KR20210046611A - 광학 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 한 쌍의 대응면을 갖는 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 준비하는 단계; 상기 한 쌍의 대응되는 면 중에서 제 1 광학 소자의 면에 반사부를 형성하는 단계; 및 상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 밀착 고정시켜서 광학 장치를 형성하는 단계를 포함하는 광학 장치의 제조 방법을 제공한다.

Description

광학 장치의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING AN OPTICAL DEVICE}

본 발명은 광학 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소형의 반사부를 광학 소자 내부에 배치시킨 광학 장치를 효율적으로 제조할 수 있는 광학 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

증강 현실(Augmeted Reality)이란 사용자가 눈으로 보는 현실 세계에 가상 화면(가상 세계)을 겹쳐 보여주는 기술로서, 현실 세계에 실시간으로 부가 정보를 갖는 가상 세계를 합쳐 하나의 영상을 보여주기 때문에 초기에는 혼합 현실로 불리기도 했다

이러한 증강 현실은 see-through HMD(Head Mounted Display)를 발전시킨 것을 시초로 하여 연구되기 시작하였는데 가상 현실(Virtual Reality)과는 다른 의미를 가진다. 가상 현실은 사용자가 가상의 환경에 몰입하게 하므로 사용자는 실제의 환경을 볼 수 없는 반면, 증강 현실은 사용자가 실제의 환경을 볼 수 있으며, 실제의 환경과 가상의 객체가 혼합된 형태를 띤다. 다시 말해, 가상 현실은 현실세계를 대체하여 사용자에게 보여주지만 증강 현실은 현실 세계에 가상의 물체를 중첩함으로써 현실 세계를 보충하여 사용자에게 보여주는 점에서 차이가 있다.

이와 같은 증강 현실을 구현하기 위해 주로 HMD가 이용되는데, 이러한 HMD의 렌즈 모듈(광학계 모듈)은 대부분 그 구조가 복잡하여 제작이 매우 힘든 문제점이 있고, 복잡한 구조에 의해 렌즈 모듈의 크기도 크고 무게도 무거울 수밖에 없는 문제점이 있다.

이러한 종래의 증강현실을 구현하는 장치의 문제들을 극복하기 위하여, 본 출원인은 대한민국 특허 제10-1660519호에 개시된 바와 같은 증강 현실 구현 장치를 제안한 바 있다. 이 증강 현실 구현 장치는 소형의 반사부를 이용하여 심도를 깊게 하고 일종의 핀홀 효과를 발생시킴으로써 사용자가 초점 거리를 변경하는 것과 관계없이 항상 선명한 가상 영상을 제공함으로써 종래 기술에 비하여 개선된 증강 현실 서비스를 제공할 수 있도록 한다.

그러나, 이러한 소형의 반사부를 제조하는 것은 아직까지 정규화되어 있지 않으며, 양산에 큰 어려움이 있는 것이 사실이다.

소형의 반사부를 이용한 광학 장치로서 종래의 기술로서 생각할 수 있는 방법들은 예컨대 다음과 같다.

우선, 첫번째 방법으로, 큰 반사체를 준비하고 사용할 작은 반사부위만을 남기고 그 이외의 영역을 칠하여 일종의 마스크를 만드는 방식이다. 이러한 방식은 마스크가 슬릿 역할을 하게 되므로 회절 현상이 발생하게 되고 경계 부분을 명확하게 구분하여 칠하기가 어렵고, 공정 상에서 반사부가 쉽게 오염될 수 있다는 문제점이 있다.

두번째 방법으로, 큰 반사체를 준비하고 사용할 작은 반사 부위만을 남기고 나머지 영역을 절삭하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 의도치 않은 곡률이나 마모의 문제로 인하여 정밀한 절삭 가공이 어렵고 반사부가 쉽게 오염될 수 있다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1660519호(2016.09.29)

본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소형의 반사부를 광학 소자 내부에 배치할 수 있는 광학 장치를 제조할 수 있는 광학 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 광학 장치의 제조 방법으로서, 한 쌍의 대응면을 갖는 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 준비하는 단계; 상기 한 쌍의 대응되는 면 중에서 제 1 광학 소자의 면에 반사부를 형성하는 단계; 및 상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 밀착 고정시켜서 광학 장치를 형성하는 단계를 포함하는 광학 장치의 제조 방법을 제공한다.

여기에서, 상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자는 동일한 굴절률을 갖는 동일한 재료인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자의 한 쌍의 대응하는 면은 서로 마주댈 때 밀착하도록 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 한 쌍의 대응하는 면은 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자의 두께 방향에 대해 경사지도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 두께 방향은, 광학 장치를 포함하는 증강 현실 구현 장치를 사용자가 착용한 경우 동공에서 광학 장치를 바라보는 방향인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 밀착 고정시켜서 광학 장치를 형성하는 단계는, 상기 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자와 동일한 굴절률을 갖는 재질의 접착제에 의해 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 접착시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 밀착 고정시켜서 광학 장치를 형성하는 단계는, 상기 접착제에 의해 접착된 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 경화시킴으로써 광학 장치를 형성할 수 있다.

또한, 상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자의 한 쌍의 대응면과 반사부는 곡면으로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 광학 장치의 제조 방법으로서, 경사면을 갖는 광학 소자를 준비하는 단계; 상기 광학 소자의 경사면에 반사부를 형성하는 단계; 상기 반사부가 형성된 광학 소자를 광학 소자의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는 수지에 침전시키는 단계; 및 상기 광학 소자 및 반사부가 침전된 상태의 수지를 경화시키는 단계를 포함하는 광학 장치의 제조 방법을 제공한다.

또한, 상기 경사면은 광학 소자의 두께 방향에 대해 경사지도록 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 두께 방향은, 광학 장치를 포함하는 증강 현실 구현 장치를 사용자가 착용한 경우 동공에서 광학 장치를 바라보는 방향인 것이 바람직하다.

또한, 상기 수지는 상기 광학 소자와 동일한 재질로 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 광학 소자의 경사면과 반사부는 곡면으로 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 광학 장치의 제조 방법으로서, 한 쌍의 대응면이 복수개 형성된 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 준비하는 단계; 상기 각각의 한 쌍의 대응되는 면 중에서 제 1 광학 소자의 면마다 반사부를 형성하는 단계; 및 상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 밀착 고정시켜서 광학 장치를 형성하는 단계를 포함하는 광학 장치의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 소형의 반사부를 광학 소자 내부에 배치한 광학 장치를 제조할 수 있는 광학 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에 의하면, 소형의 반사부를 광학 소자 내부에 배치할 수 있는 광학 장치를 제공할 수 있으므로 완전한 시쓰루(see-through) 렌즈로서 작동할 수 있으며, 이에 의하여 증강 현실 구현 장치에 특히 적합한 광학계를 제공할 수 있다.

특히, 본 발명에 의하여 제조된 광학 장치는, 광학 소자의 접합면에서 잔반사나 잔굴절에 의한 고스트 이미지의 발생을 최소화할 수 있으므로 반사부에서의 심도를 깊게 하는 효과와 핀홀 효과를 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 반사부를 광학 소자 내에 형성하기 위하여 슬릿을 사용하지 않기 때문에, 회절 현상이 발생하지 않고, 반사면이 광학 소자 내부에 위치하므로 물리적, 화학적 내구성이 높고 장기간 성능을 유지할 수 있는 장점이 있으며, 다양한 곡률, 모양, 크기, 형태의 조절이 용이하다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면 양산에 적합하고 제조 비용을 절감할 수 있는 광학 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 광학 장치(10)가 적용된 증강 현실 구현 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 광학 장치(10)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 광학 장치(10)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래의 방법으로 제조한 반사부를 갖는 광학 장치와 본 발명에 의해 제조한 광학 장치(10)를 비교한 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의해 제조된 광학 장치(10)로 본 가상 이미지와 실물 객체를 보여주는 사진이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 12는 도 8에서 설명한 실시예에 의해 광학 장치(10)를 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

한편, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 발명에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

우선, 본 발명에 의한 광학 장치(10)가 적용된 증강 현실 구현 장치(100)에 대해 설명한다. 이러한 증강 현실 구현 장치(100)는 본 출원인에 의해 출원되어 등록된 대한민국 특허 등록번호 제10-1660519호에 기재된 내용을 기본으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 광학 장치(10)가 적용된 증강 현실 구현 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 증강 현실 구현 장치(100)는, 반사부(11)와 광학 소자(12)로 구성되는 광학 장치(10)와, 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광을 출사하는 화상 출사부(20) 및 광학 장치(10)를 지지하는 프레임부(30)를 포함한다.

반사부(11)는, 화상 출사부(20)로부터 출사된 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광을 반사시켜서 동공(50)으로 전달하는 기능을 수행하며, 반사부(11)는 광학 소자(12)의 내면에 배치된다.

또한, 증강 현실 구현 장치(100)는, 영상을 촬영하는 영상 촬영 모듈(40)을 더 포함할 수도 있다.

화상 출사부(20)는, 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광을 반사부(11)를 향해 출사하는 수단으로서, 예컨대 소형의 LCD와 같은 디스플레이 장치일 수 있다.

디스플레이 장치는 증강 현실용 화상을 화면에 표시하는 수단으로서, 반사부(11)에서 증강 현실용 화상을 반사시켜서 사용자의 동공으로 투사할 수 있도록 빛을 발광하는 방식에 의해 증강 현실용 화상을 표시하고, 표시된 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광이 출사되어 반사부(11)로 전달된다.

디스플레이 장치는 증강 현실용 화상을 출력하는 구성요소로, 정지 영상이나 동영상과 같은 다양한 종류의 영상을 출력할 수 있으면 충분하고, 디스플레이 장치의 크기나 종류 또는 모양에는 특별한 한정이 있는 것은 아니다.

디스플레이 장치는, 블루투스 또는 와이파이와 같은 무선 통신 기능을 통해 외부의 전자 기기(예를 들어, 스마트폰)로부터 전송된 영상을 출력할 수 있으며, 상기 영상 촬영 모듈(40)이 촬영한 영상을 유선 또는 무선 통신 기능을 통해 수신받아 출력할 수도 있다.

상기 영상 촬영 모듈(40)과 디스플레이 장치 사이의 유선 또는 무선 통신의 연결은 다양한 방식(예를 들어, 프레임부(30)를 관통하여 연결하는 통신선)이 사용될 수 있으며, 이는 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

한편, 화상 출사부(20)는 상기한 바와 같은 디스플레이 장치와 반사부(11) 사이에 배치되어 디스플레이 장치로부터 출사되는 화상광을 반사 또는 굴절시켜서 반사부(11)로 전달하는 반사 수단 또는 굴절 수단일 수 있다. 이 경우, 디스플레이 장치로부터 출사된 화상광은 반사부(11)로 직접 출사되지 않고 반사 수단 또는 굴절 수단을 거쳐서 반사부(11)로 전달된다.

또한, 화상 출사부(20)는 디스플레이 장치로부터 출사된 화상광을 시준된 평행광으로서 출사하는 콜리메이터(collimatior)일 수도 있다. 또는, 이러한 콜리메이터를 반사 수단 또는 굴절 수단과 디스플레이 장치에 배치할 수도 있다.

즉, 화상 출사부(20)는 증강 현실용 화상을 표시하는 디스플레이 장치이거나 디스플레이 장치로부터 출사되는 화상광을 최종적으로 반사부(11)로 전달하는 반사 또는 굴절 수단 등과 같은 다양한 수단을 의미한다.

여기에서, 증강 현실용 화상이라 함은, 디스플레이 장치에 표시되는 화상으로서 반사부(11)를 통해 사용자의 동공을 통해 제공되는 가상 화상을 의미하며, 이미지 형태의 정지 영상이거나 동영상과 같은 것일 수 있다. 이러한 증강 현실용 화상은 상응하는 화상광으로 출사되어 반사부(11)를 통해 사용자의 동공을 통해 가상 화상으로서 제공되고, 이와 동시에 사용자가 눈으로 직접 인식하는 실제 세계의 영상을 제공받음으로써 증강 현실 서비스를 제공받게 된다.

한편, 도 1에서 화상 출사부(20)는 사용자가 정면을 응시할 때를 기준으로 상부에 배치되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 측면이나 대각선 상하 방향에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 증강 현실 구현 장치가 예컨대 안경 형태로 구현된 경우 화상 출사부(20)는 안경 프레임의 적절한 위치에 배치될 수 있다.

한편, 디스플레이 장치는, 외부의 별도 영상 재생 장치로부터 영상 신호를 입력받아서 단순히 화상을 표시하는 기능만을 가질 수도 있고, 자체적으로 프로세서, 메모리 등을 구비하여 화상을 저장하고 재생하는 기능을 갖는 장치와 일체로 형성될 수도 있다.

디스플레이 장치 자체는 본 발명의 직접적인 목적이 아니며 또한 화면에 화상을 표시할 수 있는 종래 알려져 있는 장치를 사용할 수 있으므로 이에 대한 상세 설명은 생략한다.

반사부(11)는 상기 화상 출사부(20)에서 출사되는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광을 반사시켜 사용자의 동공(50)으로 도달할 수 있도록 한다.

즉, 반사부(11)는, 화상 출사부(20)로부터 출사된 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광을 사용자의 눈의 동공(50)을 향해 반사시킴으로써 사용자에게 상기 증강 현실용 화상을 제공하는 기능을 수행한다.

반사부(11)는 화상 출사부(20)로부터 출사된 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광을 동공(50)을 향해 반사시킴으로써, 증강 현실용 화상과 실제 세계의 영상을 겹쳐서 제공함으로써 증강 현실 서비스를 제공할 수 있게 된다. 즉. 반사부(11)는 화상 출사부(20)로부터 출사된 화상광을 사용자의 눈의 동공(50)을 향해 반사시킴으로써 사용자에게 디스플레이 장치에 표시된 증강 현실용 화상을 제공할 수 있다.

이를 위하여, 반사부(11)는, 화상 출사부(20)와 동공(50) 사이에서 적절한 각도를 갖도록 배치된다. 바람직하게는, 반사부(11)를 사용자의 동공(50) 정면에 위치시켰을 때 반사부(11)의 중심으로 입사하는 화상광이 반사되어 동공(50)의 중심으로 입사할 수 있도록 하는 각도를 가지고 배치된다.

예컨대, 도 1에서 반사부(110)는 사용자가 정면을 응시할 때 동공(50)의 정면 방향에 위치하고 화상 출사부(20)는 동공 정면 방향의 측면에 위치하는 것으로 가정하였으므로, 이 경우 반사부(11)는 도 1에 나타낸 바와 같이 대략 45도 정도의 경사를 가지고 기울여서 배치된다.

이러한 반사부(11)는 사람의 동공 크기보다 작은 것이 바람직하다. 일반적으로, 사람의 동공 크기(직경)는 평균적으로 2~8mm 범위인 것으로 알려져 있으며, 따라서 본 발명에서의 반사부(11)는 그 크기는 8mm 이하인 것이 바람직하다. 여기에서, 반사부(11)의 크기라 함은, 반사부(11)의 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이를 의미하는 것으로 정의한다.

이와 같이 반사부(11)가 동공 크기 보다 작게 형성되는 경우 반사부(11)를 통해 동공으로 입사하는 빛에 대한 심도(Field of Depth)를 매우 깊게 할 수 있다. 여기서, 심도라 함은, 초점이 맞는 것으로 인식되는 범위를 말한다. 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(pin hole effect)라고 볼 수 있다.

즉, 본 발명에서 반사부(11)는 그 크기를 동공보다 작게 함으로써 인간의 시각 인식 특성에 따른 핀홀 효과를 통해 사용자가 영상을 인식할 수 있도록 한다. 따라서, 사용자는 핀홀 효과를 통해 보다 심도 깊은 영상을 볼 수 있다.

도 1은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 화상 출사부(20) 및 반사부(11)는 실제의 크기에 따른 비율과는 다소 다르게 표현되어 있다.

반사부(11)는 평면 상의 형태가 원형, 타원형, 다각형 등의 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 직경 또는 단축의 길이가 0.3~6mm로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 직경 또는 단축의 길이가 0.3~4mm 로 형성되는 경우 핀홀 효과가 더 좋아질 수 있다.

실시예에서, 상기 반사부(11)는 직사각형 또는 타원형과 같이 단축과 장축을 가진 형태로 형성될 수 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 반사부(11)가 비스듬히 경사지게 배치되기 때문에 사용자의 동공(50)의 위치에서 보았을 때는 정사각형 또는 원형과 같이 보여질 수도 있다.

또한, 상기 반사부(11)는 그 직경 또는 단축의 크기가 2mm 이하로 형성될 수 있는데, 상기 반사부(11)의 크기를 2mm 이하로 형성시키면 언제든지 사람의 동공보다 작게 형성될 수 있다.

또한, 상기 반사부(11)의 반사율은 100%에 근접하도록 구성되는 것이 바람직한데, 이를 위해 상기 반사부(11)는 금속 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)으로 상기 반사부(11)가 구성될 수 있고, 이외에도 다양한 종류의 금속, 합금 또는 합성수지 등이 이용될 수도 있다.

또한, 반사부(11)는 다양한 소재의 광학 소자(Optical Element)로 형성될 수 있는데, 예를 들어 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Element)로 형성되어 회절 격자 반사가 가능하도록 구성될 수 있다. 이 때 사용자가 얻게 되는 영상은 홀로그래픽 형태를 갖게 된다. 또한 홀로그래픽 광학 소자 이외에 다른 종류의 소자가 사용되어 회절 격자 반사가 가능하도록 구성될 수도 있다.

광학 소자(12)는, 가시 광선의 적어도 일부를 투과시키는 렌즈일 수 있으며, 그 내부에는 도 1에 나타낸 바와 같이 반사부(11)가 배치된다.

여기에서, 가시 광선의 적어도 일부를 투과시킨다는 것은, 가시 광선의 투과율이 0~100%의 범위라는 의미이다. 이러한 광학 소자(12)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 반사부(11)가 사용자의 눈의 동공(50) 정면 방향에 위치한다고 가정할 때, 동공(50)을 통해 현실 세계의 영상을 인식하면서 화상 출사부(20)로부터 출사하는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광을 반사부(11)에 의해 반사시켜 동공(50)으로 출사함으로써 현실 세계의 영상과 증강 현실용 화상을 겹쳐서 제공하여 증강 현실 서비스를 제공할 수 있다. 즉, 광학 소자(12)는, 반사부(11)를 고정하는 동시에, 현실 세계의 영상을 투과시켜 사용자의 동공(50)으로 전달하는 동시에 반사부(11)를 통해 화상 출사부(20)로부터의 화상광을 동공(50)으로 전달하는 기능을 함께 수행한다.

광학 소자(12)는 예컨대 사각형의 렌즈 모듈 형태로 구현하고 이러한 렌즈 모듈을 안경 형태의 증강 현실 장치에 착탈 가능하게 결합시키도록 할 수 있다. 또는, 증강 현실 구현 장치(100)가 안경 형태로 구현되는 경우 안경 렌즈의 형태로 구현될 수도 있다.

프레임부(30)는, 광학 장치(10)와 화상 출사부(20)를 고정 및 지지하는 수단이다. 프레임부(30)는 예컨대 증강 현실 구현 장치(100)가 안경 형태로 구현되는 경우 안경테일 수 있다.

다음으로, 도 2 이하를 참조하여 도 1에서 설명한 증강 현실 구현 장치(100)에 적용된 본 발명에 의한 광학 장치(10)의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 광학 장치(10)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 먼저, (a)에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 대응되는 면을 갖는 제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)를 준비한다.

도 1에서 설명한 바와 같이, 제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)는 가시 광선의 적어도 일부를 투과시키는 렌즈일 수 있으며, 이들은 서로 동일한 굴절률을 갖는 동일한 재료로 형성된다.

제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)는 소정의 두께와 길이를 갖는데, 도 2에서 두께 방향은 도면에서 세로 방향이고, 길이 방향은 가로 방향이다.

광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)의 두께 방향은 (d)에 나타낸 바와 같이 광학 장치(10)가 제조된 후 증강 현실 구현 장치(100)에 적용되어 증강 현실 구현 장치(100)를 사용자가 착용한 경우 동공(50)에서 광학 장치(10)를 바라보는 방향, 보다 정확하게는 광학 장치(10) 내부에 배치된 반사부(11)를 바라보는 방향이 된다.

여기에서, 제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)의 한 쌍의 대응되는 면들을 각각 제1 면(211) 및 제2 면(221)이라 하면, 한 쌍의 대응되는 제1 면(211)과 제2 면(221)은 서로 마주댈 때 밀착하도록 형성되고 두께 방향에 대해서 경사져 있다.

이 두께 방향으로의 경사 각도는, 도 1에서 설명한 반사부(11)가 배치되는 각도와 동일하다. 즉, 한 쌍의 대응되는 제1 면(211)과 제2 면(221)은 서로 마주댈 때 두께 방향에 대해서 경사진 경사 각도는, 화상 출사부(20)로부터의 화상광을 동공(50)으로 반사시키기 위해 반사부(11)가 배치되어야 하는 각도에 따라서 결정된다. 따라서, 증강 현실 구현 장치(100)에서 필요한 반사부(11)의 배치 각도를 미리 계산하고 그에 상응하도록 제1 면(211)과 제2 면(221)의 두께 방향의 경사 각도를 설정하여 제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)를 준비한다.

여기에서, 증강 현실 구현 장치(100)에서의 반사부(11)의 배치 각도는 화상 출사부(20)의 위치와 동공(50)에 대한 반사부(11)의 위치에 따라 다양하게 결정될 수 있다.

다음으로, (b)에 나타낸 바와 같이, 제1 광학 소자(121)의 제1 면(211)에 반사부(11)를 형성한다.

반사부(11)는 금속, 산화물 등의 무기물이나 유기물 등의 재료로 형성될 수 있으며, 각각의 재료에 따라 그에 적합한 코팅 방식을 사용할 수 있다.　 예컨대, 알루미늄 같은 금속재로 반사부(11)를 형성하는 경우 반도체 공정에서 사용되는 노광 증착 혹은 마스크 증착 방식을 사용할 수 있다.　 이러한 증착 방식 자체는 종래 기술에 의해 알려져 있는 것이므로 본 발명의 직접적인 목적은 아니므로 여기서는 상세 설명은 생략한다.

다른 방법으로는, 반사부(11)를 미리 생성해두고 스티커 등으로 접착하는 방식을 사용할 수도 있다.

반사부(11)가 제1 광학 소자(121)의 제1 면(211)에 형성되면, 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이 , 제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)를 밀착 고정시킨다.

제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)를 밀착 고정시키는 것은, 예컨대 제1 광학 소자(121) 및 제2 광학 소자(122)와 동일한 굴절률을 갖는 재질의 접착제(320)에 의해 제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)를 접착시키는 방식으로 이루어질 수 있다.

이러한 과정을 거치고 도 2의 (d)에 나타낸 바와 같이 접착된 제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)를 경화시키는 경화 공정을 수행하면, 반사부(11)을 제외한 나머지 부분에 대해서는 모두 동일한 굴절률을 갖는 광학 소자(12)를 형성할 수 있고, 이러한 광학 소자(12)와 반사부(11)에 의해 광학 장치(10)를 제조할 수 있다.

도 2의 실시예는 다음과 같은 장점을 갖는다.

1) 반사부(11)와 광학 소자(121,122) 사이의 접합면에서 잔반사가 일어나지 않아 핀홀 효과를 유지한다.

2) 슬릿을 사용하지 않아 회절 현상이 감소한다.

3) 반사부(11)가 광학 소자(121,122) 내부에 위치하므로 물리적, 화학적 내구성이 높다.

4) 정밀 가공(곡률, 모양, 크기, 형태 조절)에 유리하다.

5) 반사부(11)를 복수개로 구현하는 경우 다수의 소형의 반사부(11)를 제조하는데 유리하다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 광학 장치(10)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 먼저, (a)에 나타낸 바와 같이, 경사면(211)을 갖는 광학 소자(121)를 준비한다. 이 광학 소자(121)는 도 2에서의 제1 광학 소자(121)와 동일하다.

도 1에서 설명한 바와 같이, 광학 소자(121)는 가시 광선의 적어도 일부를 투과시키는 렌즈일 수 있으며, 광학 소자(121) 또한 도 2의 실시예에서 설명한 바와 같이 소정의 두께와 길이를 갖는데, 도 3에서 두께 방향은 도면에서 세로 방향이고, 길이 방향은 가로 방향이다.

광학 소자(121)의 두께 방향은 도 2의 실시예에서 설명한 바와 같이 광학 장치(10)가 제조된 후 증강 현실 구현 장치(100)에 적용되어 증강 현실 구현 장치(100)를 사용자가 착용한 경우 동공(50)에서 광학 장치(10)를 바라보는 방향, 보다 정확하게는 광학 장치(10) 내부에 배치된 반사부(11)를 바라보는 방향이며, 광학 소자(121)의 경사면(211)은 두께 방향에 대해서 경사져 있다.

이 두께 방향으로의 경사 각도 또한, 도 1에서 설명한 반사부(11)가 배치되는 각도와 동일하다. 즉, 경사면(211)이 광학 소자(121)의 두께 방향에 대해서 경사진 경사 각도는, 화상 출사부(20)로부터의 화상광을 동공(50)으로 반사시키기 위해 반사부(11)가 배치되어야 하는 각도에 따라서 결정된다. 따라서, 증강 현실 구현 장치(100)에서 필요한 반사부(11)의 배치 각도를 미리 계산하고 그에 상응하도록 경사면(211)의 두께 방향의 경사 각도를 설정하여 광학 소자(121)를 준비한다.

여기에서, 증강 현실 구현 장치(100)에서의 반사부(11)의 배치 각도는 화상 출사부(20)의 위치와 동공(50)에 대한 반사부(11)의 위치에 따라 다양하게 결정될 수 있다.

다음으로, (b)에 나타낸 바와 같이, 광학 소자(121)의 경사면(211)에 반사부(11)를 형성한다.

도 2의 실시예에서 설명한 바와 같이, 반사부(11)는 금속, 산화물, 유기물 등의 재료로 형성될 수 있으며, 반도체 공정에서 사용되는 노광 증착 혹은 마스크 증착 방식에 의해 경사면(211)에 형성될 수 있다.

또는, 반사부(11)를 미리 생성해두고 스티커 등으로 접착하는 방식을 사용할 수도 있다.

반사부(11)가 경사면(121)에 형성되면, 광학 소자(121)를 광학 소자(121)와 동일한 굴절률을 갖는 수지(230)에 침전시킨다.

여기에서, 수지(230)는 광학 소자(121)와 동일한 굴절률을 가져서 경계면에서 굴절이나 반사가 일어나 광이 투과도록 하는 것이 적합할 수 있다. 예컨대 광학 소자(121)의 굴절률이 1.516이라면, 수지(230) 또한 경화시켰을 때 1.516의 굴절률을 가지는 재질이 적합하다.

또한 광학 소자(121)와 수지(230)의 열팽창률이 동일하여 다양한 온도에서도 접합력을 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한 광학 소자(121)와 수지(230)의 친화성이 좋아 접합력을 오래 유지 할 수 있는 재질인 것이 바람직하다.

이러한 점을 고려하면, 광학 소자(121)와 수지(230)는 동일한 재질로 형성하는 것이 바람직하다.

이러한 과정을 거치고 도 3의 (d)에 나타낸 바와 같이 광학 소자(121) 및 반사부(11)가 침전된 상태의 수지(230)를 경화시키는 공정을 수행하면, 반사부(11)을 제외한 나머지 부분에 대해서는 모두 동일한 굴절률을 갖는 광학 소자(12)를 형성할 수 있고, 이러한 광학 소자(12)와 반사부(11)에 의해 광학 장치(10)를 제조할 수 있다.

도 3의 실시예 또한 도 2와 마찬가지의 장점을 갖는다.

도 4는 종래의 방법으로 제조한 반사부를 갖는 광학 장치와 본 발명에 의해 제조한 광학 장치(10)를 비교한 사진이다.

종래의 방법으로는, 반사부를 준비하고, 사용하고자 하는 반사 부위를 제외한 나머지 영역을 코팅함으로써, 일부 반사면을 갖도록 하는 방법이다.

기존의 방법으로 제조할 경우 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 이미지의 잔반사 및 회절로 인하여 뿌옇고 낮은 해상도의 이미지가 생성되지만, 본 발명의 실시예로 제조되는 경우에는 (c)에 도시된 바와 같이 최소화된 잔반사나 잔굴절로 인한 고스트 이미지를 최소화할 수 있으며 회절 현상이 거의 발생하지 아니하므로 항상 선명한 해상도를 갖게 됨을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의해 제조된 광학 장치(10)로 본 가상 이미지와 실물 객체를 보여주는 사진이다.

도 5에서 좌측의 캔은 본 발명에 의한 광학 장치(10)로 보여지는 가상 이미지이고, 우측의 캔은 실물 객체의 이미지로서, 가상 이미지와 실물 객체를 비교해 보면 본 발명에 의한 광학 장치(10)에 의해 획득되는 가상 이미지 또한 높은 해상도를 가짐을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 광학 장치(10)를 사용하면 온전한 시쓰루(see-through) 렌즈로 작동하는 광학계를 얻을 수 있으며, 이를 이용하여 보다 선명한 영상을 얻을 수 있는 증강 현실 구현 장치를 제공할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 의한 반사부(11)는 전술한 바와 같이 심도를 깊게 함으로써 일종의 핀홀 효과를 발생시키는데, 이 때 반사부(11)의 곡률, 형태, 위치 등을 조절하여 초점 광학계, 반사 광학계 또는 조리개의 역할을 동시에 수행하도록 하고, 반사부(11)의 곡률, 형태, 위치를 자유롭게 제작할 수 있다.

도 6을 참조하면 반사부(11)가 형성되는 경사면이 평면이 아닌 곡면으로 형성되어 있음을 알 수 있다. 이 경우, 반사부(11) 또한 상기 곡면에 상응하는 형태의 곡면으로 형성된다.

즉, 도 6의 실시예는 도 2 및 도 3의 실시예에서 설명한 제조 공정과 동일하게 수행하되, 반사부(11)가 형성되는 제1 광학 소자(121)의 제1 면(211) 및 제2 광학 소자(122)의 제2 면(221)(제1 실시예의 경우) 또는 광학 소자(121)의 경사면(211)(도 3의 실시예의 경우)을 곡면으로 형성하고 반사부(11)의 표면 또한 상기 곡면에 상응하는 곡면으로 형성한다는 점에서 차이가 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 7의 실시예는 도 2의 실시예와 기본적으로 동일하지만, 제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)의 한 쌍의 대응되는 면인 제1 면(211)과 제2 면(221)이 두께 방향에 대해서 부분적으로 경사져 있는 것을 특징으로 한다.

도 2의 실시예에서는, 제1 면(211)과 제2 면(221)이 두께 방향을 따라 끝까지 경사진 형태로 되어 있으나 도 7의 실시예에서는 두께 방향 전체에 걸쳐서 경사진 것이 아니라 일부분에 대해서만 경사져 있다는 점에서 도 2의 실시예와 차이가 있다.

도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, 제1 면(211)과 제2 면(221)이 두께 방향에 대해서 부분적으로 경사져 있는 제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)를 준비하고 도 2에서 설명한 바와 마찬가지로 제1 광학 소자(121)의 제1 면(211)에 반사부(11)를 형성한다. 그리고, 도 2에서와 마찬가지로 제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)를 밀착 고정시키면 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이 광학 장치(10)를 형성할 수 있다.

한편, 도 7에서는 2개의 광학 소자 즉, 제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)를 이용하여 광학 장치(10)를 형성하는 경우에 대해 설명하였으나, 이들 이외에 예컨대 제3 광학 소자 등과 같이 별도의 광학 소자를 사용할 수도 있다. 예컨대, 제1 광학 소자(121)의 제1 면(211) 이외의 부분이 분할된 형태의 제3 광학 소자를 사용할 수 있다. 이 경우 제3 광학 소자는 제1 광학 소자와 접착제에 의해 밀착 고정될 수 있으며, 제1 광학 소자와 동일한 굴절률을 갖는 재질로 형성된다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

도 8의 실시예는, 반사부(11)를 복수개로 형성하기 위한 것으로서, 도 2의 실시예와 비교해 볼 때 제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)의 대응되는 면이 복수 쌍으로 형성된다는 점을 특징으로 한다. 즉, 한 쌍의 대응면이 복수개 형성된다는 점에서 도 2의 실시예와 차이가 있다.

도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 제1 광학 소자(121)의 제1 면(211)은 톱니 형상으로 복수개 형성되고, 제2 광학 소자(122)의 제2 면(221)도 톱니 형상으로 제1 광학 소자(121)의 제1 면(211)과 대응되도록 복수개 형성된다. 이러한 제1 광학 소자(121)의 각각의 제1 면(211)마다 반사부(11)들을 형성하고 이를 접착제에 의해 밀착 고정시키면 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같은 광학 장치(10)를 형성할 수 있다.

여기에서, 제1 면(211) 각각에는 복수개의 반사부(11)를 형성하면 어레이 형태로 반사부(11)가 배치된 광학 장치(10)를 얻을 수 있다.

도 9 내지 도 12는 도 8에서 설명한 실시예에 의해 광학 장치(10)를 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 도 9를 참조하면, 도 8에서 설명한 바와 같이 서로 톱니 형상으로 대응되는 면이 형성된 제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)를 준비하고, 도 10에 나타낸 바와 같이, 마스크 증착 방식에 의해 반사부(11)를 제1 광학 소자(121)의 각각의 제1 면(211)마다 형성하면, 도 11에 나타낸 바와 같이 제1 광학 소자(121)의 각각의 제1 면(211)에 배치되고, 앞서 설명한 바와 같이 접착제에 의해 제1 광학 소자(121)와 제2 광학 소자(122)를 밀착 고정시키면 도 12에 나타낸 바와 같은 광학 장치(10)를 얻을 수 있다.

이상에서, 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100...증강 현실 구현 장치
10...광학 장치
11...반사부
12...광학 소자
20...화상 출사부
30...프레임부
121...제1 광학 소자
122...제2 광학 소자
211...제1 면
221..제2 면
320...접착제
230...수지

Claims (14)

1. 광학 장치의 제조 방법으로서,
   한 쌍의 대응면을 갖는 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 준비하는 단계;
   상기 한 쌍의 대응되는 면 중에서 제 1 광학 소자의 면에 반사부를 형성하는 단계; 및
   상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 밀착 고정시켜서 광학 장치를 형성하는 단계
   를 포함하는 광학 장치의 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자는 동일한 굴절률을 갖는 동일한 재료인 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자의 한 쌍의 대응하는 면은 서로 마주댈 때 밀착하도록 형성된 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 한 쌍의 대응하는 면은 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자의 두께 방향에 대해 경사지도록 형성된 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 두께 방향은, 광학 장치를 포함하는 증강 현실 구현 장치를 사용자가 착용한 경우 동공에서 광학 장치를 바라보는 방향인 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 밀착 고정시켜서 광학 장치를 형성하는 단계는, 상기 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자와 동일한 굴절률을 갖는 재질의 접착제에 의해 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 접착시키는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 밀착 고정시켜서 광학 장치를 형성하는 단계는, 상기 접착제에 의해 접착된 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 경화시킴으로써 광학 장치를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자의 한 쌍의 대응면과 반사부는 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
9. 광학 장치의 제조 방법으로서,
   경사면을 갖는 광학 소자를 준비하는 단계;
   상기 광학 소자의 경사면에 반사부를 형성하는 단계;
   상기 반사부가 형성된 광학 소자를 광학 소자의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는 수지에 침전시키는 단계; 및
   상기 광학 소자 및 반사부가 침전된 상태의 수지를 경화시키는 단계
   를 포함하는 광학 장치의 제조 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 경사면은 광학 소자의 두께 방향에 대해 경사지도록 형성된 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 두께 방향은, 광학 장치를 포함하는 증강 현실 구현 장치를 사용자가 착용한 경우 동공에서 광학 장치를 바라보는 방향인 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 수지는 상기 광학 소자와 동일한 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
13. 청구항 9에 있어서,
    상기 광학 소자의 경사면과 반사부는 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 광학 장치의 제조 방법.
14. 광학 장치의 제조 방법으로서,
    한 쌍의 대응면이 복수개 형성된 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 준비하는 단계;
    상기 각각의 한 쌍의 대응되는 면 중에서 제 1 광학 소자의 면마다 반사부를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 광학 소자와 제2 광학 소자를 밀착 고정시켜서 광학 장치를 형성하는 단계
    를 포함하는 광학 장치의 제조 방법.

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