KR20190002299U

KR20190002299U - 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치

Info

Publication number: KR20190002299U
Application number: KR2020180000981U
Authority: KR
Inventors: 이석홍; 강영수; 문현찬
Original assignee: 주식회사 아이디스
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2019-09-18

Abstract

본 고안은 안경 비착용자는 물론 안경 착용자도 손쉽고 편리하게 사용 가능하고, 양안식으로 증강현실을 표시 제공해줄 수 있으며, 착용자마다 상이한 눈 사이 거리에 따른 영상조정이 가능한 헤어밴드 타입 증강현실 표시장치에 관한 것이다.
본 고안에 따른 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치는, 투명한 결상 플레이트와; 상기 결상 플레이트에 영상을 투사하는 영상 출력부와; 머리의 적어도 일부를 감싸는 구조로 착용 가능하게 형성된 띠 모양의 헤드밴드와; 상기 헤드밴드의 하방향으로 돌출되는 구조로 형성되어, 상기 헤드밴드로부터 하방향으로 이격된 지점에 상기 결상 플레이트가 위치하도록 지지하는 브릿지; 및 상기 헤드밴드 또는 상기 브릿지에 연결되어 상기 영상 출력부를 지지하되, 상기 영상 출력부가 상기 결상 플레이트의 중심부 전방에 위치하도록 지지하는 지지대를 포함한다.

Description

헤드밴드 타입 증강현실 표시장치{HEADBAND TYPE AUGMENTED REALITY DISPLAY APPARATUS}

본 고안은 증강현실 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안경 비착용자는 물론 안경 착용자도 손쉽고 편리하게 사용 가능하고, 양안식으로 증강현실을 표시 제공해줄 수 있는 헤어밴드 타입 증강현실 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 헤드 마운트 디스플레이(Head Mounted Display) 장치와 같은 착용식 디스플레이는 1인치 이하의 초소형 디스플레이 소자에서 발생하는 영상광을 빛의 굴절을 이용하는 광학계를 이용하여 일정 거리에 가상의 대형 화면이 구성될 수 있도록 초점을 형성함으로써, 사용자로 하여금 확대 허상을 볼 수 있도록 하는 화상 표시 장치이다.

그런데, 다양한 착용식 디스플레이 장치 중, 단지 가상현실만을 보여주는 VR(virtual reality) 방식의 디스플레이와 달리, 구글 글래스(Google Glass) 등과 같이 현실의 이미지나 배경에 가상화면을 겹쳐서 하나의 영상으로 보여주는 AR(Augmented Reality) 내지 MR(Mixed Reality) 방식의 투과형 디스플레이의 경우, 다음과 같은 문제점이 있었다.

(1) 종래 증강현실(AR) 표시장치는 통상적으로 안경테의 한쪽 다리(210)에 프로젝트 모듈(100)이 장착되는 구조로 이루어져, 일반 안경을 쓴 사용자는 본인이 착용하고 있는 안경을 벗고 AR 표시장치가 결합된 안경(200)을 착용해야 하는 바, 그 사용이 불편한 단점이 있었다.

(2) 종래 AR 방식의 표시장치는 좌안 또는 우안식으로 가상화면을 표시해주는 바, 그 시야각이 좁고, 가상화면을 안견시 불편하며, 눈 피로감이 쉽게 유발되는 단점이 있었다. 만약, 양안식 구현을 위해 양쪽 안경다리에 하나씩 프로젝트 모듈을 설치할 경우 양안식 표시는 가능하나, 두 개의 프로젝트 모듈이 필요한 바 비용 및 무게가 크게 증가하고, 제1 프로젝트 모듈의 출력영상과 제2 프로젝트 모듈의 출력영상이 정확히 동기화되어야 하는 문제가 발생한다.

특허문헌 1: 한국공개특허 제10-2013-0034125호 (2013.04.05. 공개)

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 종래 증강현실 글래스와 달리, 안경 비착용자는 물론 안경 착용자도 본인의 안경을 착용한 상태에서 손쉽고 편리하게 증강현실을 감상할 수 있는 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 양안식으로 가상화면을 표시 제공할 수 있고, 사용자마다 상이한 눈 사이 간격에 따라 좌·우안 영상의 조정이 가능하며, 종래 양안식 HMD 대비 상당히 작은 부피와 무게로 구현 가능한 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치는, 투명한 결상 플레이트와; 상기 결상 플레이트에 영상을 투사하는 영상 출력부와; 머리의 적어도 일부를 감싸는 구조로 착용 가능하게 형성된 띠 모양의 헤드밴드와; 상기 헤드밴드의 하방향으로 돌출되는 구조로 형성되어, 상기 헤드밴드로부터 하방향으로 이격된 지점에 상기 결상 플레이트가 위치하도록 지지하는 브릿지; 및 상기 헤드밴드 또는 상기 브릿지에 연결되어 상기 영상 출력부를 지지하되, 상기 영상 출력부가 상기 결상 플레이트의 중심부 전방에 위치하도록 지지하는 지지대를 포함한다.

그리고, 본 고안의 영상 출력부는 제1 수용부와 제2 수용부를 구비하는 고정체와; 상기 제1 수용부에 제1 직선이동 가능하게 장착되는 제1 가변체와; 상기 제2 수용부에 제2 직선이동 가능하게 장착되는 제2 가변체; 및 가상화면을 생성하여 결상 플레이트에 투사하는 광학계를 포함한다.

그리고, 상기 제1 가변체가 상기 제1 직선이동에 의해 상기 고정체 상의 어느 위치에 있더라도, 광학계의 제1 하프미러의 적어도 일부는 상기 고정체 좌측부의 좌측 종단 외부로 돌출되게 구성된다.

그리고, 상기 제2 가변체가 상기 제2 직선이동에 의해 상기 고정체 상의 어느 위치에 있더라도, 광학계의 제2 하프미러의 적어도 일부는 상기 고정체 우측부의 우측 종단 외부로 돌출되게 구성된다.

본 고안의 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치에 의하면, 안경 비착용자는 물론 안경 착용자도 손쉽고 편리하게 사용 가능한 바, 사용자 편의성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

본 고안의 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치는 사용자의 좌안과 우안의 간격에 따라, 좌·우안 영상의 투사위치 및 크기를 조정 가능한 바, 착용자마다 상이한 신체적 특성에 상관없이 항시 초점이 맞는 선명한 영상을 양안식으로 표시 제공할 수 있게 되었다. 이에 따라 양안식의 넓은 시야각 및 가상화면 크기조절을 구현할 수 있어 종래 좌안식(또는 우안식) 증강현실 표시장치의 단점(즉, 가상현실 안견시의 불편함 및 눈 피로감 유발 등)을 제거할 수 있는 효과가 있다.

본 고안에 따른 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치에 의하면, 증강현실 표시기기를 양안식으로 구현하더라도 종래 양안식 HMD 대비 그 무게와 부피를 크게 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 고안의 제1 실시예에 따른 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치의 사시도.
도 2는 본 고안의 제2 실시예에 따른 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치의 사시도.
도 3은 본 고안에 따른 영상 출력부의 정면측 사시도.
도 4는 본 고안에 따른 영상 출력부의 후면측 사시도.
도 5는 도 3의 분해 사시도.
도 6은 본 고안에 따른 영상 출력부의 광학계를 나타낸 도면.
도 7은 본 고안에 따른 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치의 착용 상태도.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 고안을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "갖다" 등의 용어는 명세서 상에 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.

또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 고안의 제1 실시예에 따른 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치의 사시도이고. 도 2는 본 고안의 제2 실시예에 따른 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치의 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 고안에 따른 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치는 헤드밴드(1), 결상 플레이트(3), 영상 출력부(9), 브릿지(5) 및 지지대(7)를 포함한다.

본 고안의 헤드밴드(1)는 증강현실 표시장치를 착용하기 위한 수단으로서, 사용자의 귀에 착용하는 종래 안경 타입과 달리 사용자의 머리에 착용할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 따르면, 헤드밴드(1)는 머리의 이마 부위를 감싸는 구조로 착용 가능하게 형성된 띠 모양으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 헤드밴드(1)는 탄성 수지재로 이루어진 반원 모양의 스트립 부재로 형성될 수 있으며, 상기 경우 사용자가 헤드밴드(1)를 머리에 끼우면, 헤드밴드(1)는 자체 탄성력에 의해 머리를 가압하며 밀착됨으로써 도 7과 같이 머리에 착용 및 고정된 상태를 유지할 수 있게 된다.

본 고안의 결상 플레이트(3)는 영상 출력부(9)로부터 투사되는 제1,2 확대영상광의 상이 맺혀 사용자에게 가상화면을 표시 제공하는 구성이다. 결상 플레이트(3)는 얇고 투명한 판체로 이루어질 수 있으며, 헤드밴드(1)를 머리에 착용시 착용자 눈의 전방에 위치하도록 구성된다.

본 고안의 브릿지(5)는 헤드밴드(1)와 결상 플레이트(3)를 상호 연결하는 구성으로서, 예컨대 막대형 부재로 형성될 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 브릿지(5)는 헤드밴드(1)의 하방향으로 돌출되고 그 하단부에 결상 플레이트(3)가 결합되는 구조로 형성되어 결상 플레이트(3)를 지지하도록 구성된다. 그리고, 브릿지(5)는 헤드밴드(1)로부터 하방향으로 소정거리 이격된 지점에 결상 플레이트(3)가 위치하도록 지지한다. 여기서, 상기 "하방향으로 소정거리 이격된 지점"이란 사용자가 헤드밴드(1)를 머리에 착용한 상태를 기준으로 착용자 눈의 전방에 해당하는 영역을 지칭한다.

본 고안의 지지대(7)는 영상 출력부(9)가 결상 플레이트(3)의 중심부 전방에 위치하도록 지지하는 구성이다.

제1 실시예에 따르면, 도 1과 같이 지지대(7)는 '┓' 모양으로 형성되어, 일단부가 브릿지(5)에 연결 고정되고, 타단부에 영상 출력부(9)가 결합되게 구성될 수 있으며, 상기 경우 제1 실시예와 마찬가지로 지지대(7)의 타단부는 영상 출력부(9)의 고정체(10)에 연결될 수 있다.

제2 실시예에 따르면, 도 2와 같이 지지대(7)는 막대형 부재로 형성되어, 일단부가 헤드밴드(1)에 연결되고, 타단부에 영상 출력부(9)가 연결되게 구성될 수 있다. 상기 경우, 지지대(7)의 타단부는 영상 출력부(9)의 고정체(10)에 연결될 수 있다.

한편, 제2 실시예에 따를 경우, 브릿지(5)는 헤드밴드(1) 대신 지지대(7)에 그 일단부가 연결되어 이 지지대(7)를 매개로 헤드밴드(1)에 연결되어 결상 플레이트(3)를 지지하도록 구성할 수도 있다.

본 고안의 영상 출력부(9)는 증강현실(AR)을 만들기 위한 영상광을 생성 및 출사하는 기기로서, 영상 출력부(9)에서 생성된 영상광은 결상 플레이트(3)에 투사되어 양안식의 가상화면으로 표시 제공된다.

영상 출력부(9)는 세부적으로, 고정체(10), 제1 가변체(20), 제2 가변체(21) 및 광학계를 포함한다. 그리고, 광학계는 영상원(30), 회절광학소자(50), 다중 빔스플리터(60), 제1 하프미러(70), 제2 하프미러(71), 제1 프레넬 렌즈(80) 및 제2 프레넬 렌즈(81)를 포함한다.

도 3은 본 고안에 따른 영상 출력부의 정면측 사시도이고, 도 4는 본 고안에 따른 영상 출력부의 후면측 사시도이고, 도 5는 도 3의 분해 사시도이다.

이하에서는, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 고안의 영상 출력부에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

본 고안의 고정체(10)는 제1,2 가변체를 지지하고, 지지대(7)를 통해 헤어밴드(1) 상에 고정되는 구성으로서, 내부에 설치공간이 마련되어 있다. 고정체(10)의 설치공간은 세부적으로 제1 수용부(11), 제2 수용부(12) 및 제3 수용부를 포함한다.

제1 수용부(11)는 고정체(10)의 중심부를 기준으로 고정체(10)의 좌측부 영역에 요홈 형태로 형성되고, 상기 요홈은 제1 가변체(20)의 적어도 일부가 삽입될 수 있는 구조로 구성된다.

바람직한 실시예에 따르면, 제1 수용부(11)는 도 5와 같이 고정체(10)의 정면에 개방 형성되는 제1 개방면, 고정체(10)의 좌측면에 개방 형성되는 제2 개방면, 및 제1,2 개방면과 연통되며 고정체(10) 내부에 형성되는 내부공간으로 구성될 수 있다.

제2 수용부(12)는 고정체(10)의 중심부를 기준으로 제1 수용부(11)와 대칭 구조로 형성된다. 구체적으로, 제2 수용부(12)는 고정체(10)의 중심부를 기준으로 고정체(10)의 우측부 영역에 요홈 형태로 형성되고, 상기 요홈은 제2 가변체(21)의 적어도 일부가 삽입될 수 있는 구조로 구성된다.

바람직한 실시예에 따르면, 제2 수용부(12)는 도 5와 같이 고정체(10)의 정면에 개방 형성되는 제1 개방면, 고정체(10)의 우측면에 개방 형성되는 제2 개방면, 및 제1,2 개방면과 연통되며 고정체(10) 내부에 형성되는 내부공간으로 구성될 수 있다.

고정체(10)의 제3 수용부는 광학계의 구성들 중 영상원(30), 회절광학소자(50) 및 다중 빔스플리터(60)가 설치되는 공간이다. 제3 수용부는 고정체(10) 내부에 구비되되, 외부광 유입이 최소화될 수 있도록 암실 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

본 고안의 제1 가변체(20)는 광학계의 구성들 중 제1 하프미러(70)와 제1 프레넬 렌즈(80)가 설치되는 구성으로서, 고정체(10)의 제1 수용부(11)에 적어도 일부 영역이 인입되는 구조로 고정체(10)에 결합된다. 즉, 제1 가변체(20)의 적어도 일부는 제1 수용부(11)에 삽입 또는 수용되지 않고 고정체(10) 외부에 노출되는 되는 결합 구조를 갖도록 구성된다.

바람직한 실시예에 따르면, 도 5와 같이 제1 가변체(20)는 다면체 형상으로 형성되어, 우측부의 적어도 일부는 제1 수용부(11)에 삽입되고, 좌측부는 고정체(10) 외부(즉, 제1 수용부(11) 외부)로 돌출되어 고정체(10) 외부에 노출되는 구조로 구성될 수 있다.

그리고, 제1 가변체(20)는 고정체(10)에 결합된 상태에서 좌우방향으로 직선이동(이하, "제1 직선이동(D1)"이라 함) 가능하게 장착되는 것을 특징으로 한다. 일 실시예에 따르면, 제1 가변체(20)의 상면과 하면 상에 각각 슬라이딩 돌기(90)를 형성하고, 상기 상면과 하면을 대향하는 고정체(10) 내면에는 장요홈 구조의 슬라이딩 홈(91)을 형성하여, 상기 슬라이딩 돌기(90)가 슬라이딩 홈(91)의 안내를 받으며 슬라이딩 방식으로 제1 직선이동(D1)하도록 구성될 수 있다.

또는, 제1 가변체(20)의 상면과 하면 상에 각각 슬라이딩 홈(91)을 형성하고, 고정체(10)의 내면에 슬라이딩 돌기(90)를 형성할 수도 있음은 물론이다.

더 나아가, 슬라이딩 홈(91)에 다수 개의 스톱퍼(미도시)를 형성하여, 제1 가변체(20)의 제1 직선이동(D1)이 단계적으로 이루어지도록 구성할 수도 있음은 물론이다.

제1 가변체(20)가 다면체 형상(도 5의 경우 육면체)으로 구성될 경우, 결상 플레이트(3)에 대향하는 제1 가변체(20)의 제1 면에는 제1 프레넬 렌즈(80)가 구비되고, 제1 가변체(20)의 제1 면과 연접하면서 동시에 외부를 향하는 제2 면에는 제1 하프미러(70)가 구비된다.

제1 가변체(20)의 상기 제2 면은 투명한 재질로 구성되어, 제1 가변체(20)의 제2 면 상에 제1 하프미러(70)가 부착될 수 있다. 또는 제1 가변체(20)의 투명한 제2 면에 제1 하프미러(70)로 기능하는 하프미러 코팅층이 형성될 수도 있다. 또는 제1 하프미러(70)가 제1 가변체(20)의 상기 제2 면을 형성하도록 구성될 수도 있다.

본 고안의 제2 가변체(21)는 광학계의 구성들 중 제2 하프미러(71)와 제2 프레넬 렌즈(81)가 설치되는 구성으로서, 고정체(10)의 제2 수용부(12)에 적어도 일부가 인입되는 구조로 고정체(10)에 결합된다. 즉, 제2 가변체(21)의 적어도 일부는 제2 수용부(12)에 삽입 또는 수용되지 않고 고정체(10) 외부에 노출되는 되는 결합 구조를 갖도록 구성된다.

바람직한 실시예에 따르면, 도 5와 같이 제2 가변체(21)는 다면체 형상으로 형성되어, 좌측부의 적어도 일부는 제2 수용부(12)에 삽입되고, 우측부는 고정체(10) 외부(즉, 제2 수용부(12) 외부)로 돌출되어 고정체(10) 외부에 노출되는 구조로 구성될 수 있다.

그리고, 제2 가변체(21)는 고정체(10)에 결합된 상태에서 좌우방향으로 직선이동(이하, "제2 직선이동(D2)"이라 함) 가능하게 장착되는 것을 특징으로 한다. 일 실시예에 따르면, 제2 가변체(21)는 제1 가변체(20)와 마찬가지로 슬라이딩 돌기(90)와 슬라이딩 홈(91)을 통해 제2 직선이동(D2)하도록 구성될 수 있고, 슬라이딩 홈에 다수 개의 스톱퍼를 형성하여, 제2 가변체(21)의 제2 직선이동(D2)이 단계적으로 이루어지도록 구성할 수도 있다.

제2 가변체(21)가 다면체 형상(도 3의 경우 육면체)으로 구성될 경우, 본 고안의 증강현실 표시기기가 안경(1)에 장착된 상태를 기준으로, 결상 플레이트(3)에 대향하는에 대향하는 제2 가변체(21)의 제1 면에는 제2 프레넬 렌즈(81)가 구비되고, 제2 가변체(21)의 제1 면과 연접하면서 동시에 외부를 향하는 제2 면에는 제2 하프미러(71)가 구비된다.

그리고, 제2 가변체(21)의 상기 제2 면은 투명한 재질로 구성되어, 제2 가변체(21)의 제2 면 상에 제1 하프미러(70)가 부착될 수 있다. 또는 제2 가변체(21)의 투명한 제2 면에 제2 하프미러(71)로 기능하는 하프미러 코팅층이 형성될 수도 있다. 또는 제2 하프미러(71)가 제2 가변체(21)의 상기 제2 면을 형성하도록 구성될 수도 있다.

제1,2 하프미러(70,71)를 전술한 바와 같이 구성하는 이유는, 본 고안의 제1,2 하프미러(70,71)는 후술할 제1,2 확대영상광을 반사시키는 기능과 더불어, 본 고안의 증강현실 표시장치를 착용시 착용자의 전방시야를 확보해주도록 기능하기 때문이다.

도 6은 본 고안에 따른 영상 출력부의 광학계를 나타낸 도면이다. 도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 고안의 광학계는 전술한 고정체(10)와 제1,2 가변체에 구비되어, 양안식의 증강현실을 제공하기 위한 것으로서, 세부적으로 영상원(30), 회절광학소자(50), 다중 빔스플리터(60), 제1 하프미러(70), 제2 하프미러(71), 제1 프레넬 렌즈(80) 및 제2 프레넬 렌즈(81)를 포함한다.

본 고안의 영상원(30)은 동영상, 사진, 그림, 문자, 숫자, 기호 등을 포함하는 영상광(P1)을 생성 출력하는 장치로서, 영상광은 R,G,B 각 색상 성분으로 조합된 영상일 수 있다. 영상원(30)은 고정체(10) 내부에 설치되되, 바람직하게는 고정체(10) 내부의 중심부에 설치될 수 있다.

영상원(30)은 예컨대 LED(Light Emitting Diode), LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes), DLP(Digital Light Processing) 또는 LCos(Liquid Crystal on Silicon) 등의 디스플레이 소자를 포함할 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 영상원(30)은 마이크로 디스플레이 소자로 구성될 수 있으며, 예컨대 마이크로 LCD 소자, 마이크로 LED 소자, 마이크로 OLED 소자로 구성될 수 있다.

본 고안의 회절광학소자(Diffractive Optical Element:DOE,50)는 고정체(10) 내부에 설치되어, 영상원(30)으로부터 출사된 영상광(P1)을 회절시켜 확대시키는 광학소자이다. 따라서, 회절광학소자(50)는 확대 영상광(P1')의 전부가 입사될 수 있는 크기와 위치를 갖도록 구성되어야 한다. 바람직한 실시예에 따르면, 회절광학소자(50)는 영상원(30) 전방에 배치될 수 있으며, 상기 경우 고정체(10) 내부의 중심부에 설치될 수 있다.

본 고안의 다중 빔스플리터(60)는 회절광학소자(50)에 의해 확대되는 영상광(P1')을 제1 확대영상광(P2)과 제2 확대영상광(P3)으로 분할하도록 구성된다. 구체적으로, 다중 빔스플리터(60)는 제1 확대영상광(P2)은 제1 가변체(20)측 방향으로 진행하도록 분할하고, 제2 확대영상광(P3)은 제2 가변체(21)측 방향으로 진행하도록 분할한다.

다중 빔스플리터(60)는 고정체(10) 내부에 설치되고, 바람직하게는 회절광학소자(50) 전방에 배치될 수 있으며, 상기 경우 고정체(10) 내부의 중심부에 설치될 수 있다.

다중 빔스플리터(60)는 입력 영상광(P1)의 2중 분할 즉, 제1,2 확대영상광 (P2,P3)으로 분할하기 위해 도 6과 같이 복수 개의 빔스플리터(Beam splitter) (61,62)가 '×'형상의 교차 구조로 구성될 수 있다. 상기 경우, 회절광학소자(50)를 거친 후 다중 빔스플리터(60)로 최초 입사되는 확대 영상광(P1')은 복수 개의 빔스플리터(61,62)에 의해 다수 회의 일부 투과 및 반사를 반복하여 종국에는 제1 가변체(20)측 방향(즉, 다중 빔스플리터(60)의 좌측방향)으로 진행하는 제1 확대영상광(P2)과, 제2 가변체(21)측 방향(즉, 다중 빔스플리터(60)의 우측방향)으로 진행하는 제2 확대영상광(P3)으로 분할될 수 있다.

본 고안의 제1 하프미러(Half mirror,70)는 다중 빔스플리터(60)에 의해 분할된 제1 확대영상광(P2)을 제1 프레넬 렌즈(80) 측으로 반사시키도록 구성된다. 그리고, 제1 하프미러(70)는 제1 가변체(20)에 구비되어, 제1 가변체(20)의 전술한 제1 직선이동(D1)시 함께 직선방향 이동되도록 구성된다.

구체적으로, 제1 하프미러(70)는 제1 가변체(20)의 전술한 제2 면에 구비될 수 있다. 상기 경우, 제1 하프미러(70)는 제1 가변체(20)의 투명한 제2 면 상에 부착되는 판체로 구성되거나, 제1 하프미러(70)로 기능하는 코팅층이 제1 가변체 (20)의 투명한 제2 면에 코팅 형성되거나, 또는 제1 하프미러(70)가 제1 가변체 (20)의 상기 제2 면을 형성하도록 구성될 수도 있다.

특히, 제1 하프미러(70)가 제1 가변체(20)의 제2 면에 코팅층으로 형성되거나, 제1 가변체(20)의 제2 면을 형성하도록 구성될 경우, 제1 가변체(20)의 제2 면은 제1 면에 대하여 직각이 아니면서 90°미만의 사이각을 갖도록 구성되며, 이에 의해 착용자는 현실을 배경으로 가상화면이 시스루(See-through) 방식으로 제공되는 증강현실을 감상할 수 있게 된다.

본 고안의 제1 프레넬 렌즈(Fresnel lens, 80)는 제1 가변체(20)에 구비되는 광학소자로서 투명한 평판 상에 프레넬 회절패턴(Fresnel diffraction pattern)이 형성되는 있다. 제1 프레넬 렌즈(80)는 제1 하프미러(70)에 의해 반사 후 발산하는 제1 확대영상광(P2)을 회절패턴을 통해 평행광으로 집속시켜 결상 플레이트(3) 측으로 내보내는 기능을 한다.

제1 프레넬 렌즈(80)는 제1 가변체(20)의 전술한 제1 면에 부착 구비될 수 있다. 상기 경우, 제1 프레넬 렌즈(80)는 제1 가변체(20)의 투명한 제1 면 상에 부착되는 판체로 구성되거나, 또는 제1 프레넬 렌즈(80)가 제1 가변체(20)의 전술한 제1 면을 형성하도록 구성될 수도 있다.

그리고, 제1 프레넬 렌즈(80)를 통해 평행광으로 변환된 제1 확대영상광(P2)은 결상 플레이트(3) 측으로 진행한 후 이에 투사되어 제2 확대영상광(P3)과 함께 사용자에게 가상화면을 표시하게 된다.

본 고안의 제2 하프미러(Half mirror,71)는 다중 빔스플리터(60)에 의해 분할된 제2 확대영상광(P3)을 제2 프레넬 렌즈(81) 측으로 반사시키도록 구성된다. 그리고, 제2 하프미러(71)는 제2 가변체(21)에 구비되어, 제2 가변체(21)의 전술한 제2 직선이동(D2)시 함께 직선방향 이동되도록 구성된다.

구체적으로, 제2 하프미러(71)는 제2 가변체(21)의 전술한 제2 면에 구비될 수 있다. 상기 경우, 제2 하프미러(71)는 제2 가변체(21)의 투명한 제2 면 상에 부착되는 판체로 구성되거나, 제2 하프미러(71)로 기능하는 코팅층이 제2 가변체(21)의 투명한 제2 면에 코팅 형성되거나, 또는 제2 하프미러(71)가 제2 가변체(21)의 상기 제2 면을 형성하도록 구성될 수도 있다.

특히, 제2 하프미러(71)가 제2 가변체(21)의 제2 면에 코팅층으로 형성되거나, 제2 가변체(21)의 제2 면을 형성하도록 구성될 경우, 제2 가변체(21)의 제2 면은 제1 면에 대하여 직각이 아닌 90°미만의 사이각을 갖도록 구성되며, 이에 의해 착용자는 현실을 배경으로 가상화면이 시스루(See-through) 방식으로 제공되는 증강현실을 감상할 수 있게 된다.

본 고안의 제2 프레넬 렌즈(Fresnel lens, 81)는 제2 가변체(21)에 구비되는 광학소자로서, 투명한 평판 상에 프레넬 회절패턴(Fresnel diffraction pattern)이 형성되어 있다. 제2 프레넬 렌즈(81)는 제2 하프미러(71)에 의해 반사 후 발산하는 제2 확대영상광(P3)을 회절패턴을 통해 평행광으로 집속시켜 결상 플레이트(3) 측으로 내보내는 기능을 한다.

제2 프레넬 렌즈(81)는 결상 플레이트(3)에 대향하는 제2 가변체(21)의 전술한 제1 면 구비될 수 있다. 상기 경우, 제2 프레넬 렌즈(81)는 제1 프레넬 렌즈(80)와 마찬가지로 제2 가변체(21)의 투명한 제1 면 상에 부착되는 판체로 구성되거나, 또는 제2 프레넬 렌즈(81)가 제2 가변체(21)의 전술한 제1 면을 형성하도록 구성될 수도 있다.

그리고, 제2 프레넬 렌즈(81)를 통과하여 평행광으로 진행하는 제2 확대영상광(P3)은 결상 플레이트(3)에 투사되어, 제1 확대영상광(P2)과 함께 사용자에게 가상화면을 표시하게 된다.

도 7은 본 고안에 따른 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치의 착용 상태도이다. 이하에서는, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 고안에 따른 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치의 착용구조 및 표시동작에 대하여 설명하도록 한다.

본 고안의 헤드밴드(1)를 머리의 이마 부위에 끼우면, 헤드밴드(1)의 탄성력에 의해 헤드밴드(1)가 머리를 감싸며 밀착 고정되고, 이에 의해 결상 플레이트(3)와 영상 출력부(9)가 사용자 눈의 전방에 위치하게 됨으로써, 도 7과 같이 본 고안의 증강현실 표시장치의 착용이 완료된다. 따라서, 사용자는 안경 착용 여부와 상관없이 본 고안의 증강현실 표시장치를 손쉽고 편리하게 착용할 수 있게 된다.

상기와 같은 착용 상태가 완료되면, 착용자의 미간 전방에는 고정체(10)가 위치하고, 좌안 전방에는 제1 가변체(20)가 위치하며, 우안 전방에는 제2 가변체(21)가 위치하게 된다.

이후, 영상원(30)에 신호가 입력되어 영상광(P1)이 출력되면, 이 영상광(P1)은 회절광학소자(50)를 통과하며 회절 확대된 후 다중 빔스플리터(60)로 입사된다.

다중 빔스플리터(60)로 입사된 확대 영상광(P1')은 다수회의 일부 반사 및 투과를 거쳐 제1 가변체(20) 측으로 진행하는 제1 확대영상광(P2)과 제2 가변체(21) 측으로 진행하는 제2 확대영상광(P3)으로 분할된다.

이후, 제1 확대영상광(P2)은 제1 하프미러(70)에 의해 반사된 후 제1 프레넬 렌즈(80) 측으로 발산되며 제1 프레넬 렌즈(80)에 입사되고, 제2 확대영상광(P3)은 제2 하프미러(71)에 의해 반사된 후 제2 프레넬 렌즈(81) 측으로 발산되며 제2 프레넬 렌즈(81)에 입사된다.

그리고, 제1 확대영상광(P2)은 제1 프레넬 렌즈(80)를 통과하며 평행광으로 변환된 후 결상 플레이트(3)에 투사되고, 제2 확대영상광(P3)은 제2 프레넬 렌즈(81)를 통과하며 평행광으로 변환된 후 결상 플레이트(3)에 투사된다.

이때, 착용자 개개인마다 좌·우안 간의 간격이 다르기 때문에, 착용자는 제1 가변체(20)와 제2 가변체(21)를 좌우방향으로 직선이동(즉, 제1,2 직선이동)시킴으로써, 본인의 눈 사이 간격에 적합하게 좌·우안 영상의 투사 위치를 조절할 수 있게 된다. 이와 같은 제1,2 가변체의 위치조절에 의해 착용자 개개인에 따른 좌·우안 영상의 초점이 조절되어 하나의 선명한 영상으로 표시될 수 있게 되며, 이에 의해 착용자는 양안식의 가상화면을 제공받을 수 있게 된다.

그리고, 착용자의 좌·우안 전방에는 일부 광 투과가 가능한 제1,2 하프미러(70,71)가 위치하고 있는 바, 착용자는 시스루(See-through) 방식으로 가상화면을 보게 된다. 이에 따라, 본 고안의 증강현실 표시장치는 현실의 이미지나 배경에 가상화면을 겹쳐서 하나의 영상으로 보여주는 AR(Augmented Reality) 내지 MR(Mixed Reality) 방식의 투과형 디스플레이로 기능할 수 있게 된다.

결국, 본 고안의 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치에 의하면, 종래 증강현실 글래스와 달리, 안경 비착용자는 물론 안경 착용자도 본인의 안경을 착용한 상태에서 손쉽고 편리하게 증강현실을 감상할 수 있게 되었다.

또한, 본 고안의 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치는 증강현실을 위한 가상화면을 양안식으로 표시 제공할 수 있고, 특히 사용자의 좌안과 우안 사이의 간격에 따라 좌·우안 영상의 투사 위치를 조절 가능한 바, 착용자마다 상이한 신체적 특성에 상관없이 항시 초점이 맞는 선명한 영상을 양안식으로 표시 제공할 수 있게 되었다.

더 나아가, 증강현실 표시장치를 양안식으로 구현하더라도 종래 양안식 HMD 대비 그 무게와 부피를 크게 감소시킬 수 있게 되었다.

상기에서 본 고안의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 고안을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 고안의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 고안의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 고안의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

1: 헤드밴드 3: 결상 플레이트
5: 브릿지 7: 지지대
9: 영상 출력부 10: 고정체
11: 제1 수용부 12: 제2 수용부
20: 제1 가변체 21: 제2 가변체
30: 영상원 50: 회절광학소자
60: 다중 빔스플리터 70: 제1 하프미러
71: 제2 하프미러 80: 제1 프레넬 렌즈
81: 제2 프레넬 렌즈

Claims

투명한 결상 플레이트(3);
상기 결상 플레이트(3)에 영상을 투사하는 영상 출력부(9);
머리의 적어도 일부를 감싸는 구조로 착용 가능하게 형성된 띠 모양의 헤드밴드(1);
상기 헤드밴드(1)의 하방향으로 돌출되는 구조로 형성되어, 상기 헤드밴드 (1)로부터 하방향으로 이격된 지점에 상기 결상 플레이트(3)가 위치하도록 지지하는 브릿지(5); 및
상기 헤드밴드(1) 또는 상기 브릿지(5)에 연결되어 상기 영상 출력부(9)를 지지하되, 상기 영상 출력부(9)가 상기 결상 플레이트(3)의 중심부 전방에 위치하도록 지지하는 지지대(7);를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 영상 출력부(9)는,
중심부를 기준으로 좌측부에 형성되는 제1 수용부(11)와 우측부에 형성되는 제2 수용부(12)를 구비하는 고정체(10);
상기 제1 수용부(11)에 일부가 인입되는 구조로 상기 고정체(10)에 결합되되, 상기 고정체(10)에 결합된 상태에서 좌우방향으로 제1 직선이동(D1) 가능하게 구성되는 제1 가변체(20);
상기 제2 수용부(12)에 일부가 인입되는 구조로 상기 고정체(10)에 결합되되, 상기 고정체(10)에 결합된 상태에서 좌우방향으로 제2 직선이동(D2) 가능하게 구성되는 제2 가변체(21);
상기 고정체(10) 내의 상기 중심부에 구비되어, 영상광을 출사하는 영상원(30);
상기 고정체(10) 내의 상기 중심부에 구비되어, 상기 영상원(30)으로부터 출사된 영상광을 회절 확대시키는 회절광학소자(50);
상기 고정체(10) 내의 상기 중심부에 구비되는 복수 개의 빔스플리터로 구성되어, 상기 회절광학소자(50)를 통해 확대되는 영상광을 상기 제1 가변체(20)측 방향으로 진행하는 제1 확대영상광과 상기 제2 가변체(21)측 방향으로 진행하는 제2 확대영상광으로 분할하는 다중 빔스플리터(60);
상기 제1 가변체(20)에 구비되어 상기 제1 확대영상광을 반사시키고, 상기 제1 가변체(20)의 상기 제1 직선이동시 함께 이동되는 제1 하프미러(70);
상기 제1 가변체(20)에 구비되고, 상기 제1 하프미러(70)에 의해 반사되는 제1 확대영상광을 평행광으로 만들어 상기 결상 플레이트(3) 측으로 내보내기 위한 제1 프레넬 렌즈(80);
상기 제2 가변체(21)에 구비되어 상기 제2 확대영상광을 반사시키고, 상기 제2 가변체(21)의 상기 제2 직선이동시 함께 이동되는 제2 하프미러(71); 및
상기 제2 가변체(21)에 구비되고, 상기 제2 하프미러(71)에 의해 반사되는 제2 확대영상광을 평행광으로 만들어 상기 결상 플레이트(3) 측으로 내보내기 위한 제2 프레넬 렌즈(81);를 포함하고,
상기 제1 가변체(20)가 상기 제1 직선이동에 의해 상기 고정체(10) 상의 어느 위치에 있더라도, 상기 제1 하프미러(70)의 적어도 일부는 상기 고정체(10) 좌측부의 좌측 종단 외부로 돌출되게 구성되고,
상기 제2 가변체(21)가 상기 제2 직선이동에 의해 상기 고정체(10) 상의 어느 위치에 있더라도, 상기 제2 하프미러(71)의 적어도 일부는 상기 고정체(10) 우측부의 우측 종단 외부로 돌출되게 구성되는 것을 특징으로 하는 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치.
제2 항에 있어서,
상기 제1 가변체(20)는 다면체 형상으로 형성되어, 우측부의 적어도 일부는 상기 제1 수용부(11)에 삽입되고, 좌측부는 상기 제1 수용부(11) 외부로 돌출되어 상기 고정체(10) 외부에 노출되는 구조로 구성되고,
상기 결상 플레이트(3)에 대향하는 상기 제1 가변체(20)의 제1 면에는 상기 제1 프레넬 렌즈(80)가 구비되고, 상기 제1 면과 연접하면서 동시에 외부를 향하는 제2 면에는 상기 제1 하프미러(70)가 구비되며,
상기 제1 하프미러(70)는 투명한 상기 제2 면에 부착되는 판체 또는 코팅층으로 구성되거나, 또는 상기 제1 하프미러(70)가 상기 제2 면을 형성하도록 구성되고, 상기 제2 면은 상기 제1 면에 대하여 직각이 아니면서 90°미만의 사이각을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 헤드밴드(1)는 탄성 수지재로 이루어진 반원 모양의 스트립 부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치.
제1 항에 있어서,
상기 지지대(7)는 막대형 부재로 형성되어 일단부가 상기 헤드밴드(1)에 연결되고, 타단부에 상기 영상 출력부(9)가 연결되며,
상기 브릿지(5)는 상기 헤드밴드(1) 대신 상기 지지대(7)에 연결되어 상기 결상 플레이트(3)를 지지하는 것을 특징으로 하는 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치.
제2 항에 있어서,
상기 다중 빔스플리터(60)는,
상기 복수의 빔스플리터가 '×'형상의 교차 구조로 구성되어, 상기 제1 확대영상광과 상기 제2 확대영상광이 상호 반대방향으로 진행하도록 분할하는 것을 특징으로 하는 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치.
제2 항에 있어서,
상기 제1 수용부(11)는 상기 고정체(10)의 정면에 개방 형성되는 제1 개방면; 상기 고정체(10)의 좌측면에 개방 형성되는 제2 개방면; 및 상기 제1,2 개방면과 연통되며 상기 고정체(10) 내부에 형성되는 내부공간으로 이루어져,
상기 제1 가변체(20)는 상기 제1 개방면과 상기 제2 개방면을 통해 상기 내부공간으로 일부가 인입되는 구조로 상기 고정체(10)에 결합되는 것을 특징으로 하는 헤드밴드 타입 증강현실 표시장치.