KR20020016029A

KR20020016029A - 광 영상전송에 의한 헤드마운트디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20020016029A
Application number: KR1020000049115A
Authority: KR
Inventors: 송혁규
Original assignee: 송혁규; (주)디오컴
Priority date: 2000-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2002-03-04

Abstract

본 발명은 광 영상전송에 의한 HMD장치에 관한 것으로, 그 목적은 HMD장치에서 각종 전자장치를 탑재한 제어장치를 머리에 착용하는 헤드셋과 분리하고, 광파이버를 이용하여 제어장치에서 헤드셋으로 영상신호를 전송하므로, 헤드셋의 무게와 부피를 줄일 수 있고, 전자파의 영향에서도 피할 수 있으며, 또한, 화면을 보면서 전방을 주시할 수 있는 시스루(See through)방식을 적용하므로 장시간 착용하여도 부담감을 줄일 수 있도록 장치를 제공함에 있다.

이와 같은 본 발명의 목적은 외부 영상재생장치로부터 출력된 영상 및 음성신호를 각각 분리하고, 음성신호는 해당 채널로 분리하여 스피커를 통해 음성출력하고, 영상신호는 서로 다른 필드의 영상을 좌/우측으로 분리하여 교번 출력하는 HMD 제어수단과, 상기 HMD 제어수단에서 출력된 좌/우측 영상을 각각 집광하여 그 끝단으로 전달하는 좌/우측 광파이버와, 상기 좌/우측 광파이버를 통해 전달된 각각의 영상을 시야 전면에 디스플레이하는 헤드셋으로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

광 영상전송에 의한 헤드마운트디스플레이 장치{Head Mounted Display apparatus for video transmission by light fiber}

본 발명은 헤드마운트디스플레이(Haed Mounted Display : 이하, "HMD"라 약칭함) 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 영상재생장치로부터 전송되는 영상 및 음성신호를 제어하는 전자 제어장치를 휴대장치로 통합하고 영상은 광파이버를 통해 머리착용부위로 전달하므로 머리에 착용하는 영상 디스플레이부를 소형화 경량화하여 착용감을 향상시키고 전자파에 영향을 받지않도록 하는 광영상전송에 의한 HMD 장치에 관한 것이다.

최근 전자기술과 멀티미디어 기술의 발달로 여러 가지 개인용 전자제품이 많이 등장하고 있다. 개인용 전자제품으로 영상 음향재생장치, 컴퓨터, 오락기 등 다양한 제품들이 등장하고 있다. 특히, 개인용 디스플레이 장치로서, 사용자가 머리에 착용한 상태에서 보다 대형화면을 즐길 수 있는 HMD가 등장하면서 보다 현장감있고 실감나는 화면을 감상할 수 있게 되었다.

이러한 HMD장치는 액정표시장치(LCD) 또는 CRT와 같은 디스플레이장치가 표시해주는 영상을 정밀한 광학메커니즘을 이용하여 사용자에게 보여주게 된다. 이러한, HMD는 눈과 매우 가까운 위치에 영상 스크린이 위치하기 때문에 매우 짧은 거리에 초점을 맞추어야 함과 아울러 눈에 피로감을 주지 않도록 하기 위하여 매우 정밀한 광학장치들이 요구된다.

도 1은 종래 기술에 따른 입체영상 HMD장치의 구성도이다. 이는 1999년 7월29일 출원등록된 대한민국 특허 "제10-0226870호"로서, 이를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

기록매체의 각 필스에 좌,우화면이 순차적으로 기록되어 있는 비디오 신호가 입력되면 이 비디오신호의 싱크(Sync)를 분리하는 싱크분리부(40)와, 상기 분리된 싱크신호를 입력받아 오드필드(odd field)와 이븐필드(even field)를 판별하여 출력하는 필드판별부(42)와, 상기 싱크분리부(40)에서 출력되는 비디오신호를 디스플레이가능하도록 처리하는 비디오신호 처리부(41)와, 상기 비디오신호 처리부(41)에서 처리된 비디오신호를 디스플레이하는 LCD로 이루어진 화상표시부(46)와, 상기 화상표시부(46)를 중심으로 좌, 우측으로 서로 대향되게 구성된 두 개의 광원(48)(48')과, 상기 화상표시부(46)를 구동하는 제 1 구동부(43)와, 상기 필드판별부(42)에서 출력되는 각 필드신호에 따라 상기 두 개의 광원(48)(48')을 필드의 동기신호에 맞추어 각각 순차적으로 교번구동시켜 상기 화상표시부(46)에 표시된 화상을 표시하도록구동하는 제 2 구동부(44)(45)와, 상기 화상표시부(46)에 디스플레이되는 화상이 서로 좌,우 반전되게 보이는 것을 방지하는 좌, 우 반전하는 좌우신호 반전부(55)로 구성된다. 미설명부호 "49, 49'"는 반투과거울이고, "47, 47'"는 상기 반투과거울에서 투과되지 못한 50%의 광을 흡수하는 광 흡수판이고, "50,50'"는 상기 반투과 거울에서 투과된 화상광을 확시켜 관찰자의 눈 "51, 51'"을 입사하는 아이피스렌이다.

이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 HMD 장치는 순차적으로 기록된 비디오신호 즉, 각 필드에 좌, 우측화면이 순차적으로 기록되어있는 비디오신호를 입력받아 상기 싱크분리부(40)를 통해 싱크신호를 분리한다.

분리된 싱크신호는 필드판별부(42)에 입력되어 오드필드와 이븐필드에 해당하는 신호를 출력하게 된다. 한편, 싱크분리부(40)에서 출력되는 비디오신호는 화상표시부(46)를 구동하는 제 1 구동부(43)에 입력되어 화상을 표시하게 된다. 이때, 순차적으로 좌,우측 화상이 연속적으로 표시하게 된다. 이에 맞추어 좌, 우측 비디오 신호와 동기된 상기 필드판별부(42)에서 판별된 필드판별신호가 좌,우측 제 2 구동부(44)(45)에 각각 입력되어 화상표시부(46)에 표시되는 화상신호와 동기되어 점멸하게 된다.

그리고, 상기 화상표시부(46)가 좌,우 화상 반전기능을 가지고 있는 화상표시부(46)라고 가정하면 점멸과 동시에 동기신호가 상기 화상표시부(40)의 좌,우 반전신호로 변환되어 상기 제 1 구동부(43)에 입력된다. 상기 좌,우 반전신호의 입력으로 두 개의 화상 즉, 좌,우측 화상이 서로 반전되어지는 것을 방지하는 것이다. 이때, 상기와 같이 화상표시부(46)가 좌,우화상 반전기능을 가지고 있지 않는 겨우에는 좌,우신호 반전부(55)를 두어 반전신호를 상기 제 1 구동부(43)에 입력하여 좌,우 반전을 할 수 있도록 처리한다.

영상신호를 디스플레이하기 위한 광학계를 살펴보면, 오드필드와 이븐필드에 기록된 각각의 화상은 화상표시부(46)에 좌,우측 광원(48)(48')이 교번 점등됨에따라 각각의 조명광이 반투과 거울(49)(49')을 통해 관찰자의 각각의 좌,우측 눈(51)(51')으로 조사하므로, 각각 교번하여 보이게 된다. 이때 반투과거울(49)(49')에서 광이 50%가 투과되고 남은 50%는 반사되어 광흡수판(47)(47')에 의해 흡수된다.

이와 같이 기록매체를 통해 재생된 비디오신호가 각 구동부에서 좌,우 반투과 거울 및 좌우 렌즈 등을 통해 좌,우측 눈에 교번조사됨으로 3차원의 입체영상을 감상할 수 있게 된다.

그러나, 이와 같은 종래기술은 1개의 화상표시수단을 이용하여 3차원의 입체영상을 디스플레이할 수 있는 장점이 있지만 기록매체에서 재생된 비디오신호를 처리하고, 육안으로 인식하도록, 상기한 각 전자장치 및 각종 거울, 렌즈를 헤드셋에 탑재시킴으로 인해 헤드셋의 무게와 부피가 늘어나 착용감이 저하된다. 또한, 각종 전자소자에서 발생되는 전자파가 인체에 악영향을 주는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 HMD장치에서 각종 전자장치를 탑재한 제어장치를 머리에 착용하는 헤드셋과 분리하고, 광파이버를 이용하여 제어장치에서 헤드셋으로 영상신호를 전송하므로, 헤드셋의 무게와 부피를 줄일 수 있고, 전자파의 영향에서도 피할 수 있으며, 또한, 화면을 보면서 전방을 주시할 수 있는 시스루(See through)방식을 적용하므로 장시간 착용하여도 부담감을 줄일 수 있도록 하는 광 영상전송에 의한 HMD장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 HMD 장치의 개략 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 광 영상전송에 의한 HMD장치의 개략 구성도이고,

도 3은 본 발명에 따른 광 영상전송에 의한 HMD 장치의 상세 블록 구성도이고,

도 4는 시스루 방식의 시간당 몰입감 분석값을 나타낸 그래프이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 외부 영상재생장치 112 : 텔레비전 튜너

200 : HMD 제어장치 201 : 외부 영상접속단자

202 : 신호선택부 203 : 키패드

204 : 신호처리부 206 : 입출력부

208 : 프레임버퍼 210 : 음성신호 구동부

212 : 3차원 음성구동부 214, 216 : 좌,우측 음성 구동부

220 : 영상구동부 221 : LCD 구동부

222 : LED 구동부 223 : LED

224 : LCD 226 : 영상 집광부

300 : 광파이버 302 : 영상조사부

400 : 헤드셋 402 : HOE

510, 520 : 이어폰

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 영상전송에 의한 HMD장치는 외부 영상재생장치로부터 출력된 영상을 시야전면에 가상화면으로 디스플레이하는 HMD 장치에 있어서, 상기 외부 영상재생장치로부터 출력된 영상 및 음성신호를 각각 분리하고, 음성신호는 해당 채널로 분리하여 스피커를 통해 음성출력하고, 영상신호는 서로 다른 필드의 영상을 좌/우측으로 분리하여 교번 출력하는 HMD 제어수단과, 상기 HMD 제어수단에서 출력된 좌/우측 영상을 각각 집광하여 그 끝단으로 전달하는 좌/우측 광파이버와, 상기 좌/우측 광파이버를 통해 전달된 각각의 영상을 시야 전면에 디스플레이하는 헤드셋을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 영상전송에 의한 HMD장치의 개략적인 블록 구성도로서, DVD 플레이어(Digital Video Display player)(102), 비디오 카세트 플레이어(VCR)(104), 캠코더(06), 게임 플레이어(108), 개인용 컴퓨터(PC)(110)를 포함한 외부 영상재생장치(100)와, 외부 영상재생장치(100)로부터 출력된 영상 및 음성신호를 각각 분리하고, 음성신호는 해당 채널로 분리하여 이어폰(510)(520)을 통해 음성출력하고, 영상신호는 서로 다른 필드의 영상을 좌/우측으로 분리하여 교번 디스플레이하는 HMD 제어장치(200)와, 상기 HMD 제어장치(200)에서 출력된 좌/우측 영상을 각각 집광하여 그 끝단으로 전달하는 좌/우측 광파이버(300)와, 상기 좌/우측 광파이버(300)를 통해 전달된 각각의 영상을 홀로그램 광학 소자(Holographic Optical Element : 이하, "HOE"라 약칭함)(402)에 디스플레이하는 헤드셋(400)으로 구성된다.

여기서, HMD 제어장치(200)는 헤드셋(400)과 분리하여 별도의 케이스 내에 고정하며, 영상은 광파이버(300)를 통해 헤드셋(400)으로 전송한다. HMD 제어장치(200)의 상세 구성은 도 3에 도시된 바와 같이, 사용자 선택에 따라 다수개의 외부 영상재생장치(102∼110) 및 텔레비전 튜너(112)로부터 출력되는 영상 및 음성신호 중 어느 하나를 선택 입력하는 신호선택부(202)와, 신호선택부(202)로부터 전송된 영상 및 음성신호를 각각 분리하고, 영상신호의 휘도신호와 색도신호를 분리 출력함과 아울러 동기신호에 따라 서로 다른 영상 필드신호를 분리하여 교번 출력하는 신호처리부(204)와, 신호처리부(204)로부터 출력된 음성신호를 3차원 구동하여 각 채널의 스피커를 구동시켜 음성을 출력하는 음성신호 구동부 및 3차원음성 구동부(210)(212)와, 신호처리부(210)(212)로부터 출력된 서로 다른 각각의 영상필드신호를 휘도신호와 색도신호에 따라 영상신호를 좌/우측으로 분리 구동하는 영상구동부(220)와, 영상구동부(220)로부터 출력된 좌/우측 영상신호를 각각 디스플레이하는 영상출력부(221)(222)(224)로 구성된다.

한편, 영상 출력부(221)(222)(224)는 영상구동부(220)에서 출력된 좌/우 색신호(C)에 의해 색을 조절하도록 해당 색(RGB)의 LED(223)를 구동시키는 LED 구동부(222)와, 영상구동부(220)에서 출력된 휘도신호(Y)에 의해 각각의 휘도를 조절하도록 해당 LCD(224)를 구동시키는 LCD 구동부(221)와, LED 구동부(222) 및 LCD 구동부(224)의 제어에 의해 구현된 영상을 집광하여 상기 광 파이버(300)로 전송하는 영상 집광부(226)로 구성된다.

상기 LED 구동부(222), LCD 구동부(221), LED 구동부(222), LED(223),LCD(224), 광파이버(300)는 각각 좌,우측 영상을 구현하는 한 쌍으로 각각 동일하게 구성한다.

이와 같이 구성된 본 발명 실시예에 따른 작용을 첨부된 도 2내지 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, HMD 제어장치(200)의 입력단자(202)에 외부 영상재생장치(100)을 연결한다. 여기서, 외부 영상재생장치(100)은 도 2에 도시된 DVD 플레이어(102), VCR(104), 캠코더(106), 게임 플레이어(108) 및 PC(110) 외에 도면에 도시되지 않은 IMT-2000, 기타 동영상 전화기 등을 포함한다.

한편, 텔레비전 튜너(112)는 HMD 제어장치(200)의 케이스 내부에 포함시킴으로, 별도의 텔레비전을 구비하지 않아도 텔레비전 방송을 시청할 수 있도록 한다.

사용자가 HMD 제어장치(200) 외부에 부착된 선택 키패드(203)를 사용해 외부 영상재생장치(102∼112)중 하나의 영상재생장치를 선택하면, 해당 외부 영상재생장치에서 재생된 영상 및 음성 데이터가 외부 영상접속단자(201)를 통해 HMD 제어장치(200)에 입력된다.

HMD 제어장치(200)에 입력된 영상 및 음성 데이터는 신호선택부(202)를 통해 신호처리부(204)로 전송된다. 신호처리부(204)에서는 입력된 데이터에서 영상 데이터와 음성 데이터로 각각 분리한다.

신호 처리부(204)에서 분리 출력된 음성 데이터는 음성신호 구동부(210), 3차원 음성 구동부(212) 및 좌,우측 음성구동부(214)(216)를 통해 3차원 음성으로 구동 및 증폭하여 좌,우 각 이어폰(510)(520)을 통해 음성을 출력한다.

한편, 영상 데이터는 영상구동부(220)을 통해 영상신호를 구동출력하는데, 이때, 입체영상 구현을 위해 좌,우측 화면을 순차적으로 교번출력하게 된다.

이를 위해, 프레임버퍼(208)는 교번출력되는 좌,우 프레임 영상을 필드 동기신호에 따라 저장, 출력을 반복한다.

영상구동부(220)는 신호처리부(220)에서 출력된 좌,우 각 프레임의 휘도신호(Y) 및 색신호(C)를 입력받아 영상을 구현한다. 즉, 영상구동부(220)에서 출력된 색신호는 LED 구동부(222)에 입력되어 해당 LED(RGB)를 구동시킨다. 한편, LCD 구동부(221)는 영상구동부(220)에서 출력된 휘도신호를 입력받아 LCD(224)를 구동한다.

이와 같이 LED(223)와 LCD(224)의 구동에 의해 구현된 영상은 볼록렌즈로 구성된 영상 집광부(226)에 의해 집광된 후 광 파이버(300)를 통해 영상이 헤드셋(400)측으로 전달된다.

광 파이버(300) 끝단에 구비된 볼록렌즈로 구성된 영상 조사부(302)를 통해 헤드셋(400)의 HOE(402)에 디스플레이하게 된다. HOE(402)에 디스플레이된 영상은 육안(602)의 망막을 통해 확대되어 인식하게 된다.

이와 같이 영상 구동부(221)로부터 출력된 각 색신호 및 휘도신호를 처리하여 출력된 영상을 HOE(402)에 디스플레이하기 위한 각 LCD 구동부(221), LED 구동부(222), LED(223), LCD(224), 영상 집광부(226), 광 파이버(300), 영상조사부(302) 및 HOE(402)는 각각 좌,우측 육안(602)에 보이도록 한쌍으로 구성되며 그 작용은 동일하며, 다. 그러나, 상기 각부는 입체영상 구현을 위해 좌,우측HOE(402)에 교번하여 순차적으로 디스플레이 하도록 동작한다.

이때, HOE(402)에 영상이 조사될 때에는 육안(602)에 영상이 보이지만, 영상이 조사되지 않을 경우에는 HOE(402)외부 전방 보이게 된다. 이와같은 방식을 시스루 방식이라 하며, 도 4는 시스루 방식의 HMD를 사용할 경우(가)와 전방시야가 보이지 않는 HMD를 사용할 경우(나)와 일반적인 텔레비전 또는 모니터를 볼 경우(다)의 각 시간에 따른 몰입감을 나타낸 비교도이다.

여기서, 도시된 그래프에서 보는 바와 같이 시스루 방식의 HMD(가)를 사용하면 전방시야가 막혀있는 HMD(나) 또는 일반 텔레비전 또는 모니터(다)를 사용할 경우보다 상대적으로 몰입감이 매우 높음을 알 수 있다. 결과적으로 몰입감이 높음에 따라 장시간 사용해도 눈의 피로도가 낮아진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광 영상전송에 의한 HMD장치는 HMD 제어장치와 헤드셋을 분리하고 광파이버를 이용하여 HMD 제어장치에서 헤드셋으로 영상신호를 전송하므로 헤드셋의 무게와 부피를 줄일 수 있어 착용감이 우수하며, 헤드셋에 전자장치를 포함하지 않으므로 전자파의 영향에서도 피할 수 있으며, 화면을 보면서 전방을 주시할 수 있는 시스루(See through)방식을 적용하므로 화면 몰입감을 증가시키고, 그에 따라 장시간 사용하여도 눈의 피로도를 저하시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

외부 영상재생장치로부터 출력된 영상을 시야전면에 가상화면으로 디스플레이하는 HMD 장치에 있어서,

상기 외부 영상재생장치로부터 출력된 영상 및 음성신호를 각각 분리하고, 음성신호는 해당 채널로 분리하여 스피커를 통해 음성출력하고, 영상신호는 서로 다른 필드의 영상을 좌/우측으로 분리하여 교번 출력하는 HMD 제어수단;

상기 HMD 제어수단에서 출력된 좌/우측 영상을 각각 집광하여 그 끝단으로 전달하는 좌/우측 광파이버; 및

상기 좌/우측 광파이버를 통해 전달된 각각의 영상을 시야 전면에 디스플레이하는 헤드셋을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광 영상전송에 의한 HMD장치.
제 1 항에 있어서, 상기 HMD 제어수단은 사용자 선택에 따라 다수개의 외부 영상재생장치 및 텔레비전 튜너로부터 출력되는 영상 및 음성신호 중 어느 하나를 선택 입력하는 신호선택수단;

상기 신호선택수단으로부터 전송된 영상 및 음성신호를 각각 분리하고, 영상신호의 휘도신호와 색도신호를 분리 출력함과 아울러 동기신호에 따라 서로 다른 영상 필드신호를 분리하여 교번 출력하는 신호처리수단;

상기 신호처리수단으로부터 출력된 음성신호를 3차원 구동하여 각 채널의 스피커를 구동시켜 음성을 출력하는 음성신호 구동수단;

상기 신호처리수단으로부터 출력된 서로 다른 각각의 영상필드신호를 휘도신호와 색도신호에 따라 영상신호를 좌/우측으로 분리 구동하는 영상구동수단; 및

상기 영상구동수단으로부터 출력된 좌/우측 영상신호를 각각 디스플레이하는 좌/우 영상출력수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광 영상전송에 의한 HMD장치.
제 2 항에 있어서, 상기 HMD 제어수단 및 텔레비전 튜너는 상기 헤드셋과 분리하여 하나의 케이스 내에 고정하고, 상기 케이스 외부에 키패드, 외부 영상접속단자 및 광파이버 접속단자를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 광 영상전송에 의한 HMD장치.
제 2 항에 있어서, 상기 영상출력수단은 상기 영상구동수단에서 출력된 좌/우 색신호에 의해 색을 조절하도록 해당 LED를 구동시키는 좌/우 LED 구동수단;

상기 영상구동수단에서 출력된 휘도신호에 의해 각각의 휘도를 조절하도록 해당 LCD를 구동시키는 좌/우 LCD 구동수단; 및

상기 LED 구동수단 및 LCD 구동수단의 제어에 의해 구현된 각 영상을 집광하여 상기 광 파이버로 전송하는 좌/우 영상 집광수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광 영상전송에 의한 HMD장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 신호처리수단에 부가하여 상기 신호처리수단에서 분리된 각 필드의 영상 프레임을 일시 저장 및 출력하는 프레임버퍼; 및

상기 키패드를 통해 입력된 사용자 선택신호를 상기 신호처리수단으로 전달하는 입/출력수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광 영상전송에 의한 HMD장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광파이버에 부가하여 상기 헤드셋에 영상을 조사하는 끝단에 위치하여 전송된 영상을 헤드셋 내면에 확대 분산시키는 영상확대수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광 영상전송에 의한 HMD장치.
제 1 항에 있어서, 상기 헤드셋은 상기 광파이버를 통해 조사된 화면을 봄과 아울러 헤드셋 외부의 전방 주시가 가능한 시스루 방식으로 이루어짐을 특징으로 하는 광 영상전송에 의한 HMD장치.