特許 7510560 仮想現実光学レンズ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-25

(45)【発行日】2024-07-03

(54)【発明の名称】仮想現実光学レンズ

(51)【国際特許分類】

   G02B 25/00 20060101AFI20240626BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20240626BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20240626BHJP

   G02B 27/02 20060101ALI20240626BHJP

   G02B 17/08 20060101ALI20240626BHJP

【ＦＩ】

G02B25/00

G02B13/18

G02B5/30

G02B27/02 Z

G02B17/08

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023205691

(22)【出願日】2023-12-05

【審査請求日】2023-12-05

(31)【優先権主張番号】202310779098.4

(32)【優先日】2023-06-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】520128543

【氏名又は名称】エーエーシー オプティクス （チャンジョウ）カンパニーリミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】史秀▲ティン▼

【審査官】岡田 弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２３－１７０３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５２４６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１１０４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０２０２２５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第１１０５４６２２（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ９／００－１７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２－２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００－２５／０４

Ｇ０２Ｂ ２７／００－３０／６０

Ｈ０４Ｎ ５／２２２－５／２５７

Ｈ０４Ｎ ２３／００

Ｈ０４Ｎ ２３／４０－２３／７６

Ｈ０４Ｎ ２３／９０－２３／９５９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

仮想現実光学レンズであって、
前記仮想現実光学レンズは、前側から後側へ順に、
映像面－光を出射するため、前記映像面の後側に貼り付けされた円偏光子を有する－と、
前側表面に部分反射素子が設けられた第３レンズと、
第２レンズと、
前側表面に複合フィルムが設けられた第１レンズ－前記複合フィルムは、偏光反射フィルムと１／４波長シートとを含み、前記偏光反射フィルムは、前記第１レンズの前側表面に貼り付けされ、前記１／４波長シートは、前記偏光反射フィルムの前側に貼り付けされる－と、
光学システムの後側に位置する絞りとから構成され、
前記仮想現実光学レンズの最大視直径はＶＤであり、前記第２レンズの屈折率はｎｄ２であり、前記仮想現実光学レンズのレンズ最大半口径はＳＤｍａｘであり、次の関係式を満たす、ことを特徴とする仮想現実光学レンズ。
１．８０≦ｎｄ２
ＶＤ≧１０．００ｍｍ
ＳＤｍａｘ≦２３．００ｍｍ

【請求項2】

前記第１レンズの後側面が非球面である、ことを特徴とする請求項１に記載の仮想現実光学レンズ。

【請求項3】

前記第２レンズの後側面と前側面とが球面であり、前記第３レンズの後側面と前側面とが非球面である、ことを特徴とする請求項１に記載の仮想現実光学レンズ。

【請求項4】

前記仮想現実光学レンズの視野角はＦＯＶであり、次の関係式を満たす、ことを特徴とする請求項１に記載の仮想現実光学レンズ。
９４．５０°≦ＦＯＶ

【請求項5】

前記仮想現実光学レンズの光学全長はＴＴＬであり、次の関係式を満たす、ことを特徴とする請求項１に記載の仮想現実光学レンズ。
ＴＴＬ≦１９．４２７ｍｍ

【請求項6】

前記部分反射素子は半透明半反射フィルムである、ことを特徴とする請求項１に記載の仮想現実光学レンズ。

【請求項7】

前記半透明半反射フィルムの反射率および透過率は、いずれも５０％である、ことを特徴とする請求項６に記載の仮想現実光学レンズ。

【請求項8】

前記偏光反射フィルムの反射率が≧９５％である、ことを特徴とする請求項１に記載の仮想現実光学レンズ。

【請求項9】

前記仮想現実光学レンズの光学歪みが≦２８．４％である、ことを特徴とする請求項１に記載の仮想現実光学レンズ。

【請求項10】

前記仮想現実光学レンズの収差がΔＥであり、｜ΔＥ｜≦５７μｍを満たす、ことを特徴とする請求項１に記載の仮想現実光学レンズ。

【請求項11】

前記仮想現実光学レンズの焦点距離はｆであり、前記仮想現実光学レンズの光学全長はＴＴＬであり、次の関係式を満たす、ことを特徴とする請求項１に記載の仮想現実光学レンズ。
ＴＴＬ／ｆ≦０．７９

【請求項12】

前記映像面はディスプレイであり、サイズは２．１インチである、ことを特徴とする請求項１に記載の仮想現実光学レンズ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学レンズ分野に関し、特に、ＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）装置に適した仮想現実光学レンズに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、様々なスマートデバイスの登場に伴い、小型化された仮想現実光学レンズの需要が増加し、かつ感光素子の画素サイズの微細化に加え、現在の電子製品の機能性・薄型化・便利性などの開発傾向により、良好な結像品質を有する小型化された仮想現実光学レンズが現在の市場の主流となっている。より良い結像品質を得るために、マルチチップレンズ構成がよく使用されている。また、技術の発展とユーザニーズの多様化に伴い、特に仮想現実、拡張現実、複合現実などの応用分野が急成長し、ユーザ体験の観点から、小型で優れた結像方式を兼ね備える仮想現実光学レンズに対する需要が非常に切実である。

【発明の概要】

【0003】

本発明では上記問題に鑑み、良好な光学性能を有しながら、小型化、軽量化の設計要求を満たす仮想現実光学レンズを提供することを目的とした。

【0004】

上記技術的課題を解決するために、本発明の一実施形態は、仮想現実光学レンズを提供する。前記仮想現実光学レンズは、前側から後側へ順に、
光を出射するために映像面の後側に貼り付けされた円偏光子を有する映像面と、
前側表面に部分反射素子が設けられた第３レンズと、
第２レンズと、
前側表面に複合フィルムが設けられた第１レンズ－前記複合フィルムは、偏光反射フィルムと１／４波長シートとを含み、前記偏光反射フィルムは、前記第１レンズの前側表面に貼り付けされ、前記１／４波長シートは、前記偏光反射フィルムの前側に貼り付けされる－と、
光学システムの後側に位置する絞りと、を備え、
前記仮想現実光学レンズの最大視直径はＶＤであり、前記第２レンズの屈折率はｎｄ２であり、前記仮想現実光学レンズのレンズ最大半口径はＳＤｍａｘであり、次の関係式を満たす。
１．８０≦ｎｄ２
ＶＤ≧１０．００ｍｍ
ＳＤｍａｘ≦２３．００ｍｍ

【0005】

好ましくは、前記第１レンズの後側面が非球面である。

【0006】

好ましくは、前記第２レンズの後側面と前側面とが球面であり、前記第３レンズの後側面と前側面とが非球面である。

【0007】

好ましくは、前記仮想現実光学レンズの視野角はＦＯＶであり、次の関係式を満たす。
９４．５０°≦ＦＯＶ

【0008】

好ましくは、前記仮想現実光学レンズの光学全長はＴＴＬであり、次の関係式を満たす。
ＴＴＬ≦１９．４２７ｍｍ

【0009】

好ましくは、前記部分反射素子は半透明半反射フィルムである。

【0010】

好ましくは、前記半透明半反射フィルムの反射率および透過率は、いずれも５０％である。

【0011】

好ましくは、前記偏光反射フィルムの反射率が≧９５％である。

【0012】

好ましくは、前記仮想現実光学レンズの光学歪みが≦２８．４％である。

【0013】

好ましくは、前記仮想現実光学レンズの収差がΔＥであり、｜ΔＥ｜≦５７μｍを満たす。

【0014】

好ましくは、前記仮想現実光学レンズの焦点距離はｆであり、前記仮想現実光学レンズの光学全長はＴＴＬであり、次の関係式を満たす。
ＴＴＬ／ｆ≦０．７９

【0015】

好ましくは、前記映像面はディスプレイであり、サイズは２．１インチである。

【0016】

本発明の有益な効果は、本発明に係る仮想現実光学レンズが良好な光学性能を有し、小型軽量化の特性を有する。第３レンズの前側表面に部分反射素子を設け、第１レンズに偏光反射フィルムと１／４波長シートを順次含む複合フィルムを設けることにより、３枚レンズ光路折りたたみ構成が実現され、レンズの半口径が制御され、光学システムの小型化、設計の自由度が向上させ、より高い性能を得ることができるため、結像品質が向上することができる。また、最大視直径が１０．００ｍｍ以上であることで、煩雑な調整をすることなく最適な表示効果が得ることができ、小型化かつ高い結像性能が両立する。また、高屈折率材料と低屈折率材料の組み合わせにより、高屈折率ガラス１枚を使用して収差を低減する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

本発明の実施形態における技術手段をより明確に説明するために、以下では、実施形態の説明に使用する必要がある図面を簡単に説明する。なお、以下の説明における図面は、本発明のいくつかの実施形態にすぎない。当業者は、創造的な作業を行うことなく、これらの図面に基づいてほかの図面を得ることができる。

【0018】

【図1】本発明の第１実施形態に係る仮想現実光学レンズの構成模式図である。

【図2】図１に示される仮想現実光学レンズの点列図である。

【図3】図１に示される仮想現実光学レンズの倍率収差の模式図である。

【図4】図１に示される仮想現実光学レンズの像面湾曲と歪みの模式図である。

【図5】図１に示される仮想現実光学レンズのフィルム層構成を含む模式図である。

【図6】本発明の第２実施形態に係る仮想現実光学レンズの構成模式図である。

【図7】図６に示される仮想現実光学レンズの点列図である。

【図8】図６に示される仮想現実光学レンズの倍率収差の模式図である。

【図9】図６に示される仮想現実光学レンズの像面湾曲と歪みの模式図である。

【図10】図６に示される仮想現実光学レンズのフィルム層構成を含む模式図である。

【図11】本発明の比較実施形態に係る仮想現実光学レンズの構成模式図である。

【図12】図１１に示される仮想現実光学レンズの点列図である。

【図13】図１１に示される仮想現実光学レンズの倍率収差の模式図である。

【図14】図１１に示される仮想現実光学レンズの像面湾曲と歪みの模式図である。

【図15】図１１に示される仮想現実光学レンズのフィルム層構成を含む模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の目的、技術手段および利点をより明確にするために、以下、本発明の様々な実施形態を添付図面と併せて詳細に説明する。なお、当業者であれば、本発明の様々な実施形態において、読者が本発明をより良く理解できるようにするために、多くの技術的詳細が提案されていることを理解することができる。しかしながら、これらの技術的詳細および以下の実施形態に基づく種々の変形および変更がなくても、本発明が保護されると主張する技術的解決策を実現することができる。

【0020】

（第１実施形態）
図１および図５を参照し、本発明は、仮想現実光学レンズ１０を提供する。具体的には、前記仮想現実光学レンズ１０は、前側から後側へ順に、映像面１１、円偏光子１２、部分反射素子１３、第３レンズ１４、第２レンズ１５、１／４波長シート１６、偏光反射フィルム１７、第１レンズ１８、及び絞り１９を備える。

【0021】

映像面１１は、光を出射するものであり、映像面１１は前記映像面１１の後側に貼り付けされた円偏光子１２を有し、本実施形態では、映像面１１はディスプレイであり、サイズは２．１インチであり、ディスプレイからの光は円偏光子１２を通過して左旋円偏光ＬＣＰを形成する。

【0022】

第３レンズ１４の前側表面１４１には部分反射素子１３が設けられ、一部の光は反射され、一部の光は第３レンズ１４に入射し、このとき光は左旋円偏光ＬＣＰである。

【0023】

第３レンズ１４に入射した左旋円偏光ＬＣＰは、第３レンズ１４で屈折して第２レンズ１５に出射し、第２レンズ１５で屈折して前記第１レンズ１８に出射する。

【0024】

第１レンズ１８の前側表面１８１には複合フィルムが設けられ、前記複合フィルムは偏光反射フィルム１７と１／４波長シート１６とを含み、前記偏光反射フィルム１７は前記第１レンズ１８の前側表面１８１に貼り付けされ、前記１／４波長シート１６は前記偏光反射フィルム１７の前側に貼り付けされ、左旋円偏光ＬＣＰは、１回目に１／４波長シート１６を通過した後に線偏光Ｓ光に変換され、その後、偏光反射フィルム１７でまた１／４波長シート１６に反射され、このときの反射光はそのまま線偏光Ｓ光であり、２回目に１／４波長シート１６を通過した後に左旋円偏光ＬＣＰに変換され、２回目に第２レンズ１５に入射し、第２レンズ１５および前記第３レンズ１４によって順に屈折された後に部分反射素子１３に入射し、部分反射素子１３で部分反射され、反射された光は右旋円偏光ＲＣＰに変換されて第３レンズ１４に３回目に入射し、前記第３レンズ１４及び第２レンズ１５によって順に屈折された後に１／４波長シート１６に入射し、１／４波長シート１６を通過して線偏光Ｓ光に変換されて偏光反射フィルム１７に入射し、偏光反射フィルム１７は、線偏光Ｓ光を反射する特性と線偏光Ｐ光を透過する特性とを有するため、線偏光Ｐ光は第１レンズ１８に入射し、第１レンズ１８を介して屈折して絞り１９に入射する。

【0025】

本実施形態では、３枚式光路折りたたみ構成によれば、仮想現実光学レンズ１０の光学全長ＴＴＬが大幅に低減され、仮想現実光学レンズ１０の体積が低減される。

【0026】

本実施形態では、前記第１レンズ１８はプラスチック材質であり、前記第２レンズ１５はガラス材質であり、前記第３レンズ１４はプラスチック材質である。他の任意の実施形態では、各レンズは他の材質であってもよい。

【0027】

前記第２レンズ１５の屈折率をｎｄ２と定義し、次の関係式を満たす：１．８０≦ｎｄ２。前記第２レンズ１５は、Ｈ－ＺＦ５２（ガラス）材料として選択され、高屈折率材料と低屈折率材料との組み合わせにより、高屈折率ガラス１枚を使用することにより、収差を効果的に低減しつつ、コストを低減することができる。

【0028】

絞り１９の位置は、人間の目の表面の位置を模擬する位置であり、前記絞り１９の直径は１０．００ｍｍであり、前記仮想現実光学レンズ１０の最大視直径をＶＤと定義し、次の関係式を満たす：１０＊１０ｍｍ≦ＶＤ、すなわち、人間の目は直径が少なくとも１０ｍｍの範囲内で移動するときに鮮明な画像を見ることができ、ユーザが煩雑な調整をすることなく最適な位置で最良の表示効果を見ることができ、ＦＯＶを増大し、ＦＯＶを９０°以上に達成させることができる。

【0029】

前記仮想現実光学レンズ１０のレンズ最大半口径をＳＤｍａｘと定義し、次の関係式を満たす：ＳＤｍａｘ≦２３．００ｍｍ。これにより、前記仮想現実光学レンズの体積を小さくするのに有利であり、３枚のレンズの光路折りたたみ構成により、設計の自由度を増加させ、より高い光学性能が得られるため、結像品質を向上させる。

【0030】

また、本実施形態では、前記第１レンズ１８の後側表面１８３は非球面であり、少なくとも１つの非球面を設けることにより、光学全長の短縮に有利である。また、他の任意の実施形態では、自由曲面を使用することもできる。

【0031】

また、本実施形態では、前記第２レンズ１５の後側表面１５３及び前側表面１５１は、いずれも球面であり、前記第３レンズ１４の後側表面１４３及び前側表面１４１は、いずれも非球面であり、非球面の適用は光学システムの収差を補正するのに有利である。また、他の任意の実施形態では、自由曲面を使用することもできる。

【0032】

また、本実施形態では、第１レンズ１８の前側表面１８１は平面であり、第１レンズ１８の後側表面１８３は凸面である。前記第２レンズ１５の前側表面１５１は凹面であり、前記第２レンズ１５の後側表面１５３は凹面である。第３レンズ１４の前側表面１４１は凸面であり、第３レンズ１４の後側表面１４３は凸面である。

【0033】

また、本実施形態では、前記仮想現実光学レンズ１０の視野角をＦＯＶと定義し、次の関係式を満たす：９４．５０°≦ＦＯＶ。これにより、ユーザが最適な位置で最良の表示効果を見ることができるように広角化を実現する。

【0034】

また、本実施形態では、前記仮想現実光学レンズ１０の光学全長をＴＴＬと定義し、次の関係式を満たす：ＴＴＬ≦１９．４２７ｍｍ。これにより、超薄型化の実現に有利である。

【0035】

また、本実施形態では、前記部分反射素子１３は半透明半反射フィルムであり、前記半透明半反射フィルムの反射率および透過率は、いずれも５０％であるため、前記仮想現実光学レンズ１０の光学性能がより優れる。また、他の任意の実施形態では、部分反射素子１３の反射透過比率は、具体的な設計要件に応じて調整することができ、５５：４５、６０：４０などとすることもできる。

【0036】

また、本実施形態では、前記偏光反射フィルム１７の反射率は≧９５％であり、反射率が高いほど光学システム１０の光効力を向上させ、表示輝度を増加させる。

【0037】

また、本実施形態では、前記仮想現実光学レンズ１０の光学歪みは≦２８．４％である。これにより、前記仮想現実光学レンズ１０の光学性能がより優れ、歪みが小さくなり、よりリアルなＶＲ環境をユーザに提供することができる。

【0038】

また、本実施の形態では、前記仮想現実光学レンズ１０の収差をΔＥと定義し、｜ΔＥ｜≦５７μｍを満たす。

【0039】

また、本実施の形態では、前記仮想現実光学レンズの焦点距離をｆと定義し、前記仮想現実光学レンズの光学全長をＴＴＬと定義し、次の関係式を満たす：ＴＴＬ／ｆ≦０．７９。これにより、薄型化に有利となる。

【0040】

また、本実施形態では、前記第１レンズ１８の後側表面１８３、前記第２レンズ１５の前側表面１５１、前記第２レンズ１５の後側表面１５３、および前記第３レンズ１４の後側表面１４３には、いずれも増透フィルムが設けられ、光学システム１０の光効力を向上させ、輝度を向上させる。

【0041】

また、本実施形態では、前記仮想現実光学レンズ１０の絞り値ＦＮＯが２．４７以下であるため、仮想現実光学レンズ１０を小型化し、結像性能を良好にすることができる。

【0042】

以下、本発明の仮想現実光学レンズ１０を実施例により説明する。各実施例に記載される符号は以下のとおりである。なお、焦点距離、軸上距離、中心曲率半径、軸上厚み、反曲点位置、定在点位置の単位はｍｍである。

【0043】

ＴＴＬ：光学全長、映像面１１から第１レンズ１８の後側表面１８３までの軸上距離を示し、単位はｍｍである；

【0044】

絞り値ＦＮＯ：仮想現実光学レンズの有効焦点距離と入瞳直径との比である。

【0045】

好ましくは、前記レンズの前側面および／または後側面には、高品質な結像要求を満たすために、反曲点および／または定在点が設けられてもよい。また、具体的な実施形態については、以下に説明する。

【0046】

表１および表２は、本発明の第１実施形態に係る仮想現実光学レンズ１０の設計データを示す表である。

【0047】

【0048】

ここで、各符号の意味は以下のとおりである。
Ｒ：光学面の中心における曲率半径；
Ｒ１：第１レンズ１８の後側面の中心曲率半径；
Ｒ２：第１レンズ１８の前側面の中心曲率半径；
Ｒ３：第２レンズ１５の後側面の中心曲率半径；
Ｒ４：第２レンズ１５の前側面の中心曲率半径；
Ｒ５：第３レンズ１４の後側面の中心曲率半径；
Ｒ６：第３レンズ１４の前側面の中心曲率半径；
ｄ：レンズの軸上厚み、レンズ間の軸上距離（光路の理解を容易にするために、後側から前側への光の伝播を正の値とし、前側から後側への光の伝播を負の値とする）；
ｄ０：絞り１９から第１レンズ１８の後側表面１８３までの軸上距離；
ｄ１：第１レンズ１８の軸上厚み；
ｄ２：第１レンズ１８の前側表面１８１から第２レンズ１５の後側表面１５３までの軸上距離；
ｄ３：第２レンズ１５の軸上厚さ；
ｄ４：第２レンズ１５の前側表面１５１から第３レンズ１４の後側表面１４３までの軸上距離；
ｄ５：第３レンズ１４の軸上厚さ；
ｄ６：第３レンズ１４の軸上厚さの負の値；
ｄ７：第２レンズ１５の前側表面１５１から第３レンズ１４の後側表面１４３までの軸上距離の負の値；
ｄ８：第２レンズ１５の軸上厚さの負の値；
ｄ９：第１レンズ１８の前側表面１８１から第２レンズ１５の後側表面１５３までの軸上距離の負の値；
ｄ１０：第３レンズ１４の前側表面１４１から映像面１１までの軸上距離；
ｎｄ：ｄ線の屈折率（ｄ線は、波長５４６ｎｍの緑色光である）；
ｎｄ１：第１レンズ１８のｄ線の屈折率；
ｎｄ２：第２レンズ１５のｄ線の屈折率；
ｎｄ３：第３レンズ１４のｄ線の屈折率；
ｖｄ：アッベ数；
ｖ１：第１レンズ１８のアッベ数；
ｖ２：第２レンズ１５のアッベ数；
ｖ３：第３レンズ１４のアッベ数。

【0049】

表２は、本発明の第１実施形態に係る仮想現実光学レンズ１０における各レンズの非球面データを示す表である。

【0050】

【0051】

なお、各レンズ面の非球面は、便宜上、下記式（１）に示される非球面を用いる。ただし、本発明は、この式（１）で表される非球面の多項式形式に限定されるものではない。

【0052】

[式１]
ｚ＝（ｃｒ^２）／｛１＋［１－（ｋ＋１）（ｃ^２ｒ^２）］^１／２｝＋Ａ４ｒ^４＋Ａ６ｒ^６＋Ａ８ｒ^８＋Ａ１０ｒ^１０＋Ａ１２ｒ^１２＋Ａ１４ｒ^１４＋Ａ１６ｒ^１６＋Ａ１８ｒ^１８＋Ａ２０ｒ^２０＋Ａ２２ｒ^２２＋Ａ２４ｒ^２４＋Ａ２６ｒ^２６＋Ａ２８ｒ^２８＋Ａ３０ｒ^３０ （１）

【0053】

ここで、ｋは円錐係数であり、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６、Ａ１８、Ａ２０、Ａ２２、Ａ２４、Ａ２６、Ａ２８、Ａ３０は非球面係数であり、ｃは光学面の中心における曲率であり、ｒは非球面曲線における点と光軸との垂直距離であり、ｚは非球面深さ（非球面における距離光軸がｒの点と非球面光軸における頂点に接する切面との垂直距離）である。

【0054】

図２は、仮想現実光学レンズ１０の点列図である。図２から分かるように、この仮想現実光学レンズ１０の分散スポットサイズが小さく、結像効果が良好である。

【0055】

図３は、波長４７０ｎｍ、５４６ｎｍおよび６５０ｎｍの光が第１実施形態の仮想現実光学レンズ１０を通過した後の倍率収差を示す模式図である。図４は、波長５４６ｎｍの光が第１実施形態の仮想現実光学レンズ１０を通過した後の像面湾曲および歪みを示す模式図である。図４における像面湾曲Ｓは弧矢方向の像面湾曲であり、Ｔは子午方向の像面湾曲である。

【0056】

本実施形態では、前記仮想現実光学レンズ１０の入瞳直径ＥＮＤＰは１０．０００ｍｍであり、全視野像高ＩＨは１９．１５２ｍｍであり、対角線方向の視野角ＦＯＶは９４．５０°であり、前記仮想現実光学レンズ１０は、小体積、最大視直径が１０．００ｍｍ以上という設計要件を満たし、３枚レンズの光路折りたたみ構成によれば、設計の自由度が増加し、より高い性能が得られることで、結像品質が向上し、その軸上、軸外の収差が十分に補正されて収差が低減され、優れた光学的特徴を有する。

【0057】

表７に示されるように、第１実施形態は各条件式を満足する。

【0058】

（第２実施形態）
第２実施形態は、基本的に第１実施形態と同様であり、符号は第１実施形態と同じ意味を表すため、以下では相違点のみを列挙する。

【0059】

図６は、本発明の第２実施形態に係る仮想現実光学レンズ２０を示す図である。

【0060】

表３および表４は、本発明の第２実施形態に係る仮想現実光学レンズ２０の設計データを示す表である。

【0061】

【0062】

表４は、本発明の第２実施形態に係る仮想現実光学レンズ２０における各レンズの非球面データを示す表である。

【0063】

【0064】

図７は、仮想現実光学レンズ２０の点列図である。図７から分かるように、仮想現実光学レンズ２０は、分散スポットサイズが小さく、結像効果が良好である。

【0065】

図８は、波長４７０ｎｍ、５４６ｎｍおよび６５０ｎｍの光が第２実施形態の仮想現実光学レンズ２０を通過した後の倍率収差を示す模式図である。図９は、波長５４６ｎｍの光が第２実施形態の仮想現実光学レンズ２０を通過した後の像面湾曲および歪みを示す模式図である。図９における像面湾曲Ｓは弧矢方向の像面湾曲であり、Ｔは子午方向の像面湾曲である。

【0066】

表７に示されるように、第２実施の形態は各条件式を満足する。

【0067】

本実施形態では、前記仮想現実光学レンズ２０の入瞳直径ＥＮＤＰは１０．０００ｍｍであり、全視野像高ＩＨは１９．１５２ｍｍであり、対角線方向の視野角ＦＯＶは９４．８７°であり、前記仮想現実光学レンズ２０は、小体積、最大視直径が１０．００ｍｍ以上という設計要件を満たし、３枚レンズの光路折りたたみ構成によれば、設計の自由度が増加し、より高い性能が得られることで、結像品質が向上し、その軸上、軸外の収差が十分に補正されて収差が低減され、優れた光学的特徴を有する。

【0068】

（比較実施形態）
比較実施形態は、基本的に第１実施形態と同様であり、符号は第１実施形態と同じ意味を表すため、以下では相違点のみを列挙する。

【0069】

図１１は、本発明の比較実施形態に係る仮想現実光学レンズ３０を示す図である。

【0070】

表５および表６は、本発明の比較実施形態に係る仮想現実光学レンズ３０の設計データを示す表である。

【0071】

【0072】

表６は、本発明の比較実施形態に係る仮想現実光学レンズ３０における各レンズの非球面データを示す表である。

【0073】

【0074】

図１２は、仮想現実光学レンズ３０の点列図である。

【0075】

図１３は、波長４７０ｎｍ、５４６ｎｍおよび６５０ｎｍの光が比較実施形態の仮想現実光学レンズ３０を通過した後の軸方向収差および倍率収差をそれぞれ示す模式図である。図１２は、波長５４６ｎｍの光が比較実施形態の仮想現実光学レンズ３０を通過した後の像面湾曲および歪みを示す模式図である。図１４における像面湾曲Ｓは弧矢方向の像面湾曲であり、Ｔは子午方向の像面湾曲である。

【0076】

以下、表７は、比較実施形態における各条件式に対応する数値を上記条件式にしたがって示す表である。なお、比較実施形態に係る仮想現実光学レンズ３０は、上記条件式１．８０≦ｎｄ２を満たしていないことが明らかである。

【0077】

また、比較実施形態では、前記仮想現実光学レンズ３０の入瞳直径ＥＮＤＰは１０．０００ｍｍであり、全視野像高ＩＨは１９．１５２ｍｍであり、対角線方向の視野角ＦＯＶは９４．６０°である。前記仮想現実光学レンズ３０の第２レンズ１５は、屈折率が１．７１３の材料を使用し、条件式１．８０≦ｎｄ２を満たさなく、収差が著しく増加して制御が困難であり、その軸上、軸外の収差が十分に補正されず、優れた光学特性を有していない。

【0078】

【0079】

上記の各実施形態は、本発明を実現するための具体的な実施形態であり、本発明の趣旨や範囲から逸脱することなく、実用化において形式的および詳細的に種々の変更が可能であることは、当業者には理解され得る。

【要約】      （修正有）

【課題】本発明は、光学レンズ分野に関し、仮想現実光学レンズを開示する。
【解決手段】前記仮想現実光学レンズは、前側から後側へ順に、光を出射するために映像面の後側に貼り付けされた円偏光子を有する映像面と、前側表面に部分反射素子が設けられた第３レンズと、第２レンズと、前側表面に複合フィルムが設けられた第１レンズ－前記複合フィルムは、偏光反射フィルムと１／４波長シートとを含み、前記偏光反射フィルムは、前記第１レンズの前側表面に貼り付けされ、前記１／４波長シートは、前記偏光反射フィルムの前側に貼り付けされる－と、前記光学システムの後側に位置する絞りと、を備え、前記仮想現実光学レンズの最大視直径はＶＤであり、前記第２レンズの屈折率はｎｄ２であり、前記仮想現実光学レンズのレンズ最大半口径はＳＤｍａｘであり、次の関係式を満たす：１．８０≦ｎｄ２；ＶＤ≧１０．００ｍｍ；ＳＤｍａｘ≦２３．００ｍｍ。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】