06-3. VR 렌즈의 이해: 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)

HTV VIVE와 Oculus Rift는 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)를 이용하고 있다. VR HMD에 왜 렌즈가 필요한지 그리고 그 렌즈가 어떻게 작동하는지에 대해 설명하고자 한다.

1) 첫번째 이미지는 일반적인 사물을 바라볼 때의 현상을 보여주고 있다. 동공(pupil)과 수정체(lens)를 거쳐 망막(retina)에 상이 매치게 된다.

2) 그런데 VR HMD는 우리의 바로 눈앞 3 ~ 7cm 이내에 디스플레이 장치가 놓이게 된다. 대상 이미지가 사람의 눈에 너무 근접하게 되면 망막에 촛점이 정확히 매치게 되지 않는다.

3) 위에서 처럼 잘못된 촛점을 보정하기 위해 VR 기기에 렌즈를 장착하게 된다. 장착된 렌즈는 근접한 거리의 이미지가 아래의 이미지 처럼 망막에 촛점이 올바로 맺도록 보정해 주는 기능을 하는 것이다. 이러한 이유에서 VR HMD 기기들에 렌즈를 사용하게 되는 것이다.

4) 그런데 실제로는 바로 눈앞의 디스플레이장치에서 나온 사물이 바로 눈앞에 있는 것처럼 보이는 것이 아니라 조금 더 멀리 현실 시야의 공간 어디쯤에 있는 것처럼 보이게 하기 위해서는 렌즈의 굴곡을 변화시켜야 한다. 그러면 아래의 그림처럼 바로 눈앞의 HMD 안에 사물이 있는 것이 아니라 그 너머 공간 어디쯤에 있는 것처럼 가상 현실 내의 사물을 보이게 할 수 있는 것이다. 문제는 일반적인 1개의 볼록렌즈로 이를 해결하려 한다면 렌즈의 크기와 무게가 커지는 결과를 초래하게 된다.

5) 그래서 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 프레넬(Fresnel)이라는 사람이 개발한 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)를 장착하여 사용하게 되는 것이다.

6) 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)는 아래의 그림과 같은 원리로 빛이 특정 촛점에 모이도록 하는 것이다.

< 참고 원문 >
https://vr-lens-lab.com/lenses-for-virtual-reality-headsets/