KR20240019914A - 광학 장치 및 이를 포함하는 전자 디바이스 - Google Patents

Abstract

실시 예는, 프레임; 상기 프레임에 배치되어 영상을 생성하는 광학 장치; 상기 광학 장치와 연결되어 상기 광학 장치에서 생성된 이미지를 출력하는 디스플레이부; 및 상기 광학 장치와 연결되어 상기 프레임 내부로 배치되는 방열부;를 포함하는 전자 디바이스를 개시한다.

Description

광학 장치 및 이를 포함하는 전자 디바이스{OPTICAL DEVICEA AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}

실시 예는 광학 장치 및 이를 포함하는 전자 디바이스에 관한 것이다.

가상현실(Virtual Reality, VR)은 컴퓨터 등을 사용한 인공적인 기술로 만들어낸 실제와 유사하지만 실제가 아닌 어떤 특정한 환경이나 상황 혹은 그 기술 자체를 말한다.

증강현실(Augmented Reality, AR)은 실제 환경에 가상 사물이나 정보를 합성하여 원래의 환경에 존재하는 사물처럼 보이도록 하는 기술을 말한다.

혼합현실 (Mixed Reality, MR) 혹은 혼성현실 (Hybrid reality)은 가상 세계와 현실 세계를 합쳐서 새로운 환경이나 새로운 정보를 만들어 내는 것을 말한다. 특히, 실시간으로 현실과 가상에 존재하는 것 사이에서 실시간으로 상호작용할 수 있는 것을 말할 때 혼합현실이라 한다.

이 때, 만들어진 가상의 환경이나 상황 등은 사용자의 오감을 자극하며 실제와 유사한 공간적, 시간적 체험을 하게 함으로써 현실과 상상의 경계를 자유롭게 드나들게 한다. 또한 사용자는 이러한 환경에 단순히 몰입할 뿐만 아니라 실재하는 디바이스를 이용해 조작이나 명령을 가하는 등 이러한 환경 속에 구현된 것들과 상호작용이 가능하다.

최근, 이러한 기술분야에 사용되는 장비(gear, device)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 다만, 이러한 장비에 대한 추가 기능을 제공하는데 필요성이 대두되고 있다.

실시 예는 AR(Augmented Reality) 등에 사용되는 광학 장치 및 이를 포함하는 전자 디바이스를 사용함에 있어, 보다 김서림 현상을 용이하게 억제하는 광학 장치 및 전자 디바이스를 제공한다.

또한, 방열을 통해 신뢰성이 개선된 광학 장치 및 이를 포함하는 전자 디바이스를 제공한다.

또한, 에너지 효율이 향상된 광학 장치 및 이를 포함하는 전자 디바이스를 제공한다.

실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.

실시예에 따른 전자 디바이스는 프레임; 상기 프레임에 배치되어 영상을 생성하는 광학 장치; 상기 광학 장치와 연결되어 상기 광학 장치에서 생성된 이미지를 출력하는 디스플레이부; 및 상기 광학 장치와 연결되어 상기 프레임 내부로 배치되는 방열부;를 포함한다.

상기 광학 장치는, 복수 개의 렌즈가 배치되는 배럴; 상기 배럴의 측면에 형성되는 개구부; 상기 개구부와 결합되는 광원 장치;를 포함할 수 있다.

상기 광원 장치는

개구가 형성된 하우징; 상기 제2 광 가이드를 향하여 광을 방출하는 광원; 및

상기 광원에 연결된 기판;을 포함할 수 있다.

상기 방열부는 상기 기판과 접할 수 있다.

상기 방열부는 상기 하우징의 외측면 상에서 상기 프레임으로 연장될 수 있다.

상기 광학 장치는 영상 정보를 포함하는 광 신호를 생성하는 광 신호 생성부;를 포함하고, 상기 방열부는 상기 광 신호 생성부와 인접하게 연장될 수 있다.

상기 프레임에 배치되는 열공급부;를 포함할 수 있다.

상기 열공급부와 상기 방열부는 서로 이격 배치될 수 있다.

상기 프레임은 상부 영역; 및 상기 상부 영역 하부에 배치되는 하부 영역;을 포함하고, 상기 열공급부 및 상기 방열부 중 어느 하나는 상기 상부 영역에 배치되고, 상기 열공급부 및 상기 방열부 중 다른 하나는 상기 하부 영역에 배치될 수 있다.

상기 방열부는 상기 프레임의 외측면을 따라 배치될 수 있다.

실시 예에 따르면, AR(Augmented Reality) 등에 사용되는 광학 장치 및 이를 포함하는 전자 디바이스를 사용함에 있어 보다 김서림 현상을 용이하게 억제하는 광학 장치 및 전자 디바이스를 구현한다.

또한, 방열을 통해 신뢰성이 개선된 광학 장치 및 이를 포함하는 전자 디바이스를 구현할 수 있다.

또한, 에너지 효율이 향상된 광학 장치 및 이를 포함하는 전자 디바이스를 구현할 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 AI 장치의 실시예를 나타내는 개념도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 확장현실 전자 디바이스의 구성을 나타내는 블럭도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 증강현실 전자 디바이스의 사시도이고,
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이부에 적용 가능한 다양한 디스플레이 방식을 설명하기 위한 개념도이고,
도 7은 실시예에 따른 전자 디바이스의 측면도이고,
도 8은 실시예에 따른 전자 디바이스의 평면도이고,
도 9은 실시예에 따른 광학 장치의 개념도이고,
도 10은 실시예에 따른 광학 장치의 사시도이고,
도 11는 실시예에 따른 광학 장치의 분해 사시도이고,
도 12은 도 10에서 AA'로 절단하여 바라본 도면이고,
도 13은 도 12에서 K1부분의 확대도이고,
도 14는 도 12에서 K2부분의 확대도이고,
도 15는 다른 실시예에 따른 전자 디바이스의 측면도이고,
도 16은 다른 실시예에 따른 전자 디바이스의 평면도이고,
도 17은 또 다른 실시예에 따른 전자 디바이스의 측면도이고,
도 18은 또 다른 실시예에 따른 전자 디바이스의 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만 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 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

도 1은 AI 장치의 실시예를 나타내는 개념도이다.

도 1을 참조하면, AI 시스템은 AI 서버(16), 로봇(11), 자율주행 차량(12), XR 장치(13), 스마트폰(14) 또는 가전(15) 중에서 적어도 하나 이상이 클라우드 네트워크(10)와 연결된다. 여기서, AI 기술이 적용된 로봇(11), 자율주행 차량(12), XR 장치(13), 스마트폰(14) 또는 가전(15) 등을 AI 장치(11 내지 15)라 칭할 수 있다.

클라우드 네트워크(10)는 클라우드 컴퓨팅 인프라의 일부를 구성하거나 클라우드 컴퓨팅 인프라 안에 존재하는 네트워크를 의미할 수 있다. 여기서, 클라우드 네트워크(10)는 3G 네트워크, 4G 또는 LTE(Long Term Evolution) 네트워크 또는 5G 네트워크 등을 이용하여 구성될 수 있다.

즉, AI 시스템을 구성하는 각 장치들(11 내지 16)은 클라우드 네트워크(10)를 통해 서로 연결될 수 있다. 특히, 각 장치들(11 내지 16)은 기지국을 통해서 서로 통신할 수도 있지만, 기지국을 통하지 않고 직접 서로 통신할 수도 있다.

AI 서버(16)는 AI 프로세싱을 수행하는 서버와 빅 데이터에 대한 연산을 수행하는 서버를 포함할 수 있다.

AI 서버(16)는 AI 시스템을 구성하는 AI 장치들인 로봇(11), 자율주행 차량(12), XR 장치(13), 스마트폰(14) 또는 가전(15) 중에서 적어도 하나 이상과 클라우드 네트워크(10)를 통하여 연결되고, 연결된 AI 장치들(11 내지 15)의 AI 프로세싱을 적어도 일부를 도울 수 있다.

이 때, AI 서버(16)는 AI 장치(11 내지 15)를 대신하여 머신 러닝 알고리즘에 따라 인공 신경망을 학습시킬 수 있고, 학습 모델을 직접 저장하거나 AI 장치(11 내지 15)에 전송할 수 있다.

이 때, AI 서버(16)는 AI 장치(11 내지 15)로부터 입력 데이터를 수신하고, 학습 모델을 이용하여 수신한 입력 데이터에 대하여 결과 값을 추론하고, 추론한 결과 값에 기초한 응답이나 제어 명령을 생성하여 AI 장치(11 내지 15)로 전송할 수 있다.

또는, AI 장치(11 내지 15)는 직접 학습 모델을 이용하여 입력 데이터에 대하여 결과 값을 추론하고, 추론한 결과 값에 기초한 응답이나 제어 명령을 생성할 수도 있다.

<AI+로봇>

로봇(11)은 AI 기술이 적용되어, 안내 로봇, 운반 로봇, 청소 로봇, 웨어러블 로봇, 엔터테인먼트 로봇, 펫 로봇, 무인 비행 로봇 등으로 구현될 수 있다.

로봇(11)은 동작을 제어하기 위한 로봇 제어 모듈을 포함할 수 있고, 로봇 제어 모듈은 소프트웨어 모듈 또는 이를 하드웨어로 구현한 칩을 의미할 수 있다.

로봇(11)은 다양한 종류의 센서들로부터 획득한 센서 정보를 이용하여 로봇(11)의 상태 정보를 획득하거나, 주변 환경 및 객체를 검출(인식)하거나, 맵 데이터를 생성하거나, 이동 경로 및 주행 계획을 결정하거나, 사용자 상호작용에 대한 응답을 결정하거나, 동작을 결정할 수 있다.

여기서, 로봇(11)은 이동 경로 및 주행 계획을 결정하기 위하여, 라이다, 레이더, 카메라 중에서 적어도 하나 이상의 센서에서 획득한 센서 정보를 이용할 수 있다.

로봇(11)은 적어도 하나 이상의 인공 신경망으로 구성된 학습 모델을 이용하여 상기한 동작들을 수행할 수 있다. 예컨대, 로봇(11)은 학습 모델을 이용하여 주변 환경 및 객체를 인식할 수 있고, 인식된 주변 환경 정보 또는 객체 정보를 이용하여 동작을 결정할 수 있다. 여기서, 학습 모델은 로봇(11)에서 직접 학습되거나, AI 서버(16) 등의 외부 장치에서 학습된 것일 수 있다.

이 때, 로봇(11)은 직접 학습 모델을 이용하여 결과를 생성하여 동작을 수행할 수도 있지만, AI 서버(16) 등의 외부 장치에 센서 정보를 전송하고 그에 따라 생성된 결과를 수신하여 동작을 수행할 수도 있다.

로봇(11)은 맵 데이터, 센서 정보로부터 검출한 객체 정보 또는 외부 장치로부터 획득한 객체 정보 중에서 적어도 하나 이상을 이용하여 이동 경로와 주행 계획을 결정하고, 구동부를 제어하여 결정된 이동 경로와 주행 계획에 따라 로봇(11)을 주행시킬 수 있다.

맵 데이터에는 로봇(11)이 이동하는 공간에 배치된 다양한 객체들에 대한 객체 식별 정보가 포함될 수 있다. 예컨대, 맵 데이터에는 벽, 문 등의 고정 객체들과 화분, 책상 등의 이동 가능한 객체들에 대한 객체 식별 정보가 포함될 수 있다. 그리고, 객체 식별 정보에는 명칭, 종류, 거리, 위치 등이 포함될 수 있다.

또한, 로봇(11)은 사용자의 제어/상호작용에 기초하여 구동부를 제어함으로써, 동작을 수행하거나 주행할 수 있다. 이 때, 로봇(11)은 사용자의 동작이나 음성 발화에 따른 상호작용의 의도 정보를 획득하고, 획득한 의도 정보에 기초하여 응답을 결정하여 동작을 수행할 수 있다.

<AI+자율주행>

자율주행 차량(12)은 AI 기술이 적용되어, 이동형 로봇, 차량, 무인 비행체 등으로 구현될 수 있다.

자율주행 차량(12)은 자율주행 기능을 제어하기 위한 자율주행 제어 모듈을 포함할 수 있고, 자율주행 제어 모듈은 소프트웨어 모듈 또는 이를 하드웨어로 구현한 칩을 의미할 수 있다. 자율주행 제어 모듈은 자율주행 차량(12)의 구성으로써 내부에 포함될 수도 있지만, 자율주행 차량(12)의 외부에 별도의 하드웨어로 구성되어 연결될 수도 있다.

자율주행 차량(12)은 다양한 종류의 센서들로부터 획득한 센서 정보를 이용하여 자율주행 차량(12)의 상태 정보를 획득하거나, 주변 환경 및 객체를 검출(인식)하거나, 맵 데이터를 생성하거나, 이동 경로 및 주행 계획을 결정하거나, 동작을 결정할 수 있다.

여기서, 자율주행 차량(12)은 이동 경로 및 주행 계획을 결정하기 위하여, 로봇(11)과와 마찬가지로, 라이다, 레이더, 카메라 중에서 적어도 하나 이상의 센서에서 획득한 센서 정보를 이용할 수 있다.

특히, 자율주행 차량(12)은 시야가 가려지는 영역이나 일정 거리 이상의 영역에 대한 환경이나 객체는 외부 장치들로부터 센서 정보를 수신하여 인식하거나, 외부 장치들로부터 직접 인식된 정보를 수신할 수 있다.

자율주행 차량(12)은 적어도 하나 이상의 인공 신경망으로 구성된 학습 모델을 이용하여 상기한 동작들을 수행할 수 있다. 예컨대, 자율주행 차량(12)은 학습 모델을 이용하여 주변 환경 및 객체를 인식할 수 있고, 인식된 주변 환경 정보 또는 객체 정보를 이용하여 주행 동선을 결정할 수 있다. 여기서, 학습 모델은 자율주행 차량(12)에서 직접 학습되거나, AI 서버(16) 등의 외부 장치에서 학습된 것일 수 있다.

이 때, 자율주행 차량(12)은 직접 학습 모델을 이용하여 결과를 생성하여 동작을 수행할 수도 있지만, AI 서버(16) 등의 외부 장치에 센서 정보를 전송하고 그에 따라 생성된 결과를 수신하여 동작을 수행할 수도 있다.

자율주행 차량(12)은 맵 데이터, 센서 정보로부터 검출한 객체 정보 또는 외부 장치로부터 획득한 객체 정보 중에서 적어도 하나 이상을 이용하여 이동 경로와 주행 계획을 결정하고, 구동부를 제어하여 결정된 이동 경로와 주행 계획에 따라 자율주행 차량(12)을 주행시킬 수 있다.

맵 데이터에는 자율주행 차량(12)이 주행하는 공간(예컨대, 도로)에 배치된 다양한 객체들에 대한 객체 식별 정보가 포함될 수 있다. 예컨대, 맵 데이터에는 가로등, 바위, 건물 등의 고정 객체들과 차량, 보행자 등의 이동 가능한 객체들에 대한 객체 식별 정보가 포함될 수 있다. 그리고, 객체 식별 정보에는 명칭, 종류, 거리, 위치 등이 포함될 수 있다.

또한, 자율주행 차량(12)은 사용자의 제어/상호작용에 기초하여 구동부를 제어함으로써, 동작을 수행하거나 주행할 수 있다. 이 때, 자율주행 차량(12)은 사용자의 동작이나 음성 발화에 따른 상호작용의 의도 정보를 획득하고, 획득한 의도 정보에 기초하여 응답을 결정하여 동작을 수행할 수 있다.

<AI+XR>

XR 장치(13)는 AI 기술이 적용되어, HMD(Head-Mount Display), 차량에 구비된 HUD(Head-Up Display), 텔레비전, 휴대폰, 스마트 폰, 컴퓨터, 웨어러블 디바이스, 가전 기기, 디지털 사이니지, 차량, 고정형 로봇이나 이동형 로봇 등으로 구현될 수 있다.

XR 장치(13)는 다양한 센서들을 통해 또는 외부 장치로부터 획득한 3차원 포인트 클라우드 데이터 또는 이미지 데이터를 분석하여 3차원 포인트들에 대한 위치 데이터 및 속성 데이터를 생성함으로써 주변 공간 또는 현실 객체에 대한 정보를 획득하고, 출력할 XR 객체를 렌더링하여 출력할 수 있다. 예컨대, XR 장치(13)는 인식된 물체에 대한 추가 정보를 포함하는 XR 객체를 해당 인식된 물체에 대응시켜 출력할 수 있다.

XR 장치(13)는 적어도 하나 이상의 인공 신경망으로 구성된 학습 모델을 이용하여 상기한 동작들을 수행할 수 있다. 예컨대, XR 장치(13)는 학습 모델을 이용하여 3차원 포인트 클라우드 데이터 또는 이미지 데이터에서 현실 객체를 인식할 수 있고, 인식한 현실 객체에 상응하는 정보를 제공할 수 있다. 여기서, 학습 모델은 XR 장치(13)에서 직접 학습되거나, AI 서버(16) 등의 외부 장치에서 학습된 것일 수 있다.

이 때, XR 장치(13)는 직접 학습 모델을 이용하여 결과를 생성하여 동작을 수행할 수도 있지만, AI 서버(16) 등의 외부 장치에 센서 정보를 전송하고 그에 따라 생성된 결과를 수신하여 동작을 수행할 수도 있다.

<AI+로봇+자율주행>

로봇(11)은 AI 기술 및 자율주행 기술이 적용되어, 안내 로봇, 운반 로봇, 청소 로봇, 웨어러블 로봇, 엔터테인먼트 로봇, 펫 로봇, 무인 비행 로봇 등으로 구현될 수 있다.

AI 기술과 자율주행 기술이 적용된 로봇(11)은 자율주행 기능을 가진 로봇 자체나, 자율주행 차량(12)과 상호작용하는 로봇(11) 등을 의미할 수 있다.

자율주행 기능을 가진 로봇(11)은 사용자의 제어 없이도 주어진 동선에 따라 스스로 움직이거나, 동선을 스스로 결정하여 움직이는 장치들을 통칭할 수 있다.

자율주행 기능을 가진 로봇(11) 및 자율주행 차량(12)은 이동 경로 또는 주행 계획 중 하나 이상을 결정하기 위해 공통적인 센싱 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 자율주행 기능을 가진 로봇(11) 및 자율주행 차량(12)은 라이다, 레이더, 카메라를 통해 센싱된 정보를 이용하여, 이동 경로 또는 주행 계획 중 하나 이상을 결정할 수 있다.

자율주행 차량(12)과 상호작용하는 로봇(11)은 자율주행 차량(12)과 별개로 존재하면서, 자율주행 차량(12)의 내부 또는 외부에서 자율주행 기능에 연계되거나, 자율주행 차량(12)에 탑승한 사용자와 연계된 동작을 수행할 수 있다.

이 때, 자율주행 차량(12)과 상호작용하는 로봇(11)은 자율주행 차량(12)을 대신하여 센서 정보를 획득하여 자율주행 차량(12)에 제공하거나, 센서 정보를 획득하고 주변 환경 정보 또는 객체 정보를 생성하여 자율주행 차량(12)에 제공함으로써, 자율주행 차량(12)의 자율주행 기능을 제어하거나 보조할 수 있다.

또는, 자율주행 차량(12)과 상호작용하는 로봇(11)은 자율주행 차량(12)에 탑승한 사용자를 모니터링하거나 사용자와의 상호작용을 통해 자율주행 차량(12)의 기능을 제어할 수 있다. 예컨대, 로봇(11)은 운전자가 졸음 상태인 경우로 판단되는 경우, 자율주행 차량(12)의 자율주행 기능을 활성화하거나 자율주행 차량(12)의 구동부의 제어를 보조할 수 있다. 여기서, 로봇(11)이 제어하는 자율주행 차량(12)의 기능에는 단순히 자율주행 기능 뿐만 아니라, 자율주행 차량(12)의 내부에 구비된 네비게이션 시스템이나 오디오 시스템에서 제공하는 기능도 포함될 수 있다.

또는, 자율주행 차량(12)과 상호작용하는 로봇(11)은 자율주행 차량(12)의 외부에서 자율주행 차량(12)에 정보를 제공하거나 기능을 보조할 수 있다. 예컨대, 로봇(11)은 스마트 신호등과 같이 자율주행 차량(12)에 신호 정보 등을 포함하는 교통 정보를 제공할 수도 있고, 전기 차량의 자동 전기 충전기와 같이 자율주행 차량(12)과 상호작용하여 충전구에 전기 충전기를 자동으로 연결할 수도 있다.

<AI+로봇+XR>

로봇(11)은 AI 기술 및 XR 기술이 적용되어, 안내 로봇, 운반 로봇, 청소 로봇, 웨어러블 로봇, 엔터테인먼트 로봇, 펫 로봇, 무인 비행 로봇, 드론 등으로 구현될 수 있다.

XR 기술이 적용된 로봇(11)은 XR 영상 내에서의 제어/상호작용의 대상이 되는 로봇을 의미할 수 있다. 이 경우, 로봇(11)은 XR 장치(13)와 구분되며 서로 연동될 수 있다.

XR 영상 내에서의 제어/상호작용의 대상이 되는 로봇(11)은 카메라를 포함하는 센서들로부터 센서 정보를 획득하면, 로봇(11) 또는 XR 장치(13)는 센서 정보에 기초한 XR 영상을 생성하고, XR 장치(13)는 생성된 XR 영상을 출력할 수 있다. 그리고, 이러한 로봇(11)은 XR 장치(13)를 통해 입력되는 제어 신호 또는 사용자의 상호작용에 기초하여 동작할 수 있다.

예컨대, 사용자는 XR 장치(13) 등의 외부 장치를 통해 원격으로 연동된 로봇(11)의 시점에 상응하는 XR 영상을 확인할 수 있고, 상호작용을 통하여 로봇(11)의 자율주행 경로를 조정하거나, 동작 또는 주행을 제어하거나, 주변 객체의 정보를 확인할 수 있다.

<AI+자율주행+XR>

자율주행 차량(12)은 AI 기술 및 XR 기술이 적용되어, 이동형 로봇, 차량, 무인 비행체 등으로 구현될 수 있다.

XR 기술이 적용된 자율주행 차량(12)은 XR 영상을 제공하는 수단을 구비한 자율주행 차량이나, XR 영상 내에서의 제어/상호작용의 대상이 되는 자율주행 차량 등을 의미할 수 있다. 특히, XR 영상 내에서의 제어/상호작용의 대상이 되는 자율주행 차량(12)은 XR 장치(13)와 구분되며 서로 연동될 수 있다.

XR 영상을 제공하는 수단을 구비한 자율주행 차량(12)은 카메라를 포함하는 센서들로부터 센서 정보를 획득하고, 획득한 센서 정보에 기초하여 생성된 XR 영상을 출력할 수 있다. 예컨대, 자율주행 차량(12)은 HUD를 구비하여 XR 영상을 출력함으로써, 탑승자에게 현실 객체 또는 화면 속의 객체에 대응되는 XR 객체를 제공할 수 있다.

이 때, XR 객체가 HUD에 출력되는 경우에는 XR 객체의 적어도 일부가 탑승자의 시선이 향하는 실제 객체에 오버랩되도록 출력될 수 있다. 반면, XR 객체가 자율주행 차량(12)의 내부에 구비되는 디스플레이에 출력되는 경우에는 XR 객체의 적어도 일부가 화면 속의 객체에 오버랩되도록 출력될 수 있다. 예컨대, 자율주행 차량(12)은 차로, 타 차량, 신호등, 교통 표지판, 이륜차, 보행자, 건물 등과 같은 객체와 대응되는 XR 객체들을 출력할 수 있다.

XR 영상 내에서의 제어/상호작용의 대상이 되는 자율주행 차량(12)은 카메라를 포함하는 센서들로부터 센서 정보를 획득하면, 자율주행 차량(12) 또는 XR 장치(13)는 센서 정보에 기초한 XR 영상을 생성하고, XR 장치(13)는 생성된 XR 영상을 출력할 수 있다. 그리고, 이러한 자율주행 차량(12)은 XR 장치(13) 등의 외부 장치를 통해 입력되는 제어 신호 또는 사용자의 상호작용에 기초하여 동작할 수 있다.

[확장현실 기술]

확장현실(XR: eXtended Reality)은 가상현실(VR: Virtual Reality), 증강현실(AR: Augmented Reality), 혼합현실(MR: Mixed Reality)을 총칭한다. VR 기술은 현실 세계의 객체나 배경 등을 CG 영상으로만 제공하고, AR 기술은 실제 사물 영상 위에 가상으로 만들어진 CG 영상을 함께 제공하며, MR 기술은 현실 세계에 가상 객체들을 섞고 결합시켜서 제공하는 컴퓨터 그래픽 기술이다.

MR 기술은 현실 객체와 가상 객체를 함께 보여준다는 점에서 AR 기술과 유사하다. 그러나, AR 기술에서는 가상 객체가 현실 객체를 보완하는 형태로 사용되는 반면, MR 기술에서는 가상 객체와 현실 객체가 동등한 성격으로 사용된다는 점에서 차이점이 있다.

XR 기술은 HMD(Head-Mount Display), HUD(Head-Up Display), 휴대폰, 태블릿 PC, 랩탑, 데스크탑, TV, 디지털 사이니지 등에 적용될 수 있고, XR 기술이 적용된 장치를 XR 장치(XR Device)라 칭할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 확장현실을 제공하는 전자 디바이스에 대해 설명하기로 한다. 특히, 증강현실에 적용되는 광학 장치 및 이를 포함한 전자 디바이스에 대해 자세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 확장현실 전자 디바이스(20)의 구성을 나타내는 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 확장현실 전자 디바이스(20)는 무선 통신부(21), 입력부(22), 센싱부(23), 출력부(24), 인터페이스부(25), 메모리(26), 제어부(27) 및 전원 공급부(28) 등을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 구성요소들은 전자 디바이스(20)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 전자 디바이스(20)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 적은 구성요소들을 가질 수 있다.

보다 구체적으로, 위 구성요소들 중 무선 통신부(21)는, 전자 디바이스(20)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 디바이스(20)와 다른 전자 디바이스 사이, 또는 전자 디바이스(20)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(21)는, 전자 디바이스(20)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.

이러한 무선 통신부(21)는, 방송 수신 모듈, 이동통신 모듈, 무선 인터넷 모듈, 근거리 통신 모듈, 위치정보 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

입력부(22)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(22)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.

센싱부(23)는 전자 디바이스(20) 내 정보, 전자 디바이스(20)를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다.

예를 들어, 센싱부(23)는 근접센서(proximity sensor), 조도 센서(illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 촬영수단), 마이크로폰(microphone), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 전자 디바이스(20)는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.

출력부(24)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부, 음향 출력부, 햅틱 모듈, 광 출력부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 증강현실 전자 디바이스(20)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력수단으로써 기능함과 동시에, 증강현실 전자 디바이스(20)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.

인터페이스부(25)는 전자 디바이스(20)에 연결되는 다양한 종류의 외부장치와의 통로 역할을 수행한다. 인터페이스부(25)를 통해 전자 디바이스(20)는 외부장치로부터 가상현실 또는 증강현실 컨텐츠를 제공받을 수 있고, 다양한 입력 신호, 센싱 신호, 데이터를 주고받음으로써, 상호 인터랙션을 수행할 수 있다.

예를 들어, 인터페이스부(25)는 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 메모리(26)는 전자 디바이스(20)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(26)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. 메모리(26)는 전자 디바이스(20)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 전자 디바이스(20)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 전자 디바이스(20)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 전자 디바이스(20)상에 존재할 수 있다.

제어부(27)는 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자 디바이스(20)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(27)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리할 수 있다.

또한, 제어부(27)는 메모리(26)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써 구성요소들 중 적어도 일부를 제어하여 사여 사용자에게 적절한 정보를 제공하거나 기능을 처리할 수 있다. 나아가, 제어부(27)는 응용 프로그램의 구동을 위하여 전자 디바이스(20)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다. 나아가, 제어부(27)는 후술하는 디스플레이 방법에 대한 처리를 수행할 수 있다. 이러한 제어부(27)는 프로세서, 제어 유닛(control unit) 등으로 표현될 수 있다. 또한, 제어부(27)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다.

또한, 제어부(27)는 센싱부(23)에 포함된 자이로스코프 센서, 중력 센서, 모션 센서 등을 이용하여 전자 디바이스(20)나 사용자의 움직임을 감지할 수 있다. 또는 제어부(27)는 센싱부(23)에 포함된 근접센서, 조도센서, 자기센서, 적외선 센서, 초음파 센서, 광 센서 등을 이용하여 전자 디바이스(20)나 사용자 주변으로 다가오는 대상체를 감지할 수도 있다. 그 밖에도, 제어부(27)는 전자 디바이스(20)와 연동하여 동작하는 컨트롤러에 구비된 센서들을 통해서도 사용자의 움직임을 감지할 수 있다.

또한, 제어부(27)는 메모리(26)에 저장된 응용 프로그램을 이용하여 전자 디바이스(20)의 동작(또는 기능)을 수행할 수 있다.

전원 공급부(28)는 제어부(27)의 제어 하에서, 외부의 전원 또는 내부의 전원을 인가받아 전자 디바이스(20)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 전원 공급부(28)는 배터리를 포함하며, 배터리는 내장형 또는 교체가능한 형태로 마련될 수 있다.

위 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 전자 디바이스의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 전자 디바이스의 동작, 제어, 또는 제어방법은 메모리(26)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 전자 디바이스 상에서 구현될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 예로서 설명되는 전자 디바이스는 HMD(Head Mounted Display)에 적용되는 실시예를 기준으로 설명한다. 그러나 본 발명에 따른 전자 디바이스의 실시예에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 및 웨어러블 디바이스(wearable device) 등이 포함될 수 있다. 웨어러블 디바이스에는 HMD 이외에도 워치형 단말기(smart watch)와 컨택트 렌즈(Contact lens), VR/AR/MR Glass 등이 포함될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 증강현실 전자 디바이스의 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전자 디바이스는 프레임(100), 광학 장치(200) 및 디스플레이부(300)를 포함할 수 있다.

전자 디바이스는 글라스 타입(smart glass)으로 마련될 수 있다. 글라스 타입의 전자 디바이스는 인체의 두부에 착용 가능하도록 구성되며, 이를 위한 프레임(케이스, 하우징 등)(100)을 구비할 수 있다. 프레임(100)은 착용이 용이하도록 플렉서블 재질로 형성될 수 있다.

프레임(100)은 두부에 지지되며, 각종 부품들이 장착되는 공간을 마련한다. 도시된 바와 같이, 프레임(100)에는 광학 장치(200), 사용자 입력부(130) 또는 음향 출력부(140) 등과 같은 전자부품이 장착될 수 있다. 또한, 프레임(100)에는 좌안 및 우안 중 적어도 하나를 덮는 렌즈가 착탈 가능하게 장착될 수 있다.

사용자 입력부(130)는 상술한 입력부에 대응할 수 있다. 예컨대, 사용자 입력부(130)는 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다.

프레임(100)은 도면에 도시된 바와 같이, 사용자의 신체 중 안면에 착용되는 안경 형태를 가질 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고, 사용자의 안면에 밀착되어 착용되는 고글 등의 형태를 가질 수도 있다.

이와 같은 프레임(100)은 적어도 하나의 개구부를 구비하는 전면 프레임(110)과, 전면 프레임(110)과 교차하는 y 방향(도 3에서)으로 연장되어 서로 나란한 한 쌍의 측면 프레임(120)을 포함할 수 있다.

프레임(100)은 x 방향으로 길이(DI)와 y 방향으로 길이(LI)가 동일 또는 상이할 수 있다.

광학 장치(200)는 전자 디바이스에 구비되는 각종 전자부품을 제어하도록 마련된다.

광학 장치(200)는 사용자에게 보여지는 이미지 또는 이미지가 연속되는 영상을 생성할 수 있다. 광학 장치(200)는 이미지를 발생시키는 이미지 소스 패널과 이미지 소스 패널에서 발생된 빛을 확산 및 수렴하는 복수의 렌즈 등을 포함할 수 있다.

광학 장치(200)는 두 측면 프레임(120) 중 어느 하나의 측면 프레임(120)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 광학 장치(200)는 어느 하나의 측면 프레임(120) 내측 또는 외측에 고정되거나, 어느 하나의 측면 프레임(120)의 내부에 내장되어 일체로 형성될 수 있다. 또는 광학 장치(200)가 전면 프레임(110)에 고정되거나 전자 디바이스와 별도로 마련될 수도 있다.

디스플레이부(300)는 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display, HMD) 형태로 구현될 수 있다. HMD 형태란, 두부에 장착되어, 사용자의 눈 앞에 직접 영상을 보여주는 디스플레이 방식을 말한다. 사용자가 전자 디바이스를 착용하였을 때, 사용자의 눈 앞에 직접 영상을 제공할 수 있도록, 디스플레이부(300)는 좌안 및 우안 중 적어도 하나에 대응되게 배치될 수 있다. 본 도면에서는, 사용자의 우안을 향하여 영상을 출력할 수 있도록, 디스플레이부(300)가 우안에 대응되는 부분에 위치한 것을 예시하고 있다. 다만, 상술한 바와 같이 이에 한정되는 것은 아니며 좌안 우안에 모두 배치될 수도 있다.

디스플레이부(300)는 사용자가 외부 환경을 시각적으로 인지하면서, 동시에 광학 장치(200)에서 생성된 이미지가 사용자에게 보이도록 할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이부(300)는 프리즘을 이용하여 디스플레이 영역에 이미지를 투사할 수 있다.

그리고 디스플레이부(300)는 투사된 이미지와 전방의 일반 시야(사용자가 눈을 통하여 바라보는 범위)가 동시에 보이도록 하기 위해 투광성으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이부(300)는 반투명일 수 있으며, 글라스(glass)를 포함하는 광학 부재로 형성될 수 있다.

그리고 디스플레이부(300)는 전면 프레임(110)에 포함된 개구부에 삽입되어 고정되거나, 개부구의 배면[즉 개구부와 사용자 사이]에 위치하여, 전면 프레임(110)에 고정될 수 있다. 도면에는 디스플레이부(300)가 개구부의 배면에 위치하여, 전면 프레임(110)에 고정된 경우를 일 예로 도시하였지만, 이와 달리 디스플레이부(300)는 프레임(100)의 다양한 위치에 배치 및 고정될 수 있다.

전자 디바이스는 도 3에 도시된 바와 같이, 광학 장치(200)에서 이미지에 대한 이미지 광을 디스플레이부(300)의 일측으로 입사시키면, 이미지광이 디스플레이부(300)를 통하여 타측으로 출사되어, 광학 장치(200)에서 생성된 이미지를 사용자에게 보이도록 할 수 있다.

이에 따라, 사용자는 프레임(100)의 개구부를 통하여 외부 환경을 보면서 동시에 광학 장치(200)에서 생성된 이미지를 함께 볼 수 있게 된다. 즉, 디스플레이부(300)를 통하여 출력되는 영상은 일반 시야와 오버랩(overlap)되어 보일 수 있다. 전자 디바이스는 이러한 디스플레이 특성을 이용하여 현실의 이미지나 배경에 가상 이미지를 겹쳐서 하나의 영상으로 보여주는 증강현실(Augmented Reality, AR)을 제공할 수 있다.

나아가, 이러한 구동 이외에 사람이 인식하지 못하는 짧은 시간 동안 외부 환경과 광학 장치(200)에서 생성된 이미지가 시간차로 사용자에게 제공될 수 있다. 예컨대, 하나의 프레임 내에서 일 구간에서는 외부 환경이 사람에게 제공되고, 다른 구간에서는 광학 장치(200)로부터의 영상이 사람에게 제공될 수 있다.

또는, 오버랩과 시간차가 모두 제공될 수도 있다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이부에 적용 가능한 다양한 디스플레이 방식을 설명하기 위한 개념도이다.

구체적으로, 도 4은 프리즘 방식의 광학 부재의 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 5은 웨이브 가이드(waveguide, 또는 도파관) 방식의 광학 부재의 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 6는 표면 반사 방식의 광학 부재의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이부(300-1)에는 프리즘 방식의 광학 부재가 이용될 수 있다.

실시예로, 프리즘 방식의 광학 부재는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 이미지 광이 입사되는 표면과 출사되는 표면(300a)이 평면인 플랫(flat) 타입의 글라스 광학 부재가 이용되거나, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 이미지 광이 출사되는 표면(300b)이 일정한 곡률 반경이 없는 곡면으로 형성되는 프리폼(freeform) 글라스 광학 부재가 이용될 수 있다.

플랫(flat) 타입의 글라스 광학 부재는 광학 장치(200)에서 생성된 이미지 광을 평평한 측면으로 입사 받아 내부에 구비된 전반사 미러(300a)에 의해 반사되어, 사용자 쪽으로 출사할 수 있다. 여기서, 플랫(flat) 타입의 글라스 광학 부재 내부에 구비되는 전반사 미러(300a)는 레이저에 의해 플랫(flat) 타입의 글라스 광학 부재 내부에 형성될 수 있다.

프리폼(freeform) 글라스 광학 부재는 입사되는 표면으로부터 멀어질수록 두께가 얇아지도록 구성되어, 광학 장치(200)에서 생성된 이미지 광을 곡면을 가지는 측면으로 입사 받아, 내부에서 전반사하여 사용자 쪽으로 출사할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이부(300-2)에는 웨이브 가이드(waveguide, 또는 도파관) 방식의 광학 부재 또는 광 가이드 광학 부재(light guide optical element, LOE)가 이용될 수 있다.

이와 같은 웨이브 가이드(waveguide, 또는 도파관) 또는 광 가이드(light guide) 방식의 광학 부재는 실시예로, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같은 부분 반사 미러(Segmented Beam splitter) 방식의 글라스 광학 부재, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같은 톱니 프리즘 방식의 글라스 광학 부재, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같은 회절 광학 부재(Diffractive optical element, DOE)를 갖는 글라스 광학 부재, 도 5의 (d)에 도시된 바와 같은 홀로그램 광학 부재(hologram optical element, HOE)를 갖는 글라스 광학 부재, 도 5의 (e)에 도시된 바와 같은 수동 격자(Passive grating)를 갖는 글라스 광학 부재, 도 5의 (f)에 도시된 바와 같은 능동 격자(Active grating)를 갖는 글라스 광학 부재가 있을 수 있다.

도 5의 (a)에 도시된 바와 같은 부분 반사 미러(Segmented Beam splitter) 방식의 글라스 광학 부재는 도시된 바와 같이, 글라스 광학 부재 내부에서 광 이미지가 입사되는 쪽에 전반사 미러(301a)와 광 이미지가 출사되는 쪽에 부분 반사 미러(Segmented Beam splitter, 301b)가 구비될 수 있다.

이에 따라, 광학 장치(200)에서 생성된 광 이미지는 글라스 광학 부재 내부의 전반사 미러(301a)에 전반사되고, 전반사된 광 이미지는 글라스의 길이 방향을 따라 도광하면서, 부분 반사 미러(301b)에 의해 부분적으로 분리 및 출사되어, 사용자의 시각에 인식될 수 있다.

도 5의 (b)에 도시된 바와 같은 톱니 프리즘 방식의 글라스 광학 부재는 글라스의 측면에 사선 방향으로 광학 장치(200)의 이미지 광이 입사되어 글라스 내부로 전반사되면서 광 이미지가 출사되는 쪽에 구비된 톱니 형태의 요철(302)에 의해 글라스 외부로 출사되어 사용자의 시각에 인식될 수 있다.

도 5의 (c)에 도시된 바와 같은 회절 광학 부재(Diffractive optical element, DOE)를 갖는 글라스 광학 부재는 광 이미지가 입사되는 쪽의 표면에 제1 회절부(303a)와 광 이미지가 출사되는 쪽의 표면에 제2 회절부(303b)가 구비될 수 있다. 이와 같은 제1, 2 회절부(303a, 303b)는 글라스의 표면에 특정 패턴이 패터닝되거나 별도의 회절 필름이 부착되는 형태로 구비될 수 있다.

이에 따라, 광학 장치(200)에서 생성된 광 이미지는 제1 회절부(303a)를 통하여 입사되면서 회절하고, 전반사되면서 글라스의 길이 방향을 따라 도광하고, 제2 회절부(303b)를 통하여 출사되어, 사용자의 시각에 인식될 수 있다.

도 5의 (d)에 도시된 바와 같은 홀로그램 광학 부재(hologram optical element, HOE)를 갖는 글라스 광학 부재는 광 이미지가 출사되는 쪽의 글라스 내부에 아웃-커플러(out-coupler, 304)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 글라스의 측면을 통해 사선 방향으로 광학 장치(200)로부터 광 이미지가 입사되어 전반사되면서 글라스의 길이 방향을 따라 도광하고, 아웃 커플러(304)에 의해 출사되어, 사용자의 시각에 인식될 수 있다. 이와 같은 홀로그램 광학 부재는 구조가 조금씩 변경되어 수동 격자를 갖는 구조와 능동 격자를 갖는 구조로 보다 세분될 수 있다.

도 5의 (e)에 도시된 바와 같은 수동 격자(Passive grating)를 갖는 글라스 광학 부재는 광 이미지가 입사되는 쪽 글라스 표면의 반대쪽 표면에 인-커플러(in-coupler, 305a), 광 이미지가 출사되는 쪽 글라스 표면의 반대쪽 표면에 아웃-커플러(out-coupler, 305b)가 구비될 수 있다. 여기서, 인-커플러(305a)와 아웃-커플러(305b)는 수동 격자를 갖는 필름 형태로 구비될 수 있다.

이에 따라, 글라스의 입사되는 쪽 글라스 표면으로 입사되는 광 이미지는 반대쪽 표면에 구비된 인-커플러(305a)에 의해 전반사되면서 글라스의 길이 방향을 따라 도광하고, 아웃-커플러(305b)에 의해 글라스의 반대쪽 표면을 통하여 출사되어, 사용자의 시각에 인식될 수 있다.

도 5의 (f)에 도시된 바와 같은 능동 격자(Active grating)를 갖는 글라스 광학 부재는 광 이미지가 입사되는 쪽 글라스 내부에 능동 격자로 형성되는 인-커플러(in-coupler, 306a), 광 이미지가 출사되는 쪽 글라스 내부에 능동 격자로 형성되는 아웃-커플러(out-coupler, 306b)가 구비될 수 있다.

이에 따라, 글라스로 입사되는 광 이미지는 인-커플러(306a)에 의해 전반사되면서 글라스의 길이 방향을 따라 도광하고, 아웃-커플러(306b)에 의해 글라스의 밖으로 출사되어, 사용자의 시각에 인식될 수 있다.

변형예에 따른 디스플레이부로는 핀 미러(Pin Mirror) 방식의 광학 부재가 이용될 수 있다.

또한, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같은 freeform combiner 방식의 표면 반사 방식의 광학 부재는 결합기로서의 역할을 수행하기 위해 광 이미지의 입사각이 서로 다른 복수의 플랫한 면이 하나의 글라스로 형성되어, 전체적으로 곡면을 가지도록 형성된 freeform combiner글라스가 이용될 수 있다. 이와 같은 freeform combiner글라스(300)는 광 이미지 입사각이 영역별로 다르게 입사되어 사용자에게 출사될 수 있다.

도 6의 (b)에 도시된 바와 같은 Flat HOE 방식의 표면 반사 방식의 광학 부재는 플랫(flat)한 글라스의 표면에 홀로그램 광학 부재(HOE, 311)가 코팅되거나 패터닝되어 구비될 수 있으며, 광학 장치(200)에서 입사된 광 이미지가 홀로그램 광학 부재(311)를 통과하여 글라스의 표면에서 반사되어 다시 홀로그램 광학 부재(311)를 통과하여 사용자 쪽으로 출사될 수 있다.

도 6의 (c)에 도시된 바와 같은 freeform HOE 방식의 표면 반사 방식의 광학 부재는 freeform 형태의 글라스의 표면에 홀로그램 광학 부재(HOE, 313)가 코팅되거나 패터닝되어 구비될 수 있으며, 동작 원리는 도 6의 (b)에서 설명한 바와 동일할 수 있다.

도 7은 실시예에 따른 전자 디바이스의 측면도이고, 도 8은 실시예에 따른 전자 디바이스의 평면도이고, 도 9은 실시예에 따른 광학 장치의 개념도이고, 도 10은 실시예에 따른 광학 장치의 사시도이고, 도 11는 실시예에 따른 광학 장치의 분해 사시도이고, 도 12은 도 10에서 AA’로 절단하여 바라본 도면이고, 도 13은 도 12에서 K1부분의 확대도이고, 도 14는 도 12에서 K2부분의 확대도이다.

도 7 및 도 9을 참조하면, 실시예에 따른 전자 디바이스는 상술한 바와 같이 프레임(100), 광학 장치(200), 디스플레이부(300) 및 방열부(HD)를 포함할 수 있다.

프레임(100)은 상기와 같이 안경 테일 수 있다.

그리고 광학 장치(200)는 프레임(100)에 배치되어 영상을 생성할 수 있다. 이에, 광학 장치(200)는 광원을 포함할 수 있다.

그리고 디스플레이부(300)는 광학 장치(200)와 연결되어 광학 장치(200)에서 생성된 이미지를 출력할 수 있다. 이를 위해, 광학 장치(200)는 광 신호 생성부(230)를 포함할 수 있다.

방열부(HD)는 광학 장치(200)와 연결될 수 있다. 그리고 방열부(HD)는 프레임(100) 내부로 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 방열부(HD)에 의해 환경에 의해 발생하는 김서림 등의 현상을 용이하게 방지할 수 있다.

방열부(HD)는 광학 장치의 광원과 접할 수 있다. 이에, 광학 장치의 광원에 의해 발생하는 열이 용이하게 방출될 수 있다. 이로써, 사용자가 프레임을 착용하더라도 광학 장치에 의한 열로부터 피부 손상을 받지 않을 수 있다. 나아가, 광학 장치의 신뢰성이 향상될 수 있다.

이러한 방열부(HD)는 광학 장치(200) 중 광원 장치의 기판과 접할 수 있다. 보다 구체적으로, 광원과 접촉한 기판과 접할 수 있다. 이를 위해, 광원 장치에서 기판이 광원 장치의 하우징으로부터 노출될 수 있다. 즉, 노출된 면을 통해 방열부(HD)가 광원이 실장된 기판과 용이하게 접촉하고, 방열부가 방열을 용이하게 수행할 수 있다.

도 9 내지 도 12을 더 참조하면, 실시예에 따른 광학 장치(200)는 배럴(210), 렌즈(L) 및 제1 광 가이드(LG1)를 포함한다. 나아가, 광학 장치(200)는 배럴(210)의 측면에 형성된 개구부(OP)에 위치 또는 결합하는 광원 장치(220)와 배럴(210)에 인접한 광 신호 생성부(230)를 포함할 수 있다. 나아가, 광학 장치(200)는 배럴(210), 광원 장치(220) 및 광 신호 생성부(230)를 감싸는 커버(CV), 기판(커넥터 포함, 미도시됨)을 더 포함할 수 있다.

렌즈(L)는 복수 개일 수 있다. 예컨대, 렌즈(L)는 배럴(210)의 상부를 기준으로 순차로 배치된 복수 개의 렌즈를 포함할 수 있다. 예컨대, 렌즈(L)는 상부 첫번째 배치되는 제1 렌즈(L1), 제1 렌즈 후단에 배치되는 제2 렌즈(L2), 그리고 상부 마지막에 배치되는 제N 렌즈(Ln)를 포함할 수 있다. 여기서 N은 자연수로 2이상일 수 있다. 그리고 제N 렌즈(Ln)는 복수 개의 렌즈(L) 중 배럴(210)의 후단 또는 복수 개의 렌즈(L) 후단에 위치하는 광 신호 생성부(230)와 가장 인접하게 위치할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시예에서 제1 방향(X축 방향)은 광축에 대응할 수 있다. 또한, 제1 방향(X축 방향)은 광원 장치(220)로부터 출사된 광이 광 신호 생성부(230)에서 반사되어 상술한 디스플레이부로 출사되는 방향에 대응할 수 있다. 그리고 제2 방향(Y축 방향)은 제1 방향(Y축 방향)에 수직한 방향이다. 나아가, 제2 방향(Y축 방향)은 제1 광 가이드(LG1)에서 개구부(OP)를 향한 방향에 대응할 수 있다. 또한, 이하 명세서 또는 본 실시예에서는 제2 방향(Y축 방향)이 제1 광 가이드(LG1)에서 제2 광 가이드(LG2)를 향한 방향에 대응할 수 있다. 제1 광 가이드(LG1)는 제1 광 가이드부, 제1 가이드 부재로 칭할 수 있다. 또한, 제2 광 가이드(LG2)는 제2 광 가이드부, 제2 가이드 부재로 칭할 수 있다.

그리고 배럴(210)은 개구부(OP)에 대응한 홀을 더 포함할 수 있다. 실시예로, 배럴(210)은 배럴홀 또는 추가홀(210h)을 포함할 수 있다. 추가홀(210h)은 개구부(OP)와 마주보게 위치할 수 있다. 또는, 추가홀(210h)은 개구부(OP)와 제2 방향(Y축 방향)으로 중첩될 수 있다. 또는, 추가홀(210h)은 제N 렌즈(Ln)로부터 제1 방향으로 거리가 개구부(OP)와 제N 렌즈(Ln) 사이의 거리와 동일할 수 있다. 또는, 추가홀(210h)은 배럴(210)의 내측면에서 개구부(OP)의 위치에 대응하는 영역에 위치할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 추가홀(210h)을 통해 개구부(OP)에 결합된 또는 삽입된 또는 고정된 또는 연결된 광원 장치(220)에 용이하게 접합 부재를 도포할 수 있다. 이에, 배럴(210)과 광원 장치(220) 간의 결합력을 개선할 수 있다. 따라서 실시예에 따른 광학 장치(200)는 개선된 내구도, 내구성 또는 신뢰성을 가질 수 있다. 또는, 추가홀(210h)을 통해 개구부(OP)에 위치한 광원 장치(220)에 대한 광학 테스트도 용이하게 수행될 수 있다. 또는, 추가홀(210h)을 통해 배럴(210) 및 광원 장치(200)에 대한 유체(예, 에어(air))의 배출 또는 토출이 용이하게 수행될 수 있다. 이러한 추가홀(210h)의 존재 여부는 실시예에 따라 다양하게 적용될 수 있다. 예컨대, 추가홀(210h)은 상기한 바와 같이 배럴(210)의 측면에 배치될 수 있다. 또는 추가홀(210h)은 내구성 등을 고려하여 배럴(210)의 측면에 존재하지 않을 수 있다.

그리고 배럴(210) 내에는 복수 개의 렌즈(L)가 위치할 수 있다. 또한, 배럴(210) 내에는 제1 광 가이드(LG1)가 위치할 수 있다.

그리고 실시예에 따른 배럴(210)은 측면에 형성되는 개구부(OP)를 포함할 수 있다. 개구부(OP)의 형상은 원형, 다각형 등 다양한 형상을 포함할 수 있다. 그리고 이러한 개구부(OP)는 제1 광 가이드(LG1)의 위치에 대응할 수 있다.

실시예로, 개구부(OP)는 제1 광 가이드(LG1)와 광축의 수직한 방향으로 중첩될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 배럴(210)의 측부에 위치한 광원 장치(220)로부터 출사된 광이 제1 광 가이드(LG1)로 용이하게 입사될 수 있다.

그리고 제1 광 가이드(LG1)는 복수 개의 렌즈 중 두 개의 렌즈 사이에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 광 가이드(LG1)는 제1 렌즈(L1)와 제N 렌즈(Ln) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제1 광 가이드(LG1)는 제1 렌즈(L1)와 광 신호 생성부(230) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 제1 광 가이드(LG1)는 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2) 사이 또는 제2 렌즈(L2)와 제N 렌즈(Ln) 사이에 위치할 수 있다. 이러한 제1 광 가이드(LG1)의 다양한 위치에 대해서는 후술하는 바와 같이 다양한 실시예로 설명한다.

본 실시예에서, 제1 광 가이드(LG1)는 제2 렌즈(L2)와 제N 렌즈(Ln) 사이에 위치할 수 있다. 이에 따라, 제N 렌즈(Ln)는 제1 광 가이드(LG1)와 광 신호 생성부(230) 사이에 위치할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 광 가이드(LG1)에서 반사된 광이 광 신호 생성부(230)로 제공됨에 있어서, 적절한 광 경로가 확보될 수 있다. 또한, 반사된 광에 대한 굴절이 이루어질 수 있다. 이로써, 제1 광 가이드(LG1)의 소형화가 이루어질 수 있다.

제1 광 가이드(LG1)는 제1 프리즘을 포함할 수 있다. 제1 프리즘은 편광 프리즘일 수 있다. 또한, 제1 프리즘은 편광 분리 프리즘일 수 있다.

제1 프리즘은 제1 편광을 반사하고, 제2 편광을 투과할 수 있다. 예컨대, 광원 장치(220)로부터 제공된 또는 제1 광 가이드(LG1)로 입사된 광의 일부(제1 편광)가 제1 광 가이드(LG1)에서 반사되어 광 신호 생성부(230)로 제공될 수 있다. 그리고 제1 광 가이드(LG1)로 입사된 광의 다른 일부(제2 편광)이 제1 광 가이드(LG1)를 투과하여 배럴(210)에서 흡수될 수 있다.

그리고 개구부(OP)를 통해 광원 장치(220)에서 출사된 광이 제1 광 가이드(LG1)로 입사될 수 있다. 이를 위해, 상술한 바와 같이 개구부(OP)는 제1 광 가이드(LG1)가 위치한 영역에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 광 가이드(LG1)의 입사면은 개구부(OP)와 마주하게 위치할 수 있다. 또는, 배럴(210)에서 제1 광 가이드(LG1)의 위치는 제1 광 가이드(LG1)와 동일할 수 있다.

광원 장치(220)는 광원(223)을 포함하여 광을 생성(발생, 제공) 또는 출사할 수 있다. 실시예에 따른 광원 장치(220)는 개구부(OP)에 위치 또는 결합될 수 있다. 즉, 광원 장치(220)는 배럴(210)과 연결 또는 결합될 수 있다.

광원 장치(220)는 개구(222h)를 포함한 하우징(222), 하우징(2220) 내에 배치되는 제2 광 가이드(LG2), 및 제2 광 가이드(LG2)로 광을 제공하는 광원(223)을 포함할 수 있다.

나아가, 광원 장치(220)는 광원 장치(220)에서 외측에 배치되고 하우징(222)을 감싸는 광원 어셈블리(221), 광원(223)에 인접한 광원 렌즈(224), 및 하우징(222) 내에 위치한 중간렌즈(MO)를 포함할 수 있다.

광원 어셈블리(221)는 광원 장치(220)에서 최외측에 배치될 수 있다. 하우징(222) 내에 광원(223)의 실장이 어렵거나 추가 렌즈(광원 렌즈)의 실장이 필요한 경우, 광원 어셈블리(221)가 하우징(222) 외측에 위치할 수 있다. 광원 어셈블리(221)는 하우징(222)과 일체 또는 분리된 구조일 수 있다.

하우징(222)은 개구(222h)를 포함할 수 있다. 하우징(222)은 배럴(210)의 개구부(OP)에 인접하게 위치할 수 있다. 예컨대, 하우징(222)의 개구(222h)는 배럴(210)의 개구부(OP)에 대응하여 위치할 수 있다. 이에, 하우징(222)의 개구(222h)는 배럴(210)의 개구부(OP)와 제2 방향(Y축 방향)으로 중첩될 수 있다.

광원(223)은 하우징(222) 또는 광원 어셈블리(221) 내에 위치할 수 있다. 광원(223)은 광을 출사할 수 있다. 예컨대, 광원(223)으로부터 출사된 광은 하우징(222) 내의 제2 광 가이드(LG2)로 입사될 수 있다. 하우징(222) 내에는 제2 광 가이드(LG2)가 위치할 수 있다. 이에, 제2 광 가이드(LG2)는 광원(223)으로부터 출사된 광을 개구(222h) 또는 제1 광 가이드(LG1)로 전달할 수 있다.

그리고 광원(223)은 하나 이상일 수 있다. 즉, 광원 장치(220)에서 광원(223)은 단일 또는 복수 개일 수 있다. 예컨대, 광원(223)은 복수 개로, 제1 광원(223a), 제2 광원(223b) 및 제3 광원(223c)을 포함할 수 있다. 제1 광원(223a) 내지 제3 광원(223c)은 동일한 방향 또는 서로 다른 방향으로 광을 출사 할 수 있다. 예컨대, 제1 광원(223a)과 제3 광원(223c)은 마주보게 위치할 수 있다. 제1 광원(223a)과 제3 광원(223c)은 제1 방향(X축 방향)으로 중첩되게 위치할 수 있다. 그리고 제1 광원(223a)과 제3 광원(223c) 사이에는 제2 광 가이드(LG2)가 위치할 수 있다. 이에, 제2 광 가이드(LG2)는 제1 광원(223a)과 제3 광원(223c)과 중첩될 수 있다. 그리고 제2 광원(223b)은 제1 광원(223a)과 제3 광원(223c) 사이에 위치할 수 있다. 제1 광원(223a) 내지 제3 광원(223c)은 제2 광 가이드(LG2)를 향해 광을 출사할 수 있다. 그리고 제2 광원(223b)은 제2 광 가이드(LG2)와 제2 방향으로 중첩될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 광학 장치(200)는 컴팩트한 광원 장치(220)를 가질 수 있다.

또한, 제1 광원(223a), 제2 광원(223b) 및 제3 광원(223c) 각각은 서로 일부 동일 또는 상이한 파장 또는 색의 광을 출사할 수 있다. 예컨대, 제1 광원(223a), 제2 광원(223b) 및 제3 광원(223c) 각각은 적색, 녹색, 청색의 광을 출사할 수 있다.

제2 광 가이드(LG2)는 제2 프리즘을 포함할 수 있다. 제2 프리즘은 반사 부재로, 예컨대 X 프리즘(x-prism)을 포함할 수 있다. 실시예로, 제2 광 가이드(LG2) 또는 제2 프리즘은 적어도 2개 이상의 프리즘이 결합된 구조일 수 있다.

그리고 제2 프리즘은 적어도 2개 이상의 코팅면(반사부재 또는 반사시트)을 포함할 수 있다. 이러한 적어도 2개 이상의 코팅면 중 하나는 제1 파장의 빛과 제2 파장의 빛을 반사하고, 제3 파장의 빛을 투과할 수 있다. 즉, 코팅면은 소정의 파장 대역의 광을 반사할 수 있다. 이에, 복수 개의 광원(223)으로부터 출사된 광 각각에 대해 원하는 파장 대역의 광들이 각각 제2 광 가이드(LG2)에서 반사될 수 있다. 예컨대, 제2 광 가이드(LG2)를 통과한 광은 제1 광 가이드(LG1) 또는 중간렌즈(MO)로 제공될 수 있다.

광원 렌즈(224)는 광원(223)에 인접하게 위치할 수 있다. 예컨대, 광원 렌즈(224)는 복수 개일 수 있다. 광원 렌즈(224)는 각 광원(223)에서 출사된 광의 경로 상에 위치할 수 있다.

실시예로, 광원 렌즈(224)는 제2 광 가이드(LG2)와 광원(223) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 광원 렌즈(224)는 복수 개일 수 있다. 광원 렌즈(224)는 제2 광 가이드(LG2)와 광원(223) 사이에서 복수 개로 위치할 수 있다. 또는, 광원 렌즈(224)는 복수 개의 광원(223)에 각각에 대응하여 복수 개일 수 있다.

예컨대, 광원 렌즈(224)는 제1 광원 렌즈(224a), 제2 광원 렌즈(224b) 및 제3 광원 렌즈(224c)를 포함할 수 있다. 제1 광원 렌즈(224a)는 제1 광원(223a)과 제2 광 가이드(LG2) 사이에 위치할 수 있다. 제2 광원 렌즈(224b)는 제2 광원(223b)과 제2 광 가이드(LG2) 사이에 위치할 수 있다. 제3 광원 렌즈(224c)는 제3 광원(223c)과 제2 광 가이드(LG2) 사이에 위치할 수 있다.

또한, 제1 광원 렌즈(224a), 제2 광원 렌즈(224b) 및 제3 광원 렌즈(224c) 각각은 제1 광원(223a), 제2 광원(223b) 및 제3 광원(223c) 각각 상에 복수 개로 위치할 수 있다. 예컨대, 복수 개의 제1 광원 렌즈(224a) 중 어느 하나는 제1 광원(223a) 상에 위치하며 광원 어셈블리(221)와 결합할 수 있다. 그리고 복수 개의 제1 광원 렌즈(224a) 중 다른 하나는 상기 어느 하나와 제2 광 가이드(LG2) 사이에 위치하며, 하우징(222)과 결합할 수 있다.

그리고 제1 광원 렌즈(224a), 제2 광원 렌즈(224b) 및 제3 광원 렌즈(224c)는 시준렌즈 또는 콜리메이터(collimator)를 포함할 수 있다.

또한, 광원 어셈블리(221)에는 광원(223)과 연결된 기판(225)이 배치될 수 있다. 기판(225)은 광원(223)에 대응하여 적어도 하나일 수 있다. 예컨대, 복수 개의 기판(225)은 제1 기판(225a), 제2 기판(225b) 및 제3 기판(225c)을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 복수 개의 기판(225)은 일체로 하나의 기판이거나, 광원의 개수에 대응하여 복수 개일 수 있다.

또한, 기판(225)은 상술한 프레임(또는 디스플레이부) 내의 제어부 또는 프로세서와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에, 기판(225)은 외부 장치 또는 연결된 장치와 통신을 위한 커넥터를 포함할 수 있다. 나아가, 기판(225)은 광원(223) 외측에 배치되어 광원에서 발생하는 열을 외부로 배출할 수 있다. 이에, 광원 장치(220)의 신뢰성을 개선할 수 있다.

중간렌즈(MO)는 개구(222h)와 제2 광 가이드(LG2) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 중간렌즈(MO)는 제1 광 가이드(LG1)와 제2 광 가이드(LG2) 사이에 위치할 수 있다.

중간렌즈(MO)는 복수 개의 렌즈를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 중간렌즈(MO1) 및 제2 중간렌즈(MO2)를 포함할 수 있다. 다만, 후술하는 바와 같이, 중간렌즈(MO) 없이 제2 광 가이드(LG2)에서 반사된 광이 제1 광 가이드(LG1)로 직접 제공될 수도 있다.

제1 중간렌즈(MO1)는 제1 광 가이드(LG1)와 인접한 제1 면(MO1s1) 및 제1 면(MO1s1)에 대응하는 제2 면(MO1s2)을 포함할 수 있다. 광원(223)으로부터 출사된 광이 제2 광 가이드(LG2)를 지나 제2 면(MO1s2)과 제2 면(MO1s1)을 순차로 지나갈 수 있다.

제2 면(MO1s2)은 제2 광 가이드(LG2)를 향해 볼록할 수 있다. 또는, 제2 면(MO1s2)은 제1 광 가이드(LG1)를 향해 오목할 수 있다. 나아가, 제1 면(MO1s1)은 제2 광 가이드(Lg2)를 향해 볼록 또는 오목할 수 있다. 예컨대, 제1 중간렌즈(MO1)는 메니스커스 형상일 수 있다. 이와 같이 제2 면(MO1s2)이 제2 광 가이드(LG2)를 향해 볼록하여, 광이 중간렌즈(MO)를 통과하면서 집중될 수 있다. 이에 따라, 광 신호 생성부(230)로 제공되는 광의 균일성 또는 유니포미티(uniformity)가 향상될 수 있다. 다시 말해, 광 신호 생성부(230)에 입사되는 광은 면광일 수 있다. 그리고 면광의 균일성이 향상될 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학 장치(200)를 통해 디스플레이부로 출사되는 영상 신호 또는 영상의 정확도 또는 해상도가 개선될 수 있다.

제2 중간렌즈(MO2)는 마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 포함할 수 있다. 이에, 제2 광 가이드(LG2)를 통과한 광에 대한 면광화가 일부 수행될 수 있다.

나아가, 제2 중간렌즈(MO2)는 제2 광 가이드(LG2)와 크기가 상이할 수 있다. 또한, 제1 중간렌즈(MO1)는 제2 광 가이드(LG2)와 크기가 상이할 수 있다. 예컨대, 중간렌즈(MO2)는 제2 광 가이드(LG2) 대비 크기가 클 수 있다.

나아가, 복수 개의 렌즈(L), 중간렌즈(MO), 광원 렌즈(224)는 스페이서(SP)에 의해 위치가 유지될 수 있다. 예컨대, 배럴(210) 내에는 복수 개의 렌즈(L)에 인접한 복수 개의 스페이서(SP)가 존재할 수 있다. 또한, 광원 장치(220)의 하우징(222) 또는 광원 어셈블리(221)에는 중간렌즈(MO), 광원 렌즈(224)에 인접한 복수 개의 스페이서(SP)가 배치될 수 있다. 실시예로, 복수 개의 스페이서(SP)는 상술한 렌즈의 상부 또는 하부 측에 배치되어 렌즈의 위치를 고정 또는 유지할 수 있다.

광 신호 생성부(230)는 배럴(210)의 후단에 위치할 수 있다. 광 신호 생성부(230)는 렌즈(L)와 광축 또는 제1 방향(X축 방향)으로 중첩될 수 있다.

광 신호 생성부(230)는 제1 광 가이드(LG1)로 입사하여 반사된 후 제N 렌즈를 통과한 광을 영상 정보를 포함하는 광 신호로 바꿀 수 있다.

광 신호 생성부(230)는 제1 광 가이드(LG1)에서 반사된 광(제1 편광)을 반사할 수 있다. 광 신호 생성부(230)는 영상 정보를 포함한 광 신호를 생성할 수 있다. 즉, 광 신호 생성부(230)에서 반사된 광은 영상 정보를 포함한 광일 수 있다.

광 신호 생성부(230)는 실리콘 액정 표시 장치(Liquid Crystal on Silicon, LCoS)을 포함할 수 있다.

실리콘 액정 표시 장치는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor; 상보형 금속 산화막 반도체) 어레이를 가지는 실리콘 웨이퍼(Wafer; 반도체의 재료가 되는 얇은 원판)와 투명 전극(Indium Tin Oxide, ITO)으로 코팅된 반사 방지 부재(Anti Reflection, AR) 사이에 액정을 넣은 구조일 수 있다.

그리고 웨이퍼(실리콘 웨이퍼) 상에는 얼라인먼트 레이어(Alignment layer)가 형성되어 초기 액정배향을 형성할 수 있다.

나아가, 얼라인먼트 레이어 하부에 알루미늄층으로 형성되며 높은 광학적 반사율을 갖는 반사층 또는 반사전극이 위치할 수 있다. 반사전극은 실리콘 웨이퍼 상에 위치할 수 있다. 그리고 실리콘 웨이퍼에는 반도체 어레이(CMOS array)가 형성될 수 있다. 그리고 이러한 반도체 어레이로 패널을 통한 데이터 신호의 전송이 이루어질 수 있다.

이러한 광 신호 생성부(230)는 구동에 따라 입사되는 광의 적어도 일부를 반사할 수 있다. 그리고 광 신호 생성부(230)는 면 광원으로 입사된 광을 픽셀 별로 반사할 수 있다. 또한, 반사된 광의 세기도 변조 정도에 따라 조절될 수 있다. 예컨대, 광 신호 생성부(230)는 제1 편광을 제2 편광으로 일부 변조할 수 있다. 이에, 제2 편광으로 변조된 광은 제1 광 가이드(LG1), 제1 렌즈(L1)를 지나 디스플레이부로 제공될 수 있다.

즉, 광 신호 생성부(230)는 변조된 광 즉, 편광(Polarized Light)에 대한 지연(Retardation)을 변조시킬 수 있다. 광 신호 생성부(230)는 다양한 방식으로 제1 편광에 대한 지연을 수행할 수 있다. 즉, 각 픽셀에 위한 전압(전극의 전압 조절)을 조절하여 전계를 형성할 수 있다. 그리고 조절된 전압에 따라 액정에 대한 꼬인 정도도 조절될 수 있다. 예컨대, 최대 전압 시, 광 신호 생성부(230)에서 반사된 광은 제1 광 가이드(LG1)에서 모두 반사될 수 있다. 그리고 최소 전압 시, 광 신호 생성부(230)에서 반사된 광은 제2 광 가이드(LG1)에서 모두 투과될 수 있다. 다만, 전계에 따라 반대로 동작할 수도 있다. 또한, 중간 정도의 전압을 적용하면, 일부 광이 제1 광 가이드(LG1)를 투과할 수 있다. 즉, 디스플레이부로 제공되는 광의 세기(예, 밝기)가 중간 정도일 수 있다.

이처럼, 광 신호 생성부(230)에서 생성된 광 신호는 제N 렌즈(Ln) 및 제1 광 가이드(LG1)를 통해 제1 렌즈(L1)로 전달될 수 있다. 나아가, 광 신호 생성부(230)에서 생성된 광 신호는 적어도 일부가 제1 렌즈(L1)를 통과하여 디스플레이부로 입사할 수 있다.

추가로, 광 신호 생성부(230)와 제N 렌즈(Ln)(또는 제1 광 가이드) 사이에는 투명 부재(240)가 더 배치될 수 있다. 투명 부재(240)는 글라스(glass)일 수 있다. 투명 부재(240)는 배럴(210) 또는 커버(CV)와 결합할 수 있다. 나아가, 투명 부재(240)는 광 신호 생성부(230) 상에 위치할 수 있다. 이에, 광 신호 생성부(230)에 대한 이물 유입이 용이하게 차단될 수 있다. 그리고 투명 부재(240)는 광 신호 생성부(230)와 크기가 동일 또는 상이할 수 있다. 나아가, 투명 부재(240)는 광 신호 생성부(230)의 적어도 일부와 광축 방향 또는 제1 방향(X축 방향)으로 중첩될 수 있다.

나아가, 방열부(HD)는 하우징(222)의 외측면 상에서 프레임(100)으로 연장될 수 있다. 상술한 바와 같이 방열부(HD)는 하우징(222)의 외측면 상에 배치되고, 하우징(222)에서 노출된 기판(225)과 접촉할 수 있다. 이 때, 방열부(HD)는 광학 장치(200)의 내측면(200IS)에 위치하지 않을 수 있다. 즉, 방열부(HD)는 광학 장치(200)의 내측면(200IS)과 반대면에 위치할 수 있다. 나아가, 방열부(HD)는 프레임(100)의 내측면(100IS)과 반대면에 위치할 수 있다. 즉, 방열부(HD)는 프레임(100)의 내측면(100IS)을 따라 배치되지 않을 수 있다.

방열부(HD)는 하우징(222)의 외측면을 따라 연장되어 전면 측 프레임으로 연장될 수 있다. 또한, 방열부(HD)는 프레임 내측에서 글래스 또는 렌즈(GL)의 가장자리를 다라 연장될 수 있다.

나아가, 방열부(HD)는 광 신호 생성부(230)와 인접하게 연장될 수 있다. 예컨대, 방열부(HD)는 광원 장치(220)에서 광 신호 생성부(230)의 하측으로 연장될 수 있다. 이에, 광원 뿐만 아니라, 광 신호 생성부(230)에 의해 발생하는 열도 외부로 용이하게 방출될 수 있다. 이 때, 방열부(HD)는 상술한 바와 같이 광학 장치(200IS)의 내측면이 아닌 반대면 즉 외측면을 따라 연장될 수 있다. 이에 따라, 착용자가 열감을 거의 느끼지 않을 수 있다. 즉, 방열부(HD)는 광 신호 생성부(230) 하측에서 광학 장치(200)의 외측면을 따라 광원 장치의 측면을 따라 상부로 연장될 수 있다.

도 13를 더 살펴보면, 광원 장치(220)의 각 광원(223)으로부터 출사된 광(La, Lb, Lc)는 광원 렌즈(224), 제2 광 가이드(LG2) 및 중간렌즈(MO)를 통과할 수 있다. 예컨대, 제1 광원(223a) 내지 제3 광원(223b) 각각으로부터 출사된 제1 광(La), 제2 광(Lb) 및 제3 광(Lc)은 제2 광 가이드(LG2)에서 동일한 방향으로 출사될 수 있다.

예컨대, 제2 광 가이드(LG2)는 제1 코팅면(LG2a)과 제2 코팅면(LG2b)을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 이러한 적어도 2개 이상의 코팅면 중 하나는 제1 파장의 광, 제2 파장의 광, 제3 파장의 광 중 일부를 반사할 수 있다. 예컨대, 제1 파장은 적색 광의 파장 대역을 포함한다. 제2 파장은 녹색 광의 파장 대역을 포함한다. 제3 파장은 청색 광의 파장 대역을 포함한다.

또한, 제1 코팅면(LG2a)은 제1 광(La) 또는 제1 파장의 광을 반사할 수 있다. 즉, 제1 코팅면(LG2a)은 제2 광(Lb)과 제3 광(Lc)을 투과할 수 있다. 다시 말해, 제1 코팅면(LG2a)은 제2 파장의 광 및 제3 파장의 광을 투과할 수 있다.

제2 코팅면(LG2b)은 제2 광(Lb) 또는 제2 파장의 광을 반사할 수 있다. 즉, 제2 코팅면(LG2b)은 제1 광(La)과 제3 광(Lc)을 투과할 수 있다. 다시 말해, 제2 코팅면(LG2b)은 제1 파장의 광 및 제3 파장의 광을 투과할 수 있다.

이에, 제2 광 가이드(LG2)에서 제1 광(La)은 중간렌즈(MO) 또는 개구부(OP)로 반사 또는 입사될 수 있다. 그리고 제2 광 가이드(LG2)에서 제2 광(Lb)은 중간렌즈(MO) 또는 개구부(OP)로 반사 또는 입사될 수 있다. 또한, 제2 광 가이드(LG2)에서 제3 광(Lc)은 중간렌즈(MO) 또는 개구부(OP)로 반사 또는 입사될 수 있다.

이에, 광원(223)에서 출사된 광(IL 또는 (La, Lb, Lc))이 제1 광 가이드(LG)로 입사될 수 있다. 이 때, 제1 광 가이드(LG)로 입사되는 광은 제1 입사광(IL)일 수 있다.

도 14를 더 살펴보면, 제1 입사광(IL)은 제1 광 가이드(LG1)에서 일부 반사되고 일부 투과될 수 있다. 즉, 제1 광 가이드(LG1)는 제1 입사광(IL)의 제1 편광(ILa)을 반사하고 제2 편광(ILb)을 투과할 수 있다. 예컨대, 제1 편광(ILa)과 제2 편광(ILb) 각각은 S/P 광 중 서로 다른 하나일 수 있다. 이에, 제1 입사광(IL)의 일부인 제1 편광(ILa)이 제N 렌즈(Ln)를 거쳐 광 신호 생성부(230)로 제공될 수 있다. 그리고 제2 편광(ILb)은 배럴(210)에 흡수되거나 추가홀(210h)로 제공될 수 있다.

도 15는 다른 실시예에 따른 전자 디바이스의 측면도이고, 도 16은 다른 실시예에 따른 전자 디바이스의 평면도이고, 도 17은 또 다른 실시예에 따른 전자 디바이스의 측면도이고, 도 18은 또 다른 실시예에 따른 전자 디바이스의 평면도이다. 이하에서 설명하는 내용을 제외하고 상술한 프레임, 광학 장치, 디스플레이부 및 방열부에 대한 내용이 상술한 내용과 동일하게 적용될 수 있다.

도 15 내지 도 16을 참조하면, 실시예에 따른 전자 디바이스는 프레임(100)에 배치되는 열공급부(HL)를 더 포함할 수 있다.

열공급부(HL)는 프레임(100) 내측에 위치할 수 있다. 즉, 열공급부(HL)는 방열부(HD)와 같이 프레임(100) 내측에서 렌즈(GL)의 가장자리를 둘러쌀 수 있다. 이에, 김서림 등을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

열공급부(HL)는 광학 장치(200)와 전기적으로 연결될 수도 있다. 나아가, 열공급부(HL)는 전자 디바이스 내의 컨트롤러 또는 제어부와 전기적으로 연결될 수 있다. 또는 열공급부(HL)는 광학 장치 내의 컨트롤러 또는 제어부와 전기적으로 연결될 수 있다.

방열부(HD)와 열공급부(HL)는 외부로부터의 습기에 의한 영향을 줄이기 위해, 실링부재(예, 에폭시)에 의해 실링될 수 있다. 나아가, 렌즈에 온도 차이에 의한 김서림 현상이 발생하는 경우 방열부(HD)에 의해 충분히 김서림이 제거되지 않을 때 열공급부(HL)는 부족한 열을 보충할 수 있다.

나아가, 열공급부(HL)와 방열부(HD)는 서로 이격 배치될 수 있다. 이에, 방열부(HD)가 열공급부(HL)로부터 발생한 열로부터 영향을 최소한으로 받을 수 있다. 즉, 방열부(HD)는 열공급부(HL)로부터 발생한 열이 아닌 광원 및 기판으로부터 발생한 열을 효율적으로 방출할 수 있다.

예컨대, 열공급부(HL)와 방열부(HD)는 소정 거리 이격되더라도, 프레임 내에서 나란하게 연장될 수 있다. 이에, 김서림 현상 발생을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.

도 17 및 도 18을 더 살펴보면, 상술한 바와 같이 열공급부(HL)는 프레임(100) 내측에 위치할 수 있다. 즉, 열공급부(HL)는 방열부(HD)와 같이 프레임(100) 내측에서 렌즈(GL)의 가장자리를 둘러쌀 수 있다. 이에, 김서림 등을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

열공급부(HL)는 광학 장치(200)와 전기적으로 연결될 수도 있다. 나아가, 열공급부(HL)는 전자 디바이스 내의 컨트롤러 또는 제어부와 전기적으로 연결될 수 있다. 또는 열공급부(HL)는 광학 장치 내의 컨트롤러 또는 제어부와 전기적으로 연결될 수 있다.

방열부(HD)와 열공급부(HL)는 외부로부터의 습기에 의한 영향을 줄이기 위해, 실링부재(예, 에폭시)에 의해 실링될 수 있다. 나아가, 렌즈에 온도 차이에 의한 김서림 현상이 발생하는 경우 방열부(HD)에 의해 충분히 김서림이 제거되지 않을 때 열공급부(HL)는 부족한 열을 보충할 수 있다.

나아가, 열공급부(HL)와 방열부(HD)는 서로 이격 배치될 수 있다. 이에, 방열부(HD)가 열공급부(HL)로부터 발생한 열로부터 영향을 최소한으로 받을 수 있다.

본 실시예에서, 프레임(100)은 상부 영역(US)과 하부 영역(BS)을 포함할 수 있다. 상부 영역(US)과 하부 영역(BS)은 렌즈(GL)를 이등분할 수 있다. 이 때, 방열부(HD) 및 열공급부(HL) 중 어느 하나는 상부 영역(US)과 하부 영역(BS) 중 어느 하나에 배치될 수 있다. 그리고 방열부(HD) 및 열공급부(HL) 중 다른 하나는 상부 영역(US)과 하부 영역(BS) 중 다른 하나에 배치될 수 있다. 예컨대, 상부 영역(US)에 방열부(HD)가 위치할 수 있다. 그리고 하부 영역(BS)에 열공급부(HL)가 위치할 수 있다.

또한, 변형예로, 방열부(HD)는 프레임(100) 내에서 렌즈(GL)의 가장자리를 따라 렌즈(GL)를 둘러싸도록 배치되나, 열공급부(HL)는 프레임(100) 내에서 일부 영역에 위치할 수 있다. 이에, 김서림을 효과적으로 제거하기 위해, 열공급부(HL)는 상대적으로 하부영역 또는 상부 영역에 높은 비율로 위치할 수 있다.

이러한 구성에 의하여, 에너지 효율 및 효과적인 김서림 현상 억제가 이루어질 수 있다.

Claims (10)

1. 프레임;
   상기 프레임에 배치되어 영상을 생성하는 광학 장치;
   상기 광학 장치와 연결되어 상기 광학 장치에서 생성된 이미지를 출력하는 디스플레이부; 및
   상기 광학 장치와 연결되어 상기 프레임 내부로 배치되는 방열부;를 포함하는 전자 디바이스.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 광학 장치는,
   복수 개의 렌즈가 배치되는 배럴;
   상기 배럴의 측면에 형성되는 개구부;
   상기 개구부와 결합되는 광원 장치;를 포함하는 전자 디바이스.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 광원 장치는
   개구가 형성된 하우징;
   제2 광 가이드를 향하여 광을 방출하는 광원; 및
   상기 광원에 연결된 기판;을 포함하는 전자 디바이스.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 방열부는 상기 기판과 접하는 전자 디바이스.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 방열부는 상기 하우징의 외측면 상에서 상기 프레임으로 연장되는 전자 디바이스.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 광학 장치는 영상 정보를 포함하는 광 신호를 생성하는 광 신호 생성부;를 포함하고,
   상기 방열부는 상기 광 신호 생성부와 인접하게 연장되는 전자 디바이스.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 프레임에 배치되는 열공급부;를 포함하는 전자 디바이스.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 열공급부와 상기 방열부는 서로 이격 배치되는 전자 디바이스.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 프레임은 상부 영역; 및 상기 상부 영역 하부에 배치되는 하부 영역;을 포함하고,
   상기 열공급부 및 상기 방열부 중 어느 하나는 상기 상부 영역에 배치되고,
   상기 열공급부 및 상기 방열부 중 다른 하나는 상기 하부 영역에 배치되는 전자 디바이스.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 방열부는 상기 프레임의 외측면을 따라 배치되는 전자 디바이스.

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