KR100341149B1 - Optical System for Head Mount Display - Google Patents
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Abstract
본 발명은 헤드 마운트 디스플레이용 광학시스템에 관한 것이다. 본 발명의 광학시스템은 화상을 표시하는 반사형 액정 스크린과; 반사형 액정 스크린의 일측에 상기 반사형 액정 스크린과 같은 방향을 향하도록 배치되는 광원과; 광원의 광선을 분산시키는 조명프리즘과; 조명프리즘으로부터 출사되는 광선을 집광시키는 프리즘시트와; 프리즘시트로부터 출사되는 광선을 편광시키는 편광자와; 편광자로부터 출사되는 광선을 분리하여 반사형 액정 스크린에 반사시키는 편광 분할기와; 편광 분할기의 전방에 배치되어 액정 스크린의 화상을 확대시키는 접안렌즈와; 접안렌즈의 전방에 배치되는 보호경으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 의하면, 광효율이 높고 장치의 소형화가 가능하며 선명하고 또렷한 화상을 제공할 수 있다는 장점이 있다.The present invention relates to an optical system for a head mounted display. An optical system of the present invention includes a reflective liquid crystal screen for displaying an image; A light source disposed on one side of the reflective liquid crystal screen so as to face the same direction as the reflective liquid crystal screen; An illumination prism for dispersing light rays of the light source; A prism sheet for condensing light rays emitted from the illumination prism; A polarizer for polarizing light rays emitted from the prism sheet; A polarization splitter which separates the light rays emitted from the polarizer and reflects the reflected light onto the reflective liquid crystal screen; An eyepiece disposed in front of the polarization splitter to enlarge an image of the liquid crystal screen; Characterized in that the protective glasses disposed in front of the eyepiece. According to the present invention, the light efficiency is high, the device can be miniaturized, there is an advantage that can provide a clear and clear image.
Description
본 발명은 두 눈에 근접하는 액정 스크린을 통하여 입체영상을 볼 수 있도록 구성된 헤드 마운트 디스플레이에 관한 것으로, 특히, 화상의 해상도를 높여주며 눈의 이동에 따른 왜곡현상을 최소화시킬 수 있는 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a head mounted display configured to view a stereoscopic image through a liquid crystal screen close to two eyes, and more particularly, for a head mounted display that can increase the resolution of an image and minimize distortion caused by eye movement. It relates to an optical system.
잘 알려진 바와 같이 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display)는 내장된 액정 스크린과 얼굴의 움직임을 검출하는 각종 센서들을 통하여 착용자로 하여금 가상의 공간내에 있는 듯한 느낌을 줄 수 있도록 구성되는 장치이다.As is well known, a head mount display is a device configured to give a wearer a feeling of being in a virtual space through a built-in liquid crystal screen and various sensors for detecting a movement of a face.
이러한 헤드 마운트 디스플레이는 오락용 게임을 할 때, 현실감 있는 가상 공간을 제공할 뿐만 아니라 작업자의 선택에 따라 다양한 가상 환경을 임의로 설정 할 수 있도록 구성하여 건축 및 인테리어 등과 같은 여러 산업 분야에서 다양한 실시예를 사전에 적용해 볼 수 있도록 구성하였다. 특히, 최근에는 인체의 움직임을 감지할 수 있는 보디 슈트(body suit) 등과 같이 다양한 인터페이스와 헤드 마운트 디스플레이를 조합시킴으로써, 현실감과 생동감이 더욱 향상된 가상 현실 시스템(VR system)이 개발되어 사용되고 있다.The head mounted display not only provides a realistic virtual space when playing a game for entertainment, but also configures various virtual environments according to the operator's choice so that various embodiments in various industries, such as architecture and interior, can be implemented. It is configured to apply in advance. In particular, in recent years, by combining a variety of interfaces and head-mounted display, such as a body suit that can detect the movement of the human body, a virtual reality system (VR system) has been developed and used to further improve the realism and liveliness.
한편, 이와 같은 헤드 마운트 디스플레이는 액정 스크린과 조명장치 및 렌즈 등으로 이루어진 광학 시스템이 제공된다. 이 광학 시스템은 액정 스크린에 화상을 나타나도록 하는 것으로, 구성요소의 배치구조에 따라 다양하게 구성될 수 있다.그 일례로서 도 1과 도 2에는 일반적으로 사용되는 광학 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 이를 살펴보면, 먼저 도 1의 광학 시스템은 화상을 나타내는 액정 스크린(1)의 후방으로 액정 스크린(1)의 광원이 되는 조명장치(2)가 배치되며, 액정 스크린(1)의 전방으로는 접안렌즈(3)가 배치되는 구성을 갖는다.On the other hand, such a head mounted display is provided with an optical system consisting of a liquid crystal screen, a lighting device and a lens. The optical system allows an image to appear on a liquid crystal screen, and may be variously configured according to the arrangement of components. As an example, an optical system generally used is schematically illustrated in FIGS. 1 and 2. Referring to this, first, in the optical system of FIG. 1, an illuminating device 2 serving as a light source of the liquid crystal screen 1 is disposed behind the liquid crystal screen 1 representing an image, and the eyepiece is located in front of the liquid crystal screen 1. (3) is arranged.
그리고 도 2의 광학 시스템은 하방을 향하도록 액정 스크린(1)을 수평으로 배치하고, 액정 스크린(1)의 수직하방에는 편광 분할기(Polarized Beam Splitter:4)를 대략 45°각도로 배치하며, 편광 분할기(4)의 후방으로는 액정 스크린(1)의 화상을 확대하여 반사시키는 오목반사거울(5)이 배치된 구성을 갖는다. 조명장치(2)는 도 1과 마찬가지로 액정 스크린(1)의 후방에 배치된다. 여기서, 상기 도 1과 도 2에서의 액정 스크린(1)은 투과형 액정으로서, 후방에 배치되는 조명장치(2)를 광원으로 하여 화상을 나타내도록 구성된다.In the optical system of FIG. 2, the liquid crystal screen 1 is disposed horizontally to face downward, and the polarized beam splitter 4 is disposed at an angle of about 45 ° below the vertical direction of the liquid crystal screen 1. At the rear of the divider 4, a concave reflection mirror 5 for enlarging and reflecting the image of the liquid crystal screen 1 is arranged. The lighting device 2 is arranged behind the liquid crystal screen 1 as in FIG. 1. Here, the liquid crystal screen 1 in Figs. 1 and 2 is a transmissive liquid crystal, and is configured to display an image using the illuminating device 2 disposed behind as a light source.
그러나 이와 같은 구성을 갖는 종래의 광학 시스템은 그 구성이 간단하여 장치를 슬림화, 소형화 할 수 있다는 장점은 가지고 있으나, 상술한 바와 같이 고가인 투과형 액정 스크린(1)을 사용해야 하므로 제작비용이 상승되는 단점이 있었다. 또한, 상기 투과형 액정 스크린(1) 후면의 전반에 걸쳐 광원을 제공해야 하므로 광효율이 떨어지는 단점도 있었던 것이다. 특히, 도 2의 광학 시스템은 편광 분할기(4)를 사용하여 화상의 선명도를 높인다는 것에 있어서는 도 1의 광학 시스템보다 뛰어난 효과를 발휘하지만 오목반사거울(5)에 관람자 자신의 눈 형상이 비추어져 보인다는 문제점이 있었다.However, the conventional optical system having such a configuration has the advantage that the configuration is simple and the device can be made slimmer and compact. However, as described above, an expensive transmissive liquid crystal screen 1 must be used. There was this. In addition, since the light source must be provided over the entire back surface of the transmissive liquid crystal screen 1, there was a disadvantage in that the light efficiency was lowered. In particular, the optical system of FIG. 2 has an effect superior to that of the optical system of FIG. 1 in using the polarization splitter 4 to increase the sharpness of the image, but the eye shape of the viewer is reflected on the concave reflection mirror 5. There seemed to be a problem.
도 3에는 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템의 다른 예가 도시되어 있다. 이에 따르면, 다른예의 광학 시스템은 액정 스크린(6)을 수직으로 배치하고, 액정 스크린(6)의 전방으로는 접안렌즈(7)를 배치하며, 액정스크린(6)과 접안렌즈(7)사이에는 상기 액정 스크린(6)을 향하여 대략 45도 각도로 하향하는 편광 분할기(8)가 배치되는 구성을 갖는다. 여기서, 액정 스크린(6)은 반사형 액정으로서, 전방 상부에 배치되는 조명장치(9)의 빛을 편광 분할기(8)를 통하여 전달받아 화상을 나타내도록 구성된다.3 shows another example of an optical system for a head mounted display. According to this, the optical system of another example arranges the liquid crystal screen 6 vertically, the eyepiece 7 is disposed in front of the liquid crystal screen 6, and between the liquid crystal screen 6 and the eyepiece 7. It has a configuration in which the polarization splitter 8 is disposed downward at an approximately 45 degree angle toward the liquid crystal screen 6. Here, the liquid crystal screen 6 is a reflection type liquid crystal, and is configured to receive an image of the illumination device 9 disposed on the front side through the polarization splitter 8.
한편, 도 3의 광학 시스템은 가격이 저렴하고 고화소를 갖는 반사형 액정을 사용함으로써 제작비용이 감소되며 광효율이 좋아진다는 장점이 있었다. 그러나 조명장치(9)와 편광 분할기(8)의 설치공간을 확보해야하는 등 상대적으로 장치의 크기가 도 1과 도 2의 광학 시스템에 비해 커지는 단점이 있었다. 특히, 도 3의 광학 시스템의 접안렌즈는 2m의 거리에서 40인치의 화면을 보는 것과 같은 효과를 나타내기 위하여 두껍게 구성되기 때문에, 상대적으로 접안렌즈와 동공의 거리인 출사동거리(eye relief)가 짧아지고, 눈의 동공에 놓인 출사동경의 크기가 작아져 눈을 조금만 움직여도 주변부의 화상이 보이지 않는 단점이 있었던 것이다.On the other hand, the optical system of Figure 3 has the advantage that the production cost is reduced and the light efficiency is improved by using a reflective liquid crystal having a low cost and a high pixel. However, there is a disadvantage that the size of the device is relatively larger than that of the optical system of FIGS. 1 and 2, such as the installation space of the lighting device 9 and the polarization splitter 8 must be secured. In particular, since the eyepiece of the optical system of FIG. 3 is thickly configured to produce an effect such as viewing a 40-inch screen at a distance of 2m, the eye relief, which is a distance between the eyepiece and the pupil, is relatively high. The shortening, the size of the exit mirror placed in the pupil of the eye is small, there is a disadvantage that the image of the peripheral area is not visible even with a slight movement of the eye.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 눈의 이동에 따른 왜곡현상을 최소화시키고, 화상의 해상도를 높여주어 착용자에게 최상의 화상을 제공할 수 있는 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, the object of which is to minimize the distortion caused by the movement of the eyes, and to enhance the resolution of the image to provide the best image for the head-mounted display wearer To provide a system.
도 1은 종래의 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,1 is a view schematically showing the configuration of a conventional optical system for a head mounted display,
도 2와 도 3은 종래의 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템의 다른예를 개략적으로 나타내는 도면,2 and 3 schematically show another example of a conventional optical system for a head mounted display,
도 4는 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템의 구성 및 그 배치를 개략적으로 나타내는 도면,4 is a view schematically showing the configuration and arrangement of the optical system for a head mounted display according to the present invention;
도 5는 본 발명의 광학 시스템이 헤드 마운트 디스플레이에 설치됨을 보여주는 헤드 마운트 디스플레이의 측단면도이다.5 is a side cross-sectional view of a head mounted display showing that the optical system of the present invention is installed in a head mounted display.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣♣ Explanation of symbols for the main parts of the drawing ♣
10: 액정 스크린 20: 조명부10: liquid crystal screen 20: lighting unit
22: 발광 다이오드 23: 조명프리즘22: light emitting diode 23: illumination prism
24: 반사시트 25: 프리즘시트24: reflective sheet 25: prism sheet
26: 편광자 30: 편광 분할기26: polarizer 30: polarization splitter
40: 접안렌즈 42: 볼록렌즈40: eyepiece 42: convex
44: 오목렌즈 50: 보호경44: concave lens 50: protective glasses
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 헤드 마운트 디스플레이에 있어서, 화상을 표시하는 반사형 액정 스크린과; 상기 반사형 액정 스크린의 일측에 상기 반사형 액정 스크린과 같은 방향을 향하도록 배치되는 광원과; 상기 광원의 광선을 분산시키는 조명프리즘과; 상기 조명프리즘으로부터 출사되는 광선을 집광시키는 프리즘시트와; 상기 프리즘시트로부터 출사되는 광선을 편광시키는 편광자와; 상기 편광자로부터 출사되는 광선을 분리하여 상기 반사형 액정 스크린에 반사시키는 편광 분할기와; 상기 편광 분할기의 전방에 배치되어 상기 액정 스크린의 화상을 확대시키는 접안렌즈와; 상기 접안렌즈의 전방에 배치되는 보호경으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve this object, the present invention provides a head mounted display comprising: a reflective liquid crystal screen for displaying an image; A light source disposed on one side of the reflective liquid crystal screen to face the same direction as the reflective liquid crystal screen; An illumination prism for dispersing light rays of the light source; A prism sheet for condensing light rays emitted from the illumination prism; A polarizer for polarizing light rays emitted from the prism sheet; A polarization splitter that separates the light rays emitted from the polarizer and reflects the reflected light to the reflective liquid crystal screen; An eyepiece disposed in front of the polarization splitter to enlarge an image of the liquid crystal screen; Characterized in that the protective glasses disposed in front of the eyepiece.
이하, 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the optical system for head mounted display according to the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템의 구성 및 그 배치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 광학 시스템이 헤드 마운트 디스플레이에 설치됨을 보여주는 헤드 마운트 디스플레이의 측단면도이다. 먼저, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템은 화상을 나타내는 액정 스크린(10)이 수직하게 배치된다. 이 액정 스크린(10)은 반사형 액정으로서, 전방에서 조사되는 조명을 광원으로하여 화상을 나타낸다.Fig. 4 is a diagram schematically showing the configuration and arrangement of the optical system for a head mounted display according to the present invention, and Fig. 5 is a side sectional view of the head mounted display showing that the optical system of the present invention is installed in the head mounted display. First, as shown in Fig. 4, in the optical system for head mounted display according to the present invention, the liquid crystal screen 10 representing an image is disposed vertically. This liquid crystal screen 10 is a reflection type liquid crystal and displays an image using the illumination irradiated from the front as a light source.
그리고 액정 스크린(10)의 상부에는 상기 액정 스크린(10)에 광원을 제공하는 조명부(20)가 배치된다. 이 조명부(20)는 크게 발광 다이오드(22)와 조명프리즘(23) 및 다수개의 시트들로 구성된다. 상세하게 살펴보면, 액정 스크린(10)의 수직 상방에는 상기 액정 스크린(10)에 광원을 제공하는 발광 다이오드(22)가 액정 스크린(10)과 나란하도록 배치되며, 발광 다이오드(22)의 전방으로는 발광 다이오드(22)의 광선을 분산시키면서 굴절시키는 조명프리즘(23)이 설치된다. 이 조명프리즘(23)은 발광 다이오드(22)에서 조사되는 광선을 분산시키는 역할을 한다.An illumination unit 20 is disposed on the liquid crystal screen 10 to provide a light source to the liquid crystal screen 10. This lighting unit 20 is largely composed of a light emitting diode 22, an illumination prism 23 and a plurality of sheets. In detail, a light emitting diode 22 providing a light source to the liquid crystal screen 10 is disposed to be parallel to the liquid crystal screen 10 above the liquid crystal screen 10, and in front of the light emitting diode 22. An illumination prism 23 is provided which refracts while dispersing the light rays of the light emitting diodes 22. The illumination prism 23 serves to disperse the light rays emitted from the light emitting diodes 22.
또한, 조명프리즘(23)의 상면에는 상기 조명프리즘(23)에 의해 굴절되지 않고 투과하는 광선을 재(再)반사시키는 반사시트(24)가 배치되며, 조명프리즘(23)의 하부에는 이 조명프리즘(23)에 의해 굴절된 광선을 집광시키는 프리즘시트(25)와, 프리즘시트(25)을 통하여 재출사된 광선을 편광시키는 편광자(26)가 차례로 배치된다. 여기서, 프리즘시트(25)는 반사시트(24)에서 확산되어 나오는 빛을 대략, 70°각도로 집광시켜서 상기 액정 스크린에 조사하는 역할을 하며, 상기 편광자(26)는 후술하는 편광 분할기(30)의 편광 성능이 다소 떨어져 화상의 명암대비를 저하시키므로 편광 분할기(30)에 앞서 설치되어 광선의 명암대비를 조절하는, 상기 편광 분할기(30)의 보조적인 역할을 수행한다.In addition, a reflecting sheet 24 is disposed on the upper surface of the illuminating prism 23 to reflect back the light that is transmitted without being refracted by the illuminating prism 23, and the illuminating prism 23 is disposed under the illuminating prism 23. The prism sheet 25 for condensing the light rays refracted by the prism 23, and the polarizer 26 for polarizing the light rays re-exposed through the prism sheet 25 are disposed in this order. Here, the prism sheet 25 collects light diffused from the reflective sheet 24 at an angle of about 70 ° to irradiate the liquid crystal screen, and the polarizer 26 is a polarization splitter 30 to be described later. Since the polarization performance of the to slightly lower the contrast of the image is installed in advance of the polarization splitter 30 to adjust the contrast of the light beam, serves as a secondary role of the polarization splitter 30.
한편, 액정 스크린(10)의 전방에는 상기 액정 스크린(10)으로 대략 45°각도로 하향하는 편광 분할기(30)가 배치된다. 이 편광 분할기(30)는 편광자(26)를 통하여 출사되는 직선편광속을 분리하여 액정 스크린(10)으로 반사시킨다. 그리고 편광 분할기(30)의 전방으로는 액정 스크린(10)의 화상을 확대시키는 접안렌즈(40)가 설치된다.On the other hand, in front of the liquid crystal screen 10, the polarization splitter 30 is disposed downwardly to the liquid crystal screen 10 at an angle of about 45 degrees. The polarization splitter 30 separates the linearly polarized light emitted through the polarizer 26 and reflects it to the liquid crystal screen 10. And in front of the polarization splitter 30 is an eyepiece 40 for enlarging an image of the liquid crystal screen 10.
접안렌즈(40)는 도 4에서 보는 바와 같이 색에 따라 각각 다른 지점에 상이 맺히는 색수차가 발생하지 않도록 볼록렌즈(42)와 오목렌즈(44)를 접합시킨 이중렌즈이다. 그리고 이중렌즈중 마지막렌즈는 비구면으로하여 화상의 해상력을 높여주면서 중심으로부터 멀어질수록 화상이 일그러지는 왜곡수차를 보정하도록 하였다. 특히, 고차비구면 계수를 사용하지 않고 원추상수만 사용하여 눈의 이동에 따른 왜곡수차를 최소화 하였다. 참고로, 비구면은 하나 이상의 면에 비구면을 형성한 것으로, 적은 면수로 필요한 수차보정 상태를 달성하기 위하여 사용된다. 이러한 접안렌즈(40)는 오목렌즈(44)가 착용자의 눈에, 볼록렌즈(42)가 액정 스크린(10)을 향하도록 배치되어 액정 스크린(10) 방향의 초점을 길게하는 역초점(retro-focus)형태를 취함으로써 편광 분할기(30)의 설치공간을 충분히 확보하도록 구성된다.The eyepiece 40 is a dual lens in which the convex lens 42 and the concave lens 44 are bonded to each other so that the color aberration does not occur at different points depending on the color, as shown in FIG. 4. The last lens of the double lens is an aspherical surface, which improves the resolution of the image while correcting the distortion aberration as the image gets farther from the center. In particular, only the conical constant is used without using higher order aspheric coefficients to minimize the distortion aberration caused by eye movement. For reference, an aspherical surface is formed on at least one surface, and is used to achieve a necessary aberration correction state with a small number of surfaces. The eyepiece 40 includes a confocal lens 44 arranged in the wearer's eye and a convex lens 42 facing the liquid crystal screen 10 to extend the focus in the liquid crystal screen 10 direction. It is configured to sufficiently secure the installation space of the polarization splitter 30 by taking the form).
이와 같은 구성을 갖는 접안렌즈(40)는 상기 액정 스크린(10)을 대략 2m의 거리에서 44inch의 화상을 보는 것은 같이 효과를 나타낸다. 특히, 이중접합렌즈인 접안렌즈(40)는 출사동거리(eye relief)를 길어지게 하고, 출사동경의 크기를 커지게하여 착용자가 눈을 움직여도 주변부의 화상이 정확히 보이도록 한다. 또한, 이중접합렌즈인 상기 접안렌즈(40)는 상기 렌즈를 비스듬히 통과하는 비축광선으로 인하여 화상의 가장자리의 밝기가 중심부에 비해 떨어지는 구경식(口經食: vignetting)이 거의 없도록 한다.The eyepiece 40 having such a configuration has the same effect as viewing the 44-inch image from the liquid crystal screen 10 at a distance of approximately 2 m. In particular, the eyepiece 40, which is a bi-junction lens, lengthens the eye relief and increases the size of the exit pupil so that the image of the periphery can be seen accurately even if the wearer moves his eyes. In addition, the eyepiece 40, which is a bi-junction lens, has almost no vignetting that the brightness of the edge of the image is lower than that of the center due to non-axis rays passing obliquely through the lens.
그리고 접안렌즈(40)의 전방으로는 보호경(50)를 배치하며, 이 보호경(50)은 접안렌즈(40)의 상부에서 반사되는 광선, 즉 상부의 조명부(20)로부터 새어나온 발광다이오드(22)의 광선이 착용자의 눈에 직접 비춰지는 것을 차단하여 눈부심 현상을 방지하는 역할을 한다. 특히, 보호경(50)은 액정 스크린(10)으로부터 방사되는 눈에 유해한 자외선과 강한 가시광선의 조절하며, 난반사를 바로잡아줌으로써 착용자로 하여금 부드럽고 선명한 화면을 볼 수 있으며, 눈의 피로를 덜어줄 수 있게 하는 역할을 한다. 이러한 보호경(50)은 편광필름과, 자외선 차단필름, PMMA 필름 등이 코팅되어 있음은 물론이다.The eyepiece 40 is disposed in front of the eyepiece 40, and the eyeglass 50 is a light beam reflected from the upper portion of the eyepiece 40, that is, the light emitting diodes leaked from the upper lighting unit 20. The light beam of (22) is prevented from shining directly on the wearer's eyes to prevent glare. In particular, the protective glasses 50 controls the ultraviolet rays and strong visible light harmful to the eyes radiated from the liquid crystal screen 10, and by correcting the diffuse reflection allows the wearer to see a soft and clear screen, can reduce eye fatigue Play a role. Such protective glasses 50 is coated with a polarizing film, a UV blocking film, a PMMA film, and the like.
한편, 이와 같은 구성에 의해 상기 액정 스크린(10)에 신호가 가해진 상태에서 발광 다이오드(22)에서 광선이 발생되면, 이 광선은 조명프리즘(23)을 통하여 직각으로 굴절되면서 분산되어 편광 분할기(30)로 조사된다. 이때, 조명프리즘(23)을 투과하여 직진되는 광선은 반사시트(24)에 의해 반사되어 편광 분할기(30)로 조사되며, 조명프리즘(23)에 의해 직각으로 굴절된 광선은 프리즘시트(25)와 편광자(26)를 통하여 집광되면서 그 밝기가 조절된다. 그리고 프리즘시트(25)와 편광자(26)를 통과한 광선은 다시 편광 분할기(30)를 통과하면서 분리되어 액정 스크린(10)에 반사되는 것이다.On the other hand, when a light beam is generated from the light emitting diode 22 in a state where a signal is applied to the liquid crystal screen 10 by this configuration, the light beam is refracted at right angles through the illumination prism 23 to be dispersed and polarized light splitter 30. Is investigated. At this time, the light beams passing through the illumination prism 23 and going straight are reflected by the reflective sheet 24 and irradiated to the polarization splitter 30, and the light rays refracted at right angles by the illumination prism 23 are the prism sheet 25. And the brightness is adjusted while condensing through the polarizer 26. In addition, the light rays passing through the prism sheet 25 and the polarizer 26 are separated while passing through the polarization splitter 30 and reflected by the liquid crystal screen 10.
그리고 이와 같은 광선을 광원으로하여 액정 스크린(10)은 화상을 나타내며 헤드 마운트 디스플레이 착용자는 접안렌즈(40)를 통하여 상기 액정 스크린(10)의 화상을 관람할 수 있는 것이다. 이때, 액정 스크린(10)의 화상은 접안렌즈(40)에 의해 대략 2m의 거리에서 44inch의 화상을 보는 것은 같이 크게 확대된다. 특히, 이중접합렌즈인 접안렌즈(40)에 의해 출사동거리가 길어지고 출사동경이 커져 착용자가 보다 안정된 상태에서 액정 스크린(10)의 화상을 관람할 수 있도록 한다. 또한, 화상의 해상도가 높아지고 왜곡수차가 보정되는 등, 헤드 마운트 디스플레이 착용자는 보다 선명하고 또렷해진 화상을 볼 수 있는 것이다.The liquid crystal screen 10 displays the image using the light beam as a light source, and the head mounted display wearer can view the image of the liquid crystal screen 10 through the eyepiece 40. At this time, the image of the liquid crystal screen 10 is greatly enlarged by viewing the 44-inch image at a distance of approximately 2 m by the eyepiece 40. In particular, the exit pupil distance is increased by the eyepiece 40, which is a bi-junction lens, and the exit pupil is increased so that the wearer can view the image of the liquid crystal screen 10 in a more stable state. In addition, the wearer of the head mounted display can see a sharper and clearer image, such as the resolution of the image is increased and the distortion aberration is corrected.
한편, 도 5에서는 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 광학 시스템이 헤드 마운트 디스플레이에 설치되는 것을 나타내고 있다. 이를 간략하게 살펴보면, 헤드 마운트 디스플레이의 하우징(60)에는 한쌍의 경통(62)이 설치된다(도 5에서는 어느 한쪽의 경통만을 절취하여 도시하였다.). 그리고 경통(62)에는 상술한 광학 시스템이 설치된다.On the other hand, Fig. 5 shows that the optical system of the present invention having such a configuration is provided in the head mounted display. In brief, the housing 60 of the head mounted display is provided with a pair of barrels 62 (only one of the barrels is cut out and shown in FIG. 5). The barrel 62 is provided with the above-described optical system.
즉, 경통(62)은 전방이 트인 제 1설치공간(64)과, 제 1설치공간(64)의 상부에 제 1설치공간(64)과 트이도록 형성되는 제 2설치공간(65)을 갖는다. 제 1설치공간(64)의 후방에는 화상을 나타내는 액정 스크린(10)이 설치되며, 트인 전방에는 액정 스크린(10)의 화상을 확대시키는 접안렌즈(40)가 설치됨을 알 수 있다. 그리고 액정 스크린(10)과 접안렌즈(40)사이에는 편광 분할기(30)가 액정 스크린(10)으로 하향하도록 대략 45°각도를 이루며 설치된다.That is, the barrel 62 has a first installation space 64 having a front opening and a second installation space 65 formed so as to open with the first installation space 64 above the first installation space 64. . It can be seen that the liquid crystal screen 10 for displaying an image is installed at the rear of the first installation space 64, and the eyepiece 40 for magnifying the image of the liquid crystal screen 10 is installed at the front of the opening. In addition, the polarization splitter 30 is disposed at an angle of about 45 ° between the liquid crystal screen 10 and the eyepiece 40 so as to downwardly move toward the liquid crystal screen 10.
한편, 경통(62)의 제 2설치공간(65)에는 조명부(20)가 설치됨을 알 수 있다. 즉, 제 2설치공간(65)의 후방에는 액정 스크린(10)의 광원이 되는 발광 다이오드(22)가 상기 액정 스크린(10)과 나란하도록 설치되며, 발광 다이오드(22)의 전방으로는 발광 다이오드(22)의 광선을 직각으로 굴절시키는 조명프리즘(23)이 설치된다. 조명프리즘(23)의 상면에는 반사시트(24)가 배치되며, 조명프리즘(23)의 밑면으로는 프리즘시트(25)와, 편광자(26)가 차례로 설치된다. 한편, 접안렌즈(40) 전방의 하우징(60)에는 보호경(50)이 설치되며, 경통(62)의 후면에는 상기 액정 스크린(10)과 발광 다이오드(22)를 제어하는 인쇄회로기판(P)이 설치됨을 알 수 있다.On the other hand, it can be seen that the lighting unit 20 is installed in the second installation space 65 of the barrel 62. That is, the light emitting diode 22 serving as the light source of the liquid crystal screen 10 is installed in parallel with the liquid crystal screen 10 at the rear of the second installation space 65, and the light emitting diode is located in front of the light emitting diode 22. An illumination prism 23 that refracts the light beam of (22) at right angles is provided. The reflective sheet 24 is disposed on the top surface of the illumination prism 23, and the prism sheet 25 and the polarizer 26 are sequentially installed on the bottom surface of the illumination prism 23. On the other hand, the protective lens 50 is installed in the housing 60 in front of the eyepiece 40, the printed circuit board (P) for controlling the liquid crystal screen 10 and the light emitting diode (22) on the rear surface of the barrel (62). You can see that) is installed.
이상에서와 같이 본 발명의 광학 시스템은 헤드 마운트 디스플레이의 하우징(60)에 배치되어 착용자에게 최상의 화상을 제공한다. 특히, 도면에서 볼 수 있듯이 조명부(20)가 액정 스크린(10)과 나란하게 배치되고, 그 높이가 낮게 구성되기 때문에 헤드 마운트 디스플레이의 전체적인 높이가 줄어듬을 알 수 있다. 이는 조명프리즘(23)과 반사시트(24) 및 프리즘시트(25)와, 프리즘시트(25) 등을 이용하여 발광 다이오드(22)의 광선을 최대한 활용함으로써 실현가능한 것이다.As described above, the optical system of the present invention is disposed in the housing 60 of the head mounted display to provide the best image to the wearer. In particular, as can be seen in the figure, since the lighting unit 20 is disposed in parallel with the liquid crystal screen 10 and its height is configured to be low, the overall height of the head mounted display is reduced. This can be realized by maximizing the light rays of the light emitting diodes 22 using the illumination prism 23, the reflection sheet 24, the prism sheet 25, the prism sheet 25, and the like.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템은 조명프리즘과 반사시트와 프리즘시트 및 편광자 등을 이용하여 발광 다이오드의 광선을 최대한 활용함으로써 광효율을 높여주는 효과를 갖는다.As described above, the optical system for a head mounted display according to the present invention has the effect of enhancing the light efficiency by maximizing the light of the light emitting diode using an illumination prism, a reflection sheet, a prism sheet, and a polarizer.
또한, 액정 스크린과 나란하게 배치된 발광 다이오드와, 프리즘을 이용하여 액정 스크린에 조명함으로써 조명부의 높이와 시스템 전체적인 높이가 줄어들어 장치의 소형화가 가능하다.In addition, by illuminating the liquid crystal screen using a light emitting diode and a prism arranged in parallel with the liquid crystal screen, the height of the lighting unit and the overall height of the system are reduced, thereby miniaturizing the device.
또한, 비구면을 갖는 이중접합렌즈를 이용함으로써 화상의 해상도가 높아지고, 왜곡수차가 보정되어 착용자에게 보다 선명하고 또렷한 화상을 제공하는 효과를 갖는다.In addition, the use of the bi-junction lens having an aspherical surface, the resolution of the image is increased, the distortion aberration is corrected has the effect of providing a more sharp and clear image to the wearer.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108292493A (en) * | 2015-09-07 | 2018-07-17 | 索尼互动娱乐股份有限公司 | Information processing system, information processing unit, output device, program and recording medium |
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Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100428938B1 (en) * | 2001-07-09 | 2004-04-28 | 전자부품연구원 | Micro display module for portable mobile telephone |
| KR100844168B1 (en) * | 2006-10-23 | 2008-07-04 | 방주광학 주식회사 | Optical system for head mounted display |
| KR101113194B1 (en) * | 2009-06-29 | 2012-02-15 | 양인석 | A Door Fixing Stoper Within Door |
| US10488617B2 (en) | 2015-01-23 | 2019-11-26 | Lg Innotek Co., Ltd. | Wearable display device |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR890702391A (en) * | 1987-10-23 | 1989-12-23 | 라즐로 홀라코프스키 | Stereoscopic video image display device that can be worn on the head such as glasses |
| US5543816A (en) * | 1993-10-07 | 1996-08-06 | Virtual Vision | Head mounted display system with aspheric optics |
| US5594830A (en) * | 1992-03-23 | 1997-01-14 | Minnesota Mining And Manufacturing Co. | Luminaire device |
| KR19990009497A (en) * | 1997-07-10 | 1999-02-05 | 구자홍 | Head mounted display device |
| US5943171A (en) * | 1998-06-03 | 1999-08-24 | International Business Machines Corporation | Head mounted displays utilizing reflection light valves |
| WO2001015439A1 (en) * | 1999-08-25 | 2001-03-01 | Olympus Optical Co., Ltd. | Head-mounted video display |
-
1999
- 1999-11-24 KR KR1019990052473A patent/KR100341149B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR890702391A (en) * | 1987-10-23 | 1989-12-23 | 라즐로 홀라코프스키 | Stereoscopic video image display device that can be worn on the head such as glasses |
| US5594830A (en) * | 1992-03-23 | 1997-01-14 | Minnesota Mining And Manufacturing Co. | Luminaire device |
| US5543816A (en) * | 1993-10-07 | 1996-08-06 | Virtual Vision | Head mounted display system with aspheric optics |
| KR19990009497A (en) * | 1997-07-10 | 1999-02-05 | 구자홍 | Head mounted display device |
| US5943171A (en) * | 1998-06-03 | 1999-08-24 | International Business Machines Corporation | Head mounted displays utilizing reflection light valves |
| WO2001015439A1 (en) * | 1999-08-25 | 2001-03-01 | Olympus Optical Co., Ltd. | Head-mounted video display |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108292493A (en) * | 2015-09-07 | 2018-07-17 | 索尼互动娱乐股份有限公司 | Information processing system, information processing unit, output device, program and recording medium |
| US10672110B2 (en) | 2015-09-07 | 2020-06-02 | Sony Interactive Entertainment Inc. | Information processing system, information processing apparatus, output apparatus, program, and recording medium |
| US10930185B2 (en) | 2015-09-07 | 2021-02-23 | Sony Interactive Entertainment Inc. | Information processing system, information processing apparatus, output apparatus, program, and recording medium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20010048012A (en) | 2001-06-15 |
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