KR20100002085A - 컴팩트한 가상 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20100002085A
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푸틸린 안드레이
브래티시셰브 알렉시
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삼성전자주식회사
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Abstract

컴팩트한 가상 디스플레이 장치가 개시되어 있다. 개시된 컴팩트한 가상 디스플레이 장치는, 화상 표시 소자에서 표시되는 화상이 화상 수광 광학계에서 복수의 영역으로 분할하여 선택적으로 반사되며, 화상 수광 광학계에서의 선택적 반사에 동기되어 화상 출광 광학계에서 선택적으로 출사됨으로서 가상 디스플레이 장치를 컴팩트하게 할 수 있다.

Description

컴팩트한 가상 디스플레이 장치{Compact virtual display}
본 발명은 광학 기기, 더욱 상세하게는 광학적으로 확대된 상을 수광하는 장치에 관한 것으로서, 예를 들어 사용자의 머리나 헬멧에 위치한 컴팩트한 장치를 구성하는데 사용될 수 있는 컴팩트한 가상 디스플레이 장치에 관한 것이다.
컴팩트한 가상 디스플레이 장치는, 렌즈, 프리즘, 광 파이프, 전자 튜브(electronic tube), 액정 매트릭스 등으로 화상을 표시한다. 컴팩트한 가상 디스플레이 장치는 사용자의 머리에 설치되어 화상을 표시할 수 있으며, 이 경우 HMD(head mounted display)라 불리운다.
컴팩트한 가상 디스플레이 장치는 한쪽 눈 앞에 설치되는 단안 HMD(monocular HMD)이거나 양쪽 눈 앞에 설치되는 양안 HMD(binocular HMD)일 수 있다. 이러한 컴팩트한 가상 디스플레이 장치는 예를 들어, 전자 장비의 조립에서의 작은 물체의 조정, 외과 수술, 관리감독 서비스(service of supervision) 및 게임 시뮬레이션과 같은 다양한 응용분야에 적용될 수 있다.
전술한 분야들에서 컴팩트한 가상 디스플레이 장치에 대한 다양한 기술들이 개발되고 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5790311호에 개시된 접안광학계를 포함한 소형 광학 장치가 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 접안광학계(7)는 3개의 병렬 배치되는 광학면(3,4,5)을 구비한다. 이들 3개의 광학면들(3,4,5)로 정의되는 공간에는 1보다 큰 값의 굴절계수를 갖는 투명재질로 채워져 있으며, 이들 광학면들(3,4,5) 중 적어도 2개의 광학면(3,4)은 출사 동공(exit pupil)(1) 쪽이 오목하고, 이들 2개의 광학면(3,4) 사이에는 적어도 4번의 반사가 있다. 출사 동공(1)은 관찰자의 안구의 입사 동공(entrance pupil)과 결합된다. 참조번호 2는 관찰자의 가상 축을 가르키며, 참조번호 6은 이미지 소스를 나타낸다.
미국 특허 제5715094호에는 렌즈가 없는 소형 광학 장치로서, 광섬유 커버 플레이트와 액정 스크린이 마련된 구성이 기술되어 있다.
미국 특허 제5986812호에는 본 발명의 실시예들와 유사한 광학 장치가 개시되어 있다. 개시된 광학 장치의 경우, 광학계의 반투명한 제1 면에 입사된 광은 제3 면에서 반사된 후, 다시 제1 면에서 반사된다. 제1 면에서 반사된 광은 제2 면에서 반사되고, 반사된 광은 제1 면을 통과하여 관찰자의 안구로 향한다. 제2 면은 광축에서 벗어나 출사공(exit pupil)을 향한 반사면이다. 제1 내지 제3 면은 회전대칭되는 축을 가지고 있지 아니하며 평면 대칭적인 3차원의 면을 이룬다.
전술한 종래 기술들은 모두 비슷한 문제점을 가지고 있다. 즉, 전술한 종래 기술들은, 만족스러운 가상 화상의 크기를 제공하기 위해서는 개구수가 커야 하는 바, 장치 자체의 무게나 크기가 상당히 커지게 되며, 따라서 장시간의 사용에 부적절하다. 게다가, 전술한 종래 기술들은 투영되는 화상과 실제 주위의 상황을 동시에 볼 수 있게 하지를 못한다.
이에 본 발명의 실시예들은 가상의 화상, 즉 투영되는 화상을 보는 것과 동시에 실제 주위의 상황을 볼 수 있는 컴팩트한 가상 디스플레이 장치를 제공하고자 한다. 아울러, 발명의 실시예들은, 소형, 경향 및 내구성을 갖는 가상 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴팩트한 가상 디스플레이 장치는,
화상을 표시하는 화상 표시 소자;
상기 화상 표시 소자에서 표시되는 화상을 복수의 영역으로 분할하여 순차적으로 반사시키는 화상 수광 광학계; 및
상기 화상 수광 광학계에서 반사되는 복수의 영역으로 분할된 화상을 상기 화상 수광 광학계에서의 순차적 반사에 동기되어 순차적으로 출사시키는 화상 출광 광학계;를 포함한다.
상기 화상 수광 광학계로 입사되어 상기 화상 출광 광학계로 진행하는 광을 전기적 신호에 의해 편광 변환시키는 편광 변환부가 더 마련될 수 있다.
상기 화상 수광 광학계는, 입사면 각각이 상기 화상 표시 소자의 화상 표시 면에 대면하며 편광에 따라 선택적으로 광을 투과 또는 반사시키는 복수의 편광 반사 프리즘을 포함하고,
상기 편광 변환부는, 상기 복수의 편광 반사 프리즘의 출사면 쪽에 각각 배치되어 전기적 신호에 의해 경유하는 광의 편광을 회전시키는 복수의 편광 변조기를 포함할 수 있다.
상기 화상 출광 광학계는, 상기 복수의 편광 반사 프리즘에 일대일 대응되며 편광에 따라 선택적으로 광을 투과 또는 반사시키는 복수의 편광 반사 미러를 포함하며, 상기 편광 변환부는, 상기 복수의 편광 반사 미러의 입사면 쪽에 각각 배치되어 전기적 신호에 의해 경유하는 광의 편광을 회전시키는 복수의 편광 변조기를 포함할 수 있다.
상기 복수의 편광 반사 미러는 시야각을 증가시키는 비구면을 가질 수 있다.
상기 복수의 편광 반사 프리즘의 출사면쪽에 배치된 복수의 편광 변조기와 상기 복수의 편광 반사 미러의 입사면쪽에 배치된 복수의 편광 변조기는 쌍으로 동기되어 구동될 수 있다.
상기 복수의 편광 반사 프리즘과 상기 복수의 편광 반사 미러는 동축으로 배열될 수 있다.
상기 화상 수광 광학계와 상기 화상 출광 광학계 사이에는 광을 가이드하는 투명 재질의 광학 플레이트가 개재될 수 있다.
상기 화상 출광 광학계는, 상기 복수의 편광 반사 프리즘에 일대일 대응되며 편광에 따라 선택적으로 광을 투과 또는 반사시키는 복수의 홀로그래픽 집속 소자 를 포함하며, 상기 편광 변환부는, 상기 복수의 홀로그래픽 집속 소자의 입사면 쪽에 각각 배치되어 전기적 신호에 의해 경유하는 광의 편광을 회전시키는 복수의 편광 변조기를 포함할 수 있다.
상기 화상 수광 광학계는, 동축으로 배열되며 전기적 신호에 의해 광을 반사 또는 투과시키는 것으로 복수의 능동형 미러를 구비할 수 있다.
상기 화상 출광 광학계는, 상기 화상 수광 광학계의 능동형 미러들과 동축으로 배열되며 전기적 신호에 의해 선택적으로 광을 반사 또는 투과시키는 복수의 능동형 미러를 구비할 수 있다.
상기 화상 출광 광학계의 능동형 미러들은 시야각을 증가시키는 비구면의 반사면을 가질 수 있다.
상기 화상 수광 광학계의 능동형 미러들과 상기 화상 출광 광학계의 능동형 미러들은 투명 재질의 광학 플레이트에 개재될 수 있다.
상기 화상 표시 장치는, 2차원으로 배열된 화소 셀들을 구비할 수 있다.
상기 화상 표시 장치가 LCD와 같이 자체 발광을 하지 않는 경우, 상기 화상 표시 소자를 조명하는 조명 광학계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 컴팩트한 가상 디스플레이 장치의 크기를 실질적으로 줄이는 것은, 마이크로 디스플레이(예를 들어, LCD, OLED, PLED, 등)에 표시되는 가상 화상의 정보를 넓은 각도로 형성하기 위하여, 예를 들어, (쌍으로) 동시에 작동하는 편광 반사 프리즘과 편광 반사 미러를 이용함으로써 달성될 수 있다. 이러한 컴팩트한 가상 디스플레이 장치의 크기는, 반사 프리즘을 이용하여 동 일 각도의 개구를 표시하는 종래의 가상 디스플레이 장치에 비해 수 배로 작아질 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴팩트한 가상 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이며, 도 3은 도 2의 컴팩트한 가상 디스플레이 장치의 측단면도이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 컴팩트한 가상 디스플레이 장치는 광원(10), 조명 렌즈(20), 화상 수광 광학계(30), 편광 변환부(40), 화상 출광 광학계(50) 및 화상 표시 소자(60)를 포함한다.
광원(10)은 LED나 소형 램프가 될 수 있다. 조명 렌즈(20)는 광(L)을 평행하게 하는 콜리메이팅 렌즈일 수 있다. 광원(10) 및 조명 렌즈(20)는 화상 표시 소자(60)에 광(L)을 조명하는 조명 광학계를 이룬다.
화상 표시 소자(60)는, 화상을 표시할 수 있는 것으로, LCD, OLED(Organic Light emitting diode), PLED(Polymer Light emitting diode)과 같은 한 세트의 2차원 배열 화소 셀들로 이루어진 마이크로 디스플레이일 수 있다. 만일 화상 표시 소자(60)가 OLED나 PLED와 같이 자체적으로 빛을 발하는 경우, 별도의 조명 광학계가 필요하지는 않다.
화상 수광 광학계(image receiving optical system)(30), 편광 변환부(polarization converting system)(40) 및 화상 출광 광학계(image transmitting optical system)(50)는, 화상 표시 소자(60)에서 표시된 화상의 광(L)을 관찰자(O)의 안구로 전달하는 접안 광학계를 이룬다.
화상 수광 광학계(30)는 화상 표시 소자(60)에서 표시된 화상의 광(L)을 복수의 영역으로 분할하여 순차적으로 반사시키는 것으로, 제1 내지 제3 편광 반사 프리즘(31,32,33)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 편광 반사 프리즘(31,32,33)은 화상 표시 소자(50)의 화상 표시면 쪽에서 일 축 방향으로 배열된다. 제1 내지 제3 편광 반사 프리즘(31,32,33)의 입사면은 화상 표시 소자(50)의 화상 표시면과 대면하며, 화상 표시 소자(50)에서 표시된 화상은 제1 내지 제3 편광 반사 프리즘(31,32,33)별로 분할되어 입사된다. 한편, 제1 내지 제3 편광 반사 프리즘(31,32,33) 각각은 소정의 편광을 갖는 광을 반사시킨다. 본 실시예의 제1 내지 제3 편광 반사 프리즘(31,32,33)은 P편광의 광은 반사시키고, S편광의 광은 투과시킬 수 있다.
화상 출광 광학계(50)는 화상 수광 광학계(30)에서 순차적으로 반사되는 복수의 영역으로 분할된 화상을 화상 수광 광학계(30)에서의 순차적 반사에 동기되어 순차적으로 출사시키는 것으로, 제1 내지 제3 편광 반사 미러(51,52,53)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 편광 반사 미러(51,52,53)는 자신의 광축과 제1 내지 제3 편광 반사 프리즘(31,32,33)을 지나는 축이 일치하도록 차례대로 배치될 수 있다. 제1 내지 제3 편광 반사 미러(51,52,53)는 제1 내지 제3 편광 반사 프리즘(31,32,33)에 일대일 대응되어 후술하는 편광 변환부(40)에 의해 순차적으로 광을 반사시킨다.
제1 내지 제3 편광 반사 미러(51,52,53)의 각 미러면(51a,52a,53a)은 화상 표시 소자(60)에서 형성된 화상의 광(L)이 관찰자(O)의 안구로 향하도록 배치된다. 제1 내지 제3 편광 반사 미러(51,52,53)의 각 미러면(51a,52a,53a)은 오목한 곡면으로 되어, 관찰자(O)는 화상 표시 소자(60)에서 형성된 화상의 확대된 상을 관찰할 수 있도록 할 수 있다. 제1 내지 제3 편광 반사 미러(51,52,53)의 각 미러면(51a,52a,53a)은 비구면으로 형성되어 시야각(viewing angle)을 증가시킬 수 있다.
또한, 제1 내지 제3 편광 반사 미러(51,52,53) 각각은 소정의 편광을 갖는 광을 반사시킨다. 본 실시예의 제1 내지 제3 편광 반사 미러(51,52,53)는 P편광의 광은 반사시키고, S편광의 광은 투과시킬 수 있다.
본 실시예는 화상 출광 광학계(50)로 제1 내지 제3 편광 반사 미러(51,52,53)를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 내지 제3 편광 반사 미러(51,52,53)를 대신하여 편광에 따라 광을 투과 또는 반사시키는 회절 패턴을 지닌 홀로그래픽 집속 소자(holographic focusing elements)들이 채용될 수도 있다.
편광 변환부(40)는 경유하는 광의 평광방향을 전기적으로 바꾸어줄 수 있는 제1 내지 제6 편광 변조기(41,42,43,44,45,46)를 포함한다. 제1 내지 제6 편광 변조기(41,42,43,44,45,46)는 제1 내지 제3 편광 반사 프리즘(31,32,33)의 출사면 쪽과 제1 내지 제3 편광 반사 미러(51,52,53)의 입사면 쪽에 마련되어, 후술하는 바와 같이 제1 내지 제3 편광 반사 프리즘(31,32,33)으로 분할되어 입사된 화상들 사이의 크로스토크(crosstalk)를 제거한다. 본 실시예의 제1 내지 제6 편광 변조기(41,42,43,44,45,46)는 on 상태에서 P편광된 광은 S편광된 광으로 편광변환시키고, S편광된 광은 P편광된 광으로 편광변환시키며, off 상태에서는 편광변환시키지 않는다. 이러한 제1 내지 제6 편광 변조기(41,42,43,44,45,46)로는, 예를 들어 전압이 인가되면 정렬되어 광학축을 갖게 되는 액정의 복굴절 특성을 이용하는 액정소자가 채용될 수 있다. 이러한 편광을 회전시키는 액정소자는 당해 분야에서 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
미도시된 제어부는, 편광 변환부(40)와 화상 표시 소자(60)를 동기시켜 제어한다. 즉, 제1 내지 제3 편광 변조기(41,42,43)와 제4 내지 제6 편광 변조기(44,45,46)는, 화상 표시 소자(60)에 동기되어, 각각 쌍으로 구동될 수 있다.
제1 내지 제3 편광 반사 프리즘(31,32,33) 및 제1 내지 제3 편광 반사 미러(51,52,53)은 그들 사이에 제1 내지 제6 편광 변조기(41,42,43,44,45,46)가 개재된 상태로 적층될 수 있다. 이때, 제3 편광 변조기(43)와 제4 편광 변조기(44) 사이에는 투명 재질의 광학 플레이트(70)가 기재되어, 접안 광학계가 일체의 구조로 이루어질 수도 있다.
본 실시예는, 화상 표시 소자에서 표시된 화상을 제1 내지 제3 편광 반사 프 리즘(31,32,33)으로 나누고, 이를 각각 제1 내지 제3 편광 반사 미러(51,52,53)에서 반사시킴으로써, 접안 광학계의 크기를 크게 줄일 수 있다. 본 실시예의 화상 수광 광학계는 3개의 편광 반사 프리즘으로 이루어진 경우를 예로 들어 설명하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 적어도 2개의 편광 반사 프리즘으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 본 실시예의 컴팩트한 가상 디스플레이 장치의 동작을 설명하기로 한다.
먼저, 도 4a 및 도 4b와 도 5a 및 도 5b를 참조하여, 접안 광학계에서의 동작을 상세히 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 제1 내지 제3 편광 반사 프리즘(31,32,33) 및 제1 내지 제3 편광 변조기(41,42,43)의 동작을 도시한다.
도 4a를 참조하면, 제1 내지 제3 편광 변조기(41,42,43) 각각은 on, off, off 상태이다. 제1 편광 반사 프리즘(31)의 입사면쪽에 P편광된 광(15)이 입사하면, 제1 편광 반사 프리즘(31)의 반사면(31a)에서 그대로 반사되어 제1 편광 변조기(41) 쪽으로 향한다. 편광되지 않은 광이 제1 편광 반사 프리즘(31)의 입사면으로 입사되더라도 제1 편광 반사 프리즘(31)의 반사면(31a)에서 P편광된 광만이 반사된다. 한편, 제1 편광 변조기(41)은 on 상태에 있으므로, P편광된 광(15)은 제1 편광 변조기(41)에서 S편광으로 편광이 회전된다. 다음으로, S편광된 광(15)은 제2 편광 반사 프리즘(32)의 반사면(32a)과 제3 편광 반사 프리즘(33)의 반사면(33a)을 그대로 통과한다. 이때, 제2 및 제3 편광 변조기(42,43)는 off 상태에 있으므로, 편광이 회전되지 않는다.
도 4b를 참조하면, 제1 내지 제3 편광 변조기(41,42,43) 각각은 off, off, off 상태이다. 제1 편광 반사 프리즘(31)에 입사하여 반사면(31a)에서 반사된 P편광된 광(15)은 제1 편광 변조기(41)에서 편광변환하지 않는다. 따라서, P편광된 광(15)은 제2 편광 반사 프리즘(32)에 입사하여 반사면(32a)에서 다시 반사된다. 이 결과, 제1 편광 반사 프리즘(31)에 입사된 광은 제3 편광 반사 프리즘(33)으로 진행하지 못한다.
제4 내지 제6 편광 변조기(44,45,46) 및 제1 내지 제3 편광 반사 미러(51,52,53) 역시 비슷하게 동작한다. 도 5a 및 도 5b는 제4 및 제5 편광 변조기(44,45)와 제1 및 제2 편광 반사 미러(51,52)의 동작을 도시한다.
도 5a를 참조하면, 제4 및 제5 편광 변조기(44,45) 각각은 off, on 상태이다. S편광을 지닌 광(15)은 제4 편광 변조기(44)를 경유하여 제1 편광 반사 미러(51)을 그대로 통과하여 제3 편광 변조기(45)에서 편광이 P편광으로 회전되고, P편광된 광은 제2 편광 반사 미러(52)의 미러면(52a)에서 반사된다. 제2 편광 반사 미러(52)의 미러면(52a)에서 반사된 광(16)은 관찰자의 안구 쪽에 결상된다.
도 5b를 참조하면, 제4 및 제5 편광 변조기(44,45) 각각은 on, off 상태이다. S편광을 지닌 광(15)은 제4 편광 변조기(44)에서 편광이 P편광으로 회전되고, 제1 편광 반사 미러(51)의 미러면(51a)에서 반사된다. 제1 편광 반사 미러(51)의 미러면(51a)에서 반사된 광(17)은 관찰자의 안구 쪽에 결상된다.
전술한 바와 같이 제1 내지 제6 편광 변조기(41,42,43,44,45,46)의 구동여부 에 따라 광 진행경로가 달라지게 된다.
다시, 도 2 및 도 3을 참조하면, 광원(10)에서 방출된 광(L)은 조명 렌즈(20)를 거쳐 화상 표시 소자(60)에 조명된다. 화상 표시 소자(60)는 화상을 표시하며, 화상 표시 소자(60)을 통과한 광(L)은 화상을 담고 있다. 화상 표시 소자(60)에 표시된 화상을 담은 광(L)은 접안 광학계를 경유하여 관찰자(O)의 안구로 향한다.
화상 표시 소자(60)는 화상 데이터를 수직방향으로 주사하면서 화상을 수직방향으로 순차적으로 표시한다. 제1 내지 제3 편광 변조기(41,42,43)와 제4 내지 제6 편광 변조기(44,45,46)는, 화상 표시 소자(60)에 동기되어, 각각 쌍으로 구동된다. 가령 제3 편광 반사 프리즘(33)에 대응되는 영역의 화상이 화상 표시 소자(60)에 표시되면, 제1, 제2, 제4 및 제5 편광 변조기(41,42,44,45)는 off 상태에 있고, 제3 및 제6 편광 변조기(43,46)는 on 상태에 있게 구동되며, 이에 따라 제3 편광 반사 프리즘(33)에 대응되는 영역의 화상만이 제3 편광 반사 프리즘(33) 및 제3 편광 반사 미러(53)에서 반사되어 관찰자(O)의 안구로 향하게 된다. 이와 같이 화상 표시 소자(60)와 편광 변환부(40)가 동기되어 구동되면서, 화상 표시 소자(60)에 순차적으로 표시되는 화상이 관찰자(O)의 안구로 전달되어, 관찰자(O)는 화상 표시 소자(60)에 표시되는 확대된 가상 화상의 정보를 볼 수 있다. 또한, 화상 표시 소자(60)에서 표시된 화상이 분할되어 접안 광학계를 경유하지만, 편광을 이용함으로써 크로스토크가 발생되지 않는다.
본 실시예의 컴팩트한 가상 디스플레이 장치는 화상 표시 소자(60)에서 표시 되는 화상 외에도 외부의 실제 상황을 볼 수 있다. 가령, 화상 출광 광학계(50)의 전면에 외부에 오픈되는 창(window)(미도시)이 있는 경우, 제1 내지 제3 편광 반사 미러(50)를 통하여 외부에서의 S편광의 광은 그대로 관찰자(O)의 안구쪽으로 향하게 된다. 따라서, 관찰자(O)는, 필요에 따라 화상 표시 소자(60)에서 표시되는 화상만을 볼 수도 있고, 실제 외부의 상황만을 볼 수도 있고, 또는 화상 표시 소자(60)에서 표시되는 화상과 실제 외부의 상황을 동시에 볼 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컴팩트한 가상 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 컴팩트한 가상 디스플레이 장치는 화상 표시 소자(60), 및 접안 광학계를 포함한다.
접안 광학계는 광학 플레이트(optical plate)(70´)와 광학 플레이트(70´)에 개재되는 화상 수광 광학계(80) 및 화상 출광 광학계(90)를 포함한다.
광학 플레이트(70´)는 광을 가이드하는 도파로의 역할을 하는 것으로, 투명 재질로 이루어질 수 있다.
화상 수광 광학계(80) 및 화상 출광 광학계(90)는 전기적 신호에 따라 광을 반사 또는 투과시킬 수 있도록 능동적으로 스위칭되는 전기 광학 소자인 능동형 미러들로 이루어져 있다. 화상 수광 광학계(80)를 이루는 능동형 미러들은, 그 반사면이 평판형으로 이루어져, 광을 반사 또는 투과시킨다. 화상 출광 광학계(90)를 이루는 능동형 미러는 그 반사면이 오목한 곡면형으로 이루어져 관찰자(O)가 확대된 상을 볼 수 있도록 할 수 있다.
본 실시예는 편광 변환부, 화상 수광 광학계 및 화상 출광 광학계를 대신하여 접안 광학계 내에 온/오프되는 반사면의 역할을 하는 전기 광학 소자가 배치된다는 점을 제외하고는, 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다.
전술한 본 실시예의 컴팩트 가상 디스플레이 장치는, 안경이나 헬멧에 장착되어 HMD(head mounted display) 등에 적용될 수 있다.
전술한 본 발명인 컴팩트한 가상 디스플레이 장치는 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.
도 1은 종래의 컴팩트한 가상 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴팩트한 가상 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2의 컴팩트한 가상 디스플레이 장치의 측단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2의 컴팩트한 가상 디스플레이 장치에 채용되는 편광 반사 렌즈의 동작을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 도 2의 컴팩트한 가상 디스플레이 장치에 채용되는 편광 반사 미러의 동작을 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컴팩트한 가상 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...광원 20...조명 렌즈
30, 80...화상 수광 광학계 31,32,33...편광 반사 프리즘
40...편광 변환부 41,42,43,44,45,46...편광 변조기
50, 90...화상 출광 광학계 60...화상 표시 소자
51,52,53...편광 반사 미러 70, 70´...광학 플레이트
O...관찰자

Claims (15)

  1. 화상을 표시하는 화상 표시 소자;
    상기 화상 표시 소자에서 표시되는 화상을 복수의 영역으로 분할하여 순차적으로 반사시키는 화상 수광 광학계; 및
    상기 화상 수광 광학계에서 반사되는 복수의 영역으로 분할된 화상을 상기 화상 수광 광학계에서의 순차적 반사에 동기되어 순차적으로 출사시키는 화상 출광 광학계;를 포함하는 컴팩트한 가상 디스플레이 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 화상 수광 광학계로 입사되어 상기 화상 출광 광학계로 진행하는 광을 전기적 신호에 의해 편광 변환시키는 편광 변환부를 더 포함하는 컴팩트한 가상 디스플레이 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 화상 수광 광학계는, 입사면 각각이 상기 화상 표시 소자의 화상 표시면에 대면하며 편광에 따라 선택적으로 광을 투과 또는 반사시키는 복수의 편광 반사 프리즘을 포함하고,
    상기 편광 변환부는, 상기 복수의 편광 반사 프리즘의 출사면 쪽에 각각 배치되어 전기적 신호에 의해 경유하는 광의 편광을 회전시키는 복수의 편광 변조기 를 포함하는 컴팩트한 가상 디스플레이 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 화상 출광 광학계는, 상기 복수의 편광 반사 프리즘에 일대일 대응되며 편광에 따라 선택적으로 광을 투과 또는 반사시키는 복수의 편광 반사 미러를 포함하며,
    상기 편광 변환부는, 상기 복수의 편광 반사 미러의 입사면 쪽에 각각 배치되어 전기적 신호에 의해 경유하는 광의 편광을 회전시키는 복수의 편광 변조기를 포함하는 컴팩트한 가상 디스플레이 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 복수의 편광 반사 미러는 시야각을 증가시키는 비구면을 갖는 컴팩트한 가상 디스플레이 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 복수의 편광 반사 프리즘의 출사면쪽에 배치된 복수의 편광 변조기와 상기 복수의 편광 반사 미러의 입사면쪽에 배치된 복수의 편광 변조기는 쌍으로 동기되어 구동되는 컴팩트한 가상 디스플레이 장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 복수의 편광 반사 프리즘과 상기 복수의 편광 반사 미러는 동축으로 배열되는 컴팩트한 가상 디스플레이 장치.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 화상 수광 광학계와 상기 화상 출광 광학계 사이에는 광을 가이드하는 투명 재질의 광학 플레이트가 개재된 컴팩트한 가상 디스플레이 장치.
  9. 제3 항에 있어서,
    상기 화상 출광 광학계는, 상기 복수의 편광 반사 프리즘에 일대일 대응되며 편광에 따라 선택적으로 광을 투과 또는 반사시키는 복수의 홀로그래픽 집속 소자를 포함하며,
    상기 편광 변환부는, 상기 복수의 홀로그래픽 집속 소자의 입사면 쪽에 각각 배치되어 전기적 신호에 의해 경유하는 광의 편광을 회전시키는 복수의 편광 변조기를 포함하는 컴팩트한 가상 디스플레이 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 화상 수광 광학계는, 동축으로 배열되며 전기적 신호에 의해 광을 반사 또는 투과시키는 것으로 복수의 능동형 미러를 구비하는 컴팩트한 가상 디스플레이 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 화상 출광 광학계는, 상기 화상 수광 광학계의 능동형 미러들과 동축으로 배열되며 전기적 신호에 의해 선택적으로 광을 반사 또는 투과시키는 복수의 능동형 미러를 구비하는 컴팩트한 가상 디스플레이 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 화상 출광 광학계의 능동형 미러들은 시야각을 증가시키는 비구면의 반사면을 갖는 컴팩트한 가상 디스플레이 장치.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 화상 수광 광학계의 능동형 미러들과 상기 화상 출광 광학계의 능동형 미러들은 투명 재질의 광학 플레이트에 개재된 컴팩트한 가상 디스플레이 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 화상 표시 장치는, 2차원으로 배열된 화소 셀들을 구비한 컴팩트한 가상 디스플레이 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 화상 표시 소자를 조명하는 조명 광학계를 더 포함하는 컴팩트한 가상 디스플레이 장치.
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