KR20180125377A

KR20180125377A - 이미지 장치

Info

Publication number: KR20180125377A
Application number: KR1020180016574A
Authority: KR
Inventors: 류재열; 니콜라이 빅토르비치 무라베브; 드미트리 예브게니예비치 피스쿠노브; 미카일 바체슬라보비치 포포브; 안드레이 니콜라에비치 푸틸린; 안드레이 알렉산드로비치 만코; 알렉산더 빅토르비치 모로조브
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2017-05-15
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2018-11-23
Also published as: RU2659577C1; US20200142254A1

Abstract

이미지 장치를 제공한다. 본 이미지 장치는, 소정의 이미지를 나타내는 광을 방출하는 디스플레이, 디스플레이의 전방에 배치되고, 광을 제1 선형 편광 상태로 편광하는 제1 편광판, 제1 편광판의 전방에 배치되고, 광의 상기 제1 선형 편광 상태를 제1 원형 편광 상태로 변경시키는 제1 지연자(retarder), 콜레스테릭 액정층을 포함하고 제1 지연자를 통과한 후 입사된 제1 원형 편광 상태의 광을 투과시키는 제1 광학 소자, 제1 광학 소자의 전방에 배치되며 광의 제1 원형 편광 상태를 제2 선형 편광 상태로 변경시키는 제2 지연자, 제2 편광판을 포함하고 2 선형 편광 상태로 입사된 상기 광을 상기 제2 지연자를 통해 제1 광학 소자로 반사시켜 광의 제2 선형 편광 상태를 제2 원형 편광 상태로 변경시키는 제2 광학 소자를 포함한다.

Description

이미지 장치{IMAGING APPARATUS}

본 개시는 이미지 기술 분야에 관한 것으로, 특히 고화질의 영상을 생성할 수 있는 이미지 장치에 관한 것이다.

고해상도 이미지 장치는 다양한 목적, 특히 VR 어플리케이션을 위해, 점점 더 자주 사용되고 있다. VR 장치의 개발 및 향상은 다양한 분야에서 사용자에게 새로운 가능성을 열어 줬다. 예를 들어, VR 헬멧이나 VR 안경을 쓰고 있는 사용자는, 원하는 VR 환경에 쉽고 빠르게 몰입하여, 예를 들어, 실제로 집에 앉아있는 동안에도, 여러 상황을 시뮬레이션 할 수 있다. 비디오 게임 산업에서 이러한 VR 환경을 사용하는 것은 잘 알려진 사실이지만, 이러한 환경은 다른 모든 산업 분야에 매우 잘 적용될 수 있다.

특히 VR 장치는 일반적으로 다음과 같이 사용된다.

-전장, 전투 상황 또는 의료 훈련을 위한 군대에서

-전자 학습 목적을 위한 교육 산업에서

- 가상 현실 진단 및 가상 로봇 수술을 위한 의료 분야에서

- 가상 여행, 교육 목적을 위한 비즈니스 커뮤니티에서

- 영상 회의 및 원격 진료를 위한 통신 분야에서

위에 열거된 적용예에 대해 바람직하거나 필수적인 것은 VR 장치가 머리에 장착되어, 착용자의 손이 자유롭고 쉽게 움직여서, 필요한 대상물, 예를 들어, 전장 또는 전투 상황에서 총, 을 잡을 수 있다. 또한 착용자의 이동성은 VR 장치 자체의 무게와 크기의 영향을 받다. 이러한 과제를 해결하기 위해 다양한 시도들이 있었지만, 그 중 일부는 종래의 광학 미러를 액정막, 박막 편광판 등으로 대체하고 광학 소자의 수를 줄임으로써 VR 소자에 포함된 광학 소자를 얇게 하는 것이었다그러나, 광학 요소의 수가 적어질수록, 전체 시스템에서 광학 경로가 더 작아지기 때문에 이미지 품질의 저하를 초래할 수 있음으로 신중하게 이루어져야 한다.

미국 특허 제 5853240 호는 HMD로부터의 이미지 또는 3D 이미지를 공통 스크린상에 투사하기 위한 헤드 장착형 장치(HMD)와 결합된 작고 가벼운 액정 프로젝터를 개시한다. HMD는, 케이싱 내에, 백라이트에 의해 조명된 액정 패널의 이미지를 확대하기 위한 광학 장치를 갖는다. 광학 장치는 하프 미러가 코팅된 굴절 소자 및 원형-편광-광을 선택하는 반투명 거울로 작용하는 콜레스테릭 액정 소자(cholesteric liquid crystal element)를 포함한다. 이 종래 기술의 해결책은 여전히 반투명 거울(즉, 하프-미러)을 사용하여, 전체 시스템의 전체 크기 및 중량을 크게 감소시키지 않는다.

미국 특허 제 6094242 호는 광이 입사되는 측으로부터 순서대로 배치된, 하프 미러가 코팅된 굴절 소자 및 원-편광-광을 선택하는 반투명 거울로 구성된 굴절기를 포함하는 광학 HMD 장치를 개시한다. 반투명 미러는 입사 측으로부터 순서대로 배치된 1/4 파장판(위상차 판), 하프 미러 및 편광판 또는 콜레스테릭 액정으로 구성된다. 박막형 고배율 광학계는, 입사광을 우선 시계 방향의 원형 편광 방식으로 반사하고 1.5 왕복(1.5 round trips)으로 반시계 방향의 원-편광된 광을 반사없이 투과시키는 원-편광된 광을 선택하는 반투명 거울을 사용함으로써 얻어진다. 그러나, 이러한 선행 기술의 해결책은 선형 및 원형 편광 모두의 광빔에 사용될 수 없으므로, 가능한 응용 분야를 감소시킨다.

미국 특허 제 6866194 호는 평면 영상을 표시하기 위한 콜레스테릭 액정, 표시되는 평면 영상을 구면 영상으로 변환하는 파이버 플레이트, 제1 및 제2 구면 반투명 반사면을 가지며 구면 영상을 투영하는 접안 광학계를 포함하는 디스플레이 장치를 개시한다. 그러나, 이 종래 기술의 해결책은 선형 및 원형 편광의 광빔을 동시에 사용할 가능성을 제공하지 못한다. 또한 결과 이미지는 항상 구형이다.

따라서, 낮은 중량 및 작은 부피를 가지면서 고품질의 이미지를 생성할 수 있고, 2 개의 상이한 편광 상태의 광빔에 동시에 동작할 수 있는 이미지 장치가 필요하다. 이러한 이미지 장치가 헤드 장착형으로서, VR 애플리케이션에 적용하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 실시예는 낮은 중량 및 작은 부피를 갖는 이미지 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 장치는, 소정의 이미지를 나타내는 광을 방출하는 디스플레이; 상기 디스플레이의 전방에 배치되고, 상기 광을 제1 선형 편광 상태로 편광하는 제1 편광판; 상기 제1 편광판의 전방에 배치되고, 상기 광의 상기 제1 선형 편광 상태를 제1 원형 편광 상태로 변경시키는 제1 지연자(retarder): 상기 제1 지연자를 통과한 후 입사된 상기 제1 원형 편광 상태의 광을 투과시키는 제1 광학 소자; 상기 제1 광학 소자의 전방에 배치되며, 상기 광의 상기 제1 원형 편광 상태를 제2 선형 편광 상태로 변경시키는 제2 지연자; 및 상기 제2 선형 편광 상태로 입사된 상기 광을 상기 제2 지연자를 통해 상기 제1 광학 소자로 반사시켜, 상기 광의 상기 제2 선형 편광 상태를 제2 원형 편광 상태로 변경시키는 제2 광학 소자;를 포함하고, 상기 제1 광학 소자는, 상기 제2 원형 편광 상태의 상기 광이 상기 제2 지연자를 통해 상기 제2 광학 소자로 다시 반사되어, 상기 제2 원형 편광 상태를 상기 제1 선형 편광 상태로 변경시킨다.

그리고, 상기 제2 광학 소자는, 상기 제1 선형 편광 상태의 상기 광을 사용자의 눈에 전달할 수 있다.

또한, 상기 제1 광학 소자는, 콜레스테릭 액정층을 포함하고, 상기 콜레스테릭 액정층의 액정 분자의 배향에 의해 제1 원형 편광 상태의 광이 상기 제1 광학 소자를 투과하거나, 상기 제2 원형 편광 상태의 상기 광이 상기 제1 선형 편광 상태로 변경될 수 있다.

그리고, 상기 제1 광학 소자는 렌즈 및 광학 필름 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 콜레스테릭 액정층은 상기 렌즈 또는 광학 필름의 표면상에 배치되거나 또는 상기 렌즈 또는 광학 필름에 함침(embedded)될 수 있다.

또한, 상기 렌즈 또는 광학 필름은, 광학 유리, 광학 결정 및 중합체 중 하나로부터 선택된 광학적으로 투명한 물질로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 광학 소자는, 제2 편광판을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 편광판은, 와이어 그리드 편광판일 수 있다.

그리고, 상기 와이어 그리드 편광판은 상기 제2 광학 소자의 표면상에 형성된 평행 금속 와이어 층으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 지연자 및 상기 제2 지연자 중 적어도 하나는, λ/4 지연자일 수 있다.

그리고, 상기 제1 지연자는 2 개의 전기 컨택층들 사이에 샌드위치된 액정층으로 구성된 스위칭 가능한 λ/4 지연자를 포함하며, 상기 이미지 장치는 서로 다른 모드인 제1 모드와 제2 모드로 동작할 수 있다.

또한, 상기 제1 모드에서, 상기 투명 디스플레이는 턴 온되고 상기 광을 방출하며, 상기 스위칭 가능한 λ/4 지연자 내의 상기 액정층의 액정 분자는 상기 제1 선형 편광 상태의 상기 광을 제1 원형 편광 상태로 변경시키기 위해 배향되고, 상기 제2 모드에서, 상기 투명 디스플레이는 턴 오프되고, 상기 스위칭 가능한 λ/4 지연자 내의 상기 액정 분자는 상기 투명 디스플레이를 통과한 주변 광이 반사없이 사용자의 눈에 전달되도록 배향될 수 있다.

그리고, 상기 이미지 장치는, 상기 전기 컨택층들 사이에 인가된 소정의 전압에 응답하여 상기 제1 모드로 스위칭하고, 상기 전기 컨택층들 사이에 전압이 인가되지 않을 때 상기 제2 모드로 스위칭할 수 있다.

또한, 상기 이미지 장치는, 120Hz 이상의 스위칭 주파수로 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드로 스위칭할 수 있다.

그리고, 상기 디스플레이는, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED)에 기반한 디스플레이, 유기 LED(OLED)에 기반한 디스플레이 및 레이저 다이오드에 기반한 디스플레이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 편광판은 박막 편광판일 수 있다.

그리고, 상기 이미지 장치는 가상 장치, 증강 현실 장치 및 광학 시스템 중 적어도 하나에 통합될 수 있다.

한편, 다른 실시예에 따른 이미지 장치는, 소정의 이미지를 나타내는 광을 방출하는 디스플레이; 상기 디스플레이의 전방에 배치되고, 상기 광을 제1 선형 편광 상태로 편광시키는 제1 편광판; 및 상기 제1 선형 편광 상태로 입사된 상기 광을 투과시키는 제1 광학 소자; 상기 제1 광학 소자의 전방에 배치되며, 상기 제1 선형 편광 상태의 상기 광을 제1 원형 편광 상태로 변경시키는 지연자: 및 상기 제1 원형 편광 상태의 상기 광을 상기 지연자를 통해 상기 제1 광학 소자로 반사시켜 상기 광의 상기 제1 원형 편광 상태를 제2 선형 편광 상태로 변경시키는 제2 광학 소자;를 포함하고, 상기 제1 광학 소자는 상기 제2 선형 편광 상태의 광을 상기 지연자를 통해 상기 제2 광학 소자에 다시 반사시킴으로써 상기 광의 제2 선형 편광 상태를 제2 원형 편광 상태로 변경한다.

그리고, 상기 제2 광학 소자는, 상기 제2 원형 편광 상태의 광을 사용자의 눈에 전달할 수 있다.

또한, 상기 제1 광학 소자는 와이어 그리드 편광판을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제2 광학 소자는, 콜레스테릭 액정층을 포함하고, 상기 콜레스테릭 액정층의 액정 분자의 배향에 의해 상기 제1 원형 편광 상태의 상기 광이 제2 선형 편광 상태로 변경될 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 이미지 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 이미지 장치에 포함된 광학소자와 다른 광학 소자를 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 이미지 장치를 위한 스위칭 소자를 도시한 도면이다.
도 4는 본 개시의 다른 실시예에 따른 이미지 장치를 도시한 도면이다.

본 개시의 다양한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 설명된다. 그러나, 본 개시는 많은 다른 형태로 구현 될 수 있으며, 이하의 설명에 제시된 임의의 특정 구조 또는 기능에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 반대로, 이들 실시예는 본 개시의 설명을 상세하고 완전하게 하기 위해 제공된다. 본 개시의 설명에 따르면, 본 개시의 범위는, 본 실시예가 독립적으로 또는 다른 임의의 것과 함께 구현되는지 여부에 관계없이, 본 명세서에 개시된 본 개시의 임의의 실시예를 포함한다는 것이 자명 할 것이다. 예를 들어, 여기에 개시된 장치는 본 명세서에 제공된 임의의 수의 실시예를 사용함으로써 실제로 구현 될 수 있다. 또한, 본 개시의 임의의 실시예는 첨부된 청구 범위에 제시된 하나 이상의 요소를 사용하여 구현 될 수 있음을 이해해야 한다.

본 명세서에서 "예시적인"이라는 단어는 "예 또는 예시로서 사용된"의 의미로 사용된다. 본 명세서에서 "예시적인"것으로 설명된 임의의 실시예는 반드시 바람직한 것으로서 해석되거나 다른 실시예보다 이점을 갖는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본명세서에서 "콜레스테릭 액정"이라는 용어는 일반적인 의미로 사용되며 나선형 구조를 가지고 키랄성(chiral)인 액정을 지칭한다. 콜레스테릭 액정은 키랄 네마틱 액정(chiral nematic liquid crystals)으로도 알려져 있다. 이 결정들은 레이어 내에서 위치 정렬없이 레이어로 구성된다. 주기 구조(즉, 나선형 분자 배향)로 인해, 콜레스테릭 액정은 주어진 파장에서 광 성분을 선택적으로 반사한다. 본 개시에서 필수적인 것은 제1 원형 편광의 광빔을 최대 투과시키고, 제2 원형 편광의 광빔을 최대 반사시키는 콜레스테릭 액정이 사용될 수 있다는 것이다.

본 명세서에서 “편광판"라는 용어는 일반적인 의미로 사용되며, 하나의 편광 상태의 광빔을 통과시키고 다른 편광 상태의 광빔을 차단할 수 있는 광학 필터를 지칭한다. 편광판은 일반적으로 선형 편광판과 원형 편광판으로 분류될 수 있다. 여기에 설명된 와이어 그리드 편광판(wire grid polarizer)은 가장 간단한 선형 편광판 중 하나이며, 특정 평면에 배치된 여러 개의 미세한 평행 금속 와이어(fine parallel metallic wires)로 구성될 수 있다. 요약하면, 와이어 그리드 편광판의 이러한 구성은 선형 편광되게 광이 투과된다.

본 명세서에서 “지연자(retarder)"(또는 "파장판")이라는 용어는 일반적인 의미로 사용되며, 지연자를 통과하는 광의 편광 상태를 변경시킬 수 있는 광학 장치를 지칭한다. 본 개시의 바람직한 실시예에서 사용되는 일 타입의 지연자는 λ/4 지연자를 나타낸다. λ/4 지연자는 선형 편광된 광을 원형 편광으로 변환하거나 그 반대로 변환하도록 구성된다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 이미지 장치(100)를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 장치(100)는 디스플레이(102), 제1 편광판(104), 제1 지연자(106), 제1 광학 소자(108), 제2 지연자(110) 및 제2 광학 소자(112)를 포함한다. 장치(100)는 아래에서보다 상세하게 설명된다.

디스플레이(102)는 소정의 이미지를 나타내는 광을 방출한다. 디스플레이(102)는, 예를 들어, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED)에 기반한 디스플레이, 유기 LED(OLED)에 기반한 디스플레이, 레이저 다이오드에 기반한 디스플레이와 같이, 종래의 전자 장치에서 이용되는 상업적으로 이용 가능한 디스플레이들 중 어느 하나일 수 있다. 당업자에게 자명 한 바와 같이, 각각의 디스플레이 유형의 선택은 특정 애플리케이션에 의존한다.

제1 편광판(104)는 디스플레이(102)의 전방에 배치되고, 디스플레이(102)로부터의 광을 제1 선형 편광 상태, 즉 p-편광(짧은 p- 상태)로 편광시킨다. 제1 선형 편광 상태는 좌측으로 기울어진 양단 화살표로 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 바람직한 실시예에서, 제1 편광판(104)는 전체 이미지 장치(100)의 부피를 감소시키기 위해 박막 편광판일 수 있다. 박막 편광판의 종류는 당해 기술분야에서 잘 알려져 있으므로 여기에서는 설명하지 않는다.

제1 지연자(106)는 제1 편광판(104)의 전방에 배치되고, 광의 p-상태를 제1 원형 편광 상태로 변경시킨다. 제1 원형 편광 상태는 우측 원형 편광(RHCP) 상태(즉, 시계 방향 편광 상태)로, 도 1에 개략적으로 도시되어있다. 바람직한 실시예에서, 제1 지연자(106)는 λ/4 지연자이며, 이것은 당해 기술분야에서 잘 알려져 있다.

광학 소자(108)는 제1 지연자(106)의 전방에 배치되고콜레스테릭 액정층(114)이 그 안에 함침(embedded)된다. 콜레스테릭 액정층(114)의 액정 분자는 제1 지연자(106)를 통과 한 후에 콜레스테릭 액정층(114)에 입사하는 RHCP-상태의 광이 투과되도록 배향된다. 일부 다른 실시예에서, 콜레스테릭 액정층(114)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 광학 소자(108)의 한 표면상에 증착될 수 있다. 제1 광학 소자(108)의 다른 구현 예는 렌즈 또는 필름 설계로서 도 2에 도시되어 있다. 특히, 제1 광학 소자(108) 및 제2 광학 소자(112) 각각은 어플리케이션에 따라 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 오목-볼록 렌즈, 볼록-오목 렌즈, 양면-볼록 렌즈, 양면-오목 렌즈, 평면-볼록 렌즈, 평면-오목 렌즈, 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈일 수 있다. 또한, 상기 언급한 렌즈 또는 필름은 광학 유리, 광학 결정 및 중합체를 포함하는 광학적으로 투명한 재료로 이루어질 수 있다.

제2 지연자(110)는 제1 광학 소자(108)의 전방에 배치되고, 광의 RHCP-상태를 제2 선형 편광 상태, 즉 s-편광(짧은 s-상태)로 변경시킨다. 제2 선형 편광 상태는 우측으로 기울어진 양단 화살표로 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 바람직한 실시예에서, 제2 지연자(112)는 제1 지연자(106)와 유사한 λ/4 지연자일 수 있다.

제2 광학 소자(112)는 제2 지연자(110) 의 전방에 배치되고, 제2 광학 소자(112) 위에 와이어 그리드 편광판(116)가 배치될 수 있다(다른 실시예에서, 와이어 그리드 편광판(116)는 콜레스테릭 액정층(114)과 유사하게 제2 광학 소자(112)에 함침될 수 있다). 와이어 그리드 편광판(116)는 s-상태로 입사되는 광을 제2 지연자(110)를 통해 제1 광학 소자(108)(즉, 콜레스테릭 액정층(114))로 반사시켜서, 광의 s-상태를 제2 원형 편광 상태로 변경시킨다. 제2 원형 편광 상태는 좌측 원형 편광(LHCP) 상태(즉, 반시계 방향의 편광 상태)로 1에 개략적으로 도시되어있다. 전술한 콜레스테릭 액정층(114)의 액정 분자는 LHCP 상태의 광이 제2 지연자(110)를 통해 제2 광학 소자(112)로 다시 반사되어, LHCP 상태를 p-상태로 변경시키도록 배향될 수 있다. 와이어 그리드 편광판(116)는 사용자의 눈에 p-상태의 광이 전달되도록 한다.

이미지 장치(100)를 통과하는 광의 배향 상태가 상기에서 설명되었으나, 도 1에 도시된 것에 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다. 다른 실시예에서, 예를 들어, LHCP-상태는 광이 제1 지연자(106)를 통과한 후에 발생하고, 광이 제2 지연자(110)를 통과 한 후에 RHCP-상태가 발생할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 지연자(106, 110)는 서로 교환 가능하게 사용될 수 있다. p-상태 및 s-상태에 대해서도 마찬가지이다. 예를 들어, 제1 편광판(104)는 디스플레이(102)로부터의 광을(p-상태 대신에) s-상태로 편광시킬 수 있다. 반면에 제2 지연자(110)는 그 위에 입사되는 광의 원형 편광(즉, RHCP- 또는 LHCP- 상태)을(도 1에 도시된 바와 같이 s- 상태 대신에) p-상태로 변경시킬 수 있다.

콜레스테릭 액정층(114) 및 와이어 그리드 편광판(116)를 형성하는 기술은, 당업계에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 콜레스테릭 액정층을 형성하는 공정으로, 진공법 또는 모세관 효과를 이용하여 한면 또는 양면이 노출된 전구체에 액정을 채우는 공정을 이용할 수 있고, 와이어 그리드 편광판을 형성하기 위해 나노 임프린트 리소그래피, 레이저 간섭 리소그래피 또는 소프트 리소그래피의 프로세스를 이용할 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 다른 실시예를 도시한다. 도 3a 및 도 3b에서 디스플레이(102)는 투명 디스플레이(도시되지 않음)로 구현되고, 제1 지연자(106)는 2 개의 전기적 콘택층(304)(기판(306)상에 차례로 증착됨) 사이에 샌드위치된 액정층(302)으로 구성된 스위칭 가능한 λ/4 지연자(310)로 구현될 수 있다. 이러한 구성으로, 장치(100)는 제1 모드 및 제2 모드로 동작할 수 있다. 제1 모드에서, 투명 디스플레이는 턴 온되어 광을 방출하고,, 스위칭 가능한 λ/4 지연자(310)내의 액정 분자는 선형 편광 상태(즉, p- 상태 또는 s- 상태)를 원형 편광 상태(즉, LHCP- 또는 RHCP- 상태)로 변경시킨다. 제2 모드에서, 투명 디스플레이는 턴 오프되고, 스위칭 가능한 λ/4 지연자(310)내의 액정 분자는 투명 디스플레이를 통과하는 주변 광을 반사없이 사용자의 눈에 전달되도록 배향된다. 전기 컨택층(304)은 ITO로 이루어질 수 있다. 또한, 장치(100)는 전기 컨택층(304)(도 3a) 사이에 인가된 전압이 없을 때 제2 모드로 스위칭하고, 전기 컨택층(304)(도 3b) 사이에 인가된 소정의 전압 Vq에 응답하여 제1 모드로 스위칭하도록 구성될 수 있다. 장치(100)는 120 Hz 이상의 스위칭 주파수로 제1 모드 및 제2 모드로 스위칭하도록 구성될 수 있다. 이러한 스위칭 구성은 주변 장면(an ambient scene) 및 디스플레이(102)상에 표시되는 이미지를 전술한 스위칭 주파수에서 교대로 볼 수 있게 한다.

도 4는 또 다른 실시예의 이미지 장치(400)를 도시한다. 도 4의 장치(400)는 도 1의 장치(100)과 비교하면, 구성요소의 수 및 배치가 다르다. 특히, 장치(400)는 디스플레이(402), 제1 편광판(404), 제1 광학 소자(406), 지연자(408) 및 제2 광학 소자(410)를 포함한다. 디스플레이(402)는 소정의 이미지를 나타내는 광을 방출한다. 제1 편광판(404)는 디스플레이(402)의 전방에 배치되고, 광을 제1 선형 편광 상태(즉, p-상태)로 편광시킨다. 제1 광학 소자(406)는 제1 광학 소자(406)상에 형성된 제2 편광판(412)를 포함한다. 제2 편광판(412)는 입사된 광을 p-상태로 투과시키도록 구성된 와이어 그리드 편광판일 수 있다. 지연자(408)는 제1 광학 소자(406)의 전방에 배치되고, 광의 p-상태를 제1 원형 편광 상태(즉, RHCP- 상태)로 변경시킨다. 제2 광학 소자(410)는 내부에 함침된(embedded) 콜레스테릭 액정층(414)을 포함한다(필요하다면, 콜레스테릭 액정층(414)은 제2 광학 소자(410)의 표면 중 하나에 증착될 수도 있다). 콜레스테릭 액정층의 액정 분자는, 콜레스테릭 액정층(414)에 입사하는 RHCP 상태의 광을, 지연자(408)를 통해 제1 광학 소자(406)를 향해 반사되도록 배향되어, 광의 RHCP- 상태를 제2 선형 편광 상태(즉, s-상태)로 변경시킨다. 또한, 와이어 그리드 편광판(412)는 s-상태의 광을 지연자(408)를 통해 제2 광학 소자(410)로 다시 반사시킴으로써 광의 s-상태를 제2 원형 편광 상태(즉, LHCP-상태)로 변경시킨다. 콜레스테릭 액정의 분자의 배향은 LHCP-상태의 광이 사용자의 눈에 전달되도록 한다.

본 개시는 3D 모델링(3D modeling), 게임, 네비게이션, 디자인 등과 같은 다양한 작업을 수행하기 위해 가상 현실에 사용자가 몰입 할 필요가 있는 경우에 적용할 수 있다. 또한 게임 장치 및 교육 산업에서 현재 널리 사용되는 장치인 안경 또는 헬멧(helms)과 같은 다양한 헤드 장착형 장치(different head-mounted device)에도 적용될 수 있다. 프로젝터, 콜리메이터, 망원경, 쌍안경, 레인지 파인더, 3D 스캐너 등과 같은 다양한 광학 시스템에서도 본 개시가 사용될 수 있다.

본 개시의 또 다른 양태는 도면 및 본 개시의 실시예의 전술된 설명을 고려함으로써 명백해질 것이다. 당업자라면 본 개시의 다른 실시예가 가능하고 본 개시의 개념을 벗어나지 않으면서 본 개시의 세부 사항이 여러 측면에서 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 도면 및 설명은 본질적으로 예시적인 것이며 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 한다. 달리 지시되지 않는 한, 첨부된 특허 청구 범위에서 단수 형태로 언급된 요소는 복수 개의 그러한 요소들의 존재를 배제하지 않는다.

Claims

소정의 이미지를 나타내는 광을 방출하는 디스플레이;
상기 디스플레이의 전방에 배치되고, 상기 광을 제1 선형 편광 상태로 편광하는 제1 편광판;
상기 제1 편광판의 전방에 배치되고, 상기 광의 상기 제1 선형 편광 상태를 제1 원형 편광 상태로 변경시키는 제1 지연자(retarder):
상기 제1 지연자를 통과한 후 입사된 상기 제1 원형 편광 상태의 광을 투과시키는 제1 광학 소자;
상기 제1 광학 소자의 전방에 배치되며, 상기 광의 상기 제1 원형 편광 상태를 제2 선형 편광 상태로 변경시키는 제2 지연자; 및
상기 제2 선형 편광 상태로 입사된 상기 광을 상기 제2 지연자를 통해 상기 제1 광학 소자로 반사시켜, 상기 광의 상기 제2 선형 편광 상태를 제2 원형 편광 상태로 변경시키는 제2 광학 소자;를 포함하고,
상기 제1 광학 소자는,
상기 제2 원형 편광 상태의 상기 광이 상기 제2 지연자를 통해 상기 제2 광학 소자로 다시 반사되어, 상기 제2 원형 편광 상태를 상기 제1 선형 편광 상태로 변경시키는 이미지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제2 광학 소자는,
상기 제1 선형 편광 상태의 상기 광을 사용자의 눈에 전달하는 이미지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1 광학 소자는,
콜레스테릭 액정층을 포함하고,
상기 콜레스테릭 액정층의 액정 분자의 배향에 의해 제1 원형 편광 상태의 광이 상기 제1 광학 소자를 투과하거나, 상기 제2 원형 편광 상태의 상기 광이 상기 제1 선형 편광 상태로 변경되는 이미지 장치.
제 3항에 있어서,
상기 제1 광학 소자는 렌즈 및 광학 필름 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 콜레스테릭 액정층은 상기 렌즈 또는 광학 필름의 표면상에 배치되거나 또는 상기 렌즈 또는 광학 필름에 함침(embedded)되는 이미지 장치.
제 4항에 있어서,
상기 렌즈 또는 광학 필름은,
광학 유리, 광학 결정 및 중합체 중 하나로부터 선택된 광학적으로 투명한 물질로 형성된 이미지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제2 광학 소자는,
제2 편광판을 포함하는 이미지 장치.
제 6항에 있어서,
상기 제2 편광판은,
와이어 그리드 편광판인 이미지 장치.
제 7항에 있어서,
상기 와이어 그리드 편광판은 상기 제2 광학 소자의 표면상에 형성된 평행 금속 와이어 층으로 이루어진 이미지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1 지연자 및 상기 제2 지연자 중 적어도 하나는,
λ/4 지연자인 하는 이미지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1 지연자는 2 개의 전기 컨택층들 사이에 샌드위치된 액정층으로 구성된 스위칭 가능한 λ/4 지연자를 포함하며,
상기 이미지 장치는 서로 다른 모드인 제1 모드와 제2 모드로 동작하는 이미지 장치.
제 10항에 있어서,
상기 제1 모드에서,
상기 투명 디스플레이는 턴 온되고 상기 광을 방출하며, 상기 스위칭 가능한 λ/4 지연자 내의 상기 액정층의 액정 분자는 상기 제1 선형 편광 상태의 상기 광을 제1 원형 편광 상태로 변경시키기 위해 배향되고,
상기 제2 모드에서,
상기 투명 디스플레이는 턴 오프되고, 상기 스위칭 가능한 λ/4 지연자 내의 상기 액정 분자는 상기 투명 디스플레이를 통과한 주변 광이 반사없이 사용자의 눈에 전달되도록 배향되는 이미지 장치.
제 10항에 있어서,
상기 이미지 장치는,
상기 전기 컨택층들 사이에 인가된 소정의 전압에 응답하여 상기 제1 모드로 스위칭하고, 상기 전기 컨택층들 사이에 전압이 인가되지 않을 때 상기 제2 모드로 스위칭하는 이미지 장치.
제 10항에 있어서,
상기 이미지 장치는,
120Hz 이상의 스위칭 주파수로 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드로 스위칭하는 이미지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 디스플레이는,
액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED)에 기반한 디스플레이, 유기 LED(OLED)에 기반한 디스플레이 및 레이저 다이오드에 기반한 디스플레이 중 적어도 하나를 포함하는 이미지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1 편광판은
박막 편광판인 이미지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 이미지 장치는 가상 장치, 증강 현실 장치 및 광학 시스템 중 적어도 하나에 통합되는 이미지 장치.
소정의 이미지를 나타내는 광을 방출하는 디스플레이;
상기 디스플레이의 전방에 배치되고, 상기 광을 제1 선형 편광 상태로 편광시키는 제1 편광판;
상기 제1 선형 편광 상태로 입사된 상기 광을 투과시키는 제1 광학 소자;
상기 제1 광학 소자의 전방에 배치되며, 상기 제1 선형 편광 상태의 상기 광을 제1 원형 편광 상태로 변경시키는 지연자: 및
상기 제1 원형 편광 상태의 상기 광을 상기 지연자를 통해 상기 제1 광학 소자로 반사시켜 상기 광의 상기 제1 원형 편광 상태를 제2 선형 편광 상태로 변경시키는 제2 광학 소자;를 포함하고,
상기 제1 광학 소자는 상기 제2 선형 편광 상태의 광을 상기 지연자를 통해 상기 제2 광학 소자에 다시 반사시킴으로써 상기 광의 제2 선형 편광 상태를 제2 원형 편광 상태로 변경하는 이미지 장치.
제 17항에 있어서,
상기 제2 광학 소자는,
상기 제2 원형 편광 상태의 광을 사용자의 눈에 전달하는 이미지 장치.
제 17항에 있어서,
상기 제1 광학 소자는
와이어 그리드 편광판을 포함하는 이미지 장치.
제 17항에 있어서,
상기 제2 광학 소자는,
콜레스테릭 액정층을 포함하고,
상기 콜레스테릭 액정층의 액정 분자의 배향에 의해 상기 제1 원형 편광 상태의 상기 광이 제2 선형 편광 상태로 변경되는 이미지 장치.