KR20140097748A - 헤드 마운트 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

헤드 마운트 디스플레이 장치가 개시된다. 본 헤드 마운트 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널에서 출사된 화상광을 확대하기 위한 확대렌즈부; 및 복수의 다면체 프리즘을 통해, 상기 확대렌즈부에서 확대된 화상광의 경로가 변경되어 사용자의 눈에 결상되도록 하기 위한 광경로 변경부;를 포함하고, 상기 광경로 변경부는, 상기 확대된 화상광을 상기 사용자의 눈에 결상시키기 위해 제1면이 반사가능한 볼록 곡면으로 처리된 제1 프리즘; 및 상기 확대렌즈부에 의해 확대된 화상광이 반사되거나 상기 제1 프리즘의 제1면에 의해 반사된 화상광이 투과하도록, 제2면이 부분반사면으로 처리된 제2 프리즘;을 포함한다. 이에 의해, 투과경이나 반사경을 이용하여 광경로를 변경시키지 않고 다면체 프리즘을 사용하여 광경로를 변경함으로써, 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구조가 단순해지고 제작 공정상에서의 오차를 줄일 수 있게 되며, 광이 굴절률이 큰 프리즘 내부에서 굴절률이 작은 진공 상태 또는 공기로 진입하여 사용자의 눈으로 진입하기 때문에 넓은 FOV(Field Of View)에 대한 구현이 가능하게 되고, 프리즘으로부터 사용자의 눈까지의 거리를 축소시킬 수 있어 헤드 마운트 디스플레이 장치의 소형화를 도모할 수 있게 된다.

Description

헤드 마운트 디스플레이 장치{APPARATUS FOR HEAD MOUNT DISPLAY}
본 발명은 사용자가 머리 또는 얼굴에 착용한 상태에서 디스플레이 패널에서 생성되는 영상을 시청할 수 있는 헤드 마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다.
헤드 마운트 디스플레이 장치는 디스플레이 패널에서 형성되는 화상광을 광학계에 의해 확대한 후 사용자의 눈에 결상시키는 장치를 의미한다. 이러한 헤드 마운트 디스플레이 장치는 사용자의 눈과 가까운 위치에 디스플레이 패널이 위치하기 때문에 짧은 거리에 초점을 맞추는 정밀한 광학 설계가 요구되고, 이러한 요구사항을 해결하기 위한 연구와 더불어 사용자 눈의 피로감을 감소시키고 착용시의 거부감을 저감시키기 위한 연구들이 진행되고 있다.
그러나, 종래의 헤드 마운트 디스플레이 장치는 디스플레이 패널과 광학계가 일직선상의 광축에 위치하게 됨으로 인해 구성부품들이 시선 방향으로 돌출되는 형태로 되며, 이로 인해 무게 중심이 얼굴에서 앞쪽으로 상당부분 이탈되어 착용한 사용자에게 피로감 및 거부감을 제공한 것이 사실이다.
이러한 문제를 해결하기 위해 디스플레이 패널과 광학계가 일직선 상에 위치하지 않도록 광경로를 변경하는 기술들이 제안되고 있으나, 대부분 투과경 및 오목반사경을 이용해 광경로를 변경하는 방법으로 구현되어, 구조가 복잡해지고 제작 공정상에서 오차가 많아 품질 확보가 어려우며 무엇보다 광경로 상의 매질이 공기로 되어 있기 때문에 광학설계상 넓은 FOV(Field Of View)에 대한 확보가 어렵다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 복수의 다면체 프리즘을 사용하여 광경로가 변경되도록 함으로써, 부피 대비 넓은 FOV가 확보되도록 하고 디스플레이 종류에 따라 구조를 간단하게 변경할 수 있으며 제작공정 상에서의 오차를 극소화시킬 수 있도록 하기 위한 헤드 마운트 디스플레이 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널에서 출사된 화상광을 확대하기 위한 확대렌즈부; 및 복수의 다면체 프리즘을 통해, 상기 확대렌즈부에서 확대된 화상광의 경로가 변경되어 사용자의 눈에 결상되도록 하기 위한 광경로 변경부;를 포함하고, 상기 광경로 변경부는, 상기 확대된 화상광을 상기 사용자의 눈에 결상시키기 위해 제1면이 반사가능한 볼록 곡면으로 처리된 제1 프리즘; 및 상기 확대렌즈부에 의해 확대된 화상광이 반사되거나 상기 제1 프리즘의 제1면에 의해 반사된 화상광이 투과하도록, 제2면이 부분반사면으로 처리된 제2 프리즘;을 포함한다.
여기서, 상기 제1 프리즘 또는 상기 제2 프리즘은, 상기 광경로 변경부에서 출사되는 화상광의 FOV(Field Of View)가 넓어지거나 상기 광경로 변경부로부터 상기 사용자의 눈까지의 거리가 짧아지도록 하기 위해, 진공 상태 또는 공기보다 굴절률이 큰 유리 또는 플라스틱 소재로 형성될 수 있다.
또한, 상기 광경로 변경부가 상기 제1 프리즘 및 상기 제2 프리즘 만으로 구성된 경우, 상기 사용자의 눈의 시선 방향과 상기 디스플레이 패널의 법선 방향은 0도 및 180도 이외의 각도를 가질 수 있다.
그리고, 상기 제1 프리즘의 제1면의 법선 방향과 상기 디스플레이 패널의 법선 방향은, 0도 및 90도 이외의 각도를 가지고, 상기 제1 프리즘의 제2면의 법선 방향과 상기 디스플레이 패널의 법선 방향은, 0도 또는 90도의 각도를 가지며, 상기 제1 프리즘의 제3면의 법선 방향과 상기 제1 프리즘의 제2면의 법선 방향은, 90도의 각도를 가질 수 있다.
또한, 상기 제2 프리즘의 제1면은, 상기 제2 프리즘의 제1면의 법선 방향과 상기 제1 프리즘의 제1면의 법선 방향이 일치하도록 상기 제1 프리즘의 제1면에 대향되도록 형성되며, 상기 제2 프리즘의 제2면의 법선 방향과 상기 디스플레이 패널의 법선 방향은, 0도 또는 90도의 각도를 가지고, 상기 제2 프리즘의 제3면의 법선 방향과 상기 제2 프리즘의 제2면의 법선 방향은, 90도의 각도를 가질 수 있다.
그리고, 상기 확대렌즈부에서 확대된 화상광이 상기 제1 프리즘으로 진입한 후 상기 제2 프리즘으로 진입하여 최종적으로 상기 사용자의 눈에 결상되도록 상기 광경로 변경부가 설계된 경우, 상기 확대렌즈부에서 확대된 화상광은, 법선 방향이 상기 디스플레이 패널의 법선 방향과 0도 각도를 가지는, 상기 제1 프리즘의 제3면을 투과하는 제1 과정; 상기 제1 프리즘의 제1면에 대향되게 밀착되어 있는 상기 제2 프리즘의 제1면에서 반사되는 제2 과정; 법선 방향이 상기 디스플레이 패널의 법선 방향과 90도 각도를 가지는, 상기 제1 프리즘의 제2면에서 반사되는 제3 과정; 상기 제1 프리즘의 제1면 및 상기 제2 프리즘의 제1면을 투과하는 제4 과정; 및 법선 방향이 상기 디스플레이 패널의 법선 방향과 90도의 각도를 가지는, 상기 제2 프리즘의 제3면을 투과하는 제5 과정;를 통해 상기 사용자의 눈에 결상될 수 있다.
여기서, 상기 제2 프리즘의 제3면은, 상기 화상광의 FOV가 넓어지거나 상기 제2 프리즘으로부터 상기 사용자의 눈까지의 거리가 짧아지도록 하기 위해 오목 곡면으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 확대렌즈부에서 확대된 화상광이 상기 제2 프리즘으로 진입한 후 상기 제1 프리즘으로 진입하여 최종적으로 상기 사용자의 눈에 결상되도록 상기 광경로 변경부가 설계된 경우, 상기확대렌즈부에서 확대된 화상광은, 법선 방향이 상기 디스플레이 패널의 법선 방향과 0도 각도를 가지는, 상기 제2 프리즘의 제2면 또는 상기 제2 프리즘의 제3면을 투과하는 제1 과정; 상기 제1 프리즘의 제1면 및 상기 제1 프리즘의 제1면에 대향되게 밀착되어 있는 상기 제2 프리즘의 제1면을 투과하는 제2 과정; 법선 방향이 상기 디스플레이 패널의 법선 방향과 0도의 각도를 가지는, 상기 제1 프리즘의 제2면에서 반사되는 제3 과정; 상기 제2 프리즘의 제1면에서 반사되는 제4 과정; 및 법선 방향이 상기 디스플레이 패널의 법선 방향과 90도의 각도를 가지는, 상기 제1 프리즘의 제3면을 투과하는 제5 과정;를 통해 상기 사용자의 눈에 결상될 수 있다.
이와 같이 투과경이나 반사경을 이용하여 광경로를 변경시키지 않고 다면체 프리즘을 사용하여 광경로를 변경함으로 인해, 구조가 단순해지고 제작 공정상에서의 오차를 줄일 수 있게 되며, 광이 굴절률이 큰 프리즘 내부에서 굴절률이 작은 진공 상태 또는 공기로 진입하여 사용자의 눈으로 진입하기 때문에 넓은 FOV(Field Of View)에 대한 구현이 가능하게 되고, 프리즘으로부터 사용자의 눈까지의 거리를 축소시킬 수 있어 헤드 마운트 디스플레이 장치의 소형화를 도모할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 3은 제2 실시예에서 사용되는 제1 프리즘의 사시도를 도시한 도면이다.
도 4는 제2 실시예에서 사용되는 제2 프리즘의 사시도를 도시한 도면이다.
도 5는 제2 실시예를 기준으로 한 광경로에 대한 설명을 위해 제공되는 도면이다.
도 6은 추가 프리즘을 활용하여 광경로를 변경시킨 예를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 7은 추가 프리즘을 활용하여 광경로를 변경시킨 다른 예를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 8은 추가 프리즘을 활용하여 광경로를 변경시킨 또 다른 예를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 이하에서 설명될 내용들은 다음과 같다.
우선, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 대해 설명하고, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명하기로 한다. 다음으로, 도 3을 참조하여 제1 프리즘의 각 면의 처리상태 및 역할에 대해 설명하고, 도 4를 참조하여 제2 프리즘의 각 면의 처리상태 및 역할에 대해 설명하기로 한다. 이후, 도 5를 참조하여 제2 실시예를 기준으로 한 광경로에 대해 설명하기로 하고, 도 6 내지 도 8을 참조하여 추가 프리즘을 활용한 광경로 변경예에 대해 설명하기로 한다.
<제1 실시예>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이(HMD : Head Mount Display) 장치를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
주지된 바와 같이 헤드 마운트 디스플레이 장치는, 사용자의 머리 또는 얼굴에 착용되어 화상광이 사용자의 눈에 결상되도록 하는 장치를 의미한다.
본 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치에 따르면, 반사경이나 투과경을 사용하지 않고 복수의 프리즘을 사용함으로써 넓은 FOV(Field Of View)를 확보하고, 광경로 변경 및 광경로 변경부와 사용자의 눈 간의 거리 축소를 통해 장치의 소형화를 도모할 수 있게 한다.
이를 위한 본 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널(100), 확대렌즈부(200), 제1 프리즘(300) 및 제2 프리즘(400)으로 구성된다.
디스플레이 패널(100)은 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes), LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 등과 같은 다양한 장치 또는 소자로 구현될 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(100)의 주변에 별도의 광원이 배치되도록 할 수 있으며, 헤드 마운트 디스플레이 장치의 소형화, 초박화, 경량화 등을 위해 작은 사이즈로 마련될 수 있다.
디스플레이 패널(100)에서 출사된 화상광은 확대렌즈부(200)로 입사된다.
확대렌즈부(200)는 전술한 바와 같이 작은 사이즈의 디스플레이 패널(100)에서 출사되는 화상광을 확대하기 위한 목적으로 사용된다. 이를 위해 확대렌즈부(200)는 둘 이상이 렌즈군으로 형성될 수 있으며, 렌즈군을 형성하는 각 렌즈는 단면 오목렌즈, 단면 볼록렌즈, 양면 오목렌즈, 양면 볼록렌즈 등으로 이루어질 수 있다.
확대렌즈부(200)에서 확대된 화상광은 경로가 변경되어 최종적으로 사용자의 눈(500)에 결상되게 되며, 이러한 경로 변경을 위해 광경로 변경부가 사용된다. 광경로 변경부는 제1 프리즘(300) 및 제2 프리즘(400)으로 구성된다.
제1 프리즘(300)은 유리 소재 또는 플라스틱 소재로 형성된 다면체로서, 제1 프리즘(300)의 각 면에서 화상광이 반사되거나 투과되거나 일부 반사되거나 일부 투과되게 된다. 또한, 제1 프리즘(300)은 하나의 볼록한 면과 하나의 비스듬한 면을 가지는 것을 특징으로 하며, 각 면에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
제2 프리즘(400)도 유리 소재 또는 플라스틱 소재로 형성된 다면체로서, 제2 프리즘(400)의 각 면에서 화상광이 반사되거나 투과되거나 일부 반사되거나 일부 투과되게 된다. 또한, 제2 프리즘(400)은 하나의 오목한 면과 하나의 비스듬한 면을 가지는 것을 특징으로 하며, 각 면에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
한편, 이러한 제1 프리즘(300)과 제2 프리즘(400)은 맞꼭지 각(θ')이 서로 동일하도록 비스듬한 면이 서로 대향되게 밀착 형성되어, 대향되게 밀착 형성된 면들의 법선 방향이 서로 0도 각도를 가지게 된다.
제2 프리즘(400)의 비스듬한 면은 50%의 광투과율을 가지도록 표면처리되어 입사되는 화상광을 일부 반사하거나 일부 투과하게 된다. 이에 따라 디스플레이 패널(100)에서 출사되어 확대렌즈부(200)를 통해 제1 프리즘(300)으로 입사되는 화상광은, 일부 반사되어 R11의 광경로에서 R12의 광경로로 변경되게 되고, 나머지는 투과되어 R11의 광경로에서 R13의 광경로로 변경되게 된다.
제1 프리즘(300)의 볼록한 면은 50%의 광반사율을 가지도록 표면처리되어 입사되는 화상광을 일부 반사하거나 일부 투과하게 된다. 이에 따라 R12의 광경로를 따라 볼록한 면으로 입사된 광은 일부 반사되어 R14의 광경로로 변경되게 된다. 물론, 이 경우에도 제2 프리즘(400)의 비스듬한 면이 50%의 광투과율을 가지도록 표면처리되어 있기 때문에, 일부는 디스플레이 패널(100) 쪽으로 반사되도록 광경로가 변경되게 될 것이다.
R14의 광경로로 변경된 화상광은 제2 프리즘(400)의 오목한 면을 관통하게 되며, 이 때의 제2 프리즘(400)의 오목한 면은 전부 투과가 가능하도록 구현될 수 있다.
한편, 화상광이 R14의 광경로를 통해 사용자의 눈(500)에 결상되면, 사용자는 결상된 화상광에 대한 시청이 가능하게 된다. 뿐만 아니라, 제2 프리즘(400)의 오목한 면이 전부 투과 가능하고, 제2 프리즘(400)의 비스듬한 면이 일부 투과 가능하며, 제1 프리즘(300)의 비스듬한 면이 전부 투과 가능하고, 제1 프리즘(300)의 볼록한 면이 일부 투과 가능하기 때문에, 착용한 헤드 마운트 디스플레이 장치 너머에서 사용자의 시선 상에 있는 물체들에 대한 관찰도 가능하게 된다. 이에 의해 투시형(See-through) 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구현이 가능하다.
<제2 실시예>
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치를 설명하기 위해 제공되는 도면이다. 이하에서는 도 1에서 설명된 헤드 마운트 디스플레이 장치와 구별되는 부분을 중점으로 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치도, 반사경이나 투과경을 사용하지 않고 복수의 프리즘을 사용함으로써 넓은 FOV를 확보하고, 광경로 변경 및 광경로 변경부와 사용자의 눈 간의 거리 축소를 통해 장치의 소형화를 도모할 수 있게 한다.
본 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치는, 제1 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치와 마찬가지로, 디스플레이 패널(100), 확대렌즈부(200), 제1 프리즘(300) 및 제2 프리즘(400)으로 구성된다. 다만, 제1 프리즘(300) 및 제2 프리즘(400)의 위치가 변경되었고, 제1 프리즘(300)의 볼록한 면이 전부 반사되는 면이라는 것과 제2 프리즘(400)의 오목한 면이 존재하지 않는다는 점에서 제1 실시예와 구별된다.
즉, 제1 프리즘(300)은 하나의 볼록한 면과 하나의 비스듬한 면을 가지는 것을 특징으로 하며, 제2 프리즘(400)은 하나의 비스듬한 면을 가지는 것을 특징으로 한다.
한편, 이러한 제1 프리즘(300)과 제2 프리즘(400)도 맞꼭지 각(θ'')이 서로 동일하도록 비스듬한 면이 서로 대향되게 밀착 형성되어, 대향되게 밀착 형성된 면들의 법선 방향이 서로 0도 각도를 가지게 된다.
제2 프리즘(400)의 비스듬한 면은 50%의 광투과율을 가지도록 표면처리되어 입사되는 화상광을 일부 반사하거나 일부 투과하게 된다. 이에 따라 디스플레이 패널(100)에서 출사되어 확대렌즈부(200)를 통해 제2 프리즘(400)으로 입사되는 화상광은, 일부 반사되어 R21의 광경로에서 R22의 광경로로 변경되게 되고, 나머지는 투과되어 R21의 광경로에서 R23의 광경로로 변경되게 된다.
제1 프리즘(300)의 볼록한 면은 100%의 광반사율을 가지도록 표면처리되어 입사되는 화상광을 전부 반사하게 된다. 이에 따라 R23의 광경로를 따라 볼록한 면으로 입사된 광은 전부 반사되어 R24의 광경로로 변경되게 된다.
R24의 광경로로 변경된 화상광은 제2 프리즘(400)의 비스듬한 면에서 일부 반사되어 R25의 광경로를 가지며 사용자의 눈(500)에 결상되게 된다. 물론, 이 경우에도 제2 프리즘(400)의 비스듬한 면이 50%의 광투과율을 가지도록 표면처리되어 있기 때문에, 일부는 디스플레이 패널(100) 쪽으로 투과되도록 광경로가 변경되게 될 것이다.
한편, 화상광이 R25의 광경로를 통해 사용자의 눈(500)에 결상되면, 사용자는 결상된 화상광에 대한 시청이 가능하게 된다. 뿐만 아니라, R25의 광경로에 의해 관통되는 제1 프리즘(300)의 면과 R22의 광경로에 의해 관통되는 제2 프리즘(400)의 면이 전부 투과 가능하고, 제2 프리즘(400)의 비스듬한 면이 일부 투과 가능하며, 제1 프리즘(300)의 비스듬한 면이 전부 투과 가능하기 때문에, 착용한 헤드 마운트 디스플레이 장치 너머에서 사용자의 시선 상에 있는 물체들에 대한 관찰도 가능하게 된다. 이에 의해 투시형 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구현이 가능하다.
<제1 프리즘 및 제2 프리즘에서 각 면의 처리상태 및 역할>
도 3은 제2 실시예에서 사용되는 제1 프리즘(300)의 사시도를 도시한 도면이고, 도 4는 제2 실시예에서 사용되는 제2 프리즘(400)의 사시도를 도시한 도면으로서, 이하에서 제2 실시예를 기준으로 제1 프리즘(300) 및 제2 프리즘(400)의 처리상태 및 역할에 대해 설명하기로 한다. 제1 실시예에서 사용되는 제1 프리즘(300)및 제2 프리즘(400)의 처리상태 및 역할은, 이하의 제2 실시예 기준으로 설명되는 부분으로부터 유추가능할 것이다.
S11은 전술한 제1 프리즘(300)의 비스듬한 면을 의미하고, S21은 전술한 제2 프리즘(400)의 비스듬한 면을 의미한다.
이러한 S11과 S21은 상호 대향되게 마주보고 밀착되도록 형성된다. 즉, S11의 법선 방향과 S21의 법선 방향은 0도의 각도를 가지게 된다.
또한, S11은 특별한 표면처리가 되지 않거나 100%의 투과율을 가지도록 가공되어 전술한 제1 실시예 또는 제2 실시예에서 동일하게 사용될 수 있게 되고, S21은 50%의 투과율을 가지도록 표면처리되어 역시 전술한 제1 실시예 또는 제2 실시예에서 동일하게 사용될 수 있게 된다.
물론, 이상에서는 S11가 100%의 투과율을 가지고 S21이 50%의 투과율을 가지는 것으로 상정하였으나, 설명의 편의를 위한 예시적 사항에 불과하며, 양자가 각각 62.5%의 투과율과 80%의 투과율을 가지도록 표면처리된 경우에도 전체적으로 50%의 투과율을 가지기 때문에 동일하게 적용될 수 있게 된다.
뿐만 아니라, S11과 S21이 밀착된 부분의 투과율이 50%가 아닌 다른 수치로 설정되로록 구현되는 경우도 상정할 수 있을 것이며, 나아가 제1 프리즘(300)과 제2 프리즘(400)이 일체화되고 내부에 투과율을 저감시키는 소재가 삽입되도록 구현하는 경우도 상정할 수 있을 것이다.
한편, S12는 실시예에 따라 투과율이 다르게 표면처리될 수 있다. 예를 들어, 제1 실시예에서는 투시형 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구현을 위해 S12가 50%의 투과율을 가지도록 표면처리되지만, 제2 실시예에서는 사용자의 눈(500)에 더 충분한 화상광이 제공될 수 있도록 하기 위해 전부 반사되도록 표면처리될 수 있다.
물론, 이 역시 예시적 사항에 불과하며, 제1 실시예에서도 50% 이외의 투과율을 가지도록 처리되고 제2 실시예에서도 0% 이외의 투과율을 가지도록 처리된 경우에도 본 발명의 기술적 사상이 그대로 적용될 수 있을 것이다.
또한, S12의 법선 방향은, 제1 실시예에서 디스플레이 패널(100)의 법선 방향과 90도의 각도를 가지고, 제2 실시예에서 디스플레이 패널(100)의 법선 방향과 0도의 각도를 가지게 된다.
이 외에도, 제1 실시예 및 제2 실시예에서 모두, S13 및 S22는 100%의 투과율을 가지는 평평한 면으로 처리될 수 있으며, 제1 실시예에서 S23은 100% 투과율을 가지는 오목한 면으로 처리되지만 제2 실시예에서 S23은 100% 투과율을 가지는 평평한 면으로 처리될 수 있다.
또한, S13의 법선 방향은, 제1 실시예에서 디스플레이 패널(100)의 법선 방향과 0도의 각도를 가지고, 제2 실시예에서 디스플레이 패널(100)의 법선 방향과 90도의 각도를 가지게 된다.
뿐만 아니라, S22의 법선 방향은, 제1 실시예에서 디스플레이 패널(100)의 법선 방향과 0도의 각도를 가지고, 제2 실시예에서 디스플레이 패널(100)의 법선 방향과 90도의 각도를 가지게 된다.
그리고, S23의 법선 방향은, 제1 실시예에서 디스플레이 패널(100)의 법선 방향과 90도의 각도를 가지고, 제2 실시예에서 디스플레이 패널(100)의 법선 방향과 0도의 각도를 가지게 된다.
<광경로>
도 5는 제2 실시예를 기준으로 한 광경로에 대한 설명을 위해 제공되는 도면이다.
디스플레이 패널(100)에서 생성된 화상광은 2개의 렌즈로 구성된 확대렌즈부(200)를 통해 확대되고, 이러한 화상광은 2개의 프리즘(300, 400)에 의해 굴절되어 사용자의 눈(500)에 결상되게 된다.
특히, 확대된 도면을 참조하면, 유리 또는 플리스틱을 매질로 하는 제1 프리즘(300)과 진공상태 또는 공기를 매질로 하는 외부의 사이에서는, 입사각 α로 입사되어 굴절각 β로 굴절되는 현상이 발생하게 된다. 이는 제1 프리즘(300)의 매질의 굴절률이 외부의 굴절류보다 크기 때문이다.
이와 같이 투과경이나 반사경을 이용하여 광경로를 변경시키지 않고 프리즘(300, 400)을 사용하여 광경로를 변경함으로 인해, 굴절각 β이 입사각 α보다 커지게 되며, 이로 인해 넓은 FOV(Field Of View)에 대한 구현이 가능하게 되고, 프리즘(300, 400)으로부터 사용자의 눈까지의 거리를 축소시킬 수 있어 헤드 마운트 디스플레이 장치의 소형화를 도모할 수 있게 된다.
<추가 프리즘 활용 예>
도 6 내지 도 8은 추가 프리즘을 활용하여 광경로를 변경시킨 예들을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도시된 예들과 같이, 2개의 프리즘이 아닌 그 이상의 프리즘들을 사용하여, 디스플레이 패널(100)에서 사용자의 눈(500)으로 전달되는 광경로를 자유자재로 변경할 수 있다.
도 6은 프리즘 A(610), 프리즘 B(620), 프리즘 C(630)을 사용하여, 디스플레이 패널(100)의 법선 방향이 X축과 평행한 경우 사용자의 눈(500)의 시선 방향이 Y축과 평행하도록 구현한 예이고, 도 7은 프리즘 D(640), 프리즘 E(650), 프리즘 F(660)을 사용하여, 디스플레이 패널(100)의 법선 방향이 Z축과 평행한 경우 사용자의 눈(500)의 시선 방향이 Y축과 평행하도록 구현한 예이며, 도 8은 프리즘 G(670), 프리즘 H(680), 프리즘 I(690)을 사용하여, 디스플레이 패널(100)의 법선 방향이 Y축과 평행한 경우 사용자의 눈(500)의 시선 방향이 Y축과 평행하도록 구현한 예이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 디스플레이 패널 200 : 확대렌즈부
300 : 제1 프리즘 400 : 제2 프리즘
500 : 사용자의 눈 610 : 프리즘 A
620 : 프리즘 B 630 : 프리즘 C
640 : 프리즘 D 650 : 프리즘 E
660 : 프리즘 F 670 : 프리즘 G
680 : 프리즘 H 690 : 프리즘 I
R11 : 제1 광경로(제1 실시예) R12 : 제2 광경로(제1 실시예)
R13 : 제3 광경로(제1 실시예) R14 : 제4 광경로(제1 실시예)
R21 : 제1 광경로(제2 실시예) R22 : 제2 광경로(제2 실시예)
R23 : 제3 광경로(제2 실시예) R24 : 제4 광경로(제2 실시예)
R25 : 제5 광경로(제2 실시예) S11 : 제1 프리즘의 제1면
S12 : 제1 프리즘의 제2면 S13 : 제1 프리즘의 제3면
S21 : 제2 프리즘의 제1면 S22 : 제2 프리즘의 제2면
S23 : 제2 프리즘의 제3면 α : 입사각
β : 굴절각

Claims (8)

  1. 헤드 마운트 디스플레이 장치에 있어서,
    디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널에서 출사된 화상광을 확대하기 위한 확대렌즈부; 및
    복수의 다면체 프리즘을 통해, 상기 확대렌즈부에서 확대된 화상광의 경로가 변경되어 사용자의 눈에 결상되도록 하기 위한 광경로 변경부;를 포함하고,
    상기 광경로 변경부는,
    상기 확대된 화상광을 상기 사용자의 눈에 결상시키기 위해 제1면이 반사가능한 볼록 곡면으로 처리된 제1 프리즘; 및
    상기 확대렌즈부에 의해 확대된 화상광이 반사되거나 상기 제1 프리즘의 제1면에 의해 반사된 화상광이 투과하도록, 제2면이 부분반사면으로 처리된 제2 프리즘;을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 프리즘 또는 상기 제2 프리즘은,
    상기 광경로 변경부에서 출사되는 화상광의 FOV(Field Of View)가 넓어지거나 상기 광경로 변경부로부터 상기 사용자의 눈까지의 거리가 짧아지도록 하기 위해, 진공 상태 또는 공기보다 굴절률이 큰 유리 또는 플라스틱 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광경로 변경부가 상기 제1 프리즘 및 상기 제2 프리즘 만으로 구성된 경우, 상기 사용자의 눈의 시선 방향과 상기 디스플레이 패널의 법선 방향은 0도 및 180도 이외의 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 프리즘의 제1면의 법선 방향과 상기 디스플레이 패널의 법선 방향은, 0도 및 90도 이외의 각도를 가지고,
    상기 제1 프리즘의 제2면의 법선 방향과 상기 디스플레이 패널의 법선 방향은, 0도 또는 90도의 각도를 가지며,
    상기 제1 프리즘의 제3면의 법선 방향과 상기 제1 프리즘의 제2면의 법선 방향은, 90도의 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 프리즘의 제1면은, 상기 제2 프리즘의 제1면의 법선 방향과 상기 제1 프리즘의 제1면의 법선 방향이 일치하도록 상기 제1 프리즘의 제1면에 대향되도록 형성되며,
    상기 제2 프리즘의 제2면의 법선 방향과 상기 디스플레이 패널의 법선 방향은, 0도 또는 90도의 각도를 가지고,
    상기 제2 프리즘의 제3면의 법선 방향과 상기 제2 프리즘의 제2면의 법선 방향은, 90도의 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 확대렌즈부에서 확대된 화상광이 상기 제1 프리즘으로 진입한 후 상기 제2 프리즘으로 진입하여 최종적으로 상기 사용자의 눈에 결상되도록 상기 광경로 변경부가 설계된 경우,
    상기 확대렌즈부에서 확대된 화상광은,
    법선 방향이 상기 디스플레이 패널의 법선 방향과 0도 각도를 가지는, 상기 제1 프리즘의 제3면을 투과하는 제1 과정;
    상기 제1 프리즘의 제1면에 대향되게 밀착되어 있는 상기 제2 프리즘의 제1면에서 반사되는 제2 과정;
    법선 방향이 상기 디스플레이 패널의 법선 방향과 90도 각도를 가지는, 상기 제1 프리즘의 제2면에서 반사되는 제3 과정;
    상기 제1 프리즘의 제1면 및 상기 제2 프리즘의 제1면을 투과하는 제4 과정; 및
    법선 방향이 상기 디스플레이 패널의 법선 방향과 90도의 각도를 가지는, 상기 제2 프리즘의 제3면을 투과하는 제5 과정;를 통해 상기 사용자의 눈에 결상되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제2 프리즘의 제3면은,
    상기 화상광의 FOV가 넓어지거나 상기 제2 프리즘으로부터 상기 사용자의 눈까지의 거리가 짧아지도록 하기 위해 오목 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 확대렌즈부에서 확대된 화상광이 상기 제2 프리즘으로 진입한 후 상기 제1 프리즘으로 진입하여 최종적으로 상기 사용자의 눈에 결상되도록 상기 광경로 변경부가 설계된 경우,
    상기확대렌즈부에서 확대된 화상광은,
    법선 방향이 상기 디스플레이 패널의 법선 방향과 0도 각도를 가지는, 상기 제2 프리즘의 제2면 또는 상기 제2 프리즘의 제3면을 투과하는 제1 과정;
    상기 제1 프리즘의 제1면 및 상기 제1 프리즘의 제1면에 대향되게 밀착되어 있는 상기 제2 프리즘의 제1면을 투과하는 제2 과정;
    법선 방향이 상기 디스플레이 패널의 법선 방향과 0도의 각도를 가지는, 상기 제1 프리즘의 제2면에서 반사되는 제3 과정;
    상기 제2 프리즘의 제1면에서 반사되는 제4 과정; 및
    법선 방향이 상기 디스플레이 패널의 법선 방향과 90도의 각도를 가지는, 상기 제1 프리즘의 제3면을 투과하는 제5 과정;를 통해 상기 사용자의 눈에 결상되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이 장치.
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