WO2016171479A1 - 헤드 마운트 디스플레이 장치 - Google Patents

헤드 마운트 디스플레이 장치 Download PDF

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WO2016171479A1
WO2016171479A1 PCT/KR2016/004136 KR2016004136W WO2016171479A1 WO 2016171479 A1 WO2016171479 A1 WO 2016171479A1 KR 2016004136 W KR2016004136 W KR 2016004136W WO 2016171479 A1 WO2016171479 A1 WO 2016171479A1
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WO
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optical surface
beam splitter
prism
display device
camera module
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PCT/KR2016/004136
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French (fr)
Inventor
이상훈
김태경
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엘지이노텍 주식회사
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Publication date
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    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Definitions

  • the present invention relates to a head mounted display device.
  • Head Mount Display (HMD) devices are a type of virtual image optical system.
  • the optical system uses a precise optical device to focus the image light generated at a position very close to the eye so that a virtual large screen can be composed at a long distance, thereby allowing the user to see the enlarged virtual image. to be.
  • the optical system for HMD was originally used for military purposes, but due to the rapid progress of high performance and miniaturization of computer systems and the rapid development of display devices, the concept of wearable computer has been proposed, and now aerospace and video games It is used in various fields such as training, leisure and leisure.
  • the head-mounted display device is used not only to view the image of the display element, but also equipped with a camera to take a view of the user's view and provide it to the user.
  • the camera can not be installed in front of the user's eyes can only be installed on the side of the eye. Therefore, when the camera is mounted to face forward, there is a problem that the viewing range viewed by the user of the head mounted display device does not coincide with the shooting range photographed by the camera.
  • An object of the present invention is to provide a head mounted display device having the same field of view of a camera mounted on a device and a field of view of a user wearing the same.
  • the head-mounted display device is to change the path of the incident light to exit, the inside of the prism including a reflective transmission surface for reflecting or transmitting the incident light; And a camera module disposed such that a lens faces the prism direction.
  • the prism may include a first optical surface, a second optical surface extending from the first optical surface, a third optical surface extending from the second optical surface and formed parallel to the first optical surface, and the third optical surface.
  • An extension may include a fourth optical surface facing the second optical surface, and may include a first reflective transmission surface that is inclined to the first optical surface and the third optical surface.
  • the first reflective transmission surface may be a first polarizing beam splitter that reflects or transmits according to a polarization component.
  • the first polarizing beam splitter may be inclined at 45 degrees with the first optical surface and the third optical surface.
  • a condenser lens may be formed on the second optical surface.
  • the first polarizing beam splitter may reflect incident light and emit the incident light to the camera module.
  • One side of the prism may further include a display device for displaying an image taken by the camera module.
  • the prism may further include a second reflective transmission surface formed in parallel with the first reflective transmission surface.
  • the first reflective transmission surface may be a second polarizing beam splitter.
  • the display element may be formed on one side of the third optical surface, and a condenser lens may be formed on the third optical surface.
  • the second polarizing beam splitter may reflect polarized light emitted from the display element.
  • the fourth optical surface may reflect light reflected by the second polarization beam splitter.
  • the fourth optical surface may be formed concave.
  • the fourth optical surface may be a reflective coating.
  • the field of view of the camera mounted on the head mounted display device and the field of view of the user wearing the device can be made identical.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an external appearance of a head mounted display device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the head mounted display of FIG. 1.
  • FIG 3 illustrates the formation of an optical path of the head mounted display device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 illustrates the formation of an optical path of the head mounted display device 1 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the external appearance of a head mounted display device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the head mounted display device 1 is a type mounted on a head of a person, and has a shape similar to that of general glasses, and includes a frame 10 provided to cover a head or an ear of a person.
  • the glass 10 is supported by the frame 10 and covers a view of each of the left and right eyes of the user, and a camera 30 mounted on one side of the frame to photograph the surrounding environment.
  • the frame 10 and the glass unit 20 may be variously applied without being limited in shape or material. However, the frame 10 and the glass unit 20 form a space therein to accommodate various components to be described later of the display apparatus 1. In addition, the glass unit 20 is made of a transparent material to enable the transmission of light.
  • FIG. 2 is a block diagram of the head mounted display device 1.
  • Each of the components of the display apparatus 1 shown in the drawing is accommodated in the frame 10 or the glass portion 20 of FIG. 1, and the shape or manner in which the components are accommodated is the frame 10 and the glass portion 20. Since the shape is variable depending on the shape of the present invention is not a limitation.
  • the components shown in this drawing are only one example of the display apparatus 1, and in the display apparatus 1 in which the idea of the present invention is implemented, the components not shown or described in this drawing are unnecessary, or This does not mean that the display device 1 should include only the components shown in this drawing.
  • the head mounted display apparatus 1 processes a signal receiver 110 for receiving an image signal from the outside and an image signal received at the signal receiver 110 according to a preset image processing process.
  • the controller 180 controls the overall operation, and the camera 190 captures a moving image or a still image of the external environment.
  • the microphone may further include a microphone for detecting a sound or an earphone for outputting a sound.
  • the signal receiver 110 receives an image signal transmitted from the outside in a wired / wireless manner and transmits the image signal to the signal processor 120 or the controller 180.
  • the signal receiver 110 may wirelessly receive a radio frequency (RF) signal transmitted from a broadcasting station (not shown), or may perform composite video, component video, supervideo, SCART, A video signal based on a high definition multimedia interface (HDMI), a DisplayPort, a unified display interface (UDI), or a wireless HD standard may be received by wire.
  • RF radio frequency
  • the signal receiver 110 is represented as a separate configuration from the communication unit 140, but the signal receiver 110 and the communication unit 140 may be integrated into a communication interface according to a design method.
  • the signal processor 120 performs various image processing processes on the image signal received by the signal receiver 110.
  • the signal processor 120 outputs an image signal that has performed this process to the display 130, thereby displaying an image based on the image signal on the display 130.
  • the type of the image processing process performed by the signal processing unit 120 is not limited.
  • the decoding and interlace image data corresponding to the image format of the image data may be progressively processed. De-interlacing to convert, scaling to adjust image data to preset resolution, noise reduction to improve image quality, detail enhancement, frame refresh rate Conversion and the like.
  • the signal processing unit 120 is a system-on-chip (SOC) incorporating these various functions, or an individual configuration capable of independently performing each of these processes is mounted on a printed circuit board to an image processing board (not shown). It is implemented and embedded in the head mounted display device 1.
  • SOC system-on-chip
  • the display 130 displays the image signal processed by the signal processor 120 to form an image in close proximity to both eyes of the user. A detailed structure for displaying the image by the display unit 130 will be described later.
  • the communication unit 140 performs two-way communication with various types of external devices (not shown) through wired / wireless.
  • the communication unit 140 may configure a communication interface together with the signal receiving unit 110 according to a design method.
  • the communication unit 140 according to the present embodiment performs wireless communication according to a bidirectional RF wireless communication standard such as RF (radio frequency), Bluetooth (Bluetooth).
  • the user input unit 150 generates a preset control command by being operated by the user and transmits the preset control command to the controller 180.
  • the user input unit 150 may include an input keypad (not shown) installed in the frame 10 (see FIG. 1), a touch screen (not shown), or a touch sensor (not shown) on the glass 20 (see FIG. 1). ) Can be implemented.
  • the user input unit 150 may be implemented as an external device (not shown) such as a remote controller or a mobile phone separate from the display device 1. In this case, the user input unit 150 transmits a control command to the control unit 180 by communicating with the communication unit 140.
  • the storage unit 160 stores unlimited data under the control of the controller 180.
  • the storage unit 160 may be implemented as a nonvolatile memory such as a flash memory and a hard disk drive.
  • the storage unit 160 is accessed by the controller 180 and read / record / modify / delete / update data by the controller 180.
  • the power supply unit 170 provides a DC power source for operating the general configuration of the head mounted display device 1.
  • the power supply unit 170 may be implemented as a primary battery or a secondary battery, but is preferably implemented as a secondary battery that can be charged with an external power source for usability.
  • the power supply unit 170 controls the power supply by the controller 180. For example, the power supply unit 170 controls whether the power is output to a specific component, the level of the output voltage, and the adjustment of the output duty.
  • the camera 190 is installed outside the frame 10 (see FIG. 1), and detects and photographs an external environment of the display apparatus 1.
  • the camera 190 may generate a still image by capturing an external environment at a predetermined time point, or may generate a video by capturing the external environment for a preset time.
  • the camera 190 may monitor the external environment for a predetermined time.
  • FIG 3 illustrates the formation of the optical path of the camera module 190 in the head mounted display device 1 according to the embodiment of the present invention.
  • the head mounted display device 1 includes a camera module 190 and a prism 200.
  • the camera module 190 is for capturing an image around the head mounted display device, and is installed such that a lens direction thereof faces the prism 200.
  • an optical system such as a condenser lens (not shown) may be disposed in front of the camera module 190.
  • the condenser lens is positioned in front of the light traveling direction of the camera module or the display device to collect incident light.
  • the condenser lens may be composed of a combination of lenses selected from spherical lenses and aspherical lenses.
  • the camera module 190 and the prism 200 are spaced apart from each other in FIG. 3, in some cases, the camera module 190 may be formed to contact the prism 200.
  • the prism 200 is an element that forms an optical path so that an image can be formed on the camera module 190.
  • the prism 200 according to the present embodiment includes four optical surfaces 210, 220, 230, and 240, and a polarization beam splitter 250 is formed therein.
  • Incident light (I) incident on the prism 200 through the first optical surface 210 is reflected by the polarization beam splitter 250 and exits to the third optical surface 220 to enter the camera module 190. do.
  • the polarization beam splitter 250 is a reflective transmission surface that reflects or transmits according to a difference in polarization components of incident light.
  • the P wave of the incident light I passes through the polarization beam splitter 250 and the S wave is reflected by the polarization beam splitter 250 and is incident to the camera module 190.
  • the incident light may not be incident only vertically, but may be inclined as shown in the drawing.
  • the incident light I1 and I2 are reflected by the polarization beam splitter 250 and then the first optical surface inside the prism 200. Total reflection from the 210 and the third optical surface 230 is incident to the camera module 190.
  • the first optical surface 210 and the third optical surface 230 are disposed in parallel to each other, and the polarizing beam splitter 250 is disposed to be inclined at a 45 degree angle between the first optical surface and the third optical surface.
  • the total reflection occurs according to Snell's law when incident above the critical angle. Snell's law and the principle of total reflection are easily understood by those skilled in the art of this application, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.
  • a condenser lens (not shown) may be formed on the second optical surface 220. That is, as described above, a condenser lens may be formed between the camera module 190 and the second optical surface, but the second optical surface 220 may be designed in the form of a lens.
  • the light I incident within the range A is reflected by the polarization beam splitter 250 and reflected by the first optical surface 210 and the third optical surface 230 to be the camera module 190. Incident).
  • the incident light I1 is totally reflected by the first optical surface 210 and then totally reflected by the third optical surface 230, so that total reflection occurs twice, and the incident light I2 is totally reflected only by the first optical surface 210.
  • the number of total reflections is not limited and may be variously changed according to the length of the prism 200.
  • the camera module 190 may photograph the surrounding environment existing within the range (A).
  • the photographing range A of the camera module 190 formed as described above may confirm that the field of view B of the user wearing the head mounted display device 1 substantially matches.
  • FIG. 4 adds a display element to the embodiment of FIG.
  • the head mounted display apparatus 1 further includes a display element 132 in addition to the camera module 190 and the prism 200.
  • the head mounted display apparatus 1 may be photographed by the camera module 190. An image can be viewed using the display element 132.
  • the display element 132 is an element for displaying an image, and various display devices such as an LCD panel may be used, and the image is displayed by the signal processor 120.
  • the display device 132 may be a reflective liquid crystal on silicon (LCoS), a digital light processing device (DLP), a micro LCD device in which a light source is combined, or a micro OLED that emits light. Devices and the like may be used and the size is preferably 1 inch or less.
  • the micro-reflective silicon liquid crystal display device, the digital light source display device, and the micro LCD device do not emit light by themselves, so the light source must be coupled from the outside. That is, a transmissive micro LCD panel using a backlight or a reflective micro LCD panel using a front light is possible.
  • the micro OLED panel is self-luminous, a separate light source is not required, and thus the head mounted display device can be made smaller.
  • an optical system that adjusts an optical path such that light emitted from the light source is incident on the display element 132 may be used.
  • a condenser lens (not shown) may be formed in front of the display element 132 as described above.
  • one more polarization beam splitter 260 is formed inside the prism 200 to process light emitted from the display element 132.
  • the polarization beam splitters 210 and 260 will be referred to as a first polarization beam splitter 250 and a second polarization beam splitter 260.
  • the first polarizing beam splitter 250 and the second polarizing beam splitter 260 are installed in equilibrium with each other and are obliquely installed with the first and second optical surfaces 210 and 230 at an inclination angle of 45 degrees.
  • the light emitted from the display element 132 is incident on the prism 200 and the second polarization beam splitter 260 and the first polarization beam splitter 250 are incident to the eyes of the user.
  • the S polarized light is emitted from the display element 132
  • the S polarized light is reflected by the second polarization beam splitter 260 and is changed into P polarized light.
  • the P-polarized light is transmitted through the first polarization beam splitter 250.
  • the polarized light is reflected by the fourth optical surface 250 to be changed back to S-polarized light, and is reflected by the first polarization beam splitter 250. Incident on the eye.
  • the fourth optical surface 250 may be flat, but is preferably concave. If the fourth optical surface 250 is concave, the entire length of the prism can be shortened, which is more advantageous for miniaturization.
  • the fourth optical surface 240 has a reflective coating.
  • the user of the head mounted display device 1 may not only view an image captured by the camera module 190 but also view an image displayed on the display element 132. .
  • the image photographed by the camera module 190 is stored in the storage unit 160 (refer to FIG. 2).
  • the user may watch the image through the display element 132. .
  • the present invention can be used in various electronic devices in which the head mounted display device is used.
  • it can be used in various fields such as automobiles, game consoles, educational simulation devices, and the like.

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Abstract

헤드 마운트 디스플레이 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치는 입사광의 경로를 변경해 출사하되, 내부에는 입사광을 반사 또는 투과하는 반사투과면을 포함하는 프리즘; 및 렌즈가 상기 프리즘 방향으로 향하도록 배치되는 카메라 모듈을 포함할 수 있다.

Description

헤드 마운트 디스플레이 장치
본 발명은 헤드 마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다.
헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display, HMD) 장치는 허상 광학 시스템의 일종이다. 광학시스템은 눈과 매우 근접한 위치에서 발생하는 영상광을 정밀한 광학 장치를 이용하여 먼 거리에 가상의 대형화면이 구성될 수 있도록 초점을 형성함으로써 사용자로 하여금 확대된 허상을 볼 수 있도록 하는 영상 표시 장치이다. HMD용 광학시스템은 원래 군사용으로 사용되었으나, 컴퓨터 시스템의 고성능화 및 소형화가 비약적으로 진행되고 디스플레이 소자의 비약적인 발전으로 인해 몸에 착용하는 컴퓨터(Wearable Computer) 개념이 제시되었고, 현재는 항공우주, 비디오 게임, 실습 및 레저 분야 등 다양한 분야에서 사용된다.
특히, 헤드 마운트 디스플레이 장치는 디스플레이 소자의 영상을 볼뿐만 아니라 카메라를 장착하여 사용자가 바라보는 시야를 촬영하여 사용자에게 제공하는 방법이 사용되고 있다.
하지만 이때 카메라는 사용자의 눈 앞에는 설치할 수 없으므로 눈의 측면에 설치될 수밖에 없다. 따라서 카메라가 전방을 향하도록 장착되면 헤드 마운트 디스플레이 기기의 사용자가 바라보는 시야 범위와 카메라가 촬영하는 촬영 범위가 일치하지 않는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 기기에 장착된 카메라의 시야 범위와 이를 착용한 사용자의 시야 범위가 동일한 헤드 마운트 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치는 입사광의 경로를 변경해 출사하되, 내부에는 입사광을 반사 또는 투과하는 반사투과면을 포함하는 프리즘; 및 렌즈가 상기 프리즘 방향으로 향하도록 배치되는 카메라 모듈을 포함할 수 있다.
상기 프리즘은 제1 광학면, 상기 제1 광학면과 연장 형성된 제2 광학면, 상기 제2 광학면과 연장 형성되고 상기 제1 광학면에 평형하게 형성된 제3 광학면, 상기 제3 광학면과 연장 형성되어 상기 제2 광학면과 대향하는 제4 광학면을 포함하고, 상기 제1 광학면과 제3 광학면에 경사지게 형성된 제1 반사투과면을 포함할 수 있다.
상기 제1 반사투과면은 편광 성분에 따라 반사 또는 투과하는 제1 편광빔 스플리터일 수 있다.
상기 제1 편광빔 스플리터는 상기 제1광학면 및 제3 광학면과 45도 경사지게 형성될 수 있다.
상기 제2 광학면에는 집광렌즈가 형성될 수 있다.
상기 제1 편광빔 스플리터는 입사광을 반사시켜 상기 카메라 모듈로 출사시킬 수 있다.
상기 프리즘의 일측에 카메라 모듈에 의해 촬영된 영상을 표시하는 디스플레이 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 프리즘은 상기 제1 반사투과면과 평형하게 형성된 제2 반사투과면을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 반사투과면은 제2 편광빔 스플리터일 수 있다.
상기 디스플레이 소자는 상기 제3 광학면의 일측에 형성되고, 상기 제3 광학면에는 집광렌즈가 형성될 수 있다.
상기 제2 편광빔 스플리터는 상기 디스플레이 소자에서 출사되는 편광을 반사시킬 수 있다.
상기 제4 광학면은 상기 제2 편광빔 스플리터에서 반사된 빛을 반사시킬 수 있다.
상기 제4 광학면은 오목하게 형성될 수 있다.
상기 제4 광학면에는 반사 코팅이 되어 있을 수 있다.
본 발명에 의하면, 헤드 마운트 디스플레이 장치에 장착된 카메라의 시야 범위와 장치를 착용한 사용자의 시야 범위가 동일해지도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치의 외형을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구성 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)의 광경로 형성을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)의 광경로 형성을 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)의 외형을 도시한 사시도이다.
도 1에서와 같이, 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)는 사람의 머리에 장착되는 타입으로, 일반적인 안경과 유사현 형태를 가지는바, 사람의 머리 또는 귀에 걸치도록 마련된 프레임(10)과, 프레임(10)에의히 지지되며 사용자의 좌안 및 우안 각각의 시야를 커버하는 글래스부(20), 및 프레임의 일측에 장착되어 주변 환경을 촬영하는 카메라(30)를 포함하고 있다.
상기 프레임(10) 및 글래스부(20)는 형상 또는 재질이 한정되지 않고 다양하게 적용될 수 있다. 다만, 프레임(10) 및 글래스부(20)는 디스플레이장치(1)의 후술할 다양한 구성들을 수용할 수 있도록, 내부에 공간을 형성한다. 또한, 글래스부(20)는 광의 투과가 가능하도록 투명한 재질로 구현된다.
이하, 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)의 구체적인 구성은 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)의 구성 블록도이다. 본 도면에 도시된 디스플레이 장치(1)의 각 구성들은 도 1의 프레임(10) 또는 글래스부(20)에 수용되며, 이 구성들이 수용되는 형태 또는 방식은 프레임(10) 및 글래스부(20)의 형상에 따라서 가변적이므로 본 발명의 사상을 한정하는 사항이 아니다.
또한, 본 도면에 도시된 구성들은 디스플레이장치(1)의 하나의 예시일 뿐으로서, 본 발명의 사상이 구현된 디스플레이 장치(1)에서 본 도면에 도시되거나 또는 설명되지 않은 구성이 불필요하거나, 또는 디스플레이 장치(1)가 본 도면에 도시된 구성들만을 포함하여야 함을 의미하는 것은 아니다.
도 2에 도시된 바와 같이, 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)는 외부로부터 영상신호를 수신하는 신호수신부(110), 신호수신부(110)에 수신되는 영상신호를 기 설정된 영상처리 프로세스에 따라서 처리하는 신호처리부(120), 신호처리부(120)에 의해 처리되는 영상신호를 영상으로 표시하는 디스플레이부(130), 다양한 외부장치(미도시)와 통신하는 통신부(140), 사용자의 조작에 의하여 기 설정된 제어 커맨드가 생성되는 사용자입력부(150), 데이터를 저장하는 저장부(160), 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)의 각 구성에 동작 전원을 공급하는 전원공급부(170), 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)의 제반 동작을 제어하는 제어부(180), 및 외부 환경에 대한 동영상 또는 정지영상을 촬영하는 카메라(190)를 포함한다. 이외에도 추가로 소리를 감지하는 마이크나 소리를 출력하는 이어폰을 더 포함할 수 있다.
신호수신부(110)는 외부로부터 유선/무선으로 전달되는 영상신호를 수신하여 신호처리부(120) 또는 제어부(180)에 전달한다. 예를 들면, 신호수신부(110)는 방송국(미도시)으로부터 송출되는 RF(radio frequency)신호를 무선으로 수신하거나, 컴포지트(composite) 비디오, 컴포넌트(component) 비디오, 슈퍼 비디오(supervideo), SCART, HDMI(high definition multimedia interface), 디스플레이포트(DisplayPort), UDI(unified display interface), 또는 와이어리스(wireless) HD 규격 등에 의한 영상신호를 유선으로 수신할 수 있다.
본 실시예에서 신호수신부(110)는 통신부(140)와 별도의 구성인 것으로 표현하였으나, 설계방식에 따라서 신호수신부(110) 및 통신부(140)는 통신 인터페이스(interface)로 통합될 수도 있다.
신호처리부(120)는 신호수신부(110)에 수신되는 영상신호에 대해 다양한 영상처리 프로세스를 수행한다. 신호처리부(120)는 이러한 프로세스를 수행한 영상신호를 디스플레이부(130)에 출력함으로써, 디스플레이부(130)에 해당 영상신호에 기초하는 영상이 표시되게 한다. 신호처리부(120)가 수행하는 영상처리 프로세스의 종류는 한정되지 않는 바, 예를 들면 영상데이터의 영상 포맷에 대응하는 디코딩(decoding), 인터레이스(interlace) 방식의 영상데이터를 프로그레시브(progressive) 방식으로 변환하는 디인터레이싱(de-interlacing), 영상데이터를 기 설정된 해상도로 조정하는 스케일링(scaling), 영상 화질 개선을 위한 노이즈 감소(noise reduction), 디테일 강화(detail enhancement), 프레임 리프레시 레이트(frame refresh rate) 변환 등을 포함할 수 있다. 신호처리부(120)는 이러한 여러 기능을 통합시킨 SOC(system-on-chip), 또는 이러한 각 프로세스를 독자적으로 수행할 수 있는 개별적인 구성들이 인쇄회로기판 상에 장착됨으로써 영상처리보드(미도시)로 구현되어 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)에 내장된다.
디스플레이부(130)는 신호처리부(120)에서 처리된 영상신호를 사용자의 양안에 근접하게 영상으로 맺히도록 표시한다. 디스플레이부(130)가 영상을 표시하기 위한 보다 자세한 구조는 후술한다.
통신부(140)는 유선/무선을 통해 다양한 종류의 외부장치(미도시)와 양방향 통신을 수행한다. 통신부(140)는 설계방식에 따라서 신호수신부(110)와 함께 통신 인터페이스를 구성할 수도 있다. 본 실시예에 따른 통신부(140)는 RF(radio frequency), 블루투스(Bluetooth)와 같은 양방향 RF 무선통신규격에 따라서 무선 통신을 수행한다.
사용자입력부(150)는 사용자에 의해 조작됨으로써 기 설정된 제어 커맨드를 생성하여 제어부(180)에 전달한다. 예를 들면, 사용자입력부(150)는 프레임(10, 도 1 참조)에 설치된 입력 키 패드(미도시)나, 글래스(20, 도 1 참조) 상의 터치스크린(미도시) 또는 터치센서(미도시)로 구현될 수 있다. 또는, 사용자입력부(150)는 디스플레이 장치(1)와 별도로 분리된 리모트 컨트롤러(remote controller) 또는 모바일 폰과 같은 외부장치(미도시)로 구현될 수도 있다. 이 경우, 사용자입력부(150)는 통신부(140)와 통신함으로써 제어 커맨드를 제어부(180)에 전달한다.
저장부(160)는 제어부(180)의 제어에 따라서 한정되지 않은 데이터가 저장된다. 저장부(160)는 플래시메모리(flash-memory), 하드디스크 드라이브(hard-disc drive)와 같은 비휘발성 메모리로 구현된다. 저장부(160)는 제어부(180)에 의해 액세스되며, 제어부(180)에 의한 데이터의 독취/기록/수정/삭제/갱신 등이 수행된다.
전원공급부(170)는 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)의 제반 구성이 동작하기 위한 직류전원을 제공한다. 전원공급부(170)는 1차전지 또는 2차전지로 구현될 수 있지만, 활용성을 위해 외부전원으로 충전 가능한 2차전지로 구현됨이 바람직하다. 전원공급부(170)는 제어부(180)에 의해 전원 공급이 제어되는 바, 예를 들면 특정 구성요소에 대한 전원의 출력 여부, 출력 전압의 레벨, 출력 듀티(duty)의 조정 등이 제어된다.
카메라(190)는 프레임(10, 도 1 참조)의 외측에 설치되며, 디스플레이장치(1)의 외부 환경을 감지 및 촬영한다.
카메라(190)는 소정 시점의 외부 환경을 촬상하여 정지화상을 생성하거나, 또는 기 설정된 시간 동안에 외부 환경을 촬영하여 동영상을 생성할 수 있다. 카메라(190)는 소정 시간 동안에 외부 환경을 모니터링할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)에서 카메라 모듈(190)의 광경로 형성을 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)는 카메라 모듈(190) 및 프리즘(200)을 포함하여 구성된다.
상기 카메라 모듈(190)은 헤드 마운트 디스플레이 장치 주변의 영상을 촬영하기 위한 것으로, 렌즈 방향이 프리즘(200)을 향하도록 설치된다.
한편 상기 카메라 모듈(190)의 전방에는 집광 렌즈(미도시)와 같은 광학계가 배치될 수 있다. 집광렌즈는 카메라 모듈이나 디스플레이소자의 빛 진행 방향 전방에 위치하여 입사광을 모으는 역할을 한다. 집광렌즈는 구면렌즈 또는 비구면 렌즈 중 선택된 렌즈의 조합으로 구성될 수 있다. 도 3에는 카메라 모듈(190)과 프리즘(200)이 이격되어 도시되어 있으나, 경우에 따라 카메라 모듈(190)은 프리즘(200)과 접촉하도록 형성될 수도 있다.
상기 프리즘(200)은 카메라 모듈(190)에 상이 맺힐 수 있도록 광경로를 형성하는 소자이다. 본 실시예에 따른 프리즘(200)은 4 개의 광학면(210, 220, 230, 240)으로 구성되어 있고, 내부에는 편광빔 스플리터(250)가 형성되어 있다. 제1광학면(210)을 통해 프리즘(200)으로 입사된 입사광(I, incident light)은 편광빔 스플리터(250)에서 반사되어 제3 광학면(220)으로 출사되어 카메라 모듈(190)로 입사된다. 이때 편광빔 스플리터(250)는 입사된 광의 편광 성분의 차이에 따라 반사 또는 투과하는 반사 투과면이다. 예를 들어 입사광(I) 중 P파는 편광빔 스플리터(250)를 투과하고 S파는 편광빔 스플리터(250)에서 반사되어 카메라 모듈(190)로 입사된다. 이때 입사광은 수직으로만 입사하는 것이 아니라 도시된 바와 같이 경사지게 입사되기도 하는데, 경사지게 입사된 광(I1, I2)는 편광빔 스플리터(250)에서 반사된 후, 프리즘(200) 내부의 제1 광학면(210)과 제3 광학면(230)에서 전반사되어 카메라 모듈(190)로 입사된다.
상기 제1 광학면(210)과 제3 광학면(230)은 서로 평행하게 배치되고, 편광빔 스플리터(250)는 제1 광학면과 제3 광학면 사이에 45도 각도로 경사지게 배치된다. 상기 제1 광학면(210)과 제3 광학면(230)에서는 임계각 이상으로 입사될 경우 스넬의 법칙에 의해 전반사가 일어난다. 스넬의 법칙 및 전반사의 원리는 이 출원의 기술분야에 종사하는 통상의 기술자가 용이하게 알 수 있는 사항이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고 상기 제2 광학면(220)에는 집광 렌즈(미도시)가 형성될 수 있다. 즉, 앞서 살펴본 바와 같이 카메라 모듈(190)과 제2 광학면 사이에 집광 렌즈가 형성될 수도 있지만, 제2 광학면(220)을 렌즈 형태로 설계할 수도 있다.
상기와 같은 구조에 의해 범위(A) 내에서 입사된 광(I)은 편광빔 스플리터(250)에서 반사되어 제1 광학면(210)과 제3 광학면(230)에서 반사되어 카메라 모듈(190)로 입사된다. 이때 입사광(I1)은 제1 광학면(210)에서 1회 전반사된 후 다시 제3 광학면(230)에서 전반사되어 전반사가 2회 일어나고, 입사광(I2)는 제1 광학면(210)에서만 전반사되어 전반사가 1회 일어난다. 하지만 이러한 전반사 횟수는 한정되는 것이 아니며, 프리즘(200)의 길이에 따라 다양하게 변경 가능하다.
상기와 같은 광경로에 의해 카메라 모듈(190)은 범위(A)안에 존재하는 주변 환경을 촬영할 수 있다. 이렇게 형성되는 카메라 모듈(190)의 촬영 범위(A)는 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)를 착용한 사용자의 시야 범위(B)가 거의 일치하는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 카메라 모듈(190)의 방향을 회전시켜 프리즘(200) 방향으로 향하게 하면 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)를 통해 보는 관찰자의 시야(B)와 카메라 모듈(190)의 촬영 범위(A)가 거의 동일해지게 된다.
도 4는 도 3의 실시예에 디스플레이 소자를 추가한 것이다.
즉, 본 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)는 카메라 모듈(190) 과 프리즘(200)외에 디스플레이 소자(132)를 더 포함한 것으로, 본 실시예에 의하면, 카메라 모듈(190)에서 촬영한 영상을 디스플레이 소자(132)를 이용해서 볼 수 있다.
상기 디스플레이 소자(132)는 영상(Image)을 표시하는 소자로 LCD 패널 등 다양한 디스플레이 기기가 사용될 수 있으며, 신호처리부(120)에 의해 영상이 표시된다. 예를 들면, 디스플레이 소자(132)는 반사형인 실리콘 액정 표시소자(Liquid Crystal on Silicon : LCoS), 디지털 광원 표시소자(Digital Light Processing :DLP), 광원이 결합된 마이크로 LCD 소자 또는 자체발광하는 마이크로 OLED 소자 등이 사용될 수 있고 크기는 1인치 이하인 것이 바람직하다. 한편, 마이크로 반사형인 실리콘 액정 표시소자, 디지털 광원 표시소자, 마이크로 LCD 소자는 자체 발광이 아니므로 외부에서 광원이 결합되어야 한다. 즉, 백라이트를 사용한 투과형 마이크로 LCD 패널 또는 프론트 라이트(Frontlight)를 사용한 반사형 마이크로 LCD 패널이 가능하다. 마이크로 OLED 패널은 자체 발광이 가능하기 때문에 별도의 광원이 필요 없으므로 헤드 마운트 디스플레이 장치를 보다 소형으로 구성할 수 있다. 이때 광원에서 출사되는 빛을 디스플레이 소자(132)로 입사되도록 광경로를 조절하는 광학계가 사용될 수 있다.
그리고 디스플레이 소자(132)의 전방에는 앞서 살펴본 바와 같이 집광렌즈(미도시)가 형성될 수 있다.
디스플레이 소자(132)가 추가됨에 따라 프리즘(200) 내부에는 디스플레이 소자(132)로부터 출사되는 빛을 처리하기 위한 편광빔 스플리터(260)가 하나 더 형성된다. 이하에서는 편광빔 스플리터들(210, 260)은 제1 편광빔 스플리터(250) 및 제2 편광빔 스플리터(260)로 부르기로 한다.
상기 제1 편광빔 스플리터(250)와 제2 편광빔 스플리터(260)는 서로 평형하게 설치되며 제1, 2 광학면(210, 230)과 45도 경사각으로 비스듬히 설치된다.
이러한 구성에 의해, 디스플레이 소자(132)에서 출사된 빛은 프리즘(200)으로 입사되고 제2 편광빔 스플리터(260)과 제1 편광빔 스플리터(250)를 사용자의 눈으로 입사된다. 보다 상세하게 살며보면, 디스플레이 소자(132)에서는 S편광이 출사되기 때문에서, S편광은 제2 편광빔 스플리터(260)에서 반사되면서 P편광으로 변하게 된다. P편광은 제1 편광빔 스플리터(250)를 투과하다 제4 광학면(250)에서 반사되어 다시 S편광으로 변하고, 제1 편광빔 스플리터(250)에서 반사되어 헤드 마운트 디스플레이 장치를 착용한 사용자의 눈으로 입사된다.
이때 제4 광학면(250)은 평면일 수도 있으나 오목하게 형성되는 것이 바람직하다. 제4 광학면(250)을 오목하게 형성하면 프리즘의 전체 길이를 짧게 할 수 있으므로 소형화에 보다 유리하다. 그리고 제4 광학면(240)에는 반사 코팅이 되어 있다.
카메라 모듈(190)로 입사되는 광 경로는 도 3에서 살펴본 것과 동일하므로 생략하도록 한다.
상기와 같이 디스플레이 소자(132)를 추가함으로써 헤드 마운트 디스플레이 장치(1)의 사용자는 카메라 모듈(190)을 통해 촬영되는 영상을 볼 수 있을 뿐만 아니라 디스플레이 소자(132)에서 표시되는 영상도 볼 수 있다.
카메라 모듈(190)에서 촬영된 영상은 저장부(160, 도 2참조)에 저장되며, 사용자 입력부(150)의 재생 명령이 입력되면, 디스플레이 소자(132)를 통해 디스사용자가 영상을 시청할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
본 발명은 헤드마운트 디스플레이 장치가 사용되는 다양한 전자기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 자동차, 게임기, 교육용 시뮬레이션 기기 등 다양한 분야에 사용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 입사광의 경로를 변경해 출사하되, 내부에는 입사광을 반사 또는 투과하는 반사투과면을 포함하는 프리즘; 및
    렌즈가 상기 프리즘 방향으로 향하도록 배치되는 카메라 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘은 제1 광학면, 상기 제1 광학면과 연장 형성된 제2 광학면, 상기 제2 광학면과 연장 형성되고 상기 제1 광학면에 평형하게 형성된 제3 광학면, 상기 제3 광학면과 연장 형성되어 상기 제2 광학면과 대향하는 제4 광학면을 포함하고,
    상기 제1 광학면과 제3 광학면에 경사지게 형성된 제1 반사투과면을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 반사투과면은 편광 성분에 따라 반사 또는 투과하는 제1 편광빔 스플리터인 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서
    상기 제1 편광빔 스플리터는 상기 제1광학면 및 제3 광학면과 45도 경사지게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 광학면에는 집광렌즈가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 편광빔 스플리터는 입사광을 반사시켜 상기 카메라 모듈로 출사시키는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 프리즘의 일측에 카메라 모듈에 의해 촬영된 영상을 표시하는 디스플레이 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 프리즘은 상기 제1 반사투과면과 평형하게 형성된 제2 반사투과면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 반사투과면은 제2 편광빔 스플리터인 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 디스플레이 소자는 상기 제3 광학면의 일측에 형성되고,
    상기 제3 광학면에는 집광렌즈가 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운드 디스플레이 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 편광빔 스플리터는 상기 디스플레이 소자에서 출사되는 편광 성분의 을 반사시키는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제4 광학면은 상기 제2 편광빔 스플리터에서 반사된 빛을 반사시키는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제4 광학면은 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 헤드 마운드 디스플레이 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제4 광학면에는 반사 코팅이 되어 있는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
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