(57)【要約】      （修正有）【課題】光学レンズの各レンズの屈折率及びアッベ数を標準化し、最適な実視野を有するヘッドマウントディスプレイ及びその光学レンズを提供する。【解決手段】発光ユニット１３と、表示素子１２と、プリズム１５と、光学レンズ１４とを備える。光学レンズ１４は表示素子１２が表示する映像画面を外に向けて投射させる。なお、光学レンズ１４は、第一レンズと、第二レンズと、第三レンズと、第四レンズとを更に備え、且つ、第一レンズ、第二レンズ、第三レンズ、及び第四レンズの内の少なくとも２つは同じ屈折率及び同じアッベ数を有する。【選択図】図２
0003199148.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
映像画面を表示する表示素子と、
ビームを提供する発光ユニットと、
光学レンズと、
前記表示素子、前記発光ユニット、及び前記光学レンズの間に設置され、前記発光ユニットが提供する前記ビームがそれを経由した後に前記表示素子まで伝送されて反射し、且つ反射後の前記ビームがそれを経由した後に前記光学レンズまで伝送され、前記光学レンズが受光した前記ビームは外に向けて出力され、前記映像画面に表示されるプリズムとを備え、
ここでは、前記光学レンズは光軸方向に沿って順に第一レンズと、第二レンズと、第三レンズと、第四レンズとを具備し、且つ前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズの内の少なくとも２つは同じ屈折率及び同じアッベ数(Abbe  Number)を有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【請求項２】
前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズの内の前記少なくとも２つの前記屈折率はＩであり、且つ1.5＜Ｉ＜1.6の条件を満たすことを特徴とする、請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項３】
前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズの内の前記少なくとも２つの前記アッベ数はＶであり、且つ50＜Ｖ＜60の条件を満たすことを特徴とする、請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
前記第一レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズは同じ前記屈折率及び同じ前記アッベ数を有することを特徴とする、請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項５】
前記第一レンズ、第三レンズ、及び前記第四レンズは正の屈折力を有し、而前記第二レンズは負の屈折力を有することを特徴とする、請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項６】
前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズは共に非球面レンズであることを特徴とする、請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項７】
前記表示素子は反射型液晶パネル(LCOS)或いはデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)であることを特徴とする、請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項８】
前記プリズムは偏光ビームスプリッタ−(PBS)或いは内部全反射プリズム(TIR)であることを特徴とする、請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項９】
ヘッドマウントディスプレイに応用される光学レンズであって、
正の屈折力を有する第一レンズと、
負の屈折力を有する第二レンズと、
正の屈折力を有する第三レンズと、
正の屈折力を有する第四レンズとを光軸方向に沿って順に備え、
ここでは、前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズの内の少なくとも２つは同じ屈折率及び同じアッベ数を有することを特徴とする光学レンズ。
【請求項１０】
前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズの内の前記少なくとも２つの前記屈折率はＩであり、且つ1.5＜Ｉ＜1.6の条件を満たすことを特徴とする、請求項９記載の光学レンズ。
【請求項１１】
前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズの内の前記少なくとも２つの前記アッベ数はＶであり、且つ50＜Ｖ＜60の条件を満たすことを特徴とする、請求項９記載の光学レンズ。
【請求項１２】
前記第一レンズ、第三レンズ、及び前記第四レンズは同じ前記屈折率及び同じ前記アッベ数を有することを特徴とする、請求項９記載の光学レンズ。
【請求項１３】
前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズは共に非球面レンズであることを特徴とする、請求項９記載の光学レンズ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、ヘッドマウントディスプレイ及びその光学レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
科学技術の日進月歩の発展により、人々の情報やマルチメディアでの映像情報に対する需要が高まっている。通常は視覚或いは聴覚を使って情報を認識するが、一般的なマルチメディアプレーヤー、インターネット通信機器、パソコン等ではＬＣＤ或いはＬＥＤ等の表示器を使用して取得した映像を表示する。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した従来の表示技術では、表示される映像の画素及び大きさが表示器のサイズ及び機能に制限されてしまい、また、視覚効果も欠けており、長時間使用すると眼精疲労を引き起こした。このため、市場にはヘッドマウントディスプレイ(Head−Mounted  Display、以下略称HMD)が登場した。ヘッドマウントディスプレイは立体視覚表示を可能にする光学製品であり、両目の視差を利用した立体効果を有する映像データが、両目の前方に順に設置される表示器及び光学レンズを通して両目まで伝送され、立体的で大サイズの映像を表示させる。ヘッドマウントディスプレイは通常、拡張現実(augmented  reality、  AR)システム或いはバーチャルリアリティ(virtual  reality、  VR)システムに応用され、且つ使用者の移動に追随して入力装置として使用されて使用者の反応を入力し、使用者の頭部に被せられたヘッドマウントディスプレイを通して画像や文字をも使用者が観察する映像上に加えることもでき、バーチャルリアリティや拡張現実の効果を達成させる。
【０００４】
なお、バーチャルリアリティや拡張現実の効果を最適化させるためには、ヘッドマウントディスプレイが提供する使用者の観察可能な視野の範囲が極めて重要である。故に、ヘッドマウントディスプレイの光学レンズを如何に適切な実視野(Field  of  View、  FOV)を有するようにできるかが、本技術分野の技術者が開発に尽力している課題であった。
【０００５】
そこで、本考案者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本考案の提案に到った。
【０００６】
本考案は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ヘッドマウントディスプレイを提供することを主目的とする。即ち、光学レンズの各レンズの屈折率及びアッベ数を標準化し、ヘッドマウントディスプレイが最適な実視野を有するようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本考案に係るヘッドマウントディスプレイは、映像画面を表示する表示素子と、ビームを提供する発光ユニットと、光学レンズと、
前記表示素子、前記発光ユニット、及び前記光学レンズの間に設置され、前記発光ユニットが提供する前記ビームがそれを経由した後に前記表示素子まで伝送されて反射し、且つ反射後の前記ビームがそれを経由した後に前記光学レンズまで伝送され、前記光学レンズが受光した前記ビームは外に向けて出力され、前記映像画面に表示されるプリズムとを備え、ここでは、前記光学レンズは光軸方向に沿って順に第一レンズと、第二レンズと、第三レンズと、第四レンズとを具備し、且つ前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズの内の少なくとも２つは同じ屈折率及び同じアッベ数(Abbe  Number)を有することを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズの内の前記少なくとも２つの前記屈折率はＩであり、且つ1.5＜Ｉ＜1.6の条件を満たす。
【０００９】
好ましくは、前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズの内の前記少なくとも２つの前記アッベ数はＶであり、且つ50＜Ｖ＜60の条件を満たす。
【００１０】
好ましくは、前記第一レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズは同じ前記屈折率及び同じ前記アッベ数を有する。
【００１１】
好ましくは、前記第一レンズ、第三レンズ、及び前記第四レンズは正の屈折力を有し、而前記第二レンズは負の屈折力を有する。
【００１２】
好ましくは、前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズは共に非球面レンズである。
【００１３】
好ましくは、前記表示素子は反射型液晶パネル(LCOS)或いはデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)である。
【００１４】
好ましくは、前記プリズムは偏光ビームスプリッタ−(PBS)或いは内部全反射プリズム(TIR)である。
【００１５】
また、本考案の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの光学レンズは、
正の屈折力を有する第一レンズと、負の屈折力を有する第二レンズと、
正の屈折力を有する第三レンズと、正の屈折力を有する第四レンズとを光軸方向に沿って順に備え、ここでは、前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズの内の少なくとも２つは同じ屈折率及び同じアッベ数を有する。
【００１６】
好ましくは、前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズの内の前記少なくとも２つの前記屈折率はＩであり、且つ1.5＜Ｉ＜1.6の条件を満たす。
【００１７】
好ましくは、前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズの内の前記少なくとも２つの前記アッベ数はＶであり、且つ50＜Ｖ＜60の条件を満たす。
【００１８】
好ましくは、前記第一レンズ、第三レンズ、及び前記第四レンズは同じ前記屈折率及び同じ前記アッベ数を有する。
【００１９】
好ましくは、前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、及び前記第四レンズは共に非球面レンズである。
【考案の効果】
【００２０】
本考案によれば、ヘッドマウントディスプレイの光学レンズの最適な実視野が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本考案の一実施形態によるヘッドマウントディスプレイを示す外観斜視図である。
【図２】図１に示すヘッドマウントディスプレイの内部構成を示す概念図である。
【考案を実施するための形態】
【００２２】
本考案における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、実用新案登録請求の範囲に記載された本考案の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本考案の必須要件であるとは限らない。
【００２３】
＜第１実施形態＞
以下、本考案の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本考案の一実施形態によるヘッドマウントディスプレイを示す外観斜視図である。図２は図１に示すヘッドマウントディスプレイの内部構成を示す概念図である。ヘッドマウントディスプレイ１は、フレーム１１と、フレーム１１内に設置される表示素子１２と、発光ユニット１３と、光学レンズ１４と、プリズム１５とを備える。フレーム１１は使用者の頭部に懸装され、使用者が両目２で観察する。発光ユニット１３はビームＬを映像画面が表示される表示素子１２に提供し、プリズム１５は表示素子１２と、発光ユニット１３と、光学レンズ１４との間に設置され、発光ユニット１３が提供するビームＬはプリズム１５を経由した後に表示素子１２の方向に向かうと共に反射され、且つ反射後のビームＬは再びプリズム１５を経由した後に光学レンズ１４の方向に向かう。最後に、光学レンズ１４が受光したビームＬが外に向けて出力され、映像画面が拡大されて使用者の両目２に表示される。
【００２４】
好ましくは、表示素子１２は反射型液晶パネル(LCOS)であり、且つプリズム１５は偏光ビームスプリッタ−(PBS)である。但し、これらに限定されず、例えば、表示素子１２がデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)で、且つプリズム１５が内部全反射プリズム(TIR)であってもよい。
【００２５】
さらに、光学レンズ１４は光軸１４９の方向に沿って正の屈折力を有する第一レンズ１４１と、負の屈折力を有する第二レンズ１４２と、正の屈折力を有する第三レンズ１４３と、正の屈折力を有する第四レンズ１４４とを順に備える。第一レンズ１４１、第二レンズ１４２、第三レンズ１４３、及び第四レンズ１４４は共に非球面レンズであり、非球面の曲線の方程式は：
【数１】
0003199148.tif 000003
となる。また、Ｚは非球面の回転対称軸であり、ｃは頂点曲率であり、ｒは頂点曲率半径であり、ｋは円錐係数であり、
α４〜α1４は各表面の第４〜１４階係数である。
【００２６】
なお、好ましい実施態様では、第一レンズ１４１の第一表面Ｓ１及び第二表面Ｓ２、第二レンズ１４２の第一表面Ｓ３及び第二表面Ｓ４、第三レンズ１４３の第一表面Ｓ５及び第二表面Ｓ６、第四レンズ１４４の第一表面Ｓ７及び第二表面Ｓ８の非球面係数は以下の表１に示す。
【表１】
0003199148.tif 000004
【００２７】
本考案に係る光学レンズ１４の第一レンズ１４１、第二レンズ１４２、第三レンズ１４３、及び第四レンズ１４４の内の少なくとも２つは同じ屈折率Ｉを有し、且つ前記同じ屈折率Ｉは以下の焦点距離の条件を満たす：
1.5＜Ｉ＜1.6；また、第一レンズ１４１、第二レンズ１４２、第三レンズ１４３、及び第四レンズ１４４の内の少なくとも２つは同じアッベ数Ｖを有し、且つ前記同じアッベ数Ｖは以下の焦点距離の条件を満たす：50＜Ｖ＜60。
【００２８】
表２は図２に示す光学レンズ１４の好ましい実施形態の光学データ表である。
【表２】
0003199148.tif 000005
【００２９】
好ましい本実施態様において、光学レンズ１４の第一レンズ１４１、第三レンズ１４３、及び第四レンズ１４４は同じ屈折率Ｉ及び同じアッベ数Ｖを有し、且つ前記同じ屈折率Ｉ＝１．５３１１６であり、前記同じアッベ数Ｖ＝５６．０４３８である。光学レンズ１４の全体の焦点距離＝１８．５２５６ｍｍであり、絞り値＝４．６２２２であり、実視野＝３６度である。
【００３０】
従って、本明細書に開示された実施例は、本考案を限定するものではなく、説明するためのものであり、このような実施例によって本考案の思想と範囲が限定されるものではない。本考案の範囲は実用新案登録請求の範囲により解釈すべきであり、それと同等の範囲内にある全ての技術は、本考案の権利範囲に含まれるものと解釈すべきである。
【符号の説明】
【００３１】
１  ヘッドマウントディスプレイ
２  両目
１１  フレーム
１２  表示素子
１３  発光ユニット
１４  光学レンズ
１５  プリズム
１４１  第一レンズ
１４２  第二レンズ
１４３  第三レンズ
１４４  第四レンズ
１４９  光軸
Ｌ  ビーム
Ｓ１  第一レンズの第一表面
Ｓ２  第一レンズレンズの第二表面
Ｓ３  第二レンズの第一表面
Ｓ４  第二レンズレンズの第二表面
Ｓ５  第三レンズの第一表面
Ｓ６  第三レンズレンズの第二表面
Ｓ７  第四レンズの第一表面
Ｓ８  第四レンズレンズの第二表面
【図１】
0003199148.tif 000006
【図２】
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