利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置的制作方法

1.本发明涉及一种增强现实用光学装置，更详细地，涉及一种能够利用多个增强现实用图像来提供较宽的画面的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置。


背景技术：

2.如所周知，增强现实(augmented reality，ar)指在现实世界的真实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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.为了解决这样的现有技术的问题，如下面的现有技术文献中记载，本技术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。
7.图1是示出如上述现有技术文献中公开的增强现实用光学装置的图。
8.参照图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通过朝向用户的瞳孔反射与从图像射出部30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。
9.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。
10.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。
11.然而，这样的现有技术虽然加深景深，能够获得针孔效应，但由于需要使用一个图
像射出部而存在视野较窄的问题。
12.现有技术文献
13.韩国授权专利公报10
‑
1660519号(2016.09.29公告)


技术实现要素：

14.技术问题
15.本发明旨在解决如上所述的局限性，其目的在于，提供一种能够利用多个增强现实用图像来提供较宽的视野的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置。
16.此外，本发明的另一个目的在于，提供一种能够利用一个图像射出部或多个图像射出部来提供多个增强现实用图像的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置。
17.此外，本发明的又一个目的在于，提供一种能够有效地提供具有彼此不同的分辨率的多个增强现实用图像的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置。
18.技术方案
19.为了解决如上所述的课题，本发明提供一种利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置，包括：多个图像射出部，其分别射出与增强现实用图像相应的图像光；多个反射部，其通过朝向用户的眼睛的瞳孔反射来传递与从所述多个图像射出部分别射出的增强现实用图像相应的图像光，以向用户提供增强现实用图像；以及光学机构，其配置有所述反射部，并且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，所述多个反射部分别与多个图像射出部中的至少某一个对应，并朝向用户的眼睛的瞳孔分别反射并传递与从对应的图像射出部射出的增强现实用图像相应的图像光。
20.其中，优选所述反射部的大小分别形成为4mm以下。
21.此外，也可以构成为，所述图像射出部将一个增强现实用图像分割为多个，并分别射出与所分割的多个增强现实用图像相应的图像光。
22.此外，优选构成为，所述多个反射部分别以能够将来自对应的图像射出部的图像光反射至瞳孔的方式在对应的图像射出部与瞳孔之间相对于光学机构的表面以彼此不同的倾斜角配置。
23.此外，也可以构成为，所述反射部配置于光学机构的内部或表面。
24.此外，也可以构成为，所述反射部中的至少一部分由大小为4mm以下的多个反射模块形成。
25.此外，也可以构成为为，构成一个反射部的每个反射模块被配置为使与从对应的图像射出部射出的增强现实用图像相应的图像光不被其他反射模块遮挡。
26.此外，也可以构成为为，与从所述多个图像射出部中的至少一部分射出的增强现实用图像相应的图像光在光学机构的内面被反射至少一次后被传递至对应的反射部。
27.此外，优选构成为，所述多个反射部中的至少一部分配置于光学机构的中央部，配置于所述光学机构的中央部的反射部以外的反射部以配置于所述光学机构的中央部的反射部为中心围绕配置。
28.此外，也可以构成为为，以配置于所述光学机构的中央部的反射部为中心围绕配置的反射部分别由多个反射模块构成。
29.此外，所述多个图像射出部可以分别射出与彼此不同的增强现实用图像相应的图
像光。
30.此外，所述多个图像射出部可以分别射出与具有彼此不同的分辨率的增强现实用图像相应的图像光。
31.此外，与配置于所述光学机构的中央部的反射部传递至瞳孔的图像光相应的增强现实用图像的分辨率可以高于与围绕配置于所述光学机构的中央部的反射部配置的反射部传递至瞳孔的图像光相应的增强现实用图像的分辨率。
32.此外，所述多个图像射出部可以以具有彼此不同的各个分辨率的方式分别射出与增强现实用图像相应的图像光。
33.根据本发明的另一方面，提供一种利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置，包括：至少一个图像射出部，其分别射出与增强现实用图像相应的图像光，其中，图像射出部中的至少某一个射出与多个增强现实用图像相应的图像光；多个反射部，其通过朝向用户的眼睛的瞳孔反射来传递与从所述图像射出部射出的多个增强现实用图像相应的图像光，以向用户提供增强现实用图像；以及光学机构，其配置有所述反射部，并且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，所述多个反射部分别与从图像射出部射出的多个增强现实用图像中的至少某一个对应，并对应朝向用户的眼睛的瞳孔分别反射并传递与增强现实用图像相应的图像光。
34.其中，优选所述反射部的大小分别形成为4mm以下。
35.此外，优选所述图像射出部将一个增强现实用图像分割为多个，并射出与所分割的多个增强现实用图像相应的图像光。
36.此外，优选所述多个反射部分别以能够将与来自对应的图像射出部的增强现实用图像相应的图像光反射至瞳孔的方式在图像射出部与瞳孔之间相对于光学机构的表面以彼此不同的倾斜角配置。
37.此外，优选所述反射部配置于光学机构的内部或表面。
38.此外，所述反射部中的至少一部分也可以由大小为4mm以下的多个反射模块形成。
39.此外，优选构成一个反射部的每个反射模块被配置为使与从对应的图像射出部射出的增强现实用图像相应的图像光不被其他反射模块遮挡。
40.此外，优选与从所述图像射出部中的至少一部分射出的增强现实用图像相应的图像光在光学机构的内面被反射至少一次后被传递至对应的反射部。
41.发明的效果
42.根据本发明，可以提供能够利用多个增强现实用图像来提供较宽的视野的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置。
43.此外，根据本发明，可以利用一个图像射出部或多个图像射出部来提供多个增强现实用图像。
44.此外，根据本发明，可以有效地提供具有彼此不同的分辨率的多个增强现实用图像，因而可以仅将部分图像射出部实现为价昂的高分辨率装置。因此，具有可以节省装置的制造成本的优点。
附图说明
45.图1是示出如现有技术文献中公开的增强现实用光学装置的图。
46.图2是本发明的增强现实用光学装置100的侧视图。
47.图3是本发明的增强现实用光学装置100的正视图。
48.图4是本发明的增强现实用光学装置100的立体图。
49.图5是示出增强现实用图像的一例的图。
50.图6是示出多个反射部21、22由多个反射模块构成的情形的图。
51.图7是用于说明参照图2至图6说明的实施例的效果的图。
52.图8示出本发明的另一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图。
53.图9示出本发明的又一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图。
54.图10示出本发明的又一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图。
55.图11示出本发明的又一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图。
56.图12示出本发明的又一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图。
57.图13示出本发明的又一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图。
58.图14和图15分别示出本发明的又一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图和侧视图。
59.图16示出通过图14和图15的实施例由用户识别的增强现实用图像的一例。
60.图17示出本发明的又一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图。
具体实施方式
61.下面参照附图对本发明的实施例进行详细说明。
62.图2至图4是示出本发明的一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的整体构造的图，图2是增强现实用光学装置100的侧视图，图3正视图，图4示出立体图。
63.参照图2至图4，本实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100包括多个图像射出部11、12、多个反射部21、22以及光学机构30。
64.多个图像射出部11、12是分别射出与增强现实用图像相应的图像光的机构。
65.图像射出部11、12可以是诸如将增强现实用图像显示于屏幕并从屏幕自行射出图像光的小型的lcd的显示装置，或者是反射或折射从显示装置射出的图像光并传递至反射部20的反射机构或折射机构。
66.即，图像射出部11、12指诸如显示增强现实用图像并射出与增强现实用图像相应的图像光的显示装置或将从这样的显示装置射出的图像光传递至反射部20的反射或折射机构等的其他多种多样的机构。
67.由于这样的图像射出部11、12本身并非本发明的直接目的，并且已通过现有技术
为人所知，因而这里省略对其的详细说明。
68.另一方面，其中，增强现实用图像指通过本发明的增强现实用光学装置100传递至用户的瞳孔40的虚拟图像，可以是图像形式的静止影像或视频等。
69.这样的增强现实用图像通过从图像射出部11、12以图像光射出并通过反射部21、22传递至用户的瞳孔40来向用户提供虚拟图像，与此同时，用户通过利用光学机构10用眼睛直接凝视从存在于实际世界的实际事物射出的图像光来接收增强现实服务。
70.另一方面，其中，多个图像射出部11、12可以将一个增强现实用图像分割为多个并分别射出与所分割的多个增强现实用图像中的每一个相应的图像光。
71.在图2至图4的实施例中，图像射出部11、12在上部和下部配置有两个，并且与从这些图像射出部射出的增强现实用图像相应的图像光如后述分别通过反射部21、22传递至瞳孔40，在这种情况下，可以将一个增强现实用图像上下分割为两个来构成为两个增强现实用图像，并将其分别通过上部及下部的图像射出部11、12分别射出。
72.图5是示出增强现实用图像的一例的图。
73.参照图5，一个增强现实用图像s被分割为两个图像a、b，上侧的图像a通过图2至图4的配置于上侧的图像射出部11射出，而下侧的图像b通过图2至图4的配置于下侧的图像射出部12射出。
74.在图2至图5中，图示为图像射出部11、12的数量为两个，但这是示例性的图示，显然，根据需要，也可以构成三个以上图像射出部。
75.再次参照图2至图4对反射部21、22进行说明。
76.形成有多个反射部21、22，反射部21、22是通过朝向用户的眼睛的瞳孔40分别反射来传递与从所述多个图像射出部11、12分别射出的增强现实用图像相应的图像光，以向用户提供增强现实用图像的机构。
77.反射部21、22形成为数量等于或多于所述图像射出部11、12的数量，每个反射部21、22与多个图像射出部中的至少某一个对应以朝向用户的眼睛的瞳孔40分别反射并传递与从对应的图像射出部11、12射出的增强现实用图像相应的图像光。
78.即，反射部21、22与图像射出部11、12中的至少某一个对应，以反射从对应的图像射出部11、12射出的图像光并传递至瞳孔40。当反射部21、22的数量多于图像射出部11、12的数量时，图像射出部11、12对应于两个以上的反射部21、22。
79.在图2至图5的实施例中，上部的反射部21与配置于上部的图像射出部11对应以将从该图像射出部11射出的图像光反射至瞳孔40，而下部的反射部22与配置于下部的图像射出部12对应以将该图像射出部12射出的图像光反射至瞳孔40。
80.因此，多个反射部21、22分别以能够将来自对应的至少一个图像射出部11、12的图像光反射至瞳孔40的方式如图2所示在图像射出部11、12与瞳孔40之间相对于光学机构30的表面以彼此不同的倾斜角配置。
81.另一方面，多个反射部21、22也可以配置于光学机构30的表面，但优选如图2至图4所示以嵌入于光学机构30的内部的形式配置。
82.另一方面，如在背景技术中前述的，每个反射部21、22形成为小于人的瞳孔的大小的尺寸，即8mm以下，优选4mm以下，以便通过加深景深来获得针孔效应。
83.即，反射部21、22形成为小于人的一般的瞳孔大小的尺寸，由此，可以使对通过反
射部21、22入射至瞳孔40的光的景深(depth of field)接近无限远，即，可以使景深非常深，因此，可以产生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的针孔效应(pin hole effect)。
84.优选反射部21、22的大小形成为作为小于人的一般的瞳孔大小的尺寸的8mm以下，且形成为0.5～4mm范围内的大小。
85.另一方面，反射部21、22中的至少一部分也可以由多个反射模块构成。
86.图6是示出反射部21、22由多个反射模块构成的情形的图。
87.如图6所示，可以看出，每个反射部21、22由四个反射模块构成。此时，如图6所示，构成一个反射部21、22的每个反射模块被配置为使与从图像射出部11、12射出的增强现实用图像相应的图像光不被其他反射模块遮挡。
88.在这种情况下，每个反射模块的大小也形成为8mm以下，更优选地，形成为0.5～4mm的范围内的大小。
89.另一方面，光学机构30是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40透过的机构。此外，在光学机构30的内部或表面配置有如前所述的反射部21、22。
90.光学机构30可以用诸如玻璃或透明塑料等的材质实现，使用时配置于用户的瞳孔40的前方，使存在于现实世界的实际事物射出的图像光透过至瞳孔40。光学机构30可以用半透明材质实现，在这种情况下，从实际事物射出的图像光部分透过至瞳孔40。
91.光学机构30可以以模块形式结合于由透镜和框架构成的眼镜形式的增强现实提供装置(未图示)的透镜的表面。或者，也可以将增强现实提供装置的透镜本身构成为光学机构30。
92.另一方面，与从图像射出部11、12射出的增强现实用图像相应的图像光可以直接被传递至反射部21、22，但也可以使该图像光在光学机构30的内面被反射至少一次后被传递。
93.即，与从图像射出部11、12中的至少一部分射出的增强现实用图像相应的图像光可以在光学机构30的内面被反射至少一次后被传递至对应的反射部21、22。
94.图7是用于说明参照图2至图6说明的实施例的效果的图。
95.图7的(a)示出当仅通过如图5所示的图像射出部11和反射部21入射至瞳孔40时向用户显示的增强现实用图像中的图像a，图7的(b)示出当仅通过图像射出部12和反射部22入射至瞳孔40时向用户显示的增强现实用图像中的图像b。此外，图7的(c)示出图像射出部11、12和反射部12、22一起工作来向用户显示图像a和图像b的状态。
96.因此，如在本发明中，当利用多个图像射出部11、12时，与使用一个图像射出部的情况相比，具有可以提供较宽的画面的增强现实用图像的优点。
97.图8示出本发明的另一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图。
98.图8的实施例与参照图2至图7说明的实施例基本相同，不同之处在于，在左侧和右侧配置有两个图像射出部11、12，并且反射部21、22也以与之相应的方式横向配置。
99.图9示出本发明的又一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图。
100.图9的实施例也与参照图2至图7说明的实施例基本相同，不同之处在于，在上部配置有两个图像射出部11、12，并且反射部21、22也以与之相应的方式纵向配置。
101.图10示出本发明的又一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图。
102.图10的实施例也与参照图2至图7说明的实施例基本相同，不同之处在于，一个图像射出部11配置于上部，而另一个图像射出部12配置于上棱角部。
103.图11示出本发明的又一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图。
104.图11的实施例也与参照图2至图7说明的实施例基本相同，不同之处在于，一个图像射出部11配置于上部，而另一个图像射出部12配置于侧面。
105.图12示出本发明的又一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图。
106.图12的实施例也与参照图2至图7说明的实施例基本相同，不同之处在于，三个图像射出部11、12、13并排配置于上部。
107.在这种情况下，三个反射部21、22、23也以对应于每个图像射出部11、12、13的方式以不同的倾斜角配置。
108.图13示出本发明的又一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图。
109.图13的实施例也与参照图2至图7说明的实施例基本相同，不同之处在于，一个图像射出部11配置于上部，两个图像射出部12、13配置于两个侧面。
110.在这种情况下，三个反射部21、22、23也以对应于每个图像射出部11、12、13的方式被配置为具有倾斜角。
111.图14和图15分别示出本发明的又一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图和侧视图。
112.图14和图15的实施例也与参照图2至图7说明的实施例基本相同，不同之处在于，多个反射部中的至少一部分配置于光学机构30的中央部，配置于光学机构30的中央部的反射部以外的反射部以配置于所述光学机构30的中央部的反射部为中心围绕配置。
113.在图14和图15中，不同之处在于，由两个反射模块构成的反射部22位于光学机构30的中央部，由八个反射模块构成的其他反射部21围绕所述反射部21配置。
114.配置于外部的反射部21反射从作为配置于光学机构30的上下部的图像射出部11、12之一的上部侧的图像射出部11射出的增强现实用图像a并传递至瞳孔40，配置于中央部的反射部22反射从配置于光学机构30的上下部的图像射出部11、12中的下侧的图像射出部12射出的增强现实用图像b并传递至瞳孔40。
115.图16示出通过图14和图15的实施例由用户识别的增强现实用图像的一例。
116.如图16所示，通过用户的瞳孔40识别的增强现实用图像成为通过反射部22传递的增强现实用图像b配置于中央部且通过反射部21传递的增强现实用图像a围绕所述增强现实用图像b的形态。
117.利用其可以将增强现实用图像a和增强现实用图像b制成彼此不同的增强现实用图像，而不是分割一个增强现实用图像的形态，在这种情况下，具有可以将彼此不同的多个
增强现实用图像重叠而提供的优点。
118.此时，可以使每个增强现实用图像的分辨率彼此不同。
119.此外，也可以将一个增强现实用图像构成为整体画面和中心部分的画面，并将增强现实用图像a构成为整体画面，将增强现实用图像b构成为中心部分的画面。此时，配置于光学机构30的中央部的反射部22可以反射从射出高分辨率的强现实用图像的图像射出部12射出的图像光并传递至用户的瞳孔40，而围绕配置于所述中央部的反射部22配置的反射部21可以反射从射出低于所述高分辨率的增强现实用图像的分辨率的增强现实用图像的图像射出部11射出的图像光并传递至用户的瞳孔40。
120.即，可以将作为中心部分的画面的增强现实用图像b作为高分辨率的增强现实用图像，并将作为整体画面的增强现实用图像a作为相较于增强现实用图像b相对低分辨率的增强现实用图像。这样，可以仅将射出作为中心部分的画面的增强现实用图像b的图像射出部12用价昂的能够提供高分辨率的图像的装置来实现，而射出作为整体画面的增强现实用图像a的图像射出部11可以用能够提供相对低廉的低分辨率的图像的装置来实现。因此，具有无需将整个图像射出部11、12用高分辨率的装置实现即可仅针对与人识别为重要的中心视野相对应的部分提供高分辨率的增强现实用图像的优点。
121.此外，多个图像射出部11、12可以以具有彼此不同的角分辨率(angular resolution)的方式分别射出与增强现实用图像相应的图像光。
122.其中，角分辨率(angular resolution)一般指可以在1度范围内区分黑/白线的分辨率，一般用cpd(cycles/degree)表示。即，角分辨率指人类可识别的视角范围内的分辨率，即使是具有相同的dpi(dots per inch，每英寸点数)的分辨率的图像，视角较窄的图像也可被视为角分辨率高于具有较广视角的图像。
123.因此，可以将一个增强现实用图像构成为整体画面和中心部分的画面，并将增强现实用图像a构成为整体画面，将增强现实用图像b构成为中心部分的画面，且使配置于光学机构30的中央部的反射部22反射与具有较高的角分辨率的从图像射出部12射出的增强现实用图像相应的图像光并传递至用户的瞳孔40，并使围绕配置于所述中央部的反射部22配置的反射部21反射与具有低于所述较高的角分辨率的增强现实用图像的角分辨率的从图像射出部11射出的增强现实用图像相应的图像光并传递至用户的瞳孔40。
124.图17示出本发明的又一实施例的利用多个增强现实用图像的增强现实用光学装置100的正视图。
125.图17的实施例与参照图14至图16说明的实施例相似，不同之处在于，将图像射出部11、12与对应的反射部21、22交错布置。
126.即，用黑圆表示的反射部22和用白圆表示的反射部21以行为单位交替配置。用黑圆表示的反射部22与下方的图像射出部12对应，用白圆表示的反射部21与上方的图像射出部11对应，并且分别反射与从对应的图像射出部11、12射出的增强现实用图像相应的图像光并传递至瞳孔40。
127.在图17的实施例中，以行为单位交替配置，但这是示例性的图示，根据图像射出部11、12的方向，也可以以列为单位交替配置。
128.此外，也可以使分别构成反射部21、22的反射模块彼此交替配置。
129.另一方面，在上述实施例中，以一个图像射出部11、12射出与一个增强现实用图像
相应的图像光的情况为例进行了说明，但也可以使一个图像射出部11、12射出与两个以上的增强现实用图像相应的图像光。
130.即，配置至少一个图像射出部11、12，且使图像射出部11、12中的至少某一个射出与多个增强现实用图像相应的图像光，并配置通过朝向用户的眼睛的瞳孔反射来传递与从图像射出部11、12射出的多个增强现实用图像相应的图像光，以向用户提供增强现实用图像的多个反射部21、22。
131.在这种情况下，多个反射部21、22分别与从图像射出部11、12射出的多个多个增强现实用图像中的至少某一个对应，以朝向用户的眼睛的瞳孔40分别反射并传递与对应的增强现实用图像相应的图像光。
132.在这种情况下，由于反射部21、22与从图像射出部11、12射出的多个增强现实用图像中的至少某一个对应，因而形成为多于每个图像射出部11、12射出的增强现实用图像的数量之和。
133.这样的实施例虽然在从至少一个图像射出部11、12射出与两个以上的增强现实用图像相应的图像光的方面与前述实施例存在差异，但其他构成可以相同地适用，因而省略对其的详细说明。
134.尽管上面参照本发明的优选实施例对本发明进行了说明，但本发明不限于上述实施例，显然可以实施其他多样的修改和变形。