KR20120088754A

KR20120088754A - 헤드 마운티드 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20120088754A
Application number: KR1020127013176A
Authority: KR
Inventors: 더글라스 피터 마기아리
Original assignee: 더글라스 피터 마기아리
Priority date: 2009-11-21
Filing date: 2009-11-21
Publication date: 2012-08-08
Also published as: MX2012005855A; EP2502223A1; CN102667912B; CN102667912A; JP5871809B2; EP2502223A4; US9250444B2; US20120229367A1; WO2011062591A1; JP2013511744A

Abstract

헤드 마운티드 디스플레이 장치는 프레임, 및 상기 프레임에 연결되어 사용자의 눈 전면에 배치되는 광학 하우징을 포함한다. 상기 광학 하우징은 상기 광학 하우징 내에 배치되어 시각 콘텐트를 출사하는 발광 시각 소스, 및 상기 발광 시각 소스와 광학적으로 연결되어 상기 투사된 시각 콘텐트를 상기 사용자의 눈으로 반사하는 다수의 광학 반사면들을 포함한다.

Description

헤드 마운티드 디스플레이 장치{HEAD MOUNTED DISPLAY DEVICE}

본 발명은 시각 디스플레이 소스(visual display source)로부터 시각 콘텐트(visual content)를 디스플레이하고 시청하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 관한 것이다.

헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display : HMD)는 사용자의 헤드에 착용하는 디스플레이 장치로서, 사용자가 시각 디스플레이 콘텐트를 넓은 범위에 걸쳐서 볼 수 있도록, 사용자의 두 눈들 중 어느 하나의 전면에 배치된 단일 소형 디스플레이 광학 기구[단안용(monocular) HMD], 또는 사용자의 두 눈들 각각의 전면에 배치된 2개의 소형 디스플레이 광학 기구[양안용(bi-ocular) HMD]를 갖는다. 양안용 HMD는 사용자가 시각 콘텐트를 3차원적으로 볼 수 있도록 한다. 현재 군사용, 상업용 및 소비자 시장들에서 유통되고 있는 HDM 장치들은 한 쌍의 고글(goggle)/글래스 타입 또는 사용자의 헤드에 착용하는 헬멧(helmet) 타입이다. 부가적으로, 현재 시장에서 유통되고 있는 HMD 장치들은 서로 다른 기술들에 의존하므로, 굴절(refractive), 회절(diffractive) 및 레이저 라이터(laser writer)의 3개의 다른 유형들로 분류된다.

시장에서 유통되고 있는 HMD 장치의 제 1 유형은 굴절형 HMD이다. 굴절형 HMD는 굴절의 광학 물리학 원칙을 이용해서 시각 콘텐트의 투사 영상(projection)을 시각 디스플레이 소스로부터 사용자의 눈으로 전달한다. 굴절형 HMD는 아크릴과 같은 투명 플라스틱을 이용해서 시각 콘텐트의 투사 영상을 시각 디스플레이 소스로부터 사용자의 눈으로 전달하여, 사용자의 눈에 최종적으로 가간섭성(coherent)하면서 확대된 이미지를 생성시킨다. 광 전달 매개체는 렌즈 또는 일련의 렌즈들로서, 렌즈는 시각 소스로부터 광 파동(light wave)이 광 전달 매개체로 진입한 후 나가는 동안 광 파동을 구부리고 확대시킴으로써, 확대 글래스의 기능과 유사하게 확대된 결합 이미지를 형성한다. 이것이 현재 시장에서 사용되고 있는 대부분의 HMD에 채용되는 기술이다.

굴절형 HMD가 HMD 시장에서 사용되는 지배적인 기술이지만, 굴절형 HMD는 몇 가지 단점들을 갖고 있다. 굴절형 HMD는 광 전달 매개체로서 MD의 광 경로 상에 배치된 무거우면서 큰 플라스틱 블럭을 갖고 있기 때문에, 이러한 형태의 HMD는 사용자의 헤드 또는 얼굴에 착용하기에는 너무 무겁고 부피가 크며 다루기가 힘들다는 것이다. 이것은 이러한 HMD를 착용하는 사용자의 전체적인 편안함을 제한하게 된다. 또한, 이러한 거대한 장비는 이러한 디바이스에 적용될 수 있는 스타일링(styling)도 제한하게 된다. 아울러, 굴절형 HMD의 굴절 렌즈들은 사용자의 시야 범위 내에 배치되어 있기 때문에, 적당한 씨-스루 비전(see-through vision) 또는 투사된 시각 콘텐트를 보는 동시에 실제 주위 환경을 명확하게 볼 수 있는 능력, 즉 "혼합된 실상 시청"을 사용자에게 줄 수 있는 굴절형 HMD를 만드는 것이 매우 복잡해진다. 굴절형 HMD의 또 하나의 단점은 사용자가 투사된 시각 콘텐트보다 다른 것을 보지 못하게 하거나 또는 사용자의 주변 시야를 심하게 제한하여, 사용자가 심한 밀실 공포증을 느끼게 한다는 것이다. 소비자 또는 시장에서 유통되고 있는 대부분의 굴절형 HMD의 또 하나의 단점은 시야각(Field of View : FOV)이 25°, 최대 40°정도로서 매우 제한적이다는 것이다. 굴절형 HMD의 시야각을 25° 이상으로 증가시키기 위해서는, 시장에서 중요한 금지 사항인 장비의 가격과 중량이 크게 증가하게 된다. 군사 시장에서는 40°내지 120°정도의 시야각을 갖는 굴절형 HMD가 있으나, 이러한 굴절형 HMD도 매우 무겁고 고가이다.

시장에서 유통되고 있는 HMD 장치들의 제 2 유형은 회절형 HMD, 정확하게는 복합 굴절/회절형 HMD이다. 시각 디스플레이 소스로부터 시각 콘텐트의 투사 영상을 사용자의 눈으로 전달하기 위해서, 회절형 HMD들은 광학 물리학의 회절 법칙과 굴절 뿐만 아니라 회절 격자들을 사용한다. 이러한 타입의 HMD는 시각 콘텐트의 투사 영상을 굴절형 전달 매개 요소들 중 하나 내에 포함된 전달 매개체와 회절 격자를 통과하여 최종적으로 가간섭성하고 확대된 이미지를 사용자의 눈에 생성시킨다. 전달 매개체를 통과하는 투사된 시각 콘텐트로부터의 광 파동들은 사용자에게 단일 가간섭성 이미지를 제공하는 회절 격자를 최종적으로 통과하게 된다. 이러한 복합 HMD 시스템들의 주요 단점은 높은 강도의 광원을 요구하는 관계로, 소비 전력 측면에서 매우 비효율적이고, 이에 따라 만족할만한 수준으로 작동하기 위해서는 상당한 양의 파워를 요구하고 또한 수명이 크게 단축된다. 또한, 회절 격자들의 작동 방식으로 인해서 회절형 HMD는 다소 제한된 시야각을 갖는다.

시장에서 유통되는 HMD 장치들의 제 3 유형은 레이저-라이터 HMD이다. 레이저-라이터 HMD는 적색, 녹색 및 청색 레이저들로 이루어진 원격 레이저 광 엔진, 및 입력 시각 디스플레이 신호에 따라 레이저 광들의 방향을 전환시키고 조사하여 가간섭성 시각 이미지를 생성하는 한 세트의 레이저 라이터들을 사용한다. 레이저들과 레이저 라이터는 가간섭성 광섬유 케이블을 매개로 헤드 마운티드 디스플레이 유닛에 연결되어, 이미지들을 헤드 마운티드 디스플레이 유닛으로 전송한다. 이미지들은 가간섭성 광섬유 케이블로부터 최종 시각 스크린, 일반적으로 HMD 유닛 내의 투명 렌즈들 상으로 투영되어, 사용자가 볼 수 있게 된다. 이러한 타입의 HMD과 관련된 하나의 단점은 이러한 시스템에서 요구하는 가간섭성 광섬유 케이블이 매우 고가라는 것이다. 이러한 HMD의 다른 단점은, 이미지가 광섬유 케이블로부터 투사될 때, 헤드 유닛이 이미지를 확대하기 위한 굴절 광학 기구를 여전히 요구하게 되어, 시야각이 제한되면서 헤드 유닛의 무게가 증가된다는 것이다. 또한, 레이저-라이터 HMD의 또 하나의 단점은 시각 콘텐트를 3차원으로 볼 경우에 명백해진다. 3차원 시청을 할 경우에, HDM 시스템은 명확하게 구분되는 2개의 이미지들을 헤드 유닛으로 전송함과 동시에 헤드 유닛에 2개의 이미지들을 각 눈별로 분리시키기 위한 빔 스플릿터(beam splitter)를 구비시켜야 한다는 것이 요구된다는 것이다. 또는, 3차원 시각 콘텐트 전달에 필요한 제 2 이미지를 생성하기 위해서, HMD 시스템은 제 1 레이저 시스템과 동시에 작동하는 제 2 레이저 시스템을 필요하게 된다. 이에 따라, 레이저-라이터 HMD의 가격은 매우 비싸지게 된다. 레이저-라이터 HMD의 또 하나의 단점은 이러한 장치를 동작시키는데 필요한 소비 전력이 매우 높다는 것이다. 만일 광섬유 케이블의 최소 굽힘 반경을 넘어설 경우, 이미지를 광섬유 케이블을 통해서 헤드 마운티드 유닛으로 전송하는데 잠재적으로 문제가 발생될 수 있다. 케이블이 너무 짧은 반경으로 구부러져 있으면, 신호 손실이 상당해지게 된다.

이러한 3가지 유형들의 HMD 시스템들 어느 것도 저가이고 가벼우면서 편안하고 육안-근접형 HMD 장치로 생각될 수 있는 단일 장치로부터 사용자가 볼 수 있는 확대된 가간섭성 시각 콘텐트를 제공할 수 없다. 결과적으로, 현재 사용 중인 3가지 타입의 시스템들과 관련된 단점들과 문제들 때문에, 저가이면서 가볍고 컴팩트하고 편안하면서 육안-근접형인 새로운 타입의 HMD 장치가 요구되고 있다.

본 발명은 시각 디스플레이 소스로부터 시각 콘텐트를 디스플레이하여 볼 수 있도록 하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 제공한다.

본 발명의 일 견지에 따른 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 프레임, 및 상기 프레임에 연결되어, 적어도 부분적으로는 사용자의 눈 전면에 배치되는 광학 하우징을 포함한다. 상기 광학 하우징은 상기 광학 하우징 내에 배치되어 시각 콘텐트를 출사하는 발광 시각 소스, 및 상기 광학 하우징 내에 배치되어 상기 투사된 시각 콘텐트를 상기 사용자의 눈으로 확대하여 반사하는 다수의 광학 반사면들을 포함한다.

따라서, 본 발명의 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 굴절형, 회절형 또는 레이저-라이터형 헤드 마운티드 디스플레이 장치와는 반대 유형이다. 이러한 방식에 있어서, 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 선택적으로 굴절기를 전혀 갖지 않는 헤드 마운티드 디스플레이 장치일 수 있다. 시각 콘텐트를 사용자의 눈으로 다수의 광학 반사면들을 이용해서 전송할 때, 디스플레이 장치는 광 전송 매개체로서 무거운 투명 플라스틱을 이용하는 것과는 달리 공기를 이용한다. 이러한 관점에서 본 발명의 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 다른 장치들이 비해서 매우 가볍다. 또한, 기존에 개발되어 실패로 귀결되었던 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치와는 달리, 우선적으로 반사를 기초로 한 본 발명의 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 장점과 특징을 갖는다. 본 발명의 장치가 반사형을 기본으로 하고 있기 때문에, 시각 디스플레이 소스로부터 투사된 시각 콘텐트를 사용자의 눈으로 반사하는 모든 반사기들은 사용자의 눈에 인접한 상대적으로 작은 광학 하우징 내에 배치되는 장점도 갖게 된다. 이러한 컴팩트한 장치는 레이저-라이터 장치들에서 요구하는 고가의 원격 시스템이 필요없다.

본 발명의 다른 견지에 따른 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 헤드 마운티드 프레임, 및 시각 소스로부터 투사된 시각 콘텐트를 실제 크기보다 확대하는 광학 표면들을 포함한다. 또한, 디스플레이 장치는 상기 프레임에 각각 연결된 제 1 광학 하우징과 제 2 광학 하우징을 더 포함한다. 상기 제 1 광학 하우징은 적어도 부분적으로는 상기 사용자의 제 1 눈 전면에 배치되어 제 1 시각 콘텐트를 상기 사용자의 제 1 눈으로 투사한다. 상기 제 2 광학 하우징은 적어도 부분적으로는 상기 사용자의 제 2 눈 전면에 배치되어 제 2 시각 콘텐트를 상기 사용자의 제 2 눈으로 투사한다. 이러한 방식의 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 양안용이다.

본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 상기 광학 하우징은 불투명한 일차 전송 하우징과 투명한 이차 비전 하우징을 포함한다. 상기 이차 비전 하우징은 상기 사용자의 눈 전면에 배치된다. 사용자는 이차 비전 하우징을 통해서 볼 수 있다. 광학 하우징은 투명한 전면 먼지 커버와 투명한 외측 먼지 커버를 포함한다. 이차 비전 하우징은 외측 먼지 커버와 연결된 조정 가능한 전송-손실층을 갖는다. 전송-손실층은 전송-손실층을 통과하는 광의 손실량을 선택적으로 조정한다. 따라서, 사용자는 전송 손실층을 투명하게 조정하여 모든 광을 통과를 허용하거나, 완전히 어둡게 또는 불투명하게 조정하여 광의 통과를 방지하거나, 또는 어둡기를 적절하게 조정하여 광을 부분적으로 통과시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 광학 반사면들은 일련의 광학 반사면들을 포함하고, 일련의 광학 반사면들은 제 1 광학 반사면, 적어도 하나의 중간 광학 반사면 및 최종 광학 반사면들을 갖는다. 최종 광학 반사면은 외측 먼지 커버의 내측면일 수 있다. 시각 콘텐트는 시각 소스로부터 제 1 광학 반사면으로 출사된다. 시각 콘텐트는 중간 광학 반사면과 최종 광학 반사면에서 순차적으로 반사되어 사용자의 눈으로 입사된다. 사용자는 최종 광학 반사면 후방에 배치된 전송-손실층을 완전히 어둡게 조정하여 이차 비전 하우징의 외측 먼지 커버를 통해서 주위 환경을 볼 수 없도록 함으로써, 오직 시각 콘텐트만을 볼 수 있다. 또는, 사용자는 전송-손실층을 부분적으로 어둡게 또는 불투명하게 조정하여 주위 환경과 동시에 시가 콘텐트를 동시에 볼 수도 있다. 이러한 방식에서, 사용자는 주위 환경의 실상에 중첩된 시각 콘텐트를 보게 될 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 기존 디스플레이 장치보다 가벼우면서 저가이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 양안 형태의 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 착용한 사용자를 나타낸 사시도이다.
도 2는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 나타낸 측면도이다.
도 3은 5개의 광학 반사면들을 이용하는 양안 형태의 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 나타낸 사시도이다.
도 3a는 양안 형태의 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 5개의 반사체 시스템 내에서 발광 시각 소스로부터 사용자의 눈까지 반사 경로를 나타낸 사시도이다.
도 4는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 나타낸 후방 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 3개의 광학 반사면들을 이용하는 양안 형태의 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 나타낸 사시도이다.
도 6은 양안 형태의 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 3개의 반사체 시스템 내에서 발광 시각 소스로부터 사용자의 눈까지 반사 경로를 나타낸 사시도이다.
도 7은 5개의 반사체 헤드 마운티드 디스플레이 장치 내의 광학 반사면들에서 발광 시각 소스로부터 사용자의 눈까지 반사광 경로를 나타낸 측면도이다.
도 8은 3개의 반사체 헤드 마운티드 디스플레이 장치 내의 광학 반사면들에서 발광 시각 소스로부터 사용자의 눈까지 반사광 경로를 나타낸 측면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 점진적으로 어두워지거나 또는 불투명해지는 조정형 전송-손실층과 연통된 최종 광학 반사면을 나타낸 분해 사시도들이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

HMD 장치 구조

도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 반사형 헤드 마운티드 디스플레이(HMD) 장치(5)는 디스플레이 소스로부터 시각 콘텐트를 디스플레이하여 보여준다. HDM 장치(5)는 프레임(10), 및 프레임(10)에 연결되어 사용자의 눈에 근접하게 배치되는 된 적어도 하나의 광학 기구(15)를 포함한다.

바람직한 실시예에서, 프레임(10)은 선글래스 프레임과 같이 사용자의 헤드에 착용 가능하다. 그러나, 이러한 실시예로 프레임(10)의 형상이 국한되지 않는다. 따라서, 다른 실시예로서, 프레임(10)은 헬멧 또는 헤드 밴드(head band) 또는 조정형 헤드 스트랩(adjustable head strap)과 같은 헤드 착용 기구에 마운트될 수 있는 다른 형태일 수도 있다. 프레임(10)은 사용자의 눈에 인접한 광학 하우징(15)에 연결된다. 프레임(10)은 광학 하우징(15)의 중량을 지지한다. 또한, 프레임(10)은 광학 하우징(15)을 적어도 부분적으로는 사용자의 눈 전면에 위치하도록 하여 사용자의 시야선(line of sight) 내에 위치될 수 있도록 한다.

바람직한 실시예에서, 프레임(10)은 2개의 광학 하우징(15)들에 연결된다. 제 1 광학 하우징(15)은 적어도 사용자의 제 1 눈의 전면에 부분적으로 배치될 수 있다. 제 2 광학 하우징(15)은 적어도 사용자의 제 2 눈의 전면에 부분적으로 위치될 수 있다. 제 1 및 제 2 광학 하우징(15)들은 서로 대칭되는 물리적으로 동일하거나, 또는 크기와 형상의 다른 결합들을 가질 수 있다. 본 실시예의 HMD 장치는 2개의 독립 채널[즉, 2개의 독립된 광학 하우징(15)]을 이용해서 사용자의 두 눈들로 독립된 시각 콘텐트를 제공하기 때문에, 양안형 HMD 장치이다. 양안형 HMD 장치는 양 채널들을 가로질러서 사용자의 눈들에 TV를 시청하는 것과 같이 정확하게 동일한 시각 콘텐트를 제공하거나, 또는 서로 다른 프로그램들을 방송하는 독립된 TV를 시청하는 것과 같이 제 1 시각 콘텐트를 제 1 채널을 통해서 사용자의 제 1 눈으로 제공하고 제 1 시각 콘텐트와 다른 제 2 시각 콘텐트를 제 2 채널을 통해서 사용자의 제 2 눈으로 제공하건, 또는 시각 콘텐트를 오직 제 1 채널을 통해서 사용자의 제 1 눈으로만 제공하고 사용자의 제 2 눈으로는 어떠한 콘텐트도 제공하지 않음으로써, 사용자가 2차원 시각 콘텐트를 시청할 수 있도록 한다. 다른 실시예로서, 양안형 HMD 장치는 사용자의 각 눈으로 약간 다른 버전(version)의 동일한 시각 콘텐트를 제공하여 사용자가 3차원 스트레오 시청(즉, 양안 시청)할 수 있도록 한다. 그러나, 본 실시예의 HMD 장치(5)는 오직 2개의 광학 하우징(15)을 갖는 것으로 한정되지 않는다. 따라서, 다른 실시예에 따라, 프레임(10)은 오직 하나의 광학 하우징(15)에만 연결될 수 있다. 하나의 광학 하우징(15)은 사용자의 제 1 눈 전면에 배치될 수 있다. 또는, 본 실시예의 HMD 장치가 사용자의 두 눈들 중 오직 하나용으로만 사용되는 단일 채널[즉, 하나의 광학 하우징(15)]을 이용한다면, HMD 장치는 단안형 HMD 장치일 수 있다.

또 다른 실시예에 따라, 광학 하우징(15)들은 프레임(10)에 착탈 가능하게 연결되어, 사용자로 하여금 하나의 광학 하우징(15)을 갖는 단안용 HMD 장치를 이용하거나 또는 2개의 광학 하우징(15)들을 갖는 양안용 HMD 장치를 이용할 수 있도록 한다. 또 다른 실시예에서, 광학 하우징(15)들은 프레임(10)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 광학 하우징(15)들은 프레임(10)의 힌지를 중심으로 선택적으로 회전되어, 광학 하우징(15)들을 사용자의 눈들 전면과 사용자의 시야선으로부터 제거할 수 있다.

프레임(10)은 마그네슘 합금, 알루미늄 합금, 티타늄, 또는 이와 유사한 경량 금속과 같은 내구성을 가지면서 경량인 적어도 하나의 물질을 포함한다. 그러나, 프레임(10)의 재질이 상기된 금속 물질들로 국한되지는 않는다. 따라서, 프레임(10)은 PVC, 폴리에틸렌(polyethylene), 또는 가벼우면서 내구성을 갖는 폴리머 물질을 포함할 수도 있다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 광학 하우징(15)은 시각 콘텐트를 투사하기 위한 발광 시각 소스(light-emitting visual source : 20), 다수의 광학 반사면들(reflective optical surface : 30), 일차 전송 하우징(primary transmission housing : 40) 및 이차 비전 하우징(secondary vision housing : 45)을 포함한다.

발광 시각 소스(20)는 사용자에게 보여질 수 있는 시각 형태의 정보를 나타내는 전자 기구이다. 바람직한 실시예에서, 발광 시각 소스(20)는 파워 소스에 연결된 마이크로-디스플레이이다. 마이크로-디스플레이는 외부 소스로부터 시각 형태로 출력되는 입력 신호들을 수신하는 소스 입력단을 포함한다. 그러나, 여기에서 개시된 기능을 수행하는데 이용되는 발광 시각 소스(20)는 상기 타입으로 국한되지 않는다. 따라서, 다른 실시예에 따라, 발광 시각 소스(20)는 레이저-라이터(laser-writer), 마이크로-프로젝터(micro-projector), 또는 시각 콘텐트를 디스플레이할 수 있는 다른 기구나 시스템일 수도 있다. 또한, 발광 시각 소스(20)는 외부 소스로부터 와이어, 케이블, 광섬유, 무선 신호 전송 기구, 또는 신호 전달 분야의 당업자에게 주지된 신호 전달 기구를 통해서 입력 신호들을 수신할 수도 있다.

투사된 시각 콘텐트는 정적 시각 콘텐트, 동적 시각 콘텐트 및 디스플레이되어 보여질 수 있는 다른 콘텐트를 포함한다. 정적 시각 콘텐트는 디스플레이되는 시간 동안 변화되지 않는 콘텐트를 포함한다. 정적 시각 콘텐트는 새로운 정보로 업데이트되지 않는 사진들, 스틸 이미지(still imagery), 정적 텍스트 및 그래픽 데이터를 포함하지만, 이들로 국한되지 않는다. 동적 시각 콘텐트는 디스플레이되는 시간 동안 변화하는 콘텐트를 포함한다. 동적 시각 콘텐트는 새로운 정보로 업데이트되는 비디오 플레이백(video playback), 실시간 비디오(real time video), 변화하는 이미지, 동적 텍스트, 그래픽 디자인을 포함하지만, 이들로 국한되지 않는다.

광학 반사면(30)들은 미러(mirror), 폴리싱된 금속(polished metal) 또는 매끄러운 글래스(smooth glass)와 같이 강하게 폴리싱되거나 또는 매끄럽게 표면 처리된 면들이다. 광학 반사면(30)들로 입사된 광 파동들을 반사시키기 위해서, 광학 반사면(30)들은 광물리학의 반사 법칙을 이용한다. 광학 반사면(30)들은 발광 시각 소스(20)에 광학적으로 연결된다. 광학 반사면(30)들은 발광 시가 소스(20)로부터 정확하게 포커스된 시각 콘텐트의 투사 영상을 사용자의 눈으로 반사한다.

도 3 및 도 6을 참조하면, 바람직한 실시예에서, 광학 반사면(30)들은 독립된 오목면들과 볼록면들의 결합이다. 광학 반사면(30)들은 적어도 하나의 제 1 광학 반사면(31) 및 최종 광학 반사면(36)을 포함한다. 발광 시각 소스(20)로부터 투사된 시각 콘텐트가 제일 먼저 제 1 광학 반사면(31)으로 입사된다. 최종 광학 반사면(36)은 시각 콘텐트를 사용자의 눈을 향해서 마지막으로 반사한다. 또한, 광학 반사면(30)들은 적어도 하나의 중간 광학 반사면(33)을 포함한다. 시각 콘텐트의 투사 영상이 광학 반사면(30)들로부터 반사될 때, 이러한 볼록형 및 오목형 광학 반사면(30)들은 시각 콘텐트의 투사 영상을 확대하여, 투사된 시각 콘텐트가 사용자의 눈에 집중된 상태로 확대되어 보여질 수 있도록 한다. 그러나, 여기에서 개시된 HMD 장치에 사용될 수 있는 광학 반사면들의 형상은 독립된 오목면과 볼록면의 결합으로 국한되지 않는다. 다른 실시예로서, HMD 장치(5)는 오직 볼록한 광학 반사면, 오직 오목한 광학 반사면, 또는 본 발명의 범주 내에서 다른 독특한 형상의 반사면을 이용할 수도 있다. 또한, 비록 본 실시예에서는 HMD 장치가 시각 소스(20)로부터 투사된 시각 콘텐트를 사용자의 눈으로 반사하는 다수의 광학 반사면(30)만을 이용하는 것으로 설명하였으나, HMD 장치는 반사형 HMD 장치의 범주 이내에서 광학 경로 상에 배치된 다른 광학 부재들을 더 포함할 수도 있다. 따라서, 광학 반사면(30)들에 부가하여, 하나 또는 그 이상의 굴절 부재(미도시)들이 발광 시각 소스(20)와 사용자의 눈 사이에 배치되어, 그들을 통과하는 광 파동들을 조정할 수 있다. 이러한 관점에 의해 복합 반사/굴절 HMD가 구현된다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 광학 하우징(15)은 디옵터 조정기(diopter adjustor : 25)를 포함하거나 또는 디옵터 조정기(25)에 연결된다. 디옵터 조정기(25)는 발광 시각 소스(20)와 연통된다. 디옵터 조정기(25)는 발광 시각 소스(20)로부터 투사된 시각 콘텐트의 방향과 실질적으로 평행한 방향을 따라 발광 시각 소스(20)를 전진 또는 후진시킨다. 발광 시각 소스(20)의 전후진에 의해서, 발광 시각 소스(20)는 제 1 광학 반사면(31)의 고정 위치로/로부터 가까워지거나 또는 멀어지게 된다. 이것에 의해서 사용자의 시야 범위 내에서 투사된 시각 콘텐트의 최종 초점 위치가 조정된다. 따라서, 디옵터 조정기(25)는 프리스크립션 초점 보정(prescription focus correction)을 제공할 수 있고 또한 고정된 프리스크립션 범위를 가로질러 사용자의 눈으로 투사된 시각 콘텐트의 초점을 조정할 수 있다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 일차 전송 하우징(40)은 HMD 장치(5) 내의 광학 하우징(15)의 챔버이다. 발광 시각 소스(20)로부터 투사된 시각 콘텐트가 일차 전송 하우징(40) 내에서 발생된다. 투사된 시각 콘텐트의 광학 반사와 확대 대부분이 일차 전송 하우징(40) 내에서 이루어진다. 일 실시예에서, 일차 전송 하우징(40)은 발광 시각 소스(20)와 디옵터 조정기(25)를 수용하는 불투명 중공 챔버이다. 디옵터 조정기(25)는 일차 전송 하우징(40)의 제 1 단부에 배치된다. 또한, 일차 전송 하우징(40)은 최종 광학 반사면(36)을 제외한 광학 반사면(30)들을 포함한다. 광학 반사면(30)들을 일차 전송 하우징(40) 내에서 다양한 위치에 배치될 수 있다. 구체적으로, 광학 반사면(30)들은 일차 전송 하우징(40)의 전면과 후면 내벽들에 직접 배치되거나, 또는 일차 전송 하우징(40)의 전면과 후면 내벽들에 설치된 지지 구조물들 상에 배치될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 일차 전송 하우징(40)은 프레임(10)에 연결되어, 프레임(10)에 의해 지지된다. 그러나, 일차 전송 하우징(40)이 오직 불투명하거나 또는 중공형 챔버의 구조로 제한되지 않는다. 다른 실시예로서, 일차 전송 하우징(40)은 광학 반사면(30), 발광 시각 소스(20) 및 디옵터 조정기(25)를 단순히 지지할 수 있는 개구된 측면을 갖는 구조 또는 개구된 뼈대 구조물일 수도 있다. 그러나, 이러한 구조의 일차 전송 하우징(40)은 입사광이 광학 반사면(30)의 반사 경로로 진입하는 것을 방지하지 않는다.

일차 전송 하우징(40)은 마그네슘 합금, 알루미늄 합금, 티타늄, 또는 이와 유사한 경량 금속과 같은 내구성을 가지면서 경량인 적어도 하나의 물질을 포함한다. 그러나, 일차 전송 하우징(40)의 재질이 상기된 금속 물질들로 국한되지는 않는다. 따라서, 일차 전송 하우징(40)은 PVC, 폴리에틸렌(polyethylene), 또는 가벼우면서 내구성을 갖는 폴리머 물질을 포함할 수도 있다. 또한, 바람직한 실시예에서, 일차 전송 하우징(40)은 프레임(10)과 사용자의 눈 아래에 사용자의 얼굴에 인접하게 배치된다. 그러나, 다른 실시예로서, 일차 전송 하우징(40)은 프레임(10)에 결합된 이이폰의 길이 방향을 따라 사용자의 얼굴에 인접하게 프레임(10)의 상부, 사용자의 이마에 인접하게 사용자의 눈의 상부, 또는 여기에서 개시된 기능을 HMD 장치가 수행하는데 필요한 다른 위치에 배치될 수도 있다.

도 2 내지 도 4 및 도 6을 참조하면, 이차 비전 하우징(45)은 발광 시각 소스(20)가 배치된 제 1 단부(41)의 반대측인 일차 전송 하우징(40)의 제 2 개구 단부(41)에 연결된다. 이차 비전 하우징(45)은 사용자의 눈 전면에 적어도 부분적으로 위치하고 있는 광학 하우징(15)의 한 부분이다. 바람직한 실시예에서, 이차 비전 하우징(45)은 프레임(10)과 일차 전송 하우징(40)에 일체로 연결된다. 그러나, 이차 비전 하우징(45)은 프레임(10)과 일차 전송 하우징(40)에 일체로 연결된 구조로 국한되지 않는다. 다른 실시예로서, 이차 비전 하우징(45)은 일차 전송 하우징(40)에 착탈 가능하거나 또는 회전 가능하게 연결되어, 일차 전송 하우징(40)에 의해 지지될 수도 있다.

도 3, 도 4 및 도 6을 참조하면, 이차 비전 하우징(45)은 투명한 전면 먼지 커버(46)를 포함한다. 전면 먼지 커버(46)는 사용자의 시야 범위 이내에서 사용자의 눈 전면에 직접적으로 배치된다. 전면 먼지 커버(46)는 일반적인 안경알(prescription lens)과 같이 기능하지 않는 광학적으로 중성이다. 사용자에게 보여지는 시각 물체로부터의 광 파동들은 전면 먼지 커버(46)는 현저한 왜곡, 변화 또는 구부러짐 없이 전면 먼지 커버(46)를 통과한다. 또한, 전면 먼지 커버(46)는 폴리카보네이트(polycarbonate), 글래스(glass), 아크릴(acrylic) 또는 투명하면서 내구성을 갖는 다른 유사한 물질을 포함할 수 있다.

이차 비전 하우징(45)은 외측 먼지 커버(47)를 더 포함한다. 외측 먼지 커버(47)는 전면 먼지 커버(46)에 인접하게 배치된 외부 구조물이다. 외측 먼지 커버(47)는 전면 먼지 커버(46)의 전면에 배치되어 전면 먼지 커버(46)와 마찬가지로 사용자의 시야선 내에 위치한다. 이차 비전 하우징(45)의 전면 먼지 커버(46)와 외측 먼지 커버(47)는 일차 전송 하우징(40)의 제 2 개구 단부(42)를 폐쇄하여 광학 하우징(15)을 밀봉함으로써, 먼지 또는 다른 오염물질들이 광학 하우징(15) 내로 침투하는 것과 반사형 광학 기구와 간섭하는 것을 방지한다.

도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 외측 먼지 커버(47)는 오목한 내측면(48)을 갖는다. 오목한 내측면(48)은 광학 반사면(30)들 중에서 최종 광학 반사면(36)에 해당한다. 전술한 바와 같이, 이러한 내측면(38)이 투사된 시각 콘텐트(55)를 사용자의 눈으로 최종적으로 반사하는 광학 반사면(36)이 된다. 바람직한 실시예에서, 외측 먼지 커버(47)는 다양하게 조정 가능한 전송-손실층(transmission-loss layer : 50)과 연통된 투명한 재질의 굽은 쉘(shell) 형상이다. 이러한 실시예에서, 외측 먼지 커버(47)는 폴리카보네이트, 글래스, 아크릴 또는 투명하면서 내구성을 갖는 물질을 포함한다. 또한, 외측 먼지 커버(47)는 광학 기구들에서 탄도학적 보호(ballistic protection)를 제공하기 위해 최소한도로 요구되는 두께를 갖는 물질을 포함하도록 설계될 수 있다. 그러나, 외측 먼지 커버(47)가 투명한 쉘 형상 또는 광투과성 쉘 형상으로 국한되지 않는다. 다른 실시예로서, 외측 먼지 커버(47)는 전환형 미러(switchable mirror), 가역성 감전발색 미러(reversible electrochromic mirror), 또는 외측 먼지 커버(47)의 반사도를 조정할 수 있는 다른 유사한 기구일 수 있다.

부가적인 실시예에서, 투명한 외측 먼지 커버(47)는 내측면이 부분적으로 비추는 부분적 미러(partial mirror)가 될 수 있어서, 부분적으로 비추는 최종 광학 반사면(36)이 된다. 이러한 부분적으로 비추는 내측면(48)은 그들 사이에 관련된 고정 최소 반사도를 갖는다. 반사도는 표면으로 입사된 광의 전체 복사량에 대해서 표면으로부터 반사된 광의 전체 복사량의 비율(%)이다. 최종 광학 반사면(36)이 외측 먼지 커버(47)의 내측면(48)의 부분적 미러를 갖게 되면, HMD 설계자는 오직 처리되지 않은 투명한 외측 먼지 커버(47)를 사용해서는 달성할 수 없는 광학 반사면의 최소 반사도를 증가시킬 수 있다. 이러한 실시예에서, 부분적 미러는 다른 투명한 외측 먼지 커버(47)의 내측면(48)에 반사 물질(알루미늄, 은, 금 등)을 얇게 증착 또는 코팅하는 것에 의해서 형성되어, 내측면(48)의 반사도를 향상시키고 또한 최종 광학 반사면(36)의 고정된 최소 반사도를 형성한다. 최종 광학 반사면(36) 상에 증착되는 반사 물질의 타입과 두께를 적절하게 선택하는 것에 의해서, 최소 반사도를 갖는 부분적 미러가 정확하게 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 부분적 미러의 최소 반사도는 1-10%, 11-20%, 21-30%, 41-40%, 41-50%, 51-60%, 61-70%, 71-80%, 81-90% 또는 91-99%이다.

투명한 외측 먼지 커버(47)가 오목한 내측면(48)을 갖는 구부러진 쉘 형상이기 때문에, 사용자가 외측 먼지 커버(47)를 통해서 주변 환경을 보았을 때, 외측 먼지 커버(47)는 주위 환경을 왜곡시키는 굴절 렌즈로서의 기능을 하게 된다. 따라서, 외측 먼지 커버(47)의 외측면(49) 상에는 이러한 왜곡과 대응하는 독립된 보정 굴절 렌즈 형상(미도시)이 형성된다. 독립된 보정 굴절 렌즈는 그 내부를 통과하는 광 파동들에 현저한 왜곡 현상을 일으키지 않는 중성적 물성을 갖는다.

다시 도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 외측 먼지 커버(47)와 연통된 다양하게 조정 가능한 전송-손실층(50)은 완전히 어둡거나 또는 완전히 불투명한 레벨로부터 완전히 투명한 레벨까지 다양한 레벨들을 갖도록 선택적으로 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 조정 가능한 전송-손실층(50)은 적어도 3개의 구별되는 층(51, 52, 53)들을 포함한다. 신축성 액정층(52)은 2개의 보호층(51, 53)들 사이에 라미네이트되거나 또는 배치될 수 있다. 이러한 3층들의 샌드위치 구조는 외측 먼지 커버(47)의 내측면(48) 또는 외측면(49)에 분리 가능하게 부착되어, 액정층(52)의 어둡기가 조정되어서 전송-손실층(50)을 통과하는 광의 다양한 전송 손실 레벨을 가능하게 한다.

그러나, 조정 가능한 전송-손실층(50)은 외측 먼지 커버(47)에 부착될 수 있는 분리 가능한 독립된 층만으로 국한되지 않는다. 다른 실시예로서, 조정 가능한 전송-손실층(50)은 외측 먼지 커버(47)에 일체로 형성될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 외측 먼지 커버(47)는 적어도 2개의 독립된 층들을 포함할 수 있다. 조정 가능한 전송-손실층(50)은 외측 먼지 커버(47)의 두 층들 사이에 라미네이트되거나 또는 배치된 조정 가능한 신축성 액정층일 수 있다. 또 다른 실시예로서, 조정 가능한 전송-손실층(50)은 외측 먼지 커버(47)의 외측면(49) 또는 내측면(48)에 일체로 형성될 수도 있다. 또한, 조정 가능한 전송-손실층(50)은 오직 액정 기술을 사용하는 것으로 국한되지 않는다. 다른 실시예로서, 조정 가능한 전송-손실층(50)은 전환형 미러 또는 가역성 감전발색 미러와 같이 전송 손실의 레벨을 조정할 수 있는 다른 형태의 기술 또는 다른 타입의 층을 이용할 수도 있다.

부가적으로, 전면 먼지 커버(46)와 외측 먼지 커버(47)는 투명하기 때문에, 사용자는 전면 먼지 커버(46)와 외측 먼지 커버(47)를 통해서 실상의 주위 환경을 바라보는 사용자의 시야에 중첩된 투사된 시각 콘텐트(55)와 동시에 실상의 주위 환경도 같이 볼 수 있게 된다. 이에 의해서, 사용자에게 시각 콘텐트(55)와 주위 환경을 동시에 볼 수 있는 "씨-스루 비전"이 제공된다. 사용자가 보다 밝은 투사 시각 콘텐트(55)를 보기를 원한다면, 사용자는 조정 가능한 전송-손실층(50)와 관련된 어둡기 또는 불투명도를 최대치까지 증가시켜서, 전송-손실층(50)을 통과해서 사용자의 눈으로 향하는 광의 손실량을 증가시킴으로써, 사용자가 볼 수 있는 주위 환경을 어둡게 한다. 사용자가 조정 가능한 전송-손실층(50)을 완전히 어둡게 또는 불투명하게 만든다면, 사용자는 오직 투사된 시각 콘텐트(55)만을 보게 될 것이고, 주위 환경은 완전히 차단될 것이다. 그러나, 사용자가 조정 가능한 전송-손실층(50)을 완전히 투명하게 한다면, 사용자는 희미한 투사 시각 콘텐트(55)와 함께 뚜렷한 외부 환경을 계속 볼 수 있게 된다. 외측 먼지 커버(47)가 처리되지 않은 투명한 외측 먼지 커버이고 전송-손실층(50)이 완전히 투명하다면, 사용자는 주위 환경을 매우 밝게 볼 수 있을 것이다. 그러나, 외측 먼지 커버(47)가 부분적 미러라면, 주위 환경으로부터 사용자로 향하는 광이 부분적 미러에 의해 손실되기 때문에 주위 환경은 실제보다는 약간 어둡게 보일 것이다. 사용자가 보게 되는 투사된 시각 콘텐트(55)의 밝기를 조정하는 부가적인 한 방법은 발광 시각 소스(20)의 출력을 밝게 하거나 약화시키는 것이다.

다른 실시예로서, 전송-손실층(50)은 외측 먼지 커버(47)의 외측면(49)에 부착된 선글래스와 같이 고정된 전송-손실도를 갖는 한 세트의 암화 필터(darkened filter)로 대체될 수 있다. 광은 고정된 비율만큼만 이러한 필터를 통과하게 된다. 또 다른 실시예로서, 전송-손실층(50)은 배제되고, 외측 먼지 커버(47) 자체가 투명한 세트의 암화 필터일 수 있다. 이러한 실시예에서, 증강 현실 시야 내에서 투사된 시각 콘텐트(55)와 주위 환경의 밝기는 투명한 외측 먼지 커버(47)의 투명 재질의 색상 및/또는 음영에 의해 우선적으로 결정된다. 예를 들어서, 투명 외측 먼지 커버(47)가 암회색이라면, 일부의 광이 외측 먼지 커버(47)를 통과하면서 손실된다. 이러한 경우에, 외측 먼지 커버(47)가 무색의 투명 재질인 경우에 비해서 투사된 시각 콘텐트는 보다 밝게 보일 것이고, 주위 환경은 보다 어둡게 보일 것이다.

또한, 전면 먼지 커버(46)와 외측 먼지 커버(47) 모두가 투명하거나 또는 사용자에게 외부 환경을 볼 수 있는 실시예에서, 주위 환경을 보다 명확하게 보기를 원한다면, 사용자가 프리스크립션 초점 보정을 할 수 있도록 프리스크립션 렌즈가 이차 비전 하우징(45)에 부착될 수 있다. 다른 실시예로서, 사용자가 주위 환경을 보는 동안 특정한 프리스크립션 초점 보정을 하도록, 이차 비전 하우징(45)의 전면 먼지 커버(46)는 영구 프리스크립션 렌즈일 수 있다.

또 다른 실시예에서, 외측 먼지 커버(47)는 사용자가 주외 환경을 보지 못하도록 하는 영구적으로 불투명한 쉘일 수 있다. 이러한 경우에, 사용자는 최종 광학 반사면(36)인 외측 먼지 커버(47)의 내측면(48)으로부터 반사된 시각 콘텐트만을 볼 수 있다. 또한, 다른 실시예로서, 외측 먼지 커버(47)를 통해서 보는 것이 불가능하기 때문에, 보정 렌즈가 외측 먼지 커버(47)의 외측면(49) 내에 형성될 필요가 없다.

도 3a를 참조하면, 전술한 바와 같이, HMD 장치(5)는 제 1 광학 반사면(31)과 최종 광학 반사면(36), 바람직하게는 적어도 하나의 중간 광학 반사면(32)을 포함한다. 부가적으로, HMD 장치(5)는 하나 또는 그 이상의 광학 굴절 부재(미도시)들을 선택적으로 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, HMD 장치(5)는 총 5개의 광학 반사면들을 갖는다. 적어도 하나의 중간 광학 반사면(32)은 제 2 광학 반사면(33), 제 3 광학 반사면(34) 및 제 4 광학 반사면(35)을 포함한다. 이러한 바람직한 실시예에서, 제 1 광학 반사면(31)과 제 3 광학 반사면(34)은 오목한 형상이고, 제 2 광학 반사면(33)과 제 4 광학 반사면(35)은 볼록한 형상이다. 제 1 내지 제 4 광학 반사면(31, 33, 34, 35)들은 일차 전송 하우징(40) 내에 배치된 미러 표면들이다. 또한, 바람직한 실시예에서 전술한 바와 같이, 최종 광학 반사면(36)은 폴리카보네이트와 같은 투명 재질로 만들어진 외측 먼지 커버(47)의 오목한 투명 내측면(48)이다. 이러한 5개의 반사면들을 갖는 HMD 장치는 시야각(FOV)의 일측 모서리로부터 반대측 대각선 모서리까지의 텍스트를 읽을 수 있는 대략 1°내지 60°정도의 텍스트-판독형 대각 시야각을 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 5개의 반사면들을 갖는 HMD 장치는 투사된 시각 콘텐트의 약한 왜곡 또는 전혀 왜곡없이 대략 50°내지 60°정도의 텍스트-판독형 대각 시야각을 발생시킬 수 있다. 또는, 사용자가 핀쿠션 왜곡(pincushion distortion) 또는 베럴 왜곡(barrle distortion)과 같이 투사된 시각 콘텐트와 관련된 소정의 다양한 왜곡 현상들을 수용하거나 또는 원한다면, 5개의 반사면들을 갖는 HMD 장치는 50°또는 60°보다 상당히 큰 대각 시양각을 발생시킬 수도 있다. 이러한 관점에서, 시야각 주위의 정보를 읽을 필요가 없을 경우에, 5개의 반사면들을 갖는 HMD 장치는 100°이상의 대각 시야각을 발생시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 HMD 장치가 오직 5개의 광학 반사면들만을 갖는 것으로 국한되지 않는다. 따라서, 다른 실시예로서, 본 발명의 범주 내에서 5개 미만 또는 5개를 초과하는 반사면들이 HMD 장치에 구비될 수도 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, HMD 장치(5)는 적어도 하나의 중간 광학 반사면(32)을 갖는 3개의 광학 반사면(30)을 포함한다. 적어도 하나의 중간 광학 반사면(32)은 제 2 광학 반사면(33)을 포함한다. 제 1 광학 반사면(31)은 오목한 형상이고, 제 2 광학 반사면(33)은 볼록한 형상이며, 제 1 및 제 2 광학 반사면(31, 33)들은 일차 전송 하우징(40) 내에 배치된 완전 미러 표면들이다. 부가적으로, 최종 광학 반사면(36)은 폴리카보네이트와 같은 투명 물질의 외측 먼지 커버(47)의 투명한 오목 내측면이다. 이러한 3개의 반사면들을 갖는 HMD 장치는 대략 1°내지 40°정도의 텍스트-판독형 대각 시야각을 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 3개의 반사면들을 갖는 HMD 장치는 투사된 시각 콘텐트의 약한 왜곡 또는 전혀 왜곡없이 대략 25°내지 40°정도의 텍스트-판독형 대각 시야각을 발생시킬 수 있다. 또는, 5개의 반사면들을 갖는 HMD 장치와 마찬가지로, 사용자가 핀쿠션 왜곡(pincushion distortion) 또는 베럴 왜곡(barrle distortion)과 같이 투사된 시각 콘텐트와 관련된 소정의 다양한 왜곡 현상들을 수용하거나 또는 원한다면, 3개의 반사면들을 갖는 HMD 장치는 25°또는 40°보다 상당히 큰 대각 시양각을 발생시킬 수도 있다. 이러한 관점에서, 시야각 주위의 정보를 읽을 필요가 없을 경우에, 5개의 반사면들을 갖는 HMD 장치는 80°이상의 대각 시야각을 발생시킬 수 있다.

광학 반사면들의 기하학적 형상 결정

HMD 시스템 개발자에 의해 선택된 독립적인 설계 입력 변수들의 리스트들을 근거로 해서 광학 반사면들의 형상들을 정의하기 위해서, 각 광학 반사면들의 기하학적 형상은 "Optical Research Associate"에서 출시된 "CODE-V", "ZEMAX Development Corporation"에서 출시된 "ZEMAX", 또는 "Sinclair Optics, Inc."에서 출시된 "OSLO"와 같은 광학 설계 소프트웨어를 이용해서 결정될 수 있다. 전술된 소프트웨이퍼 패키지들 각각은 광학 시스템 설계 분야의 당업자에 익숙한 것들이다.

소프트웨어로부터 출력된 각 미러의 형상과 각 미러 형상을 정의하기 위한 알고리즘들이 시스템 개발자에 의해 선택된 중요한 입력 변수들을 근거로 결정된다. 이러한 변수들은 원하는 전체 시스템 또는 특정 설계 요구들을 근거로 선택된 특정 설계 인자들이다. 소프트웨어 운영자는 설계 입력 변수들과 이와 관련된 수치들을 독립적으로 선택해서, 기하학적 형상과 관련 알고리즘을 출력할 것인 컴퓨터 분석을 수행하기 전에, 선택된 변수와 수치들을 광학 설계 소프트웨어에 입력해야만 한다. 어떠한 컴퓨터 분석을 수행하기 전에, 결정되어 소프트웨어로 입력되는 설계 변수들의 긴 리스트들은 전체 반사형 시스템 내에서 독립적인 광학 반사면 및/또는 굴절 부재들의 원하는 개수; 각 광학 반사면이 오목형, 볼록형, 편평형, 다른 유일한 기하학적 형상, 또는 이들의 조합인지 여부; 최종 광학 반사면와 관련된 눈동자 거리(eye-relief)의 원하는 범위; 아이박스(eyebox)의 원하는 크기; 전체 반사 시스템용 원하는 시야각 각도; HMD 사용자에 의해 관측될 수 있는 핀쿠션 왜곡 또는 배럴 왜곡과 같은 수용 가능한 또는 원하는 시각 콘텐트 왜곡량; 전체 시스템 패키지, 즉 패키지 봉투의 원하는 크기; 비전의 원하는 출사각; 증강 현실 시청을 원하는지 여부; 투사된 광 파동들을 시각 소스(20)로부터 시스템으로 진입시키고 최종 광학 반사면(36)으로부터 시스템에서 출사시키는 방식; 및 사용자가 눈의 상부, 눈의 하부, 또는 눈 시스템의 측면에 위치하는 전체 시스템을 원하는지 여부를 포함한다. 이러한 리스트는 결코 완전한 수치 리스트는 아니고, 시스템 설계의 선택에서 입력 변수들로서 예시적으로 제공된다. 소프트웨어 분석의 출력 결과와 각 광학 반사면의 형상을 정의하는 수학적 알고리즘에 영향을 주는 다른 설계 변수들이 존재한다. 소프트웨어로 입력되는 변수들은 HMD 장치의 전체 시스템 설계에서 원하는 요구들에 의존하게 된다.

참조적으로 언급한 설계 변수들을 보다 명확하게 정의하기 위해 다음과 같은 설명이 제공된다. 눈동자 거리는 사용자의 동공으로부터 최종 광학 반사면의 중심점까지의 거리이다. 아이박스는 최종 광학 반사면으로부터 반사되어 사용자의 눈으로 진입하는 일련의 평행한 광들이 통과하는 가상 영역이다. 아이박스는 사용자의 동공보다 약간 긴 직경으로 정의되는 원형 영역이다. 예를 들어서, 사용자의 동공 직경이 2mm라면, 아이박스의 직경은 10mm 정도인 것이 바람직하다. 이러한 직경의 아이박스는 사용자에게 최종 광학 반사면으로부터 반사되어 10mm 직경의 아이박스를 통과하는 시각 콘텐트를 시야에서 놓치지 않도록 그의 동공을 아이박스 내에서 상하좌우로 이동할 수 있도록 한다. 시야각은 사용자가 최종 광학 반사면으로부터 반사된 콘텐트를 볼 수 있는 스윕 각도(sweep angle) 또는 대각 각도를 의미한다. 전체 시스템 패키지 또는 패키지 봉투의 크기는 모든 광학 하우징들을 포함하는 전체 HMD 장치의 외형 크기를 의미한다. 마지막으로, 증강 현실에서 비전의 출사각은 HMD 장치를 착용하고 있는 사용자가 HMD 장치를 통해서 외부 세상을 볼 수 있는 비전의 전체적인 허용 각도를 말한다.

시스템 설계자가 변수들을 선택하여 원하는 수치들을 결정하면, 각 광학 반사면의 기하학적 형상과 서로 간의 상대적 위치 및 사용자의 눈에 대한 상대적 위치를 결정하기 위해서, 설계자는 광학 설계 소프트웨어의 분석부를 작동시켜서 컴퓨터 설계 분석을 수행한다. 분석이 완료되면, 소프트웨어는 각 반사면의 기하학적 형상을 정의하는 복잡한 알고리즘을 출력한다. 입력 변수들의 중요한 하나의 수치가 변경되거나 또는 심지어 약간만 변경되더라도, 각 광학 반사면의 기하학적 형상, 그들의 상대적 위치들, 및 기하학적 반사면을 정의하는 결과물인 수학적 알고리즘은 완전히 변경될 것이다. 따라서, 입력 변수들의 선택된 세트의 특정 수치들을 기반으로 해서 반사면의 형상을 정의하는데 사용되는 포괄적인 공식은 오직 하나이다. 그러므로, 매우 많은 입력 변수들과 대응하는 수치들을 가지고, 선택된 독립적인 입력 변수와 수치들의 특정 조합을 근거로 해서 무수히 많은 광학 반사면 형상들과 관련된 알고리즘들이 존재하게 된다.

HMD 장치의 동작

도 1을 참조하면, 바람직한 실시예에 따른 반사형 HMD 장치(5)는 다음과 같이 동작한다. 사용자는 선글래스를 착용하는 것과 같이 프레임(10)과 광학 하우징(15)을 헤드에 착용한다. 이차 비전 하우징(45)이 사용자의 시야선 내에 위치하는 전면 먼지 커버(46)와 외측 먼지 커버(47)와 함께 사용자의 전면에 배치되도록 광학 하우징(15)을 배치한다. 먼저, 사용자는 투명한 전면 먼지 커버(46)와 투명한 외측 먼지 커버(47)를 통해서 주위 환경을 본다. 사용자가 적어도 20/20 비전을 자연적으로 갖지 않으면서 20/20 비전 달성을 위해 프리스크립션 렌즈 보정을 원한다면, 프리스크립션 렌즈가 사용자의 눈과 전면 먼지 커버(46) 사이의 이차 비전 하우징(45)에 부착될 수 있다.

파워가 외측 먼지 커버(47)와 연통된 가변성 반투명층(50) 뿐만 아니라 발광 시각 소스(20)에 인가된다. 시각 입력 신호가 발광 시각 소스(20)의 소스 입력단으로 전송된다. 발광 시각 소스(20)는 시각 입력 신호를 투사될 시각 콘텐트로 전환시킨다. 5개의 반사면들을 갖는 HMD 장치를 나타낸 도 3a 및 도 7(또는, 3개의 반사면들을 갖는 HMD 장치를 나타낸 도 6 및 도 8)을 참조하면, 발광 시각 소스(20) 상에 디스플레이된 시각 콘텐트는 오목한 제 1 광학 반사면(31)으로 투사된다. 오목한 제 1 광학 반사면(31)은 투사된 시각 콘텐트를 볼록한 제 2 광학 반사면(33)으로 반사한다. 볼록한 제 2 광학 반사면(33)은 투사된 시각 콘텐트를 오목한 제 3 광학 반사면(34)으로 반사한다. 오목한 제 3 광학 반사면(34)은 투사된 시각 콘텐트를 볼록한 제 4 광학 반사면(35)으로 반사한다. 제 1 내지 제 4 광학 반사면(31, 33, 34, 35)들은 완전히 미러 처리된 표면들이다. 볼록한 제 4 광학 반사면(35)은 투사된 시각 콘텐트를 오목한 최종 광학 반사면(36), 즉 투명한 외측 먼지 커버(47)의 내측면(48)으로 반사한다. 투명한 외측 먼지 커버(47)의 내측면(48)인 최종 광학 반사면(36)은 전술한 바와 같이 부분적 미러일 수 있다. 오목한 최종 광학 반사면(36)은 투사된 시각 콘텐트를 프리스크립션 렌즈 뿐만 아니라 전면 먼지 커버(46)를 통해서 사용자의 눈, 구체적으로는 시각 콘텐트가 포커싱되어 확대된 가상 아이박스로 반사한다.

그러나, 투사된 시각 콘텐트가 다수의 광학 반사면(30)들 각각으로부터 반사되는 것으로 본 실시예의 동작이 국한되지 않는다. 즉, 시각 콘텐트가 반사면으로부터 반사되는 순서는 전술된 일련 번호대로 국한되지 않고, 또한 각 반사면들이 시각 콘텐트를 오직 1회만 반사시키는 것으로도 국한되지 않는다. 하나의 광학 반사면이 투사된 시각 콘텐트를 수 회 반사시키거나 또는 투사된 시각 콘텐트가 원하는 최종 타겟에 도착하기 전에 광 경로 상에 배치된 굴절 렌즈를 통해서 광을 반사하는데 사용될 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 이러한 방식에서, 실시예에서 개시된 확대와 시야각보다 상대적으로 더 큰 확대와 시야각을 획득하기 위해 많은 수의 반사면들을 반사형 HMD 장치에 구비시킬 필요가 없다면, 동일한 확대와 시야각은 시각 콘텐트가 사용자의 눈에 도달하기 전에 멀티-반사 기능을 수행하는 상대적으로 적은 수, 하나 또는 수 개의 반사면들을 이용해서 얻을 수 있다.

예를 들어서, 시스템이 원하는 확대와 시야각을 7개의 반사면(즉, 시각 콘텐트의 반사 순서 : 반사면 #1, 반사면 #2, 반사면 #3, 반사면 #4, 반사면 #5, 반사면 #6, 반사면 #7)들을 이용하지 않는다면, 동일한 확대와 시야각은 독립된 3개의 광학 반사면들을 이용하지 않고 오직 5개의 광학 반사면(즉, 시각 콘텐트의 반사 순서 : 반사면 #1, 반사면 #2, 반사면 #3, 반사면 #1, 반사면 #4, 반사면 #5, 반사면 #1)들을 이용해서 달성할 수 있다.

계속해서, 사용자의 눈으로 투사된 시각 콘텐트가 즉시 충분히 밝고 명확하게 보이지 않는다면, 사용자는 다음의 3가지 방식들을 이용해서 씨-스루 비전과 균형된 증강 현실 시청을 위해 HMD 장치(5)를 개선 또는 최적화시킬 수 있다. 먼저, 도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 투사된 시각 콘텐트의 발기에 대해서, 사용자가 시각 콘텐트가 충분히 밝지 않다고 느낀다면, 사용자는 가변성 전송-손실층(50)을 조정하여 전송-손실층(50)을 어둡게 하고 더 불투명하게 하여, 전송-손실층(50)을 통과하는 외부 광의 전송-손실을 증가시킴으로써, 투사된 시각 콘텐트를 더 밝게 한다. 그러나, 주위 환경으로부터 사용자의 눈으로 입사되는 광의 양을 줄이는 것은 증강 현실 내에서 투사된 시각 콘텐트를 통해서 보여지는 실제 주위 환경이 어두워 보이게 한다. 역으로, 사용자가 주위 환경이 너무 어두워서 보이지 않거나, 또는 사용자가 보다 밝은 레벨을 원하지 않는다면, 사용자는 전송-손실층(50)을 조정하여 전송-손실층(50)을 더 밝게 하고 더 투명하게 한다. 이것에 의해서 전송-손실층(50)을 통과하는 광의 손실이 줄어들게 되어, 주위 환경으로부터 사용자의 눈으로 전송-손실층(50)을 통해서 보다 많은 광이 입사될 수 있다. 그러나, 이러한 경우에는, 투사된 시각 콘텐트가 사용자의 증강 현실 내에서 너무 희미하거나 선명하게 보이지 않게 된다.

두 번째로서, 도 4를 참조하면, 사용자에게 보여지는 투사된 시각 콘텐트의 선명도에 관해서, 투사된 시각 콘텐트가 선명하지 않다면, 사용자는 이옵터 조정기(25)를 수동으로 조작하여, 발광 시각 소스(20)를 일차 전송 하우징(40) 내에 배치된 제 1 광학 반사면(31)으로/으로부터 접근/후퇴시킨다. 이것에 의해서 사용자의 눈 또는 아이박스 내에서 투사된 시각 콘텐트의 최종 초점 위치가 조정되어, 사용자는 명확한 시각 콘텐트를 볼 수 있게 된다.

반사형 HMD 장치(5)가 갖는 주요 장점들 중 하나는 무거운 글래스 또는 아크릴 굴절 렌즈가 필요하지 않다는 것과, 투사된 시각 콘텐트의 확대와 초점 조정을 위해 하드웨어를 장치 내에 설치할 필요가 없다는 것이다. 본 실시예의 HMD 장치(5)는 다른 HMD 장치들보다 가벼우면서 착용이 편안하다. 또한, 반사형 광학 기구는 고가의 독립적인 굴절 렌즈들을 요구하지 않기 때문에, HMD 장치의 제조 비용이 현재 유통되고 있는 다른 HMD 장치들이 비해서 상대적으로 낮아지게 된다. 따라서, HMD 장치(5)의 구입 비용이 저렴해진다. 부가적으로, 반사형 HMD 장치(5)는 가격 또는 중량 부과없이 넓은 시야각을 가지면서 시야각 증가도 가능하다. 마지막으로, 반사형 HMD 장치(5)의 광학 하우징(15)들은 매우 컴팩트하기 때문에, HMD 장치(5)는 사용자의 눈에 인접하게 위치될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 ; 프레임 15 ; 광학 하우징
20 ; 발광 시각 소스 30 ; 광학 반사면
40 ; 일차 전송 하우징 50 ; 이차 비전 하우징

Claims

헤드 마운티드 프레임; 및
상기 프레임에 연결되어, 적어도 부분적으로는 사용자의 눈 전면에 배치되는 광학 하우징을 포함하고,
상기 광학 하우징은
시각 콘텐트를 출사하는 발광 시각 소스; 및
상기 발광 시각 소스와 광학적으로 연결되어 상기 투사된 시각 콘텐트를 상기 사용자의 눈으로 확대하여 반사하는 다수의 광학 반사면들을 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 프레임에 각각 연결된 제 1 광학 하우징과 제 2 광학 하우징을 더 포함하고,
상기 제 1 광학 하우징은 적어도 부분적으로는 상기 사용자의 제 1 눈 전면에 배치되어 제 1 시각 콘텐트를 상기 사용자의 제 1 눈으로 투사하고,
상기 제 2 광학 하우징은 적어도 부분적으로는 상기 사용자의 제 2 눈 전면에 배치되어 제 2 시각 콘텐트를 상기 사용자의 제 2 눈으로 투사하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 프레임은 안경 프레임을 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광학 하우징은 일차 전송 하우징과 이차 비전 하우징을 더 포함하고,
상기 이차 비전 하우징은 상기 사용자의 눈 전면에 배치되어 상기 일차 전송 하우징에 연결된 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 이차 비전 하우징은 상기 사용자의 눈 전면에 배치된 투명한 전면 먼지 커버를 포함하고, 상기 사용자는 상기 투명한 전면 먼지 커버를 통해서 보게 되는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 이차 비전 하우징은 상기 전면 먼지 커버의 전면에 배치되어 상기 전면 먼지 커버와 함께 주위 환경으로부터 상기 광학 하우징을 밀봉하는 외측 먼지 커버를 더 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 외측 먼지 커버는 사용자가 볼 수 있도록 투명 재질을 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 외측 먼지 커버와 연통된 조정 가능한 전송-손실층을 더 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 조정 가능한 전송-손실층은 상기 사용자가 상기 투명한 외측 먼지 커버와 상기 전송-손실층을 통해서 주위 환경을 볼 수 있도록 완전히 투명한 재질을 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 조정 가능한 전송-손실층은 상기 사용자가 상기 외측 먼지 커버와 상기 전송-손실층을 통해서 주위 환경을 볼 수 없도록 어두운 재질을 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 조정 가능한 전송-손실층은 상기 사용자가 상기 외측 먼지 커버와 상기 전송-손실층을 통해서 주위 환경을 부분적으로 볼 수 있도록 다양한 레벨의 어둡기를 갖는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 외측 먼지 커버의 내측면은 가역성 미러를 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광학 반사면들은 일련의 광학 반사면들을 포함하고,
상기 일련의 광학 반사면들은 상기 시각 콘텐트를 제일 먼저 반사하는 적어도 하나의 제 1 광학 반사면과 최종 광학 반사면들을 포함하며,
상기 최종 광학 반사면은 상기 시각 콘텐트를 상기 사용자의 눈으로 최종적으로 반사하는 상기 외측 먼지 커버의 내측면인 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 시각 콘텐트는 상기 제 1 광학 반사면으로부터 시작해서 상기 최종 광학 반사면에서 최종적으로 반사되는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 제 1 광학 반사면은 볼록한 표면이고, 상기 최종 광학 반사면은 오목한 표면인 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 13 항에 있어서, 적어도 하나의 중간 광학 반사면을 더 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 제 1 광학 반사면과 상기 최종 광학 반사면은 오목한 표면들인 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 17 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 중간 광학 반사면은 볼록한 형상의 제 2 광학 반사면을 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 17 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 중간 광학 반사면은
볼록한 형상의 제 2 광학 반사면;
오목한 형상의 제 3 광학 반사면; 및
볼록한 형상의 제 4 광학 반사면을 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 일차 전송 하우징은 상기 프레임의 하부에 배치된 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 일차 전송 하우징은 상기 프레임의 상부에 배치된 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 발광 시각 소스는 마이크로-디스플레이를 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 발광 시각 소스에 연결된 디옵터 조정기를 더 포함하고,
상기 디옵터 조정기는 상기 시각 콘텐트의 초점 보정을 위해 상기 발광 시각 소스를 상기 발광 시각 소스로부터의 상기 시각 콘텐트의 투사 방향을 따라 전후진시키는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 사용자의 눈에 대해서 60°의 텍스트-판독형 대각 시야각을 갖는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 발광 시각 소스와 상기 사용자의 눈 사이의 상기 투사된 시각 콘텐트의 광 경로 내에 배치된 굴절 부재를 더 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
헤드 마운티드 프레임; 및
상기 프레임에 연결되어, 적어도 부분적으로는 사용자의 눈 전면에 배치되는 광학 하우징을 포함하고,
상기 광학 하우징은
시각 콘텐트를 출사하는 발광 시각 소스; 및
상기 발광 시각 소스와 광학적으로 연결되어 상기 투사된 시각 콘텐트를 상기 사용자의 눈으로 반사하는 다수의 광학 반사면들을 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 26 항에 있어서, 상기 광학 반사면들은 상기 투사된 시각 콘텐트가 상기 사용자의 눈에 확대되어 보이도록 상기 투사된 시각 콘텐트를 확대하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 26 항에 있어서, 상기 프레임에 각각 연결된 제 1 광학 하우징과 제 2 광학 하우징을 더 포함하고,
상기 제 1 광학 하우징은 적어도 부분적으로는 상기 사용자의 제 1 눈 전면에 배치되어 제 1 시각 콘텐트를 상기 사용자의 제 1 눈으로 투사하고,
상기 제 2 광학 하우징은 적어도 부분적으로는 상기 사용자의 제 2 눈 전면에 배치되어 제 2 시각 콘텐트를 상기 사용자의 제 2 눈으로 투사하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 26 항에 있어서, 상기 광학 하우징은 일차 전송 하우징과 이차 비전 하우징을 더 포함하고,
상기 이차 비전 하우징은 상기 사용자의 눈 전면에 배치되어 상기 일차 전송 하우징에 연결된 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 29 항에 있어서, 상기 이차 비전 하우징은 상기 사용자의 눈 전면에 배치된 투명한 전면 먼지 커버를 포함하고, 상기 사용자는 상기 투명한 전면 먼지 커버를 통해서 보게 되는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 30 항에 있어서, 상기 이차 비전 하우징은 상기 전면 먼지 커버의 전면에 배치되어 상기 전면 먼지 커버와 함께 주위 환경으로부터 상기 광학 하우징을 밀봉하는 외측 먼지 커버를 더 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 31 항에 있어서, 상기 외측 먼지 커버는 사용자가 볼 수 있도록 투명 재질을 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 외측 먼지 커버와 연통된 조정 가능한 전송-손실층을 더 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 33 항에 있어서, 상기 조정 가능한 전송-손실층은 상기 사용자가 상기 투명한 외측 먼지 커버와 상기 전송-손실층을 통해서 주위 환경을 볼 수 있도록 완전히 투명한 재질을 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 33 항에 있어서, 상기 조정 가능한 전송-손실층은 상기 사용자가 상기 외측 먼지 커버와 상기 전송-손실층을 통해서 주위 환경을 볼 수 없도록 어두운 재질을 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 33 항에 있어서, 상기 조정 가능한 전송-손실층은 상기 사용자가 상기 외측 먼지 커버와 상기 전송-손실층을 통해서 주위 환경을 부분적으로 볼 수 있도록 다양한 레벨의 어둡기를 갖는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 외측 먼지 커버의 내측면은 가역성 미러를 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 26 항에 있어서, 상기 광학 반사면들은 일련의 광학 반사면들을 포함하고,
상기 일련의 광학 반사면들은 상기 시각 콘텐트를 제일 먼저 반사하는 적어도 하나의 제 1 광학 반사면과 최종 광학 반사면들을 포함하며,
상기 최종 광학 반사면은 상기 시각 콘텐트를 상기 사용자의 눈으로 최종적으로 반사하는 상기 외측 먼지 커버의 내측면인 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 38 항에 있어서, 상기 시각 콘텐트는 상기 제 1 광학 반사면으로부터 시작해서 상기 최종 광학 반사면에서 최종적으로 반사되는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 38 항에 있어서, 상기 제 1 광학 반사면은 볼록한 표면이고, 상기 최종 광학 반사면은 오목한 표면인 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 38 항에 있어서, 적어도 하나의 중간 광학 반사면을 더 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 41 항에 있어서, 상기 제 1 광학 반사면과 상기 최종 광학 반사면은 오목한 표면들인 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 42 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 중간 광학 반사면은 볼록한 형상의 제 2 광학 반사면을 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 42 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 중간 광학 반사면은
볼록한 형상의 제 2 광학 반사면;
오목한 형상의 제 3 광학 반사면; 및
볼록한 형상의 제 4 광학 반사면을 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 29 항에 있어서, 상기 일차 전송 하우징은 상기 프레임의 하부에 배치된 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 29 항에 있어서, 상기 일차 전송 하우징은 상기 프레임의 상부에 배치된 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 26 항에 있어서, 상기 발광 시각 소스는 마이크로-디스플레이를 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 26 항에 있어서, 상기 발광 시각 소스에 연결된 디옵터 조정기를 더 포함하고,
상기 디옵터 조정기는 상기 시각 콘텐트의 초점 보정을 위해 상기 발광 시각 소스를 상기 발광 시각 소스로부터의 상기 시각 콘텐트의 투사 방향을 따라 전후진시키는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 26 항에 있어서, 상기 사용자의 눈에 대해서 60°의 텍스트-판독형 대각 시야각을 갖는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 26 항에 있어서, 상기 발광 시각 소스와 상기 사용자의 눈 사이의 상기 투사된 시각 콘텐트의 광 경로 내에 배치된 굴절 부재를 더 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
프레임; 및
상기 프레임에 연결되어, 적어도 부분적으로는 사용자의 눈 전면에 배치되는 광학 하우징을 포함하고,
상기 광학 하우징은
상기 광학 하우징 내에 배치되어 시각 콘텐트를 출사하는 발광 시각 소스; 및
상기 발광 시각 소스와 광학적으로 연결되어 상기 투사된 시각 콘텐트를 상기 사용자의 눈으로 반사하는 다수의 광학 반사면들을 포함하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 51 항에 있어서, 상기 프레임은 상기 사용자의 헤드에 착용 가능하게 마운트되는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
제 51 항에 있어서, 상기 광학 반사면들은 상기 투사된 시각 콘텐트가 상기 사용자의 눈에 확대되어 보이도록 상기 투사된 시각 콘텐트를 확대하는 반사형 헤드 마운티드 디스플레이 장치.
시각 콘텐트를 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 아이박스로 확대해서 출사하는 방법에 있어서,
프레임, 및 상기 프레임에 연결되어 사용자의 눈 전면에 배치된 광학 하우징을 포함하고, 상기 광학 하우징은 상기 광학 하우징 내에 배치되어 시각 콘텐트를 출사하는 발광 시각 소스, 및 상기 광학 하우징 내에 배치되어 상기 시각 콘텐트를 상기 아이박스로 연속적으로 확대해서 반사하는 다수의 광학 반사면들을 포함하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 제공하는 단계;
상기 발광 시각 소스로 입력 신호를 제공하여 투사될 시각 콘텐트를 발생시키는 단계; 및
상기 투사된 시각 콘텐트를 상기 광학 반사면들 중의 최종 광학 반사면으로부터 상기 아이박스로 반사시켜서, 상기 시각 콘텐트를 확대해서 디스플레이하는 단계를 포함하는 시각 콘텐트 출사 방법.
제 54 항에 있어서, 상기 입력 신호는 컴퓨터로부터 출력된 신호를 포함하는 시각 콘텐트 출사 방법.
제 54 항에 있어서, 상기 입력 신호는 비디오 신호를 포함하는 시각 콘텐트 출사 방법.
제 54 항에 있어서, 상기 입력 신호는 이미지 신호를 포함하는 시각 콘텐트 출사 방법.
제 54 항에 있어서, 상기 입력 신호는 정적 시각 콘텐트를 포함하는 시각 콘텐트 출사 방법.
제 54 항에 있어서, 상기 입력 신호는 동적 시각 콘텐트를 포함하는 시각 콘텐트 출사 방법.