WO2021060828A1 - 디스플레이 렌즈의 제조 장치, 방법 및 이에 의해 제조된 디스플레이 렌즈를 포함하는 두부 장착형 디스플레이 장치 - Google Patents

디스플레이 렌즈의 제조 장치, 방법 및 이에 의해 제조된 디스플레이 렌즈를 포함하는 두부 장착형 디스플레이 장치 Download PDF

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light
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laser light
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김병묵
서대한
송민수
신부건
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    • G03H2270/55—Substrate bearing the hologram being an optical element, e.g. spectacles

Definitions

  • the present invention claims the benefit of the filing date of the Korean Patent Application No. 10-2019-0120075 filed with the Korean Intellectual Property Office on September 27, 2019, all of which are included in the present invention.
  • the present invention relates to an apparatus and method for manufacturing a display lens, and a head mounted display device manufactured thereby.
  • a display unit that implements augmented reality, mixed reality, or virtual reality includes a diffractive light guide plate using a diffraction phenomenon based on the wave nature of light.
  • a type including a plurality of diffractive optical elements having a plurality of uneven grating patterns, and a type including a transmission type holographic optical element as a photosensitive material on which an interference pattern is recorded are used.
  • the color separation efficiency is low, and image crosstalk may occur.
  • a type including a diffractive optical device or a transmissive holographic optical device a large overall light loss may occur.
  • the color separation efficiency is high, and the light loss is also smaller than that of the diffractive optical device/transmissive holographic optical device, but the exit pupil that determines the size of the eye box ( The disadvantage is that it is difficult to increase the number of Exit Pupil).
  • An object of the present invention is to provide an apparatus and method for manufacturing a display lens including a reflective holographic optical element for implementing a plurality of exit pupils, and a head mounted display device including a display lens manufactured thereby.
  • an apparatus for manufacturing a display lens including a holographic optical element for recording a hologram by irradiating a laser beam to a photosensitive substrate formed by coating a photosensitive material on the substrate, A first laser light incident unit for injecting the first laser light converged along the irradiation direction on one surface; And a second laser light incident unit for injecting second laser light emitted from a plurality of points along an irradiation direction on the other surface of the photosensitive substrate.
  • the second laser light incident unit includes a lens array in which a plurality of lens units configured to convert parallel light into divergent light are arranged on one surface, and the parallel light incident on the lens array is The second laser light may be irradiated toward the other surface of the photosensitive substrate at a plurality of points through the lens unit.
  • a non-transmissive mask may be disposed around a region facing the lens unit on a side opposite to the side where the lens unit is arranged.
  • the distance between the centers of the lens units may be 4 to 6 mm.
  • the focal length of the lens unit may be 2 to 10 mm.
  • the radius of curvature of the lens unit may satisfy Equation 1 below.
  • F denotes a focal length of the lens unit
  • n denotes a refractive index of the lens array
  • R denotes a radius of curvature of the lens unit
  • the diameter of the lens unit may be 1 to 3 mm.
  • An embodiment according to another aspect of the present invention includes the steps of: (a) injecting a first laser light converging along an irradiation direction onto one surface of a photosensitive substrate formed by coating a photosensitive material on the substrate; And (b) injecting a second laser light radiating along the irradiation direction onto the other surface of the photosensitive substrate while the step (a) is in progress; and, in the step (b), the parallel light is radiated light.
  • a lens unit configured to convert the light into a lens array arranged in plural on one surface of the lens unit so that the second laser light can be irradiated toward the other surface of the photosensitive substrate at a plurality of points through each lens unit. It provides a method of manufacturing a display lens including a graphic optical device.
  • the substrate may be a light-transmitting lens.
  • the substrate is a light-transmitting film
  • the manufacturing method is (c) the photosensitive substrate and the photosensitive substrate and the photosensitive adhesive interposed between the light-transmitting lens and the photosensitive substrate subjected to steps (a) and (b). It may include; laminating a light-transmitting lens.
  • An embodiment according to another aspect of the present invention includes a display lens manufactured by the manufacturing method according to an aspect of the present invention; And it provides a head mounted display device comprising an optical engine for injecting image light radiating along the irradiation direction to the holographic optical device provided in the display lens.
  • a separation distance between the centers of the plurality of exit pupils formed in the display lens may be 4 to 6 mm.
  • the holographic optical device When image light is incident on a reflective holographic optical device manufactured by an apparatus and method for manufacturing a display lens according to an aspect of the present invention using an optical engine, the holographic optical device has coherence characteristics at an arbitrary position. Since a plurality of different hologram patterns are recorded, a plurality of different light reflection paths may be formed by reflection, thereby implementing a plurality of exit pupils.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a manufacturing apparatus for implementing a method of manufacturing a display lens according to an aspect of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a lens array used in a method of manufacturing a display lens according to an aspect of the present invention.
  • FIG. 3(a) is a schematic view showing a side cross-section of a part of the lens array of an embodiment in which the lens portion is convex
  • FIG. 3(b)(b) is a diagram of another embodiment in which the lens portion is concavely formed. It is a diagram schematically showing a side cross-section of a part of the lens array.
  • FIG. 4 is a view showing a result of simulating a focal length and a viewing angle of a lens unit according to a radius of curvature of a lens unit.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a head mounted display device according to another aspect of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a plurality of exit pupils formed in a display lens according to an aspect of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a manufacturing apparatus for implementing a method of manufacturing a display lens according to an aspect of the present invention.
  • a method of manufacturing a display lens according to an aspect of the present invention is for manufacturing a display lens used in a display device implementing virtual reality or augmented reality, and two laser beams coherent to each other are applied to a photosensitive substrate.
  • a display lens including a holographic optical element formed by irradiating and recording a hologram is manufactured.
  • the holographic optical device to be formed through the manufacturing method according to an aspect of the present invention is a reflective holographic optical device that is reflected through diffraction when image light emitted by the optical engine is incident.
  • the angle of incidence of the incident image light and the angle of reflection of the image light reflected by the holographic optical device are different from each other, and thus are sometimes referred to as an off-axis reflector.
  • such a holographic optical device can be manufactured by irradiating an object wave onto one side of a photosensitive substrate and irradiating a reference wave onto the other side of the photosensitive substrate opposite to one side.
  • the apparatus A for manufacturing a display lens records a hologram by irradiating a laser beam on a photosensitive substrate 10 formed by coating a photosensitive material 12 on the substrate 11 and recording a hologram.
  • a display lens including a graphic optical element can be manufactured.
  • the display lens manufacturing apparatus A includes a first laser light incidence unit B for injecting a first laser light L1 converging along an irradiation direction onto one surface 10a of the photosensitive substrate 10, and a photosensitive substrate 10.
  • a second laser light incidence unit C for injecting second laser light L2a, L2b, L2c (7) emitted from a plurality of points along the irradiation direction on the other surface 10b of) may be included.
  • a laser device (1) that generates and advances a laser beam (LB) with the first laser light incidence unit (B) and the second laser light incidence unit (C).
  • the laser device 1 includes three laser light sources (not shown) with light emission wavelengths corresponding to the three wavelengths of RGB and a combiner (not shown) that enables laser beams respectively output from the three laser light sources to proceed coaxially. It can be configured to include.
  • the laser beam LB traveling coaxially by the laser device 1 is divided into two paths toward the first laser light incident unit B and the second laser light incident unit C by the beam splitter 2 And can proceed.
  • the first laser light incident unit B may include a first lens 3 and a second lens 4.
  • the laser beam LB1 diverged into the first path P1 is converted into divergent light ⁇ whose diameter is enlarged by the first lens 3 and then converted into a convergent light ⁇ by the second lens 4. It may be converted, and the convergent light ⁇ may be defined as the first laser light L1 incident on the one surface 10a of the photosensitive substrate 10.
  • the second laser light incident unit C may include a lens array 20 in which a plurality of lens units 22 configured to convert parallel light ⁇ into divergent light ⁇ are arranged on one surface. Parallel light ⁇ is incident on this lens array, and the second laser light L2a, L2b, L2c ...) hits the other surface 10b of the photosensitive substrate 10 through each lens unit 22 at a plurality of points. Can be investigated.
  • the second laser light incident unit C may further include a third lens 5 and a fourth lens.
  • the laser beam LB2 diverged into the second path P2 is converted into divergent light ⁇ whose diameter is enlarged by the third lens 5 and then converted into parallel light ⁇ by the fourth lens 6.
  • the parallel light ⁇ may be converted into divergent light ⁇ at a plurality of points by the lens array 20 and irradiated.
  • the divergent light ⁇ irradiated from a plurality of points may be defined as second laser light L2a, L2b, L2c ...) incident on the other surface 10b of the plurality of photosensitive substrates 10.
  • the lens unit 22 Is converted into divergent light ( ⁇ ) at a plurality of points through each lens unit 22 on the side where it is arranged and irradiated with a plurality of second laser lights (L2a, L2b, L2c,...), so that the photosensitive substrate ( 10) A region in which a plurality of second laser lights L2a, L2b, L2c, ... are overlapped with each other can be easily formed. In this way, in the area where the plurality of second laser lights L2a, L2b, L2c,...
  • the first laser light L1 is applied to each of the second laser lights L2a, L2b, L2c at an arbitrary point. ,...) are both interfered, and a plurality of holograms having different coherence characteristics at a corresponding point may be recorded.
  • a predetermined image light is incident on the holographic optical device formed in this way, a plurality of different light reflection paths can be formed by diffraction and reflection by a plurality of holograms having different coherence characteristics, thereby facilitating a plurality of exit pupils. Can be implemented.
  • the substrate 11 is coated with a photosensitive material 12 to form a photosensitive substrate 10 along the irradiation direction.
  • the lens unit 22 configured to convert the parallel light (A) into the divergent light (B) is a parallel light (A) to the lens array 20 is arranged in a plurality of
  • the second laser light (L2a, L2b, L2c ...) may be irradiated toward the other surface 10b of the photosensitive substrate 10 by incident and at a plurality of points through each lens unit 22.
  • the substrate 11 is coated with a photosensitive material 12 for holographic recording, and various types of photosensitive materials that can be used for replicating a holographic optical device are known in the hologram-related field, and such materials are not limited in the present invention. Can be used.
  • photosensitive material photopolymer, photoresist, silver halide emulsion, dichromated gelatin, photographic emulsion, photothermoplastic (photothermoplastic) or photorefractive material, etc. may be used.
  • the substrate 11 may be provided as a translucent lens in one embodiment, for example, optically transparent or translucent, may be provided as a high refractive index glass lens or a high refractive plastic lens.
  • the substrate 11 may be provided as a translucent film, that is, an optically transparent and non-anisotropic film.
  • a translucent film that is, an optically transparent and non-anisotropic film.
  • TAC triacetylcellulose
  • PE polyethylene
  • PC polycarbonate
  • PET poly It may be a film including propylene (PP), polyamide (PA), or polyethylene terphthalate (PET), but is not particularly limited.
  • the manufacturing method according to an embodiment of the present invention comprises: (c) the photosensitive substrate 10 on which a hologram is recorded through the steps (a) and (b), and a light-transmitting lens. It may include the step of laminating the photosensitive substrate 10 and the light-transmitting lens by interposing a light-transmitting adhesive therebetween (not shown).
  • a display lens including a holographic optical element can be manufactured.
  • the display lens manufactured by the manufacturing method according to the embodiment of the present invention is also Since it has a transparent structure, it can be used as a see-through lens capable of implementing augmented reality.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a lens array used in a method of manufacturing a display lens according to an aspect of the present invention.
  • the lens array 20 used in the method of manufacturing a display lens according to an embodiment of the present invention includes a plate-shaped base 21 having a predetermined thickness and transparent to visible light, and integrally concave or integrally with one surface of the plate-shaped base 21.
  • a plurality of convexly formed lens units 22 may be arranged to be spaced apart from each other.
  • the plate-shaped base 21 and the plurality of lens units 22 may be integrally provided with the same material.
  • materials such as optical glass such as BK7 and quartz, general transparent glass, and transparent plastic may be used. Can be used.
  • FIG. 3A is a schematic view showing a side cross-sectional view of a part of the lens array of one embodiment in which the lens part is convex
  • FIG. 3B is a part of the lens array of another embodiment in which the lens part is concave It is a view schematically showing a side cross-section of.
  • a non-transmissive mask 23 may be disposed around a region facing the lens unit 22 on a side 20b opposite to the side 20a on which the lens unit 22 is arranged.
  • the non-transmissive mask 23 may be a metal thin film capable of blocking visible light, and a metal such as Cr, Al, or Mo may be used.
  • the distance G between the centers between the lens units 22 needs to be formed equal to or larger than the size of the pupil of a general person.
  • the distance G between the centers between the lens units 22 is preferably 4 to 6 mm.
  • the plurality of second laser lights irradiated through the two adjacent lens units 22 form a region overlapping each other on the photosensitive substrate 10 to record a plurality of different holograms at an arbitrary point, but the lens unit ( 22)
  • Branches may reach all pupils of the user as an image criterion, causing a problem in which multiple images are displayed.
  • the image light incident on the holographic optical element formed using the lens array 20 in which the distance G between the centers between the lens units 22 is larger than 6 mm is reflected by a plurality of different light reflection paths.
  • a plurality of exit pupils is formed, but the number of exit pupils per unit area is formed to be small, and thus there is a disadvantage in that the area in which an image is not visible increases depending on the position in the pupil of the wearer.
  • the distance G between the centers between the lens units 22 may correspond to the distance between the centers of the plurality of exit pupils formed in the holographic optical device or the display lens. Accordingly, the separation distance between the centers of the plurality of exit pupils may also be formed in the range of 4 to 6 mm. If the separation distance between the centers of the exit pupils is less than 4 mm, it may cause a problem that the user sees multiple images, and the separation distance between the centers of the exit pupils is. If it is formed larger than 6 mm, the area in which the image is not visible increases according to the location of the pupil of the user.
  • the holographic optical device formed by recording through the lens unit 22 may have a wide viewing angle. That is, there is an advantage in manufacturing a holographic optical device that forms a wide viewing angle as the lens unit 22 having a shorter focal length F is used.
  • the viewing angle of the holographic optical device may be substantially the same as the divergence angle of the second laser light irradiated through the lens unit 22.
  • the focal length of the lens unit 22 is too short, the image of the image light reflected by the holographic optical element recorded and formed through the effect of the aberration of the lens unit 22 is increased. There is.
  • the focal length (F) of the lens unit 22 is 2 to 10 mm It is preferable to be.
  • the radius of curvature R of the lens unit 22 may satisfy Equation 1 below.
  • F denotes a focal length of the lens unit 22
  • n denotes a refractive index of the lens array 20
  • R denotes a curvature of the lens unit 22.
  • the radius of curvature R of the appropriate lens unit 22 is mathematical It may be 1 to 5 mm by Equation 1.
  • FIG. 4 is a view showing a result of simulating the focal length and viewing angle of the lens unit 22 according to the radius of curvature of the lens unit 22.
  • the refractive index of the lens unit 22 and the lens array 20 to be simulated is assumed to be 1.52.
  • FIG. 4A shows a case where the radius of curvature of the lens unit 22 is 1.5 mm, and the focal length F of the lens unit 22 is calculated to be about 2.9 mm according to Equation 1, and the lens unit 22
  • the field of view (FOV) of) was calculated to be about 60°.
  • 4C shows a case where the radius of curvature of the lens unit 22 is 5 mm, and the focal length F of the lens unit 22 is calculated to be about 9.6 mm according to Equation 1, and the lens unit 22 The field of view (FOV) of) was calculated to be about 20°.
  • the term'diameter of the lens unit' is not covered by the measured diameter (D) or the non-transmissive mask 23 when the lens unit 22 is viewed from the plane of the plate-shaped base 21. It may mean the diameter (D) of the exposed area without.
  • the diameter D of the lens unit 22 may be 1 to 3 mm.
  • the size of the diameter D of the lens units 22 may be determined in consideration of the distance G between the centers of the lens units 22.
  • the distance G between the centers between the lens units 22 may be 4 to 6 mm.
  • each of the lens units 22 There may be a problem in that the adjacent and overlapped lens units 22 cannot function as an independent lens unit 22.
  • manufacturing may be difficult in consideration of the radius of curvature of the lens unit 22.
  • the diameter D of the lens unit 22 is smaller than 1 mm, the area exposed by the non-transmissive mask 23 is extremely small, and the area of the second laser light irradiated through the lens unit 22 is also small. As a result, there is a problem that hologram recording efficiency is deteriorated.
  • FIG. 5 is a view schematically illustrating only a partial area, specifically, a portion applied to a right pupil of a wearer, of an example of a head mounted display device according to another aspect of the present invention.
  • the head mounted display device 1000 includes a display lens 100 manufactured by a manufacturing method according to an aspect of the present invention and a holographic optical device 110 provided in the display lens 100 It may include an optical engine 200 for injecting image light radiating along the irradiation direction.
  • the holographic optical device 110 may be formed by recording a hologram on a photosensitive substrate formed by coating a photosensitive material on a light-transmitting film as an embodiment. In this case, the holographic optical device 110 is adhered to the lens 120 Thus, the display lens 100 can be configured.
  • the holographic optical device 110 is formed by coating a photosensitive material on the lens 120 and recording a hologram on the photosensitive material.
  • the formed holographic optical device recorded on the lens 120 and the photosensitive material may be configured in a stacked form 110).
  • the lens 120 is a translucent lens formed of transparent glass or polymer resin, external light can be transmitted as it is, so that the wearer of the head mounted display device 1000 can recognize objects and backgrounds of nature as it is, and at the same time, optical Light input through the engine 200 is diffracted in a form reflected by the reflective holographic optical device 110 so that the wearer may be displayed as a floating virtual image such as objects or backgrounds in nature.
  • the optical engine 200 is a device for injecting image light radiating toward the holographic optical element 110 in the display lens 100 manufactured by the manufacturing method according to an aspect of the present invention, and includes a laser beam scan projector, Display devices such as LCD and OLED may be used.
  • the RGB wavelength used for the optical engine 200 used in the other aspect of the present invention may be adjusted.
  • the R wavelength used in the optical engine 200 may be selected from 620 to 660 nm
  • the G wavelength may be selected from 520 to 560 nm
  • the B wavelength may be selected from 440 to 470 nm.
  • the incident angle of image light to the optical device may be selected from 40 to 70°
  • the divergence angle of image light may be selected from 20 to 60°.
  • the image light Li_a , L1_b) can form a plurality of different light reflection paths (Lo_a, Lo_a', Lo_a ⁇ ; Lo_b, Lo_b', Lo_b'') by diffraction and reflection, so that a plurality of exit pupils (EP1, EP2, EP3) can be implemented.
  • a plurality of exit pupils can be implemented. Even if the position is changed, since there are several exit pupils, the probability that the actual pupil and the exit pupil are matched can be increased, and thus, there is an advantage that it can be used in response to a wearer of various physical conditions.
  • 6 is a diagram illustrating an effect of a plurality of exit pupils implemented in the head mounted display device 1000 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 6 is a photograph of an image that a user can visually recognize using the head mounted display device 1000 implemented according to an embodiment of the present invention, and on the left side (assuming a change in the position of the pupil according to the actual user) It can be seen that even if the position is changed to a), the center (b) and the right (c), a clear image is implemented without multiple images or an area in which the image is not visible.

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Abstract

[요약] 본 발명의 일 측면에 따른 실시예는, 기재에 감광 재료가 코팅되어 형성되는 감광 기재에 레이저빔을 조사하여 홀로그램을 기록하는 홀로그래픽 광학소자를 포함하는 디스플레이 렌즈의 제조 장치에서, 상기 감광 기재의 일면에 조사 방향을 따라 수렴하는 제1 레이저광을 입사시키는 제1레이저광 입사 유닛과, 상기 감광 기재의 타면에 조사 방향을 따라 복수의 지점에서 발산하는 제2 레이저광을 입사시키는 제2레이저광 입사 유닛을 포함하는 디스플레이 렌즈의 제조 장치와 이를 이용하여 디스플레이 렌즈를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 디스플레이 렌즈를 포함하는 두부 장착형 디스플레이 장치를 제공한다. [대표도] 도 1

Description

디스플레이 렌즈의 제조 장치, 방법 및 이에 의해 제조된 디스플레이 렌즈를 포함하는 두부 장착형 디스플레이 장치
본 발명은 2019년 9월 27일에 한국특허청에 제출된 한국 특허출원 제10-2019-0120075호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 발명에 포함된다. 본 발명은 디스플레이 렌즈의 제조 장치, 방법 및 이에 의해 제조된 두부 장착형 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근 증강현실(AR: Augmented Reality), 혼합현실(MR: Mixed Reality), 또는 가상현실(VR: Virtual Reality)을 구현하는 디스플레이 장치에 관심이 커지면서, 이를 구현하는 디스플레이 장치에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있는 추세이다. 증강현실, 혼합현실, 또는 가상현실을 구현하는 디스플레이 유닛은 광의 파동적 성질에 기초한 회절 현상을 이용하는 회절 도광판을 포함하고 있다.
이러한 회절 도광판으로는 주로 복수의 요철 격자 패턴을 갖는 복수의 회절 광학소자를 구비하는 타입과, 간섭패턴이 기록된 감광재료로서 투과형 홀로그래픽 광학소자를 구비하는 타입이 이용된다.
한편, 회절 광학소자를 구비하는 타입의 경우에는 색 분리 효율이 낮아 이미지 크로스토크(image crosstalk)가 발생할 수 있다. 또한, 회절 광학소자 또는 투과형 홀로그래픽 광학소자를 구비하는 타입의 경우에는 전체적인 광 손실이 크게 발생할 수 있다.
반면, 반사형 홀로그래픽 광학소자를 구비하는 타입의 경우에는 색 분리 효율이 크고, 광 손실 또한 회절 광학소자/투과형 홀로그래픽 광학소자 대비 작지만, 아이 박스(Eye Box)의 크기를 결정하는 출사동공(Exit Pupil)의 수를 늘리기 어렵다는 단점이 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 실시예들의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 실시예들의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 복수의 출사동공을 구현하기 위한 반사형 홀로그래픽 광학소자를 구비하는 디스플레이 렌즈를 제조하는 장치, 방법 및 이에 의해 제조된 디스플레이 렌즈를 포함하는 두부 장착형 디스플레이 장치를 제공하기 위함이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 실시예는, 기재에 감광 재료가 코팅되어 형성되는 감광 기재에 레이저빔을 조사하여 홀로그램을 기록하는 홀로그래픽 광학소자를 포함하는 디스플레이 렌즈의 제조 장치에서, 상기 감광 기재의 일면에 조사 방향을 따라 수렴하는 제1 레이저광을 입사시키는 제1레이저광 입사 유닛; 및 상기 감광 기재의 타면에 조사 방향을 따라 복수의 지점에서 발산하는 제2 레이저광을 입사시키는 제2레이저광 입사 유닛을 포함하는 디스플레이 렌즈의 제조 장치를 제공한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2레이저광 입사 유닛은, 평행광을 발산광으로 변환시키도록 구성된 렌즈부가 일면에 복수 개 배열된 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 렌즈 어레이에 입사되는 평행광이 상기 각 렌즈부를 통해 복수의 지점에서 상기 감광 기재의 타면을 향하여 발산광인 상기 제2레이저광으로 조사될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 렌즈 어레이는, 상기 렌즈부가 배열된 측의 반대 측에 상기 렌즈부와 대면하는 영역 주변으로 비투광성 마스크가 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 렌즈부 간 중심 사이의 거리는 4 내지 6 mm 일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 렌즈부의 초점거리는 2 내지 10 mm 일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 렌즈부의 곡률 반경은 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
<수학식 1>
1/F = (n-1) * (1/R)
여기서, F 는 상기 렌즈부의 초점거리, n 은 상기 렌즈 어레이의 굴절률, R 은 상기 렌즈부의 곡률 반경을 의미한다.
본 실시예에 있어서, 상기 렌즈부의 직경은 1 내지 3 mm 일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 실시예는, (a) 기재에 감광 재료가 코팅되어 형성되는 감광 기재의 일면에 조사 방향을 따라 수렴하는 제1레이저광을 입사시키는 단계; 및 (b) 상기 (a)단계가 진행되는 동안 상기 감광 기재의 타면에 조사 방향을 따라 발산하는 제2레이저광을 입사시키는 단계;를 포함하며, 상기 (b) 단계는, 평행광을 발산광으로 변환시키도록 구성된 렌즈부가 일면에 복수 개 배열된 렌즈 어레이에 평행광을 입사시켜 상기 각 렌즈부를 통해 복수의 지점에서 상기 제2레이저광이 상기 감광 기재의 타면을 향하여 조사될 수 있도록 하는, 홀로그래픽 광학소자를 포함하는 디스플레이 렌즈의 제조 방법을 제공한다.
본 실시예에 있어서, 상기 기재는 투광성 렌즈일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 기재는 투광성 필름이며, 상기 제조 방법은 (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 거친 상기 감광 기재와 투광성 렌즈 사이에 투광성 접착제를 개재하여 상기 감광 기재와 상기 투광성 렌즈를 적층하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 실시예는, 본 발명의 일 측면에 따른 제조방법에 의해 제조된 디스플레이 렌즈; 및 상기 디스플레이 렌즈에 구비된 홀로그래픽 광학소자에 조사 방향을 따라 발산하는 이미지광을 입사시키는 광학 엔진을 포함하는, 두부 장착형 디스플레이 장치를 제공한다.
본 실시예에 있어서, 상기 디스플레이 렌즈에 형성되는 복수의 출사동공 중심간 이격거리는 4 내지 6 mm 일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 디스플레이 렌즈의 제조 장치 및 방법에 의해 제조된 반사형 홀로그래픽 광학소자에 광학 엔진을 이용하여 이미지 광을 입사시키면, 상기 홀로그래픽 광학소자는 임의의 위치에서 간섭성 특성이 서로 다른 복수의 홀로그램 패턴이 기록되어 때문에 반사에 의해 서로 다른 복수의 광반사 경로가 형성될 수 있어, 복수의 출사동공을 구현시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 디스플레이 렌즈의 제조 방법을 구현하기 위한 제조 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 디스플레이 렌즈의 제조 방법에 이용되는 렌즈 어레이의 개략적인 평면도이다.
도 3의 (a)는 렌즈부가 볼록하게 형성된 일 실시형태의 렌즈 어레이의 일부의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3의 (b)의 (b)는 렌즈부가 오목하게 형성된 다른 실시 형태의 렌즈 어레이의 일부의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 렌즈부의 곡률 반경에 따른 렌즈부의 초점거리 및 시야각을 시뮬레이레이션한 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 두부 장착형 디스플레이 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 측면에 따른 디스플레이 렌즈에 형성된 복수의 출사동공을 확인할 수 있는 도면이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 디스플레이 렌즈의 제조 방법을 구현하기 위한 제조 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 측면에 따른 디스플레이 렌즈의 제조 방법은, 가상 현실 또는 증강 현실을 구현하는 디스플레이 장치에 이용되는 디스플레이 렌즈를 제조하기 위한 것으로서, 감광 기재에 서로 간섭성(coherent)인 2개의 레이저 빔을 조사하여 홀로그램을 기록하여 형성되는 홀로그래픽 광학소자를 구비하는 디스플레이 렌즈를 제조한다.
본 발명의 일 측면에 따른 제조 방법을 통해 형성하고자 하는 홀로그래픽 광학소자는 광학 엔진에 의해 출사되는 이미지광이 입사되면 회절을 통해 반사되는 반사형 홀로그래픽 광학소자이며, 이 때 홀로그래픽 광학소자에 입사되는 이미지광의 입사각과 홀로그래픽 광학소자에 의해 반사되는 이미지광의 반사각은 서로 상이하여 비대칭 반사체(off-axis reflector)라고 불리우기도 한다.
이러한 홀로그래픽 광학소자는 감광 기재의 어느 일면 상에 물체파를 조사하고, 일면과 반대되는 감광 기재의 다른 면 상에 기준파를 조사하는 방식으로 제조될 수 있다고 알려져 있다.
본 발명의 일 측면의 실시예에 따른 디스플레이 렌즈의 제조 장치(A)는 기재(11)에 감광 재료(12)가 코팅되어 형성되는 감광 기재(10)에 레이저빔을 조사하여 홀로그램을 기록함으로써 홀로그래픽 광학소자를 포함하는 디스플레이 렌즈를 제조할 수 있다.
디스플레이 렌즈 제조 장치(A)는 감광 기재(10)의 일면(10a)에 조사 방향을 따라 수렴하는 제1레이저광(L1)을 입사시키는 제1레이저광 입사 유닛(B)과, 감광 기재(10)의 타면(10b)에 조사 방향을 따라 복수의 지점에서 발산하는 제2레이저광(L2a, L2b, L2c ...)을 입사시키는 제2레이저광 입사유닛(C)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태의 디스플레이 렌즈의 제조 장치(A)에서는 제1레이저광 입사유닛(B) 및 제2레이저광 입사유닛(C)으로 레이저 빔(LB)을 생성하여 진행시키는 레이저 장치(1)를 구비할 수 있다. 이 레이저 장치(1)는 RGB의 3 파장에 대응한 발광 파장의 3개의 레이저 광원(미도시) 및 3개의 레이저 광원로부터 각각 출력되는 레이저 빔이 동축으로 진행될 수 있도록 하는 콤바이너(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
레이저 장치(1)에 의해 동축으로 진행되는 레이저 빔(LB)은 빔 스플리터(2)에 의해 제1레이저광 입사유닛(B) 및 제2레이저광 입사유닛(C)을 향하여 2개의 경로로 분기되어 진행될 수 있다.
제1레이저광 입사 유닛(B)은 제1렌즈(3)와 제2렌즈(4)를 포함할 수 있다. 제1경로(P1)로 분기된 레이저 빔(LB1)은 제1렌즈(3)에 의해 지름이 확대되는 발산광(γ)으로 변환되었다가 제2렌즈(4)에 의해 수렴광(δ)으로 변환될 수 있으며, 이러한 수렴광(δ)이 감광 기재(10)의 일면(10a)에 입사되는 제1레이저광(L1)로 정의될 수 있다.
제2레이저광 입사 유닛(C)은 평행광(α)을 발산광(β)으로 변환시키도록 구성된 렌즈부(22)가 일면에 복수 개 배열된 렌즈 어레이(20)를 포함할 수 있다. 이 렌즈 어레이에 평행광(α)을 입사시켜 각 렌즈부(22)를 통해 복수의 지점에서 제2레이저광(L2a, L2b, L2c ...)이 감광 기재(10)의 타면(10b)을 향하여 조사될 수 있다.
또한, 제2레이저광 입사 유닛(C)은 제3렌즈(5)를 제4렌즈를 더 포함할 수 있다. 제2경로(P2)로 분기된 레이저 빔(LB2)은 제3렌즈(5)에 의해 지름이 확대되는 발산광(ε)으로 변환되었다가 제4렌즈(6)에 의해 평행광(α)으로 변환되며, 이러한 평행광(α)은 전술한 바와 같이 렌즈 어레이(20)에 의해 복수의 지점에서 발산광(β)으로 변환되어 조사될 수 있다. 여기서, 복수의 지점으로부터 조사되는 발산광(β)이 복수의 감광 기재(10)의 타면(10b)에 입사되는 제2레이저광(L2a, L2b, L2c ...)로 정의될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 렌즈의 제조 장치(A)에 의해, 렌즈 어레이(20)의 렌즈부(22)가 배열된 측의 반대 측에 넓게 평행광(α)을 입사시키면 렌즈부(22)가 배열된 측에서 각 렌즈부(22)를 통해 복수의 지점에서 발산광(β)으로 변환되어 복수의 제2레이저광(L2a, L2b, L2c,...)으로 조사되므로, 감광 기재(10) 상에 복수의 제2레이저광(L2a, L2b, L2c, ...)이 서로 중첩되는 영역을 용이하게 형성할 수 있다. 이렇게, 복수의 제2레이저광(L2a, L2b, L2c,...)이 서로 중첩되는 영역에서는 임의의 일 지점에 제1레이저광(L1)이 각각의 제2레이저광(L2a, L2b, L2c,...)과 모두 간섭되어, 해당 지점에서 간섭성 특성이 서로 다른 복수의 홀로그램이 기록될 수 있다. 이렇게 형성되는 홀로그래픽 광학소자에 소정의 이미지광이 입사되면 간섭성 특성이 서로 다른 복수의 홀로그램에 의한 회절 및 반사에 의해 서로 다른 복수의 광반사 경로를 형성할 수 있어, 복수의 출사동공을 용이하게 구현할 수 있다.
이하에서는 제1레이저광(L1) 및 제2레이저광(L2)이 감광 기재(10) 상에 입사되는 공정을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 측면의 실시예에 따른 디스플레이 렌즈의 제조방법은, (a) 기재(11)에 감광 재료(12)가 코팅되어 형성되는 감광 기재(10)의 일면(10a)에 조사 방향을 따라 수렴하는 제1레이저광(L1)을 입사시키는 단계; 및 (b) 상기 (a)단계가 진행되는 동안 감광 기재(10)의 타면(10b)에 조사 방향을 따라 발산하는 제2레이저광(L2a, L2b, L2c ...)을 입사시키는 단계;를 포함하며, 상기 (b) 단계는, 평행광(A)을 발산광(B)으로 변환시키도록 구성된 렌즈부(22)가 일면에 복수 개 배열된 렌즈 어레이(20)에 평행광(A)을 입사시켜 각 렌즈부(22)를 통해 복수의 지점에서 제2레이저광(L2a, L2b, L2c ...)이 감광 기재(10)의 타면(10b)을 향하여 조사될 수 있다.
기재(11)에는 홀로그램 기록을 위한 감광 재료(12)가 코팅되는데, 홀로그램 관련 분야에서는 홀로그래픽 광학소자의 복제에 사용될 수 있는 다양한 종류의 감광 재료가 공지되어 있으며, 이러한 재료가 제한없이 본 발명에서도 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 감광 재료로는, 포토폴리머(photopolymer), 포토레지스트(photoresist), 실버 팔라이드 에멀젼(silver halide emulsion), 중크롬산 젤라틴(dichromated gelatin), 포토그래픽 에멀젼(photographic emulsion), 포토써모플라스틱(photothermoplastic) 또는 광회절(photorefractive) 재료 등이 사용될 수 있다.
기재(11)는 일 실시형태로 투광성 렌즈로 제공될 수 있으며, 예를 들어 광학적으로 투명 또는 반투명한, 고굴절 유리 렌즈 또는 고굴절 플라스틱 렌즈로 제공될 수 있다.
기재(11)는 다른 실시형태로 투광성 필름 즉, 광학적으로 투명하면서 이방성이 없는 필름으로 제공될 수 있으며, 예를 들어, 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 또는 폴리에틸렌 테르프탈레이트(PET) 등을 포함하는 필름일 수 있으나, 특별히 제한되지는 않는다. 기재(11)가 투광성 필름으로 제공되는 경우, 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법은, (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 거쳐 홀로그램이 기록된 감광 기재(10)와 투광성 렌즈(미도시) 사이에 투광성 접착제를 개재하여 상기 감광 기재(10)와 상기 투광성 렌즈를 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 이로써, 홀로그래픽 광학 소자를 구비하는 디스플레이 렌즈가 제조될 수 있다.
투광성 렌즈 또는 투광성 필름으로 제공되는 기재(11)에 감광 재료(12)가 코팅되어 형성되는 감광 기재(10)를 이용하여, 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조되는 디스플레이 렌즈 또한 외계광이 투과될 수 있는 구조를 가지므로, 증강 현실을 구현할 수 있는 시스루(see-through) 렌즈로 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 디스플레이 렌즈의 제조 방법에 이용되는 렌즈 어레이의 개략적인 평면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 렌즈의 제조 방법에 이용되는 렌즈 어레이(20)는, 소정의 두께를 가지며 가시광에 투명한 판형 베이스(21)와, 판형 베이스(21)의 일면에 일체로 오목하게 또는 볼록하게 형성된 복수의 렌즈부(22)가 서로 이격되어 나열될 수 있다. 판형 베이스(21) 및 복수의 렌즈부(22)는 동일 소재로 일체로 제공될 수 있으며, 예를 들어, BK7, quartz와 같은 광학 유리(optical glass), 일반 투명 유리, 투명 플라스틱 등의 소재가 이용될 수 있다.
도 3의 (a)는 렌즈부가 볼록하게 형성된 일 실시형태의 렌즈 어레이의 일부의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3의 (b)는 렌즈부가 오목하게 형성된 다른 실시 형태의 렌즈 어레이의 일부의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
렌즈 어레이(20)는, 렌즈부(22)가 배열된 측(20a)의 반대 측(20b)에 렌즈부(22)와 대면하는 영역 주변으로 비투광성 마스크(23)가 배치될 수 있다. 비투광성 마스크(23)는 가시광을 차단할 수 있는 금속 박막일 수 있으며, Cr, Al, Mo 등과 같은 금속이 이용될 수 있다.
한편, 렌즈부(22) 간 중심 사이의 거리(G)는 일반적인 사람의 동공 크기와 동일 또는 그보다는 더 크게 형성될 필요가 있다. 렌즈부(22) 간 중심 사이의 거리(G)는 4 내지 6 mm 인 것이 바람직하다. 서로 인접한 2개의 렌즈부(22)를 통해 조사되는 복수의 제2레이저광은 감광 기재(10) 상에 서로 중첩되는 영역을 형성하여 임의의 지점에서 서로 다른 복수의 홀로그램을 기록하지만, 렌즈부(22) 간 중심 사이의 거리(G)가 4 mm 보다 작게 형성된 렌즈 어레이(20)를 이용하여 형성되는 홀로그래픽 광학소자에 입사된 이미지광은 서로 다른 복수의 광반사 경로로 반사되더라도 소정의 면적을 가지는 영상 기준으로는 사용자의 동공에 모두 도달하여 영상이 여러 개로 보이게 되는 문제를 유발할 수 있다. 한편, 렌즈부(22) 간 중심 사이의 거리(G)가 6 mm 보다 크게 형성된 렌즈 어레이(20)를 이용하여 형성되는 홀로그래픽 광학소자에 입사된 이미지광은 서로 다른 복수의 광반사 경로로 반사되어 복수의 출사동공을 형성하긴 하지만, 단위 면적당 출사동공의 수량은 작게 형성되어 착용자의 동공에 위치에 따라 영상이 보이지 않는 영역이 많아지게 되는 단점이 있다.
또한, 상기한 바와 같이, 렌즈부(22) 간 중심 사이의 거리(G)는 홀로그래픽 광학소자 내지 디스플레이 렌즈에 형성되는 복수의 출사동공 중심간 이격거리와 대응될 수 있다. 따라서, 복수의 출사동공 중심 간 이격거리도 4 내지 6 mm 의 범위에서 형성될 수 있다. 출사동공 중심 간 이격거리가 4 mm 보다 작게 형성되면 사용자에게 영상이 여러 개로 보이게 되는 문제를 유발할 수 있고, 출사동공 중심 간 이격거리가 . 6 mm 보다 크게 형성되면, 사용자의 동공 위치에 따라 영상이 보이지 않는 영역이 많아지게 된다.
한편, 렌즈부(22)의 초점거리(F)가 짧을수록 이러한 렌즈부(22)를 통해 기록되어 형성되는 홀로그래픽 광학소자는 넓은 시야각이 형성될 수 있다. 즉, 초점거리(F)가 짧은 렌즈부(22)를 이용할수록 넓은 시야각을 형성하는 홀로그래픽 광학소자의 제조에 유리한 측면이 있다. 홀로그래픽 광학소자의 시야각은 렌즈부(22)를 통해 조사되는 제2레이저광의 발산각과 실질적으로 동일할 수 있다. 다만, 렌즈부(22)의 초점거리가 너무 짧아지면 렌즈부(22)의 수차에 따른 영향으로, 이를 통해 기록되어 형성되는 홀로그래픽 광학소자에 의해 반사되는 이미지광의 영상은 왜곡될 가능성이 높아지는 문제가 있다.
따라서, 소정 수준의 시야각을 확보하면서 홀로그래픽 광학소자에 의해 반사되는 이미지광의 영상 왜곡을 방지하기 위한 홀로그래픽 광학소자의 기록을 위해, 렌즈부(22)의 초점거리(F)는 2 내지 10 mm 인 것이 바람직하다.
본 실시예에 있어서, 렌즈부(22)의 곡률 반경(R)은 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
<수학식 1>
1/F = (n-1) * (1/R)
여기서, F 는 렌즈부(22)의 초점거리, n 은 렌즈 어레이(20)의 굴절률, R 은 렌즈부(22)의 곡률을 의미한다.
렌즈 어레이(20)의 굴절률(n)이 1.5 mm 일 때, 렌즈부(22)의 초점거리(F)를 2 내지 10 mm 로 하는 경우, 적정 렌즈부(22)의 곡률 반경(R)은 수학식 1에 의해 1 내지 5 mm 일 수 있다.
도 4는 렌즈부(22)의 곡률 반경에 따른 렌즈부(22)의 초점거리 및 시야각을 시뮬레이레이션한 결과를 나타낸 도면이다.
시뮬레이션 대상이 되는 렌즈부(22) 및 렌즈 어레이(20)의 굴절률은 1.52로 가정하였다.
도 4의 (a)는 렌즈부(22)의 곡률 반경이 1.5 mm 인 경우로서, 수학식 1에 따라 렌즈부(22)의 초점거리(F)는 약 2.9 mm 로 산출되고, 렌즈부(22)의 시야각(FOV)은 약 60°로 산출되었다.
도 4의 (b)는 렌즈부(22)의 곡률 반경이 2.5 mm 인 경우로서, 수학식 1에 따라 렌즈부(22)의 초점거리(F)는 약 4.8 mm 로 산출되고, 렌즈부(22)의 시야각(FOV)은 약 40°로 산출되었다.
도 4의 (c)는 렌즈부(22)의 곡률 반경이 5 mm 인 경우로서, 수학식 1에 따라 렌즈부(22)의 초점거리(F)는 약 9.6 mm 로 산출되고, 렌즈부(22)의 시야각(FOV)은 약 20°로 산출되었다.
한편, 본 발명의 설명에서 용어 '렌즈부의 직경'은 렌즈부(22)가 판형 베이스(21)의 평면 기준으로 바라보았을 때, 측정되는 직경(D) 또는 비투광성 마스크(23)에 의해 가려지지 않고 노출된 영역의 직경(D)을 의미할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 렌즈부(22)의 직경(D)은 1 내지 3 mm 일 수 있다. 렌즈부(22)의 직경(D)의 크기는 렌즈부(22) 간 중심 사이의 거리(G)가 고려되어 결정될 수 있다. 예를 들어, 렌즈부(22) 간 중심 사이의 거리(G)는 4 내지 6 mm 일 수 있는데, 렌즈부(22)의 직경(D)이 4 mm 이상인 경우에는 각 렌즈부(22)가 서로 인접 및 중첩되어 독립적인 렌즈부(22)로서 기능하지 못하는 문제가 있을 수 있다. 또한, 렌즈부(22)의 직경(D)이 3 mm 보다 크면 렌즈부(22)의 곡률 반경을 고려하였을 때 제작이 어려운 경우가 있을 수 있다. 그리고, 렌즈부(22)의 직경(D)이 1 mm보다 작은 경우에는 비투광성 마스크(23)에 의해 노출되는 영역이 극히 작아져 렌즈부(22)를 통해 조사되는 제2레이저광의 면적 또한 작아지게 되어 홀로그램 기록 효율이 떨어지는 문제가 있다.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 두부 장착형 디스플레이 장치의 일 예를 일부 영역, 구체적으로는 착용자의 오른쪽 동공에 적용되는 부분만 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 측면에 따른 두부 장착형 디스플레이 장치(1000)는, 본 발명의 일 측면에 따른 제조방법에 의해 제조된 디스플레이 렌즈(100) 및 디스플레이 렌즈(100)에 구비된 홀로그래픽 광학소자(110)에 조사 방향을 따라 발산하는 이미지광을 입사시키는 광학 엔진(200)을 포함할 수 있다.
홀로그래픽 광학소자(110)는 일 실시형태로서 투광성 필름에 감광 재료가 코팅되어 형성되는 감광 기재에 홀로그램이 기록되어 형성된 것일 수 있으며, 이 경우 홀로그래픽 광학소자(110)는 렌즈(120)에 접착되어 디스플레이 렌즈(100)를 구성할 수 있다.
홀로그래픽 광학소자(110)는 다른 실시형태로서 렌즈(120)에 감광 재료가 코팅되어 이 감광 재료에 홀로그램이 기록되어 형성된 것으로서, 이 경우 렌즈(120)와 감광 재료에 기록된 형성된 홀로그램 광학소자(110)가 적층된 형태로 디스플레이 렌즈(100)를 구성할 수 있다.
상기 렌즈(120)가 투명한 유리 또는 고분자수지로 형성된 투광성 렌즈라면 외계광은 그대로 투과될 수 있으므로, 두부 장착형 디스플레이 장치(1000)의 착용자는 자연계의 사물, 배경 등을 그대로 인식할 수 있는 동시에, 광학 엔진(200)을 통해 입력된 광은 반사형 홀로그래픽 광학소자(110)에 의해 반사되는 형태로 회절되어 착용자로 하여금 자연계의 사물, 배경 등에 떠는 있는 허상으로 표시될 수 있다.
광학 엔진(200)은 본 발명의 일 측면에 따른 제조방법에 의해 제조된 디스플레이 렌즈(100)에 있어, 홀로그래픽 광학소자(110) 측으로 발산하는 이미지광을 입사시키는 장치로서, 레이저 빔 스캔 프로젝터, LCD, OLED 등의 디스플레이 장치가 이용될 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 측면에 따른 제조방법에 의한 디스플레이 렌즈(100) 제조시, 본 발명의 다른 측면에 이용되는 광학 엔진(200)에 이용되는 RGB 파장, 광학 엔진(200)의 위치, 광학 엔진(200)을 통해 출력되는 이미지광의 발산각 조건을 고려하여 제1레이저광 및 제2레이저광의 RGB 파장, 감광 기재(10)에 대한 제1레이저광 및 제2레이저광의 입사각을 조절할 수 있다. 예를 들어, 광학 엔진(200)에 이용되는 R 파장은 620 내지 660 nm, G 파장은 520 내지 560 nm, B 파장은 440 내지 470 nm 에서 선택될 수 있으며, 광학 엔진(200)을 통한 홀로그래픽 광학소자에 대한 이미지광의 입사각은 40 내지 70°에서 선택될 수 있으며, 이미지광의 발산각은 20 내지 60°에서 선택될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 두부 장착형 디스플레이 장치(1000)는 홀로그래픽 광학소자(110)의 임의의 위치에 간섭성 특성이 서로 다른 홀로그램이 기록되어 있기 때문에, 디스플레이 렌즈(100) 측으로 이미지광(Li_a, L1_b)을 입사시키면 회절 및 반사에 의해 서로 다른 복수의 광반사 경로(Lo_a, Lo_a', Lo_a''; Lo_b, Lo_b', Lo_b'')를 형성될 수 있어, 복수의 출사동공(EP1, EP2, EP3)을 구현시킬 수 있다. 출사동공이 많으면 많을수록 아이 모션 박스(Eye Motion Box)를 크게 형성할 수 있는데, 본 디스플레이 장치(1000)의 경우에는 복수의 출사동공을 구현할 수 있으므로, 착용자마다 디스플레이 렌즈(100)에 대한 실제 동공의 위치가 달라지더라도 출사동공이 여러 개로 존재하여 실제 동공과 출사동공이 매칭될 확률을 높일 수 있는 바, 다양한 신체 조건의 착용자에 대응하여 이용될 수 있는 장점이 있다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 두부 장착형 디스플레이 장치(1000)에서 구현되는 복수의 출사동공에 의한 효과를 확인할 수 있는 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 구현된 두부 장착형 디스플레이 장치(1000)를 사용하여 사용자가 시각적으로 인지할 수 있는 이미지를 촬상한 사진이며, 실제 사용자에 따른 동공의 위치 변화를 가정하여 좌측(a), 중앙(b) 및 우측(c)으로 위치가 달라지더라도 이미지가 여러 개로 보이거나 이미지가 보이지 않는 영역이 생기거나 하지 않고 선명한 이미지가 구현됨을 확인할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (12)

  1. 기재에 감광 재료가 코팅되어 형성되는 감광 기재에 레이저빔을 조사하여 홀로그램을 기록하는 홀로그래픽 광학소자를 포함하는 디스플레이 렌즈의 제조 장치에 있어서,
    상기 감광 기재의 일면에 조사 방향을 따라 수렴하는 제1 레이저광을 입사시키는 제1레이저광 입사 유닛; 및
    상기 감광 기재의 타면에 조사 방향을 따라 복수의 지점에서 발산하는 제2 레이저광을 입사시키는 제2레이저광 입사 유닛을 포함하는 디스플레이 렌즈의 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2레이저광 입사 유닛은,
    평행광을 발산광으로 변환시키도록 구성된 렌즈부가 일면에 복수 개 배열된 렌즈 어레이를 포함하며,
    상기 렌즈 어레이에 입사되는 평행광이 상기 각 렌즈부를 통해 복수의 지점에서 상기 감광 기재의 타면을 향하여 발산광인 상기 제2레이저광으로 조사되는, 디스플레이 렌즈의 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는, 상기 렌즈부가 배열된 측의 반대 측에 상기 렌즈부와 대면하는 영역 주변으로 비투광성 마스크가 배치되는, 디스플레이 렌즈의 제조 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 렌즈부 간 중심 사이의 거리는 4 내지 6 mm 인, 디스플레이 렌즈의 제조 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 렌즈부의 초점거리는 2 내지 10 mm 인, 디스플레이 렌즈의 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 렌즈부의 곡률 반경은 하기 수학식을 만족하는, 디스플레이 렌즈의 제조 장치:
    <수학식 1>
    1/F = (n-1) * (1/R)
    여기서, F 는 상기 렌즈부의 초점거리, n 은 상기 렌즈 어레이의 굴절률, R 은 상기 렌즈부의 곡률 반경을 의미한다.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 렌즈부의 직경은 1 내지 3 mm 인, 디스플레이 렌즈의 제조 장치.
  8. (a) 기재에 감광 재료가 코팅되어 형성되는 감광 기재의 일면에 조사 방향을 따라 수렴하는 제1레이저광을 입사시키는 단계;
    (b) 상기 (a)단계가 진행되는 동안 상기 감광 기재의 타면에 조사 방향을 따라 발산하는 제2레이저광을 입사시키는 단계;를 포함하며,
    상기 (b) 단계는, 평행광을 발산광으로 변환시키도록 구성된 렌즈부가 일면에 복수 개 배열된 렌즈 어레이에 평행광을 입사시켜 상기 각 렌즈부를 통해 복수의 지점에서 상기 제2레이저광이 상기 감광 기재의 타면을 향하여 조사될 수 있도록 하는, 홀로그래픽 광학소자를 포함하는 디스플레이 렌즈의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기재는 투광성 렌즈인, 디스플레이 렌즈의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 기재는 투광성 필름이며,
    상기 제조 방법은,
    (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 거친 상기 감광 기재와 투광성 렌즈 사이에 투광성 접착제를 개재하여 상기 감광 기재와 상기 투광성 렌즈를 적층하는 단계;를 포함하는, 디스플레이 렌즈의 제조 방법.
  11. 제8항의 제조방법에 의해 제조된 디스플레이 렌즈; 및
    상기 디스플레이 렌즈에 구비된 홀로그래픽 광학소자에 조사 방향을 따라 발산하는 이미지광을 입사시키는 광학 엔진을 포함하는, 두부 장착형 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 디스플레이 렌즈에 형성되는 복수의 출사동공 중심간 이격거리는 4 내지 6 mm 인, 두부 장착형 디스플레이 장치.
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