KR102245297B1 - 단일 방향성의 빔을 이용한 영상 표시 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

영상 표시 장치는 사용자의 눈에 착용되는 렌즈(eye wearable lens); 상기 렌즈 내부에 임베드(embed) 되거나 또는 렌즈 표면에 배치되는 것으로, 사용자의 망막에 투사할 영상을 형성하기 위한 복수의 광소자가 어레이되며, 상기 복수의 광소자가 형성하는 영상의 해상도는 망막 중심부가 주변부보다 높도록 상기 복수의 광소자가 구성되는 표시 패널부; 상기 표시 패널부에 표시할 영상 정보에 따라 영상 신호를 생성하고, 상기 영상 신호에 따라 상기 복수의 광소자 각각의 온/오프를 제어하는 영상 신호 처리부;를 포함한다.

Description

단일 방향성의 빔을 이용한 영상 표시 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DISPLAYING IMAGE USING UNIDIRECTIONAL BEAM}
본 개시는 단일 방향성의 빔을 이용한 영상 표시 장치에 대한 것이다.
영상 표시 장치는 광고, 게임, 의료, 문화 등의 매우 다양한 분야에서 널리 이용되고 있다.
최근에는 고해상도를 구현하기 위해 영상 표시 장치의 화소 크기는 점차적으로 작아지고 있으며, 3차원 영상, 증강현실(AR; Augmented Reality) 영상을 제공할 수 있는 형태로 영상 표시 장치의 구조가 다변화되고 있다.
3차원 영상 또는 증강현실 영상을 구현할 때, 일반적인 2차원 영상을 구현하는 것에 비해 처리해야 되는 데이터 양이 많아지게 되며, 또한, 고해상도화가 진행됨에 따라 작은 크기의 화소 개수를 많이 형성해야 하므로, 제조 난이성, 구동 난이성이 높아지고, 사용시의 전력 소모도 높아지게 된다.
본 개시는 인간의 시각 인지 특성을 이용하여 영상 표시를 위한 화소수를 줄일 수 있는 구조의 영상 표시 장치를 제공한다.
일 유형에 따르는 영상 표시 장치는 사용자의 눈에 착용되는 렌즈(eye wearable lens); 상기 렌즈 내부에 임베드(embed) 되거나 또는 렌즈 표면에 배치되는 것으로, 사용자의 망막에 투사할 영상을 형성하기 위한 복수의 광소자가 어레이되며, 상기 복수의 광소자가 형성하는 영상의 해상도는 망막 중심부가 주변부보다 높도록 상기 복수의 광소자가 구성되는 표시 패널부; 상기 표시 패널부에 표시할 영상 정보에 따라 영상 신호를 생성하고, 상기 영상 신호에 따라 상기 복수의 광소자 각각의 온/오프를 제어하는 영상 신호 처리부;를 포함한다.
상기 복수의 광소자는 중심부에서의 분포 밀도가 주변부에서의 분포 밀도보다 높도록 배치될 수 있다.
상기 복수의 광소자는 중심부에 위치한 광소자들의 지향각과 주변부에 위치한 광소자의 지향각이 서로 다르도록 구성될 수 있다.
상기 광소자의 출광면과 상기 출광면과 마주하는 위치의 렌즈면이 이루는 각은 주변부에 배치된 광소자보다 중심부에 배치된 광소자가 더 크도록 상기 복수의 광소자가 배치될 수 있다.
또는, 상기 광소자로부터 출광된 광의 방향성을 조절하는 방향조절소자가 더 구비될 수 있다.
상기 복수의 광소자 중 주변부에 위치한 광소자가 형성하는 화소 크기가 중심부에 위치한 광소자가 형성하는 화소 크기보다 크도록 상기 복수의 광소자가 구성될 수 있다.
상기 광소자에서 방출된 광의 발산각을 줄이는 마이크로렌즈가 더 구비될 수 있다.
상기 마이크로렌즈는 상기 광소자에서 방출된 광의 발산각이 1/60˚ 이상 1/5˚ 이하가 되도록 구성될 수 있다.
상기 마이크로렌즈는 근축 범위만 오픈된 형태를 가질 수 있다.
상기 광소자는 광을 생성하는 발광구조층과, 상기 발광구조층에서 생성된 광이 일방향으로만 방출되는 모드를 형성하도록, 상기 발광구조층의 상, 하에 각각 배치된 리플렉터;를 포함할 수 있다.
상기 광소자는 레이저(laser) 또는 RCLED(resonant cavity light emitting diode)를 포함할 수 있다.
상기 영상 표시 장치는 안구의 움직임을 감지하기 위한 압력 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 영상 신호 처리부는 상기 압력 센서로부터 감지된 신호로부터 시선 방향을 인지하고, 시선 방향의 중심에 해당하는 영상이 고해상도가 되고 주변부는 저해상도가 되도록 영상 신호를 생성할 수 있다.
상기 영상 신호 처리부는 상기 렌즈와 분리된 별도의 기기로 구현되며, 상기 영상 신호 처리부에서의 신호는 상기 표시 패널부에 무선 송신될 수 있다.
또한, 일 유형에 따른 영상 표시 방법은 단일 방향성의 광을 생성하여 방출하는 복수의 광소자를 이용하여 시청자의 망막 상에 투사할 이미지를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 이미지의 해상도는 망막 중심부가 주변부보다 높도록 할 수 있다.
중심부에서의 분포 밀도가 주변부에서의 분포 밀도보다 높도록 상기 복수의 광소자를 배치할 수 있다.
중심부에 위치한 광소자들의 지향각과 주변부에 위치한 광소자의 지향각이 서로 다르도록 상기 복수의 광소자를 구성할 수 있다.
상기 복수의 광소자 중 주변부에 위치한 광소자가 형성하는 화소 크기가 중심부에 위치한 광소자가 형성하는 화소 크기보다 크도록 상기 복수의 광소자를 구성할 수 있다.
상기 영상 표시 방법은 안구의 움직임을 감지하여 시청자의 시선 방향을 파악하는 단계; 상기 시선 방향의 중심에 해당하는 영상이 고해상도가 되고 주변부는 저해상도가 되도록 영상 신호를 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 영상 표시 장치는 퍼짐이 없는 단일 방향성 빔을 이용하여 이미지를 만들고 이를 사용자의 망막에 직접 조사할 수 있다. 따라서, 사용자의 눈과 매우 가까이에 위치되어도 사용자가 영상 표시 장치로부터의 영상을 인식할 수 있으므로 콘택트 렌즈와 같은 형태로 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.
또한, 퍼짐이 없는 단일 방향성의 빔을 이용하여 만든 이미지를 망막에 직접 조사하는 방식을 사용하므로, 이를 인식하기 위해 수정체의 조절이 수반되지 않는다. 즉, 상술한 영상 표시 장치로부터의 영상 외의 다른 영상 인식이 방해되지 않으므로, 상술한 영상 표시 장치를 부가 정보 영상 장치로 활용하여 증강 현실을 구현하기 용이하다.
또한, 망막 중심부는 고밀도로, 주변부는 상대적으로 저밀도로 상이 맺히도록 화소 배열을 조절함으로써 영상 표시를 위해 필요한 화소수를 줄일 수 있다. 따라서, 제조시 생산성이 높아질 수 있고, 사용시 전력 소비가 감소될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 영상 표시 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 2는 실시예에 따른 영상 표시 장치의 표시 패널부가 형성하고자 하는 이미지의 망막 상에서의 해상도 분포를 예시적으로 보인다.
도 3은 실시예에 따른 영상 표시 장치에 채용되는 표시 패널부의 화소 배치를 보인다.
도 4는 실시예에 따른 영상 표시 장치가 사람의 눈과 매우 가까운 거리에서 사람의 눈에 인지되는 영상을 형성할 수 있음을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 실시예에 따른 영상 표시 장치의 표시 패널부에 채용되어 퍼짐이 없는 빔을 형성하는 광소자의 개략적인 구조를 보인다.
도 6은 도 5의 표시 패널부에 채용되어 광소자에서 출사된 빔의 발산각을 줄이기 위한 마이크로렌즈를 보인다.
도 7은 실시예에 따른 영상 표시 장치의 표시 패널부가 시청자의 망막 상에 이미지를 형성하는 광경로를 예시적으로 보인다.
도 8a 및 도 8b는 다른 실시예에 따른 영상 표시 장치의 표시 패널부의 화소 배치를 보이는 것으로, 각각, 평면도 및 단면도이다.
도 9는 도 8a 및 도 8b의 표시 패널부가 시청자의 망막 상에 이미지를 형성하는 광경로를 예시적으로 보인다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
실시예에 따른 영상 표시 방법은 단일 방향성의 광을 생성하여 방출하는 복수의 광소자를 이용하여 시청자의 망막 상에 투사할 이미지를 형성하는 방법을 사용하며, 인간 시각 인지 특성을 활용하여 이미지의 해상도를 망막 중심부가 주변부보다 높게 형성하고 있다.
도 1은 상술한 방법을 수행하는 실시예에 따른 영상 표시 장치(1000)의 개략적인 구성을 보이는 블록도이고, 도 2는 실시예에 따른 영상 표시 장치(1000)의 표시 패널부(110)가 망막 상에 형성하고자 하는 이미지(I)의 해상도 분포를 예시적으로 보인다.
영상 표시 장치(1000)는 사용자의 눈에 착용되는 콘택트 렌즈 형태의 디스플레이 장치로서, 렌즈(L) 상에 배치된 표시 패널부(110)는 퍼짐이 없는 빔을 이용하여 형성한 이미지를 사용자의 망막 상에 투사할 수 있는 구조를 가진다. 퍼짐이 없는 빔을 형성할 수 있는 광소자의 구조에 대해서는 후술할 것이다. 표시 패널부(110)는 이미지 형성을 위해 필요한 화소수를 줄일 수 있는 구조를 가지며, 이를 위하여, 표시 패널부(110)은 인간의 시각 인지 특성을 활용하고 있다. 인간의 시각인지 특성에 대해서 살펴보면, 색을 감지하는 원추세포는 망막의 시각중심부에 밀집되어 있으며, 주변부로 갈수록 밀도가 낮아진다. 또한, 망막 중심부의 작은 영역은 망막 시신경이 연결되는 대뇌 후두엽의 시각 피질(Primary visual cortex)의 넓은 부분으로 매핑(mapping)된다. 이를 Cortical Magnification이라고 한다. 따라서, 망막 상에 이미지를 형성할 때, 시신경이 밀집되는 작은 영역의 해상도를 높게 하고 그 주변 영역의 해상도는 이보다 낮게 함으로써 효율적인 화소 배치와 함께, 필요한 화소 개수를 줄이는 구조를 도모할 수 있다. 표시 패널부(110)가 사용자 눈의 망막 상에 형성하는 이미지의 해상도는 망막 중심부가 주변부보다 높도록 표시 패널부(110)의 구조가 정해진다.
도 2에 예시적으로 도시한 바와 같이, 망막 상에 형성된 화소 이미지(PI)의 분포는 중심부의 분포 밀도가 주변부의 분포 밀도보다 높게 형성될 수 있다. 이와 같이, 망막 상에 형성되는 이미지(I)의 해상도를 중심부가 주변부보다 높게 형성하기 위한 표시 패널부(110)의 구체적인 구성에 대해서는 후술할 것이다.
영상 표시 장치(1000)는 상술한 특징의 표시 패널부(110)와 표시 패널부(110)에 표시할 영상 정보에 따라 영상 신호를 생성하고, 생성된 영상 신호에 따라 표시 패널부(110)를 구성하는 복수의 광소자 각각의 온/오프를 제어할 제어 신호를 형성하는 영상 신호 처리부(200)를 포함한다.
또한, 영상 표시 장치(1000)는 영상 신호 처리부(200)로부터 영상 신호를 무선 수신하기 위한 안테나(180), 안테나(180)로부터 수신된 제어 정보에 따라 표시 패널부(110)를 제어하는 제어부(120), 표시 패널부(110)를 구성하는 복수의 광소자 각각에 광을 생성하기 위해 공급할 에너지가 저장된 에너지 저장부(130)를 더 포함할 수 있다. 에너지 저장부(130)는 에너지 수확부를 함께 구비할 수 있으며, 이로부터 에너지를 생성하고, 표시 패널부(110)에 전기에너지를 제공할 수 있다.
또한, 영상 표시 장치(1000)는 안구의 움직임을 감지하기 위한 압력 센서(140)를 더 포함할 수 있다. 압력 센서(140)는 렌즈(L) 주변부를 따라 각 방향에 배치된 복수개로 구비될 수 있으며 안구의 회전에 따라 눈주위 피부에 가해지는 압력 차이로부터 안구 회전량을 감지할 수 있다. 압력 센서(140)로부터 감지된 안구 회전량으로부터 시선 방향을 알아낼 수 있고, 영상 신호 처리부(200)는 이러한 정보를 수신하여 시선 방향에 해당하는 영상의 위치를 기준으로 하여 중심부는 고해상도, 주변부는 저해상도가 되도록 영상 신호를 처리하고, 이러한 영상이 표시 패널부(110)에 표시되도록 한다.
표시 패널부(110), 안테나(180), 제어부(120), 에너지저장부(130), 압력 센서(140)의 구성은 렌즈(L) 상에 배치되고, 영상 신호 처리부(200)는 렌즈(L)와 이격된 별도의 장비, 예를 들어, 휴대 가능한 모바일 기기의 형태로 구현될 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 영상 표시 장치에 채용되는 표시 패널부(110)의 화소 배치를 보인다.
표시 패널부(110)는 다수의 광소자(P)가 어레이되어 이루어진다. 광소자(P)는 퍼짐이 없는 빔을 생성하여 방출하는 소자로서, 이에 의해 조명되는 단위 영역을 화소(pixel)라고 칭할 것이다. 복수의 광소자(P)는 중심부(P)의 분포 밀도가 주변부의 분포 밀도보다 높도록, 즉, 중심부에서 보다 밀집되도록 배치되어 있다. 이러한 배치는 시신경이 밀집된 망막 중심부에서의 해상도를 높게 하기 위한 것이다. 중심부에서 주변부로 갈수록 변하는 분포 밀도는 예시적인 것이다. 또한, 다수의 광소자(P)는 동심원 형태로 배열된 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이고, 다각형 형태로 배열될 수도 있다.
또한, 주변부의 해상도를 낮게 하기 위해, 주변부에서의 광소자(P) 분포 밀도를 보다 낮게 하는 것과 함께, 주변부에 배치되는 광소자(P)들은 중심부에 배치되는 광소자(P)들이 형성하는 화소보다 큰 화소를 형성하도록 구성될 수도 있다.
도 4는 실시예에 따른 영상 표시 장치가 사람의 눈과 매우 가까운 거리에서 사람의 눈에 인지되는 영상을 형성할 수 있음을 설명하기 위한 개념도이다.
광학계로 설명될 수 있는 눈은 무한대의 먼 거리에 있는 물체부터 근거리(near point), 약 10 cm 정도의 거리에 있는 물체까지를 정확하게 결상시켜 볼 수 있다. 이보다 가까운 거리의 물체는 결상시킬 수 없기 때문에 보조 도구를 사용하게 된다. 그러나, 렌즈와 같은 광학 기구를 사용하여도 근거리(near point)를 1 cm 이내로 만들 수 없고 회절과 수차에 의해 상이 부정확해진다. 즉, 광선다발을 모으는 일반적인 광학계로는 눈에 매우 가까운 거리에서 형성되는 영상이 사용자의 눈에 인식되기 어렵다.
본 실시예의 영상 표시 장치(1000)에 채용되는 표시 패널부(110)는 퍼짐이 거의 없는 단일 방향성의 빛을 만들어 이를 이용하여 영상을 형성하고 이 영상을 사용자의 눈의 망막에 직접 조사하는 방식을 사용하며, 망막에 그려진 영상이 인식되게 된다.
퍼짐이 있는 빛으로 형성된 영상이라면, 수정체의 조절로는 사용자의 눈에 인식될 수 없는 정도의 가까운 거리(d), 예를 들어, 약 5cm 이하의 거리에 형성되어도 사람의 눈에 인식될 수 있다. 따라서, 사람의 눈에 착용될 수 있는 렌즈 형태로 영상 표시 장치를 구현할 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 영상 표시 장치의 표시 패널부(110)를 구성하는 광소자(P)의 상세한 구성을 보인다.
표시 패널부(110)는 서로 다른 파장의 광을 생성하는 광소자(P1)(P2)(P3)를 포함한다. 광소자(P1)(P2)(P3)는 각각 서로 다른 컬러의 서브 화소를 정의하게 된다. 이들 복수의 서브 화소가 단위 화소를 이 루며, 이러한 단위 화소 복수개에서 각각 형성하는 광의 조합으로 영상이 형성될 수 있다. 도면에서는 편의상 하나의 단위 화소만을 보이고 있다.
광소자(P1)(P2)(P3)는 단일 방향성의 빔을 생성하여 방출하는 소자이다. 본 명세서에서, 표시 패널부(110) 또는 광소자(P1)(P2)(P3)로부터 출사되는 광을 표현함에 있어, 퍼짐이 없는 빔, 직진성 빔, 단일 방향성의 빔과 같은 표현이 혼용되며, 모두 유사한 의미를 갖는다. 이 때, '퍼짐이 없는', '직진', '단일 방향성' 과 같은 기술에서 그 정도는 100% 완벽한 것을 의미하는 것으로 한정되지는 않으며, 사용자의 망막에 인식됨에 있어 수정체의 초점 조절을 거치지 않고 선명하게 인지될 수 있는 정도를 의미한다.
표시 패널부(110)는 렌즈(L) 내부에 임베드(embed) 되거나 또는 렌즈(110) 표면 상에 배치될 수 있다. 도면에서는 표시 패널부(110)를 구성하는 복수의 광소자 (P1)(P2)(P3)들이 렌즈(110) 내부에 임베드 되는 형태로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 렌즈(110) 표면에 배치되는 형태로 구현될 수도 있다.
광소자(P1)(P2)(P3)는 광을 생성하는 발광구조층(21)(22)(23)과, 발광구조층(21)(22)(23)에서 생성된 광이 일방향으로만 방출되는 모드를 형성하도록, 발광구조층(21)(22)(23)의 상, 하에 각각 배치된 리플렉터(20)를 포함한다.
발광구조층(21)(22)(23)은 전자, 정공의 결합으로 광을 생성하는 반도체층으로 형성될 수 있으며, 복수층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전자 주입 및 정공 주입을 위한 n형 반도체층 및 p형 반도체층, 주입된 전자, 정공이 결합되는 활성층을 포함할 수 있다. 발광구조층(21)(22)(23)을 이루는 재질에 따라 발광 파장 대역을 조절할 수 있으며, 예를 들어, 발광구조층(21)(22)(23)은 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 광이 형성되도록 그 재질이 정해질 수 있다.
리플렉터(20)는 유전율이 다른 복수의 유전물질층이 소정 두께로 교번 적층된 분산 브래그 반사기(distributed Bragg reflector, DBR)로 구성될 수 있다. 리플렉터(20)를 구성하는 층수는 도시된 형태로 한정되지 않으며, 반사 효율을 고려하여 적절히 정해질 수 있다.
광소자(P1)(P2)(P3)로는 예를 들어, 레이저(laser) 또는 RCLED(resonant cavity light emitting diode)가 채용될 수 있다.
도 6은 도 5의 표시 패널부(110)에 채용될 수 있는 마이크로렌즈(ML)를 보인다.
도 5에서 설명한 바와 같은 구조로 광소자(P1)를 구성하여도, 방출되는 빔은 약간의 발산각을 가질 수 있고, 이를 보완하기 위한 마이크로렌즈(ML)를 채용할 수 있다. 마이크로렌즈(ML)는 광소자(P1)에서 방출된 빔을 콜리메이팅 하는 기능을 할 수 있다. 이 때, 광축에서 상대적으로 먼 영역에서는 구면수차가 발생할 수 있기 때문에, 마이크로렌즈(ML)는 근축 영역만을 오픈하고 다른 영역은 차폐한 형태로 사용될 수 있다. 마이크로렌즈(ML)에 의해 콜리메이팅된 빔은 평행하거나 또는 매우 작은 발산각을 가질 수 있다. 예를 들어, 망막 중심부에 시신경이 가장 밀집된 영역을 기준으로 할 때, 안구 표면으로부터 시야각 약 2˚의 범위에 120개의 시신경이 밀집된다. 따라서, 마이크로렌즈(ML)로부터 수습된 빔의 발산각(θ)이 1/60˚보다 작을 필요는 없을 것이다. 마이크로렌즈(ML)는 광소자(P1)로부터 방출된 빔의 발산각(θ)을 약 1/5˚이내로 줄일 수 있도록 마련될 수 있다. 도면에서는 광소자(P1)에서의 빔을 줄이는 마이크로렌즈(ML)로 도시하였으나, 광소자(P2)(P3)에 이러한 마이크로렌즈(ML)가 적용될 수 있음은 물론이다.
도 7은 실시예에 따른 영상 표시 장치의 표시 패널부(110)가 시청자의 망막 상에 이미지를 형성하는 광경로를 예시적으로 보인다.
도 3과 같은 분포 밀도의 형태로 화소가 배치된 표시 패널부(110)에 의해, 망막(R)상에 형성된 이미지는 중심부의 해상도가 주변부의 해상도보다 높은 형태, 즉, 도 2와 같은 형태가 된다.
도 8a 및 도 8b는 다른 실시예에 따른 영상 표시 장치의 표시 패널부(111)의 화소 배치를 보이는 것으로, 각각, 평면도 및 B-B'단면도이다.
표시 패널부(111)를 구성하는 광소자(P)들은 중심부, 주변부의 분포 밀도 차이 없이 배치될 수 있다. 이 경우, 망막상에 형성되는 이미지의 해상도가 중심부가 주변부보다 높게 형성되도록 하기 위해서, 주변부에 배치되는 광소자(P)와 중심부에 배치되는 광소자(P)의 지향각이 서로 다르게 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 8b에 도시된 바와 같이, 주변부에 배치된 광소자(P)는 출광면(ES)과 이에 마주하는 렌즈면(LS)이 서로 나란하게 배치된 반면, 중심부로 갈수록 광소자(P)의 출광면(ES)과 이에 마주하는 렌즈면(LS)이 이루는 각이 커지는 형태로 광소자(P)들이 배치될 수 있다. 렌즈면(LS)은 곡면이므로, 여기서, 출광면(ES)과 마주하는 렌즈면(LS)은 출광면(ES)에서 출사된 광이 렌즈면(LS)과 만나는 위치를 의미한다.
도 8b는 중심부, 주변부에 배치된 광소자(P)의 지향각을 달리하기 위해, 개개의 광소자(P)의 출광면(ES)과 렌즈면(LS)이 이루는 각이 변화된 배치를 제시하고 있으나, 이는 예시적인 것이고, 다른 방법으로 이를 구현할 수 있다.
도 8c는 도 8b의 변형예를 보이는 단면도이다.
도시된 바와 같이, 개개의 광소자(P)에 지향각 조절 소자(D)가 구비될 수 있다. 지향각 조절 소자(D)는 광소자(P)로부터 생성되어 방출된 광의 지향각을 조절하기 위한 것으로, 렌즈 형태를 가질 수 있고, 곡면의 세부적인 형태를 조절하여 광소자(P)로부터 출사된 광의 지향각을 바꿀 수 있다. 도면에서는 개개의 광소자(P)에 마련된 지향각 조절 소자(D)의 형상이 모두 동일하게 도시되어 있으나 이는 편의상의 예시이다. 지향각 조절 소자(D)는 광소자(P)가 배치된 위치에 따라, 즉, 중심부, 주변부 여하에 따라 지향각을 조절하는 정도가 달라지도록 그 세부적인 구성이 정해질 수 있다.
도 9는 도 8a 및 도 8b, 또는 8c의 표시 패널부(111)가 시청자의 망막(R) 상에 이미지를 형성하는 광경로를 예시적으로 보인다.
중심부, 주변부에서 일정한 분포 밀도로 광소자(P)가 배치되고, 중심부, 주변부에 배치된 광소자(P)의 지향각을 서로 다르게 함으로써, 망막(R) 상에 중심부의 해상도가 주변부보다 높은 이미지, 예를 들어, 도 2에 도시한 형태의 해상도 분포를 가지는 이미지(I)가 형성될 수 있다.
이러한 본원 발명은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 사용자의 눈에 착용되는 렌즈(eye wearable lens);
    상기 렌즈 내부에 임베드(embed) 되거나 또는 렌즈 표면에 배치되는 것으로, 사용자의 망막에 투사할 영상을 형성하기 위한 복수의 광소자가 어레이되며, 상기 복수의 광소자가 형성하는 영상의 해상도는 망막 중심부가 주변부보다 높도록 상기 복수의 광소자가 구성되는 표시 패널부;
    상기 표시 패널부에 표시할 영상 정보에 따라 영상 신호를 생성하고, 상기 영상 신호에 따라 상기 복수의 광소자 각각의 온/오프를 제어하는 제어 신호를 생성하는 영상 신호 처리부;를 포함하며,
    상기 복수의 광소자는 중심부에 위치한 광소자들의 지향각과 주변부에 위치한 광소자의 지향각이 서로 다르도록 구성된 영상 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광소자는 중심부에서의 분포 밀도가 주변부에서의 분포 밀도보다 높도록 배치된 영상 표시 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광소자의 출광면과 상기 출광면과 마주하는 위치의 렌즈면이 이루는 각은 주변부에 배치된 광소자보다 중심부에 배치된 광소자가 더 크도록 상기 복수의 광소자가 배치된 영상 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광소자로부터 출광된 광의 방향성을 조절하는 방향조절소자가 더 구비된 영상 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광소자 중 주변부에 위치한 광소자가 형성하는 화소 크기가 중심부에 위치한 광소자가 형성하는 화소 크기보다 크도록 상기 복수의 광소자가 구성된 영상 표시 장치.
  7. 사용자의 눈에 착용되는 렌즈(eye wearable lens);
    상기 렌즈 내부에 임베드(embed) 되거나 또는 렌즈 표면에 배치되는 것으로, 사용자의 망막에 투사할 영상을 형성하기 위한 복수의 광소자가 어레이되며, 상기 복수의 광소자가 형성하는 영상의 해상도는 망막 중심부가 주변부보다 높도록 상기 복수의 광소자가 구성되는 표시 패널부;
    상기 표시 패널부에 표시할 영상 정보에 따라 영상 신호를 생성하고, 상기 영상 신호에 따라 상기 복수의 광소자 각각의 온/오프를 제어하는 제어 신호를 생성하는 영상 신호 처리부; 및
    상기 광소자에서 방출된 광의 발산각을 줄이는 마이크로렌즈;를 포함하는 영상 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈는 상기 광소자에서 방출된 광의 발산각이 1/60˚ 이상 1/5˚ 이하가 되도록 하는 영상 표시 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈는 근축 범위만 오픈된 형태를 가지는 영상 표시 장치.
  10. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광소자는 광을 생성하는 발광구조층과,
    상기 발광구조층에서 생성된 광이 일방향으로만 방출되는 모드를 형성하도록, 상기 발광구조층의 상, 하에 각각 배치된 리플렉터;를 포함하는 영상 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광소자는 레이저(laser) 또는 RCLED(resonant cavity light emitting diode)를 포함하는 영상 표시 장치.
  12. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    안구의 움직임을 감지하기 위한 압력 센서가 더 구비된 영상 표시 장치.
  13. 사용자의 눈에 착용되는 렌즈(eye wearable lens);
    상기 렌즈 내부에 임베드(embed) 되거나 또는 렌즈 표면에 배치되는 것으로, 사용자의 망막에 투사할 영상을 형성하기 위한 복수의 광소자가 어레이되며, 상기 복수의 광소자가 형성하는 영상의 해상도는 망막 중심부가 주변부보다 높도록 상기 복수의 광소자가 구성되는 표시 패널부;
    상기 표시 패널부에 표시할 영상 정보에 따라 영상 신호를 생성하고, 상기 영상 신호에 따라 상기 복수의 광소자 각각의 온/오프를 제어하는 제어 신호를 생성하는 영상 신호 처리부; 및
    안구의 움직임을 감지하기 위한 압력 센서;를 포함하며,
    상기 영상 신호 처리부는 상기 압력 센서로부터 감지된 신호로부터 시선의 방향을 인지하고, 시선 방향의 중심에 해당하는 영상이 고해상도가 되고 주변부는 저해상도가 되도록 영상 신호를 생성하는 영상 표시 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 영상 신호 처리부는 상기 렌즈와 분리된 별도의 기기로 구현되며,
    상기 영상 신호 처리부에서의 신호는 상기 표시 패널부에 무선 송신되는 영상 표시 장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11609427B2 (en) * 2015-10-16 2023-03-21 Ostendo Technologies, Inc. Dual-mode augmented/virtual reality (AR/VR) near-eye wearable displays
US11106273B2 (en) 2015-10-30 2021-08-31 Ostendo Technologies, Inc. System and methods for on-body gestural interfaces and projection displays
US10578882B2 (en) 2015-12-28 2020-03-03 Ostendo Technologies, Inc. Non-telecentric emissive micro-pixel array light modulators and methods of fabrication thereof
US10453431B2 (en) 2016-04-28 2019-10-22 Ostendo Technologies, Inc. Integrated near-far light field display systems
US10522106B2 (en) 2016-05-05 2019-12-31 Ostendo Technologies, Inc. Methods and apparatus for active transparency modulation
US10338400B2 (en) 2017-07-03 2019-07-02 Holovisions LLC Augmented reality eyewear with VAPE or wear technology
US10859834B2 (en) 2017-07-03 2020-12-08 Holovisions Space-efficient optical structures for wide field-of-view augmented reality (AR) eyewear
US10718957B2 (en) * 2018-02-01 2020-07-21 Tectus Corporation Eye-mounted device including a femtocamera and femtoprojector
CN112740099B (zh) * 2018-07-30 2024-05-14 奥克塞拉有限公司 用于延缓近视进展的电子接触透镜的光学设计
KR20210047483A (ko) * 2019-10-22 2021-04-30 에스케이하이닉스 주식회사 복수의 촬영 모드를 지원하는 이미지 센서
US11294179B2 (en) 2020-08-07 2022-04-05 Tectus Corporation Coordinating an eye-mounted imager with an external camera
CN114371555A (zh) * 2020-10-14 2022-04-19 Oppo广东移动通信有限公司 穿戴式电子设备
US11343420B1 (en) 2021-03-30 2022-05-24 Tectus Corporation Systems and methods for eye-based external camera selection and control
US11619994B1 (en) 2022-01-14 2023-04-04 Tectus Corporation Control of an electronic contact lens using pitch-based eye gestures

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5369415A (en) 1992-06-29 1994-11-29 Motorola, Inc. Direct retinal scan display with planar imager
US20090189830A1 (en) * 2008-01-23 2009-07-30 Deering Michael F Eye Mounted Displays
US20120050683A1 (en) 2009-05-06 2012-03-01 University Of Virginia Patent Foundation Self-Illuminated Handheld Lens for Retinal Examination and Photography and Related Method thereof
US20120140167A1 (en) 2010-11-01 2012-06-07 Pixeloptics, Inc. Dynamic Changeable Focus Contact And Intraocular Lens

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5682210A (en) 1995-12-08 1997-10-28 Weirich; John Eye contact lens video display system
JPH09305156A (ja) 1996-05-16 1997-11-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 映像表示方法及び装置
GB2314664A (en) 1996-06-27 1998-01-07 Sharp Kk Address generator,display and spatial light modulator
WO2002067235A2 (en) 2001-02-21 2002-08-29 Koninklijke Philips Electronics N.V. Display system for processing a video signal
US7068813B2 (en) 2001-03-28 2006-06-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method and apparatus for eye gazing smart display
JP4752309B2 (ja) 2005-04-07 2011-08-17 ソニー株式会社 画像表示装置および方法
WO2008109867A2 (en) 2007-03-07 2008-09-12 University Of Washington Active contact lens
KR20110018202A (ko) * 2009-08-17 2011-02-23 배희철 시력보호 모드 엔진 시스템
US8697770B2 (en) 2010-04-13 2014-04-15 Johnson & Johnson Vision Care, Inc. Pupil-only photochromic contact lenses displaying desirable optics and comfort
KR102103985B1 (ko) 2013-04-26 2020-04-23 삼성전자주식회사 단일 방향성의 빔을 이용한 영상 표시 장치, 증강 현실 영상 구현 방법 및 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5369415A (en) 1992-06-29 1994-11-29 Motorola, Inc. Direct retinal scan display with planar imager
US20090189830A1 (en) * 2008-01-23 2009-07-30 Deering Michael F Eye Mounted Displays
US20120050683A1 (en) 2009-05-06 2012-03-01 University Of Virginia Patent Foundation Self-Illuminated Handheld Lens for Retinal Examination and Photography and Related Method thereof
US20120140167A1 (en) 2010-11-01 2012-06-07 Pixeloptics, Inc. Dynamic Changeable Focus Contact And Intraocular Lens

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Publication number Publication date
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US20170116897A1 (en) 2017-04-27
KR20170007250A (ko) 2017-01-18
US10235912B2 (en) 2019-03-19

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