(57)【要約】【課題】  ヘッドマウント式ディスプレイ（ＨＭＤ）システムを提供する。【解決手段】  光学システムであって、少なくとも二つの主要面及び端を有する、光伝達基材、全内部反射によって基材の中に所与の視野を有する光波を結合させるための、少なくとも第１の面、第２の面及び第３の面を有する、光学プリズム、及び基材の外に光波を結合させるための、基材内に位置する少なくとも一つの部分反射面であり、部分反射面は、基材の主要面に対して非平行に方向付けられている、部分反射面、を含み、基材の端の少なくとも一つは、主要面に対して斜めの角度に傾斜しており、プリズムの第２の面は、基材の傾斜端に隣接して位置し、傾斜端の隣に位置する基材の一部は、実質的に透明であり、光波は、プリズムの第１の面を通ってプリズムに入り、反射することなくプリズムを横切り、傾斜端を通って基材に入る、光学システム、が提供される。【選択図】図１１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビューワーの頭部に搭載し、拡張現実ディスプレイを前記ビューワーの少なくとも一つの目に提供するヘッドマウント式ディスプレイ（ＨＭＤ）システムであって：
（ａ）  第１主要面と前記第１主要面に平行な第２主要面を含む複数の表面を有する光伝達基材であって、前記第１主要面は、前記基材内で内部反射によって画像光を導く、光伝達基材と、
（ｂ）  前記第１主要面に面する関係にある前記ビューワーの前記目に向けて前記基材の外に画像光を結合するように構成されている、前記基材に関係する外結合機構と、
（ｃ）  表示源及びコリメート光学系を有し、画像光出力方向を画定する、画像プロジェクターと、
を有し、
前記基材の前記第１主要面において前記画像プロジェクターを出射した後に第１反射が起こるように、前記画像プロジェクターは、前記画像光出力方向に沿って前記基材の中に前記画像光が入射されるように、前記基材と光学的に統合されている、
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）システム。
【請求項２】
前記画像プロジェクターは、前記第１主要面に関して斜めに角度をつけられ、前記画像プロジェクターの前記画像光出力方向に対して実質的に垂直である結合面を介して前記基材と光学的に統合されている、
請求項１記載のＨＭＤシステム。
【請求項３】
前記結合面は、前記基材と光学的に統合された結合プリズムの面であり、
前記結合プリズム及び前記基材はともに、前記基材の厚さよりも厚い厚さを有する結合領域を形成する、
請求項２記載のＨＭＤシステム。
【請求項４】
前記結合プリズムは、前記基材の傾斜端において前記基材に接合することにより、前記基材と光学的に統合されており、
前記傾斜端は前記第１主要面とは反対側を向いている、
請求項３記載のＨＭＤシステム。
【請求項５】
前記ビューワーの前記目に向かって面する前記第１主要面を有する前記基材を支持するための支持構造をさらに有する、
請求項１記載のＨＭＤシステム。
【請求項６】
前記支持構造は、眼鏡フレームとして形成されている、
請求項５記載のＨＭＤシステム。
【請求項７】
前記外結合構造は、前記基材の内部に配置された複数の部分反射面を有し、
前記部分反射面は相互に平行であり、前記第１主要面に関して斜めに角度をつけられている、
請求項１記載のＨＭＤシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材に導かれる光学装置に関し、具体的には、光導要素とも呼ばれる、一つの共通の光伝達基材が持つ複数の反射面を含む装置に関する。
【０００２】
本発明は、ポータブルＤＶＤ、携帯電話、モバイルＴＶ受信機、ビデオゲーム、ポータブルメディアプレーヤー又は任意の他のモバイル表示装置のような、多数の画像用途において有利に実施され得る。
【背景技術】
【０００３】
小型光学要素のための一つの用途は、光学モジュールが結像レンズ及びコンバイナ（combiner）の両方として機能し、二次元画像源が無限遠に結像され観察者の目の中に反射される、ヘッドマウント式ディスプレイ（ＨＭＤｓ）に関係する。表示源は、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオードアレイ（ＯＬＥＤ）、走査源若しくは同様の装置のような空間光変調器（ＳＬＭ）から直接的に発してもよく、又は、リレーレンズ、光ファイバー束若しくは同様の装置を用いて間接的に発してもよい。表示源は、コリメートレンズによって無限遠に結像され、かつ、非シースルー及びシースルー（see-through）の用途のためのコンバイナとしてそれぞれ作用する反射面又は部分反射面を用いて、視る者の目の中に伝達される、要素（ピクセル）のアレイを含む。典型的には、これらの目的のために、従来の自由空間光学モジュールが使用される。しかしながら、システムの所望の視野（ＦＯＶ）が増大するにつれて、そのような従来の光学モジュールは、より大きく、より重く、より嵩張る（bulkier）ものとなり、従って、中程度の性能の装置用であっても、実用的ではない。これは、全ての種類のディスプレイのために、特にヘッドマウント式の用途において重大な欠点であり、システムは必然的に可能な限り軽く小型であるべきである。
【０００４】
小型であることのための努力は、いくつかの異なる複雑な光学的な解決策をもたらしているが、それらの全ては、一方では、依然として大半の実用的な用途のために十分に小型でなく、他方では、製造可能性に関して重大な欠点を有する。さらに、これらの設計の結果として生じる光学的視野角のアイモーションボックス（ＥＭＢ）は通常非常に小さい‐典型的には８ｍｍ未満である。ゆえに、光学システムの性能は、視る者の目に対する光学システムの小さな動きに対してさえ、非常に敏感であり、そのようなディスプレイからの文の快適な読み取りのために十分な瞳孔運動を許容しない。
【０００５】
国際公開第０１／９５０２７号，国際公開第０３／０８１３２０号，国際公開第２００５／０２４４８５号，国際公開第２００５／０２４４９１号，国際公開第２００５／０２４９６９号，国際公開第２００５／１２４４２７号，国際公開第２００６／０１３５６５号，国際公開第２００６／０８５３０９号，国際公開第２００６／０８５３１０号，国際公開第２００６／０８７７０９号，国際公開第２００７／０５４９２８号，国際公開第２００７／０９３９８３号，国際公開第２００８／０２３３６７号，国際公開第２００８／１２９５３９号，国際公開第２００８／１４９３３９号及び国際公開第２０１３／１７５４６５号に含まれる教示は、全て出願人の名称で、参照により本明細書に取り込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第０１／９５０２７号
【特許文献２】国際公開第０３／０８１３２０号
【特許文献３】国際公開第２００５／０２４４８５号
【特許文献４】国際公開第２００５／０２４４９１号
【特許文献５】国際公開第２００５／０２４９６９号
【特許文献６】国際公開第２００５／１２４４２７号
【特許文献７】国際公開第２００６／０１３５６５号
【特許文献８】国際公開第２００６／０８５３０９号
【特許文献９】国際公開第２００６／０８５３１０号
【特許文献１０】国際公開第２００６／０８７７０９号
【特許文献１１】国際公開第２００７／０５４９２８号
【特許文献１２】国際公開第２００７／０９３９８３号
【特許文献１３】国際公開第２００８／０２３３６７号
【特許文献１４】国際公開第２００８／１２９５３９号
【特許文献１５】国際公開第２００８／１４９３３９号
【特許文献１６】国際公開第２０１３／１７５４６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、他の要素の中でもＨＭＤｓのための、非常に小型な光導光学要素（ＬＯＥ）の開発を促進する。本発明は、比較的大きなＥＭＢ値と一緒に、比較的広いＦＯＶｓを可能にする。結果として生じる光学システムは大きな、高品質画像を提供し、それはまた目の大きな動きを適応させる。本発明によって開示される光学システムは、最先端の実施よりも実質的に小型でありながら特殊な構成を有する光学システムにさえも容易に組み込まれることができるので、特に有利である。
【０００８】
したがって、本発明の広い目的は、先行技術の小型光学表示装置の欠点を軽減すること、並びに、特定の要求に従って、改善された性能を有する他の光学コンポーネント及びシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、光学システムであって、少なくとも二つの主要面及び端（edges）を有する、光伝達基材（light-transmitting  substrate）；全内部反射によって基材の中に所与の視野を有する光波を結合させる（coupling）ための、少なくとも第１の面、第２の面及び第３の面を有する、光学プリズム；及び基材の外に光波を結合させるための、基材内に位置する少なくとも一つの部分反射面（partially  reflecting  surface）であり、部分反射面は、基材の主要面に対して非平行に方向付けられている、部分反射面；を有し、基材の端の少なくとも一つは、主要面に対して斜めの角度に傾斜しており；プリズムの第２の面は、基材の傾斜端に隣接して位置し、傾斜端の隣に位置する基材の一部は、実質的に透明であり、光波は、プリズムの第１の面を通ってプリズムに入り、反射することなくプリズムを横切り、傾斜端を通って基材に入る、光学システム、が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明は、より完全に理解され得るように、以下の例示的な図面を参照して、いくつかの好ましい実施形態に関連して記述される。
【００１１】
図を詳細に参照すると、示される詳細な事項は、例としてのものであり、本発明の好ましい実施形態の例示的な説明のみのためのものであり、また本発明の原理及び概念的側面の最も有用で容易に理解される記述であると考えられるものを提供するために提示されることが強調される。これに関して、本発明の構造的詳細を、本発明の基本的な理解のために必要であるよりも詳細に示す試みはなされていない。図面に伴われる記述は、本発明のいくつかの形態がどのように実際に具体化され得るかについての当業者への指示としての役割を果たすものである。
【００１２】
【図１】図１は、本発明による、ＬＯＥの中に結合された光線のスパンを示す。
【図２】図２は、ＬＯＥの入力アパーチャを照射する光線のスパンを示す。
【図３】図３は、ＬＯＥの主要面の一つに光学的に取り付けられたプリズムを有する代表的な結合機構の先行技術の側面図を示す。
【図４】図４は、ＬＯＥの主要面の一つに光学的に取り付けられたプリズムを有する代表的な結合機構の先行技術の側面図を示す、他の模式図である。
【図５】図５は、ＬＯＥの入力アパーチャを照射する光線のスパンを示し、ＬＯＥの端の一つが主要面に対して斜めの角度に傾斜している。
【図６】図６は、ＬＯＥの入力アパーチャを照射する光線のスパンと共に他のシステムを示す模式図であり、ＬＯＥの端の一つが主要面に対して斜めの角度に傾斜している。
【図７】図７は、本発明による、ＬＯＥの傾斜端に取り付けられた中間プリズムを有する、表示光源から基材の中に入力光波が結合する光学システムの一つの実施形態を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明による、ＬＯＥの傾斜端に取り付けられた中間プリズムを有する、表示光源から基材の中に入力光波が結合する光学システムの他の実施形態を示す。
【図９】図９は、本発明による、偏光ビームスプリッターを用いることによって、表示光源からの入力光波をコリメートするための装置を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明による、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）光源からの入力光波をコリメートするための装置を示す模式図である。
【図１１Ａ】図１１Ａ及び図１１Ｂは、二つの実施形態であり、本発明による眼鏡の上面図を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ａ及び図１１Ｂは、二つの実施形態であり、本発明による眼鏡の上面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、基材に導かれる（substrate-guided）光学装置に関し、具体的には、小型ＨＭＤ光学システムに関する。通常、有限のＦＯＶを有するコリメートされた画像は、基材の中に結合される。図１に示されるように、ＬＯＥ又は、本明細書において、基材（substrate）２０の内側の画像は、中心波１４及び周辺波（marginal  waves）１６及び１８を有する平面波のスパンを包含する。画像の中心波１４と主要面２６，３２の平面の法線との間の角度は、αｉｎである。基材２０の内側のＦＯＶは、（数１）として規定される。
【００１４】
【数１】
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それ故に、画像の周辺波１６及び１８と主要面の平面の法線との間の角度は、それぞれ、（数２）及び（数３）である。
【００１５】
【数２】
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【数３】
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基材２０の面２６，３２でのいくつかの反射の後に、捕捉波は、選択的反射面２２のアレイに到達し、この面２２は、基材から出る光波を視る者の目２４の中に結合する。簡明さのために、中心波１４の光線のみが基材から外に結合されているように記されている。
【００１６】
本発明の目的は、先行技術の光波結合機構と異なり、より小型な寸法を有する光波結合機構を見出すことである。図２において、最小の要求される入力アパーチャ２１と共に、基材２０の中に結合されなければならない光線のスパンが示される。隙間又は縞模様を伴う画像を避けるために、入力アパーチャ２１の端と基材２０の下面２６との間の、境界線２５上の点は、入力光波のそれぞれについて、二つの異なる場所から基材に入る二つの異なる光線によって照射されるべきである：直接的に境界線２５を照射する一つの光線３０、及び、境界線２５を照射する前に基材の上面３２によって最初に反射される他の光線３１。入力アパーチャ２１の大きさは、通常、二つの周辺光線によって決定される：ＦＯＶの最高角度の最も右の光線３４、及び、ＦＯＶの最低い角度の最も左の光線３６。
【００１７】
周辺光線を基材２０の中に結合するための一つの可能な実施形態が図３に示される。ここで、入力光波源３８及びコリメートモジュール（collimating  module）４０、例えばコリメータレンズは、基材２０の主要面２６，３２と比較して、要求される軸外し角度（off-axis  angle）に方向付けられている。リレープリズム４４は、表示源３８からの光線が、基材の内側での全内部反射のための臨界角よりも大きな角度で主要面２６に突き当たる（impinge）ように、コリメートモジュール４０と基材２０との間に位置し、基材２０の下面２６に光学的に接合されている。結果として、画像の全ての光線波は、主要面２６及び３２からの全内部反射によって基材の内側に捕捉される。ここで示される光学システムは単純であるが、尚もそれは最も小型の結合機構ではない。これは、眼鏡の外部形状に適合するべき光学システム及び手持ち式又は他のディスプレイに適合するべき光学システムに関して重要な点である。
【００１８】
コリメートモジュール４０の寸法を最小化するために、結合プリズム４４の入力面４６のアパーチャＤＴは、可能な限り小さくあるべきである。結果として、結合プリズムの寸法も相応に最小化されることになり、一方でＦＯＶ全体の結合される光線は結合プリズム４４を通過することができる。
【００１９】
図４に示されるように、ＦＯＶの最高角度の最も右の光線３４がプリズム４４を通過するために、プリズム４４の出力面２１のアパーチャＤＬは、（数４）の関係を満たさなければならない。
【００２０】
【数４】
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ここで、ｄは、基材２０の厚さである。
【００２１】
加えて、ＦＯＶの最低角度の最も左の光線３６がプリズム４４を通過するために、プリズム４４の左面４８と基材２０の主要面２６の法線との間の角度αｓｕｒ１は、（数５）の関係を満たさなければならない。
【数５】
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【００２２】
プリズム４４を通過する光波の色収差を最小化するために、結合プリズム４４の入力面４６を、画像の中心波１４に対して実質的に垂直に方向付けることが有利である。結果として、プリズム４４の入口面４６と基材２０の主要面２６の法線との間の角度αｓｕｒ２は、（数６）である。
【数６】
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【００２３】
式２の不等式を限界に取ると、プリズム４４の寸法を最小化するために、プリズムの以下の内角を得る：面４６と面２１との間の角度はαｉｎであり；面４８と面２１との間の角度は（数７）である。それ故に、面４６と面４８との間の角度は（数８）である。これらの値を用いると、（数９）を得る。
【数７】
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【数８】
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【数９】
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式１の不等式を限界に取り、それを式４に挿入すると、（数１０）を得る。
【数１０】
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【００２４】
図３及び図４に示される光学システムは単純に見えるが、そのような光学システムにとっては眼鏡又は手持ち式ディスプレイのようなディスプレイの外部形状に適合することが重要であるので、尚もそれは最も小型の結合機構ではない。
【００２５】
図５は、その端の一つを通して基材の中に光波を結合することの一つの代替的な実施形態を示す。ここで、光波伝達基材２０は、平行な二つの主要面２６及び３２及び端を有し、少なくとも一つの端５０は、主要面に対して斜めの角度に方向付けられており、αｓｕｒ３は、端５０と基材の主要面の法線との間の角度である。通常、入ってくるコリメートされた光波は空気から直接的に結合するか、又は代替的に、コリメートモジュール４０（図３）が基材２０に取り付けられてもよい。結果として、傾斜面５０に対して垂直な中心波１４を結合させることが、色収差を最小化するために有利である。残念なことに、この要求は、面５０を通して光を直接的に結合させることによっては満たされ得ない。通常、中程度のＦＯＶを有する結合された画像であっても、画像の中心波１４と主要面の平面の法線との間の角度αｉｎ（図３）は（数１１）の要求を満たさなければならない。結果として、中心波１４が実際に傾斜面５０に対して垂直であるならば、そのとき（数１２）の関係が満たされなければならない。それ故に、その結果は、システムにおける関係（数１３）の満足及び、比較的広いＦＯＶに対しては、更に（数１４）の満足となるであろう。
【数１１】
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【数１２】
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【数１３】
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【数１４】
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【００２６】
図６は、捕捉された光線と主要面２６，３２との間の最大角度が入力面５０と主要面と間の角度よりも大きい、複雑な状況を示す。図示されるように、入力アパーチャ５０の端と基材２０の下面２６との間の境界線２５上の点は、境界線２５を直接的に照射する、波の最も左の光線３５のみによって照射される。入力面５０の端５１に突き当たる他方の周辺光線３４は、境界線２５から距離Δｘに位置する異なる線５２において下面を照射することに先立って、上面３２によって最初に反射される。図示されるように、隙間Δｘは、周辺波３４の捕捉された光線によって全く照射されない。それ故に、暗い縞模様が現れることになり、外に結合する波及び画像の品質は有意に劣ることになる。
【００２７】
この状況は、図７に示される実施形態によって解決される。中間プリズム５４は、コリメートモジュール４０（図３）と基材の傾斜端５０との間に挿入される。プリズムの面の一つ５６は、基材２０の傾斜端５０に隣接して位置する。大半の場合において、中間プリズムの屈折率は、基材２０の屈折率と同様（similar）であるべきである。それにもかかわらず、システム内の色収差を相殺するために、異なる屈折率がプリズムに選択され得る場合がある。入ってくる光波は空気から直接的に結合されるか、又は代替的に、コリメートモジュール４０が中間プリズム５４に取り付けられてもよい。多くの場合において、コリメートモジュール４０の屈折率は、基材２０の屈折率と異なり、それに応じて、プリズム５４の屈折率と異なる。したがって、色収差を最小化するために、プリズム５４の入力面５８は、入ってくる光線の中心光波に対して実質的に垂直に方向付けられるべきである。加えて、ＦＯＶの最低角度の最も左の光線は、プリズム５４を通過するべきである。結果として、式（２）及び式（３）の条件は、図７の構成についても満たされるべきである。図６を参照して記述されたような暗い縞模様の望ましくない現象を無くすために、図６に示すように、（数１５）の関係が満足されなければならず、すなわち、基材の傾斜端と基材の主要面の法線との間の角度は、ＦＯＶの最高角度よりも大きい。
【００２８】
【数１５】
2019061292.tif 000017
それに応じて、プリズム５４の出力面５６のアパーチャＤｓは、（数１６）の関係を満たさなければならない。
【数１６】
2019061292.tif 000018
【００２９】
明らかに、光波はプリズムの入口面５８を通ってプリズム５４に入り、如何なる反射もなくプリズムを直接的に横断し、傾斜端５０を通って基材に入るので、出口面５６のアパーチャＤｓに対する関係における入口面５８の有効領域Ｄｐの拡大は、最小限である。加えて、上で記述したように、ＦＯＶの最低角度の最も左の光線３６（図４）がプリズム５４を通過するために、プリズム５４の左面６０と基材の主要面２６の法線との間の角度αｓｕｒ１も式（２）の関係を満たさなければならず、すなわち、プリズム５４の面６０と基材の主要面の法線との間の角度は、ＦＯＶの最低角度よりも小さい。したがって、式（２），式（６）及び式（７）の関係が満たされる場合に、ＦＯＶ全体からの結合される光波は、如何なる縞模様又は隙間もなく、基材の主要面を完全に覆うことができる。
【００３０】
図８に示されるように、式（２），式（６）及び式（７）の不等式を限界に取ることによって、プリズム５４の内角は以下のようになる：面５６と面５８との間の角度は（数１７）であり、面５６と面６０との間の角度は（数１８）である。それ故に、面５８と面６０との間の角度は（数１９）である。これらの値を用いると、（数２０）を得る。
【数１７】
2019061292.tif 000019
【数１８】
2019061292.tif 000020
【数１９】
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【数２０】
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ここで、Ｄｐは、中間プリズム５４の入力面５８の有効領域である。
【００３１】
したがって、式（５）及び式（８）を比較することにより、プリズム５４及び図４の先行技術のシステムのプリズム４４の入力面の有効領域ＤＰ及びＤＴの間の関係は、（数２１）である：
【数２１】
2019061292.tif 000023
【００３２】
明らかに、狭いＦＯＶ、すなわち（数２２）については、改善は無視できるほどである。しかしながら、比較的広いＦＯＶについては、プリズム５４の有効領域ＤＰは、プリズム４４の有効領域ＤＴと比較して大幅に減少するはずである。例えば、（数２３）及び（数２４）については、式（９）の減少比は、（数２５）の有意な値を持つ。
【数２２】
2019061292.tif 000024
【数２３】
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【数２４】
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【数２５】
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【００３３】
図３に示される実施形態において、コリメートモジュール４０は、単純な伝達レンズであるように示されている。しかしながら、反射レンズ、偏光ビームスプリッター及び位相差板を用いた、はるかに小型の構造が採用され得る。そのような構造において、ＬＣＤｓ光源又はＬＣＯＳ光源のような大半のマイクロディスプレイ光源において、光は直線偏光されるという事実が、図９に示されるように、光学コンポーネント６１によって役立てられる。示されるように、表示光源６４からのＳ偏光された入力光波６２は、通常は光波伝達材料から成る光導波路６６の中に、その下面６８を通って結合される。偏光ビームスプリッター７０からの反射に続いて、光波は、光導波路６６の面７２を通って基材の外に結合される。その後に光波は、四分の一波長位相差板７４を通過し、反射光学要素７６、例えば平坦な鏡によって反射され、戻って再び位相差板７４を通過し、面７２を通って光導波路６６に再び入る。いまＰ偏光された光波は、偏光ビームスプリッター７０を通過し、光導波路６６の面７８を通って光導波路の外に結合される。その後に光波は、第２の四分の一波長位相差板８０を通過し、コンポーネント８２、例えばレンズによって、その反射面８４によってコリメートされ、戻って再び位相差板８０を通過し、面７８を通って光導波路６６に再び入る。いまＳ偏光された光波は、偏光ビームスプリッター７０から反射し、中間プリズム５４に取り付けられた出口面８６を通って光導波路を出る。反射面７６及び８４は、金属コーティング又は誘電コーティングのいずれかによって実現されてもよい。
【００３４】
図９に示される実施形態において、表示源は、ＬＣＤパネルであってもよい。しかしながら、ＬＣＯＳ光源装置を表示光源として用いることが好ましい、特に高輝度の結像特性が要求される光学システムがある。ＬＣＤパネルと同様に、ＬＣＯＳ光源パネルは、制御電圧に応じてねじれ及び整列する液晶で満たされたセルの二次元アレイを包含する。しかしながら、ＬＣＯＳ光源を用いると、セルは、反射性シリコンチップ上に直接的にグラフトされる。液晶がねじれるときに、光の偏光は、下の鏡面の反射に続いて変化するか又は変化しない。これは、偏光ビームスプリッターと一緒に、光波の変調を引き起こし、画像を作り出す。この反射技術は、照射光線と画像光線が同じ空間を共有することを意図する。これらの要素の両方は、照射機能と結像機能が同時に働くことを可能にするために、モジュールへの空間ビームスプリット光学要素の追加を必要とする。そのような要素の追加は、通常はモジュールを複雑にするものであり、表示光源としてＬＣＯＳ光源を使用する場合は、前方結合要素又は折り返しプリズムを使用するいくつかのモジュールが更に大きくなるものである。例えば、図９の実施形態は、表示源６４とビームスプリッター６６との間に他のビームスプリッターを挿入することによって、ＬＣＯＳ光源を収容するように変更され得る。しかしながら、この変形例は、コリメートモジュールの焦点距離が二重のビームスプリッターの構成を通過する光線の光路よりも短い、比較的広いＦＯＶをもつシステムにとって課題があり得る。
【００３５】
この課題を解決するために、図１０に見られるように、一つの反射面８４のみが光導波路６６の面７８に隣接して位置する、変更された光学コンポーネント９０が提供される。そのため、この光導波路６６を通る光路ははるかに短い。示されるように、光源９４から発出するＳ偏光された光波９２は、プリズム９６に入り、偏光ビームスプリッター９８から反射し、ＬＣＯＳ光源１００の前方の面を照射する。“明るい”ピクセルからの反射された光波の偏光は、Ｐ偏光に回転され、その後に光波はビームスプリッター９８を通過し、その結果として、偏光器１０２を通過する。この偏光器１０２は、プリズム９６とプリズム６６との間に位置して、ＬＣＯＳ光源１００の“暗い”ピクセルから反射された、Ｓ偏光された光を遮断する。その後に光波は、プリズム６６に入り、第２のビームスプリッター７０を通過し、プリズム６６の面７８を通ってプリズムの外に結合させられ、四分の一波長位相差板８０を通過し、コリメートレンズ８２によってその反射面８４でコリメートされ、位相差板８０に戻って再び通過し、面７８を通ってプリズム６６に再び入る。いまＳ偏光された光波は、偏光ビームスプリッター７０から反射し、中間プリズム５４に取り付けられた出口面８６を通ってプリズム６６を出る。
【００３６】
これから、視る者の目２４が傾斜端５０の同じ側に位置する図９に戻ると、光学プリズム６６の寸法は、基材２０の下主要面２６を超えて実質的に延びており、上面３２をほんのわずかに超えて延びている。このわずかな延長は、適切な設計を用いて、例えば傾斜端５０の角度αｓｕｒ３をわずかに大きくすることによって、完全に無くしてもよい。
【００３７】
しかしながら、図１０に示される実施形態について、光学コンポーネント９０は、基材２０の下面２６を超え、かつ上面３２を超えて、実質的に延びている。
【００３８】
図１１Ａに示されるように、この独特な構成は、コリメートモジュールが、プリズム６６及び９６を有する図１０の光学コンポーネント９０から成る光学システムのために好まれ得る。光学コンポーネント９０は、眼鏡フレーム１０４と基材２０との間に組み込まれる。この場合に、視る者の目２４は、基材２０の傾斜端５０の反対側に位置する。光波は、主要面３２に向かって、傾斜端５０を通って基材２０の中に結合される。光波は、この主要面３２から、部分反射面２２に向かって跳ね返り、そこから、視る者の目２４に向かって、主要面３２を通って基材を出る。眼鏡の前方部への光学コンポーネント９０の前方の延長１０６が存在しても、プリズム９６の後方の延長１０８は最小限であり、光学コンポーネント９０全体は、眼鏡のフレーム１０４の内側に容易に統合されることができる。
【００３９】
図１１Ｂに見られるものは、視る者の目２４が基材２０の傾斜端５０の同じ側に位置する、図９に示される光学モジュールに基づく変更である。光学コンポーネント９０から発出する光波は、傾斜端５０を通って基材２０の中に結合され、主要面２６に向かって基材２０に入り、光波は、この主要面２６から、主要面３２に向かって跳ね返り、そこから、光波は部分反射面２２に向かって続き、視る者の目２４に向かって、主要面３２を通って基材を出る。
【００４０】
本発明は先に例示された実施形態の詳細に限定されないこと、及び、本発明は、その精神又は本質的な特性から逸脱することなく、他の特定の形態で具体化され得ることは、当業者には明らかであろう。したがって、本明細書等に記載された実施形態は、全ての点において例示的であって制限的でないと考えられるべきであり、本発明の範囲は先の記述によってではなく添付の請求の範囲によって示され、したがって、請求の範囲の均等の意味及び範囲内に入る全ての変更は、その中に包含されると意図されている。
【００４１】
［付記１］
光学システムであって：
少なくとも二つの主要面及び端を有する、光伝達基材；
全内部反射によって前記基材の中に所与の視野を有する光波を結合させるための、少なくとも第１の面、第２の面及び第３の面を有する、光学プリズム；及び
前記基材の外に光波を結合させるための、前記基材内に位置する少なくとも一つの部分反射面であり、該部分反射面は、前記基材の前記主要面に対して非平行に方向付けられている、部分反射面；
を有し、
前記基材の前記端の少なくとも一つは、前記主要面に対して斜めの角度に傾斜しており；
前記プリズムの前記第２の面は、前記基材の前記傾斜端に隣接して位置し、
前記傾斜端の隣に位置する前記基材の一部は、実質的に透明であり、
光波は、前記プリズムの前記第１の面を通って前記プリズムに入り、反射することなく前記プリズムを横切り、前記傾斜端を通って前記基材に入る、
光学システム。
［付記２］
前記視野は、前記基材の中に結合される光波の最低角度及び最高角度によって規定される、光学システム。
［付記３］
前記基材の前記傾斜端と、前記基材の前記主要面の法線との間の角度は、前記視野の前記最高角度よりも大きい、光学システム。
［付記４］
前記プリズムの前記第３の面と、前記基材の前記主要面の法線との間の角度は、前記視野の前記最低角度よりも小さい、光学システム。
［付記５］
前記プリズムの前記第１の面は、光波の中心波に実質的に垂直である、光学システム。
［付記６］
前記視野から結合した光波は、縞模様又は隙間を形成することなく、前記基材の前記主要面全体を実質的に覆う、光学システム。
［付記７］
コリメートモジュールを更に有する、光学システム。
［付記８］
前記コリメートモジュールは、少なくとも一つの光波入口面、少なくとも一つの光波出口面、及び複数の外部面を有する光波伝達材料から成る、光学システム。
［付記９］
前記プリズムの前記第１の面は、前記コリメートモジュールの前記出口面に隣接して配置されている、光学システム。
［付記１０］
前記コリメートモジュールは：
前記外部面の一つにおいて光学装置によって支えられる、少なくとも一つの光波反射面；
外部面の一部分で光学装置によって支えられる、少なくとも一つの位相差板；
前記位相差板の少なくとも一つの少なくとも一部分を覆う、少なくとも一つの光波コリメートコンポーネント、及び
前記光波入口面又は前記光波出口面の少なくとも一つに対して斜めに置かれた、少なくとも一つの光波偏光ビームスプリッター、
を有する、光学システム。
［付記１１］
表示光源を更に有する、光学システム。
［付記１２］
前記表示光源から出る光波は、前記コリメートモジュールによってコリメートされ、前記プリズムを通って前記基材の中に結合される、光学システム。
［付記１３］
前記プリズムの屈折率は、前記基材の屈折率と同様である、光学システム。
［付記１４］
前記プリズムの屈折率は、前記基材の屈折率と異なる、光学システム。
［付記１５］
前記プリズムの屈折率は、コリメートモジュールの屈折率と実質的に異なる、光学システム。
［付記１６］
光波は、視る者の目の中に、少なくとも一つの部分反射面によって、前記基材から外に結合される、光学システム。
［付記１７］
視る者の目は、前記基材の前記傾斜端の同じ側に位置する、光学システム。
［付記１８］
視る者の目は、前記基材の前記傾斜端に対して反対側に位置する、光学システム。
［付記１９］
コリメートモジュールは、前記基材の前記二つの主要面を越えて実質的に延ばされる、光学システム。
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【外国語明細書】
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