KR102626922B1 - 투시형 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

투시형 디스플레이 장치는 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자로부터의 제1영상 및 상기 제1영상과 다른 경로로부터의 제2영상을 결합하고, 상기 제1영상은 제1편광으로, 상기 제2영상은 상기 제1편광과 다른 제2편광으로 바꾸어 출사면을 통해 출사하는 광결합기; 및 상기 출사면 상에 배치되며, 상기 제1편광의 광과 상기 제2편광의 광에 대해 서로 다른 굴절력을 나타내는 편광 선택 광학계;를 포함한다.

Description

투시형 디스플레이 장치{See-through type display apparatus including the same}
본 개시는 투시형 디스플레이 장치에 대한 것이다.
가상 현실 (Virtual reality, VR)을 제공하는 헤드 마운트 디스플레이는 현재 상용화 단계에 이르러 엔터테인먼트 산업에 널리 적용되고 있는 추세이다. 이와 더불어 의료, 교육, 산업 분야에서 응용이 가능한 형태로 발전하고 있다.
가상 현실 디스플레이의 발전된 형태인 증강 현실(Augmented reality, AR) 디스플레이는 현실 세계와 가상 현실을 결합해주는 영상 장치로 현실과 가상 사이의 상호 작용을 이끌어 낼 수 있는 특징을 가진다. 현실과 가상 현실의 상호 작용은 현실 상황에 대하여 실시간으로 정보를 제공하는 기능을 기반으로 하며, 현실 세계의 환경 위에 가상의 대상이나 정보를 겹쳐 보여줌으로써 현실의 효과를 더욱 증가시킨다.
이러한 디스플레이에 구비되는 광학계는 통상 빔 스플리터, 볼록렌즈, 오목 거울등을 포함하여 물리적인 크기가 크며 전체적인 시스템의 부피를 증가시키는 원인이 된다.
본 개시는 투시형 디스플레이 장치를 제공한다.
일 유형에 따르면, 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자로부터의 제1영상 및 상기 제1영상과 다른 경로로부터의 제2영상을 결합하고, 상기 제1영상은 제1편광으로, 상기 제2영상은 상기 제1편광과 다른 제2편광으로 바꾸어 출사면을 통해 출사하는 광결합기; 및 상기 출사면 상에 배치되며, 상기 제1편광의 광과 상기 제2편광의 광에 대해 서로 다른 굴절력을 나타내는 편광 선택 광학계;를 포함하는, 투시형 디스플레이 장치가 제공된다.
상기 제1편광과 상기 제2편광은 서로 수직인 선편광일 수 있다.
상기 광결합기는 상기 제1영상이 입사하는 제1면, 상기 제2영상이 입사하는 제2면, 상기 출사면을 구비하는 광도파로; 및 상기 광도파로 내부에 상기 출사면에 대해 비스듬하게 배치된 빔 스플리터;를 포함할 수 있다.
상기 빔 스플리터는 상기 제1편광의 광은 반사시키고 상기 제2편광의 광은 투과시키는 편광 빔 스플리터일 수 있다.
상기 광도파로에는 상기 제2면 및 상기 출사면 중 적어도 일부 영역에, 상기 제2면을 통하여 입사하는 상기 제2영상의 광 중, 상기 편광 빔 스플리터를 경유하지 않고 상기 광결합기를 출사하는 광의 투과율을 낮추기 위한 투과율 조절 코팅층이 더 형성될 수 있다.
상기 광결합기는 상기 디스플레이 소자와 상기 광도파로 사이에 배치되어 상기 제1영상을 제1편광 상태로 편광 변환시키는 제1편광자; 및 상기 광도파로의 상기 제2영상이 입사되는 면에 배치되어 상기 제2영상을 제2편광 상태로 편광 변환시키는 제2편광자;를 더 포함할 수 있다.
상기 빔 스플리터는 하프 미러(half mirror)일 수 있다.
상기 편광 선택 광학계는 소정 일 편광의 광에 대해서는 굴절력을 나타내고 상기 일 편광과 다른 편광의 광에 대해서는 굴절력을 나타내지 않는 편광 선택 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 편광 선택 렌즈는 상기 소정 일 편광의 광에 대한 굴절력이 외부로부터의 제어 신호에 따라 조절될 수 있다.
상기 편광 선택 렌즈는 상기 제1편광의 광에 대해서는 양의 굴절력의 렌즈로 작용하고 상기 제2편광의 광에 대해서는 굴절력을 나타내지 않도록 구성될 수 있다.
상기 편광 선택 렌즈는 제1원편광에 대해서는 양의 굴절력의 렌즈로 작용하고, 상기 제1원편광과 반대 방향의 제2원편광의 광에 대해서는 굴절력을 나타내지 않도록 구성될 수 있다.
상기 편광 선택 광학계는 상기 출사면과 상기 편광 선택 렌즈 사이에 배치된 1/4 파장판:을 더 포함할 수 있다.
상기 편광 선택 렌즈의 입사면은 상기 광결합기의 출사면과 나란할 수 있다.
상기 편광 선택 렌즈는 상기 일 편광의 광에 대한 굴절률과 상기 일 편광과 다른 편광에 대한 굴절률이 서로 다른 광학적 이방성 물질을 포함할 수 있다.
상기 편광 선택 렌즈는 회절 기반의 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 편광 선택 렌즈는 하프 미러(half mirror); 반사형 편광자; 및 상기 하프 미러와 상기 반사형 편광자 사이에 배치된 1/4 파장판;를 포함할 수 있다.
상기 투시형 디스플레이 장치는 광학 수차 보정을 위한 수차 보정 광학 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 수차 보정 광학 부재는 상기 디스플레이 소자와 상기 제1면 사이에 배치되는 렌즈일 수 있다.
상기 렌즈는 외부로부터의 제어 신호에 따라 곡면 형상이 조절되거나 광축 상의 위치가 조절될 수 있다.
상기 광도파로는 상기 제2면과 상기 출사면 사이에서 상기 제1면과 마주하는 제3면을 더 포함하며, 상기 수차 보정 광학 부재는 상기 제3면에 배치되는 미러일 수 있다.
상기 미러는 외부로부터의 제어 신호에 따라 곡면 형상이 조절되거나 광축 상의 위치가 조절될 수 있다.
일 유형에 따르면, 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자로부터의 제1영상 및 상기 제1영상과 다른 경로로부터의 제2영상을 결합하고, 상기 제1영상은 제1편광으로, 상기 제2영상은 상기 제1편광과 다른 제2편광으로 바꾸어 출사면을 통해 출사하는 광결합기; 상기 출사면 상에 배치되며, 상기 제1편광의 광과 상기 제2편광의 광에 대해 서로 다른 굴절력을 나타내는 편광 선택 광학계; 상기 제1영상이 상기 편광 선택 광학계를 향하는 광 경로에 배치된 가변 광학 소자; 및 상기 가변 광학 소자를 제어하는 프로세서;를 포함하는 투시형 디스플레이 장치가 제공된다.
상기 가변 광학 소자는 굴절력을 가지는 렌즈 또는 미러이며, 광축상의 위치가 조절되거나 상기 굴절력이 조절되도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는 상기 제1영상의 깊이 정보에 연동하여 상기 가변 광학 소자의 제어 범위를 설정할 수 있다.
상기 프로세서는 관찰자의 시력 정보에 연동하여 상기 가변 광학 소자의 제어 범위를 설정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 제1영상의 깊이 정보 및 관찰자의 시력 정보에 연동하여 상기 가변 광학 소자의 제어 범위를 설정할 수 있다.
일 유형에 따르면, 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자로부터의 제1영상 및 상기 제1영상과 다른 경로로부터의 제2영상을 결합하고, 상기 제1영상은 제1편광으로, 상기 제2영상은 상기 제1편광과 다른 제2편광으로 바꾸어 출사면을 통해 출사하는 광결합기; 상기 출사면 상에 배치되고, 상기 제1편광의 광에 대한 제1굴절력과 상기 제2편광의 광에 대한 제2굴절력이 서로 다르며, 상기 제1굴절력 및 상기 제2굴절력이 제어 신호에 따라 조절될 수 있는 편광 선택 광학계; 및 상기 편광 선택 광학계의 상기 제1굴절력과 상기 제2굴절력 중 적어도 하나를 제어하는 프로세서;를 포함하는, 투시형 디스플레이 장치가 제공된다.
상기 프로세서는 상기 제1영상의 깊이 정보에 연동하여 상기 제1굴절력을 조절할 수 있다.
상기 프로세서는 관찰자의 시력 정보에 연동하여 상기 제2굴절력을 조절할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 제1영상의 깊이 정보에 연동하여 상기 제1굴절력을 조절하고, 관찰자의 시력 정보에 연동하여 상기 제2굴절력을 조절할 수 있다.
상기 투시형 디스플레이 장치는 상기 제1영상이 상기 편광 선택 광학계를 향하는 광 경로에 배치된 가변 광학 소자;를 더 포함할 수 있다.
상기 가변 광학 소자는 제3굴절력을 가지는 렌즈 또는 미러이며, 광축상의 위치가 조절되거나 상기 제3굴절력이 조절되는 구성을 가질 수 있다.
상기 프로세서는 상기 제1영상의 깊이 정보에 연동하여 상기 제3굴절력 또는 상기 위치를 조절할 수 있다.
상기 프로세서는 관찰자의 시력 정보에 연동하여 상기 제3굴절력 또는 상기 위치를 조절할 수 있다.
상기 투시형 디스플레이 장치는 웨어러블 디바이스(wearable device)일 수 있다.
상술한 투시형 디스플레이 장치는 광학 시스템의 부피를 최소화할 수 있으며 따라서 착용성이 좋은 웨어러블 기기로 적용될 수 있다.
상술한 투시형 디스플레이 장치는 결합 영상을 제공할 수 있으며, 따라서, 증강 현실 디스플레이를 제공할 수 있다.
상술한 투시형 디스플레이 장치는 다중 깊이 표현 및/또는 관찰자의 시력을 고려한 양질의 결합 영상을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치가 결합 영상을 관찰자에게 제공하는 것을 설명하는 개념도이다.
도 2a는 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치에 채용되는 광결합기가 다른 경로에서의 광을 서로 다른 편광의 광으로 결합하여 출력하는 광경로를 보인다.
도 2b 및 도 2c는 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치에 채용되는 편광 선택 광학계가 서로 다른 편광의 광에 대해 서로 다른 광학 작용을 나타내는 것을 보인다.
도 3a 내지 도 3g는 실시예에 따른 편광 선택 광학계에 채용될 수 있는 편광 선택 렌즈의 예시적인 구성을 보인다.
도 4는 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 5는 비교예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 광학적 배치를 보인다.
도 6은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다. 도 8은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 14는 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 16a 및 도 16b는 각각 도 15의 투시형 디스플레이 장치에 채용된 렌즈의 구동에 의해 입사광이 포커싱되는 위치가 변경되는 광경로를 보인다.
도 17은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 18은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 19는 도 18의 편광 선택 렌즈의 구동에 의해 제1편광의 광이 포커싱되는 위치가 변경되는 광경로를 보인다.
도 20은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 21은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 22는 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 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.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다.
방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치가 결합 영상을 관찰자에게 제공하는 것을 설명하는 개념도이다. 도 2a는 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치에 채용되는 광결합기가 다른 경로에서의 광을 서로 다른 편광의 광으로 결합하여 출력하는 광경로를 보이며, 도 2b 및 도 2c는 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치에 채용되는 편광 선택 광학계가 서로 다른 편광의 광에 대해 서로 다른 광학 작용을 나타내는 것을 보인다.
실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치는 서로 다른 경로로부터의 제1영상과 제2영상을 결합하여 관찰자에게 제공할 수 있는 디스플레이 장치로서, 광결합기(CB)와 편광 선택 광학계(PS)를 포함한다.
광결합기(CB)는 각기 다른 경로에서 입사되는 제1영상과 제2영상을 결합하여 출사면(ES)을 통해 출력하며 이 때 두 영상을 서로 다른 편광의 광으로 출력한다. 예를 들어, 제1영상을 담은 광(L1)은 제1편광(⊙)의 광으로, 제2영상을 담은 광(L2)은 제2편광(↔)의 광으로 출력할 수 있다. 제1편광(⊙), 제2편광(↔)은 서로 수직인 선편광일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하의 도면들에서, 별도의 표시가 없어도, 광결합기(CB)에서 제1영상을 담은 광(L1)이 제1편광(⊙) 상태로, 제2영상을 담은 광(L2)이 제2편광(↔) 상태로 출사되는 것으로 한다.
광결합기(CB)는 광도파로(LG)와 광도파로(LG) 내부에 배치된 빔 스플리터(BS)를 포함할 수 있다. 빔 스플리터(BS)는 광도파로(LG) 내에 제1영상의 광(L1), 제2영상의 광(L2)이 지나가는 광 경로에 출사면(ES)에 대해 비스듬하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 출사면(ES)과 이루는 각은 45˚일 수 있다. 빔 스플리터(BS)는 편광 빔 스플리터일 수 있고, 즉, 제1편광(⊙)의 광은 반사시키고, 제2편광(↔)의 광은 투과시킬 수 있다. 제1영상의 광(L1)은 광도파로(LG)를 따라 진행하다가 빔 스플리터(BS)에 의해 제1편광(⊙) 성분이 반사되며 경로가 바뀐다. 제1영상의 광(L1)과 다른 경로로부터의 제2영상의 광(L2)이 빔 스플리터(BS)을 만나면 제2편광(↔) 성분이 빔 스플리터(BS)를 투과한다. 이에 따라, 제1영상의 광(L1)이 제1편광(⊙) 상태로, 제2영상의 광(L2)이 제2편광(↔) 상태로 같은 출사면(ES)을 통해 광결합기(CB)를 출사하게 된다.
도 2a에서는 광결합기(CB)가 제1영상의 광(L1)을 제1편광(⊙) 상태로, 제2영상의 광(L2)을 제2편광(↔) 상태로 출사하는 구성을 개념적으로 설명하고 있으며, 광도파로(LG), 빔 스플리터(BS)의 변형된 형태, 이 외 다른 추가 광학 부품과 함께 광결합기(CB)의 구체적인 형태는 다양하게 변형될 수 있다.
도 2b 및 도 2c를 참조하면, 편광 선택 광학계(PS)는 광결합기(CB)에서 출력되는 제1편광(⊙)의 광과 제2편광(↔)의 광에 대해 서로 다른 굴절력을 나타낼 수 있다. 이를 위하여, 편광 선택 광학계(PS)는 서로 다른 두 편광에 대해 다른 광학작용을 하는 편광 선택 렌즈(PSL)를 포함할 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 편광 선택 광학계(PS)에 구비되는 편광 선택 렌즈(PSL)는 제1편광(⊙)의 광에 대해 양의 굴절력을 나타내며, 즉, 포커싱 렌즈와 같이 제1영상의 광(L1)을 포커싱하여 원하는 위치에 제1영상을 이미징할 수 있다. 제1영상은 예를 들어, 디스플레이 소자에 의해 형성된 것으로, 편광 선택 렌즈(PSL)가 영상 형성 광학계의 마지막 단계의 포커싱의 기능을 담당하게 된다.
도 2c를 참조하면, 편광 선택 광학계(PS)에 구비되는 편광 선택 렌즈(PSL)는 제2편광(↔)의 광에 대해서는 굴절력을 거의 나타내지 않을 수 있다. 이는 제1편광(⊙)의 광에 대해 나타내는 굴절력에 비해 매우 작거나 굴절력이 없다고 볼 수 있는 정도를 의미한다. 제2편광(↔) 상태인, 제2영상의 광(L2)은 예를 들어, 영상 인지를 위해 별도의 포커싱이 필요하지 않은 실사 장면(real world scene)일 수 있다.
도 2b 및 도 2c는 편광 선택 렌즈(PSL)가 서로 다른 선편광에 대해 서로 다른 굴절 작용을 나타내는 것을 예시하고 있으나 이에 한정되지 않는다. 편광 선택 렌즈(PSL)는 서로 다른 방향의 원편광에 대해 서로 다른 굴절 작용을 나타내는 것일 수 있고, 이 경우, 편광 선택 광학계(PS)는 편광 선택 렌즈(PSL)로 광이 입사하는 경로에 1/4파장판을 더 구비할 수 있다.
이러한 광결합기(CB) 및 편광 선택 광학계(PS)에 의해, 관찰자는 제1영상과 제2영상을 동시에 인지할 수 있다. 제1영상은 실사의 제2영상에 대한 추가적인 정보 등을 포함하도록 디스플레이 소자에서 형성한 가상 현실 영상일 수 있다. 이와 같이 광결합기(CB)와 편광 선택 광학계(PS)는 증강 현실 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
편광 선택 광학계(PS)에 채용되는 편광 선택 렌즈(PSL)는 서로 다른 두 편광의 광에 대한 굴절률이 서로 다른 광학적 이방성(optical anisotropic) 물질을 포함할 수 있고, 또는, 기하 위상 렌즈나 메타 렌즈와 같이 회절 기반의 렌즈를 포함하여 이루어질 수 있다.
도 3a 내지 도 3f를 참조하여, 편광 선택 렌즈(PSL)의 예시적인 구성을 살펴보기로 한다.
도 3a를 참조하면, 편광 선택 렌즈(PSL1)는 굴절 렌즈(10)와 액정층(20)을 포함할 수 있다. 액정 분자는 광학적 이방성을 가지는 물질로서, 액정 분자의 장축 방향과 나란한 편광의 광 및 액정 분자의 단축 방향과 나란한 편광의 광에 대해 서로 다른 굴절률을 나타낸다. 액정 분자의 배열은 전기적으로 제어될 수 있고, 원하는 서로 다른 두 편광의 광에 대해 다른 굴절률을 나타내도록 액정 분자의 배열을 조절할 수 있다. 굴절 렌즈(10)는 광학적 등방성 물질로 이루어지고 소정 곡면을 가질 수 있다. 굴절 렌즈(10)의 굴절률을 액정층(20)에서 나타내는 일 편광에 대한 굴절률과 동일하게 하여, 일 편광에 대해서는 편광 선택 렌즈(PSL1)가 굴절력을 나타내지 않고, 다른 일 편광에 대해서만 편광 선택 렌즈(PSL1)가 굴절력을 나타내게 할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 편광 선택 렌즈(PSL2)는 프레넬 렌즈(12)와 액정층(22)을 포함할 수 있다. 편광 선택 렌즈(PSL2)는 도 3a의 편광 선택 렌즈(PSL1)의 변형예일 수 있다. 프레넬 렌즈(12)는 도 3a의 굴절 렌즈(14)의 곡면을 분할하고 재배열하여 두께를 줄인 형태를 갖는다. 프레넬 렌즈(12)는 굴절 렌즈(14)와 실질적으로 동일한 기능을 가질 수 있다. 따라서, 형성하고자 하는 곡면 형태를 고려하여 도 3a 또는 도 3b의 구성이 선택될 수 있다. 예를 들어, 형성하고자 하는 곡면의 곡률 반경이 작아 두께가 두꺼운 경우, 프레넬 렌즈(12) 형태를 사용하여 두께를 줄일 수 있다.
도 3c를 참조하면, 편광 선택 렌즈(PSL3)는 복수의 광학적 이방성 물질층(30_1)(30_n)을 포함한다. 다른 굴절률을 나타내는 광학적 이방성 물질을 여러 층으로 적층하여 편광에 따른 원하는, 서로 다른 굴절력을 나타내게 할 수 있다.
도 3d를 참조하면, 편광 선택 렌즈(PSL4)는 복굴절 결정체(40)와 인덱스 오일(50)을 포함한다. 복굴절 성질을 가지는 물질을 렌즈 형상으로 가공하여 복굴절 결정체(40)를 형성할 수 있다. 이러한 복굴절 결정체(40)를 인덱스 오일(50) 내부에 배치할 수 있다. 인덱스 오일(50)은 복굴절 결정체(40)가 나타내는 어느 한 굴절률과 같은 굴절률을 가질 수 있다.
도 3e를 참조하면, 편광 선택 렌즈(PSL5)는 복수의 회절 기반 렌즈(61)(62)와 복수의 광학 필름(71)(72)을 포함한다. 회절 기반 렌즈(61)(62)는 기하 위상 렌즈(geometric phase lens) 또는 메타 렌즈(meta lens)로 이루어질 수 있다. 기하 위상 렌즈는 비선형 물질요소(nonlinear material element)를 사용하여 기하학적으로 위상을 변조할 수 있다. 예를 들어, 액정의 배향 상태를 조절하여 다양한 기하 위상을 형성할 수 있다. 메타 렌즈는 서브 파장 형상 치수를 가지는 나노 구조물을 사용할 수 있다. 입사광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 나노 구조물의 형상, 배열을 적절히 설정하여 편광에 따라 원하는 굴절률을 나타내게 할 수 있다.
이러한 회절 기반 렌즈(61)(62)는 기본적으로 편광에 따라서 켤레(conjugation) 광학 특성을 나타내며, 이와 함께, 편광자, 위상 지연자 등과 같은 광학 필름(71)(72)들을 배치하여, 편광에 따른 원하는 굴절력을 나타내게 할 수 있다.
도 3f를 참조하면, 편광 선택 렌즈(PSL6)는 광의 진행 방향에 따라 순서대로 배치된, 하프 미러(half mirror)(80), 1/4 파장판(85), 반사형 편광자(reflective polarizer)(95)를 포함한다.
이러한 편광 선택 렌즈(PSL6)는 예를 들어, 서로 다른 방향의 원편광에 대해 다른 굴절 작용을 나타낼 수 있다. 우원 편광(clockwise circular polarization)의 광이 입사되면, 1/4 파장판(85)을 지나며 제2편광(↔)의 광으로 변환되고, 따라서, 제2편광(↔)의 광을 반사시키는 반사형 편광자(90)에서 반사되며, 다시 1/4 파장판(85)을 지나면서 우원 편광이 된다. 우원 편광의 광은 하프 미러(80)에서 반사되며 좌원 편광이 되고 다시 1/4 파장판(85)을 지나며 제1편광(⊙)의 광으로 변환되어 반사형 편광자(90)를 투과한다. 이러한 광 경로에서, 반사형 편광자(90)의 반사면(90a), 하프 미러(80)의 반사면(80a) 형상에 따라 반사형 편광자(90)에서 반사되고 다시 하프 미러(80)에서 반사된 후 반사형 편광자(90)를 투과하는 경로를 거치는 광의 굴절 작용을 조절할 수 있다. 즉, 편광 선택 렌즈(PSL6)에 입사하는 우원 편광의 광은 하프 미러(80)의 반사면(80a), 반사형 편광자(90)의 반사면(90a)의 두 형상의 조합에 의해 나타나는 굴절 작용을 받게 된다. 이러한 굴절 작용은 예를 들어, 양의 굴절력일 수 있다.
좌원 편광(counterclockwise circular polarization)의 광이 편광 선택 렌즈(PSL6)에 입사되면, 1/4 파장판(85)에 의해 제1편광(⊙)으로 변환되고 반사형 편광자(90)를 투과한다. 좌원 편광 상태로 편광 선택 렌즈(PSL6)에 입사된 광은 하프 미러(80)에서의 반사나 반사형 편광자(90)에서의 반사가 일어나지 않고 편광 선택 렌즈(PSL6)를 투과하며, 따라서, 우원 편광의 광과는 다른 굴절 작용을 받게 된다. 이러한 굴절 작용은 예를 들어, 우원 편광의 광에 대해 나타내는 굴절력보다 매우 작은 굴절력을 나타내거나 또는 굴절력이 거의 없는 정도일 수 있다.
편광 선택 렌즈(PSL6)는 하프 미러(80)의 반사면(80a), 반사형 편광자(90)의 반사면(90a) 형상을 적절히 조합하여, 우원 편광의 광과 좌원 편광의 광에 대해 다른 굴절 작용을 나타내는 것이 가능하며, 예를 들어, 우원 편광의 광에 대해서는 양의 굴절력을 나타내고, 좌원 편광의 광에 대해서는 굴절력이 거의 없는 모드로 동작할 수 있다.
도 3g의 편광 선택 렌즈(PSL6')는 도 3f의 편광 선택 렌즈(PSL6)의 원리를 채용한 예시로서, 제1렌즈(LS1), 하프 미러(81), 제2렌즈(LS2), 1/4 파장판(85), 반사형 편광자(reflective polarizer)(91)를 포함한다. 제1렌즈(LS1)와 제2렌즈(LS2)의 접합면은 곡면 형태로서, 이 접합면에 하프 미러 코팅이 형성될 수 있다.
이러한 편광 선택 렌즈(PSL6')에 우원 편광(clockwise circular polarization)의 광이 입사되면, 1/4 파장판(85)을 지나며 제2편광(↔)의 광으로 변환되고, 따라서, 제2편광(↔)의 광을 반사시키는 반사형 편광자(91)에서 반사되며, 다시 1/4 파장판(85)을 지나면서 우원 편광이 된다. 우원 편광의 광은 하프 미러(81)에서 반사되며 좌원 편광이 되고 다시 1/4 파장판(85)을 지나며 제1편광(⊙)의 광으로 변환되어 반사형 편광자(89)를 투과한다. 렌즈(PSL6)에 입사하는 우원 편광의 광은 오목한 반사면을 가지는 하프 미러(81)에 의한 굴절 작용을 받게 된다.
좌원 편광(counterclockwise circular polarization)의 광이 편광 선택 렌즈(PSL6')에 입사되면, 1/4 파장판(85)에 의해 제1편광(⊙)으로 변환되고 반사형 편광자(91)를 투과한다. 좌원 편광 상태로 편광 선택 렌즈(PSL6')에 입사된 광은 하프 미러(81)에서의 반사나 반사형 편광자(91)에서의 반사가 일어나지 않고 편광 선택 렌즈(PSL6')를 투과하며, 즉, 편광 선택 렌즈(PSL')는 좌원 편광의 광에 대해서는 굴절력을 거의 나타내지 않게 된다.
도면에서, 제1렌즈(LS1), 제2렌즈(LS2)는 하프 미러(81) 형성을 위한 코팅면을 제공하기 위해 마련되고 있으며 도시된 형상에 한정되지 않으며, 생략될 수도 있다. 예를 들어, 제1렌즈(LS1), 제2렌즈(LS2)의 구성 없이, 오목 하프 미러가 구비되는 형태도 가능하다.
도 3g는 도 3f의 한 예시이며, 도 3f에서 설명한 편광 선택 렌즈(PSL6)의 원리를 채용한 다양한 형상 조합 및 추가적인 광학 소자들이 더 구비되어, 서로 다른 편광에 대해 다른 굴절력을 나타내게 하는 것이 가능하다.
이하, 투시형 디스플레이 장치의 다양한 실시예들을 살펴보기로 한다.
도 4는 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치(1000)는 디스플레이 소자(100), 광결합기(CB1), 편광 선택 광학계를 포함한다.
디스플레이 소자(100)는 제1영상 정보에 따라 광을 변조하여, 제1영상의 광(L1)을 형성한다. 제1영상은 2차원 영상 또는 3차원 영상일 수 있고, 3차원 영상은 홀로그램(hologram) 영상, 스테레오(stereo) 영상, 라이트 필드(light field) 영상, IP(integral photography) 영상 등일 수 있고 또한, 멀티 뷰(multi-view) 혹은 슈퍼 멀티뷰(super multi-view) 방식의 영상을 포함할 수 있다.
디스플레이 소자(100)는 예를 들어, LCoS(liquid crystal on silicon) 소자, LCD(liquid crystal display) 소자, OLED(organic light emitting diode) 디스플레이 소자, DMD(digital micromirror device)를 포함할 수 있고, 또한, Micro LED, QD(quantum dot) LED 등의 차세대 디스플레이 소자를 포함할 수 있다.
광결합기(CB1)는 디스플레이 소자(100)로부터의 제1영상의 광(L1), 이와 다른 경로로부터의 제2영상의 광(L2)을 결합하여 서로 다른 편광으로 출사하는 것으로, 광도파로(200)와 빔 스플리터(300)를 포함한다.
광도파로(200)는 광이 출사되는 출사면(200a)을 포함하며, 또한, 제1영상의 광(L1)이 입사하는 제1면(200b), 제2영상의 광(L2)이 입사하는 제2면(200c), 출사면(200a)과 제2면(200c) 사이에서 제1면(200b)과 마주하는 제3면(200d)을 포함한다.
빔 스플리터(300)는 광도파로(200)의 내부에 출사면(200a)에 비스듬하게 배치될 수 있다. 빔 스플리터(300)는 편광 빔 스플리터로, 제1편광의 광은 반사하고 제2편광은 투과시킨다. 제1편광, 제2편광은 서로 수직인 선편광일 수 있다. 다른 경로로 입사되는 제1영상의 광(L1), 제2영상의 광(L2)은 빔 스플리터(300)를 지난 후 동일한 경로를 향하며 각각 제1편광, 제2편광 상태로 출사면(200a)을 출사한다.
편광 선택 광학계는 제1편광의 광에 대해서는 굴절력을 나타내고, 제2편광의 광에 대해서는 굴절력을 나타내지 않는 편광 선택 렌즈(400)를 포함할 수 있다. 도 3a 내지 도 3f에서 설명한 바와 같은 편광 선택 렌즈(PSL1)(PSL2)(PSL3)(PSL4)(PSL5)(PSL6) 또는 이들의 변형예가 편광 선택 광학 렌즈(400)로 채용될 수 있다.
편광 선택 렌즈(400)의 입사면(400a)은 광결합기(CB1)의 출사면(200a)과 나란하게 형성될 수 있다. 따라서, 광결합기(CB1)와 편광 선택 렌즈(300)의 거리가 최소화할 수 있고 투시형 디스플레이 장치(1000)의 전체적인 부피를 최소화하면서도 원하는 광학 성능을 달성하기 용이하다.
도 5는 비교예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 광학적 배치를 보인다.
비교예에 따른 투시형 디스플레이 장치(10)는 디스플레이 소자(5), 빔 스플리터(6), 오목 미러(7)를 포함한다. 디스플레이 소자(5)로부터의 광은 오목 미러(7)를 지나 관찰자게 도달하게 되며, 이러한 광경로의 특징상 시스템의 부피가 커질 수 있고 원하는 광학 성능의 구현에 있어 부피 증가가 추가적으로 수반될 수도 있다. 예를 들어, 오목 미러(7)의 굴절력을 크게 하려면 전체적인 부피는 좀 더 커지게 된다.
비교에의 투시형 디스플레이 장치와 달리, 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치(1000)는 광도파로(200) 내에 빔 스플리터(300)가 배치된 광결합기(CB1) 및 광결합기(CB1)와의 거리가 최소화될 수 있는 편광 선택 렌즈(400)를 채용하여 부피 감소 및 성능 개선을 도모할 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
투시형 디스플레이 장치(1001)는 디스플레이 소자(100), 광결합기(CB3), 편광 선택 렌즈(400)를 포함한다. 본 실시예의 투시형 디스플레이 장치(1002)는 광도파로(210)의 형상에서 도 4의 투시형 디스플레이 장치(1001)와 차이가 있다.
광도파로(200)는 광이 출사되는 출사면(210a), 제1영상의 광(L1)이 입사하는 제1면(210b), 제2영상의 광(L2)이 입사하는 제2면(210c), 출사면(210a)과 제2면(210c) 사이에서 제1면(210b)과 인접하는 미러면(210e), 출사면(210a)과 제2면(210c) 사이에서 미러면(210e)과 마주하는 제3면(210d)을 포함한다. 출사면(210a)과 제1면(210b)은 동일한 면을 이루고 있다. 제1면(210b)을 통해 입사된 제1영상의 광(L1)은 제1면(210b)과 비스듬한 미러면(210e)에서 반사된 후 광도파로(210) 내부를 진행하며 빔 스플리터(300)에 도달하게 되며, 빔 스플리터(300)에서 반사되어 출사면(210a)을 통해 출사된다.
이러한 광도파로(210) 형상 및 디스플레이 소자(100) 배치에 의해, 디스플레이 소자(100)로부터의 광(L1)이 빔 스플리터(300)에 도달하는 입사각이 도 4의 경우와 달라질 수 있다. 이에 따라, 빔 스플리터(300)를 도 4의 경우보다 비스듬하게 배치할 수 있으며, 예를 들어, 빔 스플리터(300)와 출사면(210a) 사이의 각이 45도보다 작을 수 있다. 또한, 광도파로(210)의 두께를 도 4의 광도파로(200) 두께보다 얇게 할 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
투시형 디스플레이 장치(1002)는 디스플레이 소자(100), 광결합기(CB3), 편광 선택 렌즈(400)를 포함한다.
본 실시예의 투시형 디스플레이 장치(1002)는 광도파로(220)의 형상에서 도 4의 투시형 디스플레이 장치(1000)와 차이가 있다.
광도파로(220)는 광이 출사되는 출사면(220a), 제1영상의 광(L1)이 입사하는 제1면(220b), 제2영상의 광(L2)이 입사하는 제2면(220c), 출사면(220a)과 제2면(220c) 사이에서 제1면(220b)과 마주하는 제3면(220d)을 포함한다. 제1면(220b)은 도 4의 투시형 디스플레이 장치(1000)의 제1면(210b)과 달리 비스듬하게 배치되며, 즉, 출사면(220a)과 이루는 각이 90도보다 작을 수 있다. 따라서, 제1면(220b)을 통해 입사된 제1영상의 광(L1)이 빔 스플리터(300)에 도달하는 입사각이 도 4의 경우와 달라질 수 있다. 이에 따라, 빔 스플리터(300)를 도 4의 경우보다 비스듬하게 배치할 수 있으며, 예를 들어, 빔 스플리터(300)와 출사면(220a) 사이의 각이 45도보다 작을 수 있다. 또한, 광도파로(220)의 두께를 도 4의 광도파로(200) 두께보다 얇게 할 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
투시형 디스플레이 장치(1003)는 디스플레이 소자(100), 광결합기(CB4), 편광 선택 렌즈(400)를 포함한다.
본 실시예의 투시형 디스플레이 장치(1003)는 광도파로(200) 상에 투과율 조절 코팅층(251)(252)이 더 형성된 점에서, 도 4의 투시형 디스플레이 장치(1000)와 차이가 있다.
광도파로(200)는 광이 출사되는 출사면(200a), 제1영상의 광(L1)이 입사하는 제1면(200b), 제2영상의 광(L2)이 입사하는 제2면(200c), 출사면(200a)과 제2면(200c) 사이에서 제1면(200b)과 마주하는 제3면(200d)을 포함하며, 제2면(200c)과 출사면(200a) 상의 적어도 일부 영역에 각각 투과율 조절 코팅층(251)(252)이 형성되어 있다.
투과율 조절 코팅층(251)은 제2면(200c)을 통하여 입사하는 제2영상의 광(L2) 중, 빔 스플리터(300)를 경유하지 않고 광결합기(CB4)를 출사하는 광의 투과율을 낮추기 위한 것이다.
빔 스플리터(300)가 편광 빔 스플리터인 경우, 편광 분리 작용을 위한 복수의 유전체층을 포함하게 되며, 이에 의해 제2영상의 광(L2)이 광결합기(CB4)의 출사면(200a)으로 출사되는 투과율은 빔 스플리터(300)를 경유하는 경로와 빔 스플리터(300)를 경유하지 않은 경로에서 다르게 나타난다. 제2면(200c), 출사면(200a)의 일부 영역에 투과율 조절 코팅층(251)(252)을 구비함으로써, 제2영상의 광(L2)이 빔 스플리터(300)를 경유하지 않게 되는 경로에서의 투과율과 빔 스플리터(300)를 경유하는 경로에서의 투과율이 가능한 유사해질 수 있다. 투과율 조절 코팅층(251)(252)의 재질은 빔 스플리터(300)에 적용된 편광 분리를 위한 코팅과 동일할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며 두 경로에서 유사한 투과율을 나타낼 수 있게 하는 다른 코팅이 적용되는 것도 가능하다.
투과율 조절 코팅층(251)(252)의 위치는 도시된 위치에 한정되지 않는다. 예를 들어, 투과율 조절 코팅층(251)의 위치는 마주하는 위치의 출사면(200a) 상의 위치로 변경될 수 있다. 또한, 투과율 조절 코팅층(252)의 위치도, 마주하는 위치의 제2면(200c) 상의 위치로 변경될 수 있다. 즉, 투과율 조절 코팅층(251)(252)은 모두 제2면(200c)에 형성될 수도 있고, 모두 출사면(200a)에 배치될 수도 있으며, 또는 각각 출사면(200a), 제2면(200c)으로 뒤바뀌어 배치될 수도 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
투시형 디스플레이 장치(1004)는 디스플레이 소자(100), 광결합기(CB5), 편광 선택 렌즈(400)를 포함한다.
본 실시예의 투시형 디스플레이 장치(1004)는 광도파로(200)의 제1면(200b) 상에 제1편광자(261)가 배치되고, 광도파로(200)의 제2면(200c) 상에 제2편광자(262)가 더 배치된 점에서, 도 4의 투시형 디스플레이 장치(1000)와 차이가 있다.
제1편광자(261)는 입사광 중 제1편광 성분 만을 투과시키고, 제2편광자(262)는 입사광 중 제2편광 성분만을 투과시키는 편광자이다. 이에 따라, 디스플레이 소자(100)로부터의 제1영상의 광(L1)은 제1편광 상태로, 제2영상의 광(L2)은 제2편광 상태로 광도파로(200)에 입사하여 빔 스프리터(310)에 도달하게 된다. 이 경우, 빔 스플리터(310)에서의 편광 분리 작용은 구비되지 않아도 무방하므로, 빔 스플리터(310)로 하프 미러(half mirror)를 채용할 수도 있다.
도 10은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
투시형 디스플레이 장치(1005)는 디스플레이 소자(100), 광결합기(CB1), 편광 선택 광학계(401)를 포함한다.
본 실시예의 투시형 디스플레이 장치(1005)는 편광 선택 광학계(401)에 원편광 성분에 따라 다른 굴절력을 나타내는 편광 선택 렌즈(410)가 채용되며 이와 함께 1/4파장판(420)이 더 채용되는 점에서, 도 4의 투시형 디스플레이 장치(1000)와 차이가 있다.
편광 선택 렌즈(410)로는 도 3a 내지 도 3e에서 설명된 예시 및 이들이 조합, 변형된 형태가 채용될 수 있으며, 편광에 따라 굴절력이 다르게 나타나는 작용은 서로 수직인 두 선편광에 대해서가 아니라, 서로 다른 방향의 두 원편광 성분에 대해 나타나도록 광학적 이방성 물질 및 기타 구성요소의 조합이 선택될 수 있다. 또는, 도 3f에서 설명한 바와 같은, 서로 다른 방향의 두 원편광에 대해 다른 굴절력을 나타내는 편광 선택 렌즈가 채용될 수 있다.
편광 선택 렌즈(410)는 예를 들어, 우원 편광의 광에 대해서는 굴절력을 나타내고, 좌원 편광의 광에 대해서는 굴절력을 나타내지 않을 수 있다.
광결합기(CB1)와 편광 선택 렌즈(410) 사이에 배치된 1/4파장판(420)은 광결합기(CB1)에서 출사되며 제1편광을 가지는 제1영상의 광(L1)을 우원 편광의 광으로 변환시키고, 또한, 광결합기(CB1)에서 출사되며 제2편광을 가지는 제2영상의 광(L2)을 좌원 편광의 광으로 변환시킨다. 편광 선택 렌즈(410)는 우원 편광 상태의 제1영상의 광(L1)을 이미징하고, 좌원 편광 상태의 제2영상의 광(L2)에 대해서는 굴절력 작용 없이 그대로 투과시킨다.
도 11은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
투시형 디스플레이 장치(1006)는 디스플레이 소자(100), 광결합기(CB1), 편광 선택 렌즈(400) 및 디스플레이 소자(100)와 광결합기(CB1) 사이에 배치된 볼록 렌즈(500)를 포함한다.
본 실시예의 투시형 디스플레이 장치는 수자 보정 광학 부재가 더 구비되는 점에서 전술한 실시예들과 차이가 있다. 디스플레이 소자(100)에서 형성되는 제1영상의 광(L1)을 하나의 렌즈만으로 이미징하는 것은 광학 수차의 제어에 어려울 수 있고, 따라서, 광학 성능 향상을 위해 추가적인 광학 부재가 더 구비될 수 있다.
본 실시예의 투시형 디스플레이 장치(1006)는 디스플레이 소자(100)와 광도파로(200) 사이에 배치된 수차 보정을 위한 볼록 렌즈(500)를 더 포함하고 있다. 볼록 렌즈(500)는 디스플레이 소자(100)와 제1면(200b) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 볼록 렌즈(500)의 구비에 의해, 이미징 광학 성능이 더 향상될 수 있다. 도 11은 도 4의 투시형 디스플레이 장치(1000)에 볼록 렌즈(500)가 더 구비된 것으로 도시되고 있으나, 이에 한정되지 않으며 다른 실시예에도 이러한 볼록 렌즈(500)가 더 적용될 수 있다.
도 12는 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
투시형 디스플레이 장치(1005)는 디스플레이 소자(100), 광결합기(CB2), 편광 선택 렌즈(400) 및 디스플레이 소자(100)와 광결합기(CB1) 사이에 배치된 볼록 렌즈(500)를 포함한다.
본 실시예의 투시형 디스플레이 장치(1007)는 도 6의 투시형 디스플레이 장치(1001)에 볼록 렌즈(500)가 더 구비된 형태이며, 즉, 도시된 바와 같이, 디스플레이 소자(100)와 광도파로(210)의 제1면(210b) 사이에 볼록 렌즈(500)가 배치될 수 있다. 이러한 볼록 렌즈(500)의 구비에 의해 이미징 광학 성능이 더 향상될 수 있다.
도 13은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
투시형 디스플레이 장치(1008)는 디스플레이 소자(100), 광결합기(CB1'), 편광 선택 렌즈(400) 및 오목 미러(510)를 포함한다.
광도파로(200)는 광이 출사되는 출사면(200a), 제1영상의 광(L1)이 입사하는 제1면(200b), 제2영상의 광(L2)이 입사하는 제2면(200c), 출사면(200a)과 제2면(200c) 사이에서 제1면(200b)과 마주하는 제3면(200d)을 포함한다. 오목 미러(510)는 광도파로(200)의 제3면(200d)에 인접하게 배치될 수 있다.
본 실시예의 투시형 디스플레이 장치(1008)는 도 11의 투시형 디스플레이 장치(1006)에 채용된 볼록 렌즈(500) 대신, 광도파로(200)의 제3면(200d)에 인접한 위치에 오목 거울(510)이 배치되고 이를 통해 추가적인 광학 수차 제어를 하는 점에서, 도 11의 투시형 디스플레이 장치(1006)와 차이가 있다. 이에 따라 빔 스플리터(300)의 배치 방향은 도 11의 경우와 반대가 된다. 도시된 바와 같이, 광결합기(CB1')의 빔 스프리터(300)는 편광 분리 작용이 일어나는 면이 오목 거울(510)을 향한 면이 되도록 배치되고 있다.
도 14는 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
투시형 디스플레이 장치(1009)는 디스플레이 소자(100), 광결합기(CB1'), 편광 선택 렌즈(400), 디스플레이 소자(100)와 광도파로(200)의 제1면(200b) 사이에 배치된 볼록 렌즈(500) 및 광도파로(200)의 제3면(200d)에 인접 배치된 오목 미러(510)를 포함한다.
본 실시예의 투시형 디스플레이 장치(1009)는 디스플레이 소자(100)와 광도파로(200)의 제1면(200b) 사이에 볼록 렌즈(500)가 더 배치된 점에서 도 13의 투시형 디스플레이 장치(1008)와 차이가 있다. 두 개의 수차 보정 광학 부재를 채용하고 있으므로 광학 수차 제어가 보다 용이하고 이미징 광학 성능이 더 향상될 수 있다.
도 15는 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이고, 도 16a 및 도 16b는 각각 도 15의 투시형 디스플레이 장치에 채용된 가변 렌즈의 구동에 의해 입사광이 포커싱되는 위치가 변경되는 광경로를 보인다.
투시형 디스플레이 장치(1010)는 디스플레이 소자(100), 광결합기(CB1), 편광 선택 렌즈(400) 및 디스플레이 소자(100)와 광결합기(CB1) 사이에 배치된 가변 렌즈(520)를 포함한다.
본 실시예의 투시형 디스플레이 장치(1010)는 외부로부터의 제어 신호(SG)에 따라 가변 렌즈(520)의 곡면(520a) 형상이 조절되거나 광축 상의 위치가 조절되도록 구동되는 점에서 도 11의 투시형 디스플레이 장치(1006)와 차이가 있다.
도 16a를 참조하면, 가변 렌즈(520)의 광축 상의 위치가 A방향을 따라 구동될 수 있다. 가변 렌즈(520)의 위치에 따라 광이 빔 스플리터(300), 편광 선택 렌즈(400)를 경유하며 포커싱되는 위치는 P1 또는 P2로 달라질 수 있다.
도 16b를 참조하면, 가변 렌즈(520)의 곡면(520a) 형상이 제어될 수 있다. 곡면(520a) 형상의 변화에 따라 가변 렌즈(520)로부터의 광이 빔 스플리터(300), 편광 선택 렌즈(400)를 경유하며 포커싱되는 위치는 P1 또는 P2로 달라질 수 있다.
이와 같이 초점 위치를 조절하는 것은 다중 깊이 표현을 위해 적용될 수 있다. 다중 깊이 표현은 디스플레이 소자(100)에서의 영상이 포커싱되는 기준면을 소정 깊이 범위에서 변화시키는 것으로, 일정한 깊이 위치에 영상을 표시하는 것에 비해 깊이감 증진 및/또는 시각 피로 감소에 기여할 수 있다. 이 뿐만 아니라, 이러한 초점 위치 조절은 관찰자의 시력을 고려한 보정용으로 활용될 수도 있다. 다중 깊이 표현을 위한 초점 위치 변화 범위와 시력 보정용의 초점 위치 변화 범위는 다를 수 있으며, 각 적용에 알맞은 변화 범위를 설정할 수 있다. 또한, 다중 깊이 표현과 관찰자의 시력 보정을 함께 고려하여 초점 위치가 변화되도록 가변 렌즈(520) 구동을 제어하는 것도 가능하다.
도 17은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이다.
투시형 디스플레이 장치(1011)는 디스플레이 소자(100), 광결합기(CB1'), 편광 선택 렌즈(400) 및 광도파로(200)의 제3면(200d)에 인접하여 배치된 가변 미러(530)를 포함한다.
본 실시예의 투시형 디스플레이 장치(1011)는 외부로부터의 제어 신호(SG)에 따라 가변 미러(530)의 곡면 형상이 조절되거나 광축 상의 위치가 조절되도록 구성되는 점에서 도 13의 투시형 디스플레이 장치(1008)와 차이가 있다.
본 실시예의 투시형 디스플레이 장치(1011)도 도 15의 투시형 디스플레이 장치(1010)와 유사하게, 다중 깊이 표현 및/또는 관찰자의 시력 보정을 고려하여 가변 미러(539)를 제어할 수 있다.
도 18은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성과 광학적 배치를 보이는 도면이고, 도 19는 도 18의 편광 선택 렌즈의 구동에 의해 제1편광의 광이 포커싱되는 위치가 변경되는 광경로를 보인다.
투시형 디스플레이 장치(1012)는 디스플레이 소자(100), 광결합기(CB1), 편광 선택 렌즈(420)를 포함한다.
본 실시예의 투시형 디스플레이 장치(1012)는 편광 선택 렌즈(420)가 외부 신호(SG)에 따라 제어되며 소정 일 편광에 대한 굴절력이 조절되는 점에서 도 4의 투시형 디스플레이 장치(1000)와 차이가 있다.
도 19를 참조하면, 편광 선택 렌즈(420)가 제1편광 상태의 제1영상의 광(L1)에 대해 나타내는 굴절력은 가변되는 유효 렌즈면(ELS)에 의해 조절된다. 유효 렌즈면(ELS)의 형상 변경에 따라 편광 선택 렌즈(420)에 입사되는 제1편광(⊙) 상태의 제1영상의 광(L1)의 초점 위치가 P1, P2로 조절된다.
편광 선택 렌즈(420)로는 도 3a 내지 도 3e에서 설명한 바와 같은 편광 선택 렌즈(PSL1)(PSL2)(PSL3)(PSL4)(PSL5) 또는 이들의 변형예가 채용될 수 있으며, 유효 렌즈면(ESL)은 이들에 의한 굴절력 가변 작용을 설명하기 위해 개념적으로 예시한 것이다. 유효 렌즈면(ESL)의 변형을 위해, 예를 들어, 전기적으로 제어 가능한 광학적 이방성 물질, 예컨대, 액정이 사용될 수 있고, 또는 전기적으로 광학적 성질이 변경되는 물질과 서브 파장 나노 구조물을 함께 구비하는 메타 렌즈가 사용될 수 있다.
본 실시예의 투시형 디스플레이 장치(1012)도 도 15의 투시형 디스플레이 장치(1010), 도 17의 투시형 디스플레이 장치(1011)와 유사하게, 다중 깊이 표현 및/또는 관찰자의 시력 보정을 고려하여 편광 선택 렌즈(420)의 굴절력을 제어할 수 있다.
도 19는 제1편광 상태의 제1영상의 광(L1)에 대한 굴절력이 가변되는 작용을 설명하였으나, 편광 선택 렌즈(420)의 가변 작용은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제2편광 상태의 제2영상의 광을 굴절력 작용없이 투과시키는 작용 외에도, 경우에 따라서는 약간의 굴절력을 가질 수 있도록 편광 선택 렌즈(420)를 제어하는 것도 가능하다. 이 경우, 관찰자의 시력 보정을 위한 구동은 보다 정밀해지며, 즉, 디스플레이 소자에서 형성한 영상 뿐 아니라, 실사 영상에 대해서도 시력 보정이 적용된 선명한 영상이 관찰자에게 제공될 수 있다.
도 20은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
투시형 디스플레이 장치(1013)는 디스플레이 소자(1100), 광결합기(1300), 가변광학소자(1200), 편광 선택 광학계(1400) 및 프로세서(1700)를 포함한다.
디스플레이 소자(1100)는 제1영상을 형성할 수 있고, 전술한 실시예들의 디스플레이 소자(100)와 실질적으로 동일하다.
광결합기(1300)는 디스플레이 소자(100)로부터의 제1영상 및 제1영상과 다른 경로로부터의 제2영상을 결합하고, 제1영상은 제1편광으로, 제2영상은 제1편광과 다른 제2편광으로 바꾸어 출사한다. 제2영상은 디스플레이 소자(100)에서 형성한 제1영상과 다른 경로에서 제공되는 것으로, 예를 들어, 실사 장면(real world scene)일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 광결합기(1300)로는 전술한 실시예들에서 설명한 광결합기(CB1)(CB2)(CB3)(CB4)(CB5)들, 이들의 조합, 변형된 구성이 채용될 수 있다.
가변 광학 소자(1200)는 제1영상이 편광 선택 광학계(1400)를 향하는 광 경로에 배치될 수 있고, 광축상에서의 위치가 구동되거나 가변 곡면을 가지며 굴절력이 조절되는 전술한 가변 렌즈(520)나 가변 미러(530)가 채용될 수 있다.
편광 선택 광학계(1400)는 제1편광의 광과 제2편광의 광에 대해 서로 다른 굴절력을 나타내는 것으로, 제1편광 상태의 제1영상에 대해서는 포커싱 작용을 하고 제2편광 상태의 제2영상에 대해서는 굴절력 작용 없이 투과시킬 수 있다. 편광 선택 광학계(1400)로는 전술한 실시예들에서 설명한 바와 같이, 수직인 두 선편광에 대해 다른 굴절 작용을 나타내는 편광 선택 렌즈(400), 또는, 서로 반대 방향인 두 원편광에 대해 다른 굴절 작용을 나타내는 편광 선택 렌즈(410)와 1/4파장판(420)이 채용될 수 있다.
프로세서(1700)는 가변 광학 소자(1200)를 제어할 수 있다. 프로세서(1700)는 다중 깊이 표현을 위해 가변 광학 소자(1200)를 제어할 수 있다. 프로세서(1700)는 제1영상의 깊이 정보에 연동하여 가변 광학 소자(1200)의 제어 범위를 설정할 수 있고 이에 따라 가변 광학 소자(1200)를 제어할 수 있다. 이러한 제어를 위해 프로세서(1700)는 다중 초점 모듈(1710)을 실행할 수 있다.
프로세서(1700)는 시력 보정 모듈(1720)을 실행하며 관찰자의 시력 정보에 연동하여 가변 광학 소자(1200)의 제어 범위를 조절할 수 있고, 이에 따라 가변 광학 소자(1200)를 제어할 수 있다.
프로세서(1700)는 또한, 다중 깊이 표현과 관찰자의 시력 보정을 모두 고려하여 가변 광학 소자(1200)를 제어할 수도 있다.
이러한 투시형 디스플레이 장치(1013)에 의해, 다중 깊이 표현 및/또는 관찰자의 시력 정보가 고려된 양질의 결합 영상이 관찰자에게 제공될 수 있다.
도 21은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
투시형 디스플레이 장치(1014)는 디스플레이 소자(1100), 광결합기(1300), 가변 편광 선택 광학계(1500) 및 프로세서(1800)를 포함한다.
디스플레이 소자(1100)는 제1영상을 형성할 수 있고, 전술한 실시예들의 디스플레이 소자(100)와 실질적으로 동일하다.
광결합기(1300)는 디스플레이 소자(100)로부터의 제1영상 및 제1영상과 다른 경로로부터의 제2영상을 결합하고, 제1영상은 제1편광으로, 제2영상은 제1편광과 다른 제2편광으로 바꾸어 출사한다.
가변 편광 선택 광학계(1500)는 제1편광의 광과 제2편광의 광에 대해 서로 다른 굴절력을 나타내는 것으로, 이러한 굴절력이 제어될 수 있다. 가변 편광 선택 광학계(1500)는 예를 들어, 제1편광의 광에 대해서는 제1굴절력을 나타내고, 제2편광의 광에 대해서는 제2굴절력을 나타내며, 제1굴절력 및 제2굴절력이 제어 신호에 따라 조절될 수 있다. 가변 편광 선택 광학계(1500)에는 도 18의 실시예에서 설명한 바와 같이, 굴절력이 제어되는 편광 선택 렌즈(420) 또는 이의 변형된 구조가 채용될 수 있다.
프로세서(1800)는 제1영상의 깊이 정보에 연동하여 가변 편광 선택 광학계(1500)의 제어 범위를 설정하고 이에 따라 가변 편광 선택 광학계(1500)를 제어할 수 있다. 프로세서(1800)는 즉, 제1편광의 광에 대한 제1굴절력의 제어 범위를 설정하고, 이에 따라 제1굴절력을 조절할 수 있다. 이를 위해 프로세서(1800)는 다중 초점 모듈(1810)을 실행할 수 있다.
프로세서(1800)는 관찰자의 시력 정보에 연동하여 가변 편광 선택 광학계(1500)의 제어 범위를 설정할 수 있고, 이에 따라 가변 편광 선택 광학계(1500)를 제어할 수 있다. 프로세서(1800)는 즉, 제2편광의 광에 대한 제2굴절력의 제어 범위를 설정하고, 이에 따라 제2굴절력을 조절할 수 있다. 프로세서(1800)는 관찰자의 시력 정보를 고려하여, 제1편광의 광에 대한 제1굴절력과, 제2편광의 광에 대한 제2굴절력을 모두 조절할 수도 있다. 이러한 실행을 위해 프로세서(1800)는 시력 보정 모듈(182)을 실행할 수 있다.
프로세서(1800)는 또한, 다중 깊이 표현과 관찰자의 시력 보정을 모두 고려하여 가변 편광 선택 광학계(1500)를 제어할 수도 있다. 예를 들어, 제1굴절력 및/또는 제2굴절력을 조절할 수 있다.
이러한 투시형 디스플레이 장치(1014)에 의해, 다중 깊이 표현 및/또는 관찰자의 시력 정보가 고려된 양질의 결합 영상이 관찰자에게 제공될 수 있다.
도 22는 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
본 실시예의 투시형 디스플레이 장치(1015)는 디스플레이 소자(1100), 가변 광학소자(1200)을 더 포함하며, 프로세서(1900)가 가변 편광 선택 광학계(1500)와 가변 광학 소자(1200)를 제어하는 점에서, 도 21의 투시형 디스플레이 장치(1014)와 차이가 있다.
가변 광학 소자(1200)는 제1영상이 편광 선택 광학계(1500)를 향하는 광 경로에 배치될 수 있다. 가변 광학 소자(1200)로는 광축상에서 위치 구동되거나, 가변 곡면을 가지며 굴절력이 조절되는 전술한 가변 렌즈(520) 또는 가변 미러(530)가 채용될 수 있다.
프로세서(1900)는 제1영상의 깊이 정보에 연동하여 가변 편광 선택 광학계(1500)의 제어 범위를 설정하고 이에 따라 가변 편광 선택 광학계(1500) 및/또는 가변 광학 소자(1200)를 제어할 수 있다. 프로세서(1800)는 즉, 가변 편광 선택 광학계(1500)에 대해, 제1편광의 광에 대한 제1굴절력의 제어 범위를 설정하고, 이에 따라 제1굴절력을 조절할 수 있고, 이와 함께, 또는 선택적으로, 가변 광학 소자(1200)의 제어범위를 설정하고 이에 따라 가변 광학 소자(1200)를 제어할 수 있다. 이를 위해 프로세서(1900)는 다중 초점 모듈(1910)을 실행할 수 있다.
프로세서(1900)는 관찰자의 시력 정보에 연동하여 가변 편광 선택 광학계(1500)의 제어 범위를 설정할 수 있고, 이에 따라 가변 편광 선택 광학계(1500) 및/또는 가변 광학 소자(1200)를 제어할 수 있다. 프로세서(1800)는 즉, 가변 편광 선택 광학계(1500)에 대해, 제2편광의 광에 대한 제2굴절력의 제어 범위를 설정하고, 이에 따라 제2굴절력을 조절할 수 있고, 이와 함께, 또는 선택적으로, 가변 광학 소자(1200)의 제어범위를 설정하고 이에 따라 가변 광학 소자(1200)를 제어할 수 있다. 프로세서(1800)는 관찰자의 시력 정보를 고려하여, 제1편광의 광에 대한 제1굴절력과, 제2편광의 광에 대한 제2굴절력을 모두 조절할 수도 있다. 이러한 실행을 위해 프로세서(1900)는 시력 보정 모듈(1920)을 실행할 수 있다.
프로세서(1900)는 또한, 다중 깊이 표현과 관찰자의 시력 보정을 모두 고려하여 가변 편광 선택 광학계(1500) 및 가변 광학 소자를 제어할 수도 있다.
이러한 투시형 디스플레이 장치(1015)에 의해, 다중 깊이 표현 및/또는 관찰자의 시력 정보가 고려된 양질의 결합 영상이 관찰자에게 제공될 수 있다.
상술한 투시형 디스플레이 장치들은 디스플레이 소자에서 형성된 영상과 현실 세계의 영상을 관찰자에게 함께 보여줄 수 있으므로, 증강 현실(augmented reality)(AR)을 구현하는데 적용될 수 있다.
증강 현실(AR)은, 현실 세계의 환경 위에 가상의 대상이나 정보를 결합하여 보여줌으로써 현실의 효과를 더욱 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 관찰자의 위치에서, 현실 세계가 제공하는 환경에 대한 부가적인 정보를 영상 형성부에서 형성하여 관찰자에게 제공할 수 있다. 이러한 증강 현실(AR) 디스플레이는 비쿼터스(ubiquitous) 환경이나 사물 인터넷(internet of things)(IoT) 환경에 적용될 수 있다.
현실 세계의 영상은 실사(real environment)에 한정되지 않으며, 예를 들어, 다른 영상 기기에서 형성한 영상이 될 수도 있다. 따라서, 상술한 투시형 디스플레이 장치는 두 영상을 함께 보여주는 멀티 영상 디스플레이 장치로 적용될 수도 있다.
상술한 투시형 디스플레이 장치들은 웨어러블(wearable) 형태로 구성될 수 있다. 투시형 디스플레이 장치들의 구성요소의 전부나 또는 일부가 웨어러블(wearable) 형태로 구성될 수 있다.
예를 들어, 투시형 디스플레이 장치들은 헤드 장착형 디스플레이(head mounted display)(HMD)의 형태로 적용될 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않으며, 안경형 디스플레이(glasses-type display) 또는 고글형 디스플레이(goggle-type display)로 적용될 수 있다.
상술한 투시형 디스플레이 장치들은 스마트폰(smart phone)등, 다른 전자 기기에 연동 또는 연결되어 동작할 수 있다. 예를 들어, 투시형 디스플레이 장치를 구동하는 제어부가 스마트폰(smart phone)에 구비될 수 있다. 뿐만 아니라, 스마트폰에 상술한 투시형 디스플레이 장치가 구비되게 하여 스마트폰 자체를 투시형 디스플레이 장치로 사용할 수도 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
1001-1015 : 투시형 디스플레이 장치
100 : 디스플레이 소자
200, 210, 220 - 광도파로
300, 310 - 빔 스플리터
400, 410, PSL - 편광 선택 렌즈
CB, CB1, CB2, CB3, CB4, CB5 : 광결합기
PS, 401 - 편광 선택 광학계

Claims (35)

  1. 디스플레이 소자;
    상기 디스플레이 소자로부터의 제1영상 및 상기 제1영상과 다른 경로로부터의 실사(real world)인 제2영상을 결합하고, 상기 제1영상은 제1편광으로, 상기 제2영상은 상기 제1편광과 다른 제2편광으로 바꾸어 출사면을 통해 출사하는 광결합기;
    상기 출사면 상에 배치되며, 상기 제1편광의 광에 대해 제1굴절력을 나타내고, 상기 제2편광의 광에 대해 제2굴절력을 나타내며, 상기 제1굴절력과 상기 제2굴절력이 제어 신호에 따라 조절될 수 있는 편광 선택 광학계; 및
    상기 제1영상의 깊이 정보에 연동하여 상기 제1굴절력을 조절하고, 관찰자의 시력정보에 연동하여 상기 제2굴절력을 조절하는 프로세서;를 포함하는, 투시형 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1편광과 상기 제2편광은 서로 수직인 선편광인, 투시형 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광결합기는
    상기 제1영상이 입사하는 제1면, 상기 제2영상이 입사하는 제2면, 상기 출사면을 구비하는 광도파로; 및
    상기 광도파로 내부에 상기 출사면에 대해 비스듬하게 배치된 빔 스플리터;를 포함하는, 투시형 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는
    상기 제1편광의 광은 반사시키고 상기 제2편광의 광은 투과시키는 편광 빔 스플리터인, 투시형 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광도파로에는
    상기 제2면 및 상기 출사면 중 적어도 일부 영역에, 상기 제2면을 통하여 입사하는 상기 제2영상의 광 중, 상기 편광 빔 스플리터를 경유하지 않고 상기 광결합기를 출사하는 광의 투과율을 낮추기 위한 투과율 조절 코팅층이 더 형성된, 투시형 디스플레이 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 광결합기는
    상기 디스플레이 소자와 상기 광도파로 사이에 배치되어 상기 제1영상을 제1편광 상태로 편광 변환시키는 제1편광자; 및
    상기 광도파로의 상기 제2영상이 입사되는 면에 배치되어 상기 제2영상을 제2편광 상태로 편광 변환시키는 제2편광자;를 더 포함하는, 투시형 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는 하프 미러(half mirror)인, 투시형 디스플레이 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 편광 선택 광학계는
    소정 일 편광의 광에 대해서는 제1굴절력을 나타내고 상기 일 편광과 다른 편광의 광에 대해서는 제2굴절력을 나타내는 편광 선택 렌즈를 포함하는, 투시형 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 편광 선택 렌즈는
    상기 소정 일 편광의 광에 대한 굴절력이 외부로부터의 제어 신호에 따라 조절되는, 투시형 디스플레이 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 편광 선택 렌즈는 상기 제1편광의 광에 대해서는 제1굴절력을 나타내고 상기 제2편광의 광에 대해서는 제2굴절력을 나타내는, 투시형 디스플레이 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 편광 선택 렌즈는 제1원편광에 대해서는 제1굴절력을 나타내고, 상기 제1원편광과 반대 방향의 제2원편광의 광에 대해서는 제2굴절력을 나타내는, 투시형 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 편광 선택 광학계는
    상기 출사면과 상기 편광 선택 렌즈 사이에 배치된 1/4 파장판:을 더 포함하는, 투시형 디스플레이 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 편광 선택 렌즈의 입사면은 상기 광결합기의 출사면과 나란한, 투시형 디스플레이 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 편광 선택 렌즈는
    상기 일 편광의 광에 대한 굴절률과 상기 일 편광과 다른 편광에 대한 굴절률이 서로 다른 광학적 이방성 물질을 포함하는, 투시형 디스플레이 장치.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 편광 선택 렌즈는
    회절 기반의 렌즈를 포함하는, 투시형 디스플레이 장치.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 편광 선택 렌즈는,
    하프 미러(half mirror);
    반사형 편광자; 및
    상기 하프 미러와 상기 반사형 편광자 사이에 배치된 1/4 파장판;을 포함하는, 투시형 디스플레이 장치.
  17. 제3항에 있어서,
    광학 수차 보정을 위한 수차 보정 광학 부재를 더 포함하는, 투시형 디스플레이 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 수차 보정 광학 부재는
    상기 디스플레이 소자와 상기 제1면 사이에 배치되는 렌즈인, 투시형 디스플레이 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 렌즈는 외부로부터의 제어 신호에 따라 곡면 형상이 조절되거나 광축 상의 위치가 조절되는, 투시형 디스플레이 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 광도파로는 상기 제2면과 상기 출사면 사이에, 상기 제1면에서 이격된 위치에 배치된 제3면을 더 포함하며,
    상기 수차 보정 광학 부재는
    상기 제3면에 배치되는 미러인, 투시형 디스플레이 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 미러는 외부로부터의 제어 신호에 따라 곡면 형상이 조절되거나 광축 상의 위치가 조절되는, 투시형 디스플레이 장치.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 제1항에 있어서,
    상기 제1영상이 상기 편광 선택 광학계를 향하는 광 경로에 배치된 가변 광학 소자;를 더 포함하는, 투시형 디스플레이 장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 가변 광학 소자는 제3굴절력을 가지는 렌즈 또는 미러이며,
    광축상의 위치가 조절되거나 상기 제3굴절력이 조절되는 구성을 갖는, 투시형 디스플레이 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1영상의 깊이 정보에 연동하여 상기 제3굴절력 또는 상기 위치를 더 조절하는, 투시형 디스플레이 장치.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 프로세서는
    관찰자의 시력 정보에 연동하여 상기 제3굴절력 또는 상기 위치를 더 조절하는, 투시형 디스플레이 장치.
  35. 제1항 내지 제21항, 제31항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투시형 디스플레이 장치는 웨어러블 디바이스(wearable device)인, 투시형 디스플레이 장치.
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