ES2936069T3

ES2936069T3 - Módulo de aumento óptico de corta distancia, gafas, casco y sistema VR

Info

Publication number: ES2936069T3
Application number: ES16777520T
Authority: ES
Inventors: Gang Li; Weiping Tang
Original assignee: Shenzhen Dlodlo New Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Dlodlo New Technology Co Ltd
Priority date: 2016-03-21
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2036-03-21
Also published as: KR20180129845A; EP3249447A4; KR102162951B1; US10324292B2; JP6389273B2; PT3249447T; FI3249447T3; US20180120564A1; EP3249447A1; EP3249447B1; JP2018512601A; WO2017161485A1

Abstract

Un módulo de aumento óptico de corta distancia, que comprende una primera placa de retardo de fase, una lente semirreflectora semitransmisiva (2), una segunda placa de retardo de fase y un polarizador reflectante (1) que están dispuestos secuencialmente, el semitransmisor semi- lente reflectante (2) que comprende una primera superficie óptica y una segunda superficie óptica, estando la primera superficie óptica cerca de la segunda placa de retardo de fase, siendo la segunda superficie óptica una superficie óptica semirreflectante semitransmisiva, estando la segunda superficie óptica cerca a la primera placa de retardo de fase, una distancia focal de la superficie reflectante fs2 de la segunda superficie óptica que cumpla la siguiente condición, F <= fs2 <= 5F, siendo F una distancia focal del sistema del módulo de aumento óptico de corta distancia, F que cumpla la siguiente condición: 10 mm <= F <= 35 mm. Realización de refinamiento de parámetros en fs2, que afecta a un efecto de aumento óptico, permite que el módulo obtenga un mayor efecto de aumento óptico mientras mantiene un espesor total relativamente pequeño. El módulo se puede aplicar en un dispositivo VR de tamaño pequeño, lo que permite que el dispositivo VR implemente un mejor campo de visión, mayor rango de movimiento ocular y efectos de imágenes de alta calidad, y brinde una mejor experiencia de usuario. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Módulo de aumento óptico de corta distancia, gafas, casco y sistema VR

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere al campo técnico de los aparatos ópticos y, en particular, a un módulo de amplificación óptica de corto alcance, unas gafas, un casco y un sistema VR.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad, los dispositivos portátiles inteligentes de Realidad Virtual (VR) incluyen principalmente gafas VR y cascos VR. Para proporcionar una buena experiencia de usuario, un dispositivo portátil inteligente de VR debe tener un ángulo de campo amplio, una caja ocular grande, un efecto de formación de imágenes de alta calidad y una estructura ultradelgada compacta, etc. Un dispositivo portátil de VR inteligente tiene una estructura de módulo de amplificación óptica, que es el componente central para realizar la conversión de imágenes y determina la calidad de la imagen y la estructura del dispositivo portátil de V^rinteligente.

En la estructura de un módulo de amplificación óptica existente, incluye, secuencialmente del lado del objeto al lado de la imagen: una primera placa de retardo de fase, una unidad de lente (montaje), una segunda placa de retardo de fase y una placa reflectante polarizadora; en donde, en la unidad de lente (montaje), la superficie óptica adyacente a la primera placa de retardo de fase es una superficie transflectiva. En muchas investigaciones, la unidad de lente (montaje) puede amplificar transmisivamente una imagen óptica y, por lo tanto, es el miembro central de la estructura del módulo de amplificación óptica. Para lograr un ángulo de campo amplio, una caja ocular grande, un efecto de formación de imágenes de alta calidad y una estructura ultradelgada compacta, etc., de un dispositivo portátil VR inteligente, es necesario optimizar el diseño de la unidad de lente (montaje). La unidad de lentes (montaje) se forma disponiendo una o más lentes en un cierto orden; por lo tanto, para optimizar la unidad de lente (montaje) se requiere optimización de las lentes.

La US 6.853.491 B1, usado para la delimitación en dos partes de la reivindicación 1 adjunta, se divulga un aparato de colimación para la formación de imágenes que comprende un primer polarizador lineal. Una primera placa de cuarto de onda está dispuesta adyacente al primer polarizador y tiene sus ejes rápido y lento sustancialmente a 45 grados del plano de polarización del primer polarizador. El aparato comprende además un espejo curvado divisor de haz que tiene una superficie convexa adyacente al primer polarizador y orientada hacia la primera placa de cuarto de onda, una segunda placa de cuarto de onda adyacente al lado cóncavo del espejo curvado, la segunda placa de cuarto de onda tiene su sus ejes rápido y lento orientados con respecto a los ejes correspondientes de la primera placa de cuarto de onda en ángulos sustancialmente iguales a un primer múltiplo integral de 90 grados, y un miembro polarizador reflectante-transmisor adyacente a la segunda placa de cuarto de onda. Un segundo polarizador lineal es adyacente al miembro polarizador reflexivo-transmisor, el segundo polarizador lineal tiene su plano de polarización orientado con respecto al plano de polarización del primer polarizador lineal en un ángulo sustancialmente igual a un segundo múltiplo integral de 90 grados, ambos de los múltiplos siendo pares o ambos siendo impares.

La EP 0718645 A2 divulga un dispositivo óptico delgado y ligero para observar información visual con un ángulo grande de campo visual y una pantalla montada en la cabeza (HMD) usando dicho dispositivo óptico. Un dispositivo óptico de acuerdo con la presente invención comprende un medio de refracción que consiste en un elemento de refracción con recubrimiento de semiespejo y un espejo semitransparente selector de luz polarizado circularmente, que están dispuestos en el orden descrito desde el lado incidente. El espejo semitransparente seleccionador de luz polarizado circularmente 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. Se obtiene un sistema óptico delgado y de gran aumento usando el espejo semitransparente de selección de luz polarizado circularmente que primero refleja la luz incidente (Li) en el sentido de las agujas del reloj y permite que la luz polarizada circularmente en el sentido contrario a las agujas del reloj haga 1,5 viajes de ida y vuelta sin ser reflejada. Una pantalla de montaje en la cabeza (HMD) de acuerdo con la presente invención incluye una pantalla de cristal líquido (LCD), una luz de fondo para la LCD y el dispositivo óptico mencionado anteriormente para ampliar una imagen de la LCD.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Las realizaciones de la invención proporcionan un módulo de amplificación óptica de corto alcance, un par de gafas, un casco y un sistema VR, resolviendo de este modo el problema de la técnica anterior.

En el primer aspecto, un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la invención incluye una primera placa de retardo de fase, un espejo transflectivo, una segunda placa de retardo de fase y una placa reflectante polarizadora que están dispuestas secuencialmente, en donde:

el espejo transflectivo incluye una primera superficie óptica y una segunda superficie óptica;

la primera superficie óptica está adyacente a la segunda placa de retardo de fase;

la segunda superficie óptica es una superficie óptica transflectiva, y la segunda superficie óptica es adyacente a la primera placa de retardo de fase;

La distancia focal fs2 de la superficie de reflexión de la segunda superficie óptica cumple la siguiente condición: 1,5F<fs2<3F, donde F es la distancia focal del sistema del módulo de amplificación óptica de corto alcance y F cumple la siguiente condición: 10mm<F<35mm.

Junto con el primer aspecto, en un primer modo de implementación posible del primer aspecto, la distancia focal fs1 de la primera superficie óptica cumple la siguiente condición: |fs1|>2F.

Junto con el primer aspecto, en un segundo modo de implementación posible del primer aspecto, el espesor H del módulo de amplificación óptica de corto alcance cumple la siguiente condición: 8mm<H<30mm.

Junto con el primer aspecto o el primer modo de implementación posible, el segundo modo de implementación posible y el cuarto modo de implementación posible del primer aspecto, en un quinto modo de implementación posible del primer aspecto, el alivio ocular del módulo de amplificación óptica de corto alcance es de 5-15 mm.

En el módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la invención, el refinamiento de parámetros en el fs2 que influye en el efecto de amplificación óptica permite que el módulo mantenga un espesor general pequeño a la vez que obtiene un gran efecto de amplificación óptica y puede aplicarse en un dispositivo VR de tamaño pequeño, de tal manera que el dispositivo VR puede realizar un ángulo de campo amplio, una caja ocular grande y un efecto de formación de imágenes de alta calidad y, por lo tanto, una mejor experiencia de usuario.

En el segundo aspecto, la invención proporciona además un par de gafas, que incluyen el módulo de amplificación óptica de corto alcance anterior, en donde las gafas incluyen además una pantalla, que se ajusta coaxial o no coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance.

En el tercer aspecto, la invención proporciona además un casco que incluye el módulo de amplificación óptica de corto alcance anterior, en donde el casco comprende además una pantalla que se ajusta coaxial o no coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance.

En el cuarto aspecto, la invención proporciona además un sistema de VR que incluye las gafas anteriores o el casco anterior. El sistema de VR anterior emplea las gafas o el casco que comprende el módulo de amplificación óptica de corto alcance anterior, por lo que tiene un ángulo de campo amplio, una caja ocular grande, un efecto de formación de imágenes de alta calidad y una estructura ultrafina compacta, etc., y, por lo tanto, puede proporcionar una buena experiencia de usuario. Específicamente, puede hacerse referencia a las realizaciones del módulo de amplificación óptica de corto alcance.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Estos y otros objetos y características de esta invención quedarán claros a partir de la siguiente descripción tomada junto con las realizaciones preferidas con referencia a los dibujos acompañantes, 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 acuerdo con la Realización 1 que no entra dentro del alcance de la invención;

La Fig. 2 es un diagrama que muestra esquemáticamente la construcción general de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 2 de la invención;

La Fig. 3es un diagrama que muestra esquemáticamente la construcción general de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 3 que no entra dentro del alcance de la invención;

La Fig. 4 es un diagrama que muestra esquemáticamente la construcción general de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 4 de la invención;

La Fig. 5 es un diagrama que muestra esquemáticamente la construcción general de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 5 de la invención;

La Fig. 6 es un diagrama MTF de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 1 que no entra dentro del alcance de la invención;

La Fig. 7 es un diagrama de curvatura de campo de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 1 que no entra dentro del alcance de la invención;

La Fig. 8 es un diagrama de distorsión de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 1 que no entra dentro del alcance de la invención;

La Fig. 9 es un diagrama MTF de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 2 de la invención;

La Fig. 10 es un diagrama de curvatura de campo de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 2 de la invención;

La Fig. 11 es un diagrama de distorsión de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 2 de la invención;

La Fig. 12 es un diagrama MTF de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 3 que no entra dentro del alcance de la invención;

La Fig. 13 es un diagrama de curvatura de campo de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 3 que no entra dentro del alcance de la invención;

La Fig. 14 es un diagrama de distorsión de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 3 que no entra dentro del alcance de la invención;

La Fig. 15 es un diagrama MTF de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 4 de la invención;

La Fig. 16 es un diagrama de curvatura de campo de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 4 de la invención;

La Fig. 17 es un diagrama de distorsión de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 4 de la invención;

La Fig. 18 es un diagrama MTF de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 5 de la invención;

La Fig. 19 es un diagrama de curvatura de campo de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 5 de la invención; y

La Fig. 20 es un diagrama de distorsión de un módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la Realización 5 de la invención.

en donde:

1: placa polarizadora reflectante; 2: espejo transflectivo; 3: Pantalla.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES

Para que un experto en la técnica comprenda mejor las soluciones de la presente invención, las realizaciones de la invención se describirán con claridad y completamente a continuación con referencia a los dibujos acompañantes. Es obvio que a partir de las enseñanzas de la presente invención, el experto en la técnica puede encontrar otras realizaciones para realizar las enseñanzas de la presente invención sin aplicar actividad inventiva adicional. Estas realizaciones todavía están dentro del alcance de la presente invención.

Una realización de la invención proporciona un módulo de amplificación óptica de corto alcance, que incluye, secuencialmente desde el lado del objeto al lado de la imagen, una primera placa de retardo de fase, un espejo transflectivo 2, una segunda placa de retardo de fase y una placa polarizadora reflectante 1; en donde: el espejo transflectivo incluye una primera superficie óptica y una segunda superficie óptica; la primera superficie óptica es adyacente al lado de la imagen; la segunda superficie óptica es una superficie óptica transflectiva y es adyacente al lado del objeto; la distancia focal fs2 de la superficie de reflexión de la segunda superficie óptica cumple la siguiente condición: F<fs2<5F, en donde F es la distancia focal del sistema del módulo de amplificación óptica de corto alcance, 10mm<F<35mm. El lado del objeto es el lado de la pantalla, y el lado de la imagen es el lado de formación de imágenes del módulo de amplificación óptica de corto alcance.

En referencia a las Fig. 1, Fig. 2,Fig. 3, Fig. 4 y Fig. 5, muestran ejemplos específicos de módulos de amplificación óptica de corto alcance, de las cuales las Fig. 2, Fig. 4 y fig. 5 muestran realizaciones de la invención. La primera placa de retardo de fase se coloca adyacente al lado emisor de luz de la pantalla 3, y la segunda placa de retardo de fase se coloca en un lado de la placa polarizadora reflectante 1 que está lejos del lado de la imagen. Para una fácil explicación, en las Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4 y Fig. 5, la primera placa de retardo de fase y la segunda placa de retardo de fase no se muestran. La primera placa de retardo de fase y la segunda placa de retardo de fase son ambas placas de retardo de fase de 45 grados que realizan un retardo de fase de 45 grados en la luz.

La placa polarizadora reflectante puede realizar un reflejo total de la luz polarizada ortogonal; sin embargo, cuando está en la misma dirección que la de la luz polarizada, puede realizarse la perspectiva. La primera superficie óptica del espejo transflectivo 2 es una superficie plana o una superficie curvada, y cuando es una superficie curvada, puede ser una superficie esférica o una superficie asférica; la segunda superficie óptica del espejo transflectivo 2 es una superficie óptica transflectiva. La superficie óptica transflectiva es la principal fuente de potencia óptica del sistema del módulo de amplificación óptica de corto alcance. Si su potencia óptica es demasiado alta, por ejemplo, acercándose a la potencia óptica total del sistema (fs2<F), será demasiado difícil corregir la aberración; además, la superficie óptica puede parecer demasiado curvada y la lente demasiado gruesa, provocando de este modo el aumento del espesor del sistema, lo que es adverso al diseño ligero y delgado que requiere un dispositivo portátil de VR. Por el contrario, si su potencia óptica es demasiado baja (fs2>5F), la potencia óptica cargada en otras lentes será demasiado alta y será necesario añadir lentes adicionales para corregir la aberración, lo cual es adverso para el diseño compacto y ligero del sistema.

Para lograr una buena experiencia de usuario y una estructura portátil de un dispositivo portátil de VR, la distancia focal F del sistema del módulo de amplificación óptica de corto alcance se establece en 10 mm<F<35 mm, en donde la distancia focal F del sistema del módulo de amplificación óptica de corto alcance es la distancia focal efectiva del montaje de todas las lentes, incluyendo el espejo transflectivo 2. Cuando 10 mm<F<35 mm, la forma general del dispositivo portátil de VR generalmente cumple con los requisitos. El espejo transflectivo 2 es el componente central de amplificación óptica del módulo de amplificación óptica de corto alcance, y su forma y parámetros influyen directamente en la forma y el rendimiento del módulo de amplificación óptica de corto alcance. Cuando se aplica el módulo de amplificación óptica de corto alcance, el tamaño de la pantalla 3 puede reducirse a 0,9-2,5 pulgadas, lo que contribuye al diseño ligero y ultradelgado del dispositivo portátil de VR.

El principio óptico del módulo de amplificación óptica de corto alcance es el siguiente: la luz de la formación de imágenes de la pantalla en el lado del objeto pasa por la primera placa de retardo de fase, penetra en la segunda superficie óptica y luego en la primera superficie óptica del espejo transflectivo 2, y luego pasa la segunda placa de retardo de fase y llega a la placa polarizadora reflectante, por lo que la luz se refleja, y luego la luz pasa de nuevo por la segunda placa de retardo de fase, y de nuevo penetra la primera superficie óptica del espejo transflectivo 2 y alcanza la segunda superficie óptica del espejo transflectivo 2, por lo que se refleja, y la luz penetra de nuevo en la primera superficie óptica del espejo transflectivo 2, y luego pasa por la segunda placa de retardo de fase y la placa polarizadora reflectante y finalmente llega al lado de la imagen donde se va a formar una imagen, por lo que se puede cumplir el requisito de amplificación óptica. Específicamente, puede hacerse referencia a la Fig. 1; y el principio óptico en las Figs. 2-5 es el mismo que el de la Fig. 1.

En la aplicación del módulo de amplificación óptica de corto alcance, para mejorar la calidad de la formación de imágenes, se necesitan otras lentes para contribuir a la distancia focal del sistema y la aberración del equilibrio, por lo que se proporcionan lentes auxiliares como se muestra en las Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4 y Fig. 5 sin limitación.

Para lograr un ángulo de campo amplio, una caja ocular grande, un efecto de formación de imágenes de alta calidad y una estructura ultrafina compacta cuando el módulo de amplificación óptica de corto alcance se aplica a un dispositivo portátil de VR inteligente, la distancia focal que contiene la superficie de reflexión del espejo transflectivo, es decir, la primera distancia focal f del espejo transflectivo, debería cumplir la siguiente condición:

En donde, la distancia focal medida después de que la luz incidente penetra la primera superficie óptica y es reflejada por la segunda superficie óptica se define como la distancia focal f que contiene la superficie de reflexión del espejo transflectivo. La distancia focal f que contiene la superficie de reflexión del espejo transflectivo 2 es la fuente principal de la potencia óptica del módulo de amplificación óptica de corto alcance; si la potencia óptica que contiene la superficie de reflexión es demasiado alta, por ejemplo, acercándose a la potencia óptica global del sistema (f<F), será demasiado difícil corregir la aberración; si la potencia óptica que contiene la superficie de reflexión es demasiado baja (f>2F), la potencia óptica cargada en otras lentes será demasiado alta y se necesitarán lentes adicionales para corregir la aberración, lo que es adverso para el diseño compacto y ligero de la sistema. Al configurar f dentro de dicho intervalo, el módulo de amplificación óptica de corto alcance puede lograr un ángulo de campo amplio V de más de 80° y permitir una resolución de pantalla alta de 800*800-4000*4000, que es más favorable para la aplicación del módulo de amplificación óptica de corto alcance.

La distancia focal fs1 de la primera superficie óptica cumple la siguiente condición:

|fs1 |>2F (2)

Si fs1 es demasiado corto, significa que el espejo transflectivo 2 puede estar demasiado curvado, lo que es adverso para la corrección de aberraciones; además, si el espejo transflectivo está demasiado curvado, provocará el aumento del espesor del sistema óptico, lo que es adverso para el diseño ligero y delgado de un dispositivo portátil de VR.

El espesor H del módulo de amplificación óptica de corto alcance cumple con la siguiente condición: 8 mm<H<30 mm. Es decir, para cumplir con el requisito de una estructura ultrafina compacta en el dispositivo portátil de VR, el espesor del módulo de amplificación óptica de corto alcance, que es la distancia máxima entre los dos lados del módulo de amplificación óptica de corto alcance a lo largo de la dirección del eje óptico debe ser de 8-30 mm (en esta realización). Como resultado, puede lograrse un alivio ocular de 5-15 mm, lo que es más favorable para cumplir el requisito de una estructura ultrafina compacta en el dispositivo portátil de VR a la vez que es conveniente para su uso. El alivio ocular es la distancia entre el globo ocular y el ocular (en la invención, es la superficie óptica más cercana al ojo humano) a la que un observador puede ver claramente la imagen dentro del campo de visión.

En una solución técnica optimizada adicional, la distancia focal fs2 de la superficie de reflexión de la segunda superficie óptica cumple la siguiente condición: 1,5F<fs2<3F.

Para obtener una caja ocular grande y una buena calidad de formación de imágenes al mismo tiempo, el intervalo ajustable de la apertura en el lado del objeto está diseñado como 1,7F-4F. Es decir, la apertura D, a través de la cual pasa la luz que participa en la formación de imágenes a través del módulo de amplificación óptica de corto alcance, cumple la siguiente condición:

0,3F<D<0,6F, la caja ocular correspondiente es de 5-10 mm. Para la posición de la apertura D, puede hacerse referencia a la Fig. 1, y las posiciones de apertura en las Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4 y Fig. 5 son las mismas que las de la Fig. 1, que no se volverá a describir aquí.

El módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con las realizaciones de la invención se ilustrará más adelante junto con las tablas adjuntas.

En la tabla de parámetros de diseño específicos 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, i representa la secuencia (io) 1 de superficies ópticas partiendo del lado del objeto; las lentes están dispuestas en esta tabla de acuerdo con la trayectoria óptica real de la luz incidente. En este sistema, la luz comienza de izquierda a derecha, y cuando se encuentra con un material (vidrio) enumerado como ESPEJO, se reflejará en la dirección inversa, y cuando se refleje en un segundo ESPEJO, se invertirá de nuevo de izquierda a derecha, y finalmente llegará a la superficie de la imagen.

Realización 1 que no entra dentro del alcance de la invención

Como se muestra en la Fig. 1, en el módulo de amplificación óptica de corto alcance, la distancia focal de la segunda superficie óptica del espejo transflectivo 2 es 1 F, y los parámetros de diseño del espejo transflectivo 2 son los que se muestran en la Tabla 1

Tabla 1

En la tabla anterior, la primera fila OBJ representa los parámetros de diseño relevantes del plano del objeto; la segunda fila representa un diafragma en el sistema óptico, cuya apertura es de 7 mm; la tercera fila representa una membrana que consiste en una placa polarizadora reflectante y una placa de retardo de segunda fase en el módulo óptico, cuyo tipo es ESTÁNDAR (plano estándar), el material es PMMA, el diámetro es 24,685 mm y el coeficiente asférico es 0; la cuarta fila y la quinta fila representan respectivamente los datos correspondientes a la primera superficie óptica y la segunda superficie óptica de la lente auxiliar, el material de la lente auxiliar es H-ZF52A, y en esta realización, la primera superficie óptica es un plano infinito, y el radio de curvatura de la segunda superficie óptica es de 888 mm; la sexta fila y la séptima fila representan respectivamente los datos correspondientes a la primera superficie óptica y la segunda superficie óptica del espejo transflectivo 2, el material del espejo transflectivo 2 es H-QK1, el radio de curvatura de la primera superficie óptica es de -55 mm, y el radio de curvatura de la segunda superficie óptica es de -56 mm; de 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. La decimoséptima fila representa la membrana de vidrio en la capa de cristal líquido de la pantalla 3, el espesor de la cual es de 0,2057766 mm y el material es BK7. La decimoctava fila IMA representa una imagen en el sistema óptico.

En la Tabla 2 se muestran otros parámetros correspondientes del módulo de amplificación óptica de corto alcance:

Al establecer los parámetros relevantes como se muestra en la Tabla 1, se ve claramente en la Tabla 2 que la distancia focal efectiva de la superficie de reflexión de la superficie transflectiva es 1F, la distancia focal del sistema F es 29,16, el espesor del sistema óptico es 23,8, por lo que puede obtenerse un ángulo de campo de 90°; diseñando el conjunto de apertura delante del módulo de amplificación óptica como 4, es decir, diseñando el diámetro D del diafragma correspondiente como 7 mm, puede obtenerse correspondientemente una caja ocular grande de 7 mm.

Además, el tamaño de la pantalla está diseñado en 2,22 pulgadas y el alivio ocular está diseñado en 5 mm; junto con el diagrama MTF de la Fig. 6, puede obtenerse el valor de abscisas (frecuencia espacial por milímetro) con una ordenada media (función de transferencia de modulación) superior a 0,18 en cada campo visual, con lo que puede obtenerse que la potencia de resolución del módulo de amplificación óptica de corto alcance pueda soportar un resolución de 800*800. La curvatura de campo en la Fig. 7 se controla en un intervalo de (-10 mm, 10 mm), y el factor de distorsión en la Fig. 8 se controla en un intervalo de (-29,2%, 0).

Realización 2

Como se muestra en la Fig. 2, en el módulo de amplificación óptica de corto alcance, se incluyen además otras lentes además del espejo transflectivo 2. Los parámetros de las lentes se ajustan adaptativamente de acuerdo con los requisitos de los parámetros en el espejo transflectivo 2. La distancia focal de la segunda superficie óptica del el espejo transflectivo 2 es 2F, y los parámetros de diseño del espejo transflectivo 2 son los que se muestran en la Tabla 3:

Tabla 3

continuación

Para la descripción específica de esta tabla, puede hacerse referencia a la Tabla 1, que no se describirá de nuevo aquí.

En la Tabla 4 se muestran los parámetros de diseño refinados de las superficies ópticas en el módulo de amplificación óptica de corto alcance:

La fórmula de superficie asférica se expresa generalmente de la siguiente manera:

x ----------- Cr — d r4 e r6 f r % + g r 10 h r12 i r 14 j r 16 i W i - k c V

donde: 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 polinomios coeficientes

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

Sustituyendo los coeficientes anteriores en la fórmula x respectivamente, se obtendrá la ecuación de superficie asférica de la superficie 6, y el resto puede deducirse por analogía.

En la Tabla 5 se muestran otros parámetros correspondientes del módulo de amplificación óptica de corto alcance:

Con referencia a la Tabla 5, la distancia focal efectiva de la superficie transflectiva será de 2F y el espesor del sistema óptico será de 12,3 mm, por lo que puede obtenerse un ángulo de campo amplio de 100°; diseñando el conjunto de apertura en la parte delantera del módulo de amplificación óptica como 2,4, es decir, diseñando el diámetro D del diafragma correspondiente como 7 mm, puede obtenerse correspondientemente una caja ocular grande de 7 mm.

Además, el tamaño de la pantalla está diseñado en 1,5 pulgadas y el alivio ocular está diseñado en 8 mm; junto con el diagrama MTF de la Fig. 9, puede obtenerse el valor de abscisas (frecuencia espacial por milímetro) con una ordenada media (función de transferencia de modulación) superior a 0,18 en cada campo visual, con lo cual puede obtenerse que la potencia de resolución del módulo de amplificación óptica de corto alcance puede soportar un resolución de 2000*2000. La curvatura de campo en la Fig. 10 se controla en un intervalo de (-0,2 mm, 0,2 mm), y el factor de distorsión en la Fig. 11 se controla en un intervalo de (-34,6%, 0).

Realización 3 que no entra dentro del alcance de la invención

Como se muestra en la Fig. 3, en el módulo de amplificación óptica de corto alcance, se incluyen otras lentes además del espejo transflectivo 2. Los parámetros de otras lentes se ajustan de manera adaptativa de acuerdo con los requisitos de los parámetros en el espejo transflectivo 2. Otras lentes y el espejo transflectivo 2 se complementan entre sí, y la distancia focal de la segunda superficie óptica del espejo transflectivo 2 es 5F. Los parámetros de diseño del espejo transflectivo 2 son los que se muestran en la Tabla 6:

Tabla 6

Otros parámetros correspondientes del módulo de amplificación óptica de corto alcance son como se muestra en la Tabla 7:

continuación

Al configurar los parámetros relevantes como se muestra en la Tabla 6, está claro de la Tabla 7 que la distancia focal efectiva de la superficie transflectiva es 5F y el espesor del sistema óptico es 27 mm, por lo que puede obtenerse un ángulo de campo amplio de 100°.; diseñando el conjunto de apertura delante del módulo de amplificación óptica como 2,1, es decir, diseñando el diámetro D del diafragma correspondiente como 6 mm, puede obtenerse correspondientemente una caja ocular grande de 6 mm.

Además, el tamaño de la pantalla está diseñado en 1,11 pulgadas y el alivio ocular está diseñado en 8 mm; junto con el diagrama MTF de la Fig. 12, puede obtenerse el valor de abscisas (frecuencia espacial por milímetro) con una ordenada media (función de transferencia de modulación) mayor de 0,18 en cada campo visual, con lo cual puede obtenerse que la potencia de resolución del módulo de amplificación óptica de corto alcance pueda soportar un resolución de 800*800. La curvatura de campo en la Fig. 13 se controla en un intervalo de (-0,5 mm, 0,5 mm), y el factor de distorsión en la Fig. 14 se controla en un intervalo de (-35,6%, 0).

Realización 4

Como se muestra en la Fig. 4, en el módulo de amplificación óptica de corto alcance, se incluyen otras lentes además del espejo transflectivo 2. Los parámetros de otras lentes se ajustan adaptativamente de acuerdo con los requisitos de los parámetros en el espejo transflectivo 2. Otras lentes y el espejo transflectivo 2 se complementan entre sí, y la distancia focal de la segunda superficie óptica del espejo transflectivo 2 es 1,5F. Los parámetros de diseño del espejo transflectivo 2 son los mostrados en la Tabla 8:

Tabla 8

Para la descripción específica de esta tabla, puede hacerse referencia a la Tabla 1, y no se volverá a describir aquí.

En la Tabla 9 se muestran los parámetros de diseño refinados de las superficies ópticas en el módulo de amplificación óptica de corto alcance:

continuación

Para la explicación de los parámetros específicos en la tabla anterior, puede hacerse referencia a la Tabla 4.

En la Tabla 10 se muestran otros parámetros correspondientes del módulo de amplificación óptica de corto alcance:

Al configurar los parámetros relevantes como se muestra en las Tablas 8 y 9, se ve claramente en la Tabla 10 que la distancia focal efectiva de la superficie de reflexión de la superficie transflectiva será de 1,5 F, y el espesor del sistema óptico será de 16,2 mm, por tanto puede obtenerse un ángulo de campo amplio de 100°; diseñando el conjunto de apertura en la parte delantera del módulo de amplificación óptica como 3,3, es decir, diseñando el diámetro D del diafragma correspondiente como 7 mm, puede obtenerse correspondientemente una caja ocular grande de 7 mm.

Además, el tamaño de la pantalla está diseñado en 2,1 pulgadas y el alivio ocular está diseñado en 9 mm. Junto con el diagrama MTF de la Fig. 15, puede obtenerse el valor de abscisas (frecuencia espacial por milímetro) con una ordenada media (función de transferencia de modulación) mayor de 0,18 en cada campo visual, con lo cual puede obtenerse que la potencia de resolución del módulo de amplificación óptica de corto alcance puede soportar un resolución de 1000*1000. La curvatura de campo en la Fig. 16 se controla en un intervalo de (-2 mm, 2 mm), y el factor de distorsión en la Fig. 17se controla en un intervalo de (-34%, 0).

Realización 5

Como se muestra en la Fig. 5, en el módulo de amplificación óptica de corto alcance, se incluyen otras lentes además del espejo transflectivo 2. Los parámetros de otras lentes se ajustan adaptativamente de acuerdo con los requisitos de los parámetros en el espejo transflectivo 2. Otras lentes y el espejo transflectivo 2 se complementan entre sí, y la distancia focal de la segunda superficie óptica del espejo transflectivo 2 es 3F. Los parámetros de diseño del espejo transflectivo 2 son los que se muestran en la Tabla 11:

Tabla 11

continuación

En la Tabla 12 se muestran los parámetros de diseño refinados de las superficies ópticas en el módulo de amplificación óptica de corto alcance:

continuación

En la Tabla 13 se muestran otros parámetros correspondientes del módulo de amplificación óptica de corto alcance:

Al configurar los parámetros relevantes como se muestra en las Tablas 11 y 12, se ve claramente en la Tabla 13 que la distancia focal efectiva de la superficie de reflexión de la superficie transflectiva es 3F, y el espesor del sistema óptico es de 11,2 mm, por tanto, puede obtenerse un ángulo de campo amplio de 82°; diseñando el conjunto de apertura delante del módulo de amplificación óptica como 3, es decir, diseñando el diámetro D del diafragma correspondiente como 5 mm, puede obtenerse correspondientemente una caja ocular grande de 5 mm.

Además, el tamaño de la pantalla está diseñado en 2,1 pulgadas y el alivio ocular está diseñado en 9 mm. Junto con el diagrama MTF de la Fig. 18, puede obtenerse el valor de abscisas (frecuencia espacial por milímetro) con una ordenada media (función de transferencia de modulación) de más de 0,18 en cada campo visual, con lo cual puede obtenerse que la potencia de resolución del módulo de amplificación óptica de corto alcance puede soportar un resolución de 1000*1000. La curvatura de campo en la Fig. 19 se controla en un intervalo de (-2 mm, 2 mm), y el factor de distorsión en la Fig. 20 se controla en un intervalo de (-34%, 0).

En base al módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la invención, la presente invención proporciona además un par de gafas que incluyen el módulo de amplificación óptica de corto alcance en las realizaciones anteriores. Las gafas incluyen además una pantalla 3 que se ajusta coaxial o no coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance. La pantalla 3 en las Figs. 1-5 se configura coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance para una expresión conveniente; sin embargo, en uso, la pantalla 30 puede configurarse coaxial o no coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con los requisitos específicos de la aplicación.

En base al módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la invención, 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 3 que se ajusta coaxial o no coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance. La pantalla 3 en las Figs. 1-5 se configura coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance aquí para una expresión conveniente; sin embargo, en uso, la pantalla 3 puede configurarse coaxial o no coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con los requisitos específicos de la aplicación.

En base a las gafas y el casco de acuerdo con la invención, la presente invención proporciona además un sistema de VR que incluye las gafas o el casco en las realizaciones anteriores y se usa en un dispositivo portátil inteligente de Realidad Virtual (VR). Dicho sistema VR incluye un par de anteojos o un casco que contiene el módulo de amplificación óptica de corto alcance, de tal manera que el sistema de VR tendrá un ángulo de campo amplio, una caja ocular grande, un efecto de formación de imágenes de alta calidad y una estructura ultrafina compacta, etc., y por lo tanto puede proporcionar una buena experiencia de usuario. Específicamente, puede hacerse referencia a las realizaciones del módulo de amplificación óptica de corto alcance.

Cada realización en esta memoria descriptiva se describe de manera progresiva. Para partes iguales o similares en diferentes realizaciones, puede hacerse referencia entre sí. Cada realización enfatiza sus distinciones de otras realizaciones.

No se pretende que las realizaciones anteriores de la invención limiten el alcance de la invención. Se interpretará que cualquier modificación, sustitución equivalente o mejora dentro del principio de la invención pertenece al alcance de protección de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un módulo de amplificación óptica de corto alcance, que comprende: una primera placa de retardo de fase, un espejo transflectivo, una segunda placa de retardo de fase y una placa polarizadora reflectante (1) que se disponen secuencialmente, en donde:

el espejo transflectivo (2) incluye una primera superficie óptica y una segunda superficie óptica;

la primera superficie óptica es adyacente a la segunda placa de retardo de fase;

caracterizado porque

la distancia focal fs2 de la superficie de reflexión de la segunda superficie óptica cumple la siguiente condición: 1,5F<fs2<3F, en donde F es la distancia focal del sistema del módulo de amplificación óptica de corto alcance, y F cumple la siguiente condición: 10mm<F<35 mm.

2. El módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la distancia focal fs1 de la primera superficie óptica cumple la siguiente condición: |fs1|>2F.

3. El módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el espesor H del módulo de amplificación óptica de corto alcance cumple la siguiente condición:8 mm<H<30 mm.

4. El módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el calibre D, a través del cual pasa el haz de luz que participa en la formación de imágenes a través del módulo de amplificación óptica de corto alcance, cumple la siguiente condición: 0,3F<D<0,6F.

5. El módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el alivio ocular del módulo de amplificación óptica de corto alcance es de 5-15 mm.

6. Un par de gafas, que comprenden: el módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde las gafas comprenden además una pantalla (3), que se coloca coaxial o no coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance.

7. Un casco que comprende: el módulo de amplificación óptica de corto alcance de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde el casco comprende además una pantalla, que se ajusta coaxial o no coaxialmente con el módulo de amplificación óptica de corto alcance.

8. Un sistema de VR, que comprende: las gafas de acuerdo con la reivindicación 6 o el casco de acuerdo con la reivindicación 7.