WO2021141420A1 - 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치 - Google Patents

전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치 Download PDF

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WO2021141420A1
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total reflection
augmented reality
space
optical device
reflection space
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하정훈
정진호
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주식회사 레티널
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    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens

Definitions

  • the present invention relates to an optical device for augmented reality, and more particularly, can transmit augmented reality image light using total reflection inside the optical device for augmented reality, minimizes light leaking to the outside, and provides an optical structure from the outside. It relates to an optical device for augmented reality that can reduce a sense of heterogeneity by making it less perceptible.
  • Augmented reality means providing a virtual image or image provided by a computer or the like overlaid on a real image of the real world.
  • an optical system capable of providing a virtual image or image generated by a device such as a computer overlaid on an image of the real world is required.
  • a technique using optical means such as a prism that reflects or refracts a virtual image using a head mounted display (HMD) or glasses-type device is known.
  • HMD head mounted display
  • conventional devices have a limitation in that a virtual image becomes out of focus when a user changes a focal length when gazing at the real world.
  • a configuration such as a prism that can adjust the focal length of the virtual image is used, or a variable focus lens that can adjust the focal length of the virtual image according to the user's change of the focal length of the real world is electrically controlled.
  • this technique also has a problem in that it requires a separate operation by the user to adjust the focal length of the virtual image or hardware and software such as a separate device and processor for controlling the focal length.
  • FIG. 1 is a view showing an optical device 100 for augmented reality as disclosed in the prior art document.
  • the optical device 100 for augmented reality of FIG. 1 includes an optical unit 10 , a reflection unit 20 , an image output unit 30 , and a frame unit 40 .
  • the optical means 10 may be, for example, a spectacle lens as a means for transmitting at least a part of the real object image light, which is the image light emitted from the real object, and the reflecting unit 20 is embedded therein. Also, the optical means 10 transmits the augmented reality image light reflected from the reflector 20 to the pupil.
  • the frame part 40 is a means for fixing and supporting the image output part 30 and the optical means 10 , and may be, for example, a frame of glasses.
  • the image output unit 30 is a means for emitting augmented reality image light that is image light corresponding to the image for augmented reality, for example, by displaying an image for augmented reality on the screen and radiating from the display device and a small display device that emits augmented reality image light
  • a collimator may be provided for collimating the image light to be collimated into parallel light.
  • the reflection unit 20 provides an image for augmented reality by reflecting image light corresponding to the image for augmented reality emitted from the image output unit 30 toward the user's pupil.
  • the reflector 20 of FIG. 1 is formed to have a size smaller than the human pupil size, that is, 8 mm or less.
  • the reflection unit 20 is formed smaller than the pupil size as described above, the depth of light incident to the pupil through the reflection unit 20 can be made close to infinity, that is, the depth can be very deep.
  • the depth of field refers to a range recognized as being in focus, and as the depth increases, the focal length for the augmented reality image also increases. Even if you change the focal length for the world, the image for augmented reality is always perceived as in focus regardless of the change. This can be seen as a kind of pinhole effect.
  • a clear virtual image can always be provided for an augmented reality image regardless of a user changing a focal length while gazing at a real object existing in the real world.
  • the optical system used in augmented reality needs to protect user information by preventing an external observer from recognizing an image for augmented reality provided to a user wearing an optical device for augmented reality.
  • the image for augmented reality is reflected on the total reflection surface, there is a limit that a separate coating or a screen plate made of a translucent material must be installed on the front side of the device to protect user information.
  • the present invention is to solve the above problems, and can transmit augmented reality image light by using total reflection inside the optical device for augmented reality, minimize light leaking to the outside, and recognize the optical structure well from the outside
  • An object of the present invention is to provide an optical device for augmented reality that can reduce a sense of heterogeneity by making it impossible to do so.
  • the present invention includes an optical means for transmitting at least a part of the real object image light, which is the image light emitted from the real object, toward the pupil of the user's eye, and an image inside the optical means is provided.
  • a total reflection space for transmitting the augmented reality image light emitted from the output unit toward the pupil of the user's eye is formed, the total reflection space is filled with a medium having a refractive index smaller than that of the optical means, and through the inside of the optical means Augmented reality image light transmitted to the total reflection space is totally reflected in the total reflection space to provide an optical device for augmented reality using total reflection, characterized in that it is transmitted toward the pupil of the user's eye.
  • the incident angle ( ⁇ i ) of the augmented reality image light incident on the interface between the total reflection space and the optical means is ⁇ i ⁇ sin -1 (n 2 /n 1 ) based on the positions of the image output unit and the pupil.
  • n 1 is the refractive index of the optical means
  • n 2 is the refractive index of the medium filled in the total reflection space
  • the interior of the total reflection space may be formed in a vacuum.
  • the medium filled in the total reflection space may be a gas, liquid, or solid having a lower refractive index than the refractive index of the optical means.
  • the medium filled in the total reflection space may be filled with a phase change material in which a difference in refractive index occurs by changing into a crystalline phase and an amorphous phase according to temperature or pressure conditions.
  • the total reflection space may be formed in the form of a prism.
  • a diffuse reflection surface for diffusely reflecting light may be formed on at least one of surfaces other than the total reflection surface for total reflection of the augmented reality image light.
  • At least one of the interface between the total reflection space and the optical means may be formed as a concave surface or a convex surface.
  • the total reflection space may be formed in the shape of a Fresnel lens.
  • the total reflection space may be a diffractive optical element or a holographic element.
  • At least one of the surfaces other than the total reflection surface for total reflection of the augmented reality image light in the total reflection space may be coated with a blocking material for blocking light.
  • the total reflection space may have a size of 4 mm or less.
  • the total reflection space may be formed in plurality.
  • augmented reality image light can be transmitted using total reflection inside the optical device for augmented reality, and the sense of heterogeneity can be reduced by minimizing the light leaking out and making it impossible to recognize the optical structure from the outside.
  • An optical device for augmented reality may be provided.
  • FIG. 1 is a view showing an optical device 100 for augmented reality as disclosed in the prior art document.
  • FIG. 2 is a view showing an optical device 200 for augmented reality using total reflection according to the present invention.
  • 3 is a view for explaining the principle of total reflection.
  • FIG. 4 is for explaining the arrangement structure of the total reflection space 20 according to the present invention based on the principle of total reflection described in FIG. 3 .
  • 5 is a view for explaining various shapes of the total reflection space 20 .
  • FIG. 6 is a view for explaining the total reflection space 24 formed in the shape of a Fresnel lens.
  • FIG. 7 is a photograph exemplarily illustrating a state in which the total reflection space 20 is observed from the outside.
  • optical device 200 for augmented reality is a diagram illustrating an optical device 200 for augmented reality using total reflection according to the present invention (hereinafter simply referred to as "optical device 200 for augmented reality").
  • the optical device 200 for augmented reality includes an optical means 10 , and a total reflection space 20 is formed inside the optical means 10 .
  • the optical means 10 is a means for transmitting at least a part of the real object image light, which is the image light emitted from the real object, toward the pupil 50 of the user's eye.
  • transmitting at least a portion of the real object image light toward the pupil 50 means that the light transmittance of the real object image light does not necessarily have to be 100%.
  • the optical means 10 may include a first surface 11 and a second surface 12 disposed to face each other.
  • the first surface 11 is the surface on which the real object image light is incident
  • the second surface 12 is the first surface of the optical means 10 and the augmented reality image light totally reflected in the total reflection space 20 as will be described later.
  • the real object image light passing through (11) is emitted toward the pupil (50) of the user's eye.
  • the first surface 11 and the second surface 12 of the optical means 10 are formed to be parallel to each other, but this is exemplary and may be formed not to be parallel to each other.
  • the augmented reality image light emitted from the image output unit 30 is illustrated as being transmitted directly from the total reflection space 20 , but this is exemplary, and augmented reality emitted from the image output unit 30 .
  • the image light may be transmitted to the total reflection space 20 after being totally reflected at least once by at least one of the first surface 11 and the second surface 12 of the optical means 10 .
  • the image output unit 30 is a means for emitting augmented reality image light, which is image light corresponding to the image for augmented reality, and may be, for example, a display device such as a small LCD or OLED or LCOS including lighting, and collimated. It may further include a refraction means such as a collimator for emitting light, a reflection means, a diffraction means, and the like.
  • the image output unit 30 itself is not a direct object of the present invention and is known in the prior art, a detailed description thereof will be omitted.
  • the augmented reality image refers to a virtual image emitted from the image output unit 30 and transmitted to the user's pupil 50 through the augmented reality optical device 200, for example, a still image in the form of an image. This could be something like a video.
  • This augmented reality image is provided as a virtual image to the user by being emitted from the image output unit 30 and delivered to the user's pupil 50 through the augmented reality optical device 200, and at the same time the user is present in the real world.
  • the augmented reality service can be provided by receiving the real object image light emitted from the real object through the optical means 10 .
  • the total reflection space 20 is a means for transmitting the augmented reality image light emitted from the image output unit 30 toward the pupil 50 of the user's eye, and is formed in the form of an empty space inside the optical means 10 . .
  • the total reflection space 20 is optical so that the augmented reality image light emitted from the image output unit 30 and incident into the total reflection space 20 through the inside of the optical means 10 can be totally reflected and transmitted to the pupil 50 . It is formed inside the means (10).
  • the index of refraction of the total reflection space 20 is filled with a medium having a value smaller than the refractive index of the optical means 10 so that the incident augmented reality image light can be totally reflected.
  • 3 is a view for explaining the principle of total reflection.
  • the refractive index of medium 1 is referred to as n 1 and the refractive index of medium 2 is referred to as n 2 .
  • the refractive index of the medium 1 (n 1 ) has a value greater than the refractive index of the medium 2 (n 2 ).
  • the critical angle ( ⁇ c ) can be obtained by the following equation.
  • FIG. 4 is for explaining the arrangement structure of the total reflection space 20 according to the present invention based on the principle of total reflection described in FIG. 3 .
  • the image is emitted from the output unit 30 .
  • the incident angle ⁇ i of the augmented reality image light must have a value greater than or equal to the critical angle ⁇ c .
  • the total reflection space 20 is filled with Since the refractive index n 2 of the medium must be smaller than the refractive index n 1 of the optical means 10 (n 1 >n 2 ), the total reflection space 20 has a refractive index smaller than the refractive index n 1 of the optical means 10 . Fill the medium with
  • the refractive index (n 1 ) is about 1.5, so the refractive index (n 2 ) of the medium filled in the total reflection space 20 should have a value smaller than this.
  • the refractive index is 1 in the case of vacuum
  • the interior of the total reflection space 20 may be formed in a vacuum.
  • the medium filled in the total reflection space 20 is a vacuum.
  • the total reflection space 20 may be filled with air.
  • a gas other than air usually has a refractive index close to 1
  • another gas having a refractive index smaller than the refractive index n 1 of the optical means 10 may be used as a medium filling the interior of the total reflection space 20 .
  • the inside of the optical element 10 may be filled with water.
  • another liquid having a refractive index smaller than the refractive index n 1 of the optical means 10 may be used as a medium filling the interior of the total reflection space 20 .
  • various other low refractive media having a refractive index smaller than the refractive index (n 1 ) of the optical means 10 may be used as a medium filling the inside of the optical means 10 .
  • the interior of the total reflection space 20 may be filled with a phase change material.
  • the phase change material is a material used in a hologram memory, an optical storage device, and the like, and has a characteristic that the refractive index varies depending on conditions such as temperature or pressure in the process of crystallization after applying energy.
  • Representative materials used in optical storage devices include Sb2Se3, Ge2Sb2Te5, and TeOx (0 ⁇ x ⁇ 2) represented by GeSbTe (GST). It changes to a crystalline phase when cooled slowly, and at this time, a difference in refractive index between the crystalline phase and the amorphous phase occurs.
  • Representative materials used for hologram memories and the like include acrylate-based copolymers, and the refractive index is changed by exposure to a laser.
  • the phase change material is filled as a medium at the position where the total reflection space 20 is formed, and the total reflection space is generated by the difference in refractive index between the phase change material and the optical means 10 using a change in refractive index according to the condition of the phase change material.
  • the augmented reality image light may be totally reflected.
  • the medium filled in the total reflection space 20 is preferably formed of a transparent material or a translucent material.
  • 5 is a view for explaining various shapes of the total reflection space 20 .
  • the total reflection space 20 is illustrated as having three shapes 21 , 22 , and 23 .
  • the first type of total reflection space 21 is formed to have a thin plate shape when the optical means 10 is viewed from the side.
  • the second type of total reflection space 22 is formed in a triangular shape when viewed from the side of the optical means 10, and is formed in the shape of a prism when viewed as a whole.
  • This prism-shaped total reflection space 22 is less likely to be transmitted to an external observer because the actual object image light is refracted or reflected at a larger angle through the prism-shaped total reflection space 22 when viewed from an external observer's point of view. Therefore, it has an advantage that it is difficult for an external observer to recognize the total reflection space 22 .
  • the third type of total reflection space 23 is formed in the form of a thin plate when the optical means 10 is viewed from the side, but diffusely reflects light to at least one of the other surfaces other than the total reflection surface on which the augmented reality image light is incident. It is characterized in that the diffuse reflection surface 231 is formed.
  • the outer surface 231 of the total reflection space 23 is formed with a plurality of sawtooth-shaped protrusions to act as a diffuse reflection surface. According to this configuration, since the outer surface 231 of the total reflection space 23 acts as a diffuse reflection surface for the actual object image light, it is difficult for an external observer to recognize the total reflection space 22 .
  • At least one surface of the interface between the total reflection space 20 and the optical means 10 may be formed as a concave surface or a convex surface to form a lens shape as a whole.
  • any one surface may be a flat surface, and at least one of the other surfaces may be formed as a concave surface or a convex surface.
  • the total reflection space 20 may be formed to have the shape of a Fresnel lens.
  • FIG. 6 is a view for explaining the total reflection space 24 formed in the shape of a Fresnel lens.
  • a Fresnel lens is an optical component composed of continuous concentric grooves etched into plastic, and has a thin and light feature, and has a thin thickness by replacing the curved surface of an existing optical lens with a concentric groove having the same curvature. It has the effect of having the same characteristics as a thick lens.
  • the surface opposite to the total reflection surface of the total reflection space 24 is formed as a curved surface, the effect of total reflection is obtained through the total reflection surface, while the curvature surface is a Fresnel lens Because of the role of the total reflection space 24 from the outside has the effect of not being well observed. In addition, since the thickness of the Fresnel lens is thin, it provides an advantage that the total reflection space 24 is not better observed from the outside.
  • FIG. 7 is a photograph exemplarily illustrating a state in which the total reflection space 20 is observed from the outside.
  • FIG. 7 (a) shows when the first type of total reflection space 21 of FIG. 5 is observed from the outside
  • FIG. 7 (b) is the second type of total reflection space 22 of FIG. 5 observed from the outside. This shows when the total reflection space 23 of the third shape of FIG. 5 is observed from the outside
  • FIG. 7 (c) shows when it is observed from the outside.
  • the second type of total reflection space 22 is less visible from the outside than the first type of total reflection space 21
  • the third type of total reflection space 23 is better than the second type of total reflection space 22 . It can be seen that it is hardly recognizable from the outside because it is less visible.
  • the total reflection space 24 in the form of a Fresnel lens of FIG. 6 appears similar to that of FIG. 7(c).
  • the total reflection space 20 may be formed of a diffractive optical element (DOE) or a holographic optical element (HOE) in addition to these shapes.
  • DOE diffractive optical element
  • HOE holographic optical element
  • At least one of the surfaces other than the total reflection surface for total reflection of the augmented reality image light of the total reflection space 20 may be coated with a blocking material for blocking light.
  • the total reflection space 20 has a size smaller than the human pupil size, that is, 8 mm or less, more preferably, so as to obtain a pinhole effect by increasing the depth, as described in the prior art background of the invention. is formed to be less than 4 mm.
  • the total reflection space 20 By forming the total reflection space 20 smaller than the general pupil size of a person, the depth of field for light incident to the pupil 50 through the total reflection space 20 can be made very deep to almost infinity, and thus Even if the user changes the focal length for the real world while gazing at the real world, a pinhole effect can be obtained that recognizes that the focus of the augmented reality image is always correct.
  • the size of the total reflection space 20 means the maximum length between any two points on the edge boundary of the total reflection space 20 .
  • the size of the total reflection space 20 is the orthographic projection of the total reflection space 20 on an arbitrary plane including the center of the pupil 50 while being perpendicular to the straight line between the pupil 50 and the total reflection space 20 . It can be the maximum length between any two points on the edge boundary.
  • the sizes of the plurality of total reflection spaces 20 do not all need to be the same, and may be partially different from each other.
  • the plurality of total reflection spaces 20 are preferably disposed at the same distance from each other, but at least some of the total reflection spaces 20 may have different spacings from those of other total reflection spaces 20 .
  • the angle of inclination with respect to the optical means 10 of at least a portion of the plurality of total reflection spaces 20 may be formed to be different from other total reflection spaces 31 to 35 .

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Abstract

본 발명은 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치에 관한 것으로서, 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단을 포함하고, 상기 광학 수단의 내부에는, 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 전달하는 전반사 공간이 형성되고, 상기 전반사 공간에는 광학 수단의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 매질이 채워지고, 상기 광학 수단의 내부를 통해 전반사 공간으로 전달되는 증강 현실 화상광은 상기 전반사 공간에서 전반사되어 사용자의 눈의 동공을 향해 전달되는 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.

Description

전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치
본 발명은 증강 현실용 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증강 현실용 광학 장치의 내부에서 전반사를 이용하여 증강 현실 화상광을 전달할 수 있으며, 외부로 새어 나오는 빛을 최소화하고 외부에서 광학 구조를 잘 인식할 수 없도록 함으로써 이질감을 줄일 수 있는 증강 현실용 광학 장치에 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 사용자의 실제 세계에 대한 초점 거리의 변경에 따라 가상 영상에 대한 초점 거리를 조절할 수 있는 가변형 초점 렌즈를 전기적으로 제어하는 등의 기술이 제안되어 있다.
그러나, 이러한 기술 또한 가상 영상에 대한 초점 거리를 조절하기 위하여 사용자가 별도의 조작을 해야 하거나 초점 거리의 제어를 위한 별도의 장치, 프로세서 등과 같은 하드웨어 및 소프트웨어를 필요로 한다는 점에서 문제가 있다.
이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 하기의 선행기술문헌에 기재된 바와 같이, 사람의 평균적인 동공보다 작은 크기의 반사부를 이용하여 동공을 통해 가상 영상을 망막에 투영함으로써 증강 현실을 구현할 수 있는 장치를 개발한 바 있다.
도 1은 선행기술문헌에 개시된 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(100)를 나타낸 도면이다.
도 1의 증강 현실용 광학 장치(100)는, 광학 수단(10), 반사부(20), 화상 출사부(30) 및 프레임부(40)를 포함한다.
광학 수단(10)은 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 투과시키는 수단으로써 예컨대 안경 렌즈일 수 있으며, 그 내부에 반사부(20)가 매립되어 있다. 또한, 광학 수단(10)은 반사부(20)로부터 반사된 증강 현실 화상광을 동공으로 전달하도록 투과시키는 기능도 수행한다.
프레임부(40)는 화상 출사부(30)와 광학 수단(10)을 고정 및 지지하는 수단으로서, 예컨대 안경 테와 같은 것일 수 있다.
화상 출사부(30)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(30)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 있다. 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(pinhole effect)라고 볼 수 있다.
따라서, 사용자가 실제 세계에 존재하는 실제 사물을 응시하면서 초점 거리를 변경하는 것과 상관없이 증강 현실용 화상에 대해서는 항상 선명한 가상 영상을 제공할 수 있다.
한편, 증강 현실에 사용되는 광학계는 외부 관찰자가 증강 현실용 광학 장치를 착용한 사용자에게 제공되는 증강 현실용 화상을 인식하지 못하도록 하여 사용자의 정보를 보호할 필요가 있는데, 일반적으로 흔히 이용되는 전반사를 사용하는 컴바이너(combiner)의 경우 전반사 면에 증강 현실용 화상이 비치게 되므로 사용자의 정보 보호를 위해서는 장치 앞면에 별도의 코팅이나 반투명 재질의 가림판등을 설치해야 한다는 한계가 있다.
이에 비하여, 도 1에서 설명한 반사부(20)를 사용한 증강 현실용 광학 장치(100)는 반사부(20)의 크기가 매우 작기 때문에 외부 관찰자가 증강 현실용 광학 장치(100)를 볼 때 반사부(20)를 매우 작은 점 정도로만 인식하게 되므로 전반사를 사용한 컴바이너에 비해 사용자 정보 보호의 면에서 매우 우수하다는 장점을 갖는다. 따라서, 이러한 증강 현실용 광학 장치(100)에 전반사를 이용하여 외부의 관찰자가 반사부(20)를 잘 인식하지 못하도록 하고 외부로 새어 나오는 빛을 최소화할 수 있는 기술이 요망된다.
[선행기술문헌]
대한민국 등록특허공보 10-1660519호(2016.09.29 공고)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 증강 현실용 광학 장치의 내부에서 전반사를 이용하여 증강 현실 화상광을 전달할 수 있으며, 외부로 새어 나오는 빛을 최소화하고 외부에서 광학 구조를 잘 인식할 수 없도록 함으로써 이질감을 줄일 수 있는 증강 현실용 광학 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단을 포함하고, 상기 광학 수단의 내부에는, 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 전달하는 전반사 공간이 형성되고, 상기 전반사 공간에는 광학 수단의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 매질이 채워지고, 상기 광학 수단의 내부를 통해 전반사 공간으로 전달되는 증강 현실 화상광은 상기 전반사 공간에서 전반사되어 사용자의 눈의 동공을 향해 전달되는 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.
여기에서, 상기 전반사 공간은, 화상 출사부 및 동공의 위치에 기초하여 전반사 공간과 광학 수단의 경계면으로 입사하는 증강 현실 화상광의 입사각(θ i)이 θ i ≥ sin -1(n 2/n 1)(여기서, n 1은 광학 수단의 굴절률이고, n 2는 전반사 공간에 채워진 매질의 굴절률임)을 만족하는 광학 수단의 내부 공간에 형성될 수 있다.
또한, 상기 전반사 공간의 내부는 진공으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전반사 공간의 내부에 채워지는 매질은, 상기 광학 수단의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 기체, 액체 또는 고체일 수 있다.
또한, 상기 전반사 공간에 채워지는 매질은, 온도 또는 압력 조건에 따라 결정상과 비결정상으로 변화하여 굴절률의 차이가 발생하는 상변화 물질로 채워질 수 있다.
또한, 상기 전반사 공간은, 프리즘 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전반사 공간은, 증강 현실 화상광을 전반사시키는 전반사면 이외의 다른 면들 중 적어도 하나에 빛을 난반사시키기 위한 난반사면이 형성될 수 있다.
또한, 상기 전반사 공간과 광학 수단의 경계면 중 적어도 어느 하나는 오목면 또는 볼록면으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전반사 공간은, 프레넬 렌즈의 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전반사 공간은, 회절 광학 소자 또는 홀로그래픽 소자일 수 있다.
또한, 상기 전반사 공간의 증강 현실 화상광을 전반사시키는 전반사면 이외의 다른 면들 중 적어도 하나에는 빛을 차단하는 차단 재질로 코팅될 수 있다.
또한, 상기 전반사 공간은, 4mm 이하의 크기를 가질 수 있다.
또한, 상기 전반사 공간은 복수개로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 증강 현실용 광학 장치의 내부에서 전반사를 이용하여 증강 현실 화상광을 전달할 수 있으며, 외부로 새어 나오는 빛을 최소화하고 외부에서 광학 구조를 잘 인식할 수 없도록 함으로써 이질감을 줄일 수 있는 증강 현실용 광학 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 선행기술문헌에 개시된 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(100)를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치(200)를 나타낸 도면이다.
도 3은 전반사의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에서 설명한 전반사의 원리에 기초한 본 발명에 의한 전반사 공간(20)의 배치 구조를 설명하기 위한 것이다.
도 5는 전반사 공간(20)의 다양한 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 프레넬 렌즈의 형상으로 형성된 전반사 공간(24)을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 전반사 공간(20)이 외부에서 관찰되는 모습을 예시적으로 나타낸 사진이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치(200, 이하 간단히 "증강 현실용 광학 장치(200)"라 한다)를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 증강 현실용 광학 장치(200)는, 광학 수단(10)을 포함하며, 광학 수단(10) 내부에 전반사 공간(20)이 형성된 것을 특징으로 한다.
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 구비할 수 있다. 제1 면(11)은 실제 사물 화상광이 입사하는 면이고, 제2 면(12)은 후술하는 바와 같이 전반사 공간(20)에서 전반사된 증강 현실 화상광과 광학 수단(10)의 제1 면(11)을 통과한 실제 사물 화상광이 사용자의 눈의 동공(50)을 향해 출사하는 면이다.
도 2의 실시예에서 광학 수단(10)의 제1 면(11)과 제2 면(12)은 서로 평행하도록 형성되어 있으나 이는 예시적인 것이며 서로 평행하지 않도록 형성될 수도 있음은 물론이다.
도 2의 실시예에서, 화상 출사부(30)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 전반사 공간(20)에서 직접 전달되는 것으로 도시되어 있으나 이는 예시적인 것이며, 화상 출사부(30)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 광학 수단(10)의 제1 면(11) 및 제2 면(12) 중 적어도 어느 하나에 의해 적어도 1회 이상 전반사된 후 전반사 공간(20)으로 전달될 수도 있음은 물론이다.
한편, 화상 출사부(30)는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 출사하는 수단으로서, 예컨대 소형의 LCD나 OLED 또는 조명을 포함하는 LCOS 등과 같은 디스플레이 장치일 수 있으며, 시준된 광을 출사하는 콜리메이터 등과 같은 굴절 수단, 반사 수단, 회절 수단 등을 더 포함할 수 있다.
이러한 화상 출사부(30) 자체는 본 발명의 직접적인 목적이 아니며 종래 기술에 의해 알려져 있는 것이므로 여기에서는 상세 설명은 생략한다.
한편, 증강 현실용 화상이라 함은, 화상 출사부(30)에서 출사되어 증강 현실용 광학 장치(200)를 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(30)에서 출사되어 증강 현실용 광학 장치(200)를 통해 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.
전반사 공간(20)은, 화상 출사부(30)로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공(50)을 향해 전달하는 수단으로서, 광학 수단(10)의 내부에 빈 공간 형태로 형성된다.
전반사 공간(20)은, 증강 현실용 광학 장치(200)를 사용자의 동공(50) 정면에 위치시켰을 때, 전반사 공간(20)으로 입사하는 증강 현실 화상광을 사용자의 동공(50)으로 전달할 수 있도록 화상 출사부(10)의 위치와 동공(50)의 위치를 고려하여 광학 수단(10)의 내부의 적절한 위치에 형성된다.
즉, 전반사 공간(20)은 화상 출사부(30)로부터 출사되어 광학 수단(10)의 내부를 통해 전반사 공간(20)으로 입사하는 증강 현실 화상광을 전반사시켜 동공(50)으로 전달할 수 있도록 광학 수단(10)의 내부에 형성된다.
또한, 입사하는 증강 현실 화상광을 전반사시킬 수 있도록 전반사 공간(20)의 굴절률(index of refraction)은 광학 수단(10)의 굴절률보다 작은 값을 갖는 매질로 채워진 것을 특징으로 한다.
도 3은 전반사의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
알려져 있는 바와 같이, 빛이 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 진행할 때, 매질 간의 경계면에서 일부는 투과하고 일부는 반사되는데, 입사각을 증가시키면 특정한 각 이상이 될 때 경계면에서 전부 반사되는 현상이 발생한다. 이를 전반사(total internal reflection)라 하고 이 때의 입사각을 임계각이라고 한다.
도 3에서 매질 1의 굴절률을 n 1이라 하고 매질 2의 굴절률을 n 2라고 한다. 또한, 매질 1의 굴절률(n 1)은 매질 2의 굴절률(n 2)보다 큰 값을 갖는 것으로 한다.
도 3을 참조하면, 매질 1에서 매질 2로 진행하는 광선 A, B의 경우에는 일부는 경계면에서 반사하고 일부는 투과해 나가지만, 광선 C의 경우에는 매질 2로 투과해 나가는 광선이 전혀 없음을 알 수 있다. 이 때의 입사각이 임계각(θ c)이 된다. 광선 D는 입사각이 임계각보다 크기 때문에 모두 경계면에서 반사되어 매질 1 쪽으로 진행함을 알 수 있다.
임계각(θ c)은 다음과 같은 수식에 의해 구할 수 있다.
광선 C의 경우, n 1·sinθ c = n 2·sin90°이고, sin90°= 1이므로, sinθ c = n 2/n 1가 되고, θ c = sin -1(n 2/n 1)가 된다.
따라서, 전반사가 일어나기 위해서는, 입사각이 임계각(θ c = sin -1(n 2/n 1)) 이상이어야 한다.
도 4는 도 3에서 설명한 전반사의 원리에 기초한 본 발명에 의한 전반사 공간(20)의 배치 구조를 설명하기 위한 것이다.
도 4를 참조하면, 광학 수단(10)의 굴절률을 n 1이라 하고 전반사 공간(20)에 채워진 매질의 굴절률을 n 2라 할 때(n 1>n 2), 화상 출사부(30)에서 출사되어 광학 수단(10) 내부를 통해 진행하는 증강 현실 화상광이 전반사 공간(20)과 광학 수단(10)의 경계면에서 전반사되기 위해서는, 전반사 공간(20)과 광학 수단(10)의 경계면으로 입사하는 증강 현실 화상광의 입사각(θ i)이 임계각(θ c) 이상의 값을 가져야 한다.
앞서 살펴 본 바와 같이, θ c = sin -1(n 2/n 1)이므로, 화상 출사부(30)의 위치 및 동공(50)의 위치에 기초하여 θ i ≥sin -1(n 2/n 1)을 만족하는 광학 수단(10) 내부 공간에 전반사 공간(20)을 형성해야 한다.
또한, 화상 출사부(30)에서 출사되어 광학 수단(10) 내부를 통해 진행하는 증강 현실 화상광이 전반사 공간(20)과 광학 수단(10)의 경계면에서 전반사되기 위해서는 전반사 공간(20)에 채워진 매질의 굴절률(n 2)이 광학 수단(10)의 굴절률(n 1)보다 작아야 하므로(n 1>n 2), 전반사 공간(20)에는 광학 수단(10)의 굴절률(n 1)보다 작은 굴절률을 갖는 매질을 채운다.
예컨대, 광학 수단(10)이 유리나 플라스틱 재질로 형성된 경우, 굴절률(n 1)은 1.5 내외이므로, 전반사 공간(20)에 채워지는 매질의 굴절률(n 2)은 이보다 작은 값을 가져야 한다.
한편, 진공의 경우 굴절률이 1이므로, 전반사 공간(20)의 내부를 진공으로 형성할 수 있다. 이 경우에는, 전반사 공간(20)에 채워지는 매질이 진공인 것으로 볼 수 있다.
또한, 공기는 대략 1.0003 정도의 굴절률을 가지므로, 전반사 공간(20)을 공기로 채울 수도 있다. 또한, 공기 이외의 기체는 보통 1에 가까운 굴절률을 가지므로, 광학 수단(10)의 굴절률(n 1)보다 작은 굴절률을 갖는 기타 기체를 전반사 공간(20)의 내부에 채우는 매질로 할 수도 있다.
또한, 물은 1.33 정도의 굴절률을 가지므로, 광학 소자(10)의 내부를 물로 채울 수도 있다. 또는, 광학 수단(10)의 굴절률(n 1)보다 작은 굴절률을 갖는 기타 액체를 전반사 공간(20)의 내부에 채우는 매질로 사용할 수도 있다.
또한, 광학 수단(10)의 굴절률(n 1)보다 작은 굴절률을 갖는 기타 고체를 광학 수단(10)의 내부에 채우는 매질로 사용할 수 있다.
이외에도, 광학 수단(10)의 굴절률(n 1)보다 작은 굴절률을 갖는 기타 다양한 저굴절 매질을 광학 수단(10)의 내부에 채우는 매질로 사용할 수 있다.
한편, 전반사 공간(20)의 내부를 상변화 물질로 채울 수도 있다.
상변화 물질은 홀로그램 메모리, 광 저장 장치등에 사용되는 물질로 에너지를 가한 이후 결정화시키는 과정에서 온도나 압력 등과 같은 조건에 따라 굴절률이 달라지는 특성을 갖는다.
광 저장 장치에 사용되는 대표적인 물질로 GeSbTe(GST)로 대표되는 Sb2Se3, Ge2Sb2Te5 와 TeOx(0＜x＜2)등이 있고, 이 물질들은 레이저를 이용하여 고온으로 가열한 이후, 급격하게 식히면 비결정상으로 변화하고, 서서히 냉각시키면 결정상으로 변화하는데, 이 때 결정상과 비결정상의 굴절률의 차이가 발생한다.
홀로그램 메모리 등에 사용되는 대표적인 물질로는 아크릴레이트계 공중합체 등이 있고, 레이저를 통한 노광에 의해 굴절률이 변화하게 된다.
본 발명에서는 전반사 공간(20)이 형성되는 위치에 이러한 상변화 물질을 매질로서 채우고, 상변화 물질의 조건에 따른 굴절률 변화를 이용하여 상변화 물질과 광학 수단(10)의 굴절률 차이에 의해 전반사 공간(20)에서 증강 현실 화상광이 전반사되도록 할 수 있다.
이러한 전반사 공간(20)에 채워지는 매질은 투명재 또는 반투명재로 형성하는 것이 바람직하다.
도 5는 전반사 공간(20)의 다양한 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 전반사 공간(20)은 3가지 형태(21,22,23)를 갖는 것으로 도시되어 있다.
첫번째 형태의 전반사 공간(21)은 광학 수단(10)을 측면에서 보았을 때 얇은 판 형태가 되도록 형성된다.
두번째 형태의 전반사 공간(22)은 광학 수단(10)을 측면에서 보았을 때 삼각형 형태로 형성되고, 전체적으로 볼 때는 프리즘(prism)의 형태로 형성된다. 이러한 프리즘 형태의 전반사 공간(22)은 외부 관찰자의 시점에서 볼 때 프리즘 형태의 전반사 공간(22)을 통해 실제 사물 화상광이 더 큰 각도를 가지고 굴절 또는 반사되기 때문에 외부 관찰자로 전달될 가능성이 낮아지므로, 전반사 공간(22)을 외부 관찰자가 인식하기 어렵다는 장점을 갖는다.
세번째 형태의 전반사 공간(23)은 광학 수단(10)을 측면에서 보았을 때 얇은 판 형태로 형성되지만, 증강 현실 화상광이 입사되어 전반사되는 전반사면 이외의 다른 면 중 적어도 어느 하나에 빛을 난반사시키는 난반사면(231)이 형성된 것을 특징으로 한다.
도 5에서 전반사 공간(23)의 외부 면(231)은 톱니 형상의 복수개의 돌출부가 형성되어 난반사면으로 작용한다. 이러한 구성에 의하면, 전반사 공간(23)의 외부 면(231)은 실제 사물 화상광에 대한 난반사면으로 작용하므로 전반사 공간(22)을 외부 관찰자가 인식하기 어렵다는 장점을 갖는다.
한편, 도시하지는 않았으나, 전반사 공간(20)과 광학 수단(10)의 경계면 중 적어도 어느 하나의 면은 오목면 또는 볼록면으로 형성되어 전체적으로 렌즈 형태가 되도록 형성할 수도 있다. 이 때, 어느 하나의 면을 평면으로 하고, 다른 면 중 적어도 어느 하나를 오목면 또는 볼록면으로 형성할 수 있다. 이와 같이, 전반사 공간(23)을 렌즈 형태가 되도록 하면, 렌즈의 발산 또는 수렴 효과로 인하여 외부에서 전반사 공간(20)을 인식하기가 어렵다는 장점이 있다.
또한, 전반사 공간(20)은 프레넬 렌즈의 형상이 되도록 형성할 수도 있다.
도 6은 프레넬 렌즈의 형상으로 형성된 전반사 공간(24)을 설명하기 위한 도면이다.
주지된 바와 같이, 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)는, 플라스틱에 식각된 연속적인 동심 홈으로 이루어진 광학 부품으로서 얇고 가벼운 특징을 가지며, 기존 광학렌즈의 곡면을 동일한 곡률을 가지는 동심 홈으로 대체하여 얇은 두께로도 두꺼운 렌즈와 동일한 특성을 가지게 하는 효과가 있다.
이러한 프레넬 렌즈의 원리를 이용하여, 전반사 공간(24)의 전반사면의 반대면을 곡률이 있는 면으로 형성하면, 전반사면을 통해서는 전반사의 효과를 얻는 한편, 곡률이 있는 면은 프레넬 렌즈의 역할을 하기 때문에 외부에서 전반사 공간(24)이 잘 관찰되지 않게 하는 효과를 가지게 된다. 또한, 프레넬 렌즈의 두께가 얇기 때문에 외부에서 전반사 공간(24)을 더 잘 관찰되지 않게 되는 장점을 제공한다.
도 7은 전반사 공간(20)이 외부에서 관찰되는 모습을 예시적으로 나타낸 사진이다.
도 7의 (a)는 도 5의 첫번째 형태의 전반사 공간(21)을 외부에서 관찰할 때를 나타낸 것이고, 도 7의 (b)는 도 5의 두번째 형태의 전반사 공간(22)을 외부에서 관찰할 때를 나타낸 것이고, 도 7의 (c)는 도 5의 세번째 형태의 전반사 공간(23)을 외부에서 관찰할 때를 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 두번째 형태의 전반사 공간(22)이 첫번째 형태의 전반사 공간(21)보다 외부 시점에서 더 잘 보이지 않고, 세번째 형태의 전반사 공간(23)은 두번째 형태의 전반사 공간(22)보다도 더 잘 보이지 않아서 외부에서는 거의 인식되지 않음을 알 수 있다.
도시하지는 않았으나 도 6의 프레넬 렌즈 형태의 전반사 공간(24)은 도 7의 (c)와 유사하게 나타난다.
한편, 본 발명에 의한 전반사 공간(20)은, 이러한 형태 이외에 회절 광학 소자(DOE) 또는 홀로그래픽 광학 소자(HOE)로 형성할 수도 있다.
또한, 전반사 공간(20)의 증강 현실 화상광을 전반사시키는 전반사면 이외의 다른 면들 중 적어도 하나에는 빛을 차단하는 차단 재질로 코팅될 수도 있다.
한편, 전반사 공간(20)은, 앞서 발명의 배경이 되는 기술에서 설명한 바와 같이, 심도를 깊게 하여 핀홀 효과(pinhole effect)를 얻을 수 있도록 사람의 동공 크기보다 작은 크기 즉, 8mm 이하, 보다 바람직하게는 4mm 이하로 형성된다.
전반사 공간(20)을 사람의 일반적인 동공 크기보다 작게 형성함으로써, 전반사 공간(20)을 통해 동공(50)으로 입사하는 빛에 대한 심도(Depth of Field)를 거의 무한대로 매우 깊게 할 수 있고, 따라서 사용자가 실제 세계를 응시하면서 실제 세계에 대한 초점 거리를 변경하더라도 증강 현실용 화상의 초점은 항상 맞는 것으로 인식하게 하는 핀홀 효과(pinhole effect)를 얻을 수 있다.
여기에서, 전반사 공간(20)의 크기는, 전반사 공간(20)의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이를 의미한다.
또한, 전반사 공간(20)의 크기는, 동공(50)과 전반사 공간(20) 사이의 직선에 수직하면서 동공(50)의 중심을 포함하는 임의의 평면에 전반사 공간(20)을 투영한 정사영의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이일 수 있다.
한편, 상기 실시예에서, 전반사 공간(20)은 1개만을 나타내었으나, 복수개로 형성할 수도 있음은 물론이다.
이 때, 복수개의 전반사 공간(20)의 크기는 전부 동일할 필요는 없으며, 부분적으로 서로 다르게 할 수도 있다.
또한, 복수개의 전반사 공간(20)은 서로 동일한 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하지만, 적어도 일부의 전반사 공간(20)의 간격을 다른 전반사 공간(20)의 간격과 다르게 배치할 수도 있다.
또한, 복수개의 전반사 공간(20) 중 적어도 일부의 광학 수단(10)에 대한 경사각은 다른 전반사 공간(31~35)과 상이하게 형성할 수 있다.
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.

Claims (13)

  1. 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치로서,
    실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단
    을 포함하고,
    상기 광학 수단의 내부에는, 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 전달하는 전반사 공간이 형성되고,
    상기 전반사 공간에는 광학 수단의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 매질이 채워지고, 상기 광학 수단의 내부를 통해 전반사 공간으로 전달되는 증강 현실 화상광은 상기 전반사 공간에서 전반사되어 사용자의 눈의 동공을 향해 전달되는 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전반사 공간은,
    화상 출사부 및 동공의 위치에 기초하여 전반사 공간과 광학 수단의 경계면으로 입사하는 증강 현실 화상광의 입사각(θ i)이 θ i ≥ sin -1(n 2/n 1)(여기서, n 1은 광학 수단의 굴절률이고, n 2는 전반사 공간에 채워진 매질의 굴절률임)을 만족하는 광학 수단의 내부 공간에 형성되는 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전반사 공간의 내부는 진공으로 형성된 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전반사 공간의 내부에 채워지는 매질은, 상기 광학 수단의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 기체, 액체 또는 고체인 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전반사 공간에 채워지는 매질은, 온도 또는 압력 조건에 따라 결정상과 비결정상으로 변화하여 굴절률의 차이가 발생하는 상변화 물질로 채워진 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전반사 공간은, 프리즘 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전반사 공간은, 증강 현실 화상광을 전반사시키는 전반사면 이외의 다른 면들 중 적어도 하나에 빛을 난반사시키기 위한 난반사면이 형성된 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전반사 공간과 광학 수단의 경계면 중 적어도 어느 하나는 오목면 또는 볼록면으로 형성된 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 전반사 공간은, 프레넬 렌즈의 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 전반사 공간은, 회절 광학 소자 또는 홀로그래픽 소자인 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 전반사 공간의 증강 현실 화상광을 전반사시키는 전반사면 이외의 다른 면들 중 적어도 하나에는 빛을 차단하는 차단 재질로 코팅된 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 전반사 공간은, 4mm 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 전반사 공간은 복수개로 형성된 것을 특징으로 하는 전반사를 이용한 증강 현실용 광학 장치.
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