KR20180025430A

KR20180025430A - 개인 몰입형 장치와 그 표시장치

Info

Publication number: KR20180025430A
Application number: KR1020160111103A
Authority: KR
Inventors: 양정석; 공남용; 박지호; 홍예원; 김승진; 김연경
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2018-03-09
Also published as: KR102686986B1

Abstract

본 발명은 개인 몰입형 장치와 그 표시장치에 관한 것으로, 각각 표시패널에 표시된 영상을 투사하는 다수의 프로젝터들, 상기 프로젝터들을 구동하는 디스플레이 구동부, 상기 프로젝터들로부터 투사된 영상을 축소하여 스크린 상에 투영하는 하나 이상의 렌즈, 및 카메라에 의해 촬영된 외부 실제 환경의 영상 데이터를 상기 디스플레이 구동부로 전송하는 시스템 제어부를 포함한다.

Description

개인 몰입형 장치와 그 표시장치{PERSONAL IMMERSION APPARATUS AND DISPLAY DEVICE THEREOF}

본 발명은 가상 현실과 증강 현실을 구현하는 개인 몰입형 장치와 그 표시장치에 관한 것이다.

가상 현실 기술은 국방, 건축, 관광, 영화, 멀티미디어, 게임 분야 등에 적용되고 있다. 가상 현실은 입체 영상 기술을 이용하여 실제 환경과 유사하게 느껴지는 특정한 환경, 상황을 의미한다.

개인 몰입형 장치는 HMD(Head Mounted Display), FMD(Face Mounted Display), EGD(Eye Glasses-type Display) 등 다양한 형태로 개발되고 있다. 개인 몰입형 장치는 가상 현실(Virtual　Reality. VR) 기기 또는 증강 현실(Augmented Reality, AR) 기기로 나뉘어진다.

가상 현실 기기는 HMD나 FMD 형태의 디자인으로 개발되고 있다. 증강 현실 기기는 외부 환경의 투시와 영상 디스플레이가 가능한 EGD 형태로 개발되고 있다.

가상 현실 기기(6)는 도 1과 같이 소형 표시패널(2)의 화면 상에서 재현되고, 사용자는 사용자가 어안 렌즈(Fisheye Lens)(4)를 통해 표시패널(2)에 표시된 영상을 보게 된다. 이러한 가상 현실 기기(6)에서 사용자가 보는 영상은 어안 렌즈(4)를 통해 확대되기 때문에 픽셀들 사이의 블랙 매트릭스(Black matrix, BM)도 확대되어 스크린 도어 효과(Screen Door Effect)로 인하여 사용자의 몰입감 문제가 있다. 스크린 도어 효과는 픽셀들 사이의 거리가 멀어지게 보이게 한다. 스크린 도어 효과를 줄이기 위하여, 디스플레이 해상도를 1,000 PPI 이상으로 제작할 수 있으나, 해상도 증가는 신호 처리량이 증가되기 때문에 회로 소자의 발열과 소비 전력 증가를 유발한다.

본 발명은 스크린 도어 효과 없이 고품위의 가상/증강 현실 영상을 구현하도록 한 개인 몰입형 장치와 그 표시장치를 제공한다.

본 발명의 개인 몰입형 장치는 각각 표시패널에 표시된 영상을 투사하는 다수의 프로젝터들, 상기 프로젝터들을 구동하는 디스플레이 구동부, 상기 프로젝터들로부터 투사된 영상을 축소하여 스크린 상에 투영하는 하나 이상의 렌즈, 및 카메라에 의해 촬영된 외부 실제 환경의 영상 데이터를 상기 디스플레이 구동부로 전송하는 시스템 제어부를 포함한다.

상기 렌즈는 상기 프로젝터들 각각에 1:1로 대응하여 상기 프로젝터들 각각의 투사 렌즈 앞에 배치된다.

상기 렌즈는 두 개 이상의 프로젝터들에 공유된다.

상기 광학계 구동부가 상기 렌즈에 결합된 액츄에이터에 흐르는 전류를 제어하여 렌즈를 구동함으로써 스크린 상에 투영된 영상을 이동, 회전, 및 시프트한다.

상기 스크린 상에서 상기 프로젝터들로부터 투사된 영상의 투영 위치가 다르다.

상기 표시패널의 블랙 매트릭스 선폭 보다 상기 스크린 상에 투영된 영상의 블랙 매트릭스 선폭이 작거나 보이지 않는다.

상기 표시패널의 해상도와 픽셀 밀도 보다 상기 스크린 상에 투영된 영상의 해상도와 픽셀 밀도가 더 높다.

상기 프로젝터들이 순차적으로 구동되거나 동시에 구동된다

상기 스크린 상에서 상기 프로젝터들로부터 투사된 영상의 투영 위치가 같다.

상기 표시패널의 프레임 주파수 보다 상기 스크린 상에 투영된 영상의 업데이트 주파수가 높다.

상기 프로젝터와 상기 렌즈 사이에 배치되어 상기 프로젝터와 상기 렌즈 사이의 광경로를 굴절시키는 거울을 더 포함한다.

상기 프로젝터들은 상기 카메라에 의해 촬영된 외부 실제 환경의 영상과 함께 상기 외부 실제 환경과 관련된 증강 현실 정보를 포함한 영상을 투사한다.

상기 개인 몰입형 장치의 표시장치는 각각 표시패널에 표시된 영상을 투사하는 다수의 프로젝터들, 및 상기 프로젝터들로부터 투사된 영상을 축소하여 스크린 상에 투영하는 하나 이상의 렌즈를 포함한다.

본 발명은 다수의 프로젝터들로부터 투사된 영상을 축소하여 스크린 상에 투영한다. 따라서, 본 발명은 스크린 도어 효과 없이 고품위의 가상/증강 현실 영상을 구현할 수 있다.

본 발명은 프로젝터들을 순차 구동하여 사용자가 바라 보는 영상의 업데이트 속도를 높여 잔상 없이 생동감 있는 화질을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명은 하나의 기기로 가상 현실과 증강 현실을 구현할 수 있다.

도 1은 가상 현실 기기를 개략적으로 보여 주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 개인 몰입형 장치를 보여 주는 블록도이다.
도 3은 프로젝터와 렌즈 사이의 거리에 따라 스크린 상에 투영된 영상이 확대되거나 축소되는 원리를 보여 주는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 프로젝터 앞에 배치된 렌즈를 이용하여 스크린 상에 투영된 영상이 이동되거나 회전되는 예를 보여 주는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 개인 몰입형 장치의 표시장치를 보여 주는 도면이다.
도 8은 렌즈를 통해 스크린 상에서 축소된 영상이 투영되는 예를 보여 주는 도면이다.
도 9는 다수의 축소 영상이 하나의 스크린 상에 투영되어 스크린 상에서 스크린 도어 효과 없이 표시패널의 해상도 보다 높은 해상도의 영상을 구현한 예를 보여 주는 도면이다.
도 10 및 도 11은 프로젝터들을 순차 구동하여 영상의 업데이트 속도를 빠르게 한 예를 보여 주는 도면들이다.
도 12는 증강 현실 영상을 구현한 예를 보여 주는 도면이다.
도 13은 프로젝터와 렌즈 사이에 배치된 거울을 이용하여 좁은 공간 내에서 표시패널과 렌즈 사이의 거리를 길게 확보한 예를 보여 주는 도면이다.
도 14a 내지 도 14c는 개인 몰입형 장치에서 광학계 배치 방법을 보여 주는 도면들이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 개인 몰입형 장치는 시스템 제어부(50), 디스플레이 구동부(20), 광학계 구동부(30), 다수의 프로젝터(projector)(10) 등을 구비한다. 광학계 구동부(30)는 생략될 수 있다.

시스템 제어부(50)는 센서(52), 카메라(54) 등에 연결된다. 시스템 제어부(50)는 메모리나 외부 비디오 소스와 연결되는 외부 기기 인터페이스, 사용자 명령을 수신하는 유저 인터페이스(User interface), 개인 몰입형 장치의 구동에 필요한 전원을 생성하는 전원부 등을 더 포함한다. 외부 기기 인터페이스, 유저 인터페이스, 전원부 등은 도면에서 생략되어 있다. 외부 기기 인터페이스는 Universal serial bus(USB), High definition　multimedia interface (HDMI) 등 공지된 다양한 인터페이스 모듈로 구현될 수 있다.

시스템 제어부(50)는 영상 데이터를 디스플레이 구동부(20)로 전송하고, 디스플레이 구동부(20)와 광학계 구동부(30)를 제어한다. 디스플레이 구동부(20)로 전송되는 영상 데이터는 가상 현실 데이터, 증강 현실 데이터, 카메라에 의해 촬영된 외부 실제 환경의 영상 데이터, 그 이외 외부 비디오 소스로부터 수신된 영상 데이터를 포함할 수 있다. 가상/증강 현실 데이터는 2D 또는 3D 포맷 데이터로 디스플레이 구동부(20)로 전송될 수 있다. 3D 포맷 데이터는 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터로 분리된다. 가상 현상 영상 데이터는 외부 기기 인터페이스를 통해 메모리 모듈이나 외부 비디오 소스로부터 시스템 제어부(50)에 수신될 수 있다. 가상 현실 영상 데이터는 외부 환경과 독립된 영상 데이터이다. 증강 현실 데이터는 카메라(54)에 의해 촬영된 외부 환경의 실제 이미지와 관련된 정보를 포함한다.

시스템 제어부(50)는 디스플레이 구동부(20)와 광학계 구동부(30)를 동기시킨다. 시스템 제어부(50)는 미리 설정된 어플리케이션(Application) 프로그램에 따라 광학계 구동부(30)를 제어하여 프로젝터로부터 투사된 영상을 확대 또는 축소하거나 이동, 회전, 시프트할 수 있다. 예를 들어 시스템 제어부(50)는 가상/증강 현실 영상을 스크린 상에 재현할 때 도 8 및 도 9와 같이 프로젝터(10)로부터 투사된 영상을 축소하도록 광학계 구동부(30)를 제어할 수 있다. 또한, 광학계 구동부(30)는 시스템 제어부(50)의 제어 하에 스크린 상에서 재현되는 영상의 콘텐츠에 따라 프로젝터(10)로부터 투사된 영상을 확대하여 스크린 상에 투영할 수도 있다.

센서(52)는 자이로 센서, 가속도 센서 등 다양한 센서를 포함한다. 시스템 제어부(50)는 개인 몰입형 장치를 착용한 사용자가 상, 하, 좌, 우 움직일 때 센서 스크린 상에서 투영된 영상이 연동되어 사용자를 따라 함께 이동할 수 있도록 영상 데이터를 조절한다. 시스템 제어부(50)는 센서(52)로부터 수신된 신호에 응답하여 광학계 구동부(30)를 제어하여 사용자의 움직임에 따라 스크린 상에서 재현된 영상 데이터의 확대/축소, 표시 영상의 각도, 표시 영상의 시프트(shift) 등을 조절한다. 카메라(54)는 외부 환경을 촬영하여 그 영상 데이터를 시스템 제어부(50)로 전송한다.

디스플레이 구동부(20)는 프로젝터(10)를 구동하여 시스템 제어부(50)로부터의 영상 데이터를 표시패널의 픽셀들에 기입한다. 디스플레이 구동부(20)는 도 8 내지 도 12와 같이 다양한 방법으로 프로젝터(10)를 구동할 수 있다.

표시패널은 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED Display) 등의 평판 표시장치의 표시패널로 구현될 수 있다. 표시패널은 데이터 전압이 인가되는 데이터 라인들, 게이트 펄스(또는 스캔 펄스)가 인가되는 게이트 라인들(또는 스캔 라인들), 및 데이터 라인들과 게이트 라인들의 직교 구조에 의해 매트릭스 형태로 배열된 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 사이에는 블랙 매트릭스(BM)가 형성된다. 표시패널은 프로젝터들(10) 각각에 내장된다.

디스플레이 구동부(20)는 데이터 구동부, 게이트 구동부, 및 타이밍 콘트롤러 등을 구비한다. 데이터 구동부는 입력 영상의 데이터를 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 발생하고, 그 데이터 전압을 데이터 라인들로 출력한다. 게이트 구동부는 데이터 전압에 동기되는 게이트 펄스를 게이트 라인들에 순차적으로 출력한다. 타이밍 콘트롤러는 시스템 제어부(50)로부터 수신된 입력 영상의 데이터를 데이터 구동부로 전송한다. 타이밍 콘트롤러는 입력 영상 데이터와 동기되는 타이밍 신호들을 시스템 제어부(50)로부터 수신하고, 이 타이밍 신호들을 바탕으로 데이터 구동부와 게이트 구동부의 동작 타이밍을 제어한다.

광학계 구동부(30)는 프로젝터(10) 앞에 배치된 렌즈에 결합된 액츄에이터(actuator)에 흐르는 전류를 제어하여 렌즈를 3축(xyz) 방향으로 구동한다. 광학계 구동부(30)는 시스템 제어부(50)의 제어 하에 프로젝터(10)로부터 투사된 빛의 초점 거리, 초점 위치 등을 조절한다. 그 결과, 광학계 구동부(30)는 프로젝터(10) 앞에 배치된 렌즈를 구동하여 도 3과 같이 스크린 상에 투영된 영상의 확대하거나 축소할 수 있고, 도 4 내지 도 6과 같이 스크린 상에 투영된 영상을 이동, 회전, 시프트(shift)할 수 있다. 도 14a 내지 도 14c에 도시된 바와 같이, 프로젝터(10) 앞에 배치되는 렌즈(12)의 위치가 고정될 수 있다. 이 경우에, 광학계 구동부(30)는 생략될 수 있다.

프로젝터들(10) 각각은 소형 표시패널을 포함하여 표시패널로부터의 빛을 투사한다. 프로젝터들(10) 각각의 투사 렌즈 앞에 광학계 구동부(30)에 의해 구동되는 렌즈가 배치된다. 프로젝터들(10)은 개인 몰입형 장치의 크기, 중량, 외관 디자인을 고려하여 초소형 프로젝터들로 구현되는 것이 바람직하다. 초소형 프로젝터의 예로, “피코 프로젝터(Pico projector)”로 불리는 제품들이 시판되고 있다.

도 3은 프로젝터(10)와 렌즈(12) 사이의 거리에 따라 스크린 상에 투영된 영상이 확대되거나 축소되는 원리를 보여 주는 도면이다. 도 3에서, “F”는 프로젝터(10) 앞에 배치된 렌즈의 초점이다. “PNL”은 표시패널이다. 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 표시패널(PNL)과 렌즈(12)의 초점(F) 사이의 거리가 작으면 스크린 상에 투영된 영상이 표시패널(PNL)에 표시된 영상 보다 더 크게 확대 된다. 반면에, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 표시패널(PNL)과 렌즈(12)의 초점(F) 사이의 거리가 커지면 스크린 상에 투영된 영상이 표시패널(PNL)에 표시된 영상 보다 더 작게 축소된다.

본 발명은 거울(mirror)을 이용하여 광 경로를 굴절시킴으로써 좁은 공간에서도 표시패널(PNL)과 렌즈(12) 사이의 거리를 충분히 길게 하여 개인형 몰입 장치에서 프로젝터로부터 투사된 영상을 스크린 상에서 축소할 수 있다.

도 4 내지 도 6은 프로젝터(10) 앞에 배치된 렌즈(12)를 이용하여 스크린 상에 투영된 영상이 이동되거나 회전 또는 시프트(shift)되는 예를 보여 주는 도면들이다.

광학계 구동부(30)는 렌즈(12)가 체결된 액츄에이터의 전류를 제어하여 렌즈(12)를 xyz 축으로 이동하거나 회전시킬 수 있다. 광학계 구동부(30)는 도 4와 같이 스크린 상에서 재현되는 영상을 평행 이동시킬 수 있다. 광학계 구동부(30)는 도 5와 같이 스크린 상에서 재현되는 영상을 x축, y축 및 z축을 중심으로 360° 회전시킬 수 있다. 또한, 광학계 구동부(30)는 도 6과 같이 스크린 상에서 재현되는 영상을 시프트(shift)하여 스크린 상에서 재현되는 영상을 사다리꼴 형태 또는 마름모 형태로 회전시킬 수도 있다.

본 발명의 개인 몰입형 장치는 표시패널(PNL)과 렌즈(12) 사이의 거리를 조절하여 스크린 상에 축소 영상을 표시함으로써 블랙 매트릭스(BM)를 축소하여 스크린 도어 효과를 줄인다. 그리고, 본 발명은 다수의 프로젝터들(10)로부터 투사된 영상의 빛을 하나의 스크린 상에 투영시켜 표시패널(PNL)의 해상도 보다 높은 해상도의 영상을 개인 몰입형 장치에서 표시할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 개인 몰입형 장치의 표시장치를 보여 주는 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 개인 몰입형 장치(80)의 표시장치는 다수의 프로젝터들(10), 프로젝터들(10)로부터 투사된 영상이 투영되는 스크린(14), 및 프로젝터들(10)과 스크린(16) 사이의 렌즈들(12), 렌즈들(12)을 구동하는 광학계 구동부(30)를 구비한다.

프로젝터들(10) 각각은 표시패널(PNL), 표시패널(PNL)을 구동하는 디스플레이 구동부(20), 및 표시패널(PNL)로부터의 빛을 렌즈(12) 쪽으로 투사하는 투사 렌즈 등을 포함한다 투사 렌즈는 도면에서 생략되어 있다. 표시패널(PNL)의 해상도는 QHD(1440ⅹ1280) 이상의 해상도, 500 ppi(pixels per inch) 이상의 픽셀 밀도, 14% 이상의 픽셀 개구율을 갖는 것이 바람직하지만 이에 한정되지 않는다. 디스플레이 구동부(20)는 60Hz 이상의 프레임 주파수로 표시패널(PNL)을 구동하는 것이 바람직하지만 이에 한정되지 않는다. 프레임 주파수는 프레임 레이트(frame rate)와 같은 의미이다.

스크린(14)은 사용자의 몰입감을 높이기 위하여 곡면 스크린으로 구현될 수 있다. 스크린(14) 상에 프로젝터들(10)로부터 투사된 영상이 투영된다. 도면 부호 “16”은 스크린(14) 상에 투영된 영상을 나타낸다. 사용자는 스크린(14) 상에 투영된 영상을 본다. 사용자는 어안 렌즈(18)와 같은 광각 렌즈를 통해 영상을 볼 수 있다. 어안 렌즈(18)는 스크린(14)과 사용자의 눈 사이에 배치된다. 본 발명의 개인 몰입형 장치에서, 스크린 상에 표시된 영상이 광각 영상으로 재현될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 어안 렌즈(18)는 생략될 수 있으므로 필수 구성 요소가 아니라는 것에 주의하여야 한다.

렌즈들(12)은 광학계 구동부(30)에 의해 구동되는 xyz 3축 방향으로 구동되는 액츄에이터(ACT)에 체결되어 있다. 이 렌즈들(12)은 프로젝터(10)와 1:1로 쌍을 이룰 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 하나의 렌즈가 프로젝터들 각각의 투사 렌즈와 대응하도록 렌즈가 움직이면 하나의 렌즈에 다수의 프로젝터들로부터 투사되는 빛이 입사될 수 있다. 이 경우에, N(N은 2 이상의 양의 정수) 개의 프로젝터들이 하나의 렌즈를 공유할 수도 있다.

렌즈들(12)은 프로젝터(10)로부터 입사되는 빛을 스크린(14) 상에 축소할 수 있다. 시스템 제어부(50)의 제어 하에 렌즈들(12) 각각은 광학계 구동부(30)에 의해 구동되는 액츄에이터(ACT)에 연동하여 프로젝터(10)로부터 투사된 영상을 확대, 축소, 이동, 회전, 시프트할 수 있다. 본 발명은 개인 몰입형 장치에서 사용자가 보는 영상에서 블랙 매트릭스를 보이지 않게 하고 해상도, 픽셀 밀도를 높이기 위하여 프로젝터로부터 투사된 영상을 렌즈를 이용하여 축소한다. 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 본 발명은 사용자 명령 또는 입력 영상에 따라 렌즈(12)와 프로젝터(10) 간의 거리를 좁힘으로써 영상을 확대하여 스크린 상에 투영할 수도 있다.

도 8은 렌즈(12)를 통해 스크린 상에서 축소된 영상(16)이 투영되는 예를 보여 주는 도면이다. 영상이 축소되면, 블랙 매트릭스(BM)도 축소된다. 예를 들어, 표시패널(PNL1)의 블랙 매트릭스(BM)의 선폭이 10μm라면, 스크린(14) 상에 투영된 축소 영상(16)에서 블랙 매트릭스(BM)의 선폭은 5μm 이하로 축소될 수 있다. 일반적으로, 개인 몰입형 장치의 사용 환경에서 블랙 매트릭스(BM)의 선폭이 5μm 이하이면 사용자는 블랙 매트릭스(BM)를 인지하지 못하기 때문에 스크린 도어 효과 없이 영상을 감상할 수 있다.

도 9는 다수의 축소 영상이 하나의 스크린 상에 투영되어 스크린 상에서 스크린 도어 효과 없이 표시패널의 해상도 보다 높은 해상도의 영상을 구현한 예를 보여 주는 도면이다.

도 9를 참조하면, 다수의 프로젝터들(10)로부터 투사된 영상이 스크린(14) 상에서 미리 정해진 위치에 축소 투영되면 블랙 매트릭스(BM)가 보이지 않는다. 스크린(14) 상에 투영된 해상도는 표시패널(PNL) 각각의 해상도 * N(N은 2 이상의 프로젝터 개수)이다.

스크린(14) 상에서 프로젝터들(10)로부터 투사된 영상의 투영 위치가 다르게 될 수 있다. 4 개의 프로젝터를 가정할 때, 제1 내지 제4 프로젝터들(10)은 동시에 또는 순차로 구동될 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제4 표시패널(PNL1~PNL4) 상에 표시된 영상 각각이 렌즈(12)에 의해 축소되어 스크린(14) 상에서 제1 내지 제4 사분면 상에서 합쳐질 수 있다.

제1 프로젝터(10)는 제1 표시패널(PNL1) 상에 표시된 영상을 렌즈(12) 쪽으로 투사하고, 제2 프로젝터(10)는 제2 표시패널(PNL2) 상에 표시된 영상을 렌즈(12) 쪽으로 투사할 수 있다. 제3 프로젝터(10)는 제3 표시패널(PNL3) 상에 표시된 영상을 렌즈(12) 쪽으로 투사하고, 제4 프로젝터(10)는 제4 표시패널(PNL4) 상에 표시된 영상을 렌즈(12) 쪽으로 투사할 수 있다.

제1 표시패널(PNL1)에 표시된 영상은 렌즈(12)를 통해 축소되어 스크린(14) 상에서 제1 사분면에 투영될 수 있다. 제2 표시패널(PNL2)에 표시된 영상은 렌즈(12)를 통해 축소되어 스크린(14) 상에서 제2 사분면에 투영될 수 있다. 제3 표시패널(PNL3)에 표시된 영상은 렌즈(12)를 통해 축소되어 스크린(14) 상에서 제3 사분면에 투영될 수 있다. 제4 표시패널(PNL4)에 표시된 영상은 렌즈(12)를 통해 축소되어 스크린(14) 상에서 제4 사분면에 투영될 수 있다.

스크린(14) 상에서 도 9와 같은 영상을 재현하기 위하여 반드시 4 개의 프로젝터가 필요한 것이 아니라는 것에 주의하여야 한다. 예컨대, 제1 프로젝터(10)와 제1 렌즈(12)가 스크린 상에서 제1 및 제2 사분면에 영상을 투영하고, 제2 프로젝터(10)와 제2 렌즈(12)가 스크린 상에서 제3 및 제4 사분면에 영상을 투영할 수 있다. 렌즈(12)는 전술한 바와 같이 프로젝터(10)에 1:1로 대응할 수 있다. 이 경우에, 다수의 프로젝터들(10)로부터 투사되는 영상이 스크린 상에 동시에 투영되거나 순차 투영될 수 있다.

렌즈 수를 줄이기 위하여, 다수의 프로젝터(10)에 하나의 렌즈를 공유할 수 있다. 이 경우, 다수의 프로젝터들(10)이 순차 구동되어 렌즈(12)를 통해 프로젝터 각각의 영상이 미리 지정된 위치에 순차적으로 투영될 수 있다.

본 발명의 개인 몰입형 장치는 도 9와 같이 하나의 스크린 상에 투영되는 축소 영상의 개수가 많아질수록 스크린 상에서 재현되는 영상의 해상도와 픽셀 밀도(ppi)가 높아지기 때문에 표시패널(PNL)의 해상도와 픽셀 밀도가 낮더라도 프로젝터(10)의 개수가 많아지면 사용자가 감상하는 고해상도의 영상을 구현할 수 있다. 도 9의 예에서, 표시패널(PNL1~PNL4) 각각의 픽셀 밀도가 800 ppi 이면 스크린(14) 상에 투영된 영상(16)의 픽셀 밀도는 1600 ppi 이다. 따라서, 프로젝터들(10)의 개수가 많아질수록 그리고 표시패널(PNL1~PNL4)의 해상도와 픽셀 밀도가 높을 수록, 스크린(14) 상에 투영된 영상(16)의 해상도와 픽셀 밀도가 높아진다.

표시패널(PNL1, PNL4) 각각의 구동 주파수가 낮더라도 도 10에 도시된 바와 같이, 프로젝터들(10)을 미리 정해진 순서대로 순차 구동하여 스크린 상에 투영되는 영상의 업데이트 주파수를 빠르게 함으로써 사용자가 감상하는 영상을 표시패널의 구동 주파수 보다 높은 주파수로 재현할 수 있다. 따라서, 본 발명은 고성능의 프로젝터(10)를 사용하지 않더라도 스크린 도어 효과 없는 고품위의 가상/증강 현실 영상을 사용자에게 제공할 수 있다.

도 10 및 도 11은 프로젝터들을 순차 구동하여 영상의 업데이트 속도를 빠르게 한 예를 보여 주는 도면들이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 디스플레이 구동부(20)는 프로젝터들을 미리 정해진 순서대로 순차 구동한다. 4 개의 프로젝터를 가정할 때, 제1 프로젝터(10), 제2 프로젝터(10), 제3 프로젝터(10), 제4 프로젝터(10) 순으로 순차적으로 구동될 수 있다. 이 경우, 제1 표시패널(PNL1) 상에 표시된 영상(1)이 스크린(14) 상에 투영된 후, 제2 표시패널(PNL2) 상에 표시된 영상(2)이 스크린(14) 상에 투영된다. 이어서, 제3 표시패널(PNL3) 상에 표시된 영상(3)이 스크린(14) 상에 투영된 후, 제4 표시패널(PNL4) 상에 표시된 영상(4)이 스크린(14) 상에 투영된다. 따라서, 프로젝터들(10) 각각의 구동 주파수 보다 높은 주파수로 스크린 상에 투영된 영상의 업데이트 주파수가 높아진다. 하나의 프로젝터가 I(I는 60 이상의 양의 정수) Hz로 구동된다면, 스크린(16) 상에 투영된 영상은 I*N(N은 2 이상의 양의 정수) 주파수로 업데이트된다. N은 프로젝터의 개수이다. 표시패널(PNL)의 프레임 주파수가 80 Hz 일 때, 스크린(16) 상에 투영된 영상의 업데이트 주파수는 320 Hz이다.

종래의 가상 현실 기기는 영상의 업데이트 속도가 영상 내에서 움직이는 물체의 속도를 따라가지 못하여 잔상으로 인하여 사용자가 어지러움을 느낄 수 있다. 반면에, 본 발명은 프로젝터의 구동 속도가 느리더라도 도 10과 같은 방법으로 사용자가 바라 보는 영상의 업데이트 속도를 높일 수 있기 때문에 동영상으로 재현되는 가상/증강 현상 이미지에서 잔상 없이 생동감 있는 화질을 구현할 수 있고 사용자의 피로도와 어지러움을 감소시킬 수 있다.

도 10의 예는 다수의 프로젝터를 순차적으로 구동하여 스크린 상에서 하나의 동영상을 같은 위치에서 연속으로 업데이트하는 예이지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 도 9와 같은 스크린 상에서 프로젝터별로 영상의 투영 위치가 분할되는 구동 방법에도 프로젝터들이 도 10과 같은 구동 방법으로 순차 구동될 수 있다.

스크린(14) 상에서 도 10과 같은 영상을 재현하기 위하여 반드시 4 개의 프로젝터가 필요한 것이 아니라는 것에 주의하여야 한다. 예컨대, 두 개 이상의 프로젝터를 순차 구동하여 사용자가 바라 보는 영상의 업데이트 속도를 프로젝터의 구동 주파수 보다 높게 구현할 수 있다.

도 12는 증강 현실 영상을 구현한 예를 보여 주는 도면이다.

도 12를 참조하면, 프로젝터들(10)은 카메라(54)에 의해 촬영된 외부 실제 환경의 영상과 함께 외부 실제 환경과 관련된 증강 현실 정보를 포함한 영상을 투사한다. 도 12의 예는 세 개의 프로젝터들(10)이 카메라(54)에 의해 촬영된 외부 실제 환경의 영상이 스크린(14) 상에 투영되고, 하나의 프로젝터(10)로부터 투사된 증강 현실 데이터의 영상이 렌즈(12)를 스크린(14) 사에 투영된 예이지만 이에 한정되지 않는다. 증강 현실 데이터는 이미지, 텍스트, 심볼 등 외부 실제 환경과 관련된 정보를 포함한다.

본 발명의 개인 몰입형 장치(80)는 하나의 기기로 가상 현실, 증강 현실 등 다양한 콘텐츠의 영상을 재현할 수 있으므로 다양한 응용 분야에 활용될 수 있다.

도 12와 같은 증강 현실 영상을 구현할 때 외부 실제 환경의 이미지를 재현하는 프로젝터와 증강 현실 데이터를 재현하는 프로젝터가 고정되지 않는다. 도 12와 같은 증강 현실 구현 방법은 전술한 다른 실시예들과 함께 적용될 수 있다.

도 13은 프로젝터와 렌즈 사이에 배치된 거울을 이용하여 좁은 공간 내에서 표시패널과 렌즈 사이의 거리를 길게 확보한 예를 보여 주는 도면이다. 도 14a 내지 도 14c는 개인 몰입형 장치(80)에서 광학계 배치 방법을 보여 주는 도면들이다. 도 14a는 개인 몰입형 장치(80)의 평면도이다. 도 14a는 개인 몰입형 장치(80)의 정면도이다. 도 14c는 개인 몰입형 장치(80)의 측면도이다.

스크린(14) 상에 영상을 축소 투영하기 이해서는 표시패널(PNL)과 렌즈(12) 사이의 거리를 길게 하여야 한다. 이 경우, 개인 몰입형 장치(80)가 커지고 무거워지기 때문에 착용감이 나쁘고 사용자의 피로도 문제가 발생할 수 있다. 본 발명은 도 13 내지 도 14c에 도시된 바와 같이 프로젝터(10)와 렌즈(12) 사이에 거울(70)을 배치하여 좁은 공간에서도 표시패널(PNL)과 렌즈(10) 사이의 거리를 길게 확보한다. 따라서, 본 발명은 개인 몰입형 장치(80)는 기존의 가상 현실 기기에 비하여 도 14a 내지 도 14c와 같이 4 개의 프로젝터(10)와 4 개의 렌즈(12)가 더 추가되지만 기기의 크기 증가를 최소화할 수 있다.

본 발명의 개인 몰입형 장치(80)의 외관이나 광학계 배치는 도 14a 내지 도 14c에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다는 것에 주의하여야 한다. 기기의 크기가 중요하지 않은 응용 분야의 경우에, 거울(70)은 생략될 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

10 : 프로젝터 12 : 렌즈
14 : 스크린 16 : 스크린 상에 투영된 영상
18 : 어안 렌즈 20 : 디스플레이 구동부
30 : 광학계 구동부 50 : 시스템 제어부
52 : 센서 54 : 카메라
70 : 거울 80 : 개인 몰입형 장치
PNL, PNL1~PNL4 : 표시패널 ACT : 액츄에이터

Claims

각각 표시패널에 표시된 영상을 투사하는 다수의 프로젝터들;
상기 프로젝터들을 구동하는 디스플레이 구동부;
상기 프로젝터들로부터 투사된 영상을 축소하여 스크린 상에 투영하는 하나 이상의 렌즈; 및
카메라에 의해 촬영된 외부 실제 환경의 영상 데이터를 상기 디스플레이 구동부로 전송하는 시스템 제어부를 포함하는 개인 몰입형 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈는 상기 프로젝터들 각각에 1:1로 대응하여 상기 프로젝터들 각각의 투사 렌즈 앞에 배치되는 개인 몰입형 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈는 두 개 이상의 프로젝터들에 공유되는 개인 몰입형 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈를 구동하는 광학계 구동부를 더 포함하고,
상기 광학계 구동부가 상기 렌즈에 결합된 액츄에이터에 흐르는 전류를 제어하여 렌즈를 구동함으로써 스크린 상에 투영된 영상을 이동, 회전, 및 시프트하는 개인 몰입형 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스크린 상에서 상기 프로젝터들로부터 투사된 영상의 투영 위치가 다른 개인 몰입형 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 표시패널의 블랙 매트릭스 선폭 보다 상기 스크린 상에 투영된 영상의 블랙 매트릭스 선폭이 작거나 보이지 않는 개인 몰입형 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 표시패널의 해상도와 픽셀 밀도 보다 상기 스크린 상에 투영된 영상의 해상도와 픽셀 밀도가 더 높은 개인 몰입형 장치.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로젝터들이 순차적으로 구동되거나 동시에 구동되는 개인 몰입형 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스크린 상에서 상기 프로젝터들로부터 투사된 영상의 투영 위치가 같은 개인 몰입형 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 프로젝터들이 순차적으로 구동되는 개인 몰입형 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 표시패널의 프레임 주파수 보다 상기 스크린 상에 투영된 영상의 업데이트 주파수가 높은 개인 몰입형 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 프로젝터와 상기 렌즈 사이에 배치되어 상기 프로젝터와 상기 렌즈 사이의 광경로를 굴절시키는 거울을 더 포함하는 개인 몰입형 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 프로젝터들은 상기 카메라에 의해 촬영된 외부 실제 환경의 영상과 함께 상기 외부 실제 환경과 관련된 증강 현실 정보를 포함한 영상을 투사하는 개인 몰입형 장치.
각각 표시패널에 표시된 영상을 투사하는 다수의 프로젝터들; 및
상기 프로젝터들로부터 투사된 영상을 축소하여 스크린 상에 투영하는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 개인 몰입형 장치의 표시장치.
제 14 항에 있어서,
상기 표시패널의 블랙 매트릭스 선폭 보다 상기 스크린 상에 투영된 영상의 블랙 매트릭스 선폭이 작거나 보이지 않는 개인 몰입형 장치의 표시장치.
제 14 항에 있어서,
상기 표시패널의 해상도와 픽셀 밀도 보다 상기 스크린 상에 투영된 영상의 해상도와 픽셀 밀도가 더 높은 개인 몰입형 장치의 표시장치.
제 14 항에 있어서,
상기 표시패널의 프레임 주파수 보다 상기 스크린 상에 투영된 영상의 업데이트 주파수가 높은 개인 몰입형 장치의 표시장치.
제 14 항에 있어서,
상기 프로젝터와 상기 렌즈 사이에 배치되어 상기 프로젝터와 상기 렌즈 사이의 광경로를 굴절시키는 거울을 포함하는 개인 몰입형 장치의 표시장치.
제 14 항에 있어서,
상기 프로젝터들은 카메라에 의해 촬영된 외부 실제 환경의 영상과 함께 상기 외부 실제 환경과 관련된 증강 현실 정보를 포함한 영상을 투사하는 개인 몰입형 장치의 표시장치.