KR102637412B1

KR102637412B1 - 광학 장치

Info

Publication number: KR102637412B1
Application number: KR1020180126572A
Authority: KR
Inventors: 신성철
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2024-02-16
Also published as: US20210390783A1; KR20200045709A; US11610374B2; WO2020085564A1

Abstract

본 발명은 사용자가 바라보는 외경의 초점 변화에도 불구하고, 디스플레이 유닛이 제공하는 증강현실을 선명하게 구현하는 광학 장치를 제공공하기 위해, 영상을 디스플레이하는 광빔을 조사하는 디스플레이 유닛, 외부광을 통과하며, 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔의 경로를 형성하는 투명 재질의 글라스, 상기 글라스에 구비되며, 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔의 경로 상에 구비되어 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔을 반사하는 핀홀 미러를 포함하고, 상기 핀홀 미러는 다각 형상을 가지며, 상기 글라스를 통과하는 외부광이 형성하는 영상에 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔이 형성하는 영상이 겹쳐 보이도록 동공보다 작은 면적을 가지는 것을 트징으로 한다.

Description

광학 장치{OPTICAL DEVICE}

본 발명은 광학 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 광학 장치를 통해 바라보는 외경에 증강 현실을 구현하는 기술 분야에 적용 가능하다.

증강 현실은 사용자가 눈으로 보는 현실세계에 가상 물체를 겹쳐 보여주는 기술이다. 현실세계에 실시간으로 부가정보를 갖는 가상세계를 합쳐 하나의 영상을 보여주므로 혼합현실(mixed reality, MR)이라고도 한다. 현실환경과 가상환경을 융합하는 복합형 가상현실 시스템(hybrid VR system)으로 1990년 후반부터 미국을 중심으로 연구개발이 진행되고 있다.

현실세계를 가상세계로 보완해주는 개념인 증강현실을 컴퓨터 그래픽으로 만들어진 가상환경을 사용하지만 주역은 현실환경이다. 컴퓨터 그래픽은 현실환경에 필요한 정보를 추가 제공하는 역할을 한다. 사용자가 보고 있는 실사 영상에 3차원 가상영상을 겹침(overlap)으로써 현실환경과 가상화면의 구분이 모호해지도록 한다는 뜻이다.

가상현실기술은 가상환경에 사용자를 몰입하게 하여 실제 환경을 볼 수 없다. 하지만, 실제환경과 가상의 객체가 혼합된 증강현실기술은 사용자가 실제환경을 볼 수 있게 하여 더 나은 현실감과 부가 정보를 제공한다. 예를 들어 스마트폰 카메라로 주변을 비추면 인근에 있는 상점의 위치, 전화번호 등의 정보가 입체 영상으로 표기된다.

증강 현실은 원격의료진단, 방송, 건축설계, 제조공정관리 등에 활용된다. 최근 스마트폰이 널리 보급되면서 증강 현실은 본격적인 상업화 단계에 들어섰으며, 게임 및 모바일 솔루션 업계교육 분야 등에서도 다양한 제품을 개발하고 있다.

증강현실을 실외에서 실현하는 것이 착용식 컴퓨터(wearable computer)이다. 특히 머리에 쓰는 형태의 컴퓨터 화면장치는 사용자가 보는 실제환경에 컴퓨터 그래픽문자 등을 겹쳐 실시간으로 보여줌으로써 증강현실을 가능하게 한다.

따라서, 증강현실에 대한 연구는 착용식 컴퓨터(wearable computer)의 개발이 주를 이룬다. 개발된 증강현실시스템으로 비디오방식돠 광학방식 등의 HMD(head mounted display)가 있다.

시-스로우(see-through) HMD를 발전시킨 것을 시초로 하여 연구되기 시작한 증강현실은 가상현실의 한 분야로서 가상현실과는 또 다른 의미가 있다. 가상현실 기술은 일반적으로 사용자가 가상의 환경에 몰입하게 하므로 사용자는 실제 환경을 볼 수 없는 반면, 증강현실 기술에서는 사용자가 실제 환경을 볼 수 있으며, 실제 환경과 가상의 객체가 혼합된 형태를 띤다.

다시 말하면, 가상현실은 현실 세계를 대체하여 사용자에게 보여 주지만 증강현실은 현실 세계에 가상의 물체를 중첩함으로써 현실 세계를 보충하여 사용자에게 보여 준다는 차별성을 가지며, 가상현실에 비해 사용자에게 더 나은 현실감을 제공한다는 특징이 있다. 무엇보다 중요한 것은 중요한 것은 증강현실이 현실에는 부재하는 속성을 가상현실을 통해서 현실 사물에 내재시킴으로써 증강된 현실을 보여 준다는 것이다.

다만, 시-스로우(See-through) 방식으로 외경을 바라보는 착용식 컴퓨터(디스플레이)는 증강현실을 제공하는 영상은 고정된 초점 거리를 가짐에 반해, 사용자가 외경을 바라보는 초점 거리는 가변될 수 있는바, 증강현실을 제공하는 영상과 사용자가 바라보는 외경의 초점을 일치하는데 어려움이 있다.

본 발명은 사용자가 바라보는 외경의 초점이 변화하지만, 착용식 컴퓨터(디스플레이)가 제공하는 증강현실을 외경에 겹쳐 선명하게 구현하는 광학 장치를 제공한다.

본 발명은 사용자의 동공이 움직임에도, 착용식 컴퓨터(디스플레이)가 제공하는 증강현실을 외경에 겹쳐 지속적으로 구현하는 광학 장치를 제공한다.

본 발명은 사용자의 동공 움직임에도, 착용식 컴퓨터(디스플레이)가 제공하는 증강현실을 외경에 겹쳐 선명하게 구현하는 광학 장치를 제공한다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 영상을 디스플레이하는 광빔을 조사하는 디스플레이 유닛, 외부광을 통과하며 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔의 경로를 형성하는 투명 재질의 글라스, 상기 글라스에 구비되며, 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔의 경로 상에 구비되어 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔을 반사하는 핀홀 미러를 포함하고, 상기 핀홀 미러는 다각 형상을 가지며, 상기 글라스를 통과하는 외부광이 형성하는 영상에 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔이 형성하는 영상이 겹쳐 보이도록 동공보다 작은 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 글라스는 제1 글라스와 제2 글라스가 상기 동공방향으로 경사진 경사면을 사이로 결합하여 구성되며, 상기 경사면에 상기 핀홀 미러를 복수개 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 복수 개의 핀홀 미러는 디스플레이 유닛에서 복수의 상기 핀홀 미러 각각에 조사하는 광빔의 광 경로를 일치시키도록 상기 경사면에 방사형 어레이를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 글라스 또는 상기 제2 글라스는 상기 디스플레이 유닛과 상기 핀홀 미러 사이에 상기 디스플레이 유닛에서 복수의 상기 핀홀 미러 각각에 조사하는 광빔의 광 경로를 일치시키는 렌즈면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 경사면은 상기 디스플레이 유닛에서 광빔을 조사하는 방향에 수직방향을 따라 굴곡되어 구비되는 것을 특징으로 하는 광학 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 글라스는 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔이 유입되는 일면에 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 글라스는 상기 핀홀 미러에서 반사된 광빔이 출사되는 일면에 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 복수의 핀홀 미러는 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔의 경로 차를 상쇄하는 핀홀 렌즈 미러인 것을 특징으로 하는 광학 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 복수개의 핀홀 미러는 상기 경사면에 격자 구조를 형성하며 구비되는 것을 특징으로 하는 광학 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 격자 구조는 HOE(Holographic Optical Element) 또는 DOE(Diffractive Optical Element) 형태의 반사각을 갖는 주기형 패턴으로 구비되는 것을 특징으로 하는 광학 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 핀홀 미러는 장축 길이가 초점 거리 및 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔 파장의 곱의 양의 제곱근을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 글라스는 상기 외부광이 투과하는 면이 평면 또는 곡률을 가지는 면인 것을 특징으로 하는 광학 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 광학 장치는 상기 글라스에 결합되어 상기 글라스와 동공 간의 거리를 일정하게 유지하는 안경 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 이동 단말기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 사용자가 바라보는 외경의 초점 거리가 변화에도, 착용식 컴퓨터(디스플레이)가 제공하는 증강현실을 외경에 겹쳐 선명하게 구현할 수 있다.

본 발명은 사용자의 동공이 움직임에도, 착용식 컴퓨터(디스플레이)가 제공하는 증강현실을 외경에 겹쳐 지속적으로 구현할 수 있다.

본 발명은 사용자의 동공 움직임에도, 착용식 컴퓨터(디스플레이)가 제공하는 증강현실을 외경에 겹쳐 선명하게 구현할 수 있다.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 핀홀 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 핀홀 효과를 통해 증강현실을 구현하는 광학 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 방향의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 장치를 도 2의 A-A'방향에서 바라본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 핀홀 미러의 형상 및 어레이 패턴 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 핀홀 미러를 포함하는 광학 장치의 정면도 및 사시도 이다.
도 7 내지 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 복수의 핀홀 미러를 포함하는 광학 장치의 정면도 및 사시도 이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시에에 따른 광학 장치를 도 2의 A-A' 방향에서 바라본 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시에에 따라 핀홀 미러의 형상 및 어레이 패턴 구조를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 하기의 실시예들은 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예들로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다.

도 1은 핀홀 효과를 설명하기 위한 도면이다.

핀홀 효과(pin-hole effect)는 물체를 바라보는 구멍이 핀으로 뚫은 구멍 같다고 하여 핀홀이라고 명칭되고 있으며, 작은 구멍으로 빛을 투과시켜 더 뚜렷하게 보는 효과를 말한다. 이는 빛의 굴절을 이용한 빛의 성질에 기인한 것으로 핀홀을 통과한 빛은 심도(Depth of Field, DOF)가 깊어져 망막에 맺히는 상이 분명해 질 수 있다.

구체적으로, 도 1(a)은 핀홀 렌즈의 원리에 따라, 물체(object)에서 반사된 빛이 미세 크기의 핀홀(100)을 지나, 유효하게 상이 맺힐 수 있는 심도(DOF)가 길어지는 효과를 나타내고 있다.

유효하게 상이 맺힐 수 있는 심도(DOF)가 길어짐에 따라 핀홀(100)을 통해 물체(object)를 바라보는 경우(B), 나안으로 물체(object)를 바라본 경우(A) 보다 망막에서 깨끗한 상을 얻을 수 있다.

이하에서는 핀홀 효과를 이용하여 증강현실을 구현하는 본 발명에 따른 광학 장치를 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 핀홀 효과를 통해 증강현실을 구현하는 광학 장치의 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A'방향의 단면도 이다.

본 발명은 영상을 디스플레이하는 광빔을 조사하는 디스플레이 유닛(210), 외부광(300)을 통과하며, 상기 디스플레이 유닛(210)에서 조사하는 광빔의 경로(211)를 형성하는 투명 재질의 글라스(220) 및 상기 글라스(220)에 구비되며, 상기 디스플레이 유닛(210)에서 조사하는 광빔의 경로(211) 상에 구비되어 상기 디스플레이 유닛(210)에서 조사하는 광빔을 반사하는 핀홀 미러(230)를 포함할 수 있다.

상기 핀홀 미러(230)는 동공 보다 작은 면적으로 형성되어, 도 1의 핀홀 렌즈와 같이 깊은 심도를 제공할 수 있다.

상기 핀홀 미러(230)는 깊은 심도를 제공함에 따라, 사용자가 글라스(220)를 통해 외경을 바라보는 초점 거리가 가변 되더라도 디스플레이 유닛(210)에서 제공하는 증강 현실 영상을 외경에 선명하게 겹쳐 볼 수 있다.

글라스(220)는 디스플레이 유닛(210)을 일측면에 구비하여, 디스플레이 유닛(210)에서 조사하는 광빔을 내부 전반사를 통해 상기 핀홀 미러(230)로 유도할 수 있다.

글라스(220)는 디스플레이 유닛(210)에서 조사하는 광빔을 집광하여 상기 핀홀 미러(230)로 유도하는 경로를 제공할 수 있다

글라스(220)는 디스플레이 유닛(210)에서 제공하는 영상이 넓은 시야각(Field of View, FOV)을 가지도록 상기 디스플레이 유닛(210)을 포함하는 일측면이 경사면으로 구비될 수 있다. 즉, 디스플레이 유닛(210)이 구비된 글라스(220)의 일측면이 경사면으로 구비되어 디스플레이 유닛(210)에서 제공하는 광빔이 넓게 글라스(220)로 유입될 수 있다.

글라스(220)는 외부광(300)이 투과하는 면이 평면 또는 곡률을 가지는 면일 수 있다.

글라스(220)는 유리 기판, 플라스틱 기판 및 메탈 기판 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.

디스플레이 유닛(210)이 조사하는 광빔은 2차원 영상 또는 3차원 영상을 생성하는 광빔일 수 있다. 3차원 영상은 스테레오 이미지 또는 다 시점 영상 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

디스플레이 유닛(210)에서 조사하는 광빔이 핀홀 미러(230)에 반사되는 실시예는 도 3에 한정되지 않는다. 이하에서는 디스플레이 유잇(210)에서 조사하는 광빔이 핀홀 미러(230)에 반사되는 다른 실시예를 살펴본다.

도 4는 본 발명의 다른 실시에에 따른 광학 장치를 도 2의 A-A'방향에서 바라본 단면도이다.

구체적으로, 도 4(a)는 글라스(220)에서 외부광(300)이 입사되는 면(220a)에 핀홀 미러(230)를 포함하는 실시예를 도시하고 있다. 도 4(a)에서 도시된 실시예에 따르면, 핀홀 미러(230)는 필름 형으로 제작되어 글라스(220)에 부착될 수 있으므로 제작이 용이할 수 있다. 이때, 핀홀 미러(230)는 사용자의 눈(EYE)에 맞게 광빔의 경로를 변경하는 프리즘 특성을 포함할 수 있다.

즉, 글라스(220)는 디스플레이 유닛(210)에서 조사한 광빔을 내부 전반사를 통해 가이드하고, 디스플레이 유닛(210)에서 조사한 광빔은 외부광(300)이 입사되는 면(220a)에 구비된 핀홀 미러(230)에 반사되어 글라스(220)를 통과하 상요자의 눈(EYE)에 도달할 수 있다.

또한, 도 4(b)는 디스플레이 유닛(210)에서 조사된 광빔이 글라스(220)의 내부 전반사 없이 직접 핀홀 미러(230)에 반사되어 사용자의 눈(EYE)에 도달하는 실시예를 도시하고 있다. 도 4(b)에서 도시된 실시예에 따르면, 글라스(230)에서 외부광(300)이 통과하는 면의 형상과 상관없이 증강 현실을 제공할 수 있다는 점에서 제작이 용이할 수 있다.

또한, 도 4(c)는 디스플레이 유닛(210)에서 조사된 광빔이 글라스(220)에서 외부광(300)이 출사되는 면(220b)에 포함되는 핀홀 미러(230)에 반사되어 사용자의 눈(EYE)에 도달하는 실시예를 도시하고 있다. 도 4(c)에서 도시된 실시예에 따르면, 디스플레이 유닛(210)은 글라스(220)의 배면 방향으로 이격되어 구비되어, 글라스(220)에서 외부광(300)이 출사되는 면(220b)을 향해 광빔을 조사할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 유닛(210)은 글라스(220)에 결합되어 상기 글라스(220)와 동공 간의 거리를 일정하게 유지하는 안경 프레임(미도시)에 구비될 수 있다. 본 실시예는 글라스(220)의 두께가 디스플레이 유닛(210)에서 조사하는 광빔을 수용하기에 충분하지 않은 경우 용이하게 적용될 수 있다. 또한, 글라스(220)의 면 형상에 무관하며, 핀홀 미러(230)가 필름 형상으로 제작되어 제작 용이성에도 유리할 수 있다.

디스플레이 유닛(210)에서 조사하는 광빔을 반사하는 핀홀 미러(230)는 다각 형상을 가질 수 있으며, 복수 개가 어레이 패턴으로 구비될 수 있는바 이하에서 구체적으로 살펴본다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 핀홀 미러의 형상 및 어레이 패턴 구조를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 핀홀 미러(230)는 사각형(도 5(a)), 직사각형(도 5(b)) 등의 다각형 구조로 제작될 수 있다.

이때, 핀홀 미러(230)의 장축 길이(d)는 초점 거리(f) 및 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔 파장(

)의 곱의 양의 제곱근을 가질 수 있다. (식 1-1)

, 식(1-1)

또한, 본 발명의 광학 장치는 복수의 핀홀 미러(230a, 230b, 230c, 230d)를 포함할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 광학 장치는 핀홀 미러(230)가 단일 다각형 미러 구조(도 5(a) 및 (b))를 가지거나, 다각형 어레이 패턴 구조(도 5(c) 내지 (e))를 가질 수 있다.

경우에 따라서, 복수의 핀홀 미러는 라인 미러 또는 격자 구조를 형성할 수 있는데 이와 관련하여서는 도 11에서 구체적으로 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 핀홀 미러를 포함하는 광학 장치의 정면도 및 사시도 이다.

글라스(220)의 내부에 핀홀 미러(230)를 구비하는 경우, 글라스(220)는 제1 글라스(221)와 제2 글라스(222)가 동공 방향으로 경사진 경사면(223)을 사이로 결합하여 형성되며, 상기 경사면(223)에 상기 핀홀 미러(230)를 복수 개 포함할 수 있다.

구체적으로, 도 6은 복수의 핀홀 미러(230)를 기준으로 z축 방향에 사용자의 눈(미도시)이 구비되며, 이에 따라 경사면(223)는 z축 방향으로 경사지게 구비될 수 있다.

제1 글라스(221)에서 경사면(223)의 대향면에 디스플레이 유닛(210)을 구비할 수 있으며, 디스플레이 유닛(210)은 제1 글라스(221)로 광빔을 입사하여 복수의 핀홀 미러(230a 내지 230e)에 광빔(211)을 조사할 수 있다.

본 발명은 복수의 핀홀 미러(230a 내지 230e)가 일 방향으로 구비되어 사용자가 동공을 움직임에도, 외경에 디스플레이 유닛(210)이 제공하는 증강현실을 지속적으로 구현할 수 있다.

다만, 복수의 핀홀 미러(230a 내지 230e)를 도 6과 같이 일 방향으로 구비하는 경우, 디스플레이 유닛(210)에서 조사되는 광빔의 경로(211a 내지 211e)에 경로 차가 발생할 수 있다. 이 경우, 광빔의 경로 차로 인해 디스플레이 유닛(210)에서 제공하는 증강현실이 이중상을 형성할 수 있는데 상기 문제점은 이하에서 설명하는 본 발명의 일 실시예를 통해 해결한다.

도 7 내지 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 복수의 핀홀 미러를 포함하는 광학 장치의 정면도 및 사시도 이다.

구체적으로, 도 7은 복수개의 핀홀 미러(230a 내지 230e)가 경사면(223)에 방사형의 어레이를 따라 구비되어 디스플레이 유닛(210)에서 복수의 핀홀 미러(230a 내지 230e)로 조사하는 광빔(211)의 광 경로(211a 내지 211e)를 일치시킬 수 있다.

복수개의 핀홀 미러(230a 내지 230e)는 방사형 어레이를 따라 구비되어 가장자리에 있는 핀홀 미러(230a, 230e)가 경사면(223)에 가장 높이(y축 방향) 구비될 수 있으며, 가운데 핀홀 미러(230c)는 가장 낮게 구비되어 디스플레이 유닛(210)에서 조사하는 광빔 경로를 일치 시킬 수 있다.

또한, 도 8은 제1 글라스(221)에 복수 개의 핀홀 미러(230a 내지 230e)로 조사되는 광빔(211)의 경로차를 상쇄시키는 렌즈면(224)을 포함하는 실시예를 도시하고 있다.

렌즈면(224)는 비틀리며 굽은 면으로 구비되거나, 렌즈면(224)을 통과하며 복수 개의 핀홀 미러(230a 내지 230e)로 조사되는 광빔 경로(211a 내지 211e)간 경로 차를 상쇄시킬 수 있다.

또한, 도 9는 경사면(223)이 디스플레이 유닛(210)에서 광빔을 조사하는 방향에 수직방향을 따라 굴곡되어 구비되는 실시예를 도시하고 있다. 다만, 경사면(223)의 굴곡 정도는 핀홀 미러(230a 내지 230e)의 반사 방향에 따라 조정될 수 있다.

또한, 도 7 내지 9는 각각 디스플레이 유닛(210)에서 조사하는 광빔의 경로차를 상쇄하기 위한 각각의 실시예로, 경우에 따라서는 도 7 내지 9의 실시예를 병합하여 광빔의 경로차를 상쇄할 수 있음은 물론이다.

도 10은 본 발명의 다른 실시에에 따른 광학 장치를 도 2의 A-A' 방향에서 바라본 단면도이다.

본 발명에 따른 광학 장치는 디스플레이 유닛(210)에서 조사되는 광빔의 경로(211)에 상에 렌즈(240)를 더 포함할 수 있다.

상기 렌즈(240)를 통해, 본 발명의 디스플레이 유닛(210)에서 넓은 시야각(FOV)을 확보할 수 있으며, 복수의 핀홀 미러(230)간 경로차를 상쇄하여 왜곡 현상을 보정할 수 있다.

구체적으로, 상기 렌즈(240)는 디스플레이 유닛(210)에서 글라스(220)로 입사되는 면에 구비될 수 있다. (도 10(a)) 따라서, 디스플레이 유닛(210)에서 조사되는 광빔이 상기 렌즈(240)를 통해 글라스(220)로 유입되어 핀홀 미러(230)에 반사된 후 사용자의 눈(EYE)으로 입사될 수 있다.

또한, 상기 렌즈(240)는 글라스(220)에서 외부광(300)이 출사되는 면(220b)에 구비될 수 있다. (도 10(b)) 따라서, 디스플레이 유닛(210)에서 조사되는 광빔이 핀홀 미러(230)에 반사되어 상기 렌즈(240)를 통해 사용자의 눈(EYE)으로 입사될 수 있다.

경우에 따라서는, 복수 개의 핀홀 미러(230) 각각이 디스플레이 유닛(210)에서 조사하는 광빔 간 경로차를 상쇄하는 핀홀 렌즈 미러(230')일 수 있다.(도 10(c)) 즉, 복수 개의 핀홀 미러(230) 각각이 자체 렌즈 특성을 가지는 핀홀 렌즈 미러(230')일 수 있다.

상기에서는 복수 개의 핀홀 미러(230)가 일렬로 배열되는 실시예를 도시하였지만, 경우에 따라서는 복구 개의 핀홀 (230)는 격자 구조를 따라 배열될 수 있다. 이와 관련하여서는 이하 도 11을 통해 구체적으로 살펴본다.

도 11은 본 발명의 다른 실시에에 따라 핀홀 미러의 형상 및 어레이 패턴 구조를 설명하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 11은 도 6에서 설명한 경사면(223)에 구비된 핀홀 미러(230)의 형상 및 어레이 패턴 구조를 설명하기 위한 도면이다.

복수 개의 핀홀 미러(230)는 연결되거나 일정한 패턴으로 이격되어 격자 구조를 형성할 수 있다.

복수 개의 핀홀 미러(230)는 격자 구조를 가지는 코팅 필름으로 제작되어 상기 경사면(223)에 부착될 수 있다.

격자 구조를 가지는 복수 개의 핀홀 미러(230)는 HOE(Holographic Optical element) 또는 DOE(Diffractive Optical element) 형태의 반사각을 갖는 주기형 패턴으로 구비될 수 있다.

상기 격자 구조는 상기 핀홀 미러(230)에서 동공까지의 거리, 동공 사이즈 및 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔 파장(

)를 기초로 격자 간격이 결정될 수 있다.

구체적으로, 격자 구조는 그물 구조(도 11(a)), 다이아몬드 패턴 구조(도 11(b)), 스트라이프 패턴 구조(도 11(c)) 중 적어도 하나일 수 있다.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100: 핀홀 210: 디스플레이 유닛
211: 광빔 (경로) 220: 글라스
221: 제1 글라스 222: 제2 글라스
223: 경사면 224: 렌즈면
240: 렌즈 300: 외부광
400: 눈 410: 동공

Claims

영상을 디스플레이하는 광빔을 조사하는 디스플레이 유닛;
외부광을 통과하며, 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔의 경로를 형성하는 제1 글라스 및 상기 제1 글라스와 동공방향으로 경사진 경사면을 형성하며 상기 제1 글라스에 결합되는 제2 글라스를 포함하는 투명 재질의 글라스; 및
상기 글라스의 경사면에 구비되며, 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔의 경로 상에 구비되어 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔을 반사하는 복수 개의 핀홀 미러;를 포함하고,
상기 경사면은
상기 디스플레이 유닛에서 상기 복수 개의 핀홀 미러 각각에 조사하는 광빔의 광 경로를 일치시키도록 상기 디스플레이 유닛에서 광빔을 조사하는 방향에 수직방향을 따라 굴곡되어 형성되고,
상기 핀홀 미러는
다각 형상을 가지며, 상기 글라스를 통과하는 외부광이 형성하는 영상에 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔이 형성하는 영상이 겹쳐 보이도록 하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 복수 개의 핀홀 미러는
상기 경사면에 방사형 어레이를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 글라스 또는 상기 제2 글라스는
상기 디스플레이 유닛과 상기 핀홀 미러 사이에 렌즈면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 글라스는
상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔이 유입되는 일면에 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수 개의 핀홀 미러는
상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔의 경로 차를 상쇄하는 핀홀 렌즈 미러인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수 개의 핀홀 미러는
상기 경사면에 격자 구조를 형성하며 구비되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
제8항에 있어서,
상기 격자 구조는
상기 핀홀 미러에서 동공까지의 거리, 동공 사이즈 및 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔 파장을 기초로 격자 간격이 결정되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
제9항에 있어서,
상기 격자 구조는
HOE(Holographic Opical Element) 또는 DOE(Diffractive Optical Element)형태의 반사각을 갖는 주기형 패턴으로 구비되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
제1항에 있어서,
상기 핀홀 미러는
장축 길이가 초점 거리 및 상기 디스플레이 유닛에서 조사하는 광빔 파장의 곱의 양의 제곱근을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
제1항에 있어서,
상기 글라스는
상기 외부광이 투과하는 면이 평면 또는 곡률을 가지는 면인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
제1항에 있어서,
상기 광학 장치는
상기 글라스에 결합되어 상기 글라스와 동공 간의 거리를 일정하게 유지하는 안경 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.