KR101742984B1 - 헤드 마운티드 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이는, 영상을 형성하는 광을 출력하는 마이크로 디스플레이(Micro display), 마이크로 디스플레이에서 출력되는 광을 평행광으로 만드는 시준 렌즈, 시준 렌즈를 통과한 광을 회절시키는 제1 홀로그래픽 광학 소자(HOE), 상기 제1 홀로그래픽 광학 소자(HOE)에 의해 회절된 광을 전반사시키는 광 가이드(Light Guide)부, 전반사되는 광을 회절시키는 제2 홀로그래픽 광학 소자(HOE), 및, 제2 홀로그래픽 광학 소자(HOE)의 배면에 배치되는 제1 광학 필터를 포함함으로써, 홀로그래픽 광학 소자의 광학 특성에 따른 영상 화질 저하를 방지할 수 있다.

Description

헤드 마운티드 디스플레이{Head Mounted Display}
본 발명은 헤드 마운티드 디스플레이에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 홀로그래픽 광학 소자의 광학 특성 등에 따른 화질 저하를 개선할 수 있는 헤드 마운티드 디스플레이에 관한 것이다.
헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display: HMD)는 안경, 헬멧처럼 머리에 쓰고 대형 영상을 이용할 수 있는 장치이다. 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)는 디스플레이 소자에서 표시하는 영상을 광학 부품들을 이용하여 사용자의 눈과 매우 근접한 위치로 전달할 수 있다.
한편, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)의 방식 중 하나로 외부 환경이 보이지 않는 시-클로즈드(See-close) 방식이 있다.
도 1은 씨클로즈드 방식의 헤드 마운티드 디스플레이의 개념도를 예시한다.
시-클로즈드(See-close) 방식은 패널과 렌즈 등 광학 부품(10)이 사용자의 눈앞에 거치되는 다이렉트 직시형 구조로 구성되어 앞에 외부 광경(external view)을 볼 수 없다. 시-클로즈드(See-close) 방식에서는 주위 환경은 볼 수 없고 디스플레이 소자에서 발산된 영상광만을 볼 수 있다.
한편, 이동 등 다른 동작 중에 외부 환경을 인식해야 할 필요성이 있으므로, 시-클로즈드(See-close) 방식은 사용자가 이동 중이거나 다른 작업 또는 일상 생활 중에 이용하기에는 불편한 점이 있다.
따라서, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)의 방식 중 외부 환경을 보면서도 영상을 이용할 수 있는 시-스루(See-through) 방식에 대한 연구가 증가하고 있다.
시-스루 방식은 디스플레이 소자와 디스플레이 소자에서 나온 빛을 사람의 눈까지 전달하기 위한 여러 개의 광학 부품을 포함하는 광학계로 구성되어 있다.
디스플레이 소자의 영상은 투명한 광학 부품 내부에서 반사되어 전달되고 사용자의 눈으로 들어오게 된다. 이러한 원리를 통해 사용자는 배경 영상과 디스플레이 영상을 동시에 볼 수 있다.
이러한 형태의 헤드 마운티드 디스플레이(HMD) 시스템은 배경과 디스플레이 영상을 동시에 볼 수 있기 때문에 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)를 착용하고 일상 생활을 하는데 지장이 없으며, IoT, 네비게이션(navigation) 등 다양하게 적용할 수 있다.
하지만 사용자의 눈으로 영상을 전달하기 위하여 유리 내부에 거울이나 프리즘을 사용하게 되는데, 가공이 어렵고 무게와 부피가 증가하게 된다. 이런 문제점을 해결하고자 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Element: HOE)를 사용한 헤드 마운티드 디스플레이(HMD) 시스템이 연구되고 있다.
또한, 이러한 연구에서 홀로그래픽 광학 소자의 광학 특성에 의한 색수차, 컬러(color) 불일치 등에 화질 저하 요인을 방지할 수 있는 방법에 대한 연구가 증가하고 있다.
본 발명의 목적은, 배경과 디스플레이 영상을 동시에 볼 수 있는 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 홀로그래픽 광학 소자의 광학 특성에 의한 색수차, 컬러 불일치 등 화질 저하를 방지하고 화질을 개선할 수 있는 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)를 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 헤드 마운티드 디스플레이는, 영상을 형성하는 광을 출력하는 마이크로 디스플레이(Micro display), 마이크로 디스플레이에서 출력되는 광을 평행광으로 만드는 시준 렌즈, 시준 렌즈를 통과한 광을 회절시키는 제1 홀로그래픽 광학 소자(HOE), 상기 제1 홀로그래픽 광학 소자(HOE)에 의해 회절된 광을 전반사시키는 광 가이드(Light Guide)부, 전반사되는 광을 회절시키는 제2 홀로그래픽 광학 소자(HOE), 및, 제2 홀로그래픽 광학 소자(HOE)의 배면에 배치되는 제1 광학 필터를 포함함으로써, 홀로그래픽 광학 소자의 광학 특성에 따른 영상 화질 저하를 방지할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 헤드 마운티드 디스플레이는, 영상을 형성하는 광을 출력하는 마이크로 디스플레이(Micro display), 마이크로 디스플레이에서 출력되는 광을 평행광으로 만드는 시준 렌즈, 시준 렌즈를 통과한 광을 회절시키는 제1 홀로그래픽 광학 소자(HOE), 마이크로 디스플레이와 제1 홀로그래픽 광학 소자(HOE) 사이에 배치되는 제2 광학 필터, 제1 홀로그래픽 광학 소자(HOE)에 의해 회절된 광을 전반사시키는 광 가이드(Light Guide)부, 및, 전반사되는 광을 회절시키는 제2 홀로그래픽 광학 소자(HOE)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 배경과 디스플레이 영상을 동시에 볼 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 홀로그래픽 소자의 광학 특성에 따른 영상 화질 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.
한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 시-클로즈드(See-close) 방식의 헤드 마운티드 디스플레이의 개념도를 예시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시-스루(See-through) 방식의 헤드 마운티드 디스플레이의 개념도를 예시한다.
도 3은 홀로그래픽 광학 소자의 원리를 설명하는 개념도이다.
도 4는 종래 홀로그래픽 광학 소자의 광학 특성에 따른 입력 영상과 출력 영상의 차이에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 구조들을 예시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
한편, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시-스루(See-through) 방식의 헤드 마운티드 디스플레이의 개념도를 예시한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이는, 영상을 형성하는 광을 출력하는 마이크로 디스플레이(Micro display, 210)와 홀로그래픽 광학 소자(HOE)를 구비하는 광학계(230, 250, 271, 272)를 포함할 수 있다.
상기 마이크로 디스플레이(210)는, 영상을 생성, 출력하는 장치로서 R, G, B 각 색상 성분으로 조합된 영상을 출력하게 된다.
한편, 상기 마이크로 디스플레이(210)는, 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD), 유기 EL(Organic Electro Luminescence) 디스플레이, 무기 EL 디스플레이 등일 수 있다. 또한, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 스캐닝 미러 등을 이용한 프로젝션(projection) 방식일 수도 있다.
상기 광학계는, 마이크로 디스플레이(210)에 표시된 영상을 사용자의 눈에 입사하여 적절한 크기로 보여지게 한다.
한편, 상기 광학계는, 상기 마이크로 디스플레이(210)에서 출력되는 광을 평행광으로 만드는 시준 렌즈(230), 상기 시준 렌즈(230)를 통과한 광을 회절시키는 제1 홀로그래픽 광학 소자(HOE, 271), 상기 제1 홀로그래픽 광학 소자(271)에 의해 회절된 광을 전반사시키는 광 가이드(Light Guide)부(250)와 상기 전반사되는 광을 회절시키는 제2 홀로그래픽 광학 소자(HOE, 272)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 홀로그래픽 광학 소자(271)와 상기 제2 홀로그래픽 광학 소자(272)는 반사형 홀로그래픽 광학 소자일 수 있다.
한편, 상기 제1 홀로그래픽 광학 소자(271)와 상기 제2 홀로그래픽 광학 소자(272)는 입사되는 광을 회절시켜 광의 경로를 변환할 수 있다. 상기 제1,2 홀로그래픽 광학 소자(271, 272)는 각각 내부에 광의 파장에 따라 회절되는 각도가 결정되도록 기록된 패턴 무늬를 포함되어 있다. 제1,2 홀로그래픽 광학 소자(271, 272)는 영상을 형성하는 광이 입력되면 기록된 패턴 무늬에 따라 소정 각도로 광을 회절시킬 수 있다.
홀로그래픽 광학 소자는 홀로그램을 광학소자로 사용할 경우 부르는 명칭으로 홀로그램에 기록된 파형을 재생시키거나 변형시켜서 원하는 파형을 얻도록 하는 광학 소자이다.
홀로그래픽 광학 소자는 여러 개의 빔에 의해 형성된 간섭무늬를 기록하여 회절격자 구조를 가지는 광학 소자일 수 있다.
도 3은 홀로그래픽 광학 소자의 원리를 설명하는 개념도이다. 더욱 상세하게는 도 3의 (a)는 홀로그래픽 광학 소자의 기록 과정을 예시하고, 도 3의 (b)는 홀로그래픽 광학 소자의 재생 과정을 예시한다.
먼저, 도 3의 (a)를 참조하면, 홀로그래픽 광학 소자(300)에는 소정 방향으로 레이저 광원에서 나오는 물체광(Object Beam)이 입사되고, 다른 방향으로 참조광(Reference Beam)이 입사될 수 있다.
이에 따라, 홀로그래픽 광학 소자(300) 상에 물체광과 참조광이 서로 간섭 현상을 일으켜 간섭 무늬를 기록하게 된다.
도 3의 (b)를 참조하면, 홀로그래픽 광학 소자(300)에 참조광과 같은 광선을 조사하면 간섭무늬가 회절격자의 역할을 해서 참조광이 입사한 방향과 다른 위치에서 광이 회절(diffraction) 된다. 이때 물체광의 방향에 기초한 방향으로 입사광이 회절하게 된다.
즉, 도 3의 (a)와 같이, 원하는 회절 각도를 가지도록 물체광과 참조광을 사용하여 홀로그래픽 광학 소자(300)에 간섭 무늬를 기록하고, 도 3의 (b)와 같이, 간섭 무늬가 기록된 홀로그래픽 광학 소자(300)에 기록에 사용된 참조광과 동일한 파장 대역의 광을 입력하면, 상기 기록시의 회절 각도로 회절시킬 수 있다.
한편, 홀로그래픽 광학 소자(300)는 색의 3원색인 R, G, B 에 대하여 각각의 레이저를 이용하여 간섭 무늬를 입력할 수 있으므로, 동일한 홀로그래픽 광학 소자(300)에 RGB 레이저를 동시에 조사함으로써 간섭 무늬를 입력하거나 RGB 각각의 간섭 무늬가 입력된 홀로그래픽 광학소자를 만든 후 적층할 수 있다.
상기 마이크로 디스플레이(210)에서 출력되는 영상은, RGB 각각의 색상 성분이 조합된 신호이므로, 홀로그래픽 광학 소자(300)는 RGB 각 색상 성분에 대해, 각각의 파장에 따라 소정 각도로 회절시키도록 구현될 수 있다.
한편, 광 가이드부(250)는 광을 내부 반사를 통해서 가이드할 수 있다.
따라서, 상기 제1 홀로그래픽 광학 소자(271)는 상기 시준 렌즈(230)를 통과한 광을 기설정된 소정 각도로 회절시킬 수 있고, 회절된 광은 광 가이드부(250) 내부에서 전반사되어 제2 홀로그래픽 광학 소자(272)로 전달될 수 있다.
한편, 제2 홀로그래픽 광학 소자(272)는 상기 전반사되는 광을 기설정된 소정 각도로 회절시켜, 광학계 외부의 사용자 눈에 전달할 수 있다.
상기와 같이 마이크로 디스플레이(230)에서 출력되는 영상을 형성하는 광은 광학계를 거쳐 사용자의 눈에 전달될 수 있다.
이 경우에, 사용자는 마이크로 디스플레이(230)에서 출력되는 영상을 허상(290)으로 인식할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이는, 외부 기기와 데이터를 송수신하는 인터페이스, 외부 소스로부터 들어온 영상신호가 마이크로 디스플레이(210)에서 디스플레이되도록 신호 처리하고, 헤드 마운티드 디스플레이의 전반적인 동작을 제어하는 프로세서, 전원을 공급하는 전원부, 소정 데이터를 저장하는 메모리 등을 더 포함할 수 있다.
도 4는 종래 홀로그래픽 광학 소자의 광학 특성에 따른 입력 영상과 출력 영상의 차이에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
상술한 헤드 마운티드 디스플레이는 홀로그래픽 광학 소자(HOE)의 광학 특성 및 색상(color)별 파장 대역의 차이에 의해서 회절 효율 및 회절 각도가 달라질 수 있다.
또한, 기록시 발생하는 기타 외부 인자 및 요인들로 인해 색수차 및 영상 선명도가 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
예를 들어, 도 4의 (a)와 같은 입력 영상이 입력된 경우에도, 광학계의 출력 영상은, 도 4의 (b)와 같이, 입력 영상에 포함되는 색상 성분들이 각각 다른 각도로 회절되고 번져서 흐려지거나 다른 색상 성분이 나타날 수 있다.
또한, 외부의 빛이 밝은 경우 마이크로 디스플레이(210)에서 표시되는 정보를 표현하는 빛의 양이 외부 빛의 양에 비해 충분히 크지 않을 수 있다. 이로 인하여 사용자의 눈에서 영상이 선명하게 인지되지 못할 수 있다.
따라서, 본 발명은 홀로그래픽 광학 소자의 광학 특성에 의한 화질 저하를 방지하고 화질을 개선할 수 있는 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)를 제안한다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 구조들을 예시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이는, 영상을 형성하는 광을 출력하는 마이크로 디스플레이(Micro display, 510), 마이크로 디스플레이(510)에서 출력되는 광을 평행광으로 만드는 시준 렌즈(530), 시준 렌즈(530)를 통과한 광을 회절시키는 제1 홀로그래픽 광학 소자(HOE, 571), 상기 제1 홀로그래픽 광학 소자(571)에 의해 회절된 광을 전반사시키는 광 가이드(Light Guide)부(550), 전반사되는 광을 회절시키는 제2 홀로그래픽 광학 소자(HOE, 572), 및, 제2 홀로그래픽 광학 소자(572)의 배면에 배치되는 제1 광학 필터(580)를 포함할 수 있다.
즉, 본 실시예는 헤드 마운티드 디스플레이의 외부로 광을 내보내는 제2 홀로그래픽 광학 소자(572)의 뒤쪽에 제1 광학 필터(580)를 배치시킬 수 있다.
한편, 상기 제1 홀로그래픽 광학 소자(571)와 제2 홀로그래픽 광학 소자(572)는 전면이 상기 광 가이드부(550)를 향하도록 배치될 수 있다.
한편, 상기 제1 필터(580)는 제2 홀로그래픽 광학 소자(572)의 배면에 코팅으로 형성되거나 부착될 수 있다 이에 따라 별도의 구조물의 추가가 없어, 소자의 두께를 줄일 수 있다.
한편, 상기 제1 홀로그래픽 광학 소자(571)와 제2 홀로그래픽 광학 소자(572)는 반사형 홀로그래픽 광학 소자일 수 있다. 또는, 실시예에 따라서는 투과형 홀로그래픽 광학 소자가 사용될 수도 있다.
본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이는 디스플레이되는 영상과 주변 환경을 같이 볼 수 있는 시-스루(See-through) 방식으로 다수의 투명 광학 소자가 사용된다. 따라서, 외부의 광도 투명한 광학 소자로 유입될 수 있다.
헤드 마운티드 디스플레이의 내부에서 홀로그래픽 광학 소자(HOE)에 의해 사용자의 눈까지 도달하는 빛의 양이 충분하지 않을 경우, 실제 세계의 강한 빛에 의해 마이크로 디스플레이(510)에서 눈까지 도달하는 정보는 상대적으로 그 크기가 작을 수 있다.
이 때문에 사용자는 마이크로 디스플레이(510)에서 출력하는 영상을 인식하기 힘들 수 있다.
따라서, 본 실시예는 광학계의 출력단 외부에 제1 광학 필터(580)를 배치하여 외부 광을 차단하거나 감소시킬 수 있다.
한편, 상기 제1 광학 필터(580)는, 외부 광 중 특정 파장 대역을 차단하는 광학 필터일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 광학 필터(580)는, 노치 필터(notch filter)일 수 있다. 노치 필터는 특정 주파수 또는 좁은 파장 대역만을 제거 또는 급격히 감소시키는 밴드 리젝트(Band reject) 필터이다.
도 6은 약 532nm의 파장 대역을 제거하는 노치 필터의 투과율 그래프를 도시한 것이다.
따라서, 홀로그래픽 광학 소자(HOE) 에 의해 눈까지 도달되는 파장에 대응하는 노치 필터를 출력 단의 외부에 설치하여 외부에서 들어오는 빛 중 특정 파장의 빛만 차단할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제거하고자 하는 파장 대역을 제외한 나머지 파장 대역의 투과율이 거의 100%로 높은 투과율을 보인다.
따라서, 주위 환경을 볼 수 있도록, 높은 투과도를 유지하면서, 동시에 필요한 파장에 대해 외부 빛의 양을 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 특정 파장에 대해 마이크로 디스플레이(510)에서 눈까지 도달하는 빛의 양의 비율을 높일 수 있다.
또한, 마이크로 디스플레이(510)에서 출력되는 영상을 구성하는 광은 적색, 녹색, 청색의 삼원색의 혼합광이므로, 상기 제1 광학 필터(580)는, 적색, 녹색, 청색의 파장 대역을 차단할 수 있다.
실제 세계의 빛은 가시광선 전 영역에 걸친 파장을 모두 포함하고 있는 반면에, 디스플레이들은 R/G/B 삼원색을 조합하여 색을 표현하고 있다.
또한, 일반적인 디스플레이 패널의 경우 각각의 R/G/B 광원은 약 50 nm 내외의 밴드폭(Band Width)을 가지고 있기 때문에, 각 광원의 파장대와 선폭에 대응하는 광학 필터, 예를 들어 노치 필터를 사용할 수 있다.
이에 따라, 디스플레이에서 사용하는 광과 동일한 파장 대역의 외부 광이 제거됨으로써 컨트라스트(contrast를 증가시켜 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 상기 제1 광학 필터는, 각각 적색, 녹색, 청색의 파장 대역을 차단하는 3개의 필터(581, 582, 583)로 구성될 수 있다.
즉, 상기 제1 광학 필터는, 적색에 대응하는 파장 대역을 차단하는 노치 필터(581), 녹색에 대응하는 파장 대역을 차단하는 노치 필터(582), 청색에 대응하는 파장 대역을 차단하는 노치 필터(583)를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 영상을 형성하는 광을 출력하는 마이크로 디스플레이(Micro display, 810), 마이크로 디스플레이(810)에서 출력되는 광을 평행광으로 만드는 시준 렌즈(830), 시준 렌즈를 통과한 광을 회절시키는 제1 홀로그래픽 광학 소자(HOE, 871), 마이크로 디스플레이(810)와 제1 홀로그래픽 광학 소자(871) 사이에 배치되는 제2 광학 필터(880), 제1 홀로그래픽 광학 소자(871)에 의해 회절된 광을 전반사시키는 광 가이드(Light Guide)부(850), 및, 전반사되는 광을 회절시키는 제2 홀로그래픽 광학 소자(HOE, 872)를 포함할 수 있다.
한편, 도 8과 같이, 상기 제2 광학 필터(880)는 시준 렌즈(830)와 광 가이드부(850) 사이에 배치될 수 있다. 또는, 상기 제2 광학 필터(880)는 마이크로 디스플레이(810)와 시준 렌즈(830) 사이에 배치될 수 있다.
즉, 본 실시예는 헤드 마운티드 디스플레이로 광이 입사되는 제1 홀로그래픽 광학 소자(871)의 앞쪽에 제2 광학 필터(880)를 배치시킬 수 있다.
한편, 상기 제1 홀로그래픽 광학 소자(871)와 제2 홀로그래픽 광학 소자(872)는 전면이 상기 광 가이드부(850)를 향하도록 배치될 수 있다.
한편, 상기 제2 필터(880)는 광 가이드부(850)의 전면, 더욱 상세하게는 광이 입사되는 면에 코팅으로 형성되거나 부착될 수 있다 이에 따라 별도의 구조물의 추가가 없어, 소자의 두께를 줄일 수 있다.
한편, 상기 제1 홀로그래픽 광학 소자(871)와 제2 홀로그래픽 광학 소자(872)는 반사형 홀로그래픽 광학 소자일 수 있다. 또는, 실시예에 따라서는 투과형 홀로그래픽 광학 소자가 사용될 수도 있다.
한편, 상기 제2 광학 필터(880)는, 외부 광 중 특정 파장 대역을 통과시키는 밴드패스(Bandpass) 필터일 수 있다.
본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이는 디스플레이되는 영상과 주변 환경을 같이 볼 수 있는 시-스루(See-through) 방식으로 다수의 투명 광학 소자가 사용된다. 따라서, 외부의 광도 투명한 광학 소자로 유입될 수 있다.
또한, 홀로그래픽 광학 소자(HOE)는 파장에 따라 회절 효율 및 회절 각도가 달라지며, 이에 의해 색수차가 발생할 수 있다.
따라서, 본 실시예는 광학계의 입력단 외부에 제2 광학 필터(880)를 배치하여, 특정 대역 외의 광만을 통과시켜 다른 파장 대역의 광에 의한 색수차를 방지할 수 있다.
예를 들어, 635 nm 파장의 빛이 홀로그래픽 광학 소자(HOE)에 수직 입사하고 51도로 회절되는 소자의 경우 출사각이 +8도가 되면 중심파장이 660nm, -8도는 605 nm 로 변화하여 이미지의 색수차를 유발할 수 있다.
이 경우에, 현재 10 nm 이하의 밴드폭을 갖는 밴드패스 필터가 제작 가능하므로, 이와 같은 필터를 입력단에 삽입함으로써 입사 및 출사 각도에 의한 색수차를 줄일 수 있다.
또한, 마이크로 디스플레이(510)에서 출력되는 영상을 구성하는 광은 적색, 녹색, 청색의 삼원색의 혼합광이므로, 상기 제2 광학 필터(880)는, 적색, 녹색, 청색의 파장 대역을 통과시킬 수 있다.
실제 세계의 빛은 가시광선 전 영역에 걸친 파장을 모두 포함하고 있는 반면에, 디스플레이들은 R/G/B 삼원색을 조합하여 색을 표현하고 있다.
또한, 일반적인 디스플레이 패널의 경우 각각의 R/G/B 광원은 약 50 nm 내외의 밴드폭(Band Width)을 가지고 있기 때문에, 각 광원의 파장대와 선폭에 대응하는 밴드패스 필터를 사용할 수 있다.
이에 따라, 디스플레이에서 사용하는 광은 통과하지만, 그 외 파장 대역의 외부 광이 제거됨으로써, 다른 파장 대역의 광에 의한 색수차를 방지할 수 있다
한편, 도 9를 참조하면, 상기 제2 광학 필터는, 각각 적색, 녹색, 청색의 파장 대역을 통과시키는 3개의 필터(881, 882, 883)로 구성될 수 있다.
즉, 상기 제2 광학 필터는, 적색에 대응하는 파장 대역을 통과시키는 밴드패스 필터(881), 녹색에 대응하는 파장 대역을 통과시키는 밴드패스 필터(882), 청색에 대응하는 파장 대역을 통과시키는 밴드패스 필터(883)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 홀로그래픽 광학 소자의 광학 특성에 의한 컬러 불일치, 색수차, 컨트라스트 저하 등 화질 저하를 방지하고 화질을 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다. 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
마이크로 디스플레이 패널: 210
시준렌즈: 230
광 가이드부: 250
HOE: 271, 272

Claims (14)

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  8. 영상을 형성하는 광을 출력하는 마이크로 디스플레이(Micro display);
    상기 마이크로 디스플레이에서 출력되는 광을 평행광으로 만드는 시준 렌즈;
    상기 시준 렌즈를 통과한 광을 회절시키는 제1 홀로그래픽 광학 소자(HOE);
    상기 마이크로 디스플레이와 상기 제1 홀로그래픽 광학 소자(HOE) 사이에 배치되어 외부 광 중 특정 파장 대역을 통과시키는 제2 광학 필터;
    상기 제1 홀로그래픽 광학 소자(HOE)에 의해 회절된 광을 전반사시키는 광 가이드(Light Guide)부; 및,
    상기 전반사되는 광을 회절시키는 제2 홀로그래픽 광학 소자(HOE);를 포함하고,
    상기 제2 광학 필터는 상기 시준 렌즈와 상기 광 가이드부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 광학 필터는,
    적색, 녹색, 청색의 파장 대역을 통과시키는 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 광학 필터는, 각각 적색, 녹색, 청색의 파장 대역을 통과시키는 3개의 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 홀로그래픽 광학 소자(HOE)와 제2 홀로그래픽 광학 소자(HOE)는전면이 상기 광 가이드부를 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제1 홀로그래픽 광학 소자(HOE)와 제2 홀로그래픽 광학 소자(HOE)는 반사형 홀로그래픽 광학 소자인 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제2 광학 필터는, 상기 광 가이드부의 전면에 코팅으로 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이.

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