KR20160113089A - Focus control optical system module for head mounted display - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an optical system for a HMD. The HMD is an apparatus which includes a digital system that controls and outputs various electronic signals for image processing, input/output signal processing, and the like and an optical system that transfers a virtual screen processed by the digital system and output to a display panel, to eyes of a wearer, and transfers an actual real screen of the outside together to the eyes of the wearer because the optical system is formed to be transparent, thereby allowing the wearer to feel augmented reality. The related art has inconvenience in that the wearer should move his/her eyes due to the volume of a predetermined size or more and a fixed focus, which are characteristics thereof, and has difficulty in implementing a three-dimensional screen due to an inaccurate focus. To solve the above-described problems, the most prominent feature of the present invention is that the apparatus includes: a display unit including a display panel and a converging lens; an adjustment unit including an adjusting prism and a diverging lens; and a coupling unit including a coupler, an image-forming lens, and a guide, so that the apparatus has a smaller volume and a higher degree of freedom of design than the related art, may freely adjust a focus in accordance with an environment of the wearer, and may implement a clear and accurate three-dimensional screen.

Description

초점조절이 가능한 HMD(Head Mounted Display)용 광학계 모듈 {FOCUS CONTROL OPTICAL SYSTEM MODULE FOR HEAD MOUNTED DISPLAY}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an optical module for an HMD (Head Mounted Display)

본 발명은 HMD(Head Mounted Display)에 들어가는 광학계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스플레이패널의 빛을 수렴시키는 렌즈와 렌즈에서 나온 빛의 방향을 조절하는 프리즘과 프리즘에서 나온 빛을 눈으로 보내주는 광학소자로 이루어진 광학계 모듈에 관한 것이다. The present invention relates to an optical system for entering a head mounted display (HMD), and more particularly, to an optical system for converging light from a display panel, a prism for adjusting the direction of light emitted from the lens, And an optical module module comprising the device.

HMD는 화면처리, 입출력신호처리 등 각종 전자신호를 제어하고 출력하는 디지털계와 디지털계에서 처리하여 디스플레이패널로 출력되는 가상화면을 착용자의 눈으로 보내주는 광학계로 나뉘며 이 광학계를 투명하게 하여 외부의 실제 현실화면까지 같이 착용자의 눈으로 보내줌으로 착용자로 하여금 증강현실을 느끼게 하는 장치이다.The HMD is divided into a digital system that controls and outputs various electronic signals such as screen processing and input / output signal processing, and an optical system which processes the digital system and outputs a virtual screen output to the display panel to the wearer's eyes. It is a device that makes the wearer feel the augmented reality by sending the actual real screen together with the wearer's eyes.

도5를 통해 종래의 HMD(Head Mounted Display)의 광학계에 대하여 설명한다.A conventional HMD (Head Mounted Display) optical system will be described with reference to FIG.

외부의 빛을 받아들이는 윈도우렌즈(112)와; 외부의 빛에 45도 각도로 위치한 빔 스플리터(110)와; 빔 스플리터(110)에 의해 반사된 외부의 빛과 디스플레이 패널(118)에서 나온 가상화면의 빛을 합쳐주는 이미지포머(116)와; 디스플레이 패널에서 나온 가상화면의 빛이 지나오는 라이트파이프(124)와; 디스플레이 패널과 라이트소스(120)의 빛을 합쳐주는 근 이미지포머(128)와; 근 이미지포머(128)에 의해 합쳐진 빛을 반사시켜주는 근 빔 스플리터(122)로 구성되어있다.A window lens 112 for receiving external light; A beam splitter 110 positioned at an angle of 45 degrees with the external light; An image former 116 for combining external light reflected by the beam splitter 110 and light of a virtual screen from the display panel 118; A light pipe 124 through which the light of the virtual screen coming from the display panel passes; A near-field image former 128 for combining the light of the display panel and the light source 120; And a near-field beam splitter 122 for reflecting the light combined by the near-field image former 128.

디스플레이 패널은 액정을 이용한 LCOS(liquid crystal on silicon)와 유기소자를 이용한 OLEDoS(organic light emitting display on silicon)등이 있으며 LCOS의 경우 자체발광이 안되므로 라이트소스(120)를 필요로 한다. The display panel includes liquid crystal on silicon (LCOS) and organic light emitting display on silicon (OLEDoS) using an organic device. In the case of LCOS, a light source 120 is required because self light emission is not performed.

디스플레이 패널과 라이트소스(120)의 빛이 근 이미지포머(128)에 의해 합쳐져 생기는 가상의 화면은 근 빔 스플리터(122)에 의해 반사되어 라이트파이프(124)를 지나 이미지포머(116)로 들어가고 빔 스플리터(110)에 의해 반사된 외부의 빛(현실 화면)과 합쳐지고 다시 빔 스플리터(110)에 의해 반사되어 사람의 눈(106)으로 들어온다.A virtual screen resulting from the combination of the light from the display panel and the light source 120 by the near-infrared image former 128 is reflected by the near-beam splitter 122, passes through the light pipe 124, enters the image former 116, (A real image) reflected by the splitter 110 and then reflected by the beam splitter 110 to enter the human eye 106. [

외부의 빛(현실화면)과 디스플레이 패널의 빛(가상화면)이 이미지포머(116)에 의해 합쳐짐으로 가상화면과 현실화면이 합쳐진 증강현실 화면을 형성하여 눈으로 보냄으로 사람으로 하여금 가상의 화면과 현실의 화면을 모두 느끼게 한다.By combining the external light (real screen) and light (virtual screen) of the display panel by the image former 116, an augmented reality screen combining the virtual screen and the real screen is formed and sent to the eye, And the screen of reality.

빔 스플리터(110)는 그 특성상 45도로 입사하는 빛의 50%를 반사, 투과하여 두 가지 두 방향의 빛을 합성, 투과시키는데 사용되며 이 특성을 디스플레이 부분(104)과 시야 부분(102)으로 나누어 두 가지로 구성한 것이 종래기술의 핵심이다.The beam splitter 110 is used to reflect and transmit 50% of light incident at 45 degrees and to synthesize and transmit light in two directions. The beam splitter 110 is divided into a display portion 104 and a visual field portion 102 It is the core of the prior art that it consists of two.

종래의 기술은 디스플레이부분(104)의 근 빔 스플리터(122)와 시야부분(102)의 빔 스플리터(110)로 전체 광학계의 부피가 증가하며 그 둘 사이를 이어주는 라이트파이프(124)도 성인남성의 엄지만한 부피를 차지한다. The prior art technique is that the light beam 124, which increases the volume of the entire optical system by the near-beam splitter 122 of the display portion 104 and the beam splitter 110 of the viewing portion 102, It takes up a huge volume.

이러한 구성은 항상 고정된 화면과 시야를 제공하며 실제 착용자의 눈을 움직여 화면과 초점을 확보해야한다. This configuration always provides a fixed screen and field of view, and the actual wearer's eye must be moved to secure the screen and focus.

또한 부피를 줄이기 위해 라이트파이프(124)의 길이를 줄임으로써 초점이 확보가 안되는 단점이 있고 이 단점을 극복하기 위해 눈에서 보통의 안경렌즈와의 거리보다 2배가량 떨어짐으로 착용 시 불편함과 조금만 흔들려도 크게 초점이 틀어지는 등 이동성에 문제가 있다.Further, in order to reduce the volume, there is a disadvantage in that the focus can not be secured by reducing the length of the light pipe 124. In order to overcome this disadvantage, the distance from the eye to the ordinary spectacle lens is twice as much. There is a problem with mobility such that the focus is greatly changed even if it shakes.

또한 종래의 기술로 3D화면을 구성하기 위해선 가장 중요한 초점확보도 안될뿐더러 부피와 이동성 및 양쪽에 위치한 2개의 시야부분 빔 스플리터(122,110)로 미관상의 문제들이 있어 현실적으로 어렵다.In addition, in order to construct a 3D screen with the conventional technology, it is difficult to secure the most important focus, and it is difficult to realize the two-view partial beam splitters 122 and 110 located in both of the volume and the mobility and cosmetic problems.

이에 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해서 일체형이던 종래의 광학계를 각 역할에 맞게 적절히 분리시켜 위치시킴으로 개별적으로 행동할 수 있는 모듈로 구성한 것이다. In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is configured as a module capable of individually acting by disposing and disposing a conventional optical system suitably for each role.

디스플레이패널과 함께 위치하여 디스플레이패널의 영상을 수렴시켜주는 렌즈를 디스플레이부로 구성하고 디스플레이부에서 나온 영상을 착용자의 환경에 맞도록 굴절시켜주는 프리즘과 프리즘에서 나온 영상을 발산시켜 확대시켜주는 렌즈를 조절부로 구성하고 조절부에서 나온 영상을 외부의 현실화면과 함께 착용자의 동공으로 보내주는 광학소자와 최종적으로 착용자의 동공으로 향하는 영상을 착용자의 환경에 맞게 수렴 혹은 발산 시켜주는 렌즈를 결합부로 구성한 것이 특징이다.A lens that is positioned together with the display panel to converge the image of the display panel into a display unit, a prism that refracts the image from the display unit according to the wearer's environment, and a lens that emits and expands an image from the prism And an optical element that sends an image from the control unit to the pupil of the wearer together with an external real screen and a lens that converges or diverges the image to the pupil of the wearer in accordance with the wearer's environment to be.

본 발명의 가장 큰 특징은 기존의 일체형으로 구성된 광학계를 각 부분별로 분리, 모듈화 한 것이다.The most significant feature of the present invention is that the existing integrated optical system is divided into modules and modularized.

외관상 특징은 기존제품보다 50%이상 광학계의 부피가 감소하고 나아가 전체 HMD의 부피를 감소시킨다. 또한 기존제품의 획일적인 디자인에서 벗어나 분리된 구성으로 보다 다양하고 자유로운 HMD 디자인이 가능해진다. 또한 감소한 부피와 더불어 광학계의 대부분이 외부로부터 가려질 수 있으므로 미관상의 이점이 있다.The apparent feature is that the volume of the optical system is reduced by 50% or more and the volume of the entire HMD is further reduced. In addition, it is possible to design more and more free HMD with separate configuration separated from the uniform design of the existing product. There is also a cosmetic advantage since most of the optical system can be obscured from the outside with a reduced volume.

무엇보다 가장 큰 특징은 기존제품에는 불가능했던 초점조절을 구현하여 양안 각각에 초점을 맞출 수 있기 때문에 착용자의 생김새나 환경에 맞춘 선명하고 정확한 3D화면을 구성할 수 있다. 이 특징을 이용하면 3D 증강현실 구현에 있어 가장 큰 걸림돌 이였던 양안 초점을 해결함으로써 세계적인 경쟁력을 갖춘 HMD제작이 가능하다. Most importantly, it can focus on each of the two eyes by implementing the focus adjustment which is not possible with existing products, so that it is possible to construct a clear and accurate 3D image according to the wearer's appearance or environment. By using this feature, it is possible to manufacture HMD with global competitiveness by solving the binocular focus which was the biggest obstacle in realizing 3D augmented reality.

다음으로 큰 특징은 광학계의 분리화로 각 부분이 떨어져 있어 보다 자유로운 배치가 가능한 점을 이용하여 다양한 얼굴형, 눈의 위치, 양안 거리 등을 착용자 환경에 맞춰 직접 조절할 수 있으므로 보다 대중적 보급이 용이하다. The next big feature is that it can be adjusted to the wearer's environment by various facial features, eyes position, and binocular distance using the point where each part is separated by the separation of the optical system, so that it can be more widely deployed.

도1은 본 발명의 기술이 적용된 편광거울형 광학계 모듈의 구상도이다.
도2는 본 발명의 기술이 적용된 회절소자형 광학계 모듈의 구상도이다.
도3은 본 발명의 기술이 적용된 내부전반사형 광학계 모듈의 구상도이다.
도4는 본 발명의 기술을 쌍으로 구성하여 양안에 사용하는 예를 나타낸 구상도이다.
도5은 종래 기술이 적용된 광학계에 대한 구상도를 발췌한 것이다.1 is a schematic diagram of a polarizing mirror type optical module to which the technique of the present invention is applied.
2 is a schematic diagram of a diffractive element type optical module to which the technique of the present invention is applied.
3 is a schematic diagram of an internal total reflection type optical module to which the technique of the present invention is applied.
Fig. 4 is a conceptual diagram showing an example in which the technique of the present invention is used in pairs in a pair.
Fig. 5 is a schematic drawing of an optical system to which the prior art is applied.

디스플레이패널(100)에서 나온 가상화면을 받아 내부 전반사 시킨 후 다음 광학계로 가상화면을 보내주는 화면 전달 렌즈(101)과; 화면 전달 렌즈(101)에서 보내준 가상화면을 받아 각도를 조절하여 가상화면을 반사시킴으로 초점을 조절하여 다음 광학계로 보내주는 조절 프리즘(200)과; 조절 프리즘(200)에서 보내준 가상화면을 반사시키고 외부로부터 오는 현실화면을 합쳐 착용자의 눈으로 보내주는 결합기(300)로 구성된다. A screen transfer lens 101 for receiving a virtual screen from the display panel 100 and totally internalizing the virtual screen and then sending a virtual screen to the next optical system; A control prism 200 that receives a virtual screen transmitted from the screen transmitting lens 101 and adjusts the angle to reflect the virtual screen to adjust the focus and send the adjusted virtual screen to the next optical system; And a combiner 300 that reflects the virtual screen sent from the control prism 200 and sends the combined real images from the outside to the eyes of the wearer.

화면 전달 렌즈(101)는 디스플레이패널(100) 앞에 고정 위치하는 수렴렌즈로써 볼록렌즈, DOE(Diffraction Optical Element)패턴 렌즈, 자유곡면 프리즘 렌즈 등이 사용될 수 있으며, 디스플레이패널(100)에서 나온 가상화면을 수렴시킴으로 크기가 작은 디스플레이패널의 가상화면을 확대시키는 역할과 함께 조절 프리즘(200)의 크기에 맞추는 역할을 한다. 화면 전달 렌즈(101)에서 나온 가상화면은 항상 조절 프리즘(200)을 향하도록 그 위치를 고정한다.The screen transmitting lens 101 may be a convex lens, a DOF (Diffraction Optical Element) pattern lens, a free-form surface prism lens, or the like, which is a converging lens fixedly positioned in front of the display panel 100, Thereby enlarging the virtual screen of the display panel of a small size and adjusting the size of the adjusting prism 200. The virtual screen from the screen transmitting lens 101 always fixes its position to the adjusting prism 200.

조절 프리즘(200)은 작은 크기의 반사 프리즘으로 직각 프리즘, 펠린-브로카 프리즘, 펜타 프리즘 등이 사용될 수 있으며, 화면 전달 렌즈(101)에서 보내진 가상화면을 반사 프리즘의 특성으로 반사시켜 적절한 방향으로 향하도록 조절하는 역할을 한다. 조절 프리즘(200)은 그 위치는 고정하지만 각도를 착용 시 방향을 기준으로 앞뒤로 움직일 수 있어 나오는 가상화면의 방향을 조절 할 수 있다. The adjustment prism 200 may be a rectangular prism, a Pelin-Brocor prism, a penta prism, or the like, which is a small-sized reflective prism. The virtual prism sent from the screen transmission lens 101 is reflected by the characteristics of a reflective prism, And so on. The position of the adjusting prism 200 is fixed, but it can be moved back and forth with respect to the direction when the angle is worn so that the direction of the virtual screen can be adjusted.

결합기(300)는 디스플레이패널(100)에서 나와 화면 전달 렌즈(101)와 조절 프리즘(200)을 거친 가상화면을 현실화면과 결합시켜 최종적으로 착용자의 눈으로 보내주는 역할을 하여 착용자로 하여금 현실화면 바탕에 가상화면의 띄워진 형태로 보이는 증강현실화면을 느낄 수 있도록 한다. 결합기(300)는 편광 곡면 거울(301)과; DOE(Diffraction Optical Element)패턴 곡면 렌즈(302)와; TIR(Total Internal Reflection) 자유 곡면 프리즘(303)의 3가지의 형태로 구분된다. 편광 곡면 거울(301)은 편광 소자와 곡면 유리가 결합되어 외부 현실화면의 빛은 일부분만 편광 되어(p-polarized) 투과하여 착용자의 눈으로 들어가고 디스플레이패널(100)에서 나온 가상화면은 브루스터 각(Brewster's angle)으로 입사되며 편광 반사되어(s-polarized) 착용자의 눈으로 들어간다. DOE패턴 곡면 렌즈(302)는 micro-meter 스케일로 회절소자가 패터닝 된 곡면 렌즈로 격자 사이사이로 외부의 현실화면의 빛이 들어와서 착용자의 눈으로 들어가고 회절소자에 의해 회절 된 가상화면이 합쳐져 착용자의 눈으로 들어간다. TIR 자유 곡면 프리즘(303)은 조절 프리즘(200)에서 나온 가상화면이 들어와 내부 전반사를 하여 마지막 반사에서 착용자의 눈으로 들어가고 외부의 현실화면의 빛은 그대로 프리즘을 투과하여 착용자의 눈으로 들어간다. The combiner 300 combines the virtual screen having passed through the screen transfer lens 101 and the control prism 200 from the display panel 100 with the real screen and finally transmits the virtual screen to the eyes of the wearer, It is possible to feel the augmented reality screen which is displayed in the form of floating virtual screen on the background. The coupler 300 comprises a polarization curved mirror 301; DOF (Diffraction Optical Element) pattern curved surface lens 302; And a TIR (Total Internal Reflection) free-form surface prism 303. The polarization curved mirror 301 is formed by combining the polarizing element and the curved glass so that the light of the external real screen is partially polarized (p-polarized) and enters the wearer's eye while the virtual screen from the display panel 100 is illuminated by the Brewster's angle Brewster's angle) and is polarized (s-polarized) into the wearer's eye. The DOE pattern curved lens 302 is a curved lens patterned with a diffraction element on a micro-meter scale, and light of an external real image enters between the gratings, enters the wearer's eye, and the virtual screens diffracted by the diffraction element are combined, I go in with my eyes. In the TIR free-form surface prism 303, a virtual screen coming from the control prism 200 enters and totally totally reflects, enters the wearer's eyes at the last reflection, and the light of the external real screen passes through the prism and enters the wearer's eyes.

조절 프리즘(200)은 결합기(300)와 연결되어 함께 움직이며 이를 조절하여 착용자의 눈에 맞춘 초점이동이 가능하다.The adjustable prism 200 is connected to the combiner 300 and moves together with the adjustable prism 200, thereby adjusting the focus of the wearer's eye.

전체 광학계 모듈은 크게 3가지 부분으로 나뉘며 이는 디스플레이부(110), 조절부(210), 결합부(310) 이며 각 부에 대하여 구체적인 설명을 한다. 각 부는 광학계 모듈이 사용될 HMD의 디자인과 디스플레이패널(100)의 성능에 따라 구체적인 수치는 변경 된다.The entire optical system module is largely divided into three parts, that is, a display unit 110, an adjustment unit 210, and a coupling unit 310, and each unit will be described in detail. The specific values are changed according to the design of the HMD in which the optical module is to be used and the performance of the display panel 100 in each part.

디스플레이부(110)는 디스플레이패널(100)과 화면 전달 렌즈(101)로 구성되며 화면 전달 렌즈(101)는 디스플레이패널(100)과 약 10mm 가량 떨어져 있으며 디스플레이패널()에서 나온 빛과 수직을 이루도록 평행하게 위치한다. 디스플레이부(110)를 나오는 빛은 항상 조절부(210)의 조절 프리즘(200)을 향하도록 위치한다. 화면 전달 렌즈(101)는 비구면 처리를 하여 구면수차로 인한 가상화면의 왜곡을 방지한다. 또한 화면 전달 렌즈(101)는 조절 프리즘(200)의 크기에 맞도록 가상화면의 상을 5mm 정도로 수렴시키는 굴절능을 가지는 양볼록 렌즈, 프레넬 렌즈, DOE패턴 렌즈 등을 사용한다. 또한 화면 전달 렌즈(101)의 초점거리는 조절부(210)와의 거리보다 같거나 길게 하며 짧게 하여 조절부(210)의 조절 프리즘(200)에 입사하는 빛이 발산하지 않도록 설계한다. 이는 조절부(210)의 크기를 작게 하고 작은 각도로 쉽게 초점이 조절되도록 하며 화면 전달 렌즈(101)의 두께를 얇게 하기 위한 것이다.The display unit 110 includes a display panel 100 and a screen transfer lens 101. The screen transfer lens 101 is spaced from the display panel 100 by about 10 mm and is perpendicular to the light emitted from the display panel 100. [ It is located in parallel. The light exiting the display unit 110 is always positioned toward the control prism 200 of the control unit 210. The screen transmitting lens 101 performs aspherical surface processing to prevent distortion of the virtual screen due to spherical aberration. Further, the screen-transmitting lens 101 uses a biconvex lens, a Fresnel lens, a DOE pattern lens, or the like having a refracting power for converging the image of the virtual screen to about 5 mm so as to match the size of the adjusting prism 200. The focal length of the screen transmitting lens 101 is designed to be equal to or longer than the distance from the adjusting unit 210 so that light incident on the adjusting prism 200 of the adjusting unit 210 does not diverge. This is to reduce the size of the adjustment unit 210, adjust the focus easily at a small angle, and reduce the thickness of the screen transfer lens 101.

조절부(210)는 디스플레이부(110)에서 나오는 빛을 받아 굴절시켜주는 조절 프리즘(200)과 조절 프리즘(200)에서 나오는 빛의 초점거리를 조절해주는 발산 렌즈(201)로 구성되며 조절 프리즘(200)은 빛의 파장별 굴절률이 적은 재료의 반사 프리즘을 사용하며 가장 간단한 형태로 PMMA(Poly methyl methacrylate)로 제작된 삼각프리즘이 사용될 수 있고 프리즘의 안쪽 모서리 혹은 면을 축으로 좌우 10도 이내의 각도로 조절 가능하다. 이때 조절 각도는 조절 프리즘(200)의 크기와 입사하는 가상화면의 상의 크기에 비례하며 보통 사람의 동공의 크기에 맞추는 것이 이상적이다. 발산 렌즈(201)는 조절 프리즘(200)을 거쳐 방향이 굴절된 빛을 결합부(310)와 동공(401)을 거쳤을 때 적절한 배율의 상이 되도록 하는 역할을 하며 음의 굴절능을 갖는 오목렌즈를 사용하며 비구면 처리를 하여 구면수차로 인한 왜곡을 방지한다. 발산 렌즈(201)는 조절 프리즘(200)과 연결되어있어 각도 조절 시 함께 움직이고 조절부(210)에서 나오는 최종적인 빛을 결합부(310)로 향하도록 한다.The control unit 210 includes a control prism 200 for refracting light emitted from the display unit 110 and a diverging lens 201 for controlling a focal distance of light emitted from the control prism 200, 200) uses a reflective prism with a low refractive index according to the wavelength of light. In the simplest form, a triangular prism made of PMMA (poly methyl methacrylate) can be used, and the inner edge or face of the prism It is adjustable at an angle. At this time, the adjustment angle is proportional to the size of the adjustment prism 200 and the size of the image of the virtual screen to be incident, and is ideally suited to the size of the pupil of an ordinary person. The diverging lens 201 functions to make the light refracted in the direction through the adjusting prism 200 to have an appropriate magnification when passing through the coupling part 310 and the pupil 401. The diverging lens 201 has a negative refracting power, And aspheric surface treatment is performed to prevent distortion due to spherical aberration. The diverging lens 201 is connected to the adjusting prism 200 so that when the angle is adjusted, the diverging lens 201 moves the final light coming from the adjusting unit 210 to the coupling unit 310.

결합부(310)는 조절부(210)에서 나오는 빛이 들어와 진행하는 가이드(304)와 가이드(304)를 통해 들어온 빛을 반사시켜주는 결합기(300)와 결합기(300)에서 반사되어 나온 빛의 초점거리를 마지막으로 조절해주는 결상 렌즈(305)로 구성되며 가이드(304)의 재료는 발산 렌즈(201)와 굴절률이 같게 하여 굴절이 없이 일정한 빛이 들어오도록 하고 외부로부터의 간섭을 막고 제품형태로 제작 시 일반적인 안경렌즈의 형태로 만들어주는 역할을 한다. 결합기(300)는 응용제품의 환경에 따라 여러 가지로 사용될 수 있으며 가장 간단한 형태의 편광 곡면 거울(301)은 가이드(304)내부에 위치하는 비축 소자(Off-axis elements)로 표면의 편광처리로 인해 브루스터 각(Brewster's angle)으로 입사하는 빛은 편광된 후(S-polarized) 반사시켜 결상 렌즈(305)로 향하도록 하고 외부로부터 수직으로 들어오는 외부의 빛은 편광된 후(P-polarized) 투과되어 결상 렌즈(305)로 향하므로 최종적으로 결상 렌즈(305)에는 가상화면의 빛과 현실화면의 빛이 모두 들어와 동공(401)으로 향한다. 가상화면의 상의 배율은 편광 곡면 거울(301)에 상거리에 의해 최종적으로 결정되며 기본적으로 착용자의 눈과의 거리를 25mm로 두고 동공과의 거리와 초점거리가 같도록 설계한다. 결상 렌즈(305)를 지난 빛은 동공에 들어가는 최종적인 상으로 증강현실화면이 된다. 결합부(310)또한 조절부(210)의 조절에 맞춰 각도를 조절해주어야 하므로 일반적으로 결합부(310)와 조절부(210)는 연결해서 동시에 조절되도록 한다. The coupler 310 includes a guide 300 for receiving light emitted from the controller 210 and a guide 300 for reflecting the light received through the guide 304 and a coupler 300 for reflecting the light reflected from the coupler 300. [ And an image-forming lens 305 for adjusting the focal distance. The guide 304 has the same refractive index as that of the diverging lens 201 so that a certain amount of light enters without refraction, prevents interference from the outside, It forms the shape of a general spectacle lens at the time of production. The combiner 300 can be used in various ways depending on the environment of the application product. The simplest type of polarizing curved mirror 301 is an off-axis element located inside the guide 304, The light incident on the Brewster's angle is polarized and reflected to be directed to the imaging lens 305 and the external light vertically incoming from the outside is polarized (P-polarized) So that both the virtual screen light and the light of the real screen enter the imaging lens 305 and go to the pupil 401. [ The magnification of the image on the virtual screen is finally determined by the polarizing curved mirror 301 by the distance from the user's eyes. Basically, the distance from the eye to the wearer is set to 25 mm, and the distance to the pupil and the focal distance are designed to be the same. The light passing through the image forming lens 305 becomes the final image to enter the pupil, and becomes an augmented reality screen. Since the coupling portion 310 has to be adjusted in accordance with the adjustment of the adjustment portion 210, the coupling portion 310 and the adjustment portion 210 are generally connected and adjusted simultaneously.

3D입체화면을 구현하기 위해선 양안시차를 이용한 입체감(Stereoscopic 3D)을 이용하며 위와 같은 디스플레이부(110)와 조절부(210)와 결합부(310)를 쌍으로 구성한다. 예시로 설명하면 좌디스플레이부(110)의 빛이 하조절부(210)로 들어가 우결합부(311)를 지나 오른쪽 눈으로 들어가고 우디스플레이부(111)의 빛이 상조절부(211)로 들어가 좌결합부(310)를 지나 왼쪽 눈으로 들어가 시차를 가지는 두 가상화면으로 인해 착용자로 하여금 입체감을 느끼도록 한다. 이때 하조절부(210)와 우결합부(311)는 연결되고 상조절부(211)와 좌결합부(310)는 연결되어 착용자의 착용환경에 따라 왼쪽 눈과 오른쪽 눈 각각의 초점에 맞도록 개별적으로 조절이 가능하다.In order to realize a 3D stereoscopic image, stereoscopic 3D using a binocular parallax is used and a pair of the display unit 110, the control unit 210, and the coupling unit 310 are configured. The light from the left display unit 110 enters the lower adjustment unit 210 and enters the right eye through the right combination unit 311 and the light from the right display unit 111 enters the upper adjustment unit 211, The user enters the left eye through the portion 310 to allow the wearer to feel the three-dimensional effect due to the two virtual screens having the time difference. At this time, the lower adjusting unit 210 and the right combining unit 311 are connected to each other, and the upper tier 211 and the left coupling unit 310 are connected to each other so as to fit the focus of the left eye and the right eye, Adjustable.

100; 디스플레이 패널
101; 화면 전달 렌즈
200; 조절 프리즘
201; 발산 렌즈
301; 편광 곡면 거울
302; DOE패턴 곡면 렌즈
303; 자유 곡면 프리즘
305; 결상 렌즈100; Display panel
101; Screen transfer lens
200; Adjustable prism
201; Diverging lens
301; Polarized curved mirror
302; DOE pattern curved lens
303; Free-form surface prism
305; Image-forming lens

Claims (5)

제1측에 배치되어 제1 가상화면을 제공하는 제1 디스플레이부;
상기 제1 디스플레이부로부터 전달되는 상기 제1 가상화면을 굴절 또는 반사를 통해 방향 전환하는 제1 조절부; 및
제2측에 배치되어, 상기 제1 조절부로부터 제공되는 상기 제1 가상화면 광을 반사 또는 회절을 통해 상기 제2측의 안구 방향으로 방향전환하고, 현실화면 광을 상기 제2측 안구 방향으로 투과하는 제1 결합부;를 포함하되,
상기 제1 조절부는 제1측 안구와 제2측 안구의 사이에 배치되고, 상기 제1 디스플레이부로부터 제공되는 제1 가상화면 광의 경로 상에 상기 제1 디스플레이부 및 제1 결합부로부터 이격되어 배치되며,
상기 제1측은 착용자의 좌측 또는 우측 중 하나이며, 상기 제2측은 좌측 또는 우측 중에서 상기 제1측에 상이한 방향인, 헤드마운트 디스플레이용 광학 시스템.A first display unit disposed on the first side and providing a first virtual screen;
A first controller for redirecting the first virtual screen transmitted from the first display unit through refraction or reflection; And
Wherein the first virtual screen light provided on the second side is redirected toward the eyeball side of the second side through reflection or diffraction, and the real screen light is directed in the second side eyeball direction And a first coupling portion that transmits light,
The first display unit is disposed between the first side eye and the second side eye, and is disposed on the path of the first virtual screen light provided from the first display unit and spaced apart from the first display unit and the first coupling unit. And,
Wherein the first side is one of the left or right side of the wearer and the second side is a different direction from the left or right side to the first side. 제1항에 있어서,
상기 제2측에 배치되어 제2 가상화면을 제공하는 제2 디스플레이부;
상기 제2 디스플레이부로부터 전달되는 상기 제2 가상화면을 굴절 또는 반사를 통해 방향 전환하는 제2 조절부; 및
상기 제1측에 배치되어, 상기 제2 조절부로부터 제공되는 상기 제2 가상화면 광을 반사 또는 회절을 통해 상기 제1측 안구 방향으로 방향전환하고, 현실화면 광을 상기 제1측 안구 방향으로 투과하는 제2 결합부;를 포함하되,
상기 제2 조절부는,
상기 제1 조절부와 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 헤드마운트 디스플레이용 광학 시스템.The method according to claim 1,
A second display unit disposed on the second side to provide a second virtual screen;
A second adjusting unit for redirecting the second virtual screen through the refraction or reflection; And
Wherein the second virtual screen light is provided on the first side so as to redirect the second imaginary screen light provided from the second adjuster toward the first side eye through reflection or diffraction, And a second coupling portion that transmits light,
The second adjustment unit
Wherein the first adjustment portion is disposed adjacent to the first adjustment portion. 제1항에 있어서,
상기 제1 디스플레이부는,
상기 제1 가상화면 광을 생성하는 디스플레이패널; 및
상기 디스플레이패널로부터 특정간격이 이격되어, 상기 조절부에 상기 제1 가상화면 광을 수렴시키는 화면전달렌즈;를 포함하는, 헤드마운트 디스플레이용 광학 시스템.The method according to claim 1,
The first display unit includes:
A display panel for generating the first virtual screen light; And
And a screen transfer lens for converging the first imaginary screen light to the adjustment section, the predetermined distance being spaced apart from the display panel. 제1항에 있어서,
상기 제1 조절부는,
상기 제1 디스플레이부로부터 제공된 상기 제1 가상화면 광을 상기 제1 결합부 방향으로 굴절시키는 조절프리즘; 및
상기 굴절된 제1 가상화면 광의 초점거리를 조절하는 발산렌즈;를 포함하는, 헤드마운트 디스플레이용 광학 시스템.The method according to claim 1,
The first adjuster may comprise:
An adjusting prism for refracting the first imaginary screen light provided from the first display portion toward the first engaging portion; And
And a divergent lens for adjusting a focal distance of the refracted first virtual screen light. 제1항에 있어서,
상기 제1 결합부는,
안경렌즈의 형상으로 구현되어, 상기 제1 조절부로부터 상기 제1 가상화면 광이 입사되어 진행되는 가이드;
상기 가이드 내에 구비되어, 상기 가이드를 통해 진행된 상기 가상화면 광을 상기 제2측 안구 방향으로 방향전환하고 상기 현실화면 광을 상기 제2측 안구 방향으로 투과하는 결합기; 및
상기 방향전환된 제1 가상화면 광 및 투과된 상기 현실화면 광의 경로상에 배치되어, 초점거리를 조절하는 결상렌즈;를 포함하는, 헤드마운트 디스플레이용 광학 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the first coupling portion includes:
A guide which is embodied in the form of a spectacle lens and from which the first imaginary screen light is incident from the first adjuster;
A coupler provided in the guide for turning the virtual screen light traveling through the guide toward the second side eye and transmitting the real screen light toward the second side eye; And
And an imaging lens disposed on a path of the redirected first virtual screen light and the transmitted real screen light to adjust a focal distance.
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