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KR102476727B1 - 착용자의 시력을 보정할 수 있는 증강현실 광학시스템 - Google Patents

착용자의 시력을 보정할 수 있는 증강현실 광학시스템 Download PDF

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KR102476727B1
KR102476727B1 KR1020190176466A KR20190176466A KR102476727B1 KR 102476727 B1 KR102476727 B1 KR 102476727B1 KR 1020190176466 A KR1020190176466 A KR 1020190176466A KR 20190176466 A KR20190176466 A KR 20190176466A KR 102476727 B1 KR102476727 B1 KR 102476727B1
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wearer
optical system
augmented reality
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윤선규
이동길
이광훈
이진수
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한국광기술원
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Abstract

착용자의 시력을 보정할 수 있는 증강현실 광학시스템을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 착용자에 장착되는 증강현실 광학 시스템에 있어서, 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 영상 출력부와 상기 영상 출력부로부터 출력되는 광을 상기 착용자의 안구 방향으로 반사시키는 광학계 및 상기 광학계에서 광이 반사되어 나오는 위치에 배치되어, 상기 광학계에서 상기 착용자의 안구로 입사하는 광의 경로를 가변시키는 광경로 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학 시스템을 제공한다.

Description

착용자의 시력을 보정할 수 있는 증강현실 광학시스템{Augmented Reality Optical System to Correct Weares's Vision}
본 발명은 착용자의 시력을 보정할 수 있는 증강현실 광학시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
증강현실(Augmented Reality)이란, 실제 환경에 3차원 영상을 삽입하여 현실 세계 정보와 가상의 영상을 혼합한 것을 의미한다.
현실 세계 정보에는 착용자가 필요로 하지 않는 정보도 있고, 때로는 착용자가 필요로 하는 정보가 부족할 수도 있다. 그러나 증강현실 시스템은 현실 세계와 가상 세계를 결합함으로써 실시간으로 착용자에게 현실 세계와 필요한 정보의 상호 작용이 이루어지도록 하는 것이다.
종래의 증강현실 시스템에서는 착용자에 영상을 출력하는데, 착용자의 시력과 무관하게 정상시를 가진 자를 기준으로 영상을 출력하였다. 이에, 원시 또는 근시인 착용자는 안경없이 증강현실 시스템이 제공하는 영상을 시청하는데 어려움이 존재하였다. 이는 도 9 내지 11에 도시되어 있다.
도 9는 정상시를 가진 착용자로 증강현실 영상이 제공되는 모습을 도시한 도면이고, 도 10은 근시를 가진 착용자로 증강현실 영상이 제공되는 모습을 도시한 도면이며, 도 11은 원시를 가진 착용자로 증강현실 영상이 제공되는 모습을 도시한 도면이다.
정상시를 가진 착용자(330)가 증강현실 광학 시스템(900)을 장착하여 증강현실 영상을 시청할 경우, 증강현실 영상에 대응되는 광은 착용자(330)의 망막에 상을 온전히 맺는다.
반면, 근시를 가진 착용자(410)가 증강현실 광학 시스템(900)을 장착하여 증강현실 영상을 시청할 경우, 증강현실 영상에 대응되는 광은 착용자(330)의 망막의 앞에 상을 맺는다. 이에, 근시를 가진 착용자(410)는 안경과 같이 광 경로를 변화시키는 별도의 광학기기를 착용하지 않는 한, 증강현실 영상을 온전히 시청하지 못하고 흐릿하게 시청하게 된다.
반대로, 원시를 가진 착용자(510)는 증강현실 광학 시스템(900)을 장착하여 증강현실 영상을 시청할 경우, 증강현실 영상에 대응되는 광은 착용자(330)의 망막의 뒤편에 상을 맺는다. 이에, 원시를 가진 착용자(510)도 마찬가지로 안경과 같이 광 경로를 변화시키는 별도의 광학기기를 착용하지 않는 한, 증강현실 영상을 온전히 시청하지 못하고 흐릿하게 시청하게 된다.
한편, 착용자가 안경을 장착한 후 증강현실 시스템을 시청하기 위해서는, 안경과 증강현실 시스템의 거리를 조정해야 하기 때문에 착용자의 증강현실 시스템의 착용이 불편해지고 영상의 시청이 원활하지 못한 문제가 발생한다. 또한, 증강현실 시스템이 안경 타입(EGD: Eye Glass Device)으로 구현된 장치일 경우, 안경을 장착한 착용자가 이를 착용하기는 어려움이 존재한다.
본 발명의 일 실시예는, 다양한 시력을 가진 착용자들에 온전히 증강현실 영상을 제공할 수 있는 증강현실 광학 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 착용자에 장착되는 증강현실 광학 시스템에 있어서, 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 영상 출력부와 상기 영상 출력부로부터 출력되는 광을 상기 착용자의 안구 방향으로 반사시키는 광학계 및 상기 광학계에서 광이 반사되어 나오는 위치에 배치되어, 상기 광학계에서 상기 착용자의 안구로 입사하는 광의 경로를 가변시키는 광경로 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광경로 조절부는 오목렌즈 및 볼록렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 오목렌즈 및 볼록렌즈 중 어느 하나는 상기 광학계에서 광이 반사되어 나오는 위치에 배치되며, 나머지 하나는 상기 광학계에서 광이 반사되어 나오는 위치로부터 상기 착용자의 안구방향으로 기 설정된 간격만큼 떨어져 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광경로 조절부는 상기 기 설정된 간격을 조정함으로써, 상기 광학계에서 상기 착용자의 안구로 입사하는 광의 경로를 가변시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광경로 조절부는 상기 오목렌즈 및 볼록렌즈 중 일부 또는 전부의 굴절률을 가변함으로써, 상기 광학계에서 상기 착용자의 안구로 입사하는 광의 경로를 가변시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 착용자에 장착되는 증강현실 광학 시스템에 있어서, 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 영상 출력부와 상기 영상 출력부로부터 출력되는 광을 상기 착용자의 안구 방향으로 반사시키는 광학계 및 상기 광학계 내부 및 상기 광학계에서 광이 반사되어 나오는 위치에 각각 배치되어, 상기 광학계에서 상기 착용자의 안구로 입사하는 광의 경로를 가변시키는 광경로 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광경로 조절부는 오목렌즈 및 볼록렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 오목렌즈 및 볼록렌즈 중 어느 하나는 상기 광학계 내부에 배치되며, 나머지 하나는 상기 광학계에서 광이 반사되어 나오는 위치로부터 상기 착용자의 안구방향으로 기 설정된 간격만큼 떨어져 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광경로 조절부는 상기 기 설정된 간격을 조정함으로써, 상기 광학계에서 상기 착용자의 안구로 입사하는 광의 경로를 가변시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광경로 조절부는 상기 오목렌즈 및 볼록렌즈 중 일부 또는 전부의 굴절률을 가변함으로써, 상기 광학계에서 상기 착용자의 안구로 입사하는 광의 경로를 가변시키는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 다양한 시력을 가진 착용자들에 별도의 기구없이도 온전히 증강현실 영상을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 광학 시스템의 일 구현예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 광학 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계 및 광경로 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 정상시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계 및 광경로 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 근시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계 및 광경로 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 원시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학계 및 광경로 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 정상시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학계 및 광경로 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 근시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학계 및 광경로 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 원시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 9는 정상시를 가진 착용자로 증강현실 영상이 제공되는 모습을 도시한 도면이다.
도 10은 근시를 가진 착용자로 증강현실 영상이 제공되는 모습을 도시한 도면이다.
도 11은 원시를 가진 착용자로 증강현실 영상이 제공되는 모습을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 광학 시스템의 일 구현예를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 광학 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
증강현실 광학 시스템(100)은 착용자에 장착되어, 착용자의 시력에 따라 온전히 현실세계의 광을 인식할 수 있도록 하면서 증강현실 영상을 제공한다. 증강현실 광학 시스템(100)은 안경형 디스플레이(EDG: Eye Glass-type Display)와 같이 착용자의 시력을 보정하여 현실세계의 광(실물체로부터 반사되는 광)을 인식할 수 있도록 하는 동시에, 착용자에 장착되어 증강현실 영상을 제공하는 형태로 구현될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 장치(100)는 영상 출력부(210), 광학계(220), 광경로 조절부(230), 제어부(240) 및 전원부(250)를 포함한다.
영상 출력부(210)는 착용자에게 제공할 증강현실 영상을 출력한다. 영상 출력부(210)는 증강현실 영상(영상에 대응되는 광)을 외부(미도시)의 구성으로부터 유선 또는 무선 통신으로 수신할 수 있으며, 수신한 영상을 광학계(220)로 출력한다. 영상 출력부(210)는 광학계(220)로 영상을 출력함으로써, 영상이 광학계(220)를 거쳐 착용자에게 전달될 수 있도록 한다.
광학계(220)는 증강현실 장치(100) 외부에서 입사되는 현실세계의 광(실 물체에서 반사되는 광)은 통과시키되, 증강현실 영상은 착용자의 안구 방향으로 반사시켜 착용자가 현실세계의 광과 증강현실 영상을 모두 인지할 수 있도록 한다. 광학계(220)는 빔 스플리터 또는 (구면 또는 비구면) 미러 등의 광학구성을 포함하여, 현실세계의 광은 착용자의 안구 방향으로 통과시키며 증강현실 영상은 착용자의 안구 방향으로 반사시킨다.
광경로 조절부(230)는 광학계(230)로부터 반사되거나 광학계(230)를 통과하여 착용자의 안구로 입사할 광의 경로를 조절한다. 광경로 조절부(230)는 광의 경로를 가변시키는 구성들을 포함하며, 정상시인 착용자 뿐만 아니라 근시 및 원시인 착용자 모두에 온전하게 영상을 제공하고자, 입사되는 광을 분산시키는 오목렌즈 및 입사되는 광을 포커싱하는 볼록렌즈를 모두 포함한다. 전술한 양 렌즈들이 광학계(230)로부터 안구 방향으로 입사를 위해 출력되어 나오는 위치에 일정 간격으로 모두 배치되거나, 일 렌즈는 광학계 내에 일 부분이나 하나의 구성으로 구현되고 나머지 렌즈는 광학계(230)로부터 안구 방향으로 입사를 위해 출력되어 나오는 위치에 배치될 수 있다. 광경로 조절부(230)의 (광 경로를 가변시키는) 렌즈 중 일 렌즈가 광학계 내에 구현되는 일 예로, 광학계(230)로부터 광이 출력되는 표면에 렌즈와 같이 굴곡을 갖는 형태로 구현될 수도 있고, 광학계(230) 내에서 광을 외부로 출력함에 있어 광을 분산시키거나 포커싱시키며 출력하도록 하는 일 구성으로 구현될 수도 있다. 광경로 조절부(230) 내 각 렌즈는 제어부(240)의 제어에 따라 굴절률을 변화시키거나 렌즈간 간격을 가변함으로써, 광학계(230)로부터 출력되어 착용자의 안구 방향으로 진행하는 광의 경로를 가변시킨다. 착용자가 어떠한 시력 상태를 갖더라도, 광경로 조절부(230)는 증강현실 영상에 대응되는 광이 착용자의 망막 상에 정확히 상을 맺도록 경로를 조절할 수 있다. 광경로 조절부(230)의 구체적인 예는 도 3 내지 도 8을 참조하여 후술하기로 한다.
제어부(240)는 영상 출력부(210), 광경로 조절부(230) 및 전원부(250)의 동작을 제어한다. 특히, 제어부(240)는 착용자로부터 경로 조절에 관한 입력을 받아, 광경로 조절부(230)의 광경로를 조절한다. 가변되는 광 경로는 다음과 같은 식에 의해 연산된다.
Figure 112019134825108-pat00001
여기서, Φ는 최종적인 광경로에 대한 렌즈 파워를, Φ1은 오목렌즈(또는, 볼록렌즈)의 렌즈 파워를, Φ2는 볼록렌즈(또는, 오목렌즈)의 렌즈 파워를, n은 각 렌즈를 구성하는 매질의 굴절률을, d는 각 렌즈간 간격을 의미한다. 오목렌즈는 음(-)의 렌즈파워 값을, 볼록렌즈는 양(+)의 렌즈파워 값을 갖기에, n이 커지거나 d가 작아질수록, Φ는 작아지고 최종적인 광경로에 따른 초점거리는 길어진다.
이러한 점을 참조하여, 제어부(240)는 오목렌즈와 볼록 렌즈 간 간격(d)을 조절하거나, 일 렌즈 또는 양 렌즈를 구성하는 매질의 굴절률이나 밀도를 조절하여, 증강현실 영상의 초점거리를 가변한다. 특히, 제어부(240)는 착용자가 입력한 대로 양 렌즈간 간격(d)이나 각 렌즈의 굴절률(n)을 조절하여, 착용자가 온전히 시청할 수 있도록 증강현실 영상을 제공할 수 있다. 이에 따라, 착용자는 자신의 시력과 무관하게 시력을 보조하거나 보완하기 위한 별도의 기구를 착용하지 않더라도, 증강현실 광학 시스템으로부터 온전히 증강현실 영상을 시청할 수 있다.
전원부(250)는 증강현실 장치(100) 내 각 구성에 각 구성이 동작할 수 있도록 하는 전원을 공급한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계 및 광경로 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 정상시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 영상 출력부(210)로부터 출력되는 영상(광)이 광학계(220)를 거치며 광학계(220)의 일면에서 출력되어 정상시를 가진 착용자의 안구(330)로 입사된다.
이때, 광경로 조절부(230)의 오목 렌즈(310)와 볼록렌즈(320)는 광학계(220)로부터 영상(광)이 출력되는 광학계(220)의 일면(+x축 방향의 면)에 배치된다. 오목 렌즈(310)와 볼록렌즈(320)는 기 설정된 거리(d)를 가지며 배치된다. 제어부(230)는 착용자의 입력에 따라, 거리(d)를 조정하거나 일 렌즈 또는 각 렌즈(310, 320)의 굴절률(n)을 조절함으로써 영상이 정상시를 가진 착용자(330)의 망막 내에 상을 맺도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계 및 광경로 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 근시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
반면, 도 10에서 확인한 대로, 근시를 가진 착용자의 안구(410)에서는 증강현실 영상(광)이 망막의 앞에 상을 맺는다. 따라서, 증강현실 영상이 근시를 가진 착용자의 안구(410) 내 망막 상에 온전히 상을 맺기 위해서는 증강현실 영상의 초점거리가 상대적으로 커져야 한다(전체적인 렌즈파워는 작아져야 함).
따라서, 제어부(240)의 제어에 따라, 오목 렌즈(310)와 볼록렌즈(320)는 정상시를 가진 안구(330)에서의 간격(d)보다 좁아진 간격(d`)을 갖도록 배치된다. 렌즈(310, 320)간 간격이 좁아지면, 전체적인 렌즈파워는 작아지게 되어 증강현실 영상의 초점거리는 상대적으로 증가하게 된다. 이로서, 근시를 가진 착용자의 안구(410) 내 망막 상에 온전히 증강현실 영상에 대한 상이 맺힐 수 있다.
또는, 제어부(240)는 일 렌즈 또는 각 렌즈(310, 320)의 굴절률(n)을 영상의 초점거리가 증가하도록 조절함으로써, 마찬가지로, 근시를 가진 착용자의 안구(410) 내 망막 상에 온전히 증강현실 영상에 대한 상이 맺힐 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계 및 광경로 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 원시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 11에서 확인한 대로, 근시를 가진 착용자의 안구(510)에서는 증강현실 영상(광)이 망막의 뒤편에 상을 맺는다. 따라서, 증강현실 영상이 근시를 가진 착용자의 안구(510) 내 망막 상에 온전히 상을 맺기 위해서는 증강현실 영상의 초점거리가 상대적으로 작아져야 한다(전체적인 렌즈파워는 커져야 함).
따라서, 제어부(240)의 제어에 따라, 오목 렌즈(310)와 볼록렌즈(320)는 정상시를 가진 안구(330)에서의 간격(d)보다 넓어진 간격(d``)을 갖도록 배치된다. 렌즈(310, 320)간 간격이 넓어지면, 전체적인 렌즈파워는 커지게 되어 증강현실 영상의 초점거리는 상대적으로 감소하게 된다. 이로서, 원시를 가진 착용자의 안구(510) 내 망막 상에 온전히 증강현실 영상에 대한 상이 맺힐 수 있다.
또는, 제어부(240)는 일 렌즈 또는 각 렌즈(310, 320)의 굴절률(n)을 영상의 초점거리가 감소하도록 조절함으로써, 마찬가지로, 원시를 가진 착용자의 안구(510) 내 망막 상에 온전히 증강현실 영상에 대한 상이 맺힐 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학계 및 광경로 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 정상시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광경로 조절부(230)에서 일 렌즈(320)는 광학계(220)로부터 영상(광)이 출력되는 광학계(220)의 일면(+x축 방향의 면)에 배치된다. 다만, 나머지 렌즈(610)는 광학계 내에 일 부분으로 구현되거나 일 구성으로 구현된다. 도 6 내지 8에서는 오목 렌즈(610)가 광학계(220)의 일 면에 (오목)렌즈의 형상으로 구현된 것이 예시되어 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 광학계(220) 내에 구현되는 구성은 광학계의 일부분이 아니라 최종적으로 착용자의 안구로 증강현실 영상을 반사시키는 구성 자체로 구현되어, 영상을 분산시키거나 포커싱시킬 수도 있다.
도 6에서 예시된 바와 같이, 오목 렌즈(610)는 광학계(220) 내 일 부분으로 구현되어 영상을 분산시키며, 광학계(220)로부터 영상(광)이 출력되는 광학계(220)의 일면에 오목 렌즈(610)와 기 설정된 거리(d)를 가지며 볼록 렌즈(320)가 배치된다. 제어부(230)는 착용자의 입력에 따라, 거리(d)를 조정하거나 일 렌즈 또는 각 렌즈(320, 610)의 굴절률(n)을 조절함으로써 영상이 정상시를 가진 착용자(330)의 망막 내에 상을 맺도록 한다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학계 및 광경로 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 근시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
착용자가 근시를 가지고 있기 때문에, 제어부(240)의 제어에 따라, 오목렌즈(610)와 볼록 렌즈(320)는 정상시를 가진 안구(330)에서의 간격(d)보다 좁아진 간격(d`)을 갖도록 배치된다. 렌즈(320, 610)간 간격이 좁아지면, 전체적인 렌즈파워는 작아지게 되어 증강현실 영상의 초점거리는 상대적으로 증가하게 된다. 이로서, 근시를 가진 착용자의 안구(410) 내 망막 상에 온전히 증강현실 영상에 대한 상이 맺힐 수 있다.
또는, 제어부(240)는 일 렌즈 또는 각 렌즈(320, 610)의 굴절률(n)을 영상의 초점거리가 증가하도록 조절함으로써, 마찬가지로, 근시를 가진 착용자의 안구(410) 내 망막 상에 온전히 증강현실 영상에 대한 상이 맺힐 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학계 및 광경로 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 원시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
착용자가 원시를 가지고 있기 때문에, 제어부(240)의 제어에 따라, 오목렌즈(610)와 볼록 렌즈(320)는 정상시를 가진 안구(330)에서의 간격(d)보다 넓어진 간격(d``)을 갖도록 배치된다. 렌즈(320, 610)간 간격이 넓어지면, 전체적인 렌즈파워는 커지게 되어 증강현실 영상의 초점거리는 상대적으로 감소하게 된다. 이로서, 원시를 가진 착용자의 안구(510) 내 망막 상에 온전히 증강현실 영상에 대한 상이 맺힐 수 있다.
또는, 제어부(240)는 일 렌즈 또는 각 렌즈(320, 610)의 굴절률(n)을 영상의 초점거리가 감소하도록 조절함으로써, 마찬가지로, 원시를 가진 착용자의 안구(510) 내 망막 상에 온전히 증강현실 영상에 대한 상이 맺힐 수 있도록 한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 900: 증강현실 광학 시스템
210: 영상 출력부
220: 광학계
230: 광경로 조절부
240: 제어부
250: 전원부
310, 610: 오목 렌즈
320: 볼록 렌즈
330: 정상시를 가진 착용자의 안구
410: 근시를 가진 착용자의 안구
510: 원시를 가진 착용자의 안구

Claims (6)

  1. 현실세계의 광과 증강현실의 광을 모두 인지할 수 있도록 착용자에 장착되는 증강현실 광학 시스템에 있어서,
    증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 영상 출력부;
    외부에서 입사되는 현실세계의 광은 통과시키되, 상기 영상 출력부로부터 출력되는 광은 상기 착용자의 안구 방향으로 반사시키는 광학계; 및
    상기 광학계로부터 상기 착용자의 안구 방향으로 광이 출력되어 나오는 위치에 배치되어, 상기 광학계에서 상기 착용자의 안구로 입사하는 광의 경로를 가변시켜, 상기 증강현실 영상에 대응되는 광이 정상시인 착용자 뿐만 아니라 근시 및 원시인 착용자의 망막 상에도 정확히 상을 맺도록 하는 광경로 조절부; 및
    상기 영상 출력부 및 상기 광경로 조절부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 광경로 조절부는,
    오목렌즈 및 볼록렌즈를 포함하되,
    상기 오목렌즈 및 볼록렌즈 중 어느 하나는 상기 광학계에서 상기 착용자의 안구 방향으로 광이 출력되어 나오는 위치에 배치되고, 나머지 하나는 상기 어느 하나의 렌즈로부터 상기 착용자의 안구 방향으로 기 설정된 간격만큼 떨어져 배치되며,
    상기 제어부는 상기 오목렌즈와 볼록렌즈 간의 간격을 조절하여 상기 증강현실 영상의 광이 상기 착용자의 망막 상에 정확히 상을 맺도록 경로를 조절하고,
    상기 광경로 조절부에 의해 가변되는 광 경로는 다음과 같은 식에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학 시스템.
    Figure 112022125902096-pat00013

    Φ는 최종적인 광경로에 대한 렌즈 파워를, Φ1은 오목렌즈(또는, 볼록렌즈)의 렌즈 파워를, Φ2는 볼록렌즈(또는, 오목렌즈)의 렌즈 파워를, n은 각 렌즈를 구성하는 매질의 굴절률을, d는 각 렌즈간 간격을 의미함.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오목렌즈 및 볼록렌즈의 굴절률을 조절하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학 시스템.
  3. 삭제
  4. 현실세계의 광과 증강현실의 광을 모두 인지할 수 있도록 착용자에 장착되는 증강현실 광학 시스템에 있어서,
    증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 영상 출력부;
    외부에서 입사되는 현실세계의 광은 통과시키되, 상기 영상 출력부로부터 출력되는 광은 상기 착용자의 안구 방향으로 반사시키는 광학계; 및
    상기 광학계로부터 상기 착용자의 안구 방향으로 광이 출력되어 나오는 위치에 배치되어, 상기 광학계에서 상기 착용자의 안구로 입사하는 광의 경로를 가변시켜, 상기 증강현실 영상에 대응되는 광이 정상시인 착용자 뿐만 아니라 근시 및 원시인 착용자의 망막 상에도 정확히 상을 맺도록 하는 광경로 조절부; 및
    상기 영상 출력부 및 상기 광경로 조절부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 광경로 조절부는,
    오목렌즈 및 볼록렌즈를 포함하되,
    상기 오목렌즈 및 볼록렌즈 중 어느 하나는 상기 광학계 내부에 배치되고, 나머지 하나는 상기 광학계에서 상기 착용자의 안구방향으로 광이 출력되는 광학계의 일면으로부터 상기 착용자의 안구방향으로 기 설정된 간격만큼 떨어져 배치되며,
    상기 제어부는 상기 오목렌즈와 볼록렌즈 간의 간격을 조절하여 상기 증강현실 영상의 광이 상기 착용자의 망막 상에 정확히 상을 맺도록 경로를 조절하고,
    상기 광경로 조절부에 의해 가변되는 광 경로는 다음과 같은 식에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학 시스템.
    Figure 112022125902096-pat00014

    Φ는 최종적인 광경로에 대한 렌즈 파워를, Φ1은 오목렌즈(또는, 볼록렌즈)의 렌즈 파워를, Φ2는 볼록렌즈(또는, 오목렌즈)의 렌즈 파워를, n은 각 렌즈를 구성하는 매질의 굴절률을, d는 각 렌즈간 간격을 의미함.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오목렌즈 및 볼록렌즈의 굴절률을 조절하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학 시스템.
  6. 삭제
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