KR20220036759A

KR20220036759A - 다중 영상 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20220036759A
Application number: KR1020200119322A
Authority: KR
Inventors: 서원택; 신봉수; 양대호; 이창건; 김선일; 성기영
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2022-03-23
Also published as: US11442277B2; US20220082831A1

Abstract

개시된 다중 영상 디스플레이 장치는, 공간 광변조기에서 변조된 영상광을 제1광경로와 이에 직교하는 제2광경로로 전달하는 제1광학계와, 외부광과 제2광경로로 전달되는 영상광을 제2광경로에 직교하는 제3광경로를 따라 관찰자의 동공에 전달하는 제2광학계를 포함한다. 제2광학계는 제2광경로와 제3광경로의 교차점에 위치되며 2축 회전 가능한 스티어링 광학 소자를 포함한다.

Description

다중 영상 디스플레이 장치 {Multi-image display apparatus}

개시된 실시예들은, 예를 들어, 증상 현실 시스템과 같은 다중 영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.

최근, 가상 현실(virtual reality)(VR)을 구현할 수 있는 전자기기 및 디스플레이 장치가 개발되면서, 이에 대한 관심이 높아지고 있다. 가상 현실(VR)의 다음 단계로 증강 현실(augmented reality)(AR) 및 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 실현할 수 있는 기술도 연구되고 있다.

증강 현실(AR)은, 완전 가상 세계를 전제로 하는 가상 현실(VR)과는 달리, 현실 세계의 환경 위에 가상의 대상이나 정보를 겹쳐(결합하여) 보여줌으로써 현실의 효과를 더욱 증가시키는 디스플레이 기술이다. 가상 현실(VR)이 게임이나 가상 체험과 같은 분야에만 한정적으로 적용이 가능했다면, 증강 현실(AR)은 다양한 현실 환경에 응용이 가능하다는 장점이 있다. 특히, 증강 현실(AR)은 유비쿼터스(ubiquitous) 환경이나 사물 인터넷(internet of things)(IoT) 환경에 적합한 차세대 디스플레이 기술로 주목받고 있다. 이러한 증강 현실(AR)은 현실 세계와 부가적인 정보(가상 세계)를 혼합하여 보여준다는 점에서 혼합 현실(MR)의 일례라고 할 수 있다.

증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용될 수 있는 다중 영상 디스플레이 장치를 제공한다.

영상 관찰 가능 영역을 확장할 수 있는 다중 영상 디스플레이 장치를 제공한다.

일측면에 따른 다중 영상 디스플레이 장치는, 광원; 상기 광원에서 방출된 광을 변조하여 영상광을 생성하는 공간 광변조기; 상기 영상광을 제1광경로, 상기 제1광경로와 평행하지 않은 제2광경로로 전달하는 제1광학계; 외부광과 상기 제2광경로로 전달되는 상기 영상광을 상기 제2광경로와 평행하지 않은 제3광경로를 따라 관찰자의 동공에 전달하는 제2광학계;를 포함하며, 상기 제2광학계는 상기 제2광경로와 상기 제3광경로의 교차점에 위치되며 2축 회전 가능한 스티어링 광학 소자를 포함한다.

상기 다중 영상 디스플레이 장치는, 상기 스티어링 광학 소자의 제1모서리를 피벗될 수 있게 지지하는 지지부; 상기 제1모서리와 제1대각선 방향으로 마주보는 제2모서리를 탄력적으로 지지하는 탄력 지지부; 상기 제1대각선과 교차하는 제2대각선 방향의 제3, 제4모서리를 변위시키는 제1, 제2액추에이터;를 포함할 수 있다.

상기 스티어링 광학 소자는, 입사광의 절반을 반사하고 나머지 절반을 투과시키는 반투과 거울을 포함할 수 있다.

상기 스티어링 광학 소자는 제 1 선편광 성분을 갖는 광을 반사시키고 제 1 선평광 성분에 직교하는 제 2 선편광 성분을 갖는 광을 투과시키는 편광 빔스플리터를 포함하며, 상기 제1광학계는 상기 영상광의 상기 제 1 선편광 성분을 상기 편광 빔스플리터에 제공할 수 있다. 상기 제2광학계는, 상기 편광 빔스플리터에서 반사된 광을 상기 편광 빔스플리터로 반사하는 제1표면과, 상기 제1표면의 반대면으로서 상기 외부광을 상기 편광 빔스플리터 쪽으로 투과시키는 제2표면을 갖는 반투과 반사경; 상기 편광 빔스플리터와 상기 반투과 반사경 사이에 위치되는 1/4 파장판;을 포함할 수 있다. 상기 반투과 반사경은 오목 반사경일 수 있다. 상기 제1광학계는 상기 오목 반사경의 초점과 상기 오목 반사경 사이에 상기 영상광의 실상을 형성할 수 있다.

상기 공간 광변조기는 상기 광원에서 방출된 광을 반사하여 변조하는 반사형 공간 광변조기일 수 있다. 상기 제1광학계는, 상기 광원으로부터 조사되는 광의 상기 제1선형광 성분을 상기 공간 광변조기로 반사시키고 상기 공간 광변조기로부터 변조되어 반사된 상기 제2선편광 성분의 광을 투과시키는 제 1 빔스플리터; 상기 제1빔스플리터의 출사측에 위치되어 상기 제1선형광 성분의 광을 상기 제2광경로로 반사하고 상기 제2선편광 성분의 광을 투과시키는 제 2 빔스플리터; 상기 제 2 빔스플리터를 투과한 광을 상기 제 2 빔스플리터로 반사하는 반사경; 상기 제2빔스플리터와 상기 반사경 사이에 위치되는 1/4 파장판;을 포함할 수 있다. 상기 제1광학계는, 상기 공간 광변조기와 상기 제 1 빔스플리터 사이에 배치된 제 1 렌즈; 상기 제 1 빔스플리터와 상기 제 2 빔스플리터 사이에 배치된 제 2 렌즈; 및 상기 제 2 빔스플리터의 출사측에 배치된 제 3 렌즈;를 더 포함할 수 있으며, 상기 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈는 볼록 렌즈이고 상기 제 3 렌즈는 오목 렌즈일 수 있다. 상기 제1광학계는 상기 제 1 빔스플리터와 상기 제 2 빔스플리터 사이에서 상기 제 1 렌즈의 초점 부근에 배치되는 공간 필터를 더 포함할 수 있다.

상기 공간 광변조기는 상기 광원에서 방출된 광을 투과시켜 변조하는 투과형 공간 광변조기일 수 있다. 상기 제1광학계는, 상기 공간 광변조기로부터 출사되는 상기 영상광의 상기 제1선형광 성분의 광을 상기 제2광경로로 반사하고 상기 제2선편광 성분의 광을 투과시키는 제 2 빔스플리터; 상기 제 2 빔스플리터를 투과한 광을 상기 제 2 빔스플리터로 반사하는 반사경; 상기 제2빔스플리터와 상기 반사경 사이에 위치되는 1/4 파장판;을 포함할 수 있다. 상기 제1광학계는, 상기 공간 광변조기와 상기 제 2 빔스플리터 사이에 배치된 제 1 렌즈와 제 2 렌즈; 상기 제 1 렌즈와 상기 제 2 렌즈 사이에 배치된 공간 필터; 및 상기 제 2 빔스플리터의 출사측에 배치된 제 3 렌즈;를 더 포함하며, 상기 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈는 볼록 렌즈이고 상기 제 3 렌즈는 오목 렌즈일 수 있다.

상기 스티어링 광학 소자는, 상기 영상광이 입사되고 상기 동공과 대향되며 상기 영상광을 상기 동공에 집광시키는 홀로그램 광학 패턴이 형성된 제1표면과, 상기 외부광이 입사되는 제2표면을 구비하는 홀로그램 광학 소자를 포함할 수 있다.

상기 제1광학계와 상기 제2광학계는 상기 동공 내의 한 점에 영상 정보를 모은 후 망막에 주사하는 맥스웰리안 뷰(Maxwellian view)광학계를 형성할 수 있다.

일 측면에 따른 다중 영상 디스플레이 장치는, 광원; 상기 광원에서 방출된 광을 변조하여 영상광을 생성하는 공간 광변조기; 관찰자의 동공과 대향되며 상기 영상광을 상기 동공에 집광시키는 홀로그램 광학 패턴이 형성된 제1표면과 상기 외부광이 입사되는 제2표면을 포함하며, 2축 회전 가능한 홀로그램 광학 소자;를 포함한다.

상기 광원은 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.

일 측면에 따른 다중 영상 디스플레이 장치는, 광원; 상기 광원에서 방출된 광을 변조하여 영상광을 생성하는 공간 광변조기; 관찰자의 동공과 대향되며 상기 영상광을 상기 동공에 집광시키는 홀로그램 광학 패턴이 형성된 제1표면과 상기 외부광이 입사되는 제2표면을 포함하며, 2축 회전 가능한 홀로그램 광학 소자를 포함한다.

상기 광원은 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.

일 측면에 따른 다중 영상 디스플레이 장치는, 광원; 상기 광원에서 방출된 광을 변조하여 영상광을 생성하는 공간 광변조기; 상기 영상광을 제1광경로로 전달하는 제1광학계; 상기 제1광경로로 전달되는 상기 영상광을 스티어링하는 2축 회전 가능한 스티어링 광학소자를 포함하며, 상기 스티어링된 영상광을 상기 제1광경로에 평행하지 않은 제2광경로로 전달하는 제2광학계; 외부광과 스티어링된 상기 영상광을 제3광경로를 따라 관찰자의 동공에 전달하는 것으로서, 상기 영상광을 상기 동공에 집광시키는 홀로그램 광학 패턴이 형성된 제1표면과 상기 외부광이 입사되는 제2표면을 갖는 홀로그램 광학 소자;를 포함한다.

상기 제1광학계는, 상기 광원으로부터 조사되는 광의 제1선형광 성분을 상기 공간 광변조기로 투과시키고 상기 공간 광변조기로부터 변조되어 반사된 제2선편광 성분의 광을 제1출사측으로 반사시키는 빔스플리터; 상기 빔스플리터의 상기 제1출사측에 위치되어 광을 상기 제1출사측으로 반사시키는 오목 반사경; 상기 제1출사측과 상기 오목 반사경 사이에 위치되는 1/4 파장판; 상기 빔스플리터와 상기 스티어링 광학 소자 사이에 위치되는 제1렌즈;를 포함할 수 있다. 상기 제2광학계는, 상기 스티어링 광학 소자와 상기 홀로그램 광학 소자 사이에 위치되는 제2렌즈;를 포함할 수 있다.

개시된 다중 영상 디스플레이 장치는 실제 외부 전경과 함께 입체감이 있는 다중 영상을 제공하기 때문에 더욱 현실감 있는 증강 현실 경험을 제공할 수 있다. 또한, 개시된 다중 영상 디스플레이 장치는 관찰 가능 영역이 확장된 컴팩트한 다중 영상 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2a는 스티어링 광학 소자를 2축 구동하는 구조의 일 예를 보여주는 분해 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 스티어링 광학 소자를 2축 구동하는 구조의 일 예의 사시도이다.
도 3은 스티어링 광학 소자의 가동 범위의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다중 영상 디스플레이 장치의 일 예의 개략적인 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 제1광학계의 일 예의 개략적인 XY평면도이다.
도 6 및 도 7은 도 4 및 도 5에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치에서 관찰자에게 보이는 홀로그래픽 영상의 깊이를 조절하는 원리를 개략적으로 도시한다.
도 8은 도 4에 도시된 제1광학계의 일 예의 개략적인 XY평면도이다.
도 9는 다중 영상 디스플레이 장치의 일 예의 개략적인 구성도이다.
도 10은 도 9에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치에 적용된 제1광학계의 일 예의 개략적인 구성도이다.
도 11은 다중 영상 디스플레이 장치의 일 예의 개략적인 구성도이다.
도 12는 도 11에 도시된 제1광학계와 제2광학계의 일 예의 개략적인 구성도이다.
도 13은 반사경을 이용한 빔스티어링에 의하여 아이 박스가 형성되는 과정을 설명하는 도면들이다.
도 14는 도 11 및 도 12에 도시된 반사경을 이용한 빔스티어링에 의하여 아이 박스가 형성되는 과정을 설명하는 도면이다.
도 15 내지 도 17은 상술한 실시예들에 따른 다중 영상 디스플레이 장치를 채용한 다양한 전자기기를 도시한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 다중 영상 디스플레이 장치의 실시예들을 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치(100)는 광원(1), 공간 광변조기(2), 제1광학계(3), 및 제2광학계(4)를 포함할 수 있다.

광원(1)은 가간섭성 광을 방출하는 가간섭성 광원일 수 있다. 높은 가간섭성을 갖는 광을 제공하기 위하여, 예를 들어, 레이저 다이오드(laser diode; LD)를 광원(1)으로 사용할 수 있다. 후술하는 스티어링 광학 소자(41)로서 홀로그램 광학 소자가 채용되는 경우, 광원(1)은 레이저 다이오드일 수 있다. 또한, 광원(1)은 발광 다이오드(light emitting diode; LED)일 수도 있다. 발광 다이오드는 레이저보다는 공간 간섭성(spatial coherence)이 낮지만, 광이 어느 정도의 공간 간섭성만을 가지고 있다면 공간 광변조기(130)에 의해 충분히 회절 및 변조될 수 있다. 발광 다이오드 외에도 공간 간섭성을 갖는 광을 방출한다면 다른 어떤 광원(1)이라도 사용이 가능하다.

광원(1)은 발산하는 광을 방출하는 점광원일 수 있다. LED 또는 LD와 같은 점광원이 직접 공간 광변조기(2)에 광을 조사할 수 있으며, 설계의 편의상 점광원은 다른 곳에 배치되고 광섬유를 통해서 공간 광변조기(2)에 광을 조사할 수도 있다. 광원(1)은 적색, 녹색, 및 청색광을 각각 제공하는 다수의 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드를 포함할 수 있다.

공간 광변조기(2)는 도시되지 않은 영상 처리 장치로부터 제공되는 영상 신호에 따라 영상광(L1)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 영상 신호는 CGH(computer generated hologram) 신호일 수 있으며, 공간 광변조기(2)는 CGH에 따라서 홀로그램 패턴을 형성할 수 있다. 광원(1)으로부터 방출되어 공간 광변조기(2)에 입사하는 입사광이 공간 광변조기(2)에서 형성된 홀로그램 패턴에 의해 회절된 결과, 입체감을 갖는 홀로그래픽 영상이 생성될 수 있다. 공간 광변조기(130)는 위상 변조만 수행할 수 있는 위상 변조기, 진폭 변조만 수행할 수 있는 진폭 변조기, 및 위상 변조와 진폭 변조를 모두 수행할 수 있는 복합 변조기 중 어느 것을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(2)는, LCoS(liquid crystal on silicon), DMD(digital micromirror device), 또는 반도체 변조기일 수 있다.

광학계는, 공간 광변조기(2) 주변에 형성된 영상광(L1), 예를 들어 홀로그래픽 영상을 관찰자의 눈으로 전달하는 역할을 한다. 또한, 광학계는 홀로그래픽 영상과 함께 외부광(L2), 즉 외부의 전경도 관찰자의 눈으로 전달하도록 구성될 수 있다. 관찰자가 느끼는 홀로그래픽 영상의 시야각, 영상의 화질, 다중 영상 디스플레이 장치의 크기 등과 같은 다중 영상 디스플레이 장치의 특성은 광학계의 설계에 따라 달라질 수 있다. 광학계는 제1광학계(3)와 제2광학계(4)를 포함할 수 있다. 제1광학계(3)는 영상광(L1)을 제1광경로(LP1), 제1광경로(LP1)와 평행하지 않은 제2광경로(LP2)로 전달한다. 제1광학계(3)는 영상광(L1)을 관찰자의 동공(P)에 전달하기 위한 다양한 광학 요소를 포함할 수 있다. 다양한 광학 요소는 예를 들어, 빔 스플리터, 반사경, 편광 변환 소자, 렌즈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2광학계(4)는 외부광(L2)과 제2광경로(LP2)로 전달되는 영상광(L1)을 제2광경로(LP2)와 평행하지 않은 제3광경로(LP3)를 따라 관찰자의 동공(P)에 전달한다. 본 예에서, 제1광경로(LP1)과 제2광경로(LP2)는 직교하며, 제3광경로(LP3)는 제1광경로(LP1) 및 제2광경로(LP2)에 직교한다. 따라서, 제1광경로(LP1), 제2광경로(LP2), 제3광경로(LP3)는 각각 X방향, Y방향, Z방향이다. 외부광(L2)은 제3광경로(LP3)를 따라 영상광(L1)과 함께 동공(P)에 입사된다.

제1광학계(3)와 제2광학계(4)는 동공(P) 내의 한 점에 영상 정보를 모은 후 망막에 주사하는 맥스웰리안 뷰(MV: Maxwellian view)광학계를 형성할 수 있다. 동공(P)이 제1광학계(3)와 제2광학계(4)의 초점에 위치된 때에 영상을 명확하게 관찰할 수 있다. 영상 정보가 담긴 점의 크기가 클수록 관찰자가 영상을 또렷하게 볼 수 있는 영역, 즉 아이 박스(eye box)가 커지게 된다. MV 광학계의 기준이 되는 점의 크기는 대략 1mm 정도이며, 점의 크기가 대략 1mm를 초과하게 되면 그러한 광학계는 MV 광학계가 아니라고 볼 수 있다. 본 예의 다중 디스플레이 장치에는, MV 광학계 뿐 아니라 MV 광학계가 아니더라도 아이 박스가 충분히 좁은 광학계가 적용될 수 있다.

동공(P)의 위치가 이동되면 영상 정보가 동공(P)으로 들어가지 못하여 영상을 관찰할 수 없거나 또렷하게 관찰할 수 없다. 예를 들어, 동공(P)이 XY 평면 내에서 이동되는 경우에 제3광경로(LP3)를 따라 전달되는 영상광(L1)과 외부광(L2)이 동공(P)으로 입사되지 않을 수 있다. 따라서, 동공(P)의 위치에 따라서 제2광학계(4)에 의하여 제3광경로(LP3)로 전달되는 광의 진행 방향을 변경하는 구조가 채용될 수 있다. 본 예의 다중 영상 디스플레이 장치에 채용되는 제2광학계(4)는 제2광경로(LP2)와 제3광경로(LP3)의 교차점에 위치되며 2축 회전 가능한 스티어링 광학 소자(41)를 포함한다. 스티어링 광학 소자(41)는 제2광학계(4)를 구성하는 광학 소자들 중에서 동공(P)과 최근접한 광학 소자, 즉 최말단에 위치되는 광학 소자일 수 있다. 따라서, 스티어링 광학 소자(41) 이전의 광학 소자들은 움직이지 않고 동공(P)의 위치에 따라서 광의 진행 방향을 변경할 수 있는 컴팩트한 다중 디스플레이 장치의 구현이 가능하다.

일 실시예로서, 스티어링 광학 소자(41)는 입사광의 절반을 반사하고 나머지 절반을 투과시키는 반투과 거울일 수 있다. 즉, 스티어링 광학 소자(41)는 제2광경로(LP2)로부터 입사되는 광을 제3광경로(LP3)로 반사한다. 또한, 스티어링 광학 소자(41)는 외부광(L2)을 투과시켜 제3광경로(LP3)로 안내한다. 따라서, 영상광(L1)과 외부광(L2)이 제3광경로(LP3)를 따라서 동공(P)으로 입사될 수 있다.

스티어링 광학 소자(41)는 다양한 구동 구조에 의하여 2축 구동될 수 있다. 동공(P)은 XY 평면 내에서 위치가 이동될 수 있으며, 스티어링 광학 소자(41)는 예를 들어, X 방향과 Y 방향으로 광의 진행 방향을 변화시키도록 구동될 수 있다. 도 2a는 스티어링 광학 소자(41)를 2축 구동하는 구조의 일 예를 보여주는 분해 사시도이며, 도 2b는 도 2a에 도시된 스티어링 광학 소자(41)를 2축 구동하는 구조의 일 예의 사시도이다. 도 2a와 도 2b를 참조하면, 스티어링 광학 소자(41)는 프레임(419)에 2축 구동될 수 있게 지지된다. 예를 들어, 스티어링 광학 소자(41)의 제1모서리(411)는 지지부(415)에 의하여 피벗될 수 있게 지지된다. 지지부(415)는 예를 들어 프레임(419)과 스티어링 광학 소자(41)의 제1모서리(411) 사이에 개재되는 구형체, 볼 조인트 구조 등에 의하여 구현될 수 있다. 탄력 지지부(416)는 스티어링 광학 소자(41)의 제2모서리(412)를 탄력적으로 지지한다. 제2모서리(412)는 제1모서리(411)와 제1대각선(DL1) 방향으로 마주보는 모서리일 수 있다. 일 예로서, 탄력 지지부(415)는 스티어링 광학 소자(41)의 제2모서리(412)와 프레임(419) 사이에 개재되는 압축 스프링에 의하여 구현될 수 있다. 탄력 지지부(416)는 예를 들어 Z방향으로 제2모서리(412)를 탄력적으로 지지할 수 있다. 제1, 제2액추에이터(417)(418)는 각각 스티어링 광학 소자(41)의 제3, 제4모서리(413)(414)를 변위시킨다. 제3, 제4모서리(413)(414)는 제1대각선(DL1)과 교차하는 제2대각선(DL2) 방향의 모서리들이다. 제1, 제2액추에이터(417)(418)로서 보이스 코일 모터, 형상 기억 합금과 이를 가열하는 히터 등 다양한 구동 구조가 채용될 수 있다. 일 예로서, 제1, 제2액추에이터(417)(418)는 제3, 제4모서리(413)(414)를 Z 방향으로 변위시킬 수 있다. 물론, 제1, 제2액추에이터(417)(418)는 제3, 제4모서리(413)(414)를 스티어링 광학 소자(41)를 포함하는 평면에 직교하는 방향으로 변위시킬 수도 있다. 제3, 제4모서리(413)(414)의 변위를 같게 또는 다르게 함으로써, 동공(P)의 위치에 따라서 스티어링 광학 소자(41)를 X축과 Y축에 대하여 2축 피벗시켜 제3광경로(LP3)를 따라 진행되는 광의 진행 방향을 변화시켜 동공(P)에 입사시킬 수 있다.

도 3은 스티어링 광학 소자(41)의 가동 범위의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 3에서 스티어링 광학 소자(41)와 동공(P)과의 거리(F)는 예를 들어 약 32mm이다. 예를 들어 약 5mm×5mm의 동공(P)의 이동 범위, 즉 아이 박스(eye box)가 필요한 경우, 아이 박스의 중심각은 arcsin(±2.5/32) = ±4.48°이며, 스티어링 광학 소자(41)는 ±2.24° 피벗되면 된다. 이때, 스티어링 광학 소자(41)의 크기가 30mm×50mm라면, 스티어링 광학 소자(41)의 모서리의 최대 변위는 ±1.2mm×±2.0mm가 된다. 같은 방법으로 약 7mm×7mm의 아이 박스가 필요한 경우, 30mm×50mm 크기를 갖는 스티어링 광학 소자(41)의 경우, 모서리의 최대 변위는 ±1.6mm×±2.7mm가 된다.

이와 같이, 광학계의 최말단의 광학 소자, 즉 스티어링 광학 소자(41)를 2축 구동함으로써, 스티어링 광학 소자(41)의 매우 작은 변위로 충분한 크기의 아이 박스를 제공할 수 있어, 동공(P)에 선명한 영상 정보를 제공할 수 있다. 또한, 스티어링 광학 소자(41)의 변위가 매우 작으므로, 제1, 제2액추에이터(417)(418)로서 보이스 코일 모터, 형상 기억 합금과 이를 가열하는 히터 등 매우 컴팩트한 구동 구조가 채용될 수 있다. 따라서, 관찰 가능 영역이 확장된 컴팩트한 다중 영상 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.

도 1을 참조하면, 다중 디스플레이 장치는 아이트래킹 센서(5)를 구비할 수 있다. 아이트래킹 센서(5)는 동공(P)의 움직임을 추적하여 동공(P)의 위치 정보를 제어부(6)로 전달할 수 있으며, 제어부(6)는 동공(P)의 위치 정보에 따라서 제, 제2액추에이터(417)(418)를 구동하여 광이 동공(P)으로 전달되도록 스티어링 광학 소자(41)를 피벗시킬 수 있다. 다중 디스플레이 장치는 사용자 인터페이스(7)를 더 구비할 수 있다. 사용자 인터페이스(7)로부터 입력되는 사용자의 입력 신호에 따라서 제1, 제2액추에이터(417)(418)를 구동하여 광이 동공(P)으로 전달되도록 스티어링 광학 소자(41)를 피벗시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 광학계는 제1, 제2, 제3광경로(LP1)(LP2)(LP3)를 포함한다. 제1광경로(LP1)는 제2광경로(LP2)와 평행하지 않으며, 제3광경로(LP3)는 제2광경로(LP2)와 평행하지 않다. 제1, 제3광경로(LP1)(LP3)는 제2광경로(LP2)에 직교할 수 있다. 제1, 제2, 제3광경로(LP1)(LP2)(LP3)는 상호 직교하는 관계일 수도 있으며, 이 경우 제1, 제2, 제3광경로(LP1)(LP2)(LP3)는 각각 X방향, Y방향, Z방향으로 연장될 수 있다. 이러한 광경로의 배치를 통해, 다중 영상 디스플레이 장치(100)의 폼 팩터(form factor)를 작게 만들 수 있으며, 영상광(L1)과 외부광(L2)을 제3광경로(LP3)를 따라 관찰자의 눈(E)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 공간 광변조기(2)에 의해 재생되는 홀로그래픽 영상과 실제 외부 전경을 담고 있는 외부 영상이 관찰자의 동공(P)에 동시에 제공될 수 있다. 그러면 사용자는 가상의 현실 또는 가상의 정보를 담고 있는 홀로그래픽 영상과 사용자가 실제 마주하고 있는 현실 세계의 배경 피사체(background subject)를 함께 볼 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치는 증강 현실(augmented reality)(AR) 또는 혼합 현실(mixed reality)(MR)을 구현하는데 적용될 수 있다. 이 경우, 본 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치는 근안(near-eye) AR 디스플레이 장치일 수 있다. 또한, 광학계의 최말단에 위치되는 스티어링 광학 소자(41)를 2축 구동함으로써 동공(P)의 움직임에 따라서 영상광(L1)과 외부광(L2)을 동공(P)에 입사시킬 수 있는 컴팩트한 다중 영상 디스플레이 장치의 구현이 가능하다.

도 4는 다중 영상 디스플레이 장치의 일 예의 개략적인 구성도이다. 본 예의 다중 영상 디스플레이 장치에서는, 스티어링 광학 소자로서, 제1선평광 성분을 갖는 광을 반사시키고, 제2선편광 성분에 직교하는 제2선편광 성분을 갖는 광을 투과시키는 편광 빔 스플리터(42)가 채용되는 점에서 도 1에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치와 차이가 있다. 이하에서, 차이점을 위주로 설명한다.

도 4를 참조하면, 제2광학계(4)는, 스티어링 광학 소자인 편광 빔스플리터(42)와, 편광 빔스플리터(42)에서 반사된 광을 다시 편광 빔스플리터(42)로 반사하는 제1표면(431)과 제1표면(431)의 반대면으로서 외부광(L2)을 편광 빔스플리터(42) 쪽으로 투과시키는 제2표면(432)을 갖는 반투과 반사경(43)과, 편광 빔스플리터(42)와 반투과 반사경(43) 사이에 위치되는 1/4 파장판(44)을 포함할 수 있다. 1/4 파장판(44)은 선편광 광을 원편광 광으로, 원편광 광을 선편광 광으로 변환한다. 편광 빔스플리터(42)는 2축 구동가능하다. 예를 들어 편광 빔 스플리터(42)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 구동 구조에 의하여 2축 구동될 수 있다.

도 4를 참조하면, 제1광학계(3)로부터 제2광경로(LP2)를 따라 진행되는 제1선편광 성분의 광은 편광 빔스플리터(42)에 입사한다. 편광 빔스플리터(42)에 의해 반사된 제 1 선편광 성분의 광은 반투과 반사경(43)에 입사된다. 제 1 선편광 성분의 광은 편광 빔스플리터(42)와 반투과 반사경(43) 사이에 위치된 1/4 파장판(44)을 지나면서 제 1 원편광 성분의 광으로 변환된다. 제 1 원편광 성분을 갖는 광은 반투과 반사경(43)의 제1표면(431)에 의해 편광 빔스플리터(42) 쪽으로 반사된다. 이때, 반투과 반사경(43)에 의해 반사된 광의 편광 성분은 제 2 원편광 성분으로 변환된다. 반사된 광이 다시 1/4 파장판(44)을 지나면 제 2 선편광 성분을 갖게 된다. 제 2 선편광 성분을 갖는 광은 편광 빔스플리터(42)를 투과하여 관찰자의 동공(P)에 입사하게 된다. 본 실시예에 따르면, 반투과 반사경(43)은 반사광을 수렴시키는 오목한 반사경일 수 있다. 즉, 반투과 반사경(43)의 제1표면(431)은 오목할 수 있다. 따라서, 반투과 반사경(43)을 통해 영상광(L1), 즉 홀로그래픽 영상이 관찰자의 동공(P)으로 포커싱되어 제공될 수 있다. 반투과 반사경(43)의 제2표면(432)은 외부의 전경을 담은 광, 즉 외부광(L2)을 투과시킨다. 따라서, 외부광(L2)은 반투과 반사경(43)과 편광 빔스플리터(42)를 투과하여 관찰자의 동공(P)에 입사될 수 있다.

다른 예로서, 반투과 반사경(43)은 제 1 원편광 성분을 갖는 광을 반사하고 제 2 원편광 성분을 갖는 광을 투과시키는 편광 선택성 거울일 수도 있다. 이 경우, 편광 빔스플리터(42)에서 반사되어 1/4 파장판(44)을 통과한 광은 제 1 원편광 성분을 가지므로, 반투과 반사경(43)의 제 1 표면(S1)에 의해 반사된다. 반사된 광은 제2원편광 성분을 가지며, 다시 1/4 파장판(44)을 통과하면서 제2선편광 성분을 가지게 된다. 외부광(L2) 중 제 2 원편광 성분의 광은 반투과 반사경(43)의 제 2 표면(432)을 투과한 후, 1/4 파장판(44)을 지나면서 제 2 선편광 성분을 갖게 된다. 제2선편광 성분을 가진 영상광(L1)과 외부광(L2)은 편광 빔스플리터(42)를 투과하여 관찰자의 동공(P)에 입사할 수 있다.

도 4의 실시예에서는 편광 빔스플리터(42)가 제 1 선편광 성분의 광을 반사하고 제 2 선편광 성분의 광을 투과시키는 것으로 설명하였다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 편광 빔스플리터(42)는 제 1 선편광 성분의 광을 투과시키고 제 2 선편광 성분의 광을 반사할 수도 있다. 이 경우, Y방향으로 편광 빔스플리터(42)의 아래에 1/4 파장판(44)과 반사경(43a)이 위치될 수 있다. 반사경(43a)은 반투과형이 아니라는 점을 제외하면 반투과 반사경(43a)과 동일하다. 이와 같은 구성에 의하여, 제1광학계(3)로부터 편광 빔스플리터(42)로 입사되는 제 1 선편광 성분의 광은 편광 빔스플리터(43)와 1/4 파장판(44)을 투과하여 반사경(43a)에 입사한다. 이때, 광은 제 1 원편광 성분을 갖게 된다. 제 1 원편광 성분을 갖는 광은 반사경(43a)에 의해 반대 방향으로 반사되면서 제 2 원편광 성분으로 변환된다. 그리고 광은 다시 1/4 파장판(44)을 지나면서 제 2 선편광 성분을 갖게 된다. 제 2 선편광 성분을 갖는 광은 편광 빔스플리터(42)에서 반사되어 관찰자의 동공(P)에 입사하게 된다. 외부광(L2) 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 광은 편광 빔스플리터(42)를 투과하여 관찰자의 동공(P)에 입사할 수 있다. 따라서, 홀로그래픽 영상은 제 2 선편광 성분을 가지며 외부 영상은 제 1 선편광 성분을 갖게 된다.

도 5는 도 4에 도시된 제1광학계(3)의 일 예의 개략적인 XY평면도이다. 본 예에서는, 공간 광변조기(2)로서 광원(1)에서 방출된 광을 반사하여 변조하는 반사형 공간 광변조기가 채용된다. 도 5를 참조하면, 제1광학계(3)의 광학 요소들은 제1광경로(LP1)를 따라 배열된다. 즉, 제1광학계(3)의 광학 요소들은 X방향으로 배열된다. 제1광학계(3)는, 제1빔 스플리터(31), 제 2 빔스플리터(32), 반사경(33), 및 1/4 파장판(34)을 포함할 수 있다. 광을 효율적으로 사용하기 위하여, 제1, 제2빔스플리터(31)(32)로서 입사광의 편광 상태에 따라 입사광을 투과하거나 반사하는 편광 빔스플리터가 채용된다. 도 5에서 제 1 선편광 성분은 '⊙'로 표시되고 제 2 선편광 성분은 '↕'로 표시된다.

제1빔스플리터(31)는 광원(1)으로부터 조사되는 광의 제1선형광 성분을 공간 광변조기(2)로 반사시키고 공간 광변조기(2)로부터 변조되어 반사된 상기 제2선편광 성분의 광을 투과시킨다. 제2빔스플리터(32)는 제1빔스플리터(31)의 출사측에 위치되어 제1선형광 성분의 광을 제2광경로(LP2)로 반사하고 제2선편광 성분의 광을 투과시킨다. 반사경(33)은 제 2 빔스플리터(32)를 투과한 광을 제 2 빔스플리터(32)로 반사시킨다. 1/4 파장판(34)은 제2빔스플리터(32)와 반사경(33) 사이에 위치된다. 1/4 파장판(34)은 선편광 광을 원편광 광으로, 원편광 광을 선편광 광으로 변환한다.

광원(1)으로부터 방출된 광 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 광은 제 1 빔스플리터(31)에서 반사되고, 제 2 선편광 성분을 갖는 광은 제 1 빔스플리터(32)를 투과할 수 있다. 제 1 빔스플리터(31)에서 반사된 제 1 선편광 성분을 갖는 광은 공간 광변조기(2)에 입사한다. 제1광학계(3)는 제 1 빔스플리터(31)와 공간 광변조기(2) 사이에 배치된 제 1 렌즈(351)를 더 포함할 수 있다. 광원(1)으로부터 방출된 광은 진행 방향을 따라 빔경이 점점 커지는 발산빔이다. 제 1 렌즈(351)는 제 1 빔스플리터(31)로부터 오는 광을 빔경이 일정한 평행광으로 만들 수 있다. 이를 위해, 제 1 렌즈(351)는 볼록 렌즈일 수 있다. 따라서, 공간 광변조기(2)에는 빔경이 일정한 평행광이 입사하게 된다.

공간 광변조기(2)는 입사광을 변조 및 반사한다. 변조된 광이 서로 간섭하여 홀로그래픽 영상이 형성될 수 있다. 그리고, 공간 광변조기(2)에 의해 반사되어 변조될 때 광은 제 2 선편광 성분을 갖게 된다. 광은 제 1 렌즈(351)를 지나면서 포커싱된다. 따라서 광은 진행 방향을 따라 빔경이 점점 더 작아진다. 이러한 방식으로 홀로그래픽 영상을 담은 광은 다시 제 1 빔스플리터(31)에 입사하며, 제 1 빔스플리터(121)를 투과하여 제 2 빔스플리터(32)로 입사된다.

제1광학계(3)는 제 1 빔스플리터(31)와 제 2 빔스플리터(32) 사이의 제1광경로(LP1)에 배치된 공간 필터(353)와 제 2 렌즈(352)를 더 포함할 수 있다. 공간 필터(353)는 홀로그래픽 영상 이외의 불필요한 광 성분을 제거하는 역할을 한다. 공간 필터(353)와 제 2 렌즈(352)는 제 1 렌즈(351)의 초점 부근에 배치될 수 있다. 도 5에는 광의 진행 방향을 따라 공간 필터(353)가 상류측에 제 2 렌즈(352)가 하류측에 배치된 것으로 도시되었지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 광의 진행 방향을 따라 제 2 렌즈(352)가 상류측에, 공간 필터(353)가 하류측에 배치될 수도 있다. 제 1 렌즈(351)에 의해 포커싱된 광은 제 1 렌즈(351)의 초점을 지나면서 다시 빔경이 점점 커지는 발산빔이 되는데, 제 2 렌즈(352)는 제 2 빔스플리터(32)에 입사하는 광의 빔경이 지나지게 커지는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 제 2 렌즈(352)는 제 2 빔스플리터(32)에 입사하는 광을 평행광으로 만들거나 또는 빔경이 완만하게 증가하는 발산빔으로 만들 수 있다. 이를 위해, 제 2 렌즈(352)는 볼록 렌즈일 수 있다.

제1빔스플리터(31)로부터 출사된 제 2 선편광 성분의 광은 제 2 빔스플리터(32)을 투과하여 1/4 파장판(34)을 거쳐서 반사경(33)에 입사된다. 제2빔스플리터(32)로부터 출사된 제 2 선편광 성분의 광은 1/4 파장판(34)을 지나면서 제 2 원편광 성분을 갖게 된다. 제 2 원편광 성분을 갖는 광은 반사경(33)에 의해 반대 방향으로, 즉 입사 방향에 대해 180도 방향으로 반사된다. 이때, 반사경(33)에 의해 반사된 광의 편광 성분은 제 1 원편광 성분으로 변환된다. 그리고 광은 다시 1/4 파장판(34)을 지나면서 제 1 선편광 성분을 갖게 된다. 그런 후, 제 1 선편광 성분을 갖는 광은 제 2 빔스플리터(32)에 의하여 제2광경로(LP2)로 반사된다.

제1광학계(3)는 제 2 빔스플리터(32)의 출사측에 배치된 제 3 렌즈(354)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 반사경(33)은 오목한 반사면을 갖는 오목 반사경일 수 있다. 따라서, 반사경(33)은 반사된 광을 진행 방향을 따라 빔경이 작아지는 수렴빔으로 만들 수 있다. 제 3 렌즈(354)는 관찰자에게 보이는 홀로그래픽 영상의 시야각을 증가시키기 위하여 수렴빔을 다시 발산빔으로 만드는 역할을 한다. 이를 위해, 제 3 렌즈(354)는 오목 렌즈일 수 있다. 제3렌즈(354)를 통과한 광은 편광 빔스플리터(도 4: 42)에 입사된다.

상술한 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치는 실제 외부 전경과 함께 입체감이 있는 홀로그래픽 영상을 제공하기 때문에 더욱 현실감 있는 증강 현실 경험을 제공할 수 있다. 또한, 상술한 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치는 제1, 제2빔스플리터(31)(32)와 편광 빔스플리터(42)를 이용하여 제1, 제2, 제3광경로(LP1)(LP2)(LP3)를 형성함으로써, 좁은 공간 내에서 광경로의 길이를 증가시킬 수 있어서 작은 폼 팩터를 갖기 때문에 소형화가 가능하다. 이에 따라, 다중 영상 디스플레이 장치의 부피와 무게를 줄일 수 있어서 사용자의 편의성이 향상될 수 있다. 또한, 상술한 실시예에 따른 다중 영상 디스플레이 장치는 약 60도 정도의 비교적 넓은 시야각을 실현할 수 있다. 또한, 스티어링 광학 소자로서 광학계의 최말단에 위치되는 편광 빔스플리터(42)를 2축 구동함으로써 동공(P)의 움직임에 따라서 영상광(L1)과 외부광(L2)을 동공(P)에 입사시킬 수 있는 컴팩트한 다중 영상 디스플레이 장치의 구현이 가능하다.

예를 들어, 도 6 및 도 7은 도 4 및 도 5에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치(100)에서 관찰자에게 보이는 홀로그래픽 영상의 깊이를 조절하는 원리를 개략적으로 도시한다. 도 6에서 f는 반투과 반사경(43)의 초점을 나타낸다. 반투과 반사경(43)에 평행광이 입사하면, 반투과 반사경(43)에서 반사된 광은 초점(f)에 모이게 된다. 그러나 실제로는 오목 렌즈인 제 3 렌즈(354)에 의해 발산하는 광이 반투과 반사경(43)에 입사하기 때문에, 반투과 반사경(43)으로부터 초점(f)보다 먼 위치에 있는 관찰자의 눈(E)에 광이 모이게 된다. 한편, 제 1 렌즈(351), 제 2 렌즈(352), 반사경(33), 및 제 3 렌즈(354)와 같은 광학 부품들의 굴절력을 조절하여 반투과 반사경(43)과 초점(f) 사이에 실상이 형성되도록 할 수 있다. 그러면, 관찰자의 눈(E)에는 관찰자로부터 거리 D만큼 떨어진 곳에 형성된 확대된 허상이 보이게 된다. 따라서 다중 영상 디스플레이 장치는 비교적 넓은 시야각을 실현할 수 있다.

재생되는 홀로그래픽 영상의 깊이, 즉 거리 D는 공간 광변조기(2) 주변에 형성되는 실상의 위치에 의해 조절할 수 있다. 도 7을 참조하면, 도시되지 않은 영상 처리 장치로부터 공간 광변조기(2)에 제공되는 홀로그램 데이터 신호는 재생될 홀로그래픽 영상의 깊이 정보를 포함하고 있다. 이러한 깊이 정보에 따라 공간 광변조기(2) 주변에 형성되는 영상의 홀로그래픽 평면(holographic plane)의 위치가 달라지게 된다. 그러면, 광학계, 즉 제1광학계(3)와 제2광학계(4)에 의해 홀로그래픽 평면으로부터 반투과 반사경(43)과 그의 초점(f) 사이의 광 경로 상에 중계되는 실상의 위치가 변화하게 되고, 그 결과 확대된 허상이 관찰자에게 보이는 거리가 변화하게 된다.

예를 들어, 홀로그래픽 평면의 위치가 'A'로 표시된 바와 같이 공간 광변조기(2)의 위치와 일치하면, 홀로그래픽 평면의 위치를 0(zero)으로 정의할 수 있다. 그리고, 홀로그래픽 평면이 'B'로 표시된 바와 같이 공간 광변조기(2)의 반사면으로부터 광이 진행하는 방향에 위치하면, 홀로그래픽 평면의 위치 값이 양(+)의 부호를 갖는다고 정의할 수 있다. 또한, 홀로그래픽 평면이 'C'로 표시된 바와 같이 공간 광변조기(2)의 반사면으로부터 광이 진행하는 방향의 반대 방향에 위치하면, 홀로그래픽 평면의 위치 값이 음(-)의 부호를 갖는다고 정의할 수 있다. 홀로그래픽 평면의 위치 값이 양(+)의 방향으로 커질수록, 다시 말해 홀로그래픽 평면이 공간 광변조기(2)의 반사면으로부터 광이 진행하는 방향을 따라 공간 광변조기(2)로부터 멀어질수록, 재생된 홀로그래픽 영상의 허상은 관찰자에게 가깝게 보이게 된다. 즉, 거리 D가 작아진다. 또한, 홀로그래픽 평면의 위치 값이 음(-)의 방향으로 커질수록, 다시 말해 홀로그래픽 평면이 공간 광변조기(2)의 반사면으로부터 광이 진행하는 방향의 반대 방향을 따라 공간 광변조기(2)로부터 멀어질수록, 재생된 홀로그래픽 영상의 허상은 관찰자에게 멀게 보이게 된다. 즉, 거리 D가 커진다.

각각 전술한 광원(1), 공간 광변조기(2), 제1광학계(3), 제2광학계(4)를 포함하는 좌안용 장치와 우안용 장치를 구성하고, 좌안용 장치오 우안용 장치에 각각 관찰자의 좌안 시점과 우안 시점을 갖는 홀로그래픽 영상을 재생할 수 있다. 이에 의하여, 관찰자의 양안에 가상의 홀로그래픽 영상과 실제 외부 전경을 담고 있는 영상을 함께 제공할 수 있다.

전술한 실시예들에서, 반사경(도 5: 33)과 반투과 반사경(도 4: 43), 및 반사경(도 4: 43a)은 모두 양(+)의 굴절력을 갖는 오목 반사경이다. 그러나, 이들 중 하나 또는 모두는 평면 반사경일 수 있다. 예를 들어, 반사경(도 5: 33)이 평면 거울인 경우, 제 1 내지 제 3 렌즈(351, 352, 354)와, 반투과 반사경(도 4: 43) 또는 반사경(도 4: 43a)의 곡률은 관찰자의 동공(P)에 홀로그래픽 영상이 정확하게 제공될 수 있도록 결정될 수 있다. 또한, 반사경(도 5: 33)과 반투과 반사경(도 4: 43), 및 반사경(도 4: 43a)이 모두 평면 반사경인 경우, 제 1 내지 제 3 렌즈(351, 353, 354)의 곡률은 관찰자의 눈(E)에 홀로그래픽 영상이 정확하게 제공될 수 있ㄷ도록 결정될 수 있다.

도 8은 도 4에 도시된 제1광학계(3)의 일 예의 개략적인 XY평면도이다. 본 실시예에서는, 광원(1)에서 방출된 광을 투과하여 변조하는 투과형 공간 광변조기(2a)가 채용되는 점에서 도 5에 도시된 실시예와 차이가 있다. 이하에서, 차이점을 위주로 설명한다. 도 8을 참조하면, 제1광학계(3)의 광학 요소들은 제1광경로(LP1)를 따라 배열된다. 즉, 제1광학계(3)의 광학 요소들은 X방향으로 배열된다. 제1광학계(3)는, 제1렌즈(351), 공간 필터(353), 제2렌즈(352), 제 2 빔스플리터(32), 반사경(33), 및 1/4 파장판(34)을 포함할 수 있다. 광원(1)은 면광원일 수 있다. 물론, 광원(1)은 점광원과 콜리메이팅 렌즈를 포함할 수도 있다. 투과형 공간 광변조기(2a)로서, 예컨대, GaAs와 같은 화합물 반도체를 기반으로 한 반도체 변조기, 또는 LCD(liquid crystal device)가 사용될 수 있다. 투과형 공간 광변조기(2a)가 채용되는 경우, 제 1 빔스플리터(31)가 생략될 수 있기 때문에 광학계의 구성이 보다 간단해질 수 있다.

도 9는 다중 영상 디스플레이 장치의 일 예의 개략적인 구성도이다. 본 예의 다중 영상 디스플레이 장치에서는, 스티어링 광학 소자로서, 홀로그램 광학 소자(HOE: Holographic Optical Element)(45)를 채용한 점에서 도 1에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치와 차이가 있다. 이하에서, 차이점을 위주로 설명한다.

도 9를 참조하면, 광원(1)으로부터 조사된 광은 공간 광변조기(2)에 의하여 변조된다. 공간 광변조기(2)로부터 출사되어 제1광경로(LP1)를 따라 진행되는 영상광(L)은 제1광학계(3)에 의하여 제2광경로(LP2)로 안내된다. 제2광학계(4)는 외부광(L2)과 제2광경로(KP2)로 전달되는 영상광(L1)을 제3광경로(LP3)를 따라 관찰자의 동공(P)에 전달한다. 제3광경로(LP3)는 제2광경로(LP2)에 직교할 수 있으며, 제1, 제2광경로(LP1)(LP2)에 직교할 수도 있다.

광원(1)은 예를 들어, 광원(1)은 가간섭성 광을 방출하는 가간섭성 광원일 수 있다. 높은 가간섭성을 갖는 광을 제공하기 위하여, 예를 들어, 레이저 다이오드(laser diode; LD)를 광원(1)으로 사용할 수 있다. 광원(1)의 파장은 홀로그램 광학 소자(45)에 마련된 홀로그램 패턴의 파장과 동일할 수 있다.

제2광학계(4)는, 홀로그램 광학 소자(45)를 포함한다. 홀로그램 광학 소자(45)는 2축 구동가능하다. 예를 들어 홀로그램 광학 소자(45)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 구동 구조에 의하여 2축 구동될 수 있다. 홀로그램 광학 소자(45)는 제1표면(451)과 제2표면(452)을 포함한다. 제1표면(451)에는 제2광경로(LP3)를 통하여 제1광학계(3)로부터 방출되는 영상광(L)이 입사된다. 제1표면(451)은 관찰자의 동공(P)과 대향된다. 제1표면(451)에는 영상광(L1)을 동공(P)에 집광시키는 홀로그램 광학 패턴이 형성된다. 제2표면(452)은 제1표면(451)의 반대면이며, 외부광(L2)은 제2표면(452)에 입사된다. 제2표면(452)은 외부광(L2)을 투과시킨다. 이와 같은 구성에 의하여, 제1광학계(3)로부터 제공되는 영상광(L1)과 외부광(L2)이 관찰자의 동공(P)에 제공될 수 있다. 또한, 홀로그램 광학 소자(45)를 2축 구동함으로써, 동공(P)의 움직임에 따라서 또는 사용자의 입력에 따라서 제3광경로(LP3)로 진행되는 광의 진행 방향을 변화시킬 수 있다.

도 10은 도 9에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치에 적용된 제1광학계(3)의 일 예의 개략적인 구성도이다. 도 10을 참조하면, 광원(1)으로부터 조사된 광은 콜리메이팅 렌즈(361)에 의하여 평행광으로 변환될 수 있다. 광원(1)으로부터 조사된 광은 예를 들어, 광섬유 등의 광전달 부재(362)를 통하여 콜리메이팅 렌즈(361)로 전달될 수 있다. 평행광은 공간 광변조기(2)로 입사된다. 제1광학계(3)는 공간 광변조기(2)에 의하여 변조된 영상광(L1)을 제1광경로(LP1)로 전달하는 반사경(368), 홀로그램 광학 소자(도 9: 45)에 소정의 각도로 발산하는 광을 제공하는 다수의 렌즈(365)(366)(367), 및 제1광경로((LP1)를 따라 진행되는 광을 제2광경로(LP2)로 전달하는 반사경(369)을 포함할 수 있다. 공간 광변조기(2)의 입사측과 반사경(368)의 출사측에 편광판(363)(364)이 각각 배치될 수 있다. 편광판(363)(364)은 동일한 편광 방향을 가질 수 있다. 예를 들어, 편광판(363)(364)을 통과한 광들은 동일한 방향으로 편광될 수 있다. 제1광학계(3)는 다수의 렌즈(365)(366)(367)를 포함할 수 있다. 다수의 렌즈(365)(366)(367)는 홀로그램 광학 소자(도 9: 45)에 소정의 각도로 발산하는 광을 제공하기 위하여 적절한 곡률을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 예에서는 렌즈(365) 및 렌즈(367)은 볼록 렌즈이며, 렌즈(365)와 렌즈(367) 사이에 위치되는 렌즈(366)는 오목 렌즈이다. 다수의 렌즈(365)(366)(367)는 제1광학계(3)의 수차를 보정하기 위한 보정 광학계(400)를 구성할 수도 있다. 다수의 렌즈(365)(366)(367)를 통과한 광은 반사경(369)에 의하여 제2광경로(LP2)로 안내된다.

도 11은 다중 영상 디스플레이 장치의 일 예의 개략적인 구성도이다. 본 예의 다중 영상 디스플레이 장치에서는, 홀로그램 광학 소자(45)가 고정된 위치에 위치되고, 2축 회전되는 반사경(5)를 채용한 점에서 도 9에 도시된 다중 영상 디스플레이 장치의 일 예와 차이가 있다. 이하에서, 차이점을 위주로 설명한다.

도 11을 참조하면, 광원(1)은 예를 들어, 광원(1)은 가간섭성 광을 방출하는 가간섭성 광원일 수 있다. 높은 가간섭성을 갖는 광을 제공하기 위하여, 예를 들어, 레이저 다이오드(laser diode; LD)를 광원(1)으로 사용할 수 있다. 광원(1)의 파장은 홀로그램 광학 소자(45)에 마련된 홀로그램 패턴의 파장과 동일할 수 있다. 공간 광변조기(2)는 광원(1)으로부터 조사된 광을 변조하여 영상광(L1)을 생성한다. 제1광학계(3)는 영상광(L1)을 제1광경로(LP1)로 전달한다. 제2광학계(4)는 제1광경로(LP1)로 전달되는 영상광(L1)을 스티어링하는 2축 회전 가능한 스티어링 광학소자, 예를 들어 반사경(5)을 포함하며, 스티어링된 영상광(L1)을 제1광경로(LP1)에 평행하지 않은 제2광경로(LP2)로 전달한다. 반사경(5)을 2축 회전시키는 구조로서, 도 2 및 도 3에 도시된 구조가 채용될 수 있다. 홀로그램 광학 소자(45)는 스티어링된 영상광(L1)과 외부광(L2)을 제3광경로(LP3)를 따라 관찰자의 동공(P)에 전달한다. 홀로그램 광학 소자(45)는 영상광(L1)을 집광시키는 홀로그램 광학 패턴이 형성된 제1표면(451)과 외부광(L2)이 입사되는 제2표면(452)을 구비할 수 있다. 동공(P)은 홀로그램 광학 소자(45)와 홀로그램 광학 소자(45)에 의하여 형성되는 집광점 사이에 위치된다. 즉, 홀로그램 광학 소자(45)는 동공(P)의 뒤쪽에 집광점을 형성시킨다. 동공(P)과 집광점과의 거리는 예를 들어 2~5mm 정도일 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 반사경(5)을 2축 구동함으로써, 관찰 가능한 영역을 확장할 수 있다. 이에 대하여는 도 13을 참조하여 후술한다.

도 12는 제1광학계(3)와 제2광학계(4)의 일 예의 개략적인 구성도이다. 도 12를 참조하면, 공간 광변조기(2)로서 광원(1)에서 방출된 광을 반사하여 변조하는 반사형 공간 광변조기가 채용된다. 제1광학계(3)의 광학 요소들은 제1광경로(LP1)를 따라 배열된다. 빔 스플리터(381), 오목 반사경(382), 1/4 파장판(383), 및 제1렌즈(384)를 포함할 수 있다. 광을 효율적으로 사용하기 위하여, 빔스플리터(381)로서 입사광의 편광 상태에 따라 입사광을 투과하거나 반사하는 편광 빔스플리터가 채용된다. 도 12에서 제 1 선편광 성분은 '⊙'로 표시되고 제 2 선편광 성분은 '↕'로 표시된다. 제2광학계(4)는 스티어링 광학 소자인 반사경(46)과 제2렌즈(47)를 포함할 수 있다.

빔스플리터(381)는 광원(1)으로부터 조사되는 광의 제1선형광 성분을 공간 광변조기(2)로 투과시키고, 공간 광변조기(2)로부터 변조되어 반사된 제2선편광 성분의 광을 제1출사측(381a)으로 반사시킨다. 오목 반사경(382)은 빔스플리터(381)의 제1출사측(381a)과 마주보게 위치되어 광을 제1출사측(381a)으로 반사시킨다. 1/4 파장판(383)은 빔스플리터(381)의 제1출사측(381a)과 오목 반사경(382) 사이에 위치된다. 1/4 파장판(34)은 선편광 광을 원편광 광으로, 원편광 광을 선편광 광으로 변환한다. 제1렌즈(384)는 빔스플리터(381)와 반사경(46) 사이에 위치된다.

광원(1)으로부터 방출된 광 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 광은 빔스플리터(381)를 투과하여 공간 광변조기(2)에 입사된다. 공간 광변조기(2)에 입사된 제1선편광 광은 공간 광변조기(2)에서 변조되어 반사될 때에 제2선편광 광이 되어 다시 빔스플리터(381)에 입사된다. 제2선편 광은 빔스플리터(381)에 의하여 반사되어 제2출사측(381b)으로 출사된다. 제2선편광 광은 1/4 파장판(383)을 통과하면서 제2원편광 광이 되어 오목 반사경(382)에 입사된다. 오목 반사경(382)에서 반사된 광은 제1원편광 광이 되며, 제1원편광 광이 1/4파장판(383)을 통과하면 제1선편광 광이 된다. 제1선편광 광은 빔스플리터(381)를 투과하고 제1렌즈(384)를 거쳐서 반사경(46)에 입사된다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 빔스플리터(381)와 제1렌즈(384) 사이 또는 제1렌즈(384)의 출사측에는 공간 광변조기(2)에 의하여 변조된 영상광(L1), 예를 들어 예 홀로그래픽 영상 이외의 불필요한 광 성분을 제거하는 공간 필터(미도시)가 배치될 수도 있다.

광원(1)으로부터 방출된 광은 진행 방향을 따라 빔경이 점점 커지는 발산빔일 수 있다. 오목 반사경(382)은 빔스플리터(381)의 제2출사면(381b)으로부터 오는 광을 평행광 또는 수렴광으로 만들 수 있다. 제1렌즈(384)는 입사되는 광을 수렴광으로 만들 수 있다. 제1렌즈(384)는 볼록 렌즈 일 수 있으며, 자유 곡면(free-form) 렌즈일 수도 있다. 반사경(46)은 영상광(L1)을 스티어링하여 제2광경로(LP2)로 전달한다. 영상광(L1)은 제2렌즈(47)를 통과하여 홀로그램 광학 소자(45)의 제1표면(451)에 입사된다. 홀로그램 광학 소자(45)는 영상광(L1)을 제2표면(452)을 통하여 입사된 외부광(L2)과 함께 제3광경로(LP3)를 통하여 관찰자의 동공(P)에 입사시킨다. 제2렌즈(47)는 반사경(46)에 의하여 반사된 광을 수렴광으로 만들 수 있다. 제2렌즈(47)는 볼록 렌즈 일 수 있으며, 자유 곡면(free-form) 렌즈일 수도 있다.

도 13은 반사경(46)을 이용한 빔스티어링에 의하여 아이 박스가 형성되는 과정을 설명하는 도면들이다. 도 13에서는 반사경(46)이 제1광학계(3)의 초점(FP1), 다시 말하면 오목 반사경(382)과 제1렌즈(384)에 의하여 형성되는 렌즈계의 초점에 위치되는 것으로 도시되어 있다. 도 13을 참조하면, 홀로그램 광학 소자(45)의 제1표면(451)에는 반사경(46)으로부터 입사되는 광을 집광점(FP2)에 모으는 홀로그램 패턴에 형성되어 있다. 동공(P)은 집광점(FP2)보다 앞에, 즉 홀로그램 광학 소자(45) 쪽에 가깝에 위치된다. 동공(P)과 집광점(FP2)과의 거리는 예를 들어 2~5mm 정도일 수 있다. 도 13의 (a)는 반사경(46)이 기준 각위상을 가지는 경우를 보여준다. 집광점(FP2)과 동공(P)의 중심은 기준선(CL)에 정렬된다. 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 반사경(46)이 반시계방향으로 최대 편위되더라도 집광점(FP2)의 위치는 변하지 않는다. 광을 받아들일 수 있는 동공(P)의 위치는 우측으로 DA만큼 넓어진다. 도 13의 (c)에 도시된 바와 같이, 반사경(46)이 시계방향으로 최대 편위되더라도 집광점(FP2)의 위치는 변하지 않는다. 광을 받아들일 수 있는 동공(P)의 위치는 좌측으로 DB만큼 넓어진다. 결과적으로 반사경(46)을 이용하여 광을 스티어링함으로써 DA+DB만큼의 아이 박스가 확보될 수 있다.

반사경(46)은 반드시 제1광학계(3)의 초점(FP1)에 위치될 필요는 없다. 도 14는 반사경(46)을 이용한 빔스티어링에 의하여 아이 박스가 형성되는 과정을 설명하는 도면이다. 도 14를 참조하면, 반사경(46)은 제1광학계(3)의 초점(FP1)을 기준으로 하여 하류측에 위치된다. 즉, 반사경(46)은 제1광학계(3)의 초점(FP1)보다 홀로그램 광학 소자(45)에 가깝게 위치된다. 이 경우에도 반사경(45)을 이용하여 광을 스티어링함으로써 도 13에서 설명한 바와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 반사경(46)은 제1광학계(3)의 초점(FP1)을 기준으로 하여 상류측, 즉 제1광학계(3)의 초점(FP1)보다 홀로그램 광학 소자(45)으로부터 먼 위치에 위치될 수도 있다.

도 15 내지 도 17은 상술한 실시예들에 따른 다중 영상 디스플레이 장치를 채용한 다양한 전자기기를 도시한다. 도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 다중 영상 디스플레이 장치는 웨어러블 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 다중 영상 디스플레이 장치는 헤드 장착형 디스플레이(HMD; head mounted display)에 적용될 수 있다. 또한, 다중 영상 디스플레이 장치는 안경형 디스플레이(glasses-type display), 고글형 디스플레이(goggle-type display) 등에 적용될 수 있다. 도 15 내지 도 17에 도시된 웨어러블 전자기기들은 스마트폰(smart phone)과 연동되어 동작될 수도 있다. 이러한 다중 영상 디스플레이 장치는 가상의 현실을 제공하거나 또는 가상의 영상과 외부의 실제 영상을 함께 제공할 수 있는 헤드 마운트형, 안경형 또는 고글형 가상 현실(VR) 디스플레이 장치, 증강 현실(AR) 디스플레이 장치, 또는 혼합 현실(MR) 디스플레이 장치일 수 있다.

또한, 다중 영상 디스플레이 장치는 스마트폰 내에 구비될 수 있고, 이러한 스마트폰 자체를 다중 영상 디스플레이 장치로 사용할 수도 있다. 다시 말해, 도 15 내지 도 17과 같은 웨어러블 기기가 아닌 소형 전자기기(모바일 전자기기) 내에 다중 영상 디스플레이 장치를 적용할 수도 있다. 그 밖에도 다중 영상 디스플레이 장치의 적용 분야는 다양하게 변화될 수 있다. 예컨대, 다중 영상 디스플레이 장치는 가상 현실(VR), 증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR)을 구현하는데 적용할 수 있을 뿐 아니라, 그 밖에 다른 분야에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 착용할 수 있는 소형 텔레비전이나 소형 모니터 등에도 적용할 수도 있다.

상술한 다중 영상 디스플레이 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

1... 광원 2, 2a...공간 광변조기
3...제1광학계 4...제2광학계
5...아이트래킹 센서 6...제어부
7...사용자 인터페이스 31...제1빔스플리터
32...제2빔스플리터 33, 43a, 368, 369...반사경
34, 44, 383...1/4 파장판 41...스티어링 광학 소자
42...편광 빔스플리터 45...홀로그램 광학 소자
46...반사경 351, 381...제1렌즈
352, 47...제2렌즈 354...제3렌즈
353...공간 필터 361...콜리메이팅 렌즈
362...광전달부재 363, 364...편광판
365, 366, 367...렌즈들 383...1/4파장판
L1...영상광 L2...외부광
LP1, LP2, LP3...제1, 제2, 제3광경로
P...동공

Claims

광원;
상기 광원에서 방출된 광을 변조하여 영상광을 생성하는 공간 광변조기;
상기 영상광을 제1광경로, 상기 제1광경로와 평행하지 않은 제2광경로로 전달하는 제1광학계;
외부광과 상기 제2광경로로 전달되는 상기 영상광을 상기 제2광경로와 평행하지 않은 제3광경로를 따라 관찰자의 동공에 전달하는 제2광학계;를 포함하며,
상기 제2광학계는 상기 제2광경로와 상기 제3광경로의 교차점에 위치되며 2축 회전 가능한 스티어링 광학 소자를 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스티어링 광학 소자의 제1모서리를 피벗될 수 있게 지지하는 지지부;
상기 제1모서리와 제1대각선 방향으로 마주보는 제2모서리를 탄력적으로 지지하는 탄력 지지부;
상기 제1대각선과 교차하는 제2대각선 방향의 제3, 제4모서리를 변위시키는 제1, 제2액추에이터;를 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스티어링 광학 소자는, 입사광의 절반을 반사하고 나머지 절반을 투과시키는 반투과 거울을 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스티어링 광학 소자는 제 1 선편광 성분을 갖는 광을 반사시키고 제 1 선평광 성분에 직교하는 제 2 선편광 성분을 갖는 광을 투과시키는 편광 빔스플리터를 포함하며,
상기 제1광학계는 상기 영상광의 상기 제 1 선편광 성분을 상기 편광 빔스플리터에 제공하는 다중 영상 디스플레이 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제2광학계는,
상기 편광 빔스플리터에서 반사된 광을 상기 편광 빔스플리터로 반사하는 제1표면과, 상기 제1표면의 반대면으로서 상기 외부광을 상기 편광 빔스플리터 쪽으로 투과시키는 제2표면을 갖는 반투과 반사경;
상기 편광 빔스플리터와 상기 반투과 반사경 사이에 위치되는 1/4 파장판;을 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 반투과 반사경은 오목 반사경인 다중 영상 디스플레이 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제1광학계는 상기 오목 반사경의 초점과 상기 오목 반사경 사이에 상기 영상광의 실상을 형성시키는 다중 영상 디스플레이 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 공간 광변조기는 상기 광원에서 방출된 광을 반사하여 변조하는 반사형 공간 광변조기인 다중 영상 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 제1광학계는,
상기 광원으로부터 조사되는 광의 상기 제1선형광 성분을 상기 공간 광변조기로 반사시키고 상기 공간 광변조기로부터 변조되어 반사된 상기 제2선편광 성분의 광을 투과시키는 제 1 빔스플리터;
상기 제1빔스플리터의 출사측에 위치되어 상기 제1선형광 성분의 광을 상기 제2광경로로 반사하고 상기 제2선편광 성분의 광을 투과시키는 제 2 빔스플리터;
상기 제 2 빔스플리터를 투과한 광을 상기 제 2 빔스플리터로 반사하는 반사경;
상기 제2빔스플리터와 상기 반사경 사이에 위치되는 1/4 파장판;을 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제1광학계는,
상기 공간 광변조기와 상기 제 1 빔스플리터 사이에 배치된 제 1 렌즈;
상기 제 1 빔스플리터와 상기 제 2 빔스플리터 사이에 배치된 제 2 렌즈; 및
상기 제 2 빔스플리터의 출사측에 배치된 제 3 렌즈;를 더 포함하며,
상기 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈는 볼록 렌즈이고 상기 제 3 렌즈는 오목 렌즈인 다중 영상 디스플레이 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제1광학계는 상기 제 1 빔스플리터와 상기 제 2 빔스플리터 사이에서 상기 제 1 렌즈의 초점 부근에 배치되는 공간 필터를 더 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 공간 광변조기는 상기 광원에서 방출된 광을 투과시켜 변조하는 투과형 공간 광변조기인 다중 영상 디스플레이 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 제1광학계는,
상기 공간 광변조기로부터 출사되는 상기 영상광의 상기 제1선형광 성분의 광을 상기 제2광경로로 반사하고 상기 제2선편광 성분의 광을 투과시키는 제 2 빔스플리터;
상기 제 2 빔스플리터를 투과한 광을 상기 제 2 빔스플리터로 반사하는 반사경;
상기 제2빔스플리터와 상기 반사경 사이에 위치되는 1/4 파장판;을 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제1광학계는,
상기 공간 광변조기와 상기 제 2 빔스플리터 사이에 배치된 제 1 렌즈와 제 2 렌즈;
상기 제 1 렌즈와 상기 제 2 렌즈 사이에 배치된 공간 필터; 및
상기 제 2 빔스플리터의 출사측에 배치된 제 3 렌즈;를 더 포함하며,
상기 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈는 볼록 렌즈이고 상기 제 3 렌즈는 오목 렌즈인 다중 영상 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스티어링 광학 소자는,
상기 영상광이 입사되고 상기 동공과 대향되며 상기 영상광을 상기 동공에 집광시키는 홀로그램 광학 패턴이 형성된 제1표면과, 상기 외부광이 입사되는 제2표면을 구비하는 홀로그램 광학 소자를 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1광학계와 상기 제2광학계는 상기 동공 내의 한 점에 영상 정보를 모은 후 망막에 주사하는 맥스웰리안 뷰(Maxwellian view)광학계를 형성하는 다중 영상 디스플레이 장치.
광원;
상기 광원에서 방출된 광을 변조하여 영상광을 생성하는 공간 광변조기;
관찰자의 동공과 대향되며 상기 영상광을 상기 동공에 집광시키는 홀로그램 광학 패턴이 형성된 제1표면과 상기 외부광이 입사되는 제2표면을 포함하며, 2축 회전 가능한 홀로그램 광학 소자;를 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 광원은 레이저 다이오드를 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치.
광원;
상기 광원에서 방출된 광을 변조하여 영상광을 생성하는 공간 광변조기;
상기 영상광을 제1광경로로 전달하는 제1광학계;
상기 제1광경로로 전달되는 상기 영상광을 스티어링하는 2축 회전 가능한 스티어링 광학소자를 포함하며, 상기 스티어링된 영상광을 상기 제1광경로에 평행하지 않은 제2광경로로 전달하는 제2광학계;
외부광과 스티어링된 상기 영상광을 제3광경로를 따라 관찰자의 동공에 전달하는 것으로서, 상기 영상광을 상기 동공의 뒤쪽에 집광시키는 홀로그램 광학 패턴이 형성된 제1표면과 상기 외부광이 입사되는 제2표면을 갖는 홀로그램 광학 소자;를 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치.
제19항에 있어서,
상기 제1광학계는,
상기 광원으로부터 조사되는 광의 제1선형광 성분을 상기 공간 광변조기로 투과시키고 상기 공간 광변조기로부터 변조되어 반사된 제2선편광 성분의 광을 제1출사측으로 반사시키는 빔스플리터;
상기 빔스플리터의 상기 제1출사측에 위치되어 광을 상기 제1출사측으로 반사시키는 오목 반사경;
상기 제1출사측과 상기 오목 반사경 사이에 위치되는 1/4 파장판;
상기 빔스플리터와 상기 스티어링 광학 소자 사이에 위치되는 제1렌즈;를 포함하며,
상기 제2광학계는, 상기 스티어링 광학 소자와 상기 홀로그램 광학 소자 사이에 위치되는 제2렌즈;를 포함하는 다중 영상 디스플레이 장치.