KR20190065753A - 회절 광학 렌즈를 구비한 다중 영상 디스플레이 장치 - Google Patents
회절 광학 렌즈를 구비한 다중 영상 디스플레이 장치 Download PDFInfo
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Abstract
증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용될 수 있는 다중 영상 디스플레이 장치가 제공된다. 개시된 다중 영상 디스플레이 장치는, 회절 광학 렌즈; 제 1 색상 영상, 제 2 색상 영상 및 제 3 색상 영상을 갖는 제 1 영상을 형성하는 영상 형성 장치; 및 상기 제 1 영상 및 상기 제 1 영상과 상이한 경로로부터 오는 제 2 영상을 상기 회절 광학 렌즈에 전달하는 광학계;를 포함한다. 광학계는 상기 제 1 색상 영상, 제 2 색상 영상 및 제 3 색상 영상의 광경로 길이를 각각 상이하게 만들어 회절 광학 렌즈의 색수차를 상쇄하도록 구성될 수 있다.
Description
개시된 실시예들은, 예를 들어, 증상 현실 시스템과 같은 다중 영상 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 회절 광학 렌즈를 이용하여 광시야각을 구현하면서 회절 광학 렌즈의 색수차를 개선한 다중 영상 디스플레이 장치에 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 기술도 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.
회절 광학 렌즈를 구비한 다중 영상 디스플레이 장치를 제공한다.
증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용될 수 있는 다중 영상 디스플레이 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치는, 입사광의 파장 및 편광 상태에 따라 상이한 초점 거리를 갖는 회절 광학 렌즈; 제 1 색상 영상, 제 2 색상 영상 및 제 3 색상 영상을 갖는 제 1 영상을 형성하는 영상 형성 장치; 및 상기 제 1 영상 및 상기 제 1 영상과 상이한 경로로부터 오는 제 2 영상을 상기 회절 광학 렌즈에 전달하는 광학계;를 포함하며, 상기 광학계는 상기 제 1 색상 영상, 제 2 색상 영상 및 제 3 색상 영상의 광경로 길이를 각각 상이하게 만들어 상기 회절 광학 렌즈의 색수차를 상쇄하도록 구성될 수 있다.
상기 회절 광학 렌즈는 제 1 편광 상태의 광을 집속시키고 제 2 편광 상태의 광을 굴절 없이 투과시키도록 구성될 수 있다.
상기 광학계는 상기 제 1 영상이 제 1 편광 상태로 상기 회절 광학 렌즈에 입사하고 상기 제 2 영상이 제 2 편광 상태로 상기 회절 광학 렌즈에 입사하도록 상기 제 1 영상 및 제 2 영상의 편광 상태를 제어할 수 있다.
상기 회절 광학 렌즈는 상기 제 1 색상 영상에 대해 제 1 초점 거리를 갖고, 상기 제 2 색상 영상에 대해 상기 제 1 초점 거리보다 큰 제 2 초점 거리를 갖고, 상기 제 3 색상 영상에 대해 상기 제 2 초점 거리보다 큰 제 3 초점 거리를 가지며, 상기 제 1 색상 영상은 제 1 광경로 길이를 갖고, 상기 제 2 색상 영상은 상기 제 1 광경로 길이보다 큰 제 2 광경로 길이를 갖고, 상기 제 3 색상 영상은 상기 제 2 광경로 길이보다 큰 제 3 광경로 길이를 가질 수 있다.
상기 광학계는 상기 제 1 영상의 광경로 상에서, 상기 제 1 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈에 대해 제 1 위치에 결상시키고, 상기 제 2 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈에 대해 상기 제 1 위치보다 먼 제 2 위치에 결상시키고, 상기 제 3 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈에 대해 상기 제 2 위치보다 먼 제 3 위치에 결상시키며, 상기 회절 광학 렌즈는 상기 제 1 색상 영상, 제 2 색상 영상 및 제 3 색상 영상을 동일 평면 상에 결상시킬 수 있다.
상기 광학계는, 편광 상태에 따라 입사광을 투과시키거나 반사하는 제 1 빔스플리터; 상기 제 1 빔스플리터의 제 1 면에 대향하여 배치된 다이크로익 미러 스택; 상기 제 1 빔스플리터의 제 2 면에 대향하여 배치되며, 상기 다이크로익 미러 스택으로부터 반사된 제 1 색상 영상, 제 2 색상 영상 및 제 3 색상 영상을 광경로 상의 서로 다른 위치에 포커싱하는 렌즈; 및 상기 제 1 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 빔스플리터;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 영상 형성 장치는, 상기 제 1 빔스플리터의 제 2 면에 대해 반대쪽 면인 상기 제 1 빔스플리터의 제 3 면에 대향하여 배치된 광원; 및 상기 제 1 빔스플리터의 제 1 면에 대해 반대쪽 면이 상기 제 1 빔스플리터의 제 4 면에 대향하여 배치된 공간 광변조기;를 포함할 수 있다.
상기 다이크로익 미러 스택은, 상기 제 1 색상 영상을 반사하고 제 2 및 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 1 다이크로익 미러; 상기 제 2 색상 영상을 반사하고 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 2 다이크로익 미러; 및 상기 제 3 색상 영상을 반사하는 제 3 다이크로익 미러;를 포함하며, 상기 제 1 빔스플리터의 제 1 면으로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러가 순차적으로 적층될 수 있다.
상기 광학계는 상기 제 1 빔스플리터와 상기 다이크로익 미러 스택 사이에 배치된 1/4 파장판을 더 포함할 수 있다.
상기 광학계는 상기 제 2 빔스플리터와 상기 회절 광학 렌즈 사이에 배치된 1/4 파장판을 더 포함할 수 있다.
상기 광학계는 상기 제 2 영상의 광경로 상에 배치되어 상기 제 2 빔스플리터에 입사하는 상기 제 2 영상의 편광 상태를 선택하는 편광판을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 영상 형성 장치는 디스플레이 패널을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학계는, 상기 제 1 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 제 2 및 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 1 다이크로익 미러; 상기 제 2 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 2 다이크로익 미러; 및 상기 제 3 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하는 제 3 다이크로익 미러;를 포함하며, 상기 회절 광학 렌즈로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러가 순차적으로 배치될 수 있다.
상기 제 2 다이크로익 미러는 상기 제 1 다이크로익 미러와 이격되어 배치되며, 상기 제 3 다이크로익 미러는 상기 제 2 다이크로익 미러와 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제 1 다이크로익 미러는 상기 제 1 색상 영상을 반사하는 제 1 면과 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 면을 포함하며, 상기 제 2 다이크로익 미러는 상기 제 2 색상 영상을 반사하는 제 1 면과 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 면을 포함하며, 상기 제 3 다이크로익 미러는 상기 제 3 색상 영상을 반사하는 제 1 면과 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 면을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학계는, 상기 제 1 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 상기 제 2 영상을 투과시키는 빔스플리터; 상기 제 1 색상 영상을 상기 빔스플리터로 반사하고 제 2 및 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 1 다이크로익 미러; 상기 제 2 색상 영상을 상기 빔스플리터로 반사하고 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 2 다이크로익 미러; 및 상기 제 3 색상 영상을 상기 빔스플리터로 반사하는 제 3 다이크로익 미러;를 포함하며, 상기 회절 광학 렌즈로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러가 순차적으로 배치될 수 있다.
상기 빔스플리터로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러가 순차적으로 배치되어 있으며, 상기 제 2 다이크로익 미러는 상기 제 1 다이크로익 미러와 이격되어 배치되며, 상기 제 3 다이크로익 미러는 상기 제 2 다이크로익 미러와 이격되어 배치될 수 있다.
상기 광학계는, 상기 영상 형성 장치와 상기 빔스플리터 사이의 제 1 영상의 광경로 상에 배치된 것으로, 상기 제 1 색상 영상, 제 2 색상 영상 및 제 3 색상 영상을 광경로 상의 서로 다른 위치에 포커싱하는 렌즈 요소를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학계는, 상기 제 1 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 상기 제 2 영상을 투과시키는 빔스플리터; 상기 영상 형성 장치와 상기 빔스플리터 사이의 제 1 영상의 광경로 상에 배치된 것으로, 상기 제 1 영상을 포커싱하는 제 1 렌즈 요소; 및 상기 영상 형성 장치와 상기 빔스플리터 사이의 제 1 영상의 광경로 상에 배치된 것으로, 상기 제 1 영상을 상기 제 1 색상 영상, 제 2 색상 영상 및 제 3 색상 영상으로 분리하도록 상기 제 1 렌즈 요소보다 높은 분산을 갖는 제 2 렌즈 요소;를 포함할 수 있다.
상기 제 2 렌즈 요소의 분산 값은 상기 회절 광학 렌즈의 색수차를 상쇄하도록 선택될 수 있다.
상기 광학계는 상기 영상 형성 장치와 상기 빔스플리터 사이의 제 1 영상의 광경로 상에 배치되어 상기 제 1 영상을 상기 빔스플리터로 반사하는 미러를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학계는 상기 제 1 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 상기 제 2 영상을 투과시키는 격자 요소를 포함하며, 상기 격자 요소는 상기 제 1 색상 영상을 제 1 각도로 수렴시키고, 상기 제 2 색상 영상을 제 1 각도보다 큰 제 2 각도로 수렴시키고, 상기 제 3 색상 영상을 제 2 각도보다 큰 제 3 각도로 수렴시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 격자 요소는 홀로그램 격자 또는 표면요철 격자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학계는, 상기 제 1 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사 및 확산시키고 제 2 및 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 1 확산판; 상기 제 2 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사 및 확산시키고 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 2 확산판; 및 상기 제 3 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사 및 확산시키는 제 3 확산판;을 포함하며, 상기 회절 광학 렌즈로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 내지 제 3 확산판이 순차적으로 배치될 수 있다.
상기 제 2 확산판은 상기 제 1 확산판과 이격되어 배치되며, 상기 제 3 확산판은 상기 제 2 확산판과 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제 1 확산판은 상기 제 1 색상 영상을 반사 및 확산시키는 제 1 면과 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 면을 포함하며, 상기 제 2 확산판은 상기 제 2 색상 영상을 반사 및 확산시키는 제 1 면과 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 면을 포함하며, 상기 제 3 확산판은 상기 제 3 색상 영상을 반사 및 확산시키는 제 1 면과 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 면을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학계는, 상기 디스플레이 패널과 대향하여 배치된 다이크로익 미러 스택; 상기 디스플레이 패널과 상기 다이크로익 미러 스택 사이에 배치된 것으로, 편광 상태에 따라 입사광을 투과시키거나 반사하는 제 1 빔스플리터; 및 상기 제 1 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 빔스플리터;를 포함할 수 있다.
상기 다이크로익 미러 스택은, 상기 제 1 색상 영상을 반사 및 집광하고 제 2 및 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 1 다이크로익 오목 미러; 상기 제 2 색상 영상을 반사 및 집광하고 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 2 다이크로익 오목 미러; 및 상기 제 3 색상 영상을 반사 및 집광하는 제 3 다이크로익 오목 미러;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 빔스플리터로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 내지 제 3 다이크로익 오목 미러가 순차적으로 적층될 수 있다.
또한, 상기 광학계는, 제 1 영상이 입사하는 제 1 입광면, 제 2 영상이 입사하는 제 2 입광면, 제 1 및 제 2 영상이 출사하는 출광면, 및 상기 제 1 입광면에 대향하는 경사진 경사면을 가지며, 제 1 입광면으로부터 출광면으로 빛을 전달하는 광 도파로; 및 상기 광도파로의 경사면에 배치된 다이크로익 미러 스택;을 포함할 수 있다.
상기 다이크로익 미러 스택은, 상기 제 1 색상 영상을 반사하고 제 2 및 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 1 다이크로익 미러; 상기 제 2 색상 영상을 반사하고 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 2 다이크로익 미러; 및 상기 제 3 색상 영상을 반사하는 제 3 다이크로익 미러;를 포함하며, 상기 광도파로의 경사면으로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러가 순차적으로 적층될 수 있다.
상기 회절 광학 렌즈는 상기 광도파로의 출광면에 부착될 수 있다.
상기 광학계는 상기 광도파로의 출광면에 대향하는 상기 광도파로의 제 2 입광면에 배치되어 입사광을 상기 광도파로의 출광면을 향해 수직한 방향으로 반사하는 회절 격자를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학계는 상기 광도파로의 출광면에 대향하여 상기 광도파로 내부에 배치된 반투과 미러를 더 포함할 수 있다.
상기 반투과 미러는 비구면 반사면을 가질 수 있다.
또한, 상기 영상 형성 장치는, 상기 제 1 색상 영상을 형성하는 제 1 디스플레이 패널; 상기 제 2 색상 영상을 형성하는 제 2 디스플레이 패널; 및 상기 제 3 색상 영상을 형성하는 제 3 디스플레이 패널;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학계는, 상기 제 1 디스플레이 패널과 대향하는 제 1 입광면, 상기 제 2 디스플레이 패널과 대향하는 제 2 입광면, 상기 제 3 디스플레이 패널과 대향하는 제 3 입광면, 및 출광면을 갖는 육면체 형태의 제 1 빔스플리터; 및 상기 제 1 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 빔스플리터;를 포함할 수 있다.
상기 제 2 디스플레이 패널과 상기 제 2 입광면 사이의 제 2 거리는 상기 제 1 디스플레이 패널과 상기 제 1 입광면 사이의 제 1 거리보다 크며, 상기 제 3 디스플레이 패널과 상기 제 3 입광면 사이의 제 3 거리는 상기 제 2 디스플레이 패널과 상기 제 2 입광면 사이의 제 2 거리보다 클 수 있다.
개시된 다중 영상 디스플레이 장치는 회절 광학 렌즈를 이용하여 증강 현실 시스템 또는 혼합 현실 시스템의 시야각을 증가시킬 수 있다. 따라서, 개시된 다중 영상 디스플레이 장치는 다중 영상 디스플레이 장치의 시야 범위와 실제 외부 전경 사이의 간극을 줄임으로써 더욱 현실감 있는 증강 현실 결험을 제공할 수 있다.
또한, 개시된 다중 영상 디스플레이 장치는, 예를 들어, 적색 영상, 녹색 영상 및 청색 영상의 광경로를 독립적으로 변화시켜 서로 다른 위치에 결상시키고, 회절 광학 렌즈에 의해 적색 영상, 녹색 영상 및 청색 영상이 다시 결상될 때 서로 동일한 깊이 평면에 영상이 정렬되도록 함으로써 회절 광학 렌즈의 색수차를 보상할 수 있다. 따라서, 기존의 광학계를 크게 변형하지 않으면서 회절 광학 렌즈의 색수차를 효율적으로 개선할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치의 광학계의 다양한 실시예 및 그 동작 원리를 보인다.
도 5는 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 6은 도 1 및 도 5에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치의 등가적인 광학 구조를 보인다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 10 내지 도 12는 도 9에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치의 격자 요소의 동작을 설명한다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 17은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 18은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 19는 일 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 전체적인 구조를 개략적으로 보이는 블럭도이다.
도 20은 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 전체적인 구조를 개략적으로 보이는 블럭도이다.
도 21은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 전체적인 구조를 개략적으로 보이는 블럭도이다.
도 22 내지 도 24는 도 19 내지 도 21에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치를 적용할 수 있는 다양한 전자기기를 도시한다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치의 광학계의 다양한 실시예 및 그 동작 원리를 보인다.
도 5는 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 6은 도 1 및 도 5에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치의 등가적인 광학 구조를 보인다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 10 내지 도 12는 도 9에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치의 격자 요소의 동작을 설명한다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 17은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 18은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 19는 일 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 전체적인 구조를 개략적으로 보이는 블럭도이다.
도 20은 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 전체적인 구조를 개략적으로 보이는 블럭도이다.
도 21은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 전체적인 구조를 개략적으로 보이는 블럭도이다.
도 22 내지 도 24는 도 19 내지 도 21에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치를 적용할 수 있는 다양한 전자기기를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 회절 광학 렌즈를 구비한 다중 영상 디스플레이 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치는, 영상을 포커싱하는 회절 광학 렌즈(DL), 제 1 영상(L10)을 형성하기 위한 영상 형성 장치(I10), 및 제 1 영상(L10) 및 제 1 영상(L10)과 상이한 경로로부터 오는 제 2 영상(L20)을 회절 광학 렌즈(DL)에 전달하는 광학계(OS)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 영상(L10)은 다중 영상 디스플레이 장치 내에서 영상 형성 장치(I10)에 의해 형성 및 제공되는 '디스플레이 영상'으로 가상의 현실 또는 가상의 정보를 포함할 수 있다. 제 2 영상(L20)은 사용자가 마주하는 외부의 영상일 수 있다. 제 2 영상(L20)은 사용자가 마주하는 전경의 이미지를 포함할 수 있고 소정의 배경 피사체(background subject)를 포함할 수 있다. 이러한 제 2 영상(L20)은 현실 세계의 영상일 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치는 증강 현실(augmented reality)(AR) 또는 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 구현하는데 적용될 수 있다. 이 경우, 상기 다중 영상 디스플레이 장치는 근안(near-eye) AR 디스플레이 장치일 수 있다.
영상 형성 장치(I10)는 광원(LS10)과 공간 광변조기(SLM)를 포함할 수 있다. 또한 공간 광변조기(SLM)는, 예를 들어, GaAs와 같은 화합물 반도체 기반의 반도체 변조기, LCoS(liquid crystal on silicon) 패널, LCD(liquid crystal display) 패널, DLP(digital light projection) 패널 등을 포함할 수 있다. 영상 형성 장치(I10)는 이러한 광원(LS10)과 공간 광변조기(SLM)를 이용하여 제 1 영상(L10)을 형성할 수 있다. 비록 도 1에는 광원(LS10)이 단순하게 하나의 블록으로만 표시되었지만, 광원(LS10)은 예를 들어 적색광, 녹색광, 및 청색광을 각각 방출하는 다수의 발광 다이오드 또는 다수의 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 따라서, 영상 형성 장치(I10)에 의해 형성되는 제 1 영상(L10)은 적색 영상, 녹색 영상 및 청색 영상을 가질 수 있다.
광학계(OS)는 광원(LS10)에서 방출된 빛을 공간 광변조기(SLM)에 전달하고, 공간 광변조기(SLM)에서 형성된 제 1 영상(L10)을 회절 광학 렌즈(DL)에 전달하는 역할을 한다. 이를 위해 광학계(OS)는, 예를 들어, 제 1 빔스플리터(BS10), 다이크로익 미러 스택(DMS), 렌즈 요소(LE10), 및 제 2 빔스플리터(B11)를 포함할 수 있다. 제 1 빔스플리터(BS10)는 빛이 입출력되는 4개의 광학면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다이크로익 미러 스택(DMS)은 제 1 빔스플리터(BS10)의 제 1 면에 대향하여 배치되며, 렌즈 요소(LE10)는 제 1 빔스플리터(BS10)의 제 2 면에 대향하여 배치되고, 광원(LS10)은 제 2 면에 대해 반대쪽 면인 제 1 빔스플리터(BS10)의 제 3 면에 대향하여 배치되고, 공간 광변조기(SLM)는 제 1 면에 대해 반대쪽 면인 제 1 빔스플리터(BS10)의 제 4 면에 대향하여 배치될 수 있다.
제 1 빔스플리터(BS10)는 편광 상태에 따라 입사광을 투과시키거나 반사하는 편광 빔스플리터일 수 있다. 예를 들어, 제 1 빔스플리터(BS10)는 제 1 선편광 성분의 빛을 반사하고 제 2 선편광 성분의 빛을 투과시킬 수 있다. 이 경우, 제 1 빔스플리터(BS10)의 제 4 면과 공간 광변조기(SLM) 사이에 제 1 1/4 파장판(WP10)이 배치될 수 있으며, 제 1 빔스플리터(BS10)의 제 1 면과 다이크로익 미러 스택(DMS) 사이에 제 2 1/4 파장판(WP11)이 더 배치될 수 있다.
그러면, 광원(LS10)에서 방출된 빛 중에서 제 1 선편광 성분은 제 1 빔스플리터(BS10)에 의해 반사되어 제 1 1/4 파장판(WP10)을 지나 공간 광변조기(SLM)에 입사할 수 있다. 제 2 선편광 성분의 빛은 제 1 빔스플리터(BS10)를 그대로 통과할 수 있다. 대신에, 제 1 선편광 성분의 빛만을 방출시키도록 광원(LS10)이 구성될 수도 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 광원(LS10)과 제 1 빔스플리터(BS10)의 제 3 면 사이에 제 1 선편광 성분의 빛만을 투과시키는 편광판이 더 배치될 수도 있다.
제 1/4 파장판(WP10)은 선편광된 광을 원편광된 광으로 또는 그 역으로 변환하는 역할을 한다. 예를 들어, 제 1 1/4 파장판(WP10)은 제 1 선편광 성분의 빛을 제 1 원편광 성분의 빛으로 변환하거나 제 1 원편광 성분의 빛을 제 1 선편광 성분의 빛으로 변환할 수 있고, 제 2 선편광 성분의 빛을 제 2 원편광 성분의 빛으로 변환하거나 제 2 원편광 성분의 빛을 제 2 선편광 성분의 빛으로 변환할 수 있다. 따라서, 공간 광변조기(SLM)에는 제 1 원편광 성분의 빛이 입사하게 된다. 공간 광변조기(SLM)에 입사한 제 1 원편광 성분의 빛은 제 1 영상(L10)을 갖게 된다. 또한, 빛은 공간 광변조기(SLM)에 의해 반사되면서 제 2 원편광 성분으로 변하게 되어 제 1 1/4 파장판(WP10)을 투과하게 된다. 그러면 빛은 제 2 선편광 성분을 갖게 되어 제 1 빔스플리터(BS10)를 투과할 수 있다.
제 1 빔스플리터(BS10)를 투과한 제 2 선편광 성분의 빛은 제 1 빔스플리터(BS10)의 제 1 면과 제 2 1/4 파장판(WP11)을 지나 다이크로익 미러 스택(DMS)에 입사한다. 제 2 선편광 성분의 빛은 제 2 1/4 파장판(WP11)에 의해 제 2 원편광 성분을 갖게 된다. 다이크로익 미러 스택(DMS)은 적색 영상을 반사하고 녹색 영상 및 청색 영상을 투과시키는 제 1 다이크로익 미러(DM1), 녹색 영상을 반사하고 적색 영상 및 청색 영상을 투과시키는 제 2 다이크로익 미러(DM2), 및 청색 영상을 반사하고 적색 영상 및 청색 영상을 투과시키는 제 3 다이크로익 미러(DM3)를 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)는 제 1 빔스플리터(BS10)의 제 1 면으로부터 멀어지는 방향으로 순차적으로 적층될 수 있다. 다시 말해, 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)가 순차적으로 적층되어 다이크로익 미러 스택(DMS)을 형성하며, 제 1 다이크로익 미러(DM1)가 제 1 빔스플리터(BS10)의 제 1 면에 가장 가깝도록 다이크로익 미러 스택(DMS)이 배치될 수 있다.
제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)에 의해 각각 반사된 적색 영상, 녹색 영상 및 청색 영상은 제 1 원편광 성분을 갖게 되며, 제 2 1/4 파장판(WP11)을 지나면서 제 1 선편광 성분을 갖게 된다. 따라서, 적색 영상, 녹색 영상 및 청색 영상은 제 1 빔스플리터(BS10)에 의해 반사되어 제 2 빔스플리터(BS11)를 향하게 된다.
제 1 빔스플리터(BS10)의 제 2 면과 제 2 빔스플리터(BS11) 사이에는 적색 영상, 녹색 영상 및 청색 영상을 포커싱하는 렌즈 요소(LE10)가 더 배치될 수 있다. 다이크로익 미러 스택(DMS)에서 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)의 위치가 다르기 때문에 렌즈 요소(LE10)는 적색 영상, 녹색 영상 및 청색 영상을 광경로 상의 서로 다른 위치에 포커싱할 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3) 중에서 제 1 다이크로익 미러(DM1)와 렌즈 요소(LE10) 사이의 거리가 가장 가깝고 제 3 다이크로익 미러(DM3)와 렌즈 요소(LE10) 사이의 거리가 가장 멀다. 따라서, 적색 영상(L11)은 렌즈 요소(LE10)로부터 가장 먼 제 1 상평면(IP1) 상에 포커싱되며, 녹색 영상(L12)은 제 2 상평면(IP2) 상에 포커싱되고, 청색 영상(L13)은 렌즈 요소(LE10)로부터 가장 가까운 제 3 상평면(IP3) 상에 포커싱된다. 다시 말해, 렌즈 요소(LE10)에 의해 적색 영상(L11)이 포커싱되는 제 1 상평면(IP1)은 회절 광학 렌즈(DL)에 가장 가깝게 형성되며, 렌즈 요소(LE10)에 의해 청색 영상(L13)이 포커싱되는 제 3 상평면(IP3)은 회절 광학 렌즈(DL)에 가장 멀게 형성된다.
그런 후, 적색 영상(L11), 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)을 포함하는 제 1 영상(L10)은 제 2 빔스플리터(BS11)에 의해 반사되어 회절 광학 렌즈(DL)에 입사할 수 있다. 제 2 빔스플리터(BS11)는 편광 상태에 따라 입사광을 투과시키거나 반사하는 편광 빔스플리터일 수도 있으며, 또는 단순히 입사광의 절반을 반사하고 나머지 절반을 투과시키는 반투과 미러일 수도 있다. 제 2 빔스플리터(BS11)가 편광 빔스플리터인 경우, 제 2 빔스플리터(BS11)는 제 1 선편광 성분의 빛을 반사하고 제 2 선편광 성분의 빛을 투과시키도록 구성될 수 있다. 제 1 빔스플리터(BS10)로부터 반사되어 제 2 빔스플리터(BS11)에 입사하는 제 1 영상(L10)이 제 1 선편광 성분을 갖기 때문에 제 1 영상(L10)은 거의 손실 없이 제 2 빔스플리터(BS11)에 의해 반사될 수 있다.
상술한 방식으로 광학계(OS)는 제 1 영상(L10)를 회절 광학 렌즈(DL)에 전달할 수 있다. 또한, 광학계(OS)는 제 1 영상(L10)과 상이한 경로로부터 오는 제 2 영상(L20)을 회절 광학 렌즈(DL)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치의 광학계(OS)의 다양한 실시예 및 그 동작 원리를 보인다.
먼저, 도 2를 참조하면, 제 2 빔스플리터(BS11)는 제 1 선편광 성분의 빛을 반사하고 제 2 선편광 성분의 빛을 투과시키는 편광 빔스플리터이다. 제 1 선편광 성분을 갖는 제 1 영상(L10)은 제 2 빔스플리터(BS11)의 제 1 면에 입사하여 약 90도의 각도로 반사된다. 제 1 선편광 성분과 제 2 선편광 성분을 모두 갖는 제 2 영상(L20)은 제 1 면에 대해 반대쪽에 있는 제 2 빔스플리터(BS11)의 제 2 면에 입사한다. 제 2 영상(L20) 중에서 제 1 선편광 성분은 제 2 빔스플리터(BS11)의 제 2 면에 의해 반사되고 제 2 선편광 성분은 제 2 빔스플리터(BS11)의 제 2 면을 투과하여 회절 광학 렌즈(DL)에 입사하게 된다. 따라서, 광학계(OS)는 제 1 선편광 성분을 갖는 제 1 영상(L10) 및 제 2 선편광 성분을 갖는 제 2 영상(L20)이 회절 광학 렌즈(DL)에 입사하도록 제 1 영상(L10) 및 제 2 영상(L20)의 편광 상태를 제어할 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 광학계(OS)는 제 2 빔스플리터(BS11)와 회절 광학 렌즈(DL) 사이에 배치된 제 3 1/4 파장판(WP12)을 더 포함할 수도 있다. 제 3 1/4 파장판(WP12)은 제 1 선편광 성분의 빛을 제 1 원편광 성분의 빛으로 변환하거나 제 1 원편광 성분의 빛을 제 1 선편광 성분의 빛으로 변환할 수 있고, 제 2 선편광 성분의 빛을 제 2 원편광 성분의 빛으로 변환하거나 제 2 원편광 성분의 빛을 제 2 선편광 성분의 빛으로 변환할 수 있다. 따라서, 제 3 1/4 파장판(WP12)에 의해 제 1 영상(L10)의 제 1 선편광 성분은 제 1 원편광 성분으로 변환되며 제 2 영상(L20)의 제 2 선편광 성분은 제 2 원편광 성분으로 변환될 수 있다. 이 경우, 제 1 원편광 성분을 갖는 제 1 영상(L10) 및 제 2 원편광 성분을 갖는 제 2 영상(L20)이 회절 광학 렌즈(DL)에 입사할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제 2 빔스플리터(BS11)는 단순한 반투과 미러일 수도 있다. 이 경우, 광학계(OS)는 제 2 영상(L20)의 광경로 상에 배치되어 제 2 빔스플리터(BS11)에 입사하는 제 2 영상(L20)의 편광 상태를 선택하는 편광판(LP10)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 편광판(LP10)은 제 1 선편광 성분의 빛을 차단하고 제 2 선편광 성분의 빛을 투과시킬 수 있다. 이러한 구성에서, 제 1 선편광 성분을 갖는 제 1 영상(L10)의 일부는 제 2 빔스플리터(BS11)의 제 1 면을 투과하고 나머지 일부는 제 2 빔스플리터(BS11)의 제 1 면에 의해 약 90도의 각도로 반사되어 회절 광학 렌즈(DL)에 입사한다. 제 1 선편광 성분과 제 2 선편광 성분을 모두 갖는 제 2 영상(L20)은 편광판(LP10)을 통과하면서 제 2 선편광 성분만을 갖게 된다. 그런 후, 제 2 영상(L20)의 일부는 제 2 빔스플리터(BS11)의 제 2 면에 의해 반사되고 나머지 일부는 제 2 빔스플리터(BS11)의 제 2 면을 투과하여 회절 광학 렌즈(DL)에 입사한다. 따라서, 제 1 선편광 성분을 갖는 제 1 영상(L10) 및 제 2 선편광 성분을 갖는 제 2 영상(L20)이 회절 광학 렌즈(DL)에 입사할 수 있다.
도 4의 경우에도, 제 2 빔스플리터(BS11)와 회절 광학 렌즈(DL) 사이에 제 3 1/4 파장판(WP12)이 더 배치될 수 있다. 이 경우, 제 1 원편광 성분을 갖는 제 1 영상(L10) 및 제 2 원편광 성분을 갖는 제 2 영상(L20)이 회절 광학 렌즈(DL)에 입사할 수 있다.
회절 광학 렌즈(DL)는 입사광의 편광 상태에 따라 상이한 초점 거리를 갖도록 구성된다. 예를 들어, 도 2 및 도 4에 도시된 실시예에서, 회절 광학 렌즈(DL)는 제 1 선편광 성분을 갖는 빛에 대해 양(+)의 굴절력을 갖는 볼록 렌즈로서 작용할 수 있다. 또한, 회절 광학 렌즈(DL)는 제 2 선편광 성분을 갖는 빛에 대해 거의 무한대(∞)의 초점 거리를 갖도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 회절 광학 렌즈(DL)는 제 2 선편광 성분을 갖는 빛에 대해 굴절 없이 그대로 통과시키는 평판(flat plate)으로서 작용할 수 있다. 대신에, 도 3에 도시된 실시예에서, 회절 광학 렌즈(DL)는 제 1 원편광 성분을 갖는 빛에 대해 양(+)의 굴절력을 갖는 볼록 렌즈로서 작용할 수 있으며 제 2 원편광 성분을 갖는 빛에 대해 평판으로서 작용할 수 있다. 따라서, 회절 광학 렌즈(DL)는 제 1 선편광 성분 또는 제 1 원편광 성분을 갖는 제 1 영상(L10)을 사용자의 시각 기관(ocular organ)(10), 특히 사용자의 동공(5)에 집속하여 제공할 수 있다. 또한, 회절 광학 렌즈(DL)는 제 2 선편광 성분 또는 제 2 원편광 성분을 갖는 제 2 영상(L20)을 사용자의 시각 기관(10)에 왜곡 없이 전달할 수 있다.
예를 들어, 제 1 영상(L10)이 가상의 디스플레이 영상이고, 제 2 영상(L20)이 현실 세계의 영상(외부 영상)인 경우, 회절 광학 렌즈(DL)는 디스플레이 영상에 대해서 볼록 렌즈와 같이 작용하여 시야각을 넓히는 역할을 할 수 있고, 외부 영상에 대해서 평판과 같이 작용하여 영상 왜곡 문제를 유발하지 않을 수 있다. 이와 같이, 회절 광학 렌즈(DL)가 입사광의 평광 상태에 의존하는 특성을 갖기 때문에 전술한 효과들을 동시에 얻을 수 있다.
일반적인 투시형 디스플레이 장치의 경우, 외부 영상을 왜곡 없이 보기 위해서는 사용자의 눈 앞에 렌즈를 사용할 수 없다. 즉, 사용자의 눈과 외부 전경 사이에 외부 영상을 왜곡시키는 렌즈를 배치할 수 없다. 따라서, 가상의 디스플레이 영상을 보기 위한 렌즈는 사용자의 눈과 외부 전경 사이의 영역을 피해서 배치(회피 배치)할 필요가 있다. 그런데, 이 경우, 사용자의 눈과 상기 렌즈 사이의 광 경로가 길어지기 때문에 시야각이 좁아지는 문제가 있다.
그러나, 본 실시예의 경우, 상술한 회절 광학 렌즈(DL)를 사용함으로써, 디스플레이 영상에 대해서는 회절 광학 렌즈(DL)가 볼록 렌즈와 같이 작용하게 하고, 외부 영상에 대해서는 평판과 같이 작용하게 만들 수 있다. 따라서, 사용자의 시각 기관(10)과 회절 광학 렌즈(DL) 사이의 광 경로를 단축함으로써, 디스플레이 영상에 대해 넓은 시야각을 용이하게 확보할 수 있고, 아울러, 외부 영상에 대해 평판과 같은 회절 광학 렌즈(DL)의 작용에 의해 왜곡 없이 외부 영상을 볼 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치는 약 60°이상의 넓은 시야각을 구현하는 것이 가능하다. 이러한 넓은 시야각의 제공은 디스플레이 영상과 실제 외부 전경에 대한 시야 범위 사이의 간극을 줄임으로써 더욱 현실감 있는 증강 현실 경험을 제공할 수 있다.
입사광의 편광 상태에 따라 상이한 초점 거리를 갖는 회절 광학 렌즈(DL)는 투명한 기판 위에 다수의 비선형 물질요소(nonlinear material element)의 패턴을 형성함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 액정 중합체(liquid crystal polymer)와 같은 미세한 비선형 물질요소들의 2차원 또는 3차원 패턴에 의해 회절 광학 렌즈(DL)가 편광 의존적인 특성을 가질 수 있다. 그런데, 이러한 회절 광학 렌즈(DL)는 파장에 따른 분산 효과(dispersion)에 의해 색수차(chromatic aberration)를 갖게 된다. 일반적인 굴절 렌즈(refractive lens)의 경우 파장에 비례하여 초점 거리가 길어진다. 반면, 회절을 이용하는 렌즈(diffractive lens)의 초점 거리는 빛의 파장 값에 반비례한다. 따라서, 입사광의 파장이 길수록 회절 광학 렌즈(DL)의 초점 거리가 짧아지고, 초점 거리 값은 파장의 변화에 따라 민감하게 변화한다. 예를 들어, 회절 광학 렌즈(DL)는 적색 영상(L11)에 대해 제 1 초점 거리를 갖고, 녹색 영상(L12)에 대해 제 1 초점 거리보다 긴 제 2 초점 거리를 가지며, 청색 영상(L13)에 대해 제 2 초점 거리보다 긴 제 3 초점 거리를 가질 수 있다.
본 실시예의 경우, 다이크로익 미러 스택(DMS)의 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)의 광경로 상의 위치를 다르게 함으로써, 적색 영상(L11), 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)의 광경로 길이를 각각 상이하게 만들어 회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 상쇄할 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)는 제 1 빔스플리터(BS10)의 제 1 면으로부터 멀어지는 방향으로 순차적으로 적층된다. 그러면, 적색 영상(L11)은 제 1 광경로 길이를 갖고, 녹색 영상(L12)은 제 1 광경로 길이보다 긴 제 2 광경로 길이를 갖고, 청색 영상(L13)은 제 2 광경로 길이보다 긴 제 3 광경로 길이를 가질 수 있다. 또한, 렌즈 요소(LE10)는 제 1 영상(L10)의 광경로 상에서, 적색 영상(L11)을 회절 광학 렌즈(DL)에 대해 제 1 위치에 결상시키고, 녹색 영상(L12)을 회절 광학 렌즈(DL)에 대해 제 1 위치보다 먼 제 2 위치에 결상시키고, 청색 영상(L13)을 회절 광학 렌즈(DL)에 대해 제 2 위치보다 먼 제 3 위치에 결상시킬 수 있다.
제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)들 사이의 거리 및 렌즈 요소(LE10)의 초점 거리는 회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 고려하여 색수차를 상쇄하도록 선택된다. 이러한 점에서, 다이크로익 미러 스택(DMS)과 렌즈 요소(LE10)는 제 1 영상(L10)을 적색 영상(L11), 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)으로 분리하여 광경로 상의 상이한 위치에 결상시키는 색분리 요소라고 볼 수 있다. 그러면, 회절 광학 렌즈(DL)는 적색 영상(L11), 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)을 동일 평면 상에 결상시킬 수 있다. 따라서, 사용자는 색수차를 거의 느끼지 않으면서 제 1 영상(L10)을 감상할 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 도 5를 참조하면, 다중 영상 디스플레이 장치는 제 1 영상(L10)을 형성하기 위한 영상 형성 장치로서 디스플레이 패널(D10)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(D10)은 마이크로 LED(light emitting diode) 디스플레이 패널, OLED(organic LED) 디스플레이 패널, 또는 LCD(liquid crystal display) 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(D10)을 이용하여 구현하는 제 1 영상(L10)은 2D(two-dimensional) 영상이거나 3D(three-dimensional) 영상일 수 있고, 예를 들어, 3D 영상은 홀로그램(hologram) 영상, 스테레오(stereo) 영상, 라이트 필드(light field) 영상, IP(integral photography) 영상 등일 수 있다.
제 1 영상(L10)을 회절 광학 렌즈(DL)에 전달하기 위하여 광학계(OS)는, 적색 영상(L11)을 회절 광학 렌즈(DL)로 반사하고 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)을 투과시키는 제 1 다이크로익 미러(DM1), 녹색 영상(L12)을 회절 광학 렌즈(DL)로 반사하고 청색 영상(L13)을 투과시키는 제 2 다이크로익 미러(DM2), 및 청색 영상(L13)을 회절 광학 렌즈(DL)로 반사하는 제 3 다이크로익 미러(DM3)를 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)는 회절 광학 렌즈(DL)에 대해 경사지게 배치되어 디스플레이 패널(D10)과 회절 광학 렌즈(DL) 사이의 제 1 영상(L10)의 광경로를 약 90도 정도로 절곡할 수 있다. 또한, 광학계(OS)는 디스플레이 패널(D10)과 제 1 다이크로익 미러(DM1) 사이에 배치되어 제 1 영상(L10)을 포커싱하는 렌즈 요소(LE10)를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 2 영상(L20)을 회절 광학 렌즈(DL)에 전달하기 위하여, 제 1 다이크로익 미러(DM1)는 적색 영상(L11)을 반사하는 제 1 면과 제 2 영상(L20)을 투과시키는 제 2 면을 포함하며, 제 2 다이크로익 미러(DM2)는 녹색 영상(L12)을 반사하는 제 1 면과 제 2 영상(L20)을 투과시키는 제 2 면을 포함하고, 제 3 다이크로익 미러(DM3)는 청색 영상(L13)을 반사하는 제 1 면과 제 2 영상(L20)을 투과시키는 제 2 면을 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)는 색분리 요소로서의 기능과 빔스플리터로서의 기능을 함께 수행할 수 있다. 그러면, 제 2 영상(L20)은 제 3 다이크로익 미러(DM3), 제 2 다이크로익 미러(DM2) 및 제 1 다이크로익 미러(DM1)를 차례로 투과하여 회절 광학 렌즈(DL)에 입사할 수 있다.
또한, 제 1 선편광 성분을 갖는 제 1 영상(L10) 및 제 2 선편광 성분을 갖는 제 2 영상(L20)이 회절 광학 렌즈(DL)에 입사하도록 하기 위하여 광학계(OS)는, 제 2 영상(L20)의 광경로 상에 배치되며 제 2 선편광 성분을 갖는 빛만을 투과시키는 제 1 편광판(LP10) 및 제 1 영상(L10)의 광경로 상에 배치되며 제 1 선편광 성분을 갖는 빛만을 투과시키는 제 2 편광판(LP11)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 편광판(LP10)은 제 3 다이크로익 미러(DM3)의 제 2 면에 대향하여 배치될 수 있으며, 제 2 편광판(LP11)은 디스플레이 패널(D10)과 제 1 다이크로익 미러(DM1) 사이에 배치될 수 있다.
회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 상쇄하기 위하여, 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)는 회절 광학 렌즈(DL)로부터 멀어지는 방향으로 순차적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 다이크로익 미러(DM1)가 회절 광학 렌즈(DL)에 가장 가깝게 배치된다. 그리고, 제 2 다이크로익 미러(DM2)는 제 1 다이크로익 미러(DM1)의 제 2 면에 대향하여 제 1 다이크로익 미러(DM1)와 이격되어 배치되며, 제 3 다이크로익 미러(DM3)는 제 2 다이크로익 미러(DM2)의 제 2 면에 대향하여 제 2 다이크로익 미러(DM2)와 이격되어 배치될 수 있다. 여기서, 제 1 다이크로익 미러(DM1)와 제 2 다이크로익 미러(DM2)의 거리 및 제 2 다이크로익 미러(DM2)와 제 3 다이크로익 미러(DM3)의 거리를 조절함으로써 회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 상쇄할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 5에서 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)가 평판의 형태를 갖는 것으로 도시되었지만, 필요에 따라서 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)의 반사면이 곡면 형태를 가질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)의 반사면이 오목한 형태를 갖거나 또는 볼록한 형태를 가질 수도 있다.
도 6은 도 1 및 도 5에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치의 등가적인 광학 구조를 보인다. 도 6은 편의상 회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 상쇄하기 위한 광학적 구조만을 도시하고 있다. 도 6을 참조하면, 도 1 및 도 5에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치는, 적색 영상(L11)을 형성하는 적색 디스플레이 패널(D11), 녹색 영상(L12)을 형성하는 녹색 디스플레이 패널(D12), 및 청색 영상(L13)을 형성하는 청색 디스플레이 장치(D13)가 서로 다른 깊이 위치에 있는 것과 동일한 효과를 제공한다. 제 1 영상(L10)의 광경로 상에서 이러한 적색 디스플레이 패널(D11), 녹색 디스플레이 패널(D12), 및 청색 디스플레이 장치(D13)의 깊이 위치를 조절함으로써 회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 상쇄할 수 있다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 도 7을 참조하면, 다중 영상 디스플레이 장치는 제 1 영상(L10)을 형성하기 위한 영상 형성 장치로서 디스플레이 패널(D10)을 포함한다. 광학계(OS)는 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3) 및 빔스플리터(BS11)를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 실시예와 다르게, 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)는 단지 색분리 요소로서의 역할만을 수행한다. 예를 들어, 제 1 다이크로익 미러(DM1)는 적색 영상(L11)을 빔스플리터(BS11)로 반사하고 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)을 투과시키도록 구성되며, 제 2 다이크로익 미러(DM2)는 녹색 영상(L12)을 빔스플리터(BS11)로 반사하고 청색 영상(L13)을 투과시키도록 구성되고, 제 3 다이크로익 미러(DM3)는 청색 영상(L13)을 빔스플리터(BS11)로 반사하도록 구성된다.
빔스플리터(BS11)는 제 1 영상(L10)을 회절 광학 렌즈(DL)로 반사하며 제 2 영상(L20)을 투과시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 빔스플리터(BS11)는 반투과 미러 또는 편광 빔스플리터일 수 있다. 제 1 영상(L10)과 제 2 영상(L20)이 서로 다른 편광 성분을 갖도록 하기 위하여, 광학계(OS)는 도 5에 도시된 제 1 편광판(LP10) 및 제 2 편광판(LP11)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(D10)과 빔스플리터(BS11) 사이의 제 1 영상(L10)의 광경로에 제 2 편광판(LP11)이 배치되고, 빔스플리터(BS11)를 기준으로 회절 광학 렌즈(DL)의 반대쪽 제 2 영상(L20)의 광경로에 제 1 편광판(LP10)이 배치될 수 있다. 이러한 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)와 빔스플리터(BS11)에 의해 디스플레이 패널(D10)과 회절 광학 렌즈(DL) 사이의 제 1 영상(L10)의 광경로가 약 180도 정도로 절곡될 수 있다.
회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 상쇄하기 위하여, 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)는 회절 광학 렌즈(DL) 및 빔스플리터(BS11)로부터 멀어지는 방향으로 순차적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 다이크로익 미러(DM1)가 빔스플리터(BS11)에 가장 가깝게 배치된다. 제 2 다이크로익 미러(DM2)는 제 1 다이크로익 미러(DM1)와 이격되어 배치되며, 제 3 다이크로익 미러(DM3)는 제 2 다이크로익 미러(DM2)와 이격되어 빔스플리터(BS11)로부터 가장 멀게 배치될 수 있다. 여기서, 제 1 다이크로익 미러(DM1)와 제 2 다이크로익 미러(DM2)의 거리 및 제 2 다이크로익 미러(DM2)와 제 3 다이크로익 미러(DM3)의 거리를 조절함으로써 회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 상쇄할 수 있다.
또한, 광학계(OS)는 디스플레이 패널(D10)과 제 1 다이크로익 미러(DM1) 사이에 배치되어 제 1 영상(L10)을 포커싱하는 렌즈 요소(LE10)를 더 포함할 수 있다. 렌즈 요소(LE10)와 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)의 작용에 의해, 적색 영상(L11), 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)이 광경로 상의 서로 다른 위치에 포커싱될 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 도 8을 참조하면, 다중 영상 디스플레이 장치는 제 1 영상(L10)을 형성하기 위한 영상 형성 장치로서 디스플레이 패널(D10)을 포함한다. 광학계(OS)는 색분리 요소로서 3개의 다이크로익 미러 대신에 분산 값이 큰 볼록 렌즈를 사용한다. 예를 들어, 광학계(OS)는 제 1 영상(L10)을 회절 광학 렌즈(DL)로 반사하고 제 2 영상(L20)을 투과시키는 빔스플리터(BS11), 디스플레이 패널(D10)과 빔스플리터(BS11) 사이의 제 1 영상(L10)의 광경로 상에 배치된 제 1 렌즈 요소(LE10), 및 디스플레이 패널(D10)과 빔스플리터(BS11) 사이의 제 1 영상(L10)의 광경로 상에 배치된 제 2 렌즈 요소(LE11)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 빔스플리터(BS11)는 반투과 미러 또는 편광 빔스플리터일 수 있다. 제 1 영상(L10)과 제 2 영상(L20)이 서로 다른 편광 성분을 갖도록 하기 위하여, 광학계(OS)는 도 5에 도시된 제 1 편광판(LP10)과 제 2 편광판(LP11)을 더 포함할 수 있다.
제 1 렌즈 요소(LE10)는 제 1 영상(L10)을 포커싱하는 역할을 수행한다. 제 2 렌즈 요소(LE11)는 분산 값이 제 1 렌즈 요소(LE10)보다 높은 볼록 렌즈로서, 제 1 영상(L10)을 적색 영상(L11), 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)으로 분리하는 색분리 요소의 역할을 수행한다. 이러한 제 1 렌즈 요소(LE10)와 제 2 렌즈 요소(LE11)의 작용에 의해, 적색 영상(L11), 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)이 광경로 상의 서로 다른 위치에 포커싱될 수 있다. 적색 영상(L11), 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)이 포커싱되는 위치는 제 2 렌즈 요소(LE11)는 분산 값에 의해 주로 결정될 수 있다. 따라서, 제 2 렌즈 요소(LE11)의 분산 값을 적절히 선택함으로써 회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 상쇄할 수 있다.
또한, 광학계(OS)는 디스플레이 패널(D10)과 빔스플리터(BS11) 사이의 제 1 영상(L10)의 광경로 상에 배치되어 제 1 영상(L10)을 빔스플리터(BS11)로 반사하는 미러(M1)를 더 포함할 수 있다. 이러한 미러(M1)와 빔스플리터(BS11)에 의해 디스플레이 패널(D10)과 회절 광학 렌즈(DL) 사이의 제 1 영상(L10)의 광경로가 약 180도 정도로 절곡될 수 있다. 그러나, 미러(M1)를 생략하고 디스플레이 패널(D10)이 직접 빔스플리터(BS11)와 대향하도록 배치될 수도 있다. 이 경우, 제 1 영상(L10)의 광경로는 빔스플리터(BS11)에 의해 약 90도로 절곡될 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 도 9를 참조하면, 다중 영상 디스플레이 장치는 제 1 영상(L10)을 형성하기 위한 영상 형성 장치로서 디스플레이 패널(D10)을 포함한다. 광학계(OS)는 색분리 요소로서 격자 요소(GE10)를 사용한다. 예를 들어, 광학계(OS)는 회절 광학 렌즈(DL)에 대향하여 배치된 격자 요소(GE10) 및 디스플레이 패널(D10)과 격자 요소(GE10) 사이의 제 1 영상(L10)의 광경로 상에 배치된 렌즈 요소(LE10)를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(D10)과 렌즈 요소(LE10)는 격자 요소(GE10)에 대해 비스듬하게 배치될 수 있다. 또한, 제 1 영상(L10)과 제 2 영상(L20)이 서로 다른 편광 성분을 갖도록 하기 위하여, 광학계(OS)는 도 5에 도시된 제 1 편광판(LP10)과 제 2 편광판(LP11)을 더 포함할 수도 있다.
격자 요소(GE10)는 제 1 영상(L10)에 대해서 파장에 따라 초점 거리가 상이한 오목 미러로서 역할을 하도록 제작될 수 있다. 또한, 격자 요소(GE10)는 제 1 영상(L10)을 반사하는 제 1 면과 제 2 영상(L20)을 투과시키는 제 2 면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 격자 요소(GE10)는 제 1 면에 입사하는 제 1 영상(L10)의 적어도 일부를 회절 광학 렌즈(DL)로 반사하고 제 2 면에 입사하는 제 2 영상(L20)의 적어도 일부를 회절 광학 렌즈(DL)로 투과시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 격자 요소(GE10)는 색분리 요소로서의 역할과 빔스플리터로서의 역할을 함께 수행할 수 있다.
도 10 내지 도 12는 도 9에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치의 격자 요소(GE10)의 동작을 예시적으로 보인다. 도 10을 참조하면, 격자 요소(GE10)는 적색 영상(L11)을 반사하면서 제 1 각도(θ1)로 수렴시킬 수 있다. 또한, 도 11을 참조하면, 격자 요소(GE10)는 녹색 영상(L12)을 반사하면서 제 1 각도(θ1)보다 큰 제 2 각도(θ2)로 수렴시킬 수 있다. 또한, 도 12를 참조하면, 격자 요소(GE10)는 청색 영상(L13)을 반사하면서 제 2 각도(θ2)보다 큰 제 3 각도(θ3)로 수렴시킬 수 있다. 따라서, 격자 요소(GE10)는 적색 영상(L11)에 대해 가장 짧은 초점 거리를 갖고 청색 영상(L13)에 대해 가장 긴 초점 거리를 가질 수 있다. 적색 영상(L11), 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)에 대한 격자 요소(GE10)의 초점 거리는 회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 고려하여 색수차를 상쇄하도록 선택된다.
이러한 격자 요소(GE10)는, 예를 들어, 평판 형태의 표면 요철 격자(surface relief grating) 또는 부피 격자(volume grating)인 홀로그램 격자를 포함할 수 있다. 표면 요철 격자는 격자 요소(GE10)의 제 1 면에 미세한 요철 패턴을 형성하여 형성될 수 있다. 표면 요철 격자의 요철 패턴은 입사광을 회절시켜 회절되는 빛이 파장에 따라 상이한 각도로 반사되도록 구성될 수 있다. 또한, 홀로그램 격자는 투명한 감광성 재료에 물체광과 참조광을 조사하여 간섭 패턴을 기록함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 적색광, 녹색광 및 청색광이 혼합된 백색광을 참조광으로서 감광성 재료의 제 1 면에 비스듬하게 입사시키면서, 제 1 각도(θ1)로 발산하는 적색광을 물체광으로서 감광성 재료의 제 1 면에 입사시키고, 제 2 각도(θ2)로 발산하는 녹색광을 물체광으로서 감광성 재료의 제 1 면에 입사시키고, 제 3 각도(θ3)로 발산하는 청색광을 물체광으로서 감광성 재료의 제 1 면에 입사시킬 수 있다. 또한, 감광성 재료의 제 1 면과 제 2 면에 각각 물체광과 참조광으로서 백색광을 수직하게 입사시킬 수 있다. 그러면, 감광성 재료 내부에서 물체광과 참조광이 간섭하여 형성된 간섭 패턴이 감광성 재료에 기록된다. 이렇게 형성된 간섭 패턴에 의해 격자 요소(GE10)는 상술한 작용을 수행할 수 있다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 도 13을 참조하면, 다중 영상 디스플레이 장치는 제 1 영상(L10)을 형성하기 위한 영상 형성 장치로서 디스플레이 패널(D10)을 포함한다. 광학계(OS)는 색분리 요소로서 3개의 반사 확산판을 사용한다. 예를 들어, 광학계(OS)는 적색 영상(L11)을 회절 광학 렌즈(DL)로 반사 및 확산시키고 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)을 투과시키는 제 1 확산판(DF1), 녹색 영상(L12)을 회절 광학 렌즈(DL)로 반사 및 확산시키고 청색 영상(L13)을 투과시키는 제 2 확산판(DF2), 및 청색 영상(L13)을 회절 광학 렌즈(DL)로 반사 및 확산시키는 제 3 확산판(DF3)을 포함할 수 있다. 또한, 광학계(OS)는 디스플레이 패널(D10)과 제 1 확산판(DF1) 사이의 제 1 영상(L10)의 광경로 상에 배치된 렌즈 요소(LE10)를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(D10)과 렌즈 요소(LE10)는 제 1 확산판(DF1)에 대해 비스듬하게 배치될 수 있으며, 제 1 내지 제 3 확산판(DF1, DF2, DF3)은 회절 광학 렌즈(DL)와 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 제 1 영상(L10)과 제 2 영상(L20)이 서로 다른 편광 성분을 갖도록 하기 위하여, 광학계(OS)는 도 5에 도시된 제 1 편광판(LP10)과 제 2 편광판(LP11)을 더 포함할 수도 있다.
제 2 영상(L20)을 회절 광학 렌즈(DL)에 전달하기 위하여, 제 1 확산판(DF1)은 적색 영상(L11)을 반사 및 확산시키는 제 1 면과 제 2 영상(L20)을 투과시키는 제 2 면을 포함하며, 제 2 확산판(DF2)은 녹색 영상(L12)을 반사 및 확산시키는 제 1 면과 제 2 영상(L20)을 투과시키는 제 2 면을 포함하고, 제 3 확산판(DF3)은 청색 영상(L13)을을 반사 및 확산시키는 제 1 면과 제 2 영상(L20)을 투과시키는 제 2 면을 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 내지 제 3 확산판(DF1, DF2, DF3)은 색분리 요소로서의 역할과 빔스플리터로서의 역할을 함께 수행할 수 있다.
또한, 회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 상쇄하기 위하여, 제 1 내지 제 3 확산판(DF1, DF2, DF3)은 회절 광학 렌즈(DL)로부터 멀어지는 방향으로 순차적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 확산판(DF1)이 회절 광학 렌즈(DL)에 가장 가깝게 배치된다. 그리고, 제 2 확산판(DF2)은 제 1 확산판(DF1)의 제 2 면에 대향하여 제 1 확산판(DF1)과 이격되어 배치되며, 제 3 확산판(DF3)은 제 2 확산판(DF2)의 제 2 면에 대향하여 제 2 확산판(DF2)와 이격되어 배치될 수 있다. 여기서, 제 1 확산판(DF1)과 제 2 확산판(DF2)의 거리 및 제 2 확산판(DF2)와 제 3 확산판(DF3)의 거리를 조절함으로써 회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 상쇄할 수 있다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 도 14를 참조하면, 다중 영상 디스플레이 장치는 제 1 영상(L10)을 형성하기 위한 영상 형성 장치로서, 적색 영상(L11)을 형성하는 제 1 디스플레이 패널(D11), 녹색 영상(L12)을 형성하는 제 2 디스플레이 패널(D12), 및 청색 영상(L13)을 형성하는 제 3 디스플레이 패널(D13)을 포함할 수 있다. 따라서, 적색 영상(L11), 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)이 개별적으로 분리되어 생성되기 때문에 광학계(OS)는 색분리 요소를 별도로 필요로 하지 않는다.
광학계(OS)는 적색 영상(L11), 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)을 하나의 광경로 상에 결합시켜 제 1 영상(L10)을 형성하는 제 1 빔스플리터(BS13) 및 제 1 영상(L10)을 회절 광학 렌즈(DL)로 반사하고 제 2 영상(L20)을 투과시키는 제 2 빔스플리터(BS11)를 포함할 수 있다. 또한, 광학계(OS)는 제 1 빔스플리터(BS13)와 제 2 빔스플리터(BS11) 사이의 제 1 영상(L10)의 광경로 상에 배치된 렌즈 요소(LE10)를 더 포함할 수도 있다. 제 2 빔스플리터(BS11)는 반투과 미러 또는 편광 빔스플리터일 수 있다. 제 1 영상(L10)과 제 2 영상(L20)이 서로 다른 편광 성분을 갖도록 하기 위하여, 광학계(OS)는 도 5에 도시된 제 1 편광판(LP10) 및 제 2 편광판(LP11)을 더 포함할 수 있다.
제 1 빔스플리터(BS13)는 제 1 디스플레이 패널(D11)과 대향하는 제 1 입광면(13a), 제 2 디스플레이 패널(D12)과 대향하는 제 2 입광면(13b), 제 3 디스플레이 패널(D13)과 대향하는 제 3 입광면(13c), 및 출광면(13d)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 빔스플리터(BS13)는 육면체 형태의 X-큐브일 수 있다. 그러면, 적색 영상(L11)은 제 1 입광면(13a)을 통해 제 1 빔스플리터(BS13)의 내부로 들어온 후 제 1 빔스플리터(BS13)의 내부의 반사면에서 반사되어 출광면(13d)을 통해 외부로 나가게 된다. 녹색 영상(L12)은 제 2 입광면(13b)을 통해 제 1 빔스플리터(BS13)의 내부로 들어온 후 제 1 빔스플리터(BS13)의 내부의 다른 반사면에서 반사되어 출광면(13d)을 통해 외부로 나가게 된다. 또한, 청색 영상(L13)은 제 3 입광면(13c)을 통해 제 1 빔스플리터(BS13)의 내부로 들어온 후 제 1 빔스플리터(BS13)을 투과하여 출광면(13d)을 통해 외부로 나가게 된다. 제 2 빔스플리터(BS11)는 제 1 빔스플리터(BS13)의 출광면(13d)에 대향하여 배치된다.
회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 상쇄하기 위하여, 제 1 내지 제 3 디스플레이 패널(D11, D12, D13)은 제 1 빔스플리터(BS13)에 대해 서로 다른 거리에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 2 디스플레이 패널(D12)과 제 2 입광면(13b) 사이의 제 2 거리는 제 1 디스플레이 패널(D11)과 제 1 입광면(13a) 사이의 제 1 거리보다 크며, 제 3 디스플레이 패널(D13)과 제 3 입광면(13c) 사이의 제 3 거리는 제 2 디스플레이 패널(D12)과 제 2 입광면(13b) 사이의 제 2 거리보다 클 수 있다. 따라서, 제 1 디스플레이 패널(D11)과 제 1 입광면(13a) 사이의 제 1 거리가 가장 작고 제 3 디스플레이 패널(D13)과 제 3 입광면(13c) 사이의 제 3 거리가 가장 크다. 특히, 제 1 거리는 영(0)일 수 있다. 다시 말해, 제 1 디스플레이 패널(D11)은 제 1 입광면(13a)에 밀착하여 배치될 수 있다. 제 1 디스플레이 패널(D11)과 제 1 입광면(13a) 사이의 제 1 거리, 제 2 디스플레이 패널(D12)과 제 2 입광면(13b) 사이의 제 2 거리, 제 3 디스플레이 패널(D13)과 제 3 입광면(13c) 사이의 제 3 거리를 조절함으로써 회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 상쇄할 수 있다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 도 15를 참조하면, 다중 영상 디스플레이 장치는 제 1 영상(L10)을 형성하기 위한 영상 형성 장치로서 디스플레이 패널(D10)을 포함할 수 있다. 광학계(OS)는, 디스플레이 패널(D10)과 대향하여 배치된 다이크로익 미러 스택(DMS), 디스플레이 패널(D10)과 다이크로익 미러 스택(DMS) 사이에 배치된 제 1 빔스플리터(BS10), 및 제 1 영상(L10)을 회절 광학 렌즈(DL)로 반사하고 제 2 영상(L20)을 투과시키는 제 2 빔스플리터(BS11)를 포함할 수 있다. 또한, 광학계(OS)는 디스플레이 패널(D10)과 제 1 빔스플리터(BS10) 사이에 배치된 렌즈 요소(LE10)를 더 포함할 수도 있다.
제 1 및 제 2 빔스플리터(BS10, BS11)는 반투과 미러일 수도 있고 또는 제 1 선편광 성분의 빛을 반사하고 제 2 선편광 성분의 빛을 투과시키는 편광 빔스플리터일 수도 있다. 제 1 및 제 2 빔스플리터(BS10, BS11)가 반투과 미러인 경우, 제 1 영상(L10)과 제 2 영상(L20)이 서로 다른 편광 성분을 갖도록 하기 위하여, 광학계(OS)는 도 5에 도시된 제 1 편광판(LP10)과 제 2 편광판(LP11)을 더 포함할 수도 있다. 제 1 빔스플리터(BS10)가 편광 빔스플리터인 경우, 광학계(OS)는 다이크로익 미러 스택(DMS)과 제 1 빔스플리터 (BS10) 사이에 배치된 제 1 파장판(WP10)을 더 포함할 수도 있다. 또한, 제 1 빔스플리터(BS10)가 편광 빔스플리터이고 제 2 빔스플리터(BS11)가 반투과 미러인 경우, 광학계(OS)는 제 2 빔스플리터(BS11)에 대향하여 제 2 영상(L20)의 광경로 상에 배치된 제 1 편광판(LP10)을 포함할 수 있다.
한편, 다이크로익 미러 스택(DMS)은 적색 영상(L11)을 반사 및 집광하고 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)을 투과시키는 제 1 다이크로익 오목 미러(DM4), 녹색 영상(L12)을 반사 및 집광하고 청색 영상(L13)을 투과시키는 제 2 다이크로익 오목 미러(DM5), 및 청색 영상(L13)을 반사 및 집광하는 제 3 다이크로익 오목 미러(DM5)를 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 3 다이크로익 오목 미러(DM4, DM5, DM6)가 반사광을 집속시키는 역할을 할 수 있기 때문에, 렌즈 요소(LE10)와 제 1 내지 제 3 다이크로익 오목 미러(DM4, DM5, DM6)가 함께 작용하여 적색 영상(L11), 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)을 서로 다른 제 1 내지 제 3 상평면(IP1, IP2, IP3) 상에 포커싱할 수 있다. 따라서, 다중 영상 디스플레이 장치의 설계 자유도가 향상될 수 있고, 적색 영상(L11), 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)의 결상 위치를 효과적으로 선택할 수 있다.
회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 상쇄하기 위하여, 제 1 내지 제 3 다이크로익 오목 미러(DM4, DM5, DM6)는 제 1 빔스플리터(BS10)로부터 멀어지는 방향으로 순차적으로 적층될 수 있다. 예를 들어, 제 1 다이크로익 오목 미러(DM4)가 제 1 빔스플리터(BS10)에 가장 가깝게 배치된다. 제 2 다이크로익 오목 미러(DM5)는 제 1 다이크로익 오목 미러(DM4) 위에 적층되며, 제 3 다이크로익 오목 미러(DM6)는 제 2 다이크로익 오목 미러(DM5) 위에 적층될 수 있다. 여기서, 제 1 내지 제 3 다이크로익 오목 미러(DM4, DM5, DM6)들 사이의 거리 및 렌즈 요소(LE10)의 초점 거리는 회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 고려하여 색수차를 상쇄하도록 선택된다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 도 16을 참조하면, 다중 영상 디스플레이 장치는 제 1 영상(L10)을 형성하기 위한 영상 형성 장치로서 디스플레이 패널(D10)을 포함할 수 있다. 광학계(OS)는 다이크로익 미러 스택(DMS) 및 광 도파로(LGP)를 포함할 수 있다. 광 도파로(LGP)는 제 1 영상(L10)이 입사하는 제 1 입광면(S1), 제 2 영상(L20)이 입사하는 제 2 입광면(S2), 제 1 및 제 2 영상(L10, L20)이 출사하는 출광면(S3), 및 제 1 입광면(S1)에 대향하는 경사진 경사면(S4)을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(D10)은 광 도파로(LGP)의 제 1 입광면(S1)에 대향하여 배치될 수 있다. 또한, 광학계(OS)는 디스플레이 패널(D10)과 광 도파로(LGP)의 제 1 입광면(S1) 사이에 배치된 렌즈 요소(LE10)를 더 포함할 수도 있다. 제 1 영상(L10)과 제 2 영상(L20)이 서로 다른 편광 성분을 갖도록 하기 위하여, 광학계(OS)는 제 2 입광면(S2)에 대향하여 배치된 제 1 편광판(LP10, 도 5 참조) 및 디스플레이 패널(D10)과 제 1 입광면(S1) 사이에 배치된 제 2 편광판(LP11, 도 5 참조)을 더 포함할 수도 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제 1 입광면(S1)과 경사면(S4)이 서로 대향하여 배치되며, 제 2 입광면(S2)과 출광면(S3)이 서로 대향하여 배치된다. 그리고, 제 1 입광면(S1)과 출광면(S3)이 광 도파로(LGP)의 제 1 측면에서 서로 다른 영역에 배치되며, 제 2 입광면(S2)과 경사면(S4)이 제 1 측면의 반대쪽인 광 도파로(LGP)의 제 2 측면에서 서로 다른 영역에 배치된다. 이러한 구성에서, 제 1 입광면(S1)을 통해 광 도파로(LGP) 내에 들어온 제 1 영상(L10)은 경사면(S4)에 의해 비스듬하게 반사된 후, 전반사를 통해 광 도파로(LGP)의 내부를 진행하게 된다. 그리고, 제 1 영상(L10)은 출광면(S3)에서 광 도파로(LGP)를 나와 회절 광학 렌즈(DL)에 입사할 수 있다. 따라서, 광 도파로(LGP)는 제 1 입광면(S1)으로부터 출광면(S3)으로 제 1 영상(L10)을 전달하는 역할을 할 수 있다. 출광면(S3)에는 제 1 영상(L10)을 출사시키기 위한 회절 격자가 형성될 수 있다. 회절 광학 렌즈(DL)는 출광면(S3)에 대향하여 배치된다. 예를 들어, 회절 광학 렌즈(DL)는 출광면(S3) 상에 부착될 수도 있다. 한편, 제 2 입광면(S2)을 통해 광 도파로(LGP) 내에 들어온 제 2 영상(L20)은 그대로 광 도파로(LGP)를 통과한 후, 출광면(S3)을 통해 광 도파로(LGP)를 나와 회절 광학 렌즈(DL)에 입사할 수 있다.
다이크로익 미러 스택(DMS)은, 적색 영상(L11)을 반사하고 녹색 영상(L12) 및 청색 영상(L13)을 투과시키는 제 1 다이크로익 미러(DM1), 녹색 영상(L12)을 반사하고 청색 영상(L13)을 투과시키는 제 2 다이크로익 미러(DM2), 및 청색 영상(L13)을 반사하는 제 3 다이크로익 미러(DM3)를 포함할 수 있다. 회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 상쇄하기 위하여, 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)는 광도파로(LGP)의 경사면(S4)으로부터 멀어지는 방향으로 순차적으로 적층될 수 있다. 다시 말해, 제 1 다이크로익 미러(DM1)가 경사면(S4)에 가장 가깝게 배치된다. 예를 들어, 제 1 다이크로익 미러(DM1)는 경사면(S4) 상에 부착될 수 있다. 제 2 다이크로익 미러(DM2)는 제 1 다이크로익 미러(DM1) 위에 적층되며, 제 3 다이크로익 미러(DM3)는 제 2 다이크로익 미러(DM2) 위에 적층될 수 있다. 여기서, 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러(DM1, DM2, DM3)들 사이는 회절 광학 렌즈(DL)의 색수차를 고려하여 색수차를 상쇄하도록 선택된다.
도 17은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 도 17에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치는 광학계(OS)가 회절 격자(GP)를 더 포함한다는 점에서 도 16에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치와 차이가 있다. 도 17에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치의 나머지 구성들은 도 16에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치의 구성들과 동일하다. 회절 격자(GP)는 광도파로(LGP)의 제 2 입광면(S2) 상에 배치되어 제 1 영상(L10)을 광도파로(LGP)의 출광면(S3)을 향해 수직한 방향으로 반사하는 역할을 한다. 그러면, 제 1 영상(L10)은 거의 손실 없이 출광면(S3)을 통과할 수 있으며, 회절 광학 렌즈(DL)에 수직하게 입사할 수 있다. 또한, 회절 격자(GP)는 제 2 영상(L20)을 그대로 통과시키도록 구성될 수 있다.
도 18은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 도 18에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치는 광학계(OS)가 광도파로(LGP)의 내부에 배치된 반투과 미러(AM)를 더 포함한다는 점에서 도 16에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치와 차이가 있다. 도 18에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치의 나머지 구성들은 도 16에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치의 구성들과 동일하다. 반투과 미러(AM)는 광도파로(LGP)의 내부에서 제 2 입광면(S2) 및 출광면(S3)에 대향하여 배치된다. 이러한 반투과 미러(AM)는 제 1 영상(L10)의 일부를 광도파로(LGP)의 출광면(S3)을 향해 수직한 방향으로 반사하고 제 2 영상(L20)을 그대로 통과시키도록 구성될 수 있다. 또한, 반투과 미러(AM)는 제 1 영상(L10)을 왜곡 없이 효율적으로 집속시키기 위하여 비구면 반사면을 가질 수도 있다.
광도파로(LGP)의 내부에 반투과 미러(AM)를 배치하기 위하여, 광도파로(LGP)는 제 1 광도파로 부분(LGP1)과 제 2 광도파로 부분(LGP2)를 포함할 수 있다. 제 1 광도파로 부분(LGP1)은 제 1 입광면(S1), 출광면(S3), 및 경사면(S4)을 갖도록 구성되며, 제 2 광도파로 부분(LGP2)은 제 2 입광면(S2)을 갖도록 구성된다. 이러한 제 1 광도파로 부분(LGP1)과 제 2 광도파로 부분(LGP2)을 접합하여 광도파로(LGP)가 제작될 수 있다. 제 1 광도파로 부분(LGP1)과 제 2 광도파로 부분(LGP2)을 접합할 때, 제 1 광도파로 부분(LGP1)과 제 2 광도파로 부분(LGP2) 사이의 접합면에 반투과 미러 재료를 코팅함으로써 광도파로(LGP)의 내부에 반투과 미러(AM)가 형성될 수 있다.
도 19는 일 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 전체적인 구조를 개략적으로 보이는 블럭도이다. 도 19를 참조하면, 다중 영상 디스플레이 장치는 광학계(100), 영상 형성 장치(200), 및 제어부(300)를 포함할 수 있다. 광학계(100)는 도 1 내지 도 18에서 설명한 다양한 광학계(OS)들 중에 하나일 수 있다. 영상 형성 장치(200)는, 예를 들어, 광원(LS10)과 공간 광변조기(SLM)을 포함하거나, 디스플레이 패널(D10, D11, D12, D13)을 포함할 수 있다. 사용자의 시각 기관(10)은 광학계(100)에 마주하도록 배치될 수 있다. 제어부(300)는 영상 형성 장치(200)에 연결되어 영상 형성 장치(200)를 제어하는 역할을 한다. 예를 들어, 제어부(300)는 CPU(central processing unit)와 같은 프로세서(processor)를 더 포함할 수 있다. 또한, 도시하지는 않았지만, 도 19의 다중 영상 디스플레이 장치는 사용자 인터페이스(user interface)를 위한 입력부 및 출력부를 더 포함할 수 있다.
도 20은 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 전체적인 구조를 개략적으로 보이는 블럭도이다. 도 19에 도시된 구조는 좌우 대칭적으로 한 쌍으로 구비될 수 있다. 도 20은 그 일례를 도시한다. 도 20을 참조하면, 다중 영상 디스플레이 장치는 제 1 광학계(100A) 및 이에 대응하는 제 1 영상 형성 장치(200A)와 제 1 제어부(300A)를 포함할 수 있다. 또한 다중 영상 디스플레이 장치는, 제 1 광학계(100A)와 이격된 제 2 광학계(100B), 및 이에 대응하는 제 2 영상 형성 장치(200B)와 제 2 제어부(300B)를 포함할 수 있다. 제 1 광학계(100A)는 사용자의 제 1 시각 기관(10A)에 대응하도록 배치되고, 제 2 광학계(100B)는 사용자의 제 2 시각 기관(10B)에 대응하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 시각 기관(10A)은 사용자의 좌안이고, 제 2 시각 기관(10B)은 사용자의 우안일 수 있다. 따라서, 도 20의 구조는 양안형 다중 영상 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
도 21은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 전체적인 구조를 개략적으로 보이는 블럭도이다. 도 20에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치에서 제 1 제어부(300A)와 제 2 제어부(300B)는 별도로 제작되지 않고 하나의 제어부로 통합하여 제조될 수도 있다. 도 21을 참조하면, 하나의 제어부(300C)에 제 1 및 제 2 영상 형성 장치(200A, 200B)가 함께 연결될 수 있다. 또한, 경우에 따라서는, 제어부(300C)는 유선이 아닌 무선 방식으로 제 1 및 제 2 영상 형성 장치(200A, 200B)에 연결될 수도 있다.
도 22 내지 도 24는 도 19 내지 도 21에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치를 적용할 수 있는 다양한 전자기기를 도시한다. 도 22 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 다양한 실시예들에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 적어도 일부는 웨어러블(wearable) 장치를 구성할 수 있다. 다시 말해, 다중 영상 디스플레이 장치는 웨어러블 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 다중 영상 디스플레이 장치는 헤드 장착형 디스플레이(HMD; head mounted display)에 적용될 수 있다. 또한, 다중 영상 디스플레이 장치는 안경형 디스플레이(glasses-type display) 또는 고글형 디스플레이(goggle-type display)에 적용될 수 있다. 도 22 내지 도 24에 도시된 웨어러블 전자기기들은 스마트폰(smart phone)과 연동되어 동작될 수 있다.
부가적으로, 다양한 실시예들에 따른 다중 영상 디스플레이 장치들은 스마트폰 내에 구비시킬 수 있고, 이러한 스마트폰 자체를 다중 영상 디스플레이 장치로 사용할 수도 있다. 다시 말해, 도 22 내지 도 24와 같은 웨어러블 기기가 아닌 소형 전자기기(모바일 전자기기) 내에 다중 영상 디스플레이 장치를 적용할 수도 있다. 그 밖에도 다양한 실시예들에 따른 다중 영상 디스플레이 장치들의 적용 분야는 다양하게 변화될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예들에 따른 다중 영상 디스플레이 장치들은 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 디스플레이에 상술한 다양한 실시예들의 사상들이 적용될 수 있다.
상술한 회절 광학 렌즈를 구비한 다중 영상 디스플레이 장치는 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. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
AM.....비구면 반투과 미러
BS10, BS11, BS12, BS13.....빔스플리터
DM1, DM2, DM3, DM4, DM5, DM6.....다이크로익 미러
D10, D11, D12, D13.....디스플레이 패널
DF1, DF2, DF3.....확산판 DL.....회절 광학 렌즈
DMS.....다이크로익 미러 스택 GP.....회절 격자
LE10, LE11.....렌즈 소자 LGP.....도광판
LP10, LP11.....편광판 LS10.....광원
SLM.....공간 광변조기 GE10.....격자 요소
WP10, WP11, WP12.....1/4 파장판 100.....광학계
200.....영상 형성 장치 300.....제어부
BS10, BS11, BS12, BS13.....빔스플리터
DM1, DM2, DM3, DM4, DM5, DM6.....다이크로익 미러
D10, D11, D12, D13.....디스플레이 패널
DF1, DF2, DF3.....확산판 DL.....회절 광학 렌즈
DMS.....다이크로익 미러 스택 GP.....회절 격자
LE10, LE11.....렌즈 소자 LGP.....도광판
LP10, LP11.....편광판 LS10.....광원
SLM.....공간 광변조기 GE10.....격자 요소
WP10, WP11, WP12.....1/4 파장판 100.....광학계
200.....영상 형성 장치 300.....제어부
Claims (37)
- 입사광의 파장 및 편광 상태에 따라 상이한 초점 거리를 갖는 회절 광학 렌즈;
제 1 색상 영상, 제 2 색상 영상 및 제 3 색상 영상을 갖는 제 1 영상을 형성하는 영상 형성 장치; 및
상기 제 1 영상 및 상기 제 1 영상과 상이한 경로로부터 오는 제 2 영상을 상기 회절 광학 렌즈에 전달하는 광학계;를 포함하며,
상기 광학계는 상기 제 1 색상 영상, 제 2 색상 영상 및 제 3 색상 영상의 광경로 길이를 각각 상이하게 만들어 상기 회절 광학 렌즈의 색수차를 상쇄하도록 구성되는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 회절 광학 렌즈는 제 1 편광 상태의 광을 집속시키고 제 2 편광 상태의 광을 굴절 없이 투과시키도록 구성된 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 제 1 영상이 제 1 편광 상태로 상기 회절 광학 렌즈에 입사하고 상기 제 2 영상이 제 2 편광 상태로 상기 회절 광학 렌즈에 입사하도록 상기 제 1 영상 및 제 2 영상의 편광 상태를 제어하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 회절 광학 렌즈는 상기 제 1 색상 영상에 대해 제 1 초점 거리를 갖고, 상기 제 2 색상 영상에 대해 상기 제 1 초점 거리보다 큰 제 2 초점 거리를 갖고, 상기 제 3 색상 영상에 대해 상기 제 2 초점 거리보다 큰 제 3 초점 거리를 가지며,
상기 제 1 색상 영상은 제 1 광경로 길이를 갖고, 상기 제 2 색상 영상은 상기 제 1 광경로 길이보다 큰 제 2 광경로 길이를 갖고, 상기 제 3 색상 영상은 상기 제 2 광경로 길이보다 큰 제 3 광경로 길이를 갖는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 제 1 영상의 광경로 상에서, 상기 제 1 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈에 대해 제 1 위치에 결상시키고, 상기 제 2 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈에 대해 상기 제 1 위치보다 먼 제 2 위치에 결상시키고, 상기 제 3 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈에 대해 상기 제 2 위치보다 먼 제 3 위치에 결상시키며,
상기 회절 광학 렌즈는 상기 제 1 색상 영상, 제 2 색상 영상 및 제 3 색상 영상을 동일 평면 상에 결상시키는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학계는:
편광 상태에 따라 입사광을 투과시키거나 반사하는 제 1 빔스플리터;
상기 제 1 빔스플리터의 제 1 면에 대향하여 배치된 다이크로익 미러 스택;
상기 제 1 빔스플리터의 제 2 면에 대향하여 배치되며, 상기 다이크로익 미러 스택으로부터 반사된 제 1 색상 영상, 제 2 색상 영상 및 제 3 색상 영상을 광경로 상의 서로 다른 위치에 포커싱하는 렌즈; 및
상기 제 1 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 빔스플리터;를 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 영상 형성 장치는:
상기 제 1 빔스플리터의 제 2 면에 대해 반대쪽 면인 상기 제 1 빔스플리터의 제 3 면에 대향하여 배치된 광원; 및
상기 제 1 빔스플리터의 제 1 면에 대해 반대쪽 면이 상기 제 1 빔스플리터의 제 4 면에 대향하여 배치된 공간 광변조기;를 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 다이크로익 미러 스택은:
상기 제 1 색상 영상을 반사하고 제 2 및 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 1 다이크로익 미러;
상기 제 2 색상 영상을 반사하고 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 2 다이크로익 미러; 및
상기 제 3 색상 영상을 반사하는 제 3 다이크로익 미러;를 포함하며,
상기 제 1 빔스플리터의 제 1 면으로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러가 순차적으로 적층되어 있는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 제 1 빔스플리터와 상기 다이크로익 미러 스택 사이에 배치된 1/4 파장판을 더 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 제 2 빔스플리터와 상기 회절 광학 렌즈 사이에 배치된 1/4 파장판을 더 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 제 2 영상의 광경로 상에 배치되어 상기 제 2 빔스플리터에 입사하는 상기 제 2 영상의 편광 상태를 선택하는 편광판을 더 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 영상 형성 장치는 디스플레이 패널을 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 광학계는:
상기 제 1 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 제 2 및 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 1 다이크로익 미러;
상기 제 2 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 2 다이크로익 미러; 및
상기 제 3 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하는 제 3 다이크로익 미러;를 포함하며,
상기 회절 광학 렌즈로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러가 순차적으로 배치되어 있는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 2 다이크로익 미러는 상기 제 1 다이크로익 미러와 이격되어 배치되며, 상기 제 3 다이크로익 미러는 상기 제 2 다이크로익 미러와 이격되어 배치되는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 다이크로익 미러는 상기 제 1 색상 영상을 반사하는 제 1 면과 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 면을 포함하며,
상기 제 2 다이크로익 미러는 상기 제 2 색상 영상을 반사하는 제 1 면과 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 면을 포함하며,
상기 제 3 다이크로익 미러는 상기 제 3 색상 영상을 반사하는 제 1 면과 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 면을 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 광학계는:
상기 제 1 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 상기 제 2 영상을 투과시키는 빔스플리터;
상기 제 1 색상 영상을 상기 빔스플리터로 반사하고 제 2 및 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 1 다이크로익 미러;
상기 제 2 색상 영상을 상기 빔스플리터로 반사하고 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 2 다이크로익 미러; 및
상기 제 3 색상 영상을 상기 빔스플리터로 반사하는 제 3 다이크로익 미러;를 포함하며,
상기 회절 광학 렌즈로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러가 순차적으로 배치되어 있는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 빔스플리터로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러가 순차적으로 배치되어 있으며,
상기 제 2 다이크로익 미러는 상기 제 1 다이크로익 미러와 이격되어 배치되며, 상기 제 3 다이크로익 미러는 상기 제 2 다이크로익 미러와 이격되어 배치되는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 영상 형성 장치와 상기 빔스플리터 사이의 제 1 영상의 광경로 상에 배치된 것으로, 상기 제 1 색상 영상, 제 2 색상 영상 및 제 3 색상 영상을 광경로 상의 서로 다른 위치에 포커싱하는 렌즈 요소를 더 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 광학계는:
상기 제 1 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 상기 제 2 영상을 투과시키는 빔스플리터;
상기 영상 형성 장치와 상기 빔스플리터 사이의 제 1 영상의 광경로 상에 배치된 것으로, 상기 제 1 영상을 포커싱하는 제 1 렌즈 요소; 및
상기 영상 형성 장치와 상기 빔스플리터 사이의 제 1 영상의 광경로 상에 배치된 것으로, 상기 제 1 영상을 상기 제 1 색상 영상, 제 2 색상 영상 및 제 3 색상 영상으로 분리하도록 상기 제 1 렌즈 요소보다 높은 분산을 갖는 제 2 렌즈 요소;를 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 19 항에 있어서,
상기 제 2 렌즈 요소의 분산 값은 상기 회절 광학 렌즈의 색수차를 상쇄하도록 선택되는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 19 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 영상 형성 장치와 상기 빔스플리터 사이의 제 1 영상의 광경로 상에 배치되어 상기 제 1 영상을 상기 빔스플리터로 반사하는 미러를 더 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 제 1 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 상기 제 2 영상을 투과시키는 격자 요소를 포함하며,
상기 격자 요소는 상기 제 1 색상 영상을 제 1 각도로 수렴시키고, 상기 제 2 색상 영상을 제 1 각도보다 큰 제 2 각도로 수렴시키고, 상기 제 3 색상 영상을 제 2 각도보다 큰 제 3 각도로 수렴시키는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 22 항에 있어서,
상기 격자 요소는 홀로그램 격자 또는 표면요철 격자를 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 광학계는:
상기 제 1 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사 및 확산시키고 제 2 및 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 1 확산판;
상기 제 2 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사 및 확산시키고 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 2 확산판; 및
상기 제 3 색상 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사 및 확산시키는 제 3 확산판;을 포함하며,
상기 회절 광학 렌즈로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 내지 제 3 확산판이 순차적으로 배치되어 있는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 24 항에 있어서,
상기 제 2 확산판은 상기 제 1 확산판과 이격되어 배치되며, 상기 제 3 확산판은 상기 제 2 확산판과 이격되어 배치되는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 24 항에 있어서,
상기 제 1 확산판은 상기 제 1 색상 영상을 반사 및 확산시키는 제 1 면과 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 면을 포함하며,
상기 제 2 확산판은 상기 제 2 색상 영상을 반사 및 확산시키는 제 1 면과 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 면을 포함하며,
상기 제 3 확산판은 상기 제 3 색상 영상을 반사 및 확산시키는 제 1 면과 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 면을 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 광학계는:
상기 디스플레이 패널과 대향하여 배치된 다이크로익 미러 스택;
상기 디스플레이 패널과 상기 다이크로익 미러 스택 사이에 배치된 것으로, 편광 상태에 따라 입사광을 투과시키거나 반사하는 제 1 빔스플리터; 및
상기 제 1 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 빔스플리터;를 포함하고,
상기 다이크로익 미러 스택은:
상기 제 1 색상 영상을 반사 및 집광하고 제 2 및 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 1 다이크로익 오목 미러;
상기 제 2 색상 영상을 반사 및 집광하고 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 2 다이크로익 오목 미러; 및
상기 제 3 색상 영상을 반사 및 집광하는 제 3 다이크로익 오목 미러;를 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 27 항에 있어서,
상기 제 1 빔스플리터로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 내지 제 3 다이크로익 오목 미러가 순차적으로 적층되어 있는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 광학계는:
제 1 영상이 입사하는 제 1 입광면, 제 2 영상이 입사하는 제 2 입광면, 제 1 및 제 2 영상이 출사하는 출광면, 및 상기 제 1 입광면에 대향하는 경사진 경사면을 가지며, 제 1 입광면으로부터 출광면으로 빛을 전달하는 광 도파로; 및
상기 광도파로의 경사면에 배치된 다이크로익 미러 스택;을 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 29 항에 있어서,
상기 다이크로익 미러 스택은:
상기 제 1 색상 영상을 반사하고 제 2 및 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 1 다이크로익 미러;
상기 제 2 색상 영상을 반사하고 제 3 색상 영상을 투과시키는 제 2 다이크로익 미러; 및
상기 제 3 색상 영상을 반사하는 제 3 다이크로익 미러;를 포함하며,
상기 광도파로의 경사면으로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 내지 제 3 다이크로익 미러가 순차적으로 적층되어 있는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 29 항에 있어서,
상기 회절 광학 렌즈는 상기 광도파로의 출광면에 부착되어 있는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 29 항에 있어서,
상기 광학계는, 상기 광도파로의 출광면에 대향하는 상기 광도파로의 제 2 입광면에 배치되어 입사광을 상기 광도파로의 출광면을 향해 수직한 방향으로 반사하는 회절 격자를 더 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 29 항에 있어서,
상기 광학계는, 상기 광도파로의 출광면에 대향하여 상기 광도파로 내부에 배치된 반투과 미러를 더 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 33 항에 있어서,
상기 반투과 미러는 비구면 반사면을 갖는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 영상 형성 장치는:
상기 제 1 색상 영상을 형성하는 제 1 디스플레이 패널;
상기 제 2 색상 영상을 형성하는 제 2 디스플레이 패널; 및
상기 제 3 색상 영상을 형성하는 제 3 디스플레이 패널;을 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 35 항에 있어서,
상기 광학계는:
상기 제 1 디스플레이 패널과 대향하는 제 1 입광면, 상기 제 2 디스플레이 패널과 대향하는 제 2 입광면, 상기 제 3 디스플레이 패널과 대향하는 제 3 입광면, 및 출광면을 갖는 육면체 형태의 제 1 빔스플리터; 및
상기 제 1 영상을 상기 회절 광학 렌즈로 반사하고 상기 제 2 영상을 투과시키는 제 2 빔스플리터;를 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치. - 제 36 항에 있어서,
상기 제 2 디스플레이 패널과 상기 제 2 입광면 사이의 제 2 거리는 상기 제 1 디스플레이 패널과 상기 제 1 입광면 사이의 제 1 거리보다 크며, 상기 제 3 디스플레이 패널과 상기 제 3 입광면 사이의 제 3 거리는 상기 제 2 디스플레이 패널과 상기 제 2 입광면 사이의 제 2 거리보다 큰 다중 영상 디스플레이 장치.
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