KR20180012057A - 투시형 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20180012057A
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light modulator
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성기영
김윤태
서원택
서주원
이홍석
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Abstract

투시형 디스플레이 장치를 제공한다. 본 투시형 디스플레이 장치는, 다층적 2차원 영상(multi-layered 2D image)을 시간 순차적으로 출력하는 공간 광변조기 및 다층적 2차원 영상으로부터 초점 거리를 이용하여 서로 다른 복수 개의 깊이 정보를 갖는 다층적 깊이 영상(multi-layered depth image)을 생성하는 깊이 생성부 및 다층적 깊이 영상에 대응하는 광의 제1 광경로와 외부 광의 제2 광경로 중 적어도 하나를 변경시켜 하나의 영역에 전달하는 제1 광경로 변경 부재를 포함한다.

Description

투시형 디스플레이 장치{See-through type display apparatus}
개시된 실시예들은 디스플레이 장치, 보다 상세하게는 투시형 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근, 가상 현실(virtual reality)(VR)을 구현할 수 있는 전자기기 및 디스플레이 장치가 개발되면서, 이에 대한 관심이 높아지고 있다. 가상 현실(VR)의 다음 단계로 증강 현실(augmented reality)(AR) 및 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 실현할 수 있는 기술(방안)도 연구되고 있다.
증강 현실(AR)은, 완전 가상 세계를 전제로 하는 가상 현실(VR)과는 달리, 현실 세계의 환경 위에 가상의 대상이나 정보를 겹쳐(결합하여) 보여줌으로써 현실의 효과를 더욱 증가시키는 디스플레이 기술이다. 가상 현실(VR)이 게임이나 가상 체험과 같은 분야에만 한정적으로 적용이 가능했다면, 증강 현실(AR)은 다양한 현실 환경에 응용이 가능하다는 장점이 있다. 특히, 증강 현실(AR)은 유비쿼터스(ubiquitous) 환경이나 사물 인터넷(internet of things)(IoT) 환경에 적합한 차세대 디스플레이 기술로 주목받고 있다. 이러한 증강 현실(AR)은 현실 세계와 부가적인 정보(가상 세계)를 혼합하여 보여준다는 점에서 혼합 현실(MR)의 일례라고 할 수 있다.
증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용될 수 있는 투시형 디스플레이 장치 (see-through type display apparatus)를 제공한다.
2차원 영상을 서로 다른 복수 개의 깊이에서 표시하는 투시형 디스플레이 장치를 제공한다.
일 측면(aspect)에 따르는 투시형 디스플레이 장치는, 다층적 2차원 영상(multi-layered 2D image)을 시간 순차적으로 출력하는 공간 광변조기; 및 상기 다층적 2차원 영상으로부터 초점 거리를 이용하여 서로 다른 복수 개의 깊이 정보를 갖는 다층적 깊이 영상(multi-layered depth image)을 생성하는 깊이 생성부;를 포함한다.
그리고, 상기 깊이 생성부는, 시간에 따라 상기 초점 거리를 가변시킴으로써 상기 다층적 깊이 영상을 생성할 수 있다.
또한, 상기 초점 거리의 가변 속도는, 상기 공간 광 변조기의 프레임 속도와 대응할 수 있다.
그리고, 상기 깊이 생성부는, 상기 다층적 2차원 영상에 대한 편광 상태를 변경시키는 편광 부재; 및 상기 편광 상태에 따라 상기 초점 거리를 다르게 하는 초점 가변 부재;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 편광 부재는, 액정을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 편광 부재는, 인가되는 전기적 신호에 대응하여 상기 편광 상태를 변화시킬 수 있다.
또한, 상기 편광 상태의 변경 속도는, 상기 공간 광 변조기의 프레임 속도와 대응할 수 있다.
그리고, 상기 초점 가변 부재는, 이방성 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 초점 가변 부재는, 복굴절 렌즈를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 깊이 생성부는, 상기 편광 부재 및 상기 초점 가변 부재 각각을 복수 개 포함할 수 있다.
또한, 상기 편광 부재와 상기 초점 가변 부재는 교번적으로 1차원적으로 배열될 수 있다.
그리고, 상기 다층적 깊이 영상에 대응하는 광의 제1 광경로와 외부 광의 제2 광경로 중 적어도 하나를 변경시켜 상기 다층적 깊이 영상과 상기 외부 광에 대응하는 외부 영상이 하나의 영역에 전달하는 제1 광경로 변경 부재;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 다층적 깊이 영상은 상기 깊이 생성부와 상기 제1 광경로 변경 부재 사이에 결상될 수 있다.
그리고, 상기 제1 광경로 변경 부재는, 빔스플리터(beam splitter) 및 반투과막(transflective film) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 광경로 변경 부재는, 제1 영역 및 상기 제2 영역과 접하는 경계면이 곡선인 제2 영역을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 경계면에 반사 물질이 코팅될 수 있다.
또한, 상기 공간 광변조기는, 제1 다층적 2차원 영상을 출력하는 제1 공간 광변조기; 및 제2 다층적 2차원 영상을 출력하는 제2 공간 광변조기;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 다층적 2차원 영상에 대응하는 광의 제3 광경로와 상기 제2 다층적 2차원 영상에 대응하는 광의 제3 광경로 중 적어도 하나를 변경시켜 상기 제1 및 제2 다층적 2차원 영상을 상기 깊이 생성부에 전달하는 제2 광경로 변경 부재;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 공간 광변조기는, 상기 제2 광경로 변경 부재의 제1 면상에 배치되고, 상기 제2 공간 광변조기는, 상기 제2 광경로 변경 부재의 면들 중 상기 제1 면과 수직한 제2 면상에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 제1 광간 광변조기와 상기 제1 면간의 거리는 상기 제2 공간 광변조기와 상기 제2 면간의 거리가 서로 다를 수 있다.
증강 현실(AR) 및 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용될 수 있는 투시형 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.
2차원 영상을 서로 다른 복수 개의 깊이에서 표시하기 때문에 보다 현실감 있게 영상을 표시할 수 있다.
상기 투시형 디스플레이 장치를 포함하는 다양한 전자기기/광학기기를 구현할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치 (see-through type display apparatus)를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 복수 개의 공간 광변조기를 포함하는 투시형 디스플레이 장치의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 복수 개의 공간 광변조기만으로 다층적 깊이 영상을 생성할 수 있는 투시형 디스플레이 장치의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 깊이 영상간의 거리를 설명하는 참조도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 투시형 디스플레이 장치를 적용할 수 있는 다양한 전자기기를 보여주는 도면이다.
도 8은 헤드셋에 적용되는 투시형 디스플레이 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 일 실시예에 따른 시야각이 큰 제1 광경로 변경 부재를 포함한 투시형 디스플레이 장치에 대한 도면이다.
도 11는 복수 개의 미러를 포함하는 제1 광경로 변경 부재를 도시한 도면이다.
도 12는 자동차에 적용되는 투시형 디스플레이 장치의 예를 도시한 도면이다.
도 13은 스티어링 광학 부재를 포함하는 투시형 디스플레이 장치의 예를 도시한 도면이다.
이하, 실시예들에 따른 투시형 디스플레이 장치 및 이를 포함하는 전자기기를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 “구성된다” 또는 “포함한다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다. 이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예에 의해 상세히 설명하기로 한다
도 1은 일 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치 (see-through type display apparatus)를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1를 참조하면, 투시형 디스플레이 장치(100)는 다층적 2차원 영상(multi-layered 2D image)으로부터 서로 다른 복수 개의 깊이 정보를 갖는 다층적 깊이 영상(10)(multi-layered depth image)을 생성하는 깊이 영상 생성부(110)를 포함할 수 있다. 여기서 다층적 2차원 영상이라 함은 2차원 영상으로서 복수 개의 깊이 정보에 대응하는 복수 개의 2차원 영상이 동일 지점에서 순차적으로 표시 또는 출력될 수 있고. 다층적 깊이 영상(10)은 깊이 정보에 따라 서로 다른 지점(예를 들어, 결상 지점)에서 순차적으로 표시 또는 결상될 수 있다.
깊이 영상 생성부(110)는 다층적 2차원 영상을 출력하는 공간 광변조기spatial light modulator) (120) 및 초점 거리를 이용하여 다층적 2차원 영상으로부터 서로 다른 복수 개의 깊이 정보를 갖는 다층적 깊이 영상(10)(multi-layered depth image)을 생성하는 깊이 생성부(130)를 포함할 수 있다. 공간 광변조기(120)는 시간 순차적으로 다층적 2차원 영상(multi-layered 2D image)을 출력할 수 있다.
공간 광변조기(120)는 진폭변조 공간 광변조기 또는 위상변조 공간 광변조기이거나, 진폭과 위상을 모두 변조시키는 복소 공간 광변조기일 수 있다. 또한, 공간 광변조기(120)는 투과형 광변조기 또는 반사형 광변조기이거나, 반투과형 광변조기일 수 있다. 구체적인 예로, 공간 광변조기(120)는 LCoS(liquid crystal on silicon) 패널, LCD(liquid crystal display) 패널, DLP(digital light projection) 패널, OLED(organic light emitting diode) 패널 등을 포함할 수 있다. 여기서, DLP 패널은 DMD(digital micromirror device)를 포함할 수 있다.
깊이 생성부(130)는 초점 거리를 이용하여 다층적 2차원 영상이 결상되는 위치를 다르게 할 수 있다. 깊이 생성부(130)는 공간 광변조기(120)에서 출력되는 영상에 대응하는 광의 편광 상태를 가변시키는 편광 부재(132) 및 편광 상태에 따라 초점 거리가 가변되는 초점 가변 부재(134)를 포함할 수 있다.
편광 부재(132)는 인가된 전기적 신호에 따라 투과되는 광의 위상을 변경시켜 광의 편광 상태를 변경시킬 수 있다. 상기한 편광 부재(132)는 액정층, 전극 및 편광판 등을 포함하는 액정 변조기일 수 있다. 액정층은 고속으로 편광 상태를 변경시킬 수 있는 강유전성(ferroelectric)의 액정 분자 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전기적 신호가 인가되면 입사된 광을 제1 편광 상태(예를 들어, P편광)로 변경시켜 출력하고, 제2 전기적 신호가 인가되면 입사된 광을 제2 편광 상태(예를 들어, S편광)로 변경시킬 출력할 수 있다.
편광 부재(132)는 전기적 신호에 의해 광의 편광 상태를 변경시킬 수 있기 때문에 편광 속도가 높을 수 있다. 편광 부재(132)의 편광 속도는 공간 광변조기(120)의 프레임 속도와 대응할 수 있다. 예를 들어, 편광 속도는 프레임 속도와 동일할 수 있다.
초점 가변 부재(134)는 광의 편광 상태에 따라 초점 거리가 가변될 수 있다. 초점 가변 부재(134)는 광의 편광 상태에 따라 굴절률이 다른 이방성 특성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 초점 가변 부재(134)는 복굴절 렌즈일 수 있다. 편광 부재(132)와 초점 가변 부재(134)는 다층적 2차원 영상에 대응하는 광의 광경로 방향으로 순차적으로 배치될 수 있다. 즉, 편광 부재(132)는 공간 광변조기(120)와 초점 가변 부재(134) 사이에 배치될 수 있다.
깊이 생성부(130)는 편광 부재(132)와 가변 부재를 한 쌍 포함하는 경우, 깊이 생성부(130)는 2개의 초점 거리를 가질 수 있다. 그리고, 깊이 생성부(130)가 n쌍의 편광 부재(132)와 가변 부재를 포함하는 경우, 깊이 생성부(130)는 2n의 초점 거리를 갖을 수 있다. 편광 부재(132)와 가변 부재가 복수 개인 경우, 공간 광변조기(120)로부터 멀어지는 방향으로 교번적으로 배열될 수 있다.
상기한 깊이 생성부(130)는 초점 거리의 개수와 동일한 개수의 깊이 정보를 갖는 다층적 깊이 영상(10)이 생성할 수 있으며, 다층적 깊이 영상(10)은 후술하는 제1 광경로 변경 부재(140)와 깊이 생성부(130) 사이에 결상될 수 있다.
도 1에서는 깊이 생성부(130)로서 편광 부재(132) 및 초점 가변 부재(134)를 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 다중의 초점 거리를 생성할 수 있는 광학 소자이면 깊이 생성부(130)로 이용될 수 있다. 예를 들어, 깊이 생성부(130)는 Deformable Membrane Mirror Device(DMMD), 초점 가변 렌즈 등을 포함할 수도 있다.
투시형 디스플레이 장치(100)는 다층적 깊이 영상(10)에 대응하는 광의 제1 광경로(L1)와 외부 광의 제2 광경로(L2) 중 적어도 하나를 변경시켜 다층적 깊이 영상(10)과 외부 광에 대응하는 외부 영상을 하나의 영역에 전달하는 제1 광경로 변경 부재(140)를 더 포함할 수 있다. 여기서 하나의 영역은 사용자의 시각 기관(ocular organ), 즉 눈(eye)일 수 있다. 도 1에서 참조번호 5는 동공(pupil)을 나타낸다. 제1 광경로 변경 부재(140)는 복수의 광경로에 따른 복수의 영상을 사용자의 동공으로 전달할 수 있다. 예컨대, 제1 광경로 변경 부재(140)는 제1 광경로(L1)의 다층적 깊이 영상(10)에 대응하는 광과 제2 광경로(L2)의 외부 영상에 대응하는 외부 광을 사용자의 시각 기관으로 전달/가이드할 수 있다.
제1 광경로(L1)의 광은 제1 광경로 변경 부재(140)에 의해 반사된 광일 수 있고, 제2 광경로(L2)의 광은 제1 광경로 변경 부재(140)를 투과한 광일 수 있다. 제1 광경로 변경 부재(140)는 광투과 및 광반사 특성을 모두 갖는 반투과(transflective) 부재일 수 있다. 구체적인 예로, 제1 광경로 변경 부재(140)는 빔스플리터(beam splitter) 또는 반투과막(transflective film)을 포함할 수 있다. 도 1에는 제1 광경로 변경 부재(140)가 빔스플리터(beam splitter) 인 경우가 도시되어 있지만, 그 구성은 다양하게 변화될 수 있다.
제1 광경로(L1)의 광에 의해 전달되는 다층적 깊이 영상(10)은 상기 투시형 디스플레이 장치(100) 내에서 형성 및 제공된 영상일 수 있다. 다층적 깊이 영상(10)은 '디스플레이 영상'으로 가상의 현실 또는 가상의 정보를 포함할 수 있다. 제2 광경로(L2)의 광에 의해 전달되는 외부 영상은 상기 투시형 디스플레이 장치(100)를 통해서 상기 사용자가 마주하는 외부의 환경일 수 있다. 외부 영상은 상기 사용자가 마주하는 전경을 포함할 수 있고, 소정의 배경 피사체(background subject)를 포함할 수 있다. 이러한 외부 영상은 현실 세계의 영상일 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치(100)는 증강 현실(augmented reality)(AR) 또는 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 구현하는데 적용될 수 있다.
투시형 디스플레이 장치(100)는 결상된 다층적 깊이 영상(10)을 집속시키는 필드 렌즈(150)를 더 포함할 수 있다. 필드 렌즈(150)는 결상된 다층적 깊이 영상(10)과 제1 광경로 변경 부재(140) 사이에 배치될 수 있다. 그리하여, 필드 렌즈(150)는 결상된 다층적 깊이 영상(10)을 사용자의 시각 기관에 집속시킬 수 있다. 이외에도 투시형 디스플레이 장치(100)는 다양한 종류의 렌즈를 더 포함할 수 있다.
도 2는 복수 개의 공간 광변조기를 포함하는 투시형 디스플레이 장치의 예를 도시한 도면이다.
도 1과 도 2를 비교하면 도 2의 투시형 디스플레이 장치(100a)는 복수 개의 공간 광변조기(122, 124)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 투시형 디스플레이 장치(100a)는 제1 다층적 2차원 영상을 출력하는 제1 공간 광변조기(122) 및 제2 다층적 2차원 영상을 출력하는 제2 공간 광변조기(124)를 포함할 수 있다. 그리고, 투시형 디스플레이 장치(100a)는 제1 다층적 2차원 영상에 대응하는 광의 제3 광경로(L3)와 제2 다층적 2차원 영상에 대응하는 광의 제4 광경로(L4) 중 적어도 하나를 변경시켜 제1 다층적 2차원 영상과 제2 다층적 2차원 영상을 깊이 생성부(130)로 전달하는 제2 광경로 변경 부재(160)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 광경로 변경 부재(160)는 제1 다층적 2차원 영상을 투과시켜 깊이 생성부(130)에 전달하고, 제2 다층적 2차원 영상을 반사시켜 깊이 생성부(130)에 전달할 수 있다.
제1 공간 광변조기(122)는 제2 광경로 변경 부재(160)의 제1 면(S1)상에 배치되고, 제2 공간 광변조기(124)는 제2 광경로 변경 부재(160)의 면들 중 제1 면(S1)과 다른 제2 면(S2)상에 배치될 수 있다. 이때, 제2 면(S2)은 제1 면(S1)과 수직한 면일 수 있다. 도 2에는 두 개의 공간 광변조기(122, 124)가 도시되어 있으나 이에 한정되지 않는다. 제2 광경로 변경 부재(160)가 다면체인 경우, 깊이 생성부(130)와 마주하는 면을 제외한 다른 면에 공간 광변조기가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 광경로 변경 부재(160)가 육면체인 경우, 5개의 공간 광변조기가 배치될 수 있다. 상기와 같이 복수 개의 공간 광변조기를 이용하면 다층적 깊이 영상(10)을 보다 현실감 있게 생성할 수 있다.
또한, 제1 공간 광변조기(122)와 제2 광경로 변경 부재(160)간의 거리는 제2 공간 광변조기(124)와 제2 광경로 변경 부재(160)간의 거리와 서로 다를 수 있다. 상기와 같이 거리가 달라지면 제1 공간 광변조기(122)에서 출력되는 제1 다층적 2차원 영상이 결상되는 지점과 제2 공간 광변조기(124)에서 출력되는 제2 다층적 2차원 영상이 결상되는 지점이 서로 다를 수 있다.
한편, 제2 광경로 변경 부재(160)는 편광 부재(132)와 일체화될 수 있다. 예를 들어, 제2 광경로 변경 부재(160)는 편광 빔스플리터를 포함할 수 있다. 편광 빔스플리터는 제1 편광 방향을 갖는 광은 반사시키고, 제2 편광 방향을 갖는 광은 투과시키는 역할을 할 수 있다. 따라서, 편광 빔스플리터를 이용하면, 별도의 편광 부재를 포함하지 않을 수 있다. 또는 깊이 생성부(130)가 복수 개의 편광 부재(132)와 복수 개의 초점 가변 부재(134)를 포함하는 경우, 편광 부재(132)는 초점 가변 부재(134)의 개수보다 작을 수 있다.
도 3은 복수 개의 공간 광변조기만으로 다층적 깊이 영상을 생성할 수 있는 투시형 디스플레이 장치의 예를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 투시형 디스플레이 장치(100b)는 복수 개의 공간 광변조기(120a, 120b, 120c)를 배열함으로써 다층적 깊이 영상(10)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 공간 광변조기(120a, 120b, 120c)는 제1 광경로(L1) 방향으로 1차원으로 배열될 수 있다. 복수 개의 공간 광변조기(120a, 120b, 120c)의 개수는 깊이 정보 개수와 동일할 수 있다. 복수 개의 공간 광변조기(120a, 120b, 120c)는 투사형일 수 있으며, 예를 들어, 투명 OLED일 수 있다.
또한, 앞서 기술한 공간 광변조기는 깊이 정보에 따라 휘도가 다른 영상을 시간 순차적으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 깊이 정보가 큰 영상일수록 낮은 휘도의 영상을 출력할 수 있다. 여기서 깊이 정보가 크다고 함은 결상된 다층적 깊이 영상 중 사용자의 시간 기관을 기준으로 멀리 있는 깊이 영상을 의미할 수 있다.
또한, 깊이 생성부(130)는 깊이 영상간의 거리도 사용자의 시각 기관에 따라 달라질 수 있도록 초점 거리를 조절할 수도 있다. 예를 들어, 깊이 영상간의 거리는 사용자의 시각 기관에 가까울수록 짧을 수 있다. 도 4는 일 실시예에 따른 깊이 영상간의 거리를 설명하는 참조도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 깊이 영상 간의 거리(d1)는 사용자의 시각 기관에 가까울수록 짧을 수 있다.
지금까지 기술한 투시형 디스플레이 장치의 웨어러블 장치의 일 구성요소가 될 수 있다. 일례로, 상기 투시형 디스플레이 장치는 헤드 장착형 디스플레이(head mounted display)(HMD)에 적용될 수 있다. 또한, 상기 투시형 디스플레이 장치(100)는 안경형 디스플레이(glasses-type display) 또는 고글형 디스플레이(goggle-type display)에 적용될 수 있다. 웨어러블 전자기기들은 스마트폰(smart phone)과 연동되어(혹은, 연결되어) 동작될 수 있다. 도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 투시형 디스플레이 장치를 적용할 수 있는 다양한 전자기기를 보여주는 도면이다. 도 5 내지 도 7의 전자기기는 HMD, 안경형 디스플레이 등의 예시이다.
도 8은 헤드셋에 적용되는 투시형 디스플레이 장치(100d)의 일 예를 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 투시형 디스플레이 장치(100d)는 사용자의 좌안상에 배치되는 제1 투시형 디스플레이 장치(101)와 사용자의 우안상에 배치되는 제2 투시형 디스플레이 장치(102)를 포함할 수 있다. 제1 투시형 디스플레이 장치(101)와 제2 투시형 디스플레이 장치(10d)간의 거리(d2)는 사용자의 양안 간 거리에 따라 조절될 수 있다.
도 9 및 도 10은 일 실시예에 따른 시야각이 큰 제1 광경로 변경 부재를 포함한 투시형 디스플레이 장치에 대한 도면이다. 도 9에 도시된 제1 광경로 변경 부재(140a)는 서로 다른 매질로 구성된 복수 개의 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 광경로 변경 부재(140)는 제1 영역(141) 및 제1 영역(141)과 접하는 경계면이 곡면(S3)인 제2 영역(142)을 포함할 수 있다. 상기한 곡면(S3)의 곡률 중심은 다층적 깊이 영상(10)과 가까운 영역에 있을 수 있다. 상기한 곡면(S3)상에는 반사 물질이 더 코팅되어 있을 수 있다. 그리하여, 사용자는 보다 넓은 외부 영상을 확인할 수 있다.
또는, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 광경로 변경 부재(140a)와 사용자의 시각 기관 사이에 렌즈(170)가 더 배치될 수 있다. 렌즈(170)는 시각 기관에 가깝게 배치되어 있기 때문에, 렌즈(170)의 직경 대비 렌즈(170)의 초점거리가 짧을 수 있다. 결과적으로, 넓은 시야각(angle of view 또는 field of view)이 용이하게 확보될 수 있다. 상기한 렌즈(170)는 이방성 렌즈일 수 있으며, 보다 구체적으로, 편광 의존형 복굴절 렌즈일 수 있다. 그리하여, 다층적 깊이 영상(10)에 대해서는 렌즈로 작용하고, 외부 영상에 대해서는 평판으로 작용할 수 있다.
도 11는 복수 개의 미러를 포함하는 제1 광경로 변경 부재(140)를 도시한 도면이다. 도 11에 도시된 투시형 디스플레이 장치(200)는 헤드셋 타입일 수 있다. 깊이 영상 생성부(110)는 사용자의 시각 기관 위쪽에 배치될 수 있다. 다층적 깊이 영상(10)과 외부 영상을 사용자의 시각 기관에 전달하기 위해 제1 광경로 변경 부재(180)는 복수 개의 미러(181, 182, 183)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 광경로 변경 부재(180)는 다층적 깊이 영상(10)을 반사시키는 하나 이상의 미러(181, 182)와 외부 영상은 투과시키면서 다층적 깊이 영상(10)은 반사시키는 하나 이상의 반투과 미러(183)를 포함할 수 있다. 상기와 같이, 제1 광경로 변경 부재(180)로서 하나 이상의 미러(180)를 이용하면 깊이 영상 생성부(110)의 위치를 보다 자유롭게 배치시킬 수 있다.
도 12는 자동차에 적용되는 투시형 디스플레이 장치의 예를 도시한 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 자동차의 일 영역에 깊이 영상 생성부(110)가 배치되고, 제1 광경로 변경 부재(180a)로서 하나 이상의 미러(183, 184)를 이용하면 다층적 깊이 영상(10) 및 외부 영상을 사용자의 시각 기관에 전달할 수 있다. 하나 이상의 미러(183, 184)는 폴드 미러 및 이방성 미러 등을 포함할 수 있다.
한편, 하나의 깊이 영상 생성부(110)를 이용하여 우안용 깊이 영상 및 좌안용 깊이 영상을 생성할 수도 있다. 도 13은 스티어링 광학 부재를 포함하는 투시형 디스플레이 장치의 예를 도시한 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 스티어링 광학 부재(190)를 이용하여 결상된 다층적 깊이 영상(10)을 사용자의 우안 및 좌안 중 어느 하나에 선택적으로 전달할 수 있다.
이 이외도 본원의 다양한 실시예들에 따른 투시형 디스플레이 장치는 다양한 전자 장치 등에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 자동차와 같은 동력 장치, 일반 시설물 등에도 적용될 수 있다. 그 밖에도 본원의 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치의 적용 분야는 다양하게 변화될 수 있다. 또한, 본원의 실시예에 따른 투시형 디스플레이 장치(100)는 증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용할 수 있을 뿐 아니라, 그 밖에 다른 분야에도 적용할 수 있다. 다시 말해, 증강 현실(AR)이나 혼합 현실(MR)이 아니더라도, 복수의 영상을 동시에 볼 수 있는 멀티영상 디스플레이에 본원의 다양한 실시예의 사상들이 적용될 수 있다.
이제까지 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 실시예에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형상으로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 100a, 100c, 100d: 투시형 디스플레이 장치
110: 깊이 영상 생성부
120, 120a, 120b, 120c: 공간 광변조기
122: 제1 공간 광변조기
124: 제2 공간 광변조기 130:깊이 생성부
132: 편광 부재 134:초점 가변 부재
140:제1 광경로 변경 부재 150:필드 렌즈
160:제2 광경로 변경 부재

Claims (20)

  1. 다층적 2차원 영상(multi-layered 2D image)을 시간 순차적으로 출력하는 공간 광변조기; 및
    상기 다층적 2차원 영상으로부터 초점 거리를 이용하여 서로 다른 복수 개의 깊이 정보를 갖는 다층적 깊이 영상(multi-layered depth image)을 생성하는 깊이 생성부; 및
    상기 다층적 깊이 영상에 대응하는 광의 제1 광경로와 외부 광의 제2 광경로 중 적어도 하나를 변경시켜 상기 다층적 깊이 영상과 상기 외부 광에 대응하는 외부 영상이 하나의 영역에 전달하는 제1 광경로 변경 부재;를 포함하는 투시형 디스플레이 장치(see-through type display apparatus).
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 깊이 생성부는,
    시간에 따라 상기 초점 거리를 가변시킴으로써 상기 다층적 깊이 영상을 생성하는 투시형 디스플레이 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 초점 거리의 가변 속도는,
    상기 공간 광 변조기의 프레임 속도와 대응하는 투시형 디스플레이 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 깊이 생성부는,
    상기 다층적 2차원 영상에 대한 편광 상태를 변경시키는 편광 부재; 및
    상기 편광 상태에 따라 상기 초점 거리를 다르게 하는 초점 가변 부재;를 포함하는 투시형 디스플레이 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 편광 부재는,
    액정을 포함하는 투시형 디스플레이 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 편광 부재는,
    인가되는 전기적 신호에 대응하여 상기 편광 상태를 변화시키는 투시형 디스플레이 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 편광 상태의 변경 속도는,
    상기 공간 광 변조기의 프레임 속도와 대응하는 투시형 디스플레이 장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 초점 가변 부재는,
    이방성 특성을 갖는 투시형 디스플레이 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 초점 가변 부재는,
    복굴절 렌즈를 포함하는 투시형 디스플레이 장치.
  10. 제 4항에 있어서,
    상기 깊이 생성부는,
    상기 편광 부재 및 상기 초점 가변 부재 각각을 복수 개 포함하는 투시형 디스플레이 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 편광 부재와 상기 초점 가변 부재는 교번적으로 1차원 배열되어 있는 투시형 디스플레이 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 다층적 깊이 영상은 상기 깊이 생성부와 상기 제1 광경로 변경 부재 사이에 결상되는 투시형 디스플레이 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 광경로 변경 부재는,
    빔스플리터(beam splitter) 및 반투과막(transflective film) 중 적어도 하나를 포함하는 투시형 디스플레이 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 광경로 변경 부재는,
    제1 영역 및 상기 제2 영역과 접하는 경계면이 곡선인 제2 영역을 포함하는 투시형 디스플레이 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 경계면에 반사 물질이 코팅된 투시형 디스플레이 장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 공간 광변조기는,
    제1 다층적 2차원 영상을 출력하는 제1 공간 광변조기; 및
    제2 다층적 2차원 영상을 출력하는 제2 공간 광변조기;를 포함하는 투시형 디스플레이 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제1 다층적 2차원 영상에 대응하는 광의 제3 광경로와 상기 제2 다층적 2차원 영상에 대응하는 광의 제3 광경로 중 적어도 하나를 변경시켜 상기 제1 및 제2 다층적 2차원 영상을 상기 깊이 생성부에 전달하는 제2 광경로 변경 부재;를 더 포함하는 투시형 디스플레이 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제1 공간 광변조기는,
    상기 제2 광경로 변경 부재의 제1 면상에 배치되고,
    상기 제2 공간 광변조기는,
    상기 제2 광경로 변경 부재의 면들 중 상기 제1 면과 수직한 제2 면상에 배치되는 투시형 디스플레이 장치.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 제2 광경로 변경 부재는,
    상기 제1 다층적 2차원 영상와 상기 제2 다층적 2차원 영상의 편광 상태를 서로 다르게 변경시키는 투시형 디스플레이 장치.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 제1 광간 광변조기와 상기 제1 면간의 거리는 상기 제2 공간 광변조기와 상기 제2 면간의 거리가 서로 다른 투시형 디스플레이 장치.
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