KR102297877B1 - 웨어러블 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치는 시각 영상을 포함하는 광을 출력하는 발광 소스, 및 상기 광이 이동하며 사용자에 착장 가능한 광학 하우징을 포함하고, 상기 광학 하우징은, 상기 출력된 광이 이동하는 도파부(waveguide), 상기 도파부를 통해 이동하는 상기 광을 사용자의 눈으로 입사시키는 경사면, 및 상기 도파부 상에 위치하는 접촉 감지부를 포함하며, 상기 광학 하우징은 일체형이다.

Description

웨어러블 표시 장치{WEARABLE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 웨어러블 표시 장치에 관한 것이다.
최근에는 표시 장치에서 출력된 화상을 광학계를 이용하여 확대하고, 이에 따른 허상을 눈으로 보게 하면서 마치 일정한 거리에 대형의 스크린을 두고 화상을 보는 것과 동일한 효과가 있는 웨어러블 표시 장치가 개발되고 있다. 이러한 장치는 대부분 머리에 안경과 같은 방법으로 착용하기 때문에 헤드 마운티드 표시(head mounted display) 장치라고 불린다.
헤드 마운티드 표시 장치는 인체에 착장되므로 착용시 불편함을 느끼지 않도록 인체 공학적인 구조가 요구되며 사용자가 실제 영상을 보는 것이 아니라 허상을 봄으로써 실제와 다른 정보가 사용자의 인체에 미치는 영향에 대해서도 고려되어야 한다.
헤드 마운티드 표시 장치는 하나의 표시 영상을 단안으로 보는 방식과 두 개의 표시 영상을 두 채널의 광학계를 통해 보는 방식이 있다. 이 중 후자의 방식은 3D 영상을 구현하기 위하여 미세하게 다른 시각의 영상을 두 개의 표시 장치에 제공하는 방식과 2차원 영상을 구현하기 위하여 같은 영상을 두 개의 표시 장치를 통해 보는 방식으로 나뉜다.
일반적으로 2차원 양안 헤드 마운티드 표시 장치는 두 개의 표시 장치들에서 출력되는 동일한 영상들이 각각의 접안 렌즈들을 통하여 사용자의 양안으로 각각 입사한다. 즉, 두 개의 표시 장치들은 동일한 영상을 각각 출력하고, 두 개의 렌즈는 두 개의 표시 장치들에서 출력된 각각의 영상들을 이용하여 허상을 형성하고 영상을 사용자의 양안으로 각각 입사한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 광이 출력되는 위치에서부터 사용자의 눈에 입사되는 영역까지 일체형으로 이루어진 하우징을 가지면서, 하우징 상에 위치하는 접촉 감지부를 구비하는 웨어러블 표시 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치는 시각 영상을 포함하는 광을 출력하는 발광 소스, 및 상기 광이 이동하며 사용자에 착장 가능한 광학 하우징을 포함하고, 상기 광학 하우징은, 상기 출력된 광이 이동하는 도파부(waveguide), 상기 도파부를 통해 이동하는 상기 광을 사용자의 눈으로 입사시키는 경사면, 및 상기 도파부 상에 위치하는 접촉 감지부를 포함하며, 상기 광학 하우징은 일체형이다.
상기 광학 하우징의 재질은 폴리메타크릴레이트(PMMA,poly(methylmethacrylate)), 폴리카보네이트(PC,Poly Carbonate) 또는 유리(Glass) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 도파부 상에 위치하는 접촉 감지부를 더 포함할 수 있다.
상기 접촉 감지부에 접촉이 있는 경우, 상기 접촉 감지부에서 난반사가 발생하는 감지 입력부를 포함할 수 있다.
상기 난반사는 부분 내부 전반사(FTIR, Frustrated Total Internal Reflectance)에 의해 발생할 수 있다.
상기 접촉 감지부는 상기 난반사에 의한 광을 감지하는 광센서를 더 포함할 수 있다.
상기 광센서는 상기 감지 입력부와 마주하며, 상기 도파부의 일면 위에 위치할 수 있다.
상기 광학 하우징의 끝 단에 위치하는 광량 감지 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 광량 감지 센서로 입력되는 광량에 따라 상기 발광 소스로부터 출력되는 광량의 제어가 가능할 수 있다.
상기 경사면은 제1 경사면 및 제2 경사면을 포함하고, 상기 제1 경사면의 각도는 상기 제2 경사면의 각도보다 클 수 있다.
상기 제1 경사면에 상기 반사 부재가 위치하며, 상기 제2 경사면에 빔 스플리터가 위치할 수 있다.
상기 제2 경사면의 각도에 따라 상기 출력된 시각 영상의 표시 구간이 변할 수 있다.
상기 제1 경사면 및 상기 제2 경사면에서 상기 광이 출력하는 시각 영상이 확대될 수 있다.
상기 광학 하우징은 복수개이며, 상기 복수의 광학 하우징을 연결하는 프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 광학 하우징 및 상기 프레임은 사용자에 착장 가능(wearable)할 수 있다.
상기 출력된 광은 전반사에 의해 상기 도파부를 이동할 수 있다.
상기 광학 하우징은 사출 성형에 의해 제조될 수 있다.
이상과 같이 증강 현실의 구현이 가능한 웨어러블 표시 장치는 구조가 단순하여 제조 공정이 간단하고, 일체화된 접촉 감지부를 통해 조작이 용이한 이점이 있다.
또한, 광은 출력되는 지점으로부터 사용자의 눈에 입사되는 지점까지 일체형 하우징을 통해 이동하는바, 광의 손실이 적고 정확한 시각 영상을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치를 착장한 일례이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2에서 광의 이동 경로를 나타낸 도면이다.
도 4(a) 내지 도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감지부를 나타낸 사시도이다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치의 사시도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 4를 참고로 하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치를 착장한 일례이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에서 광의 이동 경로를 나타낸 도면이며, 도 4(a) 내지 도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치부를 나타낸 사시도이다.
본 명세서는 웨어러블 표시 장치에 대해 설명하며, 일례로써 사용자의 헤드에 착장 가능한 헤드 마운티드 표시 장치에 대해 설명하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치(10)는 발광 소스(110), 광학 하우징(200) 및 프레임(300)을 포함한다.
발광 소스(110)는 시각 영상을 나타내기 위한 광을 광학 하우징(200)으로 출력한다.
광학 하우징(200)은 하나 이상일 수 있으며, 복수의 광학 하우징(200)은 프레임(300)을 통해 상호 연결되어 사용자가 착장 가능하다.
발광 소스(110)에서 출력된 광은 프레임(300)에 의해 사용자에게 장착된 광학 하우징(200)을 이동하여 사용자의 시야에 시각 영상을 제공한다.
광학 하우징(200)은 도파부(210) 및 경사면(220) 등이 일체형으로 제조될 수 있으며, 일체형으로 제조되는 어떠한 방법도 사용 가능하나, 일례로써 사출 성형을 사용하여 제조될 수 있다.
광학 하우징(200)의 재질은 폴리메타크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트(PC, Poly Carbonate) 또는 유리(Glass) 중 어느 하나일 수 있으며, 이에 제한되지 않고 일체형 하우징으로 성형 가능하면서 투과도가 높은 어떠한 재질도 가능하다.
광학 하우징(200)은 안경과 같이 사용자의 얼굴에 착용 가능하며, 복수의 광학 하우징(200)을 착장할 경우, 복수의 광학 하우징(200)을 연결하는 프레임(300)이 요구된다. 프레임(300)은 복수의 광학 하우징(200)을 연결하고 얼굴 정면에 지지 가능한 받침대(미도시)등을 통해 착용 가능하게 한다. 프레임(300)은 광학 하우징(200)의 중량을 지지하며, 부분적으로는 사용자의 시야각 내에 광학 하우징(200)을 위치하도록 한다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 하우징(200)은 안경과 같이 사용자의 귀 부근에 착용되는 지점으로부터 사용자의 눈 부근에 위치하는 끝 지점까지 하나의 하우징으로 이루어질 수 있다. 사용자의 귀 부근에 위치하는 광학 하우징(200)의 끝 단에는 발광 소스가 위치할 수 있다.
그러나 광학 하우징(200) 및 프레임(300)은 이러한 형상에 국한되지 않으며, 헬멧 또는 헤드 밴드 또는 조정형 헤드 스트랩과 같이 헤드 착용 기구에 장착될 수 있는 어떠한 형태도 가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이 프레임(300)은 2개의 광학 하우징(200)에 연결된다. 어느 하나의 광학 하우징(200)은 광학 하우징(200)이 위치하는 방향의 사용자의 눈의 전면 시야 영역에 부분적으로 배치될 수 있다. 나머지 다른 하나의 광학 하우징(200)은 사용자의 다른 눈의 전면에 부분적으로 위치할 수 있다. 2개의 광학 하우징(200)은 서로 대칭되는 물리적으로 동일하거나, 또는 크기와 형상이 다른 어떠한 조합도 가능하다.
본 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치는 2개의 독립된 광학 하우징(200)을 이용하여 사용자의 양안으로 시각 영상을 제공할 수 있으며, 이는 양안형 헤드 마운티드 표시 장치라 한다. 양안형 헤드 마운티드 표시 장치는 양 광학 하우징(200)을 이동하여 사용자의 양안에 TV를 시청하는 것과 같이 정확하게 동일한 시각 영상을 제공하거나, 또는 서로 다른 시각 영상을 시청하는 것과 같이 어느 하나의 광학 하우징(200)에서는 제1 시각 영상을 제공하고, 다른 하나의 광학 하우징(200)에서는 제2 시각 영상을 제공할 수 있다. 이때, 양안형 헤드 마운티드 표시 장치는 약간 다른 버전의 동일한 시각 영상을 제공하여 사용자가 3차원 시청이 가능하도록 할 수 있다.
그러나, 이에 제한되지 않으며 웨어러블 표시 장치는 하나의 광학 하우징(200)만을 포함할 수 있다. 이때 하나의 광학 하우징(200)은 사용자의 어느 한 눈 전면에 위치할 수 있고, 이는 단안형 헤드 마운티드 표시 장치라 한다.
또 다른 실시예에 따르면, 복수의 광학 하우징(200)은 프레임(300)에 착탈 가능할 수 있으며, 사용자로 하여금 필요에 따라 하나의 광학 하우징(200)을 연결하거나 또는 두 개의 광학 하우징(200)을 연결하여 사용하도록 할 수 있다.
프레임(300)은 마그네슘 합금, 알루미늄 합금, 티타늄, 또는 이와 유사한 경량 금속과 같은 내구성을 가지면서 경량인 적어도 하나의 물질을 포함한다. 그러나, 프레임(300)의 재질이 상기된 금속 물질들로 국한되지는 않는다. 따라서, 프레임(300)은 PVC, 폴리에틸렌(polyethylene), 또는 가벼우면서 내구성을 갖는 폴리머 물질을 포함할 수도 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여, 도 1에 도시된 웨어러블 표시 장치에 장착되는 하나의 광학 하우징을 살펴본다.
우선, 도 2 내지 도 3을 참조하면, 광학 하우징(200)은 도파부(210), 경사면(220) 및 접촉 감지부(240) 등을 포함하며, 시각 영상을 출력하는 발광 소스(110) 등을 실장할 수 있다.
발광 소스(110)는 사용자에게 나타내지는 시각 영상을 포함하는 정보를 광의 형태로 출력한다. 일례로써 발광 소스(110)는 파워 소스에 연결된 마이크로-디스플레이이다. 마이크로-디스플레이는 외부 소스로부터 시각 형태로 출력되는 입력 신호들을 수신하는 소스 입력단을 포함한다. 그러나, 여기에서 개시된 기능을 수행하는데 이용되는 발광 소스(110)는 상기 타입으로 국한되지 않는다. 따라서, 다른 실시예에 따라, 발광 소스(110)는 레이저-라이터(laser-writer), 마이크로-프로젝터(micro-projector), 또는 시각 정보를 표시할 수 있는 어떠한 다른 기구나 시스템일 수도 있다. 또한, 발광 소스(110)는 외부 소스로부터 와이어, 케이블, 광섬유, 무선 신호 전송 기구, 또는 신호 전달 분야의 당업자에게 주지된 신호 전달 기구를 통해서 입력 신호들을 수신할 수도 있다.
투사된 시각 정보는 정적 시각 정보, 동적 시각 정보 및 표시되어 보여질 수 있는 다른 어떠한 형태의 정보도 포함한다. 정적 시각 정보는 표시되는 시간 동안 변화되지 않는 정보를 포함한다. 정적 시각 정보는 새로운 정보로 업데이트되지 않는 사진들, 스틸 이미지(still imagery), 정적 텍스트 및 그래픽 데이터를 포함하지만, 이들로 국한되지 않는다. 동적 시각 정보는 디스플레이되는 시간 동안 변화하는 정보를 포함한다. 동적 시각 정보는 새로운 정보로 업데이트되는 비디오 플레이백(video playback), 실시간 비디오(real time video), 변화하는 이미지, 동적 텍스트, 그래픽 디자인을 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다.
도파부(210)는 발광 소스(110)로부터 출력되어 시각 정보를 포함하는 광이 이동하는 통로이다.
도파부(210)는 발광 소스(110)와 연통되어, 발광 소스(110)로부터 출력된 광의 이동 방향과 실질적으로 평행한 방향을 따라 연장된 형태이며, 도파부(210)의 내부를 이동하는 광은 전반사된다.
경사면(220)은 길게 연장된 도파부(210)의 일단과 연결되며, 본 발명의 일례로써 두 개의 경사면(220)인, 제1 경사면(221) 및 제2 경사면(223)을 포함할 수 있다.
제1 경사면(221)은 도파부(210)의 일단의 위치하며, 제1 경사면(221)이 위치하지 않는 도파부(210)의 타단에는 전술한 발광 소스(110)가 위치할 수 있다. 제1 경사면(221)에는 후술할 반사 부재(263)가 위치할 수 있으며, 도파부(210)를 통해 이동한 광이 제1 경사면(221)에 위치하는 반사 부재(263)를 통해 이동된다.
제2 경사면(223)은 제1 경사면(221)과 대략적으로 평행하면서 마주하는 위치에 배치되고, 일례로써 제1 경사면(221)보다 낮은 각도로 기울어질 수 있다. 제2 경사면(223)에서는 제1 경사면(221)에서 반사된 광이 다시 반사되어 사용자의 양안 또는 단안에 입사될 수 있다.
제2 경사면(223)의 각도에 따라 광을 통해 출력되는 영상의 제공 범위가 달라질 수 있다. 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예와 같이, 제2 경사면(223)의 각도가 다소 큰 경우, 제2 경사면(223)이 제공하는 시청 영역이 증가할 수 있으며, 이때 사용자의 눈은 광학 하우징(200)으로부터 약간 벗어난 위치에 위치할 수 있다.
제1 경사면(221) 및 제2 경사면(223) 상에는 이동하는 광이 반사되기 위한 반사 부재(263) 또는 빔 스플리터(273)가 위치할 수 있다.
반사 부재(263)는 일례로써 제1 경사면(221)에 위치할 수 있으며, 도파부(210)를 통해 이동하는 광을 사용자의 눈에 입사시키기 위해 광의 이동 경로를 변경시킨다. 즉, 도파부(210)를 이동하는 광은 반사 부재(263)에서 반사되어 사용자의 눈 쪽으로 이동 경로가 변경된다.
빔 스플리터(273)는 일례로써 제2 경사면(223)에 위치할 수 있으며, 제1 경사면(221)에 위치하는 반사 부재(263)에 의해 반사된 광이 제2 경사면(223)에 위치하는 빔 스플리터(273)에 의해 사용자의 양안 또는 단안으로 입사되도록 한다. 특히, 빔 스플리터(273)는 반투과 및 반사 성질을 사용하며, 이는 외부 영상과 발광 소스가 출력하는 시각 영상이 융합되어 사용자의 눈에 제공될 수 있도록 한다.
반사 부재(263) 및 빔 스플리터(273)를 이동하는 광은 반사가 반복되면서 기존에 출력된 영상에 비해 확대된 영상을 제공할 수 있다.
접촉 감지부(240)는 도파부(210) 상에 위치하며, 일례로써 광학 하우징(200)이 사용자의 헤드에 장착되는 경우, 귀와 눈 사이에 위치하는 도파부(210)의 중간 정도에 위치할 수 있다. 사용자의 접촉 조작이 용이하게 하기 위함이다.
접촉 감지부(240)는 사용자의 접촉을 감지하는 감지 입력부(241) 및 이를 감지하는 광센서(245)를 포함한다.
감지 입력부(241)는 광학 하우징(200)의 일면에 위치할 수 있으며, 일례로써 도 4에 도시된 바와 같이 도파부(210)의 일면, 특히 사용자의 접촉이 용이한 일측면에 위치할 수 있다. 이는 도 4에 도시된 바와 같이 사용자가 광학 하우징(200)을 장착한 경우, 사용자의 헤드 외측면에 위치하는 도파부(210)의 일면에 위치할 수 있음을 의미한다.
감지 입력부(241)에서는 난반사가 발생한다. 구체적으로 발광 소스(110)에서 출력된 광이 도파부(210)를 전반사를 통해 이동한다. 이때 감지 입력부(241)에 접촉이 발생하는 경우, 상기 광에 대해 부분 내부 전반사(FTIR, Frustrated Total Internal Reflectance)가 발생한다.
구체적으로, 부분 내부 전반사는 광이 이동하는 경로에 대해 굴절률이 더 큰 제 3의 매질이 놓일 때 발생한다. 제3의 매질에 의해 성질이 바뀌어, 새로 놓인 매질을 통하여 에너지 전달이 일어나게 된다. 즉, 광의 경로는 두 갈래로 나뉜다. 하나는 도파부(210)의 내부에서 전반사되는 것이고, 다른 하나는 접촉점을 거쳐 도파부(210)의 외부, 즉 접촉점의 마주하는 면으로 입사되는 것이다.
접촉점에서 감지 입력부(241)와 마주하는 다른 면으로 입사되는 광은 광센서(245)를 통해 감지된다. 광센서(245)는 도 4(b)에 도시한 바와 같이 도파부(210)의 일면에 위치하며, 일례로써 감지 입력부(241)와 마주하는 위치에 배치될 수 있다. 즉, 사용자가 광학 하우징(200)을 장착한 경우, 사용자의 얼굴 쪽에 위치하는 도파부(210)의 일면에 광센서(245)가 위치할 수 있다. 상기 일면은 감지 입력부(241)와 마주하는 면이다. 광센서(245)는 난반사된 광을 좌표로 변화하여 접촉점의 위치를 인식할 수 있다.
광센서(245)는 도 4b에 도시된 바와 같이 복수개일 수 있다. 복수의 광센서(245)는 접촉이 입력되는 도파부의 일면과 마주하는 면에 배열될 수 있다. 이때 배열되는 규칙 등은 제한이 없다.
복수의 광센서(245)는 접촉에 의해 산란되어 광센서(245)가 위치하는 면으로 입사되는 광을 감지하기 위한 위치에 배열될 수 있다. 복수의 광센서(245)로 입사되는 광을 좌표로 변환하여 접촉 위치를 감지하기 위함이다.
정리하면, 광을 출력하는 발광 소스(110)는 광의 이동 방향의 연장 선상에 위치하며, 이와 수직한 방향에서 발생하는 접촉은 광의 이동 방향에 수직한 방향으로 위치하는 광센서를 통해 감지 가능하다. 특히, 광센서(245)와 감지 입력부(241)는 도파부(210)의 양면 위에 위치하여 불필요한 공간을 방지하고 접촉 감지 기능을 향상시킬 수 있다. 또한, 접촉 감지부(240)는 접촉하는 물체의 매질에 의한 영향을 받으므로, 접촉 감지가 선택적으로 이루어질 수 있고, 접촉면이 넓은 경우에도 인식 가능하다.
광량 감지 센서(250)는 광학 하우징(200)의 일 단부, 구체적으로 사용자의 눈과 인접하는 광학 하우징(200)의 끝 부분에 위치할 수 있다. 광량 감지 센서(250)는 광학 하우징(200)의 끝 부분으로 입사되는 광량을 감지하여, 광량에 따라 사용자의 눈으로 입사되는 시각 영상의 휘도를 제어할 수 있다. 일례로써, 광량 감지 센서(250)에서 감지한 광량이 소정의 광량보다 작은 경우, 발광 소스(110)는 보다 높은 광량을 출력하여 이를 제어할 수 있다.
또한, 이에 제한되지 않고 웨어러블 표시 장치를 사용하는 환경에 따라 광량 감지 센서(250)를 사용할 수 있다.
예로써, 어두운 주변 환경에서 웨어러블 표시 장치를 사용하는 경우에는 광량 감지 센서(250)가 외부 환경을 감지하여 사용자의 눈에 제공하는 광의 휘도를 저하시킬 수 있으며, 밝은 주변 환경에서 웨어러블 표시 장치를 사용하는 경우에는 광량 감지 센서(250)가 외부 환경을 감지하여 사용자의 눈에 제공하는 광의 휘도를 증가시킬 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 포함하는 웨어러블 표시 장치는 발광 소스(110)로부터 출력되는 시각 영상을 사용자의 눈으로 공급하며, 이는 외부 영상과 결합하여 증강 현실이 구현된 이미지를 사용자의 눈으로 공급할 수 있다.
또한, 광학 하우징(200)은 발광 소스(110)가 위치하는 도파부(210)부터 경사면(220) 그리고 경사면(220)으로부터 연장되어 사용자의 시야에 위치하는 끝단까지 일체형으로 형성되어, 광학 하우징(200)을 이동하는 광의 손실이 적고 정확한 시각 영상을 제공할 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여, 광의 이동 경로에 따른 광학 하우징(200)을 살펴본다.
우선, 발광 소스(110)를 통해 시각 영상을 출력하는 광이 도파부(210)로 입사된다(P1). 입사된 광은 전반사를 통해 도파부(210)를 이동하는데, 이때 도파부(210) 상에는 접촉을 감지하는 영역(P2)이 위치한다.
상기 접촉을 감지하는 영역(P2)에서 사용자의 접촉이 있는 경우, 도파부(210)를 이동하는 광은 부분 내부 전반사가 발생한다. 일부 광은 접촉이 발생한 도파부(210)의 일면과 마주하는 면으로 입사하고, 나머지 광은 계속해서 광의 이동방향으로 전반사된다. 산란된 일부 광을 감지한 광센서(245)는 접촉 지점을 좌표화하여 나타낼 수 있다.
이동하는 광은 제1 경사면(221)에 위치하는 반사 부재(263) 등에 의해 반사되어 제2 경사면(223)에 위치하는 빔 스플리터(273)로 입사된다. 제2 경사면(223)으로 입사된 광은 빔 스플리터(273)에 의해 반사 및 반투과되어, 사용자의 양안 또는 단안으로 입사된다(P3). 이와 같이 입사된 광은 시각 영상을 출력하여 외부 영상과 결합하여 증강 현실을 구현할 수 있다(P4).
제2 경사면(223)이 위치하는 영역에 대응하는 영역은 출력 영상을 제공하는 영역(P3)이며, 상기 출력 영상과 외부 영상이 결합하여 증강 현실을 제공하는 영역은 시스루(See-through) 영역(P4)으로 구분된다. 도 3에 도시된 바와 같은 웨어러블 표시 장치는 사용자의 측면 시야 쪽에 위치하는바, 사용자의 전방 시야를 방해하지 않으면서 증강 현실을 제공할 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치를 설명한다. 도 5 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치의 사시도이다. 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치의 구성요소와 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략한다.
우선, 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치는 전술한 본 발명의 일 실시예가 포함하는 구성요소를 모두 포함하며, 제1 경사면(221) 및 제2 경사면(223) 사이의 길이 및 제2 경사면(223)의 각도가 상이하다.
우선, 제1 경사면(221)과 제2 경사면(223) 사이의 길이가 전술한 본 발명의 일 실시예 보다 길 수 있다. 이와 같이 제1 경사면(221)과 제2 경사면(223) 사이의 길이가 다소 긴 웨어러블 표시 장치는 사용자의 전면 시야에 위치할 수 있다. 즉, 웨어러블 표시 장치(10)의 끝단이 사용자의 전면 시야 내측에 위치할 수 있다. 이는 도 2에 도시된 웨어러블 표시 장치의 끝단이 사용자의 측면 시야에 위치함과 비교될 수 있다.
도 5에 따르면 발광 소스(110)에 의해 출력된 광(P1)이 접촉 감지부(240)가 위치하는 도파부(210)를 지나 제1 경사면(221)에서 반사 부재(263) 등에 의해 반사된다.
제1 경사면(221)에서 반사된 광은 다시 제2 경사면(223)에서 빔 스플리터(273) 등에 의해 반사 및 반투과되어 사용자의 눈에 시각 영상을 제공한다(P3). 이때 반투과 등에 의해 증강 현실을 구현하는 영역은 P4가 되며, 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 증강 현실 구현 영역에 비해 넓은 영역을 제공한다.
정리하면, 제1 경사면(221)과 제2 경사면(223) 사이의 길이 또는 제2 경사면(223)의 각도를 조절하여, 증강 현실을 구현하는 영역의 넓이(P4)를 조절하거나 사용자의 전면 시야로 시각 영상을 제공(P3)하는 등의 조절이 가능하다.
다음, 도 6을 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치(10)를 살펴본다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 표시 장치(10)는 도 5에 도시된 웨어러블 표시 장치에 비해 제1 경사면(221)과 제2 경사면(223) 사이의 거리가 짧다. 즉, 웨어러블 표시 장치의 끝단이 사용자의 전면 시야가 아닌 측면 시야에 위치한다. 따라서, 사용자는 측면 시야를 통해 웨어러블 표시 장치가 출력하는 시각 영상을 볼 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 경사면(223)의 각도는 도 2에서 도시하는 제2 경사면(223)의 각도에 비해 작다. 구체적으로 도 2의 제2 경사면(223)의 둔각을 기준으로 이에 대응하는 도 6의 제2 경사면(223)의 각도는 예각을 나타낸다. 이에 따라 제2 경사면(223)에 위치하는 빔 스플리터(273)가 위치하는 각도가 달라질 수 있다.
본 실시예에 따르면 빔 스플리터(273)의 반사 및 반투과에 의해 시각 영상이 제공되는 영역은 P3이며, 상기 영상과 외부 영상이 결합되어 증강 현실이 구현되는 영역은 P4일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 경사면(221)과 제2 경사면(223) 사이의 거리 및 제2 경사면(223)의 각도 조절을 통해, 시각 영상이 제공되는 위치와 넓이(P3) 및 증강 현실이 구현되는 위치와 넓이(P4)를 조절할 수 있다.
본 명세서는 도 2 내지 도 6에서 도시하고 있는 광학 하우징(200)의 형상만을 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 다양한 P3와 P4를 제공하는 어떠한 형상도 가질 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증강 현실을 구현하는 웨어러블 표시 장치는, 사용자의 헤드에 장착되면서 사용자의 전면 시야 또는 측면 시야까지 일체형으로 구성되는 하우징을 포함한다. 이때 사용자의 귀 쪽에 장착되는 광학 하우징의 일단으로부터 광이 전달되며, 상기 광은 사용자의 눈으로 입사된다. 이렇듯 사용자의 귀 부근부터 눈으로 입사되는 영역까지 이어지는 광학 하우징에 의하면 이동하는 광의 손실이 감소하고 시각 영상의 전달력이 우수할 수 있다. 또한, 이러한 표시 장치는 제조 공정이 용이하고 설비가 간단한 장점이 있다. 또한, 하우징 자체에 구비되는 접촉 감지부 및 광량 조절 센서 등을 통해 용이한 조작 및 우수한 시각 영상을 제공하는 것이 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10 : 웨어러블 표시 장치 100 : 발광 소스
200 : 광학 하우징 210 : 도파부
220 : 경사면 240 : 접촉 감지부
250 : 광량 감지 센서 263 : 반사 부재
273 : 빔 스플리터 300 : 프레임

Claims (16)

  1. 시각 영상을 포함하는 광을 출력하는 발광 소스, 및
    상기 광이 이동하며 사용자에 착장 가능한 광학 하우징을 포함하고,
    상기 광학 하우징은,
    상기 출력된 광이 이동하는 도파부(waveguide),
    상기 도파부를 통해 이동하는 상기 광을 사용자의 눈으로 입사시키는 경사면, 및
    상기 도파부 상에 위치하고, 상기 발광 소스와 상기 경사면 사이에 위치하여 물체의 접촉을 감지하는 접촉 감지부를 포함하며,
    상기 광학 하우징은 일체형이며,
    상기 접촉 감지부는 난반사에 의한 광을 감지하는 복수의 광센서를 포함하는 웨어러블 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 광학 하우징의 재질은 폴리메타크릴레이트(PMMA,poly(methylmethacrylate)), 폴리카보네이트(PC,Poly Carbonate) 또는 유리(Glass) 중 어느 하나인 웨어러블 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 광학 하우징은 사출 성형에 의해 제조되는 웨어러블 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 접촉 감지부에 접촉이 있는 경우, 상기 접촉 감지부에서 난반사가 발생하는 감지 입력부를 포함하는 웨어러블 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 난반사는 부분 내부 전반사(FTIR, Frustrated Total Internal Reflectance)에 의해 발생하는 웨어러블 표시 장치.
  6. 삭제
  7. 제4항에서,
    상기 광센서는 상기 감지 입력부와 마주하며, 상기 도파부의 일면 위에 위치하는 웨어러블 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 광학 하우징의 끝 단에 위치하는 광량 감지 센서를 더 포함하는 웨어러블 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 광량 감지 센서로 입력되는 광량에 따라 상기 발광 소스로부터 출력되는 광량의 제어가 가능한 웨어러블 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 경사면은 제1 경사면 및 제2 경사면을 포함하고,
    상기 제1 경사면의 각도는 상기 제2 경사면의 각도보다 큰 웨어러블 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 경사면에 반사면이 위치하며,
    상기 제2 경사면에 빔 스플리터가 위치하는 웨어러블 표시 장치.
  12. 제10항에서,
    상기 제2 경사면의 각도에 따라 상기 출력된 시각 영상의 표시 구간이 변하는 웨어러블 표시 장치.
  13. 제11항에서,
    상기 제1 경사면 및 상기 제2 경사면에서 상기 광이 출력하는 시각 영상이 확대되는 웨어러블 표시 장치.
  14. 제1항에서,
    상기 광학 하우징은 복수개이며,
    상기 복수의 광학 하우징을 연결하는 프레임을 더 포함하는 웨어러블 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 광학 하우징 및 상기 프레임은 사용자에 착장 가능한(wearable) 웨어러블 표시 장치.
  16. 제1항에서,
    상기 출력된 광은 전반사를 통해 상기 도파부를 이동하는 웨어러블 표시 장치.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11852827B2 (en) 2021-12-20 2023-12-26 Meta Platforms Technologies, Llc Switchable artificial reality device
WO2023122047A1 (en) * 2021-12-20 2023-06-29 Meta Platforms Technologies, Llc Switchable artificial reality device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090128499A1 (en) * 2007-11-15 2009-05-21 Microsoft Corporation Fingertip Detection for Camera Based Multi-Touch Systems
US20120069448A1 (en) * 2010-09-16 2012-03-22 Olympus Corporation Head-mounted display device
JP2013186292A (ja) * 2012-03-08 2013-09-19 Seiko Epson Corp 虚像表示装置
US20130267309A1 (en) * 2012-04-05 2013-10-10 Microsoft Corporation Augmented reality and physical games

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030234351A1 (en) 2002-06-25 2003-12-25 Chong-Hin Chee Brightness independent optical position sensor
KR100800859B1 (ko) 2004-08-27 2008-02-04 삼성전자주식회사 Ｈｍｄ 정보 단말기에서 키를 입력하는 장치 및 방법
US7705835B2 (en) 2005-03-28 2010-04-27 Adam Eikman Photonic touch screen apparatus and method of use
KR100894544B1 (ko) 2006-11-30 2009-04-24 한국전자통신연구원 스페이스 터치스크린 장치 및 그 작동방법
FI121862B (fi) 2008-10-24 2011-05-13 Valtion Teknillinen Järjestely kosketusnäyttöä varten ja vastaava valmistusmenetelmä
US8265346B2 (en) 2008-11-25 2012-09-11 De La Rue North America Inc. Determining document fitness using sequenced illumination
CN101751186B (zh) 2009-12-30 2011-12-21 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 触摸电子装置及其控制方法
US9223137B2 (en) 2010-10-08 2015-12-29 Seiko Epson Corporation Virtual image display apparatus
TWI448944B (zh) 2010-11-29 2014-08-11 Au Optronics Corp 觸控顯示裝置
US8217856B1 (en) 2011-07-27 2012-07-10 Google Inc. Head-mounted display that displays a visual representation of physical interaction with an input interface located outside of the field of view
JP5821464B2 (ja) * 2011-09-22 2015-11-24 セイコーエプソン株式会社 頭部装着型表示装置
TWI472962B (zh) 2011-11-17 2015-02-11 Pixart Imaging Inc 輸入裝置
WO2013136696A1 (ja) * 2012-03-13 2013-09-19 ソニー株式会社 ヘッドマウントディスプレイ
US20130248691A1 (en) * 2012-03-23 2013-09-26 Google Inc. Methods and Systems for Sensing Ambient Light
KR102127928B1 (ko) * 2013-10-15 2020-06-29 엘지전자 주식회사 입체적 입력장치를 갖는 글래스형 단말기 및 그의 화면 제어방법
JP6307857B2 (ja) * 2013-11-29 2018-04-11 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090128499A1 (en) * 2007-11-15 2009-05-21 Microsoft Corporation Fingertip Detection for Camera Based Multi-Touch Systems
US20120069448A1 (en) * 2010-09-16 2012-03-22 Olympus Corporation Head-mounted display device
JP2013186292A (ja) * 2012-03-08 2013-09-19 Seiko Epson Corp 虚像表示装置
US20130267309A1 (en) * 2012-04-05 2013-10-10 Microsoft Corporation Augmented reality and physical games

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