(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像側から物体側に向かって順に、反射型偏光板と、第１の位相遅延板と、第３のレンズと、第２の位相遅延板とを備える短距離光増幅モジュールであって、
前記短距離光増幅モジュールが、前記反射型偏光板、前記第１の位相遅延板、前記第３のレンズ、および前記第２の位相遅延板のいずれか１つのどちらかの側に配置された第１のレンズと、前記反射型偏光板、前記第１の位相遅延板、前記第３のレンズ、および前記第２の位相遅延板のいずれか１つのどちらかの側に配置された第２のレンズとをさらに備え、
前記第３のレンズにおいて、前記第２の位相遅延板に近接する光学面が半透過型光学面であり、
前記第３のレンズの第１の焦点距離ｆ３が、前記短距離光増幅モジュールの焦点距離をＦとする場合に、１Ｆ≦ｆ３≦２Ｆの条件を満たす、短距離光増幅モジュール。
【請求項２】
前記第３のレンズの前記第１の焦点距離ｆ３が、１．５Ｆ≦ｆ３≦２Ｆの条件を満たす、請求項１に記載の短距離光増幅モジュール。
【請求項３】
前記半透過型光学面の焦点距離ｆＳ６が、１．５Ｆ≦ｆＳ６≦５Ｆの条件を満たす、請求項１に記載の短距離光増幅モジュール。
【請求項４】
前記第３のレンズにおいて、前記第２のレンズに近接する光学面の焦点距離ｆＳ５が、｜ｆＳ５｜≧２Ｆの条件を満たす、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の短距離光増幅モジュール。
【請求項５】
前記第１のレンズと、前記第２のレンズと、前記第３のレンズとからなる光学系の焦点距離Ｆが、１０ｍｍ≦Ｆ≦３２ｍｍの条件を満たす、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の短距離光増幅モジュール。
【請求項６】
前記第２のレンズの焦点距離ｆ２が、２Ｆ≦−ｆ２の条件を満たす、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の短距離光増幅モジュール。
【請求項７】
前記第２のレンズにおいて、前記第１のレンズに近接する光学面の焦点距離ｆＳ３が、｜ｆＳ３｜≧２Ｆの条件を満たす、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の短距離光増幅モジュール。
【請求項８】
前記第２のレンズにおいて、前記第３のレンズに近接する光学面の焦点距離ｆＳ４が、｜ｆＳ４｜≧２Ｆの条件を満たす、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の短距離光増幅モジュール。
【請求項９】
前記第１のレンズの焦点距離ｆ１が、４Ｆ≦ｆ１の条件を満たす、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の短距離光増幅モジュール。
【請求項１０】
前記第１のレンズにおいて、前記第２のレンズに近接する光学面の焦点距離ｆＳ２が、前記第１のレンズの前記焦点距離ｆ１と等価である、請求項９に記載の短距離光増幅モジュール。
【請求項１１】
前記像側に最も近接する前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、または前記第３のレンズの光学面と、前記物体側のスクリーン面との間の距離が、８ｍｍ〜３０ｍｍである、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の短距離光増幅モジュール。
【請求項１２】
前記第１のレンズ、負レンズである前記第２のレンズ、および前記第３のレンズを介して結像に参加する光が通過する開口Ｄが、０．３Ｆ≦Ｄ≦０．６Ｆの条件を満たす、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の短距離光増幅モジュール。
【請求項１３】
前記像側に最も近接する前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、または前記第３のレンズの光学面と、前記像側の人間の目との間の距離が、５〜１０ｍｍである、請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の短距離光増幅モジュール。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の短距離光増幅モジュールを備える眼鏡であって、前記短距離光増幅モジュールと同軸または非同軸に設定された表示スクリーンをさらに備える眼鏡。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の短距離光増幅モジュールを備えるヘルメットであって、前記短距離光増幅モジュールと同軸または非同軸に設定された表示スクリーンをさらに備えるヘルメット。
【請求項１６】
請求項１４に記載の眼鏡または請求項１５に記載のヘルメットを備えるＶＲシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置の技術分野に関し、詳細には、短距離光増幅モジュール、眼鏡、ヘルメット、および、ＶＲシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現時点で、短距離光増幅モジュールが、既に開示されている。
そのような短距離光増幅モジュールは、画質要件を満たすために、通常は、複数の光学デバイスを含む。
図１に示すように、当該短距離光増幅モジュールは、像側から物体側に向かって順に、反射型偏光板０１と、第１の位相遅延板０２と、レンズユニット０３と、第２の位相遅延板０４とを備える。
レンズユニット０３において、第２の位相遅延板０４に近接する光学面は、半透過型光学面である。
使用時には、物体側からの光学像が、レンズユニット０３により透過的に増幅され、続いて、反射型偏光板０１により反射され、レンズユニット０３により再び増幅され、最終的に、反射型偏光板０１を通じて人間の目に入る。
短距離光増幅モジュールにおいて、レンズユニット０３は、光学像の増幅効果を左右する中心的部品である。
【０００３】
各光学デバイスが一定量の設置空間をとるため、複数の光学デバイスからなる短距離光増幅モジュールのサイズおよび体積は、いずれも、通常は非常に大きく、特に高度な仮想現実（ＶＲ）のためのコンパクトかつ超薄の構造要件を満たすことができない。
よって、ＶＲデバイスに適用するために、狭い空間で高い増幅率を備える短距離光増幅モジュールを設計する必要がある。
さらに、ＶＲデバイスは、優れたユーザ体験を提供することに特化している。
それには、広い画角、大きなアイボックス（ｅｙｅｂｏｘ）、高品質な結像効果等をＶＲデバイスで実現する必要がある。
そのような技術課題は、上述したレンズアセンブリの光学的特徴に直接関連する。
【０００４】
よって、上述した課題を解決するため、ＶＲデバイスの全使用範囲内で上述した課題が解決されるように、短距離光増幅モジュールのレンズアセンブリのパラメータを設定する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、上述した課題を解決することができる短距離光増幅モジュールを提供する。
この短距離光増幅モジュールは、小型のＶＲデバイスで使用することができ、当該ＶＲデバイスで、広い画角、大きなアイボックス、および、高品質な結像効果を実現することができる。
さらに、本発明は、眼鏡、ヘルメット、および、ＶＲシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した技術的問題に対処するため、本発明の実施形態は、以下に示す技術的解決策を開示する。
【０００７】
すなわち、順に配置された反射型偏光板と、第１の位相遅延板と、第３のレンズと、第２の位相遅延板とを備え、第１のレンズが、反射型偏光板、第１の位相遅延板、第３のレンズ、および第２の位相遅延板のいずれか１つのどちらかの側にさらに設定され、第２のレンズが、反射型偏光板、第１の位相遅延板、第３のレンズ、および第２の位相遅延板のいずれか１つのどちらかの側にさらに設定された短距離光増幅モジュールであって、第３のレンズにおいて、第２の位相遅延板に近接する光学面が半透過型光学面であり、第３のレンズの焦点距離ｆ３が、短距離光増幅モジュールの光学系焦点距離をＦとする場合に、１Ｆ≦ｆ３≦２Ｆの条件を満たす、短距離光増幅モジュールを開示する。
【０００８】
別の態様では、上述した短距離光増幅モジュールで、第３のレンズの焦点距離ｆ３が、１．５Ｆ≦ｆ３≦２Ｆの条件を満たす。
【０００９】
別の態様では、上述した短距離光増幅モジュールで、半透過型光学面の焦点距離ｆＳ６が、１．５Ｆ≦ｆＳ６≦５Ｆの条件を満たす。
【００１０】
別の態様では、上述した短距離光増幅モジュールで、第３のレンズにおいて、第２のレンズに近接する光学面の焦点距離ｆＳ５が、｜ｆＳ５｜≧２Ｆの条件を満たす。
【００１１】
別の態様では、上述した短距離光増幅モジュールで、短距離光増幅モジュールの光学系焦点距離Ｆが、１０ｍｍ≦Ｆ≦３２ｍｍの条件を満たす。
【００１２】
別の態様では、上述した短距離光増幅モジュールで、第２のレンズの焦点距離ｆ２が、２Ｆ≦−ｆ２の条件を満たす。
【００１３】
別の態様では、上述した短距離光増幅モジュールで、第２のレンズにおいて、第１のレンズに近接する光学面の焦点距離ｆＳ３が、｜ｆＳ３｜≧２Ｆの条件を満たす。
【００１４】
別の態様では、上述した短距離光増幅モジュールで、第２のレンズにおいて、第３のレンズに近接する光学面の焦点距離ｆＳ４が、｜ｆＳ４｜≧２Ｆの条件を満たす。
【００１５】
別の態様では、上述した短距離光増幅モジュールで、第１のレンズの焦点距離ｆ１が、４Ｆ≦ｆ１の条件を満たす。
【００１６】
別の態様では、上述した短距離光増幅モジュールで、第１のレンズにおいて、第２のレンズに近接する光学面の焦点距離ｆＳ２が、第１のレンズの焦点距離ｆ１と等価である。
【００１７】
別の態様では、上述した短距離光増幅モジュールで、光増幅モジュールの厚さが８ｍｍ〜３０ｍｍである。
【００１８】
別の態様では、上述した短距離光増幅モジュールで、第１のレンズ、第２のレンズ、および、第３のレンズを介して結像に参加する光線が通過する開口Ｄが、０．３Ｆ≦Ｄ≦０．６Ｆの条件を満たす。
【００１９】
別の態様では、上述した短距離光増幅モジュールで、短距離光増幅モジュールのアイレリーフ（ｅｙｅ  ｒｅｌｉｅｆ）が、５〜１０ｍｍである。
【００２０】
さらに、本発明は、上述した短距離光増幅モジュールのいずれかを備える眼鏡であって、短距離光増幅モジュールと同軸または非同軸に設定された表示スクリーンをさらに備える眼鏡を提供する。
【００２１】
さらに、本発明は、上述した短距離光増幅モジュールのいずれかを備えるヘルメットであって、短距離光増幅モジュールと同軸または非同軸に設定された表示スクリーンをさらに備えるヘルメットを提供する。
【００２２】
さらに、本発明は、眼鏡またはヘルメットを備えるＶＲシステムを提供する。
【００２３】
上述した技術的解決策からわかるように、本発明に係る短距離光増幅モジュールでは、光増幅効果を左右する中心的部品である第３のレンズの反射面の有効焦点距離のパラメータを改善することによって、モジュール全体の厚さを小さくしたまま大きな光増幅効果を実現し、当該モジュールを小型のＶＲデバイスで使用することが可能となる。
さらに、当該ＶＲデバイスで、広い画角、大きなアイボックス、および、高品質な結像効果を実現し、優れたユーザ体験を提供することができる。
【００２４】
本発明の上述した課題および特徴、ならびにその他の課題および特徴は、以下の説明を好ましい実施形態についての添付の図面を参照しながら読むことで明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来技術の短距離光増幅モジュールの全体的な構造を示す概略図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態１に係る短距離光増幅モジュールの全体的な構造を示す概略図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態１に係る短距離光増幅モジュールの全体的な構造を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る短距離光増幅モジュールの歪み図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る短距離光増幅モジュールの像面湾曲図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る短距離光増幅モジュールのＭＴＦ図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る短距離光増幅モジュールの全体的な構造を示す概略図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る短距離光増幅モジュールの歪み図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る短距離光増幅モジュールの像面湾曲図である。
【図９】本発明の実施形態２に係る短距離光増幅モジュールのＭＴＦ図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係る短距離光増幅モジュールの全体的な構造を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係る短距離光増幅モジュールの歪み図である。
【図１２】本発明の実施形態３に係る短距離光増幅モジュールの像面湾曲図である。
【図１３】本発明の実施形態３に係る短距離光増幅モジュールのＭＴＦ図である。
【図１４】本発明の実施形態４に係る短距離光増幅モジュールの全体的な構造を示す概略図である。
【図１５】本発明の実施形態４に係る短距離光増幅モジュールの歪み図である。
【図１６】本発明の実施形態４に係る短距離光増幅モジュールの像面湾曲図である。
【図１７】本発明の実施形態４に係る短距離光増幅モジュールのＭＴＦ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
当業者が本発明の解決策をよく理解できるよう、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら明瞭かつ完全に説明する。
本発明の教示より、当業者が本発明の教示を実現する他の実施形態を追加の発明行為なしで発見し得ることは明らかである。
それらの実施形態も、本発明の範囲に含まれる。
【００２７】
図２Ａ、図２Ｂ、図６、図１０、および図１４は、本発明の実施形態に係る短距離光増幅モジュールの構造図である。
短距離光増幅モジュールは、順に配置された反射型偏光板と、第１の位相遅延板と、第３のレンズ３０と、第２の位相遅延板とを備え、第１のレンズが、反射型偏光板、第１の位相遅延板、第３のレンズ３０、および、第２の位相遅延板のいずれか１つのどちらかの側にさらに設定され、第２のレンズが、反射型偏光板、第１の位相遅延板、第３のレンズ３０、および、第２の位相遅延板のいずれか１つのどちらかの側にさらに設定される。
反射型偏光板および第１の位相遅延板は、図２Ａ、図２Ｂ、図１０、および、図１４で５０として示され、表示スクリーンは、４０として示され、第２の位相遅延板は、これらの図面で示されていない。
第１のレンズ１０、第２のレンズ２０、および、第３のレンズ３０は、光増幅効果を左右する中心的部品であり、短距離光増幅モジュールの光学系焦点距離Ｆは、１０〜２８ｍｍである。
さらに、第１のレンズ１０、第２のレンズ２０、および、第３のレンズ３０は、相互に付着させることができ、または、これらのレンズの間に一定の間隔を設けることができる。
【００２８】
この実施形態で定義されるように、第１のレンズ１０において、第１の位相遅延板に近接する光学面は、第１の光学面Ｅ１であり、第２のレンズ２０に近接する光学面は、第２の光学面Ｅ２である。
第２のレンズ２０において、第１のレンズ１０に近接する光学面は、第３の光学面Ｅ３であり、第２の位相遅延板に近接する光学面は、第４の光学面Ｅ４である。
第３のレンズ３０において、第２のレンズ２０に近接する光学面は、第５の光学面Ｅ５であり、第２の位相遅延板に近接する光学面は、第６の光学面Ｅ６である。
【００２９】
物体側からの光学像は、第２の位相遅延板、第３のレンズ３０、第２のレンズ２０、第１のレンズ１０、および、第１の位相遅延板を通過した後、反射型偏光板に到達する。
ここで、光学像は、１回目の反射をし、第１の位相遅延板、第１のレンズ１０、第２のレンズ２０、および、第５の光学面Ｅ５を通過した後、第６の光学面Ｅ６に到達する。
ここで、光学像は、２回目の反射をし、第２のレンズ２０、第１のレンズ１０、第１の位相遅延板、および、反射型偏光板を通過した後で、人間の目に入る。
よって、光学像は、短距離光増幅モジュールで２回反射および増幅され、光増幅の要件を満たす。
【００３０】
第３のレンズは、光学系屈折力の主要な供給源である。
さらに、これらの実施形態では、第１のレンズ１０および第２のレンズ２０が設定され、これら２つのレンズが連動して光学系焦点距離に寄与し、相互の収差を均衡化し、画質を向上させる。
【００３１】
短距離光増幅モジュールを高度なＶＲウェアラブルデバイスに適用したときに広い画角、大きなアイボックス、高品質な結像効果、および、コンパクトで超薄の構造を実現するために、第３のレンズの焦点距離ｆ３（すなわち、第３のレンズの反射面の焦点距離）は、以下の条件を満たす必要がある。
１Ｆ≦ｆ３≦２Ｆ          （１）
【００３２】
ここで、Ｆは、第１のレンズと、第２のレンズと、第３のレンズとからなる光学系の焦点距離である。
入射光が第５の光学面Ｅ５に侵入し第６の光学面Ｅ６により反射された後に測定される焦点距離は、第３のレンズの反射面含有焦点距離ｆ３と定義される。
第３のレンズ（有効反射面含有焦点距離）は、光学系屈折力の主要な供給源である。
たとえば、屈折力が高すぎて、光学系の全体的な屈折力に近い場合（ｆ３≦Ｆ）、収差を補正するのは難しくなる。
屈折力が低すぎる場合（ｆ３≧２Ｆ）、他のレンズが負担する屈折力が高くなり過ぎ、収差を補正するためにレンズを追加することが必要となる。
これは、光学系のコンパクトかつ軽量な設計に反する。
屈折力は、焦点距離に反比例することが知られている。
第３のレンズの第１の焦点距離ｆ３は、以下の条件を満たすことが好ましい。
１．５Ｆ≦ｆ３≦２Ｆ          （２）
【００３３】
第１のレンズ１０と、第２のレンズ２０と、第３のレンズ３０とからなる光学系の焦点距離Ｆは、１０ｍｍ〜３２ｍｍである。
さらに、これらのレンズは、相互に付着させることができ、または、これらのレンズの間に一定の間隔を設けることができる。
これらのレンズの形状および位置関係は、光学系焦点距離が１０ｍｍ〜３２ｍｍである限り、制限されない。
【００３４】
第３のレンズの反射面含有焦点距離ｆ３は、上述した条件（１）で定義される。
そのようなレンズが０．９〜３インチのスクリーンと協調することで、光学系で広い画角を実現し、高いスクリーン解像度を得ることができる。
このとき、画角Ｖは、９０°〜１００°、スクリーン解像度は、８００×８００〜４０００×４０００である。
【００３５】
小型化および軽量化という最適化課題に基づき、第６の光学面の焦点距離ｆＳ６、すなわち、半透過型表面の焦点距離ｆＳ６は、以下の条件を満たすように設定される。
１．５Ｆ≦ｆＳ６≦５Ｆ          （３）
【００３６】
ここで、ｆＳ６は、第６の光学面により反射される有効焦点距離を表す。
第６の光学面Ｅ６の反射面は、光学系屈折力の主要な供給源である。
たとえば、屈折力が高すぎて、光学系の全体的な屈折力に近い場合（ｆＳ６≦Ｆ）、収差を補正するのは難しくなる。
さらに、光学面が過度に湾曲し、レンズが厚くなり過ぎて、光学系の厚さが増加する。
これは、ＶＲウェアラブルデバイスの軽量かつ薄い設計に反する。
一方、屈折力が低すぎる場合（ｆＳ６≧５Ｆ）、他のレンズが負担する屈折力が高くなり過ぎ、収差を補正するためにレンズを追加することが必要となる。
これは、光学系のコンパクトかつ軽量な設計に反する。
【００３７】
同様に、小型化および軽量化という最適化課題に基づき、上述した第３のレンズにおいて、第５の光学面の焦点距離ｆｓ５は、以下の条件を満たす。
｜ｆＳ５｜≧２Ｆ          （４）
【００３８】
焦点距離ｆＳ５が小さ過ぎる場合、第３のレンズ３０は、過度に湾曲する。
これは、収差補正に反する。
さらに、第２のレンズ２０および第１のレンズ１０と組み合わせたときに、第３のレンズ３０が過度に湾曲していると、光学系の厚さが増加する。
これは、ＶＲウェアラブルデバイスに求められる軽量かつ薄い設計に反する。
【００３９】
同様に、小型化および軽量化という最適化課題に基づき、第２の負レンズの焦点距離ｆ２は、以下の条件を満たす。
２Ｆ≦−ｆ２          （５）
【００４０】
焦点距離ｆ２が小さ過ぎる場合（｜ｆ２｜≦２Ｆ）、第２のレンズ２０は、過度に湾曲し、より強い収差が光学系全体に生じる可能性がある。
さらに、第２のレンズ２０の厚さも増加する。
これは、ＶＲウェアラブルデバイスに求められる軽量かつ薄い設計に反する。
【００４１】
同様に、小型化および軽量化という最適化課題に基づき、第２のレンズ２０において、第３の光学面の焦点距離ｆＳ３は、以下の条件を満たす。
｜ｆＳ３｜≧２Ｆ          （６）
【００４２】
焦点距離ｆｓ３が小さすぎる場合（｜ＦＳ３｜≦２Ｆ）、第２のレンズ２０は、過度に湾曲する。
これは、収差補正に反する。
さらに、第１のレンズ１０および第３のレンズ３０と組み合わせたときに、第２のレンズ２０が過度に湾曲していると、光学系の厚さが増加する。
これは、ＶＲウェアラブルデバイスに求められる軽量かつ薄い設計に反する。
【００４３】
同様に、小型化および軽量化という最適化課題に基づき、第２のレンズ２０において、第４の光学面の焦点距離ｆＳ４は、以下の条件を満たす。
｜ｆＳ４｜≧２Ｆ          （７）
【００４４】
焦点距離ｆｓ４が小さすぎる場合（｜ｆＳ４｜≦２Ｆ）、第２のレンズ２０は、過度に湾曲する。
これは、収差補正に反する。
さらに、第１のレンズ１０および第３のレンズ３０と組み合わせたときに、第２のレンズ２０が過度に湾曲していると、光学系の厚さが増加する。
これは、ＶＲウェアラブルデバイスに求められる軽量かつ薄い設計に反する。
【００４５】
同様に、小型化および軽量化という最適化課題に基づき、第１のレンズの焦点距離ｆ１は、以下の条件を満たす。
４Ｆ≦ｆ１          （８）
【００４６】
焦点距離ｆ１が小さ過ぎる場合（｜ｆ１｜≦４Ｆ）、第１のレンズ１０は、極度に湾曲し、より強い収差が光学系全体に生じる。
さらに、第１のレンズ１０の厚さも増加する。
これは、ＶＲウェアラブルデバイスに求められる軽量かつ薄い設計に反する。
【００４７】
小さくて超薄のＶＲウェアラブルデバイスを実現するために、短距離光増幅モジュールの厚さは、８ｍｍ〜３０ｍｍとして設計される。
【００４８】
ＶＲデバイスの快適性および画質の両方を考慮し、短距離光増幅モジュールのアイレリーフは、５ｍｍ〜１０ｍｍとして設計される。
【００４９】
図２Ａに示すように、大きなアイボックスと良好な画質とを同時に実現するために、物体側の開口の調節可能範囲は、１．７Ｆ〜３．５Ｆとして設計される。
すなわち、第１のレンズ、第２のレンズ、および、第３のレンズを介して結像に参加する光線が通過する開口Ｄは、以下の条件を満たす。
０．３Ｆ≦Ｄ≦０．６Ｆ          （９）
【００５０】
方程式（５）に対応して、得られるアイボックスＡは、５ｍｍ〜９ｍｍである。
【００５１】
上述した各技術的解決策に基づき、最適化される短距離光増幅モジュールは、短距離光増幅モジュールと同軸または非同軸に設定された表示スクリーンをさらに備えるＶＲ眼鏡に適用される。
図２Ａは、同軸配置の場合を示し、図２Ｂは、非同軸配置の場合を示す。
短距離光増幅モジュールの光増幅効果、画角、およびアイボックスは、同期配置であるか非同期配置であるかによって影響されない。
【００５２】
上述した各技術的解決策に基づき、最適化される短距離光増幅モジュールは、短距離光増幅モジュールと同軸または非同軸に設定された表示スクリーンをさらに備えるヘルメットにも適用される。
【００５３】
本発明に係る短距離増幅モジュールは、上述した眼鏡もしくは上述したヘルメット、または、ユーザ体験に適したその他のウェアラブルデバイスを含むＶＲシステムにさらに適用される。
【００５４】
本実施形態に係る短距離光増幅モジュールを、添付の表と組み合わせてさらに示す。
【００５５】
各実施形態の第１のレンズ１０、第２のレンズ２０、および、第３のレンズ３０の具体的な設計パラメータの表で、ＯＢＪは、光学系の物体を表し、ＩＭＡは、光学系の像を表し、ＳＴＯは、光学系の絞りを表し、ｉは、物体側から始まる光学面の順序（ｉ０）＋１を表す。
光は、左側の第１のレンズ１０から右側の第２のレンズ２０に進み、さらに、第３のレンズ３０に進む。
ＭＩＲＲＯＲと示されている材料（ガラス）に到達すると、光は、逆方向に反射され、第２のＭＩＲＲＯＲに反射されると、光は、再び、逆方向となって左から右に進み、最終的に像面に到達する。
【００５６】
実施形態１
【００５７】
図２に示すように、短距離光増幅モジュールにおいて、第３のレンズ３０の反射面含有焦点距離ｆ３は、光学系焦点距離Ｆと等価として設計される。
【００５８】
第１のレンズ１０、第２のレンズ２０、および第３のレンズ３０の具体的な設計パラメータは、表１に示すとおりである。
【表１】
0006441383.tif 000002
【００５９】
表１では、１番目の行ＯＢＪは、物体面に関連する設計パラメータを表す。
３番目行ＳＴＯは、光学系の絞りを表し、その開口は９ｍｍである。
４番目の行および５番目の行は、短距離光増幅モジュールの反射型偏光板と第１の位相遅延板とからなる膜を表し、そのタイプは、ＳＴＡＮＤＡＲＤ（標準面）、材料は、ＢＫ７、直径は、３０．１８１５６ｍｍ、非球面係数は、０である。
６番目の行および７番目の行は、第１のレンズ１０の第１の光学面Ｅ１および第２の光学面Ｅ２に対応するデータをそれぞれ表し、第１の光学面Ｅ１および第２の光学面Ｅ２の曲率半径は、いずれも無限大であり、第１のレンズ１０の厚さは、２ｍｍ（すなわち、第１の光学面Ｅ１と第２の光学面Ｅ２との間の距離であり、６番目の行の厚さの値）、材料は、Ｈ−ＬＡＫ５Ａである。
８番目の行および９番目の行は、第２のレンズ２０の第３の光学面Ｅ３および第４の光学面Ｅ４に対応するデータをそれぞれ表し、第３の光学面Ｅ３の曲率半径は、無限大、第４の光学面Ｅ４の曲率半径は、無限大、第２のレンズ２０の厚さは、１．５ｍｍ（すなわち、第３の光学面Ｅ３と第４の光学面Ｅ４との間の距離であり、８番目の行の厚さの値）、材料は、Ｈ−ＺＦ１３である。
１０番目の行および１１番目の行は、第３のレンズ３０の第５の光学面Ｅ５および第６の光学面Ｅ６に対応するデータをそれぞれ表し、第５の光学面Ｅ５および第６の光学面Ｅ６の曲率半径は、それぞれ−６８および−６６．１９３９７、第３のレンズ３０の厚さは、２ｍｍ（すなわち、第５の光学面Ｅ５と第６の光学面Ｅ６との間の距離であり、１０番目の行の厚さの値）、材料は、Ｈ−ＬＡＫ１０である。
【００６０】
１２番目の行から２６番目の行までは、膜、第１のレンズ１０、第２のレンズ２０、および、第３のレンズ３０の間での光の反射および伝達の関連パラメータを表す。
２７番目の行は、表示スクリーンの液晶層のガラス膜を表し、その厚さは、０．３ｍｍ、材料は、ＢＫ７である。
２８番目の行ＩＭＡは、光学系の像を表す。
【００６１】
短距離光増幅モジュールのその他の対応するパラメータは、表２に示すとおりである。
【表２】
0006441383.tif 000003
【００６２】
図５のＭＴＦ図より、各視野で平均縦座標（変調伝達関数）が０．１８より高い横座標（ミリメートル当たり空間周波数）値が得られ、図３の歪み係数は、（−３０％，０）の範囲内で制御され、図４の像面湾曲は、（−１０ｍｍ，１０ｍｍ）の範囲内で制御される。
それにより、短距離光増幅モジュールの分解能で４００×４００の解像度をサポートできることが把握される。
すなわち、第３のレンズの反射面含有焦点距離が１Ｆであり、焦点距離ｆＳ６が１Ｆである場合、短距離光増幅モジュールは、全体的な厚さを小さくしたまま、大きな光増幅効果を得ることができる。
そのため、短距離光増幅モジュールを小型のＶＲデバイスに適用することができ、ＶＲデバイスで１００°の広い画角、９ｍｍの大きなアイボックス、およびスクリーン解像度８００×８００の高品質な結像効果を実現して、ユーザ体験を向上させることができる。
【００６３】
実施形態２
【００６４】
図６に示すように、短距離光増幅モジュールにおいて、第３のレンズ３０の反射面含有焦点距離ｆ３は、１．３７Ｆ（Ｆは、光学系焦点距離）として設計される。
【００６５】
第１のレンズ１０、第２のレンズ２０、および、第３のレンズ３０の具体的な設計パラメータは、表３に示すとおりである。
【表３】
0006441383.tif 000004
【００６６】
表３では、１番目の行ＯＢＪは、物体面に関連する設計パラメータを表す。
３番目の行ＳＴＯは、光学系の絞りを表し、その開口は、９ｍｍである。
４番目の行および５番目の行は、短距離光増幅モジュールの反射型偏光板と第１の位相遅延板とからなる膜を表し、そのタイプは、ＳＴＡＮＤＡＲＤ（標準面）、材料は、ＢＫ７、直径は、２６．０９２６４ｍｍ、非球面係数は、０である。
６番目の行および７番目の行は、第１のレンズ１０の第１の光学面Ｅ１および第２の光学面Ｅ２に対応するデータをそれぞれ表し、第１の光学面Ｅ１および第２の光学面Ｅ２の曲率半径は、それぞれ無限大および−８９．７５８７３、第１のレンズ１０の厚さは、２ｍｍ（すなわち、第１の光学面Ｅ１と第２の光学面Ｅ２との間の距離であり、６番目の行の厚さの値）、材料は、Ｈ−Ｋ９Ｌである。
８番目の行および９番目の行は、第２のレンズ２０の第３の光学面Ｅ３および第４の光学面Ｅ４に対応するデータをそれぞれ表し、第３の光学面Ｅ３および第４の光学面Ｅ４の曲率半径は、それぞれ８４．６６２６７および５４．３８８１２、第２のレンズ２０の厚さは、１ｍｍ（すなわち、第３の光学面Ｅ３と第４の光学面Ｅ４との間の距離であり、８番目の行の厚さの値）、材料は、Ｈ−ＺＦ１１である。
１０番目の行および１１番目の行は、第３のレンズ３０の第５の光学面Ｅ５および第６の光学面Ｅ６に対応するデータをそれぞれ表し、第５の光学面Ｅ５および第６の光学面Ｅ６の曲率半径は、それぞれ１６０．６３４２および−５４．２８０３７、第３のレンズ３０の厚さは、４ｍｍ（すなわち、第５の光学面Ｅ５と第６の光学面Ｅ６との間の距離であり、１０番目の行の厚さの値）、材料は、Ｄ−ＬＡＫ７０である。
【００６７】
１２番目の行から２６番目の行までは、膜、第１のレンズ１０、第２のレンズ２０、および、第３のレンズ３０の間での光の反射および伝達の関連パラメータを表す。
２７番目の行は、表示スクリーンの液晶層のガラス膜を表し、その厚さは、１ｍｍ、材料は、ＢＫ７である。
２８番目の行ＩＭＡは、光学系の像を表す。
【００６８】
短距離光増幅モジュールのその他の対応するパラメータは、表４に示すとおりである。
【表４】
0006441383.tif 000005
【００６９】
図９のＭＴＦ図より、各視野で平均縦座標（変調伝達関数）が０．１８より高い横座標（ミリメートル当たり空間周波数）値が把握され得り、図７の歪み係数は（−３０．５％，０）の範囲内で制御され、図８の像面湾曲は、（−０．２ｍｍ，０．２ｍｍ）の範囲内で制御される。
それにより、短距離光増幅モジュールの分解能で４００×４００の解像度をサポートできることが把握される。
すなわち、第３のレンズ３０の反射面含有焦点距離が１．３７Ｆであり、焦点距離ｆＳ６が２Ｆである場合、短距離光増幅モジュールは、全体的な厚さを小さくしたまま、大きな光増幅効果を得ることができる。
そのため、短距離光増幅モジュールを小型のＶＲデバイスに適用することができ、ＶＲデバイスで９６°の広い画角、７ｍｍの大きなアイボックス、およびスクリーン解像度１８００×１８００の高品質な結像効果を実現して、ユーザ体験を向上させることができる。
【００７０】
実施形態３
【００７１】
図１０に示すように、短距離光増幅モジュールにおいて、第３のレンズ３０の反射面含有焦点距離ｆ３は、１．５Ｆ（Ｆは、光学系焦点距離）として設計される。
【００７２】
第１のレンズ１０、第２のレンズ２０、および、第３のレンズ３０の具体的な設計パラメータは、表５に示すとおりである。
【表５】
0006441383.tif 000006
【００７３】
表５では、１番目の行ＯＢＪは、物体面に関連する設計パラメータを表す。
３番目の行ＳＴＯは、光学系の絞りを表し、その開口は、９ｍｍである。
４番目の行および５番目の行は、短距離光増幅モジュールの反射型偏光板と第１の位相遅延板とからなる膜を表し、そのタイプは、ＳＴＡＮＤＡＲＤ（標準面）、材料は、ＢＫ７、直径は、３０．１８１５６ｍｍ、非球面係数は、０である。
６番目の行および７番目の行は、第１のレンズ１０の第１の光学面Ｅ１および第２の光学面Ｅ２に対応するデータをそれぞれ表し、第１の光学面Ｅ１および第２の光学面Ｅ２の曲率半径は、それぞれ無限大および−１２６．３６０４、第１のレンズ１０の厚さは、４ｍｍ（すなわち、第１の光学面Ｅ１と第２の光学面Ｅ２との間の距離であり、６番目の行の厚さの値）、材料は、Ｈ−ＬＡＫ５Ａである。
８番目の行および９番目の行は、第２のレンズ２０の第３の光学面Ｅ３および第４の光学面Ｅ４に対応するデータをそれぞれ表し、第３の光学面Ｅ３および第４の光学面Ｅ４の曲率半径は、それぞれ２５２．９６３６および１２３．３７０１、第２のレンズ２０の厚さは、１．５ｍｍ（すなわち、第３の光学面Ｅ３と第４の光学面Ｅ４との間の距離であり、８番目の行の厚さの値）、材料は、Ｈ−ＺＦ１３である。
１０番目の行および１１番目の行は、第３のレンズ３０の第５の光学面Ｅ５および第６の光学面Ｅ６に対応するデータをそれぞれ表し、第５の光学面Ｅ５および第６の光学面Ｅ６の曲率半径は、それぞれ２６９．２８４６および−１０１．０９７７、第３のレンズ３０の厚さは、５．５ｍｍ（すなわち、第５の光学面Ｅ５と第６の光学面Ｅ６との間の距離であり、１０番目の行の厚さの値）、材料は、Ｈ−ＬＡＫ１０である。
【００７４】
１２番目の行から２５番目の行までは、膜、第１のレンズ１０、第２のレンズ２０、および第３のレンズ３０の間での光の反射および伝達の関連パラメータを表す。
２６番目の行は、表示スクリーンの液晶層のガラス膜を表し、その厚さは、０．３ｍｍ、材料は、ＢＫ７である。
２８番目の行ＩＭＡは、光学系の像を表す。
【００７５】
短距離光増幅モジュールのその他の対応するパラメータは、表６に示すとおりである。
【表６】
0006441383.tif 000007
【００７６】
図１３のＭＴＦ図より、各視野で平均縦座標（変調伝達関数）が０．１８より高い横座標（ミリメートル当たり空間周波数）値が把握され、図１１の歪み係数は（−３４％，０）の範囲内で制御され、図１２の像面湾曲は、（−０．２ｍｍ，０．２ｍｍ）の範囲内で制御される。
それにより、短距離光増幅モジュールの分解能で４００×４００の解像度をサポートできることが把握される。
すなわち、第３のレンズの反射面含有焦点距離が１．５Ｆであり、焦点距離ｆＳ６が２．１Ｆである場合、短距離光増幅モジュールは、全体的な厚さを小さくしたまま、大きな光増幅効果を得ることができる。
そのため、短距離光増幅モジュールを小型のＶＲデバイスに適用することができ、さらにＶＲデバイスで１００°の広い画角、９ｍｍの大きなアイボックス、および、スクリーン解像度４０００×４０００の高品質な結像効果を実現して、ユーザ体験を向上させることができる。
【００７７】
実施形態４
【００７８】
図１４に示すように、短距離光増幅モジュールにおいて、第３のレンズ３０の反射面含有焦点距離ｆ３は、２Ｆ（Ｆは、光学系焦点距離）として設計される。
【００７９】
第１のレンズ１０、第２のレンズ２０、および、第３のレンズ３０の具体的な設計パラメータは、表７に示すとおりである。
【表７】
0006441383.tif 000008
【００８０】
表７では、１番目の行ＯＢＪは、物体面に関連する設計パラメータを表す。
３番目行ＳＴＯは、光学系の絞りを表し、その開口は、９ｍｍである。
４番目の行および５番目の行は、短距離光増幅モジュールの反射型偏光板と第１の位相遅延板とからなる膜を表し、そのタイプは、ＳＴＡＮＤＡＲＤ（標準面）、材料は、ＢＫ７、直径は、３０．１８１５６ｍｍ、非球面係数は、０である。
６番目の行および７番目の行は、第１のレンズ１０の第１の光学面Ｅ１および第２の光学面Ｅ２に対応するデータをそれぞれ表し、第１の光学面Ｅ１および第２の光学面Ｅ２の曲率半径は、それぞれ無限大および−９０．６２５２５、第１のレンズ１０の厚さは、６ｍｍ（すなわち、第１の光学面Ｅ１と第２の光学面Ｅ２との間の距離であり、６番目の行の厚さの値）、材料は、Ｈ−ＬＡＫ５Ａである。
８番目の行および９番目の行は、第２のレンズ２０の第３の光学面Ｅ３および第４の光学面Ｅ４に対応するデータをそれぞれ表し、第３の光学面Ｅ３および第４の光学面Ｅ４の曲率半径は、それぞれ９９および８４．６２１２５、第２のレンズ２０の厚さは、１．５ｍｍ（すなわち、第３の光学面Ｅ３と第４の光学面Ｅ４との間の距離であり、８番目の行の厚さの値）、材料は、Ｈ−ＺＦ１３である。
１０番目の行および１１番目の行は、第３のレンズ３０の第５の光学面Ｅ５および第６の光学面Ｅ６に対応するデータをそれぞれ表し、第５の光学面Ｅ５および第６の光学面Ｅ６の曲率半径は、それぞれ無限大および−１６０、第３のレンズ３０の厚さは、４ｍｍ（すなわち、第５の光学面Ｅ５と第６の光学面Ｅ６との間の距離であり、１０番目の行の厚さの値）、材料は、Ｈ−ＬＡＫ１０である。
【００８１】
１２番目の行から２５番目の行までは、膜、第１のレンズ１０、第２のレンズ２０、および、第３のレンズ３０の間での光の反射および伝達の関連パラメータを表す。
２６番目の行は、表示スクリーンの液晶層のガラス膜を表し、その厚さは、０．３ｍｍ、材料は、ＢＫ７である。
２８番目の行ＩＭＡは、光学系の像を表す。
【００８２】
短距離光増幅モジュールのその他の対応するパラメータは、表８に示すとおりである。
【表８】
0006441383.tif 000009
【００８３】
図１７のＭＴＦ図より、各視野で平均縦座標（変調伝達関数）が０．１８より高い横座標（ミリメートル当たり空間周波数）値が把握され、図１５の歪み係数は、（−３３．６％，０）の範囲内で制御され、図１６の像面湾曲は、（−０．２ｍｍ，０．２ｍｍ）の範囲内で制御される。
それにより、短距離光増幅モジュールの分解能で４００×４００の解像度をサポートできることが把握される。
すなわち、第３のレンズ３０の反射面含有焦点距離が２Ｆであり、焦点距離ｆＳ６が２．６７Ｆである場合、短距離光増幅モジュールは、全体的な厚さを小さくしたまま、大きな光増幅効果を得ることができる。
そのため、短距離光増幅モジュールを小型のＶＲデバイスに適用することができ、さらにＶＲデバイスで１００°の広い画角、９ｍｍの大きなアイボックス、および、スクリーン解像度１２００×１２００の高品質な結像効果を実現して、ユーザ体験を向上させることができる。
さらに、第３のレンズ３０の反射面含有焦点距離が２Ｆである場合、焦点距離ｆＳ６を２．６７Ｆとして設定する必要はないことを指摘する必要がある。
上述したすべての技術課題は、第１のレンズの焦点距離および／または第２のレンズ２０の焦点距離を調節し、かつ、焦点距離ｆＳ６を１Ｆ〜５Ｆの範囲に維持することにより、解決することも依然として可能である。
【００８４】
なお、本明細書で使用されている「第１の」、「第２の」等の順序を表す形容詞は、ある実体または操作を別の実体または操作と区別するために使用されているだけであり、それらの実体または操作が特定の関係を有することや、特定の順序であることが求められるわけではない。
さらに、「備える」、「含む」、またはこれらの用語の他の変種は、非排他的な含有を意味するものである。
そのため、一連の必須要素を備えると述べられているプロセス、方法、物体、またはデバイスは、それらの必須要素だけでなく、具体的に示されていない他の必須要素や、それらのプロセス、方法、物体、またはデバイスに固有の必須要素をさらに備える。
他の限定がない場合、「...を備え」という表現により定義される必須要素は、その必須要素を備えるプロセス、方法、物体、またはデバイスに追加の類似する必須要素が存在することを排除しない。
【００８５】
上述した説明は、当業者が本発明を理解および実装できるように、本発明の具体的な実施形態をいくつか示しているだけである。
これらの実施形態のさまざまな変形は、それらの当業者にとって自明である。
本明細書で定義される一般原則は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他の実施形態でも実装され得る。
よって、本発明は、本明細書に記載された実施形態に限定されない。
むしろ、本発明は、本明細書に記載された原則および新規の特徴に合致する最大範囲に準拠する。
【００８６】
上記説明は、本発明のいくつかの具体的な実施形態を示しているだけである。
本発明の原則から逸脱することなく、さまざまな改良および変更を加えることができ、それらすべての改良および変更は、本発明の保護範囲に含まれると解釈される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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