特表 2022-510840 人の眼に画像を投影するための光結合装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-28

(54)【発明の名称】人の眼に画像を投影するための光結合装置および方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20220121BHJP

   G02B 5/32 20060101ALI20220121BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20220121BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B5/32

G02B5/18

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021528956

(86)(22)【出願日】2019-10-10

(85)【翻訳文提出日】2021-07-21

(86)【国際出願番号】 EP2019077435

(87)【国際公開番号】W WO2020104097

(87)【国際公開日】2020-05-28

(31)【優先権主張番号】102018220034.3

(32)【優先日】2018-11-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100147991

【弁理士】

【氏名又は名称】鳥居 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100201743

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 和真

(72)【発明者】

【氏名】ピラード，ゲール

【テーマコード（参考）】

2H199

2H249

【Ｆターム（参考）】

2H199CA29

2H199CA32

2H199CA45

2H249AA02

2H249AA12

2H249AA60

2H249CA05

2H249CA15

2H249CA22

(57)【要約】

本発明は、照射装置（２）から人の眼（４）に画像を投影するための光結合装置（３）であって、互いに間隔をおいて配置された少なくとも２つの層（３ａ，３ｂ）を備え、少なくとも２つの層（３ａ，３ｂ）は眼（４）までの距離が異なっており、それぞれの層（３ａ，３ｂ）が少なくとも部分的に反射特性をもつように構成されており、少なくともいずれか１つの層（３ａ）により、少なくとも１つの層（３ａ）における反射によって少なくとも１つの反射された第１の部分ビーム（１００ｃ，１０１ｃ，１０２ｃ）が提供され、少なくとも２つの層（３ａ，３ｂ）の第２の層（３ａ，３ｂ）よりも眼（４）までの距離が短い少なくとも２つの層（３ａ，３ｂ）の第１の層（３ａ）が部分的に透過特性をもつように構成されており、これにより、入射ビーム（１００，１０１，１０２ａ）から少なくとも１つの第２の部分ビーム（１００ａ，１０１ａ，１０２ａ）が形成され、少なくとも１つの第２の部分ビーム（１００ａ，１０１ａ，１０２ａ）が第１の角度（２０２’，２０３’，２０４’）で透過され、後方に位置する第２の層（３ｂ）によって、反射された第２の部分ビーム（１００ｂ，１０１ｂ，１０２ｂ）として少なくとも部分的に反射され、反射された第１および第２の部分ビーム（１００ｃ，１０１ｃ，１０２ｃ；１００ｂ，１０１ｂ，１０２ｂ）によって、それぞれ異なる複数のアイボックス（ＥＢ１，ＥＢ２）の位置（１０，１１）が眼（４）の瞳孔（４ａ）に提供される光結合装置（３）に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

照射装置（２）から人の眼（４）に画像を投影するための光結合装置（３）であって、
互いに間隔（５０）をおいて配置された少なくとも２つの層（３ａ，３ｂ）を備え、
前記少なくとも２つの層（３ａ，３ｂ）は眼（４）までの距離が異なっており、
それぞれの層（３ａ，３ｂ）が少なくとも部分的に反射特性をもつように構成されており、少なくともいずれか１つの層（３ａ）により、当該少なくとも１つの層（３ａ）における反射によって少なくとも１つの反射された第１の部分ビーム（１００ｃ，１０１ｃ，１０２ｃ）が提供され、
少なくとも２つの層（３ａ，３ｂ）の第２の層（３ａ，３ｂ）よりも眼（４）までの距離が短い少なくとも２つの層（３ａ，３ｂ）の第１の層（３ａ）が部分的に透過特性をもつように構成されており、これにより、入射ビーム（１００，１０１，１０２）から少なくとも１つの第２の部分ビーム（１００ａ，１０１ａ，１０２ａ）が形成され、少なくとも１つの第２の部分ビーム（１００ａ，１０１ａ，１０２ａ）が第１の角度（２０２’，２０３’，２０４’）で透過され、後方に位置する第２の層（３ｂ）によって、反射された第２の部分ビーム（１００ｂ，１０１ｂ，１０２ｂ）として少なくとも部分的に反射され、反射された第１および第２の部分ビーム（１００ｃ，１０１ｃ，１０２ｃ；１００ｂ，１０１ｂ，１０２ｂ）によって、複数のアイボックス（ＥＢ１，ＥＢ２）のそれぞれ異なる位置（１０，１１）が眼（４）の瞳孔（４ａ）に提供される、光結合装置（３）。

【請求項2】

請求項１に記載の光結合装置であって、少なくとも２つの前記層（３ａ，３ｂ）が、前記光結合装置（３）に入射する前記ビーム（１００，１０１，１０２）のエネルギーを、反射された異なる第１および第２の部分ビーム（１００ｃ，１０１ｃ，１０２ｃ；１００ｂ，１０１ｂ，１０２ｂ）に一様に分割するように構成されている、光結合装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の光結合装置であって、第１の層（３ａ）が、複数の第２の部分ビーム（１００ａ１，１００ａ２，１００ａ３，１００ｂ１，１００ｂ２，１００ｂ３）を形成するように構成されており、さらなる第２の部分ビーム（１００ａ１，１００ａ３）のうちの１つの第２のビーム（１００ａ１，１００ａ３）が、前記第１の角度（２０２’，２０３’，２０４’）に関して角度差（６０）をもって透過される、光結合装置。

【請求項4】

請求項３に記載の光結合装置であって、前記第１の層（３ａ）が、垂直方向における少なくとも１つのさらなる前記第２の部分ビーム（１００ａ１，１００ａ３）の前記角度差（６０）を提供するように構成されている、光結合装置。

【請求項5】

請求項３または４に記載の光結合装置であって、さらなる前記第２の部分ビーム（１００ａ１，１００ａ３，１００ｂ１，１００ｂ３）の総数が偶数である、光結合装置。

【請求項6】

請求項１から５までのいずれかに記載の光結合装置であって、前記第１の角度（２０２’，２０３’，２０４’）が、前記光結合装置（３）に入射する前記ビーム（１００，１０１，１０２）の入射角（２０２，２０３，２０４）以下である、光結合装置。

【請求項7】

請求項１から６までのいずれかに記載の光結合装置であって、
前記光結合装置（３）が、反射された第１および第２の部分ビーム（１００ｃ，１０１ｃ，１０２ｃ；１００ｂ，１０１ｂ，１０２ｂ；４００，４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６）の奇数の総数を提供するように構成され、特に総数が７であり、反射された第１および第２の部分ビーム（１００ｃ，１０１ｃ，１０２ｃ；１００ｂ，１０１ｂ，１０２ｂ；４００，４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６）のうちの少なくとも１つの部分ビーム（４００）が、瞳孔（４ａ）の中心に配置されたアイボックス（ＥＢ０）の位置を提供する、光結合装置。

【請求項8】

請求項７に記載の光結合装置であって、反射されたさらなる前記第１および第２の部分ビーム（４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６）が、前記瞳孔（４ａ）の縁部に広範囲に配置された複数のアイボックス（ＥＢ１，ＥＢ２，ＥＢ３，ＥＢ４，ＥＢ５，ＥＢ６）の位置を提供する、光結合装置。

【請求項9】

請求項８に記載の光結合装置であって、前記瞳孔（４ａ）の縁部における前記アイボックス（ＥＢ１，ＥＢ２，ＥＢ３，ＥＢ４，ＥＢ５，ＥＢ６）の位置が、対称的に、特に均等に分配して配置されている、光結合装置。

【請求項10】

請求項１から９までのいずれか１項に記載の光結合装置であって、少なくとも１つの前記層（３ａ，３ｂ）が、少なくとも１つのホログラムおよび／または回折素子を含む、光結合装置。

【請求項11】

人の眼に画像を投影するための投影システム（１）であって、照射装置（２）、特にレーザスキャナと、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の光結合装置（３）とを備える投影システム（１）。

【請求項12】

人の眼（４）に画像を投影する方法であって、
互いに間隔（５０）をおいて配置された少なくとも２つの層（３ａ，３ｂ）の第１の層（３ａ）に投影されるべき画像のために入射ビーム（１００，１０１，１０２）を照射するステップ（Ｓ１）であって、少なくとも２つの層（３ａ，３ｂ）は眼（４）までの距離が異なるステップ（Ｓ１）と、
眼（４）までの距離がより短い第１の層（３ａ）に入射ビーム（１００，１０１，１０２）を部分的に反射させるステップ（Ｓ２）であって、反射された少なくとも１つの第１の部分ビーム（１００ｃ，１０１ｃ，１０２ｃ）を提供するステップ（Ｓ２）と、
入射ビーム（１００，１０１，１０２）を第１の角度（２０２’，２０３’，２０４’）で第１の層（３ａ）を通って部分的に透過させるステップ（Ｓ３）であって、少なくとも１つの第２の部分ビーム（１００ａ，１０１ａ，１０２ａ）を提供するステップ（Ｓ３）と、
反射された第２の部分ビーム（１００ｂ，１０１ｂ，１０２ｂ）として、少なくとも１つの第２の部分ビーム（１００ａ，１０１ａ，１０２ａ）を第２の層（３ｂ）で反射するステップ（Ｓ４）であって、反射された第１の部分ビームおよび第２の部分ビーム（１００ｃ，１０１ｃ，１０２ｃ；１００ｂ，１０１ｂ，１０２ｂ）によって、眼（４）の瞳孔（４ａ）に複数のアイボックス（ＥＢ１，ＥＢ２）の異なる位置（１０，１１）を提供するステップ（Ｓ４）とを含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人の眼に画像を投影するための光結合装置に関する。

【0002】

さらに本発明は、人の眼に画像を投影する方法に関する。

【0003】

本発明は、一般に、任意の光結合装置に適用可能であるが、本発明は、頭部で支持される結合システム、例えば、拡張現実を表示するための眼鏡に関して説明するものである。

【背景技術】

【0004】

拡張現実を表示するためのシステムは、実像を虚像と重ね合わせる。このようなシステムは、例えば、自動車産業の分野においてはヘッドアップディスプレイとして知られており、またはコンピュータアプリケーションの分野においても「スマートメガネ」として知られており、周辺に対して代替的または付加的に、人の眼に画像を投影することができる。

【0005】

米国特許出願公開第２０１５／０３６２７３４号明細書により、レーザスキャナシステムによってユーザの眼の瞳孔を通して網膜に画像が直接に投影されるシステムが知られている。このために、ユーザの瞳孔に光を偏向させるホログラフィック結合素子が使用される。

【0006】

国際公開第２０１７／０１１７９９１号パンフレットにより、結合素子を有するヘッドアップディスプレイが知られており、この結合素子は表示ユニットの画像を観察者に向けるものである。このために、結合素子は複数のホログラフィック層を有し、それぞれの層は干渉パターンを有する。これらのホログラフィック層は、スイッチオンまたはスイッチオフできるように、切換可能に構成することができる。

【0007】

ドイツ特許出願公開１０２０１４２２４８９号明細書により、結合素子を有するヘッドアップディスプレイシステムも知られており、この結合素子は観察位置に光を向けることができる。この結合素子は、１つ以上のホログラム、特に多重化ホログラムを有することができる。ホログラムは、円板状に構成され、視線方向に前後に配置することができ、それぞれのホログラムは、アイボックスを有する部分を定めるものである。

【発明の概要】

【0008】

一実施形態では、本発明は、照射装置から人の眼に画像を投影するための光結合装置を提供し、この光結合装置は、互いに間隔をおいて配置された少なくとも２つの層を備え、これらの少なくとも２つの層は眼までの距離が異なっており、それぞれの層は少なくとも部分的に反射特性をもつように構成されており、少なくともいずれか１つの層により、少なくとも１つの層における反射によって少なくとも１つの反射された第１の部分ビームが提供され、少なくとも２つの層の第２の層よりも眼までの距離が短い少なくとも２つの層の第１の層が部分的に透過特性をもつように構成されており、これにより、入射ビームから少なくとも１つの第２の部分ビームが形成され、少なくとも１つの第２の部分ビームが第１の角度で透過され、後方に位置する第２の層によって、反射された第２の部分ビームとして少なくとも部分的に反射され、反射された第１および第２の部分ビームによって、複数のアイボックスのそれぞれ異なる位置が眼の瞳孔に提供される。

【0009】

さらなる実施形態では、本発明は、照射装置、特にレーザスキャナと、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の光結合装置とを備える、人の眼に画像を投影するための投影システムを提供する。

【0010】

さらなる実施形態では、本発明は、人の眼に画像を投影する方法であって、
互いに間隔をおいて配置された少なくとも２つの層の第１の層に投影されるべき画像のために入射ビームを入射させるステップであって、少なくとも２つの層は眼までの距離が異なるステップと、
眼までの距離がより短い第１の層に入射ビームを部分的に反射させるステップであって、反射された少なくとも１つの第１の部分ビームを提供するステップと、
第１の角度で入射ビームを第１の層を通って部分的に透過させるステップであって、少なくとも１つの第２の部分ビームを提供するステップと、
反射された第２の部分ビームとして、少なくとも１つの第２の部分ビームを第２の層で反射するステップであって、反射された第１の部分ビームおよび第２の部分ビームによって眼の瞳孔に複数のアイボックスの異なる位置を提供するステップと
を含む、人の眼に画像を投影するための方法を提供する。

【0011】

第２の部分ビームに関する用語「第１の角度」は、平面、この場合には層の法線に対する第２の部分ビームの角度として理解されるべきである。例えば、入射ビームが角度に関して変化せずに第２の部分ビームとして層を透過する場合、層に入射するビームの入射角および第１の角度は同じである。

【0012】

「アイボックス」との用語は、特に、人の少なくとも１つの眼が投影画像を完全に見ることができる３次元空間を意味すると理解される。言い換えれば、「アイボックス」とは、人が光結合装置を用いて投影システムの機能を利用もしくは認識することができる空間領域である。

【0013】

このようにして達成される利点の１つは、互いに異なる間隔を有する複数のアイボックスをユーザの瞳孔に簡単に生成することができ、これにより、ユーザの眼の動きが考慮され、ユーザは眼を動かした場合にも、瞳孔の異なる位置に配置された複数のアイボックスによって鮮明な画像を見る。さらに、複数のアイボックスにより、得られるアイボックスがより大きく、これにより、より高い解像度を有する画像が可能となり、同時にアイボックスが十分に大きいことが利点である。

【0014】

本発明のさらなる特徴、利点、およびさらなる実施形態が、以下に記載され、または記載により開示される。

【0015】

有利な実施形態によれば、少なくとも２つの層は、光結合装置への入射ビームのエネルギーを、反射された異なる第１および第２の部分ビームに一様に分割するように構成されている。これにより、瞳孔の異なる複数のアイボックスにおいて投影画像に異なる輝度が生じることを防止することができる。したがって、異なる複数のアイボックス内の投影画像は、実質的に同じ輝度を有する。

【0016】

さらなる有利な実施形態によれば、第１の層は、複数の第２の部分ビームを形成するように構成されており、さらなる第２の部分ビームのうちの１つの第２の部分ビームは、第１の角度に関して角度差をもって透過される。このことは、入射ビームのうち透過される部分から生じるさらなる第２の部分ビームの角度差により、反射された部分ビームのアイボックスに対してずらされたさらなるアイボックスを眼に簡単に生成できることが利点である。

【0017】

さらなる有利な実施形態によれば、第１の層は、垂直方向における少なくとも１つのさらなる部分ビームの角度差を提供するように構成されている。このようにして、ユーザの瞳孔に少なくとも１つのさらなるアイボックスを生成することができ、このアイボックスは、角度差に応じて、例えば瞳孔の中心に対して垂直方向にずらして配置することができる。アイボックスの横方向のずれは、特に、第２の層の適切な入射角および／または間隔によって提供される。

【0018】

さらなる有利な実施形態によれば、さらなる第２の部分ビームの総数は偶数である。このことは、特に１つ以上のホログラムを含む層の単純な構成または配置を可能にする。なぜならば、これにより、例えば、入射ビームをそれぞれ２つのさらなる第２の部分ビームに対称的に分割することが可能だからである。

【0019】

さらなる有利な実施形態によれば、第１の角度は、光結合装置への入射ビームの入射角以下である。角度が同じである場合、ビームは、特に簡単にそれぞれの層を通って透過することができる。第１の角度が入射ビームの入射角よりも小さく構成される場合、ビームは垂線に向かってさらに透過され、このことは、少なくとも２つの層の間の厚さを低減することを可能にする。

【0020】

さらなる有利な実施形態によれば、光結合装置は、反射された第１および第２の部分ビームの総数が奇数であるように構成されており、特に総数は７であり、反射された第１および第２の部分ビームのうちの少なくとも１つは、瞳孔の中心に配置されたアイボックスの位置を提供する。このようにして達成される利点の１つは、十分な数のアイボックスが可能であり、同時にアイボックスを提供するための層ができるだけ少ないことである。これにより、小型の光結合装置を提供することができる。

【0021】

さらなる有利な実施形態によれば、反射されたさらなる第１および第２の部分ビームは、瞳孔の縁部に広範囲に配置された複数のアイボックスの位置を提供する。このことは、眼が動いた場合に、これまでは縁部にのみ位置していたアイボックスが瞳孔の中心に移動し、眼が動いた場合にも、シャープな画像が実質的に常に利用可能になることが利点である。

【0022】

さらなる有利な実施形態によれば、瞳孔の縁部におけるアイボックスの位置は、対称的に、特に均等に分かれて配置される。このことは、均等な配置では、例えば、入射角に対して同じ角度変化によって入射ビームを対称的に分割することによって瞳孔において垂直な異なる複数のアイボックスが簡単に可能となるので、結合装置の層の単純な配置および構成が可能であることが利点である。

【0023】

さらなる有利な構成によれば、少なくともいずれか１つ層は、少なくとも１つのホログラムおよび／または回折素子を含む。したがって、光結合装置への入射ビームのための光学機能を簡単に提供することができる。「回折素子」との用語は、特に、例えばレーザビームの形態の光ビームを形成するための光学素子として理解されるべきである。回折素子によって、光学格子における光ビームの回折が行われる。

【0024】

本発明のさらなる重要な特徴および利点が、従属請求項、図面、および図面に基づいた関連する図の説明から明らかになる。

【0025】

言うまでもなく、本発明の範囲から逸脱することなく、上述した特徴および以下にさらに説明する特徴は、それぞれ示した組合せだけでなく、他の組み合わせにおいても、または単独でも使用することもできる。

【0026】

本発明の好ましい構成および実施形態を図面に示し、以下の説明において詳述するが、同じ参照符号は、同じ、または類似の、または機能的に同じ構成要素または素子に関する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の一実施形態による投影システムを示す図である。

【図2】本発明の一実施形態による投影システムを示す図である。

【図3】ｙ軸に沿った視線方向からみた本発明の一実施形態による光結合装置を示す図である。

【図4】ｘ軸に沿った視線方向からみた図３による光結合装置の部分図である。

【図5】本発明の一実施形態による光結合装置によって生成された、ユーザの瞳孔の平面におけるアイボックスの配置を示す図である。

【図6】本発明の一実施形態による方法のステップを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１は、本発明の一実施形態による投影システムを概略的に示す。

【0029】

図１には投影システム１が示されている。投影システム１は、光結合装置３に光を作用させるレーザスキャンシステム２を備える。例として、図１にはビーム１００，１０１，１０２が示されており、これらのビームは、異なる角度で光結合装置３に入射する。この場合、光結合装置３は、観察方向に人の眼４に対して異なる間隔をおいて配置された２つの層３ａ，３ｂを有する。

【0030】

詳細には、レーザスキャンシステム２は、少なくとも１つの波長の異なる複数の角度で光結合装置３の方向に光ビーム１００，１０１，１０２を放射する。図１において、光ビーム１０１は、垂線に対して角度α（参照符号２００）を有する。この場合、ビーム１００，１０２は、それぞれ、中心のビーム１０１に対して上方もしくは下方へ角度θ／２（参照符号２０１）だけずらされている。

【0031】

ビーム１００，１０１，１０２の進路を以下に説明する。レーザスキャンシステム２によって放射されたビーム１０１は、最初に光結合装置３の第１の層３ａに入射し、そこで角度２００に相当する角度２０３で部分的に反射され（反射されたビーム１０１ｃ）、このビーム１０１ｃは、眼４の特定の位置１０に垂直に入射する。第１の層３ａは、反射特性をもつだけでなく、透過特性をもつようにも構成されている。したがって、第１の層３ａは、入射ビーム１０１の一部（透過されたビーム１０１ａ）を透過させる。このビーム１０１ａは、さらなる進路で、光結合装置３の第２の層３ｂに入射する。そこで、ビーム１０１ａは、角度２００と同じ大きさである角度２０３’で第２の層３ｂによって完全に反射され、眼４の別の位置１１に垂直に入射する。層３ａ，３ｂは互いに間隔をおいて配置されているので、２つの位置１０，１１は、同様に、互いに横方向の間隔３００をおいて配置されている。

【0032】

２つのさらなる光ビーム１００，１０２の進路、および関連する角度２０２，２０２’，２０４，２０４’は類似している。したがって、これらの光ビーム１００，１０２は、一方では第１の層３ａによって部分的に反射され（反射されたビーム１００ｃ，１０２ｃ）、他方では第１の層３ａによって第２の層３ｂの方向にさらに透過される（ビーム１００ａ，１０２ａ）。次に、これらの光ビーム１００，１０２は第２の層３ｂで反射され（ビーム１００ｂ，１０２ｂ）、これにより、反射されたビーム１００ｂ，１０２ｂは位置１１に入射し、ビーム１００ｃ，１０２ｃは位置１０に入射する。角度２０２，２０２’，２０３，２０３’、および２０４，２０４’が２つの平行な層３ａ，３ｂにそれぞれステップ角を形成するので、角度２０３’は、他の角度２０２’および２０４’と同様に、「第１の角度」に対応する。この場合、ビーム１００ｂ，１０２ｂもしくは１００ｃ，１０２ｃは、眼４のそれぞれの位置においてこれらのビームの間で角度２０５をなし、いわゆる視野を形成する。この視野は、実質的に瞳孔による網膜の走査角度によって決定され、特に、光結合装置３に対するレーザスキャンシステム２の位置に依存する。異なる層３ａ，３ｂにおける「クロストーク」、すなわち多重反射は、次に示されるように視野が適宜に制限されることによって防止することができる。

【数1】

【0033】

したがって、角度２００が６０°であり、角度２０１が３０°である場合、視野２０５は９０°に制限されている。考えられる他の可能性は、第１の層３ａが、レーザスキャンシステム２によって放射されるビームの入射点の位置に応じた反射角を提供するように構成されていることである。例えば、第１の層３ａへのα－θ／２の入射角によるビーム１０２は、入射角２００によるビームおよび入射角α＋θ／２によるビーム１００とは異なる光学機能を「見る」ことができる。したがって、光結合装置３によって提供される光学機能は、表面上の異なる複数の位置に対して異なる特性を有する。

【0034】

図２は、本発明の一実施形態による投影システムを概略的に示す。

【0035】

図２は、実質的に、図１による投影システム１の簡略化された図を示す。図１とは異なり、図２には、レーザスキャンシステム２によって放射される１つのビーム１００のみが示されており、このビームは、角度α（参照符号２００）で第１の層３ａに入射する。この場合、ビーム１００は反射され（反射されたビーム１００ｃ）、眼４の瞳孔４ａの中心にアイボックスＥＢ１を生成する。第１の層３ａに入射するレーザスキャンシステム２のビーム１００も透過される（ビーム１００ａ）が、単に入射角α２００ではなく、角度α_２（参照符号２０２’）でさらに透過され、したがって、「第１の角度」を形成する。このようにして透過されたビーム１００ａは、次に、第２の層３ｂに入射し、この第２の層３ｂは、透過されたビーム１００ａを反射し、ビーム１００ａは、瞳孔４ａの縁部に第２のアイボックスＥＢ２を生成もしくは提供する。２つの層３ａ，３ｂの間の間隔および瞳孔４ａ上の２つのアイボックスＥＢ１，ＥＢ２の間の間隔３００は、以下のように決定することができる。

【数2】

【0036】

瞳孔が３．５ｍｍの直径を有し、角度α（参照符号２００）が６０°であり、２つのアイボックスＥＢ１、ＥＢ２の間の間隔が１．７５ｍｍであり、２つの層３ａ，３ｂの間に屈折率ｎ_２＝１．５を有する材料が配置されていると仮定すると、２．４７５ｍｍの厚さｄ１が得られる。

【0037】

第２の層３ｂへの入射角である「第１の角度」が、上記の説明にしたがって、例えば６５°まで増大される場合、厚さは、次式にしたがって０．８１６ｍｍに低減されうる。

【数3】

【0038】

これにより、光結合装置３の設置スペースを低減することができる。

【0039】

図３は、ｙ軸線に沿った視線方向からみた本発明の一実施形態による光結合装置を概略的に示し、図４は、ｘ軸線に沿った視線方向からみた図３による光結合装置の部分を示し、図５は、本発明の一実施形態による光結合装置によって生成された、ユーザの瞳孔の平面におけるアイボックスの配置を示す。

【0040】

図３は、前後に互いに平行に配置された全部で５つの層３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅを有する光結合装置３を示す。さらに、レーザスキャンシステム（図示しない）の入射ビーム１００も示されている。入射ビーム１００は、第１の層３ａ（反射されたビーム４０１）で反射され、人の瞳孔（図示しない）に第１のアイボックスＥＢ１を形成するか、もしくはそのようなものを提供する。さらに、第１の層３ａは、入射ビーム１００が３つの部分ビーム１００ａ１，１００ａ２，１００ａ３を生成するように、入射ビーム１００を透過させる。３つの部分ビーム１００ａ１，１００ａ２，１００ａ３のうちの１つの部分ビーム１００ａ２は角度変化なしに透過され、２つの部分ビーム１００ａ１，１００ａ３は異なった垂直方向の向きで第２の層３ｂの方向に透過される。

【0041】

したがって、第１の層３ａによって透過された３つの部分ビーム１００ａ１，１００ａ２，１００ａ３は、さらなる進路において第２の層３ｂに入射する。この場合、入射した３つのビーム１００ａ１，１００ａ２,１００ａ３のうちの中央のビーム１００ａ２は、角度変化なしにさらに透過され、それぞれの垂直方向差を有する２つのさらなるビーム１００ａ１，１００ａ３は、第２の層３ｂ（反射ビーム４０２，４０３）によって反射され、第２および第３のアイボックスＥＢ２、ＥＢ３を形成するか、もしくはそのようなものを提供する。

【0042】

３つのビーム１００ａ１，１００ａ２，１００ａ３のうちの中央のビーム１００ａ２は、上述のように、さらに透過され、一方では第３の層３ｃによって反射され（反射されたビーム４００）、これにより、さらなるアイボックスＥＢＯを形成するか、もしくはそのようなものを提供する。第１の層３ａと同様に、第３の層３ｃは、透過された３つのビーム１００ｂ１，１００ｂ２，１００ｂ３を生成し、３つの透過ビーム１００ｂ１，１００ｂ２，１００ｂ３のうちの２つのビーム１００ｂ１，１００ｂ３は異なる垂直方向の向きを有する。これらの３つのビーム１００ｂ１，１００ｂ２，１００ｂ３は、第２の層３ｂと同様に機能する第４の層３ｄに入射する。中央のビーム１００ｂ２は、不変の垂直方向の差をもって、第５の層３ｅの方向にさらに透過される。２つの他のビーム１００ｂ１，１００ｂ３、すなわち異なった垂直方向の向きを有するビームは、第４の層３ｄによって反射され（反射されたビーム４０５，４０６）、さらなるアイボックスＥＢ５、ＥＢ６を生成するか、もしくはそのようなものを提供する。

【0043】

層３ｄを透過したビーム１００ｂ２は最終的に第５の層３ｅに入射し、第５の層３ｅによって反射され（反射されたビーム４０４）、さらなるアイボックスＥＢ４を提供する。

【0044】

図４は、第１の層３ａにおける垂直方向のビーム分割を詳細に示す。この場合、２つの層３ａ，３ｂの間の間隔５０は、アイボックスＥＢ２，ＥＢ３の間の所望の垂直方向の間隔３０１が適宜に提供されるように構成されている。言い換えれば、入射ビーム１００は第１の層３ａにおいて、第２の層３ｂの方向にさらに透過されるビーム１００ａ２と、２つのさらなる部分ビーム１００ａ１，１００ａ３とに分割され、これら２つの部分ビームはそれぞれ透過されたビーム１００ａ２の方向から角度６０で偏向される。これら２つの部分ビーム１００ａ１，１００ａ３は、第２の層３ｂによって反射され（反射されたビーム４０２，４０３）、２つのアイボックスＥＢ２，ＥＢ３を生成する。横方向もしくは垂直方向のそれぞれの間隔３００，３０１は、次のように計算または設定することができる。瞳孔直径が３．５ｍｍ、対応する半径４ａｒが１．７５ｍｍであり、瞳孔４ａの縁部のアイボックスＥＢ１，ＥＢ２，ＥＢ３が瞳孔中心までそれぞれ６０°（角度６１）だけオフセットされていると仮定すると、０．８７５ｍｍの横方向の差（参照符号３００）、および１．５１６ｍｍの垂直方向の差（参照番符号０１）が得られる。２つの層３ａ，３ｂの間の厚さ５０は、横方向の差３００および対応する入射角に基づいて計算することができる。例えば、第２の層３ｂへの６５°の入射角が仮定される場合、０．５０５ｍｍの厚さ５０が得られる。垂直方向の差を有する部分ビーム１００ａ１，１００ａ３によって提供されるはずのビーム角度（参照符号６０）は、次の式にしたがって計算される。

【数4】

【0045】

レーザスキャンシステム２は、クロストークを防止するために、角度６０が垂直方向の走査振幅に対して十分に大きくなるように構成されている。例えば、垂直方向の走査振幅がΩで示される場合、角度６０は、ω－Ω／２＞Ω／２よりも大きい必要がある。

【0046】

図６は、本発明の一実施形態による方法のステップを示す。

【0047】

図６は、人の眼に画像を投影する方法のステップを概略的に示す。このプロセスは、以下のステップを含む。

【0048】

第１のステップＳ１において、互いに間隔をおいて配置されており、眼までの距離が異なる少なくとも２つの層の第１の層に、投影されるべき画像のために入射ビームが照射される。

【0049】

さらなるステップＳ２において、眼までの距離がより短い第１の層に入射ビームが部分的に反射され、これにより、反射された少なくとも１つの第１の部分ビームが提供される。

【0050】

さらなるステップＳ３において、入射ビームは第１の角度で第１の層を通って部分的に透過され、これにより、少なくとも１つの第２の部分ビームが提供される。

【0051】

さらなるステップＳ４において、少なくとも１つの第２の部分ビームは、反射された第２の部分ビームとして第２の層で反射される。

【0052】

反射された第１および第２の部分ビームによって、複数のアイボックスの異なる位置が眼の瞳孔に提供される。

【0053】

要約すると、本発明の少なくとも１つの実施形態は、次の利点のうちの少なくとも１つを有する。
・簡単な構造、
・安価な製造、
・確実な結像、
・広い視野、
・多様な使用分野、特にスマートグラス。

【0054】

好ましい例示的な実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、むしろ多様に変更可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】