KR20220079509A

KR20220079509A - 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치 및 광학 수단의 제조 방법

Info

Publication number: KR20220079509A
Application number: KR1020220067058A
Authority: KR
Inventors: 하정훈
Original assignee: 주식회사 레티널
Priority date: 2020-10-15
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2022-06-13
Also published as: EP4231080A1; KR102490546B1; JP2023543887A; US20230367128A1; WO2022080627A1; KR20230022196A; KR102600603B1; KR102425375B1; KR20220049744A; KR102655613B1; KR20220127794A; EP4231080A4; CN115997153A

Abstract

본 발명은, 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단; 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되며, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 광학 소자로 전달하는 제1 반사 수단; 및 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달하도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 광학 소자를 포함하고, 상기 광학 수단은, 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 광학 소자를 통해 전달되는 증강 현실 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공을 향해 출사하는 제2 면을 가지고, 상기 광학 소자는 회절 소자 또는 홀로그래픽 소자이고, 상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두고 동공에서 정면 방향을 x축이라 할 때, 상기 화상 출사부는 상기 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고, 상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 상기 광학 소자는 단일 평면 형태로 형성되고, 상기 z축에 수직한 면을 향해 상기 광학 수단을 바라보았을 때 서로 평행하지 않은 적어도 2 이상의 직선이 연결된 형태로 절곡되어 보이도록 상기 광학 수단 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.

Description

직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치 및 광학 수단의 제조 방법{COMPACT TYPE OPTICAL DEVICE FOR AUGMENTED REALITY HAVING OPTICAL STRUCTURE ARRANGED IN STRAIGHT LINE AND MANUFACTURING METHOD FOR OPTICAL MEANS}

본 발명은 증강 현실용 광학 장치 및 광학 수단의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실 화상광을 동공에 전달하는 광학 구조를 직선 배치 구조로 형성함으로써 광 효율을 개선하고 제조 공정을 단순화할 수 있는 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치 및 여기에 사용되는 광학 수단의 제조 방법에 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 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 내부에는 반사부(30)가 매립 배치되어 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(pinhole effect)라고 볼 수 있다. 따라서, 사용자가 실제 세계에 존재하는 실제 사물을 응시하면서 초점 거리를 변경하더라도 사용자는 증강 현실용 화상에 대해서는 항상 선명한 가상 영상을 볼 수 있다.

그러나, 이러한 기술은 화상 출사부(40)에 평행광을 위한 콜리메이터 등과 같은 추가적인 광학 수단을 사용하기 때문에 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 있다.

도 2는 화상 출사부(40)에 콜리메이터가 구비된 도 1의 증강 현실용 광학 장치(100)의 측면도와 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 이미지가 발생하는 현상을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 실제 사물로부터의 출사되는 화상광인 실제 사물 화상광은 광학 수단(10)을 거쳐 동공으로 직접 전달되는 한편, 보조 반사부(20)에 의해 반사되어 동공으로 전달되는 잡광을 가진다. 이러한 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.

대한민국 등록특허공보 10-1660519호(2016.09.29 공고)

본 발명은 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실 화상광을 동공에 전달하는 광학 구조를 직선 배치 구조로 형성함으로써 광 효율을 개선하고 제조 공정을 단순화할 수 있는 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치 및 여기에 사용되는 광학 수단의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 크기, 두께, 무게 및 부피를 현저하게 줄일 수 있으며 넓은 시야각을 제공할 수 있고, 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 있는 증강 현실용 광학 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치로서, 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단; 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되며, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 제2 반사 수단으로 전달하는 제1 반사 수단; 및 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달하도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 복수개의 반사부를 포함하는 제2 반사 수단을 포함하고, 상기 광학 수단은, 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 제2 반사 수단을 통해 전달되는 증강 현실 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공을 향해 출사하는 제2 면을 가지고, 상기 제2 반사 수단은, 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 크기 4mm 이하의 복수개의 반사부를 포함하고, 상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두고 동공에서 정면 방향을 x축이라 할 때, 상기 화상 출사부는 상기 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고, 상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 반사부들 중 적어도 2 이상의 반사부들은, 외부에서 상기 z축에 수직한 면을 향해 상기 광학 수단을 바라보았을 때 그 중심이 제1 직선상에 위치하도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 제1 반사부 그룹을 형성하고, 상기 복수개의 반사부들 중 상기 제1 반사부 그룹을 형성하는 반사부들을 제외한 나머지 반사부들 중에서 적어도 2 이상의 반사부들은, 외부에서 상기 z축에 수직한 면을 향해 상기 광학 수단을 바라보았을 때 그 중심이 상기 제1 직선과 평행하지 않은 제2 직선상에 위치하도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 제2 반사부 그룹을 형성하고, 상기 제1 반사부 그룹을 형성하는 반사부들은, 상기 제1 반사 수단으로부터의 거리가 멀수록 상기 광학 수단의 제2 면에 더 가깝게 위치하도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되고, 상기 제1 반사부 그룹은 상기 제2 반사부 그룹보다 상기 제1 반사 수단에 더 가깝게 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.

여기에서, 상기 제2 반사부 그룹을 구성하는 반사부들은, 상기 제1 반사 수단으로부터의 거리와 관계없이 상기 광학 수단의 제2 면에 대해 동일한 거리를 가질 수 있다.

또한, 상기 제2 반사부 그룹을 형성하는 반사부들은, 상기 제1 반사 수단으로부터의 거리가 멀수록 상기 광학 수단의 제2 면에 더 멀도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1 직선 및 제2 직선은 상기 z축에 수직한 어느 하나의 평면에 포함될 수 있다.

또한, 상기 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실 화상광은, 상기 광학 수단의 내부를 통해 상기 제1 반사 수단으로 직접 전달되거나, 상기 광학 수단의 내면에서 적어도 1회 이상 전반사된 후 상기 제1 반사 수단으로 전달될 수 있다.

또한, 상기 제1 반사 수단은, 증강 현실 화상광을 직접 제2 반사 수단으로 전달하거나, 상기 광학 수단의 내면에서 적어도 1회 이상 전반사시킨 후 제2 반사 수단으로 전달할 수 있다.

또한, 상기 증강 현실 화상광을 반사시키는 제1 반사 수단의 반사면은, 실제 사물 화상광이 입사하는 광학 수단의 제1 면을 향하도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1 반사 수단의 반사면은 상기 광학 수단의 제1 면쪽으로 오목하게 형성된 곡면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 반사 수단은, 동공에서 정면 방향을 향해 광학 수단을 바라보았을 때, 중앙 부분에서 좌우의 양 단부쪽으로 갈수록 제2 반사 수단에 더 가깝도록 연장되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 반사 수단의 폭 방향의 길이는 4mm 이하일 수 있다.

또한, 상기 제2 반사 수단은 복수개로 구성되고, 상기 복수개의 제2 반사 수단은 상기 z축 방향을 따라 평행하게 간격을 두고 배치될 수 있다.

또한, 상기 각 제2 반사 수단은, 각 제2 반사 수단을 구성하는 각각의 반사부들이, 인접하는 제2 반사 수단을 구성하는 반사부들 중 어느 하나와 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 각 제2 반사 수단은, 각 제2 반사 수단을 구성하는 각각의 반사부들이, 인접하는 제2 반사 수단을 구성하는 모든 반사부들과 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하지 않도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 복수개의 반사부들은, 상기 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 연장된 바(bar) 형태로 형성될 수 있다.

또한, 각각의 제2 반사 수단들과 상기 광학 수단의 제2 면과의 거리가 모두 동일하지는 않도록 배치되는 제2 반사 수단이 적어도 하나 이상 존재할 수도 있다.

또한, 상기 제1 반사 수단은, x축에 수직한 면을 향해 광학 수단을 바라 보았을 때, 중앙 부분에서 좌우의 양 단부쪽으로 갈수록 제2 반사 수단에 더 가깝도록 연장되어 형성될 수 있다.

또한, 상기 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광이 광학 수단으로 입사하는 제3 면이 굴절능을 가지도록 곡면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 화상 출사부와 상기 제3 면 사이에 보조 광학 수단이 배치될 수 있다.

또한, 상기 복수개의 반사부들 중 적어도 일부는 하프 미러 또는 굴절 소자로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 복수개의 반사부들 중 적어도 일부는, 증강 현실 화상광을 반사시키는 면의 반대면에 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅될 수도 있다.

또한, 상기 복수개의 반사부들 중 적어도 일부의 표면은 곡면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 복수개의 반사부들 중 적어도 일부는, 회절 소자(Diffractive Optical Element, DOE) 또는 홀로그래픽 소자(Holographic Optical Element, HOE)로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기한 바와 같은 증강 현실용 광학 장치의 광학 수단을 제조하는 방법으로서, 하부 베이스 기판의 표면에 제1 방향을 따라 반사부를 형성하는 제1 단계; 복수개의 제1 기판 및 복수개의 제2 기판 각각의 표면에 상기 제1 방향에 평행한 방향을 따라 반사부를 형성하는 제2 단계; 상기 하부 베이스 기판의 표면 위에 복수개의 제1 기판을 순차적으로 접착하여 적층하는 제3 단계; 상기 제3 단계 이후, 최상부의 제1 기판위에 복수개의 제2 기판을 순차적으로 접착하여 적층하여 제2 반사 수단을 구성하는 제4 단계; 상기 최상부의 제2 기판 위에 제1 반사 수단을 포함하는 상부 베이스 기판을 접착하여 적층함으로써 광학 수단 모재를 형성하는 제5 단계; 및 상기 광학 수단 모재를 가공하여 광학 수단을 형성하는 제6 단계를 포함하되, 상기 제2 단계는, 외부로부터 상기 제1 방향에 수직한 면을 향해 상기 제1 기판 및 제2 기판을 바라보았을 때, 상기 제1 기판 각각의 표면에 형성된 반사부들의 중심을 연결한 선이 직선을 이루고, 상기 제2 기판 각각의 표면에 형성된 반사부들의 중심을 연결한 선이 직선을 이루도록 상기 제1 기판 및 제2 기판 각각의 표면에 반사부를 형성하고, 상기 제1 기판에 형성된 반사부들의 중심을 연결한 직선과 상기 제2 기판에 형성된 반사부들의 중심을 연결한 직선은 서로 평행하지 않고, 상기 제6 단계는, 상기 제1 방향에 수직한 면을 향해 상기 광학 수단 모재를 바라보았을 때 상기 반사부들이 그 사이에 모두 포함되도록 하는 서로 평행한 2개의 직선을 따라 상기 제1 방향에 평행한 방향으로 상기 광학 수단 모재를 절삭하여 광학 수단을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 수단 제조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기한 바와 같은 증강 현실용 광학 장치의 광학 수단을 제조하는 방법으로서, 하부 베이스 기판의 표면에 제1 방향을 따라 반사부를 형성하는 제1 단계; 상기 하부 베이스 기판의 표면 위에 복수개의 제1 기판을 순차적으로 접착하여 적층하되, 복수개의 제1 기판 각각의 표면에 상기 제1 방향에 평행한 방향을 따라 반사부를 형성하는 제2 단계; 상기 제2 단계 이후, 최상부의 제1 기판위에 복수개의 제2 기판을 순차적으로 접착하여 적층하되, 복수개의 제2 기판 각각의 표면에 상기 제1 방향에 평행한 방향을 따라 반사부를 형성함으로써 제2 반사 수단을 구성하는 제3 단계; 상기 최상부의 제2 기판 위에 제1 반사 수단을 포함하는 상부 베이스 기판을 접착하여 적층하여 광학 수단 모재를 형성하는 제4 단계; 및 상기 광학 수단 모재를 가공하여 광학 수단을 형성하는 제5 단계를 포함하되, 상기 제2 단계는, 외부로부터 상기 제1 방향에 수직한 면을 향해 상기 제1 기판을 바라보았을 때, 상기 제1 기판 각각의 표면에 형성된 반사부들의 중심을 연결한 선이 직선을 이루도록 상기 제1 기판 각각의 표면에 반사부를 형성하고, 상기 제3 단계는, 외부로부터 상기 제1 방향에 수직한 면을 향해 상기 제2 기판을 바라보았을 때, 상기 제2 기판 각각의 표면에 형성된 반사부들의 중심을 연결한 선이 직선을 이루도록 상기 제2 기판 각각의 표면에 반사부를 형성하고, 상기 제1 기판에 형성된 반사부들의 중심을 연결한 직선과 상기 제2 기판에 형성된 반사부들의 중심을 연결한 직선은 서로 평행하지 않고, 상기 제5 단계는, 상기 제1 방향에 수직한 면을 향해 상기 광학 수단 모재를 바라보았을 때 상기 반사부들이 그 사이에 모두 포함되도록 하는 서로 평행한 2개의 직선을 따라 상기 제1 방향에 평행한 방향으로 상기 광학 수단 모재를 절삭하는 것을 특징으로 하는 광학 수단 제조 방법을 제공한다.

여기에서, 상기 복수개의 제1 기판은 서로 동일한 형상을 가지고, 상기 복수개의 제2 기판은 서로 동일한 형상을 가질 수 있고, 상기 복수개의 제1 기판들과 복수개의 제2 기판들은 서로 다른 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 제1 방향에 수직한 면을 향해 상기 광학 수단 모재를 바라보았을 때, 상기 복수개의 제1 기판의 양 단부 및 상기 복수개의 제2 기판의 양 단부 중 어느 하나의 단부의 높이는 다른 단부의 높이보다 높을 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치로서, 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단; 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되며, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 광학 소자로 전달하는 제1 반사 수단; 및 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달하도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 광학 소자를 포함하고, 상기 광학 수단은, 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 광학 소자를 통해 전달되는 증강 현실 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공을 향해 출사하는 제2 면을 가지고, 상기 광학 소자는 회절 소자 또는 홀로그래픽 소자이고, 상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두고 동공에서 정면 방향을 x축이라 할 때, 상기 화상 출사부는 상기 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고, 상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 상기 광학 소자는 단일 평면 형태로 형성되고, 상기 z축에 수직한 면을 향해 상기 광학 수단을 바라보았을 때 서로 평행하지 않은 적어도 2 이상의 직선이 연결된 형태로 절곡되어 보이도록 상기 광학 수단 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치로서, 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단; 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되며, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 제2 반사 수단으로 전달하는 제1 반사 수단; 및 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달하도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 복수개의 반사부를 포함하는 제2 반사 수단을 포함하고, 상기 광학 수단은, 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 제2 반사 수단을 통해 전달되는 증강 현실 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공을 향해 출사하는 제2 면을 가지고, 상기 제2 반사 수단은, 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 크기 4mm 이하의 복수개의 반사부를 포함하고, 상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두고 동공에서 정면 방향을 x축이라 할 때, 상기 화상 출사부는 상기 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고, 상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 반사부들은, 외부에서 상기 z축에 수직한 면을 향해 상기 광학 수단을 바라보았을 때 그 중심이 하나의 단일 직선상에 위치하도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.

여기에서, 상기 제2 반사 수단은 복수개로 구성되고, 상기 복수개의 제2 반사 수단은 상기 z축 방향을 따라 평행하게 간격을 두고 배치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치로서, 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단; 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되며, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 광학 소자로 전달하는 제1 반사 수단; 및 상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달하도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 광학 소자를 포함하고, 상기 광학 수단은, 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 광학 소자를 통해 전달되는 증강 현실 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공을 향해 출사하는 제2 면을 가지고, 상기 광학 소자는 회절 소자 또는 홀로그래픽 소자이고, 상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두고 동공에서 정면 방향을 x축이라 할 때, 상기 화상 출사부는 상기 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고, 상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 상기 광학 소자는 단일 평면 형태로 형성되고, 상기 z축에 수직한 면을 향해 상기 광학 수단을 바라보았을 때 하나의 단일 직선의 형태로 보이도록 상기 광학 수단 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실 화상광을 동공에 전달하는 광학 구조를 직선 배치 구조로 형성함으로써 광 효율을 개선하고 제조 공정을 단순화할 수 있는 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치 및 여기에 사용되는 광학 수단의 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 크기, 두께, 무게 및 부피를 현저하게 줄일 수 있으며 넓은 시야각을 제공할 수 있고, 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 있는 증강 현실용 광학 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 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)의 측면도와 콜리메이터의 기능을 수행하는 보조 반사부(20)가 내부에 배치된 증강 현실용 광학 장치(100-1)의 측면도를 비교하여 나타낸 것이다.
도 3은 증강 현실용 광학 장치(100-1)에서 고스트 이미지가 발생하는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치(200)의 측면도, 사시도 및 정면도를 나타낸 것이다.
도 7은 제1 반사 수단(20)이 고스트 이미지를 차단하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 4 내지 도 6에서 설명한 반사부(31~39)들의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 제2 반사 수단(30)의 다른 배치 구조를 나타낸 것이다.
도 11 내지 도 16은 광학 수단(10)의 내부에서의 전반사 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(300)의 사시도 및 정면도이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(400)의 사시도 및 정면도이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(500)의 사시도 및 정면도이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(600)를 나타낸 것으로서, z축에 수직한 평면을 향해 증강 현실용 광학 장치(600)를 바라본 측면도이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(700)를 나타낸 것으로서, z축에 수직한 평면을 향해 증강 현실용 광학 장치(700)를 바라본 측면도이다.
도 25 내지 도 27은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(800)의 정면도, 측면도 및 평면도이다.
도 28은 하부 베이스 기판(10A)의 사시도이다.
도 29는 광학 수단 모재(10E)의 측면도이다.
도 30은 광학 수단 모재(10E)의 사시도이다.
도 31은 제1 기판(10B) 및 제2 기판(10C)의 측면도이다.
도 32는 광학 수단 모재(10E)를 절삭하여 광학 수단(10)을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 33 내지 도 35는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 직선 배치 반사 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치(900)의 사시도, 정면도 및 측면도이다.
도 36 내지 도 38은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(1000)의 사시도, 측면도 및 정면도이다.
도 39 및 도 40은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(1100)의 사시도 및 측면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치(200, 이하 간단히 "증강 현실용 광학 장치(200)"라 한다)의 측면도, 사시도 및 정면도를 나타낸 것이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예의 증강 현실용 광학 장치(200)는, 광학 수단(10), 제1 반사 수단(20) 및 제2 반사 수단(30)을 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 반사 수단(30)에서 반사된 증강 현실용 화상에 상응하는 증강 현실 화상광 및 제1 면(11)을 통과한 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공(50)을 향해 출사하는 면이다.

도 4 내지 도 6의 실시예에서 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12)은 서로 평행하도록 배치되어 있으나 이는 예시적인 것이며 서로 평행하지 않도록 배치될 수도 있음은 물론이다.

도 4 내지 도 6에서 점선은 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광이 동공(50)을 거쳐 망막에 도달할 때까지의 광 경로를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이, 도 4 내지 도 6의 실시예에서는, 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 전반사되어 제1 반사 수단(20)으로 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 제1 면(11)을 향해 출사하여 제1 면(11)에서 전반사되어 제2 반사 수단(30)으로 전달된다. 제2 반사 수단(30)에서 반사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제2 면(12)을 통해 동공(50)으로 출사하고, 동공(50)을 거쳐 망막에 도달하여 증강 현실용 화상에 대한 상을 형성하도록 구성되어 있다.

도 4 내지 도 6의 실시예에서는, 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광이 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 1회 전반사되어 제1 반사 수단(20)으로 전달되는 것으로 나타내었으나, 이는 예시적인 것이며 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 전반사 없이 또는 2회 이상의 전반사를 통해 제1 반사 수단(20)으로 전달될 수도 있다.

또한, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 1회 전반사되어 제2 반사 수단(30)으로 전달되는 것으로 나타내었으나 이 또한 예시적인 것이며 전반사 없이 또는 2회 이상의 전반사를 통해 제2 반사 수단(30)으로 전달될 수도 있다.

여기에서, 제2 반사 수단(30)은 복수개의 반사부(31~37)로 구성되며, 본 명세서에서 제2 반사 수단(30)은 복수개의 반사부(31~37)를 통칭하는 것으로 한다. 제2 반사 수단(30)의 상세 구성에 대해서는 후술한다.

한편, 화상 출사부(40)는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 출사하는 수단으로서, 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 반사 수단(20) 및 제2 반사 수단(30)을 통해 사용자의 동공(50)으로 전달되는 가상 화상을 의미하며, 예컨대 이미지 형태의 정지 영상이거나 동영상과 같은 것일 수 있다.

이러한 증강 현실용 화상은 화상 출사부(40), 광학 수단(10), 제1 반사 수단(20) 및 제2 반사 수단(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.

다음으로, 제1 반사 수단(20)에 대해 설명한다.

제1 반사 수단(20)은, 광학 수단(10)의 내부에 매립되어 배치되며, 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광을 제2 반사 수단(30)으로 전달하는 수단이다.

도 4 내지 도 6의 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 화상 출사부(40)는 광학 수단(10)의 제1 면(11)을 향해 증강 현실 화상광을 출사하고, 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 전반사된 증강 현실 화상광은 제1 반사 수단(20)으로 전달된다. 이후, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 다시 전반사된 후 제2 반사 수단(30)으로 전달되고 제2 반사 수단(30)에서 다시 반사되어 동공(50)을 향해 출사된다.

제1 반사 수단(20)은, 도 4 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 제2 반사 수단(30)을 사이에 두고 화상 출사부(40)와 대향하도록 광학 수단(10)의 내부에 매립되어 배치된다.

또한, 제1 반사 수단(20)은 증강 현실용 화상광을 제2 반사 수단(30)으로 전달할 수 있도록 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이의 내부에 매립되어 배치된다.

즉, 제1 반사 수단(20)은 화상 출사부(40)로부터 출사되어 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 전반사되어 입사하는 증강 현실 화상광을 광학 수단(10)의 제1 면(11)을 향해 출사하고 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 전반사된 증강 현실 화상광이 제2 반사 수단(30)으로 전달될 수 있도록, 화상 출사부(40), 제2 반사 수단(30) 및 동공(50)의 상대적인 위치를 고려하여 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이의 광학 수단(10)의 내부의 적절한 위치에 배치된다.

이를 위하여, 도 4 내지 도 6의 실시예에서는, 제1 반사 수단(20)은, 증강 현실 화상광을 반사시키는 제1 반사 수단(20)의 반사면(21)이 실제 사물 화상광이 입사하는 면, 즉, 광학 수단(10)의 제1 면(11)을 향하도록 광학 수단(10)의 내부에 매립되어 배치된다.

여기에서, 제1 반사 수단(20)이 광학 수단(10)의 내부에 매립되어 배치된다는 것은, 제1 반사 수단(20)의 단부가 광학 수단(10)의 내부에서 광학 수단(10)의 제1 면(11) 및 제2 면(12)과 각각 이격되어 배치된다는 것을 의미한다.

이러한 배치 구조는 제1 반사 수단(20)이 증강 현실 화상광을 제1 면(11)을 향하도록 출사하는 한편, 실제 사물로부터 출사되어 고스트 이미지를 발생시킬 수 있는 잡광이 동공(50) 쪽으로 전달되는 것을 차단할 수 있다.

제1 반사 수단(20)의 반사면(21)은 곡면으로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 반사 수단(20)의 반사면(21)은 도 4 내지 도 6에 나타낸 바와 같이 광학 수단(10)의 제1 면(11) 방향으로 오목하게 형성된 오목 거울일 수 있다. 이러한 구성에 의하여 제1 반사 수단(20)은 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 7은 제1 반사 수단(20)이 고스트 이미지를 차단하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 7에서는 설명의 편의를 위해, 제2 반사 수단(30)은 생략하였다.

도 7을 참조하면, 전술한 바와 같이, 제1 반사 수단(20)은 실제 사물 화상광이 입사하는 광학 수단(10)의 제1 면(11)을 향하도록 배치되어 있다. 따라서, 실제 사물로부터 출사되어 제1 반사 수단(20)으로 입사하는 고스트 이미지를 발생시킬 수 있는 실제 사물 화상광(잡광)은 제1 면(11)을 향해 오목하게 배치된 제1 반사 수단(20)의 반사면(21)에서 반사되어 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 잡광은 광학 수단(10) 내부에서 소멸되고, 동공(50)쪽으로 유출되지 않음을 알 수 있다.

다만, 이러한 원리는 제1 반사 수단(20)에서 반사된 실제 사물 화상광(잡광)이 광학 수단(10)의 외부로 유출되지 않기 위한 기본적인 원리를 예시적으로 설명한 것으로서, 실제로는 광학 수단(10)의 형태, 굴절률, 눈과 제1 반사 수단(20)의 위치, 동공(50) 크기 및 아이릴리프(eye relief) 등을 고려하여 제1 반사 수단(20)에 반사되어 동공(50)으로 들어오는 잡광을 최소화 시킬 수 있도록 제1 반사 수단(20)의 위치와 방향이 적절히 조절되어야 한다.

한편, 후술하는 바와 같이 제2 반사 수단(30)의 크기는 사람의 일반적인 동공의 크기인 8mm 이하로, 보다 바람직하게는 4mm 이하로 형성되는데, 이러한 점을 고려하여 제1 반사 수단(20)의 폭 방향의 길이는 제2 반사 수단(30)의 크기에 상응하도록 8mm 이하로, 보다 바람직하게는 4mm 이하로 형성한다.

여기에서, 제1 반사 수단(20)의 폭 방향이란, 도 4 내지 도 6에서는 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이의 방향을 의미한다. 도 5를 참조하면, 제1 반사 수단(20)의 폭 방향의 길이는 z축에 수직한 평면을 향해 광학 수단(10)을 바라보았을 때의 제1 반사 수단(20)의 길이에 해당한다.

또한, 제1 반사 수단(20)은, 사용자가 가급적 인식할 수 없도록 하기 위하여 사용자가 동공(50)을 통해 정면에서 보았을 때의 두께를 매우 얇게 하는 것이 바람직하다

또한, 제1 반사 수단(20)은 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러(half mirror)와 같은 수단으로 구성할 수도 있다.

또한, 제1 반사 수단(20)은 반사 수단 이외의 기타 굴절 소자 또는 회절 소자로 형성할 수도 있다.

또한, 제1 반사 수단(20)은 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터(notch filter) 등과 같은 광학 소자로 형성할 수도 있다.

또한, 제1 반사 수단(20)의 증강 현실 화상광을 반사시키는 반사면(21)의 반대면을 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅할 수도 있다.

다음으로, 제2 반사 수단(30)에 대해 설명한다.

제2 반사 수단(30)은, 광학 수단(10)의 내부에 매립되어 배치되며, 제1 반사 수단(20)으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공(50)을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 수단으로서, 복수개의 반사부(31~37)로 형성된다.

도 4 내지 도 6의 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)을 향해 출사하고, 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 다시 전반사된 후 제2 반사 수단(30)으로 전달된다.

복수개의 반사부(31~37)는, 제1 반사 수단(20)으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 각각 반사시켜 사용자의 동공(50)으로 전달할 수 있도록 광학 수단(10)의 내부에 매립되어 배치된다.

여기에서, 제2 반사 수단(20)을 구성하는 복수개의 반사부(31~37)들이 광학 수단(10)의 내부에 매립되어 배치된다는 것은, 복수개의 반사부(31~37)들 각각의 단부가 광학 수단(10)의 내부에서 광학 수단(10)의 제1 면(11) 및 제2 면(12)과 각각 이격되어 배치된다는 것을 의미한다.

전술한 바와 같이, 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광은 제1 반사 수단(20) 및 광학 수단(10)의 제1 면(11)을 통해 제2 반사 수단(30)으로 전달되므로, 제2 반사 수단(30)을 구성하는 복수개의 반사부(31~37)들은 제1 반사 수단(20)과 동공(50)의 위치를 고려하여 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 대해 적절한 경사각을 가지도록 배치된다.

복수개의 반사부(31~37) 각각은, 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 반사부(31~37) 각각은, 사람의 일반적인 동공 크기보다 작은 크기로 형성되는데, 이에 의해 각 반사부(31~37)를 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(pinhole effect)를 발생시킬 수 있다.

여기에서, 복수개의 반사부(31~37) 각각의 크기라 함은, 각 반사부(31~37)의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이를 의미하는 것으로 정의한다.

또한, 복수개의 반사부(31~37) 각각의 크기는, 동공(50)과 반사부(31~37) 사이의 직선에 수직하면서 동공(50)의 중심을 포함하는 평면에 각 반사부(31~37)를 투영한 정사영의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이일 수 있다.

한편, 본 발명에서, 반사부(31~37)의 크기가 지나치게 작은 경우에는 반사부(31~37)에서의 회절(diffraction.) 현상이 커지기 때문에, 반사부(31~37) 각각의 크기는 예컨대 0.3mm 보다는 큰 것이 바람직하다.

또한, 반사부(31~37)들 각각의 형상은 원형인 것이 바람직하다. 이 때, 반사부(31~37)들의 형상은 동공(50)에서 반사부(31~37)를 바라보았을 때 원형으로 보이도록 형성할 수도 있다.

한편, 복수개의 반사부(31~37) 각각은, 제1 반사 수단(20)으로부터 전달되는 증강 현실 화상광이 다른 반사부(31~37)들에 의해 차단되지 않도록 배치된다. 이를 위하여, 제2 반사 수단(30) 및 복수개의 반사부(31~37)들을 다음과 같이 구성한다.

우선, 도 4 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 광학 수단(10)을 사용자의 동공(50) 정면에 두고 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 할 때, 화상 출사부(40)는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단(10)의 외부 또는 내부에 배치된다.

이 때, 화상 출사부(40)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 이들 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 반사부(31~37)들 중 적어도 2 이상의 반사부들(35~37)은, 외부에서 상기 z축에 수직한 면을 향해 광학 수단(10)을 바라보았을 때 그 중심이 하나의 직선(이를 "제1 직선"이라 한다) 상에 위치하도록 광학 수단(10) 내부에 배치되는 제1 반사부 그룹(30A)을 형성한다.

또한, 상기 제1 반사부 그룹(30A)을 형성하는 반사부(35~37)들을 제외한 나머지 반사부(31~33)들 중 적어도 2 이상의 반사부(31~34)는, 외부에서 상기 z축에 수직한 면을 향해 광학 수단(10)을 바라보았을 때 그 중심이 상기 제1 직선과 평행하지 않은 또 다른 직선(이를 "제2 직선"이라 한다) 상에 위치하도록 광학 수단(10) 내부에 배치되는 제2 반사부 그룹(30B)을 형성한다.

여기에서, 상기 제1 반사부 그룹(30A)을 구성하는 반사부(35~37)들은, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 더 가깝게 배치된다.

또한, 상기 제2 반사부 그룹(30B)을 구성하는 반사부(31~34)들은, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리와 관계없이 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 대해 동일한 거리를 가지거나, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 더 멀게 배치될 수 있다.

여기에서, 광학 수단(10)의 제1 면(11) 및 제2 면(12) 중 적어도 어느 하나가 곡면으로 형성되거나 동공(50) 중심으로부터 정면 방향으로의 직선(x축)에 대한 수직 평면과 평행하지 않고 경사각을 가지도록 형성되는 경우가 있을 수 있으므로, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 더 가깝게 배치된다는 것은, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 동공(50)으로부터 정면 방향으로의 직선에 대한 수직 평면으로서 제2 면(12)과 동공(50) 사이에 존재하는 수직 평면에 더 가깝게 배치되는 것을 의미하고, 마찬가지로 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(10)의 제2 면(12)에서 더 멀게 배치된다는 것은, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 동공(50)으로부터 정면 방향으로의 직선에 대한 수직 평면으로서 제2 면(12)과 동공(50) 사이에 존재하는 수직 평면에서 더 멀게 위치하도록 배치된다는 것을 의미한다.

여기에서, 상기 제1 직선 및 제2 직선은 상기 z축에 수직한 어느 하나의 평면에 포함될 수 있다. 이는, 제1 반사부 그룹(30A)과 제2 반사부 그룹(30B)을 형성하는 복수개의 반사부(31~37)들이 z축에 수직한 어느 하나의 동일 평면에 모두 포함되도록 광학 수단(10) 내부에 배치된다는 것을 의미한다.

즉, 도 4 내지 도 6의 실시예를 참조하면, 광학 수단(10)을 동공(50) 정면에 두고 도 4에서와 같이 외부에서 z축에 수직한 면을 향해 광학 수단(10)을 바라보았을 때(광학 수단(10)을 도 4에서의 지면 방향으로 바라보았을 때), 반사부 그룹(30A)을 구성하는 반사부(35~37)들의 중심을 연결한 선이 제1 직선을 형성하고, 반사부 그룹(30B)을 구성하는 반사부(31~34)들의 중심을 연결한 선 또한 제2 직선을 형성하되, 제1 직선과 제2 직선은 서로 평행하지 않도록 배치된다.

또한, 제2 반사부 그룹(30B)은 제1 반사부 그룹(30A)보다 제1 반사 수단(20)에 더 멀게 위치하도록 배치된다. 이는 도 4에서 제1 반사부 그룹(30A)이 제2 반사부 그룹(30B)보다 아래쪽에 위치하여 제1 반사 수단(10)쪽에 더 가깝게 배치된다는 것을 의미한다.

한편, 도 4 내지 도 6에서는, 제1 반사부 그룹(30A)을 구성하는 각각 반사부(35~37)들은 인접하는 반사부(35~37)들이 연속적으로 구성된 것으로 나타내었으나, 이는 예시적인 것이며, 예컨대, 인접하지 않는 반사부들로 제1 반사부 그룹(30A)을 구성할 수도 있다. 이는 제2 반사부 그룹(30B)의 경우에도 마찬가지이다.

또한, 제1 반사부 그룹(30A) 및 제2 반사부 그룹(30B) 중 적어도 어느 하나는 복수개로 구성할 수도 있음은 물론이다.

또한, 제2 반사 수단(30)을 구성하는 복수개의 반사부(31~37)들 전부가 제1 반사부 그룹(30A) 및 제2 반사부 그룹(30B) 중 어느 하나에 반드시 포함되어야 하는 것은 아니며, 제2 반사 수단(30)을 구성하는 복수개의 반사부(31~37) 중 일부만으로 제1 반사부 그룹(30A) 및 제2 반사부 그룹(30B)을 구성할 수 있음은 물론이다.

도 8은 도 4 내지 도 6에서 설명한 반사부(31~39)들의 배치 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 도 8에서는 설명의 편의를 위하여, 반사부(31~39)들은 9개가 배치된 것으로 나타내었다.

도 8을 참조하면, 전술한 바와 같이, 제2 반사 수단(30)은 제1 반사부 그룹(30A)과 제2 반사부 그룹(30B)의 2개의 반사부 그룹의 집합으로 구성되며, 제1 반사부 그룹(30A)은 복수개의 반사부(36~39)로, 제2 반사부 그룹(30B) 또한 복수개의 반사부(31~35)를 각각 포함한다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 제1 반사부 그룹(30A)을 구성하는 반사부(36~39)들의 중심을 가상의 선으로 연결하면 직선 A(제1 직선)를 이루고, 제2 반사부 그룹(30B)을 구성하는 반사부(31~35)들의 중심을 가상의 선으로 연결하면 직선 B(제2 직선)를 이루며, 직선 A와 직선 B는 서로 평행하지 않도록 반사부(31~39)들이 광학 수단(10) 내부에서 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이의 공간에 배치됨을 알 수 있다.

이 때, 제1 반사부 그룹(30A)을 구성하는 반사부(36~39)들은, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 더 가깝게 배치되어 있고, 제2 반사부 그룹(30B)을 구성하는 반사부(31~35)들은, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리와 관계없이 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 대해 동일한 거리를 가지도록 배치되어 있음을 알 수 있다.

도 8에서는, 2개의 반사부 그룹(30A,30B)으로 제2 반사 수단(30)이 구성된 경우를 나타내었으나, 이는 예시적인 것이며 3 이상의 반사부 그룹으로 제2 반사 수단(30)을 구성하여 반사부(31~39)들의 중심을 연결한 직선이 3개 이상이 되도록 형성하도록 할 수도 있음은 물론이다.

도 9 및 도 10은 제2 반사 수단(30)의 다른 배치 구조를 나타낸 것이다.

도 9에서는 설명의 편의를 위하여, 제1 반사 수단(20)은 생략하였으며 제2 반사 수단(30)만을 나타내었다.

도 9를 참조하면, 제2 반사 수단(30)은 3개의 반사부 그룹(30A,30B,30C)의 집합으로 구성되고, 각 반사부 그룹(30A,30B,30C)을 구성하는 반사부들은 모두 광학 수단(10)의 측면 즉, z축에 수직한 면을 향해 광학 수단(10)을 바라볼 때 각 반사부들의 중심을 연결한 선이 서로 평행하지 않은 3개의 직선을 이루도록 배치되어 있음을 알 수 있다.

이 때, 반사부 그룹(30C)을 구성하는 반사부들은, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리에 관계없이 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 대해 동일한 거리를 갖지만, 반사부 그룹(30B)을 구성하는 반사부들은 반사부 그룹(30A)을 구성하는 반사부들과 마찬가지로 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 더 가깝게 배치되어 있음을 알 수 있다.

이 경우는, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 더 가깝게 배치되는 반사부들로 구성되는 반사부 그룹(30A)이 복수개 존재하는 경우로 볼 수 있다. 다만, 이 경우에도 각 반사부 그룹(30A,30B)을 구성하는 직선들은 서로 평행하지 않도록 배치된다.

도 10의 경우에도, 제2 반사 수단(30)은 3개의 반사부 그룹(30A,30B,30C)의 집합으로 구성되고, 각 반사부 그룹(30A,30B,30C)을 구성하는 반사부들은 모두 광학 수단(10)의 측면에서 볼 때 각 반사부들의 중심을 연결한 선이 3개의 직선을 이루도록 배치되어 있음을 알 수 있다.

도 10에서는, 반사부 그룹(30A)을 구성하는 반사부들은 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 더 가깝게 배치되어 있으며, 반사부 그룹(30B)을 구성하는 반사부들은 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리에 관계없이 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 대해 동일한 거리를 가지도록 배치되어 있다.

또한, 반사부 그룹(30C)을 구성하는 반사부들은, 제1 반사 수단(20)으로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 더 멀도록 배치되어 있음을 알 수 있다.

한편, 상기 실시예들에 있어서, 각 반사부 그룹(30A,30B,30C)의 반사부들의 중심을 연결한 직선들은 서로 연결되도록 반사부들이 배치되는 것이 바람직하지만, 반드시 서로 연결되어 있을 필요는 없다.

한편, 도 4 내지 도 6의 실시예에서는, 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광이 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 1회 전반사된 후 제1 반사 수단(20)으로 전달되는 것으로 설명하였으나, 전반사 없이 또는 2회 이상 전반사되는 구성도 가능하다.

또한, 도 4 내지 도 6의 실시예에서는, 제1 반사 수단(20)과 제2 반사 수단(30) 사이의 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)에 의해 1회 전반사되는 것으로 나타내었으나 직접 전달되거나 2회 이상의 전반사를 통해 전달되는 구성도 가능하다.

도 11 내지 도 16은 광학 수단(10)의 내부에서의 전반사 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 11은 광학 수단(10)의 내면에서 전반사가 이루어지지 않는 경우를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 전반사 없이 제1 반사 수단(20)으로 광학 수단(10)의 내부를 통해 직접 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 제2 반사 수단(30) 즉, 복수개의 반사부(31~37)로 직접 전달되고, 각 반사부(31~37)에서 반사되어 동공(50)으로 전달됨을 알 수 있다.

도 12는 광학 수단(10)의 내면에서 2회 전반사가 이루어지는 경우를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 전반사 되어 제1 반사 수단(20)으로 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 다시 광학 수단(10)의 제1 면(11) 쪽으로 출사되어 제1 면(11)에서 다시 전반사된 후 제2 반사 수단(30)으로 전달되고, 여기에서 다시 반사되어 동공(50)으로 전달됨을 알 수 있다. 도 12는 도 4 내지 도 6에서 설명한 실시예와 동일하고, 도 11의 광학 수단(10)을 도 4 내지 도 6에서 설명한 바와 같은 x축 상에서 이등분한 후, 이등분선을 제1 면(11)으로 하고, 이를 기준으로 도 11의 제1 반사 수단(20)을 대칭 이동시키는 것과 실질적으로 동일함을 알 수 있다.

도 13은 광학 수단(10)의 내면에서 전반사가 이루어지지 않는 또 다른 경우를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 전반사 없이 제1 반사 수단(20)으로 광학 수단(10)의 내부를 통해 직접 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 제2 반사 수단(30) 즉, 복수개의 반사부(31~37)로 직접 전달되고 이후 복수개의 반사부(31~37)에서 반사되어 동공(50)으로 전달됨을 알 수 있다. 도 13의 예는 도 11과 유사하지만 화상 출사부(40)의 위치 및 제1 반사 수단(20)의 위치에서 차이가 있다.

도 14는 광학 수단(10)의 내면에서 1회 전반사가 이루어지는 또 다른 경우를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 제1 반사 수단(20)으로 직접 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11) 쪽으로 출사되고, 제1 면(11)에서 다시 전반사된 후 제2 반사 수단(30)으로 전달되고, 여기에서 다시 반사되어 동공(50)으로 전달됨을 알 수 있다. 도 14는 도 4 내지 도 6에서 설명한 바와 같은 z축 방향에서 도 13의 광학 수단(10)을 볼 때 광학 수단(10)을 x축 상에서 이등분한 후, 이등분선을 제1 면(11)으로 하고, 이를 기준으로 도 13의 제1 반사 수단(20)을 대칭 이동시키는 것과 실질적으로 동일함을 알 수 있다.

도 15는 광학 수단(10)의 내면에서 전반사가 이루어지지 않는 또 다른 예를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 전반사 없이 제1 반사 수단(20)으로 광학 수단(10)의 내부를 통해 직접 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 제2 반사 수단(30) 즉, 복수개의 반사부(31~37)로 직접 전달되고, 여기에서 다시 반사되어 동공(50)으로 전달됨을 알 수 있다. 도 15의 예는 도 11 및 도 13과 유사하지만 화상 출사부(40)의 위치 및 크기와 제1 반사 수단(20)의 위치 및 각도에서 차이가 있다.

도 16은 광학 수단(10)의 내면에서 2회 전반사가 이루어지는 또 다른 경우를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 화상 출사부(40)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 제1 반사 수단(20)으로 직접 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제2 면(12) 쪽으로 출사되고, 제2 면(12)에서 다시 전반사된 후 제1 면(11)으로 전달되고, 제1 면(11)에서 다시 전반사되어 제2 반사 수단(30)으로 전달되고, 여기에서 다시 반사되어 동공(50)으로 전달됨을 알 수 있다. 도 16은 도 4 내지 도 6에서 설명한 바와 같은 z축 방향에서 도 15의 광학 수단(10)을 볼 때 광학 수단(10)을 x축 상에서 삼등분한 후, 삼등분선중 동공(50)쪽에 가까운 선을 제1 면(11)으로 하고, 삼등분선을 기준으로 도 15의 제1 반사 수단(20)을 2회 대칭 이동시키는 것과 실질적으로 동일함을 알 수 있다.

도 11 내지 도 16은 광학 수단(10)의 내부에서 전반사가 없거나 적어도 1회 이상의 전반사가 이루어지는 구조를 예시적으로 나타내었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이외의 다른 전반사 횟수를 통해 증강 현실 화상광을 제1 반사 수단(20) 및 제2 반사 수단(30)으로 전달할 수 있는 기타 다양한 구조가 가능함은 물론이다.

도 17 및 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(300)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 17은 증강 현실용 광학 장치(300)의 사시도이고 도 18은 증강 현실용 광학 장치(300)의 정면도이다.

도 17 및 도 18의 증강 현실용 광학 장치(300)는, 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 실시예의 증강 현실용 광학 장치(200)와 기본적인 구성은 동일하되, 복수개의 반사부(31~37)들로 구성되는 제2 반사 수단(301~305)이 복수개로 형성된 것을 특징으로 한다.

여기에서, 복수개의 제2 반사 수단(301~305)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)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 내면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하면, z축은 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단(10)의 내면 사이를 지나는 선분이 되는데, 여기에서 복수개의 제2 반사 수단(301~305)은 상기 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 평행하게 간격을 두고 배치된다.

여기에서, 각각의 제2 반사 수단(301~305)를 구성하는 복수개의 반사부(31~37)들 각각은, 인접하는 제2 반사 수단(301~305), 즉, 양 옆의 제2 반사 수단(301~305)를 구성하는 복수개의 반사부(31~37)들 중 어느 하나와 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하도록 나란하게 배치될 수 있다. 따라서, 복수개의 제2 반사 수단(301~305)을 z축 방향에서 보았을 때는 도 4와 동일하게 보이게 된다.

도 17 및 도 18의 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 19 및 도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(400)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 19는 증강 현실용 광학 장치(400)의 사시도이고, 도 20은 증강 현실용 광학 장치(400)의 정면도이다.

도 19 및 도 20의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(400)는, 도 17 및 도 18에서 설명한 실시예의 증강 현실용 광학 장치(300)와 기본적으로 동일하지만, 복수개의 제2 반사 수단(301~305) 각각을 구성하는 복수개의 반사부(31~37)들 중 적어도 일부는, 인접하는 제2 반사 수단(301~305)을 구성하는 복수개의 반사부(31~37)들에 대해 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 나란하게 위치하지 않도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

즉, 도 19 및 도 20에 나타낸 바와 같이, z축의 오른쪽 방향으로부터 서로 인접하는 첫번째 제2 반사 수단(301)의 반사부(31~37)들과 두번째 제2 반사 수단(302)의 반사부(31~36)들을 y축 방향의 위쪽(화상 출사부(40)쪽)으로부터 순서대로 비교해 보면, 첫번째 제2 반사 수단(301)의 각각의 반사부(31~37)들은 두번째 제2 반사 수단(302)의 모든 반사부(31~36)들과 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하지 않도록 배치되어 있음을 알 수 있다.

즉, 첫번째 제2 반사 수단(301)의 반사부(31~37)들과 두번째 제2 반사 수단(302)의 반사부(31~36)들은 x축 방향에서 볼 때 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 나란히 정렬되어 있지 않고 서로 엇갈리게 배치되어 있음을 알 수 있다.

도 21 및 도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(500)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 21은 증강 현실용 광학 장치(500)의 사시도이고, 도 22는 증강 현실용 광학 장치(500)의 정면도이다.

도 21 및 도 22의 증강 현실용 광학 장치(500)는 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 실시예와 기본적인 구성은 동일하지만, 복수개의 반사부(31~37) 각각이 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 연장된 바(bar) 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.

여기에서, 복수개의 반사부(31~37)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)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 내면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하면, z축은 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단(10)의 내면 사이를 지나는 선분이 되며, 여기에서 복수개의 반사부(31~37)들은 상기 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 연장되는 바(bar) 형태로 형성된다.

본 실시예의 경우에도, 광학 수단(10)을 z축에 수직한 평면을 향해 바라보았을 때 복수개의 반사부(31~37)들은 도 4에 나타낸 것과 동일하게 보이게 된다.

한편, 도 4 내지 도 22의 실시예에서, 제1 반사 수단(20)은, 동공(50)에서 정면 방향, 즉, x축에 수직한 면을 향해 광학 수단(10)을 바라보았을 때, 제1 반사 수단(20)은 중앙 부분에서 좌우의 양 단부쪽으로 갈수록 제2 반사 수단(301~305)에 더 가깝도록 연장되도록 형성되어 전체적으로 완만한 "U"자의 바(bar) 형태로 형성되어 있다. 이는 제1 반사 수단(20)이 콜리메이터로서의 기능을 보다 잘 수행할 수 있도록 하기 위한 것이다.

제1 반사 수단(20)의 z축 방향으로의 전체적인 길이는, 복수개의 제2 반사 수단(301~305) 전체의 z축 방향의 길이에 상응하도록 연장 형성된다.

이 경우에도, 전술한 바와 같이, 제1 반사 수단(20)의 폭 방향의 길이는 4mm 이하로 형성되는 것이 바람직하다.

이외에도, 앞서 도 4 내지 도 6에서 설명한 제1 반사 수단(20)의 다른 특징 또한 도 17 내지 도 22의 실시예들에 그대로 적용될 수 있다.

도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(600)를 나타낸 것으로서, z축에 수직한 평면을 향해 증강 현실용 광학 장치(600)를 바라본 측면도이다.

도 23의 실시예는, 도 4 내지 도 6의 실시예와 기본적으로 동일하되, 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광이 광학 수단(10)으로 입사하는 제3 면(13)이 굴절능(refractive power)을 가지도록 곡면으로 형성된 것을 특징으로 한다.

이러한 제3 면(13)은 화상 출사부(40)쪽으로 돌출되어 굴곡을 갖는 면으로 형성되어, 화상 출사부(40)로부터 입사하는 증강 현실 화상광에 대한 콜리메이터로서의 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 콜리메이터로서의 기능을 수행하는 제1 반사 수단(20)과 함께 제3 면(13)을 보조적인 콜리메이터로 사용할 수 있으므로, 콜리메이터로서의 전체적인 성능을 향상시킬 수 있다.

도 23에서 제3 면(13)은 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이에 형성된 것으로 나타내었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제3 면(13)은 화상 출사부(40)로부터 출사한 증강 현실 화상광이 광학 수단(40)으로 입사하는 면을 의미한다는 점을 유의해야 한다.

도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(700)를 나타낸 것으로서, z축에 수직한 평면을 향해 증강 현실용 광학 장치(700)를 바라본 측면도이다.

도 24의 실시예는 도 23의 실시예와 기본적으로 동일하되, 화상 출사부(40)와 제3 면(13) 사이에 보조 광학 수단(70)이 더 배치된 것을 특징으로 한다.

도 24에서는 보조 광학 수단(70)은 볼록 렌즈로 형성되어 있으나 이는 예시적인 것이며, 기타 다른 다양한 반사 수단, 굴절 수단 또는 회절 수단 중 적어도 하나 이상의 조합을 사용할 수 있다. 이러한 보조 광학 수단(70)을 적절히 활용함으로써, 증강 현실용 광학 장치(700)의 전체적인 성능을 향상시킬 수 있다.

도 25 내지 도 27은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(800)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 25는 증강 현실용 광학 장치(800)를 동공(50)쪽에서 바라 본 정면도이고, 도 26은 증강 현실용 광학 장치(800)를 전술한 바와 같은 z축에 수직한 평면을 향해 바라 본 측면도이고, 도 27은 증강 현실용 광학 장치(800)를 전술한 바와 같은 y축에 수직한 면을 향해 바라 본 평면도이다.

도 25 내지 도 27에 나타낸 증강 현실용 광학 장치(800)는 도 18의 증강 현실용 광학 장치(300)와 기본적인 구성은 동일하지만, 복수개의 제2 반사 수단(301~305) 각각과 광학 수단(10)의 제2 면(12)과의 거리가 모두 동일하지는 않도록 배치되는 제2 반사 수단(301~305)이 적어도 하나 이상 존재한다는 점에서 차이가 있다.

즉, 전술한 바와 같이, 증강 현실용 광학 장치(800)를 사용자의 동공(50) 정면에 두었을 때, 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부(40)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 내면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단(10)의 내면 사이를 지나는 선분을 z축이라 할 때, 각 제2 반사 수단(301~305)과 광학 수단(10)의 제2 면(12)과의 거리가 모두 동일하지는 않도록 배치되는 제2 반사 수단(301~305)이 적어도 하나 이상 존재하도록 제2 반사 수단(301~305)들이 배치된다.

이는 바꾸어 말하면, 도 26에 나타낸 바와 같이, 복수개의 제2 반사 수단(301~305) 중 적어도 일부는 z축에 수직한 면을 향해 증강 현실용 광학 장치(800)를 바라보았을 때 겹쳐보이지 않도록 배치되는 제2 반사 수단(301~305)이 적어도 하나 이상 존재한다는 것을 의미한다.

도 25 내지 도 27의 실시예에서는, 점선으로 나타낸 2개의 제2 반사 수단(301,305)과 광학 수단(10)의 제2 면(12)과의 거리, 검은색으로 나타낸 2개의 제2 반사 수단(302,304)과 광학 수단(10)의 제2 면(12)과의 거리, 흰색으로 나타낸 1개의 제2 반사 수단(303)과 광학 수단(10)의 제1 면(12)과의 거리는 서로 상이하도록 배치된다.

여기에서, 점선으로 나타낸 2개의 제2 반사 수단(301,305) 각각과 광학 수단(10)의 제2 면(12)과의 거리는 동일하고, 검은색으로 나타낸 2개의 제2 반사 수단(302,304) 각각과 광학 수단(10)의 제2 면(12)과의 거리는 동일한 것으로 나타내었으나 이는 예시적인 것이며, 모든 제2 반사 수단(301~305)들과 광학 수단(10)의 제2 면(12)과의 거리를 전부 상이하게 배치할 수도 있음은 물론이다.

한편, 상기 실시예들에서, 복수개의 반사부(31~37)들의 크기는 전부 동일할 필요는 없으며, 적어도 일부의 크기는 다른 반사부(31~37)들과 다르게 구성할 수 있다. 이러한 경우에도, 각 반사부(31~37)들의 크기는 전술한 바와 같이 4mm 이하로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 복수개의 반사부(31~37)들은 서로 동일한 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하지만, 적어도 일부의 반사부(31~37)들의 간격을 다른 반사부(31~37)들의 간격과 다르게 배치할 수도 있다.

또한, 적어도 일부의 반사부(31~37)들의 x축에 대한 경사각을 다른 반사부(31~37)들과 다르도록 구성할 수도 있다.

또한, 복수개의 반사부(31~37) 중 적어도 일부는 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러(half mirror)와 같은 수단으로 구성할 수도 있다.

또한, 복수개의 반사부(31~37) 중 적어도 일부는, 반사 수단 이외의 기타 굴절 소자로 형성할 수도 있다.

또한, 복수개의 반사부(31~37) 중 적어도 일부는 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터(notch filter) 등과 같은 광학 소자로 구성될 수 있다.

또한, 복수개의 반사부(31~37) 중 적어도 일부에 대해서, 증강 현실 화상광을 반사시키는 면의 반대면을 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅할 수도 있다.

또한, 복수개의 반사부(31~37) 중 적어도 일부의 표면을 곡면으로 형성할 수도 있다. 여기에서, 상기 곡면은 오목면 또는 볼록면일 수 있다.

또한, 반사부(31~37)들 중 적어도 일부는, 회절 소자(Diffractive Optical Element, DOE) 또는 홀로그래픽 소자(Holographic Optical Element, HOE) 와 같은 광학 소자로 형성될 수도 있다.

다음으로, 도 28 내지 도 32를 참조하여 상기 실시예들에서 설명한 증강 현실용 광학 장치(200~800)의 광학 수단(10)을 제조하는 방법에 대해 설명한다.

도 28은 하부 베이스 기판(10A)의 사시도이고, 도 29는 광학 수단 모재(10E)의 측면도이고, 도 30은 광학 수단 모재(10E)의 사시도이고, 도 31은 제1 기판(10B) 및 제2 기판(10C)의 측면도이고, 도 32는 광학 수단 모재(10E)를 절삭하여 광학 수단(10)을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

상기 실시예들에서 설명한 증강 현실용 광학 장치(200~800)의 광학 수단(10)은 하부 베이스 기판(10A), 제1 기판(10B), 제2 기판(10C) 및 상부 베이스 기판(10D)을 적층하여 광학 수단 모재(10E)를 형성하고, 광학 수단 모재(10E)를 절삭하는 공정을 통해 제조된다.

이를 위하여, 우선, 도 28에 나타낸 바와 같이, 하부 베이스 기판(10A)의 표면에 제1 방향을 따라 복수개의 반사부(30-1)들을 형성한다.

여기에서, 하부 베이스 기판(10A)은 대체로 직육면체의 형상을 가지지만 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 도 29 및 도 30에 나타낸 바와 같은 복수개의 제1 기판(10B)의 표면에 상기 제1 방향에 평행한 방향을 따라 반사부(30-2~30-11)를 형성하고, 복수개의 제2 기판(10C)의 표면에도 상기 제1 방향에 평행한 방향을 따라 반사부(30-12~30-22)들을 형성한다.

그리고, 도 29 및 도 30에 나타낸 바와 같이, 상기 하부 베이스 기판(10A)의 표면 위에 복수개의 제1 기판(10B)들을 순차적으로 접착하여 적층하고, 적층된 제1 기판(10B) 중 최상부의 제1 기판(10B)위에 복수개의 제2 기판(10C)을 순차적으로 접착하여 적층하여 제2 반사 수단(30)을 구성한다.

여기에서, 복수개의 제1 기판(10B) 각각에 형성되는 반사부(30-2~30-11)들은, 외부로부터 제1 방향에 수직한 면을 향해 제1 기판(10B)을 바라보았을 때 즉, 도 29의 지면 방향으로 제1 기판(10B)을 바라보았을 때 보여지는 맨 앞쪽의 반사부(30-1~30-11)들의 중심을 연결한 선이 직선을 이루도록 제1 기판(10B) 각각의 표면에 형성된다.

또한, 복수개의 제2 기판(10C) 각각에 형성되는 반사부(30-12~30-22)들은, 외부로부터 상기 제1 방향에 수직한 면을 향해 상기 제2 기판(10C)을 바라보았을 때 즉, 도 29의 지면 방향으로 제2 기판(10C)을 바라보았을 때 보여지는 맨 앞쪽의 반사부(30-12~30-22)들의 중심을 연결한 선이 직선을 이루도록 제2 기판(10C) 각각의 표면에 형성된다.

이 때, 반사부(30-12~30-22)들은, 상기 반사부(30-1~30-11)들의 중심을 연결한 직선과 상기 반사부(30-12~30-22)들의 중심을 연결한 직선이 서로 평행하지 않도록 배치된다.

이와 같은 과정을 통해, 반사부(30-1~30-22)에 의해 제2 반사 수단(30)을 구성한다.

한편, 복수개의 제1 기판(10B)은 서로 동일한 형상을 가지고, 복수개의 제2 기판(10C)들 또한 서로 동일한 형상을 갖는다.

또한, 복수개의 제1 기판(10B)들과 복수개의 제2 기판(10C)들은 서로 다른 형상을 갖는다.

또한, 도 31의 (a)에 나타낸 바와 같이, 제1 기판(10B)들은, 제1 방향에 수직한 면을 향해 제1 기판(10B)를 바라보았을 때, 각각의 제1 기판(10B)의 양 단부(E1,E2) 중 어느 하나의 단부(E2)의 높이(HB2)는 다른 단부(E1)의 높이(HB1)보다 높도록 형성되어 있다.

또한, 도 31의 (b)에 나타낸 바와 같이, 제2 기판(10C)들은, 제1 방향에 수직한 면을 향해 제2 기판(10C)를 바라보았을 때, 각각의 제2 기판(10C)의 양 단부(E1,E2) 중 어느 하나의 단부(E2)의 높이(HC2)는 다른 단부(E1)의 높이(HC1)보다 높도록 형성되어 있다.

여기에서, 제1 기판(10B)과 제2 기판(10C)은 서로 다른 형상이므로, HB1≠HC1이고, HB2≠HC2가 된다. 또한, HB1≠HC1이고, HB2=HC2일 수도 있으며, HB1=HC1이고, HB2≠HC2일 수도 있다.

한편, 반사부(30-1~30-22)들을 하부 베이스 기판(10A), 제1 기판(10B) 및 제2 기판(10C)에 형성하는 것은 예컨대 마스크 증착 방식 등을 이용하거나 접착제에 의한 접착 방식을 이용할 수 있으며, 이는 종래 기술에서 알려져 있는 것이고 본 발명의 직접적인 목적은 아니므로 상세 설명은 생략한다.

이와 같이, 제2 기판(10C)의 적층이 완료되면, 적층된 제2 기판(10C)들 중 최상부의 제2 기판 위에 제1 반사 수단(20)을 포함하는 상부 베이스 기판(10D)을 접착하여 적층함으로써 도 29 및 도 30에 나타낸 바와 같은 광학 수단 모재(10E)를 형성한다.

여기에서, 상부 베이스 기판(10D) 내부에는 도 29, 도 30 및 도 32에 나타낸 바와 같이 제1 반사 수단(20)이 배치되어 있다. 제1 반사 수단(20)은 앞서 설명한 실시예에서와 같이 화상 출사부(40)의 위치, 제1 반사 수단(30)의 위치 및 동공(50)의 위치를 고려하여 상부 베이스 기판(10D)의 내부의 적절한 위치에 배치된다.

한편, 하부 베이스 기판(10A), 제1 기판(10B), 제2 기판(10C) 및 상부 베이스 기판(10D)의 각 기판들 사이의 접착은 예컨대 기판들 사이에 접착제를 투여하고 양 기판을 밀착 고정하는 방식을 사용할 수 있으며, 이 또한 종래 기술에서 알려져 있는 것이고 본 발명의 직접적인 목적은 아니므로 상세 설명은 생략한다.

또한, 하부 베이스 기판(10A), 제1 기판(10B), 제2 기판(10C) 및 상부 베이스 기판(10D)들은 서로 동일한 굴절률을 갖는 유리 또는 플라스틱 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 과정을 통해, 광학 수단 모재(10E)가 형성되면, 이를 절삭하여 광학 수단(10)을 형성한다.

즉, 도 32에 나타낸 바와 같이, 제2 반사 수단(30)을 구성하는 복수개의 반사부(31~37)들이 배치된 제1 방향에 수직한 면을 향해 광학 수단 모재(10E)를 바라보았을 때 반사부(31~37)들이 그 사이에 모두 포함되도록 하는 서로 평행한 2개의 직선(L1,L2)을 따라 제1 방향에 평행한 방향으로 광학 수단 모재(10E)를 절삭한다.

이 때, 직선(L1)을 따라 제1 방향에 평행한 방향으로 절삭된 면은 앞서 설명한 바와 같은 광학 수단(10)의 제1 면(11)이 되고, 직선(L2)을 따라 제1 방향에 평행한 방향으로 절삭된 면은 앞서 설명한 바와 같은 광학 수단(10)의 제2 면(12)이 된다. 이러한 2개의 직선(L1,L2)에 수직한 법선 방향에 동공(50)이 위치하도록 광학 수단(10)을 배치하면, 예컨대 도 4와 같은 형태의 증강 현실용 광학 장치(200)를 얻을 수 있다. 따라서, 각 반사부(31~27)들이 동공(50)으로부터 정면 방향(도 4에서 x축 방향)에 대해 갖는 경사각은 각각의 기판(10A,10B,10C)들의 경계면에 의해 규정될 수 있다.

그리고, 다시 2개의 직선(L3,L4)를 따라 제1 방향에 평행한 방향으로 다시 광학 수단 모재(10E)를 절삭하여 최종적으로 광학 수단(10)을 형성한다. 여기에서, 상기 2개의 직선(L3,L4)을 따라 제1 방향에 평행한 방향으로 절삭된 면은 광학 수단(10)을 동공(50) 정면에 두었을 때 광학 수단(10)의 상면 및 하면에 상응하는 면이 된다.

이와 같은 제조 방법에 의하면, 서로 동일한 형상을 갖는 복수개의 제1 기판(10B) 및 서로 동일한 형상을 갖는 복수개의 제2 기판(10C)를 이용하여 광학 수단(10)을 형성할 수 있으므로, 종래의 제조 방식에 비하여 제조 공정이 단순하므로 불량률을 현저히 줄일 수 있다는 장점이 있다.

한편, 도 28 내지 도 32의 실시예에서는, 하부 베이스 기판(10A), 복수개의 제1 기판(10B), 복수개의 제2 기판(10C)에 반사부(30-1~30-22)들을 형성한 후에 이들 기판(10A,10B,10C)들을 접착하는 것으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것이다.

예컨대, 하부 베이스 기판(10A)에 반사부(30-1)를 형성한 후, 복수개의 제1 기판(10B) 각각마다 반사부(30-2~30-11)를 형성하면서 제1 기판(10B)을 순차적으로 접착하여 적층하는 방식을 사용할 수 있다. 이는 제2 기판(10C)의 경우에도 마찬가지이다.

다음으로, 도 33 내지 도 35를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(900)에 대해 설명한다.

도 33 내지 도 35는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 직선 배치 반사 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치(900)를 나타낸 도면으로서, 도 33은 증강 현실용 광학 장치(900)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 사시도이고, 도 34는 증강 현실용 광학 장치(900)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 정면도이고, 도 35는 증강 현실용 광학 장치(900)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 측면도이다.

도 33 내지 도 35의 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(900)는, 앞서 설명한 실시예들의 증강 현실용 광학 장치(200~800)들과 기본적으로 동일하되, 복수개의 반사부(31~37) 대신 하나의 면으로 형성된 광학 소자(80)를 사용한다는 점에서 차이가 있다.

도 33 내지 도 35의 실시예에서, 광학 소자(80)는 제1 반사 수단(20)으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공(50)을 향해 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하도록 광학 수단(10) 내에 매립 배치된다.

도 35에서, 화살표는 증강 현실 화상광의 광 경로를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이, 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 전반사되어 제1 반사 수단(20)으로 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 다시 전반사 된 후 광학 소자(80)로 전달되고, 광학 소자(80)를 통해 동공(50)으로 전달된다.

이러한 광학 소자(80)는, 앞서 도 17 내지 도 20을 참조하여 설명한 증강 현실용 광학 장치(300,400) 내에서 복수개의 제2 반사 수단(301~305)들을 구성하는 복수개의 반사부(31~37)들이 배치된 가상의 평면에 상응하는 형태를 가지며, 회절 소자(DOE, Diffractive Optical Element) 또는 홀로그래픽 소자(HOE, Holographic Optical Element)로 형성된다.

광학 소자(80)는, 도 33 내지 도 35에 나타낸 바와 같이, 단일 평면 형태로 형성되고, 상기 단일 평면 형태의 광학 소자는 z축에 수직한 면을 향해 광학 수단(10)을 바라보았을 때 서로 평행하지 않은 적어도 2 이상의 직선이 연결된 형태로 절곡되어 보이도록 광학 수단(10) 내부에 배치된다.

회절 소자(DOE) 또는 홀로그래픽 소자(HOE)는 실제 사물 화상광을 투과 및 반사시키는 성질을 가지므로 광학 소자(80)는 증강 현실 화상광을 동공(50)으로 전달하는 동시에 광학 소자(80)를 투과하여 실제 사물 화상광을 동공(50)으로 전달할 수 있다. 다만, 실제 사물 화상광에 대한 광효율은 다소 떨어질 수 있다.

이러한 광학 소자(80)를 사용하는 경우, 불연속적으로 일정한 주기로 배치되는 앞서 설명한 실시예들의 제2 반사 수단(30)에 비해 보다 균일한 증강 현실 화상을 제공할 수 있으며, 광학 소자(80)의 평면 구조를 따라 연장한 선에 의해 구성되는 2개의 기판만을 사용하여 제조할 수 있으므로 제조 공정이 훨씬 간편하다는 장점을 갖는다.

도 36 내지 도 38은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(1000)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 36은 증강 현실용 광학 장치(1000)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 사시도이고, 도 37은 증강 현실용 광학 장치(1000)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 측면도이고, 도 38은 증강 현실용 광학 장치(1000)를 동공(50) 정면에서 바라본 정면도이다.

도 36 내지 도 38의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(1000)는, 도 17 내지 도 20을 참조하여 설명한 실시예의 증강 현실용 광학 장치(300,400)와 기본적으로 동일하되, 복수개의 제2 반사 수단(301~305) 각각을 구성하는 복수개의 반사부(31~37)들의 중심이 하나의 단일 직선상에 위치하도록 광학 수단(10)의 내부에 배치된다는 점에서 차이가 있다.

즉, 도 36 내지 도 38의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(1000)는, 광학 수단(10)을 사용자의 동공(50) 정면에 두고 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부(40)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 각각의 제2 반사 수단(301~305)를 구성하는 모든 복수개의 반사부(31~37)들은, 외부에서 상기 z축에 수직한 면을 향해 광학 수단(10)을 바라보았을 때 그 중심이 하나의 단일 직선상에 위치하도록 광학 수단(10)의 내부에 배치된다.

도 36 내지 도 38에서는 제2 반사 수단(301~305)이 복수개 형성된 것으로 나타내었으나, 제2 반사 수단은 도 4 내지 도 6에 나타낸 바와 같이 하나만 형성될 수도 있음은 물론이다.

도 37에서도 화살표는 증강 현실 화상광의 광 경로를 나타낸 것으로서, 도 35에서 설명한 바와 마찬가지로 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 전반사되어 제1 반사 수단(20)으로 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 다시 전반사된 후 제2 반사 수단(30)으로 전달되고, 제2 반사 수단(30)에서 반사되어 동공(50)으로 전달됨을 알 수 있다.

도 39 및 도 40은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(1100)를 나타낸 도면으로서, 도 39는 증강 현실용 광학 장치(1100)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 사시도이고, 도 40은 증강 현실용 광학 장치(1100)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 측면도이다.

도 39 및 도 40의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(1100)는, 도 33 내지 도 35를 참조하여 설명한 증강 현실용 광학 장치(900)와 기본적으로 동일하되, 광학 소자(80)는 z축에 수직한 면을 향해 광학 수단(10)을 바라보았을 때 하나의 단일 직선 형태로 보이도록 광학 수단(10) 내부에 배치되는 단일 평면 형태로 형성된다는 점에서 차이가 있다.

즉, 도 39 및 도 40에 나타낸 바와 같이, 광학 수단(10)을 사용자의 동공(50) 정면에 두고 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부(40)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12) 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 하면, 광학 소자(80)는 상기 z축에 수직한 면을 향해 상기 광학 수단(10)을 바라보았을 때 하나의 단일 직선이 형태로 보이도록 광학 수단(10) 내부에 배치되는 단일 평면 형태로 형성된다.

도 40에서도 화살표는 증강 현실 화상광의 광 경로를 나타낸 것이며, 앞서 설명한 바와 마찬가지로 화상 출사부(40)로부터 출사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 전반사되어 제1 반사 수단(20)으로 전달되고, 제1 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11)에서 다시 전반사된 후 광학 소자(80)로 전달되고, 광학 소자(80)를 통해 동공(50)으로 전달됨을 알 수 있다.

기타의 구성은 도 33 내지 도 35에서 설명한 바와 동일하므로 상세 설명은 생략한다.

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, 근시 또는 원시를 갖는 굴절 이상 사용자를 위하여 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈를 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 부착하는 방법을 사용할 수 있다. 이 때, 부착되는 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈는 광학 수단(10)과 일체로 형성하거나, 별도의 모듈로 구성하여 착탈식으로 결합가능하도록 구성할 수 있다.

100,100-1...종래의 증강 현실용 광학 장치
200,300,400,500,600,700,800,900,1000,1100...직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치
10...광학 수단
11...광학 수단(10)의 제1 면
12...광학 수단(10)의 제2 면
10A...하부 베이스 기판
10B...제1 기판
10C...제2 기판
10D...상부 베이스 기판
10E...광학 수단 모재
20...제1 반사 수단
30...제2 반사 수단
30A, 30B, 30C...반사부 그룹
31~37...반사부
40...화상 출사부
50...동공
70...보조 광학 수단
80...광학 소자

Claims

직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치로서,
실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단;
상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되며, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 광학 소자로 전달하는 제1 반사 수단; 및
상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달하도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 광학 소자
를 포함하고,
상기 광학 수단은, 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 광학 소자를 통해 전달되는 증강 현실 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공을 향해 출사하는 제2 면을 가지고,
상기 광학 소자는 회절 소자 또는 홀로그래픽 소자이고,
상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두고 동공에서 정면 방향을 x축이라 할 때, 상기 화상 출사부는 상기 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고,
상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때,
상기 광학 소자는 단일 평면 형태로 형성되고, 상기 z축에 수직한 면을 향해 상기 광학 수단을 바라보았을 때 서로 평행하지 않은 적어도 2 이상의 직선이 연결된 형태로 절곡되어 보이도록 상기 광학 수단 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치.
직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치로서,
실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단;
상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되며, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 제2 반사 수단으로 전달하는 제1 반사 수단; 및
상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달하도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 복수개의 반사부를 포함하는 제2 반사 수단
을 포함하고,
상기 광학 수단은, 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 제2 반사 수단을 통해 전달되는 증강 현실 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공을 향해 출사하는 제2 면을 가지고,
상기 제2 반사 수단은, 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 크기 4mm 이하의 복수개의 반사부를 포함하고,
상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두고 동공에서 정면 방향을 x축이라 할 때, 상기 화상 출사부는 상기 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고,
상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때,
상기 복수개의 반사부들은, 외부에서 상기 z축에 수직한 면을 향해 상기 광학 수단을 바라보았을 때 그 중심이 하나의 단일 직선상에 위치하도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 반사 수단은 복수개로 구성되고, 상기 복수개의 제2 반사 수단은 상기 z축 방향을 따라 평행하게 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치.
직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치로서,
실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단;
상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되며, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 광학 소자로 전달하는 제1 반사 수단; 및
상기 제1 반사 수단으로부터 전달되는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달하도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 광학 소자
를 포함하고,
상기 광학 수단은, 실제 사물 화상광이 입사하는 제1 면과 상기 광학 소자를 통해 전달되는 증강 현실 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공을 향해 출사하는 제2 면을 가지고,
상기 광학 소자는 회절 소자 또는 홀로그래픽 소자이고,
상기 광학 수단을 사용자의 동공 정면에 두고 동공에서 정면 방향을 x축이라 할 때, 상기 화상 출사부는 상기 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단의 외부 또는 내부에 배치되고,
상기 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때,
상기 광학 소자는 단일 평면 형태로 형성되고, 상기 z축에 수직한 면을 향해 상기 광학 수단을 바라보았을 때 하나의 단일 직선의 형태로 보이도록 상기 광학 수단 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 직선 배치 광학 구조를 갖는 컴팩트형 증강 현실용 광학 장치.