KR102660461B1

KR102660461B1 - 광학계, 광학 장치 및 이를 포함하는 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치

Info

Publication number: KR102660461B1
Application number: KR1020160149261A
Authority: KR
Inventors: 정재욱
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2024-04-25
Also published as: KR20180052215A

Abstract

실시예는 제1 크기의 프레넬 렌즈; 및 상기 프레넬 렌즈와 편심되어 배치되고, 상기 제1 크기보다 큰 제2 크기의 패널을 포함하는 광학계를 제공한다.

Description

광학계, 광학 장치 및 이를 포함하는 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치{LENS SYSTEM, OPTICAL DEVICE AND HEAD MOUNT DISPLAY DEVICE FOR REALIZATION OF VIRTUAL REALITY INCLUDING THE SAME}

실시예는 광학계와 광학 장치 및 이를 포함하는 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치에 관한 것이다.

가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치는 사용자가 안경처럼 착용하여 영상을 시청할 수 있는 장치로서, 헤드 마운트 디스플레이(Head Mounted Display) 또는 FMD(Face Mounted Display) 등의 용어로서 지칭되기도 한다.

이러한 안경형 모니터는 처음에는 군사용으로 개발되어 군사용으로 사용하기 시작하였으나 컴퓨터 시스템의 고성능화, 소형화 그리고 LCD 등의 디스플레이 장치의 발전, 영상 및 통신 기술의 발전 등의 다양한 요인에 따라 점차 민간용으로도 사용이 확대되고 있다.

특히 웨어러블 컴퓨터(Wearable Computer)나 스마트폰의 개발에 따라서 점차 웨어러블 컴퓨터를 위한 개인용 디스플레이 장치로서의 안경형 모니터의 보급이 늘어날 것으로 예측된다.

도 1은 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치에서, 렌즈와 패널의 배치를 나타낸 도면이다.

착용자의 좌우 양안에 각각 렌즈(lens)와 패널(panel)이 1개씩 구비될 수 있는데, 광축으로부터 각각 50도(°)의 범위의 화각을 가져서 전체적으로 100도 정도의 화각을 가질 수 있다.

그리고, 좌우 양안에 각각 구비된 1쌍의 렌즈들은 서로 광축들이 평행하게 배치되고, 1쌍의 패널들도 서로 광축들이 평행하게 배치될 수 있는데, 이러한 배치는 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치의 화각이 100도 정도를 이루어 화각이 좁아서 사용자의 몰입감이 감소할 수 있다.

실시예는 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시에서, 장치의 부피를 증가시키지 않으면서도 착용자의 몰입감을 증가키시고자 한다.

프레넬 렌즈는 제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈를 포함하고, 상기 패널은 제1 패널과 제2 패널을 포함할 수 있다.

제1 패널과 제2 패널은, 각각 상기 제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈와 편심되어 배치될 수 있다.

제1 프레넬 렌즈와 상기 제2 프레넬 렌즈는 서로 둔각을 이루며 배치될 수 있다.

제1 패널과 상기 제2 패널은, 각각 상기 제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈와 평행하게 배치될 수 있다.

제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈는, 140도 내지 160도의 각도를 이룰 수 있다.

제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈와 제1 패널과 제2 패널 중 적어도 하나는 곡면을 이룰 수 있다.

제1 프레넬 렌즈와 제1 패널은 제1 방향으로 기울어지고, 상기 제2 프레넬 렌즈와 제2 패널은 상기 제1 방향과 반대의 제2 방향으로 기울어질 수 있다.

다른 실시예는 제1 크기의 제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈, 및 상기 제1 프레넬 렌즈 및 제2 프레넬 렌즈와 편심되어 각각 배치되고, 상기 제1 크기보다 큰 제2 크기의 제1 패널과 제2 패널을 포함하는 광학계; 상기 광학계가 고정 홀더를 더 포함하고; 상기 고정 홀더는 패널이 결합되기 위한 안착부를 포함하는 광학 장치를 제공한다.

제1 패널과 제2 패널은, 각각 상기 제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈의 광축에 대하여 수직으로 배치될 수 있다.

또 다른 실시예는 제1 크기의 제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈, 및 상기 제1 프레넬 렌즈 및 제2 프레넬 렌즈와 편심되어 각각 배치되고, 상기 제1 크기보다 큰 제2 크기의 제1 패널과 제2 패널을 포함하는 광학계; 상기 광학계가 고정되는 고정 홀더; 상기 제1 패널과 제2 패널에 신호를 공급하는 회로 기판; 및 상기 고정 홀더와 회로기판을 수용하는 본체를 포함하는 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치를 제공한다.

제1 패널과 제2 패널은 각각 상기 제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈와 이격되어, 패널 안착부에 배치될 수 있다.

실시예에 따른 광학계, 광학 장치 및 이를 포함하는 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치는, 패널과 프레넬 렌즈의 광축들을 편심시켜서, 패널의 크기를 더 크게 할 수 있어서 광학 장치의 부피를 증가시키지 않으면서도 화각을 증가시킬 수 있다.

도 1은 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치에서, 렌즈와 패널의 배치를 나타낸 도면이고,
도 2a 및 도 2b는 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치의 일 실시예의 사시도이고,
도 3은 도 2의 광학 장치의 분해 사시도이고,
도 4a 및 도 4b는 광학 장치의 사시도와 배면도이고,
도 4c 및 도 4d는 고정 홀더의 제1 영역과 제2 영역의 개구부를 나타낸 도면이고,
도 5는 렌즈를 지나는 광이 수렴하는 원리를 나타낸 도면이고,
도 6a 내지 도 6d는 렌즈의 각 영역에서 광의 수렴 원리를 나타낸 도면이고,
도 7a는 렌즈와 패널의 배치를 나타낸 도면이고,
도 7b는 한 쌍의 렌즈와 패널의 배치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 8a 및 도 8b는 렌즈와 패널의 편심을 나타낸 도면이고,
도 9a 및 도 9b는 한 쌍의 렌즈와 패널의 배치의 다른 실시예들을 나타낸 도면이다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하에서, 무한대의 기울기 또는 0의 기울기를 갖는 것도 기울기를 갖는다고 볼 수 있으며, 무한대 또는 0의 기울기도 다른 상수값을 갖는 기울기들과 비교 가능하다고 볼 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치의 일 실시예의 사시도이다.

실시예에 따른 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치(10)는, 본체(12)와 상기 본체 프레임(12) 상에 배치되는 한 쌍의 광학 장치(1000)를 포함할 수 있다.

본체(12)의 일측에는 한 쌍의 광학 장치(1000)가 배치되고, 한 쌍의 광학 장치(1000) 사이에는 착용자의 코에 지지되는 제1 지지 유닛(14)이 배치되며, 본체(12)의 가장 자리에는 측면 차폐부(13)가 배치될 수 있으며, 본체(12)의 타측에는 전면 차폐부(11)가 배치될 수 있다. 전면 차폐부(11)과 측면 차폐부(130) 등의 작용에 의하여, 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치(10)를 착용한 사용자는, 외부의 광의 유입 없이 패널부에 표시되는 이미지를 뚜렷하게 볼 수 있다.

본체(12)는 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치(10)의 프레임(frame)으로 작용하므로 강도가 크고 깨지지 않는 재료, 예를 들면 금속이나 세라믹 등의 재료로 이루어질 수 있다.

본체(12)의 타측인 전면에 구비되는 전면 차폐부(11)와 본체(12)의 일측에 구비되는 측면 차폐부(13)은 외부로부터의 빛을 차폐할 수 있는 재료와 형상으로 구비될 수 있다. 특히, 측면 차폐부(13)에 그루브(g)가 형성되어 착용자의 코에 의하여 지지될 수 있다.

한 쌍의 광학 장치(1000)의 바깥쪽에서는, 본체(12) 또는 측면 차폐부(13)와 연결되고 착용자의 귀에 지지되는 제2 지지 유닛(15)이 배치될 수 있다.

제1 케이블(16)은 광학 장치(1000)에 연결될 수 있는데, 광학 장치(1000) 내의 후술하는 패널에 구동 신호 등을 공급할 수 있다.

제2 케이블(18)은 본체(12)에 연결될 수 있는데, 외부로부터 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치(10)에 전류를 공급할 수 있다. 실시예에 의한 가상 현실 구현을 위한 헤드 장치 광학 장치(10)는 전원이 외부에 구비되어 경량으로 구현될 수 있다. 제1 케이블(16)과 제2 케이블(18)은 예를 들면 USB(Universal Serial Bus)일 수 있다.

도 3는 도 2의 광학 장치의 분해 사시도이다.

실시예에 따른 광학 장치(1000)는, 렌즈 덮개(100)와, 고정 링(200)과, 렌즈(300)와, 렌즈 이동 유닛(400)과, 스토퍼(stopper, 500)와, 홀더(holder, 600)와, 고정 유닛(700)과, 패널(800), 및 보호 유닛(900)을 포함할 수 있다. 그리고, 렌즈(300)와 패널(800) 만을 광학계라고 할 수 있다.

렌즈(300)는 도 5 등에서 상세히 후술한다. 렌즈(300)는 적어도 하나의 매수로 구비될 수 있으며, 도시된 실시예에서 1매의 렌즈(300)의 적어도 일부가 렌즈 이동 유닛(400)에 삽입되며 고정될 수 있다. 렌즈(300)가 복수 개로 구비되어 렌즈부를 구성할 수도 있다. 또한, 상기 렌즈(300)는 적어도 한쪽 면 상에 요철부가 형성된 프레넬 렌즈(Fresnel lens)일 수 있다.

렌즈 이동 유닛(400)에 삽입된 렌즈(300)의 가장 자리에는 고정 링(200)이 배치될 수 있는데, 고정 링(200)은 렌즈(300)의 가장 자리와 렌즈 이동 유닛(400)의 사이에 삽입되어, 렌즈(300)가 렌즈 이동 유닛(400)으로부터 이탈되지 않게 할 수 있다.

렌즈(300)의 전면에 배치되는 렌즈 덮개(100)는, 렌즈(300)의 표면에 이물질이 붙거나 스크래치(scratch) 등이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치(10)를 사용할 때는 광학 장치(1000)로부터 분리할 수 있다.

렌즈 이동 유닛(400)의 외주면에는 복수 개의 패턴(410)이 배치될 수 있는데, 패턴(410)은 렌즈 이동 유닛(400)의 표면이 돌출되거나 함몰된 형상일 수 있다. 상기의 패턴(410)은 착용자가 렌즈 이동 유닛(400)을 회전시켜서 홀더(600)와 접근시키거나 또는 홀더(600)로부터 멀어지게 할 때 사용할 수 있으며, 따라서 패널(800)에서 발생하여 렌즈(300)를 통하여 전달되는 이미지(image)가 착용자의 눈(eye)에 정확하게 맺히게 할 수 있다.

상술한 패턴(410)은 렌즈 이동 유닛(400)의 외주면의 상부에 구비될 수 있고, 렌즈 이동 유닛(400)의 외주면의 하부에는 제1 나사선(420)이 돌출된 형상으로 구비될 수 있다.

홀더(600)는 광학 장치(1000)의 하우징일 수 있으며, 적어도 일부가 경통(body tube) 형상으로 구비될 수 있고, 내주면의 상부에는 제2 나사선(620)이 함몰될 형상으로 구비될 수 있다. 제2 나사선(620)은 상술한 제1 나사선(420)의 역상으로 구비되어, 렌즈 이동 유닛(400)을 제1 방향으로 회전시키면 렌즈 이동 유닛(400)이 홀더(600)에 점차 삽입되며 렌즈(300)가 후술하는 패널(800)와 접근할 수 있고, 렌즈 이동 유닛(400)을 제2 방향으로 회전시키면 렌즈 이동 유닛(400)이 홀더(600)로부터 점차 분리되어 렌즈(300)가 패널(800)로부터 멀어질 수 있다.

스토퍼(500)는 홀더(600)의 가장 자리와 렌즈 이동 유닛(400)의 가장 자리 사이에서, 스토퍼(500)에 고정되며 배치될 수 있다. 스토퍼(500)의 내주면의 직경은 상술한 렌즈 이동 유닛(400)의 외주면의 제1 나사선(420)의 외주면의 직경보다 작게 구비되어, 렌즈 이동 유닛(400)을 제2 방향으로 계속 회전시키더라도, 렌즈 이동 유닛(400)이 홀더(600)로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.

홀더(600)의 하부면은 지지판(support plate, 630)의 형상으로 구비될 수 있는데, 이러한 형상은 패널(800)과의 결합에 용이할 수 있다. 지지판을 패널(800)이 배치되는 안착부라고 할 수 있다. 지지판(630)은 렌즈(300)의 광축에 대하여 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 지지판(630)은 가로 방향의 길이가 세로 방향의 길이보다 큰 직사각형 형상일 수 있는데, 패널(800)이나 고정 유닛(700)의 형상에 따라 지지판(630)의 형상이 다를 수 있다.

홀더(600)의 지지판(630)의 내부에는 한 쌍의 슬라이딩 바(sliding bar, 650)가 구비되는데, 상기 슬라이딩 바(650)는 지지판(630)의 양측으로 돌출되고 있다. 상기 슬라이딩 바(650)는 지지판(630) 내부의 관통 홀(미도시)에 삽입되어 배치될 수 있는데, 슬라이딩 바(650)에 대하여 지지판(630)을 이동시킴으로써 렌즈 유닛(1000)의 위치를 이동시킬 수 있다. 상술한 슬라이딩 바(650)에 대한 렌즈 유닛(1000)의 위치 이동 기능은, 착용자의 미간의 폭에 따라 한 쌍의 렌즈 유닛(1000) 사이의 거리를 조절할 수 있다.

홀더(600)의 하부에는 패널(800)이 배치될 수 있는데, 패널(800)은 동영상 내지 정지 영상을 표시할 수 있으며 예를 들면 LCD(Liquid crystal display)일 수 있으며 디스플레이 패널일 수 있다. 패널(800)은 하나로 구비될 수 있고, 후술하는 바와 같이 한 쌍이 구비될 수 있으며, 각각 사용자의 좌우 눈에 영상을 전달할 수 있다.

패널(800)은 홀더(600)의 하부에 고정 유닛(700)을 통하여 고정될 수 있으며 고정 유닛(700)은 예를 들면 양면 테이프(tape)일 수 있다.

고정 유닛(700)은 고정 홀더(600)의 제2 영역의 하부와 패널(800)의 가장 자리를 밀폐하며 고정하므로, 외부의 광이 광학 장치(1000) 내부로 유입되지 않도록 차단할 수 있다.

패널(800)의 영상이 렌즈(300) 방향으로 전달되도록, 고정 부재(700)는 중앙 영역이 오픈(open)되고 테두리 영역에만 구비될 수 있다. 그리고, 홀더(600)의 하부에서도 중앙 영역이 오픈되어, 패널(800)의 영상을 렌즈(300) 방향으로 전달할 수 있다.

패널(800)은 광원을 포함할 수 있으며, 광원은 예를 들면 발광 다이오드(Light emitting diode)일 수 있다.

패널(800)의 하부에는 보호 유닛(900)이 구비될 수 있으며, 패널(800)을 지지하고 패널(800)의 PCB 또는 FPCB(Flexible printed circuit board, 미도시) 등을 고정할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 광학 장치의 사시도와 배면도이다.

도 4a에서 홀더(600)는 지지판(630)과 지지판의 양측 방향으로 노출된 슬라이딩바(650)를 포함하고, 홀더(600)에 렌즈 이동 유닛(400)이 삽입되어 배치되고, 렌즈 이동 유닛(400)과 홀더(600)의 결합 영역의 가장 자리에는 스토퍼(500)가 배치될 수 있다. 렌즈 이동 유닛(400)의 외주면에는 복수 개의 패턴(410)이 구비되고, 렌즈 이동 유닛(400)에 삽입된 렌즈(300)의 가장 자리에는 고정 링(200)이 배치될 수 있다.

홀더(600)의 하부면에는, 도시되지 않았으나, 상술한 패널(800)이 고정 부재(700)에 의하여 고정되고, 패널(800)이 하부의 보호 유닛(900, 미도시)의 가장 자리에서 회로 기판(850)이 밴딩되고 있으며, 회로 기판(850)은 예를 들면 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)일 수 있다.

상술한 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치(10)에는 한 쌍의 광학 장치(1000)가 구비되므로, 적어도 한 쌍의 렌즈(300)와 한 쌍의 패널(800)이 구비될 수 있다. 다른 실시예로, 적어도 한 쌍의 렌즈(300)와 하나의 패널(800)이 구비될 수도 있다. 한 쌍의 렌즈(300)를 제1 렌즈와 제2 렌즈라고 구분하고, 한 쌍의 패널(800)을 제1 패널과 제2 패널이라 할 때, 제1 패널의 영상은 제1 렌즈를 통해 출력되고, 제2 패널의 영상은 제2렌즈를 통해 출력될 수 있으며, 각각 착용자의 좌안 또는 우안으로 전달될 수 있다.

도 4c 및 도 4d는 고정 홀더의 제1 영역과 제2 영역의 개구부를 나타낸 도면이다.

고정 홀더(600)에서 렌즈를 포함하는 렌즈부가 배치되는 영역을 제1 영역이라고 할 수 있다. 렌즈부는 적어도 하나의 렌즈와 내부공간에 렌즈를 포함하는 이동유닛(400)을 포함할 수 있다. 제1 영역에서 고정 홀더(600)에는 중공 형상의 개구부가 형성될 수 있다. 제1 영역에 형성된 중공 형상은 원형의 개구부일 수 있다. 고정 홀더(600)에서 패널 방향의 영역을 제2 영역이라고 할 수 있으며, 제2 영역에서도 고정 홀더(600)에 중공 형상의 개구부가 형성될 수 있다. 제2 영역은 직사각형의 형상일 수 있다.

패널의 형상은 상술한 바와 같이 사각형 형상일 수 있으므로, 패널 상의 영상이 출력될 수 있는 유효 영역 중 일부는 차단되어 상기 렌즈에 영상이 입사될 수 있다. 상세하게는 패널로부터 출력되는 영상이 고정 홀더(600)의 제2 영역의 중공을 통과할 때, 사각형 형상의 영상의 유효 영역 중 꼭지 점 부분을 포함하는 4개의 부분에서 출력되는 영상 중 일부가 가려지거나 차단될 수 있으며, 제2 영역의 중공의 형상이 패널의 형상과 다를 수 있기 때문이다.

도시된 바와 같이, 제2 영역에서 개구부는 서로 마주보는 두 개의 평면과 서로 마주보는 두 개의 곡면을 형상을 가질 수 있다.

실시예에서 렌즈는 프레넬 렌즈일 수 있다. 프레넬(Fresnel lens) 렌즈는 렌즈의 두께를 줄이기 위하여 한 면이 플랫(flat)하고 다른 면이 볼록한 렌즈를 복수 개의 부분으로 분할한 후 재배치한 형상의 렌즈일 수 있다.

도 5는 프레넬 렌즈를 지나는 광이 수렴하는 원리를 나타낸 도면이고, 도 6a 내지 도 6d는 렌즈의 각 영역에서 광의 수렴 원리를 나타낸 도면이다.

도 5에서 전방으로부터 입사되는 광들이 렌즈(300)의 제2 면(S2)으로 입사되어 제1 면(S1)을 통하여 눈(Eye) 방향으로 수렴하여 진행할 수 있다.

도 6a에서 패널(800)에서 방출된 광이 렌즈(300)의 가장 자리의 제1,3 영역(R1, R2)과 중앙의 제2 영역(R2)을 통과하며 사용자의 눈(Eye)으로 수렴되고 있으며, 렌즈의 제1 영역 내지 제3 영역(R1~R3)에서 광의 경로를 도 6b 내지 도 6d에서 상세히 도시하고 있다.

도 6b에서 패널 방향에서 진행되는 광(L1~L3)들은 패널의 한 지점에서 방출될 수 있으며, 렌즈의 제1 영역(R1)을 통과하여 눈(Eye) 방향으로 평행하게 진행될 수 있다. 여기서, 광이 렌즈의 제1 영역(R1)의 광 경로 변환부들의 제1 면(S1) 및 제2 면(S2)과 이루는 각도의 관계는 θ11> θ21> θ31, θ12> θ22> θ32일 수 있으며 즉, 광축에서 멀어질수록 각도가 더 커진다.

그리고, 렌즈의 제2 면(R1)에서 눈(Eye) 방향으로 진행하는 광들은 평행할 수 있다.

도 6c에서 렌즈의 제2 영역(R2)의 제2 면(S2)은 거의 플랫(flat)하며, 패널(800)에서 방출된 광(L1~L3)들이 렌즈의 제2 영역(R2)을 통과하여 눈(Eye) 방향으로 진행한다.

도 6d에서 패널 방향에서 진행되는 광(L1~L3)들은 패널의 한 지점에서 방출될 수 있으며, 렌즈의 제3 영역(R3)을 통과하여 눈(Eye) 방향으로 평행하게 진행될 수 있으며, 광이 렌즈의 제1 영역(R1)의 광 경로 변환부들의 제1 면(S1) 및 제2 면(S2)과 이루는 각도의 관계는 도 6b와 동일할 수 있다.

도 7a는 렌즈와 패널의 배치를 나타낸 도면이고, 도 7b는 한 쌍의 렌즈와 패널의 배치의 일실시예를 나타낸 도면이고, 도 8a 및 도 8b는 렌즈와 패널의 편심을 나타낸 도면이다.

도 7a에서 렌즈(300)는 프레넬 렌즈일 수 있고 패널(800)은 디스플레이 패널일 수 있으며, 도 7b 등에서 한 쌍을 이루는 제1 프레넬 렌즈(300a)와 제2 프레넬 렌즈(300b) 및 제1 패널(800a) 및 제2 패널(800b)이 배치될 수 있다.

제1,2 프레넬 렌즈(300a, 300b)은 제1 크기를 가지고 제1,2 패널(800a, 800b)은 제2 크기를 가지느데, 제2 크기는 제1 크기와 동일하거나 보다 클 수 있다. 또한, 제1,2 프레넬 렌즈(300a, 3200b)의 크기는 서로 동일할 수 있고, 제1,2 패널(800a, 800b)의 크기는 서로 동일할 수 있다. 여기서, '크기'는 제1,2 프레넬 렌즈(300a, 300b)와 제1,2 패널(800a, 800b)의 직경 또는 대각선의 길이 등을 뜻한다.

그리고, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 제1,2 프레넬 렌즈(300a, 300b)는 각각 제1,2 패널(800a, 800b)로부터 편심되어 배치될 수 있다. 여기서, 편심되어 배치된다 함은, 제1,2 프레넬 렌즈(300a, 300b)의 중심이 제1,2 패널(800a, 800b)의 중심(center)과 마주보지 않고 이격되어 있음을 뜻한다.

또한, 제1,2 프레넬 렌즈(300a, 300b)는 각각 제1,2 패널(800a, 800b)와 평행하게 배치될 수 있다.

도 7a에서 착용자의 시선 방향이 점선으로 도시되고 있으며, 착용자의 한쪽 눈의 화각은 100도 정도이나, 시선 방향으로부터 하부로 30도 그리고 상부로 70도 정도를 이룰 수 있다. 여기서, 하부는 착용자의 미간 방향이고 상부는 착용자의 시야보다 바깥쪽 즉 귀 방향일 수 있다.

종래의 광학계에서 한 쌍의 렌즈들은 서로 평행하게 배치되고, 한 쌍의 패널들도 서로 평행하게 배치될 수 있으나, 실시예에 따른 광학계에서 제1,2 프레넬 렌즈(300a, 300b)들은 서로 둔각을 이루면 배치될 수 있고, 또한 제1,2 패널(800a, 800b)들도 서로 둔각을 이루며 배치될 수 있다.

도 7b에 도시된 바와 같이, 제1 프레넬 렌즈(300a)는 제1 방향인 도 7b의 상부 방향으로 기울어지고 제2 프레넬 렌즈(300b)는 제2 방향인 도 7b의 하부 방향으로 기울어질 수 있다. 이때, 착용자의 좌안에 제1 프레넬 렌즈(300a)와 제1 패널(800a)이 대응되고, 우안에 제2 프레넬 렌즈(300b)와 제2 패널(800b)이 대응될 수 있으며, 착용자의 양안에서 관찰할 수 있는 이미지의 화각은 140도 내지 160도까지 증가할 수 있다.

도 9a에 도시된 광학계에서 제1,2 프레넬 렌즈(300a. 300b) 및 제1,2 패널(800a, 800b)의 표면, 즉 전면과 후면이 모두 곡면을 이룰 수 있다. 또한, 도 9b에 도시된 광학계에서 제1,2 프레넬 렌즈(300a, 300b)의 크기보다 제1,2 패널(800a, 800b)의 크기가 더 크다.

실시예들에 따른 광학계와 이를 포함하는 헤드 장착 표시 장치는 패널과 프레넬 렌즈의 광축들을 편심시켜서, 패널의 크기를 더 크게 할 수 있어서 광학 장치의 부피를 증가시키지 않으면서도 화각을 증가시킬 수 있으며 따라서 착용자의 몰입감도 증가할 수 있다.

상술한 광학 장치가 구비된 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치는, 외부의 기기 예를 들면 스마트폰이나 노트북 또는 스마트 TV 등에 표시되는 이미지의 신호를 공급받아서, 사용자가 3D 또는 2D의 이미지를 헤드 장착 표시 장치를 착용하고 관찰할 수 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치
11: 전면 차폐부 12: 본체
13: 측면 차폐부 14: 제1 지지 유닛
15: 제2 지지 유닛 16: 제1 케이블
18: 제2 케이블 100: 렌즈 덮개
200: 렌즈 링 300: 렌즈
300a, 300b: 제1,2 프레넬 렌즈
400: 렌즈 이동 유닛 410: 패턴
420: 제1 나사선 500: 스토퍼
600: 고정 홀더 620: 제2 나사선
630: 지지판 650: 슬라이딩 유닛
700: 고정 유닛 800: 패널
800a, 800b: 제1,2 패널
850: 회로 기판 900: 보호 유닛

Claims

제1 크기의 제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈, 및 상기 제1 프레넬 렌즈 및 제2 프레넬 렌즈와 편심되어 각각 배치되고, 상기 제1 크기보다 큰 제2 크기의 제1 패널과 제2 패널을 포함하는 광학계;
상기 광학계가 고정되는 홀더;
상기 제1 패널과 제2 패널에 신호를 공급하는 회로 기판; 및
상기 홀더와 회로기판을 수용하는 본체를 포함하고,
상기 홀더는 지지판과 상기 지지판의 양측 방향으로 노출된 슬라이딩바를 포함하고, 상기 홀더에 렌즈 이동 유닛이 삽입되어 배치되고, 상기 렌즈 이동 유닛과 상기 홀더의 결합 영역의 가장 자리에는 스토퍼가 구비되고, 상기 렌즈 이동 유닛의 외주면에는 복수 개의 패턴 구비되고, 상기 렌즈 이동 유닛에 상기 제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈 중 적어도 하나가 삽입되고, 상기 렌즈 이동 유닛에 삽입된 상기 제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈 중 적어도 하나의 가장 자리에는 고정 링이 배치되고,
상기 제1 패널과 제2 패널은 각각 상기 제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈와 이격되어, 패널 안착부에 배치되는 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치.
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제1 항에 있어서,
상기 제1 프레넬 렌즈와 상기 제2 프레넬 렌즈는 서로 둔각을 이루며 배치되는 헤드 장착 표시 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 패널과 상기 제2 패널은, 각각 상기 제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈와 평행하게 배치되는 헤드 장착 표시 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈는, 140도 내지 160도의 각도를 이루는 헤드 장착 표시 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 프레넬 렌즈와 제2 프레넬 렌즈와 제1 패널과 제2 패널 중 적어도 하나는 곡면을 이루는 헤드 장착 표시 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 프레넬 렌즈와 제1 패널은 제1 방향으로 기울어지고, 상기 제2 프레넬 렌즈와 제2 패널은 상기 제1 방향과 반대의 제2 방향으로 기울어지는 헤드 장착 표시 장치.
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