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KR100222026B1 - Head mounted display - Google Patents

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KR100222026B1 KR1019970031917A KR19970031917A KR100222026B1 KR 100222026 B1 KR100222026 B1 KR 100222026B1 KR 1019970031917 A KR1019970031917 A KR 1019970031917A KR 19970031917 A KR19970031917 A KR 19970031917A KR 100222026 B1 KR100222026 B1 KR 100222026B1
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Abstract

본 발명은 하나의 액정 패널을 사용하여 사용자의 두 눈에 대응할 수 있도록 구성한 두부 장착형 디스플레이 장치(HMD)에 관한 것으로서,The present invention relates to a head mounted display device (HMD) configured to cope with two eyes of a user by using one liquid crystal panel.

화상을 표시하는 액정 패널과, 상기 액정 패널의 배면에 위치하여 광을 출사시키는 배면조명과, 상기 액정 패널을 통과하여 화상을 포함하는 광을 서로 반대방향으로 진행하도록 분리하는 광분리 수단과, 상기 광분리 수단에서 반사되어 나오는 제1 광의 경로를 변경하여 사용자의 왼쪽 눈으로 전달하는 제1 광경로 변경수단과, 상기 광분리 수단에서 반사되어 나오는 제2 광의 경로를 변경하여 사용자의 오른쪽 눈으로 전달하는 제2 광경로 변경수단으로 구성됨으로써,A liquid crystal panel for displaying an image, a back light positioned at a rear surface of the liquid crystal panel to emit light, and optical separation means for separating the light including an image through the liquid crystal panel so as to travel in opposite directions; The first light path changing means for changing the path of the first light reflected by the light separation means to the left eye of the user, and the path of the second light reflected from the light separation means is transmitted to the right eye of the user. By the second light path changing means to

구성이 간단하여 제품의 단가를 낮출 수 있는 동시에 제품을 소형화 및 경량화 할 수 있어서 사용상의 편리함을 증대시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.It is characterized by the simple configuration, which can lower the unit cost of the product and at the same time reduce the size and weight of the product.

Description

두부 장착형 디스플레이 장치 ( Head Mounted Display )Head Mounted Display

본 발명은 두부 장착형 디스플레이 장치( Head Mounted Display : HMD )에 관한 것으로서 특히, 디스플레이 소자를 하나로 하여 구성을 간단히 하도록 한 두부 장착형 디스플레이 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a head mounted display (HMD), and more particularly, to a head mounted display device in which a display element is simplified to simplify a configuration.

최근, 개인용 디스플레이 장치의 수요가 증가함에 따라 두부 장착형 디스플레이 장치(이하 HMD라 함.) 제품이 개발되어 판매되고 있다.Recently, as the demand for a personal display device increases, a head mounted display device (hereinafter referred to as HMD) product has been developed and sold.

종래의 경우, 상기 HMD의 광학계는 투과형 접안 렌즈(Eyepiece Lens)를 이용하는 형태와, 반사형 오목 거울을 이용하는 형태로 나누어진다.In the conventional case, the optical system of the HMD is divided into a type using a transmission eyepiece and a type using a reflective concave mirror.

상기 투과형 접안 렌즈를 이용하는 형태는 도 1에 도시된 바와 같이, 화상을 표시하는 액정(LCD) 패널(101)과, 상기 액정 패널(101)로 광을 출사시키는 배면조명(Backlight)(102)과, 상기 액정 패널(101)을 통과하여 화상을 포함하는 광의 경로를 변경시키는 전반사 거울(103)과, 상기 전반사 거울(103)에서 반사된 광을 평행광으로 변경시키는 투과형 접안 렌즈(101)를 포함한다.The transmissive eyepiece uses a liquid crystal (LCD) panel 101 for displaying an image, a backlight 102 for emitting light to the liquid crystal panel 101, as shown in FIG. And a total reflection mirror 103 for changing a path of light including an image through the liquid crystal panel 101, and a transmissive eyepiece 101 for converting the light reflected from the total reflection mirror 103 into parallel light. do.

한편, 상기 반사형 오목 거울을 이용하는 형태는 도 2에 도시된 바와 같이, 화상을 표시하는 액정 패널(201)과, 상기 액정 패널(201)로 광을 출사시키는 배면조명(202)과, 상기 액정 패널(201)을 통과하여 화상을 포함하는 광의 경로를 변경시키는 전반사 거울(203)과, 포물선 형태로 형성되어 상기 전반사 거울(203)에서 반사된 광을 평행광으로 변경시켜 반사시키는 반사형 오목 거울(204)을 포함한다.On the other hand, the form using the reflective concave mirror, as shown in Figure 2, the liquid crystal panel 201 for displaying an image, the back light 202 for emitting light to the liquid crystal panel 201, and the liquid crystal A total reflection mirror 203 passing through the panel 201 to change the path of light including the image; and a reflective concave mirror formed in a parabolic shape to change and reflect the light reflected by the total reflection mirror 203 into parallel light. 204.

상기 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 구성은 각각 사용자의 한쪽 눈에 대응되어 영상을 전달하기 때문에 사용자의 두 눈에 대응되도록 하기 위해서는 두 개의 세트(set)가 있어야 하므로 제품의 가격을 상승시키는 문제점이 발생한다. 특히, 디스플레이 소자로 사용되는 액정 패널의 가격이 높아서 액정 패널의 수를 줄이기 위한 구성이 필요하다.1 and 2 have two sets in order to correspond to both eyes of the user because the image is transmitted corresponding to one eye of the user, so that the price of the product is increased. A problem occurs. In particular, since the price of the liquid crystal panel used as the display element is high, a configuration for reducing the number of liquid crystal panels is required.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 종래의 경우는 도 3에 도시된 바와 같은 구성을 제시하고 있다.In order to solve the above problems, the conventional case has shown the configuration as shown in FIG.

도 3을 참조하면, 화상을 표시하는 액정 패널(310)과, 상기 액정 패널(310)의 배면에 위치하여 광을 출사시키는 배면조명(320)과, 상기 액정 패널(310)을 통과하여 화상을 포함하는 광의 경로를 변경시키는 제1 전반사 거울(330)과, 상기 제1 전반사 거울(330)에서 반사된 광을 평행광으로 변경시키는 제1 릴레이 렌즈(340)와, 상기 제1 릴레이 렌즈(340)를 통과한 광에서 일부는 반사시키고 나머지 일부는 투과시켜 광을 분리하는 반투과 거울(350)과, 상기 반투과 거울(350)에서 반사된 광을 사용자의 한쪽 눈으로 전달하기 위한 제1 경로 변경수단(360)과, 상기 반투과 거울(350)에서 투과된 광을 사용자의 다른 쪽 눈으로 전달하기 위한 제2 경로 변경수단(370)으로 구성된다.Referring to FIG. 3, an image is passed through a liquid crystal panel 310 displaying an image, a rear light 320 positioned at a rear surface of the liquid crystal panel 310 to emit light, and an image passing through the liquid crystal panel 310. A first total reflection mirror 330 for changing a path of the included light, a first relay lens 340 for changing the light reflected from the first total reflection mirror 330 into parallel light, and the first relay lens 340 A semi-transmissive mirror 350 which reflects part of the light passing through the light and transmits the other part to separate the light, and a first path for transmitting the light reflected by the transflective mirror 350 to one eye of the user. The change means 360 and a second path change means 370 for transmitting the light transmitted from the transflective mirror 350 to the other eye of the user.

상기 제1 경로 변경수단(360)은 제2 릴레이 렌즈(361), 제2 전반사 거울(362), 제1 접안 렌즈(363)가 순차적으로 배치되어 이루어진다. 또한, 상기 제2 경로 변경수단(370)은 제3 릴레이 렌즈(371), 제4 전반사 거울(372), 제5 전반사 거울(373), 제2 접안 렌즈(374)가 순차적으로 배치되어 이루어진다.The first path changing means 360 is formed by sequentially arranging a second relay lens 361, a second total reflection mirror 362, and a first eyepiece 363. In addition, the second path changing means 370 is formed by sequentially arranging a third relay lens 371, a fourth total reflection mirror 372, a fifth total reflection mirror 373, and a second eyepiece 374.

그러나, 상기와 같이 도 3의 구성은 다수의 전반사 거울 및 릴레이 렌즈를 사용하기 때문에 부품의 수가 증가하여 제품의 크기가 커지고 무게가 증가하게 되어 사용상에 불편함이 발생하는 문제점이 있다.However, since the configuration of FIG. 3 uses a plurality of total reflection mirrors and relay lenses as described above, the number of parts increases, thereby increasing the size of the product and increasing the weight, thereby causing inconvenience in use.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 하나의 액정 패널을 사용하여 구성을 간단히 함으로써 소형화 및 경량화를 이울 수 있는 두부 장착형 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, an object thereof is to provide a head-mounted display device that can be reduced in size and light weight by simplifying the configuration using a single liquid crystal panel.

도 1은 종래 기술에 의한 HMD의 일부를 나타내는 도면으로서, 투과형 접안 렌즈를 사용하는 경우의 구성도,1 is a view showing a part of the HMD according to the prior art, the configuration diagram in the case of using a transmission eyepiece,

도 2는 종래 기술에 의한 HMD의 일부를 나타내는 도면으로서, 반사형 오목 거울을 사용하는 경우의 구성도,2 is a view showing a part of the HMD according to the prior art, the configuration diagram in the case of using a reflective concave mirror,

도 3은 종래 기술에 의한 HMD를 나타내는 도면으로서, 하나의 액정 패널을 사용하는 경우의 구성도,3 is a diagram showing a HMD according to the prior art, which is a configuration diagram in the case of using one liquid crystal panel;

도 4는 본 발명에 의한 HMD를 나타내는 도면으로서, 하나의 액정 패널을 사용하고 광분리를 위한 반투과 사각 프리즘을 사용하는 경우의 구성도.4 is a view showing an HMD according to the present invention, wherein a configuration of a case where one liquid crystal panel is used and a transflective rectangular prism for light separation is used.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

410 : 액정 패널 420 : 배면조명410 liquid crystal panel 420 backlight

430 : 반투과 사각 프리즘 440 : 제1 광경로 변경수단430: transflective square prism 440: first light path changing means

450 : 제2 광경로 변경수단 441,451 : 전반사 거울450: second light path changing means 441,451: total reflection mirror

442,452 : 접안 렌즈442,452: Eyepiece

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 두부 장착형 디스플레이 장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과, 상기 액정 패널의 배면에 위치하여 광을 출사시키는 배면조명과, 상기 액정 패널을 통과하여 화상을 포함하는 광을 서로 반대방향으로 진행하도록 분리하는 광분리 수단과, 상기 광분리 수단에서 반사되어 나오는 제1 광의 경로를 변경하여 사용자의 왼쪽 눈으로 전달하는 제1 광경로 변경수단과, 상기 광분리 수단에서 반사되어 나오는 제2 광의 경로를 변경하여 사용자의 오른쪽 눈으로 전달하는 제2 광경로 변경수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.The head-mounted display device of the present invention for achieving the above object includes a liquid crystal panel for displaying an image, a back light positioned on the back of the liquid crystal panel to emit light, and an image passing through the liquid crystal panel. Optical separation means for separating the light to proceed in opposite directions to each other, first optical path changing means for changing the path of the first light reflected from the optical separation means and transferring it to the left eye of the user, and the optical separation means The second light path changing means for changing the path of the second light is reflected from the light transmission to the user's right eye.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 광분리 수단은 삼각 프리즘 4개를 합한 형태를 갖는 반투과 사각 프리즘을 사용하는 것이 바람직하다.According to an embodiment of the present invention, it is preferable that the optical separation means uses a semi-transmissive square prism having a form of four triangular prisms.

또한, 상기 제1 광경로 변경수단 및 제2 광경로 변경수단은 광의 경로를 90도 변경시키는 전반사 거울과, 상기 전반사 거울을 통과한 광을 평행광으로 변경시키는 접안 렌즈로 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the first optical path changing means and the second optical path changing means are preferably composed of a total reflection mirror for changing the path of the light 90 degrees, and an eyepiece lens for changing the light passing through the total reflection mirror to parallel light.

이하, 본 발명에 의한 두부 장착형 디스플레이 장치(HMD)의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the head mounted display device HMD according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 의한 HMD를 나타내는 도면으로서, 하나의 액정 패널을 사용하고 광분리를 위한 반투과 사각 프리즘을 사용하는 경우의 구성도이다.4 is a view showing an HMD according to the present invention, which is a configuration diagram when one liquid crystal panel is used and a transflective square prism for light separation is used.

도 4를 참조하면, 본 발명은 화상을 표시하는 액정 패널(410)과, 상기 액정 패널(410)의 배면에 위치하여 광을 출사시키는 배면조명(420)과, 상기 액정 패널(410)을 통과하여 화상을 포함하는 광을 서로 반대방향으로 진행하도록 분리하는 반투과 사각 프리즘(430)과, 상기 반투과 사각 프리즘(430)에서 반사되어 나오는 제1 광의 경로를 변경하여 사용자의 왼쪽 눈으로 전달하는 제1 광경로 변경수단(440)과, 상기 반투과 사각 프리즘(430)에서 반사되어 나오는 제2 광의 경로를 변경하여 사용자의 오른쪽 눈으로 전달하는 제2 광경로 변경수단(450)으로 구성된다.Referring to FIG. 4, the present invention passes through a liquid crystal panel 410 for displaying an image, a back light 420 positioned at a rear surface of the liquid crystal panel 410 to emit light, and a liquid crystal panel 410. To change the path of the first light reflected from the transflective square prism 430 and the transflective square prism 430 to separate the light including the image to travel in opposite directions, and transmit the light to the user's left eye. The first optical path changing means 440, and the second optical path changing means 450 for changing the path of the second light reflected by the semi-transmissive square prism 430 to transmit to the right eye of the user.

상기 반투과 사각 프리즘(430)은 삼각 프리즘 4개를 꼭지점이 한 점에 모이도록 하여 합한 형태를 갖으며, 각 접합면에는 광의 일부는 투과시키고 나머지 일부는 반사시킬 수 있도록 반투과 코팅이 되어 있다.The semi-transmissive square prism 430 has a shape in which four triangular prisms are collected at one vertex, and have a summation shape. Each transmissive surface has a semi-transmissive coating to transmit part of light and reflect part of the light. .

상기 제1 광경로 변경수단(440) 및 제2 광경로 변경수단(450)은 광의 경로를 90도 변경시키는 전반사 거울(441,451)과, 상기 전반사 거울(441,451)을 통과한 광을 평행광으로 변경시키는 접안 렌즈(442,452)로 구성된다.The first optical path changing means 440 and the second optical path changing means 450 change the total reflection mirrors 441 and 451 for changing the path of the light by 90 degrees, and the light passing through the total reflection mirrors 441 and 451 to parallel light. Eyepieces 442 and 452.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 HMD의 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the HMD according to the present invention having the configuration as described above are as follows.

상기 배면조명(420)에서 출사된 광이 화상을 표시하는 액정 패널(410)에 조사되면, 상기 액정 패널(410)을 통과한 광에는 화상을 포함된다. 그후, 상기 화상을 포함하는 광은 반투과 사각 프리즘(430)에 의해 좌우로 진행하도록 분리되고, 상기 전반사 거울(441,451)에 의해 광의 경로가 90도 변경된 후 상기 접안 렌즈(442,452)에 의해 평행광으로 변경되어 사용자의 눈으로 전달된다.When the light emitted from the back light 420 is irradiated to the liquid crystal panel 410 displaying an image, the light passing through the liquid crystal panel 410 includes an image. Thereafter, the light containing the image is separated by the transflective square prism 430 to proceed from side to side, and the path of the light is changed by 90 degrees by the total reflection mirrors 441 and 451, and then parallel light by the eyepieces 442 and 452. Is changed to the user's eye.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 두부 장착형 디스플레이 장치는 하나의 액정 패널을 사용하여 사용자의 두 눈에 대응할 수 있도록 구성하였기 때문에 제품의 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.As described above, the head mounted display device according to the present invention is configured to cope with both eyes of the user by using one liquid crystal panel, thereby reducing the unit cost of the product.

또한, 종래에 사용되던 릴레이 렌즈가 필요 없고, 다른 전반사 거울의 수가 줄도록 구성하여 부품의 수를 줄였기 때문에 제품을 소형화 및 경량화 할 수 있어서 사용상의 편리함을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, there is no need for a relay lens conventionally used, and since the total number of other total reflection mirrors is reduced to reduce the number of parts, the product can be miniaturized and lightened, thereby increasing convenience in use.

Claims (3)

화상을 표시하는 액정 패널과, 상기 액정 패널의 배면에 위치하여 광을 출사시키는 배면조명과, 상기 액정 패널을 통과하여 화상을 포함하는 광을 서로 반대방향으로 진행하도록 분리하는 광분리 수단과, 상기 광분리 수단에서 반사되어 나오는 제1 광의 경로를 변경하여 사용자의 왼쪽 눈으로 전달하는 제1 광경로 변경수단과, 상기 광분리 수단에서 반사되어 나오는 제2 광의 경로를 변경하여 사용자의 오른쪽 눈으로 전달하는 제2 광경로 변경수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이 장치( Head Mounted Display ).A liquid crystal panel for displaying an image, a back light positioned at a rear surface of the liquid crystal panel to emit light, and optical separation means for separating the light including an image through the liquid crystal panel so as to travel in opposite directions; The first light path changing means for changing the path of the first light reflected by the light separation means to the left eye of the user, and the path of the second light reflected from the light separation means is transmitted to the right eye of the user. Head mounted display device comprising a second light path changing means. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광분리 수단은 삼각 프리즘 4개를 합한 형태를 갖는 반투과 사각 프리즘을 사용하는 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이 장치.The optical separation means is a head mounted display device, characterized in that using a transflective square prism having a form of four triangular prism combined. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 광경로 변경수단 및 제2 광경로 변경수단은 광의 경로를 90도 변경시키는 전반사 거울과, 상기 전반사 거울을 통과한 광을 평행광으로 변경시키는 접안 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이 장치.The first optical path changing means and the second optical path changing means comprise a total reflection mirror for changing a path of light by 90 degrees, and an eyepiece for changing the light passing through the total reflection mirror to parallel light. Device.
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