KR20030017941A

KR20030017941A - 착용형 디스플레이 시스템

Info

Publication number: KR20030017941A
Application number: KR1020010051585A
Authority: KR
Inventors: 송영란
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-08-25
Filing date: 2001-08-25
Publication date: 2003-03-04
Also published as: KR100449704B1

Abstract

본 발명은 착용형 디스플레이 시스템에 관한 것으로서, 소정 방식으로 신호처리된 신호를 표시하는 디스플레이 패널을 부착한 착용형 디스플레이 시스템은, 디스플레이 패널로부터 입사된 신호를 전파시키는 도파로; 도파로면에 부착되어 상기 도파로를 통해 전파되어 도달한 신호를 확대하여 보여주는 광학소자를 포함하고, 이때 도파로는 양 측면이 소정 각도로 경사지게 되어 있음을 특징으로 한다.

본 발명의 착용형 디스플레이 시스템에 의해, 구성요소를 줄이고 제작이 간편하여 그 구현에 비용과 시간을 절감할 수 있다.

Description

착용형 디스플레이 시스템{Wearable display system}

본 발명은 퍼스널 디스플레이 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안경이나 고글 형태의 확대 광학 장치를 통해 디스플레이 신호가 전파되어 사용자의 눈과 가까운 위치에서 디스플레이 이미지를 볼 수 있도록 한 착용형 디스플레이 시스템 및 그 공정에 관한 것이다.

군사용, 의료용 또는 개인적인 디스플레이 용도로 사용되는 광학적 디스플레이 시스템(일반적으로 헤드 마운티드 시스템(HMD; Head(helmet) Mounted System)이라고 알려진)은, 사용자가 안경이나 고글, 또는 헬멧 형태로 된 착용기를 통해 영상신호를 확대하여 볼 수 있도록 만들어진 것이다. 이러한 퍼스널 디스플레이 시스템을 통해 사용자는 이동하면서도 영상정보를 전달 받을 수 있게 되었다.

도 1은 HMD 외관의 일례를 보인다. 여기서 HMD는 일반적인 안경 렌즈(100)와, 안경의 중심에 영상 구동부(110)가 부착된 형태로 되어 있다. 외관만을 고려했을 때 이와 같은 형태의 HMD는 그 부피가 매우 크고 무거우며 미려하지 못하다는 것을 알 수 있다. HMD의 부피와 무게는 그것을 구성하는 다수의 광학적 소자들로 인한 것이다.

도 2는 일반적인 HMD의 구성도로서, HMD는 영상 구동부(200), 디스플레이 패널(210) 및 광학계(220)를 포함한다. 영상 구동부(200)는 퍼스널 컴퓨터나 비디오(미도시)등 외부 소스로부터 들어온 영상 신호를 저장하고 입력된 영상신호가 LCD 패널등의 디스플레이 패널(210)에서 디스플레이되도록 신호 처리한다. 광학계(220)는 디스플레이 패널(210)에서 디스플레이된 영상 신호를 사용자의 눈에 입사하여 적절한 크기로 확대하여 보여지게 한다. HMD의 구성 요소로는, 그 외관에 따라 착용을 위한 기구를 더 포함하거나 외부로부터 영상 신호 등을 전달 받기 위한 케이블등이 더 추가될 수 있다.

도 3은 도 2의 일반적인 HMD 구성 중 광학계(220)의 일반적인 구성을 도시한 것이다. 종래의 광학계는 콜리메이팅(collimating) 렌즈(300), X 프리즘(310), 포커싱(focusing) 렌즈(320), 반사경(fold mirror)(330) 및 접안렌즈(또는 확대경) (340)로 이루어진다. 콜리메이팅 렌즈(300)는 디스플레이 패널 등의 한 점으로부터 나오는 빛(영상신호)을 평행광으로 만들어 전파시킨다. X 프리즘(310)은 콜리메이팅 렌즈(300)로부터 입사된 빛의 각도를 좌우로 나누어 전파시킨다. 포커싱 렌즈(320)는 좌우 방향에 하나씩 놓여져 각각 X 프리즘(310)을 통과한 평행광을 포커싱시킨다. 반사경(330)은 포커싱 렌즈(320)로부터 포커싱된 빛의 방향이 사람의 눈을 향해 진행하도록 방향을 바꾼다. 접안렌즈(또는 확대경)(340)는 결국 디스플레이 패널로부터 나와 상술한 광학적 소자들을 통과한 작은 영상신호를 확대하여 사람의 눈에 보여지도록 하는 기능을 가진다. 이때 접안렌즈(340)를 통과하는 영상신호가 컬러 신호라면 접안렌즈(340)에는 색수차를 제거할 수 있는 렌즈가 사용되어져야 한다.

HMD라 일컬어지는 일반적인 착용형 디스플레이 시스템에 있어서, 광학계로서 구성되는 부분은 상술한 바와 같이 콜리메이팅 렌즈, X 프리즘, 포커싱 렌즈, 반사경 및 접안렌즈등의 광학적 소자들을 다수개 사용하므로 정밀함을 요하는 소자들의 성격에 비추어 그 구현에 어려움이 따르고 따라서 제작에 노력과 시간이 많이 필요하다. 또한 렌즈와 소자들 각각의 기능이 정밀하게 설계되었다 하더라도 함께 정렬시키는데 추가적인 어려움이 발생한다. 또 다른 종래의 광학계의 단점은, 다수의 광학 소자들로 인해 광학계의 부피가 커지고 무게가 무거워져 HMD로서 사람이 착용하기에 불편함이 따르고 제작 비용이 비싸다는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 최소한의 광학 소자를 사용하여 그 구현이 간단하고, 제작이 용이한 착용형 디스플레이 시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 HMD 외관의 일례를 보인다.

도 2는 일반적인 HMD의 구성도이다.

도 3은 도 2의 일반적인 HMD 구성 중 광학계의 구성도를 도시한 것이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 착용형 디스플레이 시스템의 외관을 보인 도면이다.

도 5는 본 발명의 착용형 디스플레이 시스템의 일실시예이다.

도 6은 본 발명의 착용형 디스플레이 시스템의 제2실시예를 도시한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한, 소정 방식으로 신호처리된 신호를 표시하는 디스플레이 패널을 부착한 착용형 디스플레이 시스템은, 상기 디스플레이 패널로부터 입사된 신호를 전파시키는 도파로; 상기 도파로면에 부착되어 상기 도파로를 통해 전파되어 도달한 신호를 확대하여 보여주는 광학소자를 포함하고, 이때 상기 도파로는 양 측면이 소정 각도로 경사지게 되어 있음을 특징으로 한다.

상기 디스플레이 패널은 상기 도파로로 입사되는 신호가 도파로 내에서 제1소정 각도로 경사진 도파로의 한 쪽 측면에 부착되고, 상기 광학소자는 제2소정 각도로 경사진 다른 한 쪽의 도파로 측면에 부착됨이 바람직하다.

상기 제1소정 각도는 전반사 각도임이 바람직하다.

상기 제2소정 각도는 제1소정 각도와 동일함이 바람직하다.

상기 광학소자는 반사형임이 바람직하다

상기 광학소자는 투과형임이 바람직하다

상기 과제를 해결하기 위한, 소정 방식으로 신호처리된 신호를 표시하는 디스플레이 패널을 부착한 착용형 디스플레이 시스템은, 신호를 전파시키는 도파로; 상기 도파로의 한 측면에 부착되어, 상기 도파로와 외부 사이의 신호를 전반사 각도로 통과시키는 프리즘; 상기 도파로를 통해 전파된 신호를 확대하여 사용자에게 보여주는 광학소자를 포함하고, 이때 상기 도파로는 상기 프리즘과 반대 측면이 소정 각도로 경사짐을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한, 소정 방식으로 신호처리된 신호를 표시하는 디스플레이 패널을 부착한 착용형 디스플레이 시스템은, 신호를 전파시키는 도파로; 상기 도파로의 한면에 부착되어, 상기 디스플레이 패널로부터 출력되는 신호를 상기 도파로에 전반사 각도로 입사시키는 프리즘; 상기 프리즘으로부터 입사되어 상기 도파로를 통해 전파되어 도달한 신호를 확대하여 사용자에게 보여주는 광학소자를 포함하고, 이때 상기 도파로에서 프리즘이 부착된 측면의 맞은 편의 측면은 소정 각도로 경사지게 됨을 특징으로 한다.

상기 광학소자는 반사형임이 바람직하다.

상기 광학소자는 투과형임이 바람직하다.

상기 소정 각도는 상기 전반사 각도임이 바람직하다.

상기 과제를 해결하기 위한, 소정 방식으로 신호처리된 신호를 표시하는 디스플레이 패널을 부착한 착용형 디스플레이 시스템은, 신호를 전파시키는 도파로; 및 상기 도파로의 한면에 부착되어, 상기 도파로를 통해 전파된 신호를 전반사 각도로 출사시키는 프리즘을 포함하고, 이때 상기 도파로에서 상기 디스플레이 시스템으로부터의 신호가 입사되는 측면은 소정 각도로 경사짐을 특징으로 한다.

상기 소정 각도는 상기 전반사 각도임이 바람직하다.

상기 프리즘에 놓여지고져, 출사되어 나오는 신호를 확대하여 사용자에게 보여주는 광학소자가 더 포함됨이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 4a는 본 발명의 착용형 디스플레이 시스템의 정면도이고, 도 4b는 상면도이다. 여기서 착용형 디스플레이 시스템은 렌즈(400)와 디스플레이 패널(410)이결합된 단순한 형태로서 보여지고 있다. 본 발명의 착용형 디스플레이 시스템은 종래에 비해 회절격자와 확대경을 사용하여 부피가 작고 무게가 덜 나가는 경박단소한 모양을 가질 수 있다. 따라서 헬멧형과 같이 기존의 HMD처럼 부피가 크고 무게가 많이 나가는 디스플레이 시스템이 아닌, 안경처럼 단순하게 착용할 수 있는 디스플레이 시스템을 구현할 수 있다. 또한 본 발명은 모듈형태의 착용형 디스플레이 시스템을 제작하여 그 모듈을 기존의 안경등에 탈착 가능하게 부착해 사용할 수도 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 착용형 디스플레이 시스템은 여러가지 가능한 외관 중의 일례일 뿐이며, 이외에도 여러가지 형태의 경박단소한 착용형 디스플레이 시스템을 구현할 수 있다.

도 5는 본 발명의 착용형 디스플레이 시스템의 일실시예로서, 소정 방식으로 신호처리된 신호를 표시하는 디스플레이 패널(500)을 부착한 착용형 디스플레이 시스템은 도파로(510) 및 광학소자(520)를 포함한다.

도파로(510)는 디스플레이 패널로부터 입사된 신호를 전파하며, 신호가 입사되는 면과 출사되는 면을 신호가 도파로내에서 전반사 각도로 반사될 수 있도록 소정 각도로 비스듬하게 깍아놓은 형태로 되어 있다. 이러한 전반사 각도로 경시진 도파로 측면에 부착된 디스플레이 패널(500)로부터 입사되는 신호는 도파로(510) 내에서 전반사 각도로 반사되면서 전파된다.

광학소자(520)는 회절 소자(DOE:Diffractive Optical Element)이거나 홀로그램 소자(HOE;Holographic Optical Element)로서, 도파로(510)를 통해 전파되어 도달한 신호를 확대하여 소정 초점거리에 있는 사용자의 눈에 신호의 상을 맺게 한다. 도 5에 도시된 광학소자는 반사형의 경우를 도시한 것이나, 도면에 도시된 초점거리와 반대방향으로 초점을 맺게 하는 투과형의 경우도 본 발명에 적용될 수 있다.

디스플레이 패널(500)로부터 입사된 신호가 도파로(510)를 통해 전파되어 광학소자(520)를 통해 출력되어 나올 때, 입사된 신호들의 전파 거리가 서로 다르면 수차가 발생될 수 있다. 따라서, 이러한 수차 발생을 막기 위해 입사 신호들의 전파 거리가 모두 동일하도록 신호의 입사면이 깍인 경사 각도와 출사면이 깍인 경사각도가 동일해야 한다.

도파로(510) 양 측면의 내부 전반사 각도로의 경사, 도파로내에서의 내부 전반사 횟수, 그에 따른 도파로의 길이 및 폭, 광학소자(520)의 구경이나 상이 맺히는 초점거리 등을 결정하기 위해서는 확대 광학계의 기본 원리가 적용되며, 이것은 당업자에게 일반적인 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

도 6은 본 발명의 착용형 디스플레이 시스템의 제2실시예를 도시한 것으로서, 소정 방식으로 신호처리된 신호를 표시하는 디스플레이 패널(600)을 부착한 착용형 디스플레이 시스템은, 프리즘(610), 도파로(620) 및 광학소자(630)를 포함한다.

프리즘(610)은 도파로(620)의 한 면에 부착된다. 프리즘(610)의 광 입사면에는 디스플레이 패널(600)이 부착된다. 프리즘(610)은 디스플레이 패널(600)로부터 출력되는 신호가 도파로(620) 내부에 소정의 전반사 각도로 입사되게 한다.

도파로(620)는 프리즘(610)을 통해 입사된 디스플레이 패널로부터의 신호를전파한다. 전반사 각도로 입사된 신호는 도파로(620) 내에서 전반사 각도로 반사되면서 전파된다. 신호가 출사되는 도파로의 측면은, 입사 신호의 전파 거리가 어느 출사면에서나 동일하도록 소정 각도로 깍여진다. 이는 전파 거리가 서로 다른 신호들은 수차를 발생하기 때문이다. 여기서 출사면의 경사각도는 신호의 입사각도, 즉 전반사각도와 동일하다.

광학소자(630)는 회절 소자(DOE:Diffractive Optical Element)이거나 홀로그램 소자(HOE;Holographic Optical Element)로서, 도파로(620)를 통해 전파되어 도달한 신호를 확대하여 소정 초점거리에 있는 사용자의 눈에 신호의 상을 맺게 한다. 도 5에 도시된 광학소자는 반사형의 경우를 도시한 것이나, 도면에 도시된 초점거리와 반대방향으로 초점을 맺게 하는 투과형의 경우도 본 발명에 적용될 수 있다.

상술한 실시예에서, 도파로(620) 출사면에서의 경사 각도, 도파로내에서의 내부 전반사 횟수, 그에 따른 도파로의 길이 및 폭, 광학소자(630)의 구경이나 상이 맺히는 초점거리 등을 결정하기 위해서는 확대 광학계의 기본 원리가 적용되며, 이것은 당업자에게 일반적인 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예이다. 도 7은 도 6과 동일한 도파로 구조를 가지고, 동일한 구성요소를 포함하나, 디스플레이 패널(700)의 위치와 신호의 전파 방향이 도 6과는 반대가 되는 착용형 디스플레이 시스템을 도시한 것이다. 도 7에서 도 6과 비교할 때, 디스플레이 패널(700)은 도 6에서의 광학소자(630)의 위치에 부착되고, 광학소자(730)는 도 6의 디스플레이 패널(600)의 위치에 부착되어 있다.도 7에서는 디스플레이 패널(700)로 부터 입사된 신호가 프리즘(710)을 통해 출사되어지고, 신호는 프리즘에 부착된 확대경(730)을 통해 사용자에게 확대되어 보여진다.

Claims

소정 방식으로 신호처리된 신호를 표시하는 디스플레이 패널을 부착한 착용형 디스플레이 시스템에 있어서,

상기 디스플레이 패널로부터 입사된 신호를 전파시키는 도파로;

상기 도파로면에 부착되어 상기 도파로를 통해 전파되어 도달한 신호를 확대하여 보여주는 광학소자를 포함하고,

이때 상기 도파로는 양 측면이 소정 각도로 경사지게 되어 있음을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서,

상기 디스플레이 패널은 상기 도파로로 입사되는 신호가 도파로 내에서 제1소정 각도로 경사진 도파로의 한 쪽 측면에 부착되고, 상기 광학소자는 제2소정 각도로 경사진 다른 한 쪽의 도파로 측면에 부착됨을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 시스템.
제2항에 있어서,

상기 제1소정 각도는 전반사 각도임을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 시스템.
제3항에 있어서,

상기 제2소정 각도는 제1소정 각도와 동일함을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서, 상기 광학소자는 반사형임을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 시스템.
제1항에 있어서, 상기 광학소자는 투과형임을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 시스템.
소정 방식으로 신호처리된 신호를 표시하는 디스플레이 패널을 부착한 착용형 디스플레이 시스템에 있어서,

신호를 전파시키는 도파로;

상기 도파로의 한 측면에 부착되어, 상기 도파로와 외부 사이의 신호를 전반사 각도로 통과시키는 프리즘;

상기 도파로를 통해 전파된 신호를 확대하여 사용자에게 보여주는 광학소자를 포함하고,

이때 상기 도파로는 상기 프리즘과 반대 측면이 소정 각도로 경사짐을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 시스템.
소정 방식으로 신호처리된 신호를 표시하는 디스플레이 패널을 부착한 착용형 디스플레이 시스템에 있어서,

신호를 전파시키는 도파로;

상기 도파로의 한면에 부착되어, 상기 디스플레이 패널로부터 출력되는 신호를 상기 도파로에 전반사 각도로 입사시키는 프리즘;

상기 프리즘으로부터 입사되어 상기 도파로를 통해 전파되어 도달한 신호를 확대하여 사용자에게 보여주는 광학소자를 포함하고,

이때 상기 도파로에서 프리즘이 부착된 측면의 맞은 편의 측면은 소정 각도로 경사지게 됨을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 시스템.
제8항에 있어서, 상기 광학소자는 반사형임을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 시스템.
제8항에 있어서, 상기 광학소자는 투과형임을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 시스템.
제8항에 있어서,

상기 소정 각도는 상기 전반사 각도임을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 시스템.
소정 방식으로 신호처리된 신호를 표시하는 디스플레이 패널을 부착한 착용형 디스플레이 시스템에 있어서,

신호를 전파시키는 도파로; 및

상기 도파로의 한면에 부착되어, 상기 도파로를 통해 전파된 신호를 전반사 각도로 출사시키는 프리즘을 포함하고,

이때 상기 도파로에서 상기 디스플레이 시스템으로부터의 신호가 입사되는 측면은 소정 각도로 경사짐을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 시스템.
제12항에 있어서,

상기 소정 각도는 상기 전반사 각도임을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 시스템.
제12항에 있어서,

상기 프리즘에 놓여지고, 출사되어 나오는 신호를 확대하여 사용자에게 보여주는 광학소자가 더 포함됨을 특징으로 하는 착용형 디스플레이 시스템.