KR20070104960A - 헤드 마운티드 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

헤드 마운티드 디스플레이 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 영상을 각각 출력하는 두 개의 마이크로 디스플레이들 및 마이크로 디스플레이들로부터 출력된 영상들로 허상을 형성함과 동시에 영상들을 사용자의 양안으로 각각 입사시키는 두 개의 렌즈들을 포함하고, 마이크로 디스플레이 및 렌즈 중 적어도 하나를 조정하여, 양안을 연결하는 직선과 허상과 사용자의 양안 각각을 연결하는 직선 사이의 각도가 예각이 되도록 하여 허상이 유한 거리에 위치하는 경우 실제 영상을 보는 것과 같이 편안한 효과를 갖는다.

헤드 마운티드 디스플레이, 마이크로 디스플레이, 안구 각도

Description

헤드 마운티드 디스플레이 장치{A head mounted display apparatus}

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 나타낸 구조도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 나타낸 구조도이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 의해 사용자의 우안으로 영상이 입사되는 모습을 나타낸 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 마이크로 디스플레이 103 : 렌즈

105 : 허상 201 : 거울

본 발명은 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display : HMD) 장치에 관한 것이다.

최근 디스플레이 소자의 소형화 추세에 따라 개인용 디스플레이 장치의 수요가 증가하고 있는데, 소형 화상 표시 소자에서 출력된 화상을 광학계를 이용하여 확대하고, 이에 따른 허상을 눈으로 보게 하면서 마치 일정한 거리에 대형의 스크린을 두고 화상을 보는 것과 동일한 효과가 있는 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 이러한 장치는 대부분 머리에 안경과 같은 방법으로 착용하는 형태를 갖고 있기 때문에 헤드 마운티드 디스플레이(head mounted display)장치라고 불린다.

헤드 마운티드 디스플레이 장치는 인체에 장착하므로 착용시 불편함을 느끼지 않도록 인체공학적인 구조가 요구되며 사용자가 실제 영상을 보는 것이 아니라 허상을 봄으로써 실제와 다른 정보가 사용자의 인체에 미치는 영향에 대해서도 고려되어야한다.

헤드 마운티드 디스플레이 장치는 하나의 영상 디스플레이 영상을 단안으로 보는 방식과 두 개의 디스플레이 영상을 두 채널의 광학계를 통해 보는 방식이 있다. 이 중 후자의 방식은 두 개의 디스플레이에 삼차원 영상을 구현하기 위하여 다른 시각의 영상을 디스플레이하는 방식과 2차원 영상을 구현하기 위하여 같은 영상을 두 개의 디스플레이를 통해 보는 방식으로 나뉜다.

일반적으로 2차원 양안 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 두 개의 마이크로 디스플레이들에서 출력되는 동일한 영상들이 각각의 접안 렌즈들을 통하여 사용자의 양안으로 각각 입사한다. 즉, 두 개의 마이크로 디스플레이들은 동일한 영상을 각각 출력하고, 두 개의 렌즈는 두 개의 마이크로 디스플레이들에서 출력된 각각의 영상들을 이용하여 허상을 형성하고 영상을 사용자의 양안으로 각각 입사한다. 이때, 사용자의 안구로 입사되는 영상은 사용자의 양안을 잇는 직선과 수직으로 입사한다. 즉, 허상과 사용자의 양안 각각을 연결하는 직선과 사용자의 양안을 연결하 는 직선이 이루는 각도(이하 안구 각도라 한다)는 90°가 된다. 허상의 위치가 무한대에 있을 경우에는 안구 각도가 90°가 되어 실제 무한대에 있는 영상을 볼 때와 같이 사용자의 양안이 사물을 인식하는 것이 자연스럽다. 하지만, 허상의 위치가 무한대가 아닌 경우에도 안구의 각도가 그대로 90°인 경우 인체는 피로해지고 사물을 인식하는 것이 불편하다.

본 발명은 이상과 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 안구 각도를 조정하여 실제 영상을 보는 것과 같이 편안한 헤드 마운티드 디스플레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 영상을 각각 출력하는 두 개의 마이크로 디스플레이들 및 상기 마이크로 디스플레이들로부터 출력된 영상들로 허상을 형성함과 동시에 상기 영상들을 사용자의 양안으로 각각 입사시키는 두 개의 렌즈들을 포함하고, 상기 마이크로 디스플레이 및 상기 렌즈 중 적어도 하나를 조정하여, 상기 양안을 연결하는 직선과 상기 허상과 상기 사용자의 양안 각각을 연결하는 직선 사이의 각도가 예각이 되게 하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

이어서, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 나타 낸 구조도이다. 도 1에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 두 개의 마이크로 디스플레이(micro display)(101)와 두 개의 렌즈(103)를 포함한다. 마이크로 디스플레이(101)는 영상을 출사하여 렌즈(103)로 입사한다.

렌즈(103)는 마이크로 디스플레이(101)로부터 입사된 영상을 이용하여 사용자의 양안(107 및 109)으로 영상을 보낸다. 렌즈(103)는 영상을 이용하여 사용자의 양안(107 및 109)과 반대편으로 허상(105)을 형성한다. 마이크로 디스플레이(101)로부터 입사된 렌즈(103)를 통하여 보내진 영상은 사용자의 양안(107 및 109)에 결상되고 사용자는 영상을 감상할 수 있게 된다. 이때 두 개의 렌즈(103)로부터 형성되는 허상(105)의 위치가 일치하고, 사용자의 양안(107 및 109)을 연결하는 직선과 허상(105)과 사용자의 양안(107 및 109) 각각을 연결하는 직선 사이의 안구 각도 α(113)가 예각이 되도록 마이크로 디스플레이(101)와 렌즈(103)를 조정한다. 마이크로 디스플레이(101)와 렌즈(103)를 조정하는 방법의 한 예로 도 1에서는 마이크로 디스플레이(101)를 사용자의 양안(107 및 109)을 연결하는 직선과 수직이며 상기 사용자의 양안 각 각을 지나는 직선(111)에서 일정 거리만큼 좌, 우로 이동하였다. 마이크로 디스플레이(101)외에 렌즈(103)를 이동할 수도 있고, 마이크로 디스플레이(101)와 렌즈(103) 모두를 좌 또는 우로 이동할 수도 있다. 사용자의 양안(107 및 109)은 각각의 렌즈(103)를 통해 유한 거리에 형성된 하나의 허상(105)으로 영상을 인식한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 나타낸 구조도이다. 도 2에 따른 헤드 마운티드 장치는 두 개의 마이크로 디스플레 이(101), 두 개의 렌즈(103) 그리고 두 개의 거울(201)을 포함한다. 마이크로 디스플레이(101)는 영상을 출사하고, 거울(201)은 마이크로 디스플레이(101)가 출사한 영상을 받아 렌즈(103)로 반사한다. 이때, 거울(201)은 각도 조절이 가능한 거울(201)을 사용한다. 렌즈(103)는 거울(201)로부터 영상을 받아 사용자의 양안(107 및 109)과 반대편으로 허상(105)을 형성하고 거울(201)이 반사한 영상을 사용자의 양안(107 및 109)으로 보낸다. 이때 두 개의 렌즈(103)로부터 형성되는 허상(105)의 위치가 일치하고, 안구 각도 α(113)가 예각이 되도록 마이크로 디스플레이(101), 거울(201) 그리고 렌즈(103)를 조정한다. 도 2에서는 사용자의 양안(107 및 109)을 연결하는 직선과 수직이며 사용자의 양안(107 및 109) 각 각을 지나는 직선(111)에서 좌 또는 우로 렌즈(103)와 거울(201)을 이동하고, 렌즈(103)와 거울(201)을 좌 또는 우로 일정 각도를 회전시킨다. 사용자의 양안(107 및 109)은 두 개의 마이크로 디스플레이(101)로부터 입사된 영상을 각각의 거울(201)과 렌즈(103)를 통해 유한 거리에 있는 하나의 허상(105)으로 인식한다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 의해 사용자의 우안으로 영상이 입사되는 모습을 나타낸 것이다. 마이크로 디스플레이(101)는 영상을 출사하고, 거울(201)은 마이크로 디스플레이(101)로부터 영상을 받아 렌즈(103)로 반사한다. 렌즈(103)는 사용자의 우안(107)으로 영상을 보냄과 동시에 사용자의 우안(107)과 반대편으로 허상(105)을 형성한다. 사용자의 우안(107)은 허상(105)을 통해 영상을 인식한다. 이때, 마이크로 디스플레이(101)가 사용자의 양안(107 및 109)을 연결하는 직선에 수직인 직선과 평행해서 θ(301)가 0°이고, 거울(201)이 사용자의 양안(107 및 109)을 연결하는 직선에 수직인 직선과 이루는 각도 β(303) 가 45°인 경우, 마이크로 디스플레이(101)가 출사하는 영상은 거울(201)에 입사각 45°로 입사하고, 출사각 또한 45°로 렌즈(103)로 반사된다. 이때, 사용자의 우안(107)과 허상(105)을 연결하는 직선은 사용자의 양안(107 및 109)을 연결하는 직선과 수직이다. 즉, 안구 각도 α(113)는 90°가 된다. 이때, 사용자는 무한대의 허상(105)을 인식하게 된다. 본 발명에 따라 유한 거리에 있는 허상(105)을 인식하기 위해, 사용자의 양안(107 및 109)을 연결하는 직선과 수직이며 사용자의 양안(107 및 109) 각 각을 지나는 직선(111)에서 좌 또는 우로 렌즈(103)와 거울(201)을 이동하고, 상기 직선(111)에서 좌 또는 우로 렌즈(103)와 거울(201)을 일정 각도 회전시킨다. 일 실시 예로 안구 각도 α(113)가 88°가 되도록 하기 위해서는 상기 마이크로 디스플레이(101)와 거울(201)의 각도 θ(301)와 β(303)를 각각 조정한다. 즉 마이크로 디스플레이(101)의 각도 θ(301)가 2°, 거울(201)의 각도 β(303)가 44°가 되도록 설계한다. 마이크로 디스플레이(101)에서 나오는 영상은 입사각 46°로 거울에 입사하고, 출사각 또한 46°가 된다. 따라서 사용자의 우안(107)과 허상(105)을 연결하는 직선은 사용자의 양안(107 및 109)을 연결하는 직선에 수직인 선과 2°의 각을 가진다. 90°에서 안구 각도 α(113)를 뺀 값이 θ(301)와 같아짐을 알 수 있다. 따라서 원하는 유한 거리의 허상(105)의 위치에 따라 α(113)를 정하고, 이에 따라 θ(301)를 정할 수 있다.

본 발명에 의한 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 안구 각도를 조정하여 실제 영상을 보는 것과 같이 편안한 효과를 갖는다.

Claims (5)

1. 영상을 각각 출력하는 두 개의 마이크로 디스플레이들; 및

   상기 마이크로 디스플레이들로부터 출력된 영상들로 허상을 형성함과 동시에 상기 영상들을 사용자의 양안으로 각각 입사시키는 두 개의 렌즈들을 포함하고,

   상기 마이크로 디스플레이 및 상기 렌즈 중 적어도 하나를 조정하여, 상기 양안을 연결하는 직선과 상기 허상과 상기 사용자의 양안 각각을 연결하는 직선 사이의 각도가 예각이 되게 하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 헤드 마운티드 디스플레이 장치는

   상기 마이크로 디스플레이로부터 상기 렌즈로 상기 영상이 진행하는 경로상에 마련되어 상기 마이크로 디스플레이로부터 상기 영상을 받아 상기 렌즈로 반사하는 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
3. 제1 항에 있어서, 상기 마이크로 디스플레이 및 상기 렌즈 중 적어도 하나는

   상기 사용자의 양안을 연결하는 직선과 수직이며 상기 사용자의 양안 각 각을 지나는 직선에서

   좌 또는 우로 일정 거리를 이동시켜 구비되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
4. 제1 항에 있어서, 상기 마이크로 디스플레이 및 상기 렌즈 중 적어도 하나는

   상기 사용자의 양안을 연결하는 직선과 수직이며 상기 사용자의 양안 각 각을 지나는 직선에서 좌 또는 우로 일정 각도를 회전하여 구비되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
5. 제3 항에 있어서, 상기 마이크로 디스플레이 및 상기 렌즈 중 적어도 하나는

   상기 사용자의 양안을 연결하는 직선과 수직이며 상기 사용자의 양안 각 각을 지나는 직선에서 좌 또는 우로 일정 각도를 회전하여 구비되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치.

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