KR101388980B1 - Head mounted display apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 사용자의 머리에 착용되는 착용부, 상기 착용부에 설치되며 상기 사용자의 안면에 위치하는 하우징, 상기 하우징 내부에 설치되며 상기 사용자의 시선 방향에 위치하는 디스플레이 및 상기 하우징 내부의 상기 디스플레이와 상기 사용자의 시선 방향 사이에 설치되는 광학계를 구비하고, 상기 광학계는 상기 디스플레이에 인접한 위치에 설치되는 적어도 하나 이상의 비구면 렌즈와 상기 비구면 렌즈와 상기 사용자의 시선 방향 사이에 설치되는 구면렌즈를 포함하는 것으로 이러한 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 고해상도를 제공하는 마이크로 디스플레이의 화상을 광학계를 거쳐서 투시할 때 화상의 왜곡을 최소화하여 사용자에게 안정적이고, 선명한 화상을 제공할 수 있고, 또한 양안에 각각 위치하는 디스플레이 사이의 간격 및 양안과 디스플레이 간의 거리 조절이 가능하도록 하여 신체적 특성에 맞도록 위치 조절이 가능하도록 하는 효과가 있다.The head mounted display device according to the present invention includes a wearing part worn on a user's head, a housing installed on the wearing part and positioned on the face of the user, a display installed inside the housing and positioned in the user's gaze direction and the And an optical system installed between the display inside the housing and the user's gaze direction, wherein the optical system is installed between at least one aspherical lens and the aspheric lens and the user's gaze direction installed at a position adjacent to the display. Including a spherical lens, the head mounted display device according to the embodiment of the present invention provides a stable and clear image to a user by minimizing distortion of the image when the image of the micro display providing high resolution is viewed through an optical system. Number And, also it has the effect of the adjustment to enable the distances between the distance and both eyes and the display between the display respectively located in both sides to enable the position control to match the physical characteristics.
Description
본 발명은 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자의 헤드에 착용되어 사용자의 양안 각각에 영상을 제공하도록 하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a head mounted display device, and more particularly, to a head mounted display device to be worn on the user's head to provide an image to each of the eyes of the user.
일반적으로 헤드 마운티드 디스플레이 장치(Head Mounted Display: HMD)는 사용자의 헤드에 착용되는 헤드 마운트와 헤드 마운트에 결합되어 사용자의 눈에 근접하여 영상을 제공하는 근접 디스플레이(Near-to-eyes display)를 구비한다. 또한 근접 디스플레이는 통상적으로 한 개 내지는 두 개의 미소시현소자와 확대 렌즈(Magnify lens) 및 이와 관련된 광학계를 구비한다. In general, a head mounted display (HMD) includes a head mount worn on a user's head and a near-to-eyes display coupled to the head mount to provide an image close to the user's eyes. do. In addition, the proximity display typically includes one or two micro display elements, a magnify lens, and an associated optical system.
이러한 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 최근 군사, 의료 및 교육용 영상 시스템과 오락용 가상현실 시스템 등의 영상 구현을 위한 용도로 주로 사용되고 있고, 최근에는 가정용 또는 휴대용 영상장치에도 활용되고 있다. 그리고 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 초점거리가 매우 짧게 구현되며 단안형(Monocular Type) 또는 양안형(Binocular Type)으로 구분되기도 한다. Recently, the head mounted display device is mainly used for realizing images of military, medical and educational imaging systems and entertainment virtual reality systems, and recently, it is also used in home or portable imaging devices. In addition, the head mounted display device has a very short focal length and may be classified into a monocular type or a binocular type.
한편, 헤드 마운티드 디스플레이 장치에서 확대 렌즈를 사용하는 이유는 근접 디스플레이의 이미지가 매우 작은 표시 면적으로 표시되므로 사용자가 최대한 큰 화면을 시청할 수 있도록 이미지를 확대시키기 위한 것이다. 그런데, 이러한 확대 렌즈와 광학계를 사용하게 되면 필연적으로 광학적인 왜곡(Optical Distortion)이 발생한다. 이 광학적인 왜곡은 장시간 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 착용하는 경우 눈에 심한 피로감을 유발시켜 장시간 착용이 곤란한 문제점이 있다. Meanwhile, the reason why the enlarged lens is used in the head mounted display device is to enlarge the image so that the user can watch the largest screen as the image of the proximity display is displayed with a very small display area. However, when the magnifying lens and the optical system are used, optical distortion inevitably occurs. This optical distortion causes severe fatigue on the eyes when the head mounted display device is worn for a long time, which makes it difficult to wear for a long time.
더욱이 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 매우 짧은 초점 거리를 가지므로 광학적인 왜곡 현상은 더욱 두드려지게 나타나는 문제가 있다. 한편, 이러한 왜곡 현상은 광학계의 디자인에 따라 최소화될 수 있지만 완전하게 해소하기에는 어려움이 있다. 그리고 영상처리방법을 이용하여 왜국을 일부 해소할 수 있지만 이 경우에는 고비용의 하드웨어 구성이 요구되므로 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 적용하기에 한계가 있다.
Furthermore, since the head mounted display device has a very short focal length, there is a problem that the optical distortion phenomenon is more noticeable. On the other hand, such distortion may be minimized depending on the design of the optical system, but it is difficult to completely eliminate it. In addition, the image processing method can be used to solve a part of the Korean soup, but in this case, a high-cost hardware configuration is required, there is a limit to apply to the head mounted display device.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 광학계의 렌즈 구성으로 발생하는 왜곡 현상을 최소화하도록 하고, 착용 및 사용효율을 보다 향상시키도록 한 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a head mounted display device to minimize the distortion caused by the lens configuration of the optical system, and to further improve the wear and use efficiency. .
본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 사용자의 머리에 착용되는 착용부, 상기 착용부에 설치되며 상기 사용자의 안면에 위치하는 하우징, 상기 하우징 내부에 설치되며 상기 사용자의 시선 방향에 위치하는 디스플레이; 및 상기 하우징 내부의 상기 디스플레이와 상기 사용자의 시선 방향 사이에 설치되는 광학계를 구비하고, 상기 광학계는 상기 디스플레이에 인접한 위치에 설치되는 적어도 하나 이상의 비구면 렌즈와 상기 비구면 렌즈와 상기 사용자의 시선 방향 사이에 설치되는 구면렌즈를 포함한다.The head mounted display device according to the present invention includes a wearing part worn on a user's head, a housing installed on the wearing part and positioned on the face of the user, a display installed inside the housing and positioned in the user's gaze direction; And an optical system installed between the display inside the housing and the user's gaze direction, wherein the optical system is disposed between at least one aspherical lens and the aspheric lens and the user's gaze direction installed at a position adjacent to the display. It includes a spherical lens to be installed.
상기 비구면 렌즈는 상기 디스플레이와 마주하는 일면에 소정 폭의 포물면이 형성된 제 1비구면 렌즈와 상기 제 1비구면 렌즈의 타면에 위치하며, 상기 제 1비구면 렌즈의 상기 타면에 접하는 일면에 이중 곡면이 형성된 제 2비구면 렌즈를 포함할 수 있다. The aspherical lens is positioned on the other surface of the first aspherical lens and the first aspherical lens having a parabolic surface having a predetermined width on one surface facing the display, and the double curved surface is formed on one surface of the first aspherical lens in contact with the other surface. It may include two aspherical lenses.
상기 디스플레이의 상하폭은 상기 제 1비구면 렌즈의 상기 포물면의 폭 이하일 수 있다. The vertical width of the display may be equal to or less than the width of the parabolic surface of the first aspherical lens.
상기 구면렌즈와 상기 비구면렌즈는 상기 디스플레이의 블랙영역이 축소되어 와이드뷰(wide view)를 제공할 수 있도록 상하부가 커팅될 수 있다.The spherical lens and the aspherical lens may be cut in the upper and lower portions to reduce the black area of the display to provide a wide view.
상기 구면렌즈는 상기 비구면렌즈측과 인접하는 위치에 설치되며 상기 사용자의 시선 방향으로 볼록한 평볼록렌즈와 상기 평볼록렌즈의 볼록면과 인접한 위치에 설치된 양볼록렌즈와 상기 양볼록렌즈의 상기 사용자의 시선 방향으로 위치하며 상기 양볼록렌즈의 볼록구면과 접하는 오목면을 가지는 평오목렌즈를 포함할 수 있다.The spherical lens is installed at a position adjacent to the aspherical lens side and is a convex lens convex in the direction of the user's eyes and a convex lens and a convex lens of the biconvex lens installed at a position adjacent to the convex surface of the flat convex lens. It may include a spherical concave lens positioned in the eye direction and having a concave surface in contact with the convex sphere of the biconvex lens.
상기 하우징의 내부에는 가속도 센서가 설치될 수 있다.An acceleration sensor may be installed inside the housing.
상기 디스플레이와 상기 광학계는 상기 사용자의 좌안과 우안에 대응하는 제 1디스플레이와 제 1광학계 및 제 2디스플레이와 제 2광학계를 포함할 수 있다.The display and the optical system may include a first display, a first optical system, a second display, and a second optical system corresponding to the left and right eyes of the user.
상기 제 1디스플레이와 상기 제 2디스플레이로 영상을 제공하는 프로세서를 구비하고, 상기 프로세서로 영상 신호를 제공하는 외부 소스를 구비할 수 있다.The processor may include a processor configured to provide an image to the first display and the second display, and an external source configured to provide an image signal to the processor.
상기 외부 소스는 휴대 가능하고, 소스 이미지가 저장된 메모리를 포함할 수 있다.The external source is portable and may include a memory in which a source image is stored.
상기 프로세서는 상기 영상을 제 1디스플레이와 상기 제 2디스플레이로 분할하여 제공할 수 있다.The processor may provide the image by dividing the image into a first display and a second display.
상기 착용부는 상기 사용자의 머리 둘레를 감싸는 헤드 밴드부와 헤드 밴드부의 양측에 결합되어 사용자의 머리 상부를 감싸는 헤드 지지부를 구비하고, 상기 헤드 밴드부와 상기 헤드 지지부는 사용자의 머리 크기에 맞도록 내경을 조절할 수 있도록 하는 조절부를 구비할 수 있다.The wearing part includes a head band part surrounding the head of the user and a head support part coupled to both sides of the head band part to surround the user's head, and the head band part and the head support part adjust an inner diameter to fit the head size of the user. It may be provided with a control unit to enable.
상기 헤드 밴드부에는 설치 브라켓이 설치되고, 상기 설치 브라켓에는 스윙 암이 설치되며, 상기 스윙 암은 각각 평행하게 연장되며 각각에 길이 방향으로 연장된 장공이 형성된 제 1암과 제 2암을 구비할 수 있다.An installation bracket is installed on the head band portion, a swing arm is installed on the installation bracket, and the swing arms may have a first arm and a second arm each having a long hole extending in parallel with each other. have.
상기 제 1암과 제 2암의 사이에는 상기 하우징의 상부에 결합되어 연장된 하우징 지지부가 위치하고, 상기 제 1암의 상기 장공과 상기 하우징 지지부 그리고 상기 제 2암의 상기 장공을 차례로 관통하는 조절 볼트를 구비할 수 있다.An adjustment bolt is disposed between the first arm and the second arm, the housing support being coupled to an upper portion of the housing and extending through the long hole of the first arm, the housing support, and the long hole of the second arm. It may be provided.
상기 하우징 지지부에는 상기 하우징 지지부의 길이 방향으로 연장된 장공이 형성될 수 있다.The housing support may have a long hole extending in the longitudinal direction of the housing support.
상기 하우징의 내부에는 제 1렌즈 커버와 제 2렌즈 커버가 구비되고, 각각의 상기 제 1렌즈 커버와 상기 제 2렌즈 커버의 하부에는 상기 하우징의 외부로 노출되어 상기 제 1렌즈 커버와 상기 제 2렌즈 커버 사이의 간격을 조절할 수 있도록 하는 노브가 구비될 수 있다.A first lens cover and a second lens cover are provided inside the housing, and a lower portion of each of the first lens cover and the second lens cover is exposed to the outside of the housing to expose the first lens cover and the second lens cover. A knob may be provided to adjust the gap between the lens covers.
상기 하우징에는 상기 제 1렌즈 커버와 상기 제 2렌즈 커버의 조절 동작을 안내하는 가이드바와 상기 제 1렌즈 커버와 상기 제 2렌즈 커버를 가압 지지하는 판스프링이 구비될 수 있다.The housing may include a guide bar for guiding the adjustment operation of the first lens cover and the second lens cover, and a leaf spring for pressing and supporting the first lens cover and the second lens cover.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 고해상도를 제공하는 마이크로 디스플레이의 화상을 광학계를 거쳐서 투시할 때 화상의 왜곡을 최소화하여 사용자에게 안정적이고, 선명한 화상을 제공할 수 있고, 또한 양안에 각각 위치하는 디스플레이 사이의 간격 및 양안과 디스플레이 간의 거리 조절이 가능하도록 하여 신체적 특성에 맞도록 위치 조절이 가능하도록 한다. 또한 렌즈의 일부를 플라스틱 렌즈로 사용하고, 렌즈의 불필요한 상하 단부를 커팅하여 무게를 줄이도록 한 효과가 있다.
The head mounted display device according to the embodiment of the present invention as described above can provide a stable and clear image to the user by minimizing the distortion of the image when the image of the micro display providing high resolution through the optical system. The distance between the displays positioned on both eyes and the distance between the eyes and the display can be adjusted so that the position can be adjusted according to physical characteristics. In addition, by using a portion of the lens as a plastic lens, there is an effect to reduce the weight by cutting the unnecessary upper and lower ends of the lens.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 도시한 사시도이다.
도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시에에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 하우징을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시에에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 하우징을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치 장치의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 구비된 광학계를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 구비된 광학계의 왜곡율을 측정한 그래프이다.1 is a perspective view illustrating a head mounted display device according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are perspective views illustrating a housing of a head mounted display device according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view illustrating a housing of a head mounted display device according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a head mounted display device according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an optical system provided in the head mounted display device according to the embodiment of the present invention.
6 is a graph measuring a distortion ratio of an optical system included in a head mounted display device according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 대한 실시예를 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, an embodiment of a head mounted display device according to the present invention will be described with reference to the drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in various forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein, To be fully informed.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 도시한 사시도이고, 도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시에에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 하우징(200)을 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a head mounted display device according to an embodiment of the present invention, Figures 2a and 2b is a perspective view showing a
도 1과 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 사용자의 머리에 착용되는 착용부(100)와 이 착용부(100)에 설치되며 사용자의 안면에 위치하는 디스플레이 하우징(200)을 구비한다. As shown in FIGS. 1 and 2A and 2B, the head mounted display device according to the embodiment of the present invention is installed on the wearing
착용부(100)는 사용자의 머리 둘레를 감싸는 헤드 밴드부(110)와 헤드 밴드부(110)의 양측에 결합되어 사용자의 머리 상부를 감싸는 헤드 지지부(130)를 구비한다. 헤드 밴드부(110)와 헤드 지지부(130)는 사용자의 머리 크기에 맞도록 내경을 조절할 수 있도록 하는 밴드 조절부(120)와 지지 조절부(140)가 구비된다. 이 각각의 조절부(120)(140)에는 조임 볼트가 설치되어 착용과 조절이 이루어진 상태에 대한 고정이 가능하게 되어 있다. The wearing
그리고 헤드 밴드부(110)의 전방에는 설치 브라켓(111)이 설치되고, 이 설치 브라켓(111)에는 스윙 암(112)(113)이 설치된다. 스윙 암(112)(113)은 각각 평행하게 연장된 제 1암(112)과 제 2암(113)을 구비하고, 이 각각의 스윙 암(112)(113)에는 길이 방향으로 연장된 장공(112a)(113a)이 형성된다.In addition, the
그리고 제 1암(112)과 제 2암(113)의 사이에는 하우징(200)의 상부에 결합되어 연장된 하우징 지지부(210)가 그 사이에 위치한다. 하우징 지지부(210)에는 하우징 지지부(210)의 길이 방향으로 연장된 장공(211)이 형성된다. 따라서 제 1암(112)의 장공(112a)과 하우징 지지부(210)의 장공(211) 그리고 제 2암(113)의 장공(113a)을 차례로 관통한 조절 볼트(160)가 설치되어 제 1암(112)과 하우징 지지부(210) 그리고 제 2암(113)이 서로 락 또는 언락(lock 또는 unlock) 되도록 한다.In addition, a
한편, 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이 하우징(200)은 사각의 함체 형상이며, 하측 중앙부분에 사용자의 코 부분이 안착되는 콧등이 안착되는 안착부(203)가 형성되고, 사용자의 양안의 외측 시야를 막아주는 가림부(204)가 형성된다. Meanwhile, as shown in FIGS. 2A and 2B, the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 하우징을 도시한 분해 사시도이다.3 is an exploded perspective view illustrating a housing of a head mounted display device according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이 상기와 같이 외관을 형성하는 하우징(200)은 전방 커버(220), 후방 커버(230), 상부 커버(240)로 구성되어 전체적인 외관을 형성한다. 그리고 상부 커버(240)의 하측에는 동작 제어를 위한 프로세스(252) 및 가속도 센서(251)를 포함하는 헤드 트렉커가 구비된 제어 보드(250)가 구비된다. 제어 보드(250)의 하부에는 프레임(260)이 구비된다.As shown in FIG. 3, the
프레임(260)의 하부에는 각각이 상부 렌즈 커버(271)와 하부 렌즈 커버(272)로 된 제 1렌즈 커버(270)와 제 2렌즈 커버(280)가 구비되고, 각각의 제 1렌즈 커버(270)와 제 2렌즈 커버(290)의 내부에는 광학계(300)(310)와 마이크로 디스플레이(320)(330)가 설치된다. The lower part of the
그리고 각각의 렌즈 커버(270)(280)의 하부에는 노브(290)가 설치되는데, 이 노브(290)는 각각의 렌즈 커버(270)(280)가 측면 방향으로 위치 조절이 가능하도록 하기 위한 것이다. 또한 이를 위하여 제어 보드(250)와 프레임(260) 사이에는 각각의 렌즈 커버(270)(280) 상부에 형성된 고리 형태의 4개의 가이드부(271)를 지지하는 가이드 바(291)가 설치되고, 또한 조절된 위치에서 각각의 렌즈 커버(270)(280)가 안정적으로 위치를 유지하도록 하기 위한 판스프링(292)이 각각 설치된다. And a lower portion of each
그리고 하우징(200)의 후방 커버(230)의 사용자 안면에 착용되는 부분에 사용자의 좌안과 우안이 위치할 수 있도록 하는 제 1투시창(201)과 제 2투시창(202)이 각각 구비된다. A
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 광학계(300)(310)와 함께 설치되는 마이크로 디스플레이(320)(330)는 사용자의 시선 방향으로 화상을 표시하고, 마이크로 디스플레이(320)(330)와 투시창(201)(202) 사이에는 다수개의 렌즈로 구성된 광학계(300)(310)가 구비된다. 4 is a block diagram of a head mounted display device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the
마이크로 디스플레이(320)(330)는 1280 X 1024 인 고해상도의 마이크로 박막 디스플레이 장치가 사용된다. 예를 들어 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 또는 LCD(liquid crystal display)가 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 다른 디스플레이 장치는 스케일러를 사용하여 최소부품으로 구현할 수 있다. The
한편 디스플레이(320)(330)는 제 1투시창(201)이 위치하는 방향에 설치되는 제 1디스플레이(320)와 제 2투시창(202)에 위치하는 방향에 설치되는 제 2디스플레이(330)를 구비한다. 그리고 제 1디스플레이(320)와 제 1투시창(201) 사이에는 제 1광학계(300)가 구비되고, 제 2디스플레이(330)와 제 2투시창(202) 사이에는 제 2광학계(310)가 구비된다. Meanwhile, the
그리고 하우징(200)의 내부의 제어 보드(250)에 가속도 센서(251)와 함께 설치된 헤드 트렉커는 사용자의 헤드가 움직이는 것에 따라 화면도 함께 이동하도록 하는 적응적 화상을 디스플레이에 제공하는 모션 트렉킹(motion tracking) 동작이 가능하게 한다. In addition, the head tracker installed together with the
또한 하우징(200)의 내부에는 제 1디스플레이(320)와 상기 제 2디스플레이(330)로 영상을 제공하는 프로세서(252)가 설치된다. 한편, 프로세서(252)는 영상을 제 1디스플레이(320)와 상기 제 2디스플레이(330)로 분할하여 제공할 수 있다.In addition, a
프로세서(252)로 영상 신호를 제공하는 외부 소스(400)를 구비한다. 외부 소스(400)는 하우징(200)의 외부에 별도로 마련될 수 있다. 즉 외부 소스(400)는 휴대 가능하며, 내부에 소스 이미지가 저장된 메모리가 구비된 휴대형 컴퓨터 단말기를 포함할 수 있고, 외부 소스(400)와 하우징(200) 사이는 USB 또는 HDMI와 같은 유선 방법으로 데이터 송신이 이루어지도록 할 수 있고, 또는 무선 근거리 통신 방법으로 데이터 송수신이 이루어지도록 할 수 있다. 또한 USB 또는 HDMI를 이용하여 외부 소스(400)로부터 디스플레이(310)(330) 및 제어 보드(250)의 동작을 위한 전력을 제공받을 수 있다.An
한편, 제 1광학계(300)와 제 2광학계(310)는 동일한 구성으로 실시된다. 따라서 이하에서는 제 1광학계(300)에 대한 실시예를 설명하며 이를 통하여 제 2광학계(310)의 구성을 이해할 수 있다.Meanwhile, the first
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 구비된 광학계를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이 광학계(300)(310)는 디스플레이(320)(330)에 인접한 위치에 설치되는 적어도 하나 이상의 비구면 렌즈(301)(302)와 비구면 렌즈(301)(302)와 투시창(201)(202) 사이에 설치되는 구면렌즈(303)(304)(305)를 포함한다.5 is a diagram illustrating an optical system provided in the head mounted display device according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the
비구면 렌즈(301)(302)는 디스플레이(320)와 마주하는 일면에 소정 폭의 포물면이 형성된 제 1비구면 렌즈(301)를 구비하고, 제 1비구면 렌즈(301)의 타면에 위치하며 제 1비구면 렌즈(301)의 타면에 접하는 일면에 이중 곡면이 형성된 제 2비구면 렌즈(302)를 포함한다. 그리고 제 1비구면 렌즈(301)의 포물면의 상하폭 이내에 디스플레이(320)가 위치하도록 디스플레이(320)의 상하폭은 제 1비구면 렌즈(310)의 포물면의 폭 이하로 구비된다. The
구면렌즈(303)(304)(305)는 비구면렌즈(301)(302) 측과 인접하는 위치에 설치되며 사용자의 시선 방향인 투시창 측으로 볼록한 평볼록렌즈(330)와 평볼록렌즈(330)의 볼록면과 인접한 위치에 설치된 양볼록렌즈(340)와 양볼록렌즈(340)의 투시창(201)을 향하는 면에 위치하며 양볼록렌즈(340)의 볼록구면과 접하는 오목면을 가지는 평오목렌즈(350)로 구성된다. 그리고 제 1광학계(300)의 상술한 렌즈 구성은 제 2광학계(310)에도 동일하게 실시된다.The
이러한 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 구성은 도 6에 도시된 측정 그래프에서와 같이 왜곡(Distortion)율이 대략 5% 내외의 매우 낮은 결과를 얻을 수 있다. 또한 이들 구면렌즈(303)(304)(305)와 비구면렌즈(301)(302)는 모두 디스플레이(320)(330)의 블랙영역이 축소되어 와이드뷰(wide view)를 제공할 수 있도록 상하부가 커팅될 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에서의 광학계는 화각(Field of view : FOV) 60 을 제공하도록 구성된다. 또한 구면렌즈들은(303)(304)(305)는 는 플라스틱 재질로 제조된 것을 사용할 수 있고, 상술한 바와 같이 렌즈들의 상하부를 커팅하여 전체적으로 렌즈의 무게를 가볍게 할 수 있다. 또한 렌즈의 상하부를 커팅하게 되면 렌즈들이 수납되는 광학계의 하우징인 경통의 형태를 사각 형태로 제작할 수 있기 때문에 경통의 크기를 줄일 수 있고, 이에 따라 하우징의 형태를 The configuration of the optical system according to the exemplary embodiment of the present invention may obtain very low distortion rate of about 5% as shown in the measurement graph shown in FIG. 6. In addition, the
이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 작용에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the head mounted display device according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described.
사용자가 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 머리 부분에 착용하여 헤드 밴드부(110)와 헤드 지지부(130)를 밴드 조절부(120) 및 지지 조절부(140)를 이용하여 견고하여 조여서 사용자의 헤드에 맞춘다. 그런 다음 하우징(200)의 위치를 조절한다. 하우징(200)의 위치 조절은 3가지를 수행할 수 있다. 먼저 하우징(200)의 상하 위치 조절, 하우징(200)의 전후 위치 조절 그리고 디스플레이(320)(330) 사이의 간격 조절이다.The user wears the head mounted display device on the head to tighten the
하우징(200)의 상하 위치 조절은 조절볼트(160)를 느슨하게 한 후 하우징 지지부(210)의 장공을 따라 하우징(200)을 상하로 이동시키면 하우징(200)의 상하 위치 조절이 이루어진다. 그리고 하우징(200)의 전후 위치 조절은 조절 볼트(160)가 느슨해진 상태에서 제 1암(112)과 제 2암(113)의 장공(112a)(113a)을 따라 하우징(200)을 전후로 이동시켜면 위치조절이 이루어지며, 조절이 완료되면 조절 볼트(160)를 조여서 조절 상태를 지속적으로 유지시킬 수 있다. The up and down position adjustment of the
또한, 디스플레이 사이의 간격 조절은 하우징(200)의 하부에 설치된 노브(290)를 사용자가 디스플레이(320)(330)를 시청하고 있는 상태에서 조절하면 간격 조절이 이루어진다. 그리고 사용중 하우징(200)을 상부로 젖히면 제 1암(112)과 제 2암(113)이 상하로 스윙 동작 하여 하우징(200) 전체를 사용자의 머리 부분 상부로 젖힐 수 있다.In addition, the gap between the displays is adjusted when the user adjusts the
한편, 디스플레이(320)(330)가 동작을 개시하면 외부 소스(400)로부터 영상신호가 프로세스(252)로 제공된다. 프로세스(252)로 제공되는 신호는 제 1디스플레이(320)와 제 2디스플레이(330)에 각각 분할된 신호일 수 있고, 또는 프로세스(252)에서 영상 신호를 제 1디스플레이(320)와 제 2디스플레이(330)에 맞도록 분할 수 있다. Meanwhile, when the
영상신호가 프로세스(252)에 제공되면 프로세스(252)는 제 1디스플레이(320)와 제 2디스플레이(330)에 각각 영상신호를 출력하여 제공한다. 영상 신호가 제 1디스플레이(320)와 제 2디스플레이(330)에 제공되는 동안 사용자의 헤드가 움직이면 가속도 센서(251)를 이를 감지하여 프로세스(252)로 전달한다. When an image signal is provided to the
프로세스(252)는 감지된 움직임 신호를 외부 소스(400)에 전송한다. 외부 소스(400)는 이 움직임 신호를 계산하여 움직임에 대응하는 트레킹 화면을 추출한 후 프로세스(400)로 전송한다. 그리고 프로세스(400)는 제 1디스플레이(320)와 제 2디스플레이(330)에 트렉킹 영상을 제공한다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 총 5장의 렌즈를 사용하고, 그 중에서 2개의 비구면렌즈는 유리렌즈로 구비되고, 3개의 구면렌즈는 플라스틱렌즈로 구비되며, 더욱이 이 렌즈들은 상하를 커팅하여 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 무게를 줄일수 있도록 하였다. 그리고 회로기판에 적용되는 부품들을 밀집시킴으로써 컨트롤러와 같은 추가장치의 사용없이 구현 가능하게 하고, 단위면적당 집중되는 무게를 분산하여 보다 가벼운 느낌을 사용자가 받을 수 있도록 구현하였다. The head mounted display device according to the embodiment of the present invention as described above uses a total of five lenses, of which two aspherical lenses are provided with glass lenses, and three spherical lenses are provided with plastic lenses. They cut the top and bottom to reduce the weight of the head mounted display. By concentrating the parts applied to the circuit board, it is possible to implement without using additional devices such as a controller, and to distribute the concentrated weight per unit area so that the user can feel lighter.
그리고 디스플레이 장치는 최소의 부품으로 저항을 줄였으며, 또한 실시예에서 HDMI전용 Receiver를 사용할 수 있고, 3개의 대표 해상도를 3개의 칩의 전력을 스위칭 레귤레이팅 방식으로 동작시키도록 할 수 있도록 하여 최소한의 전력이 사용되도록 구현하였다.In addition, the display device has reduced resistance with a minimum number of components, and in an embodiment, an HDMI-only receiver can be used, and the three representative resolutions allow the power of three chips to be operated in a switching regulating manner. Implemented to use power.
이상에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
The embodiments of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art will be able to modify the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, such improvements and modifications will fall within the scope of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.
100...착용부
200...하우징
300...제 1광학계
310...제 2광학계
320...제 1디스플레이100.Wear
200 ... Housing
300 ... First Optical System
310 ... Second Optical System
320 ... 1st display
Claims (16)
상기 착용부에 설치되며 상기 사용자의 안면에 위치하는 하우징;
상기 하우징 내부에 설치되며 상기 사용자의 시선 방향에 위치하는 디스플레이; 및
상기 하우징 내부의 상기 디스플레이와 상기 사용자의 시선 방향 사이에 설치되는 광학계를 구비하고, 상기 광학계는 상기 디스플레이에 인접한 위치에 설치되는 적어도 하나 이상의 비구면 렌즈와 상기 비구면 렌즈와 상기 사용자의 시선 방향 사이에 설치되는 구면렌즈를 포함하고,
상기 착용부에는 설치 브라켓이 설치되고, 상기 설치 브라켓에는 스윙 암이 힌지 결합되어 설치되고,
상기 스윙 암은 각각 평행하게 연장된 제 1암과 제 2암을 구비하고, 상기 제 1암에는 길이 방향으로 연장된 제 1암측 장공이 형성되고, 상기 제 2암에는 상기 길이 방향으로 연장된 제 2암측 장공이 형성되고,
상기 제 1암과 제 2암의 사이에는 상기 하우징의 상부에 결합되어 연장된 하우징 지지부가 위치하고,
상기 제 1암의 상기 제 1암측 장공과 상기 하우징 지지부 그리고 상기 제 2암의 상기 제 2암측 장공을 차례로 관통하는 조절 볼트를 구비하고,
상기 하우징 지지부에는 상기 하우징 지지부의 길이 방향으로 연장 형성되어 상기 조절 볼트가 관통하는 하우징 지지부측 장공이 형성된 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
A wearing part worn on a user's head;
A housing installed in the wearing part and positioned on the face of the user;
A display installed in the housing and positioned in the user's gaze direction; And
And an optical system installed between the display inside the housing and the user's gaze direction, wherein the optical system is installed between at least one aspherical lens and the aspheric lens and the user's gaze direction installed at a position adjacent to the display. Including a spherical lens,
An installation bracket is installed on the wearing part, and a swing arm is hingedly installed on the installation bracket.
Each of the swing arms includes a first arm and a second arm extending in parallel, and the first arm has a first arm side hole extending in the longitudinal direction, and the second arm extends in the longitudinal direction. 2arm side holes are formed,
Between the first arm and the second arm is located a housing support coupled to the upper portion of the housing extending,
An adjustment bolt which sequentially passes through the first arm side hole of the first arm, the housing support part, and the second arm side hole of the second arm,
And a housing support side side hole extending from the housing support part in a length direction of the housing support part, through which the adjustment bolt penetrates.
The aspheric lens of claim 1, wherein the aspherical lens is positioned on the other surface of the first aspherical lens and the first aspherical lens having a parabolic surface having a predetermined width formed on one surface facing the display, and the other surface of the first aspherical lens. A head mounted display device comprising a second aspherical lens having a double curved surface.
The head mounted display device of claim 2, wherein an upper and lower width of the display is equal to or less than a width of the parabolic surface of the first aspherical lens.
The head mounted display device of claim 1, wherein the spherical lens and the aspherical lens have upper and lower portions cut to reduce a black area of the display to provide a wide view.
The method of claim 1, wherein the spherical lens is installed in a position adjacent to the aspherical lens side and the convex lens convex in the user's line of sight and the convex lens and the both convex lens installed in a position adjacent to the convex surface of the flat convex lens and the amount A head mounted display device comprising a convex lens positioned in the direction of the user's eye of the convex lens and having a concave surface in contact with the convex spherical surface of the biconvex lens.
The head mounted display device of claim 1, wherein an acceleration sensor is installed inside the housing.
The head mounted display device of claim 1, wherein the display and the optical system include a first display, a first optical system, a second display, and a second optical system corresponding to the left and right eyes of the user.
The head mounted display device of claim 7, further comprising a processor configured to provide an image to the first display and the second display, and an external source configured to provide an image signal to the processor.
The head mounted display device of claim 8, wherein the external source is portable and includes a memory in which a source image is stored.
According to claim 1, wherein the wearing portion is provided with a head band portion surrounding the head of the user and the head support portion coupled to both sides of the head band portion surrounding the user's head, the head band portion and the head support portion of the user's head A head mounted display device having an adjustment unit for adjusting the inner diameter to match the size.
The display apparatus of claim 1, wherein a first lens cover and a second lens cover are provided inside the housing, and a lower portion of each of the first lens cover and the second lens cover is exposed to the outside of the housing. And a knob for adjusting a gap between the lens cover and the second lens cover.
The head mounted device of claim 15, wherein the housing includes a guide bar for guiding adjustment of the first lens cover and the second lens cover, and a leaf spring for pressing and supporting the first lens cover and the second lens cover. Display device.
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