具有防止向外漏光功能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，涉及一种能够阻止杂光泄漏至外部的具有防止向外漏光功能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)是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。
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，如下面的专利文献1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是示出如专利文献1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向用户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，在其内部埋设有反射部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形成为小于人的一般的瞳孔大小的尺寸，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，当景深变深时，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.这样的技术虽然具有加深景深且能够获得针孔效应的优点，但存在当从外部观察
增强现实用光学装置时泄漏与增强现实用图像相应的图像光的一部分的漏光现象，因而可能会在保密及设计方面带来不利的影响。
12.除了在图1的技术中外，这样的漏光现象在使用衍射光学元件(doe)或半反射镜的别的增强现实用光学装置中也是同样的。
13.图2和图3示出在以往的增强现实用光学装置中出现的光泄漏到外部的现象。
14.这种漏光现象的问题在于，除了用户的瞳孔方向外，光还向外部方向泄漏，因而光对外部的人可见，难以保密，并且佩戴时设计方面上的识别性下降。此外，还存在的问题是，由于光泄漏到外部，相应地，光效率会下降。
15.现有技术文献
16.韩国授权专利公报第10
‑
1660519号(2016.09.29公告)


技术实现要素：

17.技术问题
18.本发明旨在解决如上所述的问题，其目的在于，提供一种能够阻止光泄漏至外部的漏光现象的增强现实用光学装置。
19.此外，本发明的另一目的在于，提供一种因能够阻止光泄漏至外部而可以保密，且从美观的角度而言也秀丽，并且能够提高光效率的增强现实用光学装置。
20.技术方案
21.为了解决如上所述的课题，本发明提供一种具有防止向外漏光功能的增强现实用光学装置，包括：图像射出部，其射出与增强现实用图像相应的图像光；至少一个反射部，其通过朝向用户的眼睛的瞳孔反射并传递与从所述图像射出部射出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；以及光学机构，其配置有所述反射部，并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，所述至少一个反射部形成为4mm以下的大小，并且具备朝向用户的眼睛的瞳孔反射与从图像射出部射出的增强现实用图像相应的图像光的第一面和作为所述第一面的相反侧面的第二面，所述第二面由不反射光的光吸收材质形成。
22.其中，优选所述第二面的表面由光吸收材质涂布。
23.此外，所述至少一个反射部的第一面可以由反射光的反射材质形成。
24.此外，优选所述至少一个反射部的透明度为5％以下。
25.此外，优选所述至少一个反射部的厚度为500μm以下。
26.此外，优选所述光学机构的边缘面中除图像光从图像射出部入射的面以外的其余面中的至少一部分由光吸收材质形成。
27.根据本发明的另一方面，提供一种具有防止向外漏光功能的增强现实用光学装置，包括：图像射出部，其射出与增强现实用图像相应的图像光；辅助光学部，其将与从所述图像射出部射出的增强现实用图像相应的图像光传递至反射部；至少一个反射部，其通过朝向用户的眼睛的瞳孔反射并传递与从所述辅助光学部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；以及光学机构，其配置有所述辅助光学部和反射部，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，所述至少一个反射部形成为4mm以下的大小，所述辅助光学部具备将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反射部的第一面和作为所述第一面的相反侧面的第二面，所述至少一个反射部具备朝向用户的眼睛的瞳孔反射与从所述辅助光学部反射的增强现实用图像相应的图像光的第一面和作为所述第一面的相反侧面的第二面，所述辅助光学部和所述至少一个反射部的第二面分别由不反射光的光吸收材质形成。
28.其中，优选所述光学机构的边缘面中除图像光从图像射出部入射的面以外的其余面中的至少一部分由光吸收材质形成。
29.发明的效果
30.根据本发明，可以提供能够阻止光泄漏至外部的漏光现象的增强现实用光学装置。
31.此外，根据本发明，可以提供因能够阻止光泄漏至外部而可以保密，且从美观的角度而言也秀丽，并且能够提高光效率的增强现实用光学装置。
附图说明
32.图1是示出如专利文献1中公开的增强现实用光学装置的图。
33.图2和图3示出在以往的增强现实用光学装置中出现的光泄漏至外部的现象。
34.图4是示出本发明的具有防止向外漏光功能的增强现实用光学装置100的构造的图。
35.图5示出反射部20的侧面。
36.图6示出本发明的另一实施例的光学装置100。
37.图7是用于说明本发明的又一实施例的光学装置100的图。
38.图8示出用于说明本发明的光学装置100的漏光现象的效果的实际照片。
39.图9和图10示出本发明的反射部20和光学机构30的实际照片。
具体实施方式
40.下面参照附图对本发明的实施例进行详细说明。
41.图4是示出本发明的具有防止向外漏光功能的增强现实用光学装置100的构造的图。
42.参照图4，具有防止向外漏光功能的增强现实用光学装置100(以下简称为“光学装置100”)包括图像射出部10、反射部20以及光学机构30。
43.图像射出部10是射出与增强现实用图像相应的图像光的机构，例如可以是诸如小型的lcd的显示装置，或者反射或折射而射出从显示装置射出的图像光的反射机构或折射机构。
44.即，图像射出部10指诸如显示增强现实用图像的显示装置本身或射出从显示装置射出的图像光的反射或折射机构等的其他多样的机构。
45.由于这样的图像射出部10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。
46.另一方面，当显示装置为图像射出部10时，增强现实用图像是指显示于显示装置并通过反射部20被传递至用户的瞳孔40的虚拟图像；或者，当显示装置不是图像射出部10时，增强现实用图像是指显示于显示装置并通过图像射出部10和反射部20被传递至用户的
瞳孔40的虚拟图像。
47.这样的增强现实用图像可以是诸如图像形式的静止影像或视频。
48.增强现实用图像通过从图像射出部10射出并通过反射部20被传递至用户的瞳孔40来向用户提供虚拟图像，与此同时，通过光学机构30从存在于实际世界的实际事物射出的图像光被传递至用户，因而叠加在实际事物而提供虚拟图像，从而用户可以接收增强现实服务。
49.另一方面，虽然图像射出部10被示为以反射部20为中心配置在垂直于瞳孔40的方向，从而在用户凝视正面时配置于侧面，但这是示例性的，也可以使其在用户凝视正面时配置于上部、下部等，或者以其他角度配置。
50.反射部20是通过朝向用户的眼睛的瞳孔40反射并传递与从图像射出部10射出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的机构。
51.反射部20可以埋设在光学机构30的内部而配置，或者配置于光学机构30的表面(用户的瞳孔40侧的面)。
52.反射部20以能够朝向瞳孔40反射与增强现实用图像相应的图像光的方式以适当的角度配置在图像射出部10与瞳孔40之间。
53.另一方面，如在背景技术中前述的，反射部20形成为小于人的平均瞳孔大小的尺寸，即8mm以下，优选4mm以下，以便通过加深景深来获得针孔效应。
54.即，通过将反射部20形成为小于人的一般的瞳孔大小的尺寸，可以使对通过反射部20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与此无关地始终被识别为对焦的针孔效应(pin hole effect)。
55.另一方面，如图5所示，反射部20的特征在于，具备朝向用户的眼睛的瞳孔40反射与从图像射出部10射出的增强现实用图像相应的图像光的第一面21和作为所述第一面21的相反侧面的第二面22，并且所述第二面22由不反射光的光吸收材质形成。
56.图5示出反射部20的侧视图。
57.如图5所示，反射部20由第一面21和作为第一面21的相反侧面的第二面22构成，并且第二面22由光吸收材质形成。
58.其中，光吸收材质是指具有不反射光的性质的材质，由光吸收材质形成是指用具有不反射光而是吸收光的性质的材质制成的涂料等涂布第二面22的表面，或者将第二面22本身用光吸收材质来形成。由于由这样的光吸收材质和光吸收材质制成的涂料通过现有技术为人所知，且并非本发明的直接目的，因而省略对其的详细说明。
59.另一方面，当用光吸收材质涂布第二面22的表面时，第二面22无需完全不透明，即使反射部20的透明度例如为5％以下也足以。其中，透明度是指，入射至反射部20的第一面21的光的强度和当入射时通过第二面22射出的光的强度的比率。
60.换言之，意指由光吸收材质形成的第二面22阻挡光而不反射光的比率为95％。
61.另一方面，第一面21由于需要将与从图像射出部10射出的增强现实用图像相应的图像光反射至瞳孔40，因而优选由具有反射光的性质的反射材质形成。同样地，可以使用将第一面21本身用诸如具有反射光的性质的金属材料等的反射材质来形成或在第一面21的表面涂布由反射材质制成的涂料等的方法。
62.根据这种结构，第二面22不会反射入射至第二面22的非意图的杂光，因而具有使从外部观察光学装置100时通过光学机构30泄漏至外部的光最少化的优点。
63.另一方面，反射部20越厚，阻挡从外部，即从实际事物射出的图像光的比率越高，因而优选形成得尽可能薄，而实际上优选使整体厚度例如为500μm以下。
64.再次参照图4，光学机构30配置有反射部20，并且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。
65.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，使从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可以由半透明材质实现，在这种情况下，使从实际事物射出的图像光部分地透过至瞳孔40。
66.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。
67.另一方面，与从图像射出部10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20，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传递。
68.此外，也可以将光学机构30的边缘面中除图像光从图像射出部10入射的面以外的其余面中的至少一部分用光吸收材质来形成。
69.参照图4，可以看出光学机构30的边缘面中图像光从图像射出部10入射的面的相反侧面50由光吸收材质形成。根据这样的结构，通过所述相反侧面50，可以不反射被反射的杂光或鬼像光，从而可以进一步使通过光学机构30泄漏至外部的光最少化。
70.在图4中，虽然示为只有相反侧面50由光吸收材质形成，但作为其余边缘的上表面和下表面也可以由光吸收材质形成。
71.另一方面，在上述实施例中，虽然仅示出一个反射部20，但显然也可以构成多个反射部20。
72.图6示出本发明的另一实施例的光学装置100。
73.图6的实施例与在图4至图5中描述的实施例基本相同，且其特征在于，形成有多个反射部20。
74.图6的(a)是当将光学装置100置于用户瞳孔40的正面方向上时从上方观察的图，图6的(b)是当从正面方向观察瞳孔40时的图。
75.如图6所示，当以瞳孔40的正面方向为基准从上部观察时，如图4的(b)所示，三个反射部20被配置为当从瞳孔40的正面方向观察时倾斜约45度。根据这种配置结构，每个反射部20可以分别反射从图像射出部10射出的图像光并传递至瞳孔40。
76.在如图6所示的情况下，同样地，由于每个反射部20的第二面22由如前所述的光吸收材质形成，因此，通过第二面22，杂光不会泄漏至外部。
77.此外，在图6中，同样地，可以将光学机构30的边缘面中图像光从图像射出部10入射的面的相反侧面50用光吸收材质来形成。
78.图7是用于说明本发明的又一实施例的光学装置100的图。
79.图7的实施例与图6的实施例基本相同，不同之处在于还包括辅助光学部60。
80.辅助光学部60配置于光学机构30的内部，并且是将与从图像射出部10射出的增强现实用图像相应的图像光传递至反射部20的机构。
81.此外，辅助光学部60具备将与从图像射出部10射出的增强现实用图像相应的图像光反射至反射部的第一面61和作为所述第一面的相反侧面的第二面62，并且所述第二面62由如前所述的不反射光的光吸收材质形成。
82.另一方面，至少形成有一个反射部20，如前所述，每个反射部20分别具备朝向用户的眼睛的瞳孔反射与从辅助光学部60反射的增强现实用图像相应的图像光的第一面21和作为所述第一面的相反侧面的第二面22，并且所述第二面22也同样如前所述地由不反射光的光吸收材质形成。
83.在图7的实施例中，并非反射部20从图像射出部10直接接收图像光，而是通过辅助光学部60接收图像光，因而第一面21和第二面22在与图4的实施例相反的方向上配置。
84.根据图7的实施例，具有在使用辅助光学部60的情况下也能更确实地防止杂光泄漏至外部的优点。
85.在图7的实施例中，其他另外的构件可以照用在图4至图6中描述的构件，因而将省略对其的详细说明。
86.图8示出用于说明本发明的光学装置100的漏光现象的效果的实际照片。
87.如图8所示，就本发明的光学装置100而言，当外部观察时，可以看出，由于反射部20的第二面22不反射光的光吸收材质形成，因而呈现黑色，并且光几乎不会泄漏至外部。
88.图9和图10示出本发明的反射部20和光学机构30的实际照片。
89.如图9和图10所示，可以看出，反射部20的第二面21涂布有不反射光的光吸收材质，因此，反射部20呈现黑色，并且几乎不会向外部反射光，从而具有防止向外漏光的效果。
90.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。