KR20240081767A

KR20240081767A - 안운동 이상 질환의 측정을 위한 ar 광학계 및 그를 포함하는 ar 장치

Info

Publication number: KR20240081767A
Application number: KR1020220165328A
Authority: KR
Inventors: 김선만; 박민규; 김성준; 이광훈
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2022-12-01
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2024-06-10

Abstract

안운동 이상 질환의 측정을 위한 AR 광학계 및 그를 포함하는 AR 장치를 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 영상 출력부에서 출력되는 증강현실 영상은 피검자의 안구로 반사시키고, 카메라에서 촬영을 위해 출력된 광은 피검자의 안구로 입사시키는 빔 스플리터에 있어서, 상기 카메라와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 카메라에서 출력되는 광을 피검자의 안구로 오롯이 반사시키는 제1 면 및 상기 영상 출력부와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 영상 출력부에서 출력된 광 및 외부에서 입사되는 현실세계의 광 각각에 대해 일부를 피검자의 안구로 입사시키는 제2 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터를 제공한다.

Description

안운동 이상 질환의 측정을 위한 AR 광학계 및 그를 포함하는 AR 장치{AR Optical System for Measurement of Ocular Dyskinesia and AR Apparauts Including the Same}

본 발명은 안운동 이상 질환을 정밀하게 측정할 수 있는 AR 광학계 및 그를 포함하는 AR 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

안운동 이상 질환은 양안의 시선 방향이 불일치하게 되는 질환을 총칭하며, 외안근의 기능 이상, 뇌병변, 뇌신경 이상, 시기능 이상(시력저하, 융합력저하, 원시 등), 갑상선 질환, 중증근무력증 또는 선천이상 등 다양한 원인에 의해 발생한다.

성인에게 안운동 이상 질환이 발생하는 경우, 사물이 이중으로 보이는 복시가 발생하여 생활하는데 큰 어려움이 유발한다. 특히, 중심 복시의 경우에는 시각장애 6급 판정의 기준이 된다. 소아에게 안운동 이상이 발생하는 경우 한쪽 눈의 시력이 잘 발달 되지 않아, 약시, 양안을 동시에 쓰지 못하는 양안시 저하 또는 입체시 저하가 발생할 수 있음. 따라서, 안운동 이상 질환이 발생할 경우, 이를 조기에 진단하여 (수술적·비수술적 치료를 토대로) 복시 및 양안시 이상 등을 치료하는 것이 바람직하다.

국민건강심사평가원 자료에 따르면, 국내 안운동 이상 질환 환자 수는 2010년 14만7천명이었으며, 지속적으로 증가하여 2019년에는 18만명을 넘어선 것으로 파악됐다. 또한, 2019년 안구운동 이상 질환으로 발생한 의료비는 409억을 초과한 것으로 나타났다. 소아들에게는 시력 저하 및 굴절 이상 발생의 증가로 인해, 안운동 이상질환의 발생이 증가한 것으로 추정된다. 성인의 경우, 대사이상 질환 등으로 뇌허혈 및 뇌경색 등이 증가하면서, 뇌신경이상에 의한 안운동 이상 질환이 증가한 것으로 추정된다.

종래의 안운동 이상 질환 환자의 진단은 주로 안구 편위각 측정을 통해 이루어져 왔다. 안구 편위각 측정은 환자로 하여금 6 미터 혹은 33 센티미터 떨어진 시표를 보도록 하고, 양안을 천천히 번갈아 가리며 눈의 재주시(Re-Fixaion) 움직임을 확인한다. 그 후, 빛을 굴절시키는 프리즘을 안구 편위 방향에 맞게 위치시키고, 양안을 번갈아 가리며 재주시 움직임이 없어지는 프리즘 디옵터를 찾는 방식으로 진행된다. 이 방법은 환자의 눈 움직임을 검사자가 직접 관찰하며 눈의 재주시 움직임이 없어지는 순간을 직접 찾아야 하므로, 검사자의 숙련도에 따라 그 결과가 크게 차이나는 단점이 있다.

이에, 안운동 이상질환 검진 의료기기로 가상현실(VR) 기기를 이용하는 것이 고려되고 있다. VR 기기를 이용하여 안구 운동을 추적함으로써 피검자가 안운동 이상질환이 있는지를 판단한다. 그러나 VR 기기는 영상 광학계를 눈 앞에 배치하는 구조를 가짐에 따라, 폐쇄적 환경을 가질 수밖에 없는 불편이 있다. 더불어, VR 기기 내 안구를 추적하기 위한 카메라가 구조적으로 왼쪽/오른쪽 각 안구의 아래쪽에 배치될 수밖에 없어, 안구의 아래쪽 측면영상이 안구 운동 추적에 사용된다. 이에 따라, 피검자의 안구 운동 추적의 결과가 부정확해지는 문제가 발생한다.

본 발명의 일 실시예는, 피검자의 안구 운동을 상대적으로 정확히 추적하여, 안운동 이상 질환을 정밀하게 측정할 수 있는 AR 광학계 및 그를 포함하는 AR 장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 영상 출력부에서 출력되는 증강현실 영상은 피검자의 안구로 반사시키고, 카메라에서 촬영을 위해 출력된 광은 피검자의 안구로 입사시키는 빔 스플리터에 있어서, 상기 카메라와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 카메라에서 출력되는 광을 피검자의 안구로 오롯이 반사시키는 제1 면 및 상기 영상 출력부와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 영상 출력부에서 출력된 광 및 외부에서 입사되는 현실세계의 광 각각에 대해 일부를 피검자의 안구로 입사시키는 제2 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제2 면은 상기 영상 출력부에서 출력된 광에 대해, 일부는 그대로 투괴시키고 나머지는 피검자의 안구로 반사시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제2 면은 외부에서 입사되는 현실세계의 광에 대해, 일부는 반사시키고, 나머지는 피검자의 안구로 투과시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 영상 출력부에서 출력되는 증강현실 영상은 피검자의 안구로 반사시키고, 카메라에서 촬영을 위해 출력된 광은 피검자의 안구로 입사시키는 빔 스플리터에 있어서, 상기 카메라와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되며, 근적외선 파장대역의 광은 반사시킴으로써, 상기 카메라에서 출력되는 광을 피검자의 안구로 오롯이 반사시키는 제1 면 및 상기 영상 출력부와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되며, 가시광 파장대역의 광은 기 설정된 비율만큼 투과시키되 근적외선 파장대역의 광은 투과시킴으로서, 상기 영상 출력부에서 출력된 광 및 외부에서 입사되는 현실세계의 광 각각에 대해 일부를 피검자의 안구로 입사시키는 제2 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 면은 기 설정된 가시광 파장대역은 투괴시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 면은 적색 파장대역을 제외한 가시광 파장대역을 투과시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 영상 출력부에서 출력되는 증강현실 영상은 피검자의 안구로 반사시키고, 카메라에서 촬영을 위해 출력된 광은 피검자의 안구로 입사시키는 빔 스플리터에 있어서, 상기 카메라와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 카메라에서 출력되는 광을 피검자의 안구로 오롯이 반사시키는 제1 면 및 상기 영상 출력부와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 영상 출력부에서 출력된 광 및 외부에서 입사되는 현실세계의 광 각각에 대해 일부를 피검자의 안구로 입사시키는 제2 면을 포함하며, 상기 제1 면은 피검자의 시선방향을 기준으로 기 설정된 각도만큼 틀어져 배치되는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 피검자의 안운동 이상 질환을 검사하기 위한 증강현실 장치에 있어서, 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 영상 출력부와 피검자의 안구로 광을 출력하고, 피검자의 안구에서 반사되는 광을 수광함으로써 피검자의 안구를 촬영하는 카메라와 상기 영상 출력부에서 출력되는 증강현실 영상은 피검자의 동공으로 반사시키고, 카메라에서 촬영을 위해 출력된 광은 피검자의 동공으로 입사시키는 광학계와 상기 영상 출력부 및 상기 카메라의 동작을 제어하는 제어부 및 상기 증강현실 장치 내 각 구성이 동작할 수 있도록 전원을 공급하는 전원부를 포함하며, 상기 광학계는 빔 스플리터를 포함하고, 상기 빔 스플리터는 상기 카메라와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 카메라에서 출력되는 광을 피검자의 안구로 오롯이 반사시키는 제1 면 및 상기 영상 출력부와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 영상 출력부에서 출력된 광 및 외부에서 입사되는 현실세계의 광 각각에 대해 일부를 피검자의 안구로 입사시키는 제2 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 영상 출력부는 가사광 파장대역의 광을 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 카메라는 근적외선 파장대역의 광을 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광학계는 상기 카메라에서 출력된 광을 피검자의 안구 중앙으로 입사시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 피검자의 안운동 이상 질환을 검사하기 위한 증강현실 장치에 있어서, 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 영상 출력부와 피검자의 안구로 광을 출력하고, 피검자의 안구에서 반사되는 광을 수광함으로써 피검자의 안구를 촬영하는 카메라와 상기 영상 출력부에서 출력되는 증강현실 영상은 피검자의 동공으로 반사시키고, 카메라에서 촬영을 위해 출력된 광은 피검자의 동공으로 입사시키는 광학계와 상기 영상 출력부 및 상기 카메라의 동작을 제어하는 제어부 및 상기 증강현실 장치 내 각 구성이 동작할 수 있도록 전원을 공급하는 전원부를 포함하며, 상기 광학계는 빔 스플리터를 포함하고, 상기 빔 스플리터는 상기 카메라와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되며, 근적외선 파장대역의 광은 반사시킴으로써, 상기 카메라에서 출력되는 광을 피검자의 안구로 오롯이 반사시키는 제1 면 및 상기 영상 출력부와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되며, 가시광 파장대역의 광은 기 설정된 비율만큼 투과시키되 근적외선 파장대역의 광은 투과시킴으로서, 상기 영상 출력부에서 출력된 광 및 외부에서 입사되는 현실세계의 광 각각에 대해 일부를 피검자의 안구로 입사시키는 제2 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 빔 스플리터는 피검자의 안구의 시선방향으로 전방에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 영상 출력부는 상기 빔 스플리터의 연직 상방에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 카메라는 상기 빔 스플리터의 측면에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 피검자의 안운동 이상 질환을 검사하기 위한 증강현실 장치에 있어서, 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 영상 출력부와 피검자의 안구로 광을 출력하고, 피검자의 안구에서 반사되는 광을 수광함으로써 피검자의 안구를 촬영하는 카메라와 상기 영상 출력부에서 출력되는 증강현실 영상은 피검자의 동공으로 반사시키고, 카메라에서 촬영을 위해 출력된 광은 피검자의 동공으로 입사시키는 광학계와 상기 영상 출력부 및 상기 카메라의 동작을 제어하는 제어부 및 상기 증강현실 장치 내 각 구성이 동작할 수 있도록 전원을 공급하는 전원부를 포함하며, 상기 광학계는 빔 스플리터를 포함하고, 상기 빔 스플리터는 상기 카메라와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 카메라에서 출력되는 광을 피검자의 안구로 오롯이 반사시키는 제1 면 및 상기 영상 출력부와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 영상 출력부에서 출력된 광 및 외부에서 입사되는 현실세계의 광 각각에 대해 일부를 피검자의 안구로 입사시키는 제2 면을 포함하며, 상기 제1 면은 피검자의 시선방향을 기준으로 기 설정된 각도만큼 틀어져 배치되는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 피검자의 안구 운동을 상대적으로 정확히 추적하여, 안운동 이상 질환을 정밀하게 측정할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 AR 장치의 구성을 을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 AR 장치의 일 구현예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계 내 빔 스플리터의 각 반사면으 도시한 도면이다.
도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 스플리터 내 각 반사면에서 분기되는 광의 파장과 광의 진행 경로를 도시한 도면이다.
도 6 및 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔 스플리터 내 제1 반사면의 배치 및 그에 따라 촬영되는 카메라 영상의 길이를 도시한 도면이다.
도 8 및 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 빔 스플리터 내 제1 반사면의 배치 및 그에 따라 촬영되는 카메라 영상의 길이를 도시한 도면이다.
도 10은 통상적인 빔 스플리터를 사용할 경우, 안구에 추가적으로 입사하는 광을 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 AR 장치의 구성을 을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 AR 장치(100)는 영상 출력부(110), 카메라(120), 광학계(130), 제어부(140) 및 전원부(150)를 포함한다.

AR 장치(100)는 피검자에게 AR(Augmented Reality) 영상을 제공하여, 피검자의 안운동 이상 질환을 검사한다. AR 장치(100)는 피검자의 안구를 정면에서 촬영함으로써, AR 영상이 제공될 때 피검자의 안구가 어떻게 움직이는지를 오차없이 명확히 촬영할 수 있다.

영상 출력부(110)는 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력한다. 영상 출력부(110)는 외부로부터 생성된 증강현실 영상을 전달받아 이에 대응되는 광을 출력한다. 이때, 영상 출력부(110)는 가시광 파장대역의 광을 출력한다.

카메라(120)는 피검자의 안구를 촬영한다. 카메라(120)는 피검자의 안구로 광을 출력하고, 피검자의 안구에서 반사되는 광을 수광함으로써 피검자의 안구를 촬영한다. 이때, 카메라(120)에서 출력되는 광은 광학계(130)를 거치며 피검자의 안구 중앙으로 입사/반사할 수 있어, 피검자의 안구를 정면에서 정확히 촬영할 수 있다. 이때, 카메라(120)는 근적외선 파장대역의 광을 출력한다.

광학계(130)는 영상 출력부(110)에서 출력된 광과 카메라(120)에서 출력된 광을 각각 피검자의 안구로 입사시킨다. 광학계(130)는 영상 출력부(101)에서 출력된 광을 피검자에게 전달함으로써, 피검자가 증강현실 영상을 볼 수 있도록 한다. 광학계(130)는 증강현실 영상과 함께 외부에서 현실세계의 광이 피검자에게 전달되도록 함으로써, 피검자가 증강현실 영상을 인지할 수 있도록 한다. 한편, 광학계(130)는 카메라(120)에서 출력된 광을 마찬가지로 피검자의 안구로 입사시키고, 피검자의 안구에서 반사되는 광을 카메라(120)로 다시 진행시킨다. 이에 따라, 카메라(120)가 피검자의 안구의 운동을 촬영할 수 있도록 한다.

영상 출력부(110)에서 출력되는 광과 카메라(120)가 촬영을 위해 출력하는 광의 파장대역이 상이하기 때문에, 광학계(130)는 영상 출력부(110)에서 출력되는 광에 의한 (악)영향 없이 카메라(120)가 피검자의 안구를 온전히 촬영할 수 있도록 한다. 또한, 광학계(130)는 카메라(120)가 촬영하는 영상 내 내측 방향(피검자 동공의 중심으로부터 코를 향하는 방향의 길이)의 길이와 외측 방향의 길이(피검자 동공의 중심으로부터 귀를 향하는 방향의 길이)가 기 설정된 기준치 이내만큼 차이나도록 광, 보다 구체적으로 카메라(120)가 촬영을 위해 출력하는 광을 반사시킨다. 광학계(130)에 대한 보다 구체적인 설명은 도 2 내지 9를 참조하여 후술한다.

제어부(140)는 영상 출력부(110) 및 카메라(120)의 동작을 제어한다. 카메라(120)가 촬영한 영상은 영상 그대로 외부로 반출되어, 피검자의 안운동 이상 질환 진단에 사용될 수 있다. 혹은, 제어부(140)가 카메라(120)가 촬영한 영상을 토대로, 피검자의 안운동 이상 질환을 진단할 수도 있다.

전원부(150)는 각 구성(110 내지 140)에 각 구성이 동작할 수 있도록 하는 전원을 공급한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 AR 장치의 일 구현예를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계(130)는 렌즈부(210, 220) 및 빔스플리터(230)를 포함한다.

영상 출력부(110)는 (안구의 시선방향으로 전방에 배치된) 빔 스플리터(230)의 연직 상방에 배치되어, 빔 스플리터(230)를 향해 증강현실 영상을 출력한다. 전술한 대로, 영상 출력부(110)는 가시광 파장대역을 갖는 증강현실 영상을 출력한다.

렌즈부(210, 220)는 영상 출력부(101)에서 출력된 광을 피검자의 동공으로 집속시킨다. 렌즈부(210, 220)는 영상 출력부(110)가 빔 스플리터(230)로 광을 조사하는 경로 상에 배치되어, 광이 평행광의 형태로 사용자의 동공에 입사하도록 광을 집속시킨다. 이로서, 사용자는 마치 무한대의 위치에서 증강현실 영상이 출력되는 것처럼 인식할 수 있어, 증강현실 영상은 넓은 화각 범위 만큼의 화면크기와 심도가 깊고 선명한 화질 특성을 가질 수 있다. 렌즈부(210, 220)는 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 구면렌즈로 구현될 수 있으며, 단수 또는 소수의 비구면 렌즈로 구현될 수도 있다.

한편, 카메라(120)는 (안구의 시선방향으로 전방에 배치된) 빔 스플리터(230)의 측면(안구의 시선방향에 수직한 방향)에 배치되어, 빔 스플리터(230)를 향해 촬영을 위한 광을 출력한다. 전술한 대로, 카메라(120)는 근적외선 파장대역의 광을 출력한다.

빔 스플리터(230)는 영상 출력부(110)에서 출력되거나 외부에서 피검자의 안구로 입사하는 가시광 파장대역의 광은 반사시키거나 투과시키며, 카메라(120)에서 출력된 근적외선 파장대역의 광은 피검자의 안구로 반사시킨다. 빔 스플리터(230)는 하나의 전체 구성 내에 복수의 반사면을 포함하며, 각 반사면은 서로 상이한 방향에 배치되어 입사하는 특정 파장대역의 광을 서로 상이한 방향으로 반사시킨다. 보다 구체적인 구조는 도 3 내지 5에 도시되어 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계 내 빔 스플리터의 각 반사면으 도시한 도면이고, 도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 스플리터 내 각 반사면에서 분기되는 광의 파장과 광의 진행 경로를 도시한 도면이다.

도 3a 및 4를 참조하면, 제1 면(310)은 카메라(120)와 피검자의 안구를 각각 바라보는 방향으로 배치되어, 카메라(120)에서 출력되는 근적외선 파장대역의 광을 피검자의 안구로 오롯이 반사시킨다. 제1 면(310)은 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 적색 일부 파장대역을 제외한 가시광 파장대역 대부분에 대해서는 반사없이 투과시키는 한편, 근적외선 파장대역의 광에 대해서는 투과없이 대부분을 반사시킨다.

한편, 도 3b 및 5를 참조하면, 제2 면(310)은 영상 출력부(110)와 피검자의 안구를 각각 바라보는 방향으로 배치된다. 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 제2 면(320)은 가시광 파장대역의 광은 절반 내외의 비율로 투과 및 반사시키는 한편, 근적외선 파장대역의 광은 대부분 투과시킨다. 이에 따라, 제2 면(320)은 카메라(120)로부터 출력되는 광의 경로에는 전혀 영향을 미치지 않으면서, 영상 출력부(110)에서 출력된 광의 일부는 그대로 투과시키고, 일부는 피검자의 안구로 반사시킨다. 한편, 외부에서 입사되는 현실세계의 광(가시광 파장대역) 역시, 제2 면(320)을 거치며 일부는 반사되고, 일부는 피검자의 안구로 투과한다. 이에 따라, 피검자는 증강현실 영상과 현실세계 광을 함께 수광하여 증강현실 영상을 인지할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 카메라(120)는 근적외선 파장대역의 광을 이용하여 촬영을 수행하고, 제1 면(310)은 근적외선 파장대역의 광을 온전히 반사시키며, 제2 면(320)은 근적외선 파장대역의 광을 온전히 투과시키는 이유로 도 10에 도시된 바와 같은 문제를 방지할 수 있다.

도 10은 통상적인 빔 스플리터를 사용할 경우, 안구에 추가적으로 입사하는 광을 도시한 도면이다.

도 10에는 입사광을 서로 다른 방향으로 반사시키는 복수의 면을 갖되, 빔 스플리터(230)와 같이 각 면이 근적외선 파장대역 또는 가시광 파장대역에 대해 서로 다른 투과율 또는 반사율을 갖지 않을 경우 발생하는 문제를 도시하고 있다.

도 10(a)에 도시된 바와 같이, 영상 출력부(110)에서 출력된 증강현실 영상이 어느 일면에서 반사되며 피검자의 안구로 입사하는 것과는 별개로, 증강현실 영상이 다른 일면에서도 마찬가지로 반사되며 상이한 광경로를 거쳐 피검자의 안구로 입사하게 된다. 이에 따라, 의도했던 증강현실 영상과는 별개로 복제된 영상(1010)이 피검자의 안구로 입사하게 된다. 피검자의 안구 내로 입사하는 복제된 영상(1010)은 추후 피검자의 안구를 트래킹함에 있어, 노이즈로 작용할 수 있다.

한편, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 영상 출력부(110)에서 출력된 증강현실 영상이 어느 일면에서 반사되며 피검자의 안구로 입사하는 것과는 별개로, 다른 일면의 경계(반사면)에서 반사되며, 빔 스플리터의 반사면의 형태로 피검자의 안구에 입사하게 된다.

통상적인 빔 스플리터가 사용될 경우, 도 10에 도시된 문제가 유발될 수 있다.

반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 AR 장치 내 카메라(120)는 근적외선 파장대역의 광을 이용하여 촬영을 수행하고, 제1 면(310)은 근적외선 파장대역의 광을 온전히 반사시키며, 제2 면(320)은 근적외선 파장대역의 광을 온전히 투과시킴으로써 전술한 문제를 방지할 수 있다. 카메라(120)는 근적외선 파장대역의 광을 이용하여 촬영하기 때문에, 가시광 파장대역의 광의 입사 및 반사로 인한 피검자의 안구 내 형성되는 노이즈 이미지를 촬영하지 않을 수 있다. 또한, 제1 면(310)은 가시광 파장대역 대부분의 광은 투과시키는 동시에 근적외선 파장대역의 광은 반사시키는 한편, 제2 면(320)은 가시광 파장대역의 일부만을 반사시키는 동시에 근적외선 파장대역의 광은 모두 투과시키기 때문에, 증강현실 영상이 제2 면(310)에서만 반사기 진행되고 제1 면(310)은 대부분 투과하게 된다. 이에 따라, 복제된 영상이나 빔 스플리터의 반사면의 형태로 피검자의 안구에 입사되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 빔 스플리터(230)는 전술한 구조를 가짐으로써, 카메라(120)가 근적외선 파장대역의 광을 이용하여 피검자의 안구를 촬영할 수 있다. 카메라(120)는 영상 출력부(110)와 서로 상이한 경로로 광을 조사하고 있는 점, 서로 상이한 파장대역의 광을 조사하고 있는 점 및 빔 스플리터(230)가 제1 면(310)과 제2 면(320)을 포함하고 있는 점에서, AR 장치(100)는 피검자의 안구를 정면에서 촬영할 수 있다.

한편, 카메라(120)에 의한 피검자 안구의 촬영은 도 6 내지 9와 같이 진행되며, 제1 면(310)의 배치에 따라 카메라(120)에서 촬영되는 영상의 특징이 달라질 수 있다.

도 6 및 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔 스플리터 내 제1 반사면의 배치 및 그에 따라 촬영되는 카메라 영상의 길이를 도시한 도면이다.

전술한 대로, 카메라(120)로부터 출력되는 근적외선 파장대역의 광은 제1 면(310)에서 오롯이 반사되어 피검자의 안구로 입사하게 되며, 피검자의 안구에서 반사되어 동일 경로로 카메라(120)로 진행한다. 카메라(120)는 이와 같이 피검자의 안구를 촬영할 수 있는데, 이때, 제1 면(310)의 중심은 피검자의 시선 방향으로의 안구 중심과 일치하도록 배치될 수 있으며, 제1 면(310)은 피검자의 시선방향을 기준으로 45°만큼 틀어져 배치될 수 있다.

제1 면(310)이 전술한 대로 배치될 경우, 카메라(120)에서 촬영되는 영상은 도 6a, 6b 및 7에 도시된 바와 같이, 영상 내 내측 방향의 길이(620)가 외측 방향의 길이(630)보다 현저히 작아질 수 있다. 제1 면(310)이 전술한 대로 배치될 경우, 영상 내 내측 방향의 길이(620)는 외측 방향의 길이(630)에 비해 40%가량 작아진다. 즉, 촬영되는 영상의 화각이 내측 방향으로 상대적으로 짧아진다.

이를 해소하기 위해, 제1 면(310)은 도 8 및 9에 도시된 바와 같이 배치될 수 있다.

도 8 및 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 빔 스플리터 내 제1 반사면의 배치 및 그에 따라 촬영되는 카메라 영상의 길이를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 동일한 과정으로 카메라(120)는 피검자의 안구에 대한 영상을 획득하되, 제1 면(310)의 중심(810)은 피검자의 시선 방향(610)으로의 안구 중심으로부터 기 설정된 간격만큼 떨어져 위치하게 된다. 또한, 제1 면(310)은 피검자의 시선방향(610)을 기준으로 기 설정된 각도만큼 틀어져 배치된다. 여기서, 기 설정된 간격은 0.6mm 내외일 수 있으며, 기 설정된 각도는 43°내외일 수 있다.

제1 면(310)이 전술한 조건으로 배치될 경우, 영상 내 내측 방향의 길이(620)와 외측 방향의 길이(630)의 차이는 수% 내로 작아질 수 있다. 즉, 제1 면(310)의 배치를 조정함에 따라, 영상의 내측 방향의 길이(620)와 외측 방향의 길이(630)가 거의 유사하도록(내측 방향의 길이가 길어지도록) 조정할 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.

100: AR 장치
110: 영상 출력부
120: 카메라
130: 광학계
140: 제어부
150: 전원부
210, 220: 렌즈부
230: 빔 스플리터

Claims

영상 출력부에서 출력되는 증강현실 영상은 피검자의 안구로 반사시키고, 카메라에서 촬영을 위해 출력된 광은 피검자의 안구로 입사시키는 빔 스플리터에 있어서,
상기 카메라와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 카메라에서 출력되는 광을 피검자의 안구로 오롯이 반사시키는 제1 면; 및
상기 영상 출력부와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 영상 출력부에서 출력된 광 및 외부에서 입사되는 현실세계의 광 각각에 대해 일부를 피검자의 안구로 입사시키는 제2 면
을 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터.
제1항에 있어서,
상기 제2 면은.
상기 영상 출력부에서 출력된 광에 대해, 일부는 그대로 투괴시키고 나머지는 피검자의 안구로 반사시키는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터.
제1항에 있어서,
상기 제2 면은,
외부에서 입사되는 현실세계의 광에 대해, 일부는 반사시키고, 나머지는 피검자의 안구로 투과시키는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터.
영상 출력부에서 출력되는 증강현실 영상은 피검자의 안구로 반사시키고, 카메라에서 촬영을 위해 출력된 광은 피검자의 안구로 입사시키는 빔 스플리터에 있어서,
상기 카메라와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되며, 근적외선 파장대역의 광은 반사시킴으로써, 상기 카메라에서 출력되는 광을 피검자의 안구로 오롯이 반사시키는 제1 면; 및
상기 영상 출력부와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되며, 가시광 파장대역의 광은 기 설정된 비율만큼 투과시키되 근적외선 파장대역의 광은 투과시킴으로서, 상기 영상 출력부에서 출력된 광 및 외부에서 입사되는 현실세계의 광 각각에 대해 일부를 피검자의 안구로 입사시키는 제2 면
을 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터.
제4항에 있어서,
상기 제1 면은,
기 설정된 가시광 파장대역은 투괴시키는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터.
제5항에 있어서,
상기 제1 면은,
적색 파장대역을 제외한 가시광 파장대역을 투과시키는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터.
영상 출력부에서 출력되는 증강현실 영상은 피검자의 안구로 반사시키고, 카메라에서 촬영을 위해 출력된 광은 피검자의 안구로 입사시키는 빔 스플리터에 있어서,
상기 카메라와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 카메라에서 출력되는 광을 피검자의 안구로 오롯이 반사시키는 제1 면; 및
상기 영상 출력부와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 영상 출력부에서 출력된 광 및 외부에서 입사되는 현실세계의 광 각각에 대해 일부를 피검자의 안구로 입사시키는 제2 면을 포함하며,
상기 제1 면은 피검자의 시선방향을 기준으로 기 설정된 각도만큼 틀어져 배치되는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터.
피검자의 안운동 이상 질환을 검사하기 위한 증강현실 장치에 있어서,
증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 영상 출력부;
피검자의 안구로 광을 출력하고, 피검자의 안구에서 반사되는 광을 수광함으로써 피검자의 안구를 촬영하는 카메라;
상기 영상 출력부에서 출력되는 증강현실 영상은 피검자의 동공으로 반사시키고, 카메라에서 촬영을 위해 출력된 광은 피검자의 동공으로 입사시키는 광학계;
상기 영상 출력부 및 상기 카메라의 동작을 제어하는 제어부; 및
상기 증강현실 장치 내 각 구성이 동작할 수 있도록 전원을 공급하는 전원부를 포함하며,
상기 광학계는 빔 스플리터를 포함하고,
상기 빔 스플리터는,
상기 카메라와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 카메라에서 출력되는 광을 피검자의 안구로 오롯이 반사시키는 제1 면; 및
상기 영상 출력부와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 영상 출력부에서 출력된 광 및 외부에서 입사되는 현실세계의 광 각각에 대해 일부를 피검자의 안구로 입사시키는 제2 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
제8항에 있어서,
상기 영상 출력부는,
가사광 파장대역의 광을 출력하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
제8항에 있어서,
상기 카메라는,
근적외선 파장대역의 광을 출력하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
제8항에 있어서,
상기 광학계는,
상기 카메라에서 출력된 광을 피검자의 안구 중앙으로 입사시키는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
피검자의 안운동 이상 질환을 검사하기 위한 증강현실 장치에 있어서,
증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 영상 출력부;
피검자의 안구로 광을 출력하고, 피검자의 안구에서 반사되는 광을 수광함으로써 피검자의 안구를 촬영하는 카메라;
상기 영상 출력부에서 출력되는 증강현실 영상은 피검자의 동공으로 반사시키고, 카메라에서 촬영을 위해 출력된 광은 피검자의 동공으로 입사시키는 광학계;
상기 영상 출력부 및 상기 카메라의 동작을 제어하는 제어부; 및
상기 증강현실 장치 내 각 구성이 동작할 수 있도록 전원을 공급하는 전원부를 포함하며,
상기 광학계는 빔 스플리터를 포함하고,
상기 빔 스플리터는,
상기 카메라와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되며, 근적외선 파장대역의 광은 반사시킴으로써, 상기 카메라에서 출력되는 광을 피검자의 안구로 오롯이 반사시키는 제1 면; 및
상기 영상 출력부와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되며, 가시광 파장대역의 광은 기 설정된 비율만큼 투과시키되 근적외선 파장대역의 광은 투과시킴으로서, 상기 영상 출력부에서 출력된 광 및 외부에서 입사되는 현실세계의 광 각각에 대해 일부를 피검자의 안구로 입사시키는 제2 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
제12항에 있어서,
상기 빔 스플리터는,
피검자의 안구의 시선방향으로 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
제13항에 있어서,
상기 영상 출력부는,
상기 빔 스플리터의 연직 상방에 배치되는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
제13항에 있어서,
상기 카메라는,
상기 빔 스플리터의 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.
피검자의 안운동 이상 질환을 검사하기 위한 증강현실 장치에 있어서,
증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 영상 출력부;
피검자의 안구로 광을 출력하고, 피검자의 안구에서 반사되는 광을 수광함으로써 피검자의 안구를 촬영하는 카메라;
상기 영상 출력부에서 출력되는 증강현실 영상은 피검자의 동공으로 반사시키고, 카메라에서 촬영을 위해 출력된 광은 피검자의 동공으로 입사시키는 광학계;
상기 영상 출력부 및 상기 카메라의 동작을 제어하는 제어부; 및
상기 증강현실 장치 내 각 구성이 동작할 수 있도록 전원을 공급하는 전원부를 포함하며,
상기 광학계는 빔 스플리터를 포함하고,
상기 빔 스플리터는,
상기 카메라와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 카메라에서 출력되는 광을 피검자의 안구로 오롯이 반사시키는 제1 면; 및
상기 영상 출력부와 상기 파검자의 안구를 바라보는 방향으로 배치되어, 상기 영상 출력부에서 출력된 광 및 외부에서 입사되는 현실세계의 광 각각에 대해 일부를 피검자의 안구로 입사시키는 제2 면을 포함하며,
상기 제1 면은 피검자의 시선방향을 기준으로 기 설정된 각도만큼 틀어져 배치되는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.