KR20230017099A - 가변초점렌즈를 이용하여 시력을 측정하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

가변초점렌즈를 이용하여 시력을 측정하는 장치 및 방법이 개시된다. 개시된 장치는, 시력측정용 이미지를 포함하는 광을 투사하는 디스플레이 엔진; 디스플레이 엔진에서 투사된 광을 가이드하는 이미지 컴바이너; 디스플레이 엔진에서 가이드된 광의 경로상에 배치되는 가변초점렌즈; 사용자의 입력을 입력받는 입력 장치; 하나 이상의 명령어들을 저장하는 저장부; 및 하나 이상의 명령어들을 실행하는 프로세서;를 포함하며, 프로세서는 가변초점렌즈를 제어하여 가변초점렌즈의 렌즈면 상의 제1 및 제2 렌즈 영역에 서로 다른 제1 및 제2 광파워를 각각 부여하고, 디스플레이 엔진을 제어하여 가변초점렌즈의 제1 및 제2 렌즈 영역에 대응되는 이미지 컴바이너의 제1 및 제2 출력 영역을 통해 시력측정용 이미지를 표시하고, 입력 장치를 제어하여, 시력측정용 이미지에 대한 사용자의 입력을 입력받고, 사용자의 입력으로부터 제1 및 제2 광파워 중 어느 한 광파워를 특정하고, 특정된 광파워에 기초하여 사용자의 시력을 결정한다.

Description

가변초점렌즈를 이용하여 시력을 측정하는 장치 및 방법{Apparatus and method of measuring vision using adjustable lens}

본 개시는 가변초점렌즈를 이용하여 시력을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

가상현실 장치는 가상현실(Virtual Reality, VR)을 볼 수 있는 장치이며, 증강현실 장치는 증강현실(Augmented Reality, AR)을 볼 수 있는 장치이다. 이러한 가상/증강현실 장치로서, 예를 들어 증강현실 안경(AR Glass)이 있다. 가상/증강현실 장치의 이미지 광학 시스템은 영상을 생성하는 영상 생성 장치와, 생성된 영상을 눈으로 보내주기 위한 광학계를 포함한다.

영상 생성 장치(프로젝터 등)에서 출사된 이미지는 광학계를 통해 눈으로 조사되며, 이로서 사람은 영상을 관찰하게 된다. 이러한 광학계를 이용한 디스플레이에서 가상 이미지의 초점 거리는 예를 들어 무한대 거리일 수 있으므로, 가상/증강현실 장치를 사용하는 사용자들 중에서 안경으로 시력을 교정하여 생활하는 사용자는 도수 클립과 같은 추가적인 수단을 이용할 필요가 있다. 하지만 도수 클립의 불편함으로 인해 가변초점렌즈를 이용하여 저시력자들의 시력 교정 기능을 구비한 가상/증강현실 장치가 연구되고 있다.

해결하고자 하는 과제는 가변초점렌즈를 이용하여 시력을 측정하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

해결하고자 하는 과제는 자체적으로 시력측정이 가능한 가상/증강현실 장치를 제공하는데 있다.

해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

일 측면에 따르는 장치는 가변초점렌즈를 이용하여 시력을 측정하는 장치로서, 시력측정용 이미지를 포함하는 광을 투사하는 디스플레이 엔진; 디스플레이 엔진에서 투사된 광을 가이드하는 이미지 컴바이너; 이미지 컴바이너에서 가이드된 광의 경로상에 배치되는 가변초점렌즈; 사용자의 입력을 입력받는 입력 장치; 하나 이상의 명령어들을 저장하는 저장부; 및 하나 이상의 명령어들을 실행하는 프로세서;를 포함하며, 프로세서는, 가변초점렌즈를 제어하여, 가변초점렌즈의 렌즈면 상의 제1 및 제2 렌즈 영역에 서로 다른 제1 및 제2 광파워를 각각 부여하고, 디스플레이 엔진을 제어하여, 가변초점렌즈의 제1 및 제2 렌즈 영역에 대응되는 상기 이미지 컴바이너의 제1 및 제2 출력 영역을 통해 시력측정용 이미지를 표시하고, 입력 장치를 제어하여, 시력측정용 이미지에 대한 사용자의 입력을 입력받고, 사용자의 입력으로부터 제1 및 제2 광파워 중 어느 한 광파워를 특정하고, 특정된 광파워에 기초하여 사용자의 시력을 결정할 수 있다.

일 실시예에서, 제1 출력 영역을 통해 표시된 제1 시력측정용 이미지와 제2 출력 영역을 통해 표시된 제2 시력측정용 이미지는 같은 크기의 동일한 이미지일 수 있다.

일 실시예에서, 가변초점렌즈는 제1 및 제2 스트립 전극 어레이를 가지는 제1 및 제2 스트립 전극 액정렌즈를 포함하며, 제1 및 제2 스트립 전극 액정렌즈는 제1 및 제2 스트립 전극 어레이가 서로 직교하며 중첩되도록 배치되며, 프로세서는, 제1 렌즈 영역을 지나가는 제1 스트립 전극 어레이의 제1 스트립 전극들 및 제2 스트립 전극 어레이의 제2 스트립 전극들에 제1 렌즈 영역이 제1 광파워를 가지도록 전압을 인가하고, 제2 렌즈 영역을 지나가는 제1 스트립 전극 어레이의 제3 스트립 전극들 및 제2 스트립 전극 어레이의 제4 스트립 전극들에 제2 렌즈 영역이 제2 광파워를 가지도록 전압을 인가할 수 있다.

일 실시예에서, 가변초점렌즈는 픽셀전극 어레이를 갖는 픽셀전극 액정렌즈를 포함하며, 프로세서는, 제1 렌즈 영역을 지나가는 픽셀전극 어레이의 제1 픽셀전극들에 제1 렌즈 영역이 제1 광파워를 가지도록 전압을 인가하고, 제2 렌즈 영역을 지나가는 픽셀전극 어레이의 제2 픽셀전극들에 제2 렌즈 영역이 제2 광파워를 가지도록 전압을 인가할 수 있다.

일 실시예에서, 프로세서는, 프로세서는, 사용자의 근시 또는 원시 측정시, 제1 및 제2 광파워가 구면렌즈 광파워를 갖도록, 가변초점렌즈의 전극들에 전압을 인가할 수 있다.

일 실시예에서, 프로세서는, 사용자의 난시 측정시, 제1 광파워는 가변초점렌즈의 렌즈면 상에 놓인 제1 방향을 축방향으로 하는 제1 원주렌즈 광파워를 갖고, 제2 광파워는 가변초점렌즈의 렌즈면 상에 놓이며 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 축방향으로 하는 제2 원주렌즈 광파워를 갖도록, 가변초점렌즈의 전극들에 전압을 인가할 수 있다.

일 실시예에서, 입력 장치는 시선추적센서, 마이크, 버튼, 터치패드 또는 제스처인식센서 중 적어도 어느 하나일 수있다.

일 실시예에서, 이미지 컴바이너는 디스플레이 엔진에서 투사된 광을 타겟 영역으로 가이드하고 현실 장면의 광을 투과할 수 있다.

일 실시예에서, 이미지 컴바이너는 웨이브가이드, 다중 미러 및 반사 미러 중 어느 하나일 수 있다.

일 실시예에서, 측정된 사용자의 시력에 대한 정보는 저장부에 저장될 수 있다.

일 실시예에서 장치는 증강현실 장치일 수 있다.

다른 측면에 따르는 방법은 가변초점렌즈를 이용하여 시력을 측정하는 방법으로서, 가변초점렌즈의 렌즈면 상의 제1 및 제2 렌즈 영역에 서로 다른 제1 및 제2 광파워를 각각 부여하는 단계; 가변초점렌즈의 제1 및 제2 렌즈 영역에 대응되는 상기 이미지 컴바이너의 제1 및 제2 출력 영역을 통해 시력측정용 이미지를 표시하는 단계; 시력측정용 이미지에 대한 사용자의 제1 입력을 입력받는 단계; 사용자의 제1 입력에 기초하여 제1 및 제2 광파워 중 어느 한 광파워를 특정하는 단계; 및 특정된 광파워에 기초하여 사용자의 시력을 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 가변초점렌즈를 이용하여 시력을 측정하는 방법은 특정된 광파워를 기준으로 제1 및 제2 광파워를 변경하고, 가변초점렌즈에 변경된 제1 및 제2 광파워를 재부여하는 단계; 시력측정용 이미지를 표시하는 단계; 사용자의 제2 입력을 입력받는 단계; 사용자의 제2 입력에 기초하여 변경된 제1 및 제2 광파워 중 어느 한 광파워를 재특정하는 단계; 및 재특정된 광파워에 기초하여 사용자의 시력을 결정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

가변초점렌즈에 제1 및 제2 광파워를 부여하는 단계는, 가변초점렌즈에 제1 및 제2 광파워를 부여하는 단계는, 사용자의 근시 또는 원시 측정시, 제1 및 제2 광파워가 구면렌즈 광파워를 갖도록, 가변초점렌즈의 전극들에 전압을 인가할 수 있다.

가변초점렌즈에 제1 및 제2 광파워를 부여하는 단계는, 사용자의 난시 측정시, 제1 광파워는 가변초점렌즈의 렌즈면 상에 놓인 제1 방향을 축방향으로 하는 제1 원주렌즈 광파워를 갖고, 제2 광파워는 가변초점렌즈의 렌즈면 상에 놓이며 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 축방향으로 하는 제2 원주렌즈 광파워를 갖도록, 가변초점렌즈의 전극들에 전압을 인가하며, 사용자의 시력을 측정하는 단계는, 특정된 광파워의 축방향에 기초하여 사용자의 난시 방향을 결정할 수 있다.

일 실시예에서, 가변초점렌즈를 이용하여 시력을 측정하는 방법은 제1 방향을 0도 보다 크고 90도 보다 작은 범위 내에 변경한 후, 가변초점렌즈에 변경된 제1 및 제2 광파워를 부여하는 단계; 시력측정용 이미지를 표시하는 단계; 사용자의 제3 입력을 입력받는 단계; 사용자의 제3 입력에 기초하여 변경된 제1 및 제2 광파워 중 어느 한 광파워를 재특정하는 단계; 및 재특정된 광파워에 기초하여 사용자의 시력을 재측정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 따르는 측면은 상술한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.

본 개시에 따르면, 시력을 측정하는 장치 및 방법은 가변초점렌즈를 이용하여 시력측정의 편의성을 제고할 수 있다.

본 개시에 따르면, 시력을 측정하는 장치 및 방법은 자체적으로 시력측정이 가능한 가상/증강현실 장치를 제공할 수 있다.

본 개시에 따르면, 시력을 측정하는 장치 및 방법은 가상/증강현실 장치에 시력교정을 제공함으로써 몰입감 있는 가상/증강현실 환경을 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 장치의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 장치의 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 장치의 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 장치가 사용자의 시력을 측정하는 예시를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 가변초점렌즈의 광파워의 예시를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 장치의 광학적 배치를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 제1 스트립전극 액정렌즈를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 제1 스트립전극 액정렌즈의 스트립전극 어레이를 도시한다.
도 9는 원주렌즈를 모사하는 제1 스트립전극 액정렌즈의 위상 프로파일을 예시적으로 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 제1 스트립전극 액정렌즈에서 3개 렌즈 영역으로 구획되는 예를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 제2 스트립전극 액정렌즈에서 3개 렌즈 영역으로 구획되는 예를 도시한다.
도 12는 일 실시예에 따른 제1 및 제2 스트립전극 액정렌즈에 의해 서로 다른 렌즈 영역들에 부여되는 광파워의 예시를 나타내는 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 제1 및 제2 스트립전극 액정렌즈에서 서로 다른 렌즈 영역들에 부여되는 광파워의 예시를 나타내는 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 장치의 광학적 배치를 도시한 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 가변초점렌즈의 픽셀전극 어레이를 도시한다.
도 16은 가변초점렌즈의 일 렌즈 영역이 볼록 렌즈를 모사하는 경우의 위상 프로파일을 예시적으로 도시한다.
도 17은 일 실시예에 따른 가변초점렌즈에서 서로 다른 렌즈 영역들에 부여되는 광파워의 예시를 나타내는 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 가변초점렌즈에서 서로 다른 렌즈 영역들에 부여되는 광파워의 예시를 나타내는 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따른 장치의 광학적 배치를 도시한 도면이다.
도 20은 일 실시예에 따른 장치의 광학적 배치를 도시한 도면이다.
도 21은 일 실시예에 따른 장치의 광학적 배치를 도시한 도면이다.
도 22는 일 실시예에 따라 원시를 측정하는 시력측정용 화면을 나타내는 도면이다.
도 23은 정상시력을 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 24는 원시를 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 25는 원시 및 노안을 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 26은 미세 측정 단계에서 원시를 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 27은 미세 측정 단계에서 다른 원시를 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 28은 일 실시예에 따른 근시를 측정하는 시력측정용 화면을 나타내는 도면이다.
도 29는 정상시력을 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 30은 근시를 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 31은 근시 및 노안을 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 32는 미세 측정 단계에서 근시를 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 33은 난시를 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 34는 미세 측정 단계에서 난시를 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 35는 일 실시예에 따른 시력을 측정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 36은 일 실시예에 따른 시력을 측정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 37은 일 실시예에 따른 시력을 측정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 개시의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였으며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.

본 명세서의 실시예들에서 사용되는 용어는 본 개시의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 실시예의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 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 의미한다.

본 개시에서, ‘시력(Visual Acuity; VA)’은 눈의 공간 해상력, 다시 말해서 눈으로 정지된 물체를 볼 때 미세한 부분을 식별할 수 있는 능력을 가리킨다. 너무 높거나 너무 낮은 굴절이상은 근시나 원시의 원인으로 되며, 이는 안경, 콘택트 렌즈, 시력교정수술과 같은 수단으로 교정될 수 있다. 교정시력은 소정의 광파워를 가진 렌즈를 착용한 사용자에 대하여 측정된 시력일 수 있다. 사용자의 시력은 교정시력을 갖는데 요구되는 렌즈의 광파워로 표시될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 -1.00 D의 구면 오목렌즈로 교정시력을 갖게 된다면, 사용자는 -1.00 D의 근시 시력을 갖는다고 할 수 있다.

본 개시에서, ‘광파워(optical power)’는 렌즈의 곡면 또는 회절 패턴에 의해 광선 또는 광경로의 방향을 바꾸는 힘을 의미하며, 통상의 굴절렌즈에서 굴절력(refractive power)에 상응하는 용어로 이해될 수 있다. 광파워의 단위는 m^-1 또는 디옵터(Diopter)(D)이고, 디옵터 값은 초점 거리의 역수로 나타낸다. 또한, 디옵터를 해당 광 파워를 가진 렌즈의 도수라고 부르기도 한다. 광 파워의 부호는 볼록 렌즈(convex lens)에서와 같이 광선이 수렴하는 경우 정(positive, +)이고, 오목 렌즈(concave lens)와 같이 광선이 발산하는 경우 부(negative, -)이다.

구면렌즈 광파워(spherical lens power)는 구면렌즈 또는 구면렌즈에 상응하는 렌즈의 광파워를 의미하며, 구면의 중심을 기준으로 원대칭이다.

원주렌즈 광파워(cylindrical lens power)는 원주렌즈 또는 원주렌즈에 상응하는 렌즈의 광파워를 의미하며, 원주축 (cylinder axis) 또는 이에 상응하는 축을 중심으로 좌우 대칭이다. 원주렌즈 광파워는 축방향을 디옵터와 함께 표기할 수 있다. 예시적으로 1.00 D CYL at 90°는 수평기준선으로부터 반시계방향으로 90°로 기울어진 원주축과 1.00 D의 광파워를 갖는 원주렌즈를 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 개시를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 장치(100)의 외관을 도시한 도면이며, 도 2는 일 실시예에 따른 장치(100)의 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 장치(100)는 사용자가 착용할 수 있도록 구성된 안경형 증강현실 장치(Augmented Reality Glasses)로서, 가상 이미지와 현실 장면을 모두 보여줄 수 있는 광학 시스템이다.

본 실시예의 장치(100)는 안경형 몸체(101)를 포함한다. 안경형 몸체(101)는 예시적으로 프레임(frame)(102)과, 안경다리들(temples)(103)을 포함할 수 있다. 프레임(102)은 좌측 및 우측 안경알(104L, 104R)이 위치하는 것으로서, 예시적으로 브릿지(bridge)로 연결된 2개의 테(rim)형상을 가질 수 있다. 좌측 및 우측 안경알(104L, 104R)은 예시적인 것으로서, 광파워(도수)를 가지거나 혹은 가지지 않을 수 있다. 또는 좌측 및 우측 안경알(104L, 104R)은 일체로 형성될 수 있으며, 이 경우 프레임(102)의 테와 브릿지가 구분되지 않을 수도 있다. 좌측 및 우측 안경알(104L, 104R)은 생략될 수도 있다.

안경다리들(103)은 프레임(102)의 양 단부에 각각 연결되고 일 방향으로 연장된다. 프레임(102)과 안경다리들(103)은 힌지(hinge)(105)에 의해 연결될 수 있다. 힌지(105)는 예시적인 것으로서, 프레임(102)과 안경다리들(103)을 연결하는 공지의 부재가 채용될 수 있다. 다른 예로, 프레임(102)과 안경다리들(103)은 일체로(혹은 연속하여) 연결되어 있을 수도 있다.

안경형 몸체(101)에는 디스플레이 엔진(110)과, 이미지 컴바이너(image combiner)(120)와, 가변초점렌즈(focus tunable lens)(130)와, 전자부품들(140)이 배치된다.

디스플레이 엔진(110)은 가상 이미지의 광을 투사하도록 구성된다. 일 실시예에서 디스플레이 엔진(110)은 좌측 디스플레이 엔진(110L) 및 우측 디스플레이 엔진(110R)을 포함할 수 있다. 일 예로, 좌측 디스플레이 엔진(110L) 및 우측 디스플레이 엔진(110R)은 프레임(102)의 양 단부에 위치할 수 있다. 다른 예로, 좌측 디스플레이 엔진(110L) 및 우측 디스플레이 엔진(110R)은 각각 좌측 안경다리(103L) 및 우측 안경다리(103R)에 위치할 수도 있다. 일 실시예에서 디스플레이 엔진(110)은 좌측 디스플레이 엔진(110L) 및 우측 디스플레이 엔진(110R) 중 어느 한 쪽에만 설치될 수도 있다.

일 실시예에서, 디스플레이 엔진(110)은 광을 조명하는 조명광학계와, 조명광학계에서 조명되는 광을 이용하여 2차원의 가상 이미지를 형성하는 화상패널과, 화상패널에서 형성되는 가상 이미지의 광을 투사하는 투사광학계를 포함하며 초소형 프로젝터와 같은 기능을 가진다. 조명광학계의 광원은 예를 들어 LED(light emitting diode)이나 LD(laser diode)로 구현 가능하다. 화상패널은 예를 들어 액정 패널이나, LCoS (Liquid Crystal on Silicon) 패널이나 DMD (Digital Micromirror Device) 패널로 구현 가능하다. 투사광학계는 적어도 한 매의 투사렌즈를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 디스플레이 엔진(110)은 광을 조명하는 조명광학계와, 조명광학계에서 조명되는 광을 2차원으로 주사하는 2축 스캐너(scanner)를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 디스플레이 엔진(110)은 광을 조명하는 조명광학계와, 조명광학계에서 조명되는 광을 이용하여 선형 이미지(즉, 1차원의 이미지)를 형성하는 선형 화상패널과, 선형 화상패널에서 형성되는 선형 이미지의 광을 주사하는 1축 스캐너를 포함할 수도 있다.

이미지 컴바이너(120)는 디스플레이 엔진(110)에서 출력된 광과 현실 장면의 광을 타겟 영역으로 가이드하는 것으로서, 웨이브가이드, 다중 미러 또는 반사 미러(평판 미러, 자유곡면 미러 등 포함)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 타겟 영역은 사용자의 아이 모션 박스(Eye motion box)일 수 있다.

일 실시예에서 이미지 컴바이너(120)는 좌측 및 우측 이미지 컴바이너(120L, 120R)를 포함할 수 있다. 일 예로, 좌측 및 우측 이미지 컴바이너(120L, 120R)는 프레임(102)의 좌우에 각각 배치될 수 있다. 좌측 및 우측 이미지 컴바이너(120L, 120R)는 좌측 및 우측 안경알(104L, 104R)에 각각 배치 또는 부착될 수 있다. 또는 좌측 및 우측 이미지 컴바이너(120L, 120R)는 좌측 및 우측 안경알(104L, 104R)의 위치에 있고, 좌측 안경알(104L)과 우측 안경알(104R)은 생략될 수도 있다. 좌측 및 우측 이미지 컴바이너(120L, 120R)는 좌측 및 우측 안경알(104L, 104R)과 별개로 프레임(102)에 장착될 수도 있다. 다른 예로, 좌측 및 우측 이미지 컴바이너(120L, 120R)는 일체로 구성되어 프레임(102)에 장착될 수도 있다. 또 다른 예로, 좌측 및 우측 이미지 컴바이너(120L, 120R) 중 어느 하나만이 안경형 몸체(101)에 배치될 수도 있다.

가변초점렌즈(130)는 프로세서(도 3의 170)의 전기적 제어신호에 의해 초점 거리가 제어 가능한 렌즈이다. 가변초점렌즈(130)는 디스플레이 엔진(110)에서 투사된 광의 경로상에 배치된다. 일 실시예에서 가변초점렌즈(130)는 이미지 컴바이너(120)와 타겟 영역(달리 표현하면, 아이 모션 박스) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시예에서 가변초점렌즈(130)는 유효 렌즈 영역이 이미지 컴바이너(120)의 출력 영역을 커버하도록 배치될 수 있다. 유효 렌즈 영역은 가변초점렌즈(130)의 렌즈면에서 광파워가 부여되는 영역을 의미한다. 가변초점렌즈(130)의 유효 렌즈 영역은 프로세서(170)의 제어신호에 의해 서로 다른 광파워가 부여되는 서로 다른 복수의 렌즈 영역을 포함한다.

가변초점렌즈(130)는 전기활성물질층과, 전기활성물질층의 서로 다른 복수의 영역에 각기 서로 다른 전압 프로파일을 부여할 수 있도록 구성된 어드레서블 전극 어레이(addressable electrode array)를 포함할 수 있다. 전기활성물질층의 전기활성물질은 전극 어레이에 인가되는 전압에 따라 굴절률이 변경되도록 구성된다. 전기활성물질은 네마틱(Nematic) 액정, 스멕틱(Smectic) 액정, 또는 콜레스테릭(Cholesteric) 액정, 폴리머 겔(polymer gel), 전기 활성 폴리머(electro-active polymer, EAP), 액정 폴리머(liquid crystal polymer), 폴리머 분산 액정(polymer dispersed liquid crystal; PDLC), 폴리머 안정화 액정(polymer stabilized liquid crystal; PSLC), 및 자기 조립된 비선형 초분자 구조(self-assembled nonlinear supramolecular structure) 중 어느 한 물질일 수 있다. 응답 시간, 구동 전압의 크기, 액정 배향 제어 방법과 같은 가변초점렌즈에 요구 사항을 고려하여 전기활성물질이 적절히 선택될 수 있다. 전극 어레이는 예를 들어 스트라이프 전극, 픽셀 어레이 등일 수 있으며, 광파워등의 가변초점렌즈에 요구 사항에 따라 적절히 선택될 수 있다.

전자부품들(140)은, 도 3의 블록도에서 볼 수 있듯이, 사용자 입력부(150), 저장부(160) 및 프로세서(170)을 포함한다. 전자부품들(140)은 안경형 몸체(101)의 프레임(102) 또는 안경다리들(104)의 어느 한 곳에 위치하거나 또는 복수 위치에 분산되어 위치할 수 있으며, PCB 기판, FPCB 기판 등에 실장될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 가변초점렌즈(130)를 구동하는 렌즈 구동 드라이버 회로는 가변초점렌즈(130)에 인접하게 배치될 수 있다. 다른 예로, 렌즈 구동 드라이버 회로의 전부 혹은 일부는 예를 들어 메인보드에 위치할 수도 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 장치(100)의 블록도이다. 도 3에 도시된 구성 요소 중 도 2에 도시된 구성 요소와 동일한 참조번호를 갖는 구성 요소는 도 2에 도시된 구성 요소와 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

사용자 입력부(150)는 사용자가 장치(100)를 제어하기 위한 사용자의 입력을 입력받는다. 일 실시예에서, 사용자 입력부(150)는 시선추적센서, 마이크, 버튼, 터치패드 또는 제스처인식센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에서 사용자 입력부(150)는 시선추적센서에 의해 추적된 사용자의 시선 방향을 사용자의 입력으로 입력받을 수 있다. 일 실시예에서 사용자 입력부(150)는 마이크에 의해 입력되는 사용자의 음성을 사용자의 입력으로 입력받을 수 있다. 일 실시예에서 사용자 입력부(150)는 사용자의 버튼 누름이나 터치패드 패드(접촉식 정전 용량 방식, 압력식 저항막 방식, 적외선 감지 방식, 표면 초음파 전도 방식, 적분식 장력 측정 방식, 피에조 효과 방식 등)의 터치를 사용자의 입력으로 입력받을 수 있다. 일 실시예에서 사용자 입력부(150)는 카메라나 근접센서와 같은 제스처인식센서에 의해 검출되는 사용자의 제스처를 사용자의 입력으로 입력받을 수 있다. 사용자 입력부(150)는 상기와 같은 예들 외에도, 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치, 조그 휠, 조그 스위치 등의 다양한 입력장치를 포함할 수 있다. 사용자 입력부(150)는 사용자의 시력 측정과정에서 사용자의 응답을 수신할 수 있다.

저장부(160)는 프로세서(170)의 제어에 의해 장치(100)를 구동하고 제어하는 다양한 명령어나 데이터, 프로그램 또는 어플리케이션과, 입력/출력되는 신호 또는 가상 이미지의 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(160)에 저장된 프로그램들은 그 기능에 따라 복수 개의 모듈들로 분류할 수 있는데, 예를 들어, 시력 측정 모듈, 시력 교정 모듈 등을 포함할 수 있다. 장치(100)를 구동하고 제어하는 다양한 데이터의 예로서, 저장부(160)에는 가변초점렌즈(130의 광파워 가변 범위, 시력측정용 이미지 등이 미리 저장되어 있을 수 있다. 또한 가변초점렌즈(130)가 해당 광파워를 가지고 동작할 수 있도록 하는 전압 프로파일 자체가 미리 저장되어 있을 수 있다.

저장부(160)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, 또는 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.

프로세서(170)는 운영체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 디스플레이 엔진(110)과, 가변초점렌즈(130)를 포함한 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있고, 영상 데이터를 포함한 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 가령, 프로세서(170)는 시력 측정 모듈을 저장부(160)에서 로딩하고, 시력 측정 모듈의 프로세스에 따라 가변초점렌즈(130)의 서로 다른 렌즈 영역에 부여할 광파워를 결정하고, 상기 광파워에 상응하는 제어신호로 가변초점렌즈(130)를 제어할 수 있다. 일 예로, 제어신호는 가변초점렌즈(130)에 인가되는 전압 프로파일 그 자체일 수 있다. 다른 예로, 제어신호는 미리 설정된 전압 프로파일들에 대해 이들에 대응되는 제어명령신호일 수 있다. 또한, 프로세서(170)는 사용자가 가상 이미지나 현실 장면을 볼 때 사용자의 시력 정보에 기초하여 가변초점렌즈(130)의 광파워를 결정하고, 결정된 광파워에 상응하는 제어신호로 가변초점렌즈(130)를 제어할 수 있다.

프로세서(170)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), 또는 FPGAs(Field Programmable Gate Arrays) 중 적어도 하나의 하드웨어로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 일 실시예에 따른 장치(100)가 사용자(착용자)의 시력을 측정하는 예시를 나타내는 도면이며, 도 5는 일 실시예에 따른 가변초점렌즈(130)의 광파워의 예시를 나타내는 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 사용자는 이미지 컴바이너(120)의 출력 영역을 통해 출력되고 가변초점렌즈(130)을 거친 제1 내지 제3 시력측정용 이미지(I1, I2, I3)를 보게 된다.

가변초점렌즈(130)의 유효 렌즈 영역은 제1 내지 제3 시력측정용 이미지(I1, I2, I3)를 동시에 표시할 수 있는 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 가변초점렌즈(130)의 유효 렌즈 영역의 최소 크기 S는 하기의 수학식 1을 만족할 수 있다.

여기서, S₀는 동공의 크기, r는 눈동자 거리(eye relief distance), α는 제1 내지 제3 시력측정용 이미지(I1, I2, I3)에 대한 시선 각도를 나타낸다.

프로세서(170)는 가변초점렌즈(130)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 서로 다른 광파워가 부여되도록 가변초점렌즈(130)를 제어한다. 예를 들어 도 5에 도시되듯이 가변초점렌즈(130)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)는 각각 +1.00 D(디옵터, diopter), +2.00 D, +3.00 D의 광파워를 갖도록 제어될 수 있다. 가변초점렌즈(130)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)은 사용자가 한 화면에서 한 번에 보고 비교할 수 있는 정도로 이격되어 있는 것이 바람직하다.

디스플레이 엔진(110)에서 출력되어 이미지 컴바이너(120)에서 가이드된 제1 내지 제3 시력측정용 이미지(I1, I2, I3)는 가변초점렌즈(130)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)을 통과하여 사용자의 망막에 전달된다. 따라서, 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)을 통과한 제1 내지 제3 시력측정용 이미지(I1, I2, I3)은 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 부가된 광파워에 의해 서로 다른 정도로 굴절된 상태로 사용자의 망막에 한꺼번에 전달된다.

제1 내지 제3 시력측정용 이미지(I1, I2, I3)는 예를 들어 문자나 도형일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 내지 제3 시력측정용 이미지(I1, I2, I3)는 모두 같은 크기의 동일한 이미지일 수 있다.

디스플레이 엔진(110)에서 투사되고 이미지 컴바이너(120)를 거쳐 출력된 가상이미지의 광은 실질적으로 평행 광속으로 간주될 수 있다. 달리 말하면, 이미지 컴바이너(120)를 통해 출력되는 가상 이미지의 광은 실질적으로 무한 초점에서 출사된 광으로 간주될 수 있다. 여기서 ‘실질적으로’라는 의미는, 사람이 인지하는 시각 원근감 측면에서 가상 이미지가 실질적으로 무한 초점에 가까운 충분한 거리(예를 들어 5 m의 거리)에 있는 것으로 보인다는 것을 의미한다.

정상시력을 가진 사용자는 무한 초점에 가까운 충분한 거리(예시적으로 5 m의 거리)에 있는 시력측정용 이미지를 뚜렷하게 볼 수 있다. 가령, 가변초점렌즈(130)가 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 광파워를 부여하지 않는다면, 정상시력을 가진 사용자는 뚜렷한 시력측정용 이미지를 볼 수 있다. 그러나, 도 5에 도시된 바와 같이 가변초점렌즈(130)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 + 디옵터의 광파워가 부여되면, 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)를 통과한 제1 내지 제3 시력측정용 이미지(I1, I2, I3)는 굴절되어, 정상시력을 가진 사용자는 제1 내지 제3 시력측정용 이미지(I1, I2, I3)를 뚜렷하게 볼 수 없게 된다.

사용자가 굴절이상을 갖는 경우, 사용자는 굴절이상에 의해 뚜렷한 이미지를 보기 위해서는 교정 렌즈를 필요로 한다. 만일 사용자가 -2.00 D의 근시 시력을 갖는 경우라면(즉, -2.00 D의 교정 렌즈를 필요로 하는 경우라면), 도 4 및 도 5에 예시되듯이 사용자는 -2.00 D의 광파워가 부여된 제2 렌즈 영역(R2)을 통과한 제2 시력측정용 이미지(I2)를 가장 뚜렷하게 볼 수 있을 것이다. 그러나, -2.00 D의 근시 시력을 갖는 사용자는 -1.00 D의 광파워가 부여된 제1 렌즈 영역(R1)을 통과한 제1 시력측정용 이미지(I1)를 흐릿하게 보게 되며, -3.00 D의 광파워가 부여된 제3 렌즈 영역(R3)을 통과한 제3 시력측정용 이미지(I3)는 지나치게 작게 축소되어 상대적으로 덜 뚜렷하게 보게 될 것이다.

따라서, 프로세서(170)는 가변초점렌즈(130)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 서로 다른 광파워가 부여되도록 가변초점렌즈(130)를 제어하면서 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 상응하는 이미지 컴바이너(120)의 제1 내지 제3 출력 영역에 제1 내지 제3 시력측정용 이미지(I1, I2, I3)가 출력되도록 하고, 이에 대해 사용자에게 어느 이미지가 잘 보이는지를 질의하고 이에 대한 사용자의 답변을 입력받아 사용자의 시력을 결정할 수 있다.

일 실시예에서 사용자에게 어느 이미지가 잘 보이는지를 질의하는 동작은 프로세서(170)가 디스플레이 엔진(110)으로 하여금 화면상에 텍스트(예를 들어 “가장 잘 보이는 이미지를 선택하세요”, “가장 잘 보이는 이미지를 주시하세요”, “가장 잘 보이는 이미지를 손가락으로 가르켜 주세요”, “잘 보이는 이미지를 하나 혹은 복수개 선택하세요”, 등)로 표시하게 하거나 스피커(미도시)를 통해 음성으로 안내하는 동작을 통해 수행될 수 있다.

사용자의 답변에 대한 입력 동작은 사용자 입력부(150)를 통해 수행될 수 있다.

일 실시예에서 사용자 입력부(150)는 마이크를 포함할 수 있고, 사용자는 음성 답변으로 예를 들어 “가운데 이미지가 가장 잘 보입니다“라고 답변할 수 있을 것이다. 이 경우, 프로세서(170)는 가운데 이미지(즉, 제2 시력측정용 이미지(I2))가 통과되는 제2 렌즈 영역(R2)을 특정할 수 있을 것이다.

일 실시예에서 사용자 입력부(150)는 시선추적센서를 포함할 수 있고, 사용자는 특정 이미지(예를 들어 제2 시력측정용 이미지(I2))를 수 초 동안 주시할 수 있을 것이다. 이 경우, 프로세서(170)는 시선추적센서를 통해 추적된 사용자의 시선이 기준시간(예를 들어 2초)을 초과하여 머무르는 제2 렌즈 영역(R2)을 특정할 수 있을 것이다.

일 실시예에서 사용자 입력부(150)는 제스처인식센서를 포함할 수 있고, 사용자는 장치(100)를 통해 보이는 공간에 손가락으로 특정 이미지(예를 들어 제2 시력측정용 이미지(I2))를 가르킬 수 있 것이다. 이 경우, 프로세서(170)는 제스처인식센서를 통해 인식된 사용자의 손가락이 가르키는 제2 렌즈 영역(R2)을 특정할 수 있을 것이다.

사용자 입력부(150)의 입력방식은 상기와 같은 예들에 제한되지 않으며, 터치패드, 조그휠 등의 다양한 입력방식에 따라 사용자의 입력이 가능할 것이다.

프로세서(170)는 사용자의 입력에 의해 특정되는 영역에 기초하여 사용자의 시력을 결정할 수 있다. 예를 들어 사용자에게 가장 잘보이는 이미지가 제2 시력측정용 이미지(I2)라면, 제2 시력측정용 이미지(I2)가 경유하는 제2 렌즈 영역(R2)에 부가된 광파워 -2.00 D가 사용자의 굴절이상을 교정하는 것으로 판단할 수 있을 것이다. 따라서, 프로세서(170)는 사용자의 입력에 의해 특정되는 영역이 제2 렌즈 영역(R2)이라면, 제2 렌즈 영역(R2)에 부가된 광파워 -2.00 D을 사용자의 교정 광파워(달리 말하면, 사용자의 시력)으로 결정할 수 있다.

상기와 같이 사용자가 한 화면상에 한꺼번에 보이는 제1 내지 제3 시력측정용 이미지(I1, I2, I3)를 비교하여 가장 선명하게 보이는 이미지를 선택함으로써 시력 측정이 이루어지게 된다. 또한 상기와 같은 질의 및 답변의 프로세스는 가변초점렌즈(130)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 부여되는 광파워를 재조정하면서 복수회 반복하여 사용자의 시력을 좀 더 정확하게 결정할 수 있을 것이다.

본 실시예는 가변초점렌즈(130)의 3개 렌즈 영역(즉, 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3))에 서로 다른 광파워가 부여된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 가령, 가변초점렌즈(130)의 서로 다른 2개 렌즈 영역에 서로 다른 광파워를 부여하거나 또는 서로 다른 4개 이상의 렌즈 영역에 부여할 수 있음은 물론이다.

도 6은 일 실시예에 따른 장치(200)의 광학적 배치를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 장치(200)는 가상 이미지와 현실 장면을 모두 보여줄 수 있는 증강현실 광학 시스템으로서, 디스플레이 엔진(210), 이미지 컴바이너(220), 가변초점렌즈(230)를 포함한다.

디스플레이 엔진(210)은 가상 이미지의 광(L_V)을 투사하도록 구성된다. 디스플레이 엔진(210)은 전술한 실시예의 디스플레이 엔진(110)와 실질적으로 동일할 수 있으므로, 반복된 설명은 생략하기로 한다.

이미지 컴바이너(220)는 내부 전반사를 이용하여 광을 가이드하는 웨이브가이드(221)를 포함한다. 웨이브가이드(221)는 광이 내부에서 반사되면서 전파될 수 있는 투명 재질의 단층 혹은 다층 구조로 형성될 수 있다. 여기서, 투명 재질이라 함은, 가시광선 대역의 광이 통과될 수 있는 재질이라는 의미이며, 투명도가 100%가 아닐 수 있으며, 소정의 색상을 지닐 수도 있다. 웨이브가이드(221)는 평평한 평판 형상이거나 곡면판 형상을 지닐 수 있다. 웨이브가이드(221)가 투명 재질로 형성됨에 따라, 현실 장면의 광(L_R)이 투과될 수 있다. 따라서, 사용자가 장치(100)를 착용할 때 사용자는 장치(100)를 통해 가상 이미지를 볼 수 있을 뿐만 아니라, 현실 장면을 볼 수 있으므로, 장치(100)는 증강현실을 구현할 수 있다.

웨이브가이드(221)는 디스플레이 엔진(110)에서 투사된 가상 이미지의 광(L_V)을 입력받는 입력 영역과, 입사된 가상 이미지의 광(L_V)을 타겟 영역으로 출력하는 출력 영역을 포함한다. 타겟 영역은 사용자의 아이 모션 박스(Eye motion box)일 수 있다. 입력 영역과 출력 영역은 이격되어 있다. 이미지 컴바이너(220)는 웨이브가이드(221)의 입력 영역 및 출력 영역에 각각 마련되는 입력 커플러(222) 및 출력 커플러(223)를 포함할 수 있다. 입력 커플러(222)는 웨이브가이드(221)의 디스플레이 엔진(110)과 마주보는 면, 반대쪽 면 또는 내부 중 적어도 한 곳에 형성될 수 있다. 마찬가지로, 출력 커플러(223)는 웨이브가이드(221)의 타겟 영역(아이 모션 박스)과 마주보는 면, 반대쪽 면 또는 내부 중 적어도 한 곳에 형성될 수 있다. 입력 커플러(222) 및 출력 커플러(223)는 회절소자 또는 메타소자(meta element)일 수 있다. 회절소자로는 회절 광학소자(Diffractive Optical Element; DOE), 홀로그래픽 광학소자(Holographic Optical Element; HOE), 볼륨 홀로그래픽 광학소자(Volume Holographic Optical Element; VHOE), 또는 표면 부조 격자(Surface relief grating; SRG)를 예로 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 메타소자는 입사되는 광이 파장대보다 작은(즉, 서프파장의) 패턴으로 구조화된 메타표면(metasurface)를 갖는 소자로서, 예를 들어 입사되는 광이 파장대보다 작은 크기의 패턴을 갖는 메타격자(metagrating)나 메타렌즈(metalens)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

웨이브가이드(221)의 입력 영역과 출력 영역 사이에는 전달 영역이 마련될 수 있다. 웨이브가이드(221)의 전달 영역에는 입력 영역에서 입력된 가상 이미지의 광(L_V)을 출력 영역으로 전달하도록 구성된 전달 소자가 마련될 수 있다. 전달 소자는 회절소자 또는 메타소자일 수 있다. 전달 소자는 입력 영역과 출력 영역 사이에 위치하거나 입력 영역 및 출력 영역 중 적어도 일부와 겹쳐져 위치할 수 있다. 전달 소자는 출력 커플러(223)와 일체로 형성될 수도 있다. 전달 소자는 입력된 가상 이미지의 광(L_V)이 다수로 복제되도록 하는 확장 격자(expansion grating)일 수 있다. 확장 격자는, 가상 이미지의 광(L_V)이 웨이브가이드(221) 내에서 전반사를 통해 전파될 때, 복수의 빔렛들(beamlets)로 분할하여 출력 영역 전역에 걸쳐 전파될 수도 있도록 구성될 수 있다. 출력 커플러(223)는 웨이브가이드(221) 내에서 전파되는 가상 이미지의 광(L_V)이 웨이브가이드(221) 밖으로 출력하도록 구성되며, 전달 소자(가령 확장 격자)의 역할을 함께 수행할 수도 있다.

출력 커플러(223)를 통해 출력된 가상 이미지의 광(L_V)은 실질적으로 평행 광속으로 이해될 수 있다. 일 실시예에서 디스플레이 엔진(110)의 투사 광학계 중 하나는 시준 렌즈일 수 있고, 시준 렌즈에 의해 출사되는 가상 이미지의 광(L_V)이 평행 광속이 되고 이에 따라서, 웨이브가이드(221)를 통해 최종 눈으로 전달되는 가상 이미지의 광(L_V) 역시 실질적으로 평행 광속으로 간주될 수 있다.

가변초점렌즈(230)는 제1 및 제2 스트립전극 액정렌즈(231, 232)를 포함한다. 제1 및 제2 스트립전극 액정렌즈(231, 232)는 이미지 컴바이너(220)와 타겟 영역 사이에 배치된다. 제1 및 제2 스트립전극 액정렌즈(231, 232)는 각각 원주렌즈를 모사하도록 구동될 수 있다. 제1 및 제2 스트립전극 액정렌즈(231, 232)는 축방향이 서로 직교하도록 중첩되게 배치될 수 있다. 예시적으로 제1 스트립전극 액정렌즈(231)는 수직 방향(V)을 원주축으로 하는 원주렌즈를 모사하고, 제2 스트립전극 액정렌즈(232)는 수평 방향(H)을 원주축으로 하는 원주렌즈를 모사할 수 있다. 제1 스트립전극 액정렌즈(231)는 수평 방향(H)을 원주축으로 하는 원주렌즈를 모사하고, 제2 스트립전극 액정렌즈(232)는 수직 방향(V)을 원주축으로 하는 원주렌즈를 모사할 수도 있음은 물론이다.

도 7은 일 실시예에 따른 제1 스트립전극 액정렌즈(300)를 도시하며, 도 8은 일 실시예에 따른 제1 스트립전극 액정렌즈(300)의 스트립전극 어레이를 도시한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 스트립전극 액정렌즈(300)는 대향되는 제1 및 제2 기판(310, 370) 사이에 액정층(340)이 개재된 구조를 지닌다. 제1 기판(310) 상에는 다수의 제1 스트립전극들(320)이 마련될 수 있다. 제1 스트립전극들(320) 각각은 수직 방향(V)으로 길게 연장된 장방향의 형상을 지니는 투명 전극일 수 있다. 다수의 제1 스트립전극들(320)은 수평 방향(H)을 따라 나란히 배열될 수 있다. 제1 스트립전극들(320) 각각의 폭은 같을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 스트립전극들(320)은 후술하는 바와 같이 개별적으로(즉, 독립적으로) 또는 소정 그룹 단위로 전압이 인가될 수 있다. 제2 기판(370) 상에는 공통의 제2 전극(공통 전극)(360)이 마련된다. 제2 전극(360)은 제1 스트립전극들(320)에 대해 기준 전극의 역할을 하는 평판형 투명 전극일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 스트립전극들(320)과 제2 전극(360)의 위치는 서로 뒤바뀔 수 있다. 참조번호 330 및 350은 액정층(340) 내의 액정 분자들을 소정 방향으로 배향시키는 배향층을 나타낸다. 액정 분자들의 원래 배향은 배향층(330, 350)에서 가해지는 힘의 방향에 의해 결정되나, 적절한 전압이 인가되면 액정 분자들이 회전하게 된다. 따라서, 전압이 액정층(340에 인가될 때 액정층(340)의 굴절률은 액정 분자의 재배향으로 인해 변화하게 된다. 제1 스트립전극들(320)에 전압 프로파일을 인가하여 액정층(340)의 굴절률을 공간적으로 조정함으로써 액정층(340)은 원하는 광파워를 갖는 위상 프로파일을 제공할 수 있게 된다.

도 9는 원주렌즈를 모사하는 제1 스트립전극 액정렌즈(300)의 위상 프로파일을 예시적으로 도시한다. 도 9에 도시된 위상 프로파일은 제1 스트립전극 액정렌즈(300)의 일 렌즈 영역(A)를 통과하는 광파의 위상차를 수평 방향(H)의 좌표에 따라 나타낸 것으로서, 상기 렌즈 영역(A)은 원주렌즈에 대응되는 프레넬 존(Fresnel zone)으로 이해될 수 있다. 전술한 바와 같이 제1 스트립전극들(320)에 인가되는 전압에 따라 액정층(340)의 굴절률이 달라질 수 있으므로, 상기 렌즈 영역(A)을 지나는 제1 스트립전극들(320)에 적절한 전압 프로파일을 인가함으로써 액정층(340)의 상기 렌즈 영역(A)에서의 굴절률 분포가 원주렌즈에 대응되는 프레넬 존을 모사하도록 할 수 있다. 물론 제1 스트립전극들(320)에 인가되는 전압 프로파일에 따라 제1 스트립전극 액정렌즈(300)는 정(+)의 광파워를 갖는 볼록 원주렌즈나 부(-)의 광파워를 갖는 오목 원주렌즈를 모사할 수 있다.

도 10은 일 실시예에 따른 제1 스트립전극 액정렌즈(300)에서 3개 구역 A1, A2, A3으로 구획되는 예를 도시한다. 3개 구역 A1, A2, A3은 제1 스트립전극 액정렌즈(300)의 개구면이 수평 방향(H)을 따라 분할된 것이다. 달리 말하면, 수직 방향(V)으로 길게 연장된 장방형의 형상을 지닌 제1 스트립전극들(320)은 3개 구역 A1, A2, A3으로 그룹지어 묶여질 수 있다. 3개 구역 A1, A2, A3별로 제1 스트립전극들(320)에 소정의 전압 프로파일을 인가함으로써, 3개 구역 A1, A2, A3 각각은 수직 방향(V)을 축으로 하며 예를 들어 +1 D, +2 D, +3 D을 광파워를 갖는 원주렌즈를 모사하도록 할 수 있다.

도 11은 일 실시예에 따른 제2 스트립전극 액정렌즈(400)에서 3개 구역 B1, B2, B3으로 구획되는 예를 도시한다. 제2 스트립전극 액정렌즈(400)의 개구면 역시 수직 방향(V)을 따라 분할되어 3개 구역 B1, B2, B3으로 구분될 수 있다. 제2 스트립전극들(420)에 적절한 전압 프로파일이 인가됨으로써 제2 스트립전극 액정렌즈(400)의 3개 구역 B1, B2, B3은 수평 방향(H)을 축으로 하며 예를 들어 +1 D, +3 D, +2 D을 광파워를 갖는 원주렌즈를 모사하도록 할 수 있다.

도 12는 일 실시예에 따른 제1 및 제2 스트립전극 액정렌즈(300, 400)에 의해 서로 다른 렌즈 영역들에 부여되는 광파워의 예시를 나타내는 도면이다. 도 12를 참조하면, 제1 스트립전극 액정렌즈(300)의 축이 수직 방향(V)에 놓이고, 제2 스트립전극 액정렌즈(400)의 축이 수평 방향(H)에 놓이며, 제1 및 제2 스트립전극 액정렌즈(300, 400)이 중첩, 즉 오버레이(overlay)되도록 배치함으로써, 제1 스트립전극 액정렌즈(300)의 광파워와 제2 스트립전극 액정렌즈(400)의 광파워는 합산될 수 있다. 이때 제1 스트립전극 액정렌즈(300)의 수직 방향(V)을 축으로 갖는 광파워의 크기와 제2 스트립전극 액정렌즈(400)의 수평 방향(H)을 축으로 갖는 광파워의 크기가 같게 함으로써, 합산된 광파워는 실질적으로 구면렌즈 광파워로 간주될 수 있다. 예를 들어, 제1 렌즈 영역(R1)은 제1 스트립전극 액정렌즈(300)에 의한 수직 방향(V)의 원주렌즈 광파워 +1.00 D와 제2 스트립전극 액정렌즈(400)에 의한 수평 방향(H)의 원주렌즈 광파워 +1.00 D의 합산으로 +1.00 D의 구면렌즈 광파워를 가질 수 있다. 또한, 제2 및 제3 렌즈 영역(R2, R3)은 각각 광파워 +2.00 D, +3.00 D의 구면렌즈 광파워를 가질 수 있다. 물론, 제1 스트립전극 액정렌즈(300)의 3개 구역 A1, A2, A3 및 제2 스트립전극 액정렌즈(400)의 3개 구역 B1, B2, B3에 인가되는 전압 프로파일에 따라 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 부여되는 구면렌즈 광파워가 달라질 수 있다. 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 부여되는 구면렌즈 광파워가 정(+)인 경우 원시를 측정하는데 사용될 수 있고, 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 부여되는 구면렌즈 광파워가 부(-)인 경우 근시를 측정하는데 사용될 수 있다.

도 13은 일 실시예에 따른 제1 및 제2 스트립전극 액정렌즈(300, 400)에서 서로 다른 렌즈 영역들에 부여되는 광파워의 예시를 나타내는 도면이다. 도 13을 참조하면, 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3) 중 일부 렌즈 영역에서 제1 스트립전극 액정렌즈(300)의 수직 방향(V)을 축으로 갖는 광파워의 크기와 제2 스트립전극 액정렌즈(400)의 수평 방향(H)을 축으로 갖는 광파워의 크기를 다르게 할 수도 있다. 예를 들어, 제1 렌즈 영역(R1)은 제1 스트립전극 액정렌즈(300)의 수직 방향(V)을 축으로 갖는 광파워의 크기를 제2 스트립전극 액정렌즈(400)의 수평 방향(H)을 축으로 갖는 광파워의 크기보다 크게 하고, 제3 렌즈 영역(R3)은 제1 스트립전극 액정렌즈(300)의 수직 방향(V)을 축으로 갖는 광파워의 크기를 제2 스트립전극 액정렌즈(400)의 수평 방향(H)을 축으로 갖는 광파워의 크기보다 작게 할 수 있다. 이 결과, 제1 렌즈 영역(R1)과 제3 렌즈 영역(R3)은 서로 같은 크기의 구면렌즈 광파워와 함께 서로 직교하는 원주렌즈 광파워를 갖게 된다. 제2 렌즈 영역(R2)은 제1 스트립전극 액정렌즈(300)의 수직 방향(V)을 축으로 갖는 광파워의 크기를 제2 스트립전극 액정렌즈(400)의 수평 방향(H)을 축으로 갖는 광파워의 크기가 같아 구면렌즈 광파워를 갖게 된다.

예시적으로, 제1 스트립전극 액정렌즈(300)의 3개 구역 A1, A2, A3은 각각 수직 방향(V)을 축으로 하며 예를 들어 -1.25 D, -1.00 D, -0.75 D을 광파워를 갖는 원주렌즈를 모사하도록 하고, 제2 스트립전극 액정렌즈(400)의 3개 구역 B1, B2, B3은 각각 수평 방향(H)을 축으로 하며 예를 들어 -0.75 D, -1.00 D, -1.25 D을 광파워를 갖는 원주렌즈를 모사하도록 할 수 있다. 이에 따라, 제1 렌즈 영역(R1)은 제1 스트립전극 액정렌즈(300)에 의한 수직 방향(V)의 원주렌즈 광파워 -1.25 D와 제2 스트립전극 액정렌즈(400)에 의한 수평 방향(H)의 원주렌즈 광파워 -0.75 D를 가져, 결과적으로 구면렌즈 광파워 -0.75 D와 수직 방향(V)의 원주렌즈 광파워 -0.50 D(간략히, -0.75 D SPH / -0.50 D CYL at 90°로 표기한다)를 가지게 된다. 또한, 제2 렌즈 영역(R2)은 구면렌즈 광파워 -1.00 D와 원주렌즈 광파워 0.00 D(즉, -1.00 D SPH)를 가지며, 제3 렌즈 영역(R3)은 구면렌즈 광파워 -0.75 D와 수평 방향(H)의 원주렌즈 광파워 -0.50 D(즉, -0.75 D SPH / -0.50 D CYL at 180°)를 가지게 된다. 물론, 제1 스트립전극 액정렌즈(300)의 3개 구역 A1, A2, A3 및 제2 스트립전극 액정렌즈(400)의 3개 구역 B1, B2, B3에 인가되는 전압 프로파일에 따라 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 부여되는 광파워가 달라질 수 있다. 상기와 같은 제1 및 제3 렌즈 영역(R1, R3)의 서로 다른 원주렌즈 광파워는 종래의 자각적 굴절검사에서 사용되는 교차원주렌즈(Jackson cross cylinder, JCC)의 정방향과 뒤집어진 역방향에 각각 대응될 수 있으며, 사용자의 난시(astigmatism)를 측정하는데 사용될 수 있다. 종래의 JCC 검사법은 원주축을 정방향과 역방향으로 순차적으로 변경하면서 사용자에게 가장 잘 보이는 축방향을 찾는데, 본 실시예는 서로 다른 축방향을 동시에 보면서 사용자에게 선택할 수 있게 한다.

도 14는 일 실시예에 따른 장치의 광학적 배치를 도시한 도면이다.

도 14를 참조하면, 일 실시예에 따른 장치(500)는 디스플레이 엔진(510), 이미지 컴바이너(520), 가변초점렌즈(530)를 포함하는 증강현실 광학 시스템이다. 디스플레이 엔진(510) 및 이미지 컴바이너(520)는 도 6을 참조하여 설명한 광학 시스템(100, 200)의 디스플레이 엔진(110, 210) 및 이미지 컴바이너(120, 220)와 실질적으로 동일할 수 있으므로, 반복된 설명은 생략하기로 한다.

가변초점렌즈(530)는 단일의 픽셀전극 액정렌즈일 수 있다. 가변초점렌즈(530)는 이미지 컴바이너(520)와 타겟 영역 사이에 배치된다.

도 15는 일 실시예에 따른 가변초점렌즈(530)의 픽셀전극 어레이를 도시한다. 도 15를 참조하면, 가변초점렌즈(530)는 대향되는 2개의 기판 사이에 액정층(미도시)이 개재된 구조를 지닌다. 일측 기판(531) 상에는 다수의 픽셀전극들(532)이 2차원으로 배열될 수 있다. 픽셀전극들(532) 각각의 사각형의 형상을 지닐 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 픽셀전극들(532)은 개별적으로(즉, 독립적으로) 또는 소정 그룹 단위로 전압이 인가될 수 있다. 상기 일측 기판(531)에 대향되는 타측 기판(미도시) 상에는 공통의 제2 전극(공통 전극)(미도시)이 마련된다. 액정층, 2개 기판, 제2 전극(공통 전극)은 도 7을 참조하여 설명한 액정렌즈의 액정층(340), 제1 및 제2 기판(310, 370), 제2 전극(360)과 실질적으로 동일하므로, 반복된 설명은 생략하기로 한다.

도 16은 가변초점렌즈(530)의 일 렌즈 영역(R)이 볼록 렌즈를 모사하는 경우의 위상 프로파일을 예시적으로 도시한다. 도 16에 도시된 위상 프로파일은 가변초점렌즈(530)를 통과하는 광파의 위상차를 상기 렌즈 영역(R)의 중심으로부터 반경방향의 좌표에 따라 나타낸 것으로서, 상기 렌즈 영역(R)은 구면렌즈에 대응되는 프레넬 존(Fresnel zone)으로 이해될 수 있다. 물론 상기 렌즈 영역(R)에 속하는 픽셀전극들(532)에 인가되는 전압 프로파일에 따라 가변초점렌즈(530)의 상기 렌즈 영역(R)은 정(+)의 광파워를 갖는 볼록 구면렌즈나 부(-)의 광파워를 갖는 오목 구면렌즈를 모사할 수 있다.

가변초점렌즈(530)의 렌즈 영역(R)에 속하는 픽셀전극들(532)에 대해 특정 축(수직 방향(V), 수평 방향(H) 또는 임의 방향의 축)을 중심으로 대칭적인 전압 프로파일을 인가함으로써, 상기 렌즈 영역(R)은 상기 축을 원주축으로 하는 원주렌즈를 모사할 수도 있다. 픽셀전극들(532) 개개에 독립적으로 전압이 인가될 수 있으며, 모사되는 원주렌즈의 축방향은 수직 방향(V), 수평 방향(H)에 한정되지 않는다. 가령, 렌즈 영역(R)은 제1 축(AX1)을 원주축으로 하는 원주렌즈를 모사하도록 할 수 있다. 이때, 제1 축(AX1)의 방향은 수직 방향(V)에 대해 각도 θ만큼 반시계방향으로 회전한 방향일 수 있다. 또한, 상기 렌즈 영역(R)에 속하는 픽셀전극들(532)에 적절한 전압 프로파일을 인가함으로서 상기 렌즈 영역(R)이 소정의 구면렌즈 광파워와 소정의 원주렌즈 광파워를 합한 광파워를 갖는 렌즈를 모사할 수도 있을 것이다. 가령, 렌즈 영역(R)에 부여되는 광파워는 제1 축(AX1)을 원주축으로 하는 원주렌즈 광파워와 제1 축(AX1)에 직교하는 제2 축(AX2)을 원주축으로 하는 원주렌즈 광파워의 합으로 주어질 수 있다. 달리말하면, 직교하여 중첩되는 제1 및 제2 스트립전극 액정렌즈(300, 400)에 의해 구현된 광파워는 단일 픽셀전극 액정렌즈인 가변초점렌즈(530)에 의해 구현될 수 있다.

도 17은 일 실시예에 따른 가변초점렌즈(530)에서 서로 다른 렌즈 영역들에 부여되는 광파워의 예시를 나타내는 도면이다. 도 17을 참조하면, 제1 렌즈 영역(R1)에 속하는 픽셀전극들(532)에 적절한 전압 프로파일이 인가됨으로써 제1 렌즈 영역(R1)이 +1 D의 구면렌즈 광파워를 갖는 구면렌즈를 모사하도록 할 수 있다. 마찬가지로, 제2 렌즈 영역(R2)에 속하는 픽셀전극들(532)에 적절한 전압 프로파일이 인가됨으로써 제2 렌즈 영역(R2)이 +2 D의 구면렌즈 광파워를 갖는 구면렌즈를 모사하고, 제3 렌즈 영역(R3)에 속하는 픽셀전극들(532)에 적절한 전압 프로파일이 인가됨으로써 제3 렌즈 영역(R3)이 +3 D의 구면렌즈 광파워를 갖는 구면렌즈를 모사하도록 할 수 있다. 상기와 같이 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 부여되는 광파워가 정(+)인 경우 원시를 측정하는데 사용될 수 있고, 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 부여되는 광파워가 부(-)인 경우 근시를 측정하는데 사용될 수 있다.

도 18은 일 실시예에 따른 가변초점렌즈(530)에서 서로 다른 렌즈 영역들에 부여되는 광파워의 예시를 나타내는 도면이다. 도 18을 참조하면, 가변초점렌즈(530)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 속하는 픽셀전극들(532)에 각각 적절한 전압 프로파일이 인가됨으로써, 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)이 서로 다른 방향을 축으로 갖는 원주렌즈 광파워를 갖도록 할 수 있다. 예시적으로, 제1 렌즈 영역(R1)은 구면렌즈 광파워 -0.75 D와 제1 방향(AX1)의 원주렌즈 광파워 -0.50 D를 갖고, 제2 렌즈 영역(R2)은 구면렌즈 광파워 -1.00 D와 원주렌즈 광파워 0.00 D를 가지며, 제3 렌즈 영역(R3)은 구면렌즈 광파워 -0.75 D와 제2 방향(AX2)의 원주렌즈 광파워 -0.50 D를 갖도록 할 수 있다.

가변초점렌즈(530)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 속하는 픽셀전극들(532)에 인가되는 전압 프로파일에 따라 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 부여되는 광파워의 세기나 축방향을 미세하게 변경할 수 있으므로, 난시의 미세 측정에 사용될 수 있다.

전술한 실시예들의 장치(100, 200, 500)에서 이미지 컴바이너(120, 220, 520)는 웨이브가이드 방식으로 제한되는 것은 아니고, 다양한 공지의 이미지 컴바이너가 채용될 수 있다.

도 19는 일 실시예에 따른 장치(600)의 광학적 배치를 도시한 도면이다. 도 19를 참조하면, 일 실시예에 따른 장치(600)는 디스플레이 엔진(610), 이미지 컴바이너(620), 및 가변초점렌즈(630)를 포함하는 증강현실 광학 시스템이다. 디스플레이 엔진(610) 및 가변초점렌즈(630)는 전술한 장치(100, 200, 500)의 디스플레이 엔진(110, 210, 510) 및 가변초점렌즈(130, 230, 530)와 실질적으로 동일할 수 있으므로, 반복된 설명은 생략하기로 한다. 이미지 컴바이너(620)는 투명 몸체(621)와, 상기 투명 몸체(621)에 디스플레이 엔진(610)에서 출사된 가상이미지의 광(L_V)을 입력시키는 입력 커플러(622)와, 투명 몸체(621)에 입력된 가상이미지의 광(L_V)을 타겟 영역(즉, 사용자의 아이모션박스)으로 출력시키는 출력 커플러(623)를 포함할 수 있다. 입력 커플러(622)은 예시적으로 프리즘일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 출력 커플러(623)는 투명 몸체(621) 내에 함침되어 있는 다수의 마이크로미러들일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 출력 커플러(623)는 투명 몸체(621)에 입력된 가상이미지의 광(L_V)을 타겟 영역으로 반사시킨다. 현실 장면의 광(L_R)은 투명 몸체(621)을 관통하여 타겟 영역으로 향할 수 있다. 출력 커플러(623)가 반투명 미러들인 경우 현실 장면의 광(L_R)은 출력 커플러(623)를 투과하여 타겟 영역으로 향할 수도 있다.

도 20은 일 실시예에 따른 장치(700)의 광학적 배치를 도시한 도면이다. . 도 20을 참조하면, 일 실시예에 따른 장치(700)는 디스플레이 엔진(710), 반사미러(720), 및 가변초점렌즈(730)를 포함하는 증강현실 광학 시스템이다. 디스플레이 엔진(710) 및 가변초점렌즈(730)는 전술한 장치(100, 200, 500)의 디스플레이 엔진(110, 210, 510) 및 가변초점렌즈(130, 230, 530)와 실질적으로 동일할 수 있으므로, 반복된 설명은 생략하기로 한다. 반사미러(720)는 디스플레이 엔진(710)에서 출사된 가상이미지의 광(L_V)을 타겟 영역(즉, 사용자의 아이모션박스)으로 반사시킨다. 반사미러(720)는 단순 미러, 곡면 미러, 반사 프리즘을 등일 수 있다. 현실 장면의 광(L_R)은 반사미러(720)의 외곽을 통하여 타겟 영역으로 향할 수 있다. 반사미러(720)가 반투명 미러인 경우 현실 장면의 광(L_R)은 반사미러(720)를 투과하여 타겟 영역으로 향할 수도 있다.

도 21은 일 실시예에 따른 장치(800)의 광학적 배치를 도시한 도면이다. . 도 21을 참조하면, 일 실시예에 따른 장치(800)는 디스플레이 엔진(810) 및 가변초점렌즈(830)를 포함하는 가상현실 광학 시스템이다. 디스플레이 엔진(810) 및 가변초점렌즈(830)의 기구적 구성은 전술한 장치(100, 200, 500)의 디스플레이 엔진(110, 210, 510) 및 가변초점렌즈(130, 230, 530)와 실질적으로 동일할 수 있으므로, 반복된 설명은 생략하기로 한다.

도 22는 일 실시예에 따라 원시를 측정하는 시력측정용 화면(1000)을 나타내는 도면이며, 도 23은 정상시력을 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면(1001)을 예시적으로 보여주는 도면이며, 도 24는 원시를 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면(1002)을 예시적으로 보여주는 도면이며, 도 25는 원시 및 노안을 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면(1003)을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 22를 참조하면, 원시를 측정하고자 할 때, 디스플레이 엔진(110, 210, 510, 610, 710, 810)은 이미지 컴바이너(120, 220, 520, 620)를 통해 시력측정용 화면(1000)이 나타나도록 광을 출력한다. 시력측정용 화면(1000)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 대응되는 영역들에 동일한 시력측정용 이미지(예시적으로 문자 ‘E’)가 표시되도록 한다. 가변초점렌즈(130, 230, 530, 630, 730, 830)는 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 서로 다른 구면렌즈 광파워(예시적으로 +2.00 D, +1.00 D, +0.00 D)를 각각 부여한다.

정상시력을 가진 사용자라면, 도 23에 도시된 시력측정용 화면(1001)과 같이, 광파워가 부여되지 않은 제3 렌즈 영역(R3)의 시력측정용 이미지를 가장 뚜렷하게 볼 수 있고, 제1 및 제2 렌즈 영역(R1, R2)의 시력측정용 이미지는 지나친 굴절로 인하여 비정상적으로 보게 될 것이다.

한편, 원시시력은 물체의 상이 눈에 들어와 맺히는 초점이 망막보다 뒤쪽에 있는 경우를 의미하며, 볼록렌즈를 통해 눈에 들어와 맺히는 초점을 망막으로 이동시킴으로써 시력을 교정할 수 있다. 예를 들어, +1.00 D의 구면 볼록렌즈에 의해 교정되는 원시의 사용자(이하, 시력 +1.00 D인 사용자로 칭하기로 한다)라면, 도 24에 도시된 시력측정용 화면(1002)과 같이, +1.00 D의 구면렌즈 광파워가 부여된 제2 렌즈 영역(R2)의 시력측정용 이미지는 가장 뚜렷하게 볼 수 있다. 또한, 광파워가 부여되지 않은 제3 렌즈 영역(R3)의 시력측정용 이미지는 비교적 원거리에 있는 상이라고 간주될 수 있으므로, 단순 원시인 사용자는 제3 렌즈 영역(R3)의 시력측정용 이미지 역시 비교적 뚜렷하게 볼 수 있을 것이다. 한편, 제1 렌즈 영역(R1)의 시력측정용 이미지는 지나친 굴절로 인하여 시력 +1.00 D인 원시를 가진 사용자에게 뚜렷하지 않게 보이게 될 것이다.

한편, 노안시력은 수정체의 조절력이 떨어진 경우를 의미한다. 따라서, 원시 및 노안을 모두 갖는 경우, 원시에 대해 볼록렌즈로 교정하더라도 노안에 의해 교정에 한계가 있다. 가령, 시력 +1.00 D인 원시 및 노안의 사용자라면, 도 25에 도시된 시력측정용 화면(1003)과 같이, +1.00 D의 구면렌즈 광파워가 부여된 제2 렌즈 영역(R2)의 시력측정용 이미지만이 뚜렷하게 볼 수 있고, 제1 및 제3 렌즈 영역(R1, R3)의 시력측정용 이미지는 뚜렷하지 않은 상태로 보게 될 것이다.

한편, 시력 +1.50 D인 사용자라면, 도 22와 같이 표시된 시력측정용 화면(1000)에 대해 도 24에 도시된 것과 유사하게, +1.00 D의 구면렌즈 광파워가 부여된 제2 렌즈 영역(R2)를 가장 뚜렷하게 보고, 광파워가 부여되지 않은 제3 렌즈 영역(R3)의 시력측정용 이미지 역시 뚜렷하게 볼 수 있을 것이나, +2.00 D의 구면렌즈 광파워가 부여된 제1 렌즈 영역(R1)의 시력측정용 이미지는 뚜렷하게 볼 수 없을 것이다. 따라서, 시력 +1.00 D인 사용자와 시력 +1.50 D인 사용자는 도 22와 같은 광파워 배치만으로는 구분되지 않을 수 있으며, 따라서 보다 정확한 시력측정을 위해서는 추가적인 미세 측정이 요구될 수 있다.

도 26은 미세 측정 단계에서 원시를 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면(1004)을 예시적으로 보여주는 도면이며, 도 27은 미세 측정 단계에서 다른 원시를 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면(1005)을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 26 및 도 27을 참조하면, 시력측정용 화면(1004)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 상응하는 영역들에는 동일한 시력측정용 이미지(예시적으로 문자 ‘E’)가 표시되고, 가변초점렌즈(130, 230, 530, 630, 730, 830)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에는 변경된 광파워를 부여한다. 변경된 광파워는 기존 측정 단계에서 특정된 광파워를 기준으로 변경할 수 있다. 가령, 도 22와 같이 표시된 시력측정용 화면(1000)에 대해 사용자가 제2 렌즈 영역(R2)의 시력측정용 이미지를 가장 뚜렷히 볼 수 있다고 답변하는 경우, 변경되는 광파워는, 선택된 제2 렌즈 영역(R2)에 부여되었던 기존 광파워(도 22의 경우 +1.00 D의 구면렌즈 광파워)를 기준으로 변경한다. 나아가, 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 부여되는 광파워들의 차이는 기존에 부여된 광파워들의 차이보다 좀 더 작게 할 수 있다. 가령, 도 22를 참조하여 설명한 예에서 광파워들의 차이는 1.00 D이므로, 변경되는 광파워들의 차이는 0.50 D나 0.25 D일 수 있다. 예시적으로, 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에는 각각 +1.50 D, +1.25 D, +1.00 D의 구면렌즈 광파워가 각각 부여될 수 있다. 이에 대해 시력 +1.00 D인 사용자라면, 제3 렌즈 영역(R3)의 시력측정용 이미지만이 뚜렷하게 보이고, 제1 및 제2 렌즈 영역(R1, R2)의 시력측정용 이미지는 뚜렷하지 않게 보일 것이다. 반면에, 시력 +1.50 D인 사용자라면, 도 26에 도시되듯이 제1 렌즈 영역(R1)의 시력측정용 이미지가 가장 뚜렷하게 보이나, 제2 및 제3 렌즈 영역(R2, R3)의 시력측정용 이미지 역시 뚜렷하게 볼 수 있을 것이다. 따라서, 도 26에서와 같은 광파워 배치를 갖는 화면을 통해 시력 +1.00 D와 시력 +1.50 D를 구분할 수 있을 것이다. 한편, 시력 +1.25 D인 사용자라면, 도 27에 도시되듯이, +1.25 D의 구면렌즈 광파워가 부여된 제2 렌즈 영역(R2)의 시력측정용 이미지가 가장 뚜렷하게 보이고, +1.00 D의 구면렌즈 광파워가 부여된 제3 렌즈 영역(R3)의 시력측정용 이미지는 역시 뚜렷하게 볼 수 있을 것이나, +1.50 D의 구면렌즈 광파워가 부여된 제1 렌즈 영역(R1)의 시력측정용 이미지는 뚜렷하게 볼 수 없을 것이다. 따라서, 시력 +1.00 D와, 시력 +1.25 D와, 시력 +1.50 D는 미세 측정을 통해 구분될 수 있다.

도 28은 일 실시예에 따른 근시를 측정하는 시력측정용 화면(1006)을 나타내는 도면이며, 도 29는 정상시력을 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면(1007)을 예시적으로 보여주는 도면이며, 도 30은 근시를 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면(1008)을 예시적으로 보여주는 도면이며, 도 31은 근시 및 노안을 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면(1009)을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 28을 참조하면, 근시를 측정하고자 할 때, 디스플레이 엔진(110, 210, 510, 610, 710, 810)은 시력측정용 화면(1006)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 대응되는 영역들에 동일한 시력측정용 이미지(예시적으로 문자 ‘E’)가 표시되도록 하고, 가변초점렌즈(130, 230, 530, 630, 730, 830)는 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 서로 다른 구면렌즈 광파워(예시적으로 -2.00 D, -1.00 D, -0.00 D)를 각각 부여한다.

정상시력을 가진 사용자라면, 도 29에 도시되듯이, 광파워가 부여되지 않은 제3 렌즈 영역(R3)의 시력측정용 이미지만을 정상적으로 보고, 제1 및 제2 렌즈 영역(R1, R2)의 시력측정용 이미지는 지나친 굴절로 인하여 비정상적으로 보게 될 것이다.

한편, 근시시력은 물체의 상이 눈에 들어와 맺히는 초점이 망막보다 앞쪽에 있는 경우를 의미하며, 오목렌즈를 통해 눈에 들어와 맺히는 초점을 망막으로 이동시킴으로써 시력을 교정할 수 있다. 예를 들어, -1.00 D의 구면 오목렌즈에 의해 교정되는 근시의 사용자(이하, 시력 -1.00 D인 사용자로 칭하기로 한다)라면, 도 30에 도시되듯이, -1.00 D의 구면렌즈 광파워가 부여된 제2 렌즈 영역(R2)의 시력측정용 이미지를 가장 뚜렷하게 볼 수 있다. 단순 근시의 사용자는 다소 가까운 거리의 물체에 대해서는 비교적 뚜렷하게 볼 수 있다. 따라서, 단순 근시인 사용자는 다소 과도하게 굴절되어 물체의 상이 앞당겨진 제1 렌즈 영역(R1)의 시력측정용 이미지 역시 뚜렷하게 볼 수 있을 것이다. 한편, 광파워가 부여되지 않은 제3 렌즈 영역(R3)의 시력측정용 이미지는 시력 -1.00 D인 근시 사용자에게 흐릿하게 보일 것이다.

한편, 근시 및 노안을 모두 갖는 경우, 근시에 대해 오목렌즈로 교정하더라도 노안으로 인하여 교정에 한계가 있다. 가령, 시력 -1.00 D인 근시 및 노안의 사용자라면, 도 31에 도시되듯이, -1.00 D의 구면렌즈 광파워가 부여된 제2 렌즈 영역(R2)의 시력측정용 이미지만이 정상적으로 볼 수 있고, 제1 및 제3 렌즈 영역(R1, R3)의 시력측정용 이미지는 뚜렷하지 않은 상태로 보게 될 것이다.

한편, 시력 -1.25 D인 사용자라면, 도 28와 같이 표시된 시력측정용 화면(1006)에 대해 -1.00 D의 구면렌즈 광파워가 부여된 제2 렌즈 영역(R2)의 시력측정용 이미지는 상대적으로 뚜렷하게 볼 수 있고, -2.00 D의 구면렌즈 광파워가 부여된 제1 렌즈 영역(R1) 및 광파워가 부여되지 않은 제3 렌즈 영역(R3)의 시력측정용 이미지는 뚜렷하게 볼 수 없을 것이다. 따라서, 시력 -1.00 D인 사용자와 시력 -1.25 D인 사용자는 도 28와 같은 광파워 배치만으로는 구분되지 않으며, 따라서 보다 정확한 시력측정을 위해서는 추가적인 미세 측정이 요구될 수 있다.

도 32는 미세 측정 단계에서 근시를 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면(1010)을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 32를 참조하면, 시력측정용 화면(1010)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 대응되는 영역들에는 동일한 시력측정용 이미지(예시적으로 문자 ‘E’)가 표시되고, 가변초점렌즈(130, 230, 530, 630, 730, 830)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에는 변경된 광파워가 부여된다. 변경된 광파워는 기존 측정 단계에서 특정된 광파워를 기준으로 변경한다. 가령, 도 28와 같이 표시된 시력측정용 화면(1006)에 대해 사용자가 제2 렌즈 영역(R2)의 시력측정용 이미지를 가장 뚜렷히 볼 수 있다고 답변하는 경우, 변경되는 광파워는, 선택된 제2 렌즈 영역(R2)에 부여되었던 기존 광파워(도 28의 경우 -1.00 D의 구면렌즈 광파워)를 기준으로 변경한다. 나아가, 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 부여되는 광파워들의 차이는 기존에 부여된 광파워들의 차이보다 좀 더 작게 할 수 있다. 가령, 도 28을 참조하여 설명한 예에서 광파워들의 차이는 1.00 D이므로, 변경되는 광파워들의 차이는 0.50 D나 0.25 D일 수 있다.

예시적으로, 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에는 각각 -1.25 D, -1.00 D, -0.75 D의 구면렌즈 광파워가 각각 부여될 수 있다. 이에 대해 시력 -1.00 D인 사용자라면, 제2 렌즈 영역(R2)의 시력측정용 이미지를 가장 뚜렷하고 보고, 제1 렌즈 영역(R1)의 시력측정용 이미지 역시 뚜렷하게 보이나, 제3 렌즈 영역(R3)의 시력측정용 이미지는 뚜렷하지 않게 보일 것이다. 반면에, 시력 -1.25 D인 사용자라면, 도 32에 도시되듯이, 제1 렌즈 영역(R1)의 시력측정용 이미지가 가장 뚜렷하게 보이고, 제2 및 제3 렌즈 영역(R2, R3)의 시력측정용 이미지는 뚜렷하지 않게 보일 것이다. 한편, 시력 -1.50 D인 사용자라면, 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)의 시력측정용 이미지 모두를 뚜렷하게 볼 수 없을 것이다. 따라서, 도 32에서와 같은 광파워 배치를 갖는 화면을 통해 시력 -1.00 D, 시력 -1.25 D 및 시력 -1.50 D를 구분할 수 있을 것이다.

도 33은 난시를 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면(1011)을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 33을 참조하면, 난시를 측정하고자 할 때, 디스플레이 엔진(110, 210, 510, 610, 710, 810)은 시력측정용 화면(1011)의 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 대응되는 영역들에 동일한 시력측정용 이미지(예시적으로 문자 ‘E’)가 표시되도록 하고, 가변초점렌즈(130, 230, 530, 630, 730, 830)는 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 서로 다른 축을 갖는 원주렌즈 광파워를 각각 부여한다.

한편, 난시의 굴절이상에는 통상적으로 근시 혹은 원시 또한 동반하기에, 난시를 측정하기에 앞서, 근시 혹은 원시를 측정할 수 있다.

예시적으로, 사용자의 시력은 -1.00 D의 근시로 측정된 상태에서 추가적으로 난시를 측정하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 시력측정용 화면(1011)의 제1, 제2 및 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 -0.75 D SPH / -0.50 D CYL at 90°의 광파워, -1.00 D SPH의 광파워, 및 -0.75 D SPH / -0.50 D CYL at 180°의 광파워가 각각 부여될 수 있다.

상기 시력측정용 화면(1011) 상의 굴절력 분포는 도 13을 참조하여 설명한 중첩되는 제1 및 제2 스트립전극 액정렌즈(300, 400)으로 구성된 가변초점렌즈에서 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 렌즈 영역(R1)에 부여되는 광파워는 수직 방향(V)을 축으로 하는 -1.25 D의 원주렌즈 광파워와 수평 방향(H)을 축으로 하는 -0.75 D의 원주렌즈 광파워의 합(즉, -0.75 D SPH / -0.50 D CYL at 90°)으로 주어지며, 제2 렌즈 영역(R2)에 부여되는 광파워는 수직 방향(V)을 축으로 하는 -1.00 D의 원주렌즈 광파워와 수평 방향(H)을 축으로 하는 -1.00 D의 원주렌즈 광파워의 합(즉, -1.00 D SPH SPH / -0.00 D CYL)으로 주어지며, 제3 렌즈 영역(R3)에 부여되는 광파워는 수직 방향(V)을 축으로 하는 -0.75 D의 원주렌즈 광파워와 수평 방향(H)을 축으로 하는 -1.25 D의 원주렌즈 광파워의 합(즉, -0.75 D SPH / -0.50 D CYL at 180°)으로 주어질 수 있다. 상기 시력측정용 화면(1011) 상의 굴절력 분포는 도 18을 참조하여 설명한 픽셀전극 액정렌즈로 구현된 가변초점렌즈(530)에서도 구현될 수 있음은 물론이다.

난시를 가지고 있지 않은 사용자의 경우, 구면렌즈 광파워만이 부여된 제2 렌즈 영역(R2)의 시력측정용 이미지를 가장 뚜렷하게 보고, 제1 및 제3 렌즈 영역(R1, R3)의 시력측정용 이미지는 원주렌즈의 광파워에 의해 뚜렷하게 볼 수 없을 것이다. 그러나, 사용자의 시력에 90°의 난시 각도가 있는 경우, -0.75 D SPH / -0.50 D CYL at 90°의 광파워가 부여되는 제1 렌즈 영역(R1)의 시력측정용 이미지만이 사용자에게 뚜렷하게 보일 것이고, 제2 및 제3 렌즈 영역(R2, R3)의 시력측정용 이미지는 뚜렷하게 보이지 않을 것이다. 한편, 사용자의 시력에 180°의 난시 각도가 있는 경우, -0.75 D SPH / -0.50 D CYL at 180°의 광파워가 부여되는 제3 렌즈 영역(R3)의 시력측정용 이미지만이 사용자에게 뚜렷하게 보일 것이고, 제1 및 제2 렌즈 영역(R1, R2)의 시력측정용 이미지는 뚜렷하게 보이지 않을 것이다.

따라서, 도 33에 예시된 광파워 배치를 통해 사용자의 난시 각도를 포함한 시력을 측정할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 사용자의 난시 방향이 80°이거나 110°인 경우에도, 제1 렌즈 영역(R1)의 시력측정용 이미지가 제2 및 제3 렌즈 영역(R2, R3)의 시력측정용 이미지보다 상대적으로 뚜렷하게 보일 것이기에, 사용자의 난시 방향에 대한 미세 측정이 필요할 수 있다. 도 18에서 설명한 예와 같이 픽셀전극 액정렌즈로 구현된 가변초점렌즈(530)는 원주렌즈 광파워의 축방향을 좀 더 자유롭게 조정할 수 있으므로, 난시에 대해 미세 측정을 할 수 있다. 도 34는 미세 측정 단계에서 난시를 가진 사용자에게 보이는 시력측정용 화면(1012)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 예시적으로, 제1 내지 제3 렌즈 영역(R1, R2, R3)에 대해 원주렌즈 광파워의 축방향의 각도 θ를 110°, 0°, 20°로 변경함으로써, 사용자의 난시 각도를 좀 더 정확하게 측정할 수 있을 것이다.

전술한 실시예들의 장치(100, 200, 500, 600, 700, 800)는 증강현실 안경인 경우, 프로세서(170)는 시력 측정 모듈을 구동하여 사용자에게 자신의 시력을 측정할 수 있는 프로세서를 제공하고, 이후 측정된 시력을 기초로 시력 교정 모듈을 구동하여 가변초점렌즈(130, 230, 530, 630, 730, 830)가 사용자의 굴절이상을 교정하는 광파워를 제공하도록 함으로써 사용자에게 사용 편의성을 제공할 수 있을 것이다.

다음으로, 전술한 실시예들의 장치(100, 200, 500, 600, 700, 800)를 이용한 시력 측정 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 35는 일 실시예에 따른 시력을 측정하는 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 35를 참조하면, 사용자가 장치(100, 200, 500, 600, 700, 800)를 착용한 후 시력 측정을 선택하게 되면, 프로세서(170)가 저장부(160)로부터 시력 측정 모듈을 로딩하여 시력 측정을 개시한다(S1110).

프로세서(170)는 가변초점렌즈(130, 230, 530, 630, 730, 830)의 제1 및 제2 렌즈 영역에 서로 다른 제1 및 제2 광파워를 부여하고(S1120), 디스플레이 엔진(110, 210, 510, 610, 710, 810)을 통해 상기 제1 및 제2 렌즈 영역에 대응되는 이미지 컴바이너(120, 220, 520, 620)의 제1 및 제2 출력 영역에 시력측정용 이미지를 표시한다(S1130). 프로세서(170)는 사용자에게 제1 및 제2 광파워에 대한 설정이나 시력측정용 이미지의 크기 및 형상에 대한 설정을 변경할 수 있는 프로세스를 제공할 수도 있다. 부여되는 제1 및 제2 광파워는 정(+)의 구면렌즈 광파워, 부(-)의 구면렌즈 광파워, 또는 원주렌즈 광파워일 수 있다. 부여되는 제1 및 제2 광파워나 시력측정용 이미지에 대한 정보는 저장부(160)에 기저장되어 있을 수 있다. 가변초점렌즈(130, 230, 530, 630, 730, 830)의 렌즈 영역이 3개 이상일 수 있음은 물론이다.

프로세서(170)는 표시된 시력측정용 이미지에 대해 사용자에게 뚜렷하게 보이는 것을 선택할 것을 안내한 후 사용자의 선택에 대한 정보(제1 입력)를 획득한다(S1140). 안내하는 방식은 화면상에 텍스트나 스피커를 통한 음성을 통해 구현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 실시예에서 프로세서(170)는 사용자에게 가장 뚜렷하게 보이는 시력측정용 이미지를 선택할 것을 안내할 수 있을 것이다.

일 실시예에서 프로세서(170)는 사용자에게 뚜렷하게 보이는 시력측정용 이미지를 선택할 것을 안내하고, 사용자의 선택을 2개 이상 허용할 수도 있을 것이다.

프로세서(170)는 사용자의 제1 입력에 기초하여 가장 뚜렷하게 보이는 시력측정용 이미지가 표시된 출력 영역에 대응되는 렌즈 영역에 부여된 광파워를 특정하고(S1150), 특정된 광파워에 기초하여 사용자의 시력을 결정한다(S1160). 예를 들어, 가장 뚜렷하게 보이는 시력측정용 이미지가 표시된 출력 영역에 대응되는 렌즈 영역에 부여된 광파워가 +1.00 D SPH 인 경우, 사용자는 +1.00 D의 원시를 갖는다고 판단될 수 있다.

상기와 같은 시력 측정은 복수회 반복하여 실시될 수 있다. 도 35에서 설명한 바와 같이 사용자의 제1 입력에 기초하여 광파워가 특정되면(S1150), 특정된 광파워에 기초하여 사용자의 시력을 결정하는 단계(S1160)을 대신하여 미세 측정하는 프로세스를 진행할 수도 있다. 사용자가 뚜렷하게 보이는 시력측정용 이미지로 2개 이상을 선택한 경우, 임의로 어느 하나를 기준으로 광파워를 특정하고, 이를 기준으로 미세 측정하는 프로세스를 진행할 수도 있다.

도 36은 일 실시예에 따른 시력을 측정하는 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 36을 참조하면, 프로세서(170)는 상기 특정된 광파워를 기준으로 제1 및 제2 광파워를 변경하고, 상기 가변초점렌즈(130, 230, 530, 630, 730, 830)의 제1 및 제2 렌즈 영역에 변경된 제1 및 제2 광파워를 재부여하고(S1210), 상기 제1 및 제2 렌즈 영역에 대응되는 출력 영역에 시력측정용 이미지를 재표시할 수 있다(S1220). 변경된 제1 및 제2 광파워 중 어느 하나는 특정된 광파워일 수 있다. 변경된 제1 및 제2 광파워 사이의 차이는 변경전 제1 및 제2 광파워 사이의 차이보다 작게 설정될 수 있다.

다음으로, 프로세서(170)는 재표시된 시력측정용 이미지에 대해 사용자에게 가장 뚜렷하게 보이는 것을 선택할 것을 안내한 후 사용자의 선택에 대한 정보(제2 입력)를 획득한다(S1230).

프로세서(170)는 사용자의 제2 입력에 기초하여 가장 뚜렷하게 보이는 시력측정용 이미지가 표시된 출력 영역에 대응되는 렌즈 영역에 부여된 광파워를 재특정하고(S1240), 재특정된 광파워에 기초하여 사용자의 시력을 결정한다(S1250).

한편, 근시 혹은 원시를 측정한 이후에 난시 측정을 수행할 수 있다. 가령, 도 35 및 도 36에서 설명한 바와 같은 시력 측정 방법을 통해 근시 혹은 원시를 측정한 이후에 추가적으로 난시를 측정할 수 있다. 도 37은 일 실시예에 따른 시력을 측정하는 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 37을 참조하면, 프로세서(170)는 전단계에서 특정된 광파워를 기준으로 광파워의 축방향을 변경하고, 가변초점렌즈(130, 230, 530, 630, 730, 830)의 제1 및 제2 렌즈 영역에 변경된 제1 및 제2 광파워를 재부여하고(S1310), 상기 제1 및 제2 렌즈 영역에 시력측정용 이미지를 재표시할 수 있다(S1320). 변경된 제1 및 제2 광파워는 도 35의 단계 S1150이나 도 36의 단계 1240에서 특정된 광파워를 기준으로 0도 보다 크고 90도 보다 작은 범위 내에서 축방향이 변경될 수 있다. 예시적으로, 전단계에서 특정된 광파워는 -1.00 D SPH일 수 있다. 이 경우, 변경된 제1 광파워는 -0.75 D SPH, 0.50 CYL at 90°이고, 변경된 제2 광파워는 -0.75 D SPH, 0.50 CYL at 180°일 수 있다. 가변초점렌즈(130, 230, 530, 630, 730, 830)에는 -1.00 D SPH의 광파워가 부여되는 제3 렌즈 영역이나 그밖의 다른 축의 광파워가 부여되는 렌즈 영역이 추가적으로 마련될 수 있음은 물론이다.

다음으로, 프로세서(170)는 재표시된 시력측정용 이미지에 대해 사용자에게 가장 뚜렷하게 보이는 것을 선택할 것을 안내한 후 사용자의 선택에 대한 정보(제3 입력)를 획득한다(S1330). 프로세서(170)는 사용자의 제3 입력에 기초하여 가장 뚜렷하게 보이는 시력측정용 이미지가 표시된 출력 영역에 대응되는 렌즈 영역에 부여된 광파워를 재특정하고(S1340), 재특정된 광파워에 기초하여 사용자의 난시 시력을 결정할 수 있다(S1350).

난시 측정 역시 복수회 반복될 수 있다. 즉, 단계 S1350을 대시한여, 다시 단계 1310로 되돌아가 재특정된 광파워를 기준으로 광파워의 축방향을 다시 변경하고, 난시 측정을 반복하여 사용자의 난시 방향을 좀 더 정확하게 측정할 수 있을 것이다. 사용자가 뚜렷하게 보이는 시력측정용 이미지로 2개 이상을 선택한 경우, 임의로 어느 하나를 기준으로 광파워를 특정하고, 이를 기준으로 광파워의 축방향을 다시 변경하고 난시 측정을 반복할 수도 있다.

종래의 자각적 굴절검사(subjective refraction)는 서로 다른 광파워를 갖는 검사용 굴절렌즈를 순차적으로 이용하여 시력측정용 이미지들을 보고 그 중 선명한 이미지를 보여주는 검사용 굴절렌즈를 선택함으로써 시력 측정을 한다. 이와 같은 방식에서는 사용자가 전단계의 이미지들의 선명도를 기억하고 비교하여야 하므로, 사용자는 종종 선명함 정도를 비교하기 어려울 때가 있다. 반면에 본 실시예는 상기와 같이 서로 다른 광파워가 반영된 시력측정용 이미지들을 한 화면에 한꺼번에 보여주기에 사용자는 서로 다른 광파워가 반영된 시력측정용 이미지들을 동시에 비교할 수 있고 따라서 사용자의 선택을 좀 더 용이하게 할 수 있다.

본 개시의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 또는 프로그램 모듈과 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터를 포함할 수 있다.

또한, 컴퓨터에 의해 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적 저장매체'는 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다. 예로, '비일시적 저장매체'는 데이터가 임시적으로 저장되는 버퍼를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품(예: 다운로더블 앱(downloadable app))의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.

또한, 본 명세서에서, “부”는 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다.

또한, 본 명세서에서, “a, b 또는 c 중 적어도 하나를 포함한다”는 “a만 포함하거나, b만 포함하거나, c만 포함하거나, a 및 b를 포함하거나, b 및 c를 포함하거나, a 및 c를 포함하거나, a, b 및 c를 모두 포함하는 것을 의미할 수 있다.

전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 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.

전술한 본 발명인 가변초점렌즈를 이용하여 시력을 측정하는 장치 및 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100, 200, 500, 600, 700, 800: 장치
1000, 1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006, 1007, 1008, 1009, 1010, 1011: 시력측정용 화면
110, 210, 510, 610, 710, 810: 디스플레이 엔진
120, 220, 520, 620: 이미지 컴바이너
130, 230, 530, 630, 730, 830: 가변초점렌즈
231, 232, 300, 400: 스트립전극 액정렌즈
320, 420: 스트립전극들
340: 액정층
532: 픽셀전극들
720: 반사미러
AX1, AX2: 구면렌즈 축
I1, I2, I3: 시력측정용 이미지
R1, R2, R3: 렌즈 영역

Claims (20)

1. 가변초점렌즈를 이용하여 시력을 측정하는 장치에 있어서,
   시력측정용 이미지를 포함하는 광을 투사하는 디스플레이 엔진;
   상기 디스플레이 엔진에서 투사된 광을 가이드하는 이미지 컴바이너;
   상기 이미지 컴바이너에서 가이드된 광의 경로상에 배치되는 가변초점렌즈;
   사용자의 입력을 입력받는 입력 장치;
   하나 이상의 명령어들을 저장하는 저장부; 및
   상기 하나 이상의 명령어들을 실행하는 프로세서;를 포함하며,
   상기 프로세서는,
   상기 가변초점렌즈를 제어하여, 상기 가변초점렌즈의 렌즈면 상의 제1 및 제2 렌즈 영역에 서로 다른 제1 및 제2 광파워를 각각 부여하고,
   상기 디스플레이 엔진을 제어하여, 상기 가변초점렌즈의 상기 제1 및 제2 렌즈 영역에 대응되는 상기 이미지 컴바이너의 제1 및 제2 출력 영역을 통해 상기 시력측정용 이미지를 표시하고,
   상기 입력 장치를 제어하여, 상기 시력측정용 이미지에 대한 사용자의 입력을 입력받고,
   상기 사용자의 입력으로부터 상기 제1 및 제2 광파워 중 어느 한 광파워를 특정하고,
   특정된 광파워에 기초하여 사용자의 시력을 결정하는,
   장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 출력 영역을 통해 표시된 제1 시력측정용 이미지와 상기 제2 출력 영역을 통해 표시된 제2 시력측정용 이미지는 같은 크기의 동일한 이미지인,
   장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 가변초점렌즈는 제1 및 제2 스트립 전극 어레이를 가지는 제1 및 제2 스트립 전극 액정렌즈를 포함하며, 상기 제1 및 제2 스트립 전극 액정렌즈는 상기 제1 및 제2 스트립 전극 어레이가 서로 직교하며 중첩되도록 배치되며,
   상기 프로세서는, 상기 제1 렌즈 영역을 지나가는 상기 제1 스트립 전극 어레이의 제1 스트립 전극들 및 제2 스트립 전극 어레이의 제2 스트립 전극들에 상기 제1 렌즈 영역이 상기 제1 광파워를 가지도록 전압을 인가하고, 상기 제2 렌즈 영역을 지나가는 상기 제1 스트립 전극 어레이의 제3 스트립 전극들 및 제2 스트립 전극 어레이의 제4 스트립 전극들에 상기 제2 렌즈 영역이 상기 제2 광파워를 가지도록 전압을 인가하는,
   장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 가변초점렌즈는 픽셀전극 어레이를 갖는 픽셀전극 액정렌즈를 포함하며,
   상기 프로세서는, 상기 제1 렌즈 영역을 지나가는 상기 픽셀전극 어레이의 제1 픽셀전극들에 상기 제1 렌즈 영역이 상기 제1 광파워를 가지도록 전압을 인가하고, 상기 제2 렌즈 영역을 지나가는 상기 픽셀전극 어레이의 제2 픽셀전극들에 상기 제2 렌즈 영역이 상기 제2 광파워를 가지도록 전압을 인가하는,
   장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 프로세서는, 사용자의 근시 또는 원시 측정시, 상기 제1 및 제2 광파워가 구면렌즈 광파워를 갖도록, 상기 가변초점렌즈의 전극들에 전압을 인가하는,
   장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 프로세서는, 사용자의 난시 측정시, 상기 제1 광파워는 상기 가변초점렌즈의 렌즈면 상에 놓인 제1 방향을 축방향으로 하는 제1 원주렌즈 광파워를 갖고, 상기 제2 광파워는 상기 가변초점렌즈의 렌즈면 상에 놓이며 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 축방향으로 하는 제2 원주렌즈 광파워를 갖도록, 상기 가변초점렌즈의 전극들에 전압을 인가하는,
   장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 입력 장치는 시선 추적 센서, 마이크, 버튼, 및 제스쳐 인식 센서 중 적어도 어느 하나인,
   장치.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 이미지 컴바이너는 디스플레이 엔진에서 투사된 광을 타겟 영역으로 가이드하고 현실 장면의 광을 투과하며,
   상기 가변초점렌즈는 상기 이미지 컴바이너에서 상기 타겟 영역으로 가이드되는 광의 경로상에 배치되는,
   장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 이미지 컴바이너는 웨이브가이드, 다중 미러 및 반사 미러 중 어느 하나인,
   장치.
10. 제1 항에 있어서,
    측정된 사용자의 시력에 대한 정보는 상기 저장부에 저장되는,
    장치.
11. 제1 항에 있어서,
    상기 장치는 증강현실 장치인,
    장치.
12. 가변초점렌즈를 이용하여 시력을 측정하는 방법에 있어서,
    가변초점렌즈의 렌즈면 상의 제1 및 제2 렌즈 영역에 서로 다른 제1 및 제2 광파워를 각각 부여하는 단계;
    상기 가변초점렌즈의 상기 제1 및 제2 렌즈 영역에 대응되는 상기 이미지 컴바이너의 제1 및 제2 출력 영역을 통해 시력측정용 이미지를 표시하는 단계;
    상기 시력측정용 이미지에 대한 사용자의 제1 입력을 입력받는 단계;
    상기 사용자의 제1 입력에 기초하여 상기 제1 및 제2 광파워 중 어느 한 광파워를 특정하는 단계; 및
    특정된 광파워에 기초하여 사용자의 시력을 결정하는 단계;를 포함하는,
    방법.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 출력 영역을 통해 표시된 제1 시력측정용 이미지와 상기 제2 출력 영역을 통해 표시된 제2 시력측정용 이미지는 같은 크기의 동일한 이미지인,
    방법.
14. 제12 항에 있어서,
    상기 특정된 광파워를 기준으로 상기 제1 및 제2 광파워를 변경하고, 상기 가변초점렌즈에 변경된 제1 및 제2 광파워를 재부여하는 단계; 상기 시력측정용 이미지를 표시하는 단계, 사용자의 제2 입력을 입력받는 단계; 상기 사용자의 제2 입력에 기초하여 상기 변경된 제1 및 제2 광파워 중 어느 한 광파워를 재특정하는 단계; 및 재특정된 광파워에 기초하여 사용자의 시력을 결정하는 단계;를 더 포함하는,
    방법.
15. 제12 항에 있어서,
    상기 가변초점렌즈에 상기 제1 및 제2 광파워를 부여하는 단계는, 사용자의 근시 또는 원시 측정시, 상기 제1 및 제2 광파워가 구면렌즈 광파워를 갖도록, 상기 가변초점렌즈의 전극들에 전압을 인가하는,
    방법.
16. 제12 항에 있어서,
    상기 가변초점렌즈에 상기 제1 및 제2 광파워를 부여하는 단계는, 사용자의 난시 측정시, 상기 제1 광파워는 상기 가변초점렌즈의 렌즈면 상에 놓인 제1 방향을 축방향으로 하는 제1 원주렌즈 광파워를 갖고, 상기 제2 광파워는 상기 가변초점렌즈의 렌즈면 상에 놓이며 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 축방향으로 하는 제2 원주렌즈 광파워를 갖도록, 상기 가변초점렌즈의 전극들에 전압을 인가하며,
    상기 사용자의 시력을 측정하는 단계는, 상기 특정된 광파워의 축방향에 기초하여 사용자의 난시 방향을 결정하는,
    방법.
17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 방향을 0도 보다 크고 90도 보다 작은 범위 내에 변경한 후, 상기 가변초점렌즈에 변경된 제1 및 제2 광파워를 부여하는 단계; 상기 시력측정용 이미지를 표시하는 단계; 사용자의 제3 입력을 입력받는 단계; 상기 사용자의 제3 입력에 기초하여 상기 변경된 제1 및 제2 광파워 중 어느 한 광파워를 재특정하는 단계; 및 재특정된 광파워에 기초하여 사용자의 시력을 재측정하는 단계;를 더 포함하는,
    방법.
18. 제12 항에 있어서,
    상기 사용자의 입력은 시선 추적 센서, 마이크, 버튼, 터치 패드 및 제스쳐 인식 센서 중 적어도 어느 하나를 통해 수행되는,
    방법.
19. 제12 항에 있어서,
    측정된 사용자의 시력을 저장부에 저장하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
20. 제12 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.

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