CN113614612A - 透光率提高的增强现实用光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种透光率提高的增强现实用光学装置，提供一种透光率提高的增强现实用光学装置，其特征在于，包括：图像出射部，出射与增强现实用图像对应的增强现实图像光，反射部，将从所述图像出射部出射的增强现实用图像光反射并传递至用户的瞳孔，从而向用户提供增强现实用图像，以及光学单元，布置有所述反射部，并且将从实际物体出射的实际物体图像光的至少一部分透射至用户的瞳孔；所述反射部形成为4mm以下的尺寸，并且由滤光器形成，所述滤光器仅反射属于特定颜色波段的图像光，并透射具有所述特定颜色波段以外的波长的图像光。

Description

透光率提高的增强现实用光学装置

技术领域

本发明涉及一种增强现实用光学装置，更详细而言涉及一种能够提高对于来自现实世界的图像光的透光率的增强现实用光学装置。

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。

图1是示出如以下现有技术文献1中公开的增强现实用光学装置的图。

参照图1，图像出射部30是用于出射与增强现实用图像对应的图像光的单元，例如可以实现为小型显示装置。反射部20朝向用户的瞳孔反射从图像出射部30出射的与增强现实用图像对应的图像光来提供增强现实用图像。

光学单元10是用于透射从实际物体发出的图像光的至少一部分的单元，例如可以是眼镜透镜，反射部20嵌入其内部。框架部40是固定并支撑图像出射部30和光学单元10的单元。

图1的反射部20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20形成为小于瞳孔尺寸时，可以使通过反射部20入射到瞳孔的光的景深接近无限大，即，能够使景深非常深。这里，景深是指，被识别为焦点对准的范围。景深越深，增强现实用图像的焦距也越深，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，增强现实用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(pinholeeffect)。因此，可以与用户凝视存在于实际世界的实际物体的同时改变焦距无关地针对增强现实用图像始终提供清晰的虚拟影像。

虽然这种技术可以具有加深景深并获得针孔效果的优点，但是存在如下问题：从实际世界入射的图像光中，经过反射部20的图像光被反射部20反射，从而无法传递到瞳孔，透光率可能降低，从而难以扩大反射部20的尺寸。

[现有技术文献]

韩国授权专利公报第10-1660519号(2016年9月29日公告)

发明内容

发明要解决的问题

本发明旨在解决如上所述的限制，并且本发明的目的在于提供一种增强现实用光学装置，该增强现实用光学装置能够提高针对来自实际世界的图像光的透光率。

另外，本发明的另一个目的在于，提供一种反射部的尺寸增加，从而光学均匀性能够提高的增强现实用光学装置。

用于解决问题的手段

为了解决如上所述的问题，本发明提供一种透光率提高的增强现实用光学装置，其特征在于，包括：图像出射部，出射与增强现实用图像对应的增强现实图像光，反射部，将从所述图像出射部出射的增强现实用图像光反射并传递至用户的瞳孔，从而向用户提供增强现实用图像，以及光学单元，布置有所述反射部，并且将从实际物体出射的实际物体图像光的至少一部分透射至用户的瞳孔；所述反射部形成为4mm以下的尺寸，并且由滤光器形成，所述滤光器仅反射属于特定颜色波段的图像光，并透射具有所述特定颜色波段以外的波长的图像光。

这里，所述反射部，可以仅将从所述图像出射部出射的增强现实图像光中属于所述特定颜色波段的增强现实图像光反射并传递至用户的瞳孔，并且使从实际物体出射并入射至反射部的实际物体图像光中具有所述特定颜色波段以外的波长的图像光透射并传递至用户的瞳孔。

另外，所述滤光器可以为红光反射滤光器、绿光反射滤光器和蓝光反射滤光器中的任一者或由其中的两者以上的组合构成，所述红光反射滤光器反射属于红色波段的图像光并透射属于其他波段的图像光，所述绿光反射滤光器反射属于绿色波段的图像光并透射属于其他波段的图像光，所述蓝光反射滤光器反射属于蓝色波段的图像光并透射属于其他波段的图像光。

另外，从所述图像出射部出射的增强现实图像光可以仅由属于构成反射部的滤光器反射的颜色波段的图像光构成。

另外，所述反射部可以形成为多个。

另外，所述反射部中的至少一部分可以布置成与从图像出射部出射的图像光的光轴至少部分地重叠。

另外，多个所述反射部分别由滤光器形成，所述滤光器反射属于将特定颜色波段分割而形成的多个波段中的至少任一波段的图像光，并且透射属于除了所述多个波段中的至少任一波段之外的其他波段的图像光。

发明效果

根据本发明，能够提供一种增强现实用光学装置，该增强现实用光学装置能够提高针对来自实际世界的图像光的透光率。

另外，根据本发明，能够提供一种反射部的尺寸增加，从而光学均匀性能够提高的增强现实用光学装置。

附图说明

图1是示出现有技术文献1中公开的增强现实用光学装置的图。

图2是示出本发明的透光率提高的增强现实用光学装置100的一实施例的结构的图。

图3是示出蓝光反射滤光器的根据波长的反射/透光率的图表。

图4是用于说明本发明的由滤光器形成的反射部20的作用的图。

图5是示出本发明的另一实施例的光学装置200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地说明。

图2是示出本发明的透光率提高的增强现实用光学装置100的一实施例的结构的图。

参照图2，本实施例的透光率提高的增强现实用光学装置100(以下简称"光学装置100")包括：图像出射部10、反射部20以及光学单元30。

图像出射部10作为出射与增强现实用图像对应的增强现实图像光的单元，例如，可以为如小型LCD的显示装置，或者可以为反射、折射或者衍射从显示装置出射的图像光的反射单元、折射单元或者衍射单元。

即，图像出射部10是指，显示增强现实用图像的显示装置本身，或者如出射从显示装置出射的增强现实图像光的反射、折射或者衍射单元等其他各种单元。

这种图像出射部10本身并非本发明的直接目的，并且由于所述图像出射部10是现有技术中已知的，因此将省略对所述图像出射部10的详细说明。

此外，增强现实用图像是指，在显示装置为图像出射部10的情况下，显示在显示装置上，并通过反射部20传递到用户的瞳孔40的虚拟图像，或者在显示装置不是图像出射部10的情况下，显示在显示装置上，并通过图像出射部10与反射部20传递到用户的瞳孔40的虚拟图像。

这种增强现实用图像可以是图像形式的静止影像或者视频。

增强现实用图像从图像出射部10出射，并通过反射部20传递至用户的瞳孔40，从而用户接收虚拟图像，与此同时，从存在于实际世界的实际物体出射的图像光通过光学单元30传递至用户，从而虚拟图像与实际物体叠加在一起，从而用户能够体验增强现实服务。

另一方面，图像出射部10以反射部20为中心，被布置在与瞳孔40垂直的方向上，从而当用户凝视正面时，所述图像出射部10被显示为布置在侧面，但这只是示例性的，所述图像出射部10可以布置在当用户凝视正面时的上部、下部等位置，也可以以其他角度布置所述图像出射部10。

反射部20是将与从图像出射部10出射的增强现实用图像对应的增强现实图像光反射并传递至用户的眼睛的瞳孔40，从而将增强现实用图像提供至用户的单元。

反射部20布置成完全嵌入光学单元30内部，并与光学单元30的表面隔开是优选的。然而，根据情况，也可以将所述反射部布置在光学单元30的表面(用户瞳孔40侧的表面)上。

反射部20布置成在图像出射部10与瞳孔40之间具有适当的角度，以能够将增强现实图像光反射至瞳孔40。例如，如图2所示，在图像出射部10布置在光学单元30的右侧的情况下，反射部20可以布置成与从瞳孔40的正面方向和从图像出射部10出射的增强现实图像光的光轴的中心成45度的角度。

另一方面，如在前面的背景技术中所述，优选地，将反射部20形成为比人的瞳孔尺寸小的尺寸，即8mm以下，更优选地，4mm以下，以加深景深，从而能够获得针孔效果。

即，可以通过将反射部20形成为比人的正常瞳孔尺寸更小的尺寸，来使得对于通过反射部20入射到瞳孔40的光的景深(Depth of Field)接近无限，即，使得景深非常深，从而可以产生如下的针孔效果(pinhole effect)：即使用户凝视实际世界的同时改变对于实际世界的焦距，增强现实用图像的焦点始终会与此无关地被识别为是正确的。

另一方面，在反射部20的尺寸过分小的情况下，可能会发生衍射现象，因此，所述反射部20的尺寸大于约700μm是优选的。

另一方面，本发明中的反射部20的特征在于由滤光器形成，该滤光器仅反射属于特定颜色波段的图像光，并且透射具有所述特定颜色波段以外的波长的图像光。

即，本发明的反射部20仅将从图像出射部10出射的增强现实图像光中属于所述特定颜色波段的图像光反射并传递至用户的瞳孔40，并且透射从图像出射部10出射的增强现实图像光中具有所述特定颜色波段以外的波长的图像光。

另外，反射部20使从实际物体出射并入射至反射部20的实际物体图像光中具有所述特定颜色波段以外的波长的图像光透射并传递至用户的瞳孔40，并且反射从实际物体出射并入射至反射部20的实际物体图像光中属于所述特定颜色波段的图像光。

即，反射部20由如下滤光器形成：将从图像出射部10出射的增强现实图像光中属于所述特定颜色波段的图像光反射并传递至用户的瞳孔40，此外，使从实际物体出射并入射至反射部20的实际物体图像光中具有所述特定颜色波段以外的波长的图像光透射并传递至用户的瞳孔40。

其中，滤光器(optical filter)可以是仅反射属于红色波段、绿色波段以及蓝色波段中的至少任一波段的图像光的滤光器。

即，滤光器可以为反射属于红色波段的图像光并透射属于其他波段的图像光的红光反射滤光器、反射属于绿色波段的图像光并透射属于其他波段的图像光的绿光反射滤光器、以及反射属于蓝色波段的图像光并透射属于其他波段的图像光的蓝光反射滤光器中的任一者，或者可以由其中的两者以上的组合构成。

这种滤光器可以使用现有技术中已知的滤光器，然而，由于这本身并不是本发明的直接目的，因此省略对其的详细说明。

图3是示出蓝光反射滤光器的根据波长的反射/透光率的图表。

在图3中，横轴表示波长(λ，nm)，纵轴表示根据波长的透光率。

如图3所示，蓝光反射滤光器可以反射属于蓝色波段的波长在约350nm至370nm附近的图像光，并透射属于其他波段的图像光。

如上所述，反射部20可以由反射属于特定颜色波段的图像光并透射属于其他颜色波段的图像光的滤光器来形成。

再次参照图2，光学单元30配置成内部嵌入有反射部20，并且为将从实际物体出射的实际物体图像光的至少一部分透射至用户的瞳孔40的单元。

虽然反射部20布置成嵌入光学单元30的内部，但是也可以布置在光学单元30的表面。

光学单元30可以由如玻璃或者透明塑料等材料制成，所述光学单元30在使用时被布置在用户瞳孔40的前方，从而将从存在于现实世界的实际物体出射的实际物体图像光透射至瞳孔40。光学单元30可以由半透明材料制成，然而，在这种情况下，将从实际物体出射的图像光的一部分透射至瞳孔40。

光学单元30可以以模块的形式结合在由透镜和框架构成的眼镜形状的增强现实提供装置(未图示)的透镜表面。或者，也可以将增强现实提供装置的透镜本身设置成光学单元30。

另一方面，从图像出射部10出射的与增强现实用图像对应的图像光可以直接传递至反射部20，但是，也可以使所述图像光在所述光学单元30的内部经过至少1次反射后传递至所述反射部20。

图4是用于说明本发明的由滤光器形成的反射部20的作用的图。

图4中的反射部20如上所述，由作为红光反射滤光器、绿光反射滤光器以及蓝光反射滤光器的组合的红绿蓝光反射滤光器形成，具有反射属于红色波段、绿色波段、蓝色波段的图像光，透射属于除了红色波段、绿色波段、蓝色波段之外的其他波段的波长的光的性质。

参照图4中左侧的图，可知，在从实际物体出射并入射至反射部20的实际物体图像光A中，属于红色波段、绿色波段、蓝色波段的图像光A1被由红绿蓝光反射滤光器形成的反射部20反射至下方，并且属于除红色波段、绿色波段、蓝色波段之外的其他颜色波段的实际物体图像光A2透过反射部20并传递至瞳孔40。即，在从实际物体出射并入射至反射部20的实际物体图像光A中，仅除了属于红色波段、绿色波段、蓝色波段的图像光A1之外的属于其他波段的图像光A2传递至瞳孔40。

另外，参照图4中中间的图，可知，在从图像出射部10出射并入射至反射部20的增强现实图像光B中，属于红色波段、绿色波段、蓝色波段的图像光B1被由红绿蓝光反射滤光器形成的反射部20反射并传递至瞳孔40，并且属于除红色波段、绿色波段、蓝色波段之外的其他颜色波段的图像光B2透过反射部20向下方移动。即，在从图像出射部10出射并传递至反射部20的增强现实图像光B中，只有属于红色波段、绿色波段、蓝色波段的图像光B1传递至瞳孔40。

图4中右侧的图示出了入射到瞳孔40的图像光A2+B1，所述图像光A2+B1来自从实际物体出射并入射至反射部20的实际物体图像光A与从图像出射部10出射的增强现实图像光B。如图所示，可知，来自图像出射部10的属于红色波段、绿色波段、蓝色波段的增强现实图像光B1，与从实际物体出射并透过反射部20的属于除红色波段、绿色波段、蓝色波段之外的其他颜色波段的实际物体图像光A2到达瞳孔40。

另一方面，可以根据形成反射部20的滤光器的性质来调节从图像出射部10出射的增强现实图像光的波段。即，可以构造成仅属于形成反射部20的滤光器反射的颜色的波段的增强现实图像光从图像出射部10出射。

例如，在滤光器为如图4所示的红绿蓝光反射滤光器的情况下，从图像出射部10出射的增强现实图像光可以仅由属于红色波段、绿色波段、蓝色波段的图像光组成。

图5是示出本发明的另一实施例的光学装置200的图。

除了配置有多个反射部20这一点之外，图5与图2至图4的实施例基本相同。

参照图5，多个反射部20可以布置成，当沿着从图像出射部10出射的增强现实图像光的光轴方向进行观察时，至少一部分相互重叠，从而阻挡从图像出射部10出射的增强现实图像光的至少一部分。

例如，在图5中，反射部20在从图像出射部10出射的图像光的光轴方向上并排布置，当沿着从图像出射部10出射的图像光的光轴方向进行观察时，并排布置的反射部20重叠，因此在图5中，右侧反射部20阻挡从图像出射部10出射的图像光的至少一部分传递到左侧反射部20。

在这种情况下，并排布置的反射部20可以分别由如下滤光器形成：反射属于将特定颜色波段分割而形成的多个波段中的至少任一波段的图像光，并且透射属于除了所述多个波段中的至少任一波段之外的其他波段的图像光。

例如，当蓝色波段为350nm～370nm时，可以将其分割为350nm～360nm、360～370nm的波段，反射部20可以分别由仅反射属于所分割的多个波段的图像光的滤光器来形成。

即，在图5中，右侧反射部20可以由反射波长为350nm～360nm的图像光并且透射其他波段的图像光的滤光器来形成，左侧反射部20可以由反射波长为360～370nm的图像光并且透射其他波段的图像光的滤光器来形成。

根据这种布置结构，波长为360～370nm的图像光可以在透射右侧反射部20并到达左侧反射部20，被左侧反射部20传递至瞳孔40。另外，波长为350nm～360nm的图像光可以被右侧反射部20反射并传递到瞳孔40。从而，可以将人们识别为相同颜色的特定颜色分割为多个波段，并且各个反射部20能够独立地反射属于所分割的波段的图像光。

另一方面，虽然在图5的实施例中示出反射部20在从图像出射部10出射的图像光的光轴方向上并排布置，从而完全重叠，但是这仅仅是示例性的，也可以将所述反射部20布置成只有一部分在光轴方向上重叠。

另一方面，可以将多个反射部20布置成，当沿着从图像出射部10出射的增强现实图像光的光轴方向进行观察时，相互不重叠，从而使得从图像出射部10出射的图像光不受阻挡。

以上参照本发明的优选实施例来说明了本发明，但是本发明不限于所述实施例，可以在本发明的范围内进行各种修改与变形。

例如，虽然在所述实施例中，主要以反射红色波段、绿色波段、蓝色波段的图像光的滤光器为主进行了说明，但是反射部20也可以使用反射这些颜色波段以外的其他波段的图像光的滤光器。

Claims (7)

1.一种透光率提高的增强现实用光学装置，其特征在于，包括：

图像出射部，出射与增强现实用图像对应的增强现实图像光，

反射部，将从所述图像出射部出射的增强现实图像光反射并传递至用户的瞳孔，从而向用户提供增强现实用图像，以及

光学单元，布置有所述反射部，并且将从实际物体出射的实际物体图像光的至少一部分透射至用户的瞳孔；

所述反射部形成为4mm以下的尺寸，并且由滤光器形成，所述滤光器仅反射属于特定颜色波段的图像光，并透射具有所述特定颜色波段以外的波长的图像光。

2.根据权利要求1所述的透光率提高的增强现实用光学装置，其特征在于，

所述反射部，仅将从所述图像出射部出射的增强现实图像光中属于所述特定颜色波段的增强现实图像光反射并传递至用户的瞳孔，并且使从实际物体出射并入射至反射部的实际物体图像光中具有所述特定颜色波段以外的波长的图像光透射并传递至用户的瞳孔。

3.根据权利要求1所述的透光率提高的增强现实用光学装置，其特征在于，

所述滤光器为红光反射滤光器、绿光反射滤光器和蓝光反射滤光器中的任一者或由红光反射滤光器、绿光反射滤光器和蓝光反射滤光器中的两者以上的组合构成，所述红光反射滤光器反射属于红色波段的图像光并透射属于其他波段的图像光，所述绿光反射滤光器反射属于绿色波段的图像光并透射属于其他波段的图像光，所述蓝光反射滤光器反射属于蓝色波段的图像光并透射属于其他波段的图像光。

4.根据权利要求1所述的透光率提高的增强现实用光学装置，其特征在于，

从所述图像出射部出射的增强现实图像光仅由属于构成反射部的滤光器反射的颜色波段的图像光构成。

5.根据权利要求1所述的透光率提高的增强现实用光学装置，其特征在于，

所述反射部形成为多个。

6.根据权利要求5所述的透光率提高的增强现实用光学装置，其特征在于，

所述反射部中的至少一部分布置成与从图像出射部出射的图像光的光轴至少部分地重叠。

7.根据权利要求6所述的透光率提高的增强现实用光学装置，其特征在于，

多个所述反射部分别由如下滤光器形成：所述滤光器反射属于将特定颜色波段分割而形成的多个波段中的至少任一波段的图像光，并且透射属于除了所述多个波段中的至少任一波段之外的其他波段的图像光。

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