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KR20240004035A - Compact optical device for augmented reality having expanded eyebox - Google Patents

Compact optical device for augmented reality having expanded eyebox Download PDF

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Publication number
KR20240004035A
KR20240004035A KR1020220082076A KR20220082076A KR20240004035A KR 20240004035 A KR20240004035 A KR 20240004035A KR 1020220082076 A KR1020220082076 A KR 1020220082076A KR 20220082076 A KR20220082076 A KR 20220082076A KR 20240004035 A KR20240004035 A KR 20240004035A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical
augmented reality
optical device
virtual image
optical means
Prior art date
Application number
KR1020220082076A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
하정훈
Original Assignee
주식회사 레티널
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to PCT/KR2023/009150 priority patent/WO2024010285A1/en
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Abstract

본 발명은, 화상 출사부로부터 출사한 가상 영상 화상광이 그 내부를 통해 진행하는 제1 광학 수단; 상기 제1 광학 수단 내부에 매립 배치되며, 상기 제1 광학 수단의 내부를 통해 진행하는 가상 영상 화상광을 제1 광학 소자로 전달하는 광 변환부; 상기 제1 광학 수단 내부에 매립 배치되며, 상기 광 변환부로부터 전달되는 가상 영상 화상광을 제2 광학 수단으로 출사시키는 복수개의 제1 광학 소자; 실제 사물로부터 출사된 실제 사물 화상광을 투과시켜 사용자의 눈의 동공으로 전달하며, 상기 제1 광학 소자로부터 출사되는 가상 영상 화상광이 그 내부를 통해 진행하는 제2 광학 수단; 및 상기 제2 광학 수단 내부에 매립 배치되며, 상기 제2 광학 수단 내부를 통해 진행하는 가상 영상 화상광을 사용자의 눈의 동공으로 전달함으로써 사용자에게 가상 영상을 제공하는 복수개의 제2 광학 소자를 포함하고, 상기 복수개의 제1 광학 소자는, 상기 제1 광학 수단 내부에서 제1 방향으로 간격을 두고 배치되고, 상기 복수개의 제2 광학 소자는, 상기 제2 광학 수단 내부에서 제2 방향으로 간격을 두고 배치된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.The present invention provides: a first optical means through which virtual image image light emitted from an image emitting unit travels; a light conversion unit embedded in the first optical means and transmitting virtual image light traveling through the inside of the first optical means to the first optical element; a plurality of first optical elements embedded in the first optical means and emitting virtual image light transmitted from the light conversion unit to the second optical means; a second optical means for transmitting real object image light emitted from a real object to the pupil of the user's eye, and through which virtual image image light emitted from the first optical element travels; and a plurality of second optical elements embedded in the second optical means and providing a virtual image to the user by transmitting virtual image light traveling through the second optical means to the pupil of the user's eye. The plurality of first optical elements are arranged at intervals in the first direction inside the first optical means, and the plurality of second optical elements are arranged at intervals in the second direction inside the second optical means. An optical device for augmented reality is provided, characterized in that the optical device is disposed.

Description

확장된 아이박스를 갖는 컴팩트 증강 현실용 광학 장치{COMPACT OPTICAL DEVICE FOR AUGMENTED REALITY HAVING EXPANDED EYEBOX}Compact optical device for augmented reality having an expanded eyebox {COMPACT OPTICAL DEVICE FOR AUGMENTED REALITY HAVING EXPANDED EYEBOX}

본 발명은 증강 현실용 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 확장된 아이박스를 제공하는 동시에 소형 및 경량화에 적합한 컴팩트 증강 현실용 광학 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical device for augmented reality, and more specifically, to a compact optical device for augmented reality that provides an expanded eye box and is suitable for being small and lightweight.

증강 현실(AR, Augmented Reality)이라 함은, 주지된 바와 같이, 현실 세계의 실제 영상에 컴퓨터 등에 의해 제공되는 가상 영상을 겹쳐서 제공함으로써, 현실 세계의 시각 정보에서 확장된(augmented) 가상 영상 정보를 사용자에게 제공하는 기술을 의미한다.As is well known, Augmented Reality (AR) refers to virtual image information augmented from visual information in the real world by providing virtual images provided by computers, etc., over real images in the real world. It refers to the technology provided to users.

이러한 증강 현실을 구현하기 위한 장치는, 가상 영상을 현실 세계의 실제 영상과 동시에 관찰할 수 있도록 하는 광학 합성기(optical combiner)를 필요로 한다. 이러한 광학 합성기로서는, 반거울(half mirror) 방식과 홀로그래픽/회절 광학 소자(Holographic/Diffractive Optical Elements : HOE/DOE) 방식 등이 알려져 있다.A device for implementing such augmented reality requires an optical combiner that allows virtual images to be observed simultaneously with actual images in the real world. As such optical synthesizers, the half mirror method and the holographic/diffractive optical elements (HOE/DOE) method are known.

반거울 방식은, 가상 영상의 투과율이 낮다는 문제점과 넓은 시야각을 제공하기 위해 부피 및 무게가 증가하므로 편안한 착용감을 제공하기 어렵다는 문제점이 있다. 부피와 무게를 줄이기 위하여 복수개의 소형 반거울을 도파로(waveguide) 내부에 배치하는 LOE(Light guide Optical Element) 등과 같은 기술도 제안되고 있으나, 이러한 기술 또한 도파로 내부에서 가상 영상의 화상광이 반거울을 여러번 통과해야 하기 때문에 제조 공정이 복잡하고 제조상의 오차로 인해 광균일도가 쉽게 낮아질 수도 있는 한계가 있다.The semi-mirror method has problems in that the transmittance of the virtual image is low and that it is difficult to provide a comfortable fit because the volume and weight are increased to provide a wide viewing angle. In order to reduce volume and weight, technologies such as LOE (Light guide Optical Element), which places a plurality of small semi-mirrors inside a waveguide, have been proposed, but these technologies also require that the image light of the virtual image travels through the semi-mirrors inside the waveguide. The manufacturing process is complicated because it must be passed multiple times, and there is a limitation in that optical uniformity can easily be lowered due to manufacturing errors.

또한, 홀로그래픽/회절 광학 소자 방식은, 일반적으로 나노 구조 격자나 회절 격자를 사용하는데, 이들은 매우 정밀한 공정으로 제작되기 때문에 제작 단가가 높고 양산을 위한 수율이 낮다는 한계점을 갖는다. 또한 파장 대역 및 입사 각도에 따른 회절 효율의 차이로 인하여 색상 균일도 측면 및 영상의 선명도가 낮다는 한계점을 갖는다. 홀로그래픽/회절 광학 소자는, 전술한 LOE와 같은 도파로와 함께 사용되는 경우가 많은데, 따라서 마찬가지의 문제점도 여전히 가지고 있다.In addition, the holographic/diffractive optical device method generally uses nanostructured grids or diffraction gratings, but since these are manufactured through very precise processes, they have limitations in that the manufacturing cost is high and the yield for mass production is low. Additionally, it has limitations in terms of color uniformity and low image clarity due to differences in diffraction efficiency depending on the wavelength band and angle of incidence. Holographic/diffractive optical elements are often used in conjunction with waveguides such as the LOE described above, and therefore still suffer from the same problems.

또한, 종래의 광학 합성기들은, 사용자가 현실 세계를 응시할 때 초점 거리를 변경하는 경우 가상 영상의 초점이 맞지 않게 된다는 한계가 있다. 이를 해결하기 위하여 가상 영상에 대한 초점 거리를 조절할 수 있는 프리즘을 이용하거나 전기적으로 초점 거리를 제어할 수 있는 가변형 초점 렌즈를 이용하는 기술이 제안된 바 있다. 그러나, 이러한 기술 또한 초점 거리를 조절하기 위하여 사용자가 별도의 조작을 해야 하고 또한 초점 거리 제어를 위한 별도의 하드웨어 및 소프트웨어를 필요로 한다는 점에서 문제가 있다.Additionally, conventional optical synthesizers have a limitation in that the virtual image becomes out of focus when the user changes the focal distance while gazing at the real world. To solve this problem, a technology has been proposed that uses a prism that can adjust the focal length of the virtual image or a variable focus lens that can electrically control the focal length. However, this technology also has problems in that the user must perform separate operations to adjust the focal distance and also requires separate hardware and software for controlling the focal distance.

이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 사람의 동공보다 작은 크기의 핀미러(pin mirror) 형태의 반사부를 이용하여 가상 영상을 동공을 통해 망막에 투영하는 기술을 개발한 바 있다(선행기술문헌 1 참조).In order to solve these problems of the prior art, the present applicant has developed a technology to project a virtual image onto the retina through the pupil using a pin mirror-shaped reflection unit smaller than the human pupil ( (See Prior Art Document 1).

도 1은 선행기술문헌 1에 기재된 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(100)를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a diagram showing an optical device 100 for augmented reality as described in Prior Art Document 1.

도 1의 증강 현실용 광학 장치(100)는, 광학 수단(10) 및 반사부(20)를 포함한다.The optical device 100 for augmented reality in FIG. 1 includes an optical means 10 and a reflection unit 20.

화상 출사부(30)는 가상 영상 화상광을 출사하는 수단으로서, 예컨대 가상 영상을 화면에 표시하고 표시된 가상 영상에 상응하는 가상 영상 화상광을 출사하는 마이크로 디스플레이 장치와 마이크로 디스플레이 장치로부터 출사하는 화상광을 반사부(20)로 전달하는 광 변환부를 구비할 수 있다. 여기에서, 광 변환부는 가상 영상 화상광이 의도된 광 경로 및 초점 거리를 따라 출사되도록 하는 수단으로서, 예컨대 가상 영상을 확대시킬 수 있도록 입사하는 가상 영상 화상광을 반사하여 출사하는 오목 거울이거나 입사광을 평행광으로 변환하여 출사하는 콜리메이터와 같은 광학 소자일 수 있다.The image emitting unit 30 is a means for emitting virtual image image light, for example, a micro display device that displays a virtual image on a screen and emits virtual image image light corresponding to the displayed virtual image, and image light emitted from the micro display device. It may be provided with a light conversion unit that transmits to the reflection unit 20. Here, the light conversion unit is a means for emitting virtual image light along the intended optical path and focal distance, for example, a concave mirror that reflects and emits incident virtual image light to enlarge the virtual image, or is a concave mirror that reflects and emits incident light to enlarge the virtual image. It may be an optical element such as a collimator that converts parallel light and emits it.

광학 수단(10)은 실제 세계의 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광을 동공(40)으로 투과시키는 한편 반사부(20)에서 반사된 가상 영상 화상광을 동공(40)으로 출사하는 기능을 수행하는 수단이다.The optical means 10 transmits real object image light, which is image light emitted from objects in the real world, into the pupil 40, while emitting virtual image image light reflected from the reflector 20 into the pupil 40. It is a means of performing it.

광학 수단(10)은 예컨대 안경 렌즈와 같은 투명 수지(resin)재로 형성될 수 있으며, 안경테와 같은 프레임(미도시)에 의해 고정될 수 있다.The optical means 10 may be formed of a transparent resin material, such as a spectacle lens, and may be fixed by a frame (not shown) such as an eyeglass frame.

반사부(20)는 화상 출사부(30)로부터 출사된 가상 영상 화상광을 반사시켜 사용자의 동공(40)을 향해 전달하는 수단이다.The reflector 20 reflects the virtual image light emitted from the image emitter 30 and transmits it toward the user's pupil 40.

반사부(20)는 광학 수단(10)의 내부에 매립 배치된다.The reflector 20 is embedded and disposed inside the optical means 10.

도 1의 반사부(20)는 사람의 동공보다 작은 크기로 형성된다. 사람의 일반적인 동공의 크기는 4~8mm 정도인 것으로 알려져 있으므로, 반사부(20)는 바람직하게는 8mm 이하로, 보다 바람직하게는 4mm 이하의 크기로 형성한다.The reflection portion 20 in FIG. 1 is formed in a size smaller than the human pupil. It is known that the general size of a human pupil is about 4 to 8 mm, so the reflection portion 20 is preferably formed to be 8 mm or less, and more preferably 4 mm or less.

반사부(20)를 8mm 이하로 형성함으로써, 반사부(20)를 통해 동공(40)으로 입사하는 빛에 대한 심도(Depth of Field)를 거의 무한대에 가깝게 즉, 매우 깊게 할 수 있다. By forming the reflector 20 to be 8 mm or less, the depth of field for light incident on the pupil 40 through the reflector 20 can be made close to infinity, that is, very deep.

여기서, 심도라 함은, 초점이 맞는 것으로 인식되는 범위를 말하는데, 심도가 깊어지면 그에 상응하여 가상 영상에 대한 초점 거리의 범위도 넓어진다. 따라서 사용자가 실제 세계를 응시하면서 실제 세계에 대한 초점 거리를 변경하더라도 이와 관계없이 가상 영상의 초점이 항상 맞는 것으로 인식하게 된다. 이는 일종의 핀홀 효과(pinhole effect)라고 볼 수 있다.Here, depth refers to the range recognized as being in focus. As the depth of field deepens, the range of focal distance for the virtual image correspondingly widens. Therefore, even if the user changes the focal distance to the real world while gazing at the real world, the virtual image is always recognized as being in focus regardless. This can be seen as a kind of pinhole effect.

따라서, 사용자가 실제 사물에 대한 초점 거리를 변경하더라도 사용자는 항상 선명한 가상 영상을 관찰할 수 있다.Therefore, even if the user changes the focal distance to the real object, the user can always observe a clear virtual image.

도 2 내지 도 4는 선행기술문헌 2에 개시된 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(200)를 나타낸 도면으로서, 도 2는 측면도이고, 도 3은 사시도이고, 도 4는 정면도이다.FIGS. 2 to 4 are diagrams showing the optical device 200 for augmented reality as disclosed in prior art document 2, where FIG. 2 is a side view, FIG. 3 is a perspective view, and FIG. 4 is a front view.

도 2 내지 도 4의 증강 현실용 광학 장치(200)는 도 1의 증강 현실용 광학 장치(100)와 기본적인 원리는 동일하되, 시야각 및 아이박스를 넓힐 수 있도록 반사부(20)가 복수개의 반사 모듈로 구성되어 어레이(array) 형태로 광학 수단(10) 내부에 배치된다는 점과, 화상 출사부(30)에서 출사된 가상 영상 화상광이 광학 수단(10) 내면에서 전반사되어 반사부(20)로 전달된다는 점에서 차이가 있다.The optical device 200 for augmented reality of FIGS. 2 to 4 has the same basic principle as the optical device 100 for augmented reality of FIG. 1, but the reflector 20 has a plurality of reflections to widen the viewing angle and eye box. It is composed of modules and disposed inside the optical means 10 in the form of an array, and the virtual image image light emitted from the image emitting unit 30 is totally reflected inside the optical means 10 to form a reflecting unit 20. There is a difference in that it is delivered as .

도 2 내지 도 4에서 도면 부호 21 내지 26은 도 2에서와 같이 측면에서 보여지는 반사 모듈들만을 표기한 것이며, 반사부(20)는 복수개의 반사 모듈 전체를 통칭한 것이다.In FIGS. 2 to 4 , reference numerals 21 to 26 indicate only reflection modules seen from the side as in FIG. 2 , and the reflection unit 20 refers to the entire plurality of reflection modules.

복수개의 반사 모듈들 각각은 전술한 바와 같이 바람직하게는 8mm 이하로, 보다 바람직하게는 4mm 이하의 크기로 형성된다.As described above, each of the plurality of reflection modules is preferably formed to have a size of 8 mm or less, and more preferably 4 mm or less.

도 2 내지 도 4에서, 화상 출사부(30)로부터 출사된 가상 영상 화상광은 광학 수단(10)의 내면에서 전반사된 후 반사 모듈들로 전달되고, 반사 모듈들은 입사하는 가상 영상 화상광을 반사시켜 동공(40)으로 전달한다.2 to 4, the virtual image light emitted from the image emitting unit 30 is totally reflected on the inner surface of the optical means 10 and then transmitted to the reflection modules, and the reflection modules reflect the incident virtual image light. and transmits it to the pupil (40).

따라서, 반사 모듈들은 화상 출사부(30) 및 동공(40)의 위치를 고려하여 도시된 바와 같이 광학 수단(10)의 내부에서 적절한 경사각을 가지도록 배치되어야 한다. Therefore, the reflection modules must be arranged to have an appropriate inclination angle inside the optical means 10 as shown, taking into account the positions of the image emitting unit 30 and the pupil 40.

이러한 증강 현실용 광학 장치(200)는, 도 1의 증강 현실용 광학 장치(100)에 비해 아이박스를 넓힐 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 이러한 증강 현실용 광학 장치(200)를 동공(40) 정면에 두었을 때의 가로축 방향(x축 방향)의 아이박스는 화상 출사부(30)에 포함된 광 변환부의 길이에 의해 결정되고, 세로축 방향(y축 방향)의 아이박스는 반사부(21~26)의 배치 구조에 의해 결정된다. This optical device 200 for augmented reality has the advantage of being able to widen the eye box compared to the optical device 100 for augmented reality in FIG. 1 . However, when this augmented reality optical device 200 is placed in front of the pupil 40, the eyebox in the horizontal axis direction (x-axis direction) is determined by the length of the light conversion unit included in the image emitter 30, , the eyebox in the vertical axis direction (y-axis direction) is determined by the arrangement structure of the reflectors 21 to 26.

따라서, 가로축 방향으로의 아이박스를 확장하기 위해서는 가로축 방향으로의 길이가 보다 긴 광 변환부를 사용해야 하지만, 광 변환부의 길이가 길어질 수록 크기, 무게, 부피 등의 폼 팩터가 커지고, 광경로의 설계가 복잡해진다는 문제가 있다.Therefore, in order to expand the eyebox in the horizontal direction, an optical converter with a longer horizontal axis must be used. However, as the length of the optical converter increases, the form factor such as size, weight, and volume increases, and the design of the optical path becomes more difficult. The problem is that it becomes complicated.

또한, 증강 현실용 광학 장치(200)는, 화상 출사부(30)가 광 변환부를 포함하기 때문에, 이로 인하여 장치의 소형 및 경량화가 어렵다는 문제도 있다. Additionally, in the augmented reality optical device 200, since the image emitting unit 30 includes a light conversion unit, there is a problem in that it is difficult to make the device smaller and lighter.

대한민국 공개특허공보 10-2018-0028339호(2018.03.16 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0028339 (published on March 16, 2018) 대한민국 등록특허공보 10-2192942호(2020.12.18.공고)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2192942 (announced on December 18, 2020)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 확장된 아이박스를 제공하는 한편 소형 및 경량화가 가능한 컴팩트한 증강 현실용 광학 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is intended to solve the problems described above, and aims to provide a compact optical device for augmented reality that provides an expanded eye box and can be made smaller and lighter.

특히, 본 발명은, x축 및 y축의 2차원의 아이박스를 확장시키는 한편 광 변환부의 기능을 수행하는 수단을 광학 수단 내부에 배치함으로써 폼 팩터를 작게 유지할 수 있는 증강 현실용 광학 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In particular, the present invention provides an optical device for augmented reality that can maintain a small form factor by expanding the two-dimensional eye box of the x-axis and y-axis while placing a means for performing the function of the light conversion unit inside the optical means. The purpose is to

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 확장된 아이박스를 갖는 컴팩트 증강 현실용 광학 장치로서, 화상 출사부로부터 출사한 가상 영상 화상광이 그 내부를 통해 진행하는 제1 광학 수단; 상기 제1 광학 수단 내부에 매립 배치되며, 상기 제1 광학 수단의 내부를 통해 진행하는 가상 영상 화상광을 제1 광학 소자로 전달하는 광 변환부; 상기 제1 광학 수단 내부에 매립 배치되며, 상기 광 변환부로부터 전달되는 가상 영상 화상광을 제2 광학 수단으로 출사시키는 복수개의 제1 광학 소자; 실제 사물로부터 출사된 실제 사물 화상광을 투과시켜 사용자의 눈의 동공으로 전달하며, 상기 제1 광학 소자로부터 출사되는 가상 영상 화상광이 그 내부를 통해 진행하는 제2 광학 수단; 및 상기 제2 광학 수단 내부에 매립 배치되며, 상기 제2 광학 수단 내부를 통해 진행하는 가상 영상 화상광을 사용자의 눈의 동공으로 전달함으로써 사용자에게 가상 영상을 제공하는 복수개의 제2 광학 소자를 포함하고, 상기 복수개의 제1 광학 소자는, 상기 제1 광학 수단 내부에서 제1 방향으로 간격을 두고 배치되고, 상기 복수개의 제2 광학 소자는, 상기 제2 광학 수단 내부에서 제2 방향으로 간격을 두고 배치된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.In order to solve the problems described above, the present invention provides a compact optical device for augmented reality having an expanded eye box, comprising: a first optical means through which virtual image light emitted from an image emitting unit travels through the interior; a light conversion unit embedded in the first optical means and transmitting virtual image light traveling through the inside of the first optical means to the first optical element; a plurality of first optical elements embedded in the first optical means and emitting virtual image light transmitted from the light conversion unit to the second optical means; a second optical means for transmitting real object image light emitted from a real object to the pupil of the user's eye, and through which virtual image image light emitted from the first optical element travels; and a plurality of second optical elements embedded in the second optical means and providing a virtual image to the user by transmitting virtual image light traveling through the second optical means to the pupil of the user's eye. The plurality of first optical elements are arranged at intervals in the first direction inside the first optical means, and the plurality of second optical elements are arranged at intervals in the second direction inside the second optical means. An optical device for augmented reality is provided, characterized in that the optical device is disposed.

여기에서, 상기 제1 방향은, 동공에서 정면 방향의 직선에 수직한 평면에 포함되는 선분 중 어느 하나에 평행한 방향일 수 있다.Here, the first direction may be a direction parallel to any one of line segments included in a plane perpendicular to a straight line in the frontal direction from the pupil.

또한, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 평행하지 않은 방향일 수 있다.Additionally, the second direction may be a direction that is not parallel to the first direction.

또한, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직할 수 있다.Additionally, the second direction may be perpendicular to the first direction.

또한, 상기 제1 방향과 제2 방향에 의해 구성되는 가상의 평면은, 증강 현실용 광학 장치를 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 사용자의 동공에서 관측될 수 있는 2차원 평면일 수 있다.Additionally, the virtual plane formed by the first direction and the second direction may be a two-dimensional plane that can be observed from the user's pupil when the augmented reality optical device is placed in front of the user's pupil.

또한, 상기 제2 방향은 동공에서 정면 방향의 직선에 수직한 평면에 포함되는 선분 중 제1 방향에 수직한 선분 중 어느 하나에 평행한 방향일 수 있다.Additionally, the second direction may be a direction parallel to any one of line segments perpendicular to the first direction among line segments included in a plane perpendicular to a straight line in the frontal direction from the pupil.

또한, 상기 제1 광학 수단의 제1 방향의 일단부에는 화상 출사부가 배치될 수 있다.Additionally, an image emitting unit may be disposed at one end of the first optical means in the first direction.

또한, 상기 광 변환부는, 상기 화상 출사부와 대향하도록 상기 제1 광학 수단의 내부에 매립되어 배치될 수 있다.Additionally, the light conversion unit may be embedded and disposed inside the first optical means to face the image emitting unit.

또한, 상기 화상 출사부에서 출사된 가상 영상 화상광은 상기 제1 광학 수단의 내부에서 전반사되어 상기 광 변환부로 전달되고, 상기 광 변환부에서 출사되는 가상 영상 화상광은 상기 제1 광학 수단의 내부에서 전반사되어 상기 제1 광학 소자로 전달될 수 있다.In addition, the virtual image light emitted from the image emitting unit is totally reflected inside the first optical means and transmitted to the light conversion unit, and the virtual image image light emitted from the light converting unit is inside the first optical means. It may be totally reflected and transmitted to the first optical element.

또한, 상기 광 변환부는, 입사하는 빛을 반사시키는 반사 수단일 수 있다.Additionally, the light conversion unit may be a reflection means that reflects incident light.

또한, 상기 광 변환부의 반사면은 상기 제1 광학 수단의 상면을 향하도록 제1 광학 수단의 내부에 매립 배치될 수 있다.Additionally, the reflective surface of the light conversion unit may be embedded and disposed inside the first optical means to face the upper surface of the first optical means.

또한, 상기 광 변환부의 반사면은 상기 제1 광학 수단의 상면 방향으로 오목하게 형성된 곡면일 수 있다.Additionally, the reflective surface of the light conversion unit may be a curved surface that is concavely formed in the direction of the top surface of the first optical means.

또한, 상기 복수개의 제1 광학 소자들은, 상기 광 변환부로부터 출사된 가상 영상 화상광을 상기 제2 광학 수단으로 출사시켜 전달할 수 있도록 상기 제1 광학 수단 내부에서 경사지도록 배치될 수 있다.Additionally, the plurality of first optical elements may be arranged to be inclined within the first optical means so as to emit and transmit the virtual image light emitted from the light conversion unit to the second optical means.

또한, 상기 복수개의 제1 광학 소자들은, 증강 현실용 광학 장치를 동공 정면에 두고 바라 보았을 때 제1 방향에 대해 경사각을 가지는 동시에 측면에서 보았을 때에 상기 제2 방향에 대해 경사각을 가지도록 상기 제1 광학 수단 내부에 배치될 수 있다.In addition, the plurality of first optical elements may have an inclination angle with respect to the first direction when viewed with the augmented reality optical device in front of the pupil and at the same time have an inclination angle with respect to the second direction when viewed from the side. It may be placed inside the optical means.

또한, 상기 복수개의 제1 광학 소자들의 각각의 폭 방향의 길이는 상기 화상 출사부의 폭 방향의 길이에 상응하도록 형성될 수 있다.Additionally, the length of each of the plurality of first optical elements in the width direction may be formed to correspond to the length of the image emitting unit in the width direction.

또한, 상기 복수개의 제1 광학 소자들은, 입사하는 빛을 반사시키는 반사 수단일 수 있다.Additionally, the plurality of first optical elements may be reflection means that reflect incident light.

또한, 상기 복수개의 제1 광학 소자들은, 입사광의 일부를 투과시키고 일부를 반사시키는 하프 미러일 수 있다.Additionally, the plurality of first optical elements may be half mirrors that transmit part of the incident light and reflect part of the incident light.

또한, 상기 복수개의 제1 광학 소자들은, 굴절 소자, 회절 소자 및 홀로그래픽 광학 소자 중 어느 하나이거나 또는 이들의 조합에 의해 구성될 수 있다.Additionally, the plurality of first optical elements may be any one of a refractive element, a diffractive element, and a holographic optical element, or may be configured by a combination thereof.

또한, 상기 복수개의 제1 광학 소자들 각각은, 복수개의 광학 모듈로 구성될 수 있다.Additionally, each of the plurality of first optical elements may be composed of a plurality of optical modules.

또한, 상기 복수개의 제1 광학 소자들 각각은, 증강 현실용 광학 장치를 측면에서 보았을 때 서로 이격되어 어레이 형태로 보이도록 배치되는 복수개의 광학 모듈로 구성될 수 있다.Additionally, each of the plurality of first optical elements may be composed of a plurality of optical modules that are arranged to be spaced apart from each other and appear in an array form when the augmented reality optical device is viewed from the side.

또한, 상기 복수개의 광학 모듈의 크기는 4mm 이하일 수 있다.Additionally, the size of the plurality of optical modules may be 4 mm or less.

또한, 상기 복수개의 제2 광학 소자 각각은, 상기 제2 광학 수단 내부를 통해 진행하는 가상 영상 화상광을 동공으로 전달할 수 있도록 상기 제2 광학 수단 내부에서 경사지도록 배치될 수 있다.Additionally, each of the plurality of second optical elements may be arranged to be inclined inside the second optical means so as to transmit virtual image light traveling through the inside of the second optical means to the pupil.

또한, 상기 제2 광학 수단은 가상 영상 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 동공을 향해 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면을 가지고, 상기 제1 광학 소자에서 출사된 가상 영상 화상광은 상기 제2 광학 수단의 제2 면에서 전반사되어 복수개의 제2 광학 소자로 전달되고, 상기 복수개의 제2 광학 소자들은, 상기 제2 광학 수단의 제2 면에서 전반사되어 전달되는 가상 영상 화상광을 동공으로 전달할 수 있도록 제2 광학 수단의 내부에서 경사각을 가지고 배치될 수 있다.In addition, the second optical means has a first surface on which virtual image image light and real object image light are emitted toward the user's pupil, and a second surface opposite the first surface and on which real object image light is incident, The virtual image light emitted from the first optical element is totally reflected on the second surface of the second optical means and transmitted to a plurality of second optical elements, and the plurality of second optical elements are of the second optical means. It may be disposed at an inclination angle inside the second optical means so that the virtual image light transmitted by total reflection from the second surface can be transmitted to the pupil.

또한, 상기 복수개의 제2 광학 소자는, 상기 제1 방향으로 연장 형성되는 바(bar) 형상일 수 있다.Additionally, the plurality of second optical elements may have a bar shape extending in the first direction.

또한, 상기 복수개의 제2 광학 소자들은, 정면에서 보았을 때의 높이가 4mm 이하일 수 있다.Additionally, the plurality of second optical elements may have a height of 4 mm or less when viewed from the front.

또한, 상기 복수개의 제2 광학 소자들 각각은, 복수개의 광학 모듈로 구성될 수 있다.Additionally, each of the plurality of second optical elements may be composed of a plurality of optical modules.

또한, 상기 복수개의 제2 광학 소자들 각각은, 증강 현실용 광학 장치를 정면에서 보았을 때 서로 이격되어 어레이 형태로 보이도록 배치되는 복수개의 광학 모듈로 구성될 수 있다.Additionally, each of the plurality of second optical elements may be composed of a plurality of optical modules arranged to be spaced apart from each other and appear in an array form when the augmented reality optical device is viewed from the front.

또한, 상기 복수개의 광학 모듈의 크기는 4mm 이하일 수 있다.Additionally, the size of the plurality of optical modules may be 4 mm or less.

또한, 상기 복수개의 제2 광학 소자들은, 입사하는 빛을 반사시키는 반사 수단일 수 있다.Additionally, the plurality of second optical elements may be reflection means that reflect incident light.

또한, 상기 복수개의 제2 광학 소자들은, 입사광의 일부를 투과시키고 일부를 반사시키는 하프 미러일 수 있다.Additionally, the plurality of second optical elements may be half mirrors that transmit part of the incident light and reflect part of it.

또한, 상기 복수개의 제2 광학 소자들은, 굴절 소자, 회절 소자 및 홀로그래픽 광학 소자 중 어느 하나이거나 또는 이들의 조합에 의해 구성될 수 있다.Additionally, the plurality of second optical elements may be any one of a refractive element, a diffractive element, and a holographic optical element, or may be configured by a combination thereof.

또한, 상기 제1 광학 수단과 제2 광학 수단은 일체로 형성될 수 있다.Additionally, the first optical means and the second optical means may be formed integrally.

본 발명에 의하면, 확장된 아이박스를 제공하는 한편 소형 및 경량화가 가능한 컴팩트한 증강 현실용 광학 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a compact optical device for augmented reality that provides an expanded eye box and can be made smaller and lighter.

특히, 본 발명은, x축 및 y축의 2차원의 아이박스를 확장시키는 한편 광 변환부를 광학 수단 내부에 배치함으로써 폼 팩터를 작게 유지할 수 있는 증강 현실용 광학 장치를 제공할 수 있다.In particular, the present invention can provide an optical device for augmented reality that can maintain a small form factor by expanding the two-dimensional eye box of the x-axis and y-axis while disposing the light conversion unit inside the optical means.

도 1은 선행기술문헌 1에 기재된 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(100)를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4는 선행기술문헌 2에 개시된 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(200)를 나타낸 도면으로서, 도 2는 측면도이고, 도 3은 사시도이고, 도 4는 정면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(300)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 5는 사시도이고, 도 6은 정면도이고, 도 7은 측면도이다.
도 8은 제1 광학 소자(60)의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 제2 광학 소자(20)의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 2 내지 도 4의 종래의 광학 장치(200)에서의 제1 방향(x축 방향)으로의 아이박스를 설명하기 위한 도면으로서, 광학 장치(200)를 동공(40) 정면에 두었을 때의 정면도이다.
도 11은 도 5 내지 도 7의 광학 장치(300)에서의 제1 방향의 아이박스를 설명하기 위한 도면으로서, 광학 장치(300)를 동공(40) 정면에 두고 동공(40)에서 도 7의 A 방향으로 바라보았을 때의 도면이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 의한 광학 장치(400)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 12는 사시도이고, 도 13은 정면도이고, 도 14는 측면도이다.
도 15 내지 도 17는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광학 장치(500)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 15는 사시도이고, 도 16은 정면도이고, 도 17은 측면도이다.
FIG. 1 is a diagram showing an optical device 100 for augmented reality as described in Prior Art Document 1.
FIGS. 2 to 4 are diagrams showing the optical device 200 for augmented reality as disclosed in prior art document 2, where FIG. 2 is a side view, FIG. 3 is a perspective view, and FIG. 4 is a front view.
FIGS. 5 to 7 are diagrams for explaining the optical device 300 for augmented reality according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a perspective view, FIG. 6 is a front view, and FIG. 7 is a side view.
FIG. 8 is a diagram for explaining the arrangement structure of the first optical element 60.
FIG. 9 is a diagram for explaining the arrangement structure of the second optical element 20.
FIG. 10 is a diagram for explaining the eye box in the first direction (x-axis direction) in the conventional optical device 200 of FIGS. 2 to 4, where the optical device 200 is placed in front of the pupil 40. This is the front view.
FIG. 11 is a diagram for explaining the eye box in the first direction in the optical device 300 of FIGS. 5 to 7. The optical device 300 is placed in front of the pupil 40, and the pupil 40 displays the eye box of FIG. 7. This is a drawing when looking in direction A.
FIGS. 12 to 14 are diagrams for explaining an optical device 400 according to another embodiment of the present invention. FIG. 12 is a perspective view, FIG. 13 is a front view, and FIG. 14 is a side view.
FIGS. 15 to 17 are diagrams for explaining an optical device 500 according to another embodiment of the present invention. FIG. 15 is a perspective view, FIG. 16 is a front view, and FIG. 17 is a side view.

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

도 5 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 확장된 아이박스를 갖는 컴팩트 증강 현실용 광학 장치(300)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 5는 사시도이고, 도 6은 정면도이고, 도 7은 측면도이다.FIGS. 5 to 7 are diagrams for explaining a compact augmented reality optical device 300 having an expanded eye box according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a perspective view, FIG. 6 is a front view, and FIG. 7 is a perspective view. is a side view.

다만, 도 7에서 설명의 편의를 위해 화상 출사부(30)는 투명한 것으로 나타내었다.However, in FIG. 7 , the image emitting unit 30 is shown as transparent for convenience of explanation.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 확장된 아이박스를 갖는 컴팩트 증강 현실용 광학 장치(300, 이하 간단히 "광학 장치(300)"라 한다)는, 제1 광학 수단(50), 광 변환부(70), 제1 광학 소자(60), 제2 광학 수단(10) 및 제2 광학 소자(20)를 포함한다.5 to 7, a compact augmented reality optical device 300 (hereinafter simply referred to as “optical device 300”) having an expanded eyebox includes a first optical means 50, a light conversion unit ( 70), and includes a first optical element 60, a second optical means 10, and a second optical element 20.

제1 광학 수단(50)은, 화상 출사부(30)로부터 출사한 가상 영상 화상광이 그 내부를 통해 진행하는 수단으로서, 도파관(waveguide)으로서의 기능을 수행한다.The first optical means 50 is a means through which the virtual image light emitted from the image emitting unit 30 travels through its interior, and functions as a waveguide.

제1 광학 수단(50) 내부에는, 후술하는 바와 같이 복수개의 제1 광학 소자(60)들이 매립 배치된다.Inside the first optical means 50, a plurality of first optical elements 60 are embedded and disposed, as will be described later.

또한, 제1 광학 수단(50)의 내부에는 광 변환부(70)가 매립 배치된다.Additionally, a light conversion unit 70 is embedded and disposed inside the first optical means 50.

제1 광학 수단(50)은 도시된 바와 같이 대체로 직육면체 형상을 가질 수 있으며, 투명한 수지재나 유리 소재로 형성될 수 있다.The first optical means 50 may have a substantially rectangular parallelepiped shape as shown, and may be made of a transparent resin material or glass material.

제1 광학 수단(50)의 일단부에는 도시된 바와 같이 화상 출사부(30)가 배치된다.An image emitting unit 30 is disposed at one end of the first optical means 50 as shown.

화상 출사부(30)는, 가상 영상(virtual image)에 상응하는 화상광인 가상 영상 화상광(virtual image light)을 출사하는 수단이다. 여기에서, 가상 영상이란 사용자에게 제공되는 증강 현실용 화상을 의미하며, 이미지 또는 동영상일 수 있다.The image emitting unit 30 is a means for emitting virtual image light, which is image light corresponding to a virtual image. Here, the virtual image refers to an augmented reality image provided to the user and may be an image or video.

화상 출사부(30)는, 소형의 LCD, OLED, LCoS, 마이크로 LED 등과 같이 종래 알려져 있는 가상 영상을 표시하는 디스플레이부를 포함한다. 다만, 본 발명의 광학 장치(300)에서는 광 변환부(70)가 제1 광학 수단(50) 내부에 배치되기 때문에 화상 출사부(30)에는 앞서 배경 기술에서 설명한 도 2 내지 도 4에서와 같은 기능을 수행하는 광 변환부가 포함되지 않는다.The image emitting unit 30 includes a display unit that displays conventionally known virtual images such as small LCD, OLED, LCoS, and micro LED. However, in the optical device 300 of the present invention, since the light conversion unit 70 is disposed inside the first optical means 50, the image emitting unit 30 includes the same light as shown in FIGS. 2 to 4 previously described in the background technology. A light conversion unit that performs the function is not included.

한편, 화상 출사부(30)는, 디스플레이부와 결합하는 반사 수단, 굴절 수단 및 회절 수단 중 적어도 어느 하나 이상의 조합으로 구성되는 광학 소자를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the image emitting unit 30 may further include an optical element that is combined with the display unit and is composed of a combination of at least one of a reflecting unit, a refracting unit, and a diffractive unit.

이러한 화상 출사부(30) 자체는 본 발명의 직접적인 목적이 아니며 종래 기술에 의해 알려져 있는 것이므로 여기에서는 상세 설명은 생략한다.Since the image emitting unit 30 itself is not a direct object of the present invention and is known in the prior art, a detailed description thereof will be omitted here.

가상 영상 화상광은 화상 출사부(30)로부터 출사되어 제1 광학 수단(50)의 내부에서 전반사되어 광 변환부(70)로 전달될 수 있다. 도 5 내지 도 7의 실시예에서는, 가상 영상 화상광은 제1 광학 수단(50)의 상면(51)에서 전반사되어 광 변환부(70)로 전달된다.The virtual image light may be emitted from the image emitter 30, be totally reflected inside the first optical means 50, and be transmitted to the light conversion unit 70. 5 to 7, the virtual image light is totally reflected at the upper surface 51 of the first optical means 50 and transmitted to the light conversion unit 70.

이 경우, 화상 출사부(30)의 표면이 제1 광학 수단(50)의 상면(51)을 향하도록 경사지게 배치되고, 화상 출사부(30)가 배치되는 제1 광학 수단(50)의 일단부도 화상 출사부(30)의 경사각에 상응하도록 경사지게 형성될 수 있다.In this case, the surface of the image emitting unit 30 is disposed inclined so as to face the upper surface 51 of the first optical means 50, and one end of the first optical means 50 on which the image emitting unit 30 is disposed is also It may be formed to be inclined to correspond to the inclination angle of the image emitting unit 30.

다만, 이는 예시적인 것이며, 화상 출사부(30)에서 출사된 가상 영상 화상광은 전반사 없이 또는 2회 이상의 전반사를 통해 광 변환부(70)로 전달될 수 있다. 이러한 경우, 화상 출사부(30)와 제1 광학 수단(50)의 형상 및 경사각은 다른 형태 및 배치 구조를 가질 수 있음은 물론이다.However, this is an example, and the virtual image image light emitted from the image emitter 30 may be transmitted to the light conversion unit 70 without total reflection or through total reflection two or more times. In this case, of course, the shape and inclination angle of the image emitting unit 30 and the first optical means 50 may have different shapes and arrangement structures.

광 변환부(70)는, 제1 광학 수단(50) 내부에 매립 배치되며, 제1 광학 수단(50)의 내부를 통해 진행하는 가상 영상 화상광을 제1 광학 소자(60)로 전달하는 수단이다.The light conversion unit 70 is embedded in the first optical means 50 and transmits the virtual image light traveling through the inside of the first optical means 50 to the first optical element 60. am.

광 변환부(70)는, 도 5 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 화상 출사부(30)와 대향하도록 제1 광학 수단(50)의 내부에 매립되어 배치될 수 있다.As shown in FIGS. 5 to 7 , the light conversion unit 70 may be embedded and disposed inside the first optical means 50 to face the image emitting unit 30.

전술한 바와 같이, 화상 출사부(30)로부터 출사된 가상 영상 화상광은 제1 광학 수단(50)의 상면(51)에서 전반사되어 광 변환부(70)로 전달될 수 있으며, 광 변환부(70)에서 출사되는 가상 영상 화상광은 제1 광학 수단(50)의 내부에서 전반사되어 제1 광학 소자(60)로 전달될 수 있다. As described above, the virtual image light emitted from the image emitting unit 30 may be totally reflected in the upper surface 51 of the first optical means 50 and transmitted to the light conversion unit 70, and the light conversion unit ( The virtual image light emitted from 70) may be totally reflected inside the first optical means 50 and transmitted to the first optical element 60.

도 5 내지 도 7의 실시예에서는, 광 변환부(70)에서 출사되는 가상 영상 화상광은 제1 광학 수단(50)의 상면(51)에서 전반사되어 제1 광학 소자(60)로 전달된다.5 to 7, the virtual image light emitted from the light conversion unit 70 is totally reflected at the upper surface 51 of the first optical means 50 and is transmitted to the first optical element 60.

광 변환부(70)는 이러한 광 경로에 기초하여 화상 출사부(30) 및 제1 광학 소자(60)의 상대적인 위치에 따라 제1 광학 수단(50)의 내부에서 적절한 경사각을 가지고 배치된다.The light conversion unit 70 is disposed at an appropriate inclination angle inside the first optical means 50 according to the relative positions of the image emitting unit 30 and the first optical element 60 based on this optical path.

한편, 광 변환부(70)에서 출사되는 가상 영상 화상광은 초점 거리가 의도된 화상광으로서, 예컨대 광 변환부(70)는 입사하는 가상 영상 화상광을 반사시키는 반사 수단일 수 있다. 바람직하게는, 광 변환부(70)는 가상 영상이 확대되도록 가상 영상 화상광을 반사하여 출사하는 오목 거울이다.Meanwhile, the virtual image light emitted from the light conversion unit 70 is image light with an intended focal length, and for example, the light conversion unit 70 may be a reflection means that reflects the incident virtual image light. Preferably, the light conversion unit 70 is a concave mirror that reflects and emits virtual image light so that the virtual image is enlarged.

이 경우, 광 변환부(70)의 반사율은 100% 또는 이에 근접한 높은 값을 갖는 예컨대 금속 재질의 완전 미러(full mirror)인 것이 바람직하지만, 입사광의 일부를 투과시키고 일부를 반사시키는 하프 미러(half mirror)일 수도 있다.In this case, the reflectance of the light conversion unit 70 is preferably 100% or a high value close to it, such as a full mirror made of metal, but a half mirror that transmits part of the incident light and reflects part of the incident light. It may be a mirror).

광 변환부(70)가 반사 수단인 경우, 도 5 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 가상 영상 화상광을 반사시키는 반사면(71)이 제1 광학 수단(50)의 상면(51)을 향하도록 제1 광학 수단(50)의 내부에 매립되어 배치될 수 있다.When the light conversion unit 70 is a reflecting means, as shown in FIGS. 5 to 7, the reflecting surface 71 that reflects the virtual image light is directed toward the upper surface 51 of the first optical means 50. It may be disposed embedded within the first optical means 50.

여기에서, 상기 반사면(71)의 중심으로부터 수직 방향으로의 직선과 제1 광학 수단(50)의 상면(51)은 서로 평행하지 않도록 경사지게 배치될 수 있다.Here, the straight line in the vertical direction from the center of the reflecting surface 71 and the upper surface 51 of the first optical means 50 may be disposed at an angle so as not to be parallel to each other.

한편, 광 변환부(70)의 반사면(71)은 곡면으로 형성될 수 있다. 예컨대, 광 변환부(70)의 반사면(71)은 도시된 바와 같이 제1 광학 수단(50)의 상면(51) 방향에 대해 오목하게 형성될 수 있다.Meanwhile, the reflective surface 71 of the light conversion unit 70 may be formed as a curved surface. For example, the reflective surface 71 of the light conversion unit 70 may be formed to be concave with respect to the direction of the upper surface 51 of the first optical means 50, as shown.

한편, 광 변환부(70)는 입사하는 가상 영상 화상광을 평행광으로 변환하여 출사하는 콜리메이터로 구현될 수도 있다.Meanwhile, the light conversion unit 70 may be implemented as a collimator that converts the incident virtual image light into parallel light and emits it.

또한, 광 변환부(70)는, 반사 수단 이외의 굴절 소자 또는 회절 소자로 형성할 수도 있다. 또는, 반사 수단, 굴절 소자 및 회절 소자 중 적어도 2 이상의 조합에 의해 구성될 수도 있다.Additionally, the light conversion unit 70 may be formed of a refractive element or diffractive element other than a reflection means. Alternatively, it may be configured by a combination of at least two of a reflecting means, a refractive element, and a diffractive element.

또한, 광 변환부(70)는 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 노치 필터(notch filter) 등과 같은 광학 소자로 형성할 수도 있다.Additionally, the light conversion unit 70 may be formed of an optical element such as a notch filter that selectively transmits light depending on the wavelength.

또한, 광 변환부(70)의 반사면(71)의 반대면을 빛을 반사하지 않고 흡수하는 재질로 코팅할 수도 있다.Additionally, the surface opposite to the reflective surface 71 of the light conversion unit 70 may be coated with a material that absorbs light rather than reflecting it.

한편, 광 변환부(70)는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 도 7의 A로 나타낸 방향에서 바라보았을 때, 중앙 부분이 오목하게 형성되어 전체적으로 완만한 "U"자의 바(bar) 형태로 형성될 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 11, the light conversion unit 70 has a concave central portion when viewed from the direction indicated by A in FIG. 7, forming an overall shape of a gentle “U” shaped bar. It can be.

한편, 광 변환부(70)는 도 7에 나타낸 바와 같이 측면에서 바라 보았을 때 그 길이가 제1 광학 소자(60)의 길이에 상응하거나 이보다 약간 길게 형성되는 것이 바람직하다.Meanwhile, as shown in FIG. 7, the length of the light conversion unit 70 when viewed from the side is preferably formed to correspond to or be slightly longer than the length of the first optical element 60.

한편, 복수개의 제1 광학 소자(60)는, 제1 광학 수단(50) 내부에 매립 배치되며, 광 변환부(70)로부터 전달되는 가상 영상 화상광을 제2 광학 수단(10)으로 출사시키는 수단이다.Meanwhile, the plurality of first optical elements 60 are embedded inside the first optical means 50 and emit virtual image light transmitted from the light conversion unit 70 to the second optical means 10. It is a means.

복수개의 제1 광학 소자(60)들은, 제1 광학 수단(50) 내부에서 제1 방향으로 간격을 두고 배치된다.The plurality of first optical elements 60 are arranged at intervals in the first direction within the first optical means 50 .

여기에서, 제1 방향은, 도 5 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 광학 장치(300)를 동공(40) 정면에 두었을 때 관측될 수 있는 가상의 선분에 평행한 방향일 수 있다. 바꾸어 말하면, 제1 방향은 동공(40)에서 정면 방향의 직선에 평행한 방향을 제외한 임의의 방향일 수 있다.Here, the first direction may be a direction parallel to a virtual line segment that can be observed when the optical device 300 is placed in front of the pupil 40, as shown in FIGS. 5 to 7. In other words, the first direction may be any direction other than the direction parallel to the straight line in the frontal direction at the pupil 40.

또한, 제1 방향은, 동공(40)에서 정면 방향의 직선에 수직한 평면에 포함되는 선분 중 어느 하나에 평행한 방향인 것이 바람직하다. 도 5 내지 도 7의 실시예에서 제1 방향은 x축 방향에 해당한다.Additionally, the first direction is preferably a direction parallel to any one of the line segments included in the plane perpendicular to the straight line in the frontal direction in the pupil 40. 5 to 7, the first direction corresponds to the x-axis direction.

복수개의 제1 광학 소자(60)들은 이러한 제1 방향으로 간격을 두고 배치되는데, 반드시 제1 방향에 평행한 직선을 따라 나란히 정렬되어 배치되어야 하는 것은 아니라는 점을 유의해야 한다. 즉, 복수개의 제1 광학 소자(60)들은 제1 방향으로 서로 이격되어 배치되기만 하면 충분하다. 이에 대해서는 도 8을 참조하여 설명한다.It should be noted that the plurality of first optical elements 60 are arranged at intervals in the first direction, but do not necessarily have to be arranged side by side along a straight line parallel to the first direction. That is, it is sufficient for the plurality of first optical elements 60 to be arranged to be spaced apart from each other in the first direction. This will be explained with reference to FIG. 8 .

도 8은 제1 광학 소자(60)의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8 is a diagram for explaining the arrangement structure of the first optical element 60.

도 8은 광학 장치(300)를 동공(40) 정면에 두고 바라본 정면도로서, 제1 방향과 제1 광학 소자(60)만을 나타낸 것이다.Figure 8 is a front view of the optical device 300 viewed from the front of the pupil 40, showing only the first direction and the first optical element 60.

우선, 도 8의 (a)를 참조하면, 광학 장치(300)를 정면에 두고 바라 보았을 때 복수개의 제1 광학 소자(60) 각각의 중심이 제1 방향(x축 방향)에 평행한 직선을 따라 나란히 정렬되어 위치하도록 이격 배치될 수 있다.First, referring to (a) of FIG. 8, when the optical device 300 is viewed from the front, the center of each of the plurality of first optical elements 60 forms a straight line parallel to the first direction (x-axis direction). They may be spaced apart so that they are aligned side by side.

또한, 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 광학 장치(300)를 정면에 두고 바라 보았을 때 복수개의 제1 광학 소자(60) 각각의 중심이 제1 방향에 대해 경사각을 갖는 직선을 따라 나란히 정렬되어 위치하도록 이격 배치될 수 있다.In addition, as shown in (b) of FIG. 8, when the optical device 300 is viewed from the front, the centers of each of the plurality of first optical elements 60 are aligned along a straight line having an inclination angle with respect to the first direction. They may be spaced apart so that they are aligned.

또한, 도 8의 (c)에 나타낸 바와 같이, 광학 장치(300)를 정면에 두고 바라 보았을 때 복수개의 제1 광학 소자(60) 각각의 중심이 완만한 "C"자 형태의 곡선상에 위치하도록 이격 배치될 수도 있다. 이는 도 6에 도시된 바와 동일하다.In addition, as shown in (c) of FIG. 8, when the optical device 300 is viewed from the front, the center of each of the plurality of first optical elements 60 is located on a gentle “C” shaped curve. It may also be placed spaced apart. This is the same as shown in FIG. 6.

이와 같이, 복수개의 제1 광학 소자(60)들은 제1 방향으로 간격을 두고 배치되기만 하면 충분하고, 반드시 제1 방향에 평행한 직선을 따라 나란히 정렬되어 배치되어야 하는 것은 아니다.In this way, it is sufficient for the plurality of first optical elements 60 to be arranged at intervals in the first direction, and they do not necessarily have to be arranged side by side along a straight line parallel to the first direction.

한편, 복수개의 제1 광학 소자(60)들 중 일부의 제1 광학 소자(60)들만이 이와 같은 배치 구조를 가질 수 있다.Meanwhile, only some of the plurality of first optical elements 60 may have this arrangement structure.

이러한 배치 구조 이외에도, 제1 광학 소자(60)는, 화상 출사부(30), 광 변환부(70), 제2 광학 수단(10), 제2 광학 소자(20) 및 동공(40)의 상대적인 위치 관계, 경사각, 전반사 등의 여러가지 조건에 따라 다르게 배치될 수 있음은 물론이다.In addition to this arrangement structure, the first optical element 60 has a Of course, it can be arranged differently depending on various conditions such as positional relationship, inclination angle, and total reflection.

또한, 복수개의 제1 광학 소자(60)들의 간격은 모두 동일할 수 있지만, 적어도 일부의 간격을 다르게 할 수도 있음은 물론이다.Additionally, the spacing of the plurality of first optical elements 60 may all be the same, but of course, the spacing of at least some of them may be different.

한편, 복수개의 제1 광학 소자(60)들은, 광 변환부(70)로부터 출사한 가상 영상 화상광을 제2 광학 수단(10)으로 전달할 수 있도록 제1 광학 수단(50) 내부에서 경사지도록 배치된다. 즉, 복수개의 제1 광학 소자(60)들은 광 변환부(70)와 제2 광학 수단(10)의 위치를 고려하여 제1 광학 수단(50) 내부에서 경사지게 배치될 수 있다.Meanwhile, the plurality of first optical elements 60 are arranged to be inclined inside the first optical means 50 so as to transmit the virtual image light emitted from the light conversion unit 70 to the second optical means 10. do. That is, the plurality of first optical elements 60 may be arranged at an angle within the first optical means 50 considering the positions of the light conversion unit 70 and the second optical means 10.

도 5 내지 도 7의 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 광 변환부(70)에서 출사된 가상 영상광은 제1 광학 수단(50)의 상면(51)에서 전반사되어 복수개의 제1 광학 소자(60)로 전달되고, 제1 광학 소자(60)에서 출사된 가상 영상 화상광은 제2 광학 수단(10)의 제2 면(12)에서 전반사된 후 제2 광학 소자(20)로 전달될 수 있다.5 to 7, as described above, the virtual image light emitted from the light conversion unit 70 is totally reflected on the upper surface 51 of the first optical means 50 and is formed into a plurality of first optical elements ( 60), and the virtual image image light emitted from the first optical element 60 may be totally reflected by the second surface 12 of the second optical means 10 and then transmitted to the second optical element 20. there is.

따라서, 도 5 내지 도 7의 실시예에서는, 복수개의 제1 광학 소자(60)들은, 이러한 광 경로를 고려하여, 광학 장치(300)를 동공(40) 정면에 두고 바라 보았을 때 제1 방향에 대해 경사각을 가지는 동시에 측면에서 보았을 때에는 제2 방향에 대해서도 경사각을 가지도록 제1 광학 수단(50) 내부에 배치될 수 있다.Accordingly, in the embodiments of FIGS. 5 to 7, the plurality of first optical elements 60 are positioned in the first direction when the optical device 300 is viewed from the front of the pupil 40, considering this optical path. It may be disposed inside the first optical means 50 so as to have an inclination angle with respect to the second direction when viewed from the side.

여기에서, 제2 방향은 후술하는 바와 같이 복수개의 제2 광학 소자(20)가 제2 광학 수단(10)에서 배치되는 방향이다.Here, the second direction is the direction in which the plurality of second optical elements 20 are arranged in the second optical means 10, as will be described later.

이러한 제2 방향은 제1 방향과 평행하지 않은 방향일 수 있다.This second direction may be a direction that is not parallel to the first direction.

또한, 제2 방향은, 제1 방향에 수직한 방향일 수 있다.Additionally, the second direction may be perpendicular to the first direction.

또한, 제2 방향은, 도 5 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 증강 현실용 광학 장치(300)를 사용자의 동공(40) 정면에 두었을 때, 제1 방향과 제2 방향에 의해 구성되는 가상의 평면이 사용자의 동공(40)에서 관측될 수 있는 2차원 평면이 되도록 하는 방향일 수 있다.In addition, the second direction is a virtual direction composed of the first direction and the second direction when the augmented reality optical device 300 is placed in front of the user's pupil 40, as shown in FIGS. 5 to 7. The plane may be oriented so that it becomes a two-dimensional plane that can be observed from the user's pupil 40.

또한, 전술한 바와 같이, 제1 방향은 광학 장치(300)를 동공(40) 정면에 두었을 때, 동공(40)에서 정면 방향의 직선에 수직한 평면에 포함되는 선분 중 어느 하나에 평행한 방향일 수 있으며, 이 경우 제2 방향은 동공(40)에서 정면 방향의 직선에 수직한 평면에 포함되는 선분 중 상기 제1 방향에 수직한 선분 중 어느 하나에 평행한 방향일 수 있다.In addition, as described above, the first direction is parallel to any one of the line segments included in the plane perpendicular to the straight line in the front direction from the pupil 40 when the optical device 300 is placed in front of the pupil 40. It may be a direction, and in this case, the second direction may be a direction parallel to any one of the line segments perpendicular to the first direction among the line segments included in the plane perpendicular to the straight line in the frontal direction in the pupil 40.

이를 위하여, 제2 광학 수단(10)의 상면(13)을 측면에서 보았을 때 경사지도록 형성하고, 제1 광학 수단(50)을 제2 광학 수단(10)의 상면(13)에 배치할 수 있다.To this end, the upper surface 13 of the second optical means 10 may be formed to be inclined when viewed from the side, and the first optical means 50 may be disposed on the upper surface 13 of the second optical means 10. .

이 경우, 복수개의 제1 광학 소자(60)들 각각은 화상 출사부(30)로부터 출사하여 다른 제1 광학 소자(60)들로 전달되는 가상 영상 화상광을 차단하지 않도록 앞서 도 8의 (b) 또는 (c)에 나타낸 바와 같이 화상 출사부(30)로부터 멀어질수록 제1 광학 수단(50)의 상면(51)에 더 가까워지도록 배치될 수 있다.In this case, each of the plurality of first optical elements 60 is configured as shown in (b) of FIG. 8 so as not to block the virtual image light emitted from the image emitting unit 30 and transmitted to the other first optical elements 60. ) or (c), it may be arranged so that the farther away it is from the image emitting unit 30, the closer it is to the upper surface 51 of the first optical means 50.

한편, 복수개의 제1 광학 소자(60)들은, 예컨대 직사각형 형태로 형성될 수 있으며, 각각의 폭 방향의 길이는 화상 출사부(30)의 폭 방향의 길이에 상응하도록 형성하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the plurality of first optical elements 60 may be formed, for example, in a rectangular shape, and the length of each in the width direction is preferably formed to correspond to the length of the image emitting unit 30 in the width direction.

또한, 복수개의 제1 광학 소자(60)들은, 측면에서 보았을 때의 높이가 사람의 평균적인 동공 크기보다 작은 크기 즉, 8mm 이하로 보다 바람직하게는 4mm 이하로 형성될 수도 있다.Additionally, the plurality of first optical elements 60 may be formed so that the height when viewed from the side is smaller than the average human pupil size, that is, 8 mm or less, more preferably 4 mm or less.

또한, 복수개의 제1 광학 소자(60)들은, 입사하는 빛을 반사시키는 반사 수단인 것이 바람직하다.Additionally, the plurality of first optical elements 60 are preferably reflective means that reflect incident light.

이 경우, 복수개의 제1 광학 소자(60)의 반사율 또한 100% 또는 이에 근접한 높은 값을 갖는 예컨대 금속 재질의 완전 미러(full mirror)인 것이 바람직하지만, 입사광의 일부를 투과시키고 일부를 반사시키는 하프 미러(half mirror)일 수도 있다.In this case, it is preferable that the reflectance of the plurality of first optical elements 60 is also a high value of 100% or close to it, for example, a full mirror made of metal, but a half mirror that transmits part of the incident light and reflects part of the incident light. It may also be a half mirror.

또한, 복수개의 제1 광학 소자(60)들은, 굴절 소자, 회절 소자 및 홀로그래픽 광학 소자 중 어느 하나이거나 또는 이들의 조합에 의해 구성할 수도 있다.Additionally, the plurality of first optical elements 60 may be any one of a refractive element, a diffractive element, and a holographic optical element, or may be configured by a combination thereof.

제2 광학 수단(10)은, 실제 세계에 존재하는 실제 사물로부터 출사된 실제 사물 화상광을 투과시켜 사용자의 눈의 동공(40)으로 전달하는 수단이다. 또한, 제2 광학 수단(10)은 제1 광학 소자(60)로부터 출사되는 가상 영상 화상광이 그 내부를 통해 진행하는 도파관으로서의 역할도 수행한다.The second optical means 10 is a means for transmitting real object image light emitted from real objects existing in the real world to the pupil 40 of the user's eye. In addition, the second optical means 10 also serves as a waveguide through which virtual image light emitted from the first optical element 60 travels.

제2 광학 수단(10) 또한 투명한 수지재나 유리재로 형성될 수 있다.The second optical means 10 may also be made of transparent resin or glass.

제2 광학 수단(10)은 가상 영상 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 동공(40)을 향해 출사되는 제1 면(11)과, 상기 제1 면(11)에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면(12)과, 제1 광학 수단(50)이 배치되는 제3 면(13)을 갖는다.The second optical means 10 has a first surface 11 through which virtual image image light and real object image light are emitted toward the user's pupil 40, and the second optical means 10 faces the first surface 11 and provides real object image light. It has a second surface 12 on which the incident occurs and a third surface 13 on which the first optical means 50 is disposed.

화상 출사부(30), 광 변환부(70) 및 제1 광학 소자(60)을 통해 제2 광학 수단(10)으로 전달된 가상 영상 화상광은 제2 광학 수단(10)의 제1 면(11)을 통해 동공(40)으로 전달되고, 실제 사물 화상광은 제2 광학 수단(10)의 제2 면(12) 및 제1 면(11)을 투과하여 동공(40)으로 전달되기 때문에, 사용자는 가상 영상 화상광과 실제 사물 화상광을 동시에 제공받을 수 있고, 이에 의해 증강 현실 서비스를 제공받을 수 있다.The virtual image light transmitted to the second optical means 10 through the image emitter 30, the light conversion unit 70, and the first optical element 60 is transmitted to the first surface of the second optical means 10 ( 11), and the actual object image light is transmitted to the pupil 40 through the second surface 12 and the first surface 11 of the second optical means 10. Users can receive virtual image light and real object image light at the same time, thereby providing augmented reality services.

복수개의 제2 광학 소자(20)는, 제2 광학 수단(10) 내부에 매립 배치되며, 제2 광학 수단(10) 내부를 통해 진행하는 가상 영상 화상광을 사용자의 눈의 동공(40)으로 전달함으로써 사용자에게 가상 영상을 제공하는 수단이다.The plurality of second optical elements 20 are embedded inside the second optical means 10 and direct the virtual image light traveling through the inside of the second optical means 10 into the pupil 40 of the user's eye. It is a means of providing virtual images to users by transmitting them.

복수개의 제2 광학 소자(20)들은, 제2 방향으로 간격을 두고 배치된다.The plurality of second optical elements 20 are arranged at intervals in the second direction.

여기에서, 제2 방향은 앞서 설명한 바와 같이, 제1 방향에 평행하지 않은 방향일 수 있으며, 제1 방향에 수직한 방향일 수도 있다.Here, as described above, the second direction may be a direction that is not parallel to the first direction, or may be a direction perpendicular to the first direction.

또한, 도 5 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 광학 장치(300)를 사용자의 동공(40) 정면에 두었을 때, 제2 방향은, 제1 방향과 제2 방향에 의해 구성되는 가상의 평면이 사용자의 동공(40)에서 관측될 수 있는 2차원 평면이 되도록 하는 방향일 수 있다.In addition, as shown in FIGS. 5 to 7, when the optical device 300 is placed in front of the user's pupil 40, the second direction is a virtual plane composed of the first direction and the second direction. The direction may be such that it becomes a two-dimensional plane that can be observed from the user's pupil 40.

또한, 광학 장치(300)를 동공(40) 정면에 두었을 때, 제1 방향이 동공(40)에서 정면 방향의 직선에 수직한 평면에 포함되는 선분 중 어느 하나에 평행한 방향인 경우, 제2 방향은 동공(40)에서 정면 방향의 직선에 수직한 평면에 포함되는 선분 중 제1 방향에 수직한 선분 중 어느 하나에 평행한 방향일 수 있다.In addition, when the optical device 300 is placed in front of the pupil 40, if the first direction is a direction parallel to any one of the line segments included in the plane perpendicular to the straight line in the front direction from the pupil 40, The second direction may be a direction parallel to any one of the line segments perpendicular to the first direction among the line segments included in the plane perpendicular to the straight line in the frontal direction in the pupil 40.

예를 들면, 도 5 내지 도 7의 실시예에서 제1 방향은 x축 방향이므로, 제2 방향은 x축에 수직하면서 동공(40)에서 정면 방향의 직선인 z축에 수직한 평면에 포함되는 선분 중 제1 방향에 수직한 y축에 해당할 수 있다. 따라서, 제1 방향(x축 방향)과 제2 방향(y축 방향)에 의해 구성되는 가상의 평면은 z축에 수직한 2차원의 x-y 평면이 된다.For example, in the embodiments of FIGS. 5 to 7, the first direction is the x-axis direction, so the second direction is perpendicular to the x-axis and is included in a plane perpendicular to the z-axis, which is a straight line in the frontal direction from the pupil 40. Among the line segments, it may correspond to the y-axis perpendicular to the first direction. Accordingly, the virtual plane formed by the first direction (x-axis direction) and the second direction (y-axis direction) becomes a two-dimensional x-y plane perpendicular to the z-axis.

이러한 2차원 평면은 반드시 z축에 수직할 필요는 없으며, 사용자의 동공(40)에서 관찰될 수 있기만 하면 x축 또는 y축을 중심으로 약간 회전되더라도 상관없다.This two-dimensional plane is not necessarily perpendicular to the z-axis, and may be slightly rotated about the x- or y-axis as long as it can be observed from the user's pupil 40.

또한, 복수개의 제2 광학 소자(20)들이 "제2 방향으로 간격을 두고 배치"된다는 의미는, 앞서 제1 광학 소자(60)에서 설명한 바와 마찬가지로, 복수개의 제2 광학 소자(20)들이 제2 방향에 대해 서로 이격되어 배치되기만 하면 충분하다는 의미이지, 반드시 제2 방향에 평행한 직선상에 나란히 정렬되어 배치되어야 한다는 것이 아니라는 점을 유의해야 한다.In addition, the meaning that the plurality of second optical elements 20 are “arranged at intervals in the second direction” means that, as previously described with respect to the first optical element 60, the plurality of second optical elements 20 are arranged at intervals in the second direction. It should be noted that this means that it is sufficient to just arrange them spaced apart from each other in the two directions, but it does not necessarily mean that they must be arranged side by side on a straight line parallel to the second direction.

도 9는 제2 광학 소자(20)의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 9 is a diagram for explaining the arrangement structure of the second optical element 20.

도 9는 광학 장치(300)를 동공(40) 정면에 두었을 때 측면에서 바라 본 측면도로서, 제2 방향과 제2 광학 소자(20)만을 나타낸 것이다.Figure 9 is a side view viewed from the side when the optical device 300 is placed in front of the pupil 40, showing only the second direction and the second optical element 20.

도 9의 (a)를 참조하면, 복수개의 제2 광학 소자(20)들은 광학 장치(300)를 동공(40) 정면에 두고 측면에서 보았을 때 각각의 중심이 제2 방향(y축 방향)에 평행한 직선을 따라 나란히 정렬되어 위치하도록 이격 배치될 수 있다.Referring to (a) of FIG. 9, the plurality of second optical elements 20 have their respective centers in the second direction (y-axis direction) when viewed from the side with the optical device 300 in front of the pupil 40. They may be spaced apart and aligned side by side along a parallel straight line.

또한, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 복수개의 제2 광학 소자(20)들은 광학 장치(300)를 동공(40) 정면에 두고 측면에서 보았을 때 각각의 중심이 제2 방향(y축 방향)에 대해 경사각을 갖는 직선을 따라 나란히 정렬되어 위치하도록 이격 배치될 수 있다.In addition, as shown in (b) of FIG. 9, the plurality of second optical elements 20 have their respective centers aligned in the second direction (y-axis) when viewed from the side with the optical device 300 in front of the pupil 40. They may be spaced apart so that they are aligned side by side along a straight line having an inclination angle with respect to the direction.

또한, 도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이, 복수개의 제2 광학 소자(20)들은 광학 장치(300)를 동공(40) 정면에 두고 측면에서 보았을 때 각각의 중심이 완만한 "C"자형의 곡선 상에 위치하도록 이격 배치될 수도 있다. 이는 도 7에 도시된 바와 동일하다.In addition, as shown in (c) of FIG. 9, the plurality of second optical elements 20 each have a gentle “C” shape when viewed from the side with the optical device 300 in front of the pupil 40. They may be spaced apart so as to be located on the curve of . This is the same as shown in FIG. 7.

여기에서, 복수개의 제2 광학 소자(20)들 중 일부의 제1 광학 소자(20)들만이 이와 같은 배치 구조를 가질 수 있다.Here, only some of the first optical elements 20 among the plurality of second optical elements 20 may have this arrangement structure.

이러한 배치 구조 이외에도, 화상 출사부(30), 광 변환부(70), 제1 광학 수단(50), 제1 광학 소자(60), 제2 광학 수단(10) 및 동공(40)의 상대적인 위치 관계, 경사각, 전반사 등의 여러가지 조건에 따라 다르게 배치될 수 있음은 물론이다. In addition to this arrangement structure, the relative positions of the image emitting unit 30, the light conversion unit 70, the first optical means 50, the first optical element 60, the second optical means 10, and the pupil 40 Of course, it can be arranged differently depending on various conditions such as relationship, inclination angle, and total reflection.

또한, 복수개의 제2 광학 소자(20)들의 간격은 모두 동일할 수 있지만, 적어도 일부의 간격을 다르게 할 수도 있음은 물론이다.Additionally, the spacing of the plurality of second optical elements 20 may all be the same, but of course, the spacing of at least some of the plurality of second optical elements 20 may be different.

한편, 복수개의 제2 광학 소자(20)들은 도시된 바와 같이, 제1 방향 즉, x축 방향으로 연장 형성되는 바(bar) 형상일 수 있다.Meanwhile, as shown, the plurality of second optical elements 20 may have a bar shape extending in the first direction, that is, the x-axis direction.

또한, 복수개의 제2 광학 소자(20) 각각은, 제2 광학 수단(10) 내부를 통해 진행하는 가상 영상 화상광을 동공(40)으로 전달할 수 있도록 제2 광학 수단(10) 내부에서 경사지도록 배치될 수 있다. 이 경우, 복수개의 제2 광학 소자(20)들은, 제1 광학 수단(50), 제1 광학 소자(60) 및 동공(40)의 상대적인 위치를 고려하여 적절한 경사각을 가지고 제2 광학 수단(10) 내부에 배치될 수 있다.In addition, each of the plurality of second optical elements 20 is inclined inside the second optical means 10 so as to transmit the virtual image light traveling through the inside of the second optical means 10 to the pupil 40. can be placed. In this case, the plurality of second optical elements 20 have an appropriate inclination angle in consideration of the relative positions of the first optical means 50, the first optical element 60, and the pupil 40, and the second optical means 10 ) can be placed inside.

도 5 내지 도 7의 실시예에서는, 제1 광학 소자(60)에서 출사된 가상 영상 화상광은 제2 광학 수단(10)의 제2 면(12)에서 전반사되어 복수개의 제2 광학 소자(20)로 전달된다. 따라서, 복수개의 제2 광학 소자(20) 각각은 이러한 광 경로를 고려하여 제2 광학 수단(10)의 제2 면(12)에서 전반사되어 전달되는 가상 영상 화상광을 동공(40)으로 전달할 수 있도록 제2 광학 수단(10)의 내부에서 경사각을 가지고 배치될 수 있다.5 to 7, the virtual image image light emitted from the first optical element 60 is totally reflected by the second surface 12 of the second optical means 10 and is formed into a plurality of second optical elements 20. ) is transmitted. Accordingly, each of the plurality of second optical elements 20 can transmit the virtual image light transmitted by total reflection from the second surface 12 of the second optical means 10 to the pupil 40 in consideration of this optical path. It may be disposed at an inclination angle inside the second optical means 10 so that

이 경우, 복수개의 제2 광학 소자(20)들 각각은 제1 광학 소자(60)들로부터 출사하여 다른 제2 광학 소자(20)들로 전달되는 가상 영상 화상광을 차단하지 않도록 도 9의 (b) 또는 (c)에 나타낸 바와 같이 제1 광학 소자(60)로부터 멀어질수록 제2 광학 수단(10)의 제2 면(12)에 더 가까워지도록 배치될 수 있다.In this case, each of the plurality of second optical elements 20 is shown in FIG. 9 so as not to block the virtual image light emitted from the first optical elements 60 and transmitted to the other second optical elements 20. As shown in b) or (c), the further away from the first optical element 60, the closer to the second surface 12 of the second optical means 10.

한편, 복수개의 제2 광학 소자(20)들은, 도 6에 도시된 바와 같이, 정면에서 보았을 때의 높이가 사람의 평균적인 동공 크기보다 작은 크기 즉, 8mm 이하로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 4mm 이하로 형성될 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 6, the plurality of second optical elements 20 may be formed so that the height when viewed from the front is smaller than the average human pupil size, that is, 8 mm or less, preferably It can be formed to be less than 4mm.

이에 의하여, 동공(40)으로 입사하는 빛에 대한 심도(Depth of Field)를 매우 깊게 할 수 있고, 따라서 사용자가 실제 세계를 응시하면서 실제 세계에 대한 초점 거리를 변경하더라도 이와 관계없이 가상 영상의 초점은 항상 맞는 것으로 인식하게 하는 핀홀 효과를 얻을 수 있다.As a result, the depth of field for light entering the pupil 40 can be greatly deepened, and therefore, even if the user changes the focal distance to the real world while gazing at the real world, the virtual image remains in focus regardless of this. can achieve a pinhole effect that always recognizes it as correct.

다만, 높이가 지나치게 작은 경우에는 회절 현상이 커지기 때문에, 예컨대 0.3mm 보다는 크게 하는 것이 바람직하다.However, if the height is too small, the diffraction phenomenon increases, so it is preferable to set it larger than 0.3 mm, for example.

또한, 복수개의 제2 광학 소자(20)는 입사하는 빛을 반사시키는 반사 수단인 것이 바람직하다.Additionally, it is preferable that the plurality of second optical elements 20 are reflection means that reflect incident light.

또한, 복수개의 제2 광학 소자(20)의 반사율은 100% 또는 이에 근접한 높은 값을 갖는 예컨대 금속 재질의 완전 미러인 것이 바람직하지만, 입사광의 일부를 투과시키고 일부를 반사시키는 하프 미러일 수도 있다.In addition, it is preferable that the plurality of second optical elements 20 have a reflectance of 100% or a high value close to it, such as full mirrors made of metal, for example, but they may also be half mirrors that transmit part of the incident light and reflect part of it.

또한, 복수개의 제2 광학 소자(20)는, 굴절 소자, 회절 소자 및 홀로그래픽 광학 소자 중 어느 하나이거나 또는 이들의 조합에 의해 구성할 수도 있다.Additionally, the plurality of second optical elements 20 may be any one of a refractive element, a diffractive element, and a holographic optical element, or may be configured by a combination thereof.

다음으로, 도 10 및 도 11을 참조하여 광학 장치(300)에 의한 아이박스의 확장 원리에 대해 설명한다.Next, the principle of expanding the eyebox by the optical device 300 will be described with reference to FIGS. 10 and 11 .

도 10은 도 2 내지 도 4의 종래의 광학 장치(200)에서의 제1 방향(x축 방향)에 대한 아이박스를 설명하기 위한 도면으로서, 광학 장치(200)를 동공(40) 정면에 두었을 때의 정면도이다.FIG. 10 is a diagram for explaining the eye box in the first direction (x-axis direction) in the conventional optical device 200 of FIGS. 2 to 4, where the optical device 200 is placed in front of the pupil 40. This is the front view.

도 10의 (a)의 광학 장치(200)를 참조하면, 디스플레이부(31)의 한 점에서 출사된 가상 영상 화상광은 광 변환부(32)를 통해 광학 수단(10)으로 출사되고, 반사부(20)에 의해 반사되어 동공(40)으로 전달된다. 이 때, x축 방향 즉, 제1 방향으로의 아이박스는 광 변환부(32)의 제1 방향의 길이에 의해 결정된다.Referring to the optical device 200 in (a) of FIG. 10, the virtual image image light emitted from one point of the display unit 31 is emitted to the optical means 10 through the light conversion unit 32, and is reflected. It is reflected by the unit 20 and transmitted to the pupil 40. At this time, the eyebox in the x-axis direction, that is, in the first direction, is determined by the length of the light conversion unit 32 in the first direction.

도 10의 (b)의 광학 장치(200)는 다른 조건은 모두 동일하되 광 변환부(32)의 제1 방향의 길이가 도 10의 (a)보다 길다. 따라서, 광 변환부(32)의 길이에 상응하여 반사부(20) 또한 x축 방향(제1 방향)을 따라 보다 많이 배치되어 있으며, 이에 의해 제1 방향의 아이박스는 도 10의 (a)에 비해 넓어진다는 것을 알 수 있다.In the optical device 200 of FIG. 10(b), all other conditions are the same, but the length of the light conversion unit 32 in the first direction is longer than that of FIG. 10(a). Accordingly, corresponding to the length of the light conversion unit 32, the reflector 20 is also arranged more along the x-axis direction (first direction), whereby the eye box in the first direction is shown in (a) of FIG. 10. It can be seen that it is wider than .

이와 같이, 도 2 내지 도 4와 같은 종래의 광학 장치(200)에서는, 제1 방향(x축 방향)으로의 아이박스는 화상 출사부(30)에 포함된 광 변환부(32)의 길이에 의존한다는 것을 알 수 있다. 그러나, 광 변환부(32)의 길이를 길게 하면, 폼 팩터를 증가시키고 설계가 복잡해지며 제조 과정 또한 복잡하다는 문제를 발생시킨다.In this way, in the conventional optical device 200 as shown in FIGS. 2 to 4, the eye box in the first direction (x-axis direction) is equal to the length of the light conversion unit 32 included in the image emitting unit 30. You can see that it depends. However, increasing the length of the light conversion unit 32 increases the form factor, complicates the design, and also complicates the manufacturing process.

한편, 도 10에서 세로축인 y축 방향으로의 아이박스는 y축 방향으로 배치되는 반사부(20)의 개수에 의해 결정된다.Meanwhile, in FIG. 10, the eyebox in the y-axis direction, which is the vertical axis, is determined by the number of reflectors 20 arranged in the y-axis direction.

도 11은 도 5 내지 도 7의 광학 장치(300)에서의 제1 방향의 아이박스를 설명하기 위한 도면으로서, 도 7의 A로 나타낸 방향으로 바라보았을 때의 도면이다.FIG. 11 is a diagram for explaining the eyebox in the first direction in the optical device 300 of FIGS. 5 to 7 when viewed in the direction indicated by A in FIG. 7 .

도 11을 참조하면, 디스플레이부 즉, 화상 출사부(30)의 한 점에서 출사한 가상 영상 화상광들은 제1 광학 수단(50)의 상면(51)에서 전반사되어 광 변환부(70)로 전달된다. 그리고, 광 변환부(70)에서 출사한 가상 영상 화상광은 제1 광학 수단(50)의 상면(51)에서 다시 전반사되어 제1 광학 소자(60)로 전달된다. 이후, 제1 광학 소자(60)는 가상 영상 화상광을 제2 광학 수단(10)의 제2 면(12)을 향해 출사한다.Referring to FIG. 11, the virtual image light emitted from one point of the display unit, that is, the image emitting unit 30, is totally reflected in the upper surface 51 of the first optical means 50 and is transmitted to the light conversion unit 70. do. Then, the virtual image light emitted from the light conversion unit 70 is totally reflected again on the upper surface 51 of the first optical means 50 and is transmitted to the first optical element 60. Thereafter, the first optical element 60 emits virtual image light toward the second surface 12 of the second optical means 10.

따라서, 화상 출사부(30)에서 출사된 가상 영상 화상광은 제1 광학 수단(50)의 상면(51)에서의 전반사에 의해 광 변환부(70)를 거쳐 복수개의 제1 광학 소자(60)로 전달되기 때문에, 제1 방향(x축 방향)으로 가상 영상 화상광이 복제되고 따라서 제1 방향 즉, x축 방향으로의 아이박스가 확장된다는 것을 알 수 있다.Accordingly, the virtual image image light emitted from the image emitting unit 30 passes through the light conversion unit 70 by total reflection on the upper surface 51 of the first optical means 50 and is transmitted to the plurality of first optical elements 60. Since it is transmitted, it can be seen that the virtual image light is copied in the first direction (x-axis direction) and thus the eye box in the first direction, that is, the x-axis direction, is expanded.

도 11에서도, 세로축인 y축 방향으로의 아이박스는 y축 방향으로 배치되는 제2 광학 소자(20)의 개수에 의해 결정된다. 따라서, 세로축인 y축 방향으로의 아이박스를 동일하게 유지하면서도, 가로축인 x축 방향 즉, 제1 방향으로의 아이박스는 도 11의 광학 장치(300)가 도 10의 광학 장치(200) 보다 넓다는 것을 알 수 있다. Also in FIG. 11, the eyebox in the y-axis direction, which is the vertical axis, is determined by the number of second optical elements 20 arranged in the y-axis direction. Therefore, while maintaining the same eyebox in the vertical y-axis direction, the eyebox in the horizontal x-axis direction, that is, in the first direction, is larger in the optical device 300 of FIG. 11 than the optical device 200 in FIG. 10. You can see that it is wide.

더욱이, 도 11의 광학 장치(300)는 광 변환부(70)가 제1 광학 수단(50)의 내부에 매립 배치되기 때문에, 화상 출사부(30)에 광 변환부를 사용할 필요가 없다. 따라서, 광학 장치(300)의 전체적인 폼 팩터를 작게 할 수 있고, 이에 의해 x축 및 y축 방향으로의 2차원의 아이박스를 확장시키는 한편 소형 및 경량화가 가능한 광학 장치(300)를 제공할 수 있다.Moreover, in the optical device 300 of FIG. 11, since the light conversion unit 70 is disposed embedded within the first optical means 50, there is no need to use the light conversion unit in the image emitting unit 30. Accordingly, the overall form factor of the optical device 300 can be reduced, thereby expanding the two-dimensional eye box in the x- and y-axis directions, and providing an optical device 300 that can be compact and lightweight. there is.

도 12 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 의한 광학 장치(400)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 12는 사시도이고, 도 13은 정면도이고, 도 14는 측면도이다.FIGS. 12 to 14 are diagrams for explaining an optical device 400 according to another embodiment of the present invention. FIG. 12 is a perspective view, FIG. 13 is a front view, and FIG. 14 is a side view.

도 12 내지 도 14의 광학 장치(400)는, 도 5 내지 도 7의 광학 장치(300)와 기본적인 원리는 동일하되, 복수개의 제1 광학 소자(60)들 각각이 복수개의 핀 포인트 형태의 광학 모듈(61)로 구성된다는 점에서 차이가 있다.The optical device 400 of FIGS. 12 to 14 has the same basic principle as the optical device 300 of FIGS. 5 to 7, but each of the plurality of first optical elements 60 has a plurality of pinpoint-shaped optical devices. The difference is that it is composed of modules 61.

즉, 광학 장치(400)에서, 복수개의 제1 광학 소자(60)들 각각은, 광학 장치(400)를 동공(40) 정면에 두고 측면에서 바라 보았을 때 서로 이격되어 어레이 형태로 보이도록 배치되는 복수개의 광학 모듈(61)로 구성될 수 있다.That is, in the optical device 400, each of the plurality of first optical elements 60 is arranged to be spaced apart from each other and appear in an array form when viewed from the side with the optical device 400 in front of the pupil 40. It may be composed of a plurality of optical modules 61.

복수개의 광학 모듈(61)들 각각은, 심도를 깊게 하여 핀홀 효과를 얻을 수 있도록 사람의 동공 크기보다 작은 크기 즉, 8mm 이하로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 4mm 이하로 형성될 수 있다.Each of the plurality of optical modules 61 may be formed to have a size smaller than the size of a human pupil, that is, 8 mm or less, and preferably 4 mm or less, to obtain a pinhole effect by increasing the depth of field.

복수개의 광학 모듈(61)의 크기는, 각 광학 모듈(61)의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이를 의미하는 것으로 정의한다.The size of the plurality of optical modules 61 is defined to mean the maximum length between any two points on the edge border of each optical module 61.

또한, 각각의 광학 모듈(61)의 크기는, 동공(40)과 광학 모듈(61) 사이의 직선에 수직하면서 동공(40)의 중심을 포함하는 평면에 각각의 광학 모듈(61)을 투영한 정사영의 가장자리 경계선 상의 임의의 두 점 간의 최대 길이일 수 있다.In addition, the size of each optical module 61 is determined by projecting each optical module 61 on a plane that includes the center of the pupil 40 and is perpendicular to the straight line between the pupil 40 and the optical module 61. It can be the maximum length between any two points on the edge border of the orthographic projection.

다만, 크기가 지나치게 작은 경우에는 회절 현상이 커지기 때문에, 예컨대 0.3mm 보다는 크게 하는 것이 바람직하다.However, if the size is too small, the diffraction phenomenon increases, so it is preferable to make it larger than 0.3 mm, for example.

또한, 복수개의 광학 모듈(61)들 각각의 형상은 원형일 수 있다.Additionally, each of the plurality of optical modules 61 may have a circular shape.

또한, 동공(40)에서 광학 모듈(61)들을 바라보았을 때 원형으로 보이도록 타원형으로 형성할 수도 있다.Additionally, the optical modules 61 may be formed in an oval shape so that they appear circular when viewed from the pupil 40.

이를 제외하면, 광학 장치(400)의 다른 구성은 앞서 설명한 광학 장치(300)에서와 동일하므로 상세 설명은 생략한다.Except for this, other configurations of the optical device 400 are the same as those of the optical device 300 described above, so detailed description will be omitted.

도 15 내지 도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광학 장치(500)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 15는 사시도이고, 도 16은 정면도이고, 도 17은 측면도이다.FIGS. 15 to 17 are diagrams for explaining an optical device 500 according to another embodiment of the present invention. FIG. 15 is a perspective view, FIG. 16 is a front view, and FIG. 17 is a side view.

도 15 내지 도 17의 광학 장치(500)는, 도 12 내지 도 14의 광학 장치(400)와 동일하되, 복수개의 제2 광학 소자(20) 각각이 핀포인트 형태의 복수개의 광학 모듈(21)로 구성된다는 점에서 차이가 있다.The optical device 500 of FIGS. 15 to 17 is the same as the optical device 400 of FIGS. 12 to 14, except that the plurality of second optical elements 20 each include a plurality of optical modules 21 in a pinpoint form. There is a difference in that it is composed of .

즉, 복수개의 제2 광학 소자(20)들 각각은, 도시된 바와 같이, 정면에서 보았을 때 서로 이격되어 어레이 형태로 보이도록 배치되는 복수개의 광학 모듈(21)로 구성된다.That is, as shown, each of the plurality of second optical elements 20 is composed of a plurality of optical modules 21 arranged to be spaced apart from each other and appear as an array when viewed from the front.

이러한 광학 모듈(21)들의 크기 및 형상은 앞서 도 12 내지 도 14에서 설명한 광학 모듈(61)과 마찬가지이므로 이들에 대한 상세 설명은 생략한다.Since the size and shape of these optical modules 21 are the same as those of the optical module 61 previously described in FIGS. 12 to 14, detailed description thereof will be omitted.

다만, 광학 모듈(21)과 광학 모듈(61)의 크기는 동일할 필요는 없으며, 서로 다르게 해도 무방하다.However, the sizes of the optical module 21 and the optical module 61 do not need to be the same, and may be different from each other.

한편, 도시하지는 않았으나, 도 5 내지 도 7의 광학 장치(300)에서도 복수개의 제2 광학 소자(20)들을 복수개의 핀 포인트 형태의 광학 모듈(21)로 구성할 수도 있음은 물론이다.Meanwhile, although not shown, it goes without saying that in the optical device 300 of FIGS. 5 to 7, a plurality of second optical elements 20 may be configured as a plurality of pinpoint-shaped optical modules 21.

이상에서, 본 발명에 의한 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로서, 첨부된 청구범위 및 도면에 의해 파악되는 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다는 점을 유의해야 한다.In the above, the present invention has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, but these are illustrative and all changes within the equivalent scope understood by the appended claims and drawings are included in the scope of the present invention. It should be noted that

예컨대, 상기 실시예들에 있어서, 제1 광학 수단(50)과 제2 광학 수단(10)은 일체로 형성될 수 있다.For example, in the above embodiments, the first optical means 50 and the second optical means 10 may be formed integrally.

또한, 상기 실시예들에서, 제2 광학 수단(10) 내부에서 가상 영상 화상광은 전반사를 통해 제2 광학 소자(20)로 전달되는 것으로 설명하였으나, 전반사 없이 또는 2회 이상의 전반사를 통해 제2 광학 소자(20)로 전달될 수도 있음은 물론이다.In addition, in the above embodiments, it has been described that the virtual image image light inside the second optical means 10 is transmitted to the second optical element 20 through total reflection, but the virtual image light is transmitted to the second optical element 20 without total reflection or through total reflection two or more times. Of course, it can also be transmitted to the optical element 20.

100, 200...종래의 증강 현실용 광학 장치
300, 400, 500...확장된 아이박스를 갖는 컴팩트 증강 현실용 광학 장치
10...제2 광학 수단
20...제2 광학 소자
30...화상 출사부
40...동공
50...제1 광학 수단
60...제1 광학 소자
70...광 변환부
100, 200...conventional optical devices for augmented reality
300, 400, 500... Compact optical device for augmented reality with extended eyebox
10...second optical means
20...Second optical element
30...Image projection unit
40...pupil
50...First optical means
60...First optical element
70...Optical conversion unit

Claims (32)

확장된 아이박스를 갖는 컴팩트 증강 현실용 광학 장치로서,
화상 출사부로부터 출사한 가상 영상 화상광이 그 내부를 통해 진행하는 제1 광학 수단;
상기 제1 광학 수단 내부에 매립 배치되며, 상기 제1 광학 수단의 내부를 통해 진행하는 가상 영상 화상광을 제1 광학 소자로 전달하는 광 변환부;
상기 제1 광학 수단 내부에 매립 배치되며, 상기 광 변환부로부터 전달되는 가상 영상 화상광을 제2 광학 수단으로 출사시키는 복수개의 제1 광학 소자;
실제 사물로부터 출사된 실제 사물 화상광을 투과시켜 사용자의 눈의 동공으로 전달하며, 상기 제1 광학 소자로부터 출사되는 가상 영상 화상광이 그 내부를 통해 진행하는 제2 광학 수단; 및
상기 제2 광학 수단 내부에 매립 배치되며, 상기 제2 광학 수단 내부를 통해 진행하는 가상 영상 화상광을 사용자의 눈의 동공으로 전달함으로써 사용자에게 가상 영상을 제공하는 복수개의 제2 광학 소자
를 포함하고,
상기 복수개의 제1 광학 소자는, 상기 제1 광학 수단 내부에서 제1 방향으로 간격을 두고 배치되고,
상기 복수개의 제2 광학 소자는, 상기 제2 광학 수단 내부에서 제2 방향으로 간격을 두고 배치된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
A compact augmented reality optical device having an expanded eyebox, comprising:
a first optical means through which virtual image image light emitted from the image emitting unit travels;
a light conversion unit embedded in the first optical means and transmitting virtual image light traveling through the inside of the first optical means to the first optical element;
a plurality of first optical elements embedded in the first optical means and emitting virtual image light transmitted from the light conversion unit to the second optical means;
a second optical means for transmitting real object image light emitted from a real object to the pupil of the user's eye, and through which virtual image image light emitted from the first optical element travels; and
A plurality of second optical elements embedded in the second optical means and providing a virtual image to the user by transmitting virtual image light traveling through the second optical means to the pupil of the user's eye.
Including,
The plurality of first optical elements are arranged at intervals in a first direction within the first optical means,
An optical device for augmented reality, wherein the plurality of second optical elements are arranged at intervals in a second direction within the second optical means.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 방향은, 동공에서 정면 방향의 직선에 수직한 평면에 포함되는 선분 중 어느 하나에 평행한 방향인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
The first direction is a direction parallel to any one of line segments included in a plane perpendicular to a straight line in the frontal direction from the pupil.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 평행하지 않은 방향인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
The optical device for augmented reality, characterized in that the second direction is a direction that is not parallel to the first direction.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직한 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
The optical device for augmented reality, wherein the second direction is perpendicular to the first direction.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 방향과 제2 방향에 의해 구성되는 가상의 평면은, 증강 현실용 광학 장치를 사용자의 동공 정면에 두었을 때, 사용자의 동공에서 관측될 수 있는 2차원 평면인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
Augmented reality, wherein the virtual plane formed by the first direction and the second direction is a two-dimensional plane that can be observed from the user's pupil when the augmented reality optical device is placed in front of the user's pupil. optical device.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 방향은 동공에서 정면 방향의 직선에 수직한 평면에 포함되는 선분 중 제1 방향에 수직한 선분 중 어느 하나에 평행한 방향인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 5,
The second direction is a direction parallel to any one of line segments perpendicular to the first direction among line segments included in a plane perpendicular to a straight line in the frontal direction from the pupil.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 광학 수단의 제1 방향의 일단부에는 화상 출사부가 배치된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
An optical device for augmented reality, wherein an image emitting unit is disposed at one end of the first optical means in the first direction.
청구항 1에 있어서,
상기 광 변환부는, 상기 화상 출사부와 대향하도록 상기 제1 광학 수단의 내부에 매립되어 배치된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
The optical device for augmented reality, wherein the light conversion unit is embedded and disposed inside the first optical means so as to face the image emitting unit.
청구항 1에 있어서,
상기 화상 출사부에서 출사된 가상 영상 화상광은 상기 제1 광학 수단의 내부에서 전반사되어 상기 광 변환부로 전달되고, 상기 광 변환부에서 출사되는 가상 영상 화상광은 상기 제1 광학 수단의 내부에서 전반사되어 상기 제1 광학 소자로 전달되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
The virtual image light emitted from the image emitting unit is totally reflected inside the first optical means and transmitted to the light conversion unit, and the virtual image image light emitted from the light converting unit is totally reflected inside the first optical means. An optical device for augmented reality, characterized in that the optical device is transmitted to the first optical element.
청구항 1에 있어서,
상기 광 변환부는, 입사하는 빛을 반사시키는 반사 수단인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
An optical device for augmented reality, wherein the light conversion unit is a reflection means that reflects incident light.
청구항 10에 있어서,
상기 광 변환부의 반사면은 상기 제1 광학 수단의 상면을 향하도록 제1 광학 수단의 내부에 매립 배치된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 10,
An optical device for augmented reality, wherein the reflective surface of the light conversion unit is embedded and disposed inside the first optical means so as to face the upper surface of the first optical means.
청구항 11에 있어서,
상기 광 변환부의 반사면은 상기 제1 광학 수단의 상면 방향으로 오목하게 형성된 곡면인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 11,
An optical device for augmented reality, wherein the reflective surface of the light conversion unit is a curved surface concavely formed in the direction of the upper surface of the first optical means.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 제1 광학 소자들은, 상기 광 변환부로부터 출사된 가상 영상 화상광을 상기 제2 광학 수단으로 출사시켜 전달할 수 있도록 상기 제1 광학 수단 내부에서 경사지도록 배치된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
The plurality of first optical elements are arranged to be inclined inside the first optical means so as to emit and transmit the virtual image light emitted from the light conversion unit to the second optical means. Optical devices.
청구항 13에 있어서,
상기 복수개의 제1 광학 소자들은, 증강 현실용 광학 장치를 동공 정면에 두고 바라 보았을 때 제1 방향에 대해 경사각을 가지는 동시에 측면에서 보았을 때에 상기 제2 방향에 대해 경사각을 가지도록 상기 제1 광학 수단 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 13,
The plurality of first optical elements may have an inclination angle with respect to the first direction when viewed from the front of the pupil of the augmented reality optical device and at the same time have an inclination angle with respect to the second direction when viewed from the side. An optical device for augmented reality, characterized in that it is disposed inside.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 제1 광학 소자들의 각각의 폭 방향의 길이는 상기 화상 출사부의 폭 방향의 길이에 상응하도록 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
An optical device for augmented reality, wherein the width direction length of each of the plurality of first optical elements is formed to correspond to the width direction length of the image emitting unit.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 제1 광학 소자들은, 입사하는 빛을 반사시키는 반사 수단인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
An optical device for augmented reality, wherein the plurality of first optical elements are reflection means that reflect incident light.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 제1 광학 소자들은, 입사광의 일부를 투과시키고 일부를 반사시키는 하프 미러인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
An optical device for augmented reality, wherein the plurality of first optical elements are half mirrors that transmit part of the incident light and reflect part of the incident light.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 제1 광학 소자들은, 굴절 소자, 회절 소자 및 홀로그래픽 광학 소자 중 어느 하나이거나 또는 이들의 조합에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
An optical device for augmented reality, wherein the plurality of first optical elements are one of a refractive element, a diffractive element, and a holographic optical element, or a combination thereof.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 제1 광학 소자들 각각은, 복수개의 광학 모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
An optical device for augmented reality, wherein each of the plurality of first optical elements is composed of a plurality of optical modules.
청구항 19에 있어서,
상기 복수개의 제1 광학 소자들 각각은, 증강 현실용 광학 장치를 측면에서 보았을 때 서로 이격되어 어레이 형태로 보이도록 배치되는 복수개의 광학 모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 19,
Each of the plurality of first optical elements is an optical device for augmented reality, characterized in that it is composed of a plurality of optical modules arranged to be spaced apart from each other and appear in an array form when the optical device for augmented reality is viewed from the side.
청구항 19에 있어서,
상기 복수개의 광학 모듈의 크기는 4mm 이하인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 19,
An optical device for augmented reality, wherein the size of the plurality of optical modules is 4 mm or less.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 제2 광학 소자 각각은, 상기 제2 광학 수단 내부를 통해 진행하는 가상 영상 화상광을 동공으로 전달할 수 있도록 상기 제2 광학 수단 내부에서 경사지도록 배치된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
An optical device for augmented reality, wherein each of the plurality of second optical elements is arranged to be inclined inside the second optical means so as to transmit virtual image light traveling through the inside of the second optical means to the pupil. .
청구항 22에 있어서,
상기 제2 광학 수단은 가상 영상 화상광 및 실제 사물 화상광이 사용자의 동공을 향해 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면을 가지고,
상기 제1 광학 소자에서 출사된 가상 영상 화상광은 상기 제2 광학 수단의 제2 면에서 전반사되어 복수개의 제2 광학 소자로 전달되고,
상기 복수개의 제2 광학 소자들은, 상기 제2 광학 수단의 제2 면에서 전반사되어 전달되는 가상 영상 화상광을 동공으로 전달할 수 있도록 제2 광학 수단의 내부에서 경사각을 가지고 배치되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 22,
The second optical means has a first surface on which virtual image light and real object image light are emitted toward the user's pupil, and a second surface opposite the first surface and on which real object image light is incident,
The virtual image light emitted from the first optical element is totally reflected by the second surface of the second optical means and is transmitted to a plurality of second optical elements,
The plurality of second optical elements are arranged at an inclination angle inside the second optical means to transmit virtual image light transmitted by total reflection from the second surface of the second optical means to the pupil. Optics for reality.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 제2 광학 소자는, 상기 제1 방향으로 연장 형성되는 바(bar) 형상인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
An optical device for augmented reality, wherein the plurality of second optical elements have a bar shape extending in the first direction.
청구항 24에 있어서,
상기 복수개의 제2 광학 소자들은, 정면에서 보았을 때의 높이가 4mm 이하인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 24,
An optical device for augmented reality, wherein the plurality of second optical elements have a height of 4 mm or less when viewed from the front.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 제2 광학 소자들 각각은, 복수개의 광학 모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
An optical device for augmented reality, wherein each of the plurality of second optical elements is composed of a plurality of optical modules.
청구항 26에 있어서,
상기 복수개의 제2 광학 소자들 각각은, 증강 현실용 광학 장치를 정면에서 보았을 때 서로 이격되어 어레이 형태로 보이도록 배치되는 복수개의 광학 모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 26,
Each of the plurality of second optical elements is an optical device for augmented reality, characterized in that it is composed of a plurality of optical modules arranged to be spaced apart from each other and appear in an array form when the optical device for augmented reality is viewed from the front.
청구항 26에 있어서,
상기 복수개의 광학 모듈의 크기는 4mm 이하인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 26,
An optical device for augmented reality, wherein the size of the plurality of optical modules is 4 mm or less.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 제2 광학 소자들은, 입사하는 빛을 반사시키는 반사 수단인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
An optical device for augmented reality, wherein the plurality of second optical elements are reflection means that reflect incident light.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 제2 광학 소자들은, 입사광의 일부를 투과시키고 일부를 반사시키는 하프 미러인 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
An optical device for augmented reality, wherein the plurality of second optical elements are half mirrors that transmit part of the incident light and reflect part of the incident light.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 제2 광학 소자들은, 굴절 소자, 회절 소자 및 홀로그래픽 광학 소자 중 어느 하나이거나 또는 이들의 조합에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
An optical device for augmented reality, wherein the plurality of second optical elements are one of a refractive element, a diffractive element, and a holographic optical element, or a combination thereof.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 광학 수단과 제2 광학 수단은 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 증강 현실용 광학 장치.
In claim 1,
An optical device for augmented reality, wherein the first optical means and the second optical means are integrally formed.
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