KR101635892B1 - 헤드마운트 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR101635892B1
KR101635892B1 KR1020150141831A KR20150141831A KR101635892B1 KR 101635892 B1 KR101635892 B1 KR 101635892B1 KR 1020150141831 A KR1020150141831 A KR 1020150141831A KR 20150141831 A KR20150141831 A KR 20150141831A KR 101635892 B1 KR101635892 B1 KR 101635892B1
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이민종
임상혁
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엘지전자 주식회사
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Abstract

전면은 차폐되고 배면은 개구부를 포함하는 하우징; 좌우로 배치된 한 쌍의 시각모듈(optic module); 및 상기 하우징을 사용자의 머리에 고정하는 헤드 고정부를 포함하며, 상기 시각모듈은, 상기 하우징 내부에 위치하는 디스플레이부; 일측은 상기 하우징 내부에 위치하고 타측은 상기 개구부를 통해 상기 하우징 외측으로 노출되는 배럴; 상기 배럴에 고정된 렌즈; 및 상기 배럴과 상기 디스플레이부 사이의 거리를 조정하는 초점조정부를 구비한 헤드 마운트 디스플레이 장치는 사용자의 시력에 맞춰 초점거리를 조정할 수 있고, 한 쌍의 렌즈 사이의 거리와 동공 사이 간격에 일치시키는 수평조정부; 및 상기 한 쌍의 시각모듈의 수평방향 이동을 가이드 하는 수평조정부를 구비하고, 상기 초점조정부와 상기 수평조정부는 다른 시각모듈의 초점조정부 및 수평조정부와 독립적으로 조작가능한 헤드 마운트 디스플레이는 좌안과 우안을 각각 조정할 수 있어 보다 편안하게 3D영상을 감상할 수 있다.

Description

헤드마운트 디스플레이 장치{Head Mount Display Device}
본 발명은 사용자에 따라 상이한 시력 및 동공 사이의 간격에 맞춰 조정가능한 헤드 마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다.
다양한 디스플레이 형태가 등장하면서 머리에 장착하여 영상을 감상하는 헤드마운트 타입의 디스플레이 장치가 등장하고 있다. 이러한 장치를 헤드 마운트 디스플레이(HMD: Head Mount Display)라고 칭하며, 헤드 마운트 디스플레이는 눈에 인접하게 위치하기 때문에 초점 조절이 필요하다.
특히, 최근에는 가상현실 헤드 마운트 디스플레이가 등장하면서 2D이미지가 아닌 3D입체영상을 제공하고, 사용자의 움직임에 따라 좌우 360° 파노라마 이미지 뿐만 아니라 상하 방향으로 고개를 돌리면 다양한 이미지를 제공할 수 있다.
가상현실 헤드 마운트 디스플레이는 주변의 빛을 완전히 차단하고, 좌안과 우안에 각각 다른 영상을 제공하여 3D입체 영상을 제공할 수 있다. 사용자가 2개의 이미지(좌안 이미지, 우안 이미지)가 하나의 입체 이미지로 인식하기 위해서는 초점 거리를 잘 맞춰야 한다.
정확한 초점거리를 맞추기 위해 모터 등의 장치가 헤드 마운트 디스플레이에 구비되면 착용감이 저하되기 때문에 보다 간단한 구조의 초점거리 조절 장치가 필요하다.
헤드 마운트 디스플레이 장치는 안경을 벗고 착용하기 때문에 시력이 나쁘면 정확한 영상을 볼 수 없고 렌즈를 착용했을 때와 렌즈를 착용하지 않았을 때 시력이 변화한다. 즉, 사용자의에 따라 다른 초점거리를 맞출 수 있어야 하고 더 나아가 동일사용자가 사용하는 경우라도 렌즈 착용여부에 따라 초점거리를 재설정해야하는 문제가 있다. 또한, 사용자에 따라 눈의 간격이 차이가 있어 사용자에 따라 3D영상이 선명하게 나타나지 않고 어지럼증을 유발시킬 수 있다.
본 발명은 초점거리조정부 및 한 쌍의 렌즈 사이의 거리와 동공 사이 간격에 일치시키는 수평조정부를 포함하는 헤드 마운트 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전면은 차폐되고 배면은 개구부를 포함하는 하우징; 좌우로 배치된 한 쌍의 시각모듈(optic module); 및 상기 하우징을 사용자의 머리에 고정하는 헤드 고정부를 포함하며, 상기 시각모듈은, 상기 하우징 내부에 위치하는 디스플레이부; 일측은 상기 하우징 내부에 위치하고 타측은 상기 개구부를 통해 상기 하우징 외측으로 노출되는 배럴; 상기 배럴에 고정된 렌즈; 상기 배럴과 상기 디스플레이부 사이의 거리를 조정하는 초점조정부 및 상기 한 쌍의 시각모듈의 수평방향 이동을 가이드 하는 수평조정부를 구비하고, 상기 초점조정부와 상기 수평조정부는 다른 시각모듈의 초점조정부 및 수평조정부와 독립적으로 조작가능한 헤드 마운트 디스플레이 장치를 제공한다.
상기 시각모듈은, 상기 디스플레이부의 배면에 결합하고 상기 배럴의 일측 둘레를 감싸는 배럴 수용부를 포함하는 디스플레이 프레임을 더 포함하고, 상기 초점조정부는 상기 배럴 수용부 내의 상기 배럴의 위치를 변경할 수 있다.
상기 초점조정부는, 상기 배럴의 일측 둘레에 형성된 나사산; 및 상기 배럴 수용부 내측에 상기 나사산에 상응하여 형성된 나사홈을 포함할 수 있다.
상기 배럴의 타측 둘레에 형성된 마찰홈을 더 포함할 수 있다.
상기 수평조정부는 상기 시각모듈에 형성되며 고정홀을 포함하는 체결부; 및 상기 고정홀을 관통하며 좌우방향으로 연장되며 상기 하우징에 양단이 고정된 슬라이드 샤프트을 포함하며, 상기 시각모듈을 사용자가 좌우방향으로 이동시 상기 체결부는 상기 슬라이드 샤프트을 따라 이동할 수 있다.
상기 체결부는 상기 시각모듈의 상부에 위치하는 제1 체결부와 상기 시각모듈의 상부에 위치하는 제2 체결부를 포함하고, 상기 제1 체결부에 형성된 제1 고정홀은 상기 슬라이드 샤프트의 단면 크기에 상응하며, 상기 제2 체결부에 형성된 제2 고정홀은 상기 슬라이드 샤프트의 단면 크기보다 상하방향으로 더 길게 형성할 수 있다.
상기 체결부는 상기 슬라이드 샤프트과 접촉마찰을 증대시키는 마찰부재를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징에 형성된 개구부는, 상기 배럴의 크기보다 좌우방향으로 더 길게 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 전면은 차폐되고 배면은 개구부를 포함하는 하우징; 좌우로 배치된 한 쌍의 시각모듈(optic module); 상기 한 쌍의 시각모듈 사이에 위치하며, 영상신호를 외부로부터 수신하여 상기 디스플레이부에 제공하는 메인기판; 및 상기 하우징을 사용자의 머리에 고정하는 헤드 고정부를 포함하며,
상기 시각모듈은, 상기 하우징 내부에 위치하는 디스플레이부; 상기 디스플레이부의 일단에 결합하고, 상기 메인기판으로 부터 신호를 수신하여 상기 디스플레이부의 픽셀별로 제어하는 디스플레이 구동부; 상기 메인기판과 상기 디스플레이부 사이를 연결하는 연결부; 일측은 상기 하우징 내부에 위치하고 타측은 상기 개구부를 통해 상기 하우징 외측으로 노출되는 배럴; 및 상기 배럴에 고정된 렌즈를 구비한 헤드 마운트 디스플레이 장치를 제공한다.
디스플레이 구동부상기 좌측 시각모듈의 디스플레이 구동부와 우측 시각모듈의 디스플레이 구동부는 좌우 대칭구조를 가질 수 있다.
상기 연결부는 상기 메인기판의 상하 방향의 중간에 위치할 수 있다.
상기 연결부는 플렉서블한 재질을 포함할 수 있다.
상기 하우징의 일측 또는 상기 헤드 고정부에 형성되어 외부장치와 연결하는 인터페이스부; 및 상기 인터페이스부와 상기 메인기판을 연결하는 플렉서블 기판을 더 포함할 수 있다.
외부 단말기와 무선통신 방식으로 영상데이터 및 음향 데이터를 전송받는 무선통신부를 더 포함할 수 있다.
상기 헤드 고정부는, 상기 하우징의 좌우 양측에 각각 결합하여 사용자의 귀에 거는 안경다리부를 더 포함할 수 있다.
상기 안경다리부의 내측에 위치하는 쿠션부를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징과 사용자의 얼굴 사이에 위치하며 외부 빛을 차단하는 후드부를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징의 배면 방향 중앙에 위치하는 근접센서를 더 포함하며 상기 제어부는 상기 근접센서에서 근접한 물체를 감지하면 상기 디스플레이부의 화면을 활성화할 수 있다.
상기 하우징의 방향의 변화를 감지하는 자이로 센서; 상기 하우징 외측으로 노출된 홀드 버튼; 및 상기 자이로 센서에서 감지한 방향에 따라 상기 디스플레이부에서 출력되는 영상이 변화하도록 상기 디스플레이부를 제어하고, 상기 홀드 버튼에서 홀드신호가 생성되면 상기 디스플레이부에서 출력되는 영상이 상기 하우징의 방향이 변화하더라도 변화하지 않도록 상기 디스플레이부를 제어하는 메인기판을 더 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 시각모듈 사이에서 돌출되어 사용자의 코에 안착되는 코패드를 더 포함하며, 상기 코패드는 사용자의 코의 측면과 상면을 감싸는 V자 형상으로 형성할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면 사용자의 시력에 맞춰 초점거리를 조정할 수 있고, 한 쌍의 렌즈 사이의 거리와 동공 사이 간격에 일치시키는 수평조정부를 포함하여 보다 편안하게 3D영상을 감상할 수 있다.
특히 본원 발명은 좌안의 시각모듈과 우안의 시각모듈을 각각 독립적으로 제어 가능하여 사용자별로 차이가 있는 좌안시력과 우안시력에 따라 조절할 수 있고, 눈과 코의 거리가 상이한 것을 미세하게 조정할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치의 블럭도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치를 다른 측면에서 바라본 사시도이다.
도 4는 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치의 착용 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치의 초점조절 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치의 초점조절 원리를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치의 시각모듈, 하우징 및 수평조정부를 도시한 분해 사시도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치의 수평조정부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치의 수평조정부를 측방향에서 바라본 도면이다.
도 12는 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치의 디스플레이부와 메인기판의 연결상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 블럭도를 도시한 도면이다. 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)는 디스플레이부(210), 음향출력부(165), 구동부(260), 사용자 입력부(123), 인터페이스부(160), 센싱부(140), 제어부(180) 및 무선통신부(185)를 포함한다.
디스플레이부(210)는 일면의 영상출력부에서 영상 정보를 출력하는 장치로서, 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 좌안과 우안에 각각 하나씩 구비된다. 디스플레이부(210)는 좌안 또는 우안에 제공하는 영상을 제공하며, 동일한 영상을 제공할 수도 있고, 촬영 각도가 상이한 2개의 영상을 좌안과 우안에 각각 제공하는 경우 3D 입체 영상을 제공할 수 있다.
디스플레이부(210)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
디스플레이부(210)는 영상 출력부와 사용자의 눈 사이에 위치하여 디스플레이부(210)에서 출력되는 영상의 초점거리를 조정하는 렌즈(250)를 더 포함할 수 있다.
구동부(260)은 디스플레이부(210)의 위치를 사용자의 좌안과 우안의 동공간격에 맞추어 조정하고, 사용자의 시력에 맞추어 디스플레이부(210)의 전면에 위치하는 렌즈(250)의 위치를 조정하는 역할을 한다. 구동부(260)는 좌안과 우안의 동공 간격을 맞추기 위한 수평조정부(223, 265, 267)와 좌안과 우안 각각의 시력에 따라 렌즈(250)와 디스플레이부(210) 사이의 간격을 조정하는 초점조정부(227, 247)를 포함한다.
음향출력부(165)는 골전도 스피커를 구비하여 사용자의 두개골로 직접 소리를 전달하거나 이어잭을 구비하여 이어폰을 통해 음향을 사용자에게 전달할 수 있다.
사용자 입력부(123)는 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 것으로, 사용자 입력부(123)를 통해 정보가 입력되면, 제어부(180)는 입력된 정보에 대응되도록 이동 단말기(100)의 동작을 제어할 수 있다.
이러한, 사용자 입력부(123)는 기계식 (mechanical) 입력수단(또는, 메커니컬 키, 예를 들어, 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 전·후면 또는 측면에 위치하는 버튼, 돔 스위치 (dome switch), 조그 휠, 조그 스위치 등) 및 터치식 입력수단을 포함할 수 있다. 본 실시예의 사용자 입력부(123)는 도 2에 도시된 바와 같이 돔 스위치를 포함하는 버튼형태(123a, 123b)를 이용하여 하우징(110)의 측면에 노출된 형태로 구비할 수 있다.
인터페이스부(160)는 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)를 외부기기와 연결시킬 수 있는 통로가 된다. 예를 들어, 인터페이스부(160)는 외부기기로 부터 영상신호를 제공받거나 전원을 공급받을 수 있다. 얼굴에 거치하는 장치이므로 헤드 마운트 디스플레이 장치(100) 자체에 배터리를 구비하면 무게가 증가하는 문제가 있는 바, 인터페이스부(160)를 통해 외부 전원을 공급받을 수 있다.
센싱부(140)는 사용자가 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)를 착용했는지 여부를 감지하는 근접센서(143, 도 3 참조)를 포함할 수 있다. 근접센서(143)에서 착용을 감지하면 디스플레이부(210)를 활성화 상태로 전환할 수 있다.
센싱부(140)는 그 외에 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor) 등을 구비할 수 있다.
무선통신부(185)는 외부 단말기와 무선통신을 수행하여 외부 단말기로 부터 영상정보를 수신할 수 있다. 외부 단말기와의 거리가 멀지 않은 상태에서 주로 이용하는 바, 근거리 통신 방식을 이용할 수 있다. 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다.
제어부(180)는 상기 디스플레이부(210), 무선통신부, 센싱부(140), 인터페이스부(160) 및 사용자 입력부(123)과 연결되어 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)를 제어한다. 제어부(180)는 무선 통신부 또는 인터페이스부(160)를 통해 전송받은 영상데이터를 기초로 디스플레이부(210)에서 영상을 출력하도록 제어한다. 또한 제어부(180)는 센싱부(140)에서 감지한 감지결과를 이용하여 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 디스플레이부(210)를 활성화 할 수 있다.
사용자 입력부(123)에서 입력된 사용자 명령 신호에 따라 디스플레이부(210)의 화면을 제어할 수 있다. 이 경우, 필요에 따라서는 상기 인터페이스부(160) 및 상기 무선통신부를 통해 외부 단말기를 제어할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)를 다른 측면에서 바라본 사시도이고, 도 4를 참조하면 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치의 분해 사시도로서, 하우징(110), 상기 하우징(110)을 사용자의 머리에 고정하기 위한 헤드 고정부(130), 사용자의 좌안 우안에 각각 영상을 제공하는 한 쌍의 시각모듈(200)을 포함한다.
하우징(110)은 사용자의 눈의 전면에 위치하며, 전면은 평면 또는 곡면 모두 가능하나 배면은 사용자의 얼굴형상에 휘어진 곡면을 포함할 수 있다. 하우징(110)은 고글과 유사한 형상을 가지게 된다. 하우징(110)의 전면은 막혀있고, 배면은 개구부(113)가 형성되며 상기 개구부(113)에 시각모듈(200)이 삽입된다.
하우징(110)은 각종부품이 실장되고 사용자의 눈 방향에 인접하게 배치되는 제1 케이스, 상기 제1 케이스와 결합하여 하우징(110)의 측면을 형성하는 제2 케이스, 및 하우징(110)의 전면에 위치하는 제3 케이스를 포함할 수 있다. 제2 케이스는 제1 케이스 또는 제3 케이스와 일체형으로 형성될 수 있으며, 본 실시예의 제2 케이스는 제1 케이스를 지지하는 격자형 프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
하우징(110)의 제1 케이스, 제2 케이스 및 제3 케이스는 합성수지를 사출하여 형성되거나 금속, 예를 들어 스테인레스 스틸(STS), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 등으로 형성될 수도 있다. 각 케이스는 동일 재질을 이용할 수도 이종 재질을 이용할 수 있다.
제1 케이스에는 한 쌍의 개구부(113)가 형성되며 상기 개구부(113)를 통해 한 쌍의 시각모듈(200)이 노출된다. 하우징(110)을 사용자의 눈의 위치와 맞추어 고정하기 위해 코받침을 더 포함할 수 있다. 일반적인 코받침(116)은 사용자의 코 양쪽을 각각 지지하나, 본 발명의 경우 코에 인가되는 무게를 분산시키기 위해 코의 측면과 상면을 감싸는 V자 형태의 코패드(115)를 더 포함할 수 있다. 코패드(115)는 탄성 부재를 이용하여 코에 부담감을 줄일 수 있다.
상기 하우징(110)을 사용자의 머리에 고정하기 위한 헤드 고정부는 탄성을 갖는 밴드 형태 또는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 안경다리부(130)로 이루어질 수 있다. 안경다리부(130)는 강성이 있는 부재로 이루어지기 때문에 힌지(135)를 구비하여 휴대성을 높일 수 있다.
안경다리부(130)의 하측에 사용자의 귀가 위치하여 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)가 하측 방향으로 흘러내리는 것을 방지한다. 하우징(110)의 무게가 있기 때문에 안경다리부(130)는 사용자의 머리에 단단히 고정되도록 머리 뒤쪽까지 감싸는 형태로 형성할 수 있다. 마찰력을 높이고 착용시 불편함을 줄이기 위해 머리와 맞닿는 내측부에 탄성이 있는 쿠션부(137)를 더 구비할 수 있다.
안경다리부(130)는 탄성이 큰 재질을 이용하여 헤드 마운트 디스플레이 장치(100) 착용시 손쉽게 벌릴 수 있다. 한 쌍의 안경다리부(130) 양측 단부를 체결하여 하우징(100) 밴드 형상으로 머리를 감싸는 형태로 구현할 수도 있다.
인터페이스부(160)는 외부 단말기와 연결하여 신호를 송수신하거나 전원을 공급하는 역할을 하며 안경다리부(130)의 끝 부분에 위치시킬 수 있다. 인터페이스부(160)가 하우징(110)에 위치하면 인터페이스부(160)에 연결되는 케이블이 얼굴에 닿아 불편함이 있기 때문에 그리고 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)가 앞으로 쏠리는 것을 방지하기 위해 안경다리 부분에 인터페이스부(160)를 구비할 수 있다.
시각모듈(200)은 도 4에 도시된 바와 같이 디스플레이부(210), 디스플레이 프레임(220), 배럴(240) 및 렌즈(250)를 포함한다. 디스플레이부(210)는 사용자의 일측 눈에 제공하는 영상을 출력한다. 본 발명의 시각모듈(200)은 2개가 독립적으로 구성되며, 좌측에 위치하는 시각모듈(200)은 좌안 영상을 공급하고 우측에 위치하는 시각모듈(200)은 우안 영상을 공급하여 복잡한 편광구조나 배리어 등을 이용하지 않고도 3D입체영상을 제공할 수 있다.
디스플레이 프레임(220)은 디스플레이부(210)와 결합하고 디스플레이의 배면에 위치하는 디스플레이 플레이트(230)를 더 구비하여 디스플레이부(210)의 지지력을 향상시킨다. 디스플레이부(210)는 디스플레이 프레임(220)과 디스플레이 플레이트(230) 사이에 개재하여 고정할 수 있다.
디스플레이 플레이트(230)는 디스플레이부(210)의 배면을 지지하기 때문에 편평한 형상이고, 디스플레이 프레임(220)은 디스플레이부(210)를 지지하면서 동시에 렌즈(250)를 고정해야하기 때문에 원통형의 배럴 수용부(225)를 갖는다.
배럴(240)은 원통형의 부재로 내측에 적어도 하나 이상의 렌즈(250)가 삽입되고 일측은 상기 디스플레이 프레임(220)의 배럴 수용부(225)에 삽입되며, 타측은 사용자의 눈을 향해 하우징(110)의 배면에 위치하는 개구부(113)를 통해 노출된다. 도 5는 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 초점조정 원리를 도시한 도면이다. 디스플레이부(210)와 사용자의 눈 사이의 거리가 짧기 때문에 렌즈(250)는 디스플레이부(210)에서 출력되는 영상의 위치를 초점거리에 위치하도록 조정하는 역할을 한다. 다만, 사용자에 따라 시력이 다르기 때문에 초점거리가 다르다. 근시인 경우 상이 망막 앞쪽에 맺히기 때문에 초점거리를 더 늘려줘야 상이 망막에 맺혀 뚜렷한 형상을 볼 수 있다.
렌즈(250)와 디스플레이부(210) 사이의 거리를 조정하면 초점거리를 변화시킬 수 있어 일반적인 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)는 디스플레이부(210)의 위치를 변경한다. 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)는 렌즈(250)의 위치를 조정하는 초점조정부(227, 247)를 이용하여 렌즈(250)와 디스플레이부(210) 사이의 거리를 조정한다.
도 6은 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 초점조정 방법을 도시한 도면이다. 초점조정부(227, 247)는 배럴(240)의 외측 둘레에 형성된 나사산(247)과 디스플레이 프레임(220)의 배럴 수용부(225)의 내측에 형성된 상기 나사산(247)에 상응하는 나사홈(227)을 포함한다. 즉, 배럴(240)을 회전하면 나사산(247)이 나사홈(227)을 따라 이동하며 배럴(240)이 디스플레이 프레임(220)에 대해 상대적으로 이동한다. 별도의 구동 부재를 구비하는 경우 부피가 커질 수 있으나 나사산(247)과 나사홈(227)은 기존의 구조에서 부피 증가가 거의 없으며 추가 부재가 불필요하기 때문에 간단히 구현이 가능하고 비용을 줄일 수 있다.
사용자가 배럴(240)을 잡고 돌리기 쉽도록 하우징(110)의 외측으로 노출된 배럴(240)의 타측에는 마찰력을 높이는 마찰홈(241)이 형성될 수 있다. 마찰홈(241)은 배럴(240)의 외측면에 복수개의 반구 형상의 돌기 형상으로 형성할 수도 있고, 배럴(240)의 둘레 방향의 마찰력만 증가시키면 되므로 도 7에 도시된 바와 같이 둘레방향에 직각방향으로 연장된 홈을 둘레를 따라 형성할 수 있다.
사용자의 좌안과 우안의 시력은 상이하기 때문에 양쪽눈의 렌즈(250)는 각각 다른 초점거리를 가지도록 조정할 수 있어 어떤 사용자가 사용하더라도 선명한 영상을 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 착용 상태를 도시한 도면이다. 눈과의 초점거리 뿐만 아니라 두 눈의 간격,즉 동공간격(IPD: Interpupillary Distance)에 따라 한 쌍의 시각모듈(200)의 간격을 조정해야한다. 3D영상은 2개의 다른 카메라가 촬영한 이미지를 좌안과 우안에 각각 공급하여 사용자가 영상을 입체적으로 인식하기 때문에 동공의 위치와 영상의 중심이 일치해야 정확한 3D영상을 제공할 수 있다.
따라서 사용자의 동공간격에 상응하여 한쌍의 시각모듈(200)의 거리를 조정하는 수평조정부를 구비할 필요가 있다. 또한, 사용자의 코로부터 좌안과 우안의 거리가 상이하기 때문에 좌측의 시각모듈(200)과 우측의 시각모듈(200)이 대칭적으로 움직이는 수평조정부보다 각각 독립적으로 움직이는 수평조정부가 정확한 동공위치에 시각모듈(200)을 배치할 수 있다. 본 발명의 시각모듈(200)은 렌즈(250)와 디스플레이부(210)가 좌안과 우안이 각각 나누어져 있어 독립적으로 움직일 수 있어 정확한 동공위치에 시각모듈(200)을 배치할 수 있다.
도 8은 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 시각모듈(200), 하우징(110) 및 수평조정부를 도시한 분해 사시도이다. 제1 케이스(110a)와 시각 모듈이 슬라이드 샤프트(265)를 통해 결합한다. 슬라이드 샤프트(265)는 가로방향으로 연장된 축으로 상기 슬라이드 샤프트(265)를 따라 시각모듈(200)이 좌우로 움직일 수 있다. 슬라이드 샤프트(265)의 양단은 제1 케이스(110a)에 고정(117)되며, 시각모듈(200)은 슬라이드 샤프트(265)가 관통하는 고정홀(224)이 형성된 체결부(223)를 포함한다.
하나의 슬라이드 샤프트(265)를 통과하는 체결부(223)가 나란히 2개가 배치되어 슬라이드 샤프트(265)를 따라 가로 방향으로 움직일때 디스플레이부(210)에 수평방향으로 틸팅하는 것을 방지할 수 있다. 체결부(223)는 상부 또는 하부에 하나만 구비할 수도 있으나, 보다 안정적인 고정을 위해 도 8에 도시된 바와 같이 상부의 제1 체결부(223a)와 하부의 제2 체결부(223b)를 각각 구비할 수 있다.
제1 체결부(223a)만 구비한 경우 슬라이드 샤프트(265)를 축으로 시각모듈이 흔들릴 수 있다(디스플레이부의 수직방향으로 틸팅될 수 있다). 그러나, 상부와 하부에 제1 체결부(223a)와 하부의 제2 체결부(223b)를 모두 구비하는 경우 시각모듈(200)이 디스플레이부(210)의 수직방향으로 틸팅되는 것을 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 수평조정부를 측방향에서 바라본 도면이다. 상측에 위치하는 체결부(223a)에 형성된 고정홀(224a)과 하측에 위치하는 체결부(223b)에 형서된 고정홀(224b)의 형상은 상이하다. 상측은 고정홀(224a)이 슬라이드 샤프트(265)의 단면의 크기에 상응하나, 하측의 고정홀(224b)은 슬라이드 샤프트(265)의 단면보다 상하방향으로 더 길다. 상하방향의 슬라이드 샤프트(265)의 위치에 공차가 발생하면 체결이 어렵기 때문에 공차를 고려하여 하측의 고정홀(224)의 크기를 상하방향으로 길게 형성할 수 있다. 즉 상측의 체결부(223a)는 상하방향으로 흔들림을 제어하고 하측의 체결부(223b)는 디스플레이부(210)의 수직방향의 틸팅을 제한한다.
도 10은 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)를 배면에서 바라본 도면으로 시각모듈(200)이 좌우 방향으로 이동 시 하우징(110)에 걸리지 않도록 개구부(113)는 배럴(240)의 크기보다 좌우 방향으로 더 크게 형성하여 시각모듈(200)이 이동을 위한 공간을 제공한다.
시각모듈(200)을 사용자의 동공위치에 맞춰 이동 후에는 해당 위치에 고정되도록 슬라이드 샤프트(265)와 디스플레이 프레임(220) 사이의 마찰력을 높일 수 있다. 도 11은 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 수평조정부의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 체결력을 높이기 위해 좌우 방향으로 배치된 한 쌍의 체결부(223) 사이에 마찰부재(267)를 개재하여 슬라이드 샤프트(265)와의 마찰력을 높인다.
마찰부재(267)는 폼(POM: Poly Oxy Methylene)을 이용할 수 있다. 폼은 인장강도가 크고, 내피로성이 뛰어나며 흡습성 내후성이 좋아 슬라이드 샤프트(265)와 마찰력을 높이면서 쉽게 마모되지 않아 내구성을 높일 수 있다. 마찰부재(267)는 소재 뿐만 아니라 슬라이드 샤프트(265)와 접촉하는 내측면에 요철을 형성하여 마찰력을 높일 수 있다.
상기 마찰부재(267)는 하측의 체결부(223)에는 생략하여 사용자가 적당한 힘으로 이동시킬 수 있다. 하부의 체결부(223)는 전술한 바와 같이 디스플레이부(210)에 수직한 방향의 틸팅을 방지하기 위함인 바, 하부의 체결부(223)에 마찰부재(267)를 구비하면 공차가 생기는 경우 체결이 어려운 문제가 발생한다.
도 12는 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 디스플레이부(210a, 210b)와 메인기판(185)의 연결상태를 도시한 도면이다. 본 발명의 시각 모듈은 별개의 디스플레이부(210a, 210b)를 사용하기 때문에 한 쌍의 디스플레이부(210a, 210b)의 싱크가 맞아야 한다. 좌안과 우안의 디스플레이부(210a, 210b)가 동일한 규격을 가지면 동시성(synchro)를 맞추기 용이하고 생산라인의 개수를 줄일 수 있다.
디스플레이부(210a, 210b)는 디스플레이부(210a, 210b)의 각 픽셀을 제어하는 디스플레이 구동부(215)를 포함한다. 디스플레이 구동부(215)는 메인기판(185)과 연결되어 메인기판(185)으로 부터 데이터 정보를 전송받고 그에 따라 각 픽셀의 색상 채도 명도 등을 조정한다. 메인기판(185)이 하우징(110)의 좌측 또는 우측에 치우치는 경우 한 쌍의 디스플레이부(210a, 210b)와 거리가 상이하게 되는 문제가 있다.
효율적인 배치를 위해 한 쌍의 디스플레이부(210a, 210b) 사이에 메인기판(185)을 배치한다. 사이라는 표현을 썼으나, 상기 한 쌍의 디스플레이부(210a, 210b)와 동일 평면을 이루는 것은 아니고, 도 12에 도시된 바와 같이 디스플레이부(210a, 210b)와 메인기판(185)은 일정부분 중첩될 수도 있어 디스플레이부(210a, 210b) 보다 조금더 하우징(110)의 전면 방향에 메인기판(185)을 배치할 수 있다.
가운데 배치하면, 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 하우징(110)이 편평한 부분이기 때문에 배치가 용이하고, 한 쌍의 디스플레이부(210a, 210b)와 거리가 동일하게 가까워 디스플레이 구동부(215)와 메인기판(185)을 연결하는 연결부의 길이를 짧게 할 수 있다. 연결부는 시각모듈(200)이 이동하더라도 파손되지 않도록, 절곡 위치가 가변적인 플렉서블 디스플레이를 사용할 수 있다.
본 발명의 디스플레이부(210a, 210b)는 가운데에 위치하는 메인기판(185)과 디스플레이 구동부의 거리를 짧게 하기 위해 좌안의 디스플레이부(210a)와 우안의 디스플레이부(210b)가 점대칭으로 배치된다. 즉, 좌안의 디스플레이부(210a)는 우안의 디스플레이부(210b)를 180° 회전하여 배치한다.
메인기판(185)의 위치가 하우징(110)의 가운데 부분에 위치하는 바, 안경다리부(130)에 위치하는 인터페이스부(160)와 연결하기 위해 안경다리부(130)로 연결되는 신호선(186)을 더 포함할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면 사용자의 시력에 맞춰 초점거리를 조정할 수 있고, 한 쌍의 렌즈(250) 사이의 거리와 동공 사이 간격에 일치시키는 수평조정부를 포함하여 보다 편안하게 3D영상을 감상할 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 헤드 마운트 디스플레이 장치 110: 하우징
113: 개구부 115: 코패드
123: 사용자 입력부 130: 안경다리부
135: 힌지 137: 쿠션부
143: 근접센서 160: 인터페이스부
185: 메인기판 186: 신호선
200: 시각모듈 210: 디스플레이부
215: 디스플레이 구동부 220: 디스플레이 프레임
223: 체결부 224: 고정홀
225: 배럴 수용부 227: 나사홈
230: 디스플레이 플레이트 240: 배럴
247: 나사산 250: 렌즈
265: 슬라이드 샤프트 267: 마찰부재

Claims (20)

  1. 전면은 차폐되고 배면은 개구부를 포함하는 하우징;
    좌우로 배치된 한 쌍의 시각모듈(optic module); 및
    상기 하우징을 사용자의 머리에 고정하는 헤드 고정부를 포함하며,
    상기 한 쌍의 시각모듈은,
    상기 하우징 내부에 위치하는 디스플레이부;
    일측은 상기 하우징 내부에 위치하고 타측은 상기 개구부를 통해 상기 하우징 외측으로 노출되는 배럴;
    상기 배럴에 고정된 렌즈;
    상기 디스플레이부의 배면에 결합하고 상기 배럴의 일측 둘레를 감싸는 배럴 수용부를 포함는 디스플레이 프레임;
    상기 배럴 수용부 내의 상기 배럴 위치를 변경하여 상기 디스플레이부 사이의 거리를 조정하는 초점조정부; 및
    상기 한 쌍의 시각모듈의 수평방향 이동을 가이드 하는 수평조정부를 구비하고,
    상기 초점조정부는,
    상기 배럴의 일측 둘레에 형성된 나사산; 및 상기 배럴 수용부 내측에 상기 나사산에 상응하여 형성된 나사홈을 포함하며,
    상기 노출된 배럴을 회전하여 상기 배럴 수용부의 위치를 변경하고, 상기 노출된 배럴을 좌우로 이동시 상기 시각모듈의 수평방향이 이동되며,
    상기 초점조정부와 상기 수평조정부는 다른 시각모듈의 초점조정부 및 수평조정부와 독립적으로 조작가능한 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배럴의 타측 둘레에 형성된 마찰홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수평조정부는
    상기 시각모듈에 형성되며 고정홀을 포함하는 체결부; 및
    상기 고정홀을 관통하며 좌우방향으로 연장되며 상기 하우징에 양단이 고정된 슬라이드 샤프트을 포함하며,
    상기 시각모듈을 사용자가 좌우방향으로 이동시 상기 체결부는 상기 슬라이드 샤프트을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 체결부는
    상기 시각모듈의 상부에 위치하는 제1 체결부와
    상기 시각모듈의 하부에 위치하는 제2 체결부를 포함하고,
    상기 제1 체결부에 형성된 제1 고정홀은 상기 슬라이드 샤프트의 단면 크기에 상응하고,
    상기 제2 체결부에 형성된 제2 고정홀은 상기 슬라이드 샤프트의 단면 크기보다 상하방향으로 더 긴 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 체결부는
    상기 슬라이드 샤프트과 접촉마찰을 증대시키는 마찰부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에 형성된 개구부는,
    상기 배럴의 크기보다 좌우방향으로 더 긴 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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