KR20190071021A - 헤드 마운트 디스플레이 장치 및 이의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

헤드 마운트 디스플레이 장치는 영상 신호에 기초하여 영상을 표시하는 표시부, 사용자의 눈이 적응한 적응 환경 휘도와 사용자가 불편을 인지하지 못하는 결정 휘도의 관계를 모델링한 수학식 "
Figure pat00024
"(단, Lth는 결정 휘도, La는 적응 환경 휘도, w는 오프셋, c1은 제1 상수, c2는 제2 상수, c3은 제3 상수를 나타냄.)에 기초하여 영상의 초기 영상 휘도 및 시청 영상 휘도를 연산하는 연산부 및 기 설정된 적응(adaptive) 시간 동안 상기 영상의 상기 초기 영상 휘도를 상기 시청 영상 휘도로 변경하는 휘도 제어부를 포함한다.

Description

헤드 마운트 디스플레이 장치 및 이의 구동 방법 {HEAD MOUNT DISPLAY DEVICE AND DRIVING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 헤드 마운트 디스플레이 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치는 안경처럼 머리에 착용하여 멀티미디어 콘텐츠를 제공받을 수 있도록 하는 각종 디지털 디바이스를 말한다. 디지털 장치의 경량화 및 소형화 추세에 따라 다양한 웨어러블 컴퓨터(wearable computer)가 개발되고 있으며, 헤드 마운트 디스플레이 장치 또한 널리 사용되고 있다. 헤드 마운트 디스플레이 장치는 사용자의 두부에 장착되므로, 사용자의 눈에 근접하여 동작한다. 최근에는 헤드 마운트 디스플레이 장치를 사용하는 사용자의 눈의 피로를 줄이기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다.
본 발명의 일 목적은 사용자의 눈의 피로를 감소시키는 헤드 마운트 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 사용자의 눈의 피로를 감소시키는 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 목적은 상술한 목적으로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치는 영상 신호에 기초하여 영상을 표시하는 표시부, 사용자의 눈이 적응한 적응 환경 휘도와 상기 사용자가 불편을 인지하지 못하는 결정 휘도의 관계를 모델링한 수학식 "
Figure pat00001
"(단, Lth는 결정 휘도, La는 적응 환경 휘도, w는 오프셋, c1은 제1 상수, c2는 제2 상수, c3은 제3 상수를 나타냄.)에 기초하여 상기 영상의 초기 영상 휘도 및 시청 영상 휘도를 연산하는 연산부 및 기 설정된 적응(adaptive) 시간 동안 상기 영상의 상기 초기 영상 휘도를 상기 시청 영상 휘도로 변경하는 휘도 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 주변 환경의 조도를 측정하는 조도 측정 센서를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 연산부는 상기 조도 측정 센서에서 측정되는 상기 주변 환경의 상기 조도에 기초하여 상기 초기 영상 휘도를 연산할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 연산부는 상기 적응 환경 휘도에 상기 조도를 적용하여 연산되는 상기 결정 휘도를 상기 초기 영상 휘도로 결정할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 연산부는 수학식 "
Figure pat00002
"(단, L1은 초기 영상 휘도, Le는 주변 환경의 조도를 나타냄.) 에 기초하여 상기 초기 영상 휘도를 연산할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 복수의 사용자 휘도들을 저장하고, 상기 사용자 휘도들 중 하나를 선택하는 상기 사용자의 선택 신호를 수신하는 사용자 휘도 설정부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 연산부는 상기 사용자가 선택하는 사용자 휘도에 기초하여 상기 초기 영상 휘도를 연산할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 연산부는 상기 적응 환경 휘도에 상기 사용자 휘도를 적용하여 연산되는 상기 결정 휘도를 상기 초기 영상 휘도로 결정할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 연산부는 수학식 "
Figure pat00003
"(단, L1은 초기 영상 휘도, Lu는 사용자 휘도를 나타냄.) 에 기초하여 상기 초기 영상 휘도를 연산할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 연산부는 상기 적응 환경 휘도에 상기 초기 영상 휘도를 적용하여 연산되는 상기 결정 휘도를 상기 시청 영상 휘도로 결정할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 연산부는 수학식 "
Figure pat00004
"(단, L2는 시청 영상 휘도, L1은 초기 영상 휘도를 나타냄.)에 기초하여 상기 시청 영상 휘도를 연산할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 휘도 제어부와 연결되고, 복수의 감마 데이터 세트들을 저장하는 타이밍 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 타이밍 제어부는 상기 휘도 제어부에서 출력되는 휘도 제어 신호에 기초하여 상기 적어도 하나 이상의 감마 데이터 세트를 선택하여 출력할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 감마 데이터 세트들을 룩업 테이블(LookUp Table; LUT)로 저장될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 타이밍 제어부는 수직 동기 신호에 기초하여 상기 적응 시간을 카운트할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 적응 시간은 2분 이내일 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 사용자의 눈이 적응한 적응 환경 휘도와 상기 사용자가 불편을 인지하지 못하는 결정 휘도의 관계를 모델링한 수학식"
Figure pat00005
" (단, Lth는 결정 휘도, La는 적응 환경 휘도, w는 오프셋, c1은 제1 상수, c2는 제2 상수, c3은 제3 상수를 나타냄.)에 기초하여 영상의 초기 영상 휘도를 연산하는 단계, 상기 수학식 "
Figure pat00006
"에 기초하여 상기 영상의 시청 영상 휘도를 연산하는 단계 및 기 설정된 적응(adaptive) 시간 동안 상기 영상의 상기 초기 영상 휘도를 상기 시청 영상 휘도로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 주변 환경의 조도를 측정하고, 수학식"
Figure pat00007
"(단, L1은 초기 영상 휘도, Le는 주변 환경의 조도를 나타냄.)에 기초하여 상기 초기 영상 휘도를 연산할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 사용자 휘도를 입력받고, 수학식 "
Figure pat00008
"(단, L1은 초기 영상 휘도, Lu는 사용자 휘도를 나타냄.) 에 기초하여 상기 초기 영상 휘도를 연산할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 수학식 "
Figure pat00009
"(단, L2는 시청 영상 휘도, L1은 초기 영상 휘도를 나타냄.)에 기초하여 상기 시청 영상 휘도를 연산할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치 및 이의구동 방법은 적응 환경 휘도와 결정 휘도의 관계를 모델링한 수학식 "
Figure pat00010
"을 이용하여 주변 환경의 조도 또는 사용자 휘도에 기초한 초기 영상 휘도를 연산하고, 초기 영상 휘도에 기초하여 시청 영상 휘도를 연산하며, 기 설정된 적응 시간 동안 영상의 휘도를 초기 영상 휘도에서 시청 영상 휘도로 변경함으로써, 사용자가 헤드 마운트 디스플레이 장치의 영상을 시청하는 동안 느끼는 눈의 불편함 및 피로도를 감소시킬 수 있다. 다만, 본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 헤드 마운트 디스플레이 장치에 포함되는 타이밍 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 타이밍 제어부의 동작을 설명하기 위한 블록도들이다.
도 4는 도 2의 타이밍 제어부에 포함되는 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 헤드 마운트 디스플레이 장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)는 표시부(100), 연산부(120) 및 휘도 제어부(130)를 포함할 수 있다. 또한, 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)는 데이터 구동부(150), 스캔 구동부(160) 및 타이밍 제어부(140)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 연산부(120) 및 휘도 제어부(130)는 타이밍 제어부(140) 내에 위치하거나, 타이밍 제어부(140)와 연결될 수 있다.
표시부(100)는 영상 신호(RGB)에 기초하여 영상을 표시할 수 있다. 표시부(100)는 데이터 라인들, 스캔 라인들 및 복수의 화소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표시 장치가 액정 표시 장치인 경우, 표시부(100)에 포함되는 각각의 화소들은 데이터 라인 및 스캔 라인에 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터에 연결된 액정 캐패시터 및 스토리지 캐패시터를 포함할 수 있다. 표시 장치가 유기 발광 표시 장치인 경우, 표시부(100)에 포함되는 각각의 화소들은 데이터 라인 및 스캔 라인에 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터에 연결된 저장 캐패시터, 저장 커패시터에 연결되는 구동 트랜지스터(박막 트랜지스터) 및 구동 트랜지스터에 연결되는 유기 발광 소자를 포함할 수 있다.
일반적인 표시 장치의 경우, 표시 품질을 향상시키기 위해 주변 환경의 조도 등 사용자의 시청 환경에 따라 표시 장치의 휘도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 주변 조도가 높은 야외 환경에서는 표시 장치의 휘도를 증가시켜 시인성을 개선할 수 있고, 어두운 실내나 야간에는 표시 장치의 휘도를 감소시켜 사용자 눈의 피로도를 감소시킬 수 있다. 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 경우, 사용자가 두부에 장착하여 시청하게 되므로 표시 장치에 표시되는 영상의 휘도에 따라 사용자가 눈부심, 피로감 등에 민감하게 반응할 수 있다. 또한, 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)는 사용자의 두부에 장착되어 외부 광을 차단하므로 표시 장치가 일반적인 표시 장치와 다른 환경(즉, 낮은 조도를 갖는 환경)에서 동작할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)는 영상의 휘도를 일반적인 표시 장치와 다르게 조절함으로써, 사용자의 눈의 피로도를 감소시키고, 표시 품질을 향상시킬 수 있다. 이하, 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)에 대해 자세히 설명한다.
타이밍 제어부(140)는 외부 단말기로부터 영상 신호(RGB) 및 제어 신호(CON)를 수신할 수 있다. 타이밍 제어부(140)는 외부 단말기로부터 공급되는 영상 데이터(RGB)에 화질 보정, 얼룩 보정 색 특성 보상(Adaptive Color Correction; ACC) 및/또는 능동 캐패시턴스 보상(Dynamic Capacitance Compensation; DCC) 등을 선택적으로 수행하여 영상 데이터(RGB')를 데이터 구동부(150)로 출력할 수 있다. 또는, 타이밍 제어부(140)는 외부 장치에서 공급되는 영상 데이터(RGB)를 그대로 데이터 구동부(150)에 제공할 수 있다. 제어 신호(CON)는 수평 동기 신호, 수직 동기 신호 및 클럭 신호를 포함할 수 있다. 타이밍 제어부(140)는 수평 동기 신호를 이용하여 수평 개시 신호를 생성할 수 있다. 타이밍 제어부(140)는 수직 동기 신호를 이용하여 수직 개시 신호를 생성할 수 있다. 타이밍 제어부(140)는 클럭 신호를 이용하여 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호를 생성할 수 있다. 타이밍 제어부(140)는 수직 개시신호 및 제1 클럭 신호를 제1 제어 신호(CTL1)로써 스캔 구동부(160)에 제공할 수 있다. 타이밍 제어부(140)는 수평 개시 신호 및 제2 클럭 신호를 제2 제어 신호(CTL2)로써 데이터 구동부(150)에 공급할 수 있다.
타이밍 제어부(140)는 연산부(120) 및 휘도 제어부(130)를 포함할 수 있다. 또는, 타이밍 제어부(140)는 연산부(120) 및 휘도 제어부(130)와 연결될 수 있다.
연산부(120)는 사용자의 눈이 적응한 적응 환경 휘도와 사용자가 불편을 인지하지 못하는 결정 휘도의 관계를 모델링한 수학식 1 에 기초하여 영상의 초기 영상 휘도 및 시청 영상 휘도를 연산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00011
이 때, Lth는 결정 휘도, La는 적응 환경 휘도, w는 오프셋(offset), c1은 제1 상수, c2는 제2 상수, c3은 제3 상수를 나타낸다.
연산부(120)는 적응 환경 휘도와 결정 휘도의 관계가 모델링된 수학식 1에 기초하여 영상의 초기 영상 휘도 및 시청 영상 휘도를 연산할 수 있다. 적응 환경 휘도는 사용자의 눈이 적응된 환경의 휘도를 의미한다. 즉, 사용자의 눈이 노출되어 있는 환경을 의미할 수 있다. 예를 들어, 헤드 마운트 표시 장치를 착용하기 전 사용자의 눈은 주변 환경에 적응되어 있으므로, 주변 환경의 조도(Le)가 적응 환경 휘도가 될 수 있다. 또한, 헤드 마운트 표시 장치를 착용한 후, 헤드 마운트 표시 장치의 표시부(100)에 (m) 프레임 동안 상기 제1 휘도를 갖는 영상을 표시하고, (m) 프레임 이후 제2 휘도를 갖는 영상을 표시하는 경우, 사용자의 눈이 제1 휘도에 적응되어 있으므로, (m)프레임 이후의 결정 휘도를 연산하는 데에 있어 제1 휘도가 적응 환경 휘도가 될 수 있다. 결정 휘도는 사용자가 불편을 인지하지 못하는 휘도를 의미한다. 사람의 눈은 환경(휘도)이 변화하는 경우, 일정 시간이 경과하면 변화된 환경에 적응할 수 있다. 그러나, 환경이 급격하게 변경되는 경우 눈부심 등의 불편함을 느끼거나, 적응하기 어려운 환경에 오랜 시간 노출되는 경우 피로감을 느낄 수 있다. 수학식 1은 휘도 변화에 대해 사용자가 불편함을 느끼거나, 적응하지 못하는 불편 한계점(discomfort threshold)에 기초하여 사용자의 눈이 적응한 적응 환경 휘도와 사용자가 불편을 인지하지 못하는 결정 휘도의 관계를 모델링한 식이다.
연산부(120)는 수학식 1에 기초하여 초기 영상 휘도 및 시청 영상 휘도를 연산할 수 있다. 초기 영상 휘도는 사용자가 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)를 장착한 직후 표시부(100)에 표시되는 영상의 휘도를 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 초기 영상 휘도는 주변 환경의 조도(Le)에 기초하여 연산될 수 있다. 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)는 주변 환경의 조도(Le)를 측정하는 조도 측정 센서를 더 포함할 수 있다. 연산부(120)는 수학식 1의 적응 환경 휘도에 조도 측정 센서에서 측정되는 주변 환경의 조도(Le)를 적용하여 연산되는 결정 휘도를 초기 영상 휘도로 결정할 수 있다. 다른 실시예에서, 초기 영상 휘도는 사용자가 입력하는 사용자 휘도(Lu)에 기초하여 연산될 수 있다. 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)는 복수의 사용자 휘도들(Lu)을 저장하고, 사용자 휘도들 중 하나를 선택하는 사용자의 선택 신호를 수신하는 사용자 휘도 설정부를 더 포함할 수 있다. 연산부(120)는 수학식1의 적응 환경 휘도에 사용자 휘도 설정부에서 공급되는 사용자 휘도(Lu)를 적용하여 연산되는 결정 휘도를 초기 영상 휘도로 결정할 수 있다. 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 표시부(100)에 초기 영상 휘도를 갖는 영상이 표시되는 경우, 사용자는 급격한 휘도 변화로 인한 눈부심 등의 불편함을 느끼지 못할 수 있다.
시청 영상 휘도는 기 설정 된 적응 시간 이후 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 표시부(100)에 표시되는 영상의 휘도를 나타낼 수 있다. 연산부(120)는 수학식 1의 적응 환경 휘도에 초기 영상 휘도를 적용하여 연산되는 결정 휘도를 시청 영상 휘도로 결정할 수 있다. 기 설정된 적응 시간 이후 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 표시부(100)에 시청 영상 휘도가 표시되는 경우, 사용자는 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)를 오랜 시간 시청하여도 피로감을 느끼지 않을 수 있다.
수학식 1을 참조하면, w는 표시 장치 별 오프셋을 나타낸다. w는 표시 장치의 색 특성, 종류(액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 등), 구동 주파수 등에 따라 달라질 수 있다. c1, c2 및 c3은 기 설정된 상수 일 수 있다. 표 1을 참조하면, c1, c2 및 c3은 초기 영상 휘도와 시청 영상 휘도를 연산할 때 달라질 수 있다.
c1 c2 c3
초기 영상 휘도 0.904 0.16 0.07
시청 영상 휘도 0.547 0.15 1.09
휘도 제어부(130)는 기 설정된 적응(adaptive) 시간 동안 영상의 초기 영상 휘도를 시청 영상 휘도로 변경할 수 있다. 타이밍 제어부(140)는 복수의 감마 데이터 세트들을 저장할 수 있다. 이 때, 감마 데이터 세트들은 룩업 테이블(LookUp Table; LUT)로 저장될 수 있다. 타이밍 제어부(140)는 휘도 제어부(130)에서 출력되는 휘도 제어 신호에 기초하여 감마 데이터 세트(G_SET)를 선택하여 출력할 수 있다. 감마 데이터 세트(G_SET)는 감마 전압들을 생성하는 데이터 구동부(150)로 공급되고, 데이터 구동부(150)는 감마 데이터 세트(G_SET)에 기초하여 감마 전압들을 생성할 수 있다. 휘도 제어부(130)는 연산부(120)에서 연산된 초기 영상 휘도에 상응하는 룩업 테이블을 출력하는 휘도 제어 신호를 생성할 수 있다. 휘도 제어부(130)는 기 설정된 적응 시간 동안 표시부(100)에 표시되는 영상의 휘도를 초기 영상 휘도에서 시청 영상 휘도로 변경시키는 휘도 제어 신호를 생성할 수 있다. 휘도 제어부(130)는 영상의 휘도를 순차적으로 변경할 수 있다. 휘도 제어부(130)는 타이밍 제어부(140)에 입력되는 수직 동기 신호에 기초하여 적응 시간을 카운트할 수 있다. 예를 들어, 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)가 60Hz 구동을 하는 경우, 1분 동안 60번의 수직 동기 신호가 입력될 수 있다. 적응 시간을 2분으로 설정하는 경우, 휘도 제어부(130)는 120번의 수직 동기 신호가 입력되는 동안 영상의 휘도를 초기 영상 휘도에서 시청 영상 휘도로 순차적으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 휘도 제어부(130)는 수직 동기 신호가 입력될 때마다 휘도 제어 신호를 출력하여 데이터 구동부(150)에 각각의 휘도에 상응하는 감마 데이터 세트(G_SET)를 공급할 수 있다. 휘도 제어부(130)는 기 설정된 적응 시간 동안 영상의 휘도를 초기 영상 휘도에서 시청 영상 휘도로 변경함으로써, 사용자가 불편을 인지하지 못하도록 할 수 있다.
데이터 구동부(150)는 타이밍 제어부(140)에서 공급되는 감마 데이터 세트(G_SET)에 기초하여 감마 전압들을 생성할 수 있다. 데이터 구동부(150)는 타이밍 제어부(140)로부터 공급되는 제2 제어 신호(CTL2)에 응답하여 데이터 신호(DS)를 출력할 수 있다. 데이터 구동부(150)는 수평 개시 신호 및 제2 클럭 신호에 응답하여 영상 데이터에 상응하는 감마 전압을 데이터 신호(DS)로써 데이터 라인으로 출력할 수 있다.
스캔 구동부(160)는 타이밍 제어부(140)로부터 공급되는 제1 제어 신호(CTL1)에 기초하여 스캔 신호(SS)를 생성할 수 있다. 스캔 구동부(160)는 수직 개시 신호 및 제1 클럭 신호에 응답하여 스캔 신호(SS)를 생성하고, 스캔 신호(SS)를 스캔 라인으로 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)는 적응 환경 휘도와 결정 휘도의 관계를 모델링한 수학식 1을 이용하여 주변 환경의 조도(Le) 또는 사용자 휘도(Lu)에 기초하여 초기 영상 휘도를 연산하고, 초기 영상 휘도에 기초하여 영상의 시청 영상 휘도를 연산하며, 기 설정된 적응 시간 동안 영상의 휘도를 초기 영상 휘도에서 시청 영상 휘도로 변경함으로써, 사용자가 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)의 영상을 시청하는 동안 느끼는 눈의 불편함 및 피로도를 감소시킬 수 있다.
도 2는 도1의 헤드 마운트 디스플레이 장치에 포함되는 타이밍 제어부를 나타내는 블록도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 타이밍 제어부의 동작을 설명하기 위한 블록도들이다.
도 2를 참조하면, 타이밍 제어부(140)는 연산부(120), 휘도 제어부(130) 및 메모리(145)를 포함할 수 있다.
연산부(120)는 적응 환경 휘도와 결정 휘도의 관계를 모델링한 수학식 1에 기초하여 초기 영상 휘도 및 시청 영상 휘도를 연산할 수 있다. 연산부(120)는 주변 환경의 조도 또는 사용자가 입력하는 사용자 휘도에 기초하여 초기 영상 휘도를 연산할 수 있다. 또한, 연산부(120)는 초기 영상 휘도에 기초하여 시청 영상 휘도를 연산할 수 있다.
연산부(120)에서 출력되는 초기 영상 휘도 및 시청 영상 휘도는 휘도 제어부(130)에 제공될 수 있다. 휘도 제어부(130)는 초기 영상 휘도 및 시청 영상 휘도에 대응하는 휘도 제어 신호를 메모리(145)로 출력할 수 있다. 또한, 휘도 제어부(130)는 적응 시간 동안 영상 신호의 휘도를 초기 영상 휘도에서 시청 영상 휘도로 변경시키는 휘도 제어 신호를 출력할 수 있다.
메모리(145)는 복수의 감마 데이터 세트들을 저장할 수 있다. 감마 데이터 세트는 데이터 구동부로 공급되어 감마 기준 전압들 사이의 감마 전압을 결정할 수 있다. 감마 데이터 세트에 의해 감마 전압이 변경됨으로써, 영상의 휘도가 변경될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 연산부(120)는 주변 환경의 조도(Le) 또는 사용자 휘도(Lu)를 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 헤드 마운트 디스플레이 장치는 주변 환경의 조도(Le)를 측정하는 조도 측정 센서를 포함할 수 있다. 연산부(120)는 사용자가 헤드 마운트 디스플레이 장치를 장착하는 경우, 조도(Le) 센서에서 측정되는 주변 환경 조도(Le)를 수신할 수 있다. 연산부(120)는 주변 환경의 조도(Le)에 기초하여 영상의 초기 영상 휘도(L1)를 연산할 수 있다. 구체적으로, 연산부(120)는 수학식 1의 적응 환경 휘도에 조도(Le)를 적용하여 연산되는 결정 휘도를 초기 영상 휘도(L1)로 결정할 수 있다. 또한, 연산부(120)는 수학식 1에 표 1에 기재된 초기 영상 휘도(L1)의 상수 c1, c2 및 c3을 적용할 수 있다. 즉, 연산부(120)는 수학식 2에 기초하여 영상의 초기 영상 휘도(L1)를 연산할 수 있다.
[수학식2]
Figure pat00012
이 때, L1은 초기 영상 휘도, Le는 주변 환경의 조도를 나타낸다.
다른 실시예에서, 헤드 마운트 디스플레이 장치는 복수의 사용자 휘도(Lu)들을 저장하고, 사용자 휘도(Lu)들 중 하나를 선택하는 사용자의 선택 신호를 수신하는 사용자 휘도 설정부를 더 포함할 수 있다. 연산부(120)는 사용자의 선택 신호에 상응하는 사용자 휘도(Lu)를 수신할 수 있다. 연산부(120)는 사용자 휘도(Lu)에 기초하여 영상의 초기 영상 휘도(L1)를 연산할 수 있다. 구체적으로, 연산부(120)는 수학식 1의 적응 환경 휘도에 사용자 휘도(Lu)를 적용하여 연산되는 결정 휘도를 초기 영상 휘도(L1)로 결정할 수 있다. 또한, 연산부(120)는 수학식 1에 표 1에 기재된 초기 영상 휘도(L1)의 상수 c1, c2 및 c3을 적용할 수 있다. 즉, 연산부(120)는 수학식 3에 기초하여 영상의 초기 영상 휘도(L1)를 연산할 수 있다.
[수학식3]
Figure pat00013
이 때, L1은 초기 영상 휘도(L1), Lu는 사용자 휘도(Lu)를 나타낸다.
제어부는 연산부(120)에서 공급되는 초기 영상 휘도(L1)에 기초하여 제1 휘도 제어 신호(LCTL1)를 출력할 수 있다. 메모리(145)에 저장된 복수의 감마 데이터 세트들 중에서 제1 휘도 제어 신호(LCTL1)에 상응하는 제1 감마 데이터 세트(G_SET1)가 출력될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 연산부(120)는 초기 영상 휘도(L1)를 저장하고, 초기 영상 휘도(L1)에 기초하여 시청 영상 휘도(L2)를 연산할 수 있다. 연산부(120)는 수학식 1의 적응 환경 휘도에 초기 영상 휘도(L1)를 적용하여 연산되는 결정 휘도를 시청 영상 휘도(L2)로 결정할 수 있다. 또한, 연산부(120)는 수학식 1에 표 1에 기재된 시청 영상 휘도(L2)의 상수 c1, c2 및 c3을 적용할 수 있다. 즉, 연산부(120)는 수학식 4에 기초하여 영상의 시청 영상 휘도(L2)를 연산할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00014
이 때, L2는 시청 영상 휘도(L2), L1은 초기 영상 휘도(L1)를 나타낸다.
제어부는 연산부(120)에서 공급되는 시청 영상 휘도(L2)에 기초하여 제2 휘도 제어 신호(LCTL2)를 출력할 수 있다. 메모리(145)에 저장된 복수의 감마 데이터 세트들 중에서 제2 휘도 제어 신호(LCTL2)에 상응하는 제2 감마 데이터 세트(G_SET2)가 출력될 수 있다.
제어부는 제1 감마 데이터 세트(G_SET1)를 출력하는 제1 휘도 제어 신호(LCTL1)를 출력하고, 기 설정된 적응 시간이 지난 후에 제2 감마 데이터 세트(G_SET2)를 출력하는 제2 휘도 제어 신호(LCTL2)를 출력할 수 있다. 기 설정된 적응 시간 동안에는 초기 영상 휘도(L1)를 시청 영상 휘도(L2)로 순차적으로 변경시키는 휘도 제어 신호들을 출력할 수 있다.
도 4는 도 2의 타이밍 제어부에 포함되는 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 헤드 마운트 디스플레이 장치는 적응 시간(ta) 동안 초기 영상 휘도(L1)를 시청 영상 휘도(L2)로 변경할 수 있다. 제어부는 기 설정된 적응 시간(ta) 동안 영상의 초기 영상 휘도(L1)를 시청 영상 휘도(L2)로 변경하는 휘도 제어 신호를 출력할 수 있다. 휘도 제어부는 타이밍 제어부에 입력되는 동기 신호에 기초하여 적응 시간(ta)을 카운트할 수 있다. 일 실시예에서, 적응 시간(ta)은 2분 이내일 수 있다. 휘도 제어부는 적응 시간(ta) 동안 초기 영상 휘도(L1)를 시청 영상 휘도(L2)로 순차적으로 변경시키는 휘도 제어 신호들을 출력할 수 있다. 메모리에 저장된 복수의 감마 데이터 세트들 중에서 적응 기간 동안 출력되는 휘도 제어 신호들에 상응하는 감마 데이터 세트들이 출력될 수 있다.
도 5는 도 1의 헤드 마운트 디스플레이 장치를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 헤드 마운트 디스플레이 장치(200)는 표시 장치(220), 하우징(240) 및 장착부(260)를 포함할 수 있다.
헤드 마운트 디스플레이 장치(200)는 사용자의 두부에 장착되어 사용자에게 영상 정보를 제공할 수 있다. 표시 장치(220)는 영상 신호에 기초하여 영상을 표시할 수 있다. 표시 장치(220)는 사용자의 좌안 및 우안에 각각 영상을 제공할 수 있다. 사용자의 좌안에 대응하는 좌안 영상 및 사용자의 우안에 대응하는 우안 영상은 동일하거나, 상이할 수 있다. 헤드 마운트 디스플레이 장치(200)는 표시 장치(220)를 통하여 2D, 3D, 가상현실, 360도 파노라마 영상 등을 제공할 수 있다.
표시 장치(220)는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display; OLED), 플렉시블(flexible) 표시 장치 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 표시 장치(220)는 하우징(240)에 내장되거나, 하우징(240)과 결합될 수 있다. 표시 장치(220)는 하우징(240)에 구비되는 인터페이스부 등을 통해 명령을 수신할 수 있다.
하우징(240)은 사용자의 눈의 전면에 위치할 수 있다. 하우징(240)에는 헤드 마운트 디스플레이 장치(200)를 동작시키기 위한 구성 요소들이 수납될 수 있다. 예를 들어, 헤드 마운트 디스플레이 장치(200)의 하우징(240)에는 무선 통신부, 인터페이스부, 메모리, 전원 공급부 등이 위치할 수 있다. 무선 통신부는 외부 단말기와 무선 통신을 수행하여 외부 단말기로부터 영상 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 무선통신부(190)는 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), UWB(Ultra Wideband) 등을 이용하여 외부 단말기와 통신할 수 있다. 인터페이스부는 헤드 마운트 디스플레이 장치(200)를 외부 기기와 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 헤드 마운트 디스플레이 장치(200)는 인터페이스부를 통해 외부 기기로부터 외부 전원을 공급받을 수 있다. 메모리는 헤드 마운트 디스플레이 장치(200)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리는 헤드 마운트 디스플레이 장치(200)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program) 또는 애플리캐이션(application)의 동작을 위한 데이터들 및 명령어들을 저장할 수 있다. 전원 공급부는 외부의 전원 또는 내부의 전원을 인가받아 헤드 마운트 디스플레이 장치(200)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급할 수 있다. 예를 들어, 전원 공급부는 내장형 배터리 또는 교체 가능한 형태의 배터리일 수 있다.
장착부(260)는 하우징(240)과 연결되어 헤드 마운트 디스플레이 장치(200)를 사용자의 머리에 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 장착부(260)는 벨트나 신축성을 갖는 띠 등으로 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 사용자의 눈이 적응한 적응 환경 휘도와 사용자가 불편을 인지하지 못하는 결정 휘도의 관계를 모델링한 수학식 1에 기초하여 영상의 초기 영상 휘도를 연산하는 단계(S100), 수학식 1에 기초하여 영상의 시청 영상 휘도를 연산하는 단계(S200) 및 기 설정된 적응 시간 동안 영상의 초기 영상 휘도를 시청 영상 휘도로 변경하는 단계(S300)를 포함 할 수 있다.
헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 영상의 초기 영상 휘도를 연산(S100)할 수 있다. 수학식 1의 적응 환경 휘도는 사용자의 눈이 적응된 환경의 휘도를 의미하고, 결정 휘도는 사용자가 불편을 인지하지 못하는 휘도를 의미한다. 수학식 1은 휘도 변화에 대해 사용자가 불편함을 느끼거나, 적응하지 못하는 불편 한계점에 기초하여 사용자의 눈이 적응한 적응 환경 휘도와 사용자가 불편을 인지하지 못하는 결정 휘도의 관계를 모델링한 식이다. 헤드 마운트 디스플레이 장치는 사용자가 헤드 마운트 디스플레이 장치를 착용한 직후 표시부에 표시되는 영상의 초기 영상 휘도를 연산할 수 있다. 일 실시예에서, 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 조도 측정 센서를 이용하여 주변 환경의 조도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 수학식 1의 적응 환경 휘도에 조도 측정 센서에서 측정되는 주변 환경의 조도를 적용하여 연산되는 결정 휘도를 초기 영상 휘도로 결정할 수 있다. 또한, 수학식 1에 표1에 기재된 초기 영상 휘도의 제1 상수, 제2 상수 및 제3 상수를 적용할 수 있다. 이에 따라, 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 수학식2에 기초하여 초기 영상 휘도를 연산할 수 있다. 다른 실시예에서, 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 사용자로부터 복수의 사용자 휘도들 중 하나는 선택하는 선택 신호를 입력받는 단계를 더 포함할 수 있다. 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 수학식 1의 적응 환경 휘도에 선택 신호에 상응하는 사용자 휘도를 적용하여 연산되는 결정 휘도를 초기 영상 휘도로 결정할 수 있다. 또한, 수학식 1에 표 1에 기재된 초기 영상 휘도의 제1 상수, 제2 상수 및 제3 상수를 적용할 수 있다. 따라서, 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 수학식 3에 기초하여 초기 영상 휘도를 연산할 수 있다.
헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 영상의 시청 영상 휘도를 연산(S200)할 수 있다. 시청 영상 휘도는 기 설정된 적응 시간 이후 헤드 마운트 디스플레이 장치의 표시부에 표시되는 영상의 휘도를 나타낸다. 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 수학식 1의 적응 환경 휘도에 초기 영상 휘도를 적용하여 연산되는 결정 휘도를 시청 영상 휘도로 결정할 수 있다. 또한, 수학식 1에 표 1에 기재된 시청 영상 휘도의 제1 상수, 제2 상수 및 제3 상수를 적용할 수 있다. 따라서, 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 수학식 4에 기초하여 시청 영상 휘도를 연산할 수 있다.
헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 기 설정된 적응 시간 동안 영상의 초기 영상 휘도를 시청 영상 휘도로 변경(S300)할 수 있다. 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 표시부에 초기 영상 휘도를 갖는 영상을 표시한 후 기 설정된 적응 시간 동안 순차적으로 영상의 초기 영상 휘도를 시청 영상 휘도로 변경할 수 있다. 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 적응 시간 동안 초기 영상 휘도를 시청 영상 휘도로 변경함으로써, 사용자가 영상의 휘도 변화에 따른 불편을 인지하지 못하도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동 방법은 주변 환경의 조도 또는 사용자 휘도에 기초하여 초기 영상 휘도를 연산하고, 초기 영상 휘도에 기초하여 시청 영상 휘도를 연산하며, 표시부에 표시되는 영상의 휘도를 초기 영상 휘도에서 시청 영상 휘도로 변경함으로써, 사용자가 헤드 마운트 디스플레이 장치를 착용하기 전과 후에 느끼는 눈의 불편함과 사용자가 헤드 마운트 디스플레이 장치를 사용함에 따라 느끼는 눈의 피로도를 감소시킬 수 있다.
본 발명은 표시 장치를 구비한 모든 전자 기기에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 노트북, 디지털 카메라, 휴대폰, 스마트폰, 스마트패드, 타블렛 PC, 피디에이(PDA), 피엠피(PMP), MP3 플레이어, 네비게이션, 비디오폰, 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치 등에 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100, 200: 헤드 마운트 디스플레이 장치
120: 연산부 130: 휘도 제어부
140: 타이밍 제어부 150: 데이터 구동부
160: 스캔 구동부

Claims (20)

  1. 영상 신호에 기초하여 영상을 표시하는 표시부;
    사용자의 눈이 적응한 적응 환경 휘도와 상기 사용자가 불편을 인지하지 못하는 결정 휘도의 관계를 모델링한 수학식 "
    Figure pat00015
    "(단, Lth는 결정 휘도, La는 적응 환경 휘도, w는 오프셋, c1은 제1 상수, c2는 제2 상수, c3은 제3 상수를 나타냄.)에 기초하여 상기 영상의 초기 영상 휘도 및 시청 영상 휘도를 연산하는 연산부; 및
    기 설정된 적응(adaptive) 시간 동안 상기 영상의 상기 초기 영상 휘도를 상기 시청 영상 휘도로 변경하는 휘도 제어부를 포함하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    주변 환경의 조도를 측정하는 조도 측정 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 연산부는 상기 조도 측정 센서에서 측정되는 상기 주변 환경의 상기 조도에 기초하여 상기 초기 영상 휘도를 연산하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 연산부는 상기 적응 환경 휘도에 상기 조도를 적용하여 연산되는 상기 결정 휘도를 상기 초기 영상 휘도로 결정하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  5. 제3 항에 있어서, 상기 연산부는 수학식 "
    Figure pat00016
    "(단, L1은 초기 영상 휘도, Le는 주변 환경의 조도를 나타냄.) 에 기초하여 상기 초기 영상 휘도를 연산하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    복수의사용자 휘도들을 저장하고, 상기 사용자 휘도들 중 하나를 선택하는 상기 사용자의 선택 신호를 수신하는 사용자 휘도 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 연산부는 상기 사용자가 선택하는 사용자 휘도에 기초하여 상기 초기 영상 휘도를 연산하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 연산부는 상기 적응 환경 휘도에 상기 사용자 휘도를 적용하여 연산되는 상기 결정 휘도를 상기 초기 영상 휘도로 결정하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 연산부는 수학식 "
    Figure pat00017
    "(단, L1은 초기 영상 휘도, Lu는 사용자 휘도를 나타냄.) 에 기초하여 상기 초기 영상 휘도를 연산하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 연산부는 상기 적응 환경 휘도에 상기 초기 영상 휘도를 적용하여 연산되는 상기 결정 휘도를 상기 시청 영상 휘도로 결정하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 연산부는 수학식 "
    Figure pat00018
    "(단, L2는 시청 영상 휘도, L1은 초기 영상 휘도를 나타냄.)에 기초하여 상기 시청 영상 휘도를 연산하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 휘도 제어부와 연결되고, 복수의 감마 데이터 세트들을 저장하는 타이밍 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 타이밍 제어부는 상기 휘도 제어부에서 출력되는 휘도 제어 신호에 기초하여 상기 적어도 하나 이상의 감마 데이터 세트를 선택하여 출력하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  14. 제12 항에 있어서, 상기 감마 데이터 세트들을 룩업 테이블(LookUp Table; LUT)로 저장되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  15. 제12 항에 있어서, 상기 타이밍 제어부는 수직 동기 신호에 기초하여 상기 적응 시간을 카운트하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  16. 제1 항에 있어서, 상기 적응 시간은 2분 이내인 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치.
  17. 사용자의 눈이 적응한 적응 환경 휘도와 상기 사용자가 불편을 인지하지 못하는 결정 휘도의 관계를 모델링한 수학식 "
    Figure pat00019
    " (단, Lth는 결정 휘도, La는 적응 환경 휘도, w는 오프셋, c1은 제1 상수, c2는 제2 상수, c3은 제3 상수를 나타냄.)에 기초하여 영상의 초기 영상 휘도를 연산하는 단계;
    상기 수학식 "
    Figure pat00020
    "에 기초하여 상기 영상의 시청 영상 휘도를 연산하는 단계; 및
    기 설정된 적응(adaptive) 시간 동안 상기 영상의 상기 초기 영상 휘도를 상기 시청 영상 휘도로 변경하는 단계를 포함하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치의 구동 방법.
  18. 제17 항에 있어서, 주변 환경의 조도를 측정하고, 수학식 "
    Figure pat00021
    "(단, L1은 초기 영상 휘도, Le는 주변 환경의 조도를 나타냄.)에 기초하여 상기 초기 영상 휘도를 연산하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치의 구동 방법.
  19. 제17 항에 있어서, 사용자가 선택한 사용자 휘도를 입력받고, 수학식 "
    Figure pat00022
    "(단, L1은 초기 영상 휘도, Lu는 사용자 휘도를 나타냄.)에 기초하여 상기 초기 영상 휘도를 연산하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display HMD) 장치의 구동 방법.
  20. 제17 항에 있어서, 수학식 "
    Figure pat00023
    "(단, L2는 시청 영상 휘도, L1은 초기 영상 휘도를 나타냄.)에 기초하여 상기 시청 영상 휘도를 연산하는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display; HMD) 장치의 구동 방법.
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