KR20200061043A - 헤드 마운트 디스플레이장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경량 및 박형 그리고 고화질의 헤드 마운트 디스플레이장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 사용자의 눈의 전방으로 위치하는 옵틱부재 내부에 에어패턴으로 이루어지는 심도조절부를 구비함으로써, 핀홀과 같이 빛의 폭은 제한하면서 회절효과는 감소되도록 할 수 있어, 가상영상이 매우 또렷하게 보여지도록 할 수 있다.
이와 함께 본원발명은 기존의 프리즘을 사용하던 헤드 마운트 디스플레이장치에 비해 경량 및 박형 그리고 소형 또한 구현할 수 있으며, 또한, 심도조절부를 에어패턴으로 형성함으로써, 심도조절부가 인식되지 못하도록 할 수 있어, 심도조절부에 의한 이물감이 느껴지지 않도록 할 수 있으며, 또한 헤드 마운트 디스플레이장치의 디자인 효과 또한 더욱 향상시키게 된다.

Description

헤드 마운트 디스플레이장치{Head Mounted Display}

본 발명은 경량 및 박형 그리고 고화질의 헤드 마운트 디스플레이장치에 관한 것이다.

증강 현실이란 컴퓨터 프로그래밍으로 영상 및 사진을 보여줄 때 컴퓨터가 만들어낸 유용한 정보를 이미지에 겹쳐서 결합하거나 늘리는 과정으로, 쉽게 말하자면 실세계에 3차원 가상물체를 겹쳐서 보여주는 것이다.

증강 현실 시스템으로는 헤드 마운트 디스플레이장치(Head Mounted Display, HMD)가 있다. 헤드 마운트 디스플레이장치는 안경이나 헬멧 형태로 착용하여 사용자의 눈앞 가까운 거리에 초점이 형성되는 안경형 모니터 장치로, 머리에 쓰는 형태의 컴퓨터 화면장치는 사용자가 보는 실제 환경에 3차원 가상영상이 겹쳐 실시간으로 보여줌으로써 증강 현실을 가능하게 한다.

한편, 지금까지의 헤드 마운트 디스플레이장치는 생성된 영상을 반사시켜 사용자의 눈에 영상이 도달하도록 하는 프리즘을 구비함으로써, 프리즘이 차지하는 부피와 무게가 문제시되고 있다.

또한, 프리즘은 헤드 마운트 디스플레이장치의 디자인을 다양하게 할 수 없도록 제한하는 원인이 되고 있다.

또한, 헤드 마운트 디스플레이장치는 프로젝터에서 생성된 평면 영상을 프리즘에서 면반사시키게 되므로, 사용자가 실세계의 영상에 초점을 맞추면 프로젝터에서 생성된 가상영상에 초점을 맞출 수 없게 된다. 따라서, 사용자가 실세계의 물체와 가상영상에 동시에 초점을 맞추는 것이 불가능하여, 가상영상이 흐리게 보이는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고화질의 디스플레이 영상을 제공할 수 있는 헤드 마운트 디스플레이 장치를 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.

또한, 경량 및 박형 그리고 소형의 헤드 마운트 디스플레이장치를 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.

전술한 바와 같이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 가상영상을 구현하는 디스플레이부와, 상기 가상영상이 입광면을 통해 내부로 입사되는 옵틱부재와, 상기 옵틱부재 내부로 위치하며, 에어패턴으로 이루어지는 심도조절부를 포함하며, 상기 가상영상은 상기 심도조절부에 의해 전반사되어 사용자의 눈으로 전달되는 헤드 마운트 디스플레이장치를 제공한다.

이때, 상기 옵틱부재는 1.4 ~ 1.6의 굴절율을 가지며, 상기 디스플레이부가 대면하여 위치하는 상기 입광면과, 상기 사용자의 눈과 마주하지 않는 전면, 그리고 상기 사용자의 눈과 마주하는 후면을 포함하며, 상기 디스플레이부는 수평한 가상의 선을 기준으로, 상기 후면과 인접한 일 가장자리로부터 상기 전면과 인접한 타 가장자리까지 상기 가상의 선으로부터 3 ~ 5도 기울어져 위치하며, 상기 옵틱부재와 상기 심도조절부 또한 상기 디스플레이부의 대응하여 동일한 방향으로 3 ~ 5도 기울어져 위치한다.

그리고, 상기 심도조절부는 가상의 선을 기준으로 45 ~ 47도 기울어지는 경사면을 포함하며, 상기 가상영상은 상기 경사면에 의해 전반사되며, 상기 디스플레이부로부터 상기 입광면을 향해 오목하게 만곡된 곡면의 면광원이 구현되면, 상기 입광면은 플랫한 형상으로 이루어진다.

또한, 상기 디스플레이부로부터 평면의 면광원이 구현되면, 상기 입광면은 상기 디스플레이부를 향해 볼록하게 만곡된 형상으로 이루어지며, 상기 심도조절부의 상기 경사면의 직경은 2 ~ 4mm 로 이루어진다.

그리고, 상기 경사면은 상기 심도조절부의 중심부를 향해 오목하게 만곡되거나, 상기 심도조절부의 중심부로부터 볼록하게 만곡된 곡면으로 이루어진다.

위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 사용자의 눈의 전방으로 위치하는 옵틱부재 내부에 에어패턴으로 이루어지는 심도조절부를 구비함으로써, 핀홀과 같이 빛의 폭은 제한하면서 회절효과는 감소되도록 할 수 있어, 가상영상이 매우 또렷하게 보여지도록 할 수 있는 효과가 있다.

이와 함께 본원발명은 기존의 프리즘을 사용하던 헤드 마운트 디스플레이장치에 비해 경량 및 박형 그리고 소형 또한 구현할 수 있는 효과가 있으며, 또한, 심도조절부를 에어패턴으로 형성함으로써, 심도조절부가 인식되지 못하도록 할 수 있어, 심도조절부에 의한 이물감이 느껴지지 않도록 할 수 있는 효과가 있으며, 또한 헤드 마운트 디스플레이장치의 디자인 효과 또한 더욱 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 옵틱부재와 심도조절부 그리고 디스플레이부를 위치관계를 개략적으로 도시한 사시도.
도 3a ~ 3c는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치의 심도조절부를 이용하는 원리를 개략적으로 설명하기 위한 개략도.
도 4a ~ 4c는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치의 심도조절부의 구조를 개략적으로 도시한 개략도.
도 5a는 디스플레이부로부터 구현되는 가상영상 이미지.
도 5b는 왜곡된 가상영상 이미지.
도 6a ~ 6 c는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치를 착용한 상태에서, 사용자의 눈에 보여지는 이미지.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치의 또다른 실시예를 개략적으로 도시한 개략도.
도 8a ~ 8d는 다수개의 심도조절부의 구성과, 다수개의 심도조절부를 통해 구현되는 가상영상 이미지.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 2는 옵틱부재와 심도조절부 그리고 디스플레이부를 위치관계를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 다른 헤드 마운트 디스플레이장치(100)는 크게 안경 타입의 프레임(110)과 디스플레이부(130) 그리고 심도조절부(200)를 포함한다.

프레임(110)은 사용자의 눈(=eye) 전방에 위치하는 옵틱부재(120)가 결합되는 렌즈프레임(111)과, 렌즈프레임(111)으로부터 연장되어 사용자의 귀에 거치되는 프레임다리(113)를 포함한다.

프레임(110)의 렌즈프레임(111)에 조립되는 옵틱부재(120)는 렌즈 형상으로 이루어지는데, 가상영상인 화상을 생성하는 구성요소인 디스플레이부(130)는 옵틱부재(120)의 일측에 위치하게 된다.

이러한 디스플레이부(130)는 옵틱부재(120)에 직접 설치될 수 있으며, 또는 옵틱부재(120)의 입광면(121)의 일측으로 렌즈프레임(111)에 설치될 수 있는데, 화상을 구현하는 디스플레이부(130)는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device : PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device : FED), 전기발광표시장치(Electroluminescence Display device : ELD), 유기발광소자(Organic Light Emitting Diodes : OLED), LCoS(liquid crystal on silicon substrate), OLEDoS(organic light emitting device on silicon substrate), 또는 LEDoS(light emitting diode on silicon substrate)와 같은 표시장치로 구현될 수 있다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치(100)는 웨이퍼 기반의 반도체 공정을 이용하여 형성함으로써 고해상도의 소형으로 구현이 가능한 OLEDoS(Organic Light Emitting Diode on Silicon)로 이루어지는 디스플레이부(130)를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.

도시하지는 않았지만 좀더 자세히 살펴보면, OLEDoS로 이루어지는 디스플레이부(130)는 웨이퍼 기판 상에는 각 화소영역 별로 구동 박막트랜지스터가 형성되어 있고, 각각의 구동 박막트랜지스터와 연결되는 제 1 전극과 제 1 전극의 상부에 빛을 발광하는 유기발광층과, 유기발광층의 상부에는 제 2 전극이 구성된다.

유기발광층은 백색광을 발광하거나, 또는 각 화소영역 별로 적, 녹, 청색의 광을 발광하게 된다.

이들 제 1 및 제 2 전극과 그 사이에 형성된 유기발광층은 발광다이오드를 이루게 되며, 이러한 구조를 갖는 디스플레이패널(130)은 제 1 전극을 양극(anode)으로 제 2 전극을 음극(cathode)으로 구성하게 된다.

이러한 OLEDoS로 이루어지는 디스플레이부(130)는 평면 또는 곡면의 가상영상을 생성하게 된다.

여기서, 도면상으로 디스플레이부(130)로부터 구현되는 가상영상을 점광원으로 도시하였으나, 평면 또는 곡면의 면광원으로 구현된다.

이때, 디스플레이부(130)로부터 곡면의 면광원이 구현되는 경우, 곡면의 면광원은 디스플레이부(130)를 향해 볼록하게 만곡된 형상을 갖도록 구현하는 것이 바람직하다.

이러한 디스플레이부(130)가 설치되는 옵틱부재(120)는 사용자(=eye)가 실세계를 볼 수 있도록 시야를 제공하는 렌즈 형상으로 이루어져, 재질은 투명 또는 반투명하게 이루어질 수 있다.

옵틱부재(120)는 광을 투과시킬 수 있는 투과성 재료중의 하나인 아크릴계 투명수지인 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate : PMMA)같은 플라스틱(plastic) 물질 또는 폴리카보네이트(polycarbonate : PC)계열, 폴리스텔렌(polystyrene : PS), 폴리메타크릴스티렌(polymethacrylstyrene : MS) 계열 중 선택된 하나로 제작될 수 있는데, 투명성, 내후성, 착색성이 우수하여 광이 투과할 때 광의 확산을 유도하는 PMMA를 이용하는 것이 바람직하다.

이러한 옵틱부재(120)는 1.4 ~ 1.6의 굴절율을 갖는다.

여기서, 옵틱부재(120)는 전면(123), 후면(125) 및 입광면(121) 그리고 전면(123) 및 후면(125)과 입광면(121)을 연결하는 복수개의 측면(127)들을 포함하는데, 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치(100)를 사용자의 눈(=eye)에 착용한 상태에서, 전면(123)은 옵틱부재(120)의 바깥쪽 면, 즉 사용자의 눈(=eye)과 마주하지 않는 면으로 정의되며, 후면(125)은 옵틱부재(120)의 안쪽면, 즉 눈(=eye)과 마주하는 면으로 정의된다.

그리고, 입광면(121)은 디스플레이부(130)와 마주보는 면으로 정의되는데, 이때 디스플레이부(130)로부터 평면의 면광원이 구현되는 경우, 옵틱부재(120)의 입광면(121)은 디스플레이부(130)를 향해 볼록하게 만곡된 형상을 갖게 되며, 디스플레이부(130)로부터 곡면의 면광원이 구현되는 경우, 옵틱부재(120)의 입광면(121)은 플랫한 형상을 갖게 된다.

이를 통해, 디스플레이부(130)로부터 구현되는 화상은 광손실 없이 옵틱부재(120) 내부로 모두 입사되도록 할 수 있게 된다.

이때, 디스플레이부(130)는 수평한 가상의 선(L, 도6b 참조)을 기준으로, 옵틱부재(120)의 후면(123)과 인접한 일 가장자리(130a, 도6b 참조)로부터 옵틱부재(120)의 전면(125)과 인접한 타 가장자리(130b, 도6b 참조)로 향할수록, 가상의 선(L, 도6b 참조)으로부터 일정각(Θ1, 도6b 참조)을 이루도록 기울어져 위치하도록 형성하는데, 옵틱부재(120) 또한 디스플레이부(130)와 함께 가상의 선(L, 도6b 참조)과 일정각(Θ1, 도6b 참조)을 이루도록 기울어져 위치하도록 형성된다.

이때, 디스플레이부(130)와 옵틱부재(120)가 가상의 선(L, 도6b 참조)과 이루는 각(Θ1, 도6b 참조)은 3 ~ 5도로 이루어질 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치(100)는 옵틱부재(120)에 심도조절부(200)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

심조도절부(200)는 디스플레이부(130)에서 생성된 가상영상을 반사시켜 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치(100)를 착용한 사용자의 눈(=eye)에 가상영상이 도달하도록 하는 구성요소이다.

이러한 심도조절부(200)는 에어(air)패턴으로 이루어지는데, 옵틱부재(120)의 전면(123)을 향하는 일면이 경사면(210)을 갖도록 이루어져, 디스플레이부(130)에서 생성된 가상영상은 심도조절부(200)의 경사면(210)에 의해 전반사되어 사용자의 눈(=eye)에 도달하게 된다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치(100)에서 가상영상을 전반사시키기 위해 심도조절부(200)를 사용하는 이유는, 종래에 프리즘 등을 이용하여 가상영상을 반사시키는 경우에 사용자가 가상영상을 또렷하게 보기 위해서 실세계에 맞춰져 있는 초점을 이동시켜야 하는 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 심도조절부(200)를 이용하여 가상영상을 전반사시키게 되면 영상의 심도(depth of field)가 매우 깊어지기 때문에 사용자가 실세계에 초점을 맞추고 있더라도 가상영상이 매우 또렷하게 보이도록 할 수 있다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치(100)의 심도조절부(200)를 이용하는 원리에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 심도조절부(200)를 이용하는 원리는 핀홀 카메라나 핀홀 렌즈에서 핀홀을 통해 심도가 깊은 영상을 보는 것과 매우 유사하다.

즉, 도 3a는 근시인 사람이 맨눈으로 물체를 볼 때 흐릿하게 보이는 이유를 도시하고 있는데, 근시인 경우 수정체가 두꺼워 초점이 망막의 앞에 맺히므로 물체의 상이 망막의 한 점에 맺히지 않고 퍼져서 맺히기 때문에 물체가 흐리게 보이게 되는데, 물체에서 출발한 빛(A)이 망막에 A1, A2, A3로 퍼져서 맺히기 때문이다.

그리고 도 3b는 근시인 사람이 핀홀 렌즈를 착용하였을 때 물체가 보다 선명하게 보이는 이유를 도시하고 있는데, 물체에서 출발한 빛이 핀홀을 통과하면서 제한되어 망막의 비교적 좁은 영역에 맺히기 때문에 나안일 때보다 물체가 선명하게 보이게 되이게 되는데, 물체에서 출발한 빛(A)이 망막에 비교적 좁게(A′) 맺히기 때문이다.

한편, 이러한 핀홀의 경우 회절 현상이 발생하게 되는데, 회절에 의해 핀홀을 통과한 빛이 퍼지기 때문에 선명한 상을 만드는데 제한이 있는 것이다.

그리고 핀홀 효과에 의해 상이 선명해지는 정도는 핀홀이 작을수록 커지게 되는데, 회절도 핀홀이 작을수록 커지기 때문에 핀홀을 이용하는 것은 한계가 있을 수밖에 없다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치(100)는 옵틱부재(120)에 심도조절부(200)를 이용함으로써, 핀홀과 같이 빛의 폭은 제한하면서 회절 효과는 감소시키게 되는 것이다.

즉, 도 3 c에 도시한 바와 같이 사람의 눈(=eye)앞에 심도조절부(200)를 위치시킴으로써 사람의 눈(=eye)에는 물체에서 출발한 빛(A)이 망막에 A′로 맺히게 되고, 디스플레이부(130)에서 출발한 빛(B)은 심도조절부(200)에 의해 전반사되어 A′과 겹쳐서 B′으로 맺히게 된다.

따라서, A′과 B′가 망막의 한 점에 맺히기 때문에 눈(=eye)의 초점을 따로 맞출 필요 없이 실세계의 영상과 가상영상이 또렷하게 보이게 되는 것이다.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 심도조절부(200)는 핀홀효과를 구현하는 동시에 빛의 폭은 제한하면서 회절 효과를 감소시키기 위하여, 빛을 전반사시키기 위한 경사면(210)의 사이즈(=직경)가 사람 눈(=eye)의 동공의 크기 보다 작아야 한다.

따라서, 도 4a ~ 4c에 도시한 바와 같이 심도조절부(200)의 경사면(210)의 직경(=사이즈, b)은 2 ~ 4mm를 갖도록 형성하는 것이 바람직한데, 경사면(210)의 직경(b)이 2mm 이하로 설계되는 경우 빛의 회절 현상이 발생하게 되어 디스플레이부(130)로부터 전달되는 가상영상의 배율이 감소되게 되며, 경사면(210)의 직경(b)이 4mm 이상으로 설계되는 경우에는 경사면(210)의 직경(b)이 사람 눈(=eye)의 동공 보다 커지게 되어, 사람의 눈(=eye)에 경사면(210)이 시인될 수 있다.

그리고, 이러한 심도조절부(200)의 버퍼 높이(a)는 0.001 ~ 1mm로, 버퍼 높이가 1mm이상으로 설계되는 경우 디스플레이장치(130)로부터 구현되는 가상영상 중 일부가 버퍼에 의해 심도조절부(200) 내부로 입사될 수 있어, 이는 이중상을 구현하는 문제점을 야기할 수 있다.

이러한 경사면(210)은 곡면으로 이루어질 수 있으며, 또는 평면으로 이루어질 수도 있는데, 경사면(210)이 곡면으로 이루어지는 경우, 경사면(210)은 심도조절부(200)의 중심부를 향해 오목하게 만곡된 형태로 이루어질 수 있으며, 또는 심도조절부(200)의 중심부로부터 볼록하게 만곡된 형태로 이루어질 수도 있다.

여기서, 경사면(210)이 오목한 만곡된 형태로 이루어질 경우, 경사면(210)에 의해 전반사되는 빛의 가상영상의 크기를 작게 형성할 수 있게 되며, 이와 반대로 경사면(210)이 볼록하게 만곡된 형태로 이루어질 경우에는 가상영상의 크기를 크게 형성할 수 있게 된다.

따라서, 이러한 경사면(210)의 형상에 따라 사용자의 눈(=eye)과 옵틱부재(120) 사이의 거리를 조절할 수 있다.

이때, 사용자의 눈(=eye)과 옵틱부재(120) 사이의 거리를 20mm 를 만족하도록 설계하는 경우 디스플레이부(130)로부터 구현되는 가상영상과 동일한 배율을 갖는 가상영상을 사용자의 눈(=eye)으로 도달되도록 할 수 있으므로, 이를 고려하여 경사면(210)의 형상을 다양하게 형성할 수 있다.

그리고 이러한 경사면(210)은 사람 눈(=eye)의 동공과 동일하게 그 단면 형상이 원형으로 이루어질 수도 있으며, 또는 입사각 및 굴절율을 고려하여 타원형으로 이루어질 수도 있다.

그리고, 심도조절부(200)의 경사면(210)은 수평한 가상의 선(l)을 기준으로 45 ~ 47도(Θ2) 기울어져 형성함으로써, 디스플레이부(130)와 옵틱부재(120)가 가상의 선(L, 도 6b 참조)을 기준으로 3 ~ 5도(Θ1) 기울어지는 구성과 함께 디스플레이부(130)로부터 구현되는 가상영상을 모두 사용자의 눈(=eye)에 도달되도록 할 수 있다.

즉, 심도조절부(130)는 에어패턴으로 이루어짐에 따라, 옵틱부재(120)와 심도조절부(300) 사이에는 밀도가 다른 두 매질의 경계면인 경사면(210)이 존재하게 된다. 따라서, 경사면(210)으로 도달되는 빛, 즉 가상영상이 임계각 보다 큰 각도로 도달되는 경우에는 가상영상은 굴절성분 없이 경사면(210)에 의해 전반사되어, 사용자의 눈(=eye)에 도달되는 것이다.

여기서, 심도조절부(200)의 전방으로 위치하는 사용자의 눈(=eye)으로 옵틱부재(120)의 입광면(121)에 위치하는 디스플레이부(130)로부터 구현되는 가상영상이 모두 전반사되도록 하기 위해서는, 경사면(210)은 가상의 선(l)을 기준으로 45 ~ 47도(Θ2) 기울어져 형성하는 것이 바람직하다.

그러나, 이와 같이 심도조절부(200)의 경사면(210)을 가상의 선(l)을 기준으로 45 ~ 47도(Θ2) 기울어지도록 형성하는 경우에는, 심도조절부(200)의 경사면(210)으로 도달하게 되는 가상영상의 임계각 또한 달라지게 되는데, 이와 같이 가상영상의 임계각이 달라지게 되면 사용자의 눈(=eye)에 도달하는 가상영상의 일부가 삭제되는 문제점이 발생할 수 있다.

즉, 도 5a에 도시한 바와 같이 디스플레이부(130)로부터 구현된 가상영상은, 경사면(210)의 기울어지는 각도에 따라 도 5b에 도시한 바와 같이 가상영상의 일부가 삭제되어 사용자의 눈(=eye)으로 도달되는 것이다. 이는 가상영상을 왜곡시키게 된다.

따라서, 이러한 문제점이 발생하는 것을 방지하고자, 경사면(210)의 기울기(Θ2)는 디스플레이부(130)로부터 구현되는 가상영상이 모두 전반사 될 수 있도록 가상의 선(l)을 기준으로 45 ~ 47도(Θ2) 기울어져 형성되도록 하고, 또한 경사면(210)의 기울기(Θ2)에 따른 임계각이 달라짐을 보상하기 위해서는 디스플레이부(130)와 옵틱부재(120) 또한 가상의 선(L, 도6b 참조)을 기준으로 3 ~ 5도(Θ1) 기울어지도록 형성하는 것이다.

이를 통해, 디스플레이부(130)로부터 구현되는 가상영상을 모두 사용자의 눈(=eye)에 도달되도록 할 수 있는 것이다. 따라서, 가상영상이 왜곡되는 문제점을 방지할 수 있다.

도 6a ~ 6 c는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치를 착용한 상태에서, 사용자의 눈에 보여지는 이미지들이다.

본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치(도 1의 100)를 착용한 사용자의 눈(=eye)에는 도 6a의 실세계의 이미지(A)가 보여지게 되는데, 이때 디스플레이부(130)로부터 도 6b의 가상영상(B)이 구현되도록 하면, 디스플레이부(130)로부터 구현되는 가상영상(B)은 헤드 마운트 디스플레이장치(도 1의 100)의 옵틱부재(120) 내에 위치하는 심도조절부(200)에 의해 전반사되어 사용자의 눈(=eye)으로 가상영상이 도달되게 된다.

따라서, 사용자의 눈(=eye)에는 도 6c에 도시한 바와 같이 실세계의 이미지(A)와 디스플레이부(130)로부터 구현되는 가상영상(B)이 서로 중첩되어 보여지게 되는 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치(도 1의 100)는 사용자의 눈(=eye)의 전방으로 위치하는 옵틱부재(120) 내부에 에어패턴으로 이루어지는 심도조절부(200)를 구비함으로써, 핀홀과 같이 빛의 폭은 제한하면서 회절효과는 감소되도록 할 수 있어, 가상영상(B)의 심도를 매우 깊어지게 할 수 있게 된다.

이를 통해, 사용자가 실세계(=A)에 초점을 맞추고 있더라도 가상영상(B)이 매우 또렷하게 보여지도록 할 수 있다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치(도 1의 100)는 매우 뚜렷한 가상영상(B)을 구현할 수 있어, 고화질을 구현할 수 있으며, 또한 기존의 프리즘을 사용하던 헤드 마운트 디스플레이장치에 비해 경량 및 박형 그리고 소형 또한 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 심도조절부(200)가 에어패턴으로 이루어짐에 따라, 사용자(=eye)가 다른 곳에 초점을 맞췄다 이동하는 경우에도 심도조절부(200)를 인식하지 못하게 되므로, 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치(도 1의 100)를 착용한 사용자(=eye)는 심도조절부(200)에 의한 이물감이 느껴지지 않게 된다.

또한, 이러한 심도조절부(200)는 헤드 마운트 디스플레이장치(도 1의 100)의 외부에서 바라보아도 별도로 시인되지 않으므로, 헤드 마운트 디스플레이장치(도 1의 100)의 디자인 효과를 향상시키게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 이러한 심도조절부(200)를 포함하는 헤드 마운트 디스플레이장치(도 1의 100)는 도 7에 도시한 바와 같이, 심도도절부(200) 하부의 옵틱부재(120)를 생략할 수도 있어, 보다 경량 및 박형의 헤드 마운트 디스플레이장치(도 1의 100)를 구현할 수 있다.

그리고, 이러한 옵틱부재(120) 내부로 위치하는 에어패턴으로 이루어지는 심도조절부(200)는 옵틱부재(120)를 각각 2개의 기재로 나뉘어 형성한 뒤, 하나의 기재 상에 에어패턴에 대응하는 패턴을 형성한 뒤, 에어패턴이 사이에 위치하도록 2개의 기재를 점착성을 갖는 레진을 사용하여 부착함으로써 형성할 수 있다.

또한, 지금까지는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이장치(도 1의 100)가 사람 눈(=eye)의 양쪽에 모두 심도조절부(200)를 위치시키는 구성을 도시 및 설명하였으나, 사람의 한쪽 눈에만 대응하여 디스플레이부(130)와 심도조절부(200)를 위치할 수도 있는데, 하나의 디스플레이부(130)와 심도조절부(200)를 구비하는 경우에는 가상영상(B)과 실세계 이미지(A)가 서로 중첩되는 증강현실된 영상을 볼 수 있으며, 2개의 디스플레이부(130)와 심도조절부(200)를 구비하는 경우 양쪽 눈(=eye)으로 입체감 있는 증강현실된 영상을 볼 수 있다.

또한, 심도조절부(200)는 옵틱부재(120) 내에서 각각 다수개가 구비될 수 있는데, 이러한 경우 보다 넓은 시야각을 갖는 가상영상을 구현할 수 있다.

즉, 도 8a에 도시한 바와 같이 심도조절부(200)가 하나만 구비될 때, 하나의 심도조절부(200)를 통해 구현되는 이미지는 도 8b와 같이 제 1 폭(W1)을 갖도록 구현되면, 도 8c에 도시한 바와 같이 심도조절부(200)의 양측으로 각각 하나씩의 심도조절부(200a, 200b)를 더 구비하게 되면, 도 8d와 같이 도 8b의 이미지에서 좌우로 일정간격(d)이 각각 더 증가되어 제 2 폭(W2)을 갖는 이미지를 구현할 수 있는 것이다.

따라서, 다수개의 심도조절부(200, 200a, 200b)를 구비함으로써, 보다 넓은 시야각을 갖는 가상영상을 구현할 수 있는 것이다.

이때, 다수개 구비되는 심도조절부(200, 200a, 200b)는 3 ~ 8mm 사이의 이격간격(L)을 갖도록 설계하는 것이 바람직한데, 이웃하는 심도조절부(200, 200a, 200b)의 이격간격(L)이 3mm 이하일 경우 심도조절부(200, 200a, 200b)의 경사면(210)의 직경(도 4c의 b)(2 ~ 4mm) 보다 작게 형성됨에 따라 이미지의 연속성이 저하될 수 있게 된다.

그리고 이웃하는 심도조절부(200, 200a, 200b)의 이격간격(L)이 8mm 이상으로 설계되는 경우에도 심도조절부(200, 200a, 200b)의 경사면(210)의 직경(도 4c의 b) 보다 너무 크게 형성되기 때문에, 이를 통해서도 이미지의 연속성이 저하될 수 있게 된다.

또한, 다수개 구비되는 심도조절부(200, 200a, 200b)를 통해 복수개의 가상영상을 증강현실로 구현할 수도 있는데, 즉 각각의 심도조절부(200, 200a, 200b)를 통해 서로 다른 가상영상이 구현되도록 함으로써, 입체감을 구현하여 증강현실을 구현할 수 있는 것이다.

본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

120 : 옵틱부재
130 : 디스플레이부
200 : 심도조절부(210 : 경사면)

Claims (8)

1. 가상영상을 구현하는 디스플레이부와;
   상기 가상영상이 입광면을 통해 내부로 입사되는 옵틱부재와;
   상기 옵틱부재 내부로 위치하며, 에어패턴으로 이루어지는 심도조절부
   를 포함하며,
   상기 가상영상은 상기 심도조절부에 의해 전반사되어 사용자의 눈으로 전달되는 헤드 마운트 디스플레이장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 옵틱부재는 1.4 ~ 1.6의 굴절율을 가지며,
   상기 디스플레이부가 대면하여 위치하는 상기 입광면과, 상기 사용자의 눈과 마주하지 않는 전면, 그리고 상기 사용자의 눈과 마주하는 후면을 포함하는 헤드 마운트 디스플레이장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 디스플레이부는 수평한 가상의 선을 기준으로, 상기 후면과 인접한 일 가장자리로부터 상기 전면과 인접한 타 가장자리까지 상기 가상의 선으로부터 3 ~ 5도 기울어져 위치하며,
   상기 옵틱부재와 상기 심도조절부 또한 상기 디스플레이부의 대응하여 동일한 방향으로 3 ~ 5도 기울어져 위치하는 헤드 마운트 디스플레이장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 심도조절부는 가상의 선을 기준으로 45 ~ 47도 기울어지는 경사면을 포함하며, 상기 가상영상은 상기 경사면에 의해 전반사되는 헤드 마운트 디스플레이장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 디스플레이부로부터 상기 입광면을 향해 오목하게 만곡된 곡면의 면광원이 구현되면, 상기 입광면은 플랫한 형상으로 이루어지는 헤드 마운트 디스플레이장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 디스플레이부로부터 평면의 면광원이 구현되면, 상기 입광면은 상기 디스플레이부를 향해 볼록하게 만곡된 형상으로 이루어지는 헤드 마운트 디스플레이장치.
   
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 심도조절부의 상기 경사면의 직경은 2 ~ 4mm 로 이루어지는 헤드 마운트 디스플레이장치.
   
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 경사면은 상기 심도조절부의 중심부를 향해 오목하게 만곡되거나, 상기 심도조절부의 중심부로부터 볼록하게 만곡된 곡면으로 이루어지는 헤드 마운트 디스플레이장치.

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