(57)【要約】【課題】本発明は、ヘッドマウントディスプレイ用光学システムを開示する。【解決手段】本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システムは、メガネフレームのつるの内側面に備えられ、仮想画面の光を提供するディスプレイ部；前記メガネフレームの鼻あて部に備えられ、前記ディスプレイ部から伝達された前記仮想画面の光を屈折又は反射させて方向を切り替える光経路調節部；及びメガネのレンズの内部又は前記メガネのレンズに隣接する位置に備えられ、仮想画面と外部から流入される現実画面を結合して、着用者の目に伝達する光結合部；を含み、前記光経路調節部は光経路が切り替えられた前記仮想画面の光を特定の範囲内の角度で前記光結合部の内部に入射させることを特徴とする。本発明によれば、光経路調節部によってディスプレイ部から出た仮想画面の進行方向を切り替えることにより、一側に配置されたディスプレイ部の仮想画面が反対側の目に伝達されて、従来の光学システムに比べて体積を最小化することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メガネフレームのつるの内側面に備えられて、仮想画面の光を提供するディスプレイ部；
前記メガネフレームの鼻あて部に備えられ、前記ディスプレイ部から伝達された前記仮想画面の光を屈折又は反射させて方向を切り替える光経路調節部；及び
メガネのレンズの内部又は前記メガネのレンズに隣接する位置に備えられ、仮想画面と外部から流入される現実画面を結合して、着用者の目に伝達する光結合部；を含み、
前記光経路調節部は、光経路が切り替えられた前記仮想画面の光を特定の範囲内の角度で前記光結合部の内部に入射させることを特徴とする、ヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項２】
前記ディスプレイ部は、
前記仮想画面を生成するディスプレイパネル；及び
前記ディスプレイパネルから特定の間隔で離隔して、前記光経路調節部に前記仮想画面を収斂させる画面伝達レンズ；を含むことを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項３】
前記光経路調節部は、
前記ディスプレイ部の方向に配置されて、前記ディスプレイ部から入射された前記仮想画面の光を前記光経路調節部の内部に収斂させる収斂レンズモジュール；及び
一つ以上の反射面を備えて、前記仮想画面の光の経路を調節する光経路屈折モジュール；を含むことを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項４】
前記光経路調節部は、
前記光経路屈折モジュールによって前記光結合部の方向に経路が調節された前記仮想画面の光を所定の倍率で拡大する発散レンズモジュール；をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項５】
前記光経路屈折モジュールは、
一つの前記ディスプレイ部から入射された前記仮想画面の光を反射して経路を切り替える経路切替反射面；及び
前記経路の切り替えされた前記仮想画面の光を反射して一方向又は両方向の前記光結合部に伝達する分割反射面；を含むことを特徴とする請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項６】
前記分割反射面は、
前記経路切替反射面によって反射された前記仮想画面の光を左眼用光結合部に反射する第１の反射面；及び
前記経路切替反射面によって反射された前記仮想画面の光を右眼用光結合部に反射する第２の反射面；を備え、
前記第１の反射面及び前記第２の反射面は相互に交差していることを特徴とする請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項７】
前記第１の反射面及び前記第２の反射面は、
異なる偏光コーティングを備えて、前記左眼用光結合部及び前記右眼用光結合部の異なる偏光を流入することを特徴とする請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項８】
前記第１の反射面及び前記第２の反射面は、
ハーフミラー（ｈａｌｆ  ｍｉｒｒｏｒ）で形成され、
同じ反射率を有して前記左眼用光結合部及び右眼用光結合部に均等な前記仮想画面の光を流入することを特徴とする請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項９】
前記ディスプレイ部は、
右眼用仮想画面の光及び左眼用仮想画面の光を交互に提供することを特徴として、
前記光経路調節部は、
前記左眼用光結合部及び前記右眼用光結合部の方向に備えられて、前記ディスプレイ部から提供される前記仮想画面の光の類型に対応するように開閉が行われる複数の液晶シャッター；をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項１０】
前記ディスプレイ部は、
前記メガネフレームのつるの内側面にそれぞれ配置され、
前記光経路調節部は、
異なる光経路の長さを有する左眼用光経路調節部及び右眼用光経路調節部を含み、
前記左眼用光経路調節部及び右眼用光経路調節部は、
前記仮想画面の両眼間の視差を生成することを特徴とする請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項１１】
前記光結合部は、
前記光経路調節部から入射された前記仮想画面の光が進行するガイドレンズ；及び
前記ガイドレンズを通過した前記仮想画面の光を屈折又は反射して眼球の方向に提供する結合レンズモジュール；を含むことを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項１２】
前記仮想画面の光は、
特定の範囲内の角度で前記ガイドレンズの内部に入射され、
前記ガイドレンズ内の全反射によって前記結合レンズモジュールに入射させることを特徴とする請求項１１に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項１３】
前記結合レンズモジュールは、
前記ガイドレンズと同じ媒質で形成され、
所定の角度になった偏光斜面を備える複数の偏光レンズを含み、
前記偏光斜面が前記仮想画面の光が流入される方向に向くように前記ガイドレンズに結合され、
前記ガイドレンズは、前記複数の偏光レンズの形状に対応する複数の溝を備えることを特徴とする請求項１１に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項１４】
前記偏光斜面は、特定の間隔をおいて配置されることを特徴とする請求項１３に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項１５】
前記各偏光斜面の反射率を異なるように適用して、各位置の前記仮想画面の光が同じ明るさで着用者の眼球に入射されることを特徴とする請求項１３に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項１６】
前記ディスプレイ部、前記光経路調節部及び前記光結合部をそれぞれ、前記メガネフレームに取り外し又は結合が可能なモジュールで製作されることを特徴とする請求項１乃至請求項１５中のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【請求項１７】
前記光経路調節部は、
前記光結合部の一側が挿入可能な一つ以上の溝を備え、
前記挿入された光結合部の一側を介して前記仮想画面の光を提供することを特徴とする請求項１６に記載のヘッドマウントディスプレイ用光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドマウントディスプレイ用光学システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドマウントディスプレイ用光学システムとは両眼に近接している液晶画面を介して立体映像を見ることができる装置を具現するための光学システムをいう。
【０００３】
韓国公開特許第２０１４−００３６３５１号（コンパクトなシースルーディスプレイシステム、公開日２０１４．０３．２５、Ｇｏｏｇｌｅのインフォレーテッド）は、従来のヘッドマウントディスプレイ用光学システムの構成を示す。従来のヘッドマウントディスプレイ用光学システムは、外部の光を受け取るウィンドウレンズと；外部の光に４５°の角度に位置するビームスプリッターと；ビームスプリッターによって反射された外部の光とディスプレイパネルから出た仮想画面の光が通過する光パイプと；ディスプレイパネルと光源の光を合わせる近イメージフォーマと；近イメージフォーマによって合わせた光を反射させる近ビームスプリッターからなる。ディスプレイパネルは、液晶を用いたＬＣＯＳ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）と有機素子を用いたＯＬＥＤｏＳ（ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｓｐｌａｙ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）などがあり、ＬＣＯＳの場合、それ自体が発光しないので、光源が必要である。
【０００４】
ディスプレイパネルと光源の光が近イメージフォーマによって合わせられて生じる仮想画面は、近ビームスプリッターによって反射され光パイプを通ってイメージフォーマに入り、ビームスプリッターによって反射された外部の光（現実画面）と合わせて、再びビームスプリッターによって反射され人の目に入って来る。
【０００５】
このような構成により、外部の光（現実画面）とディスプレイパネルの光（仮想画面）がイメージフォーマによって合わせるので、仮想画面と現実画面を合わせた拡張現実画面を形成して、目に送られ、人にとって仮想画面と現実画面とを両方とも感じるようにする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のヘッドマウントディスプレイ用光学システムは、ディスプレイ部分の近ビームスプリッターと視野部分のビームスプリッターで全光学システムの体積が増加し、その両者の間を繋ぐ光パイプも大きな体積を占めており、不便な問題があった。
【０００７】
また、従来のヘッドマウントディスプレイ用光学システムは、常に固定された画面と視野を提供するので、実際の着用者が目を動かして画面の焦点を確保しなければならない不便があった。
【０００８】
また、従来のヘッドマウントディスプレイ用光学システムは、右眼用（又は左眼用）ディスプレイ部から出た画面が方向を変えずに各構成を通過して、右眼（又は左眼）に入って来て、各構成は光パイプの内で固定されているので、拡張現実を具現するために必要な光経路の長さを確保するために、一定以上の体積を確保するべき限界を有する。
【０００９】
また、従来のヘッドマウントディスプレイ用光学システムは、体積を減らすために、光パイプの長さを減らすと焦点を確保しにくいという欠点があり、焦点を確保するためには目から通常のメガネのレンズとの距離よりも２倍ほど離れるしかなく、着用時に不便であり、少しの揺れでも大きく焦点が歪むなどモビリティの確保にも問題があった。
【００１０】
また、従来のヘッドマウントディスプレイ用光学システムは、着用時に外部へディスプレイ部が突出し、構成要素の体積が大きくて、他人に特殊な装置を着用していると認識されることがあるという欠点があった。
【００１１】
上述した問題を解決するために、ディスプレイ部から出た画面の方向を切り替えて体積を最小化することにより、他人に一般的なメガネのように認識されることができる、ヘッドマウントディスプレイ用光学システムを提供しようとする。
【００１２】
また、３次元仮想画面を提供して、着用者が３次元の拡張現実を感じることができる、ヘッドマウントディスプレイ用光学システムを提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システムは、メガネフレームのつるの内側面に備えられて、仮想画面の光を提供するディスプレイ部；前記メガネフレームの鼻あて部に備えられ、前記ディスプレイ部と同じ光軸上に配置され、前記ディスプレイ部から伝達された前記仮想画面の光を屈折又は反射させて方向を切り替える光経路調節部；及びメガネのレンズの内部又は前記メガネのレンズに隣接する位置に備えられ、仮想画面と外部から流入される現実画面を結合して、着用者の目に伝達する光結合部；を含み、前記光経路調節部は、光経路が切り替えられた前記仮想画面の光を特定の範囲内の角度で前記光結合部の内部に入射させることを特徴とする。
【００１４】
また、前記ディスプレイ部は、前記仮想画面を生成するディスプレイパネル；及び前記ディスプレイパネルから特定の間隔で離隔して、前記光経路調節部に前記仮想画面を収斂させる画面伝達レンズ；を含むことができる。
【００１５】
また、前記光経路調節部は、前記ディスプレイ部の方向に配置されて、前記ディスプレイ部から入射された前記仮想画面の光を前記光経路調節部の内部に収斂させる収斂レンズモジュール；及び一つ以上の反射面を備えて、前記仮想画面の光の経路を調節する光経路屈折モジュール；を含むことができる。
【００１６】
また、前記光経路調節部は、前記光経路屈折モジュールによって前記光結合部の方向に経路が調節された前記仮想画面の光を所定の倍率で拡大する発散レンズモジュール；をさらに含むことができる。
【００１７】
また、前記光経路屈折モジュールは、一つの前記ディスプレイ部から入射された前記仮想画面の光を反射して経路を切り替える経路切替反射面；及び前記全反射された前記仮想画面の光を反射して一方向又は両方向の前記光結合部に伝達する分割反射面；を含むことができる。
【００１８】
また、前記分割反射面は、前記経路切替反射面によって反射された前記仮想画面の光を左眼用光結合部に反射する第１の反射面；及び前記経路切替反射面によって反射された前記仮想画面の光を右眼用光結合部に反射する第２の反射面；を備え、前記第１の反射面及び前記第２の反射面は相互に交差していることを特徴とすることができる。
【００１９】
また、前記第１の反射面及び前記第２の反射面は、異なる偏光コーティングを備えて、前記左眼用光結合部及び前記右眼用光結合部の異なる偏光を流入することを特徴とすることができる。
【００２０】
また、前記第１の反射面及び前記第２の反射面は、ハーフミラー（ｈａｌｆ  ｍｉｒｒｏｒ）で形成され、同じ反射率を有して前記左眼用光結合部及び右眼用光結合部に均等な前記仮想画面の光を流入することを特徴とすることができる。
【００２１】
また、前記ディスプレイ部は、右眼用仮想画面の光及び左眼用仮想画面の光を交互に提供することを特徴として、前記光経路調節部は、前記左眼用光結合部及び前記右眼用光結合部の方向に備えられて、前記ディスプレイ部から提供される前記仮想画面の光の類型に対応するように開閉が行われる複数の液晶シャッター；をさらに含むことができる。
【００２２】
また、前記ディスプレイ部は、前記メガネフレームのつるの内側面にそれぞれ配置され、前記光経路調節部は、異なる光経路の長さを有する左眼用光経路調節部及び右眼用光経路調節部を含み、前記左眼用光経路調節部及び右眼用光経路調節部は前記仮想画面の両眼間の視差を生成することを特徴とすることができる。
【００２３】
また、前記光結合部は、前記光経路調節部から入射された前記仮想画面の光が進行するガイドレンズ；及び前記ガイドレンズを通過した前記仮想画面の光を屈折又は反射して眼球の方向に提供する結合レンズモジュール；を含むことができる。
【００２４】
また、前記仮想画面の光は、特定の範囲内の角度で前記ガイドレンズの内部に入射され、前記ガイドレンズ内の全反射によって前記結合レンズモジュールに入射させることを特徴とすることができる。
【００２５】
また、前記結合レンズモジュールは、前記ガイドレンズと同じ媒質で形成され、所定の角度になった偏光斜面を備える複数の偏光レンズを含み、前記偏光斜面が前記仮想画面の光が流入される方向に向くように前記ガイドレンズに結合され、前記ガイドレンズは前記複数の偏光レンズの形状に対応する複数の溝を備えることを特徴とすることができる。
【００２６】
また、前記偏光斜面は、特定の間隔をおいて配置されることを特徴とすることができる。
【００２７】
また、前記各偏光斜面の反射率を異なるように適用して、各位置の前記仮想画面の光が同じ明るさで着用者の眼球に入射されることを特徴とすることができる。
【００２８】
また、前記ディスプレイ部、前記光経路調節部及び前記光結合部をそれぞれ、前記メガネフレームに取り外し又は結合が可能なモジュールで製作されることを特徴とすることができる。
【００２９】
また、前記光経路調節部は、前記光結合部の一側が挿入可能な一つ以上の溝を備え、前記挿入された光結合部の一側を介して前記仮想画面の光を提供することを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００３０】
前記のような本発明によれば、以下の様々な効果を有する。
【００３１】
第一に、ヘッドマウントディスプレイ用光学システムの一実施形態によれば、光経路調節部によってディスプレイ部から出た仮想画面の進行方向を切り替えることにより、一側に配置されたディスプレイ部の仮想画面が反対側の目に伝達され、従来の光学システムに比べて体積を最小化することができる。また、メガネのレンズ側に隣接する位置でディスプレイ部が鼻あて部側の光経路調節部に向かって仮想画面の光を提供してくれるので、仮想画面の光が提供される空間を確保するための前方の空間を必要としないので、ヘッドマウントディスプレイ装置の前方の体積も減らす効果がある。
【００３２】
第二に、メガネフレームのつるの内側面及びメガネフレームの鼻あて部にディスプレイ部と光経路調節部が結合されるので、ヘッドマウントディスプレイ用光学システムの具現のための構成要所が外部に露出されていない効果がある。これにより、ヘッドマウントディスプレイ、又はガラス型ウェアラブルデバイスを着用したことを他人が認知できず、デバイスを着用したまま日常生活をするのに支障がない。
【００３３】
第三に、光結合部によって、着用者の平常の視野方向で仮想画面の光が眼球に入ってくるので、外部の現実画面を見つめる過程ですぐに仮想画面を確認することができる。これにより、拡張現実を具現するのに効果的である。
【００３４】
第四に、従来の方式に比べて体積を最小化しながらも、左眼と右眼に垂直した偏光を提供したり、視差が存在する仮想画面の光を提供したりするなどの方法を適用することができ、３Ｄ拡張現実画面を容易に具現することができる効果がある。
【００３５】
第五に、メガネフレームのつるの一側にのみ備えられたディスプレイ部に両側の光結合部に画面を提供することができ、両眼のディスプレイを具現する従来の方式に比べて製造コストを削減する効果がある。
【００３６】
第六に、従来のヘッドマウンドディスプレイ用光学システムのようにグラス型ウェアラブルデバイスの一側に部品が密集していなくて、重量が分散されて、安定的に着用することができる効果がある。つまり、光経路調節部がメガネフレームの鼻あて部に配置されてあり、ディスプレイ部又は光結合部が両側に配置されることができ、製品全体の重量が分散され、より安定的な重心を有する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システムの接続関係図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システムを上から見た平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システムを正面から見た正面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係り構成された光経路調節部の例示図面である。
【図５】本発明の一実施形態に係り、第１の反射面及び第２の反射面を含む分割反射面の例示図面である。
【図６】本発明の一実施形態に係り、結合レンズモジュールが偏光曲面鏡である場合の例示図面である。
【図７】本発明の一実施形態に係り、結合レンズモジュールがＴＩＲ自由曲面プリズムである場合の例示図面である。
【図８】本発明の一実施形態に係り、ディスプレイ部、光経路調節部及び光結合部がメガネフレームと取り外し又は結合が可能なヘッドマウントディスプレイ用光学システムの例示図面である。
【図９】本発明の一実施形態に係り、ガイドレンズ内で進行される仮想画面の光が複数の偏光レンズにより、着用者の視界に入ってくる過程を示す例示図面である。
【図１０】本発明の一実施形態に係り、ヘッドマウントディスプレイ用光学システムを通常のメガネ形状の内部に備える例示図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付する図面と一緒に詳細に後述されている実施形態を参照すると明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で掲示される実施形態に限定されるものではなく、異なる多様な形態で具現されることができ、単に本実施形態は本発明の掲示が完全ようにして、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇によって定義されるだけである。明細書全体にわたって同一参照符号は同一の構成要素を指す。
【００３９】
他の定義がない場合は、本明細書で使用されるすべての用語（技術及び科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に共通的に理解することができる意味で使用することができるだろう。また、一般的に使用される辞典に定義されている用語は明白に特別に定義されていない限り、理想的又は過度に解釈されない。
【００４０】
本明細書で使用される用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書では、単数形は特に言及しない限り、複数形も含む。明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要所に加えて一つ以上の他の構成要所の存在又は追加を排除しない。
【００４１】
本明細書で、仮想画面はヘッドマウントディスプレイ用光学システムが生成して提供しようとする画面に当たる。つまり、仮想画面の光はヘッドマウントディスプレイ用光学システムで提供する仮想画面に当たる光を意味する。現実画面は外部から着用者の目に入ってくる画面を意味する。つまり、ヘッドマウントディスプレイ用光学システムを備えたメガネを着用した着用者が見る実際の外部映像又はイメージを意味する。
【００４２】
図１は、本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システム１０の接続関係図である。図２は、本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システム１０を上から見た平面図である。図３は、本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システム１０を正面から見た正面図である。図４は、本発明の一実施形態に係り構成された光経路調節部２００の例示図面である。図５は、本発明の一実施形態に係り、第１の反射面２３３及び第２の反射面２３４を含む分割反射面２３２の例示図面である。図６は、本発明の一実施形態に係り、結合レンズモジュール３２０が偏光曲面鏡である場合の例示図面である。図７は、本発明の一実施形態に係り、結合レンズモジュール３２０がＴＩＲ自由曲面プリズムである場合の例示図面である。図８は本発明の一実施形態に係り、ディスプレイ部１００、光経路調節部２００及び光結合部３００がメガネフレーム６００と取り外し又は結合が可能なヘッドマウントディスプレイ用光学システム１０の例示図面である。図９は本発明の一実施形態に係り、ガイドレンズ３１０内で進行される仮想画面の光が複数の偏光レンズ３３０によって、着用者の視界に入ってくる過程を示す例示図面である。図１０は本発明の一実施形態に係り、ヘッドマウントディスプレイ用光学システム１０を通常のメガネ形状の内部に備える例示図面である。
【００４３】
図１乃至図１０には、ヘッドマウントディスプレイ用光学システム１０；ディスプレイ部１００；左眼用ディスプレイ部１０１；右眼用ディスプレイ部１０２；ディスプレイパネル１１０；画面伝達レンズ１２０；光経路調節部２００；左眼用光経路調節部２０１；調節プリズム２１０；収斂レンズモジュール２２０；光経路屈折モジュール２３０；経路切替反射面２３１；分割反射面２３２；第１の反射面２３３；第２の反射面２３４；発散レンズモジュール２４０；液晶シャッター２５０；光結合部３００；ガイドレンズ３１０；結合レンズモジュール３２０；左眼用結合レンズモジュール３２１；右眼用結合レンズモジュール３２２；偏光レンズ３３０；結像レンズ３４０；制御部４００；着用者の目５００；及びメガネフレーム６００；が示されている。
【００４４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システム１０について説明する。
【００４５】
図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システム１０は、ディスプレイ部１００；光経路調節部２００；及び光結合部３００；を含む。以下、図面を参照して、前記の構成を詳細に見てみる。
【００４６】
ディスプレイ部１００は仮想画面の光を提供する機能を行う。ディスプレイ部１００はディスプレイパネル１１０を含む。ディスプレイパネル１１０は前記仮想画面を生成する役割を果たす。
【００４７】
また、ディスプレイ部１００は、図６及び図７に示すように、画面伝達レンズ１２０を含むことができる。画面伝達レンズ１２０は、ディスプレイパネル１１０から提供される仮想画面の光を収斂させて後述する光経路調節部２００に提供する機能を行う。
【００４８】
画面伝達レンズ１２０は、ディスプレイパネル１１０から、特定の間隔をおいて備えられることができる。より具体的には、画面伝達レンズ１２０は、ディスプレイパネル１１０の前方に、好ましくは９ｍｍ乃至１５ｍｍの間隔をおいて平行に配置され、ディスプレイパネル１１０から出た光と垂直になるようにディスプレイパネル１１０と平行に配置されることが望ましい。ここで、離隔間隔を前記範囲にする理由は、離隔間隔が９ｍｍ未満の場合、レンズの大きさと収差が大きくなるので望ましくなく、離隔間隔が１５ｍｍを超える場合、従来の製品に比べて体積の低減効果が過度に減って問題が発生するので望ましくない。
【００４９】
また、画面伝達レンズ１２０は、後述する光経路調節部２００の仮想画面の光を受け入れる穴又は後述する収斂レンズモジュール２２０の大きさに符合するように（すなわち、光経路調節部２００に到達した仮想画面の像の大きさが前記穴の大きさ又は収斂レンズモジュール２２０の大きさよりも大きくないように）仮想画面の光を収斂させる屈折能を有することができる。例えば、光経路調節部２００に到達した仮想画面の像の大きさが収斂レンズモジュール２２０の大きさよりも大きくないように、特定の屈折率を有して仮想画面の光を収斂させるレンズの中で凸レンズ、ＤＯＥ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）パターンレンズ、自由曲面プリズムレンズなどが使用されることができる。また、画面伝達レンズ１２０、２１２は非球面の処理をして、球面収差による仮想画面の歪みを防止することができる。
【００５０】
ディスプレイ部１００は、図２に示すように、メガネフレーム６００のつるの内側面に備えられることができる。例えば、ディスプレイ部１００は、メガネフレーム６００のつるで着用者の皮膚と接していない内側面（すなわち、メガネフレーム６００のつるの中でメガネのレンズに隣接する内側面）に備えられることができる。これにより、、ユーザーが着用に不便さを感じないようにすることができる。また、ヘッドマウントディスプレイ装置の体積が大きくなることを防止することができる。メガネフレーム６００の外側に体積が大きくないように不用空間であるメガネフレーム６００の内側空間を活用して、通常のメガネのような外観を有することができる。
【００５１】
光経路調節部２００はディスプレイ部１００から伝達された前記仮想画面の光を屈折又は反射させて方向を切り替える機能を行う。すなわち、前記光経路調節部２００は、画面伝達レンズ１２０から伝達された仮想画面を適切な方向に向くように調節する役割を果たす。光経路調節部２００はメガネフレーム６００の鼻あて部に備えられることができる。光経路調節部２００は、光経路が切り替えられた仮想画面の光を特定の範囲内の角度で前記光結合部３００の内部に入射させる。光経路調節部２００はディスプレイ部１００と同じ光軸上に配置することができる。
【００５２】
光経路調節部２００は、様々な形態で具現されて、ディスプレイ部１００から伝達された仮想画面の光を後述する光結合部３００に伝達することができる。光経路調節部２００は、図６及び図７に示すように、調節プリズム２１０に含まれて具現することができる。調節プリズム２１０は、前記画面伝達レンズ１２０と同じ光軸上のメガネフレーム６００の鼻あて部に位置し、画面伝達レンズ１２０から伝達された仮想画面の光を屈折させて方向を切り替える。ここで、調節プリズム２１０は、光の波長別屈折率の差が少ない材料の反射プリズムを用いることが好ましく、直角プリズム、ペリン−ブロカプリズム、ペンタプリズムなどを使用することができる。
【００５３】
また、調節プリズム２１０は位置は固定するが、角度は調節可能なように具現されることができる。具体的には、調節プリズム２１０の内側の角もしくは面を軸にして左右１０度以内の角度に調節できるように設置されることが望ましい。これは、着用者の目５００の位置に合って焦点移動が可能なようにするためであり、調節角度範囲は人々の目５００の位置の範囲内で焦点調節が可能なように設定することができる。また、調節プリズム２１０の大きさは、入射する仮想画面の像の大きさに比例して、仮想画面の像を含むことができる大きさで具現することができる。
【００５４】
本発明の一実施形態に係る他の光経路調節部２００は、図３に示すように、収斂レンズモジュール２２０；及び光経路屈折モジュール２３０；を含むことができる。
【００５５】
収斂レンズモジュール２２０は、、ディスプレイ部１００の方向へ配置されて、ディスプレイ部１００から入射された前記仮想画面の光を光経路調節部２００の内部に収斂させる機能が行われる。つまり、収斂レンズモジュール２２０は、ディスプレイ部１００から入射される仮想画面の光の経路を同一に切り替えるために収斂させて、光経路屈折モジュール２３０に伝達する機能を行うことができる。
【００５６】
光経路屈折モジュール２３０は特定の屈折率を備えて、全反射により前記仮想画面の光の経路を調節する機能を行うことができる。光経路屈折モジュール２３０は、図４に示すように、経路切替反射面２３１；及び分割反射面２３２；を含むことができる。
【００５７】
経路切替反射面２３１は、一つの前記ディスプレイ部１００から入射された仮想画面の光を反射して、経路を切り替える機能を行うことができる。経路切替反射面２３１は、収斂レンズモジュール２２０によって収斂された屈折率の差による全反射により分割反射面２３２の方向へ方向の切り替えを行うことができる。つまり、経路切替反射面２３１を境にして、光経路屈折モジュール２３０の内部と外部の空気の密度の差によって全反射が成り立って、仮想画面の光の経路を切り替えることができる。また、経路切替反射面２３１は、入射する仮想画面の光を全部で反射することができるコーティングを備えて、仮想画面の光の経路を切り替えることができる。
【００５８】
経路切替反射面２３１は、後述するように、分割反射面２３２が第１の反射面２３３及び第２の反射面２３４を備える場合、収斂レンズモジュール２２０によって伝達される仮想画面の光を第１の反射面２３３と第２の反射面２３４に同じ入射角で入射させるように全反射する角度で配置することができる。
【００５９】
分割反射面２３２は、前記全反射された前記仮想画面の光を反射して一方向又は両方向の光結合部３００に伝達する機能を行うことができる。分割反射面２３２は、光結合部３００の個数に応じて反射面の個数を異なって含むことができる。左側又は右側の眼球５００方向にのみ光結合部３００を備える場合は、分割反射面２３２は光結合部３００の備えられた方向に仮想画面の光を反射することができる一つの反射面を含むことができる。ヘッドマウントディスプレイ用光学システム１０が左眼用光結合部３００及び右眼用光結合部３００を含む場合、分割反射面２３２は第１の反射面２３３及び第２の反射面２３４を含むことができる。第１の反射面２３３及び第２の反射面２３４はそれぞれ、左眼用光結合部３００及び右眼用光結合部３００の方向に仮想画面の光を反射して伝達することができる。つまり、第１の反射面２３３は経路切替反射面２３１によって反射された仮想画面の光を左眼用光結合部３００に反射して、第２の反射面２３４は経路切替反射面２３１によって反射された仮想画面の光を右眼用光結合部３００に反射することができる。
【００６０】
分割反射面２３２は、図５に示すように、第１の反射面２３３及び第２の反射面２３４が相互に交差している形態で具現することができる。第１の反射面２３３と第２の反射面２３４が交差されて、それぞれ２つの領域（すなわち、相互に交差される前の前方領域と、相互に交差された後の後方領域）に分けられる形態で具現されることができる。
【００６１】
第１の反射面２３３及び第２の反射面２３４は異なる偏光コーティングを備えることができる。第１の反射面２３３と第２の反射面２３４は、相互に垂直した偏光コーティングを含んで、互いに垂直した偏光（例えば、相互に垂直したＳ偏光とＰ偏光）を通過させることができる。例えば、第１の反射面２３３がＳ偏光コーティングが施されている場合、第１の反射面２３３の前方領域に向かって入射された仮想画面の光の中でＳ偏光は通過されて、Ｐ偏光のみが反射されて左眼用光結合部３００に入射されることができる。第２の反射面２３４の前方領域に向かって入射された仮想画面の光の中でＰ偏光は通過されて第１の反射面２３３の後方領域に到達して、Ｐ偏光が反射して左眼用光結合部３００に入射されることができる。これにより、分割反射面２３２によって左眼用光結合部３００にはＰ偏光のみが入射される。逆に、第２の反射面２３４はＰ偏光コーティングが施されて、第２の反射面２３４の前方領域に向かって入射された仮想画面の光の中でＰ偏光は通過されて、Ｓ偏光のみが反射されて右眼用光結合部３００に入射されることができる。第１の反射面２３３の前方領域に向かって入射された仮想画面の光の中でＳ偏光は通過されて第２の反射面２３４の後方領域に到達して、Ｓ偏光が反射して右眼用光結合部３００に入射されることができる。これにより、分割反射面２３２によって左眼用光結合部３００ではＰ偏光のみが入射される。したがって、垂直した偏光コーティングが第１の反射面２３３と第２の反射面２３４に備わることにより、分割反射面２３２は左眼用光結合部３００及び前記右眼用光結合部３００に垂直した偏光を提供することができる。
【００６２】
また、第１の反射面２３３及び第２の反射面２３４はハーフミラー（ｈａｌｆ  ｍｉｒｒｏｒ）で形成することができる。ハーフミラーは、入射される光の一部は反射して、一部は透過するレンズ（又はミラー）を意味する。第１の反射面２３３と第２の反射面２３４が同じ反射率を有するハーフミラーコーティングが施されている場合、左眼用光結合部３００及び右眼用光結合部３００に均等な仮想画面の光が流入されることができる。例えば、第１の反射面２３３及び第２の反射面２３４が反射率と透過率が５０％であるハーフミラーで具現される場合、第１の反射面２３３及び第２の反射面２３４の前方領域では５０％の光は透過されて第１の反射面２３３及び第２の反射面２３４の後方領域に伝達される。後方領域では、５０％の仮想画面の光の中で半分が反射されて左眼用光結合部３００と右眼用光結合部３００の方向に伝達されることができる。第１の反射面２３３と第２の反射面２３４の前方領域の場合、第１の反射面２３３が反射した５０％の仮想画面の光が第２の反射面２３４に入射され、第２の反射面２３４は透過率により、全体の２５％の仮想画面の光が左眼用光結合部３００に伝達されることができる。逆に、第２の反射面２３４が反射した５０％の仮想画面の光が第１の反射面２３３に入射され、第１の反射面２３３は透過率により、全体の２５％の仮想画面の光が右眼用光結合部３００に伝達されることができる。これにより、一つの仮想画面の光が左眼用光結合部３００及び右眼用光結合部３００に分割して伝達されることができる。また、第１の反射面２３３と第２の反射面２３４は前方領域のみハーフミラーで具現されて、後方領域はすべて反射するように具現されることもできる。
【００６３】
また、光経路調節部２００は、図８に示すように、発散レンズモジュール２４０をさらに含むことができる。発散レンズモジュール２４０は、光経路屈折モジュール２３０によって光結合部の方向に経路が調節された前記仮想画面の光を所定の倍率で拡大する機能を行うことができる。つまり、発散レンズモジュール２４０は、調節プリズム２１０又は光経路屈折モジュール２３０を経て方向が屈折された光を光結合部３００と着用者の目５００を経たときに、適切な倍率の像になるようにする役割を果たすことができる。発散レンズモジュール２４０は、負の屈折能を有する凹レンズを使用することができ、非球面処理をして球面収差による歪みを防止することができる。また、発散レンズモジュールは、調節プリズム２１０又は光経路屈折モジュール２３０と結合されて、角度調節時に一緒に動いて、着用者に符合する焦点方向に仮想画面の像が拡大されるようにすることができる。
【００６４】
光結合部３００は、仮想画面と外部から流入される現実画面を結合して、着用者の目５００に伝達する機能を行う。つまり、光結合部３００は、仮想画面と現実画面を結合させて、着用者に拡張現実画面を感じることができるようにする役割を果たし、そのために現実画面と光経路調節部２００で方向が切り替えられて伝達された仮想画面を結合して、着用者の目５００に伝達することができる。
【００６５】
光結合部３００は、メガネのレンズの内部又はメガネのレンズに隣接する位置に備わることができる。つまり、光結合部３００は、メガネのレンズの製造時に含まれて製作されることができる。また、光結合部３００は、別に製造され、メガネのレンズの一側（例えば、メガネのレンズの眼球５００方向面）に隣接して備わることができる。
【００６６】
光結合部３００は、図８に示すように、ガイドレンズ３１０及び結合レンズモジュール３２０を含むことができる。ガイドレンズ３１０は光経路調節部２００から入射された前記仮想画面の光が進行する経路の役割を果たすことができる。つまり、ガイドは光経路調節部２００から伝達された光の進行を誘導し、内部に結合レンズモジュール３２０を収容することができる。
【００６７】
また、ガイドレンズ３１０の材料は、発散レンズモジュール２４０と屈折率が同じ材料（すなわち、前記ガイドレンズ３１０と同じ媒質）からなることができる。これは、発散レンズモジュール２４０でガイドレンズ３１０に光が屈折せずに伝達して進行されるようにするためである。また、ガイドレンズ３１０は、仮想画面の光を特定の範囲内の角度で光経路調節部２００から提供され、一回又は複数回の全反射過程を経て結合レンズモジュール３２０に入射させることができる。また、ガイドレンズ３１０は、光経路調節部から入射された仮想画面の光を直進させて結合レンズモジュール３２０に伝達することもできる。
【００６８】
結合レンズモジュール３２０は、ガイドレンズ３１０を通過した前記仮想画面の光を屈折又は反射して眼球５００の方向に提供する役割を果たすことができる。結合レンズモジュール３２０は様々な方法で具現することができる。ただし、結合レンズモジュール３２０は、以下の記載される方法に限定されず、ガイドレンズ３１０を進行して入射された仮想画面の光を着用者の眼球５００の方向に提供することができる様々な方法で具現することができる。
【００６９】
結合レンズモジュール３２０は、図６及び図７に示すように、偏光曲面鏡、ＤＯＥ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）パターンレンズ、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）自由曲面プリズムを使用することができる。例えば、偏光曲面鏡は、偏光素子と曲面ガラスが結合されて、外部の現実画面の光を一部分だけ偏光透過させ着用者の目５００に入るようにして、ディスプレイパネルから出た仮想画面はブリュースター角で入射させるに応じて偏光反射させて着用者の目５００に入るようにすることができる。また、ＤＯＥパターン曲面レンズは、マイクロメートルスケールで回折素子がパターニング（Ｐａｔｅｒｎｉｎｇ）された曲面レンズであり、格子の間に外部の現実画面の光が入ってきて着用者の目５００に入るようにして、回折素子により回折された仮想画面の光も着用者の目５００に入るようにすることができる。また、ＴＩＲ自由曲面プリズムは光経路調節部２００から出た仮想画面の光が入射された後、内部の全反射により装着者の目５００に入って、外部の現実画面の光はそのまま透過され、着用者の目５００に入る。結合レンズモジュール３２０が偏光曲面鏡、ＤＯＥ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）パターンレンズ、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）自由曲面プリズムである場合、凹面面が光経路調節部２００側に向くようにガイドの内部に収容されることができる。
【００７０】
本発明の一実施形態に係る他の結合レンズモジュール３２０は、図９に示すように、所定の角度で偏光斜面を備える複数の偏光レンズ３３０を含むことができる。偏光斜面は仮想画面の光が流入される方向に向くようにガイドレンズ３１０に結合することができる。つまり、ガイドレンズ３１０は、結合レンズモジュール３２０が結合される場合、偏光斜面が仮想画面の光の流入方向に向く状態で結合されるようにする複数の偏光レンズ３３０の形状に対応する複数の溝を備えることができる。複数の偏光レンズ３３０は多様な形態で具現されることができる。例えば、図９に示すように、複数の偏光レンズ３３０は、斜面が光経路調節部２００の方向に配置され、斜面に偏光コーティングが施されてあり、ガイドレンズ３１０と同じ媒質からなる複数の三角柱偏光レンズ３３０で具現されることができる。偏光レンズ３３０がガイドレンズ３１０と同じ媒質からなって、仮想画面の光が全反射により行われる過程で、偏光コーティングによって反射が行われるだけで、ガイドレンズ３１０と結合レンズモジュール３２０の境界面では仮想画面の光の屈折が発生しない。
【００７１】
偏光斜面の傾斜角度は、光経路調節部２００からガイドレンズ３１０に入射される入射角の範囲に応じて決定されることができる。つまり、偏光斜面が光経路調節部２００からガイドレンズ３１０に入射される仮想画面の光の角度に対応する傾斜角度を有することにより、偏光反射面に反射された光の特定の割合以上が視野の範囲内に入ることができる。したがって、偏光斜面の角度は設定されたガイドレンズ内の入射角度に符合して決定される必要がある。
【００７２】
また、偏光斜面は位置に応じて異なる偏光コーティングを有することができる。仮想画面の光は、光経路調節部２００から特定の角度範囲内の様々な入射角でガイドレンズ３１０に入射されて、同じ多様な経路の全反射が行われる。このような全反射が行われる仮想画面の光の中で、一部が適切な視野角の範囲内に入ってくるようになって、着用者の目５００に像を形成することができる。このような視野角の範囲内の像を形成するために、仮想画面の光がガイドレンズ３１０の反対側まで進行するべきなので、偏光コーティングを介して垂直した偏光（例えば、Ｓ偏光）のみを反射させた後、残りの偏光（例えば、Ｐ偏光）は続行する必要がある。これにより、偏光レンズ３３０は所定の基準点を中心にして基準点の前後を分けて相互に垂直した方向の偏光コーティングを備えることができる。
【００７３】
また、偏光斜面の偏光コーティングは、仮想画面の光が複数回の斜面を経る過程で反射面によって意図しない反射光が発生することを防止することができる。つまり、特定の方向の偏光コーティングを有する偏光レンズを通過して全反射が行われた後、同じ方向の偏光コーティングを有する斜面に望ましくない角度で入射しても反射されずに透過することができる。これにより、望ましくない方向に入射した仮想画面の光の反射によって虚像が発生することを防止することができる。
【００７４】
また、偏光斜面は、特定の間隔をおいて配置されることを特徴とすることができる。偏光斜面が特定の間隔をおいて配置されていない場合、偏光斜面を通過した後に全反射された仮想画面の光がガイドレンズ３１０の反対面に進行せず、隣接する偏光斜面に反射して望ましくない形態の反射光が発生することができる。
【００７５】
また、本発明の実施形態に係る他の結合レンズモジュール３２０は、複数の偏光レンズ３３０ではなく、複数のハーフミラーレンズを備えることができる。つまり、斜面に偏光コーティングではなく、ハーフミラーコーティングを備えることができる。これにより、一部の仮想画面の光のみが反射された後に透過された仮想画面の光は引き続き全反射を進める。この過程で、着用者の視野角の範囲内に入ってくる仮想画面の光が像を生成することができる。
【００７６】
また、それぞれの斜面の反射率を異なるように適用して、各位置の前記仮想画面の光が同じ明るさで着用者の眼球５００に入射されるようにすることができる。つまり、それぞれの斜面が同じ反射率を有する場合、光経路調節部２００に近い結合レンズモジュール３２０の斜面は大量の仮想画面の光を反射して、光経路調節部２００から遠く離れた斜面は少量の仮想画面の光を反射することができる。したがって、着用者の視界に同じ明るさの仮想画面の光が入るようにするために、斜面は位置に応じて異なる反射率を有することができる。たとえば、最初に斜面の反射率がαである場合、最後の斜面の反射率がβ＝α／（１−α）となるようにして、同じ明るさの仮想画面の光が着用者の目６００の方向に入ってくるようにすることができる。
【００７７】
また、光結合部３００は、図８に示すように、結像レンズ３４０をさらに含むことができる。結像レンズ３４０は、外部から入ってくる現実画面の像と、ディスプレイ部１００から提供された仮想画面の像とが結合された最終の像を着用者の環境に合わせて、最終的に調節する役割を果たすことができる。このため、結像レンズ３４０はガイドレンズ３１０の内部のうち、着用者の目５００の側面に収容され、結合レンズモジュール３２０で反射され出た光の焦点距離を調節することができる。
【００７８】
また、本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システム１０は、仮想画面を３Ｄ画面で具現して着用者に提供することができる。以下、本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システム１０に適用することができるさまざまな方法を説明する。
【００７９】
光経路調節部２００の位置は固定するが、左眼用光結合部３００及び右眼用光結合部３００に仮想画面の光を提供する角度を調節して、焦点距離を調節することができる。つまり、左眼用光結合部３００及び右眼用光結合部３００に提供される仮想画面の光の入射角に応じて全反射の回数が変わるなどのガイドレンズ３１０の内部での光経路の長さが異なることができる。これにより、両眼の視差を生成して３Ｄ画面を具現することができる。この方法の場合、ディスプレイ部１００が左又は右にのみ備わる場合、又は左眼用光結合部３００と右眼用光結合部３００のためのディスプレイ部１００がそれぞれ存在する場合に、すべて適用することができる。
【００８０】
また、光経路調節部２００は、図５に示すように、左眼用光結合部３００及び右眼用光結合部３００の方向に複数の液晶シャッター２５０を備えることができる。複数の液晶シャッター２５０は、ディスプレイ部１００が右眼用仮想画面の光及び左眼用の仮想画面の光を交互に提供する場合、ディスプレイ部１００から提供される仮想画面の光の類型に対応するように開閉が行われる役割を果たすことができる。つまり、複数の液晶シャッター２５０は、左眼用仮想画面が提供される場合に時期を合わせて左側の液晶シャッター２５０のみを開いて、右眼用仮想画面が提供される場合には時期を合わせて右側の液晶シャッター２５０のみを開くことができる。例えば、光経路調節部２００が経路切替反射面２３１と、第１の反射面２３３及び第２の反射面２３４を有する分割反射面２３２とからなる場合は、光経路屈折モジュール２３０はメガネフレーム６００のつるの一側に備えられた一つのディスプレイ部１００で交互に入力される左眼用仮想画面と右眼用仮想画面の光を両方にすべて反射することができるので、左眼用仮想画面及び右眼用仮想画面の提供タイミングに合って、両方の液晶シャッター２５０を調節して、それぞれの光結合部３００の位置に合う仮想画面を提供することができる。
【００８１】
また、前記ディスプレイ部１００は前記メガネフレーム６００のつるの内側面にそれぞれ配置され、光経路調節部２００は異なる光経路の長さを有する左眼用光経路調節部２０１及び右眼用光経路調節部を含むことができる。つまり、左眼用映像を提供する左眼用ディスプレイ部１０１と、右眼用映像を提供する右眼用ディスプレイ部１０２をそれぞれ備えて、それぞれのディスプレイ部１００から提供された仮想画面の光は、異なる光経路の長さを有する左眼用光経路調節部２０１及び右眼用光経路調節部２００を通過しながら視差を有する。相互間の視差を有するそれぞれの仮想画面の光は、符合する光結合部３００に提供されることにより、両眼の視差を生成して３Ｄ画面を具現することができる。例えば、本発明に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システムを活用したステレオスコピック３Ｄ立体画面の具現システムは、右側に設置された左眼用ディスプレイ部１０１で提供された仮想画面が、中央に位置する左眼用光経路調節部２０１によって方向が切り替えられて、左側に設置された左眼用光結合部に伝達され、左眼用光結合部から伝達された仮想画面と現実画面を結合した拡張現実画面を左眼に伝達する。一方、左側に設置された右眼用ディスプレイ部１０２から提供された仮想画面が中央に位置する右眼用光経路調節部２０２によって方向が切り替えられて、右側に設置された右眼用光結合部に伝達され、右眼用光結合部から受けた仮想画面と現実画面を結合した拡張現実画面を右眼に伝達する。左眼と右眼に伝達される視差を有する両方の仮想画面により、着用者にとって立体感を感じるようにする。この時、左眼用光経路調節部２０１と左眼用光結合部は接続されて、右眼用光経路調節部と右眼用光結合部は接続されて、着用者の着用環境に応じて左眼５００と右眼５００それぞれの焦点に合うように調節が可能になる。
【００８２】
本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システム１０をメガネに適用する場合、図８に示すように、ディスプレイ部１００は、メガネフレーム６００のつるに位置するように設置され、具体的な方法で別のフレームにディスプレイパネル１１０及び画面伝達レンズ１２０を装着して、前記別のフレームを右側のつる側に設置する方式で設置することができる。つまり、ディスプレイ部１００は、別のモジュールで製作されてメガネフレーム６００から取り外し又は結合が可能であり、ユーザーの顔に符合するようにディスプレイ部１００の位置を調節することができる。
【００８３】
また、光経路調節部２００はメガネの鼻あて部が位置するメガネ本体の中央部に位置するように設置することができる。左眼用光経路調節部２０１と右眼用光経路調節部が別に製作される場合、メガネフレーム６００の左側鼻あて部と右側鼻あて部にそれぞれ結合されることができる。具体的には、左眼用光経路調節部２０１と左眼用光結合部は別に製作した第１のフレームによって装着されるようにして、各構成を接続させた後、第１のフレームをメガネフレーム６００に結合する方式（より具体的には、メガネフレーム６００の中央から左眼用レンズ及び左側のつると結合される前の位置まで位置するようにメガネフレーム６００に結合）に設置することができる。より具体的には、左眼用光経路調節部２０１は第１のフレームに設置された左眼用ソケットに装着され、左眼用光結合部３００のガイドレンズ３１０は第１のフレームの枠に挿入されるようにすることができる。
【００８４】
左眼用光経路調節部２０１と右眼用光経路調節部２００は、一つのフレーム内に含まれてメガネフレーム６００の中央部（すなわち、鼻あて部）に結合することができる。例えば、光経路調節部２００のフレームは、ディスプレイ部１００から入射される仮想画面の光を受け入れる穴を備えることができ、前記穴の領域に収斂レンズモジュール２２０が備えられることができる。
【００８５】
光結合部３００は、ガイドレンズ３１０の一側を光経路調節部２００のフレームに挿入して結合することができる。つまり、光経路調節部２００のフレームは、光結合部３００の一側が挿入可能な複数の溝を備え、挿入された光結合部３００の一側を介して前記仮想画面の光を提供することができる。
【００８６】
また、本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システム１０は調節器をさらに含むことができる。調節器は光経路調節部２００（すなわち、調節プリズム２１０又は光経路屈折モジュール２３０）又は結合レンズモジュール３２０の角度調節により、着用者の目５００に符合する焦点に変わることができる。前記光経路調節部２００の角度調節により前記光結合部３００の角度も調節されることが望ましいので、光結合部３００と光経路調節部２００は連係して角度が一緒に調節されるように設計することが望ましい。
【００８７】
また、本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用光学システム１０は、図１０に示すように、メガネの内部空間にディスプレイ部１００及び光経路調節部２００を含み、メガネのレンズの内部に光結合部３００を含んで製作することができる。つまり、ディスプレイ部１００は、メガネフレーム６００のつるの内部に含まることができ、光経路調節部２００はメガネフレーム６００の鼻あて部の内部に含まることができる。また、光結合部３００を内蔵したメガネのレンズは、光経路調節部を含む鼻あて部に部分的に挿入されて光経路調節部から仮想画面の光を受けることができる。
【００８８】
前記のような本発明によれば、以下のような様々な効果を有する。
【００８９】
第一に、ヘッドマウントディスプレイ用光学システムの一実施形態によれば、光経路調節部によってディスプレイ部から出た仮想画面の進行方向を切り替えることにより、一側に配置されたディスプレイ部の仮想画面が反対側の目に伝達され、従来の光学システムに比べて体積を最小化することができる。また、メガネのレンズ側に隣接する位置でディスプレイ部が鼻あて部側の光経路調節部に向かって仮想画面の光を提供してくれるので、仮想画面の光が提供される空間を確保するための前方の空間を必要としなくて、ヘッドマウントディスプレイ装置の前方の体積も減らされる効果がある。
【００９０】
第二に、メガネフレームのつるの内側面及びメガネフレームの鼻あて部にディスプレイ部と光経路調節部が結合されるので、ヘッドマウントディスプレイ用光学システムの具現のための構成が外部に露出されていない効果がある。これにより、ヘッドマウントディスプレイ、又はガラス型ウェアラブルデバイスを着用したことを他人が認知できず、デバイスを着用したまま日常生活をするのに支障がない。
【００９１】
第三に、光結合部によって、平常時に着用者の視野方向で仮想画面の光が眼球に入ってくるので、外部の現実画面を見つめる過程ですぐに仮想画面を確認することができる。これにより、拡張現実を具現するのに効果的である。
【００９２】
第四に、従来の方式に比べて体積を最小化しながらも、左眼と右眼に垂直した偏光を提供したり、視差が存在する仮想画面の光を提供したりするなどの方法を適用することができ、３Ｄ拡張現実画面を容易に具現することができる効果がある。
【００９３】
第五に、メガネフレームのつるの一側にのみ備えられたディスプレイ部に両方の光結合部に画面を提供することができ、両眼のディスプレイを具現する従来の方式に比べて製造コストを削減する効果がある。
【００９４】
第六に、従来のヘッドマウンドディスプレイ用光学システムのようにグラス型ウェアラブルデバイスの一側に部品が密集しなくて、重量が分散されて安定的に着用することができる効果がある。つまり、光経路調節部がメガネフレームの鼻あて部に配置されてあり、ディスプレイ部又は光結合部の両側に配置されることができ、製品全体の重量が分散され、より安定的な重心を有する効果がある。
【００９５】
以上、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更しなくて他の具体的な形態で実施されることができることを理解できるだろう。したがって、以上で記述した実施形態は、すべての面で例示的なものであり、限定的ではないと理解しなければならない。
【符号の説明】
【００９６】
１０：ヘッドマウントディスプレイ用光学システム
１００：ディスプレイ部
２００：光経路調節部
３００：光結合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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