KR101646873B1

KR101646873B1 - 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR101646873B1
Application number: KR1020150061331A
Authority: KR
Inventors: 최장호; 유선영; 김지섭
Original assignee: (주)그린광학
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2016-08-16
Anticipated expiration: 2035-04-30

Abstract

본 발명은 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 가상화면과 외부 시야를 정합하는 증강현실뿐만 아니라 외부시야를 온전히 확보하면서도 안구의 상하 이동만으로 가상화면 시청이 가능하도록, 힌지 구조를 가진 헤드마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일예와 관련된 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치는, 적어도 하나의 디스플레이와 상기 적어도 하나의 디스플레이에서 발산되는 영상광을 사용자의 안구에 전달하는 광학 모듈로 이루어진 헤드마운트 디스플레이 고글 모듈; 상기 안구의 중심점을 회전축으로 하여 상하 회전할 수 있는 가이드 수단을 가지고 있는 힌지 모듈; 상기 힌지 모듈에 연결되고, 영상신호를 생성하여 상기 적어도 하나의 디스플레이에 상기 영상신호를 전송하는 컨트롤러 모듈; 및 상기 컨트롤러 모듈에 연결되고, 상기 헤드마운트 디스플레이가 상기 사용자의 얼굴에 부착되도록 지지하는 프레임;을 포함할 수 있다.

Description

고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치{Head-Mounted Display Device Having Rotational Hinge Structure in Goggle Module}

본 발명은 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 가상화면과 외부 시야를 정합하는 증강현실뿐만 아니라 외부시야를 온전히 확보하면서도 안구의 상하 이동만으로 가상화면 시청이 가능하도록, 힌지 구조를 가진 헤드마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다.

일반적으로 이미지 디스플레이 장치는 눈과 매우 근접한 위치에서 발생하는 영상광을 정밀한 광학 장치를 이용하여 먼 거리에 가상의 대형화면이 구성될 수 있도록 초점을 형성함으로써 사용자로 하여금 확대된 허상을 볼 수 있도록 하는 화상 표시 장치를 말한다.

또한, 이미지 디스플레이 장치는, 주위 환경은 볼 수 없고 디스플레이 소자에서 발산된 영상광만을 볼 수 있는 밀폐형(See-close)과, 윈도우를 통해 주위 환경을 볼 수 있으면서도 디스플레이 소자에서 발산된 영상광을 동시에 볼 수 있는 투과식(See-through)으로 나뉠 수 있다.

한편, 기존의 이미지 디스플레이 장치는, 서로 초점거리가 상이하여 사용자가 가상이미지를 보기 위한 동공의 근육 수축 또는 이완 정도와 외부이미지를 보기 위한 근육의 수축 이완 정도가 달라 수시로 근육의 수축 이완운동을 해야 하며, 가상이미지와 외부이미지가 중첩되어 나타나므로, 증강현실을 통하여 정합된 이미지가 제공될 경우에는 두 이미지를 동시에 보기 위하여 사용자는 빠른 초점 변화를 시도해야 하기 때문에 눈의 피로가 매우 빨라질 수 있는 단점과 두 이미지 모두 중첩으로 인하여 자연 상태의 선명한 이미지 확보가 어렵다는 단점이 존재하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 글로벌 기업인 구글은 구글글라스라는 제품을 출시하며 가상이미지와 외부이미지를 분리하는 모델을 출시하였다.

그러나 이러한 구글글라스 제품은 차량정비, 네비게이션 등 응용분야에서 외부이미지에 가상화면이 정합되어 제공되어야 하는 증강현실 기법을 직접적으로 활용할 수 없기 때문에 사용 용도가 제한적일 수밖에 없다는 문제점이 존재한다.

또한, 증강현실에 활용코자 하는 경우 안구을 수시로 상부와 하부로 움직여야 하므로 초점 변화를 위하여 동공의 근육을 움직이는 방식보다 한층 더 안구 근육에 피로감을 느낄 수 있으며 가상화면과 외부이미지를 사용자 임의로 정합하여 판단해야 하기 때문에 시간도 많이 걸리고 비효율적인 작업이 될 수 있다는 문제점이 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결할 수 있는 헤드마운트 디스플레이 장치(head-Mounted Display Device)가 요구되고 있다.

대한민국 특허청 등록번호 제 10-0928226호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치를 제안하고자 한다.

구체적으로 본 발명은 가상화면과 외부 시야를 정합하는 증강현실뿐만 아니라 외부시야를 온전히 확보하면서도 안구의 상하 이동만으로 가상화면 시청이 가능하도록, 힌지 구조를 가진 헤드마운트 디스플레이 장치를 제안하고자 한다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치는, 적어도 하나의 디스플레이와 상기 적어도 하나의 디스플레이에서 발산되는 영상광을 사용자의 안구에 전달하는 광학 모듈로 이루어진 헤드마운트 디스플레이 고글 모듈; 상기 안구의 중심점을 회전축으로 하여 상하 회전할 수 있는 가이드 수단을 가지고 있는 힌지 모듈; 상기 힌지 모듈에 연결되고, 영상신호를 생성하여 상기 적어도 하나의 디스플레이에 상기 영상신호를 전송하는 컨트롤러 모듈; 및 상기 컨트롤러 모듈에 연결되고, 상기 헤드마운트 디스플레이가 상기 사용자의 얼굴에 부착되도록 지지하는 프레임;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 힌지 모듈의 가이드 수단을 이용하여 상기 영상광은 상기 안구의 동공 중심의 접선 면에 수직으로 입사될 수 있다.

또한, 상기 가이드 수단은 상기 안구의 중심점을 회전축으로 하여 원형으로 상하 회전하고, 상기 영상광은 상기 안구의 동공 중심의 접선 면에 항상 수직으로 입사될 수 있다.

또한, 상기 프레임은, 자체 탄성을 이용하여 상기 헤드마운트 디스플레이가 상기 사용자의 얼굴에 부착되어 흘러내리지 않도록 상기 사용자 코의 양 측면을 무게 지지점으로 하는 프레임일 수 있다.

또한, 상기 가이드 수단은 상기 안구의 중심점을 회전축으로 하는 동심원 선상의 적어도일부인 원호의 형태를 가질 수 있다.

또한, 상기 헤드마운트 디스플레이 고글 모듈의 회전각은 상기 힌지 모듈의 가이드 수단의 시작점과 끝점 간의 원호거리에 따라 결정될 수 있다.

또한, 상기 회전각은 하기의 수학식에 따라 결정될 수 있다.

수학식

상기 수학식에서 θ는 상기 회전각이고, S는 상기 가이드 수단의 시작점과 끝점 간의 원호거리이며, ER은 상기 안구의 접선면과 상기 가이드 수단까지의 이격거리 이다.

본 발명은 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치를 사용자에게 제공할 수 있다.

구체적으로 본 발명은 가상화면과 외부 시야를 정합하는 증강현실뿐만 아니라 외부시야를 온전히 확보하면서도 안구의 상하 이동만으로 가상화면 시청이 가능하도록, 힌지 구조를 가진 헤드마운트 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치는 사용자가 증강현실을 원할 경우 헤드 마운트 디스플레이 고글을 안구의 전방에 수직으로 배치할 수 있도록 하여 씨스루 방식 증강현실 목적을 달성할 수 있을 뿐 아니라, 전방 시야에 방해를 받지 않으면서도 정보습득을 원할 경우에는 상기 헤드마운트 디스플레이 고글 모듈을 간단히 상부로 움직여 회전시킴으로써 사용자가 눈동자만을 상부로 움직여 편리하게 정보를 획득할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치는 고글 모듈을 상부로 회전시켜 시야방해를 최소화 할 수 있는 수단을 보유함으로써 가상화면과 외부이미지의 초점 불일치로 인해 발생하는 눈의 피로를 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치는 고글 모듈을 상부로 회전시켰을 경우, 고글 모듈 전방에 투과되는 외부이미지를 차단하는 필터를 추가로 배치하면 가상화면을 보다 선명하고 빠르게 인지할 수 있어 밀폐형 헤드마운트 디스플레이에서와 같이 몰입감을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명과 관련하여, 증강현실을 구현하기 위하여 외부 이미지와 가상화면이 동시에 제공되는 종래의 헤드마운트 디스플레이 장치의 개념을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2은 본 발명과 관련하여, 시야방해를 최소화하기 위하여 사용자의 안구 상부에 위치한 구글글라스의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 고글부 회전 구조를 가진 헤드마운트 디스플레이의 개념을 개략적으로 도시한 측면도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 고글부 회전 구조를 가진 헤드마운트 디스플레이의 작동원리를 설명하기 위한 측면도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 사람의 안구 구조 및 시신경에 이미지를 형성하기 위해 동공의 접선면에 수직으로 영상광이 입사하는 원리를 설명한 단면도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 슬라이딩 힌지 모듈의 구조 및 작동방법에 대한 일실시 예를 도시한 구조도이다.
도 6b는 본 발명에 따른 슬라이딩 힌지 형태의 고글부 회전 구조를 가진 헤드마운트 디스플레이에서 고글 모듈이 안구의 수직위치에 위치한 상태의 일실시 예를 도시한 구조도이다.
도 6c는 본 발명에 따른 슬라이딩 힌지 형태의 고글부 회전 구조를 가진 헤드마운트 디스플레이에서 고글 모듈이 안구의 상부위치에 위치한 상태의 일실시 예를 도시한 구조도이다.
도 7a는 본 발명에 따른 스프링 힌지 형태의 고글부 회전 구조를 가진 헤드마운트 디스플레이에서 고글 모듈이 안구의 수직위치에 위치한 상태의 일실시 예를 도시한 구조도이다.
도 7b는 본 발명에 따른 스프링 힌지 모듈의 일실시 예에 따라 작동방법을 도시한 구조도이다.
도 7c은 본 발명에 따른 스프링 힌지 형태의 고글부 회전 구조를 가진 헤드마운트 디스플레이에서 고글 모듈이 안구의 상부위치로 변화한 상태의 일실시 예를 도시한 구조도이다.

즉, 일반적인 이미지 디스플레이 장치는 주위 환경은 볼 수 없고 디스플레이 소자에서 발산된 영상광 만을 볼 수 있는 밀폐형(See-close)과, 윈도우를 통해 주위 환경을 볼 수 있으면서도 디스플레이 소자에서 발산된 영상광을 동시에 볼 수 있는 투과식(See-through)으로 나뉘어 진다.

도 1은 종래 기술에 따른 투과식 이미지 디스플레이 장치의 예를 보여주고 있다.

먼저, 도 1에 도시된 안경형 디스플레이 장치는 한국특허 10-0928226로 게재되었으며 영상광을 발산하는 디스플레이 소자(10)와, 상기 마이크로 디스플레이 패널에서 나오는 광 중 특정 편광만을 반사시키는 편광분리기(11)와, 상기 편광분리기에서 반사된 선편광을 원편광으로 변환시키거나 입사된 원편광을 선편광으로 변화시키는 위상 지연판(12)과, 상기 위상 지연판(12)을 통과한 원편광된 광을 확대하여 다시 상기 위상 지연판(12)으로 보내주는 반투과 오목 반사경(13)과, 주변 광을 개폐할 수 있도록 상기 반투과 오목 반사경의 외측면에 부착된 광 개폐 스위치 패널(14)을 포함하는 HMD 장치의 광학시스템으로 이루어져 있다.

도 1에 도시된 구성에 의하여 디스플레이 소자(10)에서 생성된 영상광은 상기 디스플레이 소자(10)에 45도 기울여 배치된 상기 편광분리기(11)에 의해 90도 방향으로 전체 영상광중 P파 혹은 S파 성질의 50% 빔만이 투과 또는 반사되어 상기 위상 지연판(12)에 도달하게 된다.

또한, 위상 지연판(12)에서 선편광된 영상광이 원편광으로 바뀌어 상기 반투과 오목반사경(13)에 도달한 후 반사되며 회전 방향이 반대인 원편광 상태가 되어 상기 위상지연판(12)과 상기 편광분리기(11)를 다시 통과하여 사용자의 눈에 도달함으로써 상기 반투과 오목반사경(13)에서 확대된 영상을 사용자는 시청할 수 있게 된다.

그러나, 도 1에서 제안된 기술은 상기 편광분리기(11)와 상기 반투과 오목반사경(13)에 반사되어 사용자에게 전달되는 가상이미지(A)와 상기 반투과 오목반사경(13)과 상기 편광분리기(11)를 투과하여 사용자에게 전달되는 외부이미지(B)가 사용자의 동공에 동시에 전달되지만 서로 초점거리가 상이하여 사용자가 상기 가상이미지(A)를 보기 위한 동공의 근육 수축 또는 이완 정도와 상기 외부이미지(B)를 보기 위한 근육의 수축 이완 정도가 달라 수시로 근육의 수축 이완운동을 해야 하며, 상기 가상이미지(A)와 상기 외부이미지(B)가 중첩되어 나타나므로 증강현실을 통하여 정합된 이미지가 제공될 경우에는 상기 두 이미지를 동시에 보기 위하여 사용자는 빠른 초점 변화를 시도해야 하기 때문에 눈의 피로가 매우 빨라질 수 있는 단점이 있으며 상기 두 이미지 모두 중첩으로 인하여 자연 상태의 선명한 이미지 확보가 어렵다는 문제점이 존재한다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 글로벌 기업인 구글은 구글글라스라는 제품을 출시하며 가상이미지와 외부이미지를 분리하는 모델을 출시하였으며 이는 도 2에 도시된 바와 같다.

도 2은 본 발명과 관련하여, 시야방해를 최소화하기 위하여 사용자의 안구 상부에 위치한 구글글라스의 구체적인 일례를 도시한 것이다.

도 2를 참고하면, 가상화면은 사용자 시선축의 상부에 배치되어 경사를 가지고 사용자에게 제공되며(A), 외부이미지는 사용자의 수평 시선축을 따라 평행하게 진행되므로(B) 사용자가 가상이미지를 확인하기 위해서는 눈을 상부로 치켜뜨면 상기 가상이미지(A)를 확인할 수 있고 정면을 응시할 경우에는 전방 시야에 방해를 받지 않고 상기 외부이미지(B)를 확인할 수 있는 구조로 제시되었다.

그러나, 도 2에서 제안된 방식의 기술은 랜덤 방식의 선명한 정보를 얻기 위해서는 매우 편리하지만 수술, 차량정비, 네비게이션 등 응용분야에서 외부이미지에 가상화면이 정합되어 제공되어야 하는 증강현실 기법을 직접적으로 활용할 수 없기 때문에 사용 용도가 제한적일 수밖에 없고, 증강현실에 활용코자 하는 경우 안구을 수시로 상부와 하부로 움직여야 하므로 상기 도 1에 제시된 초점 변화를 위하여 동공의 근육을 움직이는 방식보다 한층 더 안구 근육에 피로감을 느낄 수 있다는 문제점이 존재한다.

또한, 도 2에 개시된 기술은 가상화면과 외부이미지를 사용자 임의로 정합하여 판단해야 하기 때문에 상기 도 1의 방식보다 시간도 많이 걸리고 비효율적인 작업이 될 수 있다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명에서는 이러한 문제점을 해소하기 위해, 가상화면과 외부 시야를 정합하는 증강현실뿐 아니라 외부시야를 온전히 확보하면서도 안구의 상하 이동만으로 가상화면 시청이 가능하도록 힌지 구조를 가진 헤드마운트 디스플레이 장치를 제안하고자 한다.

더욱 상세하게는 본 발명은 사용자가 증강현실을 원할 경우 헤드 마운트 디스플레이 고글을 안구의 전방에 수직으로 배치할 수 있도록 하여 씨-스루 방식 증강현실 목적을 달성할 수 있을 뿐 아니라, 전방 시야에 방해를 받지 않으면서도 정보습득을 원할 경우에는 상기 헤드마운트 디스플레이 고글 모듈을 간단히 상부로 움직여 회전시킴으로써 사용자가 눈동자만을 상부로 움직여 편리하게 정보를 획득할 수 있는 장치를 제안하고자 한다.

또한, 본 발명에서는 헤드마운트 디스플레이를 사용치 않을 경우에는 고글 모듈을 상부로 회전시켜 시야방해를 최소화 할 수 있는 수단을 보유함으로써 가상화면과 외부이미지의 초점 불일치로 인해 발생하는 눈의 피로를 최소화 할 수 있고, 고글 모듈을 상부로 회전시켰을 경우 고글 모듈 전방에 투과되는 외부이미지를 차단하는 필터를 추가로 배치하여 가상화면을 보다 선명하고 빠르게 인지할 수 있어 밀폐형 헤드마운트 디스플레이에서와 같이 몰입감을 향상시킬 수 있는 헤드마운트 디스플레이 장치를 제안하고자 한다.

구체적으로 본 발명은 사용자가 증강현실을 원할 경우 헤드 마운트 디스플레이 고글을 안구의 전방에 수직으로 배치할 수 있도록 하여 씨-스루 방식 증강현실 목적을 달성할 수 있을 뿐 아니라, 전방 시야에 방해를 받지 않으면서도 정보습득을 원할 경우에는 상기 헤드마운트 디스플레이 고글 모듈을 간단히 상부로 움직여 회전시킴으로써 사용자가 눈동자만을 상부로 움직여 편리하게 정보를 획득할 수 있는 헤드마운트 디스플레이 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 헤드마운트 디스플레이를 사용치 않을 경우에는 상기 고글 모듈을 상부로 회전시켜 시야방해를 최소화 할 수 있는 수단을 보유함으로써 가상화면과 외부이미지의 초점 불일치로 인해 발생하는 눈의 피로를 최소화 할 수 있도록 하는 헤드마운트 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 고글 모듈을 상부로 회전시켰을 경우, 고글 모듈 전방에 투과되는 외부이미지를 차단하는 필터를 추가로 배치하면 가상화면을 보다 선명하고 빠르게 인지할 수 있어 밀폐형 헤드마운트 디스플레이에서와 같이 몰입감을 향상시킬 수 있도록 하는 헤드마운트 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치는 하나 이상의 디스플레이 및 상기 디스플레이에서 발산되는 영상광을 사용자의 안구에 전달하는 광학 모듈로 이루어진 헤드마운트 디스플레이 고글 모듈과, 상기 헤드마운트 디스플레이 고글 모듈에서 표출되는 영상광이 사용자 동공 중심의 접선 면에 항상 수직으로 입사하도록 사용자의 안구 중심점을 회전축으로 하여 원형으로 상하 회전할 수 있도록 가이드 수단을 가지고 있는 힌지 모듈과, 상기 힌지 모듈에 연결되어 있고 상기 헤드마운트 디스플레이 고글 모듈에 내장된 디스플레이에 영상신호를 보낼 수 있도록 신호를 변화하여 전송하는 컨트롤러가 내장된 컨트롤러 모듈과, 상기 컨트롤러 모듈에 연결되어 자체 탄성을 제공하여 상기 헤드마운트 디스플레이가 사용자의 얼굴에 부착되어 흘러내리지 않도록 사용자 코의 양 측면을 무게 지지점으로 하는 프레임을 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치에서 상기 힌지모듈의 가이드는 반드시 안구의 중심을 회전축으로 하는 동심원 선상의 일부인 원호일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치에서 상기 힌지모듈은 슬라이딩 방식으로서, 하나의 가이드 부재와, 하나의 판스프링과, 하나의 가이드 홈과, 하나의 고정부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고글부 회전 구조를 가질 수 있다.

이하에서는, 도면을 이용하여 본 발명의 구체적인 형태에 대해 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치를 도식화한 그림이며 상기 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치는 하나의 고글 모듈(30)과, 하나의 힌지 모듈(31)과, 하나의 컨트롤러 모듈(32)과, 하나의 프레임(33)으로 이루어진다.

도 3를 참고하면, 사용자에게 가상화면(A)을 제공하기 위한 상기 고글 모듈(30)은 사용자의 안구(34)의 중심 수평 방향에 수직으로 위치하며 상기 컨트롤러 모듈(32)과는 분리된 부재이고 부착된 상기 힌지 모듈(31)에 의해 상기 컨트롤러 모듈(32)과 상호 연결되어 있으며 상기 컨트롤러 모듈(32)은 상기 프레임(33)과 움직일 수 없도록 단단히 부착되어 있다.

이때, 상기 고글 모듈(30)은 증강현실용 투과형(See-through) 광학모듈이거나 가상화면만을 제공하는 밀폐형(See-closed) 광학모듈 중 하나로서 어떤 방식이라도 사용될 수 있고 본 발명에서는 증강현실용 투과형(See-through) 광학모듈이 일례로서 제시되었으며, 사용자는 상기 광학 모듈(30)의 광 가이드 방식을 통하여 출사면(301)을 통해 제공되는 가상화면(A)과 상기 광학모듈(31) 의 상기 출사면(301)을 투과하여 사용자에게 전달되는 외부이미지(B)를 동시에 시청할 수 있게 된다.

이러한 구조에서 사용자가 상기 가상화면(B)을 없애고 상기 외부이미지(B)만을 확인하고자 할 때에는 상기 고글 모듈(30)을 위로 젖히면 상기 힌지 모듈(31)에 내장된 판스프링 장치와 가이드에 의해 상기 광학모듈(30)은 가이드의 회전 반경에 따라 상부로 회전하듯이 움직이게 되고 사용자는 시선의 정면에 장애물이 사라져 보다 선명하게 외부이미지를 확인할 수 있다.

또한, 이 상태에서 사용자가 눈을 위로 치켜뜨면 상부로 회전한 상기 광학 모듈(30)에서 제공하는 상기 가상이미지(A)도 선명하게 확인이 가능한데 이 원리는 도 4과 도 5에 제시되었다.

도 4를 참고하면, 사람의 안구는 렌즈 역할을 하는 동공과 수정체의 이완과 수축 작용에 의해 안구 후면의 망막에 상이 맺히게 되는데 안구는 상하로 회전하듯이 움직일 수 있으며 이 회전의 중심축은 안구의 중심이다.

이와 같은 원리에 의하여 상기 고글모듈(30)의 출사면(301)를 통해 제공되는 상기 가상화면(A)의 이미지가 선명하게 사용자에게 전달되기 위해서는 상기 출사면(301)과 사용자의 시선의 방향은 항상 수직을 유지해야 하므로 상기 출사면(301)의 회전반경의 중심축은 안구의 중심이 되어야 하며 이 원리를 본 발명에 적용한 실시 예가 도 5에 제시되어 있다.

도 5를 참조하면, 사용자가 증강현실을 원할 때는 상기 고글모듈(30)을 사용자의 수평 시선 정면에 수직으로 위치한 상태로 상기 가상화면(A)과 상기 외부이미지(B)를 정합하여 동시에 시청하고, 증강현실을 원하지 않고 상기 외부이미지(B)만을 선명하게 확인하고자 할 경우에는 상기 고글모듈(30)을 상부로 회전시키게 된다.

이때, 상기 고글모듈(30)이 상부로 회전되어도 상기 가상화면(A)이 항상 선명하게 사용자에게 제공되기 위해서는 상기 고글모듈(30)이 안구의 중심을 회전 중심으로 하여 동심원을 그리듯이 회전하여야 하며 상기 힌지모듈(31)의 가이드(311)는 반드시 안구의 중심을 회전축으로 하는 동심원 선상의 일부인 원호이어야 함을 특징으로 한다.

도 6a, 도 6b, 도 6c는 본 발명에 따른 힌지 모듈의 일예에 따른 구조 및 작동방법, 그리고 고글모듈의 회전각과 힌지모듈의 가이드 길이의 상관관계를 도시한 그림이다.

먼저 도 6a를 참고하면, 상기 힌지모듈(31)은 슬라이딩 방식이 일례로 제시되었으며 그 주요 구성은 하나의 가이드 부재(311)와, 하나의 판스프링(312)과, 하나의 가이드 홈(313)과, 상기 컨트롤러 모듈(32)와의 결합을 위한 하나의 고정부재(314)로 이루어지며 상기 고글모듈(30)이 상부로 회전함에 따라 상기 판스프링(312)이 상기 가이드 홈(313)의 시작점(A)으로부터 끝점(B)까지 상기 가이드 부재(311)의 원호를 따라 이동하며 상기 끝점(B)에서 상기 가이드 홈(313)에 배치된 홈에 상기 판스프링(312)의 스프링 작용에 의해 고정된다. 이때 상기 시작점(A)와 상기 끝점(B)의 원호거리는 상기 고글모듈(30)의 회전각에 영향을 주게 되며 이 상관관계는 6b와 6c에 도시되어 있다.

6a와 6b를 참고하면, 6a에 도시된 안구의 직경(ED)은 통상적으로 사람 안구의 평균값인 24mm를 적용할 수 있으며 동공의 끝점에서 상기 힌지모듈(30)의 가리드 부재(311) 중심점까지 거리는 ER 값으로 표시된다. 이러한 구성에 의하여 사용자가 시선에 장애를 받지 않고 전방을 주시할 수 있도록 상기 고글모듈(30)을 회전시켜야 하는 회전각(θ)는 6a에 도시된 상기 힌지모듈(31)의 가이드 부재(311)의 시작점(A)와 끝점(B)와의 원호거리(S)와의 함수로써 아래와 같은 수학식 1 내지 수학식 2로 표현할 수 있다.

수학식 1 내지 수학식 3에서 ER은 안구의 접선면과 가이드 부재까지의 거리를 의미한다.

한편, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 스프링 힌지 형태의 고글부 회전 구조를 가진 헤드마운트 디스플레이에서 스프링 힌지를 적용하여 고글 모듈이 안구의 수직위치에 위치한 상태로 이용될 수도 있다.

도 7a는 본 발명에 따른 스프링 힌지 형태의 고글부 회전 구조를 가진 헤드마운트 디스플레이에서 고글 모듈이 안구의 수직위치에 위치한 상태의 일실시 예를 도시한 구조도이다.

또한, 도 7b는 본 발명에 따른 스프링 힌지 모듈의 일실시 예에 따라 작동방법을 도시한 구조도이다.

또한, 도 7c은 본 발명에 따른 스프링 힌지 형태의 고글부 회전 구조를 가진 헤드마운트 디스플레이에서 고글 모듈이 안구의 상부위치로 변화한 상태의 일실시 예를 도시한 구조도이다.

도 7a 내지 도7c를 참조하면, 스프링 힌지를 통해 고글 모듈이 안구의 상부위치로 변화되는 과정이 도시되어 있다.

전술한 본 발명의 구성이 적용되는 경우, 사용자가 증강현실을 원할 경우 헤드 마운트 디스플레이 고글을 안구의 전방에 수직으로 배치할 수 있도록 하여 씨-스루 방식 증강현실 목적을 달성할 수 있을 뿐 아니라, 전방 시야에 방해를 받지 않으면서도 정보습득을 원할 경우에는 상기 헤드마운트 디스플레이 고글 모듈을 간단히 상부로 움직여 회전시킴으로써 사용자가 눈동자만을 상부로 움직여 편리하게 정보를 획득할 수 있는 효과가 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치는 상기 고글 모듈을 상부로 회전시켜 시야방해를 최소화 할 수 있는 수단을 보유함으로써 가상화면과 외부이미지의 초점 불일치로 인해 발생하는 눈의 피로를 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치는 상기 고글 모듈을 상부로 회전시켰을 경우 상기 고글 모듈 전방에 투과되는 외부이미지를 차단하는 필터를 추가로 배치하면 가상화면을 보다 선명하고 빠르게 인지할 수 있어 밀폐형 헤드마운트 디스플레이에서와 같이 몰입감을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

10: 고글 모듈
101: 출사면
11: 힌지 모듈
12: 컨트롤러 모듈
13: 프레임
14: 안구

Claims

적어도 하나의 디스플레이와 상기 적어도 하나의 디스플레이에서 발산되는 영상광을 사용자의 안구에 전달하는 광학 모듈로 이루어진 헤드마운트 디스플레이 고글 모듈;
상기 안구의 중심점을 회전축으로 하여 상하 회전할 수 있는 가이드 수단을 가지고 있는 힌지 모듈;
상기 힌지 모듈에 연결되고, 영상신호를 생성하여 상기 적어도 하나의 디스플레이에 상기 영상신호를 전송하는 컨트롤러 모듈; 및
상기 컨트롤러 모듈에 연결되고, 상기 헤드마운트 디스플레이 고글 모듈이 상기 사용자의 얼굴에 부착되도록 지지하는 프레임;을 포함하고,
상기 힌지 모듈의 가이드 수단을 이용하여 상기 영상광은 상기 안구의 동공 중심의 접선 면에 수직으로 입사되며,
상기 헤드마운트 디스플레이 고글 모듈의 회전각은 상기 힌지 모듈의 가이드 수단의 시작점과 끝점 간의 원호거리에 따라 결정되고,
상기 회전각은 하기의 수학식에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는, 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치.
수학식

상기 수학식에서 θ는 상기 회전각이고, S는 상기 가이드 수단의 시작점과 끝점 간의 원호거리이며, ER은 상기 안구의 접선면과 상기 가이드 수단까지의 이격거리 이다.
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제 1항에 있어서,
상기 가이드 수단은 상기 안구의 중심점을 회전축으로 하여 원형으로 상하 회전하고,
상기 영상광은 상기 안구의 동공 중심의 접선 면에 항상 수직으로 입사되는 것을 특징으로 하는, 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치.
제 1항에 있어서,
상기 프레임은, 자체 탄성을 이용하여 상기 헤드마운트 디스플레이 고글 모듈이 상기 사용자의 얼굴에 부착되어 흘러내리지 않도록 상기 사용자 코의 양 측면을 무게 지지점으로 하는 프레임인 것을 특징으로 하는, 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치.
제 1항에 있어서,
상기 가이드 수단은 상기 안구의 중심점을 회전축으로 하는 동심원 선상의 적어도일부인 원호의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는, 고글부 회전 구조를 갖는 헤드마운트 디스플레이 장치.
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