KR20170096380A

KR20170096380A - 헤드마운트 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20170096380A
Application number: KR1020160017696A
Authority: KR
Inventors: 키릴 아파나스예프; 블라디미르 쿠즈민; 신정배
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2017-08-24

Abstract

사용자의 머리에 고정하는 프레임; 상기 프레임에 결합되어 내부 실장공간을 포함하는 하우징; 상기 하우징에 실장되며 영상을 출력하는 곡면의 디스플레이 패널; 상기 영상출력부에서 출력된 빛이 통과하는 렌즈모듈; 상기 렌즈모듈을 통과한 빛이 입사되는 광가이드모듈; 및 상기 광가이드 모듈을 통과한 빛을 반사시켜 사용자의 눈에 공급하는 스크린을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 디스플레이 장치는 수차를 최소화 하여 동일한 렌즈를 통과하면서 발생하는 색수차, 구면수차, 코마수차 등 렌즈를 통과하면서 발생하는 오차를 줄여 보다 정확한 이미지를 제공할 수 있다.

Description

헤드마운트 디스플레이 장치{Head Mount Display Device}

본 발명은 사용자의 머리에 장착하여 사용하는 광학기기로서 헤드마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다.

다양한 디스플레이 형태가 등장하면서 머리에 장착하여 영상을 감상하는 헤드마운트 타입의 디스플레이 장치가 등장하고 있다. 이러한 장치를 헤드 마운트 디스플레이(HMD: Head Mount Display)라고 칭하며, 헤드 마운트 디스플레이는 눈에 인접하게 위치하기 때문에 정확한 초점 조절이 필요하다.

전면에 디스플레이부가 위치하여 영상을 제공하는 헤드마운트 디스플레이 장치도 있으나, 글래스 타입과 같이 시야를 방해하지 않으면서 투명 스크린에 영상을 제공하는 방식도 이용된다.

후자의 경우 사용자의 전면에서 영상을 직접 제공하는 것이 아니라 측면에서 공급되는 빛을 복수개의 렌즈와 반사경을 통해 전면 방향에 제공하는 방식을 이용한다. 다만, 상기 복수개의 렌즈를 통과하면서 굴절율에 따라 색수차, 구면수차, 코마수차 등이 발생하여 이미지 소스에서 제공하는 영상과 사용자의 눈에 입사되는 영상이 차이가 발생하는 문제가 있다.

이미지 소스(image source)에서 제공된 영상이 사용자의 눈에 도달시 발생하는 왜곡을 줄일 수 있는 광학구조를 구비한 헤드마운트 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

사용자의 머리에 고정하는 프레임; 상기 프레임에 결합되어 내부 실장공간을 포함하는 하우징; 상기 하우징에 실장되며 영상을 출력하는 곡면의 디스플레이 패널; 상기 영상출력부에서 출력된 빛이 통과하는 렌즈모듈; 상기 렌즈모듈을 통과한 빛이 입사되는 광가이드모듈; 및 상기 광가이드 모듈을 통과한 빛을 반사시켜 사용자의 눈에 공급하는 스크린을 더 포함할 수 있다.

상기 영상출력부는 휘어지는 유기발광 디스플레이 패널이며, 상기 유기 발광 디스플레이 패널의 곡률을 변화시키는 액추에이터를 더 포함할 수 있다.

상기 액추에이터는, 상기 유기발광 디스플레이 패널의 배면에 위치하며 길이가 변화하는 복수개의 기둥 형상으로 형성할 수 있다.

상기 렌즈모듈을 조정하여 초점을 조정하는 초점조정부를 더 포함하고, 상기 렌즈모듈의 위치 변화에 따라 상기 액추에이터를 제어하여 상기 유기발광 디스플레이 패널의 곡률을 변화시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 광가이드모듈은, 상기 렌즈모듈에서 빛이 입사되는 제1 측면은 넓고, 빛의 진행방향에 따라 좁아지는 도입부를 포함할 수 있다.

본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 색수차, 구면수차, 코마수차 등 렌즈를 통과하면서 발생하는 오차를 줄여 보다 정확한 이미지를 사용자에게 제공할 수 있다.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치의 블럭도이다.
도 2 는 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치를 다른 측면에서 바라본 사시도이다.
도 3은 각종 수차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 헤드마운트 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 헤드마운트 디스플레이 장치의 변조전달 함수(MTF: Modulation Transfer Function)을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 헤드마운트 디스플레이 장치의 디스플레이 패널의 일 예를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 헤드마운트 디스플레이 장치(100)의 블록 구성도(block diagram)이고 도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 헤드마운트 디스플레이 장치(100)의 사시도이다.

상기 헤드마운트 디스플레이 장치(100)는 무선 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(140), 출력부(150), 저장부(130), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그 보다 적은 구성요소들을 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치(100)가 구현될 수도 있다.

이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.

무선 통신부(110)는 헤드마운트 디스플레이 장치(100)와 무선 통신 시스템 사이 또는 헤드마운트 디스플레이 장치(100)와 헤드마운트 디스플레이 장치(100)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신부(110)는 이동통신 모듈, 무선 인터넷 모듈, 근거리 통신 모듈 및 위치정보 모듈 등을 포함할 수 있다.

이동통신 모듈은, GSM(Gobal System for Mobile communications), CDMA(Code Division Multiple Access), WCDMA(Wideband CDMA)(이에 한정되지 않음)와 같은 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 상기 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.

무선 인터넷 모듈은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 헤드마운트 디스플레이 장치(100)에 내장되거나 외장될 수 있다. 무선 인터넷 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), GSM, CDMA, WCDMA, LTE(Long Term Evolution)(이에 한정되지 않음) 등이 이용될 수 있다.

Wibro, HSDPA, GSM, CDMA, WCDMA, LTE 등에 의한 무선인터넷 접속은 이동통신망을 통해 이루어진다는 관점에서 본다면, 상기 이동통신망을 통해 무선인터넷 접속을 수행하는 상기 무선 인터넷 모듈은 상기 이동통신 모듈의 일종으로으로 이해될 수도 있다.

근거리 통신 모듈은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 근거리 통신(short range communication) 기술로 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.

위치정보 모듈은 헤드마운트 디스플레이 장치(100)의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Position System) 모듈이 있다. 현재 기술에 의하면, 상기 GPS모듈은 3개 이상의 위성으로부터 떨어진 거리 정보와 정확한 시간 정보를 산출한 다음 상기 산출된 정보에 삼각법을 적용함으로써, 위도, 경도, 및 고도에 따른 3차원의 현 위치 정보를 정확히 산출할 수 있다. 현재, 3개의 위성을 이용하여 위치 및 시간 정보를 산출하고, 또 다른 1개의 위성을 이용하여 상기 산출된 위치 및 시간 정보의 오차를 수정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한, GPS 모듈은 현 위치를 실시간으로 계속 산출함으로써 속도 정보를 산출할 수 있다.

도 1을 참조하면, 입력부(120)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로, 이에는 카메라(121), 마이크(122), 사용자 입력부(123) 및 터치센서(124)등이 포함될 수 있다.

카메라(121)는 화상 통화모드 또는 촬영 모드에서 이미지 센서에 의해 촬영된 정지영상 또는 동영상 등의 이미지 프레임(101)을 처리한다. 처리된 이미지 프레임은 스크린(1516)에 표시될 수 있다. 카메라(121)에서 처리된 이미지 프레임은 저장부(130)에 저장되거나 무선 통신부(110)를 통하여 외부로 전송될 수 있다. 카메라(121)는 사용 환경에 따라 2개 이상이 구비될 수도 있다.

마이크(122)는 통화모드 또는 녹음모드, 음성인식 모드 등에서 마이크로폰(Microphone)에 의해 외부의 음향 신호를 입력 받아 전기적인 음성 데이터로 처리한다. 처리된 음성 데이터는 통화 모드인 경우 이동통신 모듈을 통하여 이동통신 기지국으로 송신 가능한 형태로 변환되어 출력될 수 있다. 마이크(122)에는 외부의 음향 신호를 입력 받는 과정에서 발생되는 잡음(noise)을 제거하기 위한 다양한 잡음 제거 알고리즘이 구현될 수 있다.

상기 카메라(121)가 정지영상을 취득한 경우 정지영상으로부터 정보를 추출할 수 있다. 상기 카메라(121)가 동영상을 촬영하는 경우 복수개의 정지영상으로 이루어지기 때문에, 영상 인식부가 복수개의 정지영상 전부에 대해 영상 인식부에서 정보를 취득하고 이를 제어부(180)에서 처리하는 것은 불필요한 프로세스 낭비가 될 수 있다. 또한 사용자에게 불필요한 정보까지 추출하여 제공하면 안경과 같이 착용하는 헤드마운트 디스플레이 장치(100)의 사용에 불편을 느낄 수 있다.

사용자가 프레임(101)에 구비된 사용자 입력부(123)를 누르거나 영상정보를 취득하라는 음성명령을 통해 필요한 정보만 추출할 수 있고, 또는 사용자가 일정시간 이상 동일 사물을 응시하여 카메라(121)가 동일 영상을 일정시간 이상 촬영할 때 정보를 추출할 수 있다.

또는 특정 오브젝트에 사용자가 근접한 경우 해당 오브젝트가 시야에서 크게 차지하게 되면 해당 오브젝트를 주시하는 것으로 판단할 수 있다. 따라서 카메라(121)가 인식한 영상에서 하나의 오브젝트가 상기 영상의 일정범위 이상 차지하는 경우 상기 오브젝트에 관련된 정보를 추출할 수 있다.

헤드마운트 디스플레이 장치(100)는 키보드를 구비하기 어려우나 프레임(101) 또는 하우징(102)에 버튼 타입의 사용자 입력부(123)를 구비하여 자주 사용하는 명령을 입력할 수 있다. 예를 들면 사용자가 보고 있는 영상을 촬영하거나 영상으로부터 정보를 추출하는 명령 또는 음향출력부(152)에서 출력되는 음량의 조절 등의 명령이 지정될 수 있다.

상기 사용자 입력부(123)는 메탈돔을 이용하여 물리적인 압력을 인지하여 신호를 발생시키는 방법 또는 터치센서(124)를 이용하여 사용자의 손이 터치된 것을 인식하는 방법 등 다양한 형태의 사용자 입력부(123)가 모두 적용 가능하다.

센싱부(140)는 휴대용 단말기(100)의 상태 및 주변환경을 감지하며, 대표적으로 자이로 센서(141) 및 가속 센서(142) 등을 들 수 있다.

자이로 센서(141)는 휴대 단말기의 기울기 변화를 감지는 장치로서, x축, y축, z축의 3개의 직교하는 축에 대한 변동을 검출한다. 각속도 센서라고도 한다. 각 축을 중심으로 회전운동을 운동량을 감지하여 이동단말기 본체의 기울기 흔들림 등을 감지할 수 있다.

종래의 자이로 센서는 3개의 축을 갖는 팽이형태였으나, 최근에는 광학식 자이로, 진동식 자이로 등과 같이 그 정밀도를 높이고 크기를 소형화하여 이동단말기와 같은 작은 전자제품에 실장 가능하다. 또한 MEMS모듈로 구현한 6축 센서도 자이로 센서(141)로서 이용할 수 있다.

본 발명에 이용되는 자이로 센서(141)는 상술한 형태에 국한되지 않고 헤드마운트 디스플레이 장치(100)의 기울기 및 움직임을 감지할 수 있는 모든 센서를 포함한다.

가속 센서(142)는 헤드마운트 디스플레이 장치(100)의 가속도와 같이 동적 힘을 측정한다. 가속도의 변화로부터 진동, 충격 등도 검출 가능하다. 질량이 있는 물체가 가속도를 받으면 힘이 발생하므로 그 힘에 따른 변화를 감지한다.

근접 센서(144)는 프레임 부분에 배치될 수 있으며, 헤드마운트 디스플레이 장치에 근접하는 물체를 감지할 수 있다. 상기 근접 센서는 소정의 검출면에 접근하는 물체, 혹은 근방에 존재하는 물체의 유무를 전자계의 힘 또는 적외선을 이용하여 기계적 접촉이 없이 검출하는 센서를 말한다. 근접 센서는 접촉식 센서보다는 그 수명이 길며 그 활용도 또한 높다.

상기 근접 센서의 예로는 투과형 광전 센서, 직접 반사형 광전 센서, 미러 반사형 광전 센서, 고주파 발진형 근접 센서, 정전용량형 근접 센서, 자기형 근접 센서, 적외선 근접 센서 등이 있다. 상기 터치스크린이 정전식인 경우에는 상기 포인터의 근접에 따른 전계의 변화로 상기 포인터의 근접을 검출하도록 구성된다. 이 경우 상기 터치 스크린(터치센서)은 근접 센서로 분류될 수도 있다.

다음으로 출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 영상출력부(151), 음향 출력부(152)을 포함할 수 있다.

영상출력부(151)는 사용자의 눈에 영상을 제공하는 광학 구조를 가지고 있으며, 본 발명의 헤드마운트 디스플레이 장치는 전면에 위치하는 물체와 겹쳐서 상기 영상을 볼 수 있도록 전면에 위치하는 스크린(1516)은 투명하거나 선택적으로 투명하게 전환되는 소재를 이용할 수 있다.

음향 출력부(152)는 호신호 수신, 통화모드 또는 녹음 모드, 음성인식 모드, 방송수신 모드 등에서 무선 통신부(110)로부터 수신되거나 저장부(130)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다. 음향 출력부(152)는 헤드마운트 디스플레이 장치(100)에서 수행되는 기능(예를 들어, 호신호 수신음, 메시지 수신음 등)과 관련된 음향 신호를 출력하기도 한다. 이러한 음향 출력부(152)에는 리시버(Receiver), 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.

저장부(130)는 제어부(180)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다. 새로 입력된 데이터를 저장할 수 있고, 먼저 저장된 데이터는 추출하여 이용할 수 있다. 상기 저장부(130)는 내장 방식뿐만 아니라 SD카드와 같이 보조 저장장치를 이용하여 저장 기능을 확대할 수 있다.

제어부(controller)(180)는 통상적으로 헤드마운트 디스플레이 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 무선통신부(110)를 제어하여 각종 신호를 송수신하거나 입력된 데이터를 처리하거나, 스크린(1516) 및 음향 출력부를 제어하여 사용자에게 정보를 제공할 수 있다. 상술한 영상 인식부(125) 음성 인식부(126)는 제어부(180)의 일부로서 구성될 수도 있다.

본 발명의 제어부(180)는 카메라(121)에서 취득한 영상으로부터 정보를 추출하고 상기 추출한 정보를 기초로 기 저장된 정보와 비교하거나, 추출된 정보를 저장부(130)에 저장하거나, 저장부(130)에 저장된 관련정보를 추출하여 영상출력부(151)에 출력하거나, 관련 정보를 인터넷으로 검색할 수 있다.

전원 공급부(190)는 제어부(180)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다. 전원공급부(190)는 예를 들어 배터리, 연결포트, 전원공급 제어부 및 충전 모니터링부를 포함할 수 있다. 배터리는 충전 가능하도록 이루어지는 내장형 배터리가 될 수 있으며, 충전 등을 위하여 하우징(102)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.

도 2를 참조하면 본 발명의 헤드마운트 디스플레이 장치(100)는 프레임(101), 영상출력부(151), 카메라(121), 하우징(102) 등을 포함한다.

프레임(101)은 헤드마운트 디스플레이 장치(100)를 사용자의 머리에 고정하는 구성으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 금속재질의 탄성을 갖는 밴드 형태나, 안경과 같이 귀에 걸어 고정하는 구조, 또는 머리 뒤쪽까지 감싸서 고정하는 스트랩 타입 등 다양한 형태를 이용할 수 있다.

하우징(102)는 상기 프레임(101)에 결합하며 전술한 각종 부품이 실장되는 공간을 제공한다. 카메라(121)나, 영상출력부(151)의 스크린(1516, 도 3 참조)은 외측으로 노출되도록 배치된다.

도 3은 본 발명의 영상출력부(151)를 도시한 도면으로 영상출력부 (151)는 디스플레이 패널(1511), 렌즈(1513), 반사경(1514), 광가이드모듈(1515), 스크린(1516)으로 구성된다.

디스플레이 패널(1511)은 영상신호에 따라 빛을 출력하며, 본 발명의 디스플레이 패널(1511)은 곡면인 것을 특징으로 한다. 렌즈(1513)와 반사경(1514)은 디스플레이 패널(1511)에서 출력된 영상을 변조하여 적정한 사이즈로 변조하고 스크린(1516)에 선명한 상이 맺히도록 렌즈(1513)의 위치를 조절할 수 있다.

광가이드모듈(1515)은 렌즈(1513)와 반사경(1514)을 통과한 빛을 사용자의 눈에 전달하는 통로로서 역할을 한다. 사용자의 눈 전면에 배치되는 스크린(1516)은 광가이드모듈(1515)를 통과한 빛을 반사시켜 사용자가 상기 디스플레이 패널(1511)에서 제공한 영상이 보이도록 제어할 수 있다.

렌즈(1513)는 왜곡을 최소화 하고 영상의 크기를 스크린(1516)의 사이즈 및 사용자에게 적정한 사이즈로 제공하며 초점을 맞추기 위해 복수개의 렌즈(1513)가 중첩되어 이용하며 좁은 공간에서 렌즈(1513)를 통과하는 광경로를 구현하기 위해 반사경(1514)을 더 구비할 수 있다.

광가이드모듈(1515)은 도 3에 도시된 바와 같이 일측 측면에서 렌즈모듈(1513, 1514)을 통과한 빛이 입사되는 도입부를 포함하고, 상기 도입부는 도 3에 도시된 바와 같이 테이퍼 형상으로 점점 좁아지는 형상을 가질 수 있다.

입사는 측면에서 이루어지나 사용자의 눈으로 제공되는 방향은 입사되는 광가이드모듈(1515)의 배면 방향(사용자 눈 방향)으로 제공되기 때문에 입사면의 크기가 충분히 확보되어야 하며, 사용자의 눈 앞에 위치하는 광가이드모듈(1515)은 도 3에 도시된 바와 같이 얇게 구현하기 위해 도 3과 같이 경사진 도입부를 이용한다.

본 발명의 헤드마운트 디스플레이 장치(100)는 전면에 위치하는 물체와 겹쳐서 상기 영상을 볼 수 있도록 상기 스크린(1516)은 투명 또는 선택적으로 투명도가 변화 가능한 소재를 이용할 수 있다. 전면에 불투명한 디스플레이 패널을 직접 위치하면 전면의 사물이 가리는 문제가 있기 때문에 위와 같은 광학구조를 이용한다. 또한 실제 스크린(1516)의 위치보다 더 먼 위치에 영상이 출력할 눈의 초점거리에 상응하는 위치에 상이 맺히도록 제어할 수 있다.

다만, 렌즈(1514)와 같이 굴절하여 영상을 확대 축소하는 광학 모듈은 빛을 왜곡하여 수차가 발생하는 문제가 있어, 정확한 영상이 사용자에게 제공되지 않는 문제가 있다.

도 4는 렌즈(1514)를 통과한 빛의 수차를 설명하기 위한 도면이다. 렌즈의 곡률 및 두께에 따라 빛의 경로가 달라지기 때문에 렌즈의 중앙을 통과하는 빛과 외각쪽을 통과하는 빛의 경로가 달라지면서 발생하는 이미지의 차이를 렌즈수차라고 한다. 렌즈수차에 의해 실제 피사체와 다른 이미지를 얻게되기 때문에 이를 보정하여 보다 실제 피사체와 유사한 이미지를 얻는 기술의 적용이 필요하다.

도 4의 (a)는 색수차(color aberration)를 나타내는 도면으로 빛을 구성하는 여러 색들이 렌즈를 통과하면서 서로 다른 각도로 굴절되면서 발생하는 수차를 의미한다. 이미지 선명도를 떨어뜨리며 피사체 외부에 무지개 색을 만들어내기도 한다.

도 4의 (b)는 곡면 수차(spherical aberration)을 설명하는 도면으로 렌즈 광선 축의 중심에서 벗어나 렌즈를 통과하는 빛은 그 중심을 통과하는 빛보다 더 큰 굴절을 하는 이유로 인해 발생하는 수차. 이미지 선명도를 떨어뜨리게 된다.

도 4의 (c)는 혜성 꼬리 현상(coma)을 설명하는 도면으로 렌즈의 광선 중심축에서 벗어난 광선이 필름 위에 혜성 꼬리 같은 흔적을 남기게 되기 때문에 이를 보정할 필요가 있다.

도 4의 (d)는 왜곡(distortions)을 나타내는 도면으로 철망과 같은 피사체를 필름 면과 수평이 되도록 촬영할 때 발생하는 왜곡을 의미한다.

도 4의 (e)는 상면만곡(Petzval curvature)을 나타내는 도면으로, 대물렌즈가 구면이기 땜누에 렌즈의 중심을 통과한 형상과 렌즈의 가장자리를 통과한 형상이 초점 맺는 위치가 다르기 때문에 그림처럼 곡면에 초점면이 이루어진다. 이러한 렌즈의 특성 때문에 평면의 영상을 포착하는 경우 평면 중심부와 외곽부의 포커스 차이를 발생시키기 때문에 이미지의 초점이 외각부분은 잘 맞지 않는다.

상기 문제를 해결하기 위해 추가적으로 구부러진 초점을 펴주는 플랫트너 렌즈를 부가하거나 센서의 화소수를 증가시켜 보다 선명하고 왜곡이 적은 이미지를 얻고자 한다. 다만, 렌즈를 부가하거나 센서의 화소수를 증가시키는 방법은 헤드마운트 디스플레이 장치(100)의 크기 및 무게를 증가시키는 문제가 있다.

도 5는 디스플레이 패널의 특정 위치에서 공간주파수에 따른 변조 정도를 나타내는 그래프로 1에서 멀어질수록 변조가 커서 왜곡이 크게 나타나는 것을 의미한다. 공간주파수는 mm당 라인의 개수로, 도 5의 그래프에 나타난 바와 같이 공간주파수가 클수록 왜곡이 커서 선명하지 못한 영상을 제공하게 된다.

이에 본 발명은 곡면의 디스플레이 패널을 이용하여 상기 수차를 줄일 수 있다. 렌즈수차는 대부분 렌즈는 곡면이고 디스플레이 패널(1511)은 평면이기 때문에 발생하는 것으로 디스플레이 패널(1511)도 곡면을 이루면 상기 수차를 상쇄할 수 있다. 특히 상면만곡을 상쇄하도록 디스플레이 패널(1511)이 휘어지면 상면만곡에 의한 초점이 맞지 않는 문제를 보상할 수 있다.

곡면의 디스플레이 패널(1511)의 대표적인 예로는 유기발광 다이오드(OLED: Organic Light Emit Diode) 패널을 이용할 수 있다. 유기발과 다이오드 패널은 소자 자체에서 빛을 출력하기 때문에 곡면으로 만들 수 있으며, 더 나아가 플렉서블한 디스플레이 패널을 구현할 수 있다.

도 6은 본 발명의 헤드마운트 디스플레이 장치(100)의 디스플레이 패널(1511) 및 액추에이터(1512)에 관한 것으로, 본 발명의 디스플레이 패널(1511)의 곡률이 가변 가능한 것을 특징으로 한다. 도 4에 도시된 바와 같이 휘어질 수 있는 플렉서블한 재질의 디스플레이 패널(1511)를 이용하고, 디스플레이 패널(1511)의 배면에 액추에이터(1512)를 배치하여 디스플레이 패널(1511)의 곡률을 변경할 수 있다. 디스플레이 패널(1511)의 곡면은 광축으로부터 멀어짐에 따라 전면 방향으로 돌출되며 따라서 디스플레이 패널(1511)의 중심에서 멀어질수록 전면으로 돌출된 구조를 가지며 회전대칭 형상을 형성할 수 있다.

상기 디스플레이 패널(1511)의 곡률은 디스플레이 패널(1511)의 전면에 위치하는 렌즈(1513)의 개수, 렌즈(1513)간의 거리 및 렌즈(1513)의 곡률에 따라 다르게 나타난다.

액추이에터(1512)가 도 6에 도시된 바와 같이 복수개가 배치될 수도 있으나, 도 2와 같이 가운데 부분은 고정되고 단부에 위치하는 액추에이터만 길이를 변화시켜 디스플레이 패널(1511)의 전체 곡률을 변화시킬 수 있다.

렌즈(1513)의 초점거리가 변화하지 않는 단렌즈인 경우에도 렌즈(1513)의 곡률 및 성능이 온도에 따라 변화하기 때문에 디스플레이 패널(1511)의 곡률도 그에 따라 변화할 수 있다.

본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 헤드마운트 디스플레이 장치는 수차를 최소화 하여 동일한 렌즈(1513)를 통과하면서 발생하는 색수차, 구면수차, 코마수차 등 렌즈(1513)를 통과하면서 발생하는 오차를 줄여 보다 정확한 이미지를 제공할 수 있다.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100: 헤드마운트 디스플레이 장치
101: 프레임 102: 하우징
110: 무선통신부 120: 입력부
121: 카메라 130: 저장부
140: 센싱부 150: 출력부
151: 영상출력부 1511: 디스플레이 패널
1512: 액추에이터 1513: 렌즈
1514: 반사경 1515: 광가이드모듈
1516: 스크린 180: 제어부
190: 전원공급부

Claims

사용자의 머리에 고정하는 프레임;
상기 프레임에 결합되어 내부 실장공간을 포함하는 하우징;
상기 하우징에 실장되며 영상을 출력하는 곡면의 디스플레이 패널;
상기 영상출력부에서 출력된 빛이 통과하는 렌즈모듈;
상기 렌즈모듈을 통과한 빛이 입사되는 광가이드모듈; 및
상기 광가이드 모듈을 통과한 빛을 반사시켜 사용자의 눈에 공급하는 스크린을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 영상출력부는 휘어지는 유기발광 디스플레이 패널이며,
상기 유기 발광 디스플레이 패널의 곡률을 변화시키는 액추에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 디스플레이 장치.
제2항에 있어서,
상기 액추에이터는,
상기 유기발광 디스플레이 패널의 배면에 위치하며 길이가 변화하는 복수개의 기둥 형상인 것을 특징으로 하는 헤드마운트 디스플레이 장치.
제2항에 있어서,
상기 렌즈모듈을 조정하여 초점을 조정하는 초점조정부를 더 포함하고,
상기 렌즈모듈의 위치 변화에 따라 상기 액추에이터를 제어하여 상기 유기발광 디스플레이 패널의 곡률을 변화시키는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 광가이드모듈은,
상기 렌즈모듈에서 빛이 입사되는 제1 측면은 넓고, 빛의 진행방향에 따라 좁아지는 도입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드마운트 디스플레이 장치.