JP6686178B2 - 短距離光拡大モジュール、短距離光拡大方法及び短距離光拡大システム - Google Patents

Description

本発明は光学設備に関し、特に、短距離光拡大モジュール、短距離光拡大方法及び短距離光拡大システムに関する。

従来技術の光学拡大モジュールの構造において、光学拡大モジュールの結像品質要求を満たすために、モジュールは一般的には複数の光学デバイスを含む。各光学デバイスが特定の装着空間を要するので、複数の光学デバイスからなる光学拡大モジュールは大きなサイズ及び大きな体積を有することが多く、特にインテリジェント仮想現実（ＶＲ）ウエアラブル装置の小空間及び高拡大倍率の表示要求を満たすことができない。

本発明の実施例は短距離光拡大モジュール、短距離光拡大方法及び短距離光拡大システムを提供し、よって、既存の光学拡大モジュールの構造サイズが大きい問題を解決する。

前述した技術問題を解決するために、技術解決案を提案する本発明の態様は以下通りである。

短距離光拡大モジュールであって、第１位相遅延プレートと、結像レンズと、第２位相遅延プレートと、反射型偏光プレートとを備え、
第１位相遅延プレートは、第１直線偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、光画像の第１直線偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向に変換するように構成されており、
結像レンズは、楕円偏光方向又は円偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、第１位相遅延プレートに近接して半透過光学面である第１光学面と、第１光学面に対向する第２光学面とを有し、第１光学面を通過する光画像を拡大するように構成されており、
第２位相遅延プレートは、結像レンズにおける第２光学面の一側に配置されており、光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から第２直線偏光方向に変換し、第２直線偏光方向が第１直線偏光方向と直交し、
反射型偏光プレートは、第２位相遅延プレートに接着しており、第１直線偏光方向と一致する透過方向を有し、
光画像は第１位相遅延プレート、結像レンズ、第２位相遅延プレート、及び反射型偏光プレートを順次に通過し、反射型偏光プレートは、第２位相遅延プレートから伝達されて第２直線偏光方向を有する光画像を反射するように構成されており、結像レンズは、反射型偏光プレートによって反射される光画像を拡大するように構成されており、第２位相遅延プレートは、拡大される光画像の偏光方向を非第２直線偏光方向に変換し、よって、非第２直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光プレートに通過させるようにさらに構成されている。

好ましくは、非第２直線偏光方向は第１直線偏光方向である。

好ましくは、第２位相遅延プレートは結像レンズの第２光学面に接着している。

好ましくは、短距離光拡大モジュールは吸収型偏光プレートをさらに備え、
吸収型偏光プレートは、反射型偏光プレートにおいて結像レンズから離れる一側に接着しており、反射型偏光プレートと一致する透過方向を有する。

好ましくは、短距離光拡大モジュールは光学表示スクリーンをさらに備え、光学表示スクリーンは、第１直線偏光方向を有する光画像を生成するように構成されており、第１位相遅延プレートに接着している。

短距離光拡大モジュールであって、第１位相遅延プレートと、結像レンズと、第２位相遅延プレートと、反射型偏光プレートとを備え、
第１位相遅延プレートは、第１直線偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、光画像の第１直線偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向に変換するように構成ており、
結像レンズは、楕円偏光方向又は円偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、第１位相遅延プレートに近接して半透過光学面である第１光学面と、第１光学面に対向する第２光学面とを有し、第１光学面を通過する光画像を拡大するように構成されており、
第２位相遅延プレートは、結像レンズにおける第２光学面の一側に配置されており、光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から第１直線偏光方向に変換し、
反射型偏光プレートは、第２位相遅延プレートに接着しており、第１直線偏光方向と直交する透過方向を有し、
光画像は第１位相遅延プレート、結像レンズ、第２位相遅延プレート、及び反射型偏光プレートを順次に通過し、反射型偏光プレートは、第２位相遅延プレートから伝達されて第１直線偏光方向を有する光画像を反射するように構成されており、結像レンズは、反射型偏光プレートによって反射される光画像を拡大するように構成されており、第２位相遅延プレートは、拡大される光画像の偏光方向を非第１直線偏光方向に変換し、よって、非第１直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光プレートに通過させるようにさらに構成されている。

短距離光拡大方法は、
伝送路に沿って第１直線偏光方向を有する光画像を出力し、光画像の偏光方向を第１直線偏光方向から楕円偏光方向又は円偏光方向に変換し、結像レンズを介して光画像を透過的に拡大するステップと、
光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から第２直線偏光方向に変換し、第２直線偏光方向が第１直線偏光方向と直交するステップと、
第２直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光プレートによって反射し、光画像の偏光方向を第２直線偏光方向から楕円偏光方向又は円偏光方向に変換し、反射型偏光プレートが第１直線偏光方向と一致する透過方向を有するステップと、
楕円偏光方向又は円偏光方向を有する反射された光画像を結像レンズによって反射し拡大し、拡大された光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から非第２直線偏光方向に変換し、非第２直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光プレートに通過させるステップと、を備える。

短距離光拡大方法は、
伝送路に沿って第１直線偏光方向を有する光画像を出力し、光画像の偏光方向を第１直線偏光方向から楕円偏光方向又は円偏光方向に変換し、結像レンズを介して光画像を透過的に拡大するステップと、
光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から第１直線偏光方向に変換するステップと、
第１直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光プレートによって反射し、光画像の偏光方向を第１直線偏光方向から楕円偏光方向又は円偏光方向に変換し、反射型偏光プレートが第１直線偏光方向と直交する透過方向を有するステップと、
楕円偏光方向又は円偏光方向を有する反射された光画像を結像レンズによって反射し拡大し、拡大された光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から非第１直線偏光方向に変換し、非第１直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光プレートに通過させるステップと、を備える。

短距離光拡大システムであって、第１直線偏光方向を有する光画像を生成するように構成されている光学表示スクリーンと、短距離光拡大モジュールとを備え、
短距離光拡大モジュールは、
第１直線偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、光画像の第１直線偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向に変換するように構成されている第１位相遅延層と、
楕円偏光方向又は円偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、第１位相遅延プレートに近接して半透過光学面である第１光学面と、第１光学面に対向する第２光学面とを有し、第１光学面を通過する光画像を拡大するように構成されている結像レンズ層と、
結像レンズにおける第２光学面の一側に配置されており、光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から第２直線偏光方向に変換し、第２直線偏光方向が第１直線偏光方向と直交する第２位相遅延層と、
第２位相遅延層に接着しており、第１直線偏光方向と一致する透過方向を有する反射型偏光層と、を備え、
光画像は第１位相遅延層、結像レンズ層、第２位相遅延層、及び反射型偏光層を順次に通過し、反射型偏光層は、第２位相遅延層から伝達されて第２直線偏光方向を有する光画像を反射するように構成されており、結像レンズ層は、反射型偏光層によって反射される光画像を反射し再び拡大するように構成されており、第２位相遅延層は、拡大される光画像の偏光方向を非第２直線偏光方向に変換し、よって、非第２直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光層に通過させるようにさらに構成されている。

短距離光拡大システムであって、第１直線偏光方向を有する光画像を生成するように構成されている光学表示スクリーンと、短距離光拡大モジュールとを備え、
短距離光拡大モジュールは、
第１直線偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、光画像の第１直線偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向に変換するように構成されている第１位相遅延層と、
楕円偏光方向又は円偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、第１位相遅延プレートに近接して半透過光学面である第１光学面と、第１光学面に対向する第２光学面とを有し、第１光学面を通過する光画像を拡大するように構成されている結像レンズ層と、
結像レンズにおける第２光学面の一側に配置されており、光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から第１直線偏光方向に変換する第２位相遅延層と、
第２位相遅延層に接着しており、第１直線偏光方向と直交する透過方向を有する反射型偏光層と、を備え、
光画像は第１位相遅延層、結像レンズ層、第２位相遅延層、及び反射型偏光層を順次に通過し、反射型偏光層は、第２位相遅延層から伝達されて第１直線偏光方向を有する光画像を反射するように構成されており、結像レンズ層は、反射型偏光層によって反射される光画像を反射し再び拡大するように構成されており、第２位相遅延層は、拡大される光画像の偏光方向を非第１直線偏光方向に変換し、よって、非第１直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光層に通過させるようにさらに構成されている。

前述した技術解決案から見られるように、本発明は以下通りの有益な効果を有する。

本発明にかかる短距離光拡大モジュールにおいて、第１位相遅延プレート、結像レンズ、第２位相遅延プレート、及び反射型偏光プレートによって、光画像は、伝送路で反射型偏光プレートによって反射されてから、結像レンズで拡大されることができる。光画像が拡大倍率の要求を満たすだけではなく、第２位相遅延プレートと反射型偏光プレートとは互いに接着しているように配置できるため、光学モジュールのサイズ及び体積をさらに減少できる。

本発明にかかる短距離光拡大モジュールにおいて、第２位相遅延プレートと反射型偏光プレートとは互いに接着しているように配置されている。第２位相遅延プレートと反射型偏光プレートとの距離は光路に影響せずに減少することができ、短距離光拡大モジュールのサイズ及び体積はさらに減少することができる。

本発明にかかる短距離光拡大モジュールにおいて、結像レンズの一側面が第２光学面であるため、第２光学面は第２位相遅延プレートと接着することができ、第２位相遅延プレートは続いて反射型偏光プレートと接着しているため、短距離光拡大モジュールのサイズ及び体積をさらに減少することができる。また、結像レンズの一側面が第２光学面として配置されているため、結像レンズが第１光学面であるときの偏光の波長分散の程度を減少することができ、よって、光画像の解像度を向上させることができる。第１光学面の加工と比べると、第２光学面の鏡面加工の加工難易度が低く、加工コストが少ない。

本発明にかかる短距離光拡大モジュールにおいて、吸収型偏光プレートは反射型偏光プレートの外側にさらに追加される。吸収型偏光プレートは外からの光を吸収することができ、外からの反射画像が見られることを防止することができ、よって、環境光が光画像を干渉することを防止することができる。また、吸収型偏光プレートと、反射型偏光プレートと、第２位相遅延プレートとは互いに接着しているように配置されており、光学表示スクリーンと第１位相遅延プレートとは互いに接着しているように配置されており、よって、光拡大モジュールのサイズ及び体積はさらに減少することができ、組立を簡略化することができる。

本発明にかかる短距離光拡大方法において、光画像は結像レンズを介して透過的に拡大されてから反射型偏光プレートで反射される。反射された光画像は結像レンズを再び通過する時に第１光学面において２度と拡大され、偏光方向は楕円偏光方向又は円偏光方向から非第２直線偏光方向に変換される。最後に、光画像は反射型偏光プレートを介して人間の目に入る。光拡大モジュールにおいて光画像を２回反射することによって、視角を拡大することだけではなく、光拡大モジュールのサイズ及び体積を減少することもできる。

本発明にかかる短距離光拡大システムにおいて、短距離光拡大モジュールは、第１位相遅延層、結像レンズ層、第２位相遅延層、及び反射型偏光層からなる多層光学構造である。光学拡大モジュールのサイズ及び体積は光画像の品質に影響せずに大幅に減少され、重量も減少され、光学拡大部品を用いるＶＲメガネの着用の快適さが向上する。

本発明の実施例の技術解決案または従来技術の技術解決案をさらに明確に説明するために、実施例または従来技術についての説明に必要な図面は下に簡単に紹介される。明らかに、下に説明される図面は本発明のいくつかの実施例に過ぎなく、これらの図面に基づいて当業者は創作的な労働をせずに他の図面を得ることができる。

本発明の実施例にかかる短距離光拡大モジュールの構造表現 本発明の実施例にかかるもう１つの短距離光拡大モジュールの構造表現 結像レンズの第１光学面および第２光学面のそれぞれにおける光画像の伝送 を示す略図 本発明の実施例にかかるさらに１つの短距離光拡大モジュールの構造表現 本発明の実施例にかかる他の１つの短距離光拡大モジュールの構造表現 本発明の実施例にかかる短距離光拡大方法のフローチャート 本発明の実施例にかかるもう１つの短距離光拡大方法のフローチャート 本発明の実施例にかかる短距離光拡大システムの構造表現 本発明の実施例にかかるもう１つの短距離光拡大システムの構造表現

当業者に本発明の技術解決案をよく理解してもらうために、本発明の実施例における技術解決案は、本発明の実施例における図面とともに下に明確で完全に説明される。

図１に示されるように、短距離光拡大モジュールは、順次に配置された第１位相遅延プレート２と、結像レンズ４と、第２位相遅延プレート５と、反射型偏光プレート６とを備える。第１位相遅延プレート２は、第１直線偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、光画像の第１直線偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向に変換するように構成されている。光画像は、光源側から入射される光または偏光を指す。

結像レンズ２は、楕円偏光方向又は円偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されている。結像レンズ２は、第１位相遅延プレートに近接して半透過光学面である第１光学面と、第１光学面に対向する第２光学面とを有し、第１光学面を通過する光画像を拡大するように構成されており、当該拡大は第１回の拡大を指す。

この実施例において、第１光学面は曲面であり、第２光学面は平面であり、第１光学面の曲率中心と第２光学面の曲率中心とは第１光学面の同じ側に位置する。

第２位相遅延プレート５は、結像レンズ４における第２光学面の一側に配置されており、光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から第２直線偏光方向に変換する。また、第２直線偏光方向が第１直線偏光方向と直交する。

反射型偏光プレート６は、第２位相遅延プレート５に接着しており、第１直線偏光方向と一致する透過方向を有する。

光画像は第１位相遅延プレート２、結像レンズ４、第２位相遅延プレート５、及び反射型偏光プレート６を順次に通過する。また、反射型偏光プレート６は、第２位相遅延プレート５から伝達されて第２直線偏光方向を有する光画像を反射するようにさらに構成されており、結像レンズ４は、反射型偏光プレート６によって反射される光画像を拡大するように構成されており、当該拡大は第２回の拡大を指す。第２位相遅延プレート５は、第２回拡大される光画像の偏光方向を非第２直線偏光方向に変換し、よって、非第２直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光プレートに通過させるようにさらに構成されている。

好ましくは、非第２直線偏光方向は第１直線偏光方向である。

この実施例において、第１位相遅延プレート２、第２位相遅延プレート５、及び反射型偏光プレート６は全部従来技術に属する。光画像が位相遅延プレートを通過する度に、特定の位相遅延角度を加えることができる。反射型偏光プレートは、その透過方向と一致する偏光方向を有する直線偏光を透過させるが、その透過方向と直交する偏光方向を有する直線偏光を全反射し、特定の位相遅延を有する円偏光または楕円偏光を部分的に透過させる。結像レンズ４の両側面において、第１位相遅延プレート２に近接する側面は第１光学面であり、第２位相遅延プレート５に近接する側面は第２光学面であり、第１光学面は半透過光学面である。この半透過光学面によって、特定の割合の光を反射して残りの割合の光を透過させることができる。

本発明にかかる短距離光拡大モジュールの動作原理は下に紹介される。

光源側（図１における最右側）に近接する側において、第１直線偏光方向（この実施例において、紙方向と平行する方向）を有する光画像が第１位相遅延プレート２を通過してから、光画像の偏光方向が位相遅延される楕円偏光方向又は円偏光方向に改変される。特に、第１位相遅延プレート２が１／４波長プレートであるとき、透過される光画像の偏光方向は、第１位相遅延プレート２を通過した後、円偏光方向に改変され、そして光画像が結像レンズの第１光学面を通過する時に透過されるため、光画像は透過的に拡大される。この拡大は低倍率の拡大である。透過される光画像の偏光方向は、第２位相遅延プレート５を通過した後、楕円偏光方向又は円偏光方向から第２直線偏光方向（この実施例において、紙方向と垂直する方向）に変換される。第２直線偏光方向は第１直線偏光方向と直交する。この実施例において、第１位相遅延プレート２によって回旋される偏光の方向は、第２位相遅延プレート５によって回旋される偏光の方向と一致する（すなわち、第１位相遅延プレート２と第２位相遅延プレート５とは同様に左回りまたは右回りの位相遅延プレートである）。

反射型偏光プレート６に到達した後、第２直線偏光方向を有する光画像は全反射される。反射される光画像が第２位相遅延プレート５を再び通過した後、偏光方向は第１直線偏光方向から楕円偏光方向又は円偏光方向に変換される。特に、第２位相遅延プレート５が１／４波長プレートであるとき、第２位相遅延プレート５を通過した後、反射される光画像の偏光方向は円偏光方向に改変される。

光画像が結像レンズ４の第１光学面に再び通過して反射されるとき、光は反射されてエネルギが特定の倍率で拡大され、この拡大は高倍率の拡大である。大きく拡大される光画像は第２位相遅延プレート５を再び通過し、その偏光方向は非第２直線偏光方向（好ましくは、第１直線偏光方向である）に改変される。特に、第１位相遅延プレート２が１／４波長プレートであるとき、第１位相遅延プレート２に再び通過した後、光画像の偏光方向は第１直線偏光方向に改変される。反射型偏光プレート６が第１直線偏光方向と一致する透過方向を有するため、第１直線偏光方向を有する光画像は反射型偏光プレート６を通って観察者の視界に入る。よって、光の高倍率の拡大は短距離（５ｃｍより短い）内で実現することができる。

本発明の実施例にかかる短距離光拡大モジュールにおいて、第１位相遅延プレート、結像レンズ、第２位相遅延プレート、及び反射型偏光プレートによって、光画像は、伝送路で反射型偏光プレートによって反射されてから、結像レンズで拡大されることができる。光画像が拡大倍率の要求を満たすだけではなく、第２位相遅延プレートと反射型偏光プレートとは互いに接着しているように配置できるため、光学モジュールのサイズ及び体積をさらに減少できる。

１つの好ましい実施例において、非第２直線偏光方向は第１直線偏光方向であり、よって、第２位相遅延プレート５を通過した後、光画像の偏光方向は再び第１直線偏光方向に改変され、従って、光画像は反射型偏光プレートに第１回到達するときに全反射されることが保証される。すなわち、このとき、光画像の偏光方向は第１直線偏光方向と直交する第２直線偏光方向に改変され、光画像が第１位相遅延プレート２および第２位相遅延プレート５を通過した後、光画像の光路差は１／２、１＋１／２、２＋１／２…ｎ＋１／２であり、ｎは整数である。

また、第２位相遅延プレート５と反射型偏光プレート６とは互いに接着しているように配置できるため、第２位相遅延プレート５及び反射型偏光プレート６における偏光の伝送路を減少することができる。第２位相遅延プレートと反射型偏光プレートとの距離は光路に影響せずに減少することができ、よって、短距離光拡大モジュールのサイズ及び体積はさらに減少することができる。

図２に示されるように、光拡大部品のサイズ及び体積をさらに減少するために、第２位相遅延プレートは結像レンズ４の第２光学面に接着している。結像レンズ４（半透過曲面レンズ４）において第２位相遅延プレート５に近接する側面は第２光学面として提供され、平面は第２位相遅延プレート５に接着してもよい。一般的に、結像レンズ４の鏡面とも円弧曲面であるが、この実施例では、結像レンズ４において第２位相遅延プレート５に近接する側面は平面として提供される。一方、第２位相遅延プレート５と結像レンズ４とを互いに接着させ、その２つの光学部品との間の距離はさらに短くし、光拡大モジュールのサイズを減少することが実現される。他方、図３に示されるように、仮に結像レンズ４の両側面とも曲面である場合、比較的大きい曲面は光の波長分散を起こし、よって、視覚結像効果に影響が出て、又は、仮に曲面の曲率が小さい場合、光路が短縮され、拡大効果に影響が出る。従って、この実施例にかかる結像レンズ４の一側面を平面として提供することによって、曲面における波長分散の程度を低減することができ、又は、小さい曲率がもたらす光路の低い拡大倍率の問題を低減することができ、よって、光学モジュールにおける光の屈折または反射を安定にすることができ、光路の結像効果に影響することはない。

また、生産工程に対して、この実施例にかかる半透過曲面レンズの一側面は平面であり、両側面とも曲面である既存の結像レンズと比べると、平面の製造難易度が曲面の製造難易度より低く、相応的に、製造コストを低減することもでき、生産効率を向上させることができる。

図２に示されるように、この解決案にかかる短距離光拡大モジュールは吸収型偏光プレート７をさらに含み、吸収型偏光プレート７は、反射型偏光プレート６において結像レンズ４から対向の方向に面する一側に配置されている。また、吸収型偏光プレート７は反射型偏光プレート６に接着してもよく、吸収型偏光プレート７の透過方向は反射型偏光プレート６の透過方向と一致する（平行する）。

本発明にかかる短距離光拡大モジュールにおいて、吸収型偏光プレートは反射型偏光プレートの外側にさらに追加され、吸収型偏光プレートの透過方向は反射型偏光プレートの透過方向と平行するように配置されている。すなわち、反射型偏光プレートから射出される偏光は直接的に吸収型偏光プレートを通過することができる。環境光は吸収型偏光プレートによって吸収される。従って、外からの反射画像が見られることを防止することができ、表示に対して外光による干渉を防止することができる。また、反射型偏光プレートと第２位相遅延プレートとが互いに接着していることによって、光損失を低くすることができ、体積及びサイズをさらに減少することができ、組立を簡略化することができる。

前述した本発明にかかる短距離光拡大モジュールはＶＲ装置、例えばＶＲメガネに適用される。

図４に示されるように、短距離光拡大モジュールは光学表示スクリーン１をさらに含む。光学表示スクリーン１は、第１位相遅延プレート２において結像レンズ４から対向の方向に面する一側に配置されており、第１直線偏光方向を有する光画像を生成するように構成されている。また、光学表示スクリーンは第１位相遅延プレート２に接着している。

この実施例にかかる短距離光拡大モジュールに対して、光学表示スクリーン１が第１位相遅延プレート２と接着していて第２位相遅延プレート５が反射型偏光プレート６と接着しているため、その２つのセットの距離がそれぞれに減少される。光路の伝送に影響しないことを前提として、光学モジュールにおける部品を部分的に互いに接着させると、光学モジュールのサイズを大幅に減少することができる。短距離光拡大モジュールをＶＲメガネに適用するとき、ＶＲメガネのサイズ及び厚さを減少することができ、体積を減らすことができ、よって、ＶＲメガネのサイズを普通のメガネのサイズに近づかせることができ、ＶＲメガネを着用するユーザの快適さを向上させることができる。

前述した結像レンズ４の第１光学面は半透過光学面であり、すなわち、５０％が透過的で５０％が反射的な光学面である。光学表示スクリーン１は高解像度のマイクロディスプイであってもよい。高解像度のマイクロディスプイが採用される場合において、小体積を持ちながら広視野及び高解像度を実現することができる。

本発明にかかる短距離光拡大モジュールにおいて、第２位相遅延プレート５、反射型偏光プレート６、及び吸収型偏光プレートが順次に互いに接着しているように配置されており、光学表示スクリーン１及び第１位相遅延プレート２も互いに接着しているように配置されている。その結果、接着前の短距離光拡大モジュールと比べると、接着後の短距離光拡大モジュールサイズ及び体積は大幅に減少されることができる。また、追加された吸収型偏光プレートは外からの光を吸収して外からの反射画像が見られることを防止することができ、よって、表示において外光による干渉を防止する。

また、光拡大モジュールにおいて、光の位相遅延に影響しない光学デバイス３は需要に応じて、光学表示スクリーン１、第１位相遅延プレート２、結像レンズ４、第２位相遅延プレート５、及び反射型偏光プレート６のうちの隣り合った２つの間に追加されてもよい。好ましくは、図４に示されるように、色相変化を校正するための光学デバイス３は第１位相遅延プレート２と結像レンズ４との間に追加され、短距離光拡大モジュールの実用性を増加させてもよい。

人間の目に反射型偏光プレート６の軸心において画像を見せるために、光学表示スクリーン１、第１位相遅延プレート２、結像レンズ４、第２位相遅延プレート５、反射型偏光プレート６、及び吸収型偏光プレート７は同軸に配置されている。

本発明にかかる短距離光拡大モジュールの軸方向側面は光吸収材に包まれ、当該光吸収材は最終的に反射型偏光プレートを透過していなくて人間の目に入りうる光を吸収することができ、このような光が最終の表示結果に影響することを防止することができる。

図５を参照すると、前述した実施例と比べると、この実施例の差異は以下通りである。この実施例において、第１位相遅延プレート２によって回旋される偏光の方向は、第２位相遅延プレート５によって回旋される偏光の方向と直交する。すなわち、仮に第１位相遅延プレート２が左回りの回旋方向を有する場合、第２位相遅延プレート５は右回りの回旋方向を有する。また、仮に第１位相遅延プレート２が右回りの回旋方向を有する場合、第２位相遅延プレート５は左回りの回旋方向を有する。対応的に、この実施例において、反射型偏光プレート５は第１直線偏光方向と直交する透過方向を有し、第２位相遅延プレート２は、結像レンズ４における第２光学面の側に配置されており、光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から第１直線偏光方向に変換するように構成されている。

光画像は第１位相遅延プレート２、結像レンズ４、第２位相遅延プレート５、及び反射型偏光プレート６を順次に通過する。また、反射型偏光プレート６は、第２位相遅延プレート５から伝達されて第１直線偏光方向を有する光画像を反射するようにさらに構成されており、結像レンズ４は、反射型偏光プレート６によって反射される光画像を拡大するように構成されており、当該拡大は第２回の拡大を指す。第２位相遅延プレート５は、第２回拡大される光画像の偏光方向を非第１直線偏光方向に変換し、よって、非第１直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光プレートに通過させるようにさらに構成されている。

好ましくは、非第１直線偏光方向は第１直線偏光方向と直交する方向である。

図６に示されるように、前述した短距離光拡大モジュールに対応して、本発明は短距離光拡大方法を提供し、当該方法は以下のステップを含む。

ステップS１１０：第１直線偏光方向を有する光画像を伝送路に沿って出力し、光画像の偏光方向を第１直線偏光方向から楕円偏光方向又は円偏光方向に変換し、結像レンズを介して光画像を透過的に拡大する。

ステップS１２０：光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から第２直線偏光方向に変換し、第２直線偏光方向が第１直線偏光方向と直交する。

ステップS１３０：第２直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光プレートによって反射し、光画像の偏光方向を第２直線偏光方向から楕円偏光方向又は円偏光方向に変換し、反射型偏光プレートが第１直線偏光方向と一致する透過方向を有する。

ステップS１４０：楕円偏光方向又は円偏光方向を有する反射された光画像を結像レンズによって反射し拡大し、拡大された光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から非第２直線偏光方向に変換し、非第２直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光プレートに通過させる。

本発明にかかる短距離光拡大方法において、前述した短距離光拡大モジュールの拡大原理に基づいて、反射機能光学モジュールの大角度（透過の小角変化に相対する）の調整特徴を十分に利用して組み合わせることによって、比較的小さい全体光チャンネルにおいて非常に大きい拡大倍率を実現し、したがって、マイクロスクリーンに対しても広視野角の効果を得られる。ニアアイ（near-eye）の光学特性において全体輝度の損失に対する低敏感度を考慮し、本発明にかかる全体的な光学設計においては、結像レンズが一部のエネルギを放棄する手法を採用し、最終の表示結果に殆ど影響しない。よって、高拡大倍率を有し、全体的な厚さが薄く、位相差がほぼないニアアイディスプレイ光学モジュールは本発明において実現される。

本発明にかかる短距離光拡大方法において、光画像は結像レンズを介して透過的に拡大されてから反射型偏光プレートで反射される。反射された光画像は結像レンズを再び通過する時に第１光学面において２度と拡大され、偏光方向は楕円偏光方向又は円偏光方向から非第２直線偏光方向に変換される。最後に、光画像は反射型偏光プレートを介して人間の目に入る。光拡大モジュールにおいて光画像を２回反射することによって、視角を拡大することだけではなく、光拡大モジュールのサイズ及び体積を減少することもできる。

図７に示されるように、本発明は１つの短距離光拡大方法をさらに提供し、当該方法は以下のステップを含む。

ステップS２１０：第１直線偏光方向を有する光画像を伝送路に沿って出力し、光画像の偏光方向を第１直線偏光方向から楕円偏光方向又は円偏光方向に変換し、結像レンズを介して光画像を透過的に拡大する。

ステップS２２０：光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から第１直線偏光方向に変換する。

ステップS２３０：第１直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光プレートによって反射し、光画像の偏光方向を第１直線偏光方向から楕円偏光方向又は円偏光方向に変換し、反射型偏光プレートが第１直線偏光方向と直交する透過方向を有する。

ステップS２４０：楕円偏光方向又は円偏光方向を有する反射された光画像を結像レンズによって反射し拡大し、拡大された光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から非第１直線偏光方向に変換し、非第１直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光プレートに通過させる。

本発明は短距離光拡大システムをさらに提供する。図８に示されるように、システムは、第１直線偏光方向を有する光画像を生成するように構成されている光学表示スクリーン１と、短距離光拡大モジュール１０とを備える。短距離光拡大モジュール１０は、第１位相遅延層２と、結像レンズ層４と、第２位相遅延層５と、反射型偏光層６とを備え、
第１位相遅延層２は、第１直線偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、光画像の第１直線偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向に変換するように構成されており、
結像レンズ層４は、楕円偏光方向又は円偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、第１位相遅延プレート２に近接して半透過光学面である第１光学面と、第１光学面に対向する第２光学面とを有し、第１光学面を通過する光画像を拡大するように構成されており、
第２位相遅延層５は、結像レンズ４における第２光学面の一側に配置されており、光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から第２直線偏光方向に変換し、第２直線偏光方向が第１直線偏光方向と直交し、
反射型偏光層６は、第２位相遅延層５に接着しており、第１直線偏光方向と一致する透過方向を有する。

光学表示スクリーン１は、第１位相遅延層２における短距離光拡大モジュール１０に近接する一側に配置されている。

光画像は第１位相遅延層、結像レンズ層、第２位相遅延層、及び反射型偏光層を順次に通過する。反射型偏光層は、第２位相遅延層から伝達されて第１直線偏光方向を有する光画像を反射するように構成されている。結像レンズ層は、反射型偏光層によって反射される光画像を反射し再び拡大するように構成されている。第２位相遅延層は、拡大される光画像の偏光方向を非第１直線偏光方向に変換し、よって、非第１直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光層に通過させるようにさらに構成されている。

この実施例にかかる短距離光拡大システムにおける第１位相遅延層、結像レンズ層、第２位相遅延層、及び反射型偏光層の構造位置及び機能は、それぞれに上述した例示における第１位相遅延プレート、結像レンズ、第２位相遅延プレート、及び反射型偏光プレートの構造位置及び機能と同様であり、短距離光拡大モジュール１０における光画像の伝送過程も、上述した短距離光拡大モジュールにおける光画像の伝送過程と同様である。その間の差異は以下通りである。この実施例において、短距離光拡大モジュールは第１位相遅延層、結像レンズ層、第２位相遅延層、及び反射型偏光層からなる多層光学構造である。光学拡大モジュールのサイズ及び体積は光画像の品質に影響せずに大幅に減少され、重量も減少され、光学拡大部品を用いるＶＲメガネの着用の快適さが向上する。

また、図８または図９に示されるように、光拡大システムにおける短距離光拡大モジュール１０は吸収型偏光層７をさらに備える。吸収型偏光層７は、反射型偏光層６に近接して第２位相遅延層５から離れる一側に配置されており、外からの光を吸収することができ、外からの反射画像が見られることを防止することができ、よって、環境光が光画像を干渉することを防止することができる。

１つの好ましい実施例において、システムは、光の位相遅延に影響しない光学デバイス３をさらに備え、光学デバイス３は、光学表示スクリーン、第１位相遅延層、結像レンズ層４、第２位相遅延層、及び反射型偏光層のうちの隣り合った２つの間に配置されている。

図９に示されるように、光の位相遅延に影響しない光学デバイス３は、第１位相遅延層２と光学表示スクリーン１と間に配置されており、短距離光拡大モジュール１０と一体化している。好ましくは、光学デバイスは、近視用レンズ、遠視用レンズまたは乱視用レンズなどを含み、よって、短距離光拡大モジュールの適用性を向上させる。

上述した実施例において、光学表示スクリーン１の両側面とも平面である。モジュールのサイズ及び体積を減少させるために、第１位相遅延プレート２は光学表示スクリーン１に接着されている。さらに、第１位相遅延プレートと第２位相遅延プレートともは１／４波長プレートである。

また、本発明は短距離光拡大システムをさらに提供する。当該システムは、第１直線偏光方向を有する光画像を生成するように構成されている光学表示スクリーン１と、短距離光拡大モジュール１０とを備える。
短距離光拡大モジュール１０は、
第１直線偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、光画像の第１直線偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向に変換するように構成されている第１位相遅延層２と、
楕円偏光方向又は円偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、第１光学面を通過する光画像を拡大するように構成されており、第１位相遅延プレートに近接して半透過光学面である第１光学面と、第１光学面に対向する第２光学面とを有する結像レンズ層４と、
結像レンズ層４における第２光学面の一側に配置されており、光画像の偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向から第１直線偏光方向に変換する第２位相遅延層５と、
第２位相遅延層５に接着しており、第１直線偏光方向と直交する透過方向を有する反射型偏光層６と、を備え、
光画像は第１位相遅延層２、結像レンズ層４、第２位相遅延層５、及び反射型偏光層６を順次に通過し、反射型偏光層６は、第２位相遅延層５から伝達されて第１直線偏光方向を有する光画像を反射するように構成されており、結像レンズ層４は、反射型偏光層６によって反射される光画像を反射し再び拡大するように構成されており、第２位相遅延層５は、拡大される光画像の偏光方向を非第１直線偏光方向に変換し、よって、非第１直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光層６に通過させるようにさらに構成されている。

前述した実施例において、第１光学面は曲面であり、第２光学面は平面であり、第１光学面の曲率中心と第２光学面の曲率中心とは第１光学面の同じ側に位置する。

注意すべきなのは、ここで使用された「第１」、「第２」などの関係用語は１つの物または動作をもう１つの物または動作から区別するためのみに利用され、これらの物または動作との間に実質的な慣例または順序を要することを要求または意味としない。

上述した説明は、当業者に本発明を理解または実施してもらうために、発明のいくつかの具体的な実施例を示すものにすぎない。これらの実施例に対する様々な変形例は当業者にとっては明らかである。ここで定義された一般的な原理は、本発明の精神または範囲から逸脱せずに他の実施例において実現されてもよい。したがって、本発明はここで説明された実施例に制限されなく、むしろ、本発明はここで開示された原理及び新規特徴と一致する最も広い範囲にマッチする。

Claims (7)

1. 短距離光拡大モジュールであって、第１位相遅延プレートと、結像レンズと、第２位相遅延プレートと、反射型偏光プレートとを備え、
   前記第１位相遅延プレートは、第１直線偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、前記光画像の前記第１直線偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向に変換するように構成されており、
   前記結像レンズは、楕円偏光方向又は円偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、前記第１位相遅延プレートに近接して半透過光学面である第１光学面と、前記第１光学面に対向する第２光学面とを有し、前記第１光学面を通過する光画像を拡大するように構成されており、
   前記第２位相遅延プレートは、前記結像レンズにおける前記第２光学面の一側に配置されており、前記光画像の偏光方向を前記楕円偏光方向又は円偏光方向から前記第１直線偏光方向に変換し、前記第２位相遅延プレートによって回旋される偏光の方向と、前記第１位相遅延プレートによって回旋される偏光の方向とは反対方向であり、
   前記反射型偏光プレートは、前記第２位相遅延プレートに接着しており、前記第１直線偏光方向と直交する透過方向を有し、
   前記光画像は前記第１位相遅延プレート、前記結像レンズ、前記第２位相遅延プレート、及び前記反射型偏光プレートを順次に通過し、前記反射型偏光プレートは、前記第２位相遅延プレートから伝達されて第１直線偏光方向を有する光画像を反射するように構成されており、前記結像レンズは、前記反射型偏光プレートによって反射される光画像を拡大するように構成されており、前記第２位相遅延プレートは、前記拡大される光画像の偏光方向を非第１直線偏光方向に変換し、よって、前記非第１直線偏光方向を有する光画像を前記反射型偏光プレートに通過させるようにさらに構成されている、短距離光拡大モジュール。
2. 前記非第１直線偏光方向は前記第１直線偏光方向と直交する方向である、請求項１に記載の短距離光拡大モジュール。
3. 前記第２位相遅延プレートは前記結像レンズの前記第２光学面に接着している、請求項１に記載の短距離光拡大モジュール。
4. 前記短距離光拡大モジュールは吸収型偏光プレートをさらに備え、
   前記吸収型偏光プレートは、前記反射型偏光プレートにおいて前記結像レンズから離れる一側に接着しており、前記反射型偏光プレートと一致する透過方向を有する、請求項２に記載の短距離光拡大モジュール。
5. 前記短距離光拡大モジュールは光学表示スクリーンをさらに備え、前記光学表示スクリーンは、第１直線偏光方向を有する光画像を生成するように構成されており、前記第１位相遅延プレートに接着している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の短距離光拡大モジュール。
6. 伝送路に沿って第１直線偏光方向を有する光画像を出力し、第１位相遅延プレートによって前記光画像の前記偏光方向を前記第１直線偏光方向から楕円偏光方向又は円偏光方向に変換し、結像レンズを介して前記光画像を透過させ拡大するステップと、
   第２位相遅延プレートによって前記光画像の前記偏光方向を前記楕円偏光方向又は円偏光方向から第１直線偏光方向に変換するステップと、
   前記第１直線偏光方向を有する光画像を反射型偏光プレートによって反射し、前記光画像の前記偏光方向を前記第１直線偏光方向から楕円偏光方向又は円偏光方向に変換し、前記反射型偏光プレートが前記第１直線偏光方向と直交する透過方向を有するステップと、
   楕円偏光方向又は円偏光方向を有する前記反射された光画像を前記結像レンズによって反射し拡大し、前記拡大された光画像の前記偏光方向を前記楕円偏光方向又は円偏光方向から非第１直線偏光方向に変換し、前記非第１直線偏光方向を有する光画像を前記反射型偏光プレートに通過させるステップと、
   を備え、
   前記第２位相遅延プレートによって回旋される偏光の方向と、前記第１位相遅延プレートによって回旋される偏光の方向とは反対方向である、短距離光拡大方法。
7. 短距離光拡大システムであって、第１直線偏光方向を有する光画像を生成するように構成されている光学表示スクリーンと、短距離光拡大モジュールとを備え、
   前記短距離光拡大モジュールは、
   第１直線偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、前記光画像の前記第１直線偏光方向を楕円偏光方向又は円偏光方向に変換するように構成されている第１位相遅延層と、
   楕円偏光方向又は円偏光方向を有する光画像の伝送路に配置されており、前記第１位相遅延層に近接して半透過光学面である第１光学面と、前記第１光学面に対向する第２光学面とを有し、前記第１光学面を通過する光画像を拡大するように構成されている結像レンズ層と、
   前記結像レンズ層における前記第２光学面の一側に配置されており、前記光画像の偏光方向を前記楕円偏光方向又は円偏光方向から前記第１直線偏光方向に変換する第２位相遅延層と、
   前記第２位相遅延層に接着しており、前記第１直線偏光方向と直交する透過方向を有する反射型偏光層と、を備え、
   前記光画像は前記第１位相遅延層、前記結像レンズ層、前記第２位相遅延層、及び前記反射型偏光層を順次に通過し、前記反射型偏光層は、前記第２位相遅延層から伝達されて第１直線偏光方向を有する光画像を反射するように構成されており、前記結像レンズ層は、前記反射型偏光層によって反射される前記光画像を反射し再び拡大するように構成されており、前記第２位相遅延層は、前記拡大される光画像の偏光方向を非第１直線偏光方向に変換し、よって、前記非第１直線偏光方向を有する光画像を前記反射型偏光層に通過させるようにさらに構成されており、
   前記第２位相遅延層によって回旋される偏光の方向と、前記第１位相遅延層によって回旋される偏光の方向とは反対方向である、短距離光拡大システム。

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