特許 7568180 ニアアイ光学システム

(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】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】ニアアイ光学システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20241008BHJP

   G02B 5/00 20060101ALI20241008BHJP

   G02B 5/08 20060101ALI20241008BHJP

   G02B 17/08 20060101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B5/00 Z

G02B5/08 Z

G02B17/08

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2020184136

(22)【出願日】2020-11-04

(65)【公開番号】P2021076840

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2023-03-20

(31)【優先権主張番号】62/931,813

(32)【優先日】2019-11-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】202010070389.2

(32)【優先日】2020-01-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】500093133

【氏名又は名称】中強光電股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】簡 宏達

【審査官】弓指 洋平

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２３１７８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－０８３６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４５３６１３８（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０５３３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０１９８４７１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／００－３０／６０

Ｇ０２Ｂ ５／００－５／１３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

映像光束を受けるニアアイ光学システムであって、
前記ニアアイ光学システムは、前記映像光束を第一方向に拡張させる第一光導波路を含み、
前記第一光導波路は、
第一入光領域を有する第一表面と、
前記第一表面に対向する第二表面と、
前記第二表面に設置された複数個の第一反射斜面と、
前記第二表面に設置された複数個の第二反射斜面とを含み、
前記第二表面は陥凹領域を有し、かつ前記陥凹領域が前記第一入光領域に合わせられ、
前記陥凹領域が平坦な底面及び対向する第一傾斜側壁と第二傾斜側壁を有し、
前記複数個の第一反射斜面、前記陥凹領域及び前記複数個の第二反射斜面が第一方向に沿って順に配列され、かつ前記第一傾斜側壁、前記平坦な底面及び前記第二傾斜側壁が前記第一方向に沿って順に配列されることを特徴とする、ニアアイ光学システム。

【請求項2】

前記平坦な底面、前記第一傾斜側壁、前記第二傾斜側壁、前記複数個の第一反射斜面及び前記複数個の第二反射斜面とが反射面である、請求項１に記載のニアアイ光学システム。

【請求項3】

前記第一光導波路はさらに、
前記第二表面に設置された複数個の第一反射表面と、
前記第二表面に設置された複数個の第二反射表面とを含み、
前記複数個の第一反射表面と前記複数個の第一反射斜面が前記第一方向に交互に配列され、
前記複数個の第二反射斜面と前記複数個の第二反射表面が前記第一方向に交互に配列される、請求項２に記載のニアアイ光学システム。

【請求項4】

前記映像光束は前記第一入光領域を経由して前記第一光導波路に入った後、
前記映像光束が前記平坦な底面に反射されて前記映像光束の第一部分を形成し、かつ前記第一表面を経由して前記第一光導波路を離れ、
前記映像光束が前記第一傾斜側壁に反射されて前記映像光束の第二部分を形成し、前記映像光束の前記第二部分が前記複数個の第一反射表面に反射され、前記複数個の第一反射斜面に反射され、かつ前記第一表面を経由して前記第一光導波路を離れ、
前記映像光束が前記第二傾斜側壁に反射されて前記映像光束の第三部分を形成し、前記映像光束の前記第三部分が前記複数個の第二反射表面に反射され、前記複数個の第二反射斜面に反射され、かつ前記第一表面を経由して前記第一光導波路を離れる、請求項３に記載のニアアイ光学システム。

【請求項5】

前記ニアアイ光学システムはさらに、
前記映像光束を第二方向に拡張させる第二光導波路と、
前記第二光導波路において傾斜して配置される偏光分光面と、
前記第二光導波路と前記第一表面との間に配置される四分の一波長板とを含み、
前記第一表面が前記第二光導波路と前記第二表面との間に配置され、
前記映像光束が前記第二光導波路に入った後、前記偏光分光面と前記四分の一波長板を順に透過し、前記第一光導波路の前記第一入光領域まで伝達され、かつ、前記第一表面から前記第一光導波路を離れた前記映像光束が順に前記四分の一波長板を透過し、前記第二光導波路に入り、かつ前記偏光分光面に反射されて、前記映像光束が前記第二光導波路において前記第二方向に伝達される、請求項４に記載のニアアイ光学システム。

【請求項6】

前記複数個の第一反射表面と前記複数個の第二反射表面が前記第一表面に対する傾斜角が８０度より大きい、請求項３に記載のニアアイ光学システム。

【請求項7】

前記第一傾斜側壁と前記第二傾斜側壁が鏡面対称であり、前記複数個の第一反射斜面と前記複数個の第二反射斜面が鏡面対称であり、かつ、前記複数個の第一反射表面と前記複数個の第二反射表面が鏡面対称である、請求項３に記載のニアアイ光学システム。

【請求項8】

前記平坦な底面が光透過面であり、かつ、前記第一傾斜側壁、前記第二傾斜側壁、前記複数個の第一反射斜面及び前記複数個の第二反射斜面が全て反射面である。請求項１に記載のニアアイ光学システム。

【請求項9】

前記第一光導波路はさらに、
前記第二表面に設置された複数個の第一透過表面と、
前記第二表面に設置された複数個の第二透過表面とを含み、
前記複数個の第一反射斜面と前記複数個の第一透過表面が前記第一方向において交互に配列され、
前記複数個の第二透過表面と前記複数個の第二反射斜面が前記第一方向において交互に配列される、請求項８に記載のニアアイ光学システム。

【請求項10】

前記映像光束が前記第一入光領域を経由して前記第一光導波路に入った後、
前記映像光束が前記平坦な底面を透過して、前記映像光束の第一部分を形成し、前記第一光導波路を離れ、
前記映像光束が前記第一傾斜側壁に反射されて、前記映像光束の第二部分を形成し、前記映像光束の前記第二部分が前記複数個の第一透過表面を透過し、かつ前記複数個の第一反射斜面に反射され、前記第一光導波路を離れ、
前記映像光束が前記第二傾斜側壁に反射されて、前記映像光束の第三部分を形成し、前記映像光束の前記第三部分が前記複数個の第二透過表面を透過し、かつ前記複数個の第二反射斜面に反射され、前記第一光導波路を離れる、請求項９に記載のニアアイ光学システム。

【請求項11】

前記ニアアイ光学システムはさらに、前記映像光束を第二方向上に拡張させる第二光導波路を含み、
前記第二光導波路は、前記第二表面に向く表面において第二入光領域を有し、前記第二入光領域が前記第二表面からの前記映像光束を受ける、請求項１０に記載のニアアイ光学システム。

【請求項12】

前記ニアアイ光学システムはさらに、前記第二表面に配置された補償導波路を含み、
前記複数個の第一透過表面、前記複数個の第一反射斜面、前記複数個の第二透過表面及び前記複数個の第二反射斜面が複数個のプリズム表面構造を形成し、
前記補償導波路は、前記第一光導波路に向く表面において、前記陥凹領域及び前記複数個のプリズム表面構造と互いに補い合う表面構造を有する、請求項９に記載のニアアイ光学システム。

【請求項13】

前記第一傾斜側壁と前記第二傾斜側壁が鏡面対称であり、前記複数個の第一反射斜面と前記複数個の第二反射斜面が鏡面対称であり、かつ、前記複数個の第一透過表面と前記複数個の第二透過表面が鏡面対称である、請求項９に記載のニアアイ光学システム。

【請求項14】

前記複数個の第一反射斜面と前記第一表面との距離が前記第一方向に沿って逓増し、かつ前記複数個の第二反射斜面と前記第一表面との距離が前記第一方向に沿って逓減する、請求項８に記載のニアアイ光学システム。

【請求項15】

前記第一傾斜側壁、前記第二傾斜側壁、前記複数個の第一反射斜面及び前記複数個の第二反射斜面が前記第一表面に対する傾斜角がすべて同じである、請求項８に記載のニアアイ光学システム。

【請求項16】

前記第一傾斜側壁と前記第二傾斜側壁とが鏡面対称であり、かつ前記複数個の第一反射斜面と前記複数個の第二反射斜面とが鏡面対称である、請求項１に記載のニアアイ光学システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は光学システムに関し、特にニアアイ光学システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ヘッドマウントディスプレイＨＭＤ（Ｈｅａｄ／Ｈｅｌｍｅｔ－ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙｓ，ＨＭＤｓ）などニアアイ光学システムの歴史は１９７０年代のアメリカ軍事技術まで遡れる。一つの投影装置を利用して、表示アセンブリ上の映像または文字情報をユーザの目の中に投影するものである。

【0003】

近年、小型の表示アセンブリの発展に伴い、解像度がさらに高く、サイズとパワーロスがさらに小さくなる傾向にある。また、クラウド技術の発展により、いつでもどこでもクラウドサーバから大量の情報をダウンロードすることができるようになり、膨大なデータを持ち運ぶ紛らわしさから解放された。ニアアイ光学システムの発展で携帯式の（ｐｏｒｔａｂｌｅ）表示装置が登場した。ニアアイ光学システムは、軍事分野以外に、その他の工業生産、シミュレーショントレーニング、３Ｄ表示、医療、スポーツ及び電子ゲームなどの関連分野でも成長し、重要な位置を占めている。

【0004】

ニアアイ光学システムが大きな視野角を提供できれば、ユーザからすれば、即ち、人の目でより大きな映像画面が見える。導波路を用いて映像光束を伝達する時に、視野角は主に導波路の材料及び形状要因（ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ）の影響を受けるため、従来の導波路が提供できる視野角が制限され、ニーズを満足できない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明のニアアイ光学システムは、視角範囲を有効に拡張させ、かつ高い光効率及び高い映像均一性を有する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

映像光束を受けるニアアイ光学システムであって、ニアアイ光学システムは映像光束を第一方向に拡張させる第一光導波路を含み、第一光導波路が第一表面、第二表面、複数個の第一反射斜面及び複数個の第二反射斜面を含む。第一表面が第一入光領域を有し、第二表面と第一表面が対向して設置される。第二表面は第一入光領域に合わせられた陥凹領域を有し、陥凹領域が平坦な底面及び対向する第一傾斜側壁と第二傾斜側壁を有する。複数個の第一反射斜面が第二表面に設置され、かつ複数個の第二反射斜面が第二表面に設置される。複数個の第一反射斜面、陥凹領域及び複数個の第二反射斜面が第一方向に沿って順に配列され、かつ第一傾斜側壁、平坦な底面及び第二傾斜側壁が第一方向に沿って順に配列される。

【発明の効果】

【0007】

本発明の実施例のニアアイ光学システムにおいて、その第一光導波路は、平坦な底面及び対向する第一傾斜側壁と第二傾斜側壁を含む陥凹領域を用いて、映像光束を三つの部分に分ける。これにより、二つの対向する方向（Ｏｐｐｏｓｉｔｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に視角範囲を拡張させ、かつニアアイ光学システムに高い光効率及び高い映像均一性をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】本発明の一実施例のニアアイ光学システムの一方向における断面概略図。

【図1B】本発明の一実施例のニアアイ光学システムの異なる方向における断面概略図。

【図2A】本発明の別の実施例のニアアイ光学システムの一方向における断面概略図。

【図2B】本発明の別の実施例のニアアイ光学システムの異なる方向における断面概略図。

【図3】本発明のさらに別の実施例のニアアイ光学システムの第一光導波路と補償導波路の断面概略図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１Ａと図１Ｂは本発明の一実施例のニアアイ光学システムの異なる二つの方向における断面概略図である。図１Ａと図１Ｂを参照すると、本実施例のニアアイ光学システム１００は映像光束を１１２受けるものであり、映像光束１１２は例えばプロジェクター（ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）１１０から発射され、プロジェクター１１０は例えばピコプロジェクター（ｐｉｃｏ ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）である。ニアアイ光学システム１００は映像光束１１２を第一方向Ｄ１に拡張させる第一光導波路２００を含み、第一光導波路２００が第一表面２１０、第二表面２２０、複数個の第一反射斜面２２２及び複数個の第二反射斜面２２６を含む。第一表面２１０は第一入光領域Ａ１を有し、第二表面２２０が第一表面２１０に対向して設置される。第二表面２２０は陥凹領域２３０を有し、陥凹領域２３０が第一入光領域Ａ１に合わせられ、かつ対応する。陥凹領域２３０は平坦な底面２３２及び対向する第一傾斜側壁２３４と第二傾斜側壁２３６を有する。複数個の第一反射斜面２２２は第二表面２２０に設置され、かつ複数個の第二反射斜面２２６が第二表面２２０に設置されている。本実施例において、複数個の第一反射斜面２２２、陥凹領域２３０及び複数個の第二反射斜面２２６が第一方向Ｄ１に沿って順に配列され、かつ第一傾斜側壁２３４、平坦な底面２３２及び第二傾斜側壁２３６が第一方向Ｄ１に沿って順に配列されている。さらに説明すると、第一方向Ｄ１の正方向及び第一方向Ｄ１の逆方向に沿って、複数個の第一反射斜面２２２及び複数個の第二反射斜面２２６が陥凹領域２３０を中心領域として配列されている。

【0010】

本実施例において、第一光導波路２００はさらに複数個の第一反射表面２２４及び複数個の第二反射表面２２８を含む。複数個の第一反射表面２２４は第二表面２２０に設置され、かつ、複数個の第一反射表面２２４と複数個の第一反射斜面２２２が第一方向Ｄ１において交互に配列される。複数個の第二反射表面２２８は第二表面２２０に設置され、かつ、複数個の第二反射斜面２２６と複数個の第二反射表面２２８が第一方向Ｄ１において交互に配列される。本実施例において、平坦な底面２３２、第一傾斜側壁２３４、第二傾斜側壁２３６、複数個の第一反射斜面２２２、複数個の第二反射斜面２２６、複数個の第一反射表面２２４及び複数個の第二反射表面２２８は全て反射面であり、かつその上に反射層、例えば金属反射層がコーティングされる。

【0011】

本実施例において、映像光束１１２は第一入光領域Ａ１を経由して第一光導波路２００に入った後、映像光束１１２が平坦な底面２３２に反射されて映像光束１１２の第一部分１１２ａを形成し、かつ第一表面２１０を経由して第一光導波路２００を離れる。映像光束１１２が第一傾斜側壁２３４に反射されて映像光束１１２の第二部分１１２ｂを形成し、映像光束１１２の第二部分１１２ｂが複数個の第一反射表面２２４に反射され、複数個の第一反射斜面２２２に反射されて、かつ第一表面２１０を経由して第一光導波路２００を離れる。映像光束１１２が第二傾斜側壁２３６に反射されて映像光束１１２の第三部分１１２ｃを形成し、映像光束１１２の第三部分１１２ｃが複数個の第二反射表面２２８に反射され、複数個の第二反射斜面２２６に反射されて、かつ第一表面２１０を経由して第一光導波路２００を離れる。

【0012】

本実施例において、ニアアイ光学システム１００はさらに、第二光導波路１２０、偏光分光面１４０及び四分の一波長板（ｑｕａｒｔｅｒ ｗａｖｅｐｌａｔｅ）１３０を含む。第二光導波路１２０は映像光束１１２を第二方向Ｄ２に拡張させるものであり、本実施例において、第二方向Ｄ２が第一方向Ｄ１に垂直であり、ユーザがニアアイ光学システム１００を着用した時に、第一方向Ｄ１が例えば水平方向であり、第二方向Ｄ２が例えば鉛直方向（重力方向）である。また、別の実施例において、第一方向Ｄ１が鉛直方向であり、第二方向Ｄ２が水平方向であってもよい。本実施例において、第一表面２１０が第二光導波路１２０と第二表面２２０との間に配置されている。

【0013】

図１Ｂを参照すると、偏光分光面（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ）１４０は第二光導波路１２０中に傾斜して配置され、かつ四分の一波長板１３０が第二光導波路１２０と第一表面２１０との間に配置されている。プロジェクター１１０からの映像光束１１２が第二光導波路１２０に入った後、順に偏光分光面１４０と四分の一波長板１３０を透過し、第一光導波路２００の第一入光領域Ａ１まで伝達される。その後、前記映像光束１１２の第一部分１１２ａ、第二部分１１２ｂ及び第三部分１１２ｃのように前記経路を通って、第一表面２１０から第一光導波路２００を離れる。第一表面２１０から第一光導波路２００を離れた映像光束１１２は順に四分の一波長板１３０を透過し、第二光導波路１２０に入り、さらに偏光分光面１４０に反射されることで、映像光束１１２が第二光導波路１２０中に第二方向Ｄ２に伝達される。本実施例において、プロジェクター１１０からの映像光束１１２は偏光分光面１４０に対する、例えばＰ偏光光束または非偏光光束であり、従って、偏光分光面１４０を透過した映像光束１１２がＰ偏光光束であり、そして、映像光束１１２が四分の一波長板１３０を通って第一光導波路２００に入り、第一光導波路２００内部での反射と伝達により、第一表面２１０から第一光導波路２００を離れた映像光束１１２が四分の一波長板１３０を透過した後、Ｓ偏光光束に変換され、このＳ偏光光束が偏光分光面１４０に反射されることで、映像光束１１２が第二光導波路１２０中に第二方向Ｄ２へ伝達される。

【0014】

本実施例において、第二光導波路１２０は第二方向Ｄ２に配列された複数個の反射斜面１２２を有し、これにより第二光導波路１２０中に伝達される映像光束１１２をユーザの目５０まで反射することができ、映像光束１１２の映像が目５０の角膜と水晶体の集光作用によって目５０の網膜上に像形成される。つまり、ニアアイ光学システム１００は目５０の前方（手前）に虚像を形成し、第二光導波路１２０が目５０とこの虚像との間に位置する。第一方向Ｄ１と第二方向Ｄ２が第三方向Ｄ３に垂直であり、第三方向Ｄ３が目５０の直視方向に平行または略平行であってもよい。また、本実施例において、目５０はニアアイ光学システム１００が表示する虚像を見ることができるほか、第二光導波路１２０によって第二光導波路１２０後方の周辺景観を見ることができる。つまり、環境光束が第二光導波路１２０を通って目５０に取り込まれるため、ニアアイ光学システム１００は拡張現実ディスプレイとすることができる。

【0015】

本実施例において、複数個の第一反射表面２２４と複数個の第二反射表面２２８が第一表面２１０に対する傾斜角θ１とθ２は何れも８０度より大きい。また、本実施例において、第一傾斜側壁２３４と第二傾斜側壁２３６が鏡面対称（ｍｉｒｒｏｒ ｓｙｍｍｅｔｒｙ）であり、複数個の第一反射斜面２２２と複数個の第二反射斜面２２６が鏡面対称であり、かつ、複数個の第一反射表面２２４と複数個の第二反射表面２２８が鏡面対称である。前記鏡面対称は陥凹領域２３０を参考基準とする。

【0016】

本実施例のニアアイ光学システム１００において、その第一光導波路２００は、平坦な底面２３２及び対向する第一傾斜側壁２３４と第二傾斜側壁２３６を有する陥凹領域２３０を用いて、映像光束１１２を三つの部分に分ける。これにより、対向する二方向において（即ち、第一方向Ｄ１上及び第一方向Ｄ１の逆方向上）視角範囲を拡張させ、かつニアアイ光学システム１００の光効率と映像の均一性を高め、及び視野角を大きくすることができる。また、本実施例のニアアイ光学システム１００において、一般的な導波路の対向する二つの表面による全反射特性と異なり、本実施例の映像光束１１２が第一傾斜側壁２３４と第二傾斜側壁２３６に反射された後に、第一反射表面２２４と第一反射斜面２２２によって形成される光取込み構造及び第二反射表面２２８と第二反射斜面２２６によって形成される光取込み構造へ直接照射され、かつ、第一光導波路２００中に全反射による伝達がない。従って、本実施例のニアアイ光学システムは映像光束１１２を正確に目５０まで伝達し、かつ光効率を高めことができる。また、第一光導波路２００は一般的な導波路のような対向する二つの表面による全反射特性を有しないため、光取込み構造を設計する時に、大視野角の映像光束１１２が小視野角の映像光束１１２の光取込み構造の影響を受けることを有効に回避でき、つまり、本実施例では異なる視野角の光取込み構造を別々に分けて設計することが可能で、一部視野角の映像光束１１２を個別に調整することが可能であり、これにより映像均一性を高めることができる。光取込み構造は例えば角柱構造。

【0017】

また、本実施例において、平坦な底面２３２の第一方向Ｄ１上の幅は、映像光束１１２が陥凹領域２３０に入射する時の第一方向Ｄ１上の幅より小さい。また、第一反射表面２２４が第一表面２１０に対する傾斜角θ１（または第二反射表面２２８が第一表面２１０に対する傾斜角θ２）に第一反射斜面２２２が第一表面２１０に対する傾斜角θ３（または第二反射斜面２２６が第一表面２１０に対する傾斜角θ４）を足し、さらに第一傾斜側壁２３４が第一表面２１０に対する傾斜角θ５（または第二傾斜側壁２３６が第一表面２１０に対する傾斜角θ６）を足した和が、例えば１８０度である。また、第一反射斜面２２２、第二反射斜面２２６、第一反射表面２２４及び第二反射表面２２８は、基準参考平面２２１から上へ突出した光取込み構造の表面と見なすことができ、基準参考平面２２１が第一表面２１０と第二表面２２０に平行であり、平坦な底面２３２が第一表面２１０に平行であってもよい。本実施例において、隣接する二つの光取込み構造が密接するものである。なお、別の実施例において、隣接する二つの光取込み構造の間に隙間があってもよく、かつ隣接する二つの光取込み構造の間の第二表面２２０が基準参考平面２２１に沿って二つの光取込み構造を繋げるようにしてもよい。

【0018】

また、本実施例において、陥凹領域２３０から最も遠い光取込み構造の第一反射表面２２４と陥凹領域の中心との第一方向Ｄ１における距離がｈ／ｔａｎ（２＊（θ５）‐９０°‐ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（φ／ｎ）＋ｗ／２）より小さい。なお、ｈは平坦な底面２３２と基準参考平面２２１との第三方向Ｄ３（即ち、第一表面２１０に垂直な方向）における距離であり、φは映像光束１１２が第二光導波路１２０に入射する前の空地中の最大出力角度であり、ｎは第一光導波路２００の材料の屈折率であり、ｗは平坦な底面２３２が第一方向Ｄ１における幅である。一実施例において、前記距離より大きい場合、映像光束１１２が入射されなくなる。

【0019】

図２Ａと図２Ｂは本発明の別の実施例のニアアイ光学システムが異なる二つの方向における断面概略図である。図２Ａと図２Ｂを参照すると、本実施例のニアアイ光学システム１００ａは図１Ａと図１Ｂのニアアイ光学システム１００に類似するが、両者の主な相違点は以下の通りである。本実施例のニアアイ光学システム１００ａにおいて、第一光導波路２００ａの陥凹領域２３０の平坦な底面２３２ａが光透過面であり、第一傾斜側壁２３４、第二傾斜側壁２３６、複数個の第一反射斜面２２２及び複数個の第二反射斜面２２６が何れも反射面であり、かつその上に反射層、例えば金属反射層がコーティングされている。

【0020】

本実施例において、第一光導波路２００ａは第一反射表面２２４と第二反射表面２２８を含まず、その代わりに、第一光導波路２００ａは複数個の第一透過表面２２４ａ及び複数個の第二透過表面２２８ａを含む。複数個の第一透過表面２２４ａは第二表面２２０に設置され、かつ、複数個の第一反射斜面２２２と複数個の第一透過表面２２４ａが第一方向Ｄ１において交互に配列される。複数個の第二透過表面２２８ａは第二表面２２０に設置され、かつ複数個の第二透過表面２２８ａと複数個の第二反射斜面２２６が第一方向Ｄ１において交互に配列される。

【0021】

本実施例において、プロジェクター１１０からの映像光束１１２が第一入光領域Ａ１を経由して第一光導波路２００ａに入った後、映像光束１１２が平坦な底面２３２ａを透過して映像光束１１２の第一部分１１２ａを形成し、第一光導波路２００ａを離れる。映像光束１１２が第一傾斜側壁２３４に反射されて映像光束１１２の第二部分１１２ｂを形成し、映像光束１１２の第二部分１１２ｂが複数個の第一透過表面２２４ａを透過し、かつ複数個の第一反射斜面２２２に反射されて、第一光導波路２００ａを離れる。また、映像光束１１２が第二傾斜側壁２３６に反射されて映像光束１１２の第三部分１１２ｃを形成し、映像光束１１２の第三部分１１２ｃが複数個の第二透過表面２２８ａを透過し、かつ複数個の第二反射斜面２２６に反射されて、第一光導波路２００ａを離れる。

【0022】

本実施例において、ニアアイ光学システム１００ａはさらに、第二表面２２０に配置された補償導波路２０５を含む。複数個の第一透過表面２２４ａ、複数個の第一反射斜面２２２、複数個の第二透過表面２２８ａ及び複数個の第二反射斜面２２６が複数個のプリズム表面構造２２９を形成し、補償導波路２０５が第一光導波路２００ａの表面２０６に面しおり、かつ、陥凹領域２３０及び複数個のプリズム表面構造２２９に対し補い合う表面構造２０７を有する。詳しく言うと、補償導波路２０５の表面構造２０７が第一光導波路２００ａの表面２０６と補い合うものである。

【0023】

図２Ｂを参照すると、本実施例において、映像光束１１２の前記第一部分１１２ａ、第二部分１１２ｂ及び第三部分１１２ｃが前記経路を辿って第一光導波路２００ａを離れた後、第二表面２２０に面した第二光導波路１２０の表面１２１における第二入光領域Ａ２まで伝達され、第二入光領域Ａ２から第二光導波路１２０に入る。例を挙げる、映像光束１１２が第一光導波路２００ａを離れた後、まず補償導波路２０５を透過し、そして第二入光領域Ａ２を経由で第二光導波路１２０に入る。つまり、第二入光領域Ａ２は第一光導波路２００ａの第二表面２２０からの映像光束１１２を受けるものである。

【0024】

本実施例において、第一傾斜側壁２３４と第二傾斜側壁２３６が鏡面対称であり、複数個の第一反射斜面２２２と複数個の第二反射斜面２２６が鏡面対称であり、かつ、複数個の第一透過表面２２４ａと複数個の第二透過表面２２８ａが鏡面対称である。本実施例において、第一傾斜側壁２３４、第二傾斜側壁２３６、複数個の第一反射斜面２２２及び複数個の第二反射斜面２２６が第一表面２１０に対する傾斜角が全て同じである。

【0025】

図３は本発明のさらに別の実施例のニアアイ光学システムの第一光導波路と補償導波路の断面概略図である。図３を参照すると、本実施例の第一光導波路２００ｂと補償導波路２０５ｂが図２Ａの第一光導波路２００ａと補償導波路２０５に類似するが、両者の主な相違点は以下の通りである。本実施例の第一光導波路２００ｂにおいて、複数個の第一反射斜面２２２ｂと第一表面２１０との距離Ｈ１が第一方向Ｄ１に沿って逓増し、かつ、複数個の第二反射斜面２２６ｂと第一表面２１０との距離Ｈ２が第一方向Ｄ１に沿って逓減する。言い換えれば、第一反射斜面２２２ｂと第二反射斜面２２６ｂから第一表面２１０までの距離Ｈ１とＨ２はいずれも陥凹領域２３０に近づくほど大きくなり、陥凹領域２３０から離れるほど小さくなる。これにより、陥凹領域２３０から比較的に遠い第一反射斜面２２２ｂと第二反射斜面２２６ｂにおいても十分な光強度を有する映像光束１１２を受けることができ、映像画面の明るさの均一性を有効に維持できる。また、本実施例において、第一反射表面２２４ｂは隣接する二つの第一反射斜面２２２ｂの間に配置され、かつ第二反射表面２２８ｂは隣接する二つの第二反射斜面２２６ｂの間に配置される。前記第一反射斜面２２２ｂと第二反射斜面２２６ｂから第一表面２１０までの距離Ｈ１とＨ２は平均値計算によって得られた数値である。

【0026】

以上を纏めると、本発明の実施例のニアアイ光学システムにおいて、その第一光導波路は、平坦な底面及び対向する第一傾斜側壁と第二傾斜側壁を有する陥凹領域を用いて、映像光束分を三つの部分に分ける。これにより、対向する二つの方向において視角範囲を拡張させ、かつニアアイ光学システムに高い光効率及び高い映像均一性をもたらすことができる。以上の説明したのは本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の実施範囲を制限するものではない。本発明の請求の範囲及び発明内容を基に行われた簡単、等価の変更と修正はすべて本発明の範囲内に属する。また、本発明の任意の実施例または請求項は、必ずしも本発明のすべての目的または利点または特徴を達成するものとは限らない。さらに、要約書と発明の名称は特許検索に利用されるものであり、本発明の権利範囲を制限するものではない。また、明細書で言及される「第一」、「第二」等の用語は構成部の名称を示し、構成部の数の上限または下限を制限するものではない。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】