KR102328689B1 - 착용식 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 예에 따른 착용식 디스플레이 장치는, 가상 이미지를 형성하는 제1 광을 투사하는 표시 소자와; 상기 표시 소자로부터의 제1 광과 상기 착용식 디스플레이 장치의 외부로부터 입력된 제2 광을 사용자의 눈에 투사하는 도광 소자를 포함하며, 상기 도광 소자는, 상기 표시 소자와 대면하는 제1 광학면과; 상기 제1 광학면을 투과하여 입력된 제1 광을 전반사하는 제2 및 제3 광학면들과; 상기 전반사된 제1 광을 사용자의 눈으로 반사하는 제4 광학면을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 광학면들은 평면이고, 상기 제4 광학면은 회전 비대칭 반사면이다.

Description

착용식 디스플레이 장치{WEARABLE DISPLAY APPARATUS}
본 발명은 착용식 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일부 상용화된 신체 착용 방식의 디스플레이 장치는, 입출력 장치를 신체의 일부에 착용하게 구성하고, 주요 회로 장치나 배터리를 별도의 모듈 형태로 구성하기도 한다. 모듈 형태로 구성된 회로 장치와 배터리는 입출력 장치와 유선으로 연결될 수 있다. 이러한 방식의 전자 장치는 휴대와 사용이 불편하기 때문에 대체로 실내와 같은 제한된 환경에서 주로 사용되는 실정이다.
머리 착용식 디스플레이 장치는 화상 정보(image information)를 출력하는 디스플레이의 구조에 따라 Video See-Through 방식과 Optical See-Through 방식으로 구분될 수 있다. Video See-Through 방식은 카메라를 통해 획득된 영상과 컴퓨터에서 제공되는 화상 정보를 합성하여 사용자에게 제공하는 방식으로서, 사용자는 카메라를 통해서 획득된 영상으로만 주변을 인식해야 하므로 실제 주변 환경에서 고립될 수 있다는 문제점이 있다. Optical See-Through 방식은 사용자가 직접 인지하는 주변 환경에 컴퓨터로부터 제공되는 가상 영상 정보를 투사하는 방식으로서, 사용자는 주변 환경과 조화를 이룰 수 있으나, 조도에 따라 가상 영상 정보의 선명도가 크게 변화하는 문제점이 있다. 물론, 가상 영상 정보의 해상도를 강제로 높게 설정할 수도 있지만, 이는 전력의 소모를 가속화하기 때문에 휴대 목적의 전자 장치에서는 바람직하지 못하다.
종래의 Optical See-Through 방식의 디스플레이 장치는 두껍고, 수차 발생으로 인하여 이미지의 화질이 불량하다는 점과, 제조 공정이 복잡하다는 점과, 무겁다는 점 등에서 문제가 있다.
　본 발명의 적어도 일 실시 예의 목적은 종래기술과 관련된 문제점들 및/또는 단점들 중의 적어도 하나를 적어도 부분적으로 해결, 경감 또는 제거하는 것이다.
본 발명의 적어도 일 실시 예는 제작 공차에 의한 수차 발생이 적고, 소형, 경량의 착용식 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 예에 따른 착용식 디스플레이 장치는, 가상 이미지를 형성하는 제1 광을 투사하는 표시 소자와; 상기 표시 소자로부터의 제1 광과 상기 착용식 디스플레이 장치의 외부로부터 입력된 제2 광을 사용자의 눈에 투사하는 도광 소자를 포함하며, 상기 도광 소자는, 상기 표시 소자와 대면하는 제1 광학면과; 상기 제1 광학면을 투과하여 입사된 제1 광을 전반사하는 제2 및 제3 광학면들과; 상기 전반사된 제1 광을 사용자의 눈으로 반사하는 제4 광학면을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 광학면들은 평면이고, 상기 제4 광학면은 회전 비대칭 반사면이다.
상기 제4 광학면의 중심과 상기 제3 광학면 사이의 거리는 상기 제2 및 제3 광학면들 사이의 거리의 1/2보다 작을 수 있다.
상기 제2 및 제3 광학면들은 서로 평행하며, 상기 제4 광학면은 상기 제2 및 제3 광학면들에 수직인 방향에 대하여 경사지게 배치될 수 있다.
상기 제4 광학면은 상기 제1 광의 일부를 투과시키고 상기 제1 광의 나머지를 상기 사용자의 눈으로 반사할 수 있다.
상기 제1 광 중 주광선은 제2 및 제3 광학면들에서 짝수 번 전반사할 수 있다.
상기 착용식 디스플레이 장치는 상기 제1 광학면 및 상기 표시 소자의 사이에 위치하며, 상기 제1 광을 굴절시키는 렌즈계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 광학면과 상기 제1 광학면이 이루는 각도는 상기 제2 광학면과 상기 표시 소자의 표면이 이루는 각도와 동일하지 않을 수 있다.
상기 도광 소자는 상기 제1 내지 제4 광학면을 구비한 도광부와, 상기 도광부의 제4 광학면과 접합된 보상부를 포함하며, 상기 도광부 및 상기 보상부는 반대 부호의 동일한 절대값인 파워들을 가질 수 있다.
상기 도광 소자는, 상기 제2 및 제3 광학면들 사이에 배치되고 두께가 일정한 본체부와; 상기 제1 및 제2 광학면들 사이에 배치되고 상기 표시 소자를 향하여 점차 두께가 증가하는 제1 부분과; 제3 및 제4 광학면들 사이에 배치되고 상기 표시 소자로부터 멀어질수록 점차 두께가 감소하는 제2 부분을 포함할 수 있다.
상기 도광 소자는, 상기 제2 및 제3 광학면들 사이에 배치되고 두께가 일정한 본체부와; 상기 제1 및 제2 광학면들 사이에 배치되고 상기 표시 소자를 향하여 점차 두께가 감소하는 제1 부분과; 제3 및 제4 광학면들 사이에 배치되고 상기 표시 소자로부터 멀어질수록 점차 두께가 감소하는 제2 부분을 포함할 수 있다.
상기 착용식 디스플레이 장치는, 상기 착용식 디스플레이 장치의 전면에 배치된 제1 및 제2 윈도우와; 상기 제1 및 제2 윈도우의 투과율을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 착용식 디스플레이 장치는 사용자의 터치 또는 호버링 제스처를 감지하는 터치 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 터치 센서는 상기 사용자의 지문을 인식할 수 있다.
상기 착용식 디스플레이 장치는, 상기 터치 센서를 통해 제1 지문 데이터가 입력되면, 상기 제1 지문 데이터와 미리 저장된 제2 지문 데이터를 비교하고, 상기 제1 지문 데이터와 상기 제2 지문 데이터가 동일하면, 상기 제1 지문 데이터에 맵핑된 기능을 수행하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 맵핑된 기능은 언락 기능, 애플리케이션 실행 기능, 사용자 계정 변경 기능 및 멀티미디어 제어 기능 중의 하나일 수 있다.
상기 착용식 디스플레이 장치는, 전자 장치로부터 사용자의 터치 정보를 수신하는 통신부와; 상기 터치 정보에 따라 착용식 디스플레이 장치에 표시된 가상 이미지를 다른 가상 이미지로 변경하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 착용식 디스플레이 장치는, 상기 도광 소자의 위치를 기준으로 전방의 피사체를 촬영하는 제1 카메라와; 상기 도광 소자의 위치를 기준으로 하방의 피사체를 촬영하는 제2 카메라와; 상기 제2 카메라를 통해 촬영된 이미지로부터 사용자의 손 또는 손가락을 인식하고, 상기 손 또는 손가락의 제스쳐에 따라 착용식 디스플레이 장치에 표시된 가상 이미지를 다른 가상 이미지로 변경하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시 예는 제작 공차에 의한 수차 발생이 적고, 소형, 경량의 착용식 디스플레이 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치를 외측에서 본 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 윈도우의 구성을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도광 소자의 수차 특성을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 도광 소자의 수차 특성을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타낸다.
도 10 및 도 11은 디스플레이 장치의 투과율 제어를 설명하기 위한 도면들이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 예에 따른 지문 기반 단축키 실행을 설명하기 위한 도면들이다.
도 14는 지문 입력에 따른 사용자 계정 변경 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 주변 전자 장치를 이용한 디스플레이 장치의 화면 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 카메라를 이용한 디스플레이 장치의 화면 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타낸다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타낸다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 다양한 고스트 방지 부재들을 예시한다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타낸다.
도 21 및 도 22는 상기 제1 프로젝터의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타낸다.
도 24는 상기 제1 프로젝터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 과정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 과정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
디스플레이 장치(100)는 입출력 모듈(110)과, 저장부(120)와, 센서부(130)와, 통신부(140)와, 배터리(150)와, 전력 관리부(155)와, 제1 및 제2 프로젝터(180, 185)와, 제1 및 제2 윈도우(190, 195)와, 제어부(200)를 포함한다. 센서부(130)는 터치 센서(160)와, 제1 카메라(170)와, 제2 카메라(175)를 포함한다.
입출력 모듈(110)은 사용자 입력을 수신하거나, 사용자에게 정보를 알리거나, 외부로부터 데이터를 수신하거나, 외부로 데이터를 출력하기 위한 수단으로서, 적어도 하나의 스피커(111), 적어도 하나의 마이크(112), 적어도 하나의 버튼(113), 커넥터, 키패드 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
스피커(111)는 제어부(200)의 제어에 따라 다양한 데이터(예, 무선 데이터, 방송 데이터, 디지털 오디오 파일, 디지털 동영상 파일 또는 사진 촬영 등)에 대응되는 사운드를 디스플레이 장치(100)의 외부로 출력할 수 있다. 스피커(111)는 디스플레이 장치(100)가 수행하는 기능에 대응되는 사운드를 출력할 수 있다. 스피커(111)는 디스플레이 장치(100)의 하우징의 적절한 위치 또는 위치들에 하나 또는 복수로 배치될 수 있다.
마이크(112)는 디스플레이 장치(100)의 외부로부터 음성(voice) 또는 사운드(sound)를 수신하여 전기적인 신호를 생성하고, 생성된 전기 신호를 제어부(200)로 출력한다. 마이크(112)는 디스플레이 장치(100)의 하우징의 적절한 위치 또는 위치들에 하나 또는 복수로 배치될 수 있다. 본 명세서에서, 신호는 데이터 또는 정보로 대체 표기될 수 있으며, 또한 데이터는 데이터 신호로도 표기할 수 있다.
버튼(113)은 사용자 입력을 수신하기 위해 제공되며, 디스플레이 장치(100)의 온/오프, 메뉴 항목 또는 아이템의 선택 및/또는 검색 등을 위해 사용된다. 버튼(113)은 전원 버튼, 볼륨 버튼, 메뉴 버튼, 홈 버튼, 돌아가기 버튼(back button), 검색 버튼(좌측 이동 버튼, 우측 이동 버튼, 상측 이동 버튼, 하측 이동 버튼 등), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 버튼(113)은 디스플레이 장치(100)의 하우징의 적절한 위치 또는 위치들에 하나 또는 복수로 배치될 수 있다.
커넥터는 디스플레이 장치(100)와 외부의 전자 장치 또는 전원 소스를 연결하기 위한 인터페이스로 이용될 수 있다. 커넥터는 전자 장치의 커넥터와 직접 또는 유선 케이블을 이용하여 연결될 수 있으며, 이러한 커넥터 연결을 통해, 제어부(200)는 저장부(120)에 저장된 데이터를 전자 장치로 전송하거나 또는 전자 장치로부터 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 디스플레이 장치(100)는 커넥터에 연결된 유선 케이블을 통해 전원 소스로부터 전력을 수신하여 배터리(150)를 충전할 수 있다.
키패드는 디스플레이 장치(100)의 제어를 위한 사용자로부터의 키 입력을 수신할 수 있다. 키패드는 디스플레이 장치(100)에 배치되는 물리적인 키패드, 제1 및/또는 제2 프로젝터(180, 185)에 의해 표시되는 가상의 키패드, 또는 이들의 조합을 포함한다.
센서부(130)는 디스플레이 장치(100)의 상태 또는 주변 환경 상태를 검출하는 적어도 하나의 센서를 포함한다. 예를 들어, 센서부(130)는 사용자의 디스플레이 장치(100)에 대한 접근 여부를 검출하는 근접 센서, 또는 디스플레이 장치(100)의 동작(예를 들어, 디스플레이 장치(100)의 회전, 가속, 감속, 진동 등)을 검출하는 모션/방위 센서, 주변 조도를 검출하는 조도 센서, 피사체를 촬영하는 제1 및 제2 카메라, 사용자의 터치 또는 호버링 제스처를 감지하는 터치 센서, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 모션/방위 센서는 가속도 센서, 중력센서, 지자기 센서, 자이로(gyro) 센서, 충격센서, GPS 모듈 및 나침반 센서(compass sensor) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 센서부(130)는 디스플레이 장치(100)의 상태를 검출하고, 디스플레이 장치(100)의 상태를 나타내는 신호를 제어부(200)로 전송할 수 있다. 예를 들어, GPS 모듈은 지구 궤도상에 있는 복수의 GPS위성(도시되지 아니함)에서부터 전파를 수신하고, GPS위성(도시되지 아니함)에서부터 디스플레이 장치(100)까지 전파도달시간(Time of Arrival)을 이용하여 디스플레이 장치(100)의 위치를 산출할 수 있다. 나침반 센서는 디스플레이 장치(100)의 자세 또는 방위를 산출한다.
터치 센서(160)는 적어도 하나의 터치 입력에 대응되는 신호를 제어부(200)로 전송할 수 있다. 사용자는 신체의 일부(예를 들어, 손가락) 또는 다른 터치 입력 수단을 통해 터치 센서(160)를 터치할 수 있고, 터치 센서(160)는 이러한 사용자의 터치 입력을 수신할 수 있다. 또한, 터치 센서(160)는 터치의 연속적인 움직임에 따른 입력(즉, 드래그 입력)을 수신할 수 있다. 터치 입력 정보는 터치 좌표 및/또는 터치 상태를 포함할 수 있다. 터치 상태는 터치 센서(160)를 누르는 마우스 다운 상태, 터치 센서(160)로부터 손가락을 떼는 마우스 업 상태, 터치 센서(160)를 누르는 상태로 슬라이딩하는 드래그 상태 등일 수 있다. 제어부(200)는 이러한 터치 입력 정보로부터 메뉴 항목 또는 아이템의 선택 또는 이동이나, 필기 입력 등의 사용자 입력 정보를 파악하고, 이러한 사용자 입력 정보에 대응하는 기능(전화 연결, 카메라 촬영, 메시지 작성/보기, 데이터 전송 등)을 수행한다.
본 발명에서 터치는 터치 센서(160)와 터치 입력 수단의 접촉에 한정되지 않고, 비접촉(예를 들어, 터치 센서(160)와 터치 입력 수단이 서로 이격된 경우)을 포함할 수 있다. 이러한 비접촉 터치 입력은 호버링 입력이라고 칭할 수도 있다. 터치 센서(160)는 저항막(resistive) 방식, 정전용량(capacitive) 방식, 적외선(infrared) 방식, 초음파(acoustic wave) 방식, 전자기 공진(Electromagnetic resonance: EMR) 방식 또는 이들의 조합 등으로 구현될 수도 있다.
터치 센서(160)는 지문 감지 기능을 가질 수 있으며, 터치 센서(160)는 사용자의 손가락이 그 표면에 접촉하면 상기 손가락의 지문 패턴에 대응하는 지문 정보를 생성한다. 또한, 터치 센서(160)는 스위치 구조를 가질 수 있고, 사용자의 누름에 따른 누름 감지 데이터를 생성할 수 있다. 상기 터치 센서(160)는 생성된 지문 데이터 및/또는 누름 감지 데이터를 제어부(200)로 출력한다. 또는, 터치 센서(160)는 사용자의 지문 입력 방향을 감지하여 지문 입력 방향 데이터를 생성하고, 생성된 지문 입력 방향 데이터를 제어부(200)로 출력할 수도 있다. 즉, 지문 정보는 지문 패턴 정보와 지문 입력 방향 정보를 포함할 수 있다.
제어부(200)는 터치 센서(160)로부터 수신한 지문 정보로부터 사용자의 지문을 인식할 수 있다. 제어부(200)는 적어도 하나의 지문과 적어도 하나의 실행 가능한 기능 또는 사용자를 맵핑하여 저장부(120)에 저장할 수 있다. 또한, 저장부(120)는 미리 등록된 사용자의 지문 정보를 저장할 수 있으며, 제어부(200)는 터치 센서(160)로부터 수신한 지문 정보에 매칭되는 지문 정보를 저장부(120)에서 검색함으로써, 검색된 지문 정보에 맵핑된 사용자 또는 기능을 결정할 수 있다. 검색된 지문 정보에 기능이 맵핑되어 있는 경우, 제어부(200)는 맵핑된 기능을 실행할 수 있다.
상기 실행 가능한 기능은 언락 기능, 애플리케이션 실행 기능, 사용자 계정 변경 기능, 멀티미디어 제어 기능 등일 수 있다.
언락 기능은 지문 입력을 통해 잠금을 해제하는 기능을 나타낸다. 예를 들어, 제어부(200)는 일정한 시간 동안 사용자 입력이 수신되지 않는 경우에, 디스플레이 장치(100)의 기능 실행을 제한할 수 있다. 언락 기능은 이러한 기능 실행 제한을 해제하는 기능이다. 애플리케이션 실행 기능은 게임 애플리케이션, SNS 애플리케이션, 문서 작성 애플리케이션, 멀티미디어 애플리케이션 등을 실행하거나, 전화 애플리케이션, 메시지 애플리케이션 등을 실행하여 미리 설정된 연락처로 자동 연결하는 기능 등을 나타낸다. 사용자 계정 변경 기능은 복수의 사용자 계정 중에서 하나를 선택하는 기능을 나타낸다. 멀티미디어 제어 기능은 볼륨 제어 메뉴, 재생 메뉴 등의 제어 메뉴를 표시하는 기능, 또는 볼륨 증가, 볼륨 감소, 무음 등의 볼륨 제어, 되감기, 빨리 감기, 일시 정지, 재생 등의 멀티미디어 제어를 수행하는 기능을 나타낸다.
제1 및 제2 카메라(170, 175)는 각각 렌즈계 및 이미지 센서를 포함하고, 플래쉬 등을 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 카메라(170, 175)는 각각 렌즈계를 통해 입력되는(또는 촬영되는) 광을 전기적인 이미지 신호(즉, 디지털 이미지)로 변환하여 제어부(200)로 출력하고, 사용자는 각 카메라(170, 175)를 통해 동영상 또는 정지 이미지를 촬영할 수 있다. 또한, 각 카메라(170, 175)는 사용자의 모션 또는 제스쳐에 의한 사용자 입력을 수신하기 위해 제공될 수도 있다.
렌즈계는 외부로부터 입력된 광을 수렴시킴으로써 피사체의 이미지를 형성한다. 렌즈계는 적어도 하나의 렌즈를 포함하며, 각 렌즈는 볼록 렌즈, 비구면 렌즈 등일 수 있다. 렌즈계는 그 중심을 지나는 광축(optical axis)에 대해 대칭성을 가지며, 광축은 이러한 중심 축으로 정의된다, 이미지 센서는 렌즈계를 통해 입력된 외부 광에 의해 형성된 광학적 이미지를 전기적 이미지 신호로 검출한다. 이미지 센서는 M×N 행렬(matrix) 구조로 배치된 복수의 화소(pixel) 유닛을 구비하며, 화소 유닛은 포토다이오드 및 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 화소 유닛은 입력된 광에 의해 생성된 전하를 축적하고, 축적된 전하에 의한 전압은 입력된 광의 조도를 나타낸다. 정지 이미지 또는 동영상을 구성하는 한 이미지를 처리하는 경우에 있어서, 이미지 센서로부터 출력되는 이미지 신호는 화소 유닛들로부터 출력되는 전압들(즉, 화소 값들)의 집합으로 구성되고, 이미지 신호는 하나의 프레임(즉, 정지 이미지)을 나타낸다. 또한, 프레임은 M×N 화소로 구성된다. 이미지 센서로는 CCD(charge-coupled device) 이미지 센서, CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서 등을 사용할 수 있다.
이미지 센서는 제어부(200)로부터 수신한 제어 신호에 따라 이미지 센서의 전체 화소들 또는 전체 화소들 중에서 관심 영역의 화소들만을 작동할 수 있고, 화소들로부터 출력되는 이미지 데이터는 제어부(200)로 출력된다.
제1 카메라(170)는 사용자의 눈 위치를 기준으로 전방의 피사체를 촬영하며, 전방의 피사체를 인식하기 위한 용도로 사용될 수 있다. 제2 카메라(175)는 사용자의 눈 위치를 기준으로 하방의 피사체를 촬영하며, 하방의 피사체(예를 들어, 사용자의 손)를 인식하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
제2 카메라(175)는 적외선 카메라일 수 있으며, 제2 카메라(175)는 적외선을 출력하는 적외선 광원과, 피사체로부터 반사된 적외선을 검출하여 전기적인 이미지 신호 또는 데이터(즉, 디지털 이미지)로 변환하여 출력하는 이미지 센서를 포함할 수 있다.
통신부(140)는 유선, 무선 또는 유/무선 통신부일 수 있으며, 제어부(200)로부터의 데이터를 유선 또는 무선으로 외부 통신망 또는 대기를 통해 전자 장치로 전송하거나, 외부 통신망 또는 대기를 통해 전자 장치로부터 데이터를 유선 또는 무선으로 수신하여 제어부(200)로 전달한다.
통신부(140)는 성능에 따라 이동 통신 모듈, 무선 랜 모듈 및 근거리 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이동 통신 모듈은 제어부(200)의 제어에 따라 적어도 하나의 안테나(도시되지 아니함)를 이용하여 이동 통신망을 통해 디스플레이 장치(100)가 전자 장치와 통신하도록 한다. 이동 통신 모듈은 IP 등의 네트워크 주소 또는 전화번호를 가지는 휴대폰(도시되지 아니함), 스마트폰(도시되지 아니함), 태블릿 PC 또는 다른 통신 장치(도시되지 아니함)와 음성 통화, 화상 통화, 문자메시지(SMS) 또는 멀티미디어 메시지(MMS)를 위한 무선 신호를 송신 또는 수신한다.
무선 랜 모듈은 제어부(200)의 제어에 따라 무선 AP(access point)(도시되지 아니함)가 설치된 장소에서 인터넷에 연결될 수 있다. 무선 랜 모듈은 미국전기전자학회(IEEE)의 무선 랜 규격(IEEE802.11x)을 지원한다.
근거리 통신 모듈은 제어부(200)의 제어에 따라 외부의 근거리 통신 장치와 무선으로 근거리 통신을 할 수 있다. 근거리 통신 방식은 블루투스(bluetooth), 적외선 통신(IrDA, infrared data association), 와이파이 다이렉트(WiFi-Direct) 통신, NFC(Near Field Communication), 또는 이들의 조합이 될 수 있다.
전력 관리부(155)는 제어부(200)의 제어에 따라 디스플레이 장치(100)에 전력을 공급할 수 있다. 전력 관리부(155)는 하나 또는 복수의 배터리(150)와 연결될 수 있다. 또한, 전력 관리부(155)는 커넥터와 연결된 유선 케이블을 통해 외부의 전원 소스(도시되지 아니함)로부터 입력되는 전원을 디스플레이 장치(100)로 공급할 수 있다.
제어부(200)는 카메라(170, 175)로부터 입력되는 이미지, 저장부(120)에 저장된 이미지, 또는 저장부(120)에 저장된 데이터를 이용하여 제어부(200)에 의해 구성된 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 프레임(frame) 단위로 처리하며, 제1 및/또는 제2 프로젝터(180, 185)의 화면 출력 특성(크기, 화질, 해상도 등)에 맞도록 변환된 이미지 프레임을 제1 및/또는 제2 프로젝터(180, 185)를 통해 외부로 출력하거나 저장부(120)에 저장할 수 있다. 이하, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 프로젝터(180, 185)에 의해 형성된 가상 이미지의 한 예로서 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 특정하고 있으나, GUI 대신에 가상 이미지라는 표현을 사용할 수도 있고, 가상 이미지는 GUI 또는 정지 이미지 등의 컨텐츠 등과 같이 실물이 아닌 가상 객체를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
제어부(200)는 제1 및/또는 제2 프로젝터(180, 185)를 통해 사용자에게 다양한 서비스(예, 통화, 데이터 전송, 방송, 사진촬영 등)에 대응되는 가상 이미지를 제공할 수 있다. 또한, 제어부(200)는 이러한 가상 이미지를 통해 정지 이미지 또는 동영상을 사용자에게 제공할 수 있다. 즉, 본 발명에서 가상 이미지는 정지 이미지 또는 동영상으로 표현되는 화면을 나타낼 수 있다.
제1 및 제2 프로젝터(180, 185)는 서로 동일한 구성을 가지며, 각 프로젝터(180, 185)는 제어부(200)에 의해 제공된 가상 이미지를 형성하는 광을 사용자의 눈에 투사한다.
제1 및 제2 윈도우(190, 195)는 디스플레이 장치의(100) 전면에 배치되며, 서로 동일한 구성을 갖는다. 각 윈도우(190, 195)는 제어부(200)의 제어에 따라 그 투과율이 변화할 수 있다.
제어부(200)는 디스플레이 장치(100)의 전반적인 동작을 제어하며, 디스플레이 장치(100) 내 다른 구성 소자들을 제어하여 가상 이미지 제공 방법을 수행한다. 제어부(200)는 싱글 코어, 듀얼 코어, 트리플 코어, 또는 쿼드 코어 프로세서를 포함할 수 있다. 제어부(200)는 통신부(140)를 통해 방송국에서부터 송출되는 방송 신호(예, TV방송 신호, 라디오방송 신호 또는 데이터방송 신호)와 방송 부가 정보(예, EPS(Electronic Program Guide) 또는 ESG(Electronic Service Guide))를 수신할 수 있다. 또는, 제어부(200)는 저장부(120)에 저장되어 있거나 통신부(140)를 통해 수신되는 디지털 오디오 파일(예, 파일 확장자가 mp3, wma, ogg 또는 wav인 파일)을 스피커(111)를 통해 재생할 수 있다. 또는, 제어부(200)는 저장부(120)에 저장되어 있거나 통신부(140)를 통해 수신되는 디지털 동영상 파일(예, 파일 확장자가 mpeg, mpg, mp4, avi, mov, 또는 mkv인 파일)을 제1 및/또는 제2 프로젝터(180, 185)를 통해 재생할 수 있다. 상기 제어부(200)는 센서부(130) 또는 입출력 모듈(110)을 통해 입력되는 사용자 명령, 메뉴 항목 또는 아이콘 선택, 또는 이벤트 정보에 따라 저장부(120)에 저장되어 있거나, 통신부(140)를 통해 수신되거나, 저장부(120)에 저장된 데이터를 이용하여 제어부(200)에 의해 구성된 이미지 데이터(구체적인 예로서, GUI)를 제1 및/또는 제2 프로젝터(180, 185)를 통해 사용자에게 표시할 수 있다. 이때, 상기 이미지는 정지 이미지 또는 동영상일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치를 외측에서 본 사시도이다.
디스플레이 장치(100)는 전체적으로 안경의 외관을 가지며, 휴대 가능한 단말(또는 휴대 통신 단말) 또는 웨어러블 장치이며, 디스플레이 장치(100)는 디스플레이 장치(100)의 외면을 이루는 하우징(210)을 포함하며, 도 1에 도시된 디스플레이 장치(100)의 구성 소자들은 하우징(210)의 내부에 실장되거나, 외부에 그 일부가 노출되도록 하우징(210)에 설치된다.
하우징(210)은 우측 눈 및 좌측 눈에 각각 대응되는 제1 및 제2 윈도우(190, 195)가 고정되는 프론트 프레임(211)과, 프론트 프레임의 양단으로부터 연장된 제1 및 제2 템플 프레임(212, 213)을 포함한다. 이하, 우측 눈 및 좌측 눈은 제1 눈 및 제2 눈으로 칭할 수도 있다. 본 발명에서, 제1 및 제2 윈도우(190, 195)는 제1 및 제2 윈도우 패널이라고 칭할 수도 있다.
프론트 프레임(211)의 외면에는 제1 및 제2 카메라(170, 175), 전원 버튼(114) 및 터치 센서(160)가 배치되어 있다.
제1 카메라(170)는 제1 및 제2 윈도우(190, 195) 사이의 프론트 프레임(211)의 부분(즉, 통상의 안경에서 브릿지에 해당)에 배치된다.
제2 카메라(175) 및 터치 센서(160)는 프론트 프레임(211)의 측면에 배치된다.
프론트 프레임(211)의 상면에는 디스플레이 장치(100)의 전원을 온/오프하기 위한 전원 버튼(114)이 배치된다.
사용자의 우측 눈과 제1 윈도우(190)의 사이에 제1 프로젝터(180)의 제1 도광 부재(430)가 배치되고, 사용자의 좌측 눈과 제2 윈도우(195)의 사이에 제2 프로젝터(185)의 제2 도광 부재(435)가 배치된다.
이하 제1 윈도우(190)의 구성을 대표적으로 기술하자면 아래와 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 윈도우의 구성을 나타낸다. 제1 윈도우(190)는 제어부(200)에 의해 인가되는 신호 또는 전압에 의해 그 투과율이 변화하는 특성을 갖는다.
상기 제1 윈도우(190)로는 전기 변색(Electrochromic) 글래스, SPD(Suspended Particle Device), LC(Liquid Crystal) 등을 사용할 수 있다. 또는, 경우에 따라서, 상기 제1 윈도우(190)로서, 신호 인가에 의한 능동 제어가 불가능하고, 특정 파장의 빛이나 온도 변화에 반응하여 투과율이 변화하는 광호변성(Photochromic) 글래스, 감열 변색(Thermochromic) 글래스 등을 사용할 수도 있다.
상기 제1 윈도우(190)는, 유리에 투과율 조절이 가능한 물질을 도포하거나, 투과율 조절이 가능한 얇은 막(Thin film)을 유리에 부착하는 방법 등 다양한 방법으로 제작할 수 있다.
본 예에서는, 상기 제1 윈도우(190)로서 전기 변색 글래스를 사용하는 것을 예시한다.
제1 윈도우(190)는 절연성의 제1 및 제2 기판(310, 315)과, 제1 기판(310)의 상면에 적층된 도전성의 제1 전극(320)과, 제2 기판(315)의 하면에 적층된 도전성의 제2 전극(325)과, 제1 및 제2 기판(310, 315)을 이격시키고 그 사이의 공간을 밀봉하는 절연성의 스페이서(330)와, 제1 및 제2 기판(310, 315) 사이의 공간에 충진된 전기 변색 층(340) 및 전해질(350)을 포함한다.
각 기판(310, 315)은 투명 유리 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있으며, 플라스틱은 예를 들어 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌에테르프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰 및 폴리이미드 중의 하나일 수 있다.
제1 전극(320)은 투명 도전체로 만들어질 수 있으며, 예를 들어 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxidem ITO), 불소 함유 틴 옥사이드(fluorine tin oxide, FTO) 또는 안티몬 함유 틴 옥사이드(antimony doped tin oxide, ATO)와 같은 무기 도전성 물질이나 폴리아세틸렌 또는 폴리티오펜과 같은 유기 도전성 물질을 포함할 수 있다.
제2 전극(325)은 투명 또는 불투명의 도전성 물질로 만들어질 수 있으며, 예를 들어 인듐 틴 옥사이드(ITO), 불소 함유 틴 옥사이드(FTO), Al과 같은 금속, 안티몬 함유 틴 옥사이드(antimony doped tin oxide, ATO), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
제1 전극(320) 위에는 전기 변색 물질을 포함한 전기 변색 층(340)이 배치되어 있다. 전기 변색 층(340)은 제1 전극(320) 위에 필름(film) 형태로 배치될 수 있다.
제1 기판(310)과 제2 기판(315)은 스페이서(330)에 의해 고정되어 있으며, 제1 기판(310)과 제2 기판(315) 사이에는 전해질(350)이 채워져 있다. 전해질(350)은 전기 변색 물질과 반응하는 산화/환원 물질을 공급하며, 액체 전해질 또는 고체 고분자 전해질일 수 있다. 액체 전해질로는 예컨대 LiOH 또는 LiClO4과 같은 리튬 염, KOH과 같은 포타슘 염 및 NaOH와 같은 소듐 염 등이 용매에 용해되어 있는 용액을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 고체 전해질로는 예컨대 폴리(2-아크릴아미노-2-메틸프로판 술폰산)(poly(2-acrylamino-2-methylpropane sulfonic acid), 폴리에틸렌옥사이드(poly(ethylene oxide)) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전기 변색 층(340)을 이루는 물질, 즉 전기 변색 물질은 금속과, 상기 금속과 배위를 형성할 수 있는 작용기를 가지는 유기 화합물이 결합되어 있는 금속-유기 복합재를 포함할 수 있다. 상기 금속은 경금속, 전이 금속, 란타나이드 금속, 알칼리 금속 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 상기 금속은 베릴륨(Be), 바륨(Ba), 구리(Cu), 아연(Zn), 세륨(Ce), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 작용기는 카르복실기(carboxyl group), 피리딘기(pyridine group), 이미다졸기(imidazole group) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 유기 화합물은 비올로겐(viologen) 유도체, 안트라퀴논(anthraquinone) 유도체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
이하 제1 프로젝터(180)의 구성을 대표적으로 기술하자면 아래와 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타낸다.
제1 프로젝터(180)는 표시 소자(410), 투명한 커버 클래스(420) 및 투명한 도광 소자(430)를 포함한다.
표시 소자(410)는 가상 이미지를 형성하는 광을 도광 소자(430)로 투사/출력한다. 표시 소자(410)는 사각 평판의 형태를 가질 수 있다. 표시 소자(410)는 제어부(200)로부터 입력된 데이터에 따라 픽셀 단위로 이미지를 표시하며, 표시 소자(410)는 기설정된 해상도에 대응하는 픽셀 소자들을 구비하고, 픽셀 소자들의 구동을 통해 이미지를 표시한다. 예를 들어, 표시 소자(410)는 MxN(예를 들어, 1190x720, 854x480 등) 행렬 구조로 배열된 픽셀 소자들을 포함할 수 있다. 표시 소자(410)는 LED(light emitting diode), OLED(organic light emitting diode), LCD(liquid crystal display), LCOS(liquid crystal on silicon) 등일 수 있다.
커버 글래스(420)는 표시 소자(410)의 표면을 보호하기 위해 표시 소자(410)의 표면에 적층된다. 커버 글래스(420)는 사각 평판의 형태를 가질 수 있다.
도광 소자(430)는 표시 소자(410)로부터 입력된 광(461)을 내부 전반사를 통해 도광 소자(430)의 내부에 위치한 반사 면인 제4 광학면(434)까지 가이드하고, 제4 광학면(434)에 의해 반사된 광(461)을 사용자의 눈을 향해 투사/출력하며, 디스플레이 장치(100)의 외부로부터 입력된 광(462)이 제4 광학면(434)을 통과/투과하여 사용자의 눈을 향해 투사/출력되도록 한다. 이하, 표시 소자(410)로부터 입력된 광(461)은 제1 광으로 칭하고, 디스플레이 장치(100)의 외부로부터 입력된 광(462)은 제2 광으로 칭할 수도 있다.
도광 소자(430)는 사각 기둥의 형태를 가지며, 제1 내지 제4 광학면(431, 432, 433, 434)을 포함한다. 도광 소자(430)는 반사면인 제4 광학면(434)을 기준으로 구분되는 도광부(440) 및 보상부(450)를 포함한다. 표시 소자(410) 측의 도광부(440)는 정면을 응시하는 사용자 눈의 시축(460)(또는 광축)을 따른 두께(또는 상기 도광 소자(430)의 폭 방향 두께)가 일정한 제2 및 제3 광학면들(432, 433) 사이의 본체부(441)와, 표시 소자를 향하여 점차 두께가 증가하는 제1 및 제2 광학면들(431, 432) 사이의 제1 부분(442)와, 표시 소자(410)로부터 멀어질수록 점차 두께가 감소하는 제3 및 제4 광학면들(433, 434) 사이의 제2 부분(443)를 포함한다. 후술하는 바와 같이, 상기 시축(460)은 서로 평행한 제2 및 제3 광학면(432, 433)에 수직이고 제4 광학면(434)의 중심을 지나는 축으로 정의될 수도 있다.
도광 소자(430)는 양 부분들(즉, 제1 및 제2 부분(442, 443))을 제외한 나머지 부분(즉, 본체부(441))이 일정한 두께를 가질 수 있다.
제1 광학면(431)은 표시 소자(410)와 대면하며, 표시 소자(410)로부터 입사/입력된 가상 이미지를 형성하는 광(461)을 도광 소자(430)의 내부로 투과시킨다.
제2 광학면(432)은 제1 윈도우(190)와 대면하고, 제3 광학면(433)은 사용자의 눈과 대면한다. 제2 및 제3 광학면(432, 433)은 제1 광학면(431)을 통과/투과하여 도광 소자(430)의 내부로 결합된 광(461)을 제4 광학면(434)까지 전반사 진행시킨다. 즉, 상기 결합된 광(461)은 제2 및 제3 광학면(432, 433)의 각각에서 통과/투과 없이 반사된다.
제4 광학면(434)은 전반사 진행하여 입력된 광(461)을 일부 반사하고, 상기 광(461)의 나머지를 통과/투과시킨다. 또한, 제4 광학면(434)은 디스플레이 장치(100)의 외부로부터 입력된 광(462)을 일부 통과/투과시키고, 상기 광(462)의 나머지를 반사한다. 제4 광학면(434)은 전반사 진행하여 입력된 광(461)을 시준화(collimating)하여 반사한다.
제1 내지 제3 광학면(431, 432, 433)은 평면들이고, 제4 광학면(434)은 회전 비대칭 비구면이다.
제2 및 제3 광학면(432, 433)은 서로 평행하고, 사용자 눈의 시축(460)과 수직을 이룬다.
본체부(441)의 두께 t1을 감소시키기 위해, 제4 광학면(434)은 사용자 눈의 시축(460)에 경사지게 위치한다. 이러한 경사로 인한 반사된 광(461)의 비점수차를 감소하기 위해, 제4 광학면(434)은 회전 비대칭 비구면으로 형성된다. 예를 들어, 제4 광학면(434)은 사용자 눈의 시축(460)과 40도 이상의 각도를 이룰 수 있다.
d2는 사용자 눈의 시축(460)에 따른 제4 광학면(434)의 정점(도시된 y-z 좌표축의 원점)으로부터 제3 광학면(433)까지의 거리를 나타낸다. 제4 광학면(434)의 정점이 도광 소자(430)의 내부에 위치하고, d2 < t1/2의 조건을 만족하면, 반사된 광(461)의 수차 감소 및 본체부(441)의 두께 t1을 감소시킬 수 있다. d2 ≥ t1/2이면, 반사된 광(461)의 수차를 미리 설정된 임계 값 이내로 감소시키기 위해 본체부(441)의 두께 t1의 두께가 증가하게 된다. 제4 광학면(434)의 정점이 도광 소자(430) 내에 존재하지 않으면(예를 들어, d2 ≤ 0, 즉 정점이 제3 광학면(433)의 아래에 위치하는 경우), 예를 들어, 도광 소자(430)를 사출 성형으로 제조할 때 제4 광학면(434)의 정확한 측정이 어렵게 되고, 이로 인해 제조 공차를 보상하기 위한 금형 보정이 어려워 반사된 광(461)의 수차 감소가 어렵게 된다.
L은 도광 소자(430)의 제1 광학면(431)의 중심과 제4 광학면(434)의 중심(또는 시축(460) 또는 주광선과 제4 광학면(434)이 교차하는 점) 사이의 거리를 나타낸다. L은 도광 소자(430) 내로 결합된 광(461)이 제2 및 제3 광학면에서 짝수 횟수로 전반사하도록 설정된다. 이러한 짝수 횟수의 전반사로 인하여, 표시 소자(410)가 사용자 눈의 시축(460)을 따른 제2 광학면(432)의 위치를 기준으로 사용자 눈에 보다 가깝게 위치될 수 있도록 함으로써 디스플레이 장치(100)에서 사용자 눈에서 멀어지는 외측으로 돌출되는 공간을 줄일 수 있고, 이로 인해 가시적 체적(즉, 타인이 느끼는 디스플레이 장치(100)의 체적)을 감소시킬 수 있다. 　
α1은 제2 광학면(432)과 제1 광학면(431)이 이루는 각도를 나타내고, α2는 제2 광학면(432)과 표시 소자(410)의 표면(412)(즉, 화면)이 이루는 각도를 나타낸다. α1 ≠α2 의 조건을 만족하면, 반사된 광에 대한 상면만곡을 감소시킬 수 있다.
제2 및 제3 광학면(432, 433)은 0의 파워(또는 굴절력)를 갖는 서로 평행한 평면들이며, 이러한 조건하에서 광학면의 편심(decenter) 또는 틸트에 의한 반사된 광의 수차 발생을 감소시킬 수 있다.
표시 소자(410)로부터 출력된 광(461)은 도광 소자(430)에 의해 사용자의 눈에 입력되고, 사용자는 표시 소자(410)의 화면(412)에 표시된 이미지보다 확대된 허상 이미지를 보게 된다. 도 4에서 I는 사용자 눈의 위치를 나타낸다. 도광부(440) 및 보상부(450)는 반대 부호의 동일한 절대값인 파워들을 가질 수 있다. 예를 들어, 보상부(450)는 도광부(440)의 제4 광학면(434)에 접합될 수 있다. 도광부(440) 및 보상부(450)가 반대 부호의 동일한 절대값인 파워들을 갖는 경우, 예를 들어 투명한 평판을 투과하는 광의 경우와 같이, 보상부(450)에 입력되는 외부 광(462)의 입사 각도와 도광부(440)로부터 출력되는 외부 광(462)의 출사 각도가 동일하게 된다. 즉, 외부 광(462)은 왜곡 없이 도광 소자(430)를 투과하여 사용자에게 보여진다.
일부 투과/일부 반사 특성을 갖는 제4 광학면(434)으로 인해, 사용자는 주변 풍경 및 허상의 가상 이미지를 동시에 볼 수 있다.
제4 광학면(434)은 하기 수학식 1로 정의될 수 있다.
Figure 112014120258579-pat00001
상기 수학식 1에서, z는 z축에 대체로 수직인 제4 광학면(434)의 {x, y} 좌표에서의 새그(sag)값(즉, z축 좌표(mm 단위))을 나타내고, CUX는 제4 광학면(434)의 x축 곡률(x축 곡률 반경 RX(mm 단위)의 역수 1/RX)을 나타내고, CUY는 y축 곡률(y축 곡률 반경 RY(mm 단위)의 역수 1/RY)을 나타내고, KX는 x축 코닉(conic) 상수를 나타내고, KY는 y축 코닉 상수를 나타내고, AR, BR, CR 및 DR은 회전 대칭에 관한 4차, 6차, 8차 및 10차 계수들을 나타내고, AP, BP, CP 및 예는 비회전 대칭에 관한 4차, 6차, 8차 및 10차 계수들을 나타낸다.
예를 들어, 제4 광학면(434)은, 76.244의 RX, 85.870의 RY, -10.64144의 KY, -2.19904E-10의 AR, 6.45377E-15의 BR, 1.20241E-10의 CR, 2.85792E-11의 DR, -0.64786의 KX, -60.41586의 AP, 95.02635의 BP, -0.64648의 CP, -1.26622의 DP를 가질 수 있다.
d1은 제4 광학면(434)의 정점과 시축(460) 사이의 거리를 나타내고, 본 예에서 d1은 5.5mm일 수 있다. 즉, 제4 광학면(434)은 시축(460)으로부터 5.5mm 편심되어 있을 수 있다. 제4 광학면(434)의 정점은 제4 광학면(434)의 중심(즉, 제2 또는 제3 광학면(432, 433)과 평행한 방향에 따른 제4 광학면(434)의 폭에 대한 중간 위치)과 일치하지 않고 편심되어 있다. 제4 광학면(434)의 정점은 z축에서 볼 때 제4 광학면(434)의 가장 높거나 낮은 지점을 나타낼 수 있고, 수학식 1 등에 따른 제4 광학면(434)의 정의에서 좌표축의 원점이 되는 지점을 나타낸다. 제4 광학면(434)의 정점과 제3 광학면(433) 사이의 거리를 나타내는 d2는 0.823mm일 수 있다. α3는 제4 광학면(434)의 정점에서의 접선(즉, y축)과 제3 광학면(433)이 이루는 각도를 나타내고, 본 예에서 α3는 28.36도일 수 있다. 제2 광학면(432)과 제1 광학면(431)이 이루는 각도를 나타내는 α1은 59.72도일 수 있고, 제2 광학면(432)과 표시 소자(410)의 표면(412)(즉, 화면)이 이루는 각도를 나타내는 α2는 28.39도일 수 있다. 본체부(441)의 두께 t1은 5.5mm일 수 있고, 제1 부분(442)의 두께 t2는 7.876mm일 수 있다. 주광선(C)은 표시 소자(410)로부터 출력되는 광 중 시축(460)을 지나는 광을 나타낸다. 도광 소자(430)의 표시 소자(410) 측 단면 중심(또는 주광선이 제1 광학면(431)과 만나는 점)과 제4 광학면(434)의 중심(또는 주광선이 제4 광학면(434)과 만나는 점) 사이의 거리를 나타내는 L은 27.444mm일 수 있다. 주광선에 따른 제1 광학면(431)과 커버 글래스(420) 사이의 거리는 3.06mm일 수 있고, 커버 글래스(420)의 두께는 1.425mm일 수 있다. 도광 소자(430)는 ZE-E48R(Zeonex Grade E48R)로 형성될 수 있고, 커버 글래스(420)는 BSC7(glass code 517.642)으로 형성될 수 있다.　전술한 바와 같이, L은 도광 소자(430) 내로 결합된 주광선이 제2 및 제3 광학면(432, 433)에서 짝수 횟수(본 예에서 4회)로 전반사하도록 설정된다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도광 소자의 수차 특성을 나타낸다.
도 5의 (a)는 도광 소자(430)의 종방향 구면수차(Longitudinal spherical aberration)를 나타낸 것이고, 파장의 변화에 따라 종방향 구면수차가 변화하는 것을 나타낸다.
도 5의 (a)에서 가로축은 종방향 구면수차의 계수를 나타내고, 세로축은 광축의 중심에서 영상의 가장자리까지의 거리를 규격화(normalization)하여 나타낸 것이다.
도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이 파장의 변화에 따라서 종방향 구면수차의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있어, 도광 소자(430)에 대한 종방향 구면수차의 발생이 낮음을 알 수 있다.
도 5의 (b)는 도광 소자(430)에 대한 비점수차(Astigmatic aberration) 및 상면만곡 (Curvature of image field)을 나타낸 것이고, 도시된 바와 같이 587.56mm의 파장에서 얻은 결과이며, 실선은 탄젠셜(tangential) 방향의 비점수차를 나타내고 점선은 시상(sagital) 방향의 비점수차를 나타낸다.
도 5의 (b)에서 실선과 점선의 차가 상기 비점수차를 나타내고, 실선이 굽은 정도는 상면만곡을 나타낸다.
도 5의 (b)는 비점수차의 변화량과 상면만곡의 변화량을 나타내고, 가로축은 비점수차 또는 상면만곡의 계수를 나타내고, 세로축은 가상 이미지의 중심에서 가장자리까지의 거리를 나타낸다.
도 5의 (b)에서 가상 이미지의 중심에서 가장자리까지 비점수차 및 상면만곡의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있어, 도광 소자(430)에 대한 비점수차 및 상면만곡의 발생이 낮음을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타낸다. 도 6에 도시된 제1 프로젝터(180a)는 도 4에 도시된 제1 프로젝터(180)와 거의 동일한 구성을 가지며, 도광 소자의 보상부가 제거되었다는 점에서 차이가 있다. 따라서, 동일 구성 소자에 대해 동일한 참조 번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도광 소자(430a)는 사각 기둥의 형태를 가지며, 제1 내지 제4 광학면(431, 432, 433, 434)을 포함한다. 도광 소자(430a)는 정면을 응시하는 사용자 눈의 시축(460)(또는 광축)을 따른 두께(또는 상기 도광 소자(430a)의 폭 방향 두께)가 일정한 제2 및 제3 광학면들(432, 433) 사이의 본체부(441)와, 표시 소자(410)를 향하여 점차 두께가 증가하는 제1 및 제2 광학면들(431, 432) 사이의 제1 부분(442)와, 표시 소자(410)로부터 멀어질수록 점차 두께가 감소하는 제3 및 제4 광학면들(433, 434) 사이의 제2 부분(443)를 포함한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타낸다. 도 7에 도시된 제1 프로젝터(180b)는 도 4에 도시된 제1 프로젝터(180)와 거의 동일한 구성을 가지며, 도광 소자의 도광부가 동일한 형태의 양 부분들을 구비하고, 제1 광학면 및 커버 글래스의 사이에 렌즈계가 더 배치되었다는 점에서 차이가 있다. 따라서, 동일 구성 소자에 대해 동일한 참조 번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도광 소자(430b)는 사각 기둥의 형태를 가지며, 제1 내지 제4 광학면(431b, 432, 433, 434)을 포함한다. 도광 소자(430b)는 반사면인 제4 광학면(434)을 기준으로 구분되는 도광부(440b) 및 보상부(450)를 포함한다. 도광부(440b)는 정면을 응시하는 사용자 눈의 시축(460)(또는 광축)을 따른 두께가 일정한 제2 및 제3 광학면들(432, 433) 사이의 본체부(441)와, 표시 소자(410)를 향하여 점차 두께가 감소하는 제1 및 제2 광학면들(431b, 432) 사이의 제1 부분(442b)와, 표시 소자(410)로부터 멀어질수록 점차 두께가 감소하는 제3 및 제4 광학면들(433, 434) 사이의 제2 부분(443)를 포함한다.
렌즈계(470)는 커버 글래스(420) 및 제1 광학면(431b)의 사이에 배치되며, 표시 소자(410)로부터 출력되어 커버 글래스(420)를 투과한 광을 확산하여 제1 광학면(431b)에 입력시키는 기능을 한다. 렌즈계(470)는 각각 입력된 광(461)을 굴절시키는 복수의 렌즈면들을 포함할 수 있고, 이러한 복수의 렌즈면들은 적어도 하나의 제1 렌즈(471)에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 렌즈(471)는 오목 렌즈와 볼록 렌즈가 서로 접합된 2매 접합 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 렌즈계(470)는, 입력된 광 중 상기 광의 진행 방향에 수직인 제1 방향의 편광 성분을 통과시키고, 상기 광의 진행 방향 및 상기 제1 방향의 모두에 수직인 제2 방향의 편광 성분을 반사시키는 PBS(Polarization Beam Splitter, 472)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 PBS는 상기 제1 방향의 편광 성분을 상기 제1 렌즈(471)를 통해 상기 제1 광학면(431b)에 입사시킬 수 있다.
t1은 도광 소자 본체부(441)의 두께를 나타낸다. 본체부(441)의 두께 t1을 감소시키기 위해, 제4 광학면(434)은 사용자 눈의 시축(460)에 경사지게 위치한다. 이러한 경사로 인한 반사된 광의 비점수차를 감소하기 위해, 제4 광학면(434)은 회전 비대칭 비구면으로 형성된다.
d2는 사용자 눈의 시축(460)에 따른 제4 광학면(434)의 정점으로부터 제3 광학면(433)까지의 거리를 나타낸다. 제4 광학면(434)의 정점이 도광 소자(430)의 내부에 위치하고, d2 < t1/2의 조건을 만족하면, 제4 광학면(434)에 의해 반사된 광(461)의 수차 감소 및 본체부(441)의 두께 t1을 감소시킬 수 있다. d2 ≥ t1/2이면, 반사된 광(461)의 수차를 미리 설정된 임계 값 이내로 감소시키기 위해 본체부(441)의 두께 t1이 증가하게 된다. 제4 광학면(434)의 정점이 도광 소자(430b) 내에 존재하지 않으면(예를 들어, d2 ≤ 0, 즉 정점이 제3 광학면(433)의 아래에 위치하는 경우), 예를 들어, 도광 소자(430b)를 사출 성형으로 제조할 때 제4 광학면(434)의 정확한 측정이 어렵게 되고, 이로 인해 제조 공차를 보상하기 위한 금형 보정이 어려워 반사된 광(461)의 수차 감소가 어렵게 된다.
L은 제1 광학면(431b)의 중심과 제4 광학면(434)의 중심(또는 시축(460) 또는 주광선과 제4 광학면(434)이 교차하는 점) 사이의 거리를 나타낸다. L은 도광 소자(430b) 내로 결합된 광이 제2 및 제3 광학면(432, 433)에서 짝수 횟수로 전반사하도록 설정된다. 이러한 짝수 횟수의 전반사로 인하여, 표시 소자(410)가 사용자 눈의 시축을 따른 제2 광학면(432)의 위치를 기준으로 사용자 눈에 보다 가깝게 위치될 수 있도록 함으로써 디스플레이 장치(100)에서 사용자 눈에서 멀어지는 외측으로 돌출되는 공간을 줄일 수 있고, 이로 인해 가시적 체적(즉, 타인이 느끼는 디스플레이 장치의 체적)을 감소시킬 수 있다. 　
α1은 제2 광학면(432)과 제1 광학면(431b)이 이루는 각도를 나타내고, α2는 제2 광학면(432)과 표시 소자(410)의 표면(즉, 화면)이 이루는 각도를 나타낸다. α1 ≠α2 의 조건을 만족하면, 반사된 광(461)에 대한 상면만곡을 감소시킬 수 있다.
제2 및 제3 광학면(432, 433)은 0의 파워(또는 굴절력)를 갖는 서로 평행한 평면들이며, 이러한 조건하에서 광학면의 편심(decenter) 또는 틸트에 의한 반사된 광의 수차 발생을 감소시킬 수 있다.
표시 소자(410)로부터 출력된 광(461)은 도광 소자(430b)에 의해 사용자의 눈에 입력되고, 사용자는 표시 소자(410)의 화면에 표시된 이미지보다 확대된 허상 이미지를 보게 된다. 도 7에서 I는 사용자 눈의 위치를 나타낸다. 도광부(440b) 및 보상부(450)는 반대 부호의 동일한 절대값인 파워들을 가질 수 있다. 예를 들어, 보상부(450)는 도광부(440b)에 접합될 수 있다. 도광부(440b) 및 보상부(450)가 반대 부호의 동일한 절대값인 파워들을 갖는 경우, 예를 들어 투명한 평판을 투과하는 광의 경우와 같이, 보상부(450)에 입력되는 외부 광(462)의 입사 각도와 도광부(440b)로부터 출력되는 외부 광(462)의 출사 각도가 동일하게 된다. 즉, 외부 광(462)은 왜곡 없이 도광 소자(430b)를 투과하여 사용자에게 보여진다.
일부 투과/일부 반사 특성을 갖는 제4 광학면(434)으로 인해, 사용자는 주변 풍경 및 허상의 가상 이미지를 동시에 볼 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 도광 소자의 수차 특성을 나타낸다.
도 8의 (a)는 도광 소자(430b)의 종방향 구면수차(Longitudinal spherical aberration)를 나타낸 것이고, 파장의 변화에 따라 종방향 구면수차가 변화하는 것을 나타낸다.
도 8의 (a)에서 가로축은 종방향 구면수차의 계수를 나타내고, 세로축은 광축의 중심에서 영상의 가장자리까지의 거리를 규격화(normalization)하여 나타낸 것이다.
도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이 파장의 변화에 따라서 종방향 구면수차의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있어, 도광 소자(430b)에 대한 종방향 구면수차의 발생이 낮음을 알 수 있다.
도 8의 (b)는 도광 소자(430b)에 대한 비점수차(Astigmatic aberration) 및 상면만곡 (Curvature of image field)을 나타낸 것이고, 도시된 바와 같이 587.5618mm의 파장에서 얻은 결과이며, 실선은 탄젠셜(tangential) 방향의 비점수차를 나타내고 점선은 시상(sagital) 방향의 비점수차를 나타낸다.
도 8의 (b)에서 실선과 점선의 차가 상기 비점수차를 나타내고, 실선이 굽은 정도는 상면만곡을 나타낸다.
도 8의 (b)는 비점수차의 변화량과 상면만곡의 변화량을 나타내고, 가로축은 비점수차 또는 상면만곡의 계수를 나타내고, 세로축은 가상 이미지의 중심에서 가장자리까지의 거리를 나타낸다.
도 8의 (b)에서 가상 이미지의 중심에서 가장자리까지 비점수차 및 상면만곡의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있어, 도광 소자(430b)에 대한 비점수차 및 상면만곡의 발생이 낮음을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타낸다. 도 9에 도시된 제1 프로젝터(180c)는 도 7에 도시된 제1 프로젝터(180b)와 거의 동일한 구성을 가지며, 도광 소자의 보상부가 제거되었다는 점에서 차이가 있다. 따라서, 동일 구성 소자에 대해 동일한 참조 번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도광 소자(430c)는 사각 기둥의 형태를 가지며, 제1 내지 제4 광학면(431b, 432, 433, 434)을 포함한다. 도광 소자(430c)는 정면을 응시하는 사용자 눈의 시축(또는 광축)을 따른 두께가 일정한 제2 및 제3 광학면들(432, 433) 사이의 본체부(441)와, 표시 소자(410)를 향하여 점차 두께가 증가하는 제1 및 제2 광학면들(431b, 432) 사이의 제1 부분(442b)와, 표시 소자(410)로부터 멀어질수록 점차 두께가 감소하는 제3 및 제4 광학면들(433, 434) 사이의 제2 부분(443)를 포함한다.
도 10 및 도 11은 디스플레이 장치의 투과율 제어를 설명하기 위한 도면들이다. 제1 및 제2 윈도우(190, 195)는 각각 제어부(200)의 제어에 따라 투과율을 조절함으로써, GUI와 같은 가상 이미지의 시인성을 높일 수 있다.
제1 및 제2 윈도우(190, 195)는 각각 인가 전압의 변화에 따라 광 투과율을 조절할 수 있기 때문에, 가상 이미지를 형성하기 위한 제1 및/또는 제2 프로젝터(180, 185)의 출력을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 제1 및/또는 제2 프로젝터(180, 185)의 전체 소모 전력과 발열을 감소시킬 수 있으며, 또한 디스플레이 장치(100)의 배터리(150) 사용 시간을 증가시킬 수 있다.
도 10은 사용자가 실내에서 TV를 시청하는 경우를 나타낸다.
도 10의 (a)를 참고하면, 사용자는 실내에서 디스플레이 장치(100)를 착용한 상태로 TV(510)를 시청한다. 도 10의 (b)를 참고하면, 주변 조도가 낮은 실내에서는 제1 및 제2 프로젝터(180, 185)에 의해 형성된 제1 및 제2 가상 이미지(520, 525)의 시인성이 높기 때문에, 제1 및 제2 윈도우(190, 195)의 투과율을 상대적으로 높게 설정한다. 예를 들어, 제어부(200)는 제1 및 제2 윈도우(190, 195)의 투과율을 최대로 설정하거나 30% 이상으로 설정할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 가상 이미지(520, 525)는 그 표시 위치만 상이할 뿐 서로 동일하다.
도 11은 사용자가 야외에서 주변 풍경을 보는 경우를 나타낸다.
도 11의 (a)를 참고하면, 사용자는 야외에서 디스플레이 장치(100)를 착용한 상태로 주변 풍경(530)을 본다. 도 11의 (b)를 참고하면 주변 조도가 높은 야외에서는 제1 및 제2 프로젝터(180, 185)에 의해 형성된 제1 및 제2 가상 이미지(520, 525)의 시인성이 낮기 때문에, 제1 및 제2 윈도우(190, 195)의 투과율을 상대적으로 낮게 설정한다. 예를 들어, 제어부(200)는 제1 및 제2 윈도우(190, 195)의 투과율을 최소로 설정하거나 10% 이하로 설정할 수 있다.
도 10 및 도 11에서 제1 가상 이미지(520) 및 제2 가상 이미지(525)는 제1 및 제2 윈도우(190, 195) 상에 형성되는 것이 아니라 사용자에 의해 보여지는 이미지들을 나타낸다. 도 10 및 도 11에서는, 각 가상 이미지가 불투명하게 표시되어 있으나, 가상 이미지는 그 밑에 위치하는 주변 풍경이 비치도록 일부 또는 전체 투명하게 표시될 수 있다.
제어부(200)는 센서부(130)를 통해 주변 조도를 측정하고, 주변 조도가 기설정된 기준 조도 또는 기준 조도 범위보다 낮은 경우에 제1 및 제2 윈도우(190, 195)의 투과율을 증가시키고(즉, 투과율이 상대적으로 높음), 주변 조도가 기설정된 기준 조도보다 높은 경우에 제1 및 제2 윈도우(190, 195)의 투과율을 감소시킨다(즉, 투과율이 상대적으로 낮음). 이러한 기준 조도는 현재 설정되어 있는 주변 조도일 수 있으며, 제어부(200)는 주변 조도의 변화가 없는 경우에 제1 및 제2 윈도우(190, 195)의 투과율을 그대로 유지할 수 있다. 제어부(200)는 현재 설정되어 있는 주변 조도 및/또는 투과율을 저장부(120)에 저장할 수 있다.
저장부(120)는 서로 대응하는 주변 조도 값들과 투과율들(및/또는 각 윈도우(190, 195)의 인가 전압 값)을 나타내는 데이터 테이블을 저장할 수 있으며, 상기 제어부(200)는 상기 데이터 테이블에 근거하여 맵핑, 보간 또는 수식 계산 등을 통해 주변 조도 값에 대응하는 목표 투과율(및/또는 각 윈도우(190, 195)의 인가 전압 값)을 산출한다. 제어부(200)는 산출된 투과율에 대응하는 전압을 각 윈도우(190, 195), 더 구체적으로는 각 글래스에 인가함으로써, 각 윈도우(190, 195)의 투과율을 산출된 목표 투과율로 조절한다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 예에 따른 지문 기반 단축키 실행을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12를 참조하면, 터치 센서(160)는 지문 감지 기능을 가질 수 있으며, 예를 들어, 사용자는 오른손(610)의 엄지 지문(611), 검지 지문(612), 중지 지문(613), 약지 지문(614) 및 소지 지문(615) 중의 적어도 하나를 디스플레이 장치(100)의 기능 또는 사용자 계정과 맵핑할 수 있다.
본 예에서, 사용자는 엄지 지문(611)에 전화 애플리케이션(620)을 맵핑하고, 약지 지문(614)에 메시지 애플리케이션(625)을 맵핑한다.
도 13의 (a)을 참조하면, 사용자가 터치 센서(160)에 엄지 지문을 입력한 경우, 제어부(200)는 이러한 사용자 입력에 대응하여 전화 애플리케이션을 실행한다. 제어부(200)는 저장부(120)에 저장된 데이터를 이용하여 전화 애플리케이션 창(710)을 구성하고, 구성된 통화 애플리케이션 창(710)을 프로젝터(180, 185)를 통해 사용자에게 표시한다.
전화 애플리케이션은 전화 번호 입력을 위한 키패드(714)와, 키패드 변환, 최근 기록, 연락처, 즐겨찾기 등의 메뉴 항목들(712)을 통화 애플리케이션 창(710)에 표시한다.
도 13의 (b)를 참조하면, 사용자가 터치 센서(160)에 약지 지문을 입력한 경우, 제어부(200)는 이러한 사용자 입력에 대응하여 메시지 애플리케이션을 실행한다. 제어부(200)는 저장부(120)에 저장된 데이터를 이용하여 메시지 애플리케이션 창(720)을 구성하고, 구성된 메시지 애플리케이션 창(720)을 프로젝터(180, 185)를 통해 사용자에게 표시한다.
메시지 애플리케이션은 텍스트 입력을 위한 키패드(724)와, 메시지 전송, 파일 첨부 등의 메뉴 항목들(722)을 메시지 애플리케이션 창(720)에 표시한다.
도 14는 지문 입력에 따른 사용자 계정 변경 기능을 설명하기 위한 도면이다.
본 예에서, 저장부(120)에는 제1 내지 제4 지문과 맵핑된 제1 내지 제4 사용자 계정이 저장되어 있다.
사용자가 터치 센서(160)에 지문을 입력(810)하면, 제어부(200)는 터치 센서(160)로부터 수신한 지문 정보에 매칭되는 지문 정보를 저장부(120)에서 검색함으로써, 검색된 지문 정보에 맵핑된 사용자 계정을 결정할 수 있다. 또는, 저장부(120)는 동일 사용자의 제1 내지 제4 지문과 맵핑된 제1 내지 제4 사용자 계정(821, 822, 823, 824)(예를 들어, 사용자 계정, 이메일 계정, ID 등)을 저장할 수도 있다. 본 예에서, 현재 사용 중인 제1 사용자 계정 항목(821)이 강조 표시되어 있고, 사용자의 지문 입력에 따라, 제4 사용자 계정(824)이 선택되고, 제어부(200)는 제4 사용자 계정(824)에 따른 가상 이미지(830)를 프로젝터(180, 185)를 통해 사용자에게 표시한다.
도 15는 주변 전자 장치를 이용한 디스플레이 장치의 화면 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
제어부(200)는 통신부(140)를 통해 그 주변의 전자 장치와 근거리 통신을 수행함으로써, 주변 전자 장치를 이용한 디스플레이 장치의 화면 제어 서비스를 제공할 수 있다. 본 예에서, 디스플레이 장치(100)는 스마트 와치(930) 등의 웨어러블 전자 장치 또는 근거리 통신 모듈을 포함한 휴대폰(920)과 통신할 수 있다. 근거리 통신은 NFC(near field communication), RFID(radio frequency identification), 블루투스(Bluetooth), 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy: BLE), 지그비(Jigbee), 적외선 통신, 와이파이 다이렉트(Wi-Fi Direct), 홈 RF(Radio Frequency), DLNA(Digital Living Network Alliance) 등일 수 있다. 이러한 근거리 통신에서 제어부(200)는 통신부(140)를 통해 전자 장치로부터 사용자의 터치(922, 932) 정보를 수신하고, 이러한 터치 정보에 따라 디스플레이 장치(100)에 표시된 가상 이미지를 다른 가상 이미지로 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어부(200)는 통신부(140)를 통해 스마트 와치(930) 또는 휴대폰(920)으로 디스플레이 장치(100)에 표시된 가상 이미지 정보를 전송할 수 있으며, 스마트 와치(930) 또는 휴대폰(920)로부터 수신한 터치(922, 932) 정보에 근거하여 가상 이미지(910) 내 커서(912) 이동, 아이템 선택, 포커스(아이템의 선택을 강조하여 표시) 이동, 다른 아이템들의 표시 등 가상 이미지의 변경을 수행할 수 있다.
또한, 휴대폰(920)으로부터 터치 정보를 수신하는 경우에, 제어부(200)는 가상 이미지의 크기 제한으로 인하여 디스플레이 장치에 표시되지 않는 다른 아이템들(예를 들어, 게임 애플리케이션, 음악 애플리케이션, 카메라 애플리케이션 등의 다양한 애플리케이션)과, 현재 디스플레이 장치(100)에 표시된 아이템들(즉, 도시된 전화 애플리케이션, 연락처 애플리케이션, 메시지 애플리케이션, 메인 메뉴 애플리케이션)을 포함하는 가상 이미지 정보를 휴대폰(920)으로 전송하고, 휴대폰(920)으로부터 수신한 터치 정보에 따라 디스플레이 장치(100)의 즉각적인 화면 전환을 수행할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 휴대폰(920)을 통해 음악 애플리케이션의 선택 정보를 디스플레이 장치(100)로 전송한 경우에, 제어부(200)는 홈 화면에서 음악 애플리케이션 화면으로 변경 표시할 수 있다.
도 16은 카메라를 이용한 디스플레이 장치의 화면 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
제1 카메라(170)는 사용자의 눈 위치(또는 도광 소자의 위치)를 기준으로 전방의 피사체를 촬영하며, 전방의 피사체를 인식하기 위한 용도로 사용된다. 제2 카메라(175)는 사용자의 눈 위치를 기준으로 하방의 피사체를 촬영하며, 하방의 피사체(예를 들어, 사용자의 손)를 인식하기 위한 용도로 사용된다.
도 16의 (a)는 제1 카메라(170)를 통해 촬영된 전방 이미지(1010)를 나타내고, 도 16의 (b)는 제2 카메라(175)를 통해 촬영된 하방 이미지(1020)를 나타낸다. 제어부(200)는 제2 카메라(170)를 통해 촬영된 하방 이미지(1020)로부터 사용자의 손 또는 손가락(1030)을 인식하고, 손 또는 손가락(1030)의 제스쳐에 따라 디스플레이 장치에 표시된 가상 이미지를 변경할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 손가락(1030)을 오른쪽으로 움직임(1035)에 따라, 제어부(200)는 디스플레이 장치(100)에 표시된 가상 이미지 내 커서의 우측 이동, 우측 아이템 선택, 포커스(사용자의 선택 표시) 우측 이동, 우측 방향에 할당된 다른 아이템들의 표시 등 가상 이미지의 변경을 수행할 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타낸다. 도 17에 도시된 제1 프로젝터(180d)는 도 7에 도시된 제1 프로젝터(180b)와 거의 동일한 구성을 가지며, 투명한 커버 클래스(420)가 제거되었다는 점에서 차이가 있다. 따라서, 동일 구성 소자에 대해 동일한 참조 번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도광 소자(430b)는 긴 사각 기둥의 형태를 가지며, 제1 내지 제4 광학면(431b, 432, 433, 434)을 포함한다. 상기 도광 소자(430b)는 반사면인 제4 광학면(434)을 기준으로 구분되는 도광부(440b) 및 보상부(450)를 포함한다. 상기 도광부(440b)는 정면을 응시하는 사용자 눈(1110)의 시축(또는 광축)을 따른 두께(또는 상기 도광 소자(430b)의 폭 방향의 두께)가 일정한 제2 및 제3 광학면들(432, 433) 사이의 본체부(441)와, 표시 소자(410)를 향하여 점차 두께가 감소하는 제1 및 제2 광학면들(431b, 432) 사이의 제1 부분(442b)와, 표시 소자(410)로부터 멀어질수록 점차 두께가 감소하는 제3 및 제4 광학면들(433, 434) 사이의 제2 부분(443)를 포함한다.
렌즈계(470)는 상기 표시 소자(410) 및 상기 제1 광학면(431b)의 사이에 배치되며, 상기 표시 소자(410)로부터 출력된 광(1121~1125)을 확산하여 상기 제1 광학면(431b)에 입사시키는 기능을 한다. 상기 렌즈계(470)는 각각 입사된 광(1121~1125)을 굴절시키는 복수의 렌즈면들을 포함할 수 있고, 이러한 복수의 렌즈면들은 적어도 하나의 제1 렌즈(471)에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 렌즈(471)는 오목 렌즈와 볼록 렌즈가 서로 접합된 2매 접합 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈계(470)는, 입력된 광(1121~1125) 중 상기 광(1121~1125)의 진행 방향에 수직인 제1 방향의 편광 성분을 통과/투과시키고, 상기 광(1121~1125)의 진행 방향 및 상기 제1 방향의 모두에 수직인 제2 방향의 편광 성분을 반사시키는 편광 빔 스플리터(Polarization Beam Splitter: PBS, 472)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 편광 빔 스플리터(472)는 상기 제1 방향의 편광 성분을 상기 제1 광학면(431b)에 입사시킬 수 있다.
표시 소자(410)로부터 출력된 광(1121~1125)은 도광 소자(430b)에 의해 사용자의 눈(1110)에 입력되고, 사용자는 표시 소자(410)의 화면에 표시된 이미지보다 확대된 허상 이미지를 보게 된다. 일부 투과(통과)/일부 반사 특성을 갖는 제4 광학면(434)으로 인해, 사용자는 주변 풍경 및 허상의 가상 이미지를 동시에 볼 수 있다.
상기 표시 소자(410)로부터 출력된 광(1121~1125) 중 제1 내지 제3 광(1121, 1122, 1123)은 정상적인(즉, 설계된) 경로로 진행한 후 사용자의 눈(1110)에 입력되어 정상적인(즉, 선명한) 가상 이미지를 형성하게 되고, 상기 표시 소자(410)로부터 출력된 광(1121~1125) 중 제4 및 제5 광(1124, 1125)은 비정상적인(즉, 설계되지 않은) 경로로 진행한 후 사용자의 눈(1110)에 입력되어 상기 정상적인 가상 이미지의 적어도 일부와 동일하거나 다른 형상으로 흐릿하게 보이는(즉, 비정상적인) 고스트 이미지를 형성하게 된다.
예를 들면, 상기 도광부(440b) 내에서 상기 제1 내지 제3 광(1121, 1122, 1123)이 입사하지 않고(또는 미리 설정된 임계치 이하의 소량으로 입사하고) 상기 제4 및/또는 제5 광(1124, 1125)(바람직하게는, 오직 상기 제4 및/또는 제5 광(1124, 1125)만)이 입사하는 제2 및/또는 제3 광학면(432, 433)의 부분(1131, 1132)에 상기 제4 및/또는 제5 광(1124, 1125)을 사용자의 눈(1110)을 향하지 않는 상기 도광부(440b)의 외부로 추출(예: 산란, 반사, 투과 등을 이용)하거나 흡수하는 고스트 방지 부재(또는 차광 부재)를 형성할 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 내지 제3 광(1121, 1122, 1123)이 입사하지 않고 상기 제4 및/또는 제5 광(1124, 1125)만이 입사하는 제4 광학면(434)의 부분(1133)에 상기 제4 및/또는 제5 광(1124, 1125)을 사용자의 눈(1110)을 향하지 않는 상기 도광부(440b)의 외부로 추출(예: 산란, 반사, 투과 등을 이용)하거나 흡수하는 고스트 방지 부재(또는 차광 부재)를 형성할 수 있다.
예를 들면, 상기 제4 및/또는 제5 광(1124, 1125)이 입사하지 않고(또는 미리 설정된 임계치 이하의 소량으로 입사하고) 상기 제1 내지 제3 광(1121, 1122, 1123)(바람직하게는, 오직 상기 제1 내지 제3 광(1121, 1122, 1123)만)이 입사하는 제4 광학면(434)의 부분(1134)에 상기 제1 내지 제3 광(1121, 1122, 1123)을 상기 사용자의 눈(1110)을 향해 적어도 부분 반사하는 반사막을 형성함으로써, 상기 제4 및/또는 제5 광(1124, 1125)이 상기 반사막이 형성되지 않은 상기 제4 광학면(434)의 나머지 부분을 통해 상기 사용자의 눈(1110)을 향하지 않는 상기 도광부(440b)의 외부로 추출(예: 산란, 투과 등을 이용)되도록 할 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타낸다. 도 18에 도시된 제1 프로젝터(180e)는 도 17에 도시된 제1 프로젝터(180d)와 거의 동일한 구성을 가지며, 고스트 방지 부재 및 반사막을 더 포함한다는 점에서 차이가 있다. 따라서, 동일 구성 소자에 대해 동일한 참조 번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
고스트 방지 부재(1231)는 상기 도광부(440b) 내에서 상기 제1 내지 제3 광(1121, 1122, 1123)이 입사하지 않고 고스트 이미지를 형성하는 광이 입사하는 제2 및/또는 제3 광학면(432, 433)의 부분에 형성될 수 있다. 상기 고스트 방지 부재(1231)는 고스트 이미지를 형성하는 광을 사용자의 눈(1110)을 향하지 않는 상기 도광부(440b)의 외부로 추출(예: 산란, 반사, 투과 등을 이용)하거나 흡수할 수 있다. 예를 들어, 고스트 방지 부재(1231)는 상기 제1 내지 제3 광(1121, 1122, 1123)이 입사하지 않고 고스트 이미지를 형성하는 광이 입사하는 상기 제2 광학면(432)의 부분에 형성될 수 있다.
반사막(1234)은 고스트 이미지를 형성하는 광이 입사하지 않고 상기 제1 내지 제3 광(1121, 1122, 1123)만이 입사하는 제4 광학면(434)의 부분에만 형성될 수 있다. 상기 반사막(1234)은 상기 제1 내지 제3 광(1121, 1122, 1123)을 상기 사용자의 눈(1110)을 향해 적어도 부분 반사하고, 상기 제1 프로젝터(180d)의 외부로부터 입력되는 광을 적어도 부분 통과/투과시킬 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 다양한 고스트 방지 부재들을 예시한다.
도 19의 (a)를 참조하면, 본체부(441)의 제2 광학면(432)에는 입사된 광을 산란(또는 확산)하는 제1 고스트 방지 부재(1310)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 고스트 방지 부재(1310)는, 금형을 이용한 도광 소자(430b)/도광부(440b)의 사출 성형을 통해 형성되거나, 상기 제2 광학면(432)을 거친 표면의 사포나 이와 유사한 연마재로 문질러서 형성될 수 있다.
도 19의 (b)를 참조하면, 본체부(441)의 제2 광학면(432)에는 입사된 광을 흡수하는 제2 고스트 방지 부재(1320)가 형성될 수 있다. 상기 제2 고스트 방지 부재(1320)는 상기 제2 광학면(432)에 차광 잉크(예: 흑색 잉크)를 도포 또는 인쇄하여 형성될 수 있다.
도 19의 (c)를 참조하면, 본체부(441)의 제2 광학면(432)에는 입사된 광을 흡수하는 제3 고스트 방지 부재(1330)가 형성될 수 있다. 상기 제3 고스트 방지 부재(1330)는 차광 필름(1332)(예: 흑색 필름)을 접착 부재(1332)(예: 접착제, OCA(optical clear adhesive) 테이프 등)를 이용하여 부착함으로써 형성될 수 있다.
도 19의 (d)를 참조하면, 본체부(441)의 제2 광학면(432)에는 입사된 광의 적어도 일부를 반사하여 제3 광학면(433)을 통과/투과하도록 하거나, 상기 제2 광학면(432)에 입사된 광의 적어도 일부를 통과/투과시키는 홈 형태의 제4 고스트 방지 부재(1340)가 형성될 수 있다. 상기 제4 고스트 방지 부재(1340)는, 금형을 이용한 도광 소자(430b)/도광부(440b)의 사출 성형을 통해 형성되거나, V 또는 U 형태의 커터를 이용하여 상기 제2 광학면(432)을 절삭함으로써 형성될 수 있다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타내고, 도 21 및 도 22는 상기 제1 프로젝터의 동작을 설명하기 위한 도면들이다. 도 20에 도시된 제1 프로젝터(180f)는 도 17에 도시된 제1 프로젝터(180d)와 거의 동일한 구성을 가지며, 지지부(491), 하우징(492), 제1 및 제2 광원(481, 482), 제2 렌즈(483), 이미지 센서(484) 그리고 액추에이터(485)를 더 포함한다는 점에서 차이가 있다. 따라서, 동일 구성 소자에 대해 동일한 참조 번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도광 소자(430b)는 사각 기둥의 형태를 가지며, 제1 내지 제4 광학면(431b, 432, 433, 434)을 포함한다. 상기 도광 소자(430b)는 반사면인 상기 제4 광학면(434)을 기준으로 구분되는 도광부(440b) 및 보상부(450)를 포함한다. 상기 도광부(440b)는 정면을 응시하는 사용자 눈(1110)의 시축(또는 광축)을 따른 두께가 일정한 제2 및 제3 광학면들(432, 433) 사이의 본체부(441)와, 표시 소자(410)를 향하여 점차 두께가 감소하는 제1 및 제2 광학면들(431b, 432) 사이의 제1 부분(442b)와, 표시 소자(410)로부터 멀어질수록 점차 두께가 감소하는 제3 및 제4 광학면들(433, 434) 사이의 제2 부분(443)를 포함한다.
렌즈계(470a)는 상기 표시 소자(410) 및 상기 제1 광학면(431b)의 사이에 배치되며, 상기 표시 소자(410)로부터 출력된 제1 광(1120)을 확산하여 제1 광학면(431b)에 입사시키는 기능을 한다. 상기 렌즈계(470a)는 각각 입사된 제1 광(1120)을 굴절시키는 복수의 렌즈면들을 포함할 수 있고, 이러한 복수의 렌즈면들은 적어도 하나의 제1 렌즈(471)에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 렌즈(471)는 오목 렌즈와 볼록 렌즈가 서로 접합된 2매 접합 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈계(470a)는, 입사된 제1 광(1120)(예: 가시광)을 통과시키고, 입사된 제2 광(예: 적외광)을 반사시키는 빔 스플리터(Beam Splitter: BS, 472a)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 표시 소자(410)로부터 출력된 제1 광(1120)은 상기 빔 스플리터(472a) 및 상기 제1 렌즈(471)를 차례로 통과하여 상기 제1 광학면(431b)에 입사될 수 있다.
상기 제1 및 제2 광원(481, 482)은 각각 사용자 눈(1110)을 향해 제2 광을 투사할 수 있다. 상기 사용자 눈(1110)으로부터 반사된 상기 제2 광은 상기 도광 소자(430b)로 입력될 수 있다.
상기 제2 렌즈(483)는 상기 도광 소자(430b)로부터 출력된 상기 제2 광을 상기 이미지 센서(484)의 수광면(또는 표면)에 수렴시킬 수 있다.
상기 이미지 센서(484)는 상기 제2 렌즈(483)를 통해 입력되는 상기 제2 광을 전기적인 이미지 신호(즉, 디지털 이미지)로 변환하여 제어부(200)로 출력할 수 있다.
상기 지지부(491)는 일단이 개방되고 측면 및 타단이 막힌 통의 형태를 가질 수 있다. 상기 지지부(491)는 상기 도광 소자(430b), 상기 렌즈계(470a), 상기 표시 소자(410), 상기 제2 렌즈(483) 및 상기 이미지 센서(484)를 그 내부에 적어도 일부 수용하여 지지할 수 있다. 예를 들어, 상기 도광 소자(430b)의 제1 부분(442b) 측 일부는 상기 지지부(491)에 삽입되어 고정되고, 상기 렌즈계(470a), 상기 표시 소자(410), 상기 제2 렌즈(483) 및 상기 이미지 센서(484)는 상기 지지부(491)의 내부에 수용되고 고정될 수 있다.
상기 액추에이터(485)는 진퇴 운동이 가능한 암(486)을 포함하며, 상기 암(486)의 일단은 상기 지지부(491)에 고정될 수 있다. 상기 액추에이터(485)는 상기 제어부(200)의 제어 신호에 따른 거리 또는 위치에 대응하도록 상기 암(486)을 상기 도광 소자(430b)의 길이 방향(또는 정면을 응시하는 사용자 눈의 시축(또는 광축)에 수직인 방향)을 따라 전진 또는 후퇴 이동시킬 수 있다. 상기 암(486)의 이동에 따라 상기 지지부(491)와, 상기 지지부(491)에 고정된 상기 도광 소자(430b), 상기 렌즈계(470a), 상기 표시 소자(410), 상기 제2 렌즈(483) 및 상기 이미지 센서(484)도 상기 도광 소자(430b)의 길이 방향을 따라 이동(493)될 수 있다.
상기 하우징(492)은 일단이 개방되고 측면 및 타단이 막힌 통의 형태를 가질 수 있다. 상기 하우징(492)은 상기 지지부(491) 및 상기 액추에이터(485)를 그 내부에 적어도 일부 수용하여 지지할 수 있다. 예를 들어, 상기 지지부(491) 및 상기 액추에이터(485)는 상기 하우징(492)의 내부에 수용되고 고정될 수 있다.
도 21을 참조하면, 상기 제1 및 제2 광원(481, 482)은 각각 사용자 눈(1110)을 향해 제2 광(1130)(예: 적외광)을 투사할 수 있다. 상기 사용자 눈(1110)으로부터 반사된 상기 제2 광(1130)은 상기 도광 소자(430b)로 입력될 수 있다.
상기 제2 광(1130)은 제3 광학면(433)을 통과하여 제4 광학면(434)에 입사할 수 있고, 상기 제2 광(1130)은 상기 제4 광학면(434)에 의해 반사될 수 있다. 제2 및 제3 광학면(432, 433)은 상기 제4 광학면(434)에 의해 반사된 상기 제2 광(1130)을 제1 광학면(431b)까지 전반사 진행시킬 수 있다.
상기 제1 광학면(431b)을 통과한 상기 제2 광(1130)은 제1 렌즈(471)를 통과하여 빔 스플리터(472a)에 입력되고, 상기 빔 스플리터(472a)는 상기 제2 광(1130)을 상기 제2 렌즈(483)를 향해 반사할 수 있다.
상기 제2 렌즈(483)는 상기 빔 스플리터(472a)로부터 출력된 상기 제2 광(1130)을 상기 이미지 센서(484)의 수광면(또는 표면)에 수렴시킬 수 있다. 상기 이미지 센서(484)는 상기 제2 렌즈(483)를 통해 입력되는 상기 제2 광(1130)을 전기적인 이미지 신호(디지털 이미지)로 변환하여 제어부(200)로 출력할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(200)는 상기 이미지 센서(484)를 통해 획득한 사용자 눈(1110)의 이미지로부터 상기 사용자 눈(1110)의 홍채(1112)에 대응하는 홍채 이미지 부분을 인식하고, 상기 인식된 홍채 이미지 부분에서 추출된 특징점(예: 에지, 코너, 이미지 패턴, 외곽선)에 대한 정보를 저장부(120)에 미리 저장된 등록된 사용자의 홍채에 대한 특징점 정보와 비교할 수 있다. 상기 제어부(200)는 상기 추출된 특징점 정보와 상기 미리 저장된 특징점 정보가 일치하는 경우, 등록된 사용자를 검출한 것으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(200)는, 등록된 사용자의 검출에 응답하여, 상기 등록된 사용자의 인증/비밀 정보(예: 홍채 정보, 사용자 식별 정보, 사용자 비밀 정보)를 외부 전자 장치(예: 서버, 근거리 통신 연결된 주변 전자 장치)로 전송하거나, 미리 설정된 동작 또는 기능(예: 언락 기능, 애플리케이션 실행 기능, 사용자 계정 변경 기능, 멀티미디어 제어 기능)을 실행할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(200)는 상기 이미지 센서(484)를 통해 획득한 사용자 눈(1110)의 이미지로부터 눈 이미지 부분을 인식할 수 있다. 예를 들어, 눈 인식은 통상의 눈 인식 방법을 이용하여 수행되는데, 저장부(120)에 저장된 눈의 윤곽선, 템플리트 등을 이용한 눈 인식 기술이 이용될 수 있다. 예를 들어, 제어부(200)는 다수의 사용자의 눈 이미지들을 통해 눈 학습을 수행하고, 이러한 눈 학습에 근거하여 입력 이미지에서 눈을 인식할 수 있다. 이러한 눈 학습 정보는 저장부(120)에 저장되어 있을 수 있다.
상기 제어부(200)는 인식된 눈에 대한 사용자의 시선을 검출할 수 있다. 제어부(200)는 통상의 눈 추적(Eye Tracking) 또는 눈 탐지 (Eye Detection) 기술을 이용하여 사용자의 시선을 검출할 수 있다. 상기 제어부(200)는 홍채 또는 동공의 포즈(위치 및/또는 방향)로부터 사용자의 시선(또는 시선 방향/응시 방향)을 검출할 수 있다. 상기 제어부(200)는 사용자의 시선 검출에 응답하여 미리 설정된 동작 또는 기능(예: 화면 스크롤, 화면 전환, 객체 선택, 포커스 이동, 커서 이동)을 수행할 수 있다.
도 21을 참조하면, 상기 제1 프로젝터(180f)의 화각(또는, 정지된 상태의 상기 이미지 센서(484)가 한 시점에 검출할 수 있는 피사체(본 예에서는 눈(1110)에 해당)의 부분(1141))은 상기 제4 광학면(434) 및 눈(1110) 간의 거리, 상기 제4 광학면(434) 및 상기 이미지 센서(484) 간의 거리, 상기 제4 광학면(434)의 크기/면적에 의해 결정될 수 있다.
도 22를 참조하면, 상기 제1 프로젝터(180f)의 화각이 눈(1110)의 전체를 커버할 수 없는 경우에, 상기 제어부(200)는 상기 제1 프로젝터(180f)가 이동하면서 상기 눈(1110)을 촬영하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부(200)는 상기 암(486)의 전진 이동을 위한 제어 신호를 상기 액추에이터(485)로 전송할 수 있다. 상기 액추에이터(485)는 상기 제어부(200)의 제어 신호에 따른 거리 또는 위치에 대응하도록 상기 암(486)을 상기 도광 소자(430b)의 방향으로 전진 이동시킬 수 있다. 상기 암(486)의 전진 이동에 따라 상기 지지부(491)와, 상기 지지부(491)에 고정된 상기 도광 소자(430b), 상기 렌즈계(470a), 상기 표시 소자(410), 상기 제2 렌즈(483) 및 상기 이미지 센서(484)도 상기 액추에이터(485) 또는 하우징(492)으로부터 멀어지는 방향으로 이동(494)될 수 있다.
도 22는, 상기 도광 소자(430b)(및 제4 광학면(434))의 이동에 따라, 상기 제1 프로젝터(180f)의 화각(또는, 정지된 상태의 상기 이미지 센서(484)가 한 시점에 검출할 수 있는 피사체(본 예에서는 눈(1110)에 해당)의 부분(1142))이 이동된 것을 도시한다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 제1 프로젝터의 구성을 나타내고, 도 24는 상기 제1 프로젝터의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 23에 도시된 제1 프로젝터(180g)는 도 20에 도시된 제1 프로젝터(180f)와 거의 동일한 구성을 가지며, 하나의 지지부(491)를 대신해 제1 지지부(491a) 및 제2 지지부(491b)가 사용되고, 하나의 액추에이터(485)를 대신해 제1 액추에이터(485a) 및 제2 액추에이터(485b)가 사용된다는 점에서 차이가 있다. 따라서, 동일 구성 소자에 대해 동일한 참조 번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1 지지부(491a)는 양단이 개방되고 측면이 막힌 사각 통의 형태를 가질 수 있다. 상기 제1 지지부(491a)는 상기 도광 소자(430b)를 그 내부에 적어도 일부 수용하여 지지할 수 있다. 예를 들어, 상기 도광 소자(430b)의 제1 부분(442b) 측 일부는 상기 제1 지지부(491a)에 삽입되어 고정될 수 있다.
상기 제2 지지부(491b)는 일단이 개방되고 측면 및 타단이 막힌 통의 형태를 가질 수 있다. 상기 제2 지지부(491b)는 상기 제2 렌즈(483) 및 상기 이미지 센서(484)를 그 내부에 적어도 일부 수용하여 지지할 수 있다. 상기 제2 렌즈(483) 및 상기 이미지 센서(484)는 상기 제2 지지부(491b)의 내부에 수용되고 고정될 수 있다.
상기 제1 액추에이터(485a)는 진퇴 운동이 가능한 제1 암(486a)을 포함하며, 상기 제1 암(486a)의 일단은 상기 제1 지지부(491a)에 고정될 수 있다. 상기 제1 액추에이터(485a)는 상기 제어부(200)의 제어 신호에 따른 거리 또는 위치에 대응하도록 상기 제1 암(486a)을 상기 도광 소자(430b)의 길이 방향(또는 정면을 응시하는 사용자 눈(1110)의 시축(또는 광축)에 수직인 방향)을 따라 이동시킬 수 있다. 상기 제1 암(486a)의 이동에 따라 상기 제1 지지부(491a)와, 상기 제1 지지부(491a)에 고정된 상기 도광 소자(430b)도 상기 도광 소자(430b)의 길이 방향을 따라 이동(495)될 수 있다.
상기 제2 액추에이터(485b)는 진퇴 운동이 가능한 제2 암(486b)을 포함하며, 상기 제2 암(486b)의 일단은 상기 제2 지지부(491b)에 고정될 수 있다. 상기 제2 액추에이터(485b)는 상기 제어부(200)의 제어 신호에 따른 거리 또는 위치에 대응하도록 상기 제2 암(486b)을 상기 도광 소자(430b)의 길이 방향(또는 정면을 응시하는 사용자 눈(1110)의 시축(또는 광축)에 수직인 방향)을 따라 이동시킬 수 있다. 상기 제2 암(486b)의 이동에 따라 상기 제2 지지부(491b)와, 상기 제2 지지부(491b)에 고정된 상기 제2 렌즈(483) 및 상기 이미지 센서(484)도 상기 도광 소자(430b)의 길이 방향을 따라 이동(496)될 수 있다.
도 23을 참조하면, 상기 제1 프로젝터(180g)의 화각(또는, 정지된 상태의 상기 이미지 센서(484)가 한 시점에 검출할 수 있는 피사체(본 예에서는 눈(1110)에 해당)의 부분(1143))은 상기 제4 광학면(434) 및 눈(1110) 간의 거리, 상기 제4 광학면(434) 및 상기 이미지 센서(484) 간의 거리, 상기 제4 광학면(434)의 크기/면적에 의해 결정될 수 있다.
도 24를 참조하면, 상기 제1 프로젝터(180g)의 화각이 눈(1110)의 전체를 커버할 수 없는 경우에, 상기 제어부(200)는 상기 제1 프로젝터(180g)가 이동하면서 상기 눈(1110)을 촬영하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부(200)는 상기 제1 암(486a)의 전진 이동을 위한 제어 신호를 상기 제1 액추에이터(485a)로 전송할 수 있다. 상기 제1 액추에이터(485a)는 상기 제어부(200)의 제어 신호에 따른 거리 또는 위치에 대응하도록 상기 제1 암(486a)을 상기 도광 소자(430b)의 방향으로 전진 이동시킬 수 있다. 상기 제1 암(486a)의 전진 이동에 따라 상기 제1 지지부(491a)와, 상기 제1 지지부(491a)에 고정된 상기 도광 소자(430b)도 상기 제1 액추에이터(485a) 또는 하우징(492)으로부터 멀어지는 방향으로 이동(497)될 수 있다.
상기 제어부(200)는 상기 제2 암(486b)의 전진 이동을 위한 제어 신호를 상기 제2 액추에이터(485b)로 전송할 수 있다. 상기 제2 액추에이터(485b)는 상기 제어부(200)의 제어 신호에 따른 거리 또는 위치에 대응하도록 상기 제2 암(486b)을 상기 도광 소자(430b)의 방향으로 전진 이동시킬 수 있다. 상기 제2 암(486b)의 전진 이동에 따라 상기 제2 지지부(491b)와, 상기 제2 지지부(491b)에 고정된 상기 제2 렌즈(483) 및 상기 이미지 센서(484)도 상기 제2 액추에이터(485b) 또는 하우징(492)으로부터 멀어지는 방향으로 이동(498)될 수 있다.
도 24는, 상기 도광 소자(430b)(및 제4 광학면(434))의 이동에 따라, 상기 제1 프로젝터(180g)의 화각(또는, 정지된 상태의 상기 이미지 센서(484)가 한 시점에 검출할 수 있는 피사체(본 예에서는 눈(1110)에 해당)의 부분(1144))이 이동된 것을 도시한다.
상기 제어부(200)의 제어에 따른 상기 제1 액추에이터(485a) 및 상기 제2 액추에이터(485b)의 동작에 따라, 상기 도광 소자(430b), 상기 제2 렌즈(483) 및 상기 이미지 센서(484)는 함께 전진 이동하거나, 함께 후퇴 이동할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시 예는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합의 형태로 실현 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 1에 도시된 디스플레이 장치에서 저장부, 통신부, 제어부 등의 각 구성 소자는 장치로 구성될 수 있다. 이러한 임의의 소프트웨어는 예를 들어, 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM 등의 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 CD, DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계(예를 들어, 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있다. 냉장고 내에 포함될 수 있는 저장부는 본 발명의 실시 예들을 구현하는 지시들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 한 예임을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서의 임의의 청구항에 기재된 장치 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램 및 이러한 프로그램을 저장하는 기계로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함한다. 또한, 이러한 프로그램은 유선 또는 무선 연결을 통해 전달되는 통신 신호와 같은 임의의 매체를 통해 전자적으로 이송될 수 있고, 본 발명은 이와 균등한 것을 적절하게 포함한다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.
100: 디스플레이 장치, 110: 입출력 모듈, 120: 저장부, 130: 센서부, 140: 통신부, 150: 배터리, 155: 전력 관리부, 180, 185: 제1 및 제2 프로젝터, 190, 195: 제1 및 제2 윈도우, 200: 제어부

Claims (20)

  1. 착용식 디스플레이 장치에 있어서,
    제어부 및 제1 프로젝터를 포함하고,
    상기 제1 프로젝터는:
    오브젝트 상에 제1 광을 투사하도록 구성되는 제1 광원 및 제2 광원;
    상기 오브젝트 상에서 반사된 상기 제1 광을 빔 스플리터에 입사시키도록 구성된 도광 소자;
    상기 제1 광을 이미지 센서를 향해 반사시키도록 구성된 상기 빔 스플리터;
    상기 제1 광에 기초하여 전기 이미지 신호를 생성하고 상기 전기 이미지 신호를 상기 제어부에 출력하도록 구성되는 상기 이미지 센서;
    상기 제어부로부터의 제1 제어 신호에 기초하여, 상기 도광 소자 및 상기 도광 소자에 고정된 상기 제1 광원을 상기 도광 소자의 길이 방향으로 이동시키도록 구성되는 제1 액츄에이터; 및
    상기 제어부로부터의 제2 제어 신호에 기초하여, 상기 이미지 센서를 상기 도광 소자의 상기 길이 방향으로 이동시키도록 구성되는 제2 액츄에이터
    를 포함하는, 착용식 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전기 이미지 신호에 기초하여 상기 제1 제어 신호 또는 상기 제2 제어 신호 중 적어도 하나를 생성하도록 구성되는, 착용식 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전기 이미지 신호가 상기 제1 프로젝터의 뷰 각도가 상기 오브젝트를 완전히 커버하지 못한다는 것을 나타낼 때 상기 제1 제어 신호 또는 상기 제2 제어 신호 중 적어도 하나를 생성하도록 구성되는, 착용식 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전기 이미지 신호에 기초하여 특징 정보를 추출하도록 구성되는, 착용식 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 착용식 디스플레이 장치는 메모리를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 메모리에 저장된, 등록된 특징 정보를 상기 추출된 특징 정보와 비교함으로써 상기 오브젝트를 확인하도록 구성되는, 착용식 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전기 이미지 신호에 기초하여 등록된 사용자를 감지하는 것에 응답하여 미리 결정된 기능을 수행하도록 구성되는, 착용식 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 오브젝트는 사용자의 눈이고,
    상기 제어부는 상기 전기 이미지 신호에 기초하여 상기 사용자의 시선 방향을 검출하도록 구성되는, 착용식 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광은 적외선 광인, 착용식 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도광 소자와 상기 빔 스플리터 사이에 배치되는 제1 렌즈를 더 포함하고,
    상기 도광 소자로부터 출력되는 상기 제1 광은 상기 제1 렌즈를 통하여 상기 빔 스플리터에 입사되는, 착용식 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 오목 렌즈와 볼록 렌즈가 서로 접합된 2매 접합 렌즈를 포함하는, 착용식 디스플레이 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 빔 스플리터와 상기 이미지 센서 사이에 배치되는 제2 렌즈를 더 포함하고,
    상기 제2 렌즈는 상기 빔 스플리터로부터 출력된 상기 제1 광을 상기 이미지 센서에 수렴시키도록 구성되는, 착용식 디스플레이 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    가상 이미지를 형성하는 제2 광을 투사하도록 구성되는 표시 소자를 더 포함하고,
    상기 제2 광은 상기 빔 스플리터를 통과하여 상기 도광 소자를 통하여 상기 착용식 디스플레이 장치 밖의 미리 결정된 위치로 진행하는, 착용식 디스플레이 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 도광 소자는:
    상기 오브젝트에 의하여 반사된 상기 제1 광이 통과하는 제1 광학면;
    상기 제1 광학면을 통과한 상기 제1 광이 입사하는 제2 광학면 - 상기 제2 광학면은 상기 제1 광을 반사하도록 구성되고, 상기 제2 광학면에 의하여 반사된 상기 제1 광은 상기 제1 광학면에 의하여 반사되어 제3 광학면으로 입사됨 -;
    상기 제1 광학면에 의하여 반사된 상기 제1 광을 반사하도록 구성되는 상기 제3 광학면; 및
    상기 제3 광학면에 의하여 반사된 상기 제1 광이 통과하는 제4 광학면 - 상기 제1 광은 제4 광학면을 통과하여 상기 빔 스플리터에 입사됨 -
    을 포함하는, 착용식 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 광학면, 상기 제3 광학면, 및 상기 제4 광학면은 평면인, 착용식 디스플레이 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 광학면은 회전 비대칭인 반사면인, 착용식 디스플레이 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 도광 소자의 위치를 기준으로 전방의 피사체를 촬영하는 제1 카메라, 및
    상기 도광 소자의 위치를 기준으로 하방의 피사체를 촬영하는 제2 카메라를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 카메라를 통하여 촬영된 이미지가 손 또는 손가락을 포함하지 않는 동안, 상기 제2 카메라를 통하여 촬영된 이미지로부터 상기 손 또는 상기 손가락을 인식하고, 상기 손 또는 손가락의 제스쳐에 따라 착용식 디스플레이 장치에 표시되는 가상 이미지를 다른 가상 이미지로 변경하도록 구성되는, 착용식 디스플레이 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제2 광학면의 정점은 상기 도광 소자 내에 위치하고, 상기 제2 광학면의 상기 정점은 상기 제2 광학면에 실질적으로 평행한 평면으로부터의 상기 제2 광학면의 가장 높은 새그 포인트인, 착용식 디스플레이 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제1 광의 주 광선은 상기 제1 광학면 및 상기 제3 광학면에 의하여 짝수 회 전반사되는, 착용식 디스플레이 장치.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 제1 광학면 및 상기 제3 광학면은 서로 평행하고, 상기 제4 광학면은 상기 제1 광학면 및 상기 제3 광학면에 수직한 방향에 대하여 기울어진, 착용식 디스플레이 장치.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 도광 소자는:
    상기 제1 광학면, 상기 제2 광학면, 상기 제3 광학면, 및 상기 제4 광학면을 포함하는 도광부; 및
    상기 도광부의 상기 제2 광학면과 접합된 보상부를 포함하며,
    상기 도광부 및 상기 보상부는 반대 부호의 동일한 절대값인 파워들을 가지는, 착용식 디스플레이 장치.
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