(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
短距離光拡大モジュールであって、
順に配置された、第１の位相遅延プレートと、半透過型ミラーと、第２の位相遅延プレートと、反射型偏光プレートと、を有し、
前記半透過型ミラーは、第１の光学面および第２の光学面を有し、前記第１の光学面は、前記第２の位相遅延プレートに隣接し、前記第２の光学面は、半透過型光学面であり、前記第１の位相遅延プレートに隣接し、
前記第２の光学面の反射面の焦点距離ｆｓ２は、次の条件：Ｆ≦ｆｓ２≦５Ｆを満足し、
前記Ｆは、前記短距離光拡大モジュールのシステム焦点距離であり、Ｆは次の条件：１０ｍｍ≦Ｆ≦３５ｍｍを満足する、短距離光拡大モジュール。
【請求項２】
前記第１の光学面の焦点距離ｆｓ１は、次の条件：｜ｆｓ１｜＞２Ｆを満足する、請求項１に記載の短距離光拡大モジュール。
【請求項３】
前記短距離光拡大モジュールの厚さＨは、次の条件：８ｍｍ≦Ｈ≦３０ｍｍを満足する、請求項１に記載の短距離光拡大モジュール。
【請求項４】
前記第２の光学面の反射面の焦点距離ｆｓ２は、次の条件：１．５Ｆ≦ｆｓ２≦３Ｆを満足する、請求項１〜３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５】
前記短距離光拡大モジュールを経由して画像形成に加わる光線が通過する内径Ｄは、次の条件：０．３Ｆ＜Ｄ＜０．６Ｆを満足する、請求項４に記載の短距離光拡大モジュール。
【請求項６】
前記短距離光拡大モジュールの瞳距離は、５〜１５ｍｍである、請求項５に記載の短距離光拡大モジュール。
【請求項７】
眼鏡であって、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の短距離光拡大モジュールを有し、
前記眼鏡は、さらに、上記短距離光拡大モジュールと同軸上または非同軸上に取り付けられたスクリーンを有する、眼鏡。
【請求項８】
ヘルメットであって、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の短距離光拡大モジュールを有し、
前記ヘルメットは、さらに、上記短距離光拡大モジュールと同軸上または非同軸上に取り付けられたスクリーンを有する、ヘルメット。
【請求項９】
請求項７に記載の眼鏡または請求項８に記載のヘルメットを有する、ＶＲシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、光学装置、特に、短距離光拡大モジュール、眼鏡、ヘルメットおよび仮想現実システムの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の背景
現在、インテリジェント仮想現実（ＶＲ）ウェアラブル（ｗｅａｒａｂｌｅ）装置は、主にＶＲ眼鏡およびＶＲヘルメットを含む。良いユーザー体験を提供するため、インテリジェントＶＲウェアラブル装置は、広い画角（ｆｉｅｌｄ  ａｎｇｌｅ）、大きなアイボックス（ｅｙｅｂｏｘ）、高品質の画像効果およびコンパクトな極薄構造などを実現する必要がある。インテリジェントＶＲウェアラブル装置は、画像変換を実現し、画質およびインテリジェントＶＲウェアラブル装置の構造を決定するためのコア構成要素である光拡大モジュール構造を有する。
【０００３】
既存の光拡大モジュールでは、対象物側から画像側へ連続して、第１の位相遅延プレート（ｐｈａｓｅ  ｄｅｌａｙ  ｐｌａｔｅ）、レンズユニット（アセンブリ）、第２の位相遅延プレートおよび反射型偏光プレート（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  ｐｌａｔｅ）を含む。ここで、レンズユニット（アセンブリ）において、第１の位相遅延プレートに隣接する光学面は、半透過型面である。多くの研究では、レンズユニット（アセンブリ）は、透過的に光学像を拡大することができ、それゆえに光拡大モジュール構造における中心的な部材である。インテリジェントＶＲウェアラブル装置の広い画角、大きなアイボックス、高品質の画像効果およびコンパクトな極薄構造などを実現するため、レンズユニット（アセンブリ）の設計が最適化される必要がある。レンズユニット（アセンブリ）は、１つ以上のレンズをある順序で配置することにより形成される。したがって、レンズユニット（アセンブリ）を最適化するには、レンズを最適化する必要がある。
【発明の概要】
【０００４】
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、短距離光拡大モジュール、眼鏡、ヘルメットおよびＶＲシステムを提供し、それにより従来技術の問題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の側面は、本発明の短距離光拡大モジュールは、順に配置された、第１の位相遅延プレートと、半透過型ミラーと、第２の位相遅延プレートと、反射型偏光プレートと、を有する。ここで、半透過型ミラーは、第１の光学面および第２の光学面を有し、第１の光学面は、第２の位相遅延プレートに隣接し、第２の光学面は、半透過型面であり、第２の光学面は、第１の位相遅延プレートに隣接する。第２の光学面の反射面の焦点距離ｆｓ２は、次の条件：Ｆ≦ｆｓ２≦５Ｆを満足する。ここで、Ｆは短距離光拡大モジュールのシステム焦点距離であり、Ｆは次の条件：１０ｍｍ≦Ｆ≦３５ｍｍを満足する。
【０００７】
第１の側面に関連して、第１の側面の第１の可能な実装モードにおいて、第１の光学面の焦点距離ｆｓ１は次の条件：｜ｆｓ１｜＞２Ｆを満足する。
【０００８】
第１の側面に関連して、第１の側面の第２の可能な実装モードにおいて、短距離光拡大モジュールの厚さＨは次の条件：８ｍｍ≦Ｈ≦３０ｍｍを満足する。
【０００９】
第１の側面、第１の可能な実装モード、第１の側面の第２の可能な実装モードに関連して、第１の側面の第４の可能な実装モードにおいて、第２の光学面の反射面の焦点距離ｆｓ２は次の条件：１．５Ｆ≦ｆｓ２≦３Ｆを満足する。
【００１０】
第１の側面、または第１の側面の第１の可能な実装モード、第２の可能な実装モードおよび第４の可能な実装モードに関連して、第１の側面の第５の可能な実装モードにおいて、短距離光拡大モジュールの瞳距離（ｅｙｅ  ｒｅｌｉｅｆ）は、５〜１５ｍｍである。
【００１１】
本発明の短距離光拡大モジュールにおいて、光拡大効果に影響を与えるｆｓ２に関するパラメータの高精度化は、モジュールが全体的な厚さを薄く維持することを可能にすると同時に、大きな光拡大効果を得られ、小規模のＶＲ装置に適用されうる。それにより、ＶＲ装置は、広い画角、大きなアイボックス、高品質の画像効果、よって、より良いユーザーの体験を実現する。
【００１２】
第２の側面では、本発明は、さらに上記短距離光拡大モジュールを有する眼鏡を提供し、当該眼鏡は、さらに、上記短距離光拡大モジュールと同軸上または非同軸上に取り付けられたスクリーンを有する。
【００１３】
第３の側面では、本発明は、上記短距離光拡大モジュールを有するヘルメットを提供し、当該ヘルメットは、さらに、上記短距離光拡大モジュールと同軸上または非同軸上に取り付けられたスクリーンを有する。
【００１４】
第４の側面では、本発明は、上記眼鏡または上記ヘルメットを有するＶＲシステムを提供する。上記ＶＲシステムは、上記短距離光拡大モジュールを有する眼鏡またはヘルメットを使用するので、広い画角、大きなアイボックス、高品質の画像効果およびコンパクトな極薄構造などを有し、それゆえに、良いユーザーの体験を提供する。特に、上記短距離光拡大モジュールの実施形態が参照されうる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
図面の簡単な説明
添付の図面を参照して好ましい実施形態と併用される以下の記載から本発明のこれらおよび他の目的および特徴が明確になる。
【図１】本発明の実施形態１の短距離光拡大モジュールの全体構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態２の短距離光拡大モジュールの全体構成を概略的に示す図である。
【図３】本発明の実施形態３の短距離光拡大モジュールの全体構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明の実施形態４の短距離光拡大モジュールの全体構成を概略的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態５の短距離光拡大モジュールの全体構成を概略的に示す図である。
【図６】本発明の実施形態１の短距離光拡大モジュールのＭＴＦの図である。
【図７】本発明の実施形態１の短距離光拡大モジュールの像面湾曲（ｆｉｅｌｄ  ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）図である。
【図８】本発明の実施形態１の短距離光拡大モジュールの歪み（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）図である。
【図９】本発明の実施形態２の短距離光拡大モジュールのＭＴＦの図である。
【図１０】本発明の実施形態２の短距離光拡大モジュールの像面湾曲図である。
【図１１】本発明の実施形態２の短距離光拡大モジュールの歪み図である。
【図１２】本発明の実施形態３の短距離光拡大モジュールのＭＴＦの図である。
【図１３】本発明の実施形態３の短距離光拡大モジュールの像面湾曲図である。
【図１４】本発明の実施形態３の短距離光拡大モジュールの歪み図である。
【図１５】本発明の実施形態４の短距離光拡大モジュールのＭＴＦの図である。
【図１６】本発明の実施形態４の短距離光拡大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の短距離光拡大モジュールの歪み図である。
【図１８】本発明の実施形態５の短距離光拡大モジュールのＭＴＦの図である。
【図１９】本発明の実施形態５の短距離光拡大モジュールの像面湾曲図である。
【図２０】本発明の実施形態５の短距離光拡大モジュールの歪み図である。ここで、１：反射型偏光プレート；２：半透過型ミラー；３：スクリーン。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施形態の詳細な説明
本発明の解決方法を当業者により良く理解させるため、本発明の実施形態が、添付の図面を参照して以下に明確かつ完全に説明される。本発明の教示から、当業者が、追加的な発明的活動を適用することなく、他の実施形態を見つけ、本発明の教示を理解し得ることは明らかである。これらの実施形態もまた、本発明の範囲内にある。
【００１７】
本発明の一実施形態は、対象物側から画像側へ順に配置された、第１の位相遅延プレート、半透過型ミラー２、第２の位相遅延プレートおよび反射型偏光プレート１を有する短距離光拡大モジュールを提供する。ここで、半透過型ミラーは、第１の光学面および第２の光学面を有し、第１の光学面は、画像側に隣接し、第２の光学面は、半透過型光学面であり、それは対象物側に隣接する。第２の光学面の反射面の焦点距離ｆｓ２は、次の条件：Ｆ≦ｆｓ２≦５Ｆを満足する。ここで、Ｆは短距離光拡大モジュールのシステム焦点距離であり、１０ｍｍ≦Ｆ≦３５ｍｍである。対象物側は、スクリーン側であり、画像側は、短距離光拡大モジュールの結像側である。
【００１８】
図１、図２、図３、図４および図５を参照すると、それらは、本発明の実施形態の短距離光拡大モジュールの具体例を示す。第１の位相遅延プレートは、スクリーン３の発光側に隣接して取り付けられ、第２の位相遅延プレートは、画像側から離れている反射型偏光プレート１の一側に取り付けられる。説明を簡単にするため、図１、図２、図３、図４および図５では、第１の位相遅延プレートおよび第２の位相遅延プレートは、示されていない。第１の位相遅延プレートおよび第２の位相遅延プレートは、両方とも光について４５度位相遅延を実行する４５度位相遅延プレートである。
【００１９】
反射型偏光プレートは、直交偏光（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｌｉｇｈｔ）の全反射を実現できる。しかしながら、それが偏光の方向と同じ方向にある場合、透視性（ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｉｔｙ）が実現されうる。半透過型ミラー２の第１の光学面は、平面または曲面であり、曲面である場合は、球面または非球面である。半透過型ミラー２の第２の光学面は、半透過型光学面である。半透過型光学面は、短距離光拡大モジュールのシステムの光強度（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｏｗｅｒ）の主要な供給源である。その光強度が高すぎる場合、たとえば、システムの全体的な光強度（ｆｓ２＜Ｆ）に近づくと、収差を補正することが困難になるであろう。さらに、光学面が曲がり過ぎたり、レンズが厚くなりすぎたりし、それゆえにシステムの厚みの増加を引き起し、ＶＲ装置が要求する軽量で薄い設計に反する。反対に、その光強度が低く過ぎる場合（ｆｓ２＞５Ｆ）、他のレンズにかかる光強度が大きくなり過ぎ、収差を補正するために追加のレンズが必要となり、システムのコンパクトかつ軽量設計に反する。
【００２０】
良いユーザーの体験およびＶＲウェアラブル装置の可搬的な構造を実現するために、短距離光拡大モジュールのシステム焦点距離Ｆは１０ｍｍ≦Ｆ≦３５ｍｍに設定される。ここで、短距離光拡大モジュールのシステム焦点距離Ｆは、半透過型ミラー２を含むすべてのレンズのアセンブリの実効的な焦点距離である。１０ｍｍ≦Ｆ≦３５ｍｍの場合、ＶＲウェアラブル装置の全体的な形は、概ね要求を満足する。半透過型ミラー２は、短距離光拡大モジュールの中心的な光拡大の構成要素であり、その形およびパラメータは、短距離光拡大モジュールの形および性能に直接影響を与える。短距離光拡大モジュールが適用された場合、スクリーン３のサイズは、０．９〜２．５インチに縮小し、ＶＲウェアラブル装置の軽量かつ極薄設計に寄与する。
【００２１】
短距離光拡大モジュールの光学的な原理は、以下のとおりである。対象物側のスクリーンからの結像光（ｉｍａｇｉｎｇ  ｌｉｇｈｔ）は、第１の位相遅延プレートを通過し、半透過型ミラー２の第２の光学面を通り抜けた後、第１の光学面を通り抜け、その後、第２の位相遅延プレートを通過し、反射型偏光プレートに到達する。反射型偏光プレートによって反射された後、光は、再び第２の位相遅延プレートを通過し、再び半透過型ミラー２の第１の光学面を通り抜け、半透過型ミラー２の第２の光学面に到達する。光は、第２の光学面によって反射され、再び半透過型ミラー２の第１の光学面を通り抜け、その後、第２の位相遅延プレートおよび反射型偏光プレートを通過し、最後に、画像が形成される画像側に到達し、その結果、光拡大の要求は満足されうる。特に、図１が参照されうる。そして、図２〜図５における光学的な原理は、図１におけるものと同様である。
【００２２】
短距離光拡大モジュールの利用において、画像品質を向上させるため、システムの焦点距離および平衡収差（ｂａｌａｎｃｅ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）に寄与するために他のレンズが必要とされる。したがって、限定されることなく、図２、図３、図４および図５に示されるように補助レンズが提供される。
【００２３】
インテリジェントＶＲウェアラブル装置に短距離光拡大モジュールが適用される場合、広い画角、大きなアイボックス、高品質の画像効果およびコンパクトな極薄構造などを実現するために、半透過型ミラーの反射面を含む焦点距離（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｆｏｃａｌ  ｌｅｎｇｔｈ）、すなわち半透過型ミラーの第１の焦点距離ｆは、次の条件：
【００２４】
【数１】
0006389273.tif 000002
【００２５】
を満足しなければならない。
【００２６】
ここで、入射光が第１の光学面を通り抜け、第２の光学面によって反射された後に測定された焦点距離を半透過型ミラーの反射面を含む焦点距離と定義する。半透過型ミラー２の反射面を含む焦点距離は、短距離光拡大モジュールの光強度の主要な供給源であり、反射面を含む光強度が高すぎる場合、たとえば、システムの全体的な光強度（ｆ＜Ｆ）に近づくと、収差の補正は難し過ぎてできないであろう。反対に、反射面を含む光強度が低く過ぎる場合（ｆ＞２Ｆ）、他のレンズにかかる光強度が大きくなり過ぎ、収差を補正するために追加のレンズが必要となり、システムのコンパクトかつ軽量設計に反する。ｆをそのような範囲に設定することにより、短距離光拡大モジュールは、８０度を超える広い画角を達成し、８００＊８００〜４０００＊４０００の高いスクリーン解像度を与えることが可能であり、短距離光拡大モジュールの使用にとってより好ましい。
【００２７】
第１の光学面の焦点距離ｆｓ１は、次の条件：
【００２８】
【数２】
0006389273.tif 000003
【００２９】
を満足する。
【００３０】
ｆｓ１が短すぎる場合、それは、半透過型ミラー２が曲がり過ぎうることを意味し、収差の補正に逆行し、半透過型ミラーが曲がり過ぎる場合、光学システムの厚みの増加を引き起すことになり、ＶＲ装置が要求する軽量で薄い設計に反する。短距離光拡大モジュールの厚さＨは、次の条件：８ｍｍ≦Ｈ≦３０ｍｍを満足する。つまり、ＶＲウェアラブル装置について、コンパクトな極薄構造の条件を満足するために、短距離光拡大モジュールの厚さ（短距離光拡大モジュールの光軸方向に沿った２つの側面間の最大距離）は、８〜３０ｍｍでなければならない（本実施形態において）。結果的に、５〜１５ｍｍの瞳距離が実現される。それは、使用するのに便利であると同時に、コンパクトな極薄構造の条件を満足するためにより好ましい。瞳距離は、観測者が視野内で画像を鮮明に見ることができる、眼球と接眼レンズ（ｅｙｅｐｉｅｃｅ；本発明では、人間の眼に最も近い光学面）との間の距離である。
【００３１】
さらに、最適化された技術的解決法では、第２の光学面の反射面の焦点距離ｆｓ２は、次の条件：１．５Ｆ≦ｆｓ２≦３Ｆを満足する。大きなアイボックスおよび良い画像品質を同時に得るために、対象物側の開口の調整可能な範囲は、１．７Ｆ〜４Ｆに設計される。つまり、短距離光拡大モジュールを経由して画像形成に加わる光が通過する開口Ｄは、次の条件：０．３Ｆ＜Ｄ＜０．６Ｆを満足し、対応するアイボックスは５〜１０ｍｍである。開口Ｄの位置について、図１が参照されうる。そして、図２、図３、図４および図５における開口の位置は、図１と同じであり、ここでは、再度説明しない。
【００３２】
添付の表に関連して、本発明の実施形態の短距離光拡大モジュールが以下にさらに説明される。各々の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表において、ＯＢＪは、光学システムにおける対象物を表し、ＩＭＡは、光学システムにおける画像を表し、ＳＴＯは、光学システムにおけるダイアフラムを表し、ｉは、対象物側から始まる光学面のシーケンス（ｉ０）  ＋１を表し、レンズは、入射光の実際の光路に応じてこの表に配置される。このシステムでは、光は左から右に出発し、ミラーとして挙げられた材料（ガラス）に出会うと、反対方向に反射され、そして、第２のミラーへ反射される場合、再び左から右に反転され、最終的に画像面へ到達する。
【００３３】
実施形態１
図１に示されるとおり、短距離光拡大モジュールにおいて、半透過型ミラー２の第２の光学面の焦点距離は、１Ｆであり、半透過型ミラー２の設計パラメータは、表１に示されている。
【００３４】
【表１】
0006389273.tif 000004
【００３５】
上記表において、第１列のＯＢＪは、対物面（ｏｂｊｅｃｔ  ｐｌａｎｅ）の関連する設計パラメータを表し、第２列は、光学システムにおけるダイアフラムを表し、その開口は７ｍｍであり、第３列は、光学モジュールにおける反射型偏光プレートおよび第２の位相遅延プレートを含む膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）を表し、そのタイプは、標準（標準面）であり、材料はＰＭＭＡであり、半径は２４．６８５ｍｍであり、非球面係数（ａｓｐｈｅｒｉｃ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）は０（ゼロ）である。第４列および第５列は、それぞれ補助レンズの第１の光学面および第２の光学面に対応するデータを表し、補助レンズの材料は、Ｈ−ＺＦ５２Ａであり、この実施形態では、第１の光学面は、無限板（Ｉｎｆｉｎｉｔｙ  ｐｌａｎｅ）であり、第２の光学面の曲率半径は、８８８ｍｍである。第６列および第７列は、それぞれ半透過型ミラー２の第１の光学面および第２の光学面に対応し、半透過型ミラー２の材料は、Ｈ−ＱＫ１であり、第１の光学面の曲率半径は、−５５ｍｍであり、第２の光学面の曲率半径は、−５６ｍｍである。第８列から第１６列は、上記膜、第１のレンズ１０および第２のレンズ２０間における反射および透過についての関連するパラメータを表す。第１７列は、スクリーン３の液晶層におけるガラス膜を表し、その厚さは０．２０５７７６６ｍｍであり、材料はＢＫ７である。第１８列のＩＭＡは、光学システムにおける画像を表す。
【００３６】
短距離光拡大モジュールの他の対応するパラメータは、表２に示されるとおりである。
【００３７】
【表２】
0006389273.tif 000005
【００３８】
関連するパラメータを図１に示すように設定することにより、図２から、半透過型面の反射面の有効焦点距離が１Ｆであり、システム焦点距離Ｆが２９．１６であり、光学システムの厚さが２３．８であり、したがって、光拡大モジュールの前に取り付けられる開口を４として設計することにより、９０度の画角が得られ、つまり、対応するダイアフラムの直径Ｄを７ｍｍとして設計すると、それに応じて、７ｍｍの大きなアイボックスが得られることが明らかである。
【００３９】
さらに、スクリーンサイズは、２．２２インチとして設計され、瞳距離は、５ｍｍとして設計され、図６のＭＴＦの図と関連して、それは、各々の視野において、０．１８よりも高い平均縦軸（変調伝達関数）を持つ横軸（１ミリメートルあたりの空間周波数）の値を得ることができる。それゆえに、短距離光拡大モジュールの分解能は、８００＊８００の解像度をサポートしうることが得られる。図７における像面湾曲は、（−１０ｍｍ、１０ｍｍ）の範囲で制御され、図８における歪み係数は、（−２９．２％、０）の範囲で制御される。
【００４０】
実施形態２
図２に示されるように、短距離光拡大モジュールにおいて、半透過型ミラー２の他に、他のレンズがさらに含まれる。レンズのパラメータは、半透過型ミラー２のパラメータ要件に応じて適応的に調整される。半透過型ミラー２の第２の光学面の焦点距離は、２Ｆであり、半透過型ミラー２の設計パラメータは、表３に示されている。
【００４１】
【表３】
0006389273.tif 000006
【００４２】
この表の具体的な記載については、表１を参照することができ、ここでは再度説明しない。短距離光拡大モジュールにおける光学面の高精度化された設計パラメータが表４に示される。
【００４３】
【表４】
0006389273.tif 000007
【００４４】
非球面の公式は、一般的に次のように表される。
【００４５】
【数３】
0006389273.tif 000008
【００４６】
ここで、ｒはレンズ上の１点から光軸への距離、ｃは曲面の頂点における曲率、Ｋは円錐定数（ｃｏｎｉｃ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）、ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，Ｉ，ｊは多項式係数である。
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
上記係数をｘの公式にそれぞれ代入することにより、面６の非球面方程式が得られ、残りはアナロジーによって推定されうる。短距離光拡大モジュールの他の対応するパラメータは、表５に示される。
【００４７】
【表５】
0006389273.tif 000009
【００４８】
表５を参照すると、図２から、半透過型面の有効焦点距離が２Ｆであり、光学システムの厚さが１２．３ｍｍであり、したがって、光拡大モジュールの前に取り付けられる開口を２．４として設計することにより、１００度の画角が得られ、つまり、対応するダイアフラムの直径Ｄを７ｍｍとして設計すると、それに応じて、７ｍｍの大きなアイボックスが得られることが明らかである。
【００４９】
さらに、スクリーンサイズは、１．５インチとして設計され、瞳距離は、８ｍｍとして設計され、図９のＭＴＦの図と関連して、それは、各々の視野において、０．１８よりも高い平均縦軸（変調伝達関数）を持つ横軸（１ミリメートルあたりの空間周波数）の値を得ることができる。それゆえに、短距離光拡大モジュールの分解能は、２０００＊２０００の解像度をサポートしうることが得られる。図１０における像面湾曲は、（−０．２ｍｍ、０．２ｍｍ）の範囲で制御され、図１１における歪み係数は、（−３４．６％、０）の範囲で制御される。
【００５０】
実施形態３
図３に示されるように、短距離光拡大モジュールにおいて、半透過型ミラー２の他に、他のレンズがさらに含まれる。他のレンズのパラメータは、半透過型ミラー２のパラメータ要件に応じて適応的に調整される。他のレンズおよび半透過型ミラー２は、相互補完的であり、半透過型ミラー２の第２の光学面の焦点距離は、５Ｆである。半透過型ミラー２の設計パラメータは、表６に示されている。
【００５１】
【表６−１】
0006389273.tif 000010
【００５２】
【表６−２】
0006389273.tif 000011
【００５３】
この表の具体的な記載については、表１を参照することができ、ここでは再度説明しない。短距離光拡大モジュールの他の対応するパラメータは、表７に示される。
【００５４】
【表７】
0006389273.tif 000012
【００５５】
関連するパラメータを表６に示すように設定することにより、表７から、半透過型面の有効焦点距離が５Ｆであり、光学システムの厚さが２７ｍｍであり、したがって、光拡大モジュールの前に取り付けられる開口を２．１として設計することにより、１００度の画角が得られ、つまり、対応するダイアフラムの直径Ｄを６ｍｍとして設計すると、それに応じて、６ｍｍの大きなアイボックスが得られることが明らかである。
【００５６】
さらに、スクリーンサイズは、１．１１インチとして設計され、瞳距離は、８ｍｍとして設計され、図１２のＭＴＦの図と関連して、それは、各々の視野において、０．１８よりも高い平均縦軸（変調伝達関数）を持つ横軸（１ミリメートルあたりの空間周波数）の値を得ることができる。それゆえに、短距離光拡大モジュールの分解能は、８００＊８００の解像度をサポートしうることが得られる。図１３における像面湾曲は、（−０．５ｍｍ、０．５ｍｍ）の範囲で制御され、図１４における歪み係数は、（−３５．６％、０）の範囲で制御される。
【００５７】
実施形態４
図４に示されるように、短距離光拡大モジュールにおいて、半透過型ミラー２の他に、他のレンズがさらに含まれる。他のレンズのパラメータは、半透過型ミラー２のパラメータ要件に応じて適応的に調整される。他のレンズおよび半透過型ミラー２は、相互補完的であり、半透過型ミラー２の第２の光学面の焦点距離は、１．５Ｆである。
【００５８】
半透過型ミラー２の設計パラメータは、表８に示されている。
【００５９】
【表８−１】
0006389273.tif 000013
【００６０】
【表８−２】
0006389273.tif 000014
【００６１】
この表の具体的な記載については、表１を参照することができ、ここでは再度説明しない。短距離光拡大モジュールにおける光学面の高精度化された設計パラメータが表９に示される。
【００６２】
【表９−１】
0006389273.tif 000015
【００６３】
【表９−２】
0006389273.tif 000016
【００６４】
【表９−３】
0006389273.tif 000017
【００６５】
【表９−４】
0006389273.tif 000018
【００６６】
上記表における具体的なパラメータの説明については、表４が参照されうる。短距離光拡大モジュールの他の対応するパラメータは、表１０に示される。
【００６７】
【表１０】
0006389273.tif 000019
【００６８】
関連するパラメータを表８および表９に示すように設定することにより、表１０から、半透過型面の反射面の有効焦点距離が１．５Ｆであり、光学システムの厚さが１６．２ｍｍであり、したがって、光拡大モジュールの前に取り付けられる開口を３．３として設計することにより、１００度の画角が得られ、つまり、対応するダイアフラムの直径Ｄを７ｍｍとして設計すると、それに応じて、７ｍｍの大きなアイボックスが得られることが明らかである。
【００６９】
さらに、スクリーンサイズは、２．１インチとして設計され、瞳距離は、９ｍｍとして設計される。図１５のＭＴＦの図と関連して、それは、各々の視野において、０．１８よりも高い平均縦軸（変調伝達関数）を持つ横軸（１ミリメートルあたりの空間周波数）の値を得ることができる。それゆえに、短距離光拡大モジュールの分解能は、１０００＊１０００の解像度をサポートしうることが得られる。図１６における像面湾曲は、（−２ｍｍ、２ｍｍ）の範囲で制御され、図１７における歪み係数は、（−３４％、０）の範囲で制御される。
【００７０】
実施形態５
図５に示されるように、短距離光拡大モジュールにおいて、半透過型ミラー２の他に、他のレンズがさらに含まれる。他のレンズのパラメータは、半透過型ミラー２のパラメータ要件に応じて適応的に調整される。他のレンズおよび半透過型ミラー２は、相互補完的であり、半透過型ミラー２の第２の光学面の焦点距離は、３Ｆである。半透過型ミラー２の設計パラメータは、表１１に示されている。
【００７１】
【表１１−１】
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【００７２】
【表１１−２】
0006389273.tif 000021
【００７３】
この表の具体的な記載については、表１を参照することができ、ここでは再度説明しない。短距離光拡大モジュールにおける光学面の高精度化された設計パラメータが表１２に示される。
【００７４】
【表１２−１】
0006389273.tif 000022
【００７５】
【表１２−２】
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【００７６】
【表１２−３】
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【００７７】
【表１２−４】
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【００７８】
上記表における具体的なパラメータの説明については、表４が参照されうる。短距離光拡大モジュールの他の対応するパラメータは、表１３に示される。
【００７９】
【表１３】
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【００８０】
関連するパラメータを表１１および表１２に示すように設定することにより、表１３から、半透過型面の反射面の有効焦点距離が３Ｆであり、光学システムの厚さが１１．２ｍｍであり、したがって、光拡大モジュールの前に取り付けられる開口を３として設計することにより、８２度の画角が得られ、つまり、対応するダイアフラムの直径Ｄを５ｍｍとして設計すると、それに応じて、５ｍｍの大きなアイボックスが得られることが明らかである。
【００８１】
さらに、スクリーンサイズは、２．１インチとして設計され、瞳距離は、９ｍｍとして設計される。図１８のＭＴＦの図と関連して、それは、各々の視野において、０．１８よりも高い平均縦軸（変調伝達関数）を持つ横軸（１ミリメートルあたりの空間周波数）の値を得ることができる。それゆえに、短距離光拡大モジュールの分解能は、１０００＊１０００の解像度をサポートしうることが得られる。図１９における像面湾曲は、（−２ｍｍ、２ｍｍ）の範囲で制御され、図２０における歪み係数は、（−３４％、０）の範囲で制御される。
【００８２】
本発明の光拡大モジュールに基づいて、本発明は、上記実施形態における光拡大モジュールを有する眼鏡をさらに提供する。上記眼鏡は、さらに、上記短距離光拡大モジュールと同軸上または非同軸上に取り付けられたスクリーン３を有する。図１〜図５におけるスクリーン３は、便宜的な表現のため、上記短距離光拡大モジュールと同軸上に取り付けられているが、使用に当たっては、スクリーン３０は、特定の使用条件に応じて、短距離光拡大モジュールと同軸上または非同軸上に取り付けられうる。
【００８３】
本発明の光拡大モジュールに基づいて、本発明は、上記実施形態における光拡大モジュールを有するヘルメットをさらに提供する。上記ヘルメットは、さらに、上記短距離光拡大モジュールと同軸上または非同軸上に取り付けられたスクリーン３を有する。図１〜図５におけるスクリーン３は、便宜的な表現のため、上記短距離光拡大モジュールと同軸上に取り付けられているが、使用に当たっては、スクリーン３０は、特定の使用条件に応じて、短距離光拡大モジュールと同軸上または非同軸上に取り付けられうる。
【００８４】
本発明の上記眼鏡および上記ヘルメットに基づいて、本発明は、上記実施形態における上記眼鏡または上記ヘルメットを有するＶＲシステムをさらに提供し、インテリジェント仮想現実（ＶＲ）ウェアラブル装置に使用される。上記ＶＲシステムは、広い画角、大きなアイボックス、高品質の画像効果およびコンパクトな極薄構造などを有して、ユーザーに良い体験を提供できるようにするため、上記短距離光拡大モジュールを含む眼鏡またはヘルメットを有する。具体的には、短距離光拡大モジュールの実施形態が参照されうる。
【００８５】
本明細書では、各々の実施形態は、進行形の方法（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ  ｗａｙ）で記載されている。異なる実施形態の同じまたは類似の部分については、互いに参照されうる。各々の実施形態は、他の実施形態からその差異を強調している。
【００８６】
上記の本発明の実施形態は、本発明の範囲を制限することを意図するものではない。本発明の精神および原理の範囲内における変形、等価物の代替、または改善は、本発明の保護範囲に該当するものと解釈される。
【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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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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