KR102572594B1

KR102572594B1 - Beam splitter geometric optical system and augmented reality glasses apparatus with thereof

Info

Publication number: KR102572594B1
Application number: KR1020220190873A
Authority: KR
Inventors: 최치원; 정희재
Original assignee: 주식회사 피앤씨솔루션
Priority date: 2022-12-30
Filing date: 2022-12-30
Publication date: 2023-09-01

Abstract

본 발명은 빔 스플리터 기하 광학계에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 증강현실 구현을 위한 빔 스플리터 기하 광학계로서, 증강현실 영상 광을 출력하는 입광부; 및 복수의 빔 스플리터(BS)를 적층시켜 구성되는 적층형 BS부를 포함하며, 상기 적층형 BS부를 통해 사용자의 시야를 통한 실제 세계의 광의 적어도 일부를 투과시키고, 상기 입광부에서 출력된 영상 광을 상기 사용자의 눈 방향으로 전달하는 가이드부를 포함하고, 상기 입광부는, 증강현실 영상 광을 출력하는 디스플레이; 상기 디스플레이에서 출력된 영상 광이 반사되는 제1 미러부; 및 상기 가이드부의 일단을 기준으로 상기 제1 미러부와 마주 보고 위치하며, 상기 제1 미러부에서 반사된 영상 광을 반사하여 상기 가이드부에 전달하는 제2 미러부를 포함하며, 상기 디스플레이에서 출력된 영상 광은, 상기 제1 미러부 및 제2 미러부에서 반사되어 상기 가이드부로 입사되며, 상기 가이드부의 길이 방향을 따라 상기 영상 광이 도광하면서 상기 적층형 BS부에 의해 부분적으로 분리 및 출사되어 상기 사용자의 눈 방향으로 전달되는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 빔 스플리터 기하 광학계를 포함하는 증강현실 글래스 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 증강현실 글래스 장치로서, 증강현실 구현을 위한 빔 스플리터 기하 광학계; 및 사용자가 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임을 포함하며, 상기 기하 광학계는, 상기 HMD 프레임 내부에 설치되며, 증강현실 영상 광을 출력하는 입광부; 및 상기 HMD 프레임을 착용한 사용자의 시야 전방에 배치되며, 복수의 빔 스플리터(BS)를 적층시켜 구성되는 적층형 BS부를 포함하며, 상기 적층형 BS부를 통해 사용자의 시야를 통한 실제 세계의 광의 적어도 일부를 투과시키고, 상기 입광부에서 출력된 영상 광을 상기 사용자의 눈 방향으로 전달하는 가이드부를 포함하고, 상기 입광부는, 증강현실 영상 광을 출력하는 디스플레이; 상기 디스플레이에서 출력된 영상 광이 반사되는 제1 미러부; 및 상기 가이드부의 일단을 기준으로 상기 제1 미러부와 마주 보고 위치하며, 상기 제1 미러부에서 반사된 영상 광을 반사하여 상기 가이드부에 전달하는 제2 미러부를 포함하며, 상기 디스플레이에서 출력된 영상 광은, 상기 제1 미러부 및 제2 미러부에서 반사되어 상기 가이드부로 입사되며, 상기 가이드부의 길이 방향을 따라 상기 영상 광이 도광하면서 상기 적층형 BS부에 의해 부분적으로 분리 및 출사되어 상기 사용자의 눈 방향으로 전달되는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 빔 스플리터 기하 광학계 및 이를 포함하는 증강현실 글래스 장치에 따르면, 입광부와 가이드부로 기하 광학계를 구성하되, 빔 스플리터를 적층시켜 가이드부를 구성함으로써 외부로 드러나는 가이드부의 두께를 줄일 수 있으며, 디스플레이에서 출력된 영상 광이 제1 미러부 및 제2 미러부에서 반사되어 가이드부에 입사되도록 함으로써, 2개의 미러를 이용해 영상 광의 입사 광 경로를 줄일 수 있고, 이를 통해 입광부의 크기를 최소화하여 증강현실 글래스 장치의 HMD 프레임에 삽입해 안경 형태로 구현할 수 있는, 빔 스플리터 기하 광학계 및 이를 포함하는 증강현실 글래스 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention relates to a beam splitter geometric optical system, and more particularly, to a beam splitter geometric optical system for implementing augmented reality, comprising: a light input unit outputting augmented reality image light; and a stacked BS unit configured by stacking a plurality of beam splitters (BS), transmits at least a part of real world light through the user's field of view through the stacked BS unit, and transmits image light output from the light input unit to the user A display for outputting augmented reality image light; a first mirror unit reflecting the image light output from the display; and a second mirror unit positioned to face the first mirror unit based on one end of the guide unit, and reflecting image light reflected from the first mirror unit and transmitting the reflected image light to the guide unit, The image light is reflected by the first mirror unit and the second mirror unit and enters the guide unit. The image light is guided along the length direction of the guide unit and is partially separated and emitted by the multilayer BS unit, and the user It is characterized by its configuration that it is transmitted in the eye direction of.
In addition, the present invention relates to an augmented reality glass device including a beam splitter geometric optical system, and more particularly, as an augmented reality glass device, comprising: a beam splitter geometric optical system for implementing augmented reality; and an HMD frame that can be worn on a user's head, wherein the geometric optical system includes: a light input unit installed inside the HMD frame and outputting augmented reality image light; and a stacked BS unit disposed in front of the field of view of a user wearing the HMD frame and configured by stacking a plurality of beam splitters (BS), wherein at least a portion of real world light through the user's field of view is transmitted through the stacked BS unit. a display that transmits image light output from the light input unit and transmits image light output from the light input unit to an eye of the user, wherein the light input unit outputs augmented reality image light; a first mirror unit reflecting the image light output from the display; and a second mirror unit positioned to face the first mirror unit based on one end of the guide unit, and reflecting image light reflected from the first mirror unit and transmitting the reflected image light to the guide unit, The image light is reflected by the first mirror unit and the second mirror unit and enters the guide unit. The image light is guided along the length direction of the guide unit and is partially separated and emitted by the multilayer BS unit, and the user It is characterized by its configuration that it is transmitted in the eye direction of.
According to the beam splitter geometric optical system and the augmented reality glass device including the same proposed in the present invention, the geometric optical system is composed of a light input unit and a guide unit, and the guide unit is formed by stacking beam splitters, thereby reducing the thickness of the guide unit exposed to the outside. In addition, by allowing the image light output from the display to be reflected by the first mirror unit and the second mirror unit and incident on the guide unit, the incident light path of the image light can be reduced using the two mirrors, thereby reducing the size of the light entering unit. An object of the present invention is to provide a beam splitter geometric optical system and an augmented reality glass device including the same, which can be minimized and inserted into an HMD frame of an augmented reality glass device to be implemented in the form of glasses.

Description

Beam splitter geometric optical system and augmented reality glass device including the same

본 발명은 빔 스플리터 기하 광학계 및 이를 포함하는 증강현실 글래스 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 빔 스플리터를 적층해 두께를 줄인 빔 스플리터 기하 광학계 및 이를 포함하는 증강현실 글래스 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a beam splitter geometric optical system and an augmented reality glass device including the same, and more particularly, to a beam splitter geometric optical system reduced in thickness by stacking beam splitters and an augmented reality glass device including the same.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The information described in this section merely provides background information on an embodiment of the present invention and does not constitute prior art.

디지털 디바이스의 경량화 및 소형화 추세에 따라 다양한 웨어러블 디바이스(wearable device)들이 개발되고 있다. 이러한 웨어러블 디바이스의 일종인 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display)는 사용자가 머리에 착용하여 멀티미디어 컨텐츠 등을 제공받을 수 있는 각종 디바이스를 의미한다. 여기서, 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)는 사용자의 신체에 착용되어 사용자가 이동함에 따라서 다양한 환경에서 사용자에게 영상을 제공하게 된다. 이러한 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)는 투과(see-through)형과 밀폐(see-closed)형으로 구분되고 있으며, 투과형은 주로 증강현실(Augmented Reality, AR)용으로 사용되고, 밀폐형은 주로 가상현실(Virtual Reality, VR)용으로 사용되고 있다.Various wearable devices are being developed according to the trend of light weight and miniaturization of digital devices. A head mounted display, which is a kind of wearable device, refers to various devices that can be worn on a user's head to receive multimedia contents and the like. Here, the head mounted display (HMD) is worn on the user's body and provides images to the user in various environments as the user moves. Head-mounted displays (HMDs) are classified into see-through and see-closed types. The see-through type is mainly used for Augmented Reality (AR), and the closed type is mainly used for virtual reality (VR). reality, VR).

이와 같은 헤드 마운티드 디스플레이에서 증강현실을 구현하기 위해, 복잡한 구조의 광학 장치가 사용된다. 그중에서 빔 스플리터를 이용하는 광학계에서는, 증강현실 영상이 빔 스플리터에서 반사되어 사용자의 눈에 도달해야 하므로, 빔 스플리터의 각도 변경에 제한이 있어서 광학계의 폭을 줄이기 어렵고, 이에 따라 광학계의 크기와 무게를 줄이는 데에도 한계가 있다. 그러나 헤드 마운티드 디스플레이는 머리에 착용해야 하므로 장치의 크기와 무게에 한계가 있고, 렌즈 부분이 얇고 그 형태가 일반 안경에 가까울수록 외관상 보기가 좋다. 따라서 광학계의 폭을 줄이면서도 증강현실 영상을 선명하게 제공할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.In order to implement augmented reality in such a head-mounted display, an optical device having a complex structure is used. Among them, in the optical system using the beam splitter, since the augmented reality image must be reflected from the beam splitter and reach the user's eyes, it is difficult to reduce the width of the optical system due to limitations in changing the angle of the beam splitter, thereby reducing the size and weight of the optical system. There are also limits to reduction. However, since the head-mounted display must be worn on the head, there are limits to the size and weight of the device, and the thinner the lens portion and the closer the shape is to that of ordinary glasses, the better the appearance. Therefore, it is necessary to develop a technology capable of providing clear augmented reality images while reducing the width of the optical system.

한편, 본 발명과 관련된 선행기술로서, 공개특허 제10-2019-0093966호(발명의 명칭: HMD 장치 및 그 동작 방법, 공개일자: 2019년 08월 12일) 등이 개시된 바 있다.Meanwhile, as a prior art related to the present invention, Patent Publication No. 10-2019-0093966 (Title of Invention: HMD Device and Operation Method Thereof, Publication Date: August 12, 2019) has been disclosed.

전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술이라 할 수는 없다.The above-described background art is technical information that the inventor possessed for derivation of the present invention or acquired during the derivation process of the present invention, and cannot necessarily be said to be known technology disclosed to the general public prior to filing the present invention.

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 입광부와 가이드부로 기하 광학계를 구성하되, 빔 스플리터를 적층시켜 가이드부를 구성함으로써 외부로 드러나는 가이드부의 두께를 줄일 수 있으며, 디스플레이에서 출력된 영상 광이 제1 미러부 및 제2 미러부에서 반사되어 가이드부에 입사되도록 함으로써, 2개의 미러를 이용해 영상 광의 입사 광 경로를 줄일 수 있고, 이를 통해 입광부의 크기를 최소화하여 증강현실 글래스 장치의 HMD 프레임에 삽입해 안경 형태로 구현할 수 있는, 빔 스플리터 기하 광학계 및 이를 포함하는 증강현실 글래스 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the previously proposed methods, and configures a geometric optical system with a light input unit and a guide unit, but can reduce the thickness of the guide unit exposed to the outside by configuring the guide unit by stacking beam splitters. In addition, by allowing the image light output from the display to be reflected by the first mirror unit and the second mirror unit and incident on the guide unit, the incident light path of the image light can be reduced using the two mirrors, thereby reducing the size of the light entering unit. An object of the present invention is to provide a beam splitter geometric optical system and an augmented reality glass device including the same, which can be minimized and inserted into an HMD frame of an augmented reality glass device to be implemented in the form of glasses.

다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있고, 명시적으로 언급하지 않더라도 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함됨은 물론이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem as described above, and other technical problems may exist, and even if not explicitly mentioned, the purpose or purpose that can be grasped from the solution or embodiment of the problem Of course, effects are also included in this.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 빔 스플리터 기하 광학계는,The beam splitter geometric optical system according to the features of the present invention for achieving the above object,

증강현실 구현을 위한 빔 스플리터 기하 광학계로서,As a beam splitter geometric optical system for implementing augmented reality,

증강현실 영상 광을 출력하는 입광부; 및a light input unit outputting augmented reality image light; and

복수의 빔 스플리터(BS)를 적층시켜 구성되는 적층형 BS부를 포함하며, 상기 적층형 BS부를 통해 사용자의 시야를 통한 실제 세계의 광의 적어도 일부를 투과시키고, 상기 입광부에서 출력된 영상 광을 상기 사용자의 눈 방향으로 전달하는 가이드부를 포함하고,It includes a stacked BS unit configured by stacking a plurality of beam splitters (BS), transmits at least a part of real world light through the user's field of view through the stacked BS unit, and transmits image light output from the light input unit to the user's Including a guide portion that delivers in the eye direction,

상기 입광부는,The light input unit,

증강현실 영상 광을 출력하는 디스플레이;a display that outputs augmented reality image light;

상기 디스플레이에서 출력된 영상 광이 반사되는 제1 미러부; 및a first mirror unit reflecting the image light output from the display; and

상기 가이드부의 일단을 기준으로 상기 제1 미러부와 마주 보고 위치하며, 상기 제1 미러부에서 반사된 영상 광을 반사하여 상기 가이드부에 전달하는 제2 미러부를 포함하며,A second mirror unit positioned facing the first mirror unit with respect to one end of the guide unit and reflecting image light reflected from the first mirror unit and transmitting the reflected image light to the guide unit;

상기 디스플레이에서 출력된 영상 광은, 상기 제1 미러부 및 제2 미러부에서 반사되어 상기 가이드부로 입사되며, 상기 가이드부의 길이 방향을 따라 상기 영상 광이 도광하면서 상기 적층형 BS부에 의해 부분적으로 분리 및 출사되어 상기 사용자의 눈 방향으로 전달되는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.The image light output from the display is reflected by the first mirror unit and the second mirror unit and enters the guide unit, and the image light is guided along the length direction of the guide unit and partially separated by the stacked BS unit. And it is characterized in its configuration that the emitted light is transmitted to the user's eye direction.

바람직하게는, 상기 가이드부는,Preferably, the guide unit,

상기 제1 미러부와 상기 제2 미러부 사이의 일단에 위치하며, 상기 제2 미러부에서 반사된 영상 광이 상기 가이드부의 내부에서 전반사되면서 도광하도록 상기 가이드부 내부로 전달하는 제1 BS부를 더 포함할 수 있다.a first BS unit located at one end between the first mirror unit and the second mirror unit, and transmitting the image light reflected from the second mirror unit to the inside of the guide unit to guide the light while being totally reflected inside the guide unit; can include

더욱 바람직하게는, 상기 입광부는,More preferably, the light input unit,

가로 및 세로의 크기가 각각 15㎜ 이상 30㎜ 이하일 수 있다.The horizontal and vertical sizes may be 15 mm or more and 30 mm or less, respectively.

바람직하게는, 상기 가이드부는,Preferably, the guide unit,

두께가 1.6㎜ 이상 6㎜ 이하일 수 있다.The thickness may be 1.6 mm or more and 6 mm or less.

바람직하게는, 상기 제1 미러부 및 제2 미러부는,Preferably, the first mirror unit and the second mirror unit,

비구면 또는 자유곡면일 수 있다.It may be an aspherical surface or a free curved surface.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 빔 스플리터 기하 광학계를 포함하는 증강현실 글래스 장치는,An augmented reality glass device including a beam splitter geometric optical system according to a feature of the present invention for achieving the above object is,

증강현실 글래스 장치로서,As an augmented reality glasses device,

증강현실 구현을 위한 빔 스플리터 기하 광학계; 및Beam splitter geometric optics for augmented reality implementation; and

사용자가 머리에 착용할 수 있는 HMD 프레임을 포함하며,It includes an HMD frame that the user can wear on the head,

상기 기하 광학계는,The geometric optical system,

상기 HMD 프레임 내부에 설치되며, 증강현실 영상 광을 출력하는 입광부; 및a light input unit installed inside the HMD frame and outputting augmented reality image light; and

상기 HMD 프레임을 착용한 사용자의 시야 전방에 배치되며, 복수의 빔 스플리터(BS)를 적층시켜 구성되는 적층형 BS부를 포함하며, 상기 적층형 BS부를 통해 사용자의 시야를 통한 실제 세계의 광의 적어도 일부를 투과시키고, 상기 입광부에서 출력된 영상 광을 상기 사용자의 눈 방향으로 전달하는 가이드부를 포함하고,A stacked BS unit disposed in front of the field of view of a user wearing the HMD frame and configured by stacking a plurality of beam splitters (BS), and transmitting at least a part of real world light through the user's field of view through the stacked BS unit And a guide unit for transmitting the image light output from the light input unit to the user's eye direction,

상기 입광부는,The light input unit,

바람직하게는, 상기 가이드부는,Preferably, the guide unit,

본 발명에서 제안하고 있는 빔 스플리터 기하 광학계 및 이를 포함하는 증강현실 글래스 장치에 따르면, 입광부와 가이드부로 기하 광학계를 구성하되, 빔 스플리터를 적층시켜 가이드부를 구성함으로써 외부로 드러나는 가이드부의 두께를 줄일 수 있으며, 디스플레이에서 출력된 영상 광이 제1 미러부 및 제2 미러부에서 반사되어 가이드부에 입사되도록 함으로써, 2개의 미러를 이용해 영상 광의 입사 광 경로를 줄일 수 있고, 이를 통해 입광부의 크기를 최소화하여 증강현실 글래스 장치의 HMD 프레임에 삽입해 안경 형태로 구현할 수 있는, 빔 스플리터 기하 광학계 및 이를 포함하는 증강현실 글래스 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.According to the beam splitter geometric optical system and the augmented reality glass device including the same proposed in the present invention, the geometric optical system is composed of a light input unit and a guide unit, and the guide unit is formed by stacking beam splitters, thereby reducing the thickness of the guide unit exposed to the outside. In addition, by allowing the image light output from the display to be reflected by the first mirror unit and the second mirror unit and incident on the guide unit, the incident light path of the image light can be reduced using the two mirrors, thereby reducing the size of the light entering unit. An object of the present invention is to provide a beam splitter geometric optical system and an augmented reality glass device including the same, which can be minimized and inserted into an HMD frame of an augmented reality glass device to be implemented in the form of glasses.

더불어, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.In addition, the various beneficial advantages and effects of the present invention are not limited to the above description, and will be more easily understood in the process of describing specific embodiments of the present invention.

도 1은 빔 스플리터를 이용한 기존의 기하 광학계의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스플리터 기하 광학계의 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스플리터 기하 광학계에 광 경로를 표시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스플리터 기하 광학계를 포함하는 증강현실 글래스 장치의 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스플리터 기하 광학계를 포함하는 증강현실 글래스 장치의 모습을 예를 들어 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스플리터 기하 광학계를 포함하는 증강현실 글래스 장치의 측면을 예를 들어 도시한 도면.1 is a diagram showing the configuration of a conventional geometrical optical system using a beam splitter.
Figure 2 is a view showing the configuration of a beam splitter geometric optical system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing an optical path in a beam splitter geometric optical system according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing the configuration of an augmented reality glass device including a beam splitter geometric optical system according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing, for example, an appearance of an augmented reality glass device including a beam splitter geometric optical system according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing, for example, a side of an augmented reality glass device including a beam splitter geometric optical system according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "indirectly connected" with another element interposed therebetween. . In addition, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components, not excluding other components, unless otherwise stated, and one or more other characteristics. However, it should be understood that it does not preclude the possibility of existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.The following examples are detailed descriptions for better understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention. Therefore, inventions of the same scope that perform the same functions as the present invention will also fall within the scope of the present invention.

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.In addition, each configuration, process, process or method included in each embodiment of the present invention may be shared within a range that does not contradict each other technically.

도 1은 빔 스플리터를 이용한 기존의 기하 광학계의 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 빔 스플리터를 이용하는 기존의 기하 광학계는, 화면이 선명하고 깨끗하게 보이며, 광 효율이 10~25% 정도로 높고 제작이 용이하다. 도 1에 도시된 바와 같은 광학계는 Google Glass, Madgaze, Nreal 등의 제품에 적용된 방식이다.1 is a diagram showing the configuration of a conventional geometric optical system using a beam splitter. As shown in FIG. 1, the existing geometric optical system using one beam splitter has a clear and clear screen, has a high light efficiency of about 10 to 25%, and is easy to manufacture. The optical system shown in FIG. 1 is applied to products such as Google Glass, Madgaze, and Nreal.

그러나, 도 1에 도시된 바와 같은 기존의 기하 광학계는, 하나의 빔 스플리터가 증강현실 영상의 화각을 모두 받아주어야 하고, 빔 스플리터의 각도 변경에 제한이 있어서 광학계의 두께가 두꺼울 수밖에 없다. 또한, 아이-박스(Eye-box)가 5~7㎜ 정도로 작은데, 아이-박스를 키우려면 광학계 두께가 더 두꺼워지는 문제가 있다. 시장에서는 일반 안경 형태의 얇고 가벼운 증강현실 글래스에 대한 선호가 높다. 그러나 전술한 바와 같은 기존의 기하 광학계는 그 두께를 줄이기 어렵기 때문에, 이러한 시장의 요구에 부응하기 어렵다.However, in the conventional geometric optical system as shown in FIG. 1, one beam splitter must accept all angles of view of an augmented reality image, and there is a limit to changing the angle of the beam splitter, so the thickness of the optical system is inevitably thick. In addition, the eye-box is as small as 5 to 7 mm, but there is a problem in that the thickness of the optical system becomes thicker to make the eye-box bigger. In the market, there is a high preference for thin and light augmented reality glasses in the form of regular glasses. However, since it is difficult to reduce the thickness of the existing geometric optical system as described above, it is difficult to meet the market demand.

도 2는 전술한 바와 같은 기존의 기하 광학계의 문제를 해결할 수 있는 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스플리터 기하 광학계(10)의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스플리터 기하 광학계(10)에 광 경로를 표시한 도면이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스플리터 기하 광학계(10)는, 증강현실 영상 광을 출력하는 입광부(100); 및 복수의 빔 스플리터(BS)를 적층시켜 구성되는 적층형 BS부(210)를 포함하며, 적층형 BS부(210)를 통해 사용자의 시야를 통한 실제 세계의 광의 적어도 일부를 투과시키고, 입광부(100)에서 출력된 영상 광을 사용자의 눈(1) 방향으로 전달하는 가이드부(200)를 포함하여 구성될 수 있다.2 is a view showing the configuration of a beam splitter geometric optical system 10 according to an embodiment of the present invention that can solve the problems of the existing geometric optical system as described above, and FIG. It is a diagram showing an optical path in the beam splitter geometric optical system 10 according to the present invention. As shown in Figures 2 and 3, the beam splitter geometric optical system 10 according to an embodiment of the present invention includes a light input unit 100 outputting augmented reality image light; and a stacked BS unit 210 configured by stacking a plurality of beam splitters (BS), and transmits at least a part of real world light through the user's field of view through the stacked BS unit 210, and the light input unit 100 It may be configured to include a guide unit 200 that transmits the image light output from ) to the user's eye 1 direction.

보다 구체적으로, 입광부(100)는, 증강현실 영상 광을 출력하는 디스플레이(110); 디스플레이(110)에서 출력된 영상 광이 반사되는 제1 미러부(120); 및 가이드부(200)의 일단을 기준으로 제1 미러부(120)와 마주 보고 위치하며, 제1 미러부(120)에서 반사된 영상 광을 반사하여 가이드부(200)에 전달하는 제2 미러부(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 디스플레이(110)에서 출력된 영상 광은, 제1 미러부(120) 및 제2 미러부(130)에서 반사되어 가이드부(200)로 입사되며, 가이드부(200)의 길이 방향을 따라 영상 광이 도광하면서 적층형 BS부(210)에 의해 부분적으로 분리 및 출사되어 사용자의 눈(1) 방향으로 전달될 수 있다. 이하에서는, 도 2 및 도 3을 참조하여 입광부(100) 및 가이드부(200)의 각 구성요소에 대해 상세히 설명하도록 한다.More specifically, the light input unit 100 includes a display 110 outputting augmented reality image light; a first mirror unit 120 reflecting image light output from the display 110; and a second mirror located facing the first mirror unit 120 based on one end of the guide unit 200 and reflecting the image light reflected by the first mirror unit 120 and transmitting the reflected image light to the guide unit 200. It may be configured to include the unit 130. As shown in FIG. 3 , the image light output from the display 110 is reflected by the first mirror unit 120 and the second mirror unit 130 and enters the guide unit 200, and the guide unit 200 While the image light is guided along the length direction of ), it can be partially separated and emitted by the stacked BS unit 210 and transmitted to the user's eye 1 direction. Hereinafter, each component of the light input unit 100 and the guide unit 200 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3 .

디스플레이(110)는, 영상 정보가 사용자에게 제공될 수 있도록 영상 광을 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 디스플레이(110)는, 영상 정보가 사용자에게 제공될 수 있도록, 사용자의 눈(1) 방향으로 전달되는 영상 광을 출력할 수 있다. 이때, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 디스플레이(110)를 입광부(100)의 위쪽에 배치하여 안경 형태의 증강현실 글래스 장치로 구현할 수 있다. 디스플레이(110)는 OLED, LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 등 다양하게 구성될 수 있다.The display 110 may output image light so that image information may be provided to a user. More specifically, the display 110 may output image light transmitted in the direction of the user's eyes 1 so that image information may be provided to the user. At this time, as shown in FIGS. 2 and 3 , the display 110 may be disposed above the light input unit 100 to implement an augmented reality glass device in the form of glasses. The display 110 may be configured in various ways, such as OLED and Liquid Crystal on Silicon (LCoS).

제1 미러부(120)는, 디스플레이(110)에서 출력된 영상 광을 제2 미러부(130) 방향으로 반사하는 반사면으로 구성될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 미러부(120)는 디스플레이(110)에서 출력된 영상 광이 입사하는 입사면과 반사되는 반사면을 포함하는 블록으로 구성될 수 있다. 만약, 제1 미러부(120)를 반사면이 아닌 렌즈를 사용하면 광 경로가 길어져 입광부(100)의 가로(두께) 길이가 길어지게 되는데, 미러(반사면)을 사용함으로써, 입광부(100)가 전방으로 길이가 길어지지 않도록 할 수 있다.The first mirror unit 120 may be configured as a reflective surface that reflects image light output from the display 110 toward the second mirror unit 130 . As shown in FIGS. 2 and 3 , the first mirror unit 120 may be composed of a block including an incident surface on which image light output from the display 110 is incident and a reflective surface on which it is reflected. If a lens other than a reflective surface is used as the first mirror unit 120, the light path becomes longer and the horizontal (thickness) length of the light input unit 100 becomes longer. By using a mirror (reflective surface), the light input unit ( 100) can be prevented from becoming longer in the forward direction.

제2 미러부(130)는, 가이드부(200)의 일단을 기준으로 제1 미러부(120)와 마주 보고 위치하며, 제1 미러부(120)에서 반사된 영상 광을 반사하여 가이드부(200)에 전달할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 미러부(130)는, 제1 미러부(120)에서 반사된 영상 광이 제1 BS부(220)를 투과하여 입사하며, 반사면으로 구성된 제2 미러부(130)에 입사한 영상 광이 반사되어 제1 BS부(220)로 입사할 수 있다.The second mirror unit 130 is located facing the first mirror unit 120 based on one end of the guide unit 200, and reflects the image light reflected from the first mirror unit 120 to guide the unit ( 200) can be passed on. As shown in FIGS. 2 and 3 , the second mirror unit 130 is composed of a reflective surface in which the image light reflected from the first mirror unit 120 passes through the first BS unit 220 and is incident. Image light incident on the second mirror unit 130 may be reflected and incident on the first BS unit 220 .

여기서, 제1 미러부(120) 및 제2 미러부(130)는, 비구면 또는 자유곡면으로 구성해 해상도를 높일 수 있다. 또한, 제1 미러부(120) 및 제2 미러부(130)는, 광학 플라스틱 소재인 E48R에 미러 코팅하여 제작할 수 있다.Here, the first mirror unit 120 and the second mirror unit 130 may be configured as an aspheric surface or a free curved surface to increase resolution. In addition, the first mirror unit 120 and the second mirror unit 130 can be manufactured by mirror coating E48R, which is an optical plastic material.

제1 미러부(120)와 제2 미러부(130)는, 좁은 영역 내에서 화각을 키워주는 역할을 하는 구성이다. 렌즈를 이용해 같은 정도로 화각을 키우기 위해서는 광 경로가 매우 길어지게 되므로, 무겁고 부피도 커지는데, 이는 FOV가 커질수록 더욱 심해진다. 반면에, 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스플리터 기하 광학계(10)는, 2개의 미러와 2개의 미러 사이에 위치한 제1 BS부(220)를 이용해 영상 광의 입사 광 경로를 줄일 수 있고, 이를 통해 입광부(100)의 크기를 최소화할 수 있다.The first mirror unit 120 and the second mirror unit 130 serve to increase the angle of view within a narrow area. In order to increase the angle of view to the same extent using a lens, the light path becomes very long, so it is heavy and bulky, which becomes more severe as the FOV increases. On the other hand, the beam splitter geometric optical system 10 according to an embodiment of the present invention can reduce the incident light path of image light by using two mirrors and the first BS unit 220 located between the two mirrors. Through this, the size of the light entrance part 100 can be minimized.

가이드부(200)는, 사용자의 시야를 통한 실제 세계의 광의 적어도 일부를 투과시키고, 입광부(100)에서 출력된 영상 광을 사용자의 눈(1) 방향으로 전달하여, 증강현실을 제공할 수 있다. 가이드부(200)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 적층형 BS부(210) 및 제1 BS부(220)를 포함하여 구성될 수 있다. 가이드부(200)는 광학 유리 소재인 NBK7로 제작할 수 있다.The guide unit 200 transmits at least a portion of the light of the real world through the user's field of view and transmits the image light output from the light input unit 100 to the user's eye 1 direction, thereby providing augmented reality. there is. As shown in FIGS. 2 and 3 , the guide unit 200 may include a stacked BS unit 210 and a first BS unit 220 . The guide unit 200 may be made of NBK7, an optical glass material.

적층형 BS부(210)는, 복수의 빔 스플리터(BS)를 적층시켜 구성될 수 있다. 복수의 빔 스플리터를 일정한 간격으로 나란히 배치해 가이드부(200) 내에 적층함으로써, 하나의 빔 스플리터를 사용할 때(도 1)보다 가이드부(200)를 훨씬 얇게 구현할 수 있다(도 2 및 도 3). 특히, 가이드부(200)는 사용자의 눈(1)앞에 배치되는데, 복수의 빔 스플리터를 적층해 외관이 투박하지 않고 안경 형태로 얇게 증강현실 글래스 장치를 구현할 수 있다.The stacked BS unit 210 may be configured by stacking a plurality of beam splitters (BS). By arranging a plurality of beam splitters side by side at regular intervals and stacking them in the guide part 200, the guide part 200 can be implemented much thinner than when using one beam splitter (Fig. 1) (Figs. 2 and 3) . In particular, the guide unit 200 is disposed in front of the user's eyes 1, and a plurality of beam splitters are stacked to implement a thin augmented reality glass device in the form of glasses without being clunky in appearance.

또한, 적층형 BS부(210)를 이용하면 빔 스플리터가 적층되어 있어 아이-박스가 확장되는데, 약 10~12㎜ 정도로 구현할 수 있다. 이는 도 1에 도시된 바와 같은 기존의 빔 스플리터 기하 광학계의 아이-박스가 약 5~7㎜인 것에 비해 크게 확장된 것이다.In addition, when the stacked BS unit 210 is used, the beam splitter is stacked to expand the eye-box, which can be realized to about 10 to 12 mm. This is greatly expanded compared to the eye-box of the existing beam splitter geometric optical system as shown in FIG. 1, which is about 5 to 7 mm.

제1 BS부(220)는, 제1 미러부(120)와 제2 미러부(130) 사이의 일단에 위치하며, 제2 미러부(130)에서 반사된 영상 광이 가이드부(200)의 내부에서 전반사되면서 도광하도록 가이드부(200) 내부로 전달할 수 있다. 즉, 제1 BS부(220)는 입광부(100)로부터 영상 광을 수광하는 구성으로, 2개의 미러 사이에 위치하여 입광부(100)의 크기를 줄이는데 기여할 수 있다. 이때, 영상 광은 가이드부(200) 내부에서 전반사되면서 도광하는데, 전반사를 위해 영상 광의 입사각이 42° 이상이 되도록 설계될 수 있다.The first BS unit 220 is located at one end between the first mirror unit 120 and the second mirror unit 130, and the image light reflected by the second mirror unit 130 is transmitted through the guide unit 200. It may be transmitted to the inside of the guide part 200 so as to guide light while being totally reflected inside. That is, the first BS unit 220 is configured to receive image light from the light input unit 100 and may contribute to reducing the size of the light input unit 100 by being positioned between two mirrors. At this time, the image light is guided while being totally reflected inside the guide unit 200, and the incident angle of the image light may be designed to be 42° or more for total reflection.

도 2에 도시된 바와 같이 디스플레이(110), 제1 미러부(120), 제2 미러부(130)로 구성된 입광부(100)에 제1 BS부(220)를 포함하여 구현했을 때, 입광부(100)의 크기는 가로 및 세로의 크기가 각각 15㎜ 이상 30㎜ 이하일 수 있다. 또한, 가이드부(200)는, 두께가 1.6㎜ 이상 6㎜ 이하일 수 있다.As shown in FIG. 2, when the light input unit 100 composed of the display 110, the first mirror unit 120, and the second mirror unit 130 is implemented by including the first BS unit 220, the input The miner 100 may have horizontal and vertical sizes of 15 mm or more and 30 mm or less, respectively. In addition, the guide unit 200 may have a thickness of 1.6 mm or more and 6 mm or less.

보다 구체적으로는, 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스플리터 기하 광학계(10)는, FOV 40°, Eye Relief 20~25㎜를 기준으로, 입광부(100)의 크기를 가로(두께) 25㎜, 세로(높이) 23㎜ 수준, 가이드부(200)의 두께를 2㎜로 제작할 수 있으며, 이때 해상도는 FHD, 왜곡 5%, 아이-박스는 10㎜×10㎜로 구현할 수 있다.More specifically, the beam splitter geometric optical system 10 according to an embodiment of the present invention, based on FOV 40 °, Eye Relief 20 ~ 25 mm, the size of the light input unit 100 is 25 mm wide (thickness) , vertical (height) level of 23 mm, the thickness of the guide portion 200 can be manufactured to 2 mm, at this time, the resolution can be implemented as FHD, distortion 5%, eye-box 10 mm × 10 mm.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스플리터 기하 광학계(10)를 포함하는 증강현실 글래스 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스플리터 기하 광학계(10)를 포함하는 증강현실 글래스 장치는, 기하 광학계(10) 및 HMD 프레임(20)을 포함하여 구성될 수 있으며, 제어부(30), 착용부(40), 센서부(50), 전원공급부(60) 및 통신부(70)를 더 포함하여 구성될 수 있다.4 is a diagram showing the configuration of an augmented reality glass device including a beam splitter geometric optical system 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the augmented reality glass device including the beam splitter geometric optical system 10 according to an embodiment of the present invention may include the geometric optical system 10 and the HMD frame 20, , The control unit 30, the wearing unit 40, the sensor unit 50, the power supply unit 60 and the communication unit 70 may be further included.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스플리터 기하 광학계(10)를 포함하는 증강현실 글래스 장치의 모습을 예를 들어 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스플리터 기하 광학계(10)를 포함하는 증강현실 글래스 장치의 측면을 예를 들어 도시한 도면이다. 기하 광학계(10)에 대해서는 이미 설명하였으므로, 이하에서는 도 4 내지 도 6을 참고하여 나머지 구성에 대해 상세히 설명하도록 한다.5 is a view showing, for example, an appearance of an augmented reality glass device including a beam splitter geometric optical system 10 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a beam splitter geometry according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing the side of the augmented reality glass device including the optical system 10 as an example. Since the geometric optical system 10 has already been described, the remaining configurations will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 6 hereinafter.

HMD 프레임(20)은, 사용자가 머리에 착용할 수 있는 프레임 구성이다. HMD 프레임(20)은 도 5에 도시된 바와 같이 착용자의 이마 등에 안정적으로 고정할 수 있는 형태일 수 있으나, 안경테 형태일 수도 있다. 이러한 HMD 프레임(20)은 기하 광학계(10)의 입광부(100)를 내장하고 가이드부(200)가 사용자의 눈(1)앞에 배치되도록 고정하며, 착용부(40)와 연결될 수 있다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 입광부(100)가 HMD 프레임(20)의 내부에 삽입 설치되고, 두께가 1.6㎜ 이상 6㎜ 이하로 얇은 가이드부(200)는 외부로 드러나게 되어, 전체적인 외관이 얇고 가벼우며 일반 안경에 가까운 형태로 제작될 수 있다. 따라서 일반 안경 형태의 얇고 가벼운 증강현실 글래스에 대한 선호가 높은 시장의 요구에 부합하는 증강현실 글래스 장치를 제작할 수 있다.The HMD frame 20 is a frame structure that can be worn on the head by a user. As shown in FIG. 5 , the HMD frame 20 may be stably fixed to the wearer's forehead or the like, but may also be in the form of a spectacle frame. The HMD frame 20 may include the light input unit 100 of the geometric optical system 10, fix the guide unit 200 to be disposed in front of the user's eyes 1, and be connected to the wearing unit 40. That is, as shown in FIGS. 5 and 6 , the light input unit 100 is inserted into the HMD frame 20 and the thin guide unit 200 having a thickness of 1.6 mm or more and 6 mm or less is exposed to the outside. As a result, the overall appearance is thin and light, and can be manufactured in a form close to general glasses. Therefore, it is possible to manufacture an augmented reality glass device that meets the market demand for thin and light augmented reality glasses in the form of general glasses.

제어부(30)는, 증강현실 글래스 장치의 전체적인 동작을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(30)는, 추후 상세히 설명할 센서부(50)에서 수집한 정보에 기초하여 사용자에게 제공할 영상 정보를 생성해 디스플레이(110)로 전송되도록 제어함으로써, 사용자가 증강현실을 통해 외부 환경에 대한 각종 정보 등을 최적화된 화면으로 전달받도록 할 수 있다.The controller 30 may control overall operations of the augmented reality glasses device. More specifically, the control unit 30 generates image information to be provided to the user based on information collected by the sensor unit 50, which will be described in detail later, and controls the image information to be transmitted to the display 110 so that the user can experience augmented reality. Through this, various information on the external environment can be delivered to an optimized screen.

착용부(40)는, HMD 프레임(20)에 연결되어 사용자의 머리에 착용될 수 있는 구성이다. 착용부(40)는 도 5에 도시된 바와 같이, 밴드 또는 스트랩 형태일 수 있으나, 안경다리 형태 등 사용자의 머리에 기하 광학계(10) 및 HMD 프레임(20)을 착용할 수 있도록 하는 구성이라면 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 착용부(40)는 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 또는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)과 같은 유연한 재질로 제작되어, 착용자의 머리의 크기와 형태에 맞게 감쌀 수 있다.The wearable part 40 is connected to the HMD frame 20 and can be worn on the user's head. As shown in FIG. 5, the wearing unit 40 may be in the form of a band or strap, but if it is configured to allow the user to wear the geometric optical system 10 and the HMD frame 20 on the user's head, such as temples, various can be implemented in the form In addition, the wearing part 40 is made of a flexible material such as polycarbonate (PC) or polypropylene (PP), and can be wrapped to fit the size and shape of the wearer's head.

센서부(50)는, 적어도 하나 이상의 센서를 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로 GPS 모듈, IMU 센서, 카메라, 가스 센서, 조도 센서, 홍채 인식 센서 등을 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 제어부(30)는, 조도 센서에서 수집한 외부 조도 정보를 이용해 증강현실 영상 광의 밝기 등을 조절하여, 밝은 환경에서도 증강현실 영상 광이 선명하게 보이도록 자동으로 조절할 수 있다.The sensor unit 50 may include at least one or more sensors, and more specifically, may include a GPS module, an IMU sensor, a camera, a gas sensor, an illuminance sensor, an iris recognition sensor, and the like. Depending on the embodiment, the control unit 30 may automatically adjust the brightness of the augmented reality image light using the external illuminance information collected by the illuminance sensor so that the augmented reality image light is clearly visible even in a bright environment.

전원공급부(60)는, 증강현실 글래스 장치의 구동을 위한 전원을 공급하며, 전원의 온/오프를 위한 스위치를 더 포함할 수 있다.The power supply unit 60 supplies power for driving the augmented reality glass device, and may further include a switch for turning on/off the power.

통신부(70)는, 증강현실 글래스 장치의 일측에 설치되며, 다른 증강현실 글래스 장치나 서버 등과 각종 신호 및 데이터를 송수신할 수 있다. 여기서, 통신부(70)가 사용하는 네트워크는, 근거리 통신망(Local Area Network; LAN), 광역 통신망(Wide Area Network; WAN) 또는 부가가치 통신망(Value Added Network; VAN) 등과 같은 유선 네트워크나 이동 통신망(mobile radio communication network), 위성 통신망, 블루투스(Bluetooth), Wibro(Wireless Broadband Internet), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), 3/4/5/6G(3/4/5/6th Generation Mobile Telecommunication) 등과 같은 모든 종류의 무선 네트워크로 구현될 수 있다.The communication unit 70 is installed on one side of the augmented reality glasses device and can transmit and receive various signals and data to other augmented reality glasses devices or servers. Here, the network used by the communication unit 70 is a wired network or a mobile communication network such as a Local Area Network (LAN), a Wide Area Network (WAN), or a Value Added Network (VAN). radio communication network), satellite communication network, Bluetooth, Wibro (Wireless Broadband Internet), HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), LTE (Long Term Evolution), 3/4/5/6G (3/4/5/ It can be implemented in all types of wireless networks such as 6th Generation Mobile Telecommunication).

전술한 바와 같이, 본 발명에서 제안하고 있는 빔 스플리터 기하 광학계(10) 및 이를 포함하는 증강현실 글래스 장치에 따르면, 입광부(100)와 가이드부(200)로 기하 광학계(10)를 구성하되, 빔 스플리터를 적층시켜 가이드부(200)를 구성함으로써 외부로 드러나는 가이드부(200)의 두께를 줄일 수 있으며, 디스플레이(110)에서 출력된 영상 광이 제1 미러부(120) 및 제2 미러부(130)에서 반사되어 가이드부(200)에 입사되도록 함으로써, 2개의 미러를 이용해 영상 광의 입사 광 경로를 줄일 수 있고, 이를 통해 입광부(100)의 크기를 최소화하여 증강현실 글래스 장치의 HMD 프레임(20)에 삽입해 안경 형태로 구현할 수 있는, 빔 스플리터 기하 광학계(10) 및 이를 포함하는 증강현실 글래스 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.As described above, according to the beam splitter geometric optical system 10 proposed in the present invention and the augmented reality glass device including the same, the geometric optical system 10 is constituted by the light input unit 100 and the guide unit 200, By forming the guide unit 200 by stacking beam splitters, the thickness of the guide unit 200 exposed to the outside can be reduced, and the image light output from the display 110 is transmitted through the first mirror unit 120 and the second mirror unit. By reflecting from the 130 and incident on the guide part 200, the incident light path of the image light can be reduced using the two mirrors, and through this, the size of the light input part 100 can be minimized to minimize the HMD frame of the augmented reality glass device. Its purpose is to provide an augmented reality glass device including a beam splitter geometric optical system 10 and the same, which can be implemented in the form of glasses by being inserted into (20).

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명된 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명된 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

1: 사용자의 눈
10: 기하 광학계
20: HMD 프레임
30: 제어부
40: 착용부
50: 센서부
60: 전원공급부
70: 통신부
100: 입광부
110: 디스플레이
120: 제1 미러부
130: 제2 미러부
200: 가이드부
210: 적층형 BS부
220: 제1 BS부1: Your eyes
10: geometric optical system
20: HMD frame
30: control unit
40: wearing part
50: sensor unit
60: power supply
70: Ministry of Communications
100: miner
110: display
120: first mirror unit
130: second mirror unit
200: guide unit
210: stacked BS unit
220: first BS unit

Claims

As a beam splitter geometric optical system 10 for implementing augmented reality,
a light input unit 100 outputting augmented reality image light; and
It includes a stacked BS unit 210 configured by stacking a plurality of beam splitters (BS), transmits at least a part of the light of the real world through the user's field of view through the stacked BS unit 210, and the light input unit ( 100) includes a guide unit 200 that transmits the image light output in the direction of the user's eye 1,
The light entering part 100,
Display 110 for outputting augmented reality image light;
a first mirror unit 120 that reflects the image light output from the display 110; and
Positioned facing the first mirror unit 120 based on one end of the guide unit 200, reflecting the image light reflected from the first mirror unit 120 and transmitting it to the guide unit 200 It includes a second mirror unit 130,
The image light output from the display 110 is reflected from the first mirror unit 120 and the second mirror unit 130 and enters the guide unit 200, and is incident on the guide unit 200 in the longitudinal direction of the guide unit 200. The image light is partially separated and emitted by the stacked BS unit 210 while guiding along and transmitted in the direction of the user's eye 1,
The first mirror unit 120 and the second mirror unit 130,
It is composed of an aspheric or free curved surface to increase resolution, and is manufactured by mirror coating E48R, an optical plastic material.
The guide part 200,
A first BS unit 220 positioned between the first mirror unit 120 and the second mirror unit 130 is further included at one end of the guide unit 200,
The first BS unit 220,
The image light reflected by the second mirror unit 130 is transmitted to the inside of the guide unit 200 so as to guide the light while being totally reflected inside the guide unit 200, so that the incident angle of the video light is 42° or more for total reflection. is designed,
The guide part 200,
The guide part 200 is made of NBK7, which is an optical glass material, and has a thickness of 2 mm,
Using the multilayer BS unit 210, the eye-box is implemented with a thickness of 10 mm or more and 12 mm or less,
Based on a FOV of 40° and an eye relief of 20 to 25 mm, the light entering part 100 is formed by the first mirror part 120 and the second mirror part 130 in a direction perpendicular to the guide part. Characterized in that the horizontal size, which is the longest distance between them, is 25 mm, and the vertical size, which is the longest distance between the display 110 and the second mirror unit 130 in a direction parallel to the guide unit, is 23 mm. To do, the beam splitter geometric optical system (10).

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As an augmented reality glasses device,
Beam splitter geometry optical system 10 for implementing augmented reality; and
It includes an HMD frame 20 that the user can wear on the head,
The geometric optical system 10,
a light input unit 100 installed inside the HMD frame 20 and outputting augmented reality image light; and
It is disposed in front of the user's field of view wearing the HMD frame 20 and includes a stacked BS unit 210 configured by stacking a plurality of beam splitters (BS), and through the stacked BS unit 210, the user's A guide unit 200 for transmitting at least a part of real world light through the field of view and transmitting the image light output from the light input unit 100 in the direction of the user's eye 1,
The light entering part 100,
Display 110 for outputting augmented reality image light;
a first mirror unit 120 that reflects the image light output from the display 110; and
Positioned facing the first mirror unit 120 based on one end of the guide unit 200, reflecting the image light reflected from the first mirror unit 120 and transmitting it to the guide unit 200 It includes a second mirror unit 130,
The image light output from the display 110 is reflected from the first mirror unit 120 and the second mirror unit 130 and enters the guide unit 200, and is incident on the guide unit 200 in the longitudinal direction of the guide unit 200. The image light is partially separated and emitted by the stacked BS unit 210 while guiding along and transmitted in the direction of the user's eye 1,
The first mirror unit 120 and the second mirror unit 130,
It is composed of an aspheric or free curved surface to increase resolution, and is manufactured by mirror coating E48R, an optical plastic material.
The guide part 200,
A first BS unit 220 positioned between the first mirror unit 120 and the second mirror unit 130 is further included at one end of the guide unit 200,
The first BS unit 220,
The image light reflected by the second mirror unit 130 is transmitted to the inside of the guide unit 200 so as to guide the light while being totally reflected inside the guide unit 200, so that the incident angle of the image light is 42° or more for total reflection. is designed,
The guide part 200,
The guide part 200 is made of NBK7, which is an optical glass material, and has a thickness of 2 mm,
Using the multilayer BS unit 210, the eye-box is implemented with a thickness of 10 mm or more and 12 mm or less,
Based on a FOV of 40° and an eye relief of 20 to 25 mm, the light entering part 100 is formed by the first mirror part 120 and the second mirror part 130 in a direction perpendicular to the guide part. Characterized in that the horizontal size, which is the longest distance between them, is 25 mm, and the vertical size, which is the longest distance between the display 110 and the second mirror unit 130 in a direction parallel to the guide unit, is 23 mm. To, the augmented reality glass device including a beam splitter geometric optical system (10).

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