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KR20230046885A - 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치 - Google Patents

비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치 Download PDF

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KR20230046885A
KR20230046885A KR1020210130442A KR20210130442A KR20230046885A KR 20230046885 A KR20230046885 A KR 20230046885A KR 1020210130442 A KR1020210130442 A KR 1020210130442A KR 20210130442 A KR20210130442 A KR 20210130442A KR 20230046885 A KR20230046885 A KR 20230046885A
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KR
South Korea
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augmented reality
optical device
prism
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최치원
정희재
함형창
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주식회사 피앤씨솔루션
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Abstract

본 발명은 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 증강현실용 기하 광학 장치로서, 디스플레이에서 출력되는 영상 광의 광 경로가 지나가는 제1 프리즘; 및 실상 보정을 위한 제2 프리즘을 포함하며, 상기 제1 프리즘은, 비구면 또는 자유 곡면으로, 상기 디스플레이에서 출력되는 영상 광이 투과되어 상기 제1 프리즘에 진입하도록 하는 제1 면; 및 하프 미러(half-mirror) 코팅된 비구면 또는 자유 곡면으로 상기 제1 프리즘과 상기 제2 프리즘의 경계가 되어, 상기 영상 광을 사용자의 눈 방향으로 반사하는 제2 면을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치에 따르면, 하프 미러(half-mirror) 코팅된 비구면 또는 자유 곡면으로 제1 프리즘과 제2 프리즘의 경계가 되며 영상 광을 사용자의 눈 방향으로 반사하는 제2 면을 포함함으로써, 화각(FOV)을 유지하면서 광학 장치의 폭을 줄이고 높은 광 효율을 가질 수 있다.

Description

비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치{GEOMETRIC OPTICAL APPARATUS FOR AUGMENTED REALITY THAT USES ASPHERICAL SURFACES TO REDUCE THE WIDTH}
본 발명은 증강현실용 기하 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치에 관한 것이다.
디지털 디바이스의 경량화 및 소형화 추세에 따라 다양한 웨어러블 디바이스(wearable device)들이 개발되고 있다. 이러한 웨어러블 디바이스의 일종인 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display)는 사용자가 머리에 착용하여 멀티미디어 컨텐츠 등을 제공받을 수 있는 각종 디바이스를 의미한다. 여기서 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)는 사용자의 신체에 착용 되어 사용자가 이동함에 따라서 다양한 환경에서 사용자에게 영상을 제공하게 된다. 이러한 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)는 투과(see-through)형과 밀폐(see-closed)형으로 구분되고 있으며, 투과형은 주로 증강현실(Augmented Reality, AR)용으로 사용되고, 밀폐형은 주로 가상현실(Virtual Reality, VR)용으로 사용되고 있다.
도 1 및 도 2는 헤드 마운티드 디스플레이의 전체 모습을 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 안경 형태 또는 밴드 형태의 헤드 마운티드 디스플레이는 사용자의 안면 또는 두부에 착용되어 투과되는 렌즈를 통해 실제 세계에 증강 현실(AR)의 영상 정보를 투영하여 사용자에게 제공하게 된다.
이와 같은 헤드 마운티드 디스플레이에서, 광학 장치는 증강현실 구현의 핵심적인 구성이다. 증강현실 광학계 부문에서 학술적으로는 여러 기하 광학계가 발표되었으나 실제로 상용 가능한 수준의 광학계는 많지 않다. 시장에 제품으로 나와 있는 AR 글라스의 광학계는 대부분 Bird-bath 타입의 광학계로, 45도로 배치된 빔 스플리터를 포함하고 있으며, 화각(FOV)이 40~50도 수준일 경우 광학계 두께가 17~19㎜ 정도로 두꺼운 편이다. Bird-bath 타입의 광학계와 관련된 선행기술로 등록특허 제10-2058205호(발명의 명칭: 증강현실 구현을 위한 광학계 및 이를 포함한 장치, 등록일자: 2019년 12월 18일) 등이 개시된 바 있다.
증강현실에서 영상에 대한 몰입감을 증대시키기 위해서는 일정 수준 이상의 화각이 확보되어야 한다. 빔 스플리터를 이용하는 광학계에서 시야를 넓히기 위해서는 빔 스플리터의 면적을 넓게 만들어야 하는데, 종래의 Bird-bath 타입의 광학계에서는 빔 스플리터가 45도로 배치되어야 하므로, 빔 스플리터의 면적이 커짐에 따라 광학계가 두껍고 크기도 커지게 된다. 그러나 헤드 마운티드 디스플레이는 머리에 착용해야 하므로 장치의 크기와 무게에 한계가 있고, 광학계가 얇을수록 경량화, 소형화가 가능하므로 헤드 마운티드 디스플레이의 착용성이 우수해지고 장시간 착용할 수 있게 된다.
따라서 FOV를 유지하면서 광학계 폭을 줄일 수 있는 방법의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 하프 미러(half-mirror) 코팅된 비구면 또는 자유 곡면으로 제1 프리즘과 제2 프리즘의 경계가 되며 영상 광을 사용자의 눈 방향으로 반사하는 제2 면을 포함함으로써, 화각(FOV)을 유지하면서 광학 장치의 폭을 줄이고 높은 광 효율을 가질 수 있는, 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치는,
증강현실용 기하 광학 장치로서,
디스플레이에서 출력되는 영상 광의 광 경로가 지나가는 제1 프리즘; 및
실상 보정을 위한 제2 프리즘을 포함하며,
상기 제1 프리즘은,
비구면 또는 자유 곡면으로, 상기 디스플레이에서 출력되는 영상 광이 투과되어 상기 제1 프리즘에 진입하도록 하는 제1 면; 및
하프 미러(half-mirror) 코팅된 비구면 또는 자유 곡면으로 상기 제1 프리즘과 상기 제2 프리즘의 경계가 되어, 상기 영상 광을 사용자의 눈 방향으로 반사하는 제2 면을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 프리즘은,
상기 제2 면에서 반사된 영상 광이 사용자의 눈 방향으로 출사되는 제3 면; 및
상기 제3 면과 마주 보며, 상기 제1 면을 투과한 영상 광이 반사되는 제4 면을 포함할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 제3 면 및 제4 면은, 평면일 수 있다.
더욱 바람직하게는,
상기 제1 면 및 제2 면을 비구면 또는 자유 곡면으로 구성해, 화각(FOV)을 유지하면서 상기 제3 면과 제4 면 사이의 거리인 광학 장치의 두께를 줄일 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 영상 광은,
상기 디스플레이에서 출력되어 상기 제1 면을 투과하여 상기 제4 면에 입사하고, 상기 제4 면에서 전반사한 다음 상기 제3 면에 입사해 전반사하여 상기 제2 면에 입사하며, 상기 제2 면에서 하프 미러 반사된 다음 상기 제3 면을 투과하여 사용자의 눈 방향으로 출사될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 제1 면, 제3 면 및 제4 면은,
광대역 무반사 코팅(Broadband AR coating; BBAR coating)될 수 있다.
더욱 바람직하게는,
증강현실 영상 광을 출력하는 디스플레이를 더 포함하며,
상기 디스플레이는, 출력되는 영상 광이 상기 제1 면을 투과해 상기 제4 면으로 입사하도록 기울어져 있으며, 상기 제1 면의 좌표계로부터 미리 정해진 거리만큼 이격될 수 있다.
바람직하게는,
하프 미러 코팅된 면을 상기 제2 면 하나만 포함하여, 광 효율을 최대화할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치에 따르면, 하프 미러(half-mirror) 코팅된 비구면 또는 자유 곡면으로 제1 프리즘과 제2 프리즘의 경계가 되며 영상 광을 사용자의 눈 방향으로 반사하는 제2 면을 포함함으로써, 화각(FOV)을 유지하면서 광학 장치의 폭을 줄이고 높은 광 효율을 가질 수 있다.
도 1 및 도 2는 헤드 마운티드 디스플레이의 전체 모습을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 4는 종래의 Bird-bath 타입 광학 장치를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치의 설계 수치를 예를 들어 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치에서, 디스플레이의 구체적인 정보를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치에서, 제1 면의 구체적인 정보를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치에서, 제2 면의 구체적인 정보를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치에서, 제1 면 및 제2 면의 비구면 계수를 예를 들어 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치에서, 제3 면 및 제4 면의 구체적인 정보를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100)를 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100)는, 증강현실 영상 광을 출력하는 디스플레이(130); 디스플레이(130)에서 출력되는 영상 광의 광 경로가 지나가는 제1 프리즘(110); 및 실상 보정을 위한 제2 프리즘(120)을 포함하며, 제1 프리즘(110)은, 비구면 또는 자유 곡면으로 디스플레이(130)에서 출력되는 영상 광이 투과되어 제1 프리즘(110)에 진입하도록 하는 제1 면(111); 및 하프 미러(half-mirror) 코팅된 비구면 또는 자유 곡면으로 제1 프리즘(110)과 제2 프리즘(120)의 경계가 되어, 영상 광을 사용자의 눈 방향으로 반사하는 제2 면(112)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 제1 프리즘(110)은, 제2 면(112)에서 반사된 영상 광이 사용자의 눈 방향으로 출사되는 제3 면(113); 및 제3 면(113)과 마주 보며, 제1 면(111)을 투과한 영상 광이 반사되는 제4 면(114)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 도 3에 도시된 바와 같이 영상 광은, 디스플레이(130)에서 출력되어 제1 면(111)을 투과하여 제4 면(114)에 입사하고, 제4 면(114)에서 전반사한 다음 제3 면(113)에 입사해 전반사하여 제2 면(112)에 입사하며, 제2 면(112)에서 하프 미러 반사된 다음 제3 면(113)을 투과하여 사용자의 눈 방향으로 출사될 수 있다.
특히, 제1 면(111) 및 제2 면(112)을 비구면 또는 자유 곡면으로 구성해, 화각(FOV)을 유지하면서 제3 면(113)과 제4 면(114) 사이의 거리인 광학 장치(100)의 두께를 줄일 수 있다.
즉, 본 발명에서 제안하고 있는 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100)에 따르면, 하프 미러 코팅된 비구면 또는 자유 곡면인 제2 면(112)을 포함함으로써, 화각(FOV)을 40도 정도로 유지하면서 광학 장치(100)의 폭을 줄일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따르면 광학 장치(100)의 폭을 10㎜ 수준으로 줄일 수 있다.
또한, 하프 미러 코팅된 면을 제2 면(112) 하나만 포함하여, 광 효율을 최대화할 수 있다. 즉, 하프 미러 코팅을 1번만 적용해, 디스플레이(130)에서 출력된 광량 대비 동공에 도달하는 광량의 비인 광 효율이 50%로 매우 높을 수 있다. 따라서 사용자는 선명한 증강현실 영상 광을 경험할 수 있게 된다.
도 4는 종래의 Bird-bath 타입 광학 장치(100)를 도시한 도면이다. 종래 시장에 제품으로 나와 있는 대부분의 머리 착용형 증강현실 장치는 도 4에 도시된 바와 같은 타입의 광학 장치(100)로 증강현실을 구현하는데, 45도로 배치된 빔 스플리터를 포함하고 있어서 FOV가 40~50도 수준일 때 두께가 17~19㎜ 수준으로 두꺼운 편이다.
반면에, 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100)는, 비구면을 사용해 광학계 폭을 10㎜ 수준으로 크게 줄여 머리 착용형 증강현실 장치를 얇고 작고 가볍게 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100)의 설계 수치를 예를 들어 도시한 도면이다. 이하에서는, 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100)의 각 구성요소에 대해 상세히 설명하도록 한다.
제1 프리즘(110)은, 디스플레이(130)에서 출력되는 영상 광의 광 경로가 지나갈 수 있는 프리즘이고, 제2 프리즘(120)은, 실상 보정을 위한 프리즘일 수 있다. 제1 프리즘(110) 및 제2 프리즘(120)은 E48R 재질과 같은 플라스틱을 사용하여 경량화할 수 있다.
디스플레이(130)는, 증강현실 영상 광을 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 디스플레이(130)는 제어부의 제어 하에, 각종 정보를 증강현실 기반으로 사용자에게 제공하는 영상 정보를 출력할 수 있으며, OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등 다양한 디스플레이(130) 소자를 이용해 구현될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 디스플레이(130)는, 출력되는 영상 광이 제1 면(111)을 투과해 제4 면(114)으로 입사하도록 기울어져 있으며, 제1 면(111)의 좌표계로부터 미리 정해진 거리만큼 이격될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100)에서, 디스플레이(130)의 구체적인 정보를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100)의 디스플레이(130)는, 제1 면(111)의 좌표계로부터 23.356°(도 6의 3행 “Alpha-tilt”) 기울어져 배치되어, 출력되는 영상 광이 제1 면(111)을 투과해 제4 면(114)으로 입사할 수 있다. 또한, 디스플레이(130)와 제1 면(111) 사이의 미리 정해진 거리는, 제1 면(111)과 디스플레이(130) 앞 커버 글라스에서 중심 필드 주광선을 기준으로 한 거리(도 6의 2행 “Distance”)를 의미할 수 있으며, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 6.222㎜일 수 있다.
제1 면(111)은, 비구면 또는 자유 곡면으로, 디스플레이(130)에서 출력되는 영상 광이 투과되어 제1 프리즘(110)에 진입하도록 할 수 있다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100)에서, 제1 면(111)의 구체적인 정보를 도시한 도면이다. 여기서, Alpha-tilt는 동공 좌표계를 기준으로 기울어진 수치를 의미한다.
제2 면(112)은, 하프 미러(half-mirror) 코팅된 비구면 또는 자유 곡면으로 제1 프리즘(110)과 제2 프리즘(120)의 경계가 되어, 영상 광을 사용자의 눈 방향으로 반사할 수 있다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100)에서, 제2 면(112)의 구체적인 정보를 도시한 도면이다. 여기서, Alpha-tilt는 동공 좌표계를 기준으로 기울어진 수치를 의미한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100)에서, 제1 면(111) 및 제2 면(112)의 비구면 계수를 예를 들어 도시한 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같은 비구면 계수를 사용해 제1 면(111) 및 제2 면(112)을 구현할 수 있으며, 이를 통해 도 5에 도시된 바와 같이 10.5㎜로 얇아진 광학 장치(100)를 구현할 수 있다.
제3 면(113)은, 제2 면(112)에서 반사된 영상 광이 사용자의 눈 방향으로 출사될 수 있다. 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제3 면(113)은 사용자의 시선 방향과 수직을 이루는 두 개의 면 중 동공 쪽 면으로, 사용자의 동공으로부터 22㎜ 이격되어 배치되도록 AR 글래스가 제작될 수 있다.
제4 면(114)은, 제3 면(113)과 마주 보며, 제1 면(111)을 투과한 영상 광이 반사될 수 있다. 즉, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제4 면(114)을 제3 면(113)과 평행하게 대향하여 배치될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100)에서, 제3 면(113) 및 제4 면(114)의 구체적인 정보를 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100)의 제3 면(113) 및 제4 면(114)은 평면으로 구성될 수 있으며, 입사하는 영상 광을 전반사할 수 있다.
한편, 제1 면(111), 제3 면(113) 및 제4 면(114)은, 광대역 무반사 코팅(Broadband AR coating; BBAR coating)될 수 있고, 하프 미러 코팅 면은 제2 면(112) 하나만을 포함할 수 있다.
따라서 디스플레이(130)에서 출력된 영상 광은 제1 면(111)을 투과하여 제4 면(114)에 전반사한 다음 다시 제3 면(113)에 전반사하여 제2 면(112)에 입사하며, 하프 미러 코팅된 제2 면(112)에서 50%는 투과되고 나머지 50%는 반사된 후 제3 면(113)을 투과하여 사용자의 동공에 도달하게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서 제안하고 있는 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100)에 따르면, 하프 미러(half-mirror) 코팅된 비구면 또는 자유 곡면으로 제1 프리즘(110)과 제2 프리즘(120)의 경계가 되며 영상 광을 사용자의 눈 방향으로 반사하는 제2 면(112)을 포함함으로써, 화각(FOV)을 유지하면서 광학 장치(100)의 폭을 줄이고 높은 광 효율을 가질 수 있다.
도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같은 구체적인 수치를 사용해 E48R 재질로 구현한 광학 장치(100)는, FOV 40도, 왜곡 2% 미만으로 시중의 광학계 스펙과 비슷한 수준이면서, 폭은 10.5㎜로 줄이고 광 효율을 높일 수 있었다.
한편, 제1 프리즘(110), 제2 프리즘(120) 및 디스플레이(130)의 3개의 블록으로 광학 장치(110)를 제작할 수 있으며, 양안 디스플레이 형태의 AR 글라스를 위해서는 총 6개의 블록으로 광학 장치(110)를 제작할 수 있어서, 제작이 용이하고 견고할 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 본 발명에 따른 광학 장치
110: 제1 프리즘
111: 제1 면
112: 제2 면
113: 제3 면
114: 제4 면
120: 제2 프리즘
130: 디스플레이

Claims (8)

  1. 증강현실용 기하 광학 장치(100)로서,
    디스플레이(130)에서 출력되는 영상 광의 광 경로가 지나가는 제1 프리즘(110); 및
    실상 보정을 위한 제2 프리즘(120)을 포함하며,
    상기 제1 프리즘(110)은,
    비구면 또는 자유 곡면으로, 상기 디스플레이(130)에서 출력되는 영상 광이 투과되어 상기 제1 프리즘(110)에 진입하도록 하는 제1 면(111); 및
    하프 미러(half-mirror) 코팅된 비구면 또는 자유 곡면으로 상기 제1 프리즘(110)과 상기 제2 프리즘(120)의 경계가 되어, 상기 영상 광을 사용자의 눈 방향으로 반사하는 제2 면(112)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 프리즘(110)은,
    상기 제2 면(112)에서 반사된 영상 광이 사용자의 눈 방향으로 출사되는 제3 면(113); 및
    상기 제3 면(113)과 마주 보며, 상기 제1 면(111)을 투과한 영상 광이 반사되는 제4 면(114)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100).
  3. 제2항에 있어서, 상기 제3 면(113) 및 제4 면(114)은,
    평면인 것을 특징으로 하는, 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100).
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 면(111) 및 제2 면(112)을 비구면 또는 자유 곡면으로 구성해, 화각(FOV)을 유지하면서 상기 제3 면(113)과 제4 면(114) 사이의 거리인 광학 장치(100)의 두께를 줄인 것을 특징으로 하는, 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100).
  5. 제2항에 있어서, 상기 영상 광은,
    상기 디스플레이(130)에서 출력되어 상기 제1 면(111)을 투과하여 상기 제4 면(114)에 입사하고, 상기 제4 면(114)에서 전반사한 다음 상기 제3 면(113)에 입사해 전반사하여 상기 제2 면(112)에 입사하며, 상기 제2 면(112)에서 하프 미러 반사된 다음 상기 제3 면(113)을 투과하여 사용자의 눈 방향으로 출사되는 것을 특징으로 하는, 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100).
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1 면(111), 제3 면(113) 및 제4 면(114)은,
    광대역 무반사 코팅(Broadband AR coating; BBAR coating)된 것을 특징으로 하는, 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100).
  7. 제2항에 있어서,
    증강현실 영상 광을 출력하는 디스플레이(130)를 더 포함하며,
    상기 디스플레이(130)는, 출력되는 영상 광이 상기 제1 면(111)을 투과해 상기 제4 면(114)으로 입사하도록 기울어져 있으며, 상기 제1 면(111)의 좌표계로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 것을 특징으로 하는, 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    하프 미러 코팅된 면을 상기 제2 면(112) 하나만 포함하여, 광 효율을 최대화하는 것을 특징으로 하는, 비구면을 사용해 폭을 줄인 증강현실용 기하 광학 장치(100).
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