2 패턴을 포함하고,
    상기 제 1 영역의 제 1 중심을 지나는 가상의 제 1 직선과 상기 제 2 영역의 제 2 중심을 지나고 상기 제 1 직선과 평행한 가상의 제 2 직선을 기준으로, 상기 제 1 영역의 중심과 상기 제 2 영역의 중심을 연결하는 제3 직선은 상기 제 1 직선 및 상기 제 2 직선과 수직하고, 상기 제 1 직선과 상기 제2 직선을 연결하는 제4 직선보다 길고,
    상기 제 1 패턴은 상기 제 1 패턴 사이의 거리로 정의되는 제 1 주기를 가지고,
    상기 제 2 패턴은 복수의 단위 유닛 패턴을 포함하고,
    상기 제 2 패턴은 상기 단위 유닛 패턴 사이의 거리로 정의되는 제 2 주기를 가지고,
    상기 제 1 주기는 상기 광의 파장에 비례하고,
    상기 제 2 주기는 상기 광의 파장에 반비례하는 광학 장치.
14. 광을 출사하는 광원 부재; 및
    상기 광이 입사되는 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 광학 장치를 포함하는 웨어러블 장치.

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