本发明专利技术提供一种增强现实用光学装置，包括：反射机构，其朝向用户的眼睛的瞳孔反射而传递增强现实图像光；以及光学机构，其埋设配置有所述反射机构，并且使实际事物图像光朝向瞳孔透过，所述光学机构具备增强现实图像光和实际事物图像光朝向瞳孔射出的第一面、以及与所述第一面对向并且供实际事物图像光入射的第二面，所述反射机构包括埋设配置于所述光学机构的内部的多个反射部，当将所述光学机构置于用户的瞳孔正面，并设相对于瞳孔的正面方向为x轴时，所述图像出射部以位于与所述x轴正交的直线上的方式配置于光学机构的外部或内部；当设从所述图像出射部朝向x轴的垂直线中沿x轴平行并且经过光学机构的第一面与第二面之间的线段中的某一个为y轴，并设与所述x轴和y轴正交的线段为z轴时，多个所述反射部中的至少2个反射部以当从外部朝向垂直于所述z轴的面观察所述光学机构时使其中心位于第一直线上的方式形成配置于所述光学机构的内部的第一反射部组，多个所述反射部中除了形成所述第一反射部组的反射部外的其余反射部中的至少2个反射部以当从外部朝向垂直于所述z轴的面观察所述光学机构时使其中心位于不与所述第一直线平行的第二直线上的方式形成配置于所述光学机构的内部的第二反射部组。光学机构的内部的第二反射部组。光学机构的内部的第二反射部组。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有直线配置光学结构的增强现实用光学装置及光学机构的制造方法
[0001]本专利技术涉及一种增强现实用光学装置及光学机构的制造方法，更详细地，涉及一种通过将向瞳孔传递从图像出射部射出的增强现实图像光的光学元件形成为直线配置结构，能够改善光效率并简化制造工艺的增强现实用光学装置及光学机构的制造方法。
技术介绍
[0002]如所周知，增强现实(AR，Augmented Reality)是一种在现实世界的实际影像上叠加由计算机等提供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，需要一种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上来提供的光学系统。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)或眼镜型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，这些利用以往的光学系统的装置的问题在于，由于结构复杂，重量和体积相当大，用户佩戴起来不方便，并且制造工艺也复杂，因此制造成本较高。
[0005]此外，以往的装置的局限性在于，当用户在注视现实世界时改变焦距时，虚拟影像会失焦。为了解决该问题，提出了利用诸如能够调节虚拟影像的焦距的棱镜等的结构，或者根据焦距的变更对可变焦透镜进行电控制等技术。然而，这种技术也同样在用户需要进行单独的操作来调节焦距，或者需要诸如用于控制焦距的单独的处理器等的硬件和软件方面存在问题。
[0006]为了解决这种现有技术的问题，如专利文献1所记载，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视网膜来实现增强现实的装置。
[0007]图1是示出如专利文献1所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包括图像出射部10、反射部20、光学机构30以及框架部40。
[0009]光学机构30是使作为从实际事物射出的图像光的实际事物图像光的至少一部分透过的机构，例如可以是眼镜镜片，在其内部埋设配置有反射部20。此外，光学机构30还执行以向瞳孔传递的方式透射从反射部20反射的增强现实图像光的功能。
[0010]框架部40是固定和支撑图像出射部10和光学机构30的机构，例如可以是眼镜架等。
[0011]图像出射部10是射出作为与增强现实用图像相应的图像光的增强现实图像光的机构，例如可以具备将增强现实用图像显示于屏幕以放射增强现实图像光的小型显示装置、以及用于将从显示装置放射的图像光准直成平行光的准直器(collimator)。
[0012]反射部20通过朝向用户的瞳孔反射与从图像出射部10射出的增强现实用图像相应的图像光来提供增强现实用图像。
[0013]图1的反射部20形成为小于人的瞳孔尺寸的尺寸，即8mm以下，当这样将反射部20形成得小于瞳孔尺寸时，可以使通过反射部20入射至瞳孔的光的景深接近无限远，即，使景深很深。
[0014]这里，景深(Depth of Field)是指被识别为对焦的范围，景深变深意味着增强现实用图像的焦距也变深，因此即使用户在注视实际世界时改变实际世界的焦距，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。这可以看作是一种针孔效应(pin hole effect)。因此，即使用户在注视存在于实际世界中的实际事物时改变焦距，对于增强现实用图像，用户也始终可以看到清晰的虚拟影像。
[0015]此外，以往的增强现实用光学装置使用诸如利用HMD(Head Mounted Display头戴式显示器)或眼镜型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。
[0016]图2和图3示出现有技术的增强现实实现装置中使用的光学系统的一例。
[0017]参照图2，用于提供虚拟的影像的增强现实图像光使用被配置为从显示装置(未图示)等射出并在光学机构的内面反射后入射至用户的瞳孔所位于的区域(eye box，眼盒区域)的结构，此时会存在从光学机构的内面(出射瞳孔，exit pupil)射出的增强现实图像光如图2所示无法入射至眼盒区域(eye box)而不被使用的光，这成为降低光效率的因素。
[0018]这是因为，如图3所示，当在光学机构的内部发生全反射时，从出射瞳孔的所有位置射出所有方向的光，因此入射到光学机构的增强现实图像光中的一部分正常入射至眼盒区域(用0表示)，但一部分沿眼盒区域以外的方向射出(用X表示)。
[0019]如此，在以往的增强现实光学装置中，由于从图像出射部射出的增强现实图像光中存在无法被传递至眼盒区域的图像光，因此成为降低向瞳孔传递增强现实图像光的光效率的因素。
[0020]另一方面，本申请人曾基于如图1所示的增强现实用光学装置100的基本原理提出用于解决如图2和图3所描述的问题的技术。
[0021]图4是示出由本申请人申请的韩国专利申请第10
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2019
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0173543号(2019.12.24申请)所公开的增强现实用光学装置200的图。
[0022]图4的增强现实用光学装置200包括图像出射部10、反射机构20以及光学机构30。
[0023]参照图4，图像出射部10是射出作为与增强现实用图像相应的图像光的增强现实图像光的机构，可以包括将增强现实用图像显示在屏幕上的显示装置11、以及射出对由显示装置11射出的增强现实图像光进行准直的光的准直器12。
[0024]反射机构20是朝向用户的眼睛的瞳孔50反射而传递从图像出射部10射出的增强现实图像光的机构，由埋设配置于光学机构30的内部的多个反射部21～29构成。
[0025]每个反射部21～29以分别反射传递至反射部21～29的增强现实图像光以传递至用户的瞳孔50的方式考虑图像出射部10和瞳孔50的位置而适当地配置在光学机构30的内部。
[0026]另一方面，如在前文中参照图1所描述，反射部21～29分别形成为小于人的瞳孔尺寸的尺寸，即8mm以下，更优选地4mm以下，以便能够通过加深景来获得针孔效应。
[0027]此外，图4中的反射机构20包括由多个反射部21～24构成的第一反射部组20A、以及由多个反射部25～29构成的第二反射部组20B，且以使第二反射部组20B与图像出射部10的距离大于第一反射部组20A与图像出射部10的距离的方式埋设配置于光学机构30的内
部。
[0028]此外，构成第一反射部组20A的反射部21～24以与图像出射部10的距离越远越靠近光学机构30的第一面31的方式埋设配置于光学机构30的内部，并且构成第二反射部组20B的反射部25～29以与图像出射部10的距离越远越远离光学机构30的第一面31的方式埋设配置于光学机构30的内部。
[0029]即，反射部21～29以当从图4的朝向纸面方向，即光学机构30的侧面观察时整体上具有接近“C”字形态的曲线配置结构的方式配置于光学机构30的内部。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种具有直线配置光学结构的增强现实用光学装置，其特征在于，包括：反射机构，其通过朝向用户的眼睛的瞳孔反射而传递从图像出射部射出的增强现实图像光来为用户提供增强现实用图像；以及光学机构，其埋设配置有所述反射机构，并且使从实际事物射出的实际事物图像光的至少一部分朝向用户的眼睛的瞳孔透过，所述光学机构具备由所述反射机构反射的增强现实图像光和实际事物图像光的至少一部分朝向用户的瞳孔射出的第一面、以及与所述第一面对向并且供实际事物图像光入射的第二面，所述反射机构包括埋设配置于所述光学机构的内部的多个反射部，当将所述光学机构置于用户的瞳孔正面，并设相对于瞳孔的正面方向为x轴时，所述图像出射部以位于与所述x轴正交的直线上的方式配置于光学机构的外部或内部；当设从所述图像出射部朝向x轴的垂直线中沿x轴平行并且经过光学机构的第一面与第二面之间的线段中的某一个为y轴，并设与所述x轴和y轴正交的线段为z轴时，多个所述反射部中的至少2个反射部以当从外部朝向垂直于所述z轴的面观察所述光学机构时使其中心位于第一直线上的方式形成配置于所述光学机构的内部的第一反射部组，多个所述反射部中除了形成所述第一反射部组的反射部外的其余反射部中的至少2个反射部以当从外部朝向垂直于所述z轴的面观察所述光学机构时使其中心位于不与所述第一直线平行的第二直线上的方式形成配置于所述光学机构的内部的第二反射部组，形成所述第一反射部组的反射部以与所述图像出射部的距离越远越靠近所述光学机构的第二面的方式配置于所述光学机构的内部。2.根据权利要求1所述的具有直线配置光学结构的增强现实用光学装置，其特征在于，形成所述第二反射部组的反射部与所述图像出射部的距离无关地相对于所述光学机构的第二面具有相同的距离。3.根据权利要求1所述的具有直线配置光学结构的增强现实用光学装置，其特征在于，形成所述第二反射部组的反射部被配置为与所述图像出射部的距离越近越靠近所述光学机构的第二面。4.根据权利要求1所述的具有直线配置光学结构的增强现实用光学装置，其特征在于，所述第一直线及所述第二直线包括在垂直于所述z轴的某一个平面。5.根据权利要求1所述的具有直线配置光学结构的增强现实用光学装置，其特征在于，从所述图像出射部射出的增强现实图像光通过所述光学机构的内部被直接传递至多个所述反射部，或者在所述光学机构的内面全反射至少一次后被传递至多个所述反射部。6.根据权利要求1所述的具有直线配置光学结构的增强现实用光学装置，其特征在于，设有多个所述反射机构，多个所述反射机构沿所述z轴方向平行地间隔配置。7.根据权利要求6所述的具有直线配置光学结构的增强现实用光学装置，其特征在于，每个所述反射机构以使构成各反射机构的每个反射部与构成相邻的反射机构的反射部中的某一个沿平行于z轴的虚拟的直线设置的方式配置。8.根据权利要求6所述的具有直线配置光学结构的增强现实用光学装置，其特征在于，每个所述反射机构以使构成各反射机构的每个反射部与构成相邻的反射机构的所有
反射部沿平行于z轴的虚拟的直线设置的方式配置。9.根据权利要求1所述的具有直线配置光学结构的增强现实用光学装置，其特征在于，多个所述反射部形成为沿平行于所述z轴的虚拟的直线延伸的条形态。10.根据权利要求9所述的具有直线配置光学结构的增强现实用光学装置，其特征在于，多个所述反射部形成为比在所述x轴方向上观察增强现实用光学装置时的图像出射部的z轴方向上的长度更长地延伸。11.根据权利要求6所述的具有直线配置光学结构的增强现实用光学装置，其特征在于，多个所述反射机构以使多个所述反射机构与所述光学机构的第一面的距离不都相同的反射机构存在至少一个的方式配置于光学机构的内部。12.根据权利要求1所述的具有直线配置光学结构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形成为半反射镜或折射元件。13.根据权利要求1所述...
【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：
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