CN114207504A - 具备视力矫正功能的增强现实用光学装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，包括：图像射出部，其射出作为与增强现实用图像相应的图像光的增强现实图像光；反射部，其通过朝向用户的眼睛的瞳孔反射而传递从所述图像射出部射出的增强现实图像光来向用户提供增强现实用图像；以及光学机构，其配置有所述反射部，并且使作为从实际事物射出的图像光的实际事物图像光的至少一部分朝向用户的眼睛的瞳孔透过，所述光学机构具备朝向用户的瞳孔射出由所述反射部反射的增强现实图像光和所述实际事物图像光的至少一部分的第一面、以及与所述第一面相向并且供实际事物图像光入射的第二面，所述反射部配置于所述光学机构的第一面与第二面之间的内部，所述光学机构的第一面和第二面中的至少某一个形成为曲面。
Description
技术领域
本发明涉及一种增强现实用光学装置，更详细地，涉及一种能够为患有诸如近视或远视等的屈光不正的用户提供视力矫正功能的增强现实用光学装置。
背景技术
如所周知，增强现实(Augmented Reality，AR)意指在现实世界的实际影像上叠加由计算机等生成的虚拟的影像或图像来提供。
为了实现这样的增强现实，需要能够将诸如计算机的装置生成的虚拟的影像或图像叠加于现实世界的影像上来提供的光学***。作为这样的光学***，使用一种利用HMD(Head Mounted Display，头戴式显示器)或眼镜型的装置来反射或折射虚拟影像的棱镜等光学机构的技术为人所知。
另一方面，近视或远视等屈光不正是50％以上的韩国人所经受的非常普遍的问题，患有这样的屈光不正的用户需要配戴诸如眼镜的视力矫正器具，因此，所存在的问题是，为了观察增强现实影像，在配戴视力矫正器具的同时，还要双重地配戴用于提供增强现实的单独的装置。
在以往的增强现实装置中，为了解决这样的问题，提出了一种在视力矫正用透镜上贴附起镜子的作用的全息膜以用作光学合成器的方式。
图1示出实现为眼镜型的增强现实装置和贴附于所述增强现实装置的透镜以用作光学合成器的全息膜。
这样的方式的问题在于，由于全息膜的面积较窄，因此增强现实图像(虚拟影像)的使用条件(视角、眼动范围(eyebox)等)严重受限。此外，还存在由于可使用的显示器限制(例如，激光投影)，在影像质量、分辨率、颜色表现力上显著受限的问题。进一步地，由于通过单一曲面进行视力矫正，因此还存在视力矫正范围限制在-4D～+2D的范围的局限性。
另一方面，在眼镜型增强现实装置上安装单独的镜片夹的方式也为人所知。
图2示出将单独的焦点校正用透镜以夹子形态安装于眼镜型增强现实装置。
该方式是利用磁铁型夹将焦点校正用透镜安装于眼镜型增强现实装置来使用的方式，由于需要额外安装焦点校正用透镜，因而存在体积和重量增加的缺点，并且，为了进行虚拟影像和实像影像的视力矫正，需要将镜片夹始终佩戴在眼镜内侧(用户侧)方向，因而存在外观设计上受限的局限性。
因此，人们期望开发一种在增强现实光学装置中以简便且有效的方式提供视力矫正功能的技术。
现有技术文献
韩国授权专利公报10-1660519号(2016.09.29公告)
发明内容
技术问题
本发明旨在解决如上所述的问题，其目的在于，提供一种能够为患有诸如近视或远视等的屈光不正的用户提供视力矫正功能的增强现实用光学装置。
此外，本发明的另一目的在于，提供如下增强现实用光学装置，即，允许组合使用光学机构的曲面设计方式、反射部的曲面设计方式以及利用辅助光学元件的方式中的至少某一个方式，从而能够为患有屈光不正的用户高效地提供视力矫正功能，并且体积较小、重量较轻的同时，能够提高设计和外观设计的自由度。
技术方案
为了解决如上所述的课题，本发明提供一种具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，包括：图像射出部，其射出作为与增强现实用图像相应的图像光的增强现实图像光；反射部，其通过朝向用户的眼睛的瞳孔反射而传递从所述图像射出部射出的增强现实图像光来向用户提供增强现实用图像；以及光学机构，其配置有所述反射部，并且使作为从实际事物射出的图像光的实际事物图像光的至少一部分朝向用户的眼睛的瞳孔透过，所述光学机构具备朝向用户的瞳孔射出由所述反射部反射的增强现实图像光和所述实际事物图像光的至少一部分的第一面、以及与所述第一面相向并且供实际事物图像光入射的第二面，所述反射部配置于所述光学机构的第一面与第二面之间的内部，所述光学机构的第一面和第二面中的至少某一个形成为曲面。
其中，优选所述曲面是凹面或凸面。
此外，不是形成为所述曲面的面即另一面可以形成为平面、凹面以及凸面中的某一个。
此外，可以是，所述第一面形成为凹面，所述第二面形成为凸面，且所述第一面的曲率大于所述第二面的曲率。
此外，可以是，所述第一面形成为凹面，所述第二面形成为凸面，且所述第二面的曲率大于所述第一面的曲率。
此外，可以是，从所述图像射出部射出的增强现实图像光在被光学机构的第一面和第二面中的至少某一个全反射至少一次以上后被传递至反射部，所述光学机构的第一面和第二面中的至少某一个具备形成为用于全反射从图像射出部射出的增强现实图像光的平面的全反射区域。
此外，所述反射部可以形成为曲面。
此外，从所述图像射出部射出的增强现实图像光可以通过辅助光学元件被传递至反射部。
根据本发明的另一方面，提供一种具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，包括：图像射出部，其射出作为与增强现实用图像相应的图像光的增强现实图像光；反射部，其通过朝向用户的眼睛的瞳孔反射而传递从所述图像射出部射出的增强现实图像光来向用户提供增强现实用图像；以及光学机构，其配置有所述反射部，并且使作为从实际事物射出的图像光的实际事物图像光的至少一部分朝向用户的眼睛的瞳孔透过，所述反射部的表面形成为曲面。
其中，所述反射部的表面可以是凹面或凸面。
此外，可以形成有多个所述反射部，所述多个反射部由将具有形成为曲面的表面的一个反射机构分割为多个的单位反射机构中的至少一部分构成。
此外，所述多个反射部可以被配置为在将一个反射机构置于瞳孔正面方向的状态下分割为多个单位反射机构，并使其中要用作反射部的单位反射机构在维持其形态的情况下沿与瞳孔正面方向水平的方向移动以使其位于光学机构的第一面与第二面之间。
此外，可以是，所述光学机构具备朝向用户的瞳孔射出由所述反射部反射的增强现实图像光和所述实际事物图像光的至少一部分的第一面、以及与所述第一面相向并且供实际事物图像光入射的第二面，所述反射部配置于所述光学机构的第一面与第二面之间的内部，所述光学机构的第一面和第二面中的至少某一个形成为曲面。
此外，从所述图像射出部射出的增强现实图像光可以通过辅助光学元件被传递至反射部。
根据本发明的又一方面，提供一种具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，包括：图像射出部，其射出作为与增强现实用图像相应的图像光的增强现实图像光；反射部，其通过朝向用户的眼睛的瞳孔反射而传递从所述图像射出部射出的增强现实图像光来向用户提供增强现实用图像；以及光学机构，其配置有所述反射部，并且使作为从实际事物射出的图像光的实际事物图像光的至少一部分朝向用户的眼睛的瞳孔透过，从所述图像射出部射出的增强现实图像光通过辅助光学元件被传递至反射部。
其中，所述辅助光学元件可以是折射机构、衍射机构以及全息元件中的至少某一个。
此外，所述折射机构可以是凹透镜或凸透镜。
此外，所述图像射出部可以具备通过将增强现实用图像显示于屏幕来通过屏幕射出增强现实图像光的显示装置、以及射出对由显示装置射出的增强现实图像光进行准直的光的准直器，并且通过改变所述准直器的焦距或改变所述显示装置和所述准直器的距离来改变增强现实图像光被传递至光学机构的光路。
此外，可以是，所述光学机构具备朝向用户的瞳孔射出由所述反射部反射的增强现实图像光和所述实际事物图像光的至少一部分的第一面、以及与所述第一面相向并且供实际事物图像光入射的第二面，所述反射部配置于所述光学机构的第一面与第二面之间的内部，所述光学机构的第一面和第二面中的至少某一个可以形成为曲面。
此外，所述反射部可以形成为曲面。
发明的效果
根据本发明，具有能够为患有诸如近视或远视等的屈光不正的用户提供视力矫正功能的增强现实用光学装置的效果。
此外，本发明能够提供如下增强现实用光学装置，即，允许组合使用光学机构的曲面设计方式、反射部的曲面设计方式以及利用辅助光学元件的方式中的至少某一个方式，从而能够为患有屈光不正的用户高效地提供视力矫正功能，并且体积较小、重量较轻的同时，能够提高设计和外观设计的自由度。
附图说明
图1示出实现为眼镜型的增强现实装置和贴附于所述增强现实装置的透镜以用作光学合成器的全息膜。
图2示出将单独的焦点校正用透镜以夹子形态安装于眼镜型增强现实装置。
图3是示出如所述专利文献1中公开的增强现实用光学装置100的图。
图4是示出本发明的一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置200的整体结构的图。
图5是示出本发明的另一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置300的整体结构的图。
图6是示出本发明的又一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置400的整体结构的图。
图7是示出本发明的又一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置500的整体结构的图。
图8是示出本发明的又一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置600的整体结构的图。
图9是示出本发明的又一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置700的整体结构的图。
图10和图11是用于说明本发明的又一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置800的图，图10是示出增强现实用光学装置800的整体结构的侧视图，图11是用于说明反射部21A、21B的结构的图。
图12和图13是用于说明本发明的又一实施例的增强现实用光学装置900的图，图12是示出增强现实用光学装置900的整体结构的侧视图，图13是用于说明反射部22A、22B的结构的图。
图14和图15是示出本发明的又一实施例的增强现实用光学装置1000、1100的图。
图16是用于说明利用准直器12A、12B的视力矫正功能的图。
图17和图18示出本发明的又一实施例的增强现实用光学装置1200、1300，示例性地示出组合使用图4至图16的实施例的情况。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施例进行详细描述。
首先，参照上述专利文献1简要说明本发明的基本原理。
专利文献1中记载的技术旨在解决以往的利用光学***的增强现实实现装置的问题，即，由于其结构复杂而致使重量体积相当大，用户佩戴起来不方便，并且制造工艺也复杂，因而制造费用较高的问题。
此外，以往的利用光学***的增强现实实现装置中存在当用户在凝视现实世界时改变焦距时虚拟影像失焦的局限性，为了解决这样的问题，提出了利用诸如能够调节对虚拟影像的焦距的棱镜的结构或基于焦距的变更对可变型焦点透镜进行电控制等的技术。然而，这样的技术也同样在为了调节焦距而需要由用户进行单独的操作或需要用于控制焦距的单独的处理器等的硬件和软件的方面存在问题。
因此，如专利文献1中记载，本申请人曾提出如下增强现实实现装置，即，利用尺寸小于人类瞳孔的反射部通过瞳孔将虚拟影像投影到视网膜，由此能够显著减小体积和重量并简化制造工艺，并且与用户是否改变焦距无关地始终能够提供清晰的虚拟影像。
图3是示出如所述专利文献1中公开的增强现实用光学装置100的图。
图3的增强现实用光学装置100包括图像射出部10、反射部20以及光学机构30。
图像射出部10是射出与增强现实用图像相应的图像光的机构，例如可以实现为小型显示装置。
反射部20通过朝向用户的瞳孔反射与从图像射出部10射出的增强现实用图像相应的图像光来提供增强现实用图像。反射部20在图像射出部10与瞳孔之间以能够将与从图像射出部10射出的增强现实用图像相应的图像光反射至瞳孔的方式以适当的角度配置于光学机构30的内部。
光学机构30是使从实际事物射出的图像光的至少一部分透过的机构，例如可以是眼镜镜片或可以贴附于眼镜来使用的透镜模块形态，并且在其内部嵌入有反射部20。框架部40是固定和支撑图像射出部10和光学机构30的机构。
图3的反射部20形成为小于人的瞳孔的尺寸，即8mm以下，如此，通过将反射部20形成得小于瞳孔的尺寸，可以使对通过反射部20入射至瞳孔的光的景深(Depth of Field)几乎接近无限远，即，可以使景深非常深。这里，景深是指被识别为对焦的范围，景深变深，意味着对增强现实用图像的焦点范围也会变宽，因此，即使用户在凝视实际世界时改变对实际世界的焦距，增强现实用图像的焦点也与此无关地始终被识别为对焦。这可以看作是一种针孔效应(pin hole effect)。因此，如图3所示的增强现实用光学装置100能够与用户在凝视存在于实际世界的实际事物时改变焦距无关地始终对增强现实用图像提供清晰的虚拟影像。
本发明的特征在于，基于如这样的专利文献1中记载的技术提供一种具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，下面参照图4对本发明的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置100进行详细说明。
图4是示出本发明的一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置200的整体结构的图。
图4的(a)示出本发明的一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置200的侧视图，图4的(b)示出如专利文献1中记载的现有技术的增强现实用光学装置100的侧视图，以便与本实施例进行比较。
如图4所示，本实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置200(以下，简称“增强现实用光学装置200”)包括图像射出部10、反射部20以及光学机构30。
图像射出部10是射出与增强现实用图像相应的图像光的机构。
图像射出部10是朝向光学机构30射出作为与增强现实用图像相应的图像光的增强现实图像光的机构，例如可以由诸如通过将增强现实用图像显示于屏幕来通过屏幕射出增强现实图像光的小型LCD的显示装置11和射出对由显示装置11射出的增强现实图像光进行准直的光的准直器12构成。
图4中示例性地示出包括准直器12的情况，但其显然不是必须的，而是也可以省略。此外，除了准直器12之外，也可以使用反射、折射或衍射从显示装置11射出的增强现实图像光并将其朝向光学机构30传递的反射机构、折射机构或衍射机构。
由于这样的图像射出部10本身不是本发明的直接目的，并且是在现有技术中已知的，因而此处省略详细描述。
另一方面，增强现实用图像是指显示于显示装置11的屏幕上并通过图像射出部10、反射部20以及光学机构30被传递至用户的瞳孔40的虚拟图像，可以是图像形态的静止影像或视频等。
这样的增强现实用图像通过从显示装置11以图像光射出并通过图像射出部10、反射部20以及光学机构30被传递至用户的瞳孔40来为用户提供虚拟图像，与此同时，用户通过用眼睛直接凝视作为通过光学机构30从存在于实际世界的实际事物射出的图像光的实际事物图像光来接收增强现实服务。
反射部20是通过朝向用户的眼睛的瞳孔40反射而传递从图像射出部10射出的增强现实图像光来为用户提供增强现实用图像的机构。
反射部20配置于光学机构30的第一面31与第二面32之间的内部。
这里，定义为第一面31指当用户佩戴增强现实用光学装置100时的用户的瞳孔40侧的面，第二面32指其相反面。
即，光学机构30具备朝向用户的瞳孔40射出由反射部20反射的增强现实图像光和实际事物图像光的至少一部分的第一面31、以及与第一面31相向并且实际事物图像光所入射的第二面32，反射部20配置于第一面31与第二面32之间的光学机构30的内部。
另一方面，图4中图示为从图像射出部10射出的增强现实图像光在光学机构30的第二面32被全反射一次后被传递至反射部20，但这是示例性的，显然也可以构成为在光学机构30的第一面31或第二面32被全反射2次以上并被传递至反射部20。
此外，从图像射出部10射出的增强现实图像光也可以被配置为直接被传递至反射部20，而不在光学机构30的内面被全反射。
反射部20以能够朝向用户的眼睛的瞳孔40反射并传递从图像射出部10射出的增强现实图像光的方式在光学机构20的内面以适当的倾斜角配置。
如图4所示，当使用从图像射出部10射出的增强现实图像光在光学机构30的第二面32被全反射一次并被传递至反射部20的结构时，考虑从图像射出部10入射至光学机构30的第二面32的增强现实图像光和在第二面32被全反射并向反射部20射出的增强现实图像光以及瞳孔40的位置来适当地配置反射部20的倾斜角。
另一方面，如前文中参照图3所述，优选反射部20形成为小于人的瞳孔尺寸的大小，即8mm以下，以便能够通过加深景深来获得针孔效应。
即，反射部20形成为小于人的一般的瞳孔尺寸，即8mm以下，更优选地4mm以下，由此可以使对通过反射部20入射至瞳孔的光的景深(Depth of Field)几乎接近无限远，即，使景深非常深，因此，可以产生即使用户在凝视实际世界时改变对实际世界的焦距，增强现实用图像的焦点也与此无关地始终被识别为对焦的针孔效应(pin hole effect)。
另一方面，也可以形成有2个以上的多个反射部20，多个反射部20分别如图4所示被适当地配置为防止阻断在光学机构30的第二面32全反射的增强现实图像光被传递至其他反射部20。在这种情况下，同样地，每个反射部20的大小形成为8mm以下，更有选地4mm以下。
另一方面，光学机构30是配置有反射部20，并且使作为从实际事物射出的图像光的实际事物图像光的至少一部分朝向用户的眼睛的瞳孔40透过的机构。
其中，使实际事物图像光的至少一部分朝向瞳孔40透过是指，实际事物图像光的光透过率无需必须为100％。
此外，在如图4所示地使用使从图像射出部10射出的增强现实图像光全反射的结构的情况下，光学机构30将从图像射出部10射出的增强现实图像光在第一面31或第二面32反射至少一次以上并传递至反射部20。
如前所述，光学机构10具备朝向用户的瞳孔射出由反射部20反射的增强现实图像光和实际事物图像光的至少一部分的第一面31、以及与所述第一面31相向并且实际事物图像光所入射的第二面32，反射部20配置于第一面31与第二面32之间的内部。
光学机构10可以由玻璃或塑料材质以及其他合成树脂材料制成的透镜形成。
另一方面，光学机构10的第一面31和第二面32中的至少某一个可以形成为曲面。即，第一面31和第二面32中的某一个可以是曲面，并且第一面31和第二面32均可以形成为曲面。
其中，所述曲面可以是凹面或凸面，凹面是指，当从正面观察该面时，中央部分形成得比边缘部分薄而呈凹状；凸面是指，当从正面观察该面时，中央部分形成得比边缘部分厚而凸状地凸出。
当第一面31形成为凹面时，第二面32可以形成为平面、凹面以及凸面中的某一个。
图4的(a)所示的实施例是第一面31形成为凹面且第二面32形成为平面的情况，用于矫正患有近视的用户的视力。
即，当用户近视时，根据图4的(b)的增强现实用光学装置100，用虚线表示的增强现实图像光从显示装置11射出并经过准直器12入射至光学机构30的第二面32，并在光学机构30的第二面32被全反射而入射至反射部20，之后，由反射部20反射而被传递至瞳孔40。此时，由于第一面31形成为平面，因而增强现实图像光照样通过第一面31，从而在相较于视网膜的前方成像。
此外，就用实线表示的实际事物图像光而言，同样地，由于第一面31和第二面32均形成为平面，因此，如图4的(b)所示，实际事物图像光也在相较于视网膜的前方成像。
另一方面，根据图4的(a)的实施例的增强现实用光学装置200，用虚线表示的增强现实图像光从显示装置11射出并经过准直器12入射至光学机构30的第二面32，并在光学机构30的第二面32被全反射而入射至反射部20，之后，由反射部20反射而被传递至瞳孔40。此时，可知由于第一面31形成为凹面，增强现实图像光在通过第一面31时向外侧方向发散，因此在经瞳孔40时焦距变长，从而以成像于视网膜的方式被传递。
此外，根据图4的(a)的实施例的增强现实用光学装置200可知，用实线表示的实际事物图像光也在通过第一面31时向外侧方向发散，因此，在经瞳孔40时焦距变长，从而以成像于视网膜的方式被传递。
因此，图4的(a)的实施例的增强现实用光学装置200能够为患有近视的用户提供对增强现实图像光和实际事物图像光两者的视力矫正功能。
另一方面，光学机构30的第一面31也可以形成为凸面。在这种情况下，第二面32可以形成为平面、凹面以及凸面中的某一个。
图5是示出本发明的另一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置300的整体结构的图。
图5的(a)示出本发明的另一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置300的侧视图，图5的(b)示出如专利文献1中记载的现有技术的增强现实用光学装置100的侧视图，以便与本实施例进行比较。
图5的(a)所示的实施例的特征在于，光学机构30的第一面31形成为凸面且第二面32形成为平面，用于矫正患有远视的用户的视力。
即，当用户远视时，根据图5的(b)的增强现实用光学装置100，由于第一面31和第二面32均形成为平面，因此，如图5的(b)所示，用虚线表示的增强现实图像光和用实线表示的实际事物图像光均相较于视网膜在后方成像。
另一方面，根据图5的(a)的实施例的增强现实用光学装置300，用虚线表示的增强现实图像光从显示装置11射出并经过准直器12而入射至光学机构30的第二面32，在光学机构30的第二面32全反射而入射至反射部20，之后由反射部20反射并传递至瞳孔40。此时，可以知道，由于第一面31形成为凸面，增强现实图像光在通过第一面31而向内侧方向收敛，因此在经瞳孔40时焦距变短，从而以成像于视网膜的方式被传递。
此外，根据图5的(a)的实施例的增强现实用光学装置300可知，由于用实线表示的实际事物图像光也同样在通过第一面31时向内侧方向收敛，因此在经瞳孔40时焦距变短，从而以成像于视网膜的方式被传递。
因此，图5的(a)的实施例能够为患有远视的用户提供对增强现实图像光和实际事物图像光两者的视力矫正功能。
图6是示出本发明的又一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置400的整体结构的图。
图6的(a)示出本发明的另一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置400的侧视图，图6的(b)示出如专利文献1中记载的现有技术的增强现实用光学装置100的侧视图，以便与本实施例进行比较。
图6的(a)示出的实施例的特征在于，光学机构30的第二面32形成为凹面，第一面31形成为平面，用于对患有近视的用户进行对实际事物图像光的视力矫正。
即，当用户近视时，根据图6的(b)的增强现实用光学装置100，如前所述，由于第一面31和第二面32均形成为平面，因而用虚线表示的增强现实图像光和用实线表示的实际事物图像光均相较于视网膜在前方成像。
另一方面，根据图6的(a)的实施例的增强现实用光学装置400可知，用实线表示的实际事物图像光在通过第二面32时向外侧方向发散，之后在经过第一面31和瞳孔40时焦距变长，从而以成像于视网膜的方式被传递。
需要说明的是，在图6的(a)的实施例的增强现实用光学装置400的情况下，由于第一面31形成为平面，因而无法提供对增强现实图像光的视力矫正功能。
因此，图6的(a)的实施例可以为患有近视的用户提供仅限于对实际事物图像光的视力矫正功能。
另一方面，在图6的(a)的实施例中，从图像射出部10射出的增强现实图像光被配置为在光学机构30的第二面32被全反射一次后入射至反射部20。在这种情况下，光学机构30的第二面32应具备形成为用于对来自图像射出部10的增强现实图像光进行全反射的平面的全反射区域33。
当从图像射出部10射出的增强现实图像光在光学机构30的第一面31和第二面32被全反射至少2次时，进行全反射的第一面31和第二面32均具备形成为平面的全反射区域33。
即，从图像射出部10射出的增强现实图像光可以在被光学机构30的第一面31和第二面32中的至少某一个全反射至少一次以上后被传递至反射部20，此时，优选进行全反射的光学机构30的第一面31和第二面32中的至少某一个具备用于对从图像射出部10射出的增强现实图像光进行全反射的平面的全反射区域33。
图7是示出本发明的又一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置500的整体结构的图。
图7的(a)示出本发明的另一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置500的侧视图，图7的(b)示出如专利文献1中记载的现有技术的增强现实用光学装置100的侧视图，以便与本实施例进行比较。
图7的(a)所示的实施例示出第二面32形成为凸面且第一面31形成为平面的情况，用于为患有远视的用户进行对实际事物图像光的视力矫正
即，当用户远视时，根据图7的(b)的增强现实用光学装置100，如前所述，由于第一面31和第二面32均形成为平面，用虚线表示的增强现实图像光和用实线表示的实际事物图像光均相较于视网膜在后方成像。
另一方面，根据图7的(a)的实施例的增强现实用光学装置500可知，用实线表示的实际事物图像光在通过第二面32时向内侧方向收敛，之后在第一面31和瞳孔40时焦距变短，从而以成像于视网膜的方式被传递。
需要说明的是，在图7的(a)的实施例的增强现实用光学装置500的情况下，由于第一面31形成为平面，因而无法提供对增强现实图像光的视力矫正功能。
因此，图7的(a)的实施例可以为患有远视的用户提供仅限于对实际事物图像光的视力矫正功能。
当图6和图7的实施例的增强现实用光学装置400、500被单独使用时，无法对增强现实图像光的视力矫正功能，当这些与其他辅助光学装置使用时，可以提供对增强现实图像光的视力矫正功能。例如，可以将增强现实用光学装置400、500形成为单独的透镜模块，并将其以利用如夹子等的机构结合于一般的眼镜的形态使用，或者将增强现实用光学装置400、500实现为眼镜形态，并以诸如使用用于增强现实图像光的视力矫正的单独的透镜模块等的形态结合而使用，因而具有能够提高外观设计和设计上的自由度的优点。
图8是示出本发明的又一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置600的整体结构的图。
图8的(a)示出本发明的另一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置600的侧视图，图8的(b)示出如专利文献1中记载的现有技术的增强现实用光学装置100的侧视图，以便与本实施例进行比较。
图8的(a)所示的实施例示出通过将光学机构30的第一面31形成为凹面并将第二面32形成为凸面，且使第一面31的曲率大于第二面32的曲率，整体上形成为使光学机构30起凹透镜的作用的情况，用于为患有近视的用户进行对增强现实图像光和实际事物图像光的视力矫正。
即，当用户近视时，根据图8的(b)的增强现实用光学装置100，如前所述，由于第一面31和第二面32均形成为平面，因而用虚线表示的增强现实图像光和用实线表示的实际事物图像光均相较于视网膜在前方成像。
另一方面，根据图8的(a)的实施例的增强现实用光学装置600，如前文中在图4的(a)中描述，用虚线表示的增强现实图像光从显示装置11射出并经过准直器12而入射至光学机构30的第二面32，并在光学机构30的第二面32被全反射而入射至反射部20，之后由反射部20反射而传递至瞳孔40。此时，可以知道，由于第一面31形成为凹面，增强现实图像光在通过第一面31时向外侧方向发散，因此在经瞳孔40时焦距变长，从而以成像于视网膜的方式被传递。
此外，根据图8的(a)的实施例的增强现实用光学装置600可知，用实线表示的实际事物图像光在通过形成为凸面的第二面32时略微向内侧方向收敛，但在通过曲率大于第二面32的曲率的第一面31时更多地向外侧方向发散，因而在经瞳孔40时整体上焦距变长，从而以成像于视网膜的方式被传递。
因此，图8的(a)的实施例能够为患有近视的用户提供对增强现实图像光和实际事物图像光两者的视力矫正功能。在这种情况下，光学机构30可以实现为实际近视用户所使用的眼镜镜片，因而具有仅凭增强现实用光学装置600即可用作眼镜形态的增强现实提供装置而无需单独的辅助光学机构的优点。
图9是示出本发明的又一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置700的整体结构的图。
图9的(a)示出本发明的另一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置700的侧视图，图9的(b)示出如专利文献1中记载的现有技术的增强现实用光学装置100的侧视图，以便与本实施例进行比较。
图9的(a)所示的实施例与图8的(a)的实施例相似，但示出将第一面31和第二面32进行形成为凸面以在整体上使光学机构30起凸透镜的作用的情况，用于为患有远视的用户进行对增强现实图像光和实际事物图像光的视力矫正。其他结构与在图8中描述的相同，因而省略详细说明。
另一方面，虽然未图示，也可以通过将光学机构30的第一面31形成为凹面并将第二面32形成为凸面，且使第二面32的曲率大于第一面31的曲率，整体上使光学机构30执行作为凸透镜(这样的透镜通常称为正弯月(positive meniscus)透镜)的作用。在这种情况下，虽然可以为患有远视的用户提供对实际事物图像光的视力矫正功能，但对增强现实图像光的视力矫正效果却不足。因此，在这种情况下，为了进行增强现实图像光的视力矫正，有必要利用其他构成要素(例如，反射部的曲面结构、准直器的厚度或间距)为远视用户提供对增强现实图像光的视力矫正功能。
除了这样的图8和图9的实施例外，还可以使用将第一面31和第二面32均形成为曲面的多样的组合。在这种情况下，可以通过将第一面31和第二面32形成为凹面和凸面的组合且适当调整曲率，根据用户是近视还是远视，由光学机构30整体上执行作为凹透镜或凸透镜的功能。
图10和图11是用于说明本发明的又一实施例的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置800的图，图10是示出增强现实用光学装置800的整体结构的侧视图，图11是用于说明反射部21A、21B的结构的图。
图10的实施例的基本结构与已参照图4至图9说明的专利文献1中记载的增强现实用光学装置100相同，区别在于，反射部21A、21B的表面形成为曲面。
其中，可以形成有2个以上的多个反射部21A、21B。
此外，反射部21A、21B的表面可以形成为凸面或凹面。
在图10的实施例中，形成有具有形成为凸面的表面的2个反射部21A、21B，用于为患有近视的用户提供增强现实图像光的视力矫正功能。
如图10所示，用虚线表示的增强现实图像光在光学机构30的第二面32被全反射后入射至反射部21A、21B，并由反射部21A、21B反射而传递至瞳孔40，此时，由于反射部21A、21B形成为凸面，增强现实图像光被凸面的反射部21A、21B向外侧方向发散而被传递至瞳孔40。因此，增强现实图像光焦距变长，从而可以以经瞳孔40而成像于视网膜的方式被传递，由此，可以为患有近视的用户提供增强现实图像光的视力矫正功能。
另一方面，当形成有多个反射部21A、21B时，多个反射部21A、21B可以由将具有形成为曲面的表面的一个反射机构21分割为多个的单位反射机构中的至少一部分构成。
图11是用于说明反射部21A、21B的结构的图。
参照图11，将具有形成为曲面的表面的一个反射机构21如图示用4个虚线分割，可以得到3个单位反射机构。
其中，除了单位反射机构2，可以利用单位反射机构1和单位反射机构3这2个单位反射机构形成2个反射部21A、21B。
图11中示出将一个反射机构21分割而得到3个单位反射机构的情况，但这是示例性的，显然，根据情况，也可以分割形成4个、5个或其以上的单位反射机构，并利用其中一部分来构成反射部。
另一方面，如图11所示，反射部21A、21B可以配置为，在将一个反射机构21置于瞳孔40的正面方向的状态下分割为多个单位反射机构，并在维持其中要用作反射部21A、21B的单位反射机构的形态的情况下使其沿与瞳孔40的正面方向水平的方向移动以位于光学机构30的第一面31与第二面32之间。
此时，配置于光学机构30的第一面31与第二面32之间的反射部21A、21B可以以与光学机构30的第一面31和第二面32水平的方式平行地配置，但并非必须如此，如前所述，每个反射部21A、21B可以以防止相对于其他反射部遮挡增强现实图像光的方式配置为具有适当的角度。
图12和图13是用于说明本发明的又一实施例的增强现实用光学装置900的图，图12是示出增强现实用光学装置900的整体结构的侧视图，图13是用于说明反射部22A、22B的结构的图。
图12和图13的实施例的基本结构与在图10和图11中描述的实施例相同，区别在于，反射部22A、22B的表面形成为凹面。
在图12的实施例中，形成有具有形成为凹面的表面的2个反射部22A、22B，用于为患有远视的用户提供增强现实图像光的视力矫正功能。
如图12所示，用虚线表示的增强现实图像光在光学机构30的第二面32被全反射后入射至反射部22A、22B，并由反射部22A、22B反射而传递至瞳孔40，此时，由于反射部22A、22B形成为凹面，增强现实图像光在通过凹面的反射部22A、22B向内侧方向收敛而被传递至瞳孔40。因此，增强现实图像光的焦距变短，从而可以以经瞳孔40而成像于视网膜的方式被传递，由此，可以为患有远视的用户提供增强现实图像光的视力矫正功能。
在这种情况下，同样地，当形成有多个反射部22A、22B时，多个反射部22A、22B可以由将具有形成为曲面的表面的一个反射机构21分割为多个的单位反射机构中的至少一部分构成。
图13是用于说明反射部22A、22B的结构的图。
图13的反射部22A、22B的结构与在图11中描述的相同，区别仅在于，反射部22A、22B形成为凹面。
即，如图13所示，将具有形成为凹面的表面的一个反射机构22如4个虚线所示分割，可以得到3个单位反射机构，其中，除了单位反射机构2，可以利用单位反射机构1和单位反射机构3这2个单位反射机构形成2个反射部22A、22B。
反射部22A、22B也同样可以如在图11中描述的那样被配置为，在将一个反射机构22置于瞳孔40的正面方向的状态下分割为多个单位反射机构，并在使其中要用作反射部22A、22B的单位反射机构维持其形态的情况下使其沿与瞳孔40的正面方向水平的方向移动以位于光学机构30的第一面31与第二面32之间。
在这种情况下，同样地，配置于光学机构30的第一面31与第二面32之间的反射部22A、22B可以以与光学机构30的第一面31和第二面32水平的方式平行地配置。或者，每个反射部22A、22B可以防止相对于其他反射部遮挡增强现实图像光的方式被配置为具有适当的角度。
图14和图15是示出本发明的又一实施例的增强现实用光学装置1000、1100的图。
图14和图15的实施例的增强现实用光学装置1000、1100的基本结构与已参照图4至图9说明的专利文献1的增强现实用光学装置100相同，且以利用辅助光学元件50、60提供视力矫正功能为特征。
即，以在图像射出部10与光学机构30之间配置辅助光学元件50、60以折射从图像射出部10射出的增强现实图像光而传递至光学机构30为特征。
其中，辅助光学元件50、60可以是诸如凹透镜或凸透镜的折射机构。
图14的实施例是作为辅助光学元件使用凹透镜50的情况，图15的实施例示出使用凸透镜60的情况。
如图14所示，当使用凹透镜50时，由于辅助光学元件50以向外侧方向发散的方式折射增强现实图像光，在通过反射部20经瞳孔40传递至视网膜时使焦距变长，因而可以为近视用户提供视力矫正功能。
如图15所示，当使用凸透镜60时，由于辅助光学元件60以向内侧方向收敛的方式折射增强现实图像光，在通过反射部20经瞳孔40传递至视网膜时使焦距变短，从而可以为远视用户提供视力矫正功能。
另一方面，作为辅助光学元件50、60，除了诸如凹透镜或凸透镜的折射机构外，还可以使用诸如衍射机构或全息元件的光学元件。
另一方面，也可以通过调节显示装置11与准直器12之间的间距或使用具有其他焦距的准直器12，获得对增强现实图像光的视力矫正功能。
图16是用于说明利用准直器12A、12B的视力矫正功能的图。
如图16的(a)和(b)所示，示出若将准直器12A形成得较薄或较厚以使焦距不同，则可以以发散或收敛的方式折射增强现实图像光，因而为近视或远视用户提供增强现实图像光的视力矫正功能的原理。
此外，如图所示，可以通过使显示装置11与准直器12A、12B之间的间距不同来改变增强现实图像光被传递至光学机构30的光路，由此提供视力矫正功能。
使准直器12A、12B的焦距不同的方法和使显示装置11与准直器12A、12B之间的间距不同的方法可以组合使用。
此外，在图16中描述的结构也可以与在图14和图15中描述的实施例组合使用。
另一方面，在图4至图16描述的实施例可以相互组合而复合性地使用。
图17和图18示出本发明的又一实施例的增强现实用光学装置1200、1300，示例性地示出组合使用图4至图16的实施例的情况。
图17的实施例示出复合性地应用图6的实施例和图10的实施例的增强现实用光学装置1200。
即，图17的实施例的增强现实用光学装置1200可以如图6的实施例所示通过将第二面32形成为凹面来提供对实际事物图像光的近视矫正功能，并如图10的实施例所示通过配置具有凸面的表面的反射部21A、21B来提供对增强现实图像光的近视矫正功能。
另一方面，图18的实施例示出复合性地应用图8的实施例和图10的实施例的增强现实用光学装置1300。
即，图18的实施例如同图8的实施例通过将光学机构30的第一面31形成为凹面并将第二面32形成为凸面，且使第一面31的曲率大于第二面32的曲率，整体上使光学机构30起凹透镜的作用，以为患有近视的用户提供对增强现实图像光和实际事物图像光的视力矫正功能。此外，可以如同图10的实施例配置具有凸面的表面的反射部21A、21B以为近视用户进一步提供增强现实图像光的视力矫正功能。
图17和图18的实施例是示例性的，除了这样的实施例外，还可以通过以多样的方式组合图4至图16的实施例来基于使用例提供复合性的视力矫正功能。
需要注意的是，虽然在上文中参照本发明的优选实施例对本发明进行了说明，但本发明显然不限于上述实施例，可以在本发明的范围内实施多样的修改和变形。
Claims (20)
1.一种具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，包括：
图像射出部，其射出作为与增强现实用图像相应的图像光的增强现实图像光；
反射部，其通过朝向用户的眼睛的瞳孔反射而传递从所述图像射出部射出的增强现实图像光来向用户提供增强现实用图像；以及
光学机构，其配置有所述反射部，并且使作为从实际事物射出的图像光的实际事物图像光的至少一部分朝向用户的眼睛的瞳孔透过，
所述光学机构具备朝向用户的瞳孔射出由所述反射部反射的增强现实图像光和所述实际事物图像光的至少一部分的第一面、以及与所述第一面相向并且供实际事物图像光入射的第二面，
所述反射部配置于所述光学机构的第一面与第二面之间的内部，
所述光学机构的第一面和第二面中的至少某一个形成为曲面。
2.根据权利要求1所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
所述曲面是凹面或凸面。
3.根据权利要求2所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
不是形成为所述曲面的面即另一面形成为平面、凹面以及凸面中的某一个。
4.根据权利要求1所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
所述第一面形成为凹面，所述第二面形成为凸面，且所述第一面的曲率大于所述第二面的曲率。
5.根据权利要求1所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
所述第一面形成为凹面，所述第二面形成为凸面，且所述第二面的曲率大于所述第一面的曲率。
6.根据权利要求1所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
从所述图像射出部射出的增强现实图像光在被光学机构的第一面和第二面中的至少某一个全反射至少一次以上后被传递至反射部，所述光学机构的第一面和第二面中的至少某一个具备形成为用于全反射从图像射出部射出的增强现实图像光的平面的全反射区域。
7.根据权利要求1所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
所述反射部形成为曲面。
8.根据权利要求1或7所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
从所述图像射出部射出的增强现实图像光通过辅助光学元件被传递至反射部。
9.一种具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，包括：
图像射出部，其射出作为与增强现实用图像相应的图像光的增强现实图像光；
反射部，其通过朝向用户的眼睛的瞳孔反射而传递从所述图像射出部射出的增强现实图像光来向用户提供增强现实用图像；以及
光学机构，其配置有所述反射部，并且使作为从实际事物射出的图像光的实际事物图像光的至少一部分朝向用户的眼睛的瞳孔透过，
所述反射部的表面形成为曲面。
10.根据权利要求9所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
所述反射部的表面是凹面或凸面。
11.根据权利要求9所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
形成有多个所述反射部，
所述多个反射部由将具有形成为曲面的表面的一个反射机构分割为多个的单位反射机构中的至少一部分构成。
12.根据权利要求11所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
所述多个反射部被配置为在将一个反射机构置于瞳孔正面方向的状态下分割为多个单位反射机构，并使其中要用作反射部的单位反射机构在维持其形态的情况下沿与瞳孔正面方向水平的方向移动以使其位于光学机构的第一面与第二面之间。
13.根据权利要求9所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
所述光学机构具备朝向用户的瞳孔射出由所述反射部反射的增强现实图像光和所述实际事物图像光的至少一部分的第一面、以及与所述第一面相向并且供实际事物图像光入射的第二面，
所述反射部配置于所述光学机构的第一面与第二面之间的内部，
所述光学机构的第一面和第二面中的至少某一个形成为曲面。
14.根据权利要求9或13所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
从所述图像射出部射出的增强现实图像光通过辅助光学元件被传递至反射部。
15.一种具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，包括：
图像射出部，其射出作为与增强现实用图像相应的图像光的增强现实图像光；
反射部，其通过朝向用户的眼睛的瞳孔反射而传递从所述图像射出部射出的增强现实图像光来向用户提供增强现实用图像；以及
光学机构，其配置有所述反射部，并且使作为从实际事物射出的图像光的实际事物图像光的至少一部分朝向用户的眼睛的瞳孔透过，
从所述图像射出部射出的增强现实图像光通过辅助光学元件被传递至反射部。
16.根据权利要求15所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
所述辅助光学元件是折射机构、衍射机构以及全息元件中的至少某一个。
17.根据权利要求16所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
所述折射机构是凹透镜或凸透镜。
18.根据权利要求15所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
所述图像射出部具备通过将增强现实用图像显示于屏幕来通过屏幕射出增强现实图像光的显示装置、以及射出对由显示装置射出的增强现实图像光进行准直的光的准直器，
并且通过改变所述准直器的焦距或改变所述显示装置和所述准直器的距离来改变增强现实图像光被传递至光学机构的光路。
19.根据权利要求15所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
所述光学机构具备朝向用户的瞳孔射出由所述反射部反射的增强现实图像光和所述实际事物图像光的至少一部分的第一面、以及与所述第一面相向并且供实际事物图像光入射的第二面，
所述反射部配置于所述光学机构的第一面与第二面之间的内部，
所述光学机构的第一面和第二面中的至少某一个形成为曲面。
20.根据权利要求15或19所述的具备视力矫正功能的增强现实用光学装置，其特征在于，
所述反射部形成为曲面。
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