KR102072008B1 - Head mounted display device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 증강 현실 및 가상 현실을 동시에 또는 선택적으로 구현하는데 사용되는 스마트 글래스용 헤드마운트 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 하나의 디스플레이 소자를 사용하면서도 양쪽 눈에 동시에 컨텐츠를 제공할 수 있도록 함으로써, 스마트 글래스의 제조 비용을 낮출 수 있고 사용자의 피로감과 어지러움증을 감소시킬 수 있는 헤드마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a head mounted display device for smart glasses used to simultaneously or selectively implement augmented reality and virtual reality, and in particular, by providing content to both eyes simultaneously while using one display element, smart glasses The present invention relates to a head mounted display device capable of lowering the manufacturing cost of the product and reducing fatigue and dizziness of the user.
가상현실(Virtual Reality, VR)은 가상의 환경을 구축하여 실제처럼 느끼게 하는 기술이며, 증강현실(Augmented Reality, AR)은 실제로 보이는 주변 환경에 가상의 정보를 투영하여 함께 표현하는 기술로서, 증강현실(AR)과 가상현실(VR)은 현실-가상 연속성(Reality-Virtuality Continuum)상의 개념으로부터, 현실과 가상의 정보를 동시에 융합하여 환경을 구축하는 혼합현실(Mixed Reality, MR), 증강 가상(AV) 형태로 발전하고 있다.Virtual Reality (VR) is a technology that creates a virtual environment and makes it feel like reality, and Augmented Reality (AR) is a technology that expresses virtual information on the surrounding environment that is actually visible. (AR) and Virtual Reality (VR) are a concept of Reality-Virtuality Continuum that combines reality and virtual information simultaneously to build an environment, Mixed Reality (MR), Augmented Virtual (AV) ) Is developing in the form.
최근에는 이러한 가상현실 또는 증강현실을 사용자에게 제공할 수 있는 스마트 글래스가 산업 분야뿐만 아니라 게임, 레저 등의 다양한 외부 활동 분야에도 널리 이용이 되고 있다.Recently, smart glasses that can provide such virtual reality or augmented reality to users are widely used not only in the industrial field but also in various external activities such as games and leisure.
헤드마운트 디스플레이는 안경과 유사한 외형을 갖는 스마트 글래스의 프레임에 장착되어, 사용자에게 전달될 영상 등의 컨텐츠를 제공하는 것으로서, 가상현실 또는 증강현실에 사용될 영상 등을 만들어내는 디스플레이소자 및 디스플레이소자에서 만들어진 영상을 사용자의 눈으로 전달하기 위한 다양한 광학계를 포함하는 것이 일반적이다. 그런데 기존의 헤드마운트 디스플레이를 이용하는 스마트 글래스에서는 사용자의 양쪽 눈에 영상을 제공하기 위해서 2개 이상의 디스플레이 소자를 사용하는 것이 일반적이었다. 즉, 각각의 눈에 제공하기 위한 영상을 별개의 디스플레이 소자를 통해서 만들어내고, 만들어진 영상을 각각의 눈으로 전달하는 방식이 일반적이다. The head mounted display is mounted on a frame of a smart glass having an appearance similar to that of glasses, and provides contents such as an image to be delivered to a user. It is common to include various optical systems for delivering an image to the user's eyes. In conventional smart glasses using a head mounted display, two or more display elements are generally used to provide an image to both eyes of a user. That is, a method of generating an image for providing to each eye through a separate display element and transferring the generated image to each eye is common.
그 결과, 양쪽 눈에 동시에 제공될 영상을 만들어 내기 위해 많은 개수의 디스플레이 소자가 필요하게 되어 제작 비용이 상승하게 되며, 많은 수의 부품을 배치하기 위해 구조가 복잡해지며 그 결과 제조공정의 복잡화 및 수율 감소 등이 발생하는 문제가 있었다.As a result, a large number of display elements are required to produce an image to be simultaneously provided to both eyes, resulting in an increase in manufacturing costs, and a complicated structure for placing a large number of parts, resulting in complexity and yield of a manufacturing process. There was a problem that a decrease occurs.
나아가, 각각의 눈에 제공되는 영상이 별개의 디스플레이소자에서 생성되므로 디스플레이소자 각각의 특성에 따라 필연적으로 발생될 수밖에 없는 화이트 밸런스, 채도 및 색도 등과 같은 색감의 차이나 휘도의 차이가 발생하게 되어 사용자에게 불편감과 어지러움증을 유발시키는 문제가 있었으며, 이러한 두 눈에 제공되는 영상의 차이를 없애기 위해서는 더더욱 높은 비용이 요구되는 문제가 있었다.Furthermore, since the images provided to each eye are generated by separate display devices, color differences such as white balance, saturation, and chromaticity, which are inevitably generated according to the characteristics of the display devices, are generated, and thus the brightness is different. There was a problem causing discomfort and dizziness, and there was a problem that a higher cost was required to eliminate the difference between the images provided to the two eyes.
한편, 여러 개의 디스플레이소자가 사용되는 결과 어느 하나의 디스플레이소자에 고장이 발생할 경우 이는 곧바로 전체 디바이스의 고장으로 귀결이 되어 제품의 수명이 단축되는 문제도 있었다.On the other hand, as a result of the use of multiple display elements, if a failure occurs in any one of the display elements, this immediately leads to a failure of the entire device, thereby reducing the life of the product.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하나의 디스플레이소자만을 사용하면서도 동시에 양쪽 눈에 가상현실 또는 증강현실을 제공할 수 있는 헤드마운트 디스플레이장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a head mounted display device capable of providing virtual reality or augmented reality to both eyes while using only one display device.
또한 본 발명은 하나의 디스플레이소자에서 생성된 동일한 영상이 양쪽 눈에 동시에 제공되도록 함으로써 복수의 디스플레이소자를 사용하는 기존의 방식에서 발생되던 사용자의 불편감 및 어지러움증을 감소시킬 수 있는 헤드마운트 디스플레이장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In another aspect, the present invention provides a head-mounted display device that can reduce the discomfort and dizziness of the user caused by the conventional method using a plurality of display devices by providing the same image generated in one display device to both eyes at the same time It aims to provide.
본 발명에 따른 헤드마운트 디스플레이장치는, 광을 생성하는 백라이트, 상기 백라이트에서 출사된 광을 편광시켜 출사하는 편광분리기, 상기 편광분리기에서 편광된 광을 반사시켜 화상을 생성하는 반사형 디스플레이, 상기 반사형 디스플레이에서 출사된 광의 편광 상태를 변화시키는 제1 위상지연판, 상기 위상지연판을 투과한 광의 일부는 측방향으로 반사시키고 나머지 광은 투과시키는 하프 미러(half mirror), 상기 하프 미러를 투과한 나머지 광을 측방향으로 반사시키는 풀 미러(full mirror), 상기 하프 미러에서 반사된 광을 확대시키며 가이드하는 제1 프리즘모듈 및 상기 풀 미러에서 반사된 광을 확대시키며 가이드하는 제2 프리즘모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.A head mounted display device according to the present invention includes a backlight for generating light, a polarizer for polarizing light emitted from the backlight, a reflective display for generating an image by reflecting light polarized by the polarizer, and the reflection A first phase delay plate for changing the polarization state of the light emitted from the display, a half mirror for reflecting part of the light transmitted through the phase delay plate laterally and transmitting the remaining light, A full mirror for laterally reflecting the remaining light, a first prism module for enlarging and guiding the light reflected from the half mirror, and a second prism module for enlarging and guiding the light reflected from the full mirror; Characterized in that.
상기 하프 미러는 상기 위상지연판을 투과한 광을 수평 방향으로 확대시키면서 측방향으로 반사시킬 수 있다. 상기 풀 미러는 상기 하프 미러를 통과한 나머지 광을 수평 방향으로 확대시키면서 측방향으로 반사시킬 수 있다.The half mirror may reflect light transmitted through the phase delay plate in a lateral direction while expanding in a horizontal direction. The full mirror may reflect the remaining light passing through the half mirror laterally while expanding in the horizontal direction.
상기 제1 프리즘모듈 및 제2 프리즘모듈 각각은 경사면을 갖는 제1 웨지프리즘 및 제2 웨지프리즘을 포함하되, 상기 제1 웨지프리즘은 입사광을 수직 방향으로 확대시켜 출사하며, 제2 웨지프리즘은 경사면이 상기 제1 웨지프리즘의 경사면과 대면하도록 배치될 수 있다. 상기 하프 미러에서 반사된 광의 진행방향과 상기 풀 미러에서 반사된 광의 진행방향은 평행할 수 있다. Each of the first prism module and the second prism module includes a first wedge prism and a second wedge prism having an inclined surface, wherein the first wedge prism extends the incident light in a vertical direction, and the second wedge prism is an inclined surface. It may be disposed to face the inclined surface of the first wedge prism. The traveling direction of the light reflected from the half mirror and the traveling direction of the light reflected from the full mirror may be parallel.
상기 하프 미러와 상기 풀 미러 사이에는 적어도 하나의 콜리메이팅렌즈가 더 배치될 수 있으며, 상기 하프 미러와 풀 미러 사이의 미러 사이의 간격을 조절하기 의한 간격조절수단이 더 포함될 수 있다. 상기 간격조절수단에는 적어도 하나의 콜리메이팅렌즈가 배치될 수 있다.At least one collimating lens may be further disposed between the half mirror and the full mirror, and a gap adjusting means may be further included to adjust a gap between the half mirror and the full mirror. At least one collimating lens may be disposed in the gap adjusting means.
상기 하프 미러는 입사되는 광량의 약 50%를 직각 방향으로 굴절시켜 반사시키는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 하프 미러는 입사된 광을 편광성분에 따라 분리시켜 제1 편광성분의 광은 직각 방향으로 굴절시켜 반사시키고, 제2 편광성분의 광은 투과시킬 수 있다.The half mirror may be characterized by refracting and reflecting about 50% of the amount of incident light in a perpendicular direction. The half mirror may separate the incident light according to the polarization component, thereby refracting and reflecting the light of the first polarization component in a perpendicular direction, and transmitting the light of the second polarization component.
상기 하프 미러와 상기 제1 프리즘모듈 사이에는 제1 확대렌즈가 더 배치될 수 있으며, 상기 풀 미러와 상기 제2 프리즘모듈 사이는 제2 확대렌즈가 더 포함될 수 있다.A first magnification lens may be further disposed between the half mirror and the first prism module, and a second magnification lens may be further included between the full mirror and the second prism module.
본 발명에 따른 헤드마운트 디스플레이 장치는 하나의 반사형 디스플레이만을 사용하여 영상을 생성하게 되므로 복수의 디스플레이를 사용하는 기존의 헤드마운트 디스플레이장치에서 발생되는 사용자의 불편감과 어지러움증을 방지할 수 있는 이점이 있다.Since the head mounted display device according to the present invention generates an image using only one reflective display, there is an advantage of preventing discomfort and dizziness of a user generated in a conventional head mount display device using a plurality of displays. .
특히, 디스플레이의 개수가 감소되어 제조 비용이 절감되며, 장치의 구성이 간소화되어 제작이 용이하며 장치의 무게를 줄일 수 있게 되어 더욱 편리한 사용이 가능하게 되는 이점이 있다.In particular, the number of displays is reduced, manufacturing costs are reduced, and the configuration of the device is simplified, making it easy to manufacture and reducing the weight of the device has the advantage of enabling more convenient use.
도 1은 본 발명에 따른 헤드마운트 디스플레이장치의 구성도이다.
도 2는 하프 미러와 풀 미러 및 웨지프리즘의 경사면에서 광이 반사되면서 확대되는 과정을 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 프리즘모듈의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 톱니 형상의 확대수단이 형성된 웨지프리즘의 구조를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 셰이드를 포함한 헤드마운트 디스플레이장치의 일부 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 셰이드의 구성도이다1 is a block diagram of a head mounted display device according to the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a process in which light is reflected on the inclined surfaces of the half mirror, the full mirror, and the wedge prism to be enlarged.
3 is a block diagram of a prism module according to the present invention.
Figure 4 shows the structure of the wedge prism formed with the saw-toothed expansion means according to the present invention.
5 is a partial configuration diagram of a head mounted display device including a shade according to the present invention.
6 is a block diagram of a shade according to the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 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. The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, the terms 'comprise' or 'having' are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 헤드마운트 디스플레이장치(100)의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 헤드마운트 디스플레이장치(100)는 백라이트(1), 편광분리기(2), 반사형 디스플레이(3), 위상지연판(4), 제1 콜리메이팅렌즈(5), 하프 미러(Half Mirror)(6), 풀 미러(Full Mirror)(7), 제1 프리즘모듈(8) 및 제2 프리즘모듈(9)을 포함한다. 또한 하프 미러(6)와 풀 미러(7) 사이에는 적어도 하나의 제2 콜리메이팅렌즈(10)와 양안거리 조절부(11)가 배치될 수 있다. 또한, 하프 미러(6)와 제1 프리즘모듈(8) 사이에 배치되는 제1 확대렌즈(12) 및 풀 미러(7)와 제2 프리즘모듈(9) 사이에 배치되는 제2 확대렌즈(13)를 포함한다.1 is a block diagram of a head mounted
본 발명에 따른 헤드마운트 디스플레이 장치(100)에서는 사용자의 양쪽 눈에 제공되는 영상이 일측에 배치되는 하나의 반사형 디스플레이(3)에서 생성된다. 하나의 반사형 디스플레이(3)에서 생성된 영상은 분기되어 사용자의 양쪽 눈으로 전달된다. 분기된 광은 제1 프리즘모듈(8) 및 제2 프리즘모듈(9)을 통과하면서 가이드되어 각각 사용자의 한쪽 눈으로 전달된다. 따라서 일측에 배치된 1개의 반사형 디스플레이(3)를 사용하면서 사용자의 양쪽 눈에 동일한 영상을 동시에 제공할 수 있게 된다.In the head mounted
도 1에서, 백라이트(1)는 광원을 의미하는 것으로서, 순차적으로 RGB 광을 생성할 수 있는 LED 백라이트일 수 있다. In FIG. 1, the backlight 1 refers to a light source, and may be an LED backlight that may sequentially generate RGB light.
편광분리기(2)는 입력되는 광을 편광 상태에 따라 분리시키는 광학소자로서, 편광 빔 스플리터(Polarization Beam splitter)일 수 있다. 즉, 편광분리기(2)는 입력되는 광을 구성하는 편광성분 중 어느 하나의 편광성분은 그대로 투과를 시키지만, 다른 하나의 편광성분은 직각 방향으로 반사시킨다. 따라서, 편광분리기(2)로 입사된 광은 편광 상태에 따라서 2개의 경로로 분기된다. 일반적으로 편광되어 있지 않은 광은 제1 편광성분과 제2 편광성분을 포함한다. 제1 편광성분은 P 편광을, 제2 편광선분은 S 편광을 의미할 수 있으나, 반대로 제1 편광성분은 S 편광을, 제2 편광선분은 P 편광을 의미할 수도 있다. 제1 편광성분과 제2 편광성분을 모두 포함하는 광이 편광분리기(2)로 입사될 경우 제1 편광성분은 그대로 투과되고, 제2 편광성분은 직각 방향으로 반사된다.The
위상지연판(4)은 입사되는 광의 편광상태를 변화시키는 광학 소자로서, λ/4 파장판일 수 있다. 즉, 선평광 상태의 광은 위상지연판(4)을 통과하면서 원편광으로 변환되며, 원편광 상태의 광은 위상지연판(4)을 통과하면 선편광 상태로 변환된다.The
백라이트(1)에서 생성되어 출사된 광은 편광분리기(2)로 입사된다. 백라이트(1)에서 생성되어 출사된 광은 특정 방향으로 편광되어 있지 않고 제1 편광 성분 및 제2 편광성분을 모두 포함하는 것이 일반적이다. 편광분리기(2)는 입사되는 광을 편광시켜 반사형 디스플레이(3)로 전달한다. 즉, 입사되는 광에 대해, 어느 하나의 편광성분만을 직각 방향으로 반사시켜서 반사형 디스플레이(3)로 전달한다. 반사형 디스플레이(3)는 외부광을 이용하여 화상을 생성하는 방식의 디스플레이로서, 실리콘 액정표시장치(Liquid Crystal on silicon, LCoS)일 수 있다. Light generated by the backlight 1 and exited is incident on the
반사형 디스플레이(3)에서 출사되는 광은 편광분리기(2)를 거친 다음 제1 콜리메이팅렌즈(5)를 통과하여 위상지연판(4)으로 입사된다. 제1 콜리메이팅렌즈(5)는 광의 수차를 감소시켜 퍼진 상태의 광을 평행한 상태로 변환시키게 된다. 반사형 디스플레이(3)에서 출사되는 광은 진행을 하면서 퍼지게 되는 것이 일반적인데, 상기 제1 콜리메이팅렌즈(5)에 의해 평행광으로 조절된 이후 위상지연판(4)으로 입사된다.The light emitted from the
위상지연판(4)은 제1 콜리메이팅렌즈(5)에서 출사된 광을 받아 편광 상태를 변화시켜 출사시킨다. 위상지연판(4)으로 입사되는 광은 선편광 상태일 수 있으며, 위상지연판(4)에서 편광 상태가 바뀌어서 원편광 상태로 출사될 수 있다. 위상지연판(4)에서 출사된 광은 하프 미러(6)로 전달된다.The
하프 미러(6) 입사광의 일부는 반사를 시키지만 나머지는 투과를 시키는 광학 소자이다. 하프 미러(6)는 입사광의 광량 중 약 50%는 반사를 시키고 나머지 50%는 투과시킬 수 있다. 하프 미러(6)는 편광 빔 스플리터일 수 있다. 즉, 하프 미러(6)는 입력되는 광을 구성하는 편광성분 중 어느 하나의 편광성분은 그대로 투과를 시키지만, 다른 하나의 편광성분은 반사시킨다. 하프 미러(6)는 1개의 경사면을 갖는 웨지프리즘 형태일 수 있으며, 하프 미러(6)에서의 반사는 웨지프리즘의 경사면에서 이루어질 수 있다. 하프 미러(6)로 입사된 광은 광이 하프 미러(6)로 입사되는 방향을 기준으로 직각 방향으로 반사될 수 있다.The
하프 미러(6)를 투과한 광은 제2 콜리메이팅렌즈(10)를 거쳐서 풀 미러(7)로 전달되며, 하프 미러(6)에서 반사된 광은 제1 확대렌즈(12)를 거쳐 제1 프리즘모듈(8)로 전달된다. 제2 콜리메이팅렌즈(10)는 제1 콜리메이팅렌즈(5)와 마찬가지로 하프 미러(6)를 통과한 광의 수차를 감소시켜 평행광 형태로 조절하려 풀 미러(7)로 전달한다.The light transmitted through the
하프 미러(6)와 풀 미러(7) 사이에는 적어도 하나의 제2 콜리메이팅렌즈(10)가 배치될 수 있다. 하프 미러(6)와 풀 미러(7) 사이에 배치되는 제2 콜리메이팅렌즈(10)의 개수는 1개일 수도 있고 2개 이상의 복수일 수도 있다. 제2 콜리메이팅렌즈(10)의 개수는 하프 미러(6)와 풀 미러(7) 사이의 거리에 따라 적절한 개수가 선택될 수 있다. 즉, 하프 미러(6)를 통과한 광이 퍼지는 정도 및 풀 미러(7)와 하프 미러(6) 사이의 거리를 고려하여 적절한 개수가 선택될 수가 있는데, 장치의 사이즈를 고려하면 2개를 배치하는 것이 바람직하다.At least one
하프 미러(6)와 풀 미러(7) 사이에는 양안거리 조절부(11)가 배치될 수 있다. 양안거리 조절부(11)는 하프 미러(6)와 풀 미러(7) 사이의 거리를 조절하여 궁국적으로 하프 미러(6)와 풀 미러(7)에서 광이 직각 방향으로 반사되는 지점 사이의 거리를 조절하기 위한 것이다. 양안거리 조절부(11)는 길이를 가변시킬 수 있는 다양한 스테이지 형태일 수 있다. 한편, 하프 미러(6)와 풀 미러(7) 사이 배치되는 제2 콜리메이팅렌즈(10)는 양안거리 조절부(11)에 부착될 수도 있다.The binocular
풀 미러(7)는 입사된 광을 모두 반사하는 미러이다. 풀 미러(7)는 1개의 경사면을 갖는 웨지프리즘 형태일 수 있으며, 풀 미러(7)에서의 반사는 웨지프리즘의 경사면에서 이루어질 수 있다. 풀 미러(7)로 입사된 광은 광이 풀 미러(7)로 입사되는 방향을 기준으로 직각 방향으로 반사될 수 있다. 풀 미러(7)에서 반사된 광이 진행하는 방향과 하프 미러(6)에서 반사된 광이 진행하는 방향은 같은 방향으로서 서로 평행한 것이 바람직하다.The
하프 미러(6) 및 풀 미러(7)에서 광이 반사되는 과정에서는 광의 확대가 발생된다. 도 2는 하프 미러(6) 및 풀 미러(7)에서 광이 반사되는 과정에서 이루어지는 광의 확대를 설명하기 위한 개념도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하프 미러(6) 또는 풀 미러(7)로 입사된 광은 미러(6, 7) 내부를 통과하여 미러(6, 7)의 경사면으로 입사되며, 경사면에서 반사가 된다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이 광은 그 광의 단면상에서의 위치가 달라지면 반사가 일어나는 경사면에서의 위치가 달라지게 되고, 그 결과 광이 제1 방향으로 확대된다. 상기 제1 방향은 상기 미러(6, 7)의 경사면이 경사를 이루면서 연장되어 있는 방향과 동일한 방향을 의미한다. In the process of reflecting light in the
하프 미러(6)에서 반사된 광은 제1 확대렌즈(12)를 거쳐서 제1 프리즘모듈(8)로 전달되며, 풀 미러(7)에서 반사된 광은 제2 확대렌즈(13)를 거쳐서 제2 프리즘모듈(9)로 전달된다.The light reflected by the
제1 확대렌즈(12) 및 제2 확대렌즈(13)는 각각 하프 미러(6) 및 풀 미러(7)에서 반사된 광을 추가적으로 확대시키는 렌즈로서, 상기 수직 방향 또는 수평 방향 중 어느 한 방향으로 광을 확대시키는 렌즈가 사용될 수 있고, 수평 및 수직 방향으로 동시에 확대시키는 렌즈가 사용될 수도 있다. 제1 확대렌즈(12) 및 제2 확대렌즈(13)를 거치며 확대된 광은 각각 제1 프리즘모듈(8) 및 제2 프리즘모듈(9)로 입사된다. 도 3은 본 발명에 따른 프리즘모듈(8, 9)의 구성도이다. 프리즘모듈(8, 9)은 광을 확대시키면서 사용자의 눈으로 가이드를 하는 광학 모듈로서, 각각의 프리즘모듈(8, 9)은 도 3에 도시된 바와 같이 2개의 웨지프리즘(14, 15)을 포함한다. 각각의 웨지프리즘(14, 15)은 경사면을 갖는 구조로 형성된다.The
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 미러(6, 7)에 형성된 경사면의 연장 방향과 웨지프리즘(14, 15)에 형성된 경사면의 연장 방향은 서로 직각을 이루게 된다. 따라서, 미러(6, 7)는 입사광을 제1 방향으로 확대를 시키며, 웨지프리즘(14, 15)은 미러(6, 7)와 동일한 방식으로 광을 확대시키되, 확대시키는 방향은 제1 방향과는 직각을 이루는 방향인 제2 방향이 된다. 미러(6, 7) 및 웨지프리즘(14, 15)을 거치면서 확대된 영상은 사용자의 눈으로 전달된다. 이후로는, 도 2 및 도 3을 참조하며 미러(6, 7) 및 웨지프리즘(14, 15)에서의 광의 확대를 설명하는 과정에서의 제1 방향은 수평 방향으로, 제2 방향을 수직 방향으로 호칭하도록 한다.2 and 3, the extending direction of the inclined surfaces formed on the
제1 웨지프리즘(14)의 경사면에는 확대수단이 형성될 수 있다. 확대수단은 홀로그래픽 광학소자(Holographic Optical Element, HOE)일 수 있으며, 이러한 홀로그래픽 광학소자는 제1 웨지프리즘(14)의 경사면을 레이저로 가공하여 형성할 수 있다. 확대수단은 도 4에 도시된 바와 같이 경사면 표면을 톱니 형상으로 가공한 형태일 수도 있다. 상기 확대수단은 경사면에서 반사된 광이 제1 웨지프리즘(14)의 바닥면에 수직으로 입사할 수 있도록 광의 경로를 보정한다. An enlarged means may be formed on the inclined surface of the
제2 웨지프리즘(15)은 도 3에 도시된 바와 같이, 경사면이 상기 제1 웨지프리즘(14)의 경사면과 대면하도록 배치된다. 상기 제2 웨지프리즘(15)과 제1 웨지프리즘(14)의 경사면은 서로 맞닿도록 배치될 수 있다. 제2 웨지프리즘(15)은 영상의 왜곡을 방지하기 위한 것으로서, 제2 웨지프리즘(15)의 경사면은 제1 웨지프리즘(14)의 경사면에 형성된 확대수단의 형태에 따라 달라질 수 있다. 즉, 제1 웨지프리즘(14)에 형성된 수직 방향 확산수단이 홀로그래픽 광학소자일 경우 제2 웨지프리즘(15)의 경사면은 평면일 수 있다. 만일, 제1 웨지프리즘(14)에 형성된 확산수단이 톱니 형상의 표면일 경우, 제2 웨지프리즘(15)의 경사면은 제1 웨지프리즘(14)의 경사면에 형성된 톱니 형상과 맞물릴 수 있는 톱니 형상일 수 있다. 즉, 제2 웨지프리즘(15)의 경사면은 제1 웨지프리즘(14)의 경사면 표면에 형성된 톱니 형상과 동일한 모양으로 형성되되 역위상을 갖도록 형성되어 제1 및 제2 웨지프리즘(14, 15)의 경사면에 형성된 톱니 형상이 서로 맞물리도록 형성될 수 있다.As shown in FIG. 3, the
본 발명에 따른 헤드마운트 디스플레이장치(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 외부 광을 투과 또는 차단시킬 수 있는 셰이드(20)를 포함할 수도 있다. 셰이드(20)는 반투명 또는 광확산성 재료로 구성된 차폐체로서, 플라스틱 엘시디로 형성될 수 있다. 도 6은 플라스틱 엘시디로 형성된 셰이드(20)의 상세 구성도이다.As shown in FIG. 5, the head mounted
도 6에 도시된 바와 같이, 셰이드(20)는 상부 투명전극(23)이 형성된 상부 플렉서블(Flexible) 투명필름(21), 하부 투명전극(24)이 형성된 하부 플렉서블 투명 필름(22), 상부 투명전극(23)과 하부 투명전극(24)의 사이에 형성된 액정층(25), 엘시디 패널의 봉합에 사용되는 실란트(26), 내부에 액정층(25)의 갭을 유지시켜주는 스페이서(27), 상부 투명전극(23)과 하부 투명전극(24)에 전기적 신호를 인가하기 위한 커넥터(28)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 6, the
투명 전극(23, 24)은 헤드마운트 디스플레이장치(100)의 스크린이거나 렌즈 기능을 할 수 있으며, 상부 및 하부 플렉서블 투명필름(21, 22)은 플라스틱 기판으로 사용된다. The
플렉서블 투명필름(21, 22)으로는 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 싸이클로 올레핀 폴리머(COP) 등의 등방성을 가지는 투명 플라스틱 소재가 사용될 수 있고, 10-3g/day 내지 10-6g/day의 투습률을 가질 수 있다. 플렉서블 투명필름(21, 22)의 두께는 30 내지 300 ㎛인 것이 바람직하며, 일면상에는 투명전극(23, 24)이 형성된다.A flexible transparent film (21, 22) is a polycarbonate (PC), polyimide (PI), and a transparent plastic material having an isotropic, such as cyclo-olefin polymer (COP) can be used, 10 -3 g / day to 10 - It can have a moisture permeability of 6 g / day. It is preferable that the thickness of the flexible
투명전극(23, 24)은 ITO, IZO, AZO 등의 금속 산화물로 형성될 수 있으며, 550nm 파장의 광에 대한 투과율이 80% 이상인 것이 바람직하며, 두께는 5 내지 500nm인 것이 바람직하다.The
실란트(26)는 유기 또는 무기 박막의 단일층이나 이들이 적층체로 형성될 수 으며, 이때 사용되는 무기 박막층은 스퍼터링, PECVD 또는 PEALD 방법으로 형성될 수 있고, 유기 박막층은 닥터 블레이드, 스핀코팅, 그라비아 코팅, 인쇄법 등 다양한 유기막 형성법으로 형성될 수 있다. 무기 박막층의 재료는 SiO2, Al2O3, SiNX, SiC, SiOC, SiON 등이 사용될 수 있으며, 단일층으로 형성시 두께는 5 내지 1000㎚인 것이 바람직하다. 유기 박막층의 재료로는 Si계의 화합물, 아크릴계 또는 우레탄계가 사용될 수 있으며, 두께는 5 내지 5000인 것이 바람직하다. 한편 스페이서(27)는 5㎛ 이하의 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. The
상술한 구조를 갖는 셰이드(20)는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 웨지프리즘(14)의 전방에 배치되므로 양쪽 눈 전방에 1개씩 배치된다. 양쪽 눈 전방에 1개씩 배치된 셰이드(20)는 독립적으로 광을 투과 또는 차단시키도록 제어될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 헤드마운트 디스플레이장치에서 생성된 영상이 사용자의 양쪽 눈 중 어느 한쪽으로만 전달되도록 제어될 수 있다. 이처럼 셰이드(20)의 광 투과 또는 차단 상태를 빠르게 변화시키면서 영상이 사용자의 어느 한쪽으로만 전달되도록 하면 사용자는 결과적으로 3D 영상을 보게 된다.Since the
한편, 도 5는 셰이드(20)를 제1 웨지프리즘(14)의 전방에 배치한 경우를 도시하였으나, 셰이드(20)를 광경로 상의 다양한 위치로 이동시켜도 3D 영상을 구현할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 확대 렌즈(12, 13)의 전방 또는 후방에 배치시켜 제1 및 제2 확대 렌즈(12, 13)로 입사되는 광이나 제1 및 제2 확대 렌즈(12, 13)에서 출사되는 광이 투과하도록 할 수도 있다. 또한, 위상지연판(4)와 하프 미러(6) 사이에 배치될 수도 있다. 즉, 사용자의 양쪽 눈으로 광이 입사되는 최종 편광 상태가 그대로 유지되는 광경로 상의 위치라면 다양하게 배치되어 3D 영상을 제공할 수 있다.Meanwhile, although FIG. 5 illustrates a case where the
이상에서는, 본 발명에 따른 발명을 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능한 것은 물론이다.As mentioned above, although the invention which concerns on this invention was demonstrated concretely according to the Example, this invention is not limited to the said Example, Of course, various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the summary of invention.
1 : 백라이트 2 : 편광분리기
3 : 반사형 디스플레이 4 : 위상지연판
5 : 제1 콜리메이팅렌즈 6 : 하프 미러(Half Mirror)
7 : 풀 미러(Full Mirror) 8 : 제1 프리즘모듈
9 : 제2 프리즘모듈 10 : 제2 콜리메이팅렌즈
11 : 양안간격 조절부 12 : 제1 확대렌즈
13 : 제2 확대렌즈 14 : 제1 웨지프리즘
15 : 제2 웨지프리즘 20: 셰이드
21 : 상부 플렉서블 투명필름 22 : 하부 플렉서블 투명필름
23 : 상부 투명전극 24 : 하부 투명전극
25 : 액정층 26 : 실란트
27 : 스페이서 28 : 커넥터
100 : 헤드마운트 디스플레이장치1: backlight 2: polarizer
3: reflective display 4: phase delay plate
5: first collimating lens 6: half mirror
7: Full Mirror 8: First Prism Module
9: second prism module 10: second collimating lens
11: binocular spacing adjusting unit 12: the first magnifying lens
13: 2nd magnifying lens 14: 1st wedge prism
15: second wedge prism 20: shade
21: upper flexible transparent film 22: lower flexible transparent film
23: upper transparent electrode 24: lower transparent electrode
25
27: spacer 28: connector
100: head mounted display device
Claims (6)
상기 백라이트에서 출사된 광을 편광시켜 출사하는 편광분리기;
상기 편광분리기에서 편광된 광을 반사시켜 화상을 생성하는 반사형 디스플레이;
상기 반사형 디스플레이에서 출사된 광의 편광 상태를 변화시키는 위상지연판;
상기 위상지연판을 투과한 광의 일부는 직각 방향으로 반사시키고 나머지 광은 투과시키는 하프 미러(half mirror);
상기 하프 미러를 투과한 광을 모두 하프 미러에서 반사된 광의 진행방향과 평행한 직각 방향으로 반사시키는 풀 미러(full mirror);
상기 하프 미러에 직각 방향으로 구비되어 하프 미러에서 반사된 광을 확대시키며 가이드하는 제1 프리즘모듈;
상기 풀 미러에 직각 방향으로 구비되어 풀 미러에서 반사된 광을 확대시키며 가이드하는 제2 프리즘모듈;
상기 하프 미러와 풀 미러 사이에 구비되어 하프 미러와 풀 미러 사이의 거리를 조절하는 한편 광의 수차를 감소시켜 퍼진 상태의 광을 평행한 상태로 변환시키는 복수의 콜리메이팅렌즈를 갖는 양안거리 조절부;
상기 각 미러와 각 프리즘모듈 사이에 각각 구비되어 각 프리즘모듈로 전달되는 광을 추가 확대시키는 제1,2 확대 렌즈;
상기 위상지연판에서 출사된 최종 편광 상태의 광이 사용자의 양쪽 눈으로 입사되는 광의 경로 상에 구비되어 3D 영상을 생성하기 위한 셰이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 디스플레이장치.
A backlight generating light;
A polarization separator that polarizes the light emitted from the backlight and emits the light;
A reflective display for reflecting light polarized by the polarizer to generate an image;
A phase delay plate for changing a polarization state of light emitted from the reflective display;
A half mirror for reflecting a part of the light transmitted through the phase delay plate in a right direction and transmitting the remaining light;
A full mirror for reflecting all the light transmitted through the half mirror in a direction perpendicular to the direction of travel of the light reflected from the half mirror;
A first prism module provided in the half mirror at a right angle to enlarge and guide the light reflected from the half mirror;
A second prism module provided in the full mirror at a right angle to enlarge and guide the light reflected from the full mirror;
A binocular distance adjusting unit provided between the half mirror and the full mirror to adjust a distance between the half mirror and the full mirror, and having a plurality of collimating lenses for reducing the aberration of the light to convert the spread light into a parallel state;
First and second magnifying lenses respectively provided between the mirrors and the prism modules to further enlarge the light transmitted to each prism module;
And a shade for generating a 3D image by providing light of the final polarization state emitted from the phase delay plate to a path of light incident to both eyes of a user.
상기 하프 미러는 상기 위상지연판을 투과한 광을 수평 방향으로 확대시키면서 직각 방향으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 디스플레이장치.
The method of claim 1,
And the half mirror reflects light transmitted through the phase delay plate in a direction perpendicular to the horizontal direction.
상기 풀 미러는 상기 하프 미러를 통과한 나머지 광을 수평 방향으로 확대시키면서 직각 방향으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 디스플레이장치.
The method of claim 1,
The full mirror is a head-mount display device, characterized in that for reflecting the remaining light passing through the half mirror in a direction perpendicular to the horizontal direction.
상기 제1 프리즘모듈 및 제2 프리즘모듈 각각은 경사면을 갖는 제1 웨지프리즘 및 제2 웨지프리즘을 포함하되,
상기 제1 웨지프리즘은 입사광을 수직 방향으로 확대시켜 출사하며, 제2 웨지프리즘은 경사면이 상기 제1 웨지프리즘의 경사면과 대면하도록 배치된 것을 특징으로 하는 헤드마운트 디스플레이장치.
The method of claim 1,
Each of the first prism module and the second prism module includes a first wedge prism and a second wedge prism having an inclined surface,
And the first wedge prism extends the incident light in a vertical direction, and the second wedge prism is arranged such that an inclined surface faces an inclined surface of the first wedge prism.
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