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KR102772075B1 - Augmented reality glass device capable of energy harvesting using piezoelectric elements - Google Patents

Augmented reality glass device capable of energy harvesting using piezoelectric elements Download PDF

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KR102772075B1
KR102772075B1 KR1020220083753A KR20220083753A KR102772075B1 KR 102772075 B1 KR102772075 B1 KR 102772075B1 KR 1020220083753 A KR1020220083753 A KR 1020220083753A KR 20220083753 A KR20220083753 A KR 20220083753A KR 102772075 B1 KR102772075 B1 KR 102772075B1
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South Korea
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augmented reality
glass device
button
piezoelectric element
reality glass
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최치원
김세호
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주식회사 피앤씨솔루션
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Abstract

본 발명은 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치로서, 사용자 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임; 상기 HMD 프레임을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하는 한 쌍의 광학 디스플레이부; 상기 HMD 프레임의 일 측면에 설치되어, 상기 증강현실 글래스 장치의 구동 조작을 위한 조작 신호를 발생시키는 HMD 버튼부; 상기 HMD 버튼부의 내부에 설치되어, 사용자의 버튼 누름 동작에 의한 물리적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 소자부; 및 상기 HMD 버튼부의 사용자 버튼 누름 동작에 의해 발생하는 조작 신호에 대응하는 증강현실 글래스 장치의 구동 제어를 수행하고, 상기 압전 소자부의 에너지 하베스팅을 통해 발생된 전기 에너지를 관리하는 제어부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치에 따르면, 사용자 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임과, HMD 프레임을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하는 한 쌍의 광학 디스플레이부와, HMD 프레임의 일 측면에 설치되어, 증강현실 글래스 장치의 구동 조작을 위한 조작 신호를 발생시키는 HMD 버튼부와, HMD 버튼부의 내부에 설치되어, 사용자의 버튼 누름 동작에 의한 물리적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 소자부와, HMD 버튼부의 사용자 버튼 누름 동작에 의해 발생하는 조작 신호에 대응하는 증강현실 글래스 장치의 구동 제어를 수행하고, 압전 소자부의 에너지 하베스팅을 통해 발생된 전기 에너지를 관리하는 제어부를 포함하여 구성함으로써, 증강현실 글래스 장치의 조작을 위한 버튼에 압전 소자를 설치하여 버튼을 누를 때마다 물리적 에너지가 전기적 에너지로 변환되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치에 따르면, 증강현실 글래스 장치를 구성하되, 증강현실 글래스 장치의 조작을 위한 버튼에 대응하여 버튼 내부에 압전 소자를 구성하고, 버튼을 누를 때마다 물리적 에너지가 전기적 에너지로 변환되도록 함으로써, 압전 소자를 통해 발생된 전기 에너지를 증강현실 글래스 장치의 별도의 배터리에 저장하여 방전 시의 응급 전력원으로 사용하거나, 또는 무선 센서 전용의 전력원으로 사용할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치에 따르면, 에너지 하베스팅으로 증강현실 글래스 장치의 별도 전원을 구성함으로써, 증강현실 글래스 장치의 배터리 전원이 방전되더라도 사용 중단이 방지되고, 그에 따른 증강현실 글래스 장치의 사용의 안정성이 더욱 향상될 수 있다.The present invention relates to an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element, and more specifically, to an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element, the device comprising: an HMD frame that can be worn on a user's head; a pair of optical display units that are arranged in front of both eyes of a user wearing the HMD frame and provide augmented reality by combining real-world light and image light; an HMD button unit that is installed on one side of the HMD frame and generates an operation signal for operating the augmented reality glass device; a piezoelectric element unit that is installed inside the HMD button unit and converts physical energy by a user's button-pressing operation into electrical energy; and a control unit that performs operating control of the augmented reality glass device in response to an operation signal generated by the user's button-pressing operation of the HMD button unit and manages electrical energy generated through energy harvesting of the piezoelectric element unit.
According to an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element proposed in the present invention, the device comprises: an HMD frame that can be worn on a user's head; a pair of optical display units that are arranged in front of both eyes of a user wearing the HMD frame and provide augmented reality by combining real-world light and image light; an HMD button unit that is installed on one side of the HMD frame and generates an operation signal for operating the augmented reality glass device; a piezoelectric element unit that is installed inside the HMD button unit and converts physical energy by a user's button-pressing operation into electrical energy; and a control unit that performs operating control of the augmented reality glass device in response to the operation signal generated by the user's button-pressing operation of the HMD button unit and manages the electrical energy generated through energy harvesting of the piezoelectric element unit, thereby installing a piezoelectric element in a button for operating the augmented reality glass device so that physical energy is converted into electrical energy whenever the button is pressed.
In addition, according to the augmented reality glass device capable of energy harvesting utilizing the piezoelectric element of the present invention, the augmented reality glass device is configured such that a piezoelectric element is configured inside the button corresponding to a button for operating the augmented reality glass device, and physical energy is converted into electrical energy whenever the button is pressed, so that the electrical energy generated through the piezoelectric element can be stored in a separate battery of the augmented reality glass device and used as an emergency power source when the device is discharged, or as a power source exclusively for a wireless sensor.
In addition, according to the augmented reality glass device capable of energy harvesting utilizing the piezoelectric element of the present invention, by configuring a separate power source for the augmented reality glass device through energy harvesting, even if the battery power of the augmented reality glass device is discharged, interruption of use is prevented, and thus the stability of use of the augmented reality glass device can be further improved.

Description

압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치{AUGMENTED REALITY GLASS DEVICE CAPABLE OF ENERGY HARVESTING USING PIEZOELECTRIC ELEMENTS}{AUGMENTED REALITY GLASS DEVICE CAPABLE OF ENERGY HARVESTING USING PIEZOELECTRIC ELEMENTS}

본 발명은 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 증강현실 글래스 장치의 조작을 위한 버튼에 압전 소자를 설치하여 버튼을 누를 때마다 물리적인 에너지가 전기적인 에너지로 변환될 수 있도록 하는 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element, and more specifically, to an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element, in which a piezoelectric element is installed in a button for operating the augmented reality glass device so that physical energy can be converted into electrical energy whenever the button is pressed.

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.In line with the trend toward lighter and smaller digital devices, various wearable devices are being developed. Head Mounted Displays, a type of wearable device, refer to various devices that users can wear on their heads to receive multimedia content, etc. Here, the head mounted display (HMD) is worn on the user's body and provides images to the user in various environments as the user moves. These head mounted displays (HMDs) are divided into see-through and see-closed types. The see-through type is mainly used for Augmented Reality (AR), and the see-closed type is mainly used for Virtual Reality (VR).

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. 그러나 증강현실 또는 가상현실용 HMD 제품 대부분은 동공 간 거리(Inter-pupillary Distance, IPD)가 고정되어 있거나, 동공 간 거리의 조정이 가능하더라도 양안이 동시에 조정되지 않고 한쪽씩 각각 조절되도록 설계되어 있다.Head-mounted displays may be equipped with a monocular lens, but may also be equipped with a binocular lens that provides images to both eyes. In particular, in binocular HMDs that provide images to both eyes, since the interpupillary distance is different for each wearer, the interpupillary distance must be easily adjusted to suit the wearer to experience a well-focused and clear image. However, most HMD products for augmented reality or virtual reality have a fixed interpupillary distance (IPD), or even if the interpupillary distance is adjustable, it is designed to be adjusted one by one rather than both eyes simultaneously.

또한, 헤드 마운티드 디스플레이는 안경처럼 착용하는 형태도 있으나 헤드셋이나 고글처럼 머리에 착용하는 형태도 있으며, 헤드셋 또는 고글 형태의 AR 또는 VR용 HMD는 머리에 잘 맞게 착용하여야 움직임이 쉽고 편안하게 사용할 수 있다.In addition, head-mounted displays can be worn like glasses, but can also be worn on the head like a headset or goggles. HMDs for AR or VR in the form of headsets or goggles must fit well on the head to allow for easy movement and comfort.

이와 같이, 헤드 마운티드 디스플레이 형태로 구현되는 증강현실 글래스 장치는 사용자가 머리에 착용한 상태로 머리 착용형 디스플레이 장치를 이용하여 각종 증강현실 관련 디스플레이를 보면서 작업 등을 수행하게 된다. 이러한 증강현실 글래스 장치는 디스플레이, 센서의 구동 제어, 및 통신을 위한 많은 전원을 필요로 하고 있으며, 증강현실용 글래스 장치에 전원 공급을 위한 배터리가 구비되고 있다. 그러나 증강현실 글래스 장치의 사용 중 구비되는 배터리의 전원이 방전 될 경우 현재 사용 중인 증강현실 글래스 장치의 사용이 갑자기 중단되는 한계가 따르는 문제가 있었다. 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0093966호가 선행기술 문헌으로 개시되고 있다.In this way, the augmented reality glass device implemented in the form of a head-mounted display allows the user to perform tasks, etc. while viewing various augmented reality-related displays using the head-mounted display device while wearing it on the head. Such augmented reality glass devices require a lot of power for display, sensor operation control, and communication, and a battery is provided to supply power to the augmented reality glass device. However, there was a problem that if the power of the battery provided while the augmented reality glass device is in use is discharged, the use of the currently used augmented reality glass device is suddenly stopped. Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0093966 is disclosed as a prior art document.

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 제공하는 한 쌍의 광학 디스플레이부와, HMD 프레임의 일 측면에 설치되어, 증강현실 글래스 장치의 구동 조작을 위한 조작 신호를 발생시키는 HMD 버튼부와, HMD 버튼부의 내부에 설치되어, 사용자의 버튼 누름 동작에 의한 물리적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 소자부와, HMD 버튼부의 사용자 버튼 누름 동작에 의해 발생하는 조작 신호에 대응하는 증강현실 글래스 장치의 구동 제어를 수행하고, 압전 소자부의 에너지 하베스팅을 통해 발생된 전기 에너지를 관리하는 제어부를 포함하여 구성함으로써, 증강현실 글래스 장치의 조작을 위한 버튼에 압전 소자를 설치하여 버튼을 누를 때마다 물리적 에너지가 전기적 에너지로 변환될 수 있도록 하는, 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the existing proposed methods, and the purpose of the present invention is to provide an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element, including: a HMD frame that can be worn on a user's head; a pair of optical display units that are arranged in front of both eyes of a user wearing the HMD frame and provide augmented reality by combining real-world light and image light; an HMD button unit that is installed on one side of the HMD frame and generates an operation signal for operating an augmented reality glass device; a piezoelectric element unit that is installed inside the HMD button unit and converts physical energy by a user's button-pressing operation into electrical energy; and a control unit that performs operating control of the augmented reality glass device in response to the operation signal generated by the user's button-pressing operation of the HMD button unit and manages the electrical energy generated through energy harvesting of the piezoelectric element unit, thereby installing a piezoelectric element on a button for operating the augmented reality glass device so that physical energy can be converted into electrical energy whenever the button is pressed.

또한, 본 발명은, 증강현실 글래스 장치를 구성하되, 증강현실 글래스 장치의 조작을 위한 버튼에 대응하여 버튼 내부에 압전 소자를 구성하고, 버튼을 누를 때마다 물리적 에너지가 전기적 에너지로 변환될 수 있도록 함으로써, 압전 소자를 통해 발생된 전기 에너지를 증강현실 글래스 장치의 별도의 배터리에 저장하여 방전 시의 응급 전력원으로 사용하거나, 또는 무선 센서 전용의 전력원으로 사용할 수 있도록 하는, 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention provides an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element, wherein an augmented reality glass device is configured with a piezoelectric element inside a button corresponding to a button for operating the augmented reality glass device, and physical energy can be converted into electrical energy each time the button is pressed, so that the electrical energy generated through the piezoelectric element can be stored in a separate battery of the augmented reality glass device and used as an emergency power source when discharged, or as a power source exclusively for a wireless sensor. Another object of the present invention is to provide an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element.

뿐만 아니라, 본 발명은, 에너지 하베스팅으로 증강현실 글래스 장치의 별도 전원을 구성함으로써, 증강현실 글래스 장치의 배터리 전원이 방전되더라도 사용 중단이 방지되고, 그에 따른 증강현실 글래스 장치의 사용의 안정성이 더욱 향상될 수 있도록 하는, 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention provides an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element, which configures a separate power source for the augmented reality glass device by energy harvesting, thereby preventing interruption of use even when the battery power of the augmented reality glass device is discharged, and thereby further improving the stability of use of the augmented reality glass device.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치는,An augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to the features of the present invention to achieve the above-mentioned purpose is provided.

압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치로서,An augmented reality glass device capable of energy harvesting using piezoelectric elements.

사용자 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임;An HMD frame that can be worn on the user's head;

상기 HMD 프레임을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하는 한 쌍의 광학 디스플레이부;A pair of optical display units positioned in front of both eyes of a user wearing the HMD frame to provide augmented reality by combining real-world light and image light;

상기 HMD 프레임의 일 측면에 설치되어, 상기 증강현실 글래스 장치의 구동 조작을 위한 조작 신호를 발생시키는 HMD 버튼부;An HMD button unit installed on one side of the HMD frame and generating an operation signal for operating the augmented reality glass device;

상기 HMD 버튼부의 내부에 설치되어, 사용자의 버튼 누름 동작에 의한 물리적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 소자부; 및A piezoelectric element installed inside the HMD button portion to convert physical energy generated by the user's button pressing action into electrical energy; and

상기 HMD 버튼부의 사용자 버튼 누름 동작에 의해 발생하는 조작 신호에 대응하는 증강현실 글래스 장치의 구동 제어를 수행하고, 상기 압전 소자부의 에너지 하베스팅을 통해 발생된 전기 에너지를 관리하는 제어부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.The configuration is characterized by including a control unit that performs driving control of an augmented reality glass device in response to an operation signal generated by a user button pressing operation of the HMD button unit, and manages electric energy generated through energy harvesting of the piezoelectric element unit.

바람직하게는, 상기 한 쌍의 광학 디스플레이부는,Preferably, said pair of optical display units,

상기 증강현실 글래스 장치를 착용한 착용자에게 영상 정보가 제공될 수 있도록 영상 광을 출력하는 디스플레이; 및A display that outputs image light so that image information can be provided to a wearer wearing the augmented reality glass device; and

상기 증강현실 글래스 장치를 착용한 착용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하는 광학계를 포함하여 구성할 수 있다.The augmented reality glasses device may be configured to include an optical system that is positioned in front of both eyes of a wearer wearing the device and provides augmented reality by combining real-world light and image light.

더욱 바람직하게는, 상기 디스플레이는,More preferably, the display comprises:

상기 증강현실 글래스 장치를 착용한 착용자에게 영상 정보를 제공하되, 상기 압전 소자부로 인한 전기 발생과 전기 사용 시 디스플레이 상에 전력발생량 또는 전력사용량을 더 표시할 수 있다.The augmented reality glasses device provides image information to a wearer, and when electricity is generated by the piezoelectric element and electricity is used, the amount of power generated or used can be additionally displayed on the display.

바람직하게는, 상기 HMD 버튼부는,Preferably, the HMD button portion,

상기 증강현실 글래스 장치의 구동 조작을 위한 적어도 하나 이상의 버튼으로 구성할 수 있다.The augmented reality glass device may be configured with at least one button for operating the device.

더욱 바람직하게는, 상기 압전 소자부는,More preferably, the piezoelectric element portion,

상기 HMD 버튼부의 적어도 하나 이상의 버튼에 대응하여 버튼 내부에 각각 설치되는 압전 소자들로 구성될 수 있다.It may be composed of piezoelectric elements each installed inside a button corresponding to at least one button of the above HMD button section.

더욱 더 바람직하게는, 상기 압전 소자부는,Even more preferably, the piezoelectric element portion,

상기 HMD 버튼부의 적어도 하나 이상의 버튼에 대응하여 버튼 내부에 각각 설치되는 압전 소자들로 구성되고, 그 압전 소자들로부터 발생되는 전기 에너지는 상기 증강현실 글래스 장치의 별도의 배터리에 저장되거나, 또는 무선 센서 전용의 전력원으로 사용될 수 있다.The HMD button portion is configured with piezoelectric elements each installed inside a button corresponding to at least one button, and the electric energy generated from the piezoelectric elements can be stored in a separate battery of the augmented reality glass device, or used as a power source exclusively for the wireless sensor.

더더욱 바람직하게는, 상기 별도의 배터리는,Even more preferably, said separate battery,

상기 증강현실 글래스 장치의 배터리가 방전되었을 경우 사용이 갑자기 중단되는 것을 방지하기 위한 응급 전력원으로 사용될 수 있다.It can be used as an emergency power source to prevent sudden interruption of use when the battery of the above augmented reality glasses device is discharged.

더더욱 더 바람직하게는, 상기 제어부는,Even more preferably, the control unit,

상기 HMD 버튼부의 사용자 버튼 누름 동작에 의해 발생하는 조작 신호에 대응하는 증강현실 글래스 장치의 구동 제어를 수행하되, 상기 압전 소자부의 에너지 하베스팅을 통해 발생된 전기 에너지는 별도의 배터리에 저장하여 방전 시의 응급 전력원으로 사용할 수 있도록 제어하거나, 또는 미소 전력을 필요로 하는 무선 센서의 전용 전력원으로 사용될 수 있도록 제어할 수 있다.The driving control of the augmented reality glass device corresponding to the operation signal generated by the user's button pressing action of the HMD button part is performed, and the electric energy generated through the energy harvesting of the piezoelectric element part is controlled to be stored in a separate battery and used as an emergency power source in case of discharge, or controlled to be used as a dedicated power source for a wireless sensor requiring micro-power.

본 발명에서 제안하고 있는 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치에 따르면, 사용자 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임과, HMD 프레임을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하는 한 쌍의 광학 디스플레이부와, HMD 프레임의 일 측면에 설치되어, 증강현실 글래스 장치의 구동 조작을 위한 조작 신호를 발생시키는 HMD 버튼부와, HMD 버튼부의 내부에 설치되어, 사용자의 버튼 누름 동작에 의한 물리적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 소자부와, HMD 버튼부의 사용자 버튼 누름 동작에 의해 발생하는 조작 신호에 대응하는 증강현실 글래스 장치의 구동 제어를 수행하고, 압전 소자부의 에너지 하베스팅을 통해 발생된 전기 에너지를 관리하는 제어부를 포함하여 구성함으로써, 증강현실 글래스 장치의 조작을 위한 버튼에 압전 소자를 설치하여 버튼을 누를 때마다 물리적 에너지가 전기적 에너지로 변환되도록 할 수 있다.According to an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element proposed in the present invention, the device comprises: an HMD frame that can be worn on a user's head; a pair of optical display units that are arranged in front of both eyes of a user wearing the HMD frame and provide augmented reality by combining real-world light and image light; an HMD button unit that is installed on one side of the HMD frame and generates an operation signal for operating the augmented reality glass device; a piezoelectric element unit that is installed inside the HMD button unit and converts physical energy by a user's button-pressing operation into electrical energy; and a control unit that performs operating control of the augmented reality glass device in response to the operation signal generated by the user's button-pressing operation of the HMD button unit and manages the electrical energy generated through energy harvesting of the piezoelectric element unit, thereby installing a piezoelectric element in a button for operating the augmented reality glass device so that physical energy is converted into electrical energy whenever the button is pressed.

또한, 본 발명의 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치에 따르면, 증강현실 글래스 장치를 구성하되, 증강현실 글래스 장치의 조작을 위한 버튼에 대응하여 버튼 내부에 압전 소자를 구성하고, 버튼을 누를 때마다 물리적 에너지가 전기적 에너지로 변환되도록 함으로써, 압전 소자를 통해 발생된 전기 에너지를 증강현실 글래스 장치의 별도의 배터리에 저장하여 방전 시의 응급 전력원으로 사용하거나, 또는 무선 센서 전용의 전력원으로 사용할 수 있다.In addition, according to the augmented reality glass device capable of energy harvesting utilizing the piezoelectric element of the present invention, the augmented reality glass device is configured such that a piezoelectric element is configured inside the button corresponding to a button for operating the augmented reality glass device, and physical energy is converted into electrical energy whenever the button is pressed, so that the electrical energy generated through the piezoelectric element can be stored in a separate battery of the augmented reality glass device and used as an emergency power source when discharged, or as a power source exclusively for a wireless sensor.

뿐만 아니라, 본 발명의 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치에 따르면, 에너지 하베스팅으로 증강현실 글래스 장치의 별도 전원을 구성함으로써, 증강현실 글래스 장치의 배터리 전원이 방전되더라도 사용 중단이 방지되고, 그에 따른 증강현실 글래스 장치의 사용의 안정성이 더욱 향상될 수 있다.In addition, according to the augmented reality glass device capable of energy harvesting utilizing the piezoelectric element of the present invention, by configuring a separate power source for the augmented reality glass device through energy harvesting, even if the battery power of the augmented reality glass device is discharged, interruption of use is prevented, and thus the stability of use of the augmented reality glass device can be further improved.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 광학 디스플레이부의 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 광학 디스플레이부의 디스플레이 상에 표시되는 압전소자로 인한 충전과 사용량의 표시 구성을 일례로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 압전 소자부의 발생된 전기 에너지가 충전 또는 무선 센서 전력용으로 사용되는 일례의 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 압전 소자의 일례를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 다른 압전 소자의 일례를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치에 적용되는 압전 소자의 압전 효과를 설명하기 위해 도시한 도면.FIG. 1 is a drawing illustrating the configuration of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to one embodiment of the present invention, in functional blocks.
FIG. 2 is a drawing illustrating the configuration of an optical display unit of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to one embodiment of the present invention, in functional blocks.
FIG. 3 is a drawing illustrating an example of a configuration for displaying charge and usage amount by a piezoelectric element displayed on an optical display unit of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example configuration in which electric energy generated from a piezoelectric element portion of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to one embodiment of the present invention is used for charging or wireless sensor power.
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating the configuration of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a drawing illustrating an example of a piezoelectric element of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a drawing illustrating another example of a piezoelectric element of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a drawing illustrating the piezoelectric effect of a piezoelectric element applied to an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to one embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, with reference to the attached drawings, preferred embodiments will be described in detail so that those with ordinary skill in the art can easily practice the present invention. However, when describing preferred embodiments of the present invention in detail, if it is determined that a specific description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts that perform similar functions and actions.

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.In addition, throughout the specification, when a part is said to be ‘connected’ to another part, this includes not only cases where it is ‘directly connected’ but also cases where it is ‘indirectly connected’ with other elements in between. Also, ‘including’ a component means that it may include other components, rather than excluding other components, unless otherwise specifically stated.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 구성을 기능블록으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 광학 디스플레이부의 구성을 기능블록으로 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 광학 디스플레이부의 디스플레이 상에 표시되는 압전소자로 인한 충전과 사용량의 표시 구성을 일례로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 압전 소자부의 발생된 전기 에너지가 충전 또는 무선 센서 전력용으로 사용되는 일례의 구성을 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 4에 각각 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치(100)는, HMD 프레임(110), 광학 디스플레이부(120), HMD 버튼부(130), 압전 소자부(140), 및 제어부(150)를 포함하여 구성될 수 있으며, 센서부(160) 및 통신부(170)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 구체적인 구성에 대해 설명하기로 한다.FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention as a functional block, FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an optical display unit of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention as a functional block, FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a configuration of displaying charge and usage amount due to a piezoelectric element displayed on a display of the optical display unit of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a configuration in which electric energy generated by the piezoelectric element unit of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention is used for charging or wireless sensor power. As illustrated in FIGS. 1 to 4, an augmented reality glass device (100) capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention may include an HMD frame (110), an optical display unit (120), an HMD button unit (130), a piezoelectric element unit (140), and a control unit (150), and may further include a sensor unit (160) and a communication unit (170). Hereinafter, a specific configuration of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 압전 소자의 일례를 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 다른 압전 소자의 일례를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치에 적용되는 압전 소자의 압전 효과를 설명하기 위해 도시한 도면이다.FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a configuration of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a piezoelectric element of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention, FIG. 7 is a diagram illustrating another example of a piezoelectric element of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram illustrating a piezoelectric effect of a piezoelectric element applied to an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention.

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 글래스 장치(100)를 착용하면 한 쌍의 광학 디스플레이부(120)가 착용자의 양안 전방에 위치하도록 HMD 프레임(110)에 광학 디스플레이부(120)가 연결될 수 있다.The HMD frame (110) is a configuration that can be worn on the user's head. The HMD frame (110) can be configured in a helmet shape, a goggles shape, a glasses shape, etc., which have a frame structure that allows light to enter while the user is wearing the HMD frame (110). Here, when the HMD frame (110) is worn, the optical display unit (120) can be connected to the HMD frame (110) so that a pair of optical display units (120) are positioned in front of both eyes of the wearer.

또한, HMD 프레임(110)에는 후술하게 될 한 쌍의 광학 디스플레이부(120)의 상측을 고정 연결하고 동공 간 거리를 조정하는 IPD 조정부를 내장할 수도 있다.In addition, the HMD frame (110) may be configured to have a fixed connection between the upper sides of a pair of optical display units (120) to be described later and an IPD adjustment unit for adjusting the interpupillary distance.

광학 디스플레이부(120)는, HMD 프레임(110)을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하는 구성이다. 이러한 한 쌍의 광학 디스플레이부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 증강현실 글래스 장치(100)를 착용한 착용자에게 영상 정보가 제공될 수 있도록 영상 광을 출력하는 디스플레이(121)와, 증강현실 글래스 장치(100)를 착용한 착용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하는 광학계(122)를 포함하여 구성할 수 있다. 여기서, 디스플레이(121)는 도 3에 도시된 바와 같이, 증강현실 글래스 장치(100)를 착용한 착용자에게 영상 정보를 제공하되, 압전 소자부(140)로 인한 전기 발생과 전기 사용 시 디스플레이 상에 전력발생량 또는 전력사용량을 더 표시할 수 있다.The optical display unit (120) is configured to be arranged in front of both eyes of a user wearing the HMD frame (110) to provide augmented reality by combining real-world light and image light. As illustrated in FIG. 2, this pair of optical display units (120) may include a display (121) that outputs image light so that image information can be provided to a wearer wearing the augmented reality glass device (100), and an optical system (122) that is arranged in front of both eyes of a wearer wearing the augmented reality glass device (100) to provide augmented reality by combining real-world light and image light. Here, the display (121) provides image information to a wearer wearing the augmented reality glass device (100), as illustrated in FIG. 3, and may further display the amount of power generated or used on the display when electricity is generated by the piezoelectric element (140) and when electricity is used.

또한, 광학 디스플레이부(120)의 디스플레이(121)는 영상 정보가 착용자에게 제공될 수 있도록 영상 광을 출력하되, 광학계(122)에 결합해 광학계(122)에 의해 착용자의 눈 방향으로 전달되는 영상 광을 출력하며, 양안 디스플레이를 위해 한 쌍의 디스플레이로 구성되며, OLED, LCoS 등 다양하게 구성될 수 있다.In addition, the display (121) of the optical display unit (120) outputs image light so that image information can be provided to the wearer, and outputs image light that is transmitted toward the wearer's eyes by the optical system (122) by being coupled to the optical system (122), and is configured as a pair of displays for binocular display, and can be configured in various ways such as OLED and LCoS.

또한, 광학 디스플레이부(120)의 광학계(122)는 증강현실 글래스 장치(100)를 착용한 착용자의 시야를 통한 실제 세계(real world)의 광의 적어도 일부를 투과시키고, 디스플레이(121)에서 출력되는 영상 광을 착용자의 눈 방향으로 전달하여 증강현실을 제공할 수 있다. 즉, 광학계(122)는 증강현실 글래스 장치(100)를 착용한 착용자가 증강현실을 경험할 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 광학계(122)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.In addition, the optical system (122) of the optical display unit (120) can transmit at least a portion of the light of the real world through the field of view of a wearer wearing the augmented reality glass device (100) and transmit the image light output from the display (121) toward the eye direction of the wearer to provide augmented reality. That is, the optical system (122) can be configured so that a wearer wearing the augmented reality glass device (100) can experience augmented reality. This optical system (122) is composed of a plurality of lenses and mirrors, and can be implemented in various ways, for example, can be implemented in an optical diffraction method, a beam splitter method, a pin mirror method, etc.

HMD 버튼부(130)는, HMD 프레임(110)의 일 측면에 설치되어, 증강현실 글래스 장치(100)의 구동 조작을 위한 조작 신호를 발생시키는 구성이다. 이러한 HMD 버튼부(130)는 증강현실 글래스 장치(100)의 구동 조작을 위한 적어도 하나 이상의 버튼으로 구성할 수 있다. 여기서, 버튼은 전원 on/off, 음량 up/down, 커서 위치 조절 등의 목적으로 복수가 구비될 수 있으며, 버튼을 누르는 이벤트를 발생시킬 수 있다.The HMD button unit (130) is installed on one side of the HMD frame (110) and is configured to generate an operation signal for operating the augmented reality glass device (100). The HMD button unit (130) may be configured with at least one button for operating the augmented reality glass device (100). Here, a plurality of buttons may be provided for purposes such as power on/off, volume up/down, cursor position adjustment, etc., and may generate an event of pressing the button.

압전 소자부(140)는, HMD 버튼부(130)의 내부에 설치되어, 사용자의 버튼 누름 동작에 의한 물리적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 구성이다. 이러한 압전 소자부(140)는 HMD 버튼부(130)의 적어도 하나 이상의 버튼에 대응하여 버튼 내부에 각각 설치되는 압전 소자들로 구성될 수 있다. 여기서, 압전 소자부(140)의 압전 소자는 링, 튜브, 플레이트, 디스크, 구, 벤더 등 다양한 모양으로 제작될 수 있다. 또한, 압전 소자의 물질로는 수정, 티탄산바륨, 인공세라믹으로 이루어질 수 있다.The piezoelectric element (140) is installed inside the HMD button unit (130) and is a component that converts physical energy by the user's button pressing action into electrical energy. This piezoelectric element unit (140) may be composed of piezoelectric elements that are respectively installed inside the button corresponding to at least one button of the HMD button unit (130). Here, the piezoelectric element of the piezoelectric element unit (140) may be manufactured in various shapes such as a ring, a tube, a plate, a disk, a sphere, a bender, etc. In addition, the material of the piezoelectric element may be made of crystal, barium titanate, or artificial ceramic.

또한, 압전 소자부(140)는 도 4에 도시된 바와 같이, HMD 버튼부(130)의 적어도 하나 이상의 버튼에 대응하여 버튼 내부에 각각 설치되는 압전 소자들로 구성되고, 그 압전 소자들로부터 발생되는 전기 에너지는 증강현실 글래스 장치(100)의 별도의 배터리에 저장되거나, 또는 무선 센서 전용의 전력원으로 사용될 수 있다. 여기서, 별도의 배터리는 증강현실 글래스 장치(100)의 배터리가 방전되었을 경우 사용이 갑자기 중단되는 것을 방지하기 위한 응급 전력원으로 사용될 수 있다.In addition, the piezoelectric element unit (140) is composed of piezoelectric elements each installed inside a button corresponding to at least one button of the HMD button unit (130), as illustrated in FIG. 4, and the electric energy generated from the piezoelectric elements may be stored in a separate battery of the augmented reality glass device (100), or may be used as a power source exclusively for the wireless sensor. Here, the separate battery may be used as an emergency power source to prevent sudden interruption of use when the battery of the augmented reality glass device (100) is discharged.

제어부(150)는, HMD 버튼부(130)의 사용자 버튼 누름 동작에 의해 발생하는 조작 신호에 대응하는 증강현실 글래스 장치(100)의 구동 제어를 수행하고, 압전 소자부(140)의 에너지 하베스팅을 통해 발생된 전기 에너지를 관리하는 구성이다. 이러한 제어부(150)는 HMD 버튼부(130)의 사용자 버튼 누름 동작에 의해 발생하는 조작 신호에 대응하는 증강현실 글래스 장치(100)의 구동 제어를 수행하되, 압전 소자부(140)의 에너지 하베스팅을 통해 발생된 전기 에너지는 별도의 배터리에 저장하여 방전 시의 응급 전력원으로 사용할 수 있도록 제어하거나, 또는 미소 전력을 필요로 하는 무선 센서의 전용 전력원으로 사용될 수 있도록 제어할 수 있다.The control unit (150) is configured to perform driving control of the augmented reality glass device (100) in response to an operation signal generated by a user button pressing operation of the HMD button unit (130), and to manage electric energy generated through energy harvesting of the piezoelectric element unit (140). The control unit (150) performs driving control of the augmented reality glass device (100) in response to an operation signal generated by a user button pressing operation of the HMD button unit (130), and the electric energy generated through energy harvesting of the piezoelectric element unit (140) can be controlled to be stored in a separate battery and used as an emergency power source in case of discharge, or can be controlled to be used as a dedicated power source for a wireless sensor that requires micro-power.

센서부(160)는, 적어도 하나 이상의 센서를 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로 홍채 인식 센서 등을 포함할 수 있다. 실시 예에 따라서, 제어부(150)는 착용자에 의해 조정된 IPD 정보를 사용자 인증 정보와 매칭해 저장하며, 착용자가 증강현실 글래스 장치(100)의 광학 디스플레이부(120)를 얼굴에 대고 사용자 인증을 하면, 사용자 인증 정보와 매칭된 IPD 정보를 사용해 저장된 IPD가 되도록 IPD 조정부를 자동으로 제어할 수도 있다. 이때, 사용자 인증은 센서부(160)에 포함된 홍채 인식 센서 등을 사용할 수 있다.The sensor unit (160) may include at least one sensor, and more specifically, may include an iris recognition sensor, etc. According to an embodiment, the control unit (150) matches IPD information adjusted by the wearer with user authentication information and stores it, and when the wearer authenticates the user by holding the optical display unit (120) of the augmented reality glass device (100) against the face, the IPD adjustment unit may be automatically controlled to use the IPD information matched with the user authentication information to become the stored IPD. At this time, the user authentication may use an iris recognition sensor, etc. included in the sensor unit (160).

통신부(170)는, 증강현실 글래스 장치(100)의 일 측에 설치되며, 다른 증강현실 글래스 장치나 서버 등과 각종 신호 및 데이터를 송수신할 수 있다. 여기서, 통신부(170)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.The communication unit (170) is installed on one side of the augmented reality glass device (100) and can transmit and receive various signals and data with other augmented reality glass devices, servers, etc. Here, the network used by the communication unit (170) can be implemented as a wired network such as a Local Area Network (LAN), a Wide Area Network (WAN), or a Value Added Network (VAN), or any type of wireless network such as a mobile radio communication network, a satellite communication network, 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), etc.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 증강현실 글래스 장치(100)에서 압전 소자의 설치 위치는 증강현실 글래스의 조작을 위하여 머리 측면에 조작 버튼 위치가 구비되고, 버튼 내부에 압전 소자가 설치될 수 있다. 즉, 글래스 앞면에 조작 버튼이 있는 경우 시야를 가리게 되는 문제를 해소할 수 있다. 사용자가 조작하기에 용이한 HMD 측면(측면에서 약간 앞쪽)에 버튼과 압전 소자가 위치되도록 할 수 있다.FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a configuration of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 5, in the augmented reality glass device (100), the installation location of the piezoelectric element may be such that an operation button position is provided on the side of the head for operating the augmented reality glasses, and the piezoelectric element may be installed inside the button. That is, if there is an operation button on the front of the glasses, the problem of the field of view being obstructed can be resolved. The button and the piezoelectric element may be positioned on the side of the HMD (slightly in front of the side) where it is easy for the user to operate.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 압전 소자의 일례를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치의 다른 압전 소자의 일례를 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치에 적용되는 압전 소자의 압전 효과를 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 버튼의 상단부를 눌러 압력을 가하는 경우, 버튼 내부에서 압력에 의해 상하로 움직이고, 이에 따라 생산된 전기는 증강현실 글래스의 별도의 배터리에 저장될 수 있다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 피에조 센서로 구성될 수 있으며, 이는 금속판 사이에 얇은 압전 소자를 끼워 넣은 센서로 소리, 진동, 압력 등을 감지할 수 있으며, 압력을 가하면 전기를 발생시키게 된다.FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a piezoelectric element of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention, FIG. 7 is a diagram illustrating another example of a piezoelectric element of an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram illustrating a piezoelectric effect of a piezoelectric element applied to an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 6, when pressure is applied by pressing the upper part of the button, the button moves up and down by the pressure inside, and the electricity generated thereby can be stored in a separate battery of the augmented reality glass. In addition, as illustrated in FIG. 7, it can be configured as a piezoelectric sensor, which is a sensor in which a thin piezoelectric element is sandwiched between metal plates, and can detect sound, vibration, pressure, etc., and generates electricity when pressure is applied.

또한, 도 8은 압전 효과를 보여주는 모식도로서, 양전하와 음전하를 띤 입자가 육각형으로 연결된 결정에서 입자들이 서로 일정한 거리로 떨어져 정육면체를 이룰 때는 (A)와 같이 전기적 성질이 나타나지 않는다. 여기에 (B)와 같이, 가로 방향으로 압력을 주면 결정 내에서 입자 배치가 찌그러지면서 위쪽은 -극, 아래쪽은 +극을 띠고, (C)와 같이, 가로 방향으로 당기면 반대로 위쪽 +극, 아래쪽 -극이 나타나게 된다. 즉, 물리적으로 가해지는 에너지에 의해 입자의 배열이 달라지고, 이는 양전하와 음전하 위치가 어긋나는 것으로 전하의 에너지 세기 차이가 생기고, 그에 따라 미세한 자기장이 생성(전기쌍극차 현상)된다. 이러한 전기쌍극차 현상이 잘 일어나도록 작은 압력으로도 전기 생산이 가능한 특정 물질의 압전 소자가 사용될 수 있다.Also, Fig. 8 is a schematic diagram showing the piezoelectric effect. When the particles are connected in a hexagonal shape and are spaced apart from each other at a certain distance to form a cube, as in (A), no electrical properties are exhibited. Here, as in (B), when pressure is applied in the horizontal direction, the particle arrangement within the crystal becomes distorted, so that the upper part has a - pole and the lower part has a + pole, and as in (C), when pulled in the horizontal direction, the upper part has a + pole and the lower part has a - pole. That is, the arrangement of the particles changes due to the physically applied energy, and this causes a difference in the energy intensity of the charges because the positions of the positive and negative charges are misaligned, and a minute magnetic field is generated (electric dipole difference phenomenon). In order for this electric dipole difference phenomenon to occur well, a piezoelectric element of a specific material that can produce electricity even with a small pressure can be used.

이에 따른 사용자 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임(110)과, HMD 프레임(110)을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하는 한 쌍의 광학 디스플레이부(120)와, HMD 프레임(110)의 일 측면에 설치되어, 증강현실 글래스 장치(100)의 구동 조작을 위한 조작 신호를 발생시키는 HMD 버튼부(130)와, HMD 버튼부(130)의 내부에 설치되어, 사용자의 버튼 누름 동작에 의한 물리적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 소자부(140)와, HMD 버튼부(130)의 사용자 버튼 누름 동작에 의해 발생하는 조작 신호에 대응하는 증강현실 글래스 장치(100)의 구동 제어를 수행하고, 압전 소자부(140)의 에너지 하베스팅을 통해 발생된 전기 에너지를 관리하는 제어부(150)를 포함하는 증강현실 글래스 장치(100)는, 사용자가 머리착용형 디스플레이 장치를 이용할 때 조작을 위하여 누르는 버튼에 물리적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환하는 압전 소자를 설치하여 수시로 누르는 버튼에 의해 전기 에너지가 생성되도록 함으로써, HMD의 배터리가 방전되었을 때 사용이 갑자기 중단되는 것을 방지하고, 미소 전력을 필요로 하는 무선 센서와 같은 기기에 사용되는 전원을 공급하기 위한 전력으로 사용할 수 있다.The augmented reality glass device (100) includes an HMD frame (110) that can be worn on the user's head, a pair of optical display units (120) that are positioned in front of both eyes of a user wearing the HMD frame (110) to provide augmented reality by combining real-world light and image light, an HMD button unit (130) that is installed on one side of the HMD frame (110) and generates an operation signal for operating the augmented reality glass device (100), a piezoelectric element unit (140) that is installed inside the HMD button unit (130) and converts physical energy by a user's button-pressing motion into electrical energy, and a control unit (150) that performs operating control of the augmented reality glass device (100) in response to an operation signal generated by the user's button-pressing motion of the HMD button unit (130) and manages the electrical energy generated through energy harvesting of the piezoelectric element unit (140). The augmented reality glass device (100) includes a physical button that a user presses to operate the head-mounted display device when using the head-mounted display device. By installing a piezoelectric element that converts energy into electrical energy and generating electrical energy by pressing a button frequently, the HMD can be prevented from suddenly stopping operation when the battery is discharged, and can be used as power to supply power to devices such as wireless sensors that require micro-power.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치는, 사용자 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임과, HMD 프레임을 착용한 사용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하는 한 쌍의 광학 디스플레이부와, HMD 프레임의 일 측면에 설치되어, 증강현실 글래스 장치의 구동 조작을 위한 조작 신호를 발생시키는 HMD 버튼부와, HMD 버튼부의 내부에 설치되어, 사용자의 버튼 누름 동작에 의한 물리적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 소자부와, HMD 버튼부의 사용자 버튼 누름 동작에 의해 발생하는 조작 신호에 대응하는 증강현실 글래스 장치의 구동 제어를 수행하고, 압전 소자부의 에너지 하베스팅을 통해 발생된 전기 에너지를 관리하는 제어부를 포함하여 구성함으로써, 증강현실 글래스 장치의 조작을 위한 버튼에 압전 소자를 설치하여 버튼을 누를 때마다 물리적 에너지가 전기적 에너지로 변환되도록 할 수 있으며, 또한, 증강현실 글래스 장치를 구성하되, 증강현실 글래스 장치의 조작을 위한 버튼에 대응하여 버튼 내부에 압전 소자를 구성하고, 버튼을 누를 때마다 물리적 에너지가 전기적 에너지로 변환되도록 함으로써, 압전 소자를 통해 발생된 전기 에너지를 증강현실 글래스 장치의 별도의 배터리에 저장하여 방전 시의 응급 전력원으로 사용하거나, 또는 무선 센서 전용의 전력원으로 사용할 수 있으며, 특히, 에너지 하베스팅으로 증강현실 글래스 장치의 별도 전원을 구성함에 따라 증강현실 글래스 장치의 배터리 전원이 방전되더라도 사용 중단이 방지되고, 그에 따른 증강현실 글래스 장치의 사용의 안정성이 더욱 향상될 수 있다.As described above, an augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention comprises: an HMD frame that can be worn on a user's head; a pair of optical display units that are arranged in front of both eyes of a user wearing the HMD frame and provide augmented reality by combining real-world light and image light; an HMD button unit that is installed on one side of the HMD frame and generates an operation signal for operating the augmented reality glass device; a piezoelectric element unit that is installed inside the HMD button unit and converts physical energy by a user's button-pressing operation into electrical energy; and a control unit that performs operating control of the augmented reality glass device in response to the operation signal generated by the user's button-pressing operation of the HMD button unit and manages the electrical energy generated through energy harvesting of the piezoelectric element unit, thereby installing a piezoelectric element in a button for operating the augmented reality glass device so that physical energy is converted into electrical energy whenever the button is pressed; and further, an augmented reality glass device is configured such that a piezoelectric element is configured inside the button in response to the button for operating the augmented reality glass device, and the button is By converting physical energy into electrical energy each time it is pressed, the electrical energy generated through the piezoelectric element can be stored in a separate battery of the augmented reality glasses device and used as an emergency power source in case of discharge, or as a power source exclusively for the wireless sensor, and in particular, by configuring a separate power source for the augmented reality glasses device by energy harvesting, the interruption of use can be prevented even if the battery power of the augmented reality glasses device is discharged, and thus the stability of use of the augmented reality glasses device can be further improved.

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.The present invention described above can be variously modified or applied by those skilled in the art in the art to which the present invention pertains, and the scope of the technical idea according to the present invention should be defined by the following patent claims.

100: 본 발명의 일실시예에 따른 증강현실 글래스 장치
110: HMD 프레임
120: 광학 디스플레이부
121: 디스플레이
122: 광학계
130: HMD 버튼부
140: 압전 소자부
150: 제어부
160: 센서부
170: 통신부100: Augmented reality glass device according to one embodiment of the present invention
110: HMD Frame
120: Optical display section
121: Display
122: Optical System
130: HMD button section
140: Piezoelectric element
150: Control Unit
160: Sensor section
170: Communications Department

Claims (8)

압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 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 제공하는 한 쌍의 광학 디스플레이부(120);
상기 HMD 프레임(110)의 일 측면에 설치되어, 상기 증강현실 글래스 장치(100)의 구동 조작을 위한 조작 신호를 발생시키는 HMD 버튼부(130);
상기 HMD 버튼부(130)의 내부에 설치되어, 사용자의 버튼 누름 동작에 의한 물리적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 소자부(140); 및
상기 HMD 버튼부(130)의 사용자 버튼 누름 동작에 의해 발생하는 조작 신호에 대응하는 증강현실 글래스 장치(100)의 구동 제어를 수행하고, 상기 압전 소자부(140)의 에너지 하베스팅을 통해 발생된 전기 에너지를 관리하는 제어부(150)를 포함하되,
상기 HMD 버튼부(130)는,
상기 증강현실 글래스 장치(100)의 구동 조작을 위한 적어도 하나 이상의 버튼으로 구성하고,
상기 압전 소자부(140)는,
상기 HMD 버튼부(130)의 적어도 하나 이상의 버튼에 대응하여 버튼 내부에 각각 설치되는 압전 소자들로 구성되며,
상기 압전 소자부(140)는,
상기 HMD 버튼부(130)의 적어도 하나 이상의 버튼에 대응하여 버튼 내부에 각각 설치되는 압전 소자들로 구성되고, 그 압전 소자들로부터 발생되는 전기 에너지는 상기 증강현실 글래스 장치(100)의 별도의 배터리에 저장되거나, 또는 무선 센서 전용의 전력원으로 사용되고,
상기 별도의 배터리는,
상기 증강현실 글래스 장치(100)의 배터리가 방전되었을 경우 사용이 갑자기 중단되는 것을 방지하기 위한 응급 전력원으로 사용되는 것을 특징으로 하는, 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치.
An augmented reality glass device (100) capable of energy harvesting using a piezoelectric element,
An HMD frame (110) that can be worn on the user's head;
A pair of optical display units (120) positioned in front of both eyes of a user wearing the HMD frame (110) to provide augmented reality by combining real world light and image light;
An HMD button unit (130) installed on one side of the HMD frame (110) and generating an operation signal for operating the augmented reality glass device (100);
A piezoelectric element (140) installed inside the HMD button portion (130) to convert physical energy by the user's button pressing action into electrical energy; and
A control unit (150) for performing driving control of an augmented reality glass device (100) in response to an operation signal generated by a user button pressing operation of the HMD button unit (130) and managing electric energy generated through energy harvesting of the piezoelectric element unit (140) is included.
The above HMD button part (130) is
It consists of at least one button for operating the augmented reality glass device (100),
The above piezoelectric element (140) is
It is composed of piezoelectric elements each installed inside a button corresponding to at least one button of the above HMD button section (130).
The above piezoelectric element (140) is
It is composed of piezoelectric elements each installed inside a button corresponding to at least one button of the HMD button section (130), and the electric energy generated from the piezoelectric elements is stored in a separate battery of the augmented reality glass device (100), or used as a power source exclusively for the wireless sensor.
The above separate battery,
An augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element, characterized in that it is used as an emergency power source to prevent sudden interruption of use when the battery of the augmented reality glass device (100) is discharged.
 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 광학 디스플레이부(120)는,
상기 증강현실 글래스 장치(100)를 착용한 착용자에게 영상 정보가 제공될 수 있도록 영상 광을 출력하는 디스플레이(121); 및
상기 증강현실 글래스 장치(100)를 착용한 착용자의 양안의 전방에 배치되어 실제 세계의 광과 영상 광의 결합에 의한 증강현실을 제공하는 광학계(122)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는, 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치.
In the first paragraph, the pair of optical display units (120)
A display (121) that outputs image light so that image information can be provided to a wearer wearing the augmented reality glass device (100); and
An augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element, characterized in that it comprises an optical system (122) that is positioned in front of both eyes of a wearer wearing the augmented reality glass device (100) and provides augmented reality by combining real-world light and image light.
 제2항에 있어서, 상기 디스플레이(121)는,
상기 증강현실 글래스 장치(100)를 착용한 착용자에게 영상 정보를 제공하되, 상기 압전 소자부(140)로 인한 전기 발생과 전기 사용 시 디스플레이 상에 전력발생량 또는 전력사용량을 더 표시하는 것을 특징으로 하는, 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치.
In the second paragraph, the display (121)
An augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element, characterized in that it provides image information to a wearer wearing the augmented reality glass device (100), and further displays the amount of power generated or used on a display when electricity is generated or used by the piezoelectric element (140).
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 제어부(150)는,
상기 HMD 버튼부(130)의 사용자 버튼 누름 동작에 의해 발생하는 조작 신호에 대응하는 증강현실 글래스 장치(100)의 구동 제어를 수행하되, 상기 압전 소자부(140)의 에너지 하베스팅을 통해 발생된 전기 에너지는 별도의 배터리에 저장하여 방전 시의 응급 전력원으로 사용할 수 있도록 제어하거나, 또는 전력을 필요로 하는 무선 센서의 전용 전력원으로 사용될 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 압전 소자를 활용한 에너지 하베스팅이 가능한 증강현실 글래스 장치.In the first paragraph, the control unit (150)
An augmented reality glass device capable of energy harvesting using a piezoelectric element, characterized in that it performs driving control of an augmented reality glass device (100) corresponding to an operation signal generated by a user button pressing operation of the HMD button unit (130), and controls electric energy generated through energy harvesting of the piezoelectric element unit (140) to be stored in a separate battery and used as an emergency power source in the event of discharge, or to be used as a dedicated power source for a wireless sensor requiring power.
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