KR102474532B1 - 광도파로 구조의 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 시스템 - Google Patents

광도파로 구조의 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102474532B1
KR102474532B1 KR1020220115002A KR20220115002A KR102474532B1 KR 102474532 B1 KR102474532 B1 KR 102474532B1 KR 1020220115002 A KR1020220115002 A KR 1020220115002A KR 20220115002 A KR20220115002 A KR 20220115002A KR 102474532 B1 KR102474532 B1 KR 102474532B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
contact lens
wearer
lens type
area
holographic display
Prior art date
Application number
KR1020220115002A
Other languages
English (en)
Inventor
이진수
추정훈
윤선규
주경일
박민규
이광훈
Original Assignee
한국광기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국광기술원 filed Critical 한국광기술원
Priority to KR1020220115002A priority Critical patent/KR102474532B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102474532B1 publication Critical patent/KR102474532B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/32—Holograms used as optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
    • G02B1/041—Lenses
    • G02B1/043—Contact lenses
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G03H2001/0208—Individual components other than the hologram
    • G03H2001/0224—Active addressable light modulator, i.e. Spatial Light Modulator [SLM]
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2202—Reconstruction geometries or arrangements
    • G03H1/2205—Reconstruction geometries or arrangements using downstream optical component
    • G03H2001/2207—Spatial filter, e.g. for suppressing higher diffraction orders

Abstract

광도파로 구조의 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 시스템을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 입사시키는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서, 자신의 중심으로부터 가장 멀리 위치하며, 착용자의 안구와 마주하는 내면에 전달요소가 배치되어 자신으로 입사하는 홀로그램 영상을 중심부로 반사시키는 제1 영역과 상기 제1 영역에 인접하여 위치하며, 상기 제1 영역을 거쳐 전달되는 홀로그램 영상을 중심부로 반사시키는 제2 영역 및 자신의 중심을 포함하며, 착용자의 안구와 마주하는 내면에 전달요소가 배치되어 상기 제2 영역을 거쳐 전달되는 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 전달하는 제3 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

광도파로 구조의 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 시스템{Contact Lens Type Holographic Display Apparatus and System with Optical Waveguide Structure}
본 발명은 광도파로 구조를 갖는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
종래에는 가시광을 일반적으로 측정함에 있어, 빛의 진폭 정보만을 측정할 수 있었다. 이것은 소리나 라디오 파의 경우와 다르게 가시광의 주파수가 현대의 전자기기가 측정 가능한 최대 주파수를 넘어서기 때문이다. 잃어버린 위상 정보는 주로, 물체의 위치나 깊이 등의 정보를 담고 있으며, 따라서 일반적으로 진폭 정보만을 측정한 사진 정보에서 입체감을 느낄 수 없다.
이를 해결하기 위해서 개발된 것이 홀로그래피(Holography)이다. 홀로그래피는 빛의 위상과 진폭을 동시에 측정하여 온전한 광학 필드(Field)를 측정하는 기술로, 가시광의 위상 정보를 측정하여 실제 입체감이 있는 영상을 저장하고 보여주는 기술을 통칭한다. 홀로그래피는 물체광과 이미 정보를 알고 있는 참조광의 간섭 무늬를 이용하여 그 정보를 복원한다.
이처럼 간섭무늬를 이용하여 홀로그래픽 이미지를 디스플레이하기 위해, 착용자의 안구 내 장착되는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치가 등장하고 있다. 종래의 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치는 도 8에 도시되어 있다.
도 8은 종래의 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 종래의 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치(800)는 기 설정된 굴절률을 갖는 렌즈(810) 내에 회절소자(820)를 포함한다. 회절소자(820)는 입사하는 홀로그램 영상을 해당 디스플레이 장치(800)를 착용한 착용자의 안구로 회절시켜 입사시킨다..
종래의 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치(800)는 착용자의 동공 부근에 회절소자(820)가 위치하여야만 했으며, 회절소자(820)로 외부에서 홀로그램 영상이 입사해왔다. 다만, 회절소자로(820) 직접 조사된 홀로그램 영상은, 조사된 이후에는 더 이상 크기 조정이 곤란한 문제가 있다. 특정 크기 및 위치에서 시청할 수 있도록 조사된 홀로그램 영상은 한번 출력된다면, 홀로그램 영상을 생성하는 소자가 다시 영상을 제작하지 않는 한 크기나 위치가 변화하지 않기 때문에, 착용자가 시청 위치나 방향을 변화시킬 경우 시청에 있어 상당히 불편한 문제가 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 착용자가 시청할 수 있는 홀로그램 영상의 크기를 조정할 수 있는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 입사시키는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서, 자신의 중심으로부터 가장 멀리 위치하며, 착용자의 안구와 마주하는 내면에 전달요소가 배치되어 자신으로 입사하는 홀로그램 영상을 중심부로 반사시키는 제1 영역과 상기 제1 영역에 인접하여 위치하며, 상기 제1 영역을 거쳐 전달되는 홀로그램 영상을 중심부로 반사시키는 제2 영역 및 자신의 중심을 포함하며, 착용자의 안구와 마주하는 내면에 전달요소가 배치되어 상기 제2 영역을 거쳐 전달되는 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 전달하는 제3 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 전달요소는 홀로그래픽 광학 요소(HOE: Holographic Optical Element), 회절 광학 요소(DOE: Diffractive Optical Element) 또는 메타 서페이스(Meta Surface)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역 및 상기 제3 영역의 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제3 영역은 착용자의 동공과 마주하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 입사시키는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템에 있어서, 간섭무늬를 생성하기 위한 광을 출력하는 광원과 입사되는 광을 기 설정된 간섭무늬로 변조시키는 홀로그램 생성기와 상기 광원으로부터 상기 홀로그램 생성기로 입사하는 광은 통과시키며, 상기 홀로그램 생성기에서 변조된 간섭무늬는 반사시키는 빔 스플리터 및 전달요소를 포함하여, 상기 홀로그램 생성기에서 변조된 간섭무늬를 자신의 중심으로부터 먼 영역으로 입사받아 착용자의 동공으로 전달하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 홀로그램 생성기는 공간 광 변조기(SLM: Spatial Light Modulator)로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 전달요소는 홀로그래픽 광학 요소(HOE: Holographic Optical Element), 회절 광학 요소(DOE: Diffractive Optical Element) 또는 메타 서페이스(Meta Surface)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 콘텍트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치는 자신의 중심으로부터 가장 멀리 위치하며, 착용자의 안구와 마주하는 내면에 전달요소가 배치되어 자신으로 입사하는 홀로그램 영상을 중심부로 반사시키는 제1 영역과 상기 제1 영역에 인접하여 위치하며, 상기 제1 영역을 거쳐 전달되는 홀로그램 영상을 중심부로 반사시키는 제2 영역 및 자신의 중심을 포함하며, 착용자의 안구와 마주하는 내면에 전달요소가 배치되어 상기 제2 영역을 거쳐 전달되는 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 전달하는 제3 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역 및 상기 제3 영역의 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제3 영역은 착용자의 동공과 마주하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 입사시키는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템에 있어서, 간섭무늬를 생성하기 위한 광을 출력하는 광원과 입사되는 광을 기 설정된 간섭무늬로 변조시키는 홀로그램 생성기와 상기 광원으로부터 상기 홀로그램 생성기로 입사하는 광은 통과시키며, 상기 홀로그램 생성기에서 변조된 간섭무늬는 반사시키는 빔 스플리터와 상기 홀로그램 생성기에서 변조된 간섭무늬 외의 노이즈 광을 필터링하는 필터부와 전달요소를 포함하여, 상기 홀로그램 생성기에서 변조된 간섭무늬를 자신의 중심으로부터 먼 영역으로 입사받아 착용자의 동공으로 전달하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 필터부는 변조된 간섭무늬를 제외한 나머지 광은 모두 필터링하는 공간 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 필터부는 광 경로 상에서 상기 공간 필터의 전후로 배치되는 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 입사시키는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서, 자신의 중심으로부터 가장 멀리 위치하며, 착용자의 안구와 마주하는 내면에 전달요소가 배치되어 자신으로 입사하는 홀로그램 영상을 중심부로 반사시키는 제1 영역과 상기 제1 영역에 인접하여 위치하며, 상기 제1 영역을 거쳐 전달되는 홀로그램 영상을 중심부로 반사시키는 제2 영역과 자신의 중심을 포함하며, 착용자의 안구와 마주하는 내면에 전달요소가 배치되어 상기 제2 영역을 거쳐 전달되는 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 전달하는 제3 영역 및 상기 제1 영역 내지 제3 영역 내 기 설정된 조건을 만족하는 형태로 구현된 관통공을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 기 출력된 홀로그램 영상이라도, 착용자가 시청할 수 있는 홀로그램 영상의 크기를 조정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치의 제1 영역 및 제3 영역의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치 내 구현된 관통공의 형태 및 그에 따라 출력되는 홀로그램 영상을 도시한 도면이다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치 내 구현된 관통공의 형태와 다른 형태로 구현될 경우에 출력되는 홀로그램 영상을 도시한 도면이다.
도 8은 종래의 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템(100, 이하에서 '디스플레이 시스템'으로 약칭함)은 광원(110), 빔 스플리터(120), 홀로그램 생성기(130), 필터부(140) 및 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치(150, 이하에서 '디스플레이 장치'로 약칭함)를 포함한다.
디스플레이 시스템(100)은 일정 공간 상에서 사용자에게 필요한 정보 등을 홀로그램 영상(증강현실 영상)으로 출력하는 시스템이다. 사용자는 디스플레이 장치(l50)를 장착하며, 디스플레이 장치(150)로 출력되는 간섭무늬를 수신함으로써 홀로그램 영상을 확인할 수 있다.
광원(110)은 간섭무늬를 생성하기 위한 광을 출력한다. 광원(110)은 광을 출력하며, 각 구성(120 내지 140)을 거치며 착용자에게 홀로그램 영상으로 인지될 수 있는 간섭무늬로 변환된다.
빔 스플리터(120)는 광원(110)으로부터 홀로그램 생성기(130)로 입사하는 광은 통과시키며, 홀로그램 생성기(130)에서 변조된 간섭무늬는 필터부(140)로 반사시킨다.
홀로그램 생성기(130)는 입사하는 광을 기 설정된 간섭무늬로 변조시킨다. 홀로그램 생성기(130)는 입사하는 광을 기 설정된 간섭무늬로 변조시킬 수 있도록 계산된 변조패턴(CGH: Computer Generated Hologram)을 저장한다. 홀로그램 생성기(130)는 이처럼 계산된 변조패턴에 따라 입사하는 광을 기 설정된 간섭무늬로 변조시킨다. 여기서, 기 설정된 간섭무늬는 기 설정된 거리를 지나 회절할 경우, 인간에게 홀로그램 영상으로 인지될 수 있도록 설정된 간섭무늬에 해당한다. 프레넬 회절(Fresnel Diffrection)에 의해 z 거리만큼 떨어진 위치에서 이미지(영상이) 만들어져야 할 상황에서, 만들어져야 하는 변조패턴이 결정될 수 있다. 이처럼 계산된 변조패턴(CGH)이 홀로그램 생성기(130)에 저장되며, 홀로그램 생성기(130)는 변조패턴을 이용해 입사광을 기 설정된 간섭무늬로 변조시킨다.
홀로그램 생성기(130)는 계산된 변조패턴을 조정하여, 출력될 홀로그램 영상의 깊이를 조정하거나 간섭무늬 내 각 위치에서의 위상 정보를 변조할 수 있다. 홀로그램 생성기(130)는 픽셀 구동이 가능하여, 반사될 광의 진폭이나 위상 정보를 변조시킬 수 있다. 이에 따라, 계산된 변조 패턴이 조정되며, 홀로그램 생성기(130)를 거치며 반사된 간섭무늬는 위상 정보 또는 진폭 정보가 변조될 수 있다. 홀로그램 생성기(130)는 (간섭무늬의) 위상 정보를 변조시킴으로써, 반사되는 간섭무늬가 사용자의 안구로 입사하며 사용자가 인지할 홀로그램 영상의 깊이를 조정할 수 있다. 또는, 홀로그램 생성기(130)는 (간섭무늬의) 위상 정보를 변조시켜, 디스플레이 장치(150)의 각 위치로 입사하는 간섭무늬의 입사각을 조정할 수 있다. 디스플레이 장치(150)로 입사하는 입사각이 가변함에 따라, 홀로그래픽 콘텍트 렌즈(120)를 통과한 출사광의 회절효율이 가변할 수 있다. 홀로그램 생성기(130)는 공간 광 변조기(SLM: Spatial Light Modulator)로 구현될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
필터부(140)는 홀로그램 생성기(130)에서 변조된 간섭무늬 외의 노이즈 광을 필터링한다. 필터부(140)는 공간 필터(146)를 포함할 수 있으며, 공간 필터(146)를 이용하여 변조된 간섭무늬를 제외한 나머지 광은 모두 필터링하며, 간섭패턴 중에서도 +1차 회절광을 제외한 나머지 광(예를 들어, DC 노이즈 광 또는 -1차 회절광 등)도 필터링할 수 있다. 이에 따라, 필터부(140)는 사용자가 홀로그램 영상만을 뚜렷하게 시청할 수 있도록 한다.
필터부(140)는 광 경로 상에서 공간 필터(146)의 전후로 렌즈(143, 149)를 포함할 수 있다. 공간 필터(146)의 전후로 제1 렌즈(143) 및 제2 렌즈(149)가 배치된다. 이때, 홀로그램 생성기(130)로부터 제1 렌즈(143)까지, 제1 렌즈(143)로부터 공간 필터(146)까지, 공간 필터(146)로부터 제2 렌즈(149)까지, 제2 렌즈(149)로부터 디스플레이 장치(150)까지 모두 동일한 초점거리(f)를 갖도록 배치될 수 있다. 각 구성(130, 143, 146, 149, 150)이 이처럼 배치될 경우, 홀로그램 생성기(130)에서 생성된 간섭무늬가 디스플레이 장치(150)의 위치에 동일하게 형성될 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 홀로그램 생성기(130)의 픽셀크기를 키우거나 작게 하기 위해, 각 렌즈의 초점거리와 위치가 달라질 수 있다. 제2 렌즈(149)를 통과한 간섭무늬는 디스플레이 장치(150)를 거쳐 착용자의 안구로 입사하여 홀로그램 영상으로 인지된다.
디스플레이 장치(150)는 필터부(140)를 거친 홀로그램 영상(간섭무늬)을 착용자의 안구, 보다 구체적으로, 착용자의 동공으로 전달한다. 디스플레이 장치(150)는 필터부(140)를 거친 홀로그램 영상(간섭무늬)을 자신의 중심으로부터 가장 먼 영역으로 입사를 받는다. 디스플레이 장치(150)는 해당 영역으로 홀로그램 영상을 입사받으며, 자신의 중심을 포함하는 영역(착용자의 동공 부근)으로 전달한다. 디스플레이 장치(150)는 입사된 광의 전달을 위해, 표면에 전달요소, 예를 들어, 홀로그래픽 광학 요소(HOE: Holographic Optical Element), 회절 광학 요소(DOE: Diffractive Optical Element) 또는 메타 서페이스(Meta Surface)를 포함한다. 디스플레이 장치(150)는 일 표면의 일부 영역에 전술한 요소를 포함함으로써, 자신의 중심으로부터 가장 먼 영역으로 입사된 광을 착용자의 동공으로 전달한다. 콘택트 렌즈형태를 갖는 디스플레이 장치(150)는 홀로그램 영상을 자신의 중심을 포함하는 영역으로 전달하여 착용자의 동공으로 출력함으로써, 홀로그램 영상의 상하(영상의 높이방향)/좌우(영상의 길이방향) 빔 폭을 조정할 수 있다. 이에 따라, 착용자는 자신의 시선방향 및 위치에 따라, 적절한 크기의 홀로그램 영상을 시청할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치의 제1 영역 및 제3 영역의 단면을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 디스플레이 장치(150)는 자신의 중심으로부터 가장 먼 제1 영역(210), 중앙에 위치한 제2 영역(220), 자신의 중심을 포함하는 제3 영역(230) 및 제1 내지 제3 영역(210 내지 230)에 형성된 관통공(미도시)을 포함한다. 이때, 제1 영역(210) 및 제3 영역(230)에는 내면(착용자가 착용시 착용자의 안구와 접촉하거나 안구와 가까이 배치되는 면)에 전달요소가 배치된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 영역(210)의 내면에 전달요소가 배치됨에 따라, 제1 영역(210)으로 입사하는 광(홀로그램 영상, 간섭무늬)은 전달요소에 의해 디스플레이 장치의 외면(210a)으로 회절되며 반사된다. 이에 제1 영역으로 입사된 광은 디스플레이 장치(150)의 외면(210a)과 내면(210b)에서 각각 반사되며 디스플레이 장치(150)의 중심으로 향하게 된다.
이때, 디스플레이 장치(150)는 콘택트 렌즈 형태로 구현되기 때문에, 필연적으로 외면(210a)과 내면(210b)의 곡률은 다를 수밖에 없다. 이로 인해, 입사된 광이 디스플레이 장치(150)의 외면(210a)과 내면(210b)에서 각각 반사되며, 입사할 때의 광의 상하/좌우 빔폭과 반사가 진행될 때의 광의 상하/좌우 빔폭이 달라지게 된다. 빔폭이 달라지는 정도는 반사가 얼마만큼 되는지 여부에 따라 달라질 수 있으며, 이는 제1 영역(210)으로 광이 입사되는 위치에 따라 달라질 수 있다.
전술한 대로, 디스플레이 장치(150) 내 내면에 배치되는 전달요소는 제1 영역(210) 및 제3 영역(230)에 배치된다. 제2 영역(220)에는 전달요소가 배치되지 않더라도 이미 디스플레이 장치(150)의 내·외면에서 반사되며 진행하는 광(홀로그램 영상, 간섭무늬)는 외부로 진행하지 못한다. 이에 따라, 제2 영역(220)의 내면에는 별도의 전달요소가 배치되지 않는다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 영역(220)을 따라 전달되는 광(홀로그램 영상, 간섭무늬)은 제3 영역(230)으로 전달된다. 제1 영역(210)과 마찬가지로, 제3 영역(230)의 내면(230a)에도 전달요소가 배치된다. 이에 따라, 제3 영역(230)으로 전달되는 광(홀로그램 영상, 간섭무늬)은 제3 영역(230)에서 외부(230b)로 진행하게 된다. 전달요소가 제3 영역(230)의 내면(230a)에 배치되기 때문에, 광(홀로그램 영상, 간섭무늬)은 착용자의 안구(동공) 방향으로 진행하게 된다.
디스플레이 장치(150)는 전달요소를 포함한 전술한 구조를 가짐에 따라, 착용자는 출력할 때의 홀로그램 영상 크기와 달라진 홀로그램 영상을 시청할 수 있다.
한편, 디스플레이 장치(150)는 관통공(미도시)을 포함한다. 전술한 대로, 디스플레이 장치(150)는 콘택트 렌즈형으로 구현되기에, 착용자의 안구 건강(산소와의 접촉)을 위해 반드시 내부에 관통공을 포함하여야 한다. 다만, 디스플레이 장치(150) 내 관통공(미도시)이 포함될 경우, 관통공(미도시)의 존재로 인해 회절되며 전달되는 홀로그램 영상의 품질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
이를 최소화하기 위해, 관통공(미도시)은 각 영역(210 내지 230)에 기 설정된 조건을 만족하는 형태로 디스플레이 장치(150) 내에 구현된다. 여기서, 기 설정된 조건은 관통공(미도시)의 사이즈(직경)이 40㎛보다 작고, 관통공(미도시)의 피치가 720㎛보다 큰지 여부를 의미할 수 있다. 관통공이 해당 조건을 만족하며 디스플레이 장치(150) 내 구현될 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 출력될 홀로그램 영상의 품질에 이상을 야기하지 않는다. 반면, 관통공의 사이즈가 전술한 조건보다 커지거나, 관통공의 피치가 전술한 조건보다 작아질 경우, 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 출력될 홀로그램 영상의 품질에 이상을 야기하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치 내 구현된 관통공의 형태 및 그에 따라 출력되는 홀로그램 영상을 도시한 도면이고, 도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치 내 구현된 관통공의 형태와 다른 형태로 구현될 경우에 출력되는 홀로그램 영상을 도시한 도면이다.
도 5(a) 및 5(b)를 참조하면, 관통공(미도시)이 기 설정된 조건을 만족하며 디스플레이 장치(150) 내 구현될 경우, 증강현실 영상(대문재 'A'가 뒤집힌 영상)이 온전히 출력되는 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 6(a) 및 6(b)에 도시된 바와 같이, 관통공의 사이즈가 기 설정된 조건보다 크게 구현될 경우, 증강현실 영상 내 노이즈(610)가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 7(a) 및 7(b)에 도시된 바와 같이, 관통공의 피치가 기 설정된 조건보다 작아질 경우, 증강현실 영상 내 노이즈(610, 710)가 추가로 발생하는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 디스플레이 장치(150)는 기 설정된 조건을 만족하는 형태로 관통공(미도시)을 포함한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템
110: 광원
120: 빔 스플리터
130: 홀로그램 생성기
140: 필터부
150, 500: 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치

Claims (14)

  1. 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 입사시키는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서,
    자신의 중심으로부터 가장 멀리 위치하며, 착용자의 안구와 마주하는 내면에 전달요소가 배치되어 자신으로 입사하는 홀로그램 영상을 중심부로 반사시키는 제1 영역;
    상기 제1 영역에 인접하여 위치하며, 상기 제1 영역을 거쳐 전달되는 홀로그램 영상을 중심부로 반사시키는 제2 영역; 및
    자신의 중심을 포함하며, 착용자의 안구와 마주하는 내면에 전달요소가 배치되어 상기 제2 영역을 거쳐 전달되는 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 전달하는 제3 영역
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전달요소는,
    홀로그래픽 광학 요소(HOE: Holographic Optical Element), 회절 광학 요소(DOE: Diffractive Optical Element) 또는 메타 서페이스(Meta Surface)를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역은,
    상기 제1 영역 및 상기 제3 영역의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 영역은,
    착용자의 동공과 마주하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치.
  5. 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 입사시키는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템에 있어서,
    간섭무늬를 생성하기 위한 광을 출력하는 광원;
    입사되는 광을 기 설정된 간섭무늬로 변조시키는 홀로그램 생성기;
    상기 광원으로부터 상기 홀로그램 생성기로 입사하는 광은 통과시키며, 상기 홀로그램 생성기에서 변조된 간섭무늬는 반사시키는 빔 스플리터; 및
    전달요소를 포함하여, 상기 홀로그램 생성기에서 변조된 간섭무늬를 자신의 중심으로부터 먼 영역으로 입사받아 착용자의 동공으로 전달하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 홀로그램 생성기는,
    공간 광 변조기(SLM: Spatial Light Modulator)로 구현되는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전달요소는,
    홀로그래픽 광학 요소(HOE: Holographic Optical Element), 회절 광학 요소(DOE: Diffractive Optical Element) 또는 메타 서페이스(Meta Surface)를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 콘텍트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치는,
    자신의 중심으로부터 가장 멀리 위치하며, 착용자의 안구와 마주하는 내면에 전달요소가 배치되어 자신으로 입사하는 홀로그램 영상을 중심부로 반사시키는 제1 영역;
    상기 제1 영역에 인접하여 위치하며, 상기 제1 영역을 거쳐 전달되는 홀로그램 영상을 중심부로 반사시키는 제2 영역; 및
    자신의 중심을 포함하며, 착용자의 안구와 마주하는 내면에 전달요소가 배치되어 상기 제2 영역을 거쳐 전달되는 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 전달하는 제3 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 영역은,
    상기 제1 영역 및 상기 제3 영역의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제3 영역은,
    착용자의 동공과 마주하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  11. 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 입사시키는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템에 있어서,
    간섭무늬를 생성하기 위한 광을 출력하는 광원;
    입사되는 광을 기 설정된 간섭무늬로 변조시키는 홀로그램 생성기;
    상기 광원으로부터 상기 홀로그램 생성기로 입사하는 광은 통과시키며, 상기 홀로그램 생성기에서 변조된 간섭무늬는 반사시키는 빔 스플리터;
    상기 홀로그램 생성기에서 변조된 간섭무늬 외의 노이즈 광을 필터링하는 필터부;
    전달요소를 포함하여, 상기 홀로그램 생성기에서 변조된 간섭무늬를 자신의 중심으로부터 먼 영역으로 입사받아 착용자의 동공으로 전달하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 필터부는,
    변조된 간섭무늬를 제외한 나머지 광은 모두 필터링하는 공간 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 필터부는,
    광 경로 상에서 상기 공간 필터의 전후로 배치되는 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 시스템.
  14. 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 입사시키는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치에 있어서,
    자신의 중심으로부터 가장 멀리 위치하며, 착용자의 안구와 마주하는 내면에 전달요소가 배치되어 자신으로 입사하는 홀로그램 영상을 중심부로 반사시키는 제1 영역;
    상기 제1 영역에 인접하여 위치하며, 상기 제1 영역을 거쳐 전달되는 홀로그램 영상을 중심부로 반사시키는 제2 영역;
    자신의 중심을 포함하며, 착용자의 안구와 마주하는 내면에 전달요소가 배치되어 상기 제2 영역을 거쳐 전달되는 홀로그램 영상을 착용자의 동공으로 전달하는 제3 영역; 및
    상기 제1 영역 내지 제3 영역 내 기 설정된 조건을 만족하는 형태로 구현된 관통공
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치.
KR1020220115002A 2022-09-13 2022-09-13 광도파로 구조의 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 시스템 KR102474532B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220115002A KR102474532B1 (ko) 2022-09-13 2022-09-13 광도파로 구조의 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220115002A KR102474532B1 (ko) 2022-09-13 2022-09-13 광도파로 구조의 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102474532B1 true KR102474532B1 (ko) 2022-12-06

Family

ID=84407282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220115002A KR102474532B1 (ko) 2022-09-13 2022-09-13 광도파로 구조의 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102474532B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018060209A (ja) * 2013-11-27 2018-04-12 マジック リープ， インコーポレイテッドＭａｇｉｃ Ｌｅａｐ，Ｉｎｃ． 仮想現実および拡張現実のシステムおよび方法
US20180373044A1 (en) * 2017-06-27 2018-12-27 Thalmic Labs Inc. Systems, devices, and methods for optical waveguides
KR20190106886A (ko) * 2019-08-28 2019-09-18 엘지전자 주식회사 전자 디바이스

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018060209A (ja) * 2013-11-27 2018-04-12 マジック リープ， インコーポレイテッドＭａｇｉｃ Ｌｅａｐ，Ｉｎｃ． 仮想現実および拡張現実のシステムおよび方法
US20180373044A1 (en) * 2017-06-27 2018-12-27 Thalmic Labs Inc. Systems, devices, and methods for optical waveguides
KR20190106886A (ko) * 2019-08-28 2019-09-18 엘지전자 주식회사 전자 디바이스

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jupei Sano and Yasuhiro Takaki. Holographic contact lens display that provides. Optical Society of America. 2021.4.29, https://doi.org/10.1364/OE.419604 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11175511B2 (en) Field-of-view stitched waveguide display
CN110520825B (zh) 斜交镜辅助成像
KR101398150B1 (ko) 3차원 표현의 재구성물을 생성하기 위한 헤드 장착형 디스플레이 장치
CN106094488B (zh) 用于提供增强图像质量的全息显示装置和全息显示方法
CN107065178B (zh) 全息三维虚拟现实眼镜光学结构
JP2020201511A (ja) 厚い媒体を含む仮想現実、拡張現実、および複合現実システムならびに関連方法
US11067811B2 (en) Volume bragg gratings for near-eye waveguide display
JP7167348B2 (ja) 多焦点平面ディスプレイシステム及び装置
CN103995354A (zh) 基于全息衍射光学元件的消色差的波导显示系统
CN104460002B (zh) 可佩带的平视光学系统
JP7084252B2 (ja) 導光板、バックライトユニット、及びそれを含んだホログラフィックディスプレイ装置
EP3650948A1 (en) Holographic display apparatus and method for providing expanded viewing window
KR20160141588A (ko) 개선된 화질을 제공하는 공간 광변조기 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치
CN109116566B (zh) 一种近眼显示装置
US11204587B2 (en) Holographic display apparatus
EP3792681B1 (en) Multi-image display apparatus using holographic projection
US20130120816A1 (en) Thin flat type convergence lens
CN104375271A (zh) 基于复振幅调制的波导增强现实显示方法及系统
KR20180065421A (ko) 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 홀로그래픽 디스플레이 장치
US10527773B2 (en) Backlight unit for holographic display apparatus and holographic display apparatus including the same
KR102474532B1 (ko) 광도파로 구조의 콘택트 렌즈형 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 시스템
KR20200052199A (ko) 확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법
JP2023008330A (ja) ホログラフィ用再生照明光照射装置およびホログラフィックディスプレイ
JP7157600B2 (ja) 導光板、導光板製造方法及びそれを用いた映像表示装置
KR20200145622A (ko) 확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A302 Request for accelerated examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant