ES2875125T3 - Módulo de aumento óptico de corta distancia, gafas, casco y sistema de RV - Google Patents
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Abstract
Un módulo de amplificación óptica de corto alcance, que comprende: una placa polarizadora reflectante, una primera placa de retardo de fase, una segunda lente (20) con superficie óptica transflectiva y una segunda placa de retardo de fase que están dispuestas secuencialmente en ese orden, caracterizado porque: una primera lente (10) se establece a cada lado de una cualquiera de la placa polarizadora reflectante, la primera placa de retardo de fase, la segunda lente (20) con superficie óptica transflectiva y la segunda placa de retardo de fase, en el que la primera lente (10) tiene una longitud focal finita f1 que cumple con la siguiente condición: |f1|>=4F; en la segunda lente (20) con superficie óptica transflectiva, la superficie óptica adyacente a la segunda placa de retardo de fase es la superficie óptica transflectiva; la primera longitud focal f2 de la segunda lente (20) con superficie óptica transflectiva cumple con la siguiente condición: 1,2F<=f2<=2F, en el que F es la longitud focal del sistema del módulo de amplificación óptica de corto alcance, y la primera longitud focal f2 de la segunda lente (20) con superficie óptica transflectiva es una longitud focal eficaz de la segunda lente (20) con superficie óptica transflectiva cuando se usa en modo reflexivo.
Description
DESCRIPCIÓN
Módulo de aumento óptico de corta distancia, gafas, casco y sistema de RV
CAMPO DE LA INVENCIÓN
[0001] La presente invención se refiere a un aparato óptico y, en particular, a un módulo de amplificación óptica de corto alcance, gafas, un casco y un sistema de RV.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
[0002] En la estructura de un módulo de amplificación óptica existente, como se muestra en la Fig. 1, incluye, secuencialmente desde el lado de la imagen al lado del objeto, una placa polarizadora reflectante 01, una primera placa de retardo de fase 02, una unidad de lente 03 y una segunda placa de retardo de fase 04. En la unidad de lente 03, la superficie óptica adyacente a la segunda placa de retardo de fase 04 es una superficie óptica transflectiva. Durante el uso, la imagen óptica desde el lado del objeto se amplifica de forma transmisiva por la unidad de lente 03, a continuación se refleja por la placa polarizadora reflectante 01, y nuevamente se amplifica por la unidad de lente 03, y finalmente entra en el ojo humano a través de la placa polarizadora reflectante 01. Además, otras unidades de lente que no influyen en el retardo de fase de la luz se establecen adicionalmente a cada lado de una cualquiera de la placa polarizadora reflectante 01, la primera placa de retardo de fase 02, la segunda lente 03 y la segunda placa de retardo de fase 04. La unidad de lente 03 y otras unidades de lente constituyen un conjunto de lente, que es la parte central que influye en el efecto de amplificación en la imagen óptica.
[0003] Para proporcionar una buena experiencia de usuario, un dispositivo portátil inteligente de Realidad Virtual (RV) necesita realizar un ángulo de campo amplio, una gran caja ocular, un efecto de imagen de alta calidad y una estructura ultrafina compacta, etc. Para lograr los objetivos anteriores, es necesario optimizar el conjunto de lente en la estructura del módulo de amplificación óptica. Sin embargo, la estructura del módulo de amplificación óptica existente no tiene un diseño optimizado, por lo que no se puede garantizar que los objetos anteriores puedan lograrse en todo el intervalo, es decir, no puede garantizar una buena experiencia de usuario.
[0004] El documento EP 0718645A2 describe un dispositivo óptico fino y ligero para observar información visual con un gran ángulo de campo visual y un visualizador en forma de visor (HMD) usando dicho dispositivo óptico. Un dispositivo óptico comprende un medio de refracción que consiste en un elemento de refracción con un recubrimiento de semiespejo y una luz polarizada circularmente que selecciona un espejo semitransparente, que están dispuestos en el orden descrito desde el lado incidente. La luz polarizada circularmente que selecciona el espejo semitransparente consiste en una placa de cuarto de onda, un semiespejo y un polarizador o cristal líquido colestérico, que están dispuestos en el orden descrito desde el lado incidente.
[0005] El documento US 5.801.885 A describe un sistema óptico que se corrige bien en términos de curvatura de campo y coma en un ángulo de campo de alrededor de 120° y un diámetro de pupila de alrededor de 15 mm y se puede aplicar tanto a la captación de imágenes como a los sistemas oculares. Los elementos dióptricos se ubican en el lado del plano pupilar y/o el lado del plano de imagen de un elemento concéntrico que incluye dos superficies semitransparentes, siendo dichas dos superficies semitransparentes cóncavas en el lado del plano pupilar y se ubican de manera que transmiten luz al menos una vez y reflejan luz al menos una vez.
[0006] El documento CN 105093555 A describe un grupo de módulos ópticos de visualización cercana al ojo que incluye una primera placa de retardo de fase de 45 grados, una lente de superficie curva de reflexión parcial de transmisión parcial, una segunda placa de retardo de fase de 45 grados y una placa polarizadora reflectante. Además, el grupo de módulos ópticos de visualización cercana al ojo incluye una pantalla de visualización dispuesta en un lado, lejos de la lente de superficie curva de reflexión parcial de transmisión parcial, de la primera placa de retardo de fase de 45 grados.
[0007] El documento US 5.853.240 A describe un visualizador en forma de visor, HMD, que tiene un dispositivo óptico para agrandar una imagen de un panel de cristal líquido. El dispositivo óptico incluye un elemento refractario de tipo reflexivo con una capa de semiespejo y un elemento de cristal líquido colestérico que actúa como espejo semitransparente de selección de luz polarizada circularmente. Una unidad base con la que e1HMD está conectado para formar un dispositivo proyector tiene una porción de corrección óptica, una retroiluminación del proyector, una porción de cambio de fuente de luz y un mecanismo para insertar la porción de corrección óptica para corregir la curvatura de una imagen proyectable.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
[0008] Un objetivo de la invención es proporcionar un módulo de amplificación óptica de corto alcance, gafas, un casco y un sistema de RV que resuelva el problema de la técnica anterior.
[0009] La presente invención se refiere a un módulo de amplificación óptica de corto alcance, gafas, un casco y un sistema de RV tal como se definen en las reivindicaciones adjuntas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0010] Estos y otros objetivos y características de esta invención se aclararán a partir de la siguiente descripción tomada junto con las realizaciones preferidas con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La Fig.1 es un diagrama que muestra esquemáticamente la construcción general de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de la técnica anterior;
la Fig. 2 es un diagrama que muestra esquemáticamente la construcción general de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 1 de la invención;
la Fig. 3 es un diagrama MTF de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 1 de la invención;
la Fig. 4 es un diagrama de distorsión de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 1 de la invención;
la Fig. 5 es un diagrama de curvatura de campo de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 1 de la invención;
la Fig. 6 es un diagrama que muestra esquemáticamente la construcción general de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 2 de la invención;
la Fig. 7 es un diagrama MTF de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 2 de la invención;
la Fig. 8 es un diagrama de distorsión de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 2 de la invención;
la Fig. 9 es un diagrama de curvatura de campo de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 2 de la invención;
la Fig. 10 es un diagrama que muestra esquemáticamente la construcción general de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 3 de la invención;
la Fig. 11 es un diagrama MTF de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 3 de la invención;
la Fig. 12 es un diagrama de distorsión de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 3 de la invención;
la Fig. 13 es un diagrama de curvatura de campo de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 3 de la invención;
la Fig. 14 es un diagrama que muestra esquemáticamente la construcción general de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 4 de la invención;
la Fig. 15 es un diagrama MTF de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 4 de la invención;
la Fig. 16 es un diagrama de distorsión de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 4 de la invención; y
la Figura 17 es un diagrama de curvatura de campo de un módulo de amplificación óptica de corto alcance según la Realización 4 de la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES
[0011] Para que un experto en la materia entienda mejor las soluciones de la presente invención, las realizaciones de la invención se describirán clara y completamente a continuación con referencia a los dibujos adjuntos. Es obvio que a partir de la enseñanza de esta invención el experto en la materia puede encontrar otras realizaciones para realizar la enseñanza de la presente invención sin aplicar actividad inventiva adicional. Estas realizaciones todavía están bajo el alcance de la presente invención.
[0012] Con referencia a las Figs. 2, 6, 10 y 14, son diagramas estructurales de los módulos de amplificación óptica de corto alcance según las realizaciones de la presente invención. El módulo de amplificación óptica de corto alcance incluye una placa polarizadora reflectante, una primera placa de retardo de fase, una segunda lente 20 y una segunda placa de retardo de fase que están dispuestas secuencialmente, en el que, además, una primera lente 10 se establece a cada lado de una cualquiera de la placa polarizadora reflectante, la primera placa de retardo de fase, la segunda lente 20 y la segunda placa de retardo de fase; en el que la placa polarizadora reflectante, la primera placa de retardo de fase y la segunda placa de retardo de fase no se muestran en los dibujos y, específicamente, se puede hacer referencia a la Fig. 1. Cabe señalar que, en los dibujos de estas realizaciones, la primera lente 10 se establece a la izquierda de la segunda lente 20; sin embargo, en la aplicación práctica, la primera lente 10 también se puede configurar a la derecha de la segunda lente 20, que no se describirá nuevamente.
[0013] La primera lente 10 y la segunda lente 20 son las partes centrales que influyen en el efecto de amplificación óptica del módulo de amplificación óptica de corto alcance cuya longitud focal del sistema F es de 10~15 mm. Sin embargo, la longitud focal del sistema F no se limita a este intervalo numérico, por ejemplo, también
puede ser de 8~30 mm. Además, la primera lente 10 y la segunda lente 20 pueden estar unidas entre sí, o puede existir un cierto espacio entre ellas.
[0014] Tal como se define en los dibujos de estas realizaciones: la superficie óptica en el lado izquierdo de la primera lente 10 es una primera superficie óptica E1, y la superficie óptica en el lado derecho de la primera lente 10 es una segunda superficie óptica E2; la superficie óptica en el lado izquierdo de la segunda lente 20 es una tercera superficie óptica E3, y la superficie óptica en el lado derecho de la segunda lente 20 es una cuarta superficie óptica E4.
[0015] Después de pasar sucesivamente a través de la segunda placa de retardo de fase, la segunda lente 20, la primera lente 10 y la primera placa de retardo de fase, una imagen óptica desde el lado del objeto llega a la placa polarizadora reflectante, donde se refleja por primera vez, a continuación después de pasar a través de la primera placa de retardo de fase, llega a la cuarta superficie óptica E4, donde se refleja por segunda vez, y a continuación llega al ojo humano después de pasar a través de la primera placa de retardo de fase y la placa polarizadora reflectante nuevamente. Por lo tanto, la imagen óptica puede reflejarse y amplificarse dos veces en el módulo de amplificación óptica de corto alcance, cumpliendo así con el requisito de amplificación óptica.
[0016] Además, en estas realizaciones, se proporcionan una primera lente 10 y una segunda lente 20, en las que las dos lentes trabajan juntas para contribuir a la longitud focal del sistema, equilibrar la aberración y mejorar la calidad de formación de imágenes.
[0017] Para realizar un ángulo de campo amplio, una caja ocular grande, un efecto de formación de imágenes de alta calidad y una estructura compacta y ultrafina cuando el módulo de amplificación óptica de corto alcance se aplica a un dispositivo portátil de RV inteligente, la primera longitud focal f2 de la segunda lente 20 deben cumplir la siguiente condición:
1,2F<f2<2F (1)
[0018] En la que, la longitud focal medida después de que la luz incidente penetra la tercera superficie óptica E3 y se refleja por la cuarta superficie óptica E4 se define como la primera longitud focal f2.
[0019] La primera longitud focal f2 de la segunda lente 20 es la fuente principal de la energía óptica del sistema. Si la energía óptica que contiene la superficie de reflexión es demasiado alta, por ejemplo, acercándose a la energía óptica general del sistema (f2<1,2F), será demasiado difícil corregir la aberración. Si la energía óptica que contiene la superficie de reflexión es demasiado baja (f2>2F), la energía óptica cargada en otras lentes será demasiado alta, y es necesario agregar lentes adicionales para corregir la aberración, lo que es adverso para el diseño compacto y ligero del sistema óptico.
[0020] La condición (1) define el intervalo específico de la primera longitud focal f2 de la segunda lente 20. Además, una pantalla con un tamaño de 0,9~1,3 pulgadas se utiliza en el sistema óptico, por lo tanto, se puede obtener un ángulo de campo amplio, y puede permitir una resolución de pantalla alta, en el que el ángulo de campo V que se puede obtener es de 90°~100°, y la resolución de pantalla que se puede permitir es de 800*800~2000*2000.
[0021] En la segunda lente 20, la longitud focal efectiva fs4 de la superficie de reflexión de la cuarta superficie óptica E4 cumple con la siguiente condición:
1,5F<fs4<5F (2)
[0022] En estas realizaciones, la longitud focal medida después de que la luz incidente se refleje por la cuarta superficie óptica E4 se define como la longitud focal efectiva fs4 de la superficie de reflexión.
[0023] La superficie de reflexión de la cuarta superficie óptica E4 es la fuente principal de energía óptica del sistema. Si su energía óptica es demasiado alta, por ejemplo, acercándose a la energía óptica total del sistema (fS4<F), será demasiado difícil corregir la aberración; además, la superficie óptica puede parecer demasiado curva y la lente demasiado gruesa, lo que provoca el aumento del espesor del sistema, lo que es adverso para el diseño ligero y fino que requiere un dispositivo portátil de RV. Por el contrario, si su energía óptica es demasiado baja (fs4>5F), la energía óptica cargada en otras lentes será demasiado alta, y es necesario agregar lentes adicionales para corregir la aberración, que es adversa al diseño compacto y ligero del sistema óptico.
[0024] En la segunda lente 20, la longitud focal fs3 de la tercera superficie óptica E3 cumple con la siguiente condición:
|fs3|>2F (3)
[0025] Si la longitud focal fs3 es demasiado corta, significa que la segunda lente 20 puede ser demasiado
curva, lo que es adverso para la corrección de aberraciones; además, si la segunda lente 20 es demasiado curva, aumentará el espesor del sistema óptico, lo que es adverso para el diseño ligero y fino que requiere un dispositivo portátil de RV.
[0026] La longitud focal f1 de la primera lente 10 cumple con la siguiente condición:
|f1|>4F (4)
[0027] Si la longitud focal f1 es demasiado corta (|f1|<4F), significa que la primera lente 10 será demasiado curva y se puede introducir una aberración más fuerte en todo el sistema óptico; además, el espesor de la primera lente 10 también aumentará, lo que es adverso para la luz y el diseño fino que requiere un dispositivo portátil de RV.
[0028] Con el fin de lograr un dispositivo portátil de RV pequeño y ultrafino, el espesor del módulo de amplificación óptica de corto alcance está diseñado como 8~12 mm, en el que el espesor es la distancia máxima entre los dos lados del módulo de amplificación óptica de corto alcance a lo largo de su dirección del eje óptico.
[0029] Teniendo en cuenta tanto la comodidad como la calidad de imagen del dispositivo de RV, la distancia ocular del módulo de amplificación óptica de corto alcance está diseñado como 5~10 mm, en el que la distancia ocular es la distancia entre el globo ocular y el ocular (la superficie óptica más cercana al ojo humano) en la que un observador puede ver claramente la imagen dentro del campo de visión.
[0030] Con el fin de obtener tanto una caja ocular grande como una buena calidad de imagen, el intervalo ajustable de la abertura en el lado del objeto se diseña como 1,7F~2,5F, es decir, la abertura D, a través de la cual pasa la luz que participa en la formación de imágenes a través de la segunda lente y el primer lente, cumple con la siguiente condición:
0,4F<D<0,6F (5)
[0031] Correspondiendo a la condición (5), la caja ocular A obtenida es de 5~6mm.
[0032] Además, el rango numérico de las condiciones (1) y (2) puede establecerse mejor como se indica a continuación:
1,6F<f2<2F (1a)
1,5F<fs4<2,4F (2a)
[0033] El módulo de amplificación óptica de corto alcance según estas realizaciones se describirá adicionalmente a continuación junto con las tablas adjuntas.
[0034] En la tabla de parámetros de diseño específico del módulo de amplificación óptica de corto alcance de cada realización, OBJ representa un objeto en el sistema óptico, IMA representa una imagen en el sistema óptico, STO representa un diafragma en el sistema óptico, Espesor representa la distancia entre la superficie óptica i y la superficie óptica i+1, en el que i representa la secuencia (iü) 1 de superficies ópticas a partir del lado del objeto. La luz va desde la primera lente 10 en el lado izquierdo hasta la segunda lente 20 en el lado derecho, y cuando se encuentra con un material (Vidrio) listado como ESPEJO, se reflejará hacia la dirección inversa, y cuando se encuentra con un segundo ESPEJO, se reflejará nuevamente de izquierda a derecha, y finalmente llegará a la superficie de la imagen.
Realización 1
[0035] Como se muestra en la Fig. 2, en el módulo de amplificación óptica de corto alcance, la longitud focal f1 de la primera lente está diseñada como infinito, y la primera longitud focal f2 de la segunda lente 20 está diseñada como 1,2F (F es la longitud focal del sistema), en el que:
[0036] Los parámetros de diseño específicos del módulo de amplificación óptica de corto alcance son los que se muestran en la Tabla 1:
(continuación)
[0037] En la Tabla 1, la primera fila OBJ representa los parámetros de diseño relacionados con el plano del objeto; la segunda fila STO representa un diafragma en el sistema óptico, cuya abertura es de 5 mm; la tercera fila representa una membrana que consiste en una placa polarizadora reflectante y una primera placa de retardo de fase en el módulo óptico, de la cual el tipo es ESTÁNDAR (plano estándar), el material es PMMA, el diámetro es de 14,75702 mm y el coeficiente asférico es 0; la cuarta fila y la quinta fila representan respectivamente los datos correspondientes a la primera superficie óptica E1 y la segunda superficie óptica E2 de la primera lente 10, los radios de curvatura de la primera superficie óptica E1 y la segunda superficie óptica E2 son ambos infinitos, el espesor de la primera lente 10 es de 1,028883 mm (es decir, la distancia entre la primera superficie óptica E1 y la segunda superficie óptica E2, y el valor de espesor en la cuarta fila), y el material es H-ZF52A; la sexta fila y la séptima fila representan respectivamente los datos correspondientes a la tercera superficie óptica E3 y la cuarta superficie óptica E4 de la segunda lente 20, el radio de curvatura de la tercera superficie óptica E3 es infinito, el radio de curvatura de la cuarta superficie óptica E4 es de 42,3863 mm, el espesor de la segunda lente 20 es de 2,5 mm (es decir, la distancia entre la tercera superficie óptica E3 y la cuarta superficie óptica E4, y el valor de espesor en la sexta fila), y el material es H-QK1; la octava fila a la decimoquinta fila representan los parámetros relevantes en la reflexión y transmisión de luz entre la membrana, la primera lente 10 y la segunda lente 20, que pueden no describirse nuevamente una por una aquí; la decimosexta fila representa la membrana de vidrio en la capa de cristal líquido de la pantalla de visualización, cuyo espesor es de 0,2057766 mm, y el material es BK7; la decimoséptima fila IMA representa la imagen final de la luz.
[0038] En la Tabla 2 se muestran otros parámetros correspondientes del módulo de amplificación óptica de corto alcance:
(continuación)
[0039] Al establecer los parámetros relevantes como se muestra en la Tabla 1, es evidente a partir de la Tabla 2 que la longitud focal de la primera lente 10 será infinita, la primera longitud focal de la segunda lente 20 es 1,2F (16,8 mm), y la longitud focal efectiva de la superficie de reflexión de la superficie transflectiva de la segunda lente 20 es 1,5F (21 mm), y el espesor del sistema óptico está diseñado como 8 mm, por lo tanto puede obtener una longitud focal del sistema de 14 mm y un ángulo de campo de 100°; diseñando la abertura establecida delante del módulo de amplificación óptica de corto alcance como 2,8, es decir, diseñando el diámetro D del diafragma correspondiente como 5 mm, se puede obtener una caja ocular grande de 5 mm en consecuencia.
[0040] Además, el tamaño de la pantalla está diseñado como 1,11 pulgadas, y la distancia ocular está diseñada como 5 mm; junto con el diagrama mTf de la Fig. 3, puede obtener el valor de abscisa (frecuencia espacial por milímetro) con una ordenada promedia (función de transferencia de modulación) superior a 0,18 en cada campo visual, por lo que se puede obtener que la energía de resolución del módulo de amplificación óptica de corto alcance puede soportar una resolución de 800*800.
[0041] Además, se puede obtener de la Fig. 4 que, en esta realización, el factor de distorsión de formación de imágenes ópticas se controla dentro de un intervalo de (- 28 %, 0), y la curvatura de campo en la Fig. 5 se controla dentro del intervalo de (-1 mm, 1 mm).
Realización 2
[0042] Como se muestra en la Fig. 6, en el módulo de amplificación óptica de corto alcance, la longitud focal f1 de la primera lente está diseñada como 8,7F, y la primera longitud focal f2 de la segunda lente 20 está diseñada como 1,6F (F es la longitud focal del sistema), en el que:
[0043] Los parámetros de diseño específicos del módulo de amplificación óptica de corto alcance son los que se muestran en la Tabla 3:
(continuación)
[0044] En la Tabla 3, la segunda fila representa el diseño PARAXIAL; la cuarta fila representa los parámetros relacionados con la membrana que consiste en una placa polarizadora reflectante y una primera placa de retardo de fase en el módulo óptico; la sexta fila y la séptima fila representan los parámetros relacionados con la primera lente 10, en el que la segunda superficie óptica E2 de la primera lente 10 es superficie asférica EVENASPH; la octava fila y la novena fila representan los parámetros relacionados con la primera lente 20, en el que la tercera superficie óptica E3 de la primera lente 20 es una superficie asférica EVENASPH. Para la explicación de otros parámetros relevantes en esta realización, se puede hacer referencia a la Realización 1, que no se describirá nuevamente.
[0045] Los parámetros de diseño refinados de las superficies ópticas en el módulo de amplificación óptica de corto alcance son como se muestra en la Tabla 4:
(continuación)
(continuación)
(continuación)
[0046] En la Tabla 2, la fórmula de superficie asférica se expresa generalmente de la siguiente manera:
[0047] En la que: r es la distancia desde un punto de la lente al eje óptico, c es la curvatura en el vértice de una superficie curvada, K es la constante cónica, y d, e, f, g, h, i, j son coeficientes polinómicos.
[0048] Por ejemplo, en la superficie 6:
c=-1/55,02969, K=-28,93212, d=5,4015026*10-5, e=-1,6567046*10-7, f=2,4870791*10-10, g=-4,6902803*10-13, h=i=j=0
[0049] Al sustituir los coeficientes anteriores en una fórmula x, respectivamente, se obtendrá la ecuación de superficie asférica de la superficie 6 y se pueden obtener otras superficies asféricas de la misma manera.
[0050] En la Tabla 5 se muestran otros parámetros correspondientes del módulo de amplificación óptica de corto alcance:
[0051] Al establecer los parámetros relevantes como se muestra en las Tablas 3 y 4, es evidente a partir de la Tabla 5 que la longitud focal de la primera lente 10 será de 8,1F (102,75 mm), la primera longitud focal de la segunda
lente 20 será de 1,6F (20,32 mm), y la longitud focal efectiva de la superficie de reflexión de la superficie transflectiva de la segunda lente 20 será de 2,1F (26,67 mm), y el espesor del sistema óptico será de 9,2 mm, por lo tanto puede obtener una longitud focal del sistema de 12,7 mm, un ángulo de campo amplio de 100°; diseñando la abertura establecida delante del módulo de amplificación óptica de corto alcance como 2,1, es decir, diseñando el diámetro D del diafragma correspondiente como 6,05 mm, se puede obtener una caja ocular grande de 6 mm en consecuencia.
[0052] Además, el tamaño de la pantalla está diseñado como 1,11 pulgadas, y la distancia ocular está diseñada como 8 mm; junto con el diagrama MTF de la Fig. 7, puede obtener el valor de abscisa (frecuencia espacial por milímetro) con una ordenada promedia (función de transferencia de modulación) superior a 0,18 en cada campo visual, por lo que se puede obtener que la energía de resolución del módulo de amplificación óptica de corto alcance puede soportar una resolución de 2000*2000. El factor de distorsión en la Fig. 8 se controla dentro de un intervalo de (-34 %, 0 %), y la curvatura de campo en la Fig. 9 se controla dentro de un intervalo de (-0,2 mm, 0,2 mm).
Realización 3
[0053] Como se muestra en la Fig. 10, en el módulo de amplificación óptica de corto alcance, la longitud focal f1 de la primera lente está diseñada como 8,7F, y la primera longitud focal f2 de la segunda lente 20 está diseñada como 1,89F (F es la longitud focal del sistema), en el que:
[0054] Los parámetros de diseño específicos del módulo de amplificación óptica de corto alcance son los que se muestran en la Tabla 6:
[0055] Los parámetros de diseño refinados de las superficies ópticas en el módulo de amplificación óptica de corto alcance son como se muestra en la Tabla 7:
(continuación)
(continuación)
[0056] Donde, para la explicación de los parámetros específicos en la Tabla 6 y Tabla 7, se puede hacer referencia a la Tabla 1, Tabla 3 y Tabla 4.
[0057] En la Tabla 8 se muestran otros parámetros correspondientes del módulo de amplificación óptica de corto alcance:
(continuación)
[0058] Al establecer los parámetros relevantes como se muestra en las Tablas 6 y 7, es evidente en la Tabla 8 que la longitud focal de la primera lente 10 será de 8,7F (121,8 mm), y la primera longitud focal de la segunda lente 20 será de 1,89F (26,46 mm), y la longitud focal efectiva de la superficie de reflexión de la superficie transflectiva de la segunda lente 20 será de 2,4F (33,6 mm), y el espesor del sistema óptico será de 9,9 mm, por lo tanto puede obtener una longitud focal del sistema de 14 mm, por lo tanto puede obtener un ángulo de campo amplio de 100°; diseñando la abertura establecida delante del módulo de amplificación óptica de corto alcance como 2,3, es decir, diseñando el diámetro D del diafragma correspondiente como 6,08 mm, se puede obtener una caja ocular grande de 6 mm en consecuencia.
[0059] Además, el tamaño de la pantalla está diseñado como 1,24 pulgadas, y la distancia ocular está diseñada como 8 mm; junto con el diagrama m Tf de la Fig. 11, puede obtener el valor de abscisa (frecuencia espacial por milímetro) con una ordenada promedia (función de transferencia de modulación) superior a 0,18 en cada campo visual, por lo tanto, se puede obtener que la energía de resolución del módulo de amplificación óptica de corto alcance puede soportar una alta resolución de 2000*2000, y el factor de distorsión en la Fig. 12 se controla dentro de un intervalo de (-34 %, 0), y la curvatura de campo en la Fig. 13 se controla dentro de un intervalo de (-0,2 mm, 0,2 mm).
[0060] Por lo tanto, mediante el uso del módulo de amplificación óptica de corto alcance según esta realización, se puede crear un dispositivo portátil de RV ultrafino con un ángulo de campo amplio, una caja ocular grande y un efecto de formación de imágenes de alta calidad.
Realización 4
[0061] Como se muestra en la Fig. 14, en el módulo de amplificación óptica de corto alcance, la longitud focal f1 de la primera lente está diseñada como 4,6F, y la primera longitud focal f2 de la segunda lente 20 está diseñada como 2F (F es la longitud focal del sistema), en el que:
[0062] Los parámetros de diseño específicos del módulo de amplificación óptica de corto alcance son los que se muestran en la Tabla 9:
(continuación)
[0063] Los parámetros de diseño refinados de la superficie óptica en el módulo de amplificación óptica de corto alcance son como se muestra en la Tabla 10:
(continuación)
(continuación)
(continuación)
[0064] En los que, para la explicación de los parámetros específicos en la Tabla 9 y Tabla 10, se puede hacer referencia a la Tabla 1, Tabla 3 y Tabla 4.
[0065] En la Tabla 11 se muestran otros parámetros correspondientes del módulo de amplificación óptica de corto alcance:
[0066] Al establecer los parámetros relevantes como se muestra en las Tablas 9 y 10, es evidente en la Tabla 11 que la longitud focal de la primera lente 10 será de 4,6F (66,24 mm), y la primera longitud focal de la segunda lente 20 será de 2F (28,8 mm), y la longitud focal efectiva de la superficie de reflexión de la superficie transflectiva de la segunda lente 20 será de 2,4F (34,56 mm), y el espesor del sistema óptico será de 9,9 mm, por lo tanto puede obtener una longitud focal del sistema de 14,4 mm, por lo tanto puede obtener un ángulo de campo amplio de 100°; diseñando la abertura establecida delante del módulo de amplificación óptica de corto alcance como 2,4, es decir, diseñando el diámetro D del diafragma correspondiente como 6 mm, se puede obtener una caja ocular grande de 6 mm en consecuencia.
[0067] Además, el tamaño de la pantalla está diseñado como 1,3 pulgadas, y la distancia ocular está diseñada como 8 mm; junto con el diagrama de MTF de la Fig. 15, puede obtener el valor de abscisa (frecuencia espacial por milímetro) con una ordenada promedia (función de transferencia de modulación) superior a 0,18 en cada campo visual, por lo tanto, se puede obtener que la energía de resolución del módulo de amplificación óptica de corto alcance puede soportar una resolución de 1000*1000, y el factor de distorsión en la Fig. 16 se controla dentro de un intervalo de ( 32,4 %, 0), y la curvatura de campo en la Fig. 17 se controla dentro de un intervalo de (-0,2 mm, 0,2 mm).
[0068] Además, la longitud focal efectiva de la superficie de reflexión de la superficie transflectiva no se limita
a diseñarse como 2,4F, y también puede diseñarse como 5F; el espesor del sistema óptico y la distancia ocular no se limitan a diseñarse respectivamente como 9,9 mm y 8 mm, y también pueden diseñarse como 12 mm y 10 mm respectivamente.
[0069] En función del módulo de amplificación óptica de corto alcance según esta realización, la presente invención proporciona además un par de gafas que incluye el módulo de amplificación óptica de corto alcance en las realizaciones anteriores. Las gafas incluyen además una pantalla 30 que se establece coaxial o no coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance. La pantalla 30 en la Fig. 2, Fig. 6, Fig. 10 y Fig. 14 se establece coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance; sin embargo, en uso, la pantalla 30 puede configurarse coaxial o no coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance según los requisitos de aplicación específicos.
[0070] En función del módulo de amplificación óptica de corto alcance según esta realización, la presente invención proporciona además un casco que incluye el módulo de amplificación óptica de corto alcance en las realizaciones anteriores. El casco incluye además una pantalla 30, que se establece de forma coaxial o no coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance. La pantalla 30 en la Fig. 2, Fig. 6, Fig. 10 y Fig. 14 se establece coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance aquí para la conveniencia de la expresión; sin embargo, en uso, la pantalla 30 puede configurarse coaxial o no coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance según los requisitos de aplicación específicos
[0071] En función de las gafas y el casco según la presente invención, la invención proporciona además un sistema de RV que incluye las gafas o el casco en las realizaciones anteriores y se utiliza en un dispositivo portátil de realidad virtual (RV) inteligente. Dicho sistema de RV incluye un par de gafas o un casco que contiene el módulo de amplificación óptica de corto alcance, de modo que el sistema de RV tendrá un ángulo de campo amplio, una caja ocular grande, un efecto de imagen de alta calidad y una estructura ultrafina de tamaño pequeño, etc., y por lo tanto puede proporcionar una buena experiencia de usuario. Específicamente, se puede hacer referencia a las realizaciones del módulo de amplificación óptica de corto alcance.
[0072] Cabe señalar que, los adjetivos ordinales tales como «primero/a» y «segundo/a» empleados en esta invención solo se utilizan para distinguir una entidad u operación de otra entidad u operación, en lugar de requerir o implicar que estas entidades u operaciones deben tener ciertas relaciones o estar en una secuencia dada. Además, los términos «incluir», «comprender» o cualquier variación de estos pretenden abarcar la inclusión no exclusiva, de modo que un proceso, un procedimiento, un objeto o un dispositivo que se dice que incluye una serie de factores esenciales no solo incluyen dichos factores esenciales, sino que también incluyen otros factores esenciales que no se enumeran específicamente o factores esenciales inherentes a dicho proceso, procedimiento, objeto o dispositivo. En el caso de no existir otra limitación, un factor esencial definido por una oración «incluye un...» no excluye que puedan existir factores esenciales similares adicionales en el proceso, procedimiento, objeto o dispositivo que incluya dicho factor esencial.
[0073] La descripción anterior solo muestra algunas realizaciones específicas de la presente invención, de modo que un experto en la materia pueda comprender o implementar la invención. Diversas modificaciones a estas realizaciones son evidentes para los expertos en la materia. Los principios generales definidos en esta invención pueden implementarse en otras realizaciones sin apartarse del alcance de la presente invención. Por consiguiente, la presente invención no se limitará a las realizaciones descritas en esta invención; en cambio, la invención se ajusta al alcance más amplio que es coherente con la materia objeto tal como se define en el conjunto de reivindicaciones adjuntas.
Claims (12)
1. Un módulo de amplificación óptica de corto alcance, que comprende: una placa polarizadora reflectante, una primera placa de retardo de fase, una segunda lente (20) con superficie óptica transflectiva y una segunda placa de retardo de fase que están dispuestas secuencialmente en ese orden, caracterizado porque:
una primera lente (10) se establece a cada lado de una cualquiera de la placa polarizadora reflectante, la primera placa de retardo de fase, la segunda lente (20) con superficie óptica transflectiva y la segunda placa de retardo de fase, en el que la primera lente (10) tiene una longitud focal finita f1 que cumple con la siguiente condición: |f1|>4F; en la segunda lente (20) con superficie óptica transflectiva, la superficie óptica adyacente a la segunda placa de retardo de fase es la superficie óptica transflectiva;
la primera longitud focal f2 de la segunda lente (20) con superficie óptica transflectiva cumple con la siguiente condición: 1,2F<f2<2F, en el que F es la longitud focal del sistema del módulo de amplificación óptica de corto alcance, y la primera longitud focal f2 de la segunda lente (20) con superficie óptica transflectiva es una longitud focal eficaz de la segunda lente (20) con superficie óptica transflectiva cuando se usa en modo reflexivo.
2. El módulo de amplificación óptica de corto alcance según la reivindicación 1, en el que la longitud focal efectiva fs4 de la superficie de reflexión de la superficie óptica transflectiva cumple con la siguiente condición: 1,5F<fs4<5F, en el que la distancia focal efectiva fs4 se define como la distancia focal medida después de que la luz incidente se refleje por la superficie de reflexión de la superficie óptica transflectiva.
3. El módulo de amplificación óptica de corto alcance según la reivindicación 2, en el que la longitud focal efectiva fs4 de la superficie de reflexión de la superficie óptica transflectiva cumple con la siguiente condición: 1,5F<fs4<2,4F.
4. El módulo de amplificación óptica de corto alcance según la reivindicación 3, en el que la longitud focal efectiva fs4 de la superficie de reflexión de la superficie óptica transflectiva es 2,1F.
5. El módulo de amplificación óptica de corto alcance según la reivindicación 1, en el que la primera longitud focal f2 de la segunda lente (20) con superficie óptica transflectiva cumple con la siguiente condición: 1,6F<f2<2F.
6. El módulo de amplificación óptica de corto alcance según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que, en la segunda lente (20) con superficie óptica transflectiva, la longitud focal fs3 de la superficie óptica adyacente a la primera lente (10) cumple con la siguiente condición: |fs3l>2F.
7. El módulo de amplificación óptica de corto alcance según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el espesor del módulo de amplificación óptica de corto alcance es de 8-12 mm.
8. El módulo de amplificación óptica de corto alcance según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que la distancia ocular del módulo de amplificación óptica de corto alcance es de 5~10 mm.
9. El módulo de amplificación óptica de corto alcance según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que la abertura D, a través de la cual pasa la luz que participa en la formación de imágenes a través de la segunda lente (20) con superficie óptica transflectiva y la primera lente (10), cumple con la siguiente condición: 0,4F<D<0,6F.
10. Unas gafas de amplificación óptica de corto alcance que comprenden: el módulo de amplificación óptica de corto alcance según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que las gafas de amplificación óptica de corto alcance comprenden además una pantalla de visualización (30) que se establece coaxial o no coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance.
11. Un casco de amplificación óptica de corto alcance, que comprende: el módulo de amplificación óptica de corto alcance según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que el casco de amplificación óptica de corto alcance comprende además una pantalla de visualización (30) que se establece coaxial o no coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance.
12. Un sistema de RV de amplificación óptica de corto alcance que comprende: las gafas según la reivindicación 10 o el casco según la reivindicación 11.
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