(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
順に配置された反射型偏光板、第１位相遅延板、第２レンズ及び第２位相遅延板を備え、
第１レンズが、さらに、前記反射型偏光板、前記第１位相遅延板、前記第２レンズ及び前記第２位相遅延板のいずれか１つのどちらかの側に配置され、
前記第２レンズにおいて、前記第２位相遅延板に隣接する面が半透過面であり、
Ｆが短距離光拡大モジュールのシステムの焦点距離であるとき、前記第２レンズの第１焦点距離f2が、
【数１５】
0006340085.tif 000033
の条件を満たす、
ことを特徴とする短距離光拡大モジュール。
【請求項２】
前記半透過面の反射面の有効焦点距離fs4が、
【数１６】
0006340085.tif 000034
の条件を満たすことを特徴とする請求項1に記載の短距離光拡大モジュール。
【請求項３】
前記半透過面の反射面の有効焦点距離fs4が、
【数１７】
0006340085.tif 000035
の条件を満たすことを特徴とする請求項２に記載の短距離光拡大モジュール。
【請求項４】
前記半透過面の反射面の有効焦点距離fs4が2.1Fであることを特徴とする請求項３に記載の短距離光拡大モジュール。
【請求項５】
前記第２レンズの第１焦点距離f2が、
【数１８】
0006340085.tif 000036
の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の短距離光拡大モジュール。
【請求項６】
前記第２レンズにおいて、前記第１レンズに隣接した光学面の焦点距離fs3が、
【数１９】
0006340085.tif 000037
の条件を満たすことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の短距離光拡大モジュール。
【請求項７】
前記第１レンズの焦点距離f1が、
【数２０】
0006340085.tif 000038
の条件を満たすことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の短距離光拡大モジュール。
【請求項８】
厚さが８〜１２ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の短距離光拡大モジュール。
【請求項９】
５〜１０ｍｍのアイレリーフを含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の短距離光拡大モジュール。
【請求項１０】
前記第２レンズ及び前記第１レンズを介して画像形成に関与する光が通過する開口Ｄが、
【数２１】
0006340085.tif 000039
の条件を満たすことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の短距離光拡大モジュール。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の短距離光拡大モジュールと、
前記短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に配置された表示画面と、
を備えることを特徴とする短距離光拡大眼鏡。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の短距離光拡大モジュールと、
前記短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に配置された表示画面と、
を備えることを特徴とする短距離光拡大ヘルメット。
【請求項１３】
請求項１１に記載の眼鏡又は請求項１２に記載のヘルメットを備えることを特徴とする短距離光拡大ＶＲシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学装置に関し、特に、短距離光拡大モジュール、眼鏡、ヘルメット及びＶＲシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示すように、既存の光拡大モジュールの構造には、像側から対象物側に順に、反射型偏光板０１、第１位相遅延板０２、レンズ部０３、第２位相遅延板０４が含まれる。レンズ部０３において、第２位相遅延板０４に隣接する面は半透過面である。使用時には、対象物側からの光学像はレンズ部０３により透過的に拡大され、その後、反射型偏光板０１により反射され、再びレンズ部０３により拡大され、最終的に反射型偏光板０１を介して人間の目に入る。さらに、光の位相遅延に影響を与えない他のレンズ部が、反射型偏光板０１、第１位相遅延板０２、レンズ部０３、第２位相遅延板０４のいずれか１つのどちらかの側に設けられる。レンズ部０３及び他のレンズ部は、光学像の拡大効果に影響するコア部分であるレンズアセンブリを構成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
良好なユーザー体験を提供するために、インテリジェントヴァーチャルリアリティー（ＶＲ）のウェアラブルデバイスは、広い視野角、大きなアイボックス、高品質の画像効果及びコンパクトな超薄型構造等を実現する必要がある。この目的を達成するために、光拡大モジュールの構造中のレンズアセンブリを最適化する必要がある。しかし、既存の光拡大モジュールの構造は最適化されていないので、全体として上記の目的を達成することを保証できない。つまり、良好なユーザー体験を保証することはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態は、短距離光拡大モジュール、眼鏡、ヘルメット及びＶＲシステムを提供し、それによって先行技術の問題を解決する。
【０００５】
第１の態様において、本発明は、短距離光拡大モジュールを提供する。短距離光拡大モジュールは、順に配置された反射型偏光板、第１位相遅延板、第２レンズ及び第２位相遅延板を備え、
第１レンズが、さらに、前記反射型偏光板、前記第１位相遅延板、前記第２レンズ及び前記第２位相遅延板のいずれか１つのどちらかの側に配置され、
前記第２レンズにおいて、前記第２位相遅延板に隣接する面が半透過面であり、
Ｆが短距離光拡大モジュールのシステムの焦点距離であるとき、前記第２レンズの第１焦点距離f2が、
【数１】
0006340085.tif 000002
の条件を満たす。
【０００６】
第１の態様と共に、第１の態様の第１の可能な実現モードにおいて、前記半透過面の反射面の有効焦点距離fs4が、
【数２】
0006340085.tif 000003
の条件を満たす。
【０００７】
第１の態様と共に、第１の態様の第２の可能な実現モードにおいて、前記半透過面の反射面の有効焦点距離fs4が、
【数３】
0006340085.tif 000004
の条件を満たす。
【０００８】
第１の態様の第２の可能な実現モードと共に、第１の態様の第３の可能な実現モードにおいて、前記半透過面の反射面の有効焦点距離fs4が2.1Fである。
【０００９】
第１の態様と共に、第１の態様の第４の可能な実現モードにおいて、前記第２レンズの第１焦点距離f2が、
【数４】
0006340085.tif 000005
の条件を満たす。
【００１０】
第１の態様と共にまたは第１の態様の第１の可能な実現モードから第１の態様の第４の可能な実現モードにおいて、前記第２レンズにおいて、前記第１レンズに隣接した光学面の焦点距離fs3が、
【数５】
0006340085.tif 000006
の条件を満たす。
【００１１】
第１の態様と共にまたは第１の態様の第１の可能な実現モードから第１の態様の第４の可能な実現モードにおいて、前記第１レンズの焦点距離f1が、
【数６】
0006340085.tif 000007
の条件を満たす。
【００１２】
第１の態様と共にまたは第１の態様の第１の可能な実現モードから第１の態様の第４の可能な実現モードにおいて、短距離光拡大モジュールの厚さが８〜１２ｍｍである。
【００１３】
第１の態様と共にまたは第１の態様の第１の可能な実現モードから第１の態様の第４の可能な実現モードにおいて、短距離光拡大モジュールのアイレリーフが、５〜１０ｍｍである。
【００１４】
第１の態様と共にまたは第１の態様の第１の可能な実現モードから第１の態様の第４の可能な実現モードにおいて、前記第２レンズ及び前記第１レンズを介して画像形成に関与する光が通過する開口Ｄが、
【数７】
0006340085.tif 000008
の条件を満たす。
【００１５】
第２の態様において、本発明は、短距離光拡大眼鏡を提供する。短距離光拡大眼鏡は、第１の態様の短距離光拡大モジュールと、
前記短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に配置された表示画面と、
を備える。
【００１６】
第３の態様において、本発明は、短距離光拡大ヘルメットを提供する。短距離光拡大ヘルメットは、第１の態様の短距離光拡大モジュールと、
前記短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に配置された表示画面と、
を備える
【００１７】
第４の態様において、本発明は、短距離光拡大ＶＲシステムを提供する。短距離光拡大ＶＲシステムは、第２の態様の眼鏡又は第３の態様のヘルメットを備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の実施形態では、光拡大効果に影響を与える第１焦点距離ｆ２のパラメータを改良したため、モジュールが全体の厚さを小さく維持しながら大きな光拡大効果を得ることができる。そのため、ＶＲ装置は広い視野角、大きなアイボックス、高品質の画像効果、ひいてはよりよいユーザー体験を実現することができる。
【００１９】
これら、他の目的および本発明の特徴は、好ましい実施形態を伴う以下の記載から添付図面を参照して明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】先行技術の短距離光拡大モジュールの全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る短距離光拡大モジュールの全体構成を示す概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る短距離光拡大モジュールのＭＴＦ図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る短距離光拡大モジュールの歪曲収差図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る短距離光拡大モジュールの像面湾曲図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る短距離光拡大モジュールの全体構成を示す概略図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る短距離光拡大モジュールのＭＴＦ図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る短距離光拡大モジュールの歪曲収差図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る短距離光拡大モジュールの像面湾曲図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る短距離光拡大モジュールの全体構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る短距離光拡大モジュールのＭＴＦ図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る短距離光拡大モジュールの歪曲収差図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る短距離光拡大モジュールの像面湾曲図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る短距離光拡大モジュールの全体構成を示す概略図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る短距離光拡大モジュールのＭＴＦ図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態に係る短距離光拡大モジュールの歪曲収差図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態に係る短距離光拡大モジュールの像面湾曲図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
当業者に本発明の解決策をより良く理解してもらうために、以下に、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明の教えに基づいて、当業者がさらなる発明的活動を追加せずに、本発明の教えを実現する別の実施形態を見出すことができることは明らかである。これらの実施形態も本発明の範囲に含まれるものとする。
【００２２】
図２、図６、図１０及び図１４は、本発明の実施形態に係る短距離光拡大モジュールの構造図である。短距離光拡大モジュールは、反射型偏光板、第１位相遅延板、第２レンズ２０及び第２位相遅延板を含んでおり、それらが順に配置される。更に、第１レンズ１０が、反射型偏光板、第１位相遅延板、第２レンズ２０、第２位相遅延板のいずれか１つのどちらかの側に配置される。反射型偏光板、第１位相遅延板及び第２位相遅延板は図示しないが、特に図１で参照することができる。これらの実施形態の図面において、第１レンズ１０は第２レンズ２０の左側に配置されているが、実際には、第１レンズ１０は第２レンズ２０の右側に配置してもよい。以後、繰り返し説明しないが同様である。
【００２３】
第１レンズ１０及び第２レンズ２０は、短距離光拡大モジュールの光拡大効果に影響を与えるコア部であり、それらのシステムの焦点距離Ｆは１０〜１５ｍｍである。しかし、システムの焦点距離Ｆはこの数値範囲に限定されるものではなく、例えば、８〜３０ｍｍであってもよい。更に、第１レンズ１０及び第２レンズ２０は密接していてもよく、一定の空間をあけて離れていてもよい。
【００２４】
これらの実施形態の図面に定義されているように、第１レンズ１０の左側の光学面は第１光学面Ｅ１であり、第１レンズ１０の右側の光学面は第２光学面Ｅ２であり、第２レンズ２０の左側の光学面は第３光学面Ｅ３であり、第２レンズ２０の右側の光学面は第４光学面Ｅ４である。
【００２５】
第２位相遅延板、第２レンズ２０、第１レンズ１０及び第１位相遅延板を連続的に通過した後、対象物側からの光学像は反射型偏光板に到達する。そこでまず１度目の反射をし、第１位相遅延板を通過した後、第４光学面Ｅ４に到達する。そこでは２度目の反射をし、第１位相遅延板及び反射型偏光板を再び通過した後、人間の目に到達する。このように、短距離光拡大モジュールで光学像の反射と拡大を２度ずつすることができ、それによって光拡大の必須要件を満たすことができる。
【００２６】
さらに、これらの実施形態では、第１レンズ１０及び第２レンズ２０が設けられており、これらの２つのレンズが連携してシステムの焦点距離に寄与し、収差を調整し、画像の質を向上させている。
【００２７】
短距離光拡大モジュールがインテリジェントＶＲのウェアラブルデバイスに適用されたときに、広い視野角、大きなアイボックス、高品質の画像効果及びコンパクトな超薄型構造を実現するために、第２レンズ２０の第１焦点距離ｆ２が以下の条件を満たす必要がある。
【００２８】
【数８】
0006340085.tif 000009
【００２９】
ここで、入射光が第３光学面Ｅ３を通り、第４光学面Ｅ４で反射された後に測定された焦点距離を、第１焦点距離ｆ２と定義する。
【００３０】
第２レンズ２０の第１焦点距離ｆ２は、システムの光強度をもたらす主要源である。反射面を含む光学強度が高すぎる場合、例えばシステム全体の光強度に近づく場合（ｆ２＜１．２Ｆ）、収差の補正が難しくなる。反射面を含む光強度が低すぎる場合（ｆ２＞２Ｆ）、他のレンズが負担する光強度が高すぎて、収差を補正するために追加のレンズが必要となるが、これは光学システムの小型化・軽量化デザインのために好ましくない。
【００３１】
条件式（１）は、第２レンズ２０の第１焦点距離の特定の範囲を規定している。さらに、この光学システムでは、０．９〜１．３インチの大きさの画面を使用することにより広い視野角を得ることができ、広い視野角は高い画面解像度を許容することができる。得られる視野角Ｖは９０〜１００°であり、許容される画面解像度は８００＊８００〜２０００＊２０００である。
【００３２】
第２レンズ２０において、第４光学面Ｅ４の反射面の有効焦点距離ｆｓ４は以下の条件を満たす。
【００３３】
【数９】
0006340085.tif 000010
【００３４】
ここで、これらの実施形態では、入射光が第４反射面Ｅ４で反射した後に測定された焦点距離を、反射面の有効焦点距離ｆｓ４と定義する。
【００３５】
第４光学面Ｅ４の反射面はシステムの光強度をもたらす主要源である。その光強度が高すぎる場合、例えばシステム全体の光強度に近い場合（ｆｓ４＜Ｆ）、収差の補正が難しくなるうえ、光学面が湾曲しすぎたりレンズが厚すぎたりすることがあり、従ってシステムの厚さの増加を引き起こすことになる。これは、ＶＲウェアラブルデバイスが要求する軽量・薄型デザインという観点から好ましくない。逆に、光強度が低すぎる場合（ｆｓ４＞５Ｆ）、他のレンズが負担する光強度が高すぎて、収差を補正するために追加のレンズが必要となるが、これは光学システムの小型化・軽量化デザインのために好ましくない。
【００３６】
第２レンズ２０において、第３光学面Ｅ３の焦点距離ｆｓ３は以下の条件を満たす。
【００３７】
【数１０】
0006340085.tif 000011
【００３８】
焦点距離ｆｓ３が短すぎる場合、第２レンズ２０が湾曲しすぎている可能性があり、収差の補正に好ましくない。さらに、第２レンズ２０が湾曲しすぎていると、光学システムの厚さを増加させ、それはＶＲウェアラブルデバイスが要求する軽量・薄型デザインという観点から好ましくない。
【００３９】
第１レンズ１０の焦点距離ｆ１は、以下の条件を満たす。
【００４０】
【数１１】
0006340085.tif 000012
【００４１】
焦点距離ｆ１が短すぎる場合（｜ｆ１｜＜４Ｆ）、第１レンズ１０が湾曲しすぎており、システム全体に強い収差がある可能性がある。加えて、第１レンズ１０の厚さが増加し、それはＶＲウェアラブルデバイスが要求する軽量・薄型デザインという観点から好ましくない。
【００４２】
小型で極薄なＶＲウェアラブルデバイスを実現するために、短距離光拡大モジュールの厚さは、８〜１２ｍｍに設計されている。その厚さは、短距離光拡大モジュールの両側の間における、光軸方向に沿う最大距離である。
【００４３】
ＶＲ装置の快適性と結像品質の両方を考慮し、短距離光拡大モジュールのアイレリーフは５〜１０ｍｍに設計されている。このアイレリーフは、眼球と接眼レンズ（人間の目に最も近い距離にある光学面）の間の距離であり、観察者は視野内にはっきりと画像を見ることができる。
【００４４】
大きなアイボックス及び良好な画像品質の両方を得るために、対象物側の開口の調節可能範囲は１．７〜２．５Ｆに設計されており、第２レンズと第１レンズを介しての結像に関与する光が通過する開口Ｄは、以下の条件を満たす。
【００４５】
【数１２】
0006340085.tif 000013
【００４６】
条件（５）に対応して得られるアイボックスＡは５〜６ｍｍである。
【００４７】
さらに、条件（１）及び（２）の数値範囲は以下のように設定するのが好適である。
【００４８】
【数１３】
0006340085.tif 000014
【００４９】
これらの実施形態に係る短距離光拡大モジュールについて、添付の表と併せて以下でさらに説明する。
【００５０】
各実施形態の短距離光拡大モジュールの具体的な設計パラメータテーブルでは、ＯＢＪは光学システムの対象物を表し、ＩＭＡは光学システムの画像を表し、ＳＴＯは光学システム内のレンズの絞りを表し、厚さは光学面ｉと光学面ｉ＋１の間の距離を表す。ｉは対象物側から数えて（ｉ0）＋１番目の光学面であることを表す。光は左側の第１レンズ１０から右側の第２レンズ２０のほうに進み、ＭＩＲＲＯＲ（ミラー）と記載されている物質（ガラス）に到達すると、逆の方向に反射する。そして第２のＭＩＲＲＯＲに到達すると、再び左から右に反射し、最終的には像面に到達する。
【００５１】
（実施形態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１レンズの焦点距離ｆ１は無限遠、第２レンズ２０の焦点距離ｆ２は１．２Ｆ（Ｆはシステムの焦点距離）として設計されている。
【００５２】
短距離光拡大モジュールの具体的な設計パラメータを表１に示す。
【００５３】
【表１】
0006340085.tif 000015
【００５４】
表１において、最初の行のＯＢＪは対物面に関する設計パラメータを表す。２行目のＳＴＯは、光学システムの絞りを表し、絞りの開口は５ｍｍである。３行目は光学モジュールの中の反射型偏光板と第１位相遅延板からなる薄膜を表すが、そのタイプはＳＴＡＮＤＡＲＤ（標準面）であり、素材はＰＭＭＡであり、直径は１４．７５７０２ｍｍであり、非球面係数は０である。４行目と５行目はそれぞれ、第１レンズ１０の第１光学面Ｅ１と第２光学面Ｅ２に対応するデータを表すが、第１光学面Ｅ１と第２光学面Ｅ２の曲率半径はともに無限大であり、第１レンズ１０の厚さは１．０２８８３ｍｍ（第１光学面Ｅ１と第２光学面Ｅ２の間の距離であり、４行目の厚さの値である）であり、素材はＨ−ＺＦ５２Ａである。６行目と７行目はそれぞれ、第２レンズ２０の第３光学面と第４光学面に対応するデータを表すが、第３光学面の曲率半径は無限大であり、第４光学面の曲率半径は４２．３８６３ｍｍであり、第２レンズ２０の厚さは２．５ｍｍ（第３光学面Ｅ３と第４光学面Ｅ４の間の距離であり、６行目の厚さの値である）であり、素材はＨ−ＱＫ１である。８行目〜１６行目は、再度一つ一つここで説明しないが、第１レンズ１０及び第２レンズ２０に関連する薄膜内の光の反射や透過に関するパラメータである。１７行目は、表示画面の液晶層のガラス薄膜を表すが、厚さは０．２０５７７６６ｍｍであり、素材はＢＫ７である。１８行目のＩＭＡは、最終的な光の結像面を表す。
【００５５】
短距離光拡大モジュールの他の対応するパラメータを表２に示す。
【００５６】
【表２】
0006340085.tif 000016
【００５７】
表１に示すように関連するパラメータを設定することにより、第１レンズ１０の焦点距離が無限遠、第２レンズ２０の第１焦点距離が１．２Ｆ（１６．８ｍｍ）、第２レンズ２０の半透過面の反射面の有効焦点距離が１．５Ｆ（２１ｍｍ）、光学系の厚さは８ｍｍとなることが表２から明らかであり、したがって１４ｍｍのシステム焦点距離と１００°の視野角が得られる。短距離光拡大モジュールの前部に２．８の開口を設計、すなわち対応する絞りの直径Ｄを５ｍｍに設計することにより、それに応じて５ｍｍの大きなアイボックスを得ることができる。
【００５８】
また、画面サイズは１．１１インチに設計されておりアイレリーフは５ｍｍに設計されている。図３のＭＴＦ図と併せて、各視野で０．１８より高い平均縦座標（変調伝達関数）を有する横座標（ミリメートル当たりの空間周波数）の値が得られ、それにより、８００＊８００の解像度をもたらすことのできる短距離光拡大モジュールの解像力が得られる。
【００５９】
また、本実施形態では、図４の光学画像歪み率は（−２８％，０）の範囲内に制御され、図５の像面湾曲は（−１ｍｍ，１ｍｍ）の範囲内に制御されている。
【００６０】
（実施形態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１レンズの焦点距離ｆ１は８．７Ｆに設計されており、第２レンズ２０の第１焦点距離ｆ２は１．６Ｆに設計されている（Ｆはシステムの焦点距離である）。
【００６１】
短距離光拡大モジュールの具体的な設計パラメータを表３に示す。
【００６２】
【表３】
0006340085.tif 000017
【００６３】
表３において、２行目はＰＡＲＡＸＩＡＬ（近軸）の設計を表す。４行目は、光学モジュールの反射偏光板と第１位相遅延板からなる薄膜に関するパラメータを表す。６行目と７行目は、第１レンズ１０に関するパラメータを表すが、第１レンズ１０の第２光学面Ｅ２はＥＶＥＮＡＳＰＨ（非球面）である。８行目と９行目は第２レンズ２０に関するパラメータを表すが、第２レンズ２０の第３光学面Ｅ３はＥＶＥＮＡＳＰＨ（非球面）である。本実施形態の他の関連するパラメータの詳細については再度説明しないが、実施形態１に準じてもよい。
【００６４】
短距離光拡大モジュールの光学面の改良された設計パラメータを表４に示す。
【００６５】
【表４】
0006340085.tif 000018
【００６６】
（表４の続き）
0006340085.tif 000019
【００６７】
（表４の続き）
0006340085.tif 000020
【００６８】
表４において、非球面式は一般に以下のように表される。
【００６９】
【数１４】
0006340085.tif 000021
【００７０】
ここで、ｒはレンズ上の点から光軸までの距離、ｃは曲面の頂点での曲率、Ｋは円錐定数、及びｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊは多項式係数である。
【００７１】
例えば、ｓｕｒｆａｃｅ６では、上記ｘ式に以下の係数をそれぞれ代入することにより、ｓｕｒｆａｃｅ６の非球面の式が得られる。他の非球面についても同様の方法で得ることができる。
c=-1/55.02969, K=-28.93212, d=5.4015026*10-5, e=-1.6567046*10-7, f=2.4870791*10-10, g=-4.6902803*10-13, h=i=j=0
【００７２】
短距離光拡大モジュールの他のパラメータを表５に示す。
【００７３】
【表５】
0006340085.tif 000022
【００７４】
表３と表４に示すように関連するパラメータを設定することにより、第１レンズ１０の焦点距離が８．１Ｆ（１０２．７５ｍｍ）、第２レンズ２０の第１焦点距離が１．６Ｆ（２０．３２ｍｍ）、第２レンズ２０の半透過面の反射面の有効焦点距離が２．１Ｆ（２６．６７ｍｍ）、光学系の厚さが９．２ｍｍとなることが表５から明らかであり、したがって、１２．７ｍｍのシステム焦点距離及び１００°の広い視野角を得ることができる。短距離光拡大モジュールの前部に２．１の開口を設計、すなわち対応する絞りの直径Ｄを６．０５ｍｍに設計することにより、それに応じて６ｍｍの大きなアイボックスを得ることができる。
【００７５】
また、画面サイズは１．１１インチに設計されており、アイレリーフは８ｍｍに設計されている。図７のＭＴＦ図と併せて、各視野で０．１８より高い平均縦座標（変調伝達関数）を有する横座標（ミリメートル当たりの空間周波数）の値が得られ、それにより２０００＊２０００の解像度をもたらすことのできる短距離光拡大モジュールの解像力が得られる。図８の歪み率は（−３４％，０％）の範囲内に制御され、図９の像面湾曲は（−０．２ｍｍ，０．２ｍｍ）の範囲内に制御されている。
【００７６】
（実施形態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１レンズの焦点距離ｆ１は８．７Ｆとなるように設計され、第２レンズ２０の第１焦点距離ｆ２は１．８９Ｆとなるように設計されている（Ｆはシステムの焦点距離である）。
【００７７】
短距離光拡大モジュールの具体的な設計パラメータを表６に示す。
【００７８】
【表６】
0006340085.tif 000023
【００７９】
短距離光拡大モジュールにおける光学面の改良された設計パラメータを表７に示す。
【００８０】
【表７】
0006340085.tif 000024
【００８１】
（表７の続き）
0006340085.tif 000025
【００８２】
（表７の続き）
0006340085.tif 000026
【００８３】
表６及び表７の具体的なパラメータの説明は、表１、表３及び表４を参照することができる。
【００８４】
短距離光拡大モジュールの他の対応するパラメータを表８に示す。
【００８５】
【表８】
0006340085.tif 000027
【００８６】
表６と表７に示すように関連するパラメータを設定することにより、第１レンズ１０の焦点距離が８．７Ｆ（１２１．８ｍｍ）、第２レンズ２０の第１焦点距離が１．８９Ｆ（２６．４６ｍｍ）、第２レンズ２０の半透過面の反射面の有効焦点距離が２．４Ｆ（３３．６ｍｍ）、光学系の厚さが９．９ｍｍとなることが表８から明らかであり、したがって、１４ｍｍのシステム焦点距離、及び１００°の広い視野角を得ることができる。短距離光拡大モジュールの前部に２．３の開口を設計、すなわち対応する絞りの直径Ｄを６．０８ｍｍに設計することにより、それに応じて６ｍｍの大きなアイボックスを得ることができる。
【００８７】
また、画面サイズは１．２４インチに設計されており、アイレリーフは８ｍｍに設計されている。図１１のＭＴＦ図と併せて、各視野で０．１８より高い平均縦座標（変調伝達関数）を有する横座標（ミリメートル当たりの空間周波数）の値が得られ、それにより２０００＊２０００の解像度をもたらすことのできる短距離光拡大モジュールの解像力が得られる。図１２の歪み率は（−３４％，０％）の範囲内に制御され、図１３の像面湾曲は（−０．２ｍｍ，０．２ｍｍ）の範囲内に制御されている。
【００８８】
そのため、本実施形態に係る短距離光拡大モジュールを使用することにより、広い視野角、大きなアイボックス、及び高品質の画像効果を有する極薄なＶＲウェアラブルデバイスを作製することができる。
【００８９】
（実施形態４）
図１４に示すように、短距離光拡大モジュールにおいて、第１レンズの焦点距離ｆ１は４．６Ｆとなるように設計され、第２レンズ２０の第１焦点距離ｆ２は２Ｆとなるように設計されている（Ｆはシステムの焦点距離である）。
【００９０】
短距離光拡大モジュールの具体的な設計パラメータを表９に示す。
【００９１】
【表９】
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【００９２】
短距離光拡大モジュールにおける光学面の改良された設計パラメータを表１０に示す。
【００９３】
【表１０】
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【００９４】
（表１０の続き）
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【００９５】
（表１０の続き）
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【００９６】
表９及び表１０の具体的なパラメータの説明は、表１、表３及び表４を参照することができる。
【００９７】
短距離光拡大モジュールの他の対応するパラメータを表１１に示す。
【００９８】
【表１１】
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【００９９】
表９と表１０に示すように関連するパラメータを設定することにより、第１レンズ１０の焦点距離が４．６Ｆ（６６．２４ｍｍ）、第２レンズ２０の第１焦点距離が２Ｆ（２８．８ｍｍ）、第２レンズ２０の半透過面の反射面の有効焦点距離が２．４Ｆ（３４．５６ｍｍ）、光学系の厚さが９．９ｍｍとなることが表１１から明らかであり、したがって、１４．４ｍｍのシステム焦点距離及び、１００°の広い視野角を得ることができる。短距離光拡大モジュールの前部に２．４の開口を設計、すなわち対応する絞りの直径Ｄを６ｍｍに設計することにより、それに応じて６ｍｍの大きなアイボックスを得ることができる。
【０１００】
また、画面サイズは１．３インチに設計されており、アイレリーフは８ｍｍに設計されている。図１５のＭＴＦ図と併せて、各視野で０．１８より高い平均縦座標（変調伝達関数）を有する横座標（ミリメートル当たりの空間周波数）の値が得られ、それにより１０００＊１０００の解像度をもたらすことのできる短距離光拡大モジュールの解像力が得られる。図１６の歪み率は（−３２．４％，０）の範囲内に制御され、図１７の像面湾曲は（−０．２ｍｍ，０．２ｍｍ）の範囲内に制御されている。
【０１０１】
また、半透過面の反射面の有効焦点距離は２．４Ｆとして設計されることに限定されるものではなく、５Ｆとして設計されてもよい。光学系の厚さ及びアイレリーフは、それぞれ９．９ｍｍ及び８ｍｍとして設計されることに限定されるものではなく、それぞれ１２ｍｍ及び１０ｍｍとして設計されてもよい。
【０１０２】
本実施形態に係る短距離光拡大モジュールに基づいて、さらに、本発明は上記実施形態の短距離光拡大モジュールを含む眼鏡を提供する。眼鏡はさらに、短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に配置される画面３０を含む。図２、図６、図１０及び図１４では、画面３０は短距離光拡大モジュールと同軸に配置されている。しかし、使用上は、画面３０は特定のアプリケーションの要求次第で、短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に配置されていてもよい。
【０１０３】
本実施形態に係る短距離光拡大モジュールに基づいて、さらに、本発明は上記実施形態の短距離光拡大モジュールを含むヘルメットを提供する。ヘルメットはさらに、短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に配置される画面３０を含む。図２、図６、図１０及び図１４では、便宜上、画面３０は短距離光拡大モジュールと同軸に配置されている。しかし、使用上は、画面３０は特定のアプリケーションの要求次第で、短距離光拡大モジュールと同軸又は非同軸に配置されていてもよい。
【０１０４】
本発明の眼鏡及びヘルメットに基づいて、さらに、本発明は、上記実施形態の眼鏡又はヘルメットを含み、インテリジェントＶＲウェアラブルデバイスで用いられる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む眼鏡又はヘルメットを含むため、広い視野角、大きなアイボックス、高品質な画像効果、及び小型極薄構造等を有し、ひいては良好なユーザー体験を提供することができる。具体的には、短距離光拡大モジュールの実施形態を参照することができる。
【０１０５】
本明細書で用いられている「第１」「第２」のような序数を示す形容詞は、もっぱらひとつのエンティティや動作を他のエンティティや動作から区別するためにのみ用いられており、これらのエンティティや動作が特定の関係や順序を有していなければならないことを要求又は暗示しているものではないことに留意すべきである。また、「含む」「有する」という単語やそれらの変形は、非限定的な包含を意味する。そのため、一連の重要な要素を含むと言及されているプロセス、方法、対象物又はデバイスは、それらの重要な要素を含むだけでなく、明示されていない他の重要な要素や、それらのプロセス、方法、対象物又はデバイスに特有の重要な要素も含む。他の限定がない場合には、「・・・を含む」という文章で定義された重要な要素は、その重要な要素が含まれるプロセス、方法、対象物又はデバイス中に類似した重要な要素がさらに存在することを排除しない。
【０１０６】
上述した記載では本発明のいくつかの具体的な実施形態のみを示したため、当業者は本発明を理解し、又は実施することができる。これらの実施形態に対する様々な修正は、当業者にとって明らかである。本明細書で定義される一般的な原理は、本発明の思想や範囲から逸脱しない他の実施形態でも実施することができる。したがって本発明はここに記載されている実施形態に限定されるものではなく、ここに開示された原理及び新規の特徴と一致する最大の範囲に及ぶ。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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