KR102059760B1

KR102059760B1 - 프리즘식 ar 표시 장치

Info

Publication number: KR102059760B1
Application number: KR1020187015805A
Authority: KR
Inventors: 추이 하이밍
Original assignee: 저텍 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2019-12-26
Also published as: EP3686649A1; US10690912B2; JP6909790B2; WO2019056409A1; JP2019533176A; US20190285883A1; CN107422484B; KR20190039658A; CN107422484A; EP3686649A4

Abstract

본 발명은 프리즘식 AR 표시 장치를 제공하는 바, 장치는 제1 축을 따라 순차적으로 배열된 LCOS 표시 칩, 편광 분광 프리즘 PBS, 이중 접합 렌즈, 제1 단일 렌즈 및 분광 프리즘, 및 상기 제1 축에 수직되는 제2 축 상에 설치되고 상기 PBS에 인접하는 LCOS 조명 장비를 포함하고; 여기서, 상기 이중 접합 렌즈의 부렌즈는 상기 PBS에 인접하고, 정렌즈는 상기 제1 단일 렌즈에 인접하며; 상기 분광 프리즘의 제1 입광면은 상기 제1 단일 렌즈에 인접하고, 광축은 상기 제1 단일 렌즈의 광축과 중합되고; 상기 분광 프리즘의 제2 입광면의 광축은 상기 제1 입광면의 광축에 수직되고 상기 제2 입광면은 제1 출광면과 대향된다. 본 발명에서 제공하는 프리즘식 AR 표시 장치는 사람 눈으로 하여금 가상과 현실이 앨리어싱된 이미지를 볼 수 있도록 함과 동시에, 가상 이미지의 색차를 감소시켰다.

Description

프리즘식 AR 표시 장치

본 출원은 2017년 9월 19일에 제출된 발명의 명칭이 “프리즘식 AR 표시 장치”인 제2017108478566호 중국 특허 출원을 인용하고 있으며, 이는 인용을 통해 전부 본 출원에 포함된다.

본 발명은 AR 기술분야에 관한 것으로, 특히 프리즘식 AR 표시 장치에 관한 것이다.

증강 현실 기술Augmented Reality, AR로 약칭)은 실시간으로 카메라 이미지의 위치 및 각도를 계산하고, 관련 이미지, 비디오 및 3D 모델을 추가하는 기술이다. 이러한 기술은 가상 정보를 진실 세계의 장면에 앨리어싱시켜, 진실 세계 정보와 가상 세계 정보를 "완벽하게" 통합시킨다.

사용자가 앨리어싱된 가상 이미지 및 진실 세계의 장면 이미지를 볼 수 있도록 하기 위해, AR 기술은 이미징 기술과 분광 합광 기술을 사용해야 한다. 종래의 프리즘식 AR 표시 장치에 있어서, 이미징 광 경로와 분광 합광 광 경로는 하나의 분광 프리즘에 의해 구현된다. 이러한 표시 장치에 따르면, 사람 눈에 보이는 가상 이미지에 보다 큰 색차가 존재하고, 해상도가 떨어진다.

본 발명의 여러 양태는 프리즘식 AR 표시 장치를 제공하여, 가상 이미지의 색차를 감소시키고, 사람 눈에 보이는 앨리어싱 이미지의 해상도를 향상시킨다.

본 발명은 프리즘식 AR 표시 장치를 제공하는 바,

제1 축을 따라 순차적으로 배열된 LCOS 표시 칩, 편광 분광 프리즘 PBS, 이중 접합 렌즈, 제1 단일 렌즈 및 분광 프리즘, 및 상기 제1 축에 수직되는 제2 축 상에 설치되고 상기 PBS에 인접하는 LCOS 조명 장비를 포함하고,

상기 이중 접합 렌즈는 정렌즈 및 부렌즈를 포함하고, 상기 부렌즈는 상기 PBS에 인접하고, 상기 정렌즈는 상기 제1 단일 렌즈에 인접하며;

상기 분광 프리즘의 제1 입광면은 상기 제1 단일 렌즈에 인접하고, 광축은 상기 제1 단일 렌즈의 광축과 중합되고; 상기 분광 프리즘의 제2 입광면의 광축은 상기 제1 입광면의 광축에 수직되고 상기 제2 입광면은 제1 출광면과 대향되며;

상기 LCOS 조명 장비는 상기 LCOS 표시 칩을 조명하기 위한 것으로서, 상기 LCOS 표시 칩에서 가상 이미지 광을 방출하도록 하고; 상기 LCOS 표시 칩에서 방출된 가상 이미지 광은 상기 PBS를 투사하고 상기 이중 접합 렌즈에 의해 굴절된 후 상기 제1 단일 렌즈로 입사하고, 상기 제1 단일 렌즈를 통해 상기 분광 프리즘으로 굴절되고, 상기 분광 프리즘의 분광면 상에서 상기 분광 프리즘 제2 입광면으로부터의 환경광(Ambient Light)과 합광된 후, 상기 분광 프리즘의 제1 출광면으로부터 사람 눈으로 투사된다.

더 바람직하게는, 상기 제1 단일 렌즈는 정렌즈이다.

더 바람직하게는, 상기 제1 입광면 및/또는 상기 제2 입광면에는 증투막이 코팅되어 있다.

더 바람직하게는, 편광 소자를 더 포함하고;

상기 편광 소자는 상기 분광 프리즘의 제2 출광면의 출광 측에 위치하고, 상기 편광 소자의 편광 방향은 상기 PBS의 편광 방향에 수직되고; 상기 제2 출광면은 상기 제1 입광면과 대향된다.

더 바람직하게는, 상기 제1 입광면 및/또는 상기 제2 입광면은 요면(凹面)이다.

더 바람직하게는, 상기 분광 프리즘은 순차적으로 배열된 제1 프리즘 및 제2 프리즘을 포함하고;

상기 제1 프리즘의 경사 프리즘면은 상기 제2 프리즘의 경사 프리즘면에 접합되고, 접합면 상에는 반투과 반반사 유전체막이 코팅되어 상기 분광 프리즘의 분광면을 형성하고;

상기 제1 프리즘 상에서, 상기 제1 단일 렌즈에 인접하고 광축이 상기 제1 단일 렌즈의 광축과 중합되는 면이 상기 제1 입광면이며;

상기 제1 프리즘 상에서, 광축이 상기 제1 단일 렌즈의 광축에 수직되는 면이 상기 제1 출광면이며;

상기 제2 프리즘 상에서, 광축이 상기 제1 단일 렌즈의 광축에 수직되는 면이 상기 제2 입광면이다.

더 바람직하게는, 상기 분광 프리즘은 순차적으로 배열된 제2 프리즘 및 제1 프리즘을 포함하고;

상기 제2 프리즘의 경사 프리즘면은 상기 제1 프리즘의 경사 프리즘면에 접합되고, 접합면 상에는 반투과 반반사 유전체막이 코팅되어 상기 분광 프리즘의 분광면을 형성하며;

상기 제2 프리즘 상에서, 상기 제1 단일 렌즈에 인접하고 광축이 상기 제1 단일 렌즈의 광축과 중합되는 면이 상기 제1 입광면이며;

상기 제2 프리즘 상에서, 광축이 상기 제1 단일 렌즈의 광축에 수직되는 면이 상기 제2 입광면이고, 상기 제2 입광면은 볼록면이고 반투과 반반사 유전체막이 코팅되어 있으며;

상기 제1 프리즘 상에서, 광축이 상기 제1 단일 렌즈의 광축에 수직되는 면이 상기 제1 출광면이다.

더 바람직하게는, 상기 제1 출광면은 상기 제2 입광면과 동심이고 곡률 반경이 동일한 요면이다.

더 바람직하게는, 상기 LCOS 조명 장비는 상기 제2 축을 따라 순차적으로 배열된 요철(凹凸) 렌즈 및 광원 장비를 포함하고; 여기서, 상기 요철 렌즈에서 상기 광원 장비에 인접하는 제1 면이 오목 구면이고, 상기 PBS에 인접하는 제2면이 볼록 구면이며; 상기 광원 장비에서 방출하는 광은 상기 요철 렌즈를 통해 상기 PBS에 집광되고, 상기 PBS를 통해 편광된 후 수직 선편광으로서 상기 LCOS 표시 칩에 들어간다.

더 바람직하게는, 상기 LCOS 조명 장비는 상기 제2 축 상에 설치되고 상기 요철 렌즈와 상기 PBS 사이에 위치하는 비구면 정렌즈를 더 포함하고; 상기 비구면 정렌즈는 상기 광원 장비로부터 방출되어 상기 요철 렌즈에 의해 굴절된 광을 상기 PBS로 균일하게 굴절시켜, 상기 PBS에 의해 편광된 후 상기 LCOS 표시 칩으로 들어가도록 한다.

본 발명에서 제공하는 프리즘식 AR 표시 장치에 있어서, 이미징 광 경로는 순차적으로 동축 배열되는 이중 접합 렌즈 및 제1 단일 렌즈를 포함하고, 분광 합광 광 경로는 분광 프리즘으로 구현된다. 이러한 광 경로 설계에 있어서, 이중 접합 렌즈는 LCOS 표시 칩에서 출력된 가상 이미지 광을 이미징시킴과 동시에, 이미징 광 경로 및 분광 합광 광 경로에서 생성되는 색차를 보정하여, 가상 이미지의 색차를 감소시키고, 사람 눈에 보이는 앨리어싱 이미지의 해상도를 향상시킨다.

여기서 설명되는 도면은 본 발명을 보다 충분히 이해할 수 있도록 하며, , 본 발명의 일부분을 구성한다. 본 발명의 예시적인 실시예 및 그 설명은 본 발명을 해석하기 위한 것으로, 본 발명에 대한부적절한 한정을 구성하는 것은 아니다. 도면에 있어서,
도 1은 종래 기술에 따른 프리즘식 AR 표시 장치의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 프리즘식 AR 표시 장치의 구조이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에서 제공하는 프리즘식 AR 표시 장치의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 LCOS 조명 장비의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에서 제공하는 프리즘식 AR 표시 장치의 구조도이다.

본 발명의 목적, 기술방안 및 이점을 더욱 명확히 하기 위해, 이하 본 발명의 구체적인 실시예 및 관련 도면을 결합하여 본 발명의 기술방안을 보다 명확하고 충분하게 설명을 진행한다. 설명된 실시예는 본 발명의 일부 실시예로서, 전부의 실시예가 아님은 자명하다. 본 발명에 따른 실시예의 기초상에서, 당업자가 창조성인 작업이 없이 획득한 모든 기타 실시예도 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.

종래의 프리즘식 AR 이미징 광 경로는 도1에 도시된 바와 같이, LCOS(Liquid Crystal on Silicon, 실리콘 액정 표시 장치) 표시 칩에 의해 반사된 가상 이미지 광이 PBS(polarization beam splitter, 편광 분광 프리즘)를 통해 분광 프리즘으로 들어간 후, 분광 프리즘의 반투과 반반사 유전체막을 투과하여, 다시 분광 프리즘의 반사면을 통해 이미징된 후, 반투과 반반사 유전체막에 의해 반사되고 환경광과 앨리어싱되어 사람 눈에 들어간다. 상술한 광 경로에 있어서, 이미징 광 경로와 분광 합광 광 경로는 하나의 분광 프리즘에 의해 달성된다. 가상 이미지 광 중 파장이 다른 광이 분광 프리즘에서 색분산 및 굴절계수의 차이가 존재하므로, 가상 이미지 광 중 파장이 다른 광은 부동한 이미징 위치를 갖고, 최종적으로 사람 눈에 보이는 가상 이미지에 비교적 큰 색차가 존재하고, 해상도가 떨어진다. 상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에서는 아래 도면에 도시된 바와 같은 프리즘식 AR 표시 장치를 제공한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 프리즘식 AR 표시 장치의 구조도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 당해 장치는,

제1 축을 따라 순차적으로 배열된 LCOS 표시 칩(100), 편광 분광 프리즘 PBS(101), 이중 접합 렌즈(102), 제1 단일 렌즈(103) 및 분광 프리즘(104), 및 제1 축에 수직되는 제2 축 상에 설치되고 PBS(101)에 인접한 LCOS 조명 장비를 포함한다. 선택적으로, 제1 축과 제2 축은 PBS(101)의 광 입사면에 수직되고 상기 PBS(101)의 기하학적 중심점을 통과할 수 있으며, 상기 두 개의 축은 서로 수직된다.

선택적으로, 이중 접합 렌즈(102)는 저 분산 크라운 글라스 정렌즈와 고 분산 플린트 글라스 부렌즈를 접착시킴에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 이중 접합 렌즈(102)의 부렌즈는 PBS(101)에 인접하고, 정렌즈는 제1 단일 렌즈(103)에 인접한다. 이중 접합 렌즈(102)는 광 경로에서 생성되는 색차를 제거할 수 있고, PBS(101)으로부터 투사된 발산각이 비교적 큰 광을 발산각이 비교적 작은 광으로 편광시켜 전파할 수 있으므로, AR 표시 장치의 집광 효율을 향상시킨다.

선택적으로, 제1 단일 렌즈(103)는 정렌즈일 수 있다. 제1 단일 렌즈(103)는 이중 접합 렌즈(102)와 협력하여 이미징하고, 광 경로 시스템 중의 초점력을 분담하여 광 경로 구조를 최적화한다. 선택적으로, 제1 단일 렌즈(103)의 재질은 이중 접합 렌즈(102)의 재질과 상이할 수 있으며, 다시 말해서 제1 단일 렌즈(103)는 비 플린트 글라스 렌즈 또한 비 크라운 글라스 렌즈이므로, 광 경로에서 생성되는 색차를 추가적으로 제거하여, 최종적으로 사람 눈으로 들어가는 가상 이미지의 해상도를 향상시킬 수 있다.

분광 프리즘(104)은 두 개의 입광면, 두 개의 출광면 및 하나의 분광면을 포함하고, 분광면은 반투과 반반사 유전체막을 통해 구현될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 분광 프리즘(104)의 제1 입광면(Si1)은 제1 단일 렌즈(103)에 인접하고, 광축은 제1 단일 렌즈(103)의 광축과 일치하며; 분광 프리즘(104)의 제2 입광면(Si2)의 광축은 제1 입광면(Si1)의 광축에 수직되고, 제2 입광면(Si2)은 제1 출광면(Se1)과 대향된다.

특별히 설명하면, 본 발명의 상술 또는 후술하는 실시예에서 사용되는 LCOS 표시 칩(100)은 자체적으로 발광할 수 없는 표시 칩으로서, 편광을 이용하여 조명해주어야 계조 및 색상이 서로 다른 화면을 표시할 수 있다. 본 발명의 실시예에 있어서, PBS(101) 및 LCOS 조명 장비가 협력하여 선형 편광을 생성함으로써, LCOS 표시 칩(100)에 대한 조명을 달성한다. 도2에 도시된 표시 장치에 있어서, LCOS 표시 칩(100)에서 방출되는 가상 이미지 광은 PBS(101)를 투사하고 이중 접합 렌즈(102)에 의해 굴절된 후 제1 단일 렌즈(103)로 들어가며, 제1 단일 렌즈(103)에 의해 분광 프리즘(104)으로 굴절되고, 분광 프리즘(104)의 분광면 상에서, 분광 프리즘(104) 제2 입광면(Si2)으로부터의 환경광과 합광된 후 분광 프리즘(104)의 제1 출광면(Se1)으로부터 사람 눈으로 투사된다. 따라서, 사람 눈은 제1 출광면(Se1)의 출광 측에서 앨리어싱된 가상 이미지와 실제 환경 이미지를 볼 수 있다.

본 실시예에서 제공하는 프리즘식 AR 표시 장치에 있어서, 이미징 광 경로는 순차적으로 동축 배열되는 이중 접합 렌즈(102) 및 제1 단일 렌즈(103)를 포함하고, 분광 합광 광 경로는 분광 프리즘(104)으로 구현된다. 한편, 이러한 광 경로 설계에 있어서, 이중 접합 렌즈(102)는 LCOS 표시 칩(100)에서 방출된 가상 이미지 광을 이미징시킴과 동시에 이미징 광 경로 및 분광 합광 광 경로에서 생성되는 색차를 보정하여, 가상 이미지의 색차를 감소시키고, 사람 눈에 보이는 앨리어싱 이미지의 해상도를 향상시킬 수 있다. 다른 한편, 이중 접합 렌즈(102) 및 제1 단일 렌즈(103)로 구성된 이미징 광 경로는 총 5개의 일정한 곡률 반경을 갖는 광학 표면을 포함하여, 이미징 광 경로가 충분히 큰 시야각을 갖도록 확보할 수 있으며, 당해 시야각이 이미징 수요에 따라 조절될 수 있다. 이 외에도, 분광 프리즘(104)은 분광 및 합광 기능 외에, 일정한 두께를 갖는 평행 판유리와 등가적으로 구성되어 광 경로를 단축시킴으로써 표시 장치의 구조를 최적화할 수 있다.

다른 일 선택적인 실시예에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 분광 프리즘(104)은 순차적으로 배열된 제1 프리즘(1041) 및 제2 프리즘(1042)을 포함한다. 여기서, 제1 프리즘(1041)의 경사 프리즘면은 제2 프리즘(1042)의 경사 프리즘면과 접합되고, 접합면 상에는 반투과 반반사 유전체막이 코팅되어 분광 프리즘(104)의 분광면을 형성한다.

이러한 구조에 있어서, 제1 프리즘(1041) 상에서 제1 단일 렌즈(103)에 인접하고 광축이 제1 단일 렌즈(103)의 광축과 중합되는 면이 제1 입광면(Si1)이고; 제1 프리즘(1041) 상에서, 광축이 제1 단일 렌즈(103)의 광축과 수직되는 면이 제1 출광면(Se1)이며; 제2 프리즘(1042) 상에서, 광축이 제1 단일 렌즈(103)의 광축에 수직되는 면이 제2 입광면(Si2)이다.

제1 단일 렌즈(103)로부터 굴절된 가상 이미지 광은, 제1 프리즘(1041) 상의 제1 입광면(Si1)을 거쳐 분광면으로 입사되고, 다시 분광면을 거쳐 제1 프리즘(1041) 상의 제1 출광면(Se1)으로 반사된다; 이와 동시에, 환경광은 제2 프리즘(1042) 상의 제2 입광면(Si2)을 통해 분광면으로 입사되고, 다시 분광면을 거쳐 제1 프리즘(1041) 상의 제1 출광면(Se1)으로 투사된다. 따라서, 사람 눈은 제1 출광면(Se1)의 출광 측에서 앨리어싱된 가상과 현실이 결합된 이미지를 볼 수 있다.

상술한 과정에 있어서, 제1 단일 렌즈(103)로부터 굴절된 가상 이미지 광은 분광 프리즘(104)의 분광면에 의해 한번의 분광만 거쳐 사람 눈에 도달할 수 있으며, 그 광효율은 50%이다. 도 1에 도시된 광 경로에 있어서, 가상 이미지 광은 분광 프리즘의 분광면을 두번 통과하며, 그 광효율은 25%이다. 따라서, 본 발명은 종래 기술에 비해, 가상 이미지의 이미징 과정의 광효율을 크게 향상시키고, 사람 눈에 동일한 밝기의 가상 이미지가 보이도록 하는 조건 하에서, LCOS 표시 칩(100)을 조명하기 위한 LCOS 조명 장비의 에너지 소비량을 감소시킨다.

다른 일 선택적인 실시예에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 분광 프리즘(104)은 순차적으로 배열되는 제2 프리즘(1042) 및 제1 프리즘(1041)을 포함한다. 여기서, 제2 프리즘(1042)의 경사 프리즘면은 제1 프리즘(1041)의 경사 프리즘면과 접합되고, 접합면 상에는 반투과 반반사 유전체막이 코팅되어 분광 프리즘(104)의 분광면을 형성한다.

제2 프리즘(1042) 상에서, 제1 단일 렌즈(103)에 인접하고 광축이 제1 단일 렌즈(103)의 광축과 중합되는 면이 제1 입광면(Si1)이고; 제2 프리즘(1042) 상에서, 광축이 제1 단일 렌즈(103)의 광축에 수직되는 면이 제2 입광면(Si2)이고, 제2 입광면(Si2)은 볼록면이고 반투과 반반사 유전체막이 코팅되어 있으며; 제1 프리즘(1041) 상에서, 광축이 제1 단일 렌즈(103)의 광축에 수직되는 면이 제1 출광면(Se1)이다.

이러한 구조에 있어서, 제1 단일 렌즈(103)로부터 굴절된 가상 이미지 광은 제2 프리즘(1042) 상의 제1 입광면(Si1)을 거쳐 분광면으로 입사되고, 분광면에 의해 제2 프리즘(1042) 상의 제2 입광면(Si2)으로 반사되며, 제2 입광면(Si2)에 의해 분광면으로 반사된 후, 다시 분광면에 의해 제1 프리즘(1041) 상의 제1 출광면(Se1)으로 투사된다. 동시에, 환경광은 제2 프리즘(1042) 상의 제2 입광면(Si2)을 통해 분광면 상으로 입사되며, 분광면에 의해 제1 프리즘(1041) 상의 제1 출광면(Se1)으로 투사된다. 따라서, 사람 눈은 제1 출광면(Se1)의 출광 측에서 앨리어싱된 가상과 현실이 결합된 이미지를 볼 수 있다.

상술한 과정에 있어서, 제2 입광면(Si2)은 볼록면이고 반투과 반반사 유전체막이 코팅되어 있으며, 입사된 광선에 대하여 얼라인을 진행하여 상을 확대할 수 있다. 얼라인된 가상 이미지 광 에너지는 더욱 집중되어, 사용자에게 보이는 가상 이미지의 해상도를 향상시킬 수 있다.

선택적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 실시예에 있어서, 제1 출광면(Se1)은 제2 입광면(Si2)과 동심으로 이루어진 요면이고, 그 곡률 반경은 제2 입광면(Si2)의 곡률 반경과 동일하여, 분광 프리즘(104)의 유효 영역의 두께가 동일하도록 한다. 따라서, 환경광의 왜곡을 감소시켜, 사람 눈에 보이는 환경광의 품질을 향상시킬 수 있다.

선택적으로, PBS(101)는 한쌍의 고 정밀도의 직각 프리즘을 접합하여 형성될 수 있으며, 그 중 하나의 직각 프리즘의 경사면에는 편광 분광 유전체막이 코팅되어 있으며, 당해 편광 분광 유전체막은 입사된 비 편광을 두 갈래의 서로 수직되는 선형 편광으로 나눌 수 있다. 여기서, 수평 편광(P광)은 완전히 통과되고, 수직 편광(S광)은 45도의 각도로 반사된다. 다시 말해서, S편광의 출사 방향은 P편광의 출사 방향과 90도의 각도를 이룬다.

도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, LCOS 표시 칩(100) 및 LCOS 조명 장비는 PBS(101)와 인접하게 양측에 설치될 수 있는 바, 예를 들면, LCOS 표시 칩(100)은 제1 축 상에 설치되고, LCOS 조명 장비는 제2 축 상에 설치된다. 여기서, LCOS 조명 장비는 제2 축을 따라 순차적으로 배열된 요철 렌즈(1051) 및 광원 장비(1052)를 포함한다.

광원 장비(1052)에서 출력된 발산각이 비교적 큰 비 편광은 우선 요철 렌즈(1051)에 들어가고, 요철 렌즈(1051)에 의해 굴절된 후 발산각이 비교적 작은 광선으로 되어, 다시 PBS(101)로 들어가고, PBS(101)의 편광 분광 유전체막에 의해 편광된 후, 그 중 한 갈래의 편광은 LCOS 표시 칩(100) 상에 조사되어, 계조 및 색상이 서로 다른 화면을 표시할 수 있도록 한다. 본 발명의 상술 또는 후술하는 실시예에 있어서, 상술한 LCOS 표시 칩(100)에서 출력되는 가상 이미지 광은 상술한 조명 과정에서 LCOS 표시 칩(100)에 의해 반사된 광으로 이해되어야 하며, 상세한 설명은 생략한다.

여기서, 요철 렌즈(1051)에 있어서, 광원 장비(1052)에 인접하는 제1 면(S11)이 오목 구면이고, 광원 장비(1052)로부터 멀리 떨어진 제2 면(S12)이 볼록 구면이다. 광원 장비(1052)에서 방출되는 광선은 S11에 입사된 후, 각도가 비교적 작은 광선으로 편광되어 S12 상으로 입사된다. 집광 효율을 확보하기 위해, S12면은 반구면에 가까운 볼록 구면을 적용하여, 곡률 반경이 결정될 경우, S12로 하여금 최대 수치의 홀 사이즈를 갖도록 하여 S12의 광속(luminous flux, 光束)을 증가시켜, S11로부터 굴절된 광선을 가능한 전부 전파시킨다. 이 외에도, 볼록 구면으로서, S12는 요철 렌즈(1051)로부터 출사되는 광선이 더욱 작은 발산각을 갖도록 하여, LCOS 표시 칩(100) 상의 조명 광반의 각도가 합리한 범위 내에 있도록 제어할 수 있다. 선택적으로, 요철 렌즈(1051)를 설계할 때, S12의 곡률 반경을 S11 곡률 반경의 2배로 설계할 수 있다.

상술한 실시예에서 제공하는 LCOS 조명 장비(105)에 있어서, 요철 렌즈(1051)를 이용하여 비교적 높은 조명 효율을 달성할 수 있다. 하지만, 일부 가능한 형태에 따르면, 광원 장비(1052)의 패키지 구조의 제약으로 인해, 광원 장비(1052)의 발광이 균일하지 못하여, LCOS 표시 칩(100)의 표시 범위 내에 조사되는 광의 균일성이 떨어진다. LCOS 표시 칩(100)에 대한 조명 균일성을 향상시키기 위해, 본 발명은 또한 도 4에 도시된 바와 같은 LCOS 조명 장비를 제공한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 당해 장비는 비구면 정렌즈(1053)를 더 포함한다.

비구면 정렌즈(1053)는 요철 렌즈(1051)와 PBS(101) 사이에 위치하고, 요철 렌즈(1051)와 동축으로 배치된다. 본 실시예에 있어서, 광원 장비(1052)로부터 방출된 광은 요철 렌즈(1051)에 의해 발산각이 비교적 작도록 편광된 후 비구면 정렌즈(1053) 상에 입사될 수 있으며, 비구면 정렌즈(1053)는 광원 장비(1052)로부터 방출되어 요철 렌즈(1051)에 의해 굴절된 광을 PBS(101)로 균일하게 굴절시켜, PBS(101)에 의해 편광된 후 LCOS 표시 칩(100)으로 들어가도록 할 수 있다.

비구면 정렌즈(1053)의 곡률 반경은 중심으로부터 가장자리까지 연속적으로 특정 변화가 발생하고, 정 초점력을 가지므로, 각 출사광선의 방향을 정확하게 제어하여, 광선이 편광된 후 목표 평면의 지정 위치에 도달하도록 할 수 있으며, 조명 광반이 LCOS 표시 칩 상에서 양호한 분포 균일성을 가질수 있도록 확보한다.

본 발명의 상술 또는 후술하는 실시예에 있어서, 선택적으로, 제1 입광면(Si1) 및/또는 제2 입광면(Si2)에는 증투막이 코팅되어 있을 수 있다. 제1 입광면(Si1) 상에 증투막이 코팅되어 있을 경우, 제1 입광면(Si1)에 들어가는 가상 이미지 광의 강도를 증가시켜, 사람 눈에 보이는 가상 이미지가 보다 선명하도록 한다. 마찬가지로, 제2 입광면(Si2) 상에 증투막이 코팅되어 있을 경우, 제2 입광면(Si2)에 들어가는 환경광의 강도를 증가시켜, 사람 눈에 보이는 진실 환경 이미지가 더욱 선명하도록 할수 있다.

본 발명의 상술한 실시예에 있어서, 선택적으로, 제1 입광면(Si1) 및/또는 제2 입광면(Si2)은 요면으로서, 수광 능력을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 제1 입광면(Si1)이 요면일 경우, LCOS 표시 칩(100)의 표시 면적이 증가되더라도, 제1 입광면(Si1)은 높은 수광율로 LCOS 표시 칩(100)으로부터 방출되는 가상 이미지 광을 전파시킬 수 있다.

본 발명의 상술 또는 후술하는 실시예에 있어서, 분광 프리즘(104) 내의 반투과 반반사 유전체막은, 제1 입광면(Si1)을 통해 입사되는 일부 가상 이미지 광을 분광 프리즘(104)의 제2 출광면(Se2)으로 출사시킬 수 있다. 제2 출광면(Se2)는 분광 프리즘(104)에서 제1 입광면(Si1)과 대향하는 면이다. 일부 가능한 형태에 따르면, 제2 출광면(Se2)의 출광 측은 차단되어 있지 않으므로, 가상 이미지 누설을 쉽게 초래하고, 사용자의 사생활을 파괴할 수 있다.

상술한 단점을 해결하기 위해, 선택적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제공하는 프리즘식 AR 표시 장치는 편광 소자(106)를 더 포함할 수 있다. 편광 소자(106)는 제2 출광면(Se2)의 출광 측에 위치하고, 편광 소자(106)의 편광 방향은 PBS(101)의 편광 방향에 수직된다. 따라서, 편광 소자(106)는 제2 출광면(Se2)에 의해 투사된 편광된 가상 이미지 광을 제거하여, 사용자에게 보이는 가상 이미지의 누출을 피할 수 있으므로, 사용자의 프라이버시를 보호하고, 사용자 체험을 향상시킨다.

선택적으로, 편광 소자(106)는 분광 프리즘(104)으로부터 분리된 광학 소자일 수 있는 바, 예를 들어 편광시트일 수 있다. 선택적으로, 편광 소자(106)는 또한 분광 프리즘과 일체적으로 설계될 수 있는 바, 예를 들면, 분광 프리즘(104)의 제2 출광면(Se2)에 편광 유전체막이 코팅되어, 소광(消光)을 달성함과 동시에 표시 장치의 체적을 보다 최적화할 수 있다.

상술한 실시예에 있어서, 본 발명은 상술한 실시예 중 어느 한가지 프리즘식 AR 표시 장치를 포함하는 프리즘식 AR 표시 장치를 제공한다. 상응하게, 당해 장비는 이미징 색차가 작고, 시야각이 크며, 광효율이 높은 장점을 갖고 있다.

특별히 설명하면, 본 문에 기재되는 “제1”, “제2” 등 용어는 상이한 광학 소자 등을 구분하기 위한 것으로, 광학 소자의 광 경로에서의 전후 순서를 대표하는 것이 아니고, "제1"과 "제2"가 서로 다른 유형을 한정하는 것이 아니다.

마지막으로 설명하여야 할 점은, 이상의 실시예는 본 발명의 기술방안을 설명하기 위한 것으로 이를 한정하는 것은 아니다. 상술한 실시예를 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하나, 당업자라면 상술한 각 실시예에 기재된 기술방안을 수정하거나 또는 그 중 일부 기술특징을 등가적으로 대체할 수 있고, 이러한 수정 또는 대체는 상응한 기술방안의 본질이 본 발명 각 실시예의 기술방안의 취지와 범위를 벗어나지 않음을 이해하여야 한다.

Claims

제1 축을 따라 순차적으로 배열된 LCOS 표시 칩, 편광 분광 프리즘 PBS, 이중 접합 렌즈, 제1 단일 렌즈 및 분광 프리즘, 및 상기 제1 축에 수직되는 제2 축 상에 설치되고 상기 PBS에 인접하는 LCOS 조명 장비;를 포함하고,
상기 이중 접합 렌즈는 정렌즈 및 부렌즈를 포함하고, 상기 부렌즈는 상기 PBS에 인접하고, 상기 정렌즈는 상기 제1 단일 렌즈에 인접하며, 상기 이중 접합 렌즈와 상기 제1 단일 렌즈는 동축(coaxially)에 배열되며;
상기 분광 프리즘은 제1 입광면, 제2 입광면, 제1 출광면 및 분광면을 포함하며, 상기 분광면은 상기 제2 입광면과 상기 제1 출광면 사이에 위치되고,
상기 분광 프리즘의 상기 제1 입광면은 상기 제1 단일 렌즈에 인접하고, 광축은 상기 제1 단일 렌즈의 광축과 중합되고; 상기 분광 프리즘의 상기 제2 입광면의 광축은 상기 제1 입광면의 광축에 수직되고, 상기 제2 입광면은 제1 출광면과 대향되며;
상기 LCOS 조명 장비는 상기 LCOS 표시 칩을 조명하기 위한 것으로서, 상기 LCOS 표시 칩에서 가상 이미지 광을 방출하도록 하고; 상기 LCOS 표시 칩에서 방출된 가상 이미지 광은 상기 PBS를 투사하고 상기 이중 접합 렌즈에 의해 굴절된 후 상기 제1 단일 렌즈로 입사하고, 상기 제1 단일 렌즈를 통해 상기 분광 프리즘으로 굴절되고, 상기 분광 프리즘의 분광면상에서 상기 분광면에 의해 반사된 후 상기 분광 프리즘의 제2 입광면으로부터의 환경광(ambient light)과 합광된 후, 상기 분광 프리즘의 제1 출광면으로부터 사람 눈으로 투사되는 것을 특징으로 하는, 프리즘식 AR 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 단일 렌즈는 정렌즈인 것을 특징으로 하는, 프리즘식 AR 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 입광면 및/또는 상기 제2 입광면에는 증투막이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는, 프리즘식 AR 표시 장치.
제1항에 있어서,
편광 소자를 더 포함하고;
상기 편광 소자는 상기 분광 프리즘의 제2 출광면의 출광 측에 위치하고, 상기 편광 소자의 편광 방향은 상기 PBS의 편광 방향에 수직되고; 상기 제2 출광면은 상기 제1 입광면과 대향되는 것을 특징으로 하는, 프리즘식 AR 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 입광면 및/또는 상기 제2 입광면은 요면인 것을 특징으로 하는, 프리즘식 AR 표시 장치.
제1 축을 따라 순차적으로 배열된 LCOS 표시 칩, 편광 분광 프리즘 PBS, 이중 접합 렌즈, 제1 단일 렌즈 및 분광 프리즘, 및 상기 제1 축에 수직되는 제2 축 상에 설치되고 상기 PBS에 인접하는 LCOS 조명 장비;를 포함하고,
상기 이중 접합 렌즈는 정렌즈 및 부렌즈를 포함하고, 상기 부렌즈는 상기 PBS에 인접하고, 상기 정렌즈는 상기 제1 단일 렌즈에 인접하며, 상기 이중 접합 렌즈와 상기 제1 단일 렌즈는 동축(coaxially)에 배열되며;
상기 분광 프리즘은 제1 입광면, 제2 입광면, 제1 출광면 및 분광면을 포함하며, 상기 분광면은 상기 제2 입광면과 상기 제1 출광면 사이에 위치되고,
상기 분광 프리즘은 순차적으로 배열된 제1 프리즘 및 제2 프리즘을 포함하고;
상기 제1 프리즘의 경사 프리즘면은 상기 제2 프리즘의 경사 프리즘면에 접합되고, 접합면 상에는 반투과 반반사 유전체막이 코팅되어 상기 분광 프리즘의 분광면을 형성하고;
상기 제1 프리즘 상에서, 상기 제1 단일 렌즈에 인접하고 광축이 상기 제1 단일 렌즈의 광축과 중합되는 면이 상기 제1 입광면이며;
상기 제1 프리즘 상에서, 광축이 상기 제1 단일 렌즈의 광축에 수직되는 면이 상기 제1 출광면이며;
상기 제2 프리즘 상에서, 광축이 상기 제1 단일 렌즈의 광축에 수직되는 면이 상기 제2 입광면이고,
상기 LCOS 조명 장비는 상기 LCOS 표시 칩을 조명하기 위한 것으로서, 상기 LCOS 표시 칩에서 가상 이미지 광을 방출하도록 하고; 상기 LCOS 표시 칩에서 방출된 가상 이미지 광은 상기 PBS를 투사하고 상기 이중 접합 렌즈에 의해 굴절된 후 상기 제1 단일 렌즈로 입사하고, 상기 제1 단일 렌즈를 통해 상기 제1 프리즘으로 굴절되고, 상기 제1 프리즘의 분광면상에서 상기 분광면에 의해 반사된 후 상기 제2 프리즘의 제2 입광면으로부터의 환경광(ambient light)과 합광된 후, 상기 제1 프리즘의 제1 출광면으로부터 사람 눈으로 투사되는 것을 특징으로 하는, 프리즘식 AR 표시 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분광 프리즘은 순차적으로 배열된 제2 프리즘 및 제1 프리즘을 포함하고;
상기 제2 프리즘의 경사 프리즘면은 상기 제1 프리즘의 경사 프리즘면에 접합되고, 접합면 상에는 반투과 반반사 유전체막이 코팅되어 상기 분광 프리즘의 분광면을 형성하며;
상기 제2 프리즘 상에서, 상기 제1 단일 렌즈에 인접하고 광축이 상기 제1 단일 렌즈의 광축과 중합되는 면이 상기 제1 입광면이며;
상기 제2 프리즘 상에서, 광축이 상기 제1 단일 렌즈의 광축에 수직되는 면이 상기 제2 입광면이고, 상기 제2 입광면은 볼록면이고 반투과 반반사 유전체막이 코팅되어 있으며;
상기 제1 프리즘 상에서, 광축이 상기 제1 단일 렌즈의 광축에 수직되는 면이 상기 제1 출광면인 것을 특징으로 하는, 프리즘식 AR 표시 장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 출광면은 상기 제2 입광면과 동심이고 곡률 반경이 동일한 요면인 것을 특징으로 하는, 프리즘식 AR 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 LCOS 조명 장비는 상기 제2 축을 따라 순차적으로 배열된 요철 렌즈 및 광원 장비를 포함하고;
여기서, 상기 요철 렌즈에서 상기 광원 장비에 인접하는 제1 면이 오목 구면이고, 상기 PBS에 인접하는 제2면이 볼록 구면이며;
상기 광원 장비에서 방출하는 광은 상기 요철 렌즈를 통해 상기 PBS에 집광되고, 상기 PBS를 통해 편광된 후 수직 선편광으로서 상기 LCOS 표시 칩으로 입사되는 것을 특징으로 하는, 프리즘식 AR 표시 장치.
제9항에 있어서,
상기 제2 축 상에 설치되고 상기 요철 렌즈와 상기 PBS 사이에 위치하는 비구면 정렌즈를 더 포함하고;
상기 비구면 정렌즈는, 상기 광원 장비로부터 방출되어 상기 요철 렌즈에 의해 굴절된 광을 상기 PBS로 균일하게 굴절시켜, 상기 PBS에 의해 편광된 후 상기 LCOS 표시 칩으로 입사되도록 하는 것을 특징으로 하는, 프리즘식 AR 표시 장치.