JP6000388B2 - 光学鏡筒及び虚像表示モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光学モジュール及び表示モジュールに関し、特に光学鏡筒及び虚像表示モジュールに関するものである。

この「背景技術」段落の内容は本発明の内容の理解を助けるためのものであり、「背景技術」段落に記載される内容は、当技術分野の常用知識を持っている者が把握していること以外の従来技術も含むことができる。「背景技術」段落に記載される内容について、「背景技術」の内容又は本発明の一個又は複数個の実施例が解決しようとする問題を代表するものは、本発明の出願前に当技術分野の常用知識を持っている者が既に把握又は承知しているものではない。

表示技術が発展することと、使用者が新技術に対する要求が益々強まっていることに伴い、仮想現実（virtual reality）と拡張現実（augmented reality）に関する技術が発展している。頭部装着型ディスプレイ（head mounted display、ＨＭＤ）は、このような技術を実現する表示装置の一種である。頭部装着型ディスプレイの発展は１９７０年代の米国軍隊の応用から始まった。頭部装着型ディスプレイは、光学投影システムを利用することにより、表示装置の映像又は文字などのような情報を使用者の目に投影するものである。近年、マイクロ表示装置の解像度が益々高まっていることにより、頭部装着型ディスプのサイズが小さくなるとともにエネルギーの消耗が少なくなっており、かつ頭部装着型ディスプレイがポータブル型（portable）の表示装置に発展しつつある。頭部装着型ディスプレイは、軍用の分野だけではなく、他の分野に広く応用されている。例えば、工業生産、模擬訓練、立体表示、医療、スポーツ、ＧＰＳ、電子ゲームなどのような分野である。すなわち、頭部装着型ディスプレイは、その技術が発展することにより色々な分野で重要な役割をしている。

頭部装着型ディスプレイは通常、ＮＥＤ（Near Eye Display）光学システムを使用することにより映像を生成する。頭部装着型ディスプレイを使用するとき、ＮＥＤ光学システムと使用者の目との間にわずか数センチメートルの距離しかなく、かつ頭部装着型ディスプレイを頭部に付けて使用しなければならないので、軽量化、薄肉化、小型化される光学システムを頭部装着型ディスプレイに設けることを考慮しなければならない。表示装置の高解像度、高コントラストを得るため、通常光学システムに複数のレンズを設けることにより収差を緩和するとともに映像品質を向上させることができる。しかし、それにより、頭部装着型ディスプレイの体積及び重量が増加され、かつ使用者に不快感を与えるおそれがある。また、光学素子の個数が増加することにより、各素子の位置を合わせることが難しくなる。したがって、頭部装着型ディスプレイの映像品質を向上させるとともに頭部装着型ディスプレイの軽量化、薄肉化及び小型化を実現し、かつシステム製造の難度を低減することを同時解決することは、この技術分野の重要な課題になっている。

米国特許第６０１１６５３号、第７８８４９８５号及び第８１８４３５０号には頭部装着型ディスプレイが記載されている。米国特許第７６３０１４２号には光路変更可能な屈曲変倍光学系が記載されている。

米国特許第６０１１６５３号公報 米国特許第７８８４９８５号公報 米国特許第８１８４３５０号公報 米国特許第７６３０１４２号公報

本発明に係る光学鏡筒及び虚像表示モジュールにより、小型化を実現し、良好な画像品質を獲得し、かつ製品の良品率を向上させることができる。

本発明の他の目的及びその利点は、本発明に掲載される技術的特徴により一層詳細に理解することができる。

上述した一部分又はすべての目的又は他の目的を実現するため、本発明の実施例においては、映像表示ユニットが生成した映像光束を使用者の少なくとも１つの目に伝播する光学鏡筒を提供する。この光学鏡筒は、反射ユニットと、Ｌ型レンズと、回折光学素子とを含む。反射ユニットは映像光束の伝播経路に配置される。Ｌ型レンズは、映像光束の伝播経路に配置され、かつ第一レンズ部とこの第一レンズ部に一体成型される第二レンズ部とを具備する。第一レンズ部は映像表示ユニットと反射ユニットとの間に位置し、第二レンズ部は反射ユニットと使用者の目との間に位置する。回折光学素子は映像光束の伝播経路に配置される。映像光束が第一レンズ部、反射ユニット、第二レンズ部及び第二レンズ部を透過して使用者の目に伝播されることにより虚像を形成する。

上述した一部分又はすべての目的又は他の目的を実現するため、本発明の実施例においては、使用者の少なくとも１つの目の前に配置される虚像表示モジュールを提供する。この虚像表示モジュールは、映像表示ユニットと上述した光学鏡筒とを含む。この映像表示ユニットは映像光束を提供する。

本発明の実施例において、前記第一レンズ部は第一光軸を具備し、第二レンズ部は第二光軸を具備する。第一光軸と第二光軸との間には第一角度が形成され、この第一角度の範囲は７０度から１１０度の間にある。

本発明の実施例において、前記Ｌ型レンズは少なくとも１つの側壁を更に具備し、この少なくとも１つの側壁は第一レンズ部と第二レンズ部に接続される。

本発明の実施例において、前記Ｌ型レンズは少なくとも１つの位置決め部を更に具備し、この位置決め部は反射ユニットを取り付けることに用いられる。

本発明の実施例において、前記少なくとも１つの位置決め部の個数は複数個であり、それらの位置決め部は反射ユニットと回折光学素子を取り付けることに用いられる。

本発明の実施例において、前記第一レンズ部と第二レンズ部との間には第二角度が形成され、この第二角度θの範囲は７０度から１１０度の間にある。

本発明の実施例において、前記回折光学素子は映像表示ユニットと第一レンズ部との間に位置する。

本発明の実施例において、前記回折光学素子は、Ｌ型レンズ内に位置し、かつ第一レンズ部に接近する。

本発明の実施例において、前記回折光学素子は、Ｌ型レンズ内に位置し、かつ第二レンズ部に接近する。

本発明の実施例において、前記回折光学素子は、第二レンズ部と使用者の目との間に位置する。

本発明の実施例において、前記光学鏡筒が映像表示ユニットに相対して移動することにより、虚像の形成位置と形成された画面のサイズを制御する。

本発明の実施例は、後述する発明の効果のうち少なくとも一部分を奏することができる。本発明の実施例に係る光学鏡筒及び虚像表示モジュールは、Ｌ型レンズが一体成型されることにより、複数個の光学素子を組み立てるとき、各素子の間の位置を合わせることが難しいという問題を解決することができる。したがって、システムの組立て難度を低減し、かつシステムの製作コストを低減することができる。また、虚像表示モジュールと光学鏡筒に回折光学素子を設けることにより、良好な画像品質を獲得し、かつ構造の軽量化及び小型化を実現することができる。

本発明の上記特徴及び発明の効果をより詳細に説明するため、以下、本発明の好適な実施例とその図面により本発明を詳細に説明する。

本発明の実施例に係る虚像表示モジュールを示す図である。 図１の異なるＬ型レンズを示す図である。 図１の異なるＬ型レンズを示す図である。 図１の異なるＬ型レンズを示す図である。 図１の異なるＬ型レンズを示す図である。 本発明の他の実施例に係る虚像表示モジュールを示す図である。 本発明の他の実施例に係る虚像表示モジュールを示す図である。 本発明の他の実施例に係る虚像表示モジュールを示す図である。

本発明の前述及び後述する技術的内容、特徴及び効果などは、以下の図面を参照しながら詳細に説明する本発明の好適な実施例により、詳しく理解することができる。以下の実施例に記載される方向用語、例えば、上、下、左、右、前及び後などは、添付図面上の方向のみを示す用語である。すなわち、これらの方向用語は、本発明を説明するものであるが、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の実施例に係る虚像表示モジュールを示す図である。図１に示すとおり、本実施例において、虚像表示モジュール１００は使用者の少なくとも１つの目ＥＹの前に配置される。虚像表示モジュール１００は、映像表示ユニット１１０と光学鏡筒１２０とを含む。映像表示ユニット１１０は映像光束７０を提供する。本実施例において、映像表示ユニット１１０は、例えばマイクロ液晶表示パネル（Liquid Crystal Display panel、ＬＣＤ panel）、ＬＣＯＳ型（Liquid Crystal on Silicon、）マイクロ表示装置及びデジタルミラーデバイス（Digital Mirror Device、ＤＭＤと略称）、又は他のタイプのマイクロ表示装置であることができるが、本発明はそれらに限定されるものではない。

本実施例において、光学鏡筒１２０は、反射ユニット１２１、Ｌ型レンズ１２３及び回折光学素子１２４を含む。反射ユニット１２１は、例えば反射鏡又は反射用金属膜付きの反射層であり、かつ映像光束７０の光線伝播経路を変更することができるが、本発明はそれに限定されるものではない。他の実施例において、反射ユニット１２１は、透過機能と反射機能を共に有する分光部品であることができる。この場合、反射ユニット１２１が一部分の光線を透過させるとともに一部分の光線を反射することができるので、一部分の映像光束７０は回折によって目ＥＹに伝播され、外部環境の映像光束は反射ユニット１２１を透過して目ＥＹに伝播されることができる。それにより、虚像表示モジュール１００は透視（see−through）機能を有する。本実施例において、Ｌ型レンズ１２３の材質として例えば光学プラスチックを採用することにより、光学鏡筒１２０と虚像表示モジュール１００の重量を低減することができる。

図２Ａは、図１の異なるＬ型レンズを示す図である。図２Ａを参照されたい。Ｌ型レンズ１２３は、第一レンズ部ＬＳ１と、該第一レンズ部ＬＳ１に一体成型される第二レンズ部ＬＳ２とを含む。具体的には、本実施例のＬ型レンズ１２３において、第一レンズ部ＬＳ１と第二レンズ部ＬＳ２を射出成型方法で一体成型することにより、Ｌ型レンズ製造用金型の製造過程を大幅に簡素化するとともに射出成型製品の良品率を向上させることができ、かつ生産用コストを低減する目的を実現することができる。また、Ｌ型レンズ１２３が、第一レンズ部ＬＳ１と第二レンズ部ＬＳ２が一体成型された構造を有しているので、複数個の光学素子を組み立てるとき、各素子の間の位置を合わせることが難しいという問題を解決することができる。すなわち、システムの組立て難度を低減し、かつシステムの製作コストを低減することができる。

本実施例において、第一レンズ部ＬＳ１と第二レンズ部ＬＳ２との間には角度θが形成され、この角度θの範囲は７０度から１１０度の間にある。第一レンズ部ＬＳ１は第一光軸Ｏ１を具備し、第二レンズ部ＬＳ２は第二光軸Ｏ２を具備する。第一光軸Ｏ１と第二光軸Ｏ２との間には角度αが形成され、この角度αの範囲は１１０度から７０度の間にある。例えば、本実施例において、第一レンズ部ＬＳ１と第二レンズ部ＬＳ２との間の角度θは９０度であり、第一光軸Ｏ１と第二光軸Ｏ２は垂直に配置される。上述した数字及びその範囲は本発明の例示にしか過ぎないものであるため、本発明はそれらに限定されるものではない。

また、上述した内容において、Ｌ型レンズ１２３が第一レンズ部ＬＳ１と第二レンズ部ＬＳ２で構成される構造を例として説明してきたが、本発明はそれに限定されるものではない。他の実施例において、Ｌ型レンズは少なくとも１つの側壁を更に含むことができる。以下、図２Ｂ〜図２Ｄを参照しながら、Ｌ型レンズ１２３の様々な変形例について更に説明する。

図２Ｂ〜図２Ｄはそれぞれ、図１の異なるＬ型レンズを示す図である。図２Ｂ〜図２Ｄに示されるとおり、図２Ｂ〜図２ＤのＬ型レンズ１２３ｂ、１２３ｃ及び１２３ｄと図１のＬ型レンズ１２３とは類似しているが、以下のような相違点を有している。図２Ｂと図２Ｃに示されるとおり、実施例のＬ型レンズ１２３ｂと１２３ｃの一側には、側壁ＳＷ１（図２Ｂに示すとおり）と側壁ＳＷ２（図２Ｃに示すとおり）がそれぞれ形成されている。Ｌ型レンズ１２３ｂの側壁ＳＷ１又はＬ型レンズ１２３ｃの側壁ＳＷ２は、第一レンズ部ＬＳ１と第二レンズ部ＬＳ２に接続される。図２Ｄに示されるとおり、実施例のＬ型レンズ１２３ｄの両側には、側壁ＳＷ１と側壁ＳＷ２がそれぞれ形成されている。側壁ＳＷ１と側壁ＳＷ２はそれぞれ、第一レンズ部ＬＳ１と第二レンズ部ＬＳ２に接続されている。それにより、Ｌ型レンズ１２３ｂ、１２３ｃ及び１２３ｄの構造強度を向上させることができ、かつ第一レンズ部ＬＳ１と第二レンズ部ＬＳ２の位置決めを精密に制御することができるので、その位置がずれる確率を低減することができる。

再び図１を参照すると、本実施例のＬ型レンズ１２３は、反射ユニット１２１を取り付けるための少なくとも１つの位置決め部ＦＰを更に具備する。本実施例において、位置決め部ＦＰは、例えば反射ユニット１２１に固定される位置決め用ピンであり、かつ該位置決め部ＦＰにより反射ユニット１２１をＬ型レンズ１２３の所定の位置に固定することができる。しかし、本発明はそれに限定されるものではない。他の実施例において、位置決め部ＦＰは位置決め用溝であることができ、それによっても、反射ユニット１２１を所定の位置に取り付けることができる。すなわち、本実施例の光学鏡筒１２０は、別の固定用手段を採用しなくても反射ユニット１２１を取り付けることができるので、光学鏡筒１２０の重量を低減することができる。

本実施例において、第一レンズ部ＬＳ１と第二レンズ部ＬＳ２は、いずれも正の屈折力（power）である。また、本実施例において、第一レンズ部ＬＳ１の少なくとも１つの表面は非球面であり、第二レンズ部ＬＳ２の少なくとも１つの表面も非球面である。例えば、第一レンズ部ＬＳ１の表面Ｓ１０１と第二レンズ部ＬＳ２の表面Ｓ１０５が非球面である。本実施例において、第一レンズ部ＬＳ１の表面Ｓ１０２と第二レンズ部ＬＳ２の表面Ｓ１０４は、需要に応じて平面に形成することができる。それにより、射出成型を行うときの良品率を向上させ、かつ製造コストを低減することができる。また、第一レンズ部ＬＳ１の少なくとも１つの表面を非球面に、第二レンズ部ＬＳ２の少なくとも１つの表面を非球面に設けることにより、光学鏡筒１２０及び虚像表示モジュール１００の収差を緩和することができる。

また、レンズは一般に、異なる波長を有する複数の色付き光線を同様な表面に集光させることができないので、色収差（chromatic aberration）の問題が発生する。色収差問題を解決するため、本実施例の回折光学素子１２４は、例えば回折格子（diffractive grating）、ホログラフィック光学素子（holographic optical element）、バイナリー光学素子（binary optical element）、回折式フレネルレンズ（diffractive Fresnel lens）などのような映像光束７０を回折可能な光学素子を採用することにより、色収差を解消することができる。それにより、本実施例の光学鏡筒１２０は、良好な色収差補正機能を有し、良好な画像品質を獲得することができ、かつ構造の軽量化及び小型化を実現することができる。

図１を参照すると、本実施例において、反射ユニット１２１、第一レンズ部ＬＳ１、第二レンズ部ＬＳ２及び回折光学素子１２４は、映像光束７０の伝播経路に位置している。第一レンズ部ＬＳ１は、映像表示ユニット１１０と反射ユニット１２１との間に位置する。第二レンズ部ＬＳ２は、反射ユニット１２１と使用者の目ＥＹとの間に位置する。回折光学素子１２４は、第二レンズ部ＬＳ２と使用者の目ＥＹとの間に位置する。具体的には、映像表示ユニット１１０が放射した映像光束７０は、第一レンズ部ＬＳ１を透過して反射ユニット１２１に入射される。反射ユニット１２１が映像光束７０の伝播方向を変更することにより、光学鏡筒１２０の軸方向の距離を短縮し、かつ光学鏡筒１２０及び虚像表示モジュール１００の構造を薄肉化することができる。例えば、本実施例において、映像光束７０の伝播方向が変更される角度は約９０度であるが、本発明はそれに限定されるものではない。他の実施例において、映像光束７０の伝播方向が変更される角度は、７０度から１１０度の間に入ることができる。次に、反射ユニット１２１に反射される映像光束７０が、第二レンズ部ＬＳ２と回折光学素子１２４を透過して使用者の目ＥＹに入射されることにより、虚像が形成される。上述した数字及びその範囲は本発明の例示にしか過ぎないものであるため、本発明はそれらに限定されるものではない。

本実施例において、使用者の習慣に応じて、制御ユニット（図示せず）で光学鏡筒１２０と映像表示ユニット１１０との間の距離を制御することにより、虚像の形成位置及び形成された画面のサイズを制御することができるので、虚像表示モジュール１００の利便性を向上させることができる。また、近視眼又は遠視眼を有する使用者のため、虚像表示モジュールにおいて制御ユニット（図示せず）で光学鏡筒１２０と映像表示ユニット１１０との間の距離を制御するとともに、異なる使用者の目ＥＹに適用する屈折度を制御することができる。したがって、本実施例の技術によると、近視眼又は遠視眼を有する使用者が視力矯正用メガネを掛けなくも、虚像表示モジュールに表示される画面をはっきりに見ることができる。

上述したとおり、Ｌ型レンズ１２３が一体成型されることにより、虚像表示モジュール１００と光学鏡筒１２０の複数個の光学素子を組み立てるとき、各素子の間の位置を合わせることが難しいという問題を解決することができる。したがって、システムの組立て難度を低減し、かつシステムの製作コストを低減することができる。また、虚像表示モジュール１００と光学鏡筒１２０に回折光学素子１２４を設けることにより、良好な画像品質を獲得し、かつ構造の軽量化及び小型化を実現することができる。また、虚像表示モジュール１００と光学鏡筒１２０において、光学鏡筒１２０と映像表示ユニット１１０との間の距離を制御することにより、虚像の形成位置及び形成された画面のサイズを制御することができるので、虚像表示モジュール１００の利便性を向上させることができる。また、近視眼又は遠視眼を有する使用者が視力矯正用メガネを掛けなくも、虚像表示モジュールに表示される画面をはっきりに見ることができる。

以下の内容において、本発明の実施例に係る虚像表示モジュール１００について説明するが、本発明はこの実施例に記載されているデータ情報にのみ限定されるものではなく、この技術分野の常識を持つ者が本発明に基づいて、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等を行っても本発明に含まれることは勿論である。

表１において、曲率半径は各表面の曲率半径を意味し、距離は隣接する２つの表面の間の距離を意味する。例えば、表面Ｓ１０１の距離は、表面Ｓ１０１から表面Ｓ１０２までの光軸方向の距離を意味する。表１において、各レンズの厚さに対応する数値は、距離という欄の数値を参照することができる。表面Ｓ００は、映像表示ユニット１１０の表示面を意味する。表面Ｓ１０１は第一レンズ部ＬＳ１において映像表示ユニット１１０に向く表面を意味し、表面Ｓ１０２は第一レンズ部ＬＳ１において反射ユニット１２１に向く表面を意味し、表面Ｓ１０３は反射ユニット１２１の反射面を意味する。表面Ｓ１０４、Ｓ１０５はそれぞれ、第二レンズ部ＬＳ２の２つの表面を意味する。表面Ｓ１０６、Ｓ１０７はそれぞれ、回折光学素子１２４の２つの表面を意味する。

上述したとおり、表面Ｓ１０１と表面Ｓ１０５は非球面であり、この非球面は下記の式１を満たす。

式１において、ｚは光軸方向のサグ量を意味する。ｃは接触球面（osculating sphere）の曲率、すなわち光軸に接近する箇所の曲率半径の逆数（例えば、表１中のＳ１０１とＳ１０５の曲率半径）を意味する。ｋはコーニック定数（円錐定数、conic constant）である。ｒは非球面の高さ、すなわちレンズの中心からレンズの辺縁までの高さを意味する。式１に示すとおり、ｒの変化に従ってｚが変化する。α１、α２、α３は非球面係数（aspheric coefficient）である。表面Ｓ１０１とＳ１０５の非球面係数とｋは表２に示すとおりである。

上述したとおり、表面Ｓ１０６は回折面であり、この回折面は下記の式２を満たす。

式２において、φは位相関数（phase profile function）であり、ρは正規化された径方向の孔径（radial aperture）であり、Ａｉは規格化された径方向の孔径の高さ（すなわちρ）の偶数冪乗係数（power law exponent）であり、Ｍは回折次数である。式２に示すとおり、ρの変化に従ってφが変化する。表面Ｓ１０６の各階ρ値の係数Ａｉは表３に示すとおりである

また、上述した光学鏡筒１２０において、回折光学素子１２４が第二レンズ部ＬＳ２と使用者の目ＥＹとの間に位置することを例として説明してきたが、本発明はそれに限定されるものではない。他の実施例において、回折光学素子１２４を他の箇所に設けることができる。以下、それについて図３〜図５に基づいて詳細に説明する。

図３は、本発明の他の実施例に係る虚像表示モジュールを示す図である。図３に示されるとおり、本実施例の虚像表示モジュール３００と図１の虚像表示モジュール１００が類似しているが、両者の間の相違は下記のとおりである。本実施例の虚像表示モジュール３００において、回折光学素子１２４はＬ型レンズ１２３内に位置し、かつ第一レンズ部ＬＳ１に接近する。また、本実施例のＬ型レンズ１２３は複数個の位置決め部ＦＰを具備する。それらの位置決め部ＦＰにより反射ユニット１２１と回折光学素子１２４を取り付けることができるので、他の固定用手段を配置する必要がなく、虚像表示モジュール３００の重量を有効に低減することができる。

本実施例に係る虚像表示モジュール３００の作動原理は、虚像表示モジュール１００の作動原理に類似しており、かつ上述した内容により把握することができるので、ここでは再び説明しない。また、虚像表示モジュール３００の構造と虚像表示モジュール１００の構造が類似しており、かつ虚像表示モジュール３００のＬ型レンズ１２３も一体成型されているので、複数個の光学素子を組み立てるとき、各素子の間の位置を合わせることが難しいという問題を解決し、システムの組立て難度を低減することができる。すなわち、虚像表示モジュール３００による利点は、虚像表示モジュール１００による利点に同一であるので、ここでは再び説明しない。

以下の内容において、本発明の実施例に係る虚像表示モジュール３００について説明するが、本発明はこの実施例に記載されているデータ情報にのみ限定されるものではなく、この技術分野の常識を持つ者が本発明に基づいて、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等を行っても本発明に含まれることは勿論である。

表４において、曲率半径及び距離の意味は、表１の意味と同一であり、かつ表１の内容により把握することができるので、ここでは再び説明しない。表面Ｓ３０１は第一レンズ部ＬＳ１において映像表示ユニット１１０に向く表面を意味し、表面Ｓ３０２は第一レンズ部ＬＳ１において回折光学素子１２４に向く表面を意味する。表面Ｓ３０３、Ｓ３０４はそれぞれ、回折光学素子１２４の２つの表面を意味する。表面Ｓ３０５は反射ユニット１２１の反射面を意味する。表面Ｓ３０６、Ｓ３０７はそれぞれ、第二レンズ部ＬＳ２の２つの表面を意味する。

上述したとおり、表面Ｓ３０１及びＳ３０７は非球面であり、表面Ｓ３０４は回折面である。この回折面は、表１において説明した式２を満たし、かつ各符号の意味は表１において説明したとおりであるので、ここでは再び説明しない。表面Ｓ３０１及びＳ３０７における非球面係数、各符号の数値と、表面Ｓ３０４における回折面の各符号の数値とは、表５及び表６に示すとおりである。

図４は、本発明の他の実施例に係る虚像表示モジュールを示す図である。図４に示されるとおり、本実施例の虚像表示モジュール４００と図３の虚像表示モジュール３００が類似しているが、両者の間の相違は下記のとおりである。本実施例の虚像表示モジュール４００において、回折光学素子１２４はＬ型レンズ１２３内に位置し、かつ第二レンズ部ＬＳ２に接近する。本実施例に係る虚像表示モジュール４００の作動原理は、虚像表示モジュール３００の作動原理に類似しており、かつ上述した内容により把握することができるので、ここでは再び説明しない。また、虚像表示モジュール４００の構造と虚像表示モジュール３００の構造が類似しており、かつ虚像表示モジュール４００のＬ型レンズ１２３も一体成型されているので、複数個の光学素子を組み立てるとき、各素子の間の位置を合わせることが難しいという問題を解決し、システムの組立て難度を低減することができる。すなわち、虚像表示モジュール４００による利点は、虚像表示モジュール３００による利点に同一であるので、ここでは再び説明しない。

以下の内容において、本発明の実施例に係る虚像表示モジュール４００について説明するが、本発明はこの実施例に記載されているデータ情報にのみ限定されるものではなく、この技術分野の常識を持つ者が本発明に基づいて、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等を行っても本発明に含まれることは勿論である。

表７において、曲率半径及び距離の意味は、表１の意味と同一であり、かつ表１の内容により把握することができるので、ここでは再び説明しない。表面Ｓ４０１は第一レンズ部ＬＳ１において映像表示ユニット１１０に向く表面を意味し、表面Ｓ４０２は第一レンズ部ＬＳ１において回折光学素子１２４に向く表面を意味する。表面Ｓ４０３は、反射ユニット１２１の反射面を意味する。表面Ｓ４０４及びＳ４０５はそれぞれ、回折光学素子１２４の２つの表面を意味する。表面Ｓ４０６、Ｓ４０７はそれぞれ、第二レンズ部ＬＳ２の２つの表面を意味する。

上述したとおり、表面Ｓ４０１及びＳ４０７は非球面であり、表面Ｓ４０４は回折面である。この回折面は表１において説明した式２を満たし、かつ各符号の意味は表１において説明したとおりであるので、ここでは再び説明しない。表面Ｓ４０１及びＳ４０７における非球面係数、各符号の数値と、表面Ｓ４０４における回折面の各符号の数値とは、表５及び表６に示すとおりである。

図５は、本発明の他の実施例に係る虚像表示モジュールを示す図である。図５に示されるとおり、本実施例の虚像表示モジュール５００と図１の虚像表示モジュール１００が類似しているが、両者の間の相違は下記のとおりである。本実施例の虚像表示モジュール５００において、回折光学素子１２４は、映像表示ユニット１１０と第一レンズ部ＬＳ１との間に位置する。本実施例に係る虚像表示モジュール５００の作動原理は、虚像表示モジュール１００の作動原理に類似しており、かつ上述した内容により把握することができるので、ここでは再び説明しない。また、虚像表示モジュール５００の構造と虚像表示モジュール１００の構造が類似し、本実施例の虚像表示モジュール５００も回折光学素子１２４を設けることにより、良好な画像品質を獲得し、かつ構造の軽量化及び小型化を実現することができる。すなわち、虚像表示モジュール５００による利点は、虚像表示モジュール１００による利点に同一であるので、ここでは再び説明しない。

以下の内容において、本発明の実施例に係る虚像表示モジュール５００について説明するが、本発明はこの実施例に記載されているデータ情報にのみ限定されるものではなく、この技術分野の常識を持つ者が本発明に基づいて、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等を行っても本発明に含まれることは勿論である。

表１０において、曲率半径及び距離の意味は、表１の意味と同一であり、かつ表１の内容により把握することができるので、ここでは再び説明しない。表面Ｓ５０１は回折光学素子１２４において映像表示ユニット１１０に向く表面を意味し、表面Ｓ５０２は回折光学素子１２４において第一レンズ部ＬＳ１に向く表面を意味する。表面Ｓ５０３及びＳ５０４はそれぞれ、第一レンズ部ＬＳ１の２つの表面を意味する。表面Ｓ５０５は、反射ユニット１２１の反射面を意味する。表面Ｓ５０６、Ｓ５０７はそれぞれ、第二レンズ部ＬＳ２の２つの表面を意味する。

上述したとおり、表面Ｓ５０３及びＳ５０７は非球面であり、表面Ｓ５０２は回折面である。この回折面は表１において説明した式２を満たし、かつ各符号の意味は表１において説明したとおりであるので、ここでは再び説明しない。表面Ｓ５０３及びＳ５０７における非球面係数、各符号の数値と、表面Ｓ５０２における回折面の各符号の数値とは、表５及び表６に示すとおりである。

上述したとおり、本実施例に係る虚像表示モジュールと光学鏡筒は、Ｌ型レンズが一体成型されることにより、複数個の光学素子を組み立てるとき、各素子の間の位置を合わせることが難しいという問題を解決することができる。したがって、システムの組立て難度を低減し、かつシステムの製作コストを低減することができる。また、虚像表示モジュールと光学鏡筒に回折光学素子を設けることにより、良好な画像品質を獲得し、かつ構造の軽量化及び小型化を実現することができる。また、虚像表示モジュールと光学鏡筒において、光学鏡筒と映像表示ユニットとの間の距離を制御することにより、虚像の形成位置及び形成された画面のサイズを制御することができるので、虚像表示モジュールの利便性を向上させることができる。また、近視眼又は遠視眼を有する使用者が視力矯正用メガネを掛けなくも、虚像表示モジュールに表示される画面をはっきりに見ることができる。

以上、本発明の好適な実施例を詳述してきたが、本発明がそれらの実施例の構成にのみ限定されるものではないため、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても当然に本発明に含まれる。本発明のいずれかの実施例又は特許請求の範囲は本発明に記載されているすべての目的、利点又は特徴などを実現しなくてもよい。要約と発明の名称は、特許文献の検索に使われるものではあるが、本発明の特許請求の範囲を定めるものではない。また、本発明の明細書又は特許請求の範囲に「第一」、「第二」などのような用語が記載されているが、それらはそれぞれ、異なる実施例における部品を示すものであり、部品の個数の上限又は下限を示すものではない。

７０ 映像光束
１００、３００、４００、５００ 虚像表示モジュール
１１０ 映像表示ユニット
１２０ 光学鏡筒
１２１ 反射ユニット
１２３、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄ Ｌ型レンズ
１２４ 回折光学素子
ＬＳ１ 第一レンズ部
ＬＳ２ 第二レンズ部
Ｏ１ 第一光軸
Ｏ２ 第二光軸
ＥＹ 目
ＦＰ 位置決め部
Ｓ００、Ｓ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０７、Ｓ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０３、Ｓ２０４、Ｓ２０５、Ｓ２０６、Ｓ２０７、Ｓ３０１、Ｓ３０２、Ｓ３０３、Ｓ３０４、Ｓ３０５、Ｓ３０６、Ｓ３０７、Ｓ４０１、Ｓ４０２、Ｓ４０３、Ｓ４０４、Ｓ４０５、Ｓ４０６、Ｓ４０７：表面
θ、α 角度

Claims (18)

1. 映像表示ユニットが生成した映像光束を使用者の少なくとも１つの目に伝播する光学鏡筒において、
   前記映像光束の伝播経路に配置される反射ユニットと、
   前記映像光束の伝播経路に配置され、かつ第一レンズ部と該第一レンズ部に一体成型される第二レンズ部とを具備するＬ型レンズであって、前記第一レンズ部は前記映像表示ユニットと前記反射ユニットとの間に位置し、前記第二レンズ部は前記反射ユニットと前記使用者の目との間に位置するＬ型レンズと、
   前記映像光束の伝播経路に配置される回折光学素子と、を含み、
   前記映像光束が前記第一レンズ部、前記反射ユニット、前記第二レンズ部及び前記第二レンズ部を透過して前記使用者の目に伝播されることにより虚像を形成し、
   前記回折光学素子は、前記Ｌ型レンズ内に位置する、光学鏡筒。
2. 前記第一レンズ部は第一光軸を具備し、前記第二レンズ部は第二光軸を具備し、前記第一光軸と前記第二光軸との間には第一角度が形成され、該第一角度の範囲は７０度から１１０度の間にある、請求項１に記載の光学鏡筒。
3. 前記Ｌ型レンズは少なくとも１つの側壁を更に具備し、該少なくとも１つの側壁は前記第一レンズ部と前記第二レンズ部に接続される、請求項１に記載の光学鏡筒。
4. 前記Ｌ型レンズは少なくとも１つの位置決め部を更に具備し、該位置決め部は前記反射ユニットを取り付けることに用いられる、請求項１に記載の光学鏡筒。
5. 前記少なくとも１つの位置決め部の個数は複数個であり、それらの位置決め部は前記反射ユニットと前記回折光学素子を取り付けることに用いられる、請求項４に記載の光学鏡筒。
6. 前記第一レンズ部と前記第二レンズ部との間には第二角度が形成され、該第二角度θの範囲は７０度から１１０度の間にある、請求項１に記載の光学鏡筒。
7. 前記回折光学素子は、前記第一レンズ部に接近する、請求項１に記載の光学鏡筒。
8. 前記回折光学素子は、前記第二レンズ部に接近する、請求項１に記載の光学鏡筒。
9. 前記光学鏡筒が前記映像表示ユニットに相対して移動することにより、前記虚像の形成位置と形成された画面のサイズを制御する、請求項１に記載の光学鏡筒。
10. 使用者の少なくとも１つの目の前に配置され、かつ映像光束を提供する映像表示ユニットと光学鏡筒とを含む虚像表示モジュールにおいて、
    前記光学鏡筒は、
    前記映像光束の伝播経路に配置される反射ユニットと、
    前記映像光束の伝播経路に配置され、かつ第一レンズ部と該第一レンズ部に一体成型される第二レンズ部とを具備するＬ型レンズであって、前記第一レンズ部は前記映像表示ユニットと前記反射ユニットとの間に位置し、前記第二レンズ部は前記反射ユニットと前記使用者の目との間に位置するＬ型レンズと、
    前記映像光束の伝播経路に配置される回折光学素子と、を含み、
    前記映像光束が前記第一レンズ部、前記反射ユニット、前記第二レンズ部及び前記第二レンズ部を透過して前記使用者の目に伝播されることにより虚像を形成し、
    前記回折光学素子は、前記Ｌ型レンズ内に位置する、虚像表示モジュール。
11. 前記第一レンズ部は第一光軸を具備し、前記第二レンズ部は第二光軸を具備し、前記第一光軸と前記第二光軸との間には第一角度が形成され、該第一角度の範囲は７０度から１１０度の間にある、請求項１０に記載の虚像表示モジュール。
12. 前記Ｌ型レンズは少なくとも１つの側壁を更に具備し、該少なくとも１つの側壁は前記第一レンズ部と前記第二レンズ部に接続される、請求項１０に記載の虚像表示モジュール。
13. 前記Ｌ型レンズは少なくとも１つの位置決め部を更に具備し、該位置決め部は前記反射ユニットを取り付けることに用いられる、請求項１０に記載の虚像表示モジュール。
14. 前記少なくとも１つの位置決め部の個数は複数個であり、それらの位置決め部は前記反射ユニットと前記回折光学素子を取り付けることに用いられる、請求項１３に記載の虚像表示モジュール。
15. 前記第一レンズ部と前記第二レンズ部との間には第二角度が形成され、該第二角度θの範囲は７０度から１１０度の間にある、請求項１０に記載の虚像表示モジュール。
16. 前記回折光学素子は、前記第一レンズ部に接近する、請求項１０に記載の虚像表示モジュール。
17. 前記回折光学素子は、前記第二レンズ部に接近する、請求項１０に記載の虚像表示モジュール。
18. 前記光学鏡筒が前記映像表示ユニットに相対して移動することにより、前記虚像の形成位置と形成された画面のサイズを制御する、請求項１０に記載の虚像表示モジュール。

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