VR

증강현실(AR) 헤드셋의 작동원리

103105 2026. 2. 10. 16:09

 

 

  1. Birdbath 광학 디자인
Disney, Lenovo AR 헤드셋에 사용된 Birdbath 광학 디자인 예

 

▶ 작동방식

- 디스플레이소스(이마에 수직인 검은색 직사각형)의 빛을 45도 각도로 배치된 텔레프롬프터 유리(Beamsplitter)에 투사

- beamsplitter에 반사된 광선은 방향을 전환하는 오목거울인 Combiner로 반사되어 사용자 눈으로 이동

- 해당방식을 사용하는 헤드셋 : Lenovo Disney, Jedi Challange, ODF R8 및 R9

▶ 하드웨어 구성요소

- Lenovo 같은 저가형 헤드셋은 LCD 디스플레이 사용

- ODG R9과 같은 고급 시스템은 OLED 마이크로 디스플레이 사용

▶ 시야

- 중간정도의 FOV(Field of view, 시야)

- 대부분 곡면 거울 디자인 보다 작은 50도의 FOV를 가지고 있음

▶ 빛손실

- beamsplitter 에서 첫 번째 반사로 50%의 빗손실이 발생

- Combiner에 닿을 때 추가 손실이 발생하여 상당한 빛 손실이 발생함

- 이를 보상하기 위해 실내에서 선글라스를 착용하는 것과 같이 매우 어두운 렌즈를 사용

▶ 폼팩터

- LCD를 디스플레이로 사용하는 경우 광학장치를 포함하는 디자인으로 인해 헤드셋이 더 커짐

- 마이크로 OLED의 경우 헤드셋의 크기를 줄이지만 제조업체의 공급망, 비용증가의 어려움이 있음

▶ 이미지 품질

- 광원이 내부와 외부 모두 반사되어 "고스팅" 이미지 발생

- LCD의 경우 1080p의 이미지가 확장되어 낮은 픽셀밀도를 갖음

- 마이크로 OLED의 경우 고해상도를 생성할 수 있지만 밝기는 감소

 

 
고스팅 예

 

▶ 렌즈 투명도

- 어두운 렌즈가 글래스 앞에 배치되어 실내에서 활용하기 어려움이 있음

 

2. Curved Mirror / "Bug-Eye" 광학 디자인

▶ 작동방식

- 비교적 단순한 광학 디자인

- 값싼 LCD 디스플레이를 활용

- 디스플레이에서 방출된 빛은 오몬한 거울에 직접 부딪혀 눈으로 반사

- 오목거울로 왜곡되는 이미지를 소프트웨어 등을 통해 보정이 필요

- 해당방식을 사용하는 헤드셋 : Mira Prism, Meta2, Leap Motion, Dream World

▶ 하드웨어 구성요소

- LCD 디스플레이

▶ 시야

- FOV 50˚~105˚

▶ 빛손실

- 반사는 1회 이루어져 Birdbath 방식에 비해 훨씬 낮음

▶ 폼펙터

- 원활한 증강을 위해선 LCD와 렌즈간 충분한 거리를 두고 있어야 함

- 이러한 이유로 헤드셋이 보호용 바이저 모양으로 제작

▶ 이미지 품질

- 휴대전화를 광원으로 사용하는 경우 픽셀밀도가 문제가 될 수 있음

- Leap Motion 헤드셋과 같이 듀얼 LDC를 사용하면 픽셀밀도를 개선하는데 도움이 됨(Leam motion은 LCD 디스플레이를 2개 사용하여 해상도 1600 X 1440을 지원)

▶ 렌즈 투명도

- 밝은 LCD와 반사횟수가 적어 더 선명한(투명한) 렌즈를 사용할 수 있음

 

3. Reflective and Diffractive Waveguides

 

 
Reflective and Diffactive Waveguides

▶ 작동원리

- 새로운 형태의 광학기술로 아직 개발 중인 단계

- 디스플레이 소스는 일반적으로 LCOS(Liquid Crystal on Silicon) 또는 DLP 디스플레이를 사용

- 현재로썬 제조 비용이 가상 비쌈

- 해당방식을 사용하는 헤드셋 : Microsoft Hololens, Magic Leap One, DAQRI

▶ 하드웨어 구성요소

- 각 색상에 대한 레이어가 다층화되어 있음

- Lumus에서 특허를 받은 반사 도파관은 다층 접근 방식을 피하여 제조를 더 쉽게 만듬

▶ 시야

- 다른 디스플레이에 비해 매우 작음

- 홀로렌즈의 대표적 불만사항

▶ 이미지 품질

- 현재 헤드셋 유형 중 가장 밝고 고스트효과가 없음

- 대부분 720p 이지만 1080 디스플레이 이상으로 개선 중

▶ 폼팩터

- 안경과 같은 글래스로 향상되고 있음.

▶ 렌즈 투명도

- 착색이필요하지 않아 투명하게 활용할 수 있음