HU227185B1 - Substrage-guided optical beam expander - Google Patents

Description

A leírás terjedelme 38 oldal (ezen belül 23 lap ábra)

HU 227 185 Β1

A találmány tárgya fényvezető hordozóval ellátott optikai eszköz (SGOD-substrate guided optical device), különösen több, közös fényáteresztő hordozóra felvitt visszaverő felületet alkalmazó készülék.

A találmány számos alkalmazásban felhasználható, például fejre erősített és fejmagasságban elrendezett úgynevezett HŰD kijelzőkben (HUD=head up display), kompakt kijelzőkben, kompakt nyalábtágítókban és lapos világítótestekben.

A WO 99/52002 számú irat holografikus optikai eszközt ír le, amely képalkotó lencseként és kombinátorként szolgál szemellenző jellegű HŰD kijelzőkben. A holografikus készülék fényáteresztő réteget tartalmaz, valamint a réteg által hordozott három holografikus optikai elemet. Az első holografikus optikai elem a mögötte elrendezett fényforrással van megvilágítva. A fény erről az első elemről bevetül a réteg belsejébe, amíg eléri a beeső fényt megtörő második holografikus elemet. Ezt a megtört fényt azután a harmadik holografikus elem csatolja ki a rétegből.

A US 5 896 232 számú irat egy további optikai készüléket ír le, amely különösen fejre rögzíthető kijelzőben használható. Ennek az optikai készüléknek egy néhány milliméter vastagságú réteg belsejében egymáshoz képest párhuzamosan és térközzel elrendezett részlegesen visszaverő felületei vannak. A részlegesen visszaverő felületek nem párhuzamosak a réteg fő felületeivel. A részlegesen visszaverő felületek nyalábtágítóként működnek. Mivel a beeső fénysugár a réteg fő felületeire merőlegesen terjed, a fénynek a réteg túloldalán történő kicsatolása a belépéssel azonos helyen történik. A réteg belsejébe nincsen fény bevezetve.

Az US 4,711,512 számú irat egy HŰD kijelzőt ír le, amelynél a számítógéppel vezérelt katódsugárcsővel előállított kép egy bemeneti rács révén egy üveglapba van bevezetve. A becsatolt kép az üveglap fő felületei között többszörös teljes visszaverődéssel terjed a kimeneti rácsig. Az itt kicsatolt kép láthatóvá válik.

A kompakt optikai elemek szempontjából fontos alkalmazások egyikét a fejre erősített kijelzők jelentik, ahol az optikai modul egyaránt szolgál leképező lencseként és kombinálóként (combiner), amikor kétdimenziós kijelzőt képeznek le a végtelenbe és tükröznek a megfigyelő szemébe. A képet vehetik közvetlenül katódsugárcsőről (CRT) vagy folyadékkristályos (LCD) kijelzőről, vagy közvetett módon, közvetítő lencsén vagy fényvezető szálkötegen keresztül. A kijelző általában képpontrácsból áll, melynek fényét kollimátorlencse képezi le a párhuzamos (végtelenből jövő) nyalábbá, melyet azután kombinálóként működő, részben visszaverő felület közvetít a megfigyelő szemébe. Általában hagyományos, szabadteres optikai modult használnak erre a célra. Sajnos a kívánt látótér növekedésével az optikai modul egyre nehezebb és terjedelmesebb lesz, és nagyon bonyolult használni. Ez a fejen hordható alkalmazások egyik nagy hátránya, mivel ilyenkor a rendszer a lehető legkönnyebb és legkompaktabb kell, hogy legyen.

A létező konstrukciók másik hátránya, hogy ezeknél a teljes optikai rendszer általában nagyon bonyolult, és nehéz legyártani. Ezenfelül az ilyen konstrukciók látószögeiből adódó lehetséges szemmozgástartomány általában nagyon kicsi - tipikusan kevesebb mint 8 mm. Ebből következően az optikai rendszer teljesítőképessége, használhatósága elmozdulásra nagyon érzékeny, még a szemellenzőnek és a felhasználó szemének egymáshoz viszonyított igen kis elmozdulásaira is.

A találmány felhasználható kompakt és könnyen használható optikai egységgel szerelt, szemüvegbe szerelhető képernyők fényvezető hordozós optikai építőelemeinek tervezésében és gyártásában, viszonylag nagy látószögű rendszerek esetén is. Ezenfelül az optikai rendszer megengedett szemmozgástartománya viszonylag nagy, és ezért elviseli a szemellenző viszonylag nagy elmozdulásait is. A találmány szerinti rendszer különösen előnyös, mivel nagyon kompakt és könnyen beépíthető, még különleges elrendezésű optikai rendszerekbe is.

A találmány jobb minőségű fejmagasságú adatkijelzők (HŰD kijelzők) építését is lehetővé teszi. Ezek a kijelzők több mint harminc évvel ezelőtti bevezetésük óta jelentősen fejlődtek. Valójában a HŰD kijelzők annyira népszerűek lettek, hogy mostanra már fontos szerepet játszanak nemcsak a modern harci repülőgépekben, hanem polgári repülőgépekben is, ahol a HŰD kijelzőrendszerek leszállás közben kapnak fontos szerepet. Ezenfelül az utóbbi időben több javaslat és konstrukció is született HŰD kijelzők gépjárművekbe való beépítésére a vezetési és navigációs feladatok segítése érdekében.

Ennek ellenére a HŰD kijelzők jelenlegi formájukban néhány jelentős hátránnyal rendelkeznek. Mivel szükség van kijelzőforrásra, melynek a teljes felület megvilágítása érdekében bizonyos távolságra kell elhelyezkednie az ernyőtől (kombinálótói), a HŰD kijelzők terjedelmesek, nagyok, és használatuk néha kényelmetlen és veszélyes.

A találmány egy másik fontos alkalmazási területe a fenti hátrányokat kiküszöbölő, kompakt HŰD kijelző létrehozása. Az ernyőt a hordozóhoz rögzített kompakt fényforrással is meg lehet világítani. Ebből adódóan a teljes rendszer nagyon kompakt és ezért könnyen beépíthető, sok helyen és sok alkalmazáshoz felhasználható. Emellett a kijelző színszórása viszonylag kicsi, így a fényforrás széles spektrumú lehet, akár olyan is, mint egy hagyományos fehér fényforrás. Ezenfelül a kijelző felülete sokkal nagyobb is lehet, mint amekkorát a fényforrás ténylegesen bevilágít.

A találmány célja továbbá kompakt nyalábtágító létrehozása. Vékony, kollimált fénynyalábok nagyobb átmérőjű nyalábbá nagyítására szolgáló nyalábtág ítók általában két, közös tengelyre szerelt, közös fókuszponttal rendelkező lencséből álló teleszkópos szerkezetek. A találmány által megadott nyalábtágító mind monokromatikus, mind polikromatikus fénnyel használható.

A találmány célja tehát tágabb értelemben a jelenleg ismert eszközök hátrányainak kiküszöbölése és meghatározott követelmények mellett jobb teljesítményt nyújtó optikai rendszerek megadása.

HU 227 185 Β1

A célkitűzést megvalósító találmány szerinti fényvezető közeggel ellátott nyalábtágító optikai eszköz, amely tartalmaz legalább két nagyobb felülettel és élekkel ellátott fényáteresztő sík hordozót, amelynél a két nagyobb felület a bevezetett fényt a hordozó belsejében teljes belső visszaverődés útján bent tartja; a hordozó belsejében a nagyobb felületek közötti térben egymással párhuzamosan térközzel elrendezett több részlegesen visszaverő felületet, amely felületek a bevezetett fény egy részét áteresztik, míg a másik részét a hordozó belsejéből kireflektálják.

A készülék lényege, hogy fénynek a hordozóba vezetésére szolgáló optikai eszköze van, amely optikai eszköz egy fényforrásnak a hordozóra beeső fényét fogadja, és a nagyobb felületek által bent tartandó fényt teljes belső visszaverődés révén vezeti be.

A találmányt az alábbiakban bizonyos előnyös kiviteli példákon keresztül szemléltetjük, összhangban a mellékelt ábrákkal, a találmány tárgyának jobb megértése érdekében.

Ami az ábrákat illeti, hangsúlyozzuk, hogy a bemutatott részletek kizárólag példaként és a találmány előnyös kiviteli példáinak illusztrációjaként szolgálnak, és a találmány alapelveinek és koncepciójának könnyebb megértését szolgálják. Ezt figyelembe véve nem próbáljuk meg a találmány szerkezeti részleteit a találmány alapjainak megértéséhez szükségesnél részletesebben bemutatni. A leírás és az ábrák együtt útmutatást adnak a területen jártas szakemberek számára a találmány több formájának gyakorlati megvalósítására.

A rajzon az:

1. ábra: egy korábbi fényvezető hordozós optikai eszköz legegyszerűbb formájának oldalnézeti képe; a

2. ábra: a találmány szerinti fényvezető hordozós optikai eszköz oldalnézeti képe; a

3. ábra: a részben visszaverő felületek kívánt visszaverődési viselkedése különböző beesési szögekre; a

4. ábra: diakronikus bevonat reflexiós görbéi; az

5. ábra: a találmány szerinti fényvisszaverő felület vázlatos oldalnézeti képe;

6A. és 6B. ábrák: részlegesen visszaverő felületek egy elrendezésének részletes oldalnézeti képei; a

7. ábra: a bejövő fény polarizációjának elforgatására fél hullámhosszúságú késleltetőlemezt használó, találmány szerinti eszköz oldalnézeti képe; a

8. ábra: találmány szerinti fejen hordozható kijelzőrendszer oldalnézeti képe;

9. ábra: részlegesen visszaverő felületek csoportjáról történő visszaverődés részletes oldalnézeti képei, három különböző látószögre; a

10. ábra: a vetített kijelző fényességére végzett szimulációk eredményeit és a külső környezet fényességét együtt bemutató grafikon; a

11. ábra: a találmány egy másik kiviteli példája szerinti fényvezető hordozós optikai eszköz oldalnézeti képe; a

12. ábra: a fényvisszaverés hatékonyságát a látószög függvényében ábrázoló diagram; a

13. ábra: találmány szerinti fényvezető hordozós optikai elrendezés három visszaverő felülettel; a

14. ábra: a találmány szerinti teljes fényvezető hordozós optikai eszköz háromdimenziós képe; a

15. ábra: egy másik, találmány szerinti, három visszaverő felülettel rendelkező fényvezető hordozós optikai eszköz vázlata; a

16. ábra: a találmány szerinti kompakt, fényvezető hordozós, fejen hordható kijelző háromdimenziós ábrája; a

17. ábra: egy másik, találmány szerinti nyalábtágító elrendezés oldalnézeti ábrája; a

18. ábra: a találmány szerinti eszköz egy másik kiviteli példájának oldalnézeti képe; a

19. és 20. ábra: a 17. ábra szerinti kiviteli példa módosított változatai; a

21. ábra: a találmány egy további kiviteli példájának vázlata; a

22. és 23. ábra: a találmány egy további, szemüvegekben felhasználható kiviteli példája; a

24. ábra: az eszköz mobiltelefonban való felhasználására szolgáló eljárás bemutatása; a

25. ábra: találmány szerinti HŰD kijelzőrendszer ábrája; a

26. ábra: találmány szerinti HŰD kijelzőrendszer egy másik, nagyobb eredő látótérrel rendelkező kiviteli példája; a

27. ábra: találmány szerinti, dupla fókusztávolságú lencsét megvalósító kiviteli példa; a

28. ábra: a találmány szerinti eszközt felhasználó, a megfigyelő szemében a környezet két különböző nézetét egyesítő eljárást bemutató vázlat; a

29. ábra: találmány szerinti, világítási célokat szolgáló kompakt fényvezető hordozós optikai eszköz képe; a

30. ábra: a kimenő hullám intenzitását a hordozóban a ξ tengely mentén való terjedési távolság függvényében ábrázoló görbe; a

A. és 31B. ábra: találmány szerinti, világítási célokat szolgáló kompakt fényvezető hordozós optikai eszközök ábrái; a

32. ábra: a találmány szerinti részben visszaverő felületekből álló elrendezés előállítására szolgáló eljárást bemutató ábra; a

33. ábra: egy másik, találmány szerinti részben visszaverő felületekből álló elrendezés előállítására szolgáló eljárást bemutató ábra; a

34. ábra: további, találmány szerinti eljárás részben visszaverő felületekből álló elrendezés előállítására; a

HU 227 185 Β1

35. ábra: további, találmány szerinti eljárás részben visszaverő felületekből álló elrendezés előállítására; a

36. ábra: találmány szerinti, a visszaverő felületek változó borításának megvalósítására szolgáló eljárást bemutató ábra.

Az 1. ábrán a fényvezető hordozós optikai eszköz legegyszerűbb kivitele látható, melynél a 2 hordozót 4 képforrás világítja meg. A 4 képforrás fényét 6 kollimátorlencse párhuzamosba. A 4 képforrás fényét első 8 visszaverő felület vezeti be a 2 hordozóba úgy, hogy a 10 fősugár a 2 hordozó síkjával párhuzamos legyen. A 2 hordozóban haladó fényt második 12 visszaverő felület csatolja ki és vezeti a 14 megfigyelő szemébe. Ez az elrendezés kompaktsága ellenére néhány komoly hátránnyal rendelkezik, melyek közül a legfontosabb, hogy az elérhető látótér igen korlátozott. Amint az első ábrán látható, a főtengellyel bezárt szög maximális megengedett értéke a hordozón belül:

a_ma/-arctanp^^Á (1) ahol

T a hordozó vastagsága, d_eye a kívánt kilépőpupilla átmérője, és / az első és második 8 és 12 visszaverő felület távolsága.

^amax,-nál nagyobb szögek esetén a sugarak visszaverődnek a 2 hordozó felületéről, még mielőtt elérnék a második 12 visszaverő felületet. Ebből következően a második 12 visszaverő felület nemkívánatos irányokból is meg lesz világítva, és szellemképek keletkeznek.

Ezért az ezzel az elrendezéssel elérhető maximális látószög:

E0^max.~2va_max (2) ahol v a 2 hordozó törésmutatója, melynek értéke általában 1,5-1,6 között van.

A szem pupillájának átmérője általában 2-6 mm. A 4 képforrás elmozdulásának kiegyenlítése érdekében azonban nagyobb kilépőpupilla-átmérőre van szükség. A minimálisan elfogadható érték tehát körülbelül 8 mm. Átlagos fej esetén / értéke 40 és 60 mm között van. Ebből következően a 2 hordozó szükséges vastagsága még 8°-os, kis látószög mellett is 12 mm nagyságú lenne.

Az utóbbi időben született néhány javaslat a fenti probléma megoldására, például hordozóba épített nagyító távcső alkalmazása, nem párhuzamos becsatolási irányok stb. Azonban még ezekkel a megoldásokkal is egyetlen, a szembe visszaverő felület alkalmazása hasonló korlátozásokhoz vezet. A látószöget a 12 visszaverő felület 2 hordozó síkjára eső vetületének átmérője korlátozza. Könnyen belátható, hogy az ebből a korlátozásból adódó maximálisan elérhető látószög:

max q

Keye ahol a_sur a 12 visszaverő felület és a 2 hordozó síkjának normálisa által bezárt szög, és

R_eye a megfigyelő szeme és a hordozó közötti távolság (általában 30-40 mm).

Általában tana_sur nem lehet 2-nél nagyobb; ezért a látószögre fenti 8°-os feltételezéssel élve a hordozó szükséges vastagsága 7 mm körüli, ami már inkább elfogadható. Ha azonban növelni kezdjük a kívánt látószöget, a hordozó vastagsága gyorsan nő. Például 15°-os és 30°-os látószögekre 9 mm-es és 14 mm-es hordozóvastagságok adódnak.

A fenti korlátozások megszüntetése érdekében a találmány több, részlegesen visszaverő felületet használ. A 2. ábrán a találmány szerinti fényvezető hordozós optikai eszköz oldalnézete látható. Az első 16 visszaverő felületet a fényvezető hordozós optikai eszköz mögött elhelyezkedő (nem ábrázolt) forrásból származó 18 kollimált kép világítja meg. A 16 visszaverő felület úgy veri vissza a forrásból beeső fényt, hogy a fény csapdába esik a sík 20 hordozó belsejében, a teljes belső visszaverődés miatt. Néhány, a 20 hordozón belüli visszaverődés után a csapdába ejtett hullámok elérik az egymással párhuzamos, részlegesen 22 visszaverő felületek sorozatát, amely a 20 hordozó fényét a 24 megfigyelő szemébe továbbítja. Feltéve, hogy a forrás középponti sugara a 26 hordozófelületre merőlegesen lép ki a 20 hordozóból, és az elhajlított hullám tengelyvonallal bezárt szöge a 20 hordozón belül a_in, akkor a 22 visszaverő felületek és a 20 hordozó síkjának normálisa által bezárt a_sur2 szög:

a_sur2=^ (4)

Amint az a 2. ábrán látható, a csapdába ejtett sugarak két különböző 28, 30 irányból érkeznek a visszaverő felületekre. Ebben a kiviteli példában a csapdába ejtett sugarak a 28 irányból a 26 hordozófelületről történő páros számú visszaverődés után érkeznek a visszaverő felülethez, ahol a csapdába ejtett sugár és a 22 visszaverő felület normálisa által bezárt p_ref beesési szög:

β,-.ΓθΟ⁰ ~(ai_n-a_sur2)=90° -a_in/2 (5)

A csapdába ejtett sugarak a 30 irányból a 26 hordozófelületről történő páratlan számú visszaverődés után érkeznek a visszaverő felülethez, ahol a tengelytől való eltérés szöge </j_n=180^o-«_in és a csapdába ejtett sugár és a visszaverő felület normálisa által bezárt beesési szög:

β γθΠ⁹⁹ ~(^a Írí~^asur2)~

90°-( 180°-aj_n-a_sur2)=-90°+3aj_n/2 (6)

A nemkívánatos visszaverődések és szellemképek elkerülése végett fontos, hogy a reflexiós tényező a két irány egyikére nézve elhanyagolhatóan kicsiny legyen. Szerencsére a két beesési irány közötti kívánt megkülönböztetés könnyen teljesíthető, ha az egyik szög sokkal kisebb, mint a másik. A követelmény egyik megoldása az az eset, amikor β_Γθρ0°Έζί az értéket behelyettesítve az (5) egyenletbe azt kapjuk, hogy a_in~180°. Ez a megoldás a gyakorlatban nyilvánvalóan nem való4

HU 227 185 Β1 sítható meg. A másik megoldás az az eset, amikor P’_ref~0°, ebből adódik, hogy:

P_ref=60°; a_in=60°; a’_in=120°; a_sur2=30° (7)

A 3. ábra szemlélteti a részlegesen visszaverő felületek kívánt visszaverődési viselkedését. Míg a P_ref~60° tengellyel bezárt szögben beeső 32 sugár részben visszaverődik és kijut a 20 hordozóból, addig a visszaverő felületre merőlegesen érkező 33 sugár észrevehető visszaverődés nélkül halad át a 34 visszaverő felületen.

A 4. ábrán a kívánt cél elérésére tervezett dikroikus bevonat reflexiós görbéi láthatók négy különböző beesési szögre: 0°, 52°, 60° és 68°. Míg a merőlegesen beeső sugár visszaverődése elhanyagolható a számunkra lényeges spektrum egészén, a tengelyhez képest 60°-os szögben érkező sugarakra a visszaverődés majdnem állandó 20% ugyanarra a spektrumra. A visszaverődés nyilvánvalóan a beeső sugarak merőlegestől való eltérésével arányosan nő.

Világos, hogy az első, 8 visszaverő felület reflexiós tényezője a lehető legnagyobb kell, hogy legyen, hogy a képforrásból érkező fény lehető legnagyobb részét bevezesse a hordozóba. Feltéve, hogy a forrás középponti sugara a 20 hordozó felületére merőlegesen esik be, azaz a_o ⁼18O°, akkor az első 8 visszaverő felület és a 20 hordozó síkjának normálisa által bezárt a_sur1 szög:

Ebben az esetben a_sur1-re és a’_sur1-re 120° és 150° fok adódik, ebben a sorrendben.

Az 5. ábrán a (nem ábrázolt) képforrás 38 fényét a 20 hordozóba vezető, és ott teljes belső visszaverődés útján csapdába ejtő 36 visszaverő felület oldalnézeti képe látható. Amint az ábra mutatja, a visszaverő felület 40 hordozófelületre vett S-| vetülete:

Si=T-tan(a) (9) ahol

T a 20 hordozó vastagsága a a 36 visszaverő felület és a 38 fény által bezárt szög.

Nyilván az a=a_suri megoldás a legelőnyösebb, mivel így a 20 hordozó 40 felületén vett csatolási terület háromszor akkora, mint a másik megoldással. Feltéve, hogy a bevezetett hullám megvilágítja a visszaverő felület teljes területét, a 36 visszaverő felületről való visszaverődés után 2S₁=2Ttan(a) területet világít meg a hordozó felületén. Másrészt, egy másik 36 visszaverő felületnek a 20 hordozó síkjára vett vetülete S₂=tan(a_sur2). A visszaverő felületek közötti átfedések és rések elkerülése végett a visszaverő felületek vetületei közvetlenül érintkeznek szomszédjaikkal. Ebből következően az egy bevezetett sugár által egy ciklus alatt (azaz a 20 hordozó ugyanazon felületéről történő két visszaverődés között) metszett 36 visszaverő felületek N száma:

_ 27~- tan(a_sur1) „θ.

S₂ T-tan(a_Sür2)

Ebben a példában, ahol a_sur2=30° és a_sur1=120°, a megoldás N=6, vagyis minden sugár hat különböző felületen jut át egy ciklus alatt.

Fontos megjegyezni, hogy az 5. ábra alapján fentebb bemutatott megvalósítás példa a bejövő sugarakat a 20 hordozóba becsatoló eljárás szemléltetésére. Mindemellett a bejövő sugarakat más optikai eszközzel is be lehet vezetni a 20 hordozóba, például (de nem kizárólag) fordítóprizmákkal, száloptikai kábelköteggel, diffrakciós ráccsal stb.

Emellett a 2. ábrán bemutatott példában a bejövő hullámok és a képhullámok a 20 hordozó ugyanazon oldalán helyezkednek el. Ezzel szemben más elrendezések is lehetségesek, melyeknél a bejövő- és képhullámok a 20 hordozó két ellentétes oldalán helyezkednek el. Sőt, olyan alkalmazások is lehetségesek, melyeknél a bejövő sugarak 20 hordozóba való bevezetése a 20 hordozó egyik oldalélé mentén történik.

A 6A. ábrán a 20 hordozóban csapdába ejtett fényt a 14 megfigyelő szemébe kivezető részben visszaverő felületrendszer részletes oldalnézeti képe látható. Amint látható, a kicsatolandó sugár minden ciklusban négy, a’_sur2=120°-os szögben álló 42 visszaverő felületen halad át, miközben a sugár a felületekre merőlegesen esik be, és a felületekről történő visszaverődés elhanyagolható. Ezenkívül a sugár két, <//_sur2=60°-os szögben álló 44 visszaverő felületen halad át, melyeknél a beesési szög 60°, és a sugár energiájának egy része kicsatolódik a 20 hordozóból. Feltéve, hogy csak egy, hat 22 visszaverő felületből álló rendszert alkalmazunk a 38 fény 14 megfigyelő szemébe való kicsatolására, a maximális látószög:

max q \ / ^Keye

Ebből következően, a fentiekkel megegyező feltételezésekkel élve a 8°-os látószöghöz szükséges hordozóvastagság körülbelül 4 mm; a 15°-os és 30°-os látószögeket feltételező esetben 5,3 mm-es és 8,2 mm-es hordozóvastagság érhető el. Természetesen ezek elfogadhatóbb értékek, mint amilyeneket a többi elrendezéssel kaptunk. Ezenfelül egynél több részben 22 visszaverő felületcsoport is használható. Világos, hogy kétcsoportnyi 22 visszaverő felületet használva, mely így összesen tizenkét részben visszaverő felületből áll, a 15°-os és 30°-os látószögekhez tartozó hordozóvastagságokra 2,6 mm és 4,1 mm adódik, értelemszerűen.

Amint a 6B. ábrán látható, minden részben visszaverő felületet különböző energiájú fénysugarak világítanak meg. Míg az egyes visszaverő felületek 46 felső részét a 20 hordozó 48 felső felületéről közvetlenül visszaverődő sugarak világítják meg, addig a visszaverő felületek 50 alsó részeit már az egy részben 22 visszaverő felületen áthaladt, és ezért kevesebb energiával rendelkező sugarak világítják meg. Ennek következtében a visszaverő felület 50 alsó részéről visszavert fény fényessége kisebb, mint a felület 46 felső részéről visszavert fény fényessége. Ezt a problémát egyenletes fényességű kijelző megvalósítása ér5

HU 227 185 Β1 dekében nyilván meg kell oldani. Valóban, a visszaverő felület két különböző bevonattal való bevonása, mely az egyenetlen megvilágítást úgy kompenzálja, a 46 felső rész reflexiós tényezője kisebb, mint az 50 alsó rész reflexiós tényezője, megoldhatná ezt a problémát. Például, ha a kívánt névleges reflexió 20%, az 50 felső rész reflexiós tényezője pontosan ennyi, az 50 alsó rész reflexiós tényezője pedig 25%. Mindemellett a legtöbb esetben a probléma teljes egészében elhanyagolható. Ha a hordozó nem túl vastag, akkor minden nézőszögre a szembe jutó fény csak kevés visszaverő felületről érkezik. Például, ha d_eye=4 mm és T=4 mm, ahol d_eye a pupilla átmérője, a szemet minden nézőszögből körülbelül két visszaverő felület világítja meg. Mivel a szem összegzi az összes, egy látóirányból érkező fényt és egy pontra fókuszálja a retinán, és mivel a szem érzékenysége logaritmikus, a kijelző fényességében esetlegesen fellépő kis ingadozások várhatóan nem lesznek észlelhetők.

További számításba veendő kérdés a fény polarizációja. Ismert, hogy könnyebb S-polarizált (a beesési síkra merőlegesen polarizált) fényre visszaverő felületeket tervezni és gyártani, mint polarizálatlan, vagy P-polarizált (a beesési síkban polarizált) fényre. Szerencsére néhány kompakt képforrás (például a folyadékkristályos kijelzők) fénye lineárisan polarizált. Vannak azonban olyan helyzetek, amikor a képforrás úgy helyezkedik el, hogy a beeső fény a visszaverő felületekhez képest P-polarizált. Ezt a problémát könnyen meg lehet oldani fél hullámhosszúságú késleltető lemez alkalmazásával. Amint az a 7. ábrán látható, a 4 képforrásból kiinduló fény lineárisan P-polarizált. Az 52 fél hullámhosszúságú késleltető lemez alkalmazásával elforgathatjuk a fény polarizációját úgy, hogy a 22 visszaverő felülethez képest S-polarizált legyen.

További fontos feladat, hogy a fényesség a látószög függvényében véve egyenletes legyen. Amint az a 4. ábrán látható, minden visszaverő felület reflexiós tényezője növekszik a látószöggel. Szerencsére, mivel a szem pupillája viszonylag kicsi, a probléma megoldható. A 8. ábrán a javasolt elrendezésen alapuló fejen hordható kijelzőrendszer oldalnézeti képe látható. Egy bizonyos 56 látószöget jelképező egyetlen 54 síkhullám a részlegesen visszaverő 22 visszaverő felületek teljes rendszerének csak egy részét világítja meg. Ezért minden részlegesen visszaverő felületre definiálhatunk egy névleges látószöget, és a reflexiós tényezőt ez alapján tervezhetjük.

A különböző részben visszaverő felületek bevonatának részletes méretezése a következőképpen történik: Minden egyes felületre sugarat húzunk (a Snell-törvényből adódó törés figyelembevételével) a felület középpontjából a megjelölt 58 szem pupillaközéppontjába. A kiszámított irány lesz a névleges beesési irány és az adott bevonatot ennek az iránynak megfelelően méretezzük. Ebből következik, hogy minden egyes látószögre az adott esetben számításba veendő felületek átlagos reflexiós tényezője nagyon közel lesz a kívánt reflexiós tényezőhöz.

A 9. ábrán részlegesen visszaverő felületrendszerről történő visszaverődés részletes oldalnézeti képe látható három különböző látószögre: a 60 jobb oldalira, a 62 középsőre és a 64 bal oldalira. Amint fentebb kifejtettük, a visszaverő felületek vetületei közvetlenül csatlakoznak szomszédjaikhoz, így nincsenek átfedések vagy rések a visszaverő felületek között. Ez azonban csak a 62 középső látószögre igaz. A 60 jobb oldali látószögre 66 rések vannak, míg a 64 bal oldali látószögre 68 átfedések látszanak a tükröződések között. Ez a probléma a szomszédos 22 visszaverő felületek között páronként különböző távolságok beállításával megoldható. Azaz a 60 jobb oldal esetén kisebbek, a 64 bal oldal esetén nagyobbak lesznek a távolságok. A legtöbb alkalmazáshoz azonban ez a megoldás szükségtelen, mivel a legtöbb előírt látószög esetén a rések és átfedések nagyon kicsik lesznek (a 8. ábrán látható látószögek el vannak túlozva a probléma szemléltetése érdekében), és a visszavert fényerő igen kis megnövekedésével (a bal oldalon), illetve csökkenésével (a jobb oldalon) fejezhetők ki. Ezenfelül, amint fentebb leírtuk, van egy nagyobb visszaverődés irányába ható ellentétes hatás a 60 jobb oldali látószögekre. Ez a két jelenség kölcsönösen kiolthatja egymást, legalábbis részben.

További figyelembe veendő kérdés a viszonylag nagy látószögtartománnyal rendelkező kijelzőkkel kapcsolatos, melyeknél ajánlott legalább két részlegesen visszaverő 22 visszaverő felületcsoportot használni. Ebben az esetben a második csoportról visszaverődő hullámok már áthaladtak az első csoport visszaverő felületein, és energiájuknak már legalább egy része ki lett csatolva a hordozóból. Ezt a kérdést két különböző alkalmazás esetén érdemes figyelembe venni.

Átlátszó rendszerekben, például pilóták számára készített fejen hordható kijelzőknél, ahol a felhasználónak látnia kell a környezetet is, így a felületek reflexiós tényezője nem lehet túl nagy, a második csoport bevonatának tervezésekor figyelembe kell venni az első csoporton fellépő energiaveszteséget. Azaz a második csoport reflexiós tényezője nagyobb kell hogy legyen annak érdekében, hogy az egész látószögtartományban egyenletes fényességet érhessünk el. Mivel a reflexiós tényező már nem állandó, a megoldás nemkívánatos eredménye lehet, hogy a környezet képe egyenetlen lesz a hordozón keresztül nézve. Szerencsére ez az egyenetlenség elég kicsi. Amint az a 4. ábrán látható, minden egyes visszaverő felület reflexiós tényezője a látószöggel növekszik. Ebből adódóan, mivel a két felületcsoport látószögei közötti beesési szögkülönbség várhatóan legalább 10°, a veszteség elég kicsi lesz. Például, ha a 70°-os beesési szöghöz tartozó reflexiós tényező 22%, akkor a 60°-os beesési szögben érkező sugár visszaverődési tényezője 6-7% körüli, és a teljes veszteség kevesebb lesz, mint 15%. A szükséges korrekció miatt a hordozó átlátszóságában bekövetkező változás valójában elhanyagolható. Például ha a reflexiós tényező 22%-ról 25%-ra növekszik, az átlátszóság 78%-ról 75%-ra csökken. Mindenesetre olyan rendszerekben, ahol a környezet képének egyenletes6

HU 227 185 Β1 sége döntő fontosságú, speciális, a hordozó egyenetlenségét kompenzáló, a teljes látószögtartományban egyenletes fényességű képet adó nem egyenletes bevonatot lehet felvinni a hordozó külső felületére.

Nem átlátszó rendszerekben, például virtuális valóság képernyőkben a hordozó átlátszatlan, és a rendszer áteresztési tényezője nem fontos. Mindemellett, ilyen esetben a reflexiós tényező sokkal nagyobb lehet, mint az előzőben, és ügyelni kell arra, hogy elegendő energia jusson át az első felületcsoporton annak érdekében, hogy a kijelző a teljes látószögtartományban egyenletes fényességű legyen.

Egy jellegzetes átlátszó rendszer teljesítményének szemléltetésére számítógépes szimulációt hajtottunk végre, melyben kiszámoltuk mind a vetített kijelző, mind a környezet fényességét. A rendszer paraméterei a következők: T=4 mm; a_ir1=60°; FOV=30°; R_eye=40 mm; v=1,5; a felületcsoportok száma kettő, és a névleges reflexiós tényező 22%. A 10. ábrán láthatók a számítások eredményei, a kívánt névleges értékekkel normáivá. Mindkét grafikonban vannak ingadozások, de ezek a változások várhatóan nem lesznek észlelhetők.

Egy másik tervezési eljárásban a második visszaverődési szöggel, nevezetesen a’_in=180°-a_in tengelytől való eltéréssel rendelkező sugarak visszaverődéseit használjuk fel. A (7) egyenlet paramétereit a (4) egyenletbe helyettesítve azt kapjuk, hogy:

A 11. ábrán ezen alternatív tervezési eljárás oldalnézete látható. Az első 22 visszaverő felületet a kollimált 4 képforrás világítja meg. A 22 visszaverő felület a forrásból érkező fényt úgy veri vissza, hogy a fény teljes belső visszaverődés útján benn reked a hordozóban. Néhány a 20 hordozón belüli visszaverődés után a csapdába ejtett hullámok elérik a párhuzamos 22’ részlegesen visszaverő felületek rendszerét, amely kicsatolja a 38 fényt a 20 hordozóból a néző szemébe.

Ennek az elrendezésnek a legfőbb hátránya az a_in szögben beeső sugarak nemkívánatos visszaverődése. Nyilvánvaló, hogy a 20 hordozón belül a β beesési irányhoz tartozó képforrásbeli pont az a_in+£ és az a’_in+E irányokba verődik vissza a 20 hordozón belül. Míg az α’ίη+ε irányú sugarat a részlegesen visszaverő felületek a κ kimenő irányba verik vissza, addig az a_in+s irányú 72 sugarat a 22’ részlegesen visszaverő felületek a nemkívánatos a_in-e kimeneti irányba terelik. A 70 sugár ezután a nemkívánatos a_in-e irányba verődik vissza, és szellemképet hoz létre. Bár a fénynyalábnak csak egy kis része verődik vissza rossz irányba, ez a hatás a látószögtartomány növekedésével egyre jelentősebb lesz, zavarhatja a nézőt, különösen a látószögtartomány szélein.

Bár a fent leírt nemkívánatos visszaverődéseket nem lehet elkerülni, a szellemképek problémája megoldható az első 22 visszaverő felület állásszögének megváltoztatásával. Például, ha ezt a szöget a_sur1=63°-ra változtatjuk, a rendszer többi paramétere az alábbiak szerint alakul:

β,.θρ277· </.„=54°; _a’_in=136°; a_sur2=63° (13)

Ebből következik, hogy ha a rendszer látószögtartománya 16°, és a 20 hordozó törésmutatója 1,5, akkor a kép hordozón belüli maximális tengelytől való eltérése 60°, a nemkívánatos visszaverődés iránya 66°, és a kimeneti szög 18°, amely nyilvánvalóan kívül esik a látószögtartományon, és megfelelő konstrukció esetén nem világítja meg a kilépőpupillát.

A fenti megoldás csak a szellemképek problémáját oldja meg. Az energia egy része ekkor is nemkívánatos irányokba verődik vissza, és ez csökkentheti a kép minőségét és a kijelző hatékonyságát. Mindemellett ezen alternatív tervezési eljárásnak vannak más előnyei is: először is, a 22’ részlegesen visszaverő felületek hatásos keresztmetszetei sokkal nagyobbak, mint az előző kiviteli példában. Ebből következően adott látószögtartományhoz kevesebb visszaverő felület szükséges. Másrészt nemcsak a szükséges optikai bevonatok egyszerűbbek, hanem a felületekről szükséges visszaverődéseket Fresnel-reflexióval is meg lehet valósítani. Azaz a felületek bevonása helyett vékony légrést hagyhatunk a csupasz felületek között. Bár ez az eljárás nem optimális, elfogadható eredmények mellett a gyártási folyamatok sokkal egyszerűbbek lesznek.

A 12. ábra a rendszer optikai hatásfokát szemlélteti a látószögtartomány függvényében, két különböző típusú, egy polarizálatlan és egy S-polarizált forrásra. Bár a hatásfokok nem állandóak egyik esetben sem, ez a probléma megoldható vezérelhető gyengítőernyő képforrás elé való elhelyezésével. Ily módon állandó 10%-os hatásfok érhető el polarizálatlan, és 15%-os hatásfok S-polarizált fényre.

A teljes látószögtartományban egyenletes megvilágítást biztosító optikai bevonatokat tervezni egyszerű. Például, ha három részlegesen visszaverő felületet használunk, a reflexiós tényezőiket beállíthatjuk egyenként 20%-ra, 25%-ra és 33%-ra, ez a teljes látószögtartományra egyenletes 20%-os hatásfokot ad.

Ez idáig csak a ξ tengely mentén vett látószögtartományt tárgyaltuk. A rá merőleges η tengely mentén vett látószögtartományt szintén figyelembe kell venni. Az η tengely mentén vett látószögtartomány nem függ a részlegesen visszaverő felületek méretétől és számától, hanem inkább a hordozóba vezetett hullámok η tengely mentén vett oldalirányú kiterjedésétől. A η tengely mentén elérhető maximális látószögtartomány:

ahol ϋ_η a hordozóba vezetett hullámok η tengely mentén vett oldalirányú kiterjedése.

Vagyis, ha a kívánt látószögtartomány 30°, akkor az előbbiekben használt paramétereket használva a szükséges oldalirányú kiterjedés 42 mm. Fentebb kimutattuk, hogy a hordozóba vezetett hullámok ξ tengely mentén vett oldalirányú kiterjedését S^T tan(a_in) adja meg. T=4 mm-es hordozóvastagság mellett

HU 227 185 Β1

S-|=6,8 mm-re adódik. Láthatóan több mint 6-szoros szorzó van a két tengely mentén vett kiterjedések között. Még akkor is, ha feltételezzük, hogy a képméretarány 4:3 és az η tengely mentén vett látószögtartomány 22°, a szükséges oldalirányú kiterjedés 34 mm, és még mindig 5-szörös szorzó van a két tengely között. Ez a különbség problémákat vet fel, például nagy numerikus apertúrával rendelkező kollimátorlencse vagy nagyon nagy képforrás szükséges. Mindenesetre ilyen méretek mellett lehetetlen a tervezett kompakt rendszer megvalósítása.

A probléma megoldásának egy módja látható a 13. ábrán. Ahelyett, hogy csak a ξ tengely mentén helyeznénk el részlegesen visszaverő 22 visszaverő felületcsoportot, 22a, 22b és 22c visszaverő felületekből álló csoportot helyezünk el az η tengely mentén is. Ezek a visszaverő felületek a 20 hordozó felületére merőlegesen, a ξ és η tengelyek által bezárt szög felezőjével párhuzamosan helyezkednek el. Ezen visszaverő felületek reflexiós tényezőit úgy határozzuk meg, hogy a kimenő hullámok egyenletesek legyenek. Azaz, ha három visszaverő felületet használunk, a reflexiós tényezők az első, második, és harmadik 22a, 22b, 22c visszaverő felületre rendre 33%, 50% és 100% értékűek. Fontos megjegyeznünk, hogy a 22 visszaverő felület és 22a-22c visszaverő felületcsoportokban bemutatott elrendezések csak példák. Az optikai rendszerrel és az előírt paraméterekkel összhangban lévő, fényhullámok oldalirányú kiterjedésének növelésére szolgáló más elrendezések is lehetségesek.

A 14. ábrán teljes fényvezető hordozós optikai elrendezés háromdimenziós képe látható. Az elhajlított hullámot először a ξ, majd az η tengely mentén szélesítjük. Mivel a bemenő hullám hordozó síkjára vett vetülete a 2. ábrán látható elrendezéshez képest 90°-kal el van forgatva, a központi hullám Ξ_η η tengely mentén vett oldalirányú kiterjedése a hordozóba történő bevezetés után S_T|=2S₁=2Ttan(a_ir1). Szimmetrikus bevezetett hullám elérése érdekében előnyös olyan elrendezést használni, melynél a bevezetett hullámnak ugyanez a ξ tengely mentén vett mérete. Ebben az esetben, mivel a bemenő hullámok bevezetés előtti, η tengely mentén vett oldalirányú kiterjedése Si=Ttan(a_in), a két kiterjedés között 2-szeres lesz a szorzó. Mindemellett ez a szorzó általában elfogadható. A 22a-22c visszaverő felületekről történő visszaverődés után az η tengely mentén vett oldalirányú kiterjedés S^NTtanjain), ahol N a visszaverő felületek száma. Az η tengely mentén maximálisan elérhető látószögtartomány ekkor:

FOV^ _K-^s„~^deye-₌ 2A/Ttan(a_in) - d_eye

R_{eye +} //(vsina,„) R_{eye +} //(vsina,„)

Mivel a 22a-22c visszaverő felületcsoport közelebb helyezkedhet el a szemhez, a visszaverő felületek közötti I távolság várhatóan kisebb lesz, mint az előzőekben. Feltéve, hogy l=30 mm, és a T=4 mm; N=3; a_in=60°; R_eye=40 mm és v=1,5 paramétereket választva, a kapott látószögtartomány:

FOV^30° (16)

Ez az előzőekben elért eredménynél sokkal jobb.

Az előírt nyalábszélesítés eredményeképpen a fényhullámok fényessége N-ed részére csökkent. Ezt a hatást azonban minimálisra lehet csökkenteni a fentebb leírt eljárással. Amint a 15. ábrán látható, a látószögtartomány 22a visszaverő felületről visszaverődő 76 alsó részének beesési szögei nagyobbak, mint a látószögtartomány főként az utolsó 22c visszaverő felületről visszaverődő 78 felső részének visszaverődési szöge. Ebben az esetben a fentiekhez hasonlóan lehetséges nagyobb beesési szögekre nagyobb reflexiós tényezővel rendelkező visszaverő bevonat kialakítása. Mivel a látószögtartomány 78 felső részének energiavesztesége sokkal kisebb lehet, az első 22a visszaverő felületre nagyobb reflexiós tényezőt választhatunk, így a fényességcsökkenés kisebb mértékű lesz. Az adott konstrukció pontos részletei az adott rendszer különböző paramétereitől függnek.

Nem szükséges, hogy csupán egyetlen fényáteresztő 20 hordozót használjunk, további hordozókat is beépíthetünk. Például három különböző hordozót, melyek bevonatait a három alapszínnek megfelelően terveztük, össze lehet kombinálni háromszínű kijelzőrendszerré. Ebben az esetben minden hordozó átlátszó a másik két szín számára. Ilyen rendszer hasznos lehet olyan alkalmazásokban, ahol a végső kép három különböző monokromatikus képforrás fényéből áll össze. Ezenfelül, több további példa is található, melyekben több hordozót kombinálhatunk bonyolultabb rendszer létrehozása érdekében.

A 16. ábrán találmány szerinti, kompakt, fényvezető hordozós, fejen hordható kijelzőberendezés látható. A bemutatott elrendezésben három visszaverő felületcsoport van. Az első 22 visszaverő felület bevezeti a 4 képforrásból kiinduló, 6 kollimátorlencse által párhuzamosított fénynyalábot a 20 hordozóba, és a fénynyalábot az egyik irányban kiszélesíti. A részlegesen visszaverő 22a, 22b, 22c visszaverő felületek második csoportja visszaveri a sugarakat, és a fénynyalábot a másik irányban is kiszélesíti. A részlegesen visszaverő 22d, 22e, 22f visszaverő felületek harmadik csoportja kivezeti a fényt a hordozóból a 24 megfigyelő szemébe.

A 17. ábrán egy másik megoldás látható a nyaláb η irányban történő szélesítésére. Itt a szélesítés a 20 hordozón kívül, és nem belül történik. A 80 sugárosztó két részre osztja a 4 képforrás fényét: az egyik nyaláb közvetlenül továbbítódik a 20 hordozóba, míg a második nyaláb előbb visszaverődik a 82 tükörről, és ezután jut be a 20 hordozóba. Az eredetinél együttesen most már szélesebb nyalábot alkotó két fénynyalábot a 84 visszaverő felület csatolja be a hordozóba. Több sugárosztó és tükör is felhasználható a bejövő fénynyaláb η irányban történő szélesítésére. A 4 képforrás és a 80 sugárosztó közé 81 kollimátorlencsét helyezhetünk (19-20. ábrák).

A 18. ábrán a 17. ábra példájának kissé módosított változata látható. Ismert, hogy S-polarizált fényre könnyebb visszaverő felületeket tervezni és gyártani, mint P-polarizált vagy polarizálatlan fényre. Amennyiben a 4 képforrás fénye valóban S-polarizált, a megfe8

HU 227 185 Β1 lelő irányban történő visszaverődések létrehozása érdekében 86 fél hullámhosszúságú késleltetőlemezeket helyezhetünk el az optikai átviteli utakon, amint az az ábrán látható.

A 4 képforrás 20 hordozóval párhuzamosan való elhelyezése helyett a 20 hordozóra merőlegesen is elhelyezkedhet, amint a 19. és 20. ábrán látható.

További lehetséges kiviteli példa látható a 21. ábrán. A 4 képforrás a 20 hordozóra merőlegesen helyezkedik el és a fény az első csatoló tükörhöz fordító 83 tükrön vagy tükrös prizmán keresztül jut el. A 83 tükör vagy tükrös prizma visszaverő felületein és/vagy a prizma lapjain lehet optikaienergia-bevezetés, lehetővé téve annak kollimátorként való működtetését, és ezzel feleslegessé téve további kollimátoreszköz beépítését.

Ezen vezető hordozós, szemellenzőbe építhető kijelző elrendezés előnyei az alábbiak:

1) Mivel a 4 képforrás nagyon közel helyezkedhet el a hordozóhoz, a teljes berendezés igen kompakt és könnyű lehet.

2) Más szemellenzőbe épített kijelzőkkel ellentétben ez az elrendezés nagyon rugalmas a 4 képforrás és a szemlencse relatív elhelyezkedésének tekintetében. így az általános eltolt tengelyű elrendezés elkerülhető és a torzulásokat viszonylag könnyen és hatékonyan ki lehet javítani.

3) A részlegesen visszaverő felületek reflexiós tényezői majdnem állandók a spektrum számunkra lényeges részén. így nemcsak monokromatikus, hanem többszínű képforrásokat is használhatunk, és lehetővé válik színes, fejen hordozható kijelző készítése.

4) Mivel a 4 képforrás minden pontja síkhullámmá transzformálódik, és a megfigyelő szemébe a 22d—22f visszaverő felületcsoport nagy területéről verődik vissza, a szem pontos helyzetére tett megkötéseket jelentősen enyhíthetjük. Emiatt a felhasználó beláthatja a teljes látószögtartományt, és az engedélyezett szemmozgásterület lényegesen nagyobb a más szemellenzőbe építhető kijelzőkhöz képest.

5) Mivel a fényvezető hordozós optikai eszközbe bevezetett energia nagy része „újrahasznosítódik” és kijut a megfigyelő szemébe, a kijelző fényereje viszonylag nagy lesz.

A 22. és 23. ábrák a találmány egy további kiviteli példáját ábrázolják, melynél a 90 hordozók 92 szemüvegkeretbe vannak építve. A 4 képforrás, a 6 kollimátorlencse és a 82 tükör a szemüveg 94 száraiban vannak, közvetlenül az optikai 90 hordozó mellett. Abban az esetben, ha a képforrás elektronikus alkatrész, például kis katódsugárcső (CRT) vagy folyadékkristályos kijelző (LCD), a képforrást meghajtó 93 meghajtóelektronikát a 94 szár belső felére lehet építeni. A 94 szárhoz 96 áramforrás is csatlakoztatható a 97 vezetéken keresztül.

Mivel a hordozóba bevezetett hullámok általában kollimált síkhullámok, új technikákat lehet felhasználni képforrásként való alkalmazására. Az egyik lehetséges kijelző a virtuális retinakijelző (VRD), azaz síkhullámmal gyorsan pásztázó rendszer, mely közvetlenül a megfigyelő retináján hozza létre a képet. Egy másik lehetséges kijelzőtípus a Fourier-transzformációs holográfia hasonló ötletén alapul. Ezen elv alapján a folyadékkristályos kijelző a kívánt kép Fourier-transzformáltját állítja elő, és nem a képet magát. Ha a folyadékkristályos kijelzőt egy kis lézerdiódából érkező koherens síkhullámmal világítjuk meg, a folyadékkristályos kijelzőn megjelenik a kívánt ábra kollimált képe. Ezt a képet azután fel lehet használni a fényvezető hordozós optikai eszköz bemenőjeleként.

A fentebb leírt kiviteli példa mind átlátszó rendszerekben, mind az optikai elemek előtt elhelyezkedő átlátszatlan rétegeket tartalmazó nem átlátszó rendszerekben felhasználható. További lehetőség szabályozható szűrőnek a rendszer elé való beépítése, így a felhasználó szabályozhatja a külső térből beeső fény erősségét. Ez a szabályozható szűrő lehet mechanikusan szabályozható eszköz, például redős szűrő vagy két forgatható polarizátor, elektronikus eszköz, vagy akár a szűrő áteresztőképességét a külső tér fényessége alapján beállító automatikus eszköz is.

A fényvezető hordozós optikai eszköz pontos felhasználási módjára ebben a kiviteli példában több lehetőség is kínálkozik. A legegyszerűbb eset szemenként egy eszköz használata. Másik esetben minden szemhez egy eszköz és egy képforrás tartozik, azonos képpel. Ennek a változatnak egy további módosítása során ugyanazon kép két különböző részét vetítjük a két szembe, némi átfedéssel a két kép között, így szélesebb látószögtartomány érhető el. A legbonyolultabb lehetőség egy-egy különböző kép megjelenítése a két szemben, térhatású kép elérése érdekében. Ezzel lehetővé válik olyan vonzó alkalmazások megvalósítása, minta 3 dimenziós mozi, fejlett virtuális valóság, szimulátorrendszerek stb.

Fontos kiemelnünk, hogy a 22. és 23. ábrákon bemutatott elrendezés csak a találmány egyszerű felhasználási módjait bemutatni hivatott példa. Mivel a rendszer alapját adó fényvezető hordozós optikai eszköz nagyon kompakt és könnyű, nagyon sok különféle elrendezésbe beépíthető. Ebből kifolyólag sok további alkalmazás is lehetséges, például szemellenzőben, összehajtható kijelzőben, félszemüvegben stb.

A 22. és 23. ábrákon bemutatott kiviteli példa olyan alkalmazásokban használható, ahol a kijelző fejen hordható. Vannak azonban alkalmazások, melyeknél a kijelzőt máshol kell elhelyezni. Ilyen alkalmazás például a közeljövőben várhatóan új szolgáltatásokkal, például képtelefonnal, internetes eléréssel, elektronikusposta-hozzáféréssel, sőt jó minőségű műholdas televíziózással bővülő mobiltelefon. A létező technológiákkal csak kisméretű kijelzőt lehet a telefonba beépíteni, és emellett jelenleg az ilyen kijelzők vagy csak gyenge minőségű videoadatokat, vagy néhány soros internetes adatokat vagy elektronikus leveleket tudnak megjeleníteni.

A 24. ábrán a találmányon alapuló alternatív megoldás látható jó minőségű képek közvetlenül a felhasználó szemébe való vetítésére. A 100 mobiltelefon testéhez

HU 227 185 Β1 kihajtható 98 fényvezető hordozós optikai eszköz van rögzítve, hasonlóan ahhoz, ahogy általában a mikrofont rögzítik. A telefonba épített 102 kisméretű képforrás 104 videoképet hoz létre, amelyet a 106 optikai relén ami lehet fordítótükör, kisméretű prizma, fényvezető szálköteg vagy egyéb relé - keresztül a 98 fényvezető hordozós optikai eszközbe vezetünk. Ily módon üzem közben a felhasználó kihajthatja a 98 fényvezető hordozós optikai eszközt, elhelyezheti a szeme előtt, és kényelmesen megnézheti a kívánt képet.

Fontos megjegyezni, hogy a 24. ábrán bemutatott elrendezés csak példa annak szemléltetésére, hogy a fejen hordozható kijelzőtől eltérő alkalmazások is megvalósíthatók. A lehetséges kézben hordható elrendezések között vannak a karórákba építhető kis kijelzők, hitelkártya méretű, zsebben hordható kijelzők stb.

A fentiekben leírt kiviteli példák mind monokuláris optikai rendszerek, azaz a képet csak az egyik szembe vetítik. Vannak azonban olyan alkalmazások, például fejmagasságú kijelzők (HŰD kijelzők), ahol mindkét szembe kell képet vetíteni. A legutóbbi időkig HŰD kijelzőrendszereket szinte kizárólag modern harci és polgári repülőgépekben alkalmaztak. Az utóbbi időben azonban több javaslat és terv is született HŰD kijelzők gépkocsiba, a vezető elé való beépítésére, a navigáció segítése érdekében vagy hőkép kivetítésére sötétség vagy rossz látási viszonyok idején. A létező repülőgépes rendszerek legfőbb problémája az, hogy nagyon drágák, egyetlen egység ára több százezer dollár. Ezt az árat nyilvánvalóan három nagyságrenddel csökkenteni kell annak érdekében, hogy a személygépkocsik piacán is versenyképes legyen. Emellett a jelenlegi rendszerek igen nagyok, nehezek és terjedelmesek, és túl bonyolultak a személygépkocsiba való beépítéshez. A széles körben alkalmazható HŰD kijelzőnek kompaktnak, olcsónak, és a jelenlegi járművekbe könnyen beépíthetőnek kell lennie.

A 25. ábrán a találmány szerinti eszközre épített HŰD kijelzőrendszer megvalósítását mutatja be. A 4 képforrás fényét a 6 kollimátorlencse párhuzamosítja, és az első 22 visszaverő felület bevezeti a 20 hordozóba. A 12 második visszaverő felületcsoportról (nincs ábrázolva) való visszaverődés után az optikai hullámok a harmadik 22’ részlegesen visszaverő felületcsoporttal találkoznak, amely kivezeti a fényt a 24 megfigyelő szemébe. A teljes rendszer igen kompakt és kis tömegű, nagyobb képeslaphoz hasonló méretű, és néhány milliméter vastag. A néhány köbcentiméternyi térfogatot elfoglaló képforrás elhelyezhető a hordozó valamelyik sarkában is, és elektromos huzal viheti át az adatokat és látja el árammal a rendszert. A bemutatott HŰD kijelzőrendszer beépítése várhatóan nem lesz bonyolultabb, mint egy egyszerű kereskedelmi audiorendszer beépítése. Ezenfelül, mivel a képmegjelenítéshez nincs szükség külső képforrásra, nem kell egyes alkatrészeket veszélyes helyekre beszerelni.

Mivel a szemek és a felület távolsága és a kilépőpupilla átmérője sokkal nagyobb, mint monokuláris kijelzőknél, várhatóan nagyobb számú 22’ részlegesen visszaverő felület és/vagy vastagabb 20 hordozó kell a kívánt látószögtartomány eléréséhez. A 26. ábra adott rendszerre nagyobb látószögtartományt biztosító HŰD kijelzőrendszer tervezésére mutat be egy alternatív módszert. Ahelyett, hogy a rendszer kilépőpupilláját a megfigyelő szemei által kijelölt helyen definiálnánk, a hordozóhoz közelebb fekvő és kisebb átmérővel rendelkező 108 virtuális kilépőpupillát definiálunk. Amint látható, a látószögtartomány 110 jobb oldali részét csak a bal szem látja, míg a látószögtartomány 112 bal oldali részét csak a jobb szem. A látószögtartomány középső részét mindkét szem látja. Az ilyen megoldások széles körben elfogadottak a katonai HŰD kijelzőrendszerekben, ahol az optikai rendszer pupillája a kollimátorlencsénél van, és emiatt a pillanatnyi látószögtartomány kisebb, mint a teljes látószögtartomány. Ilyen elrendezések esetén mindkét szem a teljes látószögtartomány egy-egy részét látja csak, a teljes látószögtartomány közepén átfedéssel. A két szem által látott teljes látószögtartomány sokkal nagyobb, mint az egy szemmel látható. Ami a 26. ábrán látható elrendezést illeti, a virtuális kilépőpupilla pontos helyét és méretét az adott rendszer előírt teljesítménye és speciális paraméterei alapján kell megállapítani.

Mivel a HŰD kijelzőrendszerek kilépőpupillája általában sokkal nagyobb, mint a fejen hordozható rendszereké, várhatóan a fentebb a 14. ábrával kapcsolatban részletezett három visszaverő felületcsoportot használó rendszerre lesz szükség a kívánt látószögtartomány eléréséhez, még a fentebb a 26. ábra kapcsán bemutatott elrendezés esetén is. Mindemellett előfordulhatnak különleges esetek is, például kis függőleges látószög-tartományú rendszerek vagy képforrásként függőleges LED-sort használó rendszerek, melyeknél két visszaverő felületcsoport (amint fentebb a 2. ábra kapcsán bemutattuk) elegendő lehet.

A találmány 25. és 26. ábrán bemutatott kivitelei a gépjárművekbe szerelt HŰD kijelzőrendszereken kívül más alkalmazásokban is felhasználhatók. Ezen kiviteli példák egyik esetben lapos képernyőként használhatók számítógép vagy televízió számára. Az ilyen kijelző legfőbb egyedi jellegzetessége, hogy a kép nem a képernyő síkjában helyezkedik el, hanem a végtelenbe, vagy más hasonlóan kényelmes távolságba van fókuszálva. A jelenlegi számítógépes kijelzők egyik legfőbb hátránya, hogy a felhasználónak nagyon közeire, 40 cm és 60 cm közé kell fókuszálnia a szemét, miközben az egészséges szem természetes fókusza a végtelenben van. Huzamosabb idejű számítógépes munka után sokan szenvednek fejfájástól. A számítógépes munkát gyakran végzők közül sokaknál kialakul a rövidlátás. Ezenfelül néhány, rövidlátásban és távollátásban egyszerre szenvedő embernek speciális szemüvegre van szüksége a számítógépes munkavégzéshez. A találmányon alapuló lapos képernyő megfelelő megoldás lehet a fent leírt problémáktól szenvedőknek, amennyiben nem akarnak fejen hordozható kijelzővel dolgozni.

A találmány szerinti kijelző további előnye a jelenlegi lapos képernyős kijelzőkhöz képest is lapos megjele10

HU 227 185 Β1 nése. Igaz azonban, hogy a hagyományos kijelzőkkel ellentétben a találmány szerinti kijelzővel a teljes kép csak korlátozott fejmozgástartományból látszik. A korlátozott fejmozgástartomány azonban elegendő lehet ahhoz, hogy egy felhasználó kényelmesen használja.

A találmány egy további lehetséges kiviteli példája szövegmegjelenítő szónokok vagy tévés bemondók részére, akiknek egyszerre kell a közönség felé nézniük és szöveget olvasniuk. Jelen találmány felhasználásával a beszélő használhatna az arca előtt elhelyezkedő átlátszó lapot, amelyik a szemébe vetíthetné a kívánt szöveget anélkül, hogy a közönség látná.

A találmány további lehetséges felhasználása kézi számítógépek (PDA) képernyőiben van. A jelenleg használt hagyományos kijelzők mérete 10 cm körüli. Mivel a minimális távolság, ahonnan ezek a kijelzők olvashatók, 40 cm körüli, az elérhető látószög körülbelül 15°, ezért az ilyen kijelzők által kijelzett információ mennyisége igen korlátozott. A 25. és 26. ábrákon bemutatott kiviteli példák felhasználásával jelentős növekedés érhető el a látószögben. Mivel a kép a végtelenbe van vetítve, a képernyő a felhasználó szeméhez sokkal közelebb is elhelyezkedhet. Ezenfelül, mivel mindkét szem a teljes látószögtartomány egy-egy részét látja csak, a teljes látószögtartomány közepén átfedéssel, további növekedés érhető el a látószögben, így könnyen készíthető 40°-os, vagy nagyobb látószögtartománnyal rendelkező kijelző.

A találmány összes fentebb leírt kiviteli példájában a fényvezető hordozós optikai eszköz által továbbított kép elektronikus képforrásból, például katódsugárcsőből (CRT) vagy folyadékkristályos kijelzőből (LCD) eredt. Emellett azonban vannak olyan alkalmazások, ahol a továbbított kép élőkép is lehet, például rövidlátásban és távollátásban egyaránt szenvedők számára készített szemüvegekben, ahol a problémákat nem mindig lehet kényelmesen megoldani hagyományos két- vagy többfókuszú szemüvegekkel. Alternatív megoldás néhány fókusztávolsággal rendelkező oftalmikus lencsék használata. Ezek a lencsék több képet hoznak létre a megfigyelő retináján. Az agy a legélesebb képhez igazodik.

A 27. ábrán a találmány szerinti eszközön alapuló kettős fókusztávolsággal rendelkező lencse megvalósítását mutatja be. A végtelenből érkező 114 képet a 22 visszaverő felület vezeti be a 20 hordozóba, majd a 22’ részlegesen visszaverő felületcsoport a 24 megfigyelő szemébe vetíti azt. A közelről érkező 116 képet a 118 lencse kollimálja a végtelenbe, majd az a 20 hordozón keresztül a megfigyelő szemébe jut. A 120 oftalmikus lencse a 114 és 116 képeket kényelmes távolságra fókuszálja és korrigálja a felhasználó szemének további hibáit, például a szemtengelyferdülést. Ha a külső környezet képe közel van a megfigyelőhöz, a 116 kép éles lesz a retinán, míg a 114 kép elmosódott lesz. Ezért az agy automatikusan az éles 116 képhez fog alkalmazkodni, és fordítva, ha a külső környezet képe messze van, a 114 kép lesz élesebb, és az agy ehhez fog alkalmazkodni.

A találmány használható továbbá két teljesen különböző kép kombinálására. Számos alkalmazás van, ahol egy ilyen berendezés hasznos lehet, például pilóták és gépkocsivezetők számára, akik egyszerre akarják látni az előttük és mögöttük lévő terepet, sportolóknak, akik egyszerre a pálya több részét is látni szeretnék, festők számára, akik így kombinálhatják a valódi látványt a festményükkel, hallgatóknak, akik a tábláról másolnak szöveget stb. A 28. ábrán a találmány szerinti eszközt felhasználó, a megfigyelő szemében a környezet két különböző nézetét egyesítő eljárást mutatunk be. Az oldalirányból érkező 121 képet a 122 prizma vagy más optikai eszköz eltéríti, majd a 22 visszaverő felület bevezeti a 20 hordozóba, és a 22’ részlegesen visszaverő felületcsoport a 24 megfigyelő szemébe közvetíti azt, ahol a 124 normális képpel kombinálódik.

Fontos megjegyeznünk, hogy a 27. és 28. ábrákon bemutatott kiviteli példák esetében, mivel a fényvezető hordozós optikai eszközbe bevezetett 114 és 121 képek optikai hullámai a végtelenből érkeznek és nem kell őket lencsével vagy hasonló optikai elemmel fókuszálni, a bevezetett hullámok oldalirányú kiterjedése lényegtelen. Ebből kifolyólag a 2. ábrával kapcsolatban leírtakhoz hasonlóan egy egyszerűbb, két visszaverő felületcsoportot alkalmazó fényvezető hordozós optikai eszköz használható, és nincs szükség a 14. ábrán bemutatott bonyolultabb felépítésű, három felületcsoportot alkalmazó elrendezésre.

A 27. és 28. ábrák kapcsán bemutatott kivitelek csupán a találmány alkalmazási lehetőségeit bemutatni hivatott példák. A fényvezető hordozós optikai eszközzel bármely két kép - élőképek, elektronikus képernyők (például videokamera és hőképrendszer kombinációja), vagy bármilyen más képek - kombinálása lehetséges.

A fentebb leírt kiviteli példák mindegyikében a fényvezető hordozós optikai eszközt képalkotásra használt fénysugarak továbbítására használtuk. A találmány azonban nemcsak képalkotási célokra alkalmazható, hanem más rendszerekben is, főként világítási célokra, ahol a kimenő hullám optikai minősége nem döntő fontosságú, és a fontos paraméterek a fényerő és az egyenletes fényesség. A találmány felhasználható például lapos képernyők, különösen LCD rendszerek háttérvilágítására, ahol a képalkotáshoz fontos, hogy a képernyőt a lehető legfényesebb és legegyenletesebb fénnyel világítsuk meg. További alkalmazások lehetnek, a teljesség igénye nélkül: lapos és olcsó szobavilágítás vagy fényszórók, ujjlenyomat-olvasók megvilágítása, és kiolvasóhullámok 3 dimenziós kijelzős hologramokhoz.

A 29. ábrán világítási célokat szolgáló, találmány szerinti fényvezető hordozós optikai nyalábtágító elrendezés látható. A bemutatott elrendezés első 126 visszaverő felületből, második 128 visszaverő felületcsoportból és harmadik 130 visszaverő felületcsoportból áll. A 132 bemenő hullám a 20 hordozóra merőlegesen beeső síkhullám, míg a 134 kimenő hullám a 132 bemenő hullámnál lényegesen nagyobb átmérővel rendelkező síkhullám. A kapott rendszer nagyon lapos, kompakt, viszonylag nagy területeket bevilágító világítóelrendezés.

HU 227 185 Β1

A fényvezető hordozós optikai nyalábtágító működése hasonló a találmány fentebb leírt kiviteli példáinak működéséhez. Vannak azonban különbségek a képalkotó és nem képalkotó rendszerek között. Először is, mivel a nem képalkotó rendszerekben nem kell aggódni „szellemképek’’ keletkezése miatt, a bemenő hullámokat a hordozó síkjával párhuzamosan is bevezethetjük, ezért a részlegesen visszaverő síkok megvilágítása egyenletes lesz. Másodszor, nem képalkotó rendszerekben a hordozó áteresztési tényezője nem fontos, ezért csak a reflexiós tényező-eloszlást kell figyelembe venni.

Ezenfelül egyenletes látószögtartomány helyett a nem képalkotó rendszerekkel szemben támasztott követelmény a kimenő hullám egyenletes fényereje. Ennek elérése érdekében a részlegesen visszaverő 130 visszaverő felületcsoport reflexiós tényezője a ξ tengely mentén fokozatosan növekszik úgy, hogy minden egyes visszaverődésnél a csapdába ejtett optikai hullámok energiájának csak egy része távozzon a hordozóból. A 30. ábrán a kimenő hullám intenzitása, a visszaverő felületek reflexiós tényezője és a hordozóban maradt energia mennyisége látható a hordozón belül a ξ tengely mentén vett terjedési távolság függvényében, egy jellegzetes fényvezető hordozós optikai nyalábtágító esetére.

Mivel világítóeszközöknél a fény a hordozó síkjával párhuzamosan is bevezethető, a hordozó valamelyik éle mentén is be lehet vezetni. Ezenfelül nem szükséges csupán egyetlen fényforrást használni, több is használható. Az ilyen eszközökben továbbá a fénysugaraknak nem kell kollimáltaknak lenniük. Széttartó bemenő fénynyaláb is alkalmazható széttartó kimenő nyaláb létrehozására. A 31 A. és 31B. ábrákon két lehetséges világítási célokat szolgáló elrendezés látható, az egyikben két részlegesen visszaverő felületcsoport van (31 A. ábra), a másikban csak egy felületcsoport található (31B. ábra). Ezekben az elrendezésekben a fényforrás 138 lencserendszerrel kollimált, egyenletes megvilágítást biztosító 136 LED-rendszer, melynek fényét a 20 hordozó egyik éle mentén vezetjük be, és a fényt 140 felületcsoport vezeti ki a 20 hordozóból.

A 32. ábra a részlegesen visszaverő felületcsoport gyártására szolgáló eljárást szemlélteti. Először a kívánt méretekkel rendelkező 142 prizmákat gyártjuk le. Ezek a prizmák készülhetnek szilikátalapú anyagokból, például ΒΚ-7-ből hagyományosan köszörüléssel és csiszolással, vagy készülhetnek polimer vagy szol-gél anyagokból fröccsöntéssel vagy öntéssel. A prizmák megfelelő felületeit ezután bevonjuk a szükséges 144 optikai bevonatokkal. Végül a prizmákat összeragasztjuk, és összeáll a kívánt fényvezető hordozós optikai rendszer. Olyan alkalmazásokban, ahol fontos az optikai felületek minősége, a folyamat utolsó lépéseként felpolírozhatjuk a 146 külső felületeket.

A 33. ábra további eljárást mutat be a részlegesen visszaverő felületcsoport legyártására. Két egymásba illeszkedő, fogazott átlátszó 148 idomot készítünk fröccsöntéssel vagy öntéssel. Ezután az egyik idom megfelelő felületeire felvisszük a szükséges optikai

150 bevonatokat, és összeragasztjuk a két idomot, létrehozva a kívánt 152 fényvezető hordozós optikai eszközt.

A 34. ábrán a 33. ábrán bemutatott, részlegesen visszaverő felületcsoport gyártására szolgáló eljárás egy további változata látható. A 148 idomok 150 bevonattal történő ellátása helyett a bevonatot igen vékony és rugalmas 154 polimer fóliára visszük fel. A fóliát behelyezzük a két 148 idom közé, melyeket azután összeragasztunk, létrehozva a kívánt 156 fényvezető hordozós optikai eszközt.

A 35. ábrán további eljárás látható részlegesen visszaverő felületcsoport készítésére. Több átlátszó lapos 158 lemez felületét bevonjuk a szükséges 160 bevonatokkal, majd a lemezeket összeragasztjuk, így kapjuk a 162 kocka alakú testet. Ezután a kocka egy 164 szeletét kivágjuk, csiszoljuk és polírozzuk, létrehozva a kívánt 166 fényvezető hordozós optikai eszközt.

Vannak esetek, amikor a kilépő fény egyenletessége nem döntő fontosságú. Ilyen esetekben a visszaverő felületek bevonattal történő ellátása helyett légrést lehet hagyni közöttük, így a fény Fresnel-visszaverődéssel verődhet vissza a felületekről. Ilyen esetben azonban probléma lehet a kilépő fényerősség egyenletessége, de ezt a problémát két ellentétes irányból megvilágított lemezzel meg lehet oldani. Másik lehetséges megoldás a szemben fekvő élek és a külső felület bevonása fényvisszaverő anyaggal.

Amint fentebb említettük, vannak alkalmazások, melyeknél fontos, hogy a visszaverő felületek bevonata egyenetlen legyen. A 36. ábrán látható az ennek megvalósítására szolgáló eljárás. Két különböző visszaverő felületcsoportot készítünk a fent leírt eljárások valamelyikével, vagy bármely más eljárással úgy, hogy a 168 alsó felületcsoport reflexiós tényezője nagyobb legyen, mint a 170 felső felületcsoporté. A két felületcsoportot azután összeragasztjuk, létrehozva a kívánt 172 fényvezető hordozós optikai eszközt.

A szakterületen jártasak számára nyilvánvaló lehet, hogy a találmány nem korlátozódik az előbbiekben ismertetett kiviteli példákra, és jelen találmány megvalósítható más sajátos formákban is anélkül, hogy elhagynánk annak lényeges jellegzetességeit. A bemutatott kiviteli példákat tehát csak szemléltetés, és nem korlátozás céljából ismertettük, a találmány oltalmi körét az alábbiakban következő igénypontok szabják meg, és minden, az igénypontokkal összhangban lévő változtatás benne foglaltatik.

Claims (50)

1. Fényvezető hordozóval ellátott nyalábtágító optikai eszköz, amely tartalmaz legalább két fő hordozófelülettel (26) és élekkel ellátott fényáteresztő sík hordozót (20), amelynél a két fő hordozófelület (26) a bevezetett fényt a hordozó (20) belsejében teljes belső visszaverődés útján bent tartja;

HU 227 185 Β1 a hordozó (20) belsejében a fő hordozófelületek (26) közötti térben egymással párhuzamosan térközzel elrendezett több részlegesen visszaverő felületet (22), amely felületek a bevezetett fény egy részét áteresztik, míg a másik részét a hordozó (20) belsejéből kireflektálják, azzal jellemezve, hogy fénynek a hordozóba (20) vezetésére szolgáló első fényterelő optikai eszköze (16) van, amely optikai eszköz (16) egy fényforrásnak a hordozóra (20) beeső fényét fogadja, és a fő hordozófelületek (26) által bent tartandó fényt teljes belső visszaverődés révén vezeti be.

2. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a részlegesen visszaverő felületek (22) nem párhuzamosak a hordozó (20) fő felületeivel (26).

3. Az 1. igénypont szerinti optikai készülék, azzal jellemezve, hogy a fényvezető hordozó (20) fő felületei (26) párhuzamosak egymással.

4. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a fényterelő optikai eszköz (16) a hordozóban (20) van elrendezve.

5. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a fényterelő optikai eszköz legalább egy fényvisszaverő felületet (16) tartalmaz.

6. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a fényterelő optikai eszköz legalább egy fényvisszaverő felülete (16) legalább a fő felületek (26) egyikét keresztező szögben van elrendezve.

7. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a fényterelő optikai eszköz egy fő felületen van elrendezve.

8. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a fényforrás fénye a hordozó (20) egyik fő felületére esik be.

9. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a fényterelő optikai eszköz (16) a beeső fényt a részlegesen visszaverő felületek (22’) egészére irányulóan veri vissza.

10. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a fényterelő optikai eszköz legalább egy prizmát (122) tartalmaz.

11. A 10. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a prizma (122) egy fordító (folding) prizma.

12. A 10. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a prizma (122) egy visszaverő (relay) prizma.

13. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a fényterelő optikai eszköz (16) a hordozón (20) belül terjedő fény kilépőszögének meghatározására van konfigurálva.

14. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a fény bevezetése a hordozónak (20) egy felületrészén történik, és ezen felületrész szélességi mérete nagyobb, mint a hordozó (20) vastagsága.

15. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a fény a hordozóra (20) hasonló szögben esik be, minta hordozóból (20) kivezetett fény szöge.

16. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a részlegesen visszaverő felületek (22) a teljes belső visszaverődéssel bent tartott fényt kicsatolják a hordozóból (20) egy közelinek látszó folytonos kép létrehozására.

17. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy az optikai eszköz (16) és a részlegesen visszaverő felületek (22) oly módon vannak elrendezve, hogy a fény befogadása és kicsatolása a hordozó (20) ugyanazon oldalán történik.

18. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a fényterelő optikai eszköz (16) és a részlegesen visszaverő felületek (22) oly módon vannak elrendezve, hogy a fény befogadása és kicsatolása a hordozó (20) különböző oldalain történik.

19. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a fényterelő optikai eszköz (16) oly módon van elrendezve, hogy a fény befogadása a hordozóba (20) annak egyik fő felületén (26) történik.

20. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a fő felületén (26) nem egyenletes bevonat van a teljes látószögtartományban egyenletes fényességű látószögtartomány biztosítására.

21. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a részlegesen visszaverő felületek (22) közötti távolság különböző, és a látószögtartomány előre meghatározott egyenletes fényességű.

22. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy az egyes részlegesen visszaverő felületek (22) reflexiós együtthatója különböző a hordozóból (20) kicsatolt fénnyel egyenletes fényességű látószögtartomány elérése érdekében.

23. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy az egyes részlegesen visszaverő felületek (22) reflexiós együtthatója egyenetlen a visszaverő felülete mentén az előre meghatározott egyenletes fényességű látószögtartomány elérése érdekében.

24. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy tartalmazza továbbá a részlegesen visszaverő felületek (22’) második csoportját a bevezetett fény szélességi dimenziójának kiterjesztésére, és a részlegesen visszaverő felületek (22’) második csoportjának felületei párhuzamosak egymással, de nem párhuzamosak a részlegesen visszaverő felületek (22) első csoportjának felületeivel.

25. A 24. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a részlegesen visszaverő felületek (22’) második csoportja megváltoztatja a hordozóban (20) teljes belső visszaverődés útján bent tartott fény terjedési irányát.

26. A 24. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a részlegesen visszaverő felületek (22’) második csoportjának minden egyes felületrésze különböző reflexiós együtthatójú a hordozóból (20) kicsatolt fény előre meghatározott, különösen egyenletes fényességének elérése érdekében.

27. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a hordozó (20) részben átlátszó, lehetővé téve a külső környezetből jövő, a hordozón (20) áthaladó fény belépését.

HU 227 185 Β1

28. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy rendelkezik továbbá a külső környezetből jövő, a hordozón (20) áthaladó fény útját elzáróan elrendezett átlátszatlan felülettel.

29. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, a hordozón (20) áthaladó fény belépését gyengítő módon elrendezett változtatható áteresztési tényezőjű felületet is tartalmaz a külső környezetből jövő, az eszközön áthaladó fény fényességének szabályozására.

30. A 29. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a változtatható áteresztési tényezőjű felület áteresztési tényezője a hordozón (20) áthatoló fény fényessége alapján automatikusan van meghatározva.

31. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a részlegesen visszaverő felület (22) csoport a befogadott fényt olyan irányba veri vissza, hogy a hordozóból (20) kivetített fény egy megfigyelő számára érzékelhető, ez a fény egy az optikai eszköz (16) által becsatolt kép, és ez a kép sztereoszkópikusán érzékelhető.

32. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a külső környezet két képrészletének bejövő két fényét kombinálja, ahol mindegyik bejövő fény egyazon optikai eszköz (16) által van becsatolva a hordozóba (20).

33. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a külső környezet legalább két különböző képét kombinálja, ahol mindegyik környezet fénye egyazon optikai eszköz (16) által van becsatolva a hordozóba (20).

34. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a részlegesen visszaverő felületek (22) úgy vannak elhelyezve a hordozón (20) belül, hogy a hordozóból (20) kilépő fény oldalirányú kiterjedése legalább az egyik irányban nagyobb, mint a hordozóba belépő fényé.

35. A 24. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a részlegesen visszaverő felületek (22, 22’) két csoportjának reflexiós együtthatói úgy vannak meghatározva, hogy a kimenő fény fényereje előre meghatározott eloszlású legyen.

36. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy virtuális retinális képforrást tartalmaz.

37. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy elektronikus képforrást (4) tartalmaz, amelynek működése során a kívánt kép Fourier-transzformáltja jelenik meg a képforrás (4) képsíkján.

38. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy az eszközben van fényforrást alkotó világító diódacsoport (LED), és a fényforrás fénye a hordozóba (20) annak éle mentén van bevezetve.

39. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a hordozó (20) prizmákból van összeállítva.

40. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a hordozó (20) átlátszó idomokat (148) tartalmaz.

41. A 40. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy az átlátszó idomok (148) párhuzamos lemezek.

42. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a részlegesen visszaverő felületek (22) optikai bevonattal ellátott rugalmas fóliákból (154) állnak, és mindegyik fólia a szomszédos idomok (148) között van elrendezve.

43. A 40. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy mindegyik részlegesen visszaverő felület a szomszédos idomok (148) között elrendezett légrés.

44. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a részlegesen visszaverő felületek (22) reflexiós együtthatója a levegő és a hordozó (20) közötti határfelület által van meghatározva.

45. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a hordozó (20) felületei és élei közül egynek vagy többnek a felülete legalább részben optikai bevonattal (144) van bevonva az egységes külső látvány elérése érdekében.

46. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy az eszköz optikai átviteli útjába legalább egy fél hullámhosszúságú késleltetőlemez (52) van beiktatva.

47. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a fényvezető hordozón (20) kívül egy legalább két fényvisszaverő felületből álló rendszer van elhelyezve.

48. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a hordozó (20) több különböző részleges hordozóból (20) van egy optikai rendszerré összekombinálva.

49. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a készülék szemüvegkeretbe (92) beszerelhető kialakítású.

50. Az 1. igénypont szerinti optikai eszköz, azzal jellemezve, hogy a nézője számára képek vetítésére a készülék mobil kommunikációs eszközbe helyezhető kialakítású.