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公開番号2025016536
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-04
出願番号2024185261,2023082650
出願日2024-10-21,2018-01-08
発明の名称重複ファセット
出願人ルムスエルティーディー.,Lumus Ltd.
代理人弁理士法人清原国際特許事務所
主分類G02B 27/02 20060101AFI20250128BHJP(光学)
要約【課題】ファセットの重複の構成を具体的に管理することで、名目上の観察点の方へ外連結された画像における不均一性が低減される。
【解決手段】少なくとも2つの平行面、すなわち、最初の、中間の、および、最後の部分反射ファセットを含む導波路は、表面の1つ上にファセットを幾何学的に投影する際に、ファセットが重複し、好ましくは隣接するファセットが重複し、隣接していないファセットの開始部および終了部は、導波路の少なくとも一部に沿って一致するように構成される。
【選択図】図16B
特許請求の範囲【請求項１】
光学デバイスであって、
光学デバイスは、
（ａ）導波路を含み、導波路は、
（ｉ）互いに平行な少なくとも１対の表面の第１の表面と、
（ｉｉ）光が前記導波路へ連結される第１の領域と、
（ｉｉｉ）ファセットの第１の配列を有し、
該ファセットは、
（Ａ）（Ｉ）前記第１の領域の近位に配され、かつ、（ＩＩ）前記第１の対の表面の間の方向に第１の幅を有する、最初のファセットと、
（Ｂ）（Ｉ）前記第１の領域からのファセットの前記第１の配列の遠位端にあり、かつ、（ＩＩ）前記第１の対の表面の間の方向に第３の幅を有する、最後のファセットと、
（Ｃ）（Ｉ）前記最初のファセットと前記最後のファセットとの間にあり、かつ、（ＩＩ）前記第１の対の表面の間の方向に第２の幅を有する、１つ以上の中間ファセットとを含み、
（ｂ）前記ファセットの各々は、
（ｉ）幅が前記ファセットの面内にあり、
（ｉｉ）少なくとも部分的に反射する面であり、
（ｉｉｉ）前記第１の対の表面に対して斜角であり、
（ｉｖ）前記ファセットの幅の近位側にファセット開始部を有し、および、
（ｖ）前記ファセットの幅の遠位側にファセット終了部を有し、ならびに、
（ｃ）幾何学的な投影は、前記導波路から外連結された名目上の光線の方向に前記第１の対の表面の１つの上にあり、前記名目上の光線は前記導波路から連結された光の中心光線であり、
（ｄ）前記最後のファセットと前記１つ以上の中間のファセットの各々の幾何学的な投影は、前記１つ以上の中間のファセットと前記最初のファセットに隣接するそれぞれの幾何学的な投影に重複し、
（ｅ）前記最後のファセットと前記１つ以上の中間のファセットの各々の前記ファセット開始部の幾何学的な投影は、前記１つ以上の中間のファセットと前記最初のファセットの隣接していないファセット終了部のそれぞれの前記幾何学的な投影に一致し、
（ｆ）一致は前記導波路の少なくとも一部に沿っている、光学デバイス。
続きを表示（約 750 文字）【請求項２】
前記最初のファセットの前記第１の幅は、１つ以上の中間のファセットの第２の幅未満である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
多くの前記ファセットは、前記導波路から外連結された前記名目上の光線で交差し、前記ファセットの数は前記第１の配列のすべてに対して一定である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項４】
光は画像に相当し、前記中心光線は前記画像の中心からの中心光線である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項５】
光は画像に相当し、前記中心光線は前記画像の中心ピクセルに相当する、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記最後のファセットは実質的に名目上の反射率の１００％である反射率を有し、前記名目上の反射率は前記導波路の特定位置で必要とされる全反射である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記第３の幅は前記第２の幅未満である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記第３の幅は実質的に前記第２の幅の半分である、請求項７に記載の光学デバイス。
【請求項９】
１つ以上の中間のファセットは、
（ａ）１、
（ｂ）２、
（ｃ）３、
（ｄ）４、
（ｅ）５、および、
（ｆ）複数、
からなる群から選択される、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
一定数のファセットは、前記第１の対の表面の１つによって前記導波路からの光連結の名目上の観察点へ向かう視線において重複する、請求項１に記載の光学デバイス。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本出願は、本発明者らにより２０１７年３月２２日に出願された仮特許出願（ＰＰＡ）番号６２／４７４，６１４の利益を主張し、当該文献は参照により全体として本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 3,700 文字）【０００２】
本発明は一般に光学系に関し、とりわけ、均一な反射に関係する。
【背景技術】
【０００３】
コンパクトな光学素子のための重要な適用の１つは、光モジュールが結像レンズとコンバイナーの両方として機能し、それにより、２次元表示が無限に撮像され、観察者の目に反射される、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）を備える。該表示は、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオードアレイ（ＯＬＥＤ）、スキャニングソースまたは同様の装置などの空間光変調器（ＳＬＭ）から直接、あるいはリレーレンズまたは光ファイバー束によって間接的に得られる。該表示は、コリメータレンズによって無限に撮像され、それぞれ非シースルーまたはシースルー用途用のコンバイナーとして作用する反射あるいは部分反射表面によりビューアーの目に送信された要素（ピクセル）のアレイを含む。典型的には、従来の自由空間光モジュールはこの目的のために使用される。本システムの所望の視野（ＦＯＶ）が拡大するにつれ、こうした従来の光モジュールは、必ずより大きく、より重く、よりかさばるようになり、中程度のパフォーマンス向けにでも装置を非実用的なものにする。これらはすべての種類のディスプレイの主要な短所であるが、とりわけ、システムが必ず可能な限り軽量かつコンパクトでなければならないヘッドマウント用途ではそうである。
【０００４】
コンパクトなものにしようとする努力がいくつかの様々な複雑な光学的解決策を生み出した。これらはすべて、一方では、ほとんどの実用的な用途にはまだ十分なほどコンパクトではなく、他方では、製造するのが困難である。さらに、これらの設計に起因する光学的な視角のアイモーションボックス（ｅｙｅ－ｍｏｔｉｏｎ－ｂｏｘ）（ＥＭＢ）は、通常非常に小さく、典型的には８ｍｍ未満である。従って、光学系の性能は、ビューアーの目に対する小さな動作にさえ非常に敏感に反応し、表示されたテキストを都合よく読み取るための十分な瞳孔運動を許可しない。
【発明の概要】
【０００５】
本実施形態の教示によれば、導波路を含む光学デバイスが提供され、導波路は、互いに平行な少なくとも１対の表面の第１の表面と、光が導波路へ連結される第１の領域と、ファセットの第１の配列を有し、該ファセットは、第１の領域の近位に配され、第１の対の表面の間の方向に第１の幅を有する、最初のファセットと、第１の領域からのファセットの第１の配列の遠位端にあり、第１の対の表面の間の方向に第３の幅を有する、最後のファセットと、最初のファセットと最後のファセットとの間にあり、第１の対の表面の間の方向に第２の幅を有する、１つ以上の中間ファセットとを含み、ファセットの各々は、幅がファセットの面内にあり、少なくとも部分的に反射する面であり、第１の対の表面に対して斜角であり、ファセットの幅の近位側にファセット開始部を有し、ファセットの幅の遠位側にファセット終了部を有し、および、ここで、幾何学的な投影は、導波路から外連結（ｏｕｔｃｏｕｐｌｅｄ）された名目上の光線の方向に第１の対の表面の１つの上でなされ、名目上の光線は導波路から連結された光の中心光線であり、最後のファセットと１つ以上の中間のファセットの各々の幾何学的な投影は、１つ以上の中間のファセットと最初のファセットに隣接するそれぞれの幾何学的な投影に重複し、最後のファセットと１つ以上の中間のファセットの各々のファセット開始部の幾何学的な投影は、１つ以上の中間のファセットと最初のファセットの隣接していないファセット終了部のそれぞれの幾何学的な投影に一致し、一致は導波路の少なくとも一部に沿っている。
【０００６】
任意の実施形態では、最初のファセットの第１の幅は、１つ以上の中間のファセットの第２の幅未満である。別の任意の実施形態では、多くのファセットは、導波路から外連結された名目上の光線で交差し、ファセットの数は第１の配列のすべてに対して一定である。別の任意の実施形態では、光は画像に相当し、中心光線は画像の中心からの中心光線である。別の任意の実施形態では、光は画像に相当し、中心光線は画像の中心ピクセルに相当する。別の任意の実施形態では、最後のファセットは実質的に名目上の反射率の１００％である反射率を有し、名目上の反射率は導波路の特定位置で必要とされる全反射である。別の任意の実施形態では、第３の幅は第２の幅未満である。別の任意の実施形態では、第３の幅は実質的に第２の幅の半分である。別の任意の実施形態では、１つ以上の中間のファセットは以下からなる群：１；２；３；４；５；および、複数から選択される。別の任意の実施形態では、一定数のファセットは、第１の対の表面の１つによって導波路からの光連結の名目上の観察点へ向かう視線において重複する。別の任意の実施形態では、ファセットの第１の配列の複数のファセットの１つのファセットの幅は、ファセットの第１の配列の複数のファセットの隣接する１つのファセットの幅に対して単調に変わる。別の任意の実施形態では、ファセットの第１の配列の１対の隣接するファセット間の間隔は、ファセットの第１の配列の別の対の隣接するファセット間の隣接する間隔に対して単調に変わる。別の任意の実施形態では、第１の領域からの光は、光の少なくとも一部が、１つ以上の中間のファセットの１つに当たる前に、最初のファセットに当たるような状態である。別の任意の実施形態では、隣接するファセット間の間隔は、導波路へ連結する光のコヒーレンス長よりも大きい。
【０００７】
任意の実施形態では、第１の幅は、第２の幅と実質的に等しく、最初のファセットは、隣接する中間のファセットの幾何学的な投影と重複していない最初のファセットの幾何学的な投影に対応する第１の部分を有する。別の任意の実施形態では、第１の部分は光に対して透過性である。別の任意の実施形態では、第１の部分は、隣接するファセットの反射率の実質的に２倍の反射率を有する。別の任意の実施形態では、ファセットはファセット全体で均一な部分反射率を有する。
【０００８】
任意の実施形態では、導波路はさらに、互いに平行で、かつ第１の対の表面とは平行ではない第２の対の表面を有し、ファセットは、画像が第１の対と第２の対の表面の両方へ傾斜した連結角度で伝播の当初の方向を伴って第１の領域の導波路へ連結されるとき、画像が導波路に沿って４回の折り畳み内反射の分だけ進む、ように構成される。別の任意の実施形態では、第２の対の表面は第１の対の表面に垂直である。別の任意の実施形態では、ファセットは第２の対の表面に対して斜角である。
【０００９】
任意の実施形態では、最初のファセットの第１の幅は、中間のファセットの第２の幅と実質的に等しく、最初のファセットの第１の反射率は名目上の反射率の５０％よりも大きく、最初のファセットに隣接する第２のファセットは第２の反射率を有し、第２の反射率と第１の反射率は、実質的に名目上の反射率であり、第２のファセットに隣接する第３のファセットは、名目上の反射率の５０％よりも大きく、第１の反射率未満である第３の反射率を有し、および、第３のファセットに隣接する第４のファセットは第４の反射率を有し、第４の反射率と第３の反射率は、実質的に名目上の反射率である。
【００１０】
別の任意の実施形態では、最初のファセットの第１の幅は、中間のファセットの第２の幅と実質的に等しく、最初の奇数のファセットの配列は、最初のファセットと、最初のファセットから１つおきの任意の数のファセットを含み、最初の偶数のファセットの配列は、最初のファセットに隣接する第２のファセットと、第２のファセットから１つおきの任意の数のファセットを含み、ファセットの第１のセットは、最初の奇数のファセットの配列からの第１の奇数のファセットと、最初の奇数のファセットの配列からの対応する第１の偶数のファセットを含み、第１の奇数のファセットは、名目上の反射率の５０％を超える第１の反射率を有し、第１の偶数のファセットは第２の反射率を有し、第２の反射率と第１の反射率は、実質的に名目上の反射率であり、その後のファセットの各セットは、最初の奇数と偶数のファセットのそれぞれの配列からの次の奇数と偶数のファセットを含み、その後のセットからの奇数のファセットの各々は、名目上の反射率の５０％よりも大きく、前のセットからの奇数のファセットの反射率未満の奇数の反射率を有し、および、その後のセットからの偶数のファセットの各々は、対応する偶数のファセットの偶数の反射率に奇数の反射率を加えることで実質的に名目上の反射率となるように、偶数の反射率を有する。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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