KR102070997B1 - Hmd 성능 평가 시스템 및 이를 이용한 hmd 성능 평가 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 HMD 성능 평가 시스템 및 이를 이용한 HMD 성능 평가 방법에 관한 것으로, 특히 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 시스템은 상측에 평가하고자 하는 HMD(Head Mounted Display)가 장착가능한 HMD광학부; 상기 HMD광학부의 전방에 위치하고, 상기 HMD광학부에서 송출된 영상의 크기를 측정하기 위해 사용되는 복수개의 표준패턴을 포함하는 스크린부; 상기 HMD광학부의 후방에 위치하고, 상측에 카메라가 장착되어 상기 스크린부에 포함된 표준패턴 또는 상기 HMD광학부에서 송출된 영상을 인식 가능한 카메라부; 상기 HMD광학부의 상측에 위치하고, 상기 스크린부에 조명을 투사하기 위한 광원부; 및 상기 카메라부가 인식한 영상 정보에 기인하여 상기 HMD의 성능 평가 결과를 도출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

HMD 성능 평가 시스템 및 이를 이용한 HMD 성능 평가 방법 {HMD PERFORMANCE EVALUATION SYSTEM AND EVALUATION METHOD USING THE SAME}

본 발명은 HMD 성능 평가 시스템 및 이를 이용한 HMD 성능 평가 방법에 관한 것으로, 마이크로디스플레이에서 발생되는 이미지를 광학 시스템을 통해 확대하여 시청하는 영상표시장치인 HMD의 영상에 대한 질적인 평가를 수행할 수 있도록 구비되는 HMD 성능 평가 시스템 및 이를 이용한 HMD 성능 평가 방법에 관한 것이다.

현재 입체영상을 보는 이용자도 영상 화면 상의 카메라 워크나 주인공이 체감하는 느낌을 실제적으로 느낄 수 있도록 하는 체감형 영상 컨텐츠나 체감형 게임 컨텐츠가 개발되고 있고, 이와 같은 체감형 영상컨텐츠나 체감형 게임 컨텐츠를 즐길 시 컨텐츠 이용자의 몰입감을 높이기 위한 각종 방법들이 활발하게 연구되고 있다.

그 중에서도 HMD(Head Mounted Display)를 이용하여 입체영상을 구현하는 방법이 다양하게 개발되고 있으며, 각종 영상 컨텐츠에 연동되어 구동되는 모션 시뮬레이터의 개발도 꾸준히 이루어지고 있다.

HMD(Head Mounted Display)란 머리에 착용하는 디스플레이 장치로서, 주로 가상 현실 또는 증강 현실의 구현을 위한 디스플레이장치로서 사용되며, 3D 디스플레이 기술과도 접목되기도 한다.

또한, HMD는 휴대하면서 영상물을 대형화면으로 즐기거나 수술이나 진단에 사용하는 의료기기에 적용할 수 있는 차세대 영상표시 장치이다.

최근 디지털 디바이스의 경량화 및 소량화 추세에 따라, 다양한 착용식 디바이스가 개발되고 있으며, HMD 또한 널리 사용되고 있다.

HMD는 단순한 디스플레이 기능을 넘어 증강 현실 기술, N 스크린 기술 등과 조합되어 사용자에게 다양한 편의를 제공할 수 있다.

HMD 헤드셋(headset)의 경우 사용자의 눈에 밀착하여 디스플레이 장치를 보게 되어 있어서, 안경 형태 혹은 모자 형태로 착용하여 사용하며, 디스플레이되는 콘텐츠 혹은 윈도우 화면을 제어하기 위한 입력 장치로 터치패드, 마우스, 키보드 등을 사용한다.

이러한 HMD는 다른 디스플레이와는 비교가 불가능한 몰입감을 보유하고 있다는 장점이 있다. 우선 스테레오스코피 기술을 사용하기에 입체감을 주며, 넓은 시야각을 가지고 있어 현장감이 매우 증대된다.

HMD가 가상현실 구현을 위해 개발된 것 역시 바로 이런 몰입감 때문이며, 사실상 눈을 거치지 않고 두뇌에 직접 영상을 전달하지 않는 이상 HMD 이상의 몰입감을 제공하는 출력 장치는 없다고 할 수 있다.

따라서, 이러한 HMD의 장점인 몰입감 증대를 위하여 HMD에서 투영되는 영상의 화질 향상에 대한 노력이 동반되고 있다.

현재 360도 VR 영상의 경우에는 원본 영상의 화질이 4K 화질(2160p) 이어도 착용자가 느끼는 체감 화질은 720p도 되지 않는다.

그 이유는 원래 360도 방향에서 촬영된 영상을 HMD 기기는 약 120도의 시야각으로 재현하기 때문에 체감 화질이 3분의 1로 떨어지기 때문이다. 게다가 3D 영상은 한 영상파일에 2개의 화면을 담아야 하기 때문에 화질이 더 떨어지게 된다.

따라서, 사용자의 몰입감을 증대시키기 위한 HMD의 화질 향상에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있는 현 시점에서 HMD에서 투영되는 영상의 화질에 대한 성능 평가 과정은 중요한 필수 과정으로 대두되고 있다.

영상의 성능을 평가하는 요소로는 가상영상의 크기를 결정하는 화각(Field Of View, FOV), 광학 렌즈로부터 눈까지의 거리로 정의되는 Eye Relief, HMD광학계를 통과함으로써 맺힌 결상이 변형되어 보이는 왜곡(Distortion), 동공 간격의 길이가 짧은 사용자와 긴 사용자 모두 수용할 수 있도록 동일한 영상이 나타날 수 있는 범위인 Eye Box가 있다.

그러나 아직까지 상기한 성능 평가 요소들을 이용한 HMD의 성능을 평가하는 장치 및 시스템이 체계적으로 구축되어 있지 않아 HMD영상의 성능 평가에 많은 어려움 있으며 평가의 정확도도 떨어지는 문제점이 있다.

가상현실 및 혼합현실기술을 이용하여 모바일 정보기기의 제품 사용성을 평가하는 시스템에 관한 기술은 대한 민국 공개 특허 공보 제10-2006-0086668호에 개시된 바 있다.

대한민국 공개 특허 공보 제10-2006-0086668호는 VR환경에서 제품 평가를 수행하는 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 제품의 설계안에 따라 생성된 제품 컨텐츠를 VR(Virtual Reality) 환경에 디스플레이하여 사용자에게 제품을 실제로 작동시키는 효과를 제공함으로써, 제품 생산 전에 보다 정확하게 제품을 평가할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

그러나, 상기 제10-2006-0086668호는 VR환경을 이용하여 외부 제품의 성능을 평가하는 시스템으로 VR 영상의 질적인 성능 평가를 수행할 수 있는 기술은 포함하고 있지 않다.

따라서, HMD영상 품질에 영향을 미치는 다양한 요소들을 평가할 수 있는 장치들을 하나의 시스템으로 구축하여 용이하고 정확하게 성능 평가가 이루어 질 수 있도록 하는 HMD 성능 평가 장치 및 시스템의 개발이 요구되고 있다.

[특허 문헌] KR 10-2006-0086668 (공개일자 2006년 08월 01일)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, HMD광학모듈이 구비된 HMD광학부, 카메라를 구비한 카메라부 및 상기 HMD광학부에서 투영된 이미지를 디스플레이하는 스크린부를 구비하여 HMD의 성능을 평가하는 화각(Field Of View), 아이릴리프(Eye Relief), 왜곡(Distortion), 아이박스(Eye box)를 동일 시스템을 이용해 순차적으로 측정하여 HMD영상의 질적인 성능 평가를 수행할 수 있도록 하는 HMD 성능 평가 시스템 및 이를 이용한 HMD 성능 평가 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 HMD 성능 평가 시스템은 상측에 평가하고자 하는 HMD(Head Mounted Display)가 장착가능한 HMD광학부;상기 HMD광학부의 전방에 위치하고, 상기 HMD광학부에서 송출된 영상의 크기를 측정하기 위해 사용되는 복수개의 표준패턴을 포함하는 스크린부; 상기 HMD광학부의 후방에 위치하고, 상측에 카메라가 장착되어 상기 스크린부에 포함된 표준패턴 또는 상기 HMD광학부에서 송출된 영상을 인식 가능한 카메라부; 상기 HMD광학부의 상측에 위치하고, 상기 스크린부에 균일 조명을 투사하기 위한 광원부; 및 상기 카메라부가 인식한 영상 정보에 기인하여 상기 HMD의 성능 평가 결과를 도출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 HMD광학부는 상기 제어부에 의해 제어되고, x,y,z축 방향으로 이송 가능한 3축스테이지; 상기 제어부에 의해 제어되고, 좌우 회전이 가능한 회전스테이지; 및 상기 회전스테이지 상단에 구비되어, 상기 HMD가 마운트될 수 있는 고정마운트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 스크린부의 표준패턴과 상기 HMD광학부에서 송출된 영상의 크기를 비교하여 화각을 검증가능한 화각검증모듈; 상기 3축스테이지를 제어하고 상기 HMD광학부에서 송출된 영상을 인식하여 아이릴리프(Eye Relief) 및 아이박스(Eye Box)를 검증가능한 시야검증모듈; 상기 스크린부의 표준패턴과 상기 HMD광학부에서 송출된 영상의 높이차를 이용하여 왜곡수치량을 계산가능한 왜곡검증모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스크린부는 크기별로 복수개의 표준패턴이 동일한 중심을 가지도록 표시되며, 상기 표준패턴 각각의 크기 정보는 상기 카메라부를 통하여 상기 제어부에서 자동으로 인식되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 카메라부는 상기 제어부에 의해 제어되어 x,y,z축 방향으로 이송이 가능한 카메라3축스테이지; 상기 카메라3축스테이지 상단에 구비되어 카메라가 장착되는 길이 방향의 지지부재; 및 상기 카메라3축스테이지의 이동거리를 측정하기 위한 거리측정센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 화각검증모듈은 상기 HMD 광학 표면과 상기 스크린부 사이의 거리를 d, 상기 HMD광학부에서 송출된 영상의 이미지 사이즈를 y라고 할 때, 상기 화각값이 2 tan-¹(y/2d) 에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 왜곡검증모듈은 상기 스크린부에 투영된 상기 HMD광학부에서 송출된 영상의 고점의 세로 높이는 h₁, 상기 영상의 저점의 세로 높이는 h₂라고 할 때, 상기 왜곡값이 (h₁- h₂)/h₂×100(%) 에 의하여 계산되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 시스템을 이용한 HMD 성능 평가 방법은 HMD 성능 평가 시스템을 설치하는 시스템설치단계; HMD광학부에서 스크린부로 송출되는 영상의 크기와 상기 스크린부에 표시된 표준패턴을 비교하여 화각을 측정하는 화각측정단계; 카메라의 위치를 후방으로 이동하면서 손실없이 영상을 볼 수 있는 범위를 결정하는 아이릴리프(Eye Relief)를 측정하는 아이릴리프측정단계: 상기 HMD광학부로부터 송출된 영상의 왜곡(Distortion) 현상을 수치적으로 계산하는 왜곡측정단계; 및 상기 카메라의 위치를 좌우 방향으로 이동하면서 손실없이 영상을 볼 수 있는 범위를 결정하는 아이박스(Eye Box)를 측정하는 아이박스측정단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 화각측정단계는 특정 화각값을 만족하기 위한 영상의 크기에 대한 임계치값을 설정하는 임계치값설정공정; 상기 스크린부에 프린트된 복수의 사각패턴 중 상기 설정된 임계치값과 동일한 크기의 표준패턴을 화각가상실선으로 인식하는 화각가상실선인식공정; 상기 HMD광학부를 구동시켜 상기 스크린부에 영상을 송출하여 투영하는 화각영상투영공정; 상기 스크린부에서 투사된 영상의 크기를 상기 스크린부에 프린트된 표준패턴으로 이용하여 도출해내는 영상크기도출공정; 및상기 영상크기도출공정에 의하여 도출된 영상의 크기와 상기 화각가상실선을 비교하여 상기 HMD광학부에서 송출된 영상의 화각 성능을 평가하는 화각성능평가공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 아이릴리프측정단계는 아이릴리프 측정을 위해 HMD광학부를 구동시켜 상기 스크린부에 영상을 송출하여 투영하는 아이릴리프영상투영공정; 상기 스크린부에 투영된 영상을 관찰하면서 상기 카메라를 후방으로 이동시키는 카메라후방이동공정; 상기 카메라의 후방 이동 중 상기 영상의 외곽테두리의 손상이 발견되기 시작하는 지점에서 상기 카메라의 위치를 고정시키는 후방이동카메라고정공정; 상기 카메라의 이동값을 측정하여 상기 HMD광학부와 상기 카메라의 거리값을 측정하는 아이릴리프값측정공정; 및 상기 제어부에서 상기 아이릴리프값측정공정을 통해 측정된 거리값을 이용하여 상기 영상의 아이릴리프의 성능을 평가하는 아이릴리프성능평가공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 왜곡측정단계는 일정 범위의 영상 크기 임계치값을 설정하는 임계치값설정공정; 상기 스크린부에 프린트된 복수의 표준패턴 중 상기 설정된 임계치값의 크기 범위 내의 표준패턴들을 왜곡가상실선으로 인식하는 왜곡가상실선인식공정; 상기 HMD광학부를 구동시켜 영상을 송출하여 상기 스크린부에 투영하는 왜곡영상투영공정; 상기 왜곡영상투영공정을 통해 투영된 영상의 테두리와 상기 왜곡가상실선을 비교하여 상기 영상의 최저 세로 높이(h₁) 및 상기 영상의 최고 세로 높이(h₂)를 측정하는 영상세로높이측정공정; 및 상기 영상세로높이측정공정에서 측정된 최저 세로 높이(h₁) 및 최고 세로 높이(h₂)를 이용하여 상기 제어부가 상기 영상의 왜곡을 수치화하여 도출해내는 왜곡값도출공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 아이박스측정단계는 아이박스 측정을 위해 상기 HMD광학부를 구동시켜 영상을 송출하여 상기 스크린부에 투영하는 아이박스영상투영공정; 상기 카메라를 좌측방향 또는 우측방향으로 이동시키는 카메라좌우이동공정; 상기 카메라의 이동 중 상기 투영된 영상의 외곽테두리의 손상이 발견되기 시작하는 지점에서 상기 카메라의 위치를 고정시키는 좌우이동카메라고정공정; 상기 카메라의 좌우 이동값을 측정하여 상기 HMD광학부와 상기 카메라의 거리값을 측정하는 아이박스값측정공정; 및 상기 제어부에서 상기 아이박스값측정공정을 통해 측정된 거리값을 이용하여 상기 영상의 아이박스의 성능을 평가하는 아이박스성능평가공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 화각측정단계는 상기 화각측정단계에서 측정된 화각을 화각검증모듈을 이용하여 검증하는 화각검증공정을 더 포함할 수 있으며, 상기 화각검증공정은, 상기 HMD광학부를 회전시켜 상기 스크린부에 투영된 영상의 테두리가 손상되기 시작하는 지점의 회전각을 측정하여 상기 화각을 측정 및 검증하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 시스템 및 이를 이용한 HMD 성능 평가 방법에 의하면, HMD에 의한 가상영상의 성능을 좌우하는 평가 요소들을 동일 시스템을 이용해 순차적으로 측정하여 평가 하도록 하는 시스템을 구축함으로써, HMD의 영상 성능 평가를 용이하고 정확하게 실행할 수 있는 효과가 있다.

또한, HMD의 영상 성능 평가가 용이하고 정확하게 실행됨으로서 보다 완성도 높은 가상 영상의 연구 및 개발이 활발해지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 시스템에 대한 전반적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 시스템의 스크린부에 표시된 표준패턴을 나타내는 일부 확대도이다.
도 3은 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 시스템의 아이릴리프 측정을 위한 카메라부의 거리측정센서의 측정 실시예를 나타내는 실시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 방법의 화각 측정 단계를 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 방법의 화각 측정 시 실제 표준패턴 영상과 화각가상실선을 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 방법의 아이릴리프 측정을 위한 실제 영상을 나타내는 도이다.
도 7은 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 방법의 왜곡 측정을 나타내는 도이다.
도 8은 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 방법의 왜곡가상실선이 표시된 실제 화면을 나타내는 도이다.
도 9는 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 방법의 왜곡을 측정하는 실제 화면을 나타내는 도이다.
도 10은 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 방법을 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 발명에 따른 화각 측정 단계를 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명에 따른 아이릴리프 측정 단계를 나타내는 블록도이다.
도 13은 본 발명에 따른 왜곡 측정 단계를 나타내는 블록도이다.
도 14는 본 발명에 따른 아이박스 측정 단계를 나타내는 블록도이다.
도 15는 본 발명에 따른 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 시스템에 대한 전반적인 구성을 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 시스템의 스크린부에 표시된 사각패턴을 나타내는 일부 확대도이며, 도 3은 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 시스템의 아이릴리프 측정을 위한 카메라부의 거리측정센서의 측정 실시예를 나타낸는 실시도이다.

본 발명에 따른 HMD 성능 평가 시스템(1)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 HMD광학부(100), 스크린부(200), 카메라부(300), 광원부(340) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.

상기 HMD광학부(100)는 상측에 평가하고자 하는 HMD(Head Mounded Display)가 장착가능하도록 구비된다.

구체적으로, 상기 HMD광학부(100)는 상측에 평가하고자 하는 HMD를 장착하고, 상기 HMD의 광학계를 이용하여 확대된 마이크로디스플레이 이미지 영상을 송출가능하도록 구비되는 것으로, 이송 가능한 3축스테이지(110), 회전이 가능한 회전스테이지(130) 및 고정마운트(120)를 포함할 수 있다.

상기 3축스테이지(110)는 상기 제어부(400)에 의해 제어되는 것으로, x, y, z축 방향으로 이송이 가능하도록 상기 HMD광학부(100)의 하단에 구비될 수 있다.

따라서, 상기 3축스테이지(110)는 상측에 구비된 상기 HMD를 평가 절차에 따라 다양한 방향으로 이동이 가능하도록 구비된다.

상기 회전스테이지(130)는 상기 3축스테이지(110) 상부에 구비되어, 상기 제어부(400)에 의해 제어되고, 회전이 가능하도록 구비될 수 있다.

또한, 상기 회전스테이지(130)는 상측에 구비된 상기 HMD를 평가 절차에 따라 다양한 방향으로 회전이 가능하도록 구비될 수 있다.

상기 고정마운트(120)는 상기 회전스테이지(130) 상단에 구비되어, 상기 HMD가 마운트될 수 있도록 길이방향으로 구비될 수 있다.

상기 고정마운트(120)는 상단에 회전판(121)를 포함할 수 있다.

이 경우 회전판(121)을 포함하는 상기 고정마운트는 상기 3축스테이지(110) 상부에 구비되어, 상기 회전판(121)은 상단에 장착된 상기 HMD가 상기 회전판에 의해 좌우 회전가능하도록 구비될 수 있다.

또한, 상기 회전판(121)은 상기 제어부(400)의 제어에 의해 작동될 수 있다.

또한, 상기 고정마운트(120)는 상단에 상기 HMD가 체결될 수 있는 체결부재를 포함할 수 있으며 상기 3축스테이지(110) 및 회전스테이지(130)의 이송 및 회전에 의해 이동이 가능하도록 구비된다.

상기 스크린부(200)는 상기 HMD광학부(100) 전방에 위치하고, 상기 HMD광학부(100)에서 송출된 영상의 크기를 측정하기 위해 사용되는 복수개의 표준패턴을 포함하여 구비된다.

구체적으로, 상기 스크린부(200)는 상기 HMD광학부(100)의 전방에 위치하여 상기 HMD광학부(100)에서 송출된 영상을 디스플레이하여 송출된 영상과 상기 표준패턴을 비교분석하기 위해 구비되는 것으로, 크기별로 복수개의 표준패턴이 동일한 중심을 가지도록 표시될 수 있다.

또한, 상기 스크린부(200)에 표시된 표준패턴은 검교정된 길이 측정기를 이용하여 측정된 인치별 사각 형상의 패턴으로 10, 20, 30, 40 및 50 인치(inch)등의 크기로 프린트된 패턴 및 상기 패턴 사이에 1인치씩 크기가 증가하는 사각 형상의 패턴이 다수개 구비될 수 있다.

따라서, 상기 스크린부(200)는 1인치씩 크기가 증가하는 다수개의 표준패턴이 프린트되도록 구비된다.

또한, 상기 스크린부(200)는 상기 표준패턴 각각의 크기 정보가 상기 카메라부(300)를 통하여 상기 제어부(400)에서 자동으로 인식될 수 있도록 구비될 수 있다.

따라서, 상기 스크린부(200)에 프린트된 표준패턴은 상기 카메라부(300)가 촬영되는 경우 상기 제어부(400)가 상기 카메라부(300)에서 인식된 패턴의 크기 정보들이 인식될 수 있도록 구비될 수 있다.

상기 카메라부(300)는 상기 HMD광학부(100)의 후방에 위치하고, 상측에 카메라가 장착되어 상기 스크린부(200)에 포함된 표준패턴 또는 상기 HMD광학부에서 송출된 영상을 동시에 인식 가능하도록 구비된다.

또한, 상기 카메라부(300)는 카메라3축스테이지(310), 지지부재(320) 및 거리측정센서(330)를 포함할 수 있다.

상기 카메라3축스테이지(310)는 상기 제어부(400)에 의해 제어되어 x, y, z축 방향으로 이송이 가능하도록 구비되는 것으로, 상기 카메라의 하측에 구비될 수 있다.

또한, 상기 카메라3축스테이지(310)는 상측에 구비된 상기 카메라를 평가 절차에 따라 다양한 방향으로 이동이 가능하도록 구비된다.

상기 지지부재(320)는 상기 카메라3축스테이지(310) 상단에 구비되어 카메라가 장착되는 것으로 길이방향으로 구비될 수 있다.

구체적으로, 상기 지지부재(320)는 상기 카메라3축스테이지(310)의 상측에 구비되는 길이 방향의 지지대 형상으로 상기 스크린부(200)와 대응되는 지지부재(320) 측면 일측에 카메라가 장착될 수 있도록 구비될 수 있다.

상기 거리측정센서(330)는 상기 카메라3축스테이지(310)의 이동 거리를 측정하기 위하여 구비될 수 있다.

구체적으로, 상기 거리측정센서(330)는 상기 카메라와 소정의 간격으로 이격되게 구비되어 상기 카메라와 상기 HMD 광학부 사이의 거리를 측정 가능하도록 구비될 수 있다.

또한. 상기 거리측정센서(330)는 도시된 바와 같이 상기 카메라와 상기 HMD광학부 사이에 구비되어 길이를 측정하는 수동적 측정기 형태일 수 있으며 또는 도시되지는 않았지만 레이저 등의 전파를 이용하여 특정점까지의 거리를 측정하는 자동 측정센서 형태일 수도 있다.

또한, 상기 거리측정센서(330)는 상기 제어부(400)와 연동되어 상기 거리측정센서(330)에서 측정된 거리값을 상기 제어부(400)에 전송하여 성능 평가가 실행될 수 있도록 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 거리측정센서(330)는 상기 HMD성능 평가 시스템(1)의 평가 단계 중 아이릴리프(Eye Relief) 및 아이박스(Eye Box)를 측정하는 단계에서 사용될 수 있다.

상기 광원부(340)는 상기 HMD광학부(100)의 상측에 위치하고, 상기 스크린부(200)에 균일 조명을 투사가능하도록 구비된다.

구체적으로, 상기 광원부(340)는 상기 HMD광원부(100)의 상측에 위치하는 것으로, 상기 스크린부(200)에 동일한 조도가 유지될 수 있도록 면조명을 투사하여 상기 스크린의 밝기를 조절하도록 구비된다.

도 15는 본 발명에 따른 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.

상기 제어부(400)는 도 15에 도시된 바와 같이 상기 카메라부(300)가 인식한 영상 정보에 기인하여 상기 HMD의 성능 평가 결과를 도출하도록 구비된다.

구체적으로, 상기 제어부(400)는 상기 카메라부(300)가 인식한 영상 정보를 이용하여 HMD 성능평가시스템(1)의 작동을 제어하고 성능평가 결과를 도출하도록 구비된다.

일 실시예로서, 상기 제어부(400)는 화각검증모듈(410), 시야검증모듈(420) 및 왜곡검증모듈(430)을 포함할 수 있다.

상기 화각검증모듈(410)은 상기 스크린의 표준패턴과 상기 HMD광학부(100)에서 송출된 영상의 크기를 비교하여 화각을 검증가능하도록 구비된다.

화각(Field Of View, FOV)이란 일정한 화면 내에 촬영 가능한 피사체의 범위를 광학계의 각도로 표시한 것으로, 일반적으로는 영상의 최대직경으로 표시할 수 있다.

또한, 상기 화각은 TV화면처럼 화면이 장방향인 경우에는 대각선에 대한 촬영 가능한 범위를 말하는 것으로, 이 경우 촬영 가능한 수평 방향의 범위를 수평 화각, 수직 방향의 범위를 수직 화각으로 사용하는 경우가 많다.

또한, 상기 화각은 결정된 이미지 크기 내에서 촬상 가능한 범위를 나타내는 것으로, 가상 영상의 크기를 결정하는 요소이다.

또한, 광학적으로 눈의 위치에 초점이 맺도록 설계된 화각에 따라 사용자는 일정 거리 전방에 맺혀지는 가상화면을 볼 수 있게 된다. 상기 화각값이 클수록 영상의 크기가 커지고 화각값이 작을수록 영상의 크기가 작아지게 된다.

상기 제어부(400)는 특정 화각값을 만족하기 위한 영상의 크기에 대한 임계치값을 설정한다.

화각값은, 상기 HMD광학부의 광학표면(상기 HMD광학부에 장착된 HMD의 광학표면)과 상기 스크린부 사이의 거리(d) 및 상기 스크린부에 투영된 영상의 대각선 길이(y)에 의해 다음과 같은 식으로 화각값을 도출할 수 있다.

화각(FOV) = 2 tan-¹(y/2d)

따라서 이를 이용하면, 특정 화각값을 만족하기 위한 영상의 크기에 대한 임계치값을 계산할 수 있다. 예를 들어, 상기 HMD광학부의 광학표면과 상기 스크린부 사이의 거리(d)가 1m이고 특정 화각값이 35도라면, 위 수식에 대입하여 계산한 영상의 크기에 대한 임계값(y)는 약 0.63m, 25인치가 된다.

상기 화각검증모듈(410)은 스크린부(200)에 프린트된 표준패턴 중 상기 설정된 임계치값과 동일한 크기를 가지는 표준패턴을 인식하고, 상기 HMD광학부에서 투사된 영상의 크기와 상기 임계치값과 동일한 크기를 가지는 표준패턴의 크기를 비교하여 상기 영상의 크기가 더 크게 되면 목표 화각 성능을 만족하는 것으로 상기 HMD광학부의 화각 성능을 평가하도록 구비될 수 있다.

또는 이와 같은 방식과는 다르게, 상기 화각검증모듈(410)이 상기 HMD 광학부에서 투사된 영상의 크기(y)를 상기 표준패턴을 이용하여 인식하고, 이를 상기 수식에 상기 HMD광학부의 광학표면과 상기 스크린부 사이의 거리(d)값과 함께 대입하여 화각을 직접계산함으로써, 목표 화각값보다 큰지 비교하는 방식으로 상기 HMD광학부의 화각 성능을 평가하도록 구비될 수도 있다.

상기 시야검증모듈(420)은 상기 3축스테이지 또는 카메라3축스테이지를 제어하고, 상기 HMD광학부(100)에서 송출된 영상을 인식하여 아이릴리프(Eye Relief) 및 아이박스(Eye Box)를 검증가능하도록 구비된다.

상기 아이릴리프는 광학계(光學系)의 최종면에서 사출동(射出瞳)까지의 거리를 나타내는 것으로, 영상 크기를 손실없이 볼 수 있는 범위 즉, HMD 광학렌즈로부터 눈까지의 거리로 정의될 수 있다.

따라서, 상기 아이릴리프는 HMD가 눈에서 얼마나 떨어질 때까지 영상이 보일 수 있는지를 측정하도록 구비될 수 있다.

상기 시야검증모듈(420)은 아이릴리프 측정을 위해 HMD광학부를 구동시켜 영상을 카메라를 통해 측정하면서 상기 카메라3축스테이지(310) 또는 상기 3축스테이지(110)에 의하여 상기 카메라를 후방으로 이동시키고, 이동 중 상기 영상의 외곽테두리의 손상이 발견되기 시작하는 지점에서 상기 카메라의 위치를 고정시켜 상기 카메라의 이동값을 측정함으로써 상기 카메라와 상기 HMD 광학부와의 거리값을 측정한 후, 상기 측정된 거리값을 이용하여 상기 HMD광학부의 영상의 아이릴리프의 성능을 평가하도록 구비된다.

상기 아이박스는 동공 간격의 길이가 짧은 사용자와 긴 사용자 모두 수용할 수 있도록 동일한 영상이 나타날 수 있는 범위이다.

또한, 상기 아이박스는 HMD 광학계에서 중요한 한 요소로서 눈의 움직임에 의한 가상 화면의 어두워짐이나 가려짐이 없이 마이크로디스플레이의 상이 보일 수 있는 영역으로, 이는 눈의 동공의 크기와 관계가 있다.

이에, 상기 시야검증모듈(420)은 아이박스의 측정을 위해 HMD광학부를 구동시켜 영상을 카메라로 측정하면서 상기 카메라3축스테이지(310) 또는 상기 3축스테이지(110)에 의하여 상기 카메라를 좌측방향 또는 우측방향으로 이동시키고, 상기 영상의 외곽테두리의 손상이 발견되기 시작되는 지점의 상기 카메라 이동값을 측정하여 상기 카메라와 상기 HMD광학부 간의 좌우측 거리차를 측정하고, 상기 거리값을 이용하여 상기 영상의 아이박스 성능을 평가하도록 구비된다.

상기 왜곡검증모듈(430)은 상기 스크린의 표준패턴과 상기 HMD광학부(100)에서 송출된 영상의 최저 높이 및 최고 높이의 차를 이용하여 왜곡수치량을 계산하도록 구비된다.

영상의 왜곡은 디스플레이로부터 출사된 영상이 영상을 확대시키기 위한 HMD광학계를 통과함으로써 맺힌 결상이 변형되어 보이는 현상이다.

따라서, 상기 왜곡은 상기 카메라부(300)에 의해 동시에 촬영한 HMD 영상과 상기 스크린부(200)의 표준패턴을 비교하여 상기 영상의 최고 세로높이(h₁) 및 상기 영상의 최저 세로 높이(h₂)를 측정하여 최고 세로높이(h₁)와 최저 세로 높이(h₂)의 높이차를 이용하여 도출해낼 수 있다.

이에, 상기 왜곡검증모듈(430)은 상기 HMD광학부의 영상을 인식하고, 상기 스크린부(200)에 프린트된 표준패턴의 영상을 이용하여 상기 영상의 최고 세로 높이(h₁) 및 상기 영상의 최저 세로 높이(h₂)를 측정하여 측정된 상기 최고 세로 높이(h₁) 및 최저 세로 높이(h₂)을 이용하여 상기 영상의 왜곡을 수치화하여 도출해내도록 구비된다.

또한, 상기 왜곡검증모듈(430)은 상기 영상의 최고 세로높이(h₁) 및 최저 세로높이(h₂)를 이용하여 다음의 식으로 왜곡값 즉, 왜곡수치를 도출해낼 수 있다.

왜곡수치 = ( h₁- h₂)/h₂×100(%)

이하, 본 발명에 따른 상기 HMD 성능 평가 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 10은 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 방법을 나타내는 블록도이다.

본 발명에 따른 HMD 성능 평가 방법은 도 10에 도시된 바와 같이 시스템설치단계(500), 화각측정단계(600), 아이릴리프측정단계(700), 왜곡측정단계(800) 및 아이박스측정단계(900)를 포함할 수 있다.

상기 시스템설치단계(500)는 HMD 성능 평가 시스템(1)을 배치하는 단계로서, 시스템설치공정, 조명조사공정 및 카메라위치정렬공정을 포함할 수 있다.

상기 시스템설치공정은 HMD 성능 평가 시스템을 배치하는 공정일 수 있다.

구체적으로, 상기 시스템설치공정은 상측에 평가하고자 하는 HMD를 장착하는 HMD광학부 후방 아이릴리프 위치에 카메라를 위치시키고, 상기 HMD광학부의 HMD영상과 스크린부의 표준패턴 영상이 카메라를 통해 정렬되도록 HMD광학부, 스크린부, 카메라부 및 광원부를 배치하는 공정일 수 있다.

상기 조명조사공정은 광원부에서 스크린부로 면조명을 조사하여 상기 스크린부의 밝기를 균일하게 조절하도록 구비되는 공정이다.

상기 카메라위치정렬공정은 상기 스크린부에 프린트된 표준패턴의 중심, 상기 HMD 영상의 중심 및 상기 카메라의 중심이 일직선상에 위치하도록 카메라의 위치를 정렬하는 공정일 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 방법의 화각 측정 단계를 나타내는 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 방법의 화각 측정 시 실제 표준패턴 영상과 화각가상실선을 나타내는 도이며, 도 11은 본 발명에 따른 화각 측정 단계를 나타내는 블록도이다.

상기 화각측정단계(600)는 도 4,도 5 및 도 11에 도시된 바와 같이 카메라에 의해 동시측정된 상기 HMD광학부의 HMD 영상과 상기 스크린부(200)에 프린트된 표준패턴의 영상을 비교하여 화각을 측정하는 단계일 수 있다.

구체적으로, 상기 화각측정단계(600)는 임계치값설정공정(602), 화각가상실선인식공정(610), 화각영상투영공정(620), 영상크기도출공정(630) 및 화각성능평가공정(640)을 포함할 수 있다.

임계치값설정공정(602)에서 화각(FOV) = 2 tan-¹(y/2d)을 이용하여, 특정 화각값을 만족하기 위한 영상의 크기에 대한 임계치값을 계산한다. 예를 들어, 상기 HMD광학부와 상기 스크린부 사이의 거리(d)가 1m이고 상기 특정 화각값이 35도라면, 위 수식에 대입하여 계산한 영상의 크기에 대한 임계값(y)는 약 0.63m, 25인치가 된다.

상기 화각가상실선인식공정(610)은 스크린부(200)에 프린트된 복수의 표준패턴 중 상기 설정된 임계치값의 크기와 동일한 크기를 가지는 표준패턴을 화각가상실선으로 인식하는 공정일 수 있다.

상기 화각영상투영공정(620)은 HMD 광학부를 구동시켜 상기 카메라를 통한 스크린부(200) 표준패턴 위에 영상이 투영되는 공정일 수 있다.

상기 영상크기도출공정(630)은 상기 HMD광학부를 구동시켜 얻은 영상의 크기와 상기 스크린부(200)의 표준패턴의 영상을 비교하여 HMD 영상의 크기를 도출해내는 공정일 수 있다.

상기 화각성능평가공정(640)은 상기 제어부(400)에서 상기 영상크기도출공정(630)의 결과값을 이용하여 상기 영상의 화각 성능을 평가하는 공정일 수 있다.

상기 영상크기도출공정(630)에 의하여 도출된 영상의 크기가 상기 화각가상실선보다 크게 되면 상기 특정 화각값을 만족하는 것으로 평가될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 화각측정단계(600)는 각 공정이 순차적으로 실행되는 단계로서, 동일한 방법으로 3회 이상 측정 단계를 실행하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명에 일 실시예에 따른 화각측정단계(600)는 목표 시야각이 35도 이상일 경우 아래 관계식에 기안하여 1m 전방에서 영상의 크기가 25인치 이상이어야 함이 바람직하다.(도 4참조)

tan(FOV/2)= (y/2)/d

FOV = 2tan-¹((y/2)/2)

(y=25inch=0.635m, d=1m)

FOV = 2tan-¹((0.635/2)/1)= 35.23°

따라서, 상기 스크린부(200)의 중심과 카메라의 중심이 일치하도록 카메라 위치를 정렬한 후 스크린부(200)에 새겨진 표준패턴을 인식하여 25인치(inch)의 화각가상실선을 인식하고 표시하도록 한다.

도 5에 도시된 바와 같이 상기 화각가상실선은 스크린 표준패턴의 25인치의 크기와 일치함을 확인할 수 있다.

또한, 상기 HMD광학부를 구동시켜 영상을 카메라로 측정한 결과 HMD 영상의 크기가 25인치 크기의 상기 화각가상실선보다 크게 측정되었으므로 상기 제어부에 의해 화각이 35°이상임을 만족하는 평가가 도출될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 방법의 아이릴리프 측정을 위한 실제 영상을 나타내는 도이고, 도 12는 본 발명에 따른 아이릴리프 측정 단계를 나타내는 블록도이다.

상기 아이릴리프측정단계(700)는 도 6 및 도 12에 도시된 바와 같이 카메라의 위치를 후방으로 이동하면서 손실없이 영상을 볼 수 있는 범위를 결정하는 단계일 수 있다.

구체적으로, 상기 아이릴리프측정단계(700)는 아이릴리프영상투영공정(710), 카메라후방이동공정(720), 후방이동카메라고정공정(730), 아이릴리프값측정공정(740) 및 아이릴리프성능평가공정(750)을 포함할 수 있다.

상기 아이릴리프영상투영공정(710)은 아이릴리프 측정을 위해 HMD광학부를 구동시켜 영상을 투영하는 공정일 수 있다.

상기 카메라후방이동공정(720)은 상기 스크린부(200)에 투영된 영상을 인식하면서 상기 카메라를 후방으로 이동시키는 공정일 수 있다.

구체적으로, 상기 카메라후방이동공정(720)은 상기 제어부(400)의 제어에 의해 상기 카메라부(300)에 구비된 상기 카메라3축스테이지(310)를 후방으로 이동시킴으로써 상기 카메라가 후방이동하는 공정일 수 있다.

상기 후방이동카메라고정공정(730)은 상기 카메라의 후방 이동 중 상기 영상의 외곽테두리의 손상이 발견되기 시작하는 지점에서 상기 카메라의 위치를 고정시키는 공정일 수 있다.

또한, 상기 후방이동카메라고정공정(730)은 카메라가 고정되는 위치에서 상기 제어부(400)의 제어에 의해 상기 카메라3축스테이지(310)가 고정되어 상기 카메라의 위치가 고정되는 공정일 수 있다.

상기 아이릴리프값측정공정(740)은 거리측정센서(330)를 이용하여 상기 카메라와 상기 HMD 광학부와의 거리값을 측정하는 공정일 수 있다.

구체적으로, 상기 아이릴리프값측정공정(740)은 거리측정센서(330)를 이용하여 상기 카메라의 이동값을 측정하므로써 상기 HMD광학부와 상기 카메라의 거리값을 측정하도록 구비될 수 있다.

상기 아이릴리프성능평가공정(750)은 상기 제어부(400)에서 상기 아이릴리프값측정공정(740)을 통해 측정된 상기 거리값을 이용하여 상기 영상의 아이릴리프의 성능을 평가하는 공정일 수 있다.

따라서, 상기 아이릴리프성능평가공정(750)은 상기 제어부(400)의 시야검증모듈(420)에서 실행되는 공정일 수 있다

본 발명에 따른 상기 아이릴리프측정단계(700)는 각 공정이 순차적으로 실행되는 단계로서, 동일한 방법으로 3회 이상 측정 단계를 실행하는 것이 바람직할 수 있다

도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 아이릴리프측정단계(700)의 실시예를 살펴보면 HMD 영상이 손실없이 보이는 위치에서의 아이릴리프값이 16mm 로 측정되고 이는 기설정된 목표 아이릴리프값 15mm 이상으로 상기 아이릴리프의 성능은 목표치에 달성한 것으로 평가결과를 도출할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 방법의 왜곡 측정을 나타내는 도이고,도 8은 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 방법의 왜곡가상실선이 표시된 실제 화면을 나타내는 도이며, 도 9는 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 방법의 왜곡을 측정하는 실제 화면을 나타내는 도이고, 도 13은 본 발명에 따른 왜곡 측정 단계를 나타내는 블록도이다.

상기 왜곡측정단계(800)는 도 7내지 도 9 및 도 13에 도시된 바와 같이 상기 HMD광학부로부터 송출된 영상의 왜곡(Distortion) 현상을 수치적으로 계산하는 단계이다.

구체적으로, 상기 왜곡측정단계(800)는 상기 HMD로부터 송출된 영상이 HMD광학계를 통과함으로서 투영된 영상이 변형되어 보이는 현상인 왜곡을 수치적으로 계산하여 측정하는 단계일 수 있다.

또한, 상기 왜곡측정단계(800)는 임계치값설정공정(802), 왜곡가상실선인식공정(810), 왜곡영상투영공정(820), 영상세로높이측정공정(830) 및 왜곡값도출공정(840)을 포함할 수 있다.

상기 임계치값설정공정(802)는 일정 범위의 영상 크기 임계치값을 설정한다.

예를 들면, 상기 영상의 크기가 25인치라고 가정한다면 임계치값의 범위를 23 내지 27인치로 설정할 수 있다.

상기 왜곡가상실선인식공정(810)은 스크린부(200)에 프린트된 표준패턴 중 상기 임계치값의 범위 내에 있는 크기를 가지는 표준패턴들을 왜곡 측정을 위한 왜곡가상실선으로 인식하는 공정일 수 있다.

상기 왜곡영상투영공정(820)은 상기 HMD 광학부를 구동시켜 영상을 카메라를 통해 얻은 상기 스크린부(200)의 표준패턴 영상에 투영하는 공정일 수 있다.

상기 영상세로높이측정공정(830)은 상기 왜곡영상투영공정(820)을 통해 투영된 영상테두리와 상기 왜곡가상실선을 비교하여 상기 영상의 최고 세로 높이(h₁) 및 상기 영상의 최저 세로 높이(h₂)를 측정하는 공정일 수 있다.

또한, 상기 영상세로높이측정공정(830)은 상기 HMD광학부의 영상의 중심을 표준패턴들의 중심축에 맞춘 후 영상의 최고 세로 높이(h₁)와 영상의 양끝쪽에 위치한 최저 세로 높이(h₂)를 측정하는 공정으로, 상기 영상의 세로 높이차(Δh)를 도출하기 위하여 실행되는 공정이다.

상기 왜곡값도출공정(840)은 상기 영상세로높이측정공정(830)에서 측정된 최저 세로 높이 및 최고 세로 높이값을 이용하여 상기 제어부(400)가 상기 영상의 왜곡을 수치화하여 도출해내는 공정일 수 있다.

또한, 상기 왜곡값도출공정(840)은 상기 제어부(400)의 왜곡검증모듈(430)에서 다음의 식을 이용하여 왜곡값을 도출해내는 공정이다.

왜곡수치 = ( h₁- h₂)/h₂×100(%)

위와 같이 도출된 왜곡값을 기설정된 목표 왜곡값과 비교하여, 상기 목표 왜곡값 이내일 경우 목표 성능을 만족하는 것으로 평가할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 왜곡측정단계(800)는 각 공정이 순차적으로 실행되는 단계로서, 동일한 방법으로 3회 이상 측정 단계를 실행하는 것이 바람직할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 왜곡측정단계(800)의 실시예를 살펴보면 스크린 중심과 카메라의 중심이 일치하도록 카메라 위치를 정렬한 후 프로그램을 이용해 기설정된 패턴을 스크린에 새겨 인식하도록 하여 23인치~27인치의 왜곡가상실선을 표시할 수 있다.

이러한 왜곡가상실선은 스크린에 프린트된 사각패턴의 크기와 일치함이 도 9에서 확인할 수 있다.

또한, HMD의 마이크로디스플레이를 구동시켜 영상을 카메라로 투사시킨 후 1/4 인치 간격으로 가상의 선을 표시하여 측정한 결과 HMD 영상 높이의 고점의 높이 h₁ 는 33cm, 영상의 저점의 높이 h₂는 32.4cm 로 측정되어, 영상의 세로높이차 Δh = 0.6cm 로 측정되었으므로, 왜곡수치는,

왜곡 = (Δh/h₂)×100

= ( h₁- h₂)/h₂×100(%)

= (33 - 32.4)/32.4 ×100

= 1.9 %

기설정된 목표 왜곡 수치가 3%이하로 설정되었으므로 상기 영상의 왜곡은 목표치에 만족하는 평가 결과가 도출되었다고 볼 수 있다.

도 14는 본 발명에 따른 아이박스 측정 단계를 나타내는 블록도이다.

상기 아이박스측정단계(900)는 상기 카메라의 위치를 좌우 방향으로 이동하면서 손실없이 영상을 볼 수 있는 범위를 결정하는 아이박스를 측정하는 단계일 수 있다.

상기 아이박스는 동공간격의 길이가 짧은 사용자와 긴 사용자 모두 수용할 수 있도록 동일한 영상이 나타날 수 있는 범위로서 상기 카메라의 위치를 좌 또는 우측방향으로 이동하면서 화면에 보이는 영상이 사라지거나 손상되기 시작하는 부분을 측정하여 도출해낼 수 있다.

이러한 상기 아이박스측정단계(900)는 아이박스영상투영공정(910), 카메라좌우이동공정(920), 좌우이동카메라고정공정(930), 아이박스값측정공정(940) 및 아이박스성능평가공정(950)을 포함할 수 있다.

상기 아이박스영상투영공정(910)은 아이박스 측정을 위해 상기 HMD 광학부를 구동시켜 HMD 영상을 카메라를 통해 얻은 상기 스크린부(200)의 표준패턴 영상에 투영하는 공정일 수 있다.

상기 카메라좌우이동공정(920)은 상기 스크린부(200)에 투영된 영상을 인식하면서 상기 카메라를 좌측 방향 또는 우측 방향으로 이동시키는 공정일 수 있다.

구체적으로, 상기 카메라좌우이동공정(920)은 상기 제어부(400)의 제어에 의해 상기 카메라부(300)에 구비된 상기 카메라3축스테이지(310) 또는 3축스테이지(110)를 좌측 방향 또는 우측 방향으로 이동시킴으로서 상기 카메라가 좌우이동하는 공정일 수 있다.

일실시예로서, 상기 아이박스측정단계(900)에서 목표 아이박스값을 15mm로 설정하여 아이박스를 측정할 수 있다.

상기 좌우이동카메라고정공정(930)은 상기 카메라의 이동 중 상기 영상의 외곽테두리의 손상이 발견되기 시작하는 지점에서 상기 카메라의 위치를 고정시키는 공정일 수 있다.

즉, 상기 좌우이동카메라고정공정(930)은 상기 목표 아이박스값인 15mm에 카메라를 위치한 후 상기 카메라를 좌우방향으로 이동할 때 화면에 보이는 영상이 사라지기 시작하는 부분 즉, 아이박스의 끝부분 영역을 측정하도록 카메라를 고정하는 공정일 수 있다.

상기 아이박스값측정공정(940)은 상기 거리측정센서(330)를 이용하여 상기 카메라의 좌우 이동 거리값을 측정하는 공정일 수 있다.

상기 아이박스성능평가공정(950)은 상기 제어부(400)에서 상기 아이박스값측정공정(940)을 통해 측정된 거리값을 이용하여 상기 영상의 아이박스의 성능을 평가하는 공정일 수 있다.

즉, 상기 거리값이 상기 목표 아이박스값보다 크게 되면, 상기 HMD광학부는 목표 아이박스 성능을 만족하는 것으로 평가될 수 있다.

상기 아이박스성능평가공정(950)은 상기 제어부(400)의 시야검증모듈(420)에서 실행되는 공정일 수 있다.

본 발명에 따른 상기 아이박스측정단계(900)는 각 공정이 순차적으로 실행되는 단계로서, 오른쪽, 왼쪽 및 양쪽 아이박스 각각을 측정하여 측정치를 도출하는 것이 바람직할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 HMD 성능 평가 시스템에 의하면, HMD에 의한 가상영상의 성능을 좌우하는 평가 요소들을 동일 시스템을 이용해 순차적으로 측정하여 평가 하도록 하는 시스템을 구축함으로써, HMD의 영상 성능 평가를 용이하고 정확하게 실행할 수 있고, HMD의 영상 성능 평가가 용이하고 정확하게 실행됨으로써 보다 완성도 높은 가상 영상의 연구 및 개발이 활발해질 수 있다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

1 : HMD 성능 평가 시스템
100 : HMD광학부 110 : 3축스테이지
120 : 고정마운트 121 : 회전판
130 : 회전스테이지 200 : 스크린부
300 : 카메라부 310 : 카메라3축스테이지
320 : 지지부재 330 : 거리측정센서
340 : 광원부 400 : 제어부
410 : 화각검증모듈 420 : 시야검증모듈
430 : 왜곡검증모듈 500 : 시스템설치단계
600 : 화각측정단계 602 : 임계치값설정공정
610 : 화각가상실선인식공정 620 : 화각영상투영공정
630: 영상크기도출공정 640 : 화각성능평가공정
700 : 아이릴리프측정단계 710 : 아이릴리프영상투영공정
720 : 카메라후방이동공정 730 : 후방이동카메라고정공정
740 : 아이릴리프값측정공정 750 : 아이릴리프성능평가공정
800 : 왜곡측정단계 802 : 임계값설정공정
810 : 왜곡가상실선인식공정 820 : 왜곡영상투영공정
830 : 영상세로높이측정공정 840 : 왜곡값도출공정
900 : 아이박스측정단계 910 : 아이박스영상투영공정
920 : 카메라좌우이동공정 930 : 좌우이동카메라고정공정
940 : 아이박스값측정공정 950 : 아이박스성능평가공정

Claims (15)

1. 상측에 평가하고자 하는 HMD(Head Mounted Display)가 장착가능한 HMD광학부;
   상기 HMD광학부의 전방에 위치하고, 상기 HMD광학부에서 송출된 영상의 크기를 측정하기 위해 사용되는 복수개의 표준패턴을 포함하는 스크린부;
   상기 HMD광학부의 후방에 위치하고, 상측에 카메라가 장착되어 상기 스크린부에 포함된 표준패턴 또는 상기 HMD광학부에서 송출된 영상을 인식 가능한 카메라부;
   상기 HMD광학부의 상측에 위치하고, 상기 스크린부에 조명을 투사하기 위한 광원부; 및
   상기 카메라부가 인식한 영상 정보에 기인하여 상기 HMD의 성능 평가 결과를 도출하는 제어부;를 포함하고,
   상기 HMD광학부는,
   상기 제어부에 의해 제어되고, x,y,z축 방향으로 이송 가능한 3축스테이지;
   상기 제어부에 의해 제어되고, 회전이 가능한 회전스테이지; 및
   상기 회전스테이지 상단에 구비되어, 상기 HMD가 마운트될 수 있는 고정마운트;를 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 스크린부의 표준패턴과 상기 HMD광학부에서 송출된 영상의 크기를 비교하여 화각을 검증가능한 화각검증모듈;
   상기 3축스테이지를 제어하고 상기 HMD광학부에서 송출된 영상을 인식하여 아이릴리프(Eye Relief) 및 아이박스(Eye Box)를 검증가능한 시야검증모듈; 및
   상기 스크린부의 표준패턴과 상기 HMD광학부에서 송출된 영상의 높이차를 이용하여 왜곡수치량을 계산가능한 왜곡검증모듈;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 HMD 성능 평가 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 스크린부는,
   크기별로 복수개의 표준패턴이 동일한 중심을 가지도록 표시되며,
   상기 표준패턴 각각의 크기 정보는 상기 카메라부를 통하여 상기 제어부에서 자동으로 인식되는 것을 특징으로 하는 HMD 성능 평가 시스템.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 카메라부는,
   상기 제어부에 의해 제어되어 x,y,z축 방향으로 이송이 가능한 카메라3축스테이지;
   상기 카메라3축스테이지 상단에 구비되어 카메라가 장착되는 길이 방향의 지지부재; 및
   상기 카메라3축스테이지의 이동거리를 측정하기 위한 거리측정센서;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 HMD 성능 평가 시스템.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 화각검증모듈은,
   상기 HMD광학부의 광학 표면과 상기 스크린부 사이의 거리를 d, 상기 HMD광학부에서 송출된 영상의 이미지 사이즈를 y라고 할 때,
   화각값이 2 tan-¹(y/2d) 에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 HMD 성능 평가 시스템.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 왜곡검증모듈은,
   상기 스크린부에 투영된 상기 HMD광학부에서 송출된 영상의 고점의 세로 높이는 h₁, 상기 영상의 저점의 세로 높이는 h₂라고 할 때,
   왜곡값이 (h₁- h₂)/h₂×100(%) 에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 HMD 성능 평가 시스템.
   
8. 제 1항 및 제 4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 HMD 성능 평가 시스템을 이용하는 HMD 성능 평가 방법에 있어서,
   HMD 성능 평가 시스템을 설치하는 시스템설치단계;
   HMD광학부에서 스크린부로 송출되는 영상의 크기와 상기 스크린부에 표시된 표준패턴을 비교하여 화각을 측정하는 화각측정단계;
   카메라의 위치를 후방으로 이동하면서 손실없이 영상을 볼 수 있는 범위를 결정하는 아이릴리프(Eye Relief)를 측정하는 아이릴리프측정단계:
   상기 HMD광학부로부터 송출된 영상의 왜곡(Distortion) 현상을 수치적으로 계산하는 왜곡측정단계; 및
   상기 카메라의 위치를 좌우 방향으로 이동하면서 손실없이 영상을 볼 수 있는 범위를 결정하는 아이박스(Eye Box)를 측정하는 아이박스측정단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 HMD 성능 평가 방법.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 화각측정단계는,
   특정 화각값을 만족하기 위한 영상의 크기에 대한 임계치값을 설정하는 임계치값설정공정;
   상기 스크린부에 프린트된 복수의 표준패턴 중 상기 설정된 임계치값과 동일한 크기의 표준패턴을 화각가상실선으로 인식하는 화각가상실선인식공정;
   상기 HMD광학부를 구동시켜 상기 스크린부에 영상을 송출하여 투영하는 화각영상투영공정;
   상기 스크린부에서 투사된 영상의 크기를 상기 스크린부에 프린트된 표준패턴으로 이용하여 도출해내는 영상크기도출공정; 및
   상기 영상크기도출공정에 의하여 도출된 영상의 크기와 상기 화각가상실선을 비교하여 상기 HMD광학부에서 송출된 영상의 화각 성능을 평가하는 화각성능평가공정;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 HMD 성능 평가 방법.
   
10. 제 8항에 있어서,
    상기 아이릴리프측정단계는,
    아이릴리프 측정을 위해 HMD광학부를 구동시켜 상기 스크린부에 영상을 송출하여 투영하는 아이릴리프영상투영공정;
    상기 스크린부에 투영된 영상을 관찰하면서 상기 카메라를 후방으로 이동시키는 카메라후방이동공정;
    상기 카메라의 후방 이동 중 상기 영상의 외곽테두리의 손상이 발견되기 시작하는 지점에서 상기 카메라의 위치를 고정시키는 후방이동카메라고정공정;
    상기 카메라의 이동값을 측정하여 상기 HMD광학부와 상기 카메라의 거리값을 측정하는 아이릴리프값측정공정; 및
    상기 제어부에서 상기 아이릴리프값측정공정을 통해 측정된 거리값을 이용하여 상기 영상의 아이릴리프의 성능을 평가하는 아이릴리프성능평가공정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 HMD 성능 평가 방법.
    
11. 제 8항에 있어서,
    상기 왜곡측정단계는,
    일정 범위의 영상 크기 임계치값을 설정하는 임계치값설정공정;
    상기 스크린부에 프린트된 복수의 표준패턴 중 상기 설정된 임계치값의 크기 범위 내의 표준패턴들을 왜곡가상실선으로 인식하는 왜곡가상실선인식공정;
    상기 HMD광학부를 구동시켜 영상을 송출하여 상기 스크린부에 투영하는 왜곡영상투영공정;
    상기 왜곡영상투영공정을 통해 투영된 영상의 테두리와 상기 왜곡가상실선을 비교하여 상기 영상의 최고 세로 높이(h₁) 및 상기 영상의 최저 세로 높이(h₂)를 측정하는 영상세로높이측정공정; 및
    상기 영상세로높이측정공정에서 측정된 최고 세로 높이(h₁) 및 최저 세로 높이(h₂)를 이용하여 상기 제어부가 상기 영상의 왜곡을 수치화하여 도출해내는 왜곡값도출공정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 HMD 성능 평가 방법.
    
12. 제 8항에 있어서,
    상기 아이박스측정단계는,
    아이박스 측정을 위해 상기 HMD광학부를 구동시켜 영상을 송출하여 상기 스크린부에 투영하는 아이박스영상투영공정;
    상기 카메라를 좌측방향 또는 우측방향으로 이동시키는 카메라좌우이동공정;
    상기 카메라의 이동 중 상기 투영된 영상의 외곽테두리의 손상이 발견되기 시작하는 지점에서 상기 카메라의 위치를 고정시키는 좌우이동카메라고정공정;
    상기 카메라의 좌우 이동값을 측정하여 상기 HMD광학부와 상기 카메라의 거리값을 측정하는 아이박스값측정공정; 및
    상기 제어부에서 상기 아이박스값측정공정을 통해 측정된 거리값을 이용하여 상기 영상의 아이박스의 성능을 평가하는 아이박스성능평가공정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 HMD 성능 평가 방법.
    
13. 제 9항에 있어서,
    상기 화각측정단계는 상기 화각측정단계에서 측정된 화각을 화각검증모듈을 이용하여 검증하는 화각검증공정을 더 포함할 수 있으며,
    상기 화각검증공정은,
    상기 HMD광학부를 회전시켜 상기 스크린부에 투영된 영상의 테두리가 손상되기 시작하는 지점의 회전각을 측정하여 상기 화각을 측정 및 검증하는 것을 특징으로 하는 HMD 성능 평가 방법.
    
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