WO2023234505A1 - Projection-type augmented reality optical device miniaturized through polarization adjustment - Google Patents

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최광순
손예슬
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Abstract

A projection-type augmented reality optical device miniaturized through polarization adjustment is provided. The augmented reality device according to an embodiment of the present invention comprises a projector that generates and projects an image, an optical path folding portion that folds an optical path for the image projected by the projector, through polarization adjustment, a scattering layer that scatters an image emitted from the optical path folding portion, and an image combiner that combines the image scattered by the scattering layer, with external light incident from the real world. Accordingly, an augmented reality image may be provided to a general user with a compact device, thereby eliminating the user discomfort and implementing an ergonomic design.

Description

편광 조정을 통해 소형화한 투사형 증강현실 광학 장치Projection-type augmented reality optical device miniaturized through polarization adjustment
본 발명은 증강현실 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사람이 착용한 상태로 증강현실 영상을 제공하여 주는 투사형 증강현실 광학 장치에 관한 것이다.The present invention relates to augmented reality technology, and more specifically, to a projection-type augmented reality optical device that provides an augmented reality image while worn by a person.
레이저 프로젝션을 이용한 증강현실 광학 장치는 충분한 아이박스 확보를 위하여, 프로젝션된 가상 영상을 별도의 디퓨저와 같은 산란층을 활용하여 시역을 확장할 수 있다.Augmented reality optical devices using laser projection can expand the viewing area by using a scattering layer such as a separate diffuser for the projected virtual image to secure a sufficient eye box.
하지만 프로젝션된 영상이 산란층에서 올바르게 초점을 맺고 충분한 영상 크기를 확보하기 위하여 투사계 - 산란층 사이의 충분한 이격거리가 확보되어야 하므로, 전체 광학 시스템이 매우 길어지는 한계점을 가지고 있다.However, in order for the projected image to be correctly focused on the scattering layer and to secure a sufficient image size, a sufficient separation distance between the projection system and the scattering layer must be secured, which has the limitation of making the entire optical system very long.
이는 컴팩트한 구조를 가능케하는 레이저 프로젝션 기반의 광학 장치의 장점을 희석시키므로, 시역을 확보하면서도 전체 광경로를 축소시킬 수 있는 기술의 개발이 필요하다.This dilutes the advantages of laser projection-based optical devices that enable compact structures, so it is necessary to develop technology that can reduce the overall optical path while securing the viewing area.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 광선 다발의 빔폭을 확대시킴으로써 동공 직사형 증강현실 장치에서 영상을 관측할 수 있는 허용 영역을 증대시키면서도 전체 광경로를 절감하여 시스템 크기를 소형화한 투사형 증강현실 광학 장치를 제공함에 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to increase the allowable area where images can be observed in the pupil direct-projection augmented reality device by expanding the beam width of the light beam bundle, while maintaining the entire optical path. The aim is to provide a projection-type augmented reality optical device that reduces system size and reduces system size.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 장치는 영상을 생성하여 투사하는 프로젝터; 편광 조정을 통해 프로젝터에서 투사되는 영상에 대한 광경로를 폴딩하는 광경로 폴딩부; 광경로 폴딩부에서 출사되는 영상을 산란시키는 산란층; 산란층에서 산란된 영상과 현실 세계에서 입사되는 외부광을 결합하는 영상 결합기;를 포함한다.An augmented reality device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a projector that generates and projects an image; an optical path folding unit that folds the optical path for the image projected from the projector through polarization adjustment; A scattering layer that scatters the image emitted from the optical path folding unit; It includes an image combiner that combines the image scattered from the scattering layer with external light incident from the real world.
그리고 산란층은, 프로젝터에서 투사되는 영상을 투과시켜 광경로 폴딩부로 전달하고, 광경로 폴딩부에서 출사되는 영상을 산란시켜 영상 결합기로 반사할 수 있다.And the scattering layer can transmit the image projected from the projector and transmit it to the optical path folding unit, and scatter the image emitted from the optical path folding unit and reflect it to the image combiner.
산란층은, 프로젝터에서 투사되는 제1 편광 상태의 영상은 투과시키고, 광경로 폴딩부에 의해 제2 편광 상태로 변경된 영상은 산란시켜 반사하는 소자일 수 있다.The scattering layer may be an element that transmits the image in the first polarization state projected from the projector and scatters and reflects the image changed to the second polarization state by the optical path folding unit.
광경로 폴딩부는, 산란층에서 투과되는 제1 편광 상태의 영상을 투과시키면서 제3 편광 상태의 영상으로 변환하여 편광 미러로 전달하고, 편광 미러로부터 전달되는 제4 편광 상태의 영상을 투과시키면서 제2 편광 상태로 변환하여 산란층으로 전달하는 변환기; 및 변환기로부터 전달되는 제3 편광 상태의 영상을 변환기로 반사시키면서 제4 편광 상태의 영상으로 변환하는 편광 미러;를 포함할 수 있다.The optical path folding unit transmits the image in the first polarization state transmitted from the scattering layer, converts it into an image in the third polarization state, and transmits it to the polarization mirror, and transmits the image in the fourth polarization state transmitted from the polarization mirror to the image in the second polarization state. A converter that converts the polarization state and transmits it to the scattering layer; and a polarization mirror that reflects the image in the third polarization state transmitted from the converter to the converter and converts it into an image in the fourth polarization state.
프로젝터와 산란층 간의 거리는, 증강현실 장치에 광경로 폴딩부가 없는 경우의 프로젝터와 산란층 간의 거리 보다 짧을 수 있다.The distance between the projector and the scattering layer may be shorter than the distance between the projector and the scattering layer when the augmented reality device does not have an optical path folding unit.
산란층은, 평면 형태일 수 있다. 산란층은, 안구 위치에서 출광한 평행광 번들이 영상 결합기를 거쳐 초점을 맺는 각 지점을 곡선으로 이어 근사한 자유곡면 형상일 수 있다.The scattering layer may have a planar shape. The scattering layer may have an approximate free-form shape by connecting each point where the parallel light bundle emitted from the eye position passes through the image combiner and comes into focus with a curved line.
본 발명의 다른 실시예에 따른 증강현실 제공 방법은 프로젝터가, 영상을 생성하여 투사하는 단계; 광경로 폴딩부가, 편광 조정을 통해 프로젝터에서 투사되는 영상에 대한 광경로를 폴딩하는 단계; 산란층이, 광경로 폴딩부에서 출사되는 영상을 산란시키는 단계; 영상 결합기가, 산란층에서 산란된 영상과 현실 세계에서 입사되는 외부광을 결합하는 단계;를 포함한다.A method of providing augmented reality according to another embodiment of the present invention includes the steps of generating and projecting an image by a projector; A step of folding, by an optical path folding unit, an optical path for an image projected from a projector through polarization adjustment; A scattering layer scattering the image emitted from the optical path folding unit; The image combiner includes a step of combining the image scattered from the scattering layer with external light incident from the real world.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 별도의 복잡하고 두꺼운 복합 광학 소자 없이, 필름 형태의 광학소자 레이어들 만을 추가하여 전체 광경로를 폴딩시킬 수 있어, 컴팩트한 장치로 일반 사용자에게 증강현실 영상을 제공할 수 있어, 사용자의 불편감을 해소하고 인체공학적인 디자인을 구현할 수 있다.As described above, according to embodiments of the present invention, the entire optical path can be folded by adding only film-type optical element layers without a separate complex and thick composite optical element, making it a compact device for general users. Augmented reality images can be provided, eliminating user discomfort and implementing an ergonomic design.
도 1은 본 발명이 적용가능한 투사형 증강현실 광학 장치의 구조도,1 is a structural diagram of a projection-type augmented reality optical device to which the present invention is applicable;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투사형 증강현실 광학 장치의 구조도,Figure 2 is a structural diagram of a projection-type augmented reality optical device according to an embodiment of the present invention;
도 3은 각 소자들에 의한 편광 상태 변화를 나타낸 도면, 그리고,Figure 3 is a diagram showing the change in polarization state by each element, and
도 4는 자유 곡면의 편광 선택적 산란층을 예시한 도면이다.Figure 4 is a diagram illustrating a polarization selective scattering layer of a free-form surface.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
홀로그램 렌즈는 서로 다른 방향에서 입광하는 두 광파(기준빔 및 신호빔)의 간섭 패턴을 기록매질(예: 포토폴리머, 광굴절폴리머, 실버할라이드 등)에 기록함으로써 제작되는 광학소자로, 투명하고 얇은 필름 형태로도 특정 광소자의 기능을 대체할 수 있는 장점이 있다.A holographic lens is a transparent and thin optical element produced by recording the interference pattern of two light waves (reference beam and signal beam) coming from different directions on a recording medium (e.g. photopolymer, photorefractive polymer, silver halide, etc.). Even in film form, it has the advantage of being able to replace the function of a specific optical device.
해당 소자 내에 기록된 간섭 패턴은 홀로그래픽 기록매질 내에 주기적으로 반복되는 형태의 체적 격자(Volume grating)를 형성하며, 추후 재생 단계에서 입광하는 투사빔이 체적 격자의 브래그 조건(Bragg condition)을 만족할 경우 회절 현상을 통하여 재생빔을 출력하는 기능을 수행하여 얇고 가벼운 광학소자를 형성함에 장점을 가진다. The interference pattern recorded within the device forms a periodically repeating volume grating within the holographic recording medium, and when the incident beam at the later reproduction stage satisfies the Bragg condition of the volume grating, It has the advantage of forming a thin and light optical element by performing the function of outputting a reproduction beam through a diffraction phenomenon.
홀로그램 소자 및 레이저 프로젝션을 이용한 증강현실 장치는 도 1에 제시된 바와 같이 투사계(10)에서 출광된 영상 광선 번들을 사용자의 눈 앞에 위치한 영상 결합기(Image combiner : 30)에서 회절시켜 사용자의 동공 위치에 제공시키는 광학 구조로 이루어진다.As shown in FIG. 1, the augmented reality device using a holographic element and laser projection diffracts the image light bundle emitted from the projection system 10 at an image combiner (30) located in front of the user's eyes to position the image at the user's pupil. It consists of an optical structure that provides
이 기술은 복잡한 광학 구조 없이 고투명도 기반의 영상을 제공할 수 있다는 장점이 있으나, 충분한 아이박스(Eye-box)를 확보하기 위해서는, 레이저 프로젝션된 영상을 산란층(20)에서 산란시킴으로써 화소당 확산각을 충분히 확보할 수 있어야 한다.This technology has the advantage of being able to provide a high-transparency-based image without a complicated optical structure, but in order to secure a sufficient eye-box, the laser projected image is diffused per pixel by scattering it in the scattering layer 20. You must be able to secure a sufficient angle.
산란층(20)에서 레이저 프로젝션된 영상이 충분한 영상 크기와 올바른 초점을 확보하기 위하여, 통상적으로는 수십 mm 수준의 투사거리가 산란층(20)의 후면에 요구된다.In order to ensure sufficient image size and correct focus for the laser projected image on the scattering layer 20, a projection distance of several tens of mm is typically required on the back of the scattering layer 20.
레이저 프로젝터(10)에서 프로젝션된 영상광은 산란층(20)에서 산란되기 이전에, 충분한 영상 크기 확보를 위하여 요구되는 최소한의 투사거리(d)를 만족하여야 하는 것이다.The image light projected from the laser projector 10 must satisfy the minimum projection distance (d) required to secure a sufficient image size before being scattered in the scattering layer 20.
따라서 전체 시스템의 총장은 산란층(20) - 영상 결합기(30) 사이의 공간 외에도 추가적인 투사거리(d) 이상의 값이 요구된다. 이는 전체 증강현실 광학 장치의 투사부를 매우 길게 만드는 부작용이 있어, 컴팩트한 디자인의 증강현실 장치를 구현함에 있어 큰 문제가 되고 있다.Therefore, the total length of the entire system requires a value greater than or equal to the additional projection distance (d) in addition to the space between the scattering layer (20) and the image combiner (30). This has the side effect of making the projection portion of the entire augmented reality optical device very long, which is a major problem in implementing an augmented reality device with a compact design.
이에 본 발명의 실시예에서는 편광 조정을 통해 투사형 증강현실 광학 장치를 소형화하는 방법을 제시한다. 즉 편광 조정을 통해 전체 광경로를 증가시켜 소형화된 증강현실 광학 장치를 구현하는 것이다.Accordingly, an embodiment of the present invention presents a method of miniaturizing a projection-type augmented reality optical device through polarization adjustment. In other words, a miniaturized augmented reality optical device is implemented by increasing the overall optical path through polarization adjustment.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투사형 증강현실 광학 장치의 구조를 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 투사형 증강현실 광학 장치에서는 편광 기반의 광경로 폴딩 광학 레이어를 추가하고, 산란층을 편광 선택적으로 반응할 수 있는 광소자로 대체한다.Figure 2 is a diagram showing the structure of a projection-type augmented reality optical device according to an embodiment of the present invention. In the projection-type augmented reality optical device according to an embodiment of the present invention, a polarization-based optical path folding optical layer is added, and the scattering layer is replaced with an optical element capable of selectively responding to polarization.
이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 투사형 증강현실 광학 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 레이저 프로젝터(110), 편광 선택적 산란층(120), QWR(Quarter Wave Retarder : 130), 편광 선택적 미러(140) 및 영상 결합기(150)를 포함하여 구성된다.For this purpose, the projection-type augmented reality optical device according to an embodiment of the present invention includes a laser projector 110, a polarization selective scattering layer 120, a quarter wave retarder (QWR) 130, and a polarization selective mirror 140, as shown in FIG. 2. ) and an image combiner 150.
편광 선택적 산란층(120), QWR(130) 및 편광 선택적 미러(140)가 광경로의 길이는 만족시킨면서 증강현실 광학 장치 전체 시스템의 물리적인 크기를 줄여주어, 시스템의 단소화를 가능하게 한다.The polarization selective scattering layer 120, QWR 130, and polarization selective mirror 140 reduce the physical size of the entire augmented reality optical device system while satisfying the length of the optical path, enabling simplification of the system. .
레이저 프로젝터(110)는 증강현실을 구성할 가상의 영상을 생성하여 투사한다. 도 1에 도시된 기존의 레이저 프로젝터(10)와 달리, 레이저 프로젝터(110)는 편광 선택적 산란층(120)의 후면에 충분한 이격 거리 없이 근접하여 배치된다.The laser projector 110 generates and projects a virtual image that will constitute augmented reality. Unlike the existing laser projector 10 shown in FIG. 1, the laser projector 110 is disposed close to the rear of the polarization selective scattering layer 120 without a sufficient separation distance.
즉 레이저 프로젝터(110)와 편광 선택적 산란층(120) 간의 이격 거리는, 일반 산란층(20)이 사용되고 광경로 폴딩을 위한 구성(130,140)이 없는 증강현실 장치의 프로젝터(10)와 산란층(20) 간의 이격 거리 보다 짧게 구현가능하다.That is, the separation distance between the laser projector 110 and the polarization selective scattering layer 120 is the distance between the projector 10 and the scattering layer 20 of the augmented reality device that uses the general scattering layer 20 and does not have the configurations 130 and 140 for optical path folding. ) can be implemented shorter than the separation distance between them.
편광 선택적 산란층(120)은 레이저 프로젝터(110)에서 투사되는 영상광에 대해서는 투과시켜 광경로 폴딩부(130,140)로 전달하고, 광경로 폴딩부(130,140)에서 출사되는 영상광에 대해서는 산란시키면서 영상 결합기(150) 쪽으로 반사한다.The polarization selective scattering layer 120 transmits the image light projected from the laser projector 110 and transmits it to the optical path folding units 130 and 140, and scatters the image light emitted from the optical path folding units 130 and 140 to produce an image. It reflects toward the coupler 150.
영상 결합기(150)는 편광 선택적 산란층(120)에서 반사되는 영상광과 현실 세계에서 입사되는 외부광을 결합하여 사용자의 동공으로 직사하도록 제작된 홀로그램 렌즈이다.The image combiner 150 is a holographic lens designed to combine image light reflected from the polarization selective scattering layer 120 and external light incident from the real world and project the image directly into the user's pupil.
광경로 폴딩부(130,140)는 레이저 프로젝터(110)에서 투사되는 영상광에 대한 광경로를 폴딩하기 위한 구성이다.The optical path folding units 130 and 140 are configured to fold the optical path for the image light projected from the laser projector 110.
이를 위해 QWR(130)은 편광 선택적 산란층(120)에서 투과되는 영상광을 투과시켜 편광 선택적 미러(140)로 전달하고, 편광 선택적 미러(140)에서 반사되는 영상광은 투과시켜 편광 선택적 산란층(120)으로 전달한다.To this end, the QWR (130) transmits the image light transmitted from the polarization-selective scattering layer 120 to the polarization-selective mirror 140, and transmits the image light reflected from the polarization-selective mirror 140 to the polarization-selective scattering layer. Forward to (120).
편광 선택적 미러(140)는 QWR(130)을 통해 전달되는 영상광을 반사시켜 편광 선택적 산란층(130)으로 재입사시킨다.The polarization-selective mirror 140 reflects the image light transmitted through the QWR 130 and makes it re-incident into the polarization-selective scattering layer 130.
레이저 프로젝터(110)에서 출사되는 영상광의 광경로는 다음과 같이 구성된다.The optical path of the image light emitted from the laser projector 110 is configured as follows.
레이저 프로젝터(110) → 편광 선택적 산란층(120) → QWR(130) → 편광 선택적 미러(140) → QWR(130) → 편광 선택적 산란층(120) → 영상 결합기(150)Laser projector (110) → Polarization selective scattering layer (120) → QWR (130) → Polarization selective mirror (140) → QWR (130) → Polarization selective scattering layer (120) → Image combiner (150)
광경로를 위와 같이 구성하기 위해, 편광 선택적 산란층(120)을 편광 선택적인 산란 반응을 유도할 수 있는 소자로 구성한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이 편광 선택적 산란층(120)은 레이저 프로젝터(110)에서 출사되는 영상광의 편광 상태인 수직 선편광 상태(210)에 대해서는 별도의 산란 없이 투과시킨다. 반면 QWR(130)을 통해 전달되는 수직 선편광 상태(210)와 광학적으로 독립적인(Orthogonal) 수평 선편광 상태(220)의 영상광에 대해서는 투과없이 산란시킨다.In order to configure the optical path as above, the polarization selective scattering layer 120 is composed of an element capable of inducing a polarization selective scattering reaction. As shown in FIG. 3, the polarization selective scattering layer 120 transmits the vertical linear polarization state 210, which is the polarization state of the image light emitted from the laser projector 110, without separate scattering. On the other hand, the image light in the vertical linear polarization state 210 and the optically independent (orthogonal) horizontal linear polarization state 220 transmitted through the QWR 130 is scattered without transmission.
QWR(130)은 선편광 상태와 원편광 상태를 서로 변환하여 주는 변환 소자이다. 따라서 도 3에 도시된 바와 같이 QWR(130)은 편광 선택적 산란층(120)을 투과하는 수직 선편광 상태(210)의 영상광을 투과시키면서 오른원 편광 상태(310)로 변환시키고, 편광 선택적 미러(140)에서 반사되는 왼원 편광 상태(320)의 영상광을 투과시키면서 수평 선편광 상태(220)로 변환한다.The QWR (130) is a conversion element that converts the linearly polarized state and the circularly polarized state into each other. Therefore, as shown in FIG. 3, the QWR 130 transmits the image light in the vertical linear polarization state 210 passing through the polarization selective scattering layer 120 and converts it to the right circular polarization state 310, and uses a polarization selective mirror ( The image light in the left circular polarization state 320 reflected from 140) is transmitted and converted to the horizontal linear polarization state 220.
편광 선택적 미러(140)는 원편광 상태를 변환한다. 구체적으로 도 3에 도시된 바와 같이 편광 선택적 미러(140)는 QWR(130)를 투과하여 입사되는 오른원 편광 상태(310)의 영상광을 반사하면서 왼원 편광 상태(320)로 변환한다.Polarization selective mirror 140 converts the circularly polarized state. Specifically, as shown in FIG. 3, the polarization selective mirror 140 reflects image light in a right-handed circularly polarized state 310 that passes through the QWR 130 and converts it into a left-handed circularly polarized state 320.
이에 따라 레이저 프로젝터(110)에서 출사되는 수직 선편광 상태(210)의 영상광은 편광 선택적 산란층(120)을 투과한 후 QWR(130)에 의해 오른원 편광 상태(310)로 변환되고, 편광 선택적 미러(140)에서 왼원 편광 상태(320)로 변환되며, QWR(130)에서 수평 선편광 상태(220)로 변환된 후 편광 선택적 산란층(120)에서 산란되면서 영상 결합기(150)로 반사되는 것이다.Accordingly, the image light in the vertical linear polarization state 210 emitted from the laser projector 110 is converted to the right-circular polarization state 310 by the QWR 130 after passing through the polarization selective scattering layer 120, and is converted to the polarization selective scattering layer 120. It is converted to the left circular polarization state 320 in the mirror 140, and converted to the horizontal linear polarization state 220 in the QWR 130, then scattered in the polarization selective scattering layer 120 and reflected to the image combiner 150.
한편 도 3에서 제시한 각 소자들에서의 편광 상태는 예시적인 것에 불과하다. 수직/수평 선편광 상태와 오른/왼 원편광 상태와 같이 상호 Orthogonal 하기만 하다면, 예시된 바와 다른 편광쌍을 적용하여 동일한 기능을 하는 구조를 만들 수 있음은 물론이다.Meanwhile, the polarization state of each device shown in FIG. 3 is merely an example. Of course, as long as the vertical/horizontal linear polarization state and the right/left circular polarization state are mutually orthogonal, a structure with the same function can be created by applying a different polarization pair as shown.
다른 한편으로 통상 레이저 프로젝터(110)의 광원에서는 레이징을 위한 이득 매질 등으로 인하여, 선형으로 편광되어 출광된다. 따라서 레이저 프로젝터(110)는 편광을 이용한 광경로 폴딩에 있어 별도의 편광 필터링이 없더라도 적용이 가능하다는 이점을 가지고 있으며, 편광 조정 및 선형 편광자 등을 거침에 따른 광손실이 매우 작아 그 장점을 극대화할 수 있다.On the other hand, the light source of the laser projector 110 usually emits linearly polarized light due to a gain medium for lasing. Therefore, the laser projector 110 has the advantage that it can be applied even without separate polarization filtering in optical path folding using polarization, and the light loss due to polarization adjustment and passing through a linear polarizer is very small, so the advantage can be maximized. You can.
만약 레이저 프로젝터(110)의 광원이 비편광(Un-polarized) 특성을 가지고 있을 경우, 레이저 프로젝터(110)의 전면에 별도의 편광 필터링 소자를 장착할 것이 요구된다.If the light source of the laser projector 110 has un-polarized characteristics, it is required to install a separate polarization filtering element on the front of the laser projector 110.
한편 편광 선택적 산란층(120)은 필름과 같은 형태로 유연성을 가지고 있어 구현 형상에 제한이 적기 때문에, 영상 결합기(150), 즉 홀로그램 렌즈의 수차를 저감할 수 있도록 편광 선택적 산란층(120)을 단순 평면이 아닌 자유 곡면의 형태로 제작 및 라미네이팅 하는 것이 가능하다.On the other hand, since the polarization selective scattering layer 120 has flexibility in a film-like form and has few restrictions on the shape of the implementation, the polarization selective scattering layer 120 is used to reduce aberrations of the image combiner 150, that is, the holographic lens. It is possible to manufacture and laminate in the form of a free curved surface rather than a simple flat surface.
도 4는 이러한 예시를 나타내고 있는데, 홀로그램 렌즈(150)에서 발생하는 수차 문제(각 화소의 포커싱 위치가 선형으로 배치되지 않는 문제)를 자유곡면 형태의 산란층(125)을 도입함으로써 해결할 수 있다. 산란층(125)의 자유곡면 형상은 안구 위치에서 출광한 평행광 번들이 영상 결합기(150)를 거쳐 초점을 맺는 각 지점을 곡선으로 이어 근사함으로써 얻어질 수 있다.Figure 4 shows such an example, and the aberration problem (a problem in which the focusing position of each pixel is not arranged linearly) occurring in the holographic lens 150 can be solved by introducing the scattering layer 125 in the form of a free-form surface. The free-form shape of the scattering layer 125 can be obtained by approximating each point where the parallel light bundle emitted from the eye position passes through the image combiner 150 and comes into focus with a curved line.
지금까지 편광 조정을 통해 소형화한 투사형 증강현실 광학 장치에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.So far, a projection-type augmented reality optical device miniaturized through polarization adjustment has been described in detail with preferred embodiments.
위 실시예에서는 발산형 홀로그래픽 광학소자를 영상 결합기로 활용하는 착용형 영상 장치에 대하여, 레이저 프로젝션 및 산란층을 제공하되, 별도의 편광 조정 및 편광 기반 광경로 폴딩 기술을 적용하는 소형화된 영상 제공 장치를 제시하였다.In the above embodiment, a laser projection and scattering layer are provided for a wearable imaging device that uses a divergent holographic optical element as an image combiner, but a miniaturized image is provided by applying separate polarization adjustment and polarization-based optical path folding technology. The device was presented.
이에 의해 별도의 복잡하고 두꺼운 복합 광학 소자 없이, 필름 형태의 광학소자 레이어 들만을 추가하여 전체 광경로를 폴딩시킬 수 있어, 컴팩트한 장치로 일반 사용자에게 영상을 제공할 수 있어 사용자의 불편감을 해소하고, 인체공학적인 디자인의 증강현실 장치를 구현할 수 있게 된다.As a result, the entire optical path can be folded by adding only film-type optical element layers without the need for a separate complex and thick composite optical element, thereby eliminating user discomfort by providing images to general users with a compact device. , it is possible to implement an augmented reality device with an ergonomic design.
또한 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, although preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and can be used in the technical field to which the invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be understood individually from the technical idea or perspective of the present invention.

Claims (8)

  1. 영상을 생성하여 투사하는 프로젝터;A projector that generates and projects images;
    편광 조정을 통해 프로젝터에서 투사되는 영상에 대한 광경로를 폴딩하는 광경로 폴딩부;an optical path folding unit that folds the optical path for the image projected from the projector through polarization adjustment;
    광경로 폴딩부에서 출사되는 영상을 산란시키는 산란층;A scattering layer that scatters the image emitted from the optical path folding unit;
    산란층에서 산란된 영상과 현실 세계에서 입사되는 외부광을 결합하는 영상 결합기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.An augmented reality device comprising an image combiner that combines the image scattered from the scattering layer with external light incident from the real world.
  2. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    산란층은,The scattering layer is
    프로젝터에서 투사되는 영상을 투과시켜 광경로 폴딩부로 전달하고,The image projected from the projector is transmitted to the optical path folding unit,
    광경로 폴딩부에서 출사되는 영상을 산란시켜 영상 결합기로 반사하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.An augmented reality device characterized by scattering the image emitted from the optical path folding unit and reflecting it to the image combiner.
  3. 청구항 2에 있어서,In claim 2,
    산란층은,The scattering layer is
    프로젝터에서 투사되는 제1 편광 상태의 영상은 투과시키고, 광경로 폴딩부에 의해 제2 편광 상태로 변경된 영상은 산란시켜 반사하는 소자인 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.An augmented reality device characterized by an element that transmits the image in the first polarization state projected from the projector and scatters and reflects the image changed to the second polarization state by the optical path folding unit.
  4. 청구항 3에 있어서,In claim 3,
    광경로 폴딩부는,The optical path folding part,
    산란층에서 투과되는 제1 편광 상태의 영상을 투과시키면서 제3 편광 상태의 영상으로 변환하여 편광 미러로 전달하고, 편광 미러로부터 전달되는 제4 편광 상태의 영상을 투과시키면서 제2 편광 상태로 변환하여 산란층으로 전달하는 변환기; 및The image in the first polarization state transmitted from the scattering layer is transmitted and converted into an image in the third polarization state and transmitted to the polarization mirror, and the image in the fourth polarization state transmitted from the polarization mirror is transmitted and converted to the second polarization state. A transducer delivering to the scattering layer; and
    변환기로부터 전달되는 제3 편광 상태의 영상을 변환기로 반사시키면서 제4 편광 상태의 영상으로 변환하는 편광 미러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.An augmented reality device comprising a polarization mirror that reflects the image in the third polarization state transmitted from the converter to the converter and converts it into an image in the fourth polarization state.
  5. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    프로젝터와 산란층 간의 거리는,The distance between the projector and the scattering layer is,
    증강현실 장치에 광경로 폴딩부가 없는 경우의 프로젝터와 산란층 간의 거리 보다 짧은 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.An augmented reality device characterized in that the distance between the projector and the scattering layer is shorter than the distance between the projector and the scattering layer when the augmented reality device does not have an optical path folding part.
  6. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    산란층은,The scattering layer is
    평면 형태인 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.An augmented reality device characterized in that it has a flat form.
  7. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    산란층은,The scattering layer is
    안구 위치에서 출광한 평행광 번들이 영상 결합기를 거쳐 초점을 맺는 각 지점을 곡선으로 이어 근사한 자유곡면 형상인 것을 특징으로 하는 증강현실 장치.An augmented reality device characterized in that a bundle of parallel light emitted from the eyeball passes through an image combiner and connects each point of focus with a curved line, forming a nice free-form shape.
  8. 프로젝터가, 영상을 생성하여 투사하는 단계;A projector generating and projecting an image;
    광경로 폴딩부가, 편광 조정을 통해 프로젝터에서 투사되는 영상에 대한 광경로를 폴딩하는 단계;A step of folding, by an optical path folding unit, an optical path for an image projected from a projector through polarization adjustment;
    산란층이, 광경로 폴딩부에서 출사되는 영상을 산란시키는 단계;A scattering layer scattering the image emitted from the optical path folding unit;
    영상 결합기가, 산란층에서 산란된 영상과 현실 세계에서 입사되는 외부광을 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 제공 방법.A method for providing augmented reality comprising: an image combiner combining images scattered from a scattering layer and external light incident from the real world.
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