KR20220024709A - 주변 장면의 야간 비전 및 직접적인 비전을 제공하는 비전 장치 - Google Patents

주변 장면의 야간 비전 및 직접적인 비전을 제공하는 비전 장치 Download PDF

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KR20220024709A
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포토니스 프랑스
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Abstract

사용자(100)의 머리에 장착되도록 의도된 비전 장치(100)는,
- 제1 가상 이미지들을 형성하기 위한, 야간 비전 장치( 110);
- 사용자의 시야에서 제1 가상 이미지들을 투영하기 위한, 오프셋 요소(120);
- 오프셋 요소가 셔터와 사용자의 눈 사이에 있도록 하고, 빛이 통과하도록 허용하는 개방 위치 및 빛을 차단하는 폐쇄 위치를 가질 수 있는, 셔터(140);
- 제1 가상 이미지들의 방출 또는 오프셋 요소로의 전송을 허용하는 개방 위치, 및 상기 이미지 방출 또는 상기 전송을 차단하는 폐쇄 위치를 가질 수 있는, 스위칭 요소(160); 및
- 셔터(140)는 스위칭 요소(160)가 개방되는 시간의 전부 또는 일부 동안 폐쇄되고, 그리고 그 반대로(inversely)인, 방식으로, 개방 및 폐쇄 사이클들에 따라 셔터와 스위칭 요소를 제어하는 제어 장치(150)를 포함한다.

Description

주변 장면의 야간 비전 및 직접적인 비전을 제공하는 비전 장치
본 발명은 사용자의 머리에 장착되도록 의도된 시야 장치(field of view apparatus)들에 관한 것으로, 사용자에게 주변 장면의 직접적인 뷰(direct view)와 가상 이미지(virtual image)의 뷰를 모두 제공할 수 있다.
적어도 부분적으로 투명한 스크린을 통해 보이는, 주변 장면(surrounding scene)의 뷰(view), 및 가상 이미지(virtual image)의 뷰 모두를 사용자에게 제공하기 위해 사용자의 머리에 장착될 수 있는, 안경(glasses), 헤드셋(headset) 또는 마스크 유형(mask type)의 비전 장치(vision apparatus)들이 종래 기술로 알려져 있다. 이러한 장치들은 증강 현실(augmented reality) 비전 장치들을 형성한다. 가상 이미지는 눈에서 떨어진 거리에 형성되고, 눈의 앞쪽으로 확장되는, 부분적으로 투명한, 오프셋 요소(offsetting element)에 의해 사용자의 시야(field of view)로 전달된다.
본 발명의 기초에 있는 아이디어들 중 하나는 사용자의 머리에 장착되도록 의도된 비전 장치를 제안함으로써, 야간 비전(night vision) 분야에 이 개념을 적용하는 것으로 구성되어, 사용자에게 주변 장면의 직접적인 비전(direct vision) 및 야간 비전에서의 같은 장면의 뷰를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 그러한 비전 장치가 낮은 조명 조건(low lighting condition)들 하에서 사용의 큰 재량(discretion)을 제공하는 것을 보장하기 위한 것이다.
이 목적은 다음을 포함하는 사용자의 머리에 장착되도록 의도된 비전 장치로 달성된다:
- 제1 가상 이미지(virtual image)들로 명명된, 주변 장면(surrounding scene)의 강화된(intensified) 및/또는 적외선의(infrared) 이미지들을 형성하도록 구성된, 야간 비전 장치(night vision device);
- 적어도 부분적으로 투명하고, 사용 시, 사용자의 눈 앞에 위치되고 사용자의 시야(field of view)에서 상기 제1 가상 이미지들을 투영(project)하도록 구성된, 오프셋 요소(offsetting element);
- 사용 시 오프셋 요소가 셔터와 사용자의 눈 사이에 있도록 위치되고, 제1 투과율(transmission rate)을 갖는 개방 위치(open position) 및 제1 투과율보다 낮은, 제2 투과율을 갖는 폐쇄 위치(closed position)를 가질 수 있는, 셔터(shutter);
- 야간 비전 장치에 의한 제1 가상 이미지들의 방출(emission) 또는 야간 비전 장치에서 오프셋 요소로의 전송(transfer)을 허용하는 개방 위치, 및 상기 방출 또는 상기 전송을 차단하는 폐쇄 위치를 가질 수 있는, 스위칭 요소(switching element); 및
- 스위칭 요소가 개방된 기간의 전부 또는 일부 동안 셔터가 폐쇄되는, 그리고 그 반대로인, 방식으로, 셔터의 개방 및 폐쇄뿐만 아니라 스위칭 요소의 개방 및 폐쇄를 제어하도록 구성된, 제어 장치(controlling device).
본 텍스트의 전체에서, "기간(period)"이라는 용어는 기간(duration) 또는 시간 간격(interval of time)을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명에 따른 비전 장치는 사용자에게 적어도 오프셋 요소를 통해 투명하게 보이는, 주변 장면의 직접적인 비전(direct vision)과, 야간 비전 장치에 의해 형성되고 사용자의 시야에 투영된(projected) 제1 가상 이미지들에 대응하는, 동일한 장면의 야간 비전으로서의 뷰를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 스위칭 요소는 대안적으로 개방 위치(open position) 또는 폐쇄 위치(closed position)를 가질 수 있다.
개방 위치에서, 스위칭 요소는 야간 비전 장치에 의한 제1 가상 이미지의 방출(emission) 또는 야간 비전 장치로부터 오프셋 요소로의 전송(transfer)을 허용한다. 야간 비전 장치로부터 나오는 광 방사(light radiation)는 오프셋 요소 및/또는 사용자의 눈 및/또는 눈 근처의 얼굴의 영역에서 사용자의 피부에 패러사이트 반사(parasite reflection)들을 형성할 수 있다.
폐쇄 위치에서, 스위칭 요소는 야간 비전 장치에 의한 제1 가상 이미지의 방출 또는 야간 비전 장치로부터 오프셋 요소로의 전송을 차단한다. 이 경우, 야간 비전 장치로부터 나오는 광 방사(light radiation)는 오프셋 요소 및/또는 사용자의 눈 및/또는 눈 근처의 얼굴의 영역에서 사용자의 피부에 패러사이트 반사들을 형성할 수 없다.
동일한 방식으로, 본 발명에 따른 셔터는 대안적으로 개방 위치 또는 폐쇄 위치를 가질 수 있다.
개방 위치에서, 셔터는 빛이 주변 장면으로부터 눈으로 통과하도록 하여, 사용자에게 주변 장면의 직접적인 비전을 제공할 수 있다.
폐쇄 위치에서, 셔터는 주변 장면과 사용자의 눈 사이의 빛의 통과를 차단한다. 따라서 사용자는 주변 장면을 직접 관찰하는 것이 방지된다. 이 위치에서, 셔터는 또한 오프셋 요소 및/또는 사용자의 눈 및/또는 눈 근처의 얼굴의 영역에서 사용자의 피부에 반사되는, 야간 비전 장치로부터 나오는 광 방사를, 관찰자(observer)에 의해 보여지는 것으로부터, 방지한다. 셔터에 의한 패러사이트 반사들의 차단(blocking)은 관찰자에 의해 쉽게 감지될 수 있는 저조도 조건(low lighting condition)들에서 더욱 적절하다.
본 발명에 따른 제어 장치는, 스위칭 요소가 개방 위치에 있는 시간의 적어도 일부 동안, 셔터가 폐쇄 위치에 있게 하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 야간 비전 장치로부터 나오는 광 방사가 오프셋 요소 및/또는 사용자의 눈 및/또는 눈 근처의 얼굴의 영역에서 사용자의 피부에 패러사이트 반사들을 형성할 수 있는 시간의 적어도 한 부분 동안, 셔터는 이러한 패러사이트 반사들이 제3 관찰자에 의해 보여지는 것을 방지한다.
대칭적으로, 본 발명에 따른 제어 장치는, 또한 스위칭 요소가 폐쇄 위치에 있는 시간의 적어도 일부 동안 셔터가 개방 위치에 있는 것을 가능하게 한다. 따라서, 야간 비전 장치로부터 오는 광 방사가 오프셋 요소 및/또는 사용자의 눈 및/또는 눈 근처의 얼굴의 영역에서 사용자의 피부에 패러사이트 반사들을 형성할 수 없는 시간의 적어도 일부 동안, 셔터는 사용자에 대하여 주변 장면의 직접적인 비전을 허용한다. 다시 말해서, 야간 비전 장치로부터 오는 광 방사가 제3의 관찰자에게 보여질 위험이 없는 시간의 적어도 일부 동안, 셔터는 사용자에 대하여 주변 장면의 직접적인 비전을 허용한다.
따라서 비전 장치는 주변 장면의 직접적인 비전과, 야간 비전에서 동일한 장면의 뷰를 모두 제공한다. 이러한 두 가지 주변 장면의 뷰들은 사용자에게 동시에 제공되지 않으므로, 낮은 조명 조건들하에서도, 비전 장치의 사용에 대한 큰 재량을 보장할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제어 장치는 다음과 같이 구성되는 작동 모드(operating mode)를 갖는다:
- 셔터를 개방 및 폐쇄하는 제1 연속적 사이클(first successive cycle)들을 제어하고; 및
- 상기 스위칭 요소의 개방 및 폐쇄의 제2 연속적 사이클(second successive cycle)들을 제어하도록 구성되고;
각각의 제1 사이클 및 각각의 제2 사이클에서, 셔터는 스위칭 요소가 개방되는 시간의 전부 또는 일부 동안 폐쇄되는, 그리고 그 반대로(inversely)인.
유리하게는, 제어 장치는 셔터의 개방 및 폐쇄의 제1 연속적 사이클들의 듀티 사이클(duty cycle)의 변동(variation) 및/또는 스위칭 요소의 개방 및 폐쇄의 제2 연속적 사이클들의 듀티 사이클의 변동을 제어할 수 있다. 제1 사이클의 듀티 사이클은 이 제1 사이클 동안 셔터가 개방 위치에 있는 기간(duration)을 이 제1 사이클의 총 기간으로 나눈 것과 동일하다. 제2 사이클의 듀티 사이클은 이 제2 사이클 동안 스위칭 요소가 개방 위치에 있는 기간을 이 제2 사이클의 총 기간으로 나눈 것과 동일하다.
개방 및 폐쇄의 연속적 사이클들에 따른 제어는, 그렇다면, 시간에 따라 변하는 듀티 사이클을 갖는, 주기적인 신호(periodic signal)를 정의하는 것으로 고려될 수 있다. 주기적 신호는 우선적으로 고정 주파수(fixed frequency)를 갖는다. 변형으로서, 이 주기적 신호는 시간에 따라 변하는 주파수를 가질 수 있다.
제어 장치는 스위칭 요소가 개방된 전체 시간 동안 셔터가 폐쇄되는, 그리고 반대로(inversely)인, 방식으로 셔터의 개방 및 폐쇄뿐만 아니라 스위칭 요소의 개방 및 폐쇄를 제어하도록 구성된 작동 모드(operating mode)를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 특징들은 청구항 1에 종속된 청구항들에 언급된다.
본 발명은 또한 다음 단계들을 포함하는, 본 발명에 따른 비전 장치에서 구현되는 방법을 포함한다:
- 제어 장치에 의해 제어되고, 셔터의 개방들 및 폐쇄들을 하는 단계; 및
- 제어 장치에 의해 제어되고, 스위칭 요소의 개방들 및 폐쇄들을 하는 단계;
셔터는 스위칭 요소가 개방되는 동안의 시간의 전부 또는 일부 동안 폐쇄되고, 그리고 그 반대로인.
본 발명에 따른 방법은 이하의 단계들을 포함한다:
- 셔터의 개방 및 폐쇄의 제1 연속적 사이클들에 따라, 제어 장치에 의해 제어되는, 셔터의 개방들 및 폐쇄들을 하는 단계; 및
- 스위칭 요소의 개방 및 폐쇄의 제2 연속적 사이클들에 따라, 제어 장치에 의해 제어되는, 스위칭 요소의 개방들 및 폐쇄들을 하는 단계;
각각의 제1 사이클 및 각각의 제2 사이클에서, 셔터는 스위칭 요소가 개방되는 시간의 전부 또는 일부 동안 폐쇄되고, 그리고 그 반대로인.
본 발명에 따른 방법의 다른 유리한 특징들은 청구항들에 언급된다.
본 발명에 따르면, 주변 장면의 야간 비전 및 직접적인 비전을 제공하는 비전 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 첨부 도면들을 참조하여, 정보의 목적들로만 제공되며 제한되지 않는 실시예들의 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이다:
[도 1a]는 사용자의 머리에 장착된, 본 발명에 따른 비전 장치를 개략적으로 도시한다;
[도 1b]는 본 발명에 따른 비전 장치의 제1 실시예를 개략적으로 도시한다;
[도 1c]는 제1 구성의, 도 1b의 비전 장치를 개략적으로 도시한다;
[도 1d]는 제2 구성의, 도 1b의 비전 장치를 개략적으로 도시한다;
[도 2]는 본 발명에 따른 비전 장치의 제2 실시예를 개략적으로 도시한다;
[도 3]은 본 발명에 따른 비전 장치의 제3 실시예를 개략적으로 도시한다;
[도 4]는 본 발명에 따른 비전 장치의 제4 실시예를 개략적으로 도시한다;
[도 5a]는 본 발명에 따른 비전 장치에서 구현되는 방법을 개략적으로 도시한다; 및
[도 5b]는 본 발명에 따른 비전 장치의 제5 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 1a는 사용자(10)의 머리에 장착된 본 발명에 따른 비전 장치(100)를 개략적으로 도시한다. 비전 장치(100)는 눈들의 높이에서 얼굴의 적어도 일부를 덮음(covering)으로써 사용자(10)의 머리에 장착될 수 있는, 웨어러블 장치를 형성한다. 비전 장치(100)는 예를 들어 비전 장치(100)의 구성요소들을 통합하는 안경(glasses), 마스크(mask) 또는 헤드셋(headset)의 형태를 갖는다. 사용시, 비전 장치(100)는 사용자(10)의 머리에 상대적으로 고정된다.
다음 도면들에서, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해, 사용자의 눈이 도시되어 있다. 물론 눈은 본 발명에 따른 비전 장치의 일부가 아니라는 것이 이해되야 한다.
도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비전 장치(100)를 개략적으로 도시한다. 여기서 비전 장치(100)는 포함한다: 야간 비전 장치(night vision device, 110), 오프셋 요소(offsetting element, 120), 셔터(shutter, 140), 스위칭 요소(switching element, 160) 및 제어 장치(controlling device, 150).
야간 비전 장치(110)는 저-조도(low-light) 조건들에서, 야간 비전을 향상시키기 위한 이미징 장치(maging device)를 지칭한다. 그러한 장치는 바람직하게는 빛의 강화(intensification of light), 열 감지(thermal detection), 저조도 레벨 감지(low light level detection)(특히 CMOS 센서들을 사용), 또는 이 기술들의 조합에 기반한 기술을 사용한다. 그것은 주변 장면(surrounding scene)의 강화된(intensified) 및/또는 적외선의(infrared) 이미지를 획득하도록 구성된다. 여기서 강화된 이미지는 입사된 광속(incident luminous flux)을 증폭하여 형성되거나, 고감도 센서(highly sensitive sensor)를 사용하여 형성되는 이미지를 나타낸다.
야간 비전 장치(110)는 광음극(photocathode), 전자 증배 수단(means for electron multiplication) 및 형광면(phosphor screen)이 제공된, 이미지 강화 튜브(image intensifier tube)를 포함할 수 있다. 작동할 때, 광음극은 입사된 광속(incident luminous flux)을 전자 플럭스(electron flux)로 변환한다. 이 전자 플럭스는 가속되어 증배 수단으로 전파되며, 여기서 가속된 각 입사된 전자의 에너지는 여러 2차 전자(secondary electron)들의 방출(emission)을 야기한다. 따라서 전자들의 강한 플럭스(intense flux)가 생성된다. 강한 전자 플럭스는 형광면에 의해 수신되고, 후자(latter)에 의해 강한 광자 플럭스(intense photon flux)로 변환된다. 이 강한 광자 플럭스는 광음극에 입사하는 광자 플럭스에 해당하지만, 더 강렬하다. 따라서, 야간 비전 장치(110)는 강화 튜브의 출력에서 투영되는, 주변 장면의 강화된 이미지를 제공한다.
대안적으로, 야간 비전 장치(110)는 디스플레이 스크린 상에 디스플레이되는 이미지를 획득하기 위해, 가시 영역에서(in the visible) 초-민감한(ultra-sensitive) 및/또는 적외선(infrared)에서 민감한(sensitive) 센서들의 매트릭스(matrix)를 포함할 수 있다. 상기 센서들의 매트릭스는 저조도 레벨 CMOS(low light level CMOS) 또는 CCD 센서들, 및/또는 전자-충격 CMOS(electron-bombarded CMOS) 또는 CCD 센서들, 및/또는 강화 CMOS(intensified CMOS) 또는 CCD 센서들, 및/또는 적외선에 민감한 포토다이오드(photodiode)들 등을 포함할 수 있다. 관련 적외선 대역(infrared band)들은 특정 SWIR(1.4μm에서 3μm까지 범위의 파장들에 해당하는, 단파 적외선(shortwave infrared)), MWIR(3μm에서 8μm까지 범위의 파장들에 해당하는, 중파 적외선(midwave infrared)) 및/또는 LWIR(8μm에서 15μm까지 범위의 파장들에 해당하는, 장파 적외선(longwave infrared)), 심지어 근적외선(near infrared)(0.75μm에서 1.4μm까지 범위의 파장들에 해당)이다. 따라서, 야간 비전 장치(110)는 디스플레이 스크린 상에 디스플레이되는, 주변 장면의 강화된 및/또는 적외선의 이미지를 제공한다.
야간 비전 장치(110)의 출력에서 제공되는 이미지는 "제1 가상 이미지(first　virtual image)"로 명명된다. 이 이미지는 가시 스펙트럼(visible spectrum)(400nm에서 700nm 사이)에 속하는 광 방사(light radiation)에 의해 형성된다. 다시 말하면, 야간 비전 장치(110)는 적외선에 속할 수 있는 파장들을 캡처하지만, 가시 스펙트럼에서 이미지를 렌더링한다.
오프셋 요소(120)는 야간 비전 장치(110)의 출력과 사용자의 눈(11) 전방에, 사용 시, 위치한 영역(region) 사이에서 연장(extend)된다. 사용 시, 오프셋 요소(120)의 적어도 일부는 사용자의 눈(11) 앞에서 연장된다. 오프셋 요소(120)는 사용자의 시야(field of view)에서, 야간 비전 장치(110)의 출력으로서 제공된 제1 가상 이미지들을 투영하도록 구성된다. 오프셋 요소는 주변 장면의 직접적인 비전(direct vision)을 방해하는 것을 방지하기 위해, 가시 스펙트럼에서 적어도 부분적으로 투명하다. 그것은 가시 영역에서 10% 이상, 심지어 30% 이상의 투과율(transmission rate)을 갖는다.
여기서, 오프셋 요소(120)는, 제1 이미지들을 사용자의 눈(11) 앞에 사용 시에 위치하는, 추출 구역(extraction zone)으로 가이드하고, 사용자의 눈(11)에 이러한 이미지들을 투영하기 위하여, 야간 비전 장치(110)에 의해 제공되는 제1 가상 이미지들을 입력으로서 수신하도록 구성된 평면 도파관(planar waveguide)을 포함한다. 두 개의 홀로그램 요소(holographic element)들은 유리하게(advantageously) 평면 도파관에 형성되고, 하나는 야간 비전 장치(110)에서, 평행 입사 방사선(collimated incident radiation)의 편향(deviation) 역할을 하고, 다른 하나는 추출 구역에서, 사용자의 눈으로 빛을 산란(scattering)시킨다.
도시되지 않은 대안에 따르면, 오프셋 요소(120)는 프리즘(prism), 특히 사용 시에, 눈(11)의 전방으로 적어도 부분적으로 연장되는 두꺼운 유리를 포함할 수 있다.
도 1b는 주변 장면에서 나와 야간 비전 장치(110)로 전파되는 광 방사(light radiation)뿐만 아니라, 야간 비전 장치의 출력으로서 제공되고 오프셋 요소(120)를 통과하는 것에 의해 사용자의 눈으로 전파되는 광 방사를 점선으로 도시한다.
셔터(140)는, 사용 시, 사용자의 눈(11) 앞에서, 눈(111) 반대편의 오프셋 요소(120)의 측면에서, 연장되도록 구성된다. 오프셋 요소(120)는 셔터(140)와 눈(11) 사이에 있다. 셔터는 반드시 오프셋 요소(120)와 같이 동일한 크기(extent)를 가질 필요는 없다. 특히, 여기서 셔터(140)는 사용자의 눈을 가로질러 사용 시 위치되는, 오프셋 요소의 일부만을 향하여 연장된다. 도시되지 않은 대안에 따르면, 셔터는, 특히 눈을 둘러싸는 얼굴의 영역(zone of the face)에서, 사용자의 눈 및/또는 사용자의 피부에 반사된 광선들을 최대한 차단(blocking)하기 위해, 오프셋 요소를 넘어 측방향으로(laterally) 연장될 수 있다.
여기에서, 비전 장치에는 안경 유형, 또는 마스크 스크린, 또는 헤드셋 바이저(headset visor)의, 가시 영역에서 적어도 부분적으로 투명한 스크린(180)이 제공된다. 사용 시, 오프셋 요소(120)는 스크린(180)과 사용자의 눈 사이에서 연장된다. 여기서, 셔터(140)는 스크린(180)에 인접(adjoining)하며, 스크린의 표면 전체 또는 일부를 따라 연장된다. 여기에서 셔터(140)는 오프셋 요소(120)와 스크린의 동일한 측면에서, 스크린(180)에 대해 연장된다. 도시되지 않은 대안에 따르면, 셔터(140)는 오프셋 요소(120) 반대편의 스크린 측면에서, 스크린(180)에 대해 연장된다. 도시되지 않은 다른 대안에 따르면, 오프셋 요소와 별도의 스크린은 없다. 셔터(140)는 사용자의 눈 반대 측에서, 오프셋 요소(120)에 대해 인접할 수 있다. 어떤 경우든, 셔터(140)는 예를 들어 스크린(180)의 곡률(curvature)을 따르기 위해, 비-평면 표면(non-planar surface)을 따라 연장될 수 있다.
셔터(140)는 제1 투과율(transmission rate)을 갖는, 개방 위치와 제1 투과율보다 낮은 제2 투과율을 갖는 폐쇄 위치 중 2개의 위치들을 가질 수 있다. 바람직하게는, 제1 투과율, 또는 저율(low rate)은, 가시 영역에서(in the visible), 1% 미만이고, 제2 투과율, 또는 고율(high rate)은, 가시 영역에서, 30% 초과이다. 어떠한 경우에서도, 제2 투과율은 최대한 높아야 하지만, 30% 정도의 투과율은 사용자에게 방해가 되지 않으며, 사용자가 약간 착색된 안경을 통해 보는 느낌을 주기만 하면 된다. 단순하게는, 폐쇄 위치에서는, 셔터가 빛을 차단하고, 개방 위치에서는 셔터가 빛을 통과시키는 것으로 간주된다.
셔터(140)는 예를 들어 액정 스크린(liquid crystal screen)으로 형성된, 매트릭스 유형(matrix type)일 수 있다. 대안적으로, 셔터는 산화-환원(oxidation-reduction) 현상에 의해, 전하(electric charge)의 인가에 반응하여 색상 및 투과율을 변경할 수 있는, 전기-변색 유형(electro-chromic type)일 수 있다. 해당 현상은 가역적(reversible)이다. 셔터는, 미리 결정된 시간 간격 후에, 또는 매우 낮은 전하의 인가에 반응하여, 자동으로 초기 투과율로 돌아갈 수 있다. 따라서 낮은 에너지 소비를 유지하면서, 이 두 위치들 사이를 빠르게 교대할 수 있다.
폐쇄 위치에서, 셔터(140)는 양방향으로, 빛의 통과를 차단한다. 따라서, 주변 장면에서 나오는 빛이 사용자의 눈에 닿지 않으며, 그러한 방식으로 사용자는 주변 장면을 직접적으로 볼 수 없다. 또한, 셔터(140)는 오프셋 요소(120)를 통과하는 및/또는 사용자의 눈에서 반사된 및/또는 눈 근처의 얼굴의 영역에서 사용자의 피부에서 반사된 광 방사(light radiation), 특히 야간 비전 장치(110)에서 나오는 광 방사가, 관찰자에 의해 보여지는 것을 방지한다. 이 위치에서, 사용자는 주변 장면의 직접적인 비전을 가질 수 없지만, 관찰자에게도 거의 보이지 않는다.
개방 위치에서, 셔터(140)는 양방향으로, 빛의 통과를 허용한다. 이 위치에서, 주변 장면에서 나오는 빛이 사용자의 눈에 도달하므로 상기 장면을 직접 관찰할 수 있다. 또한, 오프셋 요소(120)를 통과하는 및/또는 사용자의 눈에 반사된 및/또는 눈 근처의 얼굴의 영역에서 사용자의 피부에서 반사된 광 방사, 특히 야간 비전 장치(110)로부터 오는 광 방사는, 관찰자에 의해 보여질 수 있다. 이 위치에서, 사용자는 주변 장면의 직접적인 비전을 가지지만, 관찰자에게는 더 잘 보인다.
유리하게는, 셔터(140)는, 예를 들어 50Hz 이상, 심지어 140Hz 이상인 주파수의 사이클들(사이클의 지속 시간(duration)은 개방 위치로의 두 번의 연속적인 변경들 사이의 지속 시간에 대응한다)에 따라, 이 두 위치들 사이를 빠르게 교대할 수 있다. 어떠한 경우든, 셔터(140)는 유리하게는, 사용자가 이러한 변경들을 인지(perceive)하지 못하고 망막 잔상(retinal persistence)으로 인한, 주변 장면의 연속적인 비전(continuous vision)을 갖도록, 이 두 위치들 사이를 교대할 수 있다. 또한, 셔터(140)는, 가능한 한 많이, 머리에 착용될 수 있는 장치들과 호환되는 질량을 가져야 하고, 낮은 에너지 소비를 가져야 하고, 현재 사용의 조건들(온도, 압력, 충격 등)과 호환되어야 하고, 그리고 높은 소광율(extinction rate)을 제공해야 한다.
스위칭 요소(160)는 야간 비전 장치(110)의 출력에서 광의 순환 방향(direction of circulation)에서 오프셋 요소(120)로부터 업스트림(upstream)인, 야간 비전 장치(110)의 출력에 배치(disposed)된다.
스위칭 요소(160)는 야간 비전 장치(110)에 의한 제1 가상 이미지들의 방출 또는 야간 비전 장치(110)로부터 오프셋 요소(120)로의 전송을 허용하는 개방 위치 및 상기 방출 또는 상기 전달을 차단하는 폐쇄 위치 중 2개의 위치들을 가질 수 있다.
여기서 스위칭 요소(160)는 액정 스크린, 또는 전술한 것과 같은 전기-변색 유형의 셔터에 의해 형성된다. 경우에 따라, 그 것은 야간 비전 장치(110)에서 오프셋 요소(120)로의 가상 이미지의 전송을 허용하거나 차단하도록 구성된다. 스위칭 요소(160)는 실제로 차단이 단순히 제1 투과율 및 제1 투과율보다 높은 제2 투과율에 대한 허용에 대응할 수 있는 경우에도, 빛의 통과를 차단하거나 허용하는 것으로 간주된다.
도시되지 않은 대안에 따르면, 스위칭 요소(160)는 야간 비전 장치(110)에 의한 빛의 방출의 작동(operation) 또는 정지(stopping)를 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 이미지 강화 튜브(image intensifier tube)에, 튜브가 작동 위치(빛의 방출)와 정지 위치(빛의 방출 없음) 사이에서, 1μs 미만일 수 있는 지속 시간의 사이클들(사이클의 지속 시간은 작동 위치로의 두 번의 연속적인 변경들 사이의 지속 시간에 대응한다)에 따라 교대할 수 있도록 하는, 이러한 스위칭 요소가 제공될 수 있다. 동일한 방식으로, 야간 비전 장치의 디스플레이 스크린에, 스크린이 작동 위치(빛의 방출)와 정지 위치(빛의 방출 없음) 사이에서 교대할 수 있도록 하는, 이러한 스위칭 요소가 제공될 수 있다.
그 개방 위치에서, 스위칭 요소(160)는 야간 비전 장치(110)로부터 오프셋 요소(120)로의 제1 가상 이미지들의 전송을 허용하거나, 단순히 야간 비전 장치(110)에 의한 그것들의 방출을 허용한다. 이 위치에서, 사용자는 사용자의 시야에 투영되는 제1 가상 이미지들을 본다. 그러나 야간 비전 장치(110)에 의해 방출된 광 방사는 오프셋 요소(120) 내에서 및/또는 사용자의 눈(11)에서 및/또는 눈 근처의 얼굴의 영역에서 사용자의 피부에서 패러사이트 반사(parasite reflection)들을 형성한다.
폐쇄 위치에서, 스위칭 요소(160)는 야간 비전 장치(110)로부터 오프셋 요소(120)로의 제1 가상 이미지들의 전송을 차단하거나, 단순히 야간 비전 장치(110)에 의한 그 것들의 방출을 차단한다. 이 위치에서, 사용자는 야간 비전 장치에서 나오는 어떠한 이미지도 보지 못한다. 야간 비전 장치에서 나오는 방사(radiation)가 오프셋 요소에 도달하지 않기 때문에, 오프셋 요소(120) 내에서 및/또는 사용자의 눈(11)에서 및/또는 눈 근처의 얼굴의 영역에서 사용자의 피부에서 이러한 방사와 연결된 패러사이트 반사가 없다.
제어 장치(150)는 바람직하게는 메모리에 기록된 프로세서 구현 프로그램(processor implementing program)을 갖는 중앙 유닛(central unit)을 포함한다. 그 것은, 셔터(140)는 스위칭 요소(160)가 개방되는 기간의 전부 또는 일부 동안 폐쇄되고, 셔터(140)는 스위칭 요소(160)가 폐쇄되는 기간의 전부 또는 일부 동안 개방되는 방식으로, 셔터(140)의 위치와 함께 스위칭 요소(160)의 위치를 제어하도록 구성된다.
스위칭 요소(160)가 개방된 경우, 본 발명에 따른 비전 장치는 주변 장면의 야간 비전의 뷰(view)를 제공한다. 셔터(140)가 개방된 경우, 본 발명에 따른 비전 장치는, 적어도 오프셋 요소(120)를 통해 투명하게, 주변 장면의 직접적인 비전을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 비전 장치는 투명하게 주변 장면의 뷰와 동일한 장면의 야간 비전의 뷰 모두를 제공할 수 있다. 그러나, 큰 재량을 보장하기 위해, 이 두 가지 뷰들은, 선행 기술의 증강 현실 비전 장치의 경우와 같이, 동시에 제공되지 않고, 적어도 부분적으로 번갈아 제공된다.
본 발명에 따른 비전 장치는 도 1c 및 도 1d에 각각 도시된, 특히 두 개의 구성들을 가질 수 있다.
도 1c에서, 스위칭 요소(160)는 야간 비전 장치(110)로부터 오프셋 요소(120)로의 제1 가상 이미지들의 전송을 허용하고, 셔터(140)는 폐쇄된다. 이 위치에서, 사용자는 (야간 비전 장치(110)에 의해 방출되고 사용자의 시야에 투영된 제1 가상 이미지들 덕분에) 주변 장면의 야간 비전에서 뷰를 갖지만, (셔터(140)의 폐쇄 위치로 인하여) 주변 장면의 직접적인 뷰는 갖지 못한다. 셔터(140)가 폐쇄 위치에 있기 때문에, 야간 비전 장치(110)에서 방출되는 광 방사에 의해 형성되는 패러사이트 반사들은 관찰자에게 보이지 않도록 방지된다.
도 1d에서, 스위칭 요소(160)는 야간 비전 장치(110)로부터 오프셋 요소(120)로의 제1 가상 이미지들의 전송을 방지하는 방식으로, 폐쇄되고, 셔터(140)는 개방된다. 이 위치에서, 사용자는 주변 장면의 직접적인 뷰를 갖는다. 이 위치에서, 사용자의 시야에 제1 가상 이미지들이 투영되지 않기 때문에 사용자는 주변 장면의 야간 비전에서 뷰를 가지 못한다. 이 경우, 야간 비전 장치(110)에서 방출되는 광 방사를, 스위칭 요소(160)에서, 차단함으로써 관찰자에 의해 보여질 수 있는 패러사이트 반사들의 형성이 방지된다.
제어 장치(150)는 셔터(140)가 개방되는 기간 및 셔터가 폐쇄되는 기간을 각각 포함하는 제1 연속적인 사이클들에 따라 셔터(140)를 개방 및 폐쇄하도록 구성된다. 스위칭 시간들을 무시함으로써, 각 사이클은 이 두 기간들의 각각에 의해 형성된다. 각 사이클에서, 셔터(140)는 주변 장면의 직접적인 비전을 연속적으로 방지하고 허용할 것이다. 바람직하게는, 각 사이클은 50ms 미만, 더욱 바람직하게는 5ms 미만, 예를 들어 약 1ms 동안 지속된다. 망막 잔상(retinal persistence)으로 인해, 사용자는 주변 장면의 직접적인 비전을 지속적(continuously)으로 가질 수 있다. 이러한 주변 장면의 비전은, 사용자의 시야의 축소가 전혀 없는, 이른바 자연 비전(natural vision)이다. 제1 사이클들의 지속 시간은 셔터의 개방 및 폐쇄 빈도(frequency)를 정의한다. 제1 듀티 사이클(duty cycle)은, 각 제1 사이클에 대하여 셔터(140)가 개방 위치에 있는 기간을 이 제1 사이클의 총 기간으로 나눈 것과 동일하게, 정의될 수 있다. 유리하게는, 이 제1 듀티 사이클은 시간에 따라 가변적이다. 그 다음, 제1 듀티 사이클의 값은, 예를 들어 인간-기계 인터페이스(man-machine interface)를 통해 수신된 명령에 따라, 또는 밝기 측정(brightness measurement)(또는 광 레벨 측정(light level measurement))을 사용하여 정의된 명령에 따라, 제어 장치(150)에 의해 제어된다. (본문에서, "밝기(brightness)"라는 용어는 광 레벨(light level)을 나타낸다.)
마찬가지로, 제어 장치(150)는 스위칭 요소(160)가 개방되는 기간 및 스위칭 요소(160)가 폐쇄되는 기간을 각각 포함하는 제2 연속적인 사이클들에 따라 스위칭 요소(160)를 개방 및 폐쇄하도록 구성된다. 스위칭 시간을 무시함으로써, 각 사이클은 두 기간들의 각각에 의해 형성된다. 각 사이클에서, 스위칭 요소(160)는 주변 장면의 야간 비전을 연속적으로 방지하고 허용할 것이다. 바람직하게는, 각 사이클은 50ms 미만, 더욱 바람직하게는 5ms 미만, 예를 들어 약 1ms 동안 지속된다. 망막 잔상으로 인해, 사용자는 주변 장면의 야간 비전을 지속적으로 가질 수 있다. 이러한 주변 장면의 야간 비전에서 뷰는, 사용자의 시야의 축소가 전혀 없는, 이른바 자연 비전이다. 제2 사이클들의 지속 시간은 스위칭 요소의 개방 및 폐쇄 빈도를 정의한다. 제2 듀티 사이클은, 각 제2 사이클에 대하여 스위칭 요소가 개방 위치에 있는 기간을 이 제2 사이클의 총 기간으로 나눈 것과 동일하게, 정의될 수 있다. 유리하게는, 이 제2 듀티 사이클은 시간에 따라 가변적이다. 그 다음, 제2 듀티 사이클의 값은, 예를 들어 인간-기계 인터페이스를 통해 수신된 명령에 따라, 또는 밝기 측정(또는 광 레벨 측정)을 사용하여 정의된 명령에 따라, 제어 장치(150)에 의해 제어된다.
또한, 각 제1 사이클 및 각 제2 사이클에서, 셔터(140)는 스위칭 요소(160)가 개방되는 기간의 전부 또는 일부 동안 폐쇄되고, 셔터(140)는 스위칭 요소(160)가 폐쇄되는 기간의 전부 또는 일부 동안 개방된다. 다시 말해서, 제어 장치(150)는 비전 장치가 도 1c의 구성을 갖는 기간과, 비전 장치가 도 1d의 구성을 갖는 기간을 각각 포함하는 연속적인 사이클들에 따라, 스위칭 요소(160)와 셔터(140)를 함께 제어하도록 구성된다.
바람직하게는, 제1 및 제2 사이클들의 빈도는 사용자에게 주변 장면의 야간 비전에서의 뷰와 직접적인 비전에서의 뷰의 연속적이고 동시적인 비전의 느낌을 제공하기에 충분히 높다. 따라서 사용자는, 일반적으로 이를 허용하지 않는 주변 광 레벨(ambient light level)에도 불구하고, 사용의 큰 재량(great discretion of use)과 함께, 주변 장면의 색상으로(in colour) 자연 비전(natural vision)으로부터 이점을 얻을 수 있다.
바람직하게는, 제1 및 제2 사이클들은 전체적으로 위상 반대(phase opposition)이다. 즉, 스위칭 시간을 무시함으로써, 각 제1 사이클 및 각 제2 사이클에서, 셔터(140)는 스위칭 요소(160)가 개방되는 전체 기간 동안 폐쇄되고, 셔터(140)는 스위칭 요소(160)가 폐쇄되는 전체 기간 동안 개방된다. 따라서, 셔터(140)가 폐쇄 위치에 있을 때 그리고 셔터(140)가 폐쇄 위치에 있는 전체 기간 동안에만, 오프셋 요소에 의해 제1 가상 이미지들이 불연속적(discontinuously)으로 투영된다. 이 것은 본 발명에 따른 비전 장치의 최대 재량(maximum discretion)을 허용한다. 이러한 작동 모드는 저조도 조건(low light condition)들 (즉, 저휘도 조건(low brightness condition)들)에서 특히 유리하다.
나머지 도면들에서는, 명확성을 위해, 안경의 스크린, 마스크 스크린 또는 헤드셋 바이저 유형은 도시되지 않는다.
도 2는 밝기 측정 요소(brightness measuring element, 230), 또는 광 레벨 측정 요소(light level measuring element, 230)를 더 포함한다는 점에서만 도 1b 내지 도 1d의 장치와 차이가 있는, 본 발명에 따른 비전 장치(200)의 제2 실시예를 도시한다.
밝기 측정 요소(230)는 가시 스펙트럼에서, 주변 장면의 주변 밝기(ambient brightness)(또는 주변 광 레벨(ambient light level))에 대한 측정을 수행하는 것을 가능하게 한다. 그 것은 예를 들어 광도 측정치(light intensity measurement), 또는 조도 측정치(illuminance measurement)를 획득하도록 구성된다. 그 것은 가시 영역에서 민감한 단순한 포토다이오드(photodiode)로 형성되거나, 또는 야간 비전 장치 자체에 의해 형성될 수 있다(도 3 참조).
밝기 측정 요소(230)는 주변 밝기 측정(또는 광 레벨 측정)을 제공하기 위해, 제어 장치(250)에 연결된다.
제어 장치(250)는 응답으로 상기 밝기 측정치에 의존하는 제어 명령(controlling instruction)을 결정하기 위해, 그리고 상기 제어 명령을 사용하여 셔터(240) 및 스위칭 요소(260)의 개방 또는 폐쇄를 제어하기 위해, 상기 주변 밝기 측정치(ambient brightness measurement)를 입력으로서 수신하도록 구성된다.
유리하게는, 제어 장치(250)는 전술한 바와 같이 셔터(240)를 개방하고 폐쇄하는 제1 사이클들 및 스위칭 요소(260)를 개방하고 폐쇄하는 제2 사이클들을 제어할 수 있고, 이러한 방식으로 각 제1 사이클은 밝기 측정치의 값이 증가할 때 증가하는 듀티 사이클을 가지며, 상기 듀티 사이클은 이 사이클 동안 셔터(240)가 개방 위치에 있는 기간을 상기 사이클의 총 기간으로 나눈 것과 동일하다.
이러한 셔터(240)의 제어는 주변 밝기(또는 주변 광)가 강한 만큼 주변 장면에서 오는 빛을 최대한 차단할 수 있게 한다. 따라서 주변 장면에서 나와 사용자에게 직접 도달하는 평균 광량(average quantity of light)과, 야간 비전 장치에서 나와 사용자에게 도달하는 평균 광량을 균등화(equalise)할 수 있다. 따라서 야간 비전으로서의 뷰뿐만 아니라 직접적인 비전에서의 뷰의 최적의 렌더링(optimum rendering)이 보장된다. 이러한 제어는 또한, 주변 밝기가 낮기 때문에, 야간 비전 장치(210)에서 나오는 빛에 연결된 패러사이트 반사들을 최대한 차단할 수 있다. 따라서 이러한 패러사이트 반사들의 가시성(visibility)은 주변 장면과 후자의 빛 대비(light contrast)에 의존하기 때문에, 비전 장치(200)의 큰 재량(great discretion)이 보장된다.
바람직하게는, 제1 및 제2 사이클들은 전체적으로 위상 반대(phase opposition)이다. 따라서, 주변 밝기가 높을수록, 주변 장면의 직접적인 비전이 더 유리하고, 주변 밝기가 낮을수록, 주변 장면의 야간 비전이 더 유리하다. 두 개의 극단적인 상황들(셔터(240)는 연속적으로 폐쇄되고 스위칭 요소(260)는 연속적으로 개방되거나, 그 반대로인)은 0 또는 1의 듀티 사이클들에 대응한다.
도 3은 본 발명에 따른, 야간 비전 장치(310)가 밝기 측정 요소(330)를 형성한다는 점에서만 도 2에 도시된 실시예와 차이가 있는, 비전 장치(300)의 제3 실시예를 개략적으로 도시한다. 이 경우, 야간 비전 장치(310)는 야간 비전 장치(310)의 픽셀(pixel)들 각각에 의해 제공되는 측정치들을 사용하여, 전체 주변 장면에 대한 평균 밝기(average brightness)를 계산하기 위한 모듈을 포함할 수 있다. 또는, 야간 비전 장치(310)의 감지 면(detection surface)의 일부만이 밝기 측정 요소(330)를 형성하는데 사용된다.
도 4는, 제어 장치(450)가 하나 이상의 밝기 임계값(brightness threshold value)들(또는 광 레벨 임계값)을 저장하는, 메모리(470)를 더 포함한다는 점에서만 도 2에 도시된 실시예와 차이가 있는, 본 발명에 따른 비전 장치(400)의 제4 실시예를 개략적으로 도시한다. 이러한 하나 이상의 임계값들은 밝기 값들의 적어도 두 간격(interval)들을 함께 정의한다.
제어 장치(450)는, 또한 메모리(470) 및 밝기 측정 요소(430)에 대한 입력으로서 연결된, 비교기(comparator, 451), 및 비교기(451)의 출력에 연결된, 처리 모듈(processing module, 452)을 포함한다.
비교기(451)는 밝기 측정 요소(430)에 의해 제공된 밝기 측정치를 메모리(470)에 저장된 하나 이상의 임계값들과 비교하고, 그로부터 밝기 측정치가 속하는 밝기 값들의 간격(interval)을 추론하도록 구성된다. 이 간격은 처리 모듈(452)에 제공된다.
처리 모듈(452)은 각 간격을 비전 장치의 미리 결정된 작동 모드와 연관시키고, 그 다음 상기 작동 모드에 따라 제어 명령(controlling command)을 생성하도록 구성된다. 상기 제어 명령은 셔터(440) 및 스위칭 요소(460)에 제공된다.
예를 들어 이하에서 세 가지 작동 모드들을 정의할 수 있다:
- 주변 밝기가 높고, 제1 미리 결정된 임계값보다 큰 경우, 셔터(240)는 지속적으로 개방 위치에 있고 스위칭 요소(260)는 지속적으로 폐쇄 위치에 있는다;
- 주변 밝기가 낮고, 그 자체가 제1 임계값보다 작은 제2 미리 결정된 임계값보다 작은 경우, 셔터(240)는 지속적으로 폐쇄 위치에 있고 스위칭 요소(260)는 지속적으로 개방 위치에 있는다;
- 주변 밝기가 이들 두 개의 임계값들 사이에 포함되는 경우, 셔터(240) 및 스위칭 요소(260)는 전술한 것과 같은 연속적인 사이클들에 따라, 전체적으로 또는 부분적으로 위상 반대로, 각각 대안적으로 개방 및 폐쇄 위치에 있는다.
따라서, 주변 밝기가 야간 비전을 사용하는 것을 정당화하지 못하는 경우, 사용자에게 장면의 직접적인 비전만 제공된다. 반대로, 주변 밝기가 매우 낮은 경우, 해당 장면의 야간 비전만 사용자에게 제공된다. 둘 사이에서, 두 개의 비전들은 전술한 것과 같이 결합(combined)된다.
도 5a 및 도 5b를 참조하여, 본 발명에 따른 비전 장치(500)의 제5 실시예, 및 특히 이 비전 장치에서 구현되는 방법의 완전한 예(complete example)가 설명된다.
비전 장치(500)는 전술한 바와 같은 야간 비전 장치(5101), 및 증강 현실 비전 장치(augmented reality vision device, 5102)를 포함한다.
증강 현실 비전 장치(5102)는 예를 들어, 도시되지 않은, 보조 센서(supplementary sensor)들에 연결되고, 이러한 보조 센서들에 의해 제공되는 측정치들을 나타내는 시각적 지시자(visual indicator)들을 포함하는 제2 가상 이미지들을 생성 및 방출하도록 구성된다. 이들은 위치(position), 고도(altitude), 속도(speed), 방향(direction) 등의 지시자들일 수 있다. 이러한 장치는 또한 적어도 하나의 카메라에 의해 획득된 이미지들에서 관심 객체들(objects of interest)을 식별하고 관심 객체들이 드러나는(revealed) 제2 가상 이미지들을 응답(response)으로 생성하기 위해 이미지 처리 수단(means of image processing)에 연결된, 적어도 하나의 카메라를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 카메라는 열화상 카메라(thermal camera), 야간 비전 카메라(night vision camera), 및/또는 가시 영역에서 민감한 카메라 등을 포함할 수 있다. 해당 장치는 두 개의 카메라들, 예를 들어 열화상 카메라 및 가시 영역에서 민감한 카메라, 및 이 두 카메라들 각각에 의해 획득된 이미지들을 병합(merge)하는 처리 모듈(processing module)을 포함할 수 있다.
오프셋 요소(520)는 또한 사용자의 시야에서, 제2 가상 이미지들을 투영할 수 있다.
두 개의 스위칭 요소들(5601, 5602)는 야간 비전 장치(5101)의 출력 및 증강 현실 비전 장치(5102)의 출력에 각각 배치된다. 이들 스위칭 요소들 각각은 전술한 것과 같다. 특히, 이들 스위칭 요소들(5601, 5602) 각각은 액정 스크린 유형(liquid crystal screen type)의 하드웨어 요소에 의해, 또는 야간 비전 장치(5101)와 증강 현실 비전 장치(5102) 각각에 의한 가상 이미지의 방출 순간(emission instant)들을 직접 제어하도록 구성된 신호 처리 모듈(signal processing module)에 의해 형성될 수 있다.
제어 장치(550)는 증강 현실 비전 장치(5102)와 관련된, 스위칭 요소(5602)의 개방 및 폐쇄를 제어한다는 점을 제외하고는, 도 4의 것과 유사하다.
메모리(570)는 여기에서 3개의 밝기 임계값들 Vs1, Vs2, Vs3을 저장하며, Vs1은 Vs2보다 엄밀하게(strictly) 작고 Vs2는 Vs3보다 엄밀하게 작다. 이 세 값들은 함께 밝기 값들의 네 간격(interval)들을 정의한다:
- 밝기가 0 값과 Vs1 사이(Vs1 제외)에 포함되는, 초저 밝기 값(ultra low brightness value)들의 간격,
- 밝기가 Vs1과 Vs2 사이(Vs2 제외)에 포함되는, 낮은 밝기 값(low brightness value)들의 간격,
- 밝기가 Vs2와 Vs3 사이(Vs3 제외)에 포함되는, 높은 밝기 값(high brightness value)들의 간격,
- 밝기가 Vs3 이상인, 매우 높은 밝기 값(very high brightness value)들의 간격.
예를 들면 다음과 같다:
- Vs1 = 700μlux, 야간 레벨 5에 해당하는 초저 밝기 값들의 간격; 및
- Vs2 = 15mlux, 야간 레벨들 3 및 4에 해당하는 낮은 밝기 값들의 간격.
제1 단계(51)에서, 밝기 측정 요소(530)는 주변 밝기 측정치를 획득하고, 이 측정치 Lm을 제어 장치의 비교기(551)에 전송한다.
단계 52에서, 비교기(551)는 측정치 Lm과 최소 임계값 Vs1을 비교한다.
Lm이 Vs1보다 엄밀하게 작으면, 비교기는 값 Lm이 초저 밝기 값(ultra low brightness value)들의 간격에 위치된다고 추론한다. 관련 작동 모드에서, 제어 장치(550)는 셔터(540)를 폐쇄 위치에 일정하게(constantly) 유지하고 스위칭 요소(5601, 5602)를 개방 위치에 일정하게 유지하는 방식으로 셔터(540) 및 스위칭 요소5601, 5602)를 제어한다(단계 53). 따라서, 본 발명에 따른 비전 장치의 큰 재량이 제공된다. 이 장면은 사용자에게 만족스러운 직접적인 비전을 제공할 만큼 충분히 조명되지 않기 때문에, 주변 장면의 직접적인 비전의 부재(absence)는 해롭지 않다. 적용 가능한 경우, 사용자에게 최상의 시각적 편안함을 제공하기 위해, 각각의 이미징 장치(5101, 5102)의 출력에서 대비(contrast) 및/또는 밝기 파라미터(brightness parameter)들을 조정할 수 있다. 대안적으로, 증강 현실 비전 장치(5102)의 출력에서 스위칭 요소(5602)는 폐쇄 위치에 유지될 수 있다.
Lm이 Vs1 이상인 경우, 비교기는, 단계 54에서, 밝기 값 Lm을 임계값 Vs2와 비교한다.
Lm이 Vs2보다 엄밀하게 작으면, 비교기는 값 Lm이 낮은 밝기 값(low brightness value)들의 간격에 위치된다고 추론한다. 관련 작동 모드에서, 제어 장치(550)는 전술한 것과 같이 개방 및 폐쇄의 연속적인 사이클들에 따라, 바람직하게는 전체적으로 위상 반대로, 셔터(540) 및 스위칭 요소(5601)를 제어한다. 바람직하게는, 제어 장치(550)는 스위칭 요소(5601)와 동일한 방식으로 스위칭 요소(5602)를 제어한다. 전술한 것과 같이, 사용자에게, 가상 이미지들의 비전에 추가하여, 주변 환경의 직접적인 비전을 여전히 제공하면서 본 발명에 따른 비전 장치의 큰 재량이 보장된다.
Lm이 Vs2 이상인 경우, 비교기는, 단계 56에서, 밝기 값 Lm을 임계값 Vs3과 비교한다.
Lm이 Vs3보다 엄밀하게 작으면, 비교기는 그로부터 값 Lm이 높은 밝기 값(high brightness value)들의 간격에 위치된다고 추론한다. 관련 작동 모드에서, 제어 장치(550)는 개방 위치에서 일정하게 유지하는 방식으로 셔터(540)를 제어한다(단계 57). 바람직하게는, 폐쇄 위치에서 일정하게 유지하는 방식으로, 야간 비전 장치와 관련된 스위칭 요소(5601)를 제어한다. 실제로, 이러한 밝기의 조건들에서, 야간 비전은 사용자에 대하여 흥미롭지 않다. 바람직하게는, 개방 위치에서 일정하게 유지하는 방식으로, 증강 현실 비전 장치와 연관된 스위칭 요소(5602)를 제어한다. 따라서, 증강 현실 비전의 원리에 따라, 보조 센서들에서 오는 정보로 풍부한(enriched), 주변 장면의 직접적인 비전이 제공된다. 적용 가능한 경우, 사용자에게 최상의 시각적 편안함을 제공하기 위해, 증강 현실 비전 장치에 의해 제공되는 가상 이미지의 대비(contrast) 및/또는 광도 파라미터(light intensity parameter)들을 조정할 수 있다.
Lm이 Vs3 이상이면, 비교기는 값 Lm이 매우 높은 밝기 값(very high brightness value)들의 간격에 위치된다고 추론한다. 관련 작동 모드에서, 제어 장치(550)는 주변 광(ambient light)에 의한 사용자의 눈부심(blinding)을 제한하기 위해, 개방 및 폐쇄의 연속적인 사이클들에 따라 셔터(540)의 개방 및 폐쇄를 제어한다(단계 58). 바람직하게는, 폐쇄 위치에서 일정하게 유지하는 방식으로, 야간 비전 장치와 관련된 스위칭 요소(5601)를 제어한다. 실제로, 이러한 밝기의 조건들에서, 야간 비전은 사용자에 대하여 흥미롭지 않다. 바람직하게, 그 것은 개방 위치에서 일정하게 유지하거나, 또는 셔터(540)가 폐쇄 위치에 있는 시간 간격의 적어도 일부 동안 스위칭 요소(5602)가 개방 위치에 있도록 허용하는 연속적인 개방 및 폐쇄 사이클에 따라, 증강 현실 비전 장치와 관련된 스위칭 요소(5602)를 제어한다. 따라서, 사용자의 시야에 가상 이미지가 투영되는 경우 사용자의 눈에 도달하는 광량(quantity of light)을 감소시킴으로써, 사용자에게 투영되는 가상 이미지의 가시성(visibility)이 향상된다.
유리하게는, 제어 장치(550)는 비전 장치(500)의 배터리(battery)의 충전량(charge)이 미리 결정된 임계값 아래로 가는 경우, 초저 밝기 값들의 간격과 관련된 작동 모드로 전환할 수 있다. 따라서, 비전 장치(500)의 에너지 소비는 최대로 제한된다.
이 방법의 많은 대안들이, 관련 스위칭 요소가 있거나 없는, 증강 현실 비전 장치를 비전 장치가 포함하는지 여부에 따라, 구현될 수 있다.
또 다른 대안들에 따르면, 해당 방법은 전술한 모든 작동 모드를 포함하지 않는다.
본 발명은 전술한 예들에 제한되지 않으며, 비전 장치들 및 관련 방법들의 많은 대안들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 구현될 수 있다.
예를 들어, 도시된 각각의 예들에서, 야간 비전 장치와 셔터는, 사용 시에, 오프셋 요소의 동일한 측, 눈의 반대 측에 있다. 대안적으로, 오프셋 요소는 야간 비전 장치와 셔터 사이에 배치된 오프셋 요소와 함께, 부분적으로 반사성(reflective)일 수 있다.
또 다른 대안들에 따르면, 본 발명에 따른 비전 장치는 안경, 마스크 스크린 또는 헤드셋 바이저 유형의 스크린을 포함하지 않는다.
제어 장치가 밝기 측정 요소에 연결된 각 실시예들에서, 제어 장치에는 밝기 측정 요소에 의해 제공되는 밝기 측정치에 따른 자동 제어(automatic control)에서, 사람-기계 인터페이스를 통해 사용자에 의해 제공된 지시(instruction)에 따라 수동 제어(manual control)로 전환하기 위한, 스위치가 제공될 수 있다. 또 다른 대안들에 따르면, 제어 장치는 밝기 측정 요소에 연결되지 않고, 수동 제어, 특히 셔터의 개방 및 폐쇄 사이클들 및/또는 스위칭 요소의 개방 및 폐쇄 사이클들과 관련된 듀티 사이클 변화(duty cycle variation)의 제어만을 위한 인간-기계 인터페이스를 포함한다.
비전 장치는 야간 비전 장치, 오프셋 요소, 셔터 및 스위칭 요소를 각각 포함하는, 하나 또는 두 개의 어셈블리들(assemblies)을 포함할 수 있으며, 각각은 사용자의 두 눈들 중 하나에 할당된다. 셔터와 스위칭 요소의 각각의 개방 및 폐쇄 사이클들은, 두 어셈블리들 각각에 대해, 시간 상(in time) 오프셋(offset)될 수 있다. 이를 통해 사용자의 편안함에 부정적으로(negatively) 영향을 줄 수 있는 이동 인공물(movement artefact)들 또는 다른 불편들을 줄일 수 있다. 적용 가능한 경우, 두 눈들 중 하나와 관련된 셔터들 각각은 단일 부품(single piece)으로 함께 형성될 수 있다. 마찬가지로, 두 눈들 중 하나와 각각 관련된 스위칭 요소는 단일 부품으로 함께 형성될 수 있다. 또 다른 대안들에 따르면, 야간 비전 장치, 오프셋 요소, 셔터, 및 스위칭 요소를 포함하는 단일 어셈블리가, 사용자의 두 눈들에 할당될 수 있다.
야간 비전 장치의 출력의 부분 소광(partial extinction)과 관련된 밝기의 손실(loss of brightness)을 보상(compensate)하기 위하여, 해당 스위칭 요소의 듀티 사이클에 따라 본 발명에 따른 야간 비전 장치의 출력에서 광도(light intensity)를 조정(adapt)하는 것이 가능하다. 사용자에게 투영되는 가상 이미지들의 가시성을 향상시키기 위하여, 주변 밝기에 따라 야간 비전 장치의 출력에서 광도를 조정할 수도 있다. 특히 강화 튜브(intensifier tube)의 이득, 또는 디스플레이 스크린의 밝기를 조정하는 것이 가능하다.
적용 가능한 경우, 셔터는 예를 들어 야간 비전 장치에 의해 제공되는 밝기의 공간적 분포(spatial distribution)에 따라 빛을 국부적(locally)으로 차단하기 위하여, 여러 구역(zone)들로 공간적으로 분할(segmented)될 수 있다. 따라서 시야에 존재하고 가상 이미지들을 방해할 수 있는, 환경으로부터의 불편하거나 피곤한(tiring) 강렬한 광원들(intense sources of light)을 필터링하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 비전 장치가 사용자의 동일한 눈과 연관된, 야간 비전 장치 및 증강 현실 비전 장치를 모두 포함하는 경우, 이들 두 장치들은 유리하게 동일한 오프셋 요소와 연관된다. 그러나 그들 각각에 대해 각각의 오프셋 요소를 가질 수 있다. 각각의 스위칭 요소는 이 두 장치들 각각에 할당될 수 있다. 또는, 동일한 스위칭 요소가 이 두 장치들과 연결된다. 바람직하게는, 동일한 셔터가 두 장치들 각각에 할당된다.

Claims (13)

  1. - 제1 가상 이미지(virtual image)들로 명명된, 주변 장면(surrounding scene)의 강화된(intensified) 및/또는 적외선의(infrared) 이미지들을 형성하도록 구성된 야간 비전 장치(night vision device, 110; 310; 5101); 및
    - 적어도 부분적으로 투명하고, 사용 시, 사용자의 눈 앞에 위치되고 사용자의 시야(field of view)에서 상기 제1 가상 이미지들을 투영(project)하도록 구성된, 오프셋 요소(offsetting element, 120; 520);
    - 사용 시 상기 오프셋 요소가 셔터와 사용자의 눈 사이에 있도록 위치되고, 제1 투과율(transmission rate)을 갖는 개방 위치(open position) 및 제1 투과율보다 낮은 제2 투과율을 갖는 폐쇄 위치(closed position)를 가질 수 있는, 주변 장면과 사용자의 눈 사이에 더 많거나 적은 빛이 통과하도록 하는 셔터(shutter, 140; 240; 440; 540);
    - 상기 야간 비전 장치에 의한 제1 가상 이미지들의 방출(emission) 또는 상기 야간 비전 장치에서 상기 오프셋 요소로의 전송(transfer)을 허용하는 개방 위치, 및 상기 방출 또는 상기 전송을 차단하는 폐쇄 위치를 가질 수 있는, 스위칭 요소(switching element, 160; 260; 460; 5601); 및
    - 상기 셔터의 개방 및 폐쇄뿐만 아니라 상기 스위칭 요소의 개방 및 폐쇄를 제어하도록 구성된 제어 장치(controlling device, 150; 250; 450; 550); 를 포함하고,
    상기 제어 장치(150; 250; 450; 550)는:
    - 상기 셔터(140, 240, 440, 540)를 개방 및 폐쇄하는 제1 연속적 사이클(first successive cycle)들을 제어하고; 및
    - 상기 스위칭 요소(160, 260, 460, 5601)의 개방 및 폐쇄의 제2 연속적 사이클(second successive cycle)들을 제어하도록 구성되고;
    각각의 제1 사이클 및 각각의 제2 사이클에서, 상기 셔터(140; 240; 440; 540)는 상기 스위칭 요소(160; 260; 460; 5601)가 개방되는 시간의 전부 또는 일부 동안 폐쇄되고, 그리고 그 반대로(inversely)인, 작동 모드(operating mode)를 갖는 것을 특징으로 하는, 사용자(100)의 머리에 장착되도록 의도된 비전 장치(vision apparatus, 100; 200; 300; 400; 500).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치(150; 250; 450; 550)는 상기 셔터의 개방 및 폐쇄뿐만 아니라 상기 스위칭 요소의 개방 및 폐쇄를 제어하도록 구성되어 각각의 제1 사이클 및 각각의 제2 사이클마다 상기 셔터(140; 240; 440; 540)가 상기 스위칭 요소(160; 260; 460; 5601)가 개방되는 전체 시간 동안 폐쇄되는 방식으로, 그리고 그 반대로(inversely)인, 작동 모드를 갖는 것을 특징으로 하는, 비전 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 비전 장치의 외부 환경(external environment)에서 밝기 측정치(brightness measurement)를 획득하기 위한, 밝기 측정 요소(brightness measuring element, 230; 330; 430; 530)를 더 포함하고, 및 상기 제어 장치(250; 450; 550)는 상기 밝기 측정 요소에 의해 획득된 밝기 측정치를 입력으로 수신하고, 상기 밝기 측정치에 따라 상기 셔터의 개방 및 폐쇄뿐만 아니라 상기 스위칭 요소의 개방 및 폐쇄를 제어하도록 구성된 작동 모드를 갖는 것을 특징으로 하는, 비전 장치(200; 300; 400; 500).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 장치(250; 450; 550)는,
    - 상기 셔터(240, 440, 540)를 개방하고 폐쇄하는 제1 연속적 사이클들을 제어하고; 및
    - 상기 스위칭 요소(260, 460, 5601)의 개방 및 폐쇄의 제2 연속적 사이클들을 제어하도록 구성된 작동 모드를 가지며,
    각각의 제1 사이클 및 각각의 제2 사이클에서, 상기 셔터(240; 440; 540)는 상기 스위칭 요소(260; 460; 5601)가 개방되는 기간의 전부 또는 일부 동안 폐쇄되고, 그리고 그 반대로(inversely)인; 및
    각각의 제1 사이클은 밝기 측정치의 값이 증가할 때 증가하는 듀티 사이클(duty cycle)을 가지며, 상기 듀티 사이클은 상기 셔터(240; 440; 540)가 이 사이클 동안 개방 위치에 있는 기간을 상기 사이클의 총 기간으로 나눈 것과 동일한 것을 특징으로 하는, 비전 장치(200; 300; 400; 500).
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 장치는:
    - 복수의 임계값들을 저장하는, 메모리(470; 670); 및
    - 밝기 측정치를 상기 임계값들 중 적어도 하나와 비교하도록 구성된, 비교기(comparator, 451; 551); 를 더 포함하고,
    상기 제어 장치(450; 550)는 상기 비교기(451; 551)에 의해 제공되는 적어도 하나의 비교 결과에 따라, 미리 결정된 복수의 작동 모드들 중 하나에 따라 작동하도록 구성되며, 작동 모드들은 상기 셔터(440; 540) 및 상기 스위칭 요소(460; 5601)를 제어하기 위한 대응하는 규칙(corresponding rule)들에 의해 달라지는 것을 특징으로 하는, 비전 장치(400; 500).
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밝기 측정 요소(230; 430; 530)는 상기 야간 비전 장치(210; 410; 5101)와 별개의 광 센서(light sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비전 장치(200; 400; 500).
  7. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밝기 측정 요소(330)는 상기 야간 비전 장치(310)의 적어도 일부에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 비전 장치(300).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 가상 이미지들로 명명된, 이미지들을 생성하도록 구성된 증강 현실 비전 장치(augmented reality vision device, 5102)를 더 포함하고, 상기 오프셋 요소(520)는 사용자의 시야에서 상기 제2 가상 이미지들을 더 투영하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 비전 장치(500).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 비전 장치(100; 200; 300; 400; 500)에서 구현되는 방법에 있어서,
    - 제어 장치에 의해 제어되고, 셔터의 개방 및 폐쇄의 제1 연속적 사이클에 따른 상기 셔터(140, 240, 440, 540)의 개방 및 폐쇄 단계; 및
    - 제어 장치에 의해 제어되고, 스위칭 요소의 개방 및 폐쇄의 제2 연속적 사이클에 따른 상기 스위칭 요소(160, 260, 460, 5601)의 개방 및 폐쇄 단계; 를 포함하고,
    각각의 제1 사이클 및 각각의 제2 사이클에서, 상기 셔터(140; 240; 440; 540)는 상기 스위칭 요소(160; 260; 460; 5601)가 개방되는 시간의 전부 또는 일부 동안 폐쇄되고, 그리고 그 반대로(inversely)인 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 셔터(240; 440; 640)의 개방 및 폐쇄 단계, 및 상기 스위칭 요소(260; 360; 460; 6101, 6602)의 개방 및 폐쇄 단계는, 상기 스위칭 요소(160; 260; 460; 5601)가 개방 위치에 있는 전체 시간 동안 상기 셔터(140; 240; 440; 540)가 폐쇄 위치에 있는, 그리고 그 반대로(inversely)인, 방식으로 구현되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    밝기 측정 요소(230; 330; 430; 530)를 더 포함하는 비전 장치(200; 300; 400; 500)에서 구현되고:
    - 밝기 측정 요소(230; 330; 430; 530)에 의한, 상기 비전 장치의 외부 환경에서 밝기 측정치의 획득 단계;
    - 상기 제어 장치(250; 450; 550)에 의한 상기 밝기 측정치의 수신 단계; 및
    - 상기 밝기 측정치에 따라 상기 제어 장치에 의해 제어되는, 상기 셔터(240; 440; 540)의 개방 또는 폐쇄, 및 상기 스위칭 요소(260; 460; 5601)의 개방 또는 폐쇄 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    - 상기 제어 장치에 의해 제어되며, 상기 셔터의 개방 및 폐쇄의 제1 연속적 사이클들에 따라, 상기 셔터(240, 440, 540)의 개방들 및 폐쇄들을 하는 단계; 및
    - 상기 제어 장치에 의해 제어되며, 상기 스위칭 요소의 개방 및 폐쇄의 제2 연속적 사이클들에 따라, 상기 스위칭 요소(260, 460, 5101)의 개방들 및 폐쇄들을 하는 단계; 를 포함하고,
    각각의 제1 사이클 및 각각의 제2 사이클에서, 상기 셔터(240; 440; 540)는 상기 스위칭 요소(260; 460; 5601)가 개방되는 기간의 전부 또는 일부 동안 폐쇄되고, 그리고 그 반대로(inversely)인; 및
    각각의 제1 사이클은 밝기 측정치의 값이 증가할 때 증가하는 듀티 사이클을 가지며, 상기 듀티 사이클은 상기 셔터(240; 440; 540)가 이 사이클 동안 개방 위치에 있는 기간을 상기 사이클의 총 기간으로 나눈 것과 동일한 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    - 밝기 측정 요소(430; 530)에 의해 획득된 밝기 측정치(Lm)를 소위(so-called) 초저 임계값(ultra low threshold value)(Vs1)과 비교하는 단계;
    - 제어 장치(450; 550)에 의해 제어되는, 상기 밝기 측정치(Lm)가 초저 임계값(Vs1)보다 작을 때, 상기 셔터(440; 540)를 폐쇄 위치로 유지하고 상기 스위칭 요소(5601)를 개방 위치로 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
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