KR102511062B1 - 증강현실 광학 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증강현실 광학 장치에 관한 것으로, 가상 영상을 제공하는 디스플레이, 디스플레이 광의 경로상에 경사지게 배치되는 빔 스플리터 및, 빔 스플리터와 외부 객체 사이에 배치되어, 빔 스플리터에서 반사된 디스플레이 광을 다시 관찰자에게 반사시키고, 외부 객체로부터의 광을 투과시키는 반투과 오목거울을 포함하며, 반투과 오목거울의 굴절률이 n이고, 외경과 내경이 두께(t)만큼 이격되어 형성될 때, 외경의 반지름(R1)과 내경의 반지름(R2)의 차이가
Figure 112020127599953-pat00006
이다.

Description

증강현실 광학 장치 {AUGMENTED REALITY OPTICAL APPARATUS}
본 발명은 가상영상과 실제 영상을 사용자에게 동시에 제공하는 증강현실 광학 장치에 관한 것이다.
종래의 버드배스(bithbath) 타입의 AR/MR 광학계는 관찰자가 가상영상과 입체 영상을 동시에 볼 수 있도록 하는 구조이다. 이때, 가상영상과 입체 영상을 동시에 볼 수 있도록 하는 외부 창으로서 오목 거울(CM: Concave Mirror)이 사용된다. 오목 거울의 안쪽면은 가상영상을 사용자가 볼 수 있도록 반투과 코팅이 형성되어 있고, 일정 두께 떨어진 외부면이 있다. 글래스 제조공정의 용이성(수율과 관련됨)에 따라 오목 거울의 일정크기 대비 최소두께가 결정된다.
이때, 가상영상의 형성 위치는 광학계의 설계에 따라 일정 깊이에 형성할 수 있으며, AR/MR 광학계는 실제 객체와 가상영상을 동시에 보게 됨에 따라 실제 객체의 깊이가 사용자에게 정확하게 인지되어야 한다. 이는, 의료분야 및 상호 인터랙션에 사용되는 AR/MR 광학계로 활용될 때 특히 중요하다.
이때, 오목 거울의 곡률 정보 및 그 두께에 따라 사용자에게 외부의 실제 객체의 깊이가 관찰자에게 다르게 인식된다.
통상적으로 버드배스(bithbath) 타입의 AR/MR 광학계는 단순하고 컴팩트하며 값싸게 제조할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 가상영상의 위치가 정면이 아닐 경우에는 중앙 위치에 형성되는 가상영상의 깊이와 다르게 된다. 이는 특히, 가상영상과 실물을 동시에 보면서 하는 작업에 있어서 문제가 된다.
종래 미국 등록특허공보(US 10,459,230) 및 미국 공개특허공보(US 2019/0197790)에는 버드배스 타입의 AR 장치를 개시하고 있으나, 오목 거울에 따른 가상영상의 깊이 왜곡 개선에 대한 언급이 없고, 관찰자의 주시 방향에 따른 가상영상의 깊이 보정에 대하여 고려하고 있지 않다.
즉, 기존의 버드배스 타입의 AR 장치는 실물의 인지 깊이와 실제 깊이의 불일치 문제 및 가상영상의 형성깊이가 관찰자의 응시 방향에 따라 관찰자에게 다르게 인식되는 문제가 있었다. 이러한 문제는 AR/MR 광학계의 응용분야로 생각되는 250mm 내지 1000mm의 근거리 실물과 가상영상을 동시에 보면서 인터랙션을 하는 경우에 있어서 심각한 문제를 야기한다.
따라서, 이와 같은 종래 기술의 버드배스 타입의 AR 장치를 개선하여 실물과 가상영상을 동시에 보면서 작업하는 관찰자에게 관찰자가 응시 깊이 또는 방향을 바꾸더라도 편안하게 최적의 가상영상과 실물을 동시에 보면서 작업할 수 있는 장치가 요구되는 실정이다.
미국 등록특허공보 US 10,459,230 미국 공개특허공보 US 2019/0197790
본 발명의 목적은 외부 실물의 깊이를 관찰자가 정확하게 인식하도록 실제 물체의 깊이 왜곡을 줄이고, 관찰자의 응시 정보에 따라 최적의 가상영상을 제공하는 증강현실 광학 장치를 제공함에 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 증강현실 광학 장치의 일 실시예는, 가상 영상을 제공하는 디스플레이, 상기 디스플레이 광의 경로상에 경사지게 배치되는 빔 스플리터 및, 상기 빔 스플리터와 외부 객체 사이에 배치되어, 상기 빔 스플리터에서 반사된 디스플레이 광을 다시 관찰자에게 반사시키고, 외부 객체로부터의 광을 투과시키는 반투과 오목거울을 포함하며, 상기 반투과 오목거울의 굴절률이 n이고, 외경과 내경이 두께(t)만큼 이격되어 형성될 때, 외경의 반지름(R1)과 내경의 반지름(R2)의 차이가
Figure 112020127599953-pat00001
이다.
바람직하게, 관찰자의 안구의 초점 깊이와 응시 각도 정보를 포함하는 응시 정보를 감지하고, 상기 응시 정보를 통해 가상영상 형성 깊이를 계산하는 안구 추적 모듈 및, 상기 가상영상 형성 깊이에 따라 상기 디스플레이 측 상기 반투과 오목거울의 일측 단부로부터 상기 디스플레이 사이의 이격거리(d)를 조절하는 디스플레이 조절부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 응시 정보에 대하여 일정한 가상영상 깊이를 형성하기 위한 상기 이격거리(d) 값을 저장하는 데이터 저장부를 더 포함하며, 상기 디스플레이 조절부는 상기 데이터 저장부로부터 상기 이격거리(d) 값 데이터를 수신하여 상기 안구 추적 모듈에 의해 측정된 상기 응시 정보에 따라 상기 이격거리(d)를 조절할 수 있다.
바람직하게, 상기 증강현실 광학 장치는 관찰자의 우안과 좌안에 대하여 각각 배치되고, 제1 증강현실 광학 장치의 제1 안구 추적 모듈은 관찰자의 우안의 제1 응시 정보를 감지하며, 제2 증강현실 광학 장치의 제2 안구 추적 모듈은 관찰자의 좌안의 제2 응시 정보를 감지할 수 있다.
바람직하게, 상기 이격거리(d)는 상기 제1 응시 정보에 따른 제1 이격거리(d1)와 상기 제2 응시 정보에 따른 제2 이격거리(d2)를 포함하며, 상기 디스플레이 조절부는 상기 제1 증강현실 광학 장치에 구비된 제1 디스플레이의 상기 제1 이격거리(d1)와 상기 제2 증강현실 광학 장치에 구비된 제2 디스플레이의 상기 제2 이격거리(d2)를 개별적으로 조절하여 가상 영상의 깊이 왜곡을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 오목 거울의 내외경의 반지름을 조정하여 관찰자가 외부 실물의 깊이를 정확하게 인식하도록 할 수 있고, 디스플레이와 광학계 사이의 거리를 조절하여 관찰자의 주시 깊이에 따른 가상정보 형성위치가 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 광학 장치를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 2는 도 1의 오목거울의 내외경 반지름 차이를 나타낸 그래프이다.
도 3a, 도 3b는 본 발명에 따른 오목거울의 필드(field)에 따른 스팟 반지름(spot radius)의 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 광학 장치의 가상영상 형성 깊이에 따라 디스플레이와 오목거울의 이격거리를 조절하는 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 도 4에 있어서 관찰자 안구에 실제 객체와 가상영상이 동시 관찰되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4에 있어서 디스플레이의 이격거리에 따른 최적 가상영상 형성 깊이를 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 4에 있어서 중심 및 측면을 응시하는 경우에 있어서 필드별로 안구의 망막상에 맺히는 실제 물체의 영상점이 회절 분해능 안에 들어오는 정도를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 필드에 따른 스팟 반지름 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9는 관찰자의 응시 방향을 측정하여 형성된 가상영상의 필드별로 관찰자의 응시 각도와 RMS 스팟 반지름 관계를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 증강현실 광학 장치에 있어서, 관찰자의 좌안과 우안에 대한 가상영상 형성 깊이에 따라 각 장치의 디스플레이와 반투과 오목거울의 이격거리를 개별적으로 조절하는 것을 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 광학 장치를 개략적으로 나타낸 측면도이다. 도 2는 도 1의 오목거울의 내외경 반지름 차이를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 증강현실 광학 장치는 디스플레이(10), 빔 스플리터(20), 및 오목거울(30)을 포함한다. 디스플레이(10)는 가상영상을 형성하여 관찰자에게 제공한다. 빔 스플리터(20)는 디스플레이에서 나오는 광의 경로상에 경사지게 배치된다. 빔 스플리터(20)는 디스플레이(10) 하부에서 관찰자와 관찰자가 주시하는 시야 내의 객체 사이에 배치되어, 디스플레이 광을 오목거울(30)로 반사시킨다. 오목거울(30)은 반투과 오목거울로 형성되어, 빔 스플리터(20)와 관찰자가 주시하는 시야 내의 객체 사이에 배치된다. 오목거울(30)은 빔 스플리터(20)에서 반사된 디스플레이 광을 다시 관찰자에게 반사시킨다.
이에 따라, 관찰자가 시야 내의 객체(1)를 증강현실 광학 장치를 통해 관찰할 때에는 오목거울(30)과 빔 스플리터(20)를 통해 들어오는 실 세계 객체(real world object)를 관찰할 수 있고, 아울러 디스플레이에 형성된 가상 영상은 빔 스플리터(20)를 지나 오목거울(30)의 내경에서 반사되어 관찰자의 안구에 들어와 망막 상에 초점이 맺혀진다(도 4 및 5에서 추후 설명함).
빔 스플리터(20)는 굴절능(refractive power)을 갖지 않으나, 반투과 오목거울(30)은 두께 t를 갖고 외경의 반지름(R1)과 내경의 반지름(R2)으로 이루어진 구면 렌즈의 형태를 갖는다. 반투과 오목거울(30)의 재질이 글래스인 경우에는 수율을 고려한 정밀 가공을 용이하게 하기 위해 반투과 오목거울(30)의 크기 대비 두께의 비를 1/10 이상으로 설계할 수 있다. 이 경우, 반투과 오목거울(30)의 크기가 30 내지 50mm인 경우에 t는 3 내지 5mm 이상이 된다.
본 발명에서는 반투과 오목거울(30)이 두께 t를 가질 때, 외부의 실제 객체의 깊이 인식 왜곡을 최소화할 수 있도록 반투과 오목거울(30)의 굴절능(k)이 0이 되는 반투과 오목거울(30)의 외경의 반지름(R1)과 내경의 반지름(R2)을 구체적으로 도출한다.
반투과 오목거울(30)의 광학 굴절능(optical refractive power)(k)가 0이 되는 조건은 다음과 같다.
두꺼운 렌즈(thick lens)의 광학 굴절능을 계산하기 위한 수식 (1):
Figure 112020127599953-pat00002
t=0이라면, 일반적인 얇은 렌즈(Thin Lens)의 공식과 같아진다.
k=0인 조건에서의 수식 (2):
Figure 112020127599953-pat00003
도 2와 상기 수식을 참조하면, 반투과 오목거울(30)의 외경의 반지름(R1)과 내경의 반지름(R2)의 차이(ΔR)는 반투과 오목거울(30)의 두께 t에 비례하여 선형 증가한다.
반투과 오목거울(30)이 예를 들어 N-BK7인 경우(굴절률 n=1.52)이고, 두께가 t= 4mm, 내경의 반지름(R2)이 R2= 49.6mm인 경우, 구체적 실시예는 다음과 같다.
외경의 반지름(R1)과 내경의 반지름(R2)이 같은 경우(R1= R2)에는 굴절능이 존재하여 최적 거리가 달라진다.
외경의 반지름(R1)과 내경의 반지름(R2)을 조절하여 굴절능을 0으로 만든 경우에는, 수식(2)를 적용하면,
Figure 112020127599953-pat00004
=1.368mm이 되어 R1= 50.968로 설정하면 된다. 실제로 광학 전산모사 툴을 최적화한 결과는 R1= 50.613mm로, 수식 (2)에 의해 계산된 결과와 0.7% 정도의 오차로 무시할 수 있는 정도의 차이이다.
도 3a, 도 3b는 본 발명에 따른 오목거울의 필드(field)에 따른 스팟 반지름(spot radius)의 결과를 나타낸 도면이다. 도 3a는 외경의 반지름(R1)과 내경의 반지름(R2)이 같은 경우이고, 도 3b는 상기 수식 (2)의 경우이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 관찰자 안구의 초점을 실제 물체에 맞추었을 경우에 본 발명에 의한 CM의 굴절능이 0가 되도록 보정한 경우 모든 필드에서 안구의 망막상에 맺히는 실제 물체의 영상점들이 회절 분해능(Airy Disk) 안에 들어오는 것을 알 수 있다. 이는, 화질저하 없이 실제 물체의 깊이가 정확히 안구에서 인식됨을 의미한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타내며, 필드(field) 범위는 수평방향으로 ±17.67도, 수직방향으로 ±10.27도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 광학 장치의 가상영상 형성 깊이에 따라 디스플레이와 오목거울의 이격거리를 조절하는 구성을 설명하기 위한 개략도이다. 도 5는 도 4에 있어서 관찰자 안구에 실제 객체와 가상영상이 동시 관찰되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 증강현실 광학 장치는 안구 추적 모듈(40), 디스플레이 조절부(50), 및 데이터 저장부(60)를 더 포함할 수 있다.
안구 추적 모듈(40)은 관찰자의 안구의 초점 깊이와 응시 각도 정보를 포함하는 응시 정보를 감지할 수 있다. 안구 추적 모듈(40)은 응시 정보를 통해 가상영상 형성 깊이를 계산할 수 있다. 응시 정보는 관찰자가 환경 영상(3)의 특정 포인트를 응시하는 경우, 관찰자의 안구의 초점 깊이와 응시 각도 정보를 포함하는 응시 정보이다.
디스플레이 조절부(50)는 가상영상 형성 깊이에 따라 디스플레이(10)와 가까운 반투과 오목거울(30)의 일측 단부로부터 디스플레이(10)와 평행하게 연장된 연장선과 디스플레이(10) 사이의 이격거리(d)를 조절할 수 있다.
디스플레이(10)에 형성된 가상영상은 디스플레이 광이 빔 스플리터(20)를 지나 반투과 오목거울(30)의 내경에서 반사되어 안구에 들어와 망막 상에 초점이 맺혀진다.
반투과 오목거울(30)의 내경의 반지름(R2)은 디스플레이(10)의 크기, 가상영상의 화각(FOV), 안구 거리(eye relief) 등을 고려한 광학 설계상 필요한 초점거리에 의해 결정된다. 이때, 광축과 일치하는(응시각도 0도) 가상영상을 기준으로 영상의 깊이는 디스플레이(10)의 이격거리(d)를 조절함으로써 조정할 수 있다.
데이터 저장부(60)는 관찰자의 상기 응시 정보에 대하여 일정한 가상영상 깊이를 형성하기 위한 이격거리(d) 값을 저장한다. 이는 룩업 테이블의 형태로 저장될 수 있다. 디스플레이 조절부(50)는 데이터 저장부(60)로부터 이격거리(d) 값 데이터를 수신하여 안구 추적 모듈(40)에 의해 측정된 관찰자의 응시 정보에 따라 디스플레이(10)의 이격거리(d)를 조절할 수 있다. 이때, 디스플레이 조절부(50)는 디스플레이(10)의 이격거리(d) 값에 따른 관찰자의 응시 정보 및 가상영상 깊이 정보를 포함하는 룩업 테이블을 제공받아, 이에 따라 디스플레이(10)의 이격거리(d)를 조절할 수 있다.
도 5를 참조하면, 관찰자의 동공(2)에는 실물 객체 광과 디스플레이 광이 중첩되어 수렴하면서 관찰자에게는 실제 영상(3)과 가상 영상(4)이 중첩된 영상이 보여진다. 관찰자의 주시 거리(eye gaging distance)(gd)에 따라 관찰자에게 보여지는 실제 영상(3)과 가상 영상(4)이 동공(2)에 수렴하는 지점이 달라질 수 있다.
도 6은 도 4에 있어서 디스플레이의 이격거리에 따른 최적 가상영상 형성 깊이를 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 관찰자가 정면을 응시할 경우 디스플레이(10)의 이격거리(d) 변화에 따라 최적 가상영상 형성 깊이가 디옵터(diopter) 단위로 선형으로 변화된다. 이 특성을 이용하여 디스플레이 조절부(50)는 데이터 저장부(60)로부터 관찰자의 응시깊이를 피드백 받아 가상영상의 깊이를 변경할 수 있다. 즉, 관찰자의 응시 깊이를 측정하면, 증강현실 광학 장치에서 응시 깊이에 해당하는 디스플레이 위치 값을 조절하되, 룩업 테이블의 데이터에 따라 디스플레이(10)의 이격거리(d) 값을 조정할 수 있다.
도 7은 도 4에 있어서 중심 및 측면을 응시하는 경우에 있어서 필드별로 안구의 망막상에 맺히는 실제 물체의 영상점이 회절 분해능 안에 들어오는 정도를 나타낸 도면이다. 도 8은 도 7의 필드에 따른 스팟 반지름 특성을 나타낸 그래프이다. 도 8의 (a)는 관찰자의 응시 각도와 RMS 스팟 반지름의 관계를 나타낸 그래프이며, 도 8의 (b)는 관찰자의 응시 각도에 따른 가상영상 형성 깊이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 안구의 응시 초점이 예를 들어 1.5D(667mm)에 맞추어져 있고, 가상영상의 중심을 디스플레이 위치를 조절하여 맞춘 경우에, 중심에서는 초점이 정확히 맞지만, 10도 이상의 필드의 영상은 화질이 크게 저하됨을 알 수 있다.
도 8의 (a)를 참조하면, 보통의 시력을 감안하여 RMS 스팟 반지름이 5μm 이내인 경우에는 영상의 화질 저하가 없는 필드 범위라 할 수 있고, 이에 따라 0도 내지 10도에 해당하는 필드 내의 영상은 영상에 관찰자가 정면으로 초점을 맞추더라도 초점 흐려짐이 발생하지 않는다고 할 수 있다.
도 8의 (b)를 참조하면, 가상영상의 필드에 따른 영상 흐려짐은 동일한 디스플레이 위치, 즉 디스플레이(10)의 이격거리(d)에서 만들어지는 가상영상의 깊이가 필드가 증가할수록 증가하는 경향이 있기 때문에 나타난다. 도 8의 (b)는 제로-필드(zero-field)에서 667mm(1.5D)에 초점이 맞는 디스플레이 위치에 고정한 경우로 필드가 15도 이상에 있어서는 가상영상 형성 깊이가 급격하게 증가됨을 알 수 있다.
도 9는 관찰자의 응시 방향을 측정하여 형성된 가상영상의 필드별로 관찰자의 응시 각도와 RMS 스팟 반지름 관계를 나타낸 도면이다. 도 9의 (a)은 제로-필드의 경우, 도 9의 (b)는 7도-필드의 경우, 도 9의 (c)는 14도-필드의 경우, 도 9의 (d)는 17도-필드의 경우를 각각 나타낸다.
도 9의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 증강현실 광학 장치는 안구 추적 모듈(40)이 관찰자의 응시 방향을 측정하여 디스플레이 조절부(50)에 관찰자의 응시 정보 데이터를 제공하고, 디스플레이 조절부(50)는 가상영상의 필드에 따라 동일 응시 깊이라 하더라도 디스플레이(10)의 위치, 즉 디스플레이(10)의 이격거리(d)를 조정하여 가상영상이 동일한 깊이에 항상 형성되도록 한다. 이때, 관찰자의 응시깊이는 1.5D(~667mm)에 고정하고, 관찰자의 최적 응시각도는 0도, 7도, 14도, 17도로 설정할 수 있다.
RMS 스팟 반지름이 회절에 의한 에어리 반지름(airy radius)보다 작은 범위를 화질 저하 없이 볼 수 있는 필드 영역으로 볼 때, 안구 특성을 고려하여 선명하게 볼 수 있는 영역을 응시각도 변화에도 유지할 수 있다. 안구의 중심와(fovea)는 망막상에서 시역이 가장 좋은 영역인데, 상기 선명하게 볼 수 있는 영역은 이 영역을 중심으로 하여 ±2.5도 범위에 해당한다. 응시 각도가 커질수록 각도 범위가 줄어들기는 하지만, 17도의 응시각도에서도 망막의 중심와 정도의 범위는 초점이 잘 맞는 영역으로 조정 가능하다.
본 발명에 따르면 양안의 가상영상의 응시되는 방향이 서로 다른 위치에 가상영상을 형성한 경우에 특히 유용하게 사용될 수 있다. 양안에서 왼쪽과 오른쪽이 서로 다른 시차영상을 제공할 때 두 영상의 깊이감의 차이가 발생할 경우 시차영상의 정합이 어려워지는 문제가 있기 때문이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 증강현실 광학 장치에 있어서, 관찰자의 좌안과 우안에 대한 가상영상 형성 깊이에 따라 각 장치의 디스플레이와 반투과 오목거울의 이격거리를 개별적으로 조절하는 것을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 실시예에 따른 증강현실 광학 장치는 상술한 증강현실 광학 장치를 복수개 포함할 수 있다. 복수의 증강현실 광학 장치는 관찰자의 우안과 좌안에 대하여 각각 배치되는 제1 증강현실 광학 장치(100) 및 제2 증강현실 광학 장치(200)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 증강현실 광학 장치(100, 200)에 각각 포함되는 디스플레이(110, 210), 빔 스플리터(120, 220), 및 반투과 오목거울(130, 230)에는 상술한 증강현실 광학 장치의 디스플레이(10), 빔 스플리터(20), 및 반투과 오목거울(30)의 상세 구성이 적용될 수 있다.
제1 증강현실 광학 장치(100)는 관찰자의 우안의 제1 응시 정보를 감지하는 제1 안구 추적 모듈(140)을 포함하며, 제2 증강현실 광학 장치(200)는 관찰자의 좌안의 제2 응시 정보를 감지하는 제2 안구 추적 모듈(240)을 포함할 수 있다.
제1 안구 추적 모듈(140)은 관찰자의 우안의 제1 응시 정보를 감지하며, 제2 안구 추적 모듈(240)은 관찰자의 좌안의 제2 응시 정보를 감지할 수 있다. 관찰자가 우안과 좌안을 통해 가상 이미지 포인트(p)를 응시하는 경우, 관찰자의 우안과 좌안의 각 동공(2-1, 2-2)에 상이 수렴하게 된다. 이 경우, 우안과 좌안 각각의 응시 정보가 제1 응시 정보 및 제2 응시 정보가 된다.
디스플레이(110, 210)의 이격거리(d)는 제1 응시 정보에 따른 제1 이격거리(d1)와 제2 응시 정보에 따른 제2 이격거리(d2)를 포함한다.
디스플레이 조절부(50)는 제1 증강현실 광학 장치(100)에 구비된 제1 디스플레이(110)의 제1 이격거리(d1)와 제2 증강현실 광학 장치(200)에 구비된 제2 디스플레이(210)의 제2 이격거리(d2)를 개별적으로 조절하여 가상 영상의 깊이 왜곡을 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 우안과 좌안의 가상영상의 영상점 응시각도가 광축으로부터 각각 θ1과 θ2이고 θ2> θ1인 경우, 우안과 좌안에 대하여 제1 디스플레이(110)의 제1 이격거리(d1)와 제2 디스플레이(210)의 제2 이격거리(d2)를 서로 다르게 조정할 수 있다. 이때, 제2 이격거리(d2)는 제1 이격거리(d1)보다 작은 값으로 설정될 수 있다.
이 분야의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.
10: 디스플레이 20: 빔 스플리터
30: 반투과 오목거울 40: 안구 추적 모듈
50: 디스플레이 조절부 60: 데이터 저장부
100: 제1 증강현실 광학 장치
110: 제1 디스플레이 140: 제1 안구 추적 모듈
200: 제2 증강현실 광학 장치
210: 제2 디스플레이 240: 제2 안구 추적 모듈
n: 반투과 오목거울의 굴절률
t: 반투과 오목거울의 두께
R1: 외경의 반지름 R2: 내경의 반지름
d: 디스플레이의 이격거리
d1: 제1 디스플레이의 제1 이격거리
d2: 제2 디스플레이의 제2 이격거리

Claims (5)

  1. 가상 영상을 제공하는 디스플레이;
    상기 디스플레이 광의 경로상에 경사지게 배치되는 빔 스플리터;
    상기 빔 스플리터와 외부 객체 사이에 배치되어, 상기 빔 스플리터에서 반사된 디스플레이 광을 다시 관찰자에게 반사시키고, 외부 객체로부터의 광을 투과시키는 반투과 오목거울- 상기 반투과 오목거울의 굴절률이 n이고, 외경과 내경이 두께(t)만큼 이격되어 형성될 때, 외경의 반지름(R1)과 내경의 반지름(R2)의 차이가
    Figure 112022107057581-pat00018
    임 -;
    관찰자가 실제 영상의 특정 포인트를 응시하는 경우의 관찰자의 안구의 초점 깊이와 응시 각도 정보를 포함하는 응시 정보를 감지하고, 상기 응시 정보를 통해 가상영상 형성 깊이를 계산하는 안구 추적 모듈;
    상기 가상영상 형성 깊이에 따라 상기 디스플레이 측 상기 반투과 오목거울의 일측 단부로부터 상기 디스플레이 사이의 이격거리(d)를 조절하는 디스플레이 조절부; 및
    상기 응시 정보에 대하여 일정한 가상영상 깊이를 형성하기 위한 상기 이격거리(d) 값을 저장하는 데이터 저장부를 포함하며,
    상기 디스플레이 조절부는 상기 데이터 저장부로부터 상기 이격거리(d) 값 데이터를 수신하여 상기 안구 추적 모듈에 의해 측정된 상기 응시 정보에 따라 상기 이격거리(d)를 조절하는 것을 특징으로 하는, 증강현실 광학 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 증강현실 광학 장치는 관찰자의 우안과 좌안에 대하여 각각 배치되고,
    제1 증강현실 광학 장치의 제1 안구 추적 모듈은 관찰자의 우안의 제1 응시 정보를 감지하며, 제2 증강현실 광학 장치의 제2 안구 추적 모듈은 관찰자의 좌안의 제2 응시 정보를 감지하는 것을 특징으로 하는, 증강현실 광학 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이격거리(d)는 상기 제1 응시 정보에 따른 제1 이격거리(d1)와 상기 제2 응시 정보에 따른 제2 이격거리(d2)를 포함하며,
    상기 디스플레이 조절부는 상기 제1 증강현실 광학 장치에 구비된 제1 디스플레이의 상기 제1 이격거리(d1)와 상기 제2 증강현실 광학 장치에 구비된 제2 디스플레이의 상기 제2 이격거리(d2)를 개별적으로 조절하여 가상 영상의 깊이 왜곡을 감소시키는 것은 특징으로 하는, 증강현실 광학 장치.
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