빛을 눈에 넣는 법

결합기라는 선택

머리에 쓰는 디스플레이를 고르는 일은 화면을 고르는 일이 아니다. 실세계의 빛과 기계가 만든 빛을 어디서 어떻게 합칠지 정하는 일이다. 이 선택이 무게와 두께, 밝기, 시야각, 배터리 수명, 그리고 가상 물체가 실물을 가릴 수 있는지까지 한꺼번에 결정한다. 나머지는 모두 이 선택의 결과다.

로널드 아즈마는 1997년 『Presence』 6권 4호 355~385쪽에 실린 서베이에서 이 분기를 처음 명확하게 정식화했다. 그는 머리 장착 디스플레이를 두 계열로 나눴다. 하나는 광학 시스루다. 눈앞에 부분적으로 빛을 통과시키고 부분적으로 반사하는 판을 하나 두고, 사용자는 그 판을 그대로 통과한 실세계 빛을 보면서 동시에 그 판에 반사된 작은 디스플레이의 상을 겹쳐 본다. 이 판을 결합기라고 부른다.

Optical see-through HMDs work by placing optical combiners in front of the user's eyes. These combiners are partially transmissive, so that the user can look directly through them to see the real world. The combiners are also partially reflective, so that the user sees virtual images bounced off the combiners from head-mounted monitors.

광학 시스루 HMD는 사용자의 눈앞에 광학 결합기를 두는 방식으로 작동한다. 이 결합기는 부분적으로 투과성이어서 사용자가 그것을 곧바로 통과해 실세계를 볼 수 있다. 결합기는 동시에 부분적으로 반사성이어서, 머리에 장착된 모니터에서 나온 가상 이미지가 결합기에 반사되어 사용자에게 보인다. (Azuma, 1997)

다른 하나는 비디오 시스루다. 빛을 통과시키지 않는 밀폐형 기기에 카메라를 달아 실세계를 촬영하고, 그 영상과 가상 이미지를 계산으로 합성한 뒤, 합성 결과를 눈앞의 패널에 띄운다. 실세계도 화소가 된다.

두 방식의 차이는 취향이 아니다. 물리적으로 다른 것이 오간다. 광학 시스루에서 실세계 빛은 유리 한두 장을 지나 눈에 들어오므로 지연이 사실상 없다. 몇 나노초 수준이다. 실세계의 해상도는 눈의 해상도 그대로이고, 색과 동적 범위도 그대로다. 대신 결합기가 부분 투과이므로 실세계는 무조건 어두워진다. 아즈마가 인용한 1992년 홈그렌의 HMD는 실세계 입사광의 약 30%만 통과시켰다. 나머지 70%는 버려졌다.

비디오 시스루에서 실세계 빛은 카메라 센서에 부딪혀 전기신호가 되고, 처리를 거쳐 다시 빛이 된다. 이 왕복에 시간이 걸린다. 1997년 기준으로 흔한 60Hz 모니터는 프레임 하나에 16.67ms를 쓴다. 머리를 돌리면 세상이 그만큼 늦게 따라온다. 실세계 해상도, 밝기, 색역, 동적 범위는 이제 눈의 성능이 아니라 카메라와 패널의 성능에 묶인다.

그 대가로 비디오 시스루는 하나를 얻는다. 가림이다. 실세계가 화소로 환원되었으므로, 가상 물체가 놓일 자리의 실세계 화소를 그냥 지우면 된다. 광학 시스루는 이것을 할 수 없다. 결합기를 통과해 들어오는 실세계 빛에 빛을 더할 수는 있어도 뺄 수는 없기 때문이다. 밝은 벽 앞에 검은 가상 물체를 놓으면 물체가 반투명한 유령이 된다.

아즈마는 1997년에 가림 문제를 해결한 광학 시스루 HMD가 존재하지 않는다고 적었다. 30년이 지난 지금도 완전한 해결책은 없다. 뒤에서 다룰 매직리프 2의 구역별 차광이 부분적인 답에 가장 가까운 상용 시도지만, 그것도 경계가 뿌옇게 번지는 수준에 머문다. 이 미해결 문제가 애플이 비디오 시스루를 택한 직접적인 이유다.

한 가지 단서를 붙여야 한다. 아즈마의 1997년 논의에는 도파관이 없다. 당시 결합기는 반투명 거울 계열뿐이었다. 지금 안경형 기기를 지배하는 얇은 유리판 방식은 그 뒤에 등장했다. 그러나 결합 방식의 선택이라는 틀 자체는 그대로 유지된다. ^[1]

하프미러와 버드배스

가장 단순한 결합기는 45도로 기울인 반투명 거울 한 장이다. 눈앞에 이 판을 세우고, 위나 옆에 둔 작은 디스플레이의 빛을 판으로 꺾어 눈에 보낸다. 사용자는 판을 통과한 실세계와 판에 반사된 화면을 동시에 본다. 구조가 이보다 더 간단할 수 없다.

계보를 정확히 짚어야 한다. 흔히 이 방식의 출발점으로 1968년 이반 서덜랜드의 HMD를 든다. 그러나 항공기 조종석의 헤드업 디스플레이가 더 앞선다. 실전 배치형 항공 HUD는 1950년대 말에 이미 있었고, 영국 해군의 버캐니어가 1958년경이다. 그 직계 조상인 반사식 조준기는 1930~40년대다. 아즈마 본인도 광학 시스루 HMD가 때때로 "머리에 얹은 HUD"로 묘사된다고 적으며 HUD를 선행 기술로 다뤘다. 서덜랜드가 원조라는 순서는 뒤집혀 있다.

버드배스는 이 판에 오목 반사경을 하나 더한 변형이다. 빔스플리터에서 한 번 꺾인 빛이 오목거울에 부딪혀 되돌아오고, 다시 빔스플리터를 통과해 눈으로 들어온다. 광로를 접기 때문에 앞뒤 두께가 줄고, 곡면 거울이 확대와 수차 보정을 동시에 맡아 화질이 좋다. 지금도 시야각 넓은 영상 감상용 안경이 이 구조를 쓴다.

여기서 자주 잘못 묶이는 제품이 구글글래스다. 구글글래스는 버드배스가 아니다. LCoS 패널과 편광 빔스플리터 프리즘을 쓰는 도광 프리즘 방식이며, 곡면 반투과 거울을 쓰는 버드배스와 구조가 다르다. 출시 시점도 주의가 필요하다. 익스플로러 에디션은 2013년 4월 개발자 한정 배포였고 일반 판매는 2014년 5월이다.

버드배스의 문제는 산수에서 나온다. 빛이 빔스플리터를 두 번 지난다. 한 번 지날 때 절반이 남으면 두 번 지나면 4분의 1이 남는다. 즉 이론상 75%가 버려진다. 실세계 빛도 같은 판을 지나므로 투과율이 함께 떨어진다. 버드배스 안경의 실세계 투과율은 보통 25~50% 구간이고, 실외에서는 선글라스를 낀 것처럼 어둡다.

더 근본적인 제약은 부피다. 눈과 결합기 사이에 오목거울의 초점거리만큼 공간이 필요하다. 광학 부피가 시선 방향으로 쌓인다. 두께를 줄일 방법이 원리적으로 없고, 그래서 이 방식은 고글 형태를 벗어나지 못한다. 도파관이 등장한 이유는 화질도 효율도 아니다. 오직 이 두께 하나 때문이다. ^[2]

결합기는 빛을 얼마나 버리는가

결합기를 논할 때 두 종류의 숫자가 섞여 쓰인다. 하나는 백분율로 표시하는 광효율이다. 결합기에 들어간 빛 가운데 몇 퍼센트가 눈에 도달하는지를 말한다. 다른 하나는 nit/lm으로 표시하는 결합기 효율이다. 광엔진이 내놓은 1루멘의 광속이 사용자 눈에서 몇 nit의 휘도로 보이는지를 말한다. 후자는 시야각과 아이박스 조건이 함께 주어져야 의미가 있다. 같은 광량을 좁은 입체각에 모으면 숫자가 커지기 때문이다.

먼저 백분율이다. 잔 외 5인이 2020년 『iScience』 23권 8호 101397번 논문에서 정리한 결합기별 광효율 상한은 다음과 같다.

표 출처: ^[2] (본문 기준으로 재구성)

이 표에서 읽어야 할 것은 순위가 아니라 자릿수다. 자유공간 결합기와 회절 도파관 사이에 다섯 배 이상의 차이가 있다. 도파관은 두께를 얻는 대가로 빛을 버린다. 그리고 안경형 기기에서 버린 빛은 곧 배터리다. 같은 밝기를 내려면 광엔진을 더 세게 돌려야 하고, 그만큼 전력과 발열이 늘어난다.

이 표는 자주 잘못 인용된다. 반사형 결합기의 50% 미만이라는 수치를 루머스 방식에 붙이는 오류가 흔하다. 50% 미만은 자유형 거울과 자유형 프리즘, 즉 자유공간 결합기의 값이다. 루머스가 쓰는 계단식 거울 도파관은 20% 미만이다. 반사형이 회절형보다 효율이 높다는 결론 자체는 유지되지만, 배수는 다섯 배 안쪽이다.

다음은 nit/lm이다. 시옹 외 4인이 2021년 『Light: Science & Applications』 10권 216번 논문에서 계산한 값들, 그리고 실제 측정값을 함께 놓으면 이렇다.

표 출처: ^[2] (본문 기준으로 재구성)

AR displays based on traditional geometric optics have a relatively simple design with a decent FoV (~60°) and eyebox (8 mm) … we assume 50% of half-mirror transmittance and the efficiency of other optics to be 50% … the final combiner efficiency is about 4200 nit/lm.

전통적 기하광학에 기반한 AR 디스플레이는 설계가 비교적 단순하면서도 쓸 만한 시야각(약 60도)과 아이박스(8mm)를 갖는다. … 하프미러 투과율을 50%, 나머지 광학계의 효율을 50%로 가정하면 … 최종 결합기 효율은 약 4,200 nit/lm이다. (Xiong 외, 2021)

여기서 조건을 섞지 않도록 주의해야 한다. 위 인용문의 8mm는 기하광학 설계가 통상 확보하는 아이박스를 서술한 값이다. 반면 17,000 nit/lm이라는 이론적 최댓값은 같은 논문이 10mm 정사각 출사동을 가정해 계산한 별개의 숫자다. 두 조건을 한 문장에 섞어 "60도 대각과 8mm 아이박스에서 17,000 nit/lm"이라고 적으면 틀린다. 조건이 달라지면 이 지표는 의미를 잃는다.

마지막 줄의 175.45 nit/lm도 성격이 다르다. 앞의 세 줄은 이상적인 가정 아래의 상한이고, 이것은 실제로 만들어 재본 값이다. 상한과 실측을 같은 열에 놓고 우열을 매기면 안 된다. 다만 자릿수의 격차는 그대로 읽을 가치가 있다. 실물은 이론적 상한의 100분의 1 근처에 있다. ^[2]

부피를 눈앞에서 옆으로 옮기다

2015년 1월에 발표되고 2016년 3월 30일에 개발자판이 출하된 마이크로소프트 홀로렌즈는 결합기를 눈앞에서 옆으로 치웠다. LCoS 마이크로 디스플레이가 만든 상을 회절 격자로 얇은 유리판 안에 꺾어 넣는다. 유리 안에 들어간 빛은 전반사로 판 내부를 옆으로 이동한다. 눈앞에 도달하면 출력 격자를 만나 다시 꺾여 밖으로 나온다. 사용자 눈앞에 남는 것은 유리판 한 장의 두께뿐이다.

전반사가 이 구조의 심장이다. 밀한 매질에서 소한 매질로 빛이 나갈 때, 입사각이 어떤 값보다 크면 빛은 밖으로 나가지 못하고 100% 되돌아온다. 그 값을 임계각이라 하고, 굴절률 n인 유리와 공기 사이에서는 arcsin(1/n)이다. 유리판 안에서 임계각보다 큰 각도로 벽에 부딪히는 빛만 갇혀 이동한다. 이 조건이 뒤에서 시야각의 상한을 정한다.

도파관의 두 번째 장치는 출사동 확장이다. 격자는 빛을 한 번만 꺾어 내보내지 않는다. 지나가는 빛의 일부만 꺾고 나머지는 계속 보내며, 이 과정을 반복해 빛을 여러 갈래로 복제한다. 그 결과 출력 격자의 넓은 면적에서 같은 상이 동시에 나온다. 작은 광엔진으로도 눈이 조금 움직여도 상이 사라지지 않는 영역, 즉 아이박스를 만들 수 있다.

대가도 있다. 회절각은 파장에 따라 다르다. 같은 격자에 빨강과 파랑을 넣으면 다른 각도로 꺾인다. 그래서 초기 회절 도파관은 색마다 판을 따로 두어야 했고, 판이 늘면 두께와 무게와 투과율이 함께 나빠진다.

홀로렌즈 1의 사양은 다음과 같다.

표 출처: ^[3] (본문 기준으로 재구성)

화소 수를 적지 않은 이유가 있다. 마이크로소프트의 공식 표현은 화소가 아니라 총 광점 230만 개였다. 한쪽 눈 1268×720이라는 값이 널리 인용되지만, 이것을 양안 합계 230만 화소와 나란히 적으면 산수가 맞지 않는다. 1268×720×2는 약 183만이다. 두 숫자는 같은 것을 재지 않으므로 병기하면 안 된다.

각해상도 수치도 출처마다 갈린다. 카를 구태그는 2016년 글에서 화소당 약 1.41 각분이라 적었고, 2018년 글에서는 같은 기기를 약 1.78 각분으로 적었다. 수직 기준으로 환산하면 1.46 각분이 나온다. 이 가운데 반복 확인되는 값은 2020년 글의 약 41 PPD다. 한 사람의 측정치가 기사마다 갈린다는 사실 자체가 이 분야 수치를 다룰 때의 기본 태도를 정해준다.

Microsoft HoloLens: 1268×720 pixels per eye with 30×17.5° FOV = about 1.41 arc-minutes per pixel.

마이크로소프트 홀로렌즈: 한쪽 눈당 1268×720 화소에 30도×17.5도 시야각으로, 화소당 약 1.41 각분이다. (Guttag, 2016)

홀로렌즈 1을 회절 도파관의 첫 상용화라고 부르는 것은 과장이다. 소니 스마트아이글래스 개발자판은 홀로그래픽 도파관을 쓰고 2015년 3월에 판매를 시작했다. BAE 시스템스의 큐사이트는 홀로그래픽 도파관 헬멧 디스플레이로 2000년대 후반에 군용 실전 배치를 마쳤다. 홀로렌즈 1은 첫 제품이 아니라 이 방식을 대중이 처음 인지한 제품이다.

사용 경험의 한계는 시야각이었다. 수평 30도와 수직 17.5도는 엽서 한 장을 팔 길이만큼 떨어뜨려 든 정도다. 가상 물체가 조금만 커지면 화면 경계에서 싹둑 잘린다. 세상을 덮는다는 표현과 실제 체험 사이의 거리가 여기서 벌어졌다. ^[3]

화소가 없는 화면

2019년 2월 MWC에서 발표되고 같은 해 11월 7일에 출시된 홀로렌즈 2는 광엔진 방식 자체를 바꾼 유일한 상용 사례다. 패널을 쓰지 않는다. 레이저 두 줄기와 흔들리는 미세 거울로 상을 그린다. 빠른 축 거울이 초당 5만 4천 번 좌우로 흔들리며 한 줄씩 훑고, 느린 축 거울이 위아래로 움직여 화면을 채운다. 화소는 물리적으로 존재하지 않는다. 레이저 밝기를 시간축으로 변조해 만들어낸다.

이 방식은 장점이 뚜렷하다. 레이저는 파장이 좁아 회절 도파관의 색분산 문제에 유리하다. 광엔진이 극히 작다. 광효율은 40 lm/W로 모든 광엔진 방식 가운데 가장 높다. 마이크로소프트는 이 방식으로 시야각을 대각 34도에서 52도로 넓혔다.

시야각 발표 방식에 함정이 있었다. 마이크로소프트는 홀로렌즈 1의 두 배라고 발표했는데, 이는 면적 기준이다. 선형 배율을 제곱한 값이다. 선형으로는 약 1.5배다. 대각 52도를 화면비로 분해하는 대목에서도 혼선이 있었다. 널리 인용되는 수평 41.6도 × 수직 31.2도는 4:3 화면비를 가정해 유도한 값이고 이후 정정되었다. 마이크로소프트 공식 사양은 2k 3:2 광엔진이므로 3:2 기준으로 52도 대각을 분해하면 약 43.3도 × 28.9도, 통상 보고되는 43도 × 29도가 된다.

정작 문제는 해상도였다. 스캐닝은 시야각을 넓히면 같은 스캔 횟수를 더 넓은 각도에 펴는 것이다. 화소밀도가 그대로 희석된다. 60Hz에서 프레임당 900사이클 가운데 실제 표시에 쓰이는 것은 약 720사이클이고, 화면 중앙 실측 주사선은 854줄, 유효 해상도는 600줄 수준으로 보고되었다. 마이크로소프트 측은 47 PPD를 주장했으나 독립 측정은 20 PPD에 미치지 못했다. 화소당 약 3 각분이다.

Alex Kipman claimed HoloLens 2 had 47 pixels per degree, but independent testing revealed it actually delivered less than 20 pixels per degree … Hololens 2 uses Laser Beam Scanning (LBS), which resulted in a horrible image.

알렉스 킵맨은 홀로렌즈 2가 도당 47화소라고 주장했으나, 독립적인 측정 결과 실제로는 도당 20화소에도 미치지 못했다. … 홀로렌즈 2는 레이저 빔 스캐닝을 사용했고, 그 결과는 형편없는 이미지였다. (Guttag, 2019)

주의할 점이 있다. 위의 주사선 854줄, 유효 600줄, 47 PPD 대 20 PPD 미만이라는 대조는 구태그의 2019년 2월과 2020년 7월 글에서 나온 것으로 인용되지만, 이번 확인 작업에서 해당 두 글의 본문에 직접 접근하지 못했다. 같은 블로그의 다른 글들은 정상 확인되었으므로 글이 없다는 뜻은 아니다. 다만 1차 확인이 끝나지 않은 수치로 취급해야 한다.

홀로렌즈 2가 남긴 진짜 교훈은 논쟁이 아니다. 마이크로소프트 공식 자료가 화소 수를 직접 밝히지 않고 2k 3:2 광엔진, 2.5k 라디안트 초과라는 표현만 쓴 것이 논쟁의 근원이었다. 레이저 스캐닝에는 물리적 화소가 없으므로 화소 수라는 개념 자체가 모호하다. 그러나 사용자가 체감하는 것은 선명함이고, 그것은 각해상도로 재야 한다. 물리적 화소가 없다는 사실은 화소밀도를 밝히지 않을 이유가 되지 못한다.

기기의 나머지 사양은 무게 566g, 스냅드래곤 850, 가격 3,500달러다. 단종되었고 소프트웨어 지원은 2027년 12월 31일까지다. 단종 연도는 확인되지 않았다. ^[4]

깊이를 광학으로 만들려 한 시도

눈은 두 가지 일을 동시에 한다. 두 눈이 한 점으로 모이는 수렴, 그리고 수정체가 두께를 바꿔 초점을 맞추는 조절이다. 실세계에서 이 둘은 항상 같은 거리를 가리킨다. 초점면이 하나뿐인 디스플레이는 이 짝을 깨뜨린다. 가상 물체가 50cm 앞에 있다고 두 눈은 모이는데, 초점은 광학계가 정해둔 거리에 고정된다. 이 불일치가 피로와 어지러움의 원인이다. 홀로렌즈 1의 초점이 약 2m에 고정되었다는 서술이 널리 퍼져 있는데, 이 수치는 인용되는 출처에서 확인되지 않는다.

2017년 12월에 공개되고 2018년 8월에 출시된 매직리프 원은 이 문제를 광학으로 풀려 한 유일한 상용 시도다. 도파관 판을 여섯 장 쌓았다. RGB 세 색에 초점면 두 개를 곱한 수다. 같은 색을 서로 다른 초점거리로 내보내는 도파관 쌍을 만들어, 가까운 물체는 가까운 초점면에 그리고 먼 물체는 먼 초점면에 그린다. 눈이 실제로 초점을 바꿔야 선명해지므로 수렴과 조절이 어느 정도 다시 맞는다. 입력 격자도 여섯 개, LED도 여섯 개였다.

표 출처: ^[5] (본문 기준으로 재구성)

Two Focus Planes For VAC … only 2 planes of depth … The resolution is 1280×960.

수렴-조절 불일치를 위한 두 개의 초점면 … 깊이 평면은 단 2개뿐 … 해상도는 1280×960이다. (Guttag, 2018)

이 표에서 시야각 두 줄을 나란히 둔 이유가 있다. 널리 인용되는 약 50도는 제조사 마케팅 값이고, 실측은 대각 약 45도와 수평 약 40도다. 같은 측정에서 홀로렌즈 1은 대각 35도와 수평 30도, 루머스 개발킷은 약 35도로 나왔다. 제품 사양표의 시야각과 실제로 보이는 시야각은 같은 숫자가 아니다.

밝기 약 220 nit는 실내에서도 어두운 수준이다. 이 수치의 출처도 정확히 짚어둘 필요가 있다. 흔히 2018년 8월의 티어다운 기사로 인용되지만 그 글에는 밝기 측정값이 없다. 220 nit는 2018년 10월 22일의 해상도 비교 글에서 나온다.

결과는 절반의 성공이었다. 초점면 두 개는 연속적인 깊이가 아니다. 사실상 가까움과 멂 두 단계다. 필드 시퀀셜 방식이라 머리나 눈을 움직이면 흰색이 적·녹·청으로 갈라지는 색분리가 보였다. 무엇보다 판이 여섯 장이면 두께, 무게, 투과율, 단가가 모두 무너진다. 매직리프 2에서 이 구조는 폐기됐다. ^[5]

굴절률이라는 지렛대

도파관의 시야각 상한은 전반사 조건에서 나온다. 굴절률 n인 유리 안에서 임계각은 arcsin(1/n)이다. 굴절률이 높으면 임계각이 작아지고, 갇힐 수 있는 입사각의 범위가 넓어진다. 그 각도 범위가 곧 눈으로 내보낼 수 있는 각도 범위, 즉 시야각의 상한이다. 시야각을 넓히는 유일한 재료적 수단이 굴절률이다.

여기서 정직하게 밝혀야 할 공백이 있다. 굴절률 n을 넣으면 최대 시야각이 나오는 닫힌 형태의 공식을, 이번 조사에서 1차 문헌으로 확인하지 못했다. 임계각이 arcsin(1/n)이라는 사실과 굴절률이 높을수록 시야각이 넓어진다는 정성적 관계는 확실하다. 제품별 실측 대응도 확보되어 있다. 그러나 n=1.5이면 최대 몇 도라는 계산식은 확인되지 않았다. 그래서 여기서는 공식 대신 대응표로 서술한다.

표 출처: ^[6][7] (본문 기준으로 재구성)

2021년 10월에 예고되고 2022년 9월에 출시된 매직리프 2는 이 지렛대를 상용 제품으로 증명했다. 초점면을 하나로 줄이는 대신 굴절률 2.0의 유리를 써서 시야각을 약 70도까지 밀어 올렸다. 도파관은 RGB 각 한 장씩 3층으로 줄었다. 한쪽 눈 활성 표시 영역은 1440×1760이고 그 가운데 96×96은 눈 정렬용이다. 최대 밝기는 2,000 nit다.

같은 제품이 청구서도 함께 보여줬다. 실세계 투과율이 최선의 조건에서 22%다. 실세계 빛의 78%를 차단한다. 기기가 사실상 짙은 선글라스가 된다. 실외에서 실물을 정확히 봐야 하는 작업에는 이 숫자 하나로 실격이다.

very high index 2.0 glass … 2,000 nits peak brightness … a significant accomplishment with a 70° FOV … 22% transmission [meaning it] blocks 78% of the real world's light.

굴절률 2.0의 초고굴절 유리 … 최대 밝기 2,000 nit … 70도 시야각에서 이는 상당한 성취다 … 투과율 22%, 즉 실세계 빛의 78%를 차단한다. (Guttag, 2022)

매직리프 2는 가림 문제에도 부분적인 답을 시도했다. 구역별 차광이다. 액정 셀로 실세계 빛을 구역 단위로 어둡게 만들어, 가상 물체가 놓인 자리만 실세계를 가린다. 아즈마가 1997년에 광학 시스루로는 불가능하다고 적은 문제에 대한 첫 상용 대응이다. 다만 경계가 부드럽게 번지는 방식이라 가상 물체의 윤곽이 또렷하게 떨어지지 않는다.

화소밀도는 매직리프 1과 거의 같다. 시야각 면적과 화소 수가 함께 두 배가 되었기 때문이다. 수평과 수직 시야각의 정확한 분해값, 무게, 가격은 공식 자료에서 확인되지 않았다.

2024년 9월 25일 메타 커넥트에서 공개된 메타 오리온은 같은 지렛대를 재료로 한 단계 더 밀었다. 도파관 재료를 유리에서 탄화규소로 바꿨다. 탄화규소의 가시광 굴절률은 약 2.6이다. 단일 판 양면에 회절 격자를 교차 배치해 새겨 70도 시야각을 얻었다. 광원은 마이크로LED 프로젝터다. 부수적 이득도 있다. 탄화규소의 열전도율은 유리의 200~400배로 구리에 근접해, 마이크로LED의 발열을 빼내는 데 유리하다.

청구서는 더 노골적이었다. 화소밀도가 13 PPD로 주저앉았다. 사람 눈의 목표인 60 PPD의 4분의 1에도 못 미친다. 텍스트를 읽기 어려워 메타는 전용 서체의 곡선을 줄이고 획을 굵게 고쳐야 했다. 색균일도가 나빠 인터페이스를 의도적으로 보석 같은 색 그라디언트로 디자인해 결함을 감췄다.

only 13 pixels per degree (PPD) spread over a 70-degree FOV … SiC has an index of refraction of about 2.6 … Typical waveguide glass has an index of refraction of 1.7 to 2.0.

70도 시야각에 펼쳐진 도당 13화소에 불과하다 … 탄화규소의 굴절률은 약 2.6이다 … 일반적인 도파관 유리의 굴절률은 1.7에서 2.0이다. (Guttag, 2024)

오리온의 수치를 인용할 때 두 가지를 조심해야 한다. 첫째, 마이크로LED 패널 해상도는 640×480으로 확정되었다. 초기에 돌던 720×540은 13 PPD에서 역산한 추정치이며, 유효 해상도가 패널 해상도보다 클 수 없으므로 폐기해야 한다. 둘째, 640×480의 대각 화소 수 800개를 70도 대각에 대입하면 약 11.4 PPD가 나오고, 널리 인용되는 13 PPD와 어긋난다. 두 값을 나란히 쓰면 안 된다.

제조 경제성도 문제다. 탄화규소 웨이퍼 한 장에서 도파관 네 개가 나온다. 크고 훨씬 저렴한 유리 웨이퍼에서는 열두 개 이상이 나온다. 이 수치가 인용되는 출처는 웨이퍼 크기를 인치로 밝히지 않는다. 오리온은 판매 제품이 아니라 시제품이며, 밝기와 실세계 투과율은 공개되지 않았다. ^[6][7]

짧은 격자 주기가 무지개를 없앤다

굴절률의 이득은 시야각 하나가 아니다. 첸 보추 외 6인이 2024년 9월 22일 arXiv에 투고하고 2025년 『eLight』 5권 21번으로 게재한 논문이 두 번째 이득을 정량적으로 입증했다.

핵심은 격자 주기다. 굴절률이 높으면 같은 시야각을 더 짧은 주기의 격자로 구현할 수 있다. 주기가 짧으면 주변광이 그 격자에 회절되는 각도가 커진다. 각도가 충분히 커지면 회절된 주변광이 아이박스를 아예 비껴가고, 눈에 들어오지 않는다. 안경형 기기의 고질적 결함인 무지개 아티팩트가 광학적으로 사라진다. 무지개 아티팩트는 주변광이 격자에 회절되어 시야에 색번짐으로 나타나는 현상이다.

For a clearer comparison, consider a waveguide with a refractive index of n=1.9. To achieve a single-pane full-color display with a 30° FOV, the grating period is calculated as P=370 nm. Under the same Eye-box conditions, some blue and green components of ambient light diffracted by this grating enter the eye's reception area, indicating a potential for rainbow artifacts.

보다 명확한 비교를 위해 굴절률 n=1.9인 도파관을 생각해 보자. 30도 시야각의 단일 판 풀컬러 디스플레이를 구현하려면 격자 주기는 P=370nm로 계산된다. 동일한 아이박스 조건에서, 이 격자에 의해 회절된 주변광의 일부 청색·녹색 성분이 눈의 수광 영역으로 들어오며, 이는 무지개 아티팩트가 관찰될 가능성을 뜻한다. (Chen 외, 2025)

굴절률 1.9 유리로 30도 시야각의 단층 풀컬러를 만들려면 주기가 370nm여야 한다. 이 주기에서는 회절된 청색과 녹색 성분이 아이박스로 들어와 무지개가 보인다. 탄화규소로는 같은 조건을 262nm 주기로 구현할 수 있고, 무지개가 사라진다. 고굴절률의 두 번째 이득이 여기서 나온다. 무지개가 없으면 RGB를 한 장에 담을 수 있고, 판이 세 장에서 한 장으로 줄면 두께와 무게와 투과율과 단가가 동시에 개선된다.

표 출처: ^[8] (본문 기준으로 재구성)

설계 시야각은 30도이고 실측은 45.7도다. 이 차이는 성능 향상이 아니다. 프로젝터의 시야각이 50도여서 끌려 올라간 값이다. 인용할 때 설계값과 실측값을 구분해야 한다. 30도든 45.7도든 메타 오리온의 70도와는 격차가 크다.

MTF는 대비 재현 능력을 보는 지표다. 22 PPD에서 0.27~0.31이라는 값은 그 미세함에서 검은 획과 흰 배경의 구분이 희미해진다는 뜻이다. 텍스트 가독성이 충분하지 않다. 후속 연구는 개선을 보고했다. 리 외 연구진은 2026년 arXiv 2609.07648에서 두께 0.35mm, 무게 1.98g, 시야각 30도, 투과율 92%를 달성했다. 남은 장벽은 광학이 아니라 재료다. 탄화규소 웨이퍼 단가가 높고, 깨질 때 날카로운 파편이 생기는 취성이 착용 기기에서 실질적인 문제다.

서지 정보 하나를 정정해둔다. arXiv 투고본 제목과 게재본 제목이 다르다. 게재본 정식 제목은 "SiC diffractive waveguides for augmented reality: single-layer, full-color, rainbow-artifact-free display with vision correction"이고 DOI는 10.1186/s43593-025-00100-1, 게재일은 2025년 8월 21일이다. ^[8]

회절을 버린 도파관

회절 도파관이 업계 주류가 된 뒤에도 다른 길이 남아 있었다. 이스라엘의 루머스는 유리 안에 격자를 새기지 않는다. 대신 부분반사 거울을 여러 장 비스듬히 심어 놓는다. 빛이 전반사로 이동하다가 이 거울들을 차례로 만나면 일부씩 밖으로 새어 나오고, 그 결과 출사동이 확장된다. 회절 대신 반사로 같은 일을 한다.

원리가 다르면 문제도 다르다. 반사에는 파장 의존성이 없다. 빨강과 파랑이 같은 각도로 반사된다. 그래서 RGB를 판 한 장에 다 담을 수 있다. 주변광이 격자에 회절되어 생기는 무지개 아티팩트가 원리적으로 발생하지 않는다. 무엇보다 광효율이 회절 방식보다 높다. 앞의 표에서 계단식 거울 도파관은 20% 미만, 회절 격자는 10% 미만이었다.

표 출처: ^[9][10] (본문 기준으로 재구성)

Z-Lens: 50° FOV, 1024 x 1024, >1,400 nits/WLED, 11 x 11 mm eyebox, 1.3 mm thickness. Maximus: 50° FOV, 1440 x 1440, >3,000 nits/WLED, 12 x 12 mm eyebox, 1.7 mm thickness.

Z-렌즈: 시야각 50도, 1024×1024, LED 와트당 1,400 nit 이상, 아이박스 11×11mm, 두께 1.3mm. 맥시무스: 시야각 50도, 1440×1440, LED 와트당 3,000 nit 이상, 아이박스 12×12mm, 두께 1.7mm. (Lumus)

이 표에서 눈여겨볼 줄은 실세계 투과율이다. 80% 초과다. 매직리프 2의 22%와 비교하면 성격이 완전히 다른 기기다. 실세계를 어둡게 만들지 않는다. 밝기 단위도 다르다. nit가 아니라 LED 와트당 nit다. 같은 전력으로 얼마나 밝게 만드는지를 재는 지표이며, 배터리로 하루를 버텨야 하는 기기에서 결국 이 지표가 이긴다.

대가는 제조에 있다. 거울 배열을 유리 안에 미크론 정밀도로 심고 코팅해야 한다. 난이도와 단가가 높다. 시야각도 50도에서 멈춰 있다. 굴절률로 시야각을 밀어붙이는 회절 계열의 70도에 미치지 못한다. 맥시무스와 Z-렌즈의 발표 연도는 공식 페이지에 표기가 없어 확인되지 않았다. 사양 수치는 공식 페이지와 완전히 일치한다. ^[9][10]

에텐듀 보존과 시야각의 상한

지금까지 본 제품들은 서로 다른 선택을 했다. 그러나 결과는 하나의 패턴을 그린다. 시야각을 넓힌 제품은 화소밀도를 잃었다. 투과율을 지킨 제품은 시야각을 포기했다. 초점면을 늘린 제품은 두께와 밝기를 잃었다. 우연이 아니다. 이 패턴은 두 개의 물리 법칙과 하나의 산수에서 나온다. 시야각이 넓어지지 않는 이유는 공학적 미숙이 아니다.

첫째는 에텐듀 보존이다. 에텐듀는 광학계를 통과하는 빛의 면적과 입체각의 곱이다. 이상적인 광학계에서 이 곱은 보존된다. 렌즈를 어떻게 배치해도 줄지 않고, 손실이 있으면 늘어날 뿐 줄어들지는 않는다. 머리에 쓰는 디스플레이에서 면적은 아이박스이고 입체각은 시야각이다. 곱이 정해져 있으면 둘은 맞바꾸는 관계다. 시야각을 넓히면 아이박스가 좁아진다. 아이박스를 넓히면 시야각이 좁아진다.

아이박스는 타협할 수 없는 값이다. 눈은 사람마다 간격이 다르고, 기기는 착용 중에 조금씩 미끄러진다. 아이박스가 좁으면 상이 사라지거나 한쪽 모서리가 잘린다. 그래서 설계자는 시야각과 아이박스를 둘 다 키우고 싶어 한다. 에텐듀를 키우면 가능하다. 그러나 에텐듀를 키우는 방법은 광학계를 크게 만드는 것뿐이고, 광학계가 커지면 안경 형태가 무너진다. 이것이 이 분야의 중심 모순이다.

the conflict between FoV and eyebox … results from the conservation of etendue (or optical invariant). To increase the system etendue requires a larger optics, which in turn compromises the form factor.

시야각과 아이박스 사이의 충돌은 … 에텐듀 보존(광학 불변량)에서 비롯된다. 시스템의 에텐듀를 키우려면 더 큰 광학계가 필요하고, 이는 다시 기기 형태를 망가뜨린다. (Xiong 외, 2021)

에텐듀는 밝기로도 되돌아온다. 결합기 효율의 이론적 최댓값이 조건에 따라 달라지는 이유가 여기 있다. 대각 60도 시야각과 10mm 정사각 출사동에서 최댓값은 약 17,000 nit/lm이다. 같은 광량을 더 좁은 입체각과 더 작은 면적에 모으면 숫자가 올라간다. 동공 추적형 설계는 눈의 위치를 따라가며 필요한 곳에만 빛을 보내므로, 80도×80도 시야각과 4mm 동공 조건에서 47,000 nit/lm까지 가능하다. 아이박스를 넓게 만드는 대신 좁은 출사동을 눈에 맞춰 옮기는 발상이다. 에텐듀를 이기는 것이 아니라, 같은 에텐듀를 더 알뜰하게 쓰는 것이다.

둘째는 전반사 임계각이다. 도파관은 굴절률 n인 유리 안에서 임계각 arcsin(1/n)보다 큰 각도로 벽에 부딪히는 빛만 가둘 수 있다. 가둘 수 있는 각도 범위가 시야각의 상한이고, 그 범위는 오직 굴절률로만 넓어진다. 앞서 본 대응표가 이 법칙의 실측 기록이다. 굴절률 1.7~1.8에서 50도 전후, 2.0에서 약 70도, 2.6에서 70도다.

셋째는 산수다. 화소 수가 정해진 광엔진의 상을 더 넓은 각도에 펴면, 도당 화소 수는 반비례로 떨어진다. 사람 눈의 기준값이 이 산수에 잔인하다.

A human visual acuity of 20/20 amounts to 1 arcmin angular resolution, or 60 pixels per degree (PPD), which is considered as a common goal for AR and VR displays.

20/20 시력에 해당하는 사람의 시각 예민도는 1 각분의 각해상도, 즉 도당 60화소(PPD)이며, 이는 AR·VR 디스플레이의 공통 목표로 여겨진다. (Xiong 외, 2021)

60 PPD를 70도 대각에 채우려면 대각 화소가 4,200개 필요하다. 오리온의 마이크로LED 패널은 640×480, 대각 800화소다. 다섯 배 이상 부족하다. 이것이 13 PPD라는 숫자의 정체다.

이 세 제약을 알면 지난 10년의 제품 계보가 한 방정식의 다른 해로 읽힌다.

표 출처: ^[11] (본문 기준으로 재구성)

어느 줄도 기술이 미숙해서 생긴 결과가 아니다. 전부 같은 예산을 다르게 쓴 결과다. 설계 문서를 읽을 때 물어야 할 질문도 여기서 정해진다. 이 기기는 무엇을 얻었는가가 아니라, 그것을 얻기 위해 무엇을 내놓았는가다. 어떤 사양표도 시야각과 화소밀도와 투과율과 두께를 동시에 자랑할 수 없다. 그렇게 적힌 사양표가 있다면 조건이 빠져 있다. ^[11]

실외라는 벽

밝기는 시야각과 별개의 문제로 보이지만 같은 예산에 묶여 있다. 그리고 실외에서 이 예산은 순식간에 바닥난다.

광학 시스루 기기에서 가상 물체의 선명함은 절대 밝기가 아니라 주변광과의 대비로 결정된다. 이 값을 주변광 명암비라고 한다. 기준은 대략 세 단계다. 3:1이면 무언가 있다는 것을 인지할 수 있다. 5:1이면 읽을 만하다. 10:1이면 편안하다.

표 출처: ^[1][6][11] (본문 기준으로 재구성)

to achieve ACR = 10:1 in a sunny day (~3000 nits), the display needs to deliver a brightness of at least 30,000 nits.

맑은 날(약 3,000 nit) 명암비 10:1을 달성하려면 디스플레이는 최소 30,000 nit의 밝기를 내야 한다. (Xiong 외, 2021)

이 숫자를 앞서 본 제품들과 맞춰보면 상황이 분명해진다. 매직리프 2의 최대 밝기는 2,000 nit다. 매직리프 원은 약 220 nit였다. 맑은 날 실외에서 요구되는 30,000 nit는 한 자릿수 이상 먼 값이다. 물론 매직리프 2는 구역별 차광으로 주변광 자체를 22%까지 깎아 대비를 만든다. 즉 밝기를 올리지 못하면 주변을 어둡게 하는 쪽으로 방정식을 푼 셈이다. 실세계가 어두워지는 것이 그 대가다.

밝기는 광엔진의 효율에서 출발한다. 같은 전력으로 더 많은 빛을 만드는 방식이 유리하다.

표 출처: ^[1][6][11] (본문 기준으로 재구성)

이 표를 앞의 결합기 광효율 표와 곱해야 실제 밝기가 나온다. 마이크로 OLED 광엔진에 회절 도파관을 붙이면 4~8 lm/W에 10% 미만을 곱하게 된다. 마이크로소프트가 홀로렌즈 2에서 레이저 스캐닝을 택한 이유가 이 표의 첫 줄이다. 효율이 가장 높은 방식을 골랐다. 그리고 그 대가로 화소밀도를 내놓았다. ^[1][6][11]

화소로 되돌아간 길

2023년 6월 5일에 발표되고 2024년 2월 2일에 출시된 애플 비전 프로는 광학 시스루를 버렸다. 외부 카메라가 찍은 실세계를 가상 콘텐츠와 합성해 눈앞의 마이크로 OLED에 띄운다. 아즈마가 1997년에 정리한 두 갈래 가운데 비디오 시스루로 되돌아간 고성능 사례다.

되돌아간 이유는 가림이다. 실세계가 화소이므로 가상 물체가 실물을 완전히 덮을 수 있다. 광학 시스루가 30년간 풀지 못한 문제가 이 방식에서는 원리적으로 존재하지 않는다. 결합기의 광효율 문제도 사라진다. 실세계 투과율이라는 개념 자체가 없어진다.

되돌아가려면 1997년에 지적된 두 약점을 먼저 처리해야 했다. 실세계 해상도 저하와 시간 불일치다. 첫 번째는 패널로 풀었다. 마이크로 OLED는 실리콘 웨이퍼 위에 OLED를 직접 증착해 화소 피치를 7.5μm까지 줄인 패널이다. 양안 합계 2,300만 화소다. 두 번째는 전용 칩으로 풀었다. R1 칩이 광자에서 광자까지의 지연을 12ms로 낮췄다. 60Hz 한 프레임 16.67ms보다 짧다.

작은 패널을 눈앞에서 크게 보이게 하려면 강한 배율이 필요하다. 비전 프로는 팬케이크 광학으로 이를 해결했다. 편광과 반사를 이용해 짧은 거리 안에서 광로를 세 번 접는 렌즈다. 두께는 극적으로 줄어든다. 그러나 편광 반사를 반복하므로 광효율이 수 퍼센트 수준으로 매우 낮다. 패널이 극도로 밝아야 하고, 그것이 발열과 배터리 소모의 직접적 원인이다. 에텐듀 보존과 별개로, 광로를 접는 대가는 언제나 빛이다.

세대를 섞지 않는 것이 중요하다. 비전 프로는 두 세대가 있고, 널리 인용되는 사양 가운데 일부는 나중 세대의 것이다.

표 출처: ^[12] (본문 기준으로 재구성)

애플 공식 사양에서 확인되는 값은 마이크로 OLED, 총 2,300만 화소, 화소 피치 7.5μm, DCI-P3 92%, R1 칩 광자-대-광자 12ms, 가격 3,499달러다. 가격은 2026년 6월 25일에 3,699달러로 인상되었다. 애플은 nit 단위 밝기, 한쪽 눈 화소 수, 시야각을 공식 사양에 공개하지 않는다. 널리 인용되는 한쪽 눈 약 3660×3200, 패널 대각 1.41인치, 수평 약 100도와 수직 약 73도는 모두 2차 출처다.

실측값은 다른 그림을 보여준다.

The AVP's peak center resolution is about 44.4 pixels per degree (PPD), below 80 PPD [Apple's own 'retinal resolution' target].

비전 프로의 중심부 최고 해상도는 도당 약 44.4화소로, [애플 자신이 내건 '망막 해상도' 목표인] 80 PPD에 미치지 못한다. (Guttag, 2024)

중심 화소밀도 44.4 PPD는 2,300만 화소라는 숫자가 주는 인상보다 낮다. 화소를 넓은 시야각에 펴면 도당 밀도는 떨어진다는 산수가 여기서도 그대로 작동한다. 더 중요한 것은 균일하지 않다는 점이다. 선명하게 보이는 영역은 45~50도에 불과하고, 주변부는 중심의 약 3분의 1 수준이다. 이 수치들은 1차 출처로 확인되지 않았으므로 실측 보고로만 취급해야 한다.

실외에서 비디오 시스루가 겪는 문제는 광학 시스루와 다르다. 결합기가 빛을 버리는 것이 아니라, 카메라가 세상을 다 담지 못한다. 카메라 센서의 동적 범위는 눈보다 좁다. 밝은 하늘과 그늘이 한 화면에 있으면 한쪽이 날아가거나 뭉개진다. 눈으로 직접 보면 보이던 것이 화면에서는 보이지 않는다. 무게도 문제다. 600g대든 750g대든 머리에 얹기에 가볍지 않다. ^[12]

교환관계를 거꾸로 타다

2025년 9월에 발표되고 출시된 메타 레이밴 디스플레이는 앞의 모든 기기와 반대 방향으로 움직였다. 메타와 에실로룩소티카가 함께 만들었고, 도파관은 루머스, LCoS 패널은 옴니비전 OPO3010, 프로젝션 엔진은 고어텍이다. 넓은 시야각을 포기했다. 한쪽 눈에 대각 20도짜리 작은 창만 띄운다.

포기한 대가로 받은 것이 분명하다. 시야각을 줄이면 같은 화소가 좁은 각도에 몰려 화소밀도가 올라간다. 같은 광량이 좁은 입체각에 모여 밝기가 올라간다. 에텐듀 방정식을 반대 방향으로 푼 것이다.

표 출처: ^{[3][4][5][6][9][10][12][7][8]} (본문 기준으로 재구성)

about 5,000 nits (cd/m2) [to the eye] … 40 pixels per degree … 20 degrees (diagonal with square aspect ratio) … approximately 0.38W for the glasses (including the LED and display) with the display and audio running.

눈에 도달하는 밝기 약 5,000 nit(cd/m²) … 도당 40화소 … 대각 20도(정사각 화면비) … 디스플레이와 오디오를 켠 상태에서 안경 전체(LED와 디스플레이 포함) 소비전력은 약 0.38W다. (Guttag, 2025)

이 표에서 가장 중요한 줄은 마지막에서 넷째 줄이다. 0.38W다. 매직리프 2와 홀로렌즈 2가 각각 566g과 그 이상의 무게로 몇 시간을 버티는 기기였던 반면, 이 제품은 안경 형태와 하루치 배터리를 처음으로 동시에 만족했다. 밝기 5,000 nit는 흐린 날 실외에서 10:1 대비를 여유 있게 넘긴다. 맑은 날 30,000 nit에는 여전히 멀지만, 읽을 만한 수준의 3:1이나 5:1은 확보된다.

화소밀도 40 PPD는 60 PPD 목표에 근접한 값이다. 40 PPD에서 텍스트는 읽힌다. 오리온의 13 PPD에서 서체를 고쳐야 했던 문제가 여기서는 생기지 않는다. 다만 이 40 PPD는 구태그의 실측값이고, 메타 공식 발표치는 42 PPD로 알려져 있다. 두 값의 대조는 확인되지 않았다.

이 제품의 정체를 정확히 규정해야 한다. 단안이다. 한쪽 눈에만 상을 띄운다. 그리고 3차원 정합을 하지 않는다. 가상 물체를 실세계의 특정 위치에 붙여두는 기능이 없다. 아즈마가 정리한 AR의 세 조건 가운데 3차원 정합을 충족하지 않으므로, 엄밀히는 AR이 아니라 머리에 얹은 정보 표시 장치다. 무게와 공식 소매가는 확인되지 않았다. 기사 이미지 설명에 800달러라는 표현만 있다.

그래도 이 제품이 계보에서 차지하는 자리는 뚜렷하다. 기술적 도약이 아니라 설계 철학의 전환이다. 세상을 덮는 홀로그램 대신 읽을 수 있는 작은 글자를 택했다. 그리고 그 선택 덕분에 처음으로 하루 종일 쓸 수 있는 형태가 나왔다. 현장에서 이름표와 수량을 확인하는 용도라면 대각 20도가 대각 70도보다 실용적일 수 있다. 무엇을 띄울 것인지 정하기 전에 시야각을 고르면 순서가 거꾸로다. ^{[3][4][5][6][9][10][12][7][8]}

확인하지 못한 것

이 장의 수치 가운데 1차 출처로 확인되지 않은 것들을 모아둔다. 인용할 때 단서가 필요한 항목이다.

표 출처: ^[4][5][7] (본문 기준으로 재구성)

출처 표기에서 반복되던 오류 하나도 바로잡아 둔다. 결합기 광효율 표의 출처로 흔히 인용되는 논문은 『iScience』 22권이 아니라 23권 8호 101397번이다. 22권은 2019년 발행분이므로 22권과 2020년이라는 조합 자체가 성립하지 않는다. 저자도 시옹 외 2021년 리뷰와 다르다. 잔 타오, 인 카이, 시옹 장하오, 허 즈첸, 우 신선의 별개 논문이며 제목은 "Augmented Reality and Virtual Reality Displays: Perspectives and Challenges"다. 표 내용은 원문과 일치한다.

이 목록이 길다는 사실이 이 분야를 읽는 방식을 알려준다. 제조사는 유리한 숫자만 공개한다. 애플은 nit와 시야각을 밝히지 않고, 마이크로소프트는 화소 수 대신 광점과 라디안트라는 표현을 썼으며, 메타는 시제품의 밝기와 투과율을 공개하지 않았다. 독립 측정은 존재하지만 측정자 한 사람의 수치도 기사마다 갈린다. 조건이 빠진 숫자는 숫자가 아니다. ^[4][5][7]

이 장의 결론

머리에 쓰는 디스플레이의 사양은 자랑거리의 목록이 아니라 지불 내역서다. 시야각과 아이박스는 에텐듀 보존으로 묶여 있고, 시야각의 상한은 전반사 임계각을 통해 굴절률에 묶여 있으며, 화소밀도는 시야각에 반비례로 묶여 있다. 밝기는 광엔진 효율과 결합기 효율의 곱 이상이 될 수 없고, 실세계 투과율은 그 곱을 키우려는 모든 시도의 첫 희생물이다. 그러므로 어떤 기기를 고를지 묻기 전에 무엇을 띄울지 정해야 한다. 읽을 글자 몇 줄이 목적이라면 좁은 시야각이 정답이고, 실물을 정확히 덮어야 한다면 광학 시스루는 아직 답이 아니며, 실세계를 눈으로 직접 보아야 한다면 투과율 22%짜리 기기는 어떤 시야각을 주더라도 실격이다. ^[1][11]