KR20170083690A - 헤드 마운트 장치 및 표시 장치 - Google Patents

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KR20170083690A
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김기서
김재경
강석환
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

헤드 마운트 장치는 몸통부 및 상기 몸통부를 커버하는 덮개부를 포함하고, 상기 몸통부와 상기 덮개부 사이에 표시패널유닛 안착공간이 제공되는 케이스부, 및 상기 몸통부 내부에 배치되며 상기 덮개부와 마주하며 배치되고, 초점의 위치가 주기적으로 변화하는 광학계를 포함할 수 있다.

Description

헤드 마운트 장치 및 표시 장치 {HEAD-MOUNTED DEVICE AND DISPLAY DEVICE}
본 발명은 헤드 마운트 장치 및 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표시 품질이 향상된 헤드 마운트 장치 및 표시 장치에 관한 것이다.
헤드 마운트 장치는 머리에 착용하는 장치로, 표시패널유닛을 포함하거나 표시패널유닛과 결합할 수 있다. 헤드 마운트 장치는 증강 현실(augmented reality) 또는 가상 현실(Virtual reality) 구현을 위해 사용될 수 있다. 증강 현실을 구현하기 위한 헤드 마운트 장치는 반투명의 디스플레이를 통해 가상의 그래픽 영상을 제공할 수 있다. 이 경우, 사용자는 가상의 그래픽 영상과 실제의 사물을 동시에 시인할 수 있다. 가상 현실을 구현하기 위한 헤드 마운트 장치는 사용자의 눈으로 가상의 그래픽 영상을 제공한다. 사용자는 가상의 콘텐츠를 통해 가상의 현실을 체험할 수 있다.
본 발명의 목적은 표시 품질이 향상된 헤드 마운트 장치 및 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치는 몸통부 및 상기 몸통부를 커버하는 덮개부를 포함하고, 상기 몸통부와 상기 덮개부 사이에 표시패널유닛 안착공간이 제공되는 케이스부, 및 상기 몸통부 내부에 배치되며 상기 덮개부와 마주하며 배치되고, 초점의 위치가 주기적으로 변화하는 광학계를 포함할 수 있다.
상기 광학계는 상기 덮개부로부터 제1 방향으로 이격되어 배치되고, 상기 초점의 위치는 제1 지점 및 상기 제1 지점으로부터 상기 제1 방향으로 이격된 제2 지점 사이에서 주기적으로 변화할 수 있다.
1초 동안 상기 초점의 위치가 상기 제1 지점에서 상기 제2 지점으로 이동한 후 다시 상기 제1 지점으로 돌아오는 횟수는 임계 융합 주파수(critical　fusion　frequency, CFF)보다 클 수 있다.
1초 동안 상기 초점의 위치가 상기 제1 지점에서 상기 제2 지점으로 이동한 후 다시 상기 제1 지점으로 돌아오는 횟수는 사용자의 요청에 따라 가변될 수 있다.
상기 광학계는 상기 제1 방향과 나란한 방향으로 왕복 운동할 수 있다.
상기 광학계가 왕복 운동하는 동안 상기 광학계의 초점 거리는 일정할 수 있다.
상기 광학계의 초점 거리는 주기적으로 변화할 수 있다.
상기 광학계는 상기 제1 방향의 두께가 변화하는 수축 및 팽창 운동을 할 수 있다.
상기 광학계는 전압이 인가되면 형상의 변형이 발생하는 전기활성 고분자를 포함할 수 있다.
상기 광학계는 막, 및 상기 막 내부에 채워진 유체를 포함하고, 상기 유체의 양이 조절됨에 따라 상기 광학계의 상기 제1 방향의 두께가 변화할 수 있다.
상기 광학계의 굴절률은 주기적으로 변화할 수 있다.
상기 광학계는 배향 방향이 변화하는 액정 분자들을 포함하고, 상기 액정 분자들의 상기 배향 방향에 따라 상기 굴절률이 변화할 수 있다.
상기 표시패널유닛 안착공간에 배치되어 이미지를 제공하는 표시패널유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 초점의 위치가 상기 제1 지점 및 상기 제2 지점 중 어느 하나에 있는 경우, 상기 이미지가 포커싱될 수 있다.
상기 초점의 위치가 상기 제1 지점 및 상기 제2 지점 사이의 일 지점에 있는 경우, 상기 이미지가 포커싱될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 케이스부, 상기 케이스부 내부에 배치되어, 이미지를 제공하는 표시패널유닛, 상기 케이스부 내부에 배치되며 상기 표시패널유닛으로부터 제1 방향으로 이격되어 배치되고, 초점의 위치가 주기적으로 변화하는 광학계를 포함하고, 상기 이미지는 포커싱 및 디포커싱 중 어느 하나의 상태에서 다른 하나의 상태로 주기적으로 변화할 수 있다.
상기 광학계는 상기 제1 방향과 나란한 방향으로 왕복 운동할 수 있다.
상기 광학계의 초점 거리는 주기적으로 변화할 수 있다.
상기 광학계는 상기 제1 방향의 두께가 변화하는 수축 및 팽창 운동을 할 수 있다.
상기 광학계의 굴절률은 주기적으로 변화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 이미지를 주기적으로 디포커싱하여 비화소 영역이 확대되어 사용자에게 시인되는 현상이 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 사용도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 일부를 분해한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 개략적인 단면도이다.
도 10은 표시패널유닛 상의 위치 변화에 따른 휘도 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치(Head mounted device)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 사용도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 헤드 마운트 장치(HMD)는 사용자(US)의 머리에 착용되는 장치이다. 헤드 마운트 장치(HMD)는 사용자(US)의 실제 주변 시야를 차단한 상태에서 영상을 제공할 수 있다. 헤드 마운트 장치(HMD)를 착용한 사용자(US)는 가상 현실로의 몰입이 보다 용이할 수 있다.
헤드 마운트 장치(HMD)는 케이스부(100, case), 스트랩부(200, strap part), 및 쿠션부(300, cushion part)를 포함할 수 있다.
케이스부(100)는 사용자(US)의 머리에 착용될 수 있다. 케이스부(100) 내부에는 영상을 표시하는 표시패널유닛(미도시), 및 가속도 센서(미도시) 등이 수납될 수 있다. 가속도 센서는 사용자(US)의 움직임을 감지하고, 표시패널유닛으로 소정의 신호를 전달할 수 있다. 이에 따라, 표시패널유닛은 사용자(US)의 시선 변화에 대응하는 이미지를 제공할 수 있다. 따라서, 사용자(US)는 실제의 현실과 같은 가상 현실을 체험할 수 있다.
케이스부(100)에는 상기 개시한 것 외에 다양한 기능을 갖는 부품들이 수납될 수 있다. 예컨대, 케이스부(100)에는 사용자(US)의 착용 여부를 판단하는 근접 센서(미도시)가 수납될 수도 있다. 또한, 케이스부(100) 외부에는 음량이나, 화면의 밝기 등을 조절하기 위한 조작부(미도시)등이 추가로 배치될 수 있다. 상기 조작부는 물리적 버튼으로 제공되거나, 터치 센서 등의 형태로 제공될 수 있다.
스트랩부(200)는 케이스부(100)와 결합하여, 케이스부(100)가 사용자(US)에게 용이하게 착용될 수 있도록 할 수 있다. 스트랩부(200)는 메인 스트랩(210) 및 상단 스트랩(220)을 포함할 수 있다.
메인 스트랩(210)은 사용자(US)의 머리의 둘레를 따라 착용될 수 있다. 메인 스트랩(210)은 케이스부(100)가 사용자(US)의 머리에 밀착될 수 있도록 케이스부(100)를 사용자(US)에 고정시킬 수 있다. 상단 스트랩(220)은 사용자(US)의 머리 윗부분을 따라 케이스부(100)와 메인 스트랩(210)을 연결할 수 있다. 상단 스트랩(220)은 케이스부(100)가 흘러내리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상단 스트랩(220)은 케이스부(100)의 하중을 분산시켜 사용자(US)의 착용감을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1에서는 메인 스트랩(210)과 상단 스트랩(220)이 길이를 조절할 수 있는 형태를 예시적으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 다른 실시예에서는 메인 스트랩(210)과 상단 스트랩(220)이 탄성을 갖고, 길이 조절할 수 있는 부분이 생략 될 수 있다.
케이스부(100)를 사용자(US)에게 고정할 수 있다면, 스트랩부(200)는 도 1 및 도2 에 개시된 형태 외에도 다양한 형태로 변형될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에서 상단 스트랩(220)은 생략될 수도 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 스트랩부(200)는 케이스부(100)와 결합된 헬맷, 또는 케이스부(100)와 결합된 안경 다리 등 다양한 형태로 변형될 수 있다.
쿠션부(300)는 케이스부(100)와 사용자(US)의 머리 사이에 배치될 수 있다. 쿠션부(300)는 그 형상의 변형이 자유로운 물질로 구성될 수 있다. 예컨대, 쿠션부(300)는 고분자 수지(예를 들어, 폴리우레탄(polyurethane), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리프로필렌(polypropylene), 및 폴리에틸렌(polyethylene))로 형성되거나, 고무액, 우레탄 계열 물질, 또는 아크릴 계열 물질을 발포 성형한 스폰지로 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
쿠션부(300)는 케이스부(100)가 사용자(US)에게 밀착될 수 있도록 하여, 사용자(US)의 착용감을 향상시킬 수 있다. 쿠션부(300)는 케이스부(100)로부터 탈착될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서 쿠션부(300)는 생략될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 일부를 분해한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 개략적인 단면도이다. 도 3에서는 스트랩부(도 1 의 200)에 대한 구성은 도시하지 않았다. 또한 도 4에서는 표시패널유닛(DU), 광학계(OL), 및 사용자 눈(US_E)을 제외한 다른 구성은 도시하지 않았다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 케이스부(100)는 몸통부(100_1)와 덮개부(100_2)로 분리될 수 있다. 몸통부(100_1)와 덮개부(100_2) 사이에는 표시패널유닛 안착공간(DUS)이 제공되고, 덮개부(100_2)는 표시패널유닛 안착공간(DUS)을 커버할 수 있다. 도 3에서는 몸통부(100_1)와 덮개부(100_2)가 분리되는 형태를 예시적으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 몸통부(100_1)와 덮개부(100_2)는 일체형으로 제공될 수 있으며, 서로 분리되지 않을 수 있다.
몸통부(100_1)와 덮개부(100_2) 사이의 표시패널유닛 안착공간(DUS)에는 표시패널유닛(DU)이 배치될 수 있다. 표시패널유닛(DU)은 헤드 마운트 장치(HMD) 내부에 일체로 내장되어 이미지를 제공할 수 있다. 하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 표시패널유닛(DU)을 포함하는 표시 장치(예컨대, 휴대용 단말기)가 헤드 마운트 장치(HMD)와 결합하여 이미지를 제공할 수도 있다.
도 3에서는 좌안 이미지와 우안 이미지가 하나의 표시패널유닛(DU)을 통해 표시되는 것을 예로 들어 설명한다. 표시패널유닛(DU)은 좌안 이미지가 표시되는 좌안 이미지 표시 영역(L_DA)과 우안 이미지가 표시되는 우안 이미지 표시 영역(R_DA)으로 구분될 수 있다. 좌안 이미지 표시 영역(L_DA)과 우안 이미지 표시 영역(R_DA)은 별개의 구동부에 의해 구동될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 하나의 구동부에 의해 좌안 이미지 표시 영역(L_DA)과 우안 이미지 표시 영역(R_DA)이 모두 구동될 수도 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 표시패널유닛(DU)은 서로 분리된 좌안용 표시패널유닛과 우안용 표시패널유닛을 포함할 수도 있다.
표시패널유닛(DU)은 입력된 영상 데이터에 대응하는 이미지를 생성한다. 표시패널유닛(DU)은 유기 발광 표시 패널, 액정 표시 패널, 플라즈마 표시 패널, 전기영동 표시 패널, 및 일렉트로 웨팅 표시 패널 등 다양한 형태의 표시 패널 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 표시패널유닛(DU)이 유기 발광 표시 패널을 포함하는 것을 예로 들어 설명하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
표시패널유닛(DU)은 베이스 기판(BS), 회로층(ML), 유기발광소자층(EL), 및 봉지층(ECL)을 포함할 수 있다.
베이스 기판(BS)은 유리 기판, 사파이어 기판, 및 플라스틱 기판 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 베이스 기판(BS) 위에는 회로층(ML), 유기발광소자층(EL), 및 봉지층(ECL) 등이 배치될 수 있다.
회로층(ML)은 복수 개의 신호라인들 및 전자소자들을 포함할 수 있다. 예컨대, 회로층(ML)은 게이트 라인들, 데이터 라인들, 및 화소들 각각에 대응되는 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다.
유기발광소자층(EL)은 저분자 유기물 또는 고분자 유기물로 이루어진 유기 발광층을 포함할 수 있다. 유기 발광층은 광을 발광할 수 있다. 유기발광소자층(EL)은 유기 발광층 이외에, 홀 수송층(hole transport layer, HTL), 홀 주입층(hole injection layer, HIL), 전자 수송층(electron transport layer, ETL) 및 전자 주입층(electron injection layer, EIL) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
봉지층(ECL)은 TFE(Thin Film Encapsulation layer), 즉 복수 개의 무기 박막들 및 복수 개의 유기 박막들을 포함할 수 있다. 봉지층(ECL)은 유기발광소자층(EL)을 커버하며, 공기 및 수분을 차단하여 유기발광소자층(EL)을 보호할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 봉지층(ECL)은 봉지기판으로 대체될 수 있다. 봉지기판은 유기발광소자층(EL)을 사이에 두고 베이스 기판(BS)과 이격되어 배치된다. 봉지기판과 베이스 기판(BS)은 베이스 기판(BS)의 테두리를 따라 배치된 실링제에 의해 결합될 수 있다.
케이스부(100)의 몸통부(100_1) 내부에는 광학계(OL)가 배치될 수 있다. 광학계(OL)는 볼록한 형태의 비구면 렌즈일 수 있다. 광학계(OL)는 표시패널유닛(DU)으로부터 제공된 이미지를 확대할 수 있다. 광학계(OL)는 표시패널유닛(DU)에 대해 제1 방향(DR1)으로 이격되어 배치될 수 있다. 광학계(OL)는 표시패널유닛(DU)과 사용자 눈(US_E) 사이에 배치될 수 있다.
광학계(OL)는 우안 광학계(OL_R)와 좌안 광학계(OL_L)를 포함할 수 있다. 좌안 광학계(OL_L)는 사용자(도 2의 US)의 좌측 동공에 이미지를 확대하여 제공하고, 우안 광학계(OL_R)는 사용자(도 2의 US)의 우측 동공에 이미지를 확대하여 제공할 수 있다.
좌안 광학계(OL_L)와 우안 광학계(OL_R)는 제1 방향(DR1)과 교차하는 제2 방향(DR2)으로 이격되어 배치될 수 있다. 사용자(도 2의 US)의 두 눈(US_E) 사이의 거리에 대응하여 우안 광학계(OL_R)와 좌안 광학계(OL_L) 사이의 거리는 조절될 수 있다.
사용자(도 2의 US)의 시력에 따라 광학계(OL)와 표시패널유닛(DU) 사이의 거리가 조정될 수도 있다. 광학계(OL)의 위치가 조정됨에 따라 광학계(OL)의 초점(SF)의 위치도 변경될 수 있다. 예컨대, 사용자(US)는 광학계(OL)의 위치를 조정하여 표시패널 유닛(DU)으로부터 제공되는 이미지를 포커싱 할 수 있다. 이하에서는, 이미지가 포커싱될 때의 광학계(OL)의 위치를 기준 위치(SP)라고 정의한다.
본 실시예에서, 광학계(OL)의 위치는 기준 위치(SP)를 기준으로 주기적으로 변화할 수 있다. 그에 따라 광학계(OL)의 초점(SF)의 위치도 주기적으로 변화할 수 있다. 예컨대, 초점(SF)의 위치가 1초 동안 일 지점에서 타 지점으로 이동한 후 다시 일 지점으로 돌아오는 왕복 횟수는 임계 융합 주파수(critical　fusion　frequency, CFF) 이상일 수 있다. 예컨대, 임계 융합 주파수가 60Hz라면, 상기 왕복 횟수는 60회 이상일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 사용자(도 2의 US)가 상기 왕복 횟수를 임의적으로 조작할 수 있다. 임계 융합 주파수는 서로 다른 두 종류의 빛이 교대로 깜박일 때, 항상 켜져 있는 것으로 느끼게 되어 깜박임을 느끼지 못하는 최소 주파수이다.
광학계(OL)의 초점(SF)의 위치가 주기적으로 변함에 따라, 광학계(OL)는 공간 주파수 필터로 기능할 수 있다. 보다 구체적으로 광학계(OL)는 저주파 영역의 공간 주파수를 갖는 이미지를 패스하는 로우 패스 필터일 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 화소들(PX) 사이에는 영상이 표시되지 않는 비화소 영역(BA)이 정의될 수 있다. 화소들(PX)은 비화소 영역(BA)을 사이에 두고 서로 이격되어 배치될 수 있다. 화소들(PX)과 비화소 영역(BA)의 공간 주파수를 제1 공간 주파수라 정의할 때, 표시패널유닛(DU)에 표시되는 이미지의 공간 주파수는 상기 제1 공간 주파수보다 낮을 수 있다. 광학계(OL)의 초점(SF)의 위치가 주기적으로 변함에 따라 이미지가 주기적으로 디포커싱될 수 있다. 그 결과, 화소들(PX)과 비화소 영역(BA) 사이의 콘트라스트비는 저하되어 화소들(PX) 사이의 경계, 즉 비화소 영역(BA)이 사용자(도 2의 US)에게 시인되는 확률이 감소될 수 있다.
도 3에서는 화소들(PX)이 직사각 형상을 가지며 매트리스 형태로 배열된 것을 예시적으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 화소들(PX)의 형상은 다각형, 원형, 타원형 등으로 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 화소들(PX)은 매트리스 형태 외에 다양한 형태로 배열될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 광학계(OL)는 제1 방향(DR1)과 나란한 방향으로 왕복 운동할 수 있다. 예컨대, 광학계(OL)는 제1 방향(DR1)과 제1 방향(DR1)과 정반대 방향인 제3 방향(DR3)으로 왕복하여 이동할 수 있다.
광학계(OL)는 기준 위치(SP)로부터 제1 방향(DR1)으로 제1 거리(dt1)만큼 이격된 제1 위치(SP1)까지 이동한 후, 다시 제1 위치(SP1)에서 기준 위치(SP)로 돌아오는 운동을 반복할 수 있다. 즉, 광학계(OL)는 기준 위치(SP)와 사용자 눈(US_E) 사이에서 왕복 운동할 수 있다. 사용자(도 2의 US)는 임의적으로 제1 거리(dt1)를 조정할 수 있다. 제1 거리(dt1)가 커질수록 이미지가 디포커싱되는 정도가 강해질 수 있다. 따라서, 사용자(도 2의 US)는 비화소 영역(BA)이 시인되지 않으면서도, 이미지의 디테일이 감소되지 않는 수준에서 제1 거리(dt1)를 조정할 수 있다.
광학계(OL)의 위치가 변화함에 따라, 광학계(OL)의 초점(SF)의 위치도 변화할 수 있다. 예컨대, 초점(SF)의 위치는 제1 지점(PT1a)과 제2 지점(PT2a) 사이에서 변화할 수 있다. 제1 지점(PT1a)은 광학계(OL)가 기준 위치(SP)에 있을 때의 초점(SF)의 위치일 수 있고, 제2 지점(PT2a)은 광학계(OL)가 제1 위치(SP1)에 있을 때의 초점(SF)의 위치일 수 있다.
광학계(OL)가 움직이기 때문에 초점(SF)의 위치는 변하지만, 초점 거리(FD1, FD2)는 변하지 않을 수 있다. 즉, 광학계(OL)가 기준 위치(SP)에 있을 때의 초점 거리(FD1)와 광학계(OL)가 제1 위치(SP1)에 있을 때의 초점 거리(FD2)는 서로 동일할 수 있다.
초점(SF)의 위치는 이미지가 포커싱되는 제1 지점(PT1a)과 이미지가 디포커싱되는 제2 지점(PT2a) 사이에서 주기적으로 변화될 수 있다. 이미지가 주기적으로 디포커싱 됨에 따라 화소들(PX)과 비화소 영역(BA) 사이의 콘트라스트비는 저하될 수 있다. 그 결과, 화소들(PX) 사이의 경계, 즉 비화소 영역(BA)이 사용자(도 2의 US)에게 시인될 확률이 감소될 수 있다.
도 5에서는 도시하지 않았으나, 헤드 마운트 장치(HMD)는 광학계(OL)를 제어하기 위한 제어부(미도시) 및 광학계 제어 수단(미도시)을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 제어부는 사용자로부터 입력되는 신호 또는 기설정된 신호에 근거하여 광학계 제어 수단을 컨트롤할 수 있다. 제어부는 주기적인 신호(예컨대, 임계 주파수 이상의 주파수를 갖는 신호)를 광학계 제어 수단으로 전달할 수 있다. 광학계 제어 수단은 광학계(OL)와 연결되어, 광학계(OL)의 위치를 조정할 수 있다. 광학계 제어 수단은 전동기기, 압전 소자 등과 같은 전기적 신호를 기계적 운동으로 변형 가능한 소자를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 개략적인 단면도이다. 도 6은 도 5와 비교하였을 때, 광학계(OL)가 움직이는 구간에 차이가 있다.
도 6을 참조하면, 광학계(OL)는 제1 방향(DR1)과 나란한 방향으로 왕복 운동할 수 있다. 예컨대, 광학계(OL)는 기준 위치(SP)로부터 제3 방향(DR3)으로 제2 거리(dt2)만큼 이격된 제2 위치(SP2)까지 이동한 후, 다시 제2 위치(SP2)에서 기준 위치(SP)로 돌아오는 운동을 반복할 수 있다. 즉, 광학계(OL)는 표시패널유닛(DU)과 기준 위치(SP) 사이에서 왕복 운동할 수 있다.
광학계(OL)의 위치가 변함에 따라, 광학계(OL)의 초점(SF)의 위치도 변화할 수 있다. 예컨대, 초점(SF)의 위치는 제1 지점(PT1b)과 제2 지점(PT2b) 사이에서 변화할 수 있다. 제1 지점(PT1b)는 광학계(OL)가 제2 위치(SP2)에 있을 때의 초점(SF)의 위치고, 제2 지점(PT2b)는 광학계(OL)가 기준 위치(SP)에 있을 때의 초점(SF)의 위치일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 개략적인 단면도이다. 도 7은 도 5 및 도 6과 비교하였을 때, 광학계(OL)가 움직이는 구간에 차이가 있다.
도 7을 참조하면, 광학계(OL)는 제1 방향(DR1)과 나란한 방향으로 왕복 운동할 수 있다. 예컨대, 광학계(OL)는 기준 위치(SP)로부터 제1 방향(DR1)으로 제3 거리(dt3)만큼 이격된 제3 위치(SP3)와 기준 위치(SP)로부터 제3 방향(DR3)으로 제4 거리(dt4)만큼 이격된 제4 위치(SP4) 사이에서 왕복 운동할 수 있다.
광학계(OL)의 위치가 변함에 따라, 초점(SF)의 위치도 제1 지점(PT1c)과 제2 지점(PT2c) 사이에서 변화할 수 있다. 제1 지점(PT1c)은 광학계(OL)가 제4 위치(SP4)에 있을 때의 초점(SF)의 위치이고, 제2 지점(PT2c)는 광학계(OL)가 제3 위치(SP3)에 있을 때의 초점(SF)의 위치다. 제1 지점(PT1c)과 제2 지점(PT2c) 사이의 일 지점(PTs)은 광학계(OL)가 기준 위치(SP)에 있을 때의 초점의 위치다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3 및 도 8을 참조하면, 광학계(OLa)의 위치는 기준 위치(SP)에 고정되어 있다. 기준 위치(SP)는 사용자의 눈(US_E)의 시력에 맞도록 조정될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고 기준 위치(SP)는 고정되어 제공될 수도 있다.
광학계(OLa)의 제1 방향(DR1)의 두께가 주기적으로 변화할 수 있다. 예컨대, 광학계(OLa)는 제1 두께(TK1)에서 제2 두께(TK2)로 변화한 후, 다시 제2 두께(TK2)에서 제1 두께(TK1)로 변화하는 수축 및 팽창 운동을 반복할 수 있다.
광학계(OLa)의 두께가 변화함에 따라, 광학계(OLa)의 곡률 반경이 변화한다. 광학계(OLa)의 곡률 반경이 변화함에 따라 광학계(OLa)의 초점 거리는 변화할 수 있다. 예컨대, 광학계(OLa)가 제1 두께(TK1)를 가질 때, 광학계(OLa)는 제1 초점 거리(FDa)를 가질 수 있고, 광학계(OLa)가 제2 두께(TK2)를 가질 때, 광학계(OLa)는 제2 초점 거리(FDb)를 가질 수 있다.
광학계(OLa)가 제2 두께(TK2)를 가질 때의 광학계(OLa)의 곡률 반경이 광학계(OLa)가 제1 두께(TK1)를 가질 때의 광학계(OLa)의 곡률 반경보다 작다. 따라서, 제1 초점 거리(FDa)가 제2 초점 거리(FDb)보다 클 수 있다.
광학계(OLa)의 초점(SF)의 위치는 제1 지점(PT1d)과 제2 지점(PT2d) 사이에서 변화할 수 있다. 제1 지점(PT1d)은 광학계(OLa)가 제1 두께(TK1)를 가질 때의 초점(SF)의 위치고, 제2 지점(PT2d)은 광학계(OLa)가 제2 두께(TK2)를 가질 때의 초점(SFa)의 위치이다.
광학계(OLa)의 두께는 다양한 방법으로 조절될 수 있다. 일 예를 들어 설명하면, 광학계(OLa)는 막(FF) 및 막(FF) 내부에 채워진 유체(FL)를 포함할 수 있다. 막(FF)은 신축성을 가져 유체(FL)의 양에 따라 수축 및 팽창할 수 있다. 이 경우, 유체(FL)의 양을 조절하여 광학계(OLa)의 두께를 조절할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 본 발명의 다른 실시예에서, 광학계(OLa)는 전압이 인가되면 형태에 변형이 발생하는 전기활성 고분자를 포함할 수 있다. 전기활성 고분자는 전기가 통하게 되면 수축하는 성질을 가질 수 있다. 따라서, 광학계(OLa)에 전압을 주기적으로 인가하여 광학계(OLa)의 두께를 조절할 수 있다.
도 8에서는 광학계(OLa)가 제1 두께(TK1)를 가질 때 이미지가 포커싱되고, 광학계(OLa)가 제2 두께(TK2)를 가질 때 이미지가 디포커싱되는 것을 예시적으로 도시하였다. 초점(SF, SFa)의 위치는 이미지가 포커싱되는 제1 지점(PT1d)과 이미지가 디포커싱되는 제2 지점(PT2d) 사이에서 반복되며 변화될 수 있다. 이 경우, 사용자에게 포커싱된 이미지 및 디포커싱된 이미지가 교대로 제공된다. 이미지의 초점을 흐리게 하는 디포커싱 상태에 의해 화소들(PX)과 비화소 영역(BA) 사이의 경계는 불분명해질 수 있다. 따라서, 비화소 영역(BA)이 시인되는 현상이 감소될 수 있다.
이와 달리, 본 발명의 다른 실시예에서는 광학계(OLa)가 제2 두께(TK2)를 가질 때 이미지가 포커싱될 수도 있고, 광학계(OLa)가 제1 두께(TK1)와 제2 두께(TK2) 사이의 소정의 두께를 가질 때, 이미지가 포커싱될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3 및 도 9를 참조하면, 광학계(OLb)의 위치는 기준 위치(SP)에 고정되어 있다. 본 실시예에서 광학계(OLb)는 굴절률이 변화될 수 있다. 광학계(OLb)의 굴절률이 변화됨에 따라 초점 거리(FDx, FDy)도 변화될 수 있다.
광학계(OLb)는 배향 방향이 변화하는 액정 분자들(LC)을 포함할 수 있다. 광학계(OLb)에는 소정의 전압이 인가되고, 전압 차에 따라 액정 분자들(LC)의 배열 방향이 변화할 수 있다. 그 결과, 광학계(OLb)의 굴절률이 변화할 수 있다.
광학계(OLb)가 제1 굴절률을 가질 때, 광학계(OLb)는 제1 초점 거리(FDx)를 갖고, 광학계(OLb)가 제2 굴절률을 가질 때, 광학계(OLb)는 제2 초점 거리(FDy)를 가질 수 있다. 제1 굴절률은 제2 굴절률보다 클 수 있고, 제1 초점 거리(FDx)는 제2 초점 거리(FDy)보다 짧을 수 있다.
광학계(OLb)가 제1 초점 거리(FDx)를 가질 때 초점(SF)은 제2 지점(PT2e)에 위치하고, 광학계(OLb)가 제2 초점 거리(FDy)를 가질 때 초점(SFb)은 제1 지점(PT1e)에 위치할 수 있다. 광학계(OLb)의 굴절률이 주기적으로 변화됨에 따라, 사용자에게 포커싱된 이미지 및 디포커싱된 이미지가 교대로 제공된다. 이미지의 초점을 흐리게 하는 디포커싱 상태에 의해 화소들(PX)과 비화소 영역(BA) 사이의 경계는 불분명해질 수 있다. 따라서, 비화소 영역(BA)이 시인되는 현상이 감소될 수 있다.
도 10은 표시패널유닛 상의 위치 변화에 따른 휘도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 도 3의 표시패널유닛(DU) 위의 한 점(A)으로부터 다른 한 점(A`)을 향해 연장하는 가상의 직선(IM)을 따라 측정한 휘도 변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 3, 도 4 및 도10을 참조하면, 제1 그래프(G1)는 광학계(OL)의 초점(SF)의 위치가 고정된 상태일 때의 표시패널유닛(DU)의 휘도 변화를 측정한 그래프이고, 제2 그래프(G2)는 광학계(OL)의 초점(SF)의 위치가 주기적으로 변화할 때의 표시패널유닛(DU)의 휘도 변화를 측정한 그래프이다. 초점(SF)의 위치는 제1 방향(DR1)과 나란한 방향으로 주기적으로 변화할 수 있다. 예컨대, 1초 동안 초점(SF)의 위치가 소정의 지점에서 제1 방향(DR1)으로 이동한 후, 다시 제3 방향(DR3)으로 이동하여 상기 소정의 지점으로 돌아오는 왕복 횟수는 60회 이상일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 상기 왕복 횟수는 다양하게 변경될 수 있다.
표시패널유닛(DU)에는 가상의 직선(IM)을 따라 제1 이미지(WT)와 제2 이미지(BK)가 번갈아 가며 표시될 수 있다. 제1 이미지(WT) 및 제2 이미지(BK) 각각은 복수의 화소들(PX)에 의해 표시될 수 있다. 예를 들어, 제1 이미지(WT)는 백색의 이미지일 수 있고, 제2 이미지(BK)는 흑색의 이미지일 수 있다. 이 경우, 제1 이미지(WT)가 표시되는 영역에 배치된 화소들(PX)은 모두 광을 제공하고, 제2 이미지(BK)가 표시되는 영역에 배치된 화소들(PX)은 광을 제공하지 않을 수 있다.
본 발명의 비교예에 따른 제1 그래프(G1)의 제1 이미지(WT)가 표시되는 영역을 보면 화소들(PX)의 위치와 대응하는 영역은 휘도가 상대적으로 높고, 비화소 영역(BA)과 대응하는 영역은 휘도가 상대적으로 낮을 수 있다. 표시패널유닛(DU)에서 제공되는 이미지가 광학계(OL)에 의해 확대되기 때문에, 사용자에게는 화소(PX) 뿐만 아니라 비화소 영역(BA)도 같이 확대된 이미지가 제공된다. 즉, 비화소 영역(BA)이 확대됨에 따라 사용자에게 비화소 영역(BA)이 용이하게 시인될 수 있고, 그 결과 헤드 마운트 장치의 표시 품질이 저하될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제2 그래프(G2)를 보면, 광학계(OL)의 초점(SF)의 위치가 주기적으로 변화된다. 따라서, 표시패널유닛(DU)에서 제공되는 이미지가 포커싱 상태에서 디포커싱 상태로 주기적으로 변화한다. 포커싱 및 디포커싱 상태가 반복됨에 따라 화소들(PX)의 위치와 대응하는 영역과 비화소 영역(BA)과 대응하는 영역의 휘도 차이가 감소될 수 있다. 따라서, 비화소 영역(BA)이 사용자에게 시인될 확률이 감소될 수 있고, 그 결과, 헤드 마운트 장치(HMD)의 표시 품질이 향상될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
HMD: 헤드 마운트 장치 DU: 표시패널유닛
DP: 표시 패널 OL: 광학계
SF: 초점 100: 케이스부
200: 스트랩부 300: 쿠션부

Claims (20)

  1. 몸통부 및 상기 몸통부를 커버하는 덮개부를 포함하고, 상기 몸통부와 상기 덮개부 사이에 표시패널유닛 안착공간이 제공되는 케이스부; 및
    상기 몸통부 내부에 배치되며 상기 덮개부와 마주하며 배치되고, 초점의 위치가 주기적으로 변화하는 광학계를 포함하는 헤드 마운트 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 덮개부로부터 제1 방향으로 이격되어 배치되고,
    상기 초점의 위치는 제1 지점 및 상기 제1 지점으로부터 상기 제1 방향으로 이격된 제2 지점 사이에서 주기적으로 변화하는 헤드 마운트 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 초점의 위치가 1초 동안 상기 제1 지점에서 상기 제2 지점으로 이동한 후 다시 상기 제1 지점으로 돌아오는 횟수는 임계 융합 주파수(critical　fusion　frequency, CFF)보다 큰 헤드 마운트 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 초점의 위치가 1초 동안 상기 제1 지점에서 상기 제2 지점으로 이동한 후 다시 상기 제1 지점으로 돌아오는 횟수는 사용자의 요청에 따라 가변될 수 있는 헤드 마운트 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 제1 방향과 나란한 방향으로 왕복 운동하는 헤드 마운트 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 광학계가 왕복 운동하는 동안 상기 광학계의 초점 거리는 일정한 헤드 마운트 장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 광학계의 초점 거리는 주기적으로 변화하는 헤드 마운트 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 제1 방향의 두께가 변화하는 수축 및 팽창 운동하는 헤드 마운트 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 광학계는 전압이 인가되면 형상의 변형이 발생하는 전기활성 고분자를 포함하는 헤드 마운트 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 광학계는 막, 및 상기 막 내부에 채워진 유체를 포함하고, 상기 유체의 양이 조절됨에 따라 상기 광학계의 상기 제1 방향의 두께가 변화하는 헤드 마운트 장치.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 광학계의 굴절률은 주기적으로 변화하는 헤드 마운트 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 광학계는 배향 방향이 변화하는 액정 분자들을 포함하고, 상기 액정 분자들의 상기 배향 방향에 따라 상기 굴절률이 변화하는 헤드 마운트 장치.
  13. 제2 항에 있어서,
    상기 표시패널유닛 안착공간에 배치되어 이미지를 제공하는 표시패널유닛을 더 포함하는 헤드 마운트 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 초점의 위치가 상기 제1 지점 및 상기 제2 지점 중 어느 하나에 있는 경우, 상기 이미지가 포커싱되는 헤드 마운트 장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 초점의 위치가 상기 제1 지점 및 상기 제2 지점 사이의 일 지점에 있는 경우, 상기 이미지가 포커싱되는 헤드 마운트 장치.
  16. 케이스부;
    상기 케이스부 내부에 배치되어, 이미지를 제공하는 표시패널유닛; 및
    상기 케이스부 내부에 배치되며 상기 표시패널유닛으로부터 제1 방향으로 이격되어 배치되고, 초점의 위치가 주기적으로 변화하는 광학계를 포함하고,
    상기 이미지는 포커싱 및 디포커싱 중 어느 하나의 상태에서 다른 하나의 상태로 주기적으로 변화하는 표시 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 제1 방향과 나란한 방향으로 왕복 운동하는 표시 장치.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 광학계의 초점 거리는 주기적으로 변화하는 표시 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 제1 방향의 두께가 변화하는 수축 및 팽창 운동하는 표시 장치.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 광학계의 굴절률은 주기적으로 변화하는 표시 장치.
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