KR102561450B1 - 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수술 지원 영상을 제공하는 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치에 관한 것으로서, 글라스 프레임; 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 투명 디스플레이부; 상기 글라스 프레임에 고정되어 착용자의 눈 전방에 위치하고, 상기 투명 디스플레이부로부터 출력되는 광 및 현실세계(Real World)에서 입사하는 광 중 어느 하나는 반사시키고 나머지 하나는 통과시켜, 양 광을 상기 착용자의 안구로 진행시키는 광학계; 및 상기 글라스 프레임의 일측면에 부착되고, 저굴절율을 가지는 복수개의 투명한 반사방지 필름이 적층된 형태로 상기 광학계의 전면에 배치되어 낱개씩 탈착되도록 하는 오염방지층을 포함하는 것이다.

Description

오염물 제거가 가능한 증강현실 장치{Augmented reality device capable of removing contaminants}
본 발명은 오염 방지 기능을 갖는 증강 현실용 글라스 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
과거 초음파, CT, MRI와 같은 의료영상들은 주로 진단을 위해 사용되었고, 수술 중 필요한 경우 다시 영상을 조회하는 정도로 활용되었다. 하지만, 최근에는 영상유도수술 혹은 수술 내비게이션으로 일컫는 기술의 보급으로, 의료영상을 마치 여행 중에 지도를 보듯, 수술에 직접 활용하는 경우가 많아졌다.
증강현실을 사용하지 않는 기존의 수술 내비게이션의 경우, 문제점 중 하나는 수술 중 내비게이션 정보를 확인하고 싶을 때 수술 부위에서 시선을 돌려 내비게이션 화면을 바라보아야 한다는 것이다. 또는 별도의 인원이 내비게이션 화면을 확인하면서 집도의에게 구두로 설명을 해 주어야 한다. 비록 잠깐의 순간이지만 수술을 하면서 환부에서 시선을 돌려 다른 곳을 바라본다는 것은 바람직하지 않다.
만약 수술 부위에서 눈을 떼지 않고 부가적으로 수술 내비게이션 정보를 활용할 수 있다면 큰 장점이 될 수 있다. 증강현실 내비게이션은 수술 부위를 직접 보여주는 카메라 영상을 기본으로, 카메라 영상 위에 부가 정보를 표시하기 때문에 수술부위를 항상 관찰할 수 있는 장점이 있다. 특히 여러 내시경이나 수술 현미경을 사용하는 수술의 경우 카메라 화면을 보면서 수술을 진행하므로, 증강현실을 이용한 수술내비게이션의 장점을 살릴 수 있다. 내시경 화면, 또는 현미경 화면에 부가 정보로서 장기 안의 보이지 않는 혈관이나 신경을 3차원 그래픽으로 재구성하여 표시할 수 있다. 따라서 집도의가 수술 중에 내시경이나 현미경 화면에서 눈을 떼는 일 없이 기존 방식 그대로 수술을 계속할 수 있다.
또한, 항공기 및 복잡한 플렌트 정비 과정에서도 복잡한 도면을 증강 장치로 표시함으로서 도면을 일일이 찾아 비교하는 과정을 단순화하고, 복잡한 작업의 순서를 증강정보를 이용하여 작업의 편의성을 높이고 있다.
여기서, 증강현실(Augmented Reality, AR)은 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.
AR 기술이 적용된 스마트 글라스(Smart glass)는 무게감이나 장비의 복잡성으로 인해 사용자에게 피로감을 주던 HMD 등의 디바이스를 대신에 가볍고 이동이 용이한 안경 같은 소형 디바이스를 가리킨다. 이러한 스마트 글라스는 의료 분야처럼 무거운 HMD를 착용할 수 없는 특수한 환경에서 사용할 수 있는 디바이스로 각광받고 있다.
스마트 글라스를 이용한 수술 시스템은 투명 디스플레이가 적용된 스마트 글라스와 수술 내비게이션 시스템으로 구성되어, 수술 도구의 위치를 증강현실 시스템으로 표시하고, 환자의 의료 데이터를 기반으로 디지털 궤적을 수술 부위에 겹쳐서 필요한 지시나 정보를 제공하는 것이다.
이때, 스마트 글라스를 착용한 집도의가 수술하는 과정에서 혈액이나 식염수, 소독물, 기타 오염 물질들이 스마트 글라스에 부착되어 수술 시야를 방해하는 경우가 종종 있다. 종래에는 집도의가 착용한 스마트 글라스에 오염 물질이 묻게 되면 집도의를 스마트 글라스를 교체하거나, 집도의를 보조하는 의사나 간호사가 신속하게 스마트 글라스에서 오염 물질을 제거해야 했다.
그러나 환자의 생명 및 건강과 직결된 수술은 집도의 및 기타 수술 팀원들이 고도의 집중이 요구되는 상황에서 진행되므로, 수술 부위에서 시선을 함부로 뗄 수 없고, 환자의 상태를 면밀히 살피면서 수술에 집중해야 사고의 위험성을 줄일 수 있다. 따라서, 스마트 글라스를 이용한 수술 과정에서 스마트 글라스에 오염 물질이 묻어 수술 시야를 방해하는 상황은 매우 위험한 상황을 초래할 수 있으므로 신속한 대처가 필요하다.
또한, 복잡하고 방대한 정보를 이용하는 정비작업에 증강현실 장비를 사용할 때에도 각종 오염물질로 인한 시야방해로 작업의 연속성이 저하되고, 정비의 완결성이 저하되어, 각종 사고로 이어질 수 있으므로 신속한 대처를 필요로 한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 스마트 글라스 상에 오염물질이 부착될 경우 착용자가 쉽고 빠르게 오염물질을 제거할 수 있도록 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치를 제공하는 것에 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른, 수술 지원 영상을 제공하는 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치는, 글라스 프레임; 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 투명 디스플레이부; 상기 글라스 프레임에 고정되어 착용자의 눈 전방에 위치하고, 상기 투명 디스플레이부로부터 출력되는 광 및 현실세계(Real World)에서 입사하는 광 중 어느 하나는 반사시키고 나머지 하나는 통과시켜, 양 광을 상기 착용자의 안구로 진행시키는 광학계; 및 상기 글라스 프레임의 일측면에 부착되고, 저굴절율을 가지는 복수개의 투명한 반사방지 필름이 적층된 형태로 상기 광학계의 전면에 배치되어 낱개씩 탈착되도록 하는 오염방지층을 포함하는 것이다.
상기 광학계는, 현실세계에서의 광이 상기 광학계로 최초로 입사하는 위치와 상기 광학계로부터 상기 착용자의 안구로 광이 방출되는 위치에 각각 배치되어, 상기 광학계의 렌즈 파워를 가변시키는 시력 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 시력 조절부는, 오목렌즈 및 볼록렌즈를 포함할 수 있고, 상기 오목렌즈 및 볼록렌즈 중 어느 하나는 현실세계에서의 광이 상기 광학계로 최초로 입사하는 위치에 배치되며, 나머지 하나는 상기 광학계로부터 상기 착용자의 안구로 광이 방출되는 위치에 배치되는 것이다.
상기 시력 조절부는, 각 렌즈 간 간격을 가변시켜 상기 광학계의 렌즈 파워를 가변시키거나, 상기 오목렌즈 및 볼록렌즈 중 일부 또는 전부의 굴절률을 가변함으로써, 상기 광학계의 렌즈 파워를 가변시키는 것이다.
상기 오염 방지층에서 발생하는 렌즈 파워는 0 또는 O에 가까운 근사값을 갖도록 하여 광학적 성능 제로(Zero)형 광학 박막일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 지원 영상을 제공하는 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치는, 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 투명 디스플레이부; 글라스 프레임에 고정되어 착용자의 눈 전방에 위치하고, 상기 투명 디스플레이부로부터 출력되는 광 및 현실세계(Real World)에서 입사하는 광 중 어느 하나는 반사시키고 나머지 하나는 통과시켜, 양 광을 상기 착용자의 안구로 진행시키는 광학계; 상기 글라스 프레임의 일측면에 부착되고, 저굴절율을 가지는 복수개의 투명한 반사방지 필름이 적층된 형태로 상기 광학계의 전면에 배치되어 낱개씩 탈착되도록 하는 오염 방지층; 상기 착용자의 눈의 주시 방향과 동일한 주시 방향으로 영상을 촬영하도록 설치된 카메라부; 무선 통신을 통해 외부의 영상 처리 장치와 통신하는 통신부; 및 상기 투명 디스플레이부, 광학계, 카메라부 및 통신부의 기능 및 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것이다.
상기 영상 처리 장치는 상기 카메라부로부터 제공되는 영상과 실제 영상이 겹쳐지도록 위치 추출, 영상 변환, 영상 정합을 포함한 영상 처리 기능을 수행하고, 상기 제어부는, 상기 카메라부를 통해 촬영된 영상을 실시간으로 통신부를 통해 상기 영상 처리 장치로 전송하고, 상기 영상 처리 장치로부터 전송되어 통신부를 통해 수신되는 실시간 변환 영상을 상기 투명 디스플레이부에 표시되도록 하는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 스마트 글라스 상에 오염물질이 부착될 경우 착용자가 쉽고 빠르게 오염물질을 제거할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광학계의 렌즈 파워를 조정하여 착용자들의 다양한 시력 모두를 범용적으로 보정함으로써, 착용자가 현실세계 영상과 증강현실 영상 모두를 온전히 시청할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치의 오염방지층을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 오염 방지층을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치의 시력 조절부의 구성을 설명하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 ‘단말’은 휴대성 및 이동성이 보장된 무선 통신 장치일 수 있으며, 예를 들어 스마트 폰, 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수 있다. 또한, ‘단말’은 네트워크를 통해 다른 단말 또는 서버 등에 접속할 수 있는 PC 등의 유선 통신 장치인 것도 가능하다. 또한, 네트워크는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다.
무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication), 라이파이(LiFi) 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치의 구성을 설명하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치의 구성을 설명하는 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치의 오염 방지층을 설명하는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 오염 방지층을 설명하는 도면이다.
오염물 제거가 가능한 증강현실 장치(100)는 착용자가 착용 가능한 안경 형태로 마련되어 착용자가 현실세계의 광을 인식할 수 있도록 하면서 증강현실 영상을 제공한다. 즉, 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치(100)는 AR 글라스(100)로서, 글라스 프레임(110), 글라스 프레임(110)의 착용시 사람의 눈 전방에 위치하도록 글라스 프레임(110)에 고정되는 광학계(120)를 포함할 수 있다.
광학계(120)는 복수의 렌즈를 포함하며, 렌즈의 사이에 특정 편광방향의 광만을 반사시키는 투명 반사필름을 포함함으로써, 서로 다른 방향에서 입사하는 광을 반사시키거나 통과시켜 착용자의 안구방향으로 진행시킬 수 있다. 광학계(120)는 광학빔 스플리터 또는 (구면 또는 비구면) 미러 등의 광학구성을 포함할 수도 있다.
또한, 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치(100)는 투명 디스플레이부(140), 카메라부(130), 제어부(150) 및 통신부(150)를 포함한다.
투명 디스플레이부(140)는 투명한 재질로 마련되어 표면에 영상을 표시한다. 본 발명에서는 투명 디스플레이부(140)가 광학계(120) 전체로 구성되는 것을 예로 하나, 광학계(120)의 일부 영역에만 투명 디스플레이부(140)가 마련될 수 있음은 물론이다.
투명 디스플레이부(140)의 구성에 따라 수술을 시행하는 착용자(또는 집도의)가 AR 글라스(100)를 착용한 상태나 투명 디스플레이부(140)에 영상이 표시된 상태에서도 투명 디스플레이부(140)를 투과하여 들어오는 실제 영상, 즉 착용자의 눈으로 보는 실제 영상을 투명 디스플레이부(140)에 표시되는 영상과 함께 볼 수 있게 된다. 즉, 투명 디스플레이부(140)에 영상이 표시되는 경우, 투명 디스플레이부(140)에 표시된 영상이 실제 영상에 오버랩되어 표시되는 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 광학계(120)의 전면에는 오염 방지층(300)이 배치될 수 있다. 오염 방지층(300)은 복수개의 투명한 반사방지 필름(301)이 적층되어 낱개씩 탈착되도록 한다. 이러한 오염 방지층(300)은 박막 형태의 반사방지 필름이 일정한 두께(T1)로 여러 장 적층된 형태로서, 반사방지 필름 간에 일정한 접착력을 유지한 상태로 AR 글라스(100)의 일측에 형성된 부착수단(310)에 부착된다.
오염 방지층(300)은 수술중 AR 글라스(100)의 전면에 오염물이 부착되어 착용자의 시야가 가려질 경우에 착용자에 의해 낱개씩 탈착되어 폐기될 수 있다. 이때, 오염 방지층(300)을 일측에 각 반사방지 필름마다 착용자가 쉽게 손가락으로 잡아당길 수 있도록 외부로 돌출 형성되는 손잡이부(미도시)를 포함할 수 있다.
카메라부(130)는 AR 글라스(100)에 설치되어 영상을 촬영한다. 이러한 카메라부(130)는 AR 글라스(100)의 글라스 프레임(110)에 설치되는 것을 예로 하는데, AR 글라스(100)의 착용시 착용자의 눈의 주시 방향과 동일한 주시 방향으로 영상을 촬영하도록 설치된다. 이를 통해, 카메라부(130)에 의해 촬영된 영상의 경우, 착용자가 바라보는 실제 영상과 일치하게 된다.
통신부(150)는 무선 통신을 통해 영상 처리 장치(300)와 연결되는 것으로서, TCP/IP 기반의 Wi-fi 통신이나 블루투스 통신을 통해 영상 처리 장치(300)와 통신하는 것을 예로 하며, 이외에 다른 방식의 무선 통신이 적용 가능함은 물론이다.
제어부(150)는 투명 디스플레이부(140), 카메라부(130) 및 통신부(150)의 기능 및 동작을 제어할 수 있다. 이러한 제어부(150)는 카메라부(130)를 통해 촬영된 영상을 실시간으로 통신부(150)를 통해 영상 처리 장치(200)로 전송하고, 영상 처리 장치(200)로부터 전송되어 통신부(150)를 통해 수신되는 실시간 변환 영상을 투명 디스플레이부(140)에 표시하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치의 시력 조절부의 구성을 설명하는 도면이다.
오염물 제거가 가능한 증강현실 장치(100)는 광학계(120)의 렌즈 파워를 변이시켜 착용자의 시력을 보정할 수 있다. 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치(100)는 통상적인 인간의 모든 시력범위에 대해 보정함으로써, 어떠한 시력을 가진 착용자가 착용하더라도 시력을 보정하여 온전히 현실세계의 광과 증강현실 영상을 시청할 수 있도록 한다. 또한, 착용자가 온전한 영상의 시청을 위해 별도의 구성(예를 들어, 안경)을 추가로 착용할 필요가 없어, 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치(100)는 착용자와 일정한 거리를 가지며 착용되는 장치뿐만 아니라 안경형 디스플레이(EGD: Eye Glass-type Display)와 같이 착용자와 밀착되어 착용되는 장치로 구현될 수 있다.
이를 위해, 광학계(120)는 시력 조절부(125)를 더 포함할 수 있다. 시력 조절부(125)는 광학계(120)에 부착되거나 인접하게 배치되어, 광학계(120) 전체의 렌즈 파워를 조절한다. 시력 조절부(125)는 통상적인 인간의 모든 시력범위 내에서 착용자 모두에 온전하게 영상을 제공하고자, 입사되는 광을 분산시키는 오목렌즈(123) 및 입사되는 광을 포커싱하는 볼록렌즈(121) 일부 또는 전부를 포함한다.
오목렌즈(123)와 볼록렌즈(121)가 현실세계의 광이 광학계(120)로 최초로 입사하는 위치와 광학계(120)로부터 착용자의 안구(410)로 광이 방출되는 위치에 각각 배치되거나, 투명 디스플레이부(140)로부터 출력되는 영상이 광학계(120)로 최초로 입사하는 위치에 추가적으로 렌즈가 더 배치될 수 있다.
한편, 광학계(120)가 복수의 렌즈와 투명 반사필름으로 구현되는 경우, 시력 조절부(125)는 어느 하나의 렌즈만이 광학계(120) 및 착용자의 안구 사이에 배치될 수 있다. 시력 조절부(125) 내 각 렌즈는 제어부(150)의 제어에 따라 굴절률을 변화시키거나 렌즈 간 또는 광학계(120)와 렌즈 간 간격을 가변함으로써, 광학계(120)의 렌즈 파워를 가변시킨다. 이에, 착용자가 어떠한 시력 상태를 갖더라도 시력 조절부(125)는 광학계(120)의 렌즈 파워를 가변시켜, 현실세계에서의 광과 증강현실 영상에 대응되는 광이 착용자의 망막 상에 정확히 상을 맺도록 경로를 조절할 수 있다.
제어부(150)는 착용자로부터 경로 조절에 관한 입력을 받아, 시력 조절부(125)를 제어하여 광학계(120)의 렌즈파워를 조절한다. 가변되는 렌즈파워는 하기 수학식1에 의해 연산된다.
[수학식 1]
여기서, Φ는 (시력 조절부(125)를 포함한) 광학계 전체의 렌즈 파워를, Φ1은 오목렌즈(123) 또는 볼록렌즈(121) 중 어느 하나(광학계(120)가 투명 반사필름을 포함하는 경우에서는 광학계(120) 내 렌즈들)의 렌즈 파워를, Φ2는 나머지 하나(광학계(120)가 투명 반사필름을 포함하는 경우에서는 시력 조절부(125)의 렌즈)의 렌즈 파워를, n은 시력 조절부(125)를 구성하는 렌즈들 사이에 위치한 매질(광학계 또는 대기)의 굴절률을, d는 각 렌즈간 간격을, Δd는 렌즈의 위치 이동 거리를 의미한다.
광학계(120) 전체의 렌즈파워는 n, d/Δd 또는 Φ1/Φ2가 변함에 따라 변할 수 있다. 다만, 실질적으로 매질의 굴절률이 가변되기는 곤란하기에, 렌즈간 간격, 렌즈의 이동 거리 또는 각 렌즈들의 렌즈 파워가 가변함으로써 광학계 전체의 렌즈파워는 가변될 수 있다. 간격이나 거리는 렌즈가 직접 이동함으로써 가변할 수 있다, 각 렌즈가 LC(Liquid Crystal) 등 렌즈 파워를 가변할 수 있는 소재 또는 광학구성으로 구현됨으로써, 각 렌즈들의 렌즈 파워는 가변할 수 있다.
이러한 점을 참조하여, 제어부(150)는 시력 조절부(125) 내 간 간격(d)또는 일 렌즈의 (위치) 이동거리를 조절하거나, 일 렌즈 또는 양 렌즈의 렌즈 파워를 조절하여, 증강현실 영상의 초점거리를 가변한다. 특히, 제어부(150)는 착용자가 입력한 대로 양 렌즈간 간격(d)이나 일 렌즈의 (위치) 이동거리(Δd)를 조절하여, 착용자가 온전히 시청할 수 있도록 증강현실 영상과 현실세계의 광을 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.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 광학계(120) 및 시력 조절부(125)를 거쳐 증강현실 영상이 정상시를 가진 착용자의 안구(410)로 입사되는 모습을 살펴보면, 투명 디스플레이부(140)로부터 출력되는 증강현실 영상(광)은 일 방향에서, 현실세계의 광은 다른 방향에서 광학계(120)로 입사된다. 증강현실 영상은 광학계(120)를 거쳐 착용자의 안구 방향으로 반사되며, (광학계(120)로부터 착용자의 안구로 광이 방출되는 위치에 배치된) 오목렌즈(123)를 거쳐 착용자의 안구로 입사한다. 현실세계의 광은 (현실세계의 광이 광학계(120)로 최초로 입사하는 위치에 배치된) 볼록 렌즈(121)를 1차적으로 거친 후 광학계(120)로 입사하며, 오목렌즈(123)를 거쳐 착용자의 안구로 입사한다. 양 렌즈(121, 123)가 일정한 간격(d)을 두고 배치됨에 따라, 현실세계의 광이 양 렌즈를 거치며 온전히 착용자(410)의 망막 내에 포커싱될 수 있다.
광학계(120)의 렌즈간 간격(d)은 대개 2~3㎜이므로, 광학계(120)의 전면에 배치되는 오염 방지층(300)의 두께(T1)의 1~2㎜ 정도가 되는 것이 바람직하다. 오염 방지층(300)에 적층되는 반사방지 필름은 3~4장이 적층되면 대략 1㎜정도이므로, 한번에 3장~8장 정도의 반사방지 필름이 적층된 오염 방지층(300)이 AR 글라스(100)에 부착될 수 있다.
또한, 오염 방지층(300)의 반사 방지 필름은 굴절률이 1에 가까운 저굴절률의 박막 필름으로서, 오염 방지층(300)에서 발생되는 렌즈 파워(디옵터)는 '0' 또는 '0' 에 가까운 근사값을 갖도록 하여 광학적 성능 제로(Zero)형 광학 박막이다. 따라서, 오염 방지층(300)은 어떠한 광학적 역할도 하지 않으므로 시야 변화가 발생되지 않는다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 오염물 제거가 가능한 증강현실 장치
200 : 영상 처리 장치
300 : 오염 방지층
110 : 글라스 프레임
120 : 광학계
125: 시력 조절부
130 : 카메라부
140 : 투명 디스플레이부

Claims (9)

  1. 수술 지원 영상을 제공하는 오염물 제거가 가능한 AR 글라스에 있어서,
    글라스 프레임;
    증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 투명 디스플레이부;
    상기 글라스 프레임에 고정되어 착용자의 눈 전방에 위치하고, 상기 투명 디스플레이부로부터 출력되는 광 및 현실세계(Real World)에서 입사하는 광 중 어느 하나는 반사시키고 나머지 하나는 통과시켜, 양 광을 상기 착용자의 안구로 진행시키는 광학계;
    상기 글라스 프레임의 일측면에 부착되고, 저굴절율을 가지는 복수개의 투명한 반사방지 필름이 적층된 형태로 상기 광학계의 전면에 배치되어 낱개씩 탈착되도록 하며, 반사방지 필름 간에 기 설정된 접착력을 유지한 상태로 상기 AR 글라스의 일측에 형성된 부착수단에 부착되는 오염 방지층;
    상기 AR 글라스 착용자의 눈의 주시방향과 동일한 주시 방향으로 영상을 촬영하도록 상기 글라스 프레임에 설치되는 카메라부;
    상기 광학계에 부착되어 배치되어 광학계 전체의 렌즈 파워를 조절하고, 오목렌즈 및 볼록 렌즈를 포함하되 상기 오목렌즈 및 볼록 렌즈 중 어느 하나는 현실세계의 광이 상기 광학계로 최초로 입사하는 위치에, 나머지 하나는 상기 광학계로부터 착용자의 안구로 광이 방출되는 위치에 각각 배치되는 시력 조절부; 및
    착용자로부터 경로 조절에 관한 입력을 받아 상기 시력 조절부를 제어하여 상기 광학계의 렌즈 파워를 조절하는 제어부를 포함하며,
    상기 오염 방지층는 일측에 외부로 돌출 형성되는 손잡이부를 포함하여, 각 반사방지 필름마다 착용자가 잡아당길 수 있도록 하고, 상기 오염 방지층에서 발생하는 렌즈 파워는 0 또는 O으로부터 기 설정된 오차범위의 값을 갖도록 하여 광학적 성능 제로(Zero)형 광학 박막이며,
    상기 제어부는 하기 수식에 따라 상기 시력 조절부 내 렌즈간 간격 또는 일 렌즈의 이동거리를 조절하거나, 일렌즈 또는 양 렌즈의 렌즈 파워를 조절하여 증강현실 영상의 초점거리를 가변하는 것인, 오염물 제거가 가능한 AR 글라스.

    여기서, Φ는 상기 시력 조절부를 포함한 광학계 전체의 렌즈 파워를, Φ1은 상기 오목렌즈 또는 상기 볼록렌즈 중 어느 하나의 렌즈 파워를, Φ2는 상기 오목렌즈 또는 상기 볼록렌즈 중 나머지 하나의 렌즈 파워를, n은 상기 오목렌즈 또는 상기 볼록렌즈 사이에 위치한 매질의 굴절률을, d는 상기 오목렌즈 또는 상기 볼록렌즈 간 간격을, Δd는 렌즈의 위치 이동 거리를 의미함.


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