(57)【要約】【課題】光導波路と光導波路に光ビームを導入する装置とを備えた光学デバイスにおいて、コスト、製造性、及びスペース要件を改善すること。【解決手段】光学デバイスは、連続する全内部反射によって光ビームを伝播するよう適合された光導波路（１．５）と、導入セクションを介して光導波路に光ビームを導入するよう適合された導入装置と、を備える。偏光材料（１．９）は、導入セクションにて光導波路と導入装置との間に存在する。導入装置は、プリズム（１．４）と、４分の１波長プレート（１．６）及び曲面ミラー（１．７）によって形成される組立体と、を含み、この導入装置は、偏光材料により曲面ミラーの方向で反射された光ビームが、４分の１波長プレートを通過して、次いで曲面ミラーにより偏光材料の方向で反射されて、４分の１波長プレートを再度通過するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続する全内部反射によって光ビームを伝播するようになっている光導波路（１．５；４．５）と、導入セクションを介して前記光導波路に前記光ビームを導入するようになっている導入装置とを備え、
前記導入装置が、プリズム（１．４；３．４；４．４）と、４分の１波長プレート（１．６）及び曲面ミラー（１．７）によって形成される組立体と、を含み、前記導入装置は、前記プリズムにおいて偏光材料により前記曲面ミラーの方向に反射された光ビームが、前記４分の１波長プレートを通過して、次いで前記曲面ミラーにより前記偏光材料の方向で反射されて、前記４分の１波長プレートを再度通過するように構成された光学デバイスであって、
前記偏光材料（１．９）が、前記導入セクションにおいて前記光導波路と、前記導入装置のプリズムとの間に存在する、ことを特徴とする、光学デバイス。
【請求項２】
前記プリズムが反射面（１．８）を含み、前記導入装置が、前記偏光材料によって前記曲面ミラーの方向に反射される光ビームが、前記反射面によってその前に反射されているように構成される、ことを特徴とする、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記反射面が、前記偏光材料の配置される前記プリズムの面と９０°の角度を形成する、ことを特徴とする、請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記光学デバイスが、前記光ビームに供給する偏光源と共に使用するようになっており、前記導入装置が、前記偏光源と前記プリズムとの間に配置されるようになっている少なくとも１つのレンズを含む、ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記導入装置が、前記偏光源と前記プリズムとの間に配置されるようになっているダブレット（１．３）を含み、前記ダブレットが平坦面を含むようになっている、ことを特徴とする、請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記光学デバイスが、前記光ビームに供給する偏光源と共に使用するようになっており、前記導入装置が、前記偏光源と前記プリズムとの間に配置されるようになっている少なくとも１つの半波長プレート（２．１０）を含む、ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記曲面ミラーが非球面の反射面を含む、ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の光学デバイス。
【請求項８】
連続する全内部反射によって光ビームを伝播するのに好適な光導波路を取得するステップ（５．１）と、
プリズムと、４分の１波長プレート及び曲面ミラーによって形成される組立体とを含み、導入セクションを介して前記光導波路に前記光ビームを導入するようになっている導入装置を取得するステップ（５．２）と、
を含む、光学デバイスを製造する方法において、
前記方法が更に、
導入セクションにて前記光導波路と前記導入装置のプリズムとの間に偏光材料を配置して前記導入装置と前記光導波路を組み付けるステップ（５．３）を含み、
前記組立体は、前記偏光材料により前記プリズムにおいて前記曲面ミラーの方向に反射した光ビームが、前記４分の１波長プレートを通過し、次いで前記偏光材料の方向で前記曲面ミラーにより反射されて、前記４分の１波長プレートを再度通過するようになっている、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記曲面ミラーから前記光導波路の抽出セクションに前記光ビームを通過させることによって引き起こされる色収差を補正するよう適合された平坦面を有するダブレットを取得するステップと、
前記ダブレットと前記プリズムを組み付けるステップと、を含み、
前記平坦面は前記プリズムに対向して配置される、ことを特徴とする、請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記曲面ミラーから前記光導波路の抽出セクションに前記光ビームを通過させることによって引き起こされる色収差を補正するよう適合された平坦面を有するダブレットを取得するステップと、
前記ダブレットと前記プリズムを組み付けるステップと、を含み、
前記平坦面と前記プリズムとの間に半波長プレートが配置される、ことを特徴とする、請求項８に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路と該光導波路に光ビームを導入する装置とを備えた光学デバイスの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
光導波路は一般に、導入セクションを含み、像を伝送する光ビームがこの導入セクションを介して導入される。光導波路により、光ビームは、任意選択的に光導波路の壁の特定の処理を介して全内部反射で伝播することが可能となる。従って、光ビームは、光導波路からの光の出射を可能にする抽出セクションまで伝播する。抽出セクションは、傾斜平面により光導波路を終端させるレフレクターからなることができる。
【０００３】
光導波路に光ビームを導入するために、プリズムの実装をベースとした導入装置が使用される。このプリズムは、光導波路と一体部品で成形されるか、又は２つの別個の部品が組み付けられたものである。所要の精密さを得るために、プリズムと光導波路を同じ要素で成形することは、高価で達成が困難である。別個のプリズムを加えることが好ましいことが多いが、特にコリメートビームを生成するためにレンズベースの相補的光学系の使用に関してスペース要件に関する問題を引き起こす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】仏国特許第２９２５１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術のこれらの様々な欠点を克服することが望ましい。
【０００６】
スペース要件を低減した解決策を提供することが特に望ましい。
【０００７】
また、低コストで製造が簡潔且つ信頼性のある解決策を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、連続する全内部反射によって光ビームを伝播するよう適合された光導波路と、導入セクションを介して光導波路に光ビームを導入するよう適合された導入装置と、を備えた光学デバイスに関する。光学デバイスは、偏光材料が、導入セクションにて光導波路と導入装置との間に存在し、導入装置が、プリズムと、４分の１波長プレート及び曲面ミラーによって形成される組立体と、を含み、この導入装置は、偏光材料により曲面ミラーの方向で反射された光ビームが、４分の１波長プレートを通過して、次いで曲面ミラーにより偏光材料の方向で反射されて、４分の１波長プレートを再度通過するように構成されているようなものである。従って、光学デバイスの全体サイズが低減される。
【０００９】
特定の実施形態によれば、プリズムが反射面を含み、導入装置は、曲面ミラーの方向で偏光材料によって反射される光ビームが反射面によってその前に反射されているように構成される。従って、光学デバイスの同じ全体サイズにおいて、プリズムへの光ビームの導入を可能にする要素は、光学デバイスのユーザの視野から離れている。従って、使い勝手が改善される。
【００１０】
特定の実施形態によれば、上記の反射面は、偏光材料の配置されるプリズムの面と９０°の角度を形成する。従って、従来技術と比べて、光学デバイスの製造が簡素化され、コストが低減される。
【００１１】
特定の実施形態によれば、光学デバイスは、光ビームに供給する偏光源と共に使用することを意図しており、導入装置は、偏光源とプリズムとの間に配置されるよう意図された少なくとも１つのレンズを含む。従って、色収差を補正することができる。
【００１２】
特定の実施形態によれば、導入装置は、偏光源とプリズムとの間に配置されるよう意図されたダブレットを含み、該ダブレットが平坦面を含むようになっている。従って、ダブレットは、プリズムに容易に接着することができ、これにより光学デバイスの製造が簡素化される。
【００１３】
特定の実施形態によれば、特定の実施形態によれば、光学デバイスは、光ビームに供給する偏光源と共に使用することを意図しており、導入装置は、偏光源とプリズムとの間に配置されるよう意図された少なくとも１つの半波長プレートを含む。従って、光ビームの偏光は、使用される偏光材料に適合させることができる。
【００１４】
特定の実施形態によれば、曲面ミラーは、非球面の反射面を含む。従って、光導波路により拡散される像の鮮鋭度が良好になる。
【００１５】
本発明はまた、連続する全内部反射によって光ビームを伝播するよう適合された光導波路を取得するステップと、プリズムと、４分の１波長プレート及び曲面ミラーによって形成される組立体とを含み、導入セクションを介して光導波路に光ビームを導入することが意図された導入装置を取得するステップと、を含む、光学デバイスを製造する方法に関する。本方法は、導入セクションにて光導波路と導入装置のプリズムとの間に偏光材料を配置して導入装置と光導波路を組み付けるステップを含み、組立体は、曲面ミラーの方向で偏光材料によりプリズムにおいて反射した光ビームが４分の１波長プレートを通過し、次いで偏光材料の方向で曲面ミラーにより反射されて、４分の１波長プレートを再度通過するようになっている。従って、本製造方法により、サイズが低減された光学デバイスを取得することができる。
【００１６】
特定の実施形態によれば、本方法は、曲面ミラーから光導波路の抽出セクションに光ビームを通過させることによって引き起こされる色収差を補正するよう適合された平坦面を有するダブレットを取得するステップと、平坦面がプリズムに接して配置されるようダブレットとプリズムを組み付けるステップと、を含む。従って、光導波路を介して拡散される像がより良好にレンディションされる。
【００１７】
特定の実施形態によれば、本方法は、曲面ミラーから光導波路の抽出セクションに光ビームを通過させることによって引き起こされる色収差を補正するよう適合された平坦面を有するダブレットを取得するステップと、平坦面とプリズムとの間に半波長プレートが配置されてダブレットとプリズムを組み付けるステップと、を含む。従って、光ビームの偏光は、使用される偏光材料に適合させることができる。
【００１８】
上述の本発明の特徴並びに他の特徴要素は、添付図面と関連して与えられる例示的な実施形態に関する以下の説明を読むことによってより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の光学デバイスの概略図である。
【図２】第２の光学デバイスの概略図である。
【図３】第３の光学デバイスの概略図である。
【図４】第４の光学デバイスの概略図である。
【図５】このような光学デバイスを製造するステップに関する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
導入装置及び光導波路を備えた光学デバイスのサイズを低減するために、導入装置と光導波路との間に偏光材料を配置することが提案されている。導入装置は、偏光材料を介して光導波路に光ビームを導入する役割を果たす。導入装置は、４分の１波長プレート及び曲面ミラーが配置されるプリズムの使用に基づいており、後者の曲面ミラーは、コリメートビームを発生する。この構成は、導入された光ビームが偏光材料により曲面ミラーの方向に反射され、該曲面ミラーが、この偏光材料に向けて光ビームを戻すようなものである。４分の１波長プレートを２回通過すると、曲面ミラーにより偏光材料に反射された光ビームは、偏光材料を経由して光導波路内に透過される。
【００２１】
本発明は、視覚光学系で使用することを意図した特定の実施形態を参照して説明する。しかしながら、本発明は、車両フロントガラス又は航空機コックピットに統合されたスクリーンなど、このような光導波路を用いた他の何れかの分野において使用することができる。
【００２２】
図１は、第１の光学デバイスを概略的に示している。第１の光学デバイスは、透過性材料から作られ、連続する全内部反射によって光ビームを伝播するよう適合された光導波路１．５を備える。光導波路１．５は、例えば、平行な面を有するプレートである。
【００２３】
光導波路１．５は、光ビームの伝播方向に平行である面のうちの１つに導入セクションを含み、該導入セクションを介して光ビームが導入される。光導波路１．５は更に、光ビームの伝播方向に平行である面のうちの１つの面上に抽出セクションを含み、該抽出セクションを介してユーザの目の所まで光ビームが射出する。光導波路の表面上に形成された反射性微細構造体からなる抽出セクションを備えた光導波路を記載した、仏国特許第２９２５１７２号を参照することができる。これらの微細構造体は、光ビームが光導波路から出射することを可能にする角度を有するプリズムからなる。微細構造体は、光導波路の表面上に形成された介在スペースにより離間して配置される。すなわち、微細構造体により覆われずにその間に狭装されるこれらの介在スペースは透過性であり、従って、見通し効果を得ることが可能である。これにより、光ビームにより伝送される像並びに光導波路を越えるシーンを視覚することが可能となる。
【００２４】
第１の光学デバイスは更に、導入セクションを介して光導波路１．５に光ビームを導入するためにプリズム１．４をベースとした導入装置を備える。プリズム１．４は、偏光源と光導波路１．５との間に配置される。偏光源は、例えば、ビーム分割による偏光子１．２（ＰＢＳ、偏光ビームスプリッターを表す）に結合されたＬＣＤ（液晶ディスプレイ）又はＬＣｏＳ（反射型液晶素子）型の光源１．１を用いて得られる。ビーム分割偏光子は、入射ビームを略直線且つ互いに垂直な異なる偏光を有する２つのビームに分離する。ビーム分割偏光子は、微小光を吸収する利点を有する。しかしながら、吸収型偏光子を用いてもよい。
【００２５】
導入装置は更に、偏光源とプリズム１．４との間に配置された少なくとも１つのレンズを備え、収差、とりわけ色収差を補正するようにすることができる。このことは、以下で詳細に説明するように、第１の導入装置が曲面ミラー１．７を備えることに起因する。光導波路１．５を構成する材料の屈折率が波長に応じて変化するので、光ビームが曲面ミラー１．７と抽出系との間を移動しなければならない経路長により色収差を発生させる可能性がある。１つの代替手法は、これらの色収差を補償するよう適合されたプリズム１．４の製造材料を選択することからなる。レンズのダブレット１．３は、選択的に実装される。このようなダブレットは通常、高屈折率及び高分散の発散レンズと、低屈折率及び低分散の収束レンズとからなる。また、回折レンズを使用することもできる。
【００２６】
従って、偏光がプリズム１．４に導入されると、偏光は、プリズム１．４の反射面１．８に衝突し、この反射面１．８は、偏光が導入される面と対向している。第１の光学デバイスに関して、反射面１．８は、例えば、アルミニウムの金属堆積により製作され、これにより小さなスペース内で反射効果を得ることが可能となる。
【００２７】
第１の光導波路は更に、プリズム１．４及び光導波路１．５が導入セクションにて偏光材料１．９により分離されるように適合されている。第１の光学デバイスに関して、偏光材料１．９の実装は、２つの偏光状態を分離する面を形成する薄層の堆積により達成される。また、およそ２００ｎｍの小直径の金属ワイヤを用いて、グリッド偏光子を形成することができる。これらの２つの手法は、小さなスペース内で偏光効果を得ることを可能にする。
【００２８】
偏光材料１．９は、何らかの光ビームを反射するようなものであり、ここで偏光状態とは、反射面１．８により反射された光ビームの状態、すなわち、第１の光学デバイスの関連においてプリズム１．４内に導入された光ビームの状態である。偏光材料１．９は更に、別の偏光状態にある何らかの光ビームが通過するようなものである。
【００２９】
導入装置は更に、反射面１．８に対向する面上に、４分の１波長型の遅延プレート１．６を含む。遅延プレートは、通過する光線の偏光を修正することができる光学材料素子である。偏光子とは違って、遅延プレートからの出口での光の偏光状態は、入口での状態に依存する。この作用は、プレートが作られた結晶（多くの場合、クォーツ又はアイスランドスパー）の複屈折により生じる。また、その分子が配向されている延伸ポリマーフィルム又は液晶を用いて、プリズム１．４及び光導波路１．５上に接着できるようにし、及び／又は製造コストを低減するようにすることができる。光ビームの偏光は、２つの構成要素によって表すことができ、遅延プレートは、２つの構成要素のうちの一方を他方に対して遅延させ、すなわち、位相差を生じさせることを意味する。最も一般的な遅延プレートは、半波長プレート及び４分の１波長プレートである。多くの場合λ／２プレートで示される半波長プレートは、１波長の半分の遅延をもたらす。これらのプレートは、直線偏光の方向を変化させる。多くの場合λ／４プレートで示される４分の１波長プレートは、１波長の４分の１の遅延をもたらす。４分の１波長プレートは、直線偏光から回転偏光に変化させることができ、又はその逆も可能である。
【００３０】
導入装置は更に、４分の１波長プレート１．６と関連して、上述の曲面ミラー１．７を備える。曲面ミラー１．７の反射面は、良好な像鮮鋭度を得るために、選択的に非球面である。
【００３１】
プリズム１．４の反射面１．８から到来する光ビームは、プリズム１．４の面によって反射され、ここに偏光材料１．９が配置されている。次いで、光ビームは、４分の１波長プレート１．６を通過して曲面ミラー１．７上で反射し、次に、４分の１波長プレート１．６を再度通過する。４分の１波長プレート１．６は２回通過するので、半波長プレートと同じ効果が得られる。次いで、光ビームの偏光状態は、偏光材料１．９が配置されたプリズム１．４の面によりビームが反射される状態から、偏光材料をビームが通過する状態に変化する。光ビームが２回目に４分の１波長プレート１．６を通過した後、光ビームは、偏光材料１．９が配置されたプリズム１．４の面を通過し、従って、光導波路１．５内に導入される。次に、光ビームは、連続する全内部反射により抽出セクションの所まで伝播する。
【００３２】
選択的に、プリズム１．４の反射面１．８は、偏光材料１．９が配置された面と９０°の角度を形成し、これにより同じ面上で、プリズム１．４内に光を導入し、４分の１波長プレート１．６及び曲面ミラー１．７によって形成された組立体を配置できるようになる。光の導入が行われ且つ４分の１波長プレート１．６及び曲面ミラー１．７によって形成された組立体が配置される面は、偏光材料が配置された面と鋭角を形成する。反射面１．８と、偏光材料１．９が配置される面との間の９０°とは異なる角度は、五角形断面のプリズムを必要とし、プリズム内への光の導入、並びに４分の１波長プレート１．６及び曲面ミラー１．７によって形成される組立体は、プリズムと同じ側であるが異なる面上に配置される。その結果、四角形断面を有する場合のプリズムの製造が容易になる。
【００３３】
図４に示すように、導入セクションは、光導波路における光ビームの伝播方向に非平行とすることができる点に留意されたい。次いで、図４において４．５で示される光導波路は、光導波路４．５の残部と比べて導入ゾーンにおいて厚さが線形的に減少するような形態を有し、従って、光導波路４．５の厚さが、抽出ゾーンの方向でより大きい。その結果、図４において４．４で示されるプリズムの形態は、これに応じて適合されており、残りの他の要素も同じである。
【００３４】
図２は、第２の光学デバイスを概略的に示している。第２の光学デバイスは、図１に関連して記載された第１のデバイスの要素を実質的に繰り返し使用している。しかしながら、プリズム１．４の反射面は、この面上に平坦なミラー２．８を接着又は組み付けることにより製作され、また、偏光材料は偏光プレート２．９を接着することにより製作され、その結果、偏光状態がプリズム１．４の反射面により反射される光ビームの偏光状態であるような何らかの光ビームを反射し、また、通過する光ビームが別の偏光状態を有するようになる。
【００３５】
第２の光学デバイスの導入装置は更に、ダブレット１．３とプリズム１．４との間に半波長プレート２．１０を備える。これにより、偏光子１．２から射出する際に光ビームがこの偏光状態にあるときに偏光プレート２．９によって反射されるようにするために、光ビームに要求される偏光状態にすることが可能となる。また、半波長プレート２．１をダブレット１．３と偏光子１．２との間に配置することができる。図２の構成により、プリズム１．４に接合される半波長プレート２．１を接合した平坦面を備えるダブレットを用いて、第２の光学デバイスの製作が可能となる。従って、組み付けを可能にするための機械的要素の存在が排除される。ダブレット１．３のこの形成はまた、図１に示すようなプリズム上での直接接合を可能にする点に留意されたい。
【００３６】
図３は、プリズム１．４の反射面の排除を可能にする。光ビームは、４分の１波長プレート１．６及び曲面ミラー１．７が配置される面と対向するプリズム１．４の面を介して導入される。光ビームは、偏光材料１．９の方向で導入されて、４分の１波長プレート１．６及び曲面ミラー１．７の方向で反射される。
【００３７】
プリズム３．４の形態は、該プリズム３．４の面が偏光材料の配置される面に対して鋭角を形成する点でプリズム１．４とは異なっており、この鋭角は、４分の１波長プレート１．６及び曲面ミラー１．７が配置される面と偏光材料１．９の配置される面と共に形成される角度に実質的に等しい。
【００３８】
図５は、このような光学デバイスを製造するステップを概略的に示している。
【００３９】
ステップ５．１において、例えば、成形により光導波路１．５、４．５が得られる。
【００４０】
ステップ５．２において、導入装置が得られる。導入装置は、少なくとも、４分の１波長プレート１．６及び曲面ミラー１．７が接着されるプリズムを備える。プリズムの形態は、この場合は、プリズム３．４の形態である。変形形態において、４分の１波長プレート１．６及び曲面ミラー１．７は、プリズム又はプリズムと相互依存する他の何れかの要素上に機械的に組み付けられる。
【００４１】
変形形態において、ミラーは、プリズム上、４分の１波長プレート１．６及び曲面ミラー１．７によって形成される組立体が配置される場所、及び光ビームが導入されることが意図された場所と対向する面上に位置付けられる。プリズムの形態は、この場合、プリズム１．４又は４．４の形態である。このミラーは、コーティングによって、又は図１及び２に関して上述したようにプレートを接着することによって得ることができる。
【００４２】
別の変形形態において、ダブレット１．３がプリズム上に組み付けられる。光ビームの伝播軸に垂直な平坦面を選択的に含むダブレット１．３は、プリズムに接着される。
【００４３】
別の変形形態において、ダブレット１．３及び半波長プレート２．１０により形成された組立体が、プリズム上に組み付けられる。光ビームの伝播軸に垂直な平坦面を選択的に含むダブレット１．３は、半波長プレート２．１上に接着され、該半波長プレート２．１は、プリズム上に接着される。
【００４４】
以下のステップ５．３において、導入装置が光導波路１．５上に組み付けられ、光導波路１．５と導入装置との間に偏光材料が挿入され、該偏光材料は上述のようなものである。組み付けは、偏光材料の堆積により、又はグリッド偏光子を形成するための金属ワイヤの配置又は偏光プレートの配置によって実施することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１．２  偏光子
１．３  ダブレット
１．４  プリズム
１．５  光導波路
１．６  遅延プレート
１．７  曲面ミラー
１．８  反射面
１．９  偏光材料
【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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【国際調査報告】
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2015526768.tif 000009
2015526768.tif 000010
2015526768.tif 000011