KR20160147636A - 헤드 마운티드 디스플레이 장치 - Google Patents

헤드 마운티드 디스플레이 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20160147636A
KR20160147636A KR1020160006427A KR20160006427A KR20160147636A KR 20160147636 A KR20160147636 A KR 20160147636A KR 1020160006427 A KR1020160006427 A KR 1020160006427A KR 20160006427 A KR20160006427 A KR 20160006427A KR 20160147636 A KR20160147636 A KR 20160147636A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
user
active element
display
visual acuity
image
Prior art date
Application number
KR1020160006427A
Other languages
English (en)
Inventor
김태경
고재우
한순섭
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to TW105116945A priority Critical patent/TWI718151B/zh
Priority to AU2016279665A priority patent/AU2016279665B2/en
Priority to PCT/KR2016/005827 priority patent/WO2016204433A1/en
Priority to US15/178,978 priority patent/US10386638B2/en
Priority to EP16174393.5A priority patent/EP3106911B1/en
Priority to CN201610424539.9A priority patent/CN106249412B/zh
Publication of KR20160147636A publication Critical patent/KR20160147636A/ko
Priority to US16/504,027 priority patent/US10656423B2/en

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/103—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for determining refraction, e.g. refractometers, skiascopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/1015—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for wavefront analysis
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0825—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a flexible sheet or membrane, e.g. for varying the focus
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0093—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for monitoring data relating to the user, e.g. head-tracking, eye-tracking
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1066—Beam splitting or combining systems for enhancing image performance, like resolution, pixel numbers, dual magnifications or dynamic range, by tiling, slicing or overlapping fields of view
    • G02B27/26—
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/286—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising for controlling or changing the state of polarisation, e.g. transforming one polarisation state into another
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics
    • G06T19/006—Mixed reality
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/18—Eye characteristics, e.g. of the iris
    • G06V40/19—Sensors therefor
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/18—Eye characteristics, e.g. of the iris
    • G06V40/193—Preprocessing; Feature extraction
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/011—Head-up displays characterised by optical features comprising device for correcting geometrical aberrations, distortion
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0123—Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the field of view
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0127—Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the depth of field
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0132—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems
    • G02B2027/0134—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems of stereoscopic type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/014—Head-up displays characterised by optical features comprising information/image processing systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0185—Displaying image at variable distance
    • G02B2027/0189—
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/30—Collimators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0056—Means for improving the coupling-out of light from the light guide for producing polarisation effects, e.g. by a surface with polarizing properties or by an additional polarizing elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating

Abstract

본 개시는 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display) 장치에 있어서, 이미지를 제공하는 디스플레이; 복수 개의 마이크로 미러로 구성되며 상기 디스플레이에 제공된 이미지를 반사하는 액티브 소자; 및 사용자의 시력을 검출하고, 상기 검출된 사용자의 시력에 기반하여 상기 복수의 마이크로 미러 중 적어도 일부의 기울기를 제어하여 상기 디스플레이에 제공된 이미지의 초점 거리를 조절하는 프로세서;를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

Description

헤드 마운티드 디스플레이 장치 {Head Mounted Display Apparatus}
본 발명은 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액티브 소자를 이용하여 사용자의 시력을 측정하고, 초점을 조절하여 시력을 보정하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)에서, 광학계(the optics)는 물체의 이미지(image source)를 시준(collimate)하고, 확대(magnify)하며, 릴레이(relay)하도록 한다. 이미지를 시준하는 것은 가상의 이미지를 생성하여 사용자의 안면으로부터 수 인치(a few inches)보다 더 멀리 나타나도록 하는 것이다. 이미지를 확대하는 것은 이미지의 실제 사이즈보다 더 크게 영상을 만드는 것이다. 이미지를 릴레이하는 것은 사용자의 안면 및 물체의 이미지로부터 가상의 이미지를 멀리(away from) 생성하는 것이다.
최근, 헤드 마운티드 디스플레이 (HMD)는 가상 현실(vitual reality)과 증강 현실(augmented reality)을 디스플레이함으로써, 더 정교하고 세밀한 기술을 요구하게 된다. 특히, 헤드 마운티드 디스플레이 (HMD)는 사용자의 눈과 초근접한 디스플레이 장치이므로 사용자의 눈의 피로를 감소할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
종래에는 헤드 마운티드 디스플레이 (HMD)를 이용하는 사용자의 시력을 측정하고 보정하는 기술로서, 헤드 마운티드 디스플레이 (HMD) 내의 광학계를 구성하는 렌즈의 위치를 조절하여 광로 길이를 제어하여 시력을 보정하는 방법이 있다. 또한, 시력을 보정하는 방법으로, 헤드 마운티드 디스플레이 (HMD)의 광학계를 구성하는 디스플레이의 위치를 조절하여 광로 길이를 제어하는 방법도 있다.
그러나, 종래의 기술은 시력의 정밀한 측정이 불가하고, 좌우 시력을 각각 보정하는 것과 난시를 보정하는 것은 불가능한 문제점이 있다. 또한, 복수의 사용자가 동일한 헤드 마운티드 디스플레이 (HMD)를 사용할 경우, 사용자가 변동될 때마다 측정 시력을 재조정하는 번거로움이 존재한다.
본 개시의 목적은, 초점 거리를 가변 시킬 수 있는 액티브 소자를 이용하여 헤드 마운티드 디스플레이(HMD) 장치를 소형화하고, 사용자의 좌우 시력을 측정하여 저장된 정보를 바탕으로 사용자 정보와 연계하여 자동으로 사용자의 시력을 보정할 수 있는 디스플레이 장치 및 이의 제어 방법을 제공함에 있다. 이에 따라, 헤드 마운티드 디스플레이 (HMD)를 이용하는 사용자의 눈의 피로도를 개선할 수 있다. 또한, 본 개시의 목적은 액티브 소자를 이용하여 사용자에게 고해상도의 디스플레이 화면을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따른, 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display) 장치는, 이미지를 제공하는 디스플레이; 복수 개의 마이크로 미러로 구성되며 상기 디스플레이에 제공된 이미지를 반사하는 액티브 소자; 및 사용자의 시력을 검출하고, 상기 검출된 사용자의 시력에 기반하여 상기 복수의 마이크로 미러 중 적어도 일부의 기울기를 제어하여 상기 디스플레이에 제공된 이미지의 초점 거리를 조절하는 프로세서;를 포함한다.
상기 프로세서는, 상기 디스플레이에서 방출하는 시력 측정을 위한 광선 중의 일부 영역만 사용자의 망막에 결상하도록 상기 액티브 소자에 마스크(mask) 패턴을 생성하고, 상기 액티브 소자의 옵티컬 파워를 가변하여 시력을 검출할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 검출된 시력을 바탕으로 상기 액티브 소자의 옵티컬 파워(optical power)를 조절하여 상기 사용자의 시력을 보정할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 디스플레이에 표시되는 가상(Virtual Reality) 이미지의 초점을 지정된 시간에 가변하거나, 이미지 인식에 의해 상기 디스플레이에 표시되는 상기 가상 이미지의 물체의 위치를 추정하여 상기 이미지의 초점을 가변하여 상기 가상 이미지의 초점 거리를 가변할 수 있다.
상기 프로세서는, 가상 이미지의 물체의 거리에 비례하여 액티브 소자의 파워를 가변하여 상기 가상 이미지의 각 레이어별 초점을 조절하고, 상기 사용자가 근시일 때, 렌즈의 파워에 오프셋을 지정하여 상기 액티브 소자의 파워가 가변함에 따라 상기 사용자의 시력 조절 범위를 확대할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 디스플레이의 해상도를 증대할 수 있도록 상기 액티브 소자를 고속 틸팅(tilting) 구동할 수 있다.
상기 액티브 소자는 상기 디스플레이 및 광로와 수직 방향으로 배치될 수 있다.
그리고 디스플레이 장치는 상기 검출된 시력 정보 및 상기 사용자의 생체 정보를 저장하는 메모리를 더 포함할 수 있다.
또한, 디스플레이 장치는 복수의 편광판;을 더 포함하고, 제1 편광 판은 상기 액티브 소자 및 렌즈 사이 배치되고, 제2 편광 판은 렌즈 미러와 상기 제2 편광 빔 스플리터의 앞면에 배치되며, 제3 편광 판은 상기 제2 편광 판과 수직 배치되고 상기 액티브 소자와 평행하며 상기 제2 편광 빔 스플리터의 일 측면에 배치되어 가상의 이미지를 획득할 수 있다.
상기 제1 편광 판 및 상기 제2 편광 판은 쿼터 웨이브 플레이트(quarter-wave plate)이고, 상기 제3 편광 판은 하프 웨이브 플레이트(half wave plate)일 수 있다.
그리고 디스플레이 장치는, 상기 디스플레이에서 방출하는 광선을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈(Collimating Lens); 상기 렌즈에서 방출한 광선을 수렴(convergence) 혹은 발산(Divergence)하여 반사하는 액티브 소자; 상기 액티브 소자에서 방출한 광선을 회절시키는 제1 회절소자; 상기 제1 회절소자와 상기 액티브 소자 사이에 배치하여 편광 상태를 바꾸는 쿼터 웨이브 파장판(Quarter Wave Plate); 상기 회절된 광선을 전반사에 의해 도광시키는 도광판(Light Guide); 및 상기 광선을 회절에 의해 사용자에게 방출하는 제2 회절소자;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 회절소자는, 상기 디스플레이에서 방출되는 제1 직선편광 상태에 대해서는 투과시키고, 상기 제1 직선편광과 수직인 제2 직선편광 상태에 대해서는 회절시킬 수 있다.
상기 제1 회절 소자는 상기 액티브 소자와 평행하게 배치되고, 상기 제2 회절 소자는 상기 사용자의 눈과 평행하게 배치되며, 상기 사용자의 눈의 광축에 대해 상기 액티브 소자의 광축이 지정된 각도로 배치되어, 증강 현실(Augmented Reality)용 영상의 초점을 조절할 수 있다.
한편, 본 개시를 위한 일 실시 예에 따라, 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display) 장치의 디스플레이 방법은, 복수 개의 마이크로 미러로 구성된 액티브 소자를 이용하여 사용자의 시력 정보를 검출하는 단계; 상기 검출된 시력 정보를 상기 사용자 정보와 함께 저장하는 단계; 상기 사용자 정보를 통해 사용자가 인식되면, 상기 검출된 시력 정보를 바탕으로 복수의 마이크로 미러 중 적어도 일부의 기울기를 제어하여 디스플레이에 제공되는 이미지의 초점 거리를 조절하는 단계;를 포함한다.
상기 검출하는 단계는, 디스플레이에서 방출하는 시력 측정을 위한 광선 중 일부 영역만 상기 액티브 소자의 중심부근에 맺히고, 상기 일부 영역이 상기 사용자의 망막에 결상하도록 마스크(mask) 패턴을 생성하여, 상기 액티브 소자의 옵티컬 파워를 가변하여 시력을 측정할 수 있다.
그리고 디스플레이 방법은, 액티브 소자에서 상기 검출된 시력을 바탕으로 상기 사용자의 옵티컬 파워(optical power)를 조절하여 상기 사용자의 시력을 보정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 초점거리를 조절하는 단계는, 디스플레이에 표시되는 가상(Virtual Reality) 이미지의 초점을 지정된 시간에 가변하거나, 이미지 인식에 의해 상기 디스플레이에 표시되는 상기 가상 이미지 내의 물체의 위치를 추정하여 상기 이미지의 초점을 가변하여 상기 가상 이미지의 초점 거리를 가변하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고 디스플레이 방법은, 상기 가상 이미지 내의 물체의 거리에 비례하여 액티브 소자의 파워를 가변하여 상기 가상 이미지의 각 레이어별 초점을 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 디스플레이 방법은, 사용자가 근시일 때, 렌즈의 파워에 오프셋을 지정하여 상기 액티브 소자의 파워가 가변함에 따라 상기 사용자의 시력 조절 범위를 확대하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고 디스플레이 방법은, 디스플레이의 해상도를 증대할 수 있도록 상기 액티브 소자를 고속 틸팅(tilting) 구동하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 개시의 실시 예들에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치는, 액티브 소자를 이용하여 사용자의 시력을 측정하여 사용자에 맞는 최적의 이미지를 제공할 수 있다. 또한, 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 액티브 소자를 이용하여 소형화될 수 있으며, 사용자에게 고해상도의 디스플레이 화면을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)의 일반적인 구성을 나타내는 도면,
도2a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)의 구성을 간략히 나타내는 블록도,
도2b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)의 광학부의 구성을 간략히 나타내는 블록도,
도3은 종래 기술의 시력 조절이 가능한 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)를 설명하기 위한 도면,
도4는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)의 광학 디자인(optical design)인 동공 형성(pupil forming) 디자인을 설명하기 위한 도면,
도5는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)의 구체적인 구성도,
도6a 및 도6b는, 본 개시의 일 실시 예에 따른, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)를 구성하는 액티브 소자를 설명하기 위한 도면,
도7a 내지 도7e는, 본 개시의 일 실시 예에 따른, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)에서 액티브 소자를 이용하여 사용자의 시력을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도8a 및 도8b는, 본 개시의 일 실시 예에 따른, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)에서 액티브 소자의 고속 틸팅(tilting)에 의해 고해상도의 디스플레이를 구현하는 것을 설명하기 위한 도면,
도9a 내지 도9c는, 본 개시의 일 실시 예에 따른, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)가 액티브 소자에 의해 가상 이미지(virtual image)의 초점을 제어하는 것을 설명하기 위한 도면,
도10a 및 도10b는, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)가 액티브 소자에 의해 가상 이미지(virtual image)의 거리에 따른 원근 조절(visual accommodation/convergence)를 설명하기 위한 도면, 그리고
도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 액티브 소자와 회절 소자를 이용한 증감 영상(augmented image)를 위한 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)의 구성도, 그리고
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른, HMD(100)에서 액티브 소자를 이용하여 시력을 측정하고 보정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 개시에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)의 일반적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)는 쌍안경과 같은 타입의 디스플레이 장치일 수 있다. 그러나, 본 개시는 이에 한정하지 않으며, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)는 머리에 장착할 수도 있고, 일반적인 안경과 같이 가볍고 얇은 구성을 가질 수도 있다.
본 개시의 실시 예에 따라, HMD(100)은 좌우 눈에 이미지를 표시하는 디스플레이, 사용자의 시력을 측정할 수 있는 광학부(미도시)와 제어부(101)로 구성된다. 제어부(101)는 HMD(100)의 외부에 구성될 수도 있고, HMD(100)의 내부에 구성될 수도 있다. 도 2a의 프로세서(220)가 제어부(101)의 기능을 수행할 수 있다. 광학부는 도 2b에서 상세히 설명하기로 한다.
제어부(101)는 광학부에서 측정한 사용자의 시력을 바탕으로 옵티컬 파워를 조절하여 사용자의 시력을 보정할 수 있다. 또한, 제어부(101)는 측정된 사용자의 시력을 메모리(미도시)에 저장하고, 저장된 사용자 정보를 바탕으로 시력을 측정하도록 광학부를 제어할 수 있다.
제어부(101)가 HMD(100)의 외부에 구성될 때, HMD(100)는 제어부(101)와 통신을 수행하며, 제어부(101)는 HMD(100)가 영상처리장치(미도시)로부터 영상을 수신하도록 통신을 수행한다. HMD(100)와 제어부(101)는 유선 또는 무선으로 통신하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 개시는 HMD이외에도, 디스플레이 장치에서 사용자의 시력을 측정하고 보정해줄 수 있는 광학계를 가지는 디스플레이 장치 모두에서 적용이 가능하다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른, HMD의 구성을 간략히 나타내는 블록도이다. 도 2a를 참조하면, HMD(100)는 디스플레이(210), 프로세서(220), 메모리(230), 액티브 소자(240)로 구성될 수 있다.
디스플레이(210)는, 이미지를 제공하며, 프로세서(220)의 제어 명령에 따라, 액티브 소자(240)를 이용하여 측정한 사용자의 좌우 시력 및 메모리(230)에 저장된 사용자 정보를 바탕으로 사용자의 시력에 맞는 보정된 영상을 표시할 수 있다.
그리고 디스플레이(210)는 LCD, OLED, 플렉서블 디스플레이, 3차원 디스플레이 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 디스플레이(210)는 터치 스크린으로 구성되어 출력 장치뿐만 아니라 사용자의 터치 명령을 입력 받는 입력 장치로도 사용될 수 있다.
메모리(230)는, 프로세서(220)에 의해 생성된 사용자 시력 정보 및 생체 정보를 저장할 수 있다. 또한 메모리(230)는 사용자의 보정된 시력 정보를 저장할 수 있다. 메모리(230)는 프로세서(220)에서 사용하는 프로그램, 연산 파라미터, 사용자 명령어 등을 저장할 수 있다. 메모리(220)는, 예를 들어, 하드디스크, 멀티미디어 카드, 플래시 메모리, 마이크로, SD 카드, XD 카드 등의 저장 매체 중 적어도 하나일 수 있다. 또한 메모리(230)는 프로세서(220) 내부의 램(RAM) 또는 롬(ROM) 등이 될 수도 있다.
액티브 소자(240)은 사용자의 옵티컬 파워를 조절하여 초점을 가변시킬 수 있고, 기울기의 변형이 가능한 거울(deformable mirror)를 포함한다. 액티브 소자(240)는 복수 개의 마이크로 미러(micro-mirrors)로 구성되며 디스플레이(210)에서 제공된 이미지를 반사한다. 본 개시에서는 액티브 소자(240)로서 마이크로 미러로 구성된 MEMS 미러(Micro-electromechanical systems Mirror)를 이용한 실시예를 설명하기로 한다. 액티브 소자(240)에 대해서는 도6a 및 도6b에서 상세히 설명하기로 한다.
프로세서(220)는, 액티브 소자(240)를 제어하여 사용자의 시력을 검출하고, 검출된 사용자의 시력에 기반하여 액티브 소자(240)의 복수의 마이크로 미러 중 적어도 일부의 기울기를 제어하여 디스플레이(210)에서 제공된 이미지의 초점 거리를 조절할 수 있다.
프로세서(220)는, 시력 측정 광선을 생성하도록 디스플레이(210)를 제어하고, 시력 측정 광선이 액티브 소자(240)의 복수 개의 마이크로 미러 중 적어도 하나를 통해 사용자의 망막에 결상하도록 액티브 소자(240)를 제어할 수 있다. 그리고, 프로세서(220)는 사용자의 망막에 결상하는 시점의 액티브 소자(240)에서 검출된 정보를 바탕으로 사용자의 시력 정보로 메모리(230)에 등록할 수 있다.
프로세서(220)는, 디스플레이(210)에서 방출하는 시력 측정을 위한 광선 중 일부 영역만 사용자의 망막에 결상하도록 액티브 소자(240)에 마스크(mask) 패턴을 생성하고, 액티브 소자(240)의 옵티컬 파워를 가변하여 시력을 검출할 수 있다. 그리고 프로세서(220)는 검출된 시력을 바탕으로 액티브 소자(240)의 옵티컬 파워를 조절하여 사용자의 시력을 보정할 수 있다.
또한, 프로세서(220)는, 디스플레이(210)에 표시되는 가상(Virtual Reality) 영상의 초점을 지정된 시간에 가변할 수 있다. 그리고, 프로세서(220)는 영상 인식에 의해 디스플레이(210)에 표시되는 가상 영상의 물체의 위치를 추정하여 영상의 초점을 가변하여 가상 영상의 초점 거리를 가변할 수 있다.
그리고 프로세서(220)는, 가상 영상의 물체의 거리에 비례하도록 액티브 소자의 파워를 가변하여 가상 영상의 각 레이어별 초점을 조절할 수 있다. 또한, HMD(100)의 사용자가 근시일 때, 프로세서(220)는 렌즈의 파워에 오프셋을 지정하여 액티브 소자(240)의 파워가 가변함에 따라 사용자의 시력 조절 범위를 확대할 수 있다.
프로세서(220)는 사용자의 명령을 입력 받아 액티브 소자를 구성하는 마이크로 미러의 기울기가 가변되어 사용자의 시력을 측정되도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는 시력 측정을 위한 UI(User Interface) 또는 메뉴 버튼 등을 통해 사용자에 의해 액티브 소자를 구성하는 마이크로 미러의 기울기를 가변되도록 구현될 수 있다.HMD(100)는 통신부(미도시)를 포함할 수 있다. 통신부는 외부 전자 장치 및 유/무선 데이터 통신을 수행할 수 있다. 무선 통신 방식으로 외부 전자 장치와 데이터 통신을 수행할 경우, 통신부는 와이파이 다이렉트(WIFI DIRECT) 통신 모듈, 블루투스 모듈, 적외선 통신(IrDA, infrared data association) 모듈, NFC(Near Field Communication) 모듈, 지그비(Zigbee) 모듈, 셀룰러 통신 모듈, 3G(3세대) 이동통신 모듈, 4G 이동 통신 모듈, LTE(Long Term Evolution) 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 유선 통신 방식으로 외부 전자 장치와 데이터 통신을 수행할 경우, 통신부는 USB와 같은 인터페이스 모듈을 포함할 수 있으며, 이 같은 인터페이스 모듈을 통해 PC와 같은 외부 단말 장치와 물리적으로 연결되어 영상 데이터를 송수신하거나, 펌웨어 업그레이드를 수행하기 위한 펌웨어 데이터를 송수신할 수 있다.
이를 통해, 본 개시의 일 실시예에 따른 HMD(100)는, 액티브 소자(240)를 이용하여 사용자의 시력을 측정하여 사용자에 맞는 최적의 이미지를 제공할 수 있다.
도 2b는, 본 개시의 일 실시 예에 따른, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)의 광학부의 구성을 간략히 나타내는 블록도이다.
도 2b를 참조하면, 광학부(260)는 액티브 소자(240), 디스플레이 스크린(270), 빔 스플리터(275), 렌즈(280), 렌즈 미러(285), 복수의 편광판(quarter wave plate, half wave plate)(290) 및 프리즘(295)을 포함할 수 있다. 광학부(260)를 구성하는 구성요소들은 이에 한정되지 않고 다른 구성 요소들이 더 포함될 수도 있다. 각 구성 요소의 특징에 대해서는 도 5에서 구체적으로 설명하기로 한다.
디스플레이 스크린(270)은 HMD(100)의 각각 좌우의 눈에 광선을 생성할 수 있다. 디스플레이 스크린(270)은 평면(planar)일 수도 있고 곡면(curve)일 수도 있다. 디스플레이 스크린(270)은 각각 좌우 눈에 하나를 포함하는 표시 광학계일 수 있고, 각각 좌우 눈에 두 개를 포함하는 표시 광학계일 수도 있다. 본 개시에서는 디스플레이 스크린(270)이 각각 좌우 눈에 하나를 포함하는 실시 예를 설명하기로 한다.
빔 스플리터(275)는 디스플레이 스크린(270)에서 방출하는 광선을 반사할 수 있는 제1 빔 스플리터 및 액티브 소자(240)에서 방출한 광선을 반사할 수 제2 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 렌즈(예를 들어, 오목렌즈, 볼록렌즈, 실린더 렌즈)(280)는 빔 스플리터(275)에서 반사한 광선을 수렴(convergence)시킬 수 있다. 액티브 소자(240)는 렌즈(280)에서 방출한 광선을 수렴(convergence) 혹은 발산(divergence)하여 반사할 수 있다. 렌즈 미러(285)는 빔 스플리터(275)에서 반사한 광선을 수렴하여 사용자에게 방출할 수 있다.
편광판(290)은 복수의 편광판(quarter wave plate, half wave plate)을 포함할 수 있다. 프리즘(295)은 사용자의 화각을 넓힐 수 있다. 프리즘(295)은 디스플레이 스크린(270)으로부터 수렴한 광선을 확대해 사용자의 눈동자로 유도할 수 있는 자유 곡면 프리즘일 수 있다.
도 3은 종래 기술의 시력 조절이 가능한 HMD 를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 종래에는, HMD(100)의 광학계를 구성하는 렌즈 미러(301)와 디스플레이 스크린(300)을 동일 광로상에 배치하고, 렌즈 미러(301)와 디스플레이 스크린(300) 사이의 거리인 광로 길이를 조절하여 사용자의 시력을 보정하였다.
그리고 종래에는 HMD(100)의 광학계를 구성하는 디스플레이 스크린(300), 렌즈 미러(301), 및 반사경(미도시)를 동일 광로상에 배치하고, 디스플레이 스크린(300)으로부터 반사경(미도시)까지의 제1 광로 길이와 반사경(미도시)로부터 렌즈 미러(301)까지의 제2 광로 길이 중 적어도 한쪽을 조절하여 사용자의 시력을 보정하였다.
그러나, 상술한 기술들은 사용자의 시력을 정밀하게 측정하는 것이 불가능하며, HMD(100)를 사용하는 사용자가 변동될 때 자동으로 사용자의 시력을 보정하지는 못하는 문제점이 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른, HMD(100)의 광학 디자인(optical design)인 중 하나인 동공 형성(pupil forming) 디자인을 설명하기 위한 도면이다.
HMD(100)를 위한 광학 디자인은 비-동공 형성 디자인(non-pupil forming design)와 동공 형성 디자인(Pupil forming design)이 있다. 비-동공 형성 디자인은 설계가 쉽다. 반면, 비-동공 형성 디자인은 짧은 경로 길이(short path length)를 가지므로, 소스 이미지와 가상의 이미지 사이의 짧은 투사 거리(a short throw distance)를 갖는다. 경로 길이가 짧다는 것은 HMD(100)의 디스플레이가 사용자의 안면과 눈에 가까이 위치한다는 것을 의미하며, 이러한 HMD(100)의 광학 디자인은 변경 설계가 어려운 단점이 있다.
반면, 동공 형성 디자인은, 현미경(microscope), 쌍안경(binoculars), 또는 잠수함의 잠망경(periscope)에서 이미지를 생성하는 것과 유사한 구성을 가진다. 도4를 참조하면, 동공 형성 디자인은 제1 렌즈 세트(401)에서 디스플레이(400)로부터 보내는 소스 이미지의 중간 이미지(402)를 생성한다. 생성된 중간 이미지(402)는 제2 렌즈 세트(403)에 의해 사용자의 동공(404)에 릴레이(relay)된다. 사용자의 눈(404)은 가상의 이미지인 동공 사출(exit pupil) 영역에 위치한다.
동공 형성 디자인의 장점은 이미지 평면(image plane)으로부터 사용자의 눈까지 많은 경로 길이(path length)를 제공한다. 또한 동공 형성 디자인은 비-동공 형성 디자인보다 더 긴 경로 길이를 제공하여 사용자의 안면으로부터 멀리 움직일 수 있도록 구현할 수 있다. 또한, 동공 형성 디자인은 더 많은 렌즈와 미러(mirrors)를 삽입할 수 있으므로 옵티컬 코렉션(optical correction)을 개선시킬 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른, HMD 디스플레이 광학계(display optics)의 구체적인 구성도이다.
도 5를 참조하면, HMD(100)의 광학계(optics)는 디스플레이(500), 액티브 소자(501), 프리즘(502), 편광 빔 스플리터(503), 렌즈 미러(504), 렌즈(506), 제1편광판(507), 제2 편광판(508), 제3 편광판(509)을 포함한다.
디스플레이(500)는 평면 디스플레이(planar display)이거나 곡면 디스플레이(curve display)일 수 있다. 디스플레이(500)는 LCD, OLED, 등의 액정 디스플레이일 수 있다.
액티브 소자(501)는 수천 개의 마이크로 미러(micro mirrors)로 구성된 MEMS 미러로 구현될 수 있다. 수천 개의 조각들로 이루어진 마이크로 미러는 X축 또는 Y축으로 회전하며 옵티컬 파워(optical power)를 조절하고 마스크 패턴(mask pattern)을 가변시킬 수 있다.
HMD(100)는 액티브 소자(501)의 수천 개의 마이크로 미러 중 적어도 일부의 기울기를 제어하여 가변된 옵티컬 파워를 바탕으로 생성된 마스크 패턴으로 사용자의 시력을 검출할 수 있다. 또한, 검출된 시력을 바탕으로 액티브 소자(501)의 수천 개의 마이크로 미러 중 적어도 일부의 기울기를 제어하여 디스플레이에 제공된 이미지의 초점 거리를 조절하여 사용자의 시력을 보정할 수 있다.
이를 통해, HMD(100)는 사용자의 시력을 정밀하게 측정하고 보정할 수 있다. 또한, HMD(100)는 마이크로 미러에 의한 정밀한 시력 측정으로 공차(tolerance)를 줄일 수 있다. 액티브 소자(501)의 마스크 패턴을 가변하여 시력을 측정하는 방법에 대해서는 도 7a 내지 도 7e에서 상세히 설명하기로 한다.
액티브 소자(501)는 광로상에 수직으로 배치하며, 디스플레이(500)와도 수직으로 배치된다. 액티브 소자(501)의 구성에 대한 구체적인 설명은 도6a 및 도6b에서 후술하기로 한다
프리즘(502)은 사용자의 화각을 넓혀주는 역할을 한다. 편광 빔 스플리터(503)는 빛을 투과 또는 반사하여 입사광을 분리하는 역할을 하고, 판형(planar) 또는 큐브형(cube) 빔 스플리터를 사용할 수 있다.
렌즈 미러(504)는 오목렌즈 거울, 볼록 렌즈 거울, 그리고 실린더 렌즈 거울일 수 있다. 렌즈(506)는 오목 렌즈(convex lenses), 볼록 렌즈(concave lenses), 그리고 실린더 렌즈(cylinder lenses)일 수 있다. 렌즈(506) 및 렌즈 미러(504)는 단일 구성일 수도 있고, 상이한 렌즈를 복수로 구성할 수도 있다.
제1편광판(507) 및 제3편광판(509)는 1/4파장판(quarter wave plate)이고, 제2 편광판(508)은 1/2파장판(half wave plate)으로 구성될 수 있다. 1/4파장판(507, 509)와 1/2파장판(508)은 입사하는 광선의 상태에 따라 다양한 편광 상태를 만든다.
디스플레이(500)는 광선을 방출하고, 액티브 소자(501)의 앞면에 배치된 제1 편광 빔 스필리터(polarized beam splitter)(503)는 디스플레이(500)가 방출한 광선을 반사한다. 제1 편광 빔 스플리터(503)가 반사한 광선은 렌즈(506)에서 수렴하여 1/4 파장판(quarter wave plate)를 통과해 액티브 소자(501)에 수렴된다.
액티브 소자(501)는 렌즈(506)에서 방출한 광선을 수렴(convergence) 또는 발산(divergence)하여 반사한다. 액티브 소자(501)에서 발산한 광선은 1/4파장판(quarter wave plate)를 통과해 렌즈(506)에 수렴된다. 렌즈(506)에 수렴된 빛은 제1 편광 빔 스플리터(503)를 지나 1/2 편광판(half wave plate)를 통과하여 제2 편광 빔 스플리터(503)을 통해 반사되어 1/4 파장판(508)을 통과하여 렌즈 미러(504)에 입사된다. 렌즈미러(504)는 입사한 광선을 반사하고, 렌즈미러(504)에서 반사된 광선은 1/4 파장판(508)을 통과하여 제2 편광 빔스플리터(503)를 통과하여 사용자의 망막(505)에 결상된다.
구체적으로 예를 들어, 디스플레이(500)에 X 편광을 방출할 때, X편광은 제1 편광 빔스플리터에서 반사되어 액티브 소자(501)로 입사된다. 이때, 액티브 소자(501)에 입사되기 전 1/4 파장판(507)을 통과하고, 액티브 소자(501)에서 반사한 광선은 또다시 1/4파장판(507)을 통과하여, Y 편광이 제1 편광 빔스플리터(503)를 통과한다.
제1 편광 빔스플리터(503)를 통과한 Y 편광은 1/2파장판(509)에 입사될 때 가상의 이미지를 생성하고, 1/2파장판(509)을 통과한 Y편광은 X편광으로 렌즈 미러(504)에 입사된다. X편광으로 입사되는 광선은 1/4파장판(508)을 두번 통과하여(입사/반사), 렌즈 미러(504)로부터 동공(505)에 Y편광을 발산한다.
이때, 동공 형성 디자인에 따른 본 개시의 실시예에 따라, 사용자는 동공 사출(pupil exit)에서 가상의 이미지를 볼 수 있다.
도 6a 및 도 6b는, 본 개시의 일 실시예에 따른, HMD를 구성하는 액티브 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는, 본 개시의 일 실시예에 따른, 액티브 소자인 MEMS 미러가 이미지를 결상하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 6a를 참조하면, MEMS 미러(610)는 복수의 마이크로 미러(601)로 구성된다. MEMS 미러(610)는 마이크로 미러(601)의 위치가 제어되어 임의의 흩어진 광들이 이미지 면(image plane)의 한 점 P(600)에 수렴된다.
도 6b는, 본 개시의 일 실시예에 따른, 액티브 소자인 MEMS 미러(610)의 평면도를 도시한 도면이다. 도6b를 참조하면, MEMS 미러(610)는 마이크로미러(620)의 원형 배열로 구성되고, 마이크로미러(620)는 거울(mirror)과 동일한 기능을 가진다. 마이크로미러(620)는 높은 반사도를 가진다. 각각의 마이크로미러(620)는 광학 효율성(optical efficiency)을 향상시킬 수 있는 반사 영역(reflective area)을 증가시키기 위해서 팬 모양(fan shape)을 가질 수 있다. 그러나, 원형 배열 및 팬 모양의 구성은 본 개시를 설명하기 위한 일 실시 예일 뿐 이에 한정되지 않는다.
MEMS 미러 배열을 지닌 렌즈(액티브 소자)는 마이크로미러(620)가 매우 가볍고 작기 때문에(a tiny mass) 매우 빠른 반응 속도를 가진다. 예를 들어, 마이크로미러(620)의 반응 속도는 10KHz를 초과할 수 있다. 따라서, 마이크로미러(620)의 초점거리 변화 속도는 10KHz와 같거나 그보다 크도록 구현할 수 있다.
또한 마이크로미러(620)는 렌즈의 초점 거리(focal length)를 변화시키도록 제어한다. MEMS 미러(610)는 초점 거리(focal length)를 변화시키기 위해, 각각의 마이크로 미러(620)의 병진운동(translation)이나 회전운동(rotation)을 제어한다. 마이크로미러(620)의 회전운동은 X축 및 Y축 방향으로 광의 방향을 변화시키고, 병진운동은 Z축 방향으로 광의 위상을 조절한다.
따라서, 복수의 마이크로미러(620)로 구성된 평면(planar) MEMS 미러(610)를 HMD(100)의 광로상에 수직으로 배열하여, 시력 측정을 위한 특정 광선만 MEMS 미러(620)의 중심 부근에 맺도록 구현할 수 있다. 이를 통해, 디스플레이에서 방출하는 광선 중 시력 측정용 주광선(chief lay)만 사용자의 망막에 결상하도록 하여 시력을 측정할 수 있다.
또한, 마이크로미러(620)의 회전운동 및 병진운동을 통해 초점 거리(focal length)를 가변하여 옵티컬 파워(optical power)를 조절할 수 있다. 이를 통해 시력을 보정할 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는, 본 개시의 일 실시예에 따른, HMD에서 액티브 소자를 이용하여 사용자의 시력을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는 광학계(optics)를 이용하여 시력을 측정할 때, 사용자의 시력에 따라 액티브 소자에 의해 마스크 패턴이 가변하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a를 참조하면, 디스플레이 스크린(700)에서 광선을 방출할 때, 디스플레이(700)에서 픽셀(701)이 온(On)되고, 온(On)된 점상의 픽셀(701)이 렌즈부에 입사된다. 디스플레이 스크린(700)에서 방출한 광선이 렌즈를 통과하면, 점상 광선인 픽셀(701)의 크기가 렌즈에 의해 확장된 점상 광선(702)이 된다. 렌즈를 통과한 광선(702)이 액티브 소자에 입사되면, 액티브 소자의 마이크로미러의 회전 운동 및 공진 운동에 의해 특정 광선만 액티브 소자의 중심 부근에 마스크 온(mask on)된다. 따라서, 렌즈를 통과한 점상의 광선(702) 중 특정 영역의 광선(703)이 액티브 소자에 결상된다. 액티브 소자에 결상된 특정 영역의 광선(703)은 렌즈로 발산되고 나머지 영역의 광선은 렌즈에 투과되지 않는다. 따라서, 액티브 소자를 통과한 후의 광선은 액티브 소자에서 결상되었던 특정 영역의 점상(704)이 된다.
시력 측정의 원리인 Scheiner's principle에 의해, 일반적인 시력 측정 방법은 정상 시력일 때 광선이 한 점(705)에 모이게 되고, 근시나 원시는 광선(706)이 분리되어 시력이 측정된다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, Scheiner's principle을 적용하여, HMD(100)는 액티브 소자를 이용하여 시력 측정을 위한 광선만 눈의 망막의 중심에 맺히도록 마이크로 미러 중 적어도 일부의 기울기를 제어하고, 그 이외의 광선은 중심에서 멀어지도록 구동하여 시력 측정을 할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른, HMD(100)는 액티브 소자를 이용하여 수동으로 시력 측정이 이루어질 수 있다. 즉, HMD(100)는 사용자의 명령을 입력 받아 액티브 소자를 구성하는 마이크로 미러의 기울기가 가변되어 사용자의 시력을 측정되도록 구현될 수 있다.
예를 들어, HMD(100)는 시력 측정을 위한 UI(User Interface) 또는 메뉴 버튼 등을 통해 사용자에 의해 액티브 소자를 구성하는 마이크로 미러의 기울기를 가변되도록 구현될 수 있다. 이때, 시력 측정을 위한 UI(User Interface) 또는 메뉴 버튼은 HMD(100) 내에 구현될 수도 있고 외부 장치(예를 들어, 리모컨 등)에 의해 구현될 수도 있다.
구체적으로, 사용자는 HMD(100)의 스크린을 터치하거나 메뉴 버튼 등을 조작하면서 액티브 소자를 구성하는 마이크로 미러의 기울기를 변화시킬 수 있다. 사용자는 액티브 소자를 구성하는 마이크로 미러의 기울기를 사용자의 시력에 맞도록 가변하는 동안, HMD(100)로부터 선명한 패턴이 보이는 순간을 사용자의 시력으로 저장할 수 있다. 사용자로부터 시력 저장 명령이 입력될 때, HMD(100)는 액티브 소자를 구성하는 마이크로 미러의 기울기 정보 등을 바탕으로 검출된 시력 정보를 저장할 수 있고, 사용자 정보(예: 사용자 ID, 사용자 생체 정보 등)와 함께 시력정보가 저장되도록 구현될 수도 있다. 이때, 사용자 정보는 사용자에 의해 HMD(100)에 기저장된 사용자 정보일 수 있고, 사용자에 의해 시력정보와 함께 입력되는 정보일 수 있다.
도 7b 내지 도 7e는, 본 개시의 일 실시 예에 따라, 정상 시력과 원시의 시력을 측정될 때, 액티브 소자에 의한 마스크 패턴의 가변을 설명하기 위한 도면이다.도 7b 및 도 7c는, 정상 시력을 측정할 때의 액티브 소자에 의한 마스크 패턴을 나타내는 도면이다.
도7b 및 도7c를 참조하면, 도7a에서 설명한 디스플레이 스크린(700)에서 방출한 점상의 광선(701)은 렌즈(710)를 통과하면서 확대된다. 도 7a에 상술한 바와 같이, 렌즈를 통과한 광선은 확대된 점상(702)이다. 렌즈에서 발산한 광선(702)는 액티브 소자(720)에 입사된다.
액티브 소자(720)에 입사된 광선(702)은 액티브 소자(720)를 구성하는 수천 개의 마이크로미러의 병진운동(translation) 및 회전운동(rotation)에 의해 마스크 패턴을 가변시킬 수 있다. 이에 따라, 사용자의 초점 거리에 따른 특정 영역만의 광선만이 액티브 소자(720)에 결상된다.
도 7a에 상술한 바와 같이, 액티브 소자에 결상된 광선은 특정 광선에 대하여 마스크 패턴(703)을 가진다. 또한, 액티브 소자를 통과한 후의 광선은 액티브 소자에서 결상되었던 특정 영역의 점상(704)이 된다. 도 7b 및 도 7c를 참조하면, 액티브 소자(720)를 통과한 광선(704)(도 7a)은 사용자의 망막(730)의 중심에 맺히고, 사용자의 시력 측정용 광선(705)이 디스플레이 스크린(700)에 생성되어 시력이 측정될 수 있다.
도 7d 및 도7e는, 근시인 시력을 측정할 때의 액티브 소자에 의한 마스크 패턴을 나타내는 도면이다.
도 7d 및 도 7e를 참조하면, 액티브 소자(720)는 렌즈(710)에서 수렴한 광선(702)에 대해 액티브 소자(720)를 구성하는 마이크로 미러의 회전 운동 및 병진 운동에 의해 정상 시력(도 7b 및 도 7c)과는 상이한 마스크 패턴을 생성한다. 이때, 도 7a에서 설명한 액티브 소자(720)에 결상되어 생성된 마스크 패턴을 지닌 광선(704)은, 도 7d 및 도 7e에서 사용자의 망막(730)의 앞 부분에 맺히고, 사용자의 시력 측정용 광선(706)이 분리되어 생성되고, 이를 이용해 근시 시력이 측정될 수 있다. 또한, 난시 측정은 액티브 소자(720)에 의해 생성되는 마스크 패턴의 방위각의 회전에 의해 생성되는 마스크 패턴을 조절하여 측정될 수 있다.
상술한 바와 같이, HMD(100)는 시력 측정 광선을 생성하도록 디스플레이 스크린(700)를 제어하고, 시력 측정 광선이 액티브 소자(720)를 통해 사용자의 망막(730)에 결상하도록 액티브 소자(720)를 제어하며, 사용자의 망막(730)에 결상하는 시점의 액티브 소자(720)에 대한 정보를 사용자의 시력 정보로 등록할 수 있다.
이때, 측정된 시력 정보는 HMD(100)의 메모리에 저장된다. 메모리에는 사용자의 생체 정보를 함께 저장할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 생체 정보는 홍채 인식, 음성 인식, 얼굴 인식, 지문 인식 등 다양한 정보를 저장할 수 있다. 따라서, 사용자가 동일한 HMD(100)를 재사용할 때, HMD(100)는 사용자의 생체 정보를 바탕으로 자동으로 사용자의 시력 정보에 적합하도록 시력을 보정할 수 있다.
구체적으로, HMD(100)는 사용자의 생체 정보를 인식할 때, 사용자가 매뉴얼을 통해 인식 실행을 선택할 수도 있고, 사용자가 HMD(100)를 머리에 장착할 때 자동으로 인식할 수도 있다. HMD(100)는 사용자에 대해 인식이 완료되면, 메모리에 저장된 사용자의 생체 정보에 매칭되는 사용자의 시력 정보를 바탕으로 시력을 보정할 수 있다. HMD(100)에 사용자의 생체 정보를 저장하고 인식하는 기술이 적용됨에 따라 사용자의 정보를 보호하는 암호화 기술이 적용될 수도 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, HMD(100)에서 사용자의 시력을 보정하는 방법은, 액티브 소자가 사용자의 옵티컬 파워(optical power)를 조절하여 사용자의 시력을 보정할 수 있다.
옵티컬 파워는 렌즈 파워를 의미하며, 초점거리(focal length)에 반비례한다. 따라서, HMD(100)는 사용자의 시력에 따라 상이한 초점거리를 가진다. 복수의 마이크로미러로 이루어진 액티브 소자는 사용자의 시력을 바탕으로 나타나는 상이한 초점거리를 제어할 수 있다. 도6a에 도시된 바와 같이, MEMS 미러로 구성된 액티브 소자는 마이크로미러의 회전운동으로 광의 방향을 변화시키고, 병진운동으로 광의 위상을 조절하여 액티브 소자의 초점거리를 가변하여 시력을 보정할 수 있다.
또한, 본 개시의 다른 일 실시 예로, HMD(100)는 가상(Virtual Reality) 영상의 초점을 가변하여 눈의 피로를 개선할 수 있다. HMD(100)를 장시간 사용하는 경우, 가상(Virtual Reality) 영상의 초점 거리를 한 곳에 고정하게 된다. 이때, 한 곳에 초점이 장시간 머물게 되어 눈의 피로도가 발생하고 이에 따른 시력 감퇴의 가능성이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 개시의 일 실시 예에 따라, HMD(100)는 액티브 소자를 제어하여 지정된 시간마다 임의로 가상 영상의 초점을 가변할 수 있다. 즉, HMD(100)는 특정 시간마다 액티브 소자의 옵티컬 파워를 조절하여 가상 영상의 초점을 조절할 수 있다. 또한, HMD(100)는 디스플레이 스크린에 표시되는 물체의 위치를 추정하여 영상 인식 기술을 적용하여 가상 영상의 초점을 가변할 수도 있다. 이때, 액티브 소자를 이용하여, 주변(ambient) 물체의 위치에 가상 영상의 초점을 일치시킴으로써 눈의 피로를 감소시킬 수 있다.
본 개시의 다른 실시 예로, 예를 들어, 근시 사용자의 시력이 도수 -3D(diopter)인 경우, 가상의 물체는 약 33cm에 형성된다. 이때, 정상 시력자가 갖는 무한대의 물체거리와 같은 도수 3D(diopter) 변이(disparity)를 적용할 경우, 근시 사용자는 어지러움을 느낄 수 있다. 따라서, 사용자의 시력에 맞게 변이(Disparity)를 조절한 영상을 제공하여 영상 왜곡에 대해 최적 값을 적용하도록 구현할 수 있다.
또한, 본 개시의 다른 실시 예로, HMD(100)는 고차 수차를 보정할 수 있다. 교정 렌즈의 경우 눈의 전체 영역을 측정할 수 없기 때문에 저차 수차(low aberration) 보정만이 가능하다. 그러나 액티브 소자는 복수의 MEMS 미러로 구성되어 각각의 마이크로 미러의 영역마다 초점거리를 조절하여 다른 렌즈 파워를 인가할 수 있으므로 고차 수차 보정이 가능하다. 이를 통해, 눈의 모든 영역을 측정하도록(full aberration finger print of the eye) 구현된 고차 수차량 검출 기술을 적용하여 고차 수차를 검출하고, 액티브 소자를 이용하여 고차 수차를 보정할 수 있다.
그리고 본 개시의 다른 실시 예로, HMD(100)는 광학계를 구성하는 렌즈 미러의 렌즈 파워에 오프셋 값을 설정하여 시력 조절 범위를 확대할 수 있다. 예를 들어, 액티브 소자를 구성하는 복수의 MEMS 미러는 옵티컬 파워가 증가할 때, 회절에 의해 색수차량(chromatic aberration)이 증가한다. 따라서, HMD(100)는 색수차량(chromatic aberration)을 감소시키기 위해서는 낮은 옵티컬 파워로 구동되어야 한다. 옵티컬 파워는 초점 거리에 반비례하므로, 초점 거리가 클 때 옵티컬 파워는 낮은 값을 지닌다.
HMD(100)에서 초점 거리를 증가시키기 위해서, 렌즈 미러에 옵티컬 파워 오프셋을 설정하고, 렌즈 미러에 설정된 오프셋 크기의 옵티컬 파워를 액티브 소자에서 마이너스할 수 있다.
예를 들어, 정상 시력자의 눈이 도수 60D(Diopter)이고, 렌즈 미러의 옵티컬 파워가 27D(Diopter)일 때, 액티브 소자의 MEMS 미러가 사용 가능한 옵티컬 파워는 +3D부터 -3D(Diopter)라고 가정할 수 있다. 렌즈 미러에 옵티컬 파워의 오프셋 값을 설정하지 않은 경우, 정상 시력을 측정할 때, 렌즈 미러는 27D(Diopter)의 옵티컬 파워를 가지고, MEMS 미러는 +3D부터 -3D(Diopter)를 가진다. 이때, 근시인 시력을 측정할 때, 렌즈 미러는 27D의 옵티컬 파워를 가지고, MEMS 미러는 0D부터 -3D까지의 시력을 보정할 수 있다.
반면, 본 개시의 일 실시예에 따라, 렌즈 미러에 옵티컬 파워의 오프셋 값을 설정할 경우, 정상 시력을 측정할 때, 렌즈 미러는 24D(27D-3D)의 옵티컬 파워를 가지고, MEMS 미러는 0D부터 -6D까지의 옵티컬 파워를 가진다. 따라서, 근시 시력을 측정할 때 -6D까지 시력을 측정하고 보정할 수 있다.
상술한 예시들은 본 개시를 설명하기 위한 일 실시 예일 뿐, 다양한 방법과 기술을 통해 옵티컬 파워를 가변하여 시력을 측정하고 보정하도록 응용 변경될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는, 본 개시의 일 실시예에 따른, HMD에서 고해상도의 디스플레이를 구현하도록 액티브 소자의 고속 틸팅(tilting) 구동을 설명하기 위한 도면이다.
사람의 눈의 각 해상력(Angular Resolution)은 1/60도(1 arcmin)이다. 즉, 사람의 눈은 1 arcmin에서 60개의 픽셀을 구분할 수 있다. Arcmin은 픽셀 하나가 차지하는 각으로, arcmin의 수치가 작을수록 해상도가 높다. 현재의 가상 현실(VR, Virtual Reality)용 HMD는 약 15 pixel/deg이다. 따라서, HMD(100)로 영상을 시청할 때 픽셀에 점이 보여 몰입감을 저해시키는 문제점이 있다.
도 8a는 MEMS 미러로 구성된 액티브 소자를 고속 구동하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a를 참조하면, 액티브 소자(801)를 구성하는 복수의 마이크로미러(802)를 X축 방향과 Y축 방향의 경사(tilt)로 고속 구동하여 약2배의 해상도의 증대 효과를 얻을 수 있다. 도 6b에서 상술한 바와 같이, MEMS 미러 배열을 지닌 액티브 소자는 마이크로미러(620)가 매우 가볍고 작기 때문에(a tiny mass) 매우 빠른 반응 속도를 가진다. 예를 들어, 마이크로미러(620)의 반응 속도는 100KHz를 초과할 수 있다. 따라서, 마이크로미러(620)의 초점거리 변화 속도는 100KHz와 같거나 그보다 크도록 구현할 수 있다.
예를 들어, 도 8a에 도시된 바와 같이, 마이크로미러(802)를 120 Khz로 구동시키면, 액티브 소자(801)의 초점을 초점 평면에서 고속으로 좌우(X방향, Y방향)로 흔들 수 있다. 그러면, 디스플레이(800)의 좌우에 동일한 낮은 해상도의 화면이 겹쳐져(combine), 잔상 효과에 따라 고해상도의 영상이 디스플레이는 효과를 얻을 수 있다.
구체적으로 예를 들어, 도 8b를 참조하면, 하나의 픽셀은 10 마이크로미터를 가지며, 3X3 의 픽셀을 가진 디스플레이를 도시한 도면이다. 예를 들어, 1,000 x 1,000 디스플레이(10 마이크로 미터 픽셀)(810)을 사용하여 화각 50도를 구현할 경우, 각 해상도(810)는 약 1,000/30 pixel/degree로 약33pixel/degree이다.
본 개시의 일 실시예에 따라, HMD(100)는, 도 8b에서 도시한 3x3 픽셀 저해상도 디스플레이(810)의 각각의 픽셀에서 도 8a에서 도시한 바와 같이 액티브 소자(801)를 이용하여 각각의 픽셀의 절반인 5 마이크로미터인 원을 그리도록 고속 구동할 수 있다. 이때, HMD(100)의 디스플레이는 각각의 픽셀의 위치에 동기화하여 복수의 저해상도 영상(820)이 스캐닝되어, 동일한 낮은 해상도의 화면이 겹쳐져(combine) 표시될 수 있다. 이때, HMD(100)는 겹쳐진 복수의 낮은 해상도의 화면(820)은 잔상효과에 의해 각 해상도가 약 60pixel/deg인 고해상도 영상(830)이 되도록 구현될 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는, 본 개시의 일 실시 예에 따른, HMD(100)가 액티브 소자에 의해 가상 이미지(virtual image)의 초점을 제어하여 한쪽 눈의 원근 조절(visual accommodation/convergence)을 제어하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
HMD(100)는 디스플레이에 표시되는 가상(virtual reality) 이미지의 초점을 지정된 시간에 가변할 수 있다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 액티브 소자의 MEMS 미러의 옵티컬 파워를 시분할 구동하여, 각각의 3D입체 영상의 계층별(layer)(904-i) 초점을 조절할 수 있다.
그리고 HMD(100)는 영상인식 방법에 의해 디스플레이에 표시되는 가상 이미지에서 가상 이미지 내의 물체의 위치를 추정할 수 있다. 이때, HMD(100)는 추정된 물체의 위치를 바탕으로 액티브 소자를 이용하여 이미지의 초점을 가변하여 가상 이미지의 초점 거리를 조절할 수 있다. 그리고 HMD(100)는 사용자의 눈과 가상 이미지 내의 물체의 거리에 비례하여 액티브 소자의 파워를 가변시키면서 가상 이미지의 각 레이어별 초점을 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 9a는, 사용자가 HMD(100)를 통해 물체의 거리가 눈으로부터 지정된 거리(904-i)에 있을 때의 가상 영상을 볼 때 액티브 소자(901)의 옵티컬 파워 조절을 설명하기 위한 도면이다. 예를 들어, 특정 거리(904-i)의 물체를 볼 때는 액티브 소자(901)를 구성하는 마이크로미러의 기울기(tilt)가 변화가 없다.
도 9b를 참조하면, 물체가 특정 거리(904-i)보다 눈에 가까운 가상 영상(904-n) 레이어가 존재할 때, 액티브 소자(901)의 MEMS 미러들은 각각의 이미지 내의 물체의 초점거리에 따라 기울기(tilt)가 변하며 +Diopter로 옵티컬 파워를 조절하게 된다.
도 9c를 참조하면, 물체가 특정 거리(904-i)보다 눈에서 먼 거리에 가상 영상(904-1) 레이어가 존재할 때, 액티브 소자(901)의 MEMS 미러들은 각각의 이미지 내의 물체의 초점거리에 따라 기울기(tilt)가 변하며 -Diopter 값으로 옵티컬 파워를 조절하게 된다.
따라서, HMD(100)는 가상 영상을 볼 때, 사용자의 눈과 가상 이미지 안에 있는 물체의 거리를 지정된 값(예를 들어, 1m)으로 기준(threshold)을 설정할 수 있다. 설정된 기준에 따라, HMD(100)는 물체가 눈에서 1m보다 먼 거리에 있는 3D 레이어에서는 옵티컬 파워를 -Dipoter로 하여 초점 거리를 시분할로 가변시킬 수 있다. 또한, HMD(100)는 물체가 눈에서 1m 보다 가까운 거리에 있는 3D 레이어에서는 옵티컬 파워를 +Diopter로 하여 초점 거리를 시분할로 가변시킬 수 있다.
이때, 3D 레이어가 기준 거리보다 멀리 있는 것은 근시를 교정하는 것과 같은 원리일 수 있다. 그리고, 3D 레이어가 기준 거리보다 너무 멀리 있는 경우 2D 영상을 보는 것과 같은 효과가 나타날 수 있다.
구체적으로 예를 들어, 3D 레이어의 수가 16개로 나누어지고, 1개의 3D 영상을 30Hz 단위로 만들 수 있다. 이때, 10KHz의 MEMS 디바이스일 때, 액티브 소자의 MEMS 미러는 30x16=480Hz로 구동하도록 구현할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는, HMD(100)가 액티브 소자에 의해 가상 이미지(virtual image)의 거리에 따른 두 눈의 원근조절(visual accommodation)및 시각적 수렴(visual convergence)을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 내지 도 9c에서 상술한 바와 같이, HMD(100)는 액티브 소자의 MEMS 미러의 옵티컬 파워를 시분할 구동하여, 각각의 3D입체 영상의 계층별(layer) 초점을 조절할 수 있다.
도 10a를 참조하면, HMD(100)는 두 눈(1000-1, 1000-2)의 원근 조절 및 시각적 수렴이 가상 이미지 안의 물체(1002, 1003) 중 원거리에 있는 물체(1003)에 맞춰져 눈의 피로를 개선시킬 수 있다.
가상의 이미지(1001)는 물체(1002, 1003)을 포함하고 있다. HMD(100)는 영상인식 기술에 의해 디스플레이에 표시되는 가상 이미지 내의 물체의 위치를 추정할 수 있다. 즉, HMD(100)는 물체(1002, 1003) 중 사용자의 눈으로부터 근거리에 있는 물체(1002-1) 및 원거리에 있는 물체(1003-1)를 추정할 수 있다.
이때, 물체(1002-1)가 눈에 가까운 가상 영상(1004) 레이어가 존재할 때, 도9b에서 설명한 바와 같이, 액티브 소자(901)의 MEMS 미러들은 이미지 내의 물체(1002-1)의 초점거리에 따라 기울기(tilt)가 변하며 +Diopter로 옵티컬 파워를 조절하게 된다. 그리고 사용자의 눈(1000-1)의 원근 조절 및 시각적 수렴은 근거리에 위치한 물체(1002-2)에 맞춰져 눈의 피로를 개선시킬 수 있다.
도 10b를 참조하면, HMD(100)는 두 눈(1000-1, 1000-2)의 원근 조절 및 시각적 수렴이 가상 이미지 안의 물체(1002, 1003) 중 근거리에 있는 물체(1002)에 맞춰져 눈의 피로를 개선할 수 있다.
가상의 이미지(1001)는 물체(1002, 1003)을 포함하고 있다. HMD(100)는 영상인식 기술에 의해 디스플레이에 표시되는 가상 이미지 내의 물체의 위치를 추정할 수 있다. 즉, HMD(100)는 물체(1002, 1003) 중 사용자의 눈으로부터 근거리에 있는 물체(1002-1) 및 원거리에 있는 물체(1003-1)를 추정할 수 있다.
이때, 물체(1003-1)가 눈에서 먼 가상 영상(1005) 레이어에 존재할 때, 도9c에서 설명한 바와 같이, 액티브 소자(901)의 MEMS 미러들은 이미지 내의 물체(1003-1)의 초점거리에 따라 기울기(tilt)가 변하며 -Diopter로 옵티컬 파워를 조절하게 된다. 그리고 사용자의 눈(1000-1, 1000-2)의 원근 조절 및 시각적 수렴은 원거리에 위치한 물체(1003-2)에 맞춰져 눈의 피로를 개선시킬 수 있다.
상술한 방법을 통하여, HMD(100)는 지정된 시간이 지날 때, 사용자의 초점을 가변하여 눈의 피로를 최소화할 수 있다. 즉, 사용자의 눈과 HMD(100) 영상의 초점 거리가 원거리인 상태에서 사용자가 지정된 시간 이상 영상을 시청할 때, HMD(100)는 이미지 내의 물체 중 초점 거리가 근거리에 위치한 물체로 사용자의 초점을 이동할 수 있다. 반면, 사용자의 눈과 HMD(100) 영상의 초점 거리가 근거리인 상태에서 사용자가 지정된 시간 이상 영상을 시청할 때, HMD(100)는 이미지 내의 물체 중 초점 거리가 원거리에 위치한 물체로 사용자의 초점을 이동할 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른, 액티브 소자와 회절 소자를 이용한 증강 현실(augmented reality)를 위한 HMD의 구성도이다.
증강 현실(augmented reality)은 가상 이미지가 현실 세계의 물리적 환경 공간과 혼합될 수 있도록 하는 기술이다. 이때, 가상 현실과 실상 간의 초점이 불일치 되는 문제점이 발생할 수 있다.
도 11을 참조하면, 디스플레이 스크린(1100)에서 방출한 X편광(X-polarization)은 렌즈(1106)를 통과하고 제1 회절소자(1103)을 투과하여 1/4파장판(quarter wave plate)(1107)을 통과하여 액티브 소자(1101)에 수렴한다. 이때, 렌즈(1106)는 X편광을 평행광으로 만드는 콜리메이팅(Collimating Lens)으로 구현할 수 있다.
이때, 제1 회절소자(1103)는 도광판(1105)의 내부에 있고, 액티브 소자(1101)와 평행하게 위치한다. 또한 제1 회절소자(1103)는 디스플레이(1100)에서 방출되는 제1 직선편광 상태인 X편광에 대해서는 투과시키고, 제1 직선편광과 수직인 제2 직선편광 상태인 Y편광에 대해서는 회절시킨다.
액티브 소자(1101)는 마이크로미러의 회전운동과 병진운동에 의해 기울기를 조절한다. 액티브 소자(1101)의 가변 마스킹 패턴에 의해 사용자의 시력을 측정할 수 있다. 그리고 액티브 소자(1101)는 옵티컬 파워를 조절하여 사용자의 시력을 보정할 수 있다.
액티브 소자(1101)은 1/4파장판(1107)에 의해 Y편광(Y-polarization)을 발산하고, 제1회절 소자(1103)에서 전반사하여 광의 각도를 변경한다. 이때, 제1 회절소자(1103) 및 제2 회절소자(1104)는 도광판(light guide)(1105) 내부에 있고, 도광판은 평면의 유리인 웨이브 가이드(waveguide)일 수 있다. 제1 회절소자(1103)에 의해 회절된 광선은 도광판(1105) 내부에서 전반사(1108)되어 제2 회절소자(1104)에서 회절된다. 제2 회절소자(1104)에서 회절된 광선은 사용자의 망막(1102)에 결상된다.
이때, 동공 사출 축(pupil exit axis)에서 눈의 광축 Z축에 대해, 액티브 소자(1101)의 광축이 0도에서 +/-15도 근처에 배치될 수 있다. 이에 따라, 액티브 소자는 눈(1102) 앞의 시야를 가리지 않도록 측면에 배치하여 안경처럼 얇으면서 가상 및 실상 간의 초점 불일치를 개선하는 HMD(100)을 설계할 수 있다.
상술한 X편광 및 Y편광은 본 개시를 설명하기 위한 일 실시예일뿐, 이에 한정하지 아니하고 다양한 변형에 의해 구현될 수 있다.
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른, HMD(100)에서 액티브 소자를 이용하여 시력을 측정하고 보정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
S1200 단계에서, HMD(100)는 복수개의 마이크로 미러로 구성된 액티브 소자를 이용하여 사용자의 시력을 검출할 수 있다. 시력을 검출하는 방법은 본 개시에서 상세히 설명하였으므로 여기에서는 생략하도록 한다.
S1210 단계에서, HMD(100)는 검출된 사용자의 시력 정보를 사용자의 생체 정보와 함께 저장할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 생체 정보는 홍채 인식, 음성 인식, 얼굴 인식, 지문 인식 등 다양한 정보를 저장할 수 있다. 따라서, 사용자가 동일한 HMD(100)를 재사용할 때, HMD(100)는 사용자의 생체 정보를 바탕으로 자동으로 사용자의 시력 정보에 적합하도록 시력을 보정할 수 있다.
S1220 단계에서, HMD(100)는 저장된 사용자 정보를 바탕으로 사용자가 인식될 때, 검출된 시력 정보를 바탕으로 복수 개의 마이크로 미러 중 적어도 일부의 기울기를 제어하여 디스플레이에 제공되는 이미지의 초점 거리를 조절할 수 있다. 초점 거리를 조절하는 방법은 본 개시에서 상술하였으므로 여기에서는 생략하도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 개시의 실시예들에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치는, 액티브 소자를 이용하여 사용자의 시력을 측정하고 사용자의 시력을 보정하여, 사용자에게 최적의 이미지를 제공할 수 있다. 또한, 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 액티브 소자를 이용하여 소형화될 수 있으며, 사용자에게 고해상도의 디스플레이 화면을 제공할 수 있다.
또한, 상술한 제어 방법을 수행하기 위한 프로그램은 저장부(미도시) 이외에도 다양한 기록 매체에 저장되어 디스플레이 장치에 탑재될 수도 있다.
일 예로, 디스플레이 장치의 프로세서(미도시)를 통해 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 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 이해되어서는 안될 것이다.
100: 헤드마운티드 디스플레이(HMD)
210: 디스플레이
220: 프로세서
230: 메모리
240, 501, 720, 801, 901: 액티브소자
260: 광학부

Claims (20)

  1. 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display) 장치에 있어서,
    이미지를 제공하는 디스플레이;
    복수 개의 마이크로 미러로 구성되며 상기 디스플레이에 제공된 이미지를 반사하는 액티브 소자; 및
    사용자의 시력을 검출하고, 상기 검출된 사용자의 시력에 기반하여 상기 복수의 마이크로 미러 중 적어도 일부의 기울기를 제어하여 상기 디스플레이에 제공된 이미지의 초점 거리를 조절하는 프로세서;를 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 디스플레이에서 방출하는 시력 측정을 위한 광선 중의 일부 영역만 사용자의 망막에 결상하도록 상기 액티브 소자에 마스크(mask) 패턴을 생성하고, 상기 액티브 소자의 옵티컬 파워를 가변하여 시력을 검출하는 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 검출된 시력을 바탕으로 상기 액티브 소자의 옵티컬 파워(optical power)를 조절하여 상기 사용자의 시력을 보정하는 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 디스플레이에 표시되는 가상(Virtual Reality) 이미지의 초점을 지정된 시간에 가변하거나, 이미지 인식에 의해 상기 디스플레이에 표시되는 상기 가상 이미지의 물체의 위치를 추정하여 상기 이미지의 초점을 가변하여 상기 가상 이미지의 초점 거리를 가변하는 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    가상 이미지의 물체의 거리에 비례하여 액티브 소자의 파워를 가변하여 상기 가상 이미지의 각 레이어별 초점을 조절하고,
    상기 사용자가 근시일 때, 렌즈의 파워에 오프셋을 지정하여 상기 액티브 소자의 파워가 가변함에 따라 상기 사용자의 시력 조절 범위를 확대하는 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 디스플레이의 해상도를 증대할 수 있도록 상기 액티브 소자를 고속 틸팅(tilting) 구동하는 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 액티브 소자는,
    상기 디스플레이 및 광로와 수직방향으로 배치되는 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 검출된 시력 정보 및 상기 사용자의 생체 정보를 저장하는 메모리;를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    복수의 편광판;을 더 포함하고,
    제1 편광판은 상기 액티브 소자 및 렌즈 사이 배치되고, 제2 편광판은 렌즈 미러와 상기 제2 편광 빔 스플리터의 앞면에 배치되며, 제3 편광판은 상기 제2 편광 판과 수직 배치되고 상기 액티브 소자와 평행하며 상기 제2 편광 빔 스플리터의 일 측면에 배치되어 가상의 이미지를 획득하는 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 편광판 및 상기 제2 편광판은 쿼터 웨이브 플레이트(quarter-wave plate)이고, 상기 제3 편광판은 하프 웨이브 플레이트(half wave plate)인 디스플레이 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이에서 방출하는 광선을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈(Collimating Lens);
    상기 렌즈에서 방출한 광선을 수렴(convergence) 혹은 발산(Divergence)하여 반사하는 액티브 소자;
    상기 액티브 소자에서 방출한 광선을 회절시키는 제1 회절소자;
    상기 제1 회절소자와 상기 액티브 소자 사이에 배치하여 편광 상태를 바꾸는 쿼터 웨이브 파장판(Quarter Wave Plate);
    상기 회절된 광선을 전반사에 의해 도광시키는 도광판(Light Guide); 및
    상기 광선을 회절에 의해 사용자에게 방출하는 제2 회절소자;를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 회절소자는,
    상기 디스플레이에서 방출되는 제1 직선편광 상태에 대해서는 투과시키고, 상기 제1 직선편광과 수직인 제2 직선편광 상태에 대해서는 회절시키는 디스플레이 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 회절 소자는 상기 액티브 소자와 평행하게 배치되고, 상기 제2 회절 소자는 상기 사용자의 눈과 평행하게 배치되며,
    상기 사용자의 눈의 광축에 대해 상기 액티브 소자의 광축이 지정된 각도로 배치되어, 증강 현실(Augmented Reality)용 영상의 초점을 조절하는 디스플레이 장치.
  14. 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display) 장치의 디스플레이 방법에 있어서,
    복수 개의 마이크로 미러로 구성된 액티브 소자를 이용하여 사용자의 시력 정보를 검출하는 단계;
    상기 검출된 시력 정보를 상기 사용자 정보와 함께 저장하는 단계;
    상기 사용자 정보를 통해 사용자가 인식되면, 상기 검출된 시력 정보를 바탕으로 복수의 마이크로 미러 중 적어도 일부의 기울기를 제어하여 디스플레이에 제공되는 이미지의 초점 거리를 조절하는 단계;를 포함하는 디스플레이 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    디스플레이에서 방출하는 시력 측정을 위한 광선 중 일부 영역만 상기 액티브 소자의 중심부근에 맺히고, 상기 일부 영역이 상기 사용자의 망막에 결상하도록 마스크(mask) 패턴을 생성하여, 상기 액티브 소자의 옵티컬 파워를 가변하여 시력을 측정하는 디스플레이 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 액티브 소자에서 상기 검출된 시력을 바탕으로 상기 사용자의 옵티컬 파워(optical power)를 조절하여 상기 사용자의 시력을 보정하는 단계;를 더 포함하는 디스플레이 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 초점거리를 조절하는 단계는,
    디스플레이에 표시되는 가상(Virtual Reality) 이미지의 초점을 지정된 시간에 가변하거나, 이미지 인식에 의해 상기 디스플레이에 표시되는 상기 가상 이미지 내의 물체의 위치를 추정하여 상기 이미지의 초점을 가변하여 상기 가상 이미지의 초점 거리를 가변하는 단계;를 더 포함하는 디스플레이 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 가상 이미지 내의 물체의 거리에 비례하여 액티브 소자의 파워를 가변하여 상기 가상 이미지의 각 레이어별 초점을 조절하는 단계;를 더 포함하는 디스플레이 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    사용자가 근시일 때, 렌즈의 파워에 오프셋을 지정하여 상기 액티브 소자의 파워가 가변함에 따라 상기 사용자의 시력 조절 범위를 확대하는 단계;를 더 포함하는 디스플레이 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    디스플레이의 해상도를 증대할 수 있도록 상기 액티브 소자를 고속 틸팅(tilting) 구동하는 단계;를 더 포함하는 디스플레이 방법.
KR1020160006427A 2015-06-15 2016-01-19 헤드 마운티드 디스플레이 장치 KR20160147636A (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105116945A TWI718151B (zh) 2015-06-15 2016-05-31 頭戴式顯示裝置及其顯示方法
AU2016279665A AU2016279665B2 (en) 2015-06-15 2016-06-02 Head mounted display apparatus
PCT/KR2016/005827 WO2016204433A1 (en) 2015-06-15 2016-06-02 Head mounted display apparatus
US15/178,978 US10386638B2 (en) 2015-06-15 2016-06-10 Head mounted display apparatus
EP16174393.5A EP3106911B1 (en) 2015-06-15 2016-06-14 Head mounted display apparatus
CN201610424539.9A CN106249412B (zh) 2015-06-15 2016-06-15 头戴式显示器装置
US16/504,027 US10656423B2 (en) 2015-06-15 2019-07-05 Head mounted display apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562175627P 2015-06-15 2015-06-15
US62/175,627 2015-06-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160147636A true KR20160147636A (ko) 2016-12-23

Family

ID=57736080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160006427A KR20160147636A (ko) 2015-06-15 2016-01-19 헤드 마운티드 디스플레이 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10656423B2 (ko)
KR (1) KR20160147636A (ko)
AU (1) AU2016279665B2 (ko)
TW (1) TWI718151B (ko)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019045174A1 (ko) * 2017-09-04 2019-03-07 주식회사 그루크리에이티브랩 Hmd에 위치 보정 영상을 제공하는 방법 및 hmd에 위치 보정 영상을 표시하는 방법, 그리고 이를 이용한 위치 보정 영상을 표시하는 hmd
KR20190035574A (ko) * 2017-09-26 2019-04-03 주식회사 엘지화학 광학 필름, 광학 소자 및 영상 장치
KR20190064966A (ko) 2017-12-01 2019-06-11 김태경 이미지 표시 광학장치 및 이를 위한 이미지 생성 방법
WO2019142953A1 (ko) * 2018-01-19 2019-07-25 전자부품연구원 수렴초점 불일치 문제 해결을 위한 포비티드 Near-Eye 디스플레이 시스템
KR20190116447A (ko) * 2017-02-23 2019-10-14 매직 립, 인코포레이티드 가변 파워 반사기를 갖는 디스플레이 시스템
KR20200034401A (ko) * 2018-09-21 2020-03-31 삼성전자주식회사 투시형 디스플레이 장치
US10788874B2 (en) 2017-08-23 2020-09-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and electronic device for controlling power between electronic devices
WO2020254555A1 (fr) * 2019-06-21 2020-12-24 Eyesoft Procede de mesure de la convergence des yeux d'un patient
US11256098B2 (en) 2019-07-04 2022-02-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device and method for displaying augmented reality
WO2022107962A1 (ko) * 2020-11-19 2022-05-27 주식회사 홀로랩 미소미러배열 소자 기반의 홀로그래픽 헤드업디스플레이 동작방법 및 시스템

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108663803B (zh) * 2017-03-30 2021-03-26 腾讯科技（深圳）有限公司 虚拟现实眼镜、镜筒调节方法及装置
US10401957B2 (en) * 2017-04-06 2019-09-03 Htc Corporation System and method for providing simulated environment
US10609025B2 (en) 2017-04-06 2020-03-31 Htc Corporation System and method for providing simulated environment
US10546518B2 (en) 2017-05-15 2020-01-28 Google Llc Near-eye display with extended effective eyebox via eye tracking
US10629105B2 (en) 2017-06-15 2020-04-21 Google Llc Near-eye display with frame rendering based on reflected wavefront analysis for eye characterization
US20190012841A1 (en) * 2017-07-09 2019-01-10 Eyedaptic, Inc. Artificial intelligence enhanced system for adaptive control driven ar/vr visual aids
US20190019448A1 (en) * 2017-07-12 2019-01-17 Oculus Vr, Llc Redundant microleds of multiple rows for compensation of defective microled
US10984508B2 (en) 2017-10-31 2021-04-20 Eyedaptic, Inc. Demonstration devices and methods for enhancement for low vision users and systems improvements
JP6902564B2 (ja) * 2018-01-09 2021-07-14 瑞軒科技股▲分▼有限公司 表示装置アセンブリ
EP3856098A4 (en) 2018-09-24 2022-05-25 Eyedaptic, Inc. IMPROVED AUTONOMOUS HANDS-FREE CONTROL OF ELECTRONIC VISION AIDS
CN109164583A (zh) * 2018-11-07 2019-01-08 深圳珑璟光电技术有限公司 一种水下ar装置
US11300776B2 (en) * 2018-12-07 2022-04-12 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Coupled and synchronous mirror elements in a lidar-based micro-mirror array
US10880542B1 (en) * 2018-12-19 2020-12-29 Facebook Technologies, Llc Near-eye optical element with embedded hot mirror
TWI765197B (zh) * 2019-03-29 2022-05-21 宏達國際電子股份有限公司 頭戴裝置及其束帶結構
US11662581B2 (en) * 2019-11-13 2023-05-30 Google Llc Head mounted display with lightguide and holographic element
KR102244445B1 (ko) * 2019-11-22 2021-04-26 인하대학교 산학협력단 단일 디지털 마이크로미러 장치를 이용한 오클루전 가능 증강현실용 근안 디스플레이 장치 및 방법
CN112987297B (zh) * 2019-12-17 2024-04-02 中强光电股份有限公司 光场近眼显示装置及光场近眼显示方法
WO2023172266A1 (en) * 2022-03-11 2023-09-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Head-mountable display (hmd) virtual image distance adjustment based on eye tiredness of hmd wearer

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5982343A (en) 1903-11-29 1999-11-09 Olympus Optical Co., Ltd. Visual display apparatus
JP2893599B2 (ja) * 1989-10-05 1999-05-24 セイコーエプソン株式会社 偏光光源及び投写型表示装置
US4997269A (en) 1990-02-28 1991-03-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Scheiner-principle pocket optometer for self evaluation and bio-feedback accommodation training
JPH09127458A (ja) 1995-10-26 1997-05-16 Matsushita Electric Works Ltd 眼球画像計測機能付き頭部搭載型ディスプレイ
US5959780A (en) 1996-04-15 1999-09-28 Olympus Optical Co., Ltd. Head-mounted display apparatus comprising a rotationally asymmetric surface
JP2000089157A (ja) 1998-09-11 2000-03-31 Hiroshi Katagawa ヘッドマウントディスプレイ
DE19958436B4 (de) 1999-12-03 2014-07-17 Carl Zeiss Meditec Ag Vorrichtung und Verfahren zur aktiven, physiologisch bewerteten, umfassenden Korrektur der Aberrationen des menschlichen Auges
DE10219512B4 (de) 2002-04-30 2004-05-06 Rodenstock Gmbh Kompensation der Fehlsichtigkeit mittels eines deformierten/deformierbaren Spiegels oder/und einer korrigierenden Optik in einem Virtual Reality Display
JP2004038012A (ja) * 2002-07-05 2004-02-05 Minolta Co Ltd 映像表示装置
KR20070021154A (ko) 2004-02-13 2007-02-22 스테레오 디스플레이, 인크. 가변 포커싱 렌즈를 사용하는 삼차원 디스플레이
US7350922B2 (en) * 2004-02-13 2008-04-01 Angstrom, Inc. Three-dimensional display using variable focal length micromirror array lens
CN101174028B (zh) 2004-03-29 2015-05-20 索尼株式会社 光学装置以及虚像显示装置
US6977777B1 (en) * 2004-06-18 2005-12-20 Sandia Corporation Active optical zoom system
US7931373B2 (en) 2004-12-03 2011-04-26 The Invention Science Fund I, Llc Vision modification with reflected image
US20060126181A1 (en) 2004-12-13 2006-06-15 Nokia Corporation Method and system for beam expansion in a display device
US7486341B2 (en) 2005-11-03 2009-02-03 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Head mounted display with eye accommodation having 3-D image producing system consisting of, for each eye, one single planar display screen, one single planar tunable focus LC micro-lens array, one single planar black mask and bias lens
US8643948B2 (en) * 2007-04-22 2014-02-04 Lumus Ltd. Collimating optical device and system
JP5341462B2 (ja) 2008-10-14 2013-11-13 キヤノン株式会社 収差補正方法、画像処理装置および画像処理システム
US20100169108A1 (en) 2008-12-31 2010-07-01 Microsoft Corporation Distributed networks used for health-based data collection
JP5545076B2 (ja) 2009-07-22 2014-07-09 ソニー株式会社 画像表示装置及び光学装置
US20120013988A1 (en) 2010-07-16 2012-01-19 Hutchin Richard A Head mounted display having a panoramic field of view
CN107179607B (zh) 2010-12-24 2019-12-13 奇跃公司 人体工程学头戴式显示设备和光学系统
US8934160B2 (en) 2011-10-25 2015-01-13 National Central University Optical head-mounted display with mechanical one-dimensional scanner
US20130258486A1 (en) * 2012-03-27 2013-10-03 Dumitru Mihai Ionescu Head-mount display
US8724206B2 (en) 2012-09-28 2014-05-13 Google Inc. Photo-chromic coating for optics
WO2014169148A1 (en) 2013-04-10 2014-10-16 Eyenetra, Inc. Methods and apparatus for refractive condition assessment
US10228561B2 (en) 2013-06-25 2019-03-12 Microsoft Technology Licensing, Llc Eye-tracking system using a freeform prism and gaze-detection light
WO2014209431A1 (en) * 2013-06-27 2014-12-31 Fusao Ishii Wearable display
KR20150009852A (ko) 2013-07-17 2015-01-27 엘지전자 주식회사 시력 정보를 이용한 정보 표시 방법 및 그 웨어러블 디바이스
KR20150026336A (ko) * 2013-09-02 2015-03-11 엘지전자 주식회사 웨어러블 디바이스 및 그 컨텐트 출력 방법
KR102160017B1 (ko) 2013-11-18 2020-09-25 한국전자통신연구원 시력 기반의 가상화면을 이용한 안경 장치
JP6566541B2 (ja) 2014-11-26 2019-08-28 株式会社トプコン 眼科装置

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190116447A (ko) * 2017-02-23 2019-10-14 매직 립, 인코포레이티드 가변 파워 반사기를 갖는 디스플레이 시스템
US10788874B2 (en) 2017-08-23 2020-09-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and electronic device for controlling power between electronic devices
WO2019045174A1 (ko) * 2017-09-04 2019-03-07 주식회사 그루크리에이티브랩 Hmd에 위치 보정 영상을 제공하는 방법 및 hmd에 위치 보정 영상을 표시하는 방법, 그리고 이를 이용한 위치 보정 영상을 표시하는 hmd
US10445888B2 (en) 2017-09-04 2019-10-15 Grew Creative Lab Inc. Method of providing position-corrected image to head-mounted display and method of displaying position-corrected image to head-mounted display, and head-mounted display for displaying the position-corrected image
KR20190035574A (ko) * 2017-09-26 2019-04-03 주식회사 엘지화학 광학 필름, 광학 소자 및 영상 장치
WO2019066429A1 (ko) * 2017-09-26 2019-04-04 주식회사 엘지화학 광학 필름, 광학 소자 및 영상 장치
TWI685682B (zh) * 2017-09-26 2020-02-21 南韓商Ｌｇ化學股份有限公司 光學膜、光學元件及成像裝置
US11366259B2 (en) 2017-09-26 2022-06-21 Lg Chem, Ltd. Optical film, optical element, and imaging device
US11054649B2 (en) 2017-12-01 2021-07-06 Tae Kyung Kim Image display optical apparatus and image generation method thereof
KR20190064966A (ko) 2017-12-01 2019-06-11 김태경 이미지 표시 광학장치 및 이를 위한 이미지 생성 방법
WO2019142953A1 (ko) * 2018-01-19 2019-07-25 전자부품연구원 수렴초점 불일치 문제 해결을 위한 포비티드 Near-Eye 디스플레이 시스템
KR20200034401A (ko) * 2018-09-21 2020-03-31 삼성전자주식회사 투시형 디스플레이 장치
FR3097423A1 (fr) * 2019-06-21 2020-12-25 Eyesoft Procede de mesure de la convergence des yeux d’un patient
WO2020254555A1 (fr) * 2019-06-21 2020-12-24 Eyesoft Procede de mesure de la convergence des yeux d'un patient
US11256098B2 (en) 2019-07-04 2022-02-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device and method for displaying augmented reality
WO2022107962A1 (ko) * 2020-11-19 2022-05-27 주식회사 홀로랩 미소미러배열 소자 기반의 홀로그래픽 헤드업디스플레이 동작방법 및 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
AU2016279665A1 (en) 2017-10-12
AU2016279665B2 (en) 2020-12-17
US20190331922A1 (en) 2019-10-31
TW201643506A (zh) 2016-12-16
TWI718151B (zh) 2021-02-11
US10656423B2 (en) 2020-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10656423B2 (en) Head mounted display apparatus
CN106249412B (zh) 头戴式显示器装置
US11002898B2 (en) Switchable reflective circular polarizer in head-mounted display
US10012829B2 (en) Systems, devices, and methods for wearable heads-up displays
US10642048B2 (en) Reflective circular polarizer for head-mounted display
CN108474956B (zh) 具有可变聚焦的增强现实显示系统
TWI688789B (zh) 虛擬影像產生器及投影虛擬影像的方法
US8873149B2 (en) Projection optical system for coupling image light to a near-eye display
US10712576B1 (en) Pupil steering head-mounted display
CN113302542A (zh) 波导显示器的角度选择性光栅耦合器
CN113302431A (zh) 用于近眼波导显示器的体布拉格光栅
CN113454515A (zh) 全息场内照明器
US11774758B2 (en) Waveguide display with multiple monochromatic projectors
CN113454504B (zh) 使用衍射光学元件的用于头戴式显示器（hmd）眼睛跟踪的全息图案生成
US11885967B2 (en) Phase structure on volume Bragg grating-based waveguide display
WO2019235059A1 (ja) 映像投射システム、映像投射装置、映像表示光回折用光学素子、器具、及び映像投射方法
US11709358B2 (en) Staircase in-coupling for waveguide display
US10809537B1 (en) Varifocal waveguide display with dynamically bent waveguide
KR101893538B1 (ko) 동공의 위치 변화에 따라 망막 투영 디스플레이를 구현하기 위한 광학 제어 시스템 및 방법
KR20200063589A (ko) 다초점 광학계 및 이를 이용한 헤드마운트 디스플레이