WO2018212479A1 - Imaging device - Google Patents

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WO2018212479A1
WO2018212479A1 PCT/KR2018/004829 KR2018004829W WO2018212479A1 WO 2018212479 A1 WO2018212479 A1 WO 2018212479A1 KR 2018004829 W KR2018004829 W KR 2018004829W WO 2018212479 A1 WO2018212479 A1 WO 2018212479A1
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WO
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light
optical element
retarder
liquid crystal
polarized state
Prior art date
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PCT/KR2018/004829
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Inventor
류재열
빅토르비치 무라베브니콜라이
예브게니에비치 피스쿠노브드미트리
바체슬라보비치 포포브미하일
니콜라이비치 안드레이푸틸린
알렉산드로비치 만코안드레이
빅토르비치 모로조브알렉산더
Original Assignee
삼성전자 주식회사
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Publication date
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    • 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
    • G02B27/01Head-up displays
    • 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
    • G02B27/28Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/30Polarising elements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30Image reproducers
    • H04N13/332Displays for viewing with the aid of special glasses or head-mounted displays [HMD]
    • H04N13/337Displays for viewing with the aid of special glasses or head-mounted displays [HMD] using polarisation multiplexing

Definitions

  • the present disclosure relates to the field of image technology, and more particularly, to an image device capable of generating high quality images.
  • High resolution imaging devices are increasingly used for various purposes, especially for VR applications.
  • the development and enhancement of VR devices has opened up new possibilities for users in various fields.
  • a user wearing a VR helmet or VR glasses can quickly and easily immerse themselves in the desired VR environment, for example, to simulate different situations while actually sitting at home.
  • the use of such a VR environment in the video game industry is well known, but it can be applied very well to all other industries.
  • VR devices are generally used as follows.
  • the VR device is mounted on the head so that the wearer's hand can move freely and easily, to hold the required object, eg a gun, in a battlefield or combat situation.
  • the mobility of the wearer is also affected by the weight and size of the VR device itself.
  • Various attempts have been made to solve this problem, but some of them have been to replace the conventional optical mirrors with liquid crystal films, thin film polarizers, etc., and to reduce the number of optical elements to thin the optical elements included in the VR devices. The smaller the number of elements, the smaller the optical path in the overall system, which must be done with care, as this can lead to degradation of image quality.
  • US Pat. No. 5853240 discloses a small, lightweight liquid crystal projector combined with a head mounted device (HMD) for projecting an image from a HMD or a 3D image onto a common screen.
  • the HMD has an optical device in the casing for enlarging an image of the liquid crystal panel illuminated by the backlight.
  • the optical device includes a half mirror coated refractive element and a cholesteric liquid crystal element that acts as a translucent mirror that selects circular-polarized-light.
  • This prior art solution still uses a translucent mirror (ie half-mirror), which does not significantly reduce the overall size and weight of the overall system.
  • U. S. Patent No. 6094242 discloses an optical HMD device comprising a refractor comprising a half mirror coated refractive element and a translucent mirror that selects one-polarized light, arranged in order from the side on which light is incident.
  • the translucent mirror is composed of a quarter wave plate (phase difference plate), a half mirror and a polarizing plate or cholesteric liquid crystal arranged in order from the incidence side.
  • Thin-film high-magnification optics employs a semi-transparent mirror that reflects incident light first in a clockwise circularly polarized manner and selects circularly polarized light that transmits anti-clockwise circularly polarized light without reflection in 1.5 round trips. It is obtained by using.
  • this prior art solution cannot be used for light beams of both linear and circularly polarized light, thus reducing possible applications.
  • US Pat. No. 6,866,194 includes a cholesteric liquid crystal for displaying a planar image, a fiber plate for converting the displayed planar image into a spherical image, and an eyepiece optical system having first and second spherical translucent reflecting surfaces and projecting the spherical image.
  • a display device is disclosed.
  • this prior art solution does not offer the possibility of using light beams of linear and circularly polarized light simultaneously. Also, the resulting image is always spherical.
  • an imaging device capable of producing high quality images with low weight and small volume, and capable of operating simultaneously on light beams of two different polarization states. It is further desirable that such an image device is head mounted and applied to a VR application.
  • Embodiments of the present invention provide an imaging device having a low weight and a small volume.
  • An imaging apparatus a display for emitting light representing a predetermined image; A first polarizer disposed in front of the display and polarizing the light in a first linearly polarized state; A first retarder disposed in front of the first polarizing plate and configured to change the first linearly polarized state of the light to a first circularly polarized state: the first circularly polarized light incident after passing through the first retarder A first optical element for transmitting light in a state; A second retarder, disposed in front of the first optical element, for changing the first circularly polarized state of the light to a second linearly polarized state; And a second optical element for reflecting the light incident in the second linear polarization state to the first optical element through the second retarder to change the second linear polarization state of the light to a second circular polarization state; Wherein the first optical element is configured to reflect the light in the second circularly polarized state back to the second optical element through the second retarder, thereby converting the second circular
  • the second optical element may transmit the light in the first linearly polarized state to the eyes of a user.
  • the first optical element may include a cholesteric liquid crystal layer, and light in a first circularly polarized state may pass through the first optical element, or may be formed by the alignment of liquid crystal molecules of the cholesteric liquid crystal layer. The light in the two circularly polarized state may be changed to the first linearly polarized state.
  • the first optical element may include at least one of a lens and an optical film, and the cholesteric liquid crystal layer may be disposed on the surface of the lens or the optical film or may be embedded in the lens or the optical film. have.
  • the lens or optical film may also be formed of an optically transparent material selected from one of optical glass, optical crystals and polymers.
  • the second optical element may include a second polarizing plate.
  • the second polarizing plate may be a wire grid polarizing plate.
  • the wire grid polarizer may be formed of a parallel metal wire layer formed on the surface of the second optical element.
  • At least one of the first delayer and the second delayer may be a ⁇ / 4 delayer.
  • the first retarder may include a switchable ⁇ / 4 retarder composed of a liquid crystal layer sandwiched between two electrical contact layers, and the image device may operate in different modes, a first mode and a second mode. have.
  • the transparent display is turned on and emits the light, and the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer in the switchable [lambda] / 4 retarder emit the first circularly polarized light in the first circular state.
  • the transparent display is turned off, and the liquid crystal molecules in the switchable [lambda] / 4 retarder allow the user's eye without reflection of ambient light passing through the transparent display. Can be oriented to be delivered to.
  • the imaging device may switch to the first mode in response to a predetermined voltage applied between the electrical contact layers, and to switch to the second mode when no voltage is applied between the electrical contact layers. Can be.
  • the image device may switch to the first mode and the second mode at a switching frequency of 120 Hz or more.
  • the display may include at least one of a liquid crystal display (LCD), a display based on a light emitting diode (LED), a display based on an organic LED (OLED), and a display based on a laser diode.
  • LCD liquid crystal display
  • LED light emitting diode
  • OLED organic LED
  • the first polarizer may be a thin film polarizer.
  • the imaging device may be integrated into at least one of a virtual device, an augmented reality device, and an optical system.
  • an image device includes a display for emitting light representing a predetermined image; A first polarizer disposed in front of the display and polarizing the light in a first linearly polarized state; And a first optical element transmitting the light incident in the first linearly polarized state.
  • a retarder disposed in front of said first optical element, said retarder for changing said light in said first linearly polarized state to a first circularly polarized state: and said first light in said first circularly polarized state through said retarder;
  • a second optical element reflecting an optical element to change the first circularly polarized state of the light to a second linearly polarized state, wherein the first optical element comprises light of the second linearly polarized state through the retarder;
  • the second linear polarization state of the light is changed to a second circular polarization state by reflecting back to the second optical element.
  • the second optical element may transmit light of the second circularly polarized state to the eyes of a user.
  • the first optical element may include a wire grid polarizer.
  • the second optical element may include a cholesteric liquid crystal layer, and the light of the first circularly polarized state may be changed to a second linearly polarized state by the alignment of liquid crystal molecules of the cholesteric liquid crystal layer.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an image device, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an optical device and another optical device included in the image device of FIG. 1.
  • FIG. 3 and 4 illustrate a switching element for the image device of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an image device, according to another exemplary embodiment.
  • cholesteric liquid crystal is used in a general sense and refers to a liquid crystal having a helical structure and chiral. Cholesteric liquid crystals are also known as chiral nematic liquid crystals. These crystals are organized into layers without alignment in the layer. Due to the periodic structure (ie helical molecular orientation), cholesteric liquid crystals selectively reflect light components at a given wavelength. What is essential to the present disclosure is that cholesteric liquid crystals can be used that transmit the light beam of the first circularly polarized light to the maximum and reflect the light beam of the second circularly polarized light to the maximum.
  • polarizing plate is used in a general sense and refers to an optical filter capable of passing a light beam in one polarization state and blocking a light beam in another polarization state.
  • Polarizers are generally classified into linear polarizers and circular polarizers.
  • the wire grid polarizer described herein is one of the simplest linear polarizers and may consist of several fine parallel metallic wires arranged in a particular plane. In this configuration of the wire grid polarizer, light is transmitted to be linearly polarized.
  • retarder As used herein, the term “retarder” (or “wavelength plate”) is used in its general sense and refers to an optical device capable of altering the polarization state of the light passing through the retarder.
  • One type of retarder used in denotes a ⁇ / 4 retarder, wherein the ⁇ / 4 retarder is configured to convert linearly polarized light into circularly polarized light and vice versa.
  • the imaging apparatus 100 includes a display 102, a first polarizer 104, a first retarder 106, a first optical element 108, a second retarder 110, and And a second optical element 112.
  • the apparatus 100 is described in more detail below.
  • the display 102 emits light representing a given image.
  • Display 102 may be used in commercial electronic devices such as, for example, liquid crystal displays (LCDs), displays based on light emitting diodes (LEDs), displays based on organic LEDs (OLEDs), displays based on laser diodes, and the like. It may be any one of the available displays. As will be apparent to those skilled in the art, the selection of each display type depends on the particular application.
  • the first polarizer 104 is disposed in front of the display 102 and polarizes the light from the display 102 to a first linear polarization state, ie p-polarized (short p-state).
  • the first linear polarization state is schematically illustrated in FIG. 1 with both arrows inclined to the left.
  • the first polarizer 104 may be a thin film polarizer to reduce the volume of the overall image device 100.
  • the type of thin film polarizer is well known in the art and thus will not be described herein.
  • the first retarder 106 is disposed in front of the first polarizer 104 and changes the p-state of light to the first circularly polarized state.
  • the first circularly polarized state is a right circularly polarized (RHCP) state (ie, clockwise polarized state) and is schematically illustrated in FIG. 1.
  • RHCP right circularly polarized
  • the first delay 106 is a ⁇ / 4 delay, which is well known in the art.
  • the optical element 108 is disposed in front of the first retarder 106 and the cholesteric liquid crystal layer 114 is embedded therein.
  • the liquid crystal molecules of the cholesteric liquid crystal layer 114 are oriented such that the RHCP-state light incident on the cholesteric liquid crystal layer 114 is transmitted after passing through the first retarder 106.
  • the cholesteric liquid crystal layer 114 may be deposited on one surface of the first optical element 108, as shown in FIG. 2.
  • Another embodiment of the first optical element 108 is shown in FIG. 2 as a lens or film design.
  • each of the first optical element 108 and the second optical element 112 is a convex lens, a concave lens, a concave-convex lens, a convex-concave lens, a two-sided convex lens, a two-sided concave lens, a planar-, depending on the application.
  • the above-mentioned lens or film may be made of an optically transparent material including optical glass, optical crystals and polymers.
  • the second retarder 110 is disposed in front of the first optical element 108 and changes the RHCP-state of light to a second linearly polarized state, ie s-polarized (short s-state).
  • the second linear polarization state is schematically illustrated in FIG. 1 with both arrows inclined to the right.
  • the second delayer 112 may be a ⁇ / 4 delay similar to the first delayer 106.
  • the second optical element 112 may be disposed in front of the second retarder 110, and the wire grid polarizer 116 may be disposed on the second optical element 112 (in another embodiment, the wire grid polarizer ( 116 may be impregnated into the second optical element 112 similarly to the cholesteric liquid crystal layer 114).
  • the wire grid polarizer 116 reflects the light incident in the s-state to the first optical element 108 (that is, the cholesteric liquid crystal layer 114) through the second retarder 110, thereby s- Change the state to the second circularly polarized state.
  • the second circularly polarized state is schematically shown at 1 as the left circularly polarized light (LHCP) state (ie, counterclockwise polarization state).
  • LHCP left circularly polarized light
  • the liquid crystal molecules of the cholesteric liquid crystal layer 114 described above are such that the light in the LHCP state is reflected back to the second optical element 112 through the second retarder 110 to change the LHCP state to the p-state. Can be oriented.
  • the wire grid polarizer 116 allows p-state light to be delivered to the user's eyes.
  • the LHCP-state may occur after light passes through the first retarder 106 and the RHCP-state may occur after light passes through the second retarder 110. That is, the first and second delayers 106 and 110 may be used interchangeably.
  • the first polarizer 104 can polarize light from the display 102 to the s-state (instead of the p-state).
  • the second retarder 110 may change the circularly polarized light (ie, the RHCP- or LHCP-state) of the light incident thereon to the p-state (instead of the s-state as shown in FIG. 1). .
  • cholesteric liquid crystal layer 114 and the wire grid polarizer 116 are well known in the art.
  • a process of forming a cholesteric liquid crystal layer a process of filling a liquid crystal in a precursor exposed on one or both sides by using a vacuum method or a capillary effect may be used, and nanoimprint lithography to form a wire grid polarizer Process of laser interference lithography or soft lithography may be used.
  • the display 102 is implemented as a transparent display (not shown) and the first retarder 106 is between two electrical contact layers 304 (deposited on the substrate 306 in turn). It can be implemented as a switchable ⁇ / 4 retarder 310 composed of a liquid crystal layer 302 sandwiched therein.
  • the device 100 can operate in a first mode and a second mode.
  • the transparent display is turned on to emit light, and the liquid crystal molecules in the switchable ⁇ / 4 retarder 310 change the linearly polarized state (ie, p-state or s-state) to the circularly polarized state ( Ie, LHCP- or RHCP- state.
  • the transparent display is turned off and the liquid crystal molecules in the switchable [lambda] / 4 retarder 310 are oriented to deliver ambient light passing through the transparent display to the user's eye without reflection.
  • the electrical contact layer 304 may be made of ITO.
  • the device 100 switches to the second mode when there is no voltage applied between the electrical contact layer 304 (FIG. 3), and the predetermined voltage Vq applied between the electrical contact layer 304 (FIG. 4). And in response to switching to the first mode.
  • the apparatus 100 may be configured to switch to the first mode and the second mode at a switching frequency of 120 Hz or more. This switching arrangement makes it possible to alternately view an ambient scene and the image displayed on the display 102 at the switching frequency described above.
  • the device 400 of FIG. 5 has a different number and arrangement of components compared to the device 100 of FIG. 1.
  • the device 400 includes a display 402, a first polarizer 404, a first optical element 406, a retarder 408, and a second optical element 410.
  • Display 402 emits light representing a given image.
  • the first polarizer 404 is disposed in front of the display 402 and polarizes the light in a first linear polarization state (ie, p-state).
  • the first optical element 406 includes a second polarizer 412 formed on the first optical element 406.
  • the second polarizer 412 may be a wire grid polarizer configured to transmit incident light in a p-state.
  • the retarder 408 is disposed in front of the first optical element 406 and changes the p-state of light to the first circularly polarized state (ie, the RHCP-state).
  • the second optical element 410 includes a cholesteric liquid crystal layer 414 embedded therein (if necessary, the cholesteric liquid crystal layer 414 is one of the surfaces of the second optical element 410). May be deposited).
  • the liquid crystal molecules of the cholesteric liquid crystal layer are oriented so that the light of the RHCP state incident on the cholesteric liquid crystal layer 414 is reflected toward the first optical element 406 through the retarder 408, and thus the light of RHCP Change the state to a second linearly polarized state (ie s-state).
  • the wire grid polarizer 412 also reflects the s-state of light back through the retarder 408 to the second optical element 410 to reflect the s-state of the light to the second circularly polarized state (ie, the LHCP-state).
  • the orientation of the molecules of the cholesteric liquid crystal causes the LHCP-state light to be delivered to the user's eye.
  • the present disclosure may be applied when a user needs to be immersed in virtual reality in order to perform various tasks such as 3D modeling, games, navigation, and design. It can also be applied to a variety of different head-mounted devices, such as glasses or helmets, which are currently widely used in the gaming device and education industry.
  • the present disclosure can also be used in various optical systems such as projectors, collimators, telescopes, binoculars, range finders, 3D scanners and the like.

Abstract

An imaging device is provided. The imaging device comprises: a display for emitting light which represents a predetermined image; a first polarization plate which is arranged in front of the display and polarizes the light in a first linear polarizing state; a first retarder which is arranged in front of the first polarization plate and changes the first linear polarizing state of the light to a first circular polarizing state; a first optical element which includes a cholesteric liquid crystal layer and transmits the light, which is incident after passing through the first retarder, in the first circular polarizing state; a second retarder which is arranged in front of the first optical element and changes the first circular polarizing state of the light to a second linear polarizing state; and a second optical element which includes a second polarization plate and changes the second linear polarizing state of the light to a second circular polarizing state by reflecting the light to the first optical element, which is incident in the second linear polarizing state, through the second retarder.

Description

이미지 장치Imaging device
본 개시는 이미지 기술 분야에 관한 것으로, 특히 고화질의 영상을 생성할 수 있는 이미지 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to the field of image technology, and more particularly, to an image device capable of generating high quality images.
고해상도 이미지 장치는 다양한 목적, 특히 VR 어플리케이션을 위해, 점점 더 자주 사용되고 있다. VR 장치의 개발 및 향상은 다양한 분야에서 사용자에게 새로운 가능성을 열어 줬다. 예를 들어, VR 헬멧이나 VR 안경을 쓰고 있는 사용자는, 원하는 VR 환경에 쉽고 빠르게 몰입하여, 예를 들어, 실제로 집에 앉아있는 동안에도, 여러 상황을 시뮬레이션 할 수 있다. 비디오 게임 산업에서 이러한 VR 환경을 사용하는 것은 잘 알려진 사실이지만, 이러한 환경은 다른 모든 산업 분야에 매우 잘 적용될 수 있다. High resolution imaging devices are increasingly used for various purposes, especially for VR applications. The development and enhancement of VR devices has opened up new possibilities for users in various fields. For example, a user wearing a VR helmet or VR glasses can quickly and easily immerse themselves in the desired VR environment, for example, to simulate different situations while actually sitting at home. The use of such a VR environment in the video game industry is well known, but it can be applied very well to all other industries.
특히 VR 장치는 일반적으로 다음과 같이 사용된다.In particular, VR devices are generally used as follows.
-전장, 전투 상황 또는 의료 훈련을 위한 군대에서-In the army for battlefield, combat situations or medical training
-전자 학습 목적을 위한 교육 산업에서 -In the education industry for e-learning purposes
- 가상 현실 진단 및 가상 로봇 수술을 위한 의료 분야에서-In the medical field for virtual reality diagnosis and virtual robot surgery
- 가상 여행, 교육 목적을 위한 비즈니스 커뮤니티에서-In the business community for virtual travel, educational purposes
- 영상 회의 및 원격 진료를 위한 통신 분야에서 -In the field of communications for video conferencing and telemedicine
위에 열거된 적용예에 대해 바람직하거나 필수적인 것은 VR 장치가 머리에 장착되어, 착용자의 손이 자유롭고 쉽게 움직여서, 필요한 대상물, 예를 들어, 전장 또는 전투 상황에서 총, 을 잡을 수 있다. 또한 착용자의 이동성은 VR 장치 자체의 무게와 크기의 영향을 받다. 이러한 과제를 해결하기 위해 다양한 시도들이 있었지만, 그 중 일부는 종래의 광학 미러를 액정막, 박막 편광판 등으로 대체하고 광학 소자의 수를 줄임으로써 VR 소자에 포함된 광학 소자를 얇게 하는 것이었다그러나, 광학 요소의 수가 적어질수록, 전체 시스템에서 광학 경로가 더 작아지기 때문에 이미지 품질의 저하를 초래할 수 있음으로 신중하게 이루어져야 한다. Preferred or essential for the applications listed above is that the VR device is mounted on the head so that the wearer's hand can move freely and easily, to hold the required object, eg a gun, in a battlefield or combat situation. The mobility of the wearer is also affected by the weight and size of the VR device itself. Various attempts have been made to solve this problem, but some of them have been to replace the conventional optical mirrors with liquid crystal films, thin film polarizers, etc., and to reduce the number of optical elements to thin the optical elements included in the VR devices. The smaller the number of elements, the smaller the optical path in the overall system, which must be done with care, as this can lead to degradation of image quality.
미국 특허 제 5853240 호는 HMD로부터의 이미지 또는 3D 이미지를 공통 스크린상에 투사하기 위한 헤드 장착형 장치(HMD)와 결합된 작고 가벼운 액정 프로젝터를 개시한다. HMD는, 케이싱 내에, 백라이트에 의해 조명된 액정 패널의 이미지를 확대하기 위한 광학 장치를 갖는다. 광학 장치는 하프 미러가 코팅된 굴절 소자 및 원형-편광-광을 선택하는 반투명 거울로 작용하는 콜레스테릭 액정 소자(cholesteric liquid crystal element)를 포함한다. 이 종래 기술의 해결책은 여전히 반투명 거울(즉, 하프-미러)을 사용하여, 전체 시스템의 전체 크기 및 중량을 크게 감소시키지 않는다.US Pat. No. 5853240 discloses a small, lightweight liquid crystal projector combined with a head mounted device (HMD) for projecting an image from a HMD or a 3D image onto a common screen. The HMD has an optical device in the casing for enlarging an image of the liquid crystal panel illuminated by the backlight. The optical device includes a half mirror coated refractive element and a cholesteric liquid crystal element that acts as a translucent mirror that selects circular-polarized-light. This prior art solution still uses a translucent mirror (ie half-mirror), which does not significantly reduce the overall size and weight of the overall system.
미국 특허 제 6094242 호는 광이 입사되는 측으로부터 순서대로 배치된, 하프 미러가 코팅된 굴절 소자 및 원-편광-광을 선택하는 반투명 거울로 구성된 굴절기를 포함하는 광학 HMD 장치를 개시한다. 반투명 미러는 입사 측으로부터 순서대로 배치된 1/4 파장판(위상차 판), 하프 미러 및 편광판 또는 콜레스테릭 액정으로 구성된다. 박막형 고배율 광학계는, 입사광을 우선 시계 방향의 원형 편광 방식으로 반사하고 1.5 왕복(1.5 round trips)으로 반시계 방향의 원-편광된 광을 반사없이 투과시키는 원-편광된 광을 선택하는 반투명 거울을 사용함으로써 얻어진다. 그러나, 이러한 선행 기술의 해결책은 선형 및 원형 편광 모두의 광빔에 사용될 수 없으므로, 가능한 응용 분야를 감소시킨다.U. S. Patent No. 6094242 discloses an optical HMD device comprising a refractor comprising a half mirror coated refractive element and a translucent mirror that selects one-polarized light, arranged in order from the side on which light is incident. The translucent mirror is composed of a quarter wave plate (phase difference plate), a half mirror and a polarizing plate or cholesteric liquid crystal arranged in order from the incidence side. Thin-film high-magnification optics employs a semi-transparent mirror that reflects incident light first in a clockwise circularly polarized manner and selects circularly polarized light that transmits anti-clockwise circularly polarized light without reflection in 1.5 round trips. It is obtained by using. However, this prior art solution cannot be used for light beams of both linear and circularly polarized light, thus reducing possible applications.
미국 특허 제 6866194 호는 평면 영상을 표시하기 위한 콜레스테릭 액정, 표시되는 평면 영상을 구면 영상으로 변환하는 파이버 플레이트, 제1 및 제2 구면 반투명 반사면을 가지며 구면 영상을 투영하는 접안 광학계를 포함하는 디스플레이 장치를 개시한다. 그러나, 이 종래 기술의 해결책은 선형 및 원형 편광의 광빔을 동시에 사용할 가능성을 제공하지 못한다. 또한 결과 이미지는 항상 구형이다. US Pat. No. 6,866,194 includes a cholesteric liquid crystal for displaying a planar image, a fiber plate for converting the displayed planar image into a spherical image, and an eyepiece optical system having first and second spherical translucent reflecting surfaces and projecting the spherical image. A display device is disclosed. However, this prior art solution does not offer the possibility of using light beams of linear and circularly polarized light simultaneously. Also, the resulting image is always spherical.
따라서, 낮은 중량 및 작은 부피를 가지면서 고품질의 이미지를 생성할 수 있고, 2 개의 상이한 편광 상태의 광빔에 동시에 동작할 수 있는 이미지 장치가 필요하다. 이러한 이미지 장치가 헤드 장착형으로서, VR 애플리케이션에 적용하는 것이 더욱 바람직하다.Therefore, there is a need for an imaging device capable of producing high quality images with low weight and small volume, and capable of operating simultaneously on light beams of two different polarization states. It is further desirable that such an image device is head mounted and applied to a VR application.
본 발명의 실시예는 낮은 중량 및 작은 부피를 갖는 이미지 장치를 제공한다.Embodiments of the present invention provide an imaging device having a low weight and a small volume.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 장치는, 소정의 이미지를 나타내는 광을 방출하는 디스플레이; 상기 디스플레이의 전방에 배치되고, 상기 광을 제1 선형 편광 상태로 편광하는 제1 편광판; 상기 제1 편광판의 전방에 배치되고, 상기 광의 상기 제1 선형 편광 상태를 제1 원형 편광 상태로 변경시키는 제1 지연자(retarder): 상기 제1 지연자를 통과한 후 입사된 상기 제1 원형 편광 상태의 광을 투과시키는 제1 광학 소자; 상기 제1 광학 소자의 전방에 배치되며, 상기 광의 상기 제1 원형 편광 상태를 제2 선형 편광 상태로 변경시키는 제2 지연자; 및 상기 제2 선형 편광 상태로 입사된 상기 광을 상기 제2 지연자를 통해 상기 제1 광학 소자로 반사시켜, 상기 광의 상기 제2 선형 편광 상태를 제2 원형 편광 상태로 변경시키는 제2 광학 소자;를 포함하고, 상기 제1 광학 소자는, 상기 제2 원형 편광 상태의 상기 광이 상기 제2 지연자를 통해 상기 제2 광학 소자로 다시 반사되어, 상기 제2 원형 편광 상태를 상기 제1 선형 편광 상태로 변경시킨다. An imaging apparatus according to an embodiment of the present invention, a display for emitting light representing a predetermined image; A first polarizer disposed in front of the display and polarizing the light in a first linearly polarized state; A first retarder disposed in front of the first polarizing plate and configured to change the first linearly polarized state of the light to a first circularly polarized state: the first circularly polarized light incident after passing through the first retarder A first optical element for transmitting light in a state; A second retarder, disposed in front of the first optical element, for changing the first circularly polarized state of the light to a second linearly polarized state; And a second optical element for reflecting the light incident in the second linear polarization state to the first optical element through the second retarder to change the second linear polarization state of the light to a second circular polarization state; Wherein the first optical element is configured to reflect the light in the second circularly polarized state back to the second optical element through the second retarder, thereby converting the second circularly polarized state into the first linearly polarized state. To.
그리고, 상기 제2 광학 소자는, 상기 제1 선형 편광 상태의 상기 광을 사용자의 눈에 전달할 수 있다.The second optical element may transmit the light in the first linearly polarized state to the eyes of a user.
또한, 상기 제1 광학 소자는, 콜레스테릭 액정층을 포함하고, 상기 콜레스테릭 액정층의 액정 분자의 배향에 의해 제1 원형 편광 상태의 광이 상기 제1 광학 소자를 투과하거나, 상기 제2 원형 편광 상태의 상기 광이 상기 제1 선형 편광 상태로 변경될 수 있다.The first optical element may include a cholesteric liquid crystal layer, and light in a first circularly polarized state may pass through the first optical element, or may be formed by the alignment of liquid crystal molecules of the cholesteric liquid crystal layer. The light in the two circularly polarized state may be changed to the first linearly polarized state.
그리고, 상기 제1 광학 소자는 렌즈 및 광학 필름 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 콜레스테릭 액정층은 상기 렌즈 또는 광학 필름의 표면상에 배치되거나 또는 상기 렌즈 또는 광학 필름에 함침(embedded)될 수 있다.The first optical element may include at least one of a lens and an optical film, and the cholesteric liquid crystal layer may be disposed on the surface of the lens or the optical film or may be embedded in the lens or the optical film. have.
또한, 상기 렌즈 또는 광학 필름은, 광학 유리, 광학 결정 및 중합체 중 하나로부터 선택된 광학적으로 투명한 물질로 형성될 수 있다.The lens or optical film may also be formed of an optically transparent material selected from one of optical glass, optical crystals and polymers.
그리고, 상기 제2 광학 소자는, 제2 편광판을 포함할 수 있다.The second optical element may include a second polarizing plate.
또한, 상기 제2 편광판은, 와이어 그리드 편광판일 수 있다.In addition, the second polarizing plate may be a wire grid polarizing plate.
그리고, 상기 와이어 그리드 편광판은 상기 제2 광학 소자의 표면상에 형성된 평행 금속 와이어 층으로 이루어질 수 있다.The wire grid polarizer may be formed of a parallel metal wire layer formed on the surface of the second optical element.
또한, 상기 제1 지연자 및 상기 제2 지연자 중 적어도 하나는, λ/4 지연자일 수 있다.In addition, at least one of the first delayer and the second delayer may be a λ / 4 delayer.
그리고, 상기 제1 지연자는 2 개의 전기 컨택층들 사이에 샌드위치된 액정층으로 구성된 스위칭 가능한 λ/4 지연자를 포함하며, 상기 이미지 장치는 서로 다른 모드인 제1 모드와 제2 모드로 동작할 수 있다.The first retarder may include a switchable λ / 4 retarder composed of a liquid crystal layer sandwiched between two electrical contact layers, and the image device may operate in different modes, a first mode and a second mode. have.
또한, 상기 제1 모드에서, 상기 투명 디스플레이는 턴 온되고 상기 광을 방출하며, 상기 스위칭 가능한 λ/4 지연자 내의 상기 액정층의 액정 분자는 상기 제1 선형 편광 상태의 상기 광을 제1 원형 편광 상태로 변경시키기 위해 배향되고, 상기 제2 모드에서, 상기 투명 디스플레이는 턴 오프되고, 상기 스위칭 가능한 λ/4 지연자 내의 상기 액정 분자는 상기 투명 디스플레이를 통과한 주변 광이 반사없이 사용자의 눈에 전달되도록 배향될 수 있다.Further, in the first mode, the transparent display is turned on and emits the light, and the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer in the switchable [lambda] / 4 retarder emit the first circularly polarized light in the first circular state. Oriented to change to a polarization state, and in the second mode, the transparent display is turned off, and the liquid crystal molecules in the switchable [lambda] / 4 retarder allow the user's eye without reflection of ambient light passing through the transparent display. Can be oriented to be delivered to.
그리고, 상기 이미지 장치는, 상기 전기 컨택층들 사이에 인가된 소정의 전압에 응답하여 상기 제1 모드로 스위칭하고, 상기 전기 컨택층들 사이에 전압이 인가되지 않을 때 상기 제2 모드로 스위칭할 수 있다.The imaging device may switch to the first mode in response to a predetermined voltage applied between the electrical contact layers, and to switch to the second mode when no voltage is applied between the electrical contact layers. Can be.
또한, 상기 이미지 장치는, 120Hz 이상의 스위칭 주파수로 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드로 스위칭할 수 있다.In addition, the image device may switch to the first mode and the second mode at a switching frequency of 120 Hz or more.
그리고, 상기 디스플레이는, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED)에 기반한 디스플레이, 유기 LED(OLED)에 기반한 디스플레이 및 레이저 다이오드에 기반한 디스플레이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The display may include at least one of a liquid crystal display (LCD), a display based on a light emitting diode (LED), a display based on an organic LED (OLED), and a display based on a laser diode.
또한, 상기 제1 편광판은 박막 편광판일 수 있다.In addition, the first polarizer may be a thin film polarizer.
그리고, 상기 이미지 장치는 가상 장치, 증강 현실 장치 및 광학 시스템 중 적어도 하나에 통합될 수 있다.The imaging device may be integrated into at least one of a virtual device, an augmented reality device, and an optical system.
한편, 다른 실시예에 따른 이미지 장치는, 소정의 이미지를 나타내는 광을 방출하는 디스플레이; 상기 디스플레이의 전방에 배치되고, 상기 광을 제1 선형 편광 상태로 편광시키는 제1 편광판; 및 상기 제1 선형 편광 상태로 입사된 상기 광을 투과시키는 제1 광학 소자; 상기 제1 광학 소자의 전방에 배치되며, 상기 제1 선형 편광 상태의 상기 광을 제1 원형 편광 상태로 변경시키는 지연자: 및 상기 제1 원형 편광 상태의 상기 광을 상기 지연자를 통해 상기 제1 광학 소자로 반사시켜 상기 광의 상기 제1 원형 편광 상태를 제2 선형 편광 상태로 변경시키는 제2 광학 소자;를 포함하고, 상기 제1 광학 소자는 상기 제2 선형 편광 상태의 광을 상기 지연자를 통해 상기 제2 광학 소자에 다시 반사시킴으로써 상기 광의 제2 선형 편광 상태를 제2 원형 편광 상태로 변경한다. On the other hand, an image device according to another embodiment includes a display for emitting light representing a predetermined image; A first polarizer disposed in front of the display and polarizing the light in a first linearly polarized state; And a first optical element transmitting the light incident in the first linearly polarized state. A retarder disposed in front of said first optical element, said retarder for changing said light in said first linearly polarized state to a first circularly polarized state: and said first light in said first circularly polarized state through said retarder; A second optical element reflecting an optical element to change the first circularly polarized state of the light to a second linearly polarized state, wherein the first optical element comprises light of the second linearly polarized state through the retarder; The second linear polarization state of the light is changed to a second circular polarization state by reflecting back to the second optical element.
그리고, 상기 제2 광학 소자는, 상기 제2 원형 편광 상태의 광을 사용자의 눈에 전달할 수 있다.The second optical element may transmit light of the second circularly polarized state to the eyes of a user.
또한, 상기 제1 광학 소자는 와이어 그리드 편광판을 포함할 수 있다.In addition, the first optical element may include a wire grid polarizer.
그리고, 상기 제2 광학 소자는, 콜레스테릭 액정층을 포함하고, 상기 콜레스테릭 액정층의 액정 분자의 배향에 의해 상기 제1 원형 편광 상태의 상기 광이 제2 선형 편광 상태로 변경될 수 있다. The second optical element may include a cholesteric liquid crystal layer, and the light of the first circularly polarized state may be changed to a second linearly polarized state by the alignment of liquid crystal molecules of the cholesteric liquid crystal layer. have.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 이미지 장치를 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating an image device, according to an exemplary embodiment.
도 2는 도 1의 이미지 장치에 포함된 광학소자와 다른 광학 소자를 도시한 도면이다. FIG. 2 is a diagram illustrating an optical device and another optical device included in the image device of FIG. 1.
도 3 및 도 4는 도 1의 이미지 장치를 위한 스위칭 소자를 도시한 도면이다. 3 and 4 illustrate a switching element for the image device of FIG. 1.
도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 이미지 장치를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating an image device, according to another exemplary embodiment.
본 개시의 다양한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 설명된다. 그러나, 본 개시는 많은 다른 형태로 구현 될 수 있으며, 이하의 설명에 제시된 임의의 특정 구조 또는 기능에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 반대로, 이들 실시예는 본 개시의 설명을 상세하고 완전하게 하기 위해 제공된다. 본 개시의 설명에 따르면, 본 개시의 범위는, 본 실시예가 독립적으로 또는 다른 임의의 것과 함께 구현되는지 여부에 관계없이, 본 명세서에 개시된 본 개시의 임의의 실시예를 포함한다는 것이 자명 할 것이다. 예를 들어, 여기에 개시된 장치는 본 명세서에 제공된 임의의 수의 실시예를 사용함으로써 실제로 구현 될 수 있다. 또한, 본 개시의 임의의 실시예는 첨부된 청구 범위에 제시된 하나 이상의 요소를 사용하여 구현 될 수 있음을 이해해야 한다.Various embodiments of the present disclosure are described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present disclosure may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to any specific structure or function set forth in the description below. On the contrary, these examples are provided to provide a detailed and complete description of the disclosure. In accordance with the description of the present disclosure, it will be apparent that the scope of the present disclosure includes any embodiments of the present disclosure disclosed herein, whether the embodiments are implemented independently or in conjunction with any other. For example, the apparatus disclosed herein may be implemented in practice by using any number of embodiments provided herein. In addition, it should be understood that any embodiment of the present disclosure may be implemented using one or more elements set forth in the appended claims.
본 명세서에서 "예시적인"이라는 단어는 "예 또는 예시로서 사용된"의 의미로 사용된다. 본 명세서에서 "예시적인"것으로 설명된 임의의 실시예는 반드시 바람직한 것으로서 해석되거나 다른 실시예보다 이점을 갖는 것으로 해석되어서는 안 된다.The word "exemplary" is used herein to mean "used as an example or illustration." Any embodiment described herein as "exemplary" is not necessarily to be construed as preferred or to be construed as having an advantage over other embodiments.
본명세서에서 "콜레스테릭 액정"이라는 용어는 일반적인 의미로 사용되며 나선형 구조를 가지고 키랄성(chiral)인 액정을 지칭한다. 콜레스테릭 액정은 키랄 네마틱 액정(chiral nematic liquid crystals)으로도 알려져 있다. 이 결정들은 레이어 내에서 위치 정렬없이 레이어로 구성된다. 주기 구조(즉, 나선형 분자 배향)로 인해, 콜레스테릭 액정은 주어진 파장에서 광 성분을 선택적으로 반사한다. 본 개시에서 필수적인 것은 제1 원형 편광의 광빔을 최대 투과시키고, 제2 원형 편광의 광빔을 최대 반사시키는 콜레스테릭 액정이 사용될 수 있다는 것이다. In the present specification, the term "cholesteric liquid crystal" is used in a general sense and refers to a liquid crystal having a helical structure and chiral. Cholesteric liquid crystals are also known as chiral nematic liquid crystals. These crystals are organized into layers without alignment in the layer. Due to the periodic structure (ie helical molecular orientation), cholesteric liquid crystals selectively reflect light components at a given wavelength. What is essential to the present disclosure is that cholesteric liquid crystals can be used that transmit the light beam of the first circularly polarized light to the maximum and reflect the light beam of the second circularly polarized light to the maximum.
본 명세서에서 “편광판"라는 용어는 일반적인 의미로 사용되며, 하나의 편광 상태의 광빔을 통과시키고 다른 편광 상태의 광빔을 차단할 수 있는 광학 필터를 지칭한다. 편광판은 일반적으로 선형 편광판과 원형 편광판으로 분류될 수 있다. 여기에 설명된 와이어 그리드 편광판(wire grid polarizer)은 가장 간단한 선형 편광판 중 하나이며, 특정 평면에 배치된 여러 개의 미세한 평행 금속 와이어(fine parallel metallic wires)로 구성될 수 있다. 요약하면, 와이어 그리드 편광판의 이러한 구성은 선형 편광되게 광이 투과된다.As used herein, the term “polarizing plate” is used in a general sense and refers to an optical filter capable of passing a light beam in one polarization state and blocking a light beam in another polarization state. Polarizers are generally classified into linear polarizers and circular polarizers. The wire grid polarizer described herein is one of the simplest linear polarizers and may consist of several fine parallel metallic wires arranged in a particular plane. In this configuration of the wire grid polarizer, light is transmitted to be linearly polarized.
본 명세서에서 “지연자(retarder)"(또는 "파장판")이라는 용어는 일반적인 의미로 사용되며, 지연자를 통과하는 광의 편광 상태를 변경시킬 수 있는 광학 장치를 지칭한다. 본 개시의 바람직한 실시예에서 사용되는 일 타입의 지연자는 λ/4 지연자를 나타낸다. λ/4 지연자는 선형 편광된 광을 원형 편광으로 변환하거나 그 반대로 변환하도록 구성된다. As used herein, the term “retarder” (or “wavelength plate”) is used in its general sense and refers to an optical device capable of altering the polarization state of the light passing through the retarder. One type of retarder used in denotes a λ / 4 retarder, wherein the λ / 4 retarder is configured to convert linearly polarized light into circularly polarized light and vice versa.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 이미지 장치(100)를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 장치(100)는 디스플레이(102), 제1 편광판(104), 제1 지연자(106), 제1 광학 소자(108), 제2 지연자(110) 및 제2 광학 소자(112)를 포함한다. 장치(100)는 아래에서보다 상세하게 설명된다.1 is a diagram illustrating an image device 100 according to an embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 1, the imaging apparatus 100 includes a display 102, a first polarizer 104, a first retarder 106, a first optical element 108, a second retarder 110, and And a second optical element 112. The apparatus 100 is described in more detail below.
디스플레이(102)는 소정의 이미지를 나타내는 광을 방출한다. 디스플레이(102)는, 예를 들어, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED)에 기반한 디스플레이, 유기 LED(OLED)에 기반한 디스플레이, 레이저 다이오드에 기반한 디스플레이와 같이, 종래의 전자 장치에서 이용되는 상업적으로 이용 가능한 디스플레이들 중 어느 하나일 수 있다. 당업자에게 자명 한 바와 같이, 각각의 디스플레이 유형의 선택은 특정 애플리케이션에 의존한다.The display 102 emits light representing a given image. Display 102 may be used in commercial electronic devices such as, for example, liquid crystal displays (LCDs), displays based on light emitting diodes (LEDs), displays based on organic LEDs (OLEDs), displays based on laser diodes, and the like. It may be any one of the available displays. As will be apparent to those skilled in the art, the selection of each display type depends on the particular application.
제1 편광판(104)는 디스플레이(102)의 전방에 배치되고, 디스플레이(102)로부터의 광을 제1 선형 편광 상태, 즉 p-편광(짧은 p- 상태)로 편광시킨다. 제1 선형 편광 상태는 좌측으로 기울어진 양단 화살표로 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 바람직한 실시예에서, 제1 편광판(104)는 전체 이미지 장치(100)의 부피를 감소시키기 위해 박막 편광판일 수 있다. 박막 편광판의 종류는 당해 기술분야에서 잘 알려져 있으므로 여기에서는 설명하지 않는다.The first polarizer 104 is disposed in front of the display 102 and polarizes the light from the display 102 to a first linear polarization state, ie p-polarized (short p-state). The first linear polarization state is schematically illustrated in FIG. 1 with both arrows inclined to the left. In a preferred embodiment, the first polarizer 104 may be a thin film polarizer to reduce the volume of the overall image device 100. The type of thin film polarizer is well known in the art and thus will not be described herein.
제1 지연자(106)는 제1 편광판(104)의 전방에 배치되고, 광의 p-상태를 제1 원형 편광 상태로 변경시킨다. 제1 원형 편광 상태는 우측 원형 편광(RHCP) 상태(즉, 시계 방향 편광 상태)로, 도 1에 개략적으로 도시되어있다. 바람직한 실시예에서, 제1 지연자(106)는 λ/4 지연자이며, 이것은 당해 기술분야에서 잘 알려져 있다. The first retarder 106 is disposed in front of the first polarizer 104 and changes the p-state of light to the first circularly polarized state. The first circularly polarized state is a right circularly polarized (RHCP) state (ie, clockwise polarized state) and is schematically illustrated in FIG. 1. In a preferred embodiment, the first delay 106 is a λ / 4 delay, which is well known in the art.
광학 소자(108)는 제1 지연자(106)의 전방에 배치되고콜레스테릭 액정층(114)이 그 안에 함침(embedded)된다. 콜레스테릭 액정층(114)의 액정 분자는 제1 지연자(106)를 통과 한 후에 콜레스테릭 액정층(114)에 입사하는 RHCP-상태의 광이 투과되도록 배향된다. 일부 다른 실시예에서, 콜레스테릭 액정층(114)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 광학 소자(108)의 한 표면상에 증착될 수 있다. 제1 광학 소자(108)의 다른 구현 예는 렌즈 또는 필름 설계로서 도 2에 도시되어 있다. 특히, 제1 광학 소자(108) 및 제2 광학 소자(112) 각각은 어플리케이션에 따라 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 오목-볼록 렌즈, 볼록-오목 렌즈, 양면-볼록 렌즈, 양면-오목 렌즈, 평면-볼록 렌즈, 평면-오목 렌즈, 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈일 수 있다. 또한, 상기 언급한 렌즈 또는 필름은 광학 유리, 광학 결정 및 중합체를 포함하는 광학적으로 투명한 재료로 이루어질 수 있다. The optical element 108 is disposed in front of the first retarder 106 and the cholesteric liquid crystal layer 114 is embedded therein. The liquid crystal molecules of the cholesteric liquid crystal layer 114 are oriented such that the RHCP-state light incident on the cholesteric liquid crystal layer 114 is transmitted after passing through the first retarder 106. In some other embodiments, the cholesteric liquid crystal layer 114 may be deposited on one surface of the first optical element 108, as shown in FIG. 2. Another embodiment of the first optical element 108 is shown in FIG. 2 as a lens or film design. In particular, each of the first optical element 108 and the second optical element 112 is a convex lens, a concave lens, a concave-convex lens, a convex-concave lens, a two-sided convex lens, a two-sided concave lens, a planar-, depending on the application. Convex lenses, planar-concave lenses, spherical lenses or aspherical lenses. In addition, the above-mentioned lens or film may be made of an optically transparent material including optical glass, optical crystals and polymers.
제2 지연자(110)는 제1 광학 소자(108)의 전방에 배치되고, 광의 RHCP-상태를 제2 선형 편광 상태, 즉 s-편광(짧은 s-상태)로 변경시킨다. 제2 선형 편광 상태는 우측으로 기울어진 양단 화살표로 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 바람직한 실시예에서, 제2 지연자(112)는 제1 지연자(106)와 유사한 λ/4 지연자일 수 있다. The second retarder 110 is disposed in front of the first optical element 108 and changes the RHCP-state of light to a second linearly polarized state, ie s-polarized (short s-state). The second linear polarization state is schematically illustrated in FIG. 1 with both arrows inclined to the right. In a preferred embodiment, the second delayer 112 may be a λ / 4 delay similar to the first delayer 106.
제2 광학 소자(112)는 제2 지연자(110) 의 전방에 배치되고, 제2 광학 소자(112) 위에 와이어 그리드 편광판(116)가 배치될 수 있다(다른 실시예에서, 와이어 그리드 편광판(116)는 콜레스테릭 액정층(114)과 유사하게 제2 광학 소자(112)에 함침될 수 있다). 와이어 그리드 편광판(116)는 s-상태로 입사되는 광을 제2 지연자(110)를 통해 제1 광학 소자(108)(즉, 콜레스테릭 액정층(114))로 반사시켜서, 광의 s-상태를 제2 원형 편광 상태로 변경시킨다. 제2 원형 편광 상태는 좌측 원형 편광(LHCP) 상태(즉, 반시계 방향의 편광 상태)로 1에 개략적으로 도시되어있다. 전술한 콜레스테릭 액정층(114)의 액정 분자는 LHCP 상태의 광이 제2 지연자(110)를 통해 제2 광학 소자(112)로 다시 반사되어, LHCP 상태를 p-상태로 변경시키도록 배향될 수 있다. 와이어 그리드 편광판(116)는 사용자의 눈에 p-상태의 광이 전달되도록 한다. The second optical element 112 may be disposed in front of the second retarder 110, and the wire grid polarizer 116 may be disposed on the second optical element 112 (in another embodiment, the wire grid polarizer ( 116 may be impregnated into the second optical element 112 similarly to the cholesteric liquid crystal layer 114). The wire grid polarizer 116 reflects the light incident in the s-state to the first optical element 108 (that is, the cholesteric liquid crystal layer 114) through the second retarder 110, thereby s- Change the state to the second circularly polarized state. The second circularly polarized state is schematically shown at 1 as the left circularly polarized light (LHCP) state (ie, counterclockwise polarization state). The liquid crystal molecules of the cholesteric liquid crystal layer 114 described above are such that the light in the LHCP state is reflected back to the second optical element 112 through the second retarder 110 to change the LHCP state to the p-state. Can be oriented. The wire grid polarizer 116 allows p-state light to be delivered to the user's eyes.
이미지 장치(100)를 통과하는 광의 배향 상태가 상기에서 설명되었으나, 도 1에 도시된 것에 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다. 다른 실시예에서, 예를 들어, LHCP-상태는 광이 제1 지연자(106)를 통과한 후에 발생하고, 광이 제2 지연자(110)를 통과 한 후에 RHCP-상태가 발생할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 지연자(106, 110)는 서로 교환 가능하게 사용될 수 있다. p-상태 및 s-상태에 대해서도 마찬가지이다. 예를 들어, 제1 편광판(104)는 디스플레이(102)로부터의 광을(p-상태 대신에) s-상태로 편광시킬 수 있다. 반면에 제2 지연자(110)는 그 위에 입사되는 광의 원형 편광(즉, RHCP- 또는 LHCP- 상태)을(도 1에 도시된 바와 같이 s- 상태 대신에) p-상태로 변경시킬 수 있다. Although the alignment state of the light passing through the imaging device 100 has been described above, it is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to that shown in FIG. In another embodiment, for example, the LHCP-state may occur after light passes through the first retarder 106 and the RHCP-state may occur after light passes through the second retarder 110. That is, the first and second delayers 106 and 110 may be used interchangeably. The same is true for the p-state and the s-state. For example, the first polarizer 104 can polarize light from the display 102 to the s-state (instead of the p-state). On the other hand, the second retarder 110 may change the circularly polarized light (ie, the RHCP- or LHCP-state) of the light incident thereon to the p-state (instead of the s-state as shown in FIG. 1). .
콜레스테릭 액정층(114) 및 와이어 그리드 편광판(116)를 형성하는 기술은, 당업계에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 콜레스테릭 액정층을 형성하는 공정으로, 진공법 또는 모세관 효과를 이용하여 한면 또는 양면이 노출된 전구체에 액정을 채우는 공정을 이용할 수 있고, 와이어 그리드 편광판을 형성하기 위해 나노 임프린트 리소그래피, 레이저 간섭 리소그래피 또는 소프트 리소그래피의 프로세스를 이용할 수 있다. Techniques for forming the cholesteric liquid crystal layer 114 and the wire grid polarizer 116 are well known in the art. For example, as a process of forming a cholesteric liquid crystal layer, a process of filling a liquid crystal in a precursor exposed on one or both sides by using a vacuum method or a capillary effect may be used, and nanoimprint lithography to form a wire grid polarizer Process of laser interference lithography or soft lithography may be used.
도 3 및 도 4는 다른 실시예를 도시한다. 도 3 및 도 4에서 디스플레이(102)는 투명 디스플레이(도시되지 않음)로 구현되고, 제1 지연자(106)는 2 개의 전기적 콘택층(304)(기판(306)상에 차례로 증착됨) 사이에 샌드위치된 액정층(302)으로 구성된 스위칭 가능한 λ/4 지연자(310)로 구현될 수 있다. 이러한 구성으로, 장치(100)는 제1 모드 및 제2 모드로 동작할 수 있다. 제1 모드에서, 투명 디스플레이는 턴 온되어 광을 방출하고,, 스위칭 가능한 λ/4 지연자(310)내의 액정 분자는 선형 편광 상태(즉, p- 상태 또는 s- 상태)를 원형 편광 상태(즉, LHCP- 또는 RHCP- 상태)로 변경시킨다. 제2 모드에서, 투명 디스플레이는 턴 오프되고, 스위칭 가능한 λ/4 지연자(310)내의 액정 분자는 투명 디스플레이를 통과하는 주변 광을 반사없이 사용자의 눈에 전달되도록 배향된다. 전기 컨택층(304)은 ITO로 이루어질 수 있다. 또한, 장치(100)는 전기 컨택층(304)(도 3) 사이에 인가된 전압이 없을 때 제2 모드로 스위칭하고, 전기 컨택층(304)(도 4) 사이에 인가된 소정의 전압 Vq에 응답하여 제1 모드로 스위칭하도록 구성될 수 있다. 장치(100)는 120 Hz 이상의 스위칭 주파수로 제1 모드 및 제2 모드로 스위칭하도록 구성될 수 있다. 이러한 스위칭 구성은 주변 장면(an ambient scene) 및 디스플레이(102)상에 표시되는 이미지를 전술한 스위칭 주파수에서 교대로 볼 수 있게 한다.3 and 4 show another embodiment. In Figures 3 and 4 the display 102 is implemented as a transparent display (not shown) and the first retarder 106 is between two electrical contact layers 304 (deposited on the substrate 306 in turn). It can be implemented as a switchable λ / 4 retarder 310 composed of a liquid crystal layer 302 sandwiched therein. With this configuration, the device 100 can operate in a first mode and a second mode. In the first mode, the transparent display is turned on to emit light, and the liquid crystal molecules in the switchable λ / 4 retarder 310 change the linearly polarized state (ie, p-state or s-state) to the circularly polarized state ( Ie, LHCP- or RHCP- state. In the second mode, the transparent display is turned off and the liquid crystal molecules in the switchable [lambda] / 4 retarder 310 are oriented to deliver ambient light passing through the transparent display to the user's eye without reflection. The electrical contact layer 304 may be made of ITO. In addition, the device 100 switches to the second mode when there is no voltage applied between the electrical contact layer 304 (FIG. 3), and the predetermined voltage Vq applied between the electrical contact layer 304 (FIG. 4). And in response to switching to the first mode. The apparatus 100 may be configured to switch to the first mode and the second mode at a switching frequency of 120 Hz or more. This switching arrangement makes it possible to alternately view an ambient scene and the image displayed on the display 102 at the switching frequency described above.
도 5는 또 다른 실시예의 이미지 장치(400)를 도시한다. 도 5의 장치(400)는 도 1의 장치(100)과 비교하면, 구성요소의 수 및 배치가 다르다. 특히, 장치(400)는 디스플레이(402), 제1 편광판(404), 제1 광학 소자(406), 지연자(408) 및 제2 광학 소자(410)를 포함한다. 디스플레이(402)는 소정의 이미지를 나타내는 광을 방출한다. 제1 편광판(404)는 디스플레이(402)의 전방에 배치되고, 광을 제1 선형 편광 상태(즉, p-상태)로 편광시킨다. 제1 광학 소자(406)는 제1 광학 소자(406)상에 형성된 제2 편광판(412)를 포함한다. 제2 편광판(412)는 입사된 광을 p-상태로 투과시키도록 구성된 와이어 그리드 편광판일 수 있다. 지연자(408)는 제1 광학 소자(406)의 전방에 배치되고, 광의 p-상태를 제1 원형 편광 상태(즉, RHCP- 상태)로 변경시킨다. 제2 광학 소자(410)는 내부에 함침된(embedded) 콜레스테릭 액정층(414)을 포함한다(필요하다면, 콜레스테릭 액정층(414)은 제2 광학 소자(410)의 표면 중 하나에 증착될 수도 있다). 콜레스테릭 액정층의 액정 분자는, 콜레스테릭 액정층(414)에 입사하는 RHCP 상태의 광을, 지연자(408)를 통해 제1 광학 소자(406)를 향해 반사되도록 배향되어, 광의 RHCP- 상태를 제2 선형 편광 상태(즉, s-상태)로 변경시킨다. 또한, 와이어 그리드 편광판(412)는 s-상태의 광을 지연자(408)를 통해 제2 광학 소자(410)로 다시 반사시킴으로써 광의 s-상태를 제2 원형 편광 상태(즉, LHCP-상태)로 변경시킨다. 콜레스테릭 액정의 분자의 배향은 LHCP-상태의 광이 사용자의 눈에 전달되도록 한다.5 shows an image device 400 of yet another embodiment. The device 400 of FIG. 5 has a different number and arrangement of components compared to the device 100 of FIG. 1. In particular, the device 400 includes a display 402, a first polarizer 404, a first optical element 406, a retarder 408, and a second optical element 410. Display 402 emits light representing a given image. The first polarizer 404 is disposed in front of the display 402 and polarizes the light in a first linear polarization state (ie, p-state). The first optical element 406 includes a second polarizer 412 formed on the first optical element 406. The second polarizer 412 may be a wire grid polarizer configured to transmit incident light in a p-state. The retarder 408 is disposed in front of the first optical element 406 and changes the p-state of light to the first circularly polarized state (ie, the RHCP-state). The second optical element 410 includes a cholesteric liquid crystal layer 414 embedded therein (if necessary, the cholesteric liquid crystal layer 414 is one of the surfaces of the second optical element 410). May be deposited). The liquid crystal molecules of the cholesteric liquid crystal layer are oriented so that the light of the RHCP state incident on the cholesteric liquid crystal layer 414 is reflected toward the first optical element 406 through the retarder 408, and thus the light of RHCP Change the state to a second linearly polarized state (ie s-state). The wire grid polarizer 412 also reflects the s-state of light back through the retarder 408 to the second optical element 410 to reflect the s-state of the light to the second circularly polarized state (ie, the LHCP-state). To. The orientation of the molecules of the cholesteric liquid crystal causes the LHCP-state light to be delivered to the user's eye.
본 개시는 3D 모델링(3D modeling), 게임, 네비게이션, 디자인 등과 같은 다양한 작업을 수행하기 위해 가상 현실에 사용자가 몰입 할 필요가 있는 경우에 적용할 수 있다. 또한 게임 장치 및 교육 산업에서 현재 널리 사용되는 장치인 안경 또는 헬멧(helms)과 같은 다양한 헤드 장착형 장치(different head-mounted device)에도 적용될 수 있다. 프로젝터, 콜리메이터, 망원경, 쌍안경, 레인지 파인더, 3D 스캐너 등과 같은 다양한 광학 시스템에서도 본 개시가 사용될 수 있다. The present disclosure may be applied when a user needs to be immersed in virtual reality in order to perform various tasks such as 3D modeling, games, navigation, and design. It can also be applied to a variety of different head-mounted devices, such as glasses or helmets, which are currently widely used in the gaming device and education industry. The present disclosure can also be used in various optical systems such as projectors, collimators, telescopes, binoculars, range finders, 3D scanners and the like.
본 개시의 또 다른 양태는 도면 및 본 개시의 실시예의 전술된 설명을 고려함으로써 명백해질 것이다. 당업자라면 본 개시의 다른 실시예가 가능하고 본 개시의 개념을 벗어나지 않으면서 본 개시의 세부 사항이 여러 측면에서 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 도면 및 설명은 본질적으로 예시적인 것이며 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 한다. 달리 지시되지 않는 한, 첨부된 특허 청구 범위에서 단수 형태로 언급된 요소는 복수 개의 그러한 요소들의 존재를 배제하지 않는다.Further aspects of the present disclosure will become apparent upon consideration of the drawings and the foregoing description of embodiments of the present disclosure. Those skilled in the art will appreciate that other embodiments of the present disclosure are possible and that details of the disclosure may be modified in various respects without departing from the spirit of the disclosure. Accordingly, the drawings and description are to be regarded as illustrative in nature and not as restrictive. Unless otherwise indicated, elements mentioned in the singular form in the appended claims do not exclude the presence of a plurality of such elements.

Claims (15)

  1. 소정의 이미지를 나타내는 광을 방출하는 디스플레이;A display for emitting light representing a given image;
    상기 디스플레이의 전방에 배치되고, 상기 광을 제1 선형 편광 상태로 편광하는 제1 편광판;A first polarizer disposed in front of the display and polarizing the light in a first linearly polarized state;
    상기 제1 편광판의 전방에 배치되고, 상기 광의 상기 제1 선형 편광 상태를 제1 원형 편광 상태로 변경시키는 제1 지연자(retarder):A first retarder disposed in front of the first polarizing plate and changing the first linearly polarized state of the light to a first circularly polarized state:
    상기 제1 지연자를 통과한 후 입사된 상기 제1 원형 편광 상태의 광을 투과시키는 제1 광학 소자; A first optical element transmitting the light of the first circularly polarized state incident after passing through the first retarder;
    상기 제1 광학 소자의 전방에 배치되며, 상기 광의 상기 제1 원형 편광 상태를 제2 선형 편광 상태로 변경시키는 제2 지연자; 및 A second retarder, disposed in front of the first optical element, for changing the first circularly polarized state of the light to a second linearly polarized state; And
    상기 제2 선형 편광 상태로 입사된 상기 광을 상기 제2 지연자를 통해 상기 제1 광학 소자로 반사시켜, 상기 광의 상기 제2 선형 편광 상태를 제2 원형 편광 상태로 변경시키는 제2 광학 소자;를 포함하고,A second optical element for reflecting the light incident in the second linear polarization state to the first optical element through the second retarder, thereby changing the second linear polarization state of the light to a second circular polarization state; Including,
    상기 제1 광학 소자는, The first optical element,
    상기 제2 원형 편광 상태의 상기 광이 상기 제2 지연자를 통해 상기 제2 광학 소자로 다시 반사되어, 상기 제2 원형 편광 상태를 상기 제1 선형 편광 상태로 변경시키는 이미지 장치. And the light of the second circularly polarized state is reflected back to the second optical element through the second retarder, thereby changing the second circularly polarized state to the first linearly polarized state.
  2. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제2 광학 소자는, The second optical element,
    상기 제1 선형 편광 상태의 상기 광을 사용자의 눈에 전달하는 이미지 장치.And an image device for transmitting the light of the first linearly polarized state to an eye of a user.
  3. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제1 광학 소자는, The first optical element,
    콜레스테릭 액정층을 포함하고,Including a cholesteric liquid crystal layer,
    상기 콜레스테릭 액정층의 액정 분자의 배향에 의해 제1 원형 편광 상태의 광이 상기 제1 광학 소자를 투과하거나, 상기 제2 원형 편광 상태의 상기 광이 상기 제1 선형 편광 상태로 변경되는 이미지 장치. An image in which light in a first circularly polarized state is transmitted through the first optical element or the light in the second circularly polarized state is changed to the first linearly polarized state due to the alignment of liquid crystal molecules in the cholesteric liquid crystal layer. Device.
  4. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 제1 광학 소자는 렌즈 및 광학 필름 중 적어도 하나를 포함하고, The first optical element comprises at least one of a lens and an optical film,
    상기 콜레스테릭 액정층은 상기 렌즈 또는 광학 필름의 표면상에 배치되거나 또는 상기 렌즈 또는 광학 필름에 함침(embedded)되는 이미지 장치.And the cholesteric liquid crystal layer is disposed on the surface of the lens or optical film or is embedded in the lens or optical film.
  5. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 렌즈 또는 광학 필름은,The lens or optical film,
    광학 유리, 광학 결정 및 중합체 중 하나로부터 선택된 광학적으로 투명한 물질로 형성된 이미지 장치.An imaging device formed from an optically transparent material selected from one of optical glass, optical crystals and polymers.
  6. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제2 광학 소자는, The second optical element,
    제2 편광판을 포함하는 이미지 장치. An imaging device comprising a second polarizer.
  7. 제 6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 제2 편광판은, The second polarizing plate,
    와이어 그리드 편광판인 이미지 장치. Imaging device that is a wire grid polarizer.
  8. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 와이어 그리드 편광판은 상기 제2 광학 소자의 표면상에 형성된 평행 금속 와이어 층으로 이루어진 이미지 장치.And the wire grid polarizer is formed of a parallel metal wire layer formed on a surface of the second optical element.
  9. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제1 지연자 및 상기 제2 지연자 중 적어도 하나는,At least one of the first delayer and the second delayer,
    λ/4 지연자인 하는 이미지 장치.An imaging device that is a λ / 4 delay.
  10. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제1 지연자는 2 개의 전기 컨택층들 사이에 샌드위치된 액정층으로 구성된 스위칭 가능한 λ/4 지연자를 포함하며, The first retarder comprises a switchable λ / 4 retarder consisting of a liquid crystal layer sandwiched between two electrical contact layers,
    상기 이미지 장치는 서로 다른 모드인 제1 모드와 제2 모드로 동작하는 이미지 장치. The imaging device operates in a first mode and a second mode that are different modes.
  11. 제 10항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 제1 모드에서, In the first mode,
    상기 투명 디스플레이는 턴 온되고 상기 광을 방출하며, 상기 스위칭 가능한 λ/4 지연자 내의 상기 액정층의 액정 분자는 상기 제1 선형 편광 상태의 상기 광을 제1 원형 편광 상태로 변경시키기 위해 배향되고, The transparent display is turned on and emits the light, and the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer in the switchable [lambda] / 4 retarder are oriented to change the light of the first linearly polarized state into a first circularly polarized state. ,
    상기 제2 모드에서, In the second mode,
    상기 투명 디스플레이는 턴 오프되고, 상기 스위칭 가능한 λ/4 지연자 내의 상기 액정 분자는 상기 투명 디스플레이를 통과한 주변 광이 반사없이 사용자의 눈에 전달되도록 배향되는 이미지 장치.The transparent display is turned off and the liquid crystal molecules in the switchable [lambda] / 4 retarder are oriented such that ambient light passing through the transparent display is transmitted to the eye of the user without reflection.
  12. 제 10항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 이미지 장치는,The image device,
    상기 전기 컨택층들 사이에 인가된 소정의 전압에 응답하여 상기 제1 모드로 스위칭하고, 상기 전기 컨택층들 사이에 전압이 인가되지 않을 때 상기 제2 모드로 스위칭하는 이미지 장치.And switch to the first mode in response to a predetermined voltage applied between the electrical contact layers and to switch to the second mode when no voltage is applied between the electrical contact layers.
  13. 제 10항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 이미지 장치는,The image device,
    120Hz 이상의 스위칭 주파수로 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드로 스위칭하는 이미지 장치.And an imaging device that switches to the first mode and the second mode at a switching frequency of 120 Hz or more.
  14. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 디스플레이는,The display,
    액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED)에 기반한 디스플레이, 유기 LED(OLED)에 기반한 디스플레이 및 레이저 다이오드에 기반한 디스플레이 중 적어도 하나를 포함하는 이미지 장치.An imaging device comprising at least one of a liquid crystal display (LCD), a display based on a light emitting diode (LED), a display based on an organic LED (OLED), and a display based on a laser diode.
  15. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제1 편광판은 The first polarizing plate is
    박막 편광판인 이미지 장치. An imaging device that is a thin film polarizer.
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