KR102695520B1 - Image display device - Google Patents
Image display device Download PDFInfo
- Publication number
- KR102695520B1 KR102695520B1 KR1020180108237A KR20180108237A KR102695520B1 KR 102695520 B1 KR102695520 B1 KR 102695520B1 KR 1020180108237 A KR1020180108237 A KR 1020180108237A KR 20180108237 A KR20180108237 A KR 20180108237A KR 102695520 B1 KR102695520 B1 KR 102695520B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- display device
- image
- laser light
- image display
- light
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 167
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 15
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 11
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 11
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 8
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 2
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000004424 eye movement Effects 0.000 description 1
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/30—Collimators
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B2027/014—Head-up displays characterised by optical features comprising information/image processing systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Instrument Panels (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
레이저 광을 주사하는 주사광학부, 상기 주사광학부에 의해 주사된 레이저 광이 대략 수직으로 입사하는 빔 쉐이퍼, 자유곡면을 가지는 2개의 반사 광학소자 및 1개의 아나모픽 렌즈를 포함하며, 상기 빔 쉐이퍼로부터 방출된 레이저 광을 디스플레이 패널로 조명하는 조명광학부, 상기 조명광학부로부터 조명된 레이저 광을 이용하여 이미지를 표시하는 상기 디스플레이 패널, 자유곡면을 가지는 3개의 반사 광학소자를 포함하고, 상기 디스플레이 패널로부터 방출된 이미지 광을 관찰자의 눈에 집광시키는 접안광학부를 포함하는 이미지 표시 장치가 제공된다.An image display device is provided, comprising: a scanning optical section for scanning laser light; a beam shaper on which the laser light scanned by the scanning optical section is incident approximately vertically; two reflective optical elements having free-form surfaces; and one anamorphic lens; an illumination optical section for illuminating a display panel with the laser light emitted from the beam shaper; the display panel for displaying an image using the laser light illuminated from the illumination optical section; and an eyepiece optical section including three reflective optical elements having free-form surfaces and focusing the image light emitted from the display panel onto the eyes of an observer.
Description
이하, 이미지 표시 장치에 관한 기술이 제공된다.Hereinafter, a technology relating to an image display device is provided.
헤드업 디스플레이 장치는, 차량의 전방의 실제 장면(real scene)에 겹치게(superimpose) 가상 이미지(virtual image)를 표시함으로써, 실제 장면에 정보 등이 부가된 증강현실(AR, Augmented Reality)을 생성할 수 있다. 헤드업 디스플레이 장치는, 차량을 운행하는 관찰자의 시선이동을 최대한 억제하면서, 원하는 정보를 정확하게 관찰자에 대해 제공함으로써, 안전하고 쾌적한 차량운행에 기여할 수 있다.A head-up display device can create augmented reality (AR) by superimposing a virtual image on a real scene in front of a vehicle, thereby adding information to the real scene. The head-up display device can contribute to safe and comfortable driving by providing desired information to an observer accurately while minimizing eye movement of the observer driving the vehicle.
일 실시예에 따른 이미지 표시 장치는 레이저 광(laser light)을 주사(scan)하는 주사광학부; 상기 주사광학부로부터 주사된 레이저 광이 수직으로 입사(incident)되는 빔 쉐이퍼; 자유곡면(free-form curve)을 가지는 2개의 반사 광학소자 및 하나의 아나모픽 렌즈를 포함하고, 상기 빔 쉐이퍼로부터 방출(emit)된 레이저 광을 디스플레이 패널에 조명(illuminate)하는 조명광학부; 상기 조명광학부로부터 조명된 레이저 광을 이용하여 이미지를 표시하는 상기 디스플레이 패널; 및 자유곡면을 가지는 3개의 반사 광학소자를 포함하고, 상기 디스플레이 패널로부터 방출된 이미지 광(image light)을 관찰자의 눈에 집광시키는 접안광학부를 포함할 수 있다.An image display device according to one embodiment may include: a scanning optical unit that scans laser light; a beam shaper on which laser light scanned from the scanning optical unit is vertically incident; an illumination optical unit that includes two reflective optical elements having free-form curves and one anamorphic lens and illuminates a display panel with the laser light emitted from the beam shaper; the display panel that displays an image using the laser light illuminated from the illumination optical unit; and an eyepiece optical unit that includes three reflective optical elements having free-form curves and focuses image light emitted from the display panel onto the eyes of a viewer.
이미지 표시 장치는 상기 눈의 위치정보에 기초하여, 상기 주사된 레이저 광이 상기 빔 쉐이퍼에 입사하는 위치를 제어하는 제1 제어부를 더 포함할 수 있다.The image display device may further include a first control unit that controls a position at which the injected laser light is incident on the beam shaper based on the position information of the eye.
상기 주사광학부는, 레이저 주사부를 포함하고, 상기 제1 제어부는, 상기 레이저 주사부를 제어함으로써 상기 주사된 레이저 광이 상기 빔 쉐이퍼에 입사하는 위치를 제어할 수 있다.The above-mentioned scanning optical unit includes a laser scanning unit, and the first control unit can control the position at which the injected laser light is incident on the beam shaper by controlling the laser scanning unit.
상기 제1 제어부는, 상기 눈의 광축(optical axis)에 대해 수직인 방향의 위치 변화에 대응하여 상기 주사된 레이저 광이 상기 빔 쉐이퍼에 입사하는 위치를 제어함으로써, 상기 이미지 광을 집광시킬 수 있다.The above first control unit can focus the image light by controlling the position at which the injected laser light is incident on the beam shaper in response to a change in position in the direction perpendicular to the optical axis of the eye.
이미지 표시 장치는 상기 눈의 위치정보에 기초하여, 상기 빔 쉐이퍼의 위치를 제어하는 제2 제어부를 더 포함할 수 있다.The image display device may further include a second control unit that controls the position of the beam shaper based on the position information of the eye.
상기 제2 제어부는, 상기 빔 쉐이퍼의 위치를 광축에 대해 전후로 제어할 수 있다.The above second control unit can control the position of the beam shaper forward and backward with respect to the optical axis.
상기 제2 제어부는, 상기 눈이 광축에 대해 전후로 움직이는 경우에 응답하여 상기 빔 쉐이퍼의 위치를 제어함으로써, 상기 이미지 광을 집광시킬 수 있다.The second control unit can focus the image light by controlling the position of the beam shaper in response to the eye moving back and forth with respect to the optical axis.
상기 빔 쉐이퍼는, 회절 광학 소자(DOE, Diffractive Optics Element), 홀로그래픽 광학 소자(HOE, Holographic Optical Element), 또는 확산판(diffuser plate)일 수 있다.The above beam shaper may be a diffractive optics element (DOE), a holographic optical element (HOE), or a diffuser plate.
이미지 표시 장치는 상기 눈의 위치 정보에 기초하여, 상기 이미지의 컨텐츠를 제어 하는 제3 제어부를 더 포함할 수 있다.The image display device may further include a third control unit that controls the content of the image based on the position information of the eye.
상기 제3 제어부는, 양안에 대해 서로 구별되는 우안 이미지 및 좌안 이미지를 제공할 수 있다.The third control unit can provide right-eye images and left-eye images that are distinct from each other for both eyes.
상기 주사광학부는, 상기 레이저 광을 방출(emit) 하는 광원부; 상기 광원부로부터 방출된 레이저 광을 주사(scanning)하는 레이저 주사부(laser scanning unit); 및 상기 레이저 주사부에 의해 주사된 레이저 광을 반사시킴으로써, 상기 레이저 광을 상기 빔 쉐이퍼로 입사시키는 거울을 더 포함할 수 있다.The above scanning optical unit may further include a light source unit that emits the laser light; a laser scanning unit that scans the laser light emitted from the light source unit; and a mirror that reflects the laser light scanned by the laser scanning unit and causes the laser light to enter the beam shaper.
상기 레이저 주사부는, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 스캐너로 구현되고, 상기 거울은, 포물면 거울(parabolic mirror)로 구현될 수 있다.The above laser injection unit may be implemented as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) scanner, and the mirror may be implemented as a parabolic mirror.
상기 광원부는, 상기 레이저 광을 확산판에 집광(concentrate)시키는 집광 렌즈(condensing lens); 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 레이저 광을 산란시키는 상기 확산판; 상기 확산판에 의해 산란된 레이저 광을 평행하게 함(collimating)으로써 생성된 평행광을 상기 레이저 주사부로 방출하는 시준 렌즈(collimating lens) ; 및 상기 확산판을 회전시키는 모터를 포함할 수 있다.The light source unit may include a condensing lens that concentrates the laser light onto a diffuser; the diffuser plate that scatters the laser light concentrated by the condensing lens; a collimating lens that emits parallel light generated by collimating the laser light scattered by the diffuser plate to the laser scanning unit; and a motor that rotates the diffuser plate.
상기 접안광학부는, 상기 디스플레이 패널로부터 방출된 이미지 광을 반사하는 전단(front end)의 자유곡면 거울; 상기 전단의 자유곡면 거울에 의해 반사된 이미지 광을 추가로(additionally) 반사시키는 후단(back end)의 자유곡면 거울; 및 상기 후단의 자유곡면 거울에 의해 반사된 이미지 광을 추가로 반사시킴으로써 이미지 광을 상기 눈에 집광시키는 결합기(combiner)를 포함할 수 있다.The above-described eyepiece optical unit may include a front end free-form mirror that reflects image light emitted from the display panel; a back end free-form mirror that additionally reflects image light reflected by the front end free-form mirror; and a combiner that additionally reflects image light reflected by the back end free-form mirror to focus the image light onto the eye.
상기 전단의 자유곡면 거울 및 상기 후단의 자유곡면 거울은, 상기 전단의 자유곡면 거울로부터 상기 후단의 자유곡면 거울까지의 광로 사이에서 적어도 두 이미지 광 들이 서로 교차(cross)하도록 배치될 수 있다.The free-form mirror of the above-mentioned front end and the free-form mirror of the above-mentioned rear end can be arranged so that at least two image lights cross each other between the optical path from the free-form mirror of the above-mentioned front end to the free-form mirror of the above-mentioned rear end.
상기 후단의 자유곡면 거울 및 상기 결합기는, 상기 후단의 자유곡면 거울로부터 상기 결합기까지의 광로 사이에서 이미지 광의 광선들 중 적어도 두 광선 이 교차하도록 배치될 수 있다.The free-form mirror at the rear end and the coupler can be arranged so that at least two rays of image light intersect between the optical path from the free-form mirror at the rear end to the coupler.
상기 이미지 표시 장치는, 헤드업디스플레이(HUD, head-up display) 장치일 수 있다.The above image display device may be a head-up display (HUD) device.
상기 디스플레이 패널은, 홀로그램 표시 디바이스로 구현될 수 있다.The above display panel can be implemented as a holographic display device.
상기 광원부는, 적색광, 녹색광, 및 청색광의 레이저 광을 결합(combine)으로써, 백색광을 생성할 수 있다.The above light source unit can generate white light by combining red light, green light, and blue light laser light.
상기 광원부는, 어레이 형상으로 배치된 반도체 레이저 광원들을 포함할 수 있다.The above light source unit may include semiconductor laser light sources arranged in an array shape.
도 1은 일 실시예에 따른 이미지 표시 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 이미지 표시 장치의 구성 및 윈드 쉴드 글래스 및 가상 이미지와의 위치관계를 설명하는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 이미지 표시 장치의 구성에 관해 설명하는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 이미지 표시 장치에 포함되는 각 제어부를 설명하는 도면이다.
도 5은 일 실시예에 따른 주사광학부 및 빔 쉐이퍼의 구성에 관해 설명하는 도면이다.
도 6는 일 실시예에 따른 광원부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 조명광학부의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 접안광학부의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 접안광학부에 있어서 광선이 교차하는 측면(aspect)을 설명하는 도면이다.
도 10 및 도 11은 일 실시에에 따른 이미지 표시 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 12은 다른 일 실시예에 따른 주사광학부 및 빔 쉐이퍼의 구성을 설명하는 도면이다.
도 13는 다른 일 실시예에 따른 광원부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 14은 또 다른 일 실시예에 따른 광원부의 구성을 설명하는 도면이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of an image display device according to one embodiment.
FIG. 2 is a drawing explaining the configuration of an image display device according to one embodiment and the positional relationship with a windshield glass and a virtual image.
FIG. 3 is a drawing explaining the configuration of an image display device according to one embodiment.
FIG. 4 is a drawing explaining each control unit included in an image display device according to one embodiment.
FIG. 5 is a drawing explaining the configuration of a scanning optical unit and a beam shaper according to one embodiment.
Fig. 6 is a drawing explaining the configuration of a light source unit according to one embodiment.
Fig. 7 is a block diagram illustrating the configuration of an illumination optical unit according to one embodiment.
Figure 8 is a block diagram illustrating the configuration of an eyepiece optical unit according to one embodiment.
FIG. 9 is a drawing explaining an aspect where light rays intersect in an eyepiece optical unit according to one embodiment.
FIG. 10 and FIG. 11 are drawings explaining the configuration of an image display device according to one embodiment.
FIG. 12 is a drawing explaining the configuration of a scanning optical unit and a beam shaper according to another embodiment.
Fig. 13 is a drawing explaining the configuration of a light source unit according to another embodiment.
Fig. 14 is a drawing explaining the configuration of a light source unit according to another embodiment.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the scope of the patent application is not limited or restricted by these embodiments. The same reference numerals presented in each drawing represent the same components.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments described below may be modified in various ways. The embodiments described below are not intended to be limiting in terms of the embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, or alternatives thereto.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수 개의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the embodiments. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify that a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification is present, but should be understood to not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiments belong. Terms defined in commonly used dictionaries, such as those defined in common usage dictionaries, should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and will not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless expressly defined in this application.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, when describing with reference to the attached drawings, the same components will be given the same reference numerals regardless of the drawing numbers, and redundant descriptions thereof will be omitted. When describing an embodiment, if it is determined that a specific description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 일 실시예에 따른 이미지 표시 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of an image display device according to one embodiment.
이미지 표시 장치(100)은 주사광학부(scanning optical unit)(110), 빔 쉐이퍼(beam shaper)(120), 조명광학부(illuminating optical unit)(130), 디스플레이 패널(display panel)(140), 및 접안광학부(eyepiece optical unit)(150)를 포함할 수 있다.The image display device (100) may include a scanning optical unit (110), a beam shaper (120), an illuminating optical unit (130), a display panel (140), and an eyepiece optical unit (150).
주사광학부(110)는 레이저 광을 주사할 수 있다.The injection optical unit (110) can inject laser light.
빔 쉐이퍼(120)에는 주사광학부(110)로부터 주사된 레이저 광을 수신할 수 있다. 예를 들어, 주사광학부(110)로부터 주사된 레이저 광이, 빔 쉐이퍼(120)에 대략 수직으로 입사될 수 있다. 주사광학부(110)로부터 주사된 레이저 광은, 빔 쉐이퍼(120)의 면에 대해 수직인 각도 또는 수직과 유사한 각도로 입사될 수 있다. 수직과 유사한 각도는 빔 쉐이퍼(120)의 면에 대해 수직인 각도에 대한 각도 차이(angle difference)가 미리 정한 임계 각도 미만인 각도를 나타낼 수 있다.The beam shaper (120) can receive laser light scanned from the scanning optical unit (110). For example, the laser light scanned from the scanning optical unit (110) can be incident on the beam shaper (120) at approximately a vertical angle. The laser light scanned from the scanning optical unit (110) can be incident at an angle perpendicular to the surface of the beam shaper (120) or an angle similar to the vertical angle. The angle similar to the vertical angle can indicate an angle in which an angle difference with respect to the angle perpendicular to the surface of the beam shaper (120) is less than a predetermined critical angle.
조명광학부(130)는 빔 쉐이퍼(120)으로부터 방출(emit)된 레이저 광을 디스플레이 패널(140)에 조명할 수 있다.The illumination optical unit (130) can illuminate the display panel (140) with laser light emitted from the beam shaper (120).
디스플레이 패널(140)은 조명광학부(130)에 의해 조명된 레이저 광을 이용하여 이미지를 표시할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(140)은 조명광학부(130)에 의해 조명된 레이저 광을 통과시킴으로써 이미지에 대응하는 이미지 광을 생성할 수 있다. 이미지 광은, 레이저 광이 디스플레이 패널(140)의 임의의 지점을 통과한 후의 광(light)을 나타낼 수 있다. 이미지 광은, 디스플레이 패널(140)의 임의의 지점으로부터 방출된 광선 다발(bundle of rays)을 포함할 수 있다.The display panel (140) can display an image using laser light illuminated by the illumination optical unit (130). For example, the display panel (140) can generate image light corresponding to the image by passing the laser light illuminated by the illumination optical unit (130). The image light can represent light after the laser light passes through an arbitrary point of the display panel (140). The image light can include a bundle of rays emitted from an arbitrary point of the display panel (140).
접안광학부(150)는 디스플레이 패널(140)으로부터 방출된 이미지 광을 관찰자의 눈에 집광(concentrate))시킬 수 있다.The eyepiece optical unit (150) can concentrate image light emitted from the display panel (140) onto the observer's eye.
일 실시예에 따른 이미지 표시 장치(100)는, 예를 들어, 차량에 구비된 헤드업 디스플레이 장치이고, 자기 차량 전방의 실제 장면(real scene)에 가상 이미지를 겹치게 표시할 수 있다. 이미지 표시 장치(100)는 실제 장면에 정보 등을 부가한 증강현실을 생성할 수 있다. 다만, 이미지 표시 장치(100)가 헤드업 디스플레이 장치에 적용되는 것은 단순 예시로서, 다른 장치에 적용될 수도 있다.An image display device (100) according to one embodiment is, for example, a head-up display device equipped in a vehicle, and can display a virtual image by overlapping it on a real scene in front of the vehicle. The image display device (100) can create augmented reality by adding information, etc. to the real scene. However, the application of the image display device (100) to the head-up display device is a simple example, and it can be applied to other devices.
일 실시예에 따른 이미지 표시 장치(100)는, 헤드업 디스플레이 장치로부터 방출된 이미지 광을 관찰자의 눈에 효율적으로 집광시킬 수 있다. 예를 들어, 이미지 표시 장치(100)는, 아이 박스(eye box) 전체에 이미지를 표시하기 위해, 이미지 광을 관찰자의 눈에 집광시킬 수 있다. 이미지 표시 장치(100)는 이미지 광을 관찰자의 눈에 집광시킴으로써, 양안(both eyes)의 각각에 서로 다른 이미지 광을 집광시킬 수 있다. 따라서, 이미지 표시 장치(100)는 관찰자의 좌안에 좌안 이미지를 제공하고, 관찰자의 우안에 우안 이미지를 제공함으로써, 관찰자에게 입체적인 이미지를 제공할 수 있다.An image display device (100) according to one embodiment can efficiently focus image light emitted from a head-up display device onto the eyes of an observer. For example, the image display device (100) can focus image light onto the eyes of an observer in order to display an image over an entire eye box. By focusing image light onto the eyes of an observer, the image display device (100) can focus different image light onto each of both eyes. Accordingly, the image display device (100) can provide a left-eye image to the left eye of an observer and a right-eye image to the right eye of an observer, thereby providing a three-dimensional image to an observer.
도 2는 일 실시예에 따른 이미지 표시 장치의 구성 및 윈드 쉴드 글래스 및 가상 이미지와의 위치관계를 설명하는 도면이다. 도 3은 일 실시예에 따른 이미지 표시 장치의 구성에 관해 설명하는 도면이다.FIG. 2 is a drawing explaining the configuration of an image display device according to one embodiment and the positional relationship with a windshield glass and a virtual image. FIG. 3 is a drawing explaining the configuration of an image display device according to one embodiment.
우선, 주사광학부(110)는 빔 쉐이퍼(120)로 레이저 광을 주사할 수 있다. 그리고 빔 쉐이퍼(120)는 조명광학부(130)로 레이저 광을 방출할 수 있다. 주사광학부(110)에 의한 레이저 광의 주사 및 빔 쉐이퍼(120)는 하기 도 5 및 도 6에서 설명한다.First, the scanning optical unit (110) can scan laser light to the beam shaper (120). Then, the beam shaper (120) can emit laser light to the illumination optical unit (130). The scanning of laser light by the scanning optical unit (110) and the beam shaper (120) are described in FIGS. 5 and 6 below.
빔 쉐이퍼(120)로부터 방출된 레이저 광은, 조명광학부(130)에 입사(incident)할 수 있다. 레이저 광은 조명광학부(130)에 구비되는 아나모픽 렌즈(131), 제1 자유곡면 거울(132), 및 제2 자유곡면 거울(133)의 순서로 전달될 수 있다.Laser light emitted from the beam shaper (120) can be incident on the illumination optical unit (130). The laser light can be transmitted in the order of the anamorphic lens (131), the first free-form mirror (132), and the second free-form mirror (133) provided in the illumination optical unit (130).
그리고 해당 레이저 광은 제2 자유곡면 거울(133)로부터 디스플레이 패널(140)에 입사할 수 있다. 디스플레이 패널(140)은 해당 레이저 광을 이용하여 이미지를 표시할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(140)은, 투과형 패널로서, 뒷면을 통해 레이저 광을 수신하고, 수신된 레이저 광에 기초하여 이미지 광을 방출할 수 있다. 그리고 디스플레이 패널(140)으로부터 방출된 이미지 광은, 접안광학부(150)에 입사할 수 있다.And the corresponding laser light can be incident on the display panel (140) from the second free-form mirror (133). The display panel (140) can display an image using the corresponding laser light. For example, the display panel (140) is a transmissive panel, can receive laser light through the back surface, and can emit image light based on the received laser light. And the image light emitted from the display panel (140) can be incident on the eyepiece optical unit (150).
이어서, 이미지 광은 접안광학부(150)에 구비된 제3 자유곡면 거울(151), 제4 자유곡면 거울(152), 결합기(153)의 순서대로 전파될 수 있다. 결합기(153)에 의해 반사된 이미지 광은, 관찰자의 눈에 집광된다. 따라서, 관찰자는 도 2에 도시된 바와 같이, 윈드 실드 글래스(10)를 통해, 전방의 실제 장면(real scene)에 중첩되어 프로젝션 평면(11)에 표시된 가상 이미지를 인식할 수 있다.Next, the image light can be transmitted sequentially to the third free-form mirror (151), the fourth free-form mirror (152), and the combiner (153) provided in the eyepiece optical unit (150). The image light reflected by the combiner (153) is focused on the observer's eye. Accordingly, the observer can recognize a virtual image displayed on the projection plane (11) superimposed on the real scene in front through the windshield glass (10), as illustrated in FIG. 2.
일 실시예에 따른, 이미지 표시 장치(100)는 미리 정한 광학 소자를 제어함으로써, 관찰자의 눈에 이미지 광을 계속 집광시킬 수 있다. 예를 들어, 관찰자의 눈의 위치가 변화하는 경우, 이미지 표시 장치(100)는 눈의 위치 정보에 기초하여, 미리 정한 광학 소자의 움직임 또는 위치를 제어할 수 있다. 이미지 표시 장치(100)는 눈의 위치 변화에 대응하여 광학 소자의 위치 등을 제어함으로써, 관찰자의 눈에 이미지 광을 계속하여 집광시킬 수 있다. 여기서, 눈의 위치 정보는 미리 정한 센싱 데이터의 분석 등에 의해 생성되는 관찰자의 눈의 위치를 나타내는 정보로서, 생성 방법은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 눈의 위치 정보의 생성은, 외부 장치에 의해 실현될 수도 있고, 이미지 표시 장치(100)에 의해 실현될 수도 있다. 아울러, 이미지 광이 관찰자의 양안에 집광되는 것으로 설명하였으나, 한쪽 눈에만 집광될 수도 있다.According to one embodiment, the image display device (100) can continuously focus image light on the eyes of an observer by controlling predetermined optical elements. For example, when the position of the observer's eyes changes, the image display device (100) can control the movement or position of the predetermined optical elements based on the eye position information. The image display device (100) can continuously focus image light on the eyes of an observer by controlling the positions of the optical elements, etc. in response to the change in the eye position. Here, the eye position information is information indicating the position of the observer's eyes generated by analysis of predetermined sensing data, etc., and the generation method is not particularly limited. In addition, the generation of the eye position information may be realized by an external device or may be realized by the image display device (100). In addition, although the image light is described as being focused on both eyes of the observer, it may be focused on only one eye.
이미지 표시 장치(100)는 양안의 각각에 대해 서로 다른 이미지 광을 집광시킬 수 있다. 이미지 표시 장치(100)는 양안의 각각에 서로 다른 이미지 광을 제공함으로써, 관찰자에게 3차원 이미지를 인식시킬 수 있다. 예를 들어, 이미지 표시 장치(100)는 서로 시차(disparity)를 가지는, 좌안 이미지의 이미지 광 및 우안 이미지의 이미지 광을 각각의 눈에 집광시킬 수 있다.The image display device (100) can focus different image lights for each of the two eyes. The image display device (100) can allow an observer to perceive a three-dimensional image by providing different image lights to each of the two eyes. For example, the image display device (100) can focus image lights of a left-eye image and image lights of a right-eye image, which have disparities from each other, on each eye.
아래에서는 이미지 표시 장치(100)의 각 구성을 상세히 설명한다.Below, each component of the image display device (100) is described in detail.
도 4는 일 실시예에 따른 이미지 표시 장치에 포함되는 각 제어부를 설명하는 도면이다. 도 5는 일 실시예에 따른 주사광학부 및 빔 쉐이퍼의 구성에 관해 설명하는 도면이다.FIG. 4 is a drawing explaining each control unit included in an image display device according to one embodiment. FIG. 5 is a drawing explaining the configuration of a scanning optical unit and a beam shaper according to one embodiment.
주사광학부(110)는 광원부(111), 레이저 주사부(예를 들어, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 스캐너(112)), 및 포물면 거울(113)을 포함할 수 있다. 또한, 주사광학부(110)는 조명광학부(130), 접안광학부(150)가 배치된 경우에 발생하는 데드 스페이스에 배치될 수도 있다. 데드 스페이스는, 이미지 표시 장치(100)의 하우징에 의해 정의되는 공간 내에서, 조명광학부(130) 및 접안광학부(150)가 차지하는 공간 이외에 남는 공간을 나타낼 수 있다. 따라서, 이미지 표시 장치(100)가 소형화될 수 있다.The scanning optical unit (110) may include a light source unit (111), a laser scanning unit (for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) scanner (112)), and a parabolic mirror (113). In addition, the scanning optical unit (110) may be placed in a dead space that occurs when the illumination optical unit (130) and the eyepiece optical unit (150) are placed. The dead space may refer to a space remaining other than the space occupied by the illumination optical unit (130) and the eyepiece optical unit (150) within a space defined by the housing of the image display device (100). Therefore, the image display device (100) may be miniaturized.
광원부(111)는 레이저 광을 생성하는 광학 소자로서, 예를 들어, 백생광을 생성할 수 있다. 광원부(111)의 구체적인 구성은 하기 도 6에서 설명한다.The light source unit (111) is an optical element that generates laser light and can generate, for example, white light. The specific configuration of the light source unit (111) is described in FIG. 6 below.
MEMS 스캐너(112)는, 광원부(111)으로부터 입사된 레이저 광을 주사하는 광학소자이다. 예를 들어, MEMS 스캐너(112)는 포물면 거울(113)의 초점위치에 배치될 수 있다. MEMS 스캐너(112)에 의해 주사된 레이저 광은, 포물면 거울(113)에 의해 반사되어, 빔 쉐이퍼(120)에 입사한다. 여기서, 포물면 거울(113)의 초점 위치로부터 방출된 레이저 광이 포물면 거울(113) 상의 각 점에서 반사하는 경우, 각 반사광의 진행 방향은 포물면 거울(113)의 광축에 대해 대략 평행하는 특징을 가진다. 서로서로 대략 평행하게 된 반사광은 빔 쉐이퍼(120)의 면에 대해 대략 수직으로 입사한다. 본 명세서에서 광축은, 빛이 투과하는 광로를 지시하는 선을 나타낼 수 있다.The MEMS scanner (112) is an optical element that scans laser light incident from a light source unit (111). For example, the MEMS scanner (112) may be placed at the focal position of the parabolic mirror (113). The laser light scanned by the MEMS scanner (112) is reflected by the parabolic mirror (113) and incident on the beam shaper (120). Here, when the laser light emitted from the focal position of the parabolic mirror (113) is reflected at each point on the parabolic mirror (113), the propagation direction of each reflected light has a characteristic of being approximately parallel to the optical axis of the parabolic mirror (113). The reflected light that is approximately parallel to each other is incident approximately perpendicularly to the surface of the beam shaper (120). In this specification, the optical axis may represent a line indicating an optical path through which light passes.
또한, 이미지 표시 장치(100)는 관찰자의 눈의 위치 정보에 기초하여 레이저 광이 빔 쉐이퍼(120)에 입사하는 위치를 제어하는 제1 제어부(191)를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 제어부(191)는 MEMS 스캐너(112)를 제어함으로써, 포물면 거울(113)에 반사된 레이저 광이 빔 쉐이퍼(120)에 입사하는 위치를 제어한다. 또한, 빔 쉐이퍼(120)에 있어서, 레이저 광의 입사 위치가 변경되더라도, 레이저 광의 입사 각도는 변하지 않는다. 빔 쉐이퍼(120)로 레이저 광이 입사되는 위치가 달라지더라도, 레이저 광은 여전히 빔 쉐이퍼(120)의 면에 대해 대략 수직인 각도로 입사할 수 있다. MEMS 스캐너(112)가 제1 제어부(191)로서 동작할 수도 있다.In addition, the image display device (100) may further include a first control unit (191) that controls a position at which the laser light is incident on the beam shaper (120) based on position information of the observer's eye. More specifically, the first control unit (191) controls the MEMS scanner (112) to control a position at which the laser light reflected on the parabolic mirror (113) is incident on the beam shaper (120). In addition, in the beam shaper (120), even if the position at which the laser light is incident changes, the incident angle of the laser light does not change. Even if the position at which the laser light is incident on the beam shaper (120) changes, the laser light can still be incident at an angle that is approximately perpendicular to the surface of the beam shaper (120). The MEMS scanner (112) may also operate as the first control unit (191).
참고로, 일 실시예에 따른 빔 쉐이퍼(120)는 이미지 표시 장치(100)의 광학계에 있어서, 관찰자의 눈의 위치와 결합 관계에 있다. 빔 쉐이퍼(120)로 레이저 광이 입사되는 위치가 달라지면, 이미지 광이 최종적으로 집광되는 위치도 달라진다. 따라서, 이미지 표시 장치(100)는 관찰자의 눈의 위치 변화에 따라, 빔 쉐이퍼(120)로 레이저 광이 입사되는 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 제어부(191)는 상기 주사된 레이저 광이 상기 빔 쉐이퍼(120)에 입사하는 위치를 제어함으로써, 상기 눈의 광축(optical axis)에 대해 수직인 방향의 위치 변화에 대응하여 상기 이미지 광을 집광시킬 수 있다. 관찰자의 눈의 위치가, 광축에 대해 대략 수직인 방향으로 움직이는 상황을 가정할 수 있다. 제1 제어부(191)는 이러한 관찰자의 눈의 위치 변화에 대응하여, 빔 쉐이퍼(120) 상에서 변화된 위치에 대응하는 지점으로 레이저 광이 입사되도록, MEMS 스캐너(112)를 제어할 수 있다. 따라서, 이미지 표시 장치(100)는 관찰자의 눈에 이미지 광을 계속하여 집광시킬 수 있다.For reference, the beam shaper (120) according to one embodiment is in a coupled relationship with the position of the eye of the observer in the optical system of the image display device (100). If the position at which the laser light is incident on the beam shaper (120) changes, the position at which the image light is finally focused also changes. Therefore, the image display device (100) can determine the position at which the laser light is incident on the beam shaper (120) according to the change in the position of the eye of the observer. For example, the first control unit (191) can focus the image light in response to the change in position in the direction perpendicular to the optical axis of the eye by controlling the position at which the injected laser light is incident on the beam shaper (120). It can be assumed that the position of the eye of the observer moves in a direction approximately perpendicular to the optical axis. The first control unit (191) can control the MEMS scanner (112) to cause laser light to be incident on a point corresponding to the changed position on the beam shaper (120) in response to the change in the position of the observer's eye. Accordingly, the image display device (100) can continuously focus image light on the observer's eye.
또한, MEMS 스캐너(112)는 레이저 광이 빔 쉐이퍼(120)에 입사되는 위치를 조정함으로써, 서로 다른 우안 이미지에 대응하는 우안 이미지 광 및 좌안 이미지에 대응하는 좌안 이미지 광을 생성할 수 있다. 예를 들어, MEMS 스캐너(112)는 고속으로 구동함으로써, 빔 쉐이퍼(120) 상에서 좌안에 대응하는 지점 및 우안에 대응하는 지점에 대해 교대로(alternatively) 시계열적으로(time sequentially) 레이저 광을 주사할 수 있다. 빔 쉐이퍼(120) 상에서 좌안에 대응하는 지점에 입사된 레이저 광은, 이후 디스플레이 패널(140)에 의해 좌안 이미지 광으로 변환되어 관찰자의 좌안으로 집광될 수 있다. 우안에 대응하는 지점에 입사된 레이저 광은, 이후 디스플레이 패널(140)에 의해 우안 이미지 광으로 변환되어 우안으로 집광될 수 있다. 따라서, MEMS 스캐너(112)는, 관찰자에게 서로 다른 우안 이미지 및 좌안 이미지를 고속으로 전환되면서 제공되도록, 레이저 광을 주사할 수 있다. 이미지 표시 장치는 이러한 MEMS 스캐너(112)의 고속 구동을 통해 우안 이미지 및 좌안 이미지를 관찰자에게 제공함으로써, 관찰자에게 3차원 이미지를 인식시킬 수 있다.In addition, the MEMS scanner (112) can generate right-eye image light corresponding to different right-eye images and left-eye image light corresponding to different left-eye images by adjusting the position at which the laser light is incident on the beam shaper (120). For example, the MEMS scanner (112) can alternately and time sequentially scan laser light at points corresponding to the left eye and points corresponding to the right eye on the beam shaper (120) by driving at high speed. The laser light incident on the point corresponding to the left eye on the beam shaper (120) can then be converted into left-eye image light by the display panel (140) and focused onto the left eye of the observer. The laser light incident on the point corresponding to the right eye can then be converted into right-eye image light by the display panel (140) and focused onto the right eye. Accordingly, the MEMS scanner (112) can scan laser light so that different right-eye images and left-eye images are provided to the observer while switching at high speed. The image display device can provide the right-eye image and the left-eye image to the observer through high-speed operation of the MEMS scanner (112), thereby allowing the observer to recognize a three-dimensional image.
도 4에서는 주사광학부(110)가 MEMS 스캐너(112)를 포함하는 것으로 도시되었으나, 이로 한정하는 것은 아니다. MEMS 스캐너(112) 외에도, 주사광학부(110)는 레이저 광을 주사하는 광학 소자를 포함할 수 있다. 또한, 포물면 거울(113) 외에도, 주사광학부(110)는 레이저 광을 빔 쉐이퍼(120)에 대해 대략 수직으로 입사시키는 광학 소자를 포함할 수 있다.In FIG. 4, the scanning optical unit (110) is illustrated as including a MEMS scanner (112), but is not limited thereto. In addition to the MEMS scanner (112), the scanning optical unit (110) may include an optical element that scans laser light. In addition to the parabolic mirror (113), the scanning optical unit (110) may include an optical element that causes the laser light to be incident approximately perpendicularly to the beam shaper (120).
빔 쉐이퍼(120)는 포물면 거울(113)에 의해 반사된 레이저 광을 조명광학부(130)에 전달하는 광학소자이다. 빔 쉐이퍼(120)는 포물면 거울(113)에 의해 반사된 레이저 광의 진행 방향을 회절현상 등을 통해 변경할 수 있다. 또한, 빔 쉐이퍼(120)는 레이저 광의 빔 형태를 변경할 수 있다. 빔 쉐이퍼(120)는 DOE (Diffractive Optics Element) 등의 회로 광학 소자, HOE(Holographic Optical Element) 등의 홀로그래픽 광학 소자 또는 확산판(diffuser plate) 등으로 구현될 수 있다.The beam shaper (120) is an optical element that transmits laser light reflected by a parabolic mirror (113) to an illumination optical unit (130). The beam shaper (120) can change the direction of propagation of laser light reflected by the parabolic mirror (113) through a diffraction phenomenon, etc. In addition, the beam shaper (120) can change the beam shape of the laser light. The beam shaper (120) can be implemented with a circuit optical element such as a DOE (Diffractive Optics Element), a holographic optical element such as a HOE (Holographic Optical Element), or a diffuser plate.
상술한 바에 따라, 포물면 거울(113)에 의해 반사된 레이저 광이, 빔 쉐이퍼(120)의 면에 대해 대략 수직으로 입사할 수 있다. 빔 쉐이퍼(120)는 통상적으로 입사한 레이저 광의 광속경(light beam diameter)을 임계 크기까지 넓혀서(broaden), 레이저 광의 형태(예를 들어, 본래 원형)를 직사각형 형태로 변경할 수 있다. 레이저 광이 변경되는 형태를 직사각형 형태로 한정하는 것은 아니고, 직사각형과 유사한 형태일 수도 있다. 임계 크기는 설계에 따라 결정될 수 있고, 예를 들어, 조명광학부(130)에 있어서 조명광(illumination light)의 콘 앵클(cone angle)에 대응하는 크기일 수 있다. 레이저 광의 광속경은, 레이저 광의 진행 방향에 대한 레이저 광의 직경을 나타낼 수 있다.As described above, the laser light reflected by the parabolic mirror (113) can be incident approximately perpendicularly to the surface of the beam shaper (120). The beam shaper (120) can typically broaden the light beam diameter of the incident laser light to a critical size, thereby changing the shape of the laser light (e.g., originally circular) into a rectangular shape. The shape into which the laser light is changed is not limited to a rectangular shape, and may also have a shape similar to a rectangle. The critical size can be determined according to the design, and can be, for example, a size corresponding to a cone angle of the illumination light in the illumination optical unit (130). The light beam diameter of the laser light can represent the diameter of the laser light with respect to the direction in which the laser light travels.
또한, 이미지 표시 장치(100)는 관찰자의 눈의 위치 정보에 기초하여, 빔 쉐이퍼(120)의 위치를 제어하는 제2 제어부(192)를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제2 제어부(192)는 빔 쉐이퍼(120)의 위치를 광축에 대해 전후으로 제어할 수 있다. 광축에 대해 전후 방향은, 예를 들어, 빔 쉐이퍼(120)의 면에 대해 대략 수직인 방향일 수 있다. 대략 수직인 방향은, 빔 쉐이퍼(120)의 면에 대해 수직 방향 또는 수직과 유사한 방향일 수 있다.In addition, the image display device (100) may further include a second control unit (192) that controls the position of the beam shaper (120) based on position information of the observer's eye. For example, the second control unit (192) may control the position of the beam shaper (120) forward and backward with respect to the optical axis. The forward and backward direction with respect to the optical axis may be, for example, a direction that is approximately perpendicular to a surface of the beam shaper (120). The approximately perpendicular direction may be a direction that is perpendicular to or similar to perpendicular to a surface of the beam shaper (120).
상술한 바와 같이, 일 실시예에 따른 빔 쉐이퍼(120)는 이미지 표시 장치(100)의 광학계에 있어서, 관찰자의 눈의 위치와 결합 관계에 있다. 관찰자의 눈의 위치가 광축에 대해 전후로 움직이는 경우에 응답하여, 제2 제어부(192)는 관찰자의 눈의 위치의 변화에 대응하는 위치로 빔 쉐이퍼(120)의 위치를 변경할 수 있다. 따라서 관찰자의 눈이 광축에 대해 전후로 움직이는 경우에도, 이미지 표시 장치(100)는 관찰자의 눈에 이미지 광을 계속하여 집광시킬 수 있다. 다만, 빔 쉐이퍼(120)의 위치의 변경 방법을 이로 한정하는 것은 아니다.As described above, the beam shaper (120) according to one embodiment is in a coupled relationship with the position of the observer's eye in the optical system of the image display device (100). In response to the position of the observer's eye moving back and forth with respect to the optical axis, the second control unit (192) can change the position of the beam shaper (120) to a position corresponding to the change in the position of the observer's eye. Accordingly, even when the observer's eye moves back and forth with respect to the optical axis, the image display device (100) can continue to focus the image light on the observer's eye. However, the method of changing the position of the beam shaper (120) is not limited thereto.
또한, 이미지 표시 장치(100)는 관찰자의 눈의 위치에 기초하여 이미지의 컨텐츠를 제어할 수 있다. 예를 들어, 미리 정한 시점에서의 3차원 이미지가 표시되는 상태에서 관찰자의 눈의 위치가 변화하는 경우, 이미지 표시 장치(100)는 이미지의 컨텐츠를 변화 후의 시점에서의 3차원 이미지로 변경할 수도 있다. 예를 들어, 이미지 표시 장치(100)는 관찰자의 눈의 위치 정보에 기초하여, 이미지의 컨텐츠를 제어하는 제3 제어부(193)를 더 포함할 수 있다. 제3 제어부(193)는 디스플레이 패널(140)을 제어함으로써 이미지의 컨텐츠를 변경할 수 있다. 예를 들어, 제1 시점(view point)에 대한 3차원 이미지가 시각화된 상태에서, 관찰자의 눈의 위치가 제2 시점으로 변화하는 상황을 가정할 수 있다. 사용자의 눈이 제1 시점으로부터 제2 시점으로 이동된 경우에 응답하여, 제3 제어부(193)는 제1 시점에 대응하는 컨텐츠로부터 제2 시점에 대응하는 컨텐츠로 변경할 수 있다. 제1 시점에 대응하는 컨텐츠는 3차원 객체를 제1 시점에서 관측한 컨텐츠를 나타낼 수 있고, 제2 시점에 대응하는 컨텐츠는 3차원 컨텐츠를 제2 시점에서 관측한 컨텐츠를 나타낼 수 있다. 따라서, 이미지 표시 장치(100)는 관찰자의 눈의 위치가 변화해도, 관찰자에게 해당 시점에 적절한 이미지를 계속해서 제공할 수 있다.In addition, the image display device (100) can control the content of the image based on the position of the viewer's eyes. For example, when the position of the viewer's eyes changes while a three-dimensional image is displayed at a predetermined point in time, the image display device (100) can change the content of the image to a three-dimensional image at the point in time after the change. For example, the image display device (100) can further include a third control unit (193) that controls the content of the image based on the position information of the viewer's eyes. The third control unit (193) can change the content of the image by controlling the display panel (140). For example, it can be assumed that a three-dimensional image for a first view point is visualized while the position of the viewer's eyes changes to a second view point. In response to the user's eyes moving from the first view point to the second view point, the third control unit (193) can change the content corresponding to the first view point to the content corresponding to the second view point. The content corresponding to the first point of view can represent content of a three-dimensional object observed from the first point of view, and the content corresponding to the second point of view can represent content of a three-dimensional content observed from the second point of view. Accordingly, the image display device (100) can continuously provide an image appropriate for the corresponding point of view to the observer even if the position of the observer's eyes changes.
도 6는 일 실시예에 따른 광원부의 구성을 설명하는 도면이다.Fig. 6 is a drawing explaining the configuration of a light source unit according to one embodiment.
광원부(111)는 적색광, 녹색광, 및 청색광의 레이저 광을 결합(combine)으로써, 백색광을 생성할 수 있다. 레이저 광의 결합은 합파(multiplexing)라고도 나타낼 수 있다. 예를 들어, 광원부(111)는 도 6에 도시된 바와 같이, R광원부(111-1a), G광원부(111-1b), B광원부(111-1c), 시준 렌즈(collimating lens)(111-2a) 내지 시준 렌즈(111-2c), 색선별 거울(dichroic mirror)(111-3a) 및 색선별 거울(111-3b)을 포함할 수 있다.The light source unit (111) can generate white light by combining red, green, and blue laser light. Combining laser light can also be referred to as multiplexing. For example, as illustrated in FIG. 6, the light source unit (111) can include an R light source unit (111-1a), a G light source unit (111-1b), a B light source unit (111-1c), a collimating lens (111-2a) to a collimating lens (111-2c), a dichroic mirror (111-3a), and a dichroic mirror (111-3b).
R광원부(111-1a), G광원부(111-1b), 및 B광원부(111-1c)의 각각은 개별 대역에서 피크(peak) 강도를 가지는 레이저 광을 방출할 수 있다. R광원부(111-1a)는 적색 파장 대역에서 피크 강도를 가지는 레이저 광으로서 적색광을 방출할 수 있다. G광원부(111-1b)는 녹색 파장 대역에서 피크 강도를 가지는 레이저 광으로서 녹색광을 방출할 수 있다. B광원부(111-1c)는 청색 파장 대역에서 피크 강도를 가지는 레이저 광으로서 청색광을 방출할 수 있다.Each of the R light source unit (111-1a), the G light source unit (111-1b), and the B light source unit (111-1c) can emit laser light having a peak intensity in a respective band. The R light source unit (111-1a) can emit red light as laser light having a peak intensity in a red wavelength band. The G light source unit (111-1b) can emit green light as laser light having a peak intensity in a green wavelength band. The B light source unit (111-1c) can emit blue light as laser light having a peak intensity in a blue wavelength band.
광원부(111)에 이용되는 레이저 광원은, 한정되지 않는다. 예를 들어, 레이저 광원으로서 반도체 레이저 광원이 이용될 수 있다. 예를 들어, R광원부(111-1a)로서, GaInP 반도체를 이용한 GaInP 양자 우물(Quantum Wells) 구조 레이저 다이오드가 이용되고, G광원부(111-1b) 및 B광원부(111-1c)로서 GaInN 반도체를 이용한 GaInN 양자 우물 구조 레이저 다이오드가 이용될 수 있다. 레이저 광원이 반도체 레이저 광원으로 구현됨으로써, 광원부(111)가 소형화될 수 있다.The laser light source used in the light source unit (111) is not limited. For example, a semiconductor laser light source can be used as the laser light source. For example, a GaInP quantum well structure laser diode using a GaInP semiconductor can be used as the R light source unit (111-1a), and a GaInN quantum well structure laser diode using a GaInN semiconductor can be used as the G light source unit (111-1b) and the B light source unit (111-1c). Since the laser light source is implemented as a semiconductor laser light source, the light source unit (111) can be miniaturized.
R광원부(111-1a), G광원부(111-1b), 및 B광원부(111-1c)로부터 방출된 레이저 광의 각각은, 그에 대응하는 시준 렌즈(111-2a) 내지 시준 렌즈(111-2c)를 투과함으로써 대략 평행한 레이저 광이 된다. 그 후, R광원부(111-1a)로부터의 적색광이, 색선별 거울(111-3a) 및 색선별 거울(111-3b)를 투과한다. G광원부(111-1b)로부터 방출된 녹색광의 광로는 색선별 거울(111-3a)에 의해 전환된다. 색선별 거울(111-3a)은 적색광보다 긴 파장의 빛을 투과시키고 녹색광을 반사시키는 특성을 가지는 거울이다. 색선별 거울(111-3a)에 의해 광로가 전환된 녹색광은 적색광에 결합될 수 있다. 녹색광 및 적색광이 결합된 광선 다발은 색선별 거울(111-3b)을 투과한다. 색선별 거울(111-3b)은 녹색광보다 긴 파장의 빛을 투과시키고 청색광을 반사시키는 특성을 가지는 거울이다. B광원부(111-1c)로부터 방출된 청색광의 광로는 색선별 거울(111-3b)에 의해 전환될 수 있다. 색선별 거울(111-3b)에 의해 광로가 전환된 청색광은 적색광 및 녹색광과 결합될 수 있다. 따라서, 광원부(111)는 적색광, 녹색광, 및 청색광을 결합함으로써 백색광을 생성할 수 있다. 광원부(111)는 상술한 바와 같이 생성된 백색광을 MEMS 스캐너(112)로 방출한다.Each of the laser lights emitted from the R light source unit (111-1a), the G light source unit (111-1b), and the B light source unit (111-1c) becomes approximately parallel laser light by passing through the corresponding collimating lens (111-2a) to the collimating lens (111-2c). Thereafter, the red light from the R light source unit (111-1a) passes through the color separation mirror (111-3a) and the color separation mirror (111-3b). The optical path of the green light emitted from the G light source unit (111-1b) is switched by the color separation mirror (111-3a). The color separation mirror (111-3a) is a mirror that has the property of transmitting light with a longer wavelength than red light and reflecting green light. The green light whose optical path is switched by the color separation mirror (111-3a) can be combined with the red light. A light beam bundle of combined green light and red light passes through a color separation mirror (111-3b). The color separation mirror (111-3b) is a mirror having a characteristic of transmitting light with a longer wavelength than green light and reflecting blue light. The optical path of the blue light emitted from the B light source unit (111-1c) can be switched by the color separation mirror (111-3b). The blue light whose optical path is switched by the color separation mirror (111-3b) can be combined with red light and green light. Therefore, the light source unit (111) can generate white light by combining red light, green light, and blue light. The light source unit (111) emits the white light generated as described above to the MEMS scanner (112).
또한, 광원부(111)의 구성은 상술한 바로 한정되지 않는다. 예를 들어, 광원부(111)는 R광원, G광원, 및 B광원의 전부를 포함하는 반도체 레이저 광원을 대신 사용할 수도 있다. 아울러, 광원부(111)는 적색광, 녹색광, 및 청색광 외의 파장 대역의 레이저 광을 방출할 수도 있다.In addition, the configuration of the light source unit (111) is not limited to what is described above. For example, the light source unit (111) may instead use a semiconductor laser light source including all of the R light source, the G light source, and the B light source. In addition, the light source unit (111) may also emit laser light of a wavelength band other than red light, green light, and blue light.
도 7은 일 실시예에 따른 조명광학부의 구성을 설명하는 블록도이다.Fig. 7 is a block diagram illustrating the configuration of an illumination optical unit according to one embodiment.
조명광학부(130)는 아나모픽 렌즈(anamorphic lens)(131), 제1 자유곡면 거울(132), 및 제2 자유곡면 거울(133)를 포함할 수 있다.The illumination optical unit (130) may include an anamorphic lens (131), a first free-form mirror (132), and a second free-form mirror (133).
아나모픽 렌즈(131)는 빔 쉐이퍼(120)로부터 입사된 레이저 광을 확장시키는 광학 소자로서, 아나모픽 렌즈(131)의 단축 방향 및 장축 방향 중 적어도 한 방향을 따라 레이저 광을 확장시킬 수 있다. 아나모픽 렌즈(131)는 예를 들어, 반원통형 렌즈(half cylindrical lens)(예를 들어, 렌티큘러 렌즈(lenticular lens))일 수 있다. 아나모픽 렌즈(131)가 렌티큘러 렌즈인 경우, 단축 방향은, 렌티큘러 렌즈를 구성하는 복수의 반원통형 렌즈들 중 한 반원통형 렌즈의 단면을 짧게 가로 지르는 선에 대응하는 방향을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 반원통형 렌즈에서 광축에 대해 직교하는 단면을 최단 거리로 가로지르는 선에 대응하는 방향이 단축 방향, 최장 거리로 가로지르는 선에 대응하는 방향이 장축 방향일 수 있다. 예를 들어, 아나모픽 렌즈(131)의 광학 특성(예를 들어, 초점 거리)은 광축에 직교할 수 있고, 또한 서로 직교하는 두 방향에서 다른 곡률을 가질 수 있다. 빔 쉐이퍼(120) 및 아나모픽 렌즈(131) 등에 의해 디스플레이 패널(140)의 대략 전면으로의 효율적인 조명이 가능해진다. 아나모픽 렌즈(131)의 일면은 아나모픽 면을 가질 수 있고, 아나모픽 렌즈(131)가 가지는 아나모픽 면을 정의하는 수식은 아래에서 설명한다. 아나모픽 렌즈(131)의 다른 일면은 평면일 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니다.The anamorphic lens (131) is an optical element that expands laser light incident from the beam shaper (120), and can expand the laser light along at least one of the short axis direction and the long axis direction of the anamorphic lens (131). The anamorphic lens (131) may be, for example, a half cylindrical lens (for example, a lenticular lens). When the anamorphic lens (131) is a lenticular lens, the short axis direction may represent a direction corresponding to a line that briefly crosses a cross-section of one of a plurality of half cylindrical lenses constituting the lenticular lens. For example, in a half cylindrical lens, a direction corresponding to a line that crosses a cross-section orthogonal to an optical axis at the shortest distance may be a short axis direction, and a direction corresponding to a line that crosses it at the longest distance may be a long axis direction. For example, the optical characteristics (e.g., focal length) of the anamorphic lens (131) may be orthogonal to the optical axis, and may also have different curvatures in two directions orthogonal to each other. Efficient illumination of approximately the entire front of the display panel (140) is enabled by the beam shaper (120) and the anamorphic lens (131). One side of the anamorphic lens (131) may have an anamorphic surface, and a formula defining the anamorphic surface of the anamorphic lens (131) is described below. The other side of the anamorphic lens (131) may be a plane, but is not limited thereto.
제1 자유곡면 거울(132)은 아나모픽 렌즈(131)로부터 입사된 레이저 광을 반사시키는 광학 소자이다.The first free-form mirror (132) is an optical element that reflects laser light incident from the anamorphic lens (131).
제2 자유곡면 거울(133)은 제1 자유곡면 거울(132)로부터 입사된 레이저 광을 반사시킴으로써 레이저 광을 디스플레이 패널(140)에 향해 방출하는 광학 소자이다.The second free-form mirror (133) is an optical element that emits laser light toward the display panel (140) by reflecting the laser light incident from the first free-form mirror (132).
자유곡면(free-form curve)을 가지는 상술한 광학소자들을 통해, 이미지 표시 장치는 광의 반사를 적절하게 제어할 수 있고, 이미지 표시 장치(100)가 소형화될 수 있다. 자유곡면은 비회전 대칭인 곡면을 나타낼 수 있다. 제1 자유곡면 거울(132) 및 제2 자유곡면 거울(133)가 가지는 자유곡면을 정의하는 수식은 아래에서 설명한다.Through the above-described optical elements having a free-form curve, the image display device can appropriately control the reflection of light, and the image display device (100) can be miniaturized. The free-form curve can represent a non-rotationally symmetrical curve. The equation defining the free-form surface of the first free-form mirror (132) and the second free-form mirror (133) is explained below.
디스플레이 패널(140)은 제2 자유곡면 거울(133)로부터 입사된 레이저 광에 의해 중간 이미지(intermediate image)을 형성한다. 중간 이미지에 대응하는 이미지 광은 여러 광학 소자들을 거쳐 결합기(153)까지 전달될 수 있고, 실제 장면에 겹쳐지는 가상 이미지를 형성할 수 있다. 디스플레이 패널(140)에 결상(form)된 빛은, 디스플레이 패널(140)의 방출 측(side)으로부터 접안광학부(150)의 제3 자유곡면 거울(151)로 방출된다.The display panel (140) forms an intermediate image by laser light incident from the second free-form mirror (133). Image light corresponding to the intermediate image can be transmitted to a combiner (153) through several optical elements, and can form a virtual image superimposed on an actual scene. The light formed on the display panel (140) is emitted from the emission side of the display panel (140) to the third free-form mirror (151) of the eyepiece optical unit (150).
또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(140)은 제3 자유곡면 거울(151)로부터 제4 자유곡면 거울(152)에 이르는 광로, 제4 자유곡면 거울(152)로부터 결합기(153)에 이르는 광로의 사이에 배치된다. 이러한 구성을 통해 접안광학부(150)는 소형화되면서 높은 광학 성능을 나타낼 수 있다.In addition, as shown in FIGS. 2 and 3, the display panel (140) is placed between the optical path from the third free-form mirror (151) to the fourth free-form mirror (152) and the optical path from the fourth free-form mirror (152) to the coupler (153). Through this configuration, the eyepiece optical unit (150) can be miniaturized while exhibiting high optical performance.
참고로, 디스플레이 패널(140)이 SLM(Spatial Light Modulator) 등의 홀로그램 표시 디바이스로 구현될 수 있다. 이미지 표시 장치(100)는 홀로그램 표시 디바이스를 이용하여, 홀로그램 이미지를 표시할 수 있다. 이 경우, 이미지 표시 장치(100)는 양안의 각각에 대해 서로 다른 홀로그램 이미지를 표시함으로써, 관찰자에게 3차원 홀로그램 이미지를 제공할 수 있다.For reference, the display panel (140) may be implemented as a holographic display device such as an SLM (Spatial Light Modulator). The image display device (100) may display a holographic image using the holographic display device. In this case, the image display device (100) may provide a three-dimensional holographic image to the viewer by displaying different holographic images for each of the two eyes.
도 8은 일 실시예에 따른 접안광학부의 구성을 설명하는 블록도이다.Figure 8 is a block diagram illustrating the configuration of an eyepiece optical unit according to one embodiment.
접안광학부(150)는 제3 자유곡면 거울(151), 제4 자유곡면 거울(152), 및 결합기(153)를 포함한다.The eyepiece optical unit (150) includes a third free-form mirror (151), a fourth free-form mirror (152), and a coupler (153).
제3 자유곡면 거울(151)은 디스플레이 패널(140)으로부터 방출된 중간 이미지를 구성하는 이미지 광을 반사하는 광학소자(예를 들어, 전단의 자유곡면 거울)이다.The third free-form mirror (151) is an optical element (e.g., a free-form mirror of the front end) that reflects image light that constitutes an intermediate image emitted from the display panel (140).
제4 자유곡면 거울(152)은 제3 자유곡면 거울(151)로부터 입사된 이미지 광을 반사시킴으로써, 이미지 광을 결합기(153)를 향해 방출하는 광학소자(예를 들어, 후단의 자유곡면 거울)이다.The fourth free-form mirror (152) is an optical element (e.g., a rear free-form mirror) that reflects image light incident from the third free-form mirror (151) and emits the image light toward the combiner (153).
결합기(153)는 제4 자유곡면 거울(152)로부터 이미지 광을 수신할 수 있고, 수신된 이미지 광의 일부를 관찰자의 눈으로 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 제4 자유곡면 거울(152)로부터 방출된 이미지 광이 결합기(153)에 투영될 수 있다. 결합기(153)는 이미지 광이 결합기(153)에 투영된 투영광(projection light)을 관찰자의 눈에 일부 반사시킴으로써, 가상 이미지를 관찰자에게 인식시킬 수 있다. 예를 들어, 결합기(153)는, 무색의 수지성투명판(resin transparent plate)의 관찰자 측 표면(예를 들어, 반사면)에 하프 거울(half mirror)로서의 역할을 하는 증착막(evaporation film)이 형성된 소자로 구현될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 결합기(153)의 반사면은 오목한 형태인 것을 예로 들었으나, 이로 한정하지 않고, 결합기(153)의 반사면은 볼록한 형태일 수도 있다. 아울러, 결합기(153)의 대신에, 윈드 쉴드 글래스(10)가 사용될 수도 있다.The coupler (153) can receive image light from the fourth free-form mirror (152) and reflect a portion of the received image light to the eyes of the observer. For example, the image light emitted from the fourth free-form mirror (152) can be projected onto the coupler (153). The coupler (153) can cause the observer to perceive a virtual image by reflecting a portion of the projection light projected onto the coupler (153) to the eyes of the observer. For example, the coupler (153) can be implemented as a device in which an evaporation film that functions as a half mirror is formed on an observer-side surface (e.g., a reflective surface) of a colorless resin transparent plate. In addition, according to one embodiment, the reflective surface of the coupler (153) is exemplified as having a concave shape, but is not limited thereto, and the reflective surface of the coupler (153) may also have a convex shape. Additionally, instead of the coupler (153), a windshield glass (10) may be used.
하기 도 9에서는 접안광학부(150)에서의 광로를 설명한다.The following Figure 9 explains the optical path in the eyepiece optical unit (150).
도 9는 일 실시예에 따른 접안광학부에 있어서 광선이 교차하는 측면(aspect)을 설명하는 도면이다.FIG. 9 is a drawing explaining an aspect where light rays intersect in an eyepiece optical unit according to one embodiment.
일 실시예에 따르면, 제3 자유곡면 거울(151)로부터 제4 자유곡면 거울(152)까지의 광로 사이에서 적어도 두 이미지 광들이 교차하도록 각 광학소자가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 제3의 자유곡면 거울(151)의 임의의 점에서 반사된 이미지 광은, 제3 자유곡면 거울(151)의 다른 점에서 반사된 이미지 광과 위치(20)에서 교차한 후, 제4 자유곡면 거울(152)로 입사한다.According to one embodiment, each optical element may be arranged such that at least two image lights intersect in the optical path from the third free-form mirror (151) to the fourth free-form mirror (152). For example, as illustrated in FIG. 9, image light reflected from any point of the third free-form mirror (151) intersects image light reflected from another point of the third free-form mirror (151) at position (20) and then enters the fourth free-form mirror (152).
따라서, 일 실시예에 따른 이미지 표시 장치(100)의 광학계(optical system), 특히, 제3 자유곡면 거울(151) 및 제4 자유곡면 거울(152)이 소형화될 수 있다. 다만, 제3 자유곡면 거울(151)로부터 제4 자유곡면 거울(152)에 이르기까지의 광로 중에 있어서 이미지 광이 교차하는 형태는 특별히 한정되지 않는다.Accordingly, the optical system of the image display device (100) according to one embodiment, particularly, the third free-form mirror (151) and the fourth free-form mirror (152), can be miniaturized. However, the form in which the image light intersects in the optical path from the third free-form mirror (151) to the fourth free-form mirror (152) is not particularly limited.
또한, 제4 자유곡면 거울(152)로부터 결합기(153)까지의 광로 사이에서 각 상고(image height)의 광선이 교차하도록 각 광학소자가 배치된다. 예를 들어, 제4 자유곡면 거울(152) 및 상기 결합기(153)는, 제4 자유곡면 거울(152)로부터 상기 결합기(153)까지의 광로 사이에서 이미지 광의 광선들 중 적어도 두 광선이 교차하도록 배치될 수 있다. 이미지 광의 광선들이 교차됨으로써, 수차(aberration)가 개선될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 제4 자유곡면 거울(152)로부터 방출된 각 상고의 광선은, 위치(30)에서 교차하여 결합기(153)로 입사할 수 있다. 다만, 제3 자유곡면 거울(152)로부터 결합기(153)에 이르기까지의 광로 중에서 각 상고의 광선이 교차하는 형태는 특별히 한정하지 않는다. 제3 자유곡면 거울(151) 및 제4 자유곡면 거울(152)가 가지는 자유곡면을 정의하는 수식은 아래에서 설명한다.In addition, each optical element is arranged so that light rays of each image height intersect in the optical path from the fourth free-form mirror (152) to the combiner (153). For example, the fourth free-form mirror (152) and the combiner (153) may be arranged so that at least two light rays of the image light intersect in the optical path from the fourth free-form mirror (152) to the combiner (153). By intersecting the light rays of the image light, aberrations may be improved. For example, as illustrated in FIG. 9, light rays of each image height emitted from the fourth free-form mirror (152) may intersect at a position (30) and enter the combiner (153). However, the form in which light rays of each image height intersect in the optical path from the third free-form mirror (152) to the combiner (153) is not particularly limited. The equations defining the free surfaces of the third free-surface mirror (151) and the fourth free-surface mirror (152) are explained below.
따라서 결합기(153)로 입사하는 광선의 확산 각도(diffusion angle)가 증가될 수 있다. 결합기(153)에 의해 반사된 이미지 광이 관찰자의 눈에 효과적으로 집광될 수 있다. 따라서 이미지 표시 장치(100)의 광학성능이 향상될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 이미지 표시 장치(100)가 넓은 시야각(FOV, field of view)의 광학계에 적용되는 경우에도, 해당 광학계가 소형화될 수 있다.Accordingly, the diffusion angle of the light incident on the coupler (153) can be increased. The image light reflected by the coupler (153) can be effectively focused on the observer's eyes. Accordingly, the optical performance of the image display device (100) can be improved. In addition, even when the image display device (100) according to one embodiment is applied to an optical system having a wide field of view (FOV), the optical system can be miniaturized.
이미지 표시 장치(100)의 각 구성에 대해 상술하였다. 상술한 바와 같이, 이미지 표시 장치(100)는 반사광학계이기 때문에, 파장의 차이에 의한 색 수차의 발생을 방지할 수 있다. 따라서 이미지 표시 장치(100)는 색 번짐이 없는, 고화질의 이미지를 표시할 수 있다.Each component of the image display device (100) is described above. As described above, since the image display device (100) is a reflective optical system, it can prevent the occurrence of chromatic aberration due to a difference in wavelength. Therefore, the image display device (100) can display a high-quality image without color bleeding.
도 10 및 도 11은 일 실시에에 따른 이미지 표시 장치의 구성을 설명하는 도면이다.FIG. 10 and FIG. 11 are drawings explaining the configuration of an image display device according to one embodiment.
도 10 및 도 11은 상술한 이미지 표시 장치(100)의 전체 광학 소자가 배치된 구성의 예시를 설명한다. 도 11은 설명의 편의를 위하여 이미지 표시 장치(100)의 각 광학 소자를 통과하는 광선 다발(bundle of rays)에 있어서, 각 광학소자의 중심위치를 전파하는 광선만을 도시한다. 다만, 이미지 표시 장치(100)의 각 광학소자의 배치를, 도 10 및 도 11로 한정하지 않는다.FIG. 10 and FIG. 11 illustrate an example of a configuration in which all optical elements of the image display device (100) described above are arranged. For convenience of explanation, FIG. 11 illustrates only light rays propagating from the center position of each optical element in a bundle of rays passing through each optical element of the image display device (100). However, the arrangement of each optical element of the image display device (100) is not limited to FIG. 10 and FIG. 11.
아래에서는 자유곡면을 정의하는 수식을 설명한다. 예를 들어, 조명광학부(130)가 구비하는 제1 자유곡면 거울(132) 및 제2 자유곡면 거울(133), 그리고 접안광학부(150)가 구비하는 제3 자유곡면 거울(151), 제4 자유곡면 거울(152), 및 결합기(153)의 각각이 가지는 자유곡면을 정의하는 수식을 설명한다. 각 광학소자가 가지는 자유곡면은, 그 자유곡면의 정점(vertex)을 기준으로 하는 직교 좌표계 (x, y, z)를 정의할 때, 아래의 수학식 1, 수학식2, 및 수학식 3에 의해 정의된다. 또한, 각 광학 소자에 대한 수학식 1의 각 계수는 다음 표 1에서 나타낸다.Below, equations defining a free-form surface are described. For example, equations defining the free-form surfaces of the first free-form mirror (132) and the second free-form mirror (133) provided in the illumination optical unit (130), and the third free-form mirror (151), the fourth free-form mirror (152), and the coupler (153) provided in the eyepiece optical unit (150) are described. The free-form surface of each optical element is defined by the following
[수학식 1][Mathematical formula 1]
[수학식 2][Mathematical formula 2]
[수학식 3][Mathematical formula 3]
상술한 수학식 1 내지 수학식 3에서, x는 면의 x좌표, y는 면의 y좌표, z는 z축에 대략 평행한 면의 새그(sag) 량을 나타낼 수 있다. C는 정점 곡률로서, 1/곡률반경을 나타낼 수 있다. k는 코닉 상수(conic constant), Cj는 단항식 xmym의 계수로서 자유곡면 계수를 나타낼 수 있다.In the above
위에서는, 각 광학소자의 자유곡면의 정의식에 관해 설명하였다.계속해서, 아나모픽 렌즈(131)가 가지는 아나모픽 면을 정의하는 수학식을 설명한다. 아나모픽 면은, 해당 아나모픽 면의 정점을 원점으로 하는 직교좌표계 (x, y, z)를 정의했을 때, 하기 수학식 4에 의해 정의된다. 또한, 수학식 4의 각 계수를 하기 표 2에 나타낸다.Above, the definition formula of the free-form surface of each optical element is explained. Next, the mathematical formula defining the anamorphic surface of the anamorphic lens (131) is explained. The anamorphic surface is defined by the following mathematical formula 4 when the rectangular coordinate system (x, y, z) with the vertex of the anamorphic surface as the origin is defined. In addition, each coefficient of the mathematical formula 4 is shown in Table 2 below.
[수학식 4][Mathematical Formula 4]
x: 면의 x 좌표x: x-coordinate of the surface
y: 면의 y 좌표y: y coordinate of the surface
z: z축에 평행한 면의 새그(sag) 량z: amount of sag on the surface parallel to the z-axis
CUX: x의 곡률CUX: Curvature of x
CUY: y의 곡률CUY: curvature of y
KX: x의 코닉(conic) 계수KX: conic coefficient of x
KY: y의 코닉(conic) 계수KY: conic coefficient of y
AR: 회전 대칭의 4차 계수AR: 4th order coefficient of rotational symmetry
BR: 회전 대칭의 6차 계수BR: 6th order coefficient of rotational symmetry
CR 회전 대칭의 8차 계수8th order coefficient of CR rotational symmetry
DR: 회전 대칭의 10차 계수DR: 10th order coefficient of rotational symmetry
AP: 비회전대칭의 4차 계수AP: 4th order coefficient of non-rotational symmetry
BP: 비회전 대칭의 6차 계수BP: 6th order coefficient of non-rotational symmetry
CP: 비회전 대칭의 8차 계수CP: 8th order coefficient of non-rotational symmetry
DP: 비회전 대칭의 10차 계수DP: 10th order coefficient of non-rotational symmetry
위에서는 아나모픽 렌즈(131)이 있는 아나모픽 면에 관해 설명하였다.계속해서, 이미지 표시 장치(100)의 각 광학소자의 위치 좌표의 예에 대해 설명한다. 예를 들어, 아이박스의 중심점을 원점으로 하는 직교좌표계 (x, y, z)(도 10 및 도 11을 참조)가 정의되었을 때, 각 광학소자의 위치좌표는 아래 표 3 내지 표 5에 나타난 바와 같은 예시적인 좌표로 배치될 수 있다. 아래, 표 3 내지 표 5의 각 위치좌표는, 각 광학소자의 중심위치를 나타내고 있다. 또한, 각 광학소자에 있어서 편심(eccentricity)도 함께 기재되어 있다. 편심에 있어서, α, β, 및 γ는 각각 x축, y축, z축을 회전축으로 했을 때의 경사각을 나타낼 수 있다. 경사각 α 및 경사각 β의 양(예를 들어, +)은 각각 x축, y축의 양의 방향(예를 들어, 정방향)에 대해 반시계방향으로 회전시켰을 때의 각도를 나타낼 수 있다. 경사각 γ의 양(예를 들어, +)은 z축의 양의 방향에 대해 시계방향으로 회전시켰을 때의 각도를 나타낸다.The anamorphic surface having the anamorphic lens (131) is described above. Next, examples of position coordinates of each optical element of the image display device (100) will be described. For example, when an orthogonal coordinate system (x, y, z) (see FIGS. 10 and 11) having the center point of the eye box as the origin is defined, the position coordinates of each optical element can be arranged as exemplary coordinates as shown in Tables 3 to 5 below. Each position coordinate in Tables 3 to 5 below represents the center position of each optical element. In addition, the eccentricity of each optical element is also described. In the eccentricity, α, β, and γ can represent the inclination angle when the x-axis, the y-axis, and the z-axis are rotation axes, respectively. The amount (e.g., +) of the inclination angle α and the inclination angle β can represent the angle when rotated counterclockwise about the positive directions (e.g., forward) of the x-axis and y-axis, respectively. The amount (e.g., +) of the inclination angle γ represents the angle when rotated clockwise about the positive direction of the z-axis.
또한, 위에서 설명하였던 각 광학소자 중, 디스플레이 패널(140)보다 전단에 배치된 각 광학소자는 Off-Axis 광학계(소위, "축 분리 광학계")이고, 디스플레이 패널(140) 및 접안광학부(150)의 각 광학 소자는 On-Axis 광학계이다. 이에 따라, 상술한 정의식, 위치 좌표, 및 편심을 충족하면서, 광학 성능이 높은 광학계가 실현될 수 있다. 다만, 이는 단순한 예시로서, 각 광학 소자가 Off-Axis 광학계 또는 On-Axis 광학계인 지 관해서는, 다양한 조건(상술한 정의식, 위치 좌표, 편심, 또는 요구되는 광학 성능 등)에 따라 적절하게 변경될 수 있다.도 12은 다른 일 실시예에 따른 주사광학부 및 빔 쉐이퍼의 구성을 설명하는 도면이다. 도 13는 다른 일 실시예에 따른 광원부의 구성을 설명하는 도면이다.In addition, among the optical elements described above, each optical element arranged in front of the display panel (140) is an Off-Axis optical system (so-called, "axis-separated optical system"), and each optical element of the display panel (140) and the eyepiece optical unit (150) is an On-Axis optical system. Accordingly, an optical system having high optical performance can be realized while satisfying the above-described definition formula, position coordinates, and eccentricity. However, this is merely an example, and whether each optical element is an Off-Axis optical system or an On-Axis optical system can be appropriately changed according to various conditions (such as the above-described definition formula, position coordinates, eccentricity, or required optical performance). FIG. 12 is a drawing explaining the configuration of a scanning optical unit and a beam shaper according to another embodiment. FIG. 13 is a drawing explaining the configuration of a light source unit according to another embodiment.
도 12는 도 5 및 도 6에서 상술한 광원부(111)의 대신, 반도체 레이저 광원이 어레이 형상으로 배치된 광원부(114)를 설명한다. 광원부(114) 외의 나머지 구성은 도 1 내지 도 11에서 상술한 바와 동일한 구조로 구현될 수 있다.Fig. 12 illustrates a light source unit (114) in which semiconductor laser light sources are arranged in an array shape instead of the light source unit (111) described above in Figs. 5 and 6. The remaining configuration other than the light source unit (114) can be implemented with the same structure as described above in Figs. 1 to 11.
도 13은 도 12에 설명된 광원부(114)를 도시한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 광원부(114)는 레이저 광원부(114-1a) 내지 레이저 광원부(114-1d), 시준 렌즈(114-2a) 내지 시준 렌즈(114-2d), 포물면 거울(114-3), 및 시준 렌즈(114-4)를 포함한다.Fig. 13 illustrates the light source unit (114) described in Fig. 12. As illustrated in Fig. 13, the light source unit (114) includes a laser light source unit (114-1a) to a laser light source unit (114-1d), a collimating lens (114-2a) to a collimating lens (114-2d), a parabolic mirror (114-3), and a collimating lens (114-4).
레이저 광원부(114-1a) 내지 레이저 광원부(114-1d)는 어레이 형태로 배치되어, 미리 정한 레이저 광을 방출하는 광원 소자이다. 도 13에서는 레이저 광원부(114-1a) 내지 레이저 광원부(114-1d)이라고 하는 4개의 레이저 광원부만 도시되어 있으나, 레이저 광원부의 개수는 한정되지 않고, 포물면 거울(114-3)의 크기, 또는 요구되는 광량 등에 기초하여 적절하게 변경될 수 있다. 참고로, 도 12에서는 세로 4열, 가로 4열로 배치된 총 16개의 레이저 광원부가 도시되었다. 또한, 각 레이저 광원부가 방출하는 레이저 광의 파장도 한정되지 않는다. 레이저 광들은 각 레이저 광의 파장에 관계없이 결합될 수 있다.The laser light source unit (114-1a) to the laser light source unit (114-1d) are arranged in an array form and are light source elements that emit predetermined laser light. In Fig. 13, only four laser light source units referred to as the laser light source unit (114-1a) to the laser light source unit (114-1d) are illustrated, but the number of laser light source units is not limited and may be appropriately changed based on the size of the parabolic mirror (114-3), the required amount of light, etc. For reference, a total of 16 laser light source units arranged in 4 vertical rows and 4 horizontal rows are illustrated in Fig. 12. In addition, the wavelength of the laser light emitted by each laser light source unit is not limited. The laser lights can be combined regardless of the wavelength of each laser light.
레이저 광원부(114-1a) 내지 레이저 광원부(114-1d)로부터 방출된 레이저 광은, 각각, 대응하는 시준 렌즈(114-2a) 내지 시준 렌즈(114-2d)를 투과함으로써 대략 평행한 레이저 광이 된다. 이러한 대략 평행한 레이저 광은, 포물면 거울(114-3)에 반사함으로써 포물면 거울(114-3)의 초점 위치에 배치된 시준 렌즈(114-4)에 집광됨으로써 결합된다.The laser light emitted from the laser light source unit (114-1a) to the laser light source unit (114-1d) becomes approximately parallel laser light by passing through the corresponding collimating lens (114-2a) to the collimating lens (114-2d), respectively. This approximately parallel laser light is combined by being reflected by the parabolic mirror (114-3) and focused by the collimating lens (114-4) arranged at the focus position of the parabolic mirror (114-3).
도 14은 또 다른 일 실시예에 따른 광원부의 구성을 설명하는 도면이다.Fig. 14 is a drawing explaining the configuration of a light source unit according to another embodiment.
도 14에 도시된 광원부(115)는 레이저 광에 의한 스펙클 노이즈(speckle noise)의 영향을 경감시킬 수 있다. 스펙클 노이즈는, 반사면이나 투과면에 미세한 요철이 있는 경우에, 레이저 광이 서로 간섭하여 밝은 반점(예를 들어, 휘점)이 발생하는 현상이다. 스펙클 노이즈가 발생하면, 이미지가 반짝이기 쉽게 되므로 바람직하지 않다. 또한, 레이저 광은 협대역이기 때문에, 발광 파장이 일정하여 간섭이 쉽고, 스펙클 노이즈가 발생하기 쉽다.The light source unit (115) illustrated in Fig. 14 can reduce the influence of speckle noise caused by laser light. Speckle noise is a phenomenon in which laser light interferes with each other when there are fine irregularities on a reflective surface or a transmitting surface, resulting in the generation of bright spots (e.g., bright spots). When speckle noise occurs, the image tends to sparkle, which is not desirable. In addition, since laser light has a narrow band, the emission wavelength is constant, so interference is easy and speckle noise is easy to occur.
도 14는 도 5 및 도 6에서 상술한 광원부(111) 대신, 집광 렌즈(115-4), 확산판(115-5), 모터(115-6), 및 시준 렌즈(115-7)를 포함하는 광원부(115)를 설명한다. 또한, 광원부(115) 외의 구성은 도 1 내지 도 11에서 설명한 구조와 동일하게 구현될 수 있다.Fig. 14 illustrates a light source unit (115) including a condenser lens (115-4), a diffuser plate (115-5), a motor (115-6), and a collimating lens (115-7) instead of the light source unit (111) described above in Figs. 5 and 6. In addition, the configuration other than the light source unit (115) can be implemented in the same manner as the structure described in Figs. 1 to 11.
광원부(111)과 유사하게, 색선별 거울(115-3a) 및 색선별 거울(115-3b)에 의해 각 색상 광이 결합됨으로써 생성되는 백색광은, 집광 렌즈(115-4)에 입사한다. 각 색상 광은 R광원부(115-1a), G광원부(115-1b), B광원부(115-1c), 시준 렌즈(collimating lens)(115-2a) 내지 시준 렌즈(115-2c)에 의해 생성될 수 있다.Similar to the light source unit (111), white light generated by combining each color light by the color separation mirror (115-3a) and the color separation mirror (115-3b) enters the condenser lens (115-4). Each color light can be generated by the R light source unit (115-1a), the G light source unit (115-1b), the B light source unit (115-1c), and the collimating lens (115-2a) to the collimating lens (115-2c).
집광 렌즈(115-4)는, 입사된 레이저 광을, 확산판(115-5)에 집광시킨다. 그 후, 확산판(115-5)에서 산란된 레이저 광은, 시준 렌즈(115-7)을 투과함으로써 대략 평행한 레이저 광이 된다. 달리 말해, 시준 렌즈(115-7)에 의해 빔이 된다. 시준 렌즈(115-7)에 의해 빔이 됨으로써, 후단의 MEMS 스캐너(112)에 의한 주사가 수행될 수 있다.The condenser lens (115-4) condenses the incident laser light onto the diffuser plate (115-5). Thereafter, the laser light scattered by the diffuser plate (115-5) becomes approximately parallel laser light by passing through the collimating lens (115-7). In other words, the laser light becomes a beam by the collimating lens (115-7). By becoming a beam by the collimating lens (115-7), scanning by the subsequent MEMS scanner (112) can be performed.
여기서, 확산판(115-5)에 있어서, 레이저 광이 도달하는 위치에 따라, 확산판(115-5)으로부터 방출하는 레이저 광의 스펙클(speckle)의 상태가 변화한다. 더 나아가, 모터(115-6)가 확산판(115-5)을 회전시킴으로써, 확산판(115-5)로부터 방출된 레이저 광의 스펙클의 상태가 회전과 함께 변화한다.Here, in the diffuser plate (115-5), the speckle state of the laser light emitted from the diffuser plate (115-5) changes depending on the location where the laser light reaches. Furthermore, as the motor (115-6) rotates the diffuser plate (115-5), the speckle state of the laser light emitted from the diffuser plate (115-5) changes along with the rotation.
이로 인해, 스펙클 노이즈가 평균화되어 감소된다. 보다 구체적으로, 임의의 시간의 방출광에 있어서 스펙클 노이즈가 발생하고 있으나, 모터(115-6)가 고속(예를 들어, 미리 정한 속도 이상)으로 확산판(115-5)을 회전시킴으로써, 스펙클 노이즈가 평균화되고, 육안으로 시인할 수 없는 정도까지 스펙클 노이즈를 경감시키는 것이 가능하다. 이로 인해 이미지의 반짝임이 경감된다.Due to this, speckle noise is averaged and reduced. More specifically, although speckle noise occurs in the emission light at any time, by causing the motor (115-6) to rotate the diffusion plate (115-5) at a high speed (for example, at a speed higher than a predetermined speed), the speckle noise is averaged and it is possible to reduce the speckle noise to a level that is not visible to the naked eye. As a result, the sparkle of the image is reduced.
또한, 상술한 구성은 단순한 예시로서, 상술한 광학 소자는 비슷한 기능을 가지는 다른 광학 소자로 적절하게 변경될 수 있다.In addition, the above-described configuration is a simple example, and the above-described optical element may be appropriately changed to another optical element having a similar function.
예를 들어, 상술한 실시예에서, 헤드업 디스플레이 장치에 적용되어 있었으나, 헤드 마운트 디스플레이 장치 등에도 적용될 수 있다.For example, in the above-described embodiment, it was applied to a head-up display device, but it can also be applied to a head-mounted display device, etc.
보다 나은 이미지 광을 관찰자의 눈에 집광시키는 것이 가능하다.It is possible to focus better image light onto the observer's eye.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The devices described above may be implemented as hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, the devices and components described in the embodiments may be implemented using one or more general-purpose computers or special-purpose computers, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing instructions and responding to them. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. In addition, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For ease of understanding, the processing device is sometimes described as being used alone, but those skilled in the art will appreciate that the processing device may include multiple processing elements and/or multiple types of processing elements. For example, the processing device may include multiple processors, or a processor and a controller. Other processing configurations, such as parallel processors, are also possible.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing device to perform a desired operation or may, independently or collectively, command the processing device. The software and/or data may be permanently or temporarily embodied in any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, or transmitted signal waves, for interpretation by the processing device or for providing instructions or data to the processing device. The software may also be distributed over network-connected computer systems and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program commands that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program commands, data files, data structures, etc., alone or in combination. The program commands recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiment or may be those known to and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and hardware devices specially configured to store and execute program commands such as ROMs, RAMs, flash memories, etc. Examples of the program commands include not only machine language codes generated by a compiler but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, etc. The above-mentioned hardware devices may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiment, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, appropriate results can be achieved even if the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also included in the scope of the claims described below.
100: 이미지 표시 장치
110: 주사광학부
111, 114: 광원부
112: MEMS 스캐너
113: 포물면 거울
120: 빔 쉐이퍼
130: 조명광학부
131: 아나모픽 렌즈
132: 제1 자유곡면 거울
133: 제2 자유곡면 거울
140: 디스플레이 패널
150: 접안광학부
151: 제3 자유곡면 거울
152: 제4 자유곡면 거울100: Image display device
110: Injection Optics Department
111, 114: Light source
112: MEMS scanner
113: Parabolic mirror
120: Beam Shaper
130: Lighting Optics Department
131: Anamorphic lens
132: 1st free-form mirror
133: Second free-form mirror
140: Display panel
150: Eyepiece optics
151: Third free-form mirror
152: 4th free surface mirror
Claims (20)
레이저 광(laser light)을 주사(scan)하는 주사광학부;
상기 주사광학부로부터 주사된 레이저 광이 수직으로 입사(incident)되는 빔 쉐이퍼;
자유곡면(free-form curve)을 가지는 2개의 반사 광학소자 및 하나의 아나모픽 렌즈를 포함하고, 상기 빔 쉐이퍼로부터 방출(emit)된 레이저 광을 디스플레이 패널에 조명(illuminate)하는 조명광학부;
상기 조명광학부로부터 조명된 레이저 광을 이용하여 이미지를 표시하는 상기 디스플레이 패널; 및
자유곡면을 가지는 3개의 반사 광학소자를 포함하고, 상기 디스플레이 패널로부터 방출된 이미지 광(image light)을 관찰자의 눈에 집광시키는 접안광학부
를 포함하고,
상기 디스플레이 패널은,
레이저 광의 진행 경로(propagation path)를 따라 상기 조명광학부 및 상기 접안광학부 사이에 배치되는
이미지 표시 장치.In the image display device,
A scanning optical unit that scans laser light;
A beam shaper into which laser light injected from the above-mentioned injection optical unit is incident vertically;
An illumination optical section including two reflective optical elements having free-form curves and one anamorphic lens, and illuminating a display panel with laser light emitted from the beam shaper;
The display panel that displays an image using laser light illuminated from the above lighting optical unit; and
An eyepiece optical section including three reflective optical elements having free-form surfaces and focusing image light emitted from the display panel onto the observer's eye
Including,
The above display panel,
It is arranged between the illumination optical unit and the eyepiece optical unit along the propagation path of the laser light.
Image display device.
상기 눈의 위치정보에 기초하여, 상기 주사된 레이저 광이 상기 빔 쉐이퍼에 입사하는 위치를 제어하는 제1 제어부
를 더 포함하는 이미지 표시 장치.In the first paragraph,
A first control unit that controls the position at which the injected laser light enters the beam shaper based on the position information of the eye
An image display device further comprising:
상기 주사광학부는,
레이저 주사부를 포함하고,
상기 제1 제어부는,
상기 레이저 주사부를 제어함으로써 상기 주사된 레이저 광이 상기 빔 쉐이퍼에 입사하는 위치를 제어하는,
이미지 표시 장치.In the second paragraph,
The above injection optical unit is,
Including a laser injection unit,
The above first control unit,
By controlling the above laser injection unit, the position at which the injected laser light is incident on the beam shaper is controlled.
Image display device.
상기 제1 제어부는,
상기 눈의 광축(optical axis)에 대해 수직인 방향의 위치 변화에 대응하여 상기 주사된 레이저 광이 상기 빔 쉐이퍼에 입사하는 위치를 제어함으로써, 상기 이미지 광을 집광시키는,
이미지 표시 장치.In the second paragraph,
The above first control unit,
By controlling the position at which the injected laser light is incident on the beam shaper in response to a change in position in the direction perpendicular to the optical axis of the eye, the image light is focused.
Image display device.
상기 눈의 위치정보에 기초하여, 상기 빔 쉐이퍼의 위치를 제어하는 제2 제어부
를 더 포함하는 이미지 표시 장치.In the first paragraph,
A second control unit that controls the position of the beam shaper based on the position information of the eye
An image display device further comprising:
상기 제2 제어부는,
상기 빔 쉐이퍼의 위치를 광축에 대해 전후로 제어하는,
이미지 표시 장치.In paragraph 5,
The second control unit,
Controlling the position of the above beam shaper forward and backward with respect to the optical axis,
Image display device.
상기 제2 제어부는,
상기 눈이 광축에 대해 전후로 움직이는 경우에 응답하여 상기 빔 쉐이퍼의 위치를 제어함으로써, 상기 이미지 광을 집광시키는,
이미지 표시 장치.In paragraph 5,
The second control unit,
By controlling the position of the beam shaper in response to the eye moving back and forth about the optical axis, the image light is focused.
Image display device.
상기 빔 쉐이퍼는,
회절 광학 소자(DOE, Diffractive Optics Element), 홀로그래픽 광학 소자(HOE, Holographic Optical Element), 또는 확산판(diffuser plate)인,
이미지 표시 장치.In the first paragraph,
The above beam shaper,
A diffractive optical element (DOE), a holographic optical element (HOE), or a diffuser plate,
Image display device.
상기 눈의 위치 정보에 기초하여, 상기 이미지의 컨텐츠를 제어하는 제3 제어부
를 더 포함하는 이미지 표시 장치.In the first paragraph,
A third control unit that controls the content of the image based on the position information of the eye
An image display device further comprising:
상기 제3 제어부는,
양안에 대해 서로 구별되는 우안 이미지 및 좌안 이미지를 제공하는,
이미지 표시 장치.In Article 9,
The third control unit,
Providing distinct right eye and left eye images for both eyes,
Image display device.
상기 주사광학부는,
상기 레이저 광을 방출(emit)하는 광원부;
상기 광원부로부터 방출된 레이저 광을 주사(scanning)하는 레이저 주사부(laser scanning unit); 및
상기 레이저 주사부에 의해 주사된 레이저 광을 반사시킴으로써, 상기 레이저 광을 상기 빔 쉐이퍼로 입사시키는 거울
을 더 포함하는 이미지 표시 장치.In the first paragraph,
The above injection optical unit is,
A light source unit that emits the laser light;
A laser scanning unit that scans the laser light emitted from the light source unit; and
A mirror that reflects the laser light injected by the laser injection unit, thereby causing the laser light to enter the beam shaper.
An image display device further comprising:
상기 레이저 주사부는,
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 스캐너로 구현되고,
상기 거울은,
포물면 거울(parabolic mirror)로 구현되는,
이미지 표시 장치.In Article 11,
The above laser injection unit,
Implemented with a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) scanner,
The above mirror,
Implemented with a parabolic mirror,
Image display device.
상기 광원부는,
상기 레이저 광을 확산판에 집광(concentrate)시키는 집광 렌즈(condensing lens);
상기 집광 렌즈에 의해 집광된 레이저 광을 산란시키는 상기 확산판;
상기 확산판에 의해 산란된 레이저 광을 평행하게 함(collimating)으로써 생성된 평행광을 상기 레이저 주사부로 방출하는 시준 렌즈(collimating lens); 및
상기 확산판을 회전시키는 모터
를 포함하는 이미지 표시 장치.In Article 11,
The above light source part,
A condensing lens that concentrates the laser light onto a diffuser;
The diffusion plate that scatters the laser light collected by the collecting lens;
A collimating lens that emits parallel light generated by collimating the laser light scattered by the diffuser to the laser injection unit; and
A motor that rotates the above diffuser plate
An image display device including:
상기 접안광학부는,
상기 디스플레이 패널로부터 방출된 이미지 광을 반사하는 전단(front end)의 자유곡면 거울;
상기 전단의 자유곡면 거울에 의해 반사된 이미지 광을 추가로(additionally) 반사시키는 후단(back end)의 자유곡면 거울; 및
상기 후단의 자유곡면 거울에 의해 반사된 이미지 광을 추가로 반사시킴으로써 이미지 광을 상기 눈에 집광시키는 결합기(combiner)
를 포함하는 이미지 표시 장치.In the first paragraph,
The above eyepiece optical part is,
A free-form mirror of the front end that reflects image light emitted from the display panel;
A back end free-form mirror that additionally reflects the image light reflected by the free-form mirror of the above-mentioned front end; and
A combiner that focuses the image light onto the eye by additionally reflecting the image light reflected by the free-form mirror at the rear end.
An image display device including:
상기 전단의 자유곡면 거울 및 상기 후단의 자유곡면 거울은,
상기 전단의 자유곡면 거울로부터 상기 후단의 자유곡면 거울까지의 광로 사이에서 적어도 두 이미지 광들이 서로 교차(cross)하도록 배치되는,
이미지 표시 장치.In Article 14,
The free-form mirror of the above-mentioned front end and the free-form mirror of the above-mentioned rear end are,
At least two image lights are arranged to cross each other between the optical path from the free-form mirror of the front end to the free-form mirror of the rear end.
Image display device.
상기 후단의 자유곡면 거울 및 상기 결합기는,
상기 후단의 자유곡면 거울로부터 상기 결합기까지의 광로 사이에서 이미지 광의 광선들 중 적어도 두 광선이 교차하도록 배치되는,
이미지 표시 장치.In Article 14,
The above rear-end free-form mirror and the above coupler are,
At least two rays of image light are arranged to intersect between the optical path from the free-form mirror at the rear end to the combiner.
Image display device.
상기 이미지 표시 장치는,
헤드업디스플레이(HUD, head-up display) 장치인,
이미지 표시 장치.In the first paragraph,
The above image display device,
A head-up display (HUD) device,
Image display device.
상기 디스플레이 패널은,
홀로그램 표시 디바이스로 구현되는,
이미지 표시 장치.In the first paragraph,
The above display panel,
Implemented as a holographic display device,
Image display device.
상기 광원부는,
적색광, 녹색광, 및 청색광의 레이저 광을 결합(combine)으로써, 백색광을 생성하는,
이미지 표시 장치.In Article 11,
The above light source part,
By combining red, green, and blue laser light, white light is generated.
Image display device.
상기 광원부는,
어레이 형상으로 배치된 반도체 레이저 광원들
을 포함하는 이미지 표시 장치.
In Article 11,
The above light source part,
Semiconductor laser sources arranged in an array configuration
An image display device including:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16/239,119 US11378800B2 (en) | 2018-01-11 | 2019-01-03 | Image display apparatus |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018002332A JP7000167B2 (en) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | Image display device |
JPJP-P-2018-002332 | 2018-01-11 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190085829A KR20190085829A (en) | 2019-07-19 |
KR102695520B1 true KR102695520B1 (en) | 2024-08-14 |
Family
ID=67307806
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020180108237A KR102695520B1 (en) | 2018-01-11 | 2018-09-11 | Image display device |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7000167B2 (en) |
KR (1) | KR102695520B1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7441628B2 (en) * | 2019-10-08 | 2024-03-01 | 株式会社Subaru | Vehicle head-up display system |
JP7244129B1 (en) | 2021-10-13 | 2023-03-22 | 株式会社クロスエッジラボ | night vision camera |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20170184843A1 (en) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Head-up display and mobile object equipped with head-up display |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5313479A (en) * | 1992-07-29 | 1994-05-17 | Texas Instruments Incorporated | Speckle-free display system using coherent light |
JP2005266569A (en) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Teruya:Kk | Three-dimensional display device |
DE102012210808B4 (en) * | 2012-06-26 | 2018-05-17 | Sypro Optics Gmbh | Head-up display and projection optics for a head-up display |
JP6311971B2 (en) * | 2014-03-25 | 2018-04-18 | 大日本印刷株式会社 | Illumination device, projection device and irradiation device |
JP6413291B2 (en) * | 2014-03-27 | 2018-10-31 | セイコーエプソン株式会社 | Virtual image display device and head mounted display |
KR101620180B1 (en) | 2014-07-29 | 2016-05-13 | 현대자동차주식회사 | Method and system for controlling temperature of motor for TMED Plug in hybrid vehicle |
WO2016208194A1 (en) * | 2015-06-26 | 2016-12-29 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Head-up display and moving body equipped with head-up display |
JP6681546B2 (en) * | 2015-09-29 | 2020-04-15 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Head-up display and vehicles equipped with head-up display |
-
2018
- 2018-01-11 JP JP2018002332A patent/JP7000167B2/en active Active
- 2018-09-11 KR KR1020180108237A patent/KR102695520B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20170184843A1 (en) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Head-up display and mobile object equipped with head-up display |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019120888A (en) | 2019-07-22 |
JP7000167B2 (en) | 2022-01-19 |
KR20190085829A (en) | 2019-07-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7424635B2 (en) | Optical system including light-guiding optical element with two-dimensional expansion | |
US10419731B2 (en) | Virtual image generator | |
US10409082B2 (en) | Adjustable focal plane optical system | |
JP6823817B2 (en) | Head-up display device | |
US10838209B2 (en) | Head mounted imaging apparatus with curved lenslet array | |
JP2018533062A (en) | Wide-field head-mounted display | |
JP5214060B1 (en) | Virtual image display device | |
KR102087800B1 (en) | Virtual display | |
JP6601431B2 (en) | Head-up display device | |
JP7432339B2 (en) | head mounted display | |
JPWO2018066062A1 (en) | Projection optical system and head-up display device | |
CN113296269B (en) | HUD device | |
KR102695520B1 (en) | Image display device | |
JP6121097B2 (en) | Information presentation device | |
CN113661432A (en) | head-up display | |
JP2015225216A (en) | Image display device | |
JP6710017B2 (en) | Image display | |
JP2017142284A (en) | Display device and head-up display | |
JP2004045496A (en) | Two-dimensional optical scanner and video display device | |
JP7190653B2 (en) | Head-up displays and moving objects with head-up displays | |
US11378800B2 (en) | Image display apparatus | |
US10782521B2 (en) | Virtual image display device | |
JP6628873B2 (en) | Projection optical system, head-up display device, and automobile | |
JP6518659B2 (en) | Head-up display | |
JP7111071B2 (en) | head-up display device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20180911 |
|
PG1501 | Laying open of application | ||
A201 | Request for examination | ||
PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20210913 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20180911 Comment text: Patent Application |
|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20240102 Patent event code: PE09021S01D |
|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20240729 |
|
PG1601 | Publication of registration |