WO2018203588A1 - 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치 - Google Patents

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WO2018203588A1
WO2018203588A1 PCT/KR2017/010018 KR2017010018W WO2018203588A1 WO 2018203588 A1 WO2018203588 A1 WO 2018203588A1 KR 2017010018 W KR2017010018 W KR 2017010018W WO 2018203588 A1 WO2018203588 A1 WO 2018203588A1
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WO
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helmet
goggles
wearer
sliding
hinge
Prior art date
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PCT/KR2017/010018
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English (en)
French (fr)
Inventor
남국현
홍은경
강선구
박주훈
경재현
이근태
권용찬
Original Assignee
(주)그린광학
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Publication date
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    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0176—Head mounted characterised by mechanical features
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
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    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Definitions

  • the present invention relates to a head mounted display device, and more particularly, to a helmet mounted head mounted display device having improved usability by being mounted on a helmet worn in a special field such as an industrial field and a military.
  • Head mounted display is divided into see through type and see closed type, and see through type is mainly for augmented reality (AR) and cyclos type. Is mainly used for Virtual Reality (VR).
  • AR augmented reality
  • VR Virtual Reality
  • HMD can be classified into eyeglass type, band type and helmet type according to the use environment and use.
  • HMD is being developed for VR technology, and accordingly has been commercialized in glasses or band type.
  • AR type which is emerging recently, is also implemented as glasses type or band type based on VR type.
  • the necessity of AR is increased in special fields such as military or industrial sites, the positional rigidity of HMD is required. .
  • Figures 1a and 1b shows a typical spectacle-type and band-shaped HMD, in the case of the general spectacle-type or band-shaped HMD is excellent in position robustness, but if you want to apply this structure to an industrial work helmet or helmet, the display position of the HMD helmet There is a disadvantage that it is difficult to solve the problem of optimizing for the wearer.
  • helmets for special uses such as industrial work helmets, military, etc. have standardized dimensions, whereas wearers who wear helmets have different facial shapes and different eye positions and pupil distances. It is difficult to provide the angle of view and the distance to the pupil optimized for each individual.
  • the center of gravity is matched to the head of the wearer, so that the headache or neck pain is less felt than the glasses-type or band-type HMD, but the weight factor still exists as a disadvantage to be solved in the HMD. .
  • Patent Document 1 KR 10-2014-0135409 A (2014.11.26)
  • Patent Document 2 KR 10-1201129 B1 (2012.11.07)
  • Patent Document 3 KR 10-2013-0034125 (2013.04.05)
  • the present inventors focus on solving the disadvantages and problems of the conventional general HMD by comprehensively considering the above-mentioned matters, and solve the structural problems of the HMD according to the prior art, thereby making it easy to use and industrially. While devoting hard efforts to develop a new smart factory helmet-type HMD capable of improving the usability of the present invention, as a result, the present invention was invented.
  • the present invention has been made in an effort to provide a helmet-mounted head mounted display device having a low weight design, which is easy to be mounted on an industrial and special helmet, and improved usability and usability in an industrial site.
  • the technical task and object of the present invention is a helmet-mounted head mounted display device that can be easily mounted on industrial and special helmets, but can easily adjust the wearer's individual viewing angle and the distance to the pupil to provide an optimized display position to the wearer To provide.
  • Helmet mounting head mounted display device for achieving the above object, the goggle portion for outputting and obtaining an image to display in the wearer's pupil, the goggle portion is mounted, adjust and fix the position of the goggle portion
  • the helmet mounted head mounted display device comprising a mount portion and the mount portion, the band portion for fixing the mount portion and the goggles to the helmet, the goggle portion and the mount portion is connected by a hinge module
  • the mount unit includes a pair of guide rails formed in a “c” shape facing each other on the left and right side walls of the sliding groove and a square-shaped sliding groove formed vertically long in the center of the main body.
  • Upper rails of the rails each have a concave-convex portion, and cover the sliding groove.
  • a cover for adjusting the position of the goggles connected by the hinge module by sliding up and down along the guide rail, and mounted on a bottom surface of the cover, respectively inserted into the pair of guide rails, along the guide rail.
  • a pair of guides which slide up and down are provided on both left and right sides, and the plate springs are protruded so as to secure the sliding position of the cover while being elastically caught in each uneven portion formed on each of the upper portions of the pair of guides.
  • the guide module having a pusher spring
  • the wearer wearing a helmet equipped with a head mounted display device tries to adjust the angle and distance of the goggles to his eyes, the wearer slides the cover. Simply adjust the height of the goggles.
  • the guide module restrains the position of the plurality of compression springs and the compression spring to press the cover upward on one side and transmits the elastic force of the compression spring to the cover
  • the guide module restrains the position of the plurality of compression springs and the compression spring to press the cover upward on one side and transmits the elastic force of the compression spring to the cover
  • the cover further includes a protrusion for increasing frictional force so that the wearer can easily operate the sliding of the cover.
  • the hinge module may include a first hinge having a first preload connected to a lower end of the cover, and first and first connections for connecting the first hinge and the goggles. And a second hinge provided between the second link and the first and second links, the first and second links having a second preload to maintain the angle set by the external force.
  • the hinge inhibits free rotation of the hinge shaft by the friction torque caused by the preload formed by the compression spring, and the compression spring is provided on the outer circumferential surface of the hinge shaft to maintain the preset angle set by the wearer by applying external force.
  • the head-mounted display device further comprises a distance adjusting unit for adjusting the distance to the pupil of the wearer by sliding the goggles back and forth, wherein the distance adjusting unit, the pupil of the wearer under the optimal conditions It is mounted on the upper center of the goggles to display on the slide structure having a friction torque by the preload so that the distance between the goggles and the wearer's pupil can be easily adjusted while the wearer is wearing a helmet. It is preferably formed.
  • the distance control unit, the base is fixed, mounted in the upper center of the goggles by a fastening means, and the hinge module and the goggles to move in accordance with the operation of the mount unit;
  • a first compression spring provided at an outer circumferential surface of the central portion of the shaft to adjust the distance between the goggles and the wearer's pupil while the shaft is forcibly slid by the friction torque caused by the preload, and both ends of the first compression spring
  • One side of the support and one of the guide by the elastic force provided through It is provided with a spacer for pressing the side, and bolts and nuts which are respectively provided at both ends of the shaft, press the other side of the support through the spacer, and directly press the other side of the guide, the base by
  • the head-mounted display device the power supply to the goggles, perform the function of adjusting the image displayed through the goggles, and has a memory for storing data, the stored data goggles And a PMP (Portable Multimedia Player) having a communication module for performing wireless communication with an external control system.
  • PMP Portable Multimedia Player
  • the PMP of the head-mounted display device includes a touch pad at a front side, and a user controls a display function of an image through a screen touch, and an external data storage device and data at one side with a USB port. It is preferable to have a key button including an ON / OFF switch, a main screen switching button, a previous screen return button and a battery inside, and to have an external power supply terminal for charging the battery.
  • the head-mounted display device is detachably mounted on the band portion, located behind the wearer's ear, and acquires biometric information including the wearer's heart rate and body temperature to the external control system through the PMP It may further include a biosensor unit for transmitting to.
  • the present invention simplifies the mechanical structure of the HMD, which is heavy and complicated, and implements a lightweight helmet type HMD so that the consumer type HMD can be applied to industrial and special fields. It is effective for improving health.
  • the present invention can quickly and easily adjust the viewing angle between the wearer's eyes and display and the distance to the pupil to provide a display optimized for the wearer while wearing a helmet-type HMD, further wearability and usability This has the effect of providing an improved HMD.
  • the present invention has an effect that can be expected to display a display device that can play an important role in the implementation of the smart factory in the advanced industrial field because the application of the HMD in the general manufacturing sector and special fields can be secondary.
  • 1a and 1b is a view showing a typical spectacle and band-type HMD
  • FIG. 2 is a use state in which the helmet-mounted head mounted display device according to the present invention is mounted on an industrial helmet
  • FIG. 3 is a perspective view of a head mounted display device for helmet mounting according to the present invention.
  • FIG. 4a and 4b are views for explaining the band portion of the helmet-mounted head mounted display device according to the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of the goggles of the helmet-mounted head mounted display device of FIG. 3
  • FIG. 6 is a perspective view of a distance adjusting unit for adjusting the interspace distance of the goggles of FIG.
  • FIG. 7 is a view for explaining a slide principle of the distance adjusting unit of FIG.
  • FIG. 8 is a view for explaining the internal structure of the mount of the helmet-mounted head mounted display device of FIG.
  • 9A and 9B are detailed views illustrating an internal structure for vertical sliding of the mount of FIG. 8;
  • FIG. 10 is a perspective view of a hinge module for rotatably coupling the goggles to the mount portion corresponding to the distance adjuster of FIG. 6;
  • FIG. 11 is a perspective view of a mount and goggles to which the cover and the hinge module of FIG. 10 are applied;
  • FIG. 12 is a view for explaining the principle of rotation of the hinge portion of the hinge module of FIG.
  • FIG. 13 is a perspective view of a portable multimedia player of a helmet mounted head mounted display device according to the present invention.
  • helmet 100 head mounted display device for helmet mounting
  • band portion 140 biometric sensor portion
  • part means a unit or module that processes at least one function or operation, which may be implemented in hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 2 is a state diagram in which the helmet mounted head mounted display device according to the present invention is mounted on an industrial helmet
  • FIG. 3 is a perspective view of the helmet mounted head mounted display device according to the present invention.
  • the helmet-mounted head mounted display apparatus 100 includes a goggle part 110 and a goggle part 110 that output and acquire an image and display the same in a pupil of the wearer. ) Is mounted, and the mount unit 120 and the mount unit 120 for adjusting and fixing the position of the goggle unit 110 are mounted to fix the mount unit 120 and the goggle unit 110 to the helmet 10. It is composed of a band unit 130. At this time, the band unit 130 may be additionally equipped with a biometric sensor unit 140 for obtaining the biometric information of the wearer.
  • the helmet-mounted head mounted display apparatus 100 moves the goggles 110 to the position of the wearer's eye when the goggles 110 are used and the goggles when not in use. It has a structure capable of positioning the portion 110 out of the wearer's field of view.
  • the biological sensor unit 140 is detachably mounted on the band unit 130 so as to be located behind the wearer's ear to acquire biometric information such as the heart rate and body temperature of the wearer so as to determine the wearer's body state in the control system.
  • the control system monitors the wearer's biometric information to help check the wearer's health and improve work efficiency.
  • the control system may display the biometric information obtained from the biometric sensor unit 140 to the wearer through the goggles 110 to provide.
  • the control system may provide various kinds of information, including biometric information, to the goggles 110 through a wired / wireless transceiver or a communication cable 201 additionally provided in the biometric sensor unit 140.
  • the communication cable 201 may be connected to a portable multimedia player (PMP) which will be described later with reference to FIG. 9.
  • the communication system 201 may wirelessly transmit and receive a control system and a control signal and a data signal to the PMP.
  • the wireless transceiver may be provided separately.
  • the band unit 130 is provided so that the helmet mounting head mounted display apparatus 100 according to the present invention can be accurately and firmly fixed to the helmet.
  • the band unit 130 includes a band 131 surrounding the lower portion of the helmet 10 and a length of the band 131 at the rear of the helmet 10 to adjust the helmet 10.
  • the length adjusting part 133 provided to be tightened and the band 131 are integrally provided to control the helmet hook 135 and the goggle part 110 having an annular shape so as to be caught on the front and left and right edges of the helmet 10.
  • It consists of a cable tie (137) for stably fixing the communication cable (201) for transmitting signals and data signals.
  • the cable tie 137 is provided in an annular shape so as to be fitted to both ends of the band 131 in the width direction, and a plurality of cable ties may be provided in the band 131.
  • the front end portion of the band 131 is provided with a mount coupling portion 139 to which the mount portion 120 is coupled and fixed.
  • the mount unit 120 is firmly mounted to the mount coupling unit 139 by fixing means such as bolts or rivets.
  • FIG. 5 is a perspective view of the goggles of the helmet-mounted head mounted display device of FIG. 3
  • FIG. 6 is a perspective view of the distance adjusting unit for adjusting the interspace distance of the goggles of FIG. 5
  • FIG. 7 is a sliding principle of the distance adjusting unit of FIG. 6. A diagram for explaining.
  • the goggle unit 110 includes an optical unit 111 that allows an image to be viewed by a wearer's eye, an electronic unit 113 that reproduces an image, and outputs the image to the optical unit 111. It consists of a mechanism part 115 which fixes and protects the part 111 and the electronic part 113. As shown in FIG.
  • the optical part 111 constituting the goggle part 110 applies a prism made of a plastic material, and the mechanism part 115.
  • the distance adjusting part 150 is fixed and mounted on the top of the goggle part 110 by a fastening means such as a bolt.
  • the goggle unit 110 is adjusted through the manipulation of the mount unit 120 by the wearer so that the wearer can see the optimized display screen.
  • the goggles 110 and the mount 120 are connected by the distance adjusting unit 150 mounted on the upper end of the goggles 110 and the hinge module 160 of FIGS. 10 to 12 to be described later.
  • the distance adjusting unit 150 is mounted at the center of the upper part of the goggles 110, and the distance between the goggles 110 and the eyes to display an image in the pupil of the wearer under optimal conditions. It is formed as a slide structure forcibly sliding by having a friction torque by the preload so that the wearer can easily adjust while wearing a helmet.
  • the distance adjusting unit 150 is a base 151 fixed and mounted in the upper center of the goggles 110 by a fastening means such as a bolt, and the goggles 110 move according to the manipulation of the mount unit 120.
  • a support portion 152 coupled to the mount portion 120, a shaft 153 to which the support portion 152 is rotatably coupled, and both ends of the shaft 153 such that the shaft 153 is horizontally movable.
  • Guides 155 forming the sliding holes 154 to be locked are provided in pairs on the base 151.
  • the first compression spring 156 is provided on the outer circumferential surface of the central portion of the shaft 153 as shown in FIG. 7 so as to adjust the distance to the wearer's pupil while being forcibly sliding by having friction torque due to preload. Both ends of the spring 156 press one side of the support 152 and one side of the guide 155 through the spacer 157, and the bolts and nuts 158 provided at both ends of the shaft 153 are arranged in the spacer 157. By pressing the other side of the support portion 152 through and directly pressing the other side of the guide 155, the goggles 110 coupled to the base 151 by the external force of the wearer is forced along the sliding hole 154. It can be fixed in an optimal position while sliding.
  • FIG. 8 is a view for explaining the internal structure of the mount of the helmet-mounted head mounted display device of Figure 3
  • Figures 9a and 9b is a view showing in detail the internal structure for sliding the cover of the mount of Figure 3 up and down.
  • FIG. 10 is a perspective view of a hinge module for rotatably coupling a goggle unit to a mount unit corresponding to the distance adjusting unit of FIG. 6, and
  • FIG. 11 is a perspective view of a mount unit and a goggle unit to which the cover and the hinge module of FIG. 10 are applied.
  • 12 is a view for explaining the principle of rotation of the hinge portion of the hinge module of FIG.
  • the mount unit 120 includes a sliding groove 122 having a square shape extending vertically in the center of the main body 121, and on left and right side walls of the sliding groove 122.
  • a pair of guide rails 123 facing each other and provided in a “c” shape are provided, and the upper rails of the pair of guide rails 123 each include an uneven portion of an uneven shape.
  • the mount unit 120 covers the sliding groove 122, the cover 124 for adjusting the position of the goggles 110 connected by the hinge module 160 by sliding up and down along the guide rail 123. It is provided.
  • a pair of guides 125 inserted into the pair of guide rails 123 and sliding up and down along the guide rails 123 are provided on both left and right sides, and the pair A guide module having a pusher spring 126 mounted in a shape in which a leaf spring protrudes to fix the sliding position of the cover 124 while being elastically caught in each uneven portion formed on each of the upper portions of the guide 125 of the guide 125 ( 127 is provided.
  • the guide module 127 may be mounted on the bottom surface of the cover 121 by connecting the lower end of the guide module hinge 128 having a predetermined preload and fixedly installed on the bottom of the cover 121.
  • one side of the guide module 127 restrains the positions of the plurality of second compression spring 129 and the second compression spring 129 for pressing the cover 125 upward and the second compression spring 129
  • the pressing piece 129-1 may be further provided to contact and transmit the elastic force of the cover 125.
  • the second compression spring 129 and the pressing piece 129-1 press the cover 124 and the guide module 127 between the cover 124 and the guide module 127, thereby providing a guide 125 and a guide rail.
  • the pusher spring 126 may be assisted to more firmly maintain the position of the cover 124 held in the state of being fitted into the uneven portion of the guide rail 123. Accordingly, when the wearer wants to slide the cover 124 downward or upward, the second compression spring that is applied between the cover 124 and the guide module 127 by pressing the cover 124 in the direction of the guide module 127. It is preferable to release the pressure of 129 so that the guide 125 can slide relatively smoothly along the guide rail 123.
  • the upper surface of the cover 124 is preferably provided with a protrusion 124-1 that can increase the friction force so that the wearer can easily operate the sliding of the cover 124.
  • the goggles 110 are rotatably coupled through the mount unit 120 and the hinge module 160, and the hinge module 160 is a cover of the mount unit 120.
  • the first hinge 161 and the second hinge 165 suppress free rotation of the hinge shaft 162 by friction torque caused by a preload formed by the third compression spring 164. The wearer maintains the preset angle set by applying external force.
  • Hinge module 160 is a wearer sliding the cover 124 when the wearer wearing a helmet equipped with a head-mounted display device according to the present invention to adjust the angle and distance of the goggles 110 to their eyes Just to transmit the movement corresponding to the sliding of the cover 124 to the goggles 110 so that the height of the goggles 110 can be easily adjusted.
  • the wearer first slides the cover 124 of the mount unit 120 downward, and adjusts the angle of the goggles 110 connected to the cover 124 and the hinge module 160 according to the height of their eyes. Then, by sliding the goggles 110 connected to the distance adjusting unit 150 back and forth to adjust the distance with its own pupil, the optimization operation is completed quickly and easily.
  • one side of the first and second links 163 and 167 further includes cable holders 166 and 168 for inserting and fixing the communication cable 201 to the goggles 110, and the goggles 110.
  • cable holders 166 and 168 for inserting and fixing the communication cable 201 to the goggles 110, and the goggles 110.
  • the PMP unit 200 is a helmet-mounted head mounted display device 100 according to the present invention. As a tool for controlling the overall, power is supplied, and performs the function of adjusting the image displayed through the goggles 110.
  • the PMP unit 200 includes a memory or a memory connection terminal capable of storing data so that the helmet-mounted head mounted display device according to the present invention can display internal data.
  • the PMP unit 200 performs data communication with the electronic unit 113 of the goggle unit 110 by a short range communication protocol such as WiFi, BlueTooth, as well as data transmission and reception through the wired 201, and wirelessly with an external control system.
  • a communication module may be further provided to perform communication.
  • the PMP unit 200 includes a touch pad 210 at a front side thereof, so that a user can control a display function of an image through a screen touch and has a memory therein. It also has a USB port on one side, allowing data exchange with external data storage devices.
  • the PMP unit 200 may include key buttons 220 such as an ON / OFF switch, a main screen switching button, and a previous screen return button on one side.
  • the battery is a secondary battery.
  • An external power supply terminal 230 for charging may be further provided.
  • the helmet-mounted head mounted display device implements a structure in which the HMD module can display an image in any industrial helmet by implementing a rotation and slide structure of the goggles.
  • the helmet-mounted head mounted display device easily implements the position and adjustment of the goggles by detaching and connecting the goggles and the mount to be mounted on the helmet. By implementing a structure that can be rotated upward to implement a structure that can minimize the wearer's eye fatigue.
  • the head mounted display device for helmet mounting according to the present invention, the vertical movement and the front and rear sliding operation of the goggles by applying a hinge structure having a friction torque by the preload is adjusted to the desired position without releasing the fixing means separately. Possible structures have been implemented.
  • the helmet-mounted head mounted display device improves the general HMD or eyeglass-type HMD, so that the helmet can be easily and quickly mounted on the helmet, and the angle of the goggles is optimized for the wearer's eyes easily and quickly. And the distance can be adjusted, greatly improving the comfort of the wearer.

Abstract

본 발명은 산업현장과 군사 등 특수분야에서 착용하는 헬멧에 장착하여 활용성을 향상시킨 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치에 관한 것으로, 영상을 출력 및 획득하여 착용자의 동공에 디스플레이하는 고글부와, 상기 고글부가 장착되며, 상기 고글부의 위치를 조정하고 고정하는 마운트부 및 상기 마운트부가 장착되며, 상기 마운트부 및 상기 고글부를 헬멧에 고정하는 밴드부를 포함하여 구성되는 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치에 있어서, 상기 고글부와 상기 마운트부는 힌지모듈에 의하여 연결되고, 상기 마운트부는, 본체의 중앙에 상하로 길게 형성된 사각 형상의 슬라이딩 홈과, 상기 슬라이딩 홈의 좌우 측벽에 서로 마주보고 "ㄷ"자 형태로 구비되는 한 쌍의 가이드레일로서, 상기 한 쌍의 가이드레일의 상측레일은 각각 요철형태의 요철부를 형성하며, 상기 슬라이딩 홈을 커버하며, 상기 가이드레일을 따라 상하로 슬라이딩 함으로써 상기 힌지모듈에 의해 연결된 상기 고글부의 위치를 조정하는 커버를 구비함으로써, 일반 안경형이나 밴드형 타입의 HMD에서 구조적 발명을 통하여 헬멧에 안정적으로 장착이 가능한 HMD이며 단순화된 구동기능을 발명하여 HMD의 무게와 착용자 편의성을 고려한 HMD를 제공한다.

Description

헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치
본 발명은 헤드 마운트 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 산업현장과 군사 등 특수분야에서 착용하는 헬멧에 장착하여 활용성을 향상시킨 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다.
헤드 마운트 디스플레이 장치(Head Mounted Display, HMD)는 시스루형(See through type)과 시클로즈형(See closed type)으로 구분되며, 시스루형은 주로 증강현실(Augmented Reality, AR)용으로, 시클로즈형은 주로 가상현실(Virtual Reality, VR)용으로 그 사용되고 있다.
HMD는 사용 환경과 용도에 따라 안경형, 밴드형, 헬멧형으로 구분될 수 있다.
일반적으로, HMD는 VR용으로 기술발전이 이루어지고 있으며, 이에 따라 안경형이나 밴드형으로 제품화되고 있다. 최근 부상하고 있는 AR형도 VR형을 기반으로 안경형이나 밴드형으로 구현되고 있는데, AR의 장점을 활용하고자 군사 등 특수분야나 산업현장에서의 필요성이 증가되다 보니 HMD의 위치 견고성이 필수적으로 요구되고 있다.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 안경형과 밴드형 HMD를 나타낸 것으로, 일반적인 안경형이나 밴드형 HMD의 경우에 위치 견고성은 우수하지만, 산업용 작업모나 헬멧에 이 구조를 적용하고자 하는 경우에는 HMD의 디스플레이 위치를 헬멧 착용자에 최적화시키는 문제를 해결하기 어려운 단점이 있다.
특히, 산업용 작업헬멧 군사용 등 특수한 용도의 헬멧은 표준화된 치수를 갖는 반면, 헬멧을 착용하는 착용자의 경우 안면의 형상이 서로 다르고 눈의 위치 및 동공의 거리가 제각각이기 때문에, 헬멧에 장착되는 HMD에 대하여 개개인에 최적화된 시야의 각도 및 동공과의 거리 등을 제공하는데 어려움이 있다.
또한, 실제 환경에서 일반적인 안경형 또는 밴드형 HMD를 착용함에 있어 착용자가 HMD의 무게로 인한 피로를 많이 느끼게 되어 장시간 사용시 두통이나 목통증 등을 유발하게 되므로, 착용 무게가 가장 중요한 요소가 되는 산업현장에서는 사용하기 곤란한 커다란 문제점이 된다.
한편, 헬멧형 HMD의 경우, 무게중심을 착용자의 두상에 맞추기 때문에, 안경형이나 밴드형 HMD보다는 두통이나 목통증 등을 덜 느끼게 되지만, 무게라는 요소는 HMD에서 여전히 해결해야 할 단점으로 존재하는 상황이다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) KR 10-2014-0135409 A (2014.11.26)
(특허문헌 2) KR 10-1201129 B1 (2012.11.07)
(특허문헌 3) KR 10-2013-0034125 (2013.04.05)
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하여 종래의 일반적인 HMD이 지닌 단점 및 문제점의 해결에 역점을 두어, 종래기술에 따른 HMD가 가지는 구조적인 문제를 해결함으로써, 사용의 편리성과 산업현장에서의 활용성 향상을 도모할 수 있는 새로운 스마트 팩토리 헬멧형 HMD를 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 산업용 및 특수용 헬멧에 장착이 용이하도록 저중량 설계되어, 사용의 편리성과 산업현장에서의 활용성이 향상된 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 기술적 과제 및 목적은 산업용 및 특수용 헬멧에 장착이 용이하면서도 착용자의 개별적 시야각과 동공까지의 거리를 간편하게 조정하여 착용자에게 최적화된 디스플레이 위치를 제공할 수 있는 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치는, 영상을 출력 및 획득하여 착용자의 동공에 디스플레이하는 고글부와, 상기 고글부가 장착되며, 상기 고글부의 위치를 조정하고 고정하는 마운트부 및 상기 마운트부가 장착되며, 상기 마운트부 및 상기 고글부를 헬멧에 고정하는 밴드부를 포함하여 구성되는 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치에 있어서, 상기 고글부와 상기 마운트부는 힌지모듈에 의하여 연결되고, 상기 마운트부는, 본체의 중앙에 상하로 길게 형성된 사각 형상의 슬라이딩 홈과, 상기 슬라이딩 홈의 좌우 측벽에 서로 마주보고 “ㄷ”자 형태로 구비되는 한 쌍의 가이드레일로서, 상기 한 쌍의 가이드레일의 상측레일은 각각 요철형태의 요철부를 형성하며, 상기 슬라이딩 홈을 커버하며, 상기 가이드레일을 따라 상하로 슬라이딩 함으로써 상기 힌지모듈에 의해 연결된 상기 고글부의 위치를 조정하는 커버와, 상기 커버의 저면에 장착되어, 상기 한 쌍의 가이드레일에 각각 삽입되어 상기 가이드레일을 따라 상하로 슬라이딩되는 한 쌍의 가이드가 좌우 양측면에 구비되고, 상기 한 쌍의 가이드의 상부 각각에 형성된 각각의 요철부에 탄성을 가지고 걸리면서 상기 커버의 슬라이딩 위치를 고정하도록 판스프링이 돌출된 형태로 장착된 푸셔스프링을 구비하는 가이드모듈로 구성됨으로써, 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치가 장착된 헬멧을 착용한 착용자가 자신의 눈에 고글부의 각도 및 거리를 맞추고자 할 때, 착용자가 커버를 슬라이딩하는 것만으로 간편하게 고글부의 높낮이를 조정할 수 있도록 한다.
이때, 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치에 있어서, 상기 가이드모듈은, 일측에 상기 커버를 상향으로 압박하는 복수개의 압축스프링 및 상기 압축스프링의 위치를 구속하며 상기 압축스프링의 탄성력을 상기 커버에 전달하는 압박편을 더 구비함으로써, 커버의 위치를 더욱 견고하게 유지하도록 보조할 수 있고, 이에 따라, 착용자가 커버를 하방 또는 상방으로 슬라이딩시키고자 할 때에는 커버를 가이드모듈 방향으로 눌러 압축스프링의 압력을 해제함으로써 가이드가 가이드레일을 따라 비교적 부드럽게 슬라이딩 될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치에 있어서, 상기 커버는, 상면에 착용자가 상기 커버의 슬라이딩을 용이하게 조작할 수 있도록 마찰력을 높이는 돌기부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치에 있어서, 상기 힌지모듈은, 상기 커버의 하단부와 연결되는 제1예압을 갖는 제1힌지와, 상기 제1힌지와 상기 고글부를 연결하기 위한 제1 및 제2링크와, 상기 제1 및 제2링크 사이에 마련되어, 상기 제1 및 제2링크가 외력에 의하여 설정된 각도를 유지하도록 제2예압을 갖는 제2힌지로 구성되며, 상기 제1힌지 및 제2힌지는 압축스프링에 의하여 형성되는 예압에 의한 마찰토크에 의하여 힌지축의 자유회전을 억제하며, 착용자가 외력을 가하여 설정해 놓은 기 설정각도를 유지하도록 상기 힌지축의 외주면에 압축스프링을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치는, 상기 고글부를 전후로 슬라이딩시켜 착용자의 동공과의 거리를 조정하는 거리조절부;를 더 구비하고, 상기 거리조절부는, 영상을 최적의 조건에서 착용자의 동공에 디스플레이하기 위하여 상기 고글부의 상부 중앙에 장착되어, 상기 고글부와 착용자의 동공 사이의 거리를 착용자가 헬멧을 착용한 상태에서 쉽게 조정할 수 있도록 예압에 의한 마찰토크를 가짐으로써 억지 슬라이딩되는 슬라이드 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치에 있어서, 상기 거리조절부는, 상기 고글부의 상부 중앙에 체결수단에 의하여 고정, 장착되는 베이스와, 상기 고글부가 상기 마운트부의 조작에 따라 이동되도록 상기 힌지모듈과 결합하는 지지부와, 상기 지지부가 회동 가능하게 결합되는 샤프트와, 상기 샤프트가 수평 이동 가능하도록 상기 샤프트의 양단이 걸림고정되는 슬라이딩 홀을 형성하며, 상기 베이스의 상부에 한 쌍으로 구비되는 가이드와, 상기 샤프트가 예압에 의한 마찰토크를 가짐으로써 억지 슬라이딩되면서 상기 고글부와 착용자의 동공과의 거리를 조정할 수 있도록 상기 샤프트의 중앙부 외주면에 구비되는 제1압축스프링과, 상기 제1압축스프링의 양단부를 통해 제공되는 탄성력에 의해 상기 지지부의 일측 및 상기 가이드의 일측을 가압하는 스페이서와, 상기 샤프트의 양단부에 각각 구비되어, 상기 스페이서를 통해 상기 지지부의 타측을 가압하고, 직접 상기 가이드의 타측을 가압하는 볼트와 너트로 구성되어, 착용자의 외력에 의하여 상기 베이스에 결합된 상기 고글부가 상기 슬라이딩 홀을 따라 억지 슬라이딩되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치는, 상기 고글부에 전원을 공급하고, 상기 고글부를 통해 디스플레이되는 영상의 조정기능을 수행하며, 데이터를 저장할 수 있는 메모리를 구비하여, 저장된 데이터를 상기 고글부에 제공하며, 외부의 제어시스템과 무선통신을 수행하는 통신모듈을 구비하는 PMP(Portable Multimedia Player);를 더 구비할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치의 상기 PMP는, 전면부에 터치패드를 구비하여 사용자가 화면터치를 통해 영상의 디스플레이 기능을 제어하고, 일측에 USB포트를 구비하여 외부 데이터저장장치와 데이터를 교환하며, 일측에 ON/OFF스위치, 메인화면전환버튼, 이전화면복귀버튼을 포함하는 키버튼 및 내부에 배터리를 구비하고, 상기 배터리의 충전을 위한 외부전원공급단자를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치는, 상기 밴드부에 착탈식으로 장착되고, 착용자의 귀 뒷부분에 위치되어, 착용자의 심장박동수 및 체온을 포함하는 생체정보를 취득하여 상기 PMP를 통해 외부의 제어시스템에 전송하는 생체센서부;를 더 구비할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명은 무겁고 복잡했던 HMD의 기구적인 구조를 단순화하고 경량의 헬멧형 HMD를 구현함으로써 일반 소비자 형태의 HMD를 산업용과 특수분야에 적용 가능하도록 개발함으로 1차적으로 HMD에 의한 착용자의 건강성 향상에 효과가 있다.
또한, 본 발명은 헬멧형 HMD를 착용한 상태에서 개별적으로 착용자에 최적화된 디스플레이를 제공할 수 있도록 착용자의 눈과 디스플레이 사이의 시야각과 동공까지의 거리를 빠르고 간편하게 조정할 수 있으므로, 한층 착용성과 활용성이 향상된 HMD를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 2차적으로 일반 제조업 분야 및 특수분야에서 HMD의 적용이 가능해짐으로 인하여 고도화 되는 산업분야에서 스마트 팩토리 구현에 중요한 역할을 할 수 있는 디스플레이 장치를 기대할 수 있는 효과가 있다.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 안경형과 밴드형 HMD를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치가 산업용 헬멧에 장착된 사용상태도,
도 3은 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치의 사시도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치의 밴드부를 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 3의 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치의 고글부의 사시도,도 6은 도 5의 고글부의 동공간 거리 조절을 위한 거리조절부의 사시도,
도 7은 도 6의 거리조절부의 슬라이드 원리를 설명하기 위한 도면,
도 8은 도 3의 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치의 마운트부의 내부구조를 설명하기 위한 도면,
도 9a 및 도 9b는 도 8의 마운트부의 상하 슬라이딩을 위한 내부구조를 상세히 나타낸 도면,
도 10은 도 6의 거리조절부와 대응하여 마운트부에 고글부를 회전 가능하도록 결합하기 위한 힌지모듈의 사시도,
도 11은 도 10의 커버 및 힌지모듈이 적용되는 마운트부와 고글부의 사시도,
도 12는 도 10의 힌지모듈의 힌지부의 회동원리를 설명하기 위한 도면,
도 13은 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치의 휴대용 멀티미디어 재생부(Portable Multimedia Player)의 사시도.
[부호의 설명]
10: 헬멧 100: 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치
110: 고글부 120: 마운트부
130: 밴드부 140: 생체센서부
150: 회동부 160: 힌지부
200: PMP
이하에서는 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치에 대한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시 예는 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것으로, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타낸다. 하기의 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
여기서, 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
아울러 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, "부"의 용어에 대한 의미는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위 또는 모듈 형태를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 혹은 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수도 있다.
*다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치가 산업용 헬멧에 장착된 사용상태도이고, 도 3은 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치의 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)는, 영상을 출력 및 획득하여 착용자의 동공에 디스플레이하는 고글부(110, Goggle)와, 고글부(110)가 장착되며, 고글부(110)의 위치를 조정하고 고정하는 마운트부(120) 및 마운트부(120)가 장착되어 마운트부(120) 및 고글부(110)를 헬멧(10)에 고정하는 밴드부(130)로 구성된다. 이때, 밴드부(130)에는 착용자의 생체정보를 획득하는 생체센서부(140)가 부가적으로 장착될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)는, 고글부(110)를 사용시에는 고글부(110)를 착용자의 눈의 위치에 이동시키고 비 사용시는 고글부(110)를 착용자 시야 바깥으로 위치시킬 수 있는 구조를 갖는다.
생체센서부(140)는 착탈식으로 밴드부(130)에 장착하여 착용자의 귀 뒷 부분에 위치시킴으로서 착용자의 심장박동수, 체온 등의 생체정보를 취득하여 제어시스템에서 착용자의 신체상태를 파악할 수 있도록 한다. 제어시스템은 착용자의 생체정보를 모니터링 함으로써 착용자의 건강을 체크하고 작업능률을 높이는데 기여한다.
한편, 제어시스템은 생체센서부(140)에서 획득된 생체정보를 고글부(110)를 통해 착용자에게 디스플레이하여 제공할 수 있다. 제어시스템은 생체센서부(140)에 부가로 구비되는 유무선 송수신부 또는 통신케이블(201)을 통하여 고글부(110)에 생체정보를 비롯하여 각종 정보를 제공할 수 있다. 한편, 상기 통신케이블(201)은 하기의 도 9에서 후술할 휴대용 멀티미디어 재생부(Portable Multimedia Player, PMP)와 연결될 수 있으며, 이 경우에 PMP에 제어시스템과 제어신호 및 데이터신호를 무선 송수신할 수 있는 무선송수신부가 별도로 구비될 수 있다.
밴드부(130)는 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)가 헬멧에 정확하고 견고하게 고정될 수 있도록 구비된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치의 밴드부(130)를 상세히 설명하기 위한 도면으로서, 설명의 편의를 위하여 고글부(110)를 제외한 형태를 도시한 것이다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 밴드부(130)는 헬멧(10)의 하부를 감싸는 밴드(131)와, 헬멧(10)의 후방에서 밴드(131)의 길이를 조절하여 헬멧(10)을 조일 수 있도록 구비되는 길이조정부(133)와, 밴드(131)와 일체형으로 구비되어 헬멧(10)의 앞측 및 좌우측 가장자리에 걸리도록 고리형상을 갖는 헬멧걸고리(135) 및 고글부(110)에 제어신호 및 데이터신호를 송신하는 통신케이블(201)을 안정적으로 고정하는 케이블타이(137)로 구성된다. 상기 케이블타이(137)는 밴드(131)의 폭방향 양단에 끼워지도록 고리형상으로 구비되며, 밴드(131)에 다수개가 구비될 수 있다.
한편, 상기 밴드(131)의 전단부에는 마운트부(120)가 결합, 고정되는 마운트결합부(139)가 구비된다. 마운트부(120)는 볼트나 리벳 등 고정수단에 의하여 마운트결합부(139)에 견고히 장착된다.
도 5는 도 3의 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치의 고글부의 사시도이고, 도 6은 도 5의 고글부의 동공간 거리 조절을 위한 거리조절부의 사시도이며, 도 7은 도 6의 거리조절부의 슬라이드 원리를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 5를 참조하면, 고글부(110)는 영상을 착용자의 눈으로 볼 수 있게 해주는 광학부(111)와, 영상을 재생하여 광학부(111)에 출력시키는 전자부(113) 및 광학부(111)와 전자부(113)를 고정 및 보호하는 기구부(115)로 구성된다.
본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)는 전체적인 장치의 무게를 경량화하기 위하여, 고글부(110)를 구성하는 광학부(111)는 플라스틱 재질의 프리즘을 적용하고, 상기 기구부(115)는 마그네슘 재질의 거리조절부(150)를 제외하고는 엔지니어링 플라스틱 소재로 구현된다. 거리조절부(150)는 고글부(110)의 상부에 볼트와 같은 체결 수단에 의하여 고정, 장착된다.
고글부(110)는 착용자가 자신에게 맞는 최적화된 디스플레이 화면을 볼 수 있도록 그 위치가 착용자에 의한 마운트부(120)의 조작을 통해 조정된다. 이를 위하여, 고글부(110)와 마운트부(120)는 고글부(110)의 상단부에 장착되는 거리조절부(150) 및 후술할 도 10 내지 도 12의 힌지모듈(160)에 의하여 연결된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 거리조절부(150)는 고글부(110) 상부 중앙에 장착되어, 영상을 최적의 조건에서 착용자의 동공에 디스플레이하기 위하여 고글부(110)와 눈 사이의 거리를 착용자가 헬멧을 착용한 상태에서 쉽게 조정할 수 있도록 예압에 의한 마찰토크를 가짐으로써 억지 슬라이딩되는 슬라이드 구조로 형성된다. 거리조절부(150)는 고글부(110) 상부 중앙에 볼트와 같은 체결 수단에 의하여 고정, 장착되는 베이스(151)와, 상기 고글부(110)가 상기 마운트부(120)의 조작에 따라 이동되도록 상기 마운트부(120)와 결합하는 지지부(152)와, 상기 지지부(152)가 회동 가능하게 결합되는 샤프트(153)와, 상기 샤프트(153)가 수평 이동 가능하도록 상기 샤프트(153)의 양단이 걸림고정되는 슬라이딩 홀(154)을 형성한 가이드(155)가 상기 베이스(151)의 상부에 한 쌍으로 구비된다.
이때, 예압에 의한 마찰토크를 가짐으로써 억지 슬라이딩되면서 착용자의 동공과의 거리를 조정할 수 있도록 상기 샤프트(153)의 중앙부 외주면에는 제1압축스프링(156)이 도 7과 같이 구비되어, 제1압축스프링(156)의 양단부는 스페이서(157)를 통해 지지부(152)의 일측 및 가이드(155)의 일측을 가압하고, 샤프트(153)의 양단부에 구비되는 볼트와 너트(158)는 스페이서(157)를 통해서 지지부(152)의 타측을 가압하고, 직접적으로 가이드(155)의 타측을 가압함으로써, 착용자의 외력에 의하여 베이스(151)에 결합된 고글부(110)가 슬라이딩 홀(154)을 따라 억지 슬라이딩되면서 최적의 위치에 고정될 수 있도록 한다.
도 8은 도 3의 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치의 마운트부의 내부구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 9a 및 도 9b는 도 3의 마운트부의 커버가 상하 슬라이딩하기 위한 내부구조를 상세히 나타낸 도면이다. 또한, 도 10은 도 6의 거리조절부와 대응하여 마운트부에 고글부를 회전 가능하도록 결합하기 위한 힌지모듈의 사시도이고, 도 11은 도 10의 커버 및 힌지모듈이 적용되는 마운트부와 고글부의 사시도이며, 도 12는 도 10의 힌지모듈의 힌지부의 회동원리를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 8 내지 도 10을 참조하면, 마운트부(120)는 본체(121)의 중앙에 상하로 길게 형성된 사각 형상의 슬라이딩 홈(122)을 구비하고, 상기 슬라이딩 홈(122)의 좌우 측벽에는 서로 마주보고 “ㄷ”자 형태로 구비되는 한 쌍의 가이드레일(123)을 구비하며, 상기 한 쌍의 가이드레일(123)의 상측레일은 각각 요철형태의 요철부로 이루어진다.
또한, 마운트부(120)는 슬라이딩 홈(122)을 커버하며, 가이드레일(123)을 따라 상하로 슬라이딩 함으로써 힌지모듈(160)에 의해 연결된 고글부(110)의 위치를 조정하는 커버(124)를 구비한다. 상기 커버(124)의 저면에는, 상기 한 쌍의 가이드레일(123)에 각각 삽입되어 가이드레일(123)을 따라 상하로 슬라이딩 되는 한 쌍의 가이드(125)가 좌우 양측면에 구비되고, 상기 한 쌍의 가이드(125)의 상부 각각에 형성된 각각의 요철부에 탄성을 가지고 걸리면서 상기 커버(124)의 슬라이딩 위치를 고정하도록 판스프링이 돌출된 형태로 장착된 푸셔스프링(126)을 구비하는 가이드모듈(127)이 구비된다.
일례로, 상기 가이드모듈(127)은 일정 예압을 가지며 상기 커버(121)의 저면에 고정 설치된 가이드모듈힌지(128)와 하단부가 연결됨으로써 상기 커버(121)의 저면에 장착될 수 있다.
한편, 상기 가이드모듈(127)의 일측에는 상기 커버(125)를 상향으로 압박하는 복수개의 제2압축스프링(129) 및 제2압축스프링(129)의 위치를 구속하며 제2압축스프링(129)의 탄성력을 상기 커버(125)에 접촉하여 전달하는 압박편(129-1)이 더 구비될 수 있다.
상기 제2압축스프링(129) 및 압박편(129-1)은 커버(124)와 가이드모듈(127) 사이에서 커버(124)와 가이드모듈(127)을 압박함으로써, 가이드(125)와 가이드레일(123)을 밀착시키도록 하여, 푸셔스프링(126)이 가이드레일(123)의 요철부에 끼워진 상태로 유지되는 커버(124)의 위치를 더욱 견고하게 유지하도록 보조할 수 있다. 이에 따라, 착용자가 커버(124)를 하방 또는 상방으로 슬라이딩시키고자 할 때에는 커버(124)를 가이드모듈(127) 방향으로 눌러 커버(124)와 가이드모듈(127) 사이에 가해지던 제2압축스프링(129)의 압력을 해제함으로써 가이드(125)가 가이드레일(123)을 따라 비교적 부드럽게 슬라이딩 될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 커버(124)의 상면에는 착용자가 커버(124)의 슬라이딩을 용이하게 조작할 수 있도록 마찰력을 높일 수 있는 돌기부(124-1)가 더 구비되는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 10 내지 도 12를 참조하면, 고글부(110)는 마운트부(120)와 힌지모듈(160)을 통해 회동 가능하게 결합되는데, 힌지모듈(160)은 마운트부(120)의 커버(124)의 하단부와 연결되는 제1예압을 갖는 제1힌지(161)와, 제1힌지(161)와 고글부(110)의 거리조절부(150)를 연결하기 위한 제1 및 제2링크(163, 167)와, 제1 및 제2링크(163, 167) 사이에 마련되어 제1 및 제2링크(163, 167)가 외력에 의하여 설정된 각도를 유지하도록 제2예압을 갖는 제2힌지(165)로 구성된다. 상기 제1힌지(161) 및 제2힌지(165)는 도 12에 도시된 바와 같이 제3압축스프링(164)에 의하여 형성되는 예압에 의한 마찰토크에 의하여 힌지축(162)의 자유회전을 억제하며, 착용자가 외력을 가하여 설정해 놓은 기 설정각도를 유지한다.
힌지모듈(160)은 본 발명에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치가 장착된 헬멧을 착용한 착용자가 자신의 눈에 고글부(110)의 각도 및 거리를 맞추고자 할 때, 착용자가 커버(124)를 슬라이딩하는 것만으로 간편하게 고글부(110)의 높낮이를 조정할 수 있도록 커버(124)의 슬라이딩에 대응하는 움직임을 고글부(110)에 전달한다.
이에 따라, 착용자는 먼저 마운트부(120)의 커버(124)를 하향으로 슬라이딩하여, 커버(124)와 힌지모듈(160)로 연결된 고글부(110)의 각도를 자신의 눈의 높이에 맞추어 조정한 후, 거리조절부(150)와 연결된 고글부(110)를 전후로 슬라이딩시켜 자신의 동공과의 거리를 조정함으로써 쉽고 빠르게 최적화 조작이 완료된다.
한편, 제1 및 제2링크(163, 167)의 일측부에는 고글부(110)로 가는 통신케이블(201)을 삽입, 고정시키는 케이블홀더(166, 168)를 더 구비하여, 고글부(110)를 마운트부(120)를 중심으로 올리고 내리는 동작 또는 커버(124)를 슬라이딩하여 고글부(110)의 각도 및 동공까지의 거리를 조절하는 동작 시 통신케이블(201)이 손상되거나 꼬이지 않도록 안정적으로 위치를 잡아준다.
도 13은 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치의 휴대용 멀티미디어 재생부(Portable Multimedia Player)의 사시도로서, PMP부(200)는 착용자가 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치(100)를 전반적으로 제어하기 위한 도구로서, 전원을 공급하고, 고글부(110)를 통해 디스플레이되는 영상의 조정기능을 수행한다. PMP부(200)는 데이터를 저장할 수 있는 메모리 또는 메모리 연결단자를 구비하여, 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치가 내부 데이터를 디스플레이할 수 있도록 한다. PMP부(200)는 유선(201)을 통한 데이터 송수신뿐만 아니라, WiFi, BlueTooth 등 근거리 통신프로토콜에 의하여 고글부(110)의 전자부(113)와 데이터통신을 수행하고, 외부의 제어시스템과 무선통신을 수행할 수 있도록 통신모듈을 더 구비할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 PMP부(200)는 전면부에 터치패드(210)를 구비하여 사용자가 화면터치를 통해 영상의 디스플레이 기능을 제어할 수 있으며, 내부에 메모리를 구비하거나 일측에 USB포트를 구비하여 외부 데이터저장장치와의 데이터 교환도 가능하다. PMP부(200)는 일측에 ON/OFF스위치, 메인화면전환버튼, 이전화면복귀버튼 등의 키버튼(220)을 구비할 수 있으며, 내부에 배터리가 구비되는 경우, 상기 배터리가 2차전지인 경우 충전을 위한 외부전원공급단자(230)가 더 구비될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치는 고글부의 회전과 슬라이드 구조를 구현함으로써 HMD 모듈이 산업용 헬멧 어떤 것에서도 영상 디스플레이가 가능한 구조를 구현하였다.
또한, 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치는 헬멧에 장착시키기 위하여 고글부와 마운트부를 분리 및 연결함으로써 고글부의 위치 및 조정이 용이하게 구현하였으며, 비 사용시 착용자의 시야를 가리지 않도록 고글부를 눈 위로 회전시킬 수 있는 구조를 구현함으로써 착용자 눈의 피로도를 최소화할 수 있는 구조를 구현하였다.
또한, 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치는 고글부의 상하 회전동작 및 전후 슬라이딩 동작은 예압에 의한 마찰토크를 갖는 힌지구조를 적용함으로써 별도로 고정수단을 해제하는 것 없이 원하는 위치로의 조정이 가능한 구조를 구현하였다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치는 일반 안경형이나 밴드형 타입의 HMD를 개선하여, 헬멧에 쉽고 빠르게 안정적인 장착이 가능하고, 쉽고 빠르게 착용자의 눈에 최적화되도록 고글부의 각도와 거리를 조정할 수 있어, 착용자 편의성을 크게 향상시킨 것이다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시 예를 중심으로 구체적으로 기술되었으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.

Claims (9)

  1. 영상을 출력 및 획득하여 착용자의 동공에 디스플레이하는 고글부와, 상기 고글부가 장착되며, 상기 고글부의 위치를 조정하고 고정하는 마운트부 및 상기 마운트부가 장착되며, 상기 마운트부 및 상기 고글부를 헬멧에 고정하는 밴드부를 포함하여 구성되는 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 고글부와 상기 마운트부는 힌지모듈에 의하여 연결되고,
    상기 마운트부는,
    본체의 중앙에 상하로 길게 형성된 사각 형상의 슬라이딩 홈과, 상기 슬라이딩 홈의 좌우 측벽에 서로 마주보고 “ㄷ”자 형태로 구비되는 한 쌍의 가이드레일로서, 상기 한 쌍의 가이드레일의 상측레일은 각각 요철형태의 요철부를 형성하며,
    상기 슬라이딩 홈을 커버하며, 상기 가이드레일을 따라 상하로 슬라이딩 함으로써 상기 힌지모듈에 의해 연결된 상기 고글부의 위치를 조정하는 커버와,
    상기 커버의 저면에 장착되어, 상기 한 쌍의 가이드레일에 각각 삽입되어 상기 가이드레일을 따라 상하로 슬라이딩되는 한 쌍의 가이드가 좌우 양측면에 구비되고, 상기 한 쌍의 가이드의 상부 각각에 형성된 각각의 요철부에 탄성을 가지고 걸리면서 상기 커버의 슬라이딩 위치를 고정하도록 판스프링이 돌출된 형태로 장착된 푸셔스프링을 구비하는 가이드모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가이드모듈은,
    일측에 상기 커버를 상향으로 압박하는 복수개의 압축스프링 및 상기 압축스프링의 위치를 구속하며 상기 압축스프링의 탄성력을 상기 커버에 전달하는 압박편을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 커버는,
    상면에 착용자가 상기 커버의 슬라이딩을 용이하게 조작할 수 있도록 마찰력을 높이는 돌기부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 힌지모듈은,
    상기 커버의 하단부와 연결되는 제1예압을 갖는 제1힌지와,
    상기 제1힌지와 상기 고글부를 연결하기 위한 제1 및 제2링크와,
    상기 제1 및 제2링크 사이에 마련되어, 상기 제1 및 제2링크가 외력에 의하여 설정된 각도를 유지하도록 제2예압을 갖는 제2힌지로 구성되며,
    상기 제1힌지 및 제2힌지는 압축스프링에 의하여 형성되는 예압에 의한 마찰토크에 의하여 힌지축의 자유회전을 억제하며, 착용자가 외력을 가하여 설정해 놓은 기 설정각도를 유지하도록 상기 힌지축의 외주면에 압축스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 고글부를 전후로 슬라이딩시켜 착용자의 동공과의 거리를 조정하는 거리조절부;를 더 구비하고,
    상기 거리조절부는,
    영상을 최적의 조건에서 착용자의 동공에 디스플레이하기 위하여 상기 고글부의 상부 중앙에 장착되어, 상기 고글부와 착용자의 동공 사이의 거리를 착용자가 헬멧을 착용한 상태에서 쉽게 조정할 수 있도록 예압에 의한 마찰토크를 가짐으로써 억지 슬라이딩되는 슬라이드 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 거리조절부는,
    상기 고글부의 상부 중앙에 체결수단에 의하여 고정, 장착되는 베이스와,
    상기 고글부가 상기 마운트부의 조작에 따라 이동되도록 상기 힌지모듈과 결합하는 지지부와,
    상기 지지부가 회동 가능하게 결합되는 샤프트와,
    상기 샤프트가 수평 이동 가능하도록 상기 샤프트의 양단이 걸림고정되는 슬라이딩 홀을 형성하며, 상기 베이스의 상부에 한 쌍으로 구비되는 가이드와,
    상기 샤프트가 예압에 의한 마찰토크를 가짐으로써 억지 슬라이딩되면서 상기 고글부와 착용자의 동공과의 거리를 조정할 수 있도록 상기 샤프트의 중앙부 외주면에 구비되는 제1압축스프링과,
    상기 제1압축스프링의 양단부를 통해 제공되는 탄성력에 의해 상기 지지부의 일측 및 상기 가이드의 일측을 가압하는 스페이서와,
    상기 샤프트의 양단부에 각각 구비되어, 상기 스페이서를 통해 상기 지지부의 타측을 가압하고, 직접 상기 가이드의 타측을 가압하는 볼트와 너트로 구성되어, 착용자의 외력에 의하여 상기 베이스에 결합된 상기 고글부가 상기 슬라이딩 홀을 따라 억지 슬라이딩되는 것을 특징으로 하는 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 고글부에 전원을 공급하고, 상기 고글부를 통해 디스플레이되는 영상의 조정기능을 수행하며,
    데이터를 저장할 수 있는 메모리를 구비하여, 저장된 데이터를 상기 고글부에 제공하며, 외부의 제어시스템과 무선통신을 수행하는 통신모듈을 구비하는 PMP(Portable Multimedia Player);를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 PMP는,
    전면부에 터치패드를 구비하여 사용자가 화면터치를 통해 영상의 디스플레이 기능을 제어하고,
    일측에 USB포트를 구비하여 외부 데이터저장장치와 데이터를 교환하며, 일측에 ON/OFF스위치, 메인화면전환버튼, 이전화면복귀버튼을 포함하는 키버튼 및
    내부에 배터리를 구비하고, 상기 배터리의 충전을 위한 외부전원공급단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 밴드부에 착탈식으로 장착되고, 착용자의 귀 뒷부분에 위치되어, 착용자의 심장박동수 및 체온을 포함하는 생체정보를 취득하여 상기 PMP를 통해 외부의 제어시스템에 전송하는 생체센서부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 헬멧 장착용 헤드 마운트 디스플레이 장치.
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