KR102386259B1 - 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치에 관한 것으로서, 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 출사하는 화상 출사부; 상기 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 반사부; 및 상기 반사부가 배치되며, 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단을 포함하고, 상기 광학 수단은, 상기 반사부에서 반사된 증강 현실 화상광과 상기 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공을 향해 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면을 구비하고, 상기 반사부는, 상기 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이의 내부에 배치되고, 상기 광학 수단의 제1 면과 제2 면 중 적어도 어느 하나는 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.

Description

시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치{OPTICAL DEVICE FOR AUGMENTED REALITY HAVING VISUAL ACUITY CORRECTION FUNCTION}

본 발명은 증강 현실용 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 근시나 원시 등과 같은 굴절 이상을 갖는 사용자에 대한 시력 보정 기능을 제공할 수 있는 증강 현실용 광학 장치에 관한 것이다.

증강 현실(Augmented Reality, AR)이라 함은, 주지된 바와 같이, 현실 세계의 실제 영상에 컴퓨터 등에 의해 생성되는 가상의 영상이나 이미지를 겹쳐서 제공하는 것을 의미한다.

이러한 증강 현실을 구현하기 위해서는, 컴퓨터와 같은 디바이스에 의해 생성되는 가상의 영상이나 이미지를 현실 세계의 영상에 겹쳐서 제공할 수 있도록 하는 광학계를 필요로 한다. 이러한 광학계로서는 HMD(Head Mounted Display)나 안경형의 장치를 이용하여 가상 영상을 반사 또는 굴절시키는 프리즘 등과 같은 광학 수단을 사용하는 기술이 알려져 있다.

한편, 근시나 원시 등과 같은 굴절 이상은 한국인의 50% 이상이 겪는 매우 흔한 문제인데, 이러한 굴절 이상을 갖는 사용자는 안경과 같은 시력 보정 기구를 착용해야 하며, 따라서 증강 현실 영상을 관찰하기 위해서는 시력 보정 기구와 더불어서 증강 현실을 제공하기 위한 별도의 장치를 이중으로 착용해야 한다는 문제가 있다.

종래의 증강 현실 장치에서는, 이러한 문제를 해결하기 위해서 시력 교정용 렌즈에 거울 역할을 하는 홀로그램 필름을 붙여서 광학 합성기로 사용하는 방식이 제안되어 있다.

도 1은 안경형으로 구현된 증강 현실 장치와 상기 증강 현실 장치의 렌즈에 부착되어 광학 합성기로 사용되는 홀로그램 필름을 나타낸 것이다.

이러한 방식은, 홀로그램 필름이 좁은 면적을 가지기 때문에 이로 인하여 증강 현실 화상(가상 영상)의 사용 조건(시야각, 아이박스(eyebox) 등)이 심하게 제한된다는 문제가 있다. 또한, 사용할 수 있는 디스플레이의 제한으로 인하여(예: 레이저 프로젝션) 영상품질, 해상도, 색상 표현력에서 현저하게 제한된다는 문제도 있다. 나아가, 단일 곡면으로 시력 보정을 하기 때문에, 시력 보정 범위가 -4D~+2D 범위로 한정된다는 한계도 있다.

한편, 안경형 증강 현실 장치에 별도의 렌즈 클립을 장착하는 방식도 알려져 있다.

도 2는 안경형 증강 현실 장치에 별도의 초점 교정용 렌즈를 클립 형태로 장착한 것을 나타낸 것이다.

이 방식은 초점 교정용 렌즈를 자석형 클립으로 안경형 증강 현실 장치에 장착하여 사용하는 방식으로서, 초점 교정용 렌즈를 별도로 추가로 장착하여야 하므로 부피 및 무게가 증가하는 단점이 있고, 또한 가상 영상과 실상 영상에 대한 시력 교정을 위해서는 렌즈 클립을 항상 안경 안쪽(사용자 쪽) 방향에만 착용해야 하므로 디자인상의 제약이 발생한다는 한계가 있다.

따라서, 증강 현실 광학 장치에 있어서 간편하고 효율적인 방식으로 시력 교정 기능을 제공하는 기술의 개발이 요망되고 있다.

대한민국 등록특허공보 10-1660519호(2016.09.29 공고)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 근시나 원시 등과 같은 굴절 이상을 갖는 사용자에 대한 시력 보정 기능을 제공할 수 있는 증강 현실용 광학 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 광학 수단의 곡면 설계 방식, 반사부의 곡면 설계 방식 및 보조 광학 소자를 이용하는 방식 중 적어도 어느 하나의 방식을 조합하여 사용할 수 있도록 함으로써, 굴절 이상을 갖는 사용자에 대한 시력 보정 기능을 효율적으로 제공할 수 있으며, 부피가 작고 무게가 가벼우면서도 설계 및 디자인의 자유도를 높일 수 있는 증강 현실용 광학 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치로서, 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 출사하는 화상 출사부; 상기 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 반사부; 및 상기 반사부가 배치되며, 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단을 포함하고, 상기 광학 수단은, 상기 반사부에서 반사된 증강 현실 화상광과 상기 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공을 향해 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면을 구비하고, 상기 반사부는, 상기 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이의 내부에 배치되고, 상기 광학 수단의 제1 면과 제2 면 중 적어도 어느 하나는 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.

여기에서, 상기 곡면은 오목면 또는 볼록면인 것이 바람직하다.

또한, 상기 곡면으로 형성된 면이 아닌 다른 면은 평면, 오목면 또는 볼록면 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 면은 오목면으로 형성되고, 상기 제2 면은 볼록면으로 형성하되, 상기 제1 면의 곡률은 상기 제2 면의 곡률보다 크게 할 수도 있다.

또한, 상기 제1 면은 오목면으로 형성되고, 상기 제2 면은 볼록면으로 형성하되, 상기 제2 면의 곡률은 상기 제1 면의 곡률보다 크게 할 수도 있다.

또한, 상기 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광은 광학 수단의 제1 면 및 제2 면 중 적어도 어느 하나에 의해 적어도 1회 이상 전반사된 후 반사부로 전달되고, 상기 광학 수단의 제1 면 및 제2 면 중 적어도 어느 하나는 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광을 전반사하기 위한 평면으로 형성된 전반사 영역을 구비할 수 있다.

또한, 상기 반사부는, 곡면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 화상 출사부로부터 출사하는 증강 현실 화상광은 보조 광학 소자를 통해 반사부로 전달될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치로서, 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 출사하는 화상 출사부; 상기 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 반사부; 및 상기 반사부가 배치되며, 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단을 포함하고, 상기 반사부의 표면은 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.

여기에서, 상기 반사부의 표면은 오목면 또는 볼록면일 수 있다.

또한, 상기 반사부는 복수개로 형성되고, 상기 복수개의 반사부는, 곡면으로 형성된 표면을 갖는 하나의 반사 수단을 복수개로 분할한 단위 반사 수단들 중 적어도 일부로 구성될 수 있다.

또한, 상기 복수개의 반사부는 하나의 반사 수단을 동공 정면 방향에 둔 상태에서 복수개의 단위 반사 수단으로 분할하고, 이들 중 반사부로 사용할 단위 반사 수단을 그 형태를 유지한 채 동공 정면 방향에 수평한 방향을 따라 이동시켜 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이에 위치하도록 배치될 수도 있다.

또한, 상기 광학 수단은, 상기 반사부에서 반사된 증강 현실 화상광과 상기 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공을 향해 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면을 구비하고, 상기 반사부는, 상기 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이의 내부에 배치되고, 상기 광학 수단의 제1 면과 제2 면 중 적어도 어느 하나는 곡면으로 형성되도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 화상 출사부로부터 출사하는 증강 현실 화상광은 보조 광학 소자를 통해 반사부로 전달될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치로서, 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 출사하는 화상 출사부; 상기 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 반사부; 및 상기 반사부가 배치되며, 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단을 포함하고, 상기 화상 출사부로부터 출사하는 증강 현실 화상광은 보조 광학 소자를 통해 반사부로 전달되는 것을 특징으로 하는 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치를 제공한다.

여기에서, 상기 보조 광학 소자는, 굴절 수단, 회절 수단 또는 홀로그램 소자 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

또한, 상기 굴절 수단은, 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈일 수 있다.

또한, 상기 화상 출사부는, 증강 현실용 화상을 화면에 표시함으로써 화면을 통해 증강 현실 화상광을 출사하는 디스플레이 장치와 디스플레이 장치에서 출사되는 증강 현실 화상광을 시준한 광을 출사하는 콜리메이터를 구비하고, 상기 콜리메이터의 초점 거리를 변경시키거나 상기 디스플레이 장치와 상기 콜리메이터의 거리를 변경함으로써 증강 현실 화상광이 광학 수단으로 전달되는 광 경로를 변경시킬 수 있다.

또한, 상기 광학 수단은, 상기 반사부에서 반사된 증강 현실 화상광과 상기 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공을 향해 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면을 구비하고, 상기 반사부는, 상기 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이의 내부에 배치되고, 상기 광학 수단의 제1 면과 제2 면 중 적어도 어느 하나는 곡면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 반사부는, 곡면으로 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 근시나 원시 등과 같은 굴절 이상을 갖는 사용자에 대한 시력 보정 기능을 제공할 수 있는 증강 현실용 광학 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 광학 수단의 곡면 설계 방식, 반사부의 곡면 설계 방식 및 보조 광학 소자를 이용하는 방식 중 적어도 어느 하나의 방식을 조합하여 사용할 수 있도록 함으로써, 굴절 이상을 갖는 사용자에 대한 시력 보정 기능을 효율적으로 제공할 수 있으며, 부피가 작고 무게가 가벼우면서도 설계 및 디자인의 자유도를 높일 수 있는 증강 현실용 광학 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 안경형으로 구현된 증강 현실 장치와 상기 증강 현실 장치의 렌즈에 부착되어 광학 합성기로 사용되는 홀로그램 필름을 나타낸 것이다.
도 2는 안경형 증강 현실 장치에 별도의 초점 교정용 렌즈를 클립 형태로 장착한 것을 나타낸 것이다.
도 3은 상기 특허 문헌 1에 개시된 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(100)를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(200)의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(300)의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(400)의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(500)의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(600)의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(700)의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(800)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 10은 증강 현실용 광학 장치(800)의 전체적인 구성을 나타낸 측면도이고, 도 11은 반사부(21A, 21B)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(900)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 12는 증강 현실용 광학 장치(900)의 전체적인 구성을 나타낸 측면도이고, 도 13은 반사부(22A, 22B)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(1000, 1100)를 나타낸 도면이다.
도 16은 콜리메이터(12A, 12B)를 이용한 시력 보정 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(1200, 1300)를 나타낸 것으로서, 도 4 내지 도 16의 실시예를 조합하여 사용한 경우를 예시적으로 나타낸 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

우선, 본 발명의 기본 원리를 상기 특허 문헌 1을 참조하여 간략하게 설명한다.

특허 문헌 1에 기재된 기술은, 종래의 광학계를 이용한 증강 현실 구현 장치의 문제점, 즉, 그 구성이 복잡하여 무게와 부피가 상당하므로 사용자가 착용하기에 불편함이 있고 제조 공정 또한 복잡하므로 제조 비용이 높다는 문제점을 해결하기 위한 것이다.

또한 ,종래의 광학계를 이용한 증강 현실 구현 장치는, 사용자가 현실 세계를 응시할 때 초점 거리를 변경하는 경우 가상 영상의 초점이 맞지 않게 된다는 한계가 있으며, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 가상 영상에 대한 초점 거리를 조절할 수 있는 프리즘과 같은 구성을 이용하거나 초점 거리의 변경에 따라 가변형 초점 렌즈를 전기적으로 제어하는 등의 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이러한 기술 또한 초점 거리를 조절하기 위하여 사용자가 별도의 조작을 해야 하거나 초점 거리의 제어를 위한 별도의 프로세서 등과 같은 하드웨어 및 소프트웨어를 필요로 한다는 점에서 문제가 있다.

따라서, 본 출원인은, 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이, 사람의 동공보다 작은 크기의 반사부를 이용하여 가상 영상을 동공을 통해 망막에 투영함으로써 부피 및 무게를 현저하게 줄이고 제조 공정을 단순화시킬 수 있으며, 사용자의 초점 거리 변경 여부에 관계없이 항상 선명한 가상 영상을 제공할 수 있는 증강 현실 구현 장치를 제안한 바 있다.

도 3은 상기 특허 문헌 1에 개시된 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(100)를 나타낸 도면이다.

도 3의 증강 현실용 광학 장치(100)는 화상 출사부(10), 반사부(20) 및 광학 수단(30)을 포함한다.

화상 출사부(10)는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광을 출사하는 수단으로서 예컨대 소형 디스플레이 장치로 구현될 수 있다.

반사부(20)는 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광을 사용자의 동공을 향해 반사시킴으로써 증강 현실용 화상을 제공한다. 반사부(20)는, 화상 출사부(10)와 동공 사이에서 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광을 동공으로 반사시킬 수 있도록 적절한 각도를 가지고 광학 수단(30) 내부에 배치된다.

광학 수단(30)는 실제 사물로부터 출사된 화상광의 적어도 일부를 투과시키는 수단으로써 예컨대 안경 렌즈이거나 안경에 부착하여 사용할 수 있는 렌즈 모듈 형태일 수 있으며, 그 내부에 반사부(20)가 매립되어 있다. 프레임부(40)는 화상 출사부(10)와 광학 수단(30)을 고정 및 지지하는 수단이다.

도 3의 반사부(20)는, 사람의 동공 크기보다 작은 크기 즉, 8mm 이하로 형성되어 있는데, 이와 같이 반사부(20)를 동공 크기보다 작게 형성함으로써 반사부(20)를 통해 동공으로 입사하는 빛에 대한 심도(Depth of Field)를 거의 무한대에 가깝게 즉, 심도를 매우 깊게 할 수 있다. 여기서, 심도라 함은, 초점이 맞는 것으로 인식되는 범위를 말하는데, 심도가 깊어지게 되면 증강 현실용 화상에 대한 초점 범위도 넓어진다는 것을 의미하고 따라서 사용자가 실제 세계를 응시하면서 실제 세계에 대한 초점 거리를 변경하더라도 이와 관계없이 증강 현실용 화상의 초점은 항상 맞는 것으로 인식하게 된다. 이는 일종의 핀홀 효과(pin hole effect)라고 볼 수 있다. 따라서, 도 3에 나타낸 바와 같은 증강 현실용 광학 장치(100)는, 사용자가 실제 세계에 존재하는 실제 사물을 응시하면서 초점 거리를 변경하는 것과 상관없이 증강 현실용 화상에 대해서는 항상 선명한 가상 영상을 제공할 수 있다.

본 발명은 이러한 특허 문헌 1에 기재된 바와 같은 기술에 기초하여 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치를 제공하는 것을 특징으로 하는 바, 도 4 이하를 참조하여 본 발명에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(100)를 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(200)의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.

도 4의 (a)는 본 발명의 일실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(200)의 측면도를 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 본 실시예와의 비교를 위해 특허 문헌 1에 기재된 바와 같은 종래 기술의 증강 현실용 광학 장치(100)의 측면도를 나타낸 것이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(200, 이하, 간단히 "증강 현실용 광학 장치(200)"라 한다)는, 화상 출사부(10), 반사부(20) 및 광학 수단(30)을 포함한다.

화상 출사부(10)는, 증강 현실용 화상광에 상응하는 화상광을 출사하는 수단이다.

화상 출사부(10)는 증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 광학 수단(30)을 향해 출사하는 수단으로서, 예컨대 증강 현실용 화상을 화면에 표시함으로써 화면을 통해 증강 현실 화상광을 출사하는 소형의 LCD와 같은 디스플레이 장치(11)와 디스플레이 장치(11)에서 출사되는 증강 현실 화상광을 시준한 광을 출사하는 콜리메이터(12)로 구성될 수 있다.

도 4에서는 콜리메이터(12)를 포함하는 경우를 예시적으로 나타내었으나, 이는 필수적인 것이 아니며 생략할 수도 있음은 물론이다. 또한, 콜리메이터(12) 이외에 디스플레이 장치(11)로부터 출사되는 증강 현실 화상광을 반사, 굴절 또는 회절시켜서 광학 수단(30)을 향해 전달하는 반사 수단, 굴절 수단 또는 회절 수단을 사용할 수도 있다.

이러한 화상 출사부(10) 자체는 본 발명의 직접적인 목적이 아니며 종래 기술에 의해 알려져 있는 것이므로 여기에서는 상세 설명은 생략한다.

한편, 증강 현실용 화상이라 함은, 디스플레이 장치(11)의 화면에 표시되어 화상 출사부(10), 반사부(20) 및 광학 수단(30)을 통해 사용자의 동공(40)으로 전달되는 가상 화상을 의미하며, 이미지 형태의 정지 영상이거나 동영상과 같은 것일 수 있다.

이러한 증강 현실용 화상은 디스플레이 장치(11)로부터 화상광으로 출사되어 화상 출사부(10), 반사부(20) 및 광학 수단(30)에 의해 사용자의 동공(40)으로 전달됨으로써 사용자에게 가상 화상을 제공하게 되고, 이와 동시에 사용자는 광학 수단(30)을 통해 실제 세계에 존재하는 실제 사물로부터 출사되는 화상광인 실제 사물 화상광을 눈으로 직접 응시함으로써 증강 현실 서비스를 제공받게 된다.

반사부(20)는, 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공(40)을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 수단이다.

반사부(20)는, 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이의 내부에 배치된다.

여기에서, 제1 면(31)은, 사용자가 증강 현실용 광학 장치(100)를 착용했을 경우 사용자의 동공(40)쪽의 면을 의미하고, 제2 면(32)은 그 반대면을 의미하는 것으로 정의한다.

즉, 광학 수단(30)은 반사부(20)에서 반사된 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공(40)을 향해 출사하는 제1 면(31)과, 제1 면(31)에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면(32)을 구비하며, 반사부(20)는 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이의 광학 수단(30)의 내부에 배치된다.

한편, 도 4에서는, 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 1회 전반사된 후 반사부(20)로 전달되는 것으로 나타내었으나, 이는 예시적인 것이며, 광학 수단(30)의 제1 면(31) 또는 제2 면(32)에서 2회 이상 전반사되어 반사부(20)로 전달되도록 구성할 수도 있음은 물론이다.

또한, 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실 화상광은, 광학 수단(30)의 내면에서 전반사되지 않고 직접 반사부(20)로 전달되도록 구성할 수도 있다.

반사부(20)는, 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공(40)을 향해 반사시켜 전달할 수 있도록 광학 수단(20)의 내면에서 적절한 경사각을 가지고 배치된다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실 화상광이 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 1회 전반사되어 반사부(20)로 전달되는 구성을 사용하는 경우, 화상 출사부(10)로부터 광학 수단(30)의 제2 면(32)으로 입사하는 증강 현실 화상광과 제2 면(32)에서 전반사되어 반사부(20)로 출사하는 증강 현실 화상광 그리고 동공(40)의 위치를 고려하여 반사부(20)의 경사각을 적절하게 배치한다.

한편, 반사부(20)는, 앞서 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 심도를 깊게 하여 핀홀 효과를 얻을 수 있도록 사람의 동공 크기보다 작은 크기 즉, 8mm 이하로 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 반사부(20)는, 사람의 일반적인 동공 크기보다 작은 크기 즉, 8mm 이하, 보다 바람직하게는 4mm 이하로 형성되는데, 이에 의해 반사부(20)를 통해 동공으로 입사하는 빛에 대한 심도(Depth of Field)를 거의 무한대에 가깝게 즉, 심도를 매우 깊게 할 수 있고, 따라서 사용자가 실제 세계를 응시하면서 실제 세계에 대한 초점 거리를 변경하더라도 이와 관계없이 증강 현실용 화상의 초점은 항상 맞는 것으로 인식하게 하는 핀홀 효과(pin hole effect)를 발생시킬 수 있다.

한편, 반사부(20)는, 2 이상의 복수개로 형성할 수도 있는데, 복수개의 반사부(20) 각각은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 전반사된 증강 현실 화상광이 다른 반사부(20)에 전달되는 것을 차단하지 않도록 적절히 배치된다. 이 경우에도 각각의 반사부(20)의 크기는 8mm 이하 보다 바람직하게는 4mm 이하로 형성한다.

한편, 광학 수단(30)은, 반사부(20)가 배치되며, 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공(40)을 향해 투과시키는 수단이다.

여기에서, 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 동공(40)을 향해 투과시킨다는 것은 실제 사물 화상광의 빛 투과율이 반드시 100%일 필요는 없다는 의미이다.

또한, 광학 수단(30)은, 도 4에 나타낸 바와 같이 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실 화상광을 전반사시키는 구성을 사용하는 경우에는 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실 화상광을 제1 면(31) 또는 제2 면(32)에서 적어도 1회 이상 반사시켜 반사부(20)로 전달한다.

광학 수단(10)은, 전술한 바와 같이, 반사부(20)에서 반사된 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공을 향해 출사되는 제1 면(31)과, 상기 제1 면(31)에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면(32)을 구비하며, 반사부(20)는 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이의 내부에 배치된다.

광학 수단(10)은, 유리 또는 플라스틱 재질 및 기타 합성 수지재의 렌즈로 형성할 수 있다.

한편, 광학 수단(10)의 제1 면(31)과 제2 면(32) 중 적어도 어느 하나는 곡면으로 형성될 수 있다. 즉, 제1 면(31) 또는 제2 면(32) 중 어느 하나가 곡면일 수 있고, 제1 면(31) 및 제2 면(32) 모두 곡면으로 형성될 수 있다.

여기에서, 상기 곡면은 오목면 또는 볼록면일 수 있는데, 오목면이라 함은, 해당 면을 정면에서 보았을 때 중앙 부분이 가장자리 부분보다 얇게 형성되어 오목하게 된 것을 의미하며, 볼록면이라 함은 해당 면을 정면에서 보았을 때 중앙 부분이 가장자리 부분보다 두껍게 형성되어 볼록하게 돌출된 것을 의미하는 것으로 한다.

제1 면(31)이 오목면으로 형성된 경우, 제2 면(32)은 평면, 오목면 또는 볼록면 중의 어느 하나로 형성될 수 있다.

도 4의 (a)에 나타낸 실시예는, 제1 면(31)이 오목면으로 형성되고, 제2 면(32)은 평면으로 형성된 경우를 나타낸 것으로서, 근시인 사용자의 시력 보정을 위한 것이다.

즉, 사용자가 근시인 경우, 도 4의 (b)의 증강 현실용 광학 장치(100)에 의하면, 붉은색 점선으로 나타낸 증강 현실 화상광은 디스플레이 장치(11)에서 출사되어 콜리메이터(12)를 거쳐 광학 수단(30)의 제2 면(32)에 입사하고, 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 전반사되어 반사부(20)로 입사하며 이후 반사부(20)에서 반사되어 동공(40)으로 전달된다. 이 때 제1 면(31)은 평면으로 형성되어 있으므로 증강 현실 화상광은 제1 면(31)을 그대로 통과하게 되고 따라서 망막보다 앞쪽에 상이 맺히게 된다.

또한, 검은색 실선으로 나타낸 실제 사물 화상광 또한 제1 면(31)과 제2 면(32)이 모두 평면으로 형성되어 있으므로, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 실제 사물 화상광도 망막보다 앞쪽에 상이 맺히게 된다.

한편, 도 4의 (a)의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(200)에 의하면, 붉은색 점선으로 나타낸 증강 현실 화상광은 디스플레이 장치(11)에서 출사되어 콜리메이터(12)를 거쳐 광학 수단(30)의 제2 면(32)에 입사하고, 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 전반사되어 반사부(20)로 입사하며 이후 반사부(20)에서 반사되어 동공(40)으로 전달된다. 이 때 제1 면(31)이 오목면으로 형성되어 있으므로 증강 현실 화상광은 제1 면(31)을 통과하면서 바깥쪽 방향으로 발산하게 되므로, 동공(40)을 지나면서 초점 거리가 길어져서 망막에 상이 맺히도록 전달됨을 알 수 있다.

또한, 도 4의 (a)의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(200)에 의하면, 검은색 실선으로 나타낸 실제 사물 화상광 또한 제1 면(31)을 통과하면서 바깥쪽 방향으로 발산하게 되므로 동공(40)을 지나면서 초점 거리가 길어져서 망막에 상이 맺히도록 전달됨을 알 수 있다.

따라서, 도 4의 (a)의 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(200)는, 근시인 사용자에 대해 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광 모두에 대한 시력 보정 기능을 제공할 수 있다.

한편, 광학 수단(30)의 제1 면(31)은 볼록면으로 형성될 수도 있다. 이 경우에도, 제2 면(32)은 평면, 오목면 또는 볼록면 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(300)의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.

도 5의 (a)는 본 발명의 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(300)의 측면도를 나타낸 것이고, 도 5의 (b)는 본 실시예와의 비교를 위해 특허 문헌 1에 기재된 바와 같은 종래 기술의 증강 현실용 광학 장치(100)의 측면도를 나타낸 것이다.

도 5의 (a)에 나타낸 실시예는, 광학 수단(30)의 제1 면(31)이 볼록면으로 형성되고, 제2 면(32)은 평면으로 형성된 것을 특징으로 하며, 원시인 사용자의 시력 보정을 위한 것이다.

즉, 사용자가 원시인 경우 도 5의 (b)의 증강 현실용 광학 장치(100)에 의하면, 제1 면(31)과 제2 면(32)이 모두 평면으로 형성되어 있으므로, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 붉은색 점선으로 나타낸 증강 현실 화상광과 검은색 실선으로 나타낸 실제 사물 화상광 모두가 망막보다 뒤쪽에 상이 맺히게 된다.

한편, 도 5의 (a)의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(300)에 의하면, 붉은색 점선으로 나타낸 증강 현실 화상광은 디스플레이 장치(11)에서 출사되어 콜리메이터(12)를 거쳐 광학 수단(30)의 제2 면(32)에 입사하고, 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 전반사되어 반사부(20)로 입사하고, 이후 반사부(20)에서 반사되어 동공(40)으로 전달된다. 이 때, 제1 면(31)이 볼록면으로 형성되어 있으므로 증강 현실 화상광은 제1 면(31)을 통과하면서 안쪽 방향으로 수렴하게 되고, 따라서 동공(40)을 지나면서 초점 거리가 짧아져서 망막에 상이 맺히도록 전달됨을 알 수 있다.

또한, 도 5의 (a)의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(300)에 의하면, 검은색 실선으로 나타낸 실제 사물 화상광 또한 제1 면(31)을 통과하면서 안쪽 방향으로 수렴하게 되므로 동공(40)을 지나면서 초점 거리가 짧아져서 망막에 상이 맺히도록 전달됨을 알 수 있다.

따라서, 도 5의 (a)의 실시예는, 원시인 사용자에 대해 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광 모두에 대한 시력 보정 기능을 제공할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(400)의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.

도 6의 (a)는 본 발명의 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(400)의 측면도를 나타낸 것이고, 도 6의 (b)는 본 실시예와의 비교를 위해 특허 문헌 1에 기재된 바와 같은 종래 기술의 증강 현실용 광학 장치(100)의 측면도를 나타낸 것이다.

도 6의 (a)에 나타낸 실시예는, 광학 수단(30)의 제2 면(32)이 오목면으로 형성되고, 제1 면(31)은 평면으로 형성된 것을 특징으로 하며, 근시인 사용자에 대해 실제 사물 화상광에 대한 시력 보정을 위한 것이다.

즉, 사용자가 근시인 경우 도 6의 (b)의 증강 현실용 광학 장치(100)에 의하면 앞서 설명한 바와 같이 제1 면(31)과 제2 면(32)이 모두 평면으로 형성되어 있으므로, 붉은색 점선으로 나타낸 증강 현실 화상광과 검은색 실선으로 나타낸 실제 사물 화상광 모두가 망막보다 앞쪽에 상이 맺히게 된다.

한편, 도 6의 (a)의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(400)에 의하면, 검은색 실선으로 나타낸 실제 사물 화상광은 제2 면(32)을 통과하면서 바깥쪽 방향으로 발산하고 이후 제1 면(31) 및 동공(40)을 지나면서 초점 거리가 길어져서 망막에 상이 맺히도록 전달됨을 알 수 있다.

다만, 도 6의 (a)의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(400)의 경우에는, 제1 면(31)은 평면으로 형성되어 있으므로, 증강 현실 화상광에 대한 시력 보정 기능은 제공할 수 없다.

따라서, 도 6의 (a)의 실시예는, 근시인 사용자에 대해 실제 사물 화상광에만 한정된 시력 보정 기능을 제공할 수 있다.

한편, 도 6의 (a)의 실시예에서는, 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 1회 전반사된 후 반사부(20)로 입사하도록 구성되어 있다. 이러한 경우, 광학 수단(30)의 제2 면(32)은 화상 출사부(10)로부터의 증강 현실 화상광을 전반사하기 위한 평면으로 형성된 전반사 영역(33)을 구비해야 한다.

화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(30)의 제1 면(31) 및 제2 면(32)에서 적어도 2회 이상 전반사되는 경우, 전반사가 이루어지는 제1 면(31) 및 제2 면(32)은 모두 평면으로 형성된 전반사 영역(33)을 구비한다.

즉, 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실 화상광은 광학 수단(30)의 제1 면(31) 및 제2 면(32) 중 적어도 어느 하나에 의해 적어도 1회 이상 전반사된 후 반사부(20)로 전달될 수 있고, 이 때 전반사가 이루어지는 광학 수단(30)의 제1 면(31) 및 제2 면(32) 중 적어도 어느 하나는, 화상 출사부(10)로부터 출사된 증강 현실 화상광을 전반사하기 위한 평면의 전반사 영역(33)을 구비하는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(500)의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.

도 7의 (a)는 본 발명의 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(500)의 측면도를 나타낸 것이고, 도 7의 (b)는 본 실시예와의 비교를 위해 특허 문헌 1에 기재된 바와 같은 종래 기술의 증강 현실용 광학 장치(100)의 측면도를 나타낸 것이다.

도 7의 (a)에 나타낸 실시예는, 제2 면(32)이 볼록면으로 형성되고, 제1 면(31)은 평면으로 형성된 경우를 나타낸 것으로서, 원시인 사용자에 대해 실제 사물 화상광에 대한 시력 보정을 위한 것이다.

즉, 사용자가 원시인 경우 도 7의 (b)의 증강 현실용 광학 장치(100)에 의하면 앞서 설명한 바와 같이 제1 면(31)과 제2 면(32)이 모두 평면으로 형성되어 있으므로, 붉은색 점선으로 나타낸 증강 현실 화상광과 검은색 실선으로 나타낸 실제 사물 화상광 모두가 망막보다 뒤쪽에 상이 맺히게 된다.

한편, 도 7의 (a)의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(500)에 의하면, 검은색 실선으로 나타낸 실제 사물 화상광은 제2 면(32)을 통과하면서 안쪽 방향으로 수렴하고 이후 제1 면(31) 및 동공(40)을 지나면서 초점 거리가 짧아져서 망막에 상이 맺히도록 전달됨을 알 수 있다.

다만, 도 7의 (a)의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(500)의 경우에는, 제1 면(31)은 평면으로 형성되어 있으므로, 증강 현실 화상광에 대한 시력 보정 기능은 제공할 수 없다.

따라서, 도 7의 (a)의 실시예는, 원시인 사용자에 대해 실제 사물 화상광에만 한정된 시력 보정 기능을 제공할 수 있다.

도 6 및 도 7의 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(400,500)를 단독으로 사용하는 경우 증강 현실 화상광에 대한 시력 보정 기능을 제공할 수는 없으나, 이들을 다른 보조 광학 장치와 사용하는 경우 증강 현실 화상광에 대한 시력 보정 기능을 제공할 수 있다. 예컨대, 증강 현실용 광학 장치(400, 500)를 별도의 렌즈 모듈로 형성하고 이를 예컨대 클립 등과 같은 수단으로 일반적인 안경에 결합시키는 형태로 사용하거나 증강 현실용 광학 장치(400, 500)를 안경 형태로 구현하고 증강 현실 화상광의 시력 보정을 위한 별도의 렌즈 모듈을 사용하는 등과 같은 형태로 결합하여 사용할 수 있으므로, 디자인 및 설계 상의 자유도를 높일 수 있다는 장점이 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(600)의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.

도 8의 (a)는 본 발명의 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(600)의 측면도를 나타낸 것이고, 도 8의 (b)는 본 실시예와의 비교를 위해 특허 문헌 1에 기재된 바와 같은 종래 기술의 증강 현실용 광학 장치(100)의 측면도를 나타낸 것이다.

도 8의 (a)에 나타낸 실시예는, 광학 수단(30)의 제1 면(31)을 오목면으로 형성하고, 제2 면(32)을 볼록면으로 형성하되, 제2 면(32)의 곡률보다 제1 면(31)의 곡률을 크게 함으로써 전체적으로 광학 수단(30)이 오목 렌즈의 역할을 하도록 형성한 경우를 나타낸 것으로서, 근시인 사용자에 대해 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광에 대한 시력 보정을 위한 것이다.

즉, 사용자가 근시인 경우 도 8의 (b)의 증강 현실용 광학 장치(100)에 의하면 앞서 설명한 바와 같이 제1 면(31)과 제2 면(32)이 모두 평면으로 형성되어 있으므로, 붉은색 점선으로 나타낸 증강 현실 화상광과 검은색 실선으로 나타낸 실제 사물 화상광 모두가 망막보다 앞쪽에 상이 맺히게 된다.

한편, 도 8의 (a)의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(600)에 의하면, 앞서 도 4의 (a)에서 설명한 바와 같이, 붉은색 점선으로 나타낸 증강 현실 화상광은 디스플레이 장치(11)에서 출사되어 콜리메이터(12)를 거쳐 광학 수단(30)의 제2 면(32)에 입사하고, 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 전반사되어 반사부(20)로 입사하고, 이후 반사부(20)에서 반사되어 동공(40)으로 전달된다. 이 때 제1 면(31)이 오목면으로 형성되어 있으므로 증강 현실 화상광은 제1 면(31)을 통과하면서 바깥쪽 방향으로 발산하게 되므로, 동공(40)을 지나면서 초점 거리가 길어져서 망막에 상이 맺히도록 전달됨을 알 수 있다.

또한, 도 8의 (a)의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(600)에 의하면, 검은색 실선으로 나타낸 실제 사물 화상광은 볼록면으로 형성된 제2 면(32)을 통과하면서 약간 안쪽 방향으로 수렴하지만 제2 면(32)의 곡률보다 큰 곡률을 갖는 제1 면(31)을 통과하면서 바깥쪽 방향으로 보다 크게 발산하게 되므로 동공(40)을 지나면서 전체적으로는 초점 거리가 길어져서 망막에 상이 맺히도록 전달됨을 알 수 있다.

따라서, 도 8의 (a)의 실시예는, 근시인 사용자에 대해 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광 모두에 대한 시력 보정 기능을 제공할 수 있다. 이 경우, 광학 수단(30)은 실제 근시 사용자들이 사용하는 안경 렌즈로 구현할 수 있으므로, 증강 현실용 광학 장치(600)만으로 별도의 보조 광학 수단 없이 안경 형태의 증강 현실 제공 장치로 사용할 수 있는 장점이 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(700)의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.

도 9의 (a)는 본 발명의 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(700)의 측면도를 나타낸 것이고, 도 9의 (b)는 본 실시예와의 비교를 위해 특허 문헌 1에 기재된 바와 같은 종래 기술의 증강 현실용 광학 장치(100)의 측면도를 나타낸 것이다.

도 9의 (a)에 나타낸 실시예는, 도 8의 (a)의 실시예와 유사하지만, 제1 면(31)과 제2 면(32)을 모두 볼록면으로 형성하여 전체적으로 광학 수단(30)이 볼록 렌즈의 역할을 하도록 형성한 경우를 나타낸 것으로서, 원시인 사용자에 대해 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광에 대한 시력 보정을 위한 것이다. 기타 구성은 도 8에서 설명한 바와 동일하므로 상세 설명은 생략한다.

한편, 도시하지는 않았으나, 광학 수단(30)의 제1 면(31)은 오목면으로 형성하고, 제2 면(32)은 볼록면으로 형성하되, 제1 면(31)의 곡률보다 제2 면(32)의 곡률을 크게 함으로써 전체적으로 광학 수단(30)이 볼록 렌즈(이러한 렌즈를 보통 포지티브 메니스커스(positive meniscus) 렌즈라 한다)로서의 역할을 수행하도록 할 수도 있다. 이러한 경우는, 원시인 사용자에 대해 실제 사물 화상광에 대한 시력 보정 기능을 제공할 수 있으나, 증강 현실 화상광에 대한 시력 보정 효과는 미흡한 점이 있다. 따라서, 이 경우에는, 증강 현실 화상광의 시력 보정을 위해 다른 구성 요소(예컨대, 반사부의 곡면 구조, 콜리메이터의 두께나 간격 조절)를 이용하여 원시 사용자에 대한 증강 현실 화상광에 대한 시력 보정 기능을 제공할 필요가 있다.

이러한 도 8 및 도 9의 실시예 이외에도 제1 면(31)과 제2 면(32)을 모두 곡면으로 형성하는 다양한 조합을 사용할 수 있다. 이 경우, 제1 면(31)과 제2 면(32)을 오목면과 볼록면의 조합으로 형성하되 곡률을 적절히 조정함으로써 사용자가 근시인지 또는 원시인지의 여부에 따라 광학 수단(30)이 전체적으로 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈로서의 기능을 수행하도록 할 수 있다.

도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치(800)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 10은 증강 현실용 광학 장치(800)의 전체적인 구성을 나타낸 측면도이고, 도 11은 반사부(21A, 21B)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 10의 실시예는, 도 4 내지 도 9를 참조하여 설명했던 특허 문헌 1에 기재된 증강 현실용 광학 장치(100)와 기본적인 구성이 동일하지만, 반사부(21A, 21B)의 표면이 곡면으로 형성되어 있다는 점에서 차이가 있다.

여기에서, 반사부(21A, 21B)는 2 이상의 복수개로 형성될 수 있다.

또한, 반사부(21A, 21B)의 표면은 볼록면 또는 오목면으로 형성될 수 있다.

도 10의 실시예에서는, 볼록면으로 형성된 표면을 갖는 2개의 반사부(21A, 21B)가 형성되어 있으며, 근시인 사용자에 대해 증강 현실 화상광의 시력 보정 기능을 제공하기 위한 것이다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 붉은 색 점선으로 나타낸 증강 현실 화상광은 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 전반사된 후 반사부(21A, 21B)로 입사하고, 반사부(21A, 21B)에서 반사되어 동공(40)으로 전달되는데, 이 때 반사부(21A, 21B)가 볼록면으로 형성되어 있으므로, 증강 현실 화상광은 볼록면인 반사부(21A, 21B)에 의해 바깥쪽 방향으로 발산되면서 동공(40)으로 전달된다. 따라서, 증강 현실 화상광은 초점 거리가 길어져서 동공(40)을 거쳐 망막에 상이 맺히도록 전달될 수 있으며, 이에 의해 근시인 사용자에 대한 증강 현실 화상광의 시력 보정 기능을 제공할 수 있다.

한편, 반사부(21A, 21B)가 복수개로 형성된 경우, 복수개의 반사부(21A, 21B)는, 곡면으로 형성된 표면을 갖는 하나의 반사 수단(21)을 복수개로 분할한 단위 반사 수단들 중 적어도 일부로 구성될 수 있다.

도 11은 반사부(21A, 21B)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 곡면으로 형성된 표면을 갖는 하나의 반사 수단(21)을 도시한 바와 같이 4개의 점선으로 분할하면 3개의 단위 반사 수단을 얻을 수 있다.

이 중에서 단위 반사 수단 2를 제외하고, 단위 반사 수단 1과 단위 반사 수단 3의 2개의 단위 반사 수단을 이용하여 2개의 반사부(21A, 21B)를 형성할 수 있다.

도 11에서는, 하나의 반사 수단(21)을 분할하여 3개의 단위 반사 수단을 얻은 경우를 나타내었으나, 이는 예시적인 것이며 경우에 따라 4개, 5개 또는 그 이상의 단위 반사 수단을 분할 형성하고, 이들 중 일부를 이용하여 반사부를 구성할 수도 있음은 물론이다.

한편, 반사부(21A, 21B)는 도 11에 나타낸 바와 같이, 하나의 반사 수단(21)을 동공(40) 정면 방향에 둔 상태에서 복수개의 단위 반사 수단으로 분할하고, 이들 중 반사부(21A, 21B)로 사용할 단위 반사 수단들을 그 형태를 유지한 채 동공(40) 정면 방향에 수평한 방향을 따라 이동시켜 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이에 위치하도록 배치할 수 있다.

이 때, 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이에 배치되는 반사부(21A, 21B)는, 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32)에 수평하도록 나란히 배치될 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니며 전술한 바와 같이 각각의 반사부(21A, 21B)가 증강 현실 화상광을 다른 반사부에 대해 차단하지 않도록 적절한 각도를 가지도록 배치될 수 있다.

도 12 및 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(900)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 12는 증강 현실용 광학 장치(900)의 전체적인 구성을 나타낸 측면도이고, 도 13은 반사부(22A,22B)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 12 및 도 13의 실시예는, 도 10 및 도 11에서 설명한 실시예들과 기본적인 구성은 동일하지만, 반사부(22A, 22B)의 표면이 오목면으로 형성되어 있다는 점에서 차이가 있다.

도 12의 실시예에서는, 오목면으로 형성된 표면을 갖는 2개의 반사부(22A, 22B)가 형성되어 있으며, 이는 원시인 사용자에 대해 증강 현실 화상광의 시력 보정 기능을 제공하기 위한 것이다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 붉은 색 점선으로 나타낸 증강 현실 화상광은 광학 수단(30)의 제2 면(32)에서 전반사된 후 반사부(22A, 22B)로 입사하고, 반사부(22A, 22B)에서 반사되어 동공(40)으로 전달되는데, 이 때 반사부(22A, 22B)가 오목면으로 형성되어 있으므로, 증강 현실 화상광은 오목면인 반사부(22A, 22B)에 의해 안쪽 방향으로 수렴하면서 동공(40)으로 전달된다. 따라서, 증강 현실 화상광은 초점 거리가 짧아져서 동공(40)을 거쳐 망막에 상이 맺히도록 전달될 수 있으며, 이에 의해 원시인 사용자에 대한 증강 현실 화상광의 시력 보정 기능을 제공할 수 있다.

이 경우에도, 반사부(22A, 22B)가 복수개로 형성된 경우, 복수개의 반사부(22A, 22B)는, 곡면으로 형성된 표면을 갖는 하나의 반사 수단(21)을 복수개로 분할한 단위 반사 수단들 중 적어도 일부로 구성될 수 있다.

도 13은 반사부(22A, 22B)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 13의 반사부(22A, 22B)의 구성은, 도 11에서 설명한 바와 동일하되, 반사부(22A,22B)가 오목면으로 형성되었다는 점에서만 차이가 있다.

즉, 도 13에 나타낸 바와 같이, 오목면으로 형성된 표면을 갖는 하나의 반사 수단(22)를 4개의 점선으로 나타낸 바와 같이 분할하면 3개의 단위 반사 수단을 얻을 수 있고, 이 중에서 단위 반사 수단 2를 제외하고, 단위 반사 수단 1과 단위 반사 수단 3의 2개의 단위 반사 수단을 이용하여 2개의 반사부(22A, 22B)를 형성할 수 있다.

반사부(22A, 22B) 또한, 도 11에서 설명한 바와 마찬가지로, 하나의 반사 수단(22)을 동공(40) 정면 방향에 둔 상태에서 복수개의 단위 반사 수단으로 분할하고, 이들 중 반사부(22A, 22B)로 사용할 단위 반사 수단을 그 형태를 유지한 채 동공(40) 정면 방향에 수평한 방향을 따라 이동시켜 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이에 위치하도록 배치할 수 있다.

이 경우에도, 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32) 사이에 배치되는 반사부(22A, 22B)는, 광학 수단(30)의 제1 면(31)과 제2 면(32)에 수평하도록 나란히 배치될 수 있다. 또는, 각각의 반사부(22A, 22B)가 증강 현실 화상광을 다른 반사부에 대해 차단하지 않도록 적절한 각도를 가지도록 배치될 수 있다.

도 14 및 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(1000, 1100)를 나타낸 도면이다.

도 14 및 도 15의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(1000, 1100)는, 도 4 내지 도 9를 참조하여 설명했던 특허 문헌 1의 증강 현실용 광학 장치(100)와 기본적인 구성은 동일하되, 보조 광학 소자(50, 60)를 이용하여 시력 보정 기능을 제공하는 것을 특징으로 한다.

즉, 화상 출사부(10)와 광학 수단(30) 사이에 보조 광학 소자(50, 60)를 배치하여 화상 출사부(10)로부터 출사되는 증강 현실 화상광을 굴절시켜 광학 수단(30)으로 전달하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 보조 광학 소자(50, 60)는, 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈와 같은 굴절 수단일 수 있다.

도 14의 실시예는 보조 광학 소자로서 오목 렌즈(50)를 사용한 경우이고, 도 15의 실시예는 볼록 렌즈(60)를 사용한 경우를 나타낸 것이다.

도 14와 같이, 오목 렌즈(50)를 사용한 경우에는 보조 광학 소자(50)는 증강 현실 화상광을 바깥쪽 방향으로 발산하도록 굴절시키므로 반사부(20)를 통해 동공(40)을 거쳐 망막에 전달될 때 초점 거리가 길어지도록 하므로 근시 사용자에 대한 시력 보정 기능을 제공할 수 있다.

도 15와 같이, 볼록 렌즈(60)를 사용한 경우에는 보조 광학 소자(60)는 증강 현실 화상광을 안쪽 방향으로 수렴하도록 굴절시키므로 반사부(20)를 통해 동공(40)을 거쳐 망막에 전달될 때 초점 거리가 짧아지도록 하여 원시 사용자에 대한 시력 보정 기능을 제공할 수 있다.

한편, 보조 광학 소자(50, 60)로서는, 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈와 같은 굴절 수단 이외에, 회절 수단이나 홀로그램 소자와 같은 광학 소자를 사용할 수도 있다.

한편, 디스플레이 장치(11)와 콜리메이터(12) 사이의 간격을 조절하거나 다른 초점 거리를 갖는 콜리메이터(12)를 사용함으로써 증강 현실 화상광에 대한 시력 보정 기능을 얻을 수도 있다.

도 16은 콜리메이터(12A, 12B)를 이용한 시력 보정 기능을 설명하기 위한 도면이다.

도 16의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 콜리메이터(12A)를 얇거나 두껍게 형성하여 초점거리를 다르게 하면 증강 현실 화상광을 발산 또는 수렴하도록 굴절시킬 수 있으므로 근시 또는 원시 사용자에 대한 증강 현실 화상광의 시력 보정 기능을 제공하는 원리를 나타낸 것이다.

또한, 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(11)와 콜리메이터(12A, 12B) 사이의 간격을 다르게 함으로써 증강 현실 화상광이 광학 수단(30)으로 전달되는 광 경로를 변경시킴으로써 시력 보정 기능을 제공할 수 있다.

콜리메이터(12A, 12B)의 초점 거리를 다르게 하는 방법과 디스플레이 장치(11)와 콜리메이터(12A, 12B) 사이의 간격을 다르게 하는 방법은 서로 조합하여 사용할 수 있다.

또한, 도 16에서 설명한 구성은 도 14 및 도 15에서 설명한 실시예와 조합하여 사용할 수도 있다.

한편, 도 4 내지 도 16에서 설명한 실시예는 서로 조합하여 복합적으로 사용할 수 있다.

도 17 및 도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 증강 현실용 광학 장치(1200, 1300)를 나타낸 것으로서, 도 4 내지 도 16의 실시예를 조합하여 사용한 경우를 예시적으로 나타낸 것이다.

도 17의 실시예는, 도 6의 실시예와 도 10의 실시예를 복합적으로 적용한 증강 현실용 광학 장치(1200)를 나타낸 것이다.

즉, 도 17의 실시예의 증강 현실용 광학 장치(1200)는, 도 6의 실시예와 같이 제2 면(32)을 오목면으로 형성하여 실제 사물 화상광에 대한 근시 교정 기능을 제공하고, 도 10의 실시예와 같이 볼록면의 표면을 갖는 반사부(21A, 21B)를 배치하여 증강 현실 화상광에 대한 근시 교정 기능을 제공할 수 있다.

한편, 도 18의 실시예는 도 8의 실시예와 도 10의 실시예를 복합적으로 적용한 증강 현실용 광학 장치(1300)를 나타낸 것이다.

즉, 도 18의 실시예는, 도 8의 실시예와 같이 광학 수단(30)의 제1 면(31)을 오목면으로 형성하고 제2 면(32)을 볼록면으로 형성하되, 제2 면(32)의 곡률보다 제1 면(31)의 곡률을 크게 함으로써 전체적으로 광학 수단(30)이 오목 렌즈의 역할을 하도록 하여 근시인 사용자에 대해 증강 현실 화상광과 실제 사물 화상광에 대한 시력 보정 기능을 제공한다. 또한, 도 10의 실시예와 같이 볼록면의 표면을 갖는 반사부(21A, 21B)를 배치하여 근시 사용자에 대한 증강 현실 화상광의 시력 보정 기능을 추가적으로 제공할 수 있다.

도 17 및 도 18의 실시예는 예시적인 것이며, 이러한 실시예 이외에도 도 4 내지 도 16의 실시예들을 다양한 방식으로 조합함으로써 사용예에 따라 복합적인 시력 보정 기능을 제공할 수 있다.

이상에서, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였으나 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아님은 물론이며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능하다는 점을 유의해야 한다.

100...종래의 증강 현실용 광학 장치
200~1300...시력 보정 기능을 제공하는 증강 현실용 광학 장치
10...화상 출사부
20...반사부
21A, 21B...반사부
22A, 22B...반사부
30...광학 수단
31...제1 면
32...제2 면
33...전반사 영역
40...동공
50, 60...보조 광학 소자

Claims (20)

1. 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치로서,
   증강 현실용 화상에 상응하는 화상광인 증강 현실 화상광을 출사하는 화상 출사부;
   상기 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광을 사용자의 눈의 동공을 향해 반사시켜 전달함으로써 사용자에게 증강 현실용 화상을 제공하는 반사부; 및
   상기 반사부가 배치되며, 실제 사물로부터 출사된 화상광인 실제 사물 화상광의 적어도 일부를 사용자의 눈의 동공을 향해 투과시키는 광학 수단
   을 포함하고,
   상기 광학 수단은, 상기 반사부에서 반사된 증강 현실 화상광과 상기 실제 사물 화상광의 적어도 일부가 사용자의 동공을 향해 출사되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대향하며 실제 사물 화상광이 입사하는 제2 면을 구비하고,
   상기 반사부는, 상기 광학 수단의 제1 면과 제2 면 사이의 내부에 배치되고,
   상기 반사부는 각각 4mm 이하의 크기를 갖는 2 이상의 복수개로 형성되고,
   상기 광학 수단의 제1 면은 오목면으로 형성되고, 상기 광학 수단의 제2 면의 가장 자리 영역에는 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광을 전반사하기 위한 평면으로 된 전반사 영역이 형성되고, 상기 제2 면의 전반사 영역을 제외한 중심 부분은 볼록면으로 형성되고,
   상기 제1 면의 오목면의 곡률은 상기 제2 면의 볼록면의 곡률보다 크고,
   상기 화상 출사부로부터 출사된 증강 현실 화상광은 상기 광학 수단의 제2 면의 상기 평면으로 형성된 전반사 영역에서 적어도 1회 이상 전반사된 후 반사부로 전달되고,
   상기 반사부에서 반사된 증강 현실 화상광과 상기 광학 수단의 제2 면을 통과한 실제 사물 화상광은, 상기 오목면으로 형성된 상기 광학 수단의 제1 면을 통과하면서 초점 거리가 길어져서 사용자의 망막에 상이 맺히도록 전달됨으로써 증강 현실 화상광 및 실제 사물 화상광에 대한 시력 보정 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 반사부는, 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치.
   
8. 청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
   상기 화상 출사부로부터 출사하는 증강 현실 화상광은 보조 광학 소자를 통해 반사부로 전달되는 것을 특징으로 하는 시력 보정 기능을 구비하는 증강 현실용 광학 장치.
   
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