KR101852680B1 - 증강현실 또는 혼합현실의 구현이 가능한 머리 장착형 디스플레이 장치 및 방법 - Google Patents

증강현실 또는 혼합현실의 구현이 가능한 머리 장착형 디스플레이 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

증강현실 또는 혼합현실의 구현이 가능한 머리 장착형 디스플레이 장치 및 방법을 개시한다. 일 실시예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치는 실제 현실의 상(Image)을 수신하는 영상 수신부, 상기 영상 수신부를 통과한 영상을 반사하는 반사 거울부 및 상기 거울부로부터 반사된 영상을 전반사하고 가상 현실 영상을 출력하는 디스플레이부를 포함한다.

Description

증강현실 또는 혼합현실의 구현이 가능한 머리 장착형 디스플레이 장치 및 방법{THE HEAD MOUNTED DISPLAY APPARATUS AND METHOD FOR POSSIBLE IMPLEMENTATION OF AUGMENTED REALITY OR MIXED REALITY}
본 발명은 증강현실 또는 혼합현실의 구현이 가능한 머리 장착형 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근, 머리에 안경처럼 쓸 수 있는 장치로, 눈앞 지근 거리에 초점이 형성된 가상 스크린을 통하여 대형 화면을 보는 듯한 효과를 내는 머리 장착형 디스플레이(Head Mounted Display: HMD)장치가 보급화됨에 따라, 이를 이용하여 종래의 가상현실(Virtual Reality: VR)에 관련된 기술뿐만 아니라 현실에 적용되는 증강현실(Augmented Reality: AR) 또는 혼합현실(Mixed Reality: MR)에 관련된 기술이 소개되고 있다.
증강현실은 가상 환경 및 가상 현실을 말하며, 혼합현실로도 표현이 되는데 실제 환경에 가상 이미지 영상을 삽입하여 현실의 실제 이미지에 가상의 이미지 영상을 혼합한 것을 의미한다.
종래에는 증강현실 구현에 관한 기술로서, HMD에 도파관(WaveGuide)을 이용하여 HMD에서 출력되는 광을 통해 사용자가 증강현실을 경험해 볼 수 있었다.
그러나, 이는 고비용, 빛의 산란현상, 내구성, 나노 격자 제조의 어려움, 무게, 심한 색수차 및 FOV(Field Of View)제한 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제1999-0048194호(1999.07.05), "씨-스루 기능의 HMD" 대한민국 공개특허 제2008-0044040호(2008.05.20), "헤드 마운트 디스플레이용 광학계" PCT 공개특허 WO 2014/077513(2014.05.22), "수렴형 필터부를 구비한 HMD" 대한민국 공개특허 제2013-008977(2009.05.13), "투명 디스플레이를 이용한 증강 현실 구현 방법, 장치 및 시스템"
본 발명은 외부로부터의 실제 현실의 영상(Image)를 수신하고, 수신한 영상을 반사하며, 반사한 영상을 전반사하고, 전반사 된 영상과 투명 디스플레이를 통해 출력되는 가상 현실 영상을 중첩(superimposed)하여 FOV제한 문제를 해결한 혼합 영상을 사용자의 눈으로 출력하는 증강현실 또는 혼합현실의 구현이 가능한 머리 장착형 디스플레이 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 실제 현실의 영상을 차단 또는 입사 시키고, 입사된 영상은 보정용 렌즈를 통과하여 왜곡 또는 보정이 되며, 왜곡 또는 보정된 실제 현실의 영상을 전반사 거울을 통해 전반사하고, 전반사 된 영상을 전반사 거울의 앞면에 위치한 투명 디스플레이를 투과시키며, 투명 디스플레이에서 출력되는 가상 현실 영상과 투명 디스플레이를 투과한 실제 현실의 영상을 혼합하여 무게, 색수차 문제, 빛의 산란 문제 및 FOV제한 문제를 해결한 혼합 영상을 사용자의 눈으로 출력하는 증강현실 또는 혼합현실의 구현이 가능한 머리 장착형 디스플레이 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 증강현실 또는 혼합현실의 구현이 가능한 머리 장착형 디스플레이 장치는 외부로부터 실제 현실의 영상을 수신하는 영상 수신부; 상기 제1 영상 수신부를 통과한 영상을 반사하는 반사 거울부; 및 상기 반사 거울부로부터 반사된 영상을 전반사하고, 가상 현실 영상을 출력하는 디스플레이부를 포함한다.
상기 영상 수신부는 실제 현실의 영상을 차단 또는 입사 시키는 영상 수집부; 및 상기 실제 현실의 영상을 왜곡 또는 보정하는 제1 보정용 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 디스플레이부는 상기 반사 거울부로부터 반사된 영상을 전반사하는 전반사부; 및 상기 전반사부의 앞면에 위치하여, 전반사되는 실제 현실의 영상을 투과시키고, 실제 현실의 상과 디스플레이에서 출력하는 가상 현실 영상이 중첩된(superimposed) 혼합 영상을 사용자의 눈으로 출력하는 투명 디스플레이를 포함할 수 있다.
상기 디스플레이부는 상기 전반사된 영상 및 가상 현실 영상을 보정하는 제2 보정용 렌즈를 포함할 수 있다.
일실시 예에 따른 증강현실 또는 혼합현실의 구현이 가능한 머리 장착형 디스플레이 장치는, 외부로부터 실제의 외부로부터 실제 현실의 영상(Image)을 수신하는 영상 수신부; 상기 영상 수신부를 통과한 영상을 반사하는 반사 거울부; 상기 반사 거울부 전면에 위치하고, 가상 현실 영상을 출력하는 디스플레이부; 및 상기 반사 거울부에서 반사된 영상과 디스플레이부에서 출력되는 영상을 전반사하는 전반사부를 포함한다.
상기 영상 수신부는 실제 현실의 영상을 차단 또는 입사 시키는 영상 수집부; 및 상기 실제 현실의 영상을 왜곡 또는 보정하는 제1 보정용 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 전반사부는 상기 전반사된 영상 및 가상 현실 영상을 보정하는 제2 보정용 렌즈를 포함할 수 있다.
일실시 예에 따른 증강현실 또는 혼합현실의 구현이 가능한 머리 장착형 디스플레이 장치는, 좌안용 실제 현실 영상을 수신하는 좌안용 영상 수신부; 우안용 실제 현실 영상을 수신하는 우안용 영상 수신부; 좌안용 영상 수신부를 통과한 영상을 반사하는 제1 반사 거울부; 우안용 영상 수신부를 통과한 영상을 반사하는 제2 반사 거울부; 상기 제1 반사 거울부에서 반사된 영상을 전반사하고, 가상 현실 영상을 출력하는 제1 디스플레이부; 및 상기 제2 반사 거울부에서 반사된 영상을 전반사하고, 가상 현실 영상을 출력하는 제2 디스플레이부를 포함한다.
외부로부터 실제 현실의 영상(Image)을 수신하는 단계; 상기 제1 영상 수신부를 통과한 영상을 반사하는 단계; 및 상기 반사 거울부로부터 반사된 영상을 전반사하고, 가상 현실 영상을 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 머리 장착형 디스플레이 장치는 종래의 도파관을 이용한 기술에 비해, 오목렌즈와 볼록렌즈 및 투명 디스플레이를 이용함으로써 머리 장착형 디스플레이 장치의 무게를 줄여 사용자의 피로감과 불편함을 줄일 수 있다.
또한, 전반사 거울을 사용함으로써 빛의 산란 문제를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 반사 거울부 전면에 위치한 디스플레이를 설명하기 위한 머리 장착형 디스플레이 장치의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 후면 반사 거울을 포함하는 디스플레이부를 설명하기 위한 머리 장착형 디스플레이 장치의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 전반사부를 설명하기 위한 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 디스플레이 장치의 전반사부 전면에 위치하는 디스플레이 픽셀 패턴을 설명하기 위한 단면도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 양안형 스테레오 버전을 도시하기 위한 입체도를 도시한다.
도 8는 본 발명의 실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 증강현실 또는 가상현실 구현 절차를 도시한다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시 예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시 예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 블록도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 머리 장착형 디스플레이 장치(100)는 영상 수신부(110), 반사 거울부(120) 및 디스플레이부(130)를 포함한다.
영상 수신부(110)는 외부로부터 실제 현실의 영상을 수신한다.
영상 수신부(110)는 실제 현실의 영상을 차단 또는 입사 시키는 영상 수집부를 포함할 수 있다.
영상 수집부는 실제 현실의 영상을 차단 또는 입사 시키기 위한 장치로서 카메라 또는 다른 전자 장치를 사용할 수 있다.
영상 수신부(110)는 수신한 실제 현실의 영상을 왜곡 또는 보정하는 제1 보정용 렌즈를 포함할 수 있다.
제1 보정용 렌즈는 오목 렌즈 또는 볼록렌즈를 사용할 수 있다. 예를 들어, 수신한 실제 현실의 영상을 오목 렌즈를 사용하여 축소시킬 수 있고, 수신한 실제 현실의 영상을 볼록 렌즈를 사용하여 확대시킬 수 있다.
반사 거울부(120)는 영상 수신부(110)에서 수신되는 영상을 반사하는 반사 거울을 포함한다. 반사 거울은 수신되는 영상의 경로를 변경시킬 수 있도록 특정 각도를 기반으로 설치될 수 있다.
특정 각도를 기반으로 설치된 반사 거울은 영상의 전달 경로를 일직선으로 구성하지 않고 경로를 변경시킴으로써, 머리 장착형 디스플레이 장치가 가로로 길어져 무게 중심이 앞쪽으로 집중되거나 돌출된 형태를 나타내지 않게 하여, 사용자가 머리 장착형 디스플레이 장치를 착용할 때, 착용감에 따른 불편함을 줄여줄 수 있다.
반사 거울부(120)는 영상 수신부(110)에서 수신되는 영상을 반사 거울을 이용하여 디스플레이부(130)로 반사시킬 수 있다.
디스플레이부(130)는 반사 거울부(120)로부터 반사된 영상을 전반사하는 전반사부 및 투명 디스플레이를 포함할 수 있다.
전반사부는 반사 거울부(120)로부터 반사된 영상을 전반사하는 전반사 거울을 포함할 수 있다.
투명 디스플레이는 전반사부 앞면에 위치하여 전반사되는 왜곡 또는 보정된 실제 현실의 영상을 투과시키고, 전반사되는 왜곡 또는 보정된 실제 현실의 영상과 가상 현실 영상이 중첩된(superimposed) 혼합 영상을 사용자의 눈으로 출력할 수 있다.
투명 디스플레이는 곡면 형태로 제작이 가능하여 넓은 시야각(FOV: Field of view )를 확보할 수 있다.
디스플레이부(130)는 전반사 된 영상 및 가상 현실 영상을 보정하는 제2 보정용 렌즈를 포함할 수 있다.
제2 보정용 렌즈는 볼록 렌즈 또는 오목렌즈를 사용할 수 있다. 예를 들어, 영상 수신부(110)에서 오목 렌즈를 투과하여 축소되어 디스플레이부(130)로 반사된 영상은 전반사 거울을 통해 전반사 된다. 전반사 된 영상 및 가상 현실 영상이 중첩된(superimposed) 혼합 영상은 볼록 렌즈를 투과하여 확대될 수 있다. 또한, 영상 수신부(110)에서 볼록 렌즈를 투과하여 확대되어 디스플레이부(130)로 반사된 영상은 전반사 거울을 통해 전반사 된다. 전반사 된 영상 및 가상 현실 영상이 중첩된(superimposed) 혼합 영상은 오목 렌즈를 투과하여 축소될 수 있다.
제1 보정용 렌즈와 제2 보정용 렌즈는 색 분산이 서로 다른 재질의 오목렌즈 또는 볼록렌즈를 사용함으로써 색수차를 최소화 할 수 있다.
제1 보정용 렌즈와 제2 보정용 렌즈는 각각의 양쪽면에 무반사 코팅막이 형성되어 있을 경우, 렌즈 표면에서 부분 반사가 일어나는 것을 최소화 시키고 투과율을 높일 수 있다.
투명 디스플레이는 투명 소자로 구성되며, 투명 유리에 비친 배경을 볼 수 있는 것과 같이 사용자의 눈으로 투명 디스플레이의 뒷면에 위치한 배경을 그대로 출력할 수 있다. 투명 디스플레이는 투시형과 직시형으로 구분할 수 있고, 투시형으로 HUD(Head Up Display)와 HMD(Head Mounted Display, helmet Mounted display) 및 HWD(Head worn Display)를 포함하고, 직시형으로 투명 LCD(Liquid Crystal Display), 투명 OLED(Organic Light Diode)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 본 발명은 투시형 또는 직시형의 투명 디스플레이를 통해 가상 현실 영상을 출력할 수 있다. 반사 거울부(120)에서 수신하는 왜곡 또는 보정된 실제 현실의 영상은 투명 디스플레이 뒷면에 위치한 전반사 거울에서 전반사 되어 투명 디스플레이를 투과하면서 투명 디스플레이에서 출력하는 가상 현실 영상과 중첩 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 단면도를 도시한다.
도 2를 참조하면, 머리 장착형 디스플레이 장치(100)는 영상 수신부(110), 반사 거울부(120) 및 디스플레이부(130)를 포함한다.
영상 수신부(110)는 실제 현실의 영상을 차단 또는 입사시키는 영상 수집부(111)와 실제 현실의 영상을 왜곡 또는 보정하는 제1 보정용 렌즈(112)를 포함한다.
영상 수집부(111)는 실제 현실의 영상을 차단 또는 입사 시키는 개폐 장치 또는 전자 장치일 수 있다.
또한, 영상 수집부(111)는 영상을 수집하기 위한 장치로서 카메라 또는 다른 전자 장치를 포함할 수 있다.
제1 보정용 렌즈(112)는 오목렌즈 또는 볼록렌즈를 사용할 수 있다. 예를 들어 수신한 실제 현실의 영상은 오목 렌즈를 사용하여 축소되거나 볼록 렌즈를 사용하여 확대될 수 있다.
디스플레이부(130)는 반사 거울부(120)로부터 반사된 영상을 전반사하는 전반사부(131)와 전반사부 앞면에 위치하여, 전반사거울에서 전반사되는 실제 현실의 영상을 투과시키고 가상 현실 영상을 출력하는 투명 디스플레이(132)를 포함한다.
투명 디스플레이(132)는 투명소자로 구성되며, 뒷면의 전반사부(131)에서 반사되는 실제 현실의 영상을 그대로 투과시키고, 투명소자가 출력하는 가상 현실 영상을 사용자의 눈으로 출력할 수 있다. 따라서, 투과되는 실제 현실의 영상(예: 실선으로 나타낸 영상)과 투명소자가 출력하는 가상 현실 영상(예: 점선으로 나타낸 영상)은 중첩되어 사용자의 눈으로 출력될 수 있다.
또한, 투명 디스플레이(132)는 플렉시블(Flexible)한 디스플레이를 사용하여 넓은 시야각(FOV)을 제공할 수 있다.
디스플레이부(130)는 전반사 된 영상 및 가상현실영상을 중첩한 혼합 영상을 보정하는 제2 보정용 렌즈(133)를 포함할 수 있다.
제2 보정용 렌즈(133)는 볼록렌즈 또는 오목렌즈를 사용할 수 있다. 예를 들어, 제1 보정용 렌즈(112)를 통해 왜곡된 실제 현실의 영상이 볼록렌즈를 투과하여 확대 된 상태이면 제2 보정용 렌즈(133)는 오목렌즈를 사용하여 왜곡된 실제 현실의 영상을 축소시킬 수 있다. 제1 보정용 렌즈(112)를 통해 왜곡된 실제 현실의 영상이 오목렌즈를 투과하여 축소 된 상태이면 제2 보정용 렌즈(133)는 볼록렌즈를 사용하여 왜곡된 실제 현실의 영상을 확대시킬 수 있다.
제1 보정용 렌즈(112) 및 제2 보정용 렌즈(133)는 볼록렌즈 및 오목렌즈의 구성 또는 오목렌즈 및 볼록렌즈의 구성에 순차적으로 대응하는 구성을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 반사 거울부 전면에 위치한 디스플레이를 설명하기 위한 머리 장착형 디스플레이 장치의 단면도를 도시한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예로써 머리 장착형 디스플레이 장치(100)는 영상 수신부(110), 반사 거울부(120), 디스플레이부(132) 및 전반사부(131)를 포함한다.
영상 수신부(110)는 실제 현실의 영상을 차단 또는 입사시키는 영상 수집부(111)와 실제 현실의 영상을 왜곡 또는 보정하는 제1 보정용 렌즈(112)를 포함한다.
또한, 영상 수집부(111)는 영상을 수집하기 위한 장치로서 카메라 또는 다른 전자 장치를 포함할 수 있다.
제1 보정용 렌즈(112)는 오목렌즈 또는 볼록렌즈를 사용할 수 있다. 예를 들어 수신한 실제 현실의 영상은 제1 보정용 렌즈(112)로 오목 렌즈를 사용하여 축소되거나, 볼록 렌즈를 사용하여 확대될 수 있다.
반사 거울부(120)는 영상 수신부(110)에서 수신되는 영상을 반사하는 거울을 포함한다. 반사 거울은 수신되는 영상의 경로를 변경시킬 수 있도록 특정 각도를 기반으로 설치될 수 있다.
특정 각도를 기반으로 설치된 반사 거울은 영상의 전달 경로를 일직선으로 구성하지 않고 경로를 변경시킴으로써, 머리 장착형 디스플레이 장치가 가로로 길어져 무게 중심이 앞쪽으로 집중되거나 돌출된 형태를 나타내지 않게 하여, 사용자가 머리 장착형 디스플레이 장치를 착용할 때, 착용감에 따른 불편함을 줄여줄 수 있다.
반사 거울부(120)는 영상 수신부(110)에서 수신되는 영상을 반사 거울을 이용하여 전반사부(131)로 반사시킬 수 있다.
디스플레이부(132)는 투명 디스플레이를 포함할 수 있다.
상기 투명 디스플레이는 투명 소자로 구성되며, 투명 유리에 비친 배경을 볼 수 있는 것과 같이 사용자의 눈으로 투명 디스플레이의 뒷면에 위치한 배경을 그대로 출력할 수 있다. 투명 디스플레이는 투시형 또는 직시형으로 구분할 수 있고, 투시형으로 HUD(Head Up Display)와 HMD(Head Mounted Display, helmet Mounted display) 및 HWD(Head worn Display)를 포함하고, 직시형으로 투명 LCD(Liquid Crystal Display), 투명 OLED(Organic Light Diode)를 포함할 수 있다.
일실시 예에 따라, 디스플레이부(132)는 반사 거울부(120)의 전면에 위치하며, 반사 거울부(120)에서 반사되는 실제 현실의 영상(예: 실선으로 나타낸 영상)을 투과시키고, 가상 현실의 영상(예: 점선으로 나타낸 영상)을 출력하는 투명 디스플레이를 포함할 수 있다.
반사 거울부(120)에서 반사되는 실제 현실의 영상과 디스플레이부(132)의 투명 디스플레이에서 출력하는 가상 현실의 영상은 중첩되어 전반사부(131)로 전달될 수 있다.
전반사부(131)는 전반사 거울을 포함할 수 있다.
일실시 예에 따라, 전반사부(131)는 반사 거울부(120)에서 반사되는 실제 현실의 영상과 출력부(132)의 투명 디스플레이에서 출력하는 가상 현실의 영상이 중첩된 영상을 전반사하여 제2 보정용 렌즈(133)로 전달할 수 있다.
일실시 예에 따라, 제2 보정용 렌즈(133)는 볼록렌즈 또는 오목렌즈를 사용할 수 있다. 예를 들어, 제1 보정용 렌즈(112)를 통해 왜곡된 실제 현실의 영상이 볼록렌즈를 투과하여 확대 된 상태이면 제2 보정용 렌즈(133)는 오목렌즈를 사용하여 왜곡된 실제 현실의 영상을 축소시킬 수 있다. 제1 보정용 렌즈(112)를 통해 왜곡된 실제 현실의 영상이 오목렌즈를 투과하여 축소 된 상태이면 제2 보정용 렌즈(133)는 볼록렌즈를 사용하여 왜곡된 실제 현실의 영상을 확대시킬 수 있다.
또한, 제1 보정용 렌즈(112) 및 제2 보정용 렌즈(133)는 볼록렌즈 및 오목렌즈의 구성 또는 오목렌즈 및 오목렌즈 및 볼록렌즈의 구성에 순차적으로 대응하는 구성을 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 제2 보정용 렌즈(133)를 투과하여 왜곡 또는 보정된 영상은 머리 장착형 디스플레이 장치를 착용한 사용자의 눈으로 전달될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 후면 반사 거울을 포함하는 디스플레이부를 설명하기 위한 머리 장착형 디스플레이 장치의 단면도를 도시한다.
도 4를 참조하면, 머리 장착형 디스플레이 장치의 디스플레이부(130)는 투명 디스플레이(132), 반사부(450)를 포함한다.
실시 예에 따라, 반사부(450)는 후면 반사 거울을 포함할 수 있고, 상기 후면 반사 거울은 유리층(440) 및 반사면(410)을 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 디스플레이부(130)는 투명 디스플레이 픽셀 패턴(420)을 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, P(430)는 투명 디스플레이(132)의 투명 디스플레이 픽셀 패턴(420)에서 직접 출력되는 영상(480)과 후면 반사 거울의 반사면(410)에서 반사되어 유리층(440)과 투명 디스플레이(132)를 투과하여 출력되는 영상(490) 간 거리 차이를 의미한다.
반사부(450)의 거울로는 후면 반사 거울이 사용될 수 있다. 예를 들어, 반사 거울부(120)에서 반사된 실제 현실의 영상이 유리층(440)이 존재하는 후면 반사 거울의 반사면(410)에서 반사될 경우, 유리층(440)의 두께와 투명 디스플레이(132)의 두께로 인하여, 투명 디스플레이(132)에서 출력되어 직접 사용자의 눈으로 입력되는 영상(480)과 후면 반사 거울의 반사면(410)에서 반사되어 사용자의 눈으로 입력되는 영상(490)이 존재하게 되어 영상이 2개로 보이게 될 수 있다. P(430)의 거리가 멀어질수록 즉, 값이 커질수록 실제 현실의 영상은 투명 디스플레이(132)의 가장자리에서 2개의 상으로 보이게 될 수 있다.
일실시 예에 따라, 사용자가 볼 수 있는 투명 디스플레이(132)의 FOV(Field of View)의 각도를
Figure 112016074754581-pat00001
, 유리층(440)의 두께와 투명 디스플레이(132) 두께의 합을
Figure 112016074754581-pat00002
라고 하면, 두 영상 가장 자리의 최대 거리(
Figure 112016074754581-pat00003
)는 수식 1을 통해 근사적으로 계산할 수 있다.
[수식 1]
Figure 112016074754581-pat00004
수식 1에서 두 영상 가장 자리의 최대 거리(
Figure 112016074754581-pat00005
)가 커지면, 사용자는 영상의 가장자리가 초점이 맞지 않는 현상으로 보이게 되므로, 두 영상 가장 자리의 최대 거리(
Figure 112016074754581-pat00006
)를 사용자가 불편하지 않는 범위로 제한해야 한다.
또한, 두 영상 가장 자리의 최대 거리(
Figure 112016074754581-pat00007
)를 제한하기 위해서는
Figure 112016074754581-pat00008
값을 줄여야 하는데,
Figure 112016074754581-pat00009
의 값을 줄이기 위해서는 반사거울을 후면 반사 거울이 아닌 전면 반사 거울을 사용하고, 투명 디스플레이(132)의 두께를 가능한 얇은 것을 사용해야 한다. 투명 디스플레이(132)에서 픽셀 패턴을 반사면(410)에 배치하면 투명 디스플레이(132)의 두께가 거의 0에 가까운 효과를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 전반사부를 설명하기 위한 단면도를 도시한다.
도 5를 참조하면, 머리 장착형 디스플레이 장치의 디스플레이부(130)는 투명 디스플레이(132), 전반사부(131)를 포함한다. 머리 장착형 디스플레이 장치의 투명 디스플레이(132)는 투명 디스플레이 픽셀 패턴(420), L(510), d(520)를 포함한다.
실시 예에 따라, 머리 장착형 디스플레이 장치의 전반사부(131)는 전반사 거울을 포함한다.
실시 예에 따른 전반사부(131)는 전반사 거울의 전면에 위치하는 반사면(530)을 포함한다.
실시 예에 따른 전반사 거울은 유리 층이 없으므로, 투명 디스플레이(132)의 두께만이 실제 현실의 영상을 2개로 보이게 하는 원인이 될 수 있다.
[수식 2]
Figure 112016074754581-pat00010
상기 수식 2에서 L은 투명 디스플레이(132)의 투명 디스플레이 픽셀(420)에서 출력되는 영상(480)과 전반사 거울의 반사면(530)에서 반사되어 투명 디스플레이(132)를 투과하여 출력되는 영상(490) 간 거리 차이, d(520)는 투명 디스플레이(132)의 두께,
Figure 112016074754581-pat00011
는 눈을 중심으로 수평한 직선을 그어 상기 직선과 사용자의 눈으로 출력되는 영상과의 각도를 의미한다. 또한,
Figure 112016074754581-pat00012
는 사용자의 눈과 투명 디스플레이 픽셀 패턴(420)사이에 형성되는 시야각도로써, 최대값은 투명 디스플레이(132)의 FOV(Field of View)가 될 수 있다.
상기 수식 2에서는 사용자의 눈에서 디스플레이(132)까지의 거리가 디스플레이의 두께 d(520)에 비하여 매우 크다는 가정을 하였다.
실시 예에 따라, 수식 2에서 계산된 L(410)만큼 상이 분리될 수 있다. 예를 들어,
Figure 112016074754581-pat00013
=45도, d=300
Figure 112016074754581-pat00014
m 이라고 가정하면 최대 두 영상의 거리는 L=300
Figure 112016074754581-pat00015
m 정도이므로 사용자는 눈에 직접 입사되는 영상(480)과 거울에 반사되어 입사되는 영상(490)의 가장 자리를 구분하기 어렵거나 불편하게 느끼지 않을 수 있다. 한편, d를 300
Figure 112016074754581-pat00016
m으로 가정하는 이유는 현재 투명 디스플레이(132)에 포함되는 OLED의 두께가 300
Figure 112016074754581-pat00017
m정도이기 때문이며, 디스플레이 관련 기술의 발전에 따라 d는 더 얇아질 수 있다.
또한, 도 4과 비교하여, 유리층이 존재하는 후면 반사 거울을 쓸 경우 투명 디스플레이의 두께와 유리층의 두께를 더한 값을 상기 수식 1의 d에 대입하여야 하는데, 후면 반사 거울의 두께는 1mm 이상의 값을 가지므로 계산되는 상기 수식의 L의 값은 사람이 육안으로 식별이 가능하다. 따라서, 사용자의 눈에 출력되는 영상은 굴절 현상 및 산란 현상을 통해 2개의 실제 현실의 영상이 보일 수 있다.
또한, 도 6과 비교하여, 만일 FOV가 커지는 경우 두 영상의 차이가 커지게 되므로, 도 6과 같이 투명 디스플레이 픽셀 패턴(420)을 전반사 거울의 반사면(530)에 가까이 배치할수록, 사용자의 눈에 직접 입력되는 직접 입력 영상(480)과 거울에 반사되어 입사되는 영상(490)의 거리를 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 디스플레이 장치의 전반사부 전면에 위치하는 디스플레이 픽셀 패턴을 설명하기 위한 단면도를 도시한다.
도 6을 참조하면, 머리 장착형 디스플레이 장치는 전반사부(131)와 투명 디스플레이(132)를 포함하고, 투명디스플레이(132)는 투명 디스플레이 픽셀 패턴(420)을 포함하며, 전반사부(131)는 전반사 거울을 포함하고, 상기 전반사 거울은 전면에 위치하는 반사면(530)을 포함한다.
일실시 예에 따라, 전반사 거울의 전면에 투명 디스플레이 픽셀 패턴(420)을 배치할 수 있다.
예를 들어, 반사 거울부에서 전달되는 실제 현실의 영상(490)이 전반사 거울의 전면에 위치하는 반사면(530)에서 전반사되고, 투명 디스플레이 픽셀 패턴(420)이 투명 디스플레이(132)의 후면 즉, 전반사 거울의 전면에 위치하여 머리 장착형 디스플레이 장치를 착용한 사용자의 눈에 직접 입사하는 가상 현실 영상(610)을 출력하는 영상과 전반사 거울의 반사면(530)에서 전반사 된 실제 현실의 영상(490)의 거리 차이를 없앰으로써 머리 장착형 디스플레이 장치를 착용한 사용자의 눈에 입사되는 영상의 차이를 없앨 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 양안형 스테레오 버전을 도시하기 위한 입체도를 도시한다.
도 7을 참조하면, 양안형 스테레오 버전의 머리 장착형 디스플레이 장치는 좌안용 실제 현실 영상을 수신하는 좌안용 영상 수신부(710), 우안용 실제 현실 영상을 수신하는 우안용 영상 수신부(740), 좌안용 영상 수신부를 통과한 영상을 반사하는 제1 반사 거울부(720), 우안용 영상 수신부를 통과한 영상을 반사하는 제2 반사 거울부(750), 상기 제1 반사 거울부에서 반사된 영상을 전반사하고, 가상 현실 영상을 출력하는 제1 디스플레이부(730) 및 상기 제2 반사 거울부에서 반사된 영상을 전반사하고, 가상 현실 영상을 출력하는 제2 디스플레이부(760)를 포함할 수 있다.
좌안용 영상 수신부(710) 및 우안용 영상 수신부(740)는 각각 좌안과 우안에 출력될 실제 현실의 영상을 차단 또는 입사 시키는 영상 수집부 및 실제 현실의 영상을 왜곡 또는 보정하는 제1 보정용 렌즈를 포함할 수 있다.
양안형 스테레오 버전의 머리 장착형 디스플레이 장치는 좌안용 영상 수신부를 통과한 영상을 반사하는 제1 반사 거울부(720) 및 우안용 영상 수신부를 통과한 영상을 반사하는 제2 반사 거울부(750)를 포함할 수 있다.
머리 장착형 디스플레이 장치는 제1 반사 거울부(720)에서 반사된 영상을 전반사하고, 가상 현실 영상을 출력하는 제1 디스플레이부(730) 및 제2 반사 거울부(750)에서 반사된 영상을 전반사하고, 가상 현실 영상을 출력하는 제2 디스플레이부(760)를 포함할 수 있다.
양안형 스테레오 버전의 머리 장착형 디스플레이 장치는 단안형 모노 비전 방식에 적용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 머리 장착형 디스플레이 장치의 증강현실 또는 가상현실 구현 절차를 도시한다.
도 8을 참조하면, S810단계에서 머리 장착형 디스플레이 장치는 외부로부터 실제 현실의 영상을 수신한다. 예를 들어, S810단계는 외부로부터 실제 현실의 영상을 차단 또는 입사시키는 영상 수집부를 통하여 실제 현실의 영상을 선택적으로 수집하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, S810단계는 영상 수집부를 통하여 실제 현실의 영상을 제1 보정용 렌즈를 통해 왜곡 또는 보정하는 과정을 포함할 수 있다.
S820단계에서 영상 수신부를 통과한 영상을 반사할 수 있다.
또한, S820단계는 수신되는 영상의 경로를 변경시킬 수 있도록 특정 각도를 기반으로 설치된 반사 거울을 통해 수신된 영상을 디스플레이부로 반사하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, S820단계는 특정 각도를 기반으로 설치된 반사 거울을 통해 영상의 전달 경로를 일직선으로 구성하지 않고 경로를 변경시켜 영상을 전달하는 과정을 포함할 수 있다.
S830단계에서 반사 거울부로부터 반사된 영상을 전반사하고, 가상 현실 영상을 출력한다.
S830단계는 반사 거울부에서 반사된 영상을 전반사 거울의 반사면을 통해 전반사 시키는 과정을 포함할 수 있다.
또한, S830단계는 전반사 된 영상이 전반사 거울 앞면에 위치한 투명 디스플레이를 투과하여 사용자의 눈으로 출력되는 과정을 포함할 수 있다.
또한, S830단계는 전반사 거울에서 전반사 된 영상과 투명 디스플레이에서 출력되는 가상 현실 영상이 중첩된 혼합 영상이 사용자의 눈으로 출력되는 과정을 포함할 수 있다.
또한, S830단계는 전반사 된 영상과 가상 현실 영상이 중첩된 혼합 영상을 보정하는 과정을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시 예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 외부로부터 실제 현실의 영상(Image)을 수신하는 영상 수신부;
    상기 영상 수신부를 통과한 영상을 반사하는 반사 거울부; 및
    상기 반사 거울부로부터 반사된 영상을 전반사하고, 가상 현실 영상을 출력하는 디스플레이부를 포함하고,
    상기 디스플레이부는
    상기 반사 거울부로부터 반사된 영상을 전면에 위치한 반사면을 이용하여 전반사하는 전면 반사 거울 및
    상기 전면 반사 거울의 반사면에 접촉되도록 배치되는 픽셀 패턴을 포함하는 투명 디스플레이
    를 포함하는 머리 장착형 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상 수신부는
    실제 현실의 영상을 차단 또는 입사 시키는 영상 수집부; 및
    상기 실제 현실의 영상을 왜곡 또는 보정하는 제1 보정용 렌즈
    를 포함하는 머리 장착형 디스플레이 장치.
  3. 외부로부터 실제 현실의 영상(Image)을 수신하는 영상 수신부;
    상기 영상 수신부를 통과한 영상을 반사하는 반사 거울부; 및
    상기 반사 거울부로부터 반사된 영상을 전반사하고, 가상 현실 영상을 출력하는 디스플레이부를 포함하고,
    상기 디스플레이부는
    상기 반사 거울부로부터 반사된 영상을 전반사하는 전반사부; 및
    상기 전반사부의 앞면에 위치하여, 전반사되는 실제 현실의 영상을 투과시키고, 상기 투과된 실제 현실의 영상과 디스플레이에서 출력하는 가상 현실 영상이 중첩된(superimposed) 혼합 영상을 사용자의 눈으로 출력하는 투명 디스플레이
    를 포함하는 머리 장착형 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 디스플레이부는
    상기 전반사된 영상 및 가상 현실 영상을 보정하는 제2 보정용 렌즈
    를 포함하는 머리 장착형 디스플레이 장치.
  5. 외부로부터 실제 현실의 영상을 수신하는 영상 수신부;
    상기 영상 수신부를 통과한 영상을 반사하는 반사 거울부;
    상기 반사 거울부 전면에 위치하고, 가상 현실 영상을 출력하는 디스플레이부; 및
    상기 반사 거울부에서 반사된 영상과 디스플레이부에서 출력되는 영상을 전반사하는 전반사부
    를 포함하고,
    상기 반사 거울부는
    상기 영상 수신부를 통과한 영상을 전면에 위치한 반사면을 이용하여 반사하는 전면 반사 거울을 포함하며,
    상기 디스플레이부는
    상기 반사 거울부에서 반사되는 실제 현실의 영상을 투과시키고, 상기 투과된 실제 현실의 영상과 디스플레이에서 출력하는 가상 현실 영상이 중첩된(superimposed) 혼합 영상을 상기 전반사부로 출력하는 투명 디스플레이
    를 포함하고,
    상기 투명 디스플레이는
    상기 전면 반사 거울의 반사면에 인접하여 배치되는 픽셀 패턴
    을 포함하는 머리 장착형 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 영상 수신부는
    실제 현실의 영상을 차단 또는 입사시키는 영상 수집부; 및
    상기 실제 현실의 영상을 왜곡 또는 보정하는 제1 보정용 렌즈
    를 포함하는 머리 장착형 디스플레이 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전반사부는
    상기 전반사된 영상 및 가상 현실 영상을 보정하는 제2 보정용 렌즈
    를 포함하는 머리 장착형 디스플레이 장치.
  8. 좌안용 실제 현실 영상을 수신하는 좌안용 영상 수신부;
    우안용 실제 현실 영상을 수신하는 우안용 영상 수신부;
    좌안용 영상 수신부를 통과한 영상을 반사하는 제1 반사 거울부;
    우안용 영상 수신부를 통과한 영상을 반사하는 제2 반사 거울부;
    상기 제1 반사 거울부에서 반사된 영상을 전반사하고, 가상 현실 영상을 출력하는 제1 디스플레이부; 및
    상기 제2 반사 거울부에서 반사된 영상을 전반사하고, 가상 현실 영상을 출력하는 제2 디스플레이부
    를 포함하고,
    상기 제1 디스플레이부 및 제2 디스플레이부 중에서 어느 하나는
    상기 제1 반사 거울부 및 제2 반사 거울부 중에서 어느 하나로부터 반사된 영상을 전반사하는 전반사부; 및
    상기 제1 디스플레이부 및 제2 디스플레이부 중에서 어느 하나의 전반사부의 앞면에 위치하여, 상기 전반사되는 실제 현실의 영상을 투과시키고, 상기 투과된 실제 현실의 영상과 디스플레이에서 출력하는 가상 현실 영상이 중첩된(superimposed) 혼합 영상을 사용자의 눈으로 출력하는 투명 디스플레이
    를 포함하며,
    상기 제1 디스플레이부 및 제2 디스플레이부 중에서 어느 하나의 전반사부는
    상기 제1 반사 거울부 및 제2 반사 거울부 중에서 어느 하나로부터 반사된 영상을 전면에 위치한 반사면을 이용하여 전반사하는 전면 반사 거울을 포함하고,
    상기 제1 디스플레이부 및 제2 디스플레이부 중에서 어느 하나의 투명 디스플레이는
    상기 제1 디스플레이부 및 제2 디스플레이부 중에서 어느 하나의 전반사부에 포함된 상기 전면 반사 거울의 반사면에 인접하여 배치되는 픽셀 패턴을 포함하는 머리 장착형 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 좌안용 영상 수신부는
    좌안에 출력될 실제 현실의 영상을 차단 또는 입사 시키는 영상 수집부; 및
    상기 실제 현실의 영상을 왜곡 또는 보정하는 제1 보정용 렌즈
    를 더 포함하는 머리 장착형 디스플레이 장치.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 디스플레이부는
    상기 전반사된 영상 및 가상 현실 영상을 보정하는 제2 보정용 렌즈
    를 더 포함하는 머리 장착형 디스플레이 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 우안용 영상 수신부는
    우안에 출력될 실제 현실의 영상을 차단 또는 입사 시키는 영상 수집부; 및
    상기 실제 현실의 영상을 왜곡 또는 보정하는 제1 보정용 렌즈
    를 더 포함하는 머리 장착형 디스플레이 장치.
  13. 삭제
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제2 디스플레이부는
    상기 전반사된 영상 및 가상 현실 영상을 보정하는 제2 보정용 렌즈를
    더 포함하는 머리 장착형 디스플레이 장치.
  15. 영상 수신부에서 외부로부터 실제 현실의 영상을 수신하는 단계;
    반사 거울부에서 상기 실제 현실의 영상을 반사하는 단계; 및
    디스플레이부에서 상기 반사된 실제 현실의 영상을 전반사하고, 가상 현실 영상을 출력하는 단계
    를 포함하고,
    상기 디스플레이부는
    전면 반사 거울 및 투명 디스플레이를 포함하며,
    상기 가상 현실 영상을 출력하는 단계는
    상기 전면 반사 거울에서 상기 반사 거울부로부터 반사된 영상을 전면에 위치한 반사면을 이용하여 전반사하는 단계; 및
    상기 전면 반사 거울의 앞면에 위치한 상기 투명 디스플레이에서 상기 전면 반사 거울로부터 반사되는 실제 현실의 영상을 투과시키고, 상기 투과된 실제 현실의 영상과 디스플레이에서 출력하는 가상 현실 영상이 중첩된(superimposed) 혼합 영상을 사용자의 눈으로 출력하는 단계를
    포함하고,
    상기 투명 디스플레이는
    상기 전면 반사 거울의 반사면에 인접하여 배치되는 픽셀 패턴
    을 포함하는 머리 장착형 디스플레이 장치의 동작 방법.
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