KR20220079510A

KR20220079510A - 직선 배치 광학 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치 및 광학 수단의 제조 방법

Info

Publication number: KR20220079510A
Application number: KR1020220067196A
Authority: KR
Inventors: 하정훈
Original assignee: 주식회사 레티널
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2022-06-13
Also published as: EP4206785A4; KR20220033268A; EP4206785A1; WO2022055083A1; US20230333358A1; JP2023541015A; KR20220060512A; KR102490038B1; CN116194817A; KR102436597B1; KR102438560B1

Abstract

본 발명은, 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하도록 광학 수단 내에 배치되는 광학 소자; 및 상기 광학 소자가 매립되어 배치되며, 실제 사물로부터 출사된 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단을 포함하고, 상기 광학 수단은, 상기 광학 소자를 통해 전달되는 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공을 향해 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면을 구비하고, 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 상기 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 회절 소자 또는 홀로그래픽 소자이고, 상기 광학 소자는, 단일 평면 형태로 형성되고, 상기 z축 방향에서 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 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.

Description

직선 배치 광학 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치 및 광학 수단의 제조 방법{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 소자를 직선 배치 구조로 형성함으로써 광 효율을 개선하고 제조 공정을 단순화할 수 있는 증강 현실용 광학 장치 및 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, 화상 출사부(10), 반사부(20), 광학 수단(30) 및 프레임부(40)를 포함한다.

광학 수단(30)은 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 투과시키는 수단으로써 예컨대 안경 렌즈일 수 있으며, 그 내부에는 반사부(20)가 매립 배치되어 있다. 또한, 광학 수단(30)은 반사부(20)로부터 반사된 증강 현실 화상광을 동공으로 전달하도록 투과시키는 기능도 수행한다.

프레임부(40)는 화상 출사부(10)와 광학 수단(30)을 고정 및 지지하는 수단으로서, 예컨대 안경 테와 같은 것일 수 있다.

화상 출사부(10)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(20)는 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광을 사용자의 동공을 향해 반사시킴으로써 증강 현실용 화상을 제공한다.

도 1의 반사부(20)는, 사람의 동공 크기보다 작은 크기 즉, 8mm 이하로 형성되어 있는데, 이와 같이 반사부(20)를 동공 크기보다 작게 형성하면, 반사부(20)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(pin hole 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.

또한, 종래의 증강 현실용 광학 장치는, HMD(Head Mounted Display)나 안경형의 장치를 이용하여 가상 영상을 반사 또는 굴절시키는 프리즘 등과 같은 광학 수단을 사용하는 기술이 알려져 있다.

도 2 및 도 3은 종래 기술에 의한 증강 현실 구현 장치에 사용되는 광학계의 일예를 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 가상의 영상을 제공하기 위한 증강 현실 화상광은 디스플레이 장치(미도시) 등에서 출사되어 광학 수단의 내면에서 반사된 후 사용자의 동공이 위치하는 영역(eye box)으로 입사하도록 하는 구성을 사용하는데, 이 때 광학 수단의 내면(출사 동공, exit pupil)에서 출사되는 증강 현실 화상광은 도 2에 나타낸 바와 같이 아이박스(eye box)로 입사하지 못하여 사용되지 않는 광이 존재하게 되고 이는 광효율을 저하시키는 요인이 된다.

이는 도 3에 나타낸 바와 같이, 광학 수단의 내부에서 전반사가 일어나는 경우, 출사 동공의 모든 곳에서 모든 방향의 광이 출사되기 때문에 광학 수단으로 입사한 증강 현실 화상광들 중에서 일부는 아이박스로 제대로 입사하지만(0으로 표시), 일부는 아이박스 이외의 방향으로 출사(X로 표시)되기 때문이다.

이와 같이, 종래의 증강 현실 광학 장치에 있어서는 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광 중에서 아이박스로 전달되지 못하는 화상광이 존재하기 때문에, 증강 현실 화상광이 동공으로 전달되는 광 효율을 저하시키는 요인으로 작용하고 있다.

한편, 본 출원인은 도 1과 같은 증강 현실용 광학 장치(100)의 기본 원리에 기초하여 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 기술을 출원한 바 있다.

도 4는 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제10-2019-0173543호(2019.12.24.출원)에 개시된 증강 현실용 광학 장치(200)를 나타낸 도면이다.

도 4의 증강 현실용 광학 장치(200)는 화상 출사부(10), 반사 수단(20) 및 광학 수단(30)을 포함한다.

도 4를 참조하면, 화상 출사부(10)는, 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 출사하는 수단으로서, 증강 현실용 화상을 화면에 표시하는 디스플레이 장치(11)와 디스플레이 장치(11)에서 출사되는 증강 현실 화상광을 시준한 광을 출사하는 콜리메이터(12)로 구성될 수 있다.

반사 수단(20)은, 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공(50)을 향해 반사시켜 전달하는 수단으로서, 광학 수단(30)의 내부에 매립 배치되는 복수개의 반사부(21~29)로 구성되어 있다.

각각의 반사부(21~29)는 반사부들(21~29)로 전달된 증강 현실 화상광을 각각 반사시켜 사용자의 동공(50)으로 전달하도록 화상 출사부(10)와 동공(50)의 위치를 고려하여 광학 수단(30)의 내부에 적절히 배치된다.

한편, 반사부(21~29) 각각은, 앞서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 심도를 깊게 하여 핀홀 효과를 얻을 수 있도록 사람의 동공 크기보다 작은 크기 즉, 8mm 이하로, 보다 바람직하게는 4mm 이하로 형성된다.

또한, 도 4에서 반사 수단(20)은, 복수개의 반사부(21~24)로 구성되는 제1 반사부 그룹(20A)과 복수개의 반사부(25~29)로 구성되는 제2 반사부 그룹(20B)에 의해 구성하되, 제2 반사부 그룹(20B)과 화상 출사부(10)의 거리는 제1 반사부 그룹(20A)과 화상 출사부(10)의 거리보다 크도록 광학 수단(30)의 내부에 매립되어 배치한다. 또한, 제1 반사부 그룹(20A)을 구성하는 반사부(21~24)들은, 화상 출사부(10)로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(30)의 제1 면(31)에 더 가깝도록 광학 수단(30)의 내부에 매립되어 배치되고, 제2 반사부 그룹(20B)을 구성하는 반사부(25~29)들은, 화상 출사부(10)로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(30)의 제1 면(31)에서 더 멀도록 광학 수단(30)의 내부에 매립되어 배치된다.

즉, 반사부(21~29)들은 도 4의 지면 방향 즉, 광학 수단(30)의 측면에서 바라 보았을 때 전체적으로 "C"자 형태에 가까운 곡선 배치 구조를 가지도록 광학 수단(30) 내부에 배치된다.

도 5는 도 4에 나타낸 증강 현실용 광학 장치(200)의 작용을 설명하기 위한 것으로서, 도시된 바와 같이 화상 출사부(10)에서 출사된 증강 현실 화상광이 입사 동공(input pupil)으로 기능하는 광학 수단(30)의 상부를 통해 입사되어, 광학 수단(30)의 제1 면(31) 및 제2 면(32)을 통해 2회 전반사된 후, 반사부(21~25)를 통해 반사된 후 출사 동공(exit pupil)으로 작용하는 광학 수단(30)의 제1 면(31)을 통해 아이박스(eye box)로 전달됨을 알 수 있다. 여기에서, 동공(50)이 위치할 수 있는 아이박스(eye box)와 광학 수단(30)간의 거리는 아이 릴리프(eye relief)가 된다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실 화상광은 반사부(21~25)의 경사각 구조 및 배치 구조에 의하여 모두 아이 박스(eye box)를 향해 전달되므로, 증강 현실 화상광의 광 효율을 현저하게 개선할 수 있음을 알 수 있다.

그러나, 도 4 및 도 5와 같은 구성은, 제조 공정이 복잡하다는 문제가 있다.

도 6은 도 5의 증강 현실용 광학 장치(200)에 사용되는 광학 수단(30)의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 5의 증강 현실용 광학 장치(200)의 광학 수단(30)은 측면에서 보았을 때, 5개의 반사부(21~25)가 배치되어 있는데, 이러한 5개의 반사부(21~25)가 배치된 광학 수단(30)을 제조할 때는 총 6개의 기판(베이스, A~E)이 필요하다.

즉, 하나의 기판 위에 반사부(21~25)를 증착 방식 등에 의해 형성한 후, 각 기판을 서로 접착하는 방식으로 광학 수단(30)을 제조하게 되는데, 도 6에 도시된 바와 같이, 반사부(21~25)가 C자형의 곡선 배치 구조로 형성되도록 각각의 기판(A~E, 베이스)들은 각 반사부(21~25)가 동공 정면 방향에 대해 갖는 상대 각도와 동일하게 형성되어야 한다. 따라서, 각각의 기판(A~E, 베이스)들의 두께가 각각 다 다르기 때문에 제조 공정이 복잡하고 불량률이 높아진다는 문제가 있다.

대한민국 등록특허공보 10-1660519호(2016.09.29 공고)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실 화상광을 동공에 전달하는 광학 소자를 직선 배치 구조로 형성함으로써 광 효율을 개선하고 제조 공정을 단순화할 수 있는 증강 현실용 광학 장치 및 광학 수단의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 직선 배치 광학 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치로서, 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 반사 수단; 및 상기 반사 수단이 매립되어 배치되며, 실제 사물로부터 출사된 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단을 포함하고, 상기 광학 수단은, 상기 반사 수단에서 반사된 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공을 향해 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면을 구비하고, 상기 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 화상 출사부로부터의 거리가 멀수록 상기 광학 수단의 제2 면에 더 가깝게 위치하도록 상기 광학 수단의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 직선 배치 광학 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.

여기에서, 상기 제2 반사부 그룹을 형성하는 반사부들은, 상기 화상 출사부로부터의 거리와 관계없이 상기 광학 수단의 제2 면에 대해 동일한 거리를 가질 수 있다.

또한, 상기 제2 반사부 그룹을 형성하는 반사부들은, 상기 화상 출사부로부터의 거리가 가까울수록 상기 광학 수단의 제2 면에 더 가깝게 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 복수개의 반사부로 직접 전달되거나, 상기 광학 수단의 내면에서 적어도 1회 이상 전반사된 후 상기 복수개의 반사부로 전달되는 것이 바람직하다.

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

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

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

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

또한, 상기 복수개의 반사부들은 상기 x축 방향으로 증강 현실용 광학 장치를 바라 보았을 때의 화상 출사부의 z축 방향으로의 길이보다 길게 연장 형성될 수 있다.

또한, 상기 복수개의 반사 수단은, 상기 복수개의 반사 수단들과 상기 광학 수단의 제1 면과의 거리가 모두 동일하지는 않은 반사 수단이 적어도 하나 이상 존재하도록 광학 수단의 내부에 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 코팅되도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 복수개의 반사부들 중 적어도 일부의 표면은 곡면으로 형성될 수도 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; 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 형성하는 제3 단계; 상기 최상부의 제2 기판 위에 상부 베이스 기판을 접착하여 적층하여 광학 수단 모재를 형성하는 제4 단계; 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 있다.

또한, 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 증강 현실용 광학 장치로서, 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하도록 광학 수단 내에 배치되는 광학 소자; 및 상기 광학 소자가 매립되어 배치되며, 실제 사물로부터 출사된 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단을 포함하고, 상기 광학 수단은, 상기 광학 소자를 통해 전달되는 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공을 향해 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면을 구비하고, 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 상기 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 회절 소자 또는 홀로그래픽 소자이고, 상기 광학 소자는, 단일 평면 형태로 형성되고, 상기 z축 방향에서 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 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.

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

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

도 1은 특허 문헌 1에 개시된 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(100)를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 의한 증강 현실 구현 장치에 사용되는 광학계의 일예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제10-2019-0173543호(2019.12.24.출원)에 개시된 증강 현실용 광학 장치(200)를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 나타낸 증강 현실용 광학 장치(200)의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 증강 현실용 광학 장치(200)에 사용되는 광학 수단(30)의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 증강 현실용 광학 장치(300)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 측면도이다.
도 8은 증강 현실용 광학 장치(300)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 사시도이다.
도 9는 도 7에서 설명한 반사부(21~29)들의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 반사 수단(20)의 다른 배치 구조를 나타낸 것이다.
도 12 및 도 13은 증강 현실용 광학 장치(300)의 전체적인 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(400)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 사시도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(400)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 동공(50)에서 바라 본 정면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(500)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 사시도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(500)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 동공(50)에서 바라 본 정면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(600)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 사시도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(600)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 동공(50)에서 바라 본 정면도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(700)를 동공(50)쪽에서 바라 본 정면도이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(700)를 전술한 바와 같은 z축 방향에서 바라 본 측면도이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(700)를 전술한 바와 같은 y축 방향에서 바라 본 평면도이다.
도 23은 베이스 기판(30A)의 사시도이다.
도 24 및 도 25는 광학 수단 모재(30E)의 측면도 및 사시도이다.
도 26은 제1 기판(30B) 및 제2 기판(30C)의 측면도이다.
도 27은 광학 수단 모재(30E)를 절삭하여 광학 수단(30)을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 28은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(800)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 사시도이다.
도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(800)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 정면도이다.
도 30은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(800)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 측면도이다.
도 31은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(800)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 측면도에서의 광경로를 나타낸 것이다.

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

도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 직선 배치 광학 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치(300, 이하, 간단히 "증강 현실용 광학 장치(300)"라 한다)를 나타낸 도면으로서, 도 7은 증강 현실용 광학 장치(300)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 측면도이고, 도 8은 증강 현실용 광학 장치(300)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 사시도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 증강 현실용 광학 장치(300)는, 반사 수단(20) 및 광학 수단(30)을 포함한다.

화상 출사부(10)는, 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 광학 수단(30)의 반사 수단(20)으로 출사하는 수단으로서, 예컨대 증강 현실용 화상을 화면에 표시함으로써 화면을 통해 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 출사하는 소형의 LCD와 같은 디스플레이 장치(11)와 디스플레이 장치(11)에서 출사되는 증강 현실 화상광을 시준한 시준광을 출사하는 콜리메이터(12)로 구성될 수 있다.

화상 출사부(10)에서 콜리메이터(12)는 필수적인 것은 아니며 생략할 수 있다. 또한, 콜리메이터(12)와, 디스플레이 장치(11)로부터 출사되는 증강 현실 화상광을 반사, 굴절 또는 회절시켜서 광학 수단(30)의 반사 수단(20)을 향해 전달하는 다른 반사 수단, 굴절 수단 또는 회절 수단 중 적어도 어느 하나의 조합으로 구성되는 기타 다양한 광학 소자를 사용할 수도 있다.

이러한 화상 출사부(10) 자체는 본 발명의 직접적인 목적이 아니며 종래 기술에 의해 알려져 있는 것이므로 여기에서는 상세 설명은 생략한다.

한편, 증강 현실용 화상이라 함은, 화상 출사부(10)의 디스플레이 장치(11)의 화면에 표시되어 반사 수단(20)을 통해 사용자의 동공(50)으로 전달되는 가상 화상을 의미하며, 이미지 형태의 정지 영상이거나 동영상과 같은 것일 수 있다.

이러한 증강 현실용 화상은 화상 출사부(10)에서 증강 현실용 화상에 상응하는 증강 현실 화상광으로 출사되어, 반사 수단(20)을 통해 사용자의 동공(50)으로 전달됨으로써 사용자에게 가상 화상을 제공하게 되고, 이와 동시에 사용자는 광학 수단(30)을 통해 실제 세계에 존재하는 실제 사물로부터 출사되는 화상광인 실제 사물 화상광을 눈으로 직접 응시함으로써 증강 현실 서비스를 제공받게 된다.

도 7 및 도 8의 실시예는 광학 수단(30)의 내면에서 1회 전반사되는 구성을 나타내었으므로, 화상 출사부(10)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 광학 수단(30)의 상부에서 광학 수단(30)의 제2 면(32)을 향해 증강 현실 화상광을 출사하도록 배치되지만, 이는 예시적인 것이며, 전반사 구조를 사용하지 않거나 2회 이상의 전반사를 사용하는 경우 화상 출사부(10)는 다른 위치에 다른 각도를 가지고 배치될 수 있다. 즉, 화상 출사부(10)는 전반사 구조의 사용 여부, 전반사의 횟수, 반사 수단(20)의 위치, 반사 수단(20)의 동공에 대한 각도 및 동공(50)의 위치 등을 고려하여 광학 수단(30)의 내부 또는 외부의 적절한 위치에 배치될 수 있다.

다음으로, 반사 수단(20)과 광학 수단(30)에 대해 설명한다.

우선, 광학 수단(30)에 대해 설명한다.

광학 수단(30)은 반사 수단(20)이 매립되어 배치되며, 실제 사물로부터 출사된 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(30)은, 유리 또는 플라스틱 재질 및 기타 합성 수지재의 렌즈로 형성할 수 있고, 다양한 굴절률 및 투명도를 가질 수 있다.

광학 수단(30)은, 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공(50)을 향해 출사되는 제1 면(31)과, 상기 제1 면(31)에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면(32)을 구비하며, 반사 수단(20)은 상기 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이의 내부 공간에 매립되어 배치된다.

도 7 및 도 8에서, 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32)은 서로 평행하게 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이며 서로 평행하지 않도록 구성할 수도 있다.

또한, 도 7 및 도 8에서, 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32)은 모두 평면으로 형성되어 있으나, 제1 면(31)과 제2 면(32) 중 적어도 어느 하나는 곡면으로 형성할 수도 있다. 즉, 제1 면(31) 또는 제2 면(32) 중 어느 하나를 곡면으로 형성하거나 제1 면(31) 및 제2 면(32) 모두를 곡면으로 형성할 수 있다.

여기에서, 상기 곡면은 오목면 또는 볼록면일 수 있는데, 오목면이라 함은, 해당 면을 정면에서 보았을 때 중앙 부분이 가장자리 부분보다 얇게 형성되어 오목하게 된 것을 의미하며, 볼록면이라 함은 해당 면을 정면에서 보았을 때 중앙 부분이 가장자리 부분보다 두껍게 형성되어 볼록하게 돌출된 것을 의미하는 것으로 한다.

다음으로, 반사 수단(20)에 대해 설명한다.

반사 수단(20)은, 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실용 화상에 상응하는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공(50)을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 가상 화상인 증강 현실용 화상을 제공하는 수단이다.

반사 수단(20)은 광학 수단(30)의 내부에 매립되어 배치되는 크기 4mm 이하의 복수개의 반사부(21~29)를 포함하며, 이하에서 반사 수단(20)은 복수개의 반사부(21~29) 전체 및 후술하는 반사부 그룹(20A,20B,20C) 전체를 통칭하는 것으로 한다.

반사부(21~29)들은, 전술한 바와 같은 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이의 내부 공간에 매립되어 배치된다.

한편, 도 7 및 도 8의 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 1회 전반사된 후 반사부(21~29)들로 전달되는 것으로 나타내었으나, 이는 예시적인 것이며, 전반사를 사용하지 않고 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실 화상광이 광학 수단(30)의 내부를 통해 반사부(21~29)들로 직접 전달되거나 광학 수단(30)의 내면에서 2회 이상 전반사된 후 반사부(21~29)들로 전달되도록 할 수도 있음은 물론이다.

도 7 및 도 8의 실시예에서, 복수개의 반사부(21~29)들은 각 반사부들(21~29)로 전달된 증강 현실 화상광을 각각 반사시켜 사용자의 동공(50)으로 전달하도록 화상 출사부(10)와 동공(50)의 위치를 고려하여 광학 수단(30)의 내부에 적절히 배치된다.

도 7 및 도 8에서와 같이, 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실 화상광이 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 1회 전반사되어 반사부(21~29)로 전달되는 구성을 사용하는 경우, 화상 출사부(10)로부터 광학 수단(30)의 제2 면(32)으로 입사하는 증강 현실 화상광과 제2 면(32)에서 전반사되어 반사부(21~29)들로 출사하는 증강 현실 화상광 그리고 동공(50)의 위치를 고려하여 반사부(21~29)들의 경사각을 적절하게 배치한다.

즉, 반사부(21~29) 각각은, 사람의 일반적인 동공 크기보다 작은 크기 즉, 8mm 이하, 보다 바람직하게는 4mm 이하로 형성되는데, 이에 의해 반사부(21~29) 각각을 통해 동공으로 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(pin hole effect)를 발생시킬 수 있다.

여기에서, 반사부(21~29) 각각의 크기는, 각 반사부(21~29)의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이를 의미하는 것으로 정의한다.

또한, 반사부(21~29) 각각의 크기는, 동공(50)과 반사부(21~29) 사이의 직선에 수직하면서 동공(50)의 중심을 포함하는 평면에 각 반사부(21~29)를 투영한 정사영의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이일 수 있다.

한편, 반사부(21~29)들 각각은 증강 현실 화상광이 다른 반사부(21~29)에 전달되는 것을 차단하지 않도록 배치되어야 한다. 이를 위하여, 본 실시예에서는, 반사부(21~29)를 다음과 같이 구성하여 배치한다.

우선, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 광학 수단(30)을 사용자의 동공(50) 정면에 두고 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 할 때, 화상 출사부(10)는 x축과 직교하는 직선상에 위치하도록 광학 수단(30)의 외부 또는 내부에 배치된다.

이 때, 화상 출사부(10)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, 이들 x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때,

상기 복수개의 반사부(21~29)들 중 적어도 2 이상의 반사부들(26~29)은,

외부에서 상기 z축에 수직한 면을 향해 광학 수단(30)을 바라보았을 때 그 중심이 하나의 직선(이를 "제1 직선"이라 한다) 상에 위치하도록 광학 수단(30) 내부에 배치되는 제1 반사부 그룹(20A)을 형성한다.

또한, 상기 제1 반사부 그룹(20A)을 형성하는 반사부(26~29)들을 제외한 나머지 반사부(21~25)들 중 적어도 2 이상의 반사부(21~25)는, 외부에서 상기 z축에 수직한 면을 향해 광학 수단(30)을 바라보았을 때 그 중심이 상기 제1 직선과 평행하지 않은 또 다른 직선(이를 "제2 직선"이라 한다) 상에 위치하도록 광학 수단(30) 내부에 배치되는 제2 반사부 그룹(20B)을 형성한다.

여기에서, 상기 제1 반사부 그룹(20A)을 구성하는 반사부(26~29)들은, 화상 출사부(10)로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(30)의 제2 면(32)에 더 가깝게 배치된다.

또한, 상기 제2 반사부 그룹(20B)을 구성하는 반사부(21~25)들은, 화상 출사부(10)로부터의 거리와 관계없이 광학 수단(30)의 제2 면(32)에 대해 동일한 거리를 가지거나, 화상 출사부(10)로부터의 거리가 가까울수록 광학 수단(30)의 제2 면(32)에 더 가깝게 배치될 수 있다.

여기에서, 상기 제1 직선 및 제2 직선은 상기 z축에 수직한 어느 하나의 평면에 포함될 수 있다. 이는, 제1 반사부 그룹(20A)과 제2 반사부 그룹(20B)을 형성하는 복수개의 반사부들이 z축에 수직한 어느 하나의 평면에 포함되도록 광학 수단(30) 내부에 배치된다는 것을 의미한다.

즉, 도 7 및 도 8의 실시예를 참조하면, 광학 수단(30)을 동공(50) 정면에 두고 도 7에서와 같이 외부에서 z축에 수직한 면을 향해 광학 수단(30)을 바라보았을 때(광학 수단(30)을 도 7에서의 지면 방향으로 바라보았을 때), 반사부 그룹(20A)을 구성하는 반사부(26~29)들의 중심을 연결한 선이 제1 직선을 형성하고, 반사부 그룹(20B)을 구성하는 반사부(21~25)들의 중심을 연결한 선 또한 제2 직선을 형성하되, 제1 직선과 제2 직선은 서로 평행하지 않도록 배치된다.

도 9는 도 7에서 설명한 반사부(21~29)들의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 전술한 바와 같이, 반사 수단(20)은 제1 반사부 그룹(20A)과 제2 반사부 그룹(20B)의 2개의 반사부 그룹의 집합으로 구성되며, 제1 반사부 그룹(20A)은 복수개의 반사부(26~29)로, 제2 반사부 그룹(20B)은 복수개의 반사부(21~25)를 각각 포함한다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 반사부 그룹(20A)을 구성하는 반사부(26~29)들의 중심을 가상의 선으로 연결하면 직선 A(제1 직선)를 이루고, 제2 반사부 그룹(20B)을 구성하는 반사부(21~25)들의 중심을 가상의 선으로 연결하면 직선 B(제2 직선)를 이루며, 직선 A와 직선 B는 서로 평행하지 않도록 반사부(21~29)들이 광학 수단(30) 내부에서 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이의 공간에 배치됨을 알 수 있다.

이 때, 제1 반사부 그룹(20A)을 구성하는 반사부(26~29)들은, 화상 출사부(10)로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(30)의 제2 면(32)에 더 가깝게 배치되어 있고, 제2 반사부 그룹(20B)을 구성하는 반사부(21~25)들은, 화상 출사부(10)로부터의 거리와 관계없이 광학 수단(30)의 제2 면(32)에 대해 동일한 거리를 가지도록 배치되어 있음을 알 수 있다.

도 7 내지 도 9에서는, 2개의 반사부 그룹(20A,20B)으로 반사 수단(20)이 구성된 경우를 나타내었으나, 이는 예시적인 것이며 3 이상의 반사부 그룹으로 반사 수단(20)을 구성하여 반사부(21~29)들의 중심을 연결한 직선이 3개 이상이 되도록 형성하도록 할 수도 있음은 물론이다.

도 10 및 도 11은 반사 수단(20)의 다른 배치 구조를 나타낸 것이다.

도 10을 참조하면, 반사 수단(20)은 3개의 반사부 그룹(20A,20B,20C)의 집합으로 구성되고, 각 반사부 그룹(20A,20B,20C)을 구성하는 반사부들은 모두 광학 수단(30)의 측면에서 볼 때 각 반사부들의 중심을 연결한 선이 3개의 직선을 이루도록 배치되어 있음을 알 수 있다.

이 때, 반사부 그룹(20C)을 구성하는 반사부들은, 화상 출사부(10)로부터의 거리에 관계없이 광학 수단(30)의 제2 면(32)에 대해 동일한 거리를 갖지만, 반사부 그룹(20B)을 구성하는 반사부들은 반사부 그룹(20A)을 구성하는 반사부들과 마찬가지로 화상 출사부(10)로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(30)의 제2 면(32)에 더 가깝게 배치되어 있음을 알 수 있다.

이 경우는, 화상 출사부(10)로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(30)의 제2 면(32)에 더 가깝게 배치되는 반사부들로 구성되는 반사부 그룹(20A)이 복수개 존재하는 경우로 볼 수 있다. 다만, 이 경우에도 각 반사부 그룹(20A,20B)을 구성하는 직선들은 서로 평행하지 않도록 배치된다.

도 11의 경우에도, 반사 수단(20)은 3개의 반사부 그룹(20A,20B,20C)의 집합으로 구성되고, 각 반사부 그룹(20A,20B,20C)을 구성하는 반사부들은 모두 광학 수단(30)의 측면에서 볼 때 각 반사부들의 중심을 연결한 선이 3개의 직선을 이루도록 배치되어 있음을 알 수 있다.

도 11에서는, 반사부 그룹(20A)을 구성하는 반사부들은 화상 출사부(10)로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(30)의 제2 면(32)에 더 가깝게 배치되어 있으며, 반사부 그룹(20B)을 구성하는 반사부들은 화상 출사부(10)로부터의 거리에 관계없이 광학 수단(30)의 제2 면(32)에 대해 동일한 거리를 가지도록 배치되어 있다.

또한, 반사부 그룹(20C)을 구성하는 반사부들은, 화상 출사부(10)로부터의 거리가 가까울수록 광학 수단(30)의 제2 면(32)에 더 가깝게 배치되어 있음을 알 수 있다.

한편, 상기 실시예들에 있어서, 각 반사부 그룹(20A,20B,20C)의 반사부들의 중심을 연결한 직선들은 서로 연결되도록 반사부들이 배치되는 것이 바람직하지만, 반드시 서로 연결되어 있을 필요는 없다.

도 12 및 도 13은 증강 현실용 광학 장치(300)의 전체적인 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도 12 및 도 13은, 광학 수단(30)의 내부에서 1회 전반사가 이루어지는 경우를 예시적으로 나타낸 것으로서, 설명의 편의를 위해 반사부(21~25)는 5개만을 나타내었다.

도 12의 (a),(b),(c)를 참조하면, 서로 다른 각도의 증강 현실 화상광이 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 전반사된 후, 앞서 설명한 바와 같은 경사각 및 배치 구조를 갖는 반사부(21~25)들에 의해 아이박스(eye box)로 전달됨을 알 수 있다.

도 12의 (a)에서는 반사부(21~23)가 사용되고, 도 12의 (b)에서는 반사부(22~24)가 사용되고, 도 12의 (c)에서는 반사부(23~25)들이 사용되며, 이들은 증강 현실 화상광의 광 경로의 입사각 즉, 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실 화상광의 광 경로의 출사각에 각각 상응하여 증강 현실 화상광을 아이박스(eye box)로 전달한다.

이 때, 아이박스(eye box)는, 화상 출사부(10)에서 나오는 그대로의 증강 현실 화상광을 보는데 있어서 사용자의 동공(50)이 위치할 수 있는 최대 공간이라고 볼 수 있으며, 광학 수단(30)의 제2 면(32)은 인풋(input) 면으로 작용하고 이들을 통해 전반사된 증강 현실 화상광은 반사부(21~25)를 통해 모두 아이박스 방향으로 출사된다.

한편, 도 13은 도 12의 (a),(b),(c)에서 나타낸 증강 현실 화상광을 함께 나타낸 것으로서, 화상 출사부(10)에서 출사된 증강 현실 화상광이 입사 동공(input pupil)으로 기능하는 광학 수단(30)의 상부를 통해 입사되어, 광학 수단(30)의 제2 면(32)을 통해 전반사된 후, 반사부(21~25)를 통해 반사되어 출사 동공(exit pupil)으로 작용하는 광학 수단(30)의 제1 면(31)을 통해 아이박스(eye box)로 전달됨을 알 수 있다. 여기에서, 동공(50)이 위치할 수 있는 아이박스(eye box)와 광학 수단(30)간의 거리는 아이릴리프(eye relief)가 된다.

도 12 및 도 13에서 나타낸 바와 같이, 화상 출사부(10)로부터 출사되어 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 전반사된 증강 현실 화상광은 전술한 바와 같은 반사부(21~25)의 경사각 구조 및 배치 구조에 의하여 모두 아이 박스(eye box)를 향해 전달되므로, 증강 현실 화상광의 광 효율을 현저하게 개선할 수 있음을 알 수 있다.

도 14 및 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(400)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 14는 증강 현실용 광학 장치(400)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 사시도이고 도 15는 증강 현실용 광학 장치(400)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 동공(50)에서 바라 본 정면도이다.

도 14 및 도 15의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(400)는, 전술한 실시예의 증강 현실용 광학 장치(300)와 기본적인 구성은 동일하되, 복수개의 반사부(21~29)로 구성되는 반사 수단(201~207)이 복수개 형성된 것을 특징으로 한다.

여기에서, 복수개의 반사 수단(201~207)은, 다음과 같은 배치 구조를 갖는다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 광학 수단(30)을 사용자의 동공(50) 정면에 두었을 때, 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부(10)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 반사 수단(201~207)들은 z축 방향을 따라 평행하게 간격을 두고 배치된다.

여기에서, 반사 수단(201~207)들은 반드시 동일한 간격을 가질 필요는 없다.

또한, 반사 수단(201~207)을 구성하는 반사부(21~29)들의 갯수는 모두 동일할 필요는 없다.

또한, 각각의 반사 수단(201~207)은, 각 반사 수단(201~207)을 구성하는 각각의 반사부(21~29)들이, 인접하는 반사 수단(201~207)을 구성하는 반사부(21~29)들 중 어느 하나와 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하도록 배치될 수 있다. 이 때, 복수개의 반사 수단(201~207)들을 외부에서 z축에 수직한 면쪽으로 보면 도 7에 나타낸 바와 동일하게 보이게 된다.

도 14 및 도 15의 실시예에 의하면, 앞서 설명한 바와 같은 작용 효과를 가지면서 시야각과 z축 방향의 아이박스(eye box)를 넓힐 수 있는 장점이 있다.

도 16 및 도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(500)를 나타낸 것으로서, 도 16은 증강 현실용 광학 장치(500)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 사시도이고, 도 17은 증강 현실용 광학 장치(500)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 동공(50)에서 바라 본 정면도이다.

도 16 및 도 17의 실시예는 도 14 및 도 15의 실시예와 기본적으로 동일하되, 각 반사 수단(201~207)을 구성하는 각각의 반사부(21~28 또는 21~29)들이, 인접하는 반사 수단(201~207)을 구성하는 모든 반사부(21~28 또는 21~29)들과 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하지 않도록 배치된다는 점에서 차이가 있다.

즉, 도 17에 나타낸 바와 같이, z축의 왼쪽 방향으로부터 서로 인접하는 첫번째 반사 수단(201)의 반사부(21~29)들과 두번째 반사 수단(202)의 반사부(21~28)들을 y축 방향의 위쪽(화상 출사부(10)쪽)으로부터 순서대로 비교해 보면, 첫번째 반사 수단(201)의 각각의 반사부(21~29)들은 두번째 반사 수단(202)의 모든 반사부(21~28)들과 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하지 않도록 배치되어 있음을 알 수 있다. 즉, 첫번째 반사 수단(201)의 반사부(21~29)들과 두번째 반사 수단(202)의 반사부(21~28)들은 z축에 평행하게 나란히 정렬되어 있지 않고 서로 엇갈리게 배치되어 있음을 알 수 있다.

도 18 및 도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(600)의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 18은 증강 현실용 광학 장치(600)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 사시도이고, 도 19는 증강 현실용 광학 장치(600)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 동공(50)에서 바라 본 정면도이다.

도 18 및 도 19의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(600)는, 도 7 내지 도 13을 참조하여 설명한 실시예의 증강 현실용 광학 장치(300)와 기본적으로 동일하되, 각 반사부(21~29)들이 z축 방향을 따라 바(bar) 형태로 연장 형성된 것을 특징으로 한다.

여기에서, 각 반사부(21~29)들은, 다음과 같은 배치 구조를 갖는다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 광학 수단(30)을 사용자의 동공(50) 정면에 두고 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부(10)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 하면, 복수개의 반사부(21~29)들은 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 연장된 바(bar) 형태로 형성된다. 본 실시예의 경우에도, 광학 수단(30)을 외부에서 z축에 수직한 면을 향해 보았을 때 각 반사부(21~29)들의 형태는 도 7에 나타낸 바와 동일하게 보이게 된다.

여기에서, 복수개의 반사부(21~29)들은 동공(50)에서 증강 현실용 광학 장치(600)를 바라보았을 때 즉, x축 방향으로 증강 현실용 광학 장치(600)를 바라 보았을 때의 화상 출사부(10)의 z축 방향으로의 길이보다 길게 연장 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예의 경우, 반사부(21~29)들을 x축 방향 즉, 동공(50)에서 바라 보았을 때의 크기는 4mm 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 반사부(21~29)들의 크기는 y축 방향으로의 크기를 의미한다.

도 20 내지 도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(700)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 20은 증강 현실용 광학 장치(700)를 동공(50)쪽에서 바라 본 정면도이고, 도 21은 증강 현실용 광학 장치(700)를 전술한 바와 같은 z축 방향에서 바라 본 측면도이고, 도 22는 증강 현실용 광학 장치(700)를 전술한 바와 같은 y축 방향에서 바라 본 평면도이다.

도 20 내지 도 22에 나타낸 증강 현실용 광학 장치(700)는 도 14 및 도 15의 증강 현실용 광학 장치(400)와 동일하게 반사 수단(201~205)이 복수개로 구성되지만, 각 반사 수단(201~205)과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리가 모두 동일하지는 않도록 광학 수단(30) 내부에 배치되는 반사 수단(201~205)이 적어도 하나 이상 존재한다는 점에서 차이가 있다.

즉, 전술한 바와 같이, 증강 현실용 광학 장치(700)를 사용자의 동공(50) 정면에 두고 동공(50)에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부(10)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이를 지나는 선분 중 어느 하나를 y축이라 하고, x축 및 y축과 직교하는 선분을 z축이라 할 때, 각 반사 수단(201~205)과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리가 모두 동일하지는 않도록 배치되는 반사 수단(201~205)이 적어도 하나 이상 존재하도록 반사 수단(201~205)들이 배치된다.

이는 바꾸어 말하면, 도 21에 나타낸 바와 같이, 복수개의 반사 수단(201~205) 중 적어도 일부는 외부에서 z축에 수직한 면을 향해 광학 수단(30)을 바라 보았을 때 겹쳐보이지 않도록 배치된다는 것을 의미한다.

도 20 내지 도 22의 실시예에서는, 녹색으로 나타낸 2개의 반사 수단(201,205)과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리, 검은색으로 나타낸 2개의 반사 수단(202,204)과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리, 붉은 색으로 나타낸 1개의 반사 수단(203)과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리는 서로 상이하도록 배치된다.

여기에서, 녹색으로 나타낸 2개의 반사 수단(201,205) 각각과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리는 동일하고, 검은색으로 나타낸 2개의 반사 수단(202,204) 각각과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리는 동일한 것으로 나타내었으나 이는 예시적인 것이며, 모든 반사 수단(201~205)들과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리를 전부 상이하게 배치할 수도 있음은 물론이다.

한편, 상기 실시예들에 있어서, 각 반사부(21~29)들의 적어도 일부의 크기는 다른 반사부(21~29)들과 다르게 구성할 수도 있다. 이러한 경우에도, 각 반사부(21~29)들의 크기는 전술한 바와 같이 4mm 이하로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 각 반사부(21~29)들은 동일한 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하지만, 적어도 일부의 반사부(21~29)들의 간격을 다른 반사부(21~29)들의 간격과 다르도록 배치할 수도 있다.

또한, 적어도 일부의 반사부(21~29)들의 x축에 대한 경사각을 다른 반사부(21~29)들과 다르도록 구성할 수도 있다.

또한, 각 반사부(21~29)들의 적어도 일부는 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러와 같은 수단으로 구성할 수도 있다.

또한, 반사부(21~29)들의 적어도 일부는, 반사 수단 이외의 기타 굴절 소자 로 형성할 수도 있다.

또한, 반사부(21~29)들의 적어도 일부는 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터 등과 같은 광학 소자로 구성될 수 있다.

또한, 반사부(21~29)들 중 적어도 일부는, 증강 현실 화상광을 반사시키는 면의 반대면에 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅될 수도 있다.

또한, 반사부(21~29)들 중 적어도 일부의 표면을 곡면으로 형성할 수도 있다. 여기에서, 상기 곡면은 오목면 또는 볼록면일 수 있다.

또한, 반사부(21~29)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 23 내지 도 27을 참조하여 상기 실시예에서 설명한 증강 현실용 광학 장치(300~700)의 광학 수단(30)을 제조하는 방법에 대해 설명한다.

도 23은 하부 베이스 기판(30A)의 사시도이고, 도 24는 광학 수단 모재(30E)의 측면도이고, 도 25는 광학 수단 모재(30E)의 사시도이고, 도 26은 제1 기판(30B) 및 제2 기판(30C)의 측면도이고, 도 27은 광학 수단 모재(30E)를 절삭하여 광학 수단(30)을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

상기 실시예에서 설명한 증강 현실용 광학 장치(300~700)의 광학 수단(30)은 하부 베이스 기판(30A), 제1 기판(30B), 제2 기판(30C) 및 상부 베이스 기판(30D)을 적층하여 광학 수단 모재(30E)를 형성하고, 광학 수단 모재(30E)를 절삭하는 공정을 통해 제조된다.

이를 위하여, 우선, 도 23에 나타낸 바와 같이, 하부 베이스 기판(30A)의 표면에 제1 방향을 따라 복수개의 반사부(20)들을 형성한다.

여기에서, 하부 베이스 기판(30A)은 대체로 직육면체의 형상을 가지지만 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 도 24 및 도 25에 나타낸 바와 같이, 하부 베이스 기판(30A)의 표면 위에 복수개의 제1 기판(30B)들을 순차적으로 접착하여 적층하되, 복수개의 제1 기판(30B) 각각의 표면에 상기 제1 방향에 평행한 방향을 따라 복수개의 반사부(20)를 형성한다.

여기에서, 복수개의 제1 기판(30B) 각각에 형성되는 반사부(20)들은, 외부로부터 제1 방향에 수직한 면을 향해 제1 기판(30B)을 바라보았을 때(도 24의 지면 방향으로 제1 기판(30B)을 바라보았을 때), 제1 기판(30B) 각각의 표면에 형성된 반사부(20)들의 중심을 연결한 선이 직선을 이루도록 제1 기판(30B) 각각의 표면에 형성된다.

이러한 과정을 통해 복수개의 제1 기판(30B)의 적층이 모두 완료되면, 최상부의 제1 기판(30B) 위에 복수개의 제2 기판(30C)을 마찬가지 방식으로 순차적으로 접착하여 적층하되, 복수개의 제2 기판(30C) 각각의 표면에 상기 제1 방향에 평행한 방향을 따라 반사부(20)를 형성하여 광학 수단 모재(30E)를 형성한다.

여기에서, 복수개의 제2 기판(30C) 각각에 형성되는 반사부(20)들은, 외부로부터 상기 제1 방향에 수직한 면을 향해 상기 제2 기판(30C)을 바라보았을 때(도 24의 지면 방향으로 제2 기판(30C)을 바라보았을 때), 제2 기판(30C) 각각의 표면에 형성된 반사부(20)들의 중심을 연결한 선이 직선을 이루도록 제2 기판(30C) 각각의 표면에 형성된다.

이 때, 상기 제1 기판(30B)에 형성된 반사부(20)들의 중심을 연결한 직선과 상기 제2 기판(30C)에 형성된 반사부(20)들의 중심을 연결한 직선은 서로 평행하지 않도록 반사부(20)들이 배치된다.

또한, 복수개의 제1 기판(30B)은 서로 동일한 형상을 가지고, 복수개의 제2 기판(30C)들 또한 서로 동일한 형상을 갖는다.

또한, 복수개의 제1 기판(30B)들과 복수개의 제2 기판(30C)들은 서로 다른 형상을 갖는다.

또한, 도 26의 (a)에 나타낸 바와 같이, 제1 기판(30B)들은, 제1 방향에 수직한 면을 향해 제1 기판(30B)를 바라보았을 때, 각각의 제1 기판(30B)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 26의 (b)에 나타낸 바와 같이, 제2 기판(30C)들은, 제1 방향에 수직한 면을 향해 제2 기판(30C)를 바라보았을 때, 각각의 제2 기판(30C)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(30B)과 제2 기판(30C)은 서로 다른 형상이므로, HB1≠HC1이고, HB2≠HC2가 된다. 또한, HB1≠HC1이고, HB2=HC2일 수도 있으며, HB1=HC1이고, HB2≠HC2일 수도 있다.

한편, 반사부(20)들을 하부 베이스 기판(30A), 제1 기판(30B) 및 제2 기판(30C)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(30C)들까지 모두 적층이 완료되면, 최상층의 제2 기판(30C)위에 상부 베이스 기판(30D)를 접착하여 적층함으로써, 도 24 및 도 25에 나타낸 바와 같은 광학 수단 모재(30E)를 형성한다.

여기에서, 하부 베이스 기판(30A), 제1 기판(30B), 제2 기판(30C) 및 상부 베이스 기판(30D)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(30A), 제1 기판(30B), 제2 기판(30C) 및 상부 베이스 기판(30D)들은 서로 동일한 굴절률을 갖는 유리 또는 플라스틱 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 과정을 통해, 광학 수단 모재(30E)가 형성되면, 이를 절삭하여 광학 수단(30)을 형성한다.

즉, 도 27에 나타낸 바와 같이, 반사부(20)들이 배치된 제1 방향에 수직한 면을 향해 광학 수단 모재(30E)를 바라보았을 때 반사부(20)들이 그 사이에 모두 포함되도록 하는 서로 평행한 2개의 직선(L1,L2)을 따라 제1 방향에 평행한 방향으로 광학 수단 모재(30E)를 절삭한다.

이 때, 상기 2개의 직선(L1,L2)을 따라 제1 방향에 평행한 방향으로 절삭된 면은 앞서 설명한 바와 같은 광학 수단(30)의 제1 면(31) 및 제2 면(32)이 되고, 이러한 2개의 직선(L1,L2)에 수직한 법선 방향에 동공(50)이 위치하도록 광학 수단(30)을 배치하면, 예컨대 도 7과 같은 형태의 증강 현실용 광학 장치(300)를 얻을 수 있다. 따라서, 각 반사부(20)들이 동공(50)으로부터 정면 방향(도 7에서 x축 방향)에 대해 갖는 경사각은 각각의 기판(30A,30B,30C)들의 경계면에 의해 규정될 수 있다.

그리고, 다시 2개의 직선(L3,L4)를 따라 제1 방향에 평행한 방향으로 다시 광학 수단 모재(30E)를 절삭하여 최종적으로 광학 수단(30)을 형성한다. 여기에서, 상기 2개의 직선(L3,L4)을 따라 제1 방향에 평행한 방향으로 절삭된 면은 광학 수단(30)을 동공(50) 정면에 두었을 때 광학 수단(30)의 상면 및 하면에 상응하는 면이 된다.

이와 같은 제조 방법에 의하면, 서로 동일한 형상을 갖는 복수개의 제1 기판(30B) 및 서로 동일한 형상을 갖는 복수개의 제2 기판(30C)를 이용하여 광학 수단(30)을 형성할 수 있으므로, 앞서 도 6에서 설명했던 종래의 제조 방식에 비하여 제조 공정이 단순하므로 불량률을 현저히 줄일 수 있다는 장점이 있다.

한편, 도 23 내지 도 27의 실시예에서는, 하부 베이스 기판(30A)에 반사부(20)를 형성한 후, 복수개의 제1 기판(30B) 각각마다 반사부(20)를 형성하면서 제1 기판(30B)을 순차적으로 접착하여 적층하고, 복수개의 제2 기판(30C) 각각마다 반사부(20)를 형성하면서 제2 기판(30C)을 순차적으로 접착하여 적층하는 방식을 사용하였으나, 이는 예시적인 것이다.

예컨대, 각 기판(30A,30B,30C)마다 반사부(30)들을 미리 형성해 두고, 반사부(30)가 형성된 기판(30A,30B,30C)들을 순차적으로 접착하여 적층하는 방식을 사용할 수도 있음은 물론이다.

다음으로, 도 28 내지 도 30을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(800)에 대해 설명한다.

도 28 내지 도 31은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 직선 배치 반사 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치(800)를 나타낸 도면으로서, 도 28은 증강 현실용 광학 장치(800)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 사시도이고, 도 29는 증강 현실용 광학 장치(800)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 정면도이고, 도 30은 증강 현실용 광학 장치(800)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 측면도이고, 도 31은 증강 현실용 광학 장치(800)를 동공(50) 정면에 두었을 때의 측면도에서의 광경로를 나타낸 것이다.

도 28 내지 도 31의 실시예에서, 화상 출사부(10) 및 광학 수단(30)은 앞서 설명한 바와 동일하고, 복수개의 반사부(20) 대신 광학 소자(60)를 사용한다는 점에서 차이가 있다.

도 28 내지 도 31의 실시예에서, 광학 소자(60)는 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공(50)을 향해 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하도록 광학 수단(30) 내에 배치된다.

이러한 광학 소자(60)는, 전술한 실시예에서 설명한 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(300~700) 내에 배치된 복수개의 반사부(20)들을 서로 연결하여 구성되는 3차원 공간면 전체에 상응하는 공간 배치 구조를 가지며, 회절 소자(DOE, Diffractive Optical Element) 또는 홀로그래픽 소자(HOE, Holographic Optical Element)로 형성된다.

광학 소자(60)는, 도 28 내지 도 31에 나타낸 바와 같이, 단일 평면 형태로 형성되고, 상기 단일 평면 형태의 광학 소자는 z축 방향에서 광학 수단(30)을 바라보았을 때 서로 평행하지 않은 적어도 2 이상의 직선이 연결된 형태로 절곡되어 보이도록 광학 수단(30) 내부에 배치된다.

회절 소자(DOE) 또는 홀로그래픽 소자(HOE)는 실제 사물 화상광을 투과 및 반사시키는 성질을 가지므로 광학 소자(60)는 증강 현실 화상광을 동공(50)으로 전달하는 동시에 광학 소자(60)를 투과하여 실제 사물 화상광을 동공(50)으로 전달할 수 있다. 다만, 실제 사물 화상광에 대한 광효율은 다소 떨어질 수 있다.

이러한 광학 소자(60)를 사용하는 경우, 불연속적으로 일정한 주기로 배치되는 앞서 설명한 실시예들의 반사부(20)에 비해 보다 균일한 증강 현실 화상을 제공할 수 있으며, 광학 소자(60)의 평면 구조를 따라 연장한 선에 의해 구성되는 2개의 기판만을 사용하여 제조할 수 있으므로 제조 공정이 훨씬 간편하다는 장점을 갖는다.

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(30)의 제1 면(31)에 부착하는 방법을 사용할 수 있다. 이 때, 부착되는 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈는 광학 수단(30)과 일체로 형성하거나, 별도의 모듈로 구성하여 착탈식으로 결합가능하도록 구성할 수 있다.

100,200...종래의 증강 현실용 광학 장치
300,400,500,600,700,800...직선 배치 광학 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치
10...화상 출사부
20...반사 수단
20A, 20B, 20C...반사부 그룹
21~29...반사부
30...광학 수단
31...광학 수단(30)의 제1 면
32...광학 수단(30)의 제2 면
30A...하부 베이스 기판
30B...제1 기판
30C...제2 기판
30D...상부 베이스 기판
30E...광학 수단 모재
40...프레임부
50...동공
60...광학 소자

Claims

직선 배치 광학 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치로서,
화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하도록 광학 수단 내에 배치되는 광학 소자; 및
상기 광학 소자가 매립되어 배치되며, 실제 사물로부터 출사된 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단
을 포함하고,
상기 광학 수단은, 상기 광학 소자를 통해 전달되는 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공을 향해 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면을 구비하고,
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 상기 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 회절 소자 또는 홀로그래픽 소자이고,
상기 광학 소자는, 단일 평면 형태로 형성되고, 상기 z축 방향에서 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 증강 현실용 광학 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실 화상광은, 상기 광학 수단의 내부를 통해 상기 광학 소자로 직접 전달되거나, 상기 광학 수단의 내면에서 적어도 1회 이상 전반사된 후 상기 광학 소자로 전달되는 것을 특징으로 하는 직선 배치 광학 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치.