KR20220119580A

KR20220119580A - 근안 디스플레이용 광학 시스템

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Publication number: KR20220119580A
Application number: KR1020220103324A
Authority: KR
Inventors: 천승문; 고현철
Original assignee: (주)인시그널
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2022-08-18
Publication date: 2022-08-30
Also published as: KR20220057089A

Abstract

안경 프레임과 상기 안경 프레임에 결합되는 한 쌍의 렌즈를 갖는 스마트 글라스를 위한 근안 디스플레이용 광학 시스템이 개시된다. 일 실시예에 따른 근안 디스플레이용 광학 시스템은, 상기 안경 프레임의 다리에 결합되어 있고, 2차원 영상을 표시하기 위한 광신호를 상기 렌즈의 내면 방향으로 방출하는 광신호 방출부, 상기 렌즈에 결합되어 있으며, 상기 광신호 방출부로부터 방출되는 광신호에 대해서, 상기 스마트 글라스의 착용자의 눈 방향으로 미리 정의된 파장만을 선택적으로 반사하는 영상 표시부를 포함하고, 상기 광신호 방출부는, 레이저 광원으로부터 방출되는 적색, 녹색, 청색 각각의 점영상 색조 광신호를 혼합기로 혼합하여 만든 점영상 색조혼합 광신호를 방출하는 점영상 방출부, 상기 점영상 방출부에서 방출되는 상기 점영상 색조혼합 광신호를 스캔하는 점영상 스캔부 및 상기 점영상 스캔부에 의해 스캔되어 방출되어 상기 영상 표시부로 입사되는 상기 상기 점영상 색조혼합 광신호를 처리하기 위한 광신호 처리부를 포함하고, 상기 광신호 처리부는, 상기 렌즈의 내면 형상에 기초하여, 상기 점영상 색조혼합 광신호를 처리한다.

Description

근안 디스플레이용 광학 시스템{Optical system for near eye display}

본 발명은 웨어러블 디스플레이 장치(wearable display device)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display, HMD) 또는 스마트 글라스 등과 같은 근안 디스플레이(Near Eye Display, NED)용 광학 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 NED용 광학시스템은, 눈과 매우 근접한 위치에서 발생하는 영상광을 정밀한 광학 장치를 이용하여 먼 거리에 가상의 대형화면이 구성될 수 있도록 초점을 형성함으로써 사용자로 하여금 확대된 허상을 볼 수 있도록 하는 영상 표시 장치이다. NED용 광학시스템, 예컨대 HMD용 광학 시스템은 원래 군사용으로 사용되었으나, 컴퓨터 시스템의 고성능화 및 소형화가 비약적으로 진행되고 디스플레이 소자의 비약적인 발전으로 인해 몸에 착용하는 컴퓨터(wearable compter) 개념이 제시되었고, 그에 따른 몸에 착용하는 장치(wearable device)로써 HMD 장치 또는 안경형 모니터(Glass Type Monitor, GTM) 장치에 적용될 수 있는 광학시스템의 필요성과 가능성이 연구되었다.

이러한 NED용 광학 시스템은 두 개의 디스플레이 소자에서 양안에 각각의 독립적인 광경로를 형성하는 양판 양안식, 하나의 디스플레이 소자를 사용하여 양안에 각각 대칭의 광경로를 형성하는 단판 양안식, 및 하나의 디스플레이 소자로부터 양안 중 한쪽 눈에만 빛 경로를 제공하는 단판 단안식 등으로 나뉜다.

NED용 광학 시스템을 포함하는 NED 장치는, 안경형 모니터를 포함하는 스마트 글라스 장치(smart glass device), 헤드 마운티드 디스플레이(HMD) 장치 등의 형태로 제작되며, 정보 통신 기술과 영상 처리 기술을 활용하여, 가상 현실(Virtual Reality, VR), 증강 현실(Augmented Reality, AR), 혼합 현실(Mixed Reality, MR) 등의 스마트 환경을 제공하는 가상 체험 기기, 영상 게임기, 가상 훈련 시스템 등으로 그 적용 분야를 넓혀 가고 있다.

이러한 NED 장치는 차단형(see-closed type)과 투과형(see-through type)으로 구분할 수 있다. 차단형 NED 장치는 눈동자로부터 25㎜전후에서 착용자의 시각이 차단되어 암막 상태에서 영상을 보게 되므로, 장시간 착용시 눈의 피로도가 급증하는 등 인체에 다양한 부작용을 초래하는 문제점이 있을 뿐만 아니라 혼합 현실(MR)을 활용하는 어플리케이션에는 적용이 불가능하다. 반면, 투과형 NED 장치의 경우에 착용자는 디스플레이되는 영상만이 아니라 실제 외부의 영상도 함께 보는 것이 가능하다.

NED 장치에 적용되는 광학 시스템으로 다양한 구조가 제안되어 있다. 예컨대, 한국공개특허 제2018-0039576호, "적층식 광 가이드들을 갖는 눈-근접 디스플레이"(특허문헌 1), 한국공개특허 제2020-0007965호, "광 가이드를 포함하는 디스플레이 장치"(특허문헌 2), 미국공개특허, US 2020/0301149 A1 "Virtual and augmented reality systems and methods having improved diffractive grating structures"(특허문헌 3)에는 각각 NED 장치를 위한 광학 시스템이 개시되어 있다.

그런데, 특허문헌 1 내지 특허문헌 3에 개시된 광학 시스템은 모두 정해진 두께와 입체 구조를 가지는 프리즘 형태로 제작된 광 도파관(light waveguide)을 사용하여 영상 신호를 전달한다. 그 결과, 광학 시스템의 부피가 크고 구조가 복잡하다. 그리고 광 도파관을 설치할 구조물이 필수적으로 요구되기 때문에, 스마크 글라스와 같은 컴팩트한 구조의 안경형 디스플레이 장치에는 적용하기 어려운 단점이 있다.

한국공개특허 제2020-0002616호, "홀로그램 광학 소자를 이용한 웨어러블 스마트 광학시스템"(특허문헌 4)에는, 이러한 종래의 광학 시스템의 단점을 해결하기 위한 하나의 방안이 제시되어 있다. 보다 구체적으로, 특허문헌 4에 개시된 광학 시스템은, 투과형 NED 장치를 위한 것으로서, 홀로그램 광학 소자(Hologram Optical Element, HOE)에 미리 정의된 파장만을 눈의 중심에 맞추는 비대칭 반사를 하도록 기록하여 필름형태로 제작한 파장 선택적 투명 반사체로 구성된 HOE 영상 표시부가, 눈과 평행하게 배치된 상태에서 입사 광신호가 나타내는 영상을 정해진 반사각 만큼의 크기로 확대하여 눈으로 시청할 수 있도록 수렴한 영상으로 표시한다.

이러한 특허문헌 4에 개시된 광학시스템에 의하면, 광신호 방출부로부터 방출되는 광신호는 HOE 영상표시부로 입사되며, HOE 영상표시부는 입사되는 광신호 중에서 미리 선택된 파장의 광신호만을 눈쪽으로 반사한다. 이러한 HOE 영상표시부는 HOE에 미리 정의된 파장만을 눈의 중심에 맞추는 비대칭 반사를 하도록 기록하여 필름 형태로 제작하여 비구면 렌즈 위에 적층하거나 접착하는 필름 형태로 제작될 수 있다.

그런데, 특허문헌 4에 개시된 광학 시스템이 안경형 장치로 구현될 경우에, HOE 영상표시부는 비구면 곡면 형상의 안경 렌즈의 전부 또는 일부에 구현되거나 접합된다. 또한, 광신호 방출부는 안경의 프레임, 특히 안경의 다리 또는 안경 렌즈의 연결 부위에 구현되기기 쉬운데, 이 경우에 광신호 방출부는 HOE 영상표시부(즉, 렌즈)의 중앙 부분이 아닌 일 측면에 배치될 수 밖에 없다.

그 결과, 광신호 방출부와 HOE 영상표시부 사이의 거리는 HOE 영상표시부에서의 영역에 따라서 차이가 나므로, 광신호 방출부로부터 방출되어 HOE 영상표시부에서 반사되어 눈으로 향하는 광신호, 즉 HOE 영상표시부에 디스플레이되는 2D 영상 광신호는, 그 모양(예컨대, 직사각형 형상의 영상)이 찌그러지는 현상이 발생할 수 있다.

한국공개특허 제2018-0039576호 한국공개특허 제2020-0007965호 미국공개특허 US 2020/0301149 A1 한국공개특허 제2020-0002616호

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는, 광신호 방출부로부터 방출되는 광신호가 HOE 영상표시부로 입사되고, HOE 영상표시부는 입사되는 광신호 중에서 미리 선택된 파장의 광신호만을 눈쪽으로 반사하는 광학 시스템에 있어서, 비구면 곡면 형상의 HOE 영상표시부에 2D 영상 광신호가 찌그러져서 표시되지 않도록 하는 근안 디스플레이용 광학 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 안경 프레임과 상기 안경 프레임에 결합되는 한 쌍의 렌즈를 갖는 스마트 글라스를 위한 근안 디스플레이용 광학 시스템으로서, 상기 안경 프레임의 다리에 결합되어 있고, 2차원 영상을 표시하기 위한 광신호를 상기 렌즈의 내면 방향으로 방출하는 광신호 방출부, 상기 렌즈에 결합되어 있으며, 상기 광신호 방출부로부터 방출되는 광신호에 대해서, 상기 스마트 글라스의 착용자의 눈 방향으로 미리 정의된 파장만을 선택적으로 반사하는 영상 표시부를 포함하고, 상기 광신호 방출부는, 레이저 광원으로부터 방출되는 적색, 녹색, 청색 각각의 점영상 색조 광신호를 혼합기로 혼합하여 만든 점영상 색조혼합 광신호를 방출하는 점영상 방출부, 상기 점영상 방출부에서 방출되는 상기 점영상 색조혼합 광신호를 스캔하는 점영상 스캔부 및 상기 점영상 스캔부에 의해 스캔되어 방출되어 상기 영상 표시부로 입사되는 상기 상기 점영상 색조혼합 광신호를 처리하기 위한 광신호 처리부를 포함하고, 상기 광신호 처리부는, 상기 렌즈의 내면 형상에 기초하여, 상기 점영상 색조혼합 광신호를 처리한다.

상기 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 광신호 처리부는, 상기 점영상 스캔부에 의해 스캔되어 방출되는 상기 점영상 색조혼합 광신호에 의하여 표시되는 2차원 영상이 상기 렌즈의 내면 형상에 대응하도록, 상기 상기 점영상 색조혼합 광신호를 처리할 수 있다.

이 경우에, 상기 렌즈는 비구면 곡면 형상을 가지며, 상기 영상 표시부는 상기 미리 정의된 파장만을 반사하도록 기록되어 있는 필름 형태의 홀로그램 광학 소자(Hologram Optical Element, HOE)로서, 상기 렌즈의 내면 상에 결합되어 있을 수 있다.

그리고 상기 광신호 처리부는, 상기 홀로그램 광학 소자가 결합되는 부분의 상기 렌즈의 내면 형상에 대응하도록, 상기 점영상 색조혼합 광신호를 처리할 수 있다.

상기 실시예의 다른 측면에 의하면, 상기 영상 표시부는 상기 렌즈의 외측으로부터 입사되는 외부광은 통과시키는 투과형 디스플레이일 수 있다.

전술한 본 발명의 실시예에 의하면, 스마트 글라스와 같은 안경형 근안 디스플레이 시스템을 위한 광학 시스템에서 있어서, 비록 영상 표시부가 결합되는 스마트 글라스의 렌즈가 비구면 곡면 형상을 가지는 경우라도, 영상 표시부에 표시되는 2차원 영상의 화질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근안 디스플레이용 광학 시스템을 구비한 스마트 글라스의 모식적인 구성을 보여 주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 스마트 글라스에 대한 평면도이다.
도 3은 광신호 처리부에 의한 광신호 처리 방법을 모식적으로 보여 주는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예를 설명한다. 다만, 이하의 실시형태 및 실시예는 본 발명의 바람직한 구성을 예시적으로 나타내는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위는 이들 구성에 한정되지 않는다. 그리고 이하의 설명에 있어서, 장치의 하드웨어 구성 및 소프트웨어 구성, 처리 흐름, 제조조건, 크기, 재질, 형상 등은, 특히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 이것으로 한정하려는 취지인 것은 아니다.

본 발명에 따른 근안 디스플레이용 광학 시스템은, 안경 프레임과 이 안경 프레임에 결합되는 한 쌍의 렌즈를 갖는 스마트 글라스를 위한 것이다. 이러한 근안 디스플레이용 광학 시스템은 광신호 방출부 및 영상 표시부를 포함하여 구성되는데, 광신호 방출부는 영상 표시부로 입사되는 광신호를 처리하기 위한 광신호 처리부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 광신호 처리부는 스마트 글라스의 렌즈의 내면 형상에 기초하여, 광신호를 처리한다.

이러한 본 발명에 따른 근안 디스플레이용 광학 시스템은 외부 시야를 확보하면서도 영상을 획득할 수 있는 투과형의 디스플레이 장치에 적용된다. 그리고 광학 시스템은 광신호 방출부와 영상 데이터를 주고받을 수 있는 소정의 전자기기, 예컨대 사용자 단말기로서 모바일 컴퓨터, 미니 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 테블릿 피씨, 스마트 폰 등으로부터 영상 신호를 수신하여, 광신호 방출부를 통해 광신호로 방출하되, 렌즈의 내면 파일에 대응하도록 영상을 처리하여 방출함으로써, 선명한 화질의 영상을 영상 표시부에 표시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근안 디스플레이용 광학 시스템을 구비한 스마트 글라스의 모식적인 구성을 보여 주는 사시도이다. 그리고 도 2는 도 1의 스마트 글라스에 대한 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 스마트 글라스(10)는 안경 프레임(12)과 이 안경 프레임(12)에 결합되는 한 쌍의 렌즈(14)를 갖는다. 안경 프레임(12)은 통상의 안경과 같은 형태를 가지며, 다리(12a)와 함께 렌즈(14)가 끼워질 수 있는 프레임 본체(12b)를 갖는다. 그리고 도면에 도시되어 있지 않지면, 안경 프레임(12)에는 스마트 글라스(10)의 종류에 따라 여러 가지 종류의 전자 기기 모듈/광학 기기 모듈 등(예컨대, 유/무선 통신 모듈, 카메라 모듈, 음향 송수신 모듈 등)이 설치되어 있을 수 있다.

이러한 스마트 글라스(10)를 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 근안 디스플레이용 광학 시스템은 광신호 방출부(110) 및 영상 표시부(120)를 포함하여 구성된다.

광신호 방출부(110)는 안경 프레임(12)의 다리(12a)에 결합되어 있고, 영상 표시부(120)에 2차원 영상을 표시하기 위한 광신호를 렌즈(14)의 내면 방향으로 방출한다. 광신호 방출부(110)는 렌즈(14)의 내면, 즉 착용자의 눈(E)이 방향의 렌즈(14)의 면으로 광신호를 방출한다. 광신호 방출부(110)는 렌즈(14)의 전면에 광신호를 방출하여도 되고, 또는 영상 표시부(120)가 결합되어 있는 렌즈(14)의 영역에만 광신호를 방출하여도 된다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 광신호 방출부(110)는 점영상 방출부(112), 점영상 스캔부(114) 및 광신호 처리부(116)를 포함한다.

점영상 방출부(112)는, 영상 표시부(120)에 영상을 표시하기 위하여 점영상 신호가 레이저 광원으로 인가됨에 따라서, 레이저 광원으로부터 방출되는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 각각의 점영상 색조 광신호를 혼합기로 혼합하여 만든 점영상 색조혼합 광신호를 방출한다.

점영상 스캔부(114)는 중심부에 스캔 거울이 위치하는 2차원 멤스(MEMS) 스캐너이며, 점영상 방출부(112)에서 방출되는 점영상 색조 혼합 광신호를 점영상 신호와 동기하는 수평 동기 신호 혹은 수직 동기 신호에 의하여 시간에 따라 스캔 거울로 단속하여, 영상 표시부(120) 방향으로 방출함으로써 영상 표시부(120)에 점영상 색조 혼합 광신호를 스캔하여 형성한 2차원 영상이 표시되게 한다.

본 발명의 일 변형예에 의하면, 광신호 방출부(100)는, 점영상 방출부(112)와 점영상 스캔부(114) 대신에, 유기발광소자(OLED)를 이용하는 광신호 방출 장치를 포함하여 구성되어도 된다. 이 경우에 OLED를 이용하는 광신호 방출 장치는, 영상 신호가 인가되면 스스로 발광하여 2차원 영상 신호를 방출한다.

또는, 광신호 방출부(110)는, 점영상 방출부(112)와 점영상 스캔부(114) 대신에, 색광신호 방출부와 편광 빔 스플리터 및 반사형 실리콘 액정 표시 장치로 구성되어도 된다. 이 경우에, 상기 색광신호 방출부는 영상표시부(120)에 영상을 표시하기 위하여 순차색채신호가 LED RGB광원으로 인가됨에 따라, 순차적으로 발광하는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 색광신호를 광파이프를 통해 방출하고, 편광 빔 스플리터는 색광신호를 구성하는 수평편파신호와 수직편파신호 중 어느 하나의 편파만을 반사시켜서 반사형 실리콘액정표시장치로 전달하며, 반사형 실리콘액정표시장치는 편광 빔 스플리터를 경유하여 입사한 색광신호의 수평편파신호를 90도 편광하여 편광 빔 스플리터를 투과하는 수직색광신호로 만들어 반사하거나 또는 편광 빔 스플리터를 경유하여 입사한 색광신호의 수직편파신호를 90도 편광하여 편광 빔 스플리터를 투과하는 수평색광신호로 만들어 반사함으로써 영상표시부(120)에 2차원 영상이 표시되게 한다.

계속해서 도 1 및 도 2를 참조하면, 광신호 처리부(116)는 점영상 스캔부(114)로부터 방출되어 영상 표시부(120)로 입사되는 광신호를 처리하기 위한 것으로서, 렌즈(14)의 내면 형상에 기초하여 광신호를 처리한다. 보다 구체적으로, 광신호 처리부(116)는, 광신호 방출부(110)로부터 방출되어서 영상 표시부(120)에 표시되는 2차원 영상이, 렌즈(14)의 내면 형상에 대응하도록, 점영상 스캔부(114)로부터 방출되는 광신호를 처리한다.

통상적으로 점영상 방출부(112) 및 점영상 스캔부(114)에 의하여 방출되는 광신호에 의하여 표시되는 2차원 영상의 광신호는, 평평한 디스플레이면에 직사각형 형상의 이미지가 표시되도록 하는 특징을 갖도록 구성된다. 이에 의하면, 광신호에 의하여 표시되는 이미지의 단위 픽셀의 크기는 위치에 상관 없이 동일하다.

그런데, 투시형 스마트 글라스(10)의 렌즈(14)는, 일반적인 시력 교정용 안경과 마찬가지로, 전체적으로 평평하지 않고, 스마트 글라스(10)의 바깥쪽(착용자의 눈(E)쪽의 반대쪽 방향)에서 보았을 때, 가운데 및/또는 내측 부분이 볼록하게 튀어나와 있는 비구면 곡면 형상을 갖는다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 광학 시스템은, 후술하는 바와 같이, 영상 표시부(120)가 이러한 렌즈(14)에 결합되어 있다. 그 결과, 점영상 방출부(112) 및 점영상 스캔부(114)에 의하여 방출되는 광신호(즉, 평평한 디스플레이면에 대응하는 2차원 영상의 광신호)가 그대로 영상 표시부(120)(즉, 렌즈(14)의 내면과 같은 비구면 곡면)에 입사될 경우에, 영상 표시부(120)에 표시되는 2차원 영상의 화질이 저하될 수 밖에 없다. 예컨대, 영상 표시부(120) 중에서 렌즈(14)의 가장자리 부분(비교적 평평한 영역)에 대응하는 부분은 단위 픽셀의 크기가 일정하여 화질에 큰 차이가 없지만, 렌즈(14)의 중심 부분(곡면 영역)에 대응하는 부분은 단위 픽셀의 크기가 증가하여 화질을 떨어뜨린다.

하지만, 본 발명에 의하면, 점영상 방출부(112) 및 점영상 스캔부(114)에 의하여 방출되는 광신호에 대하여, 광신호 처리부(116)는 렌즈(14)에 내면 형상, 보다 정확하게는 영상 표시부(120)가 결합되는 부분의 렌즈의 형상에 대응하도록 소정의 처리를 수행함으로써, 비구면 곡면 형상의 영상 표시부(120)에도 선명한 영상이 표시되도록 한다. 예를 들어, 광신호 처리부(116)는 점영상 스캔부(114)에 의하여 방출되는 광신호에 대하여, 가장자리 부분의 단위 픽셀의 크기는 그대로 두고, 중심 부분의 단위 픽셀의 크기를 감소시키는 방법으로 처리를 함으로써, 영상 표시부(120)에 표시되는 영상은 중심부나 가장자리든 그 위치에 상관없이 단위 픽셀의 크기가 동일하게 되도록 할 수 있다.

도 3은 광신호 처리부(116)에 의한 광신호 처리 방법을 모식적으로 보여 주는 도면으로서, 도 3의 (a)는 광신호 처리부(116)에 의하여 처리되기 전에 광신호에 의하여 영상 표시부(12)에 표시되는 2차원 영상의 픽셀들을 보여주며, 도 3의 (b)는 광신호 처리부(116)에 의하여 처리된 후에 영상 표시부(12)에 표시되는 2차원 영상의 픽셀들을 보여 준다.

도 3을 참조하면, 광신호 처리부(116)에 의하여 처리된 2차원 영상의 픽셀의 크기는, 가장자리 부분은 변화가 없지만(w1 = w1'), 중심 부분은 렌즈의 곡면 형상을 반영하여 더 작아지도록 된다(w1=w2 < w2'). 다만, 도 3에는 광신호 처리부(116)에 의하여 처리된 광신호에 의한 2차원 영상은, 중앙 부분에서 픽셀 크기가 가로 방향으로만 작아지도록 변형되는 것으로 표시되어 있으나, 세로 방향으로도 작아지도록 변형되어도 된다. 즉, 픽셀의 크기 변화는 가로 방향이나 세로 방향 중에서 어느 한쪽 방향에서만 있어도 되고, 또는 양쪽 방향 모두에서 픽셀의 크기 변화가 있어도 된다.

본 실시예에 의하면, 광신호 처리부(116)가 2차원 영상의 픽셀의 크기를 변화시키는 구체적인 방법에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 광신호 처리부(116)는 광학적인 방법(각종 렌즈 및/또는 거울이나 이것들의 조합을 이용하는 방법)으로 광신호를 처리할 수 있다. 하지만, 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 디지털 신호 처리 등과 같은 이미지 처리 기술을 활용하여 광신호에 의하여 표시되는 영상에 대한 처리를 해도 된다.

전술한 본 발명의 실시예의 일 측면에 의하면, 광신호 방출부(110)는 필요한 경우 확대 렌즈부(도시하지 않음)를 더 포함하여 구성되어도 된다. 확대 렌즈부는 광신호 처리부(116)에서 방출되는 2차원 영상이 영상 표시부(120)에 표시될 때 스페클을 제거하고 점영상 색조 혼합 광신호가 영상 표시부(120)에 입사되는 각도를 조절하기 위하여 적어도 1장 혹은 복수의 렌즈로 구성되는 것이 바람직하다.

영상 표시부(120)는 렌즈(14)에 결합되어 있으며, 광신호 방출부(110)로부터 방출되는 광신호에 대해서, 스마트 글라스(10)의 착용자의 눈(E) 방향으로 미리 정의된 파장만을 선택적으로 반사한다.

이러한 영상 표시부(120)는 홀로그램 광학 소자(HOE)에 미리 정의된 파장만을 눈의 중심에 맞추는 비대칭 반사를 하도록 기록하여, 비구면 렌즈(14)의 내면 상에 적층하거나 접착하는 필름형태로 제작한 파장 선택적 투명 반사체이며, 눈과 평행하게 배치된 상태에서 입사 광신호가 나타내는 영상을 정해진 반사각 만큼의 크기로 확대하여 눈(E)으로 시청할 수 있도록 수렴한 영상으로 표시한다. 이를 위하여, 영상 표시부(120)는 포토폴리머 재질의 얇은 필름 형태로 제작되며, 풀 칼라 영상을 표시할 수 있는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 근안 디스플레이용 광학시스템은 다음과 같이 작동한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 근안디스플레이용 광학시스템은, 사용자가 눈(E)의 망막을 통해 외부 시야를 확보하면서도 영상을 획득할 수 있는 투과형이다. 영상표시부(120)에 영상을 표시하기 위하여, 광신호 방출부(110)와 전기적으로 연결된 단말기(예컨대, 모바일 컴퓨터, 스마트 폰, 테블릿 컴퓨터, 개인용 컴퓨터 등)로부터 점영상 신호가, 점영상 방출부(112)의 레이저 광원으로 인가되면, 점영상 방출부(123)는 레이저광원으로부터 방출되는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 각각의 점영상 색조 광신호를 혼합기로 혼합하여 만든 점영상 색조혼합 광신호를 방출한다. 이 경우에, 점영상 색조혼합 광신호는 지름 0.7mm 정도의 하나의 점 형태로 만들어져 방출된다.

계속해서, 점영상 색조혼합 광신호가 점영상 스캔부(114)의 2차원 멤스 스캐너 중심부에 위치하는 스캔 거울로 투사되면, 점영상 스캔부(114)는 점영상 색조혼합 광신호를 점영상 신호와 동기하는 수평동기신호 혹은 수직동기신호에 의하여 시간에 따라 스캔 거울로 단속하여 영상 표시부(120)로 방출되는 2차원 영상을 생성한다. 이 때, 2차원 스캐너의 중심부 스캔 거울은 지름 0.7mm 정도의 하나의 점으로 만들어져 방출되는 점영상 색조혼합 광신호를 스캔하기에 적합하도록 가로 0.7mm, 세로 1mm의 타원형인 것이 바람직하다. 또한, 점영상 스캔부(114)는 스캔 거울을 이용하여 수평방향으로는 공진에 의한 작동 방법에 따라 정해진 주파수, 예컨대 풀 에이치디급의 영상 표시를 위한 25kHz 이상의 주파수로 점영상 색조혼합신호를 스캔하고, 수직방향으로는 톱니파 또는 펄스폭 변조방식의 진폭변화를 주어 점영상 색조혼합신호를 스캔하는 것이 바람직하며, 이와 같은 방식으로 한 장의 영상에 대한 스캔을 1초에 30회 이상 반복하게 되면 일반적으로 텔레비전에서 시청하는 풀 에이치디급의 영상을 생성할 수 있다.

그리고 광신호 처리부(116)는, 영상 표시부(120)가 결합되어 있는 렌즈(14)의 내면 형상에 기초하여, 점영상 스캔부(114)에 의하여 생성되는 2차원 영상(광신호)에 대하여 소정의 처리를 수행한다. 예컨대, 영상 표시부(120)가 렌즈(14)의 비구면 영역에 결합되어 있는 경우에, 광신호 처리부(116)는 2차원 영상의 픽셀 크기를 조정하는 처리를 수행함으로써, 곡면 형상을 갖는 영상 표시부(120)에 표시되는 영상의 화질이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 점영상 스캔부(114)의 2차원 멤스 스캐너에 의해 스캔된 다음 광신호 처리부(116)에 의하여 처리되어 영상표시부(120)로 방출된 점영상 색조혼합 광신호는, 스캔 거울이 움직이는 각도에 따라 반사되어 정해진 각도를 유지하게 된다.

이와 같이, 정해진 각도를 유지하는 점영상 색조혼합 광신호가 영상 표시부(120)로 입사되면, 영상 표시부(120)에서는 입사 광신호가 나타내는 영상을 정해진 반사각 만큼의 크기로 확대하여 눈으로 시청할 수 있도록 수렴한 영상으로 표시한다. 영상 표시부(120)에 투사되는 점영상 색조혼합 광신호에 의해 표시되는 2차원 영상은 미리 정의된 파장만을 눈의 중심에 맞추는 비대칭 반사를 하여 형성하고 정해진 반사각 만큼의 크기로 확대하여 눈으로 시청할 수 있도록 수렴한 영상이다.

이상의 설명은 실시예에 불과할 뿐이며 이에 의하여 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 기술 사상은 후술하는 특허청구범위에 기재된 발명에 의해서만 특정되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 따라서 전술한 실시예가 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 자명하다.

Claims

안경 프레임과 상기 안경 프레임에 결합되는 한 쌍의 렌즈를 갖는 스마트 글라스를 위한 근안 디스플레이용 광학 시스템에 있어서,
상기 안경 프레임의 다리에 결합되어 있고, 2차원 영상을 표시하기 위한 광신호를 상기 렌즈의 내면 방향으로 방출하는 광신호 방출부;
상기 렌즈에 결합되어 있으며, 상기 광신호 방출부로부터 방출되는 광신호에 대해서, 상기 스마트 글라스의 착용자의 눈 방향으로 미리 정의된 파장만을 선택적으로 반사하는 영상 표시부를 포함하고,
상기 광신호 방출부는,
레이저 광원으로부터 방출되는 적색, 녹색, 청색 각각의 점영상 색조 광신호를 혼합기로 혼합하여 만든 점영상 색조혼합 광신호를 방출하는 점영상 방출부;
상기 점영상 방출부에서 방출되는 상기 점영상 색조혼합 광신호를 스캔하는 점영상 스캔부; 및
상기 점영상 스캔부에 의해 스캔되어 방출되어 상기 영상 표시부로 입사되는 상기 상기 점영상 색조혼합 광신호를 처리하기 위한 광신호 처리부를 포함하고,
상기 광신호 처리부는, 상기 렌즈의 내면 형상에 기초하여, 상기 점영상 색조혼합 광신호를 처리하는 것을 특징으로 하는 근안 디스플레이용 광학 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광신호 처리부는, 상기 점영상 스캔부에 의해 스캔되어 방출되는 상기 점영상 색조혼합 광신호에 의하여 표시되는 2차원 영상이 상기 렌즈의 내면 형상에 대응하도록, 상기 상기 점영상 색조혼합 광신호를 처리하는 것을 특징으로 하는 근안 디스플레이용 광학 시스템.
제2항에 있어서,
상기 렌즈는 비구면 곡면 형상을 가지며,
상기 영상 표시부는 상기 미리 정의된 파장만을 반사하도록 기록되어 있는 필름 형태의 홀로그램 광학 소자(Hologram Optical Element, HOE)로서, 상기 렌즈의 내면 상에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 근안 디스플레이용 광학 시스템.
제3항에 있어서,
상기 광신호 처리부는, 상기 홀로그램 광학 소자가 결합되는 부분의 상기 렌즈의 내면 형상에 대응하도록, 상기 점영상 색조혼합 광신호를 처리하는 것을 특징으로 하는 근안 디스플레이용 광학 시스템.
제1항에 있어서,
상기 영상 표시부는 상기 렌즈의 외측으로부터 입사되는 외부광은 통과시키는 투과형 디스플레이인 것을 특징으로 하는 근안 디스플레이용 광학 시스템.