KR20210035555A - 증강 현실 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치 - Google Patents

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윤정근
최명조
곽규섭
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Abstract

본 개시에 따른 일 실시예는, 제1 영상을 생성하는 디스플레이 소자, 상기 제1 영상이 입사하는 제1 면, 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면을 통해 입사된 광을 상기 제2 면으로 출력시키고, 상기 제2 면을 통해 입사된 광은 상기 제1 면으로 출력시키는 광 결합부, 상기 광 결합부의 제2 면 쪽에 배치되어, 입사광 중 제1 편광의 광은 반사시키고 상기 제1 편광과 다른 제2 편광의 광은 투과시키는 반사형 편광자 및 상기 반사형 편광자에 의해 반사된 상기 제1 편광의 광의 진행 경로 상에 배치되고, 상기 제1 편광의 광에 대해서 가변되는 굴절력을 가지는 편광 선택적 가변 초점 렌즈를 포함하는 증강 현실 장치를 제공한다.

Description

증강 현실 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치{Augmented reality device and wearable device including the same}
본 개시의 기술적 사상은 증강 현실 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치에 관한 것이다.
증강 현실 기술은 사용자가 직접 보는 외부 환경의 영상과 가상 영상을 오버랩하여 하나의 영상을 형성하여 사용자에게 제공하는 기술을 의미한다. 증강 현실 기술을 활용한 증강 현실 장치(예를 들어, 스마트 글래스)는 정보 검색, 길 안내 및 사진 촬영 등의 일상 생활에서 유용하게 사용되고 있다. 특히, 스마트 글래스는 패션아이템으로도 활용되고, 실외 환경에서 사용되고 있다.
증강 현실 장치는 사용자에게 착용된 상태에서, 사용자의 눈과 인접하게 배치된 시스루 디스플레이를 통해 영상을 사용자에게 제공할 수 있다. 여기서, 영상은 사용자가 눈으로 직접 보는 물리적 환경 및 공간 내의 하나 이상의 현실 객체를 포함할 수 있다. 증강 현실 장치는 시스루 디스플레이를 통해 가상 영상을 사용자의 눈에 투사할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 시스루 디스플레이를 통해 현실 객체와 가상 영상을 동시에 볼 수 있다.
증강 현실 장치를 착용한 상태에서 시스루 디스플레이를 통해 가상 영상을 보는 경우, 사용자의 눈과 시스루 디스플레이 간의 거리와 양안 시차에 따라 현실 객체에 포커스되는 초점 거리가 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 가상 영상이 표시되는 초점 위치와 현실 객체의 초점위치가 일치하지 않고, 사용자에게 어지러움 또는 멀미 증상을 나타내는 문제가 있다. 이와 같은 문제를 수렴-조절 불일치(vergence-accommodation conflict; VAC)라고 한다. 이러한 문제는 가상 영상의 초점을 조절함으로써 해결할 수 있다.
가상 영상의 초점을 조절하는 방식으로서, 시스루 디스플레이에 복수의 렌즈를 마련하여 가상 영상에 대한 초점 조절을 수행하는 방식이 있다. 또한, 편광자를 이용하여 시스루 디스플레이를 통해 사용자의 눈에 전달되는 현실 객체 및 가상 영상의 편광을 분리한 뒤, 특정 편광에 대해서만 굴절력을 가지는 가변 초점 렌즈를 이용하여 가상 영상에 대한 초점 조절을 수행하는 방식이 있다.
그러나 복수의 렌즈를 이용하는 경우에는, 증강 현실 장치의 크기가 커질 수 있으며, 편광자 및 가변 초점 렌즈를 이용하는 경우에는 현실 객체와 가상 영상의 편광을 분리하는 것이 간단하지 않다는 문제가 있다.
본 개시의 예시적인 실시예에 따라 현실 객체의 빔과 가상 영상의 빔의 편광을 보다 용이하게 분리할 수 있는 증강 현실 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치를 제공하고자 한다.
본 개시의 예시적인 실시예는 와이어 그리드 편광자를 포함하는 증강 현실 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치를 제공하고자 한다.
본 개시의 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치를 이용하여 가상 영상에 대한 초점 조절을 수행하여 사용자의 어지러움 현상을 감소시키고자 한다.
일 실시예는,
제1 영상을 생성하는 디스플레이 소자, 상기 제1 영상이 입사하는 제1 면, 상기 제1 면과 대향하는 제2 면 을 포함하고, 상기 제1 면을 통해 입사된 광을 상기 제2 면으로 출력시키고, 상기 제2 면을 통해 입사된 광은 상기 제1 면으로 출력시키는 광 결합부, 상기 광 결합부의 제2 면 쪽에 배치되어, 입사광 중 제1 편광의 광은 반사시키고 상기 제1 편광과 다른 제2 편광의 광은 투과시키는 반사형 편광자 및 상기 반사형 편광자에 의해 반사된 상기 제1 편광의 광의 진행 경로 상에 배치되고, 상기 제1 편광의 광에 대해서 가변되는 굴절력을 가지는 편광 선택적 가변 초점 렌즈를 포함하는, 증강 현실 장치를 제공한다.
상기 광 결합부는 상기 반사형 편광자에 의해 반사된 제1 편광의 광과 상기 반사형 편광자에 의해 투과된 제2 편광의 광을 결합하여 사용자에게 제공할 수 있다.
상기 제1 편광의 편광축과 상기 제2 편광의 편광축은 서로 수직일 수 있다.
상기 반사형 편광자는 기판 및 상기 기판 상에 마련된 복수의 평행 전도성 와이어를 포함하는 와이어 그리드 편광자일 수 있다.
상기 평행 전도성 와이어는 금속 와이어를 포함할 수 있다.
상기 제1 편광의 광은 상기 가변 초점 렌즈에 대해 수직으로 입사할 수 있다.
상기 광 결합부는 상기 제1 면 또는 제2 면 상에 마련되어, 제1 면을 통해 입사한 광을 회절시켜 상기 광 결합부 내부에서 전반사하며 진행하도록하는 입력 격자를 포함할 수 있다.
상기 광 결합부는 상기 제1 면 또는 제2 면 상에 마련되어, 상기 광 결합부 내부에서 전반사하며 진행하는 광을 상기 광 결합부 외부로 출력하여 상기 반사형 편광자로 향하게 하는 출력 격자를 포함할 수 있다.
상기 가변 초점 렌즈는 전기적으로 가변되는 굴절력을 가지는 액정 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 가변 초점 렌즈는 상기 제2 편광의 광에 대해서는 굴절력을 가지지 않을 수 있다.
상기 증강 현실 장치의 상기 제1 편광의 광에 대한 굴절력은 0 디옵터 내지 4 디옵터 범위 내에 포함될 수 있다.
상기 가변 초점 렌즈는 상기 반사형 편광자 및 상기 광 결합부 사이에 마련될 수 있다.
상기 제1 영상의 생성을 위해 처리된 데이터에 기반한 신호를 상기 디스플레이 소자로 전송하는 프로세서를 더 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 가변 초점 렌즈에 인가되는 전압을 조절할 수 있다.
상기 광 결합부 및 상기 반사형 편광자는 상기 가변 초점 렌즈에 대해 기울어지도록 형성될 수 있다.
상기 가변 초점 렌즈는 상기 광 결합부의 상기 제1 면 쪽에 마련될 수 있다.
상기 반사형 편광자 및 상기 광 결합부는 상기 가변 초점 렌즈에 대해 기울어지도록 형성되고, 상기 광 결합부는 상기 제1 면을 통해 입사된 광을 상기 제1 면으로도 출력시킬 수 있다.
상기 반사형 편광자는 곡면을 포함할 수 있다.
상기 증강 현실 장치의 상기 제1 편광의 광에 대한 굴절력은 2 디옵터 내지 6 디옵터 범위 내에 포함될 수 있다.
상기 증강 현실 장치는 웨어러블 디바이스(wearable device)일 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치는 제1 편광의 광은 반사시키고, 제2 편광의 광은 투과시키는 와이어 그리드 편광자를 포함함으로써, 현실 객체의 빔과 가상 영상의 빔의 편광을 보다 용이하게 분리할 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치를 이용하여 가상 영상에 대한 초점 조절을 수행하여 사용자의 어지러움 현상을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치가 현실 객체 상에 가상 영상을 표시하는 모습을 간략하게 도시한 개념도이다.
도 2는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치의 구성을 간략하게 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 증강 현실 장치에 포함된 광 결합부의 구성을 간략하게 도시한 것이다.
도 4는 도 2의 증강 현실 장치에 포함된 반사형 편광자의 입사광의 편광 분리 원리를 간략하게 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 도 2의 증강 현실 장치에 포함된 반사형 편광자의 구성을 간략하게 도시한 것이다.
도 6은 본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치의 구성을 간략하게 도시한 것이다.
도 7은 본 개시의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치의 구성을 간략하게 도시한 것이다.
도 8은 본 개시의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치의 구성을 간략하게 도시한 것이다.
도 9는 본 개시의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치의 구성을 간략하게 도시한 것이다.
도 10은 본 개시의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치의 구성을 간략하게 도시한 블록도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 다양한 실시예에 따른 증강 현실 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치에 대해 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 식별 표시 구조물을 포함하는 전자 장치 및 이를 제조하는 방법은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치(1000)가 현실 객체(10) 상에 가상 영상(20)을 표시하는 모습을 간략하게 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 사용자(User)는 증강 현실 장치(1000)를 착용한 상태에서 현실 객체(10) 및 가상 영상(20)을 볼 수 있다. 가상 영상(20)은 증강 현실 장치(1000)의 디스플레이 소자(100, 도 2 참조)에 의해 생성된 가상의 영상으로서, 현실 객체(10)와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가상 영상(20)은 현실 객체(10)인 토스터기에 관한 명칭, 모델명 및 가격 정보를 포함하는 영상일 수 있다.
증강 현실 장치(1000)는 시스루 디스플레이(see-through display)(1100) 및 프레임(1200)을 포함할 수 있다. 사용자(User)는 시스루 디스플레이(1100)를 통해 현실 객체(10) 및 가상 영상(20)이 결합된 하나의 영상을 볼 수 있다. 시스루 디스플레이(1100)는 광 결합부(200), 반사형 편광자(300) 및 가변 초점 렌즈(400)를 포함할 수 있다. 프레임(1200)은 시스루 디스플레이(1100)를 지지하는 지지대일 수 있다. 예를 들어, 사용자(User)가 증강 현실 장치(1000)를 머리 부분에 장착하는 경우, 프레임(1200)은 안경의 다리와 같은 역할을 할 수 있다. 증강 현실 장치(1000)는 이외에도, 디스플레이 소자(100) 및 프로세서(500, 도 2 참조)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 프레임(1200) 내부에는 디스플레이 소자(100) 및 프로세서(500)가 마련될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 증강 현실 장치(1000)는 디스플레이 소자(100) 및 프로세서(500)가 마련될 수 있는 별도의 구성 요소를 더 포함할 수 있다.
사용자(User)가 증강 현실 장치(1000)를 착용한 경우, 광 결합부(200)는 시스루 디스플레이(1100) 내에서 사용자(User)의 눈에 인접한 위치에 배치되고, 반사형 편광자(300)는 현실 객체(10)와 인접한 위치에 배치될 수 있다. 가변 초점 렌즈(400)는 반사형 편광자(300) 및 광 결합부(200) 사이에 마련될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 가변 초점 렌즈(400)는 광 결합부(200)와 사용자 사이에 마련될 수 있다.
사용자(User)가 증강 현실 장치(1000)를 착용한 상태에서 시스루 디스플레이(1100)를 통해 가상 영상(20)을 보는 경우, 사용자(User)의 눈과 시스루 디스플레이(1100) 간의 거리와 양안 시차에 따라 현실 객체(10)에 포커스되는 초점 거리가 서로 다를 수 있다. 이 경우, 가상 영상(20)에 대한 초점을 조절하여, 사용자(User)의 눈과 시스루 디스플레이(1100) 간의 거리와 양안 시차에 따라 현실 객체(10)에 포커스되는 초점 거리가 동일해지도록 할 수 있다. 가상 영상(20)에 대한 초점을 조절하는 방법에 대해서는 도 2를 참조하여 후술한다. 사용자는 시스루 디스플레이(1100)를 통해 현실 객체(10)와 초점 조절된 가상 영상(20)이 결합된 하나의 영상을 볼 수 있다.
도 2는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치(1000)의 구성을 간략하게 도시한 것이다. 도 3은 도 2의 증강 현실 장치(1000)에 포함된 광 결합부(200)의 구성을 간략하게 도시한 것이다. 도 4는 도 2의 증강 현실 장치(1000)에 포함된 반사형 편광자(300)의 입사광의 편광 분리 원리를 간략하게 설명하기 위한 개념도이다. 도 5는 도 2의 증강 현실 장치(1000)에 포함된 반사형 편광자(300)의 구성을 간략하게 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 증강 현실 장치(1000)는 제1 영상을 생성하는 디스플레이 소자(100), 제1 영상이 입사하는 제1 면(200a, 도 3 참조), 제1 면(200a)과 대향하는 제2 면(200b)을 포함하고, 제1 면(200a)을 통해 입사된 광을 제2 면(200b)으로 출력시키고, 제2 면(200b)을 통해 입사된 광은 제1 면(200a)으로 출력시키는 광 결합부(200), 광 결합부(200)의 제2 면(200b) 쪽에 배치되어, 입사광 중 제1 편광(40)의 광은 반사시키고 제1 편광(40)과 다른 제2 편광(50)의 광은 투과시키는 반사형 편광자(300) 및 반사형 편광자(300)에 의해 반사된 제1 편광(40)의 광의 진행 경로 상에 배치되고, 제1 편광(40)의 광에 대해서 가변되는 굴절력을 가지는 편광 선택적 가변 초점 렌즈(400)를 포함할 수 있다. 제1 영상은 도 1을 참조하여 설명한 가상 영상(20)을 의미한다. 또한, 광 결합부(200), 반사형 편광자(300) 및 가변 초점 렌즈(400)가 시스루 디스플레이(1100)에 포함될 수 있음은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같다.
디스플레이 소자(100)는 제1 영상에 관한 정보에 따라 광을 변조하여, 제1 영상의 제1 광(L1)을 형성한다. 제1 영상은 2차원 영상 또는 3차원 영상일 수 있고, 3차원 영상은 홀로그램(hologram) 영상, 스테레오(stereo) 영상, 라이트 필드(light field) 영상, IP(integral photography) 영상 등일 수 있고 또한, 멀티 뷰(multi-view) 혹은 슈퍼 멀티뷰(super multi-view) 방식의 영상을 포함할 수 있다.
디스플레이 소자(100)는 제1 영상을 생성하여 광 결합부(200)의 입사면(200c)에 투사할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 소자(100)는 제1 영상의 제1 광(L1)을 입사면(200c)에 투사할 수 있고, 제1 광(L1)은 광 결합부(200) 내부에서 전반사될 수 있다. 제1 광(L1)의 일부는 전반사 과정에서 광 결합부(200) 외부로 출력될 수 있다. 제1 광(L1)이 광 결합부(200) 외부로 출력되는 원리에 대해서는 도 3을 참조하여 후술한다.
디스플레이 소자(100)는 예를 들어, LCoS(liquid crystal on silicon) 소자, LCD(liquid crystal display) 소자, OLED(organic light emitting diode) 디스플레이 소자, DMD(digital micromirror device)를 포함할 수 있고, 또한, Micro LED, QD(quantum dot) LED 등의 차세대 디스플레이 소자를 포함할 수 있다. 디스플레이 소자(100)는 양안에 대해 서로 다른 가상 영상을 투사하도록 복수 개로 구성될 수 있다.
광 결합부(200)는 투명 소재로 형성될 수 있다. 이에 따라, 광 결합부(200)는 반사형 편광자(300)로부터 반사된 제1 영상의 제1 광(L1)이 사용자의 눈(30)으로 전달되도록 제1 광(L1)을 투과시킬 수 있다. 또한, 광 결합부(200)는 증강 현실 장치(1000)의 외부로부터 제2 영상의 제2 광(L2)이 사용자의 눈(30)으로 전달되도록 제2 광(L2)을 투과시킬 수 있다. 제2 영상은 도 1을 참조하여 설명한 현실 객체(10)를 의미한다. 이처럼 광 결합부(200)는 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)을 투과시켜 사용자의 눈(30)에 동시에 전달되도록 할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 제1 영상 및 제2 영상이 결합된 하나의 영상을 볼 수 있다.
한편, 광 결합부(200)는 디스플레이 소자(100)로부터 투사된 제1 영상의 제1 광(L1)을 제2 면(200b)을 통해 출력시킬 수 있다. 이에 따라, 광 결합부(200)에서 출력된 제1 광(L1)은 광 결합부(200)의 제2 면(200b) 쪽에 마련된 반사형 편광자(300)를 향하여 진행할 수 있다. 도 3을 참조하면, 제1 광(L1)은 광 결합부(200) 내부에서 전반사하며 진행할 수 있다. 예를 들어, 광 결합부(200)는 제1 광(L1)이 전반사하며 진행할 수 있는 웨이브 가이드일 수 있다. 또한, 광 결합부(200)는 제2 면(200b) 상에 마련되어, 디스플레이 소자(100)로부터의 제1 광(L1)을 회절시켜 광 결합부(200) 내부에서 전반사하며 진행하게 하는 입력 격자(201)를 더 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 입력 격자(201)는 광 결합부(200)의 제1 면(200a)상에 마련될 수도 있다. 나아가, 광 결합부(200)는 제2 면(200b) 상에 마련되어, 광 결합부(200) 내부에서 전반사하며 진행하는 제1 광(L1)을 회절시켜 광 결합부(200) 외부로 출력시키는 출력 격자(202)를 더 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 출력 격자(202)는 광 결합부(200)의 제1 면(200a) 상에 마련될 수도 있다.
반사형 편광자(300)는 광 결합부(200)로부터의 입사광, 즉 제1 광(L1) 중 제1 편광(40)의 광을 반사시킬 수 있다. 반사형 편광자(300)에 의해 반사된 제1 편광(40)의 광은 가변 초점 렌즈(400)에 대해 수직으로 입사할 수 있다. 또한, 반사형 편광자(300)는 증강 현실 장치(1000)의 외부로부터의 입사광, 즉 제2 광(L2) 중 제2 편광(50)의 광을 투과시킬 수 있다. 제1 편광의 편광축과 제2 편광의 편광축은 서로 수직일 수 있다. 반사형 편광자(300)에 의해 반사된 제1 편광(40)의 제1 광(L1) 및 반사형 편광자(300)를 투과한 제2 편광(50)의 제2 광(L2)은 모두 광 결합부(200)를 향해 진행할 수 있다.
도 4을 참조하면, 반사형 편광자(300)는 제1 편광(40) 및 제2 편광(50)의 입사광(Li) 중 제1 편광(40)의 광은 반사시키고, 제2 편광(50)의 광은 투과시킬 수 있다. 이에 따라, 반사형 편광자(300)로 입사하는 입사광(Li)은 제1 편광(40)의 반사광(Lr)과 제2 편광(50)의 투과광(Lt)으로 나뉠 수 있다. 도 4에서는 입사광(Li)이 제1 편광(40) 및 제2 편광(50)의 광만을 가지는 것으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 입사광(Li)은 무수히 많은 방향의 편광을 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 반사형 편광자(300)는 기판(301) 및 기판(301) 상에 마련된 복수의 평행 전도성 와이어(302)를 포함하는 와이어 그리드 편광자일 수 있다. 평행 전도성 와이어(302)는 어레이 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 평행 전도성 와이어(302)는 금속 와이어를 포함할 수 있다. 제1 편광(40) 및 제2 편광(50)을 가지는 입사광(Li)이 반사형 편광자(300)에 의해 제1 편광(40)의 반사광(Lr) 및 제2 편광(50)의 투과광(Lt)로 나뉠 수 있음은 도 4를 참조하여 설명한 바와 같다.
가변 초점 렌즈(400)는 특정 편광의 광에 대해서만 가변되는 굴절력을 가질 수 있다. 예를 들어, 가변 초점 렌즈(400)는 제1 편광(40)의 광에 대해서만 가변되는 굴절력을 가질 수 있다. 이 경우, 증강 현실 장치(1000)의 제1 편광(40)에 대한 굴절력은 0 디옵터 내지 4 디옵터 범위 내에 포함될 수 있다. 반면에, 가변 초점 렌즈(400)는 제 2 편광(50)의 제2 광(L2)에 대해서는 굴절력을 가지지 않을 수 있다. 이에 따라, 가변 초점 렌즈(400)로 입사하는 제1 광(L1) 및 제2 광(L2) 중, 제1 편광(40)의 제1 광(L1)에 대해서만 초점 조절이 이루어질 수 있다. 제2 광(L2)은 가변 초점 렌즈(400)에 의해 초점 조절되지 않고 투과될 수 있다. 가변 초점 렌즈(400)는 예를 들어, 전기적으로 가변되는 굴절력을 가지는 액정 렌즈를 포함할 수 있다. 액정 렌즈(electrically tunable Liquid Crystal lens)는 액정 분자(liquid crystal molecule)를 포함함으로써, 전기적 구동 신호에 따라 초점을 변경할 수 있다. 따라서, 가변 초점 렌즈(400)에 인가되는 전압을 조절하여 가변 초점 렌즈(400)의 굴절력을 변화시킬 수 있다.
한편, 가변 초점 렌즈(400)는 반사형 편광자(300)에 의해 반사된 제1 편광(40)의 광의 진행 경로 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 가변 초점 렌즈(400)는 광 결합부(200) 및 반사형 편광자(300) 사이에 마련될 수 있다. 이 경우, 광 결합부(200)로부터의 제1 광(L1)은 반사형 편광자(300)에 의해 반사되기 전에 한 번, 반사형 편광자(300)에 의해 반사된 후에 한 번, 총 두 번 가변 초점 렌즈(400)를 지나갈 수 있다. 이에 따라, 제1 광(L1)에 대한 가변 초점 렌즈(400)의 초점 조절은 두 번에 걸쳐 일어날 수 있다. 이와 달리, 가변 초점 렌즈(400)는 반사형 편광자(300)를 투과한 제2 편광(50)의 제2 광(L2)에 대해서 초점 조절을 수행하지 않을 수 있다. 초점 조절된 제1 광(L1) 및 초점 조절되지 않은 제2 광(L2)은 동시에 광 결합부(200)를 향해 진행 할 수 있다. 이에 따라, 광 결합부(200)는 반사형 편광자(300)에 의해 반사된 제1 편광(40)의 광과 반사형 편광자(300)에 의해 투과된 제2 편광(50)의 광을 결합하여 사용자에게 제공할 수 있다. 다시 말해, 초점 조절된 제1 영상의 제1 광(L1)과 초점 조절되지 않은 제2 영상의 제2 광(L2)이 광 결합부(200)를 투과하여 사용자의 눈(30)을 향해 진행할 수 있다.
증강 현실 장치(1000)는 제1 영상 즉, 가상 영상(20, 도 1 참조)의 생성을 위해 처리된 데이터에 기반한 신호를 디스플레이 소자(100)로 전송하는 프로세서(500)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(500)는 사용자가 바라보는 제2 영상 즉, 현실 객체(10, 도 1 참조)에 대응되는 가상 영상(20)에 관한 정보를 실시간으로 처리하고, 이에 기반한 신호를 디스플레이 소자(100)로 전송할 수 있다. 디스플레이 소자(100)는 프로세서(500)로부터의 신호에 기반하여 가상 영상(20)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(500)가 현실 객체(10)를 인식하고, 이에 맞는 적절한 제1 영상(20)을 형성하는 데에 필요한 정보를 처리하여 신호를 형성하고, 이 신호를 디스플레이 소자(100)로 전송할 수 있다. 증강 현실 장치(1000)는 프로세서(500)가 현실 객체(10)를 인식하는 데 도움이 되는 카메라 또는 깊이 카메라 등의 추가적인 장비를 더 포함할 수 있다.
또한, 프로세서(500)는 가변 초점 렌즈(400)에 인가되는 전압을 조절할 수 있다. 가변 초점 렌즈(400)에 인가되는 전압이 조절됨에 따라, 제1 편광(40)의 제1 광(L1)에 대한 가변 초점 렌즈(400)의 굴절력이 변할 수 있다. 다시 말해, 프로세서(500)는 가변 초점 렌즈(400)에 인가되는 전압을 조절함으로써, 가상 영상(20)의 제1 광(L1)에 대한 초점 거리를 조절할 수 있다.
도 6은 본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치(1010)의 구성을 간략하게 도시한 것이다. 도 6을 설명함에 있어, 도 2와 중복되는 내용은 생략한다. 예를 들어, 디스플레이 소자(110), 광 결합부(210), 반사형 편광자(310) 가변 초점 렌즈(410) 및 프로세서(510)는 도 2의 디스플레이 소자(100), 광 결합부(200), 반사형 편광자(300) 가변 초점 렌즈(400) 및 프로세서(500)와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 6을 참조하면, 증강 현실 장치(1010)는 제1 영상을 생성하는 디스플레이 소자(110), 제1 영상이 입사하는 제1 면(210a), 제1 면(210a)과 대향하는 제2 면(210b)을 포함하고, 제1 면(210a)을 통해 입사된 광을 제2 면(210b)으로 출력시키고, 제2 면(210b)을 통해 입사된 광은 제1 면(210a)으로 출력시키는 광 결합부(210), 광 결합부(210)의 제2 면(210b) 쪽에 배치되어, 입사광 중 제1 편광(41)의 광은 반사시키고 제1 편광(41)과 다른 제2 편광(51)의 광은 투과시키는 반사형 편광자(310) 및 반사형 편광자(310)에 의해 반사된 제1 편광(41)의 광의 진행 경로 상에 배치되고, 제1 편광(41)의 광에 대해서 가변되는 굴절력을 가지는 편광 선택적 가변 초점 렌즈(410)를 포함할 수 있다.
가변 초점 렌즈(410)는 광 결합부(210) 및 반사형 편광자(310) 사이에 마련될 수 있다. 나아가, 광 결합부(210) 및 반사형 편광자(310)는 가변 초점 렌즈(410)에 대해 기울어지도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 광 결합부(210)의 제2 면(210b)으로부터 방출되는 제1 광(L3)은 가변 초점 렌즈(410)의 법선(61)에 대해 소정의 각도만큼 기울어진 상태로 입사할 수 있다. 가변 초점 렌즈(410)는 제1 광(L3)에 대해 1차 초점 조절을 수행할 수 있다. 반사형 편광자(310)는 가변 초점 렌즈(410)에 의해 1차 초점 조절된 제1 광(L3) 중 제1 편광(41)의 광을 반사시킬 수 있다. 반사형 편광자(310)에 의해 반사된 제1 편광(41)의 광은 가변 초점 렌즈(410)에 대해 수직으로 입사할 수 있다. 가변 초점 렌즈(410)는 반사형 편광자(310)에 의해 반사된 제1 편광(41)의 광에 대해 2차 초점 조절을 수행할 수 있다. 가변 초점 렌즈(410)에 의해 2차 초점 조절된 제1 편광(41)의 광은 광 결합부(210)를 투과할 수 있다.
증강 현실 장치(1010)의 외부로부터의 제2 광(L4)은 가변 초점 렌즈(410)에 대해 기울어지도록 형성된 반사형 편광자(310)로 입사할 수 있다. 반사형 편광자(310)는 제2 광(L4) 중 제2 편광(51)의 광을 투과시킬 수 있다. 반사형 편광자(310)를 투과한 제2 광(L4)은 가변 초점 렌즈(410) 및 광 결합부(210)를 차례대로 투과할 수 있다. 가변 초점 렌즈(410)는 제2 편광(51)의 제2 광(L4)에 대해서는 초점 조절을 수행하지 않을 수 있다.
이와 같이, 광 결합부(210)를 투과한 제1 편광(41)의 광 및 제2 편광(51)의 광은 사용자의 눈(31)을 향하여 진행할 수 있다.
도 7은 본 개시의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치(1020)의 구성을 간략하게 도시한 것이다. 도 7을 설명함에 있어, 도 2와 중복되는 내용은 생략한다. 예를 들어, 디스플레이 소자(120), 광 결합부(220), 반사형 편광자(320) 가변 초점 렌즈(420) 및 프로세서(520)는 도 2의 디스플레이 소자(100), 광 결합부(200), 반사형 편광자(300) 가변 초점 렌즈(400) 및 프로세서(500)와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 7을 참조하면, 증강 현실 장치(1020)는 제1 영상을 생성하는 디스플레이 소자(120), 제1 영상이 입사하는 제1 면(220a), 제1 면(220a)과 대향하는 제2 면(220b)을 포함하고, 제1 면(220a)을 통해 입사된 광을 제2 면(220b)으로 출력시키며, 제2 면(220b)을 통해 입사된 광은 제1 면(220a)으로 출력시키는 광 결합부(220), 광 결합부(220)의 제2 면(220b) 쪽에 배치되어, 입사광 중 제1 편광(42)의 광은 반사시키고 제1 편광(42)과 다른 제2 편광(52)의 광은 투과시키는 반사형 편광자(320) 및 반사형 편광자(320)에 의해 반사된 제1 편광(42)의 광의 진행 경로 상에 배치되고, 제1 편광(42)의 광에 대해서 가변되는 굴절력을 가지는 편광 선택적 가변 초점 렌즈(420)를 포함할 수 있다.
가변 초점 렌즈(420)는 광 결합부(220)의 제1 면(220a) 쪽에 마련될 수 있다. 반사형 편광자(320)는 광 결합부(220)의 제2 면(220b)으로부터 방출되는 제1 광(L5) 중 제1 편광(42)의 광을 반사시킬 수 있다. 반사된 제1 편광(42)의 광은 광 결합부(220) 및 가변 초점 렌즈(420)를 차례대로 투과할 수 있다. 가변 초점 렌즈(420)는 제1 편광(42)의 광에 대해 초점 조절을 수행할 수 있다.
증강 현실 장치(1020)의 외부로부터의 제2 광(L6)은 반사형 편광자(320)로 입사할 수 있다. 반사형 편광자(320)는 제2 광(L6) 중 제2 편광(52)의 광을 투과시킬 수 있다. 반사형 편광자(320)를 투과한 제2 광(L6)은 광 결합부(220) 및 가변 초점 렌즈(420)를 차례대로 투과할 수 있다. 가변 초점 렌즈(420)는 제2 편광(52)의 제2 광(L6)에 대해서는 초점 조절을 수행하지 않을 수 있다.
이와 같이, 광 결합부(210) 및 가변 초점 렌즈(420)를 차례대로 투과한 제1 편광(42)의 광 및 제2 편광(52)의 광은 사용자의 눈(32)을 향하여 진행할 수 있다.
도 8는 본 개시의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치의 구성을 간략하게 도시한 것이다. 도 8을 설명함에 있어, 도 2와 중복되는 내용은 생략한다. 예를 들어, 디스플레이 소자(130), 광 결합부(230), 반사형 편광자(330) 가변 초점 렌즈(430) 및 프로세서(530)는 도 2의 디스플레이 소자(100), 광 결합부(200), 반사형 편광자(300) 가변 초점 렌즈(400) 및 프로세서(500)와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 8을 참조하면, 증강 현실 장치(1030)는 제1 영상을 생성하는 디스플레이 소자(130), 제1 영상이 입사하는 제1 면(230a), 제1 면(230a)과 대향하는 제2 면(230b)을 포함하고, 제1 면(230a)을 통해 입사된 광을 제2 면(230b)으로 출력시키며, 제2 면(230b)을 통해 입사된 광은 제1 면(230a)으로 출력시키는 광 결합부(230), 광 결합부(230)의 제2 면(230b) 쪽에 배치되어, 입사광 중 제1 편광(43)의 광은 반사시키고 제1 편광(43)과 다른 제2 편광(53)의 광은 투과시키는 반사형 편광자(330) 및 반사형 편광자(330)에 의해 반사된 제1 편광(43)의 광의 진행 경로 상에 배치되고, 제1 편광(43)의 광에 대해서 가변되는 굴절력을 가지는 편광 선택적 가변 초점 렌즈(430)를 포함할 수 있다.
도 8의 증강 현실 장치(1030)는 도 7의 증강 현실 장치(1020)와 비교하여, 광 결합부(230) 및 반사형 편광자(330)가 가변 초점 렌즈(430)에 대해 기울어지도록 형성된 것을 제외하면 실질적으로 동일할 수 있다.
예를 들어, 가변 초점 렌즈(430)는 광 결합부(230)의 제1 면(230a) 쪽에 마련될 수 있다. 또한, 광 결합부(230) 및 반사형 편광자(330)는 가변 초점 렌즈(430)에 대해 기울어지도록 형성될 수 있다. 광 결합부(230) 및 반사형 편광자(330)의 가변 초점 렌즈(430)에 대한 기울어진 각도는 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 광 결합부(230)의 제2 면(230b)으로부터 방출되는 제1 광(L7)은 반사형 편광자(330)의 법선(63)에 대해 소정의 각도만큼 기울어진 상태로 입사할 수 있다. 또한, 광 결합부(230)는 제1 면(230a)으로도 제1 광(L7)을 출력시킬 수 있다. 반사형 편광자(330)는 광 결합부(230)의 제2 면(230b)으로부터 방출되는 제1 광(L7) 중 제1 편광(43)의 광을 반사시킬 수 있다. 반사된 제1 편광(43)의 광은 광 결합부(230) 및 가변 초점 렌즈(430)를 차례대로 투과할 수 있다. 가변 초점 렌즈(430)는 제1 편광(43)의 광에 대해 초점 조절을 수행할 수 있다.
증강 현실 장치(1030)의 외부로부터의 제2 광(L8)은 반사형 편광자(330)로 입사할 수 있다. 반사형 편광자(330)는 제2 광(L8) 중 제2 편광(53)의 광을 투과시킬 수 있다. 반사형 편광자(330)를 투과한 제2 광(L2)은 광 결합부(230) 및 가변 초점 렌즈(430)를 차례대로 투과할 수 있다. 가변 초점 렌즈(430)는 제2 편광(53)의 제2 광(L8)에 대해서는 초점 조절을 수행하지 않을 수 있다.
이와 같이, 광 결합부(230) 및 가변 초점 렌즈(430)를 차례대로 투과한 제1 편광(43)의 제1 광(L7) 및 제2 편광(53)의 제2 광(L8)은 사용자의 눈(33)을 향하여 진행할 수 있다.
도 9는 본 개시의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치(1040)의 구성을 간략하게 도시한 것이다. 도 9를 설명함에 있어, 도 2와 중복되는 내용은 생략한다. 예를 들어, 디스플레이 소자(140), 광 결합부(240), 반사형 편광자(340) 가변 초점 렌즈(440) 및 프로세서(540)는 도 2의 디스플레이 소자(100), 광 결합부(200), 반사형 편광자(300) 가변 초점 렌즈(400) 및 프로세서(500)와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 9를 참조하면, 증강 현실 장치(1040)는 제1 영상을 생성하는 디스플레이 소자(140), 제1 영상이 입사하는 제1 면(240a), 제1 면(240a)과 대향하는 제2 면(240b)을 포함하고, 제1 면(240a)을 통해 입사된 광을 제2 면(240b)으로 출력시키고, 제2 면(240b)을 통해 입사된 광은 제1 면(240a)으로 출력시키는 광 결합부(240), 광 결합부(240)의 제2 면(240b) 쪽에 배치되어, 입사광 중 제1 편광(44)의 광은 반사시키고 제1 편광(44)과 다른 제2 편광(54)의 광은 투과시키는 반사형 편광자(340) 및 반사형 편광자(340)에 의해 반사된 제1 편광(44)의 광의 진행 경로 상에 배치되고, 제1 편광(44)의 광에 대해서 가변되는 굴절력을 가지는 편광 선택적 가변 초점 렌즈(440)를 포함할 수 있다.
반사형 편광자(340)는 광 결합부(240)로부터의 입사광, 즉 제1 광(L9) 중 제1 편광(44)의 광을 반사시킬 수 있다. 반사형 편광자(340)는 곡면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사형 편광자(340)는 광 결합부(240)으로부터의 제1 광(L9)에 대해 볼록한 면을 가질 수 있다. 이에 따라, 반사형 편광자(340)는 제1 광(L9)을 입사 방향과 나란하지 않은 방향으로 반사시켜 사용자의 눈(34)쪽 방향으로 진행하게 할 수 있다. 다시 말해, 곡면을 가지는 반사형 편광자(340)는 제1 광(L9)에 대해 초점 조절을 수행할 수 있다. 이 경우, 반사된 제1 광(L9)은 눈(34)을 향해 발산하며 진행할 수 있다. 또한, 반사형 편광자(340)는 증강 현실 장치(1040)의 외부로부터의 제2 광(L10)에 대해 오목한 면을 가질 수도 있다. 이 경우, 반사된 제1 광(L9)은 눈(34)을 향해 수렴하며 진행할 수 있다.
가변 초점 렌즈(440)는 광 결합부(240) 및 반사형 편광자(340) 사이에 마련될 수 있다. 이 경우, 가변 초점 렌즈(440)는 광 결합부(240)로부터의 제1 광(L9)의 대해 1차 초점 조절을 수행할 수 있다. 전술한 바와 같이, 반사형 편광자(340)는 가변 초점 렌즈(440)에 의해 1차 초점 조절된 제1 광(L9) 중 제1 편광(44)의 광을 반사시킴과 동시에, 제1 편광(44)의 광에 대해 초점 조절을 수행할 수 있다. 이러한 반사형 편광자(340)에 의한 초점 조절을 2차 초점 조절이라 할 수 있다. 반사형 편광자(340)에 의해 반사된 제1 편광(44)의 광은 가변 초점 렌즈(410)에 대해 수직으로 입사할 수 있다. 가변 초점 렌즈(440)는 반사형 편광자(340)에 의해 반사된 제1 편광(44)의 광에 대해 3차 초점 조절을 수행할 수 있다. 가변 초점 렌즈(440)에 의해 3차 초점 조절된 제1 편광(44)의 광은 광 결합부(240)를 투과할 수 있다. 이처럼 증강 현실 장치(1040)는 제1 편광(44)의 광에 대해 세 번에 걸친 초점 조절을 수행할 수 있다. 이에 따라, 증강 현실 장치(1040)의 제1 편광(44)의 광에 대한 굴절력은 2 디옵터 내지 6 디옵터 범위 내에 포함될 수 있다.
증강 현실 장치(1040)의 외부로부터의 제2 광(L10)은 반사형 편광자(310)로 입사할 수 있다. 반사형 편광자(340)는 제2 광(L10) 중 제2 편광(54)의 광을 투과시킬 수 있다. 반사형 편광자(340)를 투과한 제2 광(L10)은 가변 초점 렌즈(440) 및 광 결합부(240)를 차례대로 투과할 수 있다. 가변 초점 렌즈(440)는 제2 편광(54)의 제2 광(L10)에 대해서는 초점 조절을 수행하지 않을 수 있다.
이와 같이, 광 결합부(240)를 투과한 제1 편광(44)의 광 및 제2 편광(54)의 광은 사용자의 눈(34)을 향하여 진행할 수 있다.
도 10은 본 개시의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 증강 현실 장치(2000)의 구성을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 10을 참조하면, 증강 현실 장치(2000)는 디스플레이 소자(2100), 광 결합부(2200), 반사형 편광자(2300), 가변 초점 렌즈(2400), 프로세서(2500), 메모리(2600), 통신 모듈(2700) 및 아이 트래킹 유닛(2800)을 포함할 수 있다. 증강 현실 장치(2000)는 통신 모듈(2700)을 통해 모바일 장치(3000)와 통신을 할 수 있다. 이러한 증강 현실 장치(2000)는 웨어러블 디바이스(예를 들어, 스마트 글래스)일 수 있다.
디스플레이 소자(2100), 광 결합부(2200), 반사형 편광자(2300), 가변 초점 렌즈(2400) 및 프로세서(2500)는 각각 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 디스플레이 소자(100, 110, 120, 130, 140), 광 결합부(200, 210, 220, 230, 240), 반사형 편광자(300, 310, 320, 330, 340), 가변 초점 렌즈(400, 410, 420, 430, 440) 및 프로세서(500, 510, 520, 530, 540)와 실질적으로 동일할 수 있다.
프로세서(2500)는 메모리(2600)에 저장된 프로그램의 하나 이상의 명령어들(instructions)을 실행함으로써, 증강 현실 장치(2000)가 수행하는 전반적인 기능 및/또는 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(2500)는 산술, 로직 및 입출력 연산과 시그널 프로세싱을 수행하는 하드웨어 구성 요소를 포함할 수 있다. 프로세서가 제1 영상(20, 도 1참조)을 형성하는 데에 필요한 신호를 형성하고, 가변 초점 렌즈(2400)에 대한 인가 전압을 조절할 수 있음은 도 2를 참조하여 설명한 바와 같다.
프로세서(2500)는 예를 들어, 중앙 처리 장치(Central Processing Unit), 마이크로 프로세서(microprocessor), 그래픽 프로세서(Graphic Processing Unit), ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), 및 FPGAs(Field Programmable Gate Arrays) 중 적어도 하나의 하드웨어를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
메모리(2600)는 하나 이상의 명령어들을 포함하는 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(2600)는 예를 들어, 플래시 메모리 타입(flash memory type), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.
통신 모듈(2700)은 증강 현실 장치(2000)와 모바일 장치(3000) 간의 데이터 통신을 수행할 수 있다. 증강 현실 장치(2000)는 통신 모듈(2700)을 통해 모바일 장치(3000)와 무선으로 연결될 수 있다.
통신 모듈(2700)은 무선 랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 지그비(zigbee), WFD(Wi-Fi Direct), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), BLE (Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication), 와이브로(Wireless Broadband Internet, Wibro), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access, WiMAX), SWAP(Shared Wireless Access Protocol), 와이기그(Wireless Gigabit Allicance, WiGig) 및 RF 통신을 포함하는 데이터 통신 방식 중 적어도 하나를 이용하여 증강 현실 장치(2000)와 모바일 장치(3000) 간의 데이터 통신을 수행할 수 있다.
아이 트래킹 유닛(2800)은 사용자의 눈의 위치 및 방향을 추적함으로써, 사용자의 시선 방향을 나타내는 시선 벡터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 아이 트래킹 유닛(2800)은 적외선의 각막 반사를 이용하여 시선 방향을 검출하는 기술을 이용하여 사용자의 시선 벡터를 획득할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 아이 트래킹 유닛(2800)은 컴퓨터 비전 기술을 이용하여, 눈동자의 이미지를 획득하고, 획득된 이미지를 이용하여 눈동자의 위치 변화를 추적할 수 있다. 아이 트래킹 유닛(2800)은 눈동자의 위치 변화를 이용하여 시선 벡터를 획득할 수 있다. 아이 트래킹 유닛(2800)은 획득한 시선 벡터를 프로세서(2500)에 제공할 수 있다.
증강 현실 장치(2000)는 사용자가 바라보는 물리적 환경 또는 공간을 촬영하여 비디오 및 정지 영상을 획득할 수 있는 카메라(미도시)를 더 포함할 수 있다. 카메라는 획득된 비디오 데이터 및 정지 영상 데이터를 프로세서(2500)로 전송할 수 있다.
또한, 증강 현실 장치(2000)는 사용자가 바라보는 현실 객체의 깊이 값을 측정하는 깊이 카메라(미도시)를 더 포함할 수 있다. 깊이 카메라는 물리적 공간 또는 환경을 촬영하고, 물리적 공간 또는 환경 내에 배치되는 현실 객체의 깊이 값을 포함하는 깊이 영상을 획득할 수 있다. 깊이 영상은 촬영된 장면의 2차원 픽셀 영역을 포함하는데, 여기서 2차원 픽셀 영역 내 각 픽셀이 예를 들어, 센티미터(cm), 밀리미터(mm) 등으로 깊이 카메라를 이용하여 촬영된 장면 내 현실 객체의 거리와 같은 깊이 값을 나타낼 수 있다. 깊이 카메라는 예를 들어, 스테레오(Stereo-type), ToF(Time-Of-Flight), 및 구조화된 패턴(Structured Pattern) 중 어느 하나를 이용하는 방식으로 3차원 깊이 값을 측정할 수 있다. 예를 들어, 깊이 카메라는 현실 객체에 관한 깊이 이미지를 촬영하는데 사용할 수 있는 RGB 카메라, 적외선 광 컴포넌트, 및 3차원 카메라를 포함할 수 있다. 깊이 카메라는 현실 객체에 관한 깊이 값을 포함하는 깊이 영상을 프로세서(2500)에 전송할 수 있다. 프로세서(2500)는 깊이 카메라로부터 수신한 깊이 영상으로부터 현실 객체의 깊이 값을 획득하고, 획득된 깊이 값에 기초하여 가상 영상이 현실 객체 주변에 가상으로 표시되도록 가변 초점 렌즈(2400)의 굴절률을 조절할 수 있다. 프로세서(2500)는 가변 초점 렌즈(2400)의 굴절률을 조절함으로써 사용자가 바라보는 현실 객체의 깊이 값에 기초하여 가상 영상이 가상으로 표시되는 초점 거리를 조절할 수 있다.
모바일 장치(3000)는 증강 현실 장치(2000)를 착용하고 있는 사용자에 의해 조작될 수 있다. 모바일 장치(3000)는 사용자 주변의 물리적 공간 또는 환경을 카메라를 통해 촬영하여 현실 객체 이미지를 획득할 수 있다. 모바일 장치(3000)는 GPS 센서와 같은 위치 센서를 이용하여 사용자의 위치에 관한 정보를 획득할 수 있다. 모바일 장치(3000)는 현실 객체에 관한 정보를 이용하여 가상 영상을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 모바일 장치(3000)는 깊이 카메라를 포함하고, 이를 이용하여 현실 객체의 깊이 값 정보를 획득할 수 있다.
프로세서(2500)는 통신 모듈(2700)을 제어하고, 통신 모듈(2700)을 통해 모바일 장치(3000)로부터 사용자의 위치 정보, 현실 객체 정보 및 현실 객체의 깊이 값 정보 중 적어도 하나를 수신할 수 있다. 프로세서(2500)는 수신된 사용자의 위치 정보 및 현실 객체 정보에 기초한 가상 영상을 광 결합부(2200)에 투사하도록 디스플레이 소자(2100)를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 증강 현실 장치(2000)는 통신 모듈(2700)을 이용하여 모바일 장치(3000)에 의해 생성된 가상 영상을 모바일 장치(3000)으로부터 수신할 수 있다. 프로세서(2500)는 수신된 가상 영상을 광 결합부(2200)를 향하여 투사하도록 디스플레이 소자(2100)를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 증강 현실 장치(2000)는 통신 모듈(2700)을 이용하여 모바일 장치(3000)로부터 현실 객체의 깊이 값 정보를 수신할 수 있다. 프로세서(2500)는 모바일 장치(3000)로부터 수신한 깊이 값에 기초한 가상 영상이 현실 객체 주변에 가상으로 표시되도록 가변 초점 렌즈(2400)의 굴절률을 조절할 수 있다. 이에 따라, 프로세서(2500)는 가변 초점 렌즈(2400)의 굴절률을 조절함으로써, 사용자가 바라보는 현실 객체의 깊이 값에 기초하여 가상 영상이 가상으로 표시되는 초점 거리를 조절할 수 있다.
본 개시에서 설명된 증강 현실 장치(2000)는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 증강 현실 장치(2000)는 ALU(arithmetic logic unit), ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), 마이크로컴퓨터, 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.
소프트웨어는, 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는, 예를 들어 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD; Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
상술한 증강 현실 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시에 따른 증강 현실 장치 및 이를 포함하는 웨어러블 장치의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
1000, 1010, 1020, 1030, 1040, 2000: 증강 현실 장치
1100: 시스루 디스플레이
1200: 프레임
10: 현실 객체
20: 가상 영상
30, 31, 32, 33, 34: 눈
40, 41, 42, 43, 44: 제1 편광
50, 51, 52, 53, 54: 제2 편광
100, 110, 120, 130, 140, 2100: 디스플레이 소자
200, 210, 220, 230, 240, 2200: 광 결합부
201: 출력 격자
200c: 입사면
200a, 210a, 220a, 230a, 240a: 제1 면
200b, 210b, 220b, 230b, 240b: 제2 면
300, 310, 320, 330, 340, 2300: 반사형 편광자
301: 기판
302: 전도성 와이어
400, 410, 420, 430, 440, 2400: 가변 초점 렌즈
500, 510, 520, 530, 540, 2500: 프로세서
2600: 메모리
2700: 통신 모듈
2800: 아이 트래킹 유닛
3000: 모바일 장치

Claims (20)

  1. 제1 영상을 생성하는 디스플레이 소자;
    상기 제1 영상이 입사하는 제1 면, 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면을 통해 입사된 광을 상기 제2 면으로 출력시키고, 상기 제2 면을 통해 입사된 광은 상기 제1 면으로 출력시키는 광 결합부;
    상기 광 결합부의 제2 면 쪽에 배치되어, 입사광 중 제1 편광의 광은 반사시키고 상기 제1 편광과 다른 제2 편광의 광은 투과시키는 반사형 편광자; 및
    상기 반사형 편광자에 의해 반사된 상기 제1 편광의 광의 진행 경로 상에 배치되고, 상기 제1 편광의 광에 대해서 가변되는 굴절력을 가지는 편광 선택적 가변 초점 렌즈; 를 포함하는, 증강 현실 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광 결합부는 상기 반사형 편광자에 의해 반사된 제1 편광의 광과 상기 반사형 편광자에 의해 투과된 제2 편광의 광을 결합하여 사용자에게 제공하는, 증강 현실 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 편광의 편광축과 상기 제2 편광의 편광축은 서로 수직인, 증강 현실 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 반사형 편광자는 기판 및 상기 기판 상에 마련된 복수의 평행 전도성 와이어를 포함하는 와이어 그리드 편광자인, 증강 현실 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 평행 전도성 와이어는 금속 와이어를 포함하는, 증강 현실 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 편광의 광은 상기 가변 초점 렌즈에 대해 수직으로 입사하는, 증강 현실 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 광 결합부는 상기 제1 면 또는 제2 면 상에 마련되어, 상기 제1 면을 통해 입사한 광을 회절시켜 상기 광 결합부 내부에서 전반사하며 진행하도록 하는 입력 격자를 포함하는, 증강 현실 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 광 결합부는 상기 제1 면 또는 제2 면 상에 마련되어, 상기 광 결합부 내부에서 전반사하며 진행하는 광을 상기 광 결합부 외부로 출력하여 상기 반사형 편광자로 향하게 하는 출력 격자를 포함하는, 증강 현실 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 가변 초점 렌즈는 전기적으로 가변되는 굴절력을 가지는 액정 렌즈를 포함하는, 증강 현실 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 가변 초점 렌즈는 상기 제2 편광의 광에 대해서는 굴절력을 가지지 않는, 증강 현실 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 증강 현실 장치의 상기 제1 편광의 광에 대한 굴절력은 0 디옵터 내지 4 디옵터 범위 내에 포함되는, 증강 현실 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 가변 초점 렌즈는 상기 반사형 편광자 및 상기 광 결합부 사이에 마련되는, 증강 현실 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 영상의 생성을 위해 처리된 데이터에 기반한 신호를 상기 디스플레이 소자로 전송하는 프로세서를 더 포함하는, 증강 현실 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 가변 초점 렌즈에 인가되는 전압을 조절하는 프로세서를 더 포함하는, 증강 현실 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 광 결합부 및 상기 반사형 편광자는 상기 가변 초점 렌즈에 대해 기울어지도록 형성된, 증강 현실 장치.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 가변 초점 렌즈는 상기 광 결합부의 상기 제1 면 쪽에 마련되는, 증강 현실 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 반사형 편광자 및 상기 광 결합부는 상기 가변 초점 렌즈에 대해 기울어지도록 형성되고,
    상기 광 결합부는 상기 제1 면을 통해 입사된 광을 상기 제1 면으로도 출력시키는, 증강 현실 장치.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 반사형 편광자는 곡면을 포함하는, 증강 현실 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 증강 현실 장치의 상기 제1 편광의 광에 대한 굴절력은 2 디옵터 내지 6 디옵터 범위 내에 포함되는, 증강 현실 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증강 현실 장치는 웨어러블 디바이스(wearable device)인, 증강 현실 장치.
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