具有重影阻挡功能和广视角的紧凑型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具有重影阻挡功能和广视角的紧凑型增强现实用光学装置，包括：光学单元，将实际物体图像光的至少一部分透射到用户眼睛的瞳孔；第一反射单元，设置在所述光学单元的内部，将从图像出射部出射的增强现实图像光传递到第二反射单元；和第二反射单元，设置在所述光学单元的内部，通过将从所述第一反射单元传递来的增强现实图像光反射并传递到用户眼睛的瞳孔来向用户提供增强现实用图像，所述光学单元具有第一表面和第二表面，实际物体图像光入射至所述第一表面，通过所述第二反射单元传递的增强现实图像光和实际物体图像光通过所述第二表面向用户眼睛的瞳孔出射，第一反射单元的用于反射所述增强现实图像光的反射面设置成面向光学单元的实际物体图像光入射到的第一表面，所述第二反射单元由多个反射部构成，多个所述反射部设置在所述光学单元的内部以分别反射从所述第一反射单元传递来的增强现实图像光并传递到用户的瞳孔，构成所述第二反射单元的多个反射部以随着距所述第一反射单元的距离增加而距所述光学单元的第二表面的距离减少的方式设置在所述光学单元的内部。的距离减少的方式设置在所述光学单元的内部。的距离减少的方式设置在所述光学单元的内部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有重影阻挡功能和广视角的紧凑型增强现实用光学装置


[0001]本专利技术涉及一种增强现实用光学装置，更详细而言，涉及一种能够显著减少大小、厚度、重量以及体积，并且有效防止重影，从而能够提供更加清晰的增强现实用图像的同时提供广视角的具有重影阻挡功能和广视角的紧凑型增强现实用光学装置。

技术介绍

[0002]众所周知，增强现实(Augmented Reality，AR)是指，将通过计算机等提供的虚拟的影像或图像叠加在现实世界的实际影像并提供。
[0003]为了实现这种增强现实，需要一种光学系统，所述光学系统可以将通过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并提供。众所周知，作为这种光学系统，有使用通过使用头戴式显示器(HMD，Head Mounted Display)或眼镜型装置反射或折射虚拟影像的棱镜等的光学单元的技术。
[0004]然而，使用这种现有光学系统的装置具有如下问题：由于其结构复杂并且重量和体积相当大，因此用户不方便佩戴，并且制造工艺也复杂，从而制造成本高。
[0005]另外，现有装置具有在用户凝视现实世界时变更焦距的情况下，虚拟影像不聚焦的局限性。为了解决这种问题，提出了使用如能够调节虚拟影像的焦距的棱镜的构件或根据用户对现实世界的焦距的变更来电气控制能够调节对虚拟影像焦距的可变焦点透镜等的技术。然而，这些技术也存在如下问题：为了调节虚拟影像的焦距，用户需要进行另外的操作或需要用于控制焦距的另外的装置、处理器等硬件和软件。
[0006]为了解决如上所述的现有技术问题，如专利文献1所记载，本申请人开发了一种装置，所述装置能够通过使用比人的瞳孔小的反射部来通过瞳孔将虚拟影像投影到视网膜，从而实现增强现实。
[0007]图1是示出在所述专利文献1中公开的增强现实用光学装置100的图。
[0008]图1的增强现实用光学装置100包括光学单元10、反射部30、图像出射部40以及框架部60。
[0009]光学单元10作为透射从实际物体出射的图像光即实际物体图像光的至少一部分的单元，例如，可以为眼镜片，其内部嵌入有反射部30。另外，光学单元10还执行透射从反射部30反射的增强现实图像光，使其传递到瞳孔的功能。
[0010]框架部60作为固定和支撑图像出射部40和光学单元10的单元，例如，可以是例如眼镜框。
[0011]图像出射部40作为出射对应于增强现实用图像的图像光即增强现实图像光的单元，例如，可以具备通过在画面上显示增强现实用图像来放射增强现实图像光的小型显示装置和用于将由显示装置放射的图像光准直为平行光的准直仪(collimator)。
[0012]反射部30朝向用户的瞳孔反射从图像出射部40出射的与增强现实用图像对应的图像光来提供增强现实用图像。
[0013]图1的反射部30形成为小于人的瞳孔尺寸的尺寸，即，形成为8mm以下，如上所述，
当反射部30形成为小于瞳孔尺寸时，可以使通过反射部30入射到瞳孔的光的景深接近无限大，即，能够使景深非常深。这里，景深是指，被识别为焦点对准的范围。景深越深，增强现实用图像的焦距也越深，因此，即使用户凝视实际世界的同时更改对实际世界的焦距，与此无关，增强现实用图像的焦点始终被识别为是正确的。这可以看作是一种针孔效果(pinhole effect)。因此，可以与用户凝视存在于实际世界的实际物体的同时改变焦距无关地针对增强现实用图像始终提供清晰的虚拟影像。
[0014]然而对于这种技术，由于图像出射部40需要用于平行光的诸如准直仪等额外的光学单元，因此存在装置的大小、厚度以及体积增加的限制。
[0015]为了解决这种问题，可以提出不在图像出射部40中使用准直仪，而是将诸如凹面镜的反射部嵌入并设置于光学单元10的内部，使其执行准直仪的功能的方法。这种结构具有减少图像出射部40的大小、厚度以及体积的优点。
[0016]在图2中比较示出了在图像出射部40中具备准直仪的图1的增强现实用光学装置100和在内部设置有执行准直仪功能的辅助反射部20的增强现实用光学装置100
‑
1的侧视图。
[0017]可知在图2左侧的图1的增强现实用光学装置100中，图像出射部40由显示装置41和准直仪42构成，在图2右侧的增强现实用光学装置100
‑
1中，图像出射部40仅由显示装置41构成，而无准直仪42。
[0018]在图2右侧的增强现实用光学装置100
‑
1中，在图像出射部40中不使用准直仪42，而是在光学单元10内部设置能够执行准直仪的功能的凹面镜形状的辅助反射部20，从图像出射部40出射的增强现实图像光被辅助反射部20反射后传递到反射部30，反射部30将传递的增强现实图像光传递至瞳孔。
[0019]如上所述，由于图2右侧所示的增强现实用光学装置100
‑
1执行与图1的增强现实用光学装置100相同的功能的同时，在图像出射部40中不使用诸如准直仪的结构，因此与图2左侧所示的使用外部准直仪的增强现实用光学装置100相比，具有可以显著减少大小、体积、厚度、重量等形状因数的优点。
[0020]然而，图2右侧所示的增强现实用光学装置100
‑
1存在还能够将产生重影的未期望的实际物体图像光传递到瞳孔的问题。
[0021]图3是用于说明增强现实用光学装置100
‑
1中，重影产生原理的图。
[0022]参照图3，来自实际物体的图像光，即实际物体图像光经光学单元10直接传递到瞳孔，然而存在经辅助反射部20反射，传递到瞳孔的杂光，由于通过杂光传递到瞳孔的实际物体图像光与经过光学单元10直接传递到瞳孔的实际物体图像光的成像位置不同，因此产生重影。
[0023]因此，为了减少形状因数，正在需要一种能够解决在使用辅助反射部20的如图2所示的使用内置准直仪的增强现实用光学装置100
‑
1中可能发生的重影问题，同时如上所述，扩大视场(FOV，Field of View)，减少装置的大小、厚度、重量以及体积，并且提高对增强现实图像光的光效率的紧凑型增强现实用光学装置。
[0024]现有技术文献
[0025]专利文献1：韩国授权专利公报第10
‑
1660519号(公告日为2016年9月29日)

技术实现思路

[0026]专利技术要解决的问题
[0027]本专利技术用于解决如上所述的问题，其目的在于提供一种能够显著减少大小、厚度、重量以及体积并且有效防止重影的同时能够提供广视角的增强现实用光学装置。
[0028]另外，本专利技术的另一目的在于提供一种紧凑型增强现实用光学装置，其最小化可以产生重影的现实世界的图像光流出到用户瞳孔侧，从而能够进一步极大化透视(see
‑
through)性，同时提供清晰的虚拟图像，并且利用用于将增强现实图像光反射并传递到瞳孔的多个反射部的设置结构，从而能够提供广本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种增强现实用光学装置，其为具有重影阻挡功能和广视角的紧凑型增强现实用光学装置，其特征在于，包括：光学单元，将实际物体图像光的至少一部分透射到用户眼睛的瞳孔，第一反射单元，设置在所述光学单元的内部，并且将从图像出射部出射的与增强现实用图像对应的图像光即增强现实图像光传递到第二反射单元，以及第二反射单元，设置在所述光学单元的内部，通过将从所述第一反射单元传递来的增强现实图像光反射并传递到用户眼睛的瞳孔来向用户提供增强现实用图像；所述光学单元具有第一表面和第二表面，实际物体图像光入射至所述第一表面，通过所述第二反射单元传递的增强现实图像光和实际物体图像光，通过所述第二表面向用户眼睛的瞳孔出射，从所述图像出射部出射的增强现实图像光通过所述光学单元的内部传递到所述第一反射单元，或者在所述光学单元的内表面上发生全反射后传递到第一反射单元，第一反射单元的用于反射所述增强现实图像光的反射面，设置成面向光学单元的实际物体图像光入射到的第一表面，所述第二反射单元由多个反射部构成，多个所述反射部设置在所述光学单元的内部以分别反射从所述第一反射单元传递来的增强现实图像光并传递到用户的瞳孔，构成所述第二反射单元的多个反射部，以随着距所述第一反射单元的距离增加而距所述光学单元的第二表面的距离减少的方式，设置在所述光学单元的内部。2.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，所述第一反射单元，以使所述第二反射单元位于所述第一反射单元和图像出射部之间的方式，设置在所述光学单元的内部。3.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，所述第一反射单元的反射面形成为曲面。4.根据权利要求3所述的增强现实用光学装置，其特征在于，所述第一反射单元的反射面形成为朝向光学单元的第一表面侧凹陷。5.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，所述第一反射单元的宽度方向上的长度为4mm以下。6.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，所述第一反射单元，由部分地反射光的半反射镜或者根据波长选择性地透射光的陷波滤波器形成。7.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，所述第一反射单元由折射元件或者衍射元件形成。8.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，在所述第一反射单元中，与用于反射增强现实图像光的反射面相反的表面上涂覆有吸收光而不反射光的材料。9.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，构成所述第二反射单元的多个反射部，设置成相对于所述光学单元的第二表面具有倾斜角，以将从所述第一反射单元传递来的增强现实图像光反射并传递到瞳孔。10.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，
多个所述反射部各自的大小为4mm以下。11.根据权利要求10所述的增强现实用光学装置，其特征在于，多个所述反射部各自的大小为各反射部的边缘边界线上任意两点之间的最大长度。12.根据权利要求10所述的增强现实用光学装置，其特征在于，多个所述反射部各自的大小为，将反射部投影到垂直于用户瞳孔和各反射部之间的直线并且包括瞳孔中心的平面上而形成的正投影的边缘边界线上任意两点之间的最大长度。13.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，多个所述反射部分别设置成从所述第一反射单元传递来的增强现实图像光不被其他反射部阻挡。14.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，多个所述反射部中的一部分，各自大小彼此不同。15.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，多个所述反射部中的至少一部分反射部的间隔设置成不同于其他反射部的间隔。16.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，多个所述反射部中的至少一部分，由部分地反射光的半反射镜或者根据波长选择性地透射光的陷波滤波器形成。17.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，多个所述反射部中的至少一部分，由折射元件或者衍射元件形成。18.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，对于多个所述反射部中的至少一部分，在与用于反射增强现实图像光的表面相反的表面上涂覆有吸收光而不反射光的材料。19.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，多个所述反射部中的至少一部分的表面形成为曲面。20.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，多个所述反射部中的至少一部分反射部相对于所述光学单元的倾斜角形成为不同于其他所述反射部相对于所述光学单元的倾斜角。21.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，所述第二反射单元形成为多个，当将所述光学单元置于用户瞳孔的正面时，如果将从瞳孔到正面的方向称为x轴，则所述图像出射部以位于与x轴正交的直线上的方式设置在光学单元的外部或者内部，当将沿x轴平行于从所述图像出射部到x轴的垂直线并且经过光学单元的第一表面和第二表面之间的线段中的任一者称为y轴，将与x轴和y轴正交的线段称为z轴时，多个所述第二反射单元沿着所述z轴方向彼此平行地间隔设置。22.根据权利要求21所述的增强现实用光学装置，其特征在于，构成各所述第二反射单元的多个反射部与构成相邻的第二反射单元的多个反射部中的任一者沿平行于z轴的虚拟直线并排设置。23.根据权利要求21所述的增强现实用光学装置，其特征在于，构成各所述第二反射单元的多个反射部中的至少一部分不相对于构成相邻的第二反射单元的多个反射部而在平行于z轴的虚拟直线上并排设置。
24.根据权利要求1所述的增强现实用光学装置，其特征在于，当将所述光学单元置于用户瞳孔的正面时，如果将从瞳孔向正面的方向称为x轴，则图像出射部以位于与x轴正交的直线上的方式设置在光学单元的外部或者内部，当将沿x轴平行于从所述图像出射部到x轴的垂直线并且经过光学单元的第一表面和第二表面之间的线段中的任一者称为y轴，将与x...

【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：