KR102226639B1 - An optical apparatus with plural pin-mirrors and a head mounted display apparatus having thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광학 장치 및 이를 이용한 머리 착용형 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치 및 이를 이용한 머리 착용형 디스플레이 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical device and a head-worn display device using the same, and more particularly, to an optical device in which a plurality of pin mirrors are disposed and a head-worn display device using the same.
디지털 디바이스의 경량화 및 소형화 추세에 따라 다양한 웨어러블 디바이스(wearable device)들이 개발되고 있다. 이러한 웨어러블 디바이스의 일종인 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display)는 사용자가 머리에 착용하여 멀티미디어 컨텐츠 등을 제공받을 수 있는 각종 디바이스를 의미한다. 여기서 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)는 사용자의 신체에 착용 되어 사용자가 이동함에 따라서 다양한 환경에서 사용자에게 영상을 제공하게 된다. 이러한 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)는 투과(see-through)형과 밀폐(see-closed)형으로 구분되고 있으며, 투과형은 주로 증강현실(Augmented Reality, AR)용으로 사용되고, 밀폐형은 주로 가상현실(Virtual Reality, VR)용으로 사용되고 있다.
Various wearable devices are being developed according to the trend of lightening and miniaturization of digital devices. A head mounted display, which is a type of wearable device, refers to various devices that can be worn by a user to receive multimedia contents and the like. Here, the head mounted display (HMD) is worn on the user's body and provides images to the user in various environments as the user moves. These head-mounted displays (HMD) are divided into see-through type and see-closed type, and the transmissive type is mainly used for Augmented Reality (AR), and the sealed type is mainly used for virtual reality (Virtual Reality). Reality, VR).
도 1은 일반적인 안경 형태의 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)의 개략적인 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 일반적인 밴드형태의 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2에 각각 도시된 바와 같이, 일반적인 안경 형태 또는 밴드 형태의 헤드 마운티드 디스플레이는 사용자의 안면 또는 두부에 착용되어 투과되는 렌즈를 통해 실제 세계에 증강현실(AR)의 영상 정보를 투영하여 사용자에게 제공하게 된다.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a general glasses-type head mounted display (HMD), and FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a general band-type head mounted display (HMD). As shown in FIGS. 1 and 2, respectively, the head-mounted display in the form of glasses or bands projects image information of augmented reality (AR) onto the real world through a lens worn on the face or head of the user and transmitted. Will be provided to the user.
이와 같은 헤드 마운티드 디스플레이에서 증강현실을 구현하기 위해, 복잡한 구조의 광학 장치가 사용되는데, 광학 장치의 복잡한 구조로 인하여 제작이 어렵고, 광학 장치의 크기가 크고 무게가 무거워지는 한계가 있다. 특히, 가상 영상을 생성하여 전달하기 위해 디스플레이에서 출력된 영상 광이 광학계를 통해 사용자의 눈에 전달되는 과정에서, 광량의 손실로 인하여 효율이 낮아지는 문제가 있다.
In order to implement augmented reality in such a head-mounted display, an optical device having a complex structure is used, but manufacturing is difficult due to the complicated structure of the optical device, and there is a limitation in that the size of the optical device is large and the weight is heavy. In particular, in a process in which image light output from a display is transmitted to the user's eyes through an optical system in order to generate and transmit a virtual image, there is a problem in that efficiency is lowered due to a loss of the amount of light.
한편, 본 발명과 관련된 선행기술로서, 공개특허 제10-2016-0032656호(발명의 명칭: 증강현실을 위한 광학장치, 공개일자: 2016년 03월 24일) 등이 개시된 바 있다.Meanwhile, as a prior art related to the present invention, Patent Publication No. 10-2016-0032656 (name of the invention: optical device for augmented reality, publication date: March 24, 2016) has been disclosed.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 디스플레이에서 출력되는 영상 광이 광학계에 도달하는 광량의 분포에 따라 핀홀 효과를 생성하는 복수의 광학부를 배치하여, 디스플레이에서 출력되는 영상 광을 복수의 광학부에서 반사해 사용자의 눈으로 영상 정보를 전달함으로써, 영상 광의 광량 손실을 줄이고 선명한 영상을 제공할 수 있으며, 휘도가 낮은 바깥 부분에 미러를 많이 배치하여 화면 전체의 휘도를 맞춰줄 수 있는, 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치 및 이를 이용한 머리 착용형 디스플레이 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the previously proposed methods, and by arranging a plurality of optical units that generate a pinhole effect according to the distribution of the amount of light that the image light output from the display reaches the optical system, the display By reflecting the image light output from a plurality of optical units and transmitting the image information to the user's eyes, the loss of the amount of light of the image light can be reduced and a clear image can be provided. It is an object of the present invention to provide an optical device in which a plurality of pin mirrors are disposed and a head-worn display device using the same, which can match the luminance of
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치는,An optical device in which a plurality of pin mirrors are disposed according to a feature of the present invention for achieving the above object,
광학 장치로서,As an optical device,
사용자의 눈의 전방에 배치되며, 사용자의 시야를 통한 실제 세계(real world)가 투과되어 보일 수 있도록 하는 광학계; 및An optical system disposed in front of the user's eyes and allowing the real world to be seen through the user's field of view; And
상기 광학계를 통해 투과되어 보이는 실제 세계와 함께 영상 정보가 사용자에게 최적화된 화면으로 제공될 수 있도록 영상 광을 출력하는 디스플레이를 포함하되,Including a display for outputting the image light so that the image information can be provided as an optimized screen to the user together with the real world transmitted through the optical system,
상기 광학계는,The optical system,
상기 디스플레이에서 출력되는 영상 광을 반사해 사용자의 눈으로 상기 영상 정보를 전달하되, 미리 정해진 크기 이하의 미러로 구성되어 핀홀 효과를 생성하는 복수의 광학부를 포함하며,Reflecting the image light output from the display to transmit the image information to the user's eyes, comprising a plurality of optical units configured to generate a pinhole effect by being composed of a mirror having a predetermined size or less,
상기 복수의 광학부는, 상기 디스플레이에서 출력되는 영상 광이 상기 광학계에 도달하는 광량의 분포에 따라 배치되는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
The plurality of optical units is characterized in that the image light output from the display is arranged according to a distribution of an amount of light reaching the optical system.
바람직하게는, 상기 복수의 광학부는,Preferably, the plurality of optical units,
상기 광학계에 도달하는 영상 광의 광량이 적을수록 광학부가 많이 배치될 수 있다.
As the amount of image light reaching the optical system decreases, more optical units may be disposed.
더욱 바람직하게는, 상기 복수의 광학부는,More preferably, the plurality of optical units,
상기 디스플레이에서 출력되어 상기 광학계에 도달하는 영상 광의 광량 분포에 따라, 휘도가 급격히 변화하는 휘도 저하 부분을 기준으로, 휘도가 높은 쪽보다 휘도가 낮은 쪽에 더 많이 배치될 수 있다.
According to the distribution of the amount of image light output from the display and reaching the optical system, the luminance may be disposed more in a lower luminance than a higher luminance based on a luminance decrease portion in which the luminance rapidly changes.
더더욱 바람직하게는, 상기 복수의 광학부는,Even more preferably, the plurality of optical units,
미리 정해진 간격으로 배치될 수 있다.
They can be arranged at predetermined intervals.
바람직하게는, 상기 디스플레이는, 상기 광학계의 상측에 위치할 수 있다.
Preferably, the display may be located above the optical system.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치를 이용한 머리 착용형 디스플레이 장치는,In addition, a head-worn display device using an optical device in which a plurality of pin mirrors are disposed according to a feature of the present invention for achieving the above object,
머리 착용형 디스플레이 장치로서,As a head-worn display device,
사용자가 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임;HMD frame that the user can wear on the head;
상기 HMD 프레임을 착용한 사용자의 눈의 전방에 배치되며, 사용자의 시야를 통한 실제 세계(real world)가 투과되어 보일 수 있도록 하는 광학계; 및An optical system disposed in front of the eyes of a user wearing the HMD frame, and allowing the real world through the user's field of view to be transmitted through and seen; And
상기 광학계를 통해 투과되어 보이는 실제 세계와 함께 영상 정보가 사용자에게 최적화된 화면으로 제공될 수 있도록 영상 광을 출력하는 디스플레이를 포함하되,Including a display for outputting the image light so that the image information can be provided as an optimized screen to the user together with the real world transmitted through the optical system,
상기 광학계는,The optical system,
상기 디스플레이에서 출력되는 영상 광을 반사해 사용자의 눈으로 상기 영상 정보를 전달하되, 미리 정해진 크기 이하로 구성되어 핀홀 효과를 생성하는 복수의 광학부를 포함하며,It reflects the image light output from the display and transmits the image information to the user's eyes, and includes a plurality of optical units configured to be less than a predetermined size to generate a pinhole effect,
상기 복수의 광학부는, 상기 디스플레이에서 출력되는 영상 광이 상기 광학계에 도달하는 광량의 분포에 따라 배치되는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
The plurality of optical units is characterized in that the image light output from the display is arranged according to a distribution of an amount of light reaching the optical system.
바람직하게는, 상기 복수의 광학부는,Preferably, the plurality of optical units,
상기 광학계에 도달하는 영상 광의 광량이 적을수록 광학부가 많이 배치될 수 있다.
As the amount of image light reaching the optical system decreases, more optical units may be disposed.
바람직하게는, 상기 디스플레이는,Preferably, the display,
사용자의 좌안을 위한 영상 광과 사용자의 우안을 위한 영상 광을 각각 출력하도록, 복수 개로 구성될 수 있다.It may be configured in plural so as to output image light for the user's left eye and image light for the user's right eye, respectively.
본 발명에서 제안하고 있는 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치 및 이를 이용한 머리 착용형 디스플레이 장치에 따르면, 디스플레이에서 출력되는 영상 광이 광학계에 도달하는 광량의 분포에 따라 핀홀 효과를 생성하는 복수의 광학부를 배치하여, 디스플레이에서 출력되는 영상 광을 복수의 광학부에서 반사해 사용자의 눈으로 영상 정보를 전달함으로써, 영상 광의 광량 손실을 줄이고 선명한 영상을 제공할 수 있으며, 휘도가 낮은 바깥 부분에 미러를 많이 배치하여 화면 전체의 휘도를 맞춰줄 수 있다.According to the optical device in which a plurality of pin mirrors are disposed and a head-worn display device using the same, a plurality of optics that generate a pinhole effect according to the distribution of the amount of light that reaches the optical system from the image light output from the display. By arranging the unit, by reflecting the image light output from the display from a plurality of optical units and transmitting the image information to the user's eyes, it is possible to reduce the loss of the amount of light of the image light and provide a clear image. You can arrange a lot to match the luminance of the entire screen.
도 1은 일반적인 안경 형태의 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도 2는 일반적인 밴드형태의 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 4는 디스플레이에서 출력되는 영상 광의 광량 분포를 예를 들어 도시한 도면.
도 5는 영상 광이 사용자의 눈에 전달되는 모습을 상측에서 바라본 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치를 상측에서 바라본 모습을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치를 통해 영상 광이 사용자의 눈에 전달되는 모습을 상측에서 바라본 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치를 이용한 머리 착용형 디스플레이 장치의 구성을 기능블록으로 도시한 도면.1 is a diagram showing a schematic configuration of a general glasses-type head mounted display (HMD).
2 is a diagram showing a schematic configuration of a general band-type head mounted display (HMD).
3 is a view illustrating an optical device in which a plurality of pin mirrors are disposed according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating, for example, a distribution of the amount of light output from a display.
5 is a view as viewed from an upper side of the image light transmitted to the user's eyes.
6 is a view showing a view from above of an optical device in which a plurality of pin mirrors are disposed according to an embodiment of the present invention.
7 is a view as viewed from above of a state in which image light is transmitted to a user's eyes through an optical device in which a plurality of pin mirrors are disposed according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing a configuration of a head-worn display device using an optical device in which a plurality of pin mirrors are disposed according to an embodiment of the present invention as a function block.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, in describing a preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결 되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 간접적으로 연결 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
In addition, throughout the specification, when a part is said to be connected to another part, this includes not only the case that it is directly connected, but also the case that it is indirectly connected with another element interposed therebetween. In addition, the inclusion of certain components means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100)를 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100)는, 광학계(110) 및 디스플레이(120)를 포함하여 구성될 수 있고, 광학계(110)는 광학부(111)를 포함할 수 있다.
3 is a diagram illustrating an
즉, 광학 장치(100)에서는, 사용자의 눈의 전방에 배치되며, 사용자의 시야를 통한 실제 세계(real world)가 투과되어 보일 수 있도록 하는 광학계(110), 및 광학계(110)를 통해 투과되어 보이는 실제 세계와 함께 영상 정보가 사용자에게 최적화된 화면으로 제공될 수 있도록 영상 광을 출력하는 디스플레이(120)를 포함하여 증강현실을 구현할 수 있다. 광학계(110)에 포함된 광학부(111)는 디스플레이(120)에서 출력되는 영상 광을 반사해 사용자의 눈으로 영상 정보를 전달한다. 따라서 사용자는 광학계(110)를 통해 투과되어 보이는 실제 세계와 광학부(111)에서 반사된 영상 정보가 결합한 증강현실을 경험할 수 있게 된다.
That is, in the
이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100)를 구성하는 각 구성요소에 대해 상세히 설명하도록 한다.
Hereinafter, each component constituting the
광학계(110)는, 사용자의 눈의 전방에 배치되며, 사용자의 시야를 통한 실제 세계(real world)가 투과되어 보일 수 있도록 하는 구성이다. 이러한 광학계(110)는 사용자의 시야를 통한 실제 세계가 투과되어 보일 수 있는 글라스 형태로서 투명한 렌즈로 구성될 수 있으며, 복수의 광학부(111)를 포함하여 증강현실을 구현할 수 있다.
The
디스플레이(120)는, 광학계(110)를 통해 투과되어 보이는 실제 세계와 함께 영상 정보가 사용자에게 최적화된 화면으로 제공될 수 있도록 영상 광을 출력할 수 있다. 이러한 디스플레이(120)는 후술하게 될 제어부(300)의 제어 하에, 각종 정보를 증강현실 기반으로 사용자에게 제공하는 영상 정보를 출력할 수 있다.
The
이때, 디스플레이(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 사용자 눈의 전방에 있는 광학계(110)의 상측에 위치할 수 있으나, 좌측이나 우측, 광학계(110)의 아래 등에 위치할 수도 있다.
In this case, the
도 4는 디스플레이(120)에서 출력되는 영상 광의 광량 분포를 예를 들어 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 디스플레이(120)에서 출력되는 영상 광의 광량 분포는 PSF(Point Spread Function, 점 확산 함수) 분포일 수 있다. 즉, 광학계(110)의 크기는 보통 디스플레이(120) 크기보다 훨씬 큰데, 디스플레이(120) 영역에 해당하는 부분에서만 광량이 많고, 그 영역 밖으로 가면 급격히 광량이 적어지는 분포일 수 있다. 이때, 광학계(110)에 도달하는 영상 광의 광량 분포는 출력될 때와 상이할 수 있으며, 디스플레이(120)와 광학계(110)의 위치 관계에 따라 변화할 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 디스플레이(120)가 광학계(110)의 상측에 위치하여, 아래 방향으로 광학계(110)를 향해 영상 광을 출력하고, 도 4에 도시된 바와 같은 영상 광의 광량 분포가 광학계(110)에 동일하게 도달하는 경우를 기준으로 설명하도록 한다.
4 is a diagram illustrating, for example, a distribution of the amount of light of image light output from the
도 5는 영상 광이 사용자의 눈에 전달되는 모습을 상측에서 바라본 도면이다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같은 광량 분포를 가지는 영상 광이 광학계(110)에 도달하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 사용자의 동공 앞에 위치한 광학부(111)에서 영상 광을 반사하여 사용자의 눈으로 영상 정보를 전달한다. 이때, 영상 광 중 광량이 많은 부분의 일부만 광학부(110)에서 반사가 되고, 나머지는 손실되게 된다. 따라서 충분한 광량을 확보할 수 없는 한계가 있다.
5 is a view as viewed from above of image light transmitted to the user's eyes. That is, when the image light having the light quantity distribution as shown in FIG. 4 reaches the
특히, 광학부(111)는, 미리 정해진 크기 이하의 미러로 구성되어 핀홀 효과를 생성하는 핀 미러일 수 있다. 이때, 핀 미러는, 핀홀 효과의 생성을 위해 4㎜ 이하일 수 있으며, 보다 구체적으로는 3㎜ 이하의 소형 미러일 수 있다. 이와 같이, 핀 미러를 사용하면, 무게와 부피를 줄인 단순한 구조의 광학 장치(100)를 이용해 초점을 조절하여, 실제 세계와 영상 정보 모두를 선명하게 볼 수 있는 장점이 있다. 그러나 도 5에 도시된 바와 같이, 핀 미러의 크기가 소형이므로, 대체로 광량이 많은 휘도가 높은 부분의 일부만 반사가 일어나고 주변 부분은 그대로 손실되게 되어, 영상 정보의 제공을 위한 충분한 광량을 확보할 수 없고, 영상의 선명도가 낮아지는 문제가 있다.
In particular, the
도 6은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100)를 상측에서 바라본 모습을 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100)의 광학계(110)는, 디스플레이(120)에서 출력되는 영상 광을 반사해 사용자의 눈으로 영상 정보를 전달하되, 미리 정해진 크기 이하의 미러로 구성되어 핀홀 효과를 생성하는 복수의 광학부(111)를 포함하며, 복수의 광학부(111)는, 디스플레이(120)에서 출력되는 영상 광이 광학계(110)에 도달하는 광량의 분포에 따라 배치할 수 있다. 즉, 복수의 광학부(111)는, 광학계(110)에 도달하는 영상 광의 광량이 적을수록 광학부(111)를 많이 배치될 수 있다.
FIG. 6 is a diagram illustrating a view of an
보다 구체적으로, 복수의 광학부(111)는, 디스플레이(120)에서 출력되어 광학계(110)에 도달하는 영상 광의 광량 분포에 따라, 휘도가 급격히 변화하는 휘도 저하 부분을 기준으로, 휘도가 높은 쪽보다 휘도가 낮은 쪽에 더 많이 배치될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(120)에서 출력되어 광학계(110)에 도달하는 영상 광의 광량 분포는 PSF 분포이며, 광량 분포에 따라 영상 광이 주로 도달하는 휘도가 높은 부분을 기준으로 휘도가 급격히 떨어지는 휘도 저하 부분을 지나 바깥쪽의 휘도가 낮은 부분으로 갈수록 광학부(111)의 개수가 점차 증가하도록 배치될 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같은 영상 광의 광량 분포가 광학계(110)에 도달한다고 할 때, 도 6에 도시된 바와 같이 많은 광량이 도달하는 중심의 휘도가 높은 부분에는 1개의 핀 미러, 그 바깥의 휘도 저하 부분에는 각각 2개의 핀 미러, 가장 적은 광량이 도달하는 바깥쪽의 휘도가 낮은 부분에는 각각 3개의 핀 미러를 배치할 수 있다. 이와 같이, 휘도가 낮은 바깥 부분에 핀 미러를 배치함으로써, FOV를 크게 할 수 있고 특히, 휘도가 낮은 부분에 핀 미러를 많이 배치하여 화면 전체의 휘도를 맞춰줄 수 있다.
More specifically, the plurality of
이때, 복수의 광학부(111)는 미리 정해진 간격으로 배치될 수 있다. 여기서 미리 정해진 간격은 광학계(110) 또는 광학부(111)의 크기, 형태, 배치 각도, 광량 분포 등에 따라 상이할 수 있으며, 구체적으로는 1~20㎜일 수 있다.
In this case, the plurality of
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100)를 통해 영상 광이 사용자의 눈에 전달되는 모습을 상측에서 바라본 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100)를 이용하면, 도 4에 도시된 바와 같은 광량 분포를 가지는 영상 광이 광학계(110)에 도달하였을 때, 광량 분포에 따라 배치된 복수의 광학부(111)가 영상 광을 반사하여, 총 광량을 최대한 유지하면서 사용자의 눈으로 영상 정보를 전달하게 된다. 따라서 광량 손실을 최소화해 충분한 광량을 확보할 수 있고, 사용자에게 선명하고 밝은 영상 정보를 제공할 수 있으며, 화면 전체의 휘도 밸런스를 맞춰주고 전체적인 효율을 높일 수 있다.
FIG. 7 is a view as viewed from above of a state in which image light is transmitted to the user's eyes through the
한편, 복수의 광학부(111)는, 배치된 위치에 따라 투과율 및 반사율 중 적어도 하나 이상이 서로 상이할 수 있다. 즉, 배치된 위치에 따라, 핀 미러의 광학 특성이 서로 상이하도록 조절함으로써, 광량 손실을 최소화하고 전체적인 효율을 높일 수 있다.
Meanwhile, the plurality of
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100)를 이용한 머리 착용형 디스플레이 장치(10)의 구성을 기능블록으로 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100)를 이용한 머리 착용형 디스플레이 장치(10)는, 광학 장치(100)와 HMD 프레임(200)을 포함하여 구성될 수 있으며, 제어부(300), GPS 모듈(400), 카메라(500), 전원 공급부(600), 스위치부(700) 및 통신부(800)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 광학 장치(100)에 대해서는 도 3 내지 도 7에서 상세히 설명한 바 있으므로, 이하에서는 광학 장치(100)에 대한 설명은 생략하고 나머지 구성요소에 대해 상세히 설명하도록 한다.
8 is a diagram showing a configuration of a head-worn
HMD 프레임(200)은, 사용자가 머리에 착용할 수 있는 머리 착용형 디스플레이 장치(10)의 프레임 구성이다. 이러한 HMD 프레임(200)은, 사용자가 머리에 착용한 상태에서 빛이 들어올 수 있는 프레임 구조를 갖는 헬멧(helmet) 형태 또는 고글(goggles) 형태로 구성될 수 있다. 여기서, HMD 프레임(200)이 헬멧 형태로 이루어지는 경우, 사용자의 머리에 착용되는 헬멧(미도시)과 헬멧의 전방에 배치되는 디스플레이(120) 프레임(미도시) 구조로 구성될 수 있다. 또한, HMD 프레임(200)이 고글 형태로 구성되는 경우, 사용자의 머리에 착용될 수 있는 밴드 프레임(미도시)과, 밴드 프레임에 체결 고정되는 고글 프레임(미도시) 구조로 구성될 수 있다.
The
본 발명의 일실시예에 따른 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100)를 이용한 머리 착용형 디스플레이 장치(10)는, 영상 정보를 생성하여 디스플레이(120)로 전송되도록 제어하는 제어부(300), HMD 프레임(200)에 장착되어 위치 정보를 제공하기 위한 GPS 모듈(400), HMD 프레임(200)에 장착되어 사용자의 시선 방향의 영상을 촬영하기 위한 카메라(500), 머리 착용형 디스플레이 장치(10)의 구동을 위한 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(600), 전원 공급부(600)의 온/오프를 위한 스위치부(700), 및 제어부(300)의 제어 하에 데이터 통신을 수행하는 통신부(800)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
The head-worn
여기서, GPS 모듈(400)은 사용자의 위치 정보를 제공하고, 카메라(500)는 사용자가 바라보는 시선의 실제 세계를 촬영할 수 있다. 제어부(300)는, GPS 모듈(400), 카메라(500), 그 외 각종 센서에서 수집한 정보에 기초하여, 사용자에게 제공할 영상 정보를 생성해 디스플레이(120)로 전송되도록 제어함으로써, 사용자가 증강현실을 통해 외부 환경에 대한 추가 정보 등을 최적화된 화면으로 전달받도록 할 수 있다.
Here, the
또한, 스위치부(700)는 전원 공급부(600)의 온/오프를 위한 스위치를 HMD 프레임(200)의 일 측에 설치하거나, 또는 HMD 프레임(200)과 유선으로 연결되는 별도의 디바이스에 형성될 수 있다. 한편, 통신부(800)는 인접하는 다른 머리 착용형 디스플레이 장치(10)의 통신부(800)와 연동하여 연결 접속되고, 위치 정보, 센싱 정보 등 각종 정보가 서로 공유될 수 있도록 데이터 통신을 수행할 수 있다. 여기서, 통신부(800)는 인터넷 접속이 가능한 3G/4G/5G 및 LTE를 포함하는 다양한 무선 통신 방식이 적용되는 것으로 이해될 수 있다.
In addition, the
한편, 디스플레이(120)는, 사용자의 좌안을 위한 영상 광과 사용자의 우안을 위한 영상 광을 각각 출력하도록, 복수 개로 구성될 수 있다. 즉, 머리 착용형 디스플레이 장치(10)는, 광학계(110)와 디스플레이(120)로 각각 구성된 2개의 광학 장치(100)를 포함해, 사용자의 좌안 및 우안을 위한 영상 광을 각각 출력 및 반사하여 사용자의 좌안과 우안에 각각 영상 정보를 전달하여 증강현실을 구현할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(120)는, HMD 프레임(200)에서 사용자의 양안 위치의 상면에 2개가 위치할 수 있다. 실시예에 따라서는, 디스플레이(120)는 HMD 프레임(200)의 양 측면에 위치할 수도 있다.
Meanwhile, the
전술한 바와 같이, 본 발명에서 제안하고 있는 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100) 및 이를 이용한 머리 착용형 디스플레이 장치(10)에 따르면, 디스플레이(120)에서 출력되는 영상 광이 광학계(110)에 도달하는 광량의 분포에 따라 핀홀 효과를 생성하는 복수의 광학부(111)를 배치하여, 디스플레이(120)에서 출력되는 영상 광을 복수의 광학부(111)에서 반사해 사용자의 눈으로 영상 정보를 전달함으로써, 영상 광의 광량 손실을 줄이고 선명한 영상을 제공할 수 있으며, 휘도가 낮은 바깥 부분에 미러를 많이 배치하여 화면 전체의 휘도를 맞춰줄 수 있다.
As described above, according to the
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention described above can be modified or applied in various ways by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs, and the scope of the technical idea according to the present invention should be determined by the following claims.
10: 본 발명에 따른 머리 착용형 디스플레이 장치
100: 광학 장치
110: 광학계
111: 광학부
120: 디스플레이
200: HMD 프레임
300: 제어부
400: GPS 모듈
500: 카메라
600: 전원 공급부
700: 스위치부
800: 통신부10: Head-worn display device according to the present invention
100: optical device
110: optical system
111: optical unit
120: display
200: HMD frame
300: control unit
400: GPS module
500: camera
600: power supply
700: switch unit
800: Ministry of Communications
Claims (8)
사용자의 눈의 전방에 배치되며, 사용자의 시야를 통한 실제 세계(real world)가 투과되어 보일 수 있도록 하는 광학계(110); 및
상기 광학계(110)를 통해 투과되어 보이는 실제 세계와 함께 영상 정보가 사용자에게 제공될 수 있도록 영상 광을 출력하는 디스플레이(120)를 포함하되,
상기 광학계(110)는,
상기 디스플레이(120)에서 출력되는 영상 광을 반사해 사용자의 눈으로 상기 영상 정보를 전달하되, 미리 정해진 크기 이하의 미러로 구성되어 핀홀 효과를 생성하는 복수의 광학부(111)를 포함하며,
상기 복수의 광학부(111)는, 상기 디스플레이(120)에서 출력되는 영상 광이 상기 광학계(110)에 도달하는 광량의 분포에 따라 배치되며,
상기 복수의 광학부(111)는,
상기 광학계(110)에 도달하는 영상 광의 광량이 적을수록 광학부(111)가 많이 배치되는 것을 특징으로 하는, 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100).As an optical device 100,
An optical system 110 disposed in front of the user's eyes and allowing the real world to be transmitted and seen through the user's field of view; And
Including a display 120 for outputting image light so that the image information can be provided to the user together with the real world transmitted through the optical system 110,
The optical system 110,
It reflects the image light output from the display 120 and transmits the image information to the user's eyes, and includes a plurality of optical units 111 configured of a mirror having a predetermined size or less to generate a pinhole effect,
The plurality of optical units 111 are arranged according to a distribution of the amount of light that reaches the optical system 110 of the image light output from the display 120,
The plurality of optical parts 111,
Optical device (100) in which a plurality of pin mirrors are arranged, characterized in that as the amount of image light reaching the optical system (110) decreases, more optical units (111) are arranged.
상기 디스플레이(120)에서 출력되어 상기 광학계(110)에 도달하는 영상 광의 광량 분포에 따라, 휘도가 급격히 변화하는 휘도 저하 부분을 기준으로, 휘도가 높은 쪽보다 휘도가 낮은 쪽에 더 많이 배치되는 것을 특징으로 하는, 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100).The method of claim 1, wherein the plurality of optical units 111
According to the distribution of the amount of image light output from the display 120 and reaching the optical system 110, based on the luminance drop portion where the luminance rapidly changes, more of the luminance is disposed on the lower luminance side than on the higher luminance side. The optical device 100 in which a plurality of pin mirrors are disposed.
미리 정해진 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100).The method of claim 3, wherein the plurality of optical parts 111,
The optical device 100 in which a plurality of pin mirrors are arranged, characterized in that they are arranged at predetermined intervals.
상기 광학계(110)의 상측에 위치하는 것을 특징으로 하는, 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100).The method of claim 1, wherein the display 120,
An optical device 100 in which a plurality of pin mirrors are disposed, characterized in that it is located above the optical system 110.
사용자가 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임(200);
상기 HMD 프레임(200)을 착용한 사용자의 눈의 전방에 배치되며, 사용자의 시야를 통한 실제 세계(real world)가 투과되어 보일 수 있도록 하는 광학계(110); 및
상기 광학계(110)를 통해 투과되어 보이는 실제 세계와 함께 영상 정보가 사용자에게 제공될 수 있도록 영상 광을 출력하는 디스플레이(120)를 포함하되,
상기 광학계(110)는,
상기 디스플레이(120)에서 출력되는 영상 광을 반사해 사용자의 눈으로 상기 영상 정보를 전달하되, 미리 정해진 크기 이하로 구성되어 핀홀 효과를 생성하는 복수의 광학부(111)를 포함하며,
상기 복수의 광학부(111)는, 상기 디스플레이(120)에서 출력되는 영상 광이 상기 광학계(110)에 도달하는 광량의 분포에 따라 배치되며,
상기 복수의 광학부(111)는,
상기 광학계(110)에 도달하는 영상 광의 광량이 적을수록 광학부(111)가 많이 배치되는 것을 특징으로 하는, 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100)를 이용한 머리 착용형 디스플레이 장치(10).As a head-worn display device 10,
HMD frame 200 that the user can wear on the head;
An optical system 110 disposed in front of the eyes of the user wearing the HMD frame 200 and allowing the real world through the user's field of view to be transmitted and seen; And
Including a display 120 outputting image light so that image information can be provided to a user along with the real world transmitted through the optical system 110,
The optical system 110,
It reflects the image light output from the display 120 and transmits the image information to the user's eyes, but includes a plurality of optical units 111 configured to be less than a predetermined size to generate a pinhole effect,
The plurality of optical units 111 are arranged according to a distribution of the amount of light that reaches the optical system 110 of the image light output from the display 120,
The plurality of optical parts 111,
Head-worn display device 10 using an optical device 100 in which a plurality of pin mirrors are disposed, characterized in that the optical unit 111 is disposed more as the amount of image light reaching the optical system 110 decreases .
사용자의 좌안을 위한 영상 광과 사용자의 우안을 위한 영상 광을 각각 출력하도록, 복수 개로 구성된 것을 특징으로 하는, 복수의 핀 미러가 배치된 광학 장치(100)를 이용한 머리 착용형 디스플레이 장치(10).The method of claim 6, wherein the display 120,
A head-worn display device 10 using an optical device 100 in which a plurality of pin mirrors are disposed to output image light for the user's left eye and image light for the user's right eye, respectively. .
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2019
- 2019-10-02 KR KR1020190122001A patent/KR102226639B1/en active IP Right Grant
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