ホーム > 特許ランキング > Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ．
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-31
(45)【発行日】2024-06-10
(54)【発明の名称】コンパクト画像プロジェクタを備える光学系
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20240603BHJP
G02B 7/02 20210101ALI20240603BHJP
G03B 21/14 20060101ALI20240603BHJP
H04N 5/64 20060101ALI20240603BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
G02B7/02 A
G03B21/14 Z
H04N5/64 511A
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2022530336
(86)(22)【出願日】2020-12-06
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-02-06
(86)【国際出願番号】 IL2020051259
(87)【国際公開番号】W WO2021117033
(87)【国際公開日】2021-06-17
【審査請求日】2023-10-25
(31)【優先権主張番号】62/945,165
(32)【優先日】2019-12-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】518105275
【氏名又は名称】ルーマス リミテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ．
(74)【代理人】
【識別番号】110000523
【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】コビ・グリーンスタイン
(72)【発明者】
【氏名】ツィオン・アイゼンフェルト
(72)【発明者】
【氏名】ネタネル・ゴールドスタイン
【審査官】鈴木 俊光
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１５９３１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／０３０２０７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－１６５７４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２４６３３３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０８８７３３５６（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ２７／０１ － ２７／０２
Ｇ０２Ｂ ７／００ － ７／０２
Ｇ０２Ｂ ７／１８
Ｇ０３Ｂ ２１／００
Ｇ０３Ｂ ２１／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学系であって、第１の端部および第２の端部を含む中空機械本体と、
スタック構成に配設された複数の光学部品を含む光学アセンブリであって、前記光学部品の各々が、一組の係合構成を含み、前記スタック構成の隣接する光学部品の各対について、前記対内の第１の光学部品の前記係合構成のうちの少なくともいくつかが、前記対内の第２の光学部品の前記係合構成のうちの少なくともいくつかと係合するように構成されており、前記スタック構成の前記第１の端部における、前記光学部品の前記係合構成のうちのいくつかが、前記スタック構成の他の光学部品を前記中空機械本体内に位置決めするように、前記中空機械本体の前記第１の端部において、前記中空機械本体の対応する係合構成と係合するように構成されている、光学アセンブリと、
前記中空機械本体の前記第２の端部に設けられた放射型ディスプレイデバイスと、を備える、光学系。
【請求項2】
前記スタック構成の前記第１の端部における、前記光学部品の前記係合構成が、少なくとも一対の外向きに突出するフランジを含み、前記中空機械本体の前記第１の端部における前記係合構成が、前記突出するフランジを受容するように構成された一対のチャネルを含む、請求項１に記載の光学系。
【請求項3】
前記中空機械本体が、内側側壁構成をさらに含み、前記光学部品のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの回転制限構成を含み、前記回転制限構成および前記内側側壁構成が、協働して、１つ以上の回転軸を中心とする前記光学アセンブリの回転量を制限する、請求項１に記載の光学系。
【請求項4】
前記中空機械本体の前記第２の端部が、前記放射型ディスプレイデバイスを受容するための受容部分、および外向きに突出する側壁構成を含む、請求項１に記載の光学系。
【請求項5】
前記中空機械本体の前記第２の端部の前記外向きに突出する側壁構成に設けられたカバー部材をさらに備える、請求項４に記載の光学系。
【請求項6】
前記中空機械本体が、前記第１の端部から前記第２の端部まで先細りになっている、請求項１に記載の光学系。
【請求項7】
前記スタック構成の前記第１の端部の光学部品が、実質的にウェッジ形状の断面を有する、請求項１に記載の光学系。
【請求項8】
前記スタック構成の前記第１の端部における前記光学部品が、前記中空機械本体の前記第１の端部に接着して取り付けられている、請求項１に記載の光学系。
【請求項9】
前記スタック構成の前記第１の端部における、前記光学部品の前記係合構成が、前記他の光学部品のいずれにも接着剤の適用を使用することなく、前記中空機械本体内の前記他の光学部品を維持する、請求項１に記載の光学系。
【請求項10】
前記他の光学部品が、前記中空機械本体内に同軸状に位置決めされている、請求項１に記載の光学系。
【請求項11】
互いに平行な少なくとも２つの主要表面、および光学内部結合構成を介して前記スタック構成の前記第１の端部の前記光学部品に光学的に結合された光波入力開口を有する光ガイド基板をさらに備え、前記放射型ディスプレイデバイスは、画像に対応する光を生成するように構成され、前記光学アセンブリは、前記放射型ディスプレイデバイスからの光を受け取り、前記光ガイド基板内に結合するために画像光を出力する、請求項１に記載の光学系。
【請求項12】
前記スタック構成の前記第１の端部の前記光学部品が、プリズム形状の断面を有し、色収差を少なくとも部分的に補償するように、画像光が前記光学内部結合構成に到達する前に、前記放射型ディスプレイデバイスからの前記画像光を修正するように構成されている、請求項１１に記載の光学系。
【請求項13】
前記中空機械本体が、前記中空機械本体の内側部分からの、前記光学部品によって伝送された光の反射を低減するように構成されている内側側壁構成をさらに含む、請求項１に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１２月８日に出願された米国仮特許出願第６２／９４５，１６５号の優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１９年１２月８日に出願された米国仮特許出願第６２／９４５，１６５号の優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、画像プロジェクタおよび開口拡張光導波路を有する光学系およびデバイスに関する。
【背景技術】
【0003】
ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、およびヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の光学配設では、観察者の眼が位置する領域（一般に眼球運動ボックスまたはＥＭＢと称される）をカバーするために大きい開口を必要とする。コンパクトなデバイスを実装するために、観察者の眼に投影される画像は、大きい開口を作り出すために増倍される小さい開口を有する小さい光学画像生成器（プロジェクタ）によって生成される。
【0004】
１つの寸法での開口増倍へのアプローチは、画像が内部反射によって伝播する透明な材料の、平行に対面したスラブに基づいて開発されている。画像波面の一部は、斜めに角度が付けられた部分反射器を使用することによって、またはスラブの片面に回折光学素子を使用することによって、スラブから結合される。そのようなスラブは、本明細書では、光ガイド光学素子（ＬＯＥ）、光伝送基板、または導波路と称される。そのような開口増倍の原理は、図１に概略的に例示され、この図は、内部反射（好ましくは、全反射）によって光をガイドするための一対の平行な主要な外部表面（面）１２ａ、１２ｂを有する光ガイド光学素子１０を示す。画像プロジェクタ１１（概略的に、長方形として表されている）は、投影画像１４を生成し、ここでは、ビームにまたがるサンプル光線１４ａおよび１４ｂを含む照明ビーム１４によって概略的に表されている。この投影画像１４は、ここでは、プリズム１６（区別なく、「ウェッジ」とも称される）によって概略的に例示されているように、光学内部結合構成１６によって光ガイド光学素子１０に結合され、このため、基板内の内部反射によって閉じ込められる反射光線１８を生成し、また光線２０も生成する。ここで、ウェッジ１６は、３つの主要な表面１７ａ、１７ｂ、および１７ｃを含み、表面１７ｃは、ＬＯＥ１０の斜め縁端部１５のすぐそばに（または、共通して）位置されている（そこでは、縁端部１５は、面１２ａ、１２ｂに対して傾斜角度αedgeにある）。画像１４は、表面１７ａを通ってウェッジ１６に入り、次いで、表面１７ｃおよび１５を介してＬＯＥ１０に結合される。
【0005】
内部結合された画像は、ここでは、平行な面１２ａ、１２ｂに対して傾斜角度（αsur）で表面２２を部分的に反射する一連のものによって概略的に例示されているように、面１２ａ、１２ｂからの繰り返しの内部反射によって基板１０に沿って伝播し、光学外部結合構成２２に当たり、画像強度の一部が反射されて、表面１２ｂからアイレリーフ（ＥＲ）距離３０にあるＥＭＢ２８に位置する観察者の眼２６の瞳孔２５に向かう光線２４ａおよび２４ｂとして、基板から結合される。ゴースト画像を生じさせる可能性のある望ましくない反射を最小限に抑えるために、部分反射面２２は、好ましくは、第１の範囲の入射角に対して低い反射率を有する一方で、第２の範囲の入射角に対して所望の部分反射率を有するようにコーティングされ、部分的に反射する表面２２の法線に対して小さい傾斜を有する光線（ここでは角度βrefとして表される）は、外へ結合させるための反射光線を生成するために分割される一方、高い傾斜（法線に対して）の光線は、無視できる反射で伝達される。
【0006】
投影画像１４は、コリメートされた画像であり、すなわち、この場合、各画素は、観察者から遠く離れた景色からの光に相当する、対応する角度における平行光線のビームによって表される（このコリメートされた画像は、「無限大にコリメートされた画像」と称される）。ここでは、画像は、その画像内の単一の点、通常は画像の重心に対応する光線によって極端に簡略化して表されているが、実際には、この中心ビームの各側面に対するある角度範囲を含み、それらの光線は、対応する角度の範囲で基板に内部結合され、また、同様に対応する角度で外部結合され、それによって、観察者の眼２６に対して異なる方向に到達する画像の部分に対応する視界を作り出す。
【0007】
以前に検討されたいくつかの光学アーキテクチャは、ウェッジ内部結合構成と組み合わせて、反射型ディスプレイデバイス、または偏光型照明に応答して偏光した光を放出する透過型ディスプレイデバイス（シリコン上の液晶－ＬＣｏＳ、および液晶ディスプレイ－ＬＣＤなど）として実装されたマイクロディスプレイを利用する画像プロジェクタを採用している。これらの光学アーキテクチャは、画像プロジェクタとＬＯＥとの間の角度が一般にウェッジによって決定され、かつＬＯＥを満たすことができるように設計することが可能であるため（図１では、この角度は、表面１２ａ、１２ｂと、表面１７ａの法線との間の角度である）、広い視野（ＦＯＶ）をカバーする画像プロジェクタからの光波でＬＯＥを満たすことできる。しかしながら、反射型ディスプレイデバイス（例えば、ＬＣｏＳ）または透過型ディスプレイデバイス（例えば、ＬＣＤ）を採用する画像プロジェクタは、偏光した画像光波を生成するために、偏光した照明でディスプレイデバイスを照明するための照明部品、および偏光した照明をディスプレイデバイスに向け、かつ偏光した画像照明を出力して（場合によっては、偏光した画像照明を脱偏光化して）ＬＯＥ内に注入するための光学部品を必要とする。それらの照明部品には、例えば、１つ以上のＬＥＤ、レーザダイオード、ビームコンバイナ、光ファイバなどが含まれる。それらの光学部品には、例えば、１つ以上の偏光選択ビームスプリッタ、偏光子、偏光選択ビームスプリッタに結合されたコリメーティング光学部品類が含まれる。これらの照明部品および光学部品は、通常、製造コストが比較的高く、また、より重くてかさばる画像プロジェクタおよび光学系全体をもたらし、これらは、特に光学系が眼鏡フォームファクタで実装される場合、光学系がニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）デバイスまたはヘッドマウンテドディスプレイ（ＨＭＤ）デバイスの一部として展開される状況では、好ましくない場合がある。さらに、放射型ディスプレイデバイスを利用する画像プロジェクタとともにウェッジ型光学内部結合構成を使用することにより、ゴースト画像および／または色収差を引き起こす可能性があり、それによって、ＬＯＥから結合される画像の品質が低下する。
【発明の概要】
【0008】
本発明は、光ガイド光学素子およびコンパクト画像プロジェクタを有する光学系、ならびにそのコンパクト画像プロジェクタを構築するための方法である。本発明の一態様による特定の好ましい実施形態は、中空機械本体（すなわち、ハウジング）内のスタック内に配設された光学部品とともに放射型ディスプレイデバイスを利用することによって、コンパクトかつ軽量の画像プロジェクタを提供する。光学部品は、好ましくは、特別に設計された成形型を利用すること、および、例えば、鋳造、射出成形技術、または任意の他の関連する成形プロセスを使用することによって、プラスチック、ガラス、またはポリマー材料で製造される。光学部品を製造するために使用される成形型は、スタックの隣接する光学部品間の機械的な連動係合を促進する光学部品の係合構成を画定する。本発明の別の態様による他の実施形態は、光学系によって出力される画像内のゴースト画像を低減する光学内部結合構成を提供する。本発明のさらに別の態様では、画像プロジェクタの部品から生じ得るゴースト画像は、画像プロジェクタの光学部品（および／または光学部品を収容／保持する機械本体）の側壁を修正することによって低減される。本発明のさらに別の態様によるさらなる実施形態は、光ガイド光学素子および／または光学内部結合構成によって引き起こされる色収差の影響を補償する光学部品を含む画像プロジェクタを提供する。
【0009】
本発明の実施形態の教示によれば、光学系が提供される。この光学系は、第１の端部および第２の端部を含む中空機械本体と、スタック構成に配設された複数の光学部品を含む光学アセンブリであって、その光学部品の各々は、一組の係合構成を含み、そのスタック構成の隣接する光学部品の各対について、その対内の第１の光学部品の係合構成のうちの少なくともいくつかは、その対内の第２の光学部品の係合構成のうちの少なくともいくつかと係合するように構成され、そのスタック構成の第１の端部における、光学部品の係合構成のいくつかは、スタック構成の他の光学部品を中空機械本体内に位置決めするように、中空機械本体の第１の端部において、中空機械本体の対応する係合構成と係合するように構成されている、光学アセンブリと、その中空機械本体の第２の端部において展開された放射型ディスプレイデバイスと、を備える。
【0010】
任意選択的に、そのスタック構成の第１の端部における、光学部品の係合構成は、少なくとも一対の外向きに突出するフランジを含み、その中空機械本体の第１の端部における係合構成は、突出するフランジを受容するように構成された一対のチャネルを含む。
【0011】
任意選択的に、その中空機械本体は、内側側壁構成をさらに含み、その光学部品のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの回転制限構成を含み、その回転制限構成および内側側壁構成は、協働して、１つ以上の回転軸を中心とする光学アセンブリの回転量を制限する。
【0012】
任意選択的に、その中空機械本体の第２の端部は、放射型ディスプレイデバイスを受容するための受容部分、および外向きに突出する側壁構成を含む。
【0013】
任意選択的に、この光学系は、その中空機械本体の第２の端部の外向きに突出する側壁構成において展開されるカバー部材をさらに備える。
【0014】
任意選択的に、その中空機械本体は、第１の端部から第２の端部まで先細りになる。
【0015】
任意選択的に、その光学部品のうちの１つは、実質的にウェッジ形状の断面を有する。
【0016】
任意選択的に、複数の光学部品は、一組のレンズを含む。
【0017】
任意選択的に、その一組のレンズは、厳密に４つのレンズを含む。
【0018】
任意選択的に、その一組のレンズは、４つよりも少ないレンズを含む。
【0019】
任意選択的に、その一組のレンズは、４つよりも多いレンズを含む。
【0020】
任意選択的に、その放射型ディスプレイデバイスは、有機発光ダイオードディスプレイを含む。
【0021】
任意選択的に、その放射型ディスプレイデバイスは、マイクロ発光ダイオードディスプレイを含む。
【0022】
任意選択的に、そのスタック構成の第１の端部における光学部品は、中空機械本体の第１の端部に接着して取り付けられる。
【0023】
任意選択的に、そのスタック構成の第１の端部における、光学部品の係合構成は、他の光学部品のいずれにも接着剤を適用することなく、中空機械本体内の他の光学部品を維持する。
【0024】
任意選択的に、他の光学部品は、中空機械本体内に同軸状に位置決めされる。
【0025】
任意選択的に、その光学アセンブリの光学部品のうちの少なくとも１つは、プラスチック材料から構築される。
【0026】
任意選択的に、その光学アセンブリの光学部品のすべては、プラスチック材料から構築される。
【0027】
任意選択的に、その中空機械本体は、プラスチック材料から構築される。
【0028】
任意選択的に、その放射型ディスプレイデバイスは、画像に対応する光を生成するように構成されており、その光学アセンブリは、放射型ディスプレイデバイスから光を受容し、光伝送基板に結合させるための画像光を出力するように構成される。
【0029】
任意選択的に、この光学系は、互いに平行な少なくとも２つの主要表面、および光学内部結合構成を介して光学部品のうちの第１の部品に光学的に結合された光波入力開口、を有する、光ガイド基板をさらに備える。
【0030】
任意選択的に、その光学部品のうちの第１の部品は、プリズム形状の断面を有し、色収差を少なくとも部分的に補償するように、画像光が光学内部結合構成に到達する前に、放射型ディスプレイデバイスからの画像光を修正するように構成される。
【0031】
任意選択的に、その中空機械本体は、その中空機械本体の内側部分からの、光学部品によって伝送された光の反射を低減するように構成されている内側側壁構成をさらに含む。
【0032】
本発明の教示のうちの一実施形態による光学系もまた提供される。この光学系は、第１の端部および第２の端部を含む中空機械本体と、ベース光学素子、およびスタック構成の第１の端部におけるベース光学素子とともにスタック構成に配設された複数のレンズ光学素子を含み、かつそのレンズ光学素子は、中空機械本体内に展開されている、光学アセンブリであって、その光学アセンブリの光学素子の各々は、一組の係合構成を含み、スタック構成の隣接する光学素子の各対について、その対内の第１の光学素子の係合構成のうちの少なくともいくつかは、その対内の第２の光学素子の係合構成のうちの少なくともいくつかと係合するように構成されており、そのベース光学素子の係合構成のうちのいくつかは、中空機械本体内にレンズ光学素子を位置決めするように、中空機械本体の第１の端部において対応する係合構成と係合するように構成されている、光学アセンブリと、その光学アセンブリを通って伝播するための画像に対応する光を生成するように構成されている、中空機械本体の第２の端部において展開される放射型ディスプレイデバイスと、を備える。
【0033】
任意選択的に、この光学系は、互いに平行な少なくとも２つの主要表面と、光学結合領域と、を有する、光ガイド基板をさらに備え、そのベース光学素子は、光学結合領域に、かつ光学アセンブリからの画像光を光ガイド基板内に結合させるように構成された光学内部結合構成に、光学的に結合される。
【0034】
任意選択的に、そのベース光学素子は、プリズム形状の断面を有し、色収差を少なくとも部分的に補償するように、画像光が光学内部結合構成に到達する前に、放射型ディスプレイデバイスからの画像光を修正するように構成される。
【0035】
本発明の教示のうちの一実施形態によれば、光学系を構築するための方法もまた提供される。この方法は、第１の端部および第２の端部を含む中空機械本体を取得することであって、その第１の端部は、一組の係合構成を有する、取得することと、その光学部品の形状を画定する対応する複数の成形型を使用して、複数の光学部品を成形することであって、各形状は、一組の係合構成を含む、成形することと、スタック構成の光学部品を、その中空機械本体内に、スタック構成の少なくとも一部分とともに展開することであって、そのスタック構成の隣接する光学部品の各対について、その対内の第１の光学部品の係合構成のうちの少なくともいくつかは、その対内の第２の光学部品の係合構成のうちの少なくともいくつかと係合しており、そのスタック構成の第１の端部における、光学部品の係合構成のうちのいくつかは、スタックの一部分を中空機械本体内に維持するように、中空機械本体の第１の端部において係合構成と係合する、展開することと、その中空機械本体の第２の端部において、放射型ディスプレイデバイスを展開することと、を含む。
【0036】
任意選択的に、その成形することは、プラスチック材料を成形型に鋳造または射出することを含む。
【0037】
任意選択的に、その中空機械本体を取得することは、中空機械本体の形状を画定する成形型を取得することと、中空機械本体の形状を画定する成形型に材料を鋳造または射出することと、を含む。
【0038】
任意選択的に、この方法は、そのスタック構成の第１の端部における光学部品と、その第１の端部の少なくとも一部分との間に接着剤を適用することをさらに含む。
【0039】
任意選択的に、その中空機械本体は、第１の端部から第２の端部まで先細りになる。
【0040】
任意選択的に、その中空機械本体の第２の端部は、放射型ディスプレイデバイスを受容するための受容部分、および外向きに突出する側壁構成を含み、この方法は、中空機械本体の第２の端部の外向きに突出する側壁構成においてカバー部材を展開することをさらに含む。
【0041】
任意選択的に、そのスタック構成の第１の端部における光学部品、およびカバー部材は、環境破片が、中空機械本体内に展開される光学部品と接触するのを実質的に防止するように、中空機械本体を協働して封止する。
【0042】
任意選択的に、この方法は、放射型ディスプレイデバイスに装着アダプタを接着して取り付けること、および中空機械本体の第２の端部の一部分に装着アダプタを接着して取り付けることをさらに含む。
【0043】
任意選択的に、この方法は、中空機械本体の第２の端部の一部分に装着アダプタを接着して取り付ける前に、放射型ディスプレイデバイスを光学部品と調芯することをさらに含む。
【0044】
任意選択的に、その成形型は、中空機械本体の内側部分から、光学部品によって伝送された光の反射を低減する、それぞれの光学部品の側壁幾何学的形状を作り出すパーティングラインを有する。
【0045】
任意選択的に、その中空機械本体は、中空機械本体の内側部分から、光学部品によって伝送された光の反射を低減するように構成されている内側側壁構成をさらに含む。
【0046】
本発明の教示のうちの一実施形態による光学系もまた提供される。この光学系は、画像に対応する光波を生成するための画像プロジェクタであって、その画像プロジェクタは、画像に対応する光を生成するように構成された放射型ディスプレイデバイス、および放射型ディスプレイデバイスからの光を受容し、画像光を出力するように構成された光学アセンブリと、２つの平行な主要外面、およびその主要外面に対して非平行な縁端部を含む複数の表面を有する光伝送基板であって、その光伝送基板は、主要外面間の内部反射によって光をガイドするように構成されている、光伝送基板と、第１および第２の主要外面、ならびに一対の縁端部を含むプレートであって、そのプレートの第１の主要外面は、光伝送基板の縁端部の上に重なり、そのプレートの第２の主要外面は、画像プロジェクタと関連付けられ、かつ画像プロジェクタからの画像光を光伝送基板内に結合させるように構成された光学内部結合構成を含み、そのプレートの縁端部のうちの少なくとも１つは、画像プロジェクタから生じる光がプレートの縁端部のうちの少なくとも１つから反射するのを実質的に防止するための吸収体を含む、プレートと、を含む、画像プロジェクタを備える。
【0047】
任意選択的に、そのプレートの第２の表面は、光学内部結合構成を形成する反射面である。
【0048】
任意選択的に、その反射面は、反射コーティング材をプレートの第２の表面に適用することによって形成される。
【0049】
任意選択的に、その反射面は、誘電体コーティング材をプレートの第２の表面に適用することによって形成される。
【0050】
任意選択的に、その反射面は、金属コーティング材をプレートの第２の表面に適用することによって形成される。
【0051】
任意選択的に、そのプレートの縁端部から反射するのを実質的に防止される光は、光学内部結合構成によって反射される光を含む。
【0052】
任意選択的に、その光学系は、光伝送基板の主要外面間にガイドされる光の一部を外へ結合させるように構成された、光伝送基板と関連付けられる光学外部結合構成をさらに備える。
【0053】
任意選択的に、光学外部結合構成は、光伝送基板の主要外面に対して斜めに光伝送基板内に展開される複数の部分反射面を含む。
【0054】
任意選択的に、光学外部結合構成は、光伝送基板の主要外面のうちの１つと関連付けられる回折素子を含む。
【0055】
本発明の教示のうちの一実施形態による光学系もまた提供される。この光学系は、画像に対応する光波を生成するための画像プロジェクタであって、その画像プロジェクタは、画像に対応する光を生成するように構成された放射型ディスプレイデバイス、および放射型ディスプレイデバイスからの光を受容し、画像光を出力するように構成された光学アセンブリと、２つの平行な主要外面、および主要外面に対して非平行な縁端部を含む複数の表面を有する光伝送基板であって、その光伝送基板は、主要外面間の内部反射によって光をガイドするように構成されている、光伝送基板と、その画像プロジェクタと関連付けられ、かつ画像プロジェクタからの画像光を光伝送基板内に結合させるように構成された光学内部結合構成であって、その光学内部結合構成は、光伝送基板の縁端部において展開された反射面、および光伝送基板の主要外面に対して斜めに光伝送基板内に展開される角度選択反射面を含み、その角度選択反射面は、伝送された光が光伝送基板の主要外面間の内部反射によってガイドされるように、第１の範囲の入射角度で角度選択反射面に対して入射する光を伝送することと、第２の範囲の入射角度で角度選択反射面に対して入射する光を反射することと、を行うように構成されている、光学内部結合構成と、を含む、画像プロジェクタを備える。
【0056】
任意選択的に、その角度選択反射面は、反射面に対して平行である。
【0057】
任意選択的に、その反射面は、光伝送基板の縁端部に反射コーティング材を適用することによって形成される。
【0058】
任意選択的に、その角度選択反射面は、光伝送基板内の表面に誘電体コーティング材を適用することによって形成される。
【0059】
任意選択的に、その光学系は、光伝送基板の主要外面間にガイドされる光の一部を外へ結合させるように構成された、光伝送基板と関連付けられる光学外部結合構成をさらに備える。
【0060】
任意選択的に、その光学外部結合構成は、光伝送基板の主要外面に対して斜めに光伝送基板内に展開される複数の相互に平行な部分反射面を含む。
【0061】
任意選択的に、その角度選択反射面は、部分反射面に対して非平行である。
【0062】
任意選択的に、光学外部結合構成は、光伝送基板の主要外面のうちの１つと関連付けられる回折素子を含む。
【0063】
本発明の教示のうちの一実施形態による光学系もまた提供される。この光学系は、画像に対応する光波を生成するための画像プロジェクタであって、その画像プロジェクタは、画像に対応する光を生成するように構成された放射型ディスプレイデバイス、ならびに放射型ディスプレイデバイスからの光を受容し、画像光を出力するように構成された光学アセンブリであって、その光学アセンブリは、ベース光学素子、およびスタック構成に配設された複数のレンズ光学素子を含む、光学アセンブリ、を含む、画像プロジェクタと、その主要外面間の内部反射によって光をガイドするように構成された少なくとも一対の主要外面を含む複数の表面を有する光伝送基板と、そのベース光学素子、および光伝送基板の内部結合領域と関連付けられ、画像プロジェクタからの画像光を光伝送基板内に結合させるように構成された光学内部結合構成と、を含み、そのベース光学素子は、プリズム形状の断面を有し、色収差を少なくとも部分的に補償するように、画像光が光学内部結合構成に到達する前に画像光を修正するように構成される。
【0064】
任意選択的に、その光伝送基板の複数の表面は、主要外面に対して非平行な縁端部をさらに含み、その光学系は、第１および第２の主要外面、ならびに一対の縁端部を含むプレートをさらに備え、そのプレートの第１の主要外面は、光伝送基板の縁端部の上に重なり、光学内部結合構成は、プレートの第２の主要外面において展開される反射面を含み、そのプレートの縁端部のうちの少なくとも１つは、画像プロジェクタから生じる光がプレートの縁端部のうちの少なくとも１つから反射するのを実質的に防止するための吸収体を含む。
【0065】
任意選択的に、その光伝送基板の複数の表面は、主要外面に対して非平行な縁端部をさらに含み、その光学内部結合構成は、光伝送基板の縁端部において展開される反射面、および光伝送基板内で光伝送基板の主要外面に対して斜めに展開される角度選択反射面を含み、その角度選択反射面は、第１の範囲の入射角度で角度選択反射面に対して入射する光を伝送して、伝送された光が光伝送基板の主要外面間の内部反射によってガイドされること、および第２の範囲の入射角度で角度選択反射面に対して入射する光を反射すること、を行うように構成される。
【0066】
任意選択的に、その光学系は、光伝送基板の主要外面間にガイドされる光の一部を外へ結合させるように構成された、光伝送基板と関連付けられる光学外部結合構成をさらに備える。
【0067】
任意選択的に、光学外部結合構成は、光伝送基板の主要外面に対して斜めに光伝送基板内に展開される複数の部分反射面を含む。
【0068】
任意選択的に、光学外部結合構成は、光伝送基板の主要外面のうちの１つと関連付けられる回折素子を含む。
【0069】
本発明の教示のうちの一実施形態による光学系もまた提供される。この光学系は、画像に対応する光波を生成するための画像プロジェクタであって、その画像プロジェクタは、画像に対応する光を生成するように構成された放射型ディスプレイデバイス、ならびに放射型ディスプレイデバイスからの光を受容し、かつ画像光を出力するように構成された光学アセンブリであって、その光学アセンブリは、スタック構成に配設され、かつ光学アセンブリの隣接する光学部品の各対間に機械的連動係合を有する複数の光学部品を含む、光学アセンブリ、を含む、画像プロジェクタと、２つの平行な主要外面、およびその主要外面に対して非平行な縁端部を含む複数の表面を有する光伝送基板であって、その光伝送基板は、主要外面間の内部反射によって光をガイドするように構成されている、光伝送基板と、その画像プロジェクタと関連付けられ、かつ画像プロジェクタからの画像光を光伝送基板内に結合させるように構成された光学内部結合構成と、を備える。
【0070】
任意選択的に、その光学系は、光伝送基板の主要外面間にガイドされる光の一部を外へ結合させるように構成された、光伝送基板と関連付けられる光学外部結合構成をさらに備える。
【0071】
任意選択的に、光学外部結合構成は、光伝送基板の主要外面に対して斜めに光伝送基板内に展開される複数の部分反射面を含む。
【0072】
任意選択的に、光学外部結合構成は、光伝送基板の主要外面のうちの１つと関連付けられる回折素子を含む。
【0073】
本出願および特許請求の範囲で本明細書に使用される「光伝送基板」という用語は、透明な材料から形成される任意の光伝送本体、好ましくは光伝送固体を指し、これらは、本明細書では、区別なく、「光ガイド光学素子」、「光ガイド」、または「光導波路」と称される。
【0074】
本明細書で別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および／または科学用語は、本発明が関係する当業者によって通常理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載されたものと同様または同等の方法および材料が、本発明の実施形態の実施または試験に使用され得るが、例示的な方法および／または材料が、以下に記載されている。矛盾する場合は、定義を含む本特許明細書が支配する。さらに、材料、方法、および例は、例示にすぎず、必ずしも限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0075】
本発明のいくつかの実施形態は、添付の図面を参照して、例としてのみ本明細書に記載されている。詳細な、図面への具体的な言及について、示された細目は、例として、および本発明の実施形態の例示的な考察の目的のためであることを強調しておく。これに関して、図面と併せてなされた説明により、本発明の実施形態がどのように実施され得るかが当業者に明らかになる。
【0076】
ここで、図面に注意を向けると、図面では、同様の参照番号または文字は、対応するまたは同様の構成要素を示す。図面は以下の通りである。
【0077】
【図1】ニアアイディスプレイで使用するための、部分的に反射する表面を採用する従来技術の光ガイド光学素子の、上記の概略側面図である。
【図2】本発明の一実施形態による、光学内部結合構成によって光ガイド光学素子内に結合されている画像光を生成する画像プロジェクタを有する光学系の概略側面図である。
【図3】本発明の一実施形態により構築され、動作可能である画像プロジェクタを例示する等角図である。
【図4】本発明の一実施形態により構築され、動作可能である画像プロジェクタを例示する等角図である。
【図13】画像プロジェクタの組み立てられた光学アセンブリの上面図である。
【図19】画像光を放出するマイクロディスプレイデバイスの断面図であり、光パワーを、光学アセンブリの光学部品の部分に適用し、マイクロディスプレイデバイスから光学アセンブリの光学部品を通る光の横断を概略的に示している。
【図20】それぞれ、第１のレンズの正面および背面から得られた、画像プロジェクタの非限定的な実施態様による光学アセンブリの第１のレンズを例示する等角図である。
【図21】それぞれ、第１のレンズの正面および背面から得られた、画像プロジェクタの非限定的な実施態様による光学アセンブリの第１のレンズを例示する等角図である。
【図22】それぞれ、第２のレンズの正面および背面から得られた、画像プロジェクタの非限定的な実施態様による光学アセンブリの第２のレンズを例示する等角図である。
【図23】それぞれ、第２のレンズの正面および背面から得られた、画像プロジェクタの非限定的な実施態様による光学アセンブリの第２のレンズを例示する等角図である。
【図24】それぞれ、第３のレンズの正面および背面から得られた、画像プロジェクタの非限定的な実施態様による光学アセンブリの第３のレンズを例示する等角図である。
【図25】それぞれ、第３のレンズの正面および背面から得られた、画像プロジェクタの非限定的な実施態様による光学アセンブリの第３のレンズを例示する等角図である。
【図26】それぞれ、第４のレンズの正面および背面から得られた、画像プロジェクタの非限定的な実施態様による光学アセンブリの第４のレンズを例示する等角図である。
【図27】それぞれ、第４のレンズの正面および背面から得られた、画像プロジェクタの非限定的な実施態様による光学アセンブリの第４のレンズを例示する等角図である。
【図28】それぞれ、ベース光学部品の正面および背面から得られた、画像プロジェクタの非限定的な実施態様による光学アセンブリのベース光学部品を例示する等角図である。
【図29】それぞれ、ベース光学部品の正面および背面から得られた、画像プロジェクタの非限定的な実施態様による光学アセンブリのベース光学部品を例示する等角図である。
【図30】それぞれ、中空機械本体の前方および後方から得られた、画像プロジェクタの非限定的な実施態様による光学アセンブリを保持するための中空機械本体を例示する等角図である。
【図31】それぞれ、中空機械本体の前方および後方から得られた、画像プロジェクタの非限定的な実施態様による光学アセンブリを保持するための中空機械本体を例示する等角図である。
【図33】本発明の一実施形態による、ゴースト画像を低減するための反射面を有するプレートとして実装された光学内部結合構成によって、光ガイド光学素子内に結合されている画像光を生成する画像プロジェクタを有する光学系の概略側面図である。
【図35】本発明の一実施形態による、ゴースト画像を低減するための反射面および部分反射面として実装された光学内部結合構成によって、光ガイド光学素子内に結合される画像光を生成する画像プロジェクタを有する光学系の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0078】
本発明は、光ガイド光学素子およびコンパクト画像プロジェクタを有する光学系、ならびにコンパクト画像プロジェクタを構築するための方法である。
【0079】
本発明による光学系および方法の原理および動作は、明細書に添付された図面を参照して、より良く理解することができる。
【0080】
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の説明に述べられた、ならびに／または図面および／もしくは例に示された構成要素および／または方法の構築の詳細および配置への適用に必ずしも限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であるか、または様々な方式で実践または実施することが可能である。最初に、この文書全体を通じて、例えば、上部および底部、上方および下方、前方および後方などの方向が言及される。これらの方向への言及は、本発明、および本発明の実施形態を示すためにただ例示的である。
【0081】
ここで、図面を参照すると、図２は、本発明の実施形態により構築され、かつ動作可能である、一般的に４０と指定された光学系を例示する。一般的に言えば、この光学系４０は、ＬＯＥ５０、ＬＯＥ５０の内部結合領域と関連付けられる光学内部結合構成４２、ならびに光学内部結合構成４２およびＬＯＥ５０と関連付けられる画像投影光学装置（以降、画像プロジェクタと称される）１００を含む。光学系４０、ならびにその様々な部品および副部品の構造および動作をより詳細に説明する前に、本発明は、それ自体で各々革新的な有意性があると考えられる多くの様々な態様を包含することに最初に留意されたい。本発明の一態様は、画像プロジェクタ１００の部品の構造、および画像プロジェクタ１００の構築（製造）に関する。本発明の別の態様は、ゴースト画像および／または迷光光線の存在を低減するための、画像プロジェクタ１００の光学部品の設計（および、特定の実施形態では、光学部品を維持する中空機械本体の設計）に関する。本発明の別の態様は、ゴースト画像および／または迷光光線の存在を低減する反射型光学内部結合構成を備える画像プロジェクタ１００の使用に関する。本発明の別の態様は、反射型光学内部結合構成と組み合わせて使用される場合に、ＬＯＥ５０および／または光学内部結合構成によって引き起こされる色収差の影響を補償する画像プロジェクタの特定の部品に関する。本発明の１つ以上の態様による特定の実施形態では、画像プロジェクタ１００はまた、ＬＯＥ５０の一部分にも関連付けられ得る。本明細書に提示される本発明の様々な態様は、独立した有用性であり、本発明の特定の態様が互いに組み合わせて使用される場合に、独特の相乗効果があると考えられる。
【0082】
ここで、図２に示されたＬＯＥ５０の構造上の詳細に目を向けると、ＬＯＥ５０は、概して、図１のＬＯＥ１０と類似していることに留意されたい。ＬＯＥ５０は、透明な材料から形成され（すなわち、ＬＯＥは、光伝送基板である）、内部反射（好ましくは、全反射）によって光をガイドするための一対の平面で平行な面（区別なしに「主要外面」と称される）５２ａ、５２ｂを有する。ＬＯＥ５０は、眼６８に対して対面するように平行な面５２ｂのうちの１つで展開され、眼６８は、面５２ｂからＥＲ７２にあるＥＭＢ７０に位置している。画像５４（ここでは、ビームにまたがるサンプル光線５４ａおよび５４ｂを含む照明ビーム５４によって概略的に表されている）は、面５２ａ、５２ｂからの繰り返される内部反射によって基板に沿って伝播し、ＬＯＥ５０と関連付けられる光学外部結合構成上で衝突しながら、平行な面５２ａ、５２ｂに対して傾いた角度でＬＯＥ５０内に展開される一連の平行な部分反射面６２として実現され、そこでは、画像強度の一部が、眼６８の瞳孔６６に向かう光線６４ａおよび６４ｂとしてＬＯＥ５０（基板）から結合されるように反射される。部分反射面６２は、ＬＯＥ５０とともに使用するのに好適な１つの非限定的な光学外部結合構成の単なる例示的なものであり、他の光学結合構成を使用して、ＬＯＥ５０から外へ画像光を結合させることができることに留意されたい。この光学外部結合構成は、ＬＯＥ５０内を伝播する画像の一部を、内部反射によって、画像の偏向部分がＬＯＥ５０を出ていくような角度に偏向させる任意の光学結合配設であってもよい。そのような好適な光学結合配設の他の例としては、面５２ａ、５２ｂのいずれかの上に展開される１つ以上の回折光学素子が挙げられるが、これらに限定されない。
【0083】
画像５４は、画像プロジェクタ１００によって生成され、光学内部結合構成４２によってＬＯＥ５０内に注入（結合）される。画像光を生成するための反射型ディスプレイデバイス（例えばＬＣｏＳ）または透過型ディスプレイデバイス（例えば、ＬＣＤ）を通常採用する図１の画像プロジェクタ１１とは対照的に、本発明の画像プロジェクタ１００は、ＬＯＥ５０内に結合させることができる画像光を生成する放射型ディスプレイデバイスを採用する。好ましい実施形態では、内部結合光学構成４２は、画像光波をＬＯＥ５０内に結合させるための反射面を利用する。図２では、この反射面は、主要表面５２ａ、５２ｂに対して傾いているＬＯＥ５０の斜め縁端部（表面）５６に適用された反射コーティング材として実現することができる。さらに詳細に考察されるように、本発明の一態様による特定の実施形態は、ゴースト画像を低減するために、画像プロジェクタ１００とともに反射型内部結合光学構成を利用し、それによって、ＬＯＥ５０から結合される画像の品質を改善する。それにもかかわらず、本発明の画像プロジェクタ１００は、図１のウェッジ１６などのウェッジ型内部結合光学構成とともに展開することができる。
【0084】
ここで、まとめて図３～図３２に目を向けると、本発明の特定の態様の実施形態による、画像プロジェクタ１００（また、光学系内および光学系自体の中も）、ならびにその対応する部品の様々な図が示されている。一般的に言えば、画像プロジェクタ１００は、中空機械本体１０２（また、その略バレル様形状から、「バレル」とも称される）、バレル１０２内に展開された光学アセンブリ１６０、マイクロディスプレイデバイス１３６、およびカバー部材１４６を含む。図３および図４は、組み立てられた画像プロジェクタ１００を例示する異なる等角図であり、図５、図６、および図１４は、バレル１０２内の光学アセンブリ１６０の展開をより明確に示すように、透明なものとして示されたバレル１０２を備える組み立てられた画像プロジェクタ１００を示す様々な図である。
【0085】
特に図７、図８、および図３０～３２を参照すると、バレル１０２は、対向する開放端部１０４、１０６を有し、端部１０４のうちの一方の開口部は、通常、端部１０６のうちの他方の開口部よりも大きい。これらの端部１０４、１０６は、広い端部１０４および狭い端部１０６と区別なしに称される場合がある。バレル１０２は、いくつかの表面を含み、それらの表面は、一対の湾曲した外面１０８ａ、１０８ｂ（それぞれ、上部外面および下部外面と称される）、および一対の対向する平面（または、ほぼ平面）の外面１１０ａ、１１０ｂを含む。特定の非限定的な実施態様では、表面１１０ａ、１１０ｂは、互いに平行である。他の非限定的な実施態様では、表面１１０ａ、１１０ｂは、互いに非平行であり、狭い端部１０６から広い端部１０４まで移動すると、徐々に先細りになる。第５の表面１１８は、狭い端部１０６において形成され、マイクロディスプレイデバイス１３６を受容するように構成されている受容部分１２０の一部を形成する。特定の好ましいが非限定的な実施態様では、バレル１０２は、マイクロディスプレイデバイス１３６によって放出される光波にとっては透明ではない材料から構築される。
【0086】
マイクロディスプレイデバイス１３６は、放射型ディスプレイ１３８を含む放射型ディスプレイデバイスであり、それは、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイデバイス、マイクロＬＥＤディスプレイデバイス、またはバックライトもしくはフロントライトなどの外部光源を使用せずに画像光を生成することができる任意の他の自己発光型マイクロディスプレイデバイスとして実装することができる。図面には示されていないが、マイクロディスプレイデバイス１３６は、偏光された画像光波を生成するために、放射型ディスプレイ１３８の一部として偏光子を含むことができる。特定の実施形態では、電子インターフェース接続素子１４２は、放射型ディスプレイ１３８にそのうちの１つの端子において電気的に接続され、その放射型ディスプレイから横方向に延在する。この電子インターフェース接続素子１４２は、電気コネクタを含むか、またはその電子インターフェース接続素子を使用して電子インターフェースを電気コネクタに提供することができ、その電気コネクタは、例えば、ケーブルもしくはワイヤバンドル（例えば、リボンケーブル）、または電子部品間の電子的接続および／もしくはデータ接続を提供した結果、放射型ディスプレイ１３８と、１つ以上の電子素子との間に電気接続を提供することができる任意の他のタイプのコネクタとして実装され得、その１つ以上の電子素子としては、電力供給デバイス、表示駆動電子機器、１つ以上のコンピュータ化されたストレージ（例えば、揮発性または不揮発性メモリなどのメモリ）、および／または、例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルロジックアレイ（ＦＰＬＡ）などとして実装される１つ以上のコンピュータ化されたプロセッサが挙げられるが、これらに限定されない。
【0087】
外面１０８ａ、１０８ｂは、通常、バレル１０２が表面１０８ａ、１０８ｂに沿って広い端部１０４から狭い端部１０６まで先細りになるように、傾斜または湾曲している。さらに、表面１１０ａ、１１０ｂはまた、端部１０４、１０６の開口部のサイズに違いがあるため、通常、広い端部１０４から狭い端部１０６まで先細りになる。バレル１０２の内側（すなわち、内部）側壁の部分は、いくつかの領域を含む内側側壁構成１２８を形成し、それらの領域には、上部外面１０８ａの反対側のバレル１０２の内側部分上の２つの上部領域１３０ａ、１３２ａ、および下部外面１０８ｂの反対側のバレル１０２の内側部分上の２つの下部領域１３０ｂ、１３２ｂが含まれる。領域１３２ａ、１３２ｂの傾斜（曲率）は、領域１３０ａ、１３０ｂの傾斜（曲率）よりも大きく、領域１３２ａ、１３２ｂにおけるバレル１０２の先細りが増加する程度に従う。バレル１０２は、外面１１０ａ、１１０ｂの反対側にある内側側壁１３４ａ、１３４ｂをさらに含む。
【0088】
ここで、図７～１２に目を向けると、光学アセンブリ１６０は、複数の光学部品（また、光学素子とも称される）を含み、それには、一組のレンズ光学素子（すなわち、レンズ）２００、３００、４００、５００、およびベース光学素子６００（区別なく「ベース」と称される）が含まれる。ここでは、４つのレンズが示されているが、４つよりも少ないレンズ、または４つよりも多いレンズを利用する画像プロジェクタ１００の他の構成が可能である。考察されるように、レンズ２００、３００、４００、５００は、協働して、色収差および／または球面収差の低減、画像サイズの低減、コリメーションなどを含む、様々な光学機能を実行する。
【0089】
図５、図６、図９、図１０、および図１３～図１６に示すように、光学アセンブリ１６０の光学部品２００、３００、４００、５００、６００は、スタック構成に配設されている。このスタック構成は、図５、図６、および図１４～図１６に示すように、光学部品２００、３００、４００、５００がバレル１０２の中空部分内（すなわち、内側）に位置決めされるように展開されており、レンズ２００は、バレル１０２の狭い端部１０６またはその近くの一方の端部に位置決めされ、ベース６００は、バレル１０２の広い端部１０４またはその近くの他方の端部に位置決めされている。ベース６００の一部分もまた、バレル１０２の中空部分内に展開されている。
【0090】
以下でさらに詳細に考察されるように、光学アセンブリ１６０の光学部品２００、３００、４００、５００、６００の各々は、１つ以上の表面、溝、面取り溝、縁端部、面取り縁端部、表面のセグメント、またはそのようなタイプの他の同様の機械的構造の配設から形成された一組の係合構成を有する。本実施形態では、いくつかの光学部品は、２つの係合構成の組を有し、これに対して、他の光学部品は、４つの係合構成の組を有する。特に、スタック構成の一方の端部にある光学部品２００は、光学部品の背面に展開された一対の係合構成を有する。スタック構成の他方の端部にある光学部品６００は、光学部品の正面に展開された第１の対の係合構成、ならびに光学部品のそれぞれの上面および下面から上向きおよび下向きに突出する第２の対の係合構成を有する。スタック構成の残りの光学部品（すなわち、スタック構成の両端部にある光学部品２００、６００の間に位置決めされた光学部品３００、４００、５００）は、各々、光学部品の正面に展開された第１の対の係合構成、および光学部品の背面に展開された第２の対の係合構成を有する。スタック構成の隣接する光学部品の各対について、その対内の光学部品の各々の少なくともいくつかの係合構成は、それに応じて、互いに係合するように構成されている。言い替えると、対内の第１の光学部品の少なくともいくつかの係合構成は、対内の第２の光学部品の少なくともいくつかの係合構成と係合するように構成され、対内の第２の第１の光学部品の少なくともいくつかの係合構成は、対内の第１の光学部品の少なくともいくつかの係合構成と係合するように構成されている。隣接する光学部品の対のこれらの係合構成は、それに応じて構成され、隣接する光学部品間の連動係合を促進するように互いに係合する。隣接する光学部品間の連動係合は、機械的係合であり、これは、光学部品間に接着剤を使用しないで、光学アセンブリ１６０の光学部品を相互接続することを意味する。
【0091】
ベース光学素子６００は、マイクロディスプレイデバイス１３６によって放出される光波にとって透明である材料から形成される（すなわち、ベース６００は、光伝送している）。ベース６００は、光学的機能および機械的機能の両方を実行し、特に、ベース６００の係合構成のいくつかは、スタック構成の隣接する光学部品（例えば、光学部品５００）と係合するようにさらに構成され、これに対して、ベース６００の残りの係合構成は、広い端部１０４に位置されたバレル１０２の対応する係合構成と係合するように構成されている。ベース６００とバレル１０２との間の係合により、ベース６００がバレル１０２内にレンズ２００、３００、４００、５００を維持することが可能になる。ベース６００によって実行される光学機能は、本開示の後続のセクションで詳細に説明されるであろう。
【0092】
図７～図１２、および図２０～図２９をまず参照して、ここで、光学アセンブリ１６０の光学部品の構造および一般的な光学機能がより詳細に説明される。一般に、レンズ２００、３００、４００、５００のそれぞれは、２つの部分からなっている単一の単体部材として形成され、その２つの部分とは、光パワーを入射光に適用するレンズ機能部分（一対の光学表面、およびそれらの光学表面間の（すなわち、それらによって制限された）光学領域の形態）、ならびにレンズにともに相互接続して取り付け、かつベース６００に相互接続するための１つ以上の取り付け部分（係合構成を有する）である。ベース６００はまた、２つの部分からなっている単一の単体部材として形成され、その２つの部分とは、入射光の横断角度（各波長について光学的にわずかに異なる）を変化させる光パワー適用部分（一対の光学表面、およびそれらの光学表面間の（すなわち、それらの光学表面によって制限された）光学領域の形態）、ならびにレンズ５００およびバレル１０２と係合し、かつ光学アセンブリ１６０をＬＯＥ５０および／または光学内部結合構成４２に取り付けるための取り付け部分（係合構成を有する）である。
【0093】
考察されるように、光学アセンブリ１６０の各光学部品について、その光学部品の光学表面は、光学部品の対向する側面にあり、正面および背面と称される。この文書の文脈内では、光学アセンブリ１６０の光学部品の正面は、通常、バレル１０２の狭い端部１０６に最も近い（ならびに、等価的に、マイクロディスプレイデバイス１３６に最も近く、バレル１０２の広い端部１０４から最も遠く、かつＬＯＥ５０の主要表面５２ｂから最も遠い）光学部品の側面を指す。また、この文書の文脈内では、光学アセンブリ１６０の光学部品の背面（また、「後面」とも称される）は、通常、バレル１０２の広い端部１０４に最も近い（ならびに、等価的に、ＬＯＥ５０の主要表面５２ｂに最も近く、バレル１０２の狭い端部１０６から最も遠く、かつマイクロディスプレイデバイス１３６から最も遠い）光学部品の側面を指す。
【0094】
続いて、図７～図１２、および図２０～図２９を参照し、ならびに特に図２０および図２１を参照すると、レンズ２００は、レンズ２００の正面および背面に、それぞれ、２つの略対向する光学表面２０２、２０４を含む。この非限定的で例示的な実施態様では、表面２０２は、凹面であり、表面２０４は、凸面であり、表面２０２、２０４の両方の表面プロファイルは、非球面である。本明細書では、他の表面プロファイルが想定され、例えば、球面が含まれる。レンズの表面プロファイルは、様々な要因に依存する可能性があり、その要因には、例えば、画像プロジェクタの特定の用途、光学アセンブリ内のレンズの数、およびレンズを製造する材料が含まれる。表面２０２は、レンズ２００の正面の概して平面状の表面２１０に対して凹面である。表面２１０は、上面部分２１２ａおよび下面部分２１２ｂを含む。表面２０２、２０４は、一対の側面２０６、２０８の部分とともに、一般に、マイクロディスプレイデバイス１３６からの入射光に光パワーを適用するレンズ２００のレンズ機能部分を画定する。画像プロジェクタ１００の一部として展開されるときに、表面２０２は、マイクロディスプレイデバイス１３６と対面する関係にある。レンズ２００は、一般に、視野レンズとして構成され、その視野レンズは、マイクロディスプレイデバイス１３６によって生成された画像のサイズを縮小し、かつ／または視野曲率収差の影響を抑制するための機能を含む様々な光学機能を実行する。
【0095】
レンズ２００は、レンズ２００の背面に向かって、かつレンズ２００の対向する周辺部分から外向きに延在する一対の脚部２１４ａ、２１４ｂ（または「枝」）を有する。図面に示されている光学アセンブリ１６０の非限定的な配向では、脚部２１４ａ、２１４ｂは、レンズ２００のそれぞれの上部周辺部分および下部周辺部分から延在している（したがって、この文脈内では、「上部脚部」２１４ａおよび「下部脚部」２１４ｂと称されることがある）。脚部２１４ａ、２１４ｂは、概して、図２０および図２１の配向の垂直軸に沿って、レンズ２００の中心から外向きに拡がり、その結果、図１５に示された断面図に見られるように、バレル１０２の内側側壁構成１２８の領域１３２ａ、１３２ｂの曲率または傾斜に略対応する。脚部２１４ａ、２１４ｂは、一般に、主要曲面２１６ａ、２１６ｂを有するフラップ型構造であり、レンズ２００の頂部周辺部分および底部周辺部分から接線方向の外側に延在する。側面２０６、２０８は、一般に、図２０および図２１の配向の水平軸に沿って、レンズ２００の中心から外向きに拡がり、その結果、図１３および１４に示すように、表面２１６ａ、２１６ｂは、レンズ２００の上面図（および底面図）で等脚台形形状を形成する。
【0096】
脚部２１４ａ、２１４ｂは、レンズ２００の背面の上部および下部における対応する終端領域２１８ａ、２１８ｂで終端する。終端領域２１８ａ、２１８ｂの一部は、レンズ２００の、それぞれの上部係合構成２２６ａおよび下部係合構成２２６ｂを形成する。終端領域２１８ａ、２１８ｂは、対応する面取り縁端部２２０ａ、２２０ｂを含む。面取り縁端部２２０ａは、一対の（好ましくは、同一平面の）表面２２２ａ、２２４ａから形成され、面取り縁端部２２０ｂは、一対の表面２２２ｂ、２２４ｂから形成されている。表面２２４ａはまた、脚部２１４ａの主要上部曲面２１６ａを有する縁端部も形成し、表面２２４ｂはまた、脚部２１４ｂの主要下部曲面２１６ｂを有する縁端部も形成することに留意されたい。面取り縁端部２２０ａ、２２０ｂ（およびそれらの縁端部を形成する表面２２２ａ、２２４ａ、および２２２ｂ、２２４ｂ）は、レンズ２００の係合構成２２６ａ、２２６ｂを形成し、レンズ３００の対応する係合構成と係合するように構成されている。曲面２１６ａ、２１６ｂは、少なくとも１つの寸法、特に表面２０６、２０８の間にまたがる寸法において、弓形プロファイルを有する（すなわち、円弧形状を有する）。面取り縁端部２２０ａ、２２０ｂもまた、表面２１６ａ、２１６ｂの弓形プロファイルと同じ寸法の弓形プロファイルを有する。要するに、表面２２２ａ、２２４ａ、および２２２ｂ、２２４ｂ（面取り縁端部２２０ａおよび２２０ｂをそれぞれ形成する）もまた、面取り縁端部２２０ａ、２２０ｂの弓形プロファイルと同じ寸法の弓形プロファイルを有する。
【0097】
バレル１０２に挿入されると、レンズ２００は、同一平面上の上面部分２１２ａおよび下面部分２１２ｂが外面１１８の略反対側にあるバレル１０２の内側側壁（表面）１２６に接触する（または近接して接触する）ように、展開される。
【0098】
レンズ２００は、１３１および１３３と指定された一対の側面縁端部をさらに含む。縁端部１３１は、表面２０６、２１０の交線から形成され、縁端部１３３は、表面２０８、２１０の交線から形成されている。縁端部１３１、１３３は、表面２１６ａ、２１６ｂによって対向する端部で終端されて、それぞれの終端コーナー領域を形成している。特定の実施形態では、縁端部１３１、１３３（および／または終端コーナー領域）を使用して、バレル１０２内のレンズ２００（および光学アセンブリ１６０の他のレンズ）の回転を制限または限定することができる。
【0099】
続いて図７～図１２、および図２０～図２９を参照し、特に図２２および図２３を参照すると、レンズ３００は、レンズ３００の正面および背面に、それぞれ、２つの略対向する光学表面３０２、３０４を含む。レンズ３００は、レンズ２００の表面２０４と対面する関係にある表面３０２とともに展開されている。表面３０２、３０４は、一対の側面３０６、３０８とともに、一般に、光パワーを入射光に適用するレンズ３００のレンズ機能部分を画定する。この非限定的で例示的な実施態様では、レンズ３００は、両凸面レンズであり、表面３０２、３０４の両方の表面プロファイルは、非球面である。ただし、図からわかるように、表面３０４の曲率の程度は、表面３０２のそれよりもはるかに大きい。考察されるように、レンズ３００は、レンズ４００とともに動作して、色収差の影響を低減する色消しのように機能する。
【0100】
レンズ３００は、レンズ３００の対向する周辺部分から外向きに延在する一対の脚部３１０ａ、３１０ｂ（または「枝」）を有する。図面に示された光学アセンブリ１６０の非限定的な配向では、脚部３１０ａ、３１０ｂは、レンズ３００のそれぞれの上部周辺部分および下部周辺部分から延在する（したがって、この文脈内では、「上部脚部」３１０ａおよび「下部脚部」３１０ｂと称されることがある）。脚部３１０ａおよび３１０ｂは、一般に、フラップ型構造であり、この構造は、レンズ３００の頂部周辺部分および底部周辺部分から接線方向の外向きに延在する主要曲面３１２ａ、３１２ｂを有する。側面３０６、３０８は、一般に、図２２および図２３の配向の水平軸に沿ってレンズ３００の中心から外向きに拡がり、その結果、図１３および図１４に示すように、表面３１２ａ、３１２ｂは、レンズ３００の頂面（および底面）図において等脚台形形状を形成する。
【0101】
脚部３１０ａは、一般に、２つの対向する方向に（一方は、レンズ２００に向かって、他方は、レンズ４００に向かって）延在し、２つの終端領域３１４ａ、３２４ａで終端する。同様に、脚部３１０ｂは、一般に、２つの対向する方向に（一方は、レンズ２００に向かって、他方は、レンズ４００に向かって）延在し、２つの終端領域３１４ｂ、３２４ｂで終端する。終端領域３１４ａ、３１４ｂは、レンズ３００の正面のそれぞれの上部および下部に形成され、終端領域３２４ａ、３２４ｂは、レンズ３００の背面のそれぞれの上部および下部に形成されている。
【0102】
終端領域３１４ａ、３１４ｂの一部は、レンズ３００の、それぞれの上部および下部の第１の係合構成３３６ａ、３３６ｂを形成し、それらの係合構成は、レンズ２００の対応する係合構成２２６ａ、２２６ｂと係合するように構成されている。終端領域３１４ａ、３１４ｂは、対応する面取り溝３１６ａ、３１６ｂを含む。面取り溝３１６ａは、レンズ３００の正面に形成された一対の表面３１８ａ、３２０ａから形成され、面取り溝３１６ｂは、一対の表面３１８ｂ、３２０ｂから形成されている。表面３１８ａ、３１８ｂは、好ましくは同一平面上の表面である。面取り溝３１６ａ、３１６ｂは、少なくとも１つの寸法、特に、表面３０６、３０８の間にまたがる寸法において、弓形プロファイルを有する（すなわち、円弧形状を有する）。要するに、表面３１８ａ、３２０ａ、および３１８ｂ、３２０ｂ（それぞれ、面取り溝３１６ａおよび３１６ｂを形成する）もまた、面取り溝３１６ａ、３１６ｂの弓形プロファイルと同じ寸法の弓形プロファイルを有する。
【0103】
面取り溝３１６ａ、３１６ｂ（およびそれらの溝を形成する表面３１８ａ、３２０ａ、３１８ｂ、３２０ｂ）は、レンズ３００の上部および下部の第１の係合構成３３６ａ、３３６ｂを形成し、レンズ２００の対応する係合構成２２６ａ、２２６ｂと係合するように構成されている。特に、面取り溝３１６ａの弓形プロファイルは、面取り縁端部２２０ａの弓形プロファイルと整合し、面取り縁端部２２０ａは、面取り溝３１６ａ内に嵌合するように構成され、その結果、表面２２２ａおよび２２４ａの部分は、それぞれ、表面３１８ａおよび３２０ａの部分に接触する。同様に、面取り溝３１６ｂの弓形プロファイルは、面取り縁端部２２０ｂの弓形プロファイルと整合し、面取り縁端部２２０ｂは、面取り溝３１６ｂ内に嵌合するように構成され、その結果、表面２２２ｂおよび２２４ｂの部分は、それぞれ、表面３１８ｂおよび３２０ｂの部分に接触する。この文書の文脈内では、２つの表面の一部は、それらの部分が互いに同じ高さに着座している場合、接触していると言われる。このような２つの表面間の接触はまた、２つの表面が互いに当接しているものとみなすこともできる。このような表面が互いに接触する領域は、本明細書では、界面領域と称される。
【0104】
この非限定的で例示的な構成では、終端領域３１４ａ、３１４ｂの各々は、３２２ａ、３３２ａ、および３２２ｂ、３３２ｂで指定された２つの対の縁端部を含むことに留意されたい。縁端部３２２ａは、表面３２８ａ、３０６の交線から形成され、縁端部３３２ａは、表面３２８ａ、３０８の交線から形成されている。表面３２８ａは、表面３２０ａおよび３１２ａの両方で縁端部を共有する弓形プロファイルを有する、略平面状の表面である。同様に、縁端部３２２ｂは、表面３２８ｂ、３０６の交線から形成され、縁端部３３２ｂは、表面３２８ｂ、３０８の交線から形成されている。表面３２８ｂは、表面３２０ｂおよび３１２ｂの両方で縁端部を共有する弓形プロファイルを有する、略平面状の表面（表面３２８ａと同一平面上にある）である。
【0105】
縁端部３２２ａ、３３２ａは、表面３１２ａによって上端で終端されて、それぞれの終端コーナー領域を形成する。同様に、縁端部３２２ｂ、３３２ｂは、表面３１２ｂによって下端で終端されて、それぞれの終端コーナー領域を形成する。特定の実施形態では、縁端部３２２ａ、３３２ａ、３２２ｂ、３３２ｂ（および／または終端コーナー領域）を使用して、バレル１０２内のレンズ３００（および光学アセンブリ１６０の他のレンズ）の回転を制限または限定することができる。
【0106】
終端領域３２４ａ、３２４ｂの一部は、レンズ３００の、それぞれの上部および下部の第２の係合構成３３８ａ、３３８ｂを形成し、それらの係合構成は、レンズ４００の対応する係合構成と係合するように構成されている。終端領域３２４ａ、３２４ｂは、対応する面取り縁端部３２６ａ、３２６ｂを含む。面取り縁端部３２６ａは、一対の表面３３０ａ、３３４ａから形成され、面取り縁端部３２６ｂは、一対の表面３３０ｂ、３３４ｂから形成されている。表面３３０ａ、３３０ｂは、好ましくは同一平面上の表面であり、レンズ３００の背面に形成されている。面取り縁端部３２６ａ、３２６ｂ（およびそれらの縁端部を形成する表面３３０ａ、３３４ａ、３３０ｂ、３３４ｂ）は、レンズ３００の上部および下部の第２の係合構成３３８ａ、３３８ｂを形成し、レンズ４００の対応する係合構成と係合するように構成されている。面取り縁端部３２６ａ、３２６ｂは、少なくとも１つの寸法、特に、表面３０６、３０８の間にまたがる寸法において、弓形プロファイルを有する（すなわち、円弧形状を有する）。要するに、表面３３０ａ、３３４ａ、および３３０ｂ、３３４ｂ（面取り縁端部３２６ａおよび３２６ｂをそれぞれ形成する）もまた、面取り縁端部３２６ａ、３２６ｂの弓形プロファイルと同じ寸法の弓形プロファイルを有する。この非限定的で例示的な構成では、表面３３４ａはまた、３１０ａの主要上面を有する縁端部（面取り縁端部）も形成し、表面３３４ｂはまた、脚部３１０ｂの主要下面を有する縁端部（面取り縁端部）も形成することに留意されたい。
【0107】
続いて、図７～図１２、および図２０～図２９を参照し、特に図２４および図２５を参照すると、レンズ４００は、レンズ４００の正面および背面に、それぞれ、２つの略対向する光学表面４０２、４０４を含む。レンズ４００は、レンズ３００の表面３０４と対面する関係にある表面４０２とともに展開されている。表面４０２、４０４は、一対の側面４０６、４０８とともに、一般に、光パワーを入射光に適用するレンズ４００のレンズ機能部分を画定する。この非限定的で例示的な実施態様では、レンズ４００は、凹面－凸面であり（すなわち、表面４０２は、凹面であり、かつ表面４０４は、凸面であり）、表面４０２および４０４の表面プロファイルは、それぞれ、非球面および球面である。前述のように、この例では、レンズ４００は、レンズ３００とともに動作して、色収差の影響を低減する色消しのように機能する。好ましくは、表面３０４、４０２は、互いに同一の反転バージョンではないが、表面３０４が表面４０２によって作り出された凹面内に略適合するように、略それに応じて構成される。
【0108】
レンズ４００は、レンズ４００の対向する周辺部分から外向きに延在する一対の脚部４１０ａ、４１０ｂ（または「枝」）を有する。図面に示された光学アセンブリ１６０の非限定的な配向では、脚部４１０ａ、４１０ｂは、レンズ４００のそれぞれの上部周辺部分および下部周辺部分から延在する（したがって、この文脈内では、「上部脚部」４１０ａおよび「下部脚部」４１０ｂと称されることがある）。脚部４１０ａ、４１０ｂは、概ね、フラップ型構造であり、この構造は、レンズ４００の頂部周辺部分および底部周辺部分から接線方向の外向きに延在する主要曲面４１２ａ、４１２ｂを有する。曲面４１２ａ、４１２ｂは、少なくとも１つの寸法、特に表面４０６、４０８の間にまたがる寸法において、弓形プロファイルを有する（すなわち、円弧形状を有する）。側面４０６、４０８は、一般に、図２４および図２５の配向の水平軸に沿って、レンズ４００の中心から外向きに拡がり、その結果、図１３および図１４に示すように、表面４１２ａ、４１２ｂは、レンズ４００の上面図（および底面図）において、等脚台形形状を形成する。
【0109】
脚部４１０ａは、２つの対向する方向に（一方は、レンズ３００に向かって、他方は、レンズ５００に向かって）概ね延在し、２つの終端領域４１４ａ、４２８ａで終端する。同様に、脚部４１０ｂは、２つの対向する方向に（一方は、レンズ３００に向かって、他方は、レンズ５００に向かって）概ね延在し、２つの終端領域４１４ｂ、４２８ｂで終端する。画像プロジェクタ１００のこの非限定的で例示的な構成では、脚部４１０ａ、４１０ｂは、レンズ３００に向かう方向よりもレンズ５００に向かう方向にさらに延在する。終端領域４１４ａ、４１４ｂは、レンズ４００の正面のそれぞれの上部および下部に形成され、終端領域４２８ａ、４２８ｂは、レンズ４００の背面のそれぞれの上部および下部に形成されている。
【0110】
終端領域４１４ａ、４１４ｂの一部は、レンズ４００の、それぞれの上部および下部の第１の係合構成４３６ａ、４３６ｂを形成し、それらの係合構成は、レンズ３００の対応する係合構成３３８ａ、３３８ｂと係合するように構成されている。終端領域４１４ａ、４１４ｂは、対応する面取り溝４１６ａ、４１６ｂを含む。面取り溝４１６ａは、一対の表面４１８ａ、４２０ａから形成され、面取り溝４１６ｂは、一対の表面４１８ｂ、４２０ｂから形成されている。表面４１８ａ、４１８ｂは、好ましくは同一平面上の表面であり、レンズ４００の正面に形成されている。面取り溝４１６ａ、４１６ｂは、少なくとも１つの寸法、特に表面４０６、４０８の間にまたがる寸法で、弓形プロファイルを有する（すなわち、円弧形状を有する）。要するに、表面４１８ａ、４２０ａ、および４１８ｂ、４２０ｂ（面取り溝４１６ａおよび４１６ｂをそれぞれ形成する）もまた、面取り溝４１６ａ、４１６ｂの弓形プロファイルと同じ寸法の弓形プロファイルを有する。
【0111】
面取り溝４１６ａ、４１６ｂ（およびそれらを形成する表面４１８ａ、４２０ａ、４１８ｂ、４２０ｂ）は、レンズ４００の第１の係合構成４３６ａ、４３６ｂを形成し、レンズ３００の対応する係合構成３３８ａ、３３８ｂと係合するように構成されている。特に、面取り溝４１６ａの弓形プロファイルは、面取り縁端部３２６ａの弓形プロファイルと整合し、面取り縁端部３２６ａは、面取り溝４１６ａ内に嵌合するように構成され、その結果、表面３３０ａおよび３３４ａの部分は、それぞれ、表面４１８ａおよび４２０ａの部分に接触する。同様に、面取り溝４１６ｂの弓形プロファイルは、面取り縁端部３２６ｂの弓形プロファイルと整合し、面取り縁端部３２６ｂは、面取り溝４１６ｂ内に嵌合するように構成され、その結果、表面３３０ｂおよび３３４ｂの部分は、それぞれ、表面４１８ｂおよび４２０ｂの部分に接触する。
【0112】
この非限定的で例示的な構成では、終端領域４１４ａ、４１４ｂの各々は、４２２ａ、４２４ａ、および４２２ｂ、４２４ｂで指定される２つの対の縁端部を含むことに留意されたい。縁端部４２２ａは、表面４２６ａ、４０６の交線から形成され、縁端部４２４ａは、表面４２６ａ、４０８の交線から形成されている。表面４２６ａは、表面４２０ａで縁端部（面取り縁端部）を形成する終端領域４１４ａの別の表面である。同様に、縁端部４２２ｂは、表面４２６ｂ、４０６の交線から形成され、縁端部４２４ｂは、表面４２６ｂ、４０８の交線から形成されている。表面４２６ｂは、表面４２０ｂで縁端部（面取り縁端部）を形成する終端領域４１４ｂの別の表面である。表面４２６ａ、４２６ｂは、好ましくは同一平面上の表面であり、レンズ４００の正面に形成されている。
【0113】
縁端部４２２ａ、４２４ａは、表面４１２ａによって上端で終端されて、それぞれの終端コーナー領域を形成する。同様に、縁端部４２２ｂ、４２４ｂは、表面４１２ｂによって下端で終端されて、それぞれの終端コーナー領域を形成する。特定の実施形態では、縁端部４２２ａ、４２４ａ、４２２ｂ、４２４ｂ（および／または終端コーナー領域）を使用して、バレル１０２内のレンズ４００（および光学アセンブリ１６０の他のレンズ）の回転を制限または限定することができる。
【0114】
終端領域４２８ａ、４２８ｂの一部は、レンズ４００の、それぞれの上部および下部の第２の係合構成４３８ａ、４３８ｂを形成し、それらの係合構成は、レンズ５００の対応する係合構成と係合するように構成されている。終端領域４２８ａ、４２８ｂは、対応する面取り縁端部４３０ａ、４３０ｂを含む。面取り縁端部４３０ａ、４３０ｂは、表面４３２ａ、４３４ａおよび４３２ｂ、４３４ｂのそれぞれの対で形成されている。表面４３２ａ、４３２ｂは、好ましくは同一平面上の表面であり、レンズ４００の背面上に形成されている。面取り縁端部４３０ａ、４３０ｂ（およびそれらを形成する表面４３２ａ、４３４ａ、４３２ｂ、４３４ｂ）は、レンズ４００の上部および下部の第２の係合構成４３８ａ、４３８ｂを形成し、レンズ５００の対応する係合構成と係合するように構成されている。面取り縁端部４３０ａ、４３０ｂは、少なくとも１つの寸法、特に表面４０６、４０８の間にまたがる寸法において、弓形プロファイルを有する（すなわち、円弧形状を有する）。要するに、表面４３２ａ、４３４ａ、および４３２ｂ、４３４ｂ（面取り縁端部４３０ａおよび４３０ｂをそれぞれ形成する）はまた、面取り縁端部４３０ａ、４３０ｂの弓形プロファイルと同じ寸法の弓形プロファイルを有する。
【0115】
続いて、図７～図１２、および図２０～図２９を参照し、特に図２６および図２７を参照すると、レンズ５００は、レンズ５００の正面および背面に、それぞれ、２つの略対向する光学表面５０２、５０４を含む。レンズ５００は、レンズ４００の表面４０４と対面する関係にある表面５０２とともに展開されている。表面５０２、５０４は、一対の側面５０６、５０８とともに、一般に、光パワーを入射光に適用するレンズ５００のレンズ機能部分を画定する。この非限定的で例示的な実施態様では、レンズ５００は、両凸面レンズであり、表面５０２、５０４の表面プロファイルは、それぞれ、非球面および球面である。レンズ２００は、概ね、コリメーティングレンズとして構成され、マイクロディスプレイデバイス１３６によって生成された画像光をコリメートすることによって、光学アセンブリ１６０の主要なコリメーティング機能を実行する。
【0116】
レンズ５００は、レンズ５００の対向する周辺部分から外向きに延在する一対の脚部５１０ａ、５１０ｂ（または「枝」）を有する。図面に示された光学アセンブリ１６０の非限定的配向では、脚部５１０ａ、５１０ｂは、レンズ５００のそれぞれの上部周辺部分および下部周辺部分から延在する（したがって、この文脈内では、「上部脚部」５１０ａおよび「下部脚部」５１０ｂと称されることがある）。脚部５１０ａ、５１０ｂは、概ね、フラップ型構造であり、この構造は、レンズ５００の頂部周辺部分および底部周辺部分から接線方向の外向きに延在する主要曲面５１２ａ、５１２ｂを有する。曲面５１２ａ、５１２ｂは、少なくとも１つの寸法、特に表面５０６、５０８の間にまたがる寸法において、弓形プロファイルを有する（すなわち、円弧形状を有する）。側面５０６、５０８は、図２６および図２７の配向の水平軸に沿って、レンズ５００の中心から外向きに概ね拡がり、その結果、図１３および図１４に示すように、表面５１２ａ、５１２ｂは、レンズ５００の上面図（および底面図）において等脚台形形状を形成する。
【0117】
脚部５１０ａは、２つの対向する方向に（一方は、レンズ４００に向かって、他方は、レンズ６００に向かって）概ね延在し、２つの終端領域５１４ａ、５２４ａで終端する。同様に、脚部５１０ｂは、２つの対向する方向に（一方は、レンズ４００に向かって、他方は、レンズ６００に向かって）概ね延在し、２つの終端領域５１４ｂ、５２４ｂで終端する。画像プロジェクタ１００のこの非限定的で例示的な構成では、脚部５１０ａ、５１０ｂは、レンズ４００に向かう方向よりも、ベース６００に向かう方向にさらに延在する。終端領域５１４ａ、５１４ｂは、レンズ５００の正面のそれぞれの上部および下部に形成され、終端領域５２４ａ、５２４ｂは、レンズ５００の背面のそれぞれの上部および下部に形成されている。
【0118】
終端領域５１４ａ、５１４ｂの一部は、レンズ５００の、それぞれの上部および下部の第１の係合構成５３６ａ、５３６ｂを形成し、それらの係合構成は、レンズ４００の対応する係合構成４３８ａ、４３８ｂと係合するように構成されている。終端領域５１４ａ、５１４ｂは、対応する面取り溝５１６ａ、５１６ｂを含む。面取り溝５１６ａは、一対の表面５１８ａ、５２０ａから形成され、面取り溝５１６ｂは、一対の表面５１８ｂ、５２０ｂから形成されている。表面５１８ａ、５１８ｂは、好ましくは同一平面上の表面であり、レンズ５００の正面に形成されている。面取り溝５１６ａ、５１６ｂは、少なくとも１つの寸法、特に表面５０６、５０８の間にまたがる寸法において、弓形プロファイルを有する（すなわち、円弧形状を有する）。要するに、表面５１８ａ、５２０ａ、および５１８ｂ、５２０ｂ（面取り溝５１６ａおよび５１６ｂをそれぞれ形成する）もまた、面取り溝５１６ａ、５１６ｂの弓形プロファイルと同じ寸法の弓形プロファイルを有する。
【0119】
面取り溝５１６ａ、５１６ｂ（およびそれらを形成する表面５１８ａ、５２０ａ、５１８ｂ、５２０ｂ）は、レンズ５００の第１の係合構成５３６ａ、５３６ｂを形成し、レンズ４００の対応する係合構成４３８ａ、４３８ｂと係合するように構成されている。特に、面取り溝５１６ａの弓形プロファイルは、面取り縁端部４３０ａの弓形プロファイルと整合し、面取り縁端部４３０ａは、面取り溝５１６ａ内に嵌合するように構成され、その結果、表面４３２ａおよび４３４ａの部分は、それぞれ、表面５１８ａおよび５２０ａの部分に接触する。同様に、面取り溝５１６ｂの弓形プロファイルは、面取り縁端部４３０ｂの弓形プロファイルと整合し、面取り縁端部４３０ｂは、面取り溝５１６ｂ内に適合するように構成され、その結果、表面４３２ｂおよび４３２ｂの部分は、それぞれ、表面５１８ｂおよび５２０ｂの部分に接触する。
【0120】
この非限定的で例示的な構成では、終端領域５１４ａ、５１４ｂの各々は、５２２ａ、５２６ａ、および５２２ｂ、５２６ｂで指定される２つの対の縁端部を含むことに留意されたい。縁端部５２２ａは、表面５３２ａ、５０６の交線から形成され、縁端部５２６ａは、表面５３２ａ、５０８の交線から形成されている。表面５３２ａは、レンズ５００の正面に形成され、かつ表面５２０ａおよび５１２ａの両方で縁端部を共有する弓形プロファイルを有する、略平面状の表面である。同様に、縁端部５２２ｂは、表面５３２ｂ、５０６の交線から形成され、縁端部５２６ｂは、表面５３２ｂ、５０８の交線から形成されている。表面５３２ｂは、レンズ５００の正面に形成され、かつ表面５２０ｂおよび５１２ｂの両方で縁端部を共有する弓形プロファイルを有する、略平面状の表面（表面５３２ａと同一平面上の）である。
【0121】
縁端部５２２ａ、５２６ａは、表面５１２ａによって上端で終端されて、それぞれの終端コーナー領域を形成している。同様に、縁端部５２２ｂ、５２６ｂは、表面５１２ｂによって下端で終端されて、終端コーナー領域を形成している。特定の実施形態では、縁端部５２２ａ、５２６ａ、５２２ｂ、５２６ｂ（および／または終端コーナー領域）を使用して、バレル１０２内のレンズ５００（および光学アセンブリ１６０の他のレンズ）の回転を制限または限定することができる。
【0122】
終端領域５２４ａ、５２４ｂの一部は、レンズ５００の、それぞれの上部および下部の第２の係合構成５３８ａ、５３８ｂを形成し、それらの係合構成は、レンズ６００の対応する係合構成と係合するように構成されている。終端領域５２４ａ、５２４ｂは、対応する面取り縁端部５２８ａ、５２８ｂを含む。面取り縁端部５２８ａ、５２８ｂは、表面５３０ａ、５３４ａおよび５３０ｂ、５３４ｂのそれぞれの対で形成されている。表面５３４ａ、５３４ｂは、好ましくは同一平面上であり、レンズ５００の背面に形成されている。面取り縁端部５２８ａ、５２８ｂ（およびそれらを形成する表面５３０ａ、５３４ａ、５３０ｂ、５３４ｂ）は、レンズ５００の第２の係合構成を形成し、ベース６００の対応する係合構成と係合するように構成されている。面取り縁端部５２８ａ、５２８ｂは、少なくとも１つの寸法、特に表面５０６、５０８の間にまたがる寸法において、弓形プロファイルを有する（すなわち、円弧形状を有する）。要するに、表面５３０ａ、５３４ａ、および５３０ｂ、５３４ｂ（面取り縁端部５２８ａおよび５２８ｂをそれぞれ形成する）もまた、面取り縁端部５２８ａ、５２８ｂの弓形プロファイルと同じ寸法の弓形プロファイルを有する。
【0123】
図５、図６、図９、図１０、および図１３～図１５に見られるように、光学部品２００、３００、４００、５００、６００は、スタック構成の前方から後方に配設されており、このことは、所与の光学部品の正面または背面が、スタック内の隣接する光学部品の背面または正面と対面する関係にあることを意味する。さらに、レンズ２００、３００、４００、５００は、入れ子構成に配設されている。図１３および図１４は、入れ子構成の特定の特徴を示しており、表面２０６、３０６、４０６、５０６、および表面２０８、３０８、４０８、５０８は、２つの組の平行な平面内にある（すなわち、表面２０６、３０６、４０６、５０６は、互いに平行であり、表面２０８、３０８、４０８、５０８は、互いに平行であり、かつ表面２０６、３０６、４０６、５０６の平面に対して傾いている）。図５、図６、図９、図１０、および図１５は、入れ子構成の別の特定の特徴を示しており、レンズ２００、３００、４００、５００の脚部は、一般に、バレル１０２の狭い端部１０６から広い端部１０４に移動するときに、外側に向かって次第に拡張する（すなわち、レンズ５００の脚部５１０ａ、５１０ｂは、レンズ４００の脚部４１０ａ、４１０ｂよりも広く拡張し、当該脚部は、レンズ３００の脚部３１０ａ、３１０ｂよりも広く拡張し、当該脚部は、レンズ２００の脚部２１４ａ、２１４ｂよりも広く拡張する）。副産物として、レンズ２００の関連する終端領域の部分が、レンズ３００の関連する終端領域の部分の内側に嵌合し、レンズ３００の関連する終端領域の部分が、レンズ４００の関連する終端領域の部分の内側に嵌合し、レンズ４００の関連する終端領域の部分が、レンズ５００の関連する終端領域の部分の内側に嵌合する。このようなレンズの脚部の拡張がある程度外向きに徐々に増加すること、および終端領域の各部分間の嵌合により、光学アセンブリ１６０のレンズの主要表面２１６ａ、２１６ｂ、３１２ａ、３１２ｂ、４１２ａ、４１２ｂ、５１２ａ、５１２ｂにおける全体的な輪郭を促進し、その輪郭は、一般に、バレル１０２の内側部分（すなわち、領域１３０ａ、１３０ｂ、１３２ａ、１３２ｂ）の輪郭に一致する。
【0124】
特定の好ましい実施形態では、レンズ２００、３００、４００、５００の各々は、光学アセンブリ１６０の中心光軸に関して対称である。図１３では、光軸は、レンズ２００、３００、４００、５００の中心に置かれる垂直軸（すなわち、表面２１２ａ、２１２ｂ、３２８ａ、３２８ｂ、４２６ａ、４２６ｂ、５３２ａ、５３２ｂに対して垂直であり、レンズ２００、３００、４００、５００の各々の中心を通過する軸）である。光軸に対して平行である平面で切り取られた画像プロジェクタ１００の断面（図１６に示されている）から判断すると、レンズ２００、３００、４００、５００は、光軸を中心とする２段折り畳み式対称性を有する平面切頭レンズである。光軸に対して垂直である平面で切り取られた画像プロジェクタ１００の断面（図１５に示されている）から判断すると、レンズ２００、３００、４００、５００は、光軸に対して直交する軸に関してそのような対称性を持たないことが理解され得る。実際に、かつ上述したように、レンズ２００、３００、４００、５００の各々の光学表面の対は、同一ではなく（および、ほとんどの場合には、様々な表面プロファイルを有する）、それは、そのような対称性を有することを排除する。レンズの光学表面の幾何学的形状の変動により、各レンズの、１とは大きく異なるアスペクト比がもたらされる。この文書の文脈内では、レンズのアスペクト比は、一般に、レンズ長に対するレンズ幅の比として定義され、この場合、その長さは、レンズの脚部間の距離として大まかに測定され、その幅は、レンズの一対の側面の間の距離として大まかに測定される。画像プロジェクタ１００の出力で良好な画像均一性を提供するために見出されたアスペクト比の特に好適な範囲は、レンズ２００、３００、４００、５００の場合、それぞれ、０．３～０．５、０．１～０．３、０．３～０．５、０．１～０．３５である。
【0125】
図７～１２、および２０～２９を引き続き参照し、特に、図２８および２９を参照すると、ベース６００は、ベース６００の正面および背面に、それぞれ、２つの平面の光学表面６０２、６０４を含む。ベース６００は、レンズ５００の表面５０４と対面する関係にある表面６０２、およびＬＯＥ５０の主要表面５２ｂのうちの１つと対面する関係にある表面６０４とともに展開されている。表面６０２は、好ましくは（レンズ２００の）表面２１０および（バレル１０２の）表面１２６に対して斜めの角度にある。
【0126】
本発明の別の態様によれば、（例えば、反射型光学内部結合構成として実装される場合）ベース６００は、ＬＯＥ５０および光学内部結合構成４２によって引き起こされる色収差を補償または抑制するための光学的機能、ならびにバレル１０２内に光学レンズ１６０を維持するための機械的機能を実行する。
【0127】
本発明のこの態様による光学的機能は、ここでは簡単に考察され、本開示の以降のセクションでさらに詳細に考察されるであろう。前置きとして、色収差は、プリズムなどの光学素子がすべての色の光を同じ地点に向けさせることができない効果である。光学素子の屈折率は、光の波長に対して変化し、このため、白色光が光学素子に当たると、白色光の個別の色成分の波長が分散されて、成分色が空間的に分離する。
【0128】
ＬＯＥおよび光学内部結合構成を展開すると（例えば、ＮＥＤまたはＨＭＤデバイスの一部として）、ＬＯＥおよび光学内部結合構成は、観察者の眼に対して斜めの角度で位置決めすることができる。これは、図１で部分的に見ることができ、そこでは、（結合プリズム１６およびＬＯＥ１０の）表面１７ｃおよび１５は、ＥＭＢ２８に対して斜めの角度をなしている。図１からはっきりとは明確ではないが、主要外面１２ｂはまた、ＥＭＢ２８に対して斜めに位置決めすることもできる（口語表現を用いて、「面曲線」と称される現象）。そのようなシナリオでは、ＬＯＥおよび光学内部結合構成は、色収差を引き起こし得る分光特性を呈示し、それによって、画像（光学外部結合構成、例えば、部分的に反射する表面によってＬＯＥから結合される）は、ＦＯＶの非対称の内部結合角度および外部結合角度に起因してゆがめられる。さらに、ＬＯＥ内に結合されて眼に向かって外へ結合される、画像プロジェクタから放射する光波は、彩色的に収差がある。色収差を抑制するために、ベース６００は、断面においてプリズム（またはウェッジ）として設計される。これは、図１６および図１９に例示され、表面６０４が表面６０２に対して傾いていることを理解することができる。この構成では、表面６０４は、ＬＯＥ５０の主要表面５２ｂに対して平行に展開され、（表面６０２に対する）表面６０４の傾斜角度は、画像プロジェクタ１００がＬＯＥ５０に対して展開される全体的な角度を（部分的に）画定する。この画像プロジェクタの展開角度（図１７では、θprojとしてラベル表示されている）は、光学アセンブリ１６０のレンズの中心光軸（図１７では、垂直軸であり、概ね、マイクロディスプレイデバイス１３６の平面に対する法線に沿っている）と、主要外面５２ｂの平面との間の角度として測定される。色収差を抑制するためのベース６００の光学的機能の詳細については、以下にさらに詳細に説明されるであろう。表面６０２、６０４と関連付けられる前述の傾斜角度は、ＬＯＥ５０に対して設計されることについて、一般的に留意されたい。
【0129】
ここで、ベース６００の構造の説明を続けると、一対の平面の側面（側壁）６０６、６０８が、表面６０２、６０４の間で境界を接して延在している。側面６０６は、表面６０４が表面６０２に対して傾斜しているため、側面６０８よりも一般に幅広い（またはより広い）。このため、表面６０６および６０８は、それぞれ、広い表面および狭い表面として、区別なく称されることがある。
【0130】
ベース６００は、一般に、ベース６００の対向する端部に着座する上部周辺部分６１０ａおよび下部周辺部分６１０ｂを含む。曲面６１２ａ、６１２ｂは、周辺部分６１０ａ、６１０ｂの外面を形成する。これらの曲面６１２ａ、６１２ｂは、「上部曲面」６１２ａおよび「下部曲面」６１２ｂと称される。曲面６１２ａ、６１２ｂの曲率は、一般に、バレル１０２の領域１３０ａ、１３０ｂの曲率に一致する。平面状の表面６１４ａ、６１４ｂ（好ましくは、同一平面上の表面）は、周辺部分６１０ａ、６１０ｂの正面に形成されている。
【0131】
一対の突起部６１６ａ、６１６ｂが、表面６１４ａ、６１４ｂから外向きに（光学アセンブリ１６０が組み立てられるときの、レンズ５００に向かう方向に）延在する。突起部６１６ａ、６１６ｂは、区別なく、「上部突起部」６１６ａおよび「下部突起部」６１６ｂと称される。突起部６１６ａ、６１６ｂの部分は、表面６１４ａ、６１４ｂとともに、ベース６００の、それぞれの上部６３８ａおよび下部６３８ｂの第１の係合構成を形成し、それらの係合構成は、レンズ５００の対応する係合構成５３８ａ、５３８ｂと係合するように構成されている。
【0132】
突起部６１６ａおよび６１６ｂは、それぞれ、一対の表面６１８ａ、６２２ａ、および６１８ｂ、６２２ｂよって形成されている。一対の面取り溝６２０ａおよび６２０ｂが、それぞれ、一対の表面６１４ａ、６１８ａ、および６１４ｂ、６１８ｂから形成されている。面取り溝６２０ａ、６２０ｂは、少なくとも１つの寸法、特に表面６０６、６０８の間にまたがる寸法において、弓形プロファイルを有する（すなわち、円弧形状を有する）。要するに、表面６１４ａ、６１８ａ、および６１４ｂ、６１８ｂ（それぞれ、面取り溝６２０ａおよび６２０ｂを形成する）もまた、面取り溝６２０ａ、６２０ｂの弓形プロファイルと同じ寸法の弓形プロファイルを有する。
【0133】
面取り溝６２０ａ、６２０ｂ（およびそれらを形成する表面６１４ａ、６１８ａ、６１４ｂ、６１８ｂ）は、ベース６００の上部および下部の第１の係合構成６３８ａ、６３８ｂを形成し、レンズ５００の対応する係合構成５３８ａ、５３８ｂと係合するように構成されている。特に、面取り溝６２０ａの弓形プロファイルは、面取り縁端部５２８ａの弓形プロファイルと整合し、面取り縁端部５２８ａは、面取り溝６２０ａ内に嵌合するように構成され、その結果、表面５３０ａおよび５３４ａの部分は、それぞれ、表面６１８ａおよび６１４ａの部分に接触する。同様に、面取り溝６２０ｂの弓形プロファイルは、面取り縁端部５２８ｂの弓形プロファイルと整合し、面取り縁端部５２８ｂは、面取り溝６２０ｂ内に嵌合するように構成され、その結果、表面５３０ｂおよび５３４ｂの部分は、それぞれ、表面６１８ｂおよび６１４ｂの部分に接触する。
【0134】
フランジ６２４ａが、曲面６１２ａの中心領域から上向きに突出している。このフランジ６１６ａは、バレル１０２の広い端部１０４の受容部分１１２の上部にあるチャネル１１４ａとスライド可能に係合するように構成されている。図面では、チャネル１１４ａは、端部１０４の上部のスリットまたはスロットとして示され、それは、特定の量だけ内向きに延在し、かつ外面１０８ａ内の側壁１１６ａによって終端されている。フランジ６２４ａおよびチャネル１１４ａは、それに応じて、フランジ６２４ａとチャネル１１４ａとの間の連動係合を促進するように構成されている。
【0135】
同様に、フランジ６２４ｂが、曲面６１２ｂの中心領域から下向きに突出している。このフランジ６２４ｂは、バレル１０２の広い端部１０４の受容部分１１２の下部にあるチャネル１１４ｂとスライド可能に係合するように構成されている。図面では、チャネル１１４ｂは、端部１０４の下部にあるスリットまたはスロットとして示され、それは、特定の量だけ内向きに延在し、かつ外面１０８ｂの側壁１１６ｂによって終端されている。フランジ６２４ｂおよびチャネル１１４ｂは、それに応じて、フランジ６２４ｂとチャネル１１４ｂとの間の連動係合を促進するように構成されている。フランジ６２４ａ、６２４ｂは、ベース６００のそれぞれの上部および下部の第２の係合構成６４０ａ、６４０ｂの一部を形成し、チャネル１１４ａ、１１４ｂは、バレル１０２の一組の係合構成１１７ａ、１１７ｂの一部を形成する。
【0136】
フランジ６２４ａ、６２４ｂは、ベース６００の正面に形成されたそれぞれの前方の（好ましくは、同一平面上の）表面６２６ａ、６２６ｂを含み、それらの表面は、平面状の表面６１４ａ、６１４ｂとそれぞれ隣接する表面を形成している。ベース６００は、対応するチャネル１１４ａ、１１４ｂにフランジ６２４ａ、６２４ｂがスライド可能に係合するように、受容部分１１２でバレル１０２と係合するように構成され、その対応するチャネルは、バレル１０２の係合構成１１７ａ、１１７ｂの一部を形成する。ベース６００が受容部分１１２と係合されると、フランジ６２４ａ、６２４ｂの表面は、チャネル１１４ａ、１１４ｂ内に挿入され、その結果、表面６２６ａ、６２６ｂの部分は、それぞれの側壁１１６ａ、１１６ｂ（バレル１０２の内側部分への、ベース６００のさらなる動きを制限する）に接触する。さらに、曲面６１２ａ、６１２ｂの部分は、内側側壁構成１２８のそれぞれの領域１３０ａ、１３０ｂの部分に近づく（すなわち、ほぼ接触する、または、場合によっては、接触する）状態になる。
【0137】
フランジ６２４ａ、６２４ｂおよびチャネル１１４ａ、１１４ｂは、それに応じて、フランジ６２４ａ、６２４ｂと、チャネル１１４ａ、１１４ｂとの間の対応する構成を促進するように寸法決定され、そのことにより、フランジ６２４ａ、６２４ｂと、チャネル１１４ａ、１１４ｂとの間のスライド可能な連動係合を可能にすることに留意されたい。フランジ６２４ａ、６２４ｂと、チャネル１１４ａ、１１４ｂとの間の対応する構成は、必ずしも固定された連動係合ではないが、フランジ６２４ａ、６２４ｂがチャネル１１４ａ、１１４ｂによって受容されたときに、ベース６００は、受容部分１１２内に維持されるようなものである。以下で考察されるように、固定係合は、好ましくは、ベース６００の部分と、受容部分１１２の部分との間に接着剤を適用することによって達成される。特定の非限定的な実施態様では、フランジ６２４ａ、６２４ｂ、およびチャネル１１４ａ、１１４ｂは、それに応じて、スナップ型係合が作成されるように寸法決定され、ベース６００と受容部分１１２との間のより安全な連動係合を促進する。
【0138】
ベース６００は、ベース６００の背面に形成された結合構成６２８を、側壁構成の形態でさらに含み、この形態は、すべての側面で表面６０４に近接するように表面６０４の周辺部から外向きに突出する。この結合構成６２８は、画像プロジェクタ１００をＬＯＥ５０および／または光学内部結合構成４２に動作可能に結合させるように構成され、その結果、単体の光学系４０を形成する。ＬＯＥ５０が反射型光学内部結合構成４２と関連付けられている特定の非限定的な実施態様では、結合構成６２８の部分は、主要外面５２ｂでＬＯＥ５０に光学的に結合され、すなわち、そのＬＯＥ５０の「光学内部結合領域」の一部において結合されている。そのような実施態様のうちのいくつかでは、結合構成６２８の部分はまた、例えば、図１７および図１８に示されているように、光学内部結合構成にも光学的に結合される。
【0139】
図面に示されている特定の非限定的な実施態様では、結合構成６２８は、曲面６１２ａを接合する表面を有する上部６３０ａ、および曲面６１２ｂを接合する表面を有する下部６３０ｂを含む。上部６３０ａおよび下部６３０ｂは、ＬＯＥ５０の光学結合領域に光学的に結合されている。結合構成６２８は、部分６３０ａ、６３０ｂ間に延在する側面部分６３２をさらに含む（それによって、部分６３０ａ、６３０ｂ、６３２は、隣接する表面を形成する）。側面部分６３２は、側面６０６を接合する。この非限定的な実施態様では、結合構成６２８はまた、側面部分６３２から概して反対側の細長い部分６３４も含み、その細長い部分は、ベース６００の周辺部に沿った、上部６３０ａと下部６３０ｂとの間に沿って延在する。側面部分６３２は、細長い部分６３４の上部および下部の端部に、またはその近くに位置決めされた一対の結合構成６３６ａ、６３６ｂを含む。これらの結合構成６３６ａ、６３６ｂは、特定の特に好ましい実施態様、例えば、光学内部結合構成がＬＯＥ５０の縁端部５６上に展開される所定の厚さの透明なプレート（図３３および図３４を参照して説明されるような）として実装される実施態様では、ベース６００を光学内部結合構成に光学的に結合させるように構成される。そのような非限定的な実施態様では、結合構成６３６ａ、６３６ｂは、ベース６００を透明なプレートの縁端部に光学的に結合させるように構成される。前述の光学結合は、特定の好ましいが非限定的で実施態様では、結合構成６２８をＬＯＥ５０および内部結合構成に機械的に取り付けることによって可能になる。
【0140】
ウェッジベースの光学内部結合構成を使用する実施態様では、結合構成６２８は、ベース６００をウェッジの外面に機械的に結合して、ベース６００とウェッジとの間に光学的な結合を提供するように構成されている表面を含むことに留意されたい。
【0141】
結合構成６２８とＬＯＥとの間の光学結合、および／または光学内部結合構成は、様々な方法で実施することができる。光学結合の１つの非限定的な例は、接着技術（すなわち、光学接合剤）を使用する直接結合である。別の非限定的な例は、機械的結合であり、その場合、画像プロジェクタ１００は、機械的モジュールまたは機械的アセンブリを介してＬＯＥおよび／または光学内部結合構成に対して必要な位置に部分６３０ａ、６３０ｂ、６３２、６３４を位置するように、機械的に位置決めされる。
【0142】
以下の段落は、本開示の実施形態による、画像プロジェクタ１００を組み立てるためのプロセスについて説明し、そのプロセスは、画像プロジェクタ１００を構築（すなわち、製造）するプロセスにおける副プロセスである。この組み立てプロセスは、一連のステップを含み、それらの多くは、本明細書に記載されている特定の順番とは異なる順番で実行することができる。
【0143】
光学アセンブリ１６０の光学部品は、スタック構成に配設され、それによって、各光学部品の係合構成は、上述したようにすべて、スタック内の隣接する光学部品の係合構成と係合する。一般に、レンズ２００の係合構成２２６ａ、２２６ｂ、およびレンズ３００の第１の係合構成３３６ａ、３３６ｂは、互いに係合する。レンズ３００の第２の係合構成３３８ａ、３３８ｂ、およびレンズ４００の第１の係合構成４３６ａ、４３６ｂは、互いに係合する。レンズ４００の第２の係合構成４３８ａ、４３８ｂ、およびレンズ５００の第１の係合構成５３６ａ、５３６ｂは、互いに係合する。レンズ５００の第２の係合構成５３８ａ、５３８ｂ、およびベース６００の第１の係合構成６３８ａ、６３８ｂは、互いに係合する。
【0144】
特定の非限定的な構築方法では、スタック構成は、最初に、バレル１０２の外側に形成することができる。次いで、スタックは、バレル１０２の広い端部１０４における受容部分１１２を介して、バレル１０２の中空開口部内に挿入することができる。表面２１０の部分２１２ａ、２１２ｂは、バレル１０２の側壁（表面）１２６と接触するようになり、その側壁は、バレル１０２の内側部分へのスタックのさらなる動きを制限する。同時に、ベース６００の第２の係合構成６４０ａ、６４０ｂは、受容部分１１２において係合構成１１７ａ、１１７ｂと係合し（すなわち、フランジ６１６ａ、６１６ｂは、チャネル１１４ａ、１１４ｂにスライド可能に係合する）、その結果、バレル１０２内のスタックの一部分を維持する。
【0145】
より好ましい非限定的な構築方法では、光学部品は、バレル１０２の内側部分で、１つずつ積み重ねられる。例えば、レンズ２００は、最初に、バレル１０２内に挿入することができる（その結果、表面部分２１２ａ、２１２ｂは、側壁（表面）１２６に接触するようになる）。次いで、レンズ３００は、バレル１０２内に挿入することができ、その結果、レンズ２００の係合構成２２６ａ、２２６ｂ、およびレンズ３００の第１の係合構成３３６ａ、３３６ｂは、互いに係合する。次いで、レンズ４００は、バレル１０２内に挿入することができ、その結果、レンズ３００の第２の係合構成３３８ａ、３３８ｂ、およびレンズ４００の第１の係合構成４３６ａ、４３６ｂは、互いに係合する。次いで、レンズ５００は、バレル１０２内に挿入することができ、その結果、レンズ４００の第２の係合構成４３８ａ、４３８ｂ、およびレンズ５００の第１の係合構成５３６ａ、５３６ｂは、互いに係合する。次いで、ベース６００は、バレル１０２の受容部分１１２と係合することができ、その結果、レンズ５００の第２の係合構成５３８ａ、５３８ｂ、およびベース６００の第１の係合構成６３８ａ、６３８ｂは、互いに係合し、かつベース６００の第２の係合構成６４０ａ、６４０ｂ、および受容部分１１２における係合構成１１７ａ、１１７ｂは、互いに係合し、その結果、スタックの一部分をバレル１０２内に維持する。ベース６００がバレル１０２と係合されるときに（すなわち、係合構成６４０ａ、６４０ｂ、１１７ａ、１１７ｂが互いに係合するときに）、表面６０６、６０８の部分（ベース６００の正面の近くにある）は、バレル１０２内に位置決めされる（図３および図４で見られるように）。表面６０２はまた、バレル１０２、およびベース６００の外部の部分によって画定されるハウジング内にも完全に維持される。
【0146】
隣接する光学部品間の機械的連動係合（隣接する光学部品の、それに応じて構成された係合構成間の協働を介して）、およびベース６００の受容部分１１２との連動係合により、光学アセンブリ１６０のレンズの展開が可能になり、その結果、レンズが正確に同軸状に位置決めされるように（すなわち、互いに関して中心合わせ、および同軸状に調芯されるように）、レンズ間にどんな接着剤（例えば、光学接合剤）も使用することなく、レンズをバレル１０２内に維持するような展開がさらに可能になる。さらに、フランジ６２４ａ、６２４ｂ、およびチャネル１１４ａ、１１４ｂの係合は、一般に、光学アセンブリ１６０の光軸を中心とするベース６００の回転を制限する。光学アセンブリ１６０の光学部品は、（前述の係合構成によって）連動されているため、光学アセンブリ１６０全体の光学部品の同軸回転は、ベース６００の受容部分１１２への係合によって制限される。光学アセンブリ１６０全体の光学部品の同軸回転は、レンズの１つ以上の部分と、（内側側壁構成１２８の回転制限構成を形成する）内側側壁構成１２８の領域１３２ａ、１３２ｂとの間の協働によってさらに制限することができる。
【0147】
特定の好ましいが非限定的な実施態様では、縁端部１３１、１３３、３２２ａ、３３２ａ、３２２ｂ、３３２ｂ、４２２ａ、４２４ａ、４２２ｂ、４２４ｂ、５２２ａ、５２６ａ、５２２ｂ、５２６ｂのうちの１つ以上（それらのそれぞれの終端コーナー領域単独で、またはそれらのうちの１つ以上の組み合わせで）は、レンズ２００、３００、４００、５００の回転制限構成を形成する。これらの回転制限構成は、内側側壁構成１２８の領域１３２ａ、１３２ｂの対応する部分から形成された回転制限構成と協働して、縁端部１３１、１３３、３２２ａ、３３２ａ、３２２ｂ、３３２ｂ、４２２ａ、４２４ａ、４２２ｂ、４２４ｂ、５２２ａ、５２６ａ、５２２ｂ、５２６ｂ（および／またはコーナー領域）のうちの１つ以上の動きを制限し、それによって、対応するレンズ２００、３００、４００、５００、および光学アセンブリ１６０全体の回転を制限する。その結果、３つの主軸（光軸、ならびに光軸に垂直な２つの軸）を中心とする光学アセンブリ１６０のレンズの回転量は、回転制限構成によって許容できる（すなわち、許容できる誤差内の）わずかな回転に制限される。
【0148】
特定の実施形態では、バレル１０２内のスタックの関連する部分（すなわち、レンズ２００、３００、４００、５００）をより確実に保持する（場合によっては、固定して保持する）ために、ベース６００は、接着剤（例えば、光学接合剤）を使用して端部１０４に取り付けられる。例えば、接着剤の層が、チャネル１１４ａ、１１４ｂと係合する、フランジ６２４ａ、６２４ｂの部分に適用することができる。接着剤の追加の層が、領域１３０ａ、１３０ｂの部分に接触し得る表面６０６、６０８の様々な部分で適用することができる。接着剤の量は、好ましくは、余分な接着剤がバレル１０２の内側部分内に漏れるのを防止し、それによって、接着剤が光学アセンブリ１６０の光路に入ること、および光学アセンブリ１６０を通って伝播する光線の軌跡に悪影響を与えることを防止するために、最小限である。
【0149】
光学アセンブリ１６０が（ベース６００をバレル１０２の広い端部１０４に接合することを介して）バレル１０２の内側に安全に保持された後、マイクロディスプレイデバイス１３６は、バレル１０２の狭い端部１０６の受容部分１２０内に展開することができる。好ましくは、マイクロディスプレイデバイス１３６の展開のための手順の一部は、マイクロディスプレイデバイス１３６を光学アセンブリ１６０に調芯すること（アクティブに調芯すること）を含む。この調芯は、典型的には、自動コリメータデバイス、画像取り込みデバイスなどの光学テストベンチ装置を利用する、任意の周知の調芯技術および手順を使用して実行することができる。これらの調芯技術および手順を使用して、光学アセンブリ１６０（およびＬＯＥ５０）を通って伝播する、マイクロディスプレイデバイス１３６によって生成された画像の品質が１つ以上の画像品質測定項目および光学系設計仕様に従って十分な品質であることを確実にする。この調芯には、例えば、回転（１つ以上の回転軸を中心とする）、横方向の位置決め、前方後方の位置決め、または画像取り込みデバイス（例えば、カメラ）によって取り込まれた（画像プロジェクタ１００出力および／またはＬＯＥ５０出力での）出力画像を分析しながらの、受容部分１２０内のマイクロディスプレイデバイス１３６の任意の他の調節が含まれ得る。
【0150】
マイクロディスプレイデバイス１３６は、受容部分１２０内の放射型ディスプレイ１３８の画像放出面１４０とともに展開され、その結果、画像放出面１４０ａの一部分（例えば、縁端部分）が、同一平面上にあるか、または表面１１８の一部を形成する平面状の表面１１９の一部分に接触する。この平面状の表面１１９は、一方の側で縁端部を内側側壁１３４ｂとともに形成し、その反対側で、表面１１９から外向きに突出して表面１１９とともにステップを形成する突出側壁１２２（すなわち、突起するリムまたはリッジ）によって、その縁端部と隣接する。表面１１９は、突出側壁構成１２４によって、その残りの側面上で隣接する。好ましい実施形態では、マイクロディスプレイデバイス１３６の展開は、装着アダプタ素子１４４（長方形の開口を有する六角形状）を、画像放出面１４０ａの反対側の表面１４０ｂに接着して取り付けることによって実現される。接着剤の単層（または複層）を装着アダプタ１４４の周辺部分に適用して、（放射型ディスプレイ１３８を有する）装着アダプタ１４４を受容部分１２０に接着して取り付けることができる。装着アダプタ１４４は、好ましくは突出側壁構成１２４の壁に取り付けられ得る。例示された実施形態では、突出側壁構成１２４は、表面１１８から外向きに突出する３つの側面構造として実現されており、２つの平行な側壁１２５ａ、１２５ｂ、ならびにその２つの側壁１２５ａ、１２５ｂに対して垂直であり、かつその平行な側壁１２５ａ、１２５ｂの端部において２つの平行な側壁１２５ａ、１２５ｂの間に延在する、第３の側壁１２５ｃを含む。この側壁１２５ｃは、内側側壁１３４ａの一部を形成することができる。突出側壁構成１２４の２つの平行な側壁１２５ａ、１２５ｂはまた、突出側壁１２２と隣接し、この突出側壁は、突出側壁構成１２４の第３の側壁１２５ｃとは反対側の端部における２つの平行な側壁の間に延在する。また、突出側壁構成１２４は、突出側壁１２２よりもさらに外へ突出していることにも留意されたい。装着アダプタ１４４は、側壁１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃに接着して取り付けることができる。側壁１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃは、それぞれの同一平面上の表面１２７ａ、１２７ｂ、１２７ｃで終端する。
【0151】
好ましくは、放射型ディスプレイ１３８がバレル１０２の受容部分１２０に取り付けられた後に、カバー部材１４６（例えば、実質的に長方形であるプレートとして実装される）を突出側壁構成１２４に取り付ける。例示された実施形態では、カバー部材１４６は、主要（長方形の）本体１４８と、主要本体１４８に対して垂直である方向に主要本体１４８の側面のうちの一方から突出するフランジ１５０と、を含む。このフランジ１５０は、フランジ１４８が突出する主要本体１４８の側面の長さにわたって部分的にのみ延在する。さらに、カバー部材１４６および突出側壁構成１２４は、それに従って構成されており、このことは、主要本体１４８の突出部によって形成された幾何学的形状、および二次元平面内の突出側壁構成１２４が同一である（または、ほぼ同一であり、わずかなマージン以内にある）ことを意味する。カバー部材１４６がバレル１０２に取り付けられると、主要本体１４８は、突出側壁構成１２４の３つの表面１２７ａ、１２７ｂ、１２７ｃに着座し、フランジ１５０は、突出側壁構成１２４の２つの平行な側壁１２５ａ、１２５ｃの間に形成された間隙を通って内向きに延在し、突出側壁１２２と調芯される。フランジ１５０の終端表面と、突出側壁１２２との間に間隙（または開口部）が形成され、この間隙は、電子的インターフェース接続素子１４２（一方の端部において放射型ディスプレイ１３８に接続されている）が間隙を通って受容部分１２０から外へ通過して、（その電子的インターフェース接続素子の別の端部で）１つ以上の電子素子（例えば、電源、ディスプレイドライバ電子機器、コンピュータ化されたストレージ、コンピュータ化されたプロセッサなど）に接続するのを可能にするのに十分な寸法を有する。
【0152】
ベース６００およびカバー１４６をバレル１０２の対向する端部１０４、１０６に取り付けることにより、バレル１０２内の放射型ディスプレイ１３８および光学アセンブリ１６０の光学素子を封止するそれぞれの封止係合が提供され、それによって、環境破片および／または汚染物質がバレル１０２の中空内側部分内に侵入すること、および光学アセンブリ１６０の素子に接触することを防止する。その結果は、モジュール式で軽量の画像プロジェクタ１００であり、この画像プロジェクタは、上述したように、光学系４０の残りの部品（すなわち、ＬＯＥ５０および／または光学内部結合構成４２）に取り付ける（すなわち、光学的に結合させる）ことができる。
【0153】
特に好ましいが非限定的な実施態様によれば、画像プロジェクタ１００の部品のいくつかは、プラスチック材料から構築されて、軽量の光学画像プロジェクタ１００を提供する。好ましい実施態様では、バレル１０２、および光学アセンブリ１６０の光学部品は、プラスチック材料から構築される（各部品は、同じプラスチック材料から構築することができ、または様々なプラスチック材料を使用して、様々な部品を構築することができる）。別の非限定的な実施態様では、光学アセンブリ１６０の光学部品のうちの１つ以上は、ガラスから構築される。１つの非限定的な例では、光学アセンブリ１６０の部品のすべては、ガラスから構築される。好ましいが非限定的な実施態様では、光学アセンブリ１６０の光学部品（および、特に光学アセンブリ１６０のレンズ）は、同様の熱膨張係数を有する物質（または材料）から構築されて、光学アセンブリ１６０の熱応力を低減し、それによって、画像プロジェクタ１００の部品の破壊または変形の可能性を低減する（および好ましくは、完全に防止する）。
【0154】
本発明の実施形態による画像プロジェクタ１００を構築するためのプロセスの一部として、バレル１０２、および光学アセンブリ１６０の光学部品に対応する複数の成形型が好ましくは取得される。成形型を取得することには、成形型を製造すること（すなわち、作成すること）が含まれ得る。成形型は、バレル１０２および光学部品の形状を画定し、その場合、各形状はまた、関連する係合構成、およびその部分（例えば、脚部、突起部、終端領域、面取り溝、面取り縁端部、表面など）も含む。次いで、それらの部品（すなわち、バレル１０２、および光学アセンブリ１６０の光学部品）は、例えば、プラスチック、ガラス、またはポリマー材料では、それぞれの成形型を使用して、プラスチック、ガラス、またはポリマー材料を成形型に鋳造または射出することによって製造される。これらの射出または鋳造された成形型を固まらせ、その後、バレル１０２および光学部品は、その成形型から取り外される（射出される）。次いで、これらの光学部品は、上述したように、バレル１０２内で展開する（すなわち、積み重ねる）ことができる。
【0155】
これまでに説明された係合構成の非限定的な実施形態は、面取り溝、面取り縁端部、および表面などの、特定の機械的構造に関係するものであったが、これらの構造は、単なる例示的なものである。面取りしていない縁端部および溝を含む他の構造を使用することができる（ただし、面取りは、縁端部／溝における応力を低減することができ、縁端部／溝における光学部品の亀裂／破壊を防止する）。さらに、上述した非限定的な実施形態における係合構成は、それに従って構成された特定の数の面取り縁端部および溝に関係するものであったが、追加の縁端部および溝（面取りされている、または面取りされていない）もまた含まれ、光学部品の係合構成のうちの１つ以上の部品を形成することができる。
【0156】
さらに、上述した非限定的な実施形態は、４つのレンズからなる光学アセンブリを有する画像プロジェクタに関係するものであったが、前述したように、４つよりも少ない、または４つよりも多いレンズが展開される他の実施形態が可能である。一般に、バレルのサイズ、特に、バレルの中空内側部分は、光学アセンブリのすべてのレンズを収容するように設計する必要がある。例えば、５つのレンズを利用する光学アセンブリを展開する場合、バレルは、図面に例示されたバレル１０２よりも大きいサイズである必要がある。
【0157】
さらに、これまで説明した実施形態は、レンズの特定の表面プロファイル（例えば、非球面、球面）に関係するものであったが、他の表面プロファイル、および表面プロファイルの組み合わせを考慮することができる。特定の場合には、レンズが製造される材料は、使用されるべきレンズの表面プロファイルのタイプに（少なくとも部分的に）寄与する可能性がある。例えば、ガラス材料からレンズを構築する場合、表面２０２、２０４、３０２、３０４、４０２、４０４、５０２、５０４の表面プロファイルは、球面であるように選択することができる。
【0158】
以下の段落は、マイクロディスプレイデバイス１３６から光学アセンブリ１６０の光学部品の各々を通過する光の伝播について説明する。図１６～図１９を参照すると、ベース６００の存在により、画像プロジェクタ１００のレンズの中心光軸（マイクロディスプレイデバイス１３６の中心から光学アセンブリ１６０の各レンズの中心を通って延在する）がＬＯＥ５０の主要表面に対してある傾斜角度で位置決めされることが可能になる（その傾斜が表面６０２に対して少なくとも部分的に表面６０４を位置決めすることによって）ことに留意されたい。図１６～１９に例示された構成（ならびに本発明の他の多くの構成）では、画像プロジェクタ１００からの照明は、比較的浅い角度（深い入射角度）でＬＯＥ５０内に結合され、表面５２ｂに対してほぼ垂直であるＬＯＥ５０から出てくる（すなわち、ＬＯＥ５０から結合される）。このような構成は、本来的に色収差を生成する傾向がある。ベース６００の断面プリズム形状は、画像照明が光学内部結合構成に到達する前に画像照明を修正することによって、色収差の影響を少なくとも部分的に補償する。
【0159】
特に図１９を参照すると、マイクロディスプレイデバイス１３６から光学アセンブリを通って光が横断する概略図が示されている。マイクロディスプレイデバイス１３６によって放出された光波は、マイクロディスプレイデバイス１３６の３つの異なる領域から放出された光に対応する３つの組の光線８０Ａ、８２Ａ、８４Ａ、８６Ａ、８８Ａ、９０Ａによって概略的に表され、レンズ２００の表面２０２、２０４によって透過（および屈折）され、その後、それらの光線は、レンズ対３００、４００に当たり、レンズ３００、４００の表面３０２、３０４、４０２、４０４によって透過（屈折）され、その後、それらの光線は、コリメーティングレンズ５００に当たり、レンズ５００の表面５０２、５０４によって透過（および屈折）され、３つの組の平行な光線８０Ｂ、８２Ｂ、８４Ｂ、８６Ｂ、８８Ｂ、９０Ｂ（すなわち、光線８０Ｂ、８２Ｂは、平行であり、光線８４Ｂ、８６Ｂは、平行であり、光線８８Ｃ、９０Ｃは、平行である）を形成する。その結果、マイクロディスプレイデバイス１３６の同じ領域から放射する光線（同様の色に対応する）は、（レンズ５００によるコリメーションによって）一般に互いに平行である。しかしながら、一組の平行光線は、他の組の光線とは、必ずしも平行であるとは限らない可能性がある（すなわち、光線８０Ｂ、８２Ｂは、光線８４Ｂ、８６Ｂとは、必ずしも平行であるとは限らない）。
【0160】
コリメートされた光波（３つの組の平行光線８０Ｂ、８２Ｂ、８４Ｂ、８６Ｂ、８８Ｂ、９０Ｂによって概略的に表されている）は、ベース６００（水平断面内にウェッジ／プリズムとして形成された）に当たる。コリメートされた光波は、ベース６００によって２回（表面６０２、６０４の各々によって１回）屈折し、画像光波（３つの組の平行光線８０Ｃ、８２Ｃ、８４Ｃ、８６Ｃ、８８Ｃ、９０Ｃによって概略的に表され、すなわち、光線８０Ｃ、８２Ｃは平行であり、光線８４Ｃ、８６Ｃは平行であり、光線８８Ｃ、９０Ｃは平行である）として、画像プロジェクタ１００から出ていく（すなわち、表面６０４を通ってベース６００から透過する）。
【0161】
画像プロジェクタ１００によって出力される画像光波は、光学内部結合構成４２（図１７および図１８において、反射型光学内部結合構成として実装された）に当たる。ベース６００のプリズム形状（すなわち、表面６０２、６０４の間の傾斜角度）の結果として、ベース６００の表面６０２、６０４を通過する（マイクロディスプレイデバイス１３６からの）画像光の異なる波長が、分離（すなわち、分散）し、その結果、ベース６００は、（ＬＯＥ５０への）内部結合および（ＬＯＥ５０からの）外部結合によって引き起こされる色収差を少なくとも部分的に補償する。
【0162】
ここで、本発明の別の態様に目を向けると、ゴースト画像（および迷光光線）の存在を低減する光学内部結合構成の様々な実施態様が、特に図３３～図３６を参照して、以下で考察されるであろう。前置きとして、画像の一部に対応する光線が好ましくない角度でＬＯＥから結合されるときに、ゴースト画像が生じ得る。光学内部結合構成４２が（図２に例示したように）ＬＯＥ５０の斜め縁端部５６に展開される反射面（例えば、ミラー）として実装される場合、（画像プロジェクタ１００から放射する）光線の、反射面での（すなわち、斜め縁端部５６での）多重反射により、画像光線がそのような好ましくない角度でＬＯＥ５０から外へ結合する結果となる可能性がある。
【0163】
まず、図３３を参照すると、本発明の一実施形態によるゴースト画像および迷光光線を低減する光学内部結合構成４２が示されている。この光学内部結合構成４２は、プレート７０を含み、このプレートは、透明な材料から形成され（すなわち、プレート７０は、光伝送基板である）、平行な外側表面（面）７２ａ、７２ｂ、ならびに外面（「縁端部」とも称される）７４ａ、７４ｂを有する。図面に例示された非限定的な実施態様では、表面／縁端部７４ａ、７４ｂもまた、平行であり、その結果、２つの対の平行な外面７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂは、長方形の断面を形成する。ただし、表面７４ａ、７４ｂは、平行である必要はないことに留意されたい。例えば、表面７２ｂの長さは、表面７４ａ、７４ｂが平行ではないように、表面７２ａの長さよりも小さくてもよい。プレート７０は、斜め縁端部５６において表面７２ａとともに展開され、その結果、表面７２ａは、斜め縁端部５６の上に重なってそれと一致する。特定の好ましいが非限定的な実施形態では、結合構成６３６ａ、６３６ｂは、ベース６００を縁端部表面７４ｂの部分に（接着剤または機械的取り付けを介して）光学的に結合させるように構成される。図１７および図１８は、それぞれ、上面図および底面図であり、それらは、表面７４ｂのそれぞれの部分に接触する結合構成６３６ａ、６３６ｂを示している。
【0164】
特定の実施形態では、プレート７０は、接着剤の取り付けによって、例えば、表面７２ａと縁端部５６との間に光学接合剤の層を適用することによって、ＬＯＥ５０に光学的に結合される。他の実施形態では、プレート７０とＬＯＥ５０との間の光学結合は、斜め縁端部５６に隣接するプレート７０を位置決めする機械的モジュールまたは機械的アセンブリを介して機械的に実現される（好ましくは、表面７２ａと斜め縁端部５６との間に空隙がない）。プレート７０およびＬＯＥ５０は、プレート７０およびＬＯＥ５０が同じ屈折率を有することを確実にするために、同じタイプの材料から好ましくは構築される。プレート７０をＬＯＥ５０に光学的に取り付けるために接着剤を使用する場合、その接着剤は、好ましくは屈折率が一致する材料である。
【0165】
表面７２ｂは、反射面（例えば、ミラー）であり、それは、１つ以上のコーティング層でコーティングされているプレート７０の表面で形成することができる。特定の実施形態では、そのコーティング材は、画像プロジェクタ１００が放出した光波を反射する誘電体コーティング材または金属コーティング材（反射面７２ｂが、「銀鏡」として実装される）などの反射コーティング材である。他の実施形態では、コーティング材は、角度選択コーティング材とすることができ、その結果、表面７２ｂは、所定の範囲の入射角度で表面７２ｂに当たる、画像プロジェクタ１００からの光のみを反射する。別の実施形態では、単純なミラーが、プレート７０の外部にある表面７２ｂで展開することができる。
【0166】
迷光光線（ＬＯＥの出力でゴースト画像として現れる可能性がある）がＬＯＥ５０に入るのを防止するために、吸光体材料は、好ましくはプレート７０の表面（縁端部）７４ａにおいて展開される。ただし、この吸光体材料は、さらに、他の表面７４ｂで展開されてもよく、それは、迷光光線がＬＯＥ５０に入るのを防止するのに最も重要な効果を有する、表面７４ａにおける吸光体材料の展開である。これらの迷光光線には、プレート７０が存在しない場合に、本来ならば斜め縁端部５６によって２回反射され、ＬＯＥ５０内に結合されることになる光線が含まれる。しかしながら、プレート７０が存在する場合には、斜め縁端部５６によって２回反射されることになった光線は、吸光体材料によって逆に吸収される。吸光体材料は、画像プロジェクタ１００によって放出される光の光学スペクトル（すなわち、可視光スペクトル）での、光強度の大部分を吸収するように構成される。光吸収材料は、当技術分野でよく知られており、市販され、容易に入手可能である。
【0167】
図３４は、図３３の部分拡大図を示し、画像プロジェクタ１００によって注入（導入）された光線に関する、吸光体材料を有するプレート７０の効果を説明する。サンプル光線５４ａおよび５４ｂ（ビーム５４にまたがる光線のうちの２つである）が、意図されたように、表面７２ｂから反射されてＬＯＥ５０に入る。別のサンプル光線５４ｃ（ビーム５４にまたがる光線のうちの別のものである）は、他の場合としてプレート７０がない場合にＬＯＥ５０に入ることになる不要な光を表す。プレート７０がない場合、光線５４ｃは、斜め縁端部５６に当たる（図２に示すものと同様）。光線５４ｃは、斜め縁端部５６（これは、光学内部結合構成として動作し、反射面として実装される）によって反射され、反射光線５５ｃ（破線矢印で表されている）を生成する。反射光線５５ｃは、ＬＯＥ５０の表面５２ｂ上に当たり、そこでは、光線５５ｃは、表面５２ｂからの内部反射を受け、それによって、反射光線５５ｄを生成する。次いで、反射光線５５ｄは、斜め縁端部５６によって反射され、反射光線５５ｅを生成し、これは、最終的に、光学外部結合構成６２によって観察者６８の眼に向かうゴースト光線として外へ結合される。この光線５５ｅは、表面５２ａ、５２ｂからさらに内部反射を受ける前に、ＬＯＥ５０から結合される可能性があるか、または光学外部結合構成６２によってＬＯＥ５０から結合される前に、表面５２ａ、５２ｂから１つ以上の内部反射を受ける可能性があることに留意されたい。
【0168】
しかしながら、プレート７０がある場合、光線５４ｃは、斜め縁端部５６および表面７２ａによって伝送され、表面７２ｂに当たる。光線５４ｃは、表面７２ｂによって反射され、反射光線５７ｃを生成する。反射光線５７ｃは、表面７２ａ、５６によって伝送され、ＬＯＥ５０の表面５２ｂに当たり、そこでは、光線５７ｃは、表面５２ｂから内部反射を受け、それによって、反射光線５７ｄを生成する。反射光線５７ｄは、表面５６、７２ａによって伝送され、（吸光体材料によって）光線５７ｄを吸収する表面７４ａに当たり、それによって、潜在的なゴースト光線の消光を提供する。吸収体材料を有するプレート７０の存在の結果として、光線５４ｃは、最終的には、ＬＯＥ５０内に結合されず、したがって、ＬＯＥ５０から（光学外部結合構成６２によって）観察者の眼６８に向かって結合されない。
【0169】
予め規定されるプレート７０の厚さ（表面７４ａ、７４ｂの間の距離として測定される）は、光学設計および製造プロセスの分析を実行することによって決定することができる。例えば、好ましい所定の厚さは、斜め縁端部５６の角度、および注入された照明５４の入射角度に基づいて引き起こされるゴースト光線の数に関する定量分析を実行することによって計算することができる。ただし、製造上の考慮すべき事項は、定量分析によって決定された好ましい厚さをサポートする場合、またはサポートしない場合がある。特定の非限定的な実施態様では、所定の厚さは、ＬＯＥ５０の厚さの一部、例えば、ＬＯＥ厚さの半分以下である。
【0170】
代替的な実施形態では、拡散素子（例えば、光拡散器）が、吸光体材料の代わりに、表面７４ａにおいて展開することができることに留意されたい。この拡散素子は、表面７４ａに入射する光（例えば、光線５７ｄ）を散乱させ、その結果、散乱された光は、表面７４ａを介してプレート７０から外へ出ていく。ただし、散乱された光の一部は、反射して戻り、ＬＯＥ５０に入る可能性があることに留意されたい。
【0171】
ここで、図３５を参照すると、本発明の別の実施形態による、ゴースト画像および迷光光線を低減するための光学内部結合構成４２が示されている。この実施形態では、光学内部結合構成４２は、一対の、好ましくは（ただし、必ずしも必要ではない）平行である表面８２、８４を含む。表面８２は、反射面（例えば、ミラー）であり、好ましい実施形態では、それは、１つ以上の層の金属コーティング材でコーティングされている表面から形成されている。そのような実施形態では、表面８２は、好ましくは銀鏡である。表面８４は、表面８２と光学外部結合構成６２との間の光路内に展開され、選択的に反射する（また、選択的に透過する）表面、好ましくは、角度選択反射面である。好ましい実施形態では、表面８４は、１つ以上の層の誘電体コーティング材でコーティングされる表面で形成される。この誘電体コーティング材は、表面８４が、浅い角度（表面８４の法線に対して測定される大きい入射角度）で表面８４に当たる光を反射し、かつ急傾斜の角度（表面８４の法線に対して測定される小さい入射角度）で表面に当たる光を透過するように設計されている。その結果、表面８２から反射され、かつある範囲の浅い角度で表面８４に当たる、画像プロジェクタ１００からの光は、表面８２によって反射される。好ましくは、これらの反射光線は、全反射によって表面５２ａ、５２ｂの間に光を閉じ込めるのに必要とされる臨界角よりも小さい角度で、ＬＯＥ５０の表面５２ａに当たり、その結果、反射光線は、ＬＯＥ５０から出ていく（したがって、表面５２ａ、５２ｂからの内部反射によっては伝播せず、したがって、光学外部結合構成６２によってＬＯＥ５０から結合されない）。表面８２から反射され、かつある範囲の急角度で表面８４に当たる、画像プロジェクタ１００からの光は、表面８２によって透過される。これらの透過光線は、それらが表面５２ａ、５２ｂに当たる入射角度が、全反射によって表面５２ａ、５２ｂの間に光を閉じ込めるのに必要とされる臨界角よりも大きい軌跡でＬＯＥ５０に入射する。その結果、これらの光線は、内部反射によってＬＯＥ５０を通って伝播し、最終的に、光学外部結合構成６２によってＬＯＥ５０から結合される。
【0172】
特定の非限定的な実施態様では、ＬＯＥ５０の斜め縁端部５６は、コーティング材でコーティングされて表面８２を形成することができる。そのような実施態様では、追加の表面が、ＬＯＥ５０内で、表面８２から下流に向かって、かつ光学外部結合構成６２から上流に向かって展開され、誘電体コーティング材でコーティングされて、表面８４を形成する。別の非限定的な実施態様では、ＬＯＥ５０の斜め縁端部５６は、誘電体コーティング材でコーティングされて、表面８４を形成し得る。そのような実施態様では、光伝送材料のブロック（平行四辺形として形成され、ＬＯＥ５０の厚さと同様の厚さで寸法決定される）が、斜め縁端部５６においてＬＯＥ５０に光学的に取り付けることができる（例えば、光学接合剤を介して、または機械的モジュールを介して）。斜め縁端部５６に対して平行である、光伝送材料のブロックの表面は、金属コーティング材でコーティングされて表面８２を形成することができる。別の非限定的な実施態様では、光伝送材料のブロック（平行四辺形として形成され、ＬＯＥ５０の厚さと同様の厚さで寸法決定される）が、平行な表面上に誘電体および金属コーティング材とともに提供されて、それぞれ、表面８２および８４を形成することができる。次いで、光伝送材料のブロックは、（例えば、光学接合剤を介して、または機械的モジュールを介して）ＬＯＥ５０に光学的に取り付けることができ、その結果、表面８２は、斜め縁端部５６に接合されるか、または斜め縁端部５６に隣接して位置決めされる。
【0173】
上述したように、ベース６００の断面のウェッジ／プリズムの幾何学的形状により、角度θprojでＬＯＥ５０に対する画像プロジェクタ１００の配置が可能になる。光学系の主要な部品（すなわち、光学内部結合構成４２、ＬＯＥ５０、および画像プロジェクタ１００）は、展開角度θprojを有するように設計され、その結果、画像プロジェクタ１００によって放出された光線は、光学内部結合構成４２に到達する前に、傾斜角度で主要外面５２ｂに当たる（例えば、図３３～図３６に示すように）。図３５を参照して説明された実施形態による光学内部結合構成を実装する場合、表面８４を形成するために使用される誘電体コーティング材を設計する際に、展開角度θproj、および斜め縁端部５６の角度（αedge）を考慮する必要がある。θproj＝１２０°およびαedge＝７２°である非限定的な場合に、誘電体コーティング材が光をそれぞれ反射および透過する入射角の範囲（表面８４の垂直方向に対して測定される）は、ゴースト画像を低減するのに特に有効であることが見出されており、５１°～６６°、および１５°～３０°である。
【0174】
図３６は、図３５の部分拡大図であり、画像プロジェクタ１００によって注入（導入）された光線に関する表面８２、８４の効果を説明する。サンプル光線５４ａおよび５４ｂ（ビーム５４にまたがる光線のうちの２つである）は、光線５９ａおよび５９ｂとして表面８２から反射される。光線５９ｂは、表面５２ｂで内部反射を受け、それによって、反射光線６１ｂを生成する。その反射光線６１ｂは、表面５２ａから内部反射を受け、それによって、反射光線６３ｂを生成する。光線５９ａおよび６３ｂは、両方とも、透過角度範囲内にある入射角度（例えば、１５°～３０°）で表面８４に入射し、その結果、光線５９ａおよび６３ｂは、表面８４によって透過し、意図された通りにＬＯＥ５０に入射する（そこでは、それらの光線は、内部反射によって伝播し続けて、光学外部結合構成６２によって外へ結合される）。
【0175】
別のサンプル光線５４ｃ（ビーム５４にまたがる光線のうちの別の光線）は、他の場合として表面８４がない場合にＬＯＥ５０に入射する可能性のある不要な光を表す。光線５４ｃは、反射光線５９ｃとして、表面８２によって反射される。光線５９ｃは、表面５２ｂで内部反射を受け、それによって、反射光線６１ｃを生成する。反射光線６１ｃは、表面８２によって反射され、それによって、反射光線６３ｃを生成する。反射光線６３ｃは、反射角度範囲内にある入射角度（例えば、５１°～６６°）で表面８４に当たり、その結果、光線６３ｃは、ＬＯＥ５０の主要表面５２ａに向かう反射光線６５ｃとして、表面８４によって反射される。反射光線６５ｃは、全反射条件を維持するために必要とされる臨界角よりも小さい角度で表面５２ａに当たり、したがって、表面５２ａを介してＬＯＥ５０から透過される。
【0176】
これまで説明されたゴースト画像および迷光光線の抑制に努めてきた技術は、画像プロジェクタ１００によって放出された光が好ましくない角度でＬＯＥ５０内に結合するのを防止する、光学内部結合構成設計のアプローチに依存してきた。他のアプローチが可能であり、これらは、上述したアプローチと組み合わせて、またはその代わりに使用することができるが、このアプローチは、ＬＯＥ出力におけるゴースト画像として現れ得る、好ましくない角度で画像プロジェクタ１００によって出力される光の量を低減する方法で、画像プロジェクタ１００の部品を設計することに依存する。光学アセンブリ１６０の光学部品（特にレンズ）の側壁、および／またはバレル１０２の内側側壁からの不要な反射が、画像プロジェクタ１００から好ましくない角度で光を出力する影響の一因となる可能性があることをが見出されている。光学部品（およびバレル）は、（上で考察されたように）特別に設計された成形型を使用して製造されるため、その成形型は、これらの不要な反射を低減するか、または完全に防止する方法で設計することができる。不要な反射を処理する１つの方法は、レンズ（２００、３００、４００、５００）成形型を、好ましい所定の側壁角度で特に位置されたパーティングラインを用いて設計することである。
【0177】
特に、図１３、図１４、および図１６を参照すると、側面２０６、２０８、３０６、３０８、４０６、４０８、５０６、５０８は、内向きに先細りして、それぞれ、θLens200、θLens300、θLens400、θLens500のレンズ２００、３００、４００、５００に対する側面角度を画定することが理解され得る。この特別の非限定的な例では、レンズ２００、３００、４００、５００を製造するために使用される成形型は、底部パーティングラインを有し（この文脈において、「底部」は、ベース６００からより遠くにあるレンズの光学表面により近い）、約８°の側面角度を有する状態である。側壁角度θLens200、θLens300、θLens400、θLens500は、側面（例えば、２０６、２０８、３０６、３０８、４０６、４０８、５０６、５０８）と、共有されたレンズの中心光軸（図１３では垂直軸であり、かつマイクロディスプレイデバイス１３６の平面に対して垂直軸に沿っている）に対して平行である線との間の角度として測定される。底部パーティングライン、および比較的小さい側面角度により、製造されたレンズを成形型から概ね容易に取り出すことができる。さらに、成形型のこの特別のパーティングラインおよび側壁角度構成は、代替的なパーティングラインおよび側壁角度構成と比較して、側面２０６、２０８、３０６、３０８、４０６、４０８、５０６、５０８からの反射の数を大幅に低減することが見出されている。
【0178】
本明細書で想定される成形型のそのような代替的なパーティングラインおよび側壁角度構成の１つは、中心パーティングラインを有する構成であり、その結果、各レンズは、一対のセグメントから形成される側壁表面を有することになる。この構成では、側面セグメントは、約２°の側壁角度を形成する。この代替的な構成は、（中心パーティングラインおよび小さい側壁角度に起因して）成形型からレンズを簡単に取り外すことができるという利点を有するが、レンズの側面セグメントは、かなりの量の迷光光線を引き起こす、不要な反射の相当な部分をもたらす。
【0179】
特定の例では、光学アセンブリ１６０の１つ（または２つ以上）のレンズに入射する光強度の一部が、レンズから出ていくために、レンズの側面（またはレンズの頂部もしくは底部）を介して、レンズから透過される（および光学アセンブリ１６０から出ていく）可能性がある。レンズの側面から出ていく光は、光が出ていくレンズの側面に近接する内側側壁１３４ａ、１３４ｂ、または領域１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂに当たる。その当たった光は、内側側壁１３４ａ、１３４ｂ、または領域１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂによって反射されてレンズに向かって戻り、迷光光線として光学アセンブリ１６０に再度入射する可能性があり、ＬＯＥ５０内に注入され得る画像の歪みを引き起こす。内側側壁１３４ａ、１３４ｂ、または領域１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂからの不要な反射を防止するために、バレル１０２自体もまた、バレル１０２の内側側壁部分からの不要な反射を低減する特殊な内側側壁を備えて設計することができる。
【0180】
特定の実施形態では、内側側壁１３４ａ、１３４ｂ、または領域１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂのうちの１つ以上は、光がレンズ２００、３００、４００、５００のうちの１つ以上の側面を通って再度入射するのを防止する光吸収コーティング材を用いてコーティングされる。コーティング材に加えて、またはその代わりに、波形パターン（例えば、ジグザグ型パターン）などの、不要な反射を防止するためのパターンを備える内側側壁１３４ａ、１３４ｂ、または領域１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂのうちの１つ以上を提供することができる。このパターンは、バレル１０２を製造するために、パターン形成された部分を備えるバレル１０２の対応する形状を有する、特別に設計された成形型を利用することによって、バレル１０２の前述の側壁または領域に提供することができる。パターン化された側壁および／または領域の結果として、レンズ２００、３００、４００、５００のうちの１つ以上の側面から外へ出ていく光は、反射光がレンズ２００、３００、４００、５００のうちの１つ以上の側面を通って再度入射するのを防止する反射角度で光を反射させるような角度で、パターン形成された表面／領域の一部分に当てることができる。好ましくは、側壁１３４ａ、１３４ｂにおけるジグザグパターンは、レンズ２００、３００、４００、５００（図１５を参照して上述した）の入れ子構成の輪郭形状に対応し、その結果、ジグザグパターンは、一般に、脚部３１０ａ、３１０ｂ、４１０ａ、４１０ｂ、５１０ａ、５１０ｂの形状に従う。これにより、光が表面３１２ａ、３１２ｂ、４１２ａ、４１２ｂ、５１２ａ、５１２ｂを通ってレンズに再度入射するのを防止する。
【0181】
本開示の全体を通じて、光が内部反射によってＬＯＥ内に閉じ込められるものとして言及される場合は常に、内部反射は、全反射の形態であり得、それによって、臨界角よりも大きい角度で基板（ＬＯＥ）の主要外面５２ａ、５２ｂにおいて入射される画像照明を伝播させることにより、主要外面５２ａ、５２ｂでの照明の反射が引き起こされることに留意されたい。代替的に、内部反射は、主要外面５２ａ、５２ｂに適用される反射コーティング材（例えば、角度選択反射コーティング材）によって実現することができ、その結果、コーティング材によって画定される所与の角度範囲内で主要外面に入射する伝播画像照明は、主要外面５２ａ、５２ｂで反射される。
【0182】
ほとんどの図面には、画像プロジェクタの構造、ＬＯＥ、および光学内部結合構成のみが例示されているが、本発明の実施形態による光学系は、ディスプレイ、典型的にはヘッドアップディスプレイの一部として使用するために企図されており、そのディスプレイは、ヘッドマウンテドディスプレイまたは眼鏡フレームサポートディスプレイ（すなわち、眼鏡フォームファクタ）などのニアアイディスプレイであることが好ましいことを理解するであろう。特に好ましい実施形態では、光学系は、眼鏡フレームサポートディスプレイの一部として実装される。そのような実施態様では、光学アセンブリのレンズの幾何学的形状により、画像プロジェクタ１００が、眼鏡フレームのつるの部分に装着されるように眼鏡フレームに有利に取り付けられるのが可能になり、快適なウェアラブルヘッドマウント式コンパクト光学デバイスをユーザに提供する。
【0183】
本開示の様々な実施形態の説明は、例示の目的で提示されてきたが、網羅的であることも、開示される実施形態に限定されることも意図されていない。記載された実施形態の範囲および趣旨から逸脱しない多くの修正および変形が、当業者には明らかであろう。本明細書で使用される用語は、実施形態の原理、市場で見られる技術に対する実際の適用または技術的改善を最もよく説明するため、または当業者以外の人が本明細書に開示される実施形態を理解することを可能にするために選択された。
【0184】
本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他のことを指示しない限り、複数の参照を含む。
【0185】
「例示的」という言葉は、本明細書では、「例、実例、または例示として役立つ」ことを意味するために使用される。「例示的」として記載される任意の実施形態は、必ずしも他の実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではなく、および／または他の実施形態からの特徴の組み込みを除外するものではない。
【0186】
明確にするために、別個の実施形態の文脈で記載される本発明の特定の特徴はまた、単一の実施形態で組み合わせて提供され得ることが理解される。逆に、簡潔にするために、単一の実施形態の文脈で記載される本発明の様々な特徴はまた、別個に、または任意の好適な部分的な組み合わせで、または本発明の他の任意の記載された実施形態で好適であるとして提供され得る。様々な実施形態の文脈で記載される特定の特徴は、実施形態がそれらの要素なしでは動作しない場合を除いて、それらの実施形態の本質的な特徴とみなされるべきではない。
【0187】
添付の特許請求の範囲が多重の依存関係なしに起草されている点において、これは、このような複数の依存関係を許可しない法域の正式な要件に対応するためにのみ行われている。特許請求の範囲を多重依存にすることによって暗示されるであろう特徴のすべての可能な組み合わせが明示的に想定されており、本発明の一部とみなされるべきであることに留意されたい。
【0188】
本発明は、その特定の実施形態と併せて記載されてきたが、多くの代替、修正、および変形が当業者には明らかになるであろうことは明白である。したがって、添付の特許請求の範囲の趣旨および広い範囲に収まるすべてのこのような代替、修正、および変形を包含することが意図されている。
【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】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】