KR20190142668A - 편광 변조 다초점 두부 장착형 디스플레이 장치 - Google Patents

편광 변조 다초점 두부 장착형 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20190142668A KR1020180069874A KR20180069874A KR20190142668A KR 20190142668 A KR20190142668 A KR 20190142668A KR 1020180069874 A KR1020180069874 A KR 1020180069874A KR 20180069874 A KR20180069874 A KR 20180069874A KR 20190142668 A KR20190142668 A KR 20190142668A
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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치로서, 영상을 제공하는 영상 제공 장치; 상기 영상 제공장치로부터 제공된 영상의 화소별 깊이 정보에 따라 상기 영상의 각 화소의 편광상태를 변조하는 편광 변조 장치; 및 상기 편광 변조 장치에서 변조된 편광상태에 따라 결정되는 초점거리에, 상기 영상의 초점이 형성되도록 하는 복굴절 광학계를 포함한다.

Description

편광 변조 다초점 두부 장착형 디스플레이 장치{POLARIZATION MODULATED MULTI-FOCAL HEAD MOUNTED DISPLAY}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 편광 상태에 따라 초점 거리를 조절하는 편광 변조 다초점 두부 장착형 디스플레이 장치에 관한 것이다.
종래의 증강현실 또는 가상현실 HMD(Head Mounted Display) 상용 제품은 양안 시차방식의 입체 영상을 제공할 수는 있지만, 깊이 표현 범위의 한계 및 시각피로로 인한 두통, 어지러움, 및 멀미 발생을 유발하는 문제가 있다. 깊이 표현의 한계를 극복하기 위하여, 편광 변조 다층 디스플레이 방식이 제안되었다. 기존의 편광 변조 다층 디스플레이방식은 초점 조절을 제공할 수 있으나 투사 광학계를 이용하여야 하므로 부피가 커지게 되었다. 따라서, 가상현실 및 증강현실 구현을 위한 HMD에는 적용이 어렵고, 편광 산란파의 특성상 영상의 대비도가 낮고, 다중 산란으로 인한 흐려짐으로 영상의 품질이 저하되는 문제가 있다.
한국공개특허 제10-2011-0107988호
C.-K. Lee et al., "Compact three-dimensional head-mounted display system with Savart plate," Opt. Express 24, 19531-19544 (2016) J. Hong et al., "Integral floating display systems for augmented reality," Appl. Opt., vol. 51, no. 18, pp. 4201-4209, Jun. 2012. F. Huang et al., "The light field stereoscope: Immersive computer graphics via factored near-eye light field displays with focus cues," ACM SIGGRAPH, vol. 33, no. 5, 2015.
본 발명의 목적은 디스플레이 패널과 같은 영상 제공 장치를 이용하고, 영상 제공 장치로부터 제공된 영상을 액정 변조기 등과 같은 편광 변조 장치를 통과시켜 편광화된 깊이 정보를 영상과 합성시키고, 편광 상태에 따라 서로 다른 초점거리를 갖도록 하는 복굴절 광학계를 이용하여, 영상의 편광 및 깊이 정보에 따라 영상의 상이 맺히는 초점거리가 2개 이상이 되도록 하는 다초점 3차원 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은, 디스플레이 장치로서, 영상을 제공하는 영상 제공 장치; 상기 영상 제공 장치로부터 제공된 영상의 화소별 깊이 정보에 따라 상기 영상의 각 화소의 편광상태를 변조하는 편광 변조 장치; 및 상기 편광 변조 장치에서 변조된 편광상태에 따라 결정되는 초점거리에, 상기 영상의 초점이 형성되도록 하는 복굴절 광학계를 포함한다.
바람직하게, 상기 영상 제공 장치는, OLED(Organic Light Emitting Diode), 마이크로 LED(Light Emitting Diode)에 해당하는 2차원 디스플레이 이거나, 또는 LCD(liquid Crystal Display), LCos(Liquid Crystal on Silicon), DMD(Digital Micromirror Device)에 해당하는 수동 디스플레이일 수 있다.
바람직하게, 상기 복굴절 광학계는, 적어도 하나의 복굴절 렌즈 또는 적어도 하나의 복굴절 매질층, 및 오목렌즈 또는 볼록렌즈를 포함하되, 상기 복굴절 렌즈 또는 복굴절 매질층은 입사되는 빛의 편광상태에 따라 서로 다른 굴절률을 갖도록 하고, 직교하는 편광에 대해서 서로 다른 초점거리를 갖도록 할 수 있다.
바람직하게, 상기 복굴절 렌즈 또는 복굴절 매질층의 개수가 n개인 경우, 상기 복굴절 광학계를 통하여 생성 가능한 초점거리의 경우의 수는 2n개에 해당할 수 있다.
바람직하게, 상기 복굴절 광학계를 통과한 영상의 배율은 상기 초점거리에 비례하여 증가하고, 각 초점거리에 초점이 형성된 영상은 서로 중첩될 수 있다.
바람직하게, 상기 편광 변조 장치는, 상기 영상 전체의 편광상태를 직교하는 편광상태로 변환하는 편광 스위치에 해당하고, 상기 편광 스위치는 상기 영상 전체의 편광 상태를 특정 속도로 번갈아 가며 변환하여, 서로 다른 초점거리에 초점이 형성된 영상들이 번갈아 가며 출력되도록 할 수 있다.
바람직하게, 상기 복굴절 광학계를 통과한 영상의 밝기 비율은 상기 복굴절 광학계의 편광 축과 상기 편광 변조 장치에서 변조된 편광 축을 기초로 결정될 수 있다.
바람직하게, 상기 영상의 밝기 비율은, 상기 영상의 화소별 깊이의 디옵터 거리의 내분점이 될 수 있다.
바람직하게, 상기 편광 변조 장치가 반사형에 해당하는 경우에는, 상기 반사형 편광 변조 장치로부터 반사된 영상의 광 경로를 변경시키기 위한 반거울을 더 포함하고, 상기 반사형 편광 변조 장치는 한쪽 면이 거울로 되어 있어, 상기 반사형 편광 변조 장치에 입사되어 편광이 변조된 영상은 입사한 방향으로 다시 되돌아가도록 할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 영상의 시간 또는 공간 분할 구동 없이 편광 변조만으로 다초점면을 구현할 수 있어 고해상도와 낮은 응답 지연율 구현이 가능하므로, 가상/증강 현실 디스플레이의 어지러움, 멀미 현상 등을 해결할 수 있으며, 추가적으로 다초점 구현으로 인한 시각 피로 감소 효과로 두통, 멀미 현상 등을 경감하는 것이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 편광 변조 방식에 복굴절 광학소자를 도입한 것이므로, 영상의 품질 저하가 적고, 기존 편광 변조 방식의 투사 광학계를 간소화할 수 있고, 즉, 시스템의 부피 및 부게를 줄일 수 있으며, 단안 및 양안에 깊이 조절 정보를 제공할 수 있어 자연스러운 AR/VR 영상 구현이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 시간 분할을 하지 않고 다초점 구현이 가능하므로 영상의 지연시간을 최소화 하는 것이 가능하고, 시간 분할을 사용하는 경우 단일 렌즈 광학계를 사용하여 시스템 구조를 더욱 간소화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 반사형 공간 광 변조기를 이용하여 증강현실 구조로 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 편광 변조를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 복굴절 광학계를 나타내는 구성도이다.
도 4는 복수의 복굴절 렌즈들이 이용되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 편광 스위치를 이용하여 영상을 제공하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 영상의 밝기 비율을 조절하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 텔레포토 렌즈의 구조가 적용된 복굴절 광학계가 이용되는 경우의 디스플레이 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따라 생성된 3차원 영상을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다(comprises)" 및/또는 “포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 디스플레이 장치(100)는 영상 제공 장치(110), 편광 변조 장치(120), 및 복굴절 광학계(130)를 포함한다. 바람직하게, 영상 제공 장치(110)와 편광 변조 장치(120)는 적층되어 구성될 수 있고, 사용자의 안구(140)는 영상 제공 장치(110)로부터 제공되어 편광 변조 장치(120)를 통과한 영상을 복굴절 광학계(130)를 통하여 관찰할 수 있다.
영상 제공 장치(110)는 영상을 제공하는 장치로서, 예를 들어, OLED(Organic Light Emitting Diode), 마이크로 LED(Light Emitting Diode)에 해당하는 2차원 디스플레이 이거나, 또는 LCD(liquid Crystal Display), LCos(Liquid Crystal on Silicon), DMD(Digital Micromirror Device)에 해당하는 수동 디스플레이에 해당할 수 있다.
편광 변조 장치(120)는 영상의 광의 세기는 유지시키고 영상의 화소별 깊이 정보에 따라서 서로 다른 편광 상태로 변조하는 장치로서, 영상 제공 장치(110)로부터 제공된 영상의 화소별 깊이 정보에 따라 영상의 각 화소의 편광상태를 변조한다. 편광 변조 장치(120)는 입사된 영상의 편광에 대하여 화소 단위로 0도 에서 90도 까지 편광 상태를 변조시킬 수 있다. 바람직하게, 편광 변조 장치(120)는 투과형 공간 광 변조기 또는 반사형 공간 광 변조기에 해당할 수 있고, 도 1에서는 투과형 공간 광 변조기가 이용된 경우의 구성을 도시한 것이고, 반사형 공간 광 변조기가 이용되는 경우는 이하 도 7을 참조하여 설명한다.
바람직하게, 편광 변조 장치(120)는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같은, 영상 제공 장치(110)로부터 제공받은 영상의 깊이 정보를 도 2의 (b)에 도시된 바와 같은 편광 변조 지도로 변환할 수 있다. 도 2의 (b)에서 각 화살표는 편광 상태를 나타낸다. 보다 구체적으로, 편광 변조 장치(120)는 투명전극 사이에 광이방성(분자의 방향에 따라 굴절율이 다른 값을 갖는 특성)을 갖는 액정층이 위치하는 구조를 가진다. 이러한 구조로 인해, 한방향으로 편광된 빛은 액정층을 통과하면서 광이방성으로 인해 각 편광 방향별로 느끼는 굴절율이 달라서 방향별 위상 지연이 달라지게 되고, 따라서 각 편광 성분의 합이 나타내는 벡터 합이 최종 편광으로 나타나게 된다.
복굴절 광학계(130)는 편광 변조 장치(120)에서 변조된 편광 상태에 따라 결정되는 초점거리에 영상의 초점이 형성되도록 하는 광학계이다. 바람직하게, 복굴절 광학계(130)는, 도 3을 참조하면, 적어도 하나의 복굴절 렌즈(132) 또는 적어도 하나의 복굴절 매질층을 포함하고, 오목렌즈(131) 또는 볼록렌즈를 포함한다. 여기에서, 복굴절 렌즈 또는 복굴절 매질층은 입사되는 빛의 편광상태에 따라 서로 다른 굴절률을 갖도록 하고, 직교하는 편광에 대해서 서로 다른 초점거리를 갖도록 한다. 예를 들어, 방해석과 같은 결정 구조의 물질은 결정의 방향에 따라서 굴절율이 서로 다른 특징을 갖고 있고, 이러한 결정으로 렌즈를 만들게 되면, 렌즈의 광축 방향에 따라서 빛이 느끼는 굴절율에 차이가 생기게 된다. 여기에서, 광축은 편광상태와 관련이 있으므로, 서로 직교한 편광에 대해서 서로 다른 굴절율을 갖도록 하는 것이 가능한 것이고, 이를 원리로 하여 복굴절 물질로 구성된 렌즈, 즉, 복굴절 렌즈는 직교하는 서로 다른 편광 상태에 따라서 서로 다른 두 개의 초점거리를 갖는 것이 가능하다. 즉, 복굴절 렌즈(132)에 의하면, 도 3에 도시된 파란색 선과 빨간색 선과 같이, 입사되는 빛의 편광 상태에 따라 서로 다른 굴절률을 갖도록 하여, 서로 다른 초점거리에 초점이 형성되도록 할 수 있는 것이다. 또한, 복굴절 매질층은, 예를 들어, 사바판(savart plate)에 해당할 수 있다.
바람직하게, 복굴절 광학계(130)를 구성하는 복굴절 렌즈 또는 복굴절 매질층의 개수가 n개인 경우, 복굴절 광학계(130)를 통하여 생성될 수 있는 초점거리의 경우의 수는 2n개에 해당한다. 예를 들어, 복굴절 렌즈가 편광 상태에 따라서 f1, f2 디옵터의 초점을 갖는다고 할 때, 동일한 두 개의 복굴절 렌즈를 이용하면 편광 상태에 따라서 f1+f1, f1+f2, f2+f1, f2+f2에 해당하는 네 개의 초점 거리 조합을 갖게 된다. 따라서, n개의 복굴절 렌즈가 사용되면 편광 상태에 따라서 2n개의 초점거리 조합이 구현될 수 있는 것이다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 복굴절 광학계(130)는 두개의 복굴절 렌즈(132-1 및 132-2) 및 두개의 편광 스위치(411 및 412)를 포함하고, 여기에서, 복굴절 렌즈가 두개 이상 포함되는 경우에는 복굴절 렌즈와 편광스위치가 하나의 조합으로 구성되고 편광 변조 장치(120)가 더 포함될 수 있다. 도 4에서 복굴절 광학계(130)는 두개의 복굴절 렌즈를 사용하고 있는바, 복굴절 광학계(130)를 통하여 생성될 수 있는 초점거리의 경우의 수는 4개에 해당한다.
바람직하게, 복굴절 광학계(130)를 통과한 영상의 배율은 초점거리에 비례하여 증가하고, 각 초점거리에 초점이 형성된 영상은 서로 중첩될 수 있다. 이를 위하여 편광 변조 장치(120)로, 영상 전체의 편광상태를 직교하는 편광상태로 변환하는 편광 스위치가 이용될 수 있고, 편광 스위치는 영상 전체의 편광 상태를 특정 속도로 번갈아 가며 변환하여, 서로 다른 초점거리에 초점이 형성된 영상들이 번갈아 가며 출력되도록 할 수 있다. 여기에서, 편광 스위치는 편광 변조 장치(120)의 한 종류로서, 화소 단위로 편광을 변조하는 것이 아니라 편광 스위치 면적 범위 전체에 대하여, 즉, 편광 스위치에 들어오는 영상 전체에 대하여 동일하게 편광을 변조시키는 장치이다.
즉, 편광 스위치를 이용하여 근거리 영상과 원거리 영상의 편광 상태를 사용자가 인지할 수 있는 시간 분해능보다 빠른 속도, 예를 들어, 30Hz이상으로 변조하여, 서로 다른 깊이의 영상이 사용자에 의하여 동시에 관찰되는 효과를 구현하는 것이다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 편광 스위치로 구현된 편광 변조 장치(120)가 영상의 편광 상태를 30Hz 이상의 속도로 번갈아 변조하여 (a)와 같은 원거리 영상과 (b)와 같은 근거리 영상이 번갈아 제공되도록 함으로써 사용자가 3차원 영상을 관찰할 수 있도록 하는 것이다.
바람직하게, 복굴절 광학계(130)는 편광 변조 장치(120)를 통하여 편광이 변조된 영상에 대해서 원거리 상과 근거리 상의 밝기 비율을 조절할 수 있다. 복굴절 광학계(130)를 통과한 영상의 밝기 비율은 복굴절 광학계(130)의 편광 축과 편광 변조 장치(120)에서 변조된 편광 축을 기초로, 아래의 [식 1]을 이용하여 결정될 수 있고, 여기에서, 영상의 밝기 비율은, 영상의 화소별 깊이의 디옵터 거리의 내분점이 될 수 있다.
[식 1]
Figure pat00001
여기에서, Inear는 근거리 상의 밝기, Ifar는 원거리 상의 밝기, I0는 입사광의 세기, θnear _axis, 및 θfar _axis는 복굴절 광학계(130)의 편광축, θmodulated는 편광 변조 장치(120)를 통하여 변조된 영상의 편광 상태이다.
보다 구체적으로, 도 6을 참조하면, 상의 깊이와 상의 밝기는 아래의 [식 2]와 같은 관계를 가지고, [식 2]를 Ds에 대해서 표현하면 [식 3]과 같이 표현될 수 있다.
[식 2]
Figure pat00002
[식 3]
Figure pat00003
여기에서, In은 근거리 상의 밝기, If는 원거리 상의 밝기, Is는 관찰되는 상의 밝기, Dn은 근거리 상의 깊이, Df는 원거리 상의 깊이, Ds는 근거리 상과 원거리 상이 관찰되는 깊이이다. [식 3]을 참조하면, Ds는, 근거리 상과 원거리 상 사이의 깊이(Dn-Df)를 밝기 비율(If/Is 또는 In/Is)을 가중치로 내분한 것과 동일함을 알 수 있다.
[식 2] 및 [식 3]에서 In 및 If는 각각 [식 1]의 Inear 및 Ifar과 동일한 개념으로서, 해당 밝기를 구현하기 위하여 편광 변조가 적용되었고, 편광 변조를 통해 관찰되는 영상의 밝기 I는 아래의 [식 4]와 같은 Malus의 법칙으로 결정된다. 여기에서, Malus의 법칙은, 액정 디스플레이에서 변조된 편광 영상이 편광판을 통과하기 때문에, 빛의 세기가 편광판의 광축과 변조된 편광의 광축이 이루는 각도에 대한 코사인값의 제곱에 해당함을 나타낸다.
[식 4]
Figure pat00004
여기에서, θi는 복굴절 광학계(130)의 편광축과 복굴절 광학계(130)에 입사하는 영상의 편광 각도 차이이다. 즉, [식 1]은 [식 4]를 기초로 복굴절 광학계(130)의 편광축(θnear_axis)과 편광 변조 장치(120)를 통하여 복굴절 광학계(130)에 입사된 영상의 편광 상태(θmodulated)에 의해 근거리 및 원거리 영상의 밝기가 결정됨을 표현한 것이다.
도 7은 텔레포토 렌즈의 구조가 적용된 복굴절 광학계가 이용되는 경우의 디스플레이 장치를 설명하기 위한 도면이다.
복굴절 광학계(130)를 통과한 영상의 배율은 초점거리에 비례하여 증가하고, 각 초점거리에 초점이 형성된 영상이 서로 중첩되어 관찰될 수 있도록 하기 위하여, 상기에서는, 도 5를 참조하여, 편광 스위치를 이용하여 영상을 빠르게 번갈아 출력하는 방법을 설명하였으며, 여기에서는 텔레포토 렌즈의 구조를 적용하여 원거리와 근거리 영상이 중첩되어 관찰되도록 하는 방법에 대하여 설명한다.
도 7의 (a)를 참조하면, 시간분할을 사용하는 경우 단일 렌즈 광학계를 사용하는 구성으로서, 텔레포토 렌즈의 구조가 적용되지 않고, 렌즈를 통해 관찰되는 상의 배율과 사용자의 위치에서 관찰되는 상의 배율의 위치가 다른 것을 볼 수 있다. 즉, 렌즈배열기준선과 관찰배열기준선이 일치하지 않는 것이다. 그런데, 텔레포토 렌즈는 렌즈 상의 위치 및 상의 배율을 계산하는 기준점인 주요면(principal planes)이 렌즈의 외부에 위치하는 구조를 가지고 있는 바, 텔레포토 렌즈의 구조를 본 발명의 복굴절 광학계에 적용하면, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 렌즈배열기준선과 관찰배열기준선을 일치시킬 수 있는 것이다.
보다 구체적으로, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 복굴절 광학계(130)를 텔레포토 렌즈의 구조와 같이 구성하면, 렌즈 배율을 계산하는 기준면이 렌즈 외부에 위치하게 되고, 해당 기준면에 안구(140)를 위치시키면, 렌즈배열기준선과 관찰배열기준선을 일치시킬 수 있다. 즉, 복굴적 광학계(130)는 오목렌즈와 볼록렌즈 또는 복굴절 렌즈의 조합으로 구성될 수 있고, 가상영상, 오목렌즈, 볼록렌즈, 관찰자의 순서로 오목렌즈와 볼록렌즈가 배치될 수 있다. 여기에서, 수차 개선등을 위하여 렌즈는 추가될 수 있고, 각 렌즈의 초점 또는 간격은 해당 디스플레이 장치가 사용되는 시스템의 사용에 맞춰 통상의 기술자에 의하여 용이하게 변경될 수 있다. 또한, 도 7에서 편광 변조 장치는 도시하지 않았으나 앞서 설명한 실시예와 동일하게 도 7의 (b)에 해당하는 디스플레이 장치에서도 편광 변조 장치는 포함된다.
도 8는 본 발명에 따라 생성된 3차원 영상을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 생성된 3차원 영상을 도시한 것으로서, 영상 제공 장치(110)로부터 편광 변조 장치(120)에 전달된 영상은 화소별 깊이정보에 따라 편광이 변조되고, 편광이 변조된 영상은 복굴절 광학계(130)를 통하여 근거리 또는 원거리에 상이 맺히는바, 도 9와 같이 편광 변조된 근거리 영상 및 편광 변조된 원거리 영상이 제공될 수 있다. 또한, 복굴절 광학계(130)를 통하여 근거리 영상과 원거리 영상은 각각 영상 배율 및 밝기 비율이 조절되어 깊이 융합 3차원 효과(depth-fused 3D effect)를 나타낼 수 있는바, 사용자는 근거리 영상의 깊이와 원거리 영상의 깊이 사이의 관찰 깊이에서 3차원 영상을 관찰 할 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 서로 다른 깊이에 위치한 영상 평면에서, 동일한 시선축(viewing axis) 상에 위치한 영상의 밝기 비율이 조절되는바, 두 깊이 사이의 어느 지점에 영상이 위치한 것처럼 보일 수 있는 것이다. 이는 초점 조절을 기반으로 하는 것이므로, 본 발명에 따른 디스플레이 장치를 이용하면, 시각피로의 문제점인 수렴-조절 불일치의 문제가 해결될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100: 디스플레이 장치
110: 영상 제공 장치
120: 편광 변조 장치
130: 복굴절 광학계
140: 안구

Claims (9)

  1. 영상을 제공하는 영상 제공 장치;
    상기 영상 제공 장치로부터 제공된 영상의 화소별 깊이 정보에 따라 상기 영상의 각 화소의 편광상태를 변조하는 편광 변조 장치; 및
    상기 편광 변조 장치에서 변조된 편광상태에 따라 결정되는 초점거리에, 상기 영상의 초점이 형성되도록 하는 복굴절 광학계를 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 영상 제공 장치는,
    OLED(Organic Light Emitting Diode), 마이크로 LED(Light Emitting Diode)에 해당하는 2차원 디스플레이 이거나, 또는 LCD(liquid Crystal Display), LCos(Liquid Crystal on Silicon), DMD(Digital Micromirror Device)에 해당하는 수동 디스플레이인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복굴절 광학계는,
    적어도 하나의 복굴절 렌즈 또는 적어도 하나의 복굴절 매질층, 및 오목렌즈 또는 볼록렌즈를 포함하되,
    상기 복굴절 렌즈 또는 복굴절 매질층은 입사되는 빛의 편광상태에 따라 서로 다른 굴절률을 갖도록 하고, 직교하는 편광에 대해서 서로 다른 초점거리를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복굴절 렌즈 또는 복굴절 매질층의 개수가 n개인 경우, 상기 복굴절 광학계를 통하여 생성 가능한 초점거리의 경우의 수는 2n개에 해당하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복굴절 광학계를 통과한 영상의 배율은 상기 초점거리에 비례하여 증가하고, 각 초점거리에 초점이 형성된 영상은 서로 중첩되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 편광 변조 장치는, 상기 영상 전체의 편광상태를 직교하는 편광상태로 변환하는 편광 스위치에 해당하고,
    상기 편광 스위치는 상기 영상 전체의 편광 상태를 특정 속도로 번갈아 가며 변환하여, 서로 다른 초점거리에 초점이 형성된 영상들이 번갈아 가며 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복굴절 광학계를 통과한 영상의 밝기 비율은 상기 복굴절 광학계의 편광 축과 상기 편광 변조 장치에서 변조된 편광 축을 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 영상의 밝기 비율은, 상기 영상의 화소별 깊이의 디옵터 거리의 내분점이 되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치,
  9. 제1항에 있어서,
    상기 편광 변조 장치가 반사형에 해당하는 경우에는, 상기 반사형 편광 변조 장치로부터 반사된 영상의 광 경로를 변경시키기 위한 반거울을 더 포함하고,
    상기 반사형 편광 변조 장치는 한쪽 면이 거울로 되어 있어, 상기 반사형 편광 변조 장치에 입사되어 편광이 변조된 영상은 입사한 방향으로 다시 되돌아가도록 하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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