能够提供近距离的增强现实用图像的增强现实用光学装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种能够提供近距离的增强现实用图像的增强现实用光学装置，包括：光学机构，其使从实际事物射出的图像光的至少一部分朝向用户的眼睛的瞳孔透过，并在内面使与从图像射出部射出的增强现实用图像相应的图像光反射至少一次并传递至光学元件；以及至少一个光学元件，其配置于所述光学机构的内部，并且通过朝向用户的眼睛的瞳孔传递与通过所述光学机构传递的增强现实用图像相应的图像光来向用户提供增强现实用图像，并且所述光学机构具有从实际事物射出的图像光入射的第一面和与通过所述光学元件传递的增强现实用图像相应的图像光射出的第二面，且所述第一面和第二面以彼此不平行的方式具有倾斜角(θ)。面以彼此不平行的方式具有倾斜角(θ)。面以彼此不平行的方式具有倾斜角(θ)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】能够提供近距离的增强现实用图像的增强现实用光学装置


[0001]本专利技术涉及一种能够提供近距离的增强现实用图像的增强现实用光学装置，更详细地，涉及一种能够将具有近焦距而不是无限远焦距的增强现实用图像无失真或无断像地提供给用户的增强现实用光学装置。

技术介绍

[0002]如所周知，增强现实(Augmented Reality，AR)指在现实世界的实际影像上叠加由计算机等生成的虚拟的影像或图像来提供的技术。
[0003]为了实现这样的增强现实，需要能够将由诸如计算机的设备生成的虚拟的影像或图像叠加在现实世界的影像来提供的光学系统。作为这样的光学系统，使用诸如利用HMD(Head Mounted Display，头戴式显示器)或眼镜式装置来反射或折射虚拟影像的棱镜等的光学机构的技术为人所知。
[0004]然而，这样的利用以往的光学系统的装置所存在的问题是，由于其构造复杂且重量和体积相当大，用户佩戴起来不方便，并且制造工艺也较复杂，因而制造成本较高。
[0005]此外，以往的装置的局限性在于，在用户凝视现实世界时改变焦距的情况下，虚拟影像会失焦。为了解决该问题，已提出利用诸如能够调节对虚拟影像的焦距的棱镜的构件，或者根据焦距的变更对变焦透镜进行电控制等的技术。但是，这种技术也同样存在为了调节焦距需要由用户进行单独的操作或需要用于控制焦距的诸如单独的处理器等的硬件和软件的问题。
[0006]为了解决这样的现有技术的问题，如专利文献1中记载，本申请人曾开发一种能够通过利用尺寸小于人的瞳孔的反射部将虚拟影像通过瞳孔投影到网膜来实现增强现实的装置。
[0007]图1是示出如上述专利文献1中公开的增强现实用光学装置的图。
[0008]参照图1，图像射出部30是射出与增强现实用图像相应的图像光的机构，例如可以实现为小型显示装置。反射部20通过使与从图像射出部30射出的增强现实用图像相应的图像光朝向用户的瞳孔反射来提供增强现实用图像。
[0009]光学机构10是使从实际事物射出的图像光的至少一部分透过的机构，例如可以是眼镜镜片，其内部嵌入有反射部20。框架部40是固定和支撑图像射出部30和光学机构10的机构。
[0010]图1的反射部20形成为小于人的瞳孔大小的尺寸，即，8mm以下，通过如此将反射部20形成为小于瞳孔大小，可以使通过反射部20入射至瞳孔的光的景深(Depth of Field)接近无限远，即，可以使景深非常深。这里，景深指被识别为对焦的范围，当景深变深时，意味着对增强现实用图像的焦距也变深，因此，即使用户在凝视实际世界时改变对实际世界的焦距，增强现实用图像的焦点也会与此无关地始终被识别为对焦。这可以看作是针孔效应(pin hole effect)。因此，与用户在凝视存在于实际世界的实际事物时改变焦距无关地，对于增强现实用图像，始终可以提供清晰的虚拟影像。
[0011]图2是示出本申请人开发的增强现实用光学装置的另一例的图。
[0012]图2的增强现实用光学装置同样具有与如在图1中描述的优点，并且，其特征在于，从图像射出部30射出的增强现实用图像光在光学机构10的内面反射而被传递至反射部20，反射部20使其朝向瞳孔40反射，由此提供增强现实用图像。
[0013]然而，图2的增强现实用光学装置所存在的问题在于，仅当增强现实用图像的焦点无限远时，才可以正常地表达像。即，如图2所示，从图像射出部30射出的增强现实用图像光原则上应是完好形态的平行光。
[0014]图3和图4用于比较说明从图像射出部30射出的图像光为平行光的情况和不是平行光的情况。
[0015]参照图3，与从图像射出部30射出的增强现实用图像相应的图像光A、B为平行光，这些光在反射镜50反射后在光学机构10的内面全反射并被传递至反射部20。
[0016]此时，如图3所示，可以看出图像光A、B在从光学机构10的内表面反射后相互重叠。因此，在这种情况下，当由反射部20反射而被反射至瞳孔40时，在用户的立场上，将能够看到正常成像的像。
[0017]另一方面，在图4中可以看出从图像射出部30射出的图像光A、B不是平行光，在这种情况下，由于经反射镜50以彼此不同的角度入射至光学机构10的内面，因而，当在光学机构10的内面全反射时，不会如在图3中那样重叠，而是以彼此不同的角度全反射而行进。因此，在如图4所示的情况下，由通过反射部20传递至瞳孔40的图像光形成的像会错开或看起来破碎。换言之，当不是具有无限远的焦点的增强现实用图像时，存在无法正常成像的问题，这意味着难以正常地表达具有非无限远的焦距的近焦距的增强现实用图像。将这样的问题称为光路长度匹配(optical path length matching)或光路长度调节(optical path length adjusting)问题，在图4的情况下，光路长度匹配不完全，因而会发生断像现象。
[0018]图5至图7是示出断像现象的实际画面。
[0019]图5是如在图4中描述的那样从图像射出部30射出的图像光A、B不是完全的平行光的情况，可以看出具有近距离的焦距的虚拟事物(铅笔)的像被断像而显示。这意味着当与虚拟事物相应的图像光通过光学机构10传递时，图像不会自然连接，而是以不完整的状态结合，致使光路长度匹配不完全，因而虚拟事物(铅笔)被一点一点断像而提供。
[0020]图6示出焦距比图5略长的情况，可以看出，在这种情况下，同样地，虚拟事物的像也未自然连接，且光路长度匹配不完全。
[0021]另一方面，图7是焦距比图6甚长的情况，在这种情况下，可以看出虚拟事物的焦距接近无限远，因此，如图3所示，从虚拟事物射出的图像光A、B以平行光入射至光学机构10，因而可以为用户提供无失真且几乎没有断像现象的像，而这可以看作是光路长度匹配几乎完全的形式。
[0022]为了解决这样的问题，可以考虑图8所示的方法。
[0023]图8示出用于显示近焦距的增强现实用图像的以往的配置，如图8所示，在光学机构10的前后设置凸透镜和凹透镜的对，对于具有近焦距的增强现实用图像(虚拟事物)，在由反射部20反射后，使图像光通过凹透镜向外侧折射。在这种情况下，当仅使用凹透镜时，用户通过光学机构10识别的对实际世界中存在的实际事物的像可能会失真，但是，通过设置于光学机构10的外面的凸透镜，实际事物的像向内侧折射而入射至光学机构10，之后，通
过凹透镜再向外侧折射，因此使得实际世界的事物的像可以正常地形成。因此，当使用如图8所示的结构时，可以正常地表达近焦距的增强现实用图像。
[0024]然而，由于如图8所示的构造需要在光学机构10的外部设置诸如凹透镜和凸透镜的额外的构件，因而存在体积增大且装置的重量增加的问题。
[0025]专利文献1：韩国授权专利公报10
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1660519号(2016年09月29日公告)

技术实现思路

[0026]技术问题
[0027]本专利技术旨在解决如上所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种能够提供近距离的增强现实用图像的增强现实用光学装置，其特征在于，包括：光学机构，其使从实际事物射出的图像光的至少一部分朝向用户的眼睛的瞳孔透过，并在内面使与从图像射出部射出的增强现实用图像相应的图像光反射至少一次并传递至光学元件；以及至少一个光学元件，其配置于所述光学机构的内部，并且通过朝向用户的眼睛的瞳孔传递与通过所述光学机构传递的增强现实用图像相应的图像光来向用户提供增强现实用图像，并且所述光学机构具有从实际事物射出的图像光入射的第一面和与通过所述光学元件传递的增强现实用图像相应的图像光射出的第二面，且所述第一面和第二面以彼此不平行的方式具有倾斜角(θ)。2.根据权利要求1所述的能够提供近距离的增强现实用图像的增强现实用光学装置，其特征在于，所述光学元件由8mm以下的反射机构形成。3.根据权利要求1所述的能够提供近距离的增强现实用图像的增强现实用光学装置，其特征在于，从所述图像射出部的某一点射出的图像光彼此不平行。4.根据权利要求1所述的能够提供近距离的增强现实用图像的增强现实用光学装置，其特征在于，从所述图像射出部射出的图像光在由配置于所述光学机构的内面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：河政勋，
申请(专利权)人：株式会社籁天那，
类型：发明
国别省市：