KR20230063421A - 확장된 시야창을 제공하는 디스플레이 장치 - Google Patents

확장된 시야창을 제공하는 디스플레이 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20230063421A
KR20230063421A KR1020210148479A KR20210148479A KR20230063421A KR 20230063421 A KR20230063421 A KR 20230063421A KR 1020210148479 A KR1020210148479 A KR 1020210148479A KR 20210148479 A KR20210148479 A KR 20210148479A KR 20230063421 A KR20230063421 A KR 20230063421A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
image
light
display device
optical element
holographic optical
Prior art date
Application number
KR1020210148479A
Other languages
English (en)
Inventor
서원택
양대호
김선일
신봉수
성기영
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 KR1020210148479A priority Critical patent/KR20230063421A/ko
Priority to US17/707,430 priority patent/US20230134565A1/en
Priority to EP22176840.1A priority patent/EP4174559A1/en
Priority to CN202210985711.3A priority patent/CN116068761A/zh
Priority to JP2022175650A priority patent/JP2023068660A/ja
Publication of KR20230063421A publication Critical patent/KR20230063421A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0093—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for monitoring data relating to the user, e.g. head-tracking, eye-tracking
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/32—Holograms used as optical elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0123—Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the field of view
    • G02B2027/0125—Field-of-view increase by wavefront division
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/014—Head-up displays characterised by optical features comprising information/image processing systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G02B2027/0174—Head mounted characterised by optical features holographic
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0187—Display position adjusting means not related to the information to be displayed slaved to motion of at least a part of the body of the user, e.g. head, eye

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)

Abstract

디스플레이 장치를 제공한다. 본 디스플레이 장치는, 광을 이용하여 영상을 생성하는 영상 생성기, 참조광으로서 하나의 영상이 입사되면 신호광으로서 하나의 영상에 대응하는 복수 개의 영상을 공간적으로 서로 다른 지점에 포커싱시키는 홀로그래픽 광학 소자 및 영상 생성기로부터 수신된 영상을 홀로그래픽 광학 소자에 소정 방향으로 입사시키는 영상 편향기를 포함한다.

Description

확장된 시야창을 제공하는 디스플레이 장치{Display apparatus providing expanded eye box}
본 개시는 확장된 시야창을 제공하는 디스플레이 장치에 대한 것이다.
헤드 마운트 디스플레이(Head mount display; HMD)는 안경처럼 눈앞에 착용하여 영상을 보는 디스플레이로서 현재 상용화 단계에 이르러 엔터테인먼트 산업에 널리 적용되고 있는 추세이다. 이와 더불어 의료, 교육, 산업 분야에서 응용이 가능한 형태로 발전하고 있다.
헤드 마운트 디스플레이는 가상 현실(Virtual reality, VR), 증강 현실(augmented reality; AR) 등 제공하는 다양한 어플리케이션(application)에 적용된다.
한편, 헤드 마운트 디스플레이에서, 사용자가 영상을 관찰할 수 있는 영역(시야창, Eye Box)을 넓힐 수 있는 방안이 지속적으로 모색되고 있다.
본 개시는 확장된 시야창을 제공하는 디스플레이 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 광을 이용하여 영상을 생성하는 영상 생성기; 참조광으로서 하나의 영상이 입사되면 신호광으로서 상기 하나의 영상에 대응하는 복수 개의 영상을 공간적으로 서로 다른 지점에 포커싱시키는 홀로그래픽 광학 소자; 및 상기 영상 생성기로부터 수신된 상기 영상을 상기 홀로그래픽 광학 소자에 소정 방향으로 입사시키는 영상 편향기;를 포함한다.
그리고, 상기 복수 개의 영상은, 동일 평면상에 포커싱될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 영상은, 동일한 초점면상에 포커싱될 수 있다.
그리고, 포커싱된 상기 복수 개의 영상간의 간격은, 사용자의 동공 크기이상일 수 있다.
또한, 포커싱된 상기 복수 개의 영상간의 간격은, 2mm~10mm 인 디스플레이 장치.
그리고, 상기 하나의 영상과 상기 복수 개의 영상은, 실질적으로 동일한 광 특성을 갖는다.
또한, 상기 하나의 영상이 상기 홀로그래픽 광학 소자에 제1 방향으로 입사되면, 상기 홀로그래픽 광학 소자는 상기 복수 개의 영상의 중심이 제1 위치가 되도록 상기 복수 개의 영상을 포커싱시키고, 상기 하나의 영상이 상기 홀로그래픽 광학 소자에 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 입사되면, 상기 홀로그래픽 광학 소자는 상기 복수 개의 영상의 중심이 제1 위치와 다른 제2 위치가 되도록 상기 복수 개의 영상을 포커싱시킬 수 있다.
그리고, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치는 동일 초점면상에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치간의 간격은, 사용자의 동공 크기 이상일 수 있다.
그리고, 상기 영상 생성기와 상기 영상 편향기 사이에 배치되며, 상기 영상 생성기에서 출력된 영상에 포함된 광 전체를 상기 영상 편향기에 입사키는 광학계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 홀로그래픽 광학 소자는 상기 하나의 영상이 입사되고 상기 복수 개의 영상을 출력되는 제1 면; 및 상기 제1 면과 마주하면서 외부 환경에 대응하는 외부 광이 입사되는 제2 면;을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 영상 생성기 및 상기 영상 편향기는 일체화될 수 있다.
또한, 상기 소정 방향이 조절되도록 상기 영상 생성기, 상기 영상 편향기 및 상기 홀로그래픽 광학 소자 중 적어도 하나를 제어하는 프로세서;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 영상 생성기, 상기 영상 편향기 및 상기 홀로그래픽 광학 소자 중 적어도 하나는, 2축 구동하여 상기 소정 방향을 조절할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 상기 영상 생성기에 인가하는 영상 정보에 상기 2축 피봇 운동에 의한 영상의 형태 왜곡을 보상하는 왜곡 보상 알고리즘을 적용할 수 있다.
그리고, 상기 왜곡 보상 알고리즘은 상기 영상 정보에 포함된 픽셀의 위치 정보와 포커싱된 영상에 포함된 픽셀의 위치 정보를 매핑시키는 매핑 알고리즘의 역변환된 알고리즘일 수 있다.
또한, 사용자의 시선을 추적하는 아이 트래킹 센서;를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 아이 트래킹 센서로부터 수신된 결과에 기초하여 상기 영상 생성기, 상기 영상 편향기 및 상기 홀로그래픽 광학 소자 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 프로세서는, 상기 소정 방향이 시간에 따라 주기적으로 변하도록 상기 영상 생성기, 상기 영상 편향기 및 상기 홀로그래픽 광학 소자 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
또한, 상기 영상 생성기는, 각각이 광을 방출하는 복수 개의 광원; 및 상기 복수 개의 광원 중 어느 하나의 광원에서 방출된 광을 이용하여 상기 영상을 생성하는 공간 광 변조기;를 포함하고, 상기 소정 방향은, 상기 복수 개의 광원 중 광을 방출하는 광원에 의해 결정될 수 있다.
그리고, 상기 디스플레이 장치는, 헤드 마운트 디스플레이(head mount display)일 수 있다.
개시된 디스플레이 장치는 실제 외부 전경과 함께 입체감이 있는 다중 영상을 제공하기 때문에 더욱 현실감 있는 증강 현실 경험을 제공할 수 있다.
또한, 개시된 디스플레이 장치는 관찰 가능 영역이 확장된 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2a는 영상 편향기를 2축 구동하는 구조의 일 예를 보여주는 분해 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 영상 편향기를 2축 구동하는 구조의 일 예의 사시도이다.
도 3은 영상 편향기의 2축 구동에 따른 포커싱된 영상의 위치 변화를 도시한 도면이다
도 4는 다른 실시예에 따른 영상 편향기를 도시한 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 디스플레이를 장치를 도시한 도면이다.
도 6는 일 실시예에 따른 2축 구동이 가능한 홀로그래픽 광학 소자를 포함하는 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 자발광 영상 생성기를 포함하는 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 영상을 편향시킬 수 있는 자발광 영상 생성기를 포함하는 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 복수 개의 광원을 포함하는 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 10a 내지 도 10c는 일 실시예에 따른 영상의 형태 왜곡을 보상하는 알고리즘을 설명하는 참조도면이다
도 11 내지 도 13은 상술한 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 채용한 다양한 전자기기를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예에 따른 공간 광 변조기 및 이를 포함한 디스플레이 장치에 대해 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 하나 또는 복수의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 실시예에서 설명하는 특정 실행들은 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(10)의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(10)는 영상을 생성하는 영상 생성기(110), 영상 생성기(110)로부터 수신된 영상을 특정 방향으로 편향시키는 영상 편향기(120) 및 참조광으로서 하나의 영상이 입사되면 신호광으로서 하나의 영상에 대응하는 복수 개의 영상을 공간적으로 서로 다른 지점에 포커싱시키는 홀로그래픽 광학 소자(130)를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(10)는 영상 생성기(110)에 영상 신호를 제공하거나 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사되는 영상의 방향을 제어하는 프로세서(140) 및 영상 생성기(110)와 영상 편향기(120) 사이에 배치되면 영상 생성기(110)에서 출력된 영상에 포함된 광 전체를 영상 편향기(120)에 입사시키는 광학계(150)를 더 포함할 수 있다. 상기한 광학계(150)은 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.
영상 생성기(110)는 광원(112) 및 공간 광 변조기(114)를 포함할 수 있다.
광원(112)은 가간섭성 광을 방출하는 가간섭성 광원일 수 있다. 높은 가간섭성을 갖는 광을 제공하기 위하여, 예를 들어, 레이저 다이오드(laser diode; LD)를 광원(112)으로 사용할 수 있다. 또한, 광원(112)은 발광 다이오드(light emitting diode; LED)일 수도 있다. 발광 다이오드는 레이저보다는 공간 간섭성(spatial coherence)이 낮지만, 광이 어느 정도의 공간 간섭성만을 가지고 있다면 공간 광변조기(130)에 의해 충분히 회절 및 변조될 수 있다. 발광 다이오드 외에도 공간 간섭성을 갖는 광을 방출한다면 다른 어떤 광원이라도 사용이 가능하다.
광원(112)은 발산하는 광을 방출하는 점광원일 수 있다. LED 또는 LD와 같은 점광원이 직접 공간 광 변조기(114)에 광을 조사할 수 있으며, 설계의 편의상 점광원은 다른 곳에 배치되고 광섬유를 통해서 공간 광 변조기(114)에 광을 조사할 수도 있다. 광원(112)은 적색, 녹색, 및 청색광을 각각 제공하는 다수의 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
공간 광 변조기(114)는 프로세서(140로부터 제공되는 영상 정보에 따라 광을 이용하여 영상을 생성할 수 있다. 상기한 영상은 2차원 영상 또는 3차원 영상일 수 있다. 예를 들어, 영상 정보는 CGH(computer generated hologram) 신호일 수 있으며, 공간 광 변조기(114)는 CGH에 따라서 홀로그램 패턴을 형성할 수 있다. 광원(112)으로부터 방출되어 공간 광 변조기(114)에 입사하는 입사광이 공간 광 변조기(114)에서 형성된 홀로그램 패턴에 의해 회절된 결과, 입체감을 갖는 홀로그래픽 영상이 생성될 수 있다. 공간 광변조기(130)는 위상 변조만 수행할 수 있는 위상 변조기, 진폭 변조만 수행할 수 있는 진폭 변조기, 및 위상 변조와 진폭 변조를 모두 수행할 수 있는 복합 변조기 중 어느 것을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 공간 광 변조기(114)는, LCoS(liquid crystal on silicon), DMD(digital micromirror device), 또는 반도체 변조기일 수 있다.
영상 편향기(120)는 영상 생성기(110)에서 출력된 영상을 편향시켜 홀로그래픽 광학 소자(130)에 소정 방향으로 입사시킬 수 있다. 영상 편향기(120)는 입사된 영상을 투과시켜 편향시키는 투과형 편향기, 입사된 영상광을 반사시켜 편향시키는 반사형 편향기 등을 포함할 수 있다. 영상 편향기(120)에 대해서는 후술하기로 한다.
홀로그래픽 광학 소자(130)는 하나의 영상이 입사되면 상기한 하나의 영상에 대응한 복수 개의 영상을 공간적으로 서로 다른 지점에 포커싱시킬 수 있다.
홀로그래픽 광학 소자(130)는 참조광과 신호광을 이용하여 홀로그램 패턴이 사전에 형성되어 있을 수 있다. 신호광은 참조광에 의해 홀로그래픽 광학 소자(130)에 홀로그램 방식으로 기록되고, 참조광과 동일한 광 특성을 갖는 광에 의해 홀로그래픽 광학 소자(130)에서 출력될 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 초점 정보를 갖는 복수 개의 제1 신호광과 제1 광 특성을 갖는 제1 참조광이 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사되면 복수 개의 제1 신호광과 제1 참조광간의 간섭 패턴이 홀로그램 방식으로 홀로그래픽 광학 소자(130)에 기록될 수 있다. 홀로그램 방식은 투과 방식, 반사 방식 및 플로팅 방식 등이 있으며, 상기한 방식 중 임의의 방식이 적용될 수 있다. 이후 제1 참조광과 동일한 광 특성을 갖는 광이 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사되면 홀로그래픽 광학 소자(130)에 기록된 신호광 중 복수 개의 제1 신호광만이 출력된다.
한편, 신호광은 신호광이 기록될 때의 참조광과 동일한 광 특성을 갖는 광에만 반응하여 출력할 뿐 광 특성이 다른 광에는 반응하지 않는다. 따라서, 외부 환경에 대응하는 외부 광이 입사되면, 외부 광은 홀로그래픽 광학 소자(130)와 반응하지 않고, 홀로그래픽 광학 소자(130)를 투과할 수 있다.
그러면 사용자는 가상의 현실 또는 가상의 정보를 담고 있는 영상과 사용자가 실제 마주하고 있는 현실 세계의 배경 피사체(background subject)를 함께 볼 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 디스플레이 장치(10)는 증강 현실(augmented reality)(AR) 또는 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 구현하는데 적용될 수 있다. 이 경우, 본 실시예에 따른 디스플레이 장치(10)는 근안(near-eye) AR 디스플레이 장치일 수 있다.
일 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자(130)는 반사형일 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 광학 소자(130)는 영상 편향기(120)로부터의 영상이 입사되면서 복수 개의 영상이 출력되는 제1 면(S1) 및 제1 면(S1)과 마주하면서 외부 환경에 대응하는 외부 광이 입사되는 제2 면(S2)을 포함할 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 홀로그래픽 광학 소자(130)은 투과형일 수 있다.
홀로그래픽 광학 소자(130)는 물질의 두께 및 굴절률 등에 따라 파장 선택성 및 각도 선택성이 조절될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자(130)는 비휘발성(non-volatile) 물질일 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 광학 소자(130)는 포토 폴리머(photo-polymer) 및 무기 결정(inorganic crystal) 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자(130)의 두께는 약 1mm 내지 약 10mm일 수 있다. 예를 들어, 두께가 약 3mm인 포토 폴리머에는 약 0.1nm의 대역폭을 갖는 참조광으로 약 500개 정도의 신호광이 기록될 수 있고, 두께가 약 5mm인 포토 폴리머에는 약 0.05nm의 대역폭을 갖는 참조광으로 약 500개 정도의 신호광이 기록될 수 있다.
상기와 같이, 하나의 참조광에 의해 복수 개의 신호광이 기록된 홀로그래픽 광학 소자(130)에 참조광으로서 영상이 입사되면 홀로그래픽 광학 소자(130)로부터 신호광으로서 초점이 서로 다른 복수 개의 영상이 출력될 수 있다. 출력되는 복수 개의 영상은 입사되는 영상과 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 출력되는 복수 개의 영상의 광 특성은 입사되는 영상의 광 특성과 동일할 수 있다. 그리고, 출력되는 복수 개의 영상은 서로 다른 지점에 포커싱될 수 있다.
상기한 복수 개의 영상은 동일한 평면, 예를 들어, 동일한 초점면상에 포커싱될 수 있다. 포커싱되는 복수 개의 영상의 중심도 초점면상에 배치될 수 있다.
포커싱된 영상들(P1, P2, P3, P4)간의 간격(d)은 사용자의 동공 크기이상일 수 있다. 예를 들어, 포커싱된 영상들(P1, P2, P3, P4)간의 간격(d)은 약 1mm 내지 10mm일 수 있다. 포커싱된 영상들(P1, P2, P3, P4)간의 간격(d)이 동공 크기보다 작으면 복수 개의 포커싱된 영상(P1, P2, P3, P4)이 하나의 동공을 투과하여 사용자는 동일한 복수 개의 영상 동시에 관찰하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 포커싱된 영상들(P1, P2, P3, P4)의 간격(d)이 지나치게 크면, 영상 관찰 가능 영역 내에 영상이 존재하지 않는 블랙 영역이 커지는 문제가 있다. 따라서, 포커싱된 영상들(P1, P2, P3, P4)간의 간격(d)은 사용자의 동공 크기 이상 동공 크기의 3배 이하일 수 있다.
상기와 같이, 홀로그래픽 광학 소자(130)에 의해 하나의 영상이 입력되면 초점이 다른 복수 개의 영상이 출력되는 바, 사용자의 눈이 포커싱된 지점 중 어느 하나의 위치하게 되면 영상을 관찰할 수 있다. 포커싱된 영상(P1, P2, P3, P4)이 복수 개인 바, 영상을 관찰할 수 있는 지점도 복수 개가 되어 영상 관찰 가능 영역(eye box)이 확장될 수 있다.
또한, 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사되는 영상의 방향을 조절함으로써 포커싱되는 복수 개의 영상들의 중심도 조절할 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사되는 영상의 방향이 2축 방향으로 조절되면, 포커싱된 복수 개의 영상의 중심도 2축 방향으로 조절될 수 있다. 그리하여, 홀로그래픽 광학 소자(130)에 대한 영상의 방향을 조절함으로써 영상 관찰 가능 영역은 추가적으로 더 확장될 수 있다. 상기한 방향 조절은 영상 편향기(120)에 의해 조절될 수 있다.
영상 편향기(120)는 영상 생성기(110)에서 입사된 광을 홀로그래픽 광학 소자(130)에 반사시켜 영상을 편향시킬 수 있다. 영상 편향기(120)는 다양한 구동 구조에 의하여 2축 구동될 수 있다. 사용자의 눈, 예를 들어, 동공이 XY 평면 내에서 위치가 이동될 수 있으며, 영상 편향기(120)는 예를 들어, X 방향과 Y 방향으로 광의 진행 방향을 변화시키도록 구동될 수 있다.
도 2a는 영상 편향기(120)를 2축 구동하는 구조의 일 예를 보여주는 분해 사시도이며, 도 2b는 도 2a에 도시된 영상 편향기(120)를 2축 구동하는 구조의 일 예의 사시도이다. 도 2a와 도 2b를 참조하면, 영상 편향기(120)는 프레임(219)에 2축 구동될 수 있게 지지된다. 예를 들어, 영상 편향기(120)의 제1 모서리(211)는 지지부(215)에 의하여 피봇될 수 있게 지지된다. 지지부(215)는 예를 들어 프레임(219)과 영상 편향기(120)의 제1 모서리(211) 사이에 개재되는 구형체, 볼 조인트 구조 등에 의하여 구현될 수 있다. 탄력 지지부(216)는 영상 편향기(120)의 제2 모서리(212)를 탄력적으로 지지한다. 제2 모서리(212)는 제1 모서리(211)와 제1대각선(DL1) 방향으로 마주보는 모서리일 수 있다. 일 예로서, 탄력 지지부(215)는 영상 편향기(120)의 제2 모서리(212)와 프레임(219) 사이에 개재되는 압축 스프링에 의하여 구현될 수 있다.
탄력 지지부(216)는 예를 들어 Z방향으로 제2 모서리(212)를 탄력적으로 지지할 수 있다. 제1 및 제2 액추에이터(217, 218)는 각각 영상 편향기(120)의 제3 및 제4 모서리(213, 214)를 변위시킨다. 제3 및 제4 모서리(213, 214)는 제1대각선(DL1)과 교차하는 제2대각선(DL2) 방향의 모서리들이다. 제1 및 제2 액추에이터(217, 218)로서 보이스 코일 모터, 형상 기억 합금과 이를 가열하는 히터 등 다양한 구동 구조가 채용될 수 있다.
일 예로서, 제1 및 제2 액추에이터(217, 218)는 제3 및 제4 모서리(213, 214)를 Z 방향으로 변위시킬 수 있다. 물론, 제1 및 제2 액추에이터(217, 218)는 제3 및 제4 모서리(213, 214)를 영상 편향기(120)를 포함하는 평면에 직교하는 방향으로 변위시킬 수도 있다. 제3 및 제4 모서리(213, 214)의 변위를 같게 또는 다르게 함으로써, 동공의 위치에 따라서 영상 편향기(120)를 X축과 Y축에 대하여 2축 피봇시켜 입사되는 영상의 반사 정도를 조절하여 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사되는 방향을 조절할 수 있다.
도 3은 영상 편향기(120)의 2축 구동에 따른 포커싱된 영상(P1, P2, P3, P4)의 위치 변화를 도시한 도면이다. 영상 편향기(120)가 제1 방향으로 영상을 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사시키면 홀로그래픽 광학 소자(130)는 포커싱된 영상들(P1, P2, P3, P4)의 중심이 제1 위치가 되도록 초점이 서로 다른 영상을 출력할 수 있다. 그리고, 영상 편향기(120)가 제2 방향으로 영상을 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사시키면, 홀로그래픽 광학 소자(130)는 포커싱된 영상들(P1, P2, P3, P4)의 중심이 제2 위치가 되도록 초점이 서로 다른 영상을 출력할 수 있다.
포커싱된 영상(P1, P2, P3, P4)의 움직임 변화는 참조광과 신호광 간의 기록에 따른 홀로그램 패턴에 의해 결정될 수 있다. 포커싱된 영상들(P1, P2, P3, P4)은 동일한 평면, 예를 들어, 동일한 초점면상에서 움직일 수 있다. 포커싱된 영상들(P1, P2, P3, P4)의 위치 변화는 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사되는 영상의 진행 방향의 변화 정도에 비례할 수 있다. 포커싱된 영상(P1, P2, P3, P4)이 중복되어 동공에 통과하는 것을 방지하기 위해 포커싱된 영상(P1, P2, P3, P4)의 이동 거리 즉, 포커싱된 영상들(P1, P2, P3, P4)의 중심의 위치 변화는 사용자의 동공 크기의 이상일 수 있다. 예를 들어, 포커싱된 영상(P1, P2, P3, P4)의 이동 거리는 약 1mm 이상일 수 있다.
도 2a 내지 도 3에서 설명한 영상 편향기(120)는 반사형이나 이에 한정되지 않는다. 영상 편향기는 투과형일 수도 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 영상 편향기(120a)를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 영상 편향기(120a)는 서로 대향하면서 이격 배치되는 제1 및 제2 전극층(310, 320), 입사된 광을 제1 및 제2 전극층(310, 320)에 인가된 전압에 따라 편향시키는 편향층(330)을 포함할 수 있다. 또한, 광 편향기(100)는 제1 및 제2 전극층(310, 320) 각각을 지지하는 제1 및 제2 기판(340, 350)을 더 포함할 수 있다.
제1 전극층(310) 각각은 이격 배치되는 복수 개의 전극 소자(311)를 포함할 수 있다. 복수 개의 전극 소자(311)는 블레즈드 그레이팅(blazed grating) 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 전극 소자(311)는 서로 이격 배치되고, 스트라이프 형상일 수 있다. 복수 개의 전극 소자(311)은 제1 방향(예를 들어, x 방향)으로 일정한 피치로 배치될 수 있다. 피치가 좁게 형성됨에 따라, 영상 편향기(100a)의 광의 회절 각도 또는 편향 각도가 증가할 수 있다.
편향층(330)은 제1 전극층(310)과 제2 전극층(320) 사이에 배치될 수 있다. 편향층(330)은 입력된 전압에 의해 배향이 변하는 액정 분자(331)를 포함할 수 있다. 액정 분자(331)들은 장경 방향이 일방향, 예를 들어, x 방향과 나란하도록 초기 배열될 수 있다.
액정 분자(331)들은 포지티브(positive) 타입의 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 분자들일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제 1 전극층(310)과 제2 전극층(3200) 각각에 전압이 인가되면, 제1 전극층(310)과 제2 전극층(320) 사이의 편향층(330) 내에 전계(electric field, E-field)가 형성된다. 전계의 세기, 즉 인가된 전압들의 전압 차에 따라 액정 분자(331)들이 전계와 나란한 배향으로 회전될 수 있다. 이와 같은 현상을 이용하여 제1 기판(340)을 통해 입사된 광의 상 변조(phase modulation)를 야기시킬 수 있다. 제1 및 제2 전극층(310, 320) 사이에 형성된 전계에 따라 액정 분자(331)들의 장경의 배향들이 회전됨으로써 영상 편향기(120a)는 전기적 프리즘을 형성하여 광을 특정 방향으로 편향시킨다. 편향 요소로서 액정 분자(331)를 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 인가된 전기적 신호에 의해 광을 편향시킬 수 있는 요소이면 액정 분자(331) 이외의 다른 요소여도 무방하다.
앞서 기술한 영상 편향기(120)는 예시적인 것에 불과하고, 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사되는 영상의 방향을 조절할 수 있는 광학 소자이면 어느 것이라도 무방하다. 예를 들어, 영상 편향기(120)는 MEMS 스캐너(MEMS Scanner), 갈바노 미러(Galvano Mirror), 선형 공간 광변조기(Linear Spatial Light Modulator) 등도 적용될 수 있다.
홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사되는 영상의 방향은 사용자의 동공에 대한 추적 결과 또는 사용자 명령에 기초할 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 디스플레이를 장치(10a)를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 디스플레이 장치(10a)는 아이트래킹 센서(160)를 더 포함할 수 있다. 아이트래킹 센서(160)는 사용자의 시선, 즉 사용자의 동공의 움직임을 추적하여 동공의 위치 정보를 프로세서(140)로 전달할 수 있으며, 프로세서(140)는 동공의 위치 정보에 따라서 광이 동공으로 전달되도록 영상 편향기(120)를 제어할 수 있다.
또는, 디스플레이 장치(10a)는 사용자 인터페이스(170)를 더 구비할 수 있다. 사용자 인터페이스(170)로부터 입력되는 사용자의 입력 신호에 따라 제1 및 제2 액추에이터(217, 218)를 구동하여 광이 동공으로 전달되도록 영상 편향기(120)를 피봇 운동시킬 수 있다.
또는, 프로세서(140)는 시간에 따라 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사되는 영상의 방향을 시간에 따라 주기적으로 변하도록 영상 편향기(120)를 제어할 수도 있다.
홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사되는 영상의 방향을 조절하기 위해 영상 편향기(120)가 아닌 홀로그래픽 광학 소자(130)를 구동시킬 수도 있다.
도 6는 일 실시예에 따른 2축 구동이 가능한 홀로그래픽 광학 소자(130)를 포함하는 디스플레이 장치(10b)를 도시한 도면이다. 홀로그래픽 광학 소자(130)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 구동 구조에 의하여 2축 구동될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자(130)를 2축 구동함으로써, 포커싱되는 영상들의 위치를 변경할 수 있다.
또는, 영상 생성기(110)가 출력되는 영상의 방향을 조절할 수 있다. 도 7은 일 실시예에 따른 자발광 영상 생성기(110a)를 포함하는 디스플레이 장치(10c)를 도시한 도면이다. 자발광 영상 생성기(110a)는 광원(미도시)에서 방출되는 광량을 조절함으로써 영상을 생성할 수 있다. 예를 들어, 자발광 영상 생성기(110a)는 마이크로 단위의 광원을 포함하는 마이크로 디스플레이 장치(10)일 수 있다. 자발광 영상 생성기(110a)에서 방출되는 광의 발산 각은 5도 이하일 수 있다. 자발광 영상 생성기(110a)에서 방출되는 광의 직진성이 강한 경우, 광학계(150)는 필요하지 않을 수도 있다. 영상 편향기(120)를 2축 구동시켜 영상의 진행 방향을 조절할 수 있다.
또는 자발광 영상 생성기와 영상 편향기가 일체화될 수 있다. 도 8은 일 실시예에 따른 영상을 편향시킬 수 있는 자발광 영상 생성기(110b)를 포함하는 디스플레이 장치(10d)를 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(10d)는 광을 방출함으로써 영상을 출력하는 자발광 영상 생성기(110b) 및 자발광 영상 생성기(110b)로부터 입사된 영상에 반응하여 복수 개의 영상을 서로 다른 지점에 포커싱시키는 홀로그래픽 광학 소자(130)를 포함할 수 있다.
자발광 영상 생성기(110b)는 직직성이 강한 광, 예를 들어, 발산각이 5도 이하인 광을 이용하여 영상을 생성할 수 있다. 또한, 자발광 영상은 2축 구동하여 홀로그래픽 광학 소자(130)에서 입사되는 영상의 방향을 조절할 수 있다. 2축 구동이 가능한 자발광 영상 생성기(110)를 이용하여 디스플레이 장치(10)를 간소화할 수 있다. 한편, 자발광 영상 생성기(110) 대신 홀로그래픽 광학 소자(130)가 2축 구동을 할 수 있음도 물론이다.
도 9는 일 실시예에 따른 복수 개의 광원(112a)을 포함하는 디스플레이 장치(10e)를 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 각각이 광을 방출하는 복수 개의 광원(112a), 복수 개의 광원(112a) 중 어느 하나의 광원(112-1, 112-2, 112-3)에서 방출된 광을 이용하여 영상을 생성하는 공간 광 변조기(114) 및 공간 광 변조기(114)에서 생성된 영상이 입사되면 상기한 영상에 대응하는 복수 개의 영상을 서로 다른 지점에 포커싱시키는 홀로그래픽 광학 소자(130)를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(10e)는 복수 개의 광원(112a) 및 공간 광 변조기(114)를 제어하는 프로세서(140)를 더 포함할 수 있다.
프로세서(140)의 제어하에 복수 개의 광원(112a) 중 어느 하나 이상이 선택적으로 구동될 수 있다. 복수 개의 광원(112a)에서의 광 각각은 서로 다른 광 진행 경로를 갖도록 복수 개의 광원(112a)이 공간적으로 이격 배치될 수 있다. 다시 말하면, 각 광원(112-1, 112-2, 112-3)은 서로 다른 위치에서 영상을 생성할 수 있는 파장 대역을 광을 제공할 수 있다. 있다. 도 9에는 각 광원(112-1, 112-2, 112-3)이 하나인 것으로 도시되어 있으나 이에 한정되지 않는다. 광원(112-1, 112-2, 112-3) 각각은 다수의 레이저 또는 발광 다이오드들의 어레이를 포함할 수 있다.
공간 광 변조기(114)는 영상 정보에 따라 복수 개의 광원(112a) 중 어느 하나의 광원(112-1, 112-2, 112-3)에서 방출된 광을 변조할 수 있다. 프로세서(140)는 복수 개의 광원(112a) 중 하나 이상을 선택하여 구동할 때, 구동 광원에 동기하여 공간 광 변조기(114)에 인가되는 변조 신호를 제어한다. 공간 광 변조기(114)는 공간 광 변조기(114)에서 생성된 영상은 광원(112)별로 서로 다른 방향으로 진행하여 홀로그래픽 광학 소자(130)에 서로 다른 방향으로 입사될 수 있다.
홀로그래픽 광학 소자(130)는 참조광으로서 하나의 영상이 입사되면, 상기한 영상에 대응하는 복수 개의 영상을 서로 다른 지점에 포커싱시킨다. 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사되는 영상의 진행 방향에 따라 포커싱되는 복수 개의 영상의 중심도 달라질 수 있다.
프로세서(140)는 사용자의 시선에 대한 추적 결과에 기초하여 복수의 광원(112a) 중 사용자의 동공 위치에 초점을 형성하는 광원을 구동 광원으로 선택할 수 있다.
프로세서(140)는 구동 광원이 선택되면, 선택되지 않은 광원은 오프(OFF) 상태로 하고, 선택된 구동 광원만이 온(ON) 상태가 될 수 있게 하여, 구동 광원에서의 광을 사용하여 영상을 형성하도록 공간 광 변조기(114)를 제어할 수 있다.
복수 개의 광원(112a) 중 어느 하나의 광원을 선택함으로써 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사되는 영상의 방향을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 제1 광원(112-1)은 온 상태가 되고 나머지 광원(112-2, 112-3)은 오프 상태가 되면, 공간 광 변조기(114)는 제1 광원(112-1)에서 방출된 광을 기초로 영상을 생성하고, 생성된 영상은 제1 방향으로 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사된다. 홀로그래픽 광학 소자(130)는 상기 복수 개의 영상의 중심이 제1 위치가 되도록 상기 복수 개의 영상을 포커싱시킬 수 있다. 또한, 제2 광원(112-2)은 온 상태가 되고 나머지 광원(112-1, 112-3)은 오프 상태가 되면, 공간 광 변조기(114)는 제2 광원(112-2)에서 방출된 광을 기초로 영상을 생성하고, 생성된 영상은 제2 방향으로 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사된다. 홀로그래픽 광학 소자(130)는 상기 복수 개의 영상의 중심이 제2 위치가 되도록 상기 복수 개의 영상을 포커싱시킬 수 있다
한편, 영상 생성기(110), 영상 편향기(120) 및 홀로그래픽 광학 소자(130) 중 적어도 하나가 2축 피봇 운동에 의해 홀로그래픽 광학 소자(130)에 입사되는 영상의 진행 방향을 조절하는 반, 2축 피봇 운동에 의해 영상의 왜곡이 발생할 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 일 실시예에 따른 영상의 형태 왜곡을 보상하는 알고리즘을 설명하는 참조도면이다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 프로세서(140)는 원영상(또는 '영상 정보'라고도 칭할 수 있다)의 픽셀 위치 정보와 포커싱된 영상(P1, P2, P3, P4)의 대응하는 픽셀의 위치 정보를 일대일 매핑시키는 매핑 알고리즘을 획득할 수 있다. 상기한 매핑 알고리즘을 획득하기 위해 디스플레이 장치(10) 중 관측자의 눈이 배치되는 위치에 이미지 센서가 배치되어 포커싱된 영상(P1, P2, P3, P4)을 획득할 수 있다. 그리고, 프로세서(140)은 상기한 매핑 알고리즘을 역변환시킴으로써 왜곡 보상 알고리즘을 획득할 수 있다.
그리고, 도 10b에 도시된 바와 같이, 프로세서(140)는 영상 정보의 픽셀 정보에 기초하여 원 영상에 왜곡 보상 알고리즘을 적용하고, 왜곡 보상 알고리즘이 적용된 영상 정보를 공간 광 변조기(114)에 인가할 수 있고, 공간 광 변조기(114)는 왜곡 보상 알고리즘이 적용된 영상 정보를 기초로 광을 변조하여 영상을 생성할 수 있다.
도 10c에 도시된 바와 같이, 왜곡 보상 알고리즘이 적용된 영상은 영상 편향기(120) 및 홀로그래픽 광학 소자(130)를 통해 진행하면서 영상의 형태 왜곡이 보상되고, 형태 왜곡이 보상된 가상 영상이 관찰자의 눈으로 입사될 수 있다.
매핑 알고리즘은 포커싱된 영상(P1, P2, P3, P4)과 원 영상(또는 영상 정보)간의 픽셀 단위의 관계로 획득될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 매핑 알고리즘은 포커싱된 영상(P1, P2, P3, P4)의 일부 픽셀과 원영상 중 대응하는 일부 픽셀간의 관계로 획득되고, 왜곡 보상 알고리즘은 일부 픽셀의 위치 정보에 기초할 수 있다. 그리고, 프로세서(140)는 원영상(또는 영상 정보) 중 일부 픽셀에 왜곡 보상 알고리즘을 적용한 후 원영상 중 나머지 픽셀에는 선형 보간법을 적용하여 보상된 영상 정보를 획득할 수 있다.
도 11 내지 도 13은 상술한 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 채용한 다양한 전자기기를 도시한다. 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치는 웨어러블 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치는 헤드 장착형 디스플레이(HMD; head mounted display)에 적용될 수 있다. 또한, 디스플레이 장치는 안경형 디스플레이(glasses-type display), 고글형 디스플레이(goggle-type display) 등에 적용될 수 있다. 도 11 내지 도 13에 도시된 웨어러블 전자기기들은 스마트폰(smart phone)과 연동되어 동작될 수도 있다. 이러한 디스플레이 장치는 가상의 현실을 제공하거나 또는 가상의 영상과 외부의 실제 영상을 함께 제공할 수 있는 헤드 마운트형, 안경형 또는 고글형 가상 현실(VR) 디스플레이 장치, 증강 현실(AR) 디스플레이 장치, 또는 혼합 현실(MR) 디스플레이 장치일 수 있다.
또한, 디스플레이 장치는 스마트폰 내에 구비될 수 있고, 이러한 스마트폰 자체를 디스플레이 장치로 사용할 수도 있다. 다시 말해, 도 11내지 도 13과 같은 웨어러블 기기가 아닌 소형 전자기기(모바일 전자기기) 내에 디스플레이 장치를 적용할 수도 있다. 그 밖에도 디스플레이 장치의 적용 분야는 다양하게 변화될 수 있다. 예컨대, 디스플레이 장치는 가상 현실(VR), 증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용할 수 있을 뿐 아니라, 그 밖에 다른 분야에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 착용할 수 있는 소형 텔레비전이나 소형 모니터 등에도 적용할 수도 있다.
상술한 디스플레이 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 영상 생성기
112: 광원
114: 공간 광 변조기
120: 영상 편향기
130: 홀로그래픽 광학 소자
140: 프로세서
150: 광학계

Claims (20)

  1. 광을 이용하여 영상을 생성하는 영상 생성기;
    참조광으로서 하나의 영상이 입사되면 신호광으로서 상기 하나의 영상에 대응하는 복수 개의 영상을 공간적으로 서로 다른 지점에 포커싱시키는 홀로그래픽 광학 소자; 및
    상기 영상 생성기로부터 수신된 상기 영상을 상기 홀로그래픽 광학 소자에 소정 방향으로 입사시키는 영상 편향기;를 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 영상은,
    동일 평면상에 포커싱되는 디스플레이 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 영상은,
    동일한 초점면상에 포커싱되는 디스플레이 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    포커싱된 상기 복수 개의 영상간의 간격은,
    사용자의 동공 크기이상인 디스플레이 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    포커싱된 상기 복수 개의 영상간의 간격은,
    2mm~10mm 인 디스플레이 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 하나의 영상과 상기 복수 개의 영상은,
    실질적으로 동일한 광 특성을 갖는 디스플레이 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 하나의 영상이 상기 홀로그래픽 광학 소자에 제1 방향으로 입사되면, 상기 홀로그래픽 광학 소자는 상기 복수 개의 영상의 중심이 제1 위치가 되도록 상기 복수 개의 영상을 포커싱시키고,
    상기 하나의 영상이 상기 홀로그래픽 광학 소자에 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 입사되면, 상기 홀로그래픽 광학 소자는 상기 복수 개의 영상의 중심이 제1 위치와 다른 제2 위치가 되도록 상기 복수 개의 영상을 포커싱시키는 디스플레이 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 위치와 상기 제2 위치는 동일 초점면상에 위치하는 디스플레이 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 위치와 상기 제2 위치간의 간격은,
    사용자의 동공 크기 이상인 디스플레이 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 영상 생성기와 상기 영상 편향기 사이에 배치되며, 상기 영상 생성기에서 출력된 영상에 포함된 광 전체를 상기 영상 편향기에 입사시키는 광학계;를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 광학 소자는
    상기 하나의 영상이 입사되고 상기 복수 개의 영상을 출력되는 제1 면; 및
    상기 제1 면과 마주하면서 외부 환경에 대응하는 외부 광이 입사되는 제2 면;을 포함하는 디스플레이 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 영상 생성기 및 상기 영상 편향기는 일체화된 디스플레이 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 소정 방향이 조절되도록 상기 영상 생성기, 상기 영상 편향기 및 상기 홀로그래픽 광학 소자 중 적어도 하나를 제어하는 프로세서;를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 영상 생성기, 상기 영상 편향기 및 상기 홀로그래픽 광학 소자 중 적어도 하나는,
    2축 구동하여 상기 소정 방향을 조절하는 디스플레이 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 영상 생성기에 인가하는 영상 정보에 상기 2축 구동에 의한 영상의 형태 왜곡을 보상하는 왜곡 보상 알고리즘을 적용하는 디스플레이 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 왜곡 보상 알고리즘은
    상기 영상 정보에 포함된 픽셀의 위치 정보와 포커싱된 영상에 포함된 픽셀의 위치 정보를 매핑시키는 매핑 알고리즘의 역변환된 알고리즘인 디스플레이 장치.
  17. 제 13항에 있어서,
    사용자의 시선을 추적하는 아이 트래킹 센서;를 더 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 아이 트래킹 센서로부터 수신된 결과에 기초하여 상기 영상 생성기, 상기 영상 편향기 및 상기 홀로그래픽 광학 소자 중 적어도 하나를 제어하는 디스플레이 장치.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 소정 방향이 시간에 따라 주기적으로 변하도록 상기 영상 생성기, 상기 영상 편향기 및 상기 홀로그래픽 광학 소자 중 적어도 하나를 제어하는 디스플레이 장치.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 영상 생성기는,
    각각이 광을 방출하는 복수 개의 광원; 및
    상기 복수 개의 광원 중 어느 하나의 광원에서 방출된 광을 이용하여 상기 영상을 생성하는 공간 광 변조기;를 포함하고,
    상기 소정 방향은, 상기 복수 개의 광원 중 광을 방출하는 광원에 의해 결정되는 디스플레이 장치.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는,
    헤드 마운트 디스플레이(head mount display)인 디스플레이 장치.
KR1020210148479A 2021-11-02 2021-11-02 확장된 시야창을 제공하는 디스플레이 장치 KR20230063421A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210148479A KR20230063421A (ko) 2021-11-02 2021-11-02 확장된 시야창을 제공하는 디스플레이 장치
US17/707,430 US20230134565A1 (en) 2021-11-02 2022-03-29 Display apparatus providing expanded eye box
EP22176840.1A EP4174559A1 (en) 2021-11-02 2022-06-01 Display apparatus providing expanded eye box
CN202210985711.3A CN116068761A (zh) 2021-11-02 2022-08-17 显示装置和控制其的方法
JP2022175650A JP2023068660A (ja) 2021-11-02 2022-11-01 拡張された視野窓を提供するディスプレイ装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210148479A KR20230063421A (ko) 2021-11-02 2021-11-02 확장된 시야창을 제공하는 디스플레이 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230063421A true KR20230063421A (ko) 2023-05-09

Family

ID=81878149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210148479A KR20230063421A (ko) 2021-11-02 2021-11-02 확장된 시야창을 제공하는 디스플레이 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230134565A1 (ko)
EP (1) EP4174559A1 (ko)
JP (1) JP2023068660A (ko)
KR (1) KR20230063421A (ko)
CN (1) CN116068761A (ko)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150136601A (ko) * 2013-03-25 2015-12-07 에꼴 뽈리떼끄닉 뻬데랄 드 로잔느 (으뻬에프엘) 다수의 출사동을 가진 헤드 착용 디스플레이로부터 투영된 이미지를 디스플레이하기 위한 방법
US11454928B2 (en) * 2018-11-06 2022-09-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Holographic display apparatus and method for providing expanded viewing window

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023068660A (ja) 2023-05-17
CN116068761A (zh) 2023-05-05
US20230134565A1 (en) 2023-05-04
EP4174559A1 (en) 2023-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10545337B2 (en) See-through holographic display apparatus
US20220004007A1 (en) Optical Systems with Reflective Prism Input Couplers
US9134699B2 (en) Apparatus and method for displaying holographic image using collimated directional backlight unit
TWI413803B (zh) 具有光追蹤裝置的全像重建系統
US11947316B2 (en) Multi-image display apparatus providing holographic image
KR101946031B1 (ko) 시야창의 위치를 조정할 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 장치
US11874470B2 (en) Display apparatus having wide viewing window
US11852819B2 (en) Optical systems having multiple light paths for performing foveation
US20160018657A1 (en) Optics display system with dynamic zone plate capability
US20190271941A1 (en) Holographic display apparatus having steerable viewing window
TW202307521A (zh) 透過可傾斜反射器進行光瞳轉向之定向照明器和顯示裝置
US11442277B2 (en) Multi-image display apparatus
US20230341689A1 (en) Optical Systems with Multiple Light Engines for Foveation
KR20230063421A (ko) 확장된 시야창을 제공하는 디스플레이 장치
US11347057B2 (en) Image display device and method of displaying image using multiplex holographic optical element
US11852840B2 (en) Display device employing meta surface
US20240151964A1 (en) Actuated pupil steering for head-mounted display systems
RU2510061C2 (ru) Дисплей для адаптивного формирования трехмерных изображений
US20220236565A1 (en) Display apparatus including vision correction lens
EP4252063A2 (en) Systems and methods for optical alignment
KR20230065769A (ko) 확장된 시야창을 제공하는 디스플레이 장치