WO2020105772A1 - 도파관 기반 영상 제공 장치의 상하 화각 확대 가능한 아이박스 형성 방법 - Google Patents

도파관 기반 영상 제공 장치의 상하 화각 확대 가능한 아이박스 형성 방법

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WO2020105772A1
WO2020105772A1 PCT/KR2018/014599 KR2018014599W WO2020105772A1 WO 2020105772 A1 WO2020105772 A1 WO 2020105772A1 KR 2018014599 W KR2018014599 W KR 2018014599W WO 2020105772 A1 WO2020105772 A1 WO 2020105772A1
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waveguide
optical
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angle
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염지운
최광순
박영충
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Korea Electronics Technology Institute
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/32—Holograms used as optical elements

Definitions

  • the present invention relates to a waveguide type optical device for providing an image, and more particularly, to an optical device for forming an effective eye box in the vertical direction and expanding a viewing angle.
  • an eye-box which is a viewable area from which a user can observe an image
  • a field of view which is the size of an observed image
  • the normal optical structure has a trade-off relationship between the size of the eye box and the angle of view, so it is necessary to find an optimal design point.
  • the one-dimensional exit pupil expansion technology for extending the exit pupil in one axial direction (typically left and right directions) and in the biaxial direction (up, down, left and right) as shown in FIG. It is possible to introduce a two-dimensional exit ridge expansion technology that expands the exit ridge.
  • the exit pupil expansion in the left-right direction is a very useful technique, but when using the two-dimensional exit pupil expansion technique, the brightness of the observed image is very deteriorated, causing a problem in visibility.
  • the eyebox and angle of view of the waveguide display is determined by the focal length of the collimating optical system located at the front end of the waveguide's incoupler, and the image source is located near the focal length of the collimating optical system to optically infinity. It is formed. At this time, the smaller the focal length of the collimating optical system, the larger the angle of view can be secured.
  • the distance between the image source and the user's pupil is very far without the separate optical device in the up-and-down eyebox, and it is difficult to secure a sufficient viewing angle because the use of a collimating optical system having a long focal length is forced.
  • the left and right exit pupils of the optical system formed by the image source and the collimating optical system are positioned on the in-coupler of the waveguide, and the up and down exit pupils are positioned on the eye box formation plane of the entire waveguide system where the user's eyes are located.
  • the distance from the collimating optical system to the exit pupil in the vertical direction is increased in proportion to the waveguide distance, and it is difficult to secure an angle of view in the vertical direction compared to the horizontal direction.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and the object of the present invention is based on a waveguide capable of effectively forming an eye box in the vertical direction and widening the angle of view in the vertical direction without deteriorating brightness according to the 2D exit expansion technology.
  • a waveguide capable of effectively forming an eye box in the vertical direction and widening the angle of view in the vertical direction without deteriorating brightness according to the 2D exit expansion technology.
  • the image providing apparatus is to introduce an image output from an image source into a waveguide, an in-coupler in which left and right exit pupils are formed;
  • a waveguide providing a path through which an image introduced through an incoupler is transmitted: an optical device that collects an image spreading in a vertical direction from the waveguide; And an outcoupler or outcoupler array that emits an image transmitted through the waveguide.
  • the optical device may be optically coupled or embedded in the waveguide.
  • the optical device may be a Cylindrical mirror.
  • the optical device may be a retroreflective optical structure.
  • the optical device may be a diffractive optical element.
  • the optical device may be a holographic optical element.
  • an image providing apparatus outputs an image, and moves the image up and down; Collimation optical system; An in coupler that outputs an image output from the image source and passes through the collimating optical system into the waveguide, and the left and right exit pupils are formed; It includes; a waveguide that provides a path through which the image introduced through the incoupler is transmitted: an outcoupler or an outcoupler array that emits the image transmitted through the waveguide.
  • the angle of view according to the displacement of the moving image source is expressed by the following equation.
  • F is the focal length of the collimating optical system
  • S is the size of the top and bottom of the image source
  • ⁇ S is the displacement of the image source
  • variable prism such as an electrowetting (Electrowetting) method provided between the image source and the collimating optical system may be configured to include.
  • the light efficiency of the entire system is increased, so that the eyebox can be effectively formed in the vertical direction and the angle of view can be increased without deteriorating the brightness according to the 2D exit expansion technology.
  • 1 is a schematic view showing the formation of an eye box of a waveguide display: left and right directions;
  • FIG. 2 is a schematic view showing the formation of an eye box of a waveguide display: vertical direction,
  • 3 is a vertical waveguide formed by the waveguide: the actual light transmission path
  • Fig. 5 shows the formation of the eye box in the vertical direction by the waveguide: analysis of the light transmission path when a short focal length collimation optical system is used,
  • FIG. 6 to 8 are views showing a waveguide-based image providing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 9 and 10 are views showing a waveguide-based image providing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a waveguide-based image providing apparatus for forming an effective eye box in the vertical direction and expanding a viewing angle is proposed.
  • the apparatus for providing a waveguide-based image in order to form an i-box in the vertical direction and increase the angle of view, an optical path spreading in the vertical direction through an optical device coupled to or embedded in the waveguide in the middle of the waveguide
  • the waveguide-based image providing apparatus by rapidly changing the positional relationship between the collimating optical system and the image source (display), a method for effectively increasing the vertical viewing angle for the collimating optical system having a long focal length present.
  • the light transmission process by the waveguide can be considered as illustrated in FIGS. 3 to 5.
  • optical properties are examined by substituting a structure in which a plurality of substrates are stacked for light transmission in the waveguide by total reflection.
  • FIG. 3 shows the actual light transmission path when the vertical waveguide is formed by the waveguide
  • FIG. 4 is a diagram for the analysis of the optical transmission path when using the long focal length collimation optical system when the vertical waveguide is formed by the waveguide
  • 5 is a view for analyzing the light transmission path when a short focal length collimation optical system is used when forming an up-and-down eye box by a waveguide.
  • Optical path conversion requires an optical function that breaks and collects light that spreads in the vertical direction in the opposite direction.
  • Cylindrical mirrors, retroreflective optical structures, diffractive optical elements, holographic optical elements, etc. are required in the middle of the waveguide. Can be used.
  • FIG. 6 to 8 show a waveguide-based image providing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of a waveguide-based image providing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is an example of using a Cylindrical mirror as an Optical Layer
  • FIG. 8 is an example of using a retroreflective optical structure as an Optical Layer. , Respectively.
  • the waveguide-based image providing device includes an incoupler 110, a waveguide 120, a Cylindrical mirror 131 / retroreflective optical structure 132, and an outcoupler array 140. It includes.
  • the coupler 110 flows the image output from the image source into the waveguide 120.
  • an exit pupil in the left and right directions of the collimating optical system is formed.
  • the waveguide 120 provides a path through which the image introduced through the coupler 110 is transmitted.
  • Cylindrical mirror 131 / retroreflective optical structure 132 is an optical device that collects an image spreading in the vertical direction from the waveguide 120. Cylindrical mirror 131 / retroreflective optical structure 132 is optically coupled to or embedded in waveguide 120. The outcoupler array 140 emits an image transmitted through the waveguide 120.
  • This method expands the viewing angle in the vertical direction through time-division driving that rapidly changes the positional relationship between the image source 210 and the collimating optical system 220, as shown in FIGS. 9 and 10, without embedding additional optical elements of the waveguide. Is to do.
  • the angle of view according to the movement displacement of the image source 210 can be expressed by the following equation.
  • F is the focal length of the collimating optical system
  • S is the vertical size of the image source
  • ⁇ S is the displacement of the image source 210.
  • the image source 210 may be moved mechanically, and by inserting a variable prism such as an electrowetting (Electrowetting) method between the image source 210 and the collimating optical system 220, the optical source may cause an effect of moving the image source. It might be.
  • a variable prism such as an electrowetting (Electrowetting) method
  • a waveguide-based image providing apparatus capable of effectively forming an eyebox in the vertical direction and expanding an angle of view in the vertical direction without deteriorating brightness according to the 2D exit pupil expansion technology is presented.
  • the light efficiency of the entire system is increased, and the eyebox can be effectively formed in the vertical direction without increasing the brightness due to the 2D exit expansion technology, and the angle of view can be increased, thereby reducing excessive power consumption of the video source.
  • the waveguide-based image providing apparatus is used in various applications such as a front-up display, a head-mounted display, and a flat-panel backlight. Can be implemented.

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Abstract

2차원 출사동 확장 기술에 따른 밝기 저하 없이 상하 방향으로의 효과적 아이박스 형성 및 상하 방향 화각 확대가 가능한 도파관 기반의 영상 제공 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 영상 제공 장치는 영상원에서 출력되는 영상을 도파관으로 유입시키며, 좌우방향 출사동이 형성되어 있는 인커플러; 인커플러를 통해 유입된 영상이 전달되는 경로를 제공하는 도파관: 도파관에서 상하 방향으로 퍼지는 영상을 모아주는 광학 장치; 및 도파관을 통해 전달되는 영상을 출사시키는 아웃커플러 어레이;를 포함한다. 이에 의해, 전체 시스템의 광효율이 증대되어, 2차원 출사동 확장 기술에 따른 밝기 저하 없이도 효과적으로 상하 방향 아이박스 형성이 가능하고 화각을 증대시킬 수 있다.

Description

도파관 기반 영상 제공 장치의 상하 화각 확대 가능한 아이박스 형성 방법
본 발명은 영상 제공을 위한 도파관형 광학 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상하 방향의 효과적 아이박스 형성 및 시야각 확대를 위한 광학 장치에 관한 것이다.
영상 제공을 위한 도파관형 광학 장치에서, 사용자가 영상을 관측할 수 있는 시역인 아이박스(Eye-box)와 관측 영상의 크기인 화각(Field of View)은 클수록 좋은 설계 파라미터이다.
하지만 통상의 광학 구조는 아이박스의 크기와 화각 간의 Trade-off 관계가 있어 상호 간의 적절한 최적 설계점을 찾아야 한다.
이를 해결하기 위하여 도파관을 통해 전달되는 영상을, 아웃커플러(Outcoupler) 어레이를 통한 반복적인 출광을 통하여 아이박스를 확장하는 출사동 확장(Exit Pupil Expanding) 기술이 활발히 개발되고 있다.
출사동 확장 기술에 있어, 도 1에 도시된 바와 같이 한쪽 축 방향(통상적으로 좌우 방향)으로 출사동을 확장하는 1차원 출사동 확장 기술과 도 2에 도시된 바와 같이 양축 방향(상하좌우)으로 출사동을 확장하는 2차원 출사동 확장 기술의 도입이 가능하다.
사용자마다 다른 양안 간격을 커버하기 위하여, 좌우 방향의 출사동 확장은 매우 유용한 기술이나, 2차원 출사동 확장 기술을 사용할 경우, 관측 영상의 밝기가 매우 저하되어 시인성에 문제를 야기한다.
따라서 1차원 출사동 확장 기술로 양안 간격의 편차를 대응하되, 효과적으로 상하 방향으로의 아이박스를 확보하고 화각을 증대시키는 기술 개발이 필요하다.
통상적으로 도파관 디스플레이의 아이박스 및 화각은 도파관의 인커플러(Incoupler) 앞단에 위치한 시준 광학계의 초점거리에 의하여 결정되며, 영상원은 시준 광학계의 초점거리 근처에 위치하여 광학적으로 무한대(Optical Infinity)에 결상된다. 이때 시준 광학계의 초점거리가 작을수록 큰 화각을 확보할 수 있다.
1차원 출사동 확장 기술에서, 상하 방향 아이박스는 별도의 광학 장치 없이는 영상원과 사용자 동공까지의 거리가 매우 멀어져 긴 초점거리의 시준 광학계 사용이 강제되어 충분한 시야각 확보에 어려움이 있다.
예를 들어, 영상원과 시준 광학계에 의해 형성되는 광학 시스템의 좌우방향 출사동을 도파관의 인커플러에, 상하방향 출사동을 사용자의 눈이 위치하는 도파관 시스템 전체의 아이박스 형성 평면에 위치시키는 것이다.
이 경우, 시준 광학계로부터 상하방향 출사동까지의 거리는 도파거리에 비례하여 늘어나게 되어, 좌우 방향 대비 상하 방향의 화각을 확보하는 데에 어려움이 따른다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 2차원 출사동 확장 기술에 따른 밝기 저하 없이 상하 방향으로의 효과적 아이박스 형성 및 상하 방향 화각 확대가 가능한 도파관 기반의 영상 제공 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 영상 제공 장치는 영상원에서 출력되는 영상을 도파관으로 유입시키며, 좌우방향 출사동이 형성되는 인커플러; 인커플러를 통해 유입된 영상이 전달되는 경로를 제공하는 도파관: 도파관에서 상하 방향으로 퍼지는 영상을 모아주는 광학 장치; 및 도파관을 통해 전달되는 영상을 출사시키는 아웃커플러 혹은 아웃커플러 어레이;를 포함한다.
광학 장치는, 도파관에 광학적으로 결합되거나 매립되어 있을 수 있다.
광학 장치는, Cylindrical 거울일 수 있다.
광학 장치는, 재귀반사(Retroreflective) 광학구조일 수 있다.
광학 장치는, 회절광학소자일 수 있다.
광학 장치는, 홀로그래픽 광학소자일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 영상 제공 장치는 영상을 출력하며, 상하로 이동하는 영상원; 시준광학계; 영상원에서 출력되어 시준광학계를 통과한 영상을 도파관으로 유입시키며, 좌우방향 출사동이 형성되어 있는 인커플러; 인커플러를 통해 유입된 영상이 전달되는 경로를 제공하는 도파관: 도파관을 통해 전달되는 영상을 출사시키는 아웃커플러 혹은 아웃커플러 어레이;를 포함한다.
영상원의 이동 변위에 따른 화각은 다음의 식으로 표현한다.
Figure PCTKR2018014599-appb-I000001
여기서, F는 시준 광학계의 초점거리, S는 영상원의 상하 크기, ΔS는 영상원의 이동 변위인 것이다.
본 발명에 따른 영상 제공 장치의 상하 이동 가능한 영상원을 구현함에 있어, 영상원과 시준광학계의 사이에 마련되는 전기 습윤(Electrowetting) 방식 등의 가변 프리즘;을 포함하여 구성될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 전체 시스템의 광효율이 증대되어, 2차원 출사동 확장 기술에 따른 밝기 저하 없이도 효과적으로 상하 방향 아이박스 형성이 가능하고 화각을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 영상원의 과도한 전력 소모를 줄일 수 있고, 2차원 출사동 확장 기술 구현을 위한 부가적인 공정 제작 비용을 줄일 수 있으며, 광화각의 영상을 제공함으로써 사용자로 하여금 콘텐츠에 대한 몰입감과 만족감을 높일 수 있다.
도 1은 도파관 디스플레이의 아이박스 형성 모식도: 좌우방향,
도 2는 도파관 디스플레이의 아이박스 형성 모식도: 상하방향,
도 3은 도파관에 의한 상하방향 아이박스 형성: 실제 광 전달 경로
도 4는 도파관에 의한 상하방향 아이박스 형성: 장초점거리 시준 광학계 사용 시의 광전달경로 분석,
도 5는 도파관에 의한 상하방향 아이박스 형성: 단초점거리 시준 광학계 사용 시의 광전달 경로 분석,
도 6 내지 도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 기반의 영상 제공 장치를 나타낸 도면,
도 9 및 도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 기반의 영상 제공 장치를 나타낸 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서는, 상하 방향의 효과적 아이박스 형성 및 시야각 확대를 위한 도파관 기반 영상 제공 장치를 제시한다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 도파관 기반 영상 제공 장치는, 상하 방향 아이박스 형성 및 화각 증대를 위해, 도파관 중간에 결합되거나 매립된 광학 장치를 통하여 상하 방향으로 퍼지는 광경로를 도파관의 중간에서 변경(반사, 재귀반사, 회절 등)하여 모아줌으로써 상하 방향으로의 아이박스를 효과적으로 확보하고 시야각을 증대시키는 구조를 제시한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 도파관 기반 영상 제공 장치는, 시준 광학계와 영상원(디스플레이) 사이의 위치 관계를 빠르게 가변함으로써 긴 초점거리를 가지는 시준 광학계에 대해서도 효과적으로 상하 방향 시야각을 증대시키는 방안을 제시한다.
상하 방향의 아이박스 형성 과정을 모사하기 위하여, 도파관에 의한 광전달과정을 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 생각할 수 있다. 도 3 내지 도 5에서, 전반사에 의한 도파관 내에서의 광전달을 복수의 기판이 적층된 구조로 대체하여 광학 특성을 살펴본다.
도 3은 도파관에 의한 상하방향 아이박스 형성시 실제 광 전달 경로를 나타내었고, 도 4는 도파관에 의한 상하방향 아이박스 형성시 장초점거리 시준 광학계 사용 시의 광전달경로 분석을 위한 도면이며, 도 5는 도파관에 의한 상하방향 아이박스 형성시 단초점거리 시준 광학계 사용 시의 광전달 경로 분석을 위한 도면이다.
도 3 내지 도 5에서 볼 수 있듯이, 화각 확보를 위하여 단초점 거리의 시준 광학계를 사용한다면, 시준 광학계의 출사동이 도파관 내부에 형성되어 최종 관측자가 전체 화면을 올바르게 관측하기가 불가능하며, 일부 화면이 잘려 관측되게 된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에서는 1차원 출사동 확장 기술의 성능 개선을 위하여, 효과적으로 상하 아이박스를 형성하여 화각을 확대할 수 있는 하기의 두 가지 방안을 제시한다.
하나는, 도파관 중간에 결합되거나 매립된 별도의 광학 장치를 통하여 상하 방향으로 퍼지는 광경로를 도파관의 중간에서 변경할 수 있는 추가 Optical Layer를 도입하는 것이다.
광경로 변환에는 상하 방향으로 퍼지는 빛을 반대 방향으로 꺾어주어 모아주는 광학적 기능이 필요하며, 이를 위하여 도파관의 중간에 Cylindrical 거울, 재귀반사(Retroreflective) 광학구조, 회절광학소자, 홀로그래픽광학소자 등을 사용할 수 있다.
도 6 내지 도 8에 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 기반의 영상 제공 장치를 나타내었다.
구체적으로, 도 6에는 본 발명의 실시예에 따른 도파관 기반의 영상 제공 장치의 개념도를, 도 7에는 Optical Layer로 Cylindrical 거울을 사용한 예를, 도 8에는 Optical Layer로 재귀반사 광학구조를 사용한 예를, 각각 나타내었다.
도 7/도 8에 도시된 바와 같이, 도파관 기반의 영상 제공 장치는, 인커플러(110), 도파관(120), Cylindrical 거울(131)/재귀반사 광학구조(132) 및 아웃커플러 어레이(140)를 포함한다.
인커플러(110)는 영상원에서 출력되는 영상을 도파관(120)으로 유입시킨다. 인커플러(110)에는 시준광학계의 좌우방향 출사동이 형성되어 있다. 도파관(120)은 인커플러(110)를 통해 유입된 영상이 전달되는 경로를 제공한다.
Cylindrical 거울(131)/재귀반사 광학구조(132)는 도파관(120)에서 상하 방향으로 퍼지는 영상을 모아주는 광학 장치이다. Cylindrical 거울(131)/재귀반사 광학구조(132)는 도파관(120)에 광학적으로 결합되거나 매립되어 있다. 아웃커플러 어레이(140)는 도파관(120)을 통해 전달되는 영상을 출사시킨다.
이하에서는, 1차원 출사동 확장 기술의 성능 개선을 위하여, 효과적으로 상하 아이박스를 형성하여 화각을 확대할 수 있는 다른 방안에 대해 설명한다.
이 방안은 도파관의 추가 광학 소자 매립 없이, 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이, 영상원(210)과 시준광학계(220) 사이의 위치 관계를 빠르게 가변하는 시분할 구동을 통하여 상하방향 시야각을 확장하는 것이다.
영상원(210)의 이동 변위에 따른 화각은 다음의 식으로 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2018014599-appb-I000002
여기서, F는 시준 광학계의 초점거리, S는 영상원의 상하 크기, ΔS는 영상원(210)의 이동 변위이다. 예를 들어, 도 9 및 도 10과 같이 홀수와 짝수 프레임에 대하여 각각 영상원(210) 크기의 절반만큼을 상하로 이동시킬 경우, 관측 가능한 화각은 기존의 경우 대비 약 2배 가까이로 늘어날 수 있다.
이때, 영상원(210)은 기구적으로 움직일 수도 있으며, 영상원(210)과 시준 광학계(220) 사이에 전기 습윤(Electrowetting) 방식 등의 가변 프리즘을 넣어 전기 광학적으로 영상원의 이동 효과를 유발할 수도 있다.
지금까지, 상하 아이박스 화각 확대가 가능한 도파관 기반 영상 제공 장치에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
본 발명의 실시예에서는, 2차원 출사동 확장 기술에 따른 밝기 저하 없이 상하 방향으로의 효과적 아이박스 형성 및 상하 방향 화각 확대가 가능한 도파관 기반의 영상 제공 장치를 제시하였다.
이에 의해, 전체 시스템의 광효율이 증대되는 효과를 가져와, 2차원 출사동 확장 기술에 따른 밝기 저하 없이도 효과적으로 상하 방향 아이박스 형성이 가능하고 화각을 증대시킬 수 있어, 영상원의 과도한 전력 소모를 줄일 수 있고, 2차원 출사동 확장 기술 구현을 위한 부가적인 공정 제작 비용을 줄일 수 있으며, 광화각의 영상을 제공함으로써 사용자로 하여금 콘텐츠에 대한 몰입감과 만족감을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 도파관 기반의 영상 제공 장치는, 전방 시현기(Head-up Display), 머리 착용형 디스플레이(Head-mounted Display), 평면 패널 백라이트(Flat-panel Backlight) 등의 다양한 응용처에서 구현될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (8)

  1. 영상원에서 출력되는 영상을 도파관으로 유입시키며, 좌우방향 출사동이 형성되어 있는 인커플러;
    인커플러를 통해 유입된 영상이 전달되는 경로를 제공하는 도파관:
    도파관에서 상하 방향으로 퍼지는 영상을 모아주는 광학 장치;
    도파관을 통해 전달되는 영상을 출사시키는 아웃커플러 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 제공 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    광학 장치는,
    도파관에 광학적으로 결합되거나 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 영상 제공 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    광학 장치는,
    Cylindrical 거울인 것을 특징으로 하는 영상 제공 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    광학 장치는,
    재귀반사(Retroreflective) 광학구조인 것을 특징으로 하는 영상 제공 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    광학 장치는,
    회절광학소자 또는 홀로그래픽 광학소자인 것을 특징으로 하는 영상 제공 장치.
  6. 영상을 출력하며, 상하로 이동하는 영상원;
    영상원에서 출력되어 시준광학계를 통과한 영상을 도파관으로 유입시키며, 시준광학계의 좌우방향 출사동이 형성되어 있는 인커플러;
    인커플러를 통해 유입된 영상이 전달되는 경로를 제공하는 도파관:
    도파관을 통해 전달되는 영상을 출사시키는 아웃커플러 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 제공 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    영상원의 이동 변위에 따른 화각은 다음의 식으로 표현하며,
    Figure PCTKR2018014599-appb-I000003
    여기서, F는 시준 광학계의 초점거리, S는 영상원의 상하 크기, ΔS는 영상원의 이동 변위인 것을 특징으로 하는 영상 제공 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    기계적 움직임 없이도 영상원의 이동과 동일한 효과를 줄 수 있도록 하는 전기 습윤(Electrowetting) 방식 등의 전기 광학적 가변 소자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 제공 장치.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220079199A (ko) 2020-12-04 2022-06-13 삼성전자주식회사 광 결합기 및 이를 포함하는 증강 현실 장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013225042A (ja) * 2012-04-23 2013-10-31 Seiko Epson Corp 虚像表示装置
KR20150097634A (ko) * 2012-12-20 2015-08-26 마이크로소프트 테크놀로지 라이센싱, 엘엘씨 오토스테레오스코픽 증강 현실 디스플레이
US20170139110A1 (en) * 2012-05-18 2017-05-18 Reald Spark, Llc Directionally illuminated waveguide arrangement
US20170285349A1 (en) * 2016-04-04 2017-10-05 Akonia Holographics Llc Field of view enhancement
KR20180015620A (ko) * 2015-06-04 2018-02-13 구글 엘엘씨 시스루 머리 착용가능 디스플레이를 위한 효율적인 얇은 곡선형 아이피스

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2010032700A1 (ja) * 2008-09-17 2012-02-09 コニカミノルタホールディングス株式会社 映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ
JP5434848B2 (ja) 2010-08-18 2014-03-05 ソニー株式会社 表示装置
JP6232863B2 (ja) * 2013-09-06 2017-11-22 セイコーエプソン株式会社 光学デバイス及び画像表示装置
JP2017120278A (ja) 2015-12-28 2017-07-06 コピン コーポレーション 装着型映像表示装置及び接眼光学系
WO2017151467A1 (en) * 2016-02-29 2017-09-08 Magic Leap, Inc. Virtual and augmented reality systems and methods
WO2017222808A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-28 Apple Inc. Optical systems for displays

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013225042A (ja) * 2012-04-23 2013-10-31 Seiko Epson Corp 虚像表示装置
US20170139110A1 (en) * 2012-05-18 2017-05-18 Reald Spark, Llc Directionally illuminated waveguide arrangement
KR20150097634A (ko) * 2012-12-20 2015-08-26 마이크로소프트 테크놀로지 라이센싱, 엘엘씨 오토스테레오스코픽 증강 현실 디스플레이
KR20180015620A (ko) * 2015-06-04 2018-02-13 구글 엘엘씨 시스루 머리 착용가능 디스플레이를 위한 효율적인 얇은 곡선형 아이피스
US20170285349A1 (en) * 2016-04-04 2017-10-05 Akonia Holographics Llc Field of view enhancement

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