벽돌 크기에 쥐기 쉬운 최초의 휴대폰을 기억하십니까? 이제 그것은 우리 모두가 생각할 틈도 없이 주머니나 지갑에 쏙 들어가고 없이는 살 수 없는 매끄럽고 강력한 경이로움입니다.
증강 현실(AR) 고글은 기존 안경만큼 편안하고 착용하기 쉽게 만드는 것을 목표로 비슷한 변화를 가져올 준비가 되어 있습니다. 이러한 발전을 지원하기 위해 마이크로프로세서, 센서, 연결의 발전이 이미 결합되고 있습니다.
그러나 AR 장치에 여전히 남아 있는 가장 중요한 기술적 과제 중 하나는 디스플레이 자체입니다. 특히 문제는 인간 시각 시스템의 엄격한 성능 요구 사항을 충족하면서도 작고 가벼운 디스플레이를 만드는 것입니다. 그리고 물론 경제적으로 생산할 수 있습니다.
AR 헤드셋 디자인 목표
이 모든 것을 달성하려면 AR 디스플레이 디자이너가 여러 가지 서로 다른 목표를 동시에 달성해야 합니다. 먼저 AR 고글의 전체적인 크기, 무게, 무게 중심이 장시간 착용해도 충분히 편안해야 합니다.
다음으로 디스플레이의 시각적 특성에 대한 몇 가지 중요한 요구사항이 있습니다. 우리는 이러한 것 중 일부를 "선명함"이라는 레이블 아래에 함께 그룹화할 수 있습니다. 여기에는 각도 해상도 및 채우기 비율(픽셀 사이의 공백)과 같은 속성이 포함됩니다. 색역과 색상 정확도도 고려 사항입니다.
게다가 디스플레이의 입체적인 측면도 있습니다. 즉, 헤드셋에 표시되는 물체의 겉보기 크기, 거리, 위치가 현실 세계를 직접 보는 것과 적절하게 일치해야 합니다. 그리고 디스플레이는 착용자나 외부 물체가 움직일 때 충분히 빠르게 업데이트되어야 합니다.
디스플레이에 의해 표시되는 별도의 왼쪽 및 오른쪽 눈 보기에 의해 뇌에 생성되는 입체 이미지 융합의 용이성 또한 중요합니다. 이 문제가 발생하면 거의 즉각적으로 대부분의 인구에게 눈의 피로와 불편함이 발생하기 때문입니다. 믿을 수 없다면 사람들에게 3D 영화에 대해 어떻게 생각하는지 물어보세요.
'몰입성' 개념과 관련하여 몇 가지 주요 고려 사항이 있습니다. 특히 디스플레이가 착용자의 시야를 더 많이 차지할수록 몰입도가 높아집니다. 기술적으로 이를 디스플레이 시야(FOV)라고 합니다. 소비자용 AR 고글은 다양한 머리 크기와 눈 분리 거리(동공 간 거리 또는 IPD라고 함)를 가진 인구 집단에 대한 이러한 모든 요구 사항을 충족해야 한다는 점에 유의하는 것도 중요합니다.
도파관은 약속을 보여줍니다
자세한 내용은 다음과 같습니다.AR 기술에 관한 이전 게시물, AR 헤드셋의 특별한 문제점은 디스플레이가 시청자의 눈 바로 앞에 위치하지 않는다는 것입니다. 이와 대조적으로 VR 헤드셋에서는 시청자가 디스플레이를 똑바로 바라보고 광학 장치를 사용하여 디스플레이가 더 멀리, 더 크게 보이도록 만듭니다. 그러나 광학적으로 말하면 이는 비교적 간단한 작업입니다.
AR 헤드셋 광학 장치는 사용자가 현실 세계를 직접 볼 수 있도록 외부에서 빛을 전송하는 "광학 결합기"라는 투명한 구성 요소를 사용해야 합니다. 또한 디스플레이 엔진 출력을 결합기의 가장자리에서 중앙으로 채널링한 다음 이를 시청자의 눈으로 리디렉션해야 합니다. 이는 컴퓨터가 생성한 이미지가 실제 세계관 위에 겹쳐 나타나도록 하기 위한 것입니다. 이는 VR 헤드셋 광학 장치로 수행되는 것보다 훨씬 더 복잡한 작업입니다.
이를 위해 매우 다양하고 영리한 광학 시스템이 개발되었으며 평면 도파관은 현재 사용되는 가장 유망한 기술 중 하나입니다. 평면 도파관은 디스플레이 엔진에서 시청자의 눈으로 빛을 안내하는 작고 투명한 채널과 같습니다. 도파관은 광섬유에 사용되는 것과 동일한 원리인 "내부 전반사"(TIR) 현상을 이용하여 자체적으로 빛을 포함합니다.
TIR은 빛이 밀도가 높은 물질(유리 등)에서 밀도가 낮은 매체(공기 등)로 이동할 때 발생합니다. 이런 일이 발생하면 광선이 굴절되어 방향이 변경됩니다. 굴절은 렌즈가 작동하는 방식입니다.
그러나 만약 광선이 충분히 큰 각도로 두 물질 사이의 경계에 닿으면 완전히 반사될 것입니다. 자료가 전혀 종료되지 않습니다. 빛이 재료를 빠져나갈 수 없는 각도를 "임계 각도"라고 합니다.
물질에서 공기 중으로 나가는 광선은 굴절됩니다(방향 변경). 그러나 더 큰 입사각에서는 재료에 완전히 반사되어 전혀 빠져나오지 않습니다. 재료의 굴절률이 높을수록 이 효과가 발생하기 시작하는 각도는 작아집니다.
AR 고글에서 이 현상을 활용하려면 '인커플러'를 사용하여 디스플레이 엔진의 빛이 임계 각도보다 큰 각도로 도파관에 도입될 수 있다고 상상해 보세요. 그러면 빛은 이 유리 내부로 이동하여 TIR에 의해 억제됩니다. 결합기의 중앙에서 빛은 '아웃 커플러'를 만나게 됩니다. 이를 통해 빛이 추출되어 관찰자의 눈을 향하게 됩니다.
도파관 기반 AR 헤드셋에서는 디스플레이의 빛이 인커플러를 사용하여 가장자리 근처의 도파관으로 유입됩니다. 그런 다음 TIR을 사용하여 도파관을 통해 이동하고 시청자의 눈 바로 앞 지점에 도달하면 결합됩니다.
실제로 이와 같은 도파관을 만드는 데는 엄청난 양의 기술과 정교함이 관련되어 있습니다. 그러나 그것들은 작동하고 이미 사용되고 있습니다.
도파관의 장점은 일반 안경과 매우 유사하게 보이고 느껴지는 헤드셋을 제공한다는 것입니다. 이를 통해 광범위한 소비자 수용을 확보할 수 있을 만큼 충분히 작고 가벼우며 사용하기 쉬운 제품을 만드는 우리의 목표를 달성하게 되었습니다.
판도를 바꾸는 도파관 재료
도파관은 TIR 때문에 작동하며 이에 대해 알아야 할 중요한 사항이 하나 있습니다. 즉, 재료 굴절률이 증가함에 따라 더 작은 각도로 표면에 닿는 광선에 대해 TIR이 발생합니다. 이는 더 넓은 각도 범위에 걸쳐 반사된다는 의미입니다.
이는 도파관에 더 높은 굴절률 재료를 사용하면 더 넓은 시야를 얻을 수 있다는 것을 의미합니다. 그리고 FOV는 AR 시스템 디자이너가 달성하려고 노력하는 몰입형 경험을 생성하는 데 핵심입니다.
굴절률이 더 높은 재료로 만들어진 도파관은 시청자에게 더 넓은 시야를 제공하여 몰입감을 향상시킵니다.
문제는 기존 광학 안경의 굴절률이 방금 설명한 종류의 도파관으로 달성할 수 있는 FOV를 심각하게 제한한다는 것입니다. 유리 제조업체는 더 높은 굴절률 재료를 개발하여 이에 대응했습니다. 그리고 그들은 인상적인 일을 해냈습니다. 하지만 소재의 근본적인 한계를 극복하지 못하고 있습니다. 현재 유리로 얻을 수 있는 가장 높은 굴절률은 약 2.0입니다.
그러나 가시광선을 투과시키는 유리 외에 다른 물질도 있습니다. 그리고 그 중 일부는 더 높은 굴절률과 기타 바람직한 물리적 특성을 모두 갖고 있습니다. 이 중 두 가지는 결정질 물질입니다 –니오브산리튬(LiNbO₃), 인덱스는 2.3이고탄화규소(SiC), 지수는 2.7입니다.
도파관 굴절률과 디스플레이 FOV 사이의 이론적 관계가 그래프에 표시됩니다. SiC는 가장 높은 굴절률 유리를 사용하여 가능한 디스플레이 FOV를 본질적으로 두 배로 늘릴 것을 약속합니다. 이는 AR 고글 디자이너의 게임 체인저가 됩니다.
도파관 재료 굴절률과 AR 디스플레이의 최대 가능 FOV 사이의 이론적 관계. LiNbO₃와 SiC는 모두 유리 소재에 비해 큰 이점을 제공합니다.
더 큰 FOV 외에도 고굴절률 재료의 또 다른 장점이 있습니다. 현재 도파관 디자인은 종종 2개 또는 3개의 개별 유리를 사용합니다. 각 색상에 대해 하나씩(또는 두 가지 색상에 대해 하나). 특히 SiC의 굴절률이 높을수록 세 가지 색상 채널(빨간색, 녹색, 파란색)을 모두 단일 도파관으로 결합할 수 있습니다. 이를 통해 헤드셋 크기, 무게 및 비용이 크게 향상됩니다. 게다가 SiC는 매우 강하고 가벼운 소재입니다.
LiNbO₃ 및 SiC는 모두 고굴절 유리에 비해 실용성과 성능상의 이점을 제공하지만 비용이 더 많이 듭니다. 반면에 이를 사용하면 전체 시스템과 제조 복잡성을 줄여 생산 비용을 낮출 수 있습니다.
바카라 카지노는 이러한 재료가 소비자에게 뛰어난 비용 편익 비율을 제공하는 차세대 AR 장치를 가능하게 할 수 있다고 믿습니다. 우리는 이미 결정 성장부터 기판 제조에 이르기까지 두 재료 모두 수직적으로 통합된 제조업체입니다. 그리고 회절 커플러와 광학 코팅을 포함한 다른 도파관 구성 요소도 만들 수 있습니다. 또한 당사의 모든 제조 공정은 대형 포맷 및 대량 생산으로 확장 가능합니다. 우리는 AR 시스템 디자이너와 협력하여 이러한 재료를 기반으로 도파관 디스플레이를 개발한 다음 대량 생산을 안정적으로 지원할 준비가 되어 있습니다.
