[go: up one dir, main page]

WO2021085960A1 - 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치 - Google Patents

고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2021085960A1
WO2021085960A1 PCT/KR2020/014638 KR2020014638W WO2021085960A1 WO 2021085960 A1 WO2021085960 A1 WO 2021085960A1 KR 2020014638 W KR2020014638 W KR 2020014638W WO 2021085960 A1 WO2021085960 A1 WO 2021085960A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reflecting
augmented reality
axis
optical
reflecting means
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2020/014638
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
하정훈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LetinAR Co Ltd
Original Assignee
LetinAR Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020190138757A external-priority patent/KR102200144B1/ko
Priority claimed from KR1020190174648A external-priority patent/KR102248606B1/ko
Application filed by LetinAR Co Ltd filed Critical LetinAR Co Ltd
Priority to CN202410132097.5A priority Critical patent/CN117872592A/zh
Priority to JP2022522914A priority patent/JP7291441B2/ja
Priority to CN202080076233.3A priority patent/CN114616506B/zh
Priority to EP20883366.5A priority patent/EP4053615B1/en
Publication of WO2021085960A1 publication Critical patent/WO2021085960A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0018—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for preventing ghost images
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0081—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. enlarging, the entrance or exit pupil
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0977—Reflective elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/60—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images involving reflecting prisms and mirrors only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility
    • G02B2027/012—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility comprising devices for attenuating parasitic image effects

Definitions

  • the present invention relates to an optical device for augmented reality, and in more detail, it is possible to significantly reduce the size, thickness, weight and volume, and provide a clearer image for augmented reality by effectively blocking ghost images and at the same time providing a wide viewing angle. It relates to a compact augmented reality optical device having a capable ghost image blocking function and a wide viewing angle.
  • Augmented reality means providing a virtual image or image provided by a computer or the like superimposed on an actual image of the real world, as is well known.
  • an optical system In order to implement such augmented reality, an optical system is required that allows a virtual image or image generated by a device such as a computer to be superimposed on an image of the real world and provided.
  • a technique using optical means such as a prism for reflecting or refracting a virtual image using a head mounted display (HMD) or a glasses-type device is known.
  • HMD head mounted display
  • conventional devices have a limitation in that the virtual image is out of focus when the user changes the focal length when gazing at the real world.
  • a configuration such as a prism that can adjust the focal length for a virtual image is used, or a variable focus lens that can adjust the focal length for a virtual image according to a change in the focal length for the user's real world is electrically controlled.
  • Such techniques have been proposed.
  • this technology also has a problem in that a user must perform a separate operation in order to adjust the focal length for a virtual image, or hardware and software such as a separate device, processor, etc. are required for controlling the focal length.
  • the applicant of the present invention is a device capable of implementing augmented reality by projecting a virtual image on the retina through the pupil using a reflector having a size smaller than that of a human pupil, as described in Patent Document 1 Has been developed.
  • FIG. 1 is a diagram showing an optical device 100 for augmented reality as disclosed in Patent Document 1 above.
  • the augmented reality optical device 100 of FIG. 1 includes an optical unit 10, a reflective unit 30, an image output unit 40, and a frame unit 60.
  • the optical means 10 is a means for transmitting at least a part of the actual object image light, which is the image light emitted from the actual object, and may be, for example, a spectacle lens, and a reflective unit 30 is embedded therein. In addition, the optical means 10 transmits the augmented reality image light reflected from the reflecting unit 30 to the pupil.
  • the frame unit 60 is a means for fixing and supporting the image output unit 40 and the optical means 10, and may be, for example, a frame.
  • the image output unit 40 is a means for emitting augmented reality image light, which is an image light corresponding to an image for augmented reality.
  • augmented reality image light For example, an image for augmented reality is displayed on a screen to emit augmented reality image light. It may be provided with a collimator (collimator) for collimating the image light to be a parallel light.
  • collimator collimator
  • the reflection unit 30 provides an image for augmented reality by reflecting the image light corresponding to the image for augmented reality emitted from the image output unit 40 toward the pupil of the user.
  • the reflective part 30 of FIG. 1 is formed to have a size smaller than the size of a human pupil, that is, 8 mm or less.
  • the depth of the incident light can be made almost infinite, that is, the depth of field can be made very deep.
  • the depth of field refers to the range recognized as being in focus.
  • the focal length of the image for augmented reality increases. Therefore, the user gazes at the real world. Even if the focal length for the world is changed, the focus of the image for augmented reality is always recognized as correct regardless of this. This can be seen as a kind of pinhole effect. Accordingly, it is possible to always provide a clear virtual image for an augmented reality image regardless of whether the user changes the focal length while gazing at a real object existing in the real world.
  • this technique requires an additional optical means such as a collimator for parallel light in the image output unit 40, so that the size, thickness, and volume of the device are increased.
  • a method of performing the function of a collimator by embedding and arranging a reflective part such as a concave mirror inside the optical means 10 without using a collimator in the image output part 40 can be considered. According to the configuration, there is an advantage in that the size, thickness, and volume of the image output unit 40 can be reduced.
  • FIG. 2 is an augmented reality optical device 100 in which the augmented reality optical device 100 of FIG. 1 is provided with a collimator in the image output unit 40 and an auxiliary reflector 20 that performs the function of a collimator. This is a comparison of the side view of -1).
  • the image output unit 40 is composed of a display device 41 and a collimator 42, and the augmented reality optics on the right side of FIG. It can be seen that the device 100-1 is configured with only the display device 41 without the image output unit 40 without the collimator 42.
  • the augmented reality optical device 100-1 on the right side of FIG. 2 does not use the collimator 42 for the image output unit 40, but is in the form of a concave mirror that can perform the function of a collimator inside the optical means 10.
  • the auxiliary reflection unit 20 of the is disposed, and the augmented reality image light emitted from the image output unit 40 is reflected by the auxiliary reflection unit 20 and then transmitted to the reflection unit 30, and the reflection unit 30 ) Transmits the transmitted augmented reality image light to the pupil.
  • the augmented reality optical device 100-1 as shown on the right side of FIG. 2 performs the same function as the augmented reality optical device 100 of FIG. Since the configuration is not used, there is an advantage in that form factors such as size, volume, thickness, and weight can be significantly reduced compared to the augmented reality optical device 100 using an external collimator as shown in the left side of FIG. 2.
  • the augmented reality optical device 100-1 as shown on the right side of FIG. 2 has a problem in that unintended real object image light that generates a ghost image can also be transmitted to the pupil.
  • 3 is a diagram for explaining the principle of generating a ghost image in the augmented reality optical device 100-1.
  • the actual object image light which is the image light from the actual object, is directly transmitted to the pupil through the optical means 10, while there is a miscellaneous light reflected by the auxiliary reflector 20 and transmitted to the pupil.
  • the actual object image light transmitted to the pupil by the miscellaneous light is formed in a different position from the actual object image light transmitted directly to the pupil through the optical means 10, thereby generating a ghost image.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-1660519 (announced on September 29, 2016)
  • the present invention provides an augmented reality optical device capable of remarkably reducing the size, thickness, weight and volume, effectively blocking ghost images and providing a wide viewing angle, as to solve the above-described problems. It is aimed at.
  • the present invention can provide a clear virtual image while maximizing see-through characteristics by minimizing the outflow of real world image light that can generate a ghost image toward the pupil of the user.
  • a compact augmented reality optical device capable of improving the optical efficiency of the augmented reality image light transmitted to the eyebox while providing a wide viewing angle by using the arrangement structure of a plurality of reflectors that reflect and transmit the real image light to the pupil. Another purpose is to provide.
  • the present invention provides a compact augmented reality optical device having a ghost image blocking function and a wide viewing angle, comprising: an optical means for transmitting at least a part of image light of an actual object toward the pupil of the user's eye; A first reflecting means disposed inside the optical means and transmitting an augmented reality image light, which is an image light corresponding to an augmented reality image emitted from the image output section, to a second reflecting means; And a second reflecting means disposed inside the optical means and providing an augmented reality image to the user by reflecting and transmitting the augmented reality image light transmitted from the first reflecting means toward the pupil of the user's eye.
  • the optical means has a first surface on which the actual object image light is incident, and a second surface through which the augmented reality image light and the actual object image light transmitted through the second reflection means are emitted toward the pupil of the user's eye.
  • the augmented reality image light emitted from the image output unit is transmitted to the first reflecting unit through the interior of the optical unit or is totally reflected on the inner surface of the optical unit to be transmitted to the first reflecting unit, and transmits the augmented reality image light to the first reflection unit.
  • the reflective surface of the first reflecting means to reflect is disposed so as to face the first surface of the optical means to which the actual object image light is incident, and the second reflecting means receives the augmented reality image light transmitted from the first reflecting means.
  • the first reflecting means may be disposed inside the optical means so as to face the image emitting portion with the second reflecting means therebetween.
  • the reflective surface of the first reflecting means may be formed as a curved surface.
  • the reflective surface of the first reflecting means may be formed to be concave toward the first surface of the optical means.
  • the length of the first reflecting means in the width direction may be 4 mm or less.
  • the first reflecting means may be formed of a half mirror that partially reflects light or a notch filter that selectively transmits light according to a wavelength.
  • the first reflecting means may be formed of a refractive element or a diffractive element.
  • the opposite surface of the reflective surface that reflects the augmented reality image light of the first reflecting means may be coated with a material that absorbs light without reflecting it.
  • the plurality of reflecting units constituting the second reflecting means may have an inclination angle with respect to the second surface of the optical means so that the augmented reality image light transmitted from the first reflecting means can be reflected toward the pupil and transmitted. Can be placed.
  • each of the plurality of reflective parts may be formed to have a size of 4 mm or less.
  • each of the plurality of reflecting units may be a maximum length between any two points on an edge boundary of each reflecting unit.
  • each of the plurality of reflectors is the maximum length between any two points on the edge boundary of the orthogonal projection projected on a plane including the center of the pupil while being perpendicular to a straight line between the user's pupil and each reflector. I can.
  • each of the plurality of reflecting units may be disposed so that the augmented reality image light transmitted from the first reflecting means is not blocked by other reflecting units.
  • sizes of each of the plurality of reflective units may be partially different from each other.
  • a spacing of at least some of the reflecting parts of the plurality of reflecting parts may be different from that of other reflecting parts.
  • At least some of the plurality of reflectors may be formed as a half mirror that partially reflects light or a notch filter that selectively transmits light according to a wavelength.
  • At least some of the plurality of reflective parts may be formed of a refractive element or a diffractive element.
  • a surface opposite to a surface that reflects the augmented reality image light may be coated with a material that absorbs light without reflecting light.
  • At least a portion of the surface of the plurality of reflective portions may be formed as a curved surface.
  • At least some of the plurality of reflecting units may have an inclination angle with respect to the optical means different from that of other reflecting units.
  • the second reflecting means is composed of a plurality, and when the optical means is placed in front of the pupil of the user, if the front direction from the pupil is referred to as the x-axis, the image output section may be positioned on a straight line perpendicular to the x-axis.
  • any one of the line segments disposed outside or inside the optical means and passing between the first and second surfaces of the optical means while being parallel along the x-axis with respect to a vertical line from the image output section to the x-axis is referred to as a y-axis
  • the plurality of second reflecting means may be disposed at intervals parallel to each other along the z-axis direction.
  • each of the second reflecting means are arranged side by side so as to be positioned along an imaginary straight line parallel to the z-axis with any one of the plurality of reflecting units constituting the adjacent second reflecting unit. Can be.
  • each of the second reflecting means is not positioned in parallel on an imaginary straight line parallel to the z-axis with respect to the plurality of reflecting units constituting the adjacent second reflecting means. Can be arranged so as not to be.
  • the image output unit is disposed outside or inside the optical means so as to be positioned on a straight line perpendicular to the x-axis, and the image Any one of the line segments that pass between the first and second surfaces of the optical means while being parallel along the x axis with respect to the vertical line from the exit portion to the x axis is called the y axis, and the line segments orthogonal to the x axis and the y axis are z As for the axis, the plurality of reflective parts may be formed in a bar shape extending along an imaginary straight line parallel to the z-axis.
  • first reflecting means may be formed so as to extend closer to the second reflecting part as it goes from the center to both left and right ends when viewed in the x-axis direction.
  • a compact augmented reality optical device having a ghost image blocking function and a wide viewing angle, comprising: an optical means for transmitting at least part of the image light of an actual object toward the pupil of the user's eye; A first reflecting means embedded and disposed in the optical means and transmitting augmented reality image light, which is image light corresponding to an augmented reality image emitted from the image output section, to a second reflecting means; And a second reflecting means including a plurality of reflectors embedded and disposed in the optical means so as to reflect and transmit the augmented reality image light transmitted from the first reflecting means toward the pupil of the user's eye, and the optical
  • the means has a first surface on which the actual object image light is incident, and a second surface through which the augmented reality image light and the actual object image light transmitted through the second reflecting means are emitted toward the pupil of the user's eye.
  • the reflecting means has the same distance with respect to the second surface of the optical means, regardless of the distance from the first reflecting means, or the greater the distance from the first reflecting means, the more with respect to the second surface of the optical means.
  • a first reflecting unit group composed of reflecting units disposed to be buried in the interior of the optical means so as to be far away;
  • a second reflecting unit group consisting of reflecting units embedded and disposed within the optical unit so as to be closer to the second surface of the optical unit as the distance from the first reflecting unit increases, and the second A distance between the reflecting unit group and the first reflecting unit is less than a distance between the first reflecting unit group and the first reflecting unit.
  • the augmented reality image light emitted from the image output unit may be transmitted to the first reflecting unit through the interior of the optical unit or may be totally reflected at least once or more on the inner surface of the optical unit to be transmitted to the first reflecting unit. have.
  • the reflective surface of the first reflecting means for reflecting the augmented reality image light may be disposed to face the first surface of the optical means to which the actual object image light is incident.
  • the reflective surface of the first reflecting means may be formed as a curved surface.
  • the reflective surface of the first reflecting means may be formed to be concave toward the first surface of the optical means.
  • the length of the first reflecting means in the width direction may be 4 mm or less.
  • the plurality of reflecting units constituting the second reflecting means may have an inclination angle with respect to the second surface of the optical means so that the augmented reality image light transmitted from the first reflecting means can be reflected toward the pupil and transmitted. Can be placed.
  • each of the plurality of reflective parts may be formed to have a size of 4 mm or less.
  • At least some of the plurality of reflective parts may be formed of at least one of a half mirror, a refractive element, and a diffractive element.
  • At least some of the plurality of reflectors may be coated with a material that absorbs light without reflecting light on a surface opposite to the surface that reflects the augmented reality image light.
  • the second reflecting means is composed of a plurality, and when the optical means is placed in front of the pupil of the user, if the front direction from the pupil is referred to as the x-axis, the image output section may be positioned on a straight line perpendicular to the x-axis.
  • any one of the line segments disposed outside or inside the optical means and passing between the first and second surfaces of the optical means while being parallel along the x-axis with respect to a vertical line from the image output section to the x-axis is referred to as a y-axis
  • the plurality of second reflecting means may be disposed at intervals parallel to each other along the z-axis direction.
  • each of the second reflecting means includes a plurality of reflecting portions constituting each of the second reflecting means, a virtual straight line parallel to the z-axis and any one of a plurality of reflecting portions constituting the adjacent second reflecting means. It can be arranged side by side so as to be located along the line.
  • each of the second reflecting means is virtually parallel to the z-axis with respect to the plurality of reflecting units constituting the adjacent second reflecting means. It can be arranged so that it is not positioned side by side along a straight line of.
  • the image output unit is disposed outside or inside the optical means so as to be positioned on a straight line perpendicular to the x-axis, and the image Any one of the line segments that pass between the first and second surfaces of the optical means while being parallel along the x axis with respect to the vertical line from the exit portion to the x axis is called the y axis, and the line segments orthogonal to the x axis and the y axis are z As for the axis, the plurality of reflective parts may be formed in a bar shape extending along an imaginary straight line parallel to the z-axis.
  • first reflecting means may be formed to extend closer to the second reflecting means from a central portion toward both left and right ends when viewed in the x-axis direction.
  • a third surface on which the augmented reality image light emitted from the image output unit enters the optical means may be formed in a curved surface to have refractive power.
  • auxiliary optical means may be disposed between the image output part and the third surface.
  • the second reflecting means is composed of a plurality, and when the optical means is placed in front of the pupil of the user, the front direction from the pupil is referred to as the x-axis, and along the x-axis with respect to a vertical line from the image output section to the x-axis.
  • the y-axis When one of the line segments that are parallel and passing between the inner surfaces of the optical means is referred to as the y-axis, and the line segment that passes between the inner surfaces of the optical means while being orthogonal to the x-axis and the y-axis is referred to as the z-axis, each of the second reflecting means There may be at least one second reflecting means disposed so that the distances between the and the second surface of the optical means are not all the same.
  • an optical device for augmented reality that can significantly reduce size, thickness, weight, and volume, effectively block ghost images, and provide a wide viewing angle.
  • augmented reality optics that can improve the optical efficiency of augmented reality image light transmitted to the eyebox while providing a wide viewing angle by using an arrangement structure of a plurality of reflecting units that reflect and transmit augmented reality image light to the pupil. Device can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing an optical device 100 for augmented reality as disclosed in Patent Document 1 above.
  • FIG. 2 is an augmented reality optical device 100 in which the augmented reality optical device 100 of FIG. 1 is provided with a collimator in the image output unit 40 and an auxiliary reflector 20 that performs the function of a collimator. This is a comparison of the side view of -1).
  • 3 is a diagram for explaining the principle of generating a ghost image in the augmented reality optical device 100-1.
  • FIG. 4 and 5 are diagrams for explaining the configuration of a compact augmented reality optical device 200 having a ghost image blocking function and a wide viewing angle according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is A side view of the device 200
  • FIG. 5 is a perspective view of an optical device 200 for augmented reality.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a principle of blocking a ghost image by the first reflecting means 20.
  • FIG. 7 and 8 are views showing the configuration of an augmented reality optical device 300 according to a modified embodiment of the first embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a perspective view of an augmented reality optical device 300
  • FIG. 8 is It is a front view of the optical device 300 for augmented reality.
  • FIG. 9 and 10 are views showing the configuration of an augmented reality optical device 400 according to another modified embodiment of the first embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a perspective view of an optical device 400 for augmented reality
  • 10 is a front view of the optical device 400 for augmented reality.
  • FIG. 11 and 12 are views showing the configuration of an augmented reality optical device 500 according to another modified embodiment of the first embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a perspective view of an augmented reality optical device 500, 12 is a front view of the optical device 500 for augmented reality.
  • FIG. 13 and 14 are side views and perspective views of an augmented reality optical device 600 according to a second embodiment of the present invention.
  • 15 to 20 are views for explaining a total reflection structure on the inner surface of the optical means 10.
  • FIG. 21 and 22 are views showing the configuration of an augmented reality optical device 700 according to a modified example of the second embodiment of the present invention
  • FIG. 21 is a perspective view of an augmented reality optical device 700
  • FIG. 22 is It is a front view of the optical device 700 for augmented reality.
  • FIG. 23 and 24 are views showing the configuration of an augmented reality optical device 800 according to another modified embodiment of the second embodiment of the present invention, and FIG. 23 is a perspective view of an augmented reality optical device 800, 24 is a front view of the optical device 800 for augmented reality.
  • FIG. 25 and 26 are views showing the configuration of an augmented reality optical device 900 according to another modified embodiment of the second embodiment of the present invention, and FIG. 25 is a perspective view of an augmented reality optical device 900, 26 is a front view of the optical device 900 for augmented reality.
  • FIG. 27 is a side view of an augmented reality optical device 1000 according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a side view of an augmented reality optical device 1100 according to a modified embodiment of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 29 to 31 are views for explaining an augmented reality optical device 1200 according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 29 is a front view of the augmented reality optical device 1200 viewed from the pupil 50 side
  • FIG. 30 is a side view of the augmented reality optical device 1200 when viewed toward a plane perpendicular to the z-axis
  • FIG. 31 is a view showing the augmented reality optical device 1200 toward a plane perpendicular to the y-axis. It is a plan view when viewed.
  • FIG. 4 and 5 illustrate a compact augmented reality optical device 200 (hereinafter simply referred to as "augmented reality optical device 200") having a ghost image blocking function and a wide viewing angle according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side view of the augmented reality optical device 200
  • FIG. 5 is a perspective view of the augmented reality optical device 200.
  • the optical device 200 for augmented reality includes an optical device 10, a first reflecting device 20, and a second reflecting device 30.
  • the optical means 10 is a means for transmitting at least a part of the actual object image light, which is the image light emitted from the actual object, toward the pupil 50 of the user's eye.
  • the fact that at least a part of the image light of the real object is transmitted toward the pupil 50 means that the light transmittance of the image light of the real object does not necessarily have to be 100%.
  • the optical means 10 includes a first surface 11 and a second surface 12 arranged to face each other.
  • the first surface 11 is a surface on which the image light of an actual object is incident
  • the second surface 12 is the augmented reality image light reflected from the second reflecting means 30 and the actual object passing through the first surface 11. This is the surface where the image light exits toward the pupil 50 of the user's eye.
  • a total reflection structure in which the augmented reality image light emitted from the image output unit 40 is totally reflected on the first surface 11 of the optical unit 10 and transmitted to the first reflection unit 20 is shown.
  • the augmented reality image light emitted from the image output unit 40 may be directly transmitted to the first reflection unit 20 through the interior of the optical unit 10 without being based on total reflection.
  • the image output unit 40 may be disposed at an appropriate position outside or inside the optical means 10.
  • the augmented reality image light emitted from the image output unit 40 is the first surface of the optical unit 10
  • the augmented reality image light that is totally reflected in (11) and transmitted to the first reflecting means (20) and reflected by the first reflecting means (20) is reflected again by the second reflecting means (30), It emits into the pupil 50 through the 2 side (12).
  • the second reflecting means 30 is composed of a plurality of reflecting portions 31 to 35, and in this specification, the second reflecting means 30 is collectively referred to as a plurality of reflecting portions 31 to 35. The detailed configuration of the second reflecting means 30 will be described later.
  • the image output unit 40 is a means for emitting augmented reality image light, which is an image light corresponding to an image for augmented reality.
  • the image output unit 40 as described above, emits the augmented reality image light to the first reflecting means 20 or to the first surface 11 of the optical means 10, for example, a display such as a small LCD. It can be a device. Since the image output unit 40 itself is not a direct object of the present invention and is known by the prior art, a detailed description thereof will be omitted here. However, the image output unit 40 in the present embodiment does not include a configuration such as a collimator as described in the description of the background of the present invention.
  • an image for augmented reality means a virtual image transmitted to the user's pupil 50 through the image output unit 40, the optical unit 10, the first reflection unit 20, and the second reflection unit 30. It refers to an image, and may be a still image in the form of an image or a moving image.
  • the augmented reality image is transmitted to the user's pupil 50 by the image output unit 40, the optical unit 10, the first reflecting unit 20, and the second reflecting unit 30, thereby providing a virtual image to the user.
  • the user can receive the augmented reality service by receiving the actual object image light emitted from the actual object existing in the real world through the optical means 10.
  • the first reflecting means 20 is disposed inside the optical means 10 and is a means for transmitting the augmented reality image light emitted from the image emitting unit 40 to the second reflecting means 30.
  • the image output section 40 emits augmented reality image light toward the first reflecting means 20 or the first surface 11 of the optical means 10.
  • the augmented reality image light totally reflected from the first surface 11 of the optical means 10 is transmitted to the first reflecting means 20, and the augmented reality reflected by the first reflecting means 20
  • the image light is transmitted to the second reflecting means 30, is reflected again by the second reflecting means 30, and is emitted toward the pupil 50.
  • the augmented reality image light emitted from the image output unit 40 is directly transmitted to the first reflecting means 20, and the augmented reality image light reflected by the first reflecting means 20 is a second reflecting means. It is conveyed to (30).
  • the augmented reality image light transmitted to the second reflecting means 30 is reflected again by the second reflecting means 30 and is emitted toward the pupil 50.
  • the 1st reflection means 20 is arrange
  • the first reflection means 20 is between the first surface 11 and the second surface 12 of the optical means 10 so as to reflect the image light for augmented reality toward the second reflection means 30. It is placed buried inside. That is, the first reflecting means 20 is a second reflecting means for the augmented reality image light emitted from the image output unit 40 or the augmented reality image light reflected from the first surface 11 of the optical means 10 and transmitted. It is embedded and disposed in the interior of the optical means 10 between the first surface 11 and the second surface 12 so that it can be reflected and transmitted to 30.
  • the buried arrangement means that the first reflective means 20 are spaced apart from the first surface 11 and the second surface 12 of the optical means 10 and are spaced apart from the internal space of the optical means 10. Means to be deployed.
  • the first reflecting means 20 is a reflective surface 21 of the first reflecting means 20 for reflecting the augmented reality image light is the first surface 11 of the optical means 10 to which the actual object image light is incident. It is disposed inside the optical means 10 so as to face).
  • the first reflecting means 20 transmits the augmented reality image light to the second reflecting means 30, while the miscellaneous light generating a ghost image from the real object image light emitted from the real object is second It is possible to perform a function of filtering the pupil 50 without being transmitted to the pupil 50 through the reflective means 30 or the second surface 12 of the optical means 10.
  • the reflective surface 21 of the first reflecting means 20 may be formed as a curved surface.
  • the reflective surface 21 of the first reflecting means 20 may be a concave mirror formed concave in the direction of the first surface 11 of the optical means 10 as shown in FIGS. 4 and 5, in this case
  • the first reflecting means 20 can serve as a collimator for collimating the augmented reality image light emitted from the image output unit 40, and thus, a configuration such as a collimator is used for the image output unit 40. no need.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a principle of blocking a ghost image by the first reflecting means 20.
  • the second reflecting means 30 is omitted.
  • the real object image light (miscellaneous light) that is emitted from the real object and can generate a ghost image is incident on the first reflecting means 20, as described above, the first reflecting means 20 Is arranged to face the first surface 11 of the optical means 10 to which the actual object image light is incident, so the actual object image light (miscellaneous light) reflected from the reflective surface 21 of the first reflecting means 20
  • the silver emits toward the second surface 12 of the optical means 10 is totally reflected again on the second surface 12 of the optical means 10, and is transmitted toward the image emitting unit 40. Accordingly, it can be seen that the real object image light, which is a miscellaneous light emitted from an actual object and capable of generating a ghost image, disappears inside the optical means 10 and does not flow out toward the pupil 50.
  • this principle explains the basic principle for preventing the actual object image light (miscellaneous light) reflected from the first reflecting means 20 from leaking out of the optical means 10, and in fact, the shape of the optical means 10 .
  • the external light (miscellaneous light) reflected by the first reflecting means 20 and entering the pupil 50 is reduced.
  • the position and direction of the first reflecting means 20 should be appropriately adjusted so that it can be minimized.
  • the size of the second reflecting means 30 is formed to be 8 mm or less, more preferably 4 mm or less, which is the size of a general pupil of a person.
  • the length in the width direction is 8 mm or less, more preferably 4 mm or less so as to correspond to the size of the second reflecting means 30.
  • the length in the width direction of the first reflecting means 20 means the length in the direction between the first surface 11 and the second surface 12 of the optical means 10 in FIGS. 4 and 5. .
  • the length in the width direction of the first reflecting means 20 is, when looking at the first reflecting means 20 from the outside toward a plane perpendicular to the z-axis direction in FIG. 5, the length of the first reflecting means 20 is It may be the length between both ends.
  • the first reflecting means 20 in order that the user can hardly recognize the first reflecting means 20 through the pupil 50, the optical means 10 from the front through the pupil 50. It is desirable to make the visible thickness very thin when looking at
  • the first reflecting means 20 may be configured as a means such as a half mirror that partially reflects light.
  • first reflecting means 20 may be formed of a refractive element or diffractive element other than the reflecting means.
  • the first reflecting means 20 may be formed of an optical element such as a notch filter that selectively transmits light according to a wavelength.
  • a surface opposite to the reflective surface 21 that reflects the augmented reality image light of the first reflecting means 20 may be coated with a material that absorbs light without reflecting it.
  • the second reflecting means 30 will be described again with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the second reflecting means 30 is disposed inside the optical means 10, and reflects and transmits the augmented reality image light transmitted from the first reflecting means 20 toward the pupil 50 of the user's eyes. It is a means for providing an image for augmented reality to a person, and is formed of a plurality of reflective portions 31 to 35.
  • the plurality of reflecting units 31 to 35 are buried and disposed inside the optical unit 10 so that the augmented reality image light transmitted from the first reflecting unit 20 can be reflected and transmitted to the pupil 50 of the user. . That is, the plurality of reflecting portions 31 to 35 are also spaced apart from the first surface 11 and the second surface 12 of the optical means 10 and disposed in the inner space of the optical means 10.
  • a plurality of The reflective portions 31 to 35 are arranged to have an appropriate inclination angle with respect to the second surface 12 of the optical means 10 in consideration of the positions of the first reflecting means 20 and the pupil 50.
  • the plurality of reflective parts 31 to 35 are smaller than the size of the human pupil, that is, 8 mm or less, and more preferably 4 mm, so that a pinhole effect can be obtained by deepening the depth, as described in the technology behind the background of the invention. It is formed as follows.
  • the plurality of reflective parts 31 to 35 are formed to have a size smaller than the size of a general pupil of a person, whereby the depth of light incident to the pupil 50 through each reflecting part 31 to 35 of Field) can be made close to infinity, i.e. a very deep depth of field, so that even if the user changes the focal length to the real world while gazing at the real world, regardless of this, the image for augmented reality will always be perceived as in focus. A pinhole effect may be generated.
  • each of the plurality of reflecting portions 31 to 35 is defined as meaning the maximum length between any two points on the edge boundary of each reflecting portion 31 to 35.
  • each of the plurality of reflective parts 31 to 35 is perpendicular to a straight line between the pupil 50 and the reflecting parts 31 to 35 and is positioned on a plane including the center of the pupil 50.
  • ⁇ 35 can be the maximum length between any two points on the edge boundary of the projected orthographic projection.
  • the size of the reflective parts 31 to 35 is too small, the diffraction phenomenon in the reflecting parts 31 to 35 may increase, so the size of each of the reflecting parts 31 to 35 Is preferably larger than 0.3 mm, for example.
  • each of the reflective parts 31 to 35 is circular.
  • the shape of the reflective parts 31 to 35 may be formed to look circular when looking at the reflecting parts 31 to 37 from the pupil 50.
  • each of the plurality of reflecting units 31 to 35 is disposed so that the augmented reality image light transmitted from the first reflecting means 20 is not blocked by the other reflecting units 31 to 35.
  • the plurality of reflecting units 31 to 35 are, in the embodiments of FIGS. 4 and 5, in which the augmented reality image light is emitted toward the pupil 50 as the distance from the first reflecting means 20 increases. It may be disposed inside the optical means 10 so as to be closer to the inner surface of the optical means 10, that is, the second surface 12 of the optical means 10.
  • the image output unit 40 is the x-axis It is disposed outside or inside the optical means 10 so as to be located on a straight line perpendicular to the.
  • any one of the line segments passing between the first surface 11 and the second surface 12 of the optical means 10 while being parallel along the x axis with respect to a vertical line from the image output unit 40 to the x axis is y
  • the axis is referred to as an axis
  • the line segment orthogonal to the x axis and y axis is referred to as the z axis
  • the plurality of reflectors 31 to 35 face the optical means 10 from the outside toward a plane perpendicular to the z axis.
  • the optical means 10 are disposed closer to the second surface 12 of the optical means 10.
  • the augmented reality image light emitted from any one point of the image output unit 40 is totally reflected on the first surface 11 of the optical means 10 to perform a function as a collimator.
  • the augmented reality image light reflected by the first reflecting means 20 is transmitted to the plurality of reflecting units 31 to 35, respectively, and the augmented reality image light reflected by each of the reflecting units 31 to 35 It can be seen that the silver is transmitted to a point on the retina of the user through the pupil 50 to form an image.
  • the sizes of the plurality of reflective portions 31 to 35 are not necessarily the same, and may be partially different from each other.
  • the plurality of reflective parts 31 to 35 are disposed at the same distance from each other, but the spacing of at least some of the reflecting parts 31 to 35 may be arranged differently from the spacing of the other reflecting parts 31 to 35. May be.
  • At least some of the plurality of reflecting units 31 to 35 may be configured by means such as a half mirror that partially reflects light.
  • At least a part of the plurality of reflecting portions 31 to 35 may be formed of other refractive elements or diffractive elements other than reflecting means.
  • At least some of the plurality of reflecting units 31 to 35 may be formed of an optical element such as a notch filter that selectively transmits light according to a wavelength.
  • a surface opposite to the surface reflecting the augmented reality image light may be coated with a material that absorbs light without reflecting light.
  • the surface of the plurality of reflecting portions 31 to 35 may be formed as a curved surface.
  • the curved surface may be a concave surface or a convex surface.
  • At least some of the plurality of reflective portions 31 to 35 may have an inclination angle with respect to the optical means 10 different from those of the other reflecting portions 31 to 35.
  • FIG. 7 and 8 are views showing the configuration of an augmented reality optical device 300 according to a modified embodiment of the first embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a perspective view of an augmented reality optical device 300
  • FIG. 8 is It is a front view of the optical device 300 for augmented reality.
  • the augmented reality optical device 300 of FIGS. 7 and 8 has the same basic configuration as the augmented reality optical device 200 of FIGS. 4 to 6, but is composed of a plurality of reflective parts 31 to 35. It is characterized in that a plurality of second reflecting means (301 to 304) are formed.
  • the plurality of second reflecting means 301 to 304 has the following arrangement structure. That is, as described above, when the optical means 10 is placed in front of the user's pupil 50, if the front direction of the pupil 50 is the x-axis, the image output unit 40 is orthogonal to the x-axis. It is disposed outside or inside the optical means 10 so as to be located in a straight line.
  • any one of the line segments passing between the first surface 11 and the second surface 12 of the optical means 10 while being parallel along the x axis with respect to a vertical line from the image output unit 40 to the x axis is a y axis.
  • the line segment orthogonal to the x-axis and y-axis is referred to as the z-axis
  • the plurality of second reflecting means 301 to 304 are disposed at intervals parallel to each other along the z-axis direction.
  • each of the plurality of reflecting units 31 to 35 constituting each of the second reflecting means 301 to 304 is adjacent to the second reflecting means 301 to 304, that is, the second reflecting units on both sides.
  • Any one of the plurality of reflecting units 31 to 35 constituting the means 301 to 304 may be arranged side by side so as to be positioned along an imaginary straight line parallel to the z-axis. In this case, when the optical means 10 is viewed toward a plane perpendicular to the z-axis, the plurality of second reflecting means 301 to 304 will look the same as shown in FIG. 4.
  • FIGS. 7 and 8 it has the same effect as that of the augmented reality optical device 200 of FIGS. 4 to 6 while expanding the viewing angle and eye box in the z-axis direction. have.
  • FIG. 9 and 10 are views showing the configuration of an augmented reality optical device 400 according to another modified embodiment of the first embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a perspective view of an optical device 400 for augmented reality
  • 10 is a front view of the optical device 400 for augmented reality.
  • the augmented reality optical device 400 of the embodiment of FIGS. 9 and 10 is basically the same as the augmented reality optical device 300 described in FIGS. 7 and 8, but a plurality of second reflecting means 301 to 304 At least some of the plurality of reflecting units 31 to 35 constituting each are parallel to the z-axis with respect to the plurality of reflecting units 31 to 35 constituting the adjacent second reflecting means 301 to 304 It is characterized in that it is arranged so as not to be positioned side by side on an imaginary straight line.
  • each of the reflecting units 31 to 35 of the first second reflecting unit 301 adjacent to each other from the right direction of the z-axis and the reflecting portions of the second second reflecting means 302 are sequentially compared from the upper side in the y-axis direction (the image exit unit 40 side), each of the reflecting units 31 to 35 of the first second reflecting unit 301 is the second second reflecting unit ( It can be seen that all of the reflective parts 31 to 35 of 302 are arranged so that they are not positioned along an imaginary straight line parallel to the z-axis.
  • the reflective parts 31 to 35 of the first second reflecting means 301 and the reflecting parts 31 to 35 of the second second reflecting means 302 are viewed from the outside toward a plane perpendicular to the z-axis direction. In this case, it can be seen that they are not aligned parallel to the z-axis, but are staggered.
  • FIG. 11 and 12 are views showing the configuration of an augmented reality optical device 500 according to another modified embodiment of the first embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a perspective view of an augmented reality optical device 500, 12 is a front view of the optical device 500 for augmented reality.
  • the augmented reality optical device 500 of FIGS. 11 and 12 is basically the same as the embodiment described with reference to FIGS. 4 and 5, but a plurality of reflectors 31 to 35 are virtual straight lines parallel to the z-axis. It is characterized in that it is formed in a bar shape extending along the line.
  • the image output unit 40 is orthogonal to the x-axis. It is disposed outside or inside the optical means 10 so as to be located in a straight line.
  • any one of the line segments passing between the first surface 11 and the second surface 12 of the optical means 10 while being parallel along the x axis with respect to a vertical line from the image output unit 40 to the x axis is a y axis.
  • the line segment orthogonal to the x-axis and y-axis is referred to as the z-axis
  • the plurality of reflectors 31 to 35 are formed in a bar shape extending along an imaginary straight line parallel to the z-axis. do.
  • the first reflecting means 20 when looking at the optical means 10 toward a plane perpendicular to the x-axis, the second It is formed so as to extend closer to the reflecting means 301 to 304, and is formed in the shape of a smooth “U” bar as a whole.
  • the overall length of the first reflecting means 20 in the z-axis direction may be extended to correspond to or slightly longer than the length of the plurality of second reflecting means 301 to 304 in the z-axis direction. have.
  • the length in the width direction of the first reflecting means 20 is formed to be 4 mm or less, and the reflective surface 21 reflecting the augmented reality image light is the optical means 10 in which the actual object image light is incident. It may be formed in a concave shape toward the first surface 11 of the.
  • FIG. 13 and 14 are side views and perspective views of an augmented reality optical device 600 according to a second embodiment of the present invention.
  • the optical device 600 for augmented reality includes an optical means 10, a first reflecting means 20, and a second reflecting means 30.
  • the augmented reality optical device 600 according to the present embodiment is basically the same as the augmented reality optical device 200 described with reference to FIGS. 4 and 5, but a plurality of There is a difference in the arrangement structure of the reflective parts 31 to 35.
  • the second reflecting means 30 of the augmented reality optical device 600 of FIGS. 13 and 14 is a first reflecting unit group 30A and a plurality of reflecting units composed of a plurality of reflecting units 31 and 32. It is composed of a second reflecting unit group 30B composed of (33 to 35), but the distance between the second reflecting unit group 30B and the first reflecting unit 20 is determined from the first reflecting unit group 30A and the first It is characterized in that it is arranged to be smaller than the distance of the reflecting means (20).
  • the plurality of reflecting units 31 and 32 constituting the first reflecting unit group 30A are, as shown in Fig. 13, the longer the distance from the first reflecting unit 20 is, the more the optical unit 10 is ) Is disposed to be buried in the interior of the optical means 10 so as to be further away from the second side 12 of).
  • the plurality of reflecting units 33 to 35 constituting the second reflecting unit group 30B are located on the second surface 12 of the optical unit 10 as the distance from the first reflecting unit 20 increases. It is disposed to be buried in the interior of the optical means 10 so as to be closer to each other.
  • the image output unit 40 is It is disposed outside or inside the optical means 10 so as to be positioned on a straight line that is orthogonal.
  • any one of the line segments passing between the first surface 11 and the second surface 12 of the optical means 10 while being parallel along the x axis with respect to a vertical line from the image output unit 40 to the x axis is a y axis.
  • the line segment orthogonal to the x-axis and y-axis is referred to as the z-axis
  • the plurality of reflecting portions 31 to 35 are shown in FIG. 13. As shown, it appears to be arranged in a smooth "C" shape throughout.
  • the second surface of the optical means 10 ( 12) is shown, but the plurality of reflecting units 31 and 32 constituting the first reflecting unit group 30A are optical means regardless of the distance from the first reflecting means 20. It may be arranged to have the same distance with respect to the second side 12 of.
  • At least one of the first surface 11 and the second surface 12 of the optical means 10 is formed as a curved surface or a straight line in the front direction from the center of the pupil 50, that is, perpendicular to the x-axis. Since there may be cases where it is formed not parallel to the plane and has an inclination angle, the further the distance from the first reflective means 20 is, the farther the second surface 12 of the optical means 10 is. 1 As the distance from the reflecting means 20 increases, it is a vertical plane with respect to a straight line in the front direction from the pupil 50, and is disposed farther from the vertical plane existing between the second surface 12 and the pupil 50. it means.
  • the pupil 50 means that it is arranged to be located closer to the vertical plane existing between the second surface 12 and the pupil 50 as a vertical plane to a straight line in the front direction from.
  • the augmented reality image light emitted from any one point of the image output unit 40 is reflected by the first reflecting means 20 that functions as a collimator to reflect a plurality of reflections. It can be seen that the augmented reality image light transmitted to each of the parts 31 to 35 and reflected from each of the reflecting parts 31 to 35 is transmitted to a point on the user's retina through the pupil 50 to form an image. have.
  • the first reflecting unit group 30A is continuously formed by the reflecting units 31 and 32 adjacent to each other, but this is exemplary. As a result, the first reflector group 30A may be configured. This is also the case in the case of the second reflector group 30B.
  • first reflective unit group 30A and the second reflective unit group 30B may be formed.
  • all of the plurality of reflecting units 31 to 35 constituting the second reflecting means 30 must be included in any one of the first reflecting unit group 30A and the second reflecting unit group 30B.
  • the first reflective unit 30A and the second reflective unit 30B may be formed with only some of the plurality of reflecting units 31 to 35 constituting the second reflecting means 30.
  • FIGS. 13 and 14 other structural features of the second reflecting means 30, and the optical means 10 and the first reflecting means 20 are described with reference to FIGS. 4 to 12. Since it is the same as the first embodiment, detailed description is omitted.
  • the augmented reality image light emitted from the image output unit 40 is totally reflected once on the first surface 11 of the optical unit 10 and then transmitted to the first reflection unit 20.
  • 15 to 20 are views for explaining a total reflection structure on the inner surface of the optical means 10.
  • the augmented reality image light emitted from the image output unit 40 is optical by the first reflection means 20 without total reflection.
  • the augmented reality image light transmitted directly through the interior of the means 10 and reflected by the first reflecting means 20 is reflected by the second reflecting means 30, that is, a plurality of reflecting portions 31 to 35, and the pupil ( 50).
  • the augmented reality image light emitted from the image output unit 40 is the first surface 11 of the optical means 10
  • the augmented reality image light reflected by the first reflecting means 20 is again emitted toward the first face 11 of the optical means 10 to be emitted to the first face ( It can be seen that after being totally reflected again in 11), it is transmitted to the second reflecting means 30, which is reflected again and transmitted to the pupil 50.
  • FIG. 16 is a view of the optical means 10 of FIG. 15 toward a plane perpendicular to the z-axis, after bisecting the optical means 10 of FIG. 15 on the x-axis, the bisecting line is the first surface 11 , Based on this, it can be seen that it is substantially the same as symmetrically moving the first reflecting means 20 of FIG. 15.
  • the augmented reality image light emitted from the image output unit 40 is the first reflection means 20 without total reflection.
  • the augmented reality image light directly transmitted through the interior of the optical means 10 and reflected by the first reflecting means 20 is reflected by the second reflecting means 30, that is, a plurality of reflecting units 31 to 35. It can be seen that it is transmitted to the pupil 50.
  • FIG. 17 is similar to that of FIG. 15, but differs in the position of the image output unit 40 and the position and angle of the first reflecting means 20.
  • the augmented reality image light emitted from the image output unit 40 is transmitted to the first reflection means 20 Then, the augmented reality image light reflected from the first reflecting means 20 is emitted toward the first surface 11 of the optical means 10, is totally reflected again from the first surface 11, and then the second reflecting means 30 ), and reflected back from here, it can be seen that it is transmitted to the pupil 50.
  • FIG. 18 shows that when the optical means 10 of FIG. 17 is viewed toward a plane perpendicular to the z-axis direction, after bisecting the optical means 10 of FIG. 17 on the x-axis, the bisecting line is the first surface 11 , Based on this, it can be seen that it is substantially the same as symmetrically moving the first reflecting means 20 of FIG. 17.
  • the augmented reality image light emitted from the image output unit 40 is the first reflection means 20 without total reflection.
  • the augmented reality image light directly transmitted through the interior of the optical means 10 and reflected by the first reflecting means 20 is reflected by the second reflecting means 30, that is, a plurality of reflecting units 31 to 35. It can be seen that it is transmitted to the pupil 50.
  • FIG. 19 is similar to that of FIGS. 15 and 17, but differs in the position and size of the image output unit 40 and the position and angle of the first reflecting means 20.
  • the augmented reality image light emitted from the image output unit 40 is transmitted to the first reflection means 20
  • the augmented reality image light reflected from the first reflecting means 20 is emitted toward the second surface 12 of the optical means 10, is totally reflected again from the second surface 12, and then the first surface 11 It can be seen that it is transmitted to the first surface 11 and is transmitted to the second reflecting means 30 again by total reflection, and is reflected again from there to be transmitted to the pupil 50.
  • FIG. 20 is a first plane after dividing the optical device 10 into three parts on the x-axis when looking at the optical device 10 of FIG. 19 toward a plane perpendicular to the z-axis, (11), it can be seen that it is substantially the same as symmetrically moving the first reflecting means 20 of FIG. 19 twice based on the triangular line.
  • 15 to 20 exemplarily show a structure in which there is no total reflection or at least one or more total reflections inside the optical means 10, but is not limited thereto, and the augmented reality image light is transmitted through other total reflection counts.
  • various other structures that can be transmitted to the reflective means 20 are possible.
  • FIGS. 15 to 20 can be applied as they are to the first embodiment.
  • FIG. 21 and 22 are views showing the configuration of an augmented reality optical device 700 according to a modified example of the second embodiment of the present invention
  • FIG. 21 is a perspective view of an augmented reality optical device 700
  • FIG. 22 is It is a front view of the optical device 700 for augmented reality.
  • the augmented reality optical device 700 of FIGS. 21 and 22 has the same basic configuration as the augmented reality optical device 600 of FIGS. 13 and 14, but is composed of a plurality of reflective units 31 to 35. It is characterized in that a plurality of second reflecting means (301 to 304) are formed.
  • the plurality of second reflecting means 301,302,303,304 has the following arrangement structure. That is, when the optical means 10 is placed in front of the user's pupil 50, if the front direction of the pupil 50 is the x-axis, the image output unit 40 is positioned on a straight line perpendicular to the x-axis. It is arranged outside or inside the optical means 10.
  • the line segment passing between the first surface 11 and the second surface 12 of the optical means 10 while being parallel along the x axis with respect to the vertical line from the image output unit 40 to the x axis is referred to as the y axis.
  • the plurality of second reflecting means 301 to 304 are disposed at intervals parallel to each other along the z-axis direction.
  • each of the plurality of reflecting units 31 to 35 constituting each of the second reflecting means 301 to 304 is adjacent to the second reflecting means 301 to 304, that is, the second reflecting units on both sides.
  • Any one of the plurality of reflecting units 31 to 35 constituting the means 301 to 304 may be arranged side by side so as to be positioned along an imaginary straight line parallel to the z-axis. In this case, when the plurality of second reflecting means 301 to 304 are viewed from the outside toward a plane perpendicular to the z-axis, they will look the same as in FIG. 13.
  • FIG. 23 and 24 are views showing the configuration of an augmented reality optical device 800 according to another modified embodiment of the second embodiment of the present invention, and FIG. 23 is a perspective view of an augmented reality optical device 800, 24 is a front view of the optical device 800 for augmented reality.
  • the optical device 800 for augmented reality of the embodiment of FIGS. 23 and 24 is basically the same as the optical device 700 for augmented reality of FIGS. 21 and 22, but each of the plurality of second reflecting means 301 to 304 At least some of the plurality of reflecting units 31 to 35 constituting the are virtually parallel to the z-axis with respect to the plurality of reflecting units 31 to 35 constituting the adjacent second reflecting means 301 to 304 It is characterized in that it is arranged so as not to be positioned side by side along a straight line of.
  • each of the reflecting units 31 to 35 of the first second reflecting unit 301 adjacent to each other from the right direction of the z-axis and the reflecting portions of the second second reflecting means 302 are sequentially compared from the upper side in the y-axis direction (the image exit unit 40 side), each of the reflecting units 31 to 35 of the first second reflecting unit 301 is the second second reflecting unit ( It can be seen that all of the reflective parts 31 to 35 of 302 are arranged so that they are not positioned along an imaginary straight line parallel to the z-axis.
  • the reflective parts 31 to 35 of the first second reflecting means 301 and the reflecting parts 31 to 35 of the second second reflecting means 302 are virtually parallel to the z-axis when viewed from the x-axis direction. It can be seen that they are not arranged side by side along a straight line, but are arranged alternately.
  • FIG. 25 and 26 are views showing the configuration of an augmented reality optical device 900 according to another modified embodiment of the second embodiment of the present invention, and FIG. 25 is a perspective view of an augmented reality optical device 900, 26 is a front view of the optical device 900 for augmented reality.
  • the augmented reality optical device 900 of FIGS. 25 and 26 is the same as the embodiment described with reference to FIGS. 13 and 14, but each of the plurality of reflectors 31 to 35 draws a virtual straight line parallel to the z-axis. It is characterized in that it is formed in the shape of a bar extending along the line.
  • the image output unit 40 is positioned on a straight line perpendicular to the x-axis. It is arranged outside or inside the optical means.
  • any one of the line segments passing between the first surface 11 and the second surface 12 of the optical means 10 while being parallel along the x axis with respect to a vertical line from the image output unit 40 to the x axis is y
  • the plurality of reflectors 31 to 35 are in the form of bars extending along an imaginary straight line parallel to the z-axis. Is formed.
  • the first reflecting means 20 extends closer to the second reflecting means 301, 302, 303, and 304 from the central portion toward the left and right ends when viewed in the x-axis direction. It is formed, and it is formed in the shape of a bar (bar) of a gentle "U" as a whole. This is the same as described in the first embodiment, so detailed descriptions are omitted.
  • FIG. 27 is a side view of an augmented reality optical device 1000 according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is characterized in that the third surface 13 on which the augmented reality image light emitted from the image output unit 40 enters the optical means 10 is formed in a curved surface to have refractive power.
  • the third surface 13 on which the augmented reality image light enters the optical means 10 into a curved surface protruding toward the image exit portion 40, the third surface 13 is formed from the image exit portion 40. It can function as a collimator for incident augmented reality image light.
  • the third surface 13 can be used as an auxiliary collimator, and thus an optical device for augmented reality (1000) The overall performance as a collimator in the whole can be improved.
  • the third surface 13 is shown to be formed between the first surface 11 and the second surface 12, but is not limited thereto, and the third surface 13 is It should be noted that the emitted augmented reality image light refers to a surface incident on the optical means 40.
  • Fig. 27 shows that the third surface 13 is formed as a protruding curved surface in the second embodiment, but it goes without saying that it can also be applied to the first embodiment.
  • FIG. 28 is a side view of an augmented reality optical device 1100 according to a modified embodiment of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is the same as the embodiment of FIG. 27, but is characterized in that the auxiliary optical means 70 is disposed between the image output unit 40 and the third surface 13.
  • the auxiliary optical means 70 is formed of a convex lens, but this is exemplary, and a combination of at least one or more of other various reflecting means, refraction means, and diffraction means may be used.
  • the overall performance of the augmented reality optical device 1100 can be improved.
  • auxiliary optical means 70 of Fig. 28 can also be applied to both the first and second embodiments.
  • FIG. 29 to 31 are views for explaining an augmented reality optical device 1200 according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 29 is a front view of the augmented reality optical device 1200 viewed from the pupil 50 side
  • FIG. 30 is a side view of the augmented reality optical device 1200 when viewed toward a plane perpendicular to the z-axis
  • FIG. 31 is a view showing the augmented reality optical device 1200 toward a plane perpendicular to the y-axis. It is a plan view when viewed.
  • the augmented reality optical device 1200 shown in FIGS. 29 to 31 includes a plurality of second reflecting means 301 to 305 in the same manner as the augmented reality optical device 700 of FIGS. 13 and 14.
  • the augmented reality optical device 1200 when the augmented reality optical device 1200 is placed in front of the user's pupil 50, the front direction from the pupil 50 is referred to as the x-axis, and the x-axis from the image output unit 40
  • Any one of the line segments passing between the first side 11 and the second side 12 of the optical means 10 while being parallel along the x-axis with respect to the vertical line to is called the y-axis, and is orthogonal to the x-axis and the y-axis.
  • the second reflecting means 301 to 305 are arranged so that the distances between the second reflecting means 301 to 305 and the second surface 12 of the optical means 10 are not all the same.
  • the second reflecting means 301 to 305 are arranged so that at least one of these is present.
  • the distance between the two second reflecting means 301 and 305 shown by the dotted line and the second surface 12 of the optical means 10, and the two second reflecting means shown in black are different from each other. Is placed.
  • each of the two second reflecting means 301 and 305 shown by the dotted line and the second surface 12 of the optical means 10 is the same, and each of the two second reflecting means 302 and 304 shown in black
  • the distance from the second surface 12 of the optical means 10 is shown to be the same, but this is exemplary, and the distance between all the second reflecting means 301-305 and the second surface 12 of the optical means 10 Of course, all the streets can be arranged differently.
  • FIGS. 29 to 31 may also be applied to both the first and second embodiments.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

본 발명은, 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치에 관한 것으로서, 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단; 상기 광학 수단의 내부에 배치되며, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실 화상광을 제2 반사 수단으로 전달하는 제1 반사 수단; 및 상기 광학 수단의 내부에 배치되며, 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 제2 반사 수단을 포함하고, 상기 광학 수단은 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 제2 반사 수단을 통해 전달되는 증강 현실 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공을 향해 출사하는 제2 면을 가지고, 상기 증강 현실 화상광을 반사시키는 제1 반사 수단의 반사면은 실제 사물 화상광이 입사하는 광학 수단의 제1 면을 향하도록 배치되고, 상기 제2 반사 수단은 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 각각 반사시켜 사용자의 동공으로 전달할 수 있도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 복수개의 반사부로 구성되고, 상기 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들은 상기 제1 반사 수단으로부터의 거리가 멀수록 상기 광학 수단의 제2 면에 더 가깝도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.

Description

고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치
본 발명은 증강 현실용 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크기, 두께, 무게 및 부피를 현저하게 줄일 수 있으며 고스트 이미지를 효율적으로 차단함으로써 보다 선명한 증강 현실용 화상을 제공하는 동시에 넓은 시야각을 제공할 수 있는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치에 관한 것이다.
증강 현실(AR, Augmented Reality)이라 함은, 주지된 바와 같이, 현실 세계의 실제 영상에 컴퓨터 등에 의해 제공되는 가상의 영상이나 이미지를 겹쳐서 제공하는 것을 의미한다.
이러한 증강 현실을 구현하기 위해서는, 컴퓨터와 같은 디바이스에 의해 생성되는 가상의 영상이나 이미지를 현실 세계의 영상에 겹쳐서 제공할 수 있도록 하는 광학계를 필요로 한다. 이러한 광학계로서는 HMD(Head Mounted Display)나 안경형의 장치를 이용하여 가상 영상을 반사 또는 굴절시키는 프리즘 등과 같은 광학 수단을 사용하는 기술이 알려져 있다.
그러나, 이러한 종래의 광학계를 이용한 장치들은, 그 구성이 복잡하여 무게와 부피가 상당하므로 사용자가 착용하기에 불편함이 있고 제조 공정 또한 복잡하므로 제조 비용이 높다는 문제가 있다.
또한, 종래의 장치들은, 사용자가 현실 세계를 응시할 때 초점 거리를 변경하는 경우 가상 영상의 초점이 맞지 않게 된다는 한계가 있다. 이를 해결하기 위하여 가상 영상에 대한 초점 거리를 조절할 수 있는 프리즘과 같은 구성을 이용하거나 사용자의 실제 세계에 대한 초점 거리의 변경에 따라 가상 영상에 대한 초점 거리를 조절할 수 있는 가변형 초점 렌즈를 전기적으로 제어하는 등의 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이러한 기술 또한 가상 영상에 대한 초점 거리를 조절하기 위하여 사용자가 별도의 조작을 해야 하거나 초점 거리의 제어를 위한 별도의 장치, 프로세서 등과 같은 하드웨어 및 소프트웨어를 필요로 한다는 점에서 문제가 있다.
이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이, 사람의 동공보다 작은 크기의 반사부를 이용하여 동공을 통해 가상 영상을 망막에 투영함으로써 증강 현실을 구현할 수 있는 장치를 개발한 바 있다.
도 1은 상기 특허 문헌 1에 개시된 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(100)를 나타낸 도면이다.
도 1의 증강 현실용 광학 장치(100)는, 광학 수단(10), 반사부(30), 화상 출사부(40) 및 프레임부(60)를 포함한다.
광학 수단(10)은 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 투과시키는 수단으로써 예컨대 안경 렌즈일 수 있으며, 그 내부에 반사부(30)가 매립되어 있다. 또한, 광학 수단(10)은 반사부(30)로부터 반사된 증강 현실 화상광을 동공으로 전달하도록 투과시키는 기능도 수행한다.
프레임부(60)는 화상 출사부(40)와 광학 수단(10)을 고정 및 지지하는 수단으로서, 예컨대 안경 테와 같은 것일 수 있다.
화상 출사부(40)는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 출사하는 수단으로서 예컨대 증강 현실용 화상을 화면에 표시하여 증강 현실 화상광을 방사하는 소형 디스플레이 장치와 디스플레이 장치로부터 방사되는 화상광을 평행광으로 시준하기 위한 콜리메이터(collimator)를 구비할 수 있다.
반사부(30)는 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광을 사용자의 동공을 향해 반사시킴으로써 증강 현실용 화상을 제공한다.
도 1의 반사부(30)는, 사람의 동공 크기보다 작은 크기 즉, 8mm 이하로 형성되어 있는데, 이와 같이 반사부(30)를 동공 크기보다 작게 형성하면, 반사부(30)를 통해 동공으로 입사하는 빛에 대한 심도를 거의 무한대에 가깝게 즉, 심도를 매우 깊게 할 수 있다. 여기서, 심도(Depth of Field)라 함은, 초점이 맞는 것으로 인식되는 범위를 말하는데, 심도가 깊어지게 되면 증강 현실용 화상에 대한 초점 거리도 깊어진다는 것을 의미하고 따라서 사용자가 실제 세계를 응시하면서 실제 세계에 대한 초점 거리를 변경하더라도 이와 관계없이 증강 현실용 화상의 초점은 항상 맞는 것으로 인식하게 된다. 이는 일종의 핀홀 효과(pinhole effect)라고 볼 수 있다. 따라서, 사용자가 실제 세계에 존재하는 실제 사물을 응시하면서 초점 거리를 변경하는 것과 상관없이 증강 현실용 화상에 대해서는 항상 선명한 가상 영상을 제공할 수 있다.
그러나, 이러한 기술은 화상 출사부(40)에 평행광을 위한 콜리메이터 등과 같은 추가적인 광학 수단이 필요하므로 장치의 크기, 두께 및 부피가 커진다는 한계가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 화상 출사부(40)에 콜리메이터를 사용하지 않고 광학 수단(10) 내부에 오목 거울과 같은 반사부를 매립하여 배치함으로써 콜리메이터의 기능을 수행하도록 하는 방법을 생각할 수 있는데, 이러한 구성에 의하면 화상 출사부(40)의 크기, 두께 및 부피를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 2는 화상 출사부(40)에 콜리메이터가 구비된 도 1의 증강 현실용 광학 장치(100)와 콜리메이터의 기능을 수행하는 보조 반사부(20)가 내부에 배치된 증강 현실용 광학 장치(100-1)의 측면도를 비교하여 나타낸 것이다.
도 2의 좌측에 도시된 도 1의 증강 현실용 광학 장치(100)는 화상 출사부(40)가 디스플레이 장치(41)와 콜리메이터(42)로 구성되어 있으며, 도 2의 우측의 증강 현실용 광학 장치(100-1)는 화상 출사부(40)가 콜리메이터(42) 없이 디스플레이 장치(41)만으로 구성되어 있음을 알 수 있다.
도 2의 우측의 증강 현실용 광학 장치(100-1)는 화상 출사부(40)에 콜리메이터(42)를 사용하지 않는 대신 광학 수단(10) 내부에 콜리메이터의 기능을 수행할 수 있는 오목 거울 형태의 보조 반사부(20)가 배치되어 있으며, 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광은 보조 반사부(20)에 의해 반사된 후 반사부(30)로 전달되고, 반사부(30)는 전달된 증강 현실 화상광을 동공으로 전달하게 된다.
이와 같이, 도 2의 우측에 나타낸 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(100-1)는 도 1의 증강 현실용 광학 장치(100)와 같은 기능을 수행하면서도, 화상 출사부(40)에 콜리메이터와 같은 구성을 사용하지 않기 때문에 도 2의 좌측에 나타낸 바와 같은 외장형 콜리메이터를 사용하는 증강 현실용 광학 장치(100)에 비해 크기, 부피, 두께, 무게 등의 폼 팩터를 현저하게 줄일 수 있는 장점이 있다.
그러나, 도 2의 우측에 나타낸 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(100-1)는 고스트 이미지를 발생시키는 의도치 않은 실제 사물 화상광도 동공으로 전달할 수 있다는 문제가 있다.
도 3은 증강 현실용 광학 장치(100-1)에서 고스트 이미지의 발생 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 실제 사물로부터의 화상광인 실제 사물 화상광은 광학 수단(10)을 거쳐 동공으로 직접 전달되는 한편, 보조 반사부(20)에 의해 반사되어 동공으로 전달되는 잡광이 존재하며, 잡광에 의해 동공으로 전달된 실제 사물 화상광은 광학 수단(10)을 거쳐 동공으로 직접 전달된 실제 사물 화상광과 다른 위치에 상이 형성되기 때문에 고스트 이미지를 발생시키게 된다.
따라서, 폼 팩터를 줄이기 위하여 보조 반사부(20)를 사용한 도 2와 같은 내장형 콜리메이터를 사용하는 증강 현실용 광학 장치(100-1)에 있어서 발생할 수 있는 고스트 이미지 문제를 해결하는 동시에, 전술한 바와 같이 시야각(FOV, Field of View)을 확장시키고 장치의 크기, 두께, 무게 및 부피를 줄일 수 있으며 증강 현실 화상광에 대한 광 효율을 높일 수 있는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치가 요망되고 있다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 10-1660519호(2016.09.29 공고)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 크기, 두께, 무게 및 부피를 현저하게 줄일 수 있으며 고스트 이미지를 효율적으로 차단하는 동시에 넓은 시야각을 제공할 수 있는 증강 현실용 광학 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 고스트 이미지를 발생시킬 수 있는 실제 세계의 화상광이 사용자의 동공쪽으로 유출되는 것을 최소화함으로써 시스루(see-through)성을 보다 극대화하는 동시에 선명한 가상 이미지를 제공할 수 있으며, 증강 현실 화상광을 동공으로 반사시켜 전달하는 복수개의 반사부들의 배치 구조를 이용함으로써 넓은 시야각을 제공하는 동시에 증강 현실 화상광이 아이박스로 전달되는 광 효율을 개선할 수 있는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치를 제공하는 것을 또다른 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치로서, 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단; 상기 광학 수단의 내부에 배치되며, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 제2 반사 수단으로 전달하는 제1 반사 수단; 및 상기 광학 수단의 내부에 배치되며, 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 제2 반사 수단을 포함하고, 상기 광학 수단은, 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 제2 반사 수단을 통해 전달되는 증강 현실 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공을 향해 출사하는 제2 면을 가지고, 상기 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광은 상기 광학 수단의 내부를 통해 상기 제1 반사 수단으로 전달되거나 상기 광학 수단의 내면에서 전반사되어 제1 반사 수단으로 전달되고, 상기 증강 현실 화상광을 반사시키는 제1 반사 수단의 반사면은, 실제 사물 화상광이 입사하는 광학 수단의 제1 면을 향하도록 배치되고, 상기 제2 반사 수단은, 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 각각 반사시켜 사용자의 동공으로 전달할 수 있도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 복수개의 반사부로 구성되고, 상기 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들은, 상기 제1 반사 수단으로부터의 거리가 멀수록 상기 광학 수단의 제2 면에 더 가깝도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.
여기에서, 상기 제1 반사 수단은 상기 제2 반사 수단을 사이에 두고 화상 출사부와 대향하도록 상기 광학 수단의 내부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 반사 수단의 반사면은 곡면으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 반사 수단의 반사면은 광학 수단의 제1 면쪽으로 오목하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 반사 수단의 폭 방향의 길이는 4mm 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1 반사 수단은, 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러(half mirror)이거나 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 반사 수단은, 굴절 소자 또는 회절 소자로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 반사 수단의 증강 현실 화상광을 반사시키는 반사면의 반대면을 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅한 것일 수 있다.
또한, 상기 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들은, 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 동공을 향해 반사시켜 전달할 수 있도록 상기 광학 수단의 제2 면에 대해 경사각을 가지도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사부 각각은, 4mm 이하의 크기로 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사부 각각의 크기는, 각 반사부의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이일 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사부 각각의 크기는, 사용자의 동공과 각 반사부 사이의 직선에 수직하면서 동공의 중심을 포함하는 평면에 반사부를 투영한 정사영의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이일 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사부 각각은, 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광이 다른 반사부에 의해 차단되지 않도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사부 각각의 크기는 부분적으로 서로 다를 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사부 중 적어도 일부 반사부의 간격을 다른 반사부들의 간격과 다르게 배치할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사부 중 적어도 일부는 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러이거나 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터로 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사부 중 적어도 일부는 굴절 소자 또는 회절 소자로 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사부 중 적어도 일부에 대해서, 증강 현실 화상광을 반사시키는 면의 반대면을 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅한 것일 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사부 중 적어도 일부의 표면을 곡면으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사부 중 적어도 일부의 상기 광학 수단에 대한 경사각은 다른 반사부와 상이하게 형성할 수 있다.
또한, 상기 제2 반사 수단은 복수개로 구성되고, 상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하면, 상기 화상 출사부는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고, 상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 이들 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 제2 반사 수단들은 상기 z축 방향을 따라 서로 평행하게 간격을 두고 배치될 수 있다.
또한, 상기 각각의 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들은, 인접하는 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들 중 어느 하나와 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하도록 나란하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 각각의 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들 중 적어도 일부는, 인접하는 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들에 대해 z축에 평행한 가상의 직선 상에 나란하게 위치하지 않도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하면, 화상 출사부는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고, 상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 이들 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 반사부들은 상기 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 연장된 바 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 반사 수단은, 상기 x축 방향에서 보았을 때, 중앙 부분에서 좌우의 양 단부쪽으로 갈수록 제2 반사부에 더 가깝도록 연장되어 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치로서, 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단; 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되며, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 제2 반사 수단으로 전달하는 제1 반사 수단; 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달하도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 복수개의 반사부를 포함하는 제2 반사 수단을 포함하고, 상기 광학 수단은, 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 제2 반사 수단을 통해 전달되는 증강 현실 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공을 향해 출사하는 제2 면을 가지고, 상기 제2 반사 수단은, 상기 제1 반사 수단으로부터의 거리와 관계없이 상기 광학 수단의 제2 면에 대해 동일한 거리를 갖거나 제1 반사 수단으로부터의 거리가 멀수록 상기 광학 수단의 제2 면에 대해 더 멀도록 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 반사부들로 구성되는 제1 반사부 그룹; 및 상기 제1 반사 수단으로부터의 거리가 멀수록 상기 광학 수단의 제2 면에 대해 더 가깝도록 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 반사부들로 구성되는 제2 반사부 그룹으로 구성되고, 상기 제2 반사부 그룹과 상기 제1 반사 수단의 거리는 상기 제1 반사부 그룹과 상기 제1 반사 수단의 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.
여기에서, 상기 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광은 상기 광학 수단의 내부를 통해 상기 제1 반사 수단으로 전달되거나 상기 광학 수단의 내면에서 적어도 1회 이상 전반사되어 제1 반사 수단으로 전달될 수 있다.
또한, 상기 증강 현실 화상광을 반사시키는 제1 반사 수단의 반사면은, 실제 사물 화상광이 입사하는 광학 수단의 제1 면을 향하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 반사 수단의 반사면은 곡면으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 반사 수단의 반사면은 광학 수단의 제1 면쪽으로 오목하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 반사 수단의 폭 방향의 길이는 4mm 이하일 수 있다.
또한, 상기 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들은, 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 동공을 향해 반사시켜 전달할 수 있도록 상기 광학 수단의 제2 면에 대해 경사각을 가지도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사부 각각은, 4mm 이하의 크기로 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사부들 중 적어도 일부는 하프 미러, 굴절 소자 또는 회절 소자 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사부들 중 적어도 일부는, 증강 현실 화상광을 반사시키는 면의 반대면에 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅될 수 있다.
또한, 상기 제2 반사 수단은 복수개로 구성되고, 상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하면, 상기 화상 출사부는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고, 상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 이들 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 제2 반사 수단들은 상기 z축 방향을 따라 서로 평행하게 간격을 두고 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2 반사 수단 각각은, 각각의 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들이, 인접하는 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들 중 어느 하나와 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하도록 나란하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2 반사 수단 각각은, 복수개의 제2 반사 수단 각각을 구성하는 복수개의 반사부들 중 적어도 일부가, 인접하는 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들에 대해 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 나란하게 위치하지 않도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하면, 화상 출사부는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고, 상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 이들 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 반사부들은 상기 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 연장된 바 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 반사 수단은, x축 방향에서 보았을 때, 중앙 부분에서 좌우의 양 단부쪽으로 갈수록 제2 반사 수단에 더 가깝도록 연장되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광이 광학 수단으로 입사하는 제3 면이 굴절능을 가지도록 곡면으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 화상 출사부와 상기 제3 면 사이에 보조 광학 수단이 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2 반사 수단은 복수개로 구성되고, 상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 z축이라 할 때, 상기 각각의 제2 반사 수단과 광학 수단의 제2 면과의 거리가 모두 동일하지는 않도록 배치되는 제2 반사 수단이 적어도 하나 이상 존재할 수 있다.
본 발명에 의하면, 크기, 두께, 무게 및 부피를 현저하게 줄일 수 있으며 고스트 이미지를 효율적으로 차단하는 동시에 넓은 시야각을 제공할 수 있는 증강 현실용 광학 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 고스트 이미지를 발생시킬 수 있는 실제 세계의 화상광이 사용자의 동공쪽으로 유출되는 것을 최소화함으로써 시스루(see-through)성을 보다 극대화하는 동시에 선명한 가상 이미지를 제공할 수 있으며, 증강 현실 화상광을 동공으로 반사시켜 전달하는 복수개의 반사부들의 배치 구조를 이용함으로써 넓은 시야각을 제공하는 동시에 증강 현실 화상광이 아이박스로 전달되는 광 효율을 개선할 수 있는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 상기 특허 문헌 1에 개시된 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(100)를 나타낸 도면이다.
도 2는 화상 출사부(40)에 콜리메이터가 구비된 도 1의 증강 현실용 광학 장치(100)와 콜리메이터의 기능을 수행하는 보조 반사부(20)가 내부에 배치된 증강 현실용 광학 장치(100-1)의 측면도를 비교하여 나타낸 것이다.
도 3은 증강 현실용 광학 장치(100-1)에서 고스트 이미지의 발생 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치(200)의 구성을 설명하기 위한 도면으로서, 도 4는 증강 현실용 광학 장치(200)의 측면도이고 도 5는 증강 현실용 광학 장치(200)의 사시도이다.
도 6은 제1 반사 수단(20)이 고스트 이미지를 차단하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제1 실시예의 변형 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(300)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 7은 증강 현실용 광학 장치(300)의 사시도이고 도 8은 증강 현실용 광학 장치(300)의 정면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제1 실시예의 또 다른 변형 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(400)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 9는 증강 현실용 광학 장치(400)의 사시도이고, 도 10은 증강 현실용 광학 장치(400)의 정면도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제1 실시예의 또 다른 변형 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(500)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 11은 증강 현실용 광학 장치(500)의 사시도이고, 도 12는 증강 현실용 광학 장치(500)의 정면도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(600)의 측면도 및 사시도를 나타낸 것이다.
도 15 내지 도 20은 광학 수단(10)의 내면에서의 전반사 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 제2 실시예의 변형 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(700)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 21은 증강 현실용 광학 장치(700)의 사시도이고 도 22는 증강 현실용 광학 장치(700)의 정면도이다.
도 23 및 도 24는 본 발명의 제2 실시예의 또 다른 변형 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(800)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 23은 증강 현실용 광학 장치(800)의 사시도이고, 도 24는 증강 현실용 광학 장치(800)의 정면도이다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 제2 실시예의 또 다른 변형 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(900)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 25는 증강 현실용 광학 장치(900)의 사시도이고, 도 26은 증강 현실용 광학 장치(900)의 정면도이다.
도 27은 본 발명의 제3 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(1000)의 측면도이다.
도 28은 본 발명의 제3 실시예의 변형 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(1100)의 측면도이다.
도 29 내지 도 31은 본 발명의 제4 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(1200)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 29는 증강 현실용 광학 장치(1200)를 동공(50)쪽에서 바라 본 정면도, 도 30은 증강 현실용 광학 장치(1200)를 z축에 수직한 면을 향해 바라보았을 때의 측면도이고, 도 31은 증강 현실용 광학 장치(1200)를 y축에 수직한 면을 향해 바라보았을 때의 평면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
[제1 실시예]
우선, 도 4 내지 도 12를 참조하여 본 발명에 의한 제1 실시예 및 이들의 변형 실시예에 대해 설명한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치(200, 이하 간단히 "증강 현실용 광학 장치(200)"라 한다)의 구성을 설명하기 위한 도면으로서, 도 4는 증강 현실용 광학 장치(200)의 측면도이고 도 5는 증강 현실용 광학 장치(200)의 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예의 증강 현실용 광학 장치(200)는, 광학 수단(10), 제1 반사 수단(20) 및 제2 반사 수단(30)을 포함한다.
광학 수단(10)은, 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공(50)을 향해 투과시키는 수단이다.
여기에서, 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 동공(50)을 향해 투과시킨다는 것은 실제 사물 화상광의 빛 투과율이 반드시 100%일 필요는 없다는 의미이다.
광학 수단(10)은, 서로 대향하도록 배치된 제1 면(11)과 제2 면(12)을 구비한다. 제1 면(11)은 실제 사물 화상광이 입사하는 면이고, 제2 면(12)은 제2 반사 수단(30)에서 반사된 증강 현실 화상광 및 제1 면(11)을 통과한 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공(50)을 향해 출사하는 면이다.
도 4 및 도 5에서는, 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광이 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 전반사되어 제1 반사 수단(20)으로 전달되는 전반사 구조를 나타내었으나, 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 전반사에 의하지 않고 광학 수단(10)의 내부를 통해 직접 제1 반사 수단(20)으로 전달될 수도 있다.
전반사 구조를 사용하지 않는 경우, 즉, 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광이 제1 반사 수단(20)으로 직접 전달되는 경우에는, 제1 반사 수단(20)의 각도를 고려하여 화상 출사부(40)를 광학 수단(10)의 외부 또는 내부의 적절한 위치에 배치할 수 있다.
광학 수단(10)의 내면에서 전반사되는 전반사 구조를 사용하는 경우, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 전반사되어 제1 반사 수단(20)으로 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 제2 반사 수단(30)에서 다시 반사되어 광학 수단(10)의 제2 면(12)을 통해 동공(50)으로 출사한다.
여기에서, 제2 반사 수단(30)은 복수개의 반사부(31~35)로 구성되며, 본 명세서에서 제2 반사 수단(30)은 복수개의 반사부(31~35)를 통칭하는 것으로 한다. 제2 반사 수단(30)의 상세 구성에 대해서는 후술한다.
화상 출사부(40)는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 출사하는 수단이다. 화상 출사부(40)는, 전술한 바와 같이 증강 현실 화상광을 제1 반사 수단(20)으로 출사하거나 광학 수단(10)의 제1 면(11) 쪽으로 출사하며, 예컨대 소형의 LCD와 같은 디스플레이 장치일 수 있다. 이러한 화상 출사부(40) 자체는 본 발명의 직접적인 목적이 아니며 종래 기술에 의해 알려져 있는 것이므로 여기에서는 상세 설명은 생략한다. 다만, 본 실시예에서의 화상 출사부(40)는 앞서 발명의 배경이 되는 기술 부분에서 설명한 바와 같이 콜리메이터와 같은 구성은 포함하지 않는다
한편, 증강 현실용 화상이라 함은, 화상 출사부(40), 광학 수단(10), 제1 반사 수단(20) 및 제2 반사 수단(30)을 통해 사용자의 동공(50)으로 전달되는 가상 화상을 의미하며, 이미지 형태의 정지 영상이거나 동영상과 같은 것일 수 있다.
이러한 증강 현실용 화상은 화상 출사부(40), 광학 수단(10), 제1 반사 수단(20) 및 제2 반사 수단(30)에 의해 사용자의 동공(50)으로 전달됨으로써 사용자에게 가상 화상으로서 제공되고, 이와 동시에 사용자는 실제 세계에 존재하는 실제 사물로부터 출사되는 실제 사물 화상광을 광학 수단(10)을 통해 전달받음으로써 증강 현실 서비스를 제공받을 수 있게 된다.
제1 반사 수단(20)은, 광학 수단(10)의 내부에 배치되며, 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광을 제2 반사 수단(30)으로 전달하는 수단이다.
전술한 바와 같이, 화상 출사부(40)는 제1 반사 수단(20) 또는 광학 수단(10)의 제1 면(11)을 향해 증강 현실 화상광을 출사한다. 전반사 구조를 사용하는 경우, 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 전반사된 증강 현실 화상광은 제1 반사 수단(20)으로 전달되며, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 제2 반사 수단(30)으로 전달되고 제2 반사 수단(30)에서 다시 반사되어 동공(50)을 향해 출사된다.
전반사 구조가 아닌 경우, 화상 출사부(40)에서 출사된 증강 현실 화상광은 제1 반사 수단(20)으로 직접 전달되고 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 제2 반사 수단(30)으로 전달된다. 제2 반사 수단(30)으로 전달된 증강 현실 화상광은 제2 반사 수단(30)에서 다시 반사되어 동공(50)을 향해 출사한다.
제1 반사 수단(20)은, 전반사 구조를 사용하는 경우, 제2 반사 수단(30)을 사이에 두고 화상 출사부(40)와 대향하도록 광학 수단(10)의 내부에 배치된다.
또한, 제1 반사 수단(20)은 제2 반사 수단(30)을 향해 증강 현실용 화상광을 반사시킬 수 있도록 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이의 내부에 매립 배치된다. 즉, 제1 반사 수단(20)은 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광 또는 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 반사되어 전달되는 증강 현실 화상광을 제2 반사 수단(30)으로 반사시켜 전달할 수 있도록 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이의 광학 수단(10)의 내부에 매립 배치된다. 여기에서, 매립 배치된다는 것은, 제1 반사 수단(20)이 광학 수단(10)의 제1 면(11) 및 제2 면(12)과 거리를 두고 이격되어 광학 수단(10)의 내부 공간에 배치된다는 것을 의미한다.
또한, 제1 반사 수단(20)은, 증강 현실 화상광을 반사시키는 제1 반사 수단(20)의 반사면(21)이 실제 사물 화상광이 입사하는 광학 수단(10)의 제1 면(11)을 향하도록 광학 수단(10)의 내부에 배치된다. 이러한 구성에 의하여, 제1 반사 수단(20)은, 증강 현실 화상광을 제2 반사 수단(30)으로 전달하는 한편, 실제 사물로부터 출사되는 실제 사물 화상광 중에서 고스트 이미지를 발생시키는 잡광이 제2 반사 수단(30) 또는 광학 수단(10)의 제2 면(12)을 통해 동공(50)으로 전달되지 않고 걸러내는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 제1 반사 수단(20)의 반사면(21)은 곡면으로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 반사 수단(20)의 반사면(21)은 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이 광학 수단(10)의 제1 면(11) 방향으로 오목하게 형성된 오목 거울일 수 있으며, 이러한 경우 제1 반사 수단(20)이 화상 출사부(40)에서 출사된 증강 현실 화상광을 시준시키는 콜리메이터(collimator)로서의 역할을 수행할 수 있고, 따라서 화상 출사부(40)에 콜리메이터와 같은 구성을 사용할 필요가 없다.
도 6은 제1 반사 수단(20)이 고스트 이미지를 차단하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에서는 설명의 편의를 위해, 제2 반사 수단(30)은 생략하였다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 실제 사물로부터 출사되어 고스트 이미지를 발생시킬 수 있는 실제 사물 화상광(잡광)은 제1 반사 수단(20)으로 입사하는데, 전술한 바와 같이, 제1 반사 수단(20)은 실제 사물 화상광이 입사하는 광학 수단(10)의 제1 면(11)을 향하도록 배치되어 있으므로, 제1 반사 수단(20)의 반사면(21)에서 반사된 실제 사물 화상광(잡광)은 광학 수단(10)의 제2 면(12)을 향해 출사하고, 광학 수단(10)의 제2 면(12)에서 다시 전반사되어 화상 출사부(40) 방향으로 전달됨을 알 수 있다. 따라서, 실제 사물로부터 출사되어 고스트 이미지를 발생시킬 수 있는 잡광인 실제 사물 화상광은 광학 수단(10) 내부에서 소멸되고, 동공(50)쪽으로 유출되지 않음을 알 수 있다.
다만, 이러한 원리는 제1 반사 수단(20)에서 반사된 실제 사물 화상광(잡광)이 광학 수단(10)의 외부로 유출되지 않기 위한 기본적인 원리를 설명한 것으로서, 실제로는 광학 수단(10)의 형태, 굴절률, 눈과 제1 반사 수단(20)의 위치, 동공 크기 및 아이릴리프(eye relief) 등을 고려하여 제1 반사 수단(20)에 반사되어 동공(50)으로 들어오는 외부광(잡광)을 최소화 시킬 수 있도록 제1 반사 수단(20)의 위치와 방향이 적절히 조절되어야 한다.
한편, 후술하는 바와 같이 제2 반사 수단(30)의 크기는 사람의 일반적인 동공의 크기인 8mm 이하로, 보다 바람직하게는 4mm 이하로 형성되는데, 이러한 점을 고려하여 제1 반사 수단(20)의 폭 방향의 길이는 제2 반사 수단(30)의 크기에 상응하도록 8mm 이하로, 보다 바람직하게는 4mm 이하로 형성한다.
여기에서, 제1 반사 수단(20)의 폭 방향의 길이란, 도 4 및 도 5에서는 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이의 방향의 길이를 의미한다.
또한, 제1 반사 수단(20)의 폭 방향의 길이는, 도 5에서 외부에서 z축 방향에 수직한 면을 향해 제1 반사 수단(20)를 바라볼 때, 제1 반사 수단(20)의 양 단부 사이의 길이일 수도 있다.
또한, 제1 반사 수단(20)은, 사용자가 동공(50)을 통해 제1 반사 수단(20)을 가급적 거의 인식할 수 없도록 하기 위하여 사용자가 동공(50)을 통해 정면에서 광학 수단(10)을 바라보았을 때 보이는 두께를 매우 얇게 하는 것이 바람직하다
또한, 제1 반사 수단(20)은 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러(half mirror)와 같은 수단으로 구성할 수도 있다.
또한, 제1 반사 수단(20)은 반사 수단 이외의 기타 굴절 소자 또는 회절 소자로 형성할 수도 있다.
또한, 제1 반사 수단(20)은 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터(notch filter) 등과 같은 광학 소자로 형성할 수도 있다.
또한, 제1 반사 수단(20)의 증강 현실 화상광을 반사시키는 반사면(21)의 반대면을 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅할 수도 있다.
다시 도 4 및 도 5를 참조하여 제2 반사 수단(30)에 대해 설명한다.
제2 반사 수단(30)은, 광학 수단(10)의 내부에 배치되며, 제1 반사 수단(20)으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공(50)을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 수단이며, 복수개의 반사부(31~35)로 형성된다.
복수개의 반사부(31~35)는, 제1 반사 수단(20)으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 각각 반사시켜 사용자의 동공(50)으로 전달할 수 있도록 광학 수단(10)의 내부에 매립 배치된다. 즉, 복수개의 반사부(31~35) 또한 광학 수단(10)의 제1 면(11) 및 제2 면(12)과 거리를 두고 이격되어 광학 수단(10)의 내부 공간에 배치된다.
전술한 바와 같이, 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광은 제1 반사 수단(20)을 통해 제2 반사 수단(30)으로 전달되므로, 제2 반사 수단(30)을 구성하는 복수개의 반사부(31~35)들은 제1 반사 수단(20)과 동공(50)의 위치를 고려하여 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 대해 적절한 경사각을 가지도록 배치된다.
복수개의 반사부(31~35)들은, 앞서 발명의 배경이 되는 기술에서 설명한 바와 같이, 심도를 깊게 하여 핀홀 효과를 얻을 수 있도록 사람의 동공 크기보다 작은 크기 즉, 8mm 이하, 보다 바람직하게는 4mm 이하로 형성된다.
즉, 복수개의 반사부(31~35)들은, 사람의 일반적인 동공 크기보다 작은 크기로 형성되는데, 이에 의해 각 반사부(31~35)를 통해 동공(50)으로 입사하는 빛에 대한 심도(Depth of Field)를 거의 무한대에 가깝게 즉, 심도를 매우 깊게 할 수 있고, 따라서 사용자가 실제 세계를 응시하면서 실제 세계에 대한 초점 거리를 변경하더라도 이와 관계없이 증강 현실용 화상의 초점은 항상 맞는 것으로 인식하게 하는 핀홀 효과(pinhole effect)를 발생시킬 수 있다.
여기에서, 복수개의 반사부(31~35) 각각의 크기라 함은, 각 반사부(31~35)의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이를 의미하는 것으로 정의한다.
또한, 복수개의 반사부(31~35) 각각의 크기는, 동공(50)과 반사부(31~35) 사이의 직선에 수직하면서 동공(50)의 중심을 포함하는 평면에 각 반사부(31~35)를 투영한 정사영의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이일 수 있다.
한편, 본 발명에서, 반사부(31~35)의 크기가 지나치게 작은 경우에는 반사부(31~35)에서의 회절(diffraction) 현상이 커질 수 있기 때문에, 반사부(31~35) 각각의 크기는 예컨대 0.3mm 보다는 큰 것이 바람직하다.
또한, 반사부(31~35)들 각각의 형상은 원형인 것이 바람직하다. 이 때, 반사부(31~35)들의 형상은 동공(50)에서 반사부(31~37)를 바라보았을 때 원형으로 보이도록 형성할 수도 있다.
한편, 복수개의 반사부(31~35) 각각은 제1 반사 수단(20)으로부터 전달되는 증강 현실 화상광이 다른 반사부(31~35)들에 의해 차단되지 않도록 배치된다. 이를 위하여, 복수개의 반사부(31~35)들은, 도 4 및 도 5의 실시예에서는, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 증강 현실 화상광이 동공(50)을 향해 출사하는 광학 수단(10)의 내면 즉, 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 더 가깝도록 광학 수단(10)의 내부에 배치될 수 있다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 광학 수단(10)을 사용자의 동공(50) 정면에 두었을 때, 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 하면, 화상 출사부(40)는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단(10)의 외부 또는 내부에 배치된다.
이 때, 화상 출사부(40)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 이들 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 복수개의 반사부(31~35)들은, 외부에서 상기 z축에 수직한 면을 향해 광학 수단(10)을 바라보았을 때, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 더 가깝도록 광학 수단(10)의 내부에 배치된다.
이러한 구성에 의하면, 화상 출사부(40)의 어느 한 점에서 출사한 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 전반사되어 콜리메이터로서의 기능을 수행하는 제1 반사 수단(20)으로 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 복수개의 반사부(31~35)로 각각 전달되고, 각각의 반사부(31~35)에서 반사된 증강 현실 화상광은 동공(50)을 통해 사용자의 망막의 한 점으로 전달되어 상을 형성함을 알 수 있다.
여기에서, 복수개의 반사부(31~35)들의 크기는 전부 동일할 필요는 없으며, 부분적으로 서로 다르게 할 수도 있다.
또한, 복수개의 반사부(31~35)들은 서로 동일한 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하지만, 적어도 일부의 반사부(31~35)들의 간격을 다른 반사부(31~35)들의 간격과 다르게 배치할 수도 있다.
또한, 복수개의 반사부(31~35) 중 적어도 일부는 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러(half mirror)와 같은 수단으로 구성할 수도 있다.
또한, 복수개의 반사부(31~35) 중 적어도 일부는, 반사 수단 이외의 기타 굴절 소자 또는 회절 소자로 형성할 수도 있다.
또한, 복수개의 반사부(31~35) 중 적어도 일부는 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터(notch filter) 등과 같은 광학 소자로 구성될 수 있다.
또한, 복수개의 반사부(31~35) 중 적어도 일부에 대해서, 증강 현실 화상광을 반사시키는 면의 반대면을 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅할 수도 있다.
또한, 복수개의 반사부(31~35) 중 적어도 일부의 표면을 곡면으로 형성할 수도 있다. 여기에서, 상기 곡면은 오목면 또는 볼록면일 수 있다.
또한, 복수개의 반사부(31~35) 중 적어도 일부의 광학 수단(10)에 대한 경사각은 다른 반사부(31~35)와 상이하게 형성할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제1 실시예의 변형 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(300)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 7은 증강 현실용 광학 장치(300)의 사시도이고 도 8은 증강 현실용 광학 장치(300)의 정면도이다.
도 7 및 도 8의 증강 현실용 광학 장치(300)는, 도 4 내지 도 6의 증강 현실용 광학 장치(200)와 기본적인 구성은 동일하되, 복수개의 반사부(31~35)들로 구성되는 제2 반사 수단(301~304)이 복수개로 형성된 것을 특징으로 한다.
여기에서, 복수개의 제2 반사 수단(301~304)은, 다음과 같은 배치 구조를 갖는다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 광학 수단(10)을 사용자의 동공(50) 정면에 두었을 때, 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 하면, 화상 출사부(40)는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단(10)의 외부 또는 내부에 배치된다.
또한, 화상 출사부(40)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 이들 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 복수개의 제2 반사 수단(301~304)들은 상기 z축 방향을 따라 서로 평행하게 간격을 두고 배치된다.
여기에서, 각각의 제2 반사 수단(301~304)을 구성하는 복수개의 반사부(31~35)들 각각은, 인접하는 제2 반사 수단(301~304), 즉, 양 옆의 제2 반사 수단(301~304)을 구성하는 복수개의 반사부(31~35)들 중 어느 하나와 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하도록 나란하게 배치될 수 있다. 이 경우, 광학 수단(10)을 z축에 수직한 평면을 향해 바라보면 복수개의 제2 반사 수단(301~304)들은 도 4에서 나타낸 것과 동일하게 보이게 된다.
도 7 및 도 8의 실시예에 의하면, 도 4 내지 도 6의 증강 현실용 광학 장치(200)와 동일한 작용 효과를 가지면서 z축 방향의 시야각 및 아이박스(eye box)를 넓힐 수 있는 장점이 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제1 실시예의 또 다른 변형 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(400)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 9는 증강 현실용 광학 장치(400)의 사시도이고, 도 10은 증강 현실용 광학 장치(400)의 정면도이다.
도 9 및 도 10의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(400)는, 도 7 및 도 8에서 설명한 증강 현실용 광학 장치(300)와 기본적으로 동일하지만, 복수개의 제2 반사 수단(301~304) 각각을 구성하는 복수개의 반사부(31~35)들 중 적어도 일부는, 인접하는 제2 반사 수단(301~304)을 구성하는 복수개의 반사부(31~35)들에 대해 z축에 평행한 가상의 직선 상에 나란하게 위치하지 않도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
즉, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, z축의 오른쪽 방향으로부터 서로 인접하는 첫번째 제2 반사 수단(301)의 반사부(31~35)들과 두번째 제2 반사 수단(302)의 반사부(31~35)들을 y축 방향의 위쪽(화상 출사부(40)쪽)으로부터 순서대로 비교해 보면, 첫번째 제2 반사 수단(301)의 각각의 반사부(31~35)들은 두번째 제2 반사 수단(302)의 모든 반사부(31~35)들과 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하지 않도록 배치되어 있음을 알 수 있다. 즉, 첫번째 제2 반사 수단(301)의 반사부(31~35)들과 두번째 제2 반사 수단(302)의 반사부(31~35)들은 z축 방향에 수직한 면을 향해 외부에서 바라볼 때 z축에 평행하게 나란히 정렬되어 있지 않고 서로 엇갈리게 배치되어 있음을 알 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제1 실시예의 또 다른 변형 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(500)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 11은 증강 현실용 광학 장치(500)의 사시도이고, 도 12는 증강 현실용 광학 장치(500)의 정면도이다.
도 11 및 도 12의 증강 현실용 광학 장치(500)는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 실시예와 기본적으로 동일하되, 복수개의 반사부(31~35)가 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 연장된 바(bar) 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.
즉, 앞서 설명한 바와 같이, 광학 수단(10)을 사용자의 동공(50) 정면에 두었을 때, 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 하면, 화상 출사부(40)는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단(10)의 외부 또는 내부에 배치된다.
또한, 화상 출사부(40)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 복수개의 반사부(31~35)들은 상기 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 연장된 바(bar) 형태로 형성된다.
본 실시예의 경우에도, z축에 수직한 평면을 향해 광학 수단(10)을 바라보았을 때 복수개의 반사부(31~35)들은 도 4에서 나타낸 바와 동일하게 보이게 된다.
한편, 도 4 내지 도 12의 실시예에서, 제1 반사 수단(20)은, x축에 수직한 면을 향해 광학 수단(10)을 바라 보았을 때, 중앙 부분에서 좌우의 양 단부쪽으로 갈수록 제2 반사 수단(301~304)에 더 가깝도록 연장되어 형성되어, 전체적으로 완만한 "U"자의 바 형태로 형성된다.
이 때, 제1 반사 수단(20)의 z축 방향으로의 전체적인 길이는, 복수개의 제2 반사 수단(301~304) 전체의 z축 방향의 길이에 상응하거나 이보다는 약간 길도록 연장 형성될 수 있다.
이 경우에도, 제1 반사 수단(20)의 폭 방향의 길이는 4mm 이하로 형성되고, 증강 현실 화상광을 반사시키는 반사면(21)이 실제 사물 화상광이 입사하는 방향인 광학 수단(10)의 제1 면(11)을 향하여 오목한 형태로 형성될 수 있다.
[제2 실시예]
이하, 도 13 내지 도 31을 참조하여 본 발명에 의한 제2 실시예 및 제2 실시예의 변형 실시예에 대해 설명한다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(600)의 측면도 및 사시도를 나타낸 것이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 실시예의 증강 현실용 광학 장치(600)는, 광학 수단(10), 제1 반사 수단(20) 및 제2 반사 수단(30)을 포함한다.
본 실시예에의 증강 현실용 광학 장치(600)는, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 증강 현실용 광학 장치(200)와 기본적으로 동일하되, 제2 반사 수단(30)을 구성하는 복수개의 반사부(31~35)의 배치 구조에서 차이가 있다.
즉, 도 13 및 도 14의 증강 현실용 광학 장치(600)의 제2 반사 수단(30)을 복수개의 반사부(31,32)로 구성되는 제1 반사부 그룹(30A)과 복수개의 반사부(33~35)로 구성되는 제2 반사부 그룹(30B)으로 구성하되, 제2 반사부 그룹(30B)과 제1 반사 수단(20)의 거리를 제1 반사부 그룹(30A)과 제1 반사 수단(20)의 거리보다 작도록 배치한 것을 특징으로 한다.
여기에서, 제1 반사부 그룹(30A)을 구성하는 복수개의 반사부(31,32)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 대해 더 멀도록 광학 수단(10)의 내부에 매립되어 배치된다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 복수개의 반사부(31,32)는 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리와 관계없이 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 대해 동일한 거리를 가질 수도 있다.
또한, 제2 반사부 그룹(30B)을 구성하는 복수개의 반사부(33~35)는, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 대해 더 가깝도록 광학 수단(10)의 내부에 매립되어 배치된다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 광학 수단(10)을 사용자의 동공(50) 정면에 두었을 때, 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 하면, 화상 출사부(40)는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단(10)의 외부 또는 내부에 배치된다.
또한, 화상 출사부(40)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 이들 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, z축에 수직한 면을 향해 광학 수단(10)을 보았을 때, 복수개의 반사부(31~35)들은 도 13에 나타낸 것처럼 전체적으로 완만한 "C"자형으로 배치된 것으로 보이게 된다.
도 13 및 도 14에서는 제1 반사부 그룹(30A)을 구성하는 복수개의 반사부(31,32)가 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 대해 더 멀어지게 배치된 형태만을 나타내었으나, 제1 반사부 그룹(30A)을 구성하는 복수개의 반사부(31,32)는 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리와 관계없이 광학 수단의 제2 면(12)에 대해 동일한 거리를 가지도록 배치될 수도 있다.
여기에서, 광학 수단(10)의 제1 면(11) 및 제2 면(12) 중 적어도 어느 하나가 곡면으로 형성되거나 동공(50) 중심으로부터 정면 방향으로의 직선, 즉, x축에 대한 수직 평면과 평행하지 않고 경사각을 가지도록 형성되는 경우가 있을 수 있으므로, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 더 멀게 배치된다는 것은, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 동공(50)으로부터 정면 방향으로의 직선에 대한 수직 평면으로서 제2 면(12)과 동공(50) 사이에 존재하는 수직 평면에 더 멀게 배치되는 것을 의미한다.
마찬가지로 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(10)의 제2 면(12)에서 더 가깝게 배치된다는 것은, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 동공(50)으로부터 정면 방향으로의 직선에 대한 수직 평면으로서 제2 면(12)과 동공(50) 사이에 존재하는 수직 평면에서 더 가깝게 위치하도록 배치된다는 것을 의미한다.
이러한 구성에 의하면, 도 13에 나타낸 바와 같이, 화상 출사부(40)의 어느 한 점에서 출사한 증강 현실 화상광은 콜리메이터의 기능을 수행하는 제1 반사 수단(20)에 의해 반사되어 복수개의 반사부(31~35)로 각각 전달되고, 각각의 반사부(31~35)에서 반사된 증강 현실 화상광은 동공(50)을 통해 사용자의 망막의 한 점으로 전달되어 상을 형성함을 알 수 있다.
한편, 도 13 및 도 14에서는, 제1 반사부 그룹(30A)은 서로 인접하는 반사부(31,32)에 의해 연속적으로 구성된 것으로 나타내었으나, 이는 예시적인 것이며, 예컨대, 인접하지 않는 반사부에 의해 제1 반사부 그룹(30A)을 구성할 수도 있다. 이는 제2 반사부 그룹(30B)의 경우에도 마찬가지이다.
또한, 제1 반사부 그룹(30A) 및 제2 반사부 그룹(30B)은 복수개로 구성할 수도 있음은 물론이다.
또한, 제2 반사 수단(30)을 구성하는 복수개의 반사부(31~35)들 전부가 제1 반사부 그룹(30A) 및 제2 반사부 그룹(30B) 중 어느 하나에 반드시 포함되어야 하는 것은 아니며, 제2 반사 수단(30)을 구성하는 복수개의 반사부(31~35) 중 일부만으로 제1 반사부 그룹(30A) 및 제2 반사부 그룹(30B)을 구성할 수도 있다.
한편, 도 13 및 도 14의 실시예에서, 제2 반사 수단(30)의 기타 구성상의 특징과, 광학 수단(10) 및 제1 반사 수단(20)은 앞서 도 4 내지 도 12를 참조하여 설명한 제1 실시예와 동일하므로, 상세 설명은 생략한다.
한편, 제2 실시예에서도, 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광이 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 1회 전반사된 후 제1 반사 수단(20)으로 전달되는 것으로 설명하였으나, 전반사 없이 또는 2회 이상 전반사되는 구성도 가능하다
도 15 내지 도 20은 광학 수단(10)의 내면에서의 전반사 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 광학 수단(10)의 내면에서 전반사가 이루어지지 않는 경우를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 전반사 없이 제1 반사 수단(20)으로 광학 수단(10)의 내부를 통해 직접 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 제2 반사 수단(30) 즉, 복수개의 반사부(31~35)에서 반사되어 동공(50)으로 전달됨을 알 수 있다.
도 16은 광학 수단(10)의 내면에서 2회 전반사가 이루어지는 경우를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 전반사되어 제1 반사 수단(20)으로 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 다시 광학 수단(10)의 제1 면(11) 쪽으로 출사되어 제1 면(11)에서 다시 전반사된 후 제2 반사 수단(30)으로 전달되고, 여기에서 다시 반사되어 동공(50)으로 전달됨을 알 수 있다.
도 16은 z축에 수직한 면을 향해 도 15의 광학 수단(10)을 바라볼 때, 도 15의 광학 수단(10)을 x축 상에서 이등분한 후, 이등분선을 제1 면(11)으로 하고, 이를 기준으로 도 15의 제1 반사 수단(20)을 대칭 이동시키는 것과 실질적으로 동일함을 알 수 있다.
도 17은 광학 수단(10)의 내면에서 전반사가 이루어지지 않는 또 다른 경우를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 전반사 없이 제1 반사 수단(20)으로 광학 수단(10)의 내부를 통해 직접 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 제2 반사 수단(30) 즉, 복수개의 반사부(31~35)에서 반사되어 동공(50)으로 전달됨을 알 수 있다.
도 17의 예는 도 15와 유사하지만 화상 출사부(40)의 위치 및 제1 반사 수단(20)의 위치 및 각도에서 차이가 있다.
도 18은 광학 수단(10)의 내면에서 1회 전반사가 이루어지는 또 다른 경우를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 제1 반사 수단(20)으로 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11) 쪽으로 출사되고, 제1 면(11)에서 다시 전반사된 후 제2 반사 수단(30)으로 전달되고, 여기에서 다시 반사되어 동공(50)으로 전달됨을 알 수 있다.
도 18은 z축 방향에 수직한 면을 향해 도 17의 광학 수단(10)을 바라볼 때 도 17의 광학 수단(10)을 x축 상에서 이등분한 후, 이등분선을 제1 면(11)으로 하고, 이를 기준으로 도 17의 제1 반사 수단(20)을 대칭 이동시키는 것과 실질적으로 동일함을 알 수 있다.
도 19는 광학 수단(10)의 내면에서 전반사가 이루어지지 않는 또 다른 예를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 전반사 없이 제1 반사 수단(20)으로 광학 수단(10)의 내부를 통해 직접 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 제2 반사 수단(30) 즉, 복수개의 반사부(31~35)에서 반사되어 동공(50)으로 전달됨을 알 수 있다.
도 19의 예는 도 15 및 도 17과 유사하지만 화상 출사부(40)의 위치 및 크기와 제1 반사 수단(20)의 위치 및 각도에서 차이가 있다.
도 20은 광학 수단(10)의 내면에서 2회 전반사가 이루어지는 또 다른 경우를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 제1 반사 수단(20)으로 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제2 면(12) 쪽으로 출사되고, 제2 면(12)에서 다시 전반사된 후 제1 면(11)으로 전달되고, 제1 면(11)에서 다시 전반사되어 제2 반사 수단(30)으로 전달되고, 여기에서 다시 반사되어 동공(50)으로 전달됨을 알 수 있다.
도 20은 z축에 수직한 면을 향해 도 19의 광학 수단(10)을 바라볼 때 광학 수단(10)을 x축 상에서 삼등분한 후, 삼등분선중 동공(50)쪽에 가까운 선을 제1 면(11)으로 하고, 삼등분선을 기준으로 도 19의 제1 반사 수단(20)을 2회 대칭 이동시키는 것과 실질적으로 동일함을 알 수 있다.
도 15 내지 도 20은 광학 수단(10)의 내부에서 전반사가 없거나 적어도 1회 이상의 전반사가 이루어지는 구조를 예시적으로 나타내었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이외의 다른 전반사 횟수를 통해 증강 현실 화상광을 반사 수단(20)으로 전달할 수 있는 기타 다양한 구조가 가능함은 물론이다.
또한, 도 15 내지 도 20에서 설명한 구조는, 제1 실시예에도 그대로 적용될 수 있음은 물론이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 제2 실시예의 변형 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(700)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 21은 증강 현실용 광학 장치(700)의 사시도이고 도 22는 증강 현실용 광학 장치(700)의 정면도이다.
도 21 및 도 22의 증강 현실용 광학 장치(700)는, 도 13 및 도 14의 증강 현실용 광학 장치(600)와 기본적인 구성은 동일하되, 복수개의 반사부(31~35)들로 구성되는 제2 반사 수단(301~304)이 복수개로 형성된 것을 특징으로 한다.
여기에서, 복수개의 제2 반사 수단(301,302,303,304)은 다음과 같은 배치 구조를 갖는다. 즉, 광학 수단(10)을 사용자의 동공(50) 정면에 두었을 때, 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 하면, 화상 출사부(40)는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단(10)의 외부 또는 내부에 배치된다.
이 때, 화상 출사부(40)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이를 지나는 선분을 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 복수개의 제2 반사 수단(301~304)은 상기 z축 방향을 따라 서로 평행하게 간격을 두고 배치된다.
여기에서, 각각의 제2 반사 수단(301~304)을 구성하는 복수개의 반사부(31~35)들 각각은, 인접하는 제2 반사 수단(301~304), 즉, 양 옆의 제2 반사 수단(301~304)을 구성하는 복수개의 반사부(31~35)들 중 어느 하나와 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하도록 나란하게 배치될 수 있다. 이러한 경우, 복수개의 제2 반사 수단(301~304)을 z축에 수직한 면을 향해 외부에서 바라보면 도 13과 동일하게 보이게 된다.
도 23 및 도 24는 본 발명의 제2 실시예의 또 다른 변형 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(800)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 23은 증강 현실용 광학 장치(800)의 사시도이고, 도 24는 증강 현실용 광학 장치(800)의 정면도이다.
도 23 및 도 24의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(800)는, 도 21 및 도 22의 증강 현실용 광학 장치(700)와 기본적으로 동일하지만, 복수개의 제2 반사 수단(301~304) 각각을 구성하는 복수개의 반사부(31~35)들 중 적어도 일부는, 인접하는 제2 반사 수단(301~304)을 구성하는 복수개의 반사부(31~35)들에 대해 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 나란하게 위치하지 않도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
즉, 도 23 및 도 24에 나타낸 바와 같이, z축의 오른쪽 방향으로부터 서로 인접하는 첫번째 제2 반사 수단(301)의 반사부(31~35)들과 두번째 제2 반사 수단(302)의 반사부(31~35)들을 y축 방향의 위쪽(화상 출사부(40)쪽)으로부터 순서대로 비교해 보면, 첫번째 제2 반사 수단(301)의 각각의 반사부(31~35)들은 두번째 제2 반사 수단(302)의 모든 반사부(31~35)들과 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하지 않도록 배치되어 있음을 알 수 있다. 즉, 첫번째 제2 반사 수단(301)의 반사부(31~35)들과 두번째 제2 반사 수단(302)의 반사부(31~35)들은 x축 방향에서 볼 때 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 나란히 정렬되어 있지 않고 서로 엇갈리게 배치되어 있음을 알 수 있다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 제2 실시예의 또 다른 변형 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(900)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 25는 증강 현실용 광학 장치(900)의 사시도이고, 도 26은 증강 현실용 광학 장치(900)의 정면도이다.
도 25 및 도 26의 증강 현실용 광학 장치(900)는 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한 실시예와 동일하되, 복수개의 반사부(31~35) 각각이 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 연장된 바(bar) 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.
즉, 광학 수단(10)을 사용자의 동공(50) 정면에 두었을 때, 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 하면, 화상 출사부(40)는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치된다.
이 때, 화상 출사부(40)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 이들 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 복수개의 반사부(31~35)들은, z축에 평행한 가상의 직선을 따라 연장된 바(bar) 형태로 형성된다.
한편, 도 13 내지 도 26의 실시예에서, 제1 반사 수단(20)은, x축 방향에서 보았을 때, 중앙 부분에서 좌우의 양 단부쪽으로 갈수록 제2 반사 수단(301,302,303,304)에 더 가깝도록 연장되어 형성되며, 전체적으로 완만한 "U"자의 바(bar) 형태로 형성된다. 이는 앞서 제1 실시예에서 설명한 바와 동일하므로 상세 설명은 생략한다.
[제3 실시예]
도 27은 본 발명의 제3 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(1000)의 측면도이다.
도 27의 실시예는 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광이 광학 수단(10)으로 입사하는 제3 면(13)이 굴절능을 가지도록 곡면으로 형성된 것을 특징으로 한다.
즉, 증강 현실 화상광이 광학 수단(10)으로 입사하는 제3 면(13)을 화상 출사부(40)쪽으로 돌출된 곡면으로 형성함으로써, 제3 면(13)이 화상 출사부(40)로부터 입사하는 증강 현실 화상광에 대한 콜리메이터로서의 기능을 수행하도록 할 수 있다.
전술한 바와 같이 제1 반사 수단(20)은 광학 수단(10)의 내부에 내장된 콜리메이터로서의 기능을 수행하기 때문에, 제3 면(13)을 보조적인 콜리메이터로 사용할 수 있으므로, 증강 현실용 광학 장치(1000) 전체에 있어서의 콜리메이터로서의 전체적인 성능을 향상시킬 수 있다.
도 27에서 제3 면(13)은 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이에 형성된 것으로 나타내었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제3 면(13)은 화상 출사부(40)로부터 출사한 증강 현실 화상광이 광학 수단(40)으로 입사하는 면을 의미한다는 점을 유의해야 한다.
한편, 도 27은 제2 실시예에 제3 면(13)이 돌출된 곡면으로 형성된 것으로 나타내었으나, 제1 실시예에도 적용할 수 있음은 물론이다.
도 28은 본 발명의 제3 실시예의 변형 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(1100)의 측면도이다.
도 28의 실시예는 도 27의 실시예와 동일하되, 화상 출사부(40)와 제3 면(13) 사이에 보조 광학 수단(70)이 배치된 것을 특징으로 한다.
도 28에서는 보조 광학 수단(70)은 볼록 렌즈로 형성되어 있으나 이는 예시적인 것이며, 기타 다른 다양한 반사 수단, 굴절 수단 또는 회절 수단 중 적어도 하나 이상의 조합을 사용할 수 있다. 이러한 보조 광학 수단(70)을 적절히 활용함으로써, 증강 현실용 광학 장치(1100)의 전체적인 성능을 향상시킬 수 있다.
도 28의 보조 광학 수단(70) 또한 제1 실시예 및 제2 실시예 모두에 적용할 수 있다.
[제4 실시예]
도 29 내지 도 31은 본 발명의 제4 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(1200)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 29는 증강 현실용 광학 장치(1200)를 동공(50)쪽에서 바라 본 정면도, 도 30은 증강 현실용 광학 장치(1200)를 z축에 수직한 면을 향해 바라보았을 때의 측면도이고, 도 31은 증강 현실용 광학 장치(1200)를 y축에 수직한 면을 향해 바라보았을 때의 평면도이다.
도 29 내지 도 31에 나타낸 증강 현실용 광학 장치(1200)는 도 13 및 도 14의 증강 현실용 광학 장치(700)와 동일하게 제2 반사 수단(301~305)이 복수개로 구성되지만, 각각의 제2 반사 수단(301~305)과 광학 수단(10)의 제2 면(12)과의 거리가 모두 동일하지는 않도록 배치되는 제2 반사 수단(301~305)이 적어도 하나 이상 존재한다는 점에서 차이가 있다.
즉, 전술한 바와 같이, 증강 현실용 광학 장치(1200)를 사용자의 동공(50) 정면에 두었을 때, 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부(40)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 제2 반사 수단(301~305)과 광학 수단(10)의 제2 면(12)과의 거리가 모두 동일하지는 않도록 배치되는 제2 반사 수단(301~305)이 적어도 하나 이상 존재하도록 제2 반사 수단(301~305)들이 배치되는 것을 특징으로 한다.
이는 바꾸어 말하면, 도 30에 나타낸 바와 같이, 복수개의 제2 반사 수단(301~305) 중 적어도 일부는 z축에 수직한 면을 향해 바라보았을 때 겹쳐서 보이지 않도록 배치된다는 것을 의미한다.
도 29 내지 도 31의 실시예에서는, 점선으로 나타낸 2개의 제2 반사 수단(301,305)과 광학 수단(10)의 제2 면(12)과의 거리, 검은색으로 나타낸 2개의 제2 반사 수단(302,304)과 광학 수단(10)의 제2 면(12)과의 거리, 흰색으로 나타낸 1개의 제2 반사 수단(303)과 광학 수단(10)의 제1 면(12)과의 거리는 서로 상이하도록 배치된다.
여기에서, 점선으로 나타낸 2개의 제2 반사 수단(301,305) 각각과 광학 수단(10)의 제2 면(12)과의 거리는 동일하고, 검은색으로 나타낸 2개의 제2 반사 수단(302,304) 각각과 광학 수단(10)의 제2 면(12)과의 거리는 동일한 것으로 나타내었으나 이는 예시적인 것이며, 모든 제2 반사 수단(301~305)들과 광학 수단(10)의 제2 면(12)과의 거리를 전부 상이하게 배치할 수도 있음은 물론이다.
도 29 내지 도 31의 실시예 또한 제1 실시예 및 제2 실시예 모두에 적용될 수 있음은 물론이다.
이상에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 구성을 설명하였으나 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아님은 물론이며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능함은 물론이다.

Claims (43)

  1. 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치로서,
    실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단;
    상기 광학 수단의 내부에 배치되며, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 제2 반사 수단으로 전달하는 제1 반사 수단; 및
    상기 광학 수단의 내부에 배치되며, 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 제2 반사 수단
    을 포함하고,
    상기 광학 수단은, 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 제2 반사 수단을 통해 전달되는 증강 현실 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공을 향해 출사하는 제2 면을 가지고,
    상기 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광은 상기 광학 수단의 내부를 통해 상기 제1 반사 수단으로 전달되거나 상기 광학 수단의 내면에서 전반사되어 제1 반사 수단으로 전달되고,
    상기 증강 현실 화상광을 반사시키는 제1 반사 수단의 반사면은, 실제 사물 화상광이 입사하는 광학 수단의 제1 면을 향하도록 배치되고,
    상기 제2 반사 수단은, 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 각각 반사시켜 사용자의 동공으로 전달할 수 있도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 복수개의 반사부로 구성되고,
    상기 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들은, 상기 제1 반사 수단으로부터의 거리가 멀수록 상기 광학 수단의 제2 면에 더 가깝도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 반사 수단은 상기 제2 반사 수단을 사이에 두고 화상 출사부와 대향하도록 상기 광학 수단의 내부에 배치된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 반사 수단의 반사면은 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 반사 수단의 반사면은 광학 수단의 제1 면쪽으로 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 반사 수단의 폭 방향의 길이는 4mm 이하인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 반사 수단은, 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러(half mirror)이거나 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터로 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 반사 수단은, 굴절 소자 또는 회절 소자로 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 반사 수단의 증강 현실 화상광을 반사시키는 반사면의 반대면을 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅한 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들은, 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 동공을 향해 반사시켜 전달할 수 있도록 상기 광학 수단의 제2 면에 대해 경사각을 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 반사부 각각은, 4mm 이하의 크기로 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수개의 반사부 각각의 크기는, 각 반사부의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수개의 반사부 각각의 크기는, 사용자의 동공과 각 반사부 사이의 직선에 수직하면서 동공의 중심을 포함하는 평면에 반사부를 투영한 정사영의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 반사부 각각은, 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광이 다른 반사부에 의해 차단되지 않도록 배치된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 반사부 각각의 크기는 부분적으로 서로 다른 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 반사부 중 적어도 일부 반사부의 간격을 다른 반사부들의 간격과 다르게 배치한 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 반사부 중 적어도 일부는 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러이거나 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터로 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 반사부 중 적어도 일부는 굴절 소자 또는 회절 소자로 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 반사부 중 적어도 일부에 대해서, 증강 현실 화상광을 반사시키는 면의 반대면을 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅한 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 반사부 중 적어도 일부의 표면을 곡면으로 형성한 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  20. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 반사부 중 적어도 일부의 상기 광학 수단에 대한 경사각은 다른 반사부와 상이하게 형성한 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  21. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 반사 수단은 복수개로 구성되고,
    상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하면, 상기 화상 출사부는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고,
    상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 이들 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 제2 반사 수단들은 상기 z축 방향을 따라 서로 평행하게 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 각각의 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들은, 인접하는 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들 중 어느 하나와 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하도록 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  23. 청구항 21에 있어서,
    상기 각각의 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들 중 적어도 일부는, 인접하는 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들에 대해 z축에 평행한 가상의 직선 상에 나란하게 위치하지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  24. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하면, 화상 출사부는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고,
    상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 이들 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 반사부들은 상기 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 연장된 바 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  25. 청구항 21 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 반사 수단은, 상기 x축 방향에서 보았을 때, 중앙 부분에서 좌우의 양 단부쪽으로 갈수록 제2 반사부에 더 가깝도록 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  26. 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치로서,
    실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단;
    상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되며, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 제2 반사 수단으로 전달하는 제1 반사 수단;
    상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달하도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 복수개의 반사부를 포함하는 제2 반사 수단
    을 포함하고,
    상기 광학 수단은, 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 제2 반사 수단을 통해 전달되는 증강 현실 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공을 향해 출사하는 제2 면을 가지고,
    상기 제2 반사 수단은,
    상기 제1 반사 수단으로부터의 거리와 관계없이 상기 광학 수단의 제2 면에 대해 동일한 거리를 갖거나 제1 반사 수단으로부터의 거리가 멀수록 상기 광학 수단의 제2 면에 대해 더 멀도록 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 반사부들로 구성되는 제1 반사부 그룹; 및
    상기 제1 반사 수단으로부터의 거리가 멀수록 상기 광학 수단의 제2 면에 대해 더 가깝도록 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 반사부들로 구성되는 제2 반사부 그룹
    으로 구성되고,
    상기 제2 반사부 그룹과 상기 제1 반사 수단의 거리는 상기 제1 반사부 그룹과 상기 제1 반사 수단의 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광은 상기 광학 수단의 내부를 통해 상기 제1 반사 수단으로 전달되거나 상기 광학 수단의 내면에서 적어도 1회 이상 전반사되어 제1 반사 수단으로 전달되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  28. 청구항 26에 있어서,
    상기 증강 현실 화상광을 반사시키는 제1 반사 수단의 반사면은, 실제 사물 화상광이 입사하는 광학 수단의 제1 면을 향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  29. 청구항 26에 있어서,
    상기 제1 반사 수단의 반사면은 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 제1 반사 수단의 반사면은 광학 수단의 제1 면쪽으로 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  31. 청구항 26에 있어서,
    상기 제1 반사 수단의 폭 방향의 길이는 4mm 이하인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  32. 청구항 26에 있어서,
    상기 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들은, 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 동공을 향해 반사시켜 전달할 수 있도록 상기 광학 수단의 제2 면에 대해 경사각을 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  33. 청구항 26에 있어서,
    상기 복수개의 반사부 각각은, 4mm 이하의 크기로 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  34. 청구항 26에 있어서,
    상기 복수개의 반사부들 중 적어도 일부는 하프 미러, 굴절 소자 또는 회절 소자 중 적어도 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  35. 청구항 26에 있어서,
    상기 복수개의 반사부들 중 적어도 일부는, 증강 현실 화상광을 반사시키는 면의 반대면에 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  36. 청구항 26에 있어서,
    상기 제2 반사 수단은 복수개로 구성되고,
    상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하면, 상기 화상 출사부는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고,
    상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 이들 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 제2 반사 수단들은 상기 z축 방향을 따라 서로 평행하게 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  37. 청구항 36에 있어서,
    상기 제2 반사 수단 각각은, 각각의 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들이, 인접하는 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들 중 어느 하나와 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하도록 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  38. 청구항 36에 있어서,
    상기 제2 반사 수단 각각은, 복수개의 제2 반사 수단 각각을 구성하는 복수개의 반사부들 중 적어도 일부가, 인접하는 제2 반사 수단을 구성하는 복수개의 반사부들에 대해 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 나란하게 위치하지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  39. 청구항 26에 있어서,
    상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하면, 화상 출사부는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고,
    상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 이들 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 반사부들은 상기 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 연장된 바 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  40. 청구항 36 내지 청구항 39 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 반사 수단은, x축 방향에서 보았을 때, 중앙 부분에서 좌우의 양 단부쪽으로 갈수록 제2 반사 수단에 더 가깝도록 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  41. 청구항 1 또는 청구항 26에 있어서,
    상기 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광이 광학 수단으로 입사하는 제3 면이 굴절능을 가지도록 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  42. 청구항 41에 있어서,
    상기 화상 출사부와 상기 제3 면 사이에 보조 광학 수단이 배치된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
  43. 청구항 1 또는 청구항 26에 있어서,
    상기 제2 반사 수단은 복수개로 구성되고,
    상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 z축이라 할 때, 상기 각각의 제2 반사 수단과 광학 수단의 제2 면과의 거리가 모두 동일하지는 않도록 배치되는 제2 반사 수단이 적어도 하나 이상 존재하는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
PCT/KR2020/014638 2019-11-01 2020-10-26 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치 Ceased WO2021085960A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410132097.5A CN117872592A (zh) 2019-11-01 2020-10-26 增强现实用光学装置
JP2022522914A JP7291441B2 (ja) 2019-11-01 2020-10-26 ゴーストイメージ遮断機能及び広視野角を有するコンパクト型拡張現実用光学装置
CN202080076233.3A CN114616506B (zh) 2019-11-01 2020-10-26 具有重影阻挡功能和广视角的紧凑型增强现实用光学装置
EP20883366.5A EP4053615B1 (en) 2019-11-01 2020-10-26 Compact augmented reality optical device having ghost image blocking function and wide viewing angle

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190138757A KR102200144B1 (ko) 2019-11-01 2019-11-01 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치
KR10-2019-0138757 2019-11-01
KR1020190174648A KR102248606B1 (ko) 2019-12-26 2019-12-26 곡선 배치 반사 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치
KR10-2019-0174648 2019-12-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021085960A1 true WO2021085960A1 (ko) 2021-05-06

Family

ID=75687366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/014638 Ceased WO2021085960A1 (ko) 2019-11-01 2020-10-26 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치

Country Status (5)

Country Link
US (3) US11586044B2 (ko)
EP (1) EP4053615B1 (ko)
JP (1) JP7291441B2 (ko)
CN (2) CN114616506B (ko)
WO (1) WO2021085960A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4033288A4 (en) * 2019-09-18 2023-11-15 Letinar Co., Ltd OPTICAL DEVICE WITH AUGMENTED REALITY AND IMPROVED OPTICAL EFFICIENCY
EP4231080A4 (en) * 2020-10-15 2024-04-17 Letinar Co., Ltd COMPACT TYPE AUGMENTED REALITY OPTICAL DEVICE HAVING AN OPTICAL STRUCTURE ARRANGED IN A STRAIGHT LINE AND METHOD FOR MANUFACTURING OPTICAL MEANS

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11506898B1 (en) 2019-09-30 2022-11-22 Snap Inc. Polarized reflective pinhole mirror display
KR102436597B1 (ko) * 2020-09-09 2022-08-26 주식회사 레티널 직선 배치 광학 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치 및 광학 수단의 제조 방법
CN116413911B (zh) * 2021-12-31 2025-08-01 北京耐德佳显示技术有限公司 一种超薄型镜片、使用其的虚像成像装置和近眼显示器
US20240004199A1 (en) * 2022-07-01 2024-01-04 Google Llc Partially curved lightguide with pupil replicators
WO2025110068A1 (ja) * 2023-11-21 2025-05-30 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 導光板および画像表示装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150026486A (ko) * 2013-09-03 2015-03-11 주식회사 에픽옵틱스 헤드 마운트 디스플레이용 프리즘과 이를 구비한 헤드 마운트 디스플레이
KR20160091402A (ko) * 2013-11-27 2016-08-02 매직 립, 인코포레이티드 가상 및 증강 현실 시스템들 및 방법들
KR101660519B1 (ko) 2015-03-09 2016-09-29 하정훈 증강 현실 구현 장치
JP2018041096A (ja) * 2017-10-30 2018-03-15 セイコーエプソン株式会社 光学デバイス及び画像表示装置並びに光学デバイスの製造方法
KR20190063442A (ko) * 2017-11-29 2019-06-07 주식회사 레티널 광학 장치의 제조 방법
JP2019109435A (ja) * 2017-12-20 2019-07-04 セイコーエプソン株式会社 表示装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4766913B2 (ja) 2004-05-17 2011-09-07 オリンパス株式会社 頭部装着型画像表示装置
JP5569198B2 (ja) * 2009-07-08 2014-08-13 大日本印刷株式会社 立体画像提示方法および提示装置
WO2015001839A1 (ja) * 2013-07-04 2015-01-08 ソニー株式会社 表示装置
US9651784B2 (en) * 2014-01-21 2017-05-16 Osterhout Group, Inc. See-through computer display systems
CN106937531B (zh) * 2014-06-14 2020-11-06 奇跃公司 用于产生虚拟和增强现实的方法和系统
RU2594370C2 (ru) * 2014-07-11 2016-08-20 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Световодная структура, оптическое устройство и система формирования изображений
WO2016035517A1 (ja) 2014-09-01 2016-03-10 シャープ株式会社 ライトガイドおよび虚像表示装置
DE102015122131B3 (de) 2015-12-17 2017-03-02 Carl Zeiss Smart Optics Gmbh Brillenglas für eine auf den Kopf eines Benutzers aufsetzbare und ein Bild erzeugende Anzeigevorrichtung sowie Anzeigevorrichtung mit einem solchen Brillenglas
JP6657943B2 (ja) 2015-12-28 2020-03-04 株式会社リコー ライトガイド及び虚像表示装置
JP6665566B2 (ja) 2016-02-10 2020-03-13 大日本印刷株式会社 導光板及び表示装置
KR101894556B1 (ko) 2016-09-08 2018-10-04 주식회사 레티널 광학 장치
US10310268B2 (en) * 2016-12-06 2019-06-04 Microsoft Technology Licensing, Llc Waveguides with peripheral side geometries to recycle light
CN114019685A (zh) * 2017-05-16 2022-02-08 奇跃公司 用于混合现实的系统和方法
US10989921B2 (en) * 2017-12-29 2021-04-27 Letinar Co., Ltd. Augmented reality optics system with pinpoint mirror
CN116149062A (zh) * 2018-02-12 2023-05-23 优奈柯恩(北京)科技有限公司 Ar显示装置和穿戴式ar设备
DE102019106020A1 (de) * 2019-03-08 2020-09-10 Carl Zeiss Ag Optisches System zum Erzeugen eines virtuellen Bildes und Datenbrille

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150026486A (ko) * 2013-09-03 2015-03-11 주식회사 에픽옵틱스 헤드 마운트 디스플레이용 프리즘과 이를 구비한 헤드 마운트 디스플레이
KR20160091402A (ko) * 2013-11-27 2016-08-02 매직 립, 인코포레이티드 가상 및 증강 현실 시스템들 및 방법들
KR101660519B1 (ko) 2015-03-09 2016-09-29 하정훈 증강 현실 구현 장치
JP2018041096A (ja) * 2017-10-30 2018-03-15 セイコーエプソン株式会社 光学デバイス及び画像表示装置並びに光学デバイスの製造方法
KR20190063442A (ko) * 2017-11-29 2019-06-07 주식회사 레티널 광학 장치의 제조 방법
JP2019109435A (ja) * 2017-12-20 2019-07-04 セイコーエプソン株式会社 表示装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4053615A4

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4033288A4 (en) * 2019-09-18 2023-11-15 Letinar Co., Ltd OPTICAL DEVICE WITH AUGMENTED REALITY AND IMPROVED OPTICAL EFFICIENCY
US12276794B2 (en) 2019-09-18 2025-04-15 Letinar Co., Ltd Optical device for augmented reality having improved light efficiency
EP4231080A4 (en) * 2020-10-15 2024-04-17 Letinar Co., Ltd COMPACT TYPE AUGMENTED REALITY OPTICAL DEVICE HAVING AN OPTICAL STRUCTURE ARRANGED IN A STRAIGHT LINE AND METHOD FOR MANUFACTURING OPTICAL MEANS

Also Published As

Publication number Publication date
EP4053615A1 (en) 2022-09-07
CN117872592A (zh) 2024-04-12
EP4053615B1 (en) 2025-10-22
US20230034862A1 (en) 2023-02-02
CN114616506A (zh) 2022-06-10
CN114616506B (zh) 2024-02-23
US20240319507A1 (en) 2024-09-26
US20210132400A1 (en) 2021-05-06
JP7291441B2 (ja) 2023-06-15
EP4053615A4 (en) 2023-11-29
US12117616B2 (en) 2024-10-15
JP2022552701A (ja) 2022-12-19
EP4053615C0 (en) 2025-10-22
US11586044B2 (en) 2023-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021085960A1 (ko) 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치
WO2021054727A1 (ko) 광 효율을 개선한 증강 현실용 광학 장치
WO2022080627A1 (ko) 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치 및 광학 수단의 제조 방법
WO2019124769A1 (en) Optical system and wearable display apparatus having the same
WO2020242085A1 (en) Augmented reality device for adjusting focus region according to direction of user's view and operating method of the same
WO2022010070A1 (ko) 근안 디스플레이 장치
EP3818431A1 (en) Augmented reality device for adjusting focus region according to direction of user's view and operating method of the same
WO2022055083A1 (ko) 직선 배치 광학 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치 및 광학 수단의 제조 방법
WO2022255579A1 (ko) 굴절 공간을 구비하는 증강 현실용 광학 장치
WO2021246777A1 (en) Device and method for displaying augmented reality
WO2023063555A1 (ko) 회절 소자를 이용한 콜리메이터를 구비하는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치
WO2021125903A1 (en) Wearable device including eye tracking apparatus and operation method of the wearable device
WO2020040367A1 (ko) 웨어러블 장치 및 그 제어 방법
WO2023128168A1 (ko) 내장 콜리메이터 및 음굴절 광학 소자를 이용한 컴팩트 증강 현실용 광학 장치
WO2022164094A1 (ko) Hmd(head mounted display)의 영상 처리 방법 및 이 방법을 실행하는 hmd
WO2020096188A1 (ko) 증강 현실용 광학 장치
WO2023146157A1 (ko) 편광 광학 소자를 이용한 증강 현실용 광학 장치
WO2018074623A1 (ko) 굴절식 광학 스크린 및 이를 이용한 플로팅 홀로그램 시스템
WO2017023057A1 (ko) 렌즈, 광학 장치 및 이를 포함하는 가상 현실 구현을 위한 헤드 장착 표시 장치
WO2021034096A1 (ko) 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치
EP4359852A1 (en) Diffractive optical elements-based waveguide architecture for augmented reality glasses with wide field of view
WO2019164380A1 (ko) 웨어러블 글래스 장치
WO2022255682A1 (ko) 웨어러블 전자 장치 및 그의 파워 패스 제어 방법
WO2015183032A1 (ko) 시기능 보정용 안경클립
WO2023033263A1 (ko) 회절 소자를 이용한 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20883366

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022522914

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020883366

Country of ref document: EP

Effective date: 20220601

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2020883366

Country of ref document: EP