光学装置的制作方法

本发明涉及利用反射、折射或衍射的光学装置，更详细地，涉及构成向使用人员提供景深深的图像的光学模块的可用范围宽广的光学装置。

背景技术：

增强现实(augmentedreality)为使用人员用眼观看的现实世界与虚拟画面(虚拟世界)重叠的技术，现实世界实时与具有附加信息的虚拟世界重叠来形成一个影像，因此，在初期，也被称为混合现实。

这种增强现实以发展透视头戴显示器(see-throughhmd(headmounteddisplay))为基础来进行研究，与虚拟现实(virtualreality)具有不同含义。虚拟现实使使用人员投入到虚拟环境，因此，使用人员无法观看实际环境，相反，增强现实可使使用人员观看实际环境，提供实际环境和虚拟客体混合的形态。换句话说，虚拟现实代替现实世界来向使用人员提供，但是，增强现实在现实世界重叠虚拟物体，由此补充现实世界来向使用人员提供。

为了体现上述增强现实，主要使用头戴显示器(hmd)，这种头戴显示器(hmd)的透镜模块(光学模块)大部分结构复杂，从而很难制造，因复杂的结构，透镜模块的尺寸大，且重量也会很重。由此，使用人员很难佩戴头戴显示器。

作为用于体现这种现有的增强现实的装置中的一种，“专利文献1(kr10-1646873b1)”公开了具有护目镜旋转机构的头戴显示器装置。“专利文献1”的具有护目镜旋转机构的头戴显示装置稳定确保外部视野并以仅通过眼球的上下移动来观看虚拟画面的方式具有铰链结构。

“专利文献2(kr10-1524933b1)”公开了用于体现增强现实的光学系统装置及头戴式现实装置，“专利文献2”的用于体现增强现实光学系统装置及头戴显示器装置包括：第一反射部，当整合虚拟影像(虚拟画面)和实际影像(外部视野)时，为了使误差极小化，使实际影像中的一部分的第一影像透过，改变剩余一部分的第二影像的光路径；第二反射部，再变更上述第二影像的光路径；影像收集部，用于收集上述第二影像；控制部，以上述第二影像为基础生成上述虚拟影像，使上述虚拟影像显示在显示板；放大透镜部，用于放大从上述显示板输出的虚拟影像；以及第三反射部，通过上述放大透镜部放大的上述虚拟影像在使用人员的视网膜成像。

用于体现包括“专利文献1”及“专利文献2”的现有的增强现实的装置因上述结构问题而导致透镜模块的数量、透镜模块的配置形态、透镜模块(设备)的配置形态受到限制的问题。

用于体现现有的增强现实的透镜模块不仅具有复杂结构，并产生如上所述的问题，而且无法向使用人员提供规定鲜明的画面。

如上所述，当使用人员识别现实世界时，增强现实一同重叠虚拟画面的技术，当使用人员识别或观看现实世界时，若使用人员将焦点放远或者放近等放在使用人员自身需要的位置或变更焦距，则虚拟画面变得不清楚或不鲜明。换句话说，确定了提供(反射)虚拟画面的透镜额焦点确定，因此，在改变焦点距离的过程中对准焦点的情况下，使用人员才可观看鲜明的画面，在焦点不清楚的情况下，使用人员会观看模糊不鲜明的虚拟画面。

作为用于解决上述问题的现有技术的一种，“专利文献3(kr10-2015-0116142a)”中公开了可调节焦点的头戴显示器(hmd)用光学模块。具体地，“专利文献3”的可调节焦点的头戴显示器(hmd)用光学模块包括：画面传递透镜，接收从显示板出来的虚拟画面来进行内部全反射之后，向下一个光学模块传递虚拟画面；调节帧，接收从画面传递透镜出来的虚拟画面来调节角度并对虚拟画面进行反射，以此通过调节焦点来向下一个光学模块传递；以及耦合器，对从调节帧传递的虚拟画面进行反射并结合从外部传递的现实画面来向佩戴人员的眼睛传递。

这种“专利文献3”的可调节焦点的头戴显示器(hmd)用光学模块可调节焦点，其中，焦点调节为通过调节使用人员的焦点来对准自己所观看的视野中的一个或者固定一个焦点，如上所述，完全没有解决当使用人员凝视现实世界并改变焦点距离时获取不鲜明的虚拟画面的问题。

并且，作为用于解决上述问题的现有技术中的一个，“专利文献4(kr10-2013-0126623a)”公开了增强现实系统及得到改善的焦点提供方法。具体地，“专利文献4”的增强现实系统及得到改善的焦点提供方法包括：处理器，在软件的控制下，确定当前使用人员焦点区域；以及焦点区域调节单元，在软件的控制下，用于对准当前使用人员焦点区域内的可变焦点透镜的焦点。“专利文献4”中，增强显示系统及得到改善的焦点提供方法为物理方法，完全没有解决上述问题，为了确定当前使用人员的焦点区域而需要额外的处理器，为了这种处理器的控制而需要额外的软件，因此，不仅存在处理器及软件的故障及错误，而且，需要设置额外的处理器及软件，因此制造成本昂贵。

技术实现要素：

要解决的技术问题

本发明为了解决上述问题及必要性而提出，本发明的目的在于，提供使对从显示部输出的图像进行反射的反射部小型化来增加反射部的数量及配置的可用范围，显示部的数量及配置的可用范围增加，与此同时，可向使用人员提供景深(depthoffield)深的图像或影像的光学装置。

解决问题的技术方案

用于实现上述本发明的目的的本发明的特征效果的本发明的特征结构如下。

本发明的光学装置的特征在于，包括：显示部，用于输出图像；至少一个反射部，对从上述显示部输出的图像进行反射且大小为4mm以下；以及框架部，用于固定上述显示部及上述至少一个反射部。

并且，本发明还可包括设置上述至少一个反射部的辅助光学部，上述辅助光学部固定于上述框架部。

并且，上述辅助光学部由能使可视光线透过的透明光学元件形成，上述至少一个反射部设置于上述辅助光学部的外部或内部。

并且，上述显示部可固定于上述框架部，设置于上述辅助光学部的侧面侧。

并且，上述至少一个反射部可埋入于上述辅助光学部的内部。

并且，上述辅助光学部由减少或阻断使用人员的外部视野的光学元件形成，上述至少一个反射部设置于上述辅助光学部的外部或内部。

并且，本发明还可包括用于使从上述显示部输出的图像折射的折射光学元件、用于使从上述显示部输出的图像反射的反射光学元件及用于使从上述显示部输出的图像衍射的衍射光学元件中的至少一种。

并且，上述辅助光学部的侧面呈曲面，以从上述显示部输出的图像在上述辅助光学部的侧面折射。

并且，上述至少一个反射部可由金属形成。

并且，上述至少一个反射部由光学元件(opticalelement)形成。

并且，上述至少一个反射部可呈没有棱角的形态。

并且，上述至少一个反射部位可呈圆形或椭圆形。

并且，上述至少一个反射部的表面呈曲面。

发明的有益效果

本发明的光学装置通过上述结构使反射部小型化来增加反射部的数量及配置的可用范围，显示部的数量及配置的可用范围也会增加。即，本发明提高对于反射部及显示部的设置数量及设置位置的自由度。

并且，本发明的光学装置通过上述结构来使整体光学装置的结构简化。并且，光学装置的重量变轻，体积变小，制造成本降低。

并且，本发明的光学装置可向使用人员提供景深深的图像。因此，当使用人员观看现实世界时，即使调节焦距，与焦距无关，可一直获取鲜明的图像。

并且，本发明的光学装置通过上述结构，无论视力如何，使用人员均可获取鲜明的图像。

附图说明

图1为简要示出本发明的光学装置的一实施例的结构的图。

图2为简要示出本发明的光学装置的另一实施例的结构的图。

图3及图4为用于说明本发明的光学装置的效果的图。

图5至图9为简要示出本发明的光学装置的另一实施例的结构的图。

图10为用于说明通过针孔透镜观看影像的情况下可观看鲜明影像的原理的图。

图11为用于说明本发明的光学装置的针孔效果的图。

图12至图14为对利用本发明的光学装置来获取的图像及利用现有的光学装置来获取的图像进行比较的图。

具体实施方式

以本发明可实施的特定实施例为例示，参照附图，详细说明后述的本发明。详细说明这些实施例，以便本发明所属技术领域的普通技术人员充分理解本发明。本发明的多种实施例不同，但是，无需相互排他。例如，在此记载的特定形状、结构及特性与一实施例相关地不超出本发明的思想及范围并体现为其他实施例。并且，各个公开的实施例内的个别结构要素的位置或配置不超出本发明的思想及范围的情况下可变更。因此，后述的详细说明为限定含义，只要适当说明本发明的范围，在与发明要求保护范围所提出的内容等同的所有范围和发明要求保护法范围来限定。图中，在多个实施方式中，对类似的附图标记赋予类似的功能。

包括如第一、第二等的序数的术语用于说明多种结构要素，上述结构要素并不局限于上述术语。上述术语用于区分两种结构要素。例如，在不超出本发明的发明要求保护范围的情况下，第一结构要素可被命名为第二结构要素，类似地，第二结构要素可被命名为第一结构要素。和/或这种术语包括多个相关记载的项目的组合或多个相关记载的项目中的一种项目。

另一方面，在本发明中使用的术语仅为了说明特定实施例而使用，而并非用于限定本发明。除非在文脉上并未明确表示，单数的表现包括复数的表现。并且，在本发明中，“包括”或“具有”等的术语指定在说明书上记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或这些组合的存在，而并非预先排出一个或其以上的其他特征或数字、步骤、动作、结构要素、部件或这些组合的存在或附加可能性。

只要并未特殊定义，包括技术或科学术语，在此使用的所有术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员一般理解的含义相同。具有如通常使用的预先定义的术语相关的技术的文脉上所具有的含义相同的含义，只要在本发明中并为明确定义，不得以解释成异常或过度的含义。

以下，为使本发明所属技术领域的普通技术人员简单实施本发明，参照附图，详细说明本发明的优选实施例。

图1为简要示出本发明的光学装置的一实施例的结构的图。参照图1，本发明的光学装置包括：显示部100，用于输出图像；至少一个反射部200，对从显示部100输出的图像进行反射且大小为4mm以下；以及框架部300，用于固定至少一个反射部200，根据需要，还可包括设置有至少一个反射部200的辅助光学部400。

图1为用于理解本发明，显示部100及反射部200与基于实际大小的比例不同。例如，反射部200的大小为4mm以下，因此，当用肉眼识别时，尺寸极小。并且，根据需要，反射部200的尺寸很难被肉眼识别。如上所述，在本发明中，附图为了帮助理解本发明而适当放大反射部200的大小。

显示部100输出图像，包含多种图像或所有视角元素，只要输出包含图像和影像的概念即可，并不局限于显示部100的大小或种类。反而，在本发明中，通过反射部200的特征来自由设置显示部100的大小或设置(配置)的位置。

反射部200对从显示部100输出的图像进行反射，优选地，使反射的图像到达使用人员的眼睛。并且，优选地，反射部200的大小为4mm以下。本发明反射部200的大小小于人的瞳孔，人的瞳孔的大小一般为2mm至6mm。优选地，人的瞳孔的大小不同，因此，平均大小为4mm以下。

并且，反射部200的大小为2mm以下，人的瞳孔的大小一般为2mm至6mm，因此，只要反射部200的大小为2mm以下，则一直小于人的瞳孔。

并且，优选地，反射部200的反射率为100％，为此，反射部200可由金属形成。例如，反射部200可由铝(al)或银(ag)构成，此外，可利用多种金属、合金或合成树脂等。

并且，反射部200可由多种光学元件(opticalelement)形成，例如，反射部200可由全息光学元件(holographicopticalelement)形成来可进行光栅反射。此时，使用人员获取的图像具有全息形态。并且，除全息光学元件之外，使用其他种类的元件来进行光栅反射。

图2为简要示出本发明的光学装置的另一实施例的结构的图，本发明的光学装置可包括上述特征的至少一个反射部200。图2示出在辅助光学部400设置有反射部200的状态，图2(a)示出从辅助光学部400的上方观看的状态，图2(b)示出从辅助光学部400的正面观看的状态。

即，在本发明中，反射部可由一个反射部200构成，根据需要，也可由两个反射部200形成。在由两个以上反射部200形成的情况下，各个反射部200对从显示部100传递的各个图像(此时，显示部可由两个显示部100构成)进行反射来使使用人员获取多种图像。并且，多个反射部200可群集，根据需要，可形成多个群集。

上述反射部200可设置于辅助光学部400的内部或外部，例如，如图1所示，反射部200可埋入(凹陷)设置于辅助光学部400的内部，与此不同，反射部200可附着于辅助光学部400的前部面或后部面。

框架部300固定至少一个反射部200，框架部300直接与反射部200相连接来固定反射部200，在还包括辅助光学部400的情况下，框架部300固定辅助光学部400，在辅助光学部400设置有反射部200的情况下，框架部300间接固定反射部200。

此时，框架部300可安装于使用人员能够佩戴的眼镜形态或多种形态的头戴装置，此外还可呈多种形态。

辅助光学部400为设置有至少一个反射部200的结构，辅助光学部400可固定于框架部300。辅助光学部400可由能使可视光线透过的透明光学元件形成，也可由不能使可视光线透过的透明光学元件形成。

若辅助光学部400由透明光学元件形成，则本发明的光学装置可使用为增强现实用光学装置。如上所述，增强现实为使用人员用眼观看的现实世界与虚拟画面(虚拟世界)重叠的技术，利用本发明的反射透镜模块的光学装置的使用人员通过辅助光学部400识别现实世界，同时，可识别从反射部200反射的图像(虚拟画面(see-through))。

在另一实施例中，辅助光学部400可由不透明光学元件形成，或者辅助光学部400由减少或阻断使用人员的外部视野的光学元件形成，本发明的光学装置可以为虚拟现实(virtualreality)用光学装置(see-closed)。当然，在此情况下，辅助光学部400上设置有额外的显示部100来输出额外的图像。

如上所述，优选地，为使使用人员清晰地观看现实世界，本发明的辅助光学部400的可视光线的透过率为100％，根据使用人员的眼睛(眼球)的状态或需要使用的用途，选择可视光线的透过率来构成辅助光学部400。

并且，在需要阻断紫外线(uv)的情况下，辅助光学部400阻断紫外线并透过可视光线，在需要进行使用人员眼或视力矫正的情况下，可使用视力矫正透镜。

作为代表，这种辅助光学部400可由玻璃形成，除此之外，可由多种塑料形成。

图3及图4为用于说明本发明的光学装置的效果的图，图3示出从辅助光学部400上向显示部100输出的图像的路径，图4示出从辅助光学部400的正面向显示部100输出的图像的路径。图3及图4中，为了理解本发明，而省略显示了反射部200。

通过上述反射部200的特征，本发明的光学装置的反射部200的设置角度极为自由，图3及图4中，可确认多种图像的路径。

由此，本发明的光学装置的显示部100的设置位置变得极为自由。首先，参照图1，在辅助光学部400的侧面，通过显示部100向反射部200照射光(图像)，反射部200也可将图像向使用人员的眼睛反射。此时，辅助光学部400的“侧面”意味着上下左右的所有侧面，图中，并非意味着左右侧面。

图5至图6为简要示出本发明的光学装置的另一实施例的结构的图，参照图5及图6所示，显示部100可设置在框架部300的多个位置处。

图7至图9为示出本发明的光学装置的另一实施例的简要结构的图，本发明的光学装置还可包括用于使从上述显示部100输出的图像折射的折射光学元件500、用于使从上述显示部100输出的图像反射的反射光学元件600以及用于使从上述显示部100输出的图像衍射的衍射光学元件(未图示)中的至少一种。

如图7所示，折射光学元件500可介于显示部100和反射部200之间，如图8所示，从显示部100输出的图像由反射光学元件600优先反射之后，所反射的图像再次由反射部200反射。

并且，本发明的光学装置中，辅助光学部400的侧面呈曲面，如图9所示，从显示部100输出的图像可在辅助光学部400的侧面发生折射。

如上所述，本发明的光学装置通过反射部200小型化使得显示部100的数量及配置的可用范围增加，反射部200的数量及配置的可用范围增加，对于显示部100及反射部200的设置数量及设置位置的自由度极高。

如上所述，增强现实因其技术特征及通过重叠现实世界和虚拟画面来使使用人员识别的技术特征，为了向使用人员一直提供鲜明的图像，随着使用人员凝视现实世界并改变焦距，也需要改变图像的焦距。

这种焦距的问题通过提供景深深的图像来解决。景深为在一个图像，即，使用人员通过肉眼获取的图像中，被识别成对准焦点的范围。因此，在景深低的情况下，识别成对准焦点的范围小，在景深深的情况下，识别成对准焦点的范围大。

因此，若向使用人员提供景深深的图像，则即使使用人员凝视现实世界并变更焦距，在识别成对准所提供的图像的焦点的范围内可获取鲜明的图像。换句话说，若景深变深，则识别成对准焦点的范围变大，因此，在上述范围内，即使变更焦点，也会被识别成对准焦点，因此，使用人员即使变更焦距，也可获取鲜明的图像。

此时，若景深变得无限深，则被识别成对准焦点的范围无限大，因此，使用人员即使自由地调节焦距，也可获取鲜明的虚拟画面。

由上述反射部200反射的图像小于瞳孔的大小，因此，无论水晶体的形状或厚度如何，均可在视网膜准确形成图像。因此，无论视力如何，使用人员可一直获取鲜明的虚拟画面，即，由反射部200反射的图像。

若从另一侧面观察具有这种特征的反射部200时，本发明的反射部200起到针孔效果。图10为用于说明通过针孔透镜观察影像的情况下可观察鲜明影像的原理的图。

图10的(a)部分示出患有近视的人用肉眼观察时变得模糊的原因，在近视的情况下，水晶体的厚度大，焦点对准在视网膜的前方，因此，物体在视网膜上并未对准于一个点，而是不同点，因此物体变得模糊。通过图10的(a)部分进行说明，从物体出发的光a对准在视网膜的a1、a2、a3。

图10的(b)部分为示出当患有近视的人佩戴针孔透镜时物体变得鲜明的原因，从物体出发的光通过针孔并被限制，从而对准在视网膜的比较小的区域，因此，比肉眼相比，物体变得更鲜明。参照图10的(b)部分，从物体出发的光a对准在视网膜的比较小的位置a′。仅考虑这种现象，通过使从显示部100输出的虚拟画面通过针孔到达眼睛来解决现存的问题，在针孔的情况下，会发生其他问题，例如为衍射现象，通过衍射，通过针孔的光会扩散，因此限制形成鲜明的图像。而且，在针孔的情况下，针孔的尺寸越小，物体形状越鲜明，且衍射也越大，因此，利用针孔受到了限制。

在本发明中，使用尺寸小，即，尺寸为4mm以下的反射部200来防止如针孔的光的宽度受到限制并发生衍射现象。图11为用于说明通过本发明的虚拟现实体现用透镜模块虚拟画面的形状对准在视网膜的图。图11的情况下，从现实世界的物体出发的光a对准在视网膜a'，从显示部100出发的光b在反射部200反射之后对准在视网膜b'。在图11的情况下，a'和b'对准在视网膜的同一个点，因此，无需单独调节焦点，现实世界的影像和虚拟影像变得清晰。

此时，随着使用人员调节焦距，从物体出发的光a对准在视网膜上的位置不同。这是因为使用人员调节焦距改变了水晶体的厚度。但是，即使使用人员调节焦距改变了水晶体的厚度，从显示部100出发的光b一直恒定对准在b'，因此，使用人员可一直获取鲜明的虚拟画面。

本发明的这种反射部200的大小为4mm以下，由此，使用人员可一直获取鲜明的虚拟画面，这意味着向使用人员提供的虚拟画面的景深深。

图12至图14为对利用本发明的光学装置来获取的图像及利用现有的光学装置来获取的图像进行比较的图。图12至图14的左边为利用本发明的光学装置来获取的图像，右边为利用现有的光学装置来获取的图像。图12至图14的块内显示从显示部100输出的虚拟画面。

图12为焦点位于远处的情况，图13为焦点位于中间的情况，图14为焦点位于近处的情况。观察图12至图14，左边和右边的焦点均变为远处、中间、近处，现实世界的图像仅在焦点相同的部分鲜明，焦点不相同的部分可变得模糊。

此时，右边的利用现有的光学装置来获取的图像中的块内的虚拟画面仅在远处观看时鲜明，越向焦点近的位置移动，块内的虚拟画面逐渐变得模糊。与此不同，利用左边的本发明的光学装置来获取的图像中的块内的虚拟画面在位于远处、中间、近处的情况下均鲜明。

如上所述，本发明的光学装置可向使用人员提供景深深的虚拟画面，由此，当使用人员观看现实世界时，无需调节焦距，也可一直获取鲜明的虚拟画面。

若本发明的反射部200的大小为2mm以下，则可获取上述结果，优选地，为了更加有效，反射部200的大小为50μm至700μm。

并且，优选地，反射部200的形态呈圆形，此时，除完整的圆形之外，根据需要，可呈椭圆形。如上所述，优选地，反射部200呈圆形或椭圆形，根据需要，其形状可发生变化。例如，当以斜线切断圆筒形态的形状时可具有椭圆形形状，如上所述，可具有不与数学定义的椭圆完全相同的椭圆形态。

即，在本发明中的反射部200只要呈不具有棱角的形态，则可具有多种形态，只要实现如上所述的针孔效果，并可防止衍射现象的形态均可适用。例如，只要是没有任何棱角(edge)的椭圆形，则可实现针孔现象并防止衍射现象。

并且，反射部200的表面可呈曲面，曲面可呈凹陷形态，根据需要，可具有凹陷形态的曲面。

并且，本发明的光学装置可呈在由硬质材质形成的底层部(未图示)层叠反射部200的形态。

底层部为了层叠反射部200而由具有规定程度硬度的材质形成。玻璃为代表例，但是，除玻璃之外，可使用多种合成树脂。反射部200为了反射从显示部100输出的虚拟画面而使用反射率优良的铝(al)或银(ag)，此外，可使用多种金属、合金或合成树脂等。并且，根据需要，反射部200的表面可呈曲面。

以上，本发明通过如具体结构要素的特定思想和限定实施例及附图来说明，但是，为了理解整个本发明而提供，本发明并不局限于上述实施例，本发明所属技术领域的普通技术人员可从这种记载进行多种修改及变形。

因此，本发明的思想并不局限于上述说明的实施例，在后述的发明要求保护范围内或与上述发明要求保护范围等同或等价变形的所有内容均属于本发明的范畴。