CN112888988B - 用于增强现实的光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于增强现实的光学装置，提供一种用于增强现实的光学装置，其特征在于，包括：光学单元，用于使可见光的至少一部分透射，以及反射部组，由多个反射部构成，所述多个反射部在所述光学单元的表面或内部沿作为任一直线方向的第一方向设置成一列；所述反射部朝向用户的眼睛的瞳孔反射从图像出射部射出的图像光，所述图像出射部用于射出与增强现实图像对应的图像光。

Description

用于增强现实的光学装置
技术领域
本发明涉及一种用于增强现实的光学装置，涉及一种能够使用多个小型反射部向用户提供增强现实图像的用于增强现实的光学装置。
背景技术
众所周知，增强现实(Augmented Reality，AR)是指，将通过计算机等生成的虚拟的影像或图像叠加在现实世界的实际影像并提供。
为了实现这种增强现实，需要一种光学系统，所述光学系统可以将通过如计算机的设备生成的虚拟的影像或图像叠加在现实世界的影像并提供。众所周知，作为这种光学系统，有使用通过使用头戴式显示器(HMD，Head Mounted Display)或眼镜型装置反射或折射虚拟影像的棱镜等的光学单元的技术。
然而，使用这种现有光学系统的装置具有如下问题：由于其结构复杂并且重量和体积相当大，因此用户不方便佩戴，并且制造工艺也复杂，从而制造成本高。
另外，现有装置具有在用户凝视现实世界时变更焦距的情况下，虚拟影像不聚焦的局限性。为了解决这种问题，提出了使用如能够调节虚拟影像的焦距的棱镜的构件或根据焦距的变更来电气控制可变焦点透镜等的技术。然而，这些技术也存在如下问题：为了调节焦距，用户需要进行另外的操作或需要用于控制焦距的另外的处理器等硬件和软件。
为了解决如上所述的现有技术问题，如专利文献1所记载，本申请人开发了一种装置，所述装置能够通过使用比人的瞳孔小的反射部来通过瞳孔将虚拟影像投影到视网膜，从而实现增强现实。据此，以眼镜形式构成增强现实实现装置，在眼镜透镜的表面或内部设置反射部并通过反射从显示部生成的虚拟影像来通过瞳孔将影像投影到视网膜，因此通过增加景深(Depth of Field)并提供一种针孔(pin hole)效果，从而与当用户凝视实际世界时变更焦距无关地，可以始终提供清晰的虚拟影像。然而，由于本申请人的这种技术使用小型的反射部，因此具有视野狭窄的局限性。
[现有技术文献]
韩国授权专利第10-1660519号(2016.09.29公告)
发明内容
要解决的技术问题
本发明用于解决如上所述的问题，其目的在于，提供一种用于增强现实的光学装置，所述用于增强现实的光学装置能够通过使用比瞳孔小的多个反射部来提供增强现实图像。
尤其，本发明的另一目的在于，提供一种用于增强现实的光学装置，所述用于增强现实的光学装置能够通过使用比瞳孔小的多个反射部来扩大视角并提高光学均匀性。
另外，本发明的另一目的在于，提供一种用于增强现实的光学装置，所述用于增强现实的光学装置使用多个反射部，各反射部之间的距离形成为小于瞳孔尺寸，从而具有宽广的视角而不会中断增强现实的图像。
另外，本发明的另一目的在于，提供一种用于增强现实的光学装置，所述用于增强现实的光学装置通过使用比瞳孔小的多个反射部来加深景深，从而能够产生针孔效果的同时，扩大视角并增加眼动范围(eyebox)。
用于解决问题的手段
为了实现如上所述的目的，提供一种用于增强现实的光学装置，其特征在于，包括：光学单元，用于使可见光的至少一部分透射，以及反射部组，由多个反射部构成，所述多个反射部在所述光学单元的表面或内部沿作为任一直线方向的第一方向设置成一列；所述反射部朝向用户的眼睛的瞳孔反射从图像出射部射出的图像光，所述图像出射部用于射出与增强现实图像对应的图像光。
根据本发明的另一方面，提供一种用于增强现实的光学装置，其特征在于，包括：光学单元，用于使可见光的至少一部分透射，由至少一个反射部构成的第一反射部组，所述第一反射部组的所述至少一个反射部在所述光学单元的表面或内部沿作为任一直线方向的第一方向设置成一列，以及由至少一个反射部构成的第二反射部组，所述第二反射部组的所述至少一个反射部在所述光学单元的表面或内部沿第一方向设置成一列，并且沿垂直于所述第一方向的第二方向与所述第一反射部组的反射部隔开间隔并平行地设置；所述反射部朝向用户的眼睛的瞳孔反射从图像出射部射出的图像光，所述图像出射部用于射出与增强现实图像对应的图像光，经过所述第二反射部组的各反射部的中心的与所述第二方向平行的水平线和经过所述第一反射部组的各反射部的中心的与第二方向平行的水平线依次平行地设置。
根据本发明的另一方面，提供一种用于增强现实的光学装置，其特征在于，包括：光学单元，用于使可见光的至少一部分透射，以及n个反射部组，所述反射部组由至少一个反射部构成，所述至少一个反射部在所述光学单元的表面或内部沿作为任一直线方向的第一方向设置成一列(这里，n为2以上的自然数)，所述n个反射部组在所述光学单元的表面或内部沿垂直于所述第一方向的第二方向隔开间隔并依次平行地设置；构成所述n个反射部组的反射部分别朝向用户的眼睛的瞳孔反射从图像出射部射出的图像光，所述图像出射部用于射出与增强现实图像对应的图像光，突出地设置构成所述n个反射部组中的第k反射部组的反射部，使得第k反射部组的反射部的从由第一反射部组的所述第一方向和第二方向构成的平面p到垂直于所述第一方向和第二方向的方向的高度高于第k-1反射部组的反射部的从所述平面p到垂直于所述第一方向和第二方向的方向的高度(这里，k为2≤k≤n范围的自然数)。
根据本发明的另一方面，提供一种用于增强现实的光学装置，其特征在于，包括：光学单元，用于使可见光的至少一部分透射，由至少一个反射部构成的第一反射部组，所述第一反射部组的所述至少一个反射部在所述光学单元的表面或内部沿作为任一直线方向的第一方向设置成一列，以及由至少一个反射部构成的第二反射部组，所述第二反射部组的所述至少一个反射部在所述光学单元的表面或内部沿第一方向设置成一列，并且沿垂直于所述第一方向的第二方向与所述第一反射部组的反射部隔开间隔并平行地设置；所述反射部朝向用户的眼睛的瞳孔反射从图像出射部射出的图像光，所述图像出射部用于射出与增强现实图像对应的图像光，当在所述第二方向观察时，沿所述第二方向并排设置的第一反射部组和第二反射部组的反射部对构成为仅一部分区域重叠。
根据本发明的另一方面，提供一种用于增强现实的光学装置，其特征在于，包括：光学单元，用于使可见光的至少一部分透射，由至少一个反射部构成的第一反射部组，所述第一反射部组的所述至少一个反射部在所述光学单元的表面或内部沿作为任一直线方向的第一方向设置成一列，以及由至少一个反射部构成的第二反射部组，所述第二反射部组的所述至少一个反射部在所述光学单元的表面或内部沿第一方向设置成一列，并且沿垂直于所述第一方向的第二方向与所述第一反射部组的反射部隔开间隔并平行地设置；所述第一反射部组的反射部由半透明材料形成，并且使从图像出射部射出的图像光的一部分通过并传递至第二反射部组的反射部，并且朝向用户的眼睛的瞳孔反射从所述图像出射部射出的图像光的一部分，所述图像出射部用于射出与增强现实图像对应的图像光，所述第二反射部组的反射部朝向用户的眼睛的瞳孔反射通过所述第一反射部组的半透明材料的反射部而入射的图像光。
根据本发明的另一方面，提供一种用于增强现实的光学装置，其特征在于，包括：光学单元，用于使可见光的至少一部分透射，由至少一个反射部构成的第一反射部组，所述第一反射部组的所述至少一个反射部在所述光学单元的表面或内部沿作为任一直线方向的第一方向设置成一列，以及由至少一个反射部构成的第二反射部组，所述第二反射部组的所述至少一个反射部在所述光学单元的表面或内部沿第一方向设置成一列，并且沿垂直于所述第一方向的第二方向与所述第一反射部组的反射部隔开间隔并平行地设置；在所述第一反射部组的反射部的内部形成有能够使入射光通过的贯穿孔，从而使从图像出射部射出的图像光的一部分通过所述贯穿孔传递至第二反射部组的反射部，并且通过除了所述贯穿孔以外的部分朝向用户的眼睛的瞳孔反射从所述图像出射部射出的图像光的一部分，所述图像出射部用于射出与增强现实图像对应的图像光，所述第二反射部组的反射部朝向用户的眼睛的瞳孔反射通过所述第一反射部组的反射部的贯穿孔而入射的图像光。
这里，多个所述反射部可以分别设置成与相邻的反射部的距离为8mm以下。
另外，相邻的所述反射部之间的距离可以是当用户凝视正面时，投影到从瞳孔的垂直于正面方向的平面的反射部的正射影的边界线上的点之间的最小值。
另外，多个所述反射部中的每一者的尺寸可以为8mm以下。
另外，多个所述反射部中的每一者的尺寸可以是反射部的边界线上的任意两点之间的最大长度。
另外，多个所述反射部中的每一者的尺寸可以是当用户凝视正面时，投影到从瞳孔的垂直于正面方向的平面的反射部的正射影的边界线上的任意两点之间的最大长度。
另外，多个所述反射部中的每一者的面积可以形成为具有16πmm2以下的值。
另外，多个所述反射部中的每一者的面积可以是当用户凝视正面时，投影到从瞳孔的垂直于正面方向的平面的反射部的正射影的面积。
另外，多个所述反射部中的每一者的形状形成为呈现除了点对称形状以外的形状的不对称形状，所述点对称形状是指，当以所述反射部的平面的特定点为中心旋转反射部时，存在针对所有的旋转角度始终具有相同形状的特定点的形状，并且所述不对称形状是指，不是点对称形状的形状，即，当以反射部的平面的特定点为中心旋转反射部时，不存在针对所有的旋转角度始终具有相同形状的特定点的形状。
发明效果
根据本发明，能够提供能够通过使用比瞳孔小的多个反射部来提供增强现实图像的用于增强现实的光学装置。
另外，本发明具有能够通过使用比瞳孔小的多个反射部来扩大视角并提高光学均匀性的效果。
另外，本发明能够提供一种用于增强现实的光学装置，所述用于增强现实的光学装置使用多个反射部，各反射部之间的距离形成为小于瞳孔尺寸，从而具有宽广的视角而不会中断增强现实的图像。
另外，根据本发明，能够提供一种用于增强现实的光学装置，所述用于增强现实的光学装置通过使用比瞳孔小的多个反射部来加深景深，从而能够产生针孔效果的同时，扩大视角并增加眼动范围。
附图说明
图1是示出设置有一个反射部21的现有用于增强现实的光学装置的图。
图2是用于说明本发明的一实施例的用于增强现实的光学装置100的整体结构的图。
图3是示出本发明的另一实施例的用于增强现实的光学装置100的图。
图4是用于说明图3的实施例的反射部组20A、20B的设置关系的图。
图5示出本发明的用于增强现实的光学装置100的又一实施例。
图6示出本发明的用于增强现实的光学装置100的又一实施例。
图7示出本发明的用于增强现实的光学装置100的又一实施例。
图8示出本发明的用于增强现实的光学装置100的又一实施例。
图9至图11是用于说明多个反射部21～24的距离需要小于瞳孔尺寸的原理的图。
图12至图15是用于说明反射部21、22、23的间距小于瞳孔40的尺寸的情况的图。
图16至图18是用于说明反射部21、22的间距大于瞳孔40的尺寸的情况的图。
图19是示例性地示出从正面看反射部21～24时的多种形状。
图20至图24是用于说明根据本发明的多个反射部21～24的形状的光学均匀性的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。
首先，在对本发明的用于增强现实的光学装置100进行说明之前，对本发明的基本原理进行说明。
图1是示出设置有一个反射部21的现有用于增强现实的光学装置的图，与由本申请人提交并注册的上述现有技术文献中公开的内容类似。
参照图1，图像出射部30是用于射出与增强现实图像对应的图像光的单元，是小型显示装置。反射部21朝向用户的瞳孔反射从图像出射部30射出的图像光来提供增强现实图像。
光学单元10是如眼镜透镜的单元，反射部21嵌入其内部。框架部31是固定并支撑图像出射部11和光学单元10的单元。
图1的反射部21形成为小于人的瞳孔尺寸的尺寸，即，形成为8mm以下，如上所述，当反射部21形成为小于瞳孔尺寸时，可以使通过反射部21入射到瞳孔的光的景深非常深。这里，景深是指，被识别为焦点对准的范围。景深越深，增强现实图像的焦距也越深，因此，即使用户凝视实际世界的同时更改对实际世界的焦距，与此无关，增强现实图像的焦点始终被识别为是正确的。这可以看作是一种针孔效果(pin hole effect)。
本申请人考虑到若使用如上所述的比瞳孔小的尺寸的反射部21，则可以加深景深的事实，通过上述现有技术文献获得了专利，使用这种使用单个反射部21的结构具有通过加深景深来获得如针孔效果的优点，但也有视野狭窄的局限性。
因此，本申请人为了解决这种视野狭窄的局限性，公开了一种结构，能够保持通过使用多个反射部20来加深景深的优点的同时扩大视野。
以下，对本发明的用于增强现实的光学装置100进行更加详细的说明。
图2是用于说明本发明的一实施例的用于增强现实的光学装置100的整体结构的图，图2的(a)是将用于增强现实的光学装置100放在用户的正面观察时的主视图，图2的(b)是将用于增强现实的光学装置100放在用户的正面时的侧视图。
参照图2，本实施例的用于增强现实的光学装置100(以下简称为“光学装置100”)包括光学单元10和由多个反射部21、22、23构成的反射部组20，通过构成所述反射部组20A的反射部21、22、23朝向用户的眼睛的瞳孔40反射从图像出射部30射出的图像光来向用户提供增强现实图像，所述图像出射部30用于射出与增强现实图像对应的图像光。
图像出射部30是将与增强现实图像对应的图像光射出到反射部组20A的反射部21、22、23的单元，例如，可以是如小型LCD的显示装置。
显示装置是用于在屏幕上显示增强现实图像的单元，通过以在反射部21、22、23反射增强现实图像来投射到用户的瞳孔的方式来发射光的方式来显示增强现实图像，并且射出与显示的增强现实图像对应的图像光并传递至反射部21、22、23。
另一方面，图像出射部30可以是反射或折射从如上所述的显示装置射出的图像光并传递至反射部21、22、23的反射单元或折射单元。在这种情况下，从显示装置射出的图像光不直接射出到反射部21、22、23，而是经过反射单元或折射单元传递至反射部21、22、23。
另外，图像出射部30可以是将从显示装置射出的图像光作为准直的平行光射出的准直仪(collimatior)。或者，可以将这种准直仪设置在反射单元或折射单元和显示装置。
即，图像出射部30是指如反射或折射单元等的各种单元，所述反射或折射单元最终将从显示增强现实图像的显示装置射出的图像光传递至反射部21、22、23。
这里，增强现实图像是显示在显示装置的图像，是指通过反射部21、22、23通过用户的瞳孔提供的虚拟图像，并且可以是图像形态的静止影像或视频。这种增强现实图像以相应的图像光射出，并且通过多个反射部21、22、23通过用户的瞳孔作为虚拟图像提供，与此同时，用户通过接收直接用眼睛识别的实际世界的影像来接收增强现实服务。
另一方面，在图1中，以用户凝视正面时为基准，图像出射部30设置在右侧面，但不限于此，也可以设置在上部、下部、对角线上下方向等。例如，当包括根据本发明的用于增强现实的光学装置100的增强现实实现装置以例如眼镜形式实现时，图像出射部30可以设置在眼镜框架的适当的位置。
显示装置可以仅具有从外部另设的影像播放装置接收影像信号并简单地显示图像的功能，也可以与具有通过自带处理器、存储器等来存储并播放图像的功能的装置形成为一体。
显示装置本身不是本发明的直接目的，并且可以使用能够将图像显示在屏幕的已知的装置，因此将省略其详细说明。
光学单元10可以是使可见光的至少一部分透射的透镜，并且多个反射部21、22、23在其内部或表面设置成一列。
这里，使可见光的至少一部分透射是指，可见光的透射率在0～100％的范围内。如图2所示，当假定光学装置100位于用户的眼睛的瞳孔40正面方向时，这种光学单元10通过瞳孔40识别现实世界的影像，并且通过反射部21、22、23反射从图像出射部30射出的与增强现实图像对应的图像光并射出到瞳孔40，因此可以通过重叠现实世界的影像和增强现实图像来提供增强现实服务。
例如，如图1所示，以四边形的透镜模块形式实现光学单元10，并且将这种透镜模块可拆卸地结合在眼镜形式的增强现实装置，或者当包括根据本发明的光学装置100的增强现实实现装置以眼镜形式实现时，可以以眼镜透镜的形式实现。
另一方面，多个反射部21、22、23朝向用户的眼睛的瞳孔40反射从图像出射部30射出的与增强现实图像对应的图像光，从而执行向用户提供所述增强现实图像的功能，这种多个反射部21、22、23在光学单元10的表面或内部沿着作为任一直线方向的第一方向设置成一列并形成反射部组20A。
在图1中，反射部21、22、23以所述第一方向为竖直方向设置成一列，但这仅是示例性的，并且可以设置成水平方向、对角线方向等。可以根据图像出射部30的位置确定反射部21、22、23排列的方向，但实际上，如图1所述，沿竖直方向排列并使光学单元10在图像出射部30的位置向与此对应的方向旋转。
如图2所示，多个反射部21、22、23朝向瞳孔40反射从图像出射部30射出的与增强现实图像对应的图像光，重叠并提供增强现实图像和实际世界的影像，从而可以提供增强现实服务。即，多个反射部21、22、23可以朝向用户的眼睛的瞳孔40反射从图像出射部30射出的图像光，来向用户提供显示在显示装置的增强现实图像。
为此，多个反射部21、22、23设置成在图像出射部30与瞳孔40之间具有适当的角度。优选地，设置成具有当多个反射部21、22、23分别位于用户的瞳孔40正面时，入射到反射部21、22、23的中心的图像光被反射并入射到瞳孔40中心的角度。
例如，在图2中，假定当用户凝视正面时多个反射部21、22、23位于瞳孔40的正面方向且图像出射部30位于瞳孔40正面方向的右侧，在这种情况下，如图2的(a)所示，各反射部21、22、23具有约45度的倾斜度并且向瞳孔40正面方向外侧倾斜地设置。
另一方面，在图2的实施例中，如图1所述，多个反射部21、22、23每一个的尺寸优选小于人的瞳孔尺寸。即，多个反射部20每一个的尺寸优选为8mm以下。这里，反射部21、22、23的尺寸是指，各反射部21、22、23的边界线上的任意两点之间的最大长度。
这里，反射部21、22、23的尺寸可以是当用户凝视正面时，投影到从瞳孔40的垂直于正面方向的平面的反射部21、22、23的正射影的边界线上的任意两点之间的最大长度。
另外，反射部21、22、23也可以不设置在用户的瞳孔40正面方向的中心部，在这种情况下，反射部21、22、23的尺寸也可以是当用户凝视反射部21、22、23方向时，投影到从瞳孔40的垂直于反射部21、22、23方向的平面的反射部21、22、23的正射影的边界线上的任意两点之间的最大长度。
另一方面，多个反射部21、22、23中的每一者的尺寸优选为全部相同，但不必一定相同，根据需求，可以部分地改变。
另外，在图2的实施例中，多个反射部21、22、23的面积优选形成为小于人的瞳孔30的面积。例如，当人的瞳孔为圆形时，瞳孔的直径可为2～8mm，半径可为1～4mm，因此根据π·r2的公式，瞳孔的面积最大为16πmm2，从而可以将多个反射部21、22、23中的每一者的面积形成为具有16πmm2以下的值。
这里，多个反射部21、22、23中的每一者的面积可以是当用户凝视正面时，将各反射部21、22、23投影到从瞳孔40的垂直于正面方向的平面而形成的正射影的面积。
另外，反射部21、22、23也可以不设置在用户的瞳孔正面方向的中心部，在这种情况下，反射部21、22、23中的每一者的面积可以是当用户凝视反射部21、22、23方向时，投影到从瞳孔40的垂直于反射部21、22、23方向的平面的反射部21、22、23的正射影的面积。
另一方面，多个反射部21、22、23中的每一者的面积也优选为全部相同，但不必一定相同，根据需求，可以部分地改变。
在图2的实施例中，由于多个反射部21、22、23纵向设置，因此可以纵向确保较宽的视野，当需要横向宽的视野时，将图1的实施例的光学单元10旋转90度，并且图像出射部30可以位于上部或下部。
图3是示出本发明的另一实施例的用于增强现实的光学装置100的图，图3的(a)是将用于增强现实的光学装置100放在用户的正面观察时的主视图，图3的(b)是将用于增强现实的光学装置100放在用户的正面时的侧视图。
图3的实施例的特征在于，设置两个如图2所述的反射部组20A、20B，构成各反射部组20A、20B的反射部的中心没有沿垂直于第一方向的第二方向并排设置而是彼此交替地设置。
即，在图3的实施例的用于增强现实的光学装置100中，如在图2中所述，设置有由至少一个反射部21、22构成的第一反射部组20A，所述反射部21、22在光学单元10的表面或内部沿作为任一直线方向的第一方向设置成一列，并且设置有由至少一个反射部23、24构成的第二反射部组20B，所述反射部23、24在所述光学单元10的表面或内部沿第一方向设置成一列，并且沿垂直于所述第一方向的第二方向与所述第一反射部组20A的反射部21、22隔开间隔并平行地设置。
与在图2中所述相同地，各所述反射部21、22、23、24朝向用户的眼睛的瞳孔反射从图像出射部30射出的图像光，所述图像出射部30射出与增强现实图像对应的图像光。
这里，经过第二反射部组20B的各反射部23、24的中心的与第二方向平行的水平线和经过第一反射部组20A的各反射部21、22的中心的与第二方向平行的水平线依次平行地设置。
图4是用于说明图3的实施例的反射部组20A，20B的设置关系的图。
如图4所示，经过从第二反射部组20B的顶部开始的第一反射部23的中心并与垂直于第一方向的第二方向平行的水平线(第一个第二直线)和经过从第一反射部组20A的顶部开始的第一反射部21的中心并与垂直于第一方向的第二方向平行的水平线(第一个第一直线)彼此平行，所述第一个第一直线和经过从第二反射部组20B的顶部开始的第二反射部24的中心并与第二方向平行的平行线(第二个第二直线)彼此平行。如此，可以看出经过构成第一反射部组20A和第二反射部组20B的各反射部的中心并与垂直于第一方向的第二方向平行的水平线依次平行地设置。
这里，所述第一直线和第二直线的距离优选相同。
如前面图2的实施例所述，各反射部的尺寸、面积等条件照样应用于图3和图4的实施例中。
根据图3和图4的实施例，来自图像出射部30的出射光(入射光)可以不与第一反射部组20A的反射部21、22重叠，通过第一反射部组20A的相邻的反射部21、22之间的空间传递至第二反射部组20B的反射部23、24。
因此，可以具有不仅在纵向还在横向确保较宽的视野的优点。
在图3和图4的实施例中，各反射部组20A、20B被示为由两个反射部构成，但这仅是示例，可以由一个反射部构成，也可以由三个以上的反射部构成。
图5示出本发明的用于增强现实的光学装置100的又一实施例，图5的(a)是将用于增强现实的光学装置100放在用户的正面观察时的主视图，图5的(b)是将用于增强现实的光学装置100放在用户的正面时的侧视图。
图5的实施例类似于图3和图4的实施例，但其特征在于，构成反射部组20A、20B的反射部的中心沿垂直于第一方向的第二方向并排设置，并且第二反射部组20B的反射部突出设置成更靠近瞳孔40侧。在图5的实施例中，反射部组可以是两个以上的n(这里，n为2以上的自然数)个，但为了方便说明仅示出两个反射部组20A、20B。
即，图5的实施例，其特征在于，由在光学单元10的表面或内部沿着作为任一直线方向的第一方向设置成一列的至少一个反射部21、22、23、24构成的n个反射部组20A、20B(这里，n为2以上的自然数)在所述光学单元10的表面或内部沿垂直于所述第一方向的第二方向隔开间距并依次平行地设置，突出设置构成所述n个反射部组中第k反射部组的反射部，使得第k反射部组的反射部的从由第一反射部组20A的第一方向和第二方向构成的平面p到垂直于所述第一方向和第二方向的方向的高度高于构成第k-1反射部组的反射部的从所述平面p到垂直于所述第一方向和第二方向的方向的高度。这里，k为2≤k≤n范围的自然数。
这里，第一反射部组20A是指位于离图像出射部30最近的距离处的反射部组20A，因此，k从第二反射部组20A向远离图像出射部30的方向增加，除了第一反射部组20A以外，所述第二反射部组20A位于离图像出射部30最近的距离处。
参照图5，由于第一反射部组20A的从由第一方向和第二方向构成的平面p到垂直于所述第一方向和第二方向的方向的高度为0，且第二反射部组20B的从所述平面p到垂直于所述第一方向和第二方向的方向的高度为h，因此可以看出，突出形成为第二反射部组20B的相对于所述平面p的高度比第一反射部组20A高。
即，图5的实施例的特征在于，通过依次设置反射部组20A、20B使得设置成高度逐渐变高，即，离瞳孔40变近，从而不阻挡来自图像出射部30的光路。
根据如上所述的构成，构成所述n个反射部组20A、20B的多个反射部21、22、23、24分别可以朝向用户的眼睛的瞳孔40反射从图像出射部30射出的图像光，所述图像出射部30用于射出与增强现实图像对应的图像光。
另一方面，也可以通过依次设置反射部组20A、20B使得设置成高度逐渐变低，即，离瞳孔40变远，从而不阻挡来自图像出射部30的光路。
在图5所述的实施例中，如果增加n的数量，则视角变宽，但是相应地，厚度增加，并且当厚度增加时，体积增加且重量增加，因此需要选择适当的范围。
在图5的实施例中，各反射部组20A、20B被示为由两个反射部构成，但这仅是示例，可以由一个反射部构成，也可以由三个以上的反射部构成。
图6示出本发明的用于增强现实的光学装置100的又一实施例，图6的(a)是将用于增强现实的光学装置100放在用户的正面观察时的主视图，图6的(b)是将用于增强现实的光学装置100放在用户的正面时的侧视图。
如图3的实施例所述，图6的实施例的特征在于，构成两个反射部组20A、20B，其沿第二方向并排设置，当在第二方向观察时，沿第二方向并排设置的第一反射部组20A和第二反射部组20B的反射部对，如图6的(c)所示，构成为仅一部分区域重叠。
即，如在图3中所说明的，其特征在于，设置第一反射部组20A和第二反射部组20B，第二反射部组20B的反射部23、24与第一反射部组20A的反射部21、22以位于与第二方向平行的水平线上的方式并排设置，当在所述第二方向上观察时，在第二方向上并排设置的第一反射部组20A和第二反射部组的反射部20B对21、23和22、24构成为仅一部分区域重叠。
根据如上所述的构成，各反射部21、22、23、24向用户的眼睛的瞳孔反射从图像出射部30射出的图像光，所述图像出射部30用于射出与增强现实图像对应的图像光。
这里，图像出射部30设置在第二方向上。
在图6的(c)中，黑色部分是示出第一反射部组20A的反射部21和第二反射部组20B的反射部23彼此重叠，从而图像光未传递至第二反射部组20B的反射部20的区域。第二反射部组20B的反射部23不能在重叠的区域向瞳孔30反射来自图像出射部30的图像光，但可以通过第一反射部组20A的反射部21向瞳孔30传递与该区域对应的图像光。因此，总体上，可以向用户的瞳孔30投影十字形的增强现实图像。
图6示出了由设置成横向和纵向交错的直角四边形形成的反射部21、23和22、24的形状，但可以交错设置除此之外的其他图形，如三角形。
另外，在图6中，沿第二方向并排设置的反射部对被示为通过旋转变成相同形状的直角四边形对，但这仅是示例，也可以由完全不同的形状构成。例如，当从正面观看反射部21、22时，第一反射部组20A的反射部21为三角形，第二反射部组20B的反射部23、24可以是四边形或圆形等的形状。
即，当从第二方向观看时，如图6的(c)所示，仅一部分区域重叠即可，与各反射部的具体形状无关。然而，当从第二方向观看时，完全重叠是不合适的，这是因为图像光不能传递至后侧的反射部。
另外，在图6的实施例中，包括在各反射部组20A、20B的反射部21、22、23、24被示为具有全部相同的形状和旋转关系，但这仅是示例，包括在各反射部组的反射部可以具有其他形状和旋转关系。
在图6的实施例中，各反射部组20A、20B被示为由两个反射部构成，但这仅是示例，可以由一个反射部构成，也可以由三个以上的反射部构成。
图7示出本发明的用于增强现实的光学装置100的又一实施例，图7的(a)是将用于增强现实的光学装置100放在用户的正面观察时的主视图，图7的(b)是将用于增强现实的光学装置100放在用户的正面时的侧视图。
图7的实施例的特征在于，构成如图6所述的由至少一个反射部20构成的两个反射部组20A、20B，但所述第一反射部组20A的反射部21、22由半透明材料形成，以使从图像出射部30射出的图像光的一部分通过并传递至第二反射部组20B的反射部23、24，所述图像出射部30用于射出与增强现实图像对应的图像光，向用户的眼睛的瞳孔40反射从所述图像出射部30射出的图像光的一部分，所述第二反射部组20B的反射部23、24向用户的眼睛的瞳孔反射通过所述第一反射部组20A的半透明材料的反射部21、22入射的图像光。
这里，第二反射部组20B的反射部23、24也可以由半透明材料形成。
这里，半透明材料是指，具有反射一部分入射的图像光但使一部分入射的图像光通过的性质的半透镜。由于这种半透明材料的半透镜本身是已知的现有技术，因此这里将省略其详细说明。
根据图7的实施例，由于第一反射部组20A的反射部21、22由半透明材料形成，因此使一部分入射光直接通过，并且通过的入射光可以在第二反射部组20B的反射部23、24反射并传递至瞳孔30。
在图7的实施例中，各反射部组20A、20B被示为由两个反射部构成，但这仅是示例，可以由一个反射部构成，也可以由三个以上的反射部构成。
另外，在图7的实施例中仅示出两个反射部组，但可以由三个以上的反射部组形成。在这种情况下，存在多个第二反射部组20B。
图8示出本发明的用于增强现实的光学装置100的又一实施例，图8的(a)是将用于增强现实的光学装置100放在用户的正面观察时的主视图，图8的(b)是将用于增强现实的光学装置100放在用户的正面时的侧视图。
图8的实施例的特征在于，构成如图6所述的由至少一个反射部20构成的两个反射部组20A、20B，在所述第一反射部组20A的反射部21、22的内部形成有能够使入射光通过的贯穿孔211、221，并且使从图像出射部30射出的图像光的一部分通过所述贯穿孔211、221传递至第二反射部组20B的反射部23、24，通过除了所述贯穿孔211、221以外的部分朝向用户的眼睛的瞳孔40反射从所述图像出射部30射出的图像光的一部分，所述图像出射部30用于射出与增强现实图像对应的图像光。
这里，由于第二反射部组20B的反射部23、24中未形成有贯穿孔，因此向用户的眼睛的瞳孔反射通过第一反射部组20A的反射部21、22的贯穿孔211、221入射的图像光。
在图8的实施例中，各反射部组20A、20B被示为由两个反射部构成，但这仅是示例，可以由一个反射部构成，也可以由三个以上的反射部构成。
另一方面，在所述实施例中，其特征在于，多个反射部21～24分别设置成，与相邻的反射部21～24的距离d小于人的瞳孔40尺寸。
通常，人的瞳孔尺寸(直径)平均在2～8mm范围内，因此，本发明的多个反射部21～24分别优选设置成与相邻的反射部21～24的距离为8mm以下。
这里，反射部21～24之间的距离d(或间距d)可以是当从正面看多个反射部21～24时，相邻的反射部21～24的边界线上的点之间的最小值。
另外，反射部21～24之间的距离d(或间距d)也可以是当用户凝视正面时，投影到从瞳孔40的垂直于正面方向的平面的反射部21～24的正射影的边界线上的点之间的最小值。
另外，反射部21～24也可以不设置在用户的瞳孔正面方向的中心部，在这种情况下，反射部21～24之间的距离d(或间距d)可以是当用户凝视反射部21～24方向时，投影到从瞳孔40的垂直于反射部21～24方向的平面的反射部21～24的正射影的边界线上的点之间的最小值。
另一方面，多个反射部21～24之间的距离d优选为全部相同，但不必一定相同，根据需求，可以部分地改变距离d。
另一方面，在所述实施例中，多个反射部21～24的尺寸也优选地小于人的瞳孔尺寸。即，多个反射部21～24中的每一者的尺寸优选为8mm以下。这里，反射部21～24的尺寸定义为是指反射部21～24中的每一者的边界线上的任意两点之间的最大长度。
这里，反射部21～24的尺寸可以是当用户凝视正面时，投影到从瞳孔40的垂直于正面方向的平面的反射部21～24的正射影的边界线上的任意两点之间的最大长度。
另外，反射部21～24也可以不设置在用户的瞳孔正面方向的中心部，在这种情况下，反射部21～24的尺寸可以是当用户凝视反射部21～24方向时，投影到从瞳孔40的垂直于反射部21～24方向的平面的反射部21～24的正射影的边界线上的任意两点之间的最大长度。
另一方面，多个反射部21～24中的每一者的尺寸优选为全部相同，但不必一定相同，根据需求，可以部分地改变。
另外，在本发明中，多个反射部21～24的面积优选形成为小于人的瞳孔40的面积。例如，当人的瞳孔为圆形时，瞳孔的直径可为2～8mm，半径可为1～4mm，因此根据π·r2的公式，瞳孔的面积最大为16πmm2，从而可以将多个反射部21～24中的每一者的面积形成为具有16πmm2以下的值。
这里，多个反射部21～24中的每一者的面积可以是当用户凝视正面时，将各反射部21～24投影到从瞳孔40的垂直于正面方向的平面的正射影的面积。
另外，反射部21～24也可以不设置在用户的瞳孔正面方向的中心部，在这种情况下，各反射部21～24的面积可以是当用户凝视反射部21～24方向时，投影到从瞳孔40的垂直于反射部21～24方向的平面的反射部21～24的正射影的面积。
另一方面，多个反射部21～24中的每一者的面积也优选为全部相同，但不必一定相同，根据需求，可以部分地改变。
另一方面，例如，当增强现实装置以眼镜形式实现时，多个反射部21～24可以设置在眼镜透镜的表面或可以以嵌入型设置在眼镜透镜的内部，此时，眼镜透镜成为光学单元10。
以下，参照图9至图18，对多个反射部21～24的距离应小于瞳孔尺寸的原理进行说明。
如图9所示，从图像出射部30放射的增强现实图像的图像光在反射部21反射，并且通过瞳孔40成像于视网膜，由此用户可以识别增强现实图像。
在图9中，入射光1、入射光2和入射光3表示相对于眼球具有彼此不同的入射角的入射光，并且假定各入射光都是准直(collimation)平行光。根据向眼球入射的角度，准直的平行光成像于视网膜的位置不同，但是人无法区分入射在实际瞳孔40的位置差异。即，只要平行光相对于眼球的入射角的位置相同，即使通过瞳孔40的另一位置，也成像在视网膜的相同位置，如果相对于眼球的入射角的位置不同，则与瞳孔40的位置无关，成像于视网膜的另一位置。
图10是用于说明通过一个反射部21看到的增强现实图像的尺寸的图。
如图9所述，通过反射部21入射的入射光根据相对于眼球的入射角度成像于视网膜，并且可以通过从反射部21通过瞳孔40的最外廓位置入射的入射光成像于视网膜的位置，来获知增强现实图像的尺寸。
在图10中，如果用户通过反射部21观察的增强现实图像的尺寸为si，则si可以由以下等式表示。
[等式1]
Figure BDA0003027197490000191
[等式2]
Figure BDA0003027197490000192
da：瞳孔40的尺寸
do：增强现实图像的位置
dm：出瞳距离(eye relief)(反射部20与瞳孔40之间的距离)
sm：反射部21的尺寸
m：由于反射部21的尺寸而导致的中心偏差
所述[等式1]由在反射部21与瞳孔40之间形成的三角形和反射部21与增强现实图像的尺寸si的比例方程来导出。即，可以由
Figure BDA0003027197490000201
的关系来导出。
另外，所述[等式2]由在反射部21与瞳孔40之间形成的三角形和由反射部21形成的三角形的比例方程来导出。即，由于
Figure BDA0003027197490000202
若整理出m，则可以获得所述[等式2]。
图11是用于说明当设置两个反射部21、22时反射部21、22之间的间距的图。
在图11中，ss可以定义为在相邻的两个反射部21、22之间的间距的中心位置观察增强现实图像时的尺寸，为了通过两个反射部21、22连续观察增强现实图像，ss需要等于或小于si。这可以由以下等式表示。
[等式3]
Figure BDA0003027197490000203
另一方面，可以基于三角形的比例方程如下定义反射部21、22之间的间距gm。
[等式4]
Figure BDA0003027197490000204
这里，由于do总是大于dm，因此可以看出，反射部21、22之间间距小于da，da为瞳孔40的尺寸。
图12至图15是用于说明反射部21、22、23的间距小于瞳孔40的尺寸的情况的图。
在图12中，反射部21、22、23之间的间距设置成小于瞳孔40的尺寸，这里，由于入射光相对于眼球的入射角全部相同，因此可以看出图像形成在视网膜的相同位置上。
如图12所示，由于相邻的两个反射部设置成小于瞳孔40尺寸，因此下侧的反射部23从瞳孔40移出的同时，其上部的反射部22与瞳孔40重叠，并且从各反射部22、23反射的入射光成像于视网膜的相同位置。
在这种状态下，如果用户使瞳孔向上移动，则变成如图13所示的状态，在这种情况下，仅来自位于中间的反射部22的入射光达到视网膜，如果再使瞳孔向上移动，则变成如图14所示的状态，与图12中相同地，入射光通过最上方的反射部21和中间的反射部22成像于视网膜的相同位置。
图15示出当三个反射部设置在小于瞳孔40的尺寸的距离处时，用户观察的增强现实图像。
如图15所示，由于各反射部的中心之间的距离ss小于由一个反射部观察的影像的尺寸si，即，反射部之间的距离设置成小于瞳孔40的尺寸，在这种情况下，用户可以通过反射部不断地接收其他形式的增强现实图像。
图16至图18是用于说明反射部21、22的间距大于瞳孔40的尺寸的情况的图。
在图16中，反射部21、22之间的间距具有大于瞳孔40的尺寸的值，如图16所示，在由下侧的反射部22成像于视网膜的状态下，如果用户使瞳孔向上移动，则会成为如图17所示的状态，在这种情况下，入射光不会通过上侧和下侧反射部21、22中的任何一个成像于视网膜。因此，如图18所示，用户观察到中间发生断裂的增强现实图像。
另一方面，根据本发明的其他特征，当从正面看时，多个反射部21～24中的每一者的形状可以形成为如圆形、四边形、三角形等形状，但不限于此，还可以具有其他任意形状。
图19是示例性地示出从正面看反射部21～24时的多种形状。除了图19中示出的反射部21～24的形式以外，其他形式也可以适用于本发明。
尤其，多个反射部21～24中的每一者的形状可以形成为呈现除了点对称形状以外的形状的不对称形状。
这里，所述点对称形状是指，当以所述反射部的平面的特定点为中心旋转反射部时，存在针对所有的旋转角度始终具有相同形状的特定点的形状，并且所述不对称形状是指，不是点对称形状的形状，即，当以反射部的平面的特定点为中心旋转反射部时，不存在针对所有的旋转角度始终具有相同形状的特定点的形状。
点对称形状的示例可以包括圆形或甜甜圈形状，并且不对称形状的示例可以包括三角形、四边形、椭圆形、五边形、六边形和其他不规则形状。
例如，圆形是点对称形状，因为当以圆的中心点为基准旋转时，对所有的旋转角度始终具有相同的形状。另外，甜甜圈形状的内部形成有孔的圆形也是点对称形状。
另一方面，虽然将等边三角形以中心为基准旋转120度、240度、360度时与原始形状相同，但在除此之外的角度，其形状与原始形状不同，因此不能视为在所有角度始终具有相同形状。因此，在本发明中，等边三角形被分为不对称形状，而不是点对称形状。
另外，虽然每当将正四边形以中心点为基准旋转90度时与原始形状相同，但在除此之外的角度，其形状与原始形状不同，因此，在本发明中，被分为不对称形状，而不是点对称形状。
另外，多个反射部21～24不需要全部是相同的形状，至少一部分可以是不同的形状。
图20至图24是用于说明根据本发明的多个反射部21～24的形状的光学均匀性的图。
在图20至图24的下端示出的图分别是示出以用户在正面看多个反射部21～24的设置形式时为基准的主视图，上端的图是示出下端的反射部21～24的设置结构的情况下的各反射部21～24的亮度。上端的亮度表示颜色越深，亮度越高，而颜色越浅，亮度越低。
参照图20，可以看出各反射部21～24形成为圆形，并且各反射部21～24之间的空间的亮度低。这意味着在反射部21～24为圆形的情况下，反射部21～24的中心部的亮度高，但是反射部21～24的周围部和反射部21～24之间的空间的亮度低，也就是意味着反射部21～24的中心部与其他区域之间的亮度差较大，且整体光学均匀性不高。
在图21中，反射部20设置成倒三角形，可以看出反射部21～24之间的空间的亮度高于图20的亮度，并且提高了整体光学均匀性。
图21的反射部21～24为倒三角形，属于上面定义的不对称形状，可以看出，与图20的圆形的点对称形状相比，这种不对称形状提高了整体光学均匀性。
图22是圆形的反射部21～24并排设置成4×2形式的情况，与图20相似，反射部21～24之间的空间的亮度低，从而可以看出光学均匀性不均匀。
图23是四边形反射部21～24设置成4×2形式的情况，并且可以看出亮度比图22分布均匀。
图23的反射部21～24为四边形，属于上面定义的不对称形状，可以看出，与图22的圆形的点对称形状相比，这种不对称形状提高了整体光学均匀性。
如此，就设置多个反射部21～24而言，当反射部21～24形成不对称形状而不是点对称形状时，与点对称形状的情况相比，提高了整体光学均匀性。
图24是将中心部形成有贯穿孔的甜甜圈形状的圆形反射部21～24的中心设置成类似于图2所示的三角形的情况，可以看出亮度分布均匀。然而，在图24的情况下，中心部的亮度不高于其他情况。
在图24的实施例的反射部21～24中，由于通过形成在中心部的贯穿孔入射的图像光不被反射，因此可以将中心部的亮度调节为低。
即，根据图24的实施例，可以看出，在点对称形状的情况下，可以通过在中心部形成贯穿孔来提高光学均匀性。
参照图20至图24，可以看出，根据各形状和设置结构，亮度的分布彼此不同。
在优先考虑整体光学均匀性的情况下，优选采用如图24的设置结构，当即使光学均匀性不均匀，也要提高反射部21～24中心部的亮度时，优选在图20至图22的设置结构中采用适当的一种。
以上，对根据本发明的实施例进行了说明，本发明的所述实施例不限于此，并且可以在基于权利要求和附图的本发明的范围内进行其他多种修改和变更。
例如，所述实施例可以分别独立地使用，但也可以彼此组合来使用。
例如，图1至图8的实施例可以彼此组合使用。
另一方面，在所述实施例中，从图像出射部30射出的图像光和从反射部21～24向瞳孔40射出的图像光以直线形式的水平光的形式显示，但这仅是为了方便说明而示例性地示出，实际的图像光如普通的光放射可以在所有方向上均匀地射出。
另外，在所述图2至图8的实施例中，尽管将任一方向(第一方向)作为竖直方向进行了说明，但这是假设图像出射部30位于侧面的示例，并且通过考虑图像出射部30的位置适当地旋转光学单元10，即使图像出射部30设置在其他位置的情况下也可以照样使用本发明。

Claims (8)

1.一种用于增强现实的光学装置，其特征在于，包括：
光学单元，用于使可见光的至少一部分透射，以及
反射部组，由多个反射部构成，所述多个反射部在所述光学单元的表面或内部沿作为任一直线方向的第一方向设置成一列；
所述多个反射部中的每一者的尺寸为8mm以下，
所述多个反射部中的每一者朝向用户的眼睛的瞳孔反射从图像出射部射出的图像光，所述图像出射部用于射出与增强现实图像对应的图像光，
在所述多个反射部中的一者设置在用户的眼睛的瞳孔正面时，用户观察到的增强现实图像的尺寸si由以下等式表示：
Figure FDA0004147197320000011
da为用户的眼睛的瞳孔的尺寸，
do为增强现实图像的位置，
dm为所述反射部与瞳孔之间的距离，
m为由于反射部的尺寸而导致的中心偏差；
由于反射部的尺寸而导致的中心偏差m由以下等式表示：
Figure FDA0004147197320000012
sm为反射部的尺寸；
在所述多个反射部中的相邻的两个反射部之间的间距的中心位置观察增强现实图像时的尺寸ss形成为小于所述增强现实图像的尺寸si，即满足如下等式的关系：
Figure FDA0004147197320000013
所述多个反射部中的每一者设置成使得相邻的反射部之间的间距gm满足如下等式的关系：
Figure FDA0004147197320000021
2.根据权利要求1所述的用于增强现实的光学装置，其特征在于，
多个所述反射部分别设置成与相邻的反射部的距离为8mm以下。
3.根据权利要求2所述的用于增强现实的光学装置，其特征在于，
相邻的所述反射部之间的距离是当用户凝视正面时，投影到从瞳孔的垂直于正面方向的平面的反射部的正射影的边界线上的点之间的最小值。
4.根据权利要求1所述的用于增强现实的光学装置，其特征在于，
多个所述反射部中的每一者的尺寸是反射部的边界线上的任意两点之间的最大长度。
5.根据权利要求1所述的用于增强现实的光学装置，其特征在于，
多个所述反射部中的每一者的尺寸是当用户凝视正面时，投影到从瞳孔的垂直于正面方向的平面的反射部的正射影的边界线上的任意两点之间的最大长度。
6.根据权利要求1所述的用于增强现实的光学装置，其特征在于，
多个所述反射部中的每一者的面积形成为具有16πmm2以下的值。
7.根据权利要求6所述的用于增强现实的光学装置，其特征在于，
多个所述反射部中的每一者的面积是当用户凝视正面时，投影到从瞳孔的垂直于正面方向的平面的反射部的正射影的面积。
8.根据权利要求1所述的用于增强现实的光学装置，其特征在于，
多个所述反射部中的每一者的形状形成为呈现除了点对称形状以外的形状的不对称形状，
所述点对称形状是指，当以所述反射部的平面的特定点为中心旋转反射部时，存在针对所有的旋转角度始终具有相同形状的特定点的形状，并且所述不对称形状是指，不是点对称形状的形状，即，当以反射部的平面的特定点为中心旋转反射部时，不存在针对所有的旋转角度始终具有相同形状的特定点的形状。
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