KR101546962B1

KR101546962B1 - 헤드 마운트 디스플레이의 광학계

Info

Publication number: KR101546962B1
Application number: KR1020130101629A
Authority: KR
Inventors: 김동하; 김영일; 손병수
Original assignee: 주식회사 에픽옵틱스
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-08-24
Also published as: KR20150024580A

Abstract

본 발명은 머리에 착용하여 착용자의 시선 앞에 영상을 재생하는 헤드 마운트 디스플레이의 광학계에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광학계는 영상을 제공하는 영상모듈, 상기 영상모듈과 이격 배치되고 착용자의 시선 앞에 위치하여 상기 영상모듈에서 제공되는 영상을 투영하는 뷰잉모듈, 및 상기 영상모듈에서 상기 뷰잉모듈로 제공되는 영상의 광축선 상에 위치되어 상기 영상모듈에서 상기 뷰잉모듈로 제공하는 영상의 광축 각도를 변경하거나, 영상을 확대하여 제공하는 보정렌즈를 포함한다. 따라서, 영상의 왜곡을 최소화하여 착용자에게 제공할 수 있다.

Description

헤드 마운트 디스플레이의 광학계{Optical System of Head Mounted Display}

본 발명은 머리에 착용하여 착용자의 시선 앞에 영상을 재생하는 헤드 마운트 디스플레이의 광학계에 관한 것이다.

일반적으로 디스플레이는 영상이나 정보를 재생하는 출력장치로서, 최근의 디스플레이는 착용자가 마치 안경처럼 착용하여 착용자의 시선에서 영상을 관람하거나 필요한 정보를 획득하는 헤드 마운트 디스플레이가 개발되었다.

헤드 마운트 디스플레이는 착용자의 시선 앞에 영상이나 필요한 정보를 재생함으로써, 손쉽게 필요한 정보를 취득할 수 있으며, 나아가 외부환경과 영상이 겹쳐져 증강현실을 구현할 수 있기 때문에, IT기술의 발전과 함께 헤드 마운트 디스플레이의 기술개발도 활발히 진행되고 있다.

종래의 헤드 마운트 디스플레이는 미국특허공개 US 2013/0033756 A1에 개시된 바 있다.

종래의 헤드 마운트 디스플레이는 컴퓨터 생성 이미지에 빛을 제공하는 조명모듈; 상기 조명모듈의 반대방향에 위치되어 생성 이미지의 빛을 반사하는 앤드 리플렉터; 사용자의 눈과 일치되는 보기영역으로 상기 생성 이미지를 반사시키는 빔스플리터를 포함하여 구성되었다.

이와 같이 구성된 종래의 헤드 마운트 디스플레이는 컴퓨터에서 생성된 이미지를 빔스플리터를 통해 사용자의 눈과 일치되는 보기영역으로 반사함으로써, 생성이미지를 사용자의 시선 앞에 투영할 수 있었다.

하지만, 종래의 헤드 마운트 디스플레이는 조명모듈과 앤드 리플렉터 및 빔스플리터가 일직선상에 위치되고, 앤드 리플렉터가 곡면으로 형성되기 때문에 화각이 클수록 빔스플리터를 통해 보는 영상이 도 1에 도시된 바와 같이, 실패형으로 왜곡되어 투영되었다.

특히, 사용자의 시선을 피해 가장 정보가 많이 표시되는 외측 상부 모서리로 갈수록 왜곡의 정도가 심하게 발생하여 정확한 정보를 제공하기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 조명모듈, 앤드 리플렉터 및 빔스플리터가 모두 일직선상에 위치되기 때문에 다양한 형태의 헤드 마운트 디스플레이를 제조하기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 사용자의 시력에 따라 그에 적합한 생성 이미지를 제공하기 난해한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 착용자에게 투영되는 영상의 왜곡을 최소할 수 있을 뿐만 아니라, 영상의 화질을 개선하여 정확한 정보를 전달할 수 있으며, 각 구성 간의 영상이 전달되는 광축을 변경하여 다양한 형태 헤드 마운트 디스플레이를 제조할 수 있고, 사용자의 시력에 따라 그에 적합한 영상을 제공할 수 있는 헤드 마운트 디스플레이의 광학계를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 영상을 제공하는 영상모듈, 상기 영상모듈과 이격 배치되고 착용자의 시선 앞에 위치하여 상기 영상모듈에서 제공되는 영상을 투영하는 뷰잉모듈, 및 상기 영상모듈에서 상기 뷰잉모듈로 제공되는 영상의 광축선 상에 위치되어 상기 영상모듈에서 상기 뷰잉모듈로 제공하는 영상의 광축 각도를 변경하거나, 영상을 확대하여 제공하는 보정렌즈를 포함한다.

상기 보정렌즈는 상기 뷰잉모듈로 제공하는 영상을 확대하도록 양의 굴절능을 가지며, 상기 보정렌즈의 서로 대향되는 면은 서로 다른 중심에서 서로 다른 곡률을 가지는 구면 또는 비구면으로 형성될 수 있다.

상기 보정렌즈는 상기 구면 또는 비구면이 서로 동일한 방향으로 구부러지게 형성될 수 있다.

상기 보정렌즈는 복수 개의 렌즈가 겹쳐지는 복합렌즈로 구성되어 양의 굴절능을 가지며, 각 렌즈의 서로 대향되는 면은 서로 다른 중심에서 서로 다른 곡률을 가지는 구면 또는 비구면으로 형성될 수 있다.

상기 보정렌즈는 서로 대향되는 면 중 어느 한 면은 평면으로 형성될 수 있다.

상기 보정렌즈는 상기 영상모듈과 상기 뷰잉모듈 사이에서의 위치 조절 또는 회전 각도 조절이 가능하게 설치될 수 있다.

상기 뷰잉모듈은 상기 보정렌즈에서 제공되는 영상의 왜곡을 방지하도록 상기 보정렌즈에서 제공되는 영상의 광축 각도를 변경하여 반사하는 보정미러, 및 상기 보정렌즈에서 제공되는 영상을 투과시켜 상기 보정미러로 제공하고, 상기 보정미러에서 반사된 영상을 착용자의 시선에 투영하는 빔스플리터를 포함할 수 있다.

상기 빔스플리터는 하프미러 편광빔스플리터, 또는 삼각프리즘일 수 있다.

상기 보정미러는 반사되는 영상의 광축이 변경 가능하도록 회전 가능하게 설치될 수 있다.

상기 영상모듈은 영상을 재생하는 영상표시소자, 상기 영상표시소자에 휘도가 증가되도록 빛을 제공하는 램프, 및 상기 램프의 빛을 상기 영상표시소자로 반사하여 제공하고, 상기 영상표시소자의 영상을 투과하여 상기 보정렌즈로 제공하는 광스플리터를 포함할 수 있다.

상기 광스플리터는 편광판, 하프미러 편광빔스플리터, 또는 삼각프리즘일 수 있다.

상기 영상표시소자는 LCOS, LCD, OLED, DLP 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명에 따르면, 영상모듈과 뷰잉모듈의 사이에 광축을 변경시키고, 영상을 확대할 수 있는 보정렌즈가 설치되어 선명한 화질의 영상을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 영상의 광축을 변경할 수 있기 때문에 영상모듈과 뷰잉모듈을 자유롭게 배치하여 다양한 형태의 헤드 마운트 디스플레이를 제조할 수 있다.

또한, 뷰잉모듈에 보정미러가 설치되어 광축을 변경하여 착용자에게 영상을 투영하는 빔스플리터로 제공함으로써, 영상의 왜곡을 최소화하여 착용자에게 정확한 정보를 전달할 수 있다.

또한, 보정렌즈의 회전 각도 및 위치를 조절이 가능하고, 보정미러의 회전 각도 조절이 가능하여 착용자의 시력에 맞는 영상을 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 헤드 마운트 디스플레이에서 재생되는 영상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광학계를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광학계를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광학계를 구성하는 보정렌즈를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광학계를 구성하는 다른 일례인 보정렌즈를 사용한 헤드 마운트 디스플레이의 광학계를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광학계를 이용하여 착용자에게 재생되는 영상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광학계의 광경로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광학계를 구성하는 다른 일례인 보정렌즈를 사용한 헤드 마운트 디스플레이의 광학계의 광경로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이를 개략적으로 도시한 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광학계(100)는 영상모듈(200)을 포함한다.

이 영상모듈(200)은 헤드 마운트 디스플레이(500)를 착용한 착용자에게 필요한 또는 착용자가 요구하는 영상 예컨대, 동영상, 사진, 그림, 정보(문자,숫자,기호) 등을 재생할 수 있다.

한편, 영상모듈(200)은 영상표시소자(210)를 포함할 수 있다. 이 영상표시소자(210)는 실질적으로 영상으로 재생하는 구성으로 하나의 패널에 복수 개가 배열되어 영상을 재생할 수 있으며, 영상표시소자(210)는 LCOS, LED, OLED, DLP 중 어느 하나로 구현될 수 있다.

영상모듈(200)은 램프(230)를 포함할 수 있다. 이 램프(230)는 영상표시소자(210)에 빛을 부여하는 광원으로서, 램프(230)의 광량에 따라 영상의 휘도를 조절할 수 있다. 여기서, 램프(230)는 LED, CCFL 등일 수 있다.

그리고, 램프(230)는 편광판(240)을 포함할 수 있다. 이 편광판(240)은 램프(230)에서 발산하는 빛의 진동을 조절하여 특정한 방향으로 진동하는 빛을 만들어 영상표시소자(210)에서 요구되는 광원을 제공할 수 있다.

그리고, 영상모듈(200)은 광스플리터(250, Illumination Splitter)를 포함할 수 있다.

이 광스플리터(250)는 램프(230)의 빛을 영상표시소자(210)에 제공하고, 광원이 부가된 영상이 투과되어 하기에 설명될 뷰잉모듈(300)로 제공할 수 있다.

한편, 광스플리터(250)는 영상표시소자(210)와 램프(230)가 90도로 직각을 이루도록 설치되고, 그 사이에 45도 각도로 경사지도록 위치되어 램프(230)에서 발산되는 빛을 반사시켜 영상표시소자(210)로 제공하고, 영상표시소자(210)에 반사된 빛이 영상표시소자(210)에서 재생되는 영상과 함께 광스플리터(250)를 투과하여 뷰잉모듈(300)로 제공할 수 있다.

여기서, 광스플리터(250)는 편광판(polarizer), 하프미러 편광빔스플리터(polarizing beam splitter) 또는 삼각프리즘으로 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광학계(100)는 보정렌즈(400)를 포함할 수 있다.

이 보정렌즈(400)는 영상모듈(200)에서 제공되는 영상의 광축(MA)을 변경하여 뷰잉모듈(300)으로 제공하기 때문에 영상모듈(200)과 뷰잉모듈(300)이 일직선상에 위치되지 않아도 영상을 전달할 수 있어 다양한 형태의 헤드 마운트 디스플레이(500)을 제작할 수 있다.

또한, 보정렌즈(400)는 양의 굴곡능을 가져 영상모듈(200)에서 재생되는 영상을 뷰잉모듈(300)로 확대하여 제공할 수 있기 때문에 더욱 선명한 화질의 영상을 착용자에게 제공할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 보정렌즈(400)의 일례로는 보정렌즈(400)의 양측면이 서로 다른 중심(C1, C2)에서 서로 다른 곡률(D1, D2)로 형성되고, 서로 동일한 방향으로 굴곡지도록 형성됨으로써, 보정렌즈(400)로 입사된 영상의 광축(MA)이 미리 설정된 각도로 기울어져 출사되도록 구성될 수 있다.

이와 같이 상기한 일례의 보정렌즈(400)는 양측 곡면의 중심이 서로 달라 입사된 영상의 광축(MA)을 변경하여 출사할 수 있기 때문에, 종래와는 달리 헤드 마운트 디스플레이(500)를 더 다양한 형태로 제작할 수 있다.

또한, 보정렌즈(400)는 양의 굴절능을 가지기 때문에 영상모듈(200)에서 제공되는 영상을 확대하는 형태로 더욱 선명한 영상을 뷰잉모듈(300)로 제공할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 보정렌즈(410)의 다른 일례로는 복수 개의 렌즈가 겹쳐지는 복합렌즈로 구성될 수 있다.

복합렌즈는 영상모듈(200)에서 제공되는 영상의 왜곡이나 색수차를 감소시킬 수 있기 때문에 보정렌즈(400)를 다른 일례와 같이 복합렌즈로 구성할 경우, 더욱 선명한 영상을 뷰잉모듈(300)로 제공함과 동시에, 영상의 광축(MA)를 변경하여 다양한 형태의 헤드 마운트 디스플레이(500)을 제작할 수 있다.

다른 일례의 보정렌즈(400)는 전체적으로 양의 굴절능을 가지며, 영상모듈(200) 측에 위치되는 렌즈는 오목렌즈, 뷰잉모듈(300)측에 위치되는 렌즈는 볼록렌즈로 구성하여 오목렌즈와 볼록렌즈가 서로 결합된 색지움렌즈로 구성될 수 있다.

아울러, 보정렌즈(400)는 영상모듈(200)에서 뷰잉모듈(300)로 제공되는 영상을 정렬하거나, 왜곡됨을 조절하기 위해 착용자가 직접 영상모듈(200)과 뷰잉모듈(300)의 사이에서 거리를 조절하거나 보정렌즈(400)의 중앙을 기준으로 회전시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

여기서, 보정렌즈(400)을 영상모듈(200)과 뷰잉모듈(300)의 사이에서 보정렌즈(400)의 위치를 조절할 경우에는, 착용자에게 보여지는 영상을 확대 또는 축소할 수 있으며, 보정렌즈(400)을 회전할 경우에는, 뷰잉모듈로 전달되는 영상의 광축이 변경되어 착용자에게 영상이 투영되는 위치를 조절할 수 있다(도 3 참조).

본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광학계(100)는 뷰잉모듈(300)을 포함할 수 있다.

이 뷰잉모듈(300)은 헤드 마운트 디스플레이(500)를 착용한 착용자의 시선(EP) 앞에 영상모듈(200)에서 제공되는 영상을 투영할 수 있으며, 영상모듈(200)과 임의의 거리로 이격되어 배치될 수 있다.

한편, 뷰잉모듈(300)은 재생되는 영상과 외부의 경관을 합성하여 착용자에게 제공할 수 있으며, 착용자의 시선(EP) 앞에서 영상을 제공하기 때문에 실제 재생되는 작은 영상을 보다 큰 영상을 보는 것과 같은 시각적 효과를 제공할 수 있다.

그리고, 뷰잉모듈(300)은 보정미러(310)를 포함할 수 있다. 이 보정미러(310)는 영상모듈(200)에서 보정렌즈(400)를 통해 제공되는 영상을 착용자의 시선(EP)으로 투영하기 위한 빔스플리터(330)로 반사시킬 수 있다.

이때, 보정미러(310)는 보정렌즈(400)를 지난 영상의 광축(MA)에 대해 미리 설정된 각도로 기울어져 반사시키도록 보정미러(310)에서 영상이 반사되는 면이 미리 설정된 각도로 기울어진 곡면으로 형성될 수 있다.

이와 같이 보정미러(310)에 영상이 반사되는 면이 미리 설정된 각도로 기울어짐으로 인해, 보정미러(310)에 반사되는 영상의 왜곡을 최소화하여 착용자에게 제공할 수 있다.

여기서, 보정미러(310)는 반사하는 영상의 광축(MA) 각도를 변경할 수 있도록 중앙의 중심축을 중심으로 회전 가능하도록 설치될 수 있음은 물론이다(도 3 참조).

한편, 뷰잉모듈(300)은 빔스플리터(330)를 포함할 수 있다.

이 빔스플리터(330)는 보정렌즈(400)를 거친 영상을 투과하여 보정미러(310)에 제공하고, 보정미러(310) 반사된 영상을 착용자의 시선(EP)으로 다시 반사시켜 착용자의 시선(EP) 앞에서 영상을 투영할 수 있다.

이때, 빔스플리터(330)는 보정미러(310)에 반사된 영상이 착용자의 시선(EP)으로 반사되어 제공될 수 있도록 90도 각도로 직교되도록 위치되는 빔스플리터(330)와 착용자의 시선(EP)의 사이에 45도 각도로 기울어진 상태로 설치될 수 있다.

그리고, 빔스플리터(330)는 하프미러 편광빔스플리터(polarization beam splitter) 또는 삼각프리즘으로 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광학계(100)는 원형평광판(circular polarization plate, 350)을 포함할 수 있다.

이 원형평광판(350)은 빔스플리터(330)와 보정미러(310)의 사이에 위치되어 선형평광된 광이 이 원형평광판(350)을 통과하여 보정미러(310)에 반사되고, 다시 이 원형평광판(350)을 통과하여 나오는 형태로 편광의 방향을 90도 바꿔주는 역할을 할 수 있다.

이 원형평광판(350)은 뷰잉모듈(300)의 빔스플리터(330)가 편광빔스플리터일 경우 헤드마운트 디스플레이의 광학계의 광손실을 최소화할 수 있다.

이상에서 설명한 각 구성 간의 작용과 효과를 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광학계(100)는 영상모듈(200)에서 착용자에게 제공할 영상을 재생한다.

이때, 영상모듈(200)은 영상을 재생하는 영상표시소자(210)에 램프(230)에 빛을 광스플리터(250)를 통해 제공하고, 빛이 제공되어 휘도가 높아진 영상표시소자(210)의 영상은 다시 광스플리터(250)를 투과하여 보정렌즈(400)로 제공된다.

그리고, 보정렌즈(400)는 양의 굴절능을 가지기 때문에 영상을 선명해지도록 확대하고, 보정렌즈(400)의 종류에 따라 왜곡수차나 색수차를 보정하고, 영상의 광축(MA)을 변경하여 뷰잉모듈(300)로 제공한다.

한편, 뷰잉모듈(300)은 보정렌즈(400)에서 제공되는 영상을 빔스플리터(330)를 투과하여 보정미러(310)로 제공하고, 제공된 영상은 보정미러(310)에 반사되는 영상의 왜곡이 최소화되도록 영상의 광축(MA)을 변화시켜 빔스플리터(330)로 제공한다.

그리고, 빔스플리터(330)로 제공된 영상은 착용자의 시선(EP) 앞에서 영상을 투영함으로써, 외부환경과 영상이 합성되어 가상현실을 느끼거나 재생되는 화면보다 더 큰 화면을 바라보는 듯한 시각적인 효과를 느끼게 된다.

이와 같이 구성된 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광학계(100)는 영상모듈(200)에서 입사되는 영상의 광축(MA)을 보정렌즈(400)를 통해 변경하고, 보정미러(310)는 입사된 영상의 광축(MA)을 다시 변경하여 착용자에게 영상을 투영하는 빔스플리터(330)으로 제공함과 동시에, 오목한 곡면으로 형성된 보정미러(310)에 왜곡된 영상을 보정렌즈(400)를 통해 보상한다.

이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 대부분의 영상은 착용자에게 보이는 전체 영상을 4분할로 나누었을 때, 외측 상단의 부분에 주로 투영되는 데, 보정렌즈(400)와 보정미러(310)를 통해 영상을 보정함으로써, 특히, 이 부분의 영상의 왜곡됨을 최소화할 수 있다.

도 7은 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광경로를 표시한 도면으로, 영상이 지나는 각 구성의 면(S1 내지 S12)의 데이터 값을 표 1 및 표 2에 나타내었다(여기서, S0은 착용자에게 보여지는 허상이다.)

Table 1
Elements	Surface	Radius	Thickness	Glass
Image	S0	Infinity	-2000
	S1	Infinity	15
A1	S2	Infinity	10	PMMA
	S3(tilt)	Infinity	-2	Reflect
	4	Infinity	-2.188	PMMA
	S5(Tilt/Decenter)	93.164	2.188	Reflect
	S6	Infinity	12	PMMA
	S7	Infinity	1
A2	S8(Tilt/Decenter)	8.721	4	FC5
	S9	13.497	3.699
A3	S10(Tilt/Decenter)	Infinity	6	NBK7
	S11	Infinity	1.452
Object	S12	Infinity	0

Table2
Element	Surface	Tilt & Decenter
A1	S3	Tilt x	45
	S5	Tilt x	0.45
		Tilt y	1.52
		Decenter X	4.99
		Decenter Y	-2.33
A2	S8	Tilt x	-9.77
		Tilt y	-10.84
		Decenter X	3.98
		Decenter Y	7.74
A3	S10	Tilt x	9.4
		Tilt y	8.31
		Decenter X	-0.44
		Decenter Y	-0.75

도 7 및 표 1, 표 2에서 보는 바와 같이, 영상모듈(200)의 면(S11)에서 제공되는 영상이 보정렌즈(400)의 면(S8,S9)과 보정미러(310)의 반사면(S5)을 지나면서 광축이 변경되어 영상의 왜곡이 최소화된다.

도 8은 다른 일례의 보정렌즈(410)을 이용한 헤드 마운트 디스플레이의 광학계의 광경로를 측정한 도면으로, 영상이 지나는 각 구성의 각 면(S1 내지 S13)에서의 데이터 값을 표 3 및 표 4에 나타내었다(여기서, S0은 착용자에게 보여지는 허상이다).

Table 3
Elements	Surface	Radius	Thickness	Glass
Image	S0	Infinity	-2000
	S1	Infinity	15
A1	S2	Infinity	10	PMMA
	3(tilt)	Infinity	-2	Reflect
	S4	Infinity	-3.3	PMMA
	5(Tilt/Decenter)	81.977	3.3	Reflect
	S6	Infinity	12	PMMA
	S7	Infinity	1
A2	S8(Tilt/Decenter)	25.766	6	BACD16
A3	S9	-11.839	0.5	EFD4
	S10	-2.80E+01	1.02
A3	S11(Tilt/Decenter)	Infinity	6	NBK7
	S12	Infinity	1.42
Object	S13	Infinity	0

Table 4
Element	Surface	Tilt & Decenter
A1	S3	Tilt x	45
	S5	Tilt x	-2.5
		Tilt y	6.4
		Decenter X	8.2
		Decenter Y	-2
A2	S8	Tilt x	-9.5
		Tilt y	-1
		Decenter X	-0.8
		Decenter Y	0.3
A3	S11	Tilt x	6.4
		Tilt y	-2
		Decenter X	1.6
		Decenter Y	0.8

도 8 및 표 3, 표 4에서 보는 바와 같이, 영상모듈(200)의 면(S11)에서 제공되는 영상이 보정렌즈(400)의 면(S8,S9,S10)과 보정미러(310)의 반사면(S5)을 지나면서 광축이 변경되어 영상의 왜곡이 최소화된다.

한편, 헤드 마운트 디스플레이(100)는 착용자의 환경에 맞춰 영상모듈(200)과 뷰잉모듈(300)의 사이에서 보정렌즈(400)의 위치를 조절하거나, 보정렌즈(400)와 보정미러(310)를 회전시켜 영상의 광축을 변경함으로써, 빔스플리터(330)를 통해 착용자에게 투영되는 영상의 위치, 크기, 또는 화질을 조절할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 광학계(100)는 보정렌즈(400)와 보정미러(310)를 통해 선명하고 왜곡 없는 영상을 착용자에게 제공할 수 있다.

또한, 영상모듈(200)과 뷰잉모듈(300)의 사이에 영상의 광축(MA)을 변화시킬 수 있는 보정렌즈(400)가 설치되어 다양한 형상의 헤드 마운트 디스플레이(500)를 제조할 수 있다.

또한, 보정렌즈(400)가 회전 및 위치조절이 가능하고 보정미러(310) 또한 회전 가능하게 설치되기 때문에, 착용자의 착용 환경(예컨대, 시력)에 맞춰 영상의 크기, 화질, 또는 위치를 조절할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이(500)를 설명한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이(500)는 상기한 헤드 마운트 디스플레이의 광학계(100)의 구성요소에서 바디(510)를 더 포함할 수 있다.

이 바디(510)는 서로 이격된 영상모듈(200)과 뷰잉모듈(300)을 내부에 수용하는 형태로 서로 연결할 수 있으며, 뷰잉모듈(300)은 사용자의 시선(EP) 앞, 즉 눈앞에 위치되고, 영상모듈(200)은 그 반대방향에 위치될 수 있다.

한편, 영상모듈(200)과 뷰잉모듈(300)의 사이에 보정렌즈(400)가 설치되고, 보정렌즈(400)는 회전 각도 및 영상모듈(200)과 뷰잉모듈(300)의 사이에서 거리 조절이 가능하도록 설치될 수도 있으며, 뷰잉모듈(300)을 구성하는 보정미러(310)도 바디(510)에서 회전 가능하게 설치될 수도 있다.

그리고, 바디(510)는 영상모듈(200)이 위치되는 부분은 광투과성 재질로 형성되어 뷰잉모듈(300)을 통해 영상모듈(200)에서 재생되는 영상뿐만 아니라, 외부의 환경을 함께 볼 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이(500)는 거치대(530)를 포함할 수 있다.

이 거치대(530)는 영상모듈(200)이 위치된 바디(510)의 끝단에서 연장되며, 거치대(530)의 부분이 착용자의 신체 일부 예컨대, 귀에 걸쳐지는 형태로 헤드 마운트 디스플레이(500)를 착용자가 착용할 수 있다.

그리고, 거치대(530)는 보관이 용이하도록 바디(510)에서 회전하여 접어지도록 구성될 수도 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이(500)는 보정렌즈(400)와 보정미러(310)를 통해 선명하고 왜곡 없는 영상을 착용자에게 제공할 수 있다.

또한, 보정렌즈(400)가 회전 및 위치조절이 가능하고 보정미러(310) 또한 회전 가능하게 설치되기 때문에, 착용자의 착용 환경(예컨대, 시력)에 맞춰 영상의 위치, 크기 또는 화질 등을 조절할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

100: 헤드 마운트 디스플레이의 광학계 200: 영상모듈
210: 영상표시소자 230: 램프
240: 편광판 250: 광스플리터
300: 뷰잉모듈 310: 보정미러
330: 빔스플리터 350: 원형편광판
400,410: 보정렌즈 500: 헤드 마운트 디스플레이
510: 바디 530: 거치대
EP: 시선 MA: 영상의 광축

Claims

영상을 제공하는 영상모듈,
상기 영상모듈과 이격 배치되고 착용자의 시선 앞에 위치하여 상기 영상모듈에서 제공되는 영상과 동시에 외부환경을 보여주는 뷰잉모듈, 및
상기 영상모듈에서 상기 뷰잉모듈로 제공되는 영상의 광축선 상에 위치되어 상기 영상모듈에서 상기 뷰잉모듈로 제공하는 영상의 광축 각도를 변경하여 상기 뷰잉모듈로 제공하는 보정렌즈를 포함하고,
상기 보정렌즈는 상기 뷰잉모듈로 제공하는 영상을 확대하도록 양의 굴절능을 가지며 상기 영상의 광축 각도를 변경하도록 상기 보정렌즈의 서로 대향되는 면은 서로 다른 중심에서 서로 다른 곡률을 가지는 구면 또는 비구면으로 형성되고,
상기 뷰잉모듈은 상기 보정렌즈에서 제공되는 영상의 왜곡을 방지하도록 상기 보정렌즈에서 제공되는 영상의 광축 각도를 변경하여 반사하는 보정미러, 및 상기 보정렌즈에서 제공되는 영상을 투과시켜 상기 보정미러로 제공하고, 상기 보정미러에서 반사된 영상을 착용자의 시선에 투영하는 동시에 외부환경을 투과하여 보여주는 빔스플리터를 포함하며,
상기 보정미러는 영상을 보정하기 위해 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이의 광학계.
삭제
제1항에 있어서,
상기 보정렌즈는
상기 구면 또는 비구면이 서로 동일한 방향으로 구부러지게 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이의 광학계.
제1항에 있어서,
상기 보정렌즈는
복수 개의 렌즈가 겹쳐지는 복합렌즈로 구성되어 양의 굴절능을 가지며,
각 렌즈의 서로 대향되는 면은 서로 다른 중심에서 서로 다른 곡률을 가지는 구면 또는 비구면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이이의 광학계.
제1항에 있어서,
상기 보정렌즈는
서로 대향되는 면 중 어느 한 면은 평면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이의 광학계.
제1항에 있어서,
상기 보정렌즈는
상기 영상모듈과 상기 뷰잉모듈 사이에서의 위치 조절 또는 회전 각도 조절이 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이의 광학계.
삭제
제1항에 있어서,
상기 빔스플리터는
하프미러 편광빔스플리터, 또는 삼각프리즘인 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이의 광학계.
제1항에 있어서,
상기 보정미러는
반사되는 영상의 광축이 변경 가능하도록 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이의 광학계.
제1항에 있어서,
상기 영상모듈은
영상을 재생하는 영상표시소자,
상기 영상표시소자에 휘도가 증가되도록 빛을 제공하는 램프, 및
상기 램프의 빛을 상기 영상표시소자로 반사하여 제공하고, 상기 영상표시소자의 영상을 투과하여 상기 보정렌즈로 제공하는 광스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이의 광학계.
제10항에 있어서,
상기 광스플리터는
편광판, 하프미러 편광빔스플리터, 또는 삼각프리즘인 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이의 광학계.
제10항에 있어서,
상기 영상표시소자는
LCOS, LCD, OLED, DLP 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이의 광학계.