KR20180075731A - 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치는, 움직임을 감지하는 센서부와 영상을 디스플레이하는 표시 패널을 포함하는 헤드 마운티드 디스플레이를 거치할 수 있는 고정판과, 제1 방향을 축으로 상기 고정판을 회전시키는 제1 구동부와, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 축으로 상기 고정판을 회전시키는 제2 구동부와, 상기 제1 및 제2 구동부의 움직임을 측정하는 모터 인코더를 포함하는 모션 구동부, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 상기 센서부에서 측정한 데이터를 기초로, 상기 표시 패널에 포함된 제1 영역과 제2 영역의 휘도값을 각각 변화시키는 측정 패턴을 출력하는 제어부, 및 상기 제1 영역의 휘도값을 측정하는 제1 포토 센서와, 상기 제2 영역의 휘도값을 측정하는 제2 포토 센서와, 상기 제1 및 제2 포토 센서의 측정값을 이용하여 상기 표시 패널에 표시된 영상의 움직임을 측정하는 센서 인코더를 포함하는 센서 챔버부를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 모터 인코더의 측정값과 상기 센서 인코더의 측정값을 비교하여, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 시간을 계산한다.

Description

헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring latency of head mounted display}

<1> 본 발명은 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 헤드 마운티드 디스플레이의 움직임에 대한 센싱 시점부터 디스플레이에 실제로 이미지가 출력될 때까지의 지연 시간(motion to photon latency)을 정확히 측정할 수 있는 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

<2> 최근 IT 기술의 발달로 헤드 마운티드 디스플레이(Head mounted display, HMD)는 일상 생활에서 큰 이슈로 떠오르고 있다. 특히, 헤드 마운티드 디스플레이는 다양한 프로그램, 애플리케이션과 연계해서, 일상 생활에서 필수적인 기능을 수행하는 소통하는 도구로서 활용되고 있다.

<3> 가상 현실(Virtual Reality, VR)은 컴퓨터를 이용하여 구축한 가상의 공간과 인간 감각계와의 상호작용을 통해 마치 현실과 같은 경험을 제공하는 기술에 대한 것으로, 컴퓨터를 이용하여 만들어낸 가공의 상황이나 환경을 말한다. 이때 만들어진 가상 환경이나 상황은 사용자의 감각을 자극하고 실제와 비슷한 공간적, 시간적 체험을 하게 함으로써 마치 현실에서 실제로 일어나는 것처럼 보이게 만든다.

<4> 가상 현실 기기(VR devices)를 이용하면 사용자가 이러한 가상 현실을 보다 실감나게 느낄 수 있고 실제와 가상 공간을 보다 쉽게 넘나들면서 가상 현실 세계에 몰입할 수 있다. 또한, 가상 현실 기기는 이러한 가상 현실 세계에서 사용자의 움직임과 경험을 컨트롤하는 수단으로서 작용하는데 가상 현실 세계에서의 대상들과의 상호 작용도 가능하기 때문에 사용자마다 서로 다른 경험을 할 수 있다는 점이 특징이다.

<5> 가상 현실에서는 눈앞에 나타남의 의미하는 현전(Presence)이라는 개념이 등장하는데, 이는 높은 몰입감을 제공함으로써 사용자가 가상으로 구성된 비물리적 세계에 실제로 존재한다고 인지하게 만드는 것을 의미한다. 이러한 현전의 경험을 형성하는데 있어, 지연 시간(motion to photon latency)이 발생할 수 있다.

<6> 지연 시간은 사용자가 움직임을 시작하는 순간부터 그것이 실제 화면에 반영하여 광자가 사용자 눈까지 도달하는 데 걸리는 시간으로, 즉, 사용자의 시선 이동과 이에 따른 화면 업데이트 사이에 발생하는 시간차를 말한다. 지연 시간을 최소화하는 것은 편안한 VR 사용 환경을 제공하는데 결정적인 요소이다.

<7> 다만, 종래의 지연 시간 측정 장치의 경우, 헤드 마운티드 디스플레의 착용부에 맞는 측정 센서를 헤드 마운티드 디스플레이에 직접 장착한 뒤, 표시 패널 상에 특정 색상을 띄워 측정 센서에서 측정한 데이터가 기준치을 만족하는지에 대해 측정하였다. 다만, 이러한 종래의 측정 장치는, 헤드 마운티드 디스플레이의 실제 물리적 움직임을 고려할 수 없고, 특정 헤드 마운티드 디스플레이의 착용부에 맞도록 측정 센서를 제작해야 하는 바, 다른 장치와의 호환성이 떨어지는 문제점이 있었다.

<8> 또한, 종래의 지연 시간 측정 장치에서 표시 패널에 표시된 특정 색상을 감지하여 측정하는 방식은, 측정의 정밀성이 떨어지는 단점이 있었다.

<9> 본 발명은 사용자의 실제 움직임을 구현하는 모션 구동부와, 모션 구동부에 장착된 헤드 마운티드 디스플레이의 표시 장치에 나타나는 영상을 측정하는 센서 챔버부에서 측정한 데이터를 비교하여 지연 시간을 측정함으로서, 지연 시간 측정의 정밀도를 높일 수 있는 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

<10> 또한, 본 발명은 휘도값을 변화시킨 측정 패턴을 이용함으로써, 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 시간 측정의 정밀도를 높일 수 있는 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

<11> 본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

<12> 종래의 헤드 마운티드 디스플레이에 대한 지연 측정 장치는, 헤드 마운티드 디스플레이의 실제 물리적 움직임을 고려할 수 없고, 특정 헤드 마운티드 디스플레이의 착용부에 맞도록 측정 센서를 제작해야 하는 바, 다른 장치와의 호환성이 떨어지는 문제점이 있었다.

<13> 또한, 종래의 지연 시간 측정 장치에서 표시 패널에 표시된 특정 색상을 감지하여 측정하는 방식은, 측정의 정밀성이 떨어지는 단점이 있었다.

<14> 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치는, 움직임을 감지하는 센서부와 영상을 디스플레이하는 표시 패널을 포함하는 헤드 마운티드 디스플레이를 거치할 수 있는 고정판과, 제1 방향을 축으로 상기 고정판을 회전시키는 제1 구동부와, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 축으로 상기 고정판을 회전시키는 제2 구동부와, 상기 제1 및 제2 구동부의 움직임을 측정하는 모터 인코더를 포함하는 모션 구동부, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 상기 센서부에서 측정한 데이터를 기초로, 상기 표시 패널에 포함된 제1 영역과 제2 영역의 휘도값을 각각 변화시키는 측정 패턴을 출력하는 제어부, 및 상기 제1 영역의 휘도값을 측정하는 제1 포토 센서와, 상기 제2 영역의 휘도값을 측정하는 제2 포토 센서와, 상기 제1 및 제2 포토 센서의 측정값을 이용하여 상기 표시 패널에 표시된 영상의 움직임을 측정하는 센서 인코더를 포함하는 센서 챔버부를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 모터 인코더의 측정값과 상기 센서 인코더의 측정값을 비교하여, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 시간을 계산한다.

<15> 또한, 상기 제어부는, 상기 제1 영역 상에 온-픽셀(on-pixel) 영역과 오프-픽셀(off-pixel) 영역이 번갈아가며 나타나는 제1 패턴을 출력하고, 상기 제2 영역 상에 상기 제1 패턴이 시프트(shift)된 제2 패턴을 출력하되, 상기 제2 패턴은, 상기 제1 패턴의 단위 주기보다 작은 크기로 시프트될 수 있다.

<16> 또한, 상기 온-픽셀 영역과 상기 오프-픽셀 영역은, 각각 2 X 2 이상의 단위 픽셀들의 조합으로 구성될 수 있다.

<17> 또한, 상기 제1 포토 센서와 상기 제2 포토 센서에서 측정된 전압값을 휘도-수광 전압 변환 테이블을 이용하여 휘도값으로 변환시키는 신호 처리부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 신호 처리부로부터 제공받은 상기 휘도값을 이용하여 상기 휘도값에 매핑된 절대 각도를 계산하고, 상기 절대 각도와 상기 모터 인코더로부터 수신한 측정 각도를 비교하여 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 시간을 계산할 수 있다.

<18> 또한, 상기 제어부는, 상기 제1 영역 상에 상기 헤드 마운티드 디스플레이에 포함된 센서부에서 측정한 각도에 맵핑되는 제1 휘도값을 출력하고, 상기 제2 영역 상에 상기 센서부에서 측정한 각도에 맵핑되는 제2 휘도값을 출력할 수 있다.

<19> 또한, 상기 제1 구동부는, 상기 제1 방향으로 상기 고정판을 회전시키는 제1 회전축와, 상기 제1 회전축을 회전시키는 제1 모터부를 포함하고, 상기 제2 구동부는, 상기 제2 방향으로 상기 고정판을 회전시키는 제2 회전축와, 상기 제2 회전축을 회전시키는 제2 모터부를 포함하되, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 직교하고, 상기 센서 챔버부는, 상기 고정판의 상기 헤드 마운티드 디스플레이와 동일한 평면 상에 고정될 수 있다.

<20> 또한, 상기 센서 챔버부는, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 상기 표시 패널에 접하고, 상기 제1 포토 센서를 포함하는 제1 센서 고정 소켓, 및 상기 제1 센서 고정 소켓과 동일 선상에 얼라인 되도록 상기 표시 패널 상에 배치되고, 상기 제2 포토 센서를 포함하는 제2 센서 고정 소켓을 포함할 수 있다.

<21> 또한, 상기 제1 센서 고정 소켓은, 상기 표시 패널에 접하고, 내측에 슬릿이 형성되는 광로 형성부, 상기 광로 형성부의 일측에 배치되어 광로의 방향을 변경하는 반사판, 상기 광로 형성부의 타측에 접하고, 내측에 상기 제1 포토 센서가 안착되는 소켓 하우징, 및 상기 소켓 하우징과 결합되고 상기 제1 포토 센서를 고정시키는 센서 고정부를 포함할 수 있다.

<22> 또한, 상기 광로 형성부는, 내면에 형성된 금속막을 포함할 수 있다.

<23> 또한, 상기 센서 인코더는, 상기 제1 포토 센서의 측정값에 포함된 라이징 에지(rising edge)와 상기 제2 포토 센서의 측정값에 포함된 라이징 에지를 이용하여, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 회전 방향 및 회전 속도를 계산할 수 있다.

<24> 본 발명의 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 방법은, 제1 구동부를 이용하여 제1 방향을 축으로 헤드 마운티드 디스플레이가 거치된 고정판을 회전시키거나, 제2 구동부를 이용하여 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 축으로 상기 고정판을 회전시킴으로써, 상기 헤드 마운티드 디스플레이를 이동시키는 단계, 모터 인코더에서 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 움직임을 측정하는 단계, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 센서부에서 측정한 데이터를 기초로, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 표시 패널에 포함된 제1 영역과 제2 영역의 휘도값을 각각 변화시키는 측정 패턴을 출력하는 단계, 센서 인코더에서 제1 포토 센서를 이용하여 상기 제1 영역의 휘도값을 측정하고, 제2 포토 센서를 이용하여 상기 제2 영역의 휘도값을 측정하여 상기 표시 패널에 표시된 영상의 움직임을 측정하는 단계, 및 상기 모터 인코더의 측정값과 상기 센서 인코더의 측정값을 비교하여, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 시간을 계산하는 단계를 포함한다.

<25> 또한, 상기 측정 패턴을 출력하는 단계는, 상기 제1 영역 상에 온-픽셀(on-pixel) 영역과 오프-픽셀(off-pixel) 영역이 번갈아가며 나타나는 제1 패턴을 출력하고, 상기 제2 영역 상에 상기 제1 패턴이 시프트된 제2 패턴을 출력하되, 상기 제2 패턴은, 상기 제1 패턴의 단위 주기보다 작은 크기로 시프트될 수 있다.

<26> 또한, 상기 온-픽셀 영역과 상기 오프-픽셀 영역은, 각각 2 X 2 이상의 단위 픽셀들의 조합으로 구성될 수 있다.

<27> 또한, 상기 제1 포토 센서와 상기 제2 포토 센서에서 측정된 전압값을 휘도-수광 전압 변환 테이블을 이용하여 휘도값으로 변환시키는 단계를 더 포함하고, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 시간을 계산하는 단계는, 상기 휘도값을 이용하여 상기 휘도값에 매핑된 절대 각도를 계산하는 단계, 및 상기 절대 각도와 상기 모터 인코더로부터 수신한 측정 각도를 비교하여 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 시간을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

<28> 또한, 상기 측정 패턴을 출력하는 단계는, 상기 제1 영역 상에 상기 헤드 마운티드 디스플레이에 포함된 상기 센서부에서 측정한 각도에 맵핑되는 제1 휘도값을 출력하고, 상기 제2 영역 상에 상기 센서부에서 측정한 각도에 맵핑되는 제2 휘도값을 출력할 수 있다.

<29> 또한, 상기 표시 패널에 표시된 이미지의 움직임을 측정하는 단계는, 상기 제1 포토 센서의 측정값에 포함된 라이징 에지(rising edge)와 상기 제2 포토 센서의 측정값에 포함된 라이징 에지를 이용하여, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 회전 방향 및 회전 속도를 계산할 수 있다.

<30> 또한, 상기 표시 패널에 표시된 이미지의 움직임을 측정하는 단계는, 단위 주기 내에서 상기 제1 포토 센서의 측정값에 포함된 라이징 에지와 상기 제2 포토 센서의 측정값에 포함된 라이징 에지 사이의 선후관계를 비교하여 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 회전 방향을 판단하고, 일정 시간 내에 통과한 라이징 에지의 수를 카운팅하여 회전 속도를 계산하는 것을 포함할 수 있다.

<31> 본 발명의 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치는, 헤드 마운티드 디스플레이를 모션 구동부의 지지부 상에 직접 거치함으로써, 다양한 규격의 헤드 마운티드 디스플레이에 대한 지연 시간을 측정할 수 있고, 측정 장치의 범용성을 확대시킬 수 있다.

<32> 또한, 본 발명의 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치는, 물리적 움직임에 대한 측정값과, 휘도값을 변화시킨 측정 패턴을 표시 장치에 출력한 뒤, 이에 대한 휘도값을 측정하는 센서부에서의 측정값을 비교하여 지연 시간을 측정함으로써, 헤드 마운티드 디스플레이에 대한 지연 시간 측정의 정확도를 개선시킬 수 있다. 또한, 높은 반응 속도를 갖는 휘도 센서를 이용함으로써, 지연 시간 측정의 정밀도가 개선시킬 수 있고, 측정 기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

<33> 또한, 본 발명의 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치는, 헤드 마운티드 디스플레이의 정확한 지연 시간을 계산할 수 있고, 상기 데이터를 지연 시간을 단축시키는데 이용함으로써, 짧은 지연 시간을 갖는 자연스러운 가상 현실 화면을 구현할 수 있으며, 사용자가 느낄 수 있는 어지러움(Sim Sickness)을 감소시킬 수 있다.

<34> 도 1은 헤드 마운티드 디스플레이를 착용한 사용자의 움직임을 나타내기 위한 사시도이다.
<35> 도 2는 헤드 마운티드 디스플레이를 나타내는 블럭도이다.
<36> 도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.
<37> 도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치를 나타내는 사시도이다.
<38> 도 5는 도 4의 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치에 대한 측면도이다.
<39> 도 6은 도 4의 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치에 대한 배면도이다.
<40> 도 7은 도 4의 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치에 포함된 센서 챔버부를 설명하기 위한 사시도이다.
<41> 도 8은 도 7의 센서 챔버부를 설명하기 위한 측면도이다.
<42> 도 9는 도 7의 센서 챔버부에 포함된 센서 고정 소켓을 설명하기 위한 단면도이다.
<43> 도 10및 도 11은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 블럭도이다.
<44> 도 12 및 도 13은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치의 모션 구동부에 포함된 모터 인코더의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
<45> 도 14 내지 도 17은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치의 센서 챔버부에 포함된 센서 인코더의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
<46> 도 18은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치에 포함된 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
<47> 도 19는 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.
<48> 도 20내지 도 23은 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

<49> 전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

<50> 이하, 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치 및 방법에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

<51> 도 1은 헤드 마운티드 디스플레이를 착용한 사용자의 움직임을 나타내기 위한 사시도이다.

<52> 도 1을 참조하면, 헤드 마운티드 디스플레이(2000)는 사용자의 머리에 고정되며, 사용자의 눈 위에 착용되어, 두 개의 서로 다른 영상을 표시할 수 있다.

<53> 사용자의 머리 중심은 피치(pich), 요(yaw) 및 롤(roll) 축의 3차원 중심에 위치한다. 3차원 좌표계에서 피치(pitch)는 x축 회전이고, 요(yaw)는 y축 회전이고, 롤(roll)은 z축 회전이다.

<54> 사용자가 착용한 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 움직임은 피치(pitch), 요(yaw), 롤(roll)로 표현될 수 있다.

<55> 도 2는 헤드 마운티드 디스플레이를 나타내는 블럭도이다.

<56> 도 2를 참조하면, 일반적인 헤드 마운티드 디스플레이(2000)는 표시 패널(2100), 제어부(2200), 센서부(2300), 무선통신부(2400), 인터페이스부(2500), 메모리부(2600) 및 버스(2700)를 포함한다.

<57> 표시 패널(2100)는 제어부(2200)로부터의 제어 명령에 따라 프로세싱된 영상을 디스플레이한다.

<58> 표시 패널(2100)에 표시되는 영상은 지연 시간을 측정하기 위한 제1 영역 및 제2 영역을 포함할 수 있다. 제1 영역 및 제2 영역은 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 시간 측정을 위한 측정 패턴을 포함할 수 있다.

<59> 이때, 제1 영역은 제1 포토 센서에 의해 측정되고, 제2 영역은 제2 포토 센서에 의해 측정될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.

<60> 표시 패널(2100)은 지연 시간의 측정을 위해 헤드 마운티드 디스플레이의 몸체부에 분리될 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(2100)은 지연 측정 장치(1000)의 센서 챔버부(도 4의 200)에 고정되고, 표시 패널(2100) 상에는 제1 포토 센서 및 제2 포토 센서가 위치할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<61> 제어부(2200)는 헤드 마운티드 디스플레이(2000) 내의 모든 구성요소들의 동작을 제어할 수 있다.

<62> 구체적으로, 제어부(2200)는 센서부(2300)에서 측정한 데이터를 기초로 위치 정보를 계산하고, 상기 위치 정보를 지연 측정 장치(1000)에 전달할 수 있다. 이어서, 제어부(2200)는 수신한 위치 정보를 기초로 측정 패턴을 포함하는 새로운 영상을 지연 측정 장치(1000)로부터 수신하여 표시 패널(2100)에 전달할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제어부(2200)는 수신한 위치 정보를 기초로 측정 패턴을 포함하는 새로운 영상을 생성할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.

<63> 제어부(2200)는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; 이하, CPU), 그래픽 처리 장치(Graphic Processing Unit; 이하, GPU)를 포함할 수 있다.

<64> 센서부(2300)는 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 움직임을 감지한다. 센서부(2300)는 모션, 포지션, 오리엔테이션 데이터를 생성하는 센서들을 포함한다. 센서부(2300)는 자이로스코프, 가속도 센서, 자기 센서, 적어도 하나의 비디오 카메라, 칼라 센서들을 포함하고, 모션 센서, 포지션 센서, 오리엔테이션 센서들을 포함할 수 있다. 여기서, 오리엔테이션은 헤드 마운티드 디스플레이(2000)를 착용한 사용자가 사물을 바라보는 3차원 공간에서의 방향 벡터를 의미한다.

<65> 센서부(2300)는 높은 비율에서 센서 데이터를 제공하기 위하여 상대적으로 높은 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 예를 들면, 센서 데이터는 1,000 Hz의 비율로 생성될 수 있다. 또한, 센서부(2300)는 매 백만분의 1초마다 센싱할 수 있다. 이러한 방법으로 1초당 수천 개의 센서 데이터가 생성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<66> 무선통신부(2400)는 통신 네트워크로 데이터를 전송하거나 통신 네트워크로부터 데이터를 수신하는 기능을 수행할 수 있다. 무선통신부(2400)는 프로토콜을 이용하여 데이터를 송수신한다. 예를 들어, 무선통신부(2400)는 헤드 마운티드 디스플레이(2000)와 연계되어 동작하는 사용자 컨트롤러 또는 외부 센서와 무선으로 데이터를 주고받을 수 있다.

<67> 인터페이스부(2500)는 사용자의 입력을 수신할 수 있다. 인터페이스부(2500)는 복수의 버튼, 적외선 센서, 키네틱 센서 등을 이용하여 사용자의 명령을 입력받을 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<68> 메모리부(2600)는 제어부(2200)에서 수신한 영상을 저장한다. 또한, 메모리부(2600)는 센서부(2300)에서 측정한 센싱 데이터 및 표시 패널(2100)에 포함된 렌즈에 대한 렌즈 보정 정보 등을 저장하고, 이를 제어부(2200) 또는 표시 패널(2100)에 제공할 수 있다.

<69> 메모리부(2600)는 휘발성 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 메모리부(2600)는 생성된 영상을 임시로 저장하는 버퍼로써 동작할 수 있다.

<70> 버스(2700)는 표시 패널(2100), 제어부(2200), 센서부(2300), 무선통신부(2400), 인터페이스부(2500), 및 메모리부(2600)가 서로 데이터 통신을 하는데 이용될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 이러한 버스(2030)는 다층 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 이러한 버스(2030)의 예로는 다층 AHB(multi-layer Advanced High-performance Bus), 또는 다층 AXI(multi-layer Advanced eXtensible Interface)가 이용될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

<71> 일반적으로 헤드 마운티드 디스플레이(2000)는 센서부(2300)로부터 사용자의 움직임을 취득한 시점에서부터 화면에 해당 영상을 디스플레이 할 때까지 일정한 시간(이하, 지연 시간(motion to photon latency)이라 한다)이 소요된다.

<72> 지연 시간이 20ms 이하일 때, 사용자는 지연 현상을 인지하지 못한다. 그러나, 지연 시간이 길어지는 경우(예를 들어, 50 ms 이상), 헤드 마운트 디스플레이를 착용하고 가상 현실 프로그램을 실행할 때, 사용자가 영상에 부자연스러움 및 위화감을 느끼게 되며, 심한 경우 어지러움(Sim Sickness)을 느낄 수 있다.

<73> 도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.

<74> 도 3을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치(1000)는 모션 구동부(100), 센서 챔버부(200), 및 제어부(300)를 포함한다.

<75> 모션 구동부(100)는 모터부(110)와 모터 인코더(120)를 포함한다.

<76> 모터부(110)는 모션 구동부(100)에 거치된 헤드 마운티드 디스플레이를 움직일 수 있다. 모터부(110)는 복수의 모터를 포함하며, 각각의 모터는 서로 다른 방향축을 기준으로 회전 할 수 있다. 예를 들어, 모터부(110)는 3개의 모터를 포함하며, 각각 X축, Y축, Z축을 기준으로 회전할 수 있다.

<77> 모터 인코더(120)는 모터부(110)의 움직임을 측정할 수 있다. 예를 들어, 모터 인코더(120)는 모터부(110)에 포함된 각각의 모터에 대한 회전 각도, 회전 속도, 회전 방향 등을 측정할 수 있다. 이때, 모터 인코더(120)는 모터부(110)에 포함된 각각의 모터마다 배치될 수 있다. 모터 인코더(120)의 측정 방법은 이후에서 도 12 및 도 13을 참조하여 자세히 후술하도록 한다.

<78> 센서 챔버부(200)는 센서부(210)와 센서 인코더(220)를 포함한다.

<79> 센서부(210)는 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 표시 패널(2100) 상에 배치되며, 특정 영역의 픽셀에 대한 휘도값을 측정한다. 센서부(210)는 복수의 포토 센서를 포함할 수 있으며, 각각의 포토 센서는 서로 다른 영역의 픽셀에 대한 휘도값을 측정할 수 있다.

<80> 예를 들어, 센서부(210)는 제1 포토 센서와 제2 포토 센서를 포함할 수 있으며, 제1 포토 센서는 표시 패널(2100) 상의 제1 영역의 휘도값을 측정하고, 제2 포토 센서는 표시 패널(2100) 상의 제2 영역의 휘도값을 측정할 수 있다. 센서부(210)에서 측정된 복수의 휘도값은 센서 인코더(220)에 전달된다.

<81> 센서 인코더(220)는 센서부(210)에서 측정한 복수의 휘도값을 기초로 표시 패널(2100)에 표시된 영상의 움직임을 측정할 수 있다. 이때, 센서 인코더(220)가 표시 패널(2100)에 표시된 영상의 움직임을 측정하는 방식은, 모터 인코더(120)는 모터부(110)의 움직임을 측정하는 방식과 유사하다. 이에 대한 자세한 설명은 이후에서 도 14 및 도 17을 참조하여 자세히 후술하도록 한다.

<82> 제어부(300)는 모션 구동부(100)와 센서 챔버부(200)의 동작을 제어하고, 지연 측정 장치(1000)에서 측정한 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 지연 시간을 계산할 수 있다.

<83> 구체적으로, 제어부(300)는 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 센서부(2300)에서 측정한 데이터를 기초로, 표시 패널(2100)에 포함된 제1 영역과 제2 영역의 휘도값을 각각 변화시키는 측정 패턴을 출력할 수 있다.

<84> 이어서, 제어부(300)는 모션 구동부(100)의 모터 인코더(120)에서 측정한 측정값과, 센서 챔버부(200)의 센서 인코더(220)에서 측정한 측정값을 비교하여 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 지연 시간을 측정할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 18을 참조하여 후술하도록 한다.

<85> 도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치를 나타내는 사시도이다. 도 5는 도 4의 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치에 대한 측면도이다. 도 6은 도 4의 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치에 대한 배면도이다.

<86> 도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 지연 측정 장치(1000)는 모션 구동부(100)와 센서 챔버부(200)를 포함한다.

<87> 모션 구동부(100)는 고정판(130), 제1 구동부(140), 제1 하우징(162), 제2 구동부(150), 제2 하우징(164), 받침부(166)를 포함한다.

<88> 고정판(130)은 헤드 마운티드 디스플레이(2000)와 센서 챔버부(200)를 거치할 수 있다. 센서 챔버부(200)는 고정판(130)의 상면에 고정될 수 있다. 도면에 명확하게 도시하지는 않았으나, 고정판(130)은 헤드 마운티드 디스플레이(2000)를 거치 및 고정시킬 수 있는 고정부(미도시)를 포함할 수 있다. 이때, 헤드 마운티드 디스플레이(2000)와 센서 챔버부(200)는 동일 평면 상에 배치될 수 있다.

<89> 제1 구동부(140)는 제1 방향을 축으로 고정판(130)을 회전시킬 수 있다. 이때, 제1 방향은 도 1을 참조하여 설명한 x축 방향(예를 들어, pitch 회전축 방향)일 수 있다.

<90> 제1 구동부(140)는 제1 모터부(142)와 제1 회전축(144)을 포함한다. 제1 구동부(140)는 제1 하우징(162)에 장착될 수 있다. 제1 모터부(142)는 제1 방향을 축으로 회전하며 제1 회전축(144)를 회전시키는 토크를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 모터부(142)는 기어 또는 벨트를 이용하여 제1 회전축(144)에 토크를 전달할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<91> 도면에 명확히 도시하지는 않았으나, 제1 모터부(142)는 제어부(300)에 의해 움직임이 제어되며, 모터 인코더(120)에 의해 기계적 움직임이 측정될 수 있다. 이때, 모터 인코더(120)는 높은 레졸루션(resolution)을 가지므로, 제1 구동부(140)의 움직임을 정밀하게 측정할 수 있다.

<92> 제1 회전축(144)은 고정판(130)과 연결될 수 있다. 이때, 제1 회전축(144)은 고정판(130)의 중심과 연결될 수 있고, 제1 회전축(144)과 고정판(130)은 일체로 움직일 수 있다.

<93> 제2 구동부(150)는 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 축으로 고정판(130)을 회전시킬 수 있다. 이때, 제2 방향은 도 1을 참조하여 설명한 y축 방향(예를 들어, yaw 회전축 방향)일 수 있다.

<94> 제2 구동부(150)는 제2 모터부(152)와 제2 회전축(154)을 포함한다. 제2 구동부(150)는 제2 하우징(164)에 장착될 수 있다. 제2 하우징(164)은 받침부(166) 상에 고정되며, 제1 하우징(162)의 하부에 위치하여 제1 하우징(162)을 지지할 수 있다.

<95> 제2 모터부(152)는 제2 방향을 축으로 회전하며 제2 회전축(154)를 회전시키는 토크를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2 모터부(152)는 기어 또는 벨트를 이용하여 제2 회전축(154)에 토크를 전달할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<96> 도면에 명확히 도시하지는 않았으나, 제1 모터부(142)도 제1 구동부(140)와 마찬가지로 제어부(300)에 의해 움직임이 제어되며, 모터 인코더(120)에 의해 기계적 움직임이 측정될 수 있다. 이때, 제2 구동부(150)의 움직임을 측정하는 모터 인코더(120)는, 제1 구동부(140)의 움직임을 측정하는 모터 인코더(120)와 별개로 형성될 수 있다.

<97> 제2 회전축(154)은 제1 하우징(162)과 연결될 수 있다. 이때, 제2 회전축(145)은 제1 하우징(162)의 무게 중심에 연결될 수 있고, 제2 회전축(154)과 제1 하우징(162)은 일체로 움직일 수 있다.

<98> 결과적으로, 제1 회전축(144)이 회전함에 따라, 헤드 마운티드 디스플레이(2000)는 제1 방향을 기준으로 회전하고, 제2 회전축(154)이 회전함에 따라, 헤드 마운티드 디스플레이(2000)는 제2 방향을 기준으로 회전할 수 있다. 이때, 제어부(300)는 제1 모터부(142)와 제2 모터부(152)의 움직임을 제어함으로써, 헤드 마운티드 디스플레이(2000)를 제1 방향 또는 제2 방향으로 움직이게 할 수 있다.

<99> 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 도면에 명확하게 도시하지는 않았으나, 모션 구동부(100)는 제1 방향 및 제2 방향과 직교하는 제3 방향으로 회전하는 제3 구동부를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 모션 구동부(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 3개의 축으로 자유롭게 이동할 수 있다.

<100> 도 7은 도 4의 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치에 포함된 센서 챔버부를 설명하기 위한 사시도이다. 도 8은 도 7의 센서 챔버부를 설명하기 위한 측면도이다.

<101> 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 지연 측정 장치(1000)의 센서 챔버부(200)는, 지지부(212), 크로스바(215), 관절부(222), 센서 고정 소켓(230)을 포함한다.

<102> 지지부(212)는 영상이 출력되는 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 표시 패널(2100)을 고정시킬 수 있다. 도면은 표시 패널(2100)을 고정시키는 지지부(212)의 일 실시예를 도시한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이때, 지지부(212)는 표시 패널(2100)에 손상이 가지 않는 고정 방법(예를 들어, 접촉면이 탄성체로 이루어진)을 이용할 수 있다.

<103> 크로스바(215)는 지지부(212) 상에 위치하며, 복수의 센서 고정 소켓(230)과 연결될 수 있다. 크로스바(215)는 지지부(212)와 이격되도록 지지부(212)의 상측에 연결될 수 있으며, 표시 패널(2100)은 크로스바(215)는 지지부(212) 사이에 배치될 수 있다.

<104> 관절부(222)는 일측이 크로스바(215)의 하측에 연결되고, 타측이 센서 고정 소켓(230)에 연결될 수 있다. 관절부(222)는 복수 개의 바로 이루어진 연결 구조로 형성될 수 있으며, 길이를 조절할 수 있다.

<105> 센서 고정 소켓(230)은 관절부(222)의 일측에 고정되며, 표시 패널(2100)의 특정 영역 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 센서 고정 소켓(230)은 표시 패널(2100)의 제1 영역 또는 제2 영역의 픽셀 상에 배치될 수 있다. 이때, 센서 고정 소켓(230)은 표시 패널(2100)의 상면에 접하도록 배치될 수 있다.

<106> 센서 고정 소켓(230)은 포토 센서(도 9의 235)를 포함하며, 표시 패널(2100)의 특정 픽셀의 휘도값을 감지할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.

<107> 도면 상에서, 센서 챔버부(200)는 4개의 센서 고정 소켓(230)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 센서 고정 소켓(230)(예를 들어, 6개의 센서 고정 소켓(230))을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<108> 도 9는 도 7의 센서 챔버부에 포함된 센서 고정 소켓을 설명하기 위한 단면도이다.

<109> 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 고정 소켓(230)은, 광로 형성부(232), 반사판(233), 포토 센서(235), 소켓 하우징(236), 센서 고정부(237)를 포함한다.

<110> 광로 형성부(232)는 표시 패널(2100)에 접하고, 내측에 슬릿(231)이 형성되어 있다. 이때, 도면에 자세히 도시하지는 않았으나, 광로 형성부(232)의 내면에는 광손실을 줄여주는 막이 형성될 수 있다. 예를 들어, 광로 형성부(232)의 내면에는 높은 반사율을 가지는 금속막 또는 반사막이 형성될 수 있다. 광로 형성부(232) 내에 형성된 광로는 직각으로 형성될 수 있다.

<111> 반사판(233)은 광로 형성부(232)의 일측에 배치되며, 광로의 방향을 변경시킨다. 반사판(233)은 광로 형성부(232) 내에 형성된 광로가 반사되는 면에 배치될 수 있다.

<112> 포토 센서(235)는 광로 형성부(232)의 타측에 배치되며, 표시 패널(2100)의 특정 영역에 대한 휘도값을 검출할 수 있다. 포토 센서(235)는 광로 형성부(232)의 내측에 형성된 슬릿(231)을 통해 입력되는 빛의 휘도값을 측정할 수 있다. 이때, 슬릿(231)은 표시 패널(2100)의 적은 수의 픽셀만을 감지할 수 있도록 좁게 형성될 수 있다.

<113> 소켓 하우징(236)은 반사판(233)과 대향되는 광로 형성부(232)의 일측에 배치되며, 내측에 포토 센서(235)가 안착될 수 있다. 소켓 하우징(236)의 내측에는 포토 센서(235)가 안착될 수 있는 안착홈이 형성될 수 있다.

<114> 센서 고정부(237)는 소켓 하우징(236)과 결합 가능하고, 포토 센서(235)를 소켓 하우징(236)에 결합시킬 수 있다. 이때, 센서 고정부(237)는 소켓 하우징(236)과 나사홈을 통해 결합되며, 포토 센서(235)를 소켓 하우징(236)에 고정시킬 수 있다.

<115> 다만, 도 9의 예는 본 발명의 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<116> 도 10및 도 11은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 블럭도이다.

<117> 도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 지연 측정 장치(1000)는, 우선 제어부(300)에서 지연 시간 측정을 위한 측정 패턴을 렌더링한다(S110). 이때, 측정 패턴은 온-픽셀(on-pixel) 영역과 오프-픽셀(off-pixel) 영역이 번갈아가며 나타나는 제1 패턴과, 제1 패턴을 단위 주기보다 작은 크기로 시프트(shift) 시킨 제2 패턴을 포함한다. 제1 패턴과 제2 패턴은 각각 서로 다른 포토 센터에 의해 휘도값이 측정될 수 있다.

<118> 이어서, 지연 측정 장치(1000)는 렌더링된 측정 패턴에 대응되는 움직임을 수행하도록 모션 구동부(100)를 제어한다(S120). 구체적으로, 제어부(300)는 모션 구동부(100)의 모터부(110)에 동작 명령을 전달하여 모션 구동부(100)에 거치된 헤드 마운티드 디스플레이(2000)를 움직인다.

<119> 이어서, 센서 챔버부(200)는 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 센서부(2300)에서 감지한 움직임을 기초로, 표시 패널(2100)에 측정 패턴을 디스플레이 한다. 이때, 측정 패턴은 표시 패널(2100)의 일부에 표시될 수 있다.

<120> 이어서, 센서 챔버부(200)는 측정 패턴에 대한 휘도값의 변화를 센서부(210)를 이용하여 측정한다(S130).

<121> 이어서, 모터 인코더(120)는 모션 구동부(100)의 움직임을 측정하여 제어부(300)에 전달하고, 센서 인코더(220)는 센서부(210)를 이용하여 표시 패널(2100)에 표시된 영상의 움직임을 측정하여 제어부(300)에 전달한다(S140). 이때, 센서부(210)는 표시 패널(2100)에 표시된 영상에 포함된 측정 패턴의 휘도값을 측정하여 표시된 영상의 움직임을 감지할 수 있다. 이때, 모터 인코더(120)에서 모션 구동부(100)의 움직임을 측정하는 방법과, 센서 인코더(220)에서 표시 패널(2100)에 표시된 영상의 움직임을 측정하는 방법은 이후 도 12 내지 도 17을 참조하여 후술하도록 한다.

<122> 이어서, 제어부(300)는 모터 인코더(120)의 측정값과, 센서 인코더(220)의 측정값을 비교하여 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 지연 시간을 계산할 수 있다.

<123> 도 12 및 도 13은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치의 모션 구동부에 포함된 모터 인코더의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

<124> 도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 모터 인코더(120)에서 모션 구동부(100)의 움직임을 측정하는 방법은 다음과 같다.

<125> 모터 인코더(120)는 증가형 인코더 방식을 이용하여 모션 구동부(100)의 회전 방향 및 회전 각도를 측정한다.

<126> 모터 인코더(120)는 코드 트랙(code track)이 형성된 회전 디스크(rotating disk)를 이용하여 움직임을 측정한다. 이때, 회전 디스크는 샤프트(Shaft)를 중심으로 회전하며, 코드 트랙의 일측에는 광원(light source)이 위치하고, 코드 트랙의 타측에는 포토 센서(light sensor)가 광원과 동일 선상에 위치한다. 광원에서 나온 빛은 코드 트랙을 통과하여 포토 센서에 의해 검출될 수 있다.

<127> 도 13의 <A> 를 참조하면, 코드 트랙은 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)을 포함한다. 이때, 제1 패턴(P1)은 일정한 주기성을 가지며, 제2 패턴(P2)은 제1 패턴(P1)에서 일정 시간만큼 시프트(shift)될 수 있다. 예를 들어, 제2 패턴(P2)은 제1 패턴(P1)의 단위 주기보다 작은 크기로 시프트(shift)될 수 있다.

<128> 제1 패턴(P1)은 코드 트랙의 외측에 위치하고, 제2 패턴(P2)은 코드 트랙의 내측에 위치할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 코드 트랙의 검은색 부분은 광원이 통과할 수 있도록 개방된 부분이고, 흰색 부분은 광원이 통과하지 못하는 부분이다.

<129> 포토 센서에 의해 검출된 신호는 도 13의 <B> 에 도시된 그래프와 같다. 회전 디스크의 회전에 의하여 제1 포토 센서(PS1)에서 제2 포토 센서(PS2)에서는 구형파의 파형이 검출될 수 있다. 이때, 제1 포토 센서(PS1)는 제1 센서 고정 소켓에 포함되고, 제2 포토 센서(PS2)는 제2 센서 고정 소켓에 포함되며, 제1 센서 고정 소켓과 제2 센서 고정 소켓은 동일 선상에 얼라인 되도록 표시 패널(2100) 상에 배치될 수 있다.

<130> 모터 인코더(120)는 제1 포토 센서(PS1)와 제2 포토 센서(PS2)에서 측정된 파형의 라이징 에지(rising edge)의 선후관계와, 특정 시간동안 발생한 라이징 에지의 개수를 기초로 회전 방향 및 회전 속도를 감지할 수 있다. 구체적인 계산 방식은 도 16 및 도 17을 참조하여 후술하도록 한다.

<131> 또한, 모터 인코더(120)는 각 방향(예를 들어, x축, y축, z축)마다 두개의 포토 센서를 이용하여 모션 구동부(100)의 움직임을 측정할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<132> 도 14 내지 도 17은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치의 센서 챔버부에 포함된 센서 인코더의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 동일한 사항에 대해서는 중복된 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.

<133> 도 14를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 센서 챔버부(200)는 모션 구동부(100)와 실질적으로 동일한 방식으로, 표시 패널(2100)에 표시된 영상의 움직임을 측정한다.

<134> 도 14는 표시 패널(2100)의 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)에 표시되는 측정 패턴을 나타낸다. 측정 패턴은 온-픽셀(on-pixel) 영역과 오프-픽셀(off-pixel) 영역이 번갈아가며 나타나는 제1 패턴과, 제1 패턴이 시프트(shift)된 제2 패턴을 포함한다. 이때, 제1 패턴은 제1 영역(A1) 상에 순차적으로 나타나고, 제2 패턴은 제2 영역(A2) 상에 순차적으로 나타난다.

<135> 이때, 온-픽셀(on-pixel) 영역과 오프-픽셀(off-pixel) 영역은 서로 다른 휘도값을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 온-픽셀(on-pixel) 영역은 255의 휘도값을 갖고, 오프-픽셀(off-pixel)은 0의 휘도값을 가질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 온-픽셀(on-pixel) 영역과 오프-픽셀(off-pixel) 영역 사이의 휘도값의 차는 더 작을 수 있다.

<136> 센서 챔버부(200)는 복수의 포토 센서를 포함한다. 이때, 제1 포토 센서(235a)는 제1 영역(A1)에서 움직이는 제1 패턴의 휘도값을 측정하고, 제2 포토 센서(235b)는 제2 영역(A2)에서 움직이는 제2 패턴의 휘도값을 측정한다.

<137> 도 15의 <A> 를 참조하면, 온-픽셀(on-pixel) 영역과 오프-픽셀(off-pixel) 영역을 너무 적은 수의 픽셀로서 표현하는 경우, 포토 센서가 검출하는 신호의 크기가 작아져서 제대로된 값을 검출하지 못할 수 있다.

<138> 따라서, 도 15의 <B> 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 챔버부(200)는 표시 패턴의 단위 픽셀을 확장시킬 수 있다. 예를 들어, 표시 패턴에 포함된 온-픽셀(on-pixel) 영역과 오프-픽셀(off-pixel) 영역은 2 X 2 이상의 단위 픽셀들의 조합으로 구성될 수 있다. 이 경우, 표시 패턴에 대한 단위 픽셀이 커짐에 따라 포토 센서에서 측정된 휘도값은 충분히 커질 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 보다 정확한 휘도값을 검출할 수 있으며, 측정치의 정확도를 향상시킬 수 있다.

<139> 도 16 및 도 17은 제1 및 제2 포토 센서에서 측정한 휘도값을 나타내는 그래프이다.

<140> 도 16및 도 17을 참조하면, 제1 포토 센서(PS1)에서 측정된 신호와 제2 포토 센서(PS2)에서 측정된 신호를 비교하면, 표시 패널(2100)에 표시된 화면의 회전 방향 및 회전 속도를 계산할 수 있다.

<141> 예를 들어, 특정 시점을 기준으로, 단위 주기(T) 내에서 제1 포토 센서(PS1)의 라이징 에지가 제2 포토 센서(PS2)의 라이징 에지보다 먼저 나타나는 경우, 영상은 시계 방향으로 회전하는 것으로 판단된 수 있다.

<142> 마찬가지로, 도 17을 참조하면, 단위 주기(T) 내에서 제2 포토 센서(PS2)의 라이징 에지가 제1 포토 센서(PS1)의 라이징 에지보다 먼저 나타나는 경우, 영상은 반시계 방향으로 회전하는 것으로 판단된 수 있다.

<143> 또한, 단위 시간동안 통과하는 라이징 에지의 숫자를 카운팅하여 영상의 회전 속도를 계산할 수 있다. 이때, 센서 챔버부(200)는 제1 포토 센서(PS1)와 제2 포토 센서(PS2)의 측정값을 모두 이용할 수 있으므로, 단위 주기(T)에 대해 4배로 시분할을 하여 회전 속도를 측정할 수 있게 된다.

<144> 예를 들어, 제1 포토 센서(PS1)와 제2 포토 센서(PS2)의 값은 4개의 조합(예를 들어, 00, 01, 10, 11)이 가능하며, 하나의 단위 주기(T)는 4개의 조합으로 이루어 질 수 있는 바, 센서 챔버부(200)에서 측정할 수 있는 최소 단위 시간은 T/4가 될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<145> 도 18은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치에 포함된 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

<146> 도 18을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 지연 측정 장치(1000)는, 모션 구동부(100)의 측정값과, 센서 챔버부(200)의 측정값을 비교하여 지연 측정 장치(1000)에 장착된 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 지연 시간을 계산할 수 있다.

<147> 이때, 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 지연 시간은 모션 구동부(100)에서 측정된 신호와, 센서 챔버부(200)에서 측정된 신호 사이의 차이를 기초로 계산될 수 있다.

<148> 예를 들어, 단위 주기 내에서 모션 구동부(100)에서 측정된 신호의 라이징 에지가 나타나는 제1 시점(t1)에서, 센서 챔버부(200)에서 측정된 신호의 라이징 에지가 나타나는 제2 시점(t2)을 뺀 값이 지연 시간이 될 수 있다.

<149> 본 발명은 지연 측정 장치(1000)의 모션 구동부(100)에서의 물리적 움직임에 대한 측정값과, 휘도값을 변화시킨 측정 패턴을 표시 장치에 출력한 뒤, 이에 대한 휘도값을 측정하는 센서 챔버부(200)에서의 측정값을 비교하여 지연 시간을 측정함으로써, 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 지연 시간 측정의 정확도를 개선시킬 수 있다. 또한, 높은 반응 속도를 갖는 휘도 센서를 이용함으로써, 지연 시간 측정의 정밀도가 개선되어, 측정 기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

<150> 도 19는 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치를 설명하기 위한 블럭도이다. 도 20내지 도 23은 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 동일한 사항에 대해서는 중복된 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.

<151> 도 19를 참조하면, 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 지연 측정 장치(1001)는 모션 구동부(100), 센서 챔버부(200), 제어부(300), 및 신호 처리부(400)를 포함한다. 모션 구동부(100), 센서 챔버부(200), 제어부(300)의 동작은 앞에서 설명한 지연 측정 장치(1000)에 포함된 구성요소와 실질적으로 동일한 구성 및 동작을 수행한다.

<152> 신호 처리부(400)는 포토 센서에서 측정한 전압값을 휘도-수광 전압 변환 테이블을 이용하여 휘도값으로 변환시킨다. 신호 처리부(400)는 오실로스코프와 같은 측정 장비를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<153> 신호 처리부(400)는 모션 구동부(100)에 포함된 포토 센서에서 측정한 측정값과, 센서 챔버부(200)에 포함된 포토 센서에서 측정된 측정값을 수신한다. 신호 처리부(400)가 수신한 측정값은 특정 전압값을 갖는다.

<154> 도 20과 도 21을 참조하면, 신호 처리부(400)에서 측정된 전압값은, 휘도-수광 전압 변환 테이블을 이용하여 휘도값(intensity)으로 변환될 수 있다. 휘도-수광 전압 변환 테이블은 특정 전압에 매핑된 휘도값을 포함할 수 있다. 이어서, 특정 휘도값은 지연 측정 장치(1000) 내에서 절대 각도에 맵핑되어 사용될 수 있다.

<155> 도 22를 참조하면, 제어부(300)는 절대 각도에 맵핑된 휘도값을 표시 패널(2100)에 표시할 수 있다. 예를 들어, 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 센서부(2300)에서 측정된 제1 각도는, 상기 제1 각도에 맵핑된 제1 휘도값으로 표시 패널(2100)에 표시될 수 있다.

<156> 이어서, 센서 인코더(220)에 포함된 포토 센서는 표시 패널(2100)에 표시된 픽셀의 휘도값을 측정하여 신호 처리부(400)에 전달한다. 신호 처리부(400)는 휘도-수광 전압 변환 테이블을 이용하여 포토 센서에서 측정한 휘도값을 계산하여 제어부(300)에 전달한다. 이어서, 제어부(300)는 수신한 휘도값에 매핑된 절대 각도를 계산하고, 절대 각도와 모터 인코더(120)로부터 수신한 측정 각도를 비교하여 헤드 마운티드 디스플레이(2000)의 지연 시간을 계산한다.

<157> 이때, 센서 인코더(220)는 복수의 포토 센서를 포함할 수 있으며, 하나의 포토 센서는 0 내지 255 범위의 휘도값을 이용하는 바, 복수의 포토 센서를 이용하는 경우, 더 정밀한 각도를 휘도값에 매핑시킬 수 있다. 예를 들어, 두개의 포토 센서를 이용하는 경우, 256 * 256의 단위로 절대 각도를 매핑시킬 수 있어, 측정할 수 있는 각도의 정밀도는 더 향상될 수 있다.

<158> 본 발명의 지연 측정 장치(1001)는 모터 인코더(120)에서 취득한 물리적 회전 각도와, 절대 각도 휘도 매핑을 통해 도출된 각도를 비교하여 지연 시간을 측정할 수 있다.

<159> 예를 들어, 도 23을 참조하면, 연속되는 램프 신호는 모터 인코더(120)에서 취득한 물리적 회전 각도를 나타내고, 임펄스 값은 절대 각도 휘도 매핑을 통해 도출된 각도를 나타내는 바, 두 값의 차이를 통해 지연 시간이 계산될 수 있다.

<160> 본 발명의 지연 측정 장치(1001)와 같이, 휘도에 대한 수광 전압 변환 테이블을 통해 움직임이 변화하는 시간 동안의 전압 변화와 모터 인코더(120)의 각도 변화를 비교하는 경우, 단위 시간당 변화하는 지연 시간을 정확히 측정할 수 있다. 또한, 높은 반응 속도를 갖는 휘도 센서를 이용함으로써, 지연 시간 측정의 정밀도가 개선되어, 측정 기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

<161> 전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

100: 모션 구동부 200: 센서 챔버부
300: 제어부 400: 신호 처리부
1000: 지연 측정 장치 2000: 헤드 마운티드 디스플레이

Claims (17)

1. 움직임을 감지하는 센서부와 영상을 디스플레이하는 표시 패널을 포함하는 헤드 마운티드 디스플레이를 거치할 수 있는 고정판과, 제1 방향을 축으로 상기 고정판을 회전시키는 제1 구동부와, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 축으로 상기 고정판을 회전시키는 제2 구동부와, 상기 제1 및 제2 구동부의 움직임을 측정하는 모터 인코더를 포함하는 모션 구동부;
   상기 헤드 마운티드 디스플레이의 상기 센서부에서 측정한 데이터를 기초로, 상기 표시 패널에 포함된 제1 영역과 제2 영역의 휘도값을 각각 변화시키는 측정 패턴을 출력하는 제어부; 및
   상기 제1 영역의 휘도값을 측정하는 제1 포토 센서와, 상기 제2 영역의 휘도값을 측정하는 제2 포토 센서와, 상기 제1 및 제2 포토 센서의 측정값을 이용하여 상기 표시 패널에 표시된 영상의 움직임을 측정하는 센서 인코더를 포함하는 센서 챔버부를 포함하되,
   상기 제어부는, 상기 모터 인코더의 측정값과 상기 센서 인코더의 측정값을 비교하여, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 시간을 계산하는
   헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 제1 영역 상에 온-픽셀(on-pixel) 영역과 오프-픽셀(off-pixel) 영역이 번갈아가며 나타나는 제1 패턴을 출력하고,
   상기 제2 영역 상에 상기 제1 패턴이 시프트(shift)된 제2 패턴을 출력하되,
   상기 제2 패턴은, 상기 제1 패턴의 단위 주기보다 작은 크기로 시프트되는
   헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치.
   
3. 제2 항에 있어서,
   상기 온-픽셀 영역과 상기 오프-픽셀 영역은, 각각 2 X 2 이상의 단위 픽셀들의 조합으로 구성되는
   헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 포토 센서와 상기 제2 포토 센서에서 측정된 전압값을 휘도-수광 전압 변환 테이블을 이용하여 휘도값으로 변환시키는 신호 처리부를 더 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 신호 처리부로부터 제공받은 상기 휘도값을 이용하여 상기 휘도값에 매핑된 절대 각도를 계산하고, 상기 절대 각도와 상기 모터 인코더로부터 수신한 측정 각도를 비교하여 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 시간을 계산하는
   헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치.
   
5. 제2 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 제1 영역 상에 상기 헤드 마운티드 디스플레이에 포함된 센서부에서 측정한 각도에 맵핑되는 제1 휘도값을 출력하고,
   상기 제2 영역 상에 상기 센서부에서 측정한 각도에 맵핑되는 제2 휘도값을 출력하는
   헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치.
   
6. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 구동부는, 상기 제1 방향으로 상기 고정판을 회전시키는 제1 회전축와, 상기 제1 회전축을 회전시키는 제1 모터부를 포함하고,
   상기 제2 구동부는, 상기 제2 방향으로 상기 고정판을 회전시키는 제2 회전축와, 상기 제2 회전축을 회전시키는 제2 모터부를 포함하되,
   상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 직교하고,
   상기 센서 챔버부는, 상기 고정판의 상기 헤드 마운티드 디스플레이와 동일한 평면 상에 고정되는
   헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치.
   
7. 제1 항에 있어서,
   상기 센서 챔버부는,
   상기 헤드 마운티드 디스플레이의 상기 표시 패널에 접하고, 상기 제1 포토 센서를 포함하는 제1 센서 고정 소켓; 및
   상기 제1 센서 고정 소켓과 동일 선상에 얼라인 되도록 상기 표시 패널 상에 배치되고, 상기 제2 포토 센서를 포함하는 제2 센서 고정 소켓을 포함하는
   헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치.
   
8. 제7 항에 있어서,
   상기 제1 센서 고정 소켓은,
   상기 표시 패널에 접하고, 내측에 슬릿이 형성되는 광로 형성부;
   상기 광로 형성부의 일측에 배치되어 광로의 방향을 변경하는 반사판;
   상기 광로 형성부의 타측에 접하고, 내측에 상기 제1 포토 센서가 안착되는 소켓 하우징; 및
   상기 소켓 하우징과 결합되고 상기 제1 포토 센서를 고정시키는 센서 고정부를 포함하는
   헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치.
   
9. 제8 항에 있어서,
   상기 광로 형성부는, 내면에 형성된 금속막을 포함하는
   헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치.
   
10. 제1 항에 있어서,
    상기 센서 인코더는, 상기 제1 포토 센서의 측정값에 포함된 라이징 에지(rising edge)와 상기 제2 포토 센서의 측정값에 포함된 라이징 에지를 이용하여, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 회전 방향 및 회전 속도를 계산하는
    헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 장치.
    
11. 제1 구동부를 이용하여 제1 방향을 축으로 헤드 마운티드 디스플레이가 거치된 고정판을 회전시키거나, 제2 구동부를 이용하여 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 축으로 상기 고정판을 회전시킴으로써, 상기 헤드 마운티드 디스플레이를 이동시키는 단계;
    모터 인코더에서 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 움직임을 측정하는 단계;
    상기 헤드 마운티드 디스플레이의 센서부에서 측정한 데이터를 기초로, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 표시 패널에 포함된 제1 영역과 제2 영역의 휘도값을 각각 변화시키는 측정 패턴을 출력하는 단계;
    센서 인코더에서 제1 포토 센서를 이용하여 상기 제1 영역의 휘도값을 측정하고, 제2 포토 센서를 이용하여 상기 제2 영역의 휘도값을 측정하여 상기 표시 패널에 표시된 영상의 움직임을 측정하는 단계; 및
    상기 모터 인코더의 측정값과 상기 센서 인코더의 측정값을 비교하여, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 시간을 계산하는 단계를 포함하는
    헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 방법.
    
12. 제11 항에 있어서,
    상기 측정 패턴을 출력하는 단계는,
    상기 제1 영역 상에 온-픽셀(on-pixel) 영역과 오프-픽셀(off-pixel) 영역이 번갈아가며 나타나는 제1 패턴을 출력하고,
    상기 제2 영역 상에 상기 제1 패턴이 시프트된 제2 패턴을 출력하되,
    상기 제2 패턴은, 상기 제1 패턴의 단위 주기보다 작은 크기로 시프트되는
    헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 방법.
    
13. 제12 항에 있어서,
    상기 온-픽셀 영역과 상기 오프-픽셀 영역은, 각각 2 X 2 이상의 단위 픽셀들의 조합으로 구성되는
    헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 방법.
    
14. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 포토 센서와 상기 제2 포토 센서에서 측정된 전압값을 휘도-수광 전압 변환 테이블을 이용하여 휘도값으로 변환시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 시간을 계산하는 단계는,
    상기 휘도값을 이용하여 상기 휘도값에 매핑된 절대 각도를 계산하는 단계; 및
    상기 절대 각도와 상기 모터 인코더로부터 수신한 측정 각도를 비교하여 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 지연 시간을 계산하는 단계를 포함하는
    헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 방법.
    
15. 제14 항에 있어서,
    상기 측정 패턴을 출력하는 단계는,
    상기 제1 영역 상에 상기 헤드 마운티드 디스플레이에 포함된 상기 센서부에서 측정한 각도에 맵핑되는 제1 휘도값을 출력하고,
    상기 제2 영역 상에 상기 센서부에서 측정한 각도에 맵핑되는 제2 휘도값을 출력하는
    헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 방법.
    
16. 제11 항에 있어서,
    상기 표시 패널에 표시된 이미지의 움직임을 측정하는 단계는,
    상기 제1 포토 센서의 측정값에 포함된 라이징 에지(rising edge)와 상기 제2 포토 센서의 측정값에 포함된 라이징 에지를 이용하여, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 회전 방향 및 회전 속도를 계산하는
    헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 방법.
    
17. 제16 항에 있어서,
    상기 표시 패널에 표시된 이미지의 움직임을 측정하는 단계는,
    단위 주기 내에서 상기 제1 포토 센서의 측정값에 포함된 라이징 에지와 상기 제2 포토 센서의 측정값에 포함된 라이징 에지 사이의 선후관계를 비교하여 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 회전 방향을 판단하고,
    일정 시간 내에 통과한 라이징 에지의 수를 카운팅하여 회전 속도를 계산하는 것을 포함하는
    헤드 마운티드 디스플레이의 지연 측정 방법.

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