KR100388392B1 - 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 헤드셋 - Google Patents

Abstract

관측자가 HMD 자체에서 생성된 영상과 주변영상을 시각적 차이 없이 자연스럽게 관측할 수 있도록 한 HMD의 헤드셋에 관한 것으로, 일 영상이 표시되는 영상 표시수단과, 광을 발생시키는 조명수단과, 조명수단에서 생성된 광을 영상표시수단 방향으로 반사시키고 그에 따라 영상표시수단에서 발생된 영상을 투과시키도록 배치된 제1 반투과 거울과, 제1 반투과 거울에서 투과된 영상을 소정 레벨로 확대시키기 위한 영상확대수단과, 주변영상을 투과시키고 영상확대수단을 통해 확대된 영상을 주변영상 투과방향과 동일한 방향으로 반사시키도록 배치된 제2 반투과 거울을 포함하는 구성이 좌/우측 대칭구조로 이루어지므로 HMD를 착용하지 않을 때와 동일하게 자연스러운 주변영상 인식이 가능하여 관측자가 주변영상을 정확하게 볼수 없는 불편을 해소시킬 수 있다.

Description

헤드 마운티드 디스플레이 장치의 헤드셋{Head Set of Head Mounted Display}

본 발명은 헤드 마운티드 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 헤드셋에 관한 것이다.

최근 전자기술과 멀티미디어 기술의 발달로 여러 가지 개인용 전자제품이 많이 등장하고 있다. 개인용 전자제품으로 영상 음향재생장치, 컴퓨터, 오락기 등 다양한 제품들이 등장하고 있다. 특히, 개인용 디스플레이 장치로서, 사용자가 머리에 착용한 상태에서 보다 대형화면을 즐길 수 있는 3차원 입체영상 디스플레이장치로서, 헤드 마운티드 디스플레이 장치(Head Mounted Display: HMD)가 등장하면서 보다 현장감있고 실감나는 화면을 감상할 수 있게 되었다.

HMD는 액정표시장치(LCD) 또는 CRT와 같은 디스플레이장치가 표시해주는 영상을 정밀한 광학메커니즘을 이용하여 사용자에게 보여주게 된다. 이러한, HMD는 눈과 매우 가까운 위치에 영상 스크린이 위치하기 때문에 매우 짧은 거리에 초점을 맞추어야 함과 아울러 눈에 피로감을 주지 않도록 하기 위하여 매우 정밀한 광학장치들이 요구된다.

도 1은 종래 기술에 따른 입체영상 HMD의 구성도로서, 이는 1999년 7월29일 출원등록된 대한민국 특허 "제10-0226870호"이다. 이를 참조하여 종래기술을 설명하면 다음과 같다.

종래기술은 기록매체의 각 필드에 좌,우화면이 순차적으로 기록되어 있는 비디오 신호가 입력되면 이 비디오신호의 싱크(Sync)를 분리하는 싱크분리부(40)와, 상기 분리된 싱크신호를 입력받아 오드필드(odd field)와 이븐필드(even field)를 판별하여 출력하는 필드판별부(42)와, 상기 싱크분리부(40)에서 출력되는 비디오신호를 디스플레이 가능하도록 처리하는 비디오신호 처리부(41)와, 상기 비디오신호 처리부(41)에서 처리된 비디오신호를 디스플레이하는 LCD로 이루어진 화상표시부(46)와, 상기 화상표시부(46)를 중심으로 좌, 우측으로 서로 대향되게 구성된 두개의 광원(48)(48')과, 상기 화상표시부(46)를 구동하는 제 1 구동부(43)와, 상기 필드판별부(42)에서 출력되는 각 필드신호에 따라 상기 두 개의 광원(48)(48')을 필드의 동기신호에 맞추어 각각 순차적으로 교번구동시켜 상기 화상표시부(46)에 표시된 화상을 표시하도록 구동하는 제 2 구동부(44)(45)와, 상기 화상표시부(46)에 디스플레이되는 화상이 서로 좌,우 반전되게 보이는 것을 방지하는 좌, 우 반전하는 좌우신호 반전부(55)로 구성된다. 미설명부호 "49, 49'"는 반투과거울이고, "47, 47'"는 상기 반투과거울에서 투과되지 못한 50%의 광을 흡수하는 광 흡수판이고, "50,50'"는 상기 반투과 거울에서 투과된 화상광을 확대시켜 관찰자의 눈 "51, 51'"을 입사하는 아이피스렌즈이다.

이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 HMD는 순차적으로 기록된 비디오신호 즉, 각 필드에 좌, 우측화면이 순차적으로 기록되어있는 비디오신호를 입력받아 상기 싱크분리부(40)를 통해 싱크신호를 분리한다.

분리된 싱크신호는 필드판별부(42)에 입력되어 오드필드와 이븐필드에 해당하는 신호를 출력하게 된다. 한편, 싱크분리부(40)에서 출력되는 비디오신호는 화상표시부(46)를 구동하는 제 1 구동부(43)에 입력되어 화상을 표시하게 된다. 이 때, 순차적으로 좌,우측 화상이 연속적으로 표시하게 된다. 이에 맞추어 좌, 우측 비디오 신호와 동기된 상기 필드판별부(42)에서 판별된 필드판별신호가 좌,우측 제2 구동부(44)(45)에 각각 입력되어 화상표시부(46)에 표시되는 화상신호와 동기되어 점멸하게 된다.

그리고, 상기 화상표시부(46)가 좌,우 화상 반전기능을 가지고 있는 화상표시부(46)라고 가정하면 점멸과 동시에 동기신호가 상기 화상표시부(40)의 좌,우 반전신호로 변환되어 상기 제 1 구동부(43)에 입력된다. 상기 좌,우 반전신호의 입력으로 두 개의 화상 즉, 좌,우측 화상이 서로 반전되어지는 것을 방지하는 것이다. 이때, 상기와 같이 화상표시부(46)가 좌,우화상 반전기능을 가지고 있지 않는 EUD우에는 좌,우신호 반전부(55)를 두어 반전신호를 상기 제 1 구동부(43)에 입력하여 좌,우 반전을 할 수 있도록 처리한다.

영상신호를 디스플레이하기 위한 광학계를 살펴보면, 오드필드와 이븐필드에 기록된 각각의 화상은 화상표시부(46)에 좌,우측 광원(48)(48')이 교번 점등됨에 따라 각각의 조명광이 반투과 거울(49)(49')을 통해 관찰자의 각각의 좌,우측 눈(51)(51')으로 조사하므로, 각각 교번하여 보이게 된다. 이때 반투과거울(49)(49')에서 광이 50%가 투과되고 남은 50%는 반사되어 광흡수판(47)(47')에 의해 흡수된다.

이와 같이 기록매체를 통해 재생된 비디오신호가 각 구동부에서 좌,우 반투과 거울 및 좌우 렌즈 등을 통해 좌,우측 눈에 교번조사됨으로 3차원의 입체영상을 감상할 수 있게 된다.

이와 같은 HMD는 관측자가 착용한 경우, 상기 화상표시부(46)을 통해 표시되는 영상만을 볼 수 있고 주변환경의 영상은 볼 수 없게 되어 있지만, 인간은 자신의 의지에 따라 가까운 거리 또는 먼 거리를 볼 수 있다. 즉, 자신이 보고자 하는 거리에 맞도록 시신경을 통해 수정체의 두께를 조절하여 해당 피사체에 초점을 맞춤으로서 가까운 곳 또는 먼 곳을 볼 수 있다.

따라서 이를 해결하기 위한 일환으로 시스루(See-through) 방식이 적용되었는데, 이는 상술한 원리를 이용한 것으로 HMD의 헤드셋을 벗지 않고도 화상표시부(46) 이외의 주변영상을 볼 수 있도록 한 것이다.

즉, 종래기술에 따른 시스루 방식 HMD의 헤드셋은 도 2에 도시된 바와 같이, 일 영상이 표시되는 화상표시부(101), 상기 화상표시부(101)에 광을 제공하기 위한 광원(102), 상기 화상표시부(101)의 화상을 관측자(100) 측으로 반사시키는 반투과 거울(103), 상기 반투과거울(103)에 의해 반사된 화상을 확대시켜 관측자(100)에게 촬상시키는 볼록렌즈(104)로 구성되는데, 입사거리가 다른 두 영상원 즉, 화상표시부(101)에 표시된 인위적 영상과 자연적인 주변영상이 상기 영상을 확대시키는 볼록렌즈(104)를 통해 관측자(100)의 눈에 촬상되므로 초점이 맞지 않아 상기 주변영상이 정확히 인식되지 않거나, 역상형태로 인식되는 문제가 발생한다.

상술한 도 2는 종래 기술의 일 예를 도시한 것으로, 이외의 모든 HMD의 경우에도 자체의 영상을 확대시키기 위한 구성 즉, 도 2의 볼록렌즈(104)에 상응하는 구성은 필수요소이고 상기와 같은 볼록렌즈를 통해 최종적으로 영상을 보게될 경우 주변영상이 정확히 인식되지 않거나, 역상으로 인식되는 문제가 공통적으로 발생한다.

종래의 기술에 따른 시스루 방식이 적용된 HMD는 입사거리가 다른 두 영상 즉, 자체 영상과 주변영상이 영상을 확대시키는 볼록렌즈와 같은 구성을 통해 최종적으로 관측자의 눈에 찰상되므로 주변영상 관측시 초점이 맞지 않아 정확히 인식되지 않거나, 역상형태로 인식되는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 관측자가 HMD 자체에서 생성된 영상과 주변영상을 시각적 차이 없이 자연스럽게 관측할 수 있도록 한 HMD의 헤드셋을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 구성을 나타낸 레이아웃도

도 2는 종래의 기술에 따른 시스루 방식 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 헤드셋의 구성을 개략적으로 나타낸 레이아웃도

도 3은 본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치 헤드셋의 제1 실시예의 구성을 나타낸 레이아웃도

도 4는 본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치 헤드셋의 제2 실시예의 구성을 나타낸 레이아웃도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

201, 301: 영상표시수단 202, 302: 조명수단

203, 205, 304 : 반투과 거울 204, 303: 영상확대수단

206, 305: 자외선 차단수단

본 발명의 제1 실시예는 일 영상이 표시되는 영상표시수단과, 광을 발생시키는 조명수단과, 조명수단에서 생성된 광을 영상표시수단 방향으로 반사시키고 그에 따라 영상표시수단에서 발생된 영상을 투과시키도록 배치된 제1 반투과 거울과, 제1 반투과 거울에서 투과된 영상을 소정 레벨로 확대시키기 위한 영상확대수단과, 주변영상을 투과시키고 영상확대수단을 통해 확대된 영상을 주변영상 투과방향과 동일한 방향으로 반사시키도록 배치된 제2 반투과 거울을 포함하는 구성이 좌/우측 대칭구조로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명은 제2 실시예는 일 영상이 표시되는 영상표시수단과, 영상표시수단에 광을 제공하는 조명수단과, 영상표시수단에서 발생된 영상을 소정 레벨로 확대시키기 위한 영상확대수단과, 주변영상을 투과시키고 영상확대수단을 통해 확대된 영상을 주변영상 투과방향과 동일한 방향으로 반사시키도록 배치된 반투과 거울을 포함하는 구성이 좌/우측 대칭구조로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1 및 제2 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치 헤드셋의 제1 실시예의 구성을 나타낸 레이아웃도이고, 도 4는 본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치 헤드셋의 제2 실시예의 구성을 나타낸 레이아웃도이다.

- 제1 실시예 -

본 발명의 제1 실시예에 따른 HMD의 헤드셋은 도 3에 도시된 바와 같이, 좌/우측 대칭형으로 동일한 구성요소를 가지므로 우측의 구성에 대해서 설명하면, 일 영상이 표시되는 영상표시수단(201), 광을 발생시키는 조명수단(202), 상기 조명수단(202)에서 생성된 광을 상기 영상표시수단(201) 방향으로 반사시키고 그에 따라 상기 영상표시수단(201)에서 발생된 영상을 투과시키기 위한 제1 반투과 거울(203), 상기 제1 반투과거울(203)에서 투과된 영상을 소정 레벨로 확대시키기 위한 영상확대수단(204), 상기 영상확대수단(204)을 경유한 영상을 관측자(200) 방향으로 반사시키고 주변영상을 투과시키기 위한 제2 반투과 거울(205), 상기 주변영상 중 자외선 성분을 차단하기 위한 자외선 차단수단(206)을 포함하여 구성된다.

이때 영상표시수단(201)은 반사형 LCD가 사용되고, 조명수단(202)은 고휘도 R/G/B LED가 사용되며, 영상확대수단(204)은 볼록렌즈가 사용되고 자외선 차단수단(206)은 UV 필터가 사용된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 영상 디스플레이 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 영상표시수단(201)은 소정 기록매체를 통해 HMD에서 영상처리된 영상신호를 표시하고 조명수단(202)은 HMD에서 제공되는 일 제어신호에 따라 구동하여 제1 반투과 거울(203)을 통해 영상표시수단(201)에 광을 제공하다.

따라서 영상표시수단(201)은 상기 조명수단(202)에서 제공된 광을 반사함으로서 표시영상을 제1 반투과 거울(203)로 입사시킨다.

이어서 제1 반투과 거울(203)은 상기 영상표시수단(201)으로부터 입사된 영상을 영상확대수단(204)로 투과시키고 영상확대수단(204)은 이를 소정 확대비율로 확대하고 제2 반투과 거울(205)를 통해 반사시켜 관측자(200)의 우측눈과 좌측눈에 각각 촬상시킨다.

따라서 관측자(200)는 HMD에서 제공되는 2차원 또는 3차원 입체 영상을 관측한다.

한편, 주변영상은 자외선 차단수단(206)을 통해 자외선 성분이 제거되고 상기 제2 반투과 거울(205)을 투과하여 관측자(200)의 우측눈과 좌측눈의 정상적인 인식지점에 촬상된다. 이때 기존의 방식과 달리 HMD에서 생성된 영상과 주변영상의 진행방향이 다르고 특히 주변영상이 영상확대수단(204)을 경유하지 않고 직접 관측자의 눈에 입사된다.

- 제2 실시예 -

본 발명의 제2 실시예에 따른 HMD의 헤드셋은 도 4에 도시된 바와 같이, 좌/우측 대칭형으로 동일한 구성요소를 가지므로 우측의 구성에 대해서 설명하면, 일 영상이 표시되는 영상표시수단(301), 상기 영상표시수단(301)에 광을 조명하기 위한 조명수단(302), 상기 영상표시수단(301)에 표시된 영상을 소정 레벨로 확대하기 위한 영상확대수단(303), 상기 영상확대수단(303)을 경유한 영상을 관측자(300) 방향으로 반사시키고 주변영상을 투과시키기 위한 반투과 거울(304), 상기 주변영상 중 자외선 성분을 차단하기 위한 자외선 차단수단(305)을 포함하여 구성된다.

이때 영상표시수단(301)은 투과형 LCD가 사용되고, 조명수단(302)은 고휘도 R/G/B LED가 사용되며, 영상확대수단(303)은 볼록렌즈가 사용되고 자외선 차단수단(305)은 UV 필터가 사용된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제2 실시예에 따른 영상 디스플레이 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 영상표시수단(301)은 소정 기록매체를 통해 HMD에서 영상처리된 영상 신호를 표시하고 조명수단(302)은 HMD에서 제공되는 일 제어신호에 따라 구동하여 영상표시수단(301)에 광을 제공하다.

따라서 영상표시수단(301)은 상기 조명수단(302)에서 제공된 광을 투과함으로서 표시영상을 영상확대수단(303)으로 입사시킨다.

이어서 영상확대수단(303)은 상기 영상표시수단(301)의 영상을 소정 확대비율로 확대하고 반투과 거울(304)를 통해 반사시켜 관측자(300)의 우측눈과 좌측눈에 각각 촬상시킨다.

따라서 관측자(200)는 HMD에서 제공되는 2차원 또는 3차원 입체 영상을 관측한다.

한편, 주변영상은 자외선 차단수단(305)을 통해 자외선 성분이 제거되고 상기 반투과 거울(304)을 투과하여 관측자(300)의 우측눈과 좌측눈의 정상적인 인식 지점에 촬상된다. 이때 기존의 방식과 달리 HMD에서 생성된 영상과 주변영상의 진행방향이 다르고 특히 주변영상이 영상확대수단(303)을 경유하지 않고 직접 관측자의 눈에 입사된다.

본 발명에 따른 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 헤드셋은 HMD에서 생성된 영상과 주변영상의 진행방향이 다르고 주변영상이 영상확대수단을 거치지 않는 구조로 설계되므로 HMD를 착용하지 않을 때와 동일하게 자연스러운 주변영상 인식이 가능하여 관측자가 주변영상을 정확하게 볼 수 없는 불편을 해소하고 사용자의 편의를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 헤드 마운티드 디스플레이의 헤드셋에 있어서,

   일 영상이 표시되는 영상표시수단,

   광을 발생시키는 조명수단,

   상기 조명수단에서 생성된 광을 상기 영상표시수단 방향으로 반사시키고 그에 따라 상기 영상표시수단에서 반사된 영상을 투과시키도록 배치된 제1 반투과거울,

   상기 제1 반투과 거울에서 투과된 영상을 소정 레벨로 확대시키기 위한 영상확대수단,

   주변영상을 투과시키고 상기 영상확대수단을 통해 확대된 영상을 상기 주변영상 투과방향과 동일한 방향으로 반사시키도록 배치된 제2 반투과 거울을 포함하는 구성이 좌/우측 대칭구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 헤드셋.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 영상표시수단은 반사형 LCD임을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 헤드셋.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 주변영상의 자외선 성분을 제거하기 위한 자외선 차단수단을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치의 헤드셋.
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