(57)【要約】      （修正有）【課題】結像品質が良く、組み立てが便利であり、製造プロセスが簡単であるなどの利点を有する接眼表示装置を提供する。【解決手段】接眼表示装置は表示器及びレンズ素子を含む。表示器は出光面を有する。レンズ素子は表示器の出光面の前方に位置する。レンズ素子はN個の環状レンズアレイを含み、Nは1よりも大きい正整数であり、N個の環状レンズアレイは中心軸を有する。N個の環状レンズアレイの各々は複数のレンズユニットを含む。同一環状レンズアレイ中の複数のレンズユニットの任意の隣接する２つの間には段差がない。第i個目の環状レンズアレイでは、複数のレンズユニットの総数は複数のレンズユニットの少なくとも１つの位置に関連し、複数のレンズユニットの総数は複数のレンズユニットのピッチに関連し、i=1〜Nである。本発明の接眼表示装置は、結像品質が良く、組み立てが便利であり、製造プロセスが簡単であるなどの利点を有する。【選択図】図２Ａ
2019053296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接眼表示装置であって、
出光面を有する表示器；及び
前記表示器の前記出光面の前方に位置し、且つN個の環状レンズアレイを含むレンズ素子であって、Nは、1よりも大きい正整数であり、前記N個の環状レンズアレイは、中心軸を有し、前記N個の環状レンズアレイの各々は、複数のレンズユニットを含む、レンズ素子を含み、
同一環状レンズアレイに位置する前記複数のレンズユニットの任意の隣接する２つの間には、段差がなく、
第i個目の環状レンズアレイでは、前記複数のレンズユニットの総数は、前記複数のレンズユニットのうちの少なくとも１つの位置に関連し、前記複数のレンズユニットの総数は、前記複数のレンズユニットのピッチに関連し、i=1〜Nである、接眼表示装置。
【請求項２】
請求項1に記載の接眼表示装置であって、
前記N個の環状レンズアレイの各々は、
【数１】
2019053296.tif 000014
を満足し、
Tは、第i個目の環状レンズアレイ中の前記複数のレンズユニットの総数であり、
Int()は、整数を取るための関数であり、
ｈは、第i個目の環状レンズアレイ中の前記複数のレンズユニットのうちの任意の１つの中心位置と、前記中心軸との間の距離であり、
Pは、第i個目の環状レンズアレイ中の前記複数のレンズユニットのピッチである、接眼表示装置。
【請求項３】
請求項2に記載の接眼表示装置であって、
Tは、iが増加するにつれて増加する、接眼表示装置。
【請求項４】
請求項1に記載の接眼表示装置であって、
前記複数のレンズユニットの各々は、光軸を有し、前記複数のレンズユニットの各々の前記光軸は、前記中心軸を離れる方向に傾斜し、同一環状レンズアレイに位置する前記複数のレンズユニットの各々の前記光軸の傾斜角度は同じであり、
前記レンズユニットと前記中心軸との距離が大きいほど、前記レンズユニットの前記光軸の前記傾斜角度は大きくなる、接眼表示装置。
【請求項５】
請求項1に記載の接眼表示装置であって、
前記N個の環状レンズアレイの前記複数のレンズユニットの各々は、内表面及び外表面を有し、前記内表面面は、前記表示器に面し、前記外表面は、前記内表面に対向し、
前記N個の環状レンズアレイの前記複数のレンズユニットの前記外表面は、段差がない曲面を共同形成し、前記N個の環状レンズアレイの前記複数のレンズユニットの前記内表面は、前記レンズ素子の円周方向上で段差がなく、且つ前記N個の環状レンズアレイの前記複数のレンズユニットの前記内表面は、前記レンズ素子の径方向上で段差がある、接眼表示装置。
【請求項６】
請求項1に記載の接眼表示装置であって、
前記N個の環状レンズアレイの前記複数のレンズユニットの各々は、内表面及び外表面を有し、前記内表面は、前記表示器に面し、前記外表面は、前記内表面に対向し、前記内表面及び前記外表面は、すべて、非球面である、接眼表示装置。
【請求項７】
請求項1に記載の接眼表示装置であって、
前記N個の環状レンズアレイの前記複数のレンズユニットの各々は、四辺形であり、前記四辺形は、２つの劣弧及び２つの直線からなる、接眼表示装置。
【請求項８】
請求項1に記載の接眼表示装置であって、
前記レンズ素子は、中心レンズを含み、前記中心レンズは、前記N個の環状レンズアレイにより取り囲まれ、
前記中心軸は、前記中心レンズの中心を貫通し、前記中心レンズの光軸は、前記中心軸に平行である、接眼表示装置。
【請求項９】
請求項1に記載の接眼表示装置であって、
前記表示器は、有機発光ダイオード表示器、LCOS表示器、液晶表示器、マイクロ発光ダイオード表示器、発光ダイオード表示器又はデジタルマイクロミラー表示器を含む、接眼表示装置。
【請求項１０】
請求項1に記載の接眼表示装置であって、
前記レンズ素子と前記表示器との間の距離は、前記レンズ素子の有効焦点距離よりも小さい、接眼表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に関し、特に、接眼表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
接眼表示装置は、ライトフィールド（Light  Field）技術を利用する表示装置であり、それは、通常、表示器、及び、直交したX方向及びY方向に沿って配列されるXYレンズアレイ（Lens  Array）を含む。XYレンズアレイは、表示器の前方に配置され、表示器上での複数のサブ映像（Elemental  image）を使用者の目に伝播させ、使用者が遠方（表示器の後方）で複数のサブ映像からなる１つの完全な虚像を見ることができるようにさせる。接眼表示装置では、レンズアレイが虚像の結像品質に影響を与えるため、レンズアレイの光学設計と製造、及び、レンズアレイと表示器の組み立ては、とても重要である。
【０００３】
なお、この“背景技術”の部分が、本発明の内容への理解を助けるためだけのものであるため、この“背景技術”の部分に開示されている内容は、当業者に知られていない技術を含む可能性がある。よって、この“背景技術”の部分に開示されている内容は、該内容、又は、本発明の１つ又は複数の実施例が解決しようとする課題が本発明出願前に既に当業者に周知されていることを意味しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、結像品質が良く、組み立てが便利であり、製造プロセスが簡単であるなどの利点を有する接眼表示装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的及び利点は、本発明に開示されている技術的特徴からさらに理解することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の１つ又は部分又は全部の目的或いは他の目的を達成するために、本発明の実施例によれば、接眼表示装置が提供され、それは、表示器及びレンズ素子を含む。表示器は、出光面を有する。レンズ素子は、表示器の出光面の前方に位置する。レンズ素子は、N個の環状レンズアレイを含み、そのうち、Nは、1よりも大きい正整数であり、且つN個の環状レンズアレイは、中心軸を有する。N個の環状レンズアレイの各々は、複数のレンズユニットを含む。同一環状レンズアレイに位置する複数のレンズユニットのうちの任意の隣接する２つの間には段差がない。第i個目の環状レンズアレイでは、複数のレンズユニットの総数は、複数のレンズユニットのうちの少なくとも１つの位置に関連し、且つ複数のレンズユニットの総数は、複数のレンズユニットのピッチに関連し、i=1〜Nである。
【０００７】
上述により、本発明の実施例は、少なくとも、以下の１つの利点又は機能・効果を有する。即ち、本発明の実施例の接眼表示装置では、環状レンズアレイが、XYレンズアレイに比べ、より容易に表示器にアラインメントすること、また、同一環状レンズアレイに位置する複数のレンズユニットのうちの任意の隣接する２つの間に段差がない設計により、雑散光及びレンズユニットの有効面積の縮小（又は、有効口径の縮小）による入射光の入光量減少の問題を改善／解決することができるだけでなく、製造プロセスの難しさを軽減することもできる。よって、本発明の実施例による接眼表示装置は、結像品質が良く、組み立てが便利であり、製造プロセスが簡単であるなどの利点を有する。
【０００８】
本発明の上述した特徴及び利点をより明らかにするために、以下、実施例を挙げて添付した図面を参照することにより、詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例による接眼表示装置と使用者の目との関係図である。
【図２Ａ】本発明の実施例による接眼表示装置中のレンズ素子の正面図である。
【図２Ｂ】図2A中の線I-I’に沿った断面図である。
【図２Ｃ】図2A中の線II-II’に沿った断面図である。
【図３Ａ】本発明の実施例による接眼表示装置の表示器が表示する複数のサブ映像を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施例による接眼表示装置を使用する時に生じた虚像を示す図である。
【図４】比較例による接眼表示装置を使用する時に生じた虚像を示す図である。
【図５】本発明のもう１つの実施例による接眼表示装置中のレンズ素子の断面図である。
【図６】図5中のレンズ素子を含む接眼表示装置を使用する時に生じた変調伝達関数（Modulation  Transfer  Function，MTF）曲線図である。
【図７】比較例による接眼表示装置を使用する時に生じた変調伝達関数曲線図である。
【図８】本発明のもう１つの実施例による接眼表示装置中のレンズ素子の断面図である。
【図９】図8中のレンズ素子を含む接眼表示装置を使用する時に生じた変調伝達関数曲線図である。
【図１０】本発明のもう１つの実施例による接眼表示装置中のレンズ素子の断面図である。
【図１１】図10中のレンズ素子を含む接眼表示装置を使用する時に生じた変調伝達関数曲線図である。
【図１２】本発明のもう１つの実施例による接眼表示装置中のレンズ素子の断面図である。
【図１３】図12中のレンズ素子を含む接眼表示装置を使用する時に生じた変調伝達関数曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の上記した及び他の技術的内容、特徴、機能及び効果は、添付した図面に基づく次のような好ましい実施例の詳細な説明により明確になる。なお、次の実施例に言及されている方向についての用語、例えば、上、下、左、右、前又は後などは、添付した図面の方向に過ぎない。よって、使用されている方向の用語は、本発明を説明するためだけのものであり、本発明を限定するためのものではない。
【００１１】
図1は、本発明の実施例による接眼表示装置と使用者の目との関係図である。図2Aは、本発明の実施例による接眼表示装置中のレンズ素子の正面図である。図2B及び図2Cは、それぞれ、図2A中の線I-I’及び線II-II’に沿った断面図である。
【００１２】
図1を参照する。本実施例では、接眼表示装置100が使用者の目（例えば、左目LE及び右目RE）の前方に装着され、また、ライトフィールド技術を用いて表示光束Bを使用者の目に伝播させるために用いられる。本実施例では、接眼表示装置100は、例えば、接眼ライトフィールドディスプレイ（Near-Eye  Light  Field  Display）である。
【００１３】
接眼表示装置100は、表示器110及びレンズ素子120を含む。本実施例では、表示器110は、表示光束Bを提供するために用いられ、且つ表示光束Bは、表示器110の出光面S110から射出する。表示器110は、映像を提供するための任意の表示器、例えば、有機発光ダイオード表示器、LCOS（Liquid  Crystal  On  Silicon，LCOS）表示器、液晶表示器（Liquid  Crystal  Display，LCD）、マイクロ発光ダイオード（Micro  LED）表示器、発光ダイオード（LED）表示器又はデジタルマイクロミラーデバイス（Digital  Micro-mirror  Devices，DMD）を含んでも良いが、本発明は、これに限定されない。本実施例では、レンズ素子120は、表示器110の出光面S110の前方に位置し、且つ表示光束Bの伝播路径に位置する。また、本実施例では、レンズ素子120と表示器110との間の距離Dがレンズ素子120の有効焦点距離よりも小さく、これにより、使用者は、正立拡大虚像を見ることができる。本実施例では、図1に示すように、距離Dは、レンズ素子120の中心から表示器110の出光面S110までの直線距離と定義される。
【００１４】
本実施例では、接眼表示装置100は、２つの表示器110及び２つのレンズ素子120を含むが、本発明は、これに限定されない。本実施例では、２つのレンズ素子120は、それぞれ、２つの表示器110の出光面S110の前方に位置し、そのうち、左目LEの前方に位置するレンズ素子120は、左目LEへの表示光束Bを使用者の左目LEに集め、右目REの前方に位置するレンズ素子120は、右目REへの表示光束Bを使用者の右目REに集めるために用いられる。しかし、表示器110及びレンズ素子120の数量は、実際のニーズに応じて変わっても良いので、図1に示すものに限定されない。例を挙げると、図示されないもう１つの実施例では、接眼表示装置100は、１つのみの表示器を含み、且つ表示器の左半分及び右半分は、それぞれ、左目への映像及び右目への映像を表示しても良いが、本発明は、これに限定されない。或いは、図示されない他の実施例では、接眼表示装置100は、１つの表示器110及び１つのレンズ素子120からなっても良いが、本発明は、これに限定されない。
【００１５】
図2A乃至図2Cを参照する。本実施例では、レンズ素子120は、N個の環状レンズアレイ（Lens  Array）を含み、そのうち、Nは、1よりも大きい正整数である。例を挙げると、図2Aに示すように、本実施例では、レンズ素子120は、環状レンズアレイ121、環状レンズアレイ122、環状レンズアレイ123、環状レンズアレイ124及び環状レンズアレイ125などの５つの環状レンズアレイを含んでも良いが、環状レンズアレイの数量は、ニーズに応じて変わっても良いので、図2Aに示すものに限定されない。本実施例では、環状レンズアレイは、環状のマイクロレンズアレイ（Micro‐Lens  Array，MLA）である。
【００１６】
例を挙げると、環状レンズアレイは、円環状レンズアレイ又は楕円環状レンズアレイであっても良い。図2Aに示すN個（例えば、5個）の環状レンズアレイは、例えば、ともに円環状レンズアレイである。しかし、N個の環状レンズアレイの形状は、ニーズに応じて変わっても良いので、図2Aに示すものに限定されない。
【００１７】
N個の環状レンズアレイは、１つの中心軸CAを有する。具体的には、本実施例では、N個の環状レンズアレイは、１つの中心軸（即ち、中心軸CA）を共用し、且つN個の環状レンズアレイは、例えば、１つのみの中心軸（即ち、中心軸CA）を有する。よって、本実施例では、N個の環状レンズアレイは、ともに中心軸CAを取り囲み、且つN個の環状レンズアレイは、中心軸CAから外へ配列される。より具体的に言えば、本実施例では、各環状レンズアレイは、中心軸CAを取り囲み、且つ第M個目の環状レンズアレイは、第M-1個目の環状レンズアレイを取り囲み、そのうち、M=2〜Nである。本実施例では、環状レンズアレイ121、122、123、124及び125は、中心軸CAを取り囲み、且つ環状レンズアレイ125は、環状レンズアレイ124を取り囲み、環状レンズアレイ124は、環状レンズアレイ123を取り囲み、環状レンズアレイ123は、環状レンズアレイ122を取り囲み、環状レンズアレイ122は、環状レンズアレイ121を取り囲む。本実施例では、N個の環状レンズアレイのうちの隣接する２つの環状レンズアレイは、互いに接続され、即ち、環状レンズアレイ125は、環状レンズアレイ124に接続され、環状レンズアレイ124は、環状レンズアレイ125と環状レンズアレイ123との間に接続され、環状レンズアレイ123は、環状レンズアレイ124と環状レンズアレイ122との間に接続され、環状レンズアレイ122は、環状レンズアレイ123と環状レンズアレイ121との間に接続される。また、本実施例では、レンズ素子120は、中心レンズ126をさらに含む。本実施例では、中心レンズ126は、N個の環状レンズアレイにより取り囲まれ、且つN個の環状レンズアレイの中心軸CAは、中心レンズ126の中心を貫通する。本実施例では、中心レンズ126は、例えば、環状レンズアレイ121、122、123、124及び125により取り囲まれ、環状レンズアレイ121、122、123、124及び125の中心軸CAは、中心レンズ126の中心を貫通する。
【００１８】
本実施例では、各環状レンズアレイ（即ち、N個の環状レンズアレイの各々）は、複数のレンズユニットUを含み、且つ各環状レンズアレイの複数のレンズユニットUは、中心軸CAを中心として一回り取り囲む。より具体的に言えば、本実施例では、図2Aに示すように、各レンズユニットU（即ち、複数のレンズユニットUの各々）は、四辺形であり、且つ前記四辺形は、２つの弧線及び２つの直線からなり、且つ２つの弧線は、例えば、２つの劣弧（minor  arc）である。本実施例の各レンズユニットUでは、２つの直線の延伸線が中心軸CAにおいて交差し、これにより、２つの直線のうちの任意の１つは、２つの劣弧に垂直である。しかし、レンズユニットUの形状は、ニーズに応じて変わっても良いので、図2Aに示すものに限定されない。
【００１９】
本実施例の第i個目の環状レンズアレイでは、複数のレンズユニットUの総数は、複数のレンズユニットUのうちの少なくとも１つの位置に関連し、且つ複数のレンズユニットUの総数は、複数のレンズユニットUのピッチ（pitch）に関連し、i=1〜Nである。本実施例では、上述の「複数のレンズユニットUの総数は、複数のレンズユニットUのうちの少なくとも１つの位置に関する」中の「位置」は、例えば、レンズユニットUの中心位置である。本実施例の同一環状レンズアレイでは、複数のレンズユニットUから中心レンズ126までの距離は同じであり、且つ複数のレンズユニットUと中心軸CAとの間の距離も同じである。例を挙げると、本実施例では、中心レンズ126に最も近い環状レンズアレイ121のうちの全てのレンズユニットUの中心位置と中心軸CAとの間の距離は、1（単位を省略する）と定義され、中心レンズ126に２番目に近い環状レンズアレイ122のうちの全てのレンズユニットUの中心位置と中心軸CAとの間の距離は、2と定義され、中心レンズ126に３番目に近い環状レンズアレイ123のうちの全てのレンズユニットUの中心位置と中心軸CAとの間の距離は、3と定義され、残りの環状レンズアレイは、これに基づいて類推することができる。
【００２０】
本実施例では、各環状レンズアレイ（即ち、N個の環状レンズアレイの各々）の複数のレンズユニットUの総数は、次の式（１）を満足する。
【００２１】
【数１】
2019053296.tif 000003
本実施例では、Tは、第i個目の環状レンズアレイのうちの複数のレンズユニットUの総数である。本実施例では、Int()は、整数を取るための関数である。括号内の計算結果が整数でない時に、この関数は、小数点以下を無条件に切り捨ても良く、四舎五入しても良く、又は、小数点以下を無条件に切り上げても良い。本実施例では、hは、第i個目の環状レンズアレイのうちの複数のレンズユニットUの任意の１つの中心位置と中心軸CAとの間の距離であり、即ち、hは、図2Aに示すように、第i個目の環状レンズアレイのうちの任意の１つのレンズユニットUの中心位置と中心軸CAとの間の距離である。本実施例では、Pは、第i個目の環状レンズアレイのうちの複数のレンズユニットUのピッチである。より具体的に言えば、本実施例の第i個目の環状レンズアレイでは、隣接する２つのレンズユニットUの中心位置は、中心軸CAを円心として円弧（circular  arc）を成すことができ、図2Aに示すように、この円弧の長さ（弧長）は、ピッチPであり、それは、実際のニーズに応じて設定されても良い。本実施例では、図2Aに示すように、T（第i個目の環状レンズアレイのうちの複数のレンズユニットUの総数）は、iの増加に伴って増加する。言い換えると、本実施例では、中心レンズ126を離れるほど、環状レンズアレイのうちの全てのレンズユニットUの総数が多くなり、中心レンズ126に近いほど、環状レンズアレイのうちの全てのレンズユニットUの総数が少なくなる。より詳細に言えば、本実施例では、中心レンズ126に最も遠い環状レンズアレイ125のうちの全てのレンズユニットUの総数が最大であり、中心レンズ126に最も近い環状レンズアレイ121のうちの全てのレンズユニットUの総数が最小であり、中心レンズ126に比較的遠い環状レンズアレイ124のうちの全てのレンズユニットUの総数は、中心レンズ126に比較的近い環状レンズアレイ122のうちの全てのレンズユニットUの総数よりも多く、他は、これに基づいて類推することができる。
【００２２】
本実施例では、各環状レンズアレイ（即ち、N個の環状レンズアレイの複数のレンズユニットUの各々）は、内表面SI及び外表面SOを有し、即ち、環状レンズアレイ121、122、123、124及び125は、ともに、内表面SI及び外表面SOを有する。また、本実施例では、中心レンズ126も、内表面SI及び外表面SOを有する。本実施例では、内表面SIは、表示器110に面し、外表面SOは、内表面SIに対向し、且つ使用者の目に面する。本実施例では、各レンズユニットU及び中心レンズ126の外表面SOは、平面又は曲面であっても良く、且つ前記曲面は、球面又は非球面であっても良い。また、本実施例では、各レンズユニットU及び中心レンズ126の内表面SIは、凸面であっても良く、且つ前記凸面は、球面又は非球面であっても良い。
【００２３】
本実施例では、非球面の公式は、次の式（２）及び式（３）が示す通りである。
【００２４】
【数２】
2019053296.tif 000004
【００２５】
【数３】
2019053296.tif 000005
そのうち、x、y、Zは、それぞれ、レンズ素子120の、x方向X1、y方向X2及び厚さ方向X3上での座標である。Rは、曲率半径である。ｋは、二次曲面定数（conic  constant）である。A、B、C、Dは、非球面係数（aspheric  coefficient）である。
【００２６】
同様に、図2B及び図2C中のレンズ素子の外表面SOは平面であり、内表面SIは凸面である。以下、例を挙げて、平面の外表面SOを有し且つ凸面の内表面SIを有するレンズ素子の関連パラメータの一実施例を表１に示すように説明する。しかし、本発明のレンズ素子の光学パラメータは、ニーズに応じて設計されても良いので、表１に示すパラメータに限定されない。
【００２７】
【表１】
2019053296.tif 000006
表１の実施例では、レンズ素子の環状レンズアレイの個数は、例えば、7であり、そのうち、第１個目の環状レンズアレイ乃至第７個目の環状レンズアレイは、中心レンズ126から外へ配列される。言い換えると、本実施例では、第１個目の環状レンズアレイは、中心レンズ126に最も近く、第７個目の環状レンズアレイは、中心レンズ126に最も遠い。表１では、第一環のレンズユニットとは、第１個目の環状レンズアレイのレンズユニットUを指し、第二環のレンズユニットとは、第２個目の環状レンズアレイのレンズユニットUを指し、他は、これに基づいて類推することができる。また、本実施例では、第一環のレンズユニットU乃至第七環のレンズユニットU及び中心レンズ126の外表面SOの非球面係数A、B、C、D及び傾斜角度θ（後述する）は、ともに、0であり、且つ第一環のレンズユニットU乃至第七環のレンズユニットU及び中心レンズ126の内表面SIの非球面係数Dは、0であるので、省略される。本実施例では、外表面SOの曲率半径Rが無限大（∞）であることは、外表面SOが平面であることを意味する。本実施例では、θとは、レンズユニットUの光軸（後述する）の傾斜角度である。
【００２８】
図2Cの実施例では、各レンズユニットU（即ち、複数のレンズユニットUの各々）及び中心レンズ126は、光軸OAを有し、中心レンズ126の光軸OAは、中心レンズ126の内表面SIの中心を通過し、且つ中心レンズ126の光軸OAは、内表面SIの中心の接面に垂直である。図2Cの実施例では、中心レンズ126の光軸OAは、中心軸CAに平行であり且つ重畳し、各レンズユニットU（即ち、複数のレンズユニットUの各々）の光軸OAは、中心軸CAを離れる方向に傾斜する。本実施例の同一環状レンズアレイでは、各レンズユニットU（即ち、複数のレンズユニットUの各々）の光軸OAの傾斜角度θは、例えば、同じである。他方では、本実施例の異なる環状レンズアレイでは、表１に示すように、レンズユニットUと中心軸CAとの間の距離が遠いほど、レンズユニットUの光軸OAの傾斜角度θは、例えば、大きくなる。本実施例では、外側の環のレンズユニットUの内表面SIの光軸OAの傾斜角度θは、内側の環のレンズユニットUの内表面SIの光軸OAの傾斜角度θよりも大きく、即ち、第七環のレンズユニットUの内表面SIの光軸OAの傾斜角度θは、第六環のレンズユニットUの内表面SIの光軸OAの傾斜角度θよりも大きく、第六環のレンズユニットUの内表面SIの光軸OAの傾斜角度θは、第五環のレンズユニットUの内表面SIの光軸OAの傾斜角度θよりも大きく、他は、これに基づいて類推することができる。
【００２９】
上述の傾斜角度θの設計を用いることで、軸外（Off‐axis）の表示光束を有効に焦点に集めることができ、これにより、生成された虚像のエッジは、より明らかになる。このようにして、明晰且つ完全な虚像を生成し、結像品質を向上させることができる。
【００３０】
しかし、従来のXYレンズアレイが上述の傾斜角度θの外へ増加する（即ち、上述の実施例中の、レンズユニットUと中心軸CAとの距離が大きいほど、光軸OAの傾斜角度θが大きくなる）設計を採用すれば、各レンズユニットとX方向上で隣接するレンズユニットとの間には、段差（高低差）が存在し、且つ各レンズユニットと、Y方向上で隣接するレンズユニットとの間にも、段差が存在する。段差は、加工上で通常、小角度傾斜及び角Rを採用して形成されるが、これは、雑散光及びレンズユニットの有効面積縮小（又は、有効口径縮小）を来すことができるため、入射光の入光量が減少した問題が生じ、結像品質に影響を与えることができる。
【００３１】
これに対して、本実施例では、N個の環状レンズアレイの複数のレンズユニットU及び中心レンズ126の外表面SOは、段差がない平面又は曲面を共同形成することができる。また、本実施例では、N個の環状レンズアレイの複数のレンズユニットU及び中心レンズ126の内表面SIは、レンズ素子120の円周方向上で段差がなく、且つN個の環状レンズアレイの複数のレンズユニットUの内表面SIは、レンズ素子120の径方向上で段差がある。言い換えると、本実施例では、同一環状レンズアレイに位置する任意の隣接する２つのレンズユニットU（即ち、複数のレンズユニットUのうちの任意の隣接する２つ）の間には段差がないが、異なる環状レンズアレイに位置する任意の隣接する２つのレンズユニットU（即ち、複数のレンズユニットUのうちの任意の隣接する２つ）の間には段差がある。図2Bに示すように、本実施例では、環状レンズアレイ124中の複数のレンズユニットUの任意の隣接する２つの間には段差がなく、即ち、環状レンズアレイ124中の任意の隣接する２つのレンズユニットUの間には高低差がない（即ち、隣接する２つのレンズユニットUは、その境界のところに厚さの相違がない）。同様に、環状レンズアレイ125中の複数のレンズユニットUの任意の隣接する２つの間にも段差がなく、即ち、環状レンズアレイ125中の任意の隣接する２つのレンズユニットUにも段差がない。他方では、図2B及び図2C中の円形マークのところで示すように、本実施例の異なる環状レンズアレイ中の複数のレンズユニットUの任意の隣接する２つの間には、高低差がある。
【００３２】
また、従来のXYレンズアレイと表示器は、互いにアラインメントする時に、XYレンズアレイの４辺と表示器／表示映像の４辺との間のアラインメント関係を考慮する必要があり、その繁雑度は高く、且つアラインメントの正確度が向上する必要はある。しかし、本実施例の環状レンズアレイの環状の輪郭は、XYレンズアレイの４つの側辺の輪郭よりも簡単であるので、本実施例では、環状レンズアレイの設計により、レンズ素子120と表示器110のアラインメントの難しさと繁雑度を軽減することができる他に、同一環状レンズアレイに位置する複数のレンズユニットUの任意の隣接する２つの間に段差がないようにさせることができ、即ち、複数のレンズユニットUの任意の隣接する２つの間にレンズ素子120の円周方向上で段差がないようにさせることができる。このようにして、レンズ素子120の円周方向上での雑散光の問題を改善することができ、レンズユニットの有効面積縮小（又は、有効口径縮小）によって入射光（表示器が提供した表示光束）の入光量が減少したことによる輝度低下の問題を改善／解決することができ、また、製造プロセスの難しさを軽減することもできる。よって、本実施例の接眼表示装置100は、結像品質が良く、組み立てが便利であり、製造プロセスが簡単であるなどの利点を有する。
【００３３】
図3Aは、本発明の実施例による接眼表示装置の表示器が表示する複数のサブ映像を示す図である。そのうち、表示器110が表示する複数のサブ映像Eは、中心サブ映像E0を中心として環状のアレーに配列される。図3Bは、本発明の実施例の接眼表示装置を使用する時に生じた虚像である。図4は、比較例の接眼表示装置を使用する時に生じた虚像であり、そのうち、図4は、XYレンズアレイ且つ傾斜角度無しの設計を採用する接眼表示装置を使用する時に生じた虚像である。図3Bと図4を比較すれば分かるように、図3B中の全体の結像は、より明晰であり、且つ図3B中の結像のエッジも、より明晰である。これによって分かるように、本実施例の傾斜角度θの外へ増加する（即ち、上述の実施例中の、レンズユニットUが中心軸CAに遠いほど、光軸OAの傾斜角度θが大きくなる）設計を採用することで、虚像のエッジをより明確／明晰にさせることができ、これにより、虚像全体に良好な結像品質を持たせることができる。また、環状レンズアレイをさらに使用することで、レンズ素子の円周方向上で段差がないようにさせ、虚像のコントラストをより一層向上させることができる。
【００３４】
以下、図5乃至図13を参照して、本発明の接眼表示装置のレンズ素子の他の実施例及びその効果を説明する。図5は、本発明のもう１つの実施例の接眼表示装置中のレンズ素子の断面図である。図6は、図5中のレンズ素子を含む接眼表示装置を使用する時に生成された変調伝達関数（Modulation  Transfer  Function，MTF）曲線図である。図7は、比較例の接眼表示装置を使用する時に生じた変調伝達関数曲線図であり、そのうち、図7は、図4の接眼表示装置を使用する時に(即ち、比較例の接眼表示装置を使用する時に)生じた変調伝達関数曲線図である。図8は、本発明のもう１つの実施例の接眼表示装置中のレンズ素子の断面図である。図9は、図8中のレンズ素子を含む接眼表示装置を使用する時に生じた変調伝達関数曲線図である。図10は、本発明のもう１つの実施例の接眼表示装置中のレンズ素子の断面図である。図11は、図10中のレンズ素子を含む接眼表示装置を使用する時に生じた変調伝達関数曲線図である。図12は、本発明のもう１つの実施例の接眼表示装置中のレンズ素子の断面図である。図13は、図12中のレンズ素子を有する接眼表示装置を使用する時に生成された変調伝達関数曲線図である。図6、図7、図9、図11及び図13に示す、異なる位置のサブ映像の空間周波数（spatial  frequency）は、64線対／ｍｍ（line  pair／mm，lp／mm）のMTF曲線であり、そのうち、横座標は、サブ映像Eと中心サブ映像E0との間の距離であり、縦座標は、64lp／mmのMTF数値である。曲線S及び曲線Tは、それぞれ、矢状（sagittal）方向及び接線（tangential）方向上でのMTF曲線である。
【００３５】
図5、図8、図10及び図12の実施例中のレンズ素子は、図2の実施例中のレンズ素子に類似したが、これらの実施例のレンズ素子の主な相違点は、中心レンズ126及び各環のレンズユニットUの２つの表面（外表面SO及び内表面SI）の光学パラメータの設計にある。図5の実施例の光学パラメータの設計に関しては、表２を参照する。図8の実施例の光学パラメータの設計に関しては、表３を参照する。図10の実施例の光学パラメータの設計に関しては、表４．１及び表４．２を参照する。図12の実施例の光学パラメータの設計に関しては、表５．１及び表５．２を参照する。
【００３６】
図7の比較例では、矢状方向及び接線方向上でのMTF数値は、サブ映像Eと中心サブ映像E0との間の距離が増加するにつれて迅速に減少し、これは、軸外の表示光束が焦点に集まらないため、虚像のエッジがぼんやりしていることを意味する。これに対して、図6、図9、図11及び図13の実施例に示すように、傾斜角度θの外へ増加する（即ち、上述の実施例中の、レンズユニットUが中心軸CAに遠いほど、光軸OAの傾斜角度θが大きくなる）設計を利用することで、矢状方向及び接線方向上でのMTF数値を有効に上げることができ、これは、従来の軸外の表示光束が焦点合わせすることができない問題が有効に向上したことで、図3Bに示すように、虚像のエッジが明らかになることを意味する。
【００３７】
【表２】
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表２及び図5に示すように、本実施例では、レンズ素子の外表面SOは凹面であり内表面SIは凸面であり、そのうち、各レンズユニットの外表面SOは凹面である（即ち、複数のレンズユニットの外表面SOは、それぞれ、複数の凹面である）。本実施例では、外側の環のレンズユニットの内表面SIの光軸の傾斜角度θは、内側の環のレンズユニットの内表面SIの光軸の傾斜角度θよりも大きく、即ち、第七環のレンズユニットの内表面SIの光軸の傾斜角度θは、第六環のレンズユニットの内表面SIの光軸の傾斜角度θよりも大きく、他は、これに基づいて類推することができる。また、本実施例では、第一環のレンズユニット乃至第七環のレンズユニット及び中心レンズの外表面SOの非球面係数A、B、C、D及び傾斜角度θはともに0であり、且つ第一環のレンズユニット乃至第七環のレンズユニット及び中心レンズの内表面SIの非球面係数Dは0であるため、省略される。
【００３８】
【表３】
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表３及び図8に示すように、本実施例では、レンズ素子の外表面SOは凸面であり内表面SIは凸面であり、そのうち、各レンズユニットの外表面SOは凸面である（即ち、複数のレンズユニットの外表面SOは、それぞれ、複数の凸面である）。本実施例では、外側の環のレンズユニットの内表面SIの光軸の傾斜角度θは、内側の環のレンズユニットの内表面SIの光軸の傾斜角度θよりも大きく、即ち、第七環のレンズユニットの内表面SIの光軸の傾斜角度θは、第六環のレンズユニットの内表面SIの光軸の傾斜角度θよりも大きく、他は、これに基づいて類推することができる。また、本実施例では、第一環のレンズユニット乃至第七環のレンズユニット及び中心レンズの外表面SOの非球面係数A、B、C、D及び傾斜角度θはともに0であり、且つ第一環のレンズユニット乃至第七環のレンズユニット及び中心レンズの内表面SIの非球面係数Dは0であるため、省略される。
【００３９】
【表４】
2019053296.tif 000009
【００４０】
【表５】
2019053296.tif 000010
表４．１、表４．２及び図10に示すように、本実施例では、レンズ素子の外表面SOは凸面であり内表面SIは凸面であり、そのうち、複数の（全ての）レンズユニットの外表面SOは、１つの凸面を構成する。本実施例では、外側の環のレンズユニットの内表面SIの光軸の傾斜角度θは、内側の環のレンズユニットの内表面SIの光軸の傾斜角度θよりも大きく、即ち、第七環のレンズユニットの内表面SIの光軸の傾斜角度θは、第六環のレンズユニットの内表面SIの光軸の傾斜角度θよりも大きく、他は、これに基づいて類推することができる。また、本実施例では、第一環のレンズユニット乃至第七環のレンズユニット及び中心レンズの外表面SOの傾斜角度θはともに0であり、且つ第一環のレンズユニット乃至第七環のレンズユニット及び中心レンズの内表面SIの非球面係数Dは0であるので、省略される。
【００４１】
【表６】
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【００４２】
【表７】
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表５．１、表５．２及び図12に示すように、本実施例では、レンズ素子の外表面SOは凸面であり内表面SIは凸面であり、そのうち、各レンズユニットの外表面SOは凸面である（即ち、複数のレンズユニットの外表面SOは、それぞれ、複数の凸面である）。本実施例では、各環のレンズユニットの外表面SO及び内表面SIはともに傾斜角度θを有する。また、本実施例では、第一環のレンズユニット乃至第七環のレンズユニット及び中心レンズの外表面SOの非球面係数A、B、C、Dはともに0であり、且つ第一環のレンズユニット乃至第七環のレンズユニット及び中心レンズの内表面SIの非球面係数Dは0であるので、省略される。
【００４３】
上述の実施例中の一部の曲面は、例えば、非球面レンズであるが、本発明は、これに限定されない。例を挙げると、他の実施例では、曲面は、自由（freeform）曲面であっても良く、そのうち、自由曲面は、以下の関係式を満足する。
【００４４】
【数４】
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そのうち、anmは、自由曲面係数である。しかし、本発明では、曲面は、自由曲面に限定されない。
【００４５】
以上のことを纏めると、本発明の実施例は、少なくとも次の１つの利点又は機能・効果を有する。即ち、本発明の実施例の接眼表示装置では、環状レンズアレイが、XYレンズアレイに比べ、より容易に表示器にアラインメントすること、且つ同一環状レンズアレイに位置する任意の隣接する２つのレンズユニット（即ち、複数のレンズユニットの任意の隣接する２つ）の間に段差がない設計により、雑散光及びレンズユニットの有効面積縮小（又は、有効口径縮小）によって入射光の入光量が減少した問題を改善／解決することができ、また、製造プロセスの困難度を軽減することもできる。よって、本発明の実施例の接眼表示装置は、結像品質が良く、組み立てが便利であり、製造プロセスが簡単であるなどの利点を有する。一実施例では、レンズユニットの光軸の傾斜角度が外へ増加する（即ち、レンズユニットが中心軸を離れるほど、光軸の傾斜角度が大きくなる）設計をさらに用いることで、軸外の表示光束を有効に焦点に集め、虚像のエッジをより明確にすることができる。
【００４６】
本発明は、前述した好適な実施例に基づいて以上のように開示されたが、前述した好適な実施例は、本発明を限定するためのものでなく、当業者は、本発明の精神と範囲を離脱しない限り、本発明に対して些細な変更と潤色を行うことができるので、本発明の保護範囲は、添付した特許請求の範囲に定まったものを基準とする。また、本発明の何れの実施例又は特許請求の範囲は、本発明に開示された全ての目的又は利点又は特徴を達成する必要がない。また、要約の一部と発明の名称は、文献の検索を助けるためのみのものであり、本発明の権利範囲を限定するものでない。また、本明細書又は特許請求の範囲に言及している「第一」、「第二」などの用語は、要素（element）に名前を付け、または、異なる実施例又は範囲を区別するためのもののみであり、要素の数量上の上限又は下限を限定するためのものでない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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