KR20010001314A - A head mount display - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 사용자의 머리에 착용된 상태로 어학교육, 영화, 및 음악감상 등에 사용될 수 있는 헤드 마운트 디스플레이(HMD: Head Mount Display)에 관한 것이다.The present invention relates to a head mount display (HMD) that can be used in language education, movies, and music listening while being worn on a user's head.
일반적으로, 헤드 마운트 디스플레이장치는 가상현실(VR)시스템등에서 사용자의 머리에 착용하기 위한 시각출력장치의 일종으로서 개발되어 점차 다양한 분양에 사용되는데, 이 HMD는 LCD나 CRT와 같은 디스플레이장치가 표시해주는 영상을 정밀한 광학 메커니즘을 이용하여 사용자에게 보여주는 장치이다. 이러한 HMD는 눈과 매우 가까운 위치에 영상 스크린이 위치하기 때문에 매우 짧은 거리에 촛점을 맞추어야 함과 아울러 눈에 피로감을 주지않도록 하기 위하여 매우 정밀한 광학장치들이 요구된다.In general, a head mounted display device is developed as a type of visual output device for wearing on a user's head in a virtual reality (VR) system, and is used for various types of distribution. This HMD is displayed by a display device such as an LCD or a CRT. It is a device that shows an image to a user using a precise optical mechanism. Such HMDs require very precise optics to focus on a very short distance and to avoid eye fatigue because the image screen is located very close to the eyes.
이러한 헤드 마운트 디스플레이장치는 시각의 주체인 눈(eye)의 관점에서 모노큘러 타입(Monocular type)과 바이노큘러 타입(Binocular type)으로 구분되고, 시각의 대상인 이미지(image)의 관점에서 모노스코픽 타입(Monoscopic type)과 스테레오스코픽 타입(Stereoscopic type)으로 구분되는데, 이중에서 바이노큘러 타입(Binocular type)이 널리 사용되고 있다.Such a head mounted display device is classified into a monocular type and a binocular type in view of the eye, which is the subject of vision, and a monoscopic type in view of an image, which is the object of vision. (Monoscopic type) and stereoscopic type (Stereoscopic type) is divided into, of which the binocular type (Binocular type) is widely used.
이러한 바이노큘러 타입의 종래의 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display)는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 2개의 비디오 디스플레이 장치(예컨대, LCD)(1)(2)를 사용하며, 이 2개의 비디오 디스플레이 장치(1)(2)는 사용자의 좌측눈(5)과 우측눈(6) 앞에 각각 위치되도록 배치된다.This binaural type of conventional head mount display uses two video display devices (e.g., LCD) 1, 2, as shown schematically in FIG. The video display apparatuses 1 and 2 are arranged to be positioned in front of the user's left eye 5 and right eye 6, respectively.
그리고 사용자의 양쪽 눈(5)(6)과 2개의 비디오 디스플레이 장치(1)(2)와의 사이에는 디스플레이장치상에 전개되는 영상 스크린에 눈의 촛점을 맞춰주기 위한 렌즈(3)(4)가 각각 배치되어 있다.In addition, between the eyes 5 and 6 of the user and the two video display devices 1 and 2, a lens 3 and 4 for focusing the eye on an image screen developed on the display device are provided. Each is arranged.
또한 종래의 HMD에서 3차원 입체영상을 구현하기 위해서는 도면에는 도시되지 않았으나 상기 2개의 비디오 디스플레이 장치(1)(2)로부터 양쪽 눈(5)(6)으로 오는 영상을 선택적으로 온-오프(단속, 즉 시각적으로 보이고 안보이고 하는 것을 의미함)시켜 사용자의 좌,우 눈에 잔상이 남아 있도록 하는 셔터가 각각 설치될 수 있다. 즉, 3차원 영상을 구현하는 방법은 LCD 셔터법, 색채필터법, 착시법 등이 있는데, LCD 셔터법은 각각 따로 제어되는 2매의 LCD 셔터를 좌우 눈앞에 배치하고, 이를 교대로 개/폐(on/off)하여 특정한 시간에는 한쪽의 영상만을 볼수 있게 하는 방식이다. 예컨대, 비디오 디스플레이 화면이 좌측에 해당하는 영상을 주사하고 있는 동안에는 우측영상을 차단하고, 반대로 우측에 해당하는 영상을 주사하고 있는 동안에는 좌측영상을 차단하여 인간으로 하여금 두가지 서로 다른 영상 소스를 해당하는 눈으로 볼 수 있게 하는 것이다. 이러한 LCD 셔터방법은 다른 방식에서와 같이 색채감의 상실이나 좌/우 시각의 편중이 없어 깨끗한 영상을 얻을 수 있는 반면에 온-오프 제어를 위한 전자회로 등이 필요하게 된다.In addition, although not shown in the drawing to implement a three-dimensional stereoscopic image in the conventional HMD, the images coming from the two video display devices (1) (2) to both eyes (5) (6) selectively on-off (interruption) That is, it means that it is visible and invisible) so that the after-image of the left and right eyes of the user may be provided with a shutter. In other words, the three-dimensional image can be implemented by the LCD shutter method, the color filter method, the optical illusion method, and the LCD shutter method, in which two separate LCD shutters are controlled in front of the left and right eyes and alternately opened / closed. (on / off) so that only one image can be seen at a specific time. For example, while the video display screen is scanning an image corresponding to the left side, the right image is blocked, while the left image is blocked while scanning the image corresponding to the right side. To be seen. The LCD shutter method has no loss of color or bias in left and right views as in other methods, and thus a clear image can be obtained, while an electronic circuit for on-off control is required.
그러나 이와같이 구성된 종래의 헤드 마운트 디스플레이는, 2개의 비디오 디스플레이 장치(1,2)를 필요로하여 디스플레이 회로가 중복적으로 필요하게 됨에 따라, 헤드 마운트 디스플레이의 무게가 증가되어 사용이 불편하고, 가격이 비싼 문제점이 있었다.However, the conventional head mounted display configured as described above requires two video display devices (1, 2), which necessitates display circuits redundantly, thus increasing the weight of the head mounted display, making it inconvenient to use and costly. There was an expensive issue.
이에 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 중복되는 디스플레이회로를 제거하여 무게를 가볍게 함과 아울러 제조비용을 절감할 수 있도록 된 헤드 마운트 디스플레이를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a head mounted display that can reduce the manufacturing cost and reduce the weight by eliminating redundant display circuits.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하나의 비디오 디스플레이 장치와, 상기 하나의 디스플레이 장치로부터 발생된 영상을 전반사시키는 제1 평면거울과; 상기 제1 평면거울에서 반사된 영상을 통과시키며 영상의 크기를 조절하는 렌즈; 상기 렌즈를 통해 입력된 영상을 반반사 및 반투과시켜 좌,우 영상으로 분기하는 하프미러; 상기 하프미러에서 반투과된 영상을 전반사하는 제2 평면거울; 상기 제2 평면거울에서 반사된 영상을 입력받아 우측눈에 투영하는 우측 접안부; 상기 하프미러에서 반반사된 영상을 전반사하여 경로를 변경하는 제3 및 제4 평면거울; 및 상기 제4 평면거울에서 전반사된 영상을 입력받아 좌측눈으로 투영시키는 좌측 접안부로 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a video display device and a first planar mirror which totally reflects an image generated from the one display device; A lens configured to adjust the size of the image while passing through the image reflected by the first planar mirror; A half mirror that semi-reflects and semi-transmits the image input through the lens and splits the image into left and right images; A second planar mirror which totally reflects the semi-transparent image from the half mirror; A right eyepiece configured to receive an image reflected from the second planar mirror and project it to the right eye; Third and fourth planar mirrors which change a path by totally reflecting the semi-reflected image from the half mirror; And a left eyepiece configured to receive an image totally reflected from the fourth plane mirror and project the image to the left eye.
도 1은 종래의 헤드 마운트 디스플레이를 도시한 개략도,1 is a schematic diagram illustrating a conventional head mounted display;
도 2는 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 제 1 실시예를 도시한 개 략도,2 is a schematic diagram showing a first embodiment of a head mounted display according to the present invention;
도 3a 및 3b는 제 1 실시예의 접안부의 세부 구성도,3A and 3B are detailed configuration diagrams of the eyepiece portion of the first embodiment;
도 4는 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 제 2 실시예를 도시한 개 략도이다.4 is a schematic diagram showing a second embodiment of a head mounted display according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
201: 디스플레이소자 202,206,207,208: 평면거울201: display elements 202, 206, 207, 208: flat mirror
203,204: 렌즈 210: 좌측 접안부203, 204: lens 210: left eyepiece
220: 우측 접안부 205,212,222: 하프미러220: right eyepiece 205,212,222: half mirror
214,224: 오목거울 216: 좌측눈214,224: concave mirror 216: left eye
226: 우측눈226: right eye
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 제 1 실시예를 도시한 개략도이고, 도 3a 및 3b는 제 1 실시예의 접안부의 세부 구성도이다.2 is a schematic diagram showing a first embodiment of a head mounted display according to the present invention, and FIGS. 3A and 3B are detailed configuration diagrams of the eyepiece portion of the first embodiment.
본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 제 1 실시예는 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 비디오 디스플레이 장치(201)의 전방에 이 디스플레이 장치(201)로부터 발생된 영상을 수평측으로 반사하기 위한 제1 평면거울(202)이 약 45도 기울어져 위치하고, 이 제1 평면거울(202)과 수평 직선상에 영상의 크기를 조절하기 위한 한쌍의 렌즈(203,204)가 위치한다. 이 렌즈들(203,204)은 영상 확대를 위해 볼록렌즈로 이루어질 수 있다.According to a first embodiment of the head mounted display according to the present invention, as shown in FIG. 2, a first display for reflecting an image generated from the display apparatus 201 to the horizontal side in front of one video display apparatus 201 is provided. The flat mirror 202 is inclined at about 45 degrees, and a pair of lenses 203 and 204 for adjusting the size of the image are positioned on the first flat mirror 202 and a horizontal straight line. These lenses 203 and 204 may be made of convex lenses to enlarge an image.
그리고 한쌍의 렌즈에 이어 동일한 수평축 상에 약 45도 기울어진 하프미러(205)가 위치하여 영상을 두 갈래로 분기시키고, 하프미러(205)를 반투과한 영상을 반사시키기 위한 제2 평면거울(206)이 동일한 수평축상에 약 45도 기울어져 위치한다. 하프미러(205)에 대해 수직방향으로 분기된 영상을 전반사하기 위한 제3 평면거울(207)이 약 45도 기울어져 있고, 이 제3 평면거울(207)과 동일 수평축상에 약 45도 기울어져 제4 평면거울(208)이 위치한다.Then, the second half mirror 205 is positioned on the same horizontal axis after the pair of lenses to branch the image into two branches, and reflects the half-mirror 205 semi-transparent image. 206 is positioned at an angle of about 45 degrees on the same horizontal axis. The third planar mirror 207 for total reflection of the image branched in the vertical direction with respect to the half mirror 205 is inclined about 45 degrees, and is inclined about 45 degrees on the same horizontal axis as the third planar mirror 207. The fourth planar mirror 208 is located.
그리고 제4 평면거울(208)에서 반사된 영상(A)은 좌측 접안부(210)로 입사되어 좌측눈(216)에 투영되고, 제2 평면거울(206)에서 반사된 영상(B)은 우측 접안부(220)로 입사되어 우측눈(226)에 투영된다. 좌측 접안부(210)는 도 3a에 도시된 바와 같이, 좌측눈(216)과 수평선 상에 배열된 하프미러(212)와 하프미러(212)에서 반사된 영상을 좌측 눈측으로 다시 반사시키는 오목거울(214)로 이루어져 있다. 우측 접안부(220)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 우측눈(226)과 수평선 상에 배열된 하프미러(222)와 하프미러(222)에서 반사된 영상을 우측눈(226)측으로 반사시키는 오목거울(224)로 이루어져 있다.The image A reflected by the fourth plane mirror 208 is incident on the left eyepiece 210 and is projected onto the left eye 216, and the image B reflected by the second plane mirror 206 is the right eyepiece. It is incident on 220 and is projected on the right eye 226. As shown in FIG. 3A, the left eyepiece 210 includes a concave mirror that reflects the image reflected back from the half mirror 212 and the half mirror 212 arranged on the left eye 216 and the horizontal line back to the left eye side ( 214). As shown in FIG. 3B, the right eyepiece 220 is a concave for reflecting the image reflected from the half mirror 222 and the half mirror 222 arranged on the right eye 226 and the horizontal line toward the right eye 226. It consists of a mirror 224.
한편, 비디오 디스플레이장치(201)는 도면에는 자세히 도시되지 않았으나 응용에 따라 PC, VCR, DVD 등과 같은 영상기기의 비디오 신호를 선택하여 디스플레이하는데, 이 비디오 디스플레이장치(201)로는 액정표시소자(LCD)나 음극선관(CRT Tube)등이 사용된다.Meanwhile, although not shown in detail, the video display device 201 selects and displays a video signal of an image device such as a PC, a VCR, a DVD, etc. according to an application, and the video display device 201 uses a liquid crystal display device (LCD). Or cathode ray tube (CRT Tube).
이와같이 구성된 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이(HMD)의 제 1 실시예는, 하나의 비디오 디스플레이 장치(201)로부터 발생된 영상이 제1 평면거울(202)에서 전반사되어 90도로 경로가 바뀐 후, 제1 렌즈(203)와 제2 렌즈(204)에서 확대 혹은 축소되고, 분기수단으로서의 하프미러(205)에 의해 반투과 및 반반사되어 좌측눈(216)과 우측눈(226)에 대응하는 두 갈래의 영상으로 분기된다.According to the first embodiment of the head mounted display HMD according to the present invention configured as described above, after the image generated from one video display apparatus 201 is totally reflected in the first flat mirror 202 and the path is changed by 90 degrees, It is enlarged or reduced in the first lens 203 and the second lens 204, and is semi-transmissive and semi-reflected by the half mirror 205 as the branching means, corresponding to the left eye 216 and the right eye 226. It is branched to the image of.
하프미러(205)에서 반투과된 영상은 제2 평면거울(206)에서 전반사되어 우측 접안부(220)로 입사되고, 하프미러(205)에서 반반사된 영상은 제3 평면거울(207)에서 전반사된 후 제4 평면거울(208)에서 다시 전반사되어 좌측 접안부(210)로 입사된다.The image semi-transmitted by the half mirror 205 is totally reflected in the second plane mirror 206 and is incident on the right eyepiece 220, and the image semi-reflected by the half mirror 205 is totally reflected in the third plane mirror 207. After being totally reflected by the fourth planar mirror 208, the light is incident on the left eyepiece 210.
그리고 좌측 접안부(210)로 입사된 영상은 제2 하프미러(212)에서 반반사된 후 오목거울(214)에서 전반사되어 다시 하프미러(212)를 거쳐 좌측눈(216)에 투영된다. 우측 접안부(220)로 입사된 영상은 제3 하프미러(222)에서 반반사된 후 오목거울(224)에서 전반사되어 다시 하프미러(222)를 거쳐 우측눈(226)에 투영된다.The image incident on the left eyepiece 210 is semireflected by the second half mirror 212, and then totally reflected by the concave mirror 214, and is then projected to the left eye 216 through the half mirror 212. The image incident on the right eyepiece 220 is semireflected by the third half mirror 222, and then totally reflected by the concave mirror 224, and is then projected to the right eye 226 through the half mirror 222.
따라서 이와같이 구성된 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이는, 하나의 비디오 디스플레이 장치에 의해 동작되도록 되어 있으므로, 종래에 2개의 비디오 디스플레이 장치를 사용하던 방식에 비하여 전체 무게가 가벼워 사용이 편리하고, 중복되는 비디오 디스플레이 모듈을 하나로 줄일 수 있으므로 비용을 줄일 수 있게 된다.Therefore, since the head mounted display of the present invention configured as described above is operated by one video display device, the overall weight is lighter than the conventional method of using two video display devices, which makes the use of the video display module redundant and convenient. The cost can be reduced by reducing the cost to one.
도 4는 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이의 제 2 실시예를 도시한 개략도이다. 상기 제 2 실시예는 도 2에 도시된 제1 실시예의 구성을 선대칭하여 재 구성한 것으로서, 우측에 디스플레이소자(201)가 위치한 경우의 예이다. 도 4의 구성에서 각 부분의 동작은 도 2의 구성에 의한 동작과 유사한데, 다만 좌측과 우측이 서로 바뀌어 있는 점만 다르다. 따라서 도 4의 구성에서는 하프미러(205)에서 반반사된 영상(B)이 제3 평면거울(207)과 제4 평면거울(208)을 통해 우측 접안부(220)로 입사되고, 하프미러(205)를 반 투과한 영상(A)은 제2 평면거울(206)에서 전반사되어 좌측 접안부(214)로 입사된다.4 is a schematic diagram showing a second embodiment of the head mounted display according to the present invention. The second embodiment is a configuration in which the configuration of the first embodiment shown in FIG. 2 is symmetrically reconstructed, and is an example in which the display element 201 is located on the right side. The operation of each part in the configuration of FIG. 4 is similar to the operation of the configuration of FIG. 2 except that the left and right sides are interchanged with each other. Therefore, in the configuration of FIG. 4, the image B reflected by the half mirror 205 is incident to the right eyepiece 220 through the third plane mirror 207 and the fourth plane mirror 208, and then the half mirror 205. The image A semi-transmitted) is totally reflected in the second plane mirror 206 and is incident to the left eyepiece 214.
이상에서 설명한 바와같이, 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이에 의하면, 하나의 비디오 디스플레이 장치에 의해 동작되도록 되어 있으므로, 종래 2개의 비디오 디스플레이 장치를 사용하던 방식에 비하여 헤드 마운트 디스플레이의 무게가 가벼워 사용이 편리하고, 하나의 비디오 디스플레이 모듈 및 이에 부가되는 회로의 부품을 줄일 수 있어 헤드 마운트 디스플레이의 가격을 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the head mounted display of the present invention, since it is operated by one video display device, the weight of the head mounted display is lighter than the conventional two video display devices. In addition, since the number of parts of one video display module and a circuit added thereto can be reduced, the cost of the head mounted display can be reduced.
Claims (2)
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| KR1019990020448A KR20010001314A (en) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | A head mount display |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |