WO2017022998A1 - 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템 - Google Patents

헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템 Download PDF

Info

Publication number
WO2017022998A1
WO2017022998A1 PCT/KR2016/008125 KR2016008125W WO2017022998A1 WO 2017022998 A1 WO2017022998 A1 WO 2017022998A1 KR 2016008125 W KR2016008125 W KR 2016008125W WO 2017022998 A1 WO2017022998 A1 WO 2017022998A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reflection module
display unit
module
reflection
light
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/008125
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이승종
김진옥
Original Assignee
이승종
김진옥
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이승종, 김진옥 filed Critical 이승종
Publication of WO2017022998A1 publication Critical patent/WO2017022998A1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays

Definitions

  • the present invention relates to an optical system for a head mounted display, and more particularly, to an optical system of a head mounted display that can be recognized by others as general glasses and can provide a screen in the direction of the wearer's field of view.
  • An optical system for a head mounted display refers to an optical system for implementing a device configured to view a stereoscopic image through a liquid crystal screen close to two eyes.
  • Patent Publication No. 2014-0036351 shows the construction of a conventional optical system for head mounted displays.
  • Conventional optical systems for head mounted displays include: a window lens for receiving external light; A beam splitter positioned at 45 ° to external light; A light pipe through which external light reflected by the beam splitter and light of a virtual screen from the display panel pass; A near image former for combining light of the display panel and the light source; It consists of a near beam splitter that reflects the light that is merged by the near image former.
  • Display panels include liquid crystal on silicon (LCOS) using liquid crystals and OLEDoS (organic light emitting display on silicon) using organic devices. In the case of LCOS, light sources are required because they do not emit light by themselves.
  • LCOS liquid crystal on silicon
  • OLEDoS organic light emitting display on silicon
  • the virtual screen created by the display panel and the light from the light source is merged by the near image former is reflected by the near beam splitter, enters the image former through the light pipe, and merges with the external light (real screen) reflected by the beam splitter, and then again. Reflected by the beam splitter, it enters the human eye.
  • the external light (real screen) and the light on the display panel (virtual screen) are combined by the image former to form an augmented reality screen in which the virtual screen and the real screen are combined and sent to the eye to make a virtual You feel both the screen and the reality screen.
  • the conventional optical system for head-mounted display always provides a fixed screen and field of view, and the inconvenience of having to secure the screen and focus by moving the actual wearer's eyes.
  • the screen from the right eye (or left eye) display portion passes through each component and enters the right eye (or left eye) without changing the direction, and each component is fixed in the light pipe.
  • the optical path length necessary to implement augmented reality it is necessary to secure a certain volume or more.
  • the conventional optical system for head-mounted display has the disadvantage that the focus can not be secured if the length of the light pipe is reduced to reduce the volume, and in order to secure the focus, the eye may be separated by about twice the distance from the ordinary spectacle lens. Inevitably, there was a problem in securing mobility, such as discomfort during wearing and greatly shifting the focus even a little shaking.
  • the conventional optical system for a head-mounted display has a disadvantage in that the external display portion protrudes when worn and the volume of the components is large so that it can be recognized as wearing a special device to others.
  • the conventional optical system for a head mounted display has to have a large display unit in order to provide a wide display screen so that the wearer can recognize the information on the screen well, so that it is more difficult to recognize a particular device wearing by others.
  • the weight is increased by the display unit.
  • the conventional optical system for head-mounted display does not generate an image in the direction of the wearer's field of vision, so that the wearer needs to shift his gaze toward the augmented reality screen in order to obtain information displayed on the screen. There is a risk of an accident due to failure to look forward.
  • it provides a three-dimensional virtual screen to provide a head mounted display optical system, the wearer can feel a three-dimensional augmented reality.
  • Head mounted display optical system the display unit for displaying an image; A first reflection module disposed in an image light traveling direction of the display unit to reflect the light; And a second reflection module reflecting the light reflected from the first reflection module in an eyeball direction, wherein the first reflection module has a first reflection surface having a concave shape having a specific first focal length.
  • the first horizontal distance which is a horizontal distance from the center of the first reflection module to the display unit, is shorter than the first focal length
  • the second reflection surface of the second reflection module is an inner surface of the spectacle lens.
  • the light provided from the display unit is reflected by the first reflection module and then reflected by the second reflection module to be provided to the eye of the wearer.
  • the second reflecting surface may have a concave shape having a specific second focal length of the spectacle lens, and the horizontal distance from the center of the second reflecting module to the first image which is a screen of the display unit appearing in the first reflecting module is It may be characterized by being shorter than the second focal length.
  • a head mounted display optical system comprising: a display configured to display an image; A first reflection module having a flat first reflection surface and disposed in an image light traveling direction of the display unit to reflect the light; And a second reflection module reflecting light reflected from the first reflection module in an eyeball direction, wherein the second reflection module has a second reflection surface that is an inner surface of a concave shape having a specific second focal length.
  • the spectacle lens includes a first horizontal distance that is a horizontal distance from the center of the first reflection module to the display unit and a second horizontal distance that is a horizontal distance from the center of the second reflection module to the first reflection module. The sum is shorter than the second focal length, and the light provided from the display unit is reflected by the first reflection module and then reflected by the second reflection module to be provided to the eye of the wearer.
  • the display unit and the first reflection module are disposed on the same side of the spectacle lens in an inclined state at each particular angle, wherein the light reflected from the first reflection module corresponds to the front of the eyeball. It may be provided as a second reflecting surface area.
  • the display unit may further include a convex lens disposed on an optical path from the display unit to the first reflection module.
  • the second reflection module may be configured to transmit external light passing through the spectacle lens and to reflect the image light incident in the eyeball direction.
  • the display unit may generate polarized light in a specific direction, and the second reflective module may reflect all of the polarized light in the specific direction.
  • the display unit may include a right eye display unit for providing right eye image light and a left eye display unit for providing left eye image light
  • the second reflection module may include a left eye second reflection module and a right eye second reflection module. It includes, the right eye image light and the left eye image light may be characterized in that the same image formed by mutually perpendicular polarization.
  • the apparatus may further include a spectacle frame, wherein the display unit is disposed adjacent to a lower end of the spectacle frame in a state of being inclined at a specific first angle to provide the image light in a direction opposite to the spectacle lens. May be disposed adjacent to the lower end of the spectacle frame in a state inclined at a second predetermined angle to provide the image light to the spectacle lens.
  • the apparatus may further include an eyeglass frame.
  • the display unit and the first reflection module may be provided in a housing having a specific shape and formed as an optical module.
  • the optical module may be detachable from one side of the eyeglass frame. Can be.
  • the optical module may further include a transmission lens that is reflected by the first reflection module and transmits the image light that passes to the second reflection module.
  • the optical module may be sealed by the housing and the transmission lens. Can be.
  • the first reflection module or the display unit may be characterized in that it is possible to move left and right or back and forth based on the specific eye of the wearer.
  • the first reflection module or the display unit may include an angle adjustment module exposed to the outside of the glasses, respectively.
  • the display apparatus may further include a transmission lens that is reflected by the first reflection module and transmits the image light traveling to the second reflection module.
  • the display unit may generate linear polarization in a specific direction, and the first reflection module Reflects all of the linearly polarized light provided by the display unit, the transmission lens converts the linearly polarized light reflected by the first reflection module into circularly polarized light in a specific rotational direction, and the second reflection module converts the circularly polarized light. It may be characterized in that the reflection to provide to the wearer's eyeball.
  • the inner surface of the spectacle lens is used as a display screen, a separate display unit is not exposed to the outside, and thus, it is recognized to others as general glasses and can be easily worn in everyday life.
  • the wearer may use the same as general glasses, and generate the image light only when necessary and use it as a smart glass.
  • the optical system is applied to the reflection processing or sunglasses lens so that the image light is not transmitted to the inner surface of the spectacle lens, even when the optical system provides the image light, the image light is not exposed to the outside, so that other people do not care about the eyes of others. Without using the smart glass can be used outside.
  • the optical system can generate a wide screen by utilizing the wide inner surface of the spectacle lens, so that the wearer can easily recognize the information on the screen.
  • the wearer can recognize the information provided by the optical system while looking forward. In this way, an accident may be prevented by not looking forward in the process of confirming the information provided by the optical system.
  • all configurations of the optical system can be arranged in a narrow space between the spectacle lens and the wearer's face by adjusting the relationship with the focal length of the reflective module, so that the configuration of the optical system can not be exposed to the outside.
  • the wearer can wear a smart glass equipped with the optical system for head mounted display according to the present invention as usual glasses and have a daily life.
  • the spectacle lens is a large glasses, if the display unit and the first reflection module are disposed below, the wearer has an effect of being able to receive a screen in a state where the line of sight is not disturbed by the first reflection module and the display unit. have.
  • the first reflection module and the display unit are configured as separate optical modules
  • the first reflective module and the display unit may be detachable, and the user may combine the optical module with the desired glasses to use the smart glass.
  • the wearer can be used as a normal glasses in general, but can be used as a smart glass by combining the optical module only when necessary.
  • embodiments of the present invention can generate a small screen provided by the display unit to a wide screen through multiple reflections. Through this, it is not necessary to have a display unit having a large screen size, thereby reducing the weight of the optical system itself.
  • embodiments of the present invention can reduce the optical loss transmitted to the outside by applying a method of reflecting the image light provided from the display unit to the inner surface of the spectacle lens.
  • FIG. 1 is a connection diagram of an optical system for a head mounted display according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exemplary diagram of an optical system displaying a traveling path of image light according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an exemplary view of an optical system further including a convex lens in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is an exemplary view of an optical system further including a transmission lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is an exemplary view in which an optical module is attached to a spectacle frame according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an exemplary view showing a change in polarization for forming image light according to an embodiment of the present invention.
  • the horizontal distance means the distance to the point where the object (for example, the object included in the image) is vertically lowered with respect to the center line of the mirror or lens (that is, the distance to the orthogonal projection to the centerline of the object in the image). do.
  • 1 is a connection diagram of an optical system for a head mounted display according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is an exemplary diagram of an optical system displaying a traveling path of image light according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is an exemplary view of an optical system further including a convex lens in accordance with an embodiment of the present invention.
  • 4 is an exemplary view of an optical system further including a transmission lens according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is an exemplary view in which an optical module is attached to a spectacle frame according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is an exemplary view showing a change in polarization for forming image light according to an embodiment of the present invention.
  • the optical system 10 the eyeball 20 of the wearer, the display unit 100, the first reflection module 200, the second reflection module 300, the control unit 400, and the convex lens 500.
  • An optical module 600, a detachable module 610, a spectacle frame 700, and a transmission lens 800 are illustrated.
  • FIG. 1 is a connection diagram of an optical system 10 for a head mounted display according to an embodiment of the present invention.
  • the optical system 10 for a head mounted display includes a display unit 100, a first reflection module 200, and a second reflection module 300.
  • the display unit 100 serves to display an image. That is, the display 100 may generate image light by receiving image data to be provided to the wearer from the controller 400.
  • the display units 100 and 151 may include liquid crystal displays (LCDs), thin film transistor-liquid crystal displays (TFT LCDs), organic light-emitting diodes (OLEDs), and flexible displays. It may include at least one of a display (flexible display).
  • the first reflection module 200 is disposed in the image light traveling direction of the display unit 100 to reflect the image light. That is, as shown in FIG. 2, the first reflection module 200 may reflect the image light provided from the display unit 100 in the direction of the second reflection module 300 to change direction.
  • the first reflection module 200 may be configured as a mirror or may be reflected on one side thereof to reflect the image light provided by the display unit 100.
  • the first reflection module 200 may be reflected to reflect all of the image light, or may be reflected to reflect only polarized light in a specific direction. For example, when the first reflection module 200 is subjected to the reflection processing for the polarization in a specific direction, the wearer transmits the polarization perpendicular to the polarization that is reflected even at the point where the first reflection module 200 is located to the outside. To see.
  • the first reflection module 200 may include a reflective surface or a flat reflective surface. In one embodiment, when the first reflection module 200 has a flat reflection surface (first reflection surface), the first reflection module 200 performs the direction change of the image light provided from the display unit 100, The enlargement of the image may not be performed. When the first reflection module 200 includes a flat reflective surface, the magnification of the image provided by the display unit 100 may be performed by the second reflection module 300 as described below.
  • the first reflection module 200 when the first reflection module 200 includes a concave reflection surface (first reflection surface) having a specific first focal length, the first reflection module 200 may include the display unit 100. It is possible to change the direction of the image light provided by the and to enlarge the image. That is, since the first reflection module 200 corresponds to the concave mirror, when the display unit 100 is located within the focal length of the first reflection module 200 (that is, the display unit 100 is located from the center of the first reflection surface). If the first horizontal distance, which is a horizontal distance with respect to the central axis, is shorter than the first focal length), the image in the display unit 100 may be enlarged.
  • first horizontal distance which is a horizontal distance with respect to the central axis
  • the optical system 10 includes an enlarged virtual image when the horizontal distance of the display relative to the central axis of the first reflection module 200 corresponding to the concave mirror is shorter than the first focal length. Will be produced.
  • the image position i has an absolute value greater than f. It will be a large negative number. Since the magnification of the display unit 100 can be calculated by the similarity ratio, the magnification of the display unit 100 is increased compared to the original size of the display unit 100.
  • the optical system 10 according to an embodiment of the present invention can adjust the horizontal distance between the display 100 and the first reflection module 200 according to the desired magnification. That is, as will be described later, the optical system 10 according to an embodiment of the present invention, by adjusting the display unit 100 or the first reflection module 200 back and forth to adjust the horizontal distance between the first reflection module The magnification by 200 can be adjusted.
  • the second reflection module 300 reflects the light reflected from the first reflection module 200 toward the eyeball 20.
  • the second reflection surface which is one side of the second reflection module 300, may reflect the image light reflected from the first reflection module 200.
  • the second reflecting surface may correspond to the spectacle lens, and the second reflecting surface may be the inner surface of the spectacle lens.
  • the second reflection surface may be a reflection process to reflect the image light provided from the first reflection module 200.
  • the second reflection module 300 may be a reflection process on the surface so that the external light from the outside is transmitted and the image light provided from the first reflection module 200 is reflected. Through this, the wearer can see the image light provided from the display unit 100 and the actual light provided to the outside.
  • the second reflection module 300 may correspond to a concave-shaped spectacle lens having a specific second focal length. That is, the second reflection module 300 may be formed in a concave shape in the direction (inner side) of the eyeball 20 of the spectacle lens to reflect the image light reflected by the first reflection module 200 toward the eyeball 20. .
  • the second reflecting surface of the second reflecting module 300 corresponds to a concave mirror based on the direction of the eyeball 20, the image reflected by the first reflecting module 200 may be enlarged.
  • the first reflection module 200 includes a flat first reflection surface
  • the first reflection module 200 and the second reflection module 300 are separated from the center of the first reflection module 200.
  • the sum of the first horizontal distance that is the horizontal distance to the display unit 100 and the second horizontal distance that is the horizontal distance from the center of the second reflection module 300 to the first reflection module 200 is the second reflection module 300. It may be arranged to be smaller than the second focal length, which is the focal length of. Through this, the screen in the display unit 100 may be enlarged by the second reflection module 300.
  • the distance from the first reflection surface of the first reflection module 200 to the image of the display unit 100 in the first reflection surface module is the first reflection surface. Is equal to the distance from the display unit 100 to the display unit 100. Accordingly, the distance from the second reflection module 300 to the first image, which is the display image in the first reflection module 200, is the first horizontal distance from the center of the first reflection module 200 to the display unit 100. The distance and the horizontal distance from the center of the second reflection module 300 to the first reflection module 200 may be calculated as the sum of the distances.
  • the first horizontal distance that is the horizontal distance from the center of the first reflection module 200 to the display unit 100 and the second distance that is the horizontal distance from the center of the second reflection module 300 to the first reflection module 200 If the sum of the horizontal distances is smaller than the second focal length and the screen of the display unit 100 in the first reflection module 200 is located closer to the second reflecting surface than the second focal length than the focal length, the image screen may be enlarged.
  • the second reflection module when the first reflection module 200 has a concave shape (ie, a concave mirror) based on a direction in which light is incident from the display unit 100, the second reflection module (The horizontal distance from the center of the center 300 to the first phase in the first reflection module 200 (that is, the screen of the display unit 100 in the first reflection module 200) may be shorter than the second focal length. have. Since the first phase (the screen of the display unit 100 in the first reflection module 200) corresponds to the object with respect to the second reflection module 300, the first phase is the second focal length from the center of the second reflection surface.
  • the second reflecting module 300 When the inner side of the second reflecting surface is positioned (ie, the horizontal distance from the center of the second reflecting surface to the first phase is shorter than the second focusing distance), the second reflecting module 300 reflects the first reflecting surface. A magnified image may be provided than the first phase in the module 200. Through this, the screen of the display unit 100 may be enlarged twice by the first reflection module 200 and the second reflection module 300.
  • the display unit 100 and the first reflection module 200 may be disposed on the same side of the spectacle lens in a state inclined at each particular angle. That is, when the display unit 100 and the first reflection module 200 are disposed in front of the wearer's field of view, the display unit 100 and the first reflection module 200 may obstruct the wearer's field of view. (I.e., disposed at the same corner side), the image light may be reflected and provided to the second reflective surface area corresponding to the front of the field of view. For example, as shown in FIG.
  • the display unit 100 is disposed at a specific angle in one corner area of the spectacle lens to provide an image light toward the wearer's face
  • the first reflection module 200 may be a wearer's eye ( 20 may be disposed in one corner region of the same spectacle lens as the display unit 100 at a specific angle capable of reflecting and providing the image light to the second reflecting surface region corresponding to the front side of the display 20.
  • the optical system 10 may provide the screen of the display unit 100 to the second reflective surface without covering the wearer's field of view.
  • the display unit 100 and the first reflection module 200 are disposed in the lower region of the spectacle lens, the display unit 100 and the first reflection module 200 are worn by the wearer. You may not cover your vision at all.
  • the display unit 100 and the first reflection module 200 are included in the spectacle frame 700 so as not to be recognized from the outside or inside the spectacle frame 700. (Ie, face side of the wearer).
  • the display unit 100 is disposed adjacent to the lower end of the spectacle frame 700 in a state inclined at a first angle to provide the image light in a direction opposite to the spectacle lens
  • the first reflection module 200 may be disposed adjacent to the lower end of the spectacle frame 700 in a state inclined at a specific second angle to provide the image light to the spectacle lens.
  • the first reflection module 200 or the display unit 100 may be moved to the left and right or to the front and rear on the basis of the specific eye 20 of the wearer. That is, since the distance between the first reflection module 200 and the display unit 100 affects the magnification and the focus, the wearer may move back and forth (that is, before and after) to suit his eyes. In addition, since there is a difference in the distance between the eyes for each wearer, the display unit 100 or the first reflection module 200 can be moved left and right so that the display screen is projected on the second reflective surface to match the position of the eye of the wearer. have.
  • the first reflection module 200 or the display unit 100 may include an angle adjustment module exposed to the outside of the glasses, respectively. That is, the optical system 10 according to the embodiment of the present invention includes an angle adjusting module for each of the display unit 100 or the first reflection module 200, and the wearer manipulates the display unit 100 or the display unit 100. The angle at which the first reflection module 200 is disposed may be adjusted. Through this, the position on the second reflective surface on which the display screen is projected may be adjusted, and the focus may be adjusted to fit the wearer's eyes.
  • the screen of the display unit 100 may be provided to the eyeball 20 of the wearer in the following order.
  • the light provided from the display unit 100 is reflected by the first reflection module 200 and reflected by the second reflection module 300 to be provided to the eyeball 20 of the wearer.
  • the display 100 may generate image light corresponding to the data provided from the controller 400 and provide the image light to the first reflection surface of the first reflection module 200.
  • the first reflective surface of the first reflective module 200 may reflect the image light and provide the second reflective surface of the second reflective module 300 corresponding to the spectacle lens.
  • the first reflection module 200 forms a virtual image having the same size as the screen of the display unit 100, and if the first reflection surface is a concave mirror surface, the first reflection module 200 The screen of the display unit 100 may form an enlarged virtual image. Thereafter, the second reflection module 300, which is a spectacle lens, may be provided to the wearer's eye 20 by enlarging the first image in the first reflection module 200 corresponding to the concave mirror.
  • an embodiment of the present invention may further include a convex lens 500.
  • the convex lens 500 may serve to enlarge the screen of the display unit 100 through refraction.
  • the convex lens 500 may be disposed on the optical path from the display unit 100 to the first reflection module 200.
  • the convex lens 500 may be disposed to be in contact with or adjacent to the display unit 100.
  • the enlarged virtual image may be formed, and the enlarged virtual image (ie, the enlarged display unit 100 screen) may be formed by the convex lens 500. ) May be provided to the first reflection module 200.
  • the optical system 10 may include one or more convex lenses 500. Through this, the optical system 10 may enlarge the screen of the display unit 100 at a high magnification.
  • the display unit 100 may generate polarized light in a specific direction.
  • the display unit 100 may provide a polarization filter in a specific direction by including a polarizing filter or a polarizing film inside or outside.
  • the second reflection module 300 may be a reflection process to reflect all the polarization of the same direction as the polarization generated by the display unit 100. Through this, the screen reflected from the display unit 100 by the second reflection module 300 is entirely reflected and provided to the wearer's eyeball 20 so that it is not visible from the outside.
  • an embodiment of the present invention may include a display unit 100, a first reflection module 200, and a second reflection module 300 for each of the right eye and the left eye, and both sides (that is, the right eye and the left eye). Polarization perpendicular to each other may be provided to allow the wearer to recognize the 3D image. That is, the display unit 100 includes a right eye display unit 100 for providing a right eye image light and a left eye display unit 100 for providing a left eye image light, and the second reflection module 300 includes a left eye. And a second reflection module 300 for right eye and a second reflection module 300 for right eye, wherein the right eye image light and the left eye image light may be the same image generated by mutually perpendicular polarization.
  • the optical system 10 may provide a screen to the user as a 3D image by providing polarization perpendicular to both eyes of the wearer.
  • the glasses frame 700 may further include.
  • the spectacle frame 700 may include or attach various configurations necessary for the optical system 10.
  • the glasses frame 700 may include a control unit 400, a power supply unit, a user manipulation unit, and the like.
  • the display unit 100 and the first reflection module 200 may be formed as an optical module 600 that can be attached to the glasses frame 700. That is, as shown in FIG. 5, the display unit 100 and the first reflection module 200 are provided in the housing having a specific shape and formed as the optical module 600, and the optical module 600 is the eyeglass frame 700. It can be attached and removed on one side.
  • the optical module 600 may include a detachable module 610 for coupling to the spectacle frame 700.
  • the detachable module 610 may be implemented in various forms that can be plugged into one side of a particular spectacle frame 700.
  • the optical module 600 may include a transmission lens 800.
  • the transmission lens 800 may perform a function of transmitting the image light reflected by the first reflection module 200 and proceeding to the second reflection module 300.
  • the transmission lens 800 may serve to seal a housing in which the display unit 100 and the first reflection module 200 are provided. That is, when the housing is open to the outside, it may be exposed to foreign substances such as dust, and water may enter, causing a failure in the display unit 100. Thus, the housing may seal the inside by combining the transmission lens 800.
  • the transmission lens 800 may include a polarization filter or a polarizing film to polarize the image light traveling from the first reflection module 200 to the second reflection module 300.
  • the optical system according to the exemplary embodiment of the present invention may include the transmission lens 800 even when the display unit 100 and the first reflection module 200 are not formed as separate optical modules.
  • the transmission light 800 moves the image light from the first reflection module to the second reflection module. Can be provided in the path.
  • the display unit 100 and the first so that the image light provided from the display unit 100 from the spectacle lens (ie, the second reflection module 300) to the outside does not transmit or leak.
  • the reflection module 200, the second reflection module 300, and the transmission lens 800 may be subjected to polarization transmission or polarization reflection processing, respectively.
  • the display 100 may include a polarizing film or a polarizing filter to generate light generated in the display 100 as linearly polarized light (eg, p polarized light) in a specific direction. Can be.
  • the first reflection module 200 is a reflection process of the linearly polarized light, it is possible to reflect all the linearly polarized light in a specific direction without transmission.
  • the linearly polarized light reflected by the first reflection module 200 passes through the transmission lens 800 in the course of the direction of the second reflection module 300.
  • the transmission lens 800 is polarized (ie, a polarizing film is attached) so as to correspond to a quarter-wave plate, so that the linearly polarized light in a specific direction reflected from the first reflection module 200 (For example, p-polarized light) can be converted into a circular polarized wave.
  • the second reflection module 300 is polarized reflection processing to reflect all the circularly polarized light provided from the transmission lens 800, it can reflect the circularly polarized light to the wearer's eyeball.
  • the second reflection module 300 may completely reflect the left handed circularly polarized light converted by the transmission lens 800 to the right handed circularly polarized light.
  • the optical system 10 according to an embodiment of the present invention provides the image light to the wearer's eye without spilling the image light to the outside of the spectacle lens without affecting the reflected light reflected by other external light or face. can do.
  • the display 100 may generate image light that is linearly polarized light in a specific direction. That is, the display 100 may include a polarizing film or a polarizing filter to generate light generated in the display 100 as linearly polarized light (eg, p polarized light) in a specific direction. .
  • the first reflection module 200 may convert the linearly polarized light provided from the display unit 100 into circularly polarized light and reflect it. That is, the first reflection module 200 is polarized (ie, a polarizing film is attached) to correspond to a quarter-wave plate, so that the linear polarization of the specific direction provided by the display unit 100 is provided. (For example, p-polarized light) can be converted into a circular polarized wave to reflect.
  • the transmission lens 800 blocks the linear polarization generated by the display unit and may transmit circular flat light reflected from the first reflection module to be provided to the wearer as a screen.
  • the transmission lens 800 is a polarization lens that can transmit only polarization in a direction perpendicular to the linear polarization provided by the display unit 100 to block linear polarization provided directly from the display unit 100.
  • the circularly polarized light provided by the first reflection module 200 may be transmitted. Through this, when the user looks downward, the screen provided directly from the display unit 100 is shown, thereby solving the problem of disturbing the viewing of the screen provided by the second reflection module 300.
  • the second reflection module 300 may be provided to the wearer's eye by transmitting the external light and reflecting all the circularly polarized light so as to prevent the image light from being visible to the outside and allow the wearer to see the external object.
  • the second reflection surface of the second reflection module 300 is formed of a circular polarizer, and the image light in the form of circularly polarized light reflected from the first reflection module 200 is applied to the second reflection surface. The reflection may proceed to the eye of the wearer, and the external light may pass through the second reflection module 300 (that is, the spectacle lens) to proceed to the eye of the wearer 20.
  • the inner surface of the spectacle lens is used as a display screen, a separate display unit is not exposed to the outside, and thus, it is recognized to others as general glasses and can be easily worn in everyday life.
  • the wearer may use the same as general glasses, and generate the image light only when necessary and use it as a smart glass.
  • the optical system is applied to the reflection processing or sunglasses lens so that the image light is not transmitted to the inner surface of the spectacle lens, even when the optical system provides the image light, the image light is not exposed to the outside, so that other people do not care about the eyes of others. Without using the smart glass can be used outside.
  • the optical system can generate a wide screen by utilizing the wide inner surface of the spectacle lens, so that the wearer can easily recognize the information on the screen.
  • the wearer can recognize the information provided by the optical system while looking forward. In this way, an accident may be prevented by not looking forward in the process of confirming the information provided by the optical system.
  • all configurations of the optical system can be arranged in a narrow space between the spectacle lens and the wearer's face by adjusting the relationship with the focal length of the reflective module, so that the configuration of the optical system can not be exposed to the outside.
  • the wearer can wear a smart glass equipped with the optical system for head mounted display according to the present invention as usual glasses and have a daily life.
  • the spectacle lens is a large glasses, if the display unit and the first reflection module are disposed below, the wearer has an effect of being able to receive a screen in a state where the line of sight is not obstructed by the first reflection module and the display unit. have.
  • the first reflection module and the display unit are configured as separate optical modules
  • the first reflective module and the display unit may be detachable, and the user may combine the optical module with the desired glasses to use the smart glass.
  • the wearer can be used as a normal glasses in general, but can be used as a smart glass by combining the optical module only when necessary.
  • embodiments of the present invention can generate a small screen provided by the display unit to a wide screen through multiple reflections. Through this, it is not necessary to have a display unit having a large screen size, thereby reducing the weight of the optical system itself.
  • embodiments of the present invention can reduce the optical loss transmitted to the outside by applying a method of reflecting the image light provided from the display unit to the inner surface of the spectacle lens.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

본 발명은 헤드 마운트 디스플레이 광학시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 광학시스템은, 영상을 표시하는 디스플레이부; 상기 디스플레이부의 영상광 진행방향에 배치되어 상기 광을 반사하는 제1반사모듈; 및 상기 제1반사모듈로부터 반사된 상기 광을 안구방향으로 반사하는 제2반사모듈;을 포함하며, 상기 제1반사모듈은 특정한 제1초점거리를 가지는 오목한 형상의 제1반사면을 구비하며, 상기 제1반사모듈의 중심으로부터 상기 디스플레이부까지의 수평거리인 제1수평거리는 상기 제1초점거리보다 짧은 것을 특징으로 하며, 상기 제2반사모듈의 제2반사면은 안경렌즈의 내측면인 것을 특징으로 하며, 상기 디스플레이부에서 제공되는 상기 광은 상기 제1반사모듈에서 반사된 후 상기 제2반사모듈에 의해 반사되어 착용자의 안구로 제공된다. 본 발명에 따르면, 안경렌즈의 내면을 디스플레이 화면으로 활용함에 따라 외부로 별도의 디스플레이부가 노출되지 않아, 타인에게 일반안경과 같이 인식되어 일상생활 시에 간편하게 착용할 수 있다.

Description

헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템
본 발명은 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 타인에게 일반 안경과 같이 인식될 수 있으며 착용자의 시야방향에 화면을 제공할 수 있는 헤드 마운트 디스플레이의 광학시스템에 관한 것이다.
헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템이란 두 눈에 근접하는 액정 스크린을 통하여 입체 영상을 볼 수 있도록 구성되는 장치를 구현하기 위한 광학 시스템을 말한다.
공개특허 제2014-0036351호(컴팩트한 시스루 디스플레이 시스템, 공개일 2014.03.25, 구글 인포레이티드)은 종래의 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템의 구성을 보여준다. 종래의 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템은 외부의 빛을 받아들이는 윈도우 렌즈와; 외부의 빛에 45˚ 로 위치한 빔 스플리터와; 빔 스플리터에 의해 반사된 외부의 빛과 디스플레이 패널에서 나온 가상화면의 빛이 지나오는 광 파이프와; 디스플레이 패널과 광원의 빛을 합쳐주는 근 이미지 포머와; 근 이미지포머에 의해 합쳐진 빛을 반사시켜 주는 근 빔 스플리터로 구성된다. 디스플레이 패널은 액정을 이용한 LCOS(liquid crystal on silicon)와 유기소자를 이용한 OLEDoS(organic light emitting display on silicon) 등이 있으며 LCOS의 경우 자체 발광이 안되므로 광원을 필요로 한다.
디스플레이 패널과 광원의 빛이 근 이미지 포머에 의해 합쳐져 생기는 가상의 화면은 근 빔 스플리터에 의해 반사되어 광 파이프를 지나 이미지포머로 들어가고 빔 스플리터에 의해 반사된 외부의 빛(현실화면)과 합쳐지고 다시 빔 스플리터에 의해 반사되어 사람의 눈으로 들어온다.
이러한 구성에 의해, 외부의 빛(현실화면)과 디스플레이 패널의 빛(가상화면)이 이미지 포머에 의해 합쳐짐으로 가상화면과 현실화면이 합쳐진 증강 현실화면을 형성하여 눈으로 보내어 사람으로 하여금 가상의 화면과 현실의 화면을 모두 느끼게 된다.
종래의 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템은 디스플레이 부분의 근 빔 스플리터와 시야 부분의 빔 스플리터로 전체 광학계의 부피가 증가하며, 그 둘 사이를 이어주는 광 파이프도 큰 부피를 차지하여 불편한 문제가 있었다.
또한, 종래의 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템은 항상 고정된 화면과 시야를 제공하며 실제 착용자의 눈을 움직여 화면과 초점을 확보해야 하는 불편이 있었다.
또한, 종래의 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템은 우안용(또는 좌안용) 디스플레이 부분에서 나온 화면이 방향 전환 없이 각 구성을 통과하여 우안(또는 좌안)에 들어오게 되며 각 구성은 광 파이프 안에서 고정되게 되므로, 증강 현실을 구현하기 위해 필요한 광경로 길이를 확보하기 위해 일정한 부피 이상을 확보하여야 하는 한계점을 갖는다.
또한, 종래의 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템은 부피를 줄이기 위해 광파이프의 길이를 줄이게 되면 초점 확보가 안 되는 단점이 있고, 초점 확보를 하기 위해서는 눈에서 보통의 안경 렌즈와의 거리보다 2배 가량 떨어질 수 밖에 없어, 착용시 불편함과 조금만 흔들려도 크게 초점이 틀어지는 등 이동성 확보에도 문제가 있었다.
또한, 종래의 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템은 착용 시에 외부로디스플레이부가 돌출되며 구성들의 부피가 커서 타인에게 특수한 장치를 착용하고 있는 것으로 인식될 수 있는 단점이 있었다. 특히, 종래 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템은 착용자가 화면상의 정보를 잘 인식할 수 있도록 넓은 디스플레이 화면을 제공하기 위해서는 크기가 큰 디스플레이부를 구비하여야 하여, 타인에게 특수한 장치 착용여부가 더 잘 인식되는 문제가 있으며, 디스플레이부에 의해 무게가 증가하게 되는 문제가 있었다.
또한, 종래 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템은 착용자의 시야방향에 영상을 생성하지 못하여, 착용자가 화면에 표시되는 정보를 획득하기 위해 증강현실 화면 방향으로 시선을 옮겨야 하는 불편함이 있었으며, 화면을 바라봄에 따라 전방 주시를 하지 못하여 사고가 발생할 우려가 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 외부로 별도의 디스플레이부가 노출되지 않아 타인에게 일반 안경과 같이 인식되어 일상생활 시에 편하게 착용할 수 있으며, 착용자의 시선방향으로 넓은 화면을 제공하여 전방으로 시선을 유지하면서 쉽게 정보를 인식할 수 있는, 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템을 제공하고자 한다. 또한, 3차원 가상화면을 제공하여 착용자가 3차원의 증강현실을 느낄 수 있는, 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 광학시스템은, 영상을 표시하는 디스플레이부; 상기 디스플레이부의 영상광 진행방향에 배치되어 상기 광을 반사하는 제1반사모듈; 및 상기 제1반사모듈로부터 반사된 상기 광을 안구방향으로 반사하는 제2반사모듈;을 포함하며, 상기 제1반사모듈은 특정한 제1초점거리를 가지는 오목한 형상의 제1반사면을 구비하며, 상기 제1반사모듈의 중심으로부터 상기 디스플레이부까지의 수평거리인 제1수평거리는 상기 제1초점거리보다 짧은 것을 특징으로 하며, 상기 제2반사모듈의 제2반사면은 안경렌즈의 내측면인 것을 특징으로 하며, 상기 디스플레이부에서 제공되는 상기 광은 상기 제1반사모듈에서 반사된 후 상기 제2반사모듈에 의해 반사되어 착용자의 안구로 제공된다.
또한, 상기 제2반사면은 상기 안경렌즈의 특정한 제2초점거리를 가지는 오목한 형상이며, 상기 제2반사모듈의 중심으로부터 상기 제1반사모듈 내에 나타나는 상기 디스플레이부의 화면인 제1상까지의 수평거리는, 상기 제2초점거리보다 짧은 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 광학시스템은, 영상을 표시하는 디스플레이부; 평평한 제1반사면을 구비하여, 상기 디스플레이부의 영상광 진행방향에 배치되어 상기 광을 반사하는 제1반사모듈; 및 상기 제1반사모듈로부터 반사된 광을 안구방향으로 반사하는 제2반사모듈;을 포함하며, 상기 제2반사모듈은 특정한 제2초점거리를 가지는 오목한 형상으로 된 내측면인 제2반사면을 구비하는 안경렌즈이며, 상기 제1반사모듈의 중심으로부터 상기 디스플레이부까지의 수평거리인 제1수평거리 및 상기 제2반사모듈의 중심으로부터 상기 제1반사모듈까지의 수평거리인 제2수평거리의 합이 상기 제2초점거리보다 짧은 것을 특징으로 하며, 상기 디스플레이부에서 제공되는 광이 상기 제1반사모듈에서 반사된 후 상기 제2반사모듈에 의해 반사되어 착용자의 안구로 제공된다.
또한, 상기 디스플레이부 및 상기 제1반사모듈은 각각의 특정한 각도로 기울어진 상태로 상기 안경렌즈의 동일한 일측에 배치되며, 상기 제1반사모듈에서 반사된 상기 광이 상기 안구의 전방에 상응하는 상기 제2반사면 영역으로 제공되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부에서 상기 제1반사모듈로의 광경로 상에 배치되는 볼록렌즈;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2반사모듈은, 상기 안경렌즈를 통과하여 들어오는 외부광은 투과하고, 상기 안구방향에서 입사되는 상기 영상광은 반사하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부는 특정한 방향의 편광을 생성하는 것을 특징으로 하며, 상기 제2반사모듈은 상기 특정한 방향의 편광을 전부반사하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부는 우안용 영상광을 제공하는 우안용 디스플레이부 및 좌안용 영상광을 제공하는 좌안용 디스플레이부를 포함하며, 상기 제2반사모듈은 좌안용 제2반사모듈 및 우안용 제2반사모듈을 포함하며, 상기 우안용 영상광 및 상기 좌안용 영상광은 상호 수직한 편광으로 형성된 동일한 영상인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 안경프레임을 더 포함하고, 상기 디스플레이부는 특정한 제1각도로 기울어진 상태로 상기 안경프레임의 하단부에 인접하게 배치되어 상기 안경렌즈의 반대방향으로 상기 영상광을 제공하고, 상기 제1반사모듈은 특정한 제2각도로 기울어진 상태로 상기 안경프레임의 하단부에 인접하게 배치되어 상기 안경렌즈로 상기 영상광을 제공할 수 있다.
또한, 안경프레임;을 더 포함하고, 상기 디스플레이부 및 상기 제1반사모듈은 특정한 형상의 하우징 내에 구비되어 광학모듈로 형성되며, 상기 광학모듈은 상기 안경프레임의 일측에 탈부착이 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 광학모듈은 상기 제1반사모듈에 의해 반사되어 상기 제2반사모듈로 진행하는 상기 영상광을 투과시키는 투과렌즈;를 포함하며, 상기 하우징 및 상기 투과렌즈에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1반사모듈 또는 상기 디스플레이부는, 상기 착용자의 특정 안구를 기준으로 좌우 또는 전후로 이동이 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1반사모듈 또는 상기 디스플레이부는 안경 외부로 노출된 각도조절모듈을 각각 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1반사모듈에 의해 반사되어 상기 제2반사모듈로 진행하는 상기 영상광을 투과시키는 투과렌즈;를 더 포함하며, 상기 디스플레이부는 특정한 방향의 선형편광을 생성하며, 상기 제1반사모듈은 상기 디스플레이부에서 제공된 상기 선형편광을 전부 반사하며, 상기 투과렌즈는 상기 제1반사모듈에서 반사된 상기 선형편광을 특정한 회전방향의 원편광으로 전환하며, 상기 제2반사모듈은 상기 원편광을 전부반사하여 착용자의 안구로 제공하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 아래와 같은 다양한 효과들을 가진다.
첫째, 안경렌즈의 내면을 디스플레이 화면으로 활용함에 따라 외부로 별도의 디스플레이부가 노출되지 않아, 타인에게 일반안경과 같이 인식되어 일상생활 시에 간편하게 착용할 수 있다. 이를 통해, 광학시스템이 영상광을 생성하지 않는 경우에는 착용자는 일반안경과 같이 사용하고, 필요 시에만 영상광을 생성하여 스마트 글라스로 활용할 수 있다. 또한, 안경렌즈의 내면에 영상광이 투과되지 않도록 반사처리를 하거나 선글라스 렌즈에 광학시스템을 적용하는 경우, 광학시스템이 영상광을 제공할 때에도 외부로 영상광이 노출되지 않아 타인의 시선을 신경쓰지 않고 스마트 글라스를 사용하면서 외부활용을 수행할 수 있다.
둘째, 본 광학시스템은 안경렌즈의 넓은 내측면을 활용함에 따라 넓은 화면을 생성할 수 있어, 착용자가 화면상의 정보를 쉽게 인식할 수 있는 효과가 있다. 또한, 착용자의 시선방향에 해당하는 안경렌즈 내측 위치에 화면을 배치하여, 착용자는 전방을 주시하면서 광학시스템이 제공하는 정보를 인식할 수 있다. 이를 통해, 광학시스템이 제공하는 정보를 확인하는 과정에서 전방 주시를 하지 않아 사고가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
셋째, 반사모듈의 초점거리와의 관계를 조절하여 안경렌즈와 착용자의 얼굴 사이의 좁은 공간 내에 광학시스템의 모든 구성을 배치할 수 있어서, 외부로 광학시스템의 구성이 노출되지 않을 수 있다. 이를 통해, 착용자는 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이용 광학시스템이 구비된 스마트 글라스를 일반안경과 같이 착용하고 일상생활을 할 수 있다. 특히, 안경렌즈가 큰 안경인 경우에 디스플레이부와 제1반사모듈이 아래에 배치되어 있으면, 착용자는 제1반사모듈과 디스플레이부에 의해 시선이 방해되지 않는 상태에서 화면을 제공받을 수 있는 효과가 있다.
넷째, 제1반사모듈과 디스플레이부를 별도의 광학모듈로 구성함에 따라 탈부착이 가능하여, 사용자는 원하는 안경에 광학모듈을 결합하여 스마트글라스로 활용할 수 있다. 또한, 착용자는 평상시에는 일반안경으로 활용하다가 필요시에만 광학모듈을 결합하여 스마트글라스로 활용할 수 있다.
다섯째, 본 발명의 일실시예들은 디스플레이부에서 제공되는 작은 화면을 여러 번의 반사를 통해 넓은 화면으로 생성할 수 있다. 이를 통해, 화면의 크기가 큰 디스플레이부를 구비할 필요가 없으므로, 광학시스템 자체의 무게를 줄일 수 있는 효과가 있다.
여섯째, 본 발명의 일실시예들은 디스플레이부에서 제공되는 영상광을 반사하여 안경렌즈 내측면에 제공하는 방식을 적용함에 따라 외부로 투과되는 광손실을 줄일 수 있다.
일곱째, 좌안과 우안에 제공되는 영상광을 수직한 편광으로 생성함에 따라 3차원 화면 생성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템의 연결관계도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 영상광의 진행경로를 표시한 광학시스템의 예시도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 볼록렌즈를 더 포함하는 광학시스템의 예시도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 투과렌즈를 더 포함하는 광학시스템의 예시도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 안경프레임에 광학모듈을 부착한 예시도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 영상광을 형성하는 편광의 변화를 나타낸 예시도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 수평거리는, 거울 또는 렌즈의 중심선에 대해 물체(예를 들어, 영상 내에 포함된 물체)를 수직으로 내린 지점까지의 거리(즉, 영상 내 물체의 중심선에 대한 정사영까지의 거리)를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템의 연결관계도이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 영상광의 진행경로를 표시한 광학시스템의 예시도면이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 볼록렌즈를 더 포함하는 광학시스템의 예시도면이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 투과렌즈를 더 포함하는 광학시스템의 예시도면이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 안경프레임에 광학모듈을 부착한 예시도면이다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 영상광을 형성하는 편광의 변화를 나타낸 예시도면이다.
도 1 내지 도 6에는 광학시스템(10), 착용자의 안구(20), 디스플레이부(100), 제1반사모듈(200), 제2반사모듈(300), 제어부(400), 볼록렌즈(500), 광학모듈(600), 탈부착모듈(610), 안경프레임(700) 및 투과렌즈(800)가 도시된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템(10)에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템(10)의 연결관계도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템(10)은, 디스플레이부(100), 제1반사모듈(200), 제2반사모듈(300)을 포함한다.
디스플레이부(100)는 영상을 표시하는 역할을 수행한다. 즉, 디스플레이부(100)는 착용자에게 제공할 영상데이터를 제어부(400)로부터 수신하여 영상광을 생성할 수 있다. 디스플레이부(100)(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1반사모듈(200)은 상기 디스플레이부(100)의 영상광 진행방향에 배치되어 영상광을 반사하는 역할을 수행한다. 즉, 도 2에서와 같이, 제1반사모듈(200)은 디스플레이부(100)로부터 제공되는 영상광을 제2반사모듈(300) 방향으로 반사하여 방향전환할 수 있다.
제1반사모듈(200)은 거울로 구성될 수도 있고, 일측면에 반사처리가 되어 있어 디스플레이부(100)에서 제공된 영상광을 반사할 수도 있다. 제1반사모듈(200)은 영상광의 전부를 반사하도록 반사처리가 될 수도 있고, 특정한 방향의 편광만 반사하도록 반사처리가 될 수도 있다. 예를 들어, 제1반사모듈(200)에 특정한 방향의 편광에 대한 반사처리가 되어 있는 경우, 착용자는 제1반사모듈(200)이 위치한 지점에서도 반사되는 편광에 대해 수직한 편광을 투과하여 외부를 보도록 할 수 있다.
제1반사모듈(200)은 오목한 형상의 반사면 또는 평평한 반사면을 포함할 수 있다. 일실시예로, 제1반사모듈(200)이 평평한 반사면(제1반사면)을 구비하는 경우, 제1반사모듈(200)은 디스플레이부(100)에서 제공된 영상광의 방향 전환을 수행하고, 영상의 확대는 수행하지 않을 수 있다. 제1반사모듈(200)이 평평한 반사면을 포함하는 경우, 디스플레이부(100)에서 제공되는 영상의 확대는 후술하는 바와 같이 제2반사모듈(300)에서 수행할 수 있다.
다른 일실시예로, 제1반사모듈(200)이 특정한 제1초점거리를 가지는 오목한 형상의 반사면(제1반사면)을 포함하는 경우, 제1반사모듈(200)은 디스플레이부(100)에서 제공된 영상광의 방향 전환 및 영상 확대를 수행할 수 있다. 즉, 제1반사모듈(200)은 오목거울에 해당하므로, 디스플레이부(100)가 제1반사모듈(200)의 초점거리 내에 위치하면(즉, 제1반사면의 중심으로부터 디스플레이부(100)까지의 중심축에 대한 수평거리인 제1수평거리가 제1초점거리보다 짧으면), 디스플레이부(100) 내의 영상이 확대될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 광학시스템(10)은, 오목거울에 해당하는 제1반사모듈(200)의 중심축에 대한 상기 디스플레이의 수평거리가 제1초점거리보다 짧으면 확대된 허상이 생기게 된다.
즉, 디스플레이부(100)와 제1반사모듈(200) 사이의 거리(o)가 제1반사모듈(200)의 초점거리(f)보다 짧은 경우, 상의 위치(i)는 절대값이 f보다 큰 음수가 되게 된다. 디스플레이부(100)의 배율은 닮음비에 의해 로 계산이 가능하므로, 디스플레이부(100)의 원 크기에 비해 확대된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 광학시스템(10)은 디스플레이부(100)와 제1반사모듈(200) 사이의 수평거리를 원하는 배율에 따라 조절할 수 있다. 즉, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광학시스템(10)은, 디스플레이부(100) 또는 제1반사모듈(200)을 앞뒤로 조절하여 사이의 수평거리를 조절하여 제1반사모듈(200)에 의한 배율을 조절할 수 있다.
제2반사모듈(300)은, 상기 제1반사모듈(200)로부터 반사된 광을 안구(20)방향으로 반사하는 역할을 수행한다. 제2반사모듈(300)의 일측면인 제2반사면은 제1반사모듈(200)로부터 반사된 영상광을 반사할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 제2반사면은 안경렌즈에 해당할 수 있으며, 제2반사면은 안경렌즈의 내측면일 수 있다. 이 때, 제2반사면은 제1반사모듈(200)로부터 제공되는 영상광을 반사하기 위해 반사처리가 될 수 있다. 특히, 제2반사모듈(300)은 외부에서 들어오는 외부광이 투과되고 제1반사모듈(200)에서 제공되는 영상광이 반사되도록 표면에 반사처리가 될 수 있다. 이를 통해, 착용자가 디스플레이부(100)에서 제공되는 영상광과 외부에 제공되는 실제광을 함께 볼 수 있다.
본 발명의 일실시예로, 제2반사모듈(300)은 특정한 제2초점거리를 가지는 오목한 형상의 안경렌즈에 해당할 수 있다. 즉, 제2반사모듈(300)은 안경렌즈의 안구(20) 방향(내측면)에 오목 형상으로 형성되어 제1반사모듈(200)에서 반사된 영상광을 안구(20) 쪽으로 반사할 수 있다.
또한, 제2반사모듈(300)의 제2반사면은 안구(20)방향을 기준으로 오목거울에 해당하므로, 제1반사모듈(200)에서 반사되어 입사된 영상을 확대할 수 있다. 일실시예로, 상기 제1반사모듈(200)이 평평한 제1반사면을 포함하는 경우, 제1반사모듈(200)과 제2반사모듈(300)은 제1반사모듈(200)의 중심으로부터 디스플레이부(100)까지의 수평거리인 제1수평거리 및 제2반사모듈(300)의 중심으로부터 제1반사모듈(200)까지의 수평거리인 제2수평거리의 합이 제2반사모듈(300)의 초점거리인 제2초점거리보다 작도록 배치될 수 있다. 이를 통해, 디스플레이부(100) 내 화면이 제2반사모듈(300)에 의해 확대될 수 있다. 구체적으로, 제1반사모듈(200)이 평면거울에 해당하므로, 제1반사모듈(200)의 제1반사면으로부터 제1반사면모듈 내의 디스플레이부(100)의 상까지의 거리는 제1반사면으로부터 디스플레이부(100)까지의 거리와 같다. 따라서, 제2반사모듈(300)로부터 제1반사모듈(200) 내의 디스플레이 영상인 제1상까지의 거리는 제1반사모듈(200)의 중심으로부터 디스플레이부(100)까지의 수평거리인 제1수평거리 및 제2반사모듈(300)의 중심으로부터 제1반사모듈(200)까지의 수평거리인 제2수평거리의 합으로 계산할 수 있다. 따라서 제1반사모듈(200)의 중심으로부터 디스플레이부(100)까지의 수평거리인 제1수평거리 및 제2반사모듈(300)의 중심으로부터 제1반사모듈(200)까지의 수평거리인 제2수평거리의 합이 제2초점거리보다 작아서 제1반사모듈(200) 내의 디스플레이부(100) 화면이 초점거리보다 제2초점거리보다 제2반사면에 가까이 위치하면 영상화면이 확대될 수 있다.
또한, 다른 일실시예로, 제1반사모듈(200)이 디스플레이부(100)로부터 광이 입사되는 방향을 기준으로 오목한 형상으로 된 경우(즉, 오목거울인 경우), 상기 제2반사모듈(300)의 중심으로부터 상기 제1반사모듈(200) 내의 제1상(즉, 제1반사모듈(200) 내의 디스플레이부(100) 화면)까지의 수평거리가 제2초점거리보다 짧도록 배치될 수 있다. 제1상(제1반사모듈(200) 내의 디스플레이부(100) 화면)이 제2반사모듈(300)에 대해서는 물체에 해당하므로, 제2반사면의 중심으로부터 제1상이 제2초점거리(즉, 제2반사면의 초점거리) 안쪽에 위치하면(즉, 제2반사면의 중심으로부터 제1상까지의 수평거리가 제2초점거리보다 짧으면), 제2반사모듈(300)은 제1반사모듈(200) 내의 제1상보다 확대된 상을 제공할 수 있다. 이를 통해, 디스플레이부(100)의 화면은 제1반사모듈(200)과 제2반사모듈(300)에 의해 두 번 확대될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에서, 디스플레이부(100) 및 제1반사모듈(200)은, 각각의 특정한 각도로 기울어진 상태로 상기 안경렌즈의 동일한 일측에 배치될 수 있다. 즉, 디스플레이부(100)와 제1반사모듈(200)은 착용자의 시야 정면에 배치되면 착용자의 시야를 방해할 수 있으므로, 디스플레이부(100)와 제1반사모듈(200)은 안경렌즈의 일측(즉, 동일한 모서리 측)에 배치되어 영상광을 반사하여 시야 전방에 해당하는 제2반사면 영역에 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 2에서와 같이, 디스플레이부(100)는 안경렌즈의 일측 모서리 영역에 특정한 각도로 배치되어 착용자의 얼굴방향으로 영상광을 제공하고, 제1반사모듈(200)은 착용자 안구(20)의 전방에 상응하는 제2반사면 영역으로 영상광을 반사하여 제공할 수 있는 특정한 각도로 디스플레이부(100)와 동일한 안경렌즈의 일측 모서리 영역에 배치될 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일실시예에 따른 광학시스템(10)은 착용자의 시야를 가리지 않고 디스플레이부(100)의 화면을 제2반사면에 제공할 수 있다. 특히, 안경렌즈의 크기가 큰 안경인 경우, 안경렌즈의 하단 영역에 디스플레이부(100)와 제1반사모듈(200)이 배치되면, 디스플레이부(100)와 제1반사모듈(200)이 착용자의 시야를 전혀 가리지 않을 수 있다.
또한, 안경렌즈가 부착되는 안경프레임(700)이 두꺼운 경우, 디스플레이부(100) 및 제1반사모듈(200)은 외부에서 인식되지 않도록 안경프레임(700)에 포함되거나 안경프레임(700)의 내측(즉, 착용자의 얼굴 측)에 구비될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이부(100)는 특정한 제1각도로 기울어진 상태로 상기 안경프레임(700)의 하단부에 인접하게 배치되어 안경렌즈의 반대방향으로 상기 영상광을 제공하고, 상기 제1반사모듈(200)은 특정한 제2각도로 기울어진 상태로 상기 안경프레임(700)의 하단부에 인접하게 배치되어, 안경렌즈로 상기 영상광을 제공할 수 있다.
또한, 제1반사모듈(200) 또는 디스플레이부(100)는, 상기 착용자의 특정 안구(20)를 기준으로 좌우 또는 전후로 이동될 수 있다. 즉, 제1반사모듈(200)과 디스플레이부(100) 사이의 거리는 배율 및 초점에 영향을 미치므로, 착용자가 본인의 눈에 적절하도록 전후(즉, 앞뒤)로 이동시킬 수 있다. 또한, 착용자들마다 눈 사이의 간격에 차이가 있으므로, 착용자의 눈 위치에 부합하도록 제2반사면에 디스플레이 화면이 투영되도록 디스플레이부(100) 또는 제1반사모듈(200)을 좌우로 이동시킬 수 있다.
또한, 제1반사모듈(200) 또는 디스플레이부(100)는, 안경 외부로 노출된 각도조절모듈을 각각 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 광학시스템(10)은 디스플레이부(100) 또는 제1반사모듈(200) 각각에 대한 각도조절모듈을 구비하여, 착용자가 이를 조작하여 디스플레이부(100) 또는 제1반사모듈(200)이 배치된 각도를 조절할 수 있다. 이를 통해, 디스플레이 화면이 투영되는 제2반사면 상의 위치를 조절할 수 있고, 착용자의 눈에 맞도록 초점을 조절할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이용 광학시스템(10)은 다음과 같은 순서로 디스플레이부(100)의 화면이 착용자의 안구(20)로 제공될 수 있다. 디스플레이부(100)에서 제공되는 광이 상기 제1반사모듈(200)에서 반사되어 상기 제2반사모듈(300)에 의해 반사되어 착용자의 안구(20)로 제공된다. 구체적으로, 디스플레이부(100)는 제어부(400)로부터 제공받은 데이터에 상응하는 영상광을 생성하여 제1반사모듈(200)의 제1반사면으로 제공할 수 있다. 제1반사모듈(200)의 제1반사면은 영상광을 반사하여 안경렌즈에 해당하는 제2반사모듈(300)의 제2반사면으로 제공할 수 있다. 제1반사면이 평면 거울 면이면 제1반사모듈(200)은 디스플레이부(100)의 화면과 동일한 크기의 허상을 형성하고, 제1반사면이 오목거울 면이면 제1반사모듈(200)은 디스플레이부(100)의 화면이 확대된 허상을 형성할 수 있다. 그 후, 안경렌즈인 제2반사모듈(300)은 오목거울에 해당하여 제1반사모듈(200) 내의 제1상을 확대하여 착용자의 안구(20)로 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는, 볼록렌즈(500);를 더 포함할 수 있다. 볼록렌즈(500)는 디스플레이부(100)의 화면을 굴절을 통해 확대하는 역할을 수행할 수 있다. 볼록렌즈(500)는, 도 3에서와 같이, 디스플레이부(100)에서 제1반사모듈(200)로의 광경로 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 볼록렌즈(500)는 디스플레이부(100)에 접촉 또는 인접하도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 디스플레이부(100)가 볼록렌즈(500)의 초점거리 내에 배치되면 확대된 허상을 형성할 수 있고, 볼록렌즈(500)에 의해 확대된 허상(즉, 확대된 디스플레이부(100) 화면)이 제1반사모듈(200)로 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 광학시스템(10)은, 볼록렌즈(500)를 하나 이상 포함할 수 있다. 이를 통해, 광학시스템(10)은 디스플레이부(100) 화면을 높은 배율로 확대할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에서, 디스플레이부(100)는 특정한 방향의 편광을 생성할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이부(100)는 내부 또는 외부에 편광필터 또는 편광필름을 구비하여 특정한 방향의 편광만 제공할 수 있다. 이 때, 제2반사모듈(300)은 디스플레이부(100)가 생성하는 편광과 동일한 방향의 편광을 전부반사하도록 반사처리가 될 수 있다. 이를 통해, 제2반사모듈(300)이 디스플레이부(100)로부터 제공된 화면은 전부반사하여 착용자의 안구(20)로 제공하여 외부에서 보이지 않게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예는, 우안과 좌안 각각에 대해 디스플레이부(100), 제1반사모듈(200), 제2반사모듈(300)을 구비할 수 있고, 양측(즉, 우안과 좌안)에 상호 수직한 편광을 제공하여 착용자가 3차원 영상을 인식하도록 할 수 있다. 즉, 디스플레이부(100)는 우안용 영상광을 제공하는 우안용 디스플레이부(100) 및 좌안용 영상광을 제공하는 좌안용 디스플레이부(100)를 포함하며, 제2반사모듈(300)은 좌안용 제2반사모듈(300) 및 우안용 제2반사모듈(300)을 포함하며, 우안용 영상광 및 상기 좌안용 영상광은 상호 수직한 편광으로 생성된 동일한 영상일 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일실시예에 따른 광학시스템(10)은 착용자의 양측 눈에 수직한 편광을 제공하여 3차원 영상으로 사용자에게 화면을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는, 안경프레임(700);을 더 포함할 수 있다. 안경프레임(700)은 광학시스템(10)에 필요한 다양한 구성을 포함하거나 부착할 수 있다. 예를 들어, 안경프레임(700)은 내부에 제어부(400), 전원부, 사용자조작부 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는, 디스플레이부(100) 및 제1반사모듈(200)을 안경프레임(700)에 탈부착이 가능한 광학모듈(600)로 형성될 수 있다. 즉, 도 5에서와 같이, 디스플레이부(100) 및 제1반사모듈(200)은, 특정한 형상의 하우징 내에 구비되어 광학모듈(600)로 형성되며, 광학모듈(600)은 상기 안경프레임(700)의 일측에 탈부착을 할 수 있다. 광학모듈(600)은 안경프레임(700)에 결합하기 위해 탈부착모듈(610)를 구비할 수 있다. 상기 탈부착모듈(610)는 특정한 안경프레임(700)의 일측에 꽂을 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
또한, 상기 광학모듈(600)은, 투과렌즈(800);를 포함할 수 있다. 상기 투과렌즈(800)는, 제1반사모듈(200)에 의해 반사되어 제2반사모듈(300)로 진행하는 영상광을 투과시키는 기능을 수행할 수 있다. 상기 투과렌즈(800)는 디스플레이부(100)와 제1반사모듈(200)이 구비된 하우징을 밀폐하는 역할을 할 수 있다. 즉, 하우징이 외부로 개방되어 있으면 먼지 등의 이물질에 노출이 될 수 있고 물이 들어가서 디스플레이부(100)에 고장이 발생할 수 있으므로, 하우징은 투과렌즈(800)가 결합되어 내부를 밀폐할 수 있다. 또한, 투과렌즈(800)는 편광필터 또는 편광필름을 포함하여 제1반사모듈(200)에서 제2반사모듈(300)로 진행하는 영상광을 편광으로 만들 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 광학시스템은, 투과렌즈(800)를 디스플레이부(100)와 제1반사모듈(200)이 별도의 광학모듈로 형성되지 않는 경우에도 포함할 수 있다. 예를 들어, 안경프레임 또는 안경렌즈에 디스플레이부(100)와 제1반사모듈(200)이 결합되는 경우에도, 투과렌즈(800)가 제1반사모듈에서 제2반사모듈로 영상광이 진행하는 경로에 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에서, 안경렌즈(즉, 제2반사모듈(300))에서 외부로 디스플레이부(100)에서 제공된 영상광이 투과 또는 유출되지 않도록, 디스플레이부(100), 제1반사모듈(200), 제2반사모듈(300) 및 투과렌즈(800)에 각각 편광투과 또는 편광반사 처리를 할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이부(100)는 편광필름 또는 편광필터를 포함하여 디스플레이부(100) 내에서 발생되는 광을 특정 방향의 선형 편광(예를 들어, p편광(p polarized light))으로 생성할 수 있다. 제1반사모듈(200)은 선형편광의 반사처리가 되어 있어, 특정 방향의 선형 편광을 투과 없이 전부반사 할 수 있다. 제1반사모듈(200)에서 반사된 선형편광은 제2반사모듈(300) 방향으로 진행과정에서 투과렌즈(800)를 통과하게 된다. 상기 투과렌즈(800)는 4분의 1파장판(Quarter-wave plate)에 해당하도록 편광처리(즉, 편광필름이 부착)되어 있어, 제1반사모듈(200)에서 반사된 특정방향의 선형편광(예를 들어, p편광)을 원편광(Circular polarized wave)로 전환할 수 있다. 제2반사모듈(300)은 투과렌즈(800)에서 제공되는 원편광을 전부 반사하도록 편광반사처리가 되어 있어, 원편광을 착용자의 안구로 전부반사할 수 있다. 구체적으로, 제2반사모듈(300)은 투과렌즈(800)에 의해 전환된 좌측회전 원편광(left handed circularly polarized light)를 우측회전 원편광(right handed circularly polarized light)로 전환하면서 전부반사할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일실시예에 따른 광학시스템(10)은 다른 외부광 또는 얼굴에 의해 반사된 반사광에는 영향을 주지 않으면서, 영상광을 안경렌즈의 외부로 유출하지 않고 착용자의 눈으로 제공할 수 있다.
또한, 다른 일실시예로, 디스플레이부(100)로부터 착용자의 안구(20)로 영상광이 직접 들어옴에 따라 착용자의 시야 내에 제2반사모듈(300)에 의해 반사되는 영상광에 의한 화면 외의 추가화면이 나타나는 것을 방지하기 위해, 디스플레이부(100), 제1반사모듈(200) 및 투과렌즈(800)에 각각 편광투과 또는 편광반사 처리를 할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서와 같이, 디스플레이부(100)는 특정한 방향의 선형편광인 영상광을 생성할 수 있다. 즉, 디스플레이부(100)는 편광필름 또는 편광필터를 포함하여 디스플레이부(100) 내에서 발생되는 광을 특정 방향의 선형 편광(예를 들어, p편광(p polarized light))으로 생성할 수 있다. 제1반사모듈(200)은 디스플레이부(100)에서 제공된 상기 선형편광을 원편광으로 전환하여 반사할 수 있다. 즉, 제1반사모듈(200)은 4분의 1파장판(Quarter-wave plate)에 해당하도록 편광처리(즉, 편광필름이 부착)되어 있어, 디스플레이부(100)에서 제공된 특정방향의 선형편광(예를 들어, p편광)을 원편광(Circular polarized wave)로 전환하여 반사할 수 있다. 투과렌즈(800)는 디스플레이부에서 생성되는 선형편광을 차단하며, 착용자에게 화면으로 제공할, 제1반사모듈에서 반사된 원평광을 투과할 수 있다. 예를 들어, 투과렌즈(800)가 디스플레이부(100)에서 제공되는 선형편광과 수직한 방향의 편광만을 투과시킬 수 있는 편광렌즈로 되어, 디스플레이부(100)로부터 직접 제공되는 선형편광을 차단하고 제1반사모듈(200)에 의해 제공되는 원편광을 투과할 수 있다. 이를 통해, 사용자가 시선방향을 아래로 하는 경우에 디스플레이부(100)로부터 직접 제공되는 화면이 보여서 제2반사모듈(300)에 의해 제공되는 화면 시청에 방해가 되는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 외부로 영상광이 보이는 것을 방지하며 착용자가 외부의 물체를 볼 수 있도록, 제2반사모듈(300)은 외부광을 투과하며 상기 원편광을 전부 반사하여 착용자의 안구로 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2반사모듈(300)의 제2반사면이 원편광반사판(Circular polarizer)으로 형성되어, 제1반사모듈(200)로부터 반사된 원편광 형태의 영상광은 제2반사면에 반사되어 착용자의 안구로 진행될 수 있고, 외부광은 제2반사모듈(300)(즉, 안경렌즈)를 투과하여 착용자의 안구(20)로 진행될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 아래와 같은 다양한 효과들을 가진다.
첫째, 안경렌즈의 내면을 디스플레이 화면으로 활용함에 따라 외부로 별도의 디스플레이부가 노출되지 않아, 타인에게 일반안경과 같이 인식되어 일상생활 시에 간편하게 착용할 수 있다. 이를 통해, 광학시스템이 영상광을 생성하지 않는 경우에는 착용자는 일반안경과 같이 사용하고, 필요 시에만 영상광을 생성하여 스마트 글라스로 활용할 수 있다. 또한, 안경렌즈의 내면에 영상광이 투과되지 않도록 반사처리를 하거나 선글라스 렌즈에 광학시스템을 적용하는 경우, 광학시스템이 영상광을 제공할 때에도 외부로 영상광이 노출되지 않아 타인의 시선을 신경쓰지 않고 스마트 글라스를 사용하면서 외부활용을 수행할 수 있다.
둘째, 본 광학시스템은 안경렌즈의 넓은 내측면을 활용함에 따라 넓은 화면을 생성할 수 있어, 착용자가 화면상의 정보를 쉽게 인식할 수 있는 효과가 있다. 또한, 착용자의 시선방향에 해당하는 안경렌즈 내측 위치에 화면을 배치하여, 착용자는 전방을 주시하면서 광학시스템이 제공하는 정보를 인식할 수 있다. 이를 통해, 광학시스템이 제공하는 정보를 확인하는 과정에서 전방 주시를 하지 않아 사고가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
셋째, 반사모듈의 초점거리와의 관계를 조절하여 안경렌즈와 착용자의 얼굴 사이의 좁은 공간 내에 광학시스템의 모든 구성을 배치할 수 있어서, 외부로 광학시스템의 구성이 노출되지 않을 수 있다. 이를 통해, 착용자는 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이용 광학시스템이 구비된 스마트 글라스를 일반안경과 같이 착용하고 일상생활을 할 수 있다. 특히, 안경렌즈가 큰 안경인 경우에 디스플레이부와 제1반사모듈이 아래에 배치되어 있으면, 착용자는 제1반사모듈과 디스플레이부에 의해 시선이 방해되지 않는 상태에서 화면을 제공받을 수 있는 효과가 있다.
넷째, 제1반사모듈과 디스플레이부를 별도의 광학모듈로 구성함에 따라 탈부착이 가능하여, 사용자는 원하는 안경에 광학모듈을 결합하여 스마트글라스로 활용할 수 있다. 또한, 착용자는 평상시에는 일반안경으로 활용하다가 필요시에만 광학모듈을 결합하여 스마트글라스로 활용할 수 있다.
다섯째, 본 발명의 일실시예들은 디스플레이부에서 제공되는 작은 화면을 여러 번의 반사를 통해 넓은 화면으로 생성할 수 있다. 이를 통해, 화면의 크기가 큰 디스플레이부를 구비할 필요가 없으므로, 광학시스템 자체의 무게를 줄일 수 있는 효과가 있다.
여섯째, 본 발명의 일실시예들은 디스플레이부에서 제공되는 영상광을 반사하여 안경렌즈 내측면에 제공하는 방식을 적용함에 따라 외부로 투과되는 광손실을 줄일 수 있다.
일곱째, 좌안과 우안에 제공되는 영상광을 수직한 편광으로 생성함에 따라 3차원 화면 생성할 수 있는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (16)

  1. 영상을 표시하는 디스플레이부;
    상기 디스플레이부의 영상광 진행방향에 배치되어 상기 광을 반사하는 제1반사모듈; 및
    상기 제1반사모듈로부터 반사된 상기 광을 안구방향으로 반사하는 제2반사모듈;을 포함하며,
    상기 제1반사모듈은,
    특정한 제1초점거리를 가지는 오목한 형상의 제1반사면을 구비하며,
    상기 제1반사모듈의 중심으로부터 상기 디스플레이부까지의 수평거리인 제1수평거리는 상기 제1초점거리보다 짧은 것을 특징으로 하며,
    상기 제2반사모듈의 제2반사면은 안경렌즈의 내측면인 것을 특징으로 하며,
    상기 디스플레이부에서 제공되는 상기 광은,
    상기 제1반사모듈에서 반사된 후 상기 제2반사모듈에 의해 반사되어 착용자의 안구로 제공되는, 헤드 마운트 디스플레이 광학시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2반사면은,
    상기 안경렌즈의 특정한 제2초점거리를 가지는 오목한 형상이며,
    상기 제2반사모듈의 중심으로부터 상기 제1반사모듈 내에 나타나는 상기 디스플레이부의 화면인 제1상까지의 수평거리는,
    상기 제2초점거리보다 짧은 것을 특징으로 하는, 헤드 마운트 디스플레이 광학시스템.
  3. 영상을 표시하는 디스플레이부;
    평평한 제1반사면을 구비하여, 상기 디스플레이부의 영상광 진행방향에 배치되어 상기 광을 반사하는 제1반사모듈; 및
    상기 제1반사모듈로부터 반사된 광을 안구방향으로 반사하는 제2반사모듈;을 포함하며,
    상기 제2반사모듈은,
    특정한 제2초점거리를 가지는 오목한 형상으로 된 내측면인 제2반사면을 구비하는 안경렌즈이며,
    상기 제1반사모듈의 중심으로부터 상기 디스플레이부까지의 수평거리인 제1수평거리 및 상기 제2반사모듈의 중심으로부터 상기 제1반사모듈까지의 수평거리인 제2수평거리의 합이 상기 제2초점거리보다 짧은 것을 특징으로 하며,
    상기 디스플레이부에서 제공되는 광이 상기 제1반사모듈에서 반사된 후 상기 제2반사모듈에 의해 반사되어 착용자의 안구로 제공되는, 헤드 마운트 디스플레이 광학시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이부 및 상기 제1반사모듈은,
    각각의 특정한 각도로 기울어진 상태로 상기 안경렌즈의 동일한 일측에 배치되며,
    상기 제1반사모듈에서 반사된 상기 광이 상기 안구의 전방에 상응하는 상기 제2반사면 영역으로 제공되는 것을 특징으로 하는, 헤드 마운트 디스플레이 광학시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이부에서 상기 제1반사모듈로의 광경로 상에 배치되는 볼록렌즈;를 더 포함하는, 헤드 마운트 디스플레이 광학시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2반사모듈은,
    상기 안경렌즈를 통과하여 들어오는 외부광은 투과하고,
    상기 안구방향에서 입사되는 상기 영상광은 반사하는 것을 특징으로 하는, 헤드 마운트 디스플레이 광학시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이부는,
    특정한 방향의 편광을 생성하는 것을 특징으로 하며,
    상기 제2반사모듈은,
    상기 특정한 방향의 편광을 전부반사하는 것을 특징으로 하는, 헤드마운드 디스플레이 광학시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 디스플레이부는,
    우안용 영상광을 제공하는 우안용 디스플레이부 및
    좌안용 영상광을 제공하는 좌안용 디스플레이부를 포함하며,
    상기 제2반사모듈은,
    좌안용 제2반사모듈 및 우안용 제2반사모듈을 포함하며,
    상기 우안용 영상광 및 상기 좌안용 영상광은,
    상호 수직한 편광으로 형성된 동일한 영상인 것을 특징으로 하는, 헤드마운드 디스플레이 광학시스템.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    안경프레임을 더 포함하고,
    상기 디스플레이부는,
    특정한 제1각도로 기울어진 상태로 상기 안경프레임의 하단부에 인접하게 배치되어 상기 안경렌즈의 반대방향으로 상기 영상광을 제공하고,
    상기 제1반사모듈은,
    특정한 제2각도로 기울어진 상태로 상기 안경프레임의 하단부에 인접하게 배치되어 상기 안경렌즈로 상기 영상광을 제공하는, 헤드마운드 디스플레이 광학시스템.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    안경프레임;을 더 포함하고,
    상기 디스플레이부 및 상기 제1반사모듈은,
    특정한 형상의 하우징 내에 구비되어 광학모듈로 형성되며,
    상기 광학모듈은,
    상기 안경프레임의 일측에 탈부착이 가능한 것을 특징으로 하는, 헤드마운드 디스플레이 광학시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광학모듈은,
    상기 제1반사모듈에 의해 반사되어 상기 제2반사모듈로 진행하는 상기 영상광을 투과시키는 투과렌즈;를 포함하며,
    상기 하우징 및 상기 투과렌즈에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 하는, 헤드마운드 디스플레이 광학시스템.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반사모듈 또는 상기 디스플레이부는,
    상기 착용자의 특정 안구를 기준으로 좌우 또는 전후로 이동이 가능한 것을 특징으로 하는, 헤드마운드 디스플레이 광학시스템.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반사모듈 또는 상기 디스플레이부는,
    안경 외부로 노출된 각도조절모듈을 각각 포함하는, 헤드마운드 디스플레이 광학시스템.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반사모듈에 의해 반사되어 상기 제2반사모듈로 진행하는 상기 영상광을 투과시키는 투과렌즈;를 더 포함하며,
    상기 디스플레이부는 특정한 방향의 선형편광을 생성하며,
    상기 제1반사모듈은 상기 디스플레이부에서 제공된 상기 선형편광을 전부 반사하며,
    상기 투과렌즈는 상기 제1반사모듈에서 반사된 상기 선형편광을 특정한 회전방향의 원편광으로 전환하는 것을 특징으로 하는, 헤드마운드 디스플레이 광학시스템.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반사모듈에 의해 반사된 상기 영상광이 상기 제2반사모듈로 진행하는 경로상에 배치되는 투과렌즈;를 더 포함하며,
    상기 디스플레이부는,
    특정한 방향의 선형편광인 상기 영상광을 생성하며,
    상기 제1반사모듈은,
    상기 디스플레이부에서 제공된 상기 선형편광을 원편광으로 전환하여 반사하며,
    상기 투과렌즈는,
    상기 디스플레이부에서 생성되는 상기 선형편광을 차단하며, 상기 원평광을 투과하는 편광렌즈인, 헤드마운드 디스플레이 광학시스템.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 제2반사모듈은,
    외부광을 투과하며,
    상기 원편광을 전부 반사하여 착용자의 안구로 제공하는 것을 특징으로 하는, 헤드마운드 디스플레이 광학시스템.
PCT/KR2016/008125 2015-08-05 2016-07-25 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템 WO2017022998A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150110388A KR101672707B1 (ko) 2015-08-05 2015-08-05 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템
KR10-2015-0110388 2015-08-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017022998A1 true WO2017022998A1 (ko) 2017-02-09

Family

ID=57540622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2016/008125 WO2017022998A1 (ko) 2015-08-05 2016-07-25 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101672707B1 (ko)
WO (1) WO2017022998A1 (ko)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107247325A (zh) * 2017-08-11 2017-10-13 深圳市辰羿科技有限公司 一种多功能放大影像装置
CN107247327A (zh) * 2017-08-11 2017-10-13 深圳市奋兴科技发展有限公司 一种放大影像装置
CN107247326A (zh) * 2017-08-11 2017-10-13 深圳市辰羿科技有限公司 一种增强现实的放大影像装置
CN107255862A (zh) * 2017-08-11 2017-10-17 深圳市辰羿科技有限公司 一种混合现实的放大影像装置
CN107272097A (zh) * 2017-08-11 2017-10-20 深圳市奋兴科技发展有限公司 反射镜片及降低能量损失的放大影像装置
CN107315239A (zh) * 2017-08-11 2017-11-03 深圳市奋兴科技发展有限公司 一种可调节的放大影像装置
CN108227191A (zh) * 2016-12-22 2018-06-29 乐金显示有限公司 增强现实装置
CN110959132A (zh) * 2017-05-27 2020-04-03 李汶基 使用反射镜的眼镜型透明显示器
CN112147783A (zh) * 2020-09-28 2020-12-29 维沃移动通信有限公司 穿戴设备

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019221539A1 (ko) * 2018-05-17 2019-11-21 주식회사 프라젠 증강현실 디스플레이 장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11326823A (ja) * 1998-05-18 1999-11-26 Sony Corp 虚像観察光学系
KR20020072430A (ko) * 2001-03-10 2002-09-16 엘지전자 주식회사 씨-쓰루 형 머리 장착용 표시 장치
JP2003043409A (ja) * 2001-05-23 2003-02-13 Victor Co Of Japan Ltd 画像表示装置
KR20080044040A (ko) * 2006-11-15 2008-05-20 전자부품연구원 헤드 마운트 디스플레이용 광학계
JP2013200452A (ja) * 2012-03-26 2013-10-03 Seiko Instruments Inc 偏光レンズ及びこれを用いたヘッドマウントディスプレイ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11326823A (ja) * 1998-05-18 1999-11-26 Sony Corp 虚像観察光学系
KR20020072430A (ko) * 2001-03-10 2002-09-16 엘지전자 주식회사 씨-쓰루 형 머리 장착용 표시 장치
JP2003043409A (ja) * 2001-05-23 2003-02-13 Victor Co Of Japan Ltd 画像表示装置
KR20080044040A (ko) * 2006-11-15 2008-05-20 전자부품연구원 헤드 마운트 디스플레이용 광학계
JP2013200452A (ja) * 2012-03-26 2013-10-03 Seiko Instruments Inc 偏光レンズ及びこれを用いたヘッドマウントディスプレイ

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108227191A (zh) * 2016-12-22 2018-06-29 乐金显示有限公司 增强现实装置
US10983347B2 (en) 2016-12-22 2021-04-20 Lg Display Co., Ltd. Augmented reality device
CN110959132A (zh) * 2017-05-27 2020-04-03 李汶基 使用反射镜的眼镜型透明显示器
CN110959132B (zh) * 2017-05-27 2022-06-14 李汶基 眼镜型显示器及可变焦距眼镜型显示器
CN107247325A (zh) * 2017-08-11 2017-10-13 深圳市辰羿科技有限公司 一种多功能放大影像装置
CN107247327A (zh) * 2017-08-11 2017-10-13 深圳市奋兴科技发展有限公司 一种放大影像装置
CN107247326A (zh) * 2017-08-11 2017-10-13 深圳市辰羿科技有限公司 一种增强现实的放大影像装置
CN107255862A (zh) * 2017-08-11 2017-10-17 深圳市辰羿科技有限公司 一种混合现实的放大影像装置
CN107272097A (zh) * 2017-08-11 2017-10-20 深圳市奋兴科技发展有限公司 反射镜片及降低能量损失的放大影像装置
CN107315239A (zh) * 2017-08-11 2017-11-03 深圳市奋兴科技发展有限公司 一种可调节的放大影像装置
CN112147783A (zh) * 2020-09-28 2020-12-29 维沃移动通信有限公司 穿戴设备

Also Published As

Publication number Publication date
KR101672707B1 (ko) 2016-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017022998A1 (ko) 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템
WO2015174794A1 (ko) 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템
US9091850B2 (en) Compact see-through display system
JP5133925B2 (ja) 頭部装着型画像表示装置
WO2022014967A1 (ko) 증강 현실 표시 장치
WO2019221539A1 (ko) 증강현실 디스플레이 장치
WO2019042133A1 (zh) 一种近眼显示系统及近眼显示器
CN112285934B (zh) 图像显示装置及可穿戴设备
US20240012250A1 (en) Optical system and wearable augmented reality display device
EP0577268B1 (en) Optical system
CN111381377A (zh) 一种近眼显示设备
US10911743B2 (en) Field of view expansion by color separation
CN108845419B (zh) 头戴式显示设备和用于头戴式显示设备的方法
KR20160006049A (ko) 헤드 마운티드 디스플레이 장치
KR20100002085A (ko) 컴팩트한 가상 디스플레이 장치
CN107111143B (zh) 视觉系统及观片器
KR20170017854A (ko) 헤드 마운트 디스플레이용 광학 시스템
WO2022014952A1 (ko) 증강 현실 표시 장치
WO2023132966A1 (en) Display systems with collection optics for disparity sensing detectors
US20220397763A1 (en) Dual-reflector optical component
CN211669451U (zh) 一种近眼显示设备
WO2020138669A1 (ko) 증강 현실용 광학 장치
WO2023059132A1 (ko) 증강현실 디바이스
CN218824977U (zh) Ar眼镜组件及ar眼镜
KR100245332B1 (ko) 헤드 마운트 디스플레이

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16833234

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16833234

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1