KR20210053249A - 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치 - Google Patents
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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 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 제2 반사부로 전달하는 제1 반사부; 및 상기 광학 수단의 내부에 배치되며, 상기 제1 반사부로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 제2 반사부를 포함하고, 상기 광학 수단은, 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 제2 반사부를 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 반사부로 전달되거나 상기 광학 수단의 내면에서 전반사되어 제1 반사부로 전달되고, 상기 증강 현실 화상광을 반사시키는 제1 반사부의 반사면은, 실제 사물 화상광이 입사하는 광학 수단의 제1 면을 향하도록 배치되고, 상기 제2 반사부는, 상기 제1 반사부로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 각각 반사시켜 사용자의 동공으로 전달할 수 있도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 복수개의 반사 모듈로 구성되고, 상기 제2 반사부를 구성하는 복수개의 반사 모듈들은, 상기 제1 반사부로부터의 거리가 멀수록 증강 현실 화상광이 동공을 향해 출사하는 광학 수단의 제2 면에 더 가깝도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.
Description
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 초점 거리의 변경에 따라 가변형 초점 렌즈를 전기적으로 제어하는 등의 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이러한 기술 또한 초점 거리를 조절하기 위하여 사용자가 별도의 조작을 해야 하거나 초점 거리의 제어를 위한 별도의 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 가상 영상을 동공을 통해 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(pin hole 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.
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 반사 모듈들의 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 반사부로 전달하는 제1 반사부; 및 상기 광학 수단의 내부에 배치되며, 상기 제1 반사부로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 제2 반사부를 포함하고, 상기 광학 수단은, 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 제2 반사부를 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 반사부로 전달되거나 상기 광학 수단의 내면에서 전반사되어 제1 반사부로 전달되고, 상기 증강 현실 화상광을 반사시키는 제1 반사부의 반사면은, 실제 사물 화상광이 입사하는 광학 수단의 제1 면을 향하도록 배치되고, 상기 제2 반사부는, 상기 제1 반사부로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 각각 반사시켜 사용자의 동공으로 전달할 수 있도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 복수개의 반사 모듈로 구성되고, 상기 제2 반사부를 구성하는 복수개의 반사 모듈들은, 상기 제1 반사부로부터의 거리가 멀수록 증강 현실 화상광이 동공을 향해 출사하는 광학 수단의 제2 면에 더 가깝도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.
여기에서, 상기 제1 반사부의 반사면은 곡면으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 반사부의 반사면은 광학 수단의 제1 면쪽으로 오목하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 반사부의 폭 방향의 길이는 4mm 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1 반사부는, 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러(half mirror)이거나 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 반사부는, 굴절 소자 또는 회절 소자로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 반사부의 증강 현실 화상광을 반사시키는 반사면의 반대면을 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅할 수 있다.
또한, 상기 제2 반사부를 구성하는 복수개의 반사 모듈들은, 상기 제1 반사부로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 동공을 향해 반사시켜 전달할 수 있도록 상기 광학 수단의 제2 면에 대해 경사각을 가지도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사 모듈 각각은, 4mm 이하의 크기로 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사 모듈 각각은, 상기 제1 반사부로부터 전달되는 증강 현실 화상광이 다른 반사 모듈에 의해 차단되지 않도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사 모듈 각각의 크기는 부분적으로 서로 다를 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사 모듈 중 적어도 일부 반사 모듈의 간격을 다른 반사 모듈들의 간격과 다르게 배치할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사 모듈 중 적어도 일부는 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러이거나 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터로 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사 모듈 중 적어도 일부는 굴절 소자 또는 회절 소자로 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사 모듈 중 적어도 일부에 대해서, 증강 현실 화상광을 반사시키는 면의 반대면을 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사 모듈 중 적어도 일부의 표면을 곡면으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 반사 모듈 중 적어도 일부의 상기 광학 수단에 대한 경사각은 다른 반사 모듈과 상이하게 형성할 수 있다.
또한, 상기 제2 반사부는, 복수개로 구성되고, 상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부와 x축 사이의 수직선과 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 제2 반사부는 상기 z축 방향을 따라 서로 평행하게 간격을 두고 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2 반사부 각각은, 각각의 제2 반사부를 구성하는 복수개의 반사 모듈들 각각이, 인접하는 제2 반사부를 구성하는 복수개의 반사 모듈들 중 어느 하나와 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하도록 나란하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2 반사부 각각은, 복수개의 제2 반사부 각각을 구성하는 복수개의 반사 모듈들 중 적어도 일부는, 인접하는 제2 반사부를 구성하는 복수개의 반사 모듈들에 대해 z축에 평행한 가상의 직선 상에 나란하게 위치하지 않도록 배치될 수 있다.
또한, 증강 현실용 광학 장치를 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부와 x축 사이의 수직선과 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 반사 모듈들은 상기 z축 방향을 따라 연장되는 바 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 반사부는, 상기 x축 방향에서 보았을 때, 중앙 부분에서 좌우의 양 단부쪽으로 갈수록 제2 반사부에 더 가깝도록 연장되어 형성될 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 반사 모듈들의 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 반사부가 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 일실시예에 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 반사부(20)가 고스트 이미지를 차단하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 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 또 다른 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 또 다른 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 2는 화상 출사부(40)에 콜리메이터가 구비된 도 1의 증강 현실용 광학 장치(100)와 콜리메이터의 기능을 수행하는 보조 반사부가 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 일실시예에 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 반사부(20)가 고스트 이미지를 차단하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 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 또 다른 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 또 다른 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.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 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 반사부(20), 제2 반사부(30)를 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 반사부(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 5의 실시예에는, 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광이 광학 수단(10)의 내면(제1 면(11))에서 전반사되어 제1 반사부(20)로 전달되는 전반사 구조를 나타낸 것이지만, 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 전반사에 의하지 않고 광학 수단(10)의 내부를 통해 제1 반사부(20)로 전달될 수도 있다.
전반사 구조를 사용하지 않는 경우, 즉, 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광이 제1 반사부(20)로 전달되는 경우에는, 제1 반사부(20)의 각도를 고려하여 화상 출사부(40)를 적절한 위치(예컨대, 도 4에서 광학 수단(10) 외부의 제1 반사부(20)로 입사하는 화살표의 연장선상의 적절한 위치)에 배치하는 방식에 의해 이루어질 수 있다.
광학 수단(10)의 내면에서 전반사되는 전반사 구조를 사용하는 경우, 도 4 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 전반사되어 제1 반사부(20)로 전달되고, 제1 반사부(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 제2 반사부(30)에서 반사되어 제2 면(12)을 통해 동공(50)으로 출사한다.
여기에서, 제2 반사부(30)는 복수개의 반사 모듈(31~35)로 구성되며, 본 명세서에서 제2 반사부(30)는 복수개의 반사 모듈(31~35)을 통칭하는 것으로 한다. 제2 반사부(30)의 상세 구성에 대해서는 후술한다.
화상 출사부(40)는 증강 현실 화상광을 출사하는 수단이다. 화상 출사부(40)는, 전술한 바와 같이 증강 현실 화상광을 제1 반사부(20)로 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 반사부(20) 및 제2 반사부(30)를 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 반사부(20) 및 제2 반사부(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 반사부(20)는, 광학 수단(10)의 내부에 배치되며, 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광을 제2 반사부(30)로 전달하는 수단이다.
전술한 바와 같이, 화상 출사부(40)는 제1 반사부(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 반사부(20)로 전달되며, 제1 반사부(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 제2 반사부(30)로 전달되고 제2 반사부(30)에서 다시 반사되어 동공(50)을 향해 출사된다. 전반사 구조가 아닌 경우, 화상 출사부(40)에서 출사된 증강 현실 화상광은 제1 반사부(20)로 직접 전달되고 제1 반사부(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 제2 반사부(30)로 전달된다. 제2 반사부(30)로 전달된 증강 현실 화상광은 제2 반사부(30)에서 다시 반사되어 동공(50)을 향해 출사한다.
제1 반사부(20)는, 전반사 구조를 사용하는 경우, 제2 반사부(30)를 사이에 두고 화상 출사부(40)와 대향하도록 광학 수단(10)의 내부에 배치된다.
또한, 제1 반사부(20)는 제2 반사부(30)를 향해 증강 현실용 화상광을 반사시킬 수 있도록 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이의 내부에 배치된다. 즉, 제1 반사부(20)는 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광 또는 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 반사되어 전달되는 증강 현실 화상광을 제2 반사부(30)로 반사시켜 전달할 수 있도록 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이의 광학 수단(10)의 내부에 배치된다.
또한, 제1 반사부(20)는, 증강 현실 화상광을 반사시키는 제1 반사부(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 반사부(20)는, 증강 현실 화상광을 제2 반사부(30)로 전달하는 한편, 실제 사물로부터 출사되는 실제 사물 화상광 중에서 고스트 이미지를 발생시키는 잡광이 제2 반사부(30) 또는 광학 수단(10)의 제2 면(12)을 통해 동공(50)으로 전달되지 않고 걸러내는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 제1 반사부(20)의 반사면(21)은 곡면으로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 반사부(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 반사부(20)가 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 반사부(20)가 고스트 이미지를 차단하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에서는 설명의 편의를 위해, 제2 반사부(30)는 생략하였다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 실제 사물로부터 출사되어 고스트 이미지를 발생시킬 수 있는 실제 사물 화상광(잡광)은 제1 반사부(20)로 입사하는데, 전술한 바와 같이, 제1 반사부(20)는 실제 사물 화상광이 입사하는 광학 수단(10)의 제1 면(11)을 향하도록 배치되어 있으므로, 제1 반사부(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 반사부(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 반사부(20)의 위치, 동공 크기 및 아이릴리프(eye relief) 등을 고려하여 제1 반사부(20)에 반사되어 동공(50)으로 들어오는 외부광(잡광)을 최소화 시킬 수 있도록 제1 반사부(20)의 위치와 방향이 적절히 조절되어야 한다.
한편, 후술하는 바와 같이 제2 반사부(30)의 크기는 사람의 일반적인 동공의 크기인 8mm 이하로, 보다 바람직하게는 4mm 이하로 형성되는데, 이러한 점을 고려하여 제1 반사부(20)의 폭 방향의 길이는 제2 반사부(30)의 크기에 상응하도록 8mm 이하로, 보다 바람직하게는 4mm 이하로 형성한다.
여기에서, 제1 반사부(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 반사부(20)의 폭 방향의 길이는, 도 5에서 z축 방향에서 제1 반사부(20)를 바라볼 때, 양쪽 끝 사이의 길이일 수도 있다.
또한, 제1 반사부(20)는, 사용자가 동공(50)을 통해 제1 반사부(20)를 가급적 거의 인식할 수 없도록 하기 위하여 사용자가 동공(50)을 통해 정면에서 보았을 때 그 두께를 매우 얇게 하는 것이 바람직하다
또한, 제1 반사부(20)는 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러(half mirror)와 같은 수단으로 구성할 수도 있다.
또한, 제1 반사부(20)는 반사 수단 이외의 기타 굴절 소자 또는 회절 소자로 형성할 수도 있다.
또한, 제1 반사부(20)는 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터(notch filter) 등과 같은 광학 소자로 형성할 수도 있다.
또한, 제1 반사부(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 반사부(30)에 대해 설명한다.
제2 반사부(30)는, 광학 수단(10)의 내부에 배치되며, 제1 반사부(20)로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공(50)을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 수단으로서, 복수개의 반사 모듈(31~35)로 형성된다.
복수개의 반사 모듈(31~35)는, 제1 반사부(20)로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 각각 반사시켜 사용자의 동공(50)으로 전달할 수 있도록 광학 수단(10)의 내부에 배치된다.
전술한 바와 같이, 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광은 제1 반사부(20)를 통해 제2 반사부(30)로 전달되므로, 제2 반사부(30)를 구성하는 복수개의 반사 모듈(31~35)들은 제1 반사부(20)와 동공(50)의 위치를 고려하여 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 대해 적절한 경사각을 가지도록 배치된다.
복수개의 반사 모듈(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 반사 모듈(31~35)들은, 사람의 일반적인 동공 크기보다 작은 크기로 형성되는데, 이에 의해 각 반사 모듈(31~35)을 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(pin hole effect)를 발생시킬 수 있다.
여기에서, 복수개의 반사 모듈(31~35) 각각의 크기라 함은, 각 반사 모듈(31~35)의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이를 의미하는 것으로 정의한다.
또한, 복수개의 반사 모듈(31~35) 각각의 크기는, 동공(50)과 반사 모듈(31~35) 사이의 직선에 수직하면서 동공(50)의 중심을 포함하는 평면에 각 반사 모듈(31~35)을 투영한 정사영의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이일 수 있다.
한편, 복수개의 반사 모듈(31~35) 각각은 제1 반사부(20)로부터 전달되는 증강 현실 화상광이 다른 반사 모듈(31~35)들에 의해 차단되지 않도록 배치된다. 이를 위하여, 복수개의 반사 모듈(31~35)들은, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 일실시예로서, 제1 반사부(20)로부터의 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 5를 참조하면, 광학 수단(10)을 사용자의 동공(50) 정면에 두었을 때, 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부(40)와 x축 사이의 수직선과 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하면, z축은 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단(10)의 내면 사이를 지나는 선분이 된다. 이 때, z축 방향에서 광학 수단(10)을 보았을 때, 반사 모듈(31~35)들은 도 4에 나타낸 것처럼 보이게 된다.
즉, z축 방향에서 광학 수단(10)을 보았을 때 복수개의 반사 모듈(31~35)들 은 도 4에 나타낸 바와 같고, 이러한 구성에 의하면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 화상 출사부(40)의 어느 한 점에서 출사한 증강 현실 화상광은 콜리메이터의 기능을 수행하는 제1 반사부(20)에 의해 반사되어 복수개의 반사 모듈(31~35)로 각각 전달되고, 각각의 반사 모듈(31~35)에서 반사된 평행광들은 동공(50)을 통해 사용자의 망막의 한 점으로 전달되어 상을 형성함을 알 수 있다.
한편, 복수개의 반사 모듈(31~35)들의 크기는 전부 동일할 필요는 없으며, 부분적으로 서로 다르게 할 수도 있다.
또한, 복수개의 반사 모듈(31~35)들은 서로 동일한 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하지만, 적어도 일부의 반사 모듈(31~35)들의 간격을 다른 반사 모듈(31~35)들의 다르게 배치할 수도 있다.
또한, 복수개의 반사 모듈(31~35) 중 적어도 일부는 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러(half mirror)와 같은 수단으로 구성할 수도 있다.
또한, 복수개의 반사 모듈(31~35) 중 적어도 일부는, 반사 수단 이외의 기타 굴절 소자 또는 회절 소자로 형성할 수도 있다.
또한, 복수개의 반사 모듈(31~35) 중 적어도 일부는 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터(notch filter) 등과 같은 광학 소자로 구성될 수 있다.
또한, 복수개의 반사 모듈(31~35) 중 적어도 일부에 대해서, 증강 현실 화상광을 반사시키는 면의 반대면을 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅할 수도 있다.
또한, 복수개의 반사 모듈(31~35) 중 적어도 일부의 표면을 곡면으로 형성할 수도 있다. 여기에서, 상기 곡면은 오목면 또는 볼록면일 수 있다.
또한, 복수개의 반사 모듈(31~35) 중 적어도 일부의 광학 수단(10)에 대한 경사각은 다른 반사 모듈(31~35)과 상이하게 형성할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 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 6을 참조하여 설명한 실시예의 증강 현실용 광학 장치(200)와 기본적인 구성은 동일하되, 복수개의 반사 모듈(31~35)들로 구성되는 제2 반사부(30A,30B,30C,30D)가 복수개로 형성된 것을 특징으로 한다.
여기에서, 복수개의 제2 반사부(30A,30B,30C,30D)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 하고, 화상 출사부(40)와 x축 사이의 수직선과 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하면, z축은 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단(10)의 내면 사이를 지나는 선분이 되는데, 여기에서 복수개의 제2 반사부(30A,30B,30C,30D)는 상기 z축 방향을 따라 서로 평행하게 간격을 두고 배치된다.
여기에서, 각각의 제2 반사부(30A,30B,30C,30D)를 구성하는 복수개의 반사 모듈(31~35)들 각각은, 인접하는 제2 반사부(30A,30B,30C,30D), 즉, 양 옆의 제2 반사부(30A,30B,30C,30D)를 구성하는 복수개의 반사 모듈(31~35)들 중 어느 하나와 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하도록 나란하게 배치될 수 있다. 따라서, 복수개의 제2 반사부(30)를 z축 방향에서 보았을 때는 도 4에서 나타낸 것처럼 보이게 된다.
도 7 및 도 8의 실시예에 의하면, 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 같은 작용 효과를 가지면서 z축 방향의 시야각 및 아이박스(eye box)를 넓힐 수 있는 장점이 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 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 실시예의 증강 현실용 광학 장치(300)와 기본적으로 동일하지만, 복수개의 제2 반사부(30A,30B,30C,30D) 각각을 구성하는 복수개의 반사 모듈(31~35)들 중 적어도 일부는, 인접하는 제2 반사부(30A,30B,30C,30D)를 구성하는 복수개의 반사 모듈(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 반사부(30A)의 반사 모듈(31~35)들과 두번째 제2 반사부(30B)의 반사 모듈(31~35)들을 y축 방향의 위쪽(화상 출사부(40)쪽)으로부터 순서대로 비교해 보면, 첫번째 제2 반사부(30A)의 각각의 반사 모듈(31~35)들은 두번째 제2 반사부(30B)의 모든 반사 모듈(31~35)들과 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하지 않도록 배치되어 있음을 알 수 있다. 즉, 첫번째 제2 반사부(30A)의 반사 모듈(31~35)들과 두번째 제2 반사부(30B)의 반사 모듈(31~35)들은 z축 방향에서 볼 때 z축에 평행하게 나란히 정렬되어 있지 않고 서로 엇갈리게 배치되어 있음을 알 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 또 다른 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 동일하되, 복수개의 반사 모듈(31~35) 각각이 z축 방향으로 연장된 바(bar) 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.
여기에서, 복수개의 반사 모듈(31~35)들 각각은, 다음과 같은 배치 구조를 갖는다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 증강 현실용 광학 장치(500)를 사용자의 동공(50) 정면에 두었을 때, 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부(40)와 x축 사이의 수직선과 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하면, z축은 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단(10)의 내면 사이를 지나는 선분이 되며, 여기에서 복수개의 반사 모듈(31~35)들은 상기 z축 방향을 따라 연장되는 바(bar) 형태로 형성된다.
본 실시예의 경우에도, 광학 수단(10)을 z축 방향에서 보았을 때 복수개의 반사 모듈(31~35)들은 형태는 도 4에서 나타낸 바와 동일하게 보이게 된다.
한편, 도 7 내지 도 12의 실시예에서, 제1 반사부(20)는, x축 방향에서 보았을 때, 중앙 부분에서 좌우의 양 단부쪽으로 갈수록 제2 반사부(30A,30B,30C,30D)에 더 가깝도록 연장되어 형성되며, 전체적으로 완만한 "U"자의 바(bar) 형태로 형성된다.
제1 반사부(20)의 z축 방향으로의 전체적인 길이는, 복수개의 제2 반사부(30A,30B,30C,30D) 전체의 z축 방향의 길이에 상응하도록 연장 형성된다.
이 경우에도, 제1 반사부(20)는, 전술한 바와 같이, 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.
이외에도, 앞서 도 4 내지 도 6에서 설명한 제1 반사부(20)의 다른 특징 또한 도 7 내지 도 12의 실시예들에 그대로 적용될 수 있다.
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.
예컨대, 상기 실시예들에서, 제2 반사부(30)를 구성하는 복수개의 반사 모듈(31~35)들은, 제1 반사부(20)로부터의 거리가 멀수록 증강 현실 화상광이 동공(50)을 향해 출사하는 광학 수단의 제2 면(12)에 더 가깝도록 광학 수단(10)의 내부에 배치되는 것으로 설명하였으나, 모든 반사 모듈(31~35)들이 이와 같이 배치될 필요는 없고 복수개의 반사 모듈(31~35) 중 일부만이 상기와 같이 배치되도록 할 수도 있다.
100...종래의 증강 현실용 광학 장치
200,300,400,500...고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치
10...광학 수단
11...광학 수단(10)의 제1 면
12...광학 수단(10)의 제2 면
20...제1 반사부
21,,,제1 반사부(20)의 반사면
30...제2 반사부
31,32,33,34,35...반사 모듈
40...화상 출사부
50...동공
200,300,400,500...고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치
10...광학 수단
11...광학 수단(10)의 제1 면
12...광학 수단(10)의 제2 면
20...제1 반사부
21,,,제1 반사부(20)의 반사면
30...제2 반사부
31,32,33,34,35...반사 모듈
40...화상 출사부
50...동공
Claims (22)
- 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 반사부로 전달하는 제1 반사부; 및
상기 광학 수단의 내부에 배치되며, 상기 제1 반사부로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 제2 반사부
를 포함하고,
상기 광학 수단은, 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 제2 반사부를 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 반사부로 전달되거나 상기 광학 수단의 내면에서 전반사되어 제1 반사부로 전달되고,
상기 증강 현실 화상광을 반사시키는 제1 반사부의 반사면은, 실제 사물 화상광이 입사하는 광학 수단의 제1 면을 향하도록 배치되고,
상기 제2 반사부는, 상기 제1 반사부로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 각각 반사시켜 사용자의 동공으로 전달할 수 있도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 복수개의 반사 모듈로 구성되고,
상기 제2 반사부를 구성하는 복수개의 반사 모듈들은, 상기 제1 반사부로부터의 거리가 멀수록 증강 현실 화상광이 동공을 향해 출사하는 광학 수단의 제2 면에 더 가깝도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 반사부의 반사면은 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1 반사부의 반사면은 광학 수단의 제1 면쪽으로 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 반사부의 폭 방향의 길이는 4mm 이하인 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 반사부는, 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러(half mirror)이거나 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터로 형성된 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 반사부는, 굴절 소자 또는 회절 소자로 형성된 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 반사부의 증강 현실 화상광을 반사시키는 반사면의 반대면을 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅한 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2 반사부를 구성하는 복수개의 반사 모듈들은, 상기 제1 반사부로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 동공을 향해 반사시켜 전달할 수 있도록 상기 광학 수단의 제2 면에 대해 경사각을 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 반사 모듈 각각은, 4mm 이하의 크기로 형성된 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 반사 모듈 각각은, 상기 제1 반사부로부터 전달되는 증강 현실 화상광이 다른 반사 모듈에 의해 차단되지 않도록 배치된 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 반사 모듈 각각의 크기는 부분적으로 서로 다른 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 반사 모듈 중 적어도 일부 반사 모듈의 간격을 다른 반사 모듈들의 간격과 다르게 배치한 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 반사 모듈 중 적어도 일부는 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러이거나 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터로 형성된 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 반사 모듈 중 적어도 일부는 굴절 소자 또는 회절 소자로 형성된 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 반사 모듈 중 적어도 일부에 대해서, 증강 현실 화상광을 반사시키는 면의 반대면을 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅한 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 반사 모듈 중 적어도 일부의 표면을 곡면으로 형성한 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 반사 모듈 중 적어도 일부의 상기 광학 수단에 대한 경사각은 다른 반사 모듈과 상이하게 형성한 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2 반사부는, 복수개로 구성되고,
상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부와 x축 사이의 수직선과 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 제2 반사부는 상기 z축 방향을 따라 서로 평행하게 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 18에 있어서,
상기 제2 반사부 각각은, 각각의 제2 반사부를 구성하는 복수개의 반사 모듈들 각각이, 인접하는 제2 반사부를 구성하는 복수개의 반사 모듈들 중 어느 하나와 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하도록 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2 반사부 각각은, 복수개의 제2 반사부 각각을 구성하는 복수개의 반사 모듈들 중 적어도 일부는, 인접하는 제2 반사부를 구성하는 복수개의 반사 모듈들에 대해 z축에 평행한 가상의 직선 상에 나란하게 위치하지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 1에 있어서,
증강 현실용 광학 장치를 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부와 x축 사이의 수직선과 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 반사 모듈들은 상기 z축 방향을 따라 연장되는 바 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치. - 청구항 18 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 반사부는, 상기 x축 방향에서 보았을 때, 중앙 부분에서 좌우의 양 단부쪽으로 갈수록 제2 반사부에 더 가깝도록 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 고스트 이미지 차단 기능 및 광 시야각을 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치.
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