JP2008533517A - 光ディスプレイ製造用光学イメージャ - Google Patents

Abstract

本発明は、前面（１Ａ）及び後面（１Ｂ）を有し、光ビーム発生システムの光エレメント部（２）より放射された光ビームが入口表面（１Ｃ）経由で中に導入されて情報内容を見ることができるようにする光学配置部により前記後面を通して着用者の目（Ｏ）に導かれる導波管（１）を備える光学イメージャに関し、前記導波管の前面及び後面（１Ａ及び１Ｂ）は、反射率及び透過率の角度選択性の特性を有し、そして、前記光学配置部は、マンジャンミラー（３）と、前記前面と前記マンジャンミラーとの間にある１／４波長板（４）とから成る。本発明において、前記１／４波長板（４）は、前記マンジャンミラーと別途のエレメントとの間で封入される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ディスプレイ製造用で、画像又はマルチメディアタイプの情報を投影することができる光学イメージャに関し、特に、眼鏡フレーム上に装着することができる光ディスプレイ製造用光学イメージャに関する。

画像又はマルチメディアタイプの情報を投影することができる光学イメージャなどのような情報ディスプレイにより、携帯電話、ＭＰ４やＤＶＤプレーヤー、パーソナル・コンピュータ、ゲームコンソール、あるいはマルチメディア・コンテンツ（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｃｏｎｔｅｎｔ）を提供することができるその他の機器から配信されるマルチメディア・コンテンツを見ることができる。

このようなイメージャを作ることは、例えば、特許文献１により知られている。このような光学イメージャは、電気信号から光ビームを生成する小型スクリーンの電子・光学式光ビーム発生システム、レーザーダイオード、又は発光ダイオードタイプの電子・光学式光ビーム発生システムから放射される光ビームを像形化するためのものである。光学イメージャは、情報内容（ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ）を見ることができるように着用者の目に光ビームを導く。

このような既知の光学イメージャは、前面及び後面を有する導波管からなり、光ビーム発生システムの光エレメント部（ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）から放射された光ビームが入口表面経由で中に導入されて、４５°の反射角を有するミラー及び後面により支持されたレンズにより情報内容を見ることができるように着用者の目に導かれる。
光ビームがレンズ面と平行に伝播して４５°で反射されるため、また、レンズの配置方法のため、そのようなイメージャは、投影画像に要求される見掛けの大きさが十分に大きくて容認できる場合、相対的に大きい厚さになる。これは、コンパクトなディスプレイシステムを得るのに不利である。

たとえば、特許文献２には、前面及び後面を有し、光ビーム発生システムの光エレメント部により放射された光ビームが入口表面経由で中に導入されて、情報内容を見ることができるように光学配置部により後面を通して着用者の目に導かれる導波管を備えた光学イメージャが開示されている。導波管の前面及び後面は反射率及び透過率の角度選択性の特性を有し、また、光学配置部は、マンジャンミラー（Ｍａｎｇｉｎ ｍｉｒｒｏｒ）と、前面とマンジャンミラーとの間にある１／４波長板（ｑｕａｒｔｅｒｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）とから成っている。

球面形のマンジャンミラーは、アルミニウム系金属により処理することにより反射性を備えた１つの面を有するレンズである。
このようなイメージャにより、取外し可能で、小さく、軽い情報ディスプレイを得ることは可能である。しかし、１／４波長板を挟み込むのに、その平坦性を確保するのが非常に難しいという問題が生じる。

米国特許第６２０４９７４号明細書 米国特許第６２２２６７７号明細書

本発明は、上述の問題を解決して、取外し可能で、小さく、軽い情報ディスプレイを提供するものである。従って、光学イメージャの重量が最小化され、光学イメージャは眼鏡レンズの近くに設置されるので、フレームがアンバランスになるという危惧はない。

上記目的を達成するために本発明は、前面及び後面を有し、光ビーム発生システムの光エレメント部（ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）により放射された光ビームが入口表面経由で中に導入されて情報内容（ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ）を見ることができるようにする光学配置部（ｏｐｔｉｃａｌ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）により前記後面を通して着用者の目に導かれる導波管を備え、前記導波管の前面及び後面は、反射率及び透過率の角度選択性の特性を有し、そして、前記光学配置部は、マンジャンミラー（Ｍａｎｇｉｎ ｍｉｒｒｏｒ）と、前記前面と前記マンジャンミラーとの間にある１／４波長板（ｑｕａｒｔｅｒｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）とから成り、前記１／４波長板は、前記マンジャンミラーと別途のエレメントとの間で封入（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ）されることを特徴とする光学イメージャを提供する。

用語「反射率と透過率の角度選択性」は、面が、一般に約６０°±１０°の一定範囲の入射角の光の高反射率、及び同時に９０°±１０°以内の入射角についての光の高透過率を示すことを意味するように用いられる。
本発明のイメージャの厚さは、約４ミリメートル（ｍｍ）である。

本発明の第１の好適な実施の形態において、前記別途のエレメントは、レンズであり、前記光学配置部は、前記前面と前記レンズとの間に空気薄層を有することを特徴としている。
本発明の第２の好適な実施の形態において、前記別途のエレメントは、前記前面に設けられた光アイソレータであることを特徴としている。
前記光アイソレータは、バックプレート（ｂａｃｋｉｎｇ ｐｌａｔｅ）に設けられた光アイソレータ・トリートメント（ｉｓｏｌａｔｏｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）により構成されることが好ましい。
前記入口表面は傾斜し、前記前面上で前記光ビームの最初の反射が行われることが好適である。

この形態は、特に、着用者のヘッドのサイズに適応する。
前記光エレメント部は、前記入口表面と平行な放射表面を備えていることが好ましい。
前記マンジャンミラーの材質は、前記導波管の材質と異なることが好ましい。
前記光学配置部は、前記マンジャンミラーに向かって前記光ビームを反射させ、前記マンジャンミラーから到来する光ビームを伝達するための傾斜した分極セパレータ・トリートメント（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｓｅｐａｒａｔｏｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を備えることが好ましい。
前記光学配置部は、前記分極セパレータ・トリートメントが配置されるバックプリズム（ｂａｃｋｉｎｇ ｐｒｉｓｍ）を備えることが好適である。

マンジャンミラーを有するシステムを用いることにより、光エレメント部の重量を減少させることができるとともに、光システムの色収差を補償することができる。
本発明は、光収差及びビネット生成（ｖｉｇｎｅｔｔｉｎｇ）を最小化するように目に近い能力を配置することができ、そして、ディスプレイの関連コンポーネントを最少化し、それにより全体容積及び総重量を減少させることができる。
また、本発明は、透明な導波管を得ることができ、それにより着用者は周囲の良好な視界を確保することができる。

以下に、本発明の好適な実施の形態を示す図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図において、同一の部材には同じ参照符号を付してある。

本発明の光学イメージャは、前面１Ａ及び後面１Ｂを有する導波管１を備え、光ビーム発生システムの光エレメント部（ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）より放射された光ビームが入口表面１Ｃ経由で中に導入されて、情報内容を見ることができるように光学配置部（ｏｐｔｉｃａｌ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）により後面１Ｂを通して着用者の目（Ｏ）に導かれる。

本実施形態において、導波管の前面１Ａ及び後面１Ｂは反射するように用いられ、光ビーム発生システムの光エレメント部を構成してイメージャに光ビームを放射する小型スクリーン２が、光ビームがイメージャに導入されて出て行く間に、光ビームが反射性を有する前面１Ａ及び後面１Ｂの間で複数回反射するような方法で配置されている。
前面１Ａ及び後面１Ｂは、全反射、又は選択入射角に対して光の高反射率を提供する特別な多層トリートメント（ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）により補助される反射のいずれかが適用されるが、垂直入射に対しては透明である。

オプションで、前記導波管は非反射トリートメント（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を採用することができる。
導波管１は、周囲の視野を妨げない透明な材質で作られる。
導波管の材質は、最も広い可能な視界、すなわちできる限り大きな明白なサイズの画像を現すディスプレイ機器を提供することができるように、全反射用に最大可能角度範囲を得るための高指数素材（ｈｉｇｈ−ｉｎｄｅｘ ｍａｔｅｒｉａｌ）であることが好ましい。そのような素材は、一般に低いアッベ数（Ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ）を有している。例として、導波管１は、フリントガラス（ｆｌｉｎｔ ｇｌａｓｓ）、例えばＳＦ５により構成される。

光ビームの最初の反射が前面１Ａ上に発生するとき、入口表面１Ｃが傾斜していることが非常に好ましい。この入口表面１Ｃを傾斜させて前面１Ａ上で最初に反射させることにより、入口表面１Ｃを着用者の顔の形に対応するように延ばして、平面自身が入口表面１Ｃと実質的に平行なスクリーンの放射平面に対して光ビームが実質的に垂直に放射されるように小型スクリーンを配置することができる。すなわち、小型スクリーンを備えた光ビーム発生システムは、全体として嵩張らず、すっきりとイメージャに組み込まれ配置される。

後面１Ｂを通して着用者の目（Ｏ）に光ビームを導く光学配置部は、平凸球面形（ｐｌａｎｏ−ｃｏｎｖｅｘ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ）のマンジャンミラー３と、前面１Ａとマンジャンミラー３との間に配置されて、マンジャンミラーの平面に接合される１／４波長板４とから成っている。
マンジャンミラーは、必ずしも平凸球面形の必要性はないことが認められるべきであって、非球面の形にすることができる。
導波管１中の伝播により誘引される色収差を補償するために、マンジャンミラー３の材質は、導波管１の材質と異なり、例として、Ｎ−ＢＫ７とすることができる。

さらに、光学配置部は、後面１Ｂに対して４５°以下の角度、理想的には３０°に大略等しい角度により傾斜した面の上に配置されて、マンジャンミラーに向かって光ビームを反射させ、マンジャンミラーから到来する光ビームを伝播する傾斜した多層分極セパレータ・トリートメント（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｓｅｐａｒａｔｏｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）５を備えている。また、光学配置部は、多層分極セパレータ・トリートメントが配置されるバックプリズム（ｂａｃｋｉｎｇ ｐｒｉｓｍ）６を備えている。

本発明の第１の実施形態を図１に示す。
本実施形態において、後面１Ｂを通して着用者の目（Ｏ）に光ビームを導く光学配置部は、導波管１の前面１Ａの上に、前面から後面方向に重ねられた以下の部材から成っている：
・平凸球面形マンジャンミラー３；
・マンジャンミラーの平面と接合される１／４波長板４；
・１／４波長板と接合される平面を有するレンズ８；
・空気薄層７。

空気薄層７は、前面上に示したポイントＲで、導波管１中を伝藩する光の最後の全反射を起こさせる。
空気薄層を形成するために、マンジャンミラーが導波管１の前面１Ａに固着されるメカニカル機器により保持される。メカニカル機器は、１つ以上の金属ブラケットにより構成される。このようなメカニカルサポート機器は、以下に述べる図４及び図５に示す。
レンズ８は、オプションで非反射トリートメント（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を備えることができる。
レンズ８は、また、両凸、両凹、又は凹凸の形状とすることもできる。それから、１／４波長板は、フィルム又は薄膜の蒸着により構成される。

本発明の第２の実施形態を図２及び図３に示す。
図２に示す第２の実施形態において、後面１Ｂを通して着用者の目（Ｏ）に光ビームを導く光学配置部は、導波管１の前面１Ａの上に、前面から後面方向に重ねられた以下の部材から成っている：
・平凸球面形マンジャンミラー３；
・マンジャンミラーの平面と接合される１／４波長板４；
・１／４波長板と接合される一平面を有するとともに、イメージャの前面１Ａと接合されて光アイソレータ・トリートメント（ｏｐｔｉｃａｌ ｉｓｏｌａｔｏｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を備える他の平面を有しているバックプレート９。

このバリエーションは、第一に、装着及び器材が煩雑かつ高価なメカニカル締結機器の必要性を省く利点を有している。また、上記のように、１／４波長板は封入（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ）される。
光アイソレータ・トリートメントは、傾斜入射の光ビームの反射と垂直入射に近い光ビームの伝播を行う。
図３に示した改良バリエーションにおいて、バックプレート９を用いる代わりに、１／４波長板４が固着される導波管の前面１Ａ上に光アイソレータ・トリートメントを直接設けることができる。
このバリエーションは、特に薄いイメージャを提供するという利点を有している。

本発明のイメージャの動作は、小型スクリーン２から到来する光ビームの光軸Ｌの表現により図に概略示されている。
光ビームは、傾斜角で放射されて、最初に導波管の前面１Ａに反射するように導かれる。導波管の前面１Ａ上と後面１Ｂ上とに交互に複数回の反射した後に、光ビームは傾斜した分極セパレータ・トリートメント５上の前方に反射して、特に１／４波長板４及びマンジャンミラー３を通して通過する。光ビームは、マンジャンミラーの反射性を有する球面に反射して、特に１／４波長板４及び傾斜した多層分極セパレータ・トリートメント５を通して通過し、着用者の目（Ｏ）に導かれる。

図４及び５は、特に上述した第１の実施形態に示した導波管１の種々の光部品を支持するためのメカニカルサポート機器の一実施形態を示す。
メカニカルサポート機器１０は、導波管１の前面１Ａ上に１／４波長板４及びレンズ８を備えたマンジャンミラー３を支持するもので、本質的に２つの垂直をなすプレートから成っている。一方のプレート１０Ａは導波管の一側面に対して隣接し、他方のプレート１０Ｂは前面１Ａ上に載置される。他方のプレート１０Ｂは、開口部を有し、開口部１０Ｃの中にマンジャンミラー３を支持する。このようにして、開口部１０Ｃはマンジャンミラー３の下に空気薄層７を形成する。

他方のプレート１０Ｂは、端部に複数のフランジを備えている。２つのフランジ１１Ａ、１１Ｂは、その前面の両端部に相互に直交し配置されている。２つのフランジは、マンジャンミラー３を近接配置するためのものである。別のフランジ１１Ｃは、他方のプレート１０Ｂの後面の一端部に配置され、導波管１の入口面１Ｃから離れた終端面１Ｄに対してメカニカルサポート機器１０を近接配置するためのものである。
メカニカルサポート機器１０により、マンジャンミラー３を導波管１上に相対的に正確な方法で配置することができる。

本発明の第１の実施形態によるイメージャの平面図である。 本発明の第２の実施形態によるイメージャの平面図である。 本発明の第２の実施形態の他の例によるイメージャの平面図である。 本発明の導波管の斜視図である。 本発明の導波管の一部を形成するメカニカルサポート機器の斜視図である。

符号の説明

１ 導波管
１Ａ 前面
１Ｂ 後面
１Ｃ 入口表面
２ 小型スクリーン（光エレメント部）
３ マンジャンミラー
４ １／４波長板
５ 多層分極セパレータ・トリートメント
６ バックプリズム
７ 空気薄層
８ レンズ
９ バックプレート
１０ メカニカルサポート機器
１０Ａ、１０Ｂ プレート
１１Ａ〜Ｃ フランジ

Claims (9)

1. 前面（１Ａ）及び後面（１Ｂ）を有し、光ビーム発生システムの光エレメント部（２）より放射された光ビームが入口表面（１Ｃ）経由で中に導入されて情報内容を見ることができるようにする光学配置部により前記後面を通して着用者の目（Ｏ）に導かれる導波管（１）を備え、
   前記導波管の前面及び後面（１Ａ、１Ｂ）は、反射率及び透過率の角度選択性の特性を有し、
   前記光学配置部は、マンジャンミラー（Ｍａｎｇｉｎ ｍｉｒｒｏｒ）（３）と、前記前面と前記マンジャンミラーとの間にある１／４波長板（４）とからなり、
   前記１／４波長板（４）は、前記マンジャンミラーと別途のエレメントとの間で封入（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ）されることを特徴とする光学イメージャ。
2. 前記別途のエレメントは、レンズ（８）であり、
   前記光学配置部は、前記前面と前記レンズとの間に空気薄層（７）を有することを特徴とする請求項１に記載の光学イメージャ。
3. 前記別途のエレメントは、前記前面に設けられた光アイソレータであることを特徴とする請求項１に記載の光学イメージャ。
4. 前記光アイソレータは、バックプレート（９）に設けられた光アイソレータ・トリートメントにより構成されることを特徴とする請求項３に記載の光学イメージャ。
5. 前記入口表面（１Ｃ）は傾斜し、前記前面上で前記光ビームの最初の反射が行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学イメージャ。
6. 前記光エレメント部（２）は、前記入口表面（１Ｃ）と平行な放射表面を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学イメージャ。
7. 前記マンジャンミラー（３）の材質は、前記導波管（１）の材質とは異なることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学イメージャ。
8. 前記光学配置部は、前記マンジャンミラー（３）に向かって前記光ビームを反射させ、前記マンジャンミラー（３）から到来する光ビームを伝達するための傾斜した分極セパレータ・トリートメント（５）を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学イメージャ。
9. 前記光学配置部は、前記分極セパレータ・トリートメント（５）が配置されるバックプリズム（６）を備えることを特徴とする請求項８に記載の光学イメージャ。
   

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