KR102496841B1 - 편광 반사필름을 이용한 증강현실 광학장치 및 시스템 - Google Patents

Abstract

편광 반사필름을 이용한 증강현실 광학장치 및 시스템을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 착용자에 증강현실 영상을 전달하는 증강현실 광학장치에 있어서, 기 설정된 편광방향의 광은 반사시키되, 상기 기 설정된 편광방향 이외의 광은 투과시키는 편광 반사필름이 표면에 도포되어, 유입구로 유입되는 광 중 기 설정된 편광방향의 광을 상기 착용자의 안구로 반사시키는 광 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치를 제공한다.

Description

편광 반사필름을 이용한 증강현실 광학장치 및 시스템{Augmented Reality Optical Device and System Using Polarized Reflective Film}

본 발명은 편광 반사필름을 이용한 증강현실 광학장치 및 시스템에 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 착용자의 시야 전방에 영상을 출력하는데, 별도의 조작없이 영상을 출력하기에 출력되는 영상의 주변에 위치한 모든이들에게 노출되는 문제가 존재한다. 특히, 영상을 중심으로 시청자와 반대방향에 있는 이들에게도 영상이 노출되기에, 종래의 증강현실 시스템은 시청자의 사생활 보호가 미진한 측면이 있었다. 이 때문에, 종래의 증강현실 광학 장치 대신, 착용자의 안구에 장착되어 외부로부터 현실세계의 광이 유입되는 것은 차단하고 가상현실 영상만을 착용자에 제공하는 가상현실(Virtual Reality) 기기들의 개발과 판매가 활성화되는 상황이었다.

또한, 종래의 증강현실 시스템들은 착용자들에게 증강현실 영상을 제공하기 위해, 일정 부피 이상의 광학계를 사용하여 왔다. 사용되는 광학기기의 종류, 광학기기와 영상을 출력하는 구성과의 배치 및 광학기기가 착용자의 안구로 광을 반시시키기 위한 광학기기의 배치 등이 모두 고려되어야 하기에, 종래의 증강현실 시스템들은 부피가 커지는 불편함을 갖는다.

본 발명의 일 실시예는, 편광 반사필름을 이용하여 부피를 최소화한 증강현실 광학장치 및 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는, 증강현실 영상의 외부로의 노출을 최소화한 증강현실 광학장치 및 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 착용자에 증강현실 영상을 전달하는 증강현실 광학장치에 있어서, 기 설정된 편광방향의 광은 반사시키되, 상기 기 설정된 편광방향 이외의 광은 투과시키는 편광 반사필름이 표면에 도포되어, 유입구로 유입되는 광 중 기 설정된 편광방향의 광을 상기 착용자의 안구로 반사시키는 광 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광 가이드는 상기 유입구가 아닌 외부로부터 입사되는 광에 대해 상기 기 설정된 편광 방향의 광은 반사시키고, 상기 기 설정된 편광 방향의 광을 제외한 나머지 편광방향의 광은 투과시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광 가이드는 상기 유입구로 유입된 광이 상기 착용자의 안구로 반사될 수 있도록, 상기 편광 반사필름이 도포되지 않은 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 착용자에 장착되는 증강현실 광학시스템에 있어서, 기 설정된 편광방향을 가지며, 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 영상 출력부 및 기 설정된 편광방향의 광은 반사시키되, 상기 기 설정된 편광방향 이외의 광은 투과시키는 편광 반사필름이 표면에 도포되어, 유입구로 유입되는 광 중 기 설정된 편광방향의 광을 상기 착용자의 안구로 반사시키는 광 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학시스템을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광 가이드는 상기 유입구가 아닌 외부로부터 입사되는 광에 대해 상기 기 설정된 편광 방향의 광은 반사시키고, 상기 기 설정된 편광 방향의 광을 제외한 나머지 편광방향의 광은 투과시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광 가이드는 상기 유입구로 유입된 광이 상기 착용자의 안구로 반사될 수 있도록, 상기 편광 반사필름이 도포되지 않은 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 증강현실 영상을 착용자에게 전달하는 광학계의 부피를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 증강현실 영상의 외부로의 노출을 최소화여 착용자의 사생활을 보호할 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 광학계의 구성을 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.

이때, 증강현실 광학 시스템(100)은 크기가 최소화된 광학계(후술할 220)를 포함하기에, 작은 크기를 갖는다. 이에, 증강현실 광학 시스템(100)은 착용자의 착용과 사용에 있어, 착용과 무게로 인한 불편을 최소화할 수 있다. 또한, 증강현실 광학 시스템(100)은 외부로부터 입사하는 현실세계의 광의 광 손실은 최소화하면서, 증강현실 영상은 외부로의 노출을 최소화한 채 착용자에게 출력함으로써, 증강현실 영상이 착용자 이외의 다른 이에게 노출되는 것을 최소화한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 장치(100)는 영상 출력부(210), 광학계(220), 제어부(230) 및 전원부(240)를 포함한다.

영상 출력부(210)는 착용자(110)에게 제공할 증강현실 영상을 출력한다. 영상 출력부(210)는 증강현실 영상을 외부(미도시)의 구성으로부터 유선 또는 무선 통신으로 수신할 수 있으며, 수신한 영상을 광학계(220)로 출력한다. 영상 출력부(210)는 증강현실 영상을 출력함에 있어, 기 설정된 편광방향 만을 갖도록 출력한다. 영상 출력부(210)는 기 설정된 편광방향을 갖는 증강현실 영상을 출력함으로써, 광학계(220)를 따라 증강현실 영상이 착용자의 안구로 입사될 수 있도록 한다.

광학계(220)는 내부로 유입된 기 설정된 편광방향의 광은 반사시켜 착용자의 안구로 가이딩하고, 나머지 편광방향의 광은 투과시키는 광 가이드(후술할 330)를 포함한다. 광 가이드는 표면에 기 설정된 편광방향의 광만을 반사시키는 편광 반사필름(후술할 340)이 도포된다. 따라서, 광학계(2220)는 증강현실 장치(100) 외부에서 입사되는 현실세계의 광(실 물체에서 반사되는 광)은 통과시키되, 광 가이드로 입사되는 증강현실 영상은 착용자의 안구 방향으로 가이딩하여 착용자가 현실세계의 광과 증강현실 영상을 모두 인지할 수 있도록 한다. 이처럼, 광학계(220)는 편광방향으로 입사되는 광의 반사 또는 투과여부를 결정함으로써, 착용자(110)에게는 증강현실 영상과 현실세계의 광은 모두 제공하면서도, 광 가이드 내부로 입사된 증강현실 영상이 외부로 노출되는 것을 최소화할 수 있다. 광학계(220)에 대해서는 도 3을 참조하여 후술한다.

제어부(230)는 영상 출력부(210) 및 전원부(240)의 동작을 제어한다.

전원부(240)는 증강현실 장치(100) 내 각 구성에 각 구성이 동작할 수 있도록 하는 전원을 공급한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계의 구성을 도시한 도면이다.

영상 출력부(210)에서는 증강현실 영상에 대응되는 광을 광가이드(330)의 유입구(335)로 출력한다. 이때, 영상 출력부(210)는 자체적으로 기 설정된 편광방향의 광(예를 들어, 도 3에 도시된 것과 같이 상·하방향)을 출력할 수도 있고, 비편광된 광을 기 설정된 편광방향으로 변환하는 편광판(310)으로 조사할 수도 있다. 편광판(310)은 영상 출력부(210)가 광을 출력하는 방향으로의 전방에 배치되어, 영상 출력부(210)가 출력하는 비편광된 광을 기 설정된 편광방향으로 변환한다. 영상 출력부(210)는 (편광판(310)을 거쳐) 기 설정된 편광방향의 광을 광가이드(330)의 유입구(335)로 출력한다.

광학계(220)는 렌즈(320) 및 광가이드(330)를 포함한다.

렌즈(320)는 영상 출력부(210)로부터 출력된 광이 광가이드(330)의 유입구(335)를 벗어나지 않고 충분한 양이 입사될 수 있도록 한다. 렌즈(320)는 영상 출력부(210)와 광 가이드(330)의 유입구(335) 사이에 배치되어, 영상 출력부(210)로부터 출력되는 광을 광 가이드(330)의 유입구(335)로 포커싱한다. 렌즈(320)에 의해, 광 가이드(330)의 유입구(335)로 입사되지 못하는 광이 최소화된다.

광가이드(330)의 유입구(335)로 입사된 광은 광 가이드(330)를 따라 진행한다. 이때, 광 가이드(330)의 표면에는 편광 반사필름(340)이 도포된다. 편광 반사필름(340)은 기 설정된 편광방향의 광은 반사시키되, 나머지 편광방향의 광은 투과시키는 특성을 가진 필름으로서, 예를 들어, WGP(Wire Grid Polarizer) 등이 있다. 이와 같은, 편광 반사필름(340)이 광 가이드(330)의 표면에 도포된다. 편광 반사필름(340)이 표면에 도포됨으로써, 광 가이드(330)의 유입구(335)로 입사된 (증강현실 영상에 대응되는) 광은 편광 반사필름(340)에 의해 반사되며 광 가이드(330)를 따라 진행한다.

광 가이드(330)는 착용자의 안구(360)로 가이딩된 광을 출력할 유출구(350)를 포함하며, 유출구로 가이딩된 광들이 반사될 수 있도록 하는 반사부(345)를 포함한다.

반사부(345)는 유출구(350)와 착용자의 안구(360)가 형성하는 축 상에 형성되어, 착용자의 안구(360) 방향으로 기울어진 구조이다. 반사부(345)의 표면에도 마찬가지로 편광 반사필름(340)이 도포됨으로써, 광들이 광가이드(330)를 따라 반사부(345)로 가이딩되고, 반사부(3450)에서 유출구(350)를 거쳐 착용자의 안구(360)로 반사된다.

유출구(350)는 광가이드(330)로 유입된 광이 착용자의 안구(360)로 출력될 수 있도록 하는 구성으로서, 유출구(350)가 형성될 광가이드(330)의 표면에는 편광 반사필름(340)이 도포되지 않는다. 유출구(350)의 부분에 편광 반사필름(340)이 도포되지 않기 때문에, 광가이드(330)로 가이딩되어 반사부(345)에서 반사되는 광들이 유출구(350)를 거쳐 착용자의 안구(360)로 입사하게 된다. 전술한 대로, 반사부(345)는 유출구(350)와 착용자의 안구(360)가 형성하는 축 상에 형성되기에, 반사부(345)에서 반사되는 광들이 유출구(350)를 거치며 온전히 안구(360)로 입사할 수 있다.

유출구(350)는 핀홀 형태로 아주 작게 형성될 수 있다. 유출구(350)가 핀홀 형태로 형성될 경우, 착용자는 자신의 시력과 무관하게 증강현실 영상을 온전히 시청할 수 있다.

한편, 광가이드(330) 외부에서 사용자의 안구(360)로 입사되는 현실세계의 광은 표면에 편광 반사필름(340)이 도포된 광가이드(330)를 거치게 된다. 전술한 대로, 편광 반사필름(340)은 기 설정된 편광방향의 광만이 반사된다. 광가이드(330)의 외부에서 광가이드(330)로 입사하는 현실세계의 광은 외부에서 별도의 조작이 없는 한 특정 편광방향이 아닌 비편광 방향을 갖는다. 이와 같은 비편광 방향의 광이 광가이드(330)로 입사할 때, 편광 반사필름(340)을 거치며 기 설정된 편광방향의 광은 반사되고, 나머지 편광방향의 광들만이 편광 반사필름(340)을 투과한다. 이에, 광가이드(330) 외부에서 입사되는 현실세계의 광은 기 설정된 편광방향의 광 성분만이 편광 반사필름(340)에 의해 반사될 뿐, 나머지 성분은 모두 편광 반사필름(340)을 통과하여 광가이드(330)를 거치며 사용자 안구(360)로 입사되기에, 현실세계의 광의 광 손실은 최소화된다. 또한, 현실세계의 광에서 기 설정된 편광방향의 광 성분은 편광 반사필름(340)에 의해 제거되기 때문에, 현실세계의 광이 기 설정된 편광방향을 갖는 증강현실 영상과 간섭을 유발할 우려도 존재하지 않는다.

광가이드(330)는 렌즈의 형상과 같이, 전체적인 형상이 굴곡진 형상(미도시)을 가질 수 있으며, 광가이드(330) 내 매질이 렌즈파워를 갖도록 하는 매질로 구현될 수 있다. 착용자는 정상시를 가진 자일 수 있으나, 근시 또는 원시와 같이 정상시를 갖지 못한 자 일 수도 있다. 이처럼, 정상시를 갖지 못한 착용자도 별도로 시력을 보정하기 위한 광학기구(예를 들어, 안경)의 착용없이 증강현실 광학 시스템을 장착할 수 있도록, 광가이드(330)는 렌즈의 형상을 가지며, 렌즈파워를 갖도록 하는 매질로 구현될 수 있다. 광가이드(330)의 형상과 매질은 착용자의 시력에 따라 달라질 수 있다.

광학계(220)는 표면에 편광 반시필름이 도포된 광가이드(220) 만을 포함하면 된다. 또한, 광가이드(220)의 유입구(335)로 광을 출력하기만 하면 되어, 영상 출력부(210)와 광가이드(220)와의 배치관계에서 광가이드(220)와 일정 거리 이상을 확보해야 하는 등 별도의 제약이 발생하지도 않는다. 따라서, 광학계(220)의 크기 및 증강현실 광학 시스템(100) 전체의 크기는 아주 작아질 수 있다.

또한, 영상 출력부(210)에서 출력된 증강현실 영상은 광가이드(220)를 따라 반사되어 오로지 착용자의 안구로 입사되기에, 증강현실 영상의 외부로의 노출을 최소화할 수 있어 착용자의 사생활을 온전히 보호할 수 있다.

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: 증강현실 광학 시스템
210: 영상 출력부
220: 광학계
230: 제어부
240: 전원부
310: 편광판
320: 렌즈
330: 광가이드
335: 유입구
340: 편광 반사필름
345: 반사부
350: 유출구
360: 사용자의 안구

Claims (6)

1. 착용자에 증강현실 영상을 전달하는 증강현실 광학장치에 있어서,
   착용자에게 제공할 증강현실 영상을 기 설정된 편광방향을 갖도록 출력하는 영상 출력부;
   유입구, 유출구 및 상기 착용자의 안구가 형성하는 축 상에 형성되어 상기 착용자의 안구의 방향으로 기울어진 구조를 갖는 반사부를 포함하고, 상기 유입구로 상기 영상 출력부로부터 출력되는 증강현실 영상과 상기 증강현실 광학장치 외부에서 입사되는 광이 유입되고, 표면에 기 설정된 편광방향의 증강현실 영상과 광은 반사시키되 상기 기 설정된 편광방향 이외의 증강현실 영상과 광은 투과시키는 편광 반사필름이 도포되어, 상기 유입되는 증강현실 영상과 광 중 기 설정된 편광방향의 증강현실 영상과 광을 상기 착용자의 안구로 반사되도록 하는 광 가이드; 및
   상기 영상 출력부로부터 출력된 광이 상기 광 가이드의 유입구를 벗어나지 않도록, 상기 영상 출력부로부터 출력된 광을 상기 광 가이드의 유입구로 포커싱하는 렌즈를 포함하고,
   상기 광 가이드는 상기 반사부의 표면에 상기 편광 반사필름이 도포됨에 따라, 상기 유입구로 유입된 증강현실 영상과 광이 상기 광 가이드를 따라 상기 반사부로 가이딩되고, 상기 반사부에서 반사된 증강현실 영상과 광이 상기 유출구를 거쳐 상기 착용자의 안구로 입사되도록 하고,
   상기 유입구가 아닌 외부로부터 입사되는 광에 대해 상기 기 설정된 편광 방향의 광은 반사시키고, 상기 기 설정된 편광 방향의 광을 제외한 나머지 편광방향의 광은 투과시키고,
   상기 유입구로 유입된 광이 상기 착용자의 안구로 반사될 수 있도록, 상기 편광 반사필름이 도포되지 않은 영역을 포함하며,
   상기 영상 출력부는 기 설정된 편광방향의 광을 상기 광가이드의 유입구로 출력하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학장치.
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