KR20220093549A

KR20220093549A - Augmented Reality Optical System for Correcting the Wearer's Vision Universally

Info

Publication number: KR20220093549A
Application number: KR1020200184376A
Authority: KR
Inventors: 윤선규; 심하몽
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2022-07-05
Also published as: KR102543452B1

Abstract

Disclosed is an augmented-reality optical system for universally correcting the vision of a wearer. In one aspect of the present embodiment, the augmented-reality optical system worn by a wearer includes: an image output unit that outputs light corresponding to an augmented-reality image; an optical system that reflects either the light output from the image output unit or light incident from the real world and allows the other to pass through, to direct both lights to the eyeballs of the wearer; and lens power control units arranged at positions where light in the real world first enters the optical system and light is emitted from the optical system to the eye of the wearer, and changes a lens power of the optical system.

Description

Augmented Reality Optical System for Correcting the Wearer's Vision Universally

본 발명은 시력의 정도와 무관하게 범용적으로 착용자의 시력을 보정하는 증강현실 광학시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an augmented reality optical system for universally correcting a wearer's eyesight regardless of the degree of visual acuity.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information for the present embodiment and does not constitute the prior art.

증강현실(Augmented Reality)이란, 실제 환경에 3차원 영상을 삽입하여 현실 세계 정보와 가상의 영상을 혼합한 것을 의미한다.Augmented reality refers to mixing real world information and virtual images by inserting a 3D image into a real environment.

현실 세계 정보에는 착용자가 필요로 하지 않는 정보도 있고, 때로는 착용자가 필요로 하는 정보가 부족할 수도 있다. 그러나 증강현실 시스템은 현실 세계와 가상 세계를 결합함으로써 실시간으로 착용자에게 현실 세계와 필요한 정보의 상호 작용이 이루어지도록 하는 것이다.Real-world information includes information that the wearer does not need, and sometimes lacks information that the wearer needs. However, the augmented reality system allows the wearer to interact with the real world and necessary information in real time by combining the real world and the virtual world.

종래의 증강현실 시스템에서는 착용자에 영상을 출력하는데, 착용자의 시력과 무관하게 정상시를 가진 자를 기준으로 영상을 출력하였다. 이에, 원시 또는 근시인 착용자는 안경없이 증강현실 시스템이 제공하는 영상을 시청하는데 어려움이 존재하였다. 이는 도 10 내지 12에 도시되어 있다.In the conventional augmented reality system, an image is output to the wearer, and the image is output based on a person with normal vision regardless of the wearer's eyesight. Accordingly, a wearer who is farsighted or nearsighted has difficulty in viewing the image provided by the augmented reality system without glasses. This is shown in Figures 10 to 12.

도 10은 정상시를 가진 착용자로 증강현실 영상이 제공되는 모습을 도시한 도면이고, 도 11은 근시를 가진 착용자로 증강현실 영상이 제공되는 모습을 도시한 도면이며, 도 12는 원시를 가진 착용자로 증강현실 영상이 제공되는 모습을 도시한 도면이다. 10 is a diagram illustrating an augmented reality image being provided to a wearer with normal vision, FIG. 11 is a diagram illustrating an augmented reality image being provided to a wearer with myopia, and FIG. 12 is a wearer with farsightedness It is a diagram showing a state in which an augmented reality image is provided.

정상시를 가진 착용자(310)가 증강현실 광학 시스템(1000)을 장착하여 증강현실 영상을 시청할 경우, 증강현실 영상에 대응되는 광은 착용자(310)의 망막에 상을 온전히 맺는다.When the wearer 310 with normal vision is equipped with the augmented reality optical system 1000 to view the augmented reality image, the light corresponding to the augmented reality image is completely formed on the retina of the wearer 310 .

반면, 근시를 가진 착용자(410)가 증강현실 광학 시스템(1100)을 장착하여 증강현실 영상을 시청할 경우, 증강현실 영상에 대응되는 광은 착용자(410)의 망막의 앞에 상을 맺는다. 이에, 근시를 가진 착용자(410)는 안경과 같이 광 경로를 변화시키는 별도의 광학기기를 착용하지 않는 한, 증강현실 영상을 온전히 시청하지 못하고 흐릿하게 시청하게 된다.On the other hand, when the wearer 410 with myopia watches an augmented reality image by wearing the augmented reality optical system 1100 , the light corresponding to the augmented reality image forms an image in front of the retina of the wearer 410 . Accordingly, the wearer 410 with myopia cannot fully view the augmented reality image and view it blurry unless a separate optical device that changes the optical path, such as glasses, is worn.

반대로, 원시를 가진 착용자(510)는 증강현실 광학 시스템(1200)을 장착하여 증강현실 영상을 시청할 경우, 증강현실 영상에 대응되는 광은 착용자(510)의 망막의 뒤편에 상을 맺는다. 이에, 원시를 가진 착용자(510)도 마찬가지로 안경과 같이 광 경로를 변화시키는 별도의 광학기기를 착용하지 않는 한, 증강현실 영상을 온전히 시청하지 못하고 흐릿하게 시청하게 된다.Conversely, when the wearer 510 with farsightedness is equipped with the augmented reality optical system 1200 to view an augmented reality image, the light corresponding to the augmented reality image forms an image on the back of the retina of the wearer 510 . Accordingly, the wearer 510 with farsightedness may not fully view the augmented reality image and view it blurry unless a separate optical device that changes the optical path, such as glasses, is worn.

한편, 착용자가 안경을 장착한 후 증강현실 시스템을 시청하기 위해서는, 안경과 증강현실 시스템의 거리를 조정해야 하기 때문에 착용자의 증강현실 시스템의 착용이 불편해지고 영상의 시청이 원활하지 못한 문제가 발생한다. 또한, 증강현실 시스템이 안경 타입(EGD: Eye Glass Device)으로 구현된 장치일 경우, 안경을 장착한 착용자가 이를 착용하기는 어려움이 존재한다. On the other hand, in order for the wearer to watch the augmented reality system after wearing the glasses, the distance between the glasses and the augmented reality system must be adjusted, which makes it inconvenient for the wearer to wear the augmented reality system, and there is a problem that the viewing of the image is not smooth. . In addition, when the augmented reality system is a device implemented as a glasses type (EGD: Eye Glass Device), it is difficult for a wearer wearing glasses to wear them.

따라서, 정상시가 아닌 착용자들은 증강현실 영상을 시청하는데 어려움이 존재해왔다.Therefore, wearers who are not in normal vision have had difficulties in viewing the augmented reality image.

본 발명의 일 실시예는, 광학계의 렌즈 파워를 조정하여 착용자들의 다양한 시력 모두를 범용적으로 보정할 수 있는 증강현실 광학 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.An embodiment of the present invention has an object to provide an augmented reality optical system capable of universally correcting all of the various eyesight of wearers by adjusting the lens power of the optical system.

본 발명의 일 측면에 의하면, 착용자에 장착되는 증강현실 광학 시스템에 있어서, 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 영상 출력부와 상기 영상 출력부로부터 출력되는 광 및 현실세계(Real World)에서 입사하는 광 중 어느 하나는 반사시키고 나머지 하나는 통과시켜, 양 광을 상기 착용자의 안구로 진행시키는 광학계 및 현실세계에서의 광이 상기 광학계로 최초로 입사하는 위치와 상기 광학계로부터 상기 착용자의 안구로 광이 방출되는 위치에 각각 배치되어, 상기 광학계의 렌즈 파워를 가변시키는 렌즈파워 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학 시스템을 제공한다.According to one aspect of the present invention, in an augmented reality optical system mounted on a wearer, an image output unit for outputting light corresponding to an augmented reality image, and light output from the image output unit and incident from the real world In an optical system that reflects one of the lights and passes the other one, and the light in the real world is first incident on the optical system and the optical system that advances both lights to the eye of the wearer, the light from the optical system to the eye of the wearer It provides an augmented reality optical system, characterized in that it is disposed at each emitted position, comprising a lens power adjustment unit for varying the lens power of the optical system.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 렌즈파워 조절부는 오목렌즈 및 볼록렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the lens power adjusting unit is characterized in that it includes a concave lens and a convex lens.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 오목렌즈 및 볼록렌즈 중 어느 하나는 현실세계에서의 광이 상기 광학계로 최초로 입사하는 위치에 배치되며, 나머지 하나는 상기 광학계로부터 상기 착용자의 안구로 광이 방출되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, any one of the concave lens and the convex lens is disposed at a position where light in the real world is first incident on the optical system, and the other one is configured to emit light from the optical system to the eye of the wearer. It is characterized in that it is arranged in position.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 렌즈파워 조절부는 각 렌즈 간 간격을 가변시켜 상기 광학계의 렌즈 파워를 가변시키는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the lens power adjusting unit is characterized in that the lens power of the optical system by varying the distance between each lens.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 렌즈파워 조절부는 상기 오목렌즈 및 볼록렌즈 중 일부 또는 전부의 굴절률을 가변함으로써, 상기 광학계의 렌즈 파워를 가변시키는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the lens power adjusting unit is characterized in that by varying the refractive index of some or all of the concave lens and the convex lens, it characterized in that the lens power of the optical system.

본 발명의 일 측면에 의하면, 착용자에 장착되는 증강현실 광학 시스템에 있어서, 증강현실 영상에 대응되는 광을 출력하는 영상 출력부와 상기 영상 출력부로부터 출력되는 광 및 현실세계(Real World)에서 입사하는 광 중 어느 하나는 반사시키고 나머지 하나는 통과시켜, 양 광을 상기 착용자의 안구로 진행시키는 광학계 및 상기 영상 출력부로부터 출력되는 광이 상기 광학계로 최초로 입사하는 위치, 현실세계에서의 광이 상기 광학계로 최초로 입사하는 위치 및 상기 광학계로부터 상기 착용자의 안구로 광이 방출되는 위치에 각각 배치되어, 상기 광학계의 렌즈 파워를 가변시키는 렌즈파워 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학 시스템을 제공한다.According to one aspect of the present invention, in an augmented reality optical system mounted on a wearer, an image output unit for outputting light corresponding to an augmented reality image, and light output from the image output unit and incident from the real world The optical system that reflects any one of the lights and passes the other one to advance both lights to the eye of the wearer and the position where the light output from the image output unit first enters the optical system, the light in the real world is It provides an augmented reality optical system, characterized in that it includes a lens power adjustment unit for changing the lens power of the optical system, respectively disposed at a position where it is first incident into the optical system and a position where light is emitted from the optical system to the eye of the wearer .

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 오목렌즈 및 볼록렌즈 중 어느 하나는 상기 영상 출력부로부터 출력되는 광이 상기 광학계로 최초로 입사하는 위치와 현실세계에서의 광이 상기 광학계로 최초로 입사하는 위치에 배치되며, 나머지 하나는 상기 광학계로부터 상기 착용자의 안구로 광이 방출되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, any one of the concave lens and the convex lens is disposed at a position at which the light output from the image output unit first enters the optical system and at a position at which the light in the real world first enters the optical system. and the other one is characterized in that it is disposed at a position where light is emitted from the optical system to the eye of the wearer.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 렌즈파워 조절부는 상기 광학계로부터 상기 착용자의 안구로 광이 방출되는 위치에 배치되는 렌즈의 위치를 가변시켜, 상기 광학계의 렌즈 파워를 가변시키는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the lens power adjusting unit is characterized in that by changing the position of the lens disposed at the position where the light is emitted from the optical system to the eye of the wearer to vary the lens power of the optical system.

본 발명의 일 측면에 의하면, 착용자에 장착되는 증강현실 광학 시스템에 있어서, 증강현실 영상에 대응되며 기 설정된 편광방향을 갖는 광을 출력하는 영상 출력부와 기 설정된 굴절률을 갖는 복수의 렌즈 및 기 설정된 편광방향의 광은 반사시키되, 상기 기 설정된 편광방향 이외의 광은 투과시키는 투명 반사필름을 포함하여, 상기 영상 출력부로부터 출력되는 광은 반사시키되 현실세계(Real World)에서 입사하는 광은 통과시키는 광학계 및 상기 광학계 및 상기 착용자의 안구 사이에 배치되어, 상기 광학계의 렌즈 파워를 가변시키는 렌즈파워 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 광학 시스템을 제공한다.According to one aspect of the present invention, in an augmented reality optical system mounted on a wearer, an image output unit that corresponds to the augmented reality image and outputs light having a preset polarization direction, a plurality of lenses having a preset refractive index, and a preset Including a transparent reflective film that reflects light in the polarization direction, but transmits light other than the preset polarization direction, reflects light output from the image output unit but passes light incident in the real world It provides an augmented reality optical system comprising an optical system and a lens power adjustment unit disposed between the optical system and the wearer's eyeball to vary the lens power of the optical system.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광 경로 조절부는 렌즈로 구현되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the light path adjusting unit is characterized in that it is implemented as a lens.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광 경로 조절부는 상기 광학계로부터 멀어지거나 가까워질 수 있는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the light path adjusting unit is characterized in that it can be moved away from or closer to the optical system.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 광학계의 렌즈 파워를 조정하여 착용자들의 다양한 시력 모두를 범용적으로 보정함으로써, 착용자가 현실세계 영상과 증강현실 영상 모두를 온전히 시청할 수 있도록 하는 장점이 있다.As described above, according to one aspect of the present invention, by adjusting the lens power of the optical system to universally correct all of the various eyesight of the wearer, the advantage of allowing the wearer to fully view both the real world image and the augmented reality image There is this.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 광학 시스템의 일 구현예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 광학 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 정상시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 근시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 원시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 정상시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 근시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 원시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 10은 정상시를 가진 착용자로 증강현실 영상이 제공되는 모습을 도시한 도면이다.
도 11은 근시를 가진 착용자로 증강현실 영상이 제공되는 모습을 도시한 도면이다.
도 12는 원시를 가진 착용자로 증강현실 영상이 제공되는 모습을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating an embodiment of an augmented reality optical system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating the configuration of an augmented reality optical system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a state in which an augmented reality image is incident on the eye of a wearer with normal vision through the optical system and the lens power adjusting unit according to the first embodiment of the present invention.
4 is a view showing a state in which an augmented reality image is incident on the eye of a wearer with myopia through the optical system and the lens power adjusting unit according to the first embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a state in which an augmented reality image is incident on the eye of a wearer with farsightedness through the optical system and the lens power adjusting unit according to the first embodiment of the present invention.
6 is a view showing a state in which an augmented reality image is incident on the eye of a wearer with normal vision through an optical system and a lens power adjusting unit according to a second embodiment of the present invention.
7 is a view illustrating an augmented reality image entering the eye of a wearer with myopia through an optical system and a lens power adjusting unit according to a second embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a state in which an augmented reality image is incident on the eye of a wearer with farsightedness through an optical system and a lens power adjusting unit according to a second embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a state in which an augmented reality image is incident on a wearer's eye through an optical system and a lens power adjusting unit according to a third embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a state in which an augmented reality image is provided to a wearer with normal vision.
11 is a diagram illustrating a state in which an augmented reality image is provided to a wearer with myopia.
12 is a diagram illustrating a state in which an augmented reality image is provided to a wearer with farsightedness.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When an element is referred to as being “connected” or “connected” to another element, it is understood that it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in between. it should be On the other hand, when a certain element is referred to as being “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element is present in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. It should be understood that terms such as “comprise” or “have” in the present application do not preclude the possibility of addition or existence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification in advance. .

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.In addition, each configuration, process, process or method included in each embodiment of the present invention may be shared within a range that does not technically contradict each other.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 광학 시스템의 일 구현예를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 광학 시스템의 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing an embodiment of an augmented reality optical system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an augmented reality optical system according to an embodiment of the present invention.

증강현실 광학 시스템(100)은 착용자에 장착되어, 착용자의 시력에 따라 온전히 현실세계의 광을 인식할 수 있도록 하면서 증강현실 영상을 제공한다. 증강현실 광학 시스템(100)은 시스템 내 광학계의 렌즈 파워를 변이시켜, 착용자의 시력을 보정한다. 증강현실 광학 시스템(100)은 통상적인 인간의 모든 시력범위에 대해 보정함으로써, 어떠한 시력을 가진 착용자가 착용하더라도 시력을 보정하여 온전히 현실세계의 광과 증강현실 영상을 시청할 수 있도록 한다. 또한, 착용자가 온전한 영상의 시청을 위해 별도의 구성(예를 들어, 안경)을 추가로 착용할 필요가 없어, 증강현실 광학 시스템(100)은 착용자와 일정한 거리를 가지며 착용되는 장치 뿐만 아니라 안경형 디스플레이(EGD: Eye Glass-type Display)와 같이 착용자와 밀착되어 착용되는 장치로 구현될 수 있다. The augmented reality optical system 100 is mounted on the wearer and provides an augmented reality image while allowing light of the real world to be fully recognized according to the wearer's eyesight. The augmented reality optical system 100 changes the lens power of the optical system in the system to correct the wearer's eyesight. The augmented reality optical system 100 compensates for all vision ranges of a normal human, so that the wearer with any vision can see the real world light and augmented reality images by correcting the eyesight no matter what the wearer wears. In addition, since the wearer does not need to additionally wear a separate component (eg, glasses) to view the complete image, the augmented reality optical system 100 has a certain distance from the wearer and is a wearable device as well as a glasses-type display It can be implemented as a device that is worn in close contact with the wearer, such as (EGD: Eye Glass-type Display).

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 장치(100)는 영상 출력부(210), 광학계(220), 렌즈파워 조절부(230), 제어부(240) 및 전원부(250)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the augmented reality apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes an image output unit 210 , an optical system 220 , a lens power control unit 230 , a control unit 240 , and a power supply unit 250 . includes

영상 출력부(210)는 착용자에게 제공할 증강현실 영상을 출력한다. 영상 출력부(210)는 증강현실 영상(영상에 대응되는 광)을 외부(미도시)의 구성으로부터 유선 또는 무선 통신으로 수신할 수 있으며, 수신한 영상을 광학계(220)로 출력한다. 영상 출력부(210)는 광학계(220)로 영상을 출력함으로써, 영상이 광학계(220)를 거쳐 착용자에게 전달될 수 있도록 한다. 이때, 영상 출력부(210)는 무편광 영상을 출력할 수도 있고, 특정 편광방향(후술할 투명 반사필름에서 반사되는 편광 방향)을 갖는 영상을 출력할 수도 있다.The image output unit 210 outputs an augmented reality image to be provided to the wearer. The image output unit 210 may receive an augmented reality image (light corresponding to the image) from an external (not shown) configuration through wired or wireless communication, and outputs the received image to the optical system 220 . The image output unit 210 outputs an image to the optical system 220 so that the image can be transmitted to the wearer through the optical system 220 . In this case, the image output unit 210 may output an unpolarized image, or may output an image having a specific polarization direction (a polarization direction reflected from a transparent reflective film to be described later).

광학계(220)는 증강현실 장치(100) 외부에서 입사되는 현실세계의 광(실 물체에서 반사되는 광) 및 증강현실 영상 중 어느 하나는 통과시키되, 나머지 하나는 착용자의 안구 방향으로 반사시켜 착용자가 현실세계의 광과 증강현실 영상을 모두 인지할 수 있도록 한다. 광학계(220)는 빔 스플리터 또는 (구면 또는 비구면) 미러 등의 광학구성을 포함하여, 서로 다른 방향에서 입사하는 광을 반사시키거나 통과시켜 착용자의 안구방향으로 진행시킬 수 있다. 또는, 광학계(220)는 복수의 렌즈를 포함하며, 렌즈의 사이에 특정 편광방향의 광만을 반사시키는 투명 반사필름을 포함함으로써, 서로 다른 방향에서 입사하는 광을 반사시키거나 통과시켜 착용자의 안구방향으로 진행시킬 수 있다. The optical system 220 passes any one of the real world light (light reflected from the real object) and the augmented reality image incident from the outside of the augmented reality device 100, and the other one is reflected in the direction of the wearer's eyeball, so that the wearer can wear it. It enables recognition of both real world light and augmented reality images. The optical system 220 may include an optical configuration such as a beam splitter or a (spherical or aspherical) mirror, and may reflect or pass light incident from different directions to advance in the eye direction of the wearer. Alternatively, the optical system 220 includes a plurality of lenses and includes a transparent reflective film that reflects only light in a specific polarization direction between the lenses, thereby reflecting or passing light incident from different directions in the eye direction of the wearer. can proceed to

렌즈파워 조절부(230)는 광학계(220)에 부착되거나 인접하게 배치되어, 광학계(220) 전체의 렌즈 파워를 조절한다. 렌즈파워 조절부(230)는 통상적인 인간의 모든 시력범위 내에서 착용자 모두에 온전하게 영상을 제공하고자, 입사되는 광을 분산시키는 오목렌즈 및 입사되는 광을 포커싱하는 볼록렌즈 일부 또는 전부를 포함한다. 오목렌즈와 볼록렌즈가 현실세계의 광이 광학계(220)로 최초로 입사하는 위치와 광학계(220)로부터 착용자의 안구로 광이 방출되는 위치에 각각 배치되거나, 영상 출력부(210)로부터 출력되는 영상이 광학계(220)로 최초로 입사하는 위치에 추가적으로 렌즈가 더 배치될 수 있다. 한편, 광학계(220)가 복수의 렌즈와 투명 반사필름으로 구현되는 경우, 렌즈파워 조절부(230)는 어느 하나의 렌즈만이 광학계(220) 및 착용자의 안구 사이에 배치될 수 있다. 렌즈파워 조절부(230) 내 각 렌즈는 제어부(240)의 제어에 따라 굴절률을 변화시키거나 렌즈 간 또는 광학계(220)와 렌즈간 간격을 가변함으로써, 광학계(220)의 렌즈 파워를 가변시킨다. 이에, 착용자가 어떠한 시력 상태를 갖더라도 렌즈파워 조절부(230)는 광학계(220)의 렌즈 파워를 가변시켜, 현실세계에서의 광과 증강현실 영상에 대응되는 광이 착용자의 망막 상에 정확히 상을 맺도록 경로를 조절할 수 있다. 렌즈파워 조절부(230)의 구체적인 예는 도 3 내지 도 9를 참조하여 후술하기로 한다.The lens power adjusting unit 230 is attached to or disposed adjacent to the optical system 220 to adjust the lens power of the optical system 220 as a whole. The lens power adjustment unit 230 includes some or all of a concave lens for dispersing incident light and a convex lens for focusing the incident light in order to provide an image intact to all wearers within the normal human visual acuity range. . The image outputted from the image output unit 210, or the concave lens and the convex lens are respectively disposed at the position where the light of the real world is first incident to the optical system 220 and the position where the light is emitted from the optical system 220 to the eye of the wearer A lens may be additionally disposed at a position initially incident to the optical system 220 . On the other hand, when the optical system 220 is implemented with a plurality of lenses and a transparent reflective film, only one lens of the lens power adjusting unit 230 may be disposed between the optical system 220 and the eye of the wearer. Each lens in the lens power adjusting unit 230 varies the lens power of the optical system 220 by changing the refractive index or varying the distance between lenses or between the optical system 220 and the lenses according to the control of the controller 240 . Accordingly, no matter what vision the wearer has, the lens power adjustment unit 230 changes the lens power of the optical system 220 so that the light in the real world and the light corresponding to the augmented reality image are accurately imaged on the retina of the wearer. The path can be adjusted to form A specific example of the lens power adjusting unit 230 will be described later with reference to FIGS. 3 to 9 .

제어부(240)는 영상 출력부(210), 렌즈파워 조절부(230) 및 전원부(250)의 동작을 제어한다. 특히, 제어부(240)는 착용자로부터 경로 조절에 관한 입력을 받아, 렌즈파워 조절부(230)를 제어하여 광학계(220)의 렌즈파워를 조절한다. 가변되는 렌즈파워는 다음과 같은 식에 의해 연산된다.The control unit 240 controls the operation of the image output unit 210 , the lens power control unit 230 , and the power supply unit 250 . In particular, the controller 240 receives an input related to path adjustment from the wearer, and controls the lens power adjusting unit 230 to adjust the lens power of the optical system 220 . The variable lens power is calculated by the following equation.

여기서, Φ는 (렌즈파워 조절부를 포함한) 광학계 전체의 렌즈 파워를, Φ₁은 오목렌즈 또는 볼록렌즈 중 어느 하나(광학계(220)가 투명 반사필름을 포함하는 경우에서는 광학계(220) 내 렌즈들)의 렌즈 파워를, Φ₂는 나머지 하나(광학계(220)가 투명 반사필름을 포함하는 경우에서는 렌즈파워 조절부의 렌즈)의 렌즈 파워를, n은 렌즈파워 조절부를 구성하는 렌즈들 사이에 위치한 매질(광학계 또는 대기)의 굴절률을, d는 각 렌즈간 간격을, Δd는 렌즈의 위치 이동 거리를 의미한다. 광학계 전체의 렌즈파워는 n, d/Δd 또는 Φ₁/Φ₂가 변함에 따라 변할 수 있다. 다만, 실질적으로 매질의 굴절률이 가변되기는 곤란하기에, 렌즈간 간격, 렌즈의 이동 거리 또는 각 렌즈들의 렌즈 파워가 가변함으로써 광학계 전체의 렌즈파워는 가변될 수 있다. 간격이나 거리는 렌즈가 직접 이동함으로써 가변할 수 있다, 각 렌즈가 LC(Liquid Crystal) 등 렌즈 파워를 가변할 수 있는 소재 또는 광학구성으로 구현됨으로써, 각 렌즈들의 렌즈 파워는 가변할 수 있다.Here, Φ is the lens power of the entire optical system (including the lens power control unit), and Φ ₁ is any one of a concave lens or a convex lens (when the optical system 220 includes a transparent reflective film, the lenses in the optical system 220) ) of the lens power, Φ ₂ is the lens power of the other one (the lens of the lens power control unit when the optical system 220 includes a transparent reflective film), and n is the medium located between the lenses constituting the lens power control unit. The refractive index of (optical system or atmosphere), d is the distance between each lens, and Δd is the distance the lens moves. The lens power of the entire optical system can be changed as n, d/Δd or Φ ₁ /Φ ₂ changes. However, since it is difficult to substantially change the refractive index of the medium, the lens power of the entire optical system can be varied by varying the distance between lenses, the moving distance of the lenses, or the lens power of each lens. The interval or distance can be changed by directly moving the lenses. As each lens is implemented with a material or optical configuration that can change the lens power, such as LC (Liquid Crystal), the lens power of each lens can be varied.

이러한 점을 참조하여, 제어부(240)는 렌즈파워 조절부(230) 내 간 간격(d)또는 일 렌즈의 (위치) 이동거리를 조절하거나, 일 렌즈 또는 양 렌즈의 렌즈 파워를 조절하여, 증강현실 영상의 초점거리를 가변한다. 특히, 제어부(240)는 착용자가 입력한 대로 양 렌즈간 간격(d)이나 일 렌즈의 (위치) 이동거리(Δd)를 조절하여, 착용자가 온전히 시청할 수 있도록 증강현실 영상과 현실세계의 광을 제공할 수 있다. 이에 따라, 착용자는 자신의 시력과 무관하게 시력을 보조하거나 보완하기 위한 별도의 기구를 착용하지 않더라도, 증강현실 광학 시스템으로부터 온전히 증강현실 영상을 시청할 수 있다.With reference to this point, the control unit 240 adjusts the distance (d) between the lens power adjustment unit 230 or the (position) movement distance of one lens, or adjusts the lens power of one lens or both lenses to enhance Change the focal length of the real image. In particular, the control unit 240 adjusts the distance (d) between both lenses or the (position) movement distance (Δd) of one lens as input by the wearer, so that the wearer can fully view the augmented reality image and the light of the real world. can provide Accordingly, the wearer can fully view the augmented reality image from the augmented reality optical system without wearing a separate device for assisting or supplementing the visual acuity regardless of the wearer's visual acuity.

전원부(250)는 증강현실 장치(100) 내 각 구성에 각 구성이 동작할 수 있도록 하는 전원을 공급한다.The power supply unit 250 supplies power to each component in the augmented reality device 100 so that each component can operate.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 정상시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a state in which an augmented reality image is incident on the eye of a wearer with normal vision through the optical system and the lens power adjusting unit according to the first embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 영상 출력부(210)로부터 출력되는 증강현실 영상(광)은 일 방향에서, 현실세계의 광은 다른 방향에서 광학계(220)로 입사된다. 증강현실 영상은 광학계(220)를 거쳐 착용자의 안구 방향으로 반사되며, (광학계(220)로부터 착용자의 안구로 광이 방출되는 위치에 배치된) 오목렌즈(236)를 거쳐 착용자의 안구로 입사한다. 현실세계의 광은 (현실세계의 광이 광학계(220)로 최초로 입사하는 위치에 배치된) 볼록 렌즈(233)를 1차적으로 거친 후 광학계(220)로 입사하며, 오목렌즈(236)를 거쳐 착용자의 안구로 입사한다. 양 렌즈(233, 236)가 일정한 간격(d)을 두고 배치됨에 따라, 현실세계의 광이 양 렌즈를 거치며 온전히 착용자(310)의 망막 내에 포커싱될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the augmented reality image (light) output from the image output unit 210 is incident in one direction, and light in the real world is incident to the optical system 220 in the other direction. The augmented reality image is reflected in the direction of the wearer's eye through the optical system 220, and is incident on the wearer's eye through the concave lens 236 (arranged at a position where light is emitted from the optical system 220 to the wearer's eye) . Light in the real world first passes through the convex lens 233 (which is disposed at a position where light in the real world is first incident on the optical system 220 ), then enters the optical system 220 , and passes through the concave lens 236 . It enters the wearer's eyeball. As both lenses 233 and 236 are disposed with a predetermined interval d, real-world light passes through both lenses and can be completely focused in the retina of the wearer 310 .

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 근시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.4 is a view showing a state in which an augmented reality image is incident on the eye of a wearer with myopia through the optical system and the lens power adjusting unit according to the first embodiment of the present invention.

한편, 도 11에서 확인한 대로, 근시를 가진 착용자의 안구(410)에서는 광이 망막의 앞에 상을 맺는다. 따라서, 광이 근시를 가진 착용자의 안구(410) 내 망막 상에 온전히 상을 맺기 위해서는 광의 초점거리가 상대적으로 커져야 한다(광학계 전체의 렌즈 파워는 작아져야 함).On the other hand, as confirmed in FIG. 11 , in the eyeball 410 of the wearer with myopia, light forms an image in front of the retina. Therefore, in order for the light to completely form an image on the retina in the eyeball 410 of the wearer with myopia, the focal length of the light must be relatively large (the lens power of the entire optical system must be decreased).

따라서, 제어부(240)의 제어에 따라, 양 렌즈(233, 236)는 정상시를 가진 안구(330)에서의 간격(d)보다 좁아진 간격(d`)을 갖도록 배치된다. 렌즈(310, 320)간 간격이 좁아지면, 광학계 전체의 렌즈 파워는 작아지게 되어 현실세계의 광의 초점거리는 상대적으로 증가하게 된다. 이로서, 근시를 가진 착용자의 안구(410) 내 망막 상에 온전히 현실세계의 광에 대한 상이 맺힐 수 있다. Accordingly, under the control of the controller 240 , both lenses 233 and 236 are arranged to have a narrower interval d′ than the interval d in the eye 330 having normal vision. When the distance between the lenses 310 and 320 is narrowed, the lens power of the entire optical system is decreased, and thus the focal length of light in the real world is relatively increased. As a result, an image of light in the real world may be completely formed on the retina in the eyeball 410 of the wearer with myopia.

또는, 제어부(240)는 일 렌즈 또는 양 렌즈(233, 236)의 렌즈 파워(Φ₁,Φ₂)를 광학계 전체의 렌즈 파워가 작아지도록(영상의 초점거리가 증가하도록) 조절함으로써, 마찬가지로, 근시를 가진 착용자의 안구(410) 내 망막 상에 온전히 현실세계의 광에 대한 상이 맺힐 수 있도록 한다.Alternatively, the control unit 240 adjusts the lens power Φ ₁ , Φ ₂ of one or both lenses 233 and 236 so that the lens power of the entire optical system becomes small (the focal length of the image increases), similarly, It allows an image of light in the real world to be completely formed on the retina in the eyeball 410 of the wearer with myopia.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 원시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a state in which an augmented reality image is incident on the eye of a wearer with farsightedness through the optical system and the lens power adjusting unit according to the first embodiment of the present invention.

도 12에서 확인한 대로, 원시를 가진 착용자의 안구(510)에서는 광이 망막의 뒤편에 상을 맺는다. 따라서, 광이 원시를 가진 착용자의 안구(510) 내 망막 상에 온전히 상을 맺기 위해서는 광의 초점거리가 상대적으로 작아져야 한다(광학계 전체의 렌즈 파워는 작아져야 함).As confirmed in FIG. 12 , in the eye 510 of the wearer with farsightedness, light forms an image on the back of the retina. Accordingly, in order for the light to completely form an image on the retina in the eye 510 of the wearer with farsightedness, the focal length of the light must be relatively small (the lens power of the entire optical system must be decreased).

따라서, 제어부(240)의 제어에 따라, 양 렌즈(233, 236)는 정상시를 가진 안구(330)에서의 간격(d)보다 넓어진 간격(d``)을 갖도록 배치된다. 렌즈(310, 320)간 간격이 넓어지면, 광학계 전체의 렌즈 파워는 커지게 되어 현실세계의 광의 초점거리는 상대적으로 감소하게 된다. 이로서, 원시를 가진 착용자의 안구(510) 내 망막 상에 온전히 현실세계의 광에 대한 상이 맺힐 수 있다.Accordingly, under the control of the controller 240 , both lenses 233 and 236 are arranged to have an interval d`` wider than the interval d in the eye 330 having normal vision. When the distance between the lenses 310 and 320 is widened, the lens power of the entire optical system is increased, so that the focal length of light in the real world is relatively decreased. As a result, an image of light in the real world may be completely formed on the retina in the eyeball 510 of the wearer with farsightedness.

또는, 제어부(240)는 일 렌즈 또는 양 렌즈(233, 236)의 렌즈 파워(Φ₁,Φ₂)를 광학계 전체의 렌즈 파워가 커지도록(영상의 초점거리가 감소하도록) 조절함으로써, 마찬가지로, 원시를 가진 착용자의 안구(510) 내 망막 상에 온전히 현실세계의 광에 대한 상이 맺힐 수 있도록 한다.Alternatively, the control unit 240 adjusts the lens power Φ ₁ , Φ ₂ of one or both lenses 233 and 236 so that the lens power of the entire optical system is increased (the focal length of the image is reduced), similarly, It allows an image of light in the real world to be completely formed on the retina in the eyeball 510 of the wearer with farsightedness.

다만, 도 3 내지 5에서는 착용자의 안구에 가까운 측으로 오목렌즈(236)가, 먼 측으로 볼록 렌즈(233)가 배치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 양 렌즈의 위치는 서로 바뀔 수 있다.However, in FIGS. 3 to 5 , the concave lens 236 is disposed on the side closer to the wearer's eyeball and the convex lens 233 is disposed on the far side, but the present invention is not limited thereto, and the positions of both lenses may be interchanged. .

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 정상시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.6 is a view showing a state in which an augmented reality image is incident on the eye of a wearer with normal vision through an optical system and a lens power adjusting unit according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부는 렌즈 파워를 조절하여 주로 현실세계의 광에 대해서 초점거리를 조절하였다면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부는 추가적인 렌즈(239)를 더 포함함으로써, 현실세계의 광 뿐만 아니라 증강현실 영상까지 착용자의 시력에 맞춰 보정할 수 있다. If the optical system and the lens power adjusting unit according to the first embodiment of the present invention adjust the lens power to mainly adjust the focal length for light in the real world, the optical system and the lens power adjusting unit according to the second embodiment of the present invention include an additional lens By further including (239), it is possible to correct not only the light of the real world but also the augmented reality image according to the wearer's eyesight.

본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈파워 조절부(230)는 광학계(220)로부터 착용자의 안구로 광이 방출되는 위치에 배치되는 렌즈(233) 및 현실세계의 광이 광학계(220)로 최초로 입사하는 위치에 배치되는 렌즈(236) 뿐만 아니라, 영상 출력부(210)로부터 출력되는 광이 광학계(220)로 최초로 입사하는 위치에 배치되는 렌즈(239)도 포함한다. 렌즈(239)는 렌즈(233)과 동일한 종류의 렌즈가 배치된다. 렌즈(233)로 볼록렌즈가, 렌즈(236)로 오목렌즈가 배치될 경우, 렌즈(239)는 볼록렌즈가 배치된다. 그 반대의 경우, 역이 성립한다. 이처럼 렌즈(239)가 추가적으로 배치됨에 따라, 렌즈(236)와 렌즈(239)간 간격 등의 조정으로 인한 광학계(220)의 렌즈 파워의 변경으로 증강현실 영상도 현실세계의 광과 동일하게 초점거리가 조정될 수 있다. 여기서, 렌즈(236)와 렌즈(239)간 간격(변위가 아닌 광 경로를 따른 거리를 의미)은 렌즈(233)와 렌즈(236)간 간격(d)과 동일함에 따라, 증강현실 영상은 현실세계의 광과 동일하게 초점거리가 조정될 수 있다.The lens power adjusting unit 230 according to the second embodiment of the present invention is the first lens 233 disposed at a position where light is emitted from the optical system 220 to the eye of the wearer and the light in the real world to the optical system 220 . It includes not only the lens 236 disposed at the incident position, but also the lens 239 disposed at a position at which the light output from the image output unit 210 is initially incident on the optical system 220 . The lens 239 is provided with the same type of lens as the lens 233 . When a convex lens is disposed as the lens 233 and a concave lens is disposed as the lens 236 , a convex lens is disposed as the lens 239 . In the opposite case, the reverse holds. As the lens 239 is additionally disposed in this way, the augmented reality image also has the same focal length as the light in the real world due to the change in the lens power of the optical system 220 due to adjustment of the distance between the lens 236 and the lens 239, etc. can be adjusted. Here, as the distance between the lens 236 and the lens 239 (meaning the distance along the optical path, not the displacement) is the same as the distance d between the lens 233 and the lens 236, the augmented reality image is not real. The focal length can be adjusted just like the light of the world.

렌즈파워 조절부(230)에 의해 착용자(310)의 망막에 증강현실 영상과 현실세계의 광에 대한 상이 온전히 맺힐 수 있다.The augmented reality image and the image of the real world light can be completely formed on the retina of the wearer 310 by the lens power adjusting unit 230 .

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 근시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.7 is a view illustrating an augmented reality image entering the eye of a wearer with myopia through an optical system and a lens power adjusting unit according to a second embodiment of the present invention.

착용자가 근시를 가지고 있기 때문에, 제어부(240)의 제어에 따라, 렌즈(236)와 렌즈(233, 239)는 정상시를 가진 안구(310)에서의 간격(d)보다 좁아진 간격(d`)을 갖도록 배치된다. 렌즈(236)와 렌즈(233, 239)간 간격이 좁아지면, 전체적인 렌즈파워는 작아지게 되어 각 광의 초점거리는 상대적으로 증가하게 된다. 이로서, 근시를 가진 착용자의 안구(410) 내 망막 상에 온전히 각 광에 대한 상이 맺힐 수 있다. Since the wearer has myopia, under the control of the controller 240, the lens 236 and the lenses 233 and 239 have a narrower interval d' than the interval d in the eye 310 having normal vision. is arranged to have When the distance between the lens 236 and the lenses 233 and 239 is narrowed, the overall lens power is decreased and the focal length of each light is relatively increased. As a result, images of each light may be completely formed on the retina in the eyeball 410 of the wearer with myopia.

또는, 제어부(240)는 일 렌즈 또는 각 렌즈(233 내지 239)간의 렌즈 파워를 광학계 전체의 렌즈 파워가 작아지도록(영상의 초점거리가 증가하도록) 조절함으로써, 마찬가지로, 근시를 가진 착용자의 안구(410) 내 망막 상에 온전히 증강현실 영상에 대한 상이 맺힐 수 있도록 한다.Alternatively, the control unit 240 adjusts the lens power between one lens or each lens 233 to 239 so that the lens power of the entire optical system becomes small (the focal length of the image increases), so that, similarly, the eye ( 410) Make sure that the image of the augmented reality image can be completely formed on my retina.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 원시를 가진 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a state in which an augmented reality image is incident on the eye of a wearer with farsightedness through an optical system and a lens power adjusting unit according to a second embodiment of the present invention.

착용자가 원시를 가지고 있기 때문에, 제어부(240)의 제어에 따라, 렌즈(236)와 렌즈(233, 239)는 정상시를 가진 안구(310)에서의 간격(d)보다 넓어진 간격(d``)을 갖도록 배치된다. 렌즈(236)와 렌즈(233, 239)간 간격이 넓어지면, 전체적인 렌즈파워는 커지게 되어 각 광의 초점거리는 상대적으로 감소하게 된다. 이로서, 원시를 가진 착용자의 안구(510) 내 망막 상에 온전히 각 광에 대한 상이 맺힐 수 있다. Since the wearer has farsightedness, under the control of the controller 240 , the lens 236 and the lenses 233 and 239 are spaced apart (d``) wider than the distance (d) in the eyeball 310 with normal vision. ) is arranged to have When the distance between the lens 236 and the lenses 233 and 239 is increased, the overall lens power is increased and the focal length of each light is relatively decreased. As a result, an image of each light may be completely formed on the retina in the eyeball 510 of the wearer with farsightedness.

또는, 제어부(240)는 일 렌즈 또는 각 렌즈(233 내지 239)간의 렌즈 파워를 광학계 전체의 렌즈 파워가 커지도록(영상의 초점거리가 감소하도록) 조절함으로써, 마찬가지로, 원시를 가진 착용자의 안구(510) 내 망막 상에 온전히 각 광에 대한 상이 맺힐 수 있도록 한다.Alternatively, the controller 240 adjusts the lens power between one lens or each lens 233 to 239 so that the lens power of the entire optical system increases (the focal length of the image decreases), so that, similarly, the eye ( 510) Make sure that the image of each light can be completely formed on my retina.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부를 거쳐 증강현실 영상이 착용자의 안구로 입사되는 모습을 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating a state in which an augmented reality image is incident on a wearer's eye through an optical system and a lens power adjusting unit according to a third embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계(220)는 렌즈(223, 229) 및 투명 반사필름(226)을 포함하고, 렌즈파워 조절부(230)는 하나의 렌즈로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 9 , the optical system 220 according to the third embodiment of the present invention includes lenses 223 and 229 and a transparent reflective film 226 , and the lens power adjustment unit 230 is implemented as a single lens. can be

렌즈(223)와 렌즈(229)는 영상 출력부(210)가 증강현실 영상을 출력하는 광 경로상에 배치되어, 현실세계의 광이나 증강현실 영상을 착용자의 안구로 입사시킨다. 렌즈(223, 229)는 동일한 렌즈파워를 갖되, 측정 착용자에 최적화된 렌즈 파워를 가질 필요없이 임의의 렌즈 파워를 가져도 무방하다. 여기서, 양 렌즈(223, 229)가 동일한 렌즈파워를 가짐으로써, 증강현실 영상과 현실세계의 광은 이질감없이 착용자에게 인식될 수 있다. 증강현실 영상은 영상 출력부(210)로부터 조사된 후 렌즈(223)로 1차적으로 입사된다, 이후, 투명 반사필름(226)에서 반사되며 증강현실 영상은 렌즈(223)를 2차적으로 거치며 반사된다. 한편, 현실세계의 광은 렌즈(229)와 렌즈(223)를 차례로 총 2회 거치며 진행하게 된다. 이처럼 증강현실 영상과 현실세계의 광이 동일한 렌즈 파워를 갖는 렌즈를 동일한 횟수 거치기 때문에, 착용자는 증강현실 영상과 현실세계를 이질감없이 인식할 수 있다. The lens 223 and the lens 229 are disposed on the optical path through which the image output unit 210 outputs the augmented reality image, and the light of the real world or the augmented reality image is incident to the eye of the wearer. The lenses 223 and 229 have the same lens power, but may have any lens power without needing to have a lens power optimized for the wearer measured. Here, since both lenses 223 and 229 have the same lens power, the augmented reality image and the light of the real world can be recognized by the wearer without any sense of difference. The augmented reality image is first incident on the lens 223 after being irradiated from the image output unit 210 , and then is reflected from the transparent reflective film 226 and the augmented reality image is reflected through the lens 223 secondarily do. On the other hand, the light in the real world proceeds through the lens 229 and the lens 223 sequentially a total of two times. As such, since the augmented reality image and the light of the real world pass through the lens having the same lens power the same number of times, the wearer can recognize the augmented reality image and the real world without any sense of difference.

투명 반사필름(226)은 렌즈(223)와 렌즈(229) 사이에 도포되어, 렌즈(223 또는 229)로 입사하는 광 중 기 설정된 편광방향(도 3에 도시된 일 예로는 y축 방향)의 광은 반사시키고, 나머지 편광방향의 광은 투과시킨다. 투명 반사필름(226)은 투명하여 착용자에게는 인지되지 않으면서, 렌즈(223 또는 229) 입사되는 광 중 특정 편광방향의 광을 반사시키거나 투과시킨다. 현실세계의 광은 외부에서 별도의 조작이 없는 한 무편광 방향을 갖는다. 이와 같은 무편광 방향의 광이 렌즈(229)로 입사된 후 투명 반사필름(226)을 거치며, 기 설정된 편광방향의 광은 렌즈(229) 외부(-x축 방향)으로 반사되고, 나머지 편광방향의 광들이 투명 반사필름(226)을 투과한다. 반면, 영상 출력부(210)로부터 출력되는 증강현실 영상은 렌즈(223)로 입사한다. 증강현실 영상은 렌즈(223)를 통과하며, 투명 반사필름(226)으로 입사된다. 전술한 대로, 증강현실 영상은 기 설정된 편광방향을 갖기 때문에, 투명 반사필름(226)으로부터 온전히 반사된다. 증강현실 장치(110) 외부에서 렌즈(320)로 입사되는 현실세계의 광은 기 설정된 편광방향의 광 성분만이 투명 반사필름(226)에 의해 반사될 뿐, 나머지 성분은 모두 투명 반사필름(226)을 통과하기에, 현실세계의 광의 광 손실은 최소화된다. 또한, 현실세계의 광에서 기 설정된 편광방향의 광 성분은 투명 반사필름(226)에 의해 제거되기 때문에, 현실세계의 광과 증강현실 영상과 간섭이 발생할 우려도 존재하지 않는다. 한편, 기 설정된 편광방향을 갖는 증강현실 영상은 투명 반사필름(226)으로부터 온전히 반사되기에, 투명 반사필름(226)이 광을 반사하는 방향이 아닌 다른 방향으로는 증강현실 영상이 도달하지 못한다. 이로 인해, 증강현실 장치(100)를 장착한 사용자와 다른 방향에 위치한 시청자들은 증강현실 영상을 확인할 수 없어, 증강현실 영상을 시청하는 사용자의 사생활이 충분히 보호될 수 있다. The transparent reflective film 226 is applied between the lens 223 and the lens 229 and has a predetermined polarization direction (y-axis direction as an example shown in FIG. 3 ) among the light incident on the lens 223 or 229 . The light is reflected and the light in the remaining polarization direction is transmitted. The transparent reflective film 226 reflects or transmits light in a specific polarization direction among the light incident on the lens 223 or 229 without being recognized by the wearer as it is transparent. Light in the real world has an unpolarized direction unless there is a separate operation from the outside. After the light in the non-polarization direction is incident on the lens 229, it passes through the transparent reflection film 226, and the light in the preset polarization direction is reflected outside the lens 229 (-x-axis direction), and the remaining polarization direction of light passes through the transparent reflective film 226 . On the other hand, the augmented reality image output from the image output unit 210 is incident to the lens 223 . The augmented reality image passes through the lens 223 and is incident on the transparent reflective film 226 . As described above, since the augmented reality image has a preset polarization direction, it is completely reflected from the transparent reflective film 226 . In the real world light incident from the outside of the augmented reality device 110 to the lens 320 , only a light component in a preset polarization direction is reflected by the transparent reflective film 226 , and all other components are reflected by the transparent reflective film 226 . ), the light loss of real-world light is minimized. In addition, since the light component of the preset polarization direction in the real world light is removed by the transparent reflective film 226, there is no risk of interference with the real world light and the augmented reality image. On the other hand, since the augmented reality image having a preset polarization direction is completely reflected from the transparent reflective film 226, the augmented reality image does not reach in a direction other than the direction in which the transparent reflective film 226 reflects light. Due to this, viewers located in a different direction from the user equipped with the augmented reality device 100 cannot check the augmented reality image, so the privacy of the user who views the augmented reality image can be sufficiently protected.

투명 반사필름(226)은 편광방향에 따라 반사 또는 투과여부를 결정할 수 있는 WGP(Wire Grid Polarizer)와 같은 구성으로 구현될 수 있다.The transparent reflective film 226 may be implemented in a configuration such as a wire grid polarizer (WGP) capable of determining whether to reflect or transmit according to a polarization direction.

렌즈파워 조절부(230)는 광학계(220) 및 착용자의 안구(310) 사이에 배치되어, 광학계(220)의 렌즈 파워를 가변시킨다. 렌즈파워 조절부(230)는 일정한 렌즈 파워를 갖는 렌즈로 구현되어 광학계(220)로부터 반사되거나 광학계(220)를 통과한 광의 초점거리를 가변시킨다. 렌즈파워 조절부(230)는 광학계(220)로 가까워지는 방향 또는 멀어지는 방향으로 위치를 이동할 수 있어, 착용자가 정상시인 경우, 근시인 경우 및 원시인 경우 모두에 대해 착용자의 시력을 보정할 수 있다. 예를 들어, 착용자가 근시인 경우, 렌즈파워 조절부(230)는 광학계(220)로 가까워지는 방향으로 이동함으로써 착용자의 시력을 보정할 수 있으며, 착용자가 원시인 경우, 렌즈파워 조절부(230)는 광학계(220)와 멀어지는 방향으로 이동함으로써 착용자의 시력을 보정할 수 있다. The lens power adjusting unit 230 is disposed between the optical system 220 and the eyeball 310 of the wearer to vary the lens power of the optical system 220 . The lens power adjusting unit 230 is implemented as a lens having a constant lens power and changes the focal length of light reflected from the optical system 220 or passing through the optical system 220 . The lens power adjustment unit 230 may move its position in a direction closer to or away from the optical system 220 , so that the wearer's eyesight may be corrected for normal vision, nearsightedness, and farsightedness. For example, when the wearer is nearsighted, the lens power adjusting unit 230 may correct the wearer's eyesight by moving in a direction closer to the optical system 220 , and when the wearer is farsighted, the lens power adjusting unit 230 . may correct the wearer's eyesight by moving in a direction away from the optical system 220 .

마찬가지로, 제어부(240)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계 및 렌즈파워 조절부 내 각 렌즈들의 렌즈 파워를 가변시킴으로써, 광학계 전체의 렌즈파워를 조정할 수 있다. Similarly, the controller 240 may adjust the lens power of the entire optical system by varying the lens power of each lens in the optical system and the lens power adjusting unit according to the third embodiment of the present invention.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of this embodiment, and a person skilled in the art to which this embodiment belongs may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are intended to explain rather than limit the technical spirit of the present embodiment, and the scope of the technical spirit of the present embodiment is not limited by these embodiments. The protection scope of this embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present embodiment.

100, 1000, 1100, 1120: 증강현실 광학 시스템
210: 영상 출력부
220: 광학계
230: 렌즈파워 조절부
223, 229: 렌즈
226: 투명 반사필름
233, 239: 오목렌즈
236: 볼록렌즈
240: 제어부
250: 전원부
310: 정상시를 가진 착용자의 안구
410: 근시를 가진 착용자의 안구
510: 원시를 가진 착용자의 안구100, 1000, 1100, 1120: Augmented reality optical system
210: video output unit
220: optical system
230: lens power control unit
223, 229: lens
226: transparent reflective film
233, 239: concave lens
236: convex lens
240: control unit
250: power unit
310: the wearer's eyeball with normal vision
410: the eye of the wearer with myopia
510: the wearer's eye with farsightedness

Claims

In the augmented reality optical system mounted on the wearer,
an image output unit for outputting light corresponding to the augmented reality image;
an optical system that reflects any one of the light output from the image output unit and the light incident from the real world and passes the other light, and advances both light to the eye of the wearer; and
A lens power adjusting unit for changing the lens power of the optical system by being respectively disposed at a position where light in the real world is first incident on the optical system and a position where light is emitted from the optical system to the eye of the wearer
Augmented reality optical system comprising a.

According to claim 1,
The lens power control unit,
Augmented reality optical system comprising a concave lens and a convex lens.

3. The method of claim 2,
Any one of the concave lens and the convex lens is arranged at a position where light in the real world is first incident on the optical system, and the other one is arranged at a position where light is emitted from the optical system to the eye of the wearer. Augmented reality optical system.

4. The method of claim 3,
The lens power control unit,
Augmented reality optical system, characterized in that by varying the distance between each lens to vary the lens power of the optical system.

4. The method of claim 3,
The lens power control unit,
Augmented reality optical system, characterized in that by varying the refractive index of some or all of the concave lens and the convex lens, the lens power of the optical system is varied.

In the augmented reality optical system mounted on the wearer,
an image output unit for outputting light corresponding to the augmented reality image;
an optical system that reflects any one of the light output from the image output unit and the light incident from the real world and passes the other light, and advances both light to the eye of the wearer; and
The light output from the image output unit is first incident on the optical system, the light in the real world is first incident on the optical system, and the light is emitted from the optical system to the eye of the wearer. Lens power control unit that changes the lens power of the optical system
Augmented reality optical system comprising a.

7. The method of claim 6,
The lens power control unit,
Augmented reality optical system comprising a concave lens and a convex lens.

8. The method of claim 7,
Any one of the concave lens and the convex lens is disposed at a position at which the light output from the image output unit first enters the optical system and at a position at which light in the real world first enters the optical system, and the other one is disposed from the optical system. Augmented reality optical system, characterized in that disposed at a position where light is emitted to the eye of the wearer.

9. The method of claim 8,
The lens power control unit,
Augmented reality optical system, characterized in that by varying the position of a lens disposed at a position where light is emitted from the optical system to the eyeball of the wearer, the lens power of the optical system is varied.

9. The method of claim 8,
The lens power control unit,
Augmented reality optical system, characterized in that by varying the refractive index of some or all of the concave lens and the convex lens, the lens power of the optical system is varied.

In the augmented reality optical system mounted on the wearer,
an image output unit corresponding to the augmented reality image and outputting light having a preset polarization direction;
A plurality of lenses having a preset refractive index and a transparent reflective film that reflects light in a preset polarization direction, but transmits light other than the preset polarization direction, reflects light output from the image output unit to the real world (Real World) an optical system that passes the incident light; and
A lens power adjustment unit disposed between the optical system and the wearer's eyeball to vary the lens power of the optical system
Augmented reality optical system comprising a.

12. The method of claim 11,
The optical path control unit,
Augmented reality optical system, characterized in that implemented as a lens.

12. The method of claim 11,
The optical path control unit,
Augmented reality optical system, characterized in that it can be closer to or away from the optical system.