KR20220079441A - Mid-air image device and method for operating the same - Google Patents

Mid-air image device and method for operating the same Download PDF

Info

Publication number
KR20220079441A
KR20220079441A KR1020210156052A KR20210156052A KR20220079441A KR 20220079441 A KR20220079441 A KR 20220079441A KR 1020210156052 A KR1020210156052 A KR 1020210156052A KR 20210156052 A KR20210156052 A KR 20210156052A KR 20220079441 A KR20220079441 A KR 20220079441A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
waveguide
grating
order diffracted
transmission grating
diffracted beam
Prior art date
Application number
KR1020210156052A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102591584B1 (en
Inventor
스타니슬라브 알렉산드로비치 쉬코브
일리아 베러비치 말리쉐프
스베트라나 블라디미로브나 다니로바
미카일 비아체슬라보비치 포포브
니코레이 빅토로비치 무라베브
블라디미르 니코라예비치 보리소브
엘렉산더 알렉세예비치 아스피도브
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to PCT/KR2021/018265 priority Critical patent/WO2022119396A1/en
Priority to US17/543,356 priority patent/US20220179233A1/en
Publication of KR20220079441A publication Critical patent/KR20220079441A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102591584B1 publication Critical patent/KR102591584B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/50Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels
    • G02B30/56Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels by projecting aerial or floating images
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4205Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4272Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having plural diffractive elements positioned sequentially along the optical path
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1842Gratings for image generation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B2003/0093Simple or compound lenses characterised by the shape
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/0006Arrays
    • G02B3/0037Arrays characterized by the distribution or form of lenses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

공중 이미지 디스플레이 장치 및 그 동작 방법이 개시된다.
개시된 공중 이미지 디스플레이 장치는 투영 시스템, 적어도 하나의 정 렌즈, 적어도 하나의 광 증식 모듈을 포함하고, 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈은, 제1 전송 격자, 제2 전송 격자, 적어도 하나의 도파관, 및 반사 격자를 포함한다.
An aerial image display apparatus and an operating method thereof are disclosed.
The disclosed aerial image display device includes a projection system, at least one positive lens, at least one light propagation module, the at least one light propagation module comprising: a first transmission grating, a second transmission grating, at least one waveguide, and Includes a reflective grating.

Description

공중 이미지 디스플레이 장치 및 그 동작 방법{MID-AIR IMAGE DEVICE AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}Aerial image display device and its operation method

예시적인 실시 예는 통합 광학 장치에 관한 것으로, 자유 공간에서 공중 이미지를 표시하는 공중 이미지 디스플레이 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.An exemplary embodiment relates to an integrated optical device, to an aerial image display device for displaying an aerial image in free space, and to an operating method thereof.

모바일 기술 분야에서는 높은 정보 콘텐츠와 편안함을 갖춘 독창적인 솔루션이 점점 더 많이 필요하다. 기술적 구현이 필요한 한 것 중 하나가 소형 공중 이미지 디스플레이이다. 소형 공중 이미지 디스플레이는 추가적인 산란 매체 없이 이미지를 디스플레이 할 수 있는 것이 필요하다. 이러한 디스플레이에는 고품질 확대 이미지가 표시되고, 안전하고 비접촉식 사용자 인터페이스가 필요하다.In the field of mobile technology, there is an increasing need for creative solutions with high information content and comfort. One of the technical needs for implementation is the miniature aerial image display. A small aerial image display is required to be able to display the image without additional scattering media. These displays require high-quality magnified images and a secure, contactless user interface.

또한, 모바일 기기에 배치 할 수 있는 작은 크기, 넓은 시야, 고화질 영상을 가진 공중 이미지 디스플레이 장치가 필요 하며, 공중 이미지 디스플레이 장치는 확산 스크린이 필요 없고 움직이는 부품이 없어야 한다.In addition, there is a need for an aerial image display device with a small size, wide field of view, and high-definition image that can be placed on a mobile device, and the aerial image display device needs no diffusion screen and no moving parts.

예시적인 실시 예에는 고품질의 확대 이미지를 표시하는 소형의 공중 이미지 디스플레이 장치를 제공한다.An exemplary embodiment provides a compact aerial image display device for displaying a high-quality enlarged image.

예시적인 실시 예는 고품질의 확대 이미지를 표시할 수 있는 공중 이미지 디스플레이 장치의 동작 방법을 제공한다.An exemplary embodiment provides a method of operating an aerial image display device capable of displaying a high-quality enlarged image.

예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치는,Aerial image display device according to an exemplary embodiment,

투영 시스템;projection system;

적어도 하나의 정 렌즈; at least one positive lens;

적어도 하나의 광 증식 모듈을 포함하고,at least one light propagation module,

상기 적어도 하나의 광 증식 모듈은, 제1 전송 격자, 제2 전송 격자, 적어도 하나의 도파관, 및 반사 격자를 포함하고,the at least one light propagation module includes a first transmission grating, a second transmission grating, at least one waveguide, and a reflection grating;

상기 적어도 하나의 정 렌즈 각각은 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈 각각을 덮도록 배치된.each of the at least one positive lens disposed to cover each of the at least one light propagation module.

상기 투영 시스템은 상기 적어도 하나의 정 렌즈 위에 위치하고, 상기 정 렌즈는 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈의 도파관 위에 위치하고, 상기 도파관 하부에 상기 제1전송 격자, 상기 반사 격자, 상기 제2전송 격자가 순서대로 배치될 수 있다. The projection system is located above the at least one positive lens, the positive lens is located above the waveguide of the at least one optical propagation module, and the first transmission grating, the reflection grating, and the second transmission grating are below the waveguide in this order can be placed as

상기 투영 시스템은 상기 적어도 하나의 정 렌즈 아래 위치하고, 상기 적어도 하나의 정 렌즈는 상기 도파관 아래 위치하고, 상기 도파관 위에 제1 전송 격자, 제2 전송 격자, 반사 격자가 순서대로 배치될 수 있다.The projection system may be located below the at least one positive lens, the at least one positive lens may be located below the waveguide, and a first transmission grating, a second transmission grating, and a reflection grating may be disposed on the waveguide in this order.

상기 투영 시스템은 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈의 제 1 전송 격자 위에 위치한 적어도 하나의 정 렌즈 위에 위치하며, 상기 제1 전송 격자 아래 도파관이 위치하고, 상기 도파관 아래 제2 전송 격자와 반사 격자가 배치될 수 있다. wherein the projection system is positioned over at least one positive lens positioned over a first transmission grating of the at least one light propagation module, a waveguide positioned below the first transmission grating, and a second transmission grating and a reflective grating positioned below the waveguide. can

상기 적어도 하나의 정 렌즈는 적어도 하나의 광 증식 모듈의 반사 격자 아래에 위치하며, 상기 반사 격자 위에 상기 제1 전송 격자, 제2 전송 격자 및 도파관이 위치하고, 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈은 투영 시스템 아래에 위치할 수 있다. the at least one positive lens is positioned below a reflective grating of at least one light propagation module, the first transmission grating, the second transmission grating and the waveguide positioned above the reflective grating, and wherein the at least one light propagation module comprises a projection system may be located below.

상기 적어도 하나의 정 렌즈가 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈의 반사 격자 위에 위치하고, 상기 반사 격자 아래 상기 제2 전송 격자, 제1 전송 격자 및 도파관이 순서대로 배치되고, 상기 투영 시스템은 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈 아래에 위치할 수 있다.wherein the at least one positive lens is positioned above the reflective grating of the at least one light propagation module, the second transmission grating, the first transmission grating and the waveguide are disposed below the reflective grating in order, the projection system comprising: It may be located below the light propagation module.

상기 적어도 하나의 정 렌즈가 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈의 반사 격자 아래 위치하고, 상기 반사 격자 위에 제2 전송 격자, 도파관, 제1 전송 격자가 순서대로 위치하며, 상기 투영 시스템은 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈 위에 위치할 수 있다.wherein the at least one positive lens is positioned under a reflective grating of the at least one light propagation module, and a second transmission grating, a waveguide, and a first transmission grating are positioned above the reflective grating in this order, and wherein the projection system comprises the at least one light It may be located above the propagation module.

상기 적어도 하나의 도파관 각각이 내부 전반사 기반의 광 전송 회절 다 방향 반경 도파관의 섹터로 구성될 수 있다.Each of the at least one waveguide may be configured as a sector of an optical transmission diffraction multidirectional radial waveguide based on total internal reflection.

상기 광 증식 모듈이 광 인-커플링을 위한 프리즘을 더 포함할 수 있다. The light propagation module may further include a prism for light in-coupling.

상기 제1 전송 격자, 제2 전송 격자, 반사 격자가 필름에 기록되고, 상기 도파관의 표면에 증착된 볼륨 홀로그래픽 격자이거나 또는 도파관의 표면에 형성된 릴리프 회절 소자일 수 있다. The first transmission grating, the second transmission grating, and the reflection grating may be a volume holographic grating recorded on a film and deposited on the surface of the waveguide, or a relief diffraction element formed on the surface of the waveguide.

상기 적어도 하나의 광 증식 모듈 각각은 하나의 디스크 섹터의 형상을 가지고, 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈이 모여 전체적으로 디스크 형상을 가지도록 구성될 수 있다.Each of the at least one optical propagation module may have the shape of one disk sector, and the at least one optical propagation module may be configured to have a disk shape as a whole.

상기 적어도 하나 정 렌즈 각각은 하나의 디스크 섹터의 형상을 가지며, 상기 디스크 섹터의 반경이, 상응하는 광 증식 모듈의 반경과 일치하고, 광 증식 모듈이, 상응하는 정 렌즈에 의해 덮여질 수 있다. Each of the at least one positive lens may have the shape of one disk sector, a radius of the disk sector coincides with a radius of a corresponding light propagation module, and the light propagation module may be covered by a corresponding positive lens.

상기 적어도 하나의 정 렌즈들이 모여 원형 렌즈 어레이를 형성할 수 있다. The at least one positive lens may be gathered to form a circular lens array.

상기 적어도 하나의 정 렌즈 각각은 상응하는 광 증식 모듈을 갭을 가지고 덮도록 구성될 수 있다.Each of the at least one positive lens may be configured to cover a corresponding light propagation module with a gap.

상기 갭은 광학 물질 층으로 충전될 수 있다. The gap may be filled with a layer of optical material.

상기 적어도 하나의 정 렌즈 각각은, 상응하는 광 증식 모듈의 형상에 메칭하는 형상을 가질 수 있다. Each of the at least one positive lens may have a shape matching the shape of the corresponding light propagation module.

상기 적어도 하나의 정 렌즈는 절단 원형 섹터 형상, 다각 형상, 원 형상 중 하나를 가질 수 있다. The at least one positive lens may have one of a truncated circular sector shape, a polygonal shape, and a circular shape.

상기 도파관이 가시 광 영역의 스펙트럼에 대해 투명한 물질로 형성될 수 있다. The waveguide may be formed of a material that is transparent to a visible light spectrum.

상기 적어도 하나의 광 증식 모듈이 상기 투영 시스템의 디커플링 어퍼처의 반경 방향 증식을 수행하도록 구성될 수 있다. The at least one light propagation module may be configured to perform radial propagation of a decoupling aperture of the projection system.

상기 도파관의 표면에 안티-반사 코팅, 세미 반사 코팅, 다이크로익 필터, 중립 필터(neutral filter), 회절 광학 소자 중 하나가 구비될 수 있다. One of an anti-reflective coating, a semi-reflective coating, a dichroic filter, a neutral filter, and a diffractive optical element may be provided on the surface of the waveguide.

상기 적어도 하나의 광 증식 모듈 각각은 특정의 적어도 하나의 색상의 광을 증식하도록 구성될 수 있다. Each of the at least one light propagation module may be configured to propagate light of a specific at least one color.

상기 적어도 하나의 도파관은 구(sphere), 토루스(torus), 직육면체 (rectangular parallelepiped), 디스크, 스타 중 하나의 형상을 가질 수 있다. The at least one waveguide may have one of a shape of a sphere, a torus, a rectangular parallelepiped, a disk, and a star.

상기 적어도 하나의 정 렌즈가 프레넬 렌즈 또는 다이나믹 렌즈(dynamic lens) 중 하나일 수 있다. The at least one positive lens may be one of a Fresnel lens or a dynamic lens.

예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치의 작동 방법은,A method of operating an aerial image display device according to an exemplary embodiment,

상기 투영 시스템으로부터의 이미지를 형성하는 빔이 제1전송 격자에 전송되고, 회절의 결과로서, 상기 빔들이 1차 회절 빔들(a)과 0차 회절 빔들로 분할되는 단계;an image forming beam from the projection system is transmitted to a first transmission grating, and as a result of diffraction, the beams are split into 1st order diffracted beams (a) and 0th order diffracted beams;

상기 0차 회절 빔들이 제2 전송 격자에 전송되고, 회절의 결과로서 상기 빔들이 1차 회절 빔(b)과 0차 회절 빔으로 분할되는 단계;the 0th order diffracted beams are transmitted to a second transmission grating, and as a result of the diffraction the beams are split into a 1st order diffracted beam (b) and a 0th order diffracted beam;

상기 1차 회절 빔(a), 상기 1차 회절 빔(b), 상기 0차 회절 빔이 도파관에 전송되는 단계;transmitting the first-order diffracted beam (a), the first-order diffracted beam (b), and the zero-order diffracted beam to a waveguide;

내부 전반사 각도 범위에 대응하는 각도로 상기 도파관으로 전송된 상기 1차 회절빔(a), 상기1차 회절 빔(b)이 공기/제1전송 격자 사이 그리고 도파관/반사 격자 사이의 미디어 경계에서 재 반사되고, 도파관을 따라 전파되고, 상기 1차 회절 빔(a)의 회절의 결과로서 제2전송 격자로부터 1차 회절 빔(c)을 형성하고, 상기 1차 회절 빔(b)이 제1전송 격자로부터 1차 회절 빔(d)을 형성하는 단계;The first-order diffracted beam (a) transmitted to the waveguide at an angle corresponding to the total internal reflection angle range, the first-order diffracted beam (b) is re-evaluated at the media boundary between the air/first transmission grating and between the waveguide/reflection grating. reflected and propagated along the waveguide, forming a first order diffracted beam c from a second transmission grating as a result of diffraction of the first order diffracted beam a, wherein the first diffracted beam b forming a first order diffracted beam (d) from the grating;

상기 1차 회절 빔(c)과 1차 회절빔(d)이 반사 격자에 의해 회절되고 상기 도파관, 제2 전송 격자 및 제1전송 격자를 통해 상기 정 렌즈에 아웃 커플링되는 단계; 및the first diffracted beam (c) and the first diffracted beam (d) being diffracted by a reflection grating and out-coupled to the positive lens through the waveguide, a second transmission grating and a first transmission grating; and

상기 정 렌즈가 아웃 커플링된 빔을 굴절시키고 공중 이미지를 초점 면에 포커싱하는 단계;를 포함한다.and refracting the out-coupled beam by the positive lens and focusing the aerial image on a focal plane.

상기 0차 회절 빔이 상기 반사 격자 위의 도파관을 통과하고, 상기 빔들이 1차 회절 빔(e)과 0차 회절 빔으로 분할되고, 그런 다음 상기 0차 회절 빔은 고려되지 않을 수 있다.The 0th order diffracted beam passes through a waveguide above the reflective grating, the beams are split into a 1st order diffracted beam (e) and a 0th order diffracted beam, and then the 0th order diffracted beam may not be considered.

상기 1차 회절 빔(e)은 도파관, 제2전송 격자 및 제1전송 격자를 통과하고, 상기 제1전송 격자의 표면으로부터 내부 전반사로 인해, 이 빔들은 도파관으로 다시 반사되는 단계를 포함하고, 상기 1차 회절 빔(e)은 제1전송 격자로 전송되고, 회절의 결과로서 상기 빔들은 상기 1차 회절 빔(a)과 0차 회절 빔(b)으로 분할될 수 있다. the first diffracted beam (e) passes through a waveguide, a second transmission grating and a first transmission grating, and due to total internal reflection from a surface of the first transmission grating, the beams are reflected back into the waveguide; The first-order diffracted beam (e) is transmitted to the first transmission grating, and as a result of diffraction, the beams may be split into the first-order diffracted beam (a) and the zero-order diffracted beam (b).

상기 광 증식 모듈이 공중 이미지가 상기 디스플레이 장치에 대해 수직한 범위 내에서만 보이도록 구성될 수 있다.The light propagation module may be configured such that the aerial image is visible only within a range perpendicular to the display device.

상기 광 증식 모듈이 상기 공중 이미지 디스플레이 장치가 상기 공중 이미지 디스플레이 장치에 대해 수직한 범위와, 수직에서 벗어난 범위 양쪽에서 보이도록 구성될 수 있다. The light propagation module may be configured such that the aerial image display device is visible in both a range perpendicular to the aerial image display device and a range out of the vertical to the aerial image display device.

예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치는,Aerial image display device according to an exemplary embodiment,

반사 격자;reflective grating;

상기 반사 격자 아래 위치한 제1 정 렌즈;a first positive lens positioned below the reflective grating;

상기 반사 격자 위에 구비된 도파관;a waveguide provided on the reflective grating;

상기 도파관 위에 구비된 제2 전송 격자;a second transmission grating provided over the waveguide;

상기 제2전송 격자 위에 구비된 제1 전송 격자;a first transmission grating provided on the second transmission grating;

상기 제1 전송 격자 위에 구비된 제2 정 렌즈; 및a second positive lens provided on the first transmission grating; and

상기 제2 정 렌즈 위에 구비된 투영 시스템;를 포함한다. and a projection system provided on the second positive lens.

예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치의 동작 방법은,A method of operating an aerial image display apparatus according to an exemplary embodiment,

A) 투영 시스템으로부터의 이미지를 형성하는 빔이 제1전송 격자에 전송되고, 회절의 결과로서, 상기 빔들이 1차 회절 빔들(a)과 0차 회절 빔들로 분할되는 단계;A) a beam forming an image from the projection system is transmitted to a first transmission grating, and as a result of diffraction, the beams are split into 1st order diffracted beams (a) and 0th order diffracted beams;

B) 상기 0차 회절 빔들이 제2전송 격자에 전송되고, 회절의 결과로서 상기 빔들이 1차 회절 빔(b)과 0차 회절 빔으로 분할되는 단계;B) the 0th order diffracted beams are transmitted to a second transmission grating, and as a result of the diffraction the beams are split into a 1st order diffracted beam (b) and a 0th order diffracted beam;

C) 상기 1차 회절 빔(a), 상기 1차 회절 빔(b), 상기 0차 회절 빔이 도파관에 전송되는 단계;C) transmitting the first-order diffracted beam (a), the first-order diffracted beam (b), and the zero-order diffracted beam to a waveguide;

D) 내부 전반사 각도 범위에 대응하는 각도로 상기 도파관으로 전송된 상기 1차 회절빔(a), 상기1차 회절 빔(b)이 공기/제1전송 격자 사이와 도파관/반사 격자 사이의 미디어 경계에서 재 반사되고, 도파관을 따라 전파되고, 1차 회절 빔(a)의 회절의 결과로서 제2전송 격자로부터 1차 회절 빔(c)을 형성하고, 1차 회절 빔(b)이 제1전송 격자로부터 1차 회절 빔(d)을 형성하는 단계;D) the first-order diffracted beam (a) transmitted to the waveguide at an angle corresponding to the total internal reflection angle range, the first-order diffracted beam (b) is the media boundary between the air/first transmission grating and the waveguide/reflection grating is reflected back from and propagates along the waveguide, forming a first-order diffracted beam c from the second transmission grating as a result of diffraction of the first-order diffracted beam a, and the first-order diffracted beam b forming a first order diffracted beam (d) from the grating;

E) 상기 1차 회절 빔(c)과 1차 회절빔(d)이 반사 격자에서 회절되고 도파관, 제2전송 격자 및 제1전송 격자를 통해 제2 정 렌즈에 아웃 커플링되는 단계; E) the 1st order diffracted beam (c) and 1st order diffracted beam (d) are diffracted in a reflection grating and out-coupled to a second positive lens through a waveguide, a second transmission grating and a first transmission grating;

F) 상기 제1 정 렌즈가 제1 공중 이미지를 형성함으로써 그 초점 면에 아웃 커플링된 빔을 포커싱하고, 상기 제2 정 렌즈가 제2 공중 이미지를 형성함으로써 그 초점 면에 아웃 커플링된 빔을 포커싱하는 단계;를 포함한다.F) the first positive lens focuses the beam outcoupled to its focal plane by forming a first aerial image, and the second positive lens focuses the beam outcoupled to its focal plane by forming a second aerial image Focusing on the; includes.

상기 0차 회절 빔이 상기 반사 격자 위의 도파관을 통과하고, 그 빔들이 1차 회절 빔(e)과 0차 회절 빔으로 분할되고, 그런 다음 상기 0차 회절 빔은 고려되지 않을 수 있다. The 0th order diffracted beam may pass through a waveguide above the reflective grating, the beams may be split into 1st order diffracted beam e and 0th order diffracted beam, and then the 0th order diffracted beam may not be considered.

상기 1차 회절 빔(e)은 도파관, 제2전송 격자 및 제1전송 격자를 통과하고, 상기 제1전송 격자의 외부 표면으로부터 내부 전반사로 인해, 이 빔들은 도파관으로 다시 반사되며, 상기 1차 회절 빔(e)은 제1전송 격자로 전송되고, 회절의 결과로서 그 빔들은 1차 회절 빔(a)과 0차 회절 빔(b)으로 분할되고, 그런 다음 단계 상기 (B)-(I) 단계가 반복될 수 있다. The first order diffracted beam e passes through a waveguide, a second transmission grating and a first transmission grating, and due to total internal reflection from the outer surface of the first transmission grating, these beams are reflected back into the waveguide, the first order The diffracted beam e is transmitted to the first transmission grating, and as a result of the diffraction the beams are split into a 1st order diffracted beam a and a 0th order diffracted beam b, and then the steps (B)-(I) ) can be repeated.

예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치는 고품질의 확대 이미지를 표시할 수 있다. 공중 이미지 디스플레이 장치는 복수 개의 회절 격자를 구비하여 소형으로 구성될 수 있다.The aerial image display apparatus according to an exemplary embodiment may display a high-quality enlarged image. The aerial image display apparatus may be configured to be compact by having a plurality of diffraction gratings.

도 1은 예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치를 도시한 것이다.
도 2는 예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치의 단면도를 도시한 것이다.
도 3은 예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치의 다양한 배열 구조를 도시한 것이다.
도 5a는 예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치가 두 개의 정 렌즈를 포함하는 예를 도시한 것이다.
도 5b는 예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치가 두 개의 정 렌즈를 포함하는 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a, 도 6b, 및 도 6c는 투영 시스템과 정 렌즈 사이에 구비된 광 증식 모듈의 다양한 배열 구조를 도시한 것이다.
도 7a는 예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치에서 하나의 공중 이미지가 형성되는 것을 보인 것이다.
도 7b는 예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치에서 복수 개의 공중 이미지가 형성되는 것을 보인 것이다.
도 8은 2 세트의 광 증식 모듈이 구비된 디스플레이 장치를 도시한 것이다.
도 9a는 프리즘을 포함한 공중 이미지 디스플레이 장치를 도시한 것이다.
도 9b는 동심원 구조의 광 증식 모듈을 도시한 것이다.
도 10은 다른 예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치를 도시한 것이다.
도 11a는 복수 개의 섹터로 분할된 정 렌즈 어레이의 예를 도시한 것이다.
도 11b는 예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치가 모바일 장치에 적용되어 360도 시야 각을 갖는 이미지를 표시하는 것을 보인 것이다.
도 12a 내지 도 12j는 광 증식 모듈을 덮는 정 렌즈의 다양한 예들을 도시한 것이다.
도 13a는 시뮬레이션 모델의 일 예를 도시한 것이다.
도 13b는 시뮬레이션 모델을 통해 얻은 공중 이미지를 보인 것이다.
도 14는 예시적인 실시 예에 따른 회절 격자들의 벡터 다이어그램을 도시한 것이다.
Fig. 1 shows an aerial image display apparatus according to an exemplary embodiment.
Fig. 2 shows a cross-sectional view of an aerial image display device according to an exemplary embodiment.
Fig. 3 is a diagram for explaining the operation of an aerial image display apparatus according to an exemplary embodiment.
4A, 4B, and 4C show various arrangement structures of an aerial image display apparatus according to an exemplary embodiment.
5A illustrates an example in which an aerial image display apparatus according to an exemplary embodiment includes two positive lenses.
5B is a diagram for explaining an operation when an aerial image display apparatus includes two positive lenses according to an exemplary embodiment.
6A, 6B, and 6C show various arrangement structures of the light multiplication module provided between the projection system and the positive lens.
Fig. 7A shows that one aerial image is formed in the aerial image display apparatus according to an exemplary embodiment.
7B is a diagram illustrating the formation of a plurality of aerial images in the aerial image display apparatus according to an exemplary embodiment.
8 shows a display device equipped with two sets of light propagation modules.
9A shows an aerial image display device including a prism.
9B shows a light propagation module having a concentric circle structure.
Fig. 10 shows an aerial image display apparatus according to another exemplary embodiment.
11A shows an example of a positive lens array divided into a plurality of sectors.
11B is a diagram illustrating an aerial image display apparatus applied to a mobile device to display an image having a 360-degree viewing angle according to an exemplary embodiment.
12A to 12J show various examples of positive lenses covering the light propagation module.
13A shows an example of a simulation model.
13B shows an aerial image obtained through a simulation model.
14 shows a vector diagram of diffraction gratings according to an exemplary embodiment.

이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.Hereinafter, various embodiments of the present document will be described with reference to the accompanying drawings. However, it is not intended to limit the technology described in this document to specific embodiments, and it should be understood to include various modifications, equivalents, and/or alternatives of the embodiments of this document. . In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for like components.

본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.The electronic device according to various embodiments disclosed in this document may have various types of devices. The electronic device may include, for example, a portable communication device (eg, a smart phone), a computer device, a portable multimedia device, a portable medical device, a camera, a wearable device, or a home appliance device. The electronic device according to the embodiment of the present document is not limited to the above-described devices.

본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.The various embodiments of this document and terms used therein are not intended to limit the technical features described in this document to specific embodiments, but it should be understood to include various modifications, equivalents, or substitutions of the embodiments. In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for similar or related components. The singular form of the noun corresponding to the item may include one or more of the item, unless the relevant context clearly dictates otherwise. As used herein, "A or B", "at least one of A and B", "at least one of A or B", "A, B or C", "at least one of A, B and C", and "A , B, or C" each may include any one of the items listed together in the corresponding one of the phrases, or all possible combinations thereof. Terms such as "first", "second", or "first" or "second" may be used simply to distinguish the element from other elements in question, and may refer to elements in other aspects (e.g., importance or order) is not limited. It is said that one (eg, first) component is "coupled" or "connected" to another (eg, second) component, with or without the terms "functionally" or "communicatively". When referenced, it means that one component can be connected to the other component directly (eg by wire), wirelessly, or through a third component.

본 문서의 다양한 실시예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다. The term “module” used in various embodiments of this document may include a unit implemented in hardware, software, or firmware, and is interchangeable with terms such as, for example, logic, logic block, component, or circuit. can be used as A module may be an integrally formed part or a minimum unit or a part of the part that performs one or more functions. For example, according to an embodiment, the module may be implemented in the form of an application-specific integrated circuit (ASIC).

본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기의 프로세서는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, 비일시적’은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.Various embodiments of the present document may be implemented as software including one or more instructions stored in a machine. For example, the processor of the device may call at least one of the one or more instructions stored from the storage medium and execute it. This makes it possible for the device to be operated to perform at least one function according to the called at least one command. The one or more instructions may include code generated by a compiler or code executable by an interpreter. The device-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium. Here, 'non-transitory' only means that the storage medium is a tangible device and does not contain a signal (eg, electromagnetic wave), and this term refers to cases in which data is semi-permanently stored in the storage medium and temporary It does not distinguish the case where it is stored as

일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.According to an embodiment, the method according to various embodiments disclosed in this document may be included and provided in a computer program product. Computer program products may be traded between sellers and buyers as commodities. The computer program product is distributed in the form of a machine-readable storage medium (eg compact disc read only memory (CD-ROM)), or via an application store (eg Play Store TM ) or on two user devices ( It can be distributed (eg downloaded or uploaded) directly between smartphones (eg: smartphones) and online. In the case of online distribution, at least a part of the computer program product may be temporarily stored or temporarily generated in a machine-readable storage medium such as a memory of a server of a manufacturer, a server of an application store, or a relay server.

다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다. 본 문서에서, 사용자라는 용어는 전자 장치를 사용하는 사람 또는 전자 장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 전자 장치)를 지칭할 수 있다.According to various embodiments, each component (eg, module or program) of the above-described components may include a singular or a plurality of entities, and some of the plurality of entities may be separately disposed in other components. have. According to various embodiments, one or more components or operations among the above-described corresponding components may be omitted, or one or more other components or operations may be added. Alternatively or additionally, a plurality of components (eg, a module or a program) may be integrated into one component. In this case, the integrated component may perform one or more functions of each component of the plurality of components identically or similarly to those performed by the corresponding component among the plurality of components prior to the integration. . According to various embodiments, operations performed by a module, program, or other component are executed sequentially, in parallel, repeatedly, or heuristically, or one or more of the operations are executed in a different order, or omitted. or one or more other operations may be added. In this document, the term user may refer to a person who uses an electronic device or a device (eg, an artificial intelligence electronic device) using the electronic device.

도 1은 예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 디스플레이 장치(10)는 적어도 하나의 광 증식 모듈(2), 적어도 하나의 정 렌즈(3) 및 이미지를 형성하는 투영 시스템(4)을 포함한다. 정 렌즈(3)는 정의 굴절력을 가지는 렌즈를 나타낼 수 있다.Fig. 1 schematically shows an aerial image display device according to an exemplary embodiment. The display device 10 comprises at least one light propagation module 2 , at least one positive lens 3 and a projection system 4 for forming an image. The positive lens 3 may represent a lens having positive refractive power.

적어도 하나의 광 증식 모듈(2)은 제1 전송 격자(A) 제2 전송 격자(B), 적어도 하나의 도파관(D), 및 반사 격자(C)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 정 렌즈(3) 각각은 적어도 하나의 광 증식 모듈(2) 각각을 덮도록 배치될 수 있다. 이하에서, 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 반사 격자(C)가 적어도 하나의 회절 격자로 지칭될 수 있다.The at least one light propagation module 2 may include a first transmission grating A, a second transmission grating B, at least one waveguide D, and a reflection grating C. Each of the at least one positive lens 3 may be arranged to cover each of the at least one light propagation module 2 . Hereinafter, the first transmission grating (A), the second transmission grating (B), and the reflection grating (C) may be referred to as at least one diffraction grating.

예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치(10)는 자유 공간에 공중 이미지를 표시하여 공중 이미지로부터 어느 정도 떨어진 위치에서 특정 화각(FoV)에서 육안으로 시청할 수 있도록 할 수 있다. 예시적인 실시 예는, 도파관, 회절 광학 소자(DOE), 모노센트릭(monocentric) 투영 광학계 및 초점 렌즈 배열의 조합을 통해 구현될 수 있다. 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치(10)는 콤팩트한 크기로, 투영 시스템에서 제공되는 이미지에 비해 확대된 이미지를 표시하고, 표시된 이미지는 공간에 위치하며 공중 이미지의 확대된 시야를 제공할 수 있다. 이미지는 이미지를 형성하는 초점 렌즈의 초점 거리에 대한 투영 시스템의 렌즈의 초점 거리의 비율과 같거나 여러 배로 확대될 수 있다. 디스플레이 장치(10)는 고화질을 가지고, 포지티브 이미지 오프셋(offset)을 가지는 반면, 움직이는 구조 요소가 없고, 디스플레이를 위한 부가적인 산란 매체를 제공할 필요가 없다. The display apparatus 10 according to an exemplary embodiment may display an aerial image in free space so that it can be viewed with the naked eye at a specific angle of view (FoV) at a location somewhat distant from the aerial image. Exemplary embodiments may be implemented through a combination of a waveguide, a diffractive optical element (DOE), a monocentric projection optics, and a focusing lens arrangement. The display device 10 according to the exemplary embodiment has a compact size, and may display an enlarged image compared to an image provided by a projection system, and the displayed image may be located in space and provide an enlarged view of an aerial image. . The image may be magnified by a factor of or equal to the ratio of the focal length of the lens of the projection system to the focal length of the focal lens forming the image. While the display device 10 has a high picture quality and has a positive image offset, there are no moving structural elements and there is no need to provide an additional scattering medium for display.

본 명세서에서 용어 " 공중 이미지"는 이미지가 공중 이미지 장치로부터 어느정도 거리에 떨어져 있는 것을 의미할 수 있다. 다시 말하면, 이미지가 디스플레이 어퍼처와 관찰자 사이에 위치할 수 있고, 관찰자가 공중에서 이러한 이미지를 볼 수 있다. 산란 매체, 예를 들면 확산 필름이 이미지 면(image plane)에 위치하면, 재생된 공중 이미지는 그 확산 필름 상에 선명하게 보일 것이다. As used herein, the term “aerial image” may mean that the image is at some distance from the aerial imaging device. In other words, an image can be positioned between the display aperture and the viewer, and the viewer can view this image from the air. If a scattering medium, for example a diffusing film, is placed in the image plane, the reproduced aerial image will be clearly visible on the diffusing film.

이미지의 "포지티브 오프셋"이라는 용어는 공중 이미지가 공중 이미지 디스플레이 장치의 형성 디커플링 어퍼처와 관찰자 사이에 위치하는 것을 의미할 수 있다. The term “positive offset” of an image may mean that the aerial image is located between the forming decoupling aperture of the aerial image display device and the viewer.

공중 이미지의 확대 화각은 공중 이미지가 넓은 시야각 내에서 보여질 수 있는 것을 의미한다. 즉, 이미지는 공중 이미지 디스플레이 장치의 어퍼처 내에서만 볼 수 있기 때문에, 디스플레이 어퍼처가 클수록 공중 이미지의 시야각이 더 커질 것이다.The enlarged field of view of an aerial image means that the aerial image can be viewed within a wide viewing angle. That is, since the image can only be viewed within the aperture of the aerial image display device, the larger the display aperture, the larger the viewing angle of the aerial image will be.

예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치는, 자유 공간에서 이미지를 보이기 위해 추가적인 산란 매체가 필요 없다. 또한, 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치는 스마트 폰, 스마트 워치와 같은 디스플레이가 있는 다양한 종류의 소형 장치에서 사용할 수 있으며, 예를 들어 가상 도우미(virtual assistants)와 함께 동작할 때 TV 프레젠테이션에 있는 비-소형(non-compact) 디스플레이 장치에서도 사용할 수 있다.The display device according to an exemplary embodiment does not require an additional scattering medium to display an image in free space. In addition, the display device according to the exemplary embodiment can be used in various types of small devices with a display, such as a smart phone or a smart watch, and for example, when operating with virtual assistants, the display device in the TV presentation - Can also be used on non-compact display devices.

예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치에서, 회절 멀티-지향성 방사 도파관(D)이 사용될 수 있고, 광이 도파관(D_의 중심에서 도파관 내부로 인-커플링될 수 있다. 투영 시스템(4)의 작은 어퍼처가 모든 방향으로 증대되어, 방사 도파관(D)의 전체 어퍼처를 채울 수 있다. 회절 멀티-지향성 방사 도파관(D)이 회절 격자를 포함하여, 공중 이미지 디스플레이 장치가 소형 사이즈를 가질 수 있다. In a display device according to an exemplary embodiment, a diffractive multi-directional radiation waveguide D may be used, and light may be in-coupled into the waveguide at the center of the waveguide D_. A small aperture can be increased in all directions to fill the entire aperture of the radiation waveguide D. The diffractive multi-directional radiation waveguide D includes a diffraction grating, so that the aerial image display device can have a compact size .

도 1에 도시된 바와 같이, 정 렌즈(3)가 예를 들어, 복수 개의 섹터(3a)로 분할되고, 복수 개의 섹터(3a)가 원형 어레이 형태로 배열될 수 있다. 회절 멀티-지향성 방사 도파관(D)이 원형 어레이의 정 렌즈(3)와 함께 집적되고, 각 정 렌즈 섹터(3a)가 각각의 화각을 가지며, 각각의 정 렌즈 섹터(3a)의 화각이 이웃하는 정 렌즈 섹터(3a)의 화각에 연결될 수 있다. 따라서, 사용자는 최대 360 도의 방위각 내에서 공중 이미지를 볼 수 있다. 1 , the positive lens 3 may be divided into, for example, a plurality of sectors 3a, and the plurality of sectors 3a may be arranged in a circular array form. A diffractive multi-directional radiation waveguide D is integrated with positive lenses 3 in a circular array, each positive lens sector 3a has a respective angle of view, and the angle of view of each positive lens sector 3a is adjacent It may be connected to the angle of view of the positive lens sector 3a. Thus, users can view aerial images within an azimuth of up to 360 degrees.

디스플레이 장치(10)는 적어도 하나의 광 증식 모듈(2)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 광 증식 모듈(2) 각각은 적어도 세 개의 회절 격자와 도파관(D)을 포함할 수 있다. 적어도 세 개의 회절 격자는 스택을 형성하도록 적층되며, 광의 인-커플링, 아웃-커플링 기능을 할 수 있다. 적어도 세 개의 회절 격자는 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 반사 격자(C)를 포함할 수 있다. 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 및 반사 격자(C)는 회절 격자의 스택을 형성할 수 있다. 도파관(D)은 내부 전반사에 기반한 광 전송 소자로, 예를 들면, 회절 멀티-지향성 방사 도파관일 수 있다. 도파관(D)이 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 및 반사 격자(C) 중 하나와 접촉하도록 배치될 수 있다.The display device 10 may include at least one light propagation module 2 . Each of the at least one light propagation module 2 may include at least three diffraction gratings and a waveguide D. At least three diffraction gratings are stacked to form a stack, and can function in-coupling and out-coupling of light. The at least three diffraction gratings may include a first transmission grating (A), a second transmission grating (B), and a reflection grating (C). The first transmission grating A, the second transmission grating B, and the reflection grating C may form a stack of diffraction gratings. The waveguide D is an optical transmission element based on total internal reflection, and may be, for example, a diffractive multi-directional radiation waveguide. A waveguide D may be arranged to contact one of a first transmission grating A, a second transmission grating B, and a reflection grating C.

적어도 하나의 정 렌즈(3) 각각이 광 증식 모듈(2)을 덮도록 배치될 수 있다. 정 렌즈(3)와 그에 대응하는 광 증식 모듈(2)이 이미지 형성 모듈(1)을 구성할 수 있다. Each of the at least one positive lens 3 may be arranged to cover the light propagation module 2 . The positive lens 3 and the light multiplication module 2 corresponding thereto may constitute the image forming module 1 .

투영 시스템(4)이 적어도 하나의 이미지 형성 모듈(1) 각각에 대해 같은 각도로 이미지를 제공하도록 배열될 수 있다. 투영 시스템(4)이 각각의 이미지 형성 모듈(1)에 대해 같은 각도로 이미지를 제공하면, 각각의 이미지 형성 모듈(1)에 의해 형성된 공중 이미지가 균일한 링 형태로 자유 공간에 라인업(line up) 될 수 있다. 서로 다른 각도로 이미지를 제공하는 경우에는, 형성된 공중 이미지들은 불규칙한 형상의 임의의 형상을 생성할 수 있다. 균일한 링의 경우에, 사용자들은 공중 이미지 형성 모듈(1)의 섹터로부터 부드럽게 전송된 공중 이미지를 볼 수 있다. 그렇지만 공중 이미지들이 서로 다른 각도로 이미지를 제공하는 경우에는, 공중 이미지들이 섹터들 사이를 이동할 때 점프하는 현상이 생길 수 있다.The projection system 4 may be arranged to provide an image at the same angle to each of the at least one image forming module 1 . When the projection system 4 provides an image at the same angle for each image forming module 1 , the aerial image formed by each image forming module 1 is lined up in free space in the form of a uniform ring. ) can be In the case of providing images from different angles, the formed aerial images can create any shape of irregular shape. In the case of a uniform ring, users can see the aerial image smoothly transmitted from the sector of the aerial image forming module 1 . However, if the aerial images provide images at different angles, a phenomenon in which the aerial images jump as they move between sectors may occur.

하지만, 투영 시스템(4)이 이미지 형성 모듈(1)이 서로 다른 각도로 이미지를 제공하도록 요구되는 경우도 있을 수 있다. 따라서, 투영 시스템(4)은 적어도 하나의 이미지 형성 모듈(1) 각각에 이미지를 공급할 수 있다.However, there may be cases where the projection system 4 is required so that the image forming module 1 provides images from different angles. Thus, the projection system 4 can supply an image to each of the at least one image forming module 1 .

광 전송 도파관(D)은 1 배의 배율을 가진 소형 망원경처럼 작동할 수 있다. 즉, 도파관(D)으로 입사한 광이 도파관(D)으로 입사한 각도와 같은 각도로 도파관(D)으로부터 출사할 수 있고, 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 반사 격자(C)에서의 회절과 도파관(D)에서의 다중 반사로 인해 디스플레이 장치의 출력에서의 광 어퍼처가 디스플레이 장치의 입력에서의 광 어퍼처 보다 클 수 있다. The optical transmission waveguide (D) can act like a miniature telescope with a magnification of 1x. That is, light incident on the waveguide D may exit from the waveguide D at the same angle as the angle incident on the waveguide D, and the first transmission grating A, the second transmission grating B, and reflection Due to the diffraction in the grating C and multiple reflections in the waveguide D, the optical aperture at the output of the display device may be larger than the optical aperture at the input of the display device.

작은 크기의 이미지가 공중 이미지 디스플레이 장치에 입력되고, 오리지널 이미지가 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 및 반사 격자(C)에 의한 다중 반사를 통해 증식될 수 있다.A small-sized image is input to the aerial image display device, and the original image can be multiplied through multiple reflections by the first transmission grating (A), the second transmission grating (B), and the reflection grating (C).

공중 이미지는 정 렌즈(3)의 초점 면 근처에 형성될 수 있고, 공중 이미지가 오리지널 이미지에 비해 확대될 수 있다. 이 것은 정 렌즈(3)의 초점 거리가 투영 시스템(4)의 렌즈의 초점 거리보다 몇 배 더 크기 때문이다. An aerial image may be formed near the focal plane of the positive lens 3, and the aerial image may be enlarged compared to the original image. This is because the focal length of the positive lens 3 is several times greater than the focal length of the lens of the projection system 4 .

도파관(D)의 전반사 동작으로 인해, 공중 이미지 디스플레이 장치가 컴팩트한 치수를 가지고 확대된 화각의 공중 이미지를 제공할 수 있다. Due to the total reflection operation of the waveguide D, the aerial image display apparatus can have a compact dimension and provide an aerial image of an enlarged angle of view.

적어도 하나의 정 렌즈(3)가 광 아웃 커플링에 사용되므로, 정 렌즈 (3)의 이미지 평면에, 즉 정 렌즈(3)로부터 특정 거리에 공중 이미지가 형성될 수 있고, 최대 360도까지 화각이 증가할 수 있고, 화질이 개선되고, 이미지의 전체 치수가 감소할 수 있다. 여기서는 일반적인 경우와 같이 방위각은 어떤 물체에 대한 방향(이 경우에는 이미지)과 주어진 물체에 대한 방향 사이에서 측정된 각도로 이해될 수 있다. 예를 들어, 북쪽이 0도 방위각이라고 하면, 동쪽은 90도 방위각, 남쪽은 180도 방위각, 서쪽은 270도 방위각일 수 있고, 360도 방위각은 이미지를 시계 방향으로 완전히 회전하는 것을 나타낼 수 있다.Since at least one positive lens 3 is used for light outcoupling, an aerial image can be formed in the image plane of the positive lens 3 , ie at a certain distance from the positive lens 3 , with an angle of view of up to 360 degrees may increase, the image quality may be improved, and the overall dimension of the image may be reduced. Here, as in the general case, azimuth can be understood as the angle measured between a direction to an object (in this case an image) and a direction to a given object. For example, if North is a 0 degree azimuth, East may be a 90 degree azimuth, South may be a 180 degree azimuth, West may be a 270 degree azimuth, and a 360 degree azimuth may represent a full clockwise rotation of the image.

내부 전반사(TIR) 기반 도파관(D)은 방사형 도파관일 수 있다. 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 및 반사 격자(C)는 필름에 기록되고 도파관(D)의 표면에 증착된 볼륨 홀로그래픽(브레그) 격자이거나 도파관(D)의 표면에 형성된 릴리프 회절 소자일 수 있다.The total internal reflection (TIR) based waveguide D may be a radial waveguide. The first transmission grating (A), the second transmission grating (B), and the reflection grating (C) are either a volume holographic (Breg) grating recorded on a film and deposited on the surface of the waveguide (D) or of the waveguide (D). It may be a relief diffraction element formed on the surface.

도파관(D)은 가시 범위의 스펙트럼에서 투명한 전송 광학 재료로 제조될 수 있다. 그 물질은 가시 범위의 스펙트럼에서 투명한 유리, 폴리머, 광 결정일 수 있지만 이에 한정되지 않는다.The waveguide D may be made of a transmission optical material that is transparent in the visible range spectrum. The material may be, but is not limited to, glass, polymer, or photonic crystal that is transparent in the visible range spectrum.

도 2는 공중 이미지 디스플레이 장치의 단면도이다. 광 증식 모듈(2)은 방사형일 수 있다. 즉, 광 증식 모듈(2)은 투영 시스템(4)의 디커플링 어퍼처의 전방위 증식(all-round multiplication)을 구현할 수 있다. 예시적인 실시 예에서 도파관(D)이 반사 격자(D)와 두 개의 전송 격자(A)(B) 사이에 배치될 수 있다. 투영 시스템(4)은 광 증식 모듈(2)의 중심에 배치될 수 있다. 2 is a cross-sectional view of an aerial image display device; The light propagation module 2 may be radial. That is, the light multiplication module 2 can implement an all-round multiplication of the decoupling aperture of the projection system 4 . In an exemplary embodiment, the waveguide D may be disposed between the reflection grating D and the two transmission gratings A and B. The projection system 4 can be arranged in the center of the light propagation module 2 .

도 3은 공중 이미지 디스플레이 장치의 작동, 즉 장치 내 빔의 전파 및 공중 이미지의 형성을 보여 준다. 공중 이미지의 형상 과정을 좀 더 상세하게 설명한다. 도 3을 참조하면, 정 렌즈(3)와 제1 전송 격자(A) 사이에 투영 시스템(4)이 구비될 수 있다.3 shows the operation of an aerial image display device, ie propagation of a beam within the device and formation of an aerial image. The shape process of aerial images will be described in more detail. Referring to FIG. 3 , a projection system 4 may be provided between the positive lens 3 and the first transmission grating A .

<스테이지 1><Stage 1>

"무한대에서"의 이미지에 대응하는 투영 시스템(4)으로부터의 빔, 즉 이미지의 각 점은 제1 전송 격자(A)에 떨어지는 평행 빔 중 하나의 빔에 의해 획득될 수 있다. 여기서, 다음의 물리적 효과가 발생할 수 있다. 투영 시스템(4)으로부터의 광이 제1 전송 격자(A) 및 제2 전송 격자(B)를 통해 도파관(D)으로 전파되고, 제1 전송 격자(A)의 공기/물질 인터페이스에서 광의 굴절이 일어나고 제1 전송 격자(A)에서 회절이 일어날 수 있다. 실제로 회절 격자의 100 % 효율을 달성하는 것은 불가능하고, 빔은 1차 회절 빔(a)과 회절되지 않은 0차 회절 빔의 두 개의 빔으로 분리될 수 있다. 회절 빔의 방향은 제1 전송 격자(A)의 방향(orientation)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 전송 격자(A)의 벡터가 수평 축에 대해 +120 도라고 가정한다.A beam from the projection system 4 corresponding to the image "at infinity", ie each point of the image, can be obtained by means of one of the parallel beams falling on the first transmission grating A. Here, the following physical effects may occur. Light from the projection system 4 propagates through the first transmission grating A and the second transmission grating B into the waveguide D, where the refraction of the light at the air/material interface of the first transmission grating A is and diffraction may occur in the first transmission grating A. In practice, it is impossible to achieve 100% efficiency of the diffraction grating, and the beam can be split into two beams: a 1st-order diffracted beam (a) and an undiffracted 0th-order diffracted beam. The direction of the diffraction beam may be determined by the orientation of the first transmission grating A. For example, it is assumed that the vector of the first transmission grating A is +120 degrees with respect to the horizontal axis.

<스테이지 2><Stage 2>

제1 전송 격자(A)의 0 차 빔은 제1 전송 격자(A)와 제2 전송 격자(B)의 매체 사이의 인터페이스에 도달하고, 빛은 매체 사이의 인터페이스에서 굴절되고, 굴절된 빔은 제2 전송 격자(B)에서 회절될 수 있다. 이 경우, 제1 회절 빔(b)과 회절되지 않은 0차 빔의 두 개의 빔이 형성될 수 있다. 회절 빔의 방향은 제2 전송 격자(B)의 방향(orientation)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 격자 벡터를 수평 축에 대해 -120 도라고 가정한다. The zero-order beam of the first transmission grating A reaches the interface between the medium of the first transmission grating A and the second transmission grating B, the light is refracted at the interface between the medium, and the refracted beam is It may be diffracted in the second transmission grating (B). In this case, two beams of the first diffracted beam b and the non-diffracted zero-order beam may be formed. The direction of the diffraction beam may be determined by the orientation of the second transmission grating B. For example, suppose the grid vector is -120 degrees with respect to the horizontal axis.

제2 전송 격자(B) 이후에, 1차 회절 빔(a)(b)과 0차 회절 빔이 제2 전송 격자(B)와 도파관(D)의 매체 사이의 인터페이스에 도달하고, 이 인터페이스에서 광 굴절이 일어난다.After the second transmission grating B, the 1st diffracted beam a) (b) and the 0th diffracted beam arrive at the interface between the second transmission grating B and the medium of the waveguide D, and at this interface light refraction occurs.

<스테이지 2.1><Stage 2.1>

회절이 일어나지 않는 0차 회절 빔은 도파관(D)을 통해 반사 격자(C)까지 굴절과 함께 통과할 수 있다(도 3의 스테이지 2.1). 1 차 회절 빔(a)(b)은 도파관(D)에 인-커플링되고, 임계 각 이상의 입사각을 가지는 빔은 매체의 두 경계 사이에서, 즉, 공기/제1 전송 격자(A)/도파관(D)/반사 격자(C) 사이의 경계에서 재 반사된다. 임계 각은 반사 격자(C)와 도파관(D)의 물질의 굴절률을 고려하여 결정될 수 있다. 빔들은 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B)를 통해 다중으로 통과하기 때문에 도파관(D)을 통해 전파한다. 이 빔들은 오른 쪽으로 전파하는 도파관(D)의 내측에 도시된다. 그 결과, 제1 전송 격자(A)로부터의 1 차 회절 빔(a)은 제2 전송 격자(B)로부터의 1차 회절 빔(c)을 형성하고, 제2 전송 격자(B)로부터의 1차 회절 빔(b)은 제1 전송 격자(A)로부터의 1차 회절 빔(d)을 형성할 수 있다. The zero-order diffracted beam, which does not undergo diffraction, may pass through the waveguide D to the reflective grating C with refraction (stage 2.1 in FIG. 3 ). The first-order diffracted beam (a) (b) is in-coupled to the waveguide (D), the beam having an angle of incidence greater than or equal to a critical angle is interposed between the two boundaries of the medium, i.e. air/first transmission grating (A)/waveguide (D)/reflected at the boundary between the reflective grating (C). The critical angle may be determined in consideration of refractive indices of materials of the reflection grating C and the waveguide D. The beams propagate through the waveguide (D) as they multiplely pass through the first transmission grating (A), the second transmission grating (B). These beams are shown inside the waveguide D propagating to the right. As a result, the first-order diffracted beam a from the first transmission grating A forms the first-order diffracted beam c from the second transmission grating B, and the 1st order diffracted beam a from the second transmission grating B The first-order diffracted beam b may form a first-order diffracted beam d from the first transmission grating A.

<스테이지 3><Stage 3>

제1 회절 빔(c)과 제1 회절 빔(d)은 반사 격자(C)에 의해 회절되고, 도파관(D), 제2 전송 격자(B)와 제1 전송 격자(A)를 통과하고 각 매체 경계에서 굴절에 의해 정 렌즈(3)로 아웃 커플링된다. 또한, 정 렌즈(3)는 아웃 커플링된 빔을 굴절하고, 초점 면으로 포커싱하여 공중 이미지를 형성한다. 여기까지의 과정을 사이클 1이라고 한다.The first diffraction beam c and the first diffraction beam d are diffracted by the reflection grating C, pass through the waveguide D, the second transmission grating B and the first transmission grating A, and each It is outcoupled to the positive lens 3 by refraction at the media boundary. The positive lens 3 also refracts the out-coupled beam and focuses it into a focal plane to form an aerial image. The process up to this point is called cycle 1.

비회절 빔(0차)이 반사 격자(C)에 도달하고, 이 빔들이 1차 회절 빔(e)과 비회절 빔(0차)으로 분할되고, 투영 시스템(4)으로 다시 반사되고 전체 시스템을 굴절하면서 통과한다. 그 다음 이 빔들은 고려되지 않는다. 반사 격자(C)의 격자 벡터가 수평 축에 대해 평행하게 향한다. An undiffracted beam (0th order) arrives at a reflection grating C, which is split into a 1st diffracted beam (e) and an undiffracted beam (0th order), reflected back to the projection system 4 and the whole system It passes through refracting Then these beams are not considered. The grating vector of the reflection grating C is oriented parallel to the horizontal axis.

1차 회절 빔(e)이 공기/제1 전송 격자(A)의 인터페이스로 되돌아가고, 도파관(D), 제2 전송 격자(B)와 제1 전송 격자(A)를 굴절과 함께 통과한다. 제1 전송 격자(A)의 외부 표면으로부터 전반사로 인해, 이 빔들은 도파관(D)으로 다시 반사될 수 있다.The 1st order diffracted beam e returns to the interface of the air/first transmission grating A and passes with refraction through the waveguide D, the second transmission grating B and the first transmission grating A. Due to total reflection from the outer surface of the first transmission grating A, these beams may be reflected back to the waveguide D.

그 다음, 1차 회절 빔(e)은 제1 전송 격자(A)로 떨어지고, 이 과정이 다시 반복될 수 있다. 여기서, 사이클 2가 시작한다.Then, the first-order diffracted beam e falls on the first transmission grating A, and this process can be repeated again. Here, cycle 2 begins.

반사 격자(C)가 없다면, 세 개의 전파 방향만이 있다. 즉, 0, +/- 120도 전파 방향만이 있을 수 있다. 하지만, 이것으로는 360도 디스플레이를 만드는데 충분치 않다. 그래서 6개의 방향으로 광을 전파하는데 반사 격자(C)가 요구된다. 6 개의 방향은 세 개의 방향에 반대 방향이 추가되어 형성될 수 있다. Without the reflection grating C, there are only three propagation directions. That is, there can be only 0, +/- 120 degree propagation directions. However, this is not enough to create a 360-degree display. So, a reflective grating (C) is required to propagate light in six directions. The six directions may be formed by adding an opposite direction to the three directions.

그리하여, 투영 시스템(4)으로부터의 빔이 도파관(D)을 따라 전파하고 아웃 커플링될 수 있다. Thus, the beam from the projection system 4 can propagate along the waveguide D and be out-coupled.

<스테이지 4><Stage 4>

정 렌즈(3)는 아웃 커플링된 빔을 굴절하고 초점 면으로 그 빔들을 포커싱하여 정 렌즈(3)와 관찰자 사이에 공중 이미지를 형성할 수 있다. 이 경우에, 정 렌즈(3)가 공중 이미지 뿐만 아니라 공중 이미지의 화각(FoV)을 형성할 수 있다. 화각은 후초점 거리와 정 렌즈(3)의 어퍼처에 의존한다.The positive lens 3 can refract the out-coupled beam and focus the beams into a focal plane to form an aerial image between the positive lens 3 and the viewer. In this case, the positive lens 3 can form not only the aerial image but also the angle of view FoV of the aerial image. The angle of view depends on the back focal length and the aperture of the positive lens 3 .

공중 이미지 디스플레이 장치는 다양한 기하학적 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어 구, 토러스(torus), 직육면체, 디스크, 별의 형상 등을 가질 수 있다.The aerial image display apparatus may have various geometric shapes, for example, may have the shape of a sphere, a torus, a cuboid, a disk, a star, and the like.

또한, 광학 코팅이 도파관(D)의 표면에 적용될 수 있다. 예를 들어, 광학 코팅은 콘트라스트/화질을 개선하기 위한 안티-반사 코팅, 도파관(D)의 양쪽 면에 이미지를 형성하기 위해 세미-반사 코팅, 작은 범위의 광 파장의 선택적 전송을 위한 다이크로익 필터, 중립 필터(neutral filter), 도파관(D)으로부터 아웃커플링된 광의 파면을 변화시키기 위한 추가 회절 광학 소자 등을 포함할 수 있다. 추가 회절 광학 소자는 도파관(D)으로부터 아웃 커플링된 광을 어떠한 방향으로든 편향시키는 렌즈와 같이 동작할 수 있다. 이러한 코팅은 회절 광학 소자가 없는 도파관(D)의 측부에 적용될 수 있다.In addition, an optical coating may be applied to the surface of the waveguide (D). For example, optical coatings include anti-reflective coatings to improve contrast/image quality, semi-reflective coatings to form images on both sides of the waveguide (D), dichroic for selective transmission of a small range of light wavelengths. filters, neutral filters, additional diffractive optical elements for changing the wavefront of light outcoupled from the waveguide D, and the like. The additional diffractive optical element may act as a lens to deflect light outcoupled from waveguide D in any direction. This coating can be applied to the side of the waveguide D without the diffractive optical element.

도 4a, 도 4b, 도 4c는 공중 이미지 디스플레이 장치의 구성 요소들의 배열의 변형을 도시한 것이다. 4A, 4B and 4C show variations of the arrangement of components of an aerial image display device.

도 4a, 4b, 4c에 도시된 장치 변형에서의 광 전파는 도 3에 표시된 장치의 실시 예에서의 광 전파와 유사하다. 차이점은 도파관(D)에 대한 세 개의 회절 격자(A,B,C)의 위치가 다르다. 세 개의 회절 격자(A,B,C)의 위치는 공중 이미지 디스플레이 장치의 가능한 사용처에 의해 정해질 수 있으며, 예를 들어 도 4b에 도시된 장치는 공중 이미지를 천정으로부터 아래 방향으로 투영할 수 있다.The light propagation in the device variants shown in FIGS. 4A , 4B and 4C is similar to the light propagation in the embodiment of the device shown in FIG. 3 . The difference is that the positions of the three diffraction gratings (A, B, C) with respect to the waveguide (D) are different. The positions of the three diffraction gratings (A, B, C) can be dictated by possible uses of an aerial image display device, for example the device shown in Figure 4b can project an aerial image downward from the ceiling .

도 4a에 도시된 공중 이미지 디스플레이 장치에서는, 투영 시스템 (4)이 정 렌즈(3)의 위에 위치하고, 정 렌즈(3)의 아래에 도파관(D), 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 및 반사 격자(C)가 순서대로 위치할 수 있다. In the aerial image display device shown in Fig. 4A, the projection system 4 is positioned above the positive lens 3, and below the positive lens 3 is a waveguide D, a first transmission grating A, and a second transmission A grating (B) and a reflective grating (C) may be located in this order.

도 4b에 도시된 공중 이미지 디스플레이 장치에서는, 투영 시스템(4)이 정 렌즈(3)의 아래에 위치하고, 정 렌즈(3)의 위에 도파관(D), 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 및 반사 격자(C)가 순서대로 위치할 수 있다.In the aerial image display device shown in FIG. 4B , the projection system 4 is located below the positive lens 3 , and above the positive lens 3 , the waveguide D, the first transmission grating A, and the second transmission A grating (B) and a reflective grating (C) may be located in this order.

도 4c에 도시된 공중 이미지 디스플레이 장치에서는, 투영 시스템(4)이 정 렌즈(3)의 위에 위치하고, 정 렌즈(3)의 아래에 제1 전송 격자(A), 도파관(D), 제2 전송 격자(B), 반사 격자(C)가 순서대로 위치할 수 있다. 본 실시 예는 도파관(D)의 모든 표면이 제1 전송 격자(A)와 제2 전송 격자(B)에 연결되기 때문에 도파관(D)에 추가 코팅이 적용될 수 없다.In the aerial image display device shown in FIG. 4C , the projection system 4 is positioned above the positive lens 3 , and below the positive lens 3 , a first transmission grating A, a waveguide D, and a second transmission The grating (B) and the reflection grating (C) may be sequentially positioned. In this embodiment, since all surfaces of the waveguide D are connected to the first transmission grating A and the second transmission grating B, no additional coating can be applied to the waveguide D.

도 5a를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치는 제1 정 렌즈(31), 제1 정 렌즈(31) 위에 위치한 반사 격자(C), 반사 격자(C) 위에 위치한 도파관(D), 도파관(D) 위에 위치한 제2 전송 격자(B), 제2 전송 격자(B) 위에 위치한 제1 전송 격자(A), 제1 전송 격자(A) 위에 위치한 제2 정 렌즈(32), 제2 정 렌즈(32) 위에 위치한 투영 시스템(4)을 포함할 수 있다. 본 실시 예에서는 이미지(I)가 디스플레이 장치의 한 쪽과 그 반대 쪽의 양쪽에서 표시될 수 있다. 제1 전송 격자(A)의 측면과 디스플레이 장치의 반대쪽, 즉 반사 격자(C)의 측면에서 이미지가 보여질 수 있다. 이 경우, 반사 격자(C)가 광의 일부 투과 특성을 가질 수 있다. 즉, 반사 격자(C)가 광의 일부는 투과하고 일부는 반사할 수 있다. 광은 반사 격자(C)에 의한 광의 일부 투과로 인해 공중 이미지 디스플레이 장치의 양쪽으로부터 광이 아웃-커플링될 수 있다. Referring to FIG. 5A , an aerial image display device according to another embodiment includes a first positive lens 31, a reflective grating C positioned on the first positive lens 31, and a waveguide D positioned on the reflective grating C. , a second transmission grating B located above the waveguide D, a first transmission grating A located above the second transmission grating B, a second positive lens 32 located above the first transmission grating A, a second It may include a projection system 4 positioned above the two positive lenses 32 . In this embodiment, the image I may be displayed on both sides of one side of the display device and the other side of the display device. An image can be viewed from the side of the first transmission grating A and opposite to the display device, that is, from the side of the reflection grating C. In this case, the reflection grating C may have some transmission characteristics of light. That is, the reflective grating C may transmit part of light and reflect part of light. The light may be out-coupled from both sides of the aerial image display device due to some transmission of the light by the reflective grating C.

도 5b는 도 5a에 도시 된 공중 이미지 디스플레이 장치의 각 요소들의 배열에 의한 빔의 경로를 도시한다. Figure 5b shows the path of the beam by the arrangement of each element of the aerial image display device shown in Figure 5a.

<스테이지 1><Stage 1>

"무한대"(즉, 이미지의 각 지점이 평행빔에 의해 획득됨)에 대응하는 투영 시스템(4)으로부터의 빔은 제1 전송 격자(A)로 전파된다. 여기서, 다음의 물리적 효과가 일어난다. 광이 투영 시스템(4)으로부터 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B)를 통과해 도파관(D)까지 전파될 수 있다. 공기/제1 전송 격자(A)의 매체 사이의 인터페이스에서 광이 굴절되고, 제1 전송 격자(A)에서 광의 회절이 일어날 수 있다. 빔은 1차 빔(a)과 비-회절 0차 빔으로 분할될 수 있다. 회절 빔의 방향은 제1 전송 격자(A)의 방향(orientation)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 전송 격자(A)의 벡터가 수평 축에 대해 +120 도라고 가정한다.The beam from the projection system 4 corresponding to “infinity” (ie each point of the image is acquired by a parallel beam) propagates to the first transmission grating A. Here, the following physical effects occur. Light may propagate from the projection system 4 through the first transmission grating A, the second transmission grating B to the waveguide D. Light is refracted at the interface between air/medium of the first transmission grating A, and diffraction of the light can occur at the first transmission grating A. The beam may be split into a primary beam (a) and a non-diffracted 0th order beam. The direction of the diffraction beam may be determined by the orientation of the first transmission grating A. For example, it is assumed that the vector of the first transmission grating A is +120 degrees with respect to the horizontal axis.

<스테이지 2><Stage 2>

제1 전송 격자(A)에서 나오는 0차 빔은 A/B 매체 인터페이스로 전파되고, 광은 매체 인터페이스에서 굴절되고 제2 전송 격자(B)에 의해 회절될 수 있다. 이 경우 회절 빔(b)과 비-회절 0차 빔의 두 개의 빔이 형성될 수 있다. 회절된 빔의 방향은 제2 전송 격자(B)의 방향에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 전송 격자(B)의 벡터를 수평 축에 대해 -120도라고 가정한다. The zero-order beam exiting the first transmission grating (A) propagates to the A/B medium interface, and the light may be refracted at the medium interface and diffracted by the second transmission grating (B). In this case, two beams of a diffracted beam b and a non-diffracted zero-order beam may be formed. The direction of the diffracted beam may be determined by the direction of the second transmission grating (B). For example, it is assumed that the vector of the second transmission grating B is -120 degrees with respect to the horizontal axis.

제2 전송 격자(B)를 통과한 후, 1차 회절 빔(a)(b)과 0차 회절 빔은 광 굴절이 일어나는 제2 전송 격자(B)와 도파관(D)의 인터페이스에 도달한다.After passing through the second transmission grating (B), the first-order diffracted beams (a) (b) and the zero-order diffracted beam arrive at the interface of the second transmission grating (B) and the waveguide (D) where light refraction occurs.

<스테이지 2.1> <Stage 2.1>

비-회절 0차 빔은 도파관(D)을 통해 반사 격자(C)(굴절 있음)로 들어간다. 1차 회절 빔(a)(b)은 도파관(D) 안으로 인-커플링되는 반면, 임계 각보다 큰 모든 입사 각도에 대해 빔은 두 매체의 경계 사이에서 재 반사된다(내부 전반사 현상). 임계 각은 반사 격자(C)와 도파관(D)의 물질의 굴절률을 고려하여 정해질 수 있다. 재 반사는 공기/제1 전송 격자(A), 도파관(D)/반사 격자(C) 뿐만 아니라 제1 전송 격자(A)와 제2 전송 격자(B)를 통과한 다중 경로로 인한 도파관(D)을 따라 전파되는 것에서도 일어날 수 있다. 그 결과, 제1 전송 격자(A)로부터의 1차 회절 빔(a)이 제2 전송 격자(B)로부터의 1차 회절 빔(c)을 형성하고, 제2 전송 격자(B)로부터의 1차 회절 빔(b)이 제1 전송 격자(A)로부터의 1차 회절 빔(d)을 형성할 수 있다.The non-diffracted zeroth order beam enters the reflective grating C (with refraction) through the waveguide D. The first-order diffracted beams (a) (b) are in-coupled into the waveguide (D), whereas for all angles of incidence greater than the critical angle the beam is reflected back between the boundary of the two media (total internal reflection phenomenon). The critical angle may be determined in consideration of refractive indices of materials of the reflection grating C and the waveguide D. The re-reflection is caused by multipath through air/first transmission grating (A), waveguide (D)/reflection grating (C) as well as through first transmission grating (A) and second transmission grating (B) in waveguide (D) ) can also occur in propagation along As a result, the 1st order diffracted beam a from the 1st transmission grating A forms the 1st order diffracted beam c from the 2nd transmission grating B, and 1st order diffraction beam c from the 2nd transmission grating B A first-order diffracted beam b may form a first-order diffracted beam d from the first transmission grating A.

<스테이지 3><Stage 3>

1차 회절 빔(c)(d)은 반사 격자(C)에 의해 회절되고, 도파관(D), 제2 전송 격자(B), 및 제1 전송 격자(A)를 통해 제2 정 렌즈(3b)로 아웃 커플링될 수 있다. 이 과정에서 각 매체의 경계에서 굴절이 일어날 수 있다. 또한, 제1 정 렌즈(3a)를 향한 반사 격자(C)의 다른 쪽에서도 1차 회절 빔(c)(d)이 회절되어 제1 정 렌즈(3a)로 아웃 커플링될 수 있다. 제1 정 렌즈(3a)와 제2 정 렌즈(3b)가 아웃 커플링된 빔을 굴절하고 대응하는 렌즈의 초점 면에 포커싱한다. 그럼으로써 공중 이미지 디스플레이 장치의 양 쪽에서 두 개의 공중 이미지를 형성할 수 있다. 여기까지의 과정을 3스테이지라고 한다. 이로써, 사이클 1이 종료된다. The primary diffracted beam c and d is diffracted by the reflection grating C, and through the waveguide D, the second transmission grating B, and the first transmission grating A, the second positive lens 3b ) can be out-coupled. In this process, refraction may occur at the boundary of each medium. Also, the first-order diffracted beams c and d may be diffracted from the other side of the reflective grating C toward the first positive lens 3a to be out-coupled to the first positive lens 3a. The first positive lens 3a and the second positive lens 3b refract the out-coupled beam and focus it on the focal plane of the corresponding lens. Thereby it is possible to form two aerial images on either side of the aerial image display device. The process up to this point is called stage 3. Thereby, cycle 1 ends.

비-회절 0차 빔이 반사 격자(C)로 전파되고, 이 빔이 1차 회절 빔(e)과 0차 회절 빔으로 분할될 수 있다. 2개의 분할된 빔은 투영 시스템(4)으로 재 반사되고 전체 장치를 굴절과 함께 통과할 수 있다. 그런 다음, 이 빔들은 고려되지 않는다. 반사 격자(C)의 벡터를 수평 축에 대해 평행하게 향하도록 한다.A non-diffracted zeroth-order beam propagates to a reflective grating C, and this beam can be split into a first-order diffracted beam e and a zeroth-order diffracted beam. The two split beams are reflected back to the projection system 4 and can pass through the entire device with refraction. Then, these beams are not considered. Orient the vector of the reflection grating (C) parallel to the horizontal axis.

1차 회절 빔(e)은 다시 공기/제1 전송 격자(A)의 인터페이스로 되돌아가는 한편, 이 빔들은 도파관(D), 제2 전송 격자(B), 제1 전송 격자(A)를 굴절을 하면서 통과한다. 제1 전송 격자(A)의 외부 표면으로부터의 내부 전반사로 인해, 이 빔들은 도파관(D) 내부로 다시 반사될 수 있다. The first-order diffracted beam e is returned back to the air/first transmission grating A interface, while these beams refract the waveguide D, the second transmission grating B and the first transmission grating A. pass while Due to total internal reflection from the outer surface of the first transmission grating A, these beams may be reflected back into the interior of the waveguide D.

그 후, 1차 회절 빔(e)이 제1 전송 격자(A)로 전파되고, 이 과정이 다시 반복될 수 있다. 이로써 사이클 2가 시작된다.Thereafter, the first-order diffracted beam e is propagated to the first transmission grating A, and this process can be repeated again. Cycle 2 is thus started.

반사 격자(C)가 없는 경우, 전파 방향은 3개(0, 및 +/- 120도)뿐일 수 있다. 이 것은 360도 디스플레이를 만드는데 충분하지 않을 수 있다. 그러므로, 반사 격자(C)는 여섯 개 방향으로 빛을 전파하는 데 사용될 수 있다. 즉, 반사 격자(C)는 반대 방향의 세 방향을 추가할 수 있다. Without the reflective grating C, there can be only three propagation directions (0, and +/- 120 degrees). This may not be enough to make a 360-degree display. Therefore, the reflective grating C can be used to propagate light in six directions. That is, the reflection grating C may add three opposite directions.

따라서, 투영 시스템(4)으로부터의 빔은 도파관(D)를 따라 전파되고 아웃 커플링될 수 있다.Thus, the beam from the projection system 4 can propagate along the waveguide D and be out-coupled.

<스테이지 4><Stage 4>

제1 정 렌즈(31)와 제2 정 렌즈(32)는 아웃 커플링된 빔을 굴절시키고 해당 초점 면에 초점을 맞춰 제1 정 렌즈(31)와 관찰자 사이 그리고 제2 정 렌즈(32)와 관찰자 사이에 공중 이미지를 형성할 수 있다. 이 경우, 제1 정 렌즈(31)와 제2 정 렌즈(32)는 공중 이미지뿐만 아니라 화각(FoV)을 형성할 수 있다. 화각은 제1 정 렌즈(31)와 제2 정 렌즈(32)의 어퍼처와 후초점 거리에 따라 달라질 수 있다. The first positive lens 31 and the second positive lens 32 refract the out-coupled beam and focus on the corresponding focal plane between the first positive lens 31 and the observer, and between the second positive lens 32 and the Aerial images can be formed between observers. In this case, the first positive lens 31 and the second positive lens 32 may form an angle of view FoV as well as an aerial image. The angle of view may vary according to apertures and back focal lengths of the first positive lens 31 and the second positive lens 32 .

예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치에서는 투영 시스템(4)에 의해 형성된 이미지가 투영 시스템(4)의 반대 쪽에 표시될 수 있다.In the aerial image display apparatus according to an exemplary embodiment, the image formed by the projection system 4 may be displayed on the opposite side of the projection system 4 .

도 6a, 도 6b, 도 6c는 투영 시스템(4)과 형성된 이미지가 서로 공중 이미지 디스플레이 장치의 반대 편에 위치할 때, 공중 이미지 디스플레이 장치의 구성 요소들의 배열의 변형 예들을 도시한 것이다. 이러한 실시 예들에서, 제 1 및 제 2 전송 격자(A)(B)는 교환될 수 있다. 6A, 6B, 6C show variants of the arrangement of the components of the aerial image display device when the projection system 4 and the formed image are positioned opposite each other to the aerial image display device. In such embodiments, the first and second transmission gratings (A) (B) may be exchanged.

도 6a를 참조하면, 반사 격자(C)가 제2 전송 격자(B) 아래 위치하고, 반사 격자(C) 아래 정 렌즈(3)가 위치하고, 제2 전송 격자(B) 위에 제1 전송 격자(A)가 위치하고, 제1 전송 격자(A) 위에 도파관(D)이 위치하고, 도파관(D) 위에 투영 시스템(4)이 위치할 수 있다. 이 경우, 공중 이미지는 반사 격자(c)의 아래에 형성될 수 있다. 본 예에서는 도파관(D)에 안티-글레어 코팅, 안티-반사 코팅 등이 적용될 수 있다. 그러므로, 콘트라스트가 향상된 이미지를 얻을 수 있다. Referring to FIG. 6A , the reflective grating C is positioned below the second transmission grating B, the positive lens 3 is positioned under the reflective grating C, and the first transmission grating A is positioned above the second transmission grating B. ), a waveguide D may be located above the first transmission grating A, and a projection system 4 may be located above the waveguide D. In this case, the aerial image may be formed under the reflection grating c. In this example, an anti-glare coating, an anti-reflective coating, or the like may be applied to the waveguide D. Therefore, an image with improved contrast can be obtained.

도 6b를 참조하면, 투영 시스템(4)이 도파관(D) 아래 위치하고, 도파관(D) 위에 제1 전송 격자(A)가 위치하고, 제1 전송 격자(A) 위에 제2 전송 격자(B)가 위치하고, 제2 전송 격자(B) 위에 반사 격자(C)가 위치하고, 반사 격자(C) 위에 정 렌즈(3)가 위치할 수 있다. 이 경우, 공중 이미지는 반사 격자(C) 위에 형성될 수 있다. 본 예에서는 도파관(D)에 안티-글레어 코팅, 안티-반사 코팅 등이 적용될 수 있다. 그러므로, 콘트라스트가 향상된 이미지를 얻을 수 있다. 이와 같이 구성 요소들을 배열하여, 공중 이미지가 반사 격자(C) 위에 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6b , the projection system 4 is positioned below the waveguide D, the first transmission grating A is positioned above the waveguide D, and the second transmission grating B is positioned above the first transmission grating A The reflective grating C may be positioned on the second transmission grating B, and the positive lens 3 may be positioned on the reflective grating C. In this case, the aerial image may be formed on the reflection grating C. In this example, an anti-glare coating, an anti-reflective coating, or the like may be applied to the waveguide D. Therefore, an image with improved contrast can be obtained. By arranging the components in this way, an aerial image can be formed over the reflection grating C.

도 6c를 참조하면, 반사 격자(C)가 제2 전송 격자(B) 아래 위치하고, 제2 전송 격자(B) 위에 도파관(D)이 위치하고, 도파관(D) 위에 제1 전송 격자(A)가 위치하고, 제1 전송 격자(A) 위에 투영 시스템(4)이 위치할 수 있다. 그리고, 반사 격자(C) 아래 정 렌즈(3)가 위치할 수 있다. Referring to FIG. 6C , the reflection grating C is positioned under the second transmission grating B, the waveguide D is positioned on the second transmission grating B, and the first transmission grating A is positioned on the waveguide D and a projection system 4 can be located above the first transmission grating A. In addition, the positive lens 3 may be positioned under the reflection grating C.

구성 요소들을 이와 같이 배열함으로써, 공중 이미지가 반사 격자(C) 아래 형성될 수 있다. 이 경우에는 도파관(D)이 제1 전송 격자(A)와 제2 전송 격자(B) 사이에 위치하므로, 도파관(D)에 추가적인 코팅을 하는 것이 어렵다. By arranging the components in this way, an aerial image can be formed under the reflective grating C. In this case, since the waveguide D is positioned between the first transmission grating A and the second transmission grating B, it is difficult to apply an additional coating to the waveguide D.

도 6a 내지 도 6c에 도시된 실시 예들에서의 빔 경로는 도 5b를 참고하여 설명한 빔 경로와 유사하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.Since the beam path in the embodiments shown in FIGS. 6A to 6C is similar to the beam path described with reference to FIG. 5B , a detailed description thereof will be omitted.

제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 반사 격자(C)가 광 빔이 수직 각도로 아웃 커플링되도록 설계되면, 사용자는 도 7a에 도시된 바와 같이 공중 이미지 디스플레이에 대해 수직한 범위 내에서만 공중 이미지를 볼 수 있다.If the first transmission grating (A), the second transmission grating (B), and the reflection grating (C) are designed such that the light beam is out-coupled at a vertical angle, the user can view the vertical image display as shown in Fig. 7a. Aerial images can only be viewed within one range.

회절 격자들(A)(B)(C)이 특정 각도에서 아웃 커플링되도록 설계될 수 있다. 이 경우, 도 7b에 도시된 바와 같이, 공중 이미지가 장치에 대해 수직한 범위에서는 보여질 수 없다. 즉, 수직 평면에서의 화각이 회절 격자들(A)(B)(C)의 구성을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 이 경우, 스마트 폰이 사용자로부터 충분히 멀리 떨어져 있다면 사용자는 여전히 공중 이미지를 볼 수 있다. The diffraction gratings (A) (B) (C) can be designed to be out-coupled at a specific angle. In this case, as shown in Fig. 7b, the aerial image cannot be viewed in a range perpendicular to the device. That is, the angle of view in the vertical plane can be controlled by changing the configuration of the diffraction gratings (A) (B) (C). In this case, if the smart phone is far enough away from the user, the user can still see the aerial image.

도 8에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치는 광을 전송하는 적어도 하나의 도파관을 추가적으로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 도파관은 예를 들어, 제1 도파관(D1) 및 제2 도파관(D2)을 포함할 수 있다. 제1 도파관(D1)과 제2 도파관(D2)은 서로 가까이 위치할 수 있다. 도파관을 복수 개 구비하는 경우, 공중 이미지의 색도(chromaticity)를 향상시킬 수 있다. 각 도파관이 각각에 대응되는 색상을 담당할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 도파관(D1)이 청색 광(BL)의 전파를 담당하고, 제2 도파관(D2)이 적색 광(R)과 녹색 광(G)의 전파를 담당할 수 있다.As shown in FIG. 8 , the display apparatus according to an exemplary embodiment may additionally include at least one waveguide for transmitting light. The at least one waveguide may include, for example, a first waveguide D1 and a second waveguide D2. The first waveguide D1 and the second waveguide D2 may be located close to each other. When a plurality of waveguides are provided, chromaticity of an aerial image may be improved. Each waveguide may be responsible for a color corresponding to each waveguide. For example, as shown in FIG. 8 , the first waveguide D1 is responsible for propagation of blue light BL, and the second waveguide D2 is responsible for propagation of red light R and green light G. can be responsible for

도 9a를 참조하면, 도파관(D)의 중심에 프리즘(P)이 구비될 수 있다. 프리즘(P)은 광의 인-커플링을 위해 사용될 수 있다. 도파관(D)에 홀(6)이 구비되고, 홀(6)에 프리즘(P)이 구비될 수 있다. 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 반사 격자(C)들은 제한된 회절 효율을 가질 수 있고, 그러므로 인-커플링된 광 파워에 대한 원하는 차수의 회절 빔의 아웃 커플링된 광 파워의 비가 제한될 수 있다. 프리즘(P)은 회절 격자들을 통한 인-커플링 광에 비해 더 높은 효율을 제공할 수 있다. Referring to FIG. 9A , a prism P may be provided at the center of the waveguide D. A prism P may be used for in-coupling of light. A hole 6 may be provided in the waveguide D, and a prism P may be provided in the hole 6 . The first transmission grating (A), the second transmission grating (B), the reflection grating (C) may have limited diffraction efficiency, and thus the out-coupled diffraction beam of the desired order relative to the in-coupled optical power. The ratio of optical power may be limited. The prism P can provide higher efficiency compared to in-coupling light through diffraction gratings.

또한, 도 9b에 도시된 바와 같이 디스플레이 장치의 광 증식 모듈(2)은 방사형 도파관과 동심 링 형태의 회절 격자들의 방사형 구조를 포함할 수 있다. 도파관(D)과 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 반사 격자(C)의 디자인을 변형하면 모든 방향으로 이미지 어퍼처를 증대할 수 있으며, 화각을 증가시킬 수 있다. 본 실시 예는 광이 중심에서 반경 방향으로 향하도록 하여 공중 이미지 디스플레이 장치의 디커플링 어퍼처 전체를 채울 수 있다. In addition, as shown in FIG. 9B , the light propagation module 2 of the display device may include a radial structure of a radial waveguide and a concentric ring-shaped diffraction grating. By modifying the design of the waveguide (D), the first transmission grating (A), the second transmission grating (B), and the reflection grating (C), the image aperture can be increased in all directions and the angle of view can be increased. In this embodiment, the light is directed in a radial direction from the center to fill the entire decoupling aperture of the aerial image display device.

투영 시스템(4)으로부터의 빔이 360도 범위의 화각을 형성하고, 프리즘(P)을 통과한 빔이 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 및 반사 격자(C)과 함께 도파관(D)으로 인-커플링될 수 있다. 이 경우, 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 및 반사 격자(C)가 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 도파관(D)의 표면 중 한 쪽에 위치할 수 있다. 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 및 반사 격자(C)과 함께 도파관(D)의 각각의 링 구조에서 회절과 도파관(D)으로부터의 광의 아웃 커플링이 일어날 수 있다.The beam from the projection system 4 forms an angle of view in the range of 360 degrees, and the beam that has passed through the prism P is coupled to the first transmission grating A, the second transmission grating B, and the reflection grating C. Together they may be in-coupled to the waveguide D. In this case, the first transmission grating A, the second transmission grating B, and the reflection grating C may be located on one of the surfaces of the waveguide D as shown in FIGS. 6A and 6B . Diffraction and outcoupling of light from waveguide D may occur in each ring structure of waveguide D together with first transmission grating A, second transmission grating B, and reflection grating C. .

도 10에 도시된 바와 같이 광 증식 모듈(2)이 도파관(D), 제1 전송 격자(A), 제2 전송 격자(B), 및 반사 격자(C)를 포함하고, 광 증식 모듈(2)이 정 렌즈(3) 어레이로 덮여질 수 있다.As shown in FIG. 10 , the light propagation module 2 includes a waveguide D, a first transmission grating A, a second transmission grating B, and a reflection grating C, and the light propagation module 2 ) may be covered with an array of positive lenses 3 .

반경 디스크형 도파관(D)을 사용하면, 정 렌즈(3) 어레이의 각각은 절단된 부채꼴 형태의 정 렌즈일 수 있다. 광 증식 모듈(2)로부터의 광이 각각의 정 렌즈(3)에 입사하고 각 정 렌즈(3)의 초점 면 근처에 포커싱될 수 있다. When the radial disk-shaped waveguide D is used, each of the arrays of positive lenses 3 may be a truncated sector-shaped positive lens. Light from the light propagation module 2 may be incident on each positive lens 3 and focused near the focal plane of each positive lens 3 .

투영 시스템(4)이 무한대에 이미지를 형성하고 도파관(D)에 왜곡이 없는 경우, 이미지는 정 렌즈(3)의 초점 면에 정확하게 나타날 수 있다. 하지만, 실제로 투영 시스템(4)은 이상적이지 않고 왜곡이 있기 때문에, 이미지는 초점면 근처에 위치할 수 있다.If the projection system 4 forms an image at infinity and there is no distortion in the waveguide D, the image can appear precisely in the focal plane of the positive lens 3 . However, since in practice the projection system 4 is not ideal and there is distortion, the image may be located near the focal plane.

광 증식 모듈(2)의 각 구성 요소 및 정 렌즈(3)는, 공중 이미지를 형성하고 정 렌즈(3)의 초점 거리에 의해 결정된 공간 일부에 공중 이미지의 화각을 형성할 수 있다. 공중 이미지의 화각은 3D 입체 이미지에 대해 고정되거나 가변적 일 수 있으며 화각의 특정 부분에서 볼 수 있다. Each component of the light propagation module 2 and the positive lens 3 may form an aerial image and form an angle of view of the aerial image in a portion of space determined by the focal length of the positive lens 3 . The angle of view of an aerial image can be fixed or variable for a 3D stereoscopic image and can be viewed from a specific part of the angle of view.

도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 시야 영역의 조합이 가능하고, 하나의 공중 이미지 대신 몇 개의 이미지가 형성되고, 정 렌즈(3)와 함께 광 증식 모듈(2)의 조각 개수만큼 공중 이미지가 형성될 수 있다. 각각의 공중 이미지는 각각의 시야 영역을 가지고 각 조각의 위치에 따라 보여질 수 있다. 즉, 디스플레이 장치의 둘레에서 이미지를 볼 때, 각각의 대응하는 조각으로부터의 공중 이미지가 사용자의 화각 내로 표시될 수 있다. 11A and 11B , a combination of viewing areas is possible, several images are formed instead of one aerial image, and an aerial image equal to the number of pieces of the light multiplication module 2 together with the positive lens 3 can be formed. Each aerial image has its own field of view and can be viewed according to the position of each piece. That is, when viewing the image from the perimeter of the display device, the aerial image from each corresponding piece can be displayed within the user's angle of view.

그리하여, 화각의 방위각을 변화시킬 수 있고, 표시된 이미지의 기울기를 변화시킬 수 있다. 머리/눈 트래킹 시스템을 사용하는 경우에, 머리나 눈의 위치에 따라 이미지를 볼 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 다이나믹 렌즈를 사용하는 경우, 입체 공중 이미지 효과를 얻는 것이 가능하다. Thus, it is possible to change the azimuth of the angle of view and change the inclination of the displayed image. In the case of using the head/eye tracking system, it is possible to obtain the effect of viewing an image according to the position of the head or eyes. In addition, when a dynamic lens is used, it is possible to obtain a stereoscopic aerial image effect.

도 11a에 도시된 바와 같이 정 렌즈(3)가 복수 개의 섹터 렌즈로 구성될 수 있다. 정 렌즈(3)가 제1 렌즈 섹터(3a), 제2 렌즈 섹터(3b), 제3 렌즈 섹터(3c)를 포함할 수 있다. 정 렌즈(3)를 복수 개의 섹터로 나눈 경우, 어퍼처의 직경에 대한 정 렌즈(3)의 초점 거리의 비를 증가시킴으로써 화질이 향상될 수 있다. As shown in FIG. 11A , the positive lens 3 may be composed of a plurality of sector lenses. The positive lens 3 may include a first lens sector 3a, a second lens sector 3b, and a third lens sector 3c. When the positive lens 3 is divided into a plurality of sectors, the image quality may be improved by increasing the ratio of the focal length of the positive lens 3 to the diameter of the aperture.

도 11b는 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 모바일 폰(20)에 적용된 예를 도시한 것이다. 모바일 폰(20)의 후면에 디스크 형태의 이미지 형성 모듈(1)이 구비되고, 이미지 형성 모듈(1)에 의해 형성된 이미지가 공중에 표시될 수 잇다. 정 렌즈(3)는 복수 개의 섹터를 포함하고, 정 렌즈(3)의 각 섹터에 대응하는 화각에 공중 이미지가 각각 표시된다. 각 사용자는 해당 시야에서 해당 렌즈 섹터에 의해 생성된 공중 이미지를 볼 수 있다. 예를 들어, 정 렌즈(3)의 제1 렌즈 섹터(3a)를 통해 나온 제1 이미지(I1)가 제1 시야 영역에 표시되고, 제2 렌즈 섹터(3b)를 통해 나온 제2 이미지(I2)가 제2 시야 영역에 표시될 수 있다.11B shows an example in which the display device according to an exemplary embodiment is applied to the mobile phone 20 . A disk-shaped image forming module 1 is provided on the rear side of the mobile phone 20 , and the image formed by the image forming module 1 can be displayed in the air. The positive lens 3 includes a plurality of sectors, and an aerial image is respectively displayed at an angle of view corresponding to each sector of the positive lens 3 . Each user can view the aerial image produced by that lens sector in that field of view. For example, the first image I1 emitted through the first lens sector 3a of the positive lens 3 is displayed in the first viewing area, and the second image I2 emitted through the second lens sector 3b is displayed in the first viewing area. ) may be displayed in the second viewing area.

정 렌즈(3)는 예를 들어, 0.5 ~ 5mm 범위의 두께를 가지는 프레넬 렌즈를 포함할 수 있다. 정 렌즈(3)는 넓은 시야를 보장하기 위해 큰 어퍼처와 짧은 초점 거리를 가질 수 있다. 어퍼처에 대한 초점 거리의 비가 작을수록, 이미지의 화질이 나빠질 수 있다. 디스플레이 어퍼처가 클수록 플로팅 이미지의 화각이 커질 수 있다. 그러므로, 예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치 에서는 프레넬 렌즈 또는 회절 렌즈와 같이 어퍼처에 대한 정 렌즈 의 초점 거리 비율이 큰 렌즈들을 정 렌즈(3)로 사용할 수 있다. 정 렌즈(3)는 다이나믹 렌즈일 수 있다. 다이나믹 렌즈는 예를 들어, 액정을 기반으로 한 초점 거리가 가변적인 렌즈일 수 있다. 이 경우 공중 이미지 디스플레이 장치가 3 차원 공중 이미지를 형성할 수 있다. 다이나믹 렌즈는 매 순간 3D 이미지의 특정 깊이에 해당하는 하나의 이미지만 형성할 수 있다. 다이나믹 렌즈의 렌즈 재정렬은 눈과 빛이 통합되는 시간 보다 빠르게 발생하기 때문에 사람은 여러 개의 2D 이미지를 하나의 3D 이미지로 인식할 수 있다. 이 효과로 인해 3 차원 이미지를 얻을 수 있다. The positive lens 3 may include, for example, a Fresnel lens having a thickness in the range of 0.5 to 5 mm. The positive lens 3 may have a large aperture and a short focal length to ensure a wide field of view. The smaller the ratio of the focal length to the aperture, the worse the image quality may be. As the display aperture increases, the angle of view of the floating image may increase. Therefore, in the aerial image display device according to the exemplary embodiment, lenses having a large focal length ratio of the positive lens to the aperture, such as a Fresnel lens or a diffractive lens, may be used as the positive lens 3 . The positive lens 3 may be a dynamic lens. The dynamic lens may be, for example, a lens with a variable focal length based on liquid crystal. In this case, the aerial image display device may form a three-dimensional aerial image. A dynamic lens can only form one image at any given moment corresponding to a certain depth of the 3D image. Because the lens realignment of a dynamic lens occurs faster than the time when the eye and light are integrated, a person can perceive multiple 2D images as a single 3D image. Due to this effect, a three-dimensional image can be obtained.

디스플레이 장치가 눈 추적 시스템 또는 머리 추적 시스템을 가진 경우, 사용자가 움직일 때 디스플레이 장치는 체적 이미지를 조정하거나 다른 이미지를 표시할 수 있다. 사용자의 눈/머리의 위치에 따라, 그 위치에 대응하는 이미지가 표시될 수 있다. 그리하여, 광학 수차를 최소화한 고화질의 이미지가 유지될 수 있다. 체적 이미지가 생성될 때, 각각의 사용자의 눈/머리 위치가, 그 위치에 대해 분리된 초점 면(3D 이미지 깊이)에 대응하는 한 세트의 이미지로 표시될 수 있고, 고품질의 체적 이미지가 형성될 수 있다. If the display device has an eye tracking system or a head tracking system, the display device may adjust the volumetric image or display another image as the user moves. According to the position of the user's eyes/head, an image corresponding to the position may be displayed. Thus, a high-quality image with minimized optical aberration can be maintained. When a volumetric image is created, each user's eye/head position can be displayed as a set of images corresponding to a focal plane (3D image depth) separated for that position, and a high-quality volumetric image can be formed. can

원형 렌즈 어레이는 도파관(D)과의 갭에 만들어질 수 있으며, 갭은 광학 재료층으로 채워질 수 있다. 이러한 디자인은 이미지 투영 시스템(4)을 숨길 수 있다. 도파관(D)과 정 렌즈(3) 사이의 광학 재료 층은 소정 범위의 파장에 대해 투명성, 편광에 대한 민감도와 같은 광학적 특성을 가질 수 있다. 광학 재료 층은 입사 광의 파면을 특정한 방법으로 변경할 수 있고, 이것은 형성된 이미지의 품질을 향상시킬 수 있다.A circular lens array may be made in the gap with the waveguide D, and the gap may be filled with a layer of optical material. This design can hide the image projection system 4 . The optical material layer between the waveguide D and the positive lens 3 may have optical properties such as transparency for a predetermined range of wavelengths and sensitivity to polarization. The optical material layer may alter the wavefront of the incident light in a particular way, which may improve the quality of the formed image.

적절한 기술이 투영 시스템으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 투영 시스템으로는 이에 국한되지는 않지만 정적 이미지 / 세트 / 비디오 등과 같은 디스플레이 시스템, DMD / LCoS / FLCoS / LCD / MEMS 기반 디스플레이 시스템 등, 레이저 / LED / 램프 기반 디스플레이 시스템, 컬러 / 흑백 / 임의 파장 스펙트럼 시스템, 편광 / 비 편광 / 부분 편광 시스템 등이 사용될 수 있다.Any suitable technique may be used for the projection system. For example, but not limited to projection systems, display systems such as static image/set/video, etc., DMD/LCoS/FLCoS/LCD/MEMS-based display systems, etc., laser/LED/lamp-based display systems, color/black and white / Arbitrary wavelength spectral system, polarized / non-polarized / partially polarized system, etc. can be used.

정 렌즈(3)들은 이에 한정되지 않지만, 반사 방지막(이미지 콘트라스트 강화), 편광 코팅, 뉴트럴 덴서티 필터(neutral density filters), 스펙트럼 필터, 능동/수동 필터 PDLC / PSLC 스택(광 확산/전송을 제공) 등과 같은 코팅을 포함할 수 있다.Positive lenses 3 include, but are not limited to, anti-reflection films (enhancing image contrast), polarizing coatings, neutral density filters, spectral filters, active/passive filter PDLC/PSLC stacks (providing light diffusion/transmission). ) and the like.

정 렌즈(3)가 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 12a에 도시된 바와 같이, 정 렌즈(3)는 예를 들면, 단일의 고체 렌즈일 수 있다. 하나의 정 렌즈(3)가 광 증식 모듈(2)을 덮을 수 있다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 정 렌즈(3)가 복수 개의 섹터, 예를 들어 제1 렌즈 섹터, 제2 렌즈 섹터, 제3 렌즈 섹터(3a)(3b)(3c)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈 섹터, 제2 렌즈 섹터, 제3 렌즈 섹터(3a)(3b)(3c)가 원형 렌즈 어레이를 구성할 수 있다. 제1 렌즈 섹터, 제2 렌즈 섹터, 제3 섹터(3a)(3b)(3c)가 편심된 원형 어레이 구조를 가질 수 있다. 도 12c를 참조하면, 정 렌즈(3)가 복수 개의 렌즈 섹터, 예를 들어 제1 렌즈 섹터, 제2 렌즈 섹터, 제3 렌즈 섹터(3a)(3b)(3c)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈 섹터, 제2 렌즈 섹터, 제3 렌즈 섹터(3a)(3b)(3c)는 중심에 홀(15)이 형성된 원형 렌즈 어레이를 구성할 수 있다. 제1 렌즈 섹터, 제2 렌즈 섹터, 제3 렌즈 섹터(3a)(3b)(3c)는 홀(15)을 중심으로 대칭형으로 배열될 수 있다. The positive lens 3 may have various shapes. For example, as shown in FIG. 12A , the positive lens 3 may be, for example, a single solid lens. One positive lens 3 may cover the light multiplication module 2 . 12B , the positive lens 3 may include a plurality of sectors, for example, a first lens sector, a second lens sector, and a third lens sector 3a, 3b, 3c. The first lens sector, the second lens sector, and the third lens sectors 3a, 3b, and 3c may constitute a circular lens array. The first lens sector, the second lens sector, and the third sectors 3a, 3b, and 3c may have an eccentric circular array structure. Referring to FIG. 12C , the positive lens 3 may include a plurality of lens sectors, for example, a first lens sector, a second lens sector, and third lens sectors 3a, 3b, and 3c. The first lens sector, the second lens sector, and the third lens sectors 3a, 3b, and 3c may constitute a circular lens array in which a hole 15 is formed in the center. The first lens sector, the second lens sector, and the third lens sectors 3a, 3b, and 3c may be symmetrically arranged around the hole 15 .

도 12d에 도시된 바와 같이, 정 렌즈(3)의 제1 렌즈 섹터, 제2 랜주 섹터, 제3 렌즈 섹터(3a)(3b)(3c)는 홀(16)을 중심으로 비대칭형으로, 편심된 형태로 배열될 수 있다. 제1 렌즈 섹터, 제2 렌즈 섹터, 제3 렌즈 섹터(3a)(3b)(3c)는 잘린 부채꼴 형상을 가질 수 있다. 도 12e를 참조하면, 정 렌즈(3)가 두 개의 반원 렌즈 섹터를 포함할 수 있다. 도 12f를 참조하면, 정 렌즈(3)가 일부 커팅된 원 형상을 가진 두 개의 렌즈 섹터를 포함하고, 두 개의 렌즈 섹터 사이에 홀(17)이 구비될 수 있다.As shown in FIG. 12D , the first lens sector, the second lens sector, and the third lens sector 3a, 3b, and 3c of the positive lens 3 are asymmetrical with respect to the hole 16 , eccentrically. may be arranged in a given form. The first lens sector, the second lens sector, and the third lens sectors 3a, 3b, and 3c may have a truncated sectoral shape. Referring to FIG. 12E , the positive lens 3 may include two semicircular lens sectors. Referring to FIG. 12F , the positive lens 3 may include two lens sectors having a partially cut circular shape, and a hole 17 may be provided between the two lens sectors.

도 12g를 참조하면, 정 렌즈(3)가 링이 두 개의 섹터로 분리된 구조를 가질 수 있다. 도 12h를 참조하면, 정 렌즈(3)가 사다리꼴 형태의 두 개의 렌즈 섹터를 포함할 수 있다. 도 12i를 참조하면, 정 렌즈(3)가 오각형 형태의 두 개의 렌즈 섹터를 포함할 수 있다. 도 12j를 참조하면, 정 렌즈(3)가 하트 형태의 두 개의 렌즈 섹터를 포함할 수 있다. 정 렌즈(3)의 형태에 따라 광 증식 모듈의 형태도 대응되게 구성될 수 있다. 정 렌즈(3)의 섹터들이 다른 사이즈를 가질 수 있고, 투영 시스템이 공중 이미지 디스플레이 장치의 중심에 위치하지 않고 편심되게 위치할 수 있고, 광 증식 모듈(2)이 복수 개의 렌즈 섹터들을 덮을 수 있다. Referring to FIG. 12G , the positive lens 3 may have a structure in which a ring is divided into two sectors. Referring to FIG. 12H , the positive lens 3 may include two lens sectors in a trapezoidal shape. Referring to FIG. 12I , the positive lens 3 may include two lens sectors in a pentagonal shape. Referring to FIG. 12J , the positive lens 3 may include two lens sectors in the shape of a heart. Depending on the shape of the positive lens 3, the shape of the light propagation module may be configured correspondingly. The sectors of the positive lens 3 may have different sizes, the projection system may be eccentric rather than centered in the aerial image display device, and the light multiplication module 2 may cover a plurality of lens sectors. .

예시적인 실시 예에 따르면, 오리지널 이미지가 투영 시스템을 이용하여 투영될 수 있다. 투영 시스템으로부터의 빔이 광 증식 모듈의 인-커플링 어퍼처를 향하고, 다중 반사를 통해 광 증식이 발생할 수 있다. 그 후, 확대된 또는 증식된 어퍼처가 정 렌즈에 표시될 수 있고, 정 렌즈 각각이 이미지를 각 렌즈의 초점 평면에 포커싱하고 이미지 소스에 의해 전송된 것과 동일하게 자체 이미지가 형성될 수 있다. 이 경우, 시야 방향이 쉬프트될 때, 관찰자는 해당 렌즈에 의해 형성된 이미지를 볼 수 있다.According to an exemplary embodiment, an original image may be projected using a projection system. A beam from the projection system is directed at an in-coupling aperture of the light propagation module, and light propagation may occur through multiple reflections. The enlarged or augmented aperture can then be displayed on the positive lenses, each focusing the image to the focal plane of each lens and forming its own image identical to that transmitted by the image source. In this case, when the viewing direction is shifted, the viewer can see the image formed by the lens in question.

예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 모바일 장치에 적용될 때, 이미지는 모바일 장치의 디스플레이 어퍼처의 배경에서 볼 수 있다.When the display device according to an exemplary embodiment is applied to a mobile device, the image may be viewed in the background of the display aperture of the mobile device.

모바일 장치의 어퍼처는 이미지가 표시되는 모바일 장치의 전체 디스플레이 표면을 의미할 수 있다. 즉, 이미지는 이미지가 직접적으로 형성되는 모바일 장치의 디스플레이의 표면 위에만 보여질 수 있다. 이 경우, 관찰자의 눈은 모바일 장치의 디스플레이 위에 위치하여 투영 시스템으로부터 아웃 커플링된 빔이 눈의 망막에 직접 떨어지게 하여 실제 이미지를 형성할 수 있다. 따라서 사용자가 전면에서 디스플레이 표면의 적어도 일부를 보지 못하는 경우, 예를 들어 사용자가 디스플레이의 측면에 있는 경우 투영 시스템으로부터 아웃 커플링된 빔이 망막에 이미지를 형성하지 않고 사용자는 공중 이미지를 볼 수 없다. The aperture of the mobile device may refer to the entire display surface of the mobile device on which an image is displayed. That is, the image can only be viewed on the surface of the display of the mobile device on which the image is directly formed. In this case, the observer's eye may be positioned above the display of the mobile device to cause the beam outcoupled from the projection system to fall directly on the retina of the eye to form a real image. Thus, if the user does not see at least part of the display surface from the front, for example if the user is on the side of the display, then the beam outcoupled from the projection system will not form an image on the retina and the user will not be able to see the aerial image. .

이 경우 모바일 장치(스마트 폰)가 다이나믹 이미지를 형성하는데 사용될 수 있다. 다이나믹 이미지란 예를 들어 투영 시스템에서 사용을 위해 미리 녹화된 것이 아닌 이미지를 나타낼 수 있다. 스마트 폰을 사용하여 투영 시스템이 이미지, 비디오, 알림 등, 스마트 폰 스크린에 표시될 수 있는 모든 것을 표시할 수 있다.In this case, a mobile device (smart phone) can be used to form the dynamic image. A dynamic image may refer to an image that has not been pre-recorded for use in a projection system, for example. Using a smartphone, the projection system can display images, videos, notifications, and anything else that can be displayed on the smartphone screen.

예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치는 모바일 장치의 측면, 후면 어디에든 통합될 수 있으며, 스마트 폰 디스플레이에서 투영 시스템으로 이미지를 전송하는 것은 공지된 투영 방법을 사용하여 구현할 수 있다. The aerial image display device according to an exemplary embodiment may be integrated anywhere on the side or back of the mobile device, and transmitting the image from the smart phone display to the projection system may be implemented using a known projection method.

예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치는 모바일 장치 없이도 사용할 수 있지만, 이 경우 정적 이미지 투영 시스템 또는 모바일 장치가 아닌 다른 장치를 이미지 소스로 사용할 수 있다. The aerial image display apparatus according to the exemplary embodiment may be used without a mobile device, but in this case, a static image projection system or a device other than the mobile device may be used as an image source.

도 13a는 빔 추적 소프트웨어, 예를 들어 LightTools를 이용한 공중 이미지 디스플레이 장치를 보인 것이고, 도 13b는 빔 추적 모델을 통한 광 전송 시뮬레이션 결과를 보여준다. 13A shows an aerial image display device using beam tracking software, for example, LightTools, and FIG. 13B shows a light transmission simulation result through a beam tracking model.

모델에서 사용한 공중 이미지 디스프레이 장치는 도파관과 도파관 표면에 적용된 복수 개의 회절 격자들, DMD 마이크로 프로젝터를 포함하는 투영 시스템, 공중 이미지를 형성하는 정 렌즈를 포함한다. 도 13a에서 투영 시스템의 모델은 투영 렌즈와 7 개 포인트를 가지는 별을 형성하는 마이크로 디스플레이를 포함하는 이미지 소스를 포함한다. 이미지 소스는 투영 렌즈의 포커스에 위치한다. 이미지 소스의 사이즈, 투영 렌즈의 포커스는 각도 분포(이하에서 각도 필드라고 함)를 결정한다. 도파관 모델에서의 그레이 영역은 투영 시스템으로부터 아웃 커플링되고 도파관을 통과하고 그 표면에 남겨진 빔들을 나타낼 수 있다. 상기 그레이 영역은 도파관의 작동 디커플링 어퍼처의 크기를 나타낸다.The aerial image display apparatus used in the model includes a waveguide and a plurality of diffraction gratings applied to the surface of the waveguide, a projection system including a DMD micro-projector, and a positive lens forming an aerial image. The model of the projection system in FIG. 13a includes an image source including a projection lens and a micro-display that forms a seven-point star. The image source is located at the focus of the projection lens. The size of the image source and the focus of the projection lens determine the angular distribution (hereinafter referred to as the angular field). Gray regions in the waveguide model may represent beams that are outcoupled from the projection system and pass through the waveguide and remain at its surface. The gray area represents the size of the actuating decoupling aperture of the waveguide.

이 모델에서는 디스플레이 파라미터들을 제어하기 위해 몇 개의 광 수신기, 예를 들어, 제1 수신기(21), 제2 수신기(22) 및 제3 수신기(23)를 포함할 수 있다. 제1 수신기(21), 제2 수신기(22) 및 제3 수신기(23)로부터의 신호가 도 13b에 도시되어 있다. 이미지 소스와 마이크로 프로젝터의 투영 렌즈 사이에 있는 수신기가 이미지 소스의 시야와 사이즈를 제어할 수 있다. 투영 시스템의 수신기들이 도파관의 입력에 적용되는 각도 필드를 모니터링한다. 도파관과 정 렌즈 사이에 위치한 수신기들이 도파관으로부터 나타난 투영 시스템의 각도 필드를 제어한다.This model may include several optical receivers, for example a first receiver 21 , a second receiver 22 and a third receiver 23 to control the display parameters. The signals from the first receiver 21 , the second receiver 22 and the third receiver 23 are shown in FIG. 13B . A receiver between the image source and the projection lens of the micro-projector may control the field of view and size of the image source. The receivers of the projection system monitor the angular field applied to the input of the waveguide. Receivers located between the waveguide and the positive lens control the angular field of the projection system emerging from the waveguide.

정 렌즈의 초점에 위치한 수신기는 정 렌즈에 의해 형성된 공중 이미지의 모양과 사이즈를 제어한다. 도 13b에서 제1 수신기(21), 제2 수신기(22) 및 제3 수신기(23)로부터의 이미지가 투영 시스템으로부터의 광이 공중 이미지를 표시하기 위해 장치를 통과하는 순서로 배열된다. 따라서 소프트웨어에 의해 순차적으로 추적된 빔은 장치의 몇몇 요소 근처에 위치한 제1 수신기(21), 제2 수신기(22) 및 제3 수신기(23)를 포함한, 장치의 모든 요소들을 통과한다. 제1 수신기(21), 제2 수신기(22) 및 제3 수신기(23)는 물리적/물질적 특성이 없으며, 빛이 장치를 통과하는 단계에서 빛이 기록되는 일부 평면일 뿐이다. 각 수신기에서의 신호의 차이는 빔의 경로를 따라 흡수/산란 프로세스 동안 빔의 손실에 의해 조건지워진다. A receiver located at the focal point of the positive lens controls the shape and size of the aerial image formed by the positive lens. In FIG. 13b the images from the first receiver 21 , the second receiver 22 and the third receiver 23 are arranged in the order that light from the projection system passes through the device to display an aerial image. Thus, the beam sequentially tracked by the software passes through all elements of the apparatus, including the first receiver 21 , the second receiver 22 and the third receiver 23 located near some element of the apparatus. The first receiver 21 , the second receiver 22 , and the third receiver 23 have no physical/physical properties, and are only some planes on which light is recorded in the stage of light passing through the device. The difference in the signal at each receiver is conditioned by the loss of the beam during the absorption/scattering process along the path of the beam.

투영 렌즈가 이미지 소스로부터 떨어져 이미지를 뒤집기 때문에 제2 수신기(22) 상의 스프로?R(sprocket)은 제1 수신기(21) 상의 스프로?R에 대하여 반전된다. 빔이 시스템을 더 통과하면 원래 신호가 저하되고, 후속 수신기에서는 덜 선명하고 덜 밝은 이미지를 얻는다. The sprocket R on the second receiver 22 is inverted relative to the sprocket R on the first receiver 21 as the projection lens flips the image away from the image source. As the beam passes through the system further, the original signal is degraded, resulting in a less sharp and less bright image at the subsequent receiver.

도 14는 회절 격자들(제1 전송 격자, 제2 전송 격자, 반사 격자)의 기능뿐만 아니라 투영 시스템의 각도 분포(이하, 각도 필드라고 함)의 증식의 방향을 설명하는 회절 격자들의 벡터 다이어그램을 보여준다. 회절 격자들의 기능은 투영 시스템의 전방향 필드 증식으로 인해 프로젝터의 각도 필드가 한 방향 또는 다른 방향으로 회절될 때 회절 격자들의 인-커플링, 증식, 아웃 커플링 등을 포함할 수 있다. 14 is a vector diagram of diffraction gratings illustrating the function of the diffraction gratings (first transmission grating, second transmission grating, reflection grating) as well as the direction of propagation of the angular distribution (hereinafter referred to as the angular field) of the projection system; show The function of the diffraction gratings may include in-coupling, multiplying, out-coupling, etc. of the diffraction gratings when the angular field of the projector is diffracted in one direction or the other due to the omni-directional field propagation of the projection system.

도 14에 도시된 링은 회절 격자 도파관에 부과된 제한을 나타낸다. 내륜은 내부 전반사로 인해 도파관을 따라 전파될 수 있는 투영 시스템의 각도 필드를 제한한다. 외륜은 회절 격자들의 선택성에 의해 도파관을 통과할 수 있는 투영 시스템의 각도 필드를 제한한다. 즉, 외륜은 특정 각도(선택 조건)에서 회절 격자에 입사하는 광만을 회절시키도록 제한한다. The rings shown in Figure 14 represent the limitations imposed on the diffraction grating waveguide. The inner ring limits the angular field of the projection system that can propagate along the waveguide due to total internal reflection. The outer ring limits the angular field of the projection system that can pass through the waveguide by the selectivity of the diffraction gratings. That is, the outer ring restricts diffracting only light incident on the diffraction grating at a specific angle (selection condition).

직사각형은 도파관을 통과할 투영 시스템의 각도 필드를 나타낸다. 화살표는 회절 격자의 벡터 즉, 입사광이 회절되는 방향을 나타낸다. The rectangle represents the angular field of the projection system that will pass through the waveguide. The arrow indicates the vector of the diffraction grating, that is, the direction in which the incident light is diffracted.

내부 전반사 조건과 선택성이 충족되도록 회절 격자의 벡터의 거리를 결정하는데 있어 회절 격자에 기반한 도파관 시스템을 계산하는 문제가 감소될 수 있다. 또한, 요구된 방향에서 투영 시스템의 각도 필드의 증식을 보장하도록 회절 격자의 벡터 방향을 결정하는 데에도 계산 문제가 감소될 수 있다. 제1 전송 격자의 각도 필드와 제2 전송 격자의 각도 필드를 합성하면 다중 지향 확장 빔 어퍼처를 위해 변환되는 각도 필드를 얻을 수 있다.The problem of calculating a waveguide system based on the diffraction grating can be reduced in determining the distance of the vectors of the diffraction grating so that the total internal reflection condition and selectivity are satisfied. In addition, computational problems can be reduced in determining the vector direction of the diffraction grating to ensure propagation of the angular field of the projection system in the required direction. By synthesizing the angle field of the first transmission grating and the angle field of the second transmission grating, an angle field converted for a multi-directional extended beam aperture can be obtained.

예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플에이 장치는 공중 이미지의 형성 뿐만 아니라 모바일 장치와 함께 사용되도록 충분히 소형화될 수 있다. 또한, 예시적인 실시 예는 추가적인 확산 매질, 플라즈마 등과 같은 보조 효과를 사용할 필요 없이 이미지를 가시화하기 위해 큰 시야각 내에서 공중 이미지를 표시할 수 있다. 또한, 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 모든 요소들은 고정되고 이동하는 요소가 없다. An aerial image display device according to an exemplary embodiment may be miniaturized enough to be used with mobile devices as well as formation of aerial images. In addition, exemplary embodiments may display aerial images within large viewing angles to visualize the images without the need to use auxiliary effects such as additional diffusion media, plasmas, and the like. In addition, all elements of the display device according to the exemplary embodiment are fixed and there are no moving elements.

예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치는 이미지 표시 뿐만 아니라 냉장고, 호브(hob), TV, 에어컨, 에어컨, 인터콤 등과 같은 가전 제품과 상호 작용할 때 홀로그램 사용자 인터페이스를 만드는 데에도 사용할 수 있다. 또한, 예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치는 위험한 산업에서도 사용할 수 있다. 즉, 제어 요소가 공중에서 날아 다니는 것처럼 보일 수 있다. 이 경우, 추가의 카메라를 사용하여, 예를 들어, 사용자 제스처로 표현할 수 있는 명시적 상호 작용을 감지할 수 있다. 제스처는 예를 들어 엄지 위로 올리기와 같이 상징적이거나, 포인팅 제스처와 같이 지시적이거나, 특정 움직음을 재현하는 아이콘 제스처이거나, 볼 수 없는 도구를 사용하는 팬토미믹(pantomimic) 제스처일 수 있다.The aerial image display device according to an exemplary embodiment may be used not only to display images, but also to create a holographic user interface when interacting with home appliances such as refrigerators, hobs, TVs, air conditioners, air conditioners, intercoms, and the like. In addition, the aerial image display device according to the exemplary embodiment can be used in hazardous industries. That is, the control element can appear to be flying in the air. In this case, an additional camera can be used to detect explicit interactions that can be expressed, for example, by user gestures. The gesture may be symbolic, such as a thumbs-up, for example, directive, such as a pointing gesture, an icon gesture that reproduces a specific movement, or a pantomimic gesture using an invisible tool.

또한, 추가의 카메라를 사용하여 암시적 상호 작용을 감지할 수 있다. 이 경우 proxemics는 통신 프로세스 구성의 공간과 시간이 의미론적 부하를 갖는 기호 시스템으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시 예에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치를 포함한 모바일 장치를 가진 두 명의 사용자가 이 디스플레이 장치를 사용하는 경우, 디스플레이 장치가 동영상을 투사할 수 있기 때문에, 대화자의 홀로그램이 통신의 시간과 문맥을 변화시킬 수 있다. 이 경우, 이것을 홀로그램이라고 할 수 있고 사용자 신체 사이즈와 동일하지는 않을 수 있다. 동시에, 체적 이미지의 수정은 사용자의 참여(제스처, 누르기 버튼, 음성 제어, 사용자 눈의 움직임 등 사용)에 의해서도 발생할 수 있고, 사전 프로그래밍된 반응(즉, 시각적 변화 3D 이미지)을 사용하여 대화자의 메시지에 대해 사용자가 참여하지 않고도 발생할 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 사용자가 사용자 신체의 위치와 리액션에 대한 부가 센서를 가진 디스플레이 장치를 사용하면, 대화자 홀로그램 사이에서의 통신이 사용자 일부에 의한 액티브 동작 없이 일어날 수 있다.Additionally, additional cameras can be used to detect implicit interactions. In this case, proxemics can be understood as a system of symbols in which space and time of the composition of a communication process have a semantic load. For example, when two users who have a mobile device including an aerial image display device according to an exemplary embodiment use the display device, since the display device can project a moving image, the hologram of the talker is the communication time and context can be changed. In this case, this may be referred to as a hologram and may not be the same as the user's body size. At the same time, the modification of the volumetric image can also occur by the user's participation (using gestures, press buttons, voice control, user eye movement, etc.) This can happen without the user's participation. In this case, for example, if the user uses a display device having an additional sensor for the position and reaction of the user's body, the communication between the talker holograms can occur without active motion by a part of the user.

사물 인터넷과 같이 장치 간의 상호 작용이 일어날 수 있다. 여러 개의 소형 장치를 사용하여, 생성된 플로팅 이미지와 상호 작용하기 위해 콘텍스트-대응 기능을 추가할 수 있다. 예를 들어, 이러한 장치 간 상호 작용은 하나의 홀로그램에서 다른 홀로그램으로 정보를 전송하는 임시 공간 역할을 할 수 있다.Interactions between devices can occur, such as in the Internet of Things. Several small devices can be used to add context-sensitive functionality to interact with the generated floating image. For example, this device-to-device interaction can serve as a temporary space to transfer information from one hologram to another.

일부 예시적인 실시 예가 설명되었지만, 본 발명의 본질은 이러한 특정 실시 예로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 반대로, 본 발명의 사상은 청구 범위의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 모든 대안, 수정 및 등가물을 포함한다. 또한, 본 발명은 청구 범위가 고려 과정에서 수정 되더라도 청구된 발명의 모든 등가물을 유지한다.While some exemplary embodiments have been described, it should be understood that the spirit of the present invention is not limited to these specific embodiments. On the contrary, the spirit of the invention includes all alternatives, modifications and equivalents that may be included within the spirit and scope of the claims. Furthermore, the present invention retains all equivalents of the claimed invention, even if the claims are modified in the course of consideration.

1:이미지 형성 모듈
2:광 증식 모듈
3:정 렌즈
4: 투영 시스템
A:제1 전송 격자
B:제2 전송 격자
C:반사 격자
D:도파관
1: Image forming module
2: Light propagation module
3: positive lens
4: Projection system
A: first transmission grid
B: second transmission grating
C: reflective grating
D: waveguide

Claims (33)

공중 이미지 디스플레이 장치에 있어서,
투영 시스템;
적어도 하나의 정 렌즈;
적어도 하나의 광 증식 모듈을 포함하고,
상기 적어도 하나의 광 증식 모듈은, 제1 전송 격자, 제2 전송 격자, 적어도 하나의 도파관, 및 반사 격자를 포함하고,
상기 적어도 하나의 정 렌즈 각각은 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈 각각을 덮도록 배치된, 디스플레이 장치.
An aerial image display device comprising:
projection system;
at least one positive lens;
at least one light propagation module,
the at least one light propagation module includes a first transmission grating, a second transmission grating, at least one waveguide, and a reflection grating;
Each of the at least one positive lens is arranged to cover each of the at least one light propagation module.
제1 항에 있어서,
상기 투영 시스템은 상기 적어도 하나의 정 렌즈 위에 위치하고, 상기 정 렌즈는 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈의 도파관 위에 위치하고, 상기 도파관 하부에 상기 제1전송 격자, 상기 반사 격자, 상기 제2전송 격자가 순서대로 배치된, 디스플레이 장치.
According to claim 1,
The projection system is located above the at least one positive lens, the positive lens is located above the waveguide of the at least one optical propagation module, and the first transmission grating, the reflection grating, and the second transmission grating are below the waveguide in this order. As laid out, the display device.
제1 항에 있어서,
상기 투영 시스템은 상기 적어도 하나의 정 렌즈 아래 위치하고, 상기 적어도 하나의 정 렌즈는 상기 도파관 아래 위치하고, 상기 도파관 위에 제1 전송 격자, 제2 전송 격자, 반사 격자가 순서대로 배치된, 디스플레이 장치
According to claim 1,
wherein the projection system is located below the at least one positive lens, the at least one positive lens is located below the waveguide, and a first transmission grating, a second transmission grating, and a reflection grating are disposed above the waveguide in this order.
제1 항에 있어서,
상기 투영 시스템은 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈의 제 1 전송 격자 위에 위치한 적어도 하나의 정 렌즈 위에 위치하며, 상기 제1 전송 격자 아래 도파관이 위치하고, 상기 도파관 아래 제2 전송 격자와 반사 격자가 배치된, 디스플레이 장치.
According to claim 1,
wherein the projection system is positioned over at least one positive lens positioned over a first transmission grating of the at least one light propagation module, a waveguide positioned below the first transmission grating, and a second transmission grating and a reflection grating positioned below the waveguide. , display device.
제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 정 렌즈는 적어도 하나의 광 증식 모듈의 반사 격자 아래에 위치하며, 상기 반사 격자 위에 상기 제1 전송 격자, 제2 전송 격자 및 도파관이 위치하고,
상기 적어도 하나의 광 증식 모듈은 투영 시스템 아래에 위치한, 디스플레이 장치.
According to claim 1,
the at least one positive lens is located under the reflection grating of the at least one light propagation module, and the first transmission grating, the second transmission grating and the waveguide are located on the reflection grating;
wherein the at least one light propagation module is located below the projection system.
제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 정 렌즈가 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈의 반사 격자 위에 위치하고, 상기 반사 격자 아래 상기 제2 전송 격자, 제1 전송 격자 및 도파관이 순서대로 배치되고,
상기 투영 시스템은 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈 아래에 위치한, 장치.
According to claim 1,
the at least one positive lens is positioned on the reflective grating of the at least one light propagation module, and the second transmission grating, the first transmission grating and the waveguide are sequentially disposed under the reflective grating,
wherein the projection system is located below the at least one light propagation module.
제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 정 렌즈가 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈의 반사 격자 아래 위치하고, 상기 반사 격자 위에 제2 전송 격자, 도파관, 제1 전송 격자가 순서대로 위치하며,
상기 투영 시스템은 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈 위에 위치한, 디스플레이 장치.
According to claim 1,
The at least one positive lens is positioned under the reflective grating of the at least one light propagation module, and a second transmission grating, a waveguide, and a first transmission grating are sequentially positioned on the reflective grating,
and the projection system is located above the at least one light propagation module.
제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 도파관 각각이 내부 전반사 기반의 광 전송 회절 다 방향 반경 도파관의 섹터로 구성된, 디스플레이 장치.
According to claim 1,
wherein each of the at least one waveguide consists of a sector of a total internal reflection based optical transmission diffraction multidirectional radial waveguide.
제8 항에 있어서,
상기 광 증식 모듈이 광 인-커플링을 위한 프리즘을 더 포함한, 디스플레이 장치.
9. The method of claim 8,
The display device of claim 1, wherein the light propagation module further includes a prism for light in-coupling.
제8 항에 있어서,
상기 제1 전송 격자, 제2 전송 격자, 반사 격자가 필름에 기록되고, 상기 도파관의 표면에 증착된 볼륨 홀로그래픽 격자이거나 또는 도파관의 표면에 형성된 릴리프 회절 소자인, 디스플레이 장치.
9. The method of claim 8,
wherein the first transmission grating, the second transmission grating and the reflection grating are volume holographic gratings recorded on a film and deposited on the surface of the waveguide or a relief diffraction element formed on the surface of the waveguide.
제10항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광 증식 모듈 각각은 하나의 디스크 섹터의 형상을 가지고, 상기 적어도 하나의 광 증식 모듈이 모여 전체적으로 디스크 형상을 가지도록 구성된, 디스플레이 장치.
11. The method of claim 10,
and each of the at least one optical propagation module has the shape of one disk sector, and the at least one optical propagation module is configured to have a disk shape as a whole.
제11항에 있어서,
상기 적어도 하나 정 렌즈 각각은 하나의 디스크 섹터의 형상을 가지며, 상기 디스크 섹터의 반경이, 상응하는 광 증식 모듈의 반경과 일치하고, 광 증식 모듈이, 상응하는 정 렌즈에 의해 덮여진, 디스플레이 장치.
12. The method of claim 11,
each of the at least one positive lens has the shape of one disk sector, the radius of the disk sector coincides with the radius of the corresponding light propagating module, the light multiplying module being covered by the corresponding positive lens. .
제 12 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 정 렌즈들이 모여 원형 렌즈 어레이를 형성한, 디스플레이 장치.
13. The method of claim 12,
A display device in which the at least one positive lens is gathered to form a circular lens array.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 정 렌즈 각각은 상응하는 광 증식 모듈을 갭을 가지고 덮도록 구성된, 디스플레이 장치.
The method of claim 1,
and each of the at least one positive lens is configured to cover a corresponding light propagating module with a gap.
제 14 항에 있어서,
상기 갭은 광학 물질 층으로 충전된, 디스플레이 장치.
15. The method of claim 14,
wherein the gap is filled with a layer of optical material.
제 1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 정 렌즈 각각은, 상응하는 광 증식 모듈의 형상에 메칭하는 형상을 가진, 디스플레이 장치.
The method of claim 1,
Each of the at least one positive lens has a shape matching the shape of the corresponding light propagation module, the display device.
제 16 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 정 렌즈는 절단 원형 섹터 형상, 다각 형상, 원 형상 중 하나를 가진, 디스플레이 장치.
17. The method of claim 16,
The at least one positive lens has one of a truncated circular sector shape, a polygonal shape, and a circular shape.
제 1 항에 있어서,
상기 도파관이 가시 광 영역의 스펙트럼에 대해 투명한 물질로 형성된, 디스플레이 장치.
The method of claim 1,
wherein the waveguide is formed of a material that is transparent to a spectrum in the visible light region.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광 증식 모듈이 상기 투영 시스템의 디커플링 어퍼처의 반경 방향 증식을 수행하도록 구성된, 디스플레이 장치.
The method of claim 1,
and the at least one light propagation module is configured to perform radial propagation of a decoupling aperture of the projection system.
제 8 항에 있어서,
상기 도파관의 표면에 안티-반사 코팅, 세미 반사 코팅, 다이크로익 필터, 중립 필터(neutral filter), 회절 광학 소자 중 하나가 구비된, 디스플레이 장치.
9. The method of claim 8,
A display device, wherein one of an anti-reflective coating, a semi-reflective coating, a dichroic filter, a neutral filter, and a diffractive optical element is provided on a surface of the waveguide.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광 증식 모듈 각각은 특정의 적어도 하나의 색상의 광을 증식하도록 구성된, 디스플레이 장치.
The method of claim 1,
and each of the at least one light propagation module is configured to propagate light of a particular at least one color.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 도파관은 구(sphere), 토루스(torus), 직육면체 (rectangular parallelepiped), 디스크, 스타 중 하나의 형상을 가진, 디스플레이 장치.
According to claim 1,
The at least one waveguide has a shape of one of a sphere, a torus, a rectangular parallelepiped, a disk, and a star.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 정 렌즈가 프레넬 렌즈 또는 동적 렌즈(dynamic) 중 하나인, 디스플레이 장치.
The method of claim 1,
wherein the at least one positive lens is one of a Fresnel lens or a dynamic lens.
제1항에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치의 작동 방법에 있어서,
상기 투영 시스템으로부터의 이미지를 형성하는 빔이 제1전송 격자에 전송되고, 회절의 결과로서, 상기 빔들이 1차 회절 빔들(a)과 0차 회절 빔들로 분할되는 단계;
상기 0차 회절 빔들이 제2 전송 격자에 전송되고, 회절의 결과로서 상기 빔들이 1차 회절 빔(b)과 0차 회절 빔으로 분할되는 단계;
상기 1차 회절 빔(a), 상기 1차 회절 빔(b), 상기 0차 회절 빔이 도파관에 전송되는 단계;
내부 전반사 각도 범위에 대응하는 각도로 상기 도파관으로 전송된 상기 1차 회절빔(a), 상기1차 회절 빔(b)이 공기/제1전송 격자 사이 그리고 도파관/반사 격자 사이의 미디어 경계에서 재 반사되고, 도파관을 따라 전파되고, 상기 1차 회절 빔(a)의 회절의 결과로서 제2전송 격자로부터 1차 회절 빔(c)을 형성하고, 상기 1차 회절 빔(b)이 제1전송 격자로부터 1차 회절 빔(d)을 형성하는 단계;
상기 1차 회절 빔(c)과 1차 회절빔(d)이 반사 격자에 의해 회절되고 상기 도파관, 제2 전송 격자 및 제1전송 격자를 통해 상기 정 렌즈에 아웃 커플링되는 단계; 및
상기 정 렌즈가 아웃 커플링된 빔을 굴절시키고 공중 이미지를 초점 면에 포커싱하는 단계;를 포함하는, 방법.
A method of operating an aerial image display device according to claim 1, comprising:
an image forming beam from the projection system is transmitted to a first transmission grating, and as a result of diffraction, the beams are split into 1st order diffracted beams (a) and 0th order diffracted beams;
the 0th order diffracted beams are transmitted to a second transmission grating, and as a result of the diffraction the beams are split into a 1st order diffracted beam (b) and a 0th order diffracted beam;
transmitting the first-order diffracted beam (a), the first-order diffracted beam (b), and the zero-order diffracted beam to a waveguide;
The first-order diffracted beam (a) transmitted to the waveguide at an angle corresponding to the total internal reflection angle range, the first-order diffracted beam (b) is re-evaluated at the media boundary between the air/first transmission grating and between the waveguide/reflection grating. reflected and propagated along the waveguide, forming a first order diffracted beam c from a second transmission grating as a result of diffraction of the first order diffracted beam a, wherein the first diffracted beam b forming a first order diffracted beam (d) from the grating;
the first diffracted beam (c) and the first diffracted beam (d) being diffracted by a reflection grating and out-coupled to the positive lens through the waveguide, a second transmission grating and a first transmission grating; and
refracting the out-coupled beam by the positive lens and focusing the aerial image to a focal plane.
제24항에 있어서,
상기 0차 회절 빔이 상기 반사 격자 위의 도파관을 통과하고, 상기 빔들이 1차 회절 빔(e)과 0차 회절 빔으로 분할되고, 그런 다음 상기 0차 회절 빔은 고려되지 않는, 방법.
25. The method of claim 24,
wherein the 0th order diffracted beam passes through a waveguide over the reflective grating, the beams are split into a 1st order diffracted beam (e) and a 0th order diffracted beam, then the 0th order diffracted beam is not considered.
제24항에 있어서,
상기 1차 회절 빔(e)은 도파관, 제2전송 격자 및 제1전송 격자를 통과하고, 상기 제1전송 격자의 표면으로부터 내부 전반사로 인해, 이 빔들은 도파관으로 다시 반사되는 단계를 포함하고,
상기 1차 회절 빔(e)은 제1전송 격자로 전송되고, 회절의 결과로서 상기 빔들은 상기 1차 회절 빔(a)과 0차 회절 빔(b)으로 분할되는, 방법.
25. The method of claim 24,
the first diffracted beam (e) passes through a waveguide, a second transmission grating and a first transmission grating, and due to total internal reflection from a surface of the first transmission grating, the beams are reflected back into the waveguide;
wherein the 1st order diffracted beam (e) is transmitted to a first transmission grating, and as a result of diffraction the beams are split into the 1st order diffracted beam (a) and a 0th order diffracted beam (b).
제 24 항에 있어서,
상기 광 증식 모듈이 공중 이미지가 상기 디스플레이 장치에 대해 수직한 범위 내에서만 보이도록 구성된, 방법.
25. The method of claim 24,
wherein the light propagation module is configured such that an aerial image is only visible within a range perpendicular to the display device.
제 24 항에 있어서,
상기 광 증식 모듈이 상기 공중 이미지 디스플레이 장치가 상기 공중 이미지 디스플레이 장치에 대해 수직한 범위와, 수직에서 벗어난 범위 양쪽에서 보이도록 구성된, 방법.
25. The method of claim 24,
wherein the light propagation module is configured such that the aerial image display device is visible in both a range perpendicular to the aerial image display device and a range off-perpendicular to the aerial image display device.
공중 이미지 디스플레이 장치에 있어서,
반사 격자;
상기 반사 격자 아래 위치한 제1 정 렌즈;
상기 반사 격자 위에 구비된 도파관;
상기 도파관 위에 구비된 제2 전송 격자;
상기 제2전송 격자 위에 구비된 제1 전송 격자;
상기 제1 전송 격자 위에 구비된 제2 정 렌즈; 및
상기 제2 정 렌즈 위에 구비된 투영 시스템;를 포함한, 디스플레이 장치.
An aerial image display device comprising:
reflective grating;
a first positive lens positioned below the reflective grating;
a waveguide provided on the reflective grating;
a second transmission grating provided over the waveguide;
a first transmission grating provided on the second transmission grating;
a second positive lens provided on the first transmission grating; and
A display device, including; a projection system provided on the second positive lens.
제29항에 따른 공중 이미지 디스플레이 장치의 동작 방법에 있어서,
A) 투영 시스템으로부터의 이미지를 형성하는 빔이 제1전송 격자에 전송되고, 회절의 결과로서, 상기 빔들이 1차 회절 빔들(a)과 0차 회절 빔들로 분할되는 단계;
B) 상기 0차 회절 빔들이 제2전송 격자에 전송되고, 회절의 결과로서 상기 빔들이 1차 회절 빔(b)과 0차 회절 빔으로 분할되는 단계;
C) 상기 1차 회절 빔(a), 상기 1차 회절 빔(b), 상기 0차 회절 빔이 도파관에 전송되는 단계;
D) 내부 전반사 각도 범위에 대응하는 각도로 상기 도파관으로 전송된 상기 1차 회절빔(a), 상기1차 회절 빔(b)이 공기/제1전송 격자 사이와 도파관/반사 격자 사이의 미디어 경계에서 재 반사되고, 도파관을 따라 전파되고, 1차 회절 빔(a)의 회절의 결과로서 제2전송 격자로부터 1차 회절 빔(c)을 형성하고, 1차 회절 빔(b)이 제1전송 격자로부터 1차 회절 빔(d)을 형성하는 단계;
E) 상기 1차 회절 빔(c)과 1차 회절빔(d)이 반사 격자에서 회절되고 도파관, 제2전송 격자 및 제1전송 격자를 통해 제2 정 렌즈에 아웃 커플링되는 단계;
F) 상기 제1 정 렌즈가 제1 공중 이미지를 형성함으로써 그 초점 면에 아웃 커플링된 빔을 포커싱하고, 상기 제2 정 렌즈가 제2 공중 이미지를 형성함으로써 그 초점 면에 아웃 커플링된 빔을 포커싱하는 단계;를 포함하는, 방법
The method of operating the aerial image display device according to claim 29,
A) a beam forming an image from the projection system is transmitted to a first transmission grating, and as a result of diffraction, the beams are split into 1st order diffracted beams (a) and 0th order diffracted beams;
B) the 0th order diffracted beams are transmitted to a second transmission grating, and as a result of the diffraction the beams are split into a 1st order diffracted beam (b) and a 0th order diffracted beam;
C) transmitting the first-order diffracted beam (a), the first-order diffracted beam (b), and the zero-order diffracted beam to a waveguide;
D) the first-order diffracted beam (a) transmitted to the waveguide at an angle corresponding to the total internal reflection angle range, the first-order diffracted beam (b) is the media boundary between the air/first transmission grating and the waveguide/reflection grating is reflected back from and propagates along the waveguide, forming a first-order diffracted beam c from the second transmission grating as a result of diffraction of the first-order diffracted beam a, and the first-order diffracted beam b forming a first order diffracted beam (d) from the grating;
E) the 1st order diffracted beam (c) and 1st order diffracted beam (d) are diffracted in a reflection grating and out-coupled to a second positive lens through a waveguide, a second transmission grating and a first transmission grating;
F) the first positive lens focuses the beam outcoupled to its focal plane by forming a first aerial image, and the second positive lens focuses the beam outcoupled to its focal plane by forming a second aerial image A method comprising; focusing on
제 30항에 있어서,
상기 0차 회절 빔이 상기 반사 격자 위의 도파관을 통과하고, 그 빔들이 1차 회절 빔(e)과 0차 회절 빔으로 분할되고, 그런 다음 상기 0차 회절 빔은 고려되지 않는, 방법.
31. The method of claim 30,
the 0th order diffracted beam passes through a waveguide over the reflective grating, the beams are split into a 1st order diffracted beam (e) and a 0th order diffracted beam, then the 0th order diffracted beam is not considered.
제 30항에 있어서,
상기 1차 회절 빔(e)은 도파관, 제2전송 격자 및 제1전송 격자를 통과하고, 상기 제1전송 격자의 외부 표면으로부터 내부 전반사로 인해, 이 빔들은 도파관으로 다시 반사되며,
상기 1차 회절 빔(e)은 제1전송 격자로 전송되고, 회절의 결과로서 그 빔들은 1차 회절 빔(a)과 0차 회절 빔(b)으로 분할되고, 그런 다음 단계 상기 (B)-(I) 단계가 반복되는, 방법.
31. The method of claim 30,
the first diffracted beam e passes through a waveguide, a second transmission grating and a first transmission grating, and due to total internal reflection from the outer surface of the first transmission grating, these beams are reflected back into the waveguide,
The first-order diffracted beam (e) is transmitted to a first transmission grating, and as a result of diffraction the beams are split into a first-order diffracted beam (a) and a zero-order diffracted beam (b), and then in step (B) - (I) step is repeated.
제1항, 제29항 중 어느 한 항에 따른 디스플레이 장치를 포함하는 스마트 폰에 있어서,
상기 투영 시스템이 상기 스마트 폰의 디스플레이로부터의 정보를 투영하도록 구성된, 스마트 폰.
30. In the smart phone comprising the display device according to any one of claims 1 and 29,
wherein the projection system is configured to project information from a display of the smartphone.
KR1020210156052A 2020-12-04 2021-11-12 Mid-air image device and method for operating the same KR102591584B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2021/018265 WO2022119396A1 (en) 2020-12-04 2021-12-03 Mid-air image display device and method of operating the same
US17/543,356 US20220179233A1 (en) 2020-12-04 2021-12-06 Mid-air image display device and method of operating the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020139967 2020-12-04
RU2020139967A RU2751405C1 (en) 2020-12-04 2020-12-04 Apparatus for displaying a "floating" image and method for operation thereof (variants)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220079441A true KR20220079441A (en) 2022-06-13
KR102591584B1 KR102591584B1 (en) 2023-10-20

Family

ID=77020016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210156052A KR102591584B1 (en) 2020-12-04 2021-11-12 Mid-air image device and method for operating the same

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102591584B1 (en)
RU (1) RU2751405C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102606219B1 (en) * 2023-08-18 2023-11-29 주식회사 성흥티에스 video output device that expresses a three-dimensional effect by rotating a transparent display

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022119396A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Mid-air image display device and method of operating the same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080005968A (en) * 2005-04-22 2008-01-15 에크포인트 메디칼 인코포레이티드 Dc tissue treatment
JP2009540440A (en) * 2006-06-06 2009-11-19 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Keypad with virtual image
KR20180052357A (en) * 2016-11-10 2018-05-18 삼성전자주식회사 Holographic display apparatus providing increased eye box
KR20180128247A (en) * 2017-05-23 2018-12-03 삼성전자주식회사 Apparatus for reconstruction of holograms and method thereof
WO2019039600A1 (en) * 2017-08-25 2019-02-28 林テレンプ株式会社 Aerial image display device
KR20190126408A (en) * 2017-03-21 2019-11-11 매직 립, 인코포레이티드 Stacked waveguides with different diffraction gratings for the combined field of view

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101878438B (en) * 2007-11-27 2013-09-25 3M创新有限公司 Methods for forming sheeting with a composite image that floats and a master tooling
US9829612B1 (en) * 2014-04-14 2017-11-28 Optecks, Llc Diffraction grating based 3-D display
CN105259664B (en) * 2015-11-13 2018-03-02 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 A kind of optical field imaging printing equipment and the film with three-dimensional floating image

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080005968A (en) * 2005-04-22 2008-01-15 에크포인트 메디칼 인코포레이티드 Dc tissue treatment
JP2009540440A (en) * 2006-06-06 2009-11-19 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Keypad with virtual image
KR20180052357A (en) * 2016-11-10 2018-05-18 삼성전자주식회사 Holographic display apparatus providing increased eye box
KR20190126408A (en) * 2017-03-21 2019-11-11 매직 립, 인코포레이티드 Stacked waveguides with different diffraction gratings for the combined field of view
KR20180128247A (en) * 2017-05-23 2018-12-03 삼성전자주식회사 Apparatus for reconstruction of holograms and method thereof
WO2019039600A1 (en) * 2017-08-25 2019-02-28 林テレンプ株式会社 Aerial image display device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102606219B1 (en) * 2023-08-18 2023-11-29 주식회사 성흥티에스 video output device that expresses a three-dimensional effect by rotating a transparent display

Also Published As

Publication number Publication date
KR102591584B1 (en) 2023-10-20
RU2751405C1 (en) 2021-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10761330B2 (en) Rainbow reduction in waveguide displays
CN109870811B (en) Multi-image display device including diffractive optical lens element
US20210199873A1 (en) Dual-side antireflection coatings for broad angular and wavelength bands
TWI756691B (en) Optical system, head-mounted device, and display system
Bang et al. Lenslet VR: thin, flat and wide-FOV virtual reality display using fresnel lens and lenslet array
KR101169446B1 (en) Exit pupil expanders with spherical and aspheric substrates
CN114365021A (en) Spatially multiplexed volume bragg grating with variable thickness for waveguide displays
US8320032B2 (en) Diffractive beam expander and a virtual display based on a diffractive beam expander
JP2018534597A (en) Imaging light guide with reflective conversion array
JP2019507365A (en) Head mounted display with swiveling imaging light guide
KR102591584B1 (en) Mid-air image device and method for operating the same
CN112602004B (en) Projector-combiner display with beam replication
US11808954B2 (en) Multi-image display apparatus including polarization selective lens and screen
US20230176382A1 (en) Waveguide display with cross-polarized eye pupil expanders
US11194158B2 (en) Light guide with beam separator for dual images
US11774758B2 (en) Waveguide display with multiple monochromatic projectors
EP4254051A1 (en) Midair image displaying apparatus and electronic device comprising same
WO2022182784A1 (en) Staircase in-coupling for waveguide display
US20220179233A1 (en) Mid-air image display device and method of operating the same
CN112180598A (en) Fourier-Beam shaper and display device comprising such a shaper
Danilova et al. Ultra-slim, mid-air display based on planar DOE waveguide
US20240168284A1 (en) Holographic vr display

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant