KR102385116B1 - Ｖｒ 또는 ａｒ 기기용 렌즈의 왜곡 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상면만곡에 의한 초점 흐려짐 및 접안렌즈의 특성을 고려한 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡을 측정하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡을 측정하기 위한 방법에 있어서, 측정부를 회전시키기 위한 회전 스테이지의 회전 중심이 설계된 눈의 위치와 일치되도록 정렬하는 제1단계; 측정부의 카메라에서 확인한 이미지의 중심이 대상물체 중앙 픽셀의 중심과 일치하도록 대상물체의 위치를 조정하는 제2단계; 광원이미지를 대상물체에 주사하고, 광원인 픽셀이 카메라로 확인한 이미지의 중심에 나타나도록 측정부를 상기 설계된 눈의 위치 기준으로 회전하는 제3단계; 대상물체 이동수단을 통해 대상물체의 위치를 앞뒤로 미세조정하면서 카메라로 확인한 이미지에서 광원의 밝기가 최대가 되는 지점을 찾는 제4단계; 상기 제3단계와 상기 제4단계를 최대 시야각까지 대상물체의 이동거리 Δa, 측정부의 회전된 각도 θ를 기록하며 반복하는 제5단계; 이동된 대상물체의 높이 h`<sub>obj</sub>를 측정하고, 상기 Δa, 상기 θ 및 상기 h`_obj를 기반으로 보정된 물체높이 h_obj를 계산하여, 하기의 수학식 2로부터 렌즈의 상대적 왜곡을 산출하는 것을 특징으로 하는 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡측정방법에 관한 것이다.
[수학식 2]

Description

ＶＲ 또는 ＡＲ 기기용 렌즈의 왜곡 측정방법{Full-field Distortion Measurement Method of Virtual Reality/Augmented Reality Device lenses}

본 발명은 VR/AR 기기용 렌즈의 왜곡 측정방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 상면만곡에 의한 초점 흐려짐 및 접안렌즈의 특성을 고려한 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡을 측정하는 방법에 관한 것이다.

최근 디스플레이와 센서, 전자부품 산업의 발전으로 가상현실 분야의 시장이 급성장하고 있다. 그동안 가상현실이 크게 부흥하지 못했던 기술적인 제약으로는 높은 해상도로 넓은 시야각을 제공할 수 있는 디스플레이 성능 부족과 사용자가 착용 시 편안하도록 작은 크기와 적은 무게를 위한 전자부품 및 센서 기술의 부족을 들 수 있다.

그러나 최근 고성능의 컴퓨터, 빠른 통신기술, 디스플레이 및 전자부품 기술이 발달하면서 산업화의 장벽이 낮아졌고, 가상현실에 대한 개발 및 연구가 활발하게 진행되고 있다.

VR(Virtual Reality, 가상현실)/AR(Augmented Reality, 증강현실) 기기는 사람 눈과 매우 가까운 거리에 있는 디스플레이로 확대된 가상의 이미지를 구현하기 위해 복잡한 형태의 광학소자를 사용하며 이로 인해 해상력 저하, 영상의 심한 왜곡, 색수차 등이 발생된다.

도 1a 내지 도 1d는 AR 원리와 사진을 도시한 것이다. 그리고 도 2a 내지 도 2d는 VR 기기 사진을 도시한 것이다.

VR/AR기기(이하 가상현실 기기)는 양안시차(stereoscopic)를 이용하여 입체감이 있는 영상을 구현하게 된다. 도 3a 내지 도 3c는 양안시차를 이용하여 입체감 있는 영상을 구현하는 VR기기의 원리를 나타낸 모식도를 도시한 것이다. 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, VR기기의 경우, 눈과 매우 가까운 거리에 있는 디스플레이의 영상을 볼록렌즈를 이용하여 사용자가 멀리 떨어진 거리에 확대된 정립상(가상 이미지)을 볼 수 있도록 함을 알 수 있다.

AR 기기의 경우 좀 더 복잡한 광학소자를 이용하나, 사람 눈에 거의 평행한 빛을 주사하는 원리는 동일하다.

가상현실의 원리는 양안시차를 이용해 사용자가 입체감을 느끼는 것이다. 먼저 양안시차만큼 다른 이미지를 사용해야 하며, 서로 다른 이미지는 렌즈를 통해 디스플레이에 주사된 이미지가 허상이 되어 먼 위치에 큰 화면으로 확대된다. 가상현실의 핵심은 사용자가 몰입할 수 있도록 더 현실감과 몰입감이 있는 환경을 제공하는 것이다.

가상현실 기기의 몰입감에 관련된 대표적인 요인으로는 시야각과 광학 수차, 무게, 부피 등이 있다. 기본적으로 가상현실 기기의 렌즈는 광시야각의 양볼록렌즈를 사용하며, 무게와 부피를 줄이기 위해 프레넬 렌즈 또는 볼록렌즈와 프레넬렌즈를 혼합한 하이브리드 렌즈 등을 사용하고 있다. 위 조건들을 만족하기 위해 가상현실 기기에 사용되는 렌즈는 설계 시 몇 가지 광학적 성능을 양보한다.

대표적인 요소로는 상면만곡(curvatureof field)과 왜곡(distortion)이 있다. 상면만곡은 광축에서 초점이 맞을 때 비축에서 초점이 맞지 않는 현상으로, 사람의 망막 자체가 구형이고 안구의 재초점이 빠르기 때문에 영향이 비교적 적다. 왜곡은 도 4와 같이 이미지의 전체적인 형상이 찌그러지는 현상을 말한다. 왜곡의 형태에 따라 실패형(pincushion) 왜곡과 원통형(barrel) 왜곡으로 분류되며, 제한된 디스플레이 영역을 큰 시야각으로 보는 가상현실 기기의 렌즈는 실패형 왜곡을 가진다.

렌즈에 의한 왜곡은 이미지 처리를 통해 왜곡이 없는 영상을 사용자가 볼 수 있도록 보정 가능하지만 보정 과정에서 비축 이미지의 해상도 저하가 발생하게 된다. 따라서 왜곡의 올바른 보정과 비축 이미지의 품질 저하 분석을 위해 가상현실 기기의 렌즈의 왜곡의 측정은 필수적이다.

하지만 현재 렌즈의 왜곡 측정에 대한 표준 측정법은 무한 물체 거리, 유한 상 거리의 공액(conjugate) 관계를 기준으로 되어 있어 실제 가상현실 기기 렌즈의 공액 관계의 역으로 기술되어 있으며 비점수차(astigmatism)와 코마(coma), 상면만곡 등의 수차에 의해 측정이 어렵다.

또한 기존의 렌즈의 왜곡 측정 방식은 비축 왜곡 측정 시 기준이 되는 회전중심이 측정 렌즈의 제1주점으로, 렌즈 자체의 성능만을 평가한다. 하지만 가상현실 기기의 렌즈는 사람이 직접 사용하는 접안렌즈로써 비축 왜곡 측정 시 회전 중심이 사람의 눈의 동공인 경우와 안구의 회전 중심인 경우에 대해 각각 평가되어야 하기 때문에 측정 방법이 달라져야 한다.

현재 왜곡에 대한 표준 측정 방법은 상면만곡을 고려하지 않는 점 측정 방식이기 때문에 초점이 흐려진 경우 측정이 불가능하며, 비축 측정을 위한 회전 중심이 측정 렌즈의 제1주점이기 때문에 측정 방법을 달리해야 한다.

대한민국 공개특허 10-2019-0021812 대한민국 공개특허 10-2010-0071820 대한민국 등록특허 10-1416265

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 카메라를 포함한 측정부를 회전함으로써 왜곡을 직접 측정하는 다중 측정점을 이용한 왜곡 측정법으로, 표준 왜곡 측정 방법을 가상현실 기기의 특성에 맞추어 응용하여, 상면만곡에 의한 초점흐려짐과 접안렌즈의 특성을 고려한, 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

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.

본 발명의 목적은, 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡을 측정하기 위한 방법에 있어서, 측정부를 회전시키기 위한 회전 스테이지의 회전 중심이 설계된 눈의 위치와 일치되도록 정렬하는 제1단계; 측정부의 카메라에서 확인한 이미지의 중심이 대상물체 중앙 픽셀의 중심과 일치하도록 대상물체의 위치를 조정하는 제2단계; 광원이미지를 대상물체에 주사하고, 광원인 픽셀이 카메라로 확인한 이미지의 중심에 나타나도록 측정부를 상기 설계된 눈의 위치 기준으로 회전하는 제3단계; 대상물체 이동수단을 통해 대상물체의 위치를 앞뒤로 미세조정하면서 카메라로 확인한 이미지에서 광원의 밝기가 최대가 되는 지점을 찾는 제4단계; 상기 제3단계와 상기 제4단계를 최대 시야각까지 대상물체의 이동거리 Δa, 측정부의 회전된 각도 θ를 기록하며 반복하는 제5단계; 이동된 대상물체의 높이 h`<sub>obj</sub>를 측정하고, 상기 Δa, 상기 θ 및 상기 h`_obj를 기반으로 보정된 물체높이 h_obj를 계산하여, 하기의 수학식 2로부터 렌즈의 상대적 왜곡을 산출하는 것을 특징으로 하는 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡측정방법으로서 달성될 수 있다.

[수학식 2]

그리고, 보정된 물체높이 h_obj를 계산하기 위해, 측정렌즈의 제1주점으로부터 설계된 눈의 위치(B)까지의 거리 l₀ 값을 산출하며, 상기 l₀ 값을 산출하기 위해 θ_d(측정렌즈 굴절각) 계산하는 단계를 더 포함하며, 상기 θ_d는 측정부 회전각 θ을 고정하고 알고 있는 픽셀간격 △h만큼 떨어진 두 픽셀의 초점이 선명한 점 A`와 E`의 거리 △l을 측정하고 AD`E`와 A`D``E`이 닮은꼴임을 이용하여, △h과 △l을 통해 θ_d를 계산하며, C는 측정렌즈의 제1주점, C`는 광축과 대상물체면과 만나는 지점이며, A는 설계된 눈의 위치 기준으로 θ의 비축광선이 주요면과 만나는 점이고, D`는 점 A를 지나는 광축에 평행한 선과 대상물체면의 교차점, E`는 설계 눈의 위치(B) 기준으로 θ의 비축광선이 측정렌즈에 의해 굴절되어 대상물체와 만나는 점이고, D는 점 A를 지나는 광축에 평행한 선과 이동된 대상물체면의 교차점, A`는 설계 눈의 위치(B) 기준으로 θ의 비축광선이 측정렌즈에 의해 굴절되어 이동된 대상물체와 만나는 점, D``는 점 A`를 지나는 광축에 평행한 선과 대상물체면의 교차점인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 θ, 및 상기 θ_d로부터 하기의 수학식 3에 의해 l₀를 계산하는 것을 특징으로 할 수 있다.

[수학식 3]

h₂는 DA`이고, (a-△a)tanθ<sub>d</sub>로부터 계산되며, h<sub>1</sub>는 C`D``- DA`이고, h`_obj - h₂로부터 계산된다.

그리고 상기 θ을 변경해도 측정렌즈의 제1주점(C)으로부터 설계된 눈의 위치(B)까지의 거리 l₀는 변하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 h₁, h₂, h`_obj로부터 하기의 수학식 4를 통해 h_obj를 계산하여, 상대적 왜곡을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.

[수학식 4]

상기 h₁은 C`D` = CA = l₀ * tanθ이고, h₂는 h`_obj - h₁이다.

본 발명의 실시예에 따른 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡측정방법에 따르면, 카메라를 포함한 측정부를 회전함으로써 왜곡을 직접 측정하는 다중 측정점을 이용한 왜곡 측정법으로, 표준 왜곡 측정 방법을 가상현실 기기의 특성에 맞추어 응용하여, 상면만곡에 의한 초점흐려짐과 접안렌즈의 특성을 고려할 수 있는 효과를 갖는다.

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 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 1a 내지 도 1d는 AR 원리과 사진,
도 2a 내지 도 2d는 VR 기기 사진,
도 3a 내지 도 3c는 양안시차를 이용하여 입체감 있는 영상을 구현하는 VR기기의 원리를 나타낸 모식도,
도 4는 왜곡없는 체크보드이미지와, 원통형 왜곡을 갖는 체크보드이미지와, 실패형 왜곡을 갖는 체크보드이미지,
도 5는 제1주점을 기준으로 측정부를 θ회전시킨 표준 왜곡측정방법의 모식도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 측정부를 설계된 눈의 위치를 기준으로 θ회전시킨 왜곡측정방법의 모식도,
도 7은 도 6에서 비축 측정시 초점 재조정을 위해 이동된 대상물체를 함께 도시한 모식도,
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 l₀ 값을 구하기 위해 도시된 대상물체와, 이동된 대상물체, 측정렌즈 간 삼각함수 모식도,
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 실시예에 따라 θ, θ_d로부터 l₀를 계산하기 위한 삼각함수 모식도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 h1, h2, h`_obj로부터 h_obj를 계산하기 위한 삼각함수 모식도를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 상면만곡에 의한 초점 흐려짐 및 접안렌즈의 특성을 고려한 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡측정방법에 대해 설명하도록 한다.

이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 다중 측정점을 이용한 왜곡측정법이다. 가상현실 기기용 렌즈의 공액 관계는 유한 물체거리-유한 상거리이므로 광학계의 왜곡 측정 표준인 KS B ISO 9039의 측정법 중 유한 물체 거리-무한 상 거리 공액 관계 조건에 대한 왜곡 측정 방법이 적용 가능하다.

표준 왜곡 측정방법은 도 5와 같이 측정부(20)를 측정 렌즈(1)의 제 1주점을 중심으로 회전시키면서 물체(1)의 높이를 측정하고 회전각 값을 이용하여 왜곡을 도출하는 방법이다. 이 방법을 이용하여 상대적 왜곡(Vr)을 표현하면 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서 h는 물체 높이, θ는 회전된 각도, a는 측정 렌즈의 제1주점으로부터 대상물체까지의 거리이다. 측정부의 이미지 센서로 확인된 물체의 위치 a*tanθ는 왜곡이 없을 때 물체 높이 h와 같은 값을 가진다.

다중 측정점을 이용한 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡 측정에서는 사람의 눈 동공 위치를 기준으로 측정을 수행하여야 하며 회전 중심이 렌즈의 제1주점이 아닌 눈의 동공 위치이어야 한다. 이를 위해 카메라 렌즈의 입사동과 측정부의 회전 중심, 가상현실 기기의 설계된 눈의 동공 위치가 일치되어야 한다. 그러나 일반적으로 가상현실 기기에서 렌즈-동공 간 거리(가상현실 기기의 렌즈 뒷면의 정점으로부터 사람 눈동공까지의 거리)는 약 15 mm 내외인 반면 각분해능이 높은 카메라 렌즈를 사용할 경우 초점거리가 길고 카메라 렌즈의 정점으로부터 입사동까지의 거리가 길기 때문에 사람 눈의 동공 위치와 카메라 렌즈의 입사동 위치를 일치시키기에는구조적인 어려움이 있다. 또한 측정부 회전 시 카메라 렌즈 경통과 가상현실 기기용 렌즈와 물리적인 간섭이 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에서는 도 6과 같이 측정부(20)의 카메라 렌즈를 충분히 멀리 위치시키고 시야각이 좁은 카메라 렌즈를 사용하여 광축에 매우 가까운 중심 이미지만 사용하였다. 경통의 크기가 작고 초점거리가 긴 렌즈를 사용하였으며 회전스테이지를 통해 측정부(20) 회전을 제어하고 왜곡값을 측정하였다. 기지값으로 대상물체(디스플레이)(1)의 픽셀 간 거리가 사용되었다. 측정 전 카메라 렌즈는 평행광을 통해 무한 초점에 맞추고 대상물체(디스플레이)(1)는 가상현실 기기 렌즈(10)의 초점 위치에 배치하였다.

본 발명의 실시예에 따른 상면만곡에 의한 초점 흐려짐 및 접안렌즈의 특성을 고려한 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡측정방법의 순서는 다음과 같다.

가. 측정부(20)를 회전시키기 위한 회전 스테이지의 회전 중심이 설계된 눈의 동공 위치(B)와 일치되도록 정렬한다.

나. 측정부(20)의 카메라에서 확인한 이미지의 중심이 대상물체(디스플레이)(1) 중앙 픽셀의 중심과 일치하도록 대상물체(1)의 위치를 조정한다.

다. 20 픽셀 간격의 단색 광원이미지를 대상물체(1)에 주사한다.

라. 각 단색 광원인 픽셀이 카메라로 확인한 이미지의 중심에 나타나도록 측정부(20)를 회전한다.

마. 대상물체 이동수단을 통해 대상물체(디스플레이)(1)의 위치를 앞뒤로 미세조정하면서 카메라로 확인한 이미지에서 광원의 밝기가 최대가 되는 지점을 찾는다.

바. 라~마 단계를 최대 시야각까지 대상물체의 위치 변화량 Δa, 회전된 각도 θ를 기록하며 반복한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 왜곡측정방법에서 대상물체와, 이동된 대상물체, 측정렌즈, 회전된 측정부의 구성도를 도시한 것이다.

Δa는 초점 재조정을 위한 대상물체(1)의 이동거리이고, 이때 달라진 물체면(object plane)(2)에서의 물체 높이는 a-Δa에서의 물체높이 h`_obj가 된다. 측정부 회전을 통해 얻어진 물체 높이는 a*tanθ이다.

h`_obj를 원래의 물체면(물체거리 a)에서의 물체 높이 h_obj로 보정하여 상대적왜곡을 이하의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 2]

a*tanθ와. Δa와, θ는 측정된 실측값이고, 이러한 상대적 왜곡값을 산출하기 위해서는 상면만곡에 영향을 고려하여 보정된 물체높이 h_obj를 구해야 하면, 이러한 h_obj를 산출하기 위해서 먼저, 가상현실 기기용 렌즈(측정렌즈)(10)의 제1주점으로부터 설계된 눈의 위치까지의 거리 l₀ 값을 구해야 한다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 l₀ 값을 구하기 위해 도시된 대상물체(1)와, 이동된 대상물체(2), 측정렌즈(10) 간 삼각함수 모식도를 도시한 것이다.

도 8a에서 B는 가상현실렌즈(10)의 설계된 눈의 위치(Eye-point)이고, C는 측정렌즈(10)의 제1주점(광축위), C`는 광축과 대상물체면(디스플레이면)(1)과 만나는 지점(디스플레이 센터)이며, A는 설계된 눈의 위치 기준으로 θ의 비축광선이 주요면(Principal plane)과 만나는 점(점 C에서 광축에 수직인 선을 그렸을 때 점 B에서 각 θ인 선과 만나는 지점)이고, D`는 점 A를 지나는 광축에 평행한 선과 대상물체(1)면의 교차점, E`는 설계 눈의 위치(B) 기준으로 θ의 비축광선이 가상현실 렌즈(측정렌즈)(10)에 의해 굴절되어 디스플레이(대상물체)(1)와 만나는 점이다.

그리고 도 8b는 대상물체(1)와, 초점 재조정을 위해 이동된 대상물체(이하 이동된 대상물체)(2)와, 측정렌즈(10) 간 삼각함수 모식도를 도시한 것으로, 도 8b에서 D는 점 A를 지나는 광축에 평행한 선과 이동된 대상물체(2)면의 교차점, A`는 설계 눈의 위치(B) 기준으로 θ의 비축광선이 가상현실 렌즈(측정렌즈)(10)에 의해 굴절되어 이동된 대상물체(2))와 만나는 점이고, D``는 점 A`를 지나는 광축에 평행한 선과 대상물체(1)면의 교차점이다.

l₀를 측정하기 위해 먼저 θ_d를 계산한다. 구체적으로 측정부(20) 회전각 θ을 고정하고 알고 있는 픽셀간격 △h만큼 떨어진 두 픽셀의 초점이 선명한 점 A`와 E`의 거리 △l을 측정한다. 그리고 AD`E`와 A`D``E`는 닮은꼴이므로, △h과 △l을 이용하여 θ_d를 계산하게 된다.

도 9a 내지 도 9c는 θ, θ_d로부터 l₀를 계산하기 위한 삼각함수 모식도를 도시한 것이다. 먼저 도 9a에 도시된 바와 같이, h₂는 DA`이고, (a-△a)tanθ_d로 부터 계산될 수 있다.

또한, 도 9b에 도시된 바와 같이, h₁는 C`D``- DA`이고, h`_obj - h₂로부터 계산될 수 있다.

따라서 l₀은 이하의 수학식 3으로부터 계산될 수 있다.

[수학식 3]

θ을 변경해도 가상현실 기기용 렌즈(10)의 제1주점(C)으로부터 설계된 눈의 위치(B)까지의 거리 l₀는 변하지 않는다.

따라서 h`<sub>obj</sub>는 θ만큼의 비축 측정시 선명하도록 초점 재조정을 위해 대상물체(디스플레이)를 이동한(이동거리 △a) 위치(달라진 물체면)에서의 물체높이로서 알고 있는 값이고, h<sub>1</sub>은 C`D` = CA = l<sub>0</sub> * tanθ이고, h<sub>2</sub>는 h`_obj - h₁이므로 보정된 대상물체높이 h_obj는 이하의 수학식 4에 의해 구해질 수 있다.

[수학식 4]

따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 실측 물체높이 a*tanθ(왜곡된 상태)와, 앞서 언급한 방법에 의해 계산된 보정된 대상물체높이 h_obj를 통해 수학식 2의 상대적 왜곡을 산출할 수 있게 된다.

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.

1:대상물체(디스플레이)
2:이동된 대상물체
10:측정렌즈(가상현실 기기용 렌즈)
20:측정부

Claims (5)

1. 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡을 측정하기 위한 방법에 있어서,
   측정부를 회전시키기 위한 회전 스테이지의 회전 중심이 설계된 눈의 위치와 일치되도록 정렬하는 제1단계;
   측정부의 카메라에서 확인한 이미지의 중심이 대상물체 중앙 픽셀의 중심과 일치하도록 대상물체의 위치를 조정하는 제2단계;
   광원이미지를 대상물체에 주사하고, 광원인 픽셀이 카메라로 확인한 이미지의 중심에 나타나도록 측정부를 상기 설계된 눈의 위치 기준으로 회전하는 제3단계;
   대상물체 이동수단을 통해 대상물체의 위치를 앞뒤로 미세조정하면서 카메라로 확인한 이미지에서 광원의 밝기가 최대가 되는 지점을 찾는 제4단계;
   상기 제3단계와 상기 제4단계를 최대 시야각까지 대상물체의 이동거리 Δa, 측정부의 회전된 각도 θ를 기록하며 반복하는 제5단계;
   이동된 대상물체의 높이 h`<sub>obj</sub>를 측정하고, 상기 Δa, 상기 θ 및 상기 h`_obj를 기반으로 보정된 물체높이 h_obj를 계산하여, 하기의 수학식 2로부터 렌즈의 상대적 왜곡을 산출하는 제6단계를 포함하고,
   상기 제6단계에서,
   보정된 물체높이 h_obj를 계산하기 위해, 측정렌즈의 제1주점으로부터 설계된 눈의 위치(B)까지의 거리 l₀ 값을 산출하며, 상기 l₀ 값을 산출하기 위해 θ_d(측정렌즈 굴절각) 계산하는 단계를 더 포함하며,
   상기 θ_d는 측정부 회전각 θ을 고정하고 알고 있는 픽셀간격 △h만큼 떨어진 두 픽셀의 초점이 선명한 점 A`와 E`의 거리 △l을 측정하고 AD`E`와 A`D``E`이 닮은꼴임을 이용하여, △h과 △l을 통해 θ_d를 계산하며,
   C는 측정렌즈의 제1주점, C`는 광축과 대상물체면과 만나는 지점이며, A는 설계된 눈의 위치 기준으로 θ의 비축광선이 주요면과 만나는 점이고, D`는 점 A를 지나는 광축에 평행한 선과 대상물체면의 교차점, E`는 설계 눈의 위치(B) 기준으로 θ의 비축광선이 측정렌즈에 의해 굴절되어 대상물체와 만나는 점이고,
   D는 점 A를 지나는 광축에 평행한 선과 이동된 대상물체면의 교차점, A`는 설계 눈의 위치(B) 기준으로 θ의 비축광선이 측정렌즈에 의해 굴절되어 이동된 대상물체와 만나는 점, D``는 점 A`를 지나는 광축에 평행한 선과 대상물체면의 교차점인 것을 특징으로 하는 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡측정방법:
   [수학식 2]
   

   

   
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제6단계에서, 상기 θ, 및 상기 θ_d로부터 하기의 수학식 3에 의해 l₀를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡측정방법:
   [수학식 3]
   

   

   
   h₂는 DA`이고, (a-△a)tanθ<sub>d</sub>로부터 계산되며, h<sub>1</sub>는 C`D``- DA이고, h`_obj - h₂로부터 계산된다.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 θ을 변경해도 측정렌즈의 제1주점(C)으로부터 설계된 눈의 위치(B)까지의 거리 l₀는 변하지 않는 것을 특징으로 하는 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡측정방법.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제6단계는, 상기 h₁, h₂, h`_obj로부터 하기의 수학식 4를 통해 h_obj를 계산하여, 상대적 왜곡을 측정하는 것을 특징으로 하는 가상현실 기기용 렌즈의 왜곡측정방법:
   [수학식 4]
   

   

   
   상기 h₁은 C`D` = CA = l₀ * tanθ이고, h₂는 h`_obj - h₁이다.

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