KR20210030072A

KR20210030072A - 홀로그래픽 투사 방식을 이용한 다중 영상 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20210030072A
Application number: KR1020190111556A
Authority: KR
Inventors: 이창건; 서원택; 성기영; 신봉수; 이홍석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2021-03-17
Also published as: US20210072701A1; EP3792681B1; US11392089B2; EP3792681A1; CN112462517A

Abstract

하나의 디스플레이 패널로 다수의 영상을 제공하도록 구성된 다중 영상 디스플레이 장치가 개시된다. 개시된 다중 영상 디스플레이 장치는 디스플레이 패널이 서로 다른 방향을 따라 진행하는 제 1 영상 및 제 2 영상을 생성하도록 디스플레이 패널에 영상 데이터를 제공하는 영상 처리기를 포함하며, 영상 처리기는 제 1 위상 프로파일이 적용된 제 1 영상 데이터와 제 1 위상 프로파일과 상이한 제 2 위상 프로파일이 적용된 제 2 영상 데이터를 합한 합성 영상 데이터를 상기 디스플레이 패널에 제공하도록 구성된다.

Description

홀로그래픽 투사 방식을 이용한 다중 영상 디스플레이 장치 {Multi-image display apparatus using holographic projection}

개시된 실시예들은, 증강 현실 시스템과 같은 다중 영상 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 홀로그래픽 투사 방식을 이용하여 하나의 디스플레이 패널로 다수의 영상을 제공하도록 구성된 다중 영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.

최근, 가상 현실(VR; virtual reality)을 구현할 수 있는 전자기기 및 디스플레이 장치가 개발되면서, 이에 대한 관심이 높아지고 있다. 가상 현실의 다음 단계로 증강 현실(AR; augmented reality) 및 혼합 현실(MR; mixed reality)을 실현할 수 있는 기술도 연구되고 있다.

증강 현실은, 완전 가상 세계를 전제로 하는 가상 현실과는 달리, 현실 세계의 환경 위에 가상의 대상이나 정보를 겹쳐 보여줌으로써 현실의 효과를 더욱 증가시키는 디스플레이 기술이다. 가상 현실이 게임이나 가상 체험과 같은 분야에만 한정적으로 적용이 가능했다면, 증강 현실은 다양한 현실 환경에 응용이 가능하다는 장점이 있다. 특히, 이러한 증강 현실은 유비쿼터스(ubiquitous) 환경이나 사물 인터넷(IoT; internet of things) 환경에 적합한 차세대 디스플레이 기술로 주목받고 있다. 증강 현실은 현실 세계와 부가적인 정보(즉, 가상 세계)를 혼합하여 보여준다는 점에서 혼합 현실의 일례라고 할 수 있다.

한편, 가상 현실 시스템, 증강 현실 시스템, 또는 혼합 현실 시스템에서 관찰자에게 양안시차를 제공하거나, 다중 깊이 표현, 시야각의 확장 또는 시역의 확장을 위하여, 2개 이상의 디스플레이 패널을 공간 분할 방식 또는 시간 분할 방식으로 사용하는 방식이 제안되고 있다.

하나의 디스플레이 패널로 다수의 영상을 제공하도록 구성된 다중 영상 디스플레이 장치를 제공한다.

하나의 디스플레이 패널만으로 관찰자의 좌안과 우안에 각각 영상을 제공하는 다중 영상 디스플레이 장치를 제공한다.

하나의 디스플레이 패널만으로 다중 깊이 표현이 가능한 다중 영상 디스플레이 장치를 제공한다.

하나의 디스플레이 패널만으로 시야각의 확장 또는 시역의 확장이 가능한 다중 영상 디스플레이 장치를 제공한다.

하나의 디스플레이 패널만으로 포비티드 영상(foveated image)을 구현할 수 있는 다중 영상 디스플레이 장치를 제공한다.

일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 조명광을 방출하는 광원; 상기 조명광을 이용하여 영상을 생성하는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널이 서로 다른 방향을 따라 진행하는 제 1 영상 및 제 2 영상을 생성하도록, 상기 디스플레이 패널에 영상 데이터를 제공하는 영상 처리기; 및 상기 디스플레이 패널에서 표시되는 제 1 영상과 제 2 영상을 분리하는 광학계;를 포함하며, 상기 영상 처리기는 제 1 위상 프로파일이 적용된 제 1 영상 데이터와 제 1 위상 프로파일과 상이한 제 2 위상 프로파일이 적용된 제 2 영상 데이터를 합한 합성 영상 데이터를 상기 디스플레이 패널에 제공하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 상기 광학계는 상기 제 1 영상을 제 1 방향으로 반사하는 제 1 거울 및 상기 제 2 영상을 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 반사하는 제 2 거울을 포함할 수 있다.

상기 디스플레이 패널은 조명광을 반사하여 영상을 생성하는 반사형 공간 광변조기이며, 상기 광학계는: 제 1 영상을 상기 제 1 거울에 포커싱하고 제 2 영상을 상기 제 2 거울에 포커싱하는 푸리에 렌즈; 상기 광원으로부터 방출된 조명광을 상기 디스플레이 패널에 제공하고, 상기 디스플레이 패널에서 생성된 영상을 상기 푸리에 렌즈에 제공하도록 구성된 빔스플리터; 및 상기 광원으로부터 방출되어 상기 빔스플리터에 입사하는 조명광을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 광학계는 상기 디스플레이 패널에서 0차 회절에 의해 발생한 빛을 차단하는 광차폐 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 광차폐 부재는 상기 푸리에 렌즈의 광축 상에서 상기 푸리에 렌즈의 초점 평면에 배치되며, 상기 제 1 거울과 제 2 거울은 상기 푸리에 렌즈의 초점 평면에서 상기 광차폐 부재의 양측에 각각 배치될 수 있다.

상기 디스플레이 패널은 조명광을 투과시켜 영상을 생성하는 투형 공간 광변조기이며, 상기 광학계는: 상기 광원으로부터 방출되어 상기 디스플레이 패널에 입사하는 조명광을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈; 및 상기 디스플레이 패널의 출광면에 마주하여 배치되며, 제 1 영상을 상기 제 1 거울에 포커싱하고 및 제 2 영상을 상기 제 2 거울에 포커싱하는 푸리에 렌즈;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 광학계는 상기 제 1 영상을 제 1 공간으로 안내하는 제 1 도광판 및 상기 제 2 영상을 제 1 공간과 상이한 제 2 공간으로 안내하는 제 2 도광판을 포함할 수 있다.

상기 제 1 도광판은 상기 제 1 영상을 상기 제 1 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 1 입력 커플러, 및 상기 제 1 영상을 상기 제 1 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 1 출력 커플러를 포함하고, 상기 제 2 도광판은 상기 제 2 영상을 상기 제 2 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 2 입력 커플러, 및 상기 제 2 영상을 상기 제 2 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 2 출력 커플러를 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 광학계는 상기 제 1 영상 및 제 2 영상을 포커싱하는 푸리에 렌즈를 더 포함하며, 상기 제 1 입력 커플러는 상기 제 1 영상이 상기 푸리에 렌즈에 의해 포커싱되는 위치에 배치되고, 상기 제 2 입력 커플러는 상기 제 2 영상이 상기 푸리에 렌즈에 의해 포커싱되는 위치에 배치될 수 있다.

상기 제 1 출력 커플러는 상기 제 1 입력 커플러보다 넓은 면적을 가지며, 상기 제 2 출력 커플러는 상기 제 2 입력 커플러보다 넓은 면적을 가질 수 있다.

상기 광학계는 상기 디스플레이 패널에서 0차 회절에 의해 발생한 빛을 차단하는 광차폐 부재를 더 포함하며, 상기 제 1 도광판과 제 2 도광판은 상기 광차폐 부재의 양측에 각각 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 제 1 영상은 관찰자의 좌안용 영상이고 상기 제 2 영상은 관찰자의 우안용 영상일 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 광학계는 상기 제 1 영상을 제 1 공간으로 반사 또는 투과시키는 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 영상을 제 1 공간과 상이한 제 2 공간으로 반사 또는 투과시키는 제 2 광학 부재를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재는 반투과 거울 또는 홀로그래픽 광학 소자(holographic optical elements; HOE)일 수 있다.

상기 광학계는 상기 제 1 영상 및 제 2 영상을 포커싱하는 푸리에 렌즈를 더 포함하며, 상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재는 상기 푸리에 렌즈로부터 상기 푸리에 렌즈의 초점거리보다 먼 거리에 배치될 수 있다.

상기 광학계는 상기 디스플레이 패널에서 0차 회절에 의해 발생한 빛을 차단하는 광차폐 부재를 더 포함하며, 상기 광차폐 부재는 상기 푸리에 렌즈의 광축 상에서 상기 푸리에 렌즈의 초점 평면에 배치되고, 상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재는 상기 광차폐 부재의 양측 반대 방향으로 각각 배치될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 광학계는 제 2 영상이 제 1 영상에 대해 시프트 되도록 제 1 영상 및 제 2 영상을 반사 또는 투과시키는 광학 부재를 포함할 수 있다.

상기 광학계는 상기 제 1 영상 및 제 2 영상을 포커싱하는 푸리에 렌즈를 더 포함하며, 상기 광학 부재는 상기 푸리에 렌즈로부터 상기 푸리에 렌즈의 초점거리보다 먼 거리에 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 제 1 영상과 제 2 영상은 서로 상이한 시점(viewpoint) 정보를 가질 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 광학계는 제 1 영상을 제 1 각도 범위로 공간 내에 안내하는 제 1 도광판 및 상기 제 2 영상을 제 1 각도 범위와 상이한 제 2 각도 범위로 공간 내에 안내하는 제 2 도광판을 포함할 수 있다.

상기 제 1 도광판은 상기 제 1 영상을 상기 제 1 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 1 입력 커플러, 및 상기 제 1 영상을 상기 제 1 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 1 출력 커플러를 포함하고, 상기 제 2 도광판은 상기 제 2 영상을 상기 제 2 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 2 입력 커플러, 및 상기 제 2 영상을 상기 제 2 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 2 출력 커플러를 포함하며, 상기 제 1 출력 커플러를 통해 출력된 제 1 영상이 상기 제 2 도광판의 상기 제 2 출력 커플러를 통과하도록 상기 제 1 출력 커플러와 상기 제 2 출력 커플러가 중첩적으로 배치될 수 있다.

상기 제 1 영상이 상기 제 1 입력 커플러에만 입사하고 상기 제 2 영상이 상기 제 2 입력 커플러에만 입사하도록 상기 제 1 입력 커플러와 상기 제 2 입력 커플러가 서로 마주하지 않게 배치될 수 있다.

상기 광학계는 상기 제 1 입력 커플러와 제 2 입력 커플러 사이에 배치되며 상기 디스플레이 패널에서 0차 회절에 의해 발생한 빛을 차단하는 광차폐 부재를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 영상 처리기는 제 1 및 제 2 위상 프로파일과 상이한 제 3 위상 프로파일이 적용된 제 3 영상 데이터와 제 1 내지 제 3 위상 프로파일과 상이한 제 4 위상 프로파일이 적용된 제 4 영상 데이터를 상기 제 1 및 제 2 영상 데이터에 합한 합성 영상 데이터를 상기 디스플레이 패널에 제공하도록 구성되며, 상기 디스플레이 패널은 서로 다른 방향을 따라 진행하는 제 1 영상 내지 제 4 영상을 생성할 수 있다.

예를 들어, 상기 제 1 영상과 제 3 영상은 서로 상이한 시점 정보를 갖는 관찰자의 우안용 영상이고, 상기 제 2 영상과 제 4 영상은 서로 상이한 시점 정보를 갖는 관찰자의 좌안용 영상일 수 있다.

상기 광학계는 제 3 영상이 제 1 영상에 대해 시프트 되도록 상기 제 1 영상 및 제 3 영상을 반사 또는 투과시키는 제 1 광학 부재 및 제 4 영상이 제 2 영상에 대해 시프트 되도록 상기 제 2 영상 및 제 4 영상을 반사 또는 투과시키는 제 2 광학 부재를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 광학계는: 상기 제 1 영상을 제 1 각도 범위로 제 1 공간 내에 안내하는 제 1 도광판; 상기 제 2 영상을 제 1 각도 범위로 제 1 공간과 상이한 제 2 공간 내에 안내하는 제 2 도광판; 상기 제 3 영상을 제 1 각도 범위와 상이한 제 2 각도 범위로 제 1 공간 내에 안내하는 제 3 도광판; 및 상기 제 4 영상을 제 2 각도 범위로 제 2 공간 내에 안내하는 제 4 도광판;을 포함할 수 있다.

상기 제 1 도광판은 상기 제 1 영상을 상기 제 1 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 1 입력 커플러, 및 상기 제 1 영상을 상기 제 1 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 1 출력 커플러를 포함하고, 상기 제 2 도광판은 상기 제 2 영상을 상기 제 2 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 2 입력 커플러, 및 상기 제 2 영상을 상기 제 2 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 2 출력 커플러를 포함하고, 상기 제 3 도광판은 상기 제 3 영상을 상기 제 3 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 3 입력 커플러, 및 상기 제 3 영상을 상기 제 3 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 3 출력 커플러를 포함하고, 상기 제 4 도광판은 상기 제 4 영상을 상기 제 4 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 4 입력 커플러, 및 상기 제 4 영상을 상기 제 4 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 4 출력 커플러를 포함하며, 상기 제 1 출력 커플러를 통해 출력된 제 1 영상이 상기 제 3 도광판의 상기 제 3 출력 커플러를 통과하도록 상기 제 1 출력 커플러와 상기 제 3 출력 커플러가 중첩적으로 배치되고, 상기 제 2 출력 커플러를 통해 출력된 제 2 영상이 상기 제 4 도광판의 상기 제 4 출력 커플러를 통과하도록 상기 제 2 출력 커플러와 상기 제 4 출력 커플러가 중첩적으로 배치될 수 있다.

또한, 상기 광학계는 상기 디스플레이 패널에서 0차 회절에 의해 발생한 빛을 차단하는 광차폐 부재를 더 포함하며, 상기 제 1 도광판과 제 3 도광판은 상기 광차폐 부재의 제 1 측면에 배치되고 상기 제 2 도광판과 제 4 도광판은 상기 광차폐 부재의 제 2 측면에 배치될 수 있따.

다른 실시예에서, 상기 광학계는 제 1 영상을 공간 내의 제 1 깊이에 투영하는 제 1 도광판 및 상기 제 2 영상을 제 1 깊이와 상이한 공간 내의 제 2 깊이에 투영하는 제 2 도광판을 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 광학계는 제 2 영상이 제 1 영상의 중심부에 위치하고 제 1 영상이 제 2 영상의 주변을 둘러싸도록 제 1 영상 및 제 2 영상을 반사 또는 투과시키는 광학 부재를 포함할 수 있다.

상기 제 1 영상과 제 2 영상이 결합하여 하나의 영상을 형성하며, 제 2 영상은 제 1 영상보다 좁은 화각과 제 1 영상보다 높은 해상도를 가질 수 있다.

상기 영상 처리기는 제 1 영상이 제 1 초점거리에 포커싱되도록 제 1 위상 프로파일을 생성하고 제 2 영상이 제 1 초점거리보다 먼 제 2 초점거리에 포커싱되도록 제 2 위상 프로파일을 생성할 수 있다.

상기 영상 처리기는, 제 1 초점거리가 상기 디스플레이 패널과 상기 광학 부재 사이의 거리보다 짧고 제 2 초점거리가 상기 디스플레이 패널과 상기 광학 부재 사이의 거리보다 길도록 제 1 위상 프로파일과 제 2 위상 프로파일을 생성할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 광학계는, 제 1 영상과 제 2 영상을 포커싱하는 제 1 렌즈; 상기 제 1 렌즈에 의해 형성되는 제 2 영상의 초점 부근에 배치되어 제 2 영상의 발산 각도를 감소시키는 제 2 렌즈; 상기 디스플레이 패널에서 0차 회절에 의해 발생한 빛을 차단하는 광차폐 부재; 및 제 1 영상과 제 2 영상을 동일한 한 점에 모으는 광학 부재;를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 디스플레이 장치는 헤드 마운트형, 안경형 또는 고글형일 수 있다.

또한, 상기 디스플레이 장치는, 예를 들어, 가상 현실(VR) 디스플레이 장치, 증강 현실(AR) 디스플레이 장치, 또는 혼합 현실(MR) 디스플레이 장치일 수 있다.

개시된 다중 영상 디스플레이 장치에 따르면, 하나의 디스플레이 패널은 적어도 2개의 상이한 영상을 동시에 디스플레이 한다. 이때, 적어도 2개의 영상에 대해 각각 홀로그래픽 투사 방식으로 상이한 위상 프로파일을 적용함으로써, 적어도 2개의 영상이 서로 다른 방향으로 진행할 수 있다. 따라서, 서로 다른 방향으로 진행하는 적어도 2개의 영상을 광학적으로 분리하여 관찰자에게 제공할 수 있다.

이러한 다중 영상 디스플레이 장치는 하나의 디스플레이 패널만으로 관찰자의 좌안과 우안에 각각 영상을 제공할 수 있다. 또한, 다중 영상 디스플레이 장치는 하나의 디스플레이 패널만으로 다중 깊이 표현이 가능하다. 또한, 다중 영상 디스플레이 장치는 하나의 디스플레이 패널만으로 시야각의 확장 또는 시역의 확장이 가능하다. 또한, 다중 영상 디스플레이 장치는 하나의 디스플레이 패널만으로 포비티드 영상을 구현할 수 있다. 따라서, 개시된 다중 영상 디스플레이 장치는 작은 크기로 제작될 수 있으며 소비전력이 작을 수 있다.

이러한 다중 영상 디스플레이 장치는 가상 현실 시스템, 증강 현실 시스템, 또는 혼합 현실 시스템에 응용될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 2는 2개의 2차원(2D) 영상을 동시에 디스플레이 하는 경우에 다중 영상 디스플레이 장치의 하나의 디스플레이 패널에 제공될 영상 데이터를 생성하는 과정을 개략적으로 보인다.
도 3은 2개의 홀로그래픽 영상을 동시에 디스플레이 하는 경우에 다중 영상 디스플레이 장치의 하나의 디스플레이 패널에 제공될 영상 데이터를 생성하는 과정을 개략적으로 보인다.
도 4는 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 9는 도 8에 도시된 도면에서 푸리에 렌즈와 광차폐 부재를 보다 확대하여 보인다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 14는 2개의 2D 영상을 디스플레이 하는 경우에 도 13에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치에 의해 표현되는 영상의 깊이를 예시적으로 보인다.
도 15는 2개의 홀로그래픽 영상을 디스플레이 하는 경우에 도 13에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치에 의해 표현되는 영상의 깊이 범위를 예시적으로 보인다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 17은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 18은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 19는 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다.
도 20 및 도 21은 실시예들에 따른 다중 영상 디스플레이 장치를 채용한 다양한 전자기기를 예시적으로 도시한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 홀로그래픽 투사 방식을 이용한 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 보이는 구성도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(100)는, 조명광을 방출하는 광원(110), 조명광을 이용하여 영상을 생성하는 디스플레이 패널(120), 조명광을 디스플레이 패널(120)에 전달하고 영상을 관찰자에 전달하도록 구성된 광학계(130), 및 디스플레이 패널(120)에 영상 데이터를 제공하도록 구성된 영상 처리기(190)를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 홀로그래픽 투사 방식을 이용하여 하나의 디스플레이 패널(120)이 서로 다른 방향을 따라 진행하는 적어도 2개의 영상을 디스플레이 한다. 그리고, 광학계(130)는 하나의 디스플레이 패널(120)에서 표시되는 적어도 2개의 영상을 분리하여 각각 다른 경로로 안내하도록 구성될 수 있다. 또한, 영상 처리기(190)는 하나의 디스플레이 패널(120)이 서로 다른 방향을 따라 진행하는 적어도 2개의 영상을 디스플레이 하도록 하기 위한 영상 데이터를 생성하여 디스플레이 패널(120)에 제공한다. 그러면, 다중 영상 디스플레이 장치(100)는 하나의 디스플레이 패널(120)만으로 관찰자의 좌안과 우안에 각각 영상을 제공하거나, 다중 깊이 표현을 하거나, 시야각을 확장시키거나, 시역을 확장시키거나, 또는 중심부를 선명하게 하고 주변부를 흐리게 처리한 포비티드 영상(foveated image)을 구현할 수 있다.

이를 위하여, 영상 처리기(190)는 서로 다른 영상의 정보를 담은 영상 데이터에 각각의 영상이 진행할 방향을 결정하는 위상 프로파일을 적용하여 합성 영상 데이터를 생성한다. 예를 들어, 도 2는 2개의 2차원(2D) 영상을 동시에 디스플레이 하는 경우에 다중 영상 디스플레이 장치(100)의 하나의 디스플레이 패널(120)에 제공될 영상 데이터를 생성하는 과정을 개략적으로 보인다.

도 2를 참조하면, 영상 처리기(190)는 제 1 영상의 진행 방향을 결정하는 제 1 위상 프로파일(P1)을 제 1 영상의 정보를 담은 제 1 영상 데이터(I1)에 적용한다. 예컨대, 영상 처리기(190)는 제 1 위상 프로파일(P1)과 제 1 영상 데이터(I1)에 대해 합성곱(convolution) 연산을 수행할 수 있다. 또한, 영상 처리기(190)는 제 2 영상의 정보를 담은 제 2 영상 데이터(I2)와 제 2 영상의 진행 방향을 결정하는 제 2 위상 프로파일(P2)에 대해서도 합성곱 연산을 수행할 수 있다. 그런 후, 영상 처리기(190)는 합성곱 처리된 2개의 영상 데이터를 합산하여 최종적으로 합성된 영상 데이터를 디스플레이 패널(120)에 제공할 수 있다. 여기서, 2개의 영상 데이터를 합산하는 것은, 2개의 영상 데이터의 서로 대응하는 화솟값들을 단순히 더하는 것이다.

그러면, 디스플레이 패널(120)은 2차원 영상인 제 1 영상과 제 2 영상을 각각 동시에 디스플레이 할 수 있다. 한편, 제 1 및 제 2 위상 프로파일(P1, P2)은 주기적인 정현파 형태의 프리즘 패턴을 형성하는 데이터이다. 이러한 주기적인 프리즘 패턴에 의해 빛이 일정한 방향으로 굴절되는데, 빛이 굴절되는 각도는 프리즘 패턴의 주기에 의해 결정된다. 따라서, 영상 처리기(190)에 의해 제 1 및 제 2 영상 데이터(I1, I2)에 각각 적용되는 제 1 및 제 2 위상 프로파일(P1, P2)의 주기에 따라 제 1 및 제 2 영상이 진행하는 경로가 결정된다. 본 실시예에서, 제 1 위상 프로파일(P1)의 주기와 제 2 위상 프로파일(P2)의 주기가 서로 다르기 때문에, 디스플레이 패널(120)에 의해 각각 디스플레이 되는 제 1 영상과 제 2 영상이 서로 다른 방향으로 진행할 수 있다.

다중 영상 디스플레이 장치(100)는 홀로그래픽 투사 방식을 이용하기 때문에 적어도 2개의 2차원 영상뿐만 아니라 적어도 2개의 3차원 홀로그래픽 영상도 재생할 수 있다. 예를 들어, 도 3은 2개의 홀로그래픽 영상을 동시에 디스플레이 하는 경우에 다중 영상 디스플레이 장치(100)의 하나의 디스플레이 패널(120)에 제공될 영상 데이터를 생성하는 과정을 개략적으로 보인다. 도 3을 참조하면, 영상 처리기(190)는 입력된 영상 데이터를 층 기반 알고리즘을 이용하여 변환할 수 있다. 층 기반 알고리즘은 홀로그램의 재생 영역을 깊이를 기준으로 다수의 평면 층으로 분할하고, 분할된 각 층의 데이터를 처리하는 방법이다.

먼저, 영상 처리기(190)는 제 1 영상의 분할된 다수의 평면 층에 관한 정보를 각각 담은 다수의 2차원 영상 데이터에 대해 푸리에 변환(Fourier Transform) 또는 고속 푸리에 변환(FFT; Fast Fourier Transform)을 각각 수행할 수 있다. 영상 처리기(190)는 이러한 FFT를 통해 영상 데이터를 복소수 값을 갖는 복소 영상 데이터의 형태로 변환한다. 수행되는 푸리에 연산은 관찰자의 망막으로부터 관찰자의 동공으로의 1차 역푸리에 변환(Inverse Fourier Transform, IFT) 또는 1차 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)이다. 다시 말해, 1차 푸리에 연산을 통해 관찰자의 망막에 형성되는 빛의 파면을 관찰자의 동공에 형성되는 파면으로 변환할 수 있다. 또한, 영상 처리기(190)는 제 2 영상의 분할된 다수의 평면 층에 관한 정보를 각각 담은 다수의 2차원 영상 데이터에 대해서도 푸리에 변환(Fourier Transform) 또는 고속 푸리에 변환(FFT; Fast Fourier Transform)을 각각 수행할 수 있다.

그런 후, 영상 처리기(190)는 제 1 영상의 분할된 다수의 평면 층에 관한 깊이 정보를 이용하여 포커스 텀(focus term) 연산 또는 수정체 페이즈 연산을 수행한다. 수정체 페이즈 연산은 1차 푸리에 연산을 수행하여 얻은 최종 데이터에 깊이 값을 곱한 후 주파수 필터링을 수행하는 것이다. 예를 들어, 어느 한 층의 영상 데이터에 대해 1차 푸리에 연산을 수행하여 얻은 최종 데이터에 곱해지는 깊이 값은 그 층의 깊이 방향의 위치를 나타낼 수 있다. 그런 후, 영상 처리기(190)는 수정체 페이즈 연산을 수행하여 얻은 층별로 분리된 다수의 2차원 영상 데이터를 병합하여 모든 깊이 정보를 갖는 하나의 영상 데이터를 만든다. 또한, 영상 처리기(190)는 제 2 영상의 분할된 다수의 평면 층에 관한 깊이 정보를 이용하여 포커스 텀 연산 또는 수정체 페이즈 연산을 수행하고, 층별로 분리된 다수의 2차원 영상 데이터를 병합한다.

그런 후, 영상 처리기(190)는 모든 깊이 정보를 포함하는 하나의 영상 데이터에 대해 2차 푸리에 연산을 수행한다. 2차 푸리에 연산은 관찰자의 동공으로부터 디스플레이 패널(120)의 평면으로의 2차 역푸리에 변환 또는 2차 역 고속 푸리에 변환이다. 다시 말해, 2차 푸리에 연산을 통해 관찰자의 동공에 형성되는 빛의 파면을 디스플레이 패널(120)의 표면에서 방출되는 빛의 파면으로 변환한다. 영상 처리기(190)는 제 1 영상과 제 2 영상에 대해 이러한 2차 푸리에 연산을 각각 별도로 수행한다. 그러면 2개의 2차 푸리에 연산된 복소 영상 데이터가 생성된다.

그리고, 영상 처리기(190)는 홀로그래픽 영상이 진행하는 방향을 조절하기 위하여 프리즘 페이즈 연산(prism phase computation)을 수행한다. 다시 말해, 영상 처리기(190)는 제 1 홀로그래픽 영상과 제 2 홀로그래픽 영상이 서로 다른 방향으로 진행하도록 하기 위하여, 2차 푸리에 연산을 통해 얻은 2개의 복소 영상 데이터에 서로 다른 주기를 갖는 위상 프로파일을 적용한다. 영상 처리기(190)는 그런 다음 서로 다른 위상 프로파일이 각각 적용된 2개의 복소 영상 데이터를 단순히 합산하여 하나로 합성된 복소 영상 데이터를 생성한다.

마지막으로, 영상 처리기(190)는 하나로 합성된 복소 영상 데이터에 대해 화소 인코딩(pixel encoding)을 수행하여 디스플레이 패널(120)에 입력될 홀로그램 데이터(CGH; computer generated hologram)를 최종적으로 생성한다. 예를 들어, 영상 처리기(190)는 하나로 합성된 복소 영상 데이터에서 디스플레이 패널(120)의 화소들 각각에 대응되는 복소수 값들을 정수 값들로 인코딩한다. 다시 말해, 영상 처리기(190)는 하나로 합성된 복소 영상 데이터의 복소수 값들을 n 비트 무부호 정수(n bit unsigned integer) 값들로 인코딩할 수 있다. 여기서, n은 자연수이다. 예를 들어, 디스플레이 패널(120)의 각각의 화소가 0부터 255까지 256개의 계조 값을 표현할 수 있다면, 영상 처리기(190)는 복소 영상 데이터의 복소수 값들을 8비트 무부호 정수값들로 인코딩할 수 있다. 그런 후, 영상 처리기(190)는 화소 인코딩을 통해 얻은 최종적인 CGH 데이터를 출력하여 디스플레이 패널(120)에 제공한다.

다시 도 1을 참조하면, 홀로그래픽 투사 방식을 이용하기 때문에 광원(110)은 가간섭성 빛을 방출하는 가간섭성 광원일 수 있다. 높은 가간섭성을 갖는 빛을 제공하기 위하여, 예를 들어, 레이저 다이오드(laser diode; LD)를 광원(110)으로 사용할 수 있다. 또한, 광원(110)은 발광 다이오드(light emitting diode; LED)일 수도 있다. 발광 다이오드는 레이저보다는 공간 간섭성(spatial coherence)이 낮지만, 빛이 어느 정도의 공간 간섭성만을 가지고 있다면 디스플레이 패널(120)에 의해 충분히 회절될 수 있다. 발광 다이오드 외에도 공간 간섭성을 갖는 빛을 방출한다면 다른 어떤 광원(110)이라도 사용이 가능하다.

또한, 도 1에 도시된 실시예에서 광원(110)은 발산하는 빛을 방출하는 점광원일 수 있다. LED 또는 LD와 같은 점광원이 도 1에 도시된 광원(110)의 위치에 직접 배치될 수도 있지만, 설계의 편의상 점광원은 다른 곳에 배치되고 광섬유를 통해서 빛을 전달할 수도 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 광원(110)의 위치에 광섬유 말단이 배치될 수도 있다. 또한, 도 1에는 광원(110)이 편의상 단지 하나로 표시되었지만, 광원(110)은 적색, 녹색, 및 청색광을 각각 제공하는 다수의 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드의 어레이를 포함할 수 있다.

디스플레이 패널(120)은 영상 처리기(190)로부터 제공되는 영상 데이터를 기초로 영상을 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리기(190)가 2차원 영상을 위한 영상 데이터를 제공하면 디스플레이 패널(120)은 2차원 영상을 디스플레이 하며, 영상 처리기(190)가 홀로그래픽 영상을 위한 CGH 데이터를 제공하면 디스플레이 패널(120)은 홀로그램 패턴을 디스플레이 한다. 디스플레이 패널(120)은 이를 위해 2차원 배열된 다수의 디스플레이 화소를 포함할 수 있다. 이러한 디스플레이 패널(120)은 위상 변조만 수행할 수 있는 위상 변조기, 진폭 변조만 수행할 수 있는 진폭 변조기, 및 위상 변조와 진폭 변조를 모두 수행할 수 있는 복합 변조기 중 어느 것을 사용할 수도 있다. 또한, 디스플레이 패널(120)은 조명광을 반사하여 영상을 형성하는 반사형 공간 광변조기 또는 조명광을 투과시켜 영상을 형성하는 투과형 공간 광변조기일 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(120)은 반도체 변조기, LCD(liquid crystal device), DMD(digital micromirror device), LCoS(liquid crystal on silicon) 등을 사용할 수 있다.

영상 처리기(190)는 도 2 또는 도 3에서 설명한 방식으로 영상 데이터를 생성하여 디스플레이 패널(120)에 제공하며, 광원(110)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 영상 처리기(190)는 광원(110)의 점등 및 소등을 제어할 수 있다. 이러한 영상 처리기(190)는 소프트웨어를 이용하여 구현될 수도 있으며, 또는 그러한 소프트웨어의 기능이 내장되어 있는 반도체 칩의 형태로 구현될 수도 있다.

광학계(130)는 디스플레이 패널(120)에서 표시되는 적어도 2개의 영상을 분리하여 각각 다른 경로로 안내하도록 구성될 수 있다. 광학계(130)는 다중 영상 디스플레이 장치(100)의 크기, 목적, 형태에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(120)이 반사형 공간 광변조기로 구성된 경우, 광학계(130)는, 영상을 포커싱하는 푸리에 렌즈(113), 광원(110)으로부터 방출된 조명광을 디스플레이 패널(120)에 제공하고 디스플레이 패널(120)에서 생성되는 영상을 푸리에 렌즈(113)에 제공하도록 구성된 빔스플리터(112), 및 광원(110)으로부터 방출되어 빔스플리터(112)에 입사하는 조명광을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈(111)를 포함할 수 있다.

이러한 구성에서, 광원(110)으로부터 방출된 조명광은 콜리메이팅 렌즈(111)를 통과한 후, 빔스플리터(112)에 의해 반사되어 디스플레이 패널(120)에 입사할 수 있다. 그런 후, 디스플레이 패널(120)은 조명광을 반사 및 변조하여 적어도 2개의 영상을 재생할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(120)이 2개의 영상, 즉 제 1 및 제 2 영상(L1, L2)을 생성하는 경우, 제 1 및 제 2 영상(L1, L2)은 빔스플리터(112)를 통과하여 푸리에 렌즈(113)에 의해 포커싱된다. 상술한 바와 같이, 2개의 영상 데이터에 적용되는 위상 프로파일이 서로 다르기 때문에, 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)의 진행 방향을 조금 다를 수 있다. 따라서, 푸리에 렌즈(113)에 의해 제 1 영상(L1)이 포커싱되는 위치와 제 2 영상(L2)이 포커싱되는 위치가 조금 다를 수 있다.

제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)을 완전히 분리하여 관찰자에게 제공하기 위하여, 광학계(130)는 제 1 영상(L1)이 포커싱되는 위치와 제 2 영상(L2)이 포커싱되는 위치에 각각 배치된 적절한 영상 전달 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학계(130)는 제 1 영상(L1)이 포커싱되는 위치에 배치된 경사진 제 1 거울(132a) 및 제 2 영상(L2)이 포커싱되는 위치에 배치된 경사진 제 2 거울(132b)를 포함할 수 있다. 따라서, 푸리에 렌즈(113)는 제 1 영상(L1)을 제 1 거울(132a)에 포커싱하고 제 2 영상(L2)을 제 2 거울(132b)에 포커싱할 수 있다. 제 1 거울(132a)은 제 1 영상(L1)을 제 1 방향으로 반사하고 제 2 거울(132b)은 제 2 영상(L2)을 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 반사할 수 있다. 그러면, 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)이 완전히 분리되며, 분리된 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)은 다중 영상 디스플레이 장치(100)의 목적에 따라 관찰자에게 제공되어 다양하게 활용될 수 있다.

한편, 디스플레이 패널(120)은 다수의 디스플레이 화소들의 어레이로 구성되어 있기 때문에, 다수의 디스플레이 화소들의 물리적인 어레이 구조가 회절 격자로서도 작용하게 된다. 따라서, 조명광의 일부는 디스플레이 패널(120)의 디스플레이 화소들의 어레이로 구성된 규칙적인 회절 격자에 의해 회절 및 간섭하게 된다. 그 결과, 푸리에 렌즈(113)의 초점 평면 상에는 격자점(lattice spot)들이 나타나게 된다. 예를 들어, 영상을 형성하지 않는 0차 회절된 빛(L0)이 푸리에 렌즈(113)의 광축(OX)을 따라 진행할 수 있다. 이러한 격자점들은 재생되는 영상의 화질을 저하시키고 영상의 감상을 불편하게 만드는 영상 노이즈로서 작용한다.

따라서, 이러한 격자점 노이즈들이 관찰자에게 보이지 않도록, 광학계(130)는 디스플레이 패널(120)에서 0차 회절에 의해 발생한 빛(L0)을 차단하는 광차폐 부재(131)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 광차폐 부재(131)는 푸리에 렌즈(113)의 광축(OX) 상에 배치될 수 있다. 특히, 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)을 0차 회절된 빛(L0)으로부터 확실히 분리하고 광차폐 부재(131)의 크기를 작게 하기 위하여, 광차폐 부재(131)는 푸리에 렌즈(113)의 초점 평면 상에 배치될 수 있다.

도 1에는 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)이 0차 회절된 빛(L0)의 양쪽 측면을 따라 각각 비스듬하게 진행하는 것으로 도시되었다. 이 경우, 제 1 거울(132a)과 제 2 거울(132b)은 푸리에 렌즈(113)의 초점 평면에서 광차폐 부재(131)의 양쪽 측면에 각각 배치될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)이 진행하는 방향은 영상 데이터에 적용되는 위상 프로파일의 주기에 따라 달라질 수 있다. 그러면 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)의 초점 위치들에 맞추어 제 1 거울(132a)과 제 2 거울(132b)의 위치들도 조절될 수 있다.

도 4는 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(200)의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 4에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(200)는 도 1에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(100)와 비교할 때, 영상 전달 수단만이 다르다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 광학계(130)는 제 1 영상(L1)을 제 1 공간으로 안내하는 제 1 도광판(141a) 및 제 2 영상(L2)을 제 1 공간과 상이한 제 2 공간으로 안내하는 제 2 도광판(141b)을 포함할 수 있다. 제 1 도광판(141a)은 제 1 영상(L1)을 제 1 도광판(141a)의 내부로 안내하는 제 1 입력 커플러(142a), 및 제 1 영상(L1)을 제 1 도광판(141a)의 외부로 출력시키는 제 1 출력 커플러(143a)를 포함한다. 또한, 제 2 도광판(141b)은 제 2 영상(L2)을 제 2 도광판(141b)의 내부로 안내하는 제 2 입력 커플러(142b), 및 제 2 영상(L2)을 제 2 도광판(141b)의 외부로 출력시키는 제 2 출력 커플러(143b)를 포함한다. 이러한 제 1 및 제 2 입력 커플러(142a, 142b)와 제 1 및 제 2 출력 커플러(143a, 143b)는 주기적인 미세한 격자 패턴으로 이루어지며, 격자 패턴들의 주기, 크기, 배열 모양에 따라 다양한 각도를 빛의 방향을 제어할 수 있다.

제 1 도광판(141a)과 제 2 도광판(141b)은 광차폐 부재(131)의 양측에 각각 배치된다. 특히, 제 1 도광판(141a)과 제 2 도광판(141b)은 그 내부의 광도파로가 푸리에 렌즈(113)의 광축에 거의 수직한 방향으로 연장되도록 배열될 수 있다. 제 1 도광판(141a)과 제 2 도광판(141b)의 배열 방향이 푸리에 렌즈(113)의 광축에 대해 완전하게 수직할 필요는 없으며 제 1 및 제 2 출력 커플러(143a, 143b)로부터 각각 출력된 제 1 및 제 2 영상(L1, L2)이 진행하게 될 방향에 따라 제 1 및 제 2 도광판(141a, 141b)의 배열 방향이 조절될 수 있다.

또한, 제 1 입력 커플러(142a)는 제 1 도광판(141a)의 제 1 표면 상에서 제 1 영상(L1)이 푸리에 렌즈(113)에 의해 포커싱되는 위치에 배치되고, 제 2 입력 커플러(142b)는 제 2 도광판(141b)의 제 1 표면 상에서 제 2 영상(L2)이 푸리에 렌즈(113)에 의해 포커싱되는 위치에 배치된다. 예를 들어, 제 1 입력 커플러(142a)와 제 2 입력 커플러(142b)는 광차폐 부재(131)의 양측에 인접하여 각각 배치될 수 있다. 제 1 출력 커플러(143a)는 제 1 도광판(141a)의 제 1 표면에 마주하는 제 2 표면 상에 배치되며, 제 2 출력 커플러(143b)는 제 2 도광판(141b)의 제 1 표면에 마주하는 제 2 표면 상에 배치된다. 출력되는 제 1 및 제 2 영상(L1, L2)의 시야창이 충분히 크도록, 제 1 출력 커플러(143a)는 제 1 입력 커플러(142a)보다 넓은 면적을 가지며, 제 2 출력 커플러(143b)는 제 2 입력 커플러(142b)보다 넓은 면적을 가질 수 있다.

이러한 구성에서, 디스플레이 패널(120)에서 디스플레이 되는 제 1 영상(L1)은 제 1 입력 커플러(142a)를 통해 제 1 도광판(141a)의 내부를 진행한다. 그리고, 제 1 영상(L1)은 제 1 출력 커플러(143a)를 통해 제 1 도광판(141a)의 외부로 출력되어, 예컨대, 관찰자의 우안(ER)에 입사할 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(120)에서 디스플레이 되는 제 2 영상(L2)은 제 2 입력 커플러(142b)를 통해 제 2 도광판(141b)의 내부를 진행한다. 그런 후, 제 2 영상(L2)은 제 2 출력 커플러(143b)를 통해 제 2 도광판(141b)의 외부로 출력되어, 예컨대, 관찰자의 좌안(EL)에 입사할 수 있다. 따라서, 다중 영상 디스플레이 장치(200)는 디스플레이 패널(120)만으로 관찰자에게 우안용 영상과 좌안용 영상을 제공할 수 있다.

한편, 제 1 출력 커플러(143a)와 제 2 출력 커플러(143b)는 미리 설계된 특정한 각도로 경사지게 입사하는 빛만을 회절시켜 각각 제 1 도광판(141a)의 제 2 표면과 제 2 도광판(141b)의 제 2 표면에 수직하게 진행시키지만, 다른 각도로 입사하는 빛에 대해서는 회절 격자로서 작용하지 않는다. 예를 들어, 외부로부터 제 1 및 제 2 출력 커플러(143a, 143b)에 수직하게 입사하는 빛은 제 1 및 제 2 출력 커플러(143a, 143b)를 그대로 투과한다. 따라서, 본 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(200)는 증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용될 수 있다. 이 경우, 본 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(200)는 근안(near-eye) AR 디스플레이 장치일 수 있다. 예를 들어, 관찰자의 우안(ER)에는 디스플레이 패널(120)에 의해 재생된 제 1 영상(L1)과 제 1 출력 커플러(143a)를 수직으로 투과한 외부의 전경을 담은 외부의 빛(EX)이 함께 보일 수 있다. 외부의 빛(EX)은 별도의 공간 광변조기에 의해 변조되어 생성되거나 또는 별도의 디스플레이 패널에 의해 표시되는 인공적인 영상이 아니라, 관찰자의 정면에 존재하는 실제 전경을 담고 있다. 따라서, 관찰자는 인공적으로 생성된 가상의 제 1 영상(L1)과 실제 전경을 함께 동시에 인지할 수 있다. 그리고, 관찰자의 좌안(EL)에는 디스플레이 패널(120)에 의해 재생된 제 2 영상(L2)과 제 2 출력 커플러(143b)를 수직으로 투과한 외부의 전경을 담은 외부의 빛(EX)이 함께 보일 수 있다. 이와 같이, 다중 영상 디스플레이 장치(200)가 하나의 디스플레이 패널(120)만으로 양안용 증강 현실을 구현할 수 있기 때문에, 다중 영상 디스플레이 장치(200)는 작은 크기로 제작될 수 있으며 소비전력이 작을 수 있다.

도 5는 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(200')의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 4에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(200)의 제 1 및 제 2 출력 커플러(143a, 143b)는 제 1 및 제 2 입력 커플러(142a, 142b)에 대해 방향 방향으로 배치되었지만, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 출력 커플러(143a, 143b)가 제 1 및 제 2 입력 커플러(142a, 142b)에 대해 동일한 방향으로 배치될 수 있다. 예컨대, 제 1 입력 커플러(142a)와 제 1 출력 커플러(143a)가 제 1 도광판(141a)의 제 1 표면에 함께 배치되고, 제 2 입력 커플러(142b)와 제 2 출력 커플러(143b)가 제 2 도광판(141b)의 제 1 표면에 함께 배치될 수 있다. 이 경우, 제 1 출력 커플러(143a)를 통해 출력된 제 1 영상(L1)은 관찰자의 좌안(EL)에 입사하고 제 2 입력 커플러(142b)를 통해 출력된 제 2 영상(L2)은 관찰자의 우안(ER)에 입사할 수 있다.

도 6은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(300)의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 6에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(300)는 영상 전달 수단으로서 특정한 각도로 입사하는 빛의 진행 방향을 바꾸어 투과시키는 광학 부재를 포함할 수 있다. 도 6을 참조하면, 광학계(130)는 제 1 영상(L1)을 제 1 공간으로 투과시키는 제 1 광학 부재(151a) 및 제 2 영상(L2)을 제 1 공간과 상이한 제 2 공간으로 투과시키는 제 2 광학 부재(151b)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제 1 및 제 2 광학 부재(151a, 151b)는 홀로그래픽 광학 소자(HOE; holographic optical elements)를 포함할 수 있다.

홀로그래픽 광학 소자(HOE)는 감광층에 참조광과 물체광을 간섭시켜 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 광학 부재(151a)에 입사하는 제 1 영상(L1)의 방향과 동일한 방향으로 감광층에 참조광을 입사시키고, 제 1 광학 부재(151a)를 투과하는 제 1 영상(L1)의 방향과 동일한 방향으로 감광층에 물체광을 입사시켜 형성된 간섭 패턴이 홀로그래픽 광학 소자(HOE)에 기록될 수 있다. 이러한 홀로그래픽 광학 소자(HOE)를 포함하는 제 1 광학 부재(151a)에 참조광과 같은 방향의 제 1 영상(L1)이 입사하면 제 1 영상(L1)이 제 1 광학 부재(151a)를 투과할 때 신호광과 동일한 방향을 갖게 된다. 또한, 제 2 광학 부재(151b)에 입사하는 제 2 영상(L2)의 방향과 동일한 방향으로 감광층에 참조광을 입사시키고, 제 2 광학 부재(151b)를 투과하는 제 2 영상(L2)의 방향과 동일한 방향으로 감광층에 물체광을 입사시켜 형성된 간섭 패턴이 홀로그래픽 광학 소자(HOE)에 기록될 수 있다. 이러한 홀로그래픽 광학 소자(HOE)를 포함하는 제 2 광학 부재(151b)에 참조광과 같은 방향의 제 2 영상(L2)이 입사하면 제 2 영상(L2)이 제 2 광학 부재(151b)를 투과할 때 신호광과 동일한 방향을 갖게 된다. 대신에, 홀로그래픽 광학 소자(HOE)는 굴절률이 상이한 미세한 패턴들의 3차원 배열을 이용하여 특정한 방향으로 입사하는 빛을 특정한 방향으로 투과시키도록 설계될 수도 있다.

제 1 광학 부재(151a)와 제 2 광학 부재(151b)는 광차폐 부재(131)의 양측 반대 방향으로 각각 배치될 수 있다. 특히, 제 1 광학 부재(151a)와 제 2 광학 부재(151b)는 그 입광면이 푸리에 렌즈(113)의 광축에 거의 수직한 방향으로 연장되도록 배열될 수 있다. 또한, 제 1 광학 부재(151a)와 제 2 광학 부재(151b)는 푸리에 렌즈(131)로부터 푸리에 렌즈(113)의 초점거리보다 먼 거리에 배치될 수 있다. 그러면, 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)은 푸리에 렌즈(113)의 초점을 지나면서 확대되어 제 1 광학 부재(151a)와 제 2 광학 부재(151b)의 입광면의 넓은 면적에 각각 입사할 수 있다.

이러한 구성에서, 디스플레이 패널(120)에서 디스플레이 되는 제 1 영상(L1)은 푸리에 렌즈(113)를 지나 제 1 광학 부재(151a)에 입사한다. 그리고, 제 1 광학 부재(151a)를 통과하면서 굴절되어 관찰자의 우안(ER)에 제 1 영상(L1)이 입사할 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(120)에서 디스플레이 되는 제 2 영상(L2)은 푸리에 렌즈(113)를 지나 제 2 광학 부재(151b)에 입사한다. 그리고, 제 2 영상(L2)은 제 2 광학 부재(151b)를 통과하면서 굴절되어 관찰자의 좌안(EL)에 입사할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 광학 부재(151a, 151b)에 수직하게 입사하는 빛은 제 1 및 제 2 광학 부재(151a, 151b)를 그대로 투과한다. 따라서, 관찰자는 제 1 및 제 2 영상(L1, L2)과 외부의 전경을 담은 외부의 빛(EX)을 함께 볼 수 있다.

도 7은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(300')의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 7에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(300')에서, 제 1 및 제 2 광학 부재(151a, 151b)는 제 1 및 제 2 영상(L1, L2)을 반사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 광학 부재(151a, 151b)는 입사광의 일부를 투과시키고 입사광의 다른 일부를 반사하는 반투과 거울이거나, 특정한 각도로 입사하는 빛의 진행 방향을 바꾸어 반사하는 홀로그래픽 광학 소자(HOE)일 수 있다. 이 경우, 제 1 광학 부재(151a)에 의해 반사된 제 1 영상(L1)은 관찰자의 좌안(EL)에 입사하고 제 2 광학 부재(151b)에 의해 반사된 제 2 영상(L2)은 관찰자의 우안(ER)에 입사할 수 있다.

도 8은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(400)의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 8을 참조하면, 다중 영상 디스플레이 장치(400)는 영상 전달 수단으로서 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)을 모두 반사하는 하나의 광학 부재(151)를 포함할 수 있다. 이를 위하여, 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)의 진행 방향, 광학 부재(151)의 위치, 및 푸리에 렌즈(113)의 굴절력을 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리기(190)는 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)이 모두 하나의 광학 부재(151)에 입사할 수 있도록, 제 1 영상(L1)에 대한 위상 프로파일과 제 2 영상(L2)에 대한 위상 프로파일을 결정할 수 있다.

도 9는 도 8에 도시된 도면에서 푸리에 렌즈(113)와 광차폐 부재(131)를 보다 확대하여 보인다. 도 9를 참조하면, 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)은 0차 회절된 빛(L0)과 동일한 초점 평면(P)에 푸리에 렌즈(113)에 의해 포커싱된다. 제 1 영상(L1)의 진행 방향과 제 2 영상(L2)의 진행 방향의 차이는 크지 않지만, 제 1 영상(L1)의 초점과 제 2 영상(L2)의 초점은 광차폐 부재(131)의 양측 반대 방향에 각각 배치될 수 있다. 광차폐 부재(131)는 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)을 가리지 않도록 0차 회절된 빛(L0)의 스폿(spot)과 거의 같은 작은 크기를 가질 수 있다.

다시 도 8을 참조하면, 광학 부재(151)는 푸리에 렌즈(113)로부터 푸리에 렌즈(113)의 초점거리보다 먼 거리에 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 영상(L1, L2)은 푸리에 렌즈(113)의 초점을 지나면서 확대되어 광학 부재(151)의 입광면의 넓은 면적에 각각 입사할 수 있다. 광학 부재(151)에 입사할 때, 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)은 서로에 대해 시프트될 수 있다. 따라서, 광학 부재(151)에 의해 반사된 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)은 관찰자가 영상을 보는 위치에서도 서로에 대해 시프트될 수 있다.

이러한 구성에서, 영상 처리기(190)는 서로 다른 시점(viewpoint)의 영상 데이터를 이용하여 제 1 영상(L1)을 위한 영상 데이터와 제 2 영상(L2)을 위한 영상 데이터를 생성하여 디스플레이 패널(120)에 각각 제공할 수 있다. 그러면, 디스플레이 패널(120)에 의해 디스플레이 되는 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)은 상이한 시점 정보를 가질 수 있다. 서로 시프트된 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)이 상이한 시점 정보를 갖기 때문에, 관찰자의 눈의 위치가 이동하게 되면 관찰자가 보는 영상의 시점이 변할 수 있다. 따라서, 다중 영상 디스플레이 장치(400)는 확장된 시역을 제공할 수 있으며, 관찰자는 더 넓은 영역에서 영상을 관찰할 수 있다.

도 10은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(400')의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 10에 도시된 실시예에서, 디스플레이 패널(120)는 서로 다른 방향으로 진행하는 4개의 영상(L1~L4)을 동시에 디스플레이 한다. 예를 들어, 영상 처리기(190)는 서로 다른 제 1 내지 제 4 위상 프로파일이 각각 적용된 제 1 내지 제 4 영상 데이터를 합한 합성 영상 데이터를 생성하여 디스플레이 패널(120)에 제공할 수 있다. 또한, 제 1 영상(L1)과 제 3 영상(L3)은 0차 회절된 빛(L0)의 제 1 측면을 따라 진행하고, 제 2 영상(L2)과 제 4 영상(L4)은 0차 회절된 빛(L0)의 제 1 측면에 반대쪽인 제 2 측면을 따라 진행할 수 있다. 제 1 내지 제 4 영상(L1~L4)은 0차 회절된 빛(L0)과 동일한 초점 평면(P)에 푸리에 렌즈(113)에 의해 포커싱된다. 광차폐 부재(131)는 0차 회절된 빛(L0)의 초점에 위치하며, 제 1 영상(L1)과 제 3 영상(L3)의 초점은 광차폐 부재(131)의 제 1 측면에 위치하고, 제 2 영상(L2)과 제 4 영상(L4)의 초점은 광차폐 부재(131)의 제 1 측면에 반대쪽인 제 2 측면에 위치할 수 있다.

이러한 구성에서, 제 1 영상(L1)과 제 3 영상(L3)은 제 1 공간에 투사될 수 있다. 그리고, 제 2 영상(L2)과 제 4 영상(L4)은 제 1 공간과 다른 제 2 공간에 투사될 수 있다. 제 1 영상(L1)과 제 3 영상(L3)은 관찰자가 영상을 보는 위치에서 서로에 대해 시프트될 수 있다. 또한, 제 2 영상(L2)과 제 4 영상(L4)은 관찰자가 영상을 보는 위치에서 서로에 대해 시프트될 수 있다. 여기서, 제 1 영상(L1)과 제 3 영상(L3)은 서로 상이한 시점 정보를 갖는 관찰자의 우안용 영상이고, 제 2 영상(L2)과 제 4 영상(L4)은 서로 상이한 시점 정보를 갖는 관찰자의 좌안용 영상일 수 있다. 따라서, 관찰자의 눈의 위치가 이동하게 되면 관찰자가 보는 영상의 시점이 변할 수 있다.

도 11은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(500)의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(500)는 영상 전달 수단으로서 동일 공간에 상이한 각도 범위로 영상을 안내하는 제 1 도광판(161a)과 제 2 도광판(161b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 도광판(161a)은 제 1 영상(L1)을 제 1 각도 범위로 공간 내에 안내하고, 제 2 도광판(161b)은 제 2 영상(L2)을 제 1 각도와 상이한 제 2 각도 범위로 공간 내에 안내하도록 구성될 수 있다.

제 1 도광판(161a)은 제 1 영상(L1)을 제 1 도광판(161a)의 내부로 안내하는 제 1 입력 커플러(162a) 및 제 1 영상(L1)을 제 1 도광판(161a)의 외부로 출력시키는 제 1 출력 커플러(163a)를 포함한다. 제 2 도광판(161b)은 제 2 영상(L2)을 제 2 도광판(161b)의 내부로 안내하는 제 2 입력 커플러(162b) 및 제 2 영상(L2)을 제 2 도광판(161b)의 외부로 출력시키는 제 2 출력 커플러(163b)를 포함한다. 그리고, 제 2 도광판(161b)은 빛이 방출되는 방향을 따라 제 1 도광판(161a) 위에 배치된다. 따라서, 제 1 출력 커플러(163a)와 제 2 출력 커플러(163b)가 중첩적으로 배치되며, 제 1 도광판(161a)의 제 1 출력 커플러(163a)를 통해 출력된 제 1 영상(L1)은 제 2 도광판(161b)의 제 2 출력 커플러(163b)를 통과하게 된다. 반면, 제 1 영상(L1)이 제 1 입력 커플러(162a)에만 입사하고 제 2 영상(L2)이 제 2 입력 커플러(162b)에만 입사하도록, 제 1 입력 커플러(162a)와 제 2 입력 커플러(162b)는 서로 마주하지 않게 배치된다.

제 1 및 제 2 영상(L1, L2)은 0차 회절된 빛(L0)과 동일한 초점 평면(P)에 푸리에 렌즈(113)에 의해 포커싱된다. 광차폐 부재(131)는 0차 회절된 빛(L0)의 초점에 위치하며, 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)의 초점은 광차폐 부재(131)의 양쪽 반대쪽 측면에 각각 위치한다. 제 2 도광판(161b)은 푸리에 렌즈(113)의 초점 평면(P) 상에 배치될 수 있다. 그러면, 제 2 도광판(161b)의 제 2 입력 커플러(162b)는 제 2 영상(L2)의 초점에 위치하게 된다. 제 1 도광판(161a)의 제 1 입력 커플러(162a)는 제 1 영상(L1)의 초점보다 푸리에 렌즈(113)로부터 약간 더 멀리 배치될 수 있다.

이러한 구성에서, 제 1 도광판(161a)과 제 2 도광판(161b)은 동일 공간에 상이한 각도 범위로 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)을 제공할 수 있다. 특히, 제 1 영상(L1)의 제 1 각도 범위와 제 2 영상(L2)의 제 2 각도 범위가 서로 중첩되지 않으면서 서로 연속적이 되도록 영상 처리가(190)가 영상 데이터를 합성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 도광판(161a)의 출광면의 법선 방향을 0도라고 할 때, 제 1 각도 범위는 -40도 내지 0도이고 제 2 각도 범위는 0도 내지 +40도일 수 있다. 그러면, 하나의 영상만으로 얻을 수 있는 시야각보다 시야각이 2배로 확장될 수 있다. 따라서, 관찰자는 더욱 넓은 각도 범위의 영상을 관찰할 수 있다.

도 12는 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(500')의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 12를 참조하면, 디스플레이 패널(120)는 서로 다른 방향으로 진행하는 4개의 영상(L1~L4)을 동시에 디스플레이 한다. 예를 들어, 제 1 영상(L1)과 제 3 영상(L3)은 0차 회절된 빛(L0)의 제 1 측면을 따라 진행하고, 제 2 영상(L2)과 제 4 영상(L4)은 0차 회절된 빛(L0)의 제 1 측면에 반대쪽인 제 2 측면을 따라 진행할 수 있다. 제 1 내지 제 4 영상(L1~L4)은 0차 회절된 빛(L0)과 동일한 초점 평면(P)에 푸리에 렌즈(113)에 의해 포커싱된다. 광차폐 부재(131)는 0차 회절된 빛(L0)의 초점에 위치하며, 제 1 영상(L1)과 제 3 영상(L3)의 초점은 광차폐 부재(131)의 제 1 측면에 위치하고, 제 2 영상(L2)과 제 4 영상(L4)의 초점은 광차폐 부재(131)의 제 1 측면에 반대쪽인 제 2 측면에 위치할 수 있다.

도 12에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(500')는 영상 전달 수단으로서 제 1 영상(L1)을 제 1 각도 범위로 제 1 공간 내에 안내하는 제 1 도광판(161La), 제 2 영상(L2)을 제 1 각도 범위로 제 1 공간과 상이한 제 2 공간 내에 안내하는 제 2 도광판(161Ra), 제 3 영상(L3)을 제 1 각도 범위와 상이한 제 2 각도 범위로 제 1 공간 내에 안내하는 제 3 도광판(161Lb), 및 제 4 영상(L4)을 제 2 각도 범위로 제 2 공간 내에 안내하는 제 4 도광판(161Rb)를 포함할 수 있다. 이를 위하여, 제 1 도광판(161La)과 제 3 도광판(161Lb)은 광차폐 부재(131)의 제 1 측면에 배치되고 제 2 도광판(161Ra)과 제 4 도광판(161Rb)은 광차폐 부재(131)의 제 1 측면에 반대쪽인 제 2 측면에 배치된다. 또한, 제 3 도광판(161Lb)과 제 4 도광판(161Rb)은 푸리에 렌즈(113)의 초점 평면(P) 상에 배치될 수 있다.

또한, 제 1 도광판(161La)은 제 1 영상(L1)을 제 1 도광판(161La)의 내부로 안내하는 제 1 입력 커플러(162La) 및 제 1 영상(L1)을 제 1 도광판(161La)의 외부로 출력시키는 제 1 출력 커플러(163La)를 포함한다. 제 2 도광판(161Ra)은 제 2 영상(L2)을 제 2 도광판(161Ra)의 내부로 안내하는 제 2 입력 커플러(162Ra) 및 제 2 영상(L2)을 제 2 도광판(161Ra)의 외부로 출력시키는 제 2 출력 커플러(163Ra)를 포함한다. 제 3 도광판(161Lb)은 제 3 영상(L3)을 제 3 도광판(161Lb)의 내부로 안내하는 제 3 입력 커플러(162Lb) 및 제 3 영상(L3)을 제 3 도광판(161Lb)의 외부로 출력시키는 제 3 출력 커플러(163Lb)를 포함한다. 제 4 도광판(161Rb)은 제 4 영상(L4)을 제 4 도광판(161Rb)의 내부로 안내하는 제 4 입력 커플러(162Rb) 및 제 4 영상(L4)을 제 4 도광판(161Rb)의 외부로 출력시키는 제 4 출력 커플러(163Rb)를 포함한다.

제 3 도광판(161Lb)은 빛이 방출되는 방향을 따라 제 1 도광판(161La) 위에 배치된다. 따라서, 제 1 출력 커플러(163La)와 제 3 출력 커플러(163Lb)가 중첩적으로 배치되며, 제 1 도광판(161La)의 제 1 출력 커플러(163La)를 통해 출력된 제 1 영상(L1)은 제 3 도광판(161Lb)의 제 3 출력 커플러(163Lb)를 통과하게 된다. 또한, 제 4 도광판(161Rb)은 빛이 방출되는 방향을 따라 제 2 도광판(161Ra) 위에 배치된다. 따라서, 제 2 출력 커플러(163Ra)와 제 4 출력 커플러(163Rb)가 중첩적으로 배치되며, 제 2 도광판(161Ra)의 제 2 출력 커플러(163Ra)를 통해 출력된 제 2 영상(L2)은 제 4 도광판(161Rb)의 제 4 출력 커플러(163Rb)를 통과하게 된다.

여기서, 제 1 영상(L1)과 제 3 영상(L3)은 서로 상이한 시야각 정보를 갖는 관찰자의 좌안용 영상이고, 제 2 영상(L2)과 제 4 영상(L4)은 서로 상이한 시야각 정보를 갖는 관찰자의 우안용 영상일 수 있다. 예를 들어, 제 1 도광판(161La)과 제 3 도광판(161Lb)은 동일한 제 1 공간에 서로 중첩되지 않으며 연속적으로 연결되는 각도 범위로 제 1 영상(L1)과 제 3 영상(L3)을 제공할 수 있다. 또한, 제 2 도광판(161Ra)과 제 4 도광판(161Rb)은 동일한 제 2 공간에 서로 중첩되지 않으며 연속적으로 연결되는 각도 범위로 제 2 영상(L2)과 제 4 영상(L4)을 제공할 수 있다. 그러면, 다중 영상 디스플레이 장치(500')는 확장된 시야각을 갖는 좌안용 영상과 우안용 영상을 관찰자에게 제공할 수 있다.

도 13은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(600)의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 13에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(600)는 영상 전달 수단으로서 동일 공간 내에서 상이한 깊이에 영상을 투영하는 제 1 도광판(171a)과 제 2 도광판(171b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 도광판(171a)은 제 1 영상(L1)을 제 1 깊이로 공간 내에 투영하고, 제 2 도광판(171b)은 제 2 영상(L2)을 제 1 깊이와 상이한 제 2 깊이로 공간 내에 투영하도록 구성될 수 있다.

제 1 도광판(171a)은 제 1 영상(L1)을 제 1 도광판(171a)의 내부로 안내하는 제 1 입력 커플러(172a) 및 제 1 영상(L1)을 제 1 도광판(171a)의 외부로 출력시키는 제 1 출력 커플러(173a)를 포함한다. 제 2 도광판(171b)은 제 2 영상(L2)을 제 2 도광판(171b)의 내부로 안내하는 제 2 입력 커플러(172b) 및 제 2 영상(L2)을 제 2 도광판(171b)의 외부로 출력시키는 제 2 출력 커플러(173b)를 포함한다. 그리고, 제 2 도광판(171b)은 빛이 방출되는 방향을 따라 제 1 도광판(171a) 위에 배치된다. 따라서, 제 1 출력 커플러(173a)와 제 2 출력 커플러(173b)가 중첩적으로 배치되며, 제 1 도광판(171a)의 제 1 출력 커플러(173a)를 통해 출력된 제 1 영상(L1)은 제 2 도광판(171b)의 제 2 출력 커플러(173b)를 통과하게 된다.

제 1 및 제 2 영상(L1, L2)은 0차 회절된 빛(L0)과 동일한 초점 평면(P)에 푸리에 렌즈(113)에 의해 포커싱된다. 광차폐 부재(131)는 0차 회절된 빛(L0)의 초점에 위치하며, 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)의 초점은 광차폐 부재(131)의 양쪽 반대쪽 측면에 각각 위치한다. 제 2 도광판(171b)은 푸리에 렌즈(113)의 초점 평면(P) 상에 배치될 수 있다. 그러면, 제 2 도광판(171b)의 제 2 입력 커플러(172b)는 제 2 영상(L2)의 초점에 위치하게 된다. 제 1 도광판(171a)의 제 1 입력 커플러(172a)는 제 1 영상(L1)의 초점보다 푸리에 렌즈(113)로부터 약간 더 멀리 배치될 수 있다.

제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)이 상이한 깊이에 투영되도록 하기 위하여, 제 1 도광판(171a)의 제 1 출력 커플러(173a)에 의해 출력되는 제 1 영상(L1)이 수렴되는 각도와 제 2 도광판(171b)의 제 2 출력 커플러(173b)에 의해 출력되는 제 2 영상(L2)이 수렴되는 각도가 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제 1 영상(L1)의 수렴각이 제 2 영상(L2)의 수렴각보다 더 클 수 있다. 이를 위해, 제 1 및 제 2 출력 커플러(173a, 173b)를 구성하는 주기적인 격자 패턴들의 구조를 상이하게 선택할 수 있다.

도 14는 2개의 2D 영상을 디스플레이 하는 경우에 도 13에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(600)에 의해 표현되는 영상의 깊이를 예시적으로 보이며, 도 15는 2개의 홀로그래픽 영상을 디스플레이 하는 경우에 도 13에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(600)에 의해 표현되는 영상의 깊이 범위를 예시적으로 보인다. 도 14를 참조하면, 다중 영상 디스플레이 장치(600)가 2개의 2D 영상을 디스플레이 하는 경우에, 관찰자는 제 1 영상(L1)이 제 1 깊이에 위치하고 제 2 영상(L2)이 제 2 깊이에 위치하는 것으로 인식할 수 있다. 또한, 다중 영상 디스플레이 장치(600)가 2개의 홀로그래픽 영상을 디스플레이 하는 경우에, 관찰자는 제 1 영상(L1)이 제 1 깊이 범위를 갖고 제 2 영상(L2)이 제 2 깊이 범위를 갖는 것으로 인식할 수 있다. 따라서, 하나의 홀로그래픽 영상만으로 표현하는 깊이 범위보다 더욱 넓은 깊이 범위를 표현할 수 있다.

도 16은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(700)의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 16에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(700)의 구성은 도 8에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(400)의 구성과 유사하며, 제 1 영상(L1)이 푸리에 렌즈(113)에 의해 포커싱되는 초점길이와 제 2 영상(L2)이 푸리에 렌즈(113)에 의해 포커싱되는 초점길이가 다르다는 점에서 차이가 있다.

예를 들어, 도 16에 도시된 실시예에서, 제 1 영상(L1)에 대한 초점길이는 0차 회절된 빛(L0)에 대한 초점길이와 동일하며, 제 2 영상(L2)에 대한 초점길이는 0차 회절된 빛(L0)에 대한 초점길이보다 크다. 예를 들어, 제 1 영상(L1)에 대한 초점길이는 디스플레이 패널(120)과 광학 부재(151) 사이의 거리보다 짧고 제 2 영상(L2)에 대한 초점길이는 디스플레이 패널(120)과 광학 부재(151) 사이의 거리보다 길 수 있다. 이를 위하여, 영상 처리기(190)는 디스플레이 패널(120)에서 디스플레이 되는 제 2 영상(L2)이 푸리에 렌즈(113)의 중심 부분에 비대칭적으로 입사하도록, 제 2 영상(L2)에 대한 위상 프로파일을 결정할 수 있다. 또한, 영상 처리기(190)는 푸리에 렌즈(113)의 입광면에서 제 2 영상(L2)의 빔폭이 제 1 영상(L1)의 빔폭보다 작도록 제 2 영상(L2)에 대한 위상 프로파일을 결정할 수 있다. 또한, 영상 처리기(190)는 제 1 영상(L1)이 거의 평행 광선을 이루면서 푸리에 렌즈(113)에 대칭적으로 입사하도록 제 1 영상(L1)에 대한 위상 프로파일을 결정할 수 있다.

그러면, 제 1 영상(L1)은 초점을 지난 후에 발산하면서 광학 부재(151)에 입사한다. 그리고, 광학 부재(151)에 의해 반사되면서 한 점으로 다시 모이게 된다. 또한, 제 2 영상(L2)은 광학 부재(151)에서 반사되면서 한 점에 모이게 된다. 이 때, 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)은 동일한 한 점에 모일 수 있다. 이를 위해, 광학 부재(151)는 제 1 영상(L1)의 방향으로 입사하는 빛과 제 2 영상(L2)의 방향으로 입사하는 빛이 동일한 점에 모이도록 진행 각도를 바꾸어 반사할 수 있다. 예를 들어, 광학 부재(151)는 특정 각도로 입사하는 입사광을 다른 각도로 반사하도록 제작된 홀로그래픽 광학 소자(HOE)일 수 있다.

이러한 구성에서, 관찰자가 볼 때 제 2 영상(L2)은 제 1 영상(L1)의 중심부에 위치하고 제 1 영상(L1)은 제 2 영상(L2)의 주변을 둘러싸게 된다. 또한, 중심에 있는 제 2 영상(L2)은 제 1 영상(L1)보다 화각이 좁기 때문에 제 1 영상(L1)보다 선명하고 높은 해상도를 갖게 된다. 반면, 제 1 영상(L1)은 제 2 영상(L2)보다 넓게 퍼지기 때문에 제 2 영상(L2)보다 선명도 및 해상도가 떨어지게 된다. 따라서, 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)을 결합하여 하나의 영상으로 보이게 하면, 실제 눈으로 보는 것과 같이 시야의 중심부는 선명하고 주변부는 흐려지게 된다. 이와 같이, 하나의 디스플레이 패널(120)만으로 포비티드 영상(foveated image)을 구현할 수 있다. 특히, 하나의 디스플레이 패널(120)만으로 중심부 영상과 주변부 영상을 표시하기 때문에, 중심부 영상의 색 특성과 주변부 영상의 색 특성이 동일하여 자연스러운 포비티드 영상을 제공하는 것이 가능하다.

또한, 도 17은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(700')의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 17을 참조하면, 다중 영상 디스플레이 장치(700')는 도 8에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(400)의 구성과 유사하며, 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)은 0차 회절된 빛(L0)과 동일한 초점 평면에 푸리에 렌즈(113)에 의해 포커싱된다. 제 1 영상(L1)의 진행 방향과 제 2 영상(L2)의 진행 방향의 차이는 크지 않지만, 푸리에 렌즈(113)에 의해 형성되는 제 1 영상(L1)의 초점과 제 2 영상(L2)의 초점은 광차폐 부재(131)의 양측 반대 방향에 각각 배치될 수 있다. 광차폐 부재(131)는 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)을 가리지 않도록 0차 회절된 빛(L0)의 스폿(spot)과 거의 같은 작은 크기를 가질 수 있다.

도 17에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(700')는 제 2 영상(L2)의 초점 부근에 배치되어 제 2 영상(L2)의 발산 각도를 감소시키는 렌즈(133)를 더 포함한다. 제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)은 모두 초점을 지난 후에 발산하면서 광학 부재(151)에 입사하는데, 렌즈(133)로 인하여 제 2 영상(L2)의 발산 각도가 제 1 영상(L1)의 발산 각도보다 작다. 따라서, 제 2 영상(L2)이 광학 부재(151)에 입사하는 영역의 면적은 제 1 영상(L1)이 광학 부재(151)에 입사하는 영역의 면적보다 작다. 예를 들어, 광학 부재(151)의 표면 상에서 제 2 영상(L2)은 제 1 영상(L1)의 중심 부근에 위치하게 된다.

제 1 영상(L1)과 제 2 영상(L2)은 광학 부재(151)에서 반사되면서 동일한 한 점에 모이게 된다. 이를 위해, 광학 부재(151)는 제 1 영상(L1)의 방향으로 입사하는 빛과 제 2 영상(L2)의 방향으로 입사하는 빛이 동일한 점에 모이도록 진행 각도를 바꾸어 반사할 수 있다. 예를 들어, 광학 부재(151)는 특정 각도로 입사하는 입사광을 다른 각도로 반사하도록 제작된 홀로그래픽 광학 소자(HOE)일 수 있다.

지금까지 광원(110)에서 방출된 조명광이 빔스플리터(112)에 의해 반사되고 디스플레이 패널(120)에서 반사된 빛이 빔스플리터(112)를 투과하는 것으로 설명하였다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 18은 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(100')의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 18에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(100')의 구성은 도 1에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(100)의 구성과 유사하며, 단지 광원(110)에서 방출된 조명광이 빔스플리터(112')를 투과하고 디스플레이 패널(120)에서 반사된 빛이 빔스플리터(112')에 의해 반사된다는 점에서만 차이가 있다.

빔스플리터(112')는 단순히 입사광의 일부를 투과시키고 나머지 일부를 반사하는 반투과 거울일 수도 있다. 대신에, 빔스플리터(112')는 제 1 선편광 성분의 빛을 반사하고 제 1 선편광 성분에 직교하는 제 2 선편광 성분의 빛을 투과시키는 편광 빔스플리터일 수 있다. 예를 들어, 광원(110)에서 방출된 조명광 중에서 제 2 선편광 성분의 빛은 빔스플리터(112')를 투과하여 디스플레이 패널(120)에 입사한다. 그리고, 디스플레이 패널(120)에 의해 반사되는 빛의 편광 방향이 90도 회전하면서 빛은 제 1 선편광 성분을 갖게 된다. 이를 위해, 디스플레이 패널(120)의 입광면에는 1/4 파장판이 배치될 수 있다. 그런 후, 제 2 선편광 성분을 갖는 빛은 빔스플리터(112')에 의해 반사되어 푸리에 렌즈(113)에 입사하게 된다.

또한, 지금까지 디스플레이 패널(120)이 반사형 공간 광변조기인 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 19는 또 다른 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(100")의 구성을 개략적으로 보이는 구성도이다. 도 19에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(100")의 구성은 도 1에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(100)의 구성과 유사하며, 단지 디스플레이 패널(120')이 투과형 공간 광변조기라는 점에서 차이가 있다. 도 19를 참조하면, 다중 영상 디스플레이 장치(100")는 광원(110), 콜리메이팅 렌즈(111), 디스플레이 패널(120'), 푸리에 렌즈(113), 광차폐 부재(131), 제 1 거울(132a), 및 제 1 거울(132b)를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(120')이 광원(110)으로부터 방출된 조명광을 투과시켜 영상을 형성하기 때문에, 빔스플리터가 생략될 수 있다.

도 20 및 도 21은 실시예들에 따른 다중 영상 디스플레이 장치들을 채용한 다양한 전자기기를 예시적으로 도시한다. 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 다중 영상 디스플레이 장치는 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), 고글형 디스플레이(goggle-type display) 등에 적용될 수 있다. 도 20 및 도 21에 도시된 웨어러블 전자기기들은 스마트폰(smart phone)과 연동되어 동작될 수도 있다. 이러한 다중 영상 디스플레이 장치는 가상의 현실을 제공하거나 또는 가상의 영상과 외부의 실제 영상을 함께 제공할 수 있는 헤드 마운트형, 안경형 또는 고글형 가상 현실(VR) 디스플레이 장치, 증강 현실(AR) 디스플레이 장치, 또는 혼합 현실(MR) 디스플레이 장치일 수 있다.

또한, 다중 영상 디스플레이 장치는 스마트폰 내에 구비시킬 수 있고, 이러한 스마트폰 자체를 다중 영상 디스플레이 장치로 사용할 수도 있다. 다시 말해, 도 20 및 도 21과 같은 웨어러블 기기가 아닌 소형 전자기기(모바일 전자기기) 내에 다중 영상 디스플레이 장치를 적용할 수도 있다. 그 밖에도 다중 영상 디스플레이 장치의 적용 분야는 다양하게 변화될 수 있다. 예컨대, 다중 영상 디스플레이 장치는 가상 현실(VR), 증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용할 수 있을 뿐 아니라, 그 밖에 다른 분야에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 착용할 수 있는 소형 텔레비전이나 소형 모니터 등에도 적용할 수도 있다.

상술한 홀로그래픽 투사 방식을 이용한 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.

100, 200, 300, 400, 500, 600, 700.....다중 영상 디스플레이 장치
110.....광원
111.....콜리메이팅 렌즈
112.....빔스플리터
113.....푸리에 렌즈
120.....디스플레이 패널
130.....광학계
131.....광차폐 부재
132a, 132b.....거울
133.....렌즈
141a, 141b, 161a, 161b, 161La, 161Lb, 161Ra, 161Rb, 171a, 171b.....도광판
142a, 142b, 162a, 162b, 172a, 172b.....입력 커플러
143a, 143b, 163a, 163b, 172a, 172b.....출력 커플러
151, 151a, 151b.....광학 부재
190.....영상 처리기

Claims

조명광을 방출하는 광원;
상기 조명광을 이용하여 영상을 생성하는 디스플레이 패널;
상기 디스플레이 패널이 서로 다른 방향을 따라 진행하는 제 1 영상 및 제 2 영상을 생성하도록, 상기 디스플레이 패널에 영상 데이터를 제공하는 영상 처리기; 및
상기 디스플레이 패널에서 표시되는 제 1 영상과 제 2 영상을 분리하는 광학계;를 포함하며,
상기 영상 처리기는 제 1 위상 프로파일이 적용된 제 1 영상 데이터와 제 1 위상 프로파일과 상이한 제 2 위상 프로파일이 적용된 제 2 영상 데이터를 합한 합성 영상 데이터를 상기 디스플레이 패널에 제공하도록 구성된 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 제 1 영상을 제 1 방향으로 반사하는 제 1 거울 및 상기 제 2 영상을 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 반사하는 제 2 거울을 포함하는 디스플레이 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 디스플레이 패널은 조명광을 반사하여 영상을 생성하는 반사형 공간 광변조기이며,
상기 광학계는:
제 1 영상을 상기 제 1 거울에 포커싱하고 제 2 영상을 상기 제 2 거울에 포커싱하는 푸리에 렌즈;
상기 광원으로부터 방출된 조명광을 상기 디스플레이 패널에 제공하고, 상기 디스플레이 패널에서 생성된 영상을 상기 푸리에 렌즈에 제공하도록 구성된 빔스플리터; 및
상기 광원으로부터 방출되어 상기 빔스플리터에 입사하는 조명광을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈;를 더 포함하는 디스플레이 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 디스플레이 패널에서 0차 회절에 의해 발생한 빛을 차단하는 광차폐 부재를 더 포함하는 디스플레이 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 광차폐 부재는 상기 푸리에 렌즈의 광축 상에서 상기 푸리에 렌즈의 초점 평면에 배치되며, 상기 제 1 거울과 제 2 거울은 상기 푸리에 렌즈의 초점 평면에서 상기 광차폐 부재의 양측에 각각 배치되는 디스플레이 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 디스플레이 패널은 조명광을 투과시켜 영상을 생성하는 투형 공간 광변조기이며,
상기 광학계는:
상기 광원으로부터 방출되어 상기 디스플레이 패널에 입사하는 조명광을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈; 및
상기 디스플레이 패널의 출광면에 마주하여 배치되며, 제 1 영상을 상기 제 1 거울에 포커싱하고 및 제 2 영상을 상기 제 2 거울에 포커싱하는 푸리에 렌즈;를 더 포함하는 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 제 1 영상을 제 1 공간으로 안내하는 제 1 도광판 및 상기 제 2 영상을 제 1 공간과 상이한 제 2 공간으로 안내하는 제 2 도광판을 포함하는 디스플레이 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 도광판은 상기 제 1 영상을 상기 제 1 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 1 입력 커플러, 및 상기 제 1 영상을 상기 제 1 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 1 출력 커플러를 포함하고,
상기 제 2 도광판은 상기 제 2 영상을 상기 제 2 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 2 입력 커플러, 및 상기 제 2 영상을 상기 제 2 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 2 출력 커플러를 포함하는 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 제 1 영상 및 제 2 영상을 포커싱하는 푸리에 렌즈를 더 포함하며, 상기 제 1 입력 커플러는 상기 제 1 영상이 상기 푸리에 렌즈에 의해 포커싱되는 위치에 배치되고, 상기 제 2 입력 커플러는 상기 제 2 영상이 상기 푸리에 렌즈에 의해 포커싱되는 위치에 배치되는 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 출력 커플러는 상기 제 1 입력 커플러보다 넓은 면적을 가지며, 상기 제 2 출력 커플러는 상기 제 2 입력 커플러보다 넓은 면적을 갖는 디스플레이 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 디스플레이 패널에서 0차 회절에 의해 발생한 빛을 차단하는 광차폐 부재를 더 포함하며, 상기 제 1 도광판과 제 2 도광판은 상기 광차폐 부재의 양측에 각각 배치되는 디스플레이 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 영상은 관찰자의 좌안용 영상이고 상기 제 2 영상은 관찰자의 우안용 영상인 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 제 1 영상을 제 1 공간으로 반사 또는 투과시키는 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 영상을 제 1 공간과 상이한 제 2 공간으로 반사 또는 투과시키는 제 2 광학 부재를 포함하는 디스플레이 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재는 반투과 거울 또는 홀로그래픽 광학 소자(holographic optical elements; HOE)인 디스플레이 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 제 1 영상 및 제 2 영상을 포커싱하는 푸리에 렌즈를 더 포함하며, 상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재는 상기 푸리에 렌즈로부터 상기 푸리에 렌즈의 초점거리보다 먼 거리에 배치되어 있는 디스플레이 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 디스플레이 패널에서 0차 회절에 의해 발생한 빛을 차단하는 광차폐 부재를 더 포함하며,
상기 광차폐 부재는 상기 푸리에 렌즈의 광축 상에서 상기 푸리에 렌즈의 초점 평면에 배치되고, 상기 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재는 상기 광차폐 부재의 양측 반대 방향으로 각각 배치되는 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광학계는 제 2 영상이 제 1 영상에 대해 시프트 되도록 제 1 영상 및 제 2 영상을 반사 또는 투과시키는 광학 부재를 포함하는 디스플레이 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 제 1 영상 및 제 2 영상을 포커싱하는 푸리에 렌즈를 더 포함하며, 상기 광학 부재는 상기 푸리에 렌즈로부터 상기 푸리에 렌즈의 초점거리보다 먼 거리에 배치되어 있는 디스플레이 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 제 1 영상과 제 2 영상은 서로 상이한 시점(viewpoint) 정보를 갖는 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광학계는 제 1 영상을 제 1 각도 범위로 공간 내에 안내하는 제 1 도광판 및 상기 제 2 영상을 제 1 각도 범위와 상이한 제 2 각도 범위로 공간 내에 안내하는 제 2 도광판을 포함하는 디스플레이 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 제 1 도광판은 상기 제 1 영상을 상기 제 1 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 1 입력 커플러, 및 상기 제 1 영상을 상기 제 1 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 1 출력 커플러를 포함하고,
상기 제 2 도광판은 상기 제 2 영상을 상기 제 2 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 2 입력 커플러, 및 상기 제 2 영상을 상기 제 2 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 2 출력 커플러를 포함하며,
상기 제 1 출력 커플러를 통해 출력된 제 1 영상이 상기 제 2 도광판의 상기 제 2 출력 커플러를 통과하도록 상기 제 1 출력 커플러와 상기 제 2 출력 커플러가 중첩적으로 배치되어 있는 디스플레이 장치.
제 21 항에 있어서,
상기 제 1 영상이 상기 제 1 입력 커플러에만 입사하고 상기 제 2 영상이 상기 제 2 입력 커플러에만 입사하도록 상기 제 1 입력 커플러와 상기 제 2 입력 커플러가 서로 마주하지 않게 배치되어 있는 디스플레이 장치.
제 22 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 제 1 입력 커플러와 제 2 입력 커플러 사이에 배치되며 상기 디스플레이 패널에서 0차 회절에 의해 발생한 빛을 차단하는 광차폐 부재를 더 포함하는 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 영상 처리기는 제 1 및 제 2 위상 프로파일과 상이한 제 3 위상 프로파일이 적용된 제 3 영상 데이터와 제 1 내지 제 3 위상 프로파일과 상이한 제 4 위상 프로파일이 적용된 제 4 영상 데이터를 상기 제 1 및 제 2 영상 데이터에 합한 합성 영상 데이터를 상기 디스플레이 패널에 제공하도록 구성되며,
상기 디스플레이 패널은 서로 다른 방향을 따라 진행하는 제 1 영상 내지 제 4 영상을 생성하는 디스플레이 장치.
제 24 항에 있어서,
상기 제 1 영상과 제 3 영상은 서로 상이한 시점 정보를 갖는 관찰자의 우안용 영상이고, 상기 제 2 영상과 제 4 영상은 서로 상이한 시점 정보를 갖는 관찰자의 좌안용 영상인 디스플레이 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 광학계는 제 3 영상이 제 1 영상에 대해 시프트 되도록 상기 제 1 영상 및 제 3 영상을 반사 또는 투과시키는 제 1 광학 부재 및 제 4 영상이 제 2 영상에 대해 시프트 되도록 상기 제 2 영상 및 제 4 영상을 반사 또는 투과시키는 제 2 광학 부재를 포함하는 디스플레이 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 광학계는:
상기 제 1 영상을 제 1 각도 범위로 제 1 공간 내에 안내하는 제 1 도광판;
상기 제 2 영상을 제 1 각도 범위로 제 1 공간과 상이한 제 2 공간 내에 안내하는 제 2 도광판;
상기 제 3 영상을 제 1 각도 범위와 상이한 제 2 각도 범위로 제 1 공간 내에 안내하는 제 3 도광판; 및
상기 제 4 영상을 제 2 각도 범위로 제 2 공간 내에 안내하는 제 4 도광판;을 포함하는 디스플레이 장치.
제 27 항에 있어서,
상기 제 1 도광판은 상기 제 1 영상을 상기 제 1 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 1 입력 커플러, 및 상기 제 1 영상을 상기 제 1 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 1 출력 커플러를 포함하고,
상기 제 2 도광판은 상기 제 2 영상을 상기 제 2 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 2 입력 커플러, 및 상기 제 2 영상을 상기 제 2 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 2 출력 커플러를 포함하고,
상기 제 3 도광판은 상기 제 3 영상을 상기 제 3 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 3 입력 커플러, 및 상기 제 3 영상을 상기 제 3 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 3 출력 커플러를 포함하고,
상기 제 4 도광판은 상기 제 4 영상을 상기 제 4 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 4 입력 커플러, 및 상기 제 4 영상을 상기 제 4 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 4 출력 커플러를 포함하며,
상기 제 1 출력 커플러를 통해 출력된 제 1 영상이 상기 제 3 도광판의 상기 제 3 출력 커플러를 통과하도록 상기 제 1 출력 커플러와 상기 제 3 출력 커플러가 중첩적으로 배치되고,
상기 제 2 출력 커플러를 통해 출력된 제 2 영상이 상기 제 4 도광판의 상기 제 4 출력 커플러를 통과하도록 상기 제 2 출력 커플러와 상기 제 4 출력 커플러가 중첩적으로 배치되어 있는 디스플레이 장치.
제 27 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 디스플레이 패널에서 0차 회절에 의해 발생한 빛을 차단하는 광차폐 부재를 더 포함하며,
상기 제 1 도광판과 제 3 도광판은 상기 광차폐 부재의 제 1 측면에 배치되고 상기 제 2 도광판과 제 4 도광판은 상기 광차폐 부재의 제 2 측면에 배치되는 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광학계는 제 1 영상을 공간 내의 제 1 깊이에 투영하는 제 1 도광판 및 상기 제 2 영상을 제 1 깊이와 상이한 공간 내의 제 2 깊이에 투영하는 제 2 도광판을 포함하는 디스플레이 장치.
제 30 항에 있어서,
상기 제 1 도광판은 상기 제 1 영상을 상기 제 1 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 1 입력 커플러, 및 상기 제 1 영상을 상기 제 1 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 1 출력 커플러를 포함하고,
상기 제 2 도광판은 상기 제 2 영상을 상기 제 2 도광판의 내부로 안내하도록 구성된 제 2 입력 커플러, 및 상기 제 2 영상을 상기 제 2 도광판의 외부로 출력하도록 구성된 제 2 출력 커플러를 포함하며,
상기 제 1 출력 커플러를 통해 출력된 제 1 영상이 상기 제 2 도광판의 상기 제 2 출력 커플러를 통과하도록 상기 제 1 출력 커플러와 상기 제 2 출력 커플러가 중첩적으로 배치되어 있는 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광학계는 제 2 영상이 제 1 영상의 중심부에 위치하고 제 1 영상이 제 2 영상의 주변을 둘러싸도록 제 1 영상 및 제 2 영상을 반사 또는 투과시키는 광학 부재를 포함하는 디스플레이 장치.
제 32 항에 있어서,
상기 제 1 영상과 제 2 영상이 결합하여 하나의 영상을 형성하며, 제 2 영상은 제 1 영상보다 좁은 화각과 제 1 영상보다 높은 해상도를 갖는 디스플레이 장치.
제 32 항에 있어서,
상기 영상 처리기는 제 1 영상이 제 1 초점거리에 포커싱되도록 제 1 위상 프로파일을 생성하고 제 2 영상이 제 1 초점거리보다 먼 제 2 초점거리에 포커싱되도록 제 2 위상 프로파일을 생성하는 디스플레이 장치.
제 34 항에 있어서,
상기 영상 처리기는, 제 1 초점거리가 상기 디스플레이 패널과 상기 광학 부재 사이의 거리보다 짧고 제 2 초점거리가 상기 디스플레이 패널과 상기 광학 부재 사이의 거리보다 길도록 제 1 위상 프로파일과 제 2 위상 프로파일을 생성하는 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광학계는:
제 1 영상과 제 2 영상을 포커싱하는 제 1 렌즈;
상기 제 1 렌즈에 의해 형성되는 제 2 영상의 초점 부근에 배치되어 제 2 영상의 발산 각도를 감소시키는 제 2 렌즈;
상기 디스플레이 패널에서 0차 회절에 의해 발생한 빛을 차단하는 광차폐 부재; 및
제 1 영상과 제 2 영상을 동일한 한 점에 모으는 광학 부재;를 포함하는 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 디스플레이 장치는 헤드 마운트형, 안경형 또는 고글형인 디스플레이 장치.
제 37 항에 있어서,
상기 디스플레이 장치는 가상 현실(VR) 디스플레이 장치, 증강 현실(AR) 디스플레이 장치, 또는 혼합 현실(MR) 디스플레이 장치인 디스플레이 장치.