KR19980079115A - 헤드 마운트 디스플레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용자의 머리에 착용된 상태로 어학교육, 영화, 및 음악감상 등에 사용될 수 있는 헤드 마운트 디스플레이(HMD: Head Mount Display)에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 HMD는 하나의 비디오 디스플레이 장치(11)와, 상기 하나의 디스플레이 장치로부터 발생된 영상을 두 갈래로 분기시키는 분기수단과, 상기 분기수단에 의해 두 갈래로 분기된 영상중 한쪽 영상의 촛점을 조절하는 제 1 포커싱 렌즈(14)와, 상기 분기수단에 의해 분기된 다른 영상을 다른쪽 눈으로 전반사시키는 전반사 미러(13)와, 상기 분기수단과 전반사 미러 사이에 위치하여 좌우 영상의 크기를 조절하는 좌우조절 렌즈(18)와, 상기 전반사 미러에 의해 전반사된 영상의 촛점을 조절하는 제 2 포커싱 렌즈(15)를 포함한다.

그리고 본 발명의 HMD는 하나의 비디오 디스플레이 모듈 및 이에 부가되는 부품을 줄일 수 있어 헤드 마운트 디스플레이의 가격을 줄일 수 있고, 더욱이 본 발명에 따른 HMD는 좌우조절 렌즈에 의해 좌우 영상의 크기를 조절할 수 있으므로 보다 양질의 영상을 보게 할 수 있다.

Description

헤드 마운트 디스플레이(A HEAD MOUNT DISPLAY)

본 발명은 사용자의 머리에 착용된 상태로 어학교육, 영화, 및 음악감상 등에 사용될 수 있는 헤드 마운트 디스플레이(HMD: Head Mount Display)에 관한 것이다.

일반적으로 헤드 마운트 디스플레이장치는 가상현실(VR)시스템등에서 사용자의 머리에 착용하기 위한 시각출력장치의 일종으로서 개발되어 점차 다양한 분양에 사용되는데, 이 HMD는 LCD나 CRT와 같은 디스플레이장치가 표시해주는 영상을 정밀한 광학메커니즘을 이용하여 사용자에게 보여주는 장치이다. 이러한 HMD는 눈과 매우 가까운 위치에 영상 스크린이 위치하기 때문에 매우 짧은 거리에 촛점을 맞추어야 함과 아울러 눈에 피로감을 주지않도록 하기 위하여 매우 정밀한 광학장치들이 요구된다.

이러한 헤드 마운트 디스플레이장치는 시각의 주체인 눈(eye)의 관점에서 모노큘러 타입(Monocular type)과 바이노큘러 타입(Binocular type)으로 구분되고, 시각의 대상인 이미지(image)의 관점에서 모노스코픽 타입(Monoscopic type)과 스테레오스코픽 타입(Stereoscopic type)으로 구분되는데, 이중에서 바이노큘러 타입(Binocular type)이 널리 사용되고 있다.

이러한 바이노큘러 타입의 종래의 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display)는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 2개의 비디오 디스플레이 장치(예컨대, LCD)(1)(2)를 사용하며, 이 2개의 비디오 디스플레이 장치(1)(2)는 사용자의 좌측눈(5)과 우측눈(6) 앞에 각각 위치되도록 배치된다.

그리고 사용자의 양쪽 눈(5)(6)과 2개의 비디오 디스플레이 장치(1)(2)와의 사이에는 디스플레이장치상에 전개되는 영상 스크린에 눈의 촛점을 맞춰주기 위한 렌즈(3)(4)가 각각 배치되어 있다. 또한 종래의 HMD에서 3차원 입체영상을 구현하기 위해서는 도면에는 도시되지 않았으나 상기 2개의 비디오 디스플레이 장치(1)(2)로부터 양쪽 눈(5)(6)으로 오는 영상을 선택적으로 온-오프(단속, 즉 시각적으로 보이고 안보이고 하는 것을 의미함)시켜 사용자의 좌,우 눈에 잔상이 남아 있도록 하는 셔터가 각각 설치될 수 있다. 즉, 3차원 영상을 구현하는 방법은 LCD 셔터법, 색채필터법, 착시법 등이 있는데, LCD 셔터법은 각각 따로 제어되는 2매의 LCD 셔터를 좌우 눈앞에 배치하고, 이를 교대로 개/폐(on/off)하여 특정한 시간에는 한쪽의 영상만을 볼수 있게 하는 방식이다. 예컨대, 비디오 디스플레이 화면이 좌측에 해당하는 영상을 주사하고 있는 동안에는 우측영상을 차단하고, 반대로 우측에 해당하는 영상을 주사하고 있는 동안에는 좌측영상을 차단하여 인간으로 하여금 두가지 서로 다른 영상 소스를 해당하는 눈으로 볼 수 있게 하는 것이다. 이러한 LCD 셔터방법은 다른 방식에서와 같이 색채감의 상실이나 좌/우 시각의 편중이 없어 깨끗한 영상을 얻을 수 있는 반면에 온-오프 제어를 위한 전자회로 등이 필요하게 된다.

그러나 이와같이 구성된 종래의 헤드 마운트 디스플레이는, 2개의 비디오 디스플레이 장치(1,2)를 필요로하여 디스플레이 회로가 중복적으로 필요하게 됨에 따라, 헤드 마운트 디스플레이의 무게가 증가되어 사용이 불편하고, 가격이 비싼 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상술한 바와같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 중복되는 디스플레이회로를 제거하여 무게를 가볍게 함과 아울러 제조비용을 절감할 수 있도록 된 헤드 마운트 디스플레이를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 바와같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하나의 비디오 디스플레이 장치와, 상기 하나의 디스플레이 장치로부터 발생된 영상을 두갈래로 분기시키는 분기수단과, 상기 분기수단에 의해 두 갈래로 분기된 영상중 한쪽 영상의 촛점을 조절하는 제 1 포커싱 렌즈와, 상기 분기수단에 의해 분기된 다른 영상을 다른쪽 눈측으로 전반사시키는 전반사 미러와, 상기 분기수단과 전반사 미러 사이에 위치하여 좌우 영상의 크기를 조절하는 좌우조절 렌즈와, 상기 전반사 미러에 의해 전반사된 영상의 촛점을 조절하는 제 2 포커싱 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 헤드 마운트 디스플레이를 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 제 1 실시예를 도시한 개략도,

도 3은 제 1 실시예의 적용예를 도시한 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 제 2 실시예를 도시한 개략도,

도 5는 제 2 실시예의 적용예를 도시한 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 비디오 디스플레이 장치12 : 빔스프리터

13 : 전반사 미러 14,15 : 포커싱 렌즈

16,17 :눈18: 좌우조절 렌즈

19: 영상확대렌즈20: 디스플레이 구동회로

21: 선택부25,26: 셔터

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 제 1 실시예를 도시한 개략도이고, 도 3은 제 1 실시예의 적용예를 도시한 사시도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와같이 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 제 1 실시예는, 하나의 비디오 디스플레이 장치(11)의 전방에 이 디스플레이 장치(11)로부터 발생된 영상을 두 갈래로 분기시키는 분기수단이 위치된다.

그리고 분기수단은 영상을 반반사 및 반투과시키는 빔 스프리터(12)로 이루어지고, 이 빔 스프리터(12)의 전방에는 빔 스프리터(12)를 투과하여 한쪽 눈(16)으로 보내지는 영상의 촛점을 조절하는 제 1 포커싱 렌즈(14)가 설치된다.

상기 빔 스프리터(12)에 의해 반사된 다른 영상을 다른쪽 눈으로 전반사시키기 위한 전반사 미러(13)가 설치되고, 이 전반사 미러(13)와 다른쪽 눈(17) 사이에는 전반사 미러(13)에 의해 전반사된 영상의 촛점을 조절하는 제 2 포커싱 렌즈(15)가 설치된다.

또한 빔 스프리터(12)와 전반사 미러(13) 사이에는 도시되지 않은 조절 메커니즘에 의해 이동되는 좌우조절 렌즈(18)가 위치하는데, 이 좌우 조절 렌즈(18)는 좌우 영상의 크기를 조절한다.

이때, 제조과정에서 좌우 조절렌즈를 좌우로 움직여서 우측상의 크기를 변화시켜 좌,우상의 크기가 같도록 조정한 후 좌우 조절렌즈의 위치를 고정시키면, 그후에는 조정 메커니즘이 필요없게 된다.

한편, 비디오 디스플레이장치(11)는 PC(22), VCR(23), LDP(24) 등과 같은 영상기기의 비디오 신호를 선택부(21)와 디스플레이 구동회로(20)를 통해 입력받아서 디스플레이하는데, 이 비디오 디스플레이 장치(11)로는 액정표시소자(LCD)나 음극선관(CRT Tube)등이 사용된다. 그리고 선택부(21)는 PC(22)나 VCR(23) 및 LDP(24)가 출력하는 비디오신호중 하나를 선택하여 디스플레이 구동회로(20)로 출력하고, 비디오 디스플레이 구동회로(20)는 비디오신호를 증폭한 후 비디오 디스플레이장치(11)로 출력하여 비디오 디스플레이 장치(11)에 영상이 표시되게 한다.

여기서 비디오 디스플레이장치(11)의 전면에는 디스플레이되는 영상을 확대하기 위한 영상확대 렌즈(19)가 위치할 수 있다.

이와같이 구성된 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 제 1 실시예는, 하나의 비디오 디스플레이 장치(11)로부터 발생된 영상이 분기수단으로서의 빔 스프리터(12)에 의해 반투과 및 반반사되고, 이 반투과된 영상은 제 1 포커싱 렌즈(14)에 의해 촛점이 조절된 후 한쪽 눈(16)으로 입사되며, 반반사된 영상은 좌우조절 렌즈(18)에 의해 영상의 크기가 조절된 후 전반사 미러(13)에 의해 다시 제 2 포커싱 렌즈(15)로 전반사된다. 그리고 전반사 미러(13)에서 전반사된 영상은 제 2 포커싱 렌즈(15)에 의해 촛점이 조절된 후 다른쪽 눈(17)으로 입사되게 된다.

따라서 이와같이 구성된 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이는, 하나의 비디오 디스플레이 장치(11)에 의해 동작되도록 되어 있으므로, 종래에 2개의 비디오 디스플레이 장치를 사용하던 방식에 비하여 전체 무게가 가벼워 사용이 편리하고, 중복되는 비디오 디스플레이 모듈을 줄일 수 있으므로 비용을 줄일 수 있게 된다. 더욱이 좌우조절 렌즈에 의해 좌우 영상의 크기를 조절할 수 있으므로 보다 양질의 영상을 보게 할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 제 2 실시예를 도시한 개략도이다. 상기 제 2 실시예는 본 발명을 3차원 HMD에 적용한 것이다. 도 5는 제 2 실시예를 도시한 사시도이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와같이 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 제 2 실시예는, 하나의 비디오 디스플레이 장치(11)의 전방에 이 비디오 디스플레이 장치(11)로부터 발생된 영상을 두 갈래로 분기시키는 분기수단이 위치된다.

그리고 분기수단은 영상을 반반사 및 반투과시키는 빔 스프리터(12)로 이루어지고, 이 빔 스프리터(12)의 전방에는 빔 스프리터(12)를 투과하여 한쪽 눈(16)으로 보내지는 영상의 촛점을 조절하기 위한 제1 포커싱 렌즈(14)가 위치하고, 이 제1 포커싱 렌즈(14)와 눈(16) 사이에는 도시되지 않은 제어회로에 의해 단속(on/of)되는 제 1 셔터(25)가 설치된다.

그리고 상술한 분기수단으로서의 빔 스프리터(12)에 의해 반사된 영상이 다른쪽 눈(17)을 향하도록 전반사시키는 전반사 미러(13)가 상기 빔 스프리터(12)와 나란하게 설치되고, 이 전반사 미러(13)의 전방에는 전반사 미러(13)에 의해 전반사 되어 다른쪽 눈(17)을 향하는 영상의 촛점을 조절하기 위한 제2 포커싱 렌즈(15)가 위치하고, 이 제2 포커싱 렌즈(15)와 눈(17) 사이에는 도시되지 않은 제어회로에 의해 단속(on/of)되는 제 2 셔터(26)가 설치된다.

또한 빔 스프리터와 전반사 미러 사이에는 도시되지 않은 조절 메커니즘에 의해 이동되는 좌우조절 렌즈(18)가 위치하는데, 이 좌우조절 렌즈(18)는 좌우 영상의 크기를 조절한다.

한편, 비디오 디스플레이장치(11)는 PC(22), VCR(23), LDP(24) 등과 같은 영상기기의 비디오 신호를 선택부(21)와 디스플레이 구동회로(20)를 통해 입력받아서 디스플레이하는데, 이 비디오 디스플레이 장치(11)로는 액정표시소자(LCD)나 음극선관(CRT Tube)등이 사용된다. 그리고 선택부(21)는 PC(22)나 VCR(23) 및 LDP(24)가 출력하는 비디오신호중 하나를 선택하여 디스플레이 구동회로(20)로 출력하고, 비디오 디스플레이 구동회로(20)는 비디오신호를 증폭한 후 비디오 디스플레이장치(11)로 출력하여 비디오 디스플레이장치(11)에 영상이 표시되게 한다.

이와같이 구성된 본 발명에 따른 3차원 헤드 마운트 디스플레이의 제 2 실시예는, 하나의 비디오 디스플레이 장치(11)로부터 발생된 영상이 분기수단으로서의 빔 스프리터(12)에 의해 반투과 및 반반사되어 이중 빔 스프리터(12)를 반투과한 영상은 한쪽 눈(16)을 향하게 되고, 빔 스프리터(12)에 의해 반반사된 영상은 전반사 미러(13)에 의해 다른쪽 눈(17)을 향하여 전반사된다.

그리고 빔 스프리터(12)와 제1 셔터(25) 사이에 위치된 제1 포커싱 렌즈(14)는 빔 스프리터(12)에서 투과된 영상의 촛점을 조절하고, 제1 포커싱 렌즈(14)와 눈(16) 사이에 설치된 제 1 셔터(25)는 도시되지 않은 제어회로에 따라, 눈(16)으로 입사되는 영상을 On-Off( 단속 즉, 시각적으로 보이고 안보이게 함을 의미)하므로써 3차원 입체 영상을 구현하게 된다.

또한 전반사 미러(13)의 전방에 위치한 제2 포커싱 렌즈(15)는 전반사된 영상의 촛점을 조절하고, 제2 포커싱 렌즈(15)와 눈(17) 사이에 위치한 제 2 셔터(26)는 도시되지 않은 제어회로에 따라, 눈(17)으로 입사되는 영상을 On-Off( 단속 즉, 시각적으로 보이고 안보이게 함을 의미)하므로써 3차원 입체 영상을 구현하게 된다. 즉, 3차원 영상을 구현하는 방법은 LCD 셔터법, 색채필터법, 착시법 등이 있는데, LCD 셔터법은 각각 따로 제어되는 2매의 LCD 셔터를 좌우 눈앞에 배치하고, 이를 교대로 개/폐하여 특정한 시간에는 한쪽의 영상만을 볼 수 있게 하는 방식이다. 예컨대, 비디오 디스플레이 화면이 좌측에 해당하는 영상을 주사하고 있는 동안에는 우측영상을 차단하고, 반대로 우측에 해당하는 영상을 주사하고 있는 동안에는 좌측영상을 차단하여 인간으로 하여금 두가지 서로 다른 영상 소스를 해당하는 눈으로 볼 수 있게 하는 것이다. 이러한 방법은 다른 방식에서와 같이 색채감의 상실이나 좌/우시각의 편중이 없어 깨끗한 영상을 얻을 수 있는 반면에 온-오프 제어를 위한 전자회로 등이 필요하게 된다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이에 의하면, 하나의 비디오 디스플레이 장치에 의해 동작되도록 되어 있으므로, 종래 2개의 비디오 디스플레이 장치를 사용하던 방식에 비하여 헤드 마운트 디스플레이의 무게가 가벼워 사용이 편리하고, 하나의 비디오 디스플레이 모듈 및 이에 부가되는 회로의 부품을 줄일 수 있어 헤드 마운트 디스플레이의 가격을 줄일 수 있게 된다. 더욱이 본 발명에 따른 HMD는 좌우조절 렌즈에 의해 좌우 영상의 크기를 조절할 수 있으므로 보다 양질의 영상을 보게 할 수 있다.

Claims (5)

1. 하나의 비디오 디스플레이 장치(11)와,

   상기 하나의 디스플레이 장치로부터 발생된 영상을 두 갈래로 분기시키는 분기수단과,

   상기 분기수단에 의해 두 갈래로 분기된 영상중 한쪽 영상의 촛점을 조절하는 제 1 포커싱 렌즈(14)와,

   상기 분기수단에 의해 분기된 다른 영상을 다른쪽 눈으로 전반사시키는 전반사 미러(13)와,

   상기 분기수단과 전반사 미러 사이에 위치하여 좌우 영상의 크기를 조절하는 좌우조절 렌즈(18)와,

   상기 전반사 미러에 의해 전반사된 영상의 촛점을 조절하는 제 2 포커싱 렌즈(15)를 포함하는 헤드 마운트 디스플레이.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 분기수단은 영상을 반반사 및 반투과시키는 빔 스프리터(12)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 헤드 마운트 디스플레이는 상기 비디오 디스플레이장치의 전방에, 디스플레이되는 영상의 크기를 확대하기 위한 영상확대 렌즈(19)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 헤드 마운트 디스플레이는 상기 분기수단에 의해 두 갈래로 분기된 영상신호중 한쪽 눈쪽으로 분기된 영상신호를 제어신호에 따라 단속하는 제 1 셔터와, 상기 전반사 미러에 의해 전반사된 영상신호를 제어신호에 따라 단속하는 제 2 셔터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 비디오 디스플레이 장치는 LCD 혹은 CRT로 구현되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이장치.