JP6377765B2 - 短距離光拡大モジュール、眼鏡、ヘルメット、およびｖｒシステム - Google Patents

Description

本発明は、光学装置、特に、短距離光拡大モジュール、眼鏡、ヘルメット、およびＶＲシステムに関するものである。

図１に示された如き現存する光増幅モジュールの構造において、この光増幅モジュールは、順に配置された反射偏光プレート０１、第一位相遅延プレート０２、レンズユニット０３および第二位相遅延プレート０４を備えている。レンズユニット０３において、第二位相遅延プレート０４に隣接する光学面は半透過光学面である。使用中、光学像は、レンズユニット０３によって透過的に増幅され、次いで反射偏光プレート０１によって反射され、再びレンズユニット０３によって増幅され、最終的に反射偏光プレート０１を経て人間の眼に入る。また、光の位相遅延に影響を与えない他のレンズユニットが、反射偏光プレート０１、第一位相遅延プレート０２、レンズユニット０３および第二位相遅延プレート０４の任意の一つのいずれかの側に更に設定されている。レンズユニット０３および他のレンズユニットは、光学像の増幅効果に影響を与えるコア（中心的）部分であるレンズアセンブリを構成している。

良好なユーザ体験を与えるために、インテリジェントバーチャルリアリティ（ＶＲ）装着可能装置は、広い画角、大きなアイボックス、高品質画像効果およびコンパクトな極薄構造等を提供することが必要である。上記目的を達成するため、光増幅モジュールの構造におけるレンズアセンブリを最適化することが必要である。しかしながら、現存する光増幅モジュールの構造は最適化設計を有してなく、従って、全体の範囲において上記目的を達成することができる保証がなされていない。即ち、良好なユーザ体験を保証することができない。

本発明の実施例は、従来技術の問題を解消する短距離光拡大モジュール、眼鏡、ヘルメット、およびＶＲシステムを提供する。

第一の面において、本発明は、順に配置された反射偏光プレート、第一位相遅延プレート、第二レンズおよび第二位相遅延プレートを備えている短距離光拡大モジュールを提供する。

ここで、これら反射偏光プレート、第一位相遅延プレート、第二レンズおよび第二位相遅延プレートの任意の一つのいずれかの側に第一レンズが更に設定されている。

第二レンズにおいて、第二位相遅延プレートに隣接する光学面は半透過面である。

第二レンズの第一焦点長さｆ２は以下の条件を満たす。
ここで、Ｆは、短距離光拡大モジュールのシステム焦点長さである。

第一の面と共に、この第一の面の第一実施可能モードにおいて、半透過光学面の反射面の有効焦点長さｆｓ４は以下の条件を満たす。

第一の面の第二実施可能モードと共に、この第一の面の第二実施可能モードにおいて、半透過光学面の反射面の有効焦点長さｆｓ４は以下の条件を満たす。

第一の面と共に、この第一の面の第三実施可能モードにおいて、第二レンズの第一焦点長さｆ２は以下の条件を満たす。

第一の面の第三実施可能モードと共に、第一の面の第四実施可能モードにおいて、第二レンズの第一焦点長さｆ２は１．６Ｆである。

第一の面と共に又は第一の面の第一実施可能モード乃至第一の面の第四実施可能モードにおいて、第二レンズにおける、第一レンズに隣接する光学面の焦点長さｆｓ３は以下の条件を満たす。

第一の面と共に又は第一の面の第一実施可能モード乃至第一の面の第四実施可能モードにおいて、第一レンズの焦点長さｆ１は以下の条件を満たす。

第一の面と共に又は第一の面の第一実施可能モード乃至第一の面の第四実施可能モードにおいて、短距離光拡大モジュールの厚さは１１ｍｍ乃至２８ｍｍである。

第一の面と共に又は第一の面の第一実施可能モード乃至第一の面の第四実施可能モードにおいて、短距離光拡大モジュールのアイレリーフは５ｍｍ乃至１０ｍｍである。

第一の面と共に又は第一の面の第一実施可能モード乃至第一の面の第四実施可能モードにおいて、第二レンズおよび第一レンズを経て画像を形成する光が通る口径Ｄは以下の条件を満たす。

第二の面において、本発明は、短距離光拡大眼鏡を提供し、この眼鏡は第一の面の短距離光拡大モジュールを含み、短距離光拡大眼鏡は、更に、短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に設定されたディスプレイスクリーンを備えている。

第三の面において、本発明は、短距離光拡大ヘルメットを提供し、このヘルメットは第一の面の短距離光拡大モジュールを含み、短距離光拡大ヘルメットは、更に、短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に設定されたディスプレイスクリーンを備えている。

第四の面において、本発明は、短距離光拡大ＶＲシステムを提供し、このシステムは、第二の面の眼鏡又は第三の面のヘルメットを備えている。

本発明の実施例において、光拡大効果に影響を与える第一焦点長さｆ２の精緻されたパラメータが、モジュールの光拡大効果を大きくする一方、モジュールの全体の厚さを小さくすることができ、このためＶＲ装置が広い画角、大きなアイボックス、高品質画像効果を達成することができ、この結果、良好なユーザ体験を実現させることができる。

本発明の上記および他の目的および特徴は、好ましい実施例について添付図面を参照してなされた以下の説明から明らかである。
従来の短距離光拡大モジュールの全体の構造を概略的に示す線図である。 本発明の実施例１に係る短距離光拡大モジュールの全体の構造を概略的に示す線図である。 本発明の実施例１に係る短距離光拡大モジュールのＭＴＦ線図である。 本発明の実施例１に係る短距離光拡大モジュールの歪み線図である。 本発明の実施例１に係る短距離光拡大モジュールの像面湾曲線図である。 本発明の実施例２に係る短距離光拡大モジュールの全体の構造を概略的に示す線図である。 本発明の実施例２に係る短距離光拡大モジュールのＭＴＦ線図である。 本発明の実施例２に係る短距離光拡大モジュールの歪み線図である。 本発明の実施例２に係る短距離光拡大モジュールの像面湾曲線図である。 本発明の実施例３に係る短距離光拡大モジュールの全体の構造を概略的に示す線図である。 本発明の実施例３に係る短距離光拡大モジュールのＭＴＦ線図である。 本発明の実施例３に係る短距離光拡大モジュールの歪み線図である。 本発明の実施例３に係る短距離光拡大モジュールの像面湾曲線図である。 本発明の実施例４に係る短距離光拡大モジュールの全体の構造を概略的に示す線図である。 本発明の実施例４に係る短距離光拡大モジュールのＭＴＦ線図である。 本発明の実施例４に係る短距離光拡大モジュールの歪み線図である。 本発明の実施例４に係る短距離光拡大モジュールの像面湾曲線図である。 本発明の実施例５に係る短距離光拡大モジュールの全体の構造を概略的に示す線図である。 本発明の実施例５に係る短距離光拡大モジュールのＭＴＦ線図である。 本発明の実施例５に係る短距離光拡大モジュールの歪み線図である。 本発明の実施例５に係る短距離光拡大モジュールの像面湾曲線図である。

(実施例の詳細な説明)
本発明の解決を当業者に良好に理解させるために、本発明の実施例を、添付図面を参照して以下に明確に且つ十分に説明する。本発明の教示から追加の発明活動を適用することなく、本発明の教示を実現するための他の実施例を当業者が見出すことができ、これらの実施例は、本発明の範囲内にある。

図２、６、１０、１４および１８を参照すると、これらの図面は、本発明の実施例に係る短距離光拡大モジュールの構造を示す線図である。この短距離光拡大モジュールは、順に配置された反射変更プレート、第一位相遅延プレート、第二レンズ２０、第二位相遅延プレートを備えている。更に、第一レンズ１０が、反射変更プレート、第一位相遅延プレート、第二レンズ２０および第二位相遅延プレートの任意の一つのいずれかの側に設置されている。ここで、反射変更プレート、第一位相遅延プレート、および第二位相遅延プレートは、図面に示されてなく、これらについては、特に、図１を参照されたい。これらの実施例の図面において、第一レンズ１０は、第二レンズ２０の左側に設置されているが、実際の適用では、第二レンズ２０の右側に設置されてもよく、このことは再度述べない。

第一レンズ１０および第二レンズ２０は、システム焦点長さが１５ｍｍ乃至３５ｍｍである短距離光拡大モジュールの光拡大効果に影響を与える主要部分であるが、このシステム焦点長さＦは、この数値に限定されず、例えば、８ｍｍ乃至３０ｍｍでもよく、更には、第一レンズ１０および第二レンズ２０を互いに取付けてもよく、又はこれらの間に、ある間隔をあけて配置してもよい。

これらの実施例に形成されているように、第一レンズ１０の左側の光学面は、第一光学面Ｅ１であり、第一レンズ１０の右側の光学面は、第二光学面Ｅ２であり、第二レンズ２０の左側の光学面は、第三光学面Ｅ３であり、第二レンズ２０の右側の光学面は、第四光学面Ｅ４である。

対象側からの光学像が第二位相遅延プレート、第二レンズ２０、第一レンズ１０、および第一位相遅延プレートを順次通過した後、この光学像は、反射偏光プレートに達し、ここで、第一回の反射がなされ、次いで、第一位相遅延プレートを通過した後、第四光学面に達し、ここで第二回の反射がなされ、次いで、第一位相遅延プレートおよび反射偏光プレートを通過した後、人間の眼に達する。このようにして、短距離光拡大モジュールにおいて、光学像を二度反射して拡大することができ、これによって、光拡大の必要性を満たすことができる。

更に、これら実施例において、第一レンズ１０および第二レンズ２０は、システム焦点長さに寄与するように互いに作用するが、互いに収差のバランスを取って画像品質を改善させることができる。

短距離光拡大モジュールがインテリジェントＶＲ装着可能装置に適用されたとき、広い画角、大きなアイ（眼）ボックス、高品質画像効果およびコンパクトな極薄構造を実現するために、第二レンズ２０の第一焦点長さｆ２は以下の条件を満たすべきである。

ここで、入射光が第三光学面Ｅ３を通過して第四光学面Ｅ４によって反射された後、測定された焦点長さを、第一焦点長さｆ２として定義する。

第二レンズ２０の第一焦点長さｆ２はシステム光強度の主要源である。反射面を含む光強度が高くなり過ぎる、例えば、システムの全体の光強度が（ｆ２＜Ｆ）に近くなると、収差を補正することは難し過ぎる。反射面を含む光強度が低くなり過ぎる（ｆ２＞２Ｆ）と、他のレンズで負担される光強度が高くなり過ぎ、収差を補正するのにレンズを追加する必要があり、このことは光学システムのコンパクト化および軽量化の設計に反することになる。

条件（１）は、第二レンズ２０の第一焦点長さｆ２の特定範囲を規定している。１．３インチ乃至２．６インチの寸法を有するスクリーンが光学システムで用いられ、従って、広い画角を得ることができ、得られた画角Ｖは９０°乃至１００°である高いスクリーン解像度を可能ならしめ、この解像度は、８００Ｘ８００乃至４０００Ｘ４０００である。

第二レンズ２０において、第四光学面Ｅ４の反射面の有効焦点長さｆｓ４は以下の条件を満たす。

これらの実施例において、入射光が第四光学面Ｅ４によって反射された後、測定された焦点長さを、反射面の有効焦点長さｆｓ４として定義する。

第四光学面Ｅ４の反射面は、システム光強度の主要源である。光強度が高過ぎる、例えば、システムの全光強度（ｆｓ４＜Ｆ）に近くなると、収差を補正することが難し過ぎる。更に、光学面を湾曲し過ぎ、且つレンズを薄くし過ぎると、これによって、システムの厚さが増大し、それではＶＲ装着可能装置が必要とする軽量化および極薄設計に反する。これに対して、光強度が低すぎる（ｆｓ４＞５Ｆ）と、他のレンズで負担される光強度が高過ぎることになり、収差を補正するのに追加のレンズが必要となる。これは、光学システムのコンパクト化および軽量設計に反する。

第二レンズ２０において、第三光学面Ｅ３の焦点長さｆｓ３は以下の条件を満たす。

焦点長さｆｓ３が短過ぎると、第二レンズ２０が湾曲し過ぎ、これは収差の補正に反する。更に、第二レンズ２０が湾曲し過ぎると、光学システムの厚さを増大してＶＲ装着可能装置が必要とする軽量化および極薄設計に反する。

第一レンズ１０の焦点長さｆ１は、以下の条件を満たす。

焦点長さｆ１が短過ぎる（｜ｆ１｜＜３Ｆ）と、第一レンズ１０が湾曲し過ぎ、より強い収差が全体の光学システムに導入されてしまう可能性がある。更に、第一レンズ１０の厚さも増大すると、ＶＲ装着可能装置が必要とする軽量化および極薄設計に反する。

小型で極薄のＶＲ装着可能装置を達成するために、短距離光拡大モジュールの厚さは１１ｍｍ乃至２８ｍｍであるように設計され、この厚さは、光軸方向に沿う短距離光拡大モジュールの両側間の最大距離である。

ＶＲ装置の快適性および画像品質を考慮して、短距離光拡大モジュールのアイレリーフは５ｍｍ乃至１０ｍｍであるように設計される。ここで、アイレリーフは、眼球と、観察者が画像を視野内に明瞭に見ることができる接眼レンズ（人間の目に最も近い光学面）との間の距離である。

大きなアイボックスと良好な画像品質とを得るために、口径の調節可能な範囲は２．２Ｆ乃至３．５Ｆであるように設計されている。即ち、第二レンズおよび第一レンズを経て画像化する光が通る口径Ｄは以下の条件を満たす。

条件（５）に相応して、得られるアイボックスＡは５ｍｍ乃至１０ｍｍである。

また、条件（１）および（２）の数値範囲は、以下の如く設定されるのが良好である。

これらの実施例に係る短距離光拡大モジュールを、更に、添付された表に関連して以下の如く説明する。

各実施例の短距離光拡大モジュールの特定の設計パラメータ表において、ＯＢＪは光学システムにおける対象を示し、ＩＭＡは光学システムにおける画像を示し、ＳＴＯは光学システムにおける絞りを示し、厚さは、光学面ｉと光学面ｉ＋１との間の距離を示す。ここで、ｉは対象から開始する光学面の順番（ｉ_０）＋１を示す。光は左側の第一レンズ１０から右側の第二レンズ２０へ向かい、光がミラーとして掲載された材料（ガラス）に達すると、反対方向に反射され、第二ミラーに達すると、左から右へ再度反射され、最終的に像面に達する。

実施例１

図２に示すように、短距離光拡大モジュールにおいて、第二レンズ２０の第一焦点長さｆ２はシステムの焦点長さＦと等しく設計されている。

ここで、短距離光拡大モジュールの特定の設計パラメータは表１に示されている。

表１において、第１行のＯＢＪは対象平面に関連した設計パラメータを示し、第２行のＳＴＯは光学システムにおける絞りを示し、その口径は７ｍｍである。第３行は、光学モジュールにおける反射偏光プレートと第一位相遅延プレートとからなる膜を示し、その型式は標準（標準平面）である。材料はＰＭＭＡであり、直径は２４．６８５ｍｍであり、非球面係数は０である。第４行および第５行は、それぞれ第一レンズ１０の第一光学面Ｅ１および第二光学面Ｅ２に対応するデータを示す。第一光学面Ｅ１の曲率半径は無限大であり、第二光学面Ｅ２の曲率半径は８８８ｍｍである。第一レンズ１０の厚さは２ｍｍであり（即ち、第一光学面Ｅ１と第二光学面Ｅ２との間の距離および第４行における厚みの値）、材料はＨ−ＺＦ５２Ａである。第６行および第７行は、それぞれ第二レンズ２０の第三光学面Ｅ３および第四光学面Ｅ４に対応するデータを示す。第三光学面Ｅ３の曲率半径は−５５ｍｍであり、第四光学面Ｅ４の曲率半径は、−５６ｍｍであり、第二レンズ２０の厚さは２ｍｍであり（即ち、第三光学面Ｅ３と第四光学面Ｅ４との間の距離および第６行における厚みの値）、材料はＨ−ＱＫ１である。第８行乃至第１６行は、膜、第一レンズ１０、および第二レンズ２０（それぞれは再度述べない）間の反射および透過における関連するパラメータを示す。第１７行は、表示スクリーンの液晶層におけるガラス膜を示し、その厚さは０．４ｍｍであり、材料はＢＫ７である。第１８行のＩＭＡは、光の最終画像を示す。

短距離光拡大モジュールの他の相応するパラメータは表２に示されている通りである。

表１に示された関連するパラメータを設定することによって、第一レンズ１０の焦点長さが−３５．４Ｆ（−１０３２．２６ｍｍ）であり、第二レンズ２０の第一焦点長さｆ２がＦ（２９．１６ｍｍ）であり、第二レンズ２０の反透過面の反射面の有効焦点長さは、Ｆ（２９．１６ｍｍ）であり、光学システムの厚さは、２３．８ｍｍであるように設計されていることが表２から明らかであり、従って、２９．１６ｍｍのシステム焦点長さおよび９０°の画角を得ることができ、短距離光拡大モジュールの前に設定された口径を４であるように設計することによって、即ち、相応する絞りの直径Ｄを７．２９ｍｍであるように設計することによって、７ｍｍの大きなアイボックスを得ることができる。

更に、スクリーンの寸法は２．２２インチであるように設計され、アイレリーフは、図３のＭＴＦ絞りに関連して、９ｍｍであるように設計され、これにより、各視野において０．１８より高い平均縦座標（変調転送機能）を有する横座標値（ミリメータに対する空間周波数）を得ることができ、この結果、短距離光拡大モジュールの解像力が８００×８００の解像度を保持することができる。

更に、図４から得られることは、この実施例において、光学画像歪みファクターが、（−２９．２％、０）の範囲内で制御され、図５における像面湾曲が、（−１０ｍｍ、１０ｍｍ）の範囲内で制御されることである。

実施例２

図６に示すように、短距離光拡大モジュールにおいて、第一レンズ１０の焦点長さは１０．４Ｆであるように設計され、第二レンズ２０の第二焦点長さｆ２は１．５Ｆ（Ｆは、システムの焦点長さ）であるように設計される。

ここで、短距離光拡大モジュールの特定の設計パラメータは表３に示された通りである。

この実施例における他の関連するパラメータを説明するため、実施例１の表１を参照す
ることができる。ここで、それらのそれぞれについては再度述べない。

短距離光拡大モジュールの他の相応するパラメータは表４に示された通りである。

表３に示された関連するパラメータを設定することによって、表４から明らかなことは、第一レンズ１０の焦点長さが１０．４Ｆ（２７４．５６ｍｍ）であり、第二レンズ２０の第一焦点長さが１．５Ｆ（３９．６ｍｍ）であり、第二レンズ２０の反透過面の反射面の有効焦点長さが１．８８Ｆ（４９．６３ｍｍ）であり、光学システムの厚さが１５ｍｍであるように設計されていることである。従って、２６．４ｍｍのシステム焦点長さおよび１００°の画角を得ることができ、短距離光拡大モジュールの前に設定された口径を２．９であるように設計することによって、即ち、相応する絞りの直径Ｄを９．１ｍｍであるように設計することによって、９ｍｍの大きなアイボックスを得ることができる。

更に、スクリーンの寸法は２．３インチであるように設計され、アイレリーフは、図７のＭＴＦ絞りに関連して、９ｍｍであるように設計され、これは、各視野において０．１８より高い平均縦座標（変調転送機能）による横座標値（ミリメータに対する空間周波数）を得ることができ、これによって、短距離光拡大モジュールの解像力が２５００×２５００の解像度を担保することができ、また、図８における歪みファクターが（−３３．４％、０）の範囲内で制御され、図９における像面湾曲が（−１ｍｍ、１ｍｍ）の範囲内で制御されることが取得される。

実施例３

図１０に示すように、短距離光拡大モジュールにおいて、第一レンズ１０の焦点長さが６．７Ｆであるように設計され、第二レンズ２０の第一焦点長さｆ２が１．６Ｆ（Ｆは、システムの焦点長さ）であるように設計されている。

ここで、短距離光拡大モジュールの他の相応するパラメータは表５に示された通りである。

表５において、第２行は、ＰＡＲＡＸＩＡＬ設計を示し、第４行は、光学モジュールにおける反射偏光プレートおよび第一位相遅延プレートから成る膜に関連したパラメータを示し、第５行および第７行は、第一レンズ１０に関連したパラメータを示し、ここで、第一レンズ１０の第二光学面Ｅ２はＥＶＥＮＡＳＰＨ非球面である。第８および第９行は、第一レンズ２０に関連したパラメータを示し、ここで、第二レンズ２０の第三光学面Ｅ３はＥＶＥＮＡＳＰＨ非球面である。この実施例における他の関連するパラメータを説明するため実施例１を参照することができる。ここで、それらのそれぞれは再度述べない。

短距離光拡大モジュールにおける光学面の精緻化された設計パラメータは、表６に示された通りである。

表６において、非球面式は、一般に以下のように表される。

ここで、ｒはレンズ上の点から光軸までの距離であり、ｃは曲面の頂点における曲率であり、ｋは２次曲面係数（quadratic surface）であり、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊは４、６、８、１０、１２、１４、１６次曲面係数である。

相応する係数の値をｘ式（６）にそれぞれ代入することによって、各面の非球面方程式を得ることができる。

短距離光拡大モジュールの他の相応するパラメータは表７に示された通りである。

表５および６に示された関連するパラメータを設定することによって、第一レンズ１０の焦点長さが６．７Ｆ（１１０．４２ｍｍ）であり、第二レンズ２０の第一焦点長さが１．６Ｆ（２６．３６８ｍｍ）であり、第二レンズ２０の反透過面の反射面の有効焦点長さが１．９Ｆ（９４．２９７ｍｍ）であり、光学システムの厚さが１１．１ｍｍであるように設計されていることが表７から明らかであり、従って、１６．４８ｍｍのシステム焦点長さおよび１００°の広い画角を得ることができ、短距離光拡大モジュールの前に設定された口径を２．１であるように設計することによって、即ち、相応する絞りの直径Ｄを８ｍｍであるように設計することによって、８ｍｍの大きなアイボックスを得ることができる。

更に、スクリーンの寸法が１．４９インチであるように設計され、アイレリーフは、図１１のＭＴＦ絞りに関連して、９ｍｍであるように設計され、これは、各視野において０．１８より高い平均縦座標（変調転送機能）による横座標値（ミリメータに対する空間周波数）を得ることができ、これによって、短距離光拡大モジュールの解像力が２６００×２６００の高い解像度を保持することができ、また、この実施例における光学画像歪みファクターが（−３２．８％、０）の範囲内で制御され、図１３における像面湾曲が（−０．５ｍｍ、０．５ｍｍ）の範囲内で制御されることを図１２から見ることができる。

実施例４

図１４に示す通り、短距離光拡大モジュールにおいて、第一レンズ１０の焦点長さは８．２Ｆであるように設計され、第二レンズ２０の第一焦点長さｆ２は１．６Ｆ（Ｆはシステムの焦点長さ）であるように設計されている。

ここで、短距離光拡大モジュールの特定の設計パラメータは表８に示された通りである。

この実施例の表８における関連するパラメータの説明のため、実施例１乃至実施例３を参照されたい。ここで、それらのそれぞれは再度述べない。

短距離光拡大モジュールの他の相応するパラメータは表９に示された通りである。

表８に示された関連するパラメータを設定することによって、表９から明らかなことは、第一レンズ１０の焦点長さが８．５Ｆ（２４１．９ｍｍ）であり、第二レンズ２０の第一焦点長さが１．６Ｆ（４７．２ｍｍ）であり、第二レンズ２０の反透過面の反射面の有効焦点長さが２Ｆ（５９ｍｍ）であり、光学システムの厚さが１６．５ｍｍであるように設計されていることである。従って、２９．５ｍｍのシステム焦点長さおよび１００°の画角を得ることができ、短距離光拡大モジュールの前に設定された口径を３．２であるように設計することによって、即ち、相応する絞りの直径Ｄを９．２ｍｍであるように設計することによって、９ｍｍの大きなアイボックスを得ることができる。

更に、スクリーンの寸法は２．６インチであるように設計され、アイレリーフは、図１５のＭＴＦ絞りに関連して、９ｍｍであるように設計され、これは、各視野において０．１８より高い平均縦座標（変調転送機能）による横座標値（ミリメータに対する空間周波数）を得ることができ、これによって、短距離光拡大モジュールの解像力が４０００×４０００の解像度を保持することができ、また、歪みファクターが（−３３％、０）の範囲内で制御され、図１７における像面湾曲が（−０．５ｍｍ、０．５ｍｍ）の範囲内で制御されることを図１６から見ることができる。

実施例５

図１８に示す通り、短距離光拡大モジュールにおいて、第一レンズ１０の焦点長さは３．８Ｆであるように設計され、第二レンズ２０の第一焦点長さｆ２は２Ｆ（Ｆはシステムの焦点長さ）であるように設計されている。

ここで、短距離光拡大モジュールの他の相応するパラメータは表１０に示された通りである。

この実施例の表１０における関連するパラメータの説明のため、実施例１乃至実施例３を参照されたい。ここで、それらのそれぞれは再度述べない。

短距離光拡大モジュールにおける光学面の精緻された設計パラメータは表１１に示された通りである。

短距離光拡大モジュールの他の相応するパラメータは表１２に示された通りである。

表１０および１１に示された関連するパラメータを設定することによって、表１２から明らかなことは、第一レンズ１０の焦点長さが３．８Ｆ（６８．４ｍｍ）であり、第二レンズ２０の第一焦点長さが２Ｆ（３６ｍｍ）であり、第二レンズ２０の反透過面の反射面の有効焦点長さが１．９Ｆ（３４．２ｍｍ）であり、光学システムの厚さが１２．８ｍｍであるように設計されていることである。従って、１８ｍｍのシステム焦点長さおよび１００°の画角を得ることができ、短距離光拡大モジュールの前に設定された口径を２．３であるように設計することによって、即ち、相応する絞りの直径Ｄを８ｍｍであるように設計することによって、８ｍｍの大きなアイボックスを得ることができる。

更に、スクリーンの寸法は１．６６インチであるように設計され、アイレリーフは、図１９のＭＴＦ絞りに関連して、９ｍｍであるように設計され、これは、各視野において０．１８より高い平均縦座標（変調転送機能）による横座標値（ミリメータに対する空間周波数）を得ることができ、これによって、短距離光拡大モジュールの解像力が２０００×２０００の解像度を保持することができ、また、図２０における歪みファクターが（−３２．５％、０）の範囲内で制御され、図２１における像面湾曲が（−０．５ｍｍ、０．５ｍｍ）の範囲内で制御されることを得ることができる。

また、反透過面の反射面の有効焦点長さが１．９Ｆになるように設計されていることに限定されず、５Ｆであるように設計されてもよい。光学システムの厚さおよびアイレリーフは、それぞれ１２．８ｍｍおよび９ｍｍであるように設計されていることに限定されず、それらをそれぞれ２８ｍｍおよび１０ｍｍであるように設計してもよい。

この実施例に係る短距離光拡大モジュールに基づいて、本発明は、更に、この実施例における短距離光拡大モジュールを含む一対の眼鏡を提供する。眼鏡は更にスクリーン３０を備え、このスクリーンは、短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に設定される。図２、図６、図１０、図１４、図１８におけるスクリーン３０は、短距離光拡大モジュールと同軸に設定されている。しかし、使用において、特定の適用要件に従って、スクリーン３０を短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に設定してもよい。

この実施例に係る短距離光拡大モジュールに基づいて、本発明は、更に、この実施例における短距離光拡大モジュールを含むヘルメットを提供する。このヘルメットは、更に、短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に設定されたスクリーン３０を備えている。ここで、図２、図６、図１０、図１４におけるスクリーン３０は、説明の便宜のため短距離光拡大モジュールと同軸に設定されている。しかし、使用において、特定の適用要件に従って、スクリーン３０を短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に設定してもよい。

本発明に係る眼鏡およびヘルメットに基づいて、本発明は、更に、上記実施例における眼鏡又はヘルメットを含みインテリジェントバーチャルリアリティ（ＶＲ）装着可能装置に用いられるＶＲシステムを提供する。このＶＲシステムは、短距離光拡大モジュールを含み使用される一対の眼鏡又はヘルメットを含み、このため、ＶＲシステムは、広い画角、大きなアイボックス、高品質の画像効果およびコンパクトな極薄構造等を有し、この結果、良好なユーザ体験を与えることができる。詳細には、短距離光拡大モジュールの実施例を参照されたい。

本明細書で用いられる“第一”および“第二”の如き用語は、一つの構成要素又は作用を他の構成要素又は作用から区別するための用語であり、これらの構成要素又は作用がある関係を有しあるいは所定の順序にあるということでない。また、用語、“含む”、“備える”又はそれらの任意の変形用語は、一連の本質的要素を含む工程、方法、物又は装置が、このような本質的要素ばかりでなく、また、工程、方法、物又は装置に特定されないあるいは固有の本質的要素でない事項も含むことを意図している。他の限定がない場合に、文章によって限定された本質的要素は、“追加の同様な本質的要素が前記本質的要素を含む工程、方法、物又は装置に存在することを除外しない”ことを含む。

上述の説明は、本発明を当業者に理解又は実施させることができるように本発明のいくつかの特定の実施例を示すのみである。これらの実施例の種々の変形例が当業者には明らかである。ここに限定された一般の原理を本発明の精神又は範囲から逸脱することなく他の実施例で実施してもよい。このため、本発明は、ここに述べられた実施例に限定されず、代わりに、本発明は、ここに述べられた原理および新規な特徴に合致する広い範囲を含む。

Claims (13)

1. 順に配置された反射偏光プレート、第一位相遅延プレート、第二レンズ、および第二位相遅延プレートを備え、
   更に第一レンズが前記反射偏光プレート、前記第一位相遅延プレート、前記第二レンズ、および前記第二位相遅延プレートの任意の一つのいずれかの側に設定され、
   前記第二レンズにおいて、前記第二位相遅延プレートに隣接する光学面が半透過光学面であり、
   前記第二レンズの第一焦点長さｆ２は、入射光が前記第二レンズにおける前記第二位相遅延プレートから離れた光学面を通過して前記半透過光学面によって反射された焦点長さであり、以下の条件を満たす短距離光拡大モジュール。
   ここで、Ｆは短距離光拡大モジュールのシステム焦点長さである。
2. 前記半透過光学面の反射面の有効焦点長さｆｓ４が以下の要件を満たす請求項１に記載の短距離光拡大モジュール。
   
3. 前記半透過光学面の反射面の有効焦点長さｆｓ４が以下の要件を満たす請求項２に記載の短距離光拡大モジュール。
   
4. 第二レンズの第一焦点長さｆ２が以下の条件を満たす請求項１に記載の短距離光拡大モジュール。
   
5. 第二レンズの第一焦点長さｆ２が１．６Ｆである請求項４に記載の短距離光拡大モジュール。
6. 第二レンズにおいて、第一レンズに隣接する光学面の焦点長さｆｓ３が以下の条件を満たす請求項１乃至５のいずれか１項に記載の短距離光拡大モジュール。
   
7. 第一レンズの焦点長さｆ１が以下の条件を満たす請求項１乃至５のいずれか１項に記載の短距離光拡大モジュール。
   
8. 短距離光拡大モジュールの厚さが１１ｍｍ乃至２８ｍｍである請求項１乃至５のいずれか一項に記載の短距離光拡大モジュール。
9. 短距離光拡大モジュールのアイレリーフが５ｍｍ乃至１０ｍｍである請求項１乃至５のいずれか一項に記載の短距離光拡大モジュール。
10. 第二レンズおよび第一レンズを経て画像を形成する光を通す口径Ｄが以下の条件を満たす請求項１乃至５のいずれか１項に記載の短距離光拡大モジュール。
    
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の短距離光拡大モジュールとディスプレイスクリーンとを備え、前記ディスプレイスクリーンは、前記短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に設定されている短距離光拡大眼鏡。
12. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の短距離光拡大モジュールとディスプレイスクリーンとを備え、前記ディスプレイスクリーンは、前記短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に設定されている短距離光拡大ヘルメット。
13. 請求項１１に係る眼鏡又は請求項１２に係るヘルメットを備える短距離光拡大ＶＲシステム。