KR20230121541A - 광원과 광학계가 일체화된 증강현실 장치 - Google Patents

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이광훈
김회민
이동길
이진수
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한국광기술원
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Abstract

광원과 광학계가 일체화된 증강현실 장치를 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 적색, 청색 및 녹색 파장대역의 광을 각각 방사하는 복수의 광원과 각 광원에서 방사되는 광을 일 방향으로 반사시키는 반사부와 상기 반사부에서 반사되는 광의 방향을 조정하는 스티어링부 및 상기 반사부에서 반사되는 광의 폭을 조정하는 빔폭 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원부를 제공한다.

Description

광원과 광학계가 일체화된 증강현실 장치{Augmented Reality Apparatus with Integrated Light Source and Optical System}
본 발명은 광원과 광학계가 일체화되어, 부피를 감소시키고 필연적으로 발생하는 수차를 최소화한 증강현실 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
증강현실(Augmented Reality)이란, 실제 환경에 3차원 영상을 삽입하여 현실 세계 정보와 가상의 영상을 혼합한 것을 의미한다.
현실 세계 정보에는 사용자가 필요로 하지 않는 정보도 있고, 때로는 사용자가 필요로 하는 정보가 부족할 수도 있다. 그러나 증강현실 시스템은 현실 세계와 가상 세계를 결합함으로써 실시간으로 사용자에게 현실 세계와 필요한 정보의 상호 작용이 이루어지도록 하는 것이다.
종래의 증강현실 장치는 증강현실 영상을 생성하기 위한 광을 조사하는 광원 및 광원에서 조사된 광을 증강현실 영상으로 변환한 후 사용자의 안구로 입사시키기 위한 광학계를 포함한다. 종래의 증강현실 장치는 반드시 광학계를 별도로 포함하여야 했기에, 부피가 필연적으로 커져야 했으며 광학계를 거치며 필연적으로 광학수차가 발생해왔다.
이로 인해, 종래의 증강현실 장치는 사용자의 머리나 안면부에 장착되는 형태 정도나 임의의 장소에 일정한 부피를 차지하며 별도의 장치로 구현된 형태로만 구현이 가능했다. 이러한 문제로 인해 증강현실 장치의 용처나 형태에 제약이 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 광원과 광학계가 일체화되어, 부피를 감소시키고 필연적으로 발생하는 수차를 최소화한 증강현실 장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 박막 또는 투명필름 등의 형태로 구현 가능하여 필요한 장소에 부착되어 동작할 수 있는 증강현실 장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 적색, 청색 및 녹색 파장대역의 광을 각각 방사하는 복수의 광원과 각 광원에서 방사되는 광을 일 방향으로 반사시키는 반사부와 상기 반사부에서 반사되는 광의 방향을 조정하는 스티어링부 및 상기 반사부에서 반사되는 광의 폭을 조정하는 빔폭 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원부를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 반사부는 포물선 형태로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 반사부는 CPC(Compound Parabolic Concentrator)의 형태로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 스티어링부는 일 축 상으로의 광의 진행방향을 조정하는 스티어링 모듈을 적어도 2개 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 스티어링부는 서로 수직한 방향으로 광의 방향을 조정하는 적어도 2개의 스티어링 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 각 파장대역의 광을 조사하는 각 광원은 상기 반사부가 광을 반시키는 방향으로 적층된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 증강현실 장치에 있어서, 상기 증강현실 장치의 해상도에 따라 구현되어야 할 픽셀의 가로 및 세로 길이만큼 떨어져 배치되는 복수의 버스라인과 복수 개 포함되는 상기 광원부와 각 버스라인으로 전원을 공급하는 전원부 및 상기 전원부 및 상기 광원부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광원부는 상기 버스라인이 형성하는 픽셀의 공간 내 각각 하나씩 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 버스라인은 수평 버스라인 및 수직 버스라인을 포함하며, 상기 증강현실 장치의 해상도에 따라 구현되어야 할 수평 픽셀의 개수 및 수직 픽셀의 개수보다 각각 하나씩 더 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 증강현실 장치에 있어서, 상기 증강현실 장치의 해상도에 따라 구현되어야 할 픽셀의 가로 및 세로 길이만큼 떨어져 배치되는 복수의 버스라인과 복수 개 포함되는 상기 광원부와 각 버스라인으로 전원을 공급하는 전원부 및 상기 전원부 및 상기 광원부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 각 광원부는 상기 버스라인이 형성하는 픽셀의 공간 내 각각 하나씩 배치되되, 각 픽셀의 공간 내에서 무작위로 배치되는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 버스라인은 수평 버스라인 및 수직 버스라인을 포함하며, 상기 증강현실 장치의 해상도에 따라 구현되어야 할 수평 픽셀의 개수 및 수직 픽셀의 개수보다 각각 하나씩 더 구현되는
상기 광원부의 가로 길이가 수 내지 십수㎛로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광원부의 광이 출력되는 방향의 길이가 수십 내지 수백㎛로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 증강현실 장치에 있어서, 상기 증강현실 장치의 해상도에 따라 구현되어야 할 픽셀의 가로 및 세로 길이만큼 떨어져 배치되는 복수의 버스라인과 복수 개 포함되는 상기 광원부와 각 버스라인으로 전원을 공급하는 전원부 및 상기 전원부 및 상기 광원부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 증강현실 장치는 안경 내 삽입되어 동작하거나, 박막 또는 필름형태로 구현되어 안경에 부착되어 동작하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 증강현실 장치에 있어서, 상기 증강현실 장치의 해상도에 따라 구현되어야 할 픽셀의 가로 및 세로 길이만큼 떨어져 배치되는 복수의 버스라인과 복수 개 포함되는 상기 광원부와 각 버스라인으로 전원을 공급하는 전원부 및 상기 전원부 및 상기 광원부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 증강현실 장치는 운송수단의 윈드쉴드 내 삽입되어 동작하거나, 박막 또는 필름형태로 구현되어 운송수단의 윈드쉴드에 부착되어 동작하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 증강현실 장치에 있어서, 상기 증강현실 장치의 해상도에 따라 구현되어야 할 픽셀의 가로 및 세로 길이만큼 떨어져 배치되는 복수의 버스라인과 복수 개 포함되는 상기 광원부와 각 버스라인으로 전원을 공급하는 전원부 및 상기 전원부 및 상기 광원부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 증강현실 장치는 건물의 외벽에 위치하고 있는 임의의 광학구성 내 삽입되어 동작하거나, 박막 또는 필름형태로 구현되어 건물의 외벽에 위치하고 있는 임의의 광학구성에 부착되어 동작하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 광원과 광학계가 일체화되어, 부피를 감소시키고 필연적으로 발생하는 수차를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 박막 또는 투명필름 등의 형태로 구현 가능하여 필요한 장소에 부착되어 동작할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 장치의 다양한 구현예를 도시한 도면이다.
도 2 및 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 무아레 무늬 및 보케 효과를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원부의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링부의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 모듈의 일 구현예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔폭 조정부의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 장치의 다양한 구현예를 도시한 도면이다.
증강현실 장치(110)는 사용자에 증강현실 영상을 제공한다. 이때, 증강현실 장치는 종래와 같이 광원 및 광학계로 구현되는 것이 아니라, 광원부(220, 도 2를 참조하여 후술)와 제반 구성(230/235, 도 2를 참조하여 후술)이 임의의 광학구성 내 삽입된 형태로 구현되거나, 광원부 및 제반구성이 박막 또는 (투명)필름 형태로 구현되어 임의의 광학구성에 부착되는 형태로 구현된다. 제반 구성은 광원부로 전원을 공급하기 위한 구성이 대부분인 점에서, 실질적으로 증강현실 장치(110)의 동작은 광원부(210)에서 진행된다. 이에 따라, 증강현실 장치(110)는 종래의 증강현실 장치와 같이 광학계를 필요로 하지 않으며 광원부가 배치될 수 있는 공간만이 구현되면 되기에, 임의의 광학구성 내 삽입되거나 부착되는 형태로 구현될 수 있다. 증강현실 장치(110)는 공간이나 배치에 있어 제약을 받지 않을 수 있다. 또한, 증강현실 장치(110)는 광원부의 배치를 조정하여, 기존 단층의 동일평면상에 등간배열된 광원 구조로부터 발생되는 보케현상과, 다층 또는 위상값이 다른 단층의 등간배열 광원 구조로부터 발생되는 무아레현상을 억제한다
증강현실 장치(110)는 임의의 광학구성(예를 들어, 렌즈, 유리 등)에 삽입되거나 해당 광학구성에 부착되는 형태로 구현될 수 있기에, 다양한 환경에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 증강현실 장치(110)는 도 1a에 도시된 바와 같이, 사용자의 안경(120)에 부착 또는 삽입된 형태로 사용되어, 사용자가 자신의 안경만을 착용한 상태로도 증강현실 영상을 시청할 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 증강현실 장치(110)는 차량과 같은 운송수단(130) 내 (윈드쉴드) 글라스에 삽입되거나 부착되어, 운송수단의 운전자 등이 필요로 하는 정보를 증강현실 영상으로 출력할 수 있다. 또는 도 1c에 도시된 바와 같이, 증강현실 장치(110)는 건물(140) 등 특정 장소의 외벽에 위치하고 있는 임의의 광학구성에 삽입되거나 부착되어, 해당 장소로 진입한 사람들에 증강현실 영상을 제공할 수 있다.
부착되는 형태로 구현될 경우, 증강현실 장치(110) 내 각 구성은 투명성을 기 설정된 기준치 이상 가지며 유연성(Flexible)을 갖는 필름 형태 또는 박막 형태의 기판상에 구현될 수 있다. 이에 따라, 증강현실 장치(110)가 임의의 광학구성에 부착될 경우, 광학구성의 동작은 방해하지 않으면서도 오랫동안 부착되어 자신 고유의 동작을 수행할 수 있다.
즉, 증강현실 장치(110)는, 사용자가 위치하는 장소에 존재하거나 사용자가 착용하는 등의 이유로 사용자가 바라보는 광학구성에 삽입되거나 부착되어, 사용자에게 증강현실 영상을 제공할 수 있다.
도 2 및 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 장치(110)는 광원부(220), 버스라인(230), 전원부(미도시) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
광원부(220)는 기 설정된 크기를 가지며 각 픽셀 내에서 무작위로 배치되며, 빔 폭 및 방향을 조정하여 영상을 출력한다.
광원부(220)는 기 설정된 크기를 가지며 각 픽셀 내에서 무작위로 배치된다. 광원부(220)는 수 내지 수백㎛의 폭과 길이를 갖도록 구현되며, 증강현실 장치(110)의 해상도에 따른 픽셀의 간격 내에 각각 배치된다. 다만, 광원부(220)가 픽셀의 간격 내에 배치됨에 있어, 상호 간에 균등한 간격으로 배치되는 것이 아니라, 각각은 각 픽셀의 간격 내에서 임의의 위치에 의도적으로 배치된다. 광원부(220)가 기판이나 임의의 광학구성에 배치됨에 있어, 각 픽셀의 간격마다 임의의 위치가 개방된 마스크가 이용될 수 있다. 각 픽셀의 간격 내에서 임의의 위치가 개방된 마스크에 의해, 광원부(220)는 (필름 형태 또는 박막 형태의) 기판에 배치되거나 임의의 광학구성 내 삽입되는 형태로 배치됨에 있어 임의의 위치에 무작위로 배치될 수 있다.
광원부(220)가 각 픽셀의 간격 내에서 무작위로 배치됨에 따라, 사용자가 인지하는 무아레 무늬와 보케 효과를 최소화할 수 있다. 무아레 무늬와 보케 효과는 도 4에 도시되어 있다.
도 4는 무아레 효과 및 보케 효과를 도시한 도면이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 무아레 무늬는 출력하고자 하는 영상과는 무관하게 주기적 또는 비주기적으로 나타나는 격자 무늬를 의미한다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 보케 효과는 출력하고자 하는 영상의 의도와는 무관하게, 영상이 포커싱되지 못하고 아웃 포커싱되는 효과를 의미한다.
광원이 종래와 같이 각 픽셀의 간격 내에 균등한 간격마다 배치될 경우, 출력하고자 하는 영상의 의도와는 무관하게 무아레 무늬가 두드러지게 발생하며, 각 픽셀 내 광원의 위치를 중심으로 보케효과가 발생하게 된다. 보케효과에 있어, 각 광원의 위치마다 보케효과가 발생하며, 각 광원의 위치에서의 보케효과가 중첩되며 사용자로 하여금 증강현실 영상의 인지를 방해하게 된다.
다시 도 2 및 3을 참조하면, 무아레 무늬와 보케효과는 물리적으로 발생하는 현상인 점에서 발생 자체를 방지하는 것은 상당한 어려움이 존재한다. 이에 따라, 광원부(220)는 각 픽셀의 간격 내에서 무작위로 배치됨에 따라, 무아레 무늬와 보케 효과를 최소화할 수 있다. 광원부(220)의 전술한 배치로 인해, 발생하는 무아레 무늬의 격자 간격은, 적어도 증강현실 장치(110)가 출력하는 증강현실 영상의 시야각 또는 아이박스(Eye Box) 이상 멀어질 수 있으며, 발생하는 각 보케 역시 전술한 정도 이상의 직경만큼 커지게 된다. 전술한 대로, 무아레 무늬와 보케가 발생함에 따라, 광원부(220)는 무아레 무늬 및 보케로 인한 사용자의 증강현실 영상 시청에 방해를 최소화할 수 있다.
광원부(220)는 증강현실 영상을 제어부(미도시)의 제어에 따라 원하는 경로 및 폭으로 조정하여 사용자의 동공(210) 내로 조사한다. 광원부(220)는 내부에 자체적으로 광의 경로와 폭을 조정할 수 있는 구성을 포함하여, 제어부(미도시)의 제어를 받아 출력할 광의 경로 및 폭을 조정한다.
버스라인(230, 235)은 전원부(미도시)로부터 전원을 공급받아 각 광원부(220)에 전원을 공급한다. 버스라인(230a 내지 230n 및 235a 내지 235n)은 증강현실 장치(110)의 해상도에 따라 구현되어야 할 수평 픽셀의 개수 및 수직 픽셀의 개수보다 각각 하나씩 더 구현된다. 각 버스라인(230, 235)은 픽셀의 가로 및 세로 길이만큼 떨어져 배치된다. 이에 따라, 각 버스라인 사이의 공간(픽셀의 크기)에 광원부(220)가 해당 공간 내에서 임의의 위치마다 배치되며, 인접한 버스라인(230, 235)들과 연결되어 전원을 공급받는다. 전원이 공급되는 버스라인(230, 235)과 연결된 광원부(220)가 동작하게 되며, 각 버스라인(230, 235)으로 전원을 공급할지 여부는 제어부(미도시)에 의해 제어된다.
버스라인(230, 235)은 광원부(220)와 함께 증강현실 장치를 구성하며, 증강현실 장치(110)는 전술한 대로 필름 형태로 구현되어 광학구성에 부착되어 동작할 수 있다. 이때, 광학구성이 도 1a에 도시된 바와 같이 안경이거나 도 1b에 도시된 바와 같이 차량의 윈드쉴드 글라스일 경우, 해당 광학구성의 투명성은 보장이 되어야 한다. 이에, 버스라인(230, 235)은 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같이 투명도가 기 설정된 기준치 이상인 재질로 구현될 수 있다. 이에 따라, 증강현실 장치(110)가 광학구성에 부착되더라도, 광학구성의 투명도를 크게 저해하지 않을 수 있다.
도 3에는 버스라인(230, 235)에 의해 픽셀에 해당하는 공간이 형성되며, 광원부(220) 만이 해당 공간 내 배치되는 것으로 구현되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 각 버스라인(230, 235)이 형성하는 공간 내 트랜지스터(미도시)가 더 포함될 수 있다. 해당 공간 내 각 버스라인(230, 235)과 연결된 트랜지스터(미도시)가 구현되며, 트랜지스터(미도시)와 광원부(220)가 전기적으로 연결되며, 광원부(220)가 AM 구동으로 동작할 수 있다. 전술한 바와 같이, 트랜지스터(미도시) 역시 투명박막 트랜지스터로 구현되어 증강현실 장치(101)의 투명성을 확보할 수 있다.
전원부(미도시)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 각 버스라인(230, 235)으로 전원을 공급한다. 전원부(미도시)는 증강현실 장치(110)가 부착되거나 삽입될 광학구성 내 배치될 수 있고, 배터리로 구현되어 버스라인(230, 235)과 전선으로 연결되며 외부에 별도로 위치(사용자가 파지하는 형태)할 수 있다. 경우에 따라, 전원부(미도시)는 전원을 공급하며 발전을 동시에 수행할 수 있는 박막 형태의 투명 배터리로 구현되어, 증강현실 장치(110) 내에 버스라인(230, 235) 등과 함께 배치될 수 있다.
제어부(미도시)는 전원부(미도시) 및 광원부(미도시)의 동작을 제어한다.
제어부(미도시)는 각 버스라인(230, 235)으로 전원을 공급하도록 전원부(미도시)를 제어하여 광원부(220)의 동작을 제어한다.
제어부(미도시)는 특정 영상을 특정 방향 및 특정 폭으로 출력하도록 광원부(220)를 제어한다. 예를 들어, 제어부(미도시)는 증강현실 영상을 착용자의 동공(210)으로 모두 출력하도록 광원부(220)를 제어할 수 있으며, 착용자의 동공(210)의 크기만큼의 폭을 갖는 증강현실 영상을 출력하도록 광원부(220)를 제어할 수 있다. 제어부(미도시)는 증강현실 장치(110) 내 포함된 광원부(220) 중 일부만이 증강현실 영상을 출력하도록 제어할 수도 있고, 전부가 증강현실 영상을 출력하도록 제어할 수도 있다.
다만, 전술한 대로 각 광원부(220)는 자신이 출력할 경로와 폭을 조정할 수 있기 때문에, 제어부(미도시)는 광원부(220)가 다음과 같이 동작하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 1b에서나 도 1c에서와 같이, 복수의 인원이 증강현실 장치(110)로부터 제공되는 증강현실 영상을 시청하는 경우라면, 하나의 장치(110)에서 위치에 따라 서로 다른 영상을 출력할 수 있다. 예를 들어, 차량의 윈드쉴드 글라스에 부착된 증강현실 장치(110)일 경우, 운전자에게는 운행과 관련된 정보를 출력하는 증강현실 영상을, 조수석에 위치한 인원에게는 운행과 관련없는 별개의 영상을 증강현실 영상으로 출력할 수 있다. 제어부(미도시)는 증강현실 장치(110) 내 운전자의 전방에 위치한 일정 면적만큼의 광원부(220)들이 운행과 관련된 증강현실 영상을 운전자의 동공 내로 출력하도록 제어할 수 있으며, 증강현실 장치(110) 내 조수석의 전방에 위치한 일정 면적만큼의 광원부(220)들이 임의의 증강현실 영상을 조수석에 위치한 인원의 동공 내로 출력하도록 제어할 수 있다. 제어부(미도시)는 광원부(220)가 출력할 영상을 프레임마다 서로 달리할 수 있으며 동작할 광원을 조정할 수 있기에, 프레임마다 운전자와 조수석으로 각각 별개의 영상을 출력할 수 있다. 이처럼, 제어부(미도시)는 광원부(220)가 출력할 영상, 출력할 방향 및 출력할 빔 폭을 각각 조정할 수 있다.
제어부(미도시)도 증강현실 장치(110)가 부착되거나 삽입될 광학구성 내 배치될 수 있고, 별도의 구성으로 구현되어 전원부(미도시)와 함께 별도로 위치할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원부의 구성을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원부(230)는 광원(510), 반사부(520), 스티어링부(530) 및 빔폭 조정부(540)를 포함한다.
광원(510)은 반사부(520)를 향해 광을 방사한다. 적색, 녹색 및 청색광을 발광하는 각 광원(510r, 510g, 510b)은 광이 진행하는 방향을 기준으로 적층된 형태로 구현될 수 있다. 각 광원(510r, 510g, 510b)은 적층된 형태로 구현되며, 적층된 방향을 중심으로 주변을 향해 광을 방사한다. 각 광원(510r, 510g, 510b)이 적층된 상태에서 주변을 향해 광을 방사하기 때문에, 방사된 광은 반사부(520)를 향해 진행한다. 각 광원(510r, 510g, 510b)이 적층된 구조를 가짐에 따라, 가로 길이(도 1에서 x축 방향의 길이)나 세로 길이(도 1에서 y축 방향의 길이)가 현저히 줄어들 수 있으며, 색수차를 최소화할 수 있다.
반사부(520)는 각 광원(510r, 510g, 510b)에서 조사된 광을 빔폭 조정부(540)를 향해 반사시킨다. 반사부(520)는 CPC(Compound Parabolic Concentrator)와 같이 광을 반사시키되 포물선 형태를 구조를 가지며, 반사부(520)의 중심에 각 광원(510r, 510g, 510b)이 적층된 상태로 배치된다. 이에 따라, 광원에서 방사된 광은 반사부(520)에서 반사되며 광원이 적층된 방향을 향해 일괄적으로 진행한다. 각 광원(510r, 510g, 510b)이 적층된 형태와 반사부(520)의 구조에 따라, 각 광원(510r, 510g, 510b)에서 조사된 광은 분산되지 않은 채 오롯이 스티어링부(530) 및 빔폭 조정부(540)를 향해 진행하도록 한다. 반사부(520)는 스티어링부(530) 및 빔폭 조정부(540)와 동일하거나 그보다 작은 면적으로 구현됨에 따라, 광원(510)에서 방사된 모든 광이 스티어링부(530) 및 빔폭 조정부(540)로 진행할 수 있다.
다만, 스티어링부(530)와 빔폭 조정부(540)로 광을 출력하기 위해 광원부(220)가 적층된 광원(510r, 510g, 510b)과 포물선 형태의 반사부(520)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 스티어링부(530)와 빔폭 조정부(540)로 평행광을 출력할 수 있다면, 광원(510)과 반사부(520)는 어떠한 구조로 대체되어도 무방하다. 예를 들어, 각 광원은 가로 길이방향(도 1에서 x축 방향)나 세로 길이방향(도 1에서 y축 방향)으로 배치될 수 있으며, 광원의 전방에 콜리메이터가 배치될 수 있다.
스티어링부(530)는 반사부(520)에서 반사되어 진행하는 광의 방향을 조정한다. 스티어링부(530)는 도 6 및 7에 도시된 구조를 갖는다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링부의 구성을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 모듈의 일 구현예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링부(530)는 2개 또는 그 이상의 스티어링 모듈(610, 620)을 포함한다. 각 스티어링 모듈(610)은 가로축 또는 세로축 등 어느 일 축 상으로의 광의 진행방향을 조정한다. 스티어링 모듈(610, 620)이 일 축 상으로의 진행방향만을 조정할 수 있기에, 수평방향 및 수직방향으로 광의 진행방향을 조정하기 위해 스티어링부(530) 내에는 서로 수직한 방향으로 광의 방향을 조정하는 적어도 2개의 스티어링 모듈(610, 620)이 포함되어야 한다. 스티어링부(530)는 적어도 2개의 스티어링 모듈(610, 620)을 포함하여, 자신으로 진입하는 광의 진행방향을 조정한다. 스티어링 모듈(610, 620)은 도 7에 도시된 구성을 구비할 수 있다.
도 7을 참조하면, 스티어링 모듈(610, 620)은 기 설정된 굴절률을 갖는 제1 부분(710) 및 굴절률의 조정이 가능한 제2 부분(720)을 포함한다.
제1 부분(710)은 기 설정된 굴절률(n0)을 갖되, 기 설정된 단위형상이 주기적으로 반복되는 형태로 구현된다. 예를 들어, 제1 부분(710)은 도 7에 도시된 바와 같이, 직각 삼각형 형상이 주기적으로 반복되는 형태로 구현될 수도 있고, 직사각형 등 다양한 단위형상이 주기적으로 반복되는 형태로 구현될 수 있다.
제2 부분(720)은 광이 스티어링부(530)로 진행하는 방향으로 제1 부분(710)보다 먼 위치에서 제1 부분(710)과 접촉하여 위치하며, 제어부(미도시)의 제어에 따라 굴절률이 조정된다. 제2 부분(720)은 액정(Liquid Crystal)을 포함하여, 인가되는 전원의 크기에 따라 굴절률이 조정된다. 스티어링 모듈(610, 620) 양단에 전원이 인가될 수 있으며, 인가되는 전원에 따라 제2 부분(720)의 굴절률(ne)이 조정된다. 제2 부분(720)의 굴절률이 제1 부분(710)의 굴절률보다 커질 경우, 광은 일 방향으로 회절하게 된다. 양 부분(710, 720)의 굴절률이 동일할 경우 광은 회절없이 그대로 진행하게 된다. 제2 부분(720)의 굴절률이 제1 부분(710)의 굴절률보다 작아질 경우, 광은 다른 일방향으로 회절하게 된다. 이처럼, 제2 부분(720)의 굴절률이 조정됨에 따라 일 축 상으로 진행하는 광의 진행방향이 조정될 수 있다. 스티어링부(530)는 서로 수직한 방향으로 광의 방향을 조정하는 적어도 2개의 스티어링 모듈(610, 620)을 포함한다.
다시 도 5를 참조하면, 빔폭 조정부(540)는 반사부(520)에서 반사되어 진행하는 광의 방향을 조정한다. 빔폭 조정부(540)는 기하학적 위상 렌즈(Geometric Phase Lens) 또는 메타렌즈로 구현되어, 입사되는 광의 위상에 따라 포커싱 정도를 조정하여 빔폭을 조정할 수 있다. 빔폭 조정부(540)의 동작은 도 8에 도시되어 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔폭 조정부의 구성을 도시한 도면이다. 도 8에는 빔폭 조정부(540)가 기하학적 위상 렌즈(810)로 구현된 예가 도시되어 있다. 기하학적 위상 렌즈(810)는 특정 편광(예를 들어, S편광 또는 Right-Handed Circular Polarization)은 포커싱하는 형태로, 다른 편광(예를 들어, P편광 또는 Left-Handed Circular Polarization)은 분산시키는 형태로 진행시킬 수 있다. 이때, 렌즈(810) 양단으로 전압이 인가되며, 인가되는 전압의 정도에 따라 특정 편광만을 분산시키거나 포커싱할 수 있으며, 분산되거나 포커싱되는 정도를 조정할 수 있다. 제어부(미도시)는 기하학적 위상 렌즈(810) 양단에 인가되는 전압을 조정하여 빔폭 조정부(540)를 통과하는 광의 빔폭을 조정한다.
다시 도 5를 참조하면, 전술한 구성을 갖는 광원부(220)는 가로 길이(도 1에서 x축 방향의 길이)가 수 내지 십수㎛로, 광이 출력되는 방향의 길이(도 1에서 z축 방향의 길이)가 수십 내지 수백㎛로 구현될 수 있다. 광원부(220)가 이와 같은 사이즈로 구현될 수 있어, 증강현실 장치(110)가 광학구성 중 안경에 부착되는 형태로 구현되더라도, 착용자로 하여금 충분한 해상도를 갖는 증강현실 영상을 제공할 수 있다. 한편, 광원부(220)가 투명화되기는 곤란하나, 전술한 대로, 가로 길이가 수 내지 십수㎛에 불과하며, 각 픽셀의 공간마다 임의의 위치에 하나씩 배치되는 점에서 착용자가 이를 인지하기는 곤란하다. 이에 따라, 증강현실 장치(110)가 광학구성에 부착되거나 삽입되더라도, 광학구성 고유의 역할을 수행하는데 방해하지 않을 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 증강현실 장치
120: 안경
130: 운송수단
140: 건물
210: 동공
220: 광원부
230. 235: 버스라인
510: 광원
520: 반사부
530: 스티어링부
540: 빔폭 조정부
610: 스티어링 모듈

Claims (16)

  1. 적색, 청색 및 녹색 파장대역의 광을 각각 방사하는 복수의 광원;
    각 광원에서 방사되는 광을 일 방향으로 반사시키는 반사부;
    상기 반사부에서 반사되는 광의 방향을 조정하는 스티어링부; 및
    상기 반사부에서 반사되는 광의 폭을 조정하는 빔폭 조정부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원부.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는,
    포물선 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 광원부.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반사부는,
    CPC(Compound Parabolic Concentrator)로 구현되는 것을 특징으로 하는 광원부.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스티어링부는,
    일 축 상으로의 광의 진행방향을 조정하는 스티어링 모듈을 적어도 2개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 광원부.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스티어링부는,
    서로 수직한 방향으로 광의 방향을 조정하는 적어도 2개의 스티어링 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원부.
  6. 제1항에 있어서,
    각 파장대역의 광을 조사하는 각 광원은,
    상기 반사부가 광을 반시키는 방향으로 적층된 것을 특징으로 하는 광원부.
  7. 증강현실 장치에 있어서,
    상기 증강현실 장치의 해상도에 따라 구현되어야 할 픽셀의 가로 및 세로 길이만큼 떨어져 배치되는 복수의 버스라인;
    복수 개 포함되며, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 광원부;
    각 버스라인으로 전원을 공급하는 전원부; 및
    상기 전원부 및 상기 광원부의 동작을 제어하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광원부는,
    상기 버스라인이 형성하는 픽셀의 공간 내 각각 하나씩 배치되는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 버스라인은,
    수평 버스라인 및 수직 버스라인을 포함하며, 상기 증강현실 장치의 해상도에 따라 구현되어야 할 수평 픽셀의 개수 및 수직 픽셀의 개수보다 각각 하나씩 더 구현되는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
  10. 증강현실 장치에 있어서,
    상기 증강현실 장치의 해상도에 따라 구현되어야 할 픽셀의 가로 및 세로 길이만큼 떨어져 배치되는 복수의 버스라인;
    복수 개 포함되며, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 광원부;
    각 버스라인으로 전원을 공급하는 전원부; 및
    상기 전원부 및 상기 광원부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며,
    각 광원부는 상기 버스라인이 형성하는 픽셀의 공간 내 각각 하나씩 배치되되, 각 픽셀의 공간 내에서 무작위로 배치되는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 버스라인은,
    수평 버스라인 및 수직 버스라인을 포함하며, 상기 증강현실 장치의 해상도에 따라 구현되어야 할 수평 픽셀의 개수 및 수직 픽셀의 개수보다 각각 하나씩 더 구현되는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광원부는
    가로 길이가 수 내지 십수㎛로 구현되는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 광원부는
    광이 출력되는 방향의 길이가 수십 내지 수백㎛로 구현되는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
  14. 증강현실 장치에 있어서,
    상기 증강현실 장치의 해상도에 따라 구현되어야 할 픽셀의 가로 및 세로 길이만큼 떨어져 배치되는 복수의 버스라인;
    복수 개 포함되며, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 광원부;
    각 버스라인으로 전원을 공급하는 전원부; 및
    상기 전원부 및 상기 광원부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 증강현실 장치는 안경 내 삽입되어 동작하거나, 박막 또는 필름형태로 구현되어 안경에 부착되어 동작하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
  15. 증강현실 장치에 있어서,
    상기 증강현실 장치의 해상도에 따라 구현되어야 할 픽셀의 가로 및 세로 길이만큼 떨어져 배치되는 복수의 버스라인;
    복수 개 포함되며, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 광원부;
    각 버스라인으로 전원을 공급하는 전원부; 및
    상기 전원부 및 상기 광원부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 증강현실 장치는 운송수단의 윈드쉴드 내 삽입되어 동작하거나, 박막 또는 필름형태로 구현되어 운송수단의 윈드쉴드에 부착되어 동작하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
  16. 증강현실 장치에 있어서,
    상기 증강현실 장치의 해상도에 따라 구현되어야 할 픽셀의 가로 및 세로 길이만큼 떨어져 배치되는 복수의 버스라인;
    복수 개 포함되며, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 광원부;
    각 버스라인으로 전원을 공급하는 전원부; 및
    상기 전원부 및 상기 광원부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 증강현실 장치는 건물의 외벽에 위치하고 있는 임의의 광학구성 내 삽입되어 동작하거나, 박막 또는 필름형태로 구현되어 건물의 외벽에 위치하고 있는 임의의 광학구성에 부착되어 동작하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
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