KR20180012182A - 헤드 마운티드 디스플레이 장치와, 관련 내부 디스플레이 및 디스플레이 방법 - Google Patents

헤드 마운티드 디스플레이 장치와, 관련 내부 디스플레이 및 디스플레이 방법 Download PDF

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KR20180012182A KR1020170015077A KR20170015077A KR20180012182A KR 20180012182 A KR20180012182 A KR 20180012182A KR 1020170015077 A KR1020170015077 A KR 1020170015077A KR 20170015077 A KR20170015077 A KR 20170015077A KR 20180012182 A KR20180012182 A KR 20180012182A
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Abstract

헤드 마운티드 디스플레이 장치는 디스플렝, 커플 인 광학 모듈 및 커플 아웃 광학 모듈을 포함한다. 이 디스플레이는 적어도 이미지를 표시하기 위해 배열된다. 커플 인 광학 모듈은 디스플레이로부터 이미지를 수신하고, 수신된 이미지를 다른 방향으로 지향시키기 위해 배열된다. 커플 아웃 광학 모듈은 사용자가 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 착용하는 경우 사람 눈으로 직접 출력 이미지를 생성하기 위해 커플 인 광학 모듈로부터 지향된 이미지를 수신하기 위해 배열된다. 또한, 디스플레이로부터 생성된 이미지의 종횡비는 출력 이미지의 종횡비와 다르다.

Description

헤드 마운티드 디스플레이 장치와, 관련 내부 디스플레이 및 디스플레이 방법 {HEAD-MOUNTED DISPLAY APPARATUS AND ASSOCIATED INTERNAL DISPLAY AND DISPALY METHOD}
본 출원은 2016년 7월 26일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/367,100호의 우선권을 주장하며, 이들은 그 전체가 참조로서 본 명세서 포함된다.
본 발명은 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 헤드 마운티드 디스플레이 장치 내의 내부 디스플레이 및 광학 모듈 설계에 관한 것이다.
종래의 헤드 마운티드 디스플레이는 일반적으로 출사 디스플레이 동공(exit display pupil)의 크기를 증가시키기 위해 출사 동공 확장기(exit pupil expander, EPE)를 포함하며, 여기서 출사 동공 확장기는 마이크로 프리즘 결합기(micro prism combiner), 계단식 코팅형 미러 결합기(cascaded coated mirror combiner), 볼륨 홀로그래픽 결합기(volume holographic combiner) 또는 기타 다른 적합한 광학 엘리먼트에 의해 구현될 수 있다. 일반적으로, EPE는 단지 수평 시계(field of view, FOV)만을 확대시키는 것으로 허용되므로, 헤드 마운티드 디스플레이는 이미지의 정확한 종횡비(aspect ratio)를 유지하도록 수직 FOV를 확대시키기 위해 다른 렌즈 또는 렌즈 모듈을 필요로 한다. 그러나, 렌즈나 렌즈 모듈은 헤드 마운티드 디스플레이의 전체 부피와 무게를 증가시키기 때문에 사용자에게 불편함을 제공한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 상기한 문제를 해결하기 위해, 내부 디스플레이가 특정 종횡비를 갖는 이미지를 생성하고 수직 FOV를 확대하기 위해 렌즈가 사용되지 않거나 또는 적은 개수의 렌즈가 사용되도록 하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 디스플레이, 커플 인 광학 모듈 및 커플 아웃 광학 모듈을 포함한다. 디스플레이는 적어도 이미지를 디스플레이하기 위해 배치된다. 커플 인 광학 모듈은 디스플레이로부터의 이미지를 수신하고, 수신된 이미지를 다른 방향으로 지향시키기 위해 배치된다. 커플 아웃 광학 모듈은 사용자가 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 착용하는 경우 사람 눈으로 직접 출력 이미지를 생성하기 위해 커플 인 광학 모듈로부터 지향된 이미지를 수신하기 위해 배치된다. 또한, 디스플레이로부터 생성되는 이미지 내의 화소 또는 부화소의 종횡비(aspect ratio)는 출력 이미지 내의 화소 또는 부화소의 종횡비와 다르다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 헤드 마운티드 디스플레이 장치 내에 적용된 디스플레이가 개시되고, 여기서, 디스플레이는 이미지를 디스플레이하기 위한 복수의 화소를 포함하며, 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 출력 이미지를 생성하기 위해 이미지를 수신하는 광학 모듈을 포함하고, 디스플레이의 각 화소의 종횡비는 출력 이미지 내의 화소의 종횡비와 다르다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 헤드 마운티드 디스플레이 장치 내에서 출력 이미지를 보여주기 위한 방법이 개시되며, 이 방법은, 헤드 마운티드 디스플레이 장치 내에 위치하는 디스플레이 내의 디스플레이로부터 이미지를 수신하는 단계; 수신된 이미지를 다른 방향으로 지향시키는 단계; 및 사용자가 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 착용하는 경우 사람 눈으로 직접 출력 이미지를 생성하기 위해 지향된 이미지를 확대하는 단계를 포함하며, 디스플레이로부터 생성되는 이미지 내의 화소 또는 부화소의 종횡비는 출력 이미지 내의 화소 또는 부화소의 종횡비와 다르다.
본 발명의 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 따르면, 이미지/화소가 특정 종횡비를 갖는 디스플레이를 사용함으로써, 광학 모듈은 광학 모듈 내에서 렌즈의 사용을 피하거나 또는 렌즈 수량을 감소시키기 위해 디스플레이에 의해 생성되는 이미지를 비대칭 방식으로 확대시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 출력 이미지가 설계된 종횡비를 갖도록 하는 중에 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 크기 및 무게를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적은 다양한 도면에 도시된 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 참조하는 경우 아마 당업자에게 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따라서 커플 인 광학 모듈과 커플 아웃 광학 모듈을 통과하기 전의 이미지와 커플 인 광학 모듈과 커플 아웃 광학 모듈을 통과한 후의 이미지를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 커플 인 광학 모듈과 커플 아웃 광학 모듈을 통과하기 전의 이미지와 커플 인 광학 모듈과 커플 아웃 광학 모듈을 통과한 후의 이미지를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서 커플 인 광학 모듈과 커플 아웃 광학 모듈을 통과하기 전의 이미지와 커플 인 광학 모듈과 커플 아웃 광학 모듈을 통과한 후의 이미지를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치 내에 출력 이미지를 보여주기 위한 방법의 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치(100)를 도시한 도면인 도 1을 참조한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 헤드 마운티드 디스플레이 장치(100)는 디스플레이(110), 커플 인(couple-in) 광학 모듈(120) 및 커플 아웃(couple-out) 광학 모듈(130)을 포함한다. 디스플레이(110)는 헤드 마운티드 디스플레이 장치(100) 내에 위치될 수 있는 임의 유형의 마이크로 디스플레이일 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(110)는 LCOS(Liquid Crystal On Silicon) 디스플레이, MEMs(Micro-Electro-Mechanical system) 디스플레이 또는 OLED(Organic Light-Emitting Diode) 디스플레이일 수 있다. 커플 인 광학 모듈(120)은 디스플레이로부터 이미지를 수신하여 다른 방향으로 수신된 이미지를 지향시키기 위한 하나 이상의 광학 엘리먼트를 가질 수 있다. 예를 들어, 커플 인 광학 모듈(120)은 하나 이상의 반사기를 가질 수 있다. 커플 아웃 광학 모듈(130)은 사용자가 헤드 마운티드 디스플레이 장치(100)를 착용하는 경우 사람의 눈으로 직접 출력 이미지를 생성하기 위해 커플 인 광학 모듈(120)로부터 지향된 이미지를 수신하기 위한 마이크로 프리즘 결합기, 계단식 코팅형 미러 결합기, 볼륨 홀로그래픽 결합기에 의해 구현될 수 있는 EPE로서의 역할을 한다(커플 아웃 광학 모듈(130)은 사람의 눈의 앞에 있다).
본 실시예에서, 커플 인 광학 모듈(120)은 헤드 마운티드 디스플레이 장치(100)의 무게를 낮추고 헤드 마운티드 디스플레이 장치(100)의 크기를 줄이기 위해 특정 방향으로만 FOV를 확대시키기 위한 임의의 렌즈나 렌즈 모듈을 갖지 않는다. 즉, 디스플레이(110)에 의해 생성되는 이미지의 종횡비(또는 이미지 내의 화소나 부화소(sub-pixel)의 종횡비)는 커플 인 광학 모듈(120)에 의해 생성되는 지향된 이미지의 종횡비(또는 지향된 이미지 내의 화소나 부화소의 종횡비)와 같다.
그러나, 배경기술에서 언급한 바와 같이, EPE(즉, 커플 아웃 광학 모듈(130)은 단지 수평 FOV만을 확대하는 것으로 허용된다. 즉, 출력 이미지의 종횡비(또는 출력 이미지 내의 화소 또는 부화소의 종횡비)는 커플 인 광학 모듈(120)에 의해 생성되는 지향된 이미지의 종횡비(또는 지향된 이미지 내의 화소나 부화소의 종횡비)와 다르다. 따라서, 사용자가, 16:9 또는 4:3과 같은, 설계된 종횡비를 갖는 출력 이미지를 볼 수 있도록 하기 위해, 디스플레이(110)는 이미지/화소의 종횡비가 설계된 종횡비의 종횡비와 많이 다르도록 특수하게 설계된다.
예를 들어, 출력 이미지의 설계된 종횡비가 16:9이고, 커플 인 광학 모듈(120)이 수직 FOV 또는 이미지의 종횡비를 변경하지 않는 반면에 커플 아웃 광학 모듈(130)이 지향된 이미지의 수평 FOV를 2배로만 만드는 경우(즉, 지향된 이미지 내의 각 화소의 종횡비가 두 배가 된다), 디스플레이(110)에 의해 생성되는 이미지는 종횡비 8:9를 갖도록 설계될 수 있다.
상기한 실시예에 따르면, 커플 인 광학 모듈(120)은 이미지/화소의 종횡비를 변경하기 위해 어떠한 렌즈나 렌즈 모듈을 갖지 않는다. 그러나, 다른 실시예에 따르면, 커플 인 광학 모듈(120)은 약간의 수직 FOV를 확대시키기 위해 더 적은 광학 엘리먼트를 가질 수 있다. 예를 들어, 출력 이미지의 설계된 종횡비가 16:9이고, 커플 인 광학 모듈(120)이 이미지의 수직 FOV를 두 배로만 만드는 반면에 커플 아웃 광학 모듈(130)이 지향된 이미지의 수평 FOV를 세 배로만 만드는 경우, 디스플레이(110)는 종횡비 8:9를 갖는 이미지를 생성하도록 설계될 수 있다.
상기 내용을 고려하면, 커플 인 광학 모듈(120)과 커플 아웃 광학 모듈(130)의 결합은 커플 인 광학 모듈(120) 내에서 렌즈의 사용을 방지하거나 또는 렌즈 수량을 감소시키기 위해 디스플레이(110)에 의해 생성되는 이미지를 비대칭 방식(즉, 이미지의 수직 방향에 대응하는 확대율이 이미지의 수평 방향에 대응하는 확대율과 다름)으로 확대하고, 디스플레이에 의해 생성되는 이미지의 종횡비가 설계된 종횡비와 광학 모듈의 확대율에 따라서 결정된다. 따라서, 본 발명의 실시예는 출력 이미지가 설계된 종횡비를 갖도록 하는 중에 헤드 마운티드 디스플레이 장치9100)의 크기 및 무게를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라서 커플 인 광학 모듈(120)과 커플 아웃 광학 모듈(130)을 통과하기 전의 이미지와 커플 인 광학 모듈(120)과 커플 아웃 광학 모듈(130)을 통과한 후의 이미지(출력 이미지)를 도시한 도면인 도 2를 참조한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이미지 내의 화소는 수평적으로 위치하는 레드 부화소(red sub-pixel, R), 그린 부화소(green sub-pixel, G) 및 블루 부화소(blue sub-pixel, B)를 포함하고, 이미지가 커플 아웃 광학 모듈(130)을 통과하기 전에(즉, 디스플레이(110)에 의해 생성된 이미지 또는 커플 인 광학 모듈(120)에 의해 생성된 지향된 이미지), 화소 또는 부화소는 보다 좁은 수평 폭을 갖는다. 예를 들어 부화소의 크기는 2um*7um일 수 있다. 그 후, 이미지가 커플 아웃 광학 모듈(130)을 통과한 후, 각 화소는 출력 이미지가 16:9와 같은 설계된 종횡비를 갖도록 하기 위해 수평 방향으로 확대된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서 커플 인 광학 모듈(120)과 커플 아웃 광학 모듈(130)을 통과하기 전의 이미지와 커플 인 광학 모듈(120)과 커플 아웃 광학 모듈(130)을 통과한 후의 이미지(출력 이미지)를 도시한 도면인 도 3을 참조한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 내의 화소는 수직적으로 위치하는 레드 부화소(R), 그린 부화소(G) 및 블루 부화소(B)를 포함하고, 이미지가 커플 아웃 광학 모듈(130)을 통과하기 전에(즉, 디스플레이(110)에 의해 생성된 이미지 또는 커플 인 광학 모듈(120)에 의해 생성된 지향된 이미지), 화소 또는 부화소는 보다 좁은 수평 폭을 갖는다. 그 후, 이미지가 커플 아웃 광학 모듈(130)을 통과한 후, 각 화소는 출력 이미지가 16:9와 같은 설계된 종횡비를 갖도록 하기 위해 수평 방향으로 확대된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서 커플 인 광학 모듈(120)과 커플 아웃 광학 모듈(130)을 통과하기 전의 이미지와 커플 인 광학 모듈(120)과 커플 아웃 광학 모듈(130)을 통과한 후의 이미지(출력 이미지)를 도시한 도면인 도 4를 참조한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이미지 내의 화소는 모자이크(mosaic) 방식으로 위치하는 레드 부화소(R), 그린 부화소(G) 및 블루 부화소(B)를 포함하고, 이미지가 커플 아웃 광학 모듈(130)을 통과하기 전에(즉, 디스플레이(110)에 의해 생성된 이미지 또는 커플 인 광학 모듈(120)에 의해 생성된 지향된 이미지), 화소 또는 부화소는 보다 좁은 수평 폭을 갖는다. 그 후, 이미지가 커플 아웃 광학 모듈(130)을 통과한 후, 각 화소는 출력 이미지가 16:9와 같은 설계된 종횡비를 갖도록 하기 위해 수평 방향으로 확대된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치 내에 출력 이미지를 보이기 위한 방법의 흐름도이다. 도 1 내지 도 5를 함께 참조하면, 그 흐름은 다음의 단계를 포함한다.
단계 500 : 흐름이 시작된다.
단계 502 : 헤드 마운티드 디스플레이 장치 내에 위치하는 디스플레이로부터 이미지를 생성한다.
단계 504 : 이미지를 수신하고, 수신된 이미지를 다른 방향으로 지향시키기 위해 커플 인 광학 모듈을 사용한다.
단계 506 : 사람 눈으로 출력 이미지를 직접 생성하기 위해 지향된 이미지의 수평 폭을 확대하며, 여기서 디스플레이로부터 생성되는 이미지의 종횡비는 출력 이미지의 종횡비와 다르다.
간단하게 요약하면, 본 발명의 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 따르면, 이미지/화소가 특정 종횡비를 갖는 디스플레이를 사용함으로써, 광학 모듈은 광학 모듈 내에서 렌즈의 사용을 피하거나 또는 렌즈 수량을 감소시키기 위해 디스플레이에 의해 생성되는 이미지를 비대칭 방식으로 확대시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 출력 이미지가 설계된 종횡비를 갖도록 하는 중에 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 크기 및 무게를 감소시킬 수 있다.
당업자는 본 발명의 교시(teaching)들을 보유하면서 장치 및 방법에 대한 수 많은 변형들 및 변경들이 만들어질 수 있다는 점을 쉽게 인식할 것이다. 따라서, 이상의 개시는 오직 첨부된 청구항들의 경계(metes and bounds)에 의해서만 한정되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 헤드 마운티드 디스플레이(head-mounted display) 장치로서,
    적어도 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이;
    상기 디스플레이로부터의 이미지를 수신하고, 상기 수신된 이미지를 다른 방향으로 지향시키기 위한 커플 인 광학 모듈(couple-in optics module);
    사용자가 상기 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 착용하는 경우 사람 눈으로 직접 출력 이미지를 생성하기 위해 상기 커플 인 광학 모듈로부터 상기 지향된 이미지를 수신하기 위한 커플 아웃 광학 모듈(couple-out optics module)
    을 포함하며,
    디스플레이로부터 생성되는 상기 이미지의 종횡비(aspect ratio)는 상기 출력 이미지의 종횡비와 다른,
    헤드 마운티드 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커플 인 광학 모듈에 의해 생성되는 상기 지향된 이미지의 종횡비는 상기 디스플레이에 의해 디스플레이되는 상기 이미지의 종횡비와 같은,
    헤드 마운티드 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커플 아웃 광학 모듈은 상기 지향된 이미지의 제1 방향의 시계(field of view, FOV)만을 확대하고, 상기 커플 인 광학 모듈은 상기 이미지의 제2 방향의 FOV를 확대하지 않으며,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 다른,
    헤드 마운티드 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 커플 아웃 광학 모듈은 상기 지향된 이미지의 수평 FOV만을 확대하고, 상기 커플 인 광학 모듈은 상기 이미지의 수직 FOV를 확대하지 않는,
    헤드 마운티드 디스플레이 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 커플 인 광학 모듈은 상기 이미지의 종횡비를 변경하기 위한 렌즈 또는 렌즈 모듈을 갖고 있지 않은,
    헤드 마운티드 디스플레이 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 커플 인 광학 모듈에 의해 생성되는 상기 지향된 이미지의 종횡비는 상기 디스플레이에 의해 디스플레이되는 상기 이미지의 종횡비와 같은,
    헤드 마운티드 디스플레이 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 출력 이미지의 종횡비는 16:9 또는 4:3인,
    헤드 마운티드 디스플레이 장치.
  8. 헤드 마운티드 디스플레이 장치 내에 적용된 디스플레이로서,
    상기 디스플레이는 이미지를 디스플레이하기 위한 복수의 화소를 포함하고,
    상기 헤드 마운티드 디스플레이 장치는 출력 이미지를 생성하기 위해 이미지를 수신하는 광학 모듈을 포함하며,
    상기 디스플레이의 각 화소의 종횡비는 상기 출력 이미지 내의 화소의 종횡비와 다른,
    디스플레이.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 출력 이미지는 지정된 종횡비를 가지며,
    상기 광학 모듈은 상기 출력 이미지를 비대칭 방식으로 생성하기 위해 상기 이미지를 확대하고,
    상기 디스플레이의 각 화소의 종횡비는 상기 지정된 종횡비와 상기 광학 모듈의 확대율(enlargement ratio)에 따라서 결정되는,
    디스플레이.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 이미지의 제1 방향에 대응하는 확대율은 상기 이미지의 제2 방향에 대응하는 확대율과 다르고,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 다른,
    디스플레이.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직인,
    디스플레이.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 지정된 종횡비는 16:9 또는 4:3인,
    디스플레이.
  13. 헤드 마운티드 디스플레이 장치 내에서 출력 이미지를 보여주기 위한 방법으로서,
    상기 헤드 마운티드 디스플레이 장치 내에 위치하는 디스플레이 내의 디스플레이로부터 이미지를 수신하는 단계;
    상기 수신된 이미지를 다른 방향으로 지향시키는 단계; 및
    사용자가 상기 헤드 마운티드 디스플레이 장치를 착용하는 경우 사람 눈으로 직접 상기 출력 이미지를 생성하기 위해 상기 지향된 이미지를 확대하는 단계
    를 포함하며,
    디스플레이로부터 생성되는 상기 이미지의 종횡비는 상기 출력 이미지의 종횡비와 다른,
    방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 지향된 이미지의 종횡비는 상기 디스플레이에 의해 디스플레이되는 상기 이미지의 종횡비와 같은,
    방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 출력 이미지를 생성하기 위해 상기 지향된 이미지를 확대하는 단계는,
    상기 지향된 이미지의 제1 방향의 시계(FOV)만을 확대하는 단계
    를 포함하고,
    상기 수신된 이미지를 다른 방향으로 지향시키는 단계는,
    상기 이미지의 제2 방향의 FOV를 확대하지 않는 단계
    를 포함하며,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 다른,
    방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 출력 이미지를 생성하기 위해 상기 지향된 이미지를 확대하는 단계는,
    상기 지향된 이미지의 수평 FOV만을 확대하는 단계
    를 포함하고,
    상기 수신된 이미지를 다른 방향으로 지향시키는 단계는,
    상기 이미지의 수직 FOV를 확대하지 않는 단계
    를 포함하는, 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 수신된 이미지를 다른 방향으로 지향시키는 단계는 커플 인 광학 모듈에 의해 수행되고,
    상기 커플 인 광학 모듈은 상기 이미지의 종횡비를 변경하기 위한 렌즈 또는 렌즈 모듈을 갖고 있지 않은,
    방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 지향된 이미지의 종횡비는 상기 디스플레이에 의해 디스플레이되는 상기 이미지의 종횡비와 같은,
    방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 출력 이미지의 종횡비는 16:9 또는 4:3인,
    방법.
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