KR102323201B1

KR102323201B1 - Optical device for augmented reality having reflective means arranged in curved line for light efficiency

Info

Publication number: KR102323201B1
Application number: KR1020190173543A
Authority: KR
Inventors: 하정훈
Original assignee: 주식회사 레티널
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2021-11-09
Also published as: KR20210081517A

Abstract

본 발명은 광 효율 개선을 위한 곡선 배치 반사 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치에 관한 것으로서, 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 반사 수단; 및 상기 반사 수단이 매립되어 배치되며, 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단을 포함하고, 상기 광학 수단은, 상기 반사 수단에서 반사된 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공을 향해 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면을 구비하고, 상기 반사 수단은, 반사 수단으로 전달되는 증강 현실 화상광을 각각 반사시켜 사용자의 동공으로 전달하도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 크기 4mm 이하의 복수개의 반사부를 포함하고, 상기 반사 수단은, 상기 화상 출사부로부터의 거리가 멀수록 상기 광학 수단의 제1 면에 더 가깝도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 반사부들로 구성되는 제1 반사부 그룹과, 상기 화상 출사부로부터의 거리가 멀수록 광학 수단의 제1 면에서 더 멀도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 반사부들로 구성되는 제2 반사부 그룹으로 구성되고, 상기 제2 반사부 그룹과 화상 출사부의 거리는, 상기 제1 반사부 그룹과 화상 출사부의 거리보다 크도록 배치된 것을 특징으로 하는 광 효율 개선을 위한 곡선 배치 반사 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.The present invention relates to an optical device for augmented reality having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency, wherein augmented reality image light, which is image light corresponding to an augmented reality image emitted from an image output unit, is directed toward the pupil of the user's eye. reflection means for providing an image for augmented reality to a user by reflecting and transmitting; and optical means for transmitting at least a portion of the real object image light, which is the image light emitted from the real object, toward the pupil of the user's eye, wherein the reflecting means is embedded and the optical means is reflected by the reflecting means A first surface on which at least a portion of the augmented reality image light and the real object image light is emitted toward the user's pupil, and a second surface opposite the first surface and onto which the real object image light is incident, the reflecting means comprising: and a plurality of reflection units having a size of 4 mm or less and disposed to be embedded in the optical unit so as to reflect the augmented reality image light transmitted to the reflection unit and transmit it to the user's pupil, wherein the reflection unit is provided from the image output unit. The greater the distance from the first reflector group, the closer to the first surface of the optical means, the closer the first reflector group consisting of the reflectors disposed inside the optical means, and the greater the distance from the image outputting part, the more the optical means. is composed of a second reflector group comprising reflectors embedded and disposed inside the optical means so as to be farther from the first surface of the It provides an optical device for augmented reality having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency, characterized in that it is arranged to be greater than the distance between the image output unit and the image output unit.

Description

Optical device for augmented reality with curved arrangement reflective structure for improving light efficiency

본 발명은 증강 현실용 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실 화상광을 동공에 전달하는 반사 수단을 곡선형으로 배치함으로써 광 효율을 개선할 수 있는 증강 현실용 광학 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical device for augmented reality, and more particularly, optics for augmented reality capable of improving optical efficiency by arranging a reflective means for transmitting augmented reality image light emitted from an image output unit to a pupil in a curved shape. It's about the device.

증강 현실(Augmented Reality, AR)이라 함은, 주지된 바와 같이, 현실 세계의 실제 영상에 컴퓨터 등에 의해 생성되는 가상의 영상이나 이미지를 겹쳐서 제공하는 것을 의미한다.Augmented reality (AR), as is well known, means providing a virtual image or image generated by a computer or the like overlaid on a real image of the real world.

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.In order to implement such augmented reality, 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. As such an optical system, 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.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 증강 현실 구현 장치에 사용되는 광학계의 일예를 나타낸 것이다.1 and 2 show an example of an optical system used in a device for implementing augmented reality according to the prior art.

도 1을 참조하면, 가상의 영상을 제공하기 위한 증강 현실 화상광은 디스플레이 장치(미도시) 등에서 출사되어 광학 수단의 내면에서 반사된 후 사용자의 동공이 위치하는 영역(eye box)으로 입사하도록 하는 구성을 사용하는데, 이 때 광학 수단의 내면(출사 동공, exit pupil)에서 출사되는 증강 현실 화상광은 도 1에 나타낸 바와 같이 아이박스(eye box)로 입사하지 못하여 사용되지 않는 광이 존재하게 되고 이는 광효율을 저하시키는 요인이 된다.Referring to FIG. 1 , augmented reality image light for providing a virtual image is emitted from a display device (not shown), reflected from the inner surface of an optical means, and then incident to an area (eye box) where the user's pupil is located. In this case, the augmented reality image light emitted from the inner surface (exit pupil) of the optical means does not enter the eye box as shown in FIG. 1 , so unused light exists. This is a factor that lowers the light efficiency.

이는 도 2에 나타낸 바와 같이, 광학 수단의 내부에서 전반사가 일어나는 경우, 출사 동공의 모든 곳에서 모든 방향의 광이 출사되기 때문에 광학 수단으로 입사한 증강 현실 화상광들 중에서 일부는 아이박스로 제대로 입사하지만(0으로 표시), 일부는 아이박스 이외의 방향으로 출사(X로 표시)됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 2, when total reflection occurs inside the optical means, light from all directions is emitted from all places in the exit pupil, so some of the augmented reality image lights incident through the optical means are properly incident on the eye box. However (indicated by 0), it can be seen that some are emitted in a direction other than the eye box (indicated by an X).

이와 같이, 종래의 증강 현실 광학 장치에 있어서는 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광 중에서 아이박스로 전달되지 못하는 문제가 있어서, 증강 현실 화상광이 동공으로 전달되는 광 효율을 저하시키는 요인으로 작용하고 있다.As such, in the conventional augmented reality optical device, there is a problem in that the augmented reality image light emitted from the image output unit cannot be transmitted to the eye box, and the augmented reality image light acts as a factor to reduce the light efficiency transmitted to the pupil. have.

대한민국 등록특허공보 10-1660519호(2016.09.29 공고)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1660519 (2016.09.29 Announcement)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실 화상광을 동공에 전달하는 반사 수단을 C자형에 가까운 곡선 배치 구조로 형성함으로써 아이박스로 전달되는 증강 현실 화상광의 광 효율을 개선한 증강 현실용 광학 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, and the augmented reality image transmitted to the eye box by forming a reflection means for transmitting the augmented reality image light emitted from the image output unit to the pupil in a curved arrangement structure close to a C-shape An object of the present invention is to provide an optical device for augmented reality with improved light efficiency.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 광 효율 개선을 위한 곡선 배치 반사 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치로서, 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 반사 수단; 및 상기 반사 수단이 매립되어 배치되며, 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단을 포함하고, 상기 광학 수단은, 상기 반사 수단에서 반사된 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공을 향해 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면을 구비하고, 상기 반사 수단은, 반사 수단으로 전달되는 증강 현실 화상광을 각각 반사시켜 사용자의 동공으로 전달하도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 크기 4mm 이하의 복수개의 반사부를 포함하고, 상기 반사 수단은, 상기 화상 출사부로부터의 거리가 멀수록 상기 광학 수단의 제1 면에 더 가깝도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 반사부들로 구성되는 제1 반사부 그룹과, 상기 화상 출사부로부터의 거리가 멀수록 광학 수단의 제1 면에서 더 멀도록 상기 광학 수단의 내부에 매립되어 배치되는 반사부들로 구성되는 제2 반사부 그룹으로 구성되고, 상기 제2 반사부 그룹과 화상 출사부의 거리는, 상기 제1 반사부 그룹과 화상 출사부의 거리보다 크도록 배치된 것을 특징으로 하는 광 효율 개선을 위한 곡선 배치 반사 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides an augmented reality optical device having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency, and augmented reality image light that is image light corresponding to an augmented reality image emitted from an image output unit Reflecting means for providing an image for augmented reality to the user by reflecting and transmitting the to the pupil of the user's eyes; and optical means for transmitting at least a portion of the real object image light, which is the image light emitted from the real object, toward the pupil of the user's eye, wherein the reflecting means is embedded and the optical means is reflected by the reflecting means A first surface on which at least a portion of the augmented reality image light and the real object image light is emitted toward the user's pupil, and a second surface opposite the first surface and onto which the real object image light is incident, the reflecting means comprising: and a plurality of reflection units having a size of 4 mm or less and disposed to be embedded in the optical unit so as to reflect the augmented reality image light transmitted to the reflection unit and transmit it to the user's pupil, wherein the reflection unit is provided from the image output unit. The greater the distance from the first reflector group, the closer to the first surface of the optical means, the closer the first reflector group consisting of the reflectors disposed inside the optical means, and the greater the distance from the image outputting part, the more the optical means. is composed of a second reflector group comprising reflectors embedded and disposed inside the optical means so as to be farther from the first surface of the It provides an optical device for augmented reality having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency, characterized in that it is arranged to be greater than the distance between the image output unit and the image output unit.

여기에서, 상기 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실 화상광은, 상기 광학 수단의 내부를 통해 상기 반사 수단으로 직접 전달되거나 상기 광학 수단의 내면에서 적어도 1회 이상 전반사된 후 상기 반사 수단으로 전달될 수 있다.Here, the augmented reality image light emitted from the image output unit may be directly transmitted to the reflection unit through the inside of the optical unit or totally reflected at least once on the inner surface of the optical unit and then transmitted to the reflection unit. have.

또한, 상기 복수개의 반사부 각각은, 사용자의 동공 중심에서 정면 방향으로의 직선에 대해 적어도 45도 이하의 각도를 가질 수 있다.In addition, each of the plurality of reflection units may have an angle of at least 45 degrees or less with respect to a straight line in the front direction from the center of the user's pupil.

또한, 상기 반사 수단은 복수개로 구성되고, 증강 현실용 광학 장치를 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 반사 수단은 상기 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 배치될 수 있다.In addition, the reflection means is configured in plurality, and when the optical device for augmented reality is placed in front of the user's pupil, the front direction in the pupil is called the x-axis, and along the x-axis with respect to the vertical line from the image output unit to the x-axis. When a line segment that is parallel and passes between the inner surfaces of the optical means is referred to as a y-axis, and a line segment that is perpendicular to the x-axis and the y-axis and passes between the inner surfaces of the optical means is referred to as a z-axis, the plurality of reflection means is on the z-axis. It may be arranged along a parallel imaginary straight line.

또한, 상기 각 반사 수단은, 각 반사 수단을 구성하는 각각의 반사부들이, 인접하는 반사 수단을 구성하는 반사부들 중 어느 하나와 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하도록 배치될 수 있다.In addition, each of the reflection means may be arranged such that each of the reflection units constituting the reflection unit is positioned along an imaginary straight line parallel to the z-axis with any one of the reflection units constituting the adjacent reflection unit.

또한, 상기 각 반사 수단은, 각 반사 수단을 구성하는 각각의 반사부들이, 인접하는 반사 수단을 구성하는 모든 반사부들과 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하지 않도록 배치될 수 있다.In addition, each of the reflective means may be arranged so that each of the reflective parts constituting the respective reflective means is not located along an imaginary straight line parallel to the z-axis with all the reflective parts constituting the adjacent reflective means.

또한, 증강 현실용 광학 장치를 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 반사부들은 상기 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 연장된 바 형태로 형성될 수 있다.In addition, when the optical device for augmented reality is placed in front of the user's pupil, the frontal direction in the pupil is referred to as the x-axis, and parallel along the x-axis with respect to the vertical line from the image output unit to the x-axis while passing between the inner surfaces of the optical means When a line segment is referred to as a y-axis, and a line segment passing between the inner surface of the optical means while orthogonal to the x-axis and the y-axis is referred to as a z-axis, the plurality of reflection units are extended along an imaginary straight line parallel to the z-axis. It may be formed in a bar shape.

또한, 상기 복수개의 반사부들 중 적어도 일부는 하프 미러, 굴절 소자 또는 회절 소자 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.In addition, at least some of the plurality of reflection units may be formed of at least one of a half mirror, a refractive element, and a diffractive element.

또한, 상기 복수개의 반사부들 중 적어도 일부는, 증강 현실 화상광을 반사시키는 면의 반대면에 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅된 것일 수 있다.In addition, at least some of the plurality of reflection units may be coated with a material that absorbs light without reflecting light on the opposite surface of the surface that reflects the augmented reality image light.

또한, 상기 복수개의 반사부들 중 적어도 일부의 표면은 곡면으로 형성될 수 있다.Also, a surface of at least a portion of the plurality of reflection units may be formed as a curved surface.

또한, 증강 현실용 광학 장치를 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 z축이라 할 때, 상기 복수개의 반사부들 중 적어도 일부는, x축 또는 y축 방향으로의 길이보다 z축 방향으로의 길이가 길게 형성되거나, z축 방향으로의 길이보다 x축 또는 y축 방향으로의 길이가 길게 형성된 것일 수 있다.In addition, when the optical device for augmented reality is placed in front of the user's pupil, the frontal direction in the pupil is referred to as the x-axis, and parallel along the x-axis with respect to the vertical line from the image output unit to the x-axis while passing between the inner surfaces of the optical means When a line segment is referred to as a y-axis, and a line segment passing between the inner surface of the optical means while being orthogonal to the x-axis and the y-axis is referred to as a z-axis, at least some of the plurality of reflection units have a length in the x-axis or y-axis direction. The length in the z-axis direction may be longer, or the length in the x-axis or y-axis direction may be longer than the length in the z-axis direction.

또한, 상기 반사부들의 표면은, 광학 수단의 제1 면쪽으로 오목한 오목면 또는 광학 수단의 제1 면쪽으로 볼록한 볼록면으로 형성될 수 있다.In addition, the surfaces of the reflection units may be formed as a concave surface concave toward the first surface of the optical means or a convex surface convex toward the first surface of the optical means.

또한, 상기 반사 수단은 복수개로 구성되고, 증강 현실용 광학 장치를 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단의 내면 사이를 지나는 선분을 z축이라 할 때, 상기 각 반사 수단과 광학 수단의 제1 면과의 거리가 모두 동일하지는 않도록 배치되는 반사 수단이 적어도 하나 이상 존재하도록 구성할 수도 있다.In addition, the reflection means is configured in plurality, and when the optical device for augmented reality is placed in front of the user's pupil, the front direction in the pupil is called the x-axis, and along the x-axis with respect to the vertical line from the image output unit to the x-axis. When a line segment that is parallel and passes between the inner surfaces of the optical means is a y-axis, and a line segment that is orthogonal to the x-axis and y-axis and passes between the inner surfaces of the optical means is a z-axis, the first of the reflecting means and the optical means It may be configured such that at least one reflective means disposed so that the distances from the surface are not all the same.

본 발명에 의하면, 화상 출사부로부터 출사되는 증강 현실 화상광을 동공에 전달하는 반사 수단을 C자형에 가까운 곡선 배치 구조로 형성함으로써 아이박스로 전달되는 증강 현실 화상광의 광 효율을 개선한 증강 현실용 광학 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, by forming the reflection means for transmitting the augmented reality image light emitted from the image output unit to the pupil in a curved arrangement structure close to a C-shape, the light efficiency of the augmented reality image light transmitted to the eye box is improved. An optical device may be provided.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 증강 현실 구현 장치에 사용되는 광학계의 일예를 나타낸 것이다.
도 3은 상기 특허 문헌 1에 개시된 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(100)를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 광 효율 개선을 위한 곡선 배치 반사 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치(200)를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에서 설명한 반사부(21~29)들의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4 및 도 5에서 설명한 증강 현실용 광학 장치(200)의 사시도를 나타낸 것이다.
도 7은 반사부(21~29)의 배치 구조의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 반사부(21~29)들의 경사각을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 12는 증강 현실 화상광이 광학 수단(30)에서 전반사되는 횟수를 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 도 14는 증강 현실용 광학 장치(200)의 전체적인 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(300)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(400)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(500)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 18은 반사부(21~29)의 표면이 곡면으로 형성된 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 반사부(21~29)의 곡면 형태의 또 다른 예를 나타낸 것이다.
도 20은 증강 현실용 광학 장치(600)를 동공(40)쪽에서 바라 본 정면도이다.
도 21은 증강 현실용 광학 장치(600)를 전술한 바와 같은 z축 방향에서 바라 본 측면도이다.
도 22는 증강 현실용 광학 장치(600)를 전술한 바와 같은 y축 방향에서 바라 본 평면도이다.
도 23은 본 발명에 의한 증강 현실용 광학 장치(700)의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 화상 출사부(10)의 다양한 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 본 발명에 의한 증강 현실용 광학 장치(800)의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다.
도 25는 본 발명에 의한 증강 현실용 광학 장치(900)의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다.1 and 2 show an example of an optical system used in a device for implementing augmented reality according to the prior art.
3 is a diagram illustrating an optical device 100 for augmented reality as disclosed in Patent Document 1 above.
4 is a view showing an optical device 200 for augmented reality having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view for explaining an arrangement structure of the reflection units 21 to 29 described in FIG. 4 .
6 is a perspective view of the optical device 200 for augmented reality described with reference to FIGS. 4 and 5 .
7 is a view for explaining the effect of the arrangement structure of the reflection units 21 to 29. As shown in FIG.
8 and 9 are views for explaining the inclination angles of the reflection units 21 to 29 .
10 to 12 are diagrams for explaining the number of times that the augmented reality image light is totally reflected by the optical means 30 .
13 and 14 are diagrams for explaining the overall operation of the optical device 200 for augmented reality.
15 is a diagram showing the configuration of an optical device 300 for augmented reality according to another embodiment of the present invention.
16 is a diagram showing the configuration of an optical device 400 for augmented reality according to another embodiment of the present invention.
17 is a diagram showing the configuration of an optical device 500 for augmented reality according to another embodiment of the present invention.
18 is a view for explaining that the surfaces of the reflection units 21 to 29 are formed in a curved surface.
19 shows another example of the curved shape of the reflection units 21 to 29. As shown in FIG.
20 is a front view of the optical device 600 for augmented reality viewed from the pupil 40 side.
21 is a side view of the optical device 600 for augmented reality viewed from the z-axis direction as described above.
22 is a plan view of the optical device 600 for augmented reality viewed from the y-axis direction as described above.
23 is a diagram illustrating another embodiment of the optical device 700 for augmented reality according to the present invention, and is a diagram for explaining various configurations of the image output unit 10 .
24 shows another embodiment of the optical device 800 for augmented reality according to the present invention.
25 shows another embodiment of an optical device 900 for augmented reality according to the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

우선, 본 발명의 기본 원리를 상기 특허 문헌 1을 참조하여 간략하게 설명한다. First, the basic principle of the present invention will be briefly described with reference to Patent Document 1.

상기 종래 기술로서 특허 문헌 1에 기재된 기술은 다음과 같은 기존의 광학계를 이용한 증강 현실 구현 장치의 문제점을 해결하기 위한 것이다.The technique described in Patent Document 1 as the prior art is to solve the problems of the augmented reality implementation device using the existing optical system as follows.

즉, 기존의 증강 현실 구현 장치는, 구성이 복잡하여 무게와 부피가 커지므로 사용자가 착용하기에 불편함이 있고 제조 공정 또한 복잡하여 제조 비용이 높다는 문제점을 해결하기 위한 것이다. That is, the existing augmented reality implementation device has a complicated configuration, so it is inconvenient to wear it by a user because it has a large weight and volume, and a manufacturing process is also complicated to solve the problems that the manufacturing cost is high.

또한, 기존의 증강 현실 구현 장치는, 사용자가 현실 세계를 응시할 때 초점 거리를 변경하는 경우 가상 영상의 초점이 맞지 않게 된다는 한계가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 가상 영상에 대한 초점 거리를 조절할 수 있는 프리즘과 같은 구성을 이용하거나 현실 세계에 대한 초점 거리의 변경에 따라 가상 영상의 초점 거리를 변경시킬 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 별도의 물리적 장치나 프로세서 등과 같은 하드웨어 및 소프트웨어를 필요로 한다는 점에서 문제가 있다.In addition, the existing augmented reality implementation device has a limitation in that the virtual image is out of focus when the user changes the focal length when gazing at the real world. In order to solve this problem, a variable focus lens capable of changing the focal length of the virtual image according to the change of the focal length of the real world or using a configuration such as a prism capable of adjusting the focal length of the virtual image is electrically A technique such as control has been proposed. However, this technique also has a problem in that it requires a separate operation by a user or hardware and software such as a separate physical device or processor to adjust the focal length of the virtual image.

따라서, 본 출원인은, 상기 특허 문헌 1을 통해, 사람의 동공보다 작은 크기의 반사부를 이용하여 가상 영상을 동공을 통해 망막에 투영함으로써 부피 및 무게를 현저하게 줄이고 제조 공정을 단순화시킬 수 있으며, 사용자의 초점 거리 변경 여부에 관계없이 항상 선명한 가상 영상을 제공할 수 있는 증강 현실 구현 장치를 제안한 바 있다.Accordingly, the present applicant can significantly reduce the volume and weight and simplify the manufacturing process by projecting a virtual image onto the retina through the pupil using a reflector having a size smaller than that of the human pupil, through Patent Document 1, and the user An augmented reality implementation device that can always provide a clear virtual image regardless of whether the focal length of the camera is changed has been proposed.

도 3은 상기 특허 문헌 1에 개시된 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(100)를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating an optical device 100 for augmented reality as disclosed in Patent Document 1 above.

도 3의 증강 현실용 광학 장치(100)는, 화상 출사부(10), 반사부(20) 및 광학 수단(30)을 포함한다.The optical device 100 for augmented reality of FIG. 3 includes an image output unit 10 , a reflection unit 20 , and an optical means 30 .

화상 출사부(10)는 증강 현실용 화상에 상응하는 증강 현실 화상광을 출사하는 수단으로서, 예컨대 소형 디스플레이 장치로 구현될 수 있다. The image output unit 10 is a means for emitting the augmented reality image light corresponding to the image for augmented reality, and may be implemented as, for example, a small display device.

반사부(20)는 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 동공을 향해 반사시킴으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공한다. 반사부(20)는, 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광을 동공으로 반사시킬 수 있도록 화상 출사부(10)와 동공 사이에서 적절한 각도를 가지고 광학 수단(30) 내부에 매립되어 배치된다.The reflection unit 20 provides the augmented reality image to the user by reflecting the augmented reality image light emitted from the image output unit 10 toward the user's pupil. The reflection unit 20 has an appropriate angle between the image output unit 10 and the pupil so as to reflect the image light corresponding to the image for augmented reality emitted from the image output unit 10 to the pupil, and the optical means 30 ) is embedded and placed inside.

광학 수단(30)은 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 투과시키는 수단으로써 예컨대 안경 렌즈일 수 있으며, 광학 수단(30)의 내부에는 반사부(20)가 매립되어 있다. The optical means 30 may be, for example, a spectacle lens as a means for transmitting at least a portion of the real object image light that is the image light emitted from the real object, and the reflecting unit 20 is embedded in the optical means 30 .

한편, 프레임부(40)는 화상 출사부(10)와 광학 수단(30)을 고정 및 지지하는 수단으로서, 예컨대 안경 형태로 형성될 수 있다.Meanwhile, the frame unit 40 is a means for fixing and supporting the image output unit 10 and the optical unit 30 , and may be formed, for example, in the form of glasses.

도 3의 반사부(20)는, 사람의 평균적인 동공 크기보다 작은 크기 즉, 8mm 이하로 형성되어 있는데, 이와 같이 반사부(20)를 사람의 평균적인 동공 크기보다 작게 형성함으로써 반사부(20)를 통해 동공으로 입사하는 빛에 대한 심도(Depth of Field)를 거의 무한대에 가깝게 즉, 심도를 매우 깊게 할 수 있다. 여기서, 심도라 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 그와 관계없이 가상 영상인 증강 현실용 화상의 초점은 항상 맞는 것으로 인식하게 된다. 이는 일종의 핀홀 효과(pin hole effect)라고 볼 수 있다. 따라서, 도 3에 나타낸 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(100)는, 사용자가 실제 세계에 존재하는 실제 사물을 응시하면서 초점 거리를 변경하더라도 증강 현실용 화상에 대해서는 항상 선명한 가상 영상을 제공할 수 있다.The reflector 20 of FIG. 3 is formed to have a size smaller than the average pupil size of a person, that is, 8 mm or less. ), the depth of field for light incident into the pupil can be made close to infinity, that is, the depth of field can be made very deep. Here, 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, and thus the focal length for the real world while the user gazes at the real world. Regardless of the change in , the focus of the virtual image for augmented reality is always recognized as being correct. This can be seen as a kind of pinhole effect. Therefore, the optical device 100 for augmented reality as shown in FIG. 3 can always provide a clear virtual image for the augmented reality image even if the user changes the focal length while gazing at a real object existing in the real world. .

본 발명은 이러한 특허 문헌 1에 기재된 바와 같은 기술에 기초한 증강 현실용 광학 장치를 제공하는 것을 특징으로 하는 바, 이하 도 4 이하를 참조하여 본 발명에 의한 C자형으로 배치된 반사부를 갖는 증강 현실용 광학 장치(200~900)를 상세하게 설명한다.The present invention is characterized in that it provides an optical device for augmented reality based on the technology as described in Patent Document 1, for augmented reality having a reflector arranged in a C shape according to the present invention with reference to FIG. 4 or less below. The optical devices 200 to 900 will be described in detail.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 광 효율 개선을 위한 곡선 배치 반사 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치(200)를 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating an optical device 200 for augmented reality having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 광 효율 개선을 위한 곡선 배치 반사 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치(200, 이하, 간단히 "증강 현실용 광학 장치(200)"라 한다)는, 반사 수단(20) 및 광학 수단(30)을 포함한다.Referring to FIG. 4 , the optical device 200 for augmented reality having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency (hereinafter, simply referred to as “optical device for augmented reality 200”) includes a reflecting means 20 and an optical means 30 .

화상 출사부(10)는, 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 출사하는 수단으로서, 예컨대 증강 현실용 화상을 화면에 표시함으로써 화면을 통해 증강 현실 화상광을 출사하는 소형의 LCD와 같은 디스플레이 장치(11)와 디스플레이 장치(11)에서 출사되는 증강 현실 화상광을 시준한 광을 출사하는 콜리메이터(12)로 구성될 수 있다.The image output unit 10 is a means for emitting augmented reality image light that is image light corresponding to the image for augmented reality, for example, a small LCD that emits augmented reality image light through the screen by displaying the image for augmented reality on the screen. It may be composed of a display device 11 such as, and a collimator 12 that emits light collimating the augmented reality image light emitted from the display device 11 .

콜리메이터(12)는 필수적인 것은 아니며 생략할 수 있다. 또한, 콜리메이터(12)와, 디스플레이 장치(11)로부터 출사되는 증강 현실 화상광을 반사, 굴절 또는 회절시켜서 광학 수단(30)을 향해 전달하는 반사 수단, 굴절 수단 또는 회절 수단 중 적어도 어느 하나의 조합으로 구성되는 기타 다양한 광학 소자를 사용할 수도 있다.The collimator 12 is not essential and may be omitted. In addition, the collimator 12 and at least one combination of reflecting means, refraction means, or diffraction means for reflecting, refracting or diffracting the augmented reality image light emitted from the display device 11 and transmitting it toward the optical means 30 . Various other optical elements consisting of may also be used.

이러한 화상 출사부(10) 자체는 본 발명의 직접적인 목적이 아니며 종래 기술에 의해 알려져 있는 것이므로 여기에서는 상세 설명은 생략한다.Since the image output unit 10 itself is not a direct object of the present invention and is known in the prior art, a detailed description thereof will be omitted.

한편, 증강 현실용 화상이라 함은, 화상 출사부(10)의 디스플레이 장치(11)의 화면에 표시되어 반사 수단(20) 및 광학 수단(30)을 통해 사용자의 동공(40)으로 전달되는 가상 화상을 의미하며, 이미지 형태의 정지 영상이거나 동영상과 같은 것일 수 있다.On the other hand, the augmented reality image refers to a virtual image displayed on the screen of the display device 11 of the image output unit 10 and transmitted to the user's pupil 40 through the reflecting means 20 and the optical means 30 . It means an image, and may be a still image in the form of an image or a moving image.

이러한 증강 현실용 화상은 화상 출사부(10)에서 증강 현실용 화상에 상응하는 증강 현실 화상광으로 출사되어, 반사 수단(20) 및 광학 수단(30)을 통해 사용자의 동공(40)으로 전달됨으로써 사용자에게 가상 화상을 제공하게 되고, 이와 동시에 사용자는 광학 수단(30)을 통해 실제 세계에 존재하는 실제 사물로부터 출사되는 화상광인 실제 사물 화상광을 눈으로 직접 응시함으로써 증강 현실 서비스를 제공받게 된다.This augmented reality image is emitted as augmented reality image light corresponding to the augmented reality image from the image output unit 10, and is transmitted to the user's pupil 40 through the reflecting means 20 and the optical means 30. A virtual image is provided to the user, and at the same time, the user is provided with the augmented reality service by directly staring at the real object image light, which is the image light emitted from the real object existing in the real world through the optical means 30 .

도 4의 실시예는 광학 수단(30)의 내면에서 1회 전반사되는 구성을 나타내었으므로, 화상 출사부(10)는 도 4에 도시된 바와 같은 위치에 배치되지만, 이는 예시적인 것이며, 전반사 구조를 사용하지 않거나 2회 이상의 전반사를 사용하는 경우 화상 출사부(10)는 증강 현실 화상광을 광학 수단(30)을 통해 반사 수단(20)으로 전달하기 위한 적절한 위치에 배치된다. 어느 경우이거나, 화상 출사부(10)는 후술하는 반사 수단(20)의 위치, 각도 및 동공(40)의 위치를 고려하여 적절한 위치에 배치될 수 있다.Since the embodiment of FIG. 4 shows a configuration in which total reflection is performed once on the inner surface of the optical means 30 , the image output unit 10 is disposed at the position as shown in FIG. 4 , but this is exemplary, and the total reflection structure In case of not using or using two or more total reflections, the image output unit 10 is disposed at an appropriate position for transmitting the augmented reality image light to the reflection unit 20 through the optical unit 30 . In any case, the image output unit 10 may be disposed at an appropriate position in consideration of the position, angle, and position of the pupil 40 of the reflecting means 20 to be described later.

반사 수단(20)은, 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실용 화상에 상응하는 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공(40)을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 가상 화상인 증강 현실용 화상을 제공하는 수단이다.The reflecting means 20 reflects and transmits the augmented reality image light corresponding to the augmented reality image emitted from the image output unit 10 toward the pupil 40 of the user's eye, thereby providing the user with a virtual image for augmented reality. It is a means of providing an image.

도 4에서, 반사 수단(20)은 복수개의 반사부(21~29)를 포함하며, 도면 부호 20은 이러한 복수개의 반사부(21~29) 전체를 통칭하는 것으로 한다.In FIG. 4 , the reflective means 20 includes a plurality of reflective parts 21 to 29 , and reference numeral 20 collectively refers to the entirety of the plurality of reflective parts 21 to 29 .

이러한 반사 수단(20)은, 광학 수단(30)의 내부에 매립되어 배치된다.The reflecting means 20 is disposed to be embedded in the optical means 30 .

후술하는 바와 같이, 광학 수단(30)은, 반사 수단(20)에서 반사된 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공(40)을 향해 출사되는 제1 면(31)과, 상기 제1 면(31)에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면(32)을 구비하는데, 반사 수단(20)은 이러한 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이의 내부에 매립되어 배치된다.As will be described later, the optical means 30 includes a first surface 31 through which at least a portion of the augmented reality image light and the real object image light reflected by the reflecting means 20 is emitted toward the user's pupil 40, It has a second surface 32 opposite to the first surface 31 and onto which the actual object image light is incident, and the reflection means 20 includes the first surface 31 and the second surface of the optical means 30 . (32) is embedded in the interior between the arrangement.

광학 수단(30)의 제1 면(31)은 사용자가 증강 현실용 광학 장치(100)를 동공(40) 정면에 두었을 때 사용자의 동공(40)쪽을 향하는 면이고, 제2 면(32)은 그 반대면 즉, 실제 세계의 사물을 향하는 면이 되며, 반사 수단(20)은 이러한 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이의 내부 공간에 배치된다.The first surface 31 of the optical means 30 is a surface facing the user's pupil 40 when the user puts the optical device 100 for augmented reality in front of the pupil 40, and the second surface 32 ) is the opposite side, that is, the side facing the object in the real world, and the reflecting means 20 is disposed in the inner space between the first surface 31 and the second surface 32 of the optical means 30 . .

한편, 도 4의 실시예에서는, 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 광학 수단(30)의 내면에서 1회 전반사된 후 반사 수단(20)으로 전달되는 것으로 나타내었으나, 이는 예시적인 것이며, 전반사를 사용하지 않고 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 광학 수단(30)의 내부를 통해 반사 수단(20)으로 직접 전달되거나 광학 수단(30)의 내면에서 적어도 1회 이상 전반사된 후 반사 수단(20)으로 전달되도록 할 수도 있다.On the other hand, in the embodiment of FIG. 4 , the augmented reality image light emitted from the image output unit 10 is totally reflected once from the inner surface of the optical means 30 and then transmitted to the reflecting means 20 , but this is an example The augmented reality image light emitted from the image output unit 10 without using total reflection is transmitted directly to the reflection unit 20 through the interior of the optical unit 30 or at least 1 from the inner surface of the optical unit 30 . After total reflection more than once, it may be transmitted to the reflecting means 20 .

한편, 도 4의 실시예에서, 반사 수단(20)은 복수개의 반사부(21~29)를 포함하며, 각각의 반사부들(21~29)은, 반사부들(21~29)로 전달된 증강 현실 화상광을 각각 반사시켜 사용자의 동공(40)으로 전달하도록 화상 출사부(10)와 동공(40)의 위치를 고려하여 광학 수단(30)의 내부에 적절히 배치된다.Meanwhile, in the embodiment of FIG. 4 , the reflection means 20 includes a plurality of reflection units 21 to 29 , and each of the reflection units 21 to 29 is an enhancement transmitted to the reflection units 21 to 29 . It is appropriately disposed inside the optical means 30 in consideration of the positions of the image output unit 10 and the pupil 40 so as to reflect the actual image light, respectively, and transmit it to the user's pupil 40 .

도 4에 나타낸 바와 같이, 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실 화상광이 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 1회 전반사되어 반사부(21~29)로 전달되는 구성을 사용하는 경우, 화상 출사부(10)로부터 광학 수단(30)의 제2 면(32)으로 입사하는 증강 현실 화상광과 제2 면(32)에서 전반사되어 반사부(21~29)들로 출사하는 증강 현실 화상광 그리고 동공(40)의 위치를 고려하여 반사부(21~29)들의 경사각을 적절하게 배치한다.As shown in FIG. 4, the augmented reality image light emitted from the image output unit 10 is totally reflected once on the second surface 32 of the optical means 30 and transmitted to the reflection units 21 to 29. In case of use, the augmented reality image light incident from the image output unit 10 to the second surface 32 of the optical means 30 and the second surface 32 are totally reflected and emitted to the reflection units 21 to 29 . In consideration of the augmented reality image light and the position of the pupil 40, the inclination angles of the reflection units 21 to 29 are appropriately arranged.

한편, 반사부(21~29) 각각은, 앞서 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 심도를 깊게 하여 핀홀 효과를 얻을 수 있도록 사람의 동공 크기보다 작은 크기 즉, 8mm 이하로, 보다 바람직하게는 4mm 이하로 형성된다.On the other hand, each of the reflection units 21 to 29 is smaller than the pupil size of a person, that is, 8 mm or less, more preferably 4 mm to obtain a pinhole effect by increasing the depth, as described above with reference to FIG. 3 . formed below.

즉, 반사부(21~29) 각각은, 사람의 일반적인 동공 크기보다 작은 크기 즉, 8mm 이하, 보다 바람직하게는 4mm 이하로 형성되는데, 이에 의해 반사부(21~29) 각각을 통해 동공으로 입사하는 빛에 대한 심도(Depth of Field)를 거의 무한대에 가깝게 즉, 심도를 매우 깊게 할 수 있고, 따라서 사용자가 실제 세계를 응시하면서 실제 세계에 대한 초점 거리를 변경하더라도 이와 관계없이 증강 현실용 화상의 초점은 항상 맞는 것으로 인식하게 하는 핀홀 효과(pin hole effect)를 발생시킬 수 있다.That is, each of the reflection units 21 to 29 is formed to have a size smaller than the normal pupil size of a person, that is, 8 mm or less, more preferably 4 mm or less, whereby it is incident into the pupil through each of the reflection units 21 to 29 . The depth of field for the light can be almost infinity, that is, the depth of field can be very deep, so even if the user changes the focal length for the real world while gazing at the real world, regardless of the image for augmented reality. Focus can create a pin hole effect that makes it always perceived as being in focus.

여기에서, 반사부(21~29) 각각의 크기는, 각 반사부(21~29)의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이를 의미하는 것으로 정의한다.Here, the size of each of the reflection units 21 to 29 is defined as meaning the maximum length between any two points on the boundary line of the edge of each reflection unit 21 to 29 .

또한, 반사부(21~29) 각각의 크기는, 동공(40)과 반사부(21~29) 사이의 직선에 수직하면서 동공(40)의 중심을 포함하는 평면에 각 반사부(21~29)를 투영한 정사영의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이일 수 있다.In addition, the size of each of the reflection units 21 to 29 is perpendicular to the straight line between the pupil 40 and the reflection units 21 to 29 and each reflection unit 21 to 29 on a plane including the center of the pupil 40 . ) can be the maximum length between any two points on the edge boundary of the projected orthographic projection.

한편, 반사부(21~29)들 각각은 증강 현실 화상광이 다른 반사부(21~29)에 전달되는 것을 차단하지 않도록 배치되어야 한다. 이를 위하여, 본 실시예에서는, 반사부(21~29)를 다음과 같이 구성하여 배치한다.On the other hand, each of the reflection units 21 to 29 should be arranged so as not to block the augmented reality image light from being transmitted to the other reflection units 21 to 29 . To this end, in the present embodiment, the reflecting units 21 to 29 are configured and arranged as follows.

즉, 본 실시예에서의 반사 수단(20)은, 복수개의 반사부(21~24)로 구성되는 제1 반사부 그룹(20A)과 복수개의 반사부(25~29)로 구성되는 제2 반사부 그룹(20B)에 의해 구성하되, 제2 반사부 그룹(20B)과 화상 출사부(10)의 거리는 제1 반사부 그룹(20A)과 화상 출사부(10)의 거리보다 크도록 광학 수단(30)의 내부에 매립되어 배치한다.That is, the reflection means 20 in this embodiment includes a first reflection unit group 20A composed of a plurality of reflection units 21 to 24 and a second reflection unit 20A composed of a plurality of reflection units 25 to 29 . an optical means ( 30) is embedded in the interior.

여기에서, 제1 반사부 그룹(20A)을 구성하는 반사부(21~24)들은, 화상 출사부(10)로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(30)의 제1 면(31)에 더 가깝도록 광학 수단(30)의 내부에 매립되어 배치되고, 제2 반사부 그룹(20B)을 구성하는 반사부(25~29)들은, 화상 출사부(10)로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(30)의 제1 면(31)에서 더 멀도록 광학 수단(30)의 내부에 매립되어 배치된다.Here, the reflection units 21 to 24 constituting the first reflection unit group 20A are closer to the first surface 31 of the optical means 30 as the distance from the image output unit 10 is greater. The reflective parts 25 to 29 that are embedded in the optical means 30 to provide ) is disposed to be embedded in the interior of the optical means 30 to be farther from the first surface 31 .

여기에서, 광학 수단(30)의 제1 면(31) 및 제2 면(32) 중 적어도 어느 하나가 곡면으로 형성되거나 동공(40) 중심으로부터 정면 방향으로의 직선에 대한 수직 평면과 평행하지 않고 경사각을 가지도록 형성되는 경우가 있을 수 있으므로, 화상 출사부(10)로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(30)의 제1 면(31)에 더 가깝게 배치된다는 것은, 화상 출사부(10)로부터의 거리가 멀수록 동공(40)으로부터 정면 방향으로의 직선에 대한 수직 평면으로서 제1 면(31)과 동공(40) 사이에 존재하는 수직 평면에 더 가깝게 배치되는 것을 의미하고, 마찬가지로 화상 출사부(10)로부터의 거리가 멀수록 광학 수단(30)의 제1 면(31)에서 더 멀도록 배치된다는 것은, 화상 출사부(10)로부터의 거리가 멀수록 동공(40)으로부터 정면 방향으로의 직선에 대한 수직 평면으로서 제1 면(31)과 동공(40) 사이에 존재하는 수직 평면에서 더 멀리 위치하도록 배치된다는 것을 의미한다.Here, at least one of the first surface 31 and the second surface 32 of the optical means 30 is formed as a curved surface or is not parallel to a plane perpendicular to a straight line from the center of the pupil 40 in the front direction. Since there may be cases where it may be formed to have an inclination angle, the greater the distance from the image output unit 10 , the closer it is to the first surface 31 of the optical means 30 , the closer it is to the image output unit 10 . The greater the distance from the pupil 40, the closer to the vertical plane existing between the first surface 31 and the pupil 40 as a plane perpendicular to the straight line in the front direction, and similarly, the image output unit The greater the distance from (10), the farther it is arranged from the first surface 31 of the optical means 30, the greater the distance from the image output unit 10, the greater the distance from the pupil 40 in the front direction. As a plane perpendicular to a straight line, it means that it is positioned farther from the vertical plane existing between the first face 31 and the pupil 40 .

도 5는 도 4에서 설명한 반사부(21~29)들의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a view for explaining an arrangement structure of the reflection units 21 to 29 described in FIG. 4 .

도 5를 참조하면, 전술한 바와 같이, 반사 수단(20)은 제1 반사부 그룹(20A)과 제2 반사부 그룹(20B)으로 구성되며, 제1 반사부 그룹(20A)은 복수개의 반사부(21~24)로, 제2 반사부 그룹(20B)은 복수개의 반사부(25~29)를 각각 포함한다.Referring to FIG. 5 , as described above, the reflecting means 20 includes a first reflector group 20A and a second reflector group 20B, and the first reflector group 20A includes a plurality of reflectors. As the parts 21 to 24, the second reflective part group 20B includes a plurality of reflective parts 25 to 29, respectively.

제1 반사부 그룹(20A)을 구성하는 복수개의 반사부(21~24)들과 제2 반사부 그룹(20B)을 구성하는 복수개의 반사부(25~29)들은, 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이의 내부 공간에 배치되어 있으며, 반사부(21~29) 전체의 중심을 가상의 선으로 연결하면 전체적으로 완만한 "C"자 형태의 곡선을 형성하도록 배치되어 있음을 알 수 있다.The plurality of reflection units 21 to 24 constituting the first reflection unit group 20A and the plurality of reflection units 25 to 29 constituting the second reflection unit group 20B are the optical means 30 . It is disposed in the inner space between the first surface 31 and the second surface 32, and when the entire center of the reflective parts 21 to 29 is connected with an imaginary line, a smooth "C"-shaped curve is obtained as a whole. It can be seen that they are arranged to form.

한편, 도 4 및 도 5에서는, 제1 반사부 그룹(20A)을 구성하는 각각 반사부(21~24)들은 인접하는 반사부(21~24)들이 연속적으로 구성된 것으로 나타내었으나, 이는 예시적인 것이며, 예컨대, 인접하지 않는 3개의 반사부(21,25,27)로 제1 반사부 그룹(20A)을 구성할 수도 있다. 이는 제2 반사부 그룹(20B)의 경우에도 마찬가지이다.On the other hand, in FIGS. 4 and 5 , each of the reflective parts 21 to 24 constituting the first reflective part group 20A is shown that the adjacent reflective parts 21 to 24 are continuously configured, but this is exemplary only. , for example, the first reflector group 20A may be composed of three non-adjacent reflectors 21 , 25 , and 27 . This is also the case for the second reflector group 20B.

또한, 제1 반사부 그룹(20A) 및 제2 반사부 그룹(20B)은 복수개로 구성할 수도 있음은 물론이다.In addition, it goes without saying that the first reflector group 20A and the second reflector group 20B may be configured in plurality.

또한, 반사 수단(20)을 구성하는 복수개의 반사부(21~29)들 전부가 제1 반사부 그룹(20A) 및 제2 반사부 그룹(20B) 중 어느 하나에 반드시 포함되어야 하는 것은 아니며, 반사 수단(20)을 구성하는 복수개의 반사부(21~29) 중 일부만으로 제1 반사부 그룹(20A) 및 제2 반사부 그룹(20B)을 구성할 수 있음은 물론이다.In addition, all of the plurality of reflection units 21 to 29 constituting the reflection means 20 are not necessarily included in any one of the first reflection unit group 20A and the second reflection unit group 20B, It goes without saying that the first reflector group 20A and the second reflector group 20B may be constituted by only some of the plurality of reflectors 21 to 29 constituting the reflecting means 20 .

도 6은 도 4 및 도 5에서 설명한 증강 현실용 광학 장치(200)의 사시도를 나타낸 것이다.6 is a perspective view of the optical device 200 for augmented reality described with reference to FIGS. 4 and 5 .

도 6을 참조하면, 증강 현실용 광학 장치(200)를 사용자의 동공(40) 정면에 두었을 때, 동공(40)에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부(10)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(30)의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하면, z축은 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단(30)의 내면 사이를 지나는 선분이 된다. 이 때, z축 방향에서 광학 수단(30)을 보았을 때, 반사부(21~29)들은 도 4 및 도 5에 나타낸 것처럼 보이게 된다.Referring to FIG. 6 , when the optical device 200 for augmented reality is placed in front of the user's pupil 40 , the front direction in the pupil 40 is referred to as an x-axis, and the image output unit 10 is directed toward the x-axis. If a line segment passing between the inner surfaces of the optical means 30 while parallel along the x-axis with respect to the vertical line of . At this time, when the optical means 30 is viewed in the z-axis direction, the reflection units 21 to 29 appear as shown in FIGS. 4 and 5 .

즉, z축 방향에서 광학 수단(30)을 보았을 때 복수개의 반사부(21~29)들 중, 제1 반사부 그룹(20A)을 구성하는 복수개의 반사부(21~24)는 화상 출사부(10)로부터의 거리가 멀수록 광학 수단의 제1 면(31)에 더 가깝도록 광학 수단(30)의 내부에 매립되어 배치되고, 제2 반사부 그룹(20B)을 구성하는 복수개의 반사부(25~29)는 화상 출사부(10)로부터의 거리가 멀수록 광학 수단의 제1 면(31)에서 더 멀도록 광학 수단(30)의 내부에 매립되어 배치된다.That is, when the optical means 30 is viewed in the z-axis direction, among the plurality of reflection units 21 to 29 , the plurality of reflection units 21 to 24 constituting the first reflection unit group 20A is an image output unit. The greater the distance from (10), the closer to the first surface 31 of the optical means is, the more embedded in the optical means 30, the plurality of reflection parts constituting the second reflection part group 20B. Reference numerals 25 to 29 are disposed to be embedded in the optical means 30 so as to be farther from the first surface 31 of the optical means as the distance from the image output unit 10 is greater.

또한, 제2 반사부 그룹(20B)과 화상 출사부(10)의 거리는, 제1 반사부 그룹(20A)과 화상 출사부(10)의 거리보다 크도록 배치되는데, 이는 도 6의 z축 방향에서 광학 수단(30)을 바라보았을 때 제1 반사부 그룹(20A)이 제2 반사부 그룹(20B)의 위쪽에 배치된다는 것을 의미한다.Further, the distance between the second reflector group 20B and the image emitter 10 is arranged to be greater than the distance between the first reflector group 20A and the image emitter 10, which is in the z-axis direction of FIG. 6 . This means that the first reflector group 20A is disposed above the second reflector group 20B when the optical means 30 is viewed in FIG.

도 7은 반사부(21~29)의 배치 구조의 효과를 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining the effect of the arrangement structure of the reflection units 21 to 29. As shown in FIG.

도 7의 (a)는 반사부(21~29)가 도 4 내지 도 6에서 설명한 바와 같은 배치 구조를 갖는 경우를 나타낸 것이고, 도 7의 (b)는 모든 반사부(21~29)가 일직선으로 배치된 경우 즉, 모든 반사부(21~29)들이 화상 출사부(10)로부터의 거리에 관계없이 제1 면(31)과 동일한 거리를 갖도록 배치된 경우를 나타낸 것이다.7A illustrates a case in which the reflection units 21 to 29 have the arrangement structure as described with reference to FIGS. 4 to 6 , and FIG. 7B shows that all the reflection units 21 to 29 are in a straight line. This shows a case where all the reflection units 21 to 29 are arranged to have the same distance as the first surface 31 regardless of the distance from the image output unit 10 .

도 7의 (b)를 참조하면, 모든 반사부(21~29)가 y축(도 6 참조)을 따라 나란히 배치(즉, 모든 반사부(21~29)가 화상 출사부(10)로부터의 거리에 관계없이 광학 수단(30)의 제2 면(32)과의 거리가 동일하게 배치)되어 있으므로, 아래쪽의 반사부(28,29)에는 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 전반사된 증강 현실 화상광이 제대로 도달하지 않음을 알 수 있다.Referring to (b) of FIG. 7 , all the reflection units 21 to 29 are arranged side by side along the y-axis (refer to FIG. 6 ) (that is, all the reflection units 21 to 29 are separated from the image output unit 10 ). Since the distance from the second surface 32 of the optical means 30 is the same regardless of the distance), the lower reflectors 28 and 29 have the second surface 32 of the optical means 30 . It can be seen that the total reflected augmented reality image light does not reach properly.

이에 비해, 도 7의 (a)를 참조하면, 반사부(24~29)들이 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이 배치되기 때문에, 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 전반사된 증강 현실 화상광은 모든 반사부(21~29)에 전달됨을 알 수 있다.In contrast, referring to FIG. 7A , since the reflection units 24 to 29 are disposed as described with reference to FIGS. 4 to 6 , total reflection at the second surface 32 of the optical means 30 . It can be seen that the augmented reality image light is transmitted to all the reflection units 21 to 29 .

한편, 반사부(21~29)들은, 전술한 바와 같이, 반사부(21~29)로 전달되는 증강 현실 화상광을 각각 반사시켜 사용자의 동공(40)으로 전달하도록 적절한 경사각을 가지고 경사지게 배치되는데, 각 반사부(21~29)들은 사용자의 동공(40) 중심에서 정면 방향으로의 직선에 대해 적어도 45도 이하의 경사각을 가지도록 배치된다.On the other hand, the reflectors 21 to 29 are, as described above, to reflect the augmented reality image light transmitted to the reflectors 21 to 29, respectively, and to be slanted with an appropriate inclination angle so as to be transmitted to the user's pupil 40. , each of the reflection units 21 to 29 is disposed to have an inclination angle of at least 45 degrees with respect to a straight line in the front direction from the center of the user's pupil 40 .

도 8 및 도 9는 반사부(21~29)들의 경사각을 설명하기 위한 도면이다.8 and 9 are views for explaining the inclination angles of the reflection units 21 to 29 .

도 8에서는, 설명의 편의를 위하여 하나의 반사부(21)만을 나타내었다. 도 8을 참조하면, 반사부(21)는 사용자의 동공(40)의 중심의 정면 방향으로의 직선에 대해 경사각(θ)를 가지도록 경사지게 배치되는데, 이 경사각은 45도 이하인 것이 바람직하다. 이는 반사부(21)의 경사각(θ)이 45도 이상인 경우에는 반사부(21)로 입사하는 증강 현실 화상광을 동공(40) 방향으로 제대로 전달할 수 없기 때문이다.In FIG. 8 , only one reflector 21 is shown for convenience of description. Referring to FIG. 8 , the reflector 21 is inclined to have an inclination angle θ with respect to a straight line in the front direction of the center of the user's pupil 40, and the inclination angle is preferably 45 degrees or less. This is because, when the inclination angle θ of the reflection unit 21 is 45 degrees or more, the augmented reality image light incident to the reflection unit 21 cannot be properly transmitted in the direction of the pupil 40 .

도 9의 (a)는 반사부(20)의 경사각(θ)이 45도 이하인 경우이고, 도 9의 (b)는 경사각(θ)이 45도를 초과하는 경우를 각각 나타낸 것이다.9A shows a case in which the inclination angle θ of the reflective unit 20 is 45 degrees or less, and FIG. 9B shows a case in which the inclination angle θ exceeds 45 degrees.

도 9에서, 반사부(20)는 z축 방향에서 보았을 때 직선으로 배치된 형태로 나타내었으나, 이는 단순히 설명의 편의를 위한 것이며 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 같은 배치 구조를 갖는 경우에도 마찬가지이다.In FIG. 9 , the reflector 20 is shown in a form arranged in a straight line when viewed in the z-axis direction, but this is merely for convenience of explanation and even in the case of having the arrangement structure as described with reference to FIGS. 4 to 8 . The same is true.

도 9의 (a)를 참조하면, 반사부(20)의 경사각(θ)이 45도 이하로 형성되어 있는데, 이 경우 광학 수단(30)의 제2 면(32)(인풋(input) 면)에서 전반사된 증강 현실 화상광이 반사부(20)를 통해 동공(40)으로 수렴하게 됨을 알 수 있다.Referring to (a) of FIG. 9 , the inclination angle θ of the reflection unit 20 is formed to be 45 degrees or less, in this case the second surface 32 (input surface) of the optical means 30 . It can be seen that the total reflected augmented reality image light converges to the pupil 40 through the reflector 20 .

도 9의 (a)의 점선은, 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 전반사되어 반사부(20)로 입사하는 증강 현실 화상광을 광학 수단(30)의 제2 면(32) 바깥쪽으로 연장하여 나타낸 것으로, 이 점선은 광학 수단(30)의 제2 면(32) 외부의 한 점에서 만나는 것을 알 수 있으며, 이는 반사부(20)를 통해 동공(40)으로 전달되는 증강 현실 화상광이 동공(40)으로 수렴한다는 것을 의미한다.The dotted line in (a) of FIG. 9 is the augmented reality image light that is totally reflected from the second surface 32 of the optical means 30 and is incident on the reflection unit 20 to the second surface 32 of the optical means 30 . As shown extending outward, it can be seen that this dotted line meets at a point outside the second surface 32 of the optical means 30 , which is an augmented reality transmitted to the pupil 40 through the reflector 20 . This means that the image light converges to the pupil 40 .

한편, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 반사부(20)의 경사각(θ)이 45도를 넘는 경우에는 동공(40)에서 화상광이 출사한 것으로 가정할 때 화상광은 반사부(20)를 통해 수렴하지 않고 발산하게 됨을 알 수 있다. 따라서, 화상 출사부(10)로부터 증강 현실 화상광이 출사하는 경우를 생각해 보면, 증강 현실 화상광의 광 경로는 동공(40)으로 수렴할 수 없으므로 동일한 위치의 인풋 면을 가질 수 없다는 것을 의미하고, 이는 결국 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실 화상광이 광학 수단(30)의 내면에서 전반사된 후 반사부(20)를 통해 동공(40)으로 제대로 전달될 수 없다는 것을 의미한다.On the other hand, as shown in FIG. 9(b), when the inclination angle θ of the reflection unit 20 exceeds 45 degrees, assuming that the image light is emitted from the pupil 40, the image light is transmitted to the reflection unit ( 20), it can be seen that the divergence does not converge. Therefore, considering the case where the augmented reality image light is emitted from the image output unit 10, the light path of the augmented reality image light cannot converge to the pupil 40, meaning that it cannot have an input surface at the same location, This means that the augmented reality image light emitted from the image output unit 10 cannot be properly transmitted to the pupil 40 through the reflection unit 20 after being totally reflected from the inner surface of the optical means 30 .

도 9는 증강 현실 화상광이 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 1회 전반사되는 전반사 구조를 사용하는 경우를 예시적으로 나타낸 것이지만, 전반사 구조를 사용하지 않거나 2회 이상의 전반사를 사용하는 경우에도 마찬가지이다. 9 exemplarily shows a case in which a total reflection structure in which the augmented reality image light is totally reflected once on the second surface 32 of the optical means 30 is used, but the total reflection structure is not used or total reflection is used two or more times. The same is true if

다시 도 4를 참조하여 광학 수단(30)에 대해 설명한다. Referring again to FIG. 4 , the optical means 30 will be described.

광학 수단(30)은, 복수개의 반사부(21~29)가 배치되며, 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공(40)을 향해 투과시키는 수단이다.The optical means 30 is a means for transmitting at least a portion of the real object image light, which is the image light emitted from the real object, toward the pupil 40 of the user's eyes, in which a plurality of reflection units 21 to 29 are disposed.

여기에서, 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 동공(40)을 향해 투과시킨다는 것은 실제 사물 화상광의 빛 투과율이 반드시 100%일 필요는 없다는 의미이다.Here, transmitting at least a portion of the real object image light toward the pupil 40 means that the light transmittance of the real object image light does not necessarily have to be 100%.

광학 수단(30)은, 유리 또는 플라스틱 재질 및 기타 합성 수지재의 렌즈로 형성할 수 있고, 다양한 굴절률 및 투명도를 가질 수 있다.The optical means 30 may be formed of a lens made of glass or plastic material and other synthetic resin materials, and may have various refractive indices and transparency.

광학 수단(30)은, 전술한 바와 같이, 반사부(21~29)에서 반사된 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공을 향해 출사되는 제1 면(31)과, 상기 제1 면(31)에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면(32)을 구비하며, 반사부(21~29)는 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이의 내부에 매립되어 배치된다.As described above, the optical means 30 includes a first surface 31 through which at least a portion of the augmented reality image light and the real object image light reflected by the reflection units 21 to 29 is emitted toward the user's pupil, and the It has a second surface 32 opposite to the first surface 31 and onto which the actual object image light is incident, and the reflection units 21 to 29 are located inside the first surface 31 and the second surface 32 . embedded and placed in

제1 면(31)과 제2 면(32)은 서로 평행한 것으로 나타내었으나, 이는 예시적인 것이며 서로 평행하지 않도록 구성할 수도 있다. 또한, 제1 면(31)과 제2 면(32) 중 적어도 어느 하나는 곡면으로 형성될 수도 있다. 즉, 제1 면(31) 또는 제2 면(32) 중 어느 하나를 곡면으로 형성하거나 제1 면(31) 및 제2 면(32) 모두를 곡면으로 형성할 수 있다.Although the first surface 31 and the second surface 32 are shown to be parallel to each other, this is exemplary and may be configured not to be parallel to each other. In addition, at least one of the first surface 31 and the second surface 32 may be formed as a curved surface. That is, either one of the first surface 31 or the second surface 32 may be formed as a curved surface, or both the first surface 31 and the second surface 32 may be formed as a curved surface.

여기에서, 상기 곡면은 오목면 또는 볼록면일 수 있는데, 오목면이라 함은, 해당 면을 정면에서 보았을 때 중앙 부분이 가장자리 부분보다 얇게 형성되어 오목하게 된 것을 의미하며, 볼록면이라 함은 해당 면을 정면에서 보았을 때 중앙 부분이 가장자리 부분보다 두껍게 형성되어 볼록하게 돌출된 것을 의미하는 것으로 한다.Here, the curved surface may be a concave surface or a convex surface, and the concave surface means that the central portion is formed thinner than the edge portion when viewed from the front and is concave, and the convex surface is the corresponding surface When viewed from the front, the central part is formed thicker than the edge part, which means that it protrudes convexly.

또한, 전술한 바와 같이, 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실용 화상광은 광학 수단(30)의 내부에서 전반사되지 않고 반사부(21~29)로 직접 전달되거나 광학 수단(30)의 내면에서 적어도 1회 이상 전반사된 후 반사부(21~29)로 전달될 수 있다.In addition, as described above, the image light for augmented reality emitted from the image output unit 10 is not totally reflected inside the optical unit 30 , but is directly transmitted to the reflection units 21 to 29 or transmitted to the optical unit 30 . After being totally reflected at least once from the inner surface, it may be transmitted to the reflectors 21 to 29 .

도 10 내지 도 12는 증강 현실 화상광이 광학 수단(30)에서 전반사되는 횟수를 설명하기 위한 도면으로서, 설명의 편의를 위해 반사부(21~23)는 3개만을 나타내었다.10 to 12 are diagrams for explaining the number of times that the augmented reality image light is totally reflected by the optical means 30, and only three reflectors 21 to 23 are shown for convenience of description.

도 10은 증강 현실 화상광이 광학 수단(30) 내부에서 전반사되지 않는 경우를 나타낸 것이다.10 illustrates a case in which the augmented reality image light is not totally reflected inside the optical means 30 .

도 10에 나타낸 바와 같이, 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 광학 수단(30) 내부에서 전반사되지 않고 반사부(21~23)에서 반사된 후 동공(40)으로 전달됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 10 , it is known that the augmented reality image light emitted from the image output unit 10 is not totally reflected inside the optical means 30 , but is reflected by the reflection units 21 to 23 and then transmitted to the pupil 40 . can

도 11은 증강 현실 화상광이 광학 수단(30) 내부에서 1회 전반사되는 경우를 나타낸 것이다.11 illustrates a case in which the augmented reality image light is totally reflected once inside the optical means 30 .

도 11에 나타낸 바와 같이, 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 1회 전반사된 후 반사부(21~23)로 전달되고, 이후 반사부(21~23)는 이를 다시 반사하여 동공(40)으로 전달됨을 알 수 있다. 도 11은 도 10에 나타낸 바와 같은 광학 수단(30)을 x축 방향에 대해 2등분하고 2등분선을 광학 수단(30)의 제2 면(32)으로 한 경우로 볼 수 있다.11, the augmented reality image light emitted from the image output unit 10 is totally reflected once on the second surface 32 of the optical means 30 and then transmitted to the reflection units 21 to 23, Thereafter, it can be seen that the reflectors 21 to 23 reflect it again and transmit it to the pupil 40 . FIG. 11 can be viewed as a case in which the optical means 30 as shown in FIG. 10 is bisected with respect to the x-axis direction and the bisector is used as the second surface 32 of the optical means 30 .

도 12는 증강 현실 화상광이 광학 수단(30) 내부에서 2회 전반사되는 경우를 나타낸 것이다.12 illustrates a case in which the augmented reality image light is totally reflected twice inside the optical means 30 .

도 12에 나타낸 바와 같이, 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 광학 수단(30)의 제1 면(31)에서 전반사되고 이후 제2 면(32)에서 다시 전반사된 후 반사부(21~23)로 전달되고, 이후 반사부(21~23)는 이를 다시 반사하여 동공(40)으로 전달함을 알 수 있다. 도 12는 도 10에 나타낸 바와 같은 광학 수단(30)을 x축 방향에 대해 3등분하고 3등분선 중 동공(40)쪽에 가까운 쪽을 광학 수단(30)의 제2 면(32)으로 한 경우로 볼 수 있다.As shown in FIG. 12 , the augmented reality image light emitted from the image output unit 10 is totally reflected on the first surface 31 of the optical means 30 and then totally reflected again on the second surface 32 , and then the reflection unit 21 to 23 , and then the reflectors 21 to 23 reflect it again and transfer it to the pupil 40 . 12 is a case in which the optical means 30 as shown in FIG. 10 is divided into thirds with respect to the x-axis direction, and the side close to the pupil 40 side among the bisectors is used as the second surface 32 of the optical means 30 Can be seen as.

도 10 내지 도 12에서, 반사부(21~23)는 z축 방향에서 보았을 때 직선으로 배치된 형태로 나타내었으나, 이는 단순히 설명의 편의를 위한 것이며 도 4 내지 도 9를 참조하여 설명한 바와 같은 배치 구조를 갖는 경우에도 마찬가지이다.In FIGS. 10 to 12 , the reflection units 21 to 23 are shown in the form of being arranged in a straight line when viewed in the z-axis direction, but this is merely for convenience of explanation and the arrangement as described with reference to FIGS. 4 to 9 . The same applies to the case of having a structure.

도 13 및 도 14는 증강 현실용 광학 장치(200)의 전체적인 작용을 설명하기 위한 도면이다.13 and 14 are diagrams for explaining the overall operation of the optical device 200 for augmented reality.

도 13 및 도 14는, 광학 수단(30)의 내부에서 2회 전반사가 이루어지는 경우를 예시적으로 나타낸 것으로서, 설명의 편의를 위해 반사부(21~25)는 5개만을 나타내었다.13 and 14 exemplarily show a case where total reflection is performed twice inside the optical means 30, and only five reflectors 21 to 25 are shown for convenience of explanation.

도 13의 (a),(b),(c)를 참조하면, 서로 다른 각도의 증강 현실 화상광이 광학 수단(30)의 제1 면(31) 및 제2 면(32)에서 각각 전반사된 후, 앞서 설명한 바와 같은 경사각 및 배치 구조를 갖는 반사부(21~25)들에 의해 아이박스(eye box)로 전달됨을 알 수 있다.Referring to (a), (b) and (c) of Figure 13, the augmented reality image light at different angles is totally reflected from the first surface 31 and the second surface 32 of the optical means 30, respectively. Thereafter, it can be seen that the reflective units 21 to 25 having the inclination angle and arrangement structure as described above are transmitted to the eye box.

도 13의 (a)에서는 반사부(21~23)가 사용되고, 도 13의 (b)에서는 반사부(22~24)가 사용되고, 도 13의 (c)에서는 반사부(23~25)들이 사용되며, 이들은 증강 현실 화상광의 광 경로의 입사각 즉, 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실 화상광의 광 경로의 출사각에 각각 상응하여 증강 현실 화상광을 아이박스(eye box)로 전달한다. 이 때, 아이박스(eye box)는, 화상 출사부(10)에서 나오는 그대로의 증강 현실 화상광을 보는데 있어서 사용자의 동공(40)이 위치할 수 있는 최대 공간이라고 볼 수 있으며, 광학 수단(30)의 제1 면(31) 및 제2 면(32)은 인풋 면으로 작용하고 이들을 통해 전반사된 증강 현실 화상광은 반사부(21~25)를 통해 모두 아이박스 방향으로 출사된다.In (a) of FIG. 13, the reflective parts 21 to 23 are used, in FIG. 13 (b), the reflective parts 22 to 24 are used, and in FIG. 13 (c), the reflective parts 23 to 25 are used. The augmented reality image light is transmitted to the eye box in accordance with the incident angle of the optical path of the augmented reality image light, that is, the exit angle of the optical path of the augmented reality image light emitted from the image output unit 10 . At this time, the eye box (eye box) can be seen as the maximum space in which the user's pupil 40 can be located in viewing the augmented reality image light as it is from the image output unit 10, and the optical means 30 ), the first surface 31 and the second surface 32 act as input surfaces, and the augmented reality image light totally reflected through them is emitted in the direction of the eye box through the reflection units 21 to 25 .

한편, 도 14는 도 13의 (a),(b),(c)에서 나타낸 증강 현실 화상광을 함께 나타낸 것으로서, 화상 출사부(10)에서 출사된 증강 현실 화상광이 입사 동공(input pupil)으로 기능하는 광학 수단(30)의 상부를 통해 입사되어, 광학 수단(30)의 제1 면(31) 및 제2 면(32)을 통해 2회 전반사된 후, 반사부(21~25)를 통해 반사된 후 출사 동공(exit pupil)으로 작용하는 광학 수단(30)의 제1 면(31)을 통해 아이박스(eye box)로 전달됨을 알 수 있다. 여기에서, 동공(40)이 위치할 수 있는 아이박스(eye box)와 광학 수단(30)간의 거리는 아이릴리프(eye relief)가 된다.On the other hand, FIG. 14 shows the augmented reality image light shown in (a), (b), and (c) of FIG. 13 together, and the augmented reality image light emitted from the image output unit 10 is the input pupil. It is incident through the upper portion of the optical means 30 functioning as It can be seen that after being reflected through the first surface 31 of the optical means 30 acting as an exit pupil, it is transmitted to the eye box (eye box). Here, the distance between the eye box where the pupil 40 can be located and the optical means 30 is an eye relief.

도 13 및 도 14에서 나타낸 바와 같이, 화상 출사부(10)로부터 출사되어 광학 수단(30)의 제1 면(31) 및 제2 면(32)에서 전반사된 증강 현실 화상광은 전술한 바와 같은 반사부(21~25)의 경사각 구조 및 배치 구조에 의하여 모두 아이 박스(eye box)를 향해 전달되므로, 증강 현실 화상광의 광 효율을 현저하게 개선할 수 있음을 알 수 있다.13 and 14 , the augmented reality image light emitted from the image output unit 10 and totally reflected on the first surface 31 and the second surface 32 of the optical means 30 is as described above. It can be seen that the light efficiency of the augmented reality image light can be remarkably improved because all of the reflection units 21 to 25 are transmitted toward the eye box by the inclination angle structure and the arrangement structure.

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(300)의 구성을 나타낸 도면이다.15 is a diagram showing the configuration of an optical device 300 for augmented reality according to another embodiment of the present invention.

도 15의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(300)는, 전술한 실시예의 증강 현실용 광학 장치(200)와 기본적인 구성은 동일하되, 복수개의 반사부(21~24)로 구성되는 제1 반사부 그룹(20A) 및 복수개의 반사부(25~29)로 구성되는 제2 반사부 그룹(20B)로 구성되는 반사 수단(20)이 복수개 형성된 것을 특징으로 한다.The optical device 300 for augmented reality of the embodiment of FIG. 15 has the same basic configuration as the optical device 200 for augmented reality of the above-described embodiment, but a first reflector composed of a plurality of reflectors 21 to 24 . It is characterized in that a plurality of reflective means 20 are formed including a group 20A and a second reflective part group 20B consisting of a plurality of reflective parts 25 to 29.

여기에서, 복수개의 반사 수단(20)은, 다음과 같은 배치 구조를 갖는다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 증강 현실용 광학 장치(300)를 사용자의 동공(40) 정면에 두었을 때, 동공(40)에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부(10)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(30)의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하면, z축은 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단(30)의 내면 사이를 지나는 선분이 되는데, 여기에서 반사 수단(20)들은 상기 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 배치될 수 있다.Here, the plurality of reflection means 20 has the following arrangement structure. That is, as described above, when the optical device 300 for augmented reality is placed in front of the user's pupil 40 , the front direction in the pupil 40 is called the x-axis, and the x-axis from the image output unit 10 is If a line segment passing between the inner surfaces of the optical means 30 while being parallel along the x-axis with respect to the vertical line to is referred to as a y-axis, the z-axis is orthogonal to the x-axis and the y-axis and a line segment passing between the inner surfaces of the optical means 30 Here, the reflecting means 20 may be arranged along an imaginary straight line parallel to the z-axis.

여기에서, 각각의 반사 수단(20)은, 각 반사 수단(20)을 구성하는 각각의 반사부(21~29)들이, 인접하는 반사 수단(20)을 구성하는 반사부(21~29)들 중 어느 하나와 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 평행하게 위치하도록 나란히 배치될 수 있다. 따라서, 복수개의 반사 수단(20)들을 z축 방향에서 보았을 때는 도 4 및 도 5에서 나타낸 바와 동일하게 보이게 된다.Here, each reflective means 20 includes each of the reflective parts 21 to 29 constituting the respective reflective means 20 and the reflective parts 21 to 29 constituting the adjacent reflective means 20 . It may be arranged side by side so as to be positioned parallel to any one along an imaginary straight line parallel to the z-axis. Accordingly, when the plurality of reflection means 20 is viewed in the z-axis direction, it looks the same as shown in FIGS. 4 and 5 .

도 15의 실시예에 의하면, 도 4 내지 도 14를 참조하여 설명한 바와 같은 작용 효과를 가지면서 시야각과 z축 방향의 아이박스(eye box)를 넓힐 수 있는 장점이 있다.According to the embodiment of FIG. 15 , there is an advantage in that an eye box in a viewing angle and a z-axis direction can be widened while having the same effects as described with reference to FIGS. 4 to 14 .

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(400)의 구성을 나타낸 도면이다.16 is a diagram showing the configuration of an optical device 400 for augmented reality according to another embodiment of the present invention.

도 16의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(400)는, 도 15에서 설명한 실시예의 증강 현실용 광학 장치(300)와 같이 반사 수단(20)이 복수개로 구성되지만, 각 반사 수단(20)은, 각 반사 수단(20)을 구성하는 각각의 반사부(21~29)들이, 인접하는 반사 수단(20)을 구성하는 모든 반사부(21~29)들과 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하지 않도록 배치되는 것을 특징으로 한다.The optical device 400 for augmented reality of the embodiment of Fig. 16 has a plurality of reflecting means 20 like the optical device 300 for augmented reality of the embodiment described with reference to Fig. 15, but each reflecting means 20 is, Each of the reflective parts 21 to 29 constituting each reflective means 20 is along an imaginary straight line parallel to the z-axis and all the reflective parts 21 to 29 constituting the adjacent reflective means 20 . It is characterized in that it is disposed so as not to be located.

즉, 도 16에 나타낸 바와 같이, z축의 오른쪽 방향으로부터 서로 인접하는 첫번째 반사 수단(20)의 반사부(21~29)들과 두번째 반사 수단(20)의 반사부(21~29)들을 y축 방향의 위쪽(화상 출사부(10)쪽)으로부터 순서대로 비교해 보면, 첫번째 반사 수단(20)의 각각의 반사부(21~29)들은 두번째 반사 수단(20)의 모든 반사부(21~29)들과 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 위치하지 않도록 배치되어 있음을 알 수 있다. 즉, 첫번째 반사 수단(20)의 반사부(21~29)들과 두번째 반사 수단(20)의 반사부(21~29)들은 z축 방향에서 볼 때 z축에 평행하게 나란히 정렬되어 있지 않고 서로 엇갈리게 배치되어 있음을 알 수 있다.That is, as shown in FIG. 16 , the reflective parts 21 to 29 of the first reflective means 20 and the reflective parts 21 to 29 of the second reflective means 20 adjacent to each other from the right direction of the z-axis are arranged along the y-axis. When compared sequentially from the upper side (the image exiting part 10 side) in the direction, each of the reflecting parts 21 to 29 of the first reflecting means 20 is all the reflecting parts 21 to 29 of the second reflecting means 20 . It can be seen that they are arranged so as not to be located along an imaginary straight line parallel to the field and the z-axis. That is, the reflective parts 21 to 29 of the first reflective means 20 and the reflective parts 21 to 29 of the second reflective means 20 are not aligned parallel to the z-axis when viewed from the z-axis direction, but are mutually exclusive. It can be seen that they are staggered.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(500)의 구성을 나타낸 도면이다.17 is a diagram showing the configuration of an optical device 500 for augmented reality according to another embodiment of the present invention.

도 17의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(500)는, 도 4 내지 도 14를 참조하여 설명한 실시예의 증강 현실용 광학 장치(200)와 기본적으로 동일하되, 각 반사부(21~29)들이 바(bar) 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.The optical device 500 for augmented reality of the embodiment of FIG. 17 is basically the same as the optical device 200 for augmented reality of the embodiment described with reference to FIGS. 4 to 14 , but each reflector 21 to 29 is a bar It is characterized in that it is formed in the form of (bar).

여기에서, 각 반사부(21~29)들은, 다음과 같은 배치 구조를 갖는다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 증강 현실용 광학 장치(500)를 사용자의 동공(40) 정면에 두었을 때, 동공(40)에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부(10)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(30)의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하면, z축은 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단(30)의 내면 사이를 지나는 선분이 되며, 여기에서 복수개의 반사부(21~29)들은 상기 z축에 평행한 가상의 직선을 따라 연장된 바(bar) 형태로 형성된다. 본 실시예의 경우에도, 광학 수단(30)을 z축 방향에서 보았을 때 각 반사부(21~29)들의 형태는 도 4 및 도 5에서 나타낸 바와 동일하게 보이게 된다.Here, each of the reflection units 21 to 29 has the following arrangement structure. That is, as described above, when the optical device 500 for augmented reality is placed in front of the user's pupil 40 , the front direction in the pupil 40 is called the x-axis, and the x-axis from the image output unit 10 is If a line segment passing between the inner surfaces of the optical means 30 while being parallel along the x-axis with respect to the vertical line to is referred to as a y-axis, the z-axis is orthogonal to the x-axis and the y-axis and a line segment passing between the inner surfaces of the optical means 30 Here, the plurality of reflection units 21 to 29 are formed in the form of a bar extending along an imaginary straight line parallel to the z-axis. Even in the case of this embodiment, when the optical means 30 is viewed in the z-axis direction, the shape of each of the reflection units 21 to 29 is the same as shown in FIGS. 4 and 5 .

본 실시예의 경우, 반사부(21~29)들을 z축 방향에서 보았을 때의 크기는 4mm 이하로 형성되는 것이 바람직하다.In the case of this embodiment, it is preferable that the size of the reflection parts 21 to 29 when viewed in the z-axis direction is formed to be 4 mm or less.

한편, 상기 실시예들에 있어서, 각 반사부(21~29)들의 적어도 일부의 크기는 다른 반사부(21~29)들과 다르게 구성할 수도 있다. 이러한 경우에도, 각 반사부(21~29)들의 크기는 전술한 바와 같이 4mm 이하로 형성하는 것이 바람직하다.Meanwhile, in the above embodiments, the size of at least a portion of each of the reflection units 21 to 29 may be configured to be different from that of the other reflection units 21 to 29 . Even in this case, the size of each of the reflection parts 21 to 29 is preferably formed to be 4 mm or less as described above.

또한, 각 반사부(21~29)들은 동일한 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하지만, 적어도 일부의 반사부(21~29)들의 간격을 다른 반사부(21~29)들의 간격과 다르도록 배치할 수도 있다.In addition, each of the reflective parts 21 to 29 is preferably disposed at the same distance, but the spacing of at least some of the reflective parts 21 to 29 may be arranged to be different from the spacing of the other reflective parts 21 to 29 . have.

또한, 적어도 일부의 반사부(21~29)들의 x축에 대한 경사각을 다른 반사부(21~29)들과 다르도록 구성할 수도 있다.In addition, at least some of the reflection units 21 to 29 may be configured such that the inclination angle with respect to the x-axis is different from that of the other reflection units 21 to 29 .

또한, 각 반사부(21~29)들의 적어도 일부는 빛을 부분적으로 반사시키는 하프 미러와 같은 수단으로 구성할 수도 있다.In addition, at least a portion of each of the reflection units 21 to 29 may be configured as a means such as a half mirror that partially reflects light.

또한, 반사부(21~29)들의 적어도 일부는, 반사 수단 이외의 기타 굴절 소자 또는 회절 소자로 형성할 수도 있다.In addition, at least a portion of the reflective parts 21 to 29 may be formed of other refractive elements or diffractive elements other than the reflective means.

또한, 반사부(21~29)들의 적어도 일부는 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터 등과 같은 광학 소자로 구성될 수 있다. In addition, at least a portion of the reflection units 21 to 29 may be formed of an optical element such as a notch filter that selectively transmits light according to a wavelength.

또한, 반사부(21~29)들 중 적어도 일부는, 증강 현실 화상광을 반사시키는 면의 반대면에 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅될 수도 있다.In addition, at least some of the reflection units 21 to 29 may be coated with a material that absorbs light without reflecting light on the opposite surface of the surface that reflects the augmented reality image light.

또한, 반사부(21~29)들 중 적어도 일부의 표면을 곡면으로 형성할 수도 있다. 여기에서, 상기 곡면은 오목면 또는 볼록면일 수 있다.In addition, the surface of at least a portion of the reflection units 21 to 29 may be formed as a curved surface. Here, the curved surface may be a concave surface or a convex surface.

도 18은 반사부(21~29)의 표면이 곡면으로 형성된 것을 설명하기 위한 도면으로서, 설명의 편의를 위해 하나의 반사부(21)만을 나타내었다.18 is a diagram for explaining that the surfaces of the reflection units 21 to 29 are formed in a curved surface, and only one reflection unit 21 is shown for convenience of description.

도 18에 나타낸 바와 같이, 반사부(21)의 표면은 곡면으로 형성되어 있으며, 이 경우, 곡면으로 형성되는 표면은 광학 수단(30)의 제1 면(31)쪽으로 볼록한 볼록면으로 형성될 수 있다. 도 18에서는, 제1 면(31)쪽으로 볼록한 볼록면을 갖는 반사부(21)를 나타내었으나, 이는 예시적인 것이며 제1 면(31)쪽으로 오목한 오목면을 가지도록 반사부(21)를 형성할 수도 있다.As shown in FIG. 18 , the surface of the reflection unit 21 is formed as a curved surface, and in this case, the surface formed as a curved surface may be formed as a convex surface convex toward the first surface 31 of the optical means 30 . have. In FIG. 18 , the reflection part 21 having a convex surface convex toward the first surface 31 is shown, but this is exemplary and the reflection portion 21 may be formed to have a concave surface concave toward the first surface 31 . may be

도 19는 반사부(21~29)의 곡면 형태의 또 다른 예를 나타낸 것으로서, 설명의 편의를 위해 하나의 반사부(21)만을 나타내었다.19 shows another example of the curved shape of the reflective parts 21 to 29, and only one reflective part 21 is shown for convenience of description.

도 19의 반사부(21)는 곡면으로 형성되되, 반사부(21)를 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 동공에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부(10)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(30)의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단(30)의 내면 사이를 지나는 선분을 z축이라 할 때, 반사부(21)의 x축 방향으로의 길이보다 z축 방향으로의 길이가 길게 형성된 것을 특징으로 한다.The reflection unit 21 of FIG. 19 is formed in a curved surface, and when the reflection unit 21 is placed in front of the user's pupil, the front direction from the pupil is referred to as the x-axis, and the direction from the image output unit 10 to the x-axis is A line segment passing between the inner surfaces of the optical means 30 while being parallel to the vertical line along the x-axis is referred to as a y-axis, and a line segment passing between the inner surfaces of the optical means 30 while orthogonal to the x-axis and the y-axis is referred to as a z-axis. In this case, it is characterized in that the length in the z-axis direction is longer than the length in the x-axis direction of the reflector 21 is formed.

즉, 도 19의 반사부(21)는 광학 수단(30)의 내면에서 z축 방향으로 바(bar) 형태로 연장되도록 형성되어, 전체적으로는 원통(cylinder)형 형상의 반사부(21)를 길이 방향으로 절개한 형태로 형성된 것을 특징으로 한다. That is, the reflective part 21 of FIG. 19 is formed to extend in a bar shape in the z-axis direction from the inner surface of the optical means 30, so that the overall length of the reflective part 21 of a cylindrical shape is the length. It is characterized in that it is formed in the form of an incision in the direction.

도시된 바와 같이, 도 19의 반사부(21)는, z축 방향으로의 길이가 x축 방향의 길이보다 길게 형성되며 또한 광학 수단(30)의 제1 면(31)쪽으로 볼록한 볼록면으로 형성되어 있음을 알 수 있다.As shown, the reflector 21 of FIG. 19 has a length in the z-axis direction longer than a length in the x-axis direction and is formed as a convex surface convex toward the first surface 31 of the optical means 30 . It can be seen that it has been

한편, 도 19에서 반사부(21)는 z축 방향으로 연장된 바 형태이지만, x축 또는 y축 방향으로 연장된 바 형태가 되도록, 즉 x축 또는 y축 방향의 길이가 z축 방향의 길이보다 길게 형성할 수도 있다.Meanwhile, in FIG. 19 , the reflector 21 has a bar shape extending in the z-axis direction, but has a bar shape extending in the x-axis or y-axis direction, that is, the length in the x-axis or y-axis direction is the length in the z-axis direction. It can also be formed to be longer.

또한, 도 19의 반사부(21)는 전체적으로 원통형 형상을 길이 방향으로 절개한 형태로 형성되므로 y축 방향에서 반사부(21)를 보았을 때 직사각형 형태를 가지지만, 이는 예시적인 것이며, y축 방향에서 보았을 때 반사부(21)가 전체적으로 원형, 삼각형, 사각형 등 기타 형태를 가지도록 형성할 수도 있다. 또한, 반사부(21)를 y축 방향에서 보았을 때 x축 방향으로 장축을 갖는 타원형으로 형성할 수도 있다.In addition, since the reflective part 21 of FIG. 19 is formed in the form of an overall cylindrical shape cut in the longitudinal direction, it has a rectangular shape when the reflective part 21 is viewed in the y-axis direction, but this is exemplary, and the y-axis direction When viewed from the reflective portion 21 may be formed to have other shapes such as a circle, a triangle, a square, etc. as a whole. In addition, the reflection unit 21 may be formed in an elliptical shape having a long axis in the x-axis direction when viewed in the y-axis direction.

또한, 도 19에서는 광학 수단(30)의 제1 면(31)쪽으로 볼록한 볼록면을 갖는 반사부(21)를 나타내었으나 이는 예시적인 것이며, 제1 면(31)쪽으로 오목한 오목면을 가지도록 반사부(21)를 형성할 수도 있음은 물론이다.In addition, in FIG. 19 , the reflection unit 21 having a convex surface convex toward the first surface 31 of the optical means 30 is illustrated, but this is exemplary and is reflected to have a concave surface concave toward the first surface 31 . It goes without saying that the portion 21 may be formed.

또한, 도 17의 실시예에서 설명한 반사부(21~29)를 도 19에 나타낸 바와 같은 형태로 형성할 수도 있다. 이 경우, 도 17의 반사부(21~29)는 광학 수단(30)의 내부에서 z축 방향을 따라 전체적으로 연장되어 하나의 바 형태로 형성되지만, 도 19의 반사부(21)는 도 14의 바 형태의 반사부(21~29)가 z축 방향으로 분할되어 형성된 것으로 볼 수 있다.In addition, the reflection units 21 to 29 described in the embodiment of FIG. 17 may be formed in the form shown in FIG. 19 . In this case, the reflection units 21 to 29 of FIG. 17 are formed in the form of a single bar extending entirely along the z-axis direction inside the optical means 30, but the reflection unit 21 of FIG. It can be seen that the bar-shaped reflectors 21 to 29 are divided in the z-axis direction.

도 20 내지 도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(600)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 20은 증강 현실용 광학 장치(600)를 동공(40)쪽에서 바라 본 정면도이고, 도 21은 증강 현실용 광학 장치(600)를 전술한 바와 같은 z축 방향에서 바라 본 측면도이고, 도 22는 증강 현실용 광학 장치(600)를 전술한 바와 같은 y축 방향에서 바라 본 평면도이다.20 to 22 are views for explaining an optical device 600 for augmented reality according to another embodiment of the present invention, and FIG. 20 is a front view of the optical device 600 for augmented reality viewed from the pupil 40 side. 21 is a side view of the optical device 600 for augmented reality viewed from the z-axis direction as described above, and FIG. 22 is a plan view of the optical device 600 for augmented reality viewed from the y-axis direction as described above. am.

도 20 내지 도 22에 나타낸 증강 현실용 광학 장치(600)는 도 15의 증강 현실용 광학 장치(300)와 동일하게 반사 수단(20)이 복수개로 구성되지만, 각 반사 수단(20)과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리가 모두 동일하지는 않도록 배치되는 반사 수단(20)이 적어도 하나 이상 존재한다는 점에서 차이가 있다.The optical device 600 for augmented reality shown in FIGS. 20 to 22 includes a plurality of reflecting means 20 in the same manner as the optical device 300 for augmented reality of FIG. 15 , but each reflecting means 20 and the optical means There is a difference in that at least one reflective means 20 is disposed so that the distance from the first surface 31 of 30 is not the same.

즉, 전술한 바와 같이, 증강 현실용 광학 장치(600)를 사용자의 동공(40) 정면에 두었을 때, 동공(40)에서 정면 방향을 x축이라 하고, 화상 출사부(10)로부터 x축으로의 수직선에 대해 x축을 따라 평행하면서 광학 수단(30)의 내면 사이를 지나는 선분을 y축이라 하고, 상기 x축 및 y축과 직교하면서 광학 수단(30)의 내면 사이를 지나는 선분을 z축이라 할 때, 각 반사 수단(20)과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리가 모두 동일하지는 않도록 배치되는 반사 수단(20)이 적어도 하나 이상 존재한도록 반사 수단(20)들이 배치되며, 이는 바꾸어 말하면, 도 21에 나타낸 바와 같이, 복수개의 반사 수단(20) 중 적어도 일부는 z축 방향에서 보았을 때 겹쳐서 보이지 않도록 배치된다는 것을 의미한다.That is, as described above, when the optical device 600 for augmented reality is placed in front of the user's pupil 40 , the front direction in the pupil 40 is referred to as the x-axis, and the x-axis from the image output unit 10 is A line segment passing between the inner surfaces of the optical means 30 while being parallel along the x-axis with respect to a vertical line to the y-axis is referred to as a y-axis, and a line segment passing between the inner surfaces of the optical means 30 while orthogonal to the x-axis and the y-axis is the z-axis. In this case, the reflecting means 20 so that at least one reflecting means 20 is disposed so that the distance between each reflecting means 20 and the first surface 31 of the optical means 30 is not the same. are arranged, which means that, in other words, as shown in FIG. 21 , at least some of the plurality of reflection means 20 are arranged so that they do not overlap when viewed in the z-axis direction.

도 20 내지 도 22의 실시예에서는, 녹색으로 나타낸 2개의 반사 수단(20)과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리, 검은색으로 나타낸 2개의 반사 수단(20)과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리, 붉은 색으로 나타낸 1개의 반사 수단(20)과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리는 서로 상이하도록 배치된다. 여기에서, 녹색으로 나타낸 2개의 반사 수단(20) 각각과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리는 동일하고, 검은색으로 나타낸 2개의 반사 수단(20) 각각과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리는 동일한 것으로 나타내었으나 이는 예시적인 것이며, 모든 반사 수단(20)들과 광학 수단(30)의 제1 면(31)과의 거리를 전부 상이하게 배치할 수도 있음은 물론이다.20 to 22, the distance between the two reflecting means 20 and the first surface 31 of the optical means 30, shown in green, and the two reflecting means 20 and optical, shown in black The distance from the first surface 31 of the means 30 and the distance between the one reflective means 20 and the first surface 31 of the optical means 30 shown in red are arranged to be different from each other. Here, the distance between each of the two reflecting means 20 shown in green and the first surface 31 of the optical means 30 is the same, and each of the two reflecting means 20 and the optical means 30 shown in black are the same. ), the distance from the first surface 31 was shown to be the same, but this is exemplary, and the distance between all the reflecting means 20 and the first surface 31 of the optical means 30 may be all different. of course there is

도 23은 본 발명에 의한 증강 현실용 광학 장치(700)의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 화상 출사부(10)의 다양한 구성을 설명하기 위한 도면이다.23 is a diagram illustrating another embodiment of the optical device 700 for augmented reality according to the present invention, and is a diagram for explaining various configurations of the image output unit 10 .

본 발명에서의 화상 출사부(10)는, 일반적으로는 전술한 바와 같이, 디스플레이 장치(11)와 콜리메이터(12)로 구성되는데, 도 23의 증강 현실용 광학 장치(700)의 화상 출사부(10)의 콜리메이터(12)는, 오목 거울(121)과 빔 스플리터(122)를 조합하여 구현하였다는 점을 특징으로 한다. 도시한 바와 같이, 디스플레이 장치(11)로부터 출사된 증강 현실 화상광은 빔 스플리터(122)에 의해 오목 거울(121)로 전달되고 오목 거울(121)에서 반사된 증강 현실 화상광은 빔 스플리터(122)를 통해 광학 수단(30)의 제2 면(32)으로 입사하고, 전술한 바와 같은 과정을 통해 동공(40)으로 전달된다.The image output unit 10 in the present invention is generally composed of the display device 11 and the collimator 12 as described above, and the image output unit ( The collimator 12 of 10) is characterized in that it is implemented by combining the concave mirror 121 and the beam splitter 122 . As shown, the augmented reality image light emitted from the display device 11 is transmitted to the concave mirror 121 by the beam splitter 122 and the augmented reality image light reflected from the concave mirror 121 is transmitted to the beam splitter 122 . ) is incident on the second surface 32 of the optical means 30, and is transmitted to the pupil 40 through the same process as described above.

도 24는 본 발명에 의한 증강 현실용 광학 장치(800)의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다.24 shows another embodiment of the optical device 800 for augmented reality according to the present invention.

도 24의 증강 현실용 광학 장치(800)는 도 23의 실시예와 유사하되, 2개의 오목 거울(121)을 서로 대향하도록 배치하여 화상 출사부(10)를 구성했다는 점을 특징으로 한다. 즉, 도 24의 실시예에서는, 디스플레이 장치(11)로부터 출사된 증강 현실 화상광은 빔 스플리터(122)에 의해 2개의 오목 거울(121)에 의하여 광학 수단(30)의 제2 면(32)으로 전달되어 전술한 바와 같은 과정을 통해 동공(40)으로 전달된다.The optical device 800 for augmented reality of FIG. 24 is similar to the embodiment of FIG. 23 , but is characterized in that the image output unit 10 is configured by arranging two concave mirrors 121 to face each other. That is, in the embodiment of FIG. 24 , the augmented reality image light emitted from the display device 11 is transmitted to the second surface 32 of the optical means 30 by the two concave mirrors 121 by the beam splitter 122 . is delivered to the pupil 40 through the same process as described above.

도 25는 본 발명에 의한 증강 현실용 광학 장치(900)의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다.25 shows another embodiment of an optical device 900 for augmented reality according to the present invention.

도 25의 실시예는 도 23의 실시예와 유사하지만, 화상 출사부(10)에서 출사된 증강 현실 화상광이 보조 반사부(80)를 통해 광학 수단(30)으로 전달된다는 점에서 차이가 있다.The embodiment of FIG. 25 is similar to the embodiment of FIG. 23 , but is different in that the augmented reality image light emitted from the image output unit 10 is transmitted to the optical means 30 through the auxiliary reflection unit 80 . .

즉, 도 25의 실시예에서는, 디스플레이 장치(11)로부터 출사된 증강 현실 화상광은 빔 스플리터(122)에 의해 오목 거울(121)로 전달되고, 오목 거울(121)에서 반사된 증강 현실 화상광은 빔 스플리터(122)를 통과하여 보조 반사부(80)로 전달되고 보조 반사부(80)에 의해 반사되어 광학 수단(30)의 제2 면(32)으로 전달되어 전술한 바와 같은 과정을 통해 동공(40)으로 전달된다.That is, in the embodiment of FIG. 25 , the augmented reality image light emitted from the display device 11 is transmitted to the concave mirror 121 by the beam splitter 122 , and the augmented reality image light reflected from the concave mirror 121 . Silver passes through the beam splitter 122 and is transmitted to the auxiliary reflector 80 , is reflected by the auxiliary reflector 80 , and transmitted to the second surface 32 of the optical means 30 through the same process as described above. transmitted to the pupil 40 .

도 23 내지 도 25의 실시예는 화상 출사부(10)의 구성을 예시한 것이며, 이외에도 기타 다양한 형태로 화상 출사부(10)를 구성할 수 있음은 물론이다.23 to 25 exemplify the configuration of the image output unit 10, of course, the image output unit 10 may be configured in various other forms.

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.In the above, the configuration of the present invention has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiment, of course, and various modifications and variations are possible within the scope of the present invention. .

예컨대, 상기 실시예들에서는 증강 현실용 광학 장치(200~600)는 화상 출사부(10)와 독립적으로 제조될 수 있으므로 화상 출사부(10)는 증강 현실용 광학 장치(200~600)의 필수 구성 요소는 아닌 것으로 설명하였으나, 도 23 내지 도 25에서 설명한 바와 같이 화상 출사부(10)를 포함하는 일체형의 모듈 형태로 구현하는 것도 가능하다. For example, in the above embodiments, since the optical devices 200 to 600 for augmented reality can be manufactured independently of the image output unit 10 , the image output unit 10 is essential for the optical devices 200 to 600 for augmented reality. Although not described as a component, it is also possible to implement in the form of an integrated module including the image output unit 10 as described with reference to FIGS. 23 to 25 .

100...종래의 증강 현실용 광학 장치
200,300,400,500,600,700,800,900...광 효율 개선을 위한 곡선 배치 반사 구조를 갖는 증강 현실용 광학 장치
10...화상 출사부
20...반사 수단
20A...제1 반사부 그룹
20B...제2 반사부 그룹
21~29...반사부
30...광학 수단
31...광학 수단(30)의 제1 면
32...광학 수단(30)의 제2 면
40...동공
80...보조 반사부100...Conventional optics for augmented reality
200,300,400,500,600,700,800,900...Optical device for augmented reality with curved arrangement reflective structure for improving light efficiency
10...image exit
20...reflection means
20A...First reflector group
20B...Second reflector group
21-29...Reflector
30...optical means
31 ... the first side of the optical means 30 .
32...the second side of the optical means (30)
40...pupil
80...Auxiliary reflector

Claims

An optical device for augmented reality having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency, comprising:
Reflecting means for providing an image for augmented reality to the user by reflecting the augmented reality image light, which is image light corresponding to the image for augmented reality emitted from the image output unit, toward the pupil of the user's eyes and transmitting the reflected light; and
Optical means for transmitting at least a portion of the image light of the real object, which is the image light emitted from the real object, toward the pupil of the user's eye, the reflection means is embedded and disposed
including,
The optical means includes a first surface through which at least a portion of the augmented reality image light and the real object image light reflected by the reflecting means are emitted toward the user's pupil, and a second surface opposite the first surface and onto which the real object image light is incident. having two sides,
The reflective means includes a plurality of reflective parts with a size of 4 mm or less that are disposed to be embedded at a distance from each other inside the optical means to reflect the augmented reality image light transmitted to the reflective means and transmit them to the user's pupil,
The reflection means,
a first reflector group composed of reflectors embedded in the optical means and disposed so as to be closer to the first surface of the optical means as the distance from the image outputting part increases;
Consists of a second reflector group consisting of reflectors embedded in the optical means and disposed so as to be farther away from the first surface of the optical means as the distance from the image outputting part increases,
An optical device for augmented reality having a curved reflective structure for improving light efficiency, characterized in that the distance between the second reflector group and the image emitter is greater than the distance between the first reflector group and the image emitter.

The method according to claim 1,
The augmented reality image light emitted from the image output unit is transmitted directly to the reflecting means through the inside of the optical means or is totally reflected at least once on the inner surface of the optical means and then transmitted to the reflecting means An optical device for augmented reality having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency.

The method according to claim 1,
Each of the plurality of reflectors, an augmented reality optical device having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency, characterized in that it has an angle of at least 45 degrees or less with respect to a straight line in the front direction from the user's pupil center.

The method according to claim 1,
The reflection means is composed of a plurality,
When the optical device for augmented reality is placed in front of the user's pupil, the frontal direction in the pupil is referred to as the x-axis, and a line segment passing between the inner surfaces of the optical means while parallel along the x-axis with respect to the vertical line from the image output unit to the x-axis is drawn. When the y-axis and a line segment passing between the inner surface of the optical means while orthogonal to the x-axis and the y-axis is the z-axis, the plurality of reflection means are arranged along an imaginary straight line parallel to the z-axis An optical device for augmented reality having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency.

5. The method according to claim 4,
Each of the reflecting means is light, characterized in that the respective reflecting parts constituting each reflecting means are arranged so as to be positioned along an imaginary straight line parallel to the z-axis with any one of the reflecting parts constituting the adjacent reflecting means An optical device for augmented reality with a curved arrangement reflective structure for improved efficiency.

5. The method according to claim 4,
Light efficiency, characterized in that each of the reflecting means constituting each reflecting means is disposed so as not to be located along an imaginary straight line parallel to the z-axis with all the reflecting parts constituting the adjacent reflecting means Optical device for augmented reality with curved arrangement reflective structure for improvement.

The method according to claim 1,
When the optical device for augmented reality is placed in front of the user's pupil, the frontal direction in the pupil is referred to as the x-axis, and a line segment passing between the inner surfaces of the optical means while parallel along the x-axis with respect to the vertical line from the image output unit to the x-axis is drawn. When the y-axis is referred to as the z-axis and a line segment passing between the inner surface of the optical means while being perpendicular to the x-axis and the y-axis is referred to as the z-axis, the plurality of reflective parts are in the form of a bar extending along an imaginary straight line parallel to the z-axis. An optical device for augmented reality having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency, characterized in that it is formed with.

The method according to claim 1,
At least a portion of the plurality of reflection units is an optical device for augmented reality having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency, characterized in that formed by at least one of a half mirror, a refractive element, and a diffractive element.

The method according to claim 1,
At least some of the plurality of reflection units, augmented reality having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency, characterized in that the surface opposite to the surface that reflects the augmented reality image light is coated with a material that absorbs light without reflecting light for optical devices.

The method according to claim 1,
An optical device for augmented reality having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency, characterized in that at least a portion of the surface of the plurality of reflection units is formed as a curved surface.

11. The method of claim 10,
When the optical device for augmented reality is placed in front of the user's pupil, the frontal direction in the pupil is referred to as the x-axis, and a line segment passing between the inner surfaces of the optical means while parallel along the x-axis with respect to the vertical line from the image output unit to the x-axis is drawn. When the y-axis and the x-axis and a line segment passing between the inner surface of the optical means while being orthogonal to the x-axis are the z-axis, at least some of the plurality of reflection units may be more z than the length in the x-axis or y-axis direction. An optical device for augmented reality having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency, characterized in that the length in the axial direction is formed to be longer, or the length in the x-axis or y-axis direction is longer than the length in the z-axis direction.

12. The method of claim 11,
The surface of the reflectors is an optical device for augmented reality having a curved arrangement reflective structure for improving light efficiency, characterized in that it is formed as a concave surface concave toward the first surface of the optical means or a convex surface convex toward the first surface of the optical means. .

The method according to claim 1,
The reflection means is composed of a plurality,
When the optical device for augmented reality is placed in front of the user's pupil, the frontal direction in the pupil is referred to as the x-axis, and a line segment passing between the inner surfaces of the optical means while parallel along the x-axis with respect to the vertical line from the image output unit to the x-axis is drawn. When the y-axis and the x-axis and the y-axis and a line segment passing between the inner surfaces of the optical means are referred to as the z-axis, the distances between the reflection means and the first surface of the optical means are not all the same. An optical device for augmented reality having a curved arrangement reflection structure for improving light efficiency, characterized in that at least one reflection means is present.