KR950011662B1 - 헤드 탑재형 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

헤드 탑재형 디스플레이 장치

제1a, b도는 종래 종횡비 3 : 4의 가상화면을 구현하는 헤드 탑재형 디스플레이 장치의 기본개념을 설명하기 위한 도면으로서,

a도는 굴절렌즈 방식을 보인 것이고.

b도는 반사거울 방식을 보인 것이다.

제2도는 종래 이안식 헤드 탑재형 디스플레이 장치의 작용 구조도.

제3도 내지 제7도는 본 발명에 의한 헤드 탑재형 디스플레이 장치를 설명하기 위한 도면으로서,

제3도는 본 발명 장치의 구조도이고.

제4도 및 제5도는 본 발명 조명계의 구조 및 작용을 보인 단면도 및 사시도이며.

제6도는 본 발명 장치의 화면정보 분할방법 및 조정방법 설명도이고.

제7도는 본 발명 장치의 와이드 가상화면 구현방법을 도식적으로 나타낸 블록 다이아 그램도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 광원 2 : 반사경

2a, 2b : 부분 반사면 3 : 액정 디스플레이 소자

10, 10' : 광학 유니트

본 발명은 예를 들어, 티브이(TV)나 비디오 게임기(Video game) 등과 같은 영상 미디어의 가상 화면을 구현하는 헤드 탑재형 디스플레이 (Head Mounted Display : HMD) 장치에 관한 것으로, 특히 그 크기를 크게 하지 않으면서도 종횡비 9 : 16의 와이드 가상 화면을 구현 시킬 수 있도록 한 헤드 탑재형 디스플레이 장치에 관한 것이다.

일반적인 헤드 탑재형 디스플레이 장치의 전형적인 실시 형태가 제1도에 도시되어 있다. 도면은 헤드 탑재형 디스플레이 장치의 기본개념을 도시한 것이다.

도시한 바와 같이, 일반적인 헤드 탑재형 디스플레이 장치는 조명계(I)와, 그 조명계(I)의 빛을 받아서 화상을 형성하는 화상형성부(II)와, 상기 화상형성부(II)의 화상을 확대하여 확대된 허상으로 가상화면을 구현하는 수단(III)의 기본 구조를 갖게 된다.

한편, 이러한 헤드 탑재형 디스플레이 장치는 가상화면 구현수단(III)으로 렌즈를 사용하느냐 또는 반사거울을 사용하느냐에 따라 굴절렌즈 방식 및 반사거울 방식으로 대별된다.

제1a도는 종래 굴절렌즈방식 헤드 탑재형 디스플레이 장치의 기본 구조를 나타낸 도면으로, 도시한 바와 같이, 조명계(I)는 광원(1)과 반사경(2)으로 구성되어 있고, 화상을 형성하는 액정 디스플레이 소자(3)이 장치와, 확대된 허상을 형성하는 볼록렌즈(4)로 구성되어 있다.

즉, 가상화면을 구현하는 수단으로 볼록렌즈(4)를 사용한 것으로, 이는 구조가 간단하고, 렌즈(4) 및 광원(2)의 축이 일치하여 구면 수차외의 수차를 거의 무시할 수 있다는 특징이 있다.

그리고, 제2b도는 종래 반사거울 방식 헤드 탑재형 디스플레이 장치의 기본구조를 나타낸 것으로서, 이와 같은 장치의 기본적인 구조는 상술한 굴절렌즈 방식과 같이하고 있으나, 가상화면 구현수단(III)으로써 포물면경(4')이 사용되었고, 또, 조명계(I)와 화상형성부(II)가 포물면경(4')의 상부측에 배치되어 있다는 점이 상이하다.

이러한 방식은 장치를 소형화 시킬 수 있고, 구면수차 뿐만 아니라 색수차까지도 제거할 수 있다는 특징은 있으나, 구조가 복잡하고 렌즈 및 광원의 축이 일치하지 않으므로 비축수차들이 존재하게 된다.

도면에서 미설명부호 5는 관찰자, 6은 가상화면을 각각 보인 것이다.

한편, 상기한 기본방식을 응용하여 실제 헤드 탑재형 디스플레이 장치를 구성함에 있어서는 일안시과 이안식의 두가지 방식이 알려지고 있는데, 일안식은 하나의 눈으로 가상화면을 보는 것이고, 이안식은 두 눈이 각기 다른 화면을 보고 이를 기구적으로 일치시켜 하나의 화면으로 인식하는 것으로써 이 방법은 입체 화면을 구현하는데 유용하게 이용되고 있다.

제2도는 종래 굴절렌즈 방식을 응용한 이안식 헤드 탑재형 디스플레이 장치의 구조도이다. 이는 광원(1) 및 반사경(2)으로 이루어지는 조명계(I)와, 액정 디스플레이 소자(3) 및 볼록렌즈(4)로 각각 구성되는 2개의 광학 유니트(10)(10')가 중심선을 사이에 두고 나란히 배치되어, 상기 2개의 유니트(10)(10')에서 형성된 각각의 확대된 허상이 하나의 가상화면(6)으로 일치됨으로써 확대된 가상화면을 얻을 수 있는 것이다.

즉, 조명계에서 발생된 빛은 액정 디스플레이 소자(3)에서 선택적으로 투과되어 화상을 형성하게 되고, 이 화상의 블록렌즈(4)에 의해 확대되어 허상을 관찰자(5)는 가상화면으로 인지하게 된다.

이때 , 제1 유니트(10)와 제2 유니트(10') 상이의 거리를 조절하여 제1 유니트(10)의 허상과 제2 유니트(10')의 허상을 일치시키면, 관찰자(5)는 각기 다른 두 화상을 하나의 화상으로 인식하게 되므로 하나의 확대된 가상화면을 얻을 수가 있는 것이다.

이러한 동작은 반사거울방식을 채택하여도 동일하게 이루어진다.

상술한 동작에서 제1, 제2유니트(10)(10')의 거리를 조절하여 두 화면을 일치시키는 방법외에도 제1, 제2유니트(10)(10')를 중심선에 대해 일정량 틀어서(tilt) 대칭적으로 각도를 주어 두 화면을 일치시키는 방법도 있다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 구조의 헤드 탑재형 디스플레이 장치는 종횡비 3 : 4의 표준 티브이 화면을 구현하는 것으로써, 최근 확대 추세에 있는 종횡비 9 : 16의 와이드 화면이나, 차세대 티브이인 고화질 티브(HDTV)의 화면크기를 구현 할 수 없고, 또 종래의 장치로 와이드 화면을 구현하기 위해서는 액정자체가 9 : 16의 크기로 커져야 하므로 조명계와 광학계의 구조 및 형태가 복잡해질 뿐만 아니라 장치의 크기가 매우 커지게 되어(3 : 4 화면 일때의 1.5배 이상) 소형 경량화를 이루는데 많은 어려움이 따르게 된다.

이를 감안하여 창안한 본 발명의 목적은 헤드 탑재형 디스플레이 장치의 크기를 크게 하지 않으면서도 종횡비 9 : 16의 와이드 가상화면을 구현할 수 있도록 한 헤드 탑재형 디스플레이 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 광원 및 반사경으로 이루어진 조명계와, 그 조명계의 빛을 선택적으로 투과시켜 화상을 형성하는 액정 디스플레이 소자와, 상기 액정 디스플레이 소자의 화상을 확대하여 확대된 허상으로 가상화면을 구현하는 소자의 화상을 확대하여 확대된 허상으로 가상화면을 구현하는 가상화면 구현수단을 구비한 헤드 탑재형 디스플레이 장치를 구성함에 있어서, 입력된 비디오 신호를 디지탈 정보로 변환시킨 후 임의의 비율을 갖는 2개의 화면정보로 분할하는 화면정보 분할 수단과, 상기 분할된 화면정보를 각기 입력하는 2개의 기억수단과, 상기 기억수단의 화면정보를 부분적으로 중첩시켜 임의의 비율을 갖는 한 화면으로 디스플레이 되게 하는 화면중첩 수단을 구비하여, 종횡비 9 : 16의 와이드 가상화면을 구현하도록 구성한 것을 특징으로 하는 헤드 탑재형 디스플레이 장치가 제공된다.

상기 조명계의 반사경을 각각의 액정 디스플레이 소자를 불균등하게 조명하도록 면적 및 촛점거리가 각각 다르고 비균일 반사율 분포를 갖는 2개의 부분 반사면을 갖는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.

상기 가상화면 구현수단으로는 볼록렌즈, 또는 포물면경이 사용된다.

한편, 본 발명 장치를 구성함에 있어서는 화면의 부분 중첩 비율을 사용자가 자유로이 선택할 수 있도록 하기 위한 화면조정 수단이 설치된 다른 실시예가 제공된다.

상기와 같이 된 본 발명에 의한 헤드 탑재형 디스플레이 장치는 소형 경량이면서도 종래 장치로는 구현할 수 없었던 종횡비 9 : 16의 와이드 가상화면을 구현할 수 있고, 뿐만 아니라 외곽 형태의 변경없이 종횡비 3 : 4에서 9 : 24까지의 와이드 화면을 구현할 수 있으며, 이와 같은 본 발명 장치를 적용함으로써 점차 증가 추세에 있는 티브이 화면의 와이드화 및 개인화에 부응하는 퍼스널 씨아터(Personal Theater)를 제공할 수 있게 되는 등의 효과가 있다.

이하, 본 발명에 의한 헤드 탑재형 디스플레이 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 설명한다.

제3도는 본 발명에 의한 이안식 헤드 탑재형 디스플레이 장치의 구조도이고, 제4도 및 제5도는 본 발명 조명계의 구조 및 작용을 보인 단면도 및 사시도이며, 제6도는 본 발명 장치의 화면정보 분할 방법 및 조정방법 설명도이고, 제7도는 본 발명 장치의 와이드 가상화면 구현방법을 도식적으로 보인 블록 다이아그램도로서, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 헤드 아이아그램도로서, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 헤드 탑재형 디스플레이 장치는 광원(1) 및 반사경(2)으로 이루어진 조명계(I)와, 그 조명계(I)의 빛을 화상으로 형성하는 액정 디스플레이 소자(3)로 이루어지는 화상형성부(II) 및 그 화상형성부(II)의 화상을 확대하여 확대된 허상으로 가상화면을 구현하는 가상화면 구현수단(III)으로 각각 구성된 2개의 유니트(10)(10')가 중심선을 사이에 두고 나란히 배치되어, 이 유니트(10)(10')에서 구현된 화상을 관찰차(5)가 인지하여 양측허상(20)(20')을 얻고, 상기 제1, 제2 유니트(10)(10') 사이의 거리를 조절하여 좌측 허상(20)과 우측허상(20')을 각각 2/3씩 겹쳐지게 하면, 관찰자(5)는 상기 허상(20)(20')이 부분적으로 합쳐져서 구현된 종횡비 9 : 16의 와이드 가상 화면을 인식하게 되는 구성으로 되어 있다.

이를 위하여 본 발명의 헤드 탑재형 디스플레이 장치에 있어서는 조명계(I)의 반사경(2)을 제4도 및 제5도에 도시한 바와 같이 각각의 액정 디스플레이 소자(3)를 불균등하게 조명하도록 명적 및 촛점이 각각 다르고 비균일 반사율 분포를 갖는 2개의 부분반사면(2a)(2b)을 가지도록 형성하여, 광학 유니트(10)(10')를 구성하는 한편, 입력된 비디오 신호를 디지탈 정보로 변환시킨후 임의의 비율을 갖는 n개의 화면정보(여기서는 9 : 16의 종횡비를 구현하는 것으로써 4등분 한다)로 분할하는 화면정보 분할수단과, 상기 분할된 화면정보를 각기 입력하는 기억수단과, 상기 기억수단의 화면정보를 부분적으로 중첩시켜 임의의 비율을 갖는 한 화면으로 디스플레이 되게 하는 화면중첩수단을 구비한 구성으로 되어 있다.

상기 화면정보 분할 방법을 자세히 살펴보면, 제6도에 도시한 바와 같이, 9 : 16의 와이드 화면의 정보(30)를 4등분(헤드 탑재형 디스플레이 장치)(수단(III))(화상형성부(II))(조명계(I))하여 일측 액정패널(40)에 (헤드 탑재형 디스플레이 장치)(수단(III))(화상형성부(II))정보를 A-A', A-B', C-C'의 경로로 보내주고, 또 (수단(III))(화상형성부(II))(조명계(I))의 화면정보를 타측 액정 패널(40')에 B-E', C-F', D-D'의 경로로 보내준다.

그 결과 와이드 화면의 정보 "Goldstar"는 도면에서와 같이 양측 액정패널(40)(40')에 나타나게 된다.

이와 같은 상태에서 제3도의 광학 유니트(10)(10')를 이용하여 제6도의 (수단(III))(화상형성부(II))부분이 중첩된 가상화면을 구현하면, 관찰자는 이를 와이드 화면으로 인식하게 되는 것이다.

여기서, 화상의 중첩과정을 살펴보면, 제4도에서 보는 바와 같이, 조명계의 광원(1)에서 나간 광량의 절반은 반사경(2)의 제1부분 반사면(2a)에 반사되어 액정 디스플레이 소자(3)이 장치의 (a)부분을 지나 입사되고, 나머지 절반의 광량은 제2부분 반사면(2b)에 분사되어 (b)와 (다)영역에 고루 퍼져 입사된다. 이때 액정 디스플레이 소자(3)의 장치의 (b)(다)영역을 지나는 빛은 (a)영역을 지나는 빛에 대해 1/2의 광량을 가지게 된다.

즉, 상기와 같은 조명계에 의해서 제6도의 양측 액정패널(40)(40') (헤드 탑재형 디스플레이 장치)(조명계(I))부분에 비하여 광량이 절반이므로, (헤드 탑재형 디스플레이 장치)(수단(III))(화상형성부(II))(조명계(I))의 모든 부분이 균일한 광분포를 나타내게 된다.

한편, 화면의 일치성을 조정하는 방법을 살펴보면, 제6도에서 일측 액정패널(40)의 조정점 H'와 I'를 타측 액정패널(40')의 조정점 H"와 I"에 H'→H", I'→I"로 일치시키면, 가상화면(30)에서의 H,I처럼 각각 하나의 점으로 일치되어 두화면을 일치시킬 수 있게 된다.

이는 사용자가 직접 화면을 보면서 조작하여 일치 시킬 수도 있고, 또 화면조정수단을 구비하여 자동으로 일치되도록 구성할 수도 있으며, 같은 방법으로 상, 하 화면을 일치시키는 수단도 부착하여 상, 하 좌우를 사용자의 환경조건에 적합하도록 일치시켜 최적의 화면 상태를 얻을 수가 있다.

한편, 본 발명장치는 도시예에서와 같이 가상화면 구현수단(III)으로 볼록렌즈(4)를 사용하는 굴절렌즈 방식 뿐만 아니라, 도시하지는 않았으나, 포물면경을 사용하는 반사거울 방식으로 구성할 수도 있다.

또한, 양측 광팍 유니트(10)(10') 사이의 거리를 조절하여 화상을 부분적으로 중첩시켜 화면을 구현하는 방식이외에도 양측 광학 유니트(10)(10')를 중심선을 기준으로 일정 각도 틀어서(tilte) 일치시켜 화면을 구현할 수도 있다.

제7도는 본 발명 장치의 화면정보처리 방식도로서, 이를 살펴보면, 입력된 비디오 신호는 A/D변환기를 거쳐 디지탈 정보로 변환되고, 변환된 정보는 메모리에 일시 저장됨과 아울러 n등분으로 분할된다. (9 : 16 와이드 화면의 경우 4분할 된다)

이와 같이 분할된 화면정도는 양측 LCD 드라이버로 3/4씩 나뉘어 보내어 지고, 보내진 화면정보는 양측 LCD면에 표시된다.

이후에는 두 화면을 부분적으로 중첩시켜 9 : 16의 와이드 가상화면을 얻는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 의한 헤드 탑재형 디스플레이 장치는 소형, 경량이면서도 종래에는 구현할 수 없었던 종횡비 9 : 16의 와이드 가상화면을 구현할 수 있고, 뿐만 아니라 외곽형태의 변경없이 종횡비 3 : 4에서 9 : 24까지의 와이드 화면을 구현할 수 있으며, 이와 같은 본 발명 장치를 적용함으로써 점차 증가 추세에 있는 티브이 화면의 와이드화 및 개인화에 부응하는 퍼스널 씨아터를 제공할 수 있게 되는 등의 효과가 있다.

Claims (6)

1. 광원(1) 및 반사경(2)으로 이루어진 조명계와, 그 조명계의 빛을 선택적으로 투과시켜 화상을 형성하는 액정 디스플레이 소자(3)와, 상기 액정 디스플레이 소자(3)의 화상을 확대하여 확대된 허상으로 가상화면을 구현하는 가상화면 구현수단을 구비한 헤드 탑재형 디스플레이 장치를 구성함에 있어서, 입력된 비디오 신호를 디지탈 정보로 변환시킨후 임의의 비율을 갖는 2개의 화면정보로 분할하는 화면정보 분할수단과, 상기 분할된 화면정보를 각기 입력하는 2개의 기억수단과, 상기 기억수단에 의해 기억된 화면정보를 이용하여 양측 액정 디스플레이 소자에 화상을 형성하고 확대함과 아울러 그 확대된 화상을 부분적으로 중첩시켜 임의의 비율을 갖는 한 화면으로 디스플레이 되게 하는 화면중첩수단을 구비하여, 종횡비 9 : 16등 임의의 종횡비를 갖는 와이드 가상화면을 구현하도록 구성한 것을 특징으로 하는 헤드 탑재형 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 조명계의 반사경(2)은 각각의 액정 디스플레이 소자(3)를 불균등하게 조명하도록 면적 및 촛점거리가 다르고, 비균일 반사율 분포를 갖는 2개의 부분 반사면(2a)(2b)을 갖는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 헤드 탑재형 디스플레이 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 가상화면 구현수단은 블록렌즈인 것을 특징으로 하는 헤드 탑재형 디스플레이 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 가상화면 구현수단은 포물면경인 것을 특징으로 하는 헤드 탑재형 디스플레이 장치.
5. 제1항에 있어서, 두 화면을 부분적으로 중첩시키기 위하여 양측 액정 디스플레이 소자에 조정점을 표시하고, 이 조정점들을 일치시켜 두 화면의 부분일치를 구현하는 조정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 탑재형 디스플레이 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 화면 중첩수단의 중첩비율을 사용자가 임의로 선택, 조정하기 위한 화면 조정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드 탑재형 디스플레이 장치.