KR20180082810A - 투시형 디스플레이 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

투시형 디스플레이 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

투시형 디스플레이 장치 및 그 동작 방법을 제공한다. 본 투시형 디스플레이 장치는, 깊이 정보가 서로 다른 복수 개의 2차원 영상을 다른 영역에 동시에 출력하고, 복수 개의 2차원 영상을 상기 깊이 정보에 따라 순차적으로 배열시켜 다층적 깊이 영상(multi-layered depth image)을 생성하며, 다층적 깊이 영상과 현실 환경을 하나의 영역으로 수렴시킨다.

Description

투시형 디스플레이 장치 및 그 동작 방법{SEE-THROUGH TYPE DISPLAY APPARATUS AND METHOD OF OPERATING OF THE APPARATUS}
개시된 실시예들은 디스플레이 장치, 보다 상세하게는 투시형 디스플레이 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
최근, 가상 현실(virtual reality)(VR)을 구현할 수 있는 전자기기 및 디스플레이 장치가 개발되면서, 이에 대한 관심이 높아지고 있다. 가상 현실(VR)의 다음 단계로 증강 현실(augmented reality)(AR) 및 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 실현할 수 있는 기술(방안)도 연구되고 있다.
증강 현실(AR)은, 완전 가상 세계를 전제로 하는 가상 현실(VR)과는 달리, 현실 세계의 환경 위에 가상의 대상이나 정보를 겹쳐(결합하여) 보여줌으로써 현실의 효과를 더욱 증가시키는 디스플레이 기술이다. 가상 현실(VR)이 게임이나 가상 체험과 같은 분야에만 한정적으로 적용이 가능했다면, 증강 현실(AR)은 다양한 현실 환경에 응용이 가능하다는 장점이 있다. 특히, 증강 현실(AR)은 유비쿼터스(ubiquitous) 환경이나 사물 인터넷(internet of things)(IoT) 환경에 적합한 차세대 디스플레이 기술로 주목받고 있다. 이러한 증강 현실(AR)은 현실 세계와 부가적인 정보(가상 세계)를 혼합하여 보여준다는 점에서 혼합 현실(MR)의 일례라고 할 수 있다.
증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용될 수 있는 투시형 디스플레이 장치 (see-through type display apparatus) 및 그 동작 방법을 제공한다.
2차원 영상을 서로 다른 복수 개의 깊이에서 표시하는 투시형 디스플레이 장치 및 그 동작 방법을 제공한다.
일 측면(aspect)에 따르는 투시형 디스플레이 장치는, 깊이 정보가 서로 다른 복수 개의 2차원 영상을 다른 영역에 동시에 출력하는 공간 광변조기; 상기 복수 개의 2차원 영상을 상기 깊이 정보에 따라 순차적으로 배열시켜 다층적 깊이 영상(multi-layered depth image)을 생성하는 깊이 생성 부재; 및 상기 다층적 깊이 영상의 광 경로와 현실 환경(reality environment)의 광 경로 중 적어도 하나를 변경시켜 상기 다층적 깊이 영상과 상기 현실 환경을 하나의 영역으로 수렴시키는 영상 수렴 부재;를 포함한다.
그리고, 상기 깊이 생성 부재는, 상기 복수 개의 2차원 영상 중 제1 깊이 정보를 갖는 제1 영상을 상기 영상 수렴 부재로 반사시키는 제1 깊이 생성 부재; 및 상기 복수 개의 2차원 영상 중 제2 깊이 정보를 갖는 제2 영상을 상기 영상 수렴 부재로 반사시키는 제2 깊이 생성 부재;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 깊이 생성 부재는, 상기 제1 깊이 생성 부재에서 반사된 상기 제1 영상을 상기 영상 수렴 부재로 투과시킬 수 있다.
그리고, 상기 깊이 생성 부재는, 미러 및 하프 미러 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 2차원 영상은 상기 깊이 생성 부재의 광 축 상에 순차적으로 배열될 수 있다.
그리고, 상기 복수 개의 2차원 영상 중 깊이 정보가 큰 2차원 영상일수록 상기 영상 수렴 부재로부터 멀리 배열될 수 있다.
또한, 깊이 정보가 서로 다른 복수 개의 2차원 영상 중 적어도 두 개는 휘도가 서로 다를 수 있다.
그리고, 상기 휘도는 깊이 정보가 큰 2차원 영상일수록 높을 수 있다.
또한, 깊이 정보가 서로 다른 복수 개의 2차원 영상 중 적어도 두 개는 크기가 서로 다를 수 있다.
그리고, 상기 크기는 깊이 정보가 큰 2차원 영상일수록 클 수 있다.
또한, 상기 2차원 영상은 좌안 영상과 우안 영상을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 좌안 영상과 우안 영상을 서로 다른 영역에 동시에 출력될 수 있다.
또한, 상기 깊이 생성 부재와 상기 영상 수렴 부재 사이에 배치되며 상기 다층적 깊이 영상을 확대시키는 확대 광학 소자;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 영상 수렴 부재는, 빔스플리터(beam splitter) 및 반투과막(transflective film) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 영상 수렴 부재는, 제1 영역 및 상기 제1 영역과 접하는 경계면이 곡선인 제2 영역을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 경계면에 반사 물질이 코팅될 수 있다.
한편, 일 측면(aspect)에 따르는 투시형 디스플레이 장치의 동작 방법은, 깊이 정보가 서로 다른 복수 개의 2차원 영상을 동시에 출력하는 단계; 상기 복수 개의 2차원 영상을 상기 깊이 정보에 따라 순차적으로 배열시켜 다층적 깊이 영상(multi-layered depth image)을 생성하는 단계; 및 상기 다층적 깊이 영상의 광 경로와 현실 환경(real-world environment)의 광 경로 중 적어도 하나를 변경시켜 상기 다층적 깊이 영상과 현실 환경을 하나의 영역으로 수렴시키는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 다층적 깊이 영상을 생성하는 단계는, 상기 복수 개의 2차원 영상 중 제1 깊이 정보를 갖는 제1 영상을 반사시키는 단계; 및 상기 제1 영상을 투과시키면서 상기 복수 개의 2차원 영상 중 제2 깊이 정보를 갖는 제1 영상을 반사시키는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 깊이 정보는 상기 제2 깊이 정보보다 클 수 있다.
그리고, 상기 다층적 깊이 영상을 확대시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
증강 현실(AR) 및 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용될 수 있는 투시형 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.
2차원 영상을 서로 다른 복수 개의 깊이에서 표시하기 때문에 보다 현실감 있게 영상을 표시할 수 있다.
하나의 공간 광변조기에서 깊이 정보가 다른 복수 개의 2차원 영상을 동시에 출력하기 때문에 장치 구동을 위한 프로세싱 로드를 줄일 수 있다.
상기 투시형 디스플레이 장치를 포함하는 다양한 전자기기/광학기기를 구현할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치(see-through type display apparatus)를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 투시형 디스플레이 장치의 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 공간 광변조기가 출력하는 영상을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 공간 광변조기를 포함하는 투시형 디스플레이 장치의 개념을 설명하는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 확대 광학 소자를 포함하는 투시형 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 투명 공간 광변조기를 포함하는 투시형 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 일 실시예에 따른 시야각이 큰 영상 수렴 부재를 설명하는 도면이다.
도 12는 자동차에 적용되는 투시형 디스플레이 장치의 예를 도시한 도면이다.
이하, 실시예들에 따른 투시형 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 전자기기를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 “구성된다” 또는 “포함한다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다. 이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예에 의해 상세히 설명하기로 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 일 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치(see-through type display apparatus)(100)를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 투시형 디스플레이 장치(100)의 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 투시형 디스플레이 장치(100)는 복수 개의 2차원 영상을 동시에 출력하는 공간 광변조기(110), 복수 개의 2차원 영상으로부터 다층적 깊이 영상(multi-layered depth image)을 생성하는 깊이 생성 부재(120) 및 다층적 깊이 영상과 현실 환경을 하나의 영역으로 수렴시키는 영상 수렴 부재(130)를 포함한다.
투시형 디스플레이 장치(100)의 공간 광변조기(110)는 깊이 정보가 서로 다른 복수 개의 2차원 영상을 동시에 출력하고(S11), 깊이 생성 부재(120)는 복수 개의 2차원 영상을 깊이 정보에 따라 순차적으로 배열시켜 다층적 깊이 영상(multi-layered depth image)을 생성하며(S12), 영상 수렴 부재(130)는 다층적 깊이 영상의 광 경로와 현실 환경(real-world environment)의 광 경로 중 적어도 하나를 변경시켜 다층적 깊이 영상과 현실 환경을 하나의 영역으로 수렴시킬 수 있다(S13).
공간 광변조기(110)는 깊이 정보가 다른 복수 개의 2차원 영상을 영역을 달리하여 동시에 출력할 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(110)는 제1 깊이 정보를 갖는 제1 영상(I1)을 공간 광변조기(110)의 상단 영역에서 출력하고, 제2 깊이 정보를 갖는 제2 영상(I2)을 공간 광변조기(110)의 하단 영역에서 출력할 수 있다. 제1 깊이 정보는 제2 깊이 정보보다 클 수 있다. 즉, 사용자는 제1 영상(I1)이 제2 영상(I2)보다 뒤에 표시되는 것으로 인식할 수 있다. 공간 광변조기(110)가 깊이 정보가 다른 복수 개의 2차원 영상을 동시에 출력하기 때문에 깊이 정보가 다른 2차원 영상을 시간 순차적으로 표시하는 것에 비해 신호 처리 로드를 줄일 수 있다.
공간 광변조기(110)는 진폭변조 공간 광변조기 또는 위상변조 공간 광변조기이거나, 진폭과 위상을 모두 변조시키는 복소 공간 광변조기일 수 있다. 또한, 공간 광변조기(110)는 투과형 광변조기 또는 반사형 광변조기이거나, 반투과형 광변조기일 수 있다. 구체적인 예로, 공간 광변조기(110)는 LCoS(liquid crystal on silicon) 패널, LCD(liquid crystal display) 패널, DLP(digital light projection) 패널, OLED(organic light emitting diode) 패널, M-OLED(micro- organic light emitting diode) 등을 포함할 수 있다. 여기서, DLP 패널은 DMD(digital micromirror device)를 포함할 수 있다.
깊이 생성 부재(120)는 복수 개의 2차원 영상을 깊이 정보에 따라 순차적으로 배열시켜 다층적 깊이 영상(multi-layered depth image)을 생성할 수 있다. 여기서 다층적 깊이 영상은 깊이 정보에 대응하는 서로 다른 지점에서 복수 개의 2차원 영상들이 배열(또는, 표시, 결상)됨으로써 사용자가 깊이 정보를 갖는 영상으로 인식되는 영상이다.
복수 개의 2차원 영상은 상기한 깊이 생성 부재(120)의 중심축(X)상에 순차적으로 배열될 수 있다. 즉, 2차원 영상들이 깊이 정보에 따라 서로 다른 지점에 배열되기 때문에 사용자는 순차적을 배열된 2차원 영상을 깊이 영상을 인식할 수 있다. 깊이 생성 부재(120)는 미러 및 하프 미러 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
깊이 생성 부재(120)는 제1 깊이 정보를 갖는 제1 영상(I1)을 영상 수렴 부재(130)로 반사시키는 제1 깊이 생성 부재(121) 및 제2 깊이 정보를 갖는 제2 영상(I2)을 영상 수렴 부재(130)로 반사시키는 제2 깊이 생성 부재(122)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 깊이 생성 부재(121, 122)는 깊이 생성 부재(120)의 중심축(X)상에 나란히 배열될 수 있다. 제2 깊이 생성 부재(122)는 제1 깊이 생성 부재(121)에서 반사된 상기한 제1 영상(I1)을 영상 수렴 부재(130)로 투과시킬 수 있다. 제1 깊이 생성 부재(121)는 미러 또는 하프 미러일 수 있으며, 제2 깊이 생성 부재(122)는 하프 미러일 수 있다.
제1 깊이 생성 부재(121)는 공간 광변조기(110)에서 출력된 제1 영상(I1)을 반사시키기 때문에 제1 영상(I1)이 제1 지점(P1)에서 결정된 것처럼 보이고, 제2 깊이 생성 부재(122)는 공간 광변조기(110)에서 출력된 제2 영상(I2)을 반사시키기 때문에 제2 영상(I2)은 제2 지점(P1)에서 결정된 것처럼 보인다. 상기한 제1 영상(I1) 및 제2 영상(I2)이 서로 다른 지점에서 결상되어 다층적 깊이 영상이 생성될 수 있다. 도 1에서는 두 개의 깊이 생성 부재(121, 122)로 다층적 깊이 영상을 생성한다고 하였으나, 이는 설명의 편의를 위할 뿐 이에 한정되지 않는다. 즉 공간 광변조기(110)는 깊이 정보가 서로 다른 3개 이상의 2차원 영상을 동시에 출력할 수 있고, 깊이 생성 부재(120)는 3개 이상의 2차원 영상으로부터 다층적 깊이 영상을 생성할 수 있음은 물론이다.
영상 수렴 부재(130)는 다층적 깊이 영상의 광 경로(L1)와 현실 환경의 광 경로(L2) 중 적어도 하나를 변경시켜 다층적 깊이 영상과 현실 환경을 하나의 영역에 수렴시킬 수 있다. 여기서 하나의 영역은 사용자의 시각 기관(ocular organ), 즉 눈(eye)일 수 있다. 영상 수렴 부재(130)는 복수의 광경로(L1, L2)에 따른 복수의 광을 사용자의 동공으로 전달할 수 있다. 예컨대, 영상 수렴 부재(130)는 제1 광경로(L1)의 다층적 깊이 영상(10)에 대응하는 광과 제2 광경로(L2)의 현실 환경에 대응하는 외부 광을 사용자의 시각 기관으로 전달/가이드할 수 있다.
제1 광경로(L1)의 광은 영상 수렴 부재(130)에 의해 반사된 광일 수 있고, 제2 광경로(L2)의 광은 영상 수렴 부재(130)를 투과한 광일 수 있다. 영상 수렴 부재(130)는 광투과 및 광반사 특성을 모두 갖는 반투과(transflective) 부재일 수 있다. 구체적인 예로, 영상 수렴 부재(130)는 빔스플리터(beam splitter) 또는 반투과막(transflective film)을 포함할 수 있다. 도 1에는 영상 수렴 부재(130)가 빔스플리터(beam splitter)인 경우가 도시되어 있지만, 그 구성은 다양하게 변화될 수 있다.
제1 광경로(L1)의 광에 의해 전달되는 다층적 깊이 영상(10)은 투시형 디스플레이 장치(100) 내에서 형성 및 제공된 영상일 수 있다. 다층적 깊이 영상(10)은 '디스플레이 영상'으로 가상의 현실 또는 가상의 정보를 포함할 수 있다. 제2 광경로(L2)의 광에 의해 전달되는 현실 환경은 상기 투시형 디스플레이 장치(100)를 통해서 상기 사용자가 마주하는 환경일 수 있다. 현실 환경은 상기 사용자가 마주하는 전경을 포함할 수 있고, 소정의 배경 피사체(background subject)를 포함할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치(100)는 증강 현실(augmented reality)(AR) 또는 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 구현하는데 적용될 수 있다.
공간 광변조기(110)와 깊이 생성 부재(120) 사이, 깊이 생성 부재(120)와 영상 수렴 부재(130) 사이에는 다양한 종류의 광학 소자, 예를 들어, 렌즈 등이 배치될 수 있다.
공간 광변조기(110)에서 출력되는 영상은 2차원 영상이라고 하였는데, 상기한 2차원 영상은 스테레오 영상을 구현하기 위한 영상일 수 있다. 예를 들어, 2차원 영상은 사용자의 좌안에서 인식될 좌안 영상과 사용자의 우안에서 인식될 우안 영상을 포함할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치(100a)의 공간 광변조기(210)가 출력하는 영상을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 공간 광변조기(210)를 포함하는 투시형 디스플레이 장치(100)의 개념을 설명하는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 공간 광변조기(210)는 제1 깊이 정보를 포함하는 제1 좌안 영상(IL1) 및 제1 우안 영상(IR1), 제2 깊이 정보를 포함하는 제2 좌안 영상(IL2) 및 제2 우안 영상(IR2)을 영역을 달리하여 동시에 출력할 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(210)는 영상이 출력되는 영역을 4개의 영역으로 분할하고, 제1 좌안 영상(IL1), 제1 우안 영상(IR1), 제2 좌안 영상(IL2) 및 제2 우안 영상(IR2)을 동시에 출력할 수 있다.
동시에 출력되는 2차원 영상이 4개인 경우, 투시형 디스플레이 장치(100a)의 깊이 생성 부재(220)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 4개의 서브 깊이 생성 부재(221, 222, 223, 224)를 포함할 수 있다. 그리하여, 제1 및 제2 깊이 생성 부재(221, 222)는 좌안용 다층적 깊이 영상을 생성하고, 제3 및 제4 깊이 생성 부재(324)(223, 224)는 우안용 다층적 깊이 영상을 생성할 수 있다. 다층적 깊이 영상을 생성하는 방법은 앞서 설명하였는 바, 구체적인 설명은 생략한다.
영상 수렴 부재(230)는 좌안용 다층적 깊이 영상과 실제 환경을 하나의 영역으로 수렴하는 제1 영상 수렴 부재(231) 및 우안용 다층적 깊이 영상과 실제 환경을 하나의 영역으로 수렴하는 제2 영상 수렴 부재(232)를 포함할 수 있다.
하나의 공간 광변조기(210)에서 상기와 같이 좌안용 영상과 우안용 영상을 출력하기 때문에 투시형 디스플레이 장치(100a)의 부품을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 신호 처리 로드를 줄일 수도 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 확대 광학 소자를 포함하는 투시형 디스플레이 장치(100b)를 도시한 도면이다.
공간 광변조기(110)는 매우 작고, 공간 광변조기(110)에서 출력된 2차원 영상 및 깊이 생성 부재(120)에서 생성된 다층적 깊이 영상도 작다. 일 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치(100b)는 깊이 생성 부재(120)와 영상 수렴 부재(130) 사이에 다층적 깊이 영상의 크기를 확대시키는 확대 광학 소자(140)를 더 포함할 수 있다.
한편, 깊이 정보가 다른 복수 개의 2차원 영상이 깊이 생성 부재(120)를 진행하면서 광 경로 길이의 변경으로 영상의 휘도가 달라질 수 있다. 그리하여, 공간 광변조기(110)는 2차원 영상을 출력할 때, 휘도를 다르게 하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(110)는 깊이 정보가 큰 2차원 영상을 깊이 정보가 작은 2차원 영상보다 휘도를 높게 할 수 있다. 도 4에서 제1 깊이 영상을 갖는 제1 영상(I1)은 제1 및 제2 깊이 생성 부재(121, 122)를 통해 영상 수렴 부재(130)로 전달된다. 반면, 제2 깊이 영상을 갖는 제2 영상(I2)은 제2 깊이 생성 부재(122)를 통해 영상 수렴 부재(130)에 전달된다. 그리하여, 제1 영상(I1)의 휘도 감소는 제2 영상(I2)의 휘도 감소보다 클 수 있다. 그리하여, 공간 광변조기(110)는 제1 영상(I1)을 제2 영상(I2)보다 높은 휘도로 출력할 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치(100b)를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 공간 광변조기(310)는 깊이 정보가 서로 다른 3개의 2차원 영상을 동시에 출력할 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(110)는 제1 깊이 정보를 갖는 제1 영상(I1), 제2 깊이 정보를 갖는 제2 영상(I2) 및 제3 깊이 정보를 갖는 제3 영상(I3)을 영역을 달리하여 동시에 출력할 수 있다.
깊이 생성 부재(320)는 상기한 2차원 영상으로부터 다층적 깊이 영상을 생성하는 3개 이상의 서브 깊이 생성 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 깊이 생성 부재(320)는 입사된 영상을 반사시키는 제1 내지 제3 깊이 생성 부재(321, 322, 323), 입사된 영상을 투과시키는 제4 깊이 생성 부재(324)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 깊이 생성 부재(321, 322, 323)는 미러일 수 있고, 제3 깊이 생성 부재(324)는 하프 미러일 수 있다.
그리하여, 제1 영상(I1)은 제1 깊이 생성 부재(321)에 반사되고, 제4 깊이 생성 부재(324)에 의해 투과되며, 제2 깊이 생성 부재(222)에 반사되어 영상 수렴 부재(130)로 전달될 수 있다. 제2 영상(I2)은 제4 깊이 생성 부재(324)에 의해 투과되고, 제2 깊이 생성 부재(322)에 의해 반사되어 영상 수렴 부재(330)로 전달 수 있다. 제3 영상(I3)은 제3 깊이 생성 부재(323)에 반사되고, 제4 깊이 생성 부재(324)에 의해 투과되며, 제2 깊이 생성 부재(322)에 반사되어 영상 수렴 부재(330)로 전달될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 투명 공간 광변조기(410)를 포함하는 투시형 디스플레이 장치(100d)를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 공간 광변조기(410)는 투명할 수 있다. 공간 광변조기(410)의 일부 영역은 현실 환경을 차단하는 차단 부재(450)가 배치될 수 있다. 공간 광변조기(410)에서 출력되는 제1 영상(I1)은 제1 및 제2 깊이 생성 부재(421, 422)를 통해 사용자의 시각 기관에 전달되고, 제2 영상(I2)은 현실 환경과 함께 제2 깊이 생성 부재(422)를 통해 사용자의 시각 기관에 전달될 수 있다. 투시형 디스플레이 장치(100d)는 별도의 영상 수렴 부재를 포함하지 않을 수 있고, 제2 깊이 생성 부재(422)가 영상 수렴 부재의 역할을 수행할 수 있다.
공간 광변조기는 깊이 정보에 따라 크기가 다른 2차원 영상을 출력할 수도 있다. 도 8은 일 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 공간 광변조기의 출력 영상의 예를 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 공간 광변조기는 깊이 정보에 따라 크기가 다른 복수 개의 2차원 영상을 출력할 수 있다. 예를 들어, 깊이 정보가 큰 제1 영상(IL1, IR1)은 깊이 정보가 작은 제2 영상(IL2, IR2)보다 크기가 클 수 있다. 깊이 생성 부재(120)에 의해 제1 영상(IL1, IR1)의 결상 지점이 제2 영상(IL2, IR2)의 결상 지점보다 사용자의 시각 기관으로부터 멀 수 있다. 그리하여, 깊이 생성 부재의 물리적 크기 때문에 제1 및 제2 영상(IL1, IR1, IL2, IR2)의 의해 형성된 다층적 깊이 영상이 일그러질 수 있다. 그리하여, 2차원 영상의 크기를 조절함으로써 다층적 깊이 영상의 일그러짐을 줄일 수 있다.
지금까지 기술한 투시형 디스플레이 장치는 웨어러블 장치의 일 구성요소가 될 수 있다. 일례로, 상기 투시형 디스플레이 장치는 헤드 장착형 디스플레이(head mounted display)(HMD)에 적용될 수 있다. 또한, 상기 투시형 디스플레이 장치는 안경형 디스플레이(glasses-type display) 또는 고글형 디스플레이(goggle-type display)에 적용될 수 있다. 웨어러블 전자기기들은 스마트폰(smart phone)과 연동되어(혹은, 연결되어) 동작될 수 있다. 도 9는 일 실시예들에 따른 투시형 디스플레이 장치를 적용할 수 있는 다양한 전자기기를 보여주는 도면이다. 도 9의 전자기기는 HMD, 안경형 디스플레이 등의 예시이다.
도 10 및 도 11은 일 실시예에 따른 시야각이 큰 영상 수렴 부재(530)를 설명하는 도면이다. 도 10에 도시된 영상 수렴 부재(530)는 서로 다른 매질로 구성된 복수 개의 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 영상 수렴 부재(530)는 제1 영역(531) 및 제1 영역(531)과 접하는 경계면(532)이 곡면인 제2 영역(533)을 포함할 수 있다. 상기한 곡면의 곡률 중심은 다층적 깊이 영상(10)과 가까운 영역에 있을 수 있다. 상기한 경계면(532)상에는 반사 물질이 더 코팅되어 있을 수 있다. 그리하여, 사용자는 보다 넓은 외부 영상을 확인할 수 있다.
또는, 도 11에 도시된 바와 같이, 영상 수렴 부재(530)와 사용자의 시각 기관 사이에 렌즈(560)가 더 배치될 수 있다. 렌즈(560)는 시각 기관에 가깝게 배치되어 있기 때문에, 렌즈(560)의 초점 거리는 렌즈(560)의 직경에 비해 짧을 수 있다. 결과적으로, 넓은 시야각(angle of view 또는 field of view)이 용이하게 확보될 수 있다. 상기한 렌즈(560)는 이방성 렌즈일 수 있으며, 보다 구체적으로, 편광 의존형 복굴절 렌즈일 수 있다. 그리하여, 다층적 깊이 영상(10)에 대해서는 렌즈로 작용하고, 외부 영상에 대해서는 평판으로 작용할 수 있다.
도 12는 자동차에 적용되는 투시형 디스플레이 장치의 예를 도시한 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 자동차의 일 영역에 공간 광변조기(610) 및 깊이 생성 부재(620)이 배치되고, 영상 수렴 부재(630)로서 하나 이상의 미러(631, 632) 및 빔 스플리터(633)를 이용하면 다층적 깊이 영상 및 외부 영상을 사용자의 시각 기관에 전달할 수 있다. 하나 이상의 미러(631, 632)는 폴드 미러 및 이방성 미러 등을 포함할 수 있다.
이외도 본원의 다양한 실시예들에 따른 투시형 디스플레이 장치(100)는 다양한 전자 장치 등에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 자동차와 같은 동력 장치, 일반 시설물 등에도 적용될 수 있다. 그 밖에도 본원의 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 적용 분야는 다양하게 변화될 수 있다. 또한, 본원의 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치는 증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용할 수 있을 뿐 아니라, 그 밖에 다른 분야에도 적용할 수 있다. 다시 말해, 증강 현실(AR)이나 혼합 현실(MR)이 아니더라도, 복수의 영상을 동시에 볼 수 있는 멀티영상 디스플레이에 본원의 다양한 실시예의 사상들이 적용될 수 있다.
이제까지 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 실시예에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형상으로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 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.
100, 100a, 100b, 100c, 100d: 투시형 디스플레이 장치
110, 210, 310, 410, 510, 610: 공간 광변조기
120, 220, 320, 420, 520, 620: 깊이 생성 부재
130, 230, 330, 430, 530, 630: 영상 수렴 부재

Claims (20)

  1. 깊이 정보가 서로 다른 복수 개의 2차원 영상을 다른 영역에 동시에 출력하는 공간 광변조기;
    상기 복수 개의 2차원 영상을 상기 깊이 정보에 따라 순차적으로 배열시켜 다층적 깊이 영상(multi-layered depth image)을 생성하는 깊이 생성 부재; 및
    상기 다층적 깊이 영상의 광 경로와 현실 환경(reality environment)의 광 경로 중 적어도 하나를 변경시켜 상기 다층적 깊이 영상과 상기 현실 환경을 하나의 영역으로 수렴시키는 영상 수렴 부재;를 포함하는 투시형 디스플레이 장치 (see-through type display apparatus).
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 깊이 생성 부재는
    상기 복수 개의 2차원 영상 중 제1 깊이 정보를 갖는 제1 영상을 상기 영상 수렴 부재로 반사시키는 제1 깊이 생성 부재; 및
    상기 복수 개의 2차원 영상 중 제2 깊이 정보를 갖는 제2 영상을 상기 영상 수렴 부재로 반사시키는 제2 깊이 생성 부재;를 포함하는 투시형 디스플레이 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 깊이 생성 부재는,
    상기 제1 깊이 생성 부재에서 반사된 상기 제1 영상을 상기 영상 수렴 부재로 투과시키는 투시형 디스플레이 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 깊이 생성 부재는,
    미러 및 하프 미러 중 적어도 하나를 포함하는 투시형 디스플레이 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 2차원 영상은 상기 깊이 생성 부재의 광 축 상에 순차적으로 배열된 투시형 디스플레이 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 2차원 영상 중 깊이 정보가 큰 2차원 영상일수록 상기 영상 수렴 부재로부터 멀리 배열된 투시형 디스플레이 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    깊이 정보가 서로 다른 복수 개의 2차원 영상 중 적어도 두 개는 휘도가 서로 다른 투시형 디스플레이 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 휘도는 깊이 정보가 큰 2차원 영상일수록 높은 투시형 디스플레이 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    깊이 정보가 서로 다른 복수 개의 2차원 영상 중 적어도 두 개는 크기가 서로 다른 투시형 디스플레이 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 크기는 깊이 정보가 큰 2차원 영상일수록 큰 투시형 디스플레이 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 2차원 영상은 좌안 영상과 우안 영상을 포함하는 투시형 디스플레이 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 좌안 영상과 우안 영상을 서로 다른 영역에 동시에 출력되는 투시형 디스플레이 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 깊이 생성 부재와 상기 영상 수렴 부재 사이에 배치되며 상기 다층적 깊이 영상을 확대시키는 확대 광학 소자;를 더 포함하는 투시형 디스플레이 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 영상 수렴 부재는,
    빔스플리터(beam splitter) 및 반투과막(transflective film) 중 적어도 하나를 포함하는 투시형 디스플레이 장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 영상 수렴 부재는,
    제1 영역 및 상기 제1 영역과 접하는 경계면이 곡선인 제2 영역을 포함하는 투시형 디스플레이 장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 경계면에 반사 물질이 코팅된 투시형 디스플레이 장치.
  17. 깊이 정보가 서로 다른 복수 개의 2차원 영상을 동시에 출력하는 단계;
    상기 복수 개의 2차원 영상을 상기 깊이 정보에 따라 순차적으로 배열시켜 다층적 깊이 영상(multi-layered depth image)을 생성하는 단계; 및
    상기 다층적 깊이 영상의 광 경로와 현실 환경(real-world environment)의 광 경로 중 적어도 하나를 변경시켜 상기 다층적 깊이 영상과 현실 환경을 하나의 영역으로 수렴시키는 단계;를 포함하는 투시형 디스플레이 장치(see-through type display apparatus)의 동작 방법.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 다층적 깊이 영상을 생성하는 단계는,
    상기 복수 개의 2차원 영상 중 제1 깊이 정보를 갖는 제1 영상을 반사시키는 단계; 및
    상기 제1 영상을 투과시키면서 상기 복수 개의 2차원 영상 중 제2 깊이 정보를 갖는 제1 영상을 반사시키는 단계;를 포함하는 투시형 디스플레이 장치의 동작 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제1 깊이 정보는 상기 제2 깊이 정보보다 큰 투시형 디스플레이 장치의 동작 방법.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 다층적 깊이 영상을 확대시키는 단계;를 더 포함하는 투시형 디스플레이 장치의 동작 방법.
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