KR100518954B1 - 두부 탑재형 디스플레이장치 - Google Patents

두부 탑재형 디스플레이장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 두부 탑재형 디스플레이장치에 관한 것으로, 디스플레이소자(10)와, 상기 디스플레이소자(10)의 빛을 통과시키는 입사면(21)과, 상기 입사면(21)과의 사이각(α)이 예각이 되게 구비되고 상기 입사면(21)을 통과한 빛을 반사하는 제1반사면(22) 및, 상기 제1반사면(22)과의 사이각(β)이 예각이 되게 구비되고 상기 제1반사면(22)에서 반사된 빛을 반사하여 관찰자의 눈측으로 조사하는 제2반사면(23)을 포함하여, 회전비대칭 광학계의 사용에 의해 디스플레이소자를 편심배치할 수 있게 되어 반사형 LCD를 디스플레이소자로 사용할 수 있게 됨으로써 고해상도의 선명한 상과 최소의 왜곡을 제공할 수 있도록 된 것이다.

Description

두부 탑재형 디스플레이장치{ Head mounted display device }
본 발명은 머리부에 탑재하여 3차원 입체영상을 디스플레이하는 두부 탑재형 디스플레이장치에 관한 것이다.
일반적으로, 두부 탑재형 디스플레이 장치(HMD:Head Mounted Display)는 액정 표시기(LCD) 및 편광필터 등의 광학소자를 이용하여, 제어가능한 화상신호를 렌즈 및 거울을 통해 확대집광시킨 것으로, 이에 이용되는 광학계는 적절히 가변 배치됨으로써 보다 다양한 기능의 구현이 가능하게 된다.
종래의 HMD는 도1에 도시된 바와 같이, 빛을 방사하는 광원(110)과, 상기 광원(110)를 통과하는 영상표시된 출력광을 전반사시켜 경로를 변경하는 전반사 거울(101)과, 디스플레이소자(120), 상기 전반사된 광영상을 집광시키는 아이피스렌즈(102)를 포함하고 있다.
종래의 평면반사를 하는 광학계로 구성된 HMD는 외관 디자인 자체가 커지고 무거워져 머리에 쓰기에 적합하지 못했다.
종래의 HMD는 디스플레이소자(120)와 광학렌즈와의 간격이 좁아 빔분리기(PBS, Polarized Beam Splitter)를 사용하는 반사형 LCD를 디스플레이소자(120)로 사용할 수 없는 문제점이 있었다.
즉, 반사형 LCD는 액정 자체가 발광을 하지 않기 때문에 외부의 광원을 이용해서 표시하는 반사형으로, 빔분리기를 사용하기 위해서는 프리즘과의 간격이 일정간격 이상 이격되어야 하나 종래의 HMD는 프리즘까지의 간격이 밀착되어 있어 반사형 고해상도의 LCD를 사용하지 못하고 자가발광소자나 백라이트방식의 디스플레이를 사용하고 있는 실정이다.
이에 본 발명은 상기한 바의 제반 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 프리즘을 구성하는 면을 곡면으로 형성하여 프리즘과 디스플레이소자와의 간격을 크게 함으로써 고해상도의 디스플레이를 광원으로 사용할 수 있는 두부 탑재형 디스플레이장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 디스플레이소자와, 상기 디스플레이소자의 빛을 통과시키는 입사면과, 상기 입사면과의 사이각이 예각이 되게 구비되고 상기 입사면을 통과한 빛을 반사하는 제1반사면 및, 상기 제1반사면과의 사이각이 예각이 되게 구비되고 상기 제1반사면에서 반사된 빛을 반사하여 관찰자의 눈측으로 조사하는 제2반사면을 포함하고 있다.
따라서, 곡면으로 된 프리즘을 회전비대칭 광학계로 구성하여 디스플레이소자의 광축을 관찰자의 광축에서 편심배치할 수 있게 되고, 그로 인해 디스플레이소자와 프리즘 사이의 최단거리를 충분히 확보함으로써 고해상도의 반사형 LCD를 사용할 수 있게 되는 것이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 두부 탑재형 디스플레이장치의 작동상태를 나타낸 개략적 측단면도이다.
본 발명에 따른 두부 탑재형 디스플레이장치의 일실시예는, 자가발광소자나 백라이트 방식의 디스플레이소자(10)와, 전체적으로 삼각구도를 이루는 프리즘(20)을 포함한다.
상기 디스플레이소자(10)는 관찰자의 광축(b)에 대하여 편심배치되어 프리즘(20)과의 최단거리가 7.5mm (빔분리기를 수용할 수 있는 최소한의 거리)이상을 유지할 수 있게 됨으로써 외부조명을 받아 디스플레이하는 반사형 LCD(reflective liquid crystal display)를 사용할 수 있게 된다.
즉, 상기 디스플레이소자(10)의 광축(a)이 관찰자의 광축(b)과의 사이각(γ)이 예각을 이루도록 편심되어 설치됨으로써 빔분리기(PBS, Polarized Beam Splitter)가 45도의 각도를 충분히 유지할 수 있게 된다.
상기 프리즘(20)은 상기 디스플레이소자(10)의 빛을 통과시키는 입사면(21)과, 상기 입사면(21)과의 사이각(α)이 예각이 되게 구비된 제1반사면(22)과, 상기 제1반사면(22)과의 사이각(β)이 예각이 되게 구비된 제2반사면(23)을 포함한다.
상기 입사면(21)은 상기 디스플레이소자(10)의 빛을 통과시켜 제1반사면(22)으로 조사하고, XYP(XY polynomial)표면으로 형성되어 빛을 굴절시켜 통과시키게 되며, 상기 디스플레이소자(10)와의 최단거리(BFL,Back Focal Length,뒷초점거리)가 7.5mm 이상을 유지하게 된다.
XYP곡면식은 다음과 같다.
여기서,
Z ; Z축에 평행한 면의 sag량
c ; 곡률반경
k ; conic 상수
Cj ; 단항식 계수
상기 제1반사면(22)은 상기 입사면(21)과의 사이각(α)이 예각이 되게 구비되고, 상기 입사면(21)을 통과한 빛을 반사하여 제2반사면(23)으로 조사하게 된다.
상기 제2반사면(23)은 상기 제1반사면(22)과의 사이각(β)이 예각이 되게 구비되고, 상기 제1반사면(22)에서 반사된 빛을 반사하여 관찰자의 눈측으로 조사한다.
상기 제1반사면(22)과 제2반사면(23)은 자유곡면(anamophics asphere)으로 각각 형성되어 있다.
자유곡면식은 다음과 같다.
+
여기서,
Z ; Z축에 평행한 면의 sag량
CUX,CUY ; x y 각각의 곡률반경
KX,KY ; x y 각각의 conic 상수
AR,BR,CR,DR ; conic 변형 4차,6차,8차,10차 회전대칭 계수
AP,BP,CP,DP ; conic 변형 4차,6차,8차,10차 비회전대칭 계수
[ 실시예1 ]
RDY
제1반사면: -200.00000
YDE: 1.513188 ZDE: 0.790359
ADE: -7.266332
제2반사면: -60.41560
KY : 0.281361 KX : 0.375370 RDX: -60.76826
AR :0.324694E-06 BR :-.142652E-08 CR :0.209982E-11
DR :-.398831E-15
AP :0.557126E-01 BP :0.636082E+00 CP :0.532553E+00
DP :-.421719E+00
YDE: 4.123333 ZDE: 7.000000
ADE: 21.905737
입사면: 323.26082
K: -9.1680E+03 X: 2.6840E-02 Y: 1.4320E-01
X2: -1.3709E-03 XY: 4.1806E-03 Y2: -5.2733E-03
X2: -9.0694E-05 X2Y: -5.9659E-04 XY2: 4.6888E-04
Y3: -1.3838E-03
YDE: -12.386848 ZDE: 7.274799
ADE: -54.312265
디스플레이소자면: INFINITY 11.748272
YDE: -5.688032
ADE: 6.979303
[ 실시예2 ]
RDY
제1반사면: -200.00000
YDE: 1.421024 ZDE: 0.849109 DAR
ADE: -7.261566
제2반사면: -59.97266
KY : 0.234724 KX : 0.485030 RDX: -60.48254
AR :0.277689E-06 BR :-.146677E-08 CR :0.298086E-11
DR :-.385432E-14
AP :0.699221E+00 BP :0.824749E+00 CP :0.528159E+00
DP :-.301946E+00
YDE: 4.248976 ZDE: 7.000000
ADE: 21.795461
입사면: 351.78023
K: -1.5356E+04 X: 2.1780E-02 Y: 1.5566E-01
X2: -2.0819E-03 XY: 2.8047E-03 Y2: -5.5847E-03
X3: -6.0915E-05 X2Y: -6.8325E-04 XY2: 3.0394E-04
Y3: -1.4254E-03
YDE: -12.258119 ZDE: 7.211757
ADE: -53.992139
디스플레이소자면: INFINITY 11.593461
YDE: -5.443452
ADE: 7.824350
[ 실시예3 ]
RDY
제1반사면: -200.00000
YDE: 1.423546 ZDE: 0.876642 DAR
ADE: -7.261630
제2반사면: -59.97777
KY : 0.227715 KX : 0.489349 RDX: -60.47937
AR :0.278889E-06 BR :-.146539E-08 CR :0.298443E-11
DR :-.386131E-14
AP :0.699575E+00 BP :0.824486E+00 CP :0.528885E+00
DP :-.304489E+00
YDE: 4.252240 ZDE: 7.000000
ADE: 21.774920
입사면: 342.82913
K: -1.8540E+04 X: 2.2295E-02 Y: 1.6112E-01
X2: -2.1041E-03 XY: 2.5357E-03 Y2: -5.6982E-03
X3: -4.8545E-05 X2Y: -7.3758E-04 XY2: 2.4323E-04
Y3: -1.4267E-03
YDE: -12.233512 ZDE: 7.158852
ADE: -53.876885
디스플레이소자면: INFINITY 11.685638
YDE: -5.345074
ADE: 8.141535
[ 실시예4 ]
RDY
제1반사면: -200.00000
YDE: 1.423462 ZDE: 0.876898
ADE: -7.261431
제2반사면: -59.97898
KY : 0.226335 KX : 0.527181 RDX: -60.46171
AR :0.276469E-06 BR :-.146913E-08 CR :0.294845E-11 DR :-.411177E-14
AP :0.364626E+00 BP :0.693666E+00 CP :0.528885E+00 DP :-.304489E+00
YDE: 4.252414 ZDE: 7.000000
ADE: 21.774696
입사면: 342.74213
K: -1.8563E+04 X: 2.2489E-02 Y: 1.6114E-01
X2: -2.1042E-03 XY: 1.9532E-03 Y2: -5.6998E-03
X3: -3.3811E-05 X2Y: -7.3937E-04 XY3: 1.7073E-04
Y3: -1.4266E-03
YDE: -12.233609 ZDE: 7.158707
ADE: -53.876916
디스플레이소자면: INFINITY 11.686736
YDE: -5.345197
ADE: 8.141518
여기서, YDE : Y축을 중심으로 이동(decent)된 값
ADE : Y축에 대해 편심(tilt)된 각도
ZDE : Z축을 중심으로 이동(decent)된 값
RDY : 곡률
상기 프리즘(20)은 제1반사면(22)과 제2반사면(23)이 자유곡면으로 형성되고 상기 입사면(21)이 XYP표면으로 형성된 회전비대칭 광학계로 구성되어, 디스플레이소자(10)의 광축(a)과 관찰자의 광축(b)이 편심배치되더라도 비점수차, 왜곡, 상면만곡 등을 보정설계할 수 있게 된다.
상기 프리즘(20)은 회전비대칭 광학계로, 내부에서 2번 반사후 관찰자의 눈으로 입사되고, 디스플레이되는 상은 조합된 렌즈의 배율에 의해 일정 유한거리에서 그 허상을 관찰하는 듯한 효과가 있으며, 굴절률이 1보다 큰 광학수지를 사용하고 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 두부 탑재형 디스플레이장치에 의하면, 회전비대칭 광학계의 사용에 의해 디스플레이소자를 편심배치할 수 있게 되어 반사형 LCD를 디스플레이소자로 사용할 수 있게 됨으로써 고해상도의 선명한 상과 최소의 왜곡을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 두부 탑재형 디스플레이장치의 작동상태를 나타낸 개략적 측단면도,
도 2는 본 발명에 따른 두부 탑재형 디스플레이장치의 작동상태를 나타낸 개략적 측단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 디스플레이소자 20 : 프리즘
21 : 입사면 22 : 제1반사면
23 : 제2반사면

Claims (2)

  1. 디스플레이소자(10)의 빛을 통과시키는 입사면(21)과, 상기 입사면(21)을 통과한 빛을 반사하는 제1반사면(22)과, 상기 제1반사면(22)에서 반사된 빛을 반사하여 관찰자의 눈측으로 조사하는 제2반사면(23)을 포함하는 프리즘(20)을 포함하는 두부 탑재형 디스플레이장치에 있어서,
    상기 디스플레이소자(10)는 반사형 LCD이고, 상기 프리즘(20)은 입사면(21)이 XYP(XY polynomial)표면으로 형성되며, 상기 디스플레이소자(10)와의 최단거리(BFL,Back Focal Length,뒷초점거리)가 7.5mm 이상으로 형성되고,
    XYP곡면식은,
    단, Z ; Z축에 평행한 면의 sag량, c ; 곡률반경, k ; conic 상수, Cj ; 단항식 계수인 회전비대칭 광학계로 구성된 것을 특징으로 하는 두부 탑재형 디스플레이장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프리즘(20)은 굴절률이 1보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 두부 탑재형 디스플레이장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108227210A (zh) * 2018-02-26 2018-06-29 上海小蚁科技有限公司 虚拟现实显示方法以及虚拟现实眼镜

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07325266A (ja) * 1994-06-01 1995-12-12 Olympus Optical Co Ltd 映像表示装置
KR960013019A (ko) * 1994-09-29 1996-04-20 광시야 헤드 마운티드 디스플레이
US5822127A (en) * 1995-05-15 1998-10-13 Hughes Electronics Low-cost light-weight head-mounted virtual-image projection display with low moments of inertia and low center of gravity
JP2002107656A (ja) * 2000-09-27 2002-04-10 Mixed Reality Systems Laboratory Inc 画像表示装置及びそれを用いたヘッドマウントディスプレイ
JP2002107659A (ja) * 2000-07-31 2002-04-10 Daeyang E & C Co Ltd 頭部装着用ディスプレー用光学システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07325266A (ja) * 1994-06-01 1995-12-12 Olympus Optical Co Ltd 映像表示装置
KR960013019A (ko) * 1994-09-29 1996-04-20 광시야 헤드 마운티드 디스플레이
US5822127A (en) * 1995-05-15 1998-10-13 Hughes Electronics Low-cost light-weight head-mounted virtual-image projection display with low moments of inertia and low center of gravity
JP2002107659A (ja) * 2000-07-31 2002-04-10 Daeyang E & C Co Ltd 頭部装着用ディスプレー用光学システム
JP2002107656A (ja) * 2000-09-27 2002-04-10 Mixed Reality Systems Laboratory Inc 画像表示装置及びそれを用いたヘッドマウントディスプレイ

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