KR20240020504A - 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치 - Google Patents

랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 랙(rack)과 피니언(pinion)을 이용한 아이 릴리프(eye relief) 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치로서, 사용자 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임; 상기 HMD 프레임을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하며, 양안 디스플레이를 위한 한 쌍의 렌즈부를 구비하는 광학부; 상기 광학부의 한 쌍의 렌즈부 위에 설치되며, 상기 HMD 프레임을 착용한 사용자가 최상의 시야를 가질 수 있도록 아이 릴리프(eye relief) 조절 기능을 위해 조작되는 아이 릴리프 조절부; 및 상기 증강현실 글라스 장치의 전체적인 구동 제어를 위한 제어부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치에 따르면, 사용자 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임과, HMD 프레임을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하며, 양안 디스플레이를 위한 한 쌍의 렌즈부를 구비하는 광학부와, 광학부의 한 쌍의 렌즈부 위에 설치되며, HMD 프레임을 착용한 사용자가 최상의 시야를 가질 수 있도록 아이 릴리프(eye relief) 조절 기능을 위해 조작되는 아이 릴리프 조절부와, 증강현실 글라스 장치의 전체적인 구동 제어를 위한 제어부를 포함하여 구성함으로써, 증강현실 글라스 장치의 착용 시 착용자의 눈과 설계상의 아이 릴리프와의 오차로 허상이 선명하게 보이지 않을 때 손으로 렌즈를 앞뒤로 움직여 아이 릴리프를 조절할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치에 따르면, 증강현실 글라스 장치의 착용 시 착용자의 눈과 설계상의 아이 릴리프와의 오차로 허상이 선명하게 보이지 않을 때 손으로 렌즈를 앞뒤로 움직여 아이 릴리프를 조절할 수 있도록 함으로써, 사람의 생김새마다 안구의 돌출 정도가 달라 생기는 착용자별 아이 릴리프의 조절이 가능하고, 그에 따른 착용자별 최상의 시야를 갖도록 조절될 수 있는 사용의 편의성 및 효율성이 더욱 향상될 수 있도록 할 수 있다.

Description

랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치{AUGMENTED REALITY GLASS DEVICE WITH EYE RELIEF ADJUSTMENT FUNCTION USING RACK AND PINION}
본 발명은 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 증강현실 글라스 장치의 착용 시 착용자의 눈과 설계상의 아이 릴리프와의 오차로 허상이 선명하게 보이지 않을 때 손으로 렌즈를 앞뒤로 움직여 아이 릴리프를 조절할 수 있도록 하는 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치에 관한 것이다.
디지털 디바이스의 경량화 및 소형화 추세에 따라 다양한 웨어러블 디바이스(wearable device)들이 개발되고 있다. 이러한 웨어러블 디바이스의 일종인 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display)는 사용자가 머리에 착용하여 멀티미디어 컨텐츠 등을 제공받을 수 있는 각종 디바이스를 의미한다. 여기서, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)는 사용자의 신체에 착용 되어 사용자가 이동함에 따라서 다양한 환경에서 사용자에게 영상을 제공하게 된다. 이러한 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)는 투과(see-through)형과 밀폐(see-closed)형으로 구분되고 있으며, 투과형은 주로 증강현실(Augmented Reality, AR)용으로 사용되고, 밀폐형은 주로 가상현실(Virtual Reality, VR)용으로 사용되고 있다.
헤드 마운티드 디스플레이는 단안 렌즈를 구비할 수 있으나, 양안 모두에 영상을 제공하는 양안 렌즈를 구비할 수도 있다. 특히, 양안 모두에 영상을 제공하는 양안 HMD에서, 착용자마다 동공 사이의 거리는 다르므로 동공 간의 거리를 쉽게 조정하여 착용자에게 맞추어야 초점이 잘 맞고 선명한 영상을 경험할 수 있다.
이와 같이, 증강현실 또는 가상현실용 HMD 제품 대부분은 동공 간 거리(Inter-pupillary Distance, IPD)가 고정되어 있거나, 동공 간 거리를 조정할 수 있는 IPD 조정 기술을 적용하고 있다.
그러나 기존의 증강현실 또는 가상현실용 HMD 제품들은 사람의 생김새마다 안구의 돌출 정도가 다르기 때문에 시야가 간혹 맞지 않는 느낌이 드는 문제가 발생되고 있다. 즉, 착용자가 HMD를 착용했을 때 착용자의 눈과 설계상의 아이 릴리프와의 오차가 있어 허상이 선명하게 보이지 않고 뿌옇게 보이는 상황이 발생하게 되는 불편함이 따르는 문제가 있었다. 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0093966호가 선행기술 문헌으로 개시된 바 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 사용자 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임과, HMD 프레임을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하며, 양안 디스플레이를 위한 한 쌍의 렌즈부를 구비하는 광학부와, 광학부의 한 쌍의 렌즈부 위에 설치되며, HMD 프레임을 착용한 사용자가 최상의 시야를 가질 수 있도록 아이 릴리프(eye relief) 조절 기능을 위해 조작되는 아이 릴리프 조절부와, 증강현실 글라스 장치의 전체적인 구동 제어를 위한 제어부를 포함하여 구성함으로써, 증강현실 글라스 장치의 착용 시 착용자의 눈과 설계상의 아이 릴리프와의 오차로 허상이 선명하게 보이지 않을 때 손으로 렌즈를 앞뒤로 움직여 아이 릴리프를 조절할 수 있도록 하는, 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 증강현실 글라스 장치의 착용 시 착용자의 눈과 설계상의 아이 릴리프와의 오차로 허상이 선명하게 보이지 않을 때 손으로 렌즈를 앞뒤로 움직여 아이 릴리프를 조절할 수 있도록 함으로써, 사람의 생김새마다 안구의 돌출 정도가 달라 생기는 착용자별 아이 릴리프의 조절이 가능하고, 그에 따른 착용자별 최상의 시야를 갖도록 조절될 수 있는 사용의 편의성 및 효율성이 더욱 향상될 수 있도록 하는, 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치는,
랙(rack)과 피니언(pinion)을 이용한 아이 릴리프(eye relief) 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치로서,
사용자 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임;
상기 HMD 프레임을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하며, 양안 디스플레이를 위한 한 쌍의 렌즈부를 구비하는 광학부;
상기 광학부의 한 쌍의 렌즈부 위에 설치되며, 상기 HMD 프레임을 착용한 사용자가 최상의 시야를 가질 수 있도록 아이 릴리프(eye relief) 조절 기능을 위해 조작되는 아이 릴리프 조절부; 및
상기 증강현실 글라스 장치의 전체적인 구동 제어를 위한 제어부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 광학부는,
양안 디스플레이를 위한 한 쌍의 렌즈부를 구비하되, 상기 한 쌍의 렌즈부는 상기 아이 릴리프 조절부를 매개로 동시에 움직이지 않고 각각 움직이는 형태로 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 광학부의 한 쌍의 렌즈부 각각은,
상기 HMD 프레임을 착용한 사용자가 손으로 렌즈부 각각을 앞뒤로 움직여서 눈동자 거리(eye relief)가 수정되도록 기능할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 광학부의 한 쌍의 렌즈부 각각은,
착용자가 HMD 프레임을 착용했을 때 착용자의 눈과 설계상의 눈과의 거리의 오차가 있어 허상이 선명하게 보이지 않고 뿌옇게 보이는 상황에서 착용자가 손으로 직접 렌즈부를 앞과 뒤로 움직이면서 허상이 제일 선명하게 보이는 구간을 찾을 수 있도록 기능할 수 있다.
바람직하게는, 상기 아이 릴리프 조절부는,
상기 광학부의 한 쌍의 렌즈부 위에 각각 설치되는 랙과 피니언의 한 쌍의 기어 모듈로 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 아이 릴리프 조절부는,
상기 광학부의 한 쌍의 렌즈부 위에 각각 설치되는 랙과 피니언의 한 쌍의 기어 모듈로 구성하되, 상기 피니언은 한 쌍의 렌즈부 위에 스크루(screw)를 매개로 고정 설치되고, 상기 피니언과 기어가 맞물리는 랙의 체결 구조로 구성될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 랙은,
막대 형태의 랙 바디의 내부로 장방형 홀이 형성되고, 장방형 홀의 길이 방향의 일면을 따라 피니언과 결합되는 톱니가 형성되는 구조로 구성될 수 있다.
더더욱 바람직하게는, 상기 아이 릴리프 조절부는,
상기 광학부의 한 쌍의 렌즈부를 앞뒤로 움직이는 조작에 따라 렌즈의 이동거리가 조절되고, 그러한 조절거리에 따른 허상의 선명도가 조절되도록 기능할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치에 따르면, 사용자 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임과, HMD 프레임을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하며, 양안 디스플레이를 위한 한 쌍의 렌즈부를 구비하는 광학부와, 광학부의 한 쌍의 렌즈부 위에 설치되며, HMD 프레임을 착용한 사용자가 최상의 시야를 가질 수 있도록 아이 릴리프(eye relief) 조절 기능을 위해 조작되는 아이 릴리프 조절부와, 증강현실 글라스 장치의 전체적인 구동 제어를 위한 제어부를 포함하여 구성함으로써, 증강현실 글라스 장치의 착용 시 착용자의 눈과 설계상의 아이 릴리프와의 오차로 허상이 선명하게 보이지 않을 때 손으로 렌즈를 앞뒤로 움직여 아이 릴리프를 조절할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치에 따르면, 증강현실 글라스 장치의 착용 시 착용자의 눈과 설계상의 아이 릴리프와의 오차로 허상이 선명하게 보이지 않을 때 손으로 렌즈를 앞뒤로 움직여 아이 릴리프를 조절할 수 있도록 함으로써, 사람의 생김새마다 안구의 돌출 정도가 달라 생기는 착용자별 아이 릴리프의 조절이 가능하고, 그에 따른 착용자별 최상의 시야를 갖도록 조절될 수 있는 사용의 편의성 및 효율성이 더욱 향상될 수 있도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 아이 릴리프 조절부의 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 아이 릴리프 조절부의 랙의 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 광학부와 아이 릴리프 조절부의 체결 사시도 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 광학부와 아이 릴리프 조절부의 체결 구성의 절단면 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 이동거리 예시의 일례 구성을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 착용자 두상의 개략적인 구성을 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 구성을 기능블록으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 아이 릴리프 조절부의 구성을 기능블록으로 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 아이 릴리프 조절부의 랙의 구성을 기능블록으로 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 3에 각각 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치(100)는, HMD 프레임(110), 광학부(120), 아이 릴리프 조절부(130), 및 제어부(140)를 포함하여 구성될 수 있으며, 시선 추적부(150), IPD 조정부(160), 디스플레이부(170), 센서부(180) 및 통신부(190)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 구체적인 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 광학부와 아이 릴리프 조절부의 체결 사시도 구성을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 광학부와 아이 릴리프 조절부의 체결 구성의 절단면 구성을 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 이동거리 예시의 일례 구성을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 착용자 두상의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
HMD 프레임(110)은, 사용자 머리에 착용할 수 있는 구성이다. 이러한 HMD 프레임(110)은 사용자가 머리에 착용한 상태에서 빛이 들어올 수 있는 프레임 구조를 갖는 헬멧(helmet) 형태, 고글(goggles) 형태, 안경 형태 등으로 구성될 수 있다. 여기서, HMD 프레임(110)은 증강현실 글라스 장치(100)를 착용하면 광학부(120)가 착용자의 양안 전방에 위치하도록 HMD 프레임(110)에 광학부(120)가 연결될 수 있다.
광학부(120)는, HMD 프레임(110)을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하며, 양안 디스플레이를 위한 한 쌍의 렌즈부(121)를 구비하는 구성이다. 이러한 광학부(120)는 양안 디스플레이를 위한 한 쌍의 렌즈부(121)를 구비하되, 한 쌍의 렌즈부(121)는 후술하게 될 아이 릴리프 조절부(130)를 매개로 동시에 움직이지 않고 각각 움직이는 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 광학부(120)의 한 쌍의 렌즈부(121) 각각은 HMD 프레임(110)을 착용한 사용자가 손으로 렌즈부(121) 각각을 앞뒤로 움직여서 눈동자 거리(eye relief)가 수정되도록 기능할 수 있다.
또한, 광학부(120)의 한 쌍의 렌즈부(121) 각각은 착용자가 HMD 프레임(110)을 착용했을 때 착용자의 눈과 설계상의 눈과의 거리의 오차가 있어 허상이 선명하게 보이지 않고 뿌옇게 보이는 상황에서 착용자가 손으로 직접 렌즈부(121)를 앞과 뒤로 움직이면서 허상이 제일 선명하게 보이는 구간을 찾을 수 있도록 기능할 수 있다.
또한, 광학부(120)는 HMD 프레임(110)을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되며, 사용자의 시야를 통한 실제 세계(real world)의 광의 적어도 일부를 투과시키고, 후술하게 될 디스플레이부(170)에서 출력되는 영상 광을 사용자의 눈 방향으로 전달하여 증강현실을 제공할 수 있다. 여기서, 광학부(120)는 증강현실 글라스 장치(100)를 착용한 사용자가 증강현실을 경험할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 광학부(120)는 복수의 렌즈와 미러 등으로 구성되며 다양한 방식으로 구현될 수 있는데, 예를 들어 광학 회절 방식, 빔 스플리터 방식, 핀 미러 방식 등으로 구현될 수 있다.
아이 릴리프 조절부(130)는, 광학부(120)의 한 쌍의 렌즈부(121) 위에 설치되며, HMD 프레임(110)을 착용한 사용자가 최상의 시야를 가질 수 있도록 아이 릴리프(eye relief) 조절 기능을 위해 조작되는 구성이다. 이러한 아이 릴리프 조절부(130)는 도 2에 도시된 바와 같이, 광학부(120)의 한 쌍의 렌즈부(121) 위에 각각 설치되는 랙(131)과 피니언(132)의 한 쌍의 기어 모듈로 구성될 수 있다.
또한, 아이 릴리프 조절부(130)는 광학부(120)의 한 쌍의 렌즈부(121) 위에 각각 설치되는 랙(131)과 피니언(132)의 한 쌍의 기어 모듈로 구성하되, 피니언(132)은 한 쌍의 렌즈부(121) 위에 스크루(screw)(133)를 매개로 고정 설치되고, 피니언(132)과 기어가 맞물리는 랙(131)의 체결 구조로 구성될 수 있다.
또한, 랙(131)은 도 3에 도시된 바와 같이, 막대 형태의 랙 바디(131a)의 내부로 장방형 홀(131b)이 형성되고, 장방형 홀(131b)의 길이 방향의 일면을 따라 피니언(132)과 결합되는 톱니(131c)가 형성되는 구조로 구성될 수 있다.
또한, 아이 릴리프 조절부(130)는 광학부(120)의 한 쌍의 렌즈부(121)를 앞뒤로 움직이는 조작에 따라 렌즈의 이동거리가 조절되고, 그러한 조절거리에 따른 허상의 선명도가 조절되도록 기능할 수 있다.
제어부(140)는, 증강현실 글라스 장치(100)의 전체적인 구동 제어를 위한 구성이다. 이러한 제어부(140)는 후술하게 될 증강현실 글라스 장치(100)에 구비되는 시선 추적부(150)와, IPD 조정부(160)와, 디스플레이(170)와, 센서부(180)와, 통신부(190)의 전체적인 구동을 제어하는 구성이다. 여기서, 아이 릴리프의 조절은 손으로 렌즈를 앞뒤로 움직여서 착용자의 시야에 맞게 거리를 조절하는 수동 방식을 사용하고 있으나, 제어부(140)의 제어를 통한 자동 방식으로 아이 릴리프가 조절될 수 있도록 구성할 수도 있다.
시선 추적부(150)는, HMD 프레임(110)을 착용한 사용자의 시선을 추적하여 동공 위치를 특정하는 구성이다. 이러한 시선 추적부(150)는 HMD 프레임(110)을 착용한 사용자의 눈 방향으로 설치된 아이트래킹 카메라로 구현될 수 있으며, 아이트래킹 카메라에서 획득한 눈 이미지를 이미지 처리 알고리즘으로 처리하여 사용자의 동공 위치를 실시간으로 특정할 수 있다.
또한, 시선 추적부(150)는 광학부(120)의 주변으로 사용자의 눈을 향하도록 설치되는 복수의 카메라와, 광학부(120)의 주변으로 사용자의 눈을 향하도록 설치되며, 사용자의 눈에 미리 정해진 패턴의 적외선 광을 출력하는 복수의 일루미네이터와, 카메라에서 촬영된 눈 및 적외선 광의 패턴을 포함하는 이미지를 이용하여 사용자의 동공 위치를 특정하는 위치 특정 모듈을 포함하여 구성할 수 있다.
또한, 시선 추적부(150)는 아이트래킹 카메라에서 획득한 눈 이미지를 이미지 처리 알고리즘으로 처리하여 동공 위치를 실시간으로 특정할 수 있다. 여기서, 이미지 처리 알고리즘은, 인공지능 기반으로 사전 학습된 시선 추적 모델일 수 있으며, 시선 추적 모델은 CNN, RNN, LSTM RNN, ResNet, MobileNet, 가중 랜덤 포레스트 분류기(WRFR), 캐스케이드 회귀 포레스트(Cascade Regression Forest) 등을 사용해 생성될 수 있다. 즉, 시선 추적부(130)는 근적외선 LED, 아이트래킹 카메라, 이미지 검출, 3D 안구 모델, 시선 산출 알고리즘을 포함한 연산 처리장치를 구비하며, 카메라 시야 영상 기록, 근적왼선 LED 빛의 반사 패턴 생성, 아이트래킹 카메라의 고해상도 눈 이미지 취득, 이미지 처리 알고리즘을 통한 눈과 빛의 반사 패턴 검출, 3D 안구 모델의 알고리즘을 공간상의 눈의 위치에 따른 화면상의 시선 산출할 수 있다. 여기서, 산출 받은 시선에 렌즈가 움직이도록 모터가 구동하여 렌즈의 IPD를 조절하게 된다.
IPD 조정부(160)는, 광학부(120)에 설치하되, 아이 릴리프 조절부(130)와 간섭되지 않도록 설치되어, IPD 조정 신호에 대응하여 한 쌍의 렌즈부(121)를 동시에 움직여 동공 간 거리(Interpupillary Distance, IPD)를 조정할 수 있도록 할 수 있다.
디스플레이부(170)는, 영상 정보가 사용자에게 제공될 수 있도록 영상 광을 출력할 수 있다. 이러한 디스플레이부(170)는 영상 정보가 사용자에게 제공될 수 있도록 광학부(120)를 구성하는 한 쌍의 렌즈부(121)의 위에 결합해 렌즈부를 통해 사용자의 눈 방향으로 전달되는 영상 광을 출력하며, 양안 디스플레이를 위해 한 쌍의 디스플레이부로 구성될 수 있다. 여기서, 디스플레이부(170)는 OLED 등 다양하게 구성될 수 있다.
센서부(180)는, 적어도 하나 이상의 센서를 포함할 수 있으며, 조도 센서, 화학 센서, 홍채 인식 센서 등을 포함할 수 있다.
통신부(190)는, HMD 프레임(110)의 일측에 설치되며, 증강현실 글라스 장치(100)나 서버 등과 각종 신호 및 데이터를 송수신할 수 있다. 여기서, 통신부(190)가 사용하는 네트워크는, 근거리 통신망(Local Area Network; LAN), 광역 통신망(Wide Area Network; WAN) 또는 부가가치 통신망(Value Added Network; VAN) 등과 같은 유선 네트워크나 이동 통신망(mobile radio communication network), 위성 통신망, 블루투스(Bluetooth), Wibro(Wireless Broadband Internet), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), 3/4/5/6G(3/4/5/6th Generation Mobile Telecommunication) 등과 같은 모든 종류의 무선 네트워크로 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 이동거리 예시의 일례 구성을 나타내고 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 착용자가 HMD 프레임(110)을 착용했을 때 착용자의 눈과 설계상의 눈과의 거리의 오차가 있어 허상이 선명하게 보이지 않고 뿌옇게 보이는 상황에서 착용자가 손으로 직접 렌즈부(121)를 앞과 뒤로 움직이면서 허상이 제일 선명하게 보이는 구간을 찾는 방법을 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치의 착용자 두상의 개략적인 구성을 나타내고 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 착용자 두상과의 거리를 측정하기 위한 거리측정센서가 더 구비되고, 착용자의 뒤통수를 향하는 스트랩의 내면으로 착용자의 뒤통수를 밀착하는 쿠션이 배치되며, 스트랩의 길이 조절을 위한 초정밀 모터를 구비하는 길이 조절부를 포함하여 구성할 수 있다. 여기서, 쿠션은 뒤통수 굴곡에 따라 안쪽으로 휘어진 곡면 형태이고, 스트랩부의 길이 조절에 따라 곡면의 휘어진 정도가 변형되어 착용자의 뒤통수에 밀착되는 가변형 구조일 수 있으며, 폴리카보네이트 또는 폴리프로필렌 재질로 구성하여, 재질의 유연한 성질을 통해 착용자의 뒤통수 형상에 따라 변형되어 밀착될 수 있도록 할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치는 사람의 생김새마다 안구의 돌출 정도가 다르기 때문에 시야가 간혹 맞지 않는 느낌이 드는 문제를 해결하기 위해 사용자가 손으로 렌즈의 위치를 수정하여 최상의 시야를 갖도록 기능할 수 있다. 즉, 렌즈부(121) 각각에 연결되는 랙(131)과 피니언(132)의 기어 모듈로 구성되는 아이 릴리프 조절부(130)를 통해 손으로 렌즈부(121)를 앞뒤로 움직여서 착용자의 시야에 맞게 눈동자 거리인 아이 릴리프를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치는, 사용자 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임과, HMD 프레임을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하며, 양안 디스플레이를 위한 한 쌍의 렌즈부를 구비하는 광학부와, 광학부의 한 쌍의 렌즈부 위에 설치되며, HMD 프레임을 착용한 사용자가 최상의 시야를 가질 수 있도록 아이 릴리프(eye relief) 조절 기능을 위해 조작되는 아이 릴리프 조절부와, 증강현실 글라스 장치의 전체적인 구동 제어를 위한 제어부를 포함하여 구성함으로써, 증강현실 글라스 장치의 착용 시 착용자의 눈과 설계상의 아이 릴리프와의 오차로 허상이 선명하게 보이지 않을 때 손으로 렌즈를 앞뒤로 움직여 아이 릴리프를 조절할 수 있도록 할 수 있으며, 특히, 증강현실 글라스 장치의 착용 시 착용자의 눈과 설계상의 아이 릴리프와의 오차로 허상이 선명하게 보이지 않을 때 손으로 렌즈를 앞뒤로 움직여 아이 릴리프를 조절할 수 있도록 함으로써, 사람의 생김새마다 안구의 돌출 정도가 달라 생기는 착용자별 아이 릴리프의 조절이 가능하고, 그에 따른 착용자별 최상의 시야를 갖도록 조절될 수 있는 사용의 편의성 및 효율성이 더욱 향상될 수 있도록 할 수 있게 된다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 본 발명의 일실시예에 따른 증강현실 글라스 장치
110: HMD 프레임
120: 광학부
121: 한 쌍의 렌즈부
130: 아이 릴리프 조절부
131: 랙(rack)
131a: 랙 바디
131b: 장방형 홀
131c: 톱니
132: 피니언(pinion)
133: 스크루(screw)
140: 제어부
150: 시선 추적부
160: IPD 조정부
170: 디스플레이
180: 센서부
190: 통신부

Claims (8)

  1. 랙(rack)과 피니언(pinion)을 이용한 아이 릴리프(eye relief) 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치(100)로서,
    사용자 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임(110);
    상기 HMD 프레임(110)을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하며, 양안 디스플레이를 위한 한 쌍의 렌즈부(121)를 구비하는 광학부(120);
    상기 광학부(120)의 한 쌍의 렌즈부(121) 위에 설치되며, 상기 HMD 프레임(110)을 착용한 사용자가 최상의 시야를 가질 수 있도록 아이 릴리프(eye relief) 조절 기능을 위해 조작되는 아이 릴리프 조절부(130); 및
    상기 증강현실 글라스 장치(100)의 전체적인 구동 제어를 위한 제어부(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학부(120)는,
    양안 디스플레이를 위한 한 쌍의 렌즈부(121)를 구비하되, 상기 한 쌍의 렌즈부(121)는 상기 아이 릴리프 조절부(130)를 매개로 동시에 움직이지 않고 각각 움직이는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는, 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광학부(120)의 한 쌍의 렌즈부(121) 각각은,
    상기 HMD 프레임(110)을 착용한 사용자가 손으로 렌즈부(121) 각각을 앞뒤로 움직여서 눈동자 거리(eye relief)가 수정되도록 기능하는 것을 특징으로 하는, 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 광학부(120)의 한 쌍의 렌즈부(121) 각각은,
    착용자가 HMD 프레임(110)을 착용했을 때 착용자의 눈과 설계상의 눈과의 거리의 오차가 있어 허상이 선명하게 보이지 않고 뿌옇게 보이는 상황에서 착용자가 손으로 직접 렌즈부(121)를 앞과 뒤로 움직이면서 허상이 제일 선명하게 보이는 구간을 찾을 수 있도록 기능하는 것을 특징으로 하는, 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아이 릴리프 조절부(130)는,
    상기 광학부(120)의 한 쌍의 렌즈부(121) 위에 각각 설치되는 랙(131)과 피니언(132)의 한 쌍의 기어 모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는, 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 아이 릴리프 조절부(130)는,
    상기 광학부(120)의 한 쌍의 렌즈부(121) 위에 각각 설치되는 랙(131)과 피니언(132)의 한 쌍의 기어 모듈로 구성하되, 상기 피니언(132)은 한 쌍의 렌즈부(121) 위에 스크루(screw)(133)를 매개로 고정 설치되고, 상기 피니언(132)과 기어가 맞물리는 랙(132)의 체결 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는, 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 랙(131)은,
    막대 형태의 랙 바디(131a)의 내부로 장방형 홀(131b)이 형성되고, 장방형 홀(131b)의 길이 방향의 일면을 따라 피니언(132)과 결합되는 톱니(131c)가 형성되는 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는, 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 아이 릴리프 조절부(130)는,
    상기 광학부(120)의 한 쌍의 렌즈부(121)를 앞뒤로 움직이는 조작에 따라 렌즈의 이동거리가 조절되고, 그러한 조절거리에 따른 허상의 선명도가 조절되도록 기능하는 것을 특징으로 하는, 랙과 피니언을 이용한 아이 릴리프 조절 기능을 갖는 증강현실 글라스 장치.
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