KR20050005823A - Optical System for Head Mounted Display - Google Patents

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KR20050005823A
KR20050005823A KR1020030045651A KR20030045651A KR20050005823A KR 20050005823 A KR20050005823 A KR 20050005823A KR 1020030045651 A KR1020030045651 A KR 1020030045651A KR 20030045651 A KR20030045651 A KR 20030045651A KR 20050005823 A KR20050005823 A KR 20050005823A
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Abstract

PURPOSE: An optical system for head mounted displays is provided to magnify image lights output from a self-luminous type element by using an optical convergent relay lens system. CONSTITUTION: An optical system for head mounted displays magnifies an image to a predetermined ratio and includes a single light emitting display element(10), an X-prism(20), a pair of relay lens systems(30a,30b), and a pair of reflecting mirrors(40a,40b). The single light emitting display element is self-luminous and emits a predetermined image light. The X-prism splits and reflects the image light homogeneously. The relay lens systems magnify or focus the respective image lights split at a reflective surface of the X-prism and transfers the result. The reflecting mirrors are implemented in a vicinity of left and right eyes with a predetermined reflection angle such that the image lights which are magnified or focused via the respective relay lens are to be reflected to each of the both eyes of a wearer of the head mounted display.

Description

헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템{Optical System for Head Mounted Display}Optical System for Head Mounted Display

본 발명은 단판식의 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)용 광학시스템에 관한 것으로, 특히 자체발광형의 단일 디스플레이소자와 광량균등분할방식의 엑스프리즘 및 색수차 보정을 위한 복수의 광 수렴성 릴레이렌즈계를 적용함으로써 상기 발광디스플레이소자를 통해 출력된 영상광을 양안(兩眼)에 각각 균일하게 전달할 수 있고, 별도의 광원 및 접안렌즈가 불필요한 박막화된 구조를 구현하여 휴대 및 착용이 간편할 뿐만 아니라 장시간 착용시에도 피로감이 느껴지지 않으며, 제조비용 및 사용시의 전력소모를 현저히 절감시킬 수 있는 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical system for a single-headed head mounted display (HMD), and in particular, by applying a single display element of self-luminous type and a plurality of light convergent relay lens systems for correcting chromatic aberration and a light equality splitting method. It is possible to uniformly transmit the image light output through the light emitting display device to both eyes, and to realize a thin-film structure that does not require a separate light source and eyepiece, it is easy to carry and wear, and it is tired even when worn for a long time. The present invention relates to an optical system for a head mounted display that is not felt and can significantly reduce manufacturing cost and power consumption in use.

일반적으로, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD; Head Mounted Display)는 내부에 구비되는 정밀 광학시스템을 이용하여 착용자의 눈과 근접한 위치에서 그 단안 또는 양안에 소정의 화상이 맺힐 수 있도록 해주는 화상표시장치를 말한다.In general, a head mounted display (HMD) refers to an image display device that allows a predetermined image to be formed in a monocular or binocular at a position proximate to a wearer's eye using a precision optical system provided therein.

상기 'HMD'는 이러한 장치적 특성을 발휘하기 위하여 초점거리가 매우 짧게 형성되도록 설계한 것으로서, 가격이 비싼 장비라 할 수 있으므로 근자에 이르기까지도 군사·의료·교육용 화상시스템 및 오락용 가상현실시스템 등의 영상구현을위한 용도로 주로 사용되어 왔으나, 최근 들어서는 가정용 또는 휴대용의 음향·영상(AV) 시스템(예컨대, DVD시스템)과, 유·무선 컴퓨터 등과 같은 각종 하드웨어가 고급화 추세에 의해 다양한 형태로 개발되어 다량 보급됨에 따라 상기 'HMD'의 활용 폭 및 효용가치도 크게 대두되고 있다.The 'HMD' is designed to form a very short focal length in order to exhibit such a device characteristic, and because it can be called an expensive equipment, even military personnel, medical imaging, educational imaging systems, entertainment virtual reality systems, etc. Although it has been used mainly for the purpose of realizing the image of a computer, in recent years, various hardware such as home and portable audio and video (AV) system (e.g. DVD system) and wired / wireless computer have been developed in various forms by the advanced trend. As it is widely distributed, the utilization range and utility value of the 'HMD' are also rising.

현재까지 출시된 'HMD'는, 그 외관 형태에 따라 헬멧형과 안경형, 화상이미지의 구현방식에 따라 일반영상용(2D; Monoscopic Type)과 입체영상용(3D; Stereoscopic Type), 화상원의 개수에 따라 단안형(Monocular Type)과 양안형(Binocular Type)으로 각각 분류되며, 이러한 유형이 복합된 형태로 제품화되어 있다. 특히, 최근에는 휴대성과 착용감 및 대중화 추세를 고려하여 경박단소화된 제품의 개발에 주력하고 있다.HMD, which has been released so far, is based on the appearance of helmet type and glasses type, and the number of image sources for general image (2D; Monoscopic Type) and stereoscopic image (3D) according to the implementation method of image image. The monocular type and the binocular type are classified according to the present invention, and these types are manufactured in a complex form. In particular, in recent years, in consideration of the trend of portability, wearing comfort and popularization, we are focusing on the development of light and short products.

따라서, 본 발명에서는 종래의 양안형 HMD에 적용된 광학시스템의 각 구조 및 이에 따른 문제점들을 살펴보고, 보다 경박단소화할 수 있는 양안형 광학시스템 구조의 HMD를 제안하고자 한다.Accordingly, the present invention looks at each structure and problems of the optical system applied to the conventional binocular HMD, and proposes an HMD of a binocular optical system structure that can be lighter and shorter.

도 1 내지 도 4는 종래 기술에 따른 양안형 HMD용 광학시스템의 여러 가지 구조를 보여주고 있다.1 to 4 show various structures of the optical system for binocular HMD according to the prior art.

먼저, 도 1은 좌우 양안에 대하여 각각 독립적인 복수의 광학시스템을 장착한 양안 양판형 HMD의 일반적인 구조를 개략적으로 평면 도시한 것이다. 상기 도 1에 도시된 HMD는 양안에 대하여 각각 독립적인 광학시스템을 구성하므로, 2개의 광원(100a)(100b)과, 2개의 액정디스플레이소자(110a)(110b)와, 상기 각 액정디스플레이소자(110a)(110b)에 의해 출력된 화상을 확대하여 사용자에게 제공하기 위한 2개의 접안렌즈(Eye Piece Lens)(150a)(150b)가 각각 동일형태로 병렬 배치된 구조를 이루고 있다. 여기서, 상기 접안렌즈(150a)(150b)로는 개발자의 의도에 따라 오목, 볼록 또는 자유곡면 렌즈 등을 사용할 수 있으며, 또는 곡면 반사경을 이용하여 화상을 확대할 수도 있다.First, FIG. 1 schematically illustrates a general structure of a binocular bilateral HMD equipped with a plurality of optical systems independent of left and right binoculars. Since the HMD shown in FIG. 1 constitutes an independent optical system for both eyes, two light sources 100a and 100b, two liquid crystal display elements 110a and 110b, and each liquid crystal display element ( Two eyepiece lenses 150a and 150b for enlarging an image output by 110a and 110b and providing the same to a user are arranged in parallel with each other. Here, as the eyepieces 150a and 150b, concave, convex or free-curved lenses may be used according to the developer's intention, or the image may be enlarged using a curved reflector.

그러나, 상기 구조의 HMD용 광학시스템은 고가의 액정디스플레이소자(110a)(110b)가 복수 개 구비되어야 함으로써 제품가격이 상승할 뿐만 아니라, 이를 포함하는 독립된 2개의 광학시스템을 적용하게 됨과 아울러 상기 각 액정디스플레이소자(110a)(110b)를 작동시키기 위한 별도의 배선 및 상기 각 광학시스템간 광신호의 동시 발생을 위한 컨트롤러(기판) 등이 구비되어야 함으로써 자체중량 및 제품크기가 증대되고 이로 인해 착용감이 떨어지는 문제점이 있었다.However, the HMD optical system of the structure has a plurality of expensive liquid crystal display elements (110a, 110b) to be provided not only increases the product price, but also applies to two independent optical systems including the same A separate wiring for operating the liquid crystal display elements 110a and 110b and a controller (substrate) for simultaneous generation of optical signals between the respective optical systems must be provided, thereby increasing its own weight and product size, thereby increasing the feeling of wearing. There was a problem falling.

또한, 도 2는 회전비대칭 비축시스템으로 가공한 복수의 자유곡면 프리즘(220)이 각각 독립적으로 적용된 복수의 광학시스템을 장착하여서 된, 다른 형태의 양안 양판형 HMD의 구조를 개략적으로 측면 도시(한쪽의 광학시스템만을 도시)한 것이다. 상기 도 2에 도시된 HMD는, 광원(200)과 조명 프리즘(201) 및 편광분할기(202)를 포함하는 조명부와, 반사형 디스플레이소자(액정패널)(210)와, 입사면(221)과 1, 2차 반사면(222)(223)을 형성한 상기 자유곡면 프리즘(220)을 포함하는 구조를 이룬다. 상기의 광학구조에서는 상기 액정패널(210)에 의해 출력된 광신호가 입사면(221)을 통해 입사되어 1, 2차 반사면(222)(223)에 의해 전반사된 후 착용자의 양안에 결상된다.2 is a side view schematically showing the structure of a binocular bilateral HMD of another type in which a plurality of free curved prisms 220 processed by a rotationally asymmetric axis system are equipped with a plurality of optical systems independently applied thereto. Only the optical system). The HMD shown in FIG. 2 includes an illumination unit including a light source 200, an illumination prism 201, and a polarization splitter 202, a reflective display device (liquid crystal panel) 210, an incident surface 221, A structure including the free curved prism 220 formed with the first and second reflective surfaces 222 and 223 is provided. In the optical structure, the optical signal output by the liquid crystal panel 210 is incident through the incident surface 221 and totally reflected by the primary and secondary reflective surfaces 222 and 223, and then is imaged on both eyes of the wearer.

그러나, 상기 구조의 HMD용 광학시스템은 앞서 설명한 도 1의 광학시스템이 갖는 문제점 이외에도, 회전 대칭의 공축시스템에 의해 제작되는 프리즘에 비하여 회전 비대칭의 비축시스템에 의한 자유곡면 프리즘(220)의 가공이 상대적으로 매우 어려울 뿐만 아니라, 화상왜곡 또는 색수차가 발생할 가능성이 매우 높아지는 문제점이 있었다.However, in addition to the problems of the optical system of FIG. 1 described above, the HMD optical system has a structure in which the free surface prism 220 is processed by a rotationally asymmetric axis system, compared to a prism manufactured by a rotationally symmetric coaxial system. In addition to being relatively difficult, there is a problem that the possibility of image distortion or chromatic aberration is very high.

이상에서 살펴 본 양판형 광학시스템들이 갖는 제반 문제점을 해소하기 위하여 양안 단판형 구조의 HMD용 광학시스템이 제안된 바 있다. 도 3 및 도 4는 단일 디스플레이소자를 사용하여 그 화상을 양안에 분리시켜 전달하는 종래 기술에 의한 HMD의 구성을 보여준다.In order to solve the problems of the two-plate optical system described above, an HMD optical system having a binocular single-plate structure has been proposed. 3 and 4 show the configuration of the HMD according to the prior art in which the image is separated and delivered to both eyes using a single display element.

도 3은 종래 기술에 따른 하나의 디스플레이소자가 본체 일측에 배치된 단판형 광학시스템을 평면 도시한 것이다. 상기 도 3에 도시된 HMD는, 본체 일측에 배치된 하나의 광원(300)과, 하나의 디스플레이소자(액정패널)(310)와, 상기 디스플레이소자(310)로부터 출력된 광신호 중 일부는 반사시키고 나머지는 통과시킴으로써 그 반사된 광신호를 착용자의 한쪽 단안으로 전달하는 하프미러(Half Mirror) (340a)와, 상기 하프미러(340a)를 통과한 나머지 광신호를 전반사하여 다른쪽 단안으로 전달하는 전반사미러(340b)와, 상기 하프미러(340a)와 전반사미러(340b) 사이에 배치되어 좌우 양안간 광로차를 제거해주는 광로차 조절렌즈(330)와, 상기 하프미러(340a)와 전반사미러(340b)로부터 각각 반사된 각 영상광을 평행광으로 변경시켜 좌우 양안에 각각 결상시켜주는 한 쌍의 접안렌즈(350a)(350b)로 이루어져 있다. 여기서, 상기 광로차 조절렌즈(330)는 상기 디스플레이소자(310)로부터 각 접안렌즈(350a)(350b)에 이르는 광로 길이가 서로 다르기 때문에 발생하는 광로차를 축소시켜줌으로써 상기 디스플레이소자(310)로부터 표시되는 화상이 사용자의 양안에 동일한 크기로 보이도록 하는 기능을 수행한다.3 is a plan view of a single plate type optical system in which one display device according to the related art is disposed on one side of a main body. The HMD shown in FIG. 3 includes one light source 300 disposed on one side of the main body, one display element (liquid crystal panel) 310, and some of the optical signals output from the display element 310. Half mirror 340a for transmitting the reflected optical signal to one monocular of the wearer by passing the rest, and total reflection of the remaining optical signal passing through the half mirror 340a to the other monocular An optical path difference adjusting lens 330 disposed between the total reflection mirror 340b and the half mirror 340a and the total reflection mirror 340b to remove the optical path difference between left and right eyes; and the half mirror 340a and the total reflection mirror And a pair of eyepieces 350a and 350b for converting each image light reflected from 340b into parallel light and forming an image in each of the left and right eyes. Here, the optical path difference adjusting lens 330 reduces the optical path difference generated because the optical path lengths from the display element 310 to the eyepiece lenses 350a and 350b are different from each other. It performs a function of making the displayed image look the same in both eyes of the user.

그런데, 상기의 광학시스템은 그 광로차 조절렌즈(330)로써 좌우 양안에 동일 크기의 화상을 구현할 수는 있으나, 상기 광로차 조절렌즈(330)로 인해 좌우 양안에 상호 반전된 상이 각각 맺히게 된다. 따라서, 이러한 상 반전현상을 방지하기 위해서는 상기 디스플레이소자(310)와 하프미러(340a) 사이에 콜리메이팅 렌즈(Collimating Lens)를 추가 설치하거나 또는 상기 하프미러(340a)와 전반사미러(340b) 사이에 역상정립장치를 추가적으로 설치하여야 한다.By the way, the optical system can implement an image having the same size in both the right and left eyes by the optical path difference adjusting lens 330, but the inverted images are formed by the optical path difference adjusting lens 330. Therefore, in order to prevent such phase inversion, a collimating lens is additionally installed between the display element 310 and the half mirror 340a or between the half mirror 340a and the total reflection mirror 340b. An additional reverse phase sizing device should be installed.

그러나, 상기 광학시스템은 대략 안경형상을 이루는 HMD 본체의 구조상 이를 수용할 수 있는 공간을 확보하는데 어려움이 따르며, 또한 광학시스템의 전체 용적과 두께 및 중량이 증가함과 아울러 좌우 비대칭의 구조를 이루게 됨으로써 착용감을 현저히 저하시킴은 물론이고 이로 인해 장시간 착용시에는 그 사용자로 하여금 현기증이나 두통을 유발케 하는 문제점이 있는 것이다.However, the optical system has a difficulty in securing a space that can accommodate the HMD main body forming the spectacle shape, and also increases the total volume, thickness and weight of the optical system, and forms asymmetrical structure. Not only does it significantly reduce the fit, and this causes a problem that causes the user to cause dizziness or headache when worn for a long time.

이와 같은 도 3의 일측 단판형 광학시스템이 갖는 구조적 결함으로 인한 착용시의 편중부하 현상 및 착용감 불량 등을 해소하기 위해서는 프리즘을 사용한 중앙 단판형 광학시스템의 구조가 가장 이상적이다.The structure of the central single plate optical system using a prism is most ideal in order to solve such a phenomenon of the uneven load and the wearing comfort caused by the structural defect of the single plate optical system of FIG. 3.

이러한 중앙 단편형의 HMD용 광학시스템에 대한 종래 기술로는 대한민국 공개특허 제 1999-0048192호(1999. 7. 5. 공개)의 '단판식 HMD'가 있다. 상기의 공개 기술에 대한 구체적인 구조는 도 4에 도시한 바와 같다.Conventional technology for such an optical system for the central fragment type HMD is a 'single-type HMD' of Korean Patent Laid-Open Publication No. 1999-0048192 (published on July 5, 1999). The detailed structure of the disclosed technique is as shown in FIG.

상기 도 4에 도시된 HMD는, 양안의 중앙에 배치된 하나의 광원(Back-Light) (400)과, 하나의 디스플레이소자(액정표시기)(410)와, 상기 광원(400)으로부터 입사된 광 중 45°경사진 편광성분을 여파시키는 하나 이상의 편광필터(415)와, 상기 편광필터(415)를 통해 여파된 S편광 및 P편광을 각각 선택적으로 굴절 및 반사시키는 엑스프리즘(420)과, 상기 엑스프리즘(420)을 통해 분리된 각 파형의 영상광을 좌우 양안쪽으로 반사시켜주는 한 쌍의 반사경(440a)(440b)과, 반사된 각 영상광이 좌우 양안에 각각 결상되도록 해주는 한 쌍의 접안렌즈(450a)(450b)로 이루어져 있다. 상기 도면중 도면부호 421은 S편광 반사면, 422는 P편광 반사면을 나타낸 것으로서, 상기 각 반사면(421)(422)의 표면은 유전체로 코팅되어 그 반사되는 편광성분이 서로 상이하다.The HMD shown in FIG. 4 includes one light source 400 disposed at the center of both eyes, one display element (liquid crystal display) 410, and light incident from the light source 400. One or more polarization filters 415 for filtering out 45 ° polarized light components, an xprism 420 for selectively refracting and reflecting S-polarized light and P-polarized light filtered through the polarizing filter 415, and A pair of reflectors 440a and 440b for reflecting the image light of each waveform separated through the xprism 420 to both left and right eyes, and a pair of eyepieces for allowing each reflected image light to form an image in each of the left and right eyes. It consists of lenses 450a and 450b. In the drawing, reference numeral 421 denotes an S-polarized reflective surface and 422 denotes a P-polarized reflective surface, and the surfaces of each of the reflective surfaces 421 and 422 are coated with a dielectric, and the polarization components reflected therefrom are different from each other.

상기 광학시스템은 편광분리방식의 엑스프리즘(420)을 이용하는 단일 디스플레이소자(410)를 적용한 것으로서, 상기 각 반사면(421)(422)이 입사광과 직교할 때에는 목표한 소정의 효과를 거둘 수 있다.The optical system adopts a single display element 410 using the polarization splitting prism 420. When the reflective surfaces 421 and 422 are orthogonal to the incident light, the optical system can achieve a predetermined predetermined effect. .

그러나, 좌우 양안용의 광 분리가 이루어지기 위해서는 상기 각 반사면(421)(422)이 대각으로 45°기울어진 경사각을 유지함과 아울러 각각 S편광과 P편광을 투과할 수 있도록 코팅되어야 하는데, 상기 각 반사면(421)(422)이 45°기울어져 있을 때의 S편광과 P편광의 반사율은 각기 다르게 나타나므로 양안에 동일한 밝기의 출력신호를 얻을 수 없는 문제점이 있었다.However, in order to separate the light for both eyes, the reflective surfaces 421 and 422 must be coated to transmit the S polarized light and the P polarized light while maintaining the inclined angle of 45 ° diagonally. Since the reflectances of the S and P polarizations when the reflective surfaces 421 and 422 are inclined at 45 degrees are different from each other, there is a problem that an output signal having the same brightness cannot be obtained in both eyes.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 P편광의 반사율이 S편광의 반사율보다 높아질 수 있도록 유전체 적층량을 조절하여야 하지만, 'Brester Angle'을 이용하는 현재까지의 분할방식으로는 이를 정확히 맞추기가 현실적으로 매우 어렵고, 더욱이, 그 적층량을 적절히 조절하여 동일 광량으로 분배되었다하더라도 반사율 및 투과율이 상이한 P편광과 S편광의 특성상 낮은 쪽의 투과율을 선택하여 맞출 수밖에 없으므로 투과형 디스플레이소자(410)의 전·후면에 편광필터(415)를 사용하게 됨에 따른 광 효율 저하 및 추가광량 손실을 유발하는 또 다른 문제점을 갖게 되는 것이다.To solve this problem, it is necessary to adjust the dielectric stacking amount so that the reflectance of P polarized light is higher than that of S polarized light, but it is very difficult to accurately match it with the current division method using 'Brester Angle'. Even if the stacking amount is properly adjusted and distributed in the same amount of light, the polarization filter 415 is formed on the front and rear surfaces of the transmissive display element 410 because only the lower transmittance can be selected and matched due to the characteristics of P and S polarizations having different reflectances and transmittances. Using the) will have another problem that causes the light efficiency degradation and additional light loss.

또한, 상기의 광학시스템은 상기 디스플레이소자(410)와 엑스프리즘(420) 사이에 별도의 콜리메이팅 렌즈(Collimating Lens)를 사용하거나, 또는 상기 엑스프리즘(420)과 각 반사경(440a)(440b) 사이에 별도의 릴레이렌즈계를 사용하는 구조를 이루고 있지 아니하므로 좌우 양안에 맺혀지는 화상의 크기가 매우 제한적이고, 색수차가 발생될 우려가 높다는 문제점이 있었다.In addition, the optical system uses a separate collimating lens between the display element 410 and the xprism 420, or the xprism 420 and each of the reflectors 440a and 440b. Since there is no structure using a separate relay lens system in between, there is a problem that the size of the image formed on both the left and right eyes is very limited, and there is a high possibility of chromatic aberration.

또한, 상기 광학시스템에서는 상기 각 반사경(440a)(440b)을 통해 반사되는 영상광이 좌우 양안의 망막에 정확한 초점을 맺기 위해서는 상기 접안렌즈(450a)(450b)가 반드시 필요하고, 따라서 장치의 두께가 증가할 수밖에 없는 구조상의 결함에 의해 장시간 착용시의 착용감을 저하시키는 문제점도 있는 것이다.In addition, in the optical system, the eyepieces 450a and 450b are necessary for the image light reflected through each of the reflectors 440a and 440b to accurately focus on the retinas of both the left and right eyes. There is also a problem of lowering the feeling of wearing when worn for a long time due to the structural defect that must increase.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은, 자체발광형의 단일 디스플레이소자와 광량균등분할방식의 엑스프리즘 및 색수차 보정을 위한 복수의 광 수렴성 릴레이렌즈계를 적용함으로써 상기 발광디스플레이소자를 통해 출력된 영상광을 양안(兩眼)에 각각 균일하게 전달할 수 있고, 별도의 광원 및 접안렌즈가 불필요한 박막화된 구조를 구현하여 휴대 및 착용이 간편할 뿐만 아니라 장시간 착용시에도 피로감이 느껴지지 않으며, 제조비용 및 사용시의 전력소모를 현저히 절감시킬 수 있게 한 헤드 마운티드 디스플레이를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its object is to apply a single display element of self-luminous type, a light equalization splitting prism and a plurality of light converging relay lens systems for correcting chromatic aberration. The image light output through the light emitting display device can be uniformly delivered to both eyes, and a thin film structure that does not require a separate light source and eyepiece is realized, which is not only portable and easy to wear, but also long time wearing. It provides a head mounted display that does not feel fatigue and significantly reduces manufacturing cost and power consumption.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 공축시스템에 의해 회전대칭 형태로 가공된 렌즈를 적용하여 릴레이렌즈계를 형성함으로써 기존의 자유곡면 프리즘이 갖는 색수차에 기인한 초점오차의 발생에 의한 화상 흐림이나 왜곡현상을 제거할 수 있도록 된 헤드 마운티드 디스플레이를 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to form a relay lens system by applying a lens processed in a rotationally symmetrical form by a coaxial system, thereby forming an image blur or distortion caused by a focal error caused by chromatic aberration of a conventional free-curved prism. It is to provide a head-mounted display to remove the.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템은, 소정의 영상광을 출력하기 위한 자체발광형의 단일 발광디스플레이소자와, 상기 발광디스플레이소자로부터 출력되는 영상광을 각각 균등 분배하여 반사시켜주는 엑스프리즘과, 상기 엑스프리즘의 반사면을 통해 분리 굴절된 각각의 영상광을 소정배율로 확대 및 수렴시켜 전달하는 복수 일조를 이루는 한 쌍의 릴레이렌즈계와, 상기 각 릴레이렌즈계를 통해 확대 및 수렴된 영상광을 착용자의 좌우 양안쪽으로 각각 전환 반사시킬 수 있도록 소정의 반사각으로 좌안 및 우안에 각각 근접 배치된 한 쌍의 반사경을 포함하여 이루어진 것으로서, 상기 단일의 발광디스플레이소자 및 엑스프리즘이 착용자의 안면 정중앙에 배치되고 이를 중심으로 상기 각 릴레이렌즈계 및 반사경이 상호 대향되는 방향으로 각각 배치된 중앙 단판형의 구조를 이룬 것을 특징으로 한다.The optical system for a head mounted display according to the present invention for achieving the above object comprises equally distributing a single light emitting display element of a self-luminous type for outputting predetermined image light and an image light output from the light emitting display element. And a pair of relay lens systems constituting a plurality of pairs to enlarge and converge each of the image light separated and refracted through the reflective surface of the X prism at a predetermined magnification and to be transmitted, and through each of the relay lens systems. It comprises a pair of reflectors disposed in close proximity to the left and right eyes at a predetermined angle of reflection so as to convert and reflect the enlarged and converged image light to both the left and right eyes of the wearer, wherein the single light emitting display element and the xprism It is arranged in the center of the wearer's face and the above each relay The center system and the reflecting mirror are characterized in that the central plate-like structure arranged in the direction opposite to each other.

여기서, 상기 발광디스플레이소자는 발광다이오드, 유기발광다이오드, 발광중합체, 전자발광소자, 전계방출소자 및 중합체발광소자 중 선택된 어느 하나로 구성함이 바람직하다.Here, the light emitting display device is preferably composed of any one selected from a light emitting diode, an organic light emitting diode, a light emitting polymer, an electron light emitting device, a field emission device and a polymer light emitting device.

또한, 상기 엑스프리즘은, 편광필터를 사용한 편광분할방식에 의하여 영상광이 비대칭적으로 분할 반사되는 것을 배제할 수 있도록 각 분광량을 50:50으로 배분하는 광량균등분할방식을 적용하기 위한 구조로서, 50%의 반사강도로 코팅 처리된 반사면이 형성된 것을 적용함이 바람직하다.In addition, the xprism is a structure for applying a light quantity equalization method that distributes each spectral amount by 50:50 so as to exclude the asymmetric division and reflection of the image light by the polarization split method using a polarization filter. In this case, it is preferable to apply a coating having a reflection surface coated with a reflection strength of 50%.

또한, 상기 릴레이렌즈계는, 회전대칭 공축시스템으로 가공된 것으로서, 각각 소정의 곡률을 유지하는 서로 다른 형상의 렌즈를 병렬 배치하여 구성함이 바람직하다.In addition, the relay lens system is processed by a rotationally symmetrical coaxial system, and it is preferable that the relay lens system is configured by arranging lenses of different shapes each maintaining a predetermined curvature in parallel.

또한, 상기 반사경은 상기 릴레이렌즈계를 통해 전달되는 영상광의 진행방향 및 착용자의 시야방향에 대하여 각각 45°의 반사각을 유지하도록 배치되고, 그 반사면이 금속 코팅된 것을 적용함이 바람직하다.In addition, the reflector is disposed so as to maintain a reflection angle of 45 ° with respect to the advancing direction of the image light transmitted through the relay lens system and the viewing direction of the wearer, respectively, and the reflecting surface is preferably applied with a metal coating.

도 1은 종래 기술에 따른 두 개의 디스플레이소자가 적용된 일반적인 양판식 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템을 평면 도시한 개념도이다.1 is a conceptual view showing a planar optical system for a general two-plate head mounted display to which two display elements according to the prior art are applied.

도 2는 종래 기술에 따른 회전비대칭 비축시스템으로 가공한 프리즘이 적용된 다른 형태의 양판식 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템을 측면 도시한 개념도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a side view of an optical system for a two-head type head mounted display of another type to which a prism processed by a rotationally asymmetric stockpiling system according to the prior art is applied.

도 3은 종래 기술에 따른 하나의 디스플레이소자가 본체 일측에 배치된 단판식 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템을 평면 도시한 개념도이다.3 is a conceptual view illustrating a planar optical system for a single plate type head mounted display in which one display device according to the related art is disposed on one side of a main body.

도 4는 종래 기술에 따른 하나의 디스플레이소자가 본체 중앙에 배치된 단판식 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템을 평면 도시한 개념도이다.4 is a conceptual view illustrating a planar optical system for a single plate type head mounted display in which one display device according to the related art is disposed in the center of a main body.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하나의 발광디스플레이소자가 적용된 중앙배치 단판식 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템을 평면 도시한 개념도이다.FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an optical system for a centrally arranged single plate head mounted display to which one light emitting display device is applied according to a preferred embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명에 적용된 엑스프리즘(X-Prism)을 단품 형태로 도시한 분리사시도이다.FIG. 6 is an exploded perspective view showing the X-Prism applied to the present invention in a single unit form.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

10 ; 발광디스플레이소자 20 ; 엑스프리즘(X-Prism)10; Light emitting display element 20; X-Prism

21, 41a, 41b ; 반사면 30a, 30b ; 릴레이렌즈계21, 41a, 41b; Reflective surfaces 30a, 30b; Relay lens system

40a, 40b ; 반사경40a, 40b; Reflector

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템을 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an optical system for a head mounted display according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 소정의 발광디스플레이소자로부터 출력되는 영상광을 소정배율로 확대시켜 양안에 근접한 위치에서 각각 대 화면을 생성해낼 수 있게 되는 광학시스템으로서, 상기 발광디스플레이소자가 본체 일측 또는 중앙에 배치되는 단판형 구조의 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템이다.The present invention provides an optical system capable of generating a large screen at a position close to both eyes by enlarging the image light output from a predetermined light emitting display element at a predetermined magnification, wherein the light emitting display element is disposed at one side or the center of the main body. It is an optical system for a head mounted display with a plate-shaped structure.

본 발명의 구성에 있어서 양안과 대응되는 각각의 광학계는, 도 3으로 제시한 종래의 장치에서와 같이 광원(300) 및 디스플레이소자(310)를 본체 일측에 배치한 일측 단판형의 비대칭 구조에 적용할 수도 있으나, 중량 분산 등에 의한 착용감을 감안해 볼 때 실질적으로는, 후술하게 될 단일의 발광디스플레이소자 및 엑스프리즘이 착용자의 안면 정중앙에 배치되고 이를 중심으로 각 릴레이렌즈계 및 반사경이 상호 대향되는 방향으로 각각 배치된 중앙 단판형의 구조를 이루도록 하는 것이 이상적임을 미리 밝혀둔다.Each optical system corresponding to both eyes in the configuration of the present invention is applied to a single-sided asymmetric structure in which the light source 300 and the display element 310 are disposed on one side of the main body, as in the conventional apparatus shown in FIG. In view of the feeling of wearing due to weight dispersion or the like, in practice, a single light emitting display element and an exprism, which will be described later, are disposed in the center of the face of the wearer and the relay lens system and the reflecting mirror face each other. It is noted in advance that it is ideal to achieve a structure of central single plates arranged respectively.

도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템의 구조를 도시한 것으로, 도 5는 하나의 발광디스플레이소자(10)가 적용된 중앙배치 단판식 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템을 평면 도시한 개념도, 도 6은 본 발명에 적용된 엑스프리즘(20)을 단품 형태로 도시한 분리사시도를 각각 나타낸 것이다.5 and 6 illustrate a structure of an optical system for a head mounted display according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an optical system for a centrally arranged single plate type head mounted display to which one light emitting display element 10 is applied. Figure 6 is a conceptual view showing a plane, Figure 6 shows an exploded perspective view showing the exprism 20 applied to the present invention in the form of a single piece, respectively.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템은, 광원과 편광필터 및 접안렌즈 등이 필요 없는 박막화된 구조를 이루는 것으로서, 단일 발광디스플레이소자(10)와, 금속 코팅된 반사면(21)을 갖는 엑스프리즘(20)과, 복수 일조로 조합된 한 쌍의 릴레이렌즈계(30a)(30b) 및 한 쌍의 반사경(40a)(40b)을 포함하여 구성된다.As shown in the drawings, the optical system for a head mounted display according to the present invention is a thin film structure that does not require a light source, a polarizing filter, an eyepiece, etc., and has a single light emitting display element 10 and a metal coating. And a pair of relay lens systems 30a and 30b and a pair of reflecting mirrors 40a and 40b.

즉, 본 발명의 광학시스템은, 소정의 영상광을 출력하기 위한 자체발광형의 단일 발광디스플레이소자(10)와, 상기 발광디스플레이소자(10)로부터 출력되는 영상광을 각각 균등 분배하여 반사시켜주는 엑스프리즘(20)과, 상기 엑스프리즘(20)의 반사면(21)을 통해 분리 굴절된 각각의 영상광을 소정배율로 확대 및 수렴시켜 전달하는 3개 일조를 이루는 한 쌍의 릴레이렌즈계(30a)(30b)와, 상기 각 릴레이렌즈계(30a)(30b)를 통해 확대 및 수렴된 영상광을 착용자의 좌우 양안쪽으로 각각 전환 반사시킬 수 있도록 소정의 반사각으로 좌안 및 우안에 각각 근접 배치된 한 쌍의 반사경(40a)(40b)으로 이루어져 있다.That is, the optical system of the present invention is to equally distribute and reflect a single light emitting display element 10 of self-emission type for outputting predetermined image light and the image light output from the light emitting display element 10, respectively. A pair of relay lens systems 30a constituting three sets of the prism 20 and each image light separated and refracted through the reflecting surface 21 of the xprism 20 at a predetermined magnification and then transmitted. 30b and a pair disposed close to the left eye and the right eye at a predetermined angle of reflection so as to convert and reflect the image light magnified and converged through each of the relay lens systems 30a and 30b to the left and right eyes of the wearer, respectively. It consists of reflectors 40a and 40b.

여기서, 화상을 나타내는 상기 발광디스플레이소자(10)는 자체발광물질을 포함하여 별도의 광원이 필요 없는 고 화소의 화상연출이 가능한 디스플레이소자가 적용되고, 좌우 양안의 정중앙 위치에 착용자의 시야방향과 동일방향으로 마주보도록 배치된다.Here, the light emitting display device 10 representing the image is a display device capable of generating a high pixel image, including a self-luminous material, and does not require a separate light source. It is arranged to face in the direction.

상기의 발광디스플레이소자(10)로는, 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode), 유기발광소자(OLED; Organic Light Emitting Display), 발광중합체(LEP; Light Emitting Polymer), 전자발광소자(EL Element; Electro-Luminescence Element), 전계방출소자(FED; Field Emission Display), 또는 중합체발광소자(PLED; Polymer Light Emitting Display) 등이 적용될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 발광디스플레이소자(10)는 자체발광이 가능한 소재라면 어떠한 형태의 것이든 적용 가능하다.The light emitting display device 10 may include a light emitting diode (LED), an organic light emitting diode (OLED), a light emitting polymer (LEP), an electroluminescent device (EL Element) -Luminescence Element (FED), Field Emission Display (FED), or Polymer Light Emitting Display (PLED) can be applied. In other words, the light emitting display device 10 of the present invention can be applied to any type of material as long as it can emit light.

또한, 상기 엑스프리즘(20)은 상기 도 6에 도시된 바와 같이, 편광필터를 사용한 기존의 편광분할방식에 의하여 영상광이 비대칭적으로 분할 반사되는 것을 배제할 수 있도록 각 분광량을 50:50으로 배분하는 광량(Intensity) 균등분할방식을 적용하기 위하여, 'X'자형으로 4분할된 단위 프리즘이 상호 밀접한 상태로 조합되어 이루어진 것으로서, 상기 접촉 분할면을 50%의 반사강도로 코팅 처리하여서 된 반사면(21)을 갖는다. 즉, 상기 엑스프리즘(20)은 상기 발광디스플레이소자(10)로부터 출력된 영상광(화상신호)을 좌우양측으로 균등 분배할 수 있도록 그 전면 쪽에 배치되고, 동일규격의 등변삼각주 4개가 직육면체의 형태로 조합된 것이다.In addition, as shown in FIG. 6, the xprism 20 uses 50:50 of each spectral amount to exclude the asymmetric division and reflection of the image light by the conventional polarization splitting method using a polarization filter. In order to apply the equality division method to distribute the light, the unit prism divided into 'X' shape is formed in close contact with each other, and the contact divided surface is coated with 50% reflection intensity. It has a reflecting surface 21. That is, the exprism 20 is disposed on the front side so as to equally distribute the image light (image signal) output from the light emitting display device 10 to the left and right sides, and four equilateral triangles of the same standard are formed in a rectangular parallelepiped. It is combined with

상기 발광디스플레이소자(10)로부터 상기 엑스프리즘(20)에 입사된 영상광은 45°경사각을 이루는 상기 반사면(21) 중 첫 번째 반사면에 도달하여 전체 광량의 절반이 90°굴절 및 반사되고, 나머지 절반의 광량은 직진 투과하여 두 번째 반사면에서 굴절 및 반사되어 상기 각 릴레이렌즈계(30a)(30b)로 전달된다.The image light incident from the light emitting display device 10 to the xprism 20 reaches the first reflection surface of the reflection surface 21 forming a 45 ° inclination angle, and half of the total light is refracted and reflected by 90 °. The other half of the light is transmitted straight through, refracted and reflected by the second reflecting surface, and transmitted to each of the relay lens systems 30a and 30b.

한편, 상기 릴레이렌즈계(30a)(30b)의 각 렌즈는, 회전대칭으로 가공(회전방향에 대하여 대칭인 공축시스템으로 가공)된 것으로서, 각각 소정의 곡률을 유지하는 서로 다른 형상의 렌즈를 병렬 배치하여 이루어진다.On the other hand, each of the lenses of the relay lens system (30a, 30b) is processed by rotationally symmetrical (processed in a coaxial system symmetrical with respect to the rotational direction), and arranged in parallel with lenses of different shapes each maintaining a predetermined curvature It is done by

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 릴레이렌즈계는 서로 다른 곡률을 갖는 3개의 렌즈의 조합으로써 이루어지고, 이러한 일조의 렌즈들이 좌우 대칭적으로 배치되어 한 쌍의 상기 릴레이렌즈계(30a)(30b)를 이룬다. 상기 릴레이렌즈계(30a)(30b)는 그 각 렌즈간 곡률 조합형태에 따라 이에 적합하도록 상기 각 렌즈의 배율이 결정된다. 즉, 상기 릴레이렌즈계(30a)(30b)를 통과한 영상광은 색수차가 제거된 상태로 재배열되어 양안에 결상될 수 있도록 회전대칭 가공에 의해 최적화된 오목 및 볼록 형상의 공축 곡면을 이룬다.According to a preferred embodiment of the present invention, the relay lens system is composed of a combination of three lenses having different curvatures, such a pair of lenses are arranged symmetrically and a pair of the relay lens system (30a, 30b) To achieve. The magnification of each lens is determined so that the relay lens system 30a, 30b is suitable for this according to the curvature combination form between the lenses. That is, the image light passing through the relay lens systems 30a and 30b forms a concave and convex curved surface optimized by rotationally symmetric processing so that the chromatic aberration is rearranged to form an image in both eyes.

따라서, 상기 릴레이렌즈계(30a)(30b)는, 상기 엑스프리즘(20)을 통과하면서 산란되었던 영상광(광신호)이 상기 좌우 한 쌍의 릴레이렌즈계(30a)(30b)를 각각통과하면서 확대된 허상으로 양안쪽에 정확히 전달될 수 있도록 그 광파를 재배열함과 아울러, 상기 엑스프리즘(20)에 의해 발생한 색수차를 제거 또는 보정시켜준다. 즉, 상기 릴레이렌즈계(30a)(30b)는 화상이 왜곡되지 않도록 그 광신호를 확대 및 수렴시켜 양안에 각각 결상시키는 과정을 수행하게 되는 것이다.Accordingly, the relay lens system 30a (30b) is enlarged while the image light (optical signal) scattered while passing through the exprism 20 passes through the left and right pair of relay lens system (30a, 30b), respectively. The light waves are rearranged so as to be accurately transmitted to both eyes as a virtual image, and the chromatic aberration generated by the exprism 20 is removed or corrected. That is, the relay lens systems 30a and 30b perform a process of enlarging and converging the optical signals so that the images are not distorted, and forming images of both eyes.

여기서 말하는 색수차(Chromatic Aberration)란, 빛을 렌즈 등의 광학부품을 통해 투사하여 상이 맺히도록 하였을 때 그 빛의 파장에 따라 광학부품(렌즈)의 굴절률이 상이함으로 인해 상의 가장자리에 색이 붙어서 흐리게 보이거나 왜곡되는 현상을 의미하는 것으로, 그 유형을 살펴보면 결상 위치나 확대 배율 등의 수차, 광축 상에서 색에 의한 결상 위치의 뒤틀림에 의한 축상 색수차, 배율의 변형에 의한 배율 색수차 등으로 나타난다.The term chromatic aberration refers to blurring due to the color of the edges of the image due to the difference in refractive index of the optical component (lens) depending on the wavelength of the light when the image is formed by projecting light through an optical component such as a lens. This is a phenomenon in which the image is distorted or distorted, and its type is represented by an aberration such as an imaging position or an enlarged magnification, an axial chromatic aberration due to distortion of an imaging position due to color on the optical axis, a magnification chromatic aberration due to a deformation of the magnification, and the like.

또한, 상기 한 쌍의 반사경(40a)(40b)은 상기 릴레이렌즈계(30a)(30b)를 통해 전달되는 영상광의 진행방향 및 착용자의 시야방향에 대하여 각각 45°의 반사각을 유지하도록 배치되고, 그 각 반사면(41a)(41b)은 금속 코팅된 것을 적용한다. 이때, 상기의 코팅금속으로는 알루미늄(Al)이나 은(Ag) 계열의 금속분말이 사용되고, 그 표면에는 이산화규소(SiO2)나 마그네슘플로라이드(MgF2) 재질의 보호막을 도포 처리하게 된다.In addition, the pair of reflecting mirrors 40a and 40b are disposed to maintain a reflection angle of 45 ° with respect to the advancing direction of the image light transmitted through the relay lens system 30a and 30b and the viewing direction of the wearer, respectively. Each reflecting surface 41a, 41b applies a metal coating. In this case, aluminum (Al) or silver (Ag) -based metal powder is used as the coating metal, and a protective film made of silicon dioxide (SiO 2 ) or magnesium fluoride (MgF 2 ) is coated on the surface thereof.

따라서, 릴레이렌즈계(30a)(30b)를 통해 상기 각 반사경(40a)(40b)의 반사면(41a)(41b)에 수렴된 영상광은, 상기의 각 반사경(40a)(40b)에 의해 좌안 및 우안 쪽으로 각각 90°굴절되며 전반사된다.Therefore, the image light converged to the reflecting surfaces 41a and 41b of the respective reflecting mirrors 40a and 40b through the relay lens system 30a and 30b is left-eye by the reflecting mirrors 40a and 40b. 90 ° refracted and totally reflected toward the right eye, respectively.

이상에서 설명한 본 발명의 각 구성 및 작용에 의해, 상기 단일 발광디스플레이소자(10)로부터 투사된 화상은 엑스프리즘(20)과 각 릴레이렌즈계(30a)(30b) 및 반사경(40a)(40b)을 통해 각각 좌우 양안에 전달되어 착용자로 하여금 소정의 영상을 고화질 대형 화면의 형태로 즐길 수 있게 되는 것이다.According to the above-described configurations and functions of the present invention, the image projected from the single light emitting display element 10 is used to determine the X prism 20, each of the relay lens systems 30a, 30b, and the reflecting mirrors 40a, 40b. Through each of the left and right eyes are delivered to the wearer can enjoy a predetermined image in the form of a high-quality large screen.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템에 의하면, 전력소모가 적은 자체발광형의 단일 디스플레이소자와 광량균등분할방식의 엑스프리즘 및 색수차 보정을 위한 복수의 광 수렴성 릴레이렌즈계를 적용함으로써 상기 발광디스플레이소자를 통해 출력된 영상광을 대 화면의 형태로 양안에 각각 균일하게 전달할 수 있고, 별도의 광원과 접안렌즈 및 컨트롤러 등이 불필요한 박막화된 구조를 구현하여 휴대 및 착용이 간편할 뿐만 아니라 장시간 착용시에도 두통이나 현기증을 유발하지 아니하여 피로감이 느껴지지 않으며, 제조비용 및 사용시의 전력소모를 현저히 절감시킬 수 있어 특수계층 및 특정용도로 한정하여 사용되었던 종전의 경우에 비해 제품의 대중화에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다. 더욱이, 전력소모율이 매우 낮기 때문에 휴대용 배터리만으로도 장시간 사용이 가능하다.According to the optical system for a head mounted display according to the present invention as described above, the self-emitting single display device with low power consumption, and the multiple light-converging relay lens system for correcting the chromatic aberration and the light equalization splitting prism Thus, the video light output through the light emitting display device can be uniformly delivered to both eyes in the form of a large screen, and it is easy to carry and wear by implementing a thin film structure that does not require a separate light source, an eyepiece, and a controller. In addition, even when worn for a long time does not cause headaches or dizziness, fatigue is not felt, and the manufacturing cost and power consumption can be significantly reduced, so that the popularization of the product compared to the previous cases that was limited to special layers and specific uses There is an effect that can greatly contribute to. In addition, the very low power consumption allows for long-term use with a portable battery alone.

또한, 본 발명의 광학시스템에 의하면, 공축시스템에 의해 회전대칭 형태로 가공된 렌즈를 적용하여 릴레이렌즈계를 형성함으로써 기존의 자유곡면 프리즘이 갖는 색수차에 기인한 초점오차의 발생에 의한 화상 흐림이나 왜곡현상을 제거할 수 있게 되어 고화질의 디스플레이 성능을 발휘할 수 있으며, 열이 많이 발생하던종전의 고휘도 광원 대신 저열의 자체발광형 디스플레이소자를 적용함으로써 장시간 사용시에도 온도의 상승 폭이 미미하여 각 렌즈들의 물리적 또는 화학적 변형을 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.In addition, according to the optical system of the present invention, by forming a relay lens system by applying a lens processed in a rotationally symmetrical form by a coaxial system, image blur or distortion caused by the occurrence of a focus error caused by chromatic aberration of a conventional free-curved prism It is possible to eliminate the phenomenon and can display high-definition display performance. By applying a low heat self-luminous display element instead of the high brightness light source which was generated a lot of heat, the temperature rise is small even when used for a long time. It is effective to prevent chemical modification.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 기준하여 설명되어 있으나 이는 예시적인 것이라 할 수 있고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예들을 생각해 낼 수 있으므로 이러한 균등한 실시예들 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 보아야 함은 극히 당연한 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 결정되어야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, this may be regarded as exemplary, and those skilled in the art may conceive various modifications and equivalent embodiments therefrom. It should be understood that such equivalent embodiments are also included within the claims of the present invention. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

Claims (6)

소정의 디스플레이소자로부터 출력되는 영상광을 소정배율로 확대시켜 양안에 근접한 위치에서 각각 대 화면을 생성해내는 단판형 구조의 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템에 있어서,In the optical system for a head mounted display having a single plate structure in which the image light output from a predetermined display element is enlarged at a predetermined magnification to generate a large screen at positions close to both eyes, 소정의 영상광을 출력하기 위한 자체발광형의 단일 발광디스플레이소자;A self-luminous single light emitting display element for outputting predetermined video light; 상기 발광디스플레이소자로부터 출력되는 영상광을 각각 균등 분배하여 반사시켜주는 엑스프리즘;An exprism for equally distributing and reflecting image light output from the light emitting display device; 상기 엑스프리즘의 반사면을 통해 분리 굴절된 각각의 영상광을 소정배율로 확대 및 수렴시켜 전달하는 복수 일조를 이루는 한 쌍의 릴레이렌즈계; 및A pair of relay lens systems constituting a plurality of pairs to enlarge, converge, and transmit each of the image lights separated and refracted through the reflective surface of the xprism at a predetermined magnification; And 상기 각 릴레이렌즈계를 통해 확대 및 수렴된 영상광을 착용자의 좌우 양안쪽으로 각각 전환 반사시킬 수 있도록 소정의 반사각으로 좌안 및 우안에 각각 근접 배치된 한 쌍의 반사경;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템.And a pair of reflectors disposed close to the left eye and the right eye at a predetermined angle of reflection so as to convert and reflect the image light magnified and converged through the relay lens systems to the left and right eyes of the wearer, respectively. Optical system for mounted displays. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 발광디스플레이소자는 발광다이오드(LED), 유기발광소자(OLED), 발광중합체(LEP), 전자발광소자(ELElement), 전계방출소자(FED) 및 중합체발광소자(PLED) 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템.The light emitting display device is any one selected from a light emitting diode (LED), an organic light emitting device (OLED), a light emitting polymer (LEP), an electron light emitting device (ELElement), a field emission device (FED) and a polymer light emitting device (PLED). An optical system for a head mounted display. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 엑스프리즘은, 편광필터를 사용한 편광분할방식에 의하여 영상광이 비대칭적으로 분할 반사되는 것을 배제할 수 있도록 각 분광량을 50:50으로 배분하는 광량(Intensity) 균등분할방식을 적용하기 위한 구조로서, 50%의 반사강도로 코팅 처리된 반사면을 구비한 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템.The Xprism is a structure for applying an intensity equalization method of dividing each spectral amount by 50:50 so as to exclude the asymmetric division and reflection of the image light by the polarization split method using a polarization filter. An optical system for a head mounted display, comprising: a reflective surface coated with a reflectivity of 50%. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 릴레이렌즈계는, 회전대칭 공축시스템으로 가공된 것으로서, 각각 소정의 곡률을 유지하는 서로 다른 형상의 렌즈를 병렬 배치하여 이루어진 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템.The relay lens system is processed by a rotationally symmetrical coaxial system, and the optical system for a head mounted display, characterized in that formed by arranging lenses of different shapes each maintaining a predetermined curvature in parallel. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반사경은 상기 릴레이렌즈계를 통해 전달되는 영상광의 진행방향 및 착용자의 시야방향에 대하여 각각 45°의 반사각을 유지하도록 배치되고, 그 반사면은 금속 코팅된 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템.And the reflectors are arranged to maintain a reflection angle of 45 ° with respect to the advancing direction of the image light transmitted through the relay lens system and the viewing direction of the wearer, respectively, and the reflecting surfaces are coated with a metal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단일의 발광디스플레이소자 및 엑스프리즘은 착용자의 안면 정중앙에 배치되고, 상기 각 릴레이렌즈계 및 반사경은 좌우 양안에 대하여 각각 대응되도록 상기 엑스프리즘을 중심으로 상호 대향되는 방향으로 배치된 중앙 단판형의 구조를 이룬 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이용 광학시스템.The single light emitting display element and the xprism are disposed at the center of the face of the wearer, and each of the relay lens system and the reflector are arranged in a direction opposite to each other about the xprism so as to correspond to the left and right eyes respectively. Optical system for a head mounted display, characterized in that achieved.
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