KR20210062978A - 투과형 헤드마운트 광학시스템 및 그것을 이용한 잠수 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부피를 줄이고 빔손실을 최소화하여 가상이미지 및 외부이미지의 선명도를 향상시킨 투과형 헤드마운트 광학시스템 및 그것을 이용한 잠수 마스크에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은, 가상이미지광을 송출하는 디스플레이패널부; 상기 가상이미지광을 확대반사하여 사용자로 향하게 하는 가상이미지광학부; 외부이미지광을 가이드하여 사용자로 향하게 하는 외부이미지광학부; 및 상기 가상이미지광학부 및 외부이미지광학부의 사이에 구비되어 특정 편광성분만 반사시키는 부분반사부를 포함하여 구성되는 투과형 헤드마운트 광학시스템을 제공한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 수중정보를 확인하기 위해 팔을 들지 않아도 양팔이 자유로운 상태에서 실시간으로 수중정보 및 메세지를 확인할 수 있는 이점이 있으며, 볼록곡면경에 의해 내부에서 100% 반사되므로 외부 환경에 상관없이 선명한 화면으로 수중정보를 확인할 수 있는 이점이 있다.

Description

투과형 헤드마운트 광학시스템 및 그것을 이용한 잠수 마스크{Optical system of see-through head mount and dive mask using the same}

본 발명은 투과형 헤드마운트 광학시스템 및 그것을 이용한 잠수 마스크에 관한 것이며, 구체적으로 부피를 줄이고 빔손실을 최소화하여 가상이미지 및 외부이미지의 선명도를 향상시킨 투과형 헤드마운트 광학시스템 및 그것을 이용한 잠수 마스크에 관한 것이다.

다이브컴퓨터(Dive Computer)는 수중에 잠수하는 사람들에게 수온이나 수심 등의 정보를 알려주는 역할을 하는데, 이러한 다이브컴퓨터를 이용하여 잠수하는 사람들은 서로 수중에서 정보를 교환하거나 안전사고에 대비할 수 있다. 최근 스킨스쿠버 등 레져인구가 증가하면서 다이브컴퓨터에 대한 수요도 늘어나고 있다.

수중에서는 급격하게 변화하는 환경에 따라 안전에 유의해야 하는데 다른 사람들과의 통신이 원활하지 않기 때문에 위험한 상황이 닥칠 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 수중 데이터 통신이 많이 연구 및 개발되고 있는데 주로 초음파를 이용하여 통신하는 방식이다. 수중 데이터 통신 단말기에 초음파모듈을 구비하여 초음파를 통해 상대방과 통신함으로써 수시로 안전을 확인하고 정보를 교환할 수 있다.

한편, 다이브컴퓨터는 보통 손목에 차고 잠수를 하는데, 급변하는 수중상황에서 일일이 손목을 확인하는 것도 번거로울 수 있으며, 특정 작업을 할 때에는 다이브컴퓨터를 확인하기가 어려울 수도 있다.

도 1을 참조하여 종래기술 공개특허공보 제10-2003-0073015호에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상기한 발명은 음성신호를 송수신하기 위한 안테나와, 마이크로폰과 이어폰과 무선통신용 송수신장치가 구비되어 수중작업 뿐만 아니라 레저용 등으로 사용가능하며 무선상태로 음성신호를 송수신 할 수 있는 효과가 있다.

하지만, 종래기술은 단지 다른 사람과의 소통을 위한 것이며, 잠수정보를 직접 취득할 수 있는 방법은 없다. 잠수정보를 취득하려면 여전히 손목에 찬 다이브컴퓨터를 확인하는 수 밖에 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것이며, 수중정보를 확인하기 위해 일일이 팔을 들어 확인할 필요없이 팔이 자유로운 상태에서 실시간으로 수중정보 및 메세지를 확인할 수 있는 투과형 헤드마운트 광학시스템을 이용한 잠수 마스크를 제공하기 위한 것이다.

또한, 혼탁한 수중에서도 외부이미지와 가상이미지를 선명하게 확인할 수 있는 투과형 헤드마운트 광학시스템을 이용한 잠수 마스크를 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 가상이미지광을 송출하는 디스플레이패널부; 상기 가상이미지광을 확대반사하여 사용자로 향하게 하는 가상이미지광학부; 외부이미지광을 가이드하여 사용자로 향하게 하는 외부이미지광학부; 및 상기 가상이미지광학부 및 외부이미지광학부의 사이에 구비되어 특정 편광성분만 반사시키는 부분반사부를 포함하여 구성되는 투과형 헤드마운트 광학시스템을 제공한다.

상기 가상이미지광학부는 상기 디스플레이패널부에서 송출되는 가상이미지광을 가이드하는 제1라이트가이드프리즘; 상기 부분반사부에 의해 반사된 가상이미자광의 위상을 변위시키는 위상지연판; 상기 위상지연판을 통과한 광을 확대반사시키는 볼록곡면경을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 외부이미지광학부는 외부이미지광이 입사되는 외부이미지광입사부; 상기 외부이미지광을 가이드하는 제2라이트가이드프리즘을 포함하여 구성되며, 상기 제2라이트가이드프리즘은 일단이 상기 부분반사부에 접하여 입사된 외부이미지광을 상기 부분반사부으로 가이드하여 가상이미지와 외부이미지를 중첩시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 또한, 수중에서 사용자의 눈을 보호하며 전방을 볼 수 있는 잠수마스크에 있어서, 상기 잠수마스크는 정보표시부가 구비되며, 상기 정보표시부는 사용자가 착용하는 다이버패드정보를 수신하는 무선모듈 및 상기 다이버패드정보를 표시하여 주는 디스플레이모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 잠수마스크를 제공한다.

상기 디스플레이모듈은 디스플레이패널부, 가상이미지광학부, 부분반사부, 외부이미지광학부가 적층되어 형성되어 가상이미지와 외부이미지를 동시에 표시하여 주는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 수중정보를 확인하기 위해 팔을 들지 않아도 양팔이 자유로운 상태에서 실시간으로 수중정보 및 메세지를 확인할 수 있는 이점이 있다.

또한, 볼록곡면경에 의해 내부에서 100% 반사되므로 외부 환경에 상관없이 선명한 화면으로 수중정보를 확인할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래기술에 의한 잠수마스크의 구성을 나타내는 사시도;
도 2는 본 발명에 의한 수중 다이빙정보 표시시스템의 구성을 나타내는 구성도;
도 3은 도 2에서 잠수마스크에 포함되는 투과형 헤드마운트 광학시스템의 구성을 나타내는 구성도;
도 4는 투과형 헤드마운트 광학시스템의 다른 실시예를 나타내는 구성도.

본 발명에 의한 구체적인 실시예의 구성 및 작용에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 수중 다이빙정보 표시시스템은 다이버패드(100), 통신단말모듈(300), 마스크(400)를 포함하여 구성된다.

상기 다이버패드(100)는 각종 센서가 내장되어 수심, 온도 및 시간 등 잠수에 필요한 정보를 표시하여 주는 역할을 한다. 상기 다이버패드(100)는 보통 손목에 착용하게 된다.

상기 통신단말모듈(300)은 다이버패드(100)의 정보를 송수신하고 다이버패드 또는 타인으로부터 수신된 정보를 상기 마스크(400)로 전송하여 주는 역할을 한다.

상기 통신단말모듈(300)에는 초음파모듈, 블루투스모듈 등 무선통신을 할 수 있는 무선통신부가 실장될 수 있다.

상기 마스크(400)에는 정보표시부(450)가 구비되어 통신단말모듈로부터 수신된 화면정보를 눈 전방에 표시하여 준다. 상기 정보표시부(450)는 외부기기와의 통신을 위하여 블루투스와 같은 무선모듈을 구비할 수 있으며, 상기 무선모듈를 통해 수신된 정보를 디스플레이모듈을 통하여 사용자에게 표시하여 줄 수 있다.

다이버가 손목에 차고 있는 다이버패드의 정보는 유선으로 연결된 통신단말모듈(300)로 전송되고, 통신단말모듈(300)에서는 블루투스모듈을 이용하여 다이버패드의 정보를 상기 정보표시부(450)로 전송할 수 있다.

도 3을 참조하여, 상기 정보표시부(450)에 구비되는 디스플레이모듈인 투과형 헤드마운트 광학시스템에 대하여 설명한다.

본 실시예에 의한 투과형 헤드마운트 광학시스템은 디스플레이패널부, 가상이미지광학부, 외부이미지광학부, 부분반사부를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 디스플레이패널부, 가상이미지광학부 및 외부이미지광학부는 위아래로 적층되는 구조로 이루어진다.

상기 디스플레이패널부는 통신단말모듈(300)에서 전송된 가상이미지광을 송출하여 주는 역할을 하며, 자체발광을 할 수 있는 OLED(40)로 구비될 수 있다. 상기 OLED(40)에서 송출된 가상이미지광은 가상이미지광학부를 통해 전송된다.

상기 가상이미지광학부는 제1라이트가이드프리즘(41), 볼록곡면경(42), 위상지연부(421)를 포함하여 구성된다.

상기 제1라이트가이드프리즘(41)은 상기 OLED(40)에서 송출되는 가상이미지광을 볼록곡면경(42)으로 가이드하는 역할을 한다. 이때, 상기 가상이미지광은 제1라이트가이드프리즘(41) 내부에서 전반사가 되어 전송될 수 있으며, 제1라이트가이드프리즘 내부에서 진행되는 가상이미지광은 부분반사부(412)에 의해 반사되어 복록곡면경(42)으로 진행될 수 있다.

구체적으로, 상기 제1라이트프리즘(41)은 사용자의 눈이 향하는 시선과 일정각도 경사진 경사면을 가지며, 상기 경사면에 부분반사부(412)가 구비된다. 상기 부분반사부(412)에는 이미지광에서 특정 편광성분만을 반사시키는 PBS필름이 부착될 수 있다.

제1라이트가이드프리즘 내부에서 가상이미지광은 전반사되어 진행하다가 상기 부분반사부에 의해 특정 편광성분이 반사되어 사용자의 시선 전방에 구비되는 볼록곡면경(42)으로 진행한다.

상기 볼록곡면경(42)의 볼록면(422)에는 입사되는 가상이미지광 전부를 내부에서 확대반사하도록 미러코팅이 되어 있으며, 다른쪽 평면(421)에 형성되는 위상지연부(421)에는 위상변위필름이 부착될 수 있다.

상기 위상변위필름은 복굴절을 일으키며 편광방향에 따라 진행속도를 달리하여 위상변위를 일으킨다. 본 실시예에서 상기 위상변위필름은 λ/4(λ:파장) 위상변위필름이 부착될 수 있다.

즉, 가상이미지광이 부분반사부에 의해 반사되어 볼록곡면경(42)으로 진행할 때 위상지연부(421)를 통과하게 되며, 이때 가상이미지광의 위상은 λ/4만큼 변위된다. 또한, 볼록곡면경(42)에서는 100% 반사하게 되며, 볼록곡면경에서 반사된 가상이미지광은 다시 위상지연부(421)를 통과하면서 다시 위상이 λ/4만큼 변위되어 최종적으로 λ/2만큼 위상변위가 일어나게 된다.

이렇게 위상변위가 일어나면 편광방향이 바뀌므로 볼록곡면경(42)에서 반사되는 가상이미지광은 편광방향이 바뀌어 부분반사부(412)를 통과하게 된다. 이렇게 부분반사부(412)를 통과한 가상이미지광은 사용자의 눈에 입사하여 사용자가 가상이미지를 인식할 수 있게 된다. 본 실시예에서는 볼록곡면경(42)에서 가상이미지광이 100% 반사되므로 외부로 손실되는 빛이 저감되어 사용자는 가상이미지를 선명하게 인식할 수 있다.

제1라이트가이드프리즘(41)과 볼록곡면경(42) 사이에는 상기 제1라이트가이드프리즘(41)의 전반사면(411)에서 가상이미지광의 전반사가 원활하게 일어나도록 에어갭을 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 외부이미지광학부는 외부이미지광입사부(434), 제2라이트가이드프리즘(43)을 포함한다. 또한, 상기 외부이미지광학부는 가상이미지광학부의 하부에 적층식으로 구비된다.

풍경이나 사람과 같은 외부 실사이미지는 아래쪽에 위치한 외부이미지광입사부(434)로 입사되며, 입사된 외부이미지광은 제2라이트가이드프리즘(43) 내에서 전반사되어 사용자의 눈으로 입사된다.

상기 제2라이트가이드프리즘(43)은 제1반사면(431), 제2반사면(432), 제3반사면(433)을 포함할 수 있으며, 상부면은 상기 부분반사부(412)와 접촉하여 이루어지는 것이 바람직하다.

외부이미지광이 제2라이트가이드프리즘으로 입사되면 제2라이트가이드프리즘에서는 상기 외부이미지광을 상부로 전반사시켜 가이드한다.

구체적으로, 입사된 외부이미지광은 경사진 제1반사면(431)에 의하여 반사된다. 상기 제1반사면(431)에는 반사코팅이 되어 있어 제2라이트가이드프리즘으로 입사된 외부이미지광이 내부에서 전반사될 수 있도록 유도하는 역할을 한다. 즉, 상기 제1반사면(431)에서 반사된 외부이미지광은 제2반사면 및 제3반사면에서 전반사되도록 반사각이 조정되므로 제2반사면 및 제3반사면에는 별도의 반사코팅이 되어 있지 않아도 상관없다.

제2라이트가이드프리즘에서 전반사되어 상부로 진행되는 외부이미지광은 부분반사부(412)에서 특정 편광성분이 반사되어 사용자 눈으로 입사된다.

따라서, 상기 부분반사부에 의해 가상이미지광 및 외부이미지광이 병합되어 사용자에게 동시에 입사되므로 사용자는 외부이미지와 가상이미지를 선명하게 동시에 볼 수 있는 장점이 있다.

다음으로, 도 4를 참조하여 다음 실시예에 대하여 설명한다. 다만, 앞의 실시예와 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

본 실시예에서 디스플레이패널부는 LCOS를 이용하여 구성된다. 즉, 프론트조명(80)에서 방사되는 조명광은 조명프리즘(81)을 통과하여 LCOS패널(82)로 입사하며, LCOS패널(82)은 프론트조명(80)에서 방사되는 광을 반사시켜 가상이미지를 형성하여 송출한다.

가상이미지를 구성하는 가상이미지광은 제1라이트가이드프리즘(83)을 통해 전반사되면서 볼록곡면경(84)으로 진행된다. 이때, 프론트조명(80) 및 LCOS패널(82) 사이에는 제1부분반사부(831)가 구비된다.

즉, LCOS패널(82)에서 송출된 가상이미지광은 제1부분반사부(831)에서 특정 편광성분이 반사된 후 제1라이트가이드프리즘(83) 내부에서 전반사되어 진행되며, 상기 제1부분반사부(831)의 하부에서 대칭적으로 구비되는 제2부분반사부(833)에 의해 다시 반사되어 볼록곡면경(84)으로 진행된다.

상기 제2부분반사부(833) 및 볼록곡면경(84) 사이에는 위상지연부(841)가 구비되어 편광방향이 변경되며, 이에 따라 볼록곡면경(84)에서 반사된 가상이미지광은 제2부분반사부를 통과하여 사용자의 눈에 입사하게 된다.

상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 다이버패드 300 : 통신단말모듈
400 : 마스크 40 : OLED
41 : 제1라이트가이드프리즘 42 : 볼록곡면경
421 : 위상지연부 412 : 부분반사부
434 : 외부이미지광입사부 43 : 제2라이트가이드프리즘

Claims (5)

1. 가상이미지광을 송출하는 디스플레이패널부;
   상기 가상이미지광을 확대반사하여 사용자로 향하게 하는 가상이미지광학부;
   외부이미지광을 가이드하여 사용자로 향하게 하는 외부이미지광학부; 및
   상기 가상이미지광학부 및 외부이미지광학부의 사이에 구비되어 특정 편광성분만 반사시키는 부분반사부를 포함하여 구성되는 투과형 헤드마운트 광학시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가상이미지광학부는
   상기 디스플레이패널부에서 송출되는 가상이미지광을 가이드하는 제1라이트가이드프리즘;
   상기 부분반사부에 의해 반사된 가상이미자광의 위상을 변위시키는 위상지연판;
   상기 위상지연판을 통과한 광을 확대반사시키는 볼록곡면경을 포함하는 것을 특징으로 하는 투과형 헤드마운트 광학시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 외부이미지광학부는
   외부이미지광이 입사되는 외부이미지광입사부;
   상기 외부이미지광을 가이드하는 제2라이트가이드프리즘을 포함하여 구성되며,
   상기 제2라이트가이드프리즘은 일단이 상기 부분반사부에 접하여 입사된 외부이미지광을 상기 부분반사부으로 가이드하여 가상이미지와 외부이미지를 중첩시키는 투과형 헤드마운트 광학시스템.
   
4. 수중에서 사용자의 눈을 보호하며 전방을 볼 수 있는 잠수마스크에 있어서,
   상기 잠수마스크는 정보표시부가 구비되며,
   상기 정보표시부는 사용자가 착용하는 다이버패드정보를 수신하는 무선모듈 및 상기 다이버패드정보를 표시하여 주는 디스플레이모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 잠수마스크.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 디스플레이모듈은 디스플레이패널부, 가상이미지광학부, 부분반사부, 외부이미지광학부가 적층되어 형성되어 가상이미지와 외부이미지를 동시에 표시하여 주는 것을 특징으로 하는 잠수마스크.

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