KR20150098943A - 고화질 디스플레이용 광학시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스플레이용 광학시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두개의 디스플레이 소자; 두개의 디스플레이 소자에 서로 다른 편광 상태의 빛을 조사시키는 편광 분리판(P파/S파 분리판); 편광 분리판 전단에 구비되어 편광 효율을 향상시키는 조명계, 두개의 디스플레이 소자에서 출사된 영상을 재 합성하는 편광 합성판(P파/S파 합성판); 영상 구현된 빛을 확대 투사하는 결상계; 결상계는 복수 개의 렌즈 또는 렌즈와 곡면반사판을 포함한다. 곡면 반사판은 일부 빛을 투과하고 일부 빛을 반사하여 것을 포함한다.
본 발명은 디스플레이 소자가 비발광형인 투과 또는 반사 엘시디에 있어서 조명계의 빛이 편광판에 흡수되어 열이 발산되는 것을 최소화하여 열에 따른 디스플레이 소자의 열화를 방지하고 빛 이용 효율을 높여 밝기를 향상시킬 수 있다.
또한 발광형 디스플레이 소자를 사용하는 경우의 결상계에 대한 광학시스템을 포함한다.

Description

고화질 디스플레이용 광학시스템{High Picture quality Display Optical system}
본 발명은 디스플레이용 광학시스템에 관한 것이다. 디스플레이 소자가 비발광형인 경우, 조명계, 결상계 및 편광계를 이용하여 광학계의 빛 이용 효율을 높이고 불요 빛이 비발광소자에 흡수되어 열을 방사하여 화질을 열화시키는 문제를 해결하는 광학계에 관한 것이다. 또한 디스플레이소자가 발광형인 경우, 결상계 및 편광계 구성에 관한 것을 포함한다
자동차에서 디스플레이 광학시스템은 운전자의 전방에 각종 정보를 표시하는 디스플레이 장치입니다. 운전자(조종사)가 다른 곳으로 시선을 빼앗기지 않으면서 필요한 정보를 볼 수 있도록 전방에 각종 데이터 또는 영상을 표시하기 위한 장치이다. 현재 스마트폰에서 많이 언급되는 증강현실과도 같은 개념으로 이해해도 될 것이다
자동차에서의 디스플레이용 광학시스템은 차속정보나 차량의 각종 경고를 표시할 수 있을 뿐아니라 내비게이션과 연동시 턴방식의 경로안내 표시도 해주는 기능을 가지고 있습니다. 운전자의 시야를 전방으로 계속 유지할 수 있도록 함으로써 안전운전에 많은 도움이 되는 장치이기도 하다
일반적으로 차량에 사용하는 디스플레이용 광학시스템은 눈과 매우 근접한 위치에서 발생하는 영상광을 정밀한 광학 장치를 이용하여 먼 거리에 가상의 대형화면이 구성될 수있도록 초점을 형성함으로써 사용자로 하여금 확대된 허상을 볼 수 있도록 하는 영상 표시 장치이다.
본 발명은 디스플레이 소자가 비발광형인 투과 또는 반사 엘시디에 있어서 조명계의 빛이 편광판에 흡수되어 열이 발산되는 것을 최소화하여 열에 따른 디스플레이 소자의 열화를 방지하고 빛 이용 효율을 높여 밝기를 향상시킬 수 있다. 또한 발광형 디스플레이 소자를 사용하는 경우의 결상계에 관한 광학시스템을 포함한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 디스플레이용 광학시스템은, 영상(Image)을 구성하는 빛을 출사하는 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자의 빛 진행방향 전방에 위치하여 상기 모아진 빛의 일부는 투과시키고 일부는 반사시키는 곡면 반사판을 포함한다.
또한 디스플레이용 광학시스템은, 상기 디스플레이 소자의 빛 진행방향 전방에 위치하여 상기 출사된 디스플레이 소자를 결상시키는 결상렌즈를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 결상렌즈는, 적어도 하나의 구면렌즈 또는 적어도 하나의 비구면렌즈 중 선택된 렌즈의 조합으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 부분반사 곡면거울은, 구면거울 또는 비구면거울로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 비발광형 투과형 소자를 사용하는 디스플레이용 광학시스템은 빛을 방사하는 광원; 광원에서 출사된 빛의 각도의 퍼짐을 제어하는 렌즈; 광원의 빛 중 가시광선만을 투과시키는 UV/IR 필터; 렌즈의 전방에 위치하여 편광을 분리시키는 편광분리판; 편광분리판에서 분리된 진행방향이 다른 빛을 서로다른 투과형 비발광 디스플레이 소자에 조사시키는 반사거울; 출사된 서로 다른 편광 빛을 재 합성시키는 편광합성판으로 구성된다.
또한 비발광형 반사형 소자를 사용하는 디스플레이용 광학시스템은 빛을 방사하는 광원; 광원에서 출사된 빛의 각도의 퍼짐을 제어하는 렌즈; 광원의 빛 중 가시광선만을 투과시키는 UV/IR 필터; 렌즈의 전방에 위치하여 편광을 분리시키는 편광분리판; 서로 다른 반사형 비발광 디스플레이 소자에서 출사된 영상 신호의 빛을 재 합성시키는 편광합성판으로 구성된다.
디스플레이소자가 자체발광체인 오엘이디(OLED) 또는 에프이디(FED, field emission display) 를 사용하는 것을 특징으로 하는 광학시스템은, 자체 발광이 가능하기 때문에 별도의 조명계가 필요 없으며 투과형 또는 반사형엘시드를 디스플레이 소자로 하는 광학시스템 보다 간단하고 소형으로 구성할 수 있다.
자체발광 디스플레이 소자에서 출사된 영상 빛은 비편광 상태이다. 비편광 상태의 빛은 편광변환소자를 거치면서 선형편광상태로 변환된다. 편광변환소자를 거쳐서 각각 편광된 영상신호를 갖는 빛은 편광합성판에서 재합성되어 결상렌즈로 진행한다.
비발광형 디스플레이 소자를 사용하는 광학시스템은 조명계의 렌즈와 디스플레이소자 사이에 빛을 이용 효율을 향상시키고 빛을 균일하게 입사되도록 콘덴싱렌즈(Condensing lens) 를 더 포함할 수 있다.
또한 결상계의 편광합성판의 두께에 의하여 발생하는 광학수차를 보상하기 위하여 편광합성판과 하나의 디스플레이소자 사이에 광학수차 보정용 결상보정판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 편광합성판은 두개의 삼각프리즘의 빗면에 편광분리수단이 삽입된 편광합성프리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 디스플레이 소자가 비발광형인 투과 또는 반사 엘시디에 있어서 조명계의 빛이 편광판에 흡수되어 열이 발산되는 것을 최소화하여 열에 따른 디스플레이 소자의 열화를 방지하고 빛 이용 효율을 높여 밝기를 향상시킬 수 있다.
또한 발광형 디스플레이 소자를 사용하는 경우는 조명계가 필요 없어서 간단하고 가벼운 광학계를 구현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제품을 밝은 고선명화질, 입력신호가 입체인 경우의 입체화질 구현 및 눈의 편안함을 구현하여 인간의 눈에 이상적인 영상을 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이용 광학 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예로서, 투과형 엘시디를 디스플레이 소자로 사용하는 디스플레이용 광학 시스템의 구성도이다.
도 3, 4는 본 발명의 실시예로서, 반사형 엘시디를 디스플레이 소자로 사용하는 실시예에 따른 디스플레이용 광학 시스템의 구성도이다
도 5는 본 발명의 실시예로서, 비발광형 디스플레이 소자로 사용하는 디스플레이용 광학 시스템의 조명계 구성도이다.
도 6는 본 발명의 실시예로서, 발광형 디스플레이용 광학 시스템의 결상계 구성도이다.
도 7는 본 발명의 실시예로서, 발광형 디스플레이용 광학 시스템의 결상계 구성도에 있어서 편광변환소자의 기능과 배치에 관한 것이다.
도 8는 본 발명의 실시예로서, 두 개의 디스플레이 소자를 사용하는 디스플레이용 광학 시스템의 화상신호 입력 구성도이다
도 9는 본 발명의 실시예로서, 투과형 엘시디를 디스플레이 소자로 사용하는 디스플레이용 광학 시스템의 또 다른 광학시스템에 관한 구성도이다.
도 10는 본 발명의 실시예로서, 비발광형 디스플레이 소자로 사용하는 디스플레이용 광학 시스템에 사용된 UV/IR 필터의 파장에 따른 투과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11는 본 발명의 실시예로서, 투과형 엘시디를 디스플레이 소자로 사용하는 디스플레이용 광학 시스템의 결상계에 관한 구성도이다.
[도면 부호의 설명]
101 광원부
102 디스플레이 소자
103 결상렌즈
104 곡면반사판
105 사람 눈(eye)
201 광원(엘이디;LED)
202 렌즈
203 UV/IR 필터
204 편광분리판(P파/S파 분리판)
205, 206 반사거울
207 편광판 3
208 투과형엘시디 2
209 편광판 4
210 편광판 1
211 투과형엘시디 1
212 편광판 2
213 편광합성판
214 결상렌즈
215 반사형엘시디 1
216 반사형엘시디 2
219 편광분리(합성)프리즘
301 발광형 디스플레이 소자 1
302 편광변환소자 1
303 발광형 디스플레이 소자 2
304 편광변환소자 2
401 외부 화상정보
402 화상 검출계(3D 또는 2D 검출)
403 화상 분리계(3D)
404 화상 분리계(2D)
501 결상보정판
502, 503 콘덴싱렌즈(Condersing Lens)
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 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 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.
또한, 명세서에 기재된 "부" "계"등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐아니라, 그 중간에 다른 시스템을 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 광학계의 구성을 개략적으로 나타낸다. 상기 광학계는 광원부(101), 외부에서 입력되는 영상신호에 따라 광원부(101)에서 출력되는 빛을 선택적으로 출력하는 디스플레이 소자(102), 상기 디스플레이 소자(102)를 통해 출력되는 빛을 확대시키는 확대렌즈(103)와 확대렌즈(103)에서 출력하는 빛을 운전자의 눈으로 반사시켜 운전자의 전방에 허상을 맺게하는 곡면반사판(104)로 구성된다. 이때 경우에 따라서 상기 확대렌즈(103)는 생략될 수 있다.
상기 디스플레이 소자(102)에는 외부에서 차량의 속도, 주행정보 등의 각종 정보의 영상신호가 입력되고 이에 따라 각 화소별로 구비된 영상을 출력한다. 상기 디스플레이 소자(102)에서 출력된 빛은 확대렌즈(103)에 의해 확대되어 곡면반사판(104) 에서 반사된다. 상기 곡면반사판(104) 은 오목거울의 형태를 취하며 광원에서 출력된 소정의 빛을 운전자의 눈으로 반사킨다. 운전자의 눈에 반사된 빛은 도 1에서와 같이 운전자 전방에 허상을 형성하여 영상정보를 제공한다. 상기 곡면반사판(104)은 디스플레이소자(102)에서 출력되는 빛을 반사시킴과 아울러 광원 반대편에서 입사하는 빛도 투과시켜, 운전자는 영상신호 뿐만 아니라 운전자의 전방 시계도 확보할 수 있게 한다. 곡면반사판(104) 은 광선수차를 최소화하여 화상을 잘 결상시키기 위하여 비구면으로 설계함이 바람직할 것이다.
상기 광학계의 영상출력 알고리즘은 일반적인 디스플레이의 동일한 작동원리에 의하므로 구체적 기재는 생략한다.
제 2도는 투과형 엘시디를 디스플레이소자로 구성하는 광학시스템을 나타낸다.
광학시스템은 크게 광원(201), 렌즈(202), UV/IR 필터(203)를 포함하는 조명계(이하 조명계라함); 조명계에서 투과형 엘시디로 빛이 입사되도록 구비된 편광분리판(204), 반사 거울(205,206); 투과형 엘시디에서 구현된 영상을 재 합성하여 구비된 결상 렌즈(214)로 빛을 인도하는 편광합성판(213)으로 구성된다.
광원(201)은 엘이디(LED)가 바람직할 것이며 다수개로 구성되는 것을 포함한다. 광원(201)에서 출사된 빛은 렌즈(202)를 거쳐 빛의 퍼짐을 작게하여 편광 변환 소자(203)으로 입사되도록 설계한다. 빛의 퍼짐이 작다는 의미는 통상적으로 렌즈(202) 광축에 대하여 30도 이하로 설계하는 것이 바람직하다. 광원(201)이 다수개의 엘이디(LED)로 구성하면 렌즈(202)도 엘이디(LED) 개수에 맞추어 배열시키는 것이 바람직하다.
렌즈(202)는 광원(201)으로부터 어떤 입체각 내에 발산하는 광선속(빛다발)을 이보다 작은 입체각 내에 모아서 높은 조도를 얻기 위한 렌즈로서 결상 렌즈만큼 정밀도를 요하지 않는다. 렌즈(202)는 적어도 하나의 구면렌즈 또는 적어도 하나의 비구면렌즈 중 선택된 렌즈의 조합으로 구성되는 것이 바람직하다.
렌즈(202)에서 출사된 빛은 빛 진행 방향의 전방에 위치한 UV/IR 필터(203)에서 가시광선 이외 빛은 투과되지 않는다(제 10도). UV/IR 필터는 실질적으로 디스플레이 소자가 구현하는색상에는 영향을 미치지 않습니다. 이 필터는 가시광선은 통과시키고 자외선(UV) 및 적외선(IR)을 차단하여 불필요한 파장의 빛(UV 또는 IR)이 디스플레이 소자에 입사되어 소자의 온도 상승 및 소자 열화를 방지합니다.
제2도에서 나타낸 바와 같이, 조명계에서 출사된 빛은 비편광 상태로 P파와 S파가 혼합되어 출사된다. 비편광 상태에서 출사된 빛은 편광 분리판(204)에서 P파는 투과하고 S파는 반사된다. 투과된 P파는 반사거울(206)에서 반사되어 투과형 엘시디 1(211)로 조사된다. 투과형 엘시디의 1의 전면에 비치된 편광판 1의 투과축은 P파가 투과되도록 편광축을 맞추어야 할 것이다. 이에 대응하는 편광판 2의 투과축은 편광판 1과 수직으로 배치되어 편광판 2에서 투과된 빛은 편광합성판(213)에 의하여 반사되도록 배치한다.
편광분리판(204)에서 반사된 S파는 반사거울(205)에서 반사되어 투과형 엘시디 2(208)로 조사된다. 투과형 엘시디 2의 전면에 비치된 편광판 3의 투과축은 S파가 투과되도록 편광축을 맞추어야 할 것이다. 이에 대응하는 편광판 4의 투과축은 편광판 3과 수직으로 배치되어 편광판 4에서 투과된 빛은 편광합성판(213)에 의하여 투과되도록 배치한다.
비편광 상태로 디스플레이소자(투과형엘시디 포함)로 입사되는 빛은 편광판 1 또는 편광판 3에 의하여 빛의 일부가 흡수되고 흡수된 빛은 열을 발생시켜 투과형 엘시디의 온도를 높일 수 있다. 디스플레이소자(투과형 엘시디 포함)는 온도가 상승하면 그 기능이 저하되어 화상이 선명하지 않을 수 있다.
제2도에서 편광합성판에서 합성된 두개의 영상(투과형엘시디 1, 투과형엘시디 2)은 결상렌즈(214)에 의하여 확대된 허상을 구현한다. 여기서 결상렌즈(214)는 제1도의 곡면반사판(104)을 더 포함할 수 있다. 즉, 결상렌즈(214)의 빛 진행방향 전방에 위치하여 모아진 빛의 일부를 반사시키고 외부 빛을 일부 투과하는 것을 특징으로 한다. 즉, 외부 물체를 볼 수 있도록 한다. 곡면반사판(104)은 구면거울 또는 비구면거울로 구성되는 것이 바람직하다. 사용환경에 따라 선택적으로 외부 빛이투과되어 외부 환경을 볼 수 있도록 투과율(See-Through Rate)을 조절할 수 있다.
제 10도는 투과형 엘시디를 디스플레이소자로 구성하는 또 다른 광학시스템의 실시예를 나타낸다.
제2도의 실시예에서 조명계의 조명 효율을 향상시키는 콘덴싱렌즈(Condensing Lens, 502, 503)을 더 포함시키는 조명계; 결상렌즈(214)에서 렌즈의 수차를 보정하는 결상 보정판(501)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시스템을 나타낸다.
콘덴싱렌즈(502,503)은 렌즈(202)에서 출사된 빛을 모아서 투과형엘시디(208,211)에 빛을 효율적으로 균일하게 집광시키는 것을 특징으로 한다. 결상보정판(501)은 투과형엘시디(211)과 편광합성판(213)의 사이에 구비하는 것이 바람직할 것이다.
투과형엘시디(208)을 투과한 빛은 편광합성판(213)을 투과하면서 편광합성판의 두께만큼을 거치는 동안 광학 수차를 발생시킨다. 따라서 이러한 광학수차는 결상렌즈(214)만으로는 투과형엘시디(208)과 투과형엘시디(211)을 기구적으로 정확하게 일치시키더라도 광학수차에 따른 화상 일치가 어렵다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 결상보정판(501)을 구비하여 광학수차를 보정하는 것을 특징으로 하는 광학시스템을 포함한다. 결상보정판(501)은 기본적으로는 일정 두께를 갖는 그라스이다.
제11도에 나타낸바와 같이 투과형엘시디(208)를 투과할 때 광경로 Path 1과 광경로 Path 2에서 편광합성판의 두께를 거치는 동안 서로 다른 광학두께를 나타내는 것이 일반적이다. 즉, 광경로 Path 1 보다 광경로 Path2 가 광학두께가 더 길 것으로 이해하여야 할 것이다. 이러한 광경로가 다른 것을 결상보정판(501)에서 광학보상하기 위하여 Path2 쪽의 두께를 더 크게하는 것을 특징으로 하는 광학시스템을 포함한다.
제8도는 두개의 디스플레이 소자에서 하나의 화상을 구현하는 방법에 관한 것이다. 입력된 화상 정보는 화상신호가 입체화상(3D) 또는 일반 2차원 화상(2D)정보를 갖고 있다. 본 발명에서는 입력신호가 입체인지 아닌지를 판단 후 서로다른 알고리즘을 거쳐 두 개의 디스플레이소자에 입력신호를 넣어주는 것을 특징으로 한다. 입력화상신호가 입체화상인 경우;일반적으로 입체화상인 경우 두개의 프레임이 하나의 화상 프레임을 나타낼 것이다. 하나의 화상을 구성하는 두개의 프레임 중 그 하나의 프레임은 디스플레이소자 1번에 입력하고 또 다른 하나의 프레임은 디스플레이 소자 2번에 입력하는 것으로 해석될 것이다. 또한 입력신호가 일반 2차원 화상(3D 가 아닌 2D 화상)인 경우는 일반적으로 1개의 프레임으로 화상이 구현되었다고 볼 수 있다, 물론 디스플레이소자의 응답속도 보상이나 화면 끌림 현상등을 보상하기 위하여 2개 이상의 프레임으로 구성된 화상 신호도 있다.
본 발명의 실시예에서는 1개의 프레임이 한 개의 화상(화면)을 구성하는 2차원 화상(3D 가 아닌 2D 영상신호) 에 대한 실시예로서 발명의 효과를 갈음한다. 첫번째 방법은 2D 영상신호를 수직 신호 기준으로 홀수와 짝수 신호로 분리한다. 분리된 신호 중 홀수계열은 디스플레이 소자 1에 입력하고, 또 다른 짝수계 신호는 디스플레이 소자 2에 입력한다.
두번째 방법은 2D 영상신호를 분리하지 않고 병렬로 두개의 디스플레이 소자에 각각 입력한다.
제 3도는 디스플레이 소자가 반사형엘시디로 구성된 광학스템을 나타낸다.
광학시스템은 크게 광원(201), 렌즈(202), UV/IR 필터(203)를 포함하는 조명계(이하 조명계라 함); 조명계에서 반사형 엘시디로 빛이 입사되도록 구비된 편광분리판(204), 반사형 엘시디에서 구현된 영상을 재 합성하여 구비된 결상 렌즈(214)로 빛을 인도하는 편광합성판(213)으로 구성된다.
광원(201)은 엘이디(LED)가 바람직할 것이며 다수개로 구성되는 것을 포함한다. 광원(201)에서 출사된 빛은 렌즈(202)를 거쳐 빛의 퍼짐을 작게하여 편광 변환 소자(203)으로 입사되도록 설계한다. 빛의 퍼짐이 작다는 의미는 통상적으로 렌즈(202) 광축에 대하여 30도 이하로 설계하는 것이 바람직하다. 광원(201)이 다수개의 엘이디(LED)로 구성하면 렌즈(202)도 엘이디(LED) 개수에 맞추어 배열시키는 것이 바람직하다.
렌즈(202)는 광원(201)으로부터 어떤 입체각 내에 발산하는 광선속(빛다발)을 이보다 작은 입체각 내에 모아서 높은 조도를 얻기 위한 렌즈로서 결상 렌즈만큼 정밀도를 요하지 않는다. 렌즈(202)는 적어도 하나의 구면렌즈 또는 적어도 하나의 비구면렌즈 중 선택된 렌즈의 조합으로 구성되는 것이 바람직하다.
렌즈(202)에서 출사된 빛은 빛 진행 방향의 전방에 위치한 UV/IR 필터(203)에서 가시광선 이외 빛은 투과되지 않는다(제 10도). UV/IR 필터는 실질적으로 디스플레이 소자가 구현하는색상에는 영향을 미치지 않습니다. 이 필터는 가시광선은 통과시키고 자외선(UV) 및 적외선(IR)을 차단하여 불필요한 파장의 빛(UV 또는 IR)이 디스플레이 소자에 입사되어 소자의 온도 상승 및 소자 열화를 방지한다.
제3도에서 나타낸 바와 같이, 조명계에서 출사된 빛은 비편광 상태로 P파와 S파가 혼합되어 출사된다. 비편광 상태에서 출사된 빛은 편광 분리판(204)에서 P파는 투과하고 S파는 반사된다. 투과된 P파는 반사형 엘시디 1(215)로 조사된다. 반사형 엘시디의 1(215)에 입사된 P파는 화상신호에 의하여 전면 흰색(Full White) 인 경우 S파로 변환되어 편광합성판(213)에서 반사되어 결상렌즈(214)로 진행하도록 배치된다.
또한 반사된 S파는 반사형 엘시디 2(216)로 조사된다. 반사형 엘시디의 2(2167)에 입사된 S파는 화상신호에 의하여 전면 흰색(Full White) 인 경우 P파로 변환되어 편광합성판(213)을 투과하여 결상렌즈(214)로 진행하도록 배치된다.
제3도에서 편광분리판(204)는 편광합성판(213)과 동일한 기능을 나타내는 하나의 개체로서 설명을 돕기 위하여 두 개의 이름을 기입한 것임을 알 수 있다.
또한 제3도에서 편광합성판에서 합성된 두개의 영상(반사형엘시디 1, 반사형엘시디 2)은 결상렌즈(214)에 의하여 확대된 허상을 구현한다. 여기서 결상렌즈(214)는 제1도의 곡면반사판(104)을 더 포함할 수 있다. 즉, 결상렌즈(214)의 빛 진행방향 전방에 위치하여 모아진 빛의 일부를 반사시키고 외부 빛을 일부 투과하는 것을 특징으로 한다. 즉, 외부 물체를 볼 수 있도록 한다. 곡면반사판(104)은 구면거울 또는 비구면거울로 구성되는 것이 바람직하다. 사용환경에 따라 선택적으로 외부 빛이 투과되어 외부 환경을 볼 수 있도록 투과율(See-Through Rate)을 조절할 수 있다.
제4도는 편광분리판(또는 합성판)이 두개의 삼각 프리즘으로 구성하고 그 삼각 드리즘의 빗면에 유전층을 증착하여 편광을 분리 또는 합성하는 편광분리(합성)프리즘으로 구성된 광학시스템을 나타낸다. 제9도 및 제11도의 결상보정판을 따로 구비하지 않고, 편광분리(합성)프리즘을 사용하면 보다 광학수차의 발생을 억제할 수 있다. 즉, 해상도가 높아질 수록 결상렌즈의 광학수차를 억제하기 위한 수단으로 사용할 수 있다.
또한 제4도의 편광 분리(합성)프리즘(219)는 본 발명의 실시예의 결상렌즈와 디스플레이 소자의 편광합성판을 대체할 수 있다. 편광합성판의 두께에서 발생하는 광학 수차를 보정하는 근본적인 방법이 될 수 있음을 이해할 것이다.
제6도는 디스플레이소자가 자체발광체인 오엘이디(OLED) 또는 에프이디(FED, field emission display) 를 사용하는 것을 특징으로 하는 광학시스템에 관한 것이다. 자체 발광이 가능하기 때문에 별도의 조명계가 필요 없으며 투과형 또는 반사형엘시드를 디스플레이 소자로 하는 광학시스템 보다 간단하고 소형으로 구성할 수 있다.
자체발광 디스플레이 소자(301,303)에서 출사된 영상 빛은 비편광 상태이다. 비편광 상태의 빛은 편광변환소자(302,304)를 거치면서 선형편광상태로 변환된다.
구체적으로는디스플레이소자 1(301)에서 출사된 화상은 편광변환소자 1(302)를 거쳐서 P파로 전환되어 편광합성판(213)을 거쳐 결상렌즈(214)로 진행한다.
또한 디스플레이소자 2(303)에서 출사된 화상은 편광변환소자 2(304)를 거쳐서 S파로 전환되어 편광합성판(213)에서 반사되어 결상렌즈(214)로 진행한다.
제7도는 제6도의 편광합성에 관한 추가적인 설명이다. 편광변환소자(302,304)의 개념도를 나타낸 것으로 편광변환소자 1(302)는 제7에 나타낸 바와 같이 P파는 투과하고 S파는 반사 후 편광변환소자 1(302)에 구비된 위상처짐(Phase Retardation) 층에 의하여 P파로 변환되어 편광합성판(213)으로 진행한다. 편광변환소자 2(304)는 편광변환소자 1(302)와 기능은 동일하나, 편광합성판(213)에 대하여 S파가 출사되도록 배치한다.
전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 개시의 보호 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 디스플레이용 광학시스템에 있어서,
    광원에서 방사된 빛의 진행 방향 전방에 위치하여 빛의 퍼짐을 작게하는 렌즈; 가시광선 이외의 빛 투과를 차단하는 UV/IR 커팅 필터; 빛의 편광을 분리하는 편광 분리판; 편광분리된 빛을 구비된 디스플레이 소자에 조사되도록 하는 반사 판; 서로 다른 디스플레이 소자에서 출사된 영상 빛을 하나의 결상소자로 빛을 합쳐주는 편광 합성판을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학 시스템
  2. 디스플레이용 광학시스템에 있어서,
    광원에서 방사된 빛의 진행 방향 전방에 위치하여 빛의 퍼짐을 작게하는 렌즈; 가시광선 이외의 빛 투과를 차단하는 UV/IR 커팅 필터; 빛의 편광을 분리하는 편광 분리판을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학 시스템
  3. 디스플레이용 광학시스템에 있어서,
    자체발광하는 디스플레이 소자; 방사된 빛의 진행 방향 전방에 위치하여 비 편광 상태의 빛을 편광된 빛으로 출사되도록 구비된 편광 변환 소자; 편광 변환 소자 전방에 구비되어 서로다른 두 개의 편광 빛을 합성하는 편광 합성판을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학 시스템
  4. 제1항 또는 제2항 또는 제3항에 있어서
    편광 분리 판 또는 편광 합성판은 두개의 프리즘으로 구성되어 두 프리즘 사이에 편광 분리 또는 합성 수단이 구비된 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학 시스템.
  5. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    UV/IR 커팅 수단이 광원과 편광 분리 프리즘 사이에 위치한 렌즈의 어느 한 면에 구비된 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학 시스템
  6. 디스플레이용 광학시스템에 있어서,
    영상(Image) 신호를 두 개의 화상 신호로 분리하여 서로 다른 두 개의 디스플레이 소자에 표시하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학 시스템
  7. 제1항 또는 제2항 또는 제3항에 있어서
    디스플레이 소자의 빛 진행 방향 전방에 구비된 렌즈; 렌즈의 빛 진행 방향의 전방에 위치하여 빛의 일부를 투과하고 일부는 반사하는 곡면 반사판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학 시스템
  8. 제 2항에 있어서,
    디스플레이 소자는 반사형 엘시디 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학 시스템
  9. 제3항에 있어서,
    디스플레이 소자는 자체 발광 소자로서 오엘이디(OLED), 에프이디(FED) 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학 시스템
  10. 제3항에 있어서,
    편광 합성판이 따로 구비되지 않고, 편광 분리판이 편광 합성판 기능을 포함하는 것
  11. 제1항에 있어서,
    편광 합성판과 S 파 출사 디스플레이 소자 사이에 구비되어 편광 분리판의 두께에 따른 결상 렌즈 수차를 보상하는 보정판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학 시스템
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