KR20180129846A - 근거리 광 증폭 모듈, 안경, 헬멧 및 vr 시스템 - Google Patents

근거리 광 증폭 모듈, 안경, 헬멧 및 vr 시스템 Download PDF

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Abstract

근거리 광 증폭 모듈은 순차적으로 이미지 측으로부터 물체 측으로, 반사 편광판, 제1 위상 지연판, 제3 렌즈(30) 및 제2 위상 지연판을 포함하고, 상기 반사 편광판, 상기 제1 위상 지연판, 상기 제3 렌즈(30) 및 상기 제2 위상 지연판 중 어느 하나의 양 쪽에 위치하는 제1 렌즈(10) 및/또는 제2 렌즈(20)를 더 포함한다. 상기 제2 위상 지연판에 인접한 상기 제3 렌즈(30)의 광학면은 반투과 반반사 광학면이고, 상기 제3 렌즈(30)의 반사면-포함 초점 거리(f3)는 1F≤f3≤2F의 조건을 만족하고, 여기서 F는 상기 근거리 광 증폭 모듈의 초점 거리이다. 광 증폭 효과에 영향을 미치는 f3에 대해 파라미터 정제를 수행함으로써, 모듈은 큰 광 증폭 효과를 얻으면서도 전체 두께를 상대적으로 얇게 유지할 수 있다. 모듈은 소형 VR 기기에 적용될 수 있어, VR 기기가 넓은 시야각, 큰 아이박스 및 고품질 이미징 효과를 구현할 수 있게 하고, 향상된 사용자 경험을 제공할 수 있게 한다.

Description

근거리 광학 배율 모듈, 안경, 헬멧 및 VR 시스템
본 발명은 광학 장치 기술 분야에 관한 것으로, 특히 근거리 광 증폭 모듈, 안경, 헬멧 및 VR 시스템에 관한 것이다.
현재, 근거리 광 증폭 모듈이 이미 개시되어 있다. 이미징 품질 요건을 충족시키기 위해, 모듈은 대개 복수의 광학 장치를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 측으로부터 물체 측까지 순차적으로, 반사 편광판(01), 제1 위상 지연판(02), 렌즈부(03) 및 제2 위상 지연판(04)을 포함한다. 렌즈부(03)에서, 제2 위상 지연판(04)에 인접한 광학면은 반투과 광학면이다. 사용시, 물체 측으로부터의 광학 이미지는 렌즈부(03)에 의해 투과 증폭되고, 그 다음 반사 편광판(01)에 의해 반사되고, 렌즈부(03)에 의해 다시 증폭되며, 마지막으로 반사 편광판(01)을 통해 사람의 눈에 들어간다. 광 증폭 모듈에서, 렌즈부는 광학 이미지에 대한 증폭 효과에 영향을 주는 핵심 부품이다.
각각의 광학 장치가 일정량의 설치 공간을 차지하기 때문에, 복수의 광학 장치로 구성된 광 증폭 모듈의 크기 및 부피는 일반적으로 모두 매우 크고, 특히 지능형 VR(Virtual Reality)에 대한 소형 및 초박형 구조 요건을 충족시키지 못한다. 따라서, VR 기기에 적용하기 위해 좁은 공간에서 높은 증폭률을 갖는 근거리 광 모듈이 설계될 필요가 있다. 또한, VR 기기는 넓은 시야각, 큰 아이박스 및 고품질 이미징 효과 등을 달성하는 것이 필요한, 더 나은 사용자 경험을 제공하는데 초점을 맞추고 있다. 이러한 기술적인 목적은 상기 렌즈 어셈블리의 광학 특성과 직접적으로 연관된다.
따라서, 상기 목적을 달성하기 위해서는, VR 기기 전체의 사용 범위 내에서 상기 한 목적이 실현될 수 있도록 근거리 광 증폭 모듈의 렌즈 어셈블리에 대한 파라미터 설정이 필요하다.
본 발명의 실시 예들은 근거리 광 증폭 모듈을 제공함으로써, 근거리 광 증폭 모듈이 소형 VR 기기에 사용될 수 있고, VR 기기가 넓은 시야각, 큰 아이박스 및 고품질 이미징 효과를 갖는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 안경, 헬멧 및 VR 시스템을 더 제공한다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시 예들은 이하의 기술적 해결책을 개시한다.
순차적으로 배열된 반사 편광판, 제1 위상 지연판, 제3 렌즈 및 제2 위상 지연판을 포함하는 근거리 광 증폭 모듈로서, 제1 렌즈는 또한 반사 편광판, 제1 위상 지연판, 제3 렌즈 및 제2 위상 지연판 중 어느 하나의 양 쪽에 설치되고, 제2 렌즈는 또한 반사 편광판, 제1 위상 지연판, 제3 렌즈 및 제2 위상 지연판 중 어느 하나의 양 쪽에 설치되며, 제3 렌즈에서, 제2 위상 지연판에 인접한 광학면은 반투과 광학면이고; 제3 렌즈의 제1 초점 거리(f3)는 1F≤f3≤2F의 조건을 만족하며, 여기서 F는 근거리 광 증폭 모듈의 시스템 초점 거리다.
다른 양태에서, 상기 근거리 광 증폭 모듈에서, 제3 렌즈의 제1 초점 거리(f3)는 1.5F≤f3≤2F의 조건을 만족한다.
다른 양태에서, 상기 근거리 광 증폭 모듈에서, 반투과 광학면의 초점 거리(fS6)는 1.5F≤fS6≤5F의 조건을 만족한다.
다른 양태에서, 상기 근거리 광 증폭 모듈에서, 제3 렌즈에서, 제2 렌즈에 인접한 광학면의 초점 거리(fS5)는 |fS5|≥2F의 조건을 만족한다.
다른 양태에서, 상기 근거리 광 증폭 모듈에서, 상기 근거리 광 증폭 모듈의 시스템 초점 거리(F)는 10mm≤F≤32mm의 조건을 만족한다.
다른 양태에서, 상기 근거리 광 증폭 모듈에서, 제2 렌즈의 초점 거리(f2)는 2F≤-f2의 조건을 만족한다.
다른 양태에서, 상기 근거리 광 증폭 모듈에서, 제2 렌즈에서, 제1 렌즈에 인접하는 광학면의 초점 거리(fS3)는 |fS3|≥2F의 조건을 만족한다.
다른 양태에서, 상기 근거리 광 증폭 모듈에서, 제2 렌즈에서, 제3 렌즈에 인접하는 광학면의 초점 거리(fS4)는 |fS4|≥2F의 조건을 만족한다.
다른 양태에서, 상기 근거리 광 증폭 모듈에서, 제1 렌즈의 초점 거리(f1)는 4F≤f1의 조건을 만족한다.
다른 양태에서, 상기 근거리 광 증폭 모듈에서, 제1 렌즈에서, 제2 렌즈에 인접한 광학면의 초점 거리(fS2)는 제1 렌즈의 초점 거리(f1)와 동일하다.
다른 양태에서, 상기 근거리 광 증폭 모듈에서, 상기 광 증폭 모듈의 두께는 8mm~30mm이다.
다른 양태에서, 상기 근거리 광 증폭 모듈에서, 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈를 통한 촬상에 참여하는 광 빔이 통과하는 개구(D)는 0.3F≤D≤0.6F의 조건을 만족한다.
다른 양태에서, 상기 근거리 광 증폭 모듈에서, 상기 근거리 광 증폭 모듈의 아이 릴리프(eye relief)는 5 ~ 10mm이다.
추가로, 본 발명은 상기 근거리 광 증폭 모듈 중 어느 하나를 포함하는 안경을 더 제공하며, 안경은 근거리 광 증폭 모듈과 동축 또는 비동축으로 설치된 디스플레이 스크린(display screen)을 더 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 근거리 광 증폭 모듈 중 어느 하나를 포함하는 헬멧을 더 제공하며, 헬멧은 근거리 광 증폭 모듈과 동축 또는 비동축으로 설치된 디스플레이 스크린을 더 포함한다.
마지막으로, 본 발명은 안경 또는 헬멧을 포함하는 VR 시스템을 더 제공한다.
상기 기술적 해결책으로부터, 본 발명에 따른 근거리 광 증폭 모듈에서, 제3 렌즈의 반사면의 유효 초점 거리에 대한 파라미터 정제는, 모듈을 소형 VR 기기에 적용할 수 있도록, 모듈 전체의 두께를 작게 유지하면서 큰 광 증폭 효과를 얻을 수 있게 하는 광 증폭 효과에 영향을 미치는 핵심 파트이고; 또한, VR 기기는 넓은 시야각, 큰 아이박스(eyebox) 및 고품질의 이미징 효과를 실현할 수 있으므로 사용자 경험이 향상된다.
본 발명의 이들 및 다른 목적 및 특징은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예와 함께 다음의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 종래의 근거리 광 증폭 모듈의 전체 구성을 도시한 개략도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 왜곡 수차 선도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 시야 곡률 선도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 MTF 선도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 왜곡 수차 선도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 시야 곡률 선도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 MTF 선도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 왜곡 수차 선도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 시야 곡률 선도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 MTF 선도이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
도 15는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 왜곡 수차 선도이다.
도 16은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 시야 곡률 선도이다.
도 17은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 MTF 선도이다.
당업자가 본 발명의 해결책을 더 잘 이해하게 하기 위해, 본 발명의 실시 예가 아래의 첨부된 도면을 참조하여 명확하고 완전하게 설명될 것이다. 본 발명의 교시로부터 당업자는 추가적인 창의적인 활동 없이도 본 발명의 교시를 실현하는 다른 실시 예를 발견할 수 있음이 자명하다. 이들 실시 예는 여전히 본 발명의 범위 안에 있다.
도 2a, 도 2b, 도 6, 도 10 및 도 14를 참조하면, 이들은 본 발명의 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈의 구조도이다. 근거리 광 증폭 모듈은 순차적으로 배열된 반사 편광판, 제1 위상 지연판, 제3 렌즈(30) 및 제2 위상 지연판을 포함하며, 제1 렌즈는 또한 반사 편광판, 제1 위상 지연판, 제3 렌즈(30) 및 제2 위상 지연판 중 어느 하나의 양 쪽에 설치되고, 제2 렌즈는 또한 반사 편광판, 제1 위상 지연판, 제3 렌즈(30) 및 제2 위상 지연판 중 어느 하나의 양 쪽에 설치되며; 반사 편광판 및 제1 위상 지연판은 도 2a, 도 2b, 도 10 및 도 14에서 50으로 표시되고, 디스플레이 스크린은 40으로 도시되어 있지만, 제2 위상 지연판은 이 도면에 미도시되어 있다. 제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20) 및 제3 렌즈(30)는 광 증폭 효과에 영향을 주는 핵심 파트이며, 근거리 광 증폭 모듈의 시스템 초점 거리(F)는 10~28mm이고; 또한, 제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20) 및 제3 렌즈(30)는 서로 부착되거나 또는 이들 사이에 일정한 공간이 존재할 수 있다.
본 실시 예에서 정의된 바와 같이, 제1 렌즈(10)에서, 제1 위상 지연판에 인접한 광학면은 제1 광학면(E1)이고, 제2 렌즈(20)에 인접한 광학면은 제2 광학면(E2)이며; 제2 렌즈(20)에서, 제1 렌즈(10)에 인접한 광학면은 제3 광학면(E3)이고, 제2 위상 지연판에 인접한 광학면은 제4 광학면(E4)이며; 제3 렌즈(30)에서 제2 렌즈(20)에 인접한 광학면은 제5 광학면(E5)이고, 제2 위상 지연판에 인접한 광학면은 제6 광학면(E6)이다.
제2 위상 지연판, 제3 렌즈(30), 제2 렌즈(20), 제1 렌즈(10) 및 제1 위상 지연판을 통과한 후에, 물체 측으로부터의 광학 이미지는 반사 편광판에 도달하고, 첫 번째로 반사된 다음, 제1 위상 지연판, 제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20) 및 제5 광학면(E5)을 통과한 후, 제6 광학면(E6)에 도달하여 두 번째로 반사되고, 그 다음 제2 렌즈(20), 제1 렌즈(10), 제1 위상 지연판 및 반사 편광판을 통과한 후 인간의 눈으로 들어간다. 따라서, 광학 이미지는 광 증폭 모듈에서 두 번 반사되고 증폭 될 수 있어, 광 증폭의 요구를 충족시킨다.
여기서, 제3 렌즈는 시스템 광 파워의 주요 소스(source)이다. 또한, 이들 실시 예에서, 제1 렌즈(10) 및 제2 렌즈(20)가 설치되고, 2 개의 렌즈가 함께 작용하여 시스템 초점 거리, 서로에 대한 밸런스 수차에 기여하고 이미징 품질을 향상시킨다.
근거리 광 증폭 모듈이 지능형 VR 웨이러블 기기에 적용된 경우, 넓은 시야각, 큰 아이박스, 고품질의 이미징 효과 및 소형 초박형 구조를 실현하기 위해서는, 제3 렌즈의 제1 초점 거리(f3)(제3 렌즈에서 반사면의 초점 거리)는 다음 조건을 만족해야 한다.
1F≤f3≤2F, (1)
여기서, F는 제1 렌즈, 제2 음(negative) 렌즈 및 제3 렌즈로 구성된 광학 시스템의 초점 거리이다. 여기서, 입사광이 제5 광학면(E5)을 투과하고 제6 광학면(E6)에 의해 반사된 후에 측정된 초점 거리는 제3 렌즈의 반사면-포함 초점 거리(f3)로 정의된다. 제3 렌즈(유효 반사면-포함 초점 거리)는 시스템 광 파워의 주요 소스이다. 광 파워가 너무 높으면, 예를 들어, 시스템의 전체 광 파워에 가까워지면(f3≤F), 수차를 보정하기가 너무 어려울 것이고; 광 파워가 너무 낮으면(f3≥2F), 다른 렌즈에 가해지는 광 파워가 너무 높아져서 수차를 보정하기 위해 렌즈가 추가될 필요가 있으며, 이는 광학 시스템의 소형 및 경량 설계에 불리하다. 광 파워는 초점 거리에 반비례하는 것으로 알려져 있다. 바람직하게는, 제3 렌즈의 제1 초점 거리(f3)는 다음 조건을 만족한다.
1.5F≤f3≤2F, (2)
제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20) 및 제3 렌즈(30)로 구성된 시스템의 초점 거리(F)는 10mm~32mm이다. 또한, 3 개의 렌즈는 서로 부착되거나 또는 일정한 공간이 그 사이에 존재할 수 있다. 3 개의 렌즈의 형상 및 위치 관계는 시스템 초점 거리가 10mm~32mm이면 제한되지 않는다.
제3 렌즈의 반사면-포함 초점 거리는 상기 조건 (1)에서 규정된다. 이와 같은 렌즈를 0.9~3 인치(inch)의 스크린과 연동하여, 광학 시스템은 넓은 시야각을 얻을 수 있고 높은 스크린 해상도를 가능하게 하며, 여기서 시야각(V)은 90°~100°이고, 스크린 해상도는 800*800~4000*4000이다.
소형화 및 경량화의 최적화 목적에 기초하여, 제6 광학면의 초점 거리(fS6), 즉 반투과면의 초점 거리(fS6)는 다음 조건을 만족 시키도록 설정된다.
1.5F≤fS6≤5F (3)
여기서, FS6는 제6 광학면에 의해 반사된 유효 초점 거리를 나타낸다. 제6 광학면(E6)의 반사면은 시스템 광 파워의 주요 소스이다. 광 파워가 너무 높으면, 예를 들어 시스템의 전체 광 파워에 가까워지면(fS6≤F), 수차를 보정하기가 너무 어려워질 것이고; 또한, 광학면이 너무 굽어 보이고 렌즈가 너무 두꺼워서 시스템의 두께가 증가하게 되어, VR 웨어러블 기기의 가볍고 얇은 디자인에 불리하다. 반대로, 광 파워가 너무 낮으면(fS6≥5F), 다른 렌즈에 가해지는 광 파워가 너무 높아져서 수차를 보정하기 위해 렌즈가 추가될 필요가 있으며, 이는 광학 시스템의 소형 및 경량 설계에 불리하다.
유사하게, 소형화 및 경량화의 최적화 목적에 기초하여, 상기 제3 렌즈에서, 제5 광학면의 초점 거리(fS5)는 다음 조건을 만족한다.
|fS5|≥2F (4)
초점 거리(fS5)가 너무 작으면, 제3 렌즈(30)가 너무 굴곡되어 수차 보정에 불리한 것을 의미하고; 또한, 제2 렌즈(20) 및 제3 렌즈(10)와 연동하여, 제3 렌즈(30)가 너무 휘어지면, 광학 시스템의 두께가 증가하여 VR 웨이러블 기기가 요구하는 가볍고 얇은 디자인에 불리하다.
유사하게, 소형화 및 경량화의 최적화 목적에 기초하여, 제2 음 렌즈의 초점 거리(f2)는 다음 조건을 만족한다.
2F≤-f2 (5)
초점 거리(f2)가 너무 작으면(|f1|≤2F), 제2 렌즈(20)가 너무 휘어지고 보다 강한 수차가 전체 광학 시스템에 도입될 수 있다는 것을 의미하며; 또한, 제2 렌즈(20)의 두께도 증가할 것이고, 이것은 VR 웨어러블 기기가 요구하는 가볍고 얇은 디자인에 불리하다.
유사하게, 소형화 및 경량화의 최적화 목적에 기초하여, 제2 렌즈(20)에서, 제3 광학면의 초점 거리(fS3)는 다음의 조건을 만족한다
|fS3|≥2F (6)
초점 거리(fS3)가 너무 작으면(|FS3|≤2F), 이는 제2 렌즈(20)가 너무 휘어져 수차 보정에 불리한 것을 의미하고; 또한, 제1 렌즈(10) 및 제3 렌즈(30)와 연동하여, 제2 렌즈(20)가 너무 휘어지면, 광학 시스템의 두께가 증가하게 되어, VR 웨어러블 기기가 요구하는 가볍고 얇은 디자인에 불리하다.
유사하게, 소형화 및 경량화의 최적화 목적에 기초하여, 제2 렌즈(20)에서, 제4 광학면의 초점 거리(fS4)는 다음 조건을 만족한다.
|fS4|≥2F (7)
초점 거리(fS4)가 너무 작으면(|FS4|≤2F), 이는 제2 렌즈(20)가 너무 휘어져 수차 보정에 불리한 것을 의미하고; 또한, 제1 렌즈(10) 및 제3 렌즈(30)와 연동하여, 제2 렌즈(20)가 지나치게 휘어지면, 광학 시스템의 두께가 증가하게 되어, VR 웨이러블 기기의 경량 및 초박형 설계에 불리하다.
유사하게, 소형화 및 경량화의 최적화 목적에 기초하여, 제1 렌즈의 초점 거리(f1)는 다음 조건을 만족한다.
4F≤f1 (8)
초점 거리(f1)가 너무 작으면(|f1|≤4F), 제1 렌즈(10)가 너무 휘어지고 보다 강한 수차가 전체 광학 시스템에 도입될 것을 의미하고; 또한, 제1 렌즈(10)의 두께도 증가될 것이고, 이것은 VR 웨어러블 기기가 요구하는 가볍고 얇은 디자인에 불리하다.
작고 초박형의 VR 웨어러블 장치를 실현하기 위해, 근거리 광 증폭 모듈의 두께는 8mm~30mm로 설계되어 있다.
VR 기기의 쾌적성 및 이미징 품질을 모두 고려하여, 근거리 광 증폭 모듈의 아이 릴리프는 5mm~10mm로 설계된다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 큰 아이박스 및 양호한 이미징 품질을 동시에 얻기 위해, 물체 측에 대한 개구의 조정 가능한 범위는 1.7F~3.5F, 즉 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈를 통해 촬상에 참여하는 광 빔이 통과하는 개구(D)는 다음 조건을 만족한다.
0.3F≤D≤0.6F (9)
식 (5)에 대응하여, 얻어진 아이박스(A)는 5mm~9mm이다.
상기 기술적 해결책 각각에 기초하여, 이와 같이 최적화된 근거리 광 증폭 모듈은 근거리 광 증폭 모듈과 동축 또는 비동축으로 설치된 디스플레이 스크린을 더 포함하는 VR 안경에 적용될 수 있다. 도 2a는 동축 배치의 경우를 도시하고, 도 2b는 비동축 배치의 경우를 도시한다. 모듈의 광 증폭 효과, 시야각 및 아이박스는 동축 배열 또는 비동축 배열에 관계없이 영향을 받지 않는다.
상기 기술적 해결책 각각에 기초하여, 이와 같이 최적화된 근거리 광 증폭 모듈은 근거리 광 증폭 모듈과 동축 또는 비동축으로 설치된 디스플레이 스크린을 더 포함하는 헬멧에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 근거리 광 적용 모듈은 상기 안경 또는 상기 헬멧을 포함 하는 VR 시스템, 또는 사용자 경험에 적합한 다른 웨어러블 기기에 더 적용될 수 있다.
본 실시 예에 따른 근거리 광 증폭 모듈은 첨부된 표와 함께 이하에서 더 설명될 것이다.
각 실시 예에서, 제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20) 및 제3 렌즈(30)의 특정 설계 파라미터 표에서, OBJ는 광학 시스템의 대상 물체를 나타내고, IMA는 광학 시스템의 이미지를 나타내고, STO는 광학 시스템의 다이아프램을 나타내고, i는 물체 측으로부터 시작하는 광학면의 시퀀스 (i0) +1을 나타낸다. 광은 좌측의 제1 렌즈(10)에서 우측의 제2 렌즈(20)로 그리고 나서 제3 렌즈(30)로 진행하고, MIRROR로 제시된 재료(유리)를 만날 때 그것은 역방향으로 반사될 것이고, 두 번째 MIRROR로 반사될 때 왼쪽에서 오른쪽으로 다시 반전되고, 마지막으로 이미지면에 도달할 것이다.
실시 예 1
도 2에 도시된 바와 같이, 근거리 광 증폭 모듈에서, 제3 렌즈(30)의 반사면-포함 초점 거리(f3)는 시스템 초점 거리(F)와 동일하게 설계된다.
제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20) 및 제3 렌즈(30)의 구체적인 설계 파라미터는 표 1에 나타낸 바와 같다.
Figure pct00001
표 1에서, 제1 행(OBJ)은 물체 평면과 관련된 설계 파라미터를 나타내고; 제3 행(ST0)은 개구가 9mm인 광학 시스템의 다이아프램를 나타내고; 제4 행 및 제5 행은 유형이 STANDARD(표준 평면)이고, 재료가 BK7이고, 직경이 30.18156mm이며, 비구면 계수는 0인 광 모듈의 반사 편광판 및 제1 위상 지연판으로 구성된 막을 나타내고; 제6 행 및 제7 행은 각각 제1 렌즈(10)의 제1 광학면(E1) 및 제2 광학면(E2)에 대응하는 데이터를 나타내고, 제1 광학면(E1) 및 제2 광학면(E2)의 곡률 반경은 모두 무한대이고, 제1 렌즈(10)의 두께는 2mm(즉, 제1 광학면(E1)과 제2 광학면(E2) 사이의 거리 및 제6 행의 두께 값)이며, 재료는 H-LAK5A이고; 제8 행 및 제9 행은 각각 제2 렌즈(20)의 제3 광학면(E3) 및 제4 광학면(E4)에 대응하는 데이터를 나타내고, 제3 광학면(E3)의 곡률 반경은 무한대이며, 제4 광학면(E4)의 곡률 반경은 무한대이고, 제2 렌즈(20)의 두께는 1.5mm (즉, 제3 광학면(E3)과 제4 광학면(E4) 사이의 거리 및 제8 행의 두께 값)이고, 재료는 H-ZF13이며; 제10 행 및 제11 행은 각각 제3 렌즈(30)의 제5 광학면(E5) 및 제6 광학면(E6)에 대응하는 데이터를 나타내고, 제5 광학면(E5) 및 제6 광학면(E6)의 곡률 반경은 각각 -68 및 -66.19397이고, 제3 렌즈(30)의 두께는 2mm(즉, 제5 광학면(E5)과 제6 광학면(E6) 사이의 거리 및 제10 열의 두께 값)이고, 재료는 H-LAK10이다.
제12 행 내지 제25 행은 막, 제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20) 및 제3 렌즈(30) 사이의 광의 반사 및 투과에 관련된 파라미터를 나타내고; 제26 행은 디스플레이 스크린의 액정 층 내의 유리 막을 나타내며, 그 두께는 0.3mm이고, 재료는 BK7이며; 제27 행(IMA)은 광학 시스템의 이미지를 나타낸다.
근거리 광 증폭 모듈의 다른 상응하는 파라미터는 표 2에 도시된 바와 같다.
Figure pct00002
도 5의 MTF 선도로부터, 각 시야에서 0.18보다 큰 평균 세로 좌표(변조 전달 함수)를 갖는 가로 좌표(밀리미터 당 공간 주파수) 값을 얻을 수 있으므로, 도 3의 왜곡 수차 인자가 (-30%, 0)의 범위 내로 제어되고, 도 4의 시야 곡률이 (-10mm, 10mm)의 범위 내로 제어됨으로써, 근거리 광 증폭 모듈의 해상력은 400*400의 해상도를 지원할 수 있으며, 즉, 제3 렌즈의 반사면-포함 초점 거리가 1F이고 초점 거리(fS6)가 1F일 때, 모듈은 큰 광 증폭 효과를 얻으면서 전체 두께를 얇게 유지할 수 있어 모듈이 소형 VR 기기에 적용될 수 있으며, VR 기기는 100°의 넓은 시야각, 9mm의 큰 아이박스, 800*800의 스크린 해상도로 고품질의 이미징 효과를 구현할 수 있으므로 더 나은 사용자 경험을 구현할 수 있다.
실시 예 2
도 6에 도시된 바와 같이, 근거리 광 증폭 모듈에서, 제3 렌즈(30)의 반사면-포함 초점 거리(f3)는 1.37F(F는 시스템 초점 거리이다)로 설계된다.
제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20) 및 제3 렌즈(30)의 구체적인 설계 파라미터는 표 3에 나타낸 바와 같다.
Figure pct00003
표 3에서, 제1 행(OBJ)은 물체 평면과 관련된 설계 파라미터를 나타내고; 제3 행(ST0)은 개구가 9mm인 광학 시스템의 다이아프램을 나타내고; 제4 행 및 제5 행은 유형이 STANDARD(표준 평면)이고, 재료가 BK7이고, 직경이 26.09264mm이고 비구면 계수는 0인 광학 모듈 내의 반사 편광판 및 제1 위상 지연판으로 구성된 막을 나타내고; 제6 행 및 제7 행은 각각 제1 렌즈(10)의 제1 광학면(E1) 및 제2 광학면(E2)에 대응하는 데이터를 나타내고, 제1 광학면(E1) 및 제2 광학면(E2)의 곡률 반경은 각각 무한대 및 -89.75873이고, 제1 렌즈(10)의 두께는 2mm(즉, 제1 광학면(E1)과 제2 광학면(E2) 사이의 거리 및 제6 행의 두께 값)이며, 재료는 H-K9L이고; 제8 행 및 제9 행은 제2 렌즈(20)의 제3 광학면(E3) 및 제4 광학면(E4)에 대응하는 데이터를 나타내고, 제3 광학면(E3) 및 제4 광학면(E4)의 곡률 반경은 각각 84.66267 및 54.38812이고, 제2 렌즈(20)의 두께는 1mm(즉, 제3 광학면(E3)과 제4 광학면(E4) 사이의 거리 및 제8 행의 두께 값)이며, 재료는 H-ZF11이다. 제10 행 및 제11 행은 제3 렌즈(30)의 제5 광학면(E5) 및 제6 광학면(E6)에 대응하는 데이터를 나타내고, 제5 광학면(E5) 및 제6 광학면(E6)의 곡률 반경은 각각 160.6342 및 -54.28037이고, 제3 렌즈(30)의 두께는 4mm(즉, 제5 광학면(E5)과 제6 광학면(E6) 사이의 거리 및 제10 행의 두께 값)이고, 재료는 D-LAK70이다.
제12 행 내지 제25 행은 막, 제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20) 및 제3 렌즈(30) 사이의 광의 반사 및 투과에 관련된 파라미터를 나타내고; 제26 행은 디스플레이 스크린의 액정 층 내의 유리 막을 나타내며, 그 두께는 1mm이고, 재료는 BK7이며; 제27 행(IMA)은 광학 시스템의 이미지를 나타낸다.
근거리 광 증폭 모듈의 다른 상응하는 파라미터는 표 4에 나타낸 바와 같다.
Figure pct00004
도 9의 MTF 선도로부터, 각 시야에서 0.18보다 큰 평균 세로 좌표(변조 전달 함수)를 갖는 가로 좌표(밀리미터 당 공간 주파수) 값을 얻을 수 있고, 도 7의 왜곡 수차 인자가 (-30.5%, 0)의 범위 내로 제어되고, 도 8의 시야 곡률은 (-0.2mm, 0.2mm)의 범위 내로 제어됨으로써, 근거리 광 증폭 모듈의 해상력은 400*400의 해상도를 지원할 수 있고, 즉, 제3 렌즈의 반사면-포함 초점 거리가 1.37F이고 초점 거리(fS6)가 2F일 때, 모듈은 작은 전체 두께를 유지하면서 큰 광학 증폭 효과가 있어, 모듈이 소형 VR 기기에 적용될 수 있으며; 또한, VR 기기는 96°의 넓은 시야각, 7mm의 큰 아이박스, 1800*1800의 스크린 해상도로 고품질 이미징 효과를 구현할 수 있으므로, 향상된 사용자 경험을 실현할 수 있다.
실시 예 3
도 10에 도시된 바와 같이, 근거리 광 증폭 모듈에서, 제3 렌즈(30)의 반사면-포함 초점 거리(f3)는 1.5F(F는 시스템 초점 거리)로 설계된다.
제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20) 및 제3 렌즈(30)의 구체적인 설계 파라미터는 표 5에 나타낸 바와 같다.
Figure pct00005
표 5에서, 제1 행(OBJ)은 물체 평면과 관련된 설계 파라미터를 나타내고; 제3 행(STO)은 개구가 9mm인 광학 시스템의 다이아프램을 나타내고; 제4 행 및 제5 행은 유형이 STANDARD(표준 평면)이고, 재료가 BK7이고, 직경이 30.18156mm이며, 비구면 계수는 0인 광 모듈의 반사 편광판 및 제1 위상 지연판으로 구성된 막을 나타내고; 제6 행 및 제7 행은 각각 제1 렌즈(10)의 제1 광학면(E1) 및 제2 광학면(E2)에 대응하는 데이터를 나타내고, 제1 광학면(E1) 및 제2 광학면(E2)의 곡률 반경은 각각 무한대 및 -126.3604이고, 제1 렌즈(10)의 두께는 4mm(즉, 제1 광학면(E1)과 제2 광학면(E2) 사이의 거리 및 제6 행의 두께 값)이며, 재료는 H-LAK5A이고; 제8 행 및 제9 행은 각각 제2 렌즈(20)의 제3 광학면(E3) 및 제4 광학면(E4)에 대응하는 데이터를 나타내고, 제3 광학면(E3) 및 제4 광학면(E4)의 곡률 반경은 각각 252.9636 및 123.3701이고, 제2 렌즈(20)의 두께는 1.5mm(즉, 제3 광학면(E3)과 제4 광학면(E4) 사이의 거리 및 제8 행의 두께 값)이고, 재료는 H-ZF13이다. 제10 행 및 제11 행은 각각 제3 렌즈(30)의 제5 광학면(E5) 및 제6 광학면(E6)에 대응하는 데이터를 나타내고, 제5 광학면(E5) 및 제6 광학면(E6)의 곡률 반경은 각각 269.2846 및 -101.0977이며, 제3 렌즈(30)의 두께는 5.5mm(즉, 제5 광학면(E5)과 제6 광학면(E6) 사이의 거리 및 제10 행의 두께 값)이고, 재료는 H-LAK10이다.
제12 행 내지 제25 행은 막, 제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20) 및 제3 렌즈(30) 사이의 광의 반사 및 투과의 관련 파라미터를 나타낸다. 제26 행은 디스플레이 스크린의 액정 층에서의 유리 막을 나타내고, 이것의 두께는 0.3mm이고, 재료는 BK7이다. 제27 행(IMA)은 광학 시스템의 이미지를 나타낸다.
근거리 광 증폭 모듈의 다른 상응하는 파라미터는 표 6에 도시된 바와 같다.
Figure pct00006
도 13의 MTF 선도로부터, 각 시야에서 0.18보다 큰 평균 세로 좌표(변조 전달 함수)를 갖는 가로 좌표(밀리미터 당 공간 주파수) 값을 얻을 수 있고, 도 11의 왜곡 수차 인자는 (-34%, 0)의 범위 내로 제어되고, 도 12의 시야 곡률은 (-0.2㎜, 0.2㎜)의 범위로 제어 됨으로써, 근거리 광 증폭 모듈의 해상력은 400*400의 해상도를 지원할 수 있다. 즉, 제3 렌즈의 반사면-포함 초점 거리가 1.5F, 초점 거리(fS6)는 2.1F일 때, 모듈은 큰 광 증폭 효과를 얻으면서 전체 두께를 얇게 유지할 수 있어 모듈이 소형 VR 기기에 적용될 수 있으며; 또한, VR 기기는 100°의 넓은 시야각, 9mm의 큰 아이박스, 4000*4000의 스크린 해상도로 고품질의 이미징 효과를 구현할 수 있으므로 더 나은 사용자 경험을 구현할 수 있다.
실시 예 4
도 14에 도시된 바와 같이, 근거리 광 증폭 모듈에서, 제3 렌즈(30)의 반사면-포함 초점 거리(f3)는 2F(F는 시스템 초점 거리)로 설계된다.
제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20) 및 제3 렌즈(30)의 구체적인 설계 파라미터는 표 7에 나타낸 바와 같다.
Figure pct00007
표 7에서, 제1 행(OBJ)은 물체 평면과 관련된 설계 파라미터를 나타내고; 제3 행(ST0)은 개구가 9mm인 광학 시스템의 다이아프램을 나타내고; 제4 행 및 제5 행은 유형이 STANDARD(표준 평면)이고, 재료가 BK7이고, 직경이 30.18156mm이고, 비구면 계수는 0인 광 모듈의 반사 편광판 및 제1 위상 지연판으로 구성된 막을 나타내며; 제6 행 및 제7 행은 각각 제1 렌즈(10)의 제1 광학면(E1) 및 제2 광학면(E2)에 대응하는 데이터를 나타내고, 제1 광학면(E1) 및 제2 광학면(E2)의 곡률 반경은 각각 무한 평면 및 -90.62525이고, 제1 렌즈(10)의 두께는 6mm(즉, 제1 광학면(E1)과 제2 광학면(E2) 사이의 거리 및 제6 행의 두께 값)이며, 재료는 H-LAK5A이고; 제8 행 및 제9 행은 각각 제2 렌즈(20)의 제3 광학면(E3) 및 제4 광학면(E4)에 대응하는 데이터를 나타내고, 제3 광학면(E3) 및 제4 광학면(E4)의 곡률 반경은 각각 99 및 84.62125이며, 제2 렌즈(20)의 두께는 1.5mm(즉, 제3 광학면(E3)과 제4 광학면(E4) 사이의 거리 및 제8 행의 두께 값)이고, 재료는 H-ZF13이다. 제10 행 및 제11 행은 각각 제3 렌즈(30)의 제5 광학면(E5) 및 제6 광학면(E6)에 대응하는 데이터를 나타내고, 제5 광학면(E5) 및 제6 광학면(E6)의 곡률 반경은 각각 무한대 및 -160이며, 제3 렌즈(30)의 두께는 4mm(즉, 제5 광학면(E5)과 제6 광학면(E6) 사이의 거리 및 제10 행의 두께 값)이고, 재료는 H-LAK10이다.
제12 행 내지 제25 행은 막, 제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20) 및 제3 렌즈(30) 사이의 광의 반사 및 투과의 관련 파라미터를 나타낸다. 제26 행은 디스플레이 스크린의 액정 층에서 유리 막을 나타내고, 이것의 두께는 0.3mm이고 재료가 BK7 이며; 제27 행(IMA)은 광학 시스템의 이미지를 나타낸다.
근거리 광 증폭 모듈의 다른 상응하는 파라미터는 표 8에 나타낸 바와 같다.
Figure pct00008
도 17의 MTF 선도로부터, 각각의 시야에서 0.18보다 큰 평균 세로 좌표(변조 전달 함수)를 갖는 가로 좌표(밀리미터 당 공간 주파수) 값을 얻을 수 있고, 도 15의 왜곡 수차 인자가 (-33.6%, 0)의 범위 내로 제어되고, 도 16의 시야 곡률을 (-2mm, 2mm)의 범위 내로 제어함으로써, 근거리 광 증폭 모듈의 해상력이 400*400의 해상도를 지원할 수 있다. 즉, 제3 렌즈의 반사면-포함 초점 거리가 2F, 초점 거리(fS6)가 2.67F일 때, 모듈은 큰 광 증폭 효과를 얻으면서 전체 두께를 얇게 유지할 수 있어 모듈이 소형 VR 기기에 적용될 수 있으며; 또한, VR 기기는 100°의 넓은 시야각, 9mm의 큰 아이박스, 1200*1200의 스크린 해상도로 고품질의 이미징 효과를 구현할 수 있으므로 더 나은 사용자 경험을 구현할 수 있다. 또한, 제3 렌즈의 반사면-포함 초점 거리가 2F일 때, 초점 거리(fS6)는 2.67F로 설정될 필요가 없다는 점을 지적 할 필요가 있다. 상기 모든 기술적 과제는 제1 렌즈의 초점 거리 및/또는 제2 렌즈의 초점 거리를 조정하고 fS6을 1F~5F의 범위로 유지함으로써 여전히 실현될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "제1"및 "제2"와 같은 서수 형용사는 단지 하나의 엔티티 또는 연산을 다른 엔티티 또는 연산과 구별하기 위해 사용되는 것으로, 이들 엔티티 또는 연산이 반드시 관계가 있거나 주어진 순서대로 존재해야 하는 것을 의미하거나 필요로 하지 않는다. 또한, "포함하다" 또는 "포함한다" 또는 임의의 다른 변형은 비 배타적인 포함을 포함하도록 의도되므로 일련의 필수 요소를 포함한다고 언급된 프로세스, 방법, 물체 또는 장치는 이러한 필수적 요소를 포함할 뿐만 아니라 그러한 프로세스, 방법, 물체 또는 장치에 내재하는 구체적 또는 필수 요소로 나열되지 않은 기타 필수 요소도 포함된다. 다른 제한이 없는 경우, "~을 포함한다"라는 문장에 의해 정의된 필수 요소는 상기 필수 요소를 포함하는 프로세스, 방법, 물체 또는 장치에 추가의 유사한 필수 요소가 존재할 수 있다는 것을 배제하지 않는다.
상기 설명은 단지 본 발명의 몇몇 특정 실시 예들을 나타내므로 당업자가 본 발명을 이해하거나 구현할 수 있다. 이들 실시 예들에 대한 다양한 변형은 당업자에게 자명하다. 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리는 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 실시 예들에서 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 설명된 실시 예들에 제한되지 않을 것이며; 대신에, 본 발명은 여기에 개시된 원리 및 신규한 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 따른다.
상기 설명은 본 발명의 몇몇 특정 실시 예만을 도시한다. 본 발명의 원리를 벗어나지 않고 다양한 개선 및 변형이 이루어질 수 있으며, 이러한 모든 개선 및 변형은 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 해석되어야 함을 지적해야 한다.

Claims (16)

  1. 근거리 광 증폭 모듈로서,
    순차적으로 이미지 측으로부터 물체 측으로: 반사 편광판, 제1 위상 지연판, 제3 렌즈 및 제2 위상 지연판을 포함하고,
    상기 근거리 광 증폭 모듈은 상기 반사 편광판, 상기 제1 위상 지연판, 상기 제3 렌즈 및 상기 제2 위상 지연판 중 어느 하나의 양 쪽에 위치하는 제1 렌즈, 및 상기 반사 편광판, 상기 제1 위상 지연판, 상기 제3 렌즈 및 상기 제2 위상 지연판 중 어느 하나의 양 쪽에 위치하는 제2 렌즈를 더 포함하고,
    상기 제3 렌즈에서, 상기 제2 위상 지연판에 인접한 광학면은 반투과 광학면이고,
    상기 제3 렌즈의 제1 초점 거리(f3)는 1F≤f3≤2F의 조건을 만족하고, 여기서 F는 상기 근거리 광 증폭 모듈의 초점 거리인, 근거리 광 증폭 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈의 제1 초점 거리(f3)는 1.5F≤f3≤2F의 조건을 만족하는, 근거리 광 증폭 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반투과 광학면의 초점 거리(fS6)는 1.5F≤fS6≤5F의 조건을 만족하는, 근거리 광 증폭 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 렌즈에서, 상기 제2 렌즈에 인접한 광학면의 초점 거리(fS5)는 |fS5|≥2F의 조건을 만족하는, 근거리 광 증폭 모듈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈로 구성되는 광학 시스템의 초점 거리(F)는 10mm≤F≤32mm의 조건을 만족하는, 근거리 광 증폭 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈의 초점 거리(f2)는 2F≤-f2의 조건을 만족하는, 근거리 광 증폭 모듈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈에서, 상기 제1 렌즈에 인접한 광학면의 초점 거리(fS3)는 |fS3|≥2F의 조건을 만족하는, 근거리 광 증폭 모듈.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈에서, 상기 제3 렌즈에 인접하는 광학면의 초점 거리(fS4)는 |fS4|≥2F의 조건을 만족하는, 근거리 광 증폭 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 초점 거리(f1)는 4F≤f1의 조건을 만족하는, 근거리 광 증폭 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈에서, 상기 제2 렌즈에 인접한 광학면의 초점 거리(fS2)는 상기 제1 렌즈의 초점 거리(f1)와 동일한, 근거리 광 증폭 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 측에 가장 인접한 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈 또는 상기 제3 렌즈의 광학면과 상기 물체 측의 스크린 면 사이의 거리는 8mm~30mm인, 근거리 광 증폭 모듈.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈, 음의 상기 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈를 통한 촬상에 참여하는 광이 통과하는 개구(D)는 0.3F≤D≤0.6F의 조건을 만족하는, 근거리 광 증폭 모듈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 측에 가장 인접한 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈 또는 상기 제3 렌즈의 광학면과 인간의 눈 사이의 거리는 5~10mm인, 근거리 광 증폭 모듈.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 근거리 광 증폭 모듈을 포함하는 안경으로서,
    상기 안경은 상기 근거리 광 증폭 모듈과 동축 또는 비동축으로 설치된 디스플레이 스크린을 더 포함하는, 안경.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 근거리 광 증폭 모듈을 포함하는 헬멧으로서,
    상기 헬멧은 상기 근거리 광 증폭 모듈과 동축 또는 비동축으로 설치된 디스플레이 스크린을 더 포함하는, 헬멧.
  16. 제14항에 따른 안경 또는 제15항에 따른 헬멧을 포함하는, VR 시스템.
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