WO2018048017A1 - 반사 렌즈 모듈 - Google Patents

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WO2018048017A1
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하정훈
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Definitions

  • the present invention relates to a reflective lens module, and more particularly to a reflective lens module that can provide a deep image to the user.
  • Augmented Reality is a technology that superimposes a virtual screen (virtual world) on the real world that the user sees with eyes.Augmented reality is initially mixed because it shows a virtual world with additional information in real time. It was called reality.
  • augmented reality began to be studied based on the development of see-through HMD (Head Mounted Display), which has a different meaning from virtual reality.
  • Virtual reality allows the user to immerse in the virtual environment, so that the user cannot see the real environment, while augmented reality has a form in which the user can see the real environment and a mixture of real environment and virtual objects.
  • virtual reality is shown to the user as a substitute for the real world, but augmented reality is different in that it is supplemented to the real world and shown to the user by superimposing virtual objects in the real world.
  • the HMD is mainly used to implement such augmented reality, and the lens module (optical system module) of the HMD has a problem that it is very difficult to manufacture due to its complicated structure, and due to the complicated structure, the lens module is large in size and heavy in weight. There is only a problem. This makes the HMD very inconvenient for the user to wear.
  • the lens module for implementing the conventional augmented reality has a complicated structure, there is a problem in that not only the above problems but also provide the user with a constant and clear virtual screen at all.
  • Augmented reality is a technology that allows the user to simultaneously recognize the real world by overlapping the virtual screen when the user perceives the real world. If you focus on where you want-changing the focal length-the virtualization screen can appear blurred or sharp. In other words, because the lens module providing the virtual screen (reflection) is in focus, the user can see the clear virtual screen only when the user changes the focal length and is in focus. I can't see the virtualization side.
  • the optical system module for HMD that can adjust the focus of 'Patent Document 1' includes a screen transfer lens that receives the virtual screen from the display panel and totally internally reflects it and then sends the virtual screen to the next optical system;
  • An adjusting prism that receives the virtual screen sent from the screen transmission lens and adjusts an angle by reflecting the virtual screen to adjust the focus and send it to the next optical system;
  • a configuration is disclosed that includes a coupler that reflects the virtual screen sent from the adjusting prism and combines the reality screen from outside to the wearer's eye.
  • the optical system module for HMD that can adjust the focus of the 'Patent Document 1' is capable of focusing, where the focusing is to adjust the focus of the user to focus on any one of his or her main fields of view-any one By fixing the focus, the above-mentioned user has not solved the problem of acquiring an inaccurate virtual screen when changing the focal length while staring at the real world.
  • Patent Document 2 discloses an augmented reality system and improved focus providing method.
  • the augmented reality system and the improved focus providing method of 'Patent Document 2' includes a processor for determining the current user focus area under the control of software;
  • a configuration is disclosed that includes a focus area adjustment unit for focusing a variable focus lens within a current user focus area under the control of a processor.
  • the augmented reality system and the improved focus providing method do not solve the above problems at all by a physical method, and a separate processor is currently required to determine the focus area of the user. Since a separate software is required for control, there is a problem in that malfunctions and errors of the software and the processor may occur, as well as an expensive manufacturing cost because a separate processor and software are installed.
  • the present invention has been made to solve the above problems and needs, and an object of the present invention is to provide a reflective lens module capable of providing a user with an image (image or image) having a deep depth of field. .
  • augmented reality changes its focal length while the user gazes at the real world in order to ensure that the user always recognizes a clear image because of its technical feature-a technical feature for superimposing the virtual world with the virtual world. It is necessary to change the focal length of the image as well.
  • Depth of field refers to a range in which an image is perceived to be in focus in an image acquired by the naked eye. Therefore, when the depth is low, the range that is recognized as the focus is narrow, and when the depth is deep, the range that is recognized as the focus is wide.
  • the user provides a deep image to the user, even if the user changes the focal length while staring at the real world, a clear image can be obtained within the range in which the provided image is recognized to be in focus.
  • the deeper the depth the wider the perceived range of focus is, because within the above range, the focus is recognized even if the focal length is changed, so that the user can obtain a clear image even if the focal length is changed to some extent. do.
  • the range recognized as being in focus is near infinity, so that even if the user adjusts the focal length freely, a clear virtual screen can be obtained at any time.
  • the reflective lens module according to the present invention includes a reflective lens module for reflecting an image output from a display unit and providing the same to a user, and reflecting the image output from the display unit, and may include at least one reflector having a size of 4 mm or less. have.
  • it may be configured to further include a frame unit for fixing the at least one reflector.
  • the apparatus may further include a transparent lens unit for transmitting visible light, and the at least one reflecting unit may be installed outside or inside the transparent lens unit.
  • the at least one reflector may be recessed and installed in the transparent lens unit.
  • the at least one reflector may be formed of a metal.
  • the at least one reflector may be formed of an optical element.
  • the at least one reflector may be formed without a corner.
  • the at least one reflector may be formed in a circular or elliptical shape.
  • the surface of the at least one reflector may be formed in a curved surface.
  • Reflective lens module can provide a deep image to the user by the above configuration. Therefore, even when the user adjusts the focal length when looking at the real world, the user can always obtain a clear image regardless of the focal length.
  • the reflective lens module according to the present invention is very simple in the overall configuration by the above configuration. Therefore, the production cost is reduced, it is easy to apply the lens module to HMD, glasses, etc., the weight is light, the volume is reduced.
  • the reflective lens module according to the present invention can obtain a clear image regardless of the user's eyesight by the above configuration.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a reflective lens module according to the present invention
  • FIG. 2 is a view for explaining the principle of viewing a clear image when viewing an image through a pinhole lens
  • FIG. 3 is a view for explaining the pinhole effect of the reflective lens module according to the present invention
  • 4 to 6 is a view comparing the image obtained by using a reflective lens module according to the present invention and the image obtained by using a conventional reflective lens module
  • first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • the reflective lens module according to the present invention reflects an image output from the display unit 50, and includes a reflective unit 100 having a size of 4 mm or less, a transparent lens unit 200, It may be configured to further include a frame portion (not shown).
  • 1 is for better understanding of the present invention, and the position of the display unit 50 and the size of the reflector 100 are somewhat different from the actual position and size.
  • the display unit 50 may be located on the side of the reflector 100, and since the reflector 100 is formed to have a size of 4 mm or less, the size of the display unit 50 is very small when visually identified.
  • the size of the reflective part 100 is exaggerated.
  • the display unit 50 is a component that outputs an image, but is not directly included in the component of the present invention, but together with the display unit 50, a HMD together with a frame unit (not shown) that a user can wear like glasses. It may be configured in the form of.
  • the image includes all visual elements output by the display unit 50, and includes an image and an image.
  • the image may be a video.
  • the display unit 50 outputs an image the image may be an image.
  • Such an image may be a virtual screen when an image reflected from the display unit 50 is applied when the lens module according to the present invention is applied to augmented reality.
  • the reflector 100 reflects the image output from the display unit 50, and is preferably configured to allow the reflected image to reach the eyes of the user.
  • the reflector 100 is preferably formed to be less than 4mm in size.
  • the size of the reflector 100 is smaller than the size of a human pupil, and the size of a human pupil is generally known to be 2 to 6 mm. Since the size of a human pupil may be different, the average is preferably 4 mm or less.
  • the reflector 100 may have a size of 2 mm or less. Since the size of a human pupil is generally known to be 2 to 6 mm, whenever the size of the reflector 100 is 2 mm or less, It can be formed smaller than a human pupil.
  • the reflectivity of the reflector 100 is preferably configured to be 100%, for this purpose, the reflector 100 may be formed of a metal.
  • the reflector 100 may be made of aluminum (Al) or silver (Ag), and various kinds of metals, alloys, or synthetic resins may be used.
  • the reflector 100 may be formed of an optical element made of various materials.
  • the reflector 100 may be formed of a holographic optical element to allow diffraction grating reflection. Can be. At this time, the image obtained by the user has a holographic form.
  • other types of devices besides the holographic optical device may be used and configured to enable diffraction grating reflection.
  • the image may be accurately formed on the retina regardless of the shape or thickness of the lens. Therefore, the user can always obtain a clear virtual screen—the virtual screen reflected by the reflector 100—regardless of his or her vision.
  • the reflective part 100 also acts as an element causing the pinhole effect.
  • 2 is a view for explaining the principle of viewing a clear image when viewing an image through a pinhole lens.
  • Figure 2 (a) shows the reason why a person with myopia looks blurry when looking at the object with the naked eye.
  • the lens is thick and focuses in front of the retina, so the image of the object does not form at one point of the retina. Because the object looks blurry.
  • the light A originating from the object is spread and formed on the retina as A1, A2, and A3.
  • Fig. 2 (b) shows the reason why the object looks more sharp when a person with myopia wears a pinhole lens. Since the light originating from the object is restricted while passing through the pinhole, it is formed in a relatively narrow area of the retina. The object looks sharper than ever. Referring to FIG. 2 (b), the light A originating from the object is relatively narrowly formed on the retina (A ′). Considering this phenomenon alone, the conventional problem may be solved by passing the virtual screen output from the display unit 50 through the pinhole to reach the eye, but in the case of the pinhole, another problem occurs. Another problem here is the diffraction phenomenon, which is limited in making a clear image because the light passing through the pinhole is diffused by the diffraction. And the degree of image sharpening due to the pinhole effect increases as the pinhole is smaller, but the pinhole is limited because the pinhole is smaller as the diffraction degree becomes larger.
  • the small-size reflector 100 having a size of 4 mm or less is used so as not to cause diffraction while limiting the width of light like a pinhole.
  • 3 is a view for explaining that the image of the virtual screen is formed on the retina through the lens module for virtual reality implementation according to the present invention.
  • light A originating from an object in the real world forms A ′ on the retina
  • light B originating from the display 50 is reflected by the reflector 100 and then B ′ on the retina. Condensation is shown.
  • a 'and B' are formed at one point of the retina, the real world image and the virtual image can be clearly seen without having to focus the eyes separately.
  • the light A originated from the object may change the position where the image is formed on the retina as the user adjusts the focal length. This is because the thickness of the lens changes as the user adjusts the focal length.
  • the light B, which starts from the display unit 50 is always formed as B ′ even when the thickness of the lens is changed by the user adjusting the focal length, the user can always obtain a clear virtual screen.
  • the reflector 100 according to the present invention has a size of 4 mm or less, the user can always obtain a clear virtual screen, which means that the depth of the virtual screen provided to the user is very deep.
  • 4 to 6 are views comparing images obtained by using the reflective lens module according to the present invention and images acquired by using the conventional reflective lens module.
  • 4 to 6 are left images obtained using the reflective lens module according to the present invention and the right side are images acquired using the conventional reflective lens module. 4 to 6, the virtual screen output from the display unit 50 is displayed.
  • FIG. 4 illustrates a case where the focus is far away
  • FIG. 5 illustrates a case where the focus is located in the middle
  • FIG. 6 illustrates a case where the focus is located near.
  • the virtual screen in the square of the image acquired by using the right conventional reflective lens module is clear only when the focus is far away, and the virtual screen in the square becomes gradually blurred as the focus moves closer.
  • the virtual screen in the square can be seen to be clear even when located in a distant, middle, or near place.
  • the reflective lens module according to the present invention may provide a deep virtual screen to the user, and thus, the user may always obtain a clear virtual screen regardless of the focal length even if the user adjusts the focal length when looking at the real world. have.
  • the reflector 100 according to the present invention has a size of 2 mm or less, the above result can be obtained. However, in order to be more effective, the reflector 100 preferably has a size of 50 to 700 ⁇ m.
  • the reflector 100 is preferably formed in a circular shape, in this case may be formed in an elliptical shape as needed in addition to the complete circular.
  • the reflector 100 is preferably formed in a circular or elliptical shape, and may be applied in a modified form as necessary. For example, when a cylindrical shape is cut diagonally, it may have an elliptical shape, and thus may have an elliptical shape that does not completely match the mathematically defined ellipse.
  • the reflector 100 in the present invention may have a variety of forms as long as it does not have a corner, any shape that can achieve the purpose of preventing the diffraction phenomenon while achieving the pinhole effect described above. Do. For example, an elliptical shape without any edges can prevent diffraction while achieving a pinhole effect.
  • the reflector 100 may have a curved surface, and may have a concave surface, or may have a convex surface as necessary.
  • the reflective part 100 having the above characteristics may be configured to include at least one or more. That is, the reflector 100 may be configured as one and two or more reflectors as necessary. When the reflecting unit 100 is composed of two or more, each reflecting unit 100 reflects each image from the display unit 50 (in this case, the display unit 50 may be composed of two or more). It is possible for a user to acquire various images.
  • a plurality of reflecting units 100 may be configured to form a cluster, and may be configured as a plurality of such clusters as necessary.
  • Such a reflector 100 may be installed inside or outside the transparent lens unit 200.
  • the reflector 100 is embedded in the transparent lens unit 200. It may be installed in a recessed manner, and the reflective part 100 may be attached to the front or rear surface of the transparent lens part 200.
  • the transparent lens unit 200 is a component capable of transmitting visible light, and a user may see the real world through the transparent lens unit 200. Therefore, the visible light transmittance is preferably 100% so that the user can see the real world well, but the transparent lens unit 200 is configured by selecting the visible light transmittance according to the state of the user's eyes (eyes) or the intended use. can do.
  • the transparent lens unit 200 may be configured to transmit visible light while blocking ultraviolet rays when the ultraviolet ray (UV) is required to be blocked, and a vision correcting lens may be used when the eyes of the user are bad and need vision correction. .
  • UV ultraviolet ray
  • the transparent lens unit 200 may be formed by using glass as a representative, in addition to glass may be formed of various kinds of plastics.
  • the reflective lens module according to the present invention may be configured in a form in which the reflector 100 is stacked on a base (not shown) formed of a hard material.
  • the base portion may be a material having a certain degree of hardness in order to stack the reflecting portions 100.
  • glass may be a representative example, various kinds of synthetic resins may be used in addition to glass.
  • the reflector 100 may use aluminum (Al) or silver (Ag) having excellent reflectance to reflect the virtual screen output from the display unit 50, and various kinds of metals, alloys, or synthetic resins may be used. It may be.
  • the surface of the reflector 100 may be formed as a curved surface as necessary.
  • the reflective lens module according to the present invention may further comprise a frame portion (not shown), the frame portion is a component for fixing at least one reflecting portion, the frame portion is directly connected to the reflecting portion 100 to reflect
  • the frame part fixes the transparent lens part 200 and the reflecting part 100 is installed in the transparent lens part 200.
  • the frame unit may indirectly fix the reflector 100.
  • the frame unit may be a user-wearable glasses or a head-mounted device in various forms, and may have various forms.

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Abstract

본 발명은 사용자에게 심도가 깊은 화상을 제공할 수 있는 반사 렌즈 모듈에 관한 것으로, 본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈은 디스플레이부에서 출력되는 화상을 반사시켜 사용자에게 제공하는 반사 렌즈 모듈에 있어서, 상기 디스플레이부에서 출력되는 화상을 반사시키며, 크기가 4mm 이하인 적어도 하나의 반사부를 포함하는 것에 기술적 특징이 있다.

Description

반사 렌즈 모듈
본 발명은 반사 렌즈 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자에게 심도가 깊은 화상을 제공할 수 있는 반사 렌즈 모듈에 관한 것이다.
증강현실(Augmeted Reality)이란 사용자가 눈으로 보는 현실세계에 가상화면(가상세계)을 겹쳐 보여주는 기술로서, 현실세계에 실시간으로 부가정보를 갖는 가상세계를 합쳐 하나의 영상을 보여주기 때문에 초기에는 혼합현실로 불리기도 했다.
이러한 증강현실은 see-through HMD(Head Mounted Display)를 발전시킨 것을 시초로 하여 연구되기 시작하였는데 가상현실(Virtual Reality)과는 다른 의미를 가진다. 가상현실은 사용자가 가상의 환경에 몰입하게 하므로 사용자는 실제의 환경을 볼 수 없는 반면, 증강현실은 사용자가 실제의 환경을 볼 수 있으며, 실제의 환경과 가상의 객체가 혼합된 형태를 띤다. 다시 말해, 가상현실은 현실세계를 대체하여 사용자에게 보여주지만 증강현실은 현실세계에 가상의 물체를 중첩함으로써 현실세계를 보충하여 사용자에게 보여주는 점에서 차이가 있다.
이와 같은 증강현실을 구현하기 위해 주로 HMD가 이용되는데, 이러한 HMD의 렌즈 모듈(광학계 모듈)은 대부분 구조가 복잡하여 제작이 매우 힘든 문제점이 있고, 복잡한 구조에 의해 렌즈 모듈의 크기도 크고 무게도 무거울 수밖에 없는 문제점이 있다. 이로 인해 HMD를 사용자가 착용하기에도 매우 불편해진다.
종래의 증강현실을 구현하기 위한 렌즈 모듈은 복잡한 구조를 가짐에도 불구하고 위와 같은 문제점뿐만 아니라 사용자에게 일정하게 선명한 가상화면을 전혀 제공하고 있지 못하는 문제점이 있다.
증강현실은 앞서 살펴본 바와 같이 사용자가 현실세계를 인식할 때 가상화면까지 중첩하여 동시에 인식할 수 있도록 하는 기술인데, 사용자가 현실시계를 인식할 때-바라볼 때- 초점을 멀리 두거나 가까이 두는 등 사용자 자신이 원하는 곳에 초점을 두면-초점거리를 변경하면- 가상화면이 흐리게 보이거나 선명하게 보이거나 할 수 있다. 다시 말해, 가상화면을 제공(반사)하는 렌즈모듈의 초점이 정해져 있기 때문에 사용자가 초점거리를 변경하다 초점이 맞는 경우에만 사용자가 선명한 가상화면을 볼 수 있고, 초점이 맞지 않은 경우에는 흐린-선명하지 못한- 가상화면을 보게 되는 것이다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래기술의 하나로 '특허문헌 1(KR 10-2015-0116142)'에 초점조절이 가능한 HMD용 광학계 모듈이 개시되어 있다. 구체적으로 '특허문헌 1'의 초점조절이 가능한 HMD용 광학계 모듈은 디스플레이패널에서 나온 가상화면을 받아 내부 전반사 시킨 후 다음 광학계로 가상화면을 보내주는 화면 전달 렌즈; 화면 전달 렌즈에서 보내준 가상화면을 받아 각도를 조절하여 가상화면을 반사시킴으로 초점을 조절하여 다음 광학계로 보내주는 조절 프리즘; 조절 프리즘에서 보내준 가상화면을 반사시키고 외부로부터 오는 현실화면을 합쳐 착용자의 눈으로 보내주는 결합기를 포함하는 구성이 개시되어 있다.
이러한 '특허문헌 1'의 초점조절이 가능한 HMD용 광학계 모듈은 초점조절이 가능하긴 하나, 여기서 초점조절은 사용자가 초점을 조절하여 자기가 주로 보는 시야에 어느 하나의 초점을 맞추는 것-어느 하나의 초점을 고정하는 것-을 의미하는 것으로 위에서 지적한 사용자가 현실세계를 응시하면서 초점거리를 변경할 때에 선명하지 못한 가상화면을 획득하는 문제점을 전혀 해결하고 있지 못하고 있다.
또한 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래기술의 하나로 '특허문헌 2(KR 10-2013-0126623)'에 증강 현실 시스템 및 개선된 초점 제공 방법이 개시되어 있다. 구체적으로 '특허문헌 2'의 증강 현실 시스템 및 개선된 초점 제공 방법은 소프트웨어의 제어 하에서 현재 사용자 초점 영역을 결정하기 위한 프로세서; 프로세서의 제어 하에서 현재 사용자 초점 영역 내에 가변 초점 렌즈의 초점을 맞추기 위한 초점 영역 조정 유닛을 포함하는 구성이 개시되어 있다. '특허문헌 2'에 증강 현실 시스템 및 개선된 초점 제공 방법은 물리적인 방법으로 전혀 위와 같은 문제점을 해결하고 있지 못하고 있고, 현재 사용자의 초점 영역을 결정하기 위해 별도의 프로세서가 필요하며, 이러한 프로세서의 제어를 위해 별도의 소프트웨어가 필요하기 때문에 소프트웨어 및 프로세서의 오작동 및 오류가 발생할 수 있는 문제점이 있을 뿐만 아니라 별도의 프로세서 및 소프트웨어가 설치되기 때문에 제작비용이 비싼 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점 및 필요성을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 사용자에게 심도(Depth of Field)가 깊은 화상-영상 또는 이미지-을 제공할 수 있는 반사 렌즈 모듈을 제공하는 것에 목적이 있다.
앞서 살펴본 바와 같이 증강현실은 그 기술적 특징-현실세계와 가상화면을 중첩시켜 사용자가 인식하도록 하기 위한 기술적 특징- 때문에 사용자에게 항상 선명한 화상을 인식되도록 하기 위해 사용자가 현실세계를 응시하면서 초점거리를 변경하는 것에 따라 화상의 초점거리 역시 변경시켜줄 필요성이 있다.
이러한 초점거리의 문제들은 심도가 깊은 화상을 제공함으로써 해결이 가능해진다. 심도란 어느 한 화상-사용자가 육안으로 획득하는 화상-에서 초점이 맞는 것으로 인식되는 범위를 일컫는다. 따라서 심도가 낮은 경우에는 초점이 맞는 것으로 인식되는 범위가 좁고, 심도가 깊은 경우에는 초점이 맞는 것으로 인식되는 범위가 넓다.
그러므로 심도가 깊은 화상을 사용자에게 제공하면, 사용자가 현실세계를 응시하면서 초점거리를 변경하더라도 제공된 화상의 초점이 맞는 것으로 인식되는 범위 안에서는 선명한 화상을 획득할 수 있다. 다시 말해, 심도가 깊어지면 초점이 맞는 것으로 인식되는 범위가 넓기 때문에-상기 범위 안에서는 초점거리를 변경하더라도 초점이 맞는 것으로 인식되기 때문에- 사용자가 어느 정도 초점거리를 변경하더라도 선명한 화상을 획득할 수 있게 된다.
이때 만일 심도가 무한대로 깊어진다면, 초점이 맞는 것으로 인식되는 범위가 무한대에 가까워지기 때문에 사용자가 자유롭게 초점거리를 조절하더라도 언제든지 선명한 가상화면을 획득할 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.
본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈은 디스플레이부에서 출력되는 화상을 반사시켜 사용자에게 제공하는 반사 렌즈 모듈에 있어서, 상기 디스플레이부에서 출력되는 화상을 반사시키며, 크기가 4mm 이하인 적어도 하나의 반사부를 포함할 수 있다.
또한 상기 적어도 하나의 반사부를 고정시키는 프레임부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한 가시광선이 투과되도록 하는 투명 렌즈부를 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 반사부가 상기 투명 렌즈부 외부 또는 내부에 설치될 수 있다.
또한 상기 적어도 하나의 반사부가 상기 투명 렌즈부의 내부에 함몰되어 설치될 수 있다.
또한 상기 적어도 하나의 반사부가 금속으로 형성될 수 있다.
또한 상기 적어도 하나의 반사부가 광학 소자(Optical Element)로 형성될 수 있다.
또한 상기 적어도 하나의 반사부는 모서리가 없는 형태로 형성될 수 있다.
또한 상기 적어도 하나의 반사부는 원형 또는 타원형으로 형성될 수 있다.
또한 상기 적어도 하나의 반사부의 표면이 곡면으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈은 위와 같은 구성에 의해 사용자에게 심도가 깊은 화상을 제공할 수 있다. 따라서 사용자는 현실세계를 바라볼 때 초점거리를 조절하더라도 초점거리에 상관없이 항상 선명한 화상을 획득할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈은 위와 같은 구성에 의해 전체적인 구성이 매우 단순해 진다. 따라서 제작비용이 절감되는 효과가 발생하고, HMD, 안경 등에 렌즈 모듈을 적용하기가 수월해지며, 무게가 가벼워지고, 부피가 작아지는 효과가 발생한다.
또한 본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈은 위와 같은 구성에 의해 사용자가 자신의 시력에 관계없이 선명한 화상을 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 도면
도 2는 핀홀 렌즈를 통해 영상을 보는 경우 선명한 영상을 볼 수 있는 원리를 설명하기 위한 도면
도 3는 본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈의 핀홀 효과를 설명하기 위한 도면
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈을 이용하여 획득한 이미지 및 종래의 반사 렌즈 모듈을 이용하여 획득한 이미지를 비교한 도면
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
한편, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 발명에서 "포함하다" 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈은 디스플레이부(50)에서 출력되는 화상을 반사시키며, 크기가 4mm 이하인 반사부(100)를 포함하고, 필요에 따라 투명 렌즈부(200), 프레임부(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 도 1은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 디스플레이부(50)의 위치 및 반사부(100)의 크기 등이 실제의 위치 및 크기와는 다소 다르게 표현되어 있다. 예를 들어 디스플레이부(50)는 반사부(100)의 측면에 위치할 수 있고, 반사부(100)는 그 크기가 4mm 이하로 형성되기 때문에 육안으로 식별할 때는 그 크기가 매우 작다. 다만 본 발명의 이해를 돕기 위해 반사부(100)의 크기를 다소 과장시켜 표현했을 뿐이다.
디스플레이부(50)는 화상을 출력하는 구성요소로 본 발명의 구성요소에 직접적으로 포함되지는 않지만, 디스플레이부(50)와 함께 사용자가 안경처럼 착용할 수 있는 프레임부(미도시)과 함께 HMD와 같은 형태로 구성될 수 있다. 이때 화상은 디스플레이부(50)가 출력하는 모든 시각적 요소를 포함하는 것으로 이미지와 영상을 모두 포함하는 개념이다. 예를 들어 디스플레이부(50)가 소정 동영상을 출력하는 경우 화상은 동영상이 될 수 있고, 디스플레이부(50)가 이미지를 출력하는 경우 화상은 이미지가 될 수 있는 것이다. 이러한 화상은 본 발명에 따른 렌즈 모듈을 증강현실에 적용하였을 때, 디스플레이부(50)에서 반사되는 화상이 가상화면이 될 수 있다.
반사부(100)는 디스플레이부(50)로부터 출력되는 화상을 반사시키는데, 반사된 화상이 사용자의 눈에 도달할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한 반사부(100)는 그 크기가 4mm 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 반사부(100)의 크기는 사람의 동공의 크기보다 작게 형성시키기 위한 것으로 사람의 동공의 크기는 일반적으로 2 내지 6mm 인 것으로 알려져 있다. 사람의 동공의 크기가 다를 수 있으므로 그 평균인 4mm 이하인 것이 바람직하다.
또한 반사부(100)는 그 크기가 2mm 이하로 형성될 수 있는데, 사람의 동공의 크기는 일반적으로 2 내지 6mm 인 것으로 알려져 있기 때문에, 반사부(100)의 크기를 2mm 이하로 형성시킨 다면 언제든지 사람의 동공보다 작게 형성될 수 있다.
또한 반사부(100)의 반사율은 100%가 되도록 구성되는 것이 바람직한데, 이를 위해 반사부(100)가 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)으로 반사부(100)가 구성될 수 있고, 이외 에도 다양한 종류의 금속, 합금 또는 합성수지 등이 이용될 수도 있다.
또한 반사부(100)는 다양한 소재의 광학 소자(Optical Element)로 형성될 수 있는데, 예를 들어 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Element)로 반사부(100)가 형성되어 회절 격자 반사가 가능하도록 구성될 수 있다. 이때 사용자가 얻게 되는 화상은 홀로그래픽 형태를 갖게 된다. 또한 홀로그래픽 광학 소자 이외에 다른 종류의 소자가 사용되어 회절 격자 반사가 가능하도록 구성될 수도 있다.
이러한 반사부(100)에 반사된 가상화면의 크기는 동공의 크기보다 작기 때문에 수정체의 모양이나 두께에 관계없이 망막에 상이 정확하게 맺힐 수 있다. 따라서 사용자는 자신의 시력에 관계없이 언제나 선명한 가상화면-반사부(100)에 반사된 가상화면-을 획득할 수 있다.
이와 같은 특징의 반사부(100)를 다른 측면에서 살펴보면, 본 발명에 따른 반사부(100)는 핀홀 효과를 일으키는 요소로 작용하기도 한다. 도 2는 핀홀 렌즈를 통해 영상을 보는 경우 선명한 영상을 볼 수 있는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2(a)는 근시인 사람이 맨눈으로 물체를 볼 때 흐릿하게 보이는 이유를 도시하고 있는데, 근시인 경우 수정체가 두꺼워 초점이 망막의 앞에 맺히므로 물체의 상이 망막의 한 점에 맺히지 않고 퍼져서 맺히기 때문에 물체가 흐리게 보인다. 도 2(a)로 설명하면, 물체에서 출발한 빛(A)이 망막에 A1, A2, A3로 퍼져서 맺히는 것이다.
도 2(b)는 근시인 사람이 핀홀 렌즈를 착용하였을 때 물체가 보다 선명하게 보이는 이유를 도시하고 있는데, 물체에서 출발한 빛이 핀홀을 통과하면서 제한되어 망막의 비교적 좁은 영역에 맺히기 때문에 나안일 때보다 물체가 선명하게 보인다. 도 2(b)로 설명하면, 물체에서 출발한 빛(A)이 망막에 비교적 좁게(A′) 맺히는 것이다. 이러한 현상만 고려하면 디스플레이부(50)에서 출력되는 가상화면을 핀홀을 통과시켜 눈에 도달하게 하는 것으로 종래의 문제를 해결할 수 있겠으나, 핀홀의 경우 다른 문제가 발생한다. 여기서 다른 문제란 회절 현상인데, 회절에 의해 핀홀을 통과한 빛이 퍼지기 때문에 선명한 상을 만드는데 제한이 있다. 그리고 핀홀 효과에 의해 상이 선명해지는 정도는 핀홀이 작을수록 커지는데 회절도 핀홀이 작을수록 커지기 때문에 핀홀을 이용하는 것은 한계가 있을 수밖에 없다.
본 발명에서 크기가 작은-크기가 4mm 이하의- 반사부(100)를 채용한 것은 핀홀과 같이 빛의 폭은 제한하면서도 회절 현상을 발생시키지 않도록 하기 위함이다. 도 3은 본 발명에 따른 가상현실 구현용 렌즈 모듈을 통해 가상화면의 상이 망막에 맺히는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 경우에는 현실세계의 물체에서 출발한 빛(A)이 망막에 A'로 맺히고, 디스플레이부(50)에서 출발한 빛(B)이 반사부(100)에 반사된 다음 망막에 B'로 맺히는 것이 도시되어 있다. 이러한 도 3의 경우에는 A'과 B'가 망막의 한 점에 맺히기 때문에 눈의 초점을 따로 맞출 필요 없이 현실세계의 영상과 가상 영상이 또렷하게 보이게 된다.
이때 물체에서 출발한 빛(A)은 사용자가 초점거리를 조절함에 따라 망막에 상이 맺히는 위치가 달라질 수 있다. 이는 사용자가 초점거리를 조절함에 따라 수정체의 두께가 달라지기 때문이다. 그러나 디스플레이부(50)에서 출발한 빛(B)은 사용자가 초점거리를 조절하여 수정체의 두께가 달라지더라도 항상 일정하게 B'로 맺히게 되므로 사용자는 언제나 선명한 가상화면을 획득할 수 있게 된다.
이처럼 본 발명에 따른 반사부(100)는 그 크기가 4mm 이하로 형성됨으로써 사용자가 사용자는 언제나 선명한 가상화면을 획득할 수 있게 되는데, 이는 사용자에게 제공되는 가상화면의 심도가 매우 깊은 것을 의미한다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈을 이용하여 획득한 이미지 및 종래의 반사 렌즈 모듈을 이용하여 획득한 이미지를 비교한 도면이다. 도 4 내지 도 6의 왼쪽이 본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈을 이용하여 획득한 이미지이고 오른쪽이 종래의 반사 렌즈 모듈을 이용하여 획득한 이미지이다. 도 4 내지 6의 네모 칸 안에는 디스플레이부(50)에서 출력된 가상화면이 표시되어 있다.
도 4는 초점이 먼 곳에 위치한 경우이고, 도 5는 초점이 중간에 위치한 경우이며, 도 6은 초점이 가까운 곳에 위치한 경우이다. 도 4 내지 6을 살펴보면 왼쪽과 오른쪽 모두 초점이 먼 곳, 중간, 가까운 곳으로 변할수록 현실세계의 이미지는 초점이 일치하는 부분만 선명하게 보이고, 초점이 일치하지 않는 부분에서는 흐리게 보이는 것을 확인할 수 있다.
이때 오른쪽 종래의 반사 렌즈 모듈을 이용하여 획득한 이미지 중 네모 칸 안의 가상화면은 초점이 먼 곳일 때에만 선명하고 초점이 가까운 곳으로 이동할수록 네모 칸 안의 가상화면이 점점 흐려지는 것을 확인할 수 있다. 이와 달리 왼쪽의 본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈을 이용하여 획득한 이미지 중 중 네모 칸 안의 가상화면은 먼 곳, 중간, 가까운 곳 어디에 위치하는 경우라도 선명한 것을 확인할 수 있다.
이처럼 본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈은 사용자에게 심도가 깊은 가상화면을 제공할 수 있고, 이로 인해 사용자는 현실세계를 바라볼 때 초점거리를 조절하더라도 초점거리에 상관없이 항상 선명한 가상화면을 획득할 수 있다.
본 발명에 따른 반사부(100)는 크기가 2mm 이하이면 위와 같은 결과를 얻을 수 있지만, 더욱 효과적이기 위해서는 반사부(100)의 크기가 50 내지 700㎛ 인 것이 바람직하다.
또한 반사부(100)는 그 형태가 원형으로 형성되는 것이 바람직한데, 이때 완전한 원형 이외에도 필요에 따라 타원형으로 형성될 수도 있다. 이처럼 반사부(100)는 원형 또는 타원형으로 형성되는 것이 바람직한데, 필요에 따라 그 모양을 변형한 형태로 적용할 수 있다. 예를 들어 원통 형태의 모양을 사선으로 절단하였을 때 타원형태를 가질 수 있는데, 이처럼 수학적으로 정의되는 타원과 완전히 일치되지 않는 타원형태의 모양을 가질 수도 있다.
즉, 본 발명에서의 반사부(100)는 모서리를 가지지 않는 형태라면 다양한 형태를 가질 수 있는데, 앞서 살펴본 핀홀효과를 달성하면서 회절현상을 방지할 수 있는 목적을 달성할 수 있는 형태는 무엇이든 가능하다. 예를 들어 어떠한 모서리(Edge)가 존재하지 않는 타원형태라면 핀홀효과를 달성하면서 회절현상을 방지할 수 있다.
또한 반사부(100)는 그 표면이 곡면으로 형성될 수 있는데, 곡면이 오목한 형태를 가질 수 있고, 필요에 따라 볼록한 형태의 곡면을 가질 수도 있다.
본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈은 위와 같은 특징의 반사부(100)가 적어도 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 반사부(100)가 하나로 구성될 수 있고 필요에 따라 두 개 이상으로 구성될 수 있다. 반사부(100)가 두 개 이상으로 구성 되는 경우 각각의 반사부(100)가 디스플레이부(50)로부터 각각의 화상{이때 디스플레이부(50)가 두 개 이상으로 구성될 수도 있다}을 반사시켜 사용자가 다양한 화상을 획득하도록 할 수 있다. 또한 여러 개의 반사부(100)가 군집을 이루도록 구성될 수 있고, 필요에 따라 이러한 군집을 여러 개로 구성될 수도 있다.
이와 같은 반사부(100)는 투명 렌즈부(200)의 내부 또는 외부에 설치될 수 있는데, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 반사부(100)가 투명 렌즈부(200)의 내부에 매립(함몰)되어 설치될 수 있고, 이와 달리 반사부(100)가 투명 렌즈부(200)의 전면 또는 후면에 부착될 수 있다.
투명 렌즈부(200)는 가시광선을 투과시킬 수 있는 구성요소로서, 사용자는 투명 렌즈부(200)를 통해 현실세계를 볼 수 있다. 따라서 사용자가 현실세계를 잘 볼 수 있도록 가시광선의 투과율이 100%인 것이 바람직하나, 사용자의 눈(안구)의 상태 또는 사용하고자 하는 용도에 따라 가시광선의 투과율을 선택하여 투명 렌즈부(200)를 구성할 수 있다.
또한 투명 렌즈부(200)는 자외선(UV)의 차단이 필요한 경우 자외선은 차단하면서도 가시광선은 투과시킬 수 있도록 구성될 수 있고, 사용자의 눈이 나빠 시력 교정이 필요한 경우 시력 교정 렌즈가 사용될 수도 있다.
이러한 투명 렌즈부(200)는 대표적으로 유리가 사용되어 형성될 수 있는데, 유리 이외에 다양한 종류의 플라스틱으로도 형성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈은 경질의 소재로 형성되는 베이스부(미도시)에 반사부(100)가 적층되는 형태로 구성될 수 있다.
베이스부는 반사부(100)를 적층하기 위해 어느 정도의 경도를 갖는 소재이면 충분하다. 유리를 대표적인 예로 들 수 있으나, 유리 이외에도 다양한 종류의 합성수지가 사용될 수 있다. 반사부(100)는 디스플레이부(50)로부터 출력되는 가상화면을 반사하기 위해 반사율이 우수한 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)이 사용될 수 있고, 이외 에도 다양한 종류의 금속, 합금 또는 합성수지 등이 사용될 수도 있다. 또한 반사부(100)는 필요에 따라 그 표면이 곡면으로 형성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 반사 렌즈 모듈은 프레임부(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있는데, 프레임부는 적어도 하나의 반사부를 고정시키는 구성요소로서, 프레임부가 반사부(100)와 직접적으로 연결되어 반사부(100)를 고정시킬 수 있고, 투명 렌즈부(200)를 더 포함하는 경우 프레임부가 투명 렌즈부(200)를 고정하고, 투명 렌즈부(200)에 반사부(100)가 설치되는 형태로 프레임부가 반사부(100)를 간접적으로 고정할 수도 있다.
이때 프레임부는 사용자가 착용할 수 있는 안경형태 또는 다양한 형태의 헤드마운트장치일 수 있고, 이외에도 다양한 형태를 가질 수 있다.
본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 디스플레이부에서 출력되는 화상을 반사시켜 사용자에게 제공하는 반사 렌즈 모듈에 있어서,
    상기 디스플레이부에서 출력되는 화상을 반사시키며, 크기가 4mm 이하인 적어도 하나의 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사 렌즈 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사부를 고정시키는 프레임부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반사 렌즈 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    가시광선이 투과되도록 하는 투명 렌즈부를 더 포함하며,
    상기 적어도 하나의 반사부가 상기 투명 렌즈부 외부 또는 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 반사 렌즈 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사부가 상기 투명 렌즈부의 내부에 매립되어 설치되는 것을 특징으로 하는 반사 렌즈 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사부가 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반사 렌즈 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사부가 광학 소자(Optical Element)로 형성되는 것을 특징으로 하는 반사 렌즈 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사부는 모서리가 없는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 반사 렌즈 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사부가 원형 또는 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반사 렌즈 모듈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사부의 표면이 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반사 렌즈 모듈.
PCT/KR2016/013095 2016-09-07 2016-11-14 반사 렌즈 모듈 WO2018048017A1 (ko)

Priority Applications (4)

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