(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示源を出力するマイクロ表示モジュールと、
前記表示源を拡大して射出瞳を介してユーザの目に投射する光学モジュールと、を含み、
該光学モジュールは、
順次に設けられた、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、からなる第１光学ユニットと、
第１非球面と、第２非球面と、前記第１光学ユニットの光路方向を射出瞳方向に変更する偏向面とから構成される正の屈折力を有する第４光学素子からなる第２光学ユニットと、から構成され、
前記光学モジュールによって光軸が定義され、前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４光学素子は、それぞれ複数の光学表面及び一つの光学中心を有し、前記複数の光学表面は、回転対称性を有し、前記光学中心は、同軸であり、且つ前記光軸と一致している、
ことを特徴とするウェアラブル表示装置。
【請求項２】
前記第１レンズは、前記表示源に近く、前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４光学素子は、前記表示源から離れた方向に前記第１レンズの後ろに順次に設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項３】
前記第１光学ユニットは、少くとも三つの非球面を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項４】
前記第４光学素子の第１非球面が、前記第３レンズに向かっており、前記第４光学素子の第２非球面が、前記射出瞳に向かっている、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項５】
横方向の色収差を除去するために、前記第２レンズのアッベ数が、前記第３レンズ及び前記第４光学素子のアッベ数より小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項６】
前記第４光学素子は、前記第１非球面と、前記第２非球面と、前記偏向面とから構成される一体成形のプリズムである、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項７】
前記第４光学素子は、前記第１非球面を有するレンズと、前記第２非球面を有するレンズと、前記偏向面を有する反射ミラーとから構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項８】
前記偏向面による偏向角度の範囲が、７５度〜１０５度である、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項９】
前記偏向面による偏向角度が、９０度である、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項１０】
前記偏向面は、反射を一回行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項１１】
前記光学モジュールは、焦点距離ｆを有し、前記第１レンズは、焦点距離ｆ１を有し、前記第２レンズは、焦点距離ｆ２を有し、前記第３レンズは、焦点距離ｆ３を有し、
２ｆ＜ｆ１＜１２ｆ、
-１．１ｆ＜ｆ２≦-０．４ｆ、
０．４ｆ＜ｆ３＜４．５ｆである、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項１２】
前記第４光学素子は、焦点距離ｆ４を有し、
０．７ｆ＜ｆ４＜１．５ｆである、
ことを特徴とする請求項１１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項１３】
前記表示源が前記光学モジュールを介して射出瞳に投射する光路の距離Ｌは、前記表示源が前記第１光学ユニットを介して前記偏向面に投射する距離Ｌ１と、前記偏向面から射出瞳に投射する距離Ｌ２と、を含み、
０．８ｆ＜Ｌ１＜１．６ｆ、
０．６ｆ＜Ｌ２＜１．８ｆ、
１．２ｆ＜Ｌ＜３．４ｆ、である、
ことを特徴とする請求項１１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項１４】
前記光学モジュールは、画角ωを有し、ω＜４０である、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項１５】
前記第２光学ユニットの光射出側には、保護プレートが設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項１６】
前記マイクロ表示モジュールは、二つのマイクロディスプレイを含み、前記ウェアラブル表示装置は、それぞれ二つのマイクロディスプレイの表示源の拡大及び収差補正を行う二組の前記光学モジュールを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項１７】
前記二組の光学モジュールは、一つの中心軸に対して対称的であり、各光学モジュールの光線の射出方向が、それぞれ該中心軸と夾角を有する、
ことを特徴とする請求項１６に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項１８】
前記夾角の範囲が、０〜９度である、
ことを特徴とする請求項１７に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項１９】
光学モジュールを含む光学装置であって、前記光学モジュールは、
順次に設けられた、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、からなる第１光学ユニットと、
第１非球面と、第２非球面と、第１光学ユニットの光路方向を射出瞳方向に変更する偏向面とから構成される正の屈折力を有する第４光学素子からなる第２光学ユニットと、から構成され、
前記光学モジュールは、焦点距離ｆを有し、前記第１レンズは、焦点距離ｆ１を有し、前記第２レンズは、焦点距離ｆ２を有し、前記第３レンズは、焦点距離ｆ３を有し、
２ｆ＜ｆ１＜１２ｆ、
-１．１ｆ＜ｆ２≦-０．４ｆ、
０．４ｆ＜ｆ３＜４．５ｆである、
ことを特徴とする光学装置。
【請求項２０】
前記第１光学ユニットは、三つ以上の非球面を含む、
ことを特徴とする請求項１９に記載の光学装置。
【請求項２１】
二組の前記光学モジュールと、該二組の光学モジュールを固定するための支持側を有する第１ベースとを含み、前記二組の光学モジュールは、前記支持側の中心軸に対して対称的に設けられる、
ことを特徴とする請求項１９に記載の光学装置。
【請求項２２】
前記二組の光学モジュールの対応する前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４光学素子は、それぞれ前記支持側の両端から前記中心軸への方向に順次に前記第１ベースに固定されている、
ことを特徴とする請求項２１に記載の光学装置。
【請求項２３】
前記支持側は、前記二組の光学モジュールをそれぞれ固定するための第１支持側と第２支持側とを含み、前記第１支持側及び前記第２支持側は、それぞれ中心軸に直交する水平軸と夾角を有する、
ことを特徴とする請求項２２に記載の光学装置。
【請求項２４】
前記第１ベースは、前記支持側に対向する底側を含み、且つ前記支持側と前記底側との間には、垂直高さを有し、前記第１支持側及び前記第２支持側は、それぞれ対応する前記第４光学素子に近い端の垂直高さが、それぞれ対応する前記第１レンズに近い端の高さより大きい、
ことを特徴とする請求項２３に記載の光学装置。
【請求項２５】
二組の前記光学モジュールと、一組の前記光学モジュールをそれぞれ固定する第２ベースと第３ベースとを含み、前記第２ベース及び前記第３ベースは、一つの中心軸に対して対称的に設けられ、且つ前記第２ベース及び前記第３ベースによってそれぞれ固定される光学モジュールの光線の射出方向が、前記中心軸と夾角を有する、
ことを特徴とする請求項１９に記載の光学装置。
【請求項２６】
前記第２ベースの対応する前記第４光学素子に近い端が、前記第３ベースの対応する前記第４光学素子に近い端に接続されることにより、前記第２ベース及び前記第３ベースは、それぞれ前記中心軸と前記夾角を有する、
ことを特徴とする請求項２５に記載の光学装置。
【請求項２７】
前記夾角の範囲が、０〜９度である、
ことを特徴とする請求項２３〜２６のいずれかに記載の光学装置。
【請求項２８】
請求項２１〜２７のいずれかに記載の光学装置、及びマイクロ表示モジュールを含み、
前記マイクロ表示モジュールは、表示源を供給し、
前記光学装置に含まれる光学モジュールは、前記表示源の拡大された虚像を射出瞳に投射する、
ことを特徴とするウェアラブル表示装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［技術分野］
本発明は、光学表示分野に関し、特に、ニアアイ表示に適する光学モジュール、該光学モジュールを備える光学装置及び該光学モジュール又は光学装置を備えるウェアラブル表示装置に関する。
【０００２】
［背景技術］
現在、ウェアラブル表示装置は、透過型と没入型に分けることができる。没入型ウェアラブル表示装置は、プライベートシネマという高品質な体験効果や、バーチャルシーンというリアルな娯楽体験などをユーザーに提供することを含む没入的な視覚体験を重んじる。そのため、没入型の場合、適用分野を問わず、表示品質に対する要求がいずれも相対的に高い。
【０００３】
従来の技術及び製品において、例えば、広画角、高解像度の需要を満たすような比較的良い表示品質を達成するために、一つの方式は、リニア視野角を増やし、光学モジュールの拡大倍率を減少させることにより、歪みなどの表示問題を減少させ、表示品質の相対的なバランスを達成する。しかし、該方式では、表示のサイズを相対的に増加させる必要があり、これによってウェアラブル表示装置の表示前端の体積及び重量の増加を招くことになり、ユーザにとって、その比較的低い携帯性及び着用時の比較的重い負担は、いずれも好ましくない体験感をもたらすことになる。もう一つの方式は、小さいサイズのディスプレイを採用し、広画角の要求を満たすために、複数のレンズを増加させて表示モジュールの倍率を向上させる必要がある。拡大倍率が高いほど、歪み問題が深刻であるため、それに応じて機能レンズを増加させて歪みなどの問題を補正する必要があり、光学モジュールの相対的な複雑さを招き、同様に、表示前端の体積及び重量の増加を引き起こす。
【０００４】
これに鑑みて、相対的に簡素化され、且つ好ましい表示品質を提供することができる光学モジュールを提供する必要がある。
［発明の概要］
［発明が解決しようとする課題］
上記の背景技術に存在する課題を解決するために、本発明の実施形態は、光学モジュール、光学装置及びウェアラブル表示装置を提供する。
【０００５】
［課題を解決するための手段］
本発明は、ウェアラブル表示装置を提供し、該ウェアラブル表示装置は、
表示源を出力するマイクロ表示モジュールと、
前記表示源を拡大して射出瞳に投射する光学モジュールと、を含み、該光学モジュールは、
順次に設けられた、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、を含む第１光学ユニットと、
第１非球面と、第２非球面と、第１光学ユニットの光路方向を射出瞳方向に変更する偏向面とから構成される正の屈折力を有する第４光学素子を含む第２光学ユニットと、を含む。
【０００６】
本発明は、光学モジュールを含む光学装置をさらに提供し、該光学モジュールは、
順次に設けられた、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、を含む第１光学ユニットと、
第１非球面と、第２非球面と、第１光学ユニットの光路方向を射出瞳方向に変更する偏向面とから構成される正の屈折力を有する第４光学素子を含む第２光学ユニットと、を備える。
【０００７】
本発明は、上記のいずれかに記載の光学装置及びマイクロ表示モジュールを含むウェアラブル表示装置をさらに提供し、
前記マイクロ表示モジュールは、表示源を供給し、
前記光学装置に含まれる光学モジュールは、前記表示源の拡大された虚像を射出瞳に投射する。
【０００８】
［発明の効果］
本発明の実施例によって提供される光学モジュールは、順次に配置された、正の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有する第２レンズ及び正の屈折力を有する第３レンズ、並びに、第１非球面と、第２非球面と、偏向面とから構成される正の屈折力を有する第４光学素子を含み、偏向面により第１光学ユニットの光路方向を射出瞳方向に変更する。第１光学ユニットと、第１非球面及び第２非球面を有する第２光学ユニットとを組み合わせることにより、収差を補正し、限られた光学素子で高品質な表示画像を実現する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
下記の図面は、具体的な実施形態に合わせて本発明の各実施形態を詳しく説明するためのものである。なお、図面に示された各構成要素は、実際の大きさ及び比例関係を表すものではなく、単に明瞭に説明するために示された概略図であり、本発明を限定するものと理解すべきではない。
【図１】本発明の実施例によって提供されるウェアラブル表示装置の概略図である。
【図２】本発明の実施例によって提供される光学モジュールの概略図である。
【図３】図２の一つの実施データに基づくＭＴＦ曲線図である。
【図４】図２の一つの実施データに基づく非点収差及び像面湾曲の曲線図である。
【図５】図２の一つの実施データに基づく歪み曲線図である。
【図６】本発明の実施例によって提供される光学原理の概略図である。
【図７】本発明の実施例によって提供される光学装置の概略図である。
【図８】本発明の別の実施例によって提供される光学装置の概略図である。
【図９】図８の原理の断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の目的、技術案及び利点をより明瞭明白にするために、以下、複数の実施形態及び図面に合わせて本発明をより詳しく説明する。なお、以下に説明される具体的な実施形態は、本発明を解釈するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００１１】
図１は、本発明の第１実施例によって提供されるウェアラブル表示装置１０である。本発明の原理を容易に理解するために、該実施例は、ウェアラブル表示装置の例示的な構造を提供し、それに合わせて説明するが、本発明は、該例示的な構造に限定されない。図１、図２及び図６に示すものに合わせると、該ウェアラブル表示装置１０は、表示装置１１と、表示装置１１の両端がそれぞれ延伸して接続するイヤホン装置１２と、を含む。従って、ユーザが着用する際、表示装置１１は、ユーザの両目の前に置かれ、ニアアイ表示を提供し、イヤホン装置１２は、ユーザの両耳にされ、オーディオ出力を提供する。表示装置１１は、ユーザに向かう内側に設けられる二つのウィンドウ（図示せず）と、表示装置１１に内蔵されるマイクロ表示モジュール１１２と光学モジュール１１３と、を含む。ここで、マイクロ表示モジュール１１２は、表示源を出力し、光学モジュール１１３は、表示源を拡大して射出瞳に投射する。該実施例において、マイクロ表示モジュール１１２は、二つのマイクロディスプレイ１１２Ａ、１１２Ｂを含み、該マイクロディスプレイは、ＯＬＥＤ（Organic Light-Emitting Diode、有機発光ダイオード）ディスプレイであってもよいし、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display、液晶ディスプレイ）ディスプレイであってもよい。本発明では、マイクロディスプレイのタイプが限定されない。それに応じて、該ウェアラブル表示装置１０は、２群の光学モジュール１１３を含み、これにより、２群の光学モジュール１１３は、対応するマイクロ表示１１２Ａ、１１２Ｂによって供給される表示源の光線を対応するウィンドウを介してそれぞれユーザの両目に投射し、即ち、射出瞳Ｐに投射して、ユーザが拡大された虚像が見えるようにする。
【００１２】
さらに、図２によって提供される光学モジュール１１３及びマイクロ表示モジュールの原理図に合わせると、光学モジュール１１３は、第１光学ユニット１１３Ａと、第２光学ユニット１１３Ｂと、を含む。第１光学ユニット１１３Ａは、順次に配置された、正の屈折力を有する第１レンズＬ１と、負の屈折力を有する第２レンズＬ２と、正の屈折力を有する第３レンズＬ３と、を含む。第２光学ユニット１１３Ｂは、第１非球面Ｆ７と、第２非球面Ｆ９と、偏向面Ｆ８とを有する第４光学素子Ｌ４を含み、ここで、偏向面Ｆ８は、第１光学ユニット１１３Ａの光路方向を射出瞳方向に変更する。
【００１３】
本発明における第４光学素子Ｌ４は、一体成形された第１非球面Ｆ７と、第２非球面Ｆ９と、偏向面Ｆ８とから構成されるプリズム、又は第１非球面Ｆ７を有するレンズと、第２非球面Ｆ９を有するレンズと、偏向面Ｆ８を有する反射ミラーとから構成されるものを含むが、これらに限定されない。当業者であれば、該原理に基づき、通常な創作で、第４光学素子の具体的な形式を柔軟に変更することができ、この変更は、依然として、本発明の保護範囲に該当する。
【００１４】
該実施例において、各群の光学モジュール１１３の第１レンズＬ１は、表示源に近い位置に設けられ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４光学素子Ｌ４は、表示源から離れた方向に第１レンズＬ１の後ろに順次に設けられる。具体的には、図６に示すように、２群の光学モジュール１１３及びそれぞれ対応する第１マイクロディスプレイ１１２Ａ、１１２Ｂの配置は、軸対称的である。この例において、マイクロディスプレイ１１２Ａ、１１２Ｂは、表示源を提供する一側に対向して設けられ、マイクロディスプレイ１１２Ａ、１１２Ｂの間の中心軸Ｘを定義し、各群の光学モジュール１１３の第１レンズＬ１、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３、並びに第４光学素子Ｌ４は、マイクロディスプレイ１１２Ａ又は１１２Ｂと中心軸Ｘとの間に順次に設けられる。ここで、第４光学素子Ｌ４の第１非球面Ｆ７は、第３レンズＬ３に向かい、第２非球面Ｆ９は、射出瞳Pに向かう。ここで、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４光学素子Ｌ４は、それぞれ一つの光学中心を有し、各光学中心は、同軸であり、且つ光学モジュール１１３の光軸と一致している。第１レンズＬ１、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３は、それぞれ複数の光学表面（Surface）を有し、且つ複数の光学表面は、いずれも回転対称性を有する。具体的には、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３は、表示源に近づく中心軸Ｘに向かう方向にそれぞれ光学表面Ｆ１とＦ２、Ｆ３とＦ４、及びＦ５とＦ６を含み、該光学表面は、いずれも非球面（aspheric）であるのが好ましい。
【００１５】
該実施例によって提供される第１光学ユニット１１３Ａの組み合わせは、球面収差と、非点収差と、像面湾曲と、歪みとを補正することができる。なお、他の実施形態において、光学表面Ｆ１と、Ｆ２と、Ｆ３と、Ｆ４と、Ｆ５と、Ｆ６とのうち少なくとも三つの光学表面が非球面である場合に、第１光学ユニット１１３Ａが限られた数のレンズの組み合わせで、第２光学ユニット１１３Ｂとお互いに収差を補正できることを実現することができる。
【００１６】
好ましい実施形態として、第２光学ユニット１１３Ｂの光射出側には、光学モジュール１１３のレンズを保護するための保護レンズ１１４が設けられる。該保護レンズ１１４は、いずれかの可視光透過率の高い光学材料を採用し、表面に指紋防止及び耐擦傷性の硬質フィルムがコーティングされている。具体的には、該保護レンズは、第２非球面Ｆ９に向かう光学表面Ｆ１０と、射出瞳Pに向かう光学表面Ｆ１１とを有する。
【００１７】
好ましくは、第２レンズＬ２のアッベ数は、第４光学素子Ｌ４及び第３レンズＬ３のアッベ数より小さく、且つ差が比較的大きく、横方向の色収差を除去するすることができる。
【００１８】
非球面の表現式によると、
【００１９】
【数１】
0006545359.tif 000002
【００２０】
ここで、Ｚは、回転対称軸であり、ｓは、径方向距離であり、Cは、ラジアン（曲率半径の逆数）であり、ｋは、曲面定数（Ｋ＝０ 球面、ｋ＞-１楕円面、K＝-１放物面、ｋ＜-１ 双曲面）であり、Ａ４、 Ａ６及びＡ８は、高次非球面係数である。
【００２１】
上記光学モジュールの設置に参照し、光学モジュール１１３が焦点距離ｆを有し、第１レンズが焦点距離ｆ１を有し、第２レンズが焦点距離ｆ２を有し、第３レンズが焦点距離ｆ３を有し、第４光学素子が焦点距離ｆ４を有し、これらの間の関係は、２ｆ＜ｆ１＜１２ｆ、-１．１ｆ＜ｆ２≦-０．４ｆ、０．４ｆ＜ｆ３＜４．５ｆ、及び０．７ｆ＜ｆ４＜１．５ｆを満たす。
【００２２】
表示源が光学モジュール１１３を介して射出瞳Pに投射する光路の距離をＬとし、該光路の距離Ｌは、表示源が第１光学ユニット１１３Ａを介して偏向面Ｆ８に投射する第１距離Ｌ１と、偏向面Ｆ８から射出瞳Ｐに投射する第２距離Ｌ２とを含み、ここで、光路の距離Ｌ、第１距離Ｌ１及び第２距離Ｌ２は、０．８ｆ＜Ｌ１＜１．６ｆ、０．６ｆ＜Ｌ２＜１．８ｆ、及び１．２ｆ＜Ｌ＜３．４ｆを満たす。
【００２３】
ウェアラブル表示装置に対する携帯性及び軽便性の需要に基づき、光学モジュールを収納するためのスペースを相対的に減縮する必要があるが、本発明の上記実施例によって提供される光学モジュール１１３の設置原理によると、限られた収納スペース内で、表示品質を確保する前提で、４０度に達する画角を提供することができる。広画角及び高解像度の好ましい実施形態として、該光学モジュール１１３の画角が３０度である場合に、図３〜図５によって提供される変調伝達関数（Modulation Transfer Function, ＭＴＦ）の曲線図、非点収差及び像面湾曲の曲線図、歪み曲線図に示すように、６５ラインペア/ミリメートル（ｌｐ/ｍｍ）の場合に、全視野は、０．６以上に達することができる。なお、当業者は、上記光学モジュールの設置原理に従って、製品のポジション、即ち必要とする画角、必要とする解像度に基づいて、柔軟に設定することにより、製品の最適効果に達することができる。
【００２４】
以下、２群の実施データに合わせて説明する。ここで、表１は、第１実施データによって提供される表示源Ｆ０、射出瞳Ｆ１２及び各光学素子の光学データであり、各光学素子の光学データは、各光学表面（Surface）のタイプ（Surface Type）と、半径（Raduis）と、光学表面の軸上距離（Thickness）と、材質（Material）とを含み、ここで、材質は、屈折率（nd）と、アッベ数（vd）とを含み、表２は、表１と関連する非球面の関連パラメータである。
【００２５】
【表１】
0006545359.tif 000003
【００２６】
【表２】
0006545359.tif 000004
【００２７】
表１と表２のデータ及び上記式１によると、ｆ１＝９ｆ、ｆ２＝-０．４ｆ、ｆ３＝０．４１ｆ、ｆ４＝１．１ｆが得られる。
表３は、第２実施データによって提供される各光学表面（Surface）の光学データであり、表４は、表３と関連する非球面の関連パラメータである。
【００２８】
【表３】
0006545359.tif 000005
【００２９】
【表４】
0006545359.tif 000006
【００３０】
表３と表４のデータ、及び上記式１と式２と式３によると、ｆ１＝２．３ｆ、ｆ２＝-０．５８ｆ、ｆ３＝０．６４ｆ、ｆ４＝１．２ｆが得られる。
表５は、第３実施データによって提供される各光学表面（Surface）の光学データであり、表６は、表５と関連する非球面の関連パラメータである。
【００３１】
【表５】
0006545359.tif 000007
【００３２】
【表６】
0006545359.tif 000008
【００３３】
表５と表６のデータ、及び上記の式１と式２と式３によると、ｆ１＝２．４３ｆ、ｆ２＝-０．６３ｆ、ｆ３＝４．３ｆ、ｆ４＝０．７７ｆが得られる。
該実施例において、偏向面Ｆ８に入射する光線と射出する光線との間の夾角、即ち、偏向面Ｆ８による偏向角度が、９０度であり、反射を一回行う。しかし、本発明は、これに限定されず、即ち、偏向角度は、具体的なウェアラブル表示装置の構造、及び構造によって提供されるスペースに応じて柔軟に設定されてもよく、例えば７５度〜１０５度であればよい。該偏向面を設けることにより、表示装置の内部素子の構造をよりコンパクトにすることができ、表示装置の設計をより小さくすることができる。本発明の上記光学モジュールの構造及び原理により、当業者は、通常な創作で、柔軟に変更することができ、この変更は、依然として、本発明の保護範囲に該当する。
【００３４】
好ましくは、２群の光学モジュール１１３は、それぞれ中心軸Ｘと一定の角度を形成し、一つの夾角θを有する。図６に示すように、ここでは、第１光学ユニット１１３Ａの光路方向を第１方向Ｄ１とし、偏向面Ｆ８により反射された後の光路方向を第２方向Ｄ２とすると、該第２方向Ｄ２と中心軸Ｘとによって形成された夾角はθである。本実施形態において、第２方向Ｄ２は、光学モジュール１１３の光線射出方向であり、つまり、光学モジュール１１３の光線射出方向と中心軸Ｘとの間の夾角はθである。該設定は、ユーザの個人差によって両目で見えた虚像が重なり合うことができないという問題を効果的に解決することができる。好ましくは、該光学夾角θは、０〜９度の範囲であってもよい。なお、図面に示す角度は、例示的なものだけであり、具体的な角度及び方向を限定するものではない。
【００３５】
なお、ウェアラブル表示装置１０は、上記実施例によって提供される具体的な構造に限定されず、ウェアラブル表示装置は、上記いずれかの実施形態によって提供される１群の光学モジュールを含み、それに応じて、マイクロ表示モジュールは、一つのマイクロディスプレイを含んでもよい。即ち、片目表示のウェアラブル表示デバイスを提供する。ウェアラブル表示装置は、２群の光学モジュールを含み、マイクロ表示モジュールが、一つのマイクロディスプレイを含み、該マイクロディスプレイが２群の光学モジュールの表示源を供給してもよい。例えば、マイクロディスプレイを２群の光学モジュールの間に置いてもよく、表示源は、それぞれ２群の光学モジュールにおける第１光学ユニットに投射され、２群の光学モジュールにおける第２光学ユニットは、それぞれ第１光学ユニットによって提供される虚像に応じて、光路を対応する射出瞳方向に変更する。
【００３６】
上記実施形態における光学モジュールの原理性についての説明に基づいて、本発明の別の実施例は、２群の光学モジュール２１３を含む光学装置２０の実施形態を提供する。具体的には、各群の光学モジュール２１３における第１光学ユニット２１３Ａは、順次に設けられた、正の屈折力を有する第１レンズＬ１と、負の屈折力を有する第２レンズＬ２と、正の屈折力を有する第３レンズＬ３とを含み、第２光学ユニット２１３Ｂは、第１非球面Ｆ７と、第２非球面Ｆ９と、偏向面Ｆ８とから構成される正の屈折力を有する第４光学素子Ｌ４を含み、偏向面Ｆ８は、第１光学ユニット２１３Ａの光路方向を射出瞳方向に変更する。該実施例において、光学装置２０は、２群の光学モジュール２１３を固定するための支持側２１１を備える第１ベース２１をさらに含み、該２群の光学モジュール２１３は、該支持側２１１の中心軸Ｘに対して対称的に設けられる。２群の光学モジュール２１３の対応する第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４光学素子Ｌ４は、それぞれ支持側２１１の両端から中心軸Ｘへの方向に順次に第１ベース２１に固定される。具体的には、支持側２１１は、２群の光学モジュール２１３をそれぞれ固定するための第１支持側２１１ａと第２支持側２１１ｂとを含み、該第１支持側２１１ａ及び第２支持側２１１ｂは、中心軸Ｘに直交する水平軸Ｙとそれぞれ夾角θを有する。具体的には、該夾角θは、ベースの構造設計により、実現することができる。例えば、第１ベース２１１は、支持側２１１に対向する底側２１２を有し、且つ支持側２１１と底側２１２との間には、垂直高さを有し、第１支持側２１１ａ及び第２支持側２１１ｂは、それぞれ対応する第４光学素子Ｌ４に近い端の垂直高さh１が、それぞれ対応する第１レンズＬ１に近い端の高さh２より大きく、これにより、第１支持側２１１ａ及び第２支持側２１１ｂが、それぞれ中心軸Ｘに直交する水平軸Ｙと夾角θを有し、該光学装置２０は、第１ベース２１の第１支持側２１１ａ及び第２支持側２１１ｂにより、光線の射出方向と中心軸Ｘとの間の光学夾角θを実現する。この例において、底側２１２は、水平軸Ｙに平行する底面であるが、他の実施形態において、第１ベース２１１は、底側２１２を有さず、又は任意の態様の底側２１２を有し、第１支持側２１１ａ及び第２支持側２１１ｂがそれぞれ水平軸Ｙと夾角θを有する構造を形成すればよい。
【００３７】
なお、他の実施形態において、光学モジュール１１３の光線射出方向と中心軸Ｘとの間の夾角がθであることを実現するために、第１ベース２１を省略し、偏向面Ｆ８による偏向角度を変更することにより、実現してもよい。例えば、二つの第１光学ユニット１１３Ａの二つの第１方向Ｄ１が重なり合い、偏向面Ｆ８による偏向角度が９０-θである場合にも、光線射出方向と中心軸Ｘとの間の夾角がθであることを実現することができる。
【００３８】
もう一つの実施形態として、図８及び図９に示すように、光学装置３０は、それぞれ１群の光学モジュール２１３を固定する第２ベース３２と第３ベース３３とを含み、第２ベース３２及び第３ベース３３は、中心軸Ｘに対して対称的に設けられ、且つ第２ベース３２及び第３ベース３３によってそれぞれ固定される光学モジュール２１３の光線射出方向と該中心軸Ｘとが夾角を有する。具体的には、第２ベース３２及び第３ベース３３は、それぞれ光射出ウィンドウ３４を有し、該光射出ウィンドウ３４は、光学モジュール２１３によって拡大される表示源の虚像を射出瞳に投射する。第２ベース３２の対応する第４光学素子Ｌ４に近い端が、第３ベース３３の対応する第４光学素子Ｌ４に近い端に接続されることにより、第２ベース３２及び第３ベース３３がそれぞれ中心軸Ｘと夾角θを有し、即ち、第２ベース３２と第３ベース３３とが夾角２θを有する。ここで、第２ベース３２と第３ベース３３との光射出ウィンドウ３４を有する側の水平距離ｚ２が、光射出ウィンドウ３４と対向する側の水平距離z１より大きく、即ち、第２ベース３２と第３ベース３３との光射出側の水平距離ｚ２が、光射出側と対向する側の水平距離z１より大きい。該実施形態において、光学装置３０は、第２ベース３２と第３ベース３３との接続夾角２θにより、２群の光学モジュール２１３の光線射出方向のそれぞれと中心軸Ｘとの間の光学夾角θを実現する。
【００３９】
なお、本発明によって提供されるウェアラブル表示装置は、表示源を供給するマイクロ表示モジュールを含み、上記いずれかの実施形態によって提供される光学モジュールを参照し、該光学モジュールは、表示源の拡大される虚像を射出瞳に投射することを実現する。
【００４０】
上述のものは、本発明の好ましい実施形態にすぎず、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨や原則を逸脱しない範囲内での各種の修正、同等な取り替え及び改善等は、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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