KR102323214B1 - 증강현실을 위한 광학장치 - Google Patents

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Abstract

증강현실을 위한 광학장치가 개시된다. 증강현실을 위한 광학장치는 광 입력수단; 및 광 출력수단을 포함하고, 상기 광 입력수단은 마이크로 디스플레이, 상기 마이크로 디스플레이 상에서 표시되는 영상을 상기 광 출력수단으로 전달하는 적어도 두 개의 편광 빔 스플리터 및 입사광의 편광 상태를 바꾸는 4분의 1 파장판을 포함하며, 상기 광 출력수단은 상기 광 입력수단으로부터 들어오는 영상을 관찰자에게 전달하는 적어도 두 개의 편광 빔 스플리터, 입사광의 편광 상태를 바꾸는 4분의1 파장판 및 광 집적부를 포함할 수 있다.

Description

증강현실을 위한 광학장치{Optical device for augmented reality}
본 개시는 증강현실을 위한 광학장치에 관한 것으로, 구체적으로는 감소된 두께를 갖는 증강현실을 위한 모바일 광학장치에 관한 것이다.
증강현실은 실제 영상에 가상의 정보 혹은 그래픽을 입혀서 증강시키는 기술을 의미한다. 가상의 정보는 예를 들면, 마이크로 디스플레이 상의 텍스트 또는 그래픽 형태의 이미지가 될 수 있으며, 실제 영상은 장치의 시야에 관찰된 실제 물체에 관한 정보가 될 수 있다.
이러한 증강현실을 구현하는 방법은 크게 2가지로 나누어 볼 수 있다.
하나는 카메라 등을 이용하여 촬영된 영상을 출력하고, 그 영상 내에서 인식된 사물, 사람 등의 피사체에 관한 정보를 촬영된 영상과 함께 출력하도록 하는 방법이다.
다른 하나의 방법은, 구글 글래스(상표명)와 같은 헤드 마운트 디스플레이 장치 혹은 헤드 업 디스플레이 장치에 이용되는 방법으로, 촬영된 영상을 직접 출력하지는 않고, 다만 촬영된 영상에 포함된 피사체에 관한 정보만을 출력하는 방법이다.
이러한 증강현실 구현 시, 특히 헤드 마운트 디스플레이 장치의 경우 내부에 빔 스플리터, 렌즈, 디스플레이 등이 삽입되어야 한다.
감소된 두께를 갖는 증강현실을 위한 광학장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 광 입력수단; 및 광 출력수단을 포함하고, 상기 광 입력수단은 마이크로 디스플레이, 상기 마이크로 디스플레이 상에서 표시되는 영상을 상기 광 출력수단으로 전달하는 적어도 두 개의 편광 빔 스플리터 및 입사광의 편광 상태를 바꾸는 4분의 1 파장판을 포함하며, 상기 광 출력수단은 상기 광 입력수단으로부터 들어오는 영상을 관찰자에게 전달하는 적어도 두 개의 편광 빔 스플리터, 입사광의 편광 상태를 바꾸는 4분의1 파장판 및 광 집적부를 포함한다.
일 측면에 따른 백라이트 유닛은, 상기 광 입력수단은 광원부 및 입사된 광선을 평행하게 하는 집광렌즈를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따른 백라이트 유닛은, 상기 적어도 두 개의 편광 빔 스플리터는 입사된 빛을 P편광 및 S편광 광선으로 나누고, 상기 광선은 상기 4분의1 파장판을 통과하고, 상기 마이크로 디스플레이를 비춘 후 반사되어, 다시 상기 4분의1 파장판을 통과한 후, 상기 편광 빔 스플리터에서 반사되어, 상기 도광판을 따라서 광 출력수단으로 전달될 수 있다.
다른 측면에 따른 백라이트 유닛은, 상기 광 출력수단의 상기 적어도 두 개의 편광 빔 스플리터는 상기 광 입력수단으로부터 전달된 광선을 상기 광 집적부로 반사시키고, 상기 광선은 상기 광 출력수단의 상기 4분의1 파장판을 통과하고, 상기 광 집적부에 의해 반사되어, 다시 상기 4분의1 파장판을 통과한 후, 관찰자의 눈으로 전달될 수 있다.
다른 측면에 따른 백라이트 유닛은, 광선의 이동을 제공하고, 평면 평행판의 형태로 배열되며, 광학적으로 투명한 재료로 형성되는 도광판을 포함할 수 있다.
다른 측면에 따른 백라이트 유닛은, 상기 도광판은 광선의 이동을 제공하고, 구부러진 형태로 배열되며, 광학적으로 투명한 재료로 형성될 수 있다.
다른 측면에 따른 백라이트 유닛은, 상기 편광 빔 스플리터는 작용면에 편광 코팅이 되어있는 반사부재, 프리즘 및 프레넬 프리즘 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따른 백라이트 유닛은, 상기 마이크로 디스플레이는 2차원 이미지 및 홀로그래픽 이미지 중 적어도 하나를 형성할 수 있다.
다른 측면에 따른 백라이트 유닛은, 상기 마이크로 디스플레이는 반사형 광 변조기, 발광다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLED)중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따른 백라이트 유닛은, 상기 광 집적부는 상기 광 출력수단에서 관측자 눈의 반대쪽 면에 위치할 수 있다.
다른 측면에 따른 백라이트 유닛은, 상기 광 집적부는 상기 광 출력수단에서 관측자의 눈 쪽 면에 위치할 수 있다.
다른 측면에 따른 백라이트 유닛은, 상기 광원부 및 상기 집광렌즈는 상기 광 입력수단에서 상기 마이크로 디스플레이와 마주보는 면의 앞쪽에 위치할 수 있다.
다른 측면에 따른 백라이트 유닛은, 상기 광원부 및 상기 집광렌즈는 상기 광 입력수단에서 상기 마이크로 디스플레이에 수직인 면의 앞쪽에 위치할 수 있다.
다른 측면에 따른 백라이트 유닛은, 상기 광 출력수단은 외부 물체에 대한 정보를 포함하는 빛을 확대시키는 보상요소를 포함할 수 있다.
전술한 본 개시의 과제 해결 수단에 의하면, 시야각은 그대로 유지하면서 크기와 무게를 줄여, 착용감이 좋은 증강현실을 위한 헤드 마운트 디스플레이를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 증강현실을 위한 광학장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2a는 도 1에서 광 출력수단만을 도시하는 단면도이다.
도 2b는 실시예에 따른 증강현실을 위한 광학장치의 광 출력수단에서, 광 집적부 및 보상요소가 관측자의 눈 쪽 도광판면에 위치한 단면도다.
도 3a은 도1에서 광 입력수단만을 도시하는 단면도이다.
도 3b는 실시예에 따른 증강현실을 위한 광학장치의 광 입력수단에서, 광원부 및 집광렌즈가 마이크로 디스플레이에 수직인 도광판면의 앞쪽에 위치한 단면도다.
도 4a는 실시예에 따른 증강현실을 위한 광학장치의 편광 빔 스플리터에서, 편광 빔 스플리터는 반사부재 또는 반사 프리즘으로 이루어진 단면도다.
도 4b는 실시예에 따른 증강현실을 위한 광학장치의 편광 빔 스플리터에서, 편광 빔 스플리터는 프레넬 프리즘으로 이루어진 단면도다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 실시예에 따른 증강현실을 위한 광학장치를 개략적으로 나타낸 단면도다. 도 1을 참조하면, 증강현실을 위한 광학장치는 광 입력수단(20) 및 광 출력수단(30)을 포함할 수 있다.
광 입력수단(20)은 광원부(1), 집광렌즈(2), 마이크로 디스플레이(3), 4분의1 파장판(4), 도광판(7), 제 1 편광 빔 스플리터(5) 및 제 2 편광 빔 스플리터(6)를 포함할 수 있다.
광 출력수단(30)은 4분의1 파장판(4), 도광판(7), 제 3 편광 빔 스플리터(8), 제 4 편광 빔 스플리터(9), 광 집적부(10) 및 보상요소(11)를 포함할 수 있다.
광원부(1)는 발광다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLED), 레이저 다이오드, 고체 레이저 또는 광섬유를 포함할 수 있다. 그러나 광원부(1)는 이에 제한되는 것은 아니며, 백라이트 장치에 적합한 어떠한 종류의 광원도 포함할 수 있다.
집광렌즈(2)는 도광판(7)으로 입사하는 빛을 평행하게 할 수 있다.
도광판(7)은 고 투과성의 플라스틱, 광학유리 또는 석영유리로 만들어 질 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
광 입력수단(20)의 제 1 편광 빔 스플리터(5) 및 광 출력수단(30)의 제 4 편광 빔 스플리터(9)는 입사광에서 P편광(또는 S편광)은 투과시키고, S편광(또는 P편광)은 반사시킬 수 있다. 광 입력수단(20)의 제 2 편광 빔 스플리터(6) 및 광 출력수단(30)의 제 3 편광 빔 스플리터(8)는 입사광에서 S편광(또는 P편광)은 투과시키고, P편광(또는 S편광)은 반사시킬 수 있다. P편광은 진동방향이 입사평면에 평행한 빛을 의미하며, S편광은 진동방향이 입사평면에 수직인 빛을 의미한다.
마이크로 디스플레이(3)는 반사형 광 변조기를 포함할 수 있다. 또한, 마이크로 디스플레이(3)은 광 변조기 대신에 발광다이오드(LED) 또는 유기발광다이오드(OLED)를 포함할 수 있다.
광 집적부(10)는 광학적으로 투명한 재료로 만들어 질 수 있다. 광 집적부(10)는 입사된 빛을 반사하여 모아주는 역할을 할 수 있으며, 외부로부터 들어오는 빛을 투과시킬 수도 있다.
보상요소(11)는 외부 물체에 대한 정보를 포함하는 빛(13)이 광 집적부(10)에 의해 축소되는 것을 확대시켜, 외부 물체의 원래의 크기 및 모양대로 관측자의 눈(12)으로 들어오도록 할 수 있다.
광 입력수단(20)에서 광원부(1) 및 집광렌즈(2)는 마이크로 디스플레이(3)와 마주보는 도광판(7)면의 앞쪽에 위치할 수 있다. 제 1 편광 빔 스플리터(5) 및 제 2 편광 빔 스플리터(6)는 도광판(7) 내부에서 평행하게 위치할 수 있으며, 광원부(1) 및 마이크로 디스플레이(3) 사이에 위치할 수 있다.
광 출력수단(30)에서 제 3 편광 빔 스플리터(8) 및 제 4 편광 빔 스플리터(9)는 도광판(7) 내부에서 평행하게 위치할 수 있다. 제 3 편광 빔 스플리터(8) 및 제 4 편광 빔 스플리터(9)는 제 1 편광 빔 스플리터(5) 및 제 2 편광 빔 스플리터(6)와 기울어진 방향이 반대 방향일 수 있다. 또한, 광 집적부(10) 및 보상요소(11)는 마이크로 디스플레이(3)가 위치한 도광판(7)면과 동일한 쪽 면에 위치할 수 있다.
광원부(1)에서 방출된 광선은 집광렌즈(2)로 입사할 수 있으며, 집광렌즈(2)는 입사된 빛을 평행하게 할 수 있다. 평행한 빛은 도광판(7)의 내부로 입사한다. 설명의 편의를 위하여, 제 1 편광 빔 스플리터(5)로 입사한 빛을 제 1광선(L1), 제 2 편광 빔 스플리터(6)로 입사한 빛을 제 2광선(L2)이라 명명한다. 제 1광선(L1)은 제 1 편광 빔 스플리터(5)를 투과 후 P편광(또는 S편광)되고, 제 2광선(L2)은 제 2 편광 빔 스플리터(6)를 투과 후 S편광(또는 P편광)된다.
제 1광선(L1)및 제 2광선(L2)은 4분의1 파장판(4)을 통과하고, 마이크로 디스플레이(3)를 비출 수 있다. 마이크로 디스플레이(3)상에는 합성하고자 하는 이미지가 형성되어 있을 수 있다. 마이크로 디스플레이(3)는 반사형 광 변조기를 포함할 수 있으며, 이 경우, 마이크로 디스플레이(3)를 비춘 광선은 입사한 방향으로 반사될 수 있다. 또한, 마이크로 디스플레이(3)자체가 발광다이오드(LED) 또는 유기발광다이오드(OLED)를 포함할 수 있으며, 이 경우에는 광원부(1) 및 집광렌즈(2)는 필요하지 않을 수 있다.
이미지에 대한 정보를 가지고 있는 마이크로 디스플레이(3)를 비춘 후, 제 1광선(L1)및 제 2광선(L2)은 반사되어 다시 4분의1 파장판(4)을 통과할 수 있다. 편광된 빛이 4분의1 파장판(4)을 총 두 번 통과하게 되므로, 편광방향이 원래 방향의 수직방향으로 변화될 수 있다. 즉, P편광은 S편광이 되고, S편광은 P편광이 될 수 있다. 따라서, 제 1광선(L1)은 마이크로 디스플레이(3)를 비춘 후, 제 1 편광 빔 스플리터(5)로 입사될 때 S편광(또는 P편광)상태이므로, 제 1 편광 빔 스플리터(5)에서 반사되어 도광판(7)을 따라 광 출력수단(30) 방향으로 전달될 수 있다. 제 2광선(L2)은 마이크로 디스플레이(3)를 비춘 후, 제 2 편광 빔 스플리터(6)로 입사될 때 P편광(또는 S편광) 상태이므로, 제 2 편광 빔 스플리터(6)에서 반사되어 도광판(7)을 따라 광 출력수단(30) 방향으로 전달될 수 있다.
이미지에 대한 정보를 가지고 있는 제 1광선(L1)및 제 2광선(L2)은 광 출력수단(30)의 제 3 및 제 4 편광 빔 스플리터(8, 9)에 의해 광 집적부(10)쪽으로 반사되고, 4분의1 파장판(4)을 통과할 수 있다. 상기 빛은 광 집적부(10)에 의해 반사되고, 다시 4분의1 파장판(4)을 통과하므로, 편광방향이 원래 방향의 수직방향으로 변화될 수 있다. 따라서, 광 집적부(10)에서 반사된 후 제 3 편광 빔 스플리터(8)로 입사되는 제 2광선(L2)은 S편광(또는 P편광)이므로, 제 3 편광 빔 스플리터(8)를 투과할 수 있다. 그 후, 제 2광선(L2)은 관측자의 눈(12)으로 전달되며 시야각 a1을 갖는다. 또한, 광 집적부(10)에서 반사된 후 제 4 편광 빔 스플리터(9)로 입사되는 제 1광선(L1)은 P편광(또는 S편광)이므로, 제 4 편광 빔 스플리터(9)를 투과할 수 있다. 그 후, 제 2광선은 관측자의 눈(12)으로 전달되며 시야각 a2를 갖는다.
외부 물체에 대한 정보를 포함하는 빛(13)이 축소되는 것을 보상하기 위해서, 보상요소(11)가 사용될 수 있다. 보상요소(11)는 광 집적부(10)에 의해 외부 물체가 축소되는 것을 확대시켜, 외부 물체의 원래의 크기 및 모양대로 관측자가 볼 수 있도록 할 수 있다. 보상요소(11)의 사용으로 인해, 본 실시예에 따른 광학장치는 외부 물체의 크기 및 모양에 아무런 광학적 영향을 주지 않을 수 있다.
또한, 제 1 편광 빔 스플리터(5)로 입사한 제 1광선(L1)이 제 4 편광 빔 스플리터(9)를 통해 관측자의 눈(12)으로 들어오고, 제 2 편광 빔 스플리터(6)로 입사한 제 2광선(L2)이 제 3 편광 빔 스플리터(9)를 통해 관측자의 눈(12)으로 들어오기 때문에, 관측자가 보는 이미지는 마이크로 디스플레이(3)상의 이미지와 좌우 반전의 형태를 가질 수 있다. 따라서, 증강현실에 합성하고자 하는 이미지는 마이크로 디스플레이(3)상에서는 좌우가 반전된 상태로 형성되어 있을 수 있다.
본 실시예에 따른 증강현실을 위한 광학장치는 광 입력수단(20) 및 광 출력수단(30)에 삽입되는 편광 빔 스플리터를 각각 적어도 두 개씩 사용하여, 편광 빔 스플리터의 폭을 줄임으로써, 광학 장치의 전체 두께를 줄일 수 있다.
도 2a는 도 1에서 광 출력수단(30)만을 도시하는 단면도이다. 도 1 및 도 2a를 참조하면, 광 출력수단(30)에서 광 집적부(10) 및 보상요소(11)는 관측자의 눈(12)의 반대쪽 도광판(7)면에 위치할 수 있다.
이와 달리, 도 2b는 실시예에 따른 증강현실을 위한 광학장치의 광 출력수단(30)에서, 광 집적부(10) 및 보상요소(11)가 관측자의 눈(12)쪽 도광판(7)면에 위치한 단면도다. 도 2b를 참조하면, 광 출력수단(30)은 두 개의 4분의1 파장판(4), 제 3 및 제 4 편광 빔 스플리터(8, 9), 광 집적부(10), 제 1 및 제 2 편광 광학 요소(14, 15)를 포함할 수 있다.
제 1 편광 광학 요소(14)는 P편광(또는 S편광)만 반사시키고, S편광(또는 P편광)은 투과시킬 수 있다. 또한, 제 2 편광 광학 요소(15)는 S편광(또는 P편광)만 반사시키고, P편광(또는 S편광)은 투과시킬 수 있다.
광 입력수단(20)으로부터 전달된 제 1광선(L1)은 S편광(또는 P편광)상태이므로, 제 4 편광 빔 스플리터(9)에 의해 반사될 수 있다. 반사된 빛은 4분의1 파장판(4), 광 집적부(10) 및 4분의1 파장판(4)을 차례로 통과할 수 있다. 4분의1 파장판(4)을 두 번 통과하였으므로, 제 1광선(L1)은 P편광(또는 S편광)상태가 될 수 있다. 따라서, 제 1광선(L1)은 제 1 편광 광학 요소(14)에 의해 반사되어, 4분의1 파장판(4)을 지난 후, 광 집적부(10)에 의해 다시 반사될 수 있다. 제 1광선(L1)은 광 집적부(10)에 의해 반사된 후, 4분의1 파장판(4)을 지날 수 있다. 4분의1 파장판(4)을 다시 두 번 통과하였으므로, 제 1광선(L1)은 S편광(또는 P편광)상태가 될 수 있다. 따라서, 제 1광선(L1)은 제 1 편광 광학 요소(14)를 투과하여, 관측자의 눈(12)으로 전달될 수 있다.
또한, 광 입력수단(20)으로부터 전달된 제 2광선(L2)은 P편광(또는 S편광)상태이므로, 제 4 편광 빔 스플리터(9)를 투과한 후, 제 3 편광 빔 스플리터(8)에 의해 반사될 수 있다. 반사된 빛은 4분의1 파장판(4), 광 집적부(10) 및 4분의1 파장판(4)을 차례로 통과할 수 있다. 4분의1 파장판(4)을 두 번 통과하였으므로, 제 2광선(L2)은 S편광(또는 P편광)상태가 될 수 있다. 따라서, 제 2광선(L2)은 제 2 편광 광학 요소(15)에 의해 반사되어, 4분의1 파장판(4)을 지난 후, 광 집적부(10)에 의해 다시 반사될 수 있다. 제 2광선(L2)은 광 집적부(10)에 의해 반사된 후, 4분의1 파장판(4)을 지날 수 있다. 4분의1 파장판(4)을 다시 두 번 통과하였으므로, 제 2광선(L2)은 P편광(또는 S편광)상태가 될 수 있다. 따라서, 제 2광선(L2)은 제 2 편광 광학 요소(15)를 투과하여, 관측자의 눈(12)으로 전달될 수 있다.
제 1광선(L1)은 제 1 편광 광학 요소(14)를 통해 관측자의 눈(12)으로 들어오고, 제 2광선(L2)은 제 2 편광 광학 요소(15)를 통해 관측자의 눈(12)으로 들어오기 때문에, 도 1에 도시된 실시예에 따른 증강현실을 위한 광학장치와는 달리, 관측자가 보는 이미지는 마이크로 디스플레이(3)상의 이미지와 동일한 형태를 가질 수 있다. 따라서, 증강현실에 합성하고자 하는 이미지는 마이크로 디스플레이(3)상에서 형성되어있는 이미지와 동일한 이미지일 수 있다.
도 3a은 도1에서 광 입력수단(20)만을 도시하는 단면도이다. 도 1 및 도 3a를 참조하면, 광 입력수단(20)에서 광원부(1) 및 집광렌즈(2)는 마이크로 디스플레이(3)와 마주보는 도광판(7)면의 앞쪽에 위치할 수 있다.
이와 달리, 도 3b는 실시예에 따른 증강현실을 위한 광학장치의 광 입력수단(20)에서, 광원부(1) 및 집광렌즈(2)가 마이크로 디스플레이(3)에 수직인 도광판(7)면의 앞쪽에 위치한 단면도이다. 도 3b를 참조하면, 광 입력수단은 광원부(1), 집광렌즈(2), 마이크로 디스플레이(3), 두 개의 4분의1 파장판(4), 제1 및 제 2 편광 빔 스플리터(5, 6), 도광판(7) 및 반사면(18)을 포함할 수 있다.
광원부(1) 및 집광렌즈(2)는 마이크로 디스플레이(3)에 수직인 면의 앞쪽에 위치할 수 있으며, 반사면(18)은 마이크로 디스플레이(3)와 마주보는 도광판(7)면에 위치할 수 있다. 제 1 및 제 2 편광 빔 스플리터(5, 6)는 서로 평행하게 배열될 수 있으며, 도광판(7) 내에서 반사면(18) 및 마이크로 디스플레이(3)사이에 위치할 수 있다.
광원부(1)로부터 방출된 광선은 집광렌즈(2)에 의해 평행하게 될 수 있다. 집광렌즈(2)에 의해 평행하게 된 제 1광선(L1) 및 제 2광선(L2)은 제 1 및 제 2 편광 빔 스플리터(5, 6)에 의해 반사면(18)쪽으로 반사되고, 4분의1 파장판(4)을 통과할 수 있다. 제 1광선(L1) 및 제 2광선(L2)은 반사면(18)에 의해 반사된 후, 다시 4분의1 파장판(4)을 통과할 수 있다. 편광된 빛이 4분의1 파장판(4)을 총 두 번 통과하게 되므로, 편광방향이 원래 방향의 수직방향으로 변화될 수 있다. 따라서, 제 1광선(L1)은 제 1 편광 빔 스플리터(5)로 입사될 때 P편광(또는 S편광)상태이고, 제 2광선(L2)은 제 2 편광 빔 스플리터(6)로 입사될 때 S편광(또는 P편광)상태이므로, 각각 제 1 및 제 2 편광 빔 스플리터(5, 6)를 투과할 수 있다. 그 후, 제 1광선(L1) 및 제 2광선(L2)은 4분의1 파장판(4)을 통과하여 마이크로 디스플레이(3)를 비출 수 있다. 마이크로 디스플레이(3)상에는 합성하고자 하는 이미지가 형성되어 있을 수 있다. 마이크로 디스플레이(3)는 반사형 광 변조기를 포함할 수 있으며, 이 경우, 마이크로 디스플레이(3)를 비춘 광선은 입사한 방향으로 반사될 수 있다. 또한, 마이크로 디스플레이(3)자체가 발광다이오드(LED) 또는 유기발광다이오드(OLED)를 포함할 수 있으며, 이 경우에는 광원부(1) 및 집광렌즈(2)는 필요하지 않을 수 있다.
이미지에 대한 정보를 가지고 있는 마이크로 디스플레이(3)를 비춘 후, 제 1광선(L1)및 제 2광선(L2)은 반사되어 다시 4분의1 파장판(4)을 통과할 수 있다. 편광된 빛이 4분의1 파장판(4)을 총 두번 통과하게 되므로, 편광방향이 원래 방향의 수직방향으로 변화될 수 있다. 따라서, 제 1광선(L1)은 제 1 편광 빔 스플리터(5)로 입사될 때 S편광(또는 P편광)상태이고, 제 2광선(L2)은 제 2 편광 빔 스플리터(6)로 입사될 때 P편광(또는 S편광)상태이므로, 각각 제 1 및 제 2 편광 빔 스플리터(5, 6)에 의해 반사되어 도광판(7)을 따라 광 출력수단(30) 방향으로 전달될 수 있다.
도 3b에 도시된 실시예에 따르면, 광원부(1) 및 집광렌즈(2)가 광 입력수단의 도광판(7) 끝부분에 위치함으로써, 증강현실을 위한 광학장치의 두께를 더 줄일 수 있다.
도 4a는 실시예에 따른 증강현실을 위한 광학장치의 편광 빔 스플리터(5, 6, 8, 9)에서, 편광 빔 스플리터(5, 6, 8, 9)는 반사 부재 또는 반사 프리즘(16)으로 이루어진 단면도다. 편광 빔 스플리터(5, 6, 8, 9)는 입사하는 빛을 직각으로 꺾어주기 위해, 반사 부재 또는 반사 프리즘(16)으로 형성될 수 있다. 입사광을 직각으로 반사하기 위해, 경사각 a3는 45도가 될 수 있다.
도 4b는 실시예에 따른 증강현실을 위한 광학장치의 편광 빔 스플리터(5, 6, 8, 9)에서, 편광 빔 스플리터(5, 6, 8, 9)는 프레넬 프리즘(17)으로 이루어진 단면도다. 편광 빔 스플리터(5, 6, 8, 9)는 입사하는 빛을 직각으로 꺾어주기 위해, 프레넬 프리즘(17)으로 형성될 수 있다. 또한 경사각 a4는 45도가 될 수 있으며, a5는 45도 보다 작을 수 있다. 도 4b에 도시된 실시예에 따르면, 편광 빔 스플리터(5, 6, 8, 9)로 프레넬 프리즘(17)을 사용함으로써, 증강현실을 위한 광학장치의 두께를 더 줄일 수 있다.
이상에서 증강현실을 위한 광학장치는 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. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 - 광원부
2 - 집광렌즈
3 - 마이크로 디스플레이
4 - 4분의1 파장판
5 - 제 1 편광 빔 스플리터
6 - 제 2 편광 빔 스플리터
7 - 도광판
8 - 제 3 편광 빔 스플리터
9 - 제 4 편광 빔 스플리터
10 - 광 집적부
11 - 보상요소
12 - 관측자의 눈
13 - 외부 물체에 대한 정보를 포함하는 빛
14 - 제 1 편광 광학 요소
15 - 제 2 편광 광학 요소
16 - 반사 부재 또는 반사 프리즘
17 - 프레넬 프리즘
18 - 반사면
20 - 광 입력수단
30 - 광 출력수단

Claims (14)

  1. 광 입력수단; 및
    광 출력수단을 포함하고,
    상기 광 입력수단은 마이크로 디스플레이, 상기 마이크로 디스플레이 상에서 표시되는 영상을 상기 광 출력수단으로 전달하는 적어도 두 개의 편광 빔 스플리터 및 입사광의 편광 상태를 바꾸는 4분의1 파장판을 포함하며,
    상기 광 출력수단은 상기 광 입력수단으로부터 들어오는 영상을 관찰자에게 전달하는 적어도 두 개의 편광 빔 스플리터, 입사광의 편광 상태를 바꾸는 4분의1 파장판 및 광 집적부를 포함하며,
    상기 광 입력수단의 상기 적어도 두 개의 편광 빔 스플리터는 입사된 빛을 P편광 및 S편광 광선으로 나누고, 상기 광선은 상기 광 입력수단의 상기 4분의1 파장판을 통과하고, 상기 마이크로 디스플레이를 비춘 후 반사되어, 다시 상기 4분의1 파장판을 통과한 후, 상기 편광 빔 스플리터에서 반사되어, 상기 광 출력수단으로 전달되는 증강현실을 위한 광학 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 입력수단은 광원부 및 입사된 광선을 평행하게 하는 집광렌즈를 포함하는 증강현실을 위한 광학 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 출력수단의 상기 적어도 두 개의 편광 빔 스플리터는 상기 광 입력수단으로부터 전달된 광선을 상기 광 집적부로 반사시키고, 상기 광선은 상기 광 출력수단의 상기 4분의1 파장판을 통과하고, 상기 광 집적부에 의해 반사되어, 다시 상기 4분의1 파장판을 통과한 후, 관찰자의 눈으로 전달되는 증강현실을 위한 광학장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    광선의 이동을 제공하고, 평면 평행판의 형태로 배열되며, 광학적으로 투명한 재료로 형성되는 도광판을 포함하는 증강현실을 위한 광학장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    광선의 이동을 제공하고, 구부러진 형태로 배열되며, 광학적으로 투명한 재료로 형성되는 도광판을 포함하는 증강현실을 위한 광학장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 빔 스플리터는 작용면에 편광 코팅이 되어있는 반사부재, 프리즘 및 프레넬 프리즘 중 적어도 하나를 포함하는 증강현실을 위한 광학장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 디스플레이는 2차원 이미지 및 홀로그래픽 이미지 중 적어도 하나를 형성하는 증강현실을 위한 광학장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 디스플레이는 반사형 광 변조기, 발광다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLED)중 적어도 하나를 포함하는 증강현실을 위한 광학 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 집적부는 상기 광 출력수단에서 관측자 눈의 반대쪽 면에 위치한 증강현실을 위한 광학장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 집적부는 상기 광 출력수단에서 관측자의 눈 쪽 면에 위치한 증강현실을 위한 광학장치.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 광원부 및 상기 집광렌즈는 상기 광 입력수단에서 상기 마이크로 디스플레이와 마주보는 면의 앞쪽에 위치한 증강현실을 위한 광학장치.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 광원부 및 상기 집광렌즈는 상기 광 입력수단에서 상기 마이크로 디스플레이에 수직인 면의 앞쪽에 위치한 증강현실을 위한 광학장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 출력수단은 외부 물체에 대한 정보를 포함하는 빛을 확대시키는 보상요소를 포함하는 증강현실을 위한 광학장치.
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