JP2021512356A - 接眼レンズおよび表示装置 - Google Patents
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Abstract
接眼レンズおよび表示装置である。接眼レンズは、正のパワー又は負のパワーを有し、少なくとも2つのレンズ、すなわち画像ソースに近づく方向に沿う第1レンズ(10)および第2レンズ(20)を含むレンズコンポーネントと、第1レンズの画像ソースに近い表面に設けられるか、或いは、第2レンズの表面に設けられる反射型直線偏光子と、第1レンズの表面に設けられ、反射型直線偏光子の画像ソースから遠い側に位置する反射型円偏光子と、反射型直線偏光子と反射型円偏光子との間に設けられる1/4λ波長板と、を含み、第1レンズは正のパワー又は負のパワーを有し、第2レンズは負のパワーを有し、第1レンズの材料のアッベ数Vd1>50であり、第2レンズの材料のアッベ数Vd2<30である。接眼レンズのワーキングディスタンスが短く、レンズのサイズが小さく、レンズの軽量薄型化が実現され、結像の品質が高い。
Description
本願は、光学分野に関し、具体的には、接眼レンズおよび表示装置に関する。
近年、コンピュータ技術の急速な発展に伴い、仮想現実(VR)は日増しに成熟し完全に整っていき、専門分野及び消費分野での応用もますます多くなる。VR接眼レンズは、頭部装着型表示装置のコア光学素子として、デバイスの応用及び体験効果に直接影響するため、接眼レンズの結像品質及び外観品質に対する要求が高い。
VRウェアラブルデバイスは、良好なユーザ体験を提供するために、優れた画角、目の動きの範囲、高品質の結像効果及び小型でかつ超薄型の構造等を実現する必要があり、上記目的を達成するために、光学増幅モジュール構造のレンズ群の設計を最適化することが必要となる。
高倍率化を実現するために、一般的には、VR撮像用の接眼レンズは長いワーキングディスタンスを有するとともに、大きい色収差及び歪みを有する。これは、頭部装着型デバイスの薄型化、高性能のニーズを満足することができない。
本願は、少なくとも、従来技術における接眼レンズのワーキングディスタンスが長い問題を解決するように、接眼レンズおよび表示装置を提供することをその主な目的とする。
上記目的を達成するために、本願の一態様は、正のパワー又は負のパワーを有し、少なくとも2つのレンズ、すなわち画像ソースに近づく方向に沿う第1レンズおよび第2レンズを含むレンズコンポーネントと、上記第1レンズの上記画像ソースに近い表面に設けられるか、或いは、上記第2レンズの表面に設けられる反射型直線偏光子と、上記第1レンズの表面に設けられ、上記反射型直線偏光子の上記画像ソースから遠い側に位置する反射型円偏光子と、上記反射型直線偏光子と上記反射型円偏光子との間に設けられる1/4λ波長板と、を含み、上記第1レンズは正のパワー又は負のパワーを有し、上記第2レンズは負のパワーを有し、上記第1レンズの材料のアッベ数Vd1>50であり、上記第2レンズの材料のアッベ数Vd2<30である接眼レンズを提供する。
さらに、上記接眼レンズの最大の横方向の色収差(lateral chromatic aberration)をLACLとしたとき、LACL<60μmを満たしている。
さらに、上記第1レンズの上記画像ソースに近い表面は第2表面であり、上記第1レンズの第2表面は凸面である。
さらに、上記第1レンズの第2表面の曲率半径をR2とし、上記接眼レンズの有効焦点距離をfとしたとき、−3<R2/f<0を満たしている。
さらに、上記第1レンズの物体側面の中心と上記画像ソースの表面との光軸における距離をTTLとし、上記画像ソースの表面の有効画素領域の対角線の長さの半分をImgHとしたとき、TTL/ImgH<1.3を満たしている。
さらに、上記接眼レンズの最大画角をHFOVとしたとき、tan(HFOV)>1を満たしている。
さらに、上記レンズコンポーネントは、上記第2レンズの上記第1レンズから遠い側に位置する第3レンズをさらに含む。
本願の他の態様は、正のパワー又は負のパワーを有し、少なくとも2つのレンズ、すなわち画像ソースに近づく方向に沿う第1レンズおよび第2レンズを含むレンズコンポーネントと、上記第1レンズの上記画像ソースに近い表面に設けられるか、或いは、上記第2レンズの表面に設けられる反射型直線偏光子と、上記第1レンズの任意の表面に設けられ、上記反射型直線偏光子の上記画像ソースから遠い側に位置する反射型円偏光子と、上記反射型直線偏光子と上記反射型円偏光子との間に設けられる1/4λ波長板と、を含む接眼レンズを提供する。
さらに、上記第1レンズは正のパワー又は負のパワーを有し、上記第2レンズは負のパワーを有する。
さらに、上記第1レンズの材料のアッベ数Vd1>50であり、上記第2レンズの材料のアッベ数Vd2<30である。
さらに、上記接眼レンズの最大の横方向の色収差をLACLとしたとき、LACL<60μmを満たしている。
さらに、上記第1レンズの上記画像ソースに近い表面は第2表面であり、上記第1レンズの第2表面は凸面である。
さらに、上記第1レンズの第2表面の曲率半径をR2とし、上記接眼レンズの有効焦点距離をfとしたとき、−3<R2/f<0を満たしている。
さらに、上記第1レンズの物体側面の中心と上記画像ソースの表面との光軸における距離をTTLとし、上記画像ソースの表面の有効画素領域の対角線の長さの半分をImgHとしたとき、TTL/ImgH<1.3を満たしている。
さらに、上記接眼レンズの最大画角をHFOVとしたとき、tan(HFOV)>1を満たしている。
さらに、上記レンズコンポーネントは、上記第2レンズの上記第1レンズから遠い側に位置する第3レンズをさらに含む。
本願の更なる態様は、接眼レンズを備えた表示装置であって、該接眼レンズは、上述したいずれかの接眼レンズである表示装置を提供する。
さらに、上記表示装置は、頭部装着型仮想現実表示装置である。
本願の技術的構成によれば、上記接眼レンズは、人間の目に入る前に、2回の反射によって人間の目から画像ソースまでの光軸方向の物理的距離を縮め、レンズの薄型化を実現する。そして、本願の接眼レンズでは、第1レンズのパワーを正のパワー又は負のパワーとし、第2レンズのパワーを負のパワーとし、第1レンズの材料のアッベ数Vd1をVd1>50とし、上記第2レンズの材料のアッベ数Vd2をVd2<30とすることにより、レンズを小型化し、さらにレンズの薄型化を実現することができるとともに、結像の色収差を小さくし、さらにレンズの結像品質を向上させることができる。
本願の一部を構成する明細書用図面は、本願をさらに理解させるためのものであり、本願における例示的な実施例及びその説明は本願を解釈するものであり、本願を不当に限定するものではない。図面において、
以下の詳細な説明はいずれも例示的なものであり、本願をさらに説明するためであることは、指摘されるべきである。特別な説明がない限り、本明細書で使用されるすべての技術的及び科学的用語は、当業者が通常に理解した意味と同じである。
ここに使用される用語は、あくまでも具体的な実施形態を説明するためのものであり、本願による例示的な実施形態を限定することを意図していないことに注意が必要である。ここに使用されるように、文脈上、そうでないとする明確な指示がない限り、単数形が使用されていても、複数形を含むものとする。また、本明細書に「含む」及び/又は「有する」といった用語が使用される場合、特徴、ステップ、操作、デバイス、アセンブリ及び/又はそれらの組み合わせがあることを示す。
ある要素(例えば、層、膜、領域、又は基板)が他の要素の「上」にあると記述されている場合、該要素が該他の要素上に直接存在することが可能であれば、中間要素が存在することも可能であることは、理解されるべきである。
特に限定されない限りにおいて、本明細書で使用されるすべての用語(技術的用語及び科学的用語を含む)は、それぞれ、当業者が通常に理解した意味と同じである。また、用語(例えば、一般的な辞書で定義されたもの)は、本明細書で明確に限定した場合を除き、関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を持つと解釈されるべきであり、理想的又は過度に正式的な意味で解釈されないことも、理解されるべきである。
なお、衝突しない限り、本願の実施例及び実施例中の構成要件を互いに組み合わせることができる。
背景技術欄で紹介されたように、従来技術におけるVRの接眼レンズはワーキングディスタンスが長い。以上のような技術的課題を解決するために、本願は接眼レンズおよび表示装置を提案した。
本願の代表的な実施形態において、接眼レンズを提供する。図1、図3、図5、図7、図9及び図11に示すように、該接眼レンズは、レンズコンポーネント、反射型直線偏光子、反射型円偏光子および1/4λ波長板を含み、レンズコンポーネントは、少なくとも2つのレンズ、すなわち第1レンズ10および第2レンズ20を含み、第1レンズ10および第2レンズ20は、画像ソースに近づく方向に沿って順次設けられている。反射型直線偏光子は、上記第1レンズ10の上記画像ソースに近い表面に設けられるか、或いは、上記第2レンズ20の表面に設けられる。反射型円偏光子は上記第1レンズ10の表面に設けられ、上記反射型直線偏光子の上記画像ソースから遠い側に位置する。1/4λ波長板は、上記反射型直線偏光子と上記反射型円偏光子との間に設けられる。上記第1レンズ10は正のパワー又は負のパワーを有し、上記第2レンズ20は負のパワーを有し、上記第1レンズ10の材料のアッベ数Vd1はVd1>50とし、上記第2レンズ20の材料のアッベ数Vd2はVd2<30とする。
説明の便宜上、第1レンズにおける、人間の目に近い(即ち、画像ソースから遠い)表面をその第1表面とし、画像ソースに近い(即ち、人間の目から遠い)表面をその第2表面として定義し、また、第2レンズにおける、人間の目に近い(即ち、画像ソースから遠い)表面をその第1表面とし、画像ソースに近い(即ち、人間の目から遠い)表面をその第2表面として定義する。
上記接眼レンズの各構成は、複数の配列形態を有する。例えば、図1に示される実施例1では、反射型円偏光子および反射型直線偏光子が図示されていないが、光路図によると、反射型円偏光子は第1レンズ10の第1表面に設けられ、反射型直線偏光子は第1レンズ10の第2表面に設けられることが明らかとなる。
例えば、図3の実施例2では、光路図によると、反射型円偏光子は第1レンズ10の第1表面に設けられ、反射型直線偏光子は第2レンズ20の第2表面に設けられることが明らかとなる。
例えば、図5に示される実施例3では、反射型円偏光子は第1レンズ10の第1表面に設けられ、反射型直線偏光子は第2レンズ20の第1表面に設けられる。
例えば、図7に示される実施例4では、反射型円偏光子は第1レンズ10の第2表面に設けられ、反射型直線偏光子は第2レンズ20の第2表面に設けられる。
例えば、図9に示される実施例5では、反射型円偏光子は第1レンズ10の第1表面に設けられ、反射型直線偏光子は第2レンズ20の第1表面に設けられる。
例えば、図11に示される実施例6では、反射型円偏光子は第1レンズ10の第1表面に設けられ、反射型直線偏光子は第2レンズ20の第1表面に設けられる。
もちろん、本願に係る上記接眼レンズの各構成の配列設置形態は、上述した6つの実施例の形態に限られず、他の設置形態であってもよく、例えば、反射型円偏光子が第1レンズの第2表面に設けられ、反射型直線偏光子が反射型円偏光子の第1レンズから遠い表面に設けられ、即ち、実際には、反射型直線偏光子も第1レンズの第2表面に設けられる。当業者は、実際の状況に応じて適切な配列設置形態を選択して本願の接眼レンズを形成することができ、上述した配列設置要求を満足すればよい。
実施例2に係る接眼レンズを例として、本願における接眼レンズの動作過程について説明する。画像ソース側からの光は反射型直線偏光子、第2レンズ20、1/4波長板及び第1レンズ10を順次通過し、反射型円偏光子に到達し、反射された後、第1レンズ10、1/4波長板及び第2レンズ20を通過し、その後反射型直線偏光子によって反射され、再び第2レンズ20、1/4波長板、第1レンズ10及び反射型円偏光子を順次通過した後、人間の目に入る。
上記接眼レンズは、人間の目に入る前に、2回の反射によって人間の目から画像ソースまでの光軸方向の物理的距離を縮め、レンズの軽量薄型化を実現する。そして、本願の接眼レンズでは、第1レンズのパワーを正のパワー又は負のパワーとし、第2レンズのパワーを負のパワーとし、かつ第1レンズの材料のアッベ数Vd1をVd1>50とし、上記第2レンズの材料のアッベ数Vd2をVd2<30とすることにより、レンズを小型化し、さらにレンズの軽量薄型化を実現することができるとともに、結像の色収差を小さくし、さらにレンズの結像品質を向上させることができる。
本願の一実施例において、上記接眼レンズの最大の横方向の色収差をLACLとしたとき、LACL<60μmを満たしている。該実施例において、LACLが小さいため、接眼レンズの結像品質を効果的に向上させることができ、これにより人間の目で見られる画像の色収差が小さくなり、色が均一であるので、人間の目の視覚的快適性を改善する。
接眼レンズの像面湾曲及び球面収差を効果的に小さくし、優れた結像性能を取得するために、本願の一実施例において、図1、図3、図5、図7、図9及び図11に示すように、上記第1レンズ10の上記画像ソースに近い表面は第2表面であり、上記第1レンズ10の第2表面は凸面である。
本願の他の実施例において、上記第1レンズの第2表面の曲率半径をR2とし、上記接眼レンズの有効焦点距離をfとしたとき、−3<R2/f<0を満たしている。これにより、接眼レンズの像面湾曲及び歪みをより効果的に小さくするとともに、接眼レンズをさらに小型化することができ、そのうえ接眼レンズの結像品質を向上させ、接眼レンズの軽量薄型化をさらに実現することができる。
接眼レンズの全長をさらに短くし、軽量薄型化のニーズに応えるために、本願の一実施例において、上記第1レンズの物体側面の中心と上記画像ソースの表面との光軸における距離をTTLとし、上記画像ソースの表面の有効画素領域の対角線の長さの半分をImgHとしたとき、TTL/ImgH<1.3を満たしている。
本願の更なる実施例において、上記接眼レンズの最大画角をHFOVとしたとき、tan(HFOV)>1を満たしている。これにより、接眼レンズは優れた没入感を実現することができる。
接眼レンズの結像品質の向上をさらに保証するために、本願の一実施例において、図11に示される実施例6では、上記レンズコンポーネントは、上記第2レンズ20の上記第1レンズ10から遠い側に位置する第3レンズ30をさらに含む。
もちろん、本願におけるレンズの数は、2つ又は3つに限られず、これ以上であってもよく、当業者は、実際の状況に応じて適切な数のレンズを設けることができ、ここではその説明は繰り返さない。
本願の他の代表的な実施形態において、接眼レンズを提供する。図1、図3、図5、図7、図9及び図11に示すように、該接眼レンズは、レンズコンポーネント、反射型直線偏光子、反射型円偏光子および1/4λ波長板を含み、レンズコンポーネントは、少なくとも2つのレンズ、すなわち第1レンズ10および第2レンズ20を含み、かつ第1レンズ10および第2レンズ20は、画像ソースに近づく方向に沿って順次設けられている。反射型直線偏光子は、上記第1レンズ10の上記画像ソースに近い表面に設けられるか、或いは、上記第2レンズ20の表面に設けられる。反射型円偏光子は上記第1レンズ10の表面に設けられ、上記反射型直線偏光子の上記画像ソースから遠い側に位置する。1/4λ波長板は、上記反射型直線偏光子と上記反射型円偏光子との間に設けられる。
同様に、上記接眼レンズの各構成は、複数の配列形態を有する。図1に示される実施例1では、反射型円偏光子および反射型直線偏光子が図示されていないが、光路図によると、反射型円偏光子は第1レンズ10の第1表面に設けられ、反射型直線偏光子は第1レンズ10の第2表面に設けられることが明らかとなる。図3の実施例2では、光路図によると、反射型円偏光子は第1レンズ10の第1表面に設けられ、反射型直線偏光子は第2レンズ20の第2表面に設けられることが明らかとなる。図5に示される実施例3では、反射型円偏光子は第1レンズ10の第1表面に設けられ、反射型直線偏光子は第2レンズ20の第1表面に設けられる。図7に示される実施例4では、反射型円偏光子は第1レンズ10の第2表面に設けられ、反射型直線偏光子は第2レンズ20の第2表面に設けられる。図9に示される実施例5では、反射型円偏光子は第1レンズ10の第1表面に設けられ、反射型直線偏光子は第2レンズ20の第1表面に設けられる。図11に示される実施例6では、反射型円偏光子は第1レンズ10の第1表面に設けられ、反射型直線偏光子は第2レンズ20の第1表面に設けられる。
もちろん、本願の上記接眼レンズの各構成の配列設置形態は、上述した6つの実施例に記載の形態に限られず、他の設置形態であってもよく、例えば、反射型円偏光子が第1レンズの第2表面に設けられ、反射型直線偏光子が反射型円偏光子の第1レンズから遠い表面に設けられ、即ち、実際には、反射型直線偏光子も第1レンズの第2表面に設けられる。当業者は、実際の状況に応じて適切な配列設置形態を選択して本願の接眼レンズを形成することができ、上述した配列設置要求を満足すればよい。
同様に実施例2の接眼レンズを例として、該接眼レンズの動作過程について説明する。画像ソース側からの光は反射型直線偏光子、第2レンズ20、1/4波長板及び第1レンズ10を順次通過し、反射型円偏光子に到達し、反射された後、第1レンズ10、1/4波長板及び第2レンズ20を通過し、その後反射型直線偏光子によって反射され、再び第2レンズ20、1/4波長板、第1レンズ10及び反射型円偏光子を順次通過した後、人間の目に入る。
上記接眼レンズは、人間の目に入る前に、2回の反射によって人間の目から画像ソースまでの光軸方向の物理的距離を縮め、レンズの軽量薄型化を実現する。
レンズを小型化し、接眼レンズの軽量薄型化をさらに実現すると同時に、接眼レンズによる結像の色収差を小さくし、接眼レンズの結像品質を向上させるために、本願の一実施例において、上記第1レンズは正のパワー又は負のパワーを有し、上記第2レンズは負のパワーを有する。
レンズをさらに小型化すると同時に、接眼レンズによる結像の色収差をさらに小さくするために、本願の一実施例において、上記第1レンズの材料のアッベ数Vd1をVd1>50とし、上記第2レンズの材料のアッベ数Vd2をVd2<30とする。
本願の一実施例において、上記接眼レンズの最大の横方向の色収差をLACLとしたとき、LACL<60μmを満たしている。該実施例において、LACLが小さいため、接眼レンズの結像品質を効果的に向上させることができ、人間の目の視覚的快適性を改善する。
接眼レンズの像面湾曲及び球面収差を効果的に小さくし、優れた結像性能を取得するために、本願の一実施例において、図1、図3、図5、図7、図9及び図11に示すように、上記第1レンズ10の上記画像ソースに近い表面は第2表面であり、上記第1レンズ10の第2表面は凸面である。
本願の他の実施例において、上記第1レンズの第2表面の曲率半径をR2とし、上記接眼レンズの有効焦点距離をfとしたとき、−3<R2/f<0を満たしている。これにより、接眼レンズの像面湾曲及び歪みをより効果的に小さくするとともに、接眼レンズをさらに小型化することができ、そのうえ接眼レンズの結像品質を向上させ、接眼レンズの軽量薄型化をさらに実現することができる。
接眼レンズの全長をさらに短くし、軽量薄型化のニーズに応えるために、本願の一実施例において、上記第1レンズの物体側面の中心と上記画像ソースの表面との光軸における距離をTTLとし、上記画像ソースの表面の有効画素領域の対角線の長さの半分をImgHとしたとき、TTL/ImgH<1.3を満たしている。
本願の更なる実施例において、上記接眼レンズの最大画角をHFOVとしたとき、tan(HFOV)>1を満たしている。これにより、接眼レンズは優れた没入感を実現することができる。
接眼レンズの結像品質の向上をさらに保証するために、本願の一実施例において、図11に示される実施例6では、上記レンズコンポーネントは、上記第2レンズ20の上記第1レンズ10から遠い側に位置する第3レンズ30をさらに含む。
本願の更なる代表的な実施形態において、表示装置を提供し、該表示装置は接眼レンズを備え、該接眼レンズは、上述したいずれかの接眼レンズである。
上記表示装置は上記接眼レンズを備えるため、該接眼レンズが軽量薄型化のニーズを満足することができ、かつ表示される画像の品質が良い。
具体的な一実施例において、上記表示装置は、頭部装着型仮想現実表示装置である。
当業者が本願の技術的構成及び技術効果をより明確に理解できるように、以下、具体的な実施例を用いて説明する。
実施例1
画像ソースに近づく方向に沿って、接眼レンズは、順次設けられた反射型円偏光子、第1レンズ10、1/4λ波長板、反射型直線偏光子及び第2レンズ20からなり、具体的には図1を参照することができ、この図には反射型直線偏光子、反射型円偏光子及び1/4λ波長板が示されていない。
画像ソースに近づく方向に沿って、接眼レンズは、順次設けられた反射型円偏光子、第1レンズ10、1/4λ波長板、反射型直線偏光子及び第2レンズ20からなり、具体的には図1を参照することができ、この図には反射型直線偏光子、反射型円偏光子及び1/4λ波長板が示されていない。
該実施例の光路について図1を参照することができ、人間の目01側から、光線はS1を順次通過し、中間の2回の反射を経て、結像面S7に到達する。各光学面のパラメータは表1に示されており、S1は第1レンズ10の第1表面を示し、S2は反射型直線偏光子の反射面を示し、S3は反射型円偏光子の反射面を示し、S4は第1レンズ10の第2表面を示し、S5は第2レンズ20の第1表面を示し、S6は第2レンズ20の第2表面を示し、S7は画像ソースの表面を示す。
該実施例において、接眼レンズの焦点距離f=32.41mmであり、第1レンズ10の焦点距離f1=9.04mmであり、第2レンズ20の焦点距離f2=−169.53であり、該接眼レンズの最大画角HFOV=50°であり、上記画像ソースの表面の有効画素領域の対角線の長さの半分ImgH=32.00mmであり、接眼レンズの最大の横方向の色収差LACL=19.51μmである。具体的には表7を参照する。
上記データから、該実施例において、R2/f=−0.76、TTL/ImgH=0.78、tan(HFOV)=1.19と算出する。具体的には表8を参照する。
上記データによると、該実施例の接眼レンズはワーキングディスタンスが短く、小型化及び軽量薄型化のニーズを満足していることが明らかとなる。該実施例の接眼レンズの倍率色収差曲線(lateral color curve)は図2に示されており、この図から分かるように、該接眼レンズの倍率色収差が小さく、結像品質が良い。
実施例2
画像ソースに近づく方向に沿って、接眼レンズは、順次設けられた反射型円偏光子、第1レンズ10、1/4λ波長板、第2レンズ20及び反射型直線偏光子からなり、具体的には図3を参照することができ、この図には反射型直線偏光子、反射型円偏光子及び1/4λ波長板が示されていない。
画像ソースに近づく方向に沿って、接眼レンズは、順次設けられた反射型円偏光子、第1レンズ10、1/4λ波長板、第2レンズ20及び反射型直線偏光子からなり、具体的には図3を参照することができ、この図には反射型直線偏光子、反射型円偏光子及び1/4λ波長板が示されていない。
該実施例の光路について図3を参照することができ、人間の目01側から、光線はS1を順次通過し、中間の2回の反射を経て、結像面S11に到達する。各光学面のパラメータは表2に示されており、S1は第1レンズ10の第1表面を示し、S2は第1レンズ10の第2表面を示し、S3は第2レンズ20の第1表面を示し、S4は反射型直線偏光子の反射面を示し、S5は第2レンズ20の第1表面を示し、S6は第1レンズ10の第2表面を示し、S7は反射型円偏光子の反射面を示し、S8は第1レンズ10の第2表面を示し、S9は第2レンズ20の第1表面を示し、S10は第2レンズ20の第2表面を示し、S11は画像ソースの表面を示す。
該実施例において、接眼レンズの焦点距離f=30.74mmであり、第1レンズの焦点距離f1=145.70mmであり、第2レンズの焦点距離f2=−306.72であり、該接眼レンズの最大画角HFOV=50°であり、上記画像ソースの表面の有効画素領域の対角線の長さの半分ImgH=32.00mmであり、接眼レンズの最大の横方向の色収差LACL=11.62μmである。具体的には表7を参照する。
上記データから、該実施例において、R2/f=−1.02、TTL/ImgH=0.55、tan(HFOV)=1.19と算出する。具体的には表8を参照する。
上記データによると、該実施例の接眼レンズはワーキングディスタンスが短く、小型化及び軽量薄型化のニーズを満足していることが明らかとなる。該実施例の接眼レンズの倍率色収差曲線は図4に示されており、この図から分かるように、該接眼レンズの倍率色収差が小さく、結像品質が良い。
実施例3
画像ソースに近づく方向に沿って、接眼レンズは、順次設けられた反射型円偏光子、第1レンズ10、1/4λ波長板、反射型直線偏光子及び第2レンズ20からなり、具体的には図5を参照することができ、この図には反射型直線偏光子、反射型円偏光子及び1/4λ波長板が示されていない。
画像ソースに近づく方向に沿って、接眼レンズは、順次設けられた反射型円偏光子、第1レンズ10、1/4λ波長板、反射型直線偏光子及び第2レンズ20からなり、具体的には図5を参照することができ、この図には反射型直線偏光子、反射型円偏光子及び1/4λ波長板が示されていない。
該実施例の光路について図5を参照することができ、人間の目01側から、光線はS1を順次通過し、中間の2回の反射を経て、結像面S9に到達する。各光学面のパラメータは表3に示されており、S1は第1レンズ10の第1表面を示し、S2は第1レンズ10の第2表面を示し、S3は反射型直線偏光子の反射面を示し、S4は第1レンズ10の第2表面を示し、S5は反射型円偏光子の反射面を示し、S6は第1レンズ10の第2表面を示し、S7は第2レンズ20の第1表面を示し、S8は第2レンズ20の第2表面を示し、S9は画像ソースの表面を示す。
該実施例において、接眼レンズの焦点距離f=37.37mmであり、第1レンズの焦点距離f1=119.79mmであり、第2レンズの焦点距離f2=−104.30であり、該接眼レンズの最大画角HFOV=50°であり、上記画像ソースの表面の有効画素領域の対角線の長さの半分ImgH=32.00mmであり、接眼レンズの最大の横方向の色収差LACL=55.73μmである。具体的には表7を参照する。
上記データから、該実施例において、R2/f=−1.44、TTL/ImgH=1.06、tan(HFOV)=1.19と算出する。具体的には表8を参照する。
上記データによると、該実施例の接眼レンズはワーキングディスタンスが短く、小型化及び軽量薄型化のニーズを満足していることが明らかとなる。該実施例の接眼レンズの倍率色収差曲線は図6に示されており、この図から分かるように、該接眼レンズの倍率色収差が小さく、結像品質が良い。
実施例4
画像ソースに近づく方向に沿って、接眼レンズは、順次設けられた第1レンズ10、反射型円偏光子、1/4λ波長板、第2レンズ20及び反射型直線偏光子からなり、具体的には図7を参照することができ、この図には反射型直線偏光子、反射型円偏光子及び1/4λ波長板が示されていない。
画像ソースに近づく方向に沿って、接眼レンズは、順次設けられた第1レンズ10、反射型円偏光子、1/4λ波長板、第2レンズ20及び反射型直線偏光子からなり、具体的には図7を参照することができ、この図には反射型直線偏光子、反射型円偏光子及び1/4λ波長板が示されていない。
該実施例の光路について図7を参照することができ、人間の目01側から、光線はS1を順次通過し、中間の2回の反射を経て、結像面S9に到達する。各光学面のパラメータは表4に示されており、S1は第1レンズ10の第1表面を示し、S2は第1レンズ10の第2表面を示し、S3は第2レンズ20の第1表面を示し、S4は反射型直線偏光子の反射面を示し、S5は第2レンズ20の第1表面を示し、S6は反射型円偏光子の反射面を示し、S7は第2レンズ20の第1表面を示し、S8は第2レンズ20の第2表面を示し、S9は画像ソースの表面を示す。
該実施例において、接眼レンズの焦点距離f=31.23mmであり、第1レンズ10の焦点距離f1=−310.96mmであり、第2レンズ20の焦点距離f2=−816.29であり、該接眼レンズの最大画角HFOV=50°であり、上記画像ソースの表面の有効画素領域の対角線の長さの半分ImgH=32.00mmであり、接眼レンズの最大の横方向の色収差LACL=5.89μmである。具体的には表7を参照する。
上記データから、該実施例において、R2/f=−1.02、TTL/ImgH=0.98、tan(HFOV)=1.19と算出する。具体的には表8を参照する。
上記データによると、該実施例の接眼レンズはワーキングディスタンスが短く、小型化及び軽量薄型化のニーズを満足していることが明らかとなる。該実施例の接眼レンズの倍率色収差曲線は図8に示されており、この図から分かるように、該接眼レンズの倍率色収差が小さく、結像品質が良い。
実施例5
画像ソースに近づく方向に沿って、接眼レンズは、順次設けられた反射型円偏光子、第1レンズ10、1/4λ波長板、反射型直線偏光子及び第2レンズ20からなり、具体的には図9を参照することができ、この図には反射型直線偏光子、反射型円偏光子及び1/4λ波長板が示されていない。
画像ソースに近づく方向に沿って、接眼レンズは、順次設けられた反射型円偏光子、第1レンズ10、1/4λ波長板、反射型直線偏光子及び第2レンズ20からなり、具体的には図9を参照することができ、この図には反射型直線偏光子、反射型円偏光子及び1/4λ波長板が示されていない。
該実施例の光路について図9を参照することができ、人間の目01側から、光線はS1を順次通過し、中間の2回の反射を経て、結像面S9に到達する。各光学面のパラメータは表3に示されており、S1は第1レンズ10の第1表面を示し、S2は第1レンズ10の第2表面を示し、S3は反射型直線偏光子の反射面を示し、S4は第1レンズ10の第2表面を示し、S5は反射型円偏光子の反射面を示し、S6は第1レンズ10の第2表面を示し、S7は第2レンズ20の第1表面を示し、S8は第2レンズ20の第2表面を示し、S9は画像ソースの表面を示す。
該実施例において、接眼レンズの焦点距離f=36.65mmであり、第1レンズの焦点距離f1=113.53mmであり、第2レンズの焦点距離f2=−84.21であり、該接眼レンズの最大画角HFOV=50°であり、上記画像ソースの表面の有効画素領域の対角線の長さの半分ImgH=32.00mmであり、接眼レンズの最大の横方向の色収差LACL=22.15μmである。具体的には表7を参照する。
上記データから、該実施例において、R2/f=−2.25、TTL/ImgH=1.09、tan(HFOV)=1.19と算出する。具体的には表8を参照する。
上記データによると、該実施例の接眼レンズはワーキングディスタンスが短く、小型化及び軽量薄型化のニーズを満足していることが明らかとなる。該実施例の接眼レンズの倍率色収差曲線は図10に示されており、この図から分かるように、該接眼レンズの倍率色収差が小さく、結像品質が良い。
実施例6
画像ソースに近づく方向に沿って、接眼レンズは、順次設けられた反射型円偏光子、第1レンズ10、1/4λ波長板、反射型直線偏光子、第2レンズ20及び第3レンズ30からなり、具体的には図11を参照することができ、この図には反射型直線偏光子、反射型円偏光子及び1/4λ波長板が示されていない。
画像ソースに近づく方向に沿って、接眼レンズは、順次設けられた反射型円偏光子、第1レンズ10、1/4λ波長板、反射型直線偏光子、第2レンズ20及び第3レンズ30からなり、具体的には図11を参照することができ、この図には反射型直線偏光子、反射型円偏光子及び1/4λ波長板が示されていない。
該実施例の光路について図11を参照することができ、人間の目01側から、光線はS1を順次通過し、中間の2回の反射を経て、結像面11に到達する。各光学面のパラメータは表3に示されており、S1は第1レンズ10の第1表面を示し、S2は第1レンズ10の第2表面を示し、S3は反射型直線偏光子の反射面を示し、S4は第1レンズ10の第2表面を示し、S5は反射型円偏光子の反射面を示し、S6は第1レンズ10の第2表面を示し、S7は第2レンズ20の第1表面を示し、S8は第2レンズ20の第2表面を示し、S9は第3レンズ30の第1表面を示し、S10は第3レンズ30の第2表面を示し、S11は画像ソースの表面を示す。
該実施例において、接眼レンズの焦点距離f=36.78mmであり、第1レンズの焦点距離f1=145.32mmであり、第2レンズの焦点距離f2=−82.65であり、第3レンズの焦点距離f3=123.72であり、該接眼レンズの最大画角HFOV=50°であり、上記画像ソースの表面の有効画素領域の対角線の長さの半分ImgH=32.00mmであり、接眼レンズの最大の横方向の色収差LACL=30.86μmである。具体的には表7を参照する。
上記データから、該実施例において、R2/f=−1.49、TTL/ImgH=1.15、tan(HFOV)=1.19と算出する。具体的には表8を参照する。
上記データによると、該実施例の接眼レンズはワーキングディスタンスが短く、小型化及び軽量薄型化のニーズを満足していることが明らかとなる。該実施例の接眼レンズの倍率色収差曲線は図12に示されており、この図から分かるように、該接眼レンズの倍率色収差が小さく、結像品質が良い。
なお、各実施例に対応する具体的な設計パラメータテーブルでは、OBJは光学系におけるオブジェクトを表し、EYEは人間の目を表し、厚さはSi面からS(i+1)面までの間隔を表し、そして人間の目から画像ソースへの方向を「正」として定義する。光線は、材料として挙げられたMIRRORに当たって反射され反対方向へ進行し、2つ目のMIRRORに反射して再び反対方向へ反射され、それから左から右へ進行し、最終的に画像ソースの表面に到達する。
なお、各実施例では、iが同じであるSiは異なる光学面を表すかもしれないが、具体的にどの光学面であるかは、各実施例における光路によって決められる。
なお、各実施例に対応する接眼レンズの構造図において、反射型円偏光子及び反射型直線偏光子が示されていないが、光路によると、該2つの偏光子が第1レンズ又は第2レンズに貼り付けられていることが分かり、各構造図において、偏光子が貼り付けられたレンズの表面は、対応する偏光子の表面及びレンズの表面の両方を表す。
なお、表1〜表6における各光学面Siと同じ行の「材料又は材料の屈折率/分散係数」は、該光学表面と次の行の光学表面との間の材料又は材料の屈折率/分散係数を表す。例えば、表2におけるS5と同じ行の「−」は、S5とS6との間の材料が空気であることを表す。また、例えば、S6とS7との間の材料が第1レンズの材料であるため、表2におけるS6と同じ行の「1.49/57.4」は、第1レンズの材料の対応するパラメータを表す。
以上の説明から分かるように、本願の上述した実施例は、以下の技術効果を達成している。
1)本願に係る接眼レンズは、人間の目に入る前に、2回の反射によって人間の目から画像ソースまでの光軸方向の物理的距離を縮め、レンズの軽量薄型化を実現する。そして、本願に係る接眼レンズでは、第1レンズのパワーを正のパワー又は負のパワーとし、第2レンズのパワーを負のパワーとし、第1レンズの材料のアッベ数Vd1をVd1>50とし、上記第2レンズの材料のアッベ数Vd2をVd2<30とすることにより、レンズを小型化し、さらにレンズの軽量薄型化を実現することができるとともに、結像の色収差を小さくし、さらにレンズの結像品質を向上させることができる。
2)本願に係る接眼レンズは、人間の目に入る前に、2回の反射によって人間の目から画像ソースまでの光軸方向の物理的距離を縮め、レンズの軽量薄型化を実現する。
以上は、本願の好適な実施例に過ぎず、本願を限定することは意図していない。当業者であれば、本願に様々な変更や変形が可能である。本願の思想や原則内の如何なる修正、均等の置き換え、改良なども、本願の保護範囲内に含まれるべきである。
10…第1レンズ、20…第2レンズ、30…第3レンズ、01…人間の目。
Claims (18)
- 正のパワー又は負のパワーを有し、少なくとも2つのレンズ、すなわち画像ソースに近づく方向に沿う第1レンズおよび第2レンズを含むレンズコンポーネントと、
前記第1レンズの前記画像ソースに近い表面に設けられるか、或いは、前記第2レンズの表面に設けられる反射型直線偏光子と、
前記第1レンズの表面に設けられ、前記反射型直線偏光子の前記画像ソースから遠い側に位置する反射型円偏光子と、
前記反射型直線偏光子と前記反射型円偏光子との間に設けられる1/4λ波長板と、を含み、
前記第1レンズは正のパワー又は負のパワーを有し、前記第2レンズは負のパワーを有し、前記第1レンズの材料のアッベ数Vd1>50であり、前記第2レンズの材料のアッベ数Vd2<30であることを特徴とする接眼レンズ。 - 前記接眼レンズの最大の横方向の色収差をLACLとしたとき、LACL<60μmを満たしていることを特徴とする請求項1に記載の接眼レンズ。
- 前記第1レンズの前記画像ソースに近い表面は第2表面であり、前記第1レンズの第2表面は凸面であることを特徴とする請求項1に記載の接眼レンズ。
- 前記第1レンズの第2表面の曲率半径をR2とし、前記接眼レンズの有効焦点距離をfとしたとき、−3<R2/f<0を満たしていることを特徴とする請求項3に記載の接眼レンズ。
- 前記第1レンズの物体側面の中心と前記画像ソースの表面との光軸における距離をTTLとし、前記画像ソースの表面の有効画素領域の対角線の長さの半分をImgHとしたとき、TTL/ImgH<1.3を満たしていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の接眼レンズ。
- 前記接眼レンズの最大画角をHFOVとしたとき、tan(HFOV)>1を満たしていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の接眼レンズ。
- 前記レンズコンポーネントは、前記第2レンズの前記第1レンズから遠い側に位置する第3レンズをさらに含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の接眼レンズ。
- 正のパワー又は負のパワーを有し、少なくとも2つのレンズ、すなわち画像ソースに近づく方向に沿う第1レンズおよび第2レンズを含むレンズコンポーネントと、
前記第1レンズの前記画像ソースに近い表面に設けられるか、或いは、前記第2レンズの表面に設けられる反射型直線偏光子と、
前記第1レンズの任意の表面に設けられ、前記反射型直線偏光子の前記画像ソースから遠い側に位置する反射型円偏光子と、
前記反射型直線偏光子と前記反射型円偏光子との間に設けられる1/4λ波長板と、
を含むことを特徴とする接眼レンズ。 - 前記第1レンズは正のパワー又は負のパワーを有し、前記第2レンズは負のパワーを有することを特徴とする請求項8に記載の接眼レンズ。
- 前記第1レンズの材料のアッベ数Vd1>50であり、前記第2レンズの材料のアッベ数Vd2<30であることを特徴とする請求項8に記載の接眼レンズ。
- 前記接眼レンズの最大の横方向の色収差をLACLとしたとき、LACL<60μmを満たしていることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載の接眼レンズ。
- 前記第1レンズの前記画像ソースに近い表面は第2表面であり、前記第1レンズの第2表面は凸面であることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載の接眼レンズ。
- 前記第1レンズの第2表面の曲率半径をR2とし、前記接眼レンズの有効焦点距離をfとしたとき、−3<R2/f<0を満たしていることを特徴とする請求項12に記載の接眼レンズ。
- 前記第1レンズの物体側面の中心と前記画像ソースの表面との光軸における距離をTTLとし、前記画像ソースの表面の有効画素領域の対角線の長さの半分をImgHとしたとき、TTL/ImgH<1.3を満たしていることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載の接眼レンズ。
- 前記接眼レンズの最大画角をHFOVとしたとき、tan(HFOV)>1を満たしていることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載の接眼レンズ。
- 前記レンズコンポーネントは、前記第2レンズの前記第1レンズから遠い側に位置する第3レンズをさらに含むことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載の接眼レンズ。
- 接眼レンズを備えた表示装置であって、
前記接眼レンズは、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の接眼レンズ又は請求項8乃至16のいずれか一項に記載の接眼レンズであることを特徴とする表示装置。 - 頭部装着型仮想現実表示装置であることを特徴とする請求項17に記載の表示装置。
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