JP2022191164A

JP2022191164A - ヘッドマウントディスプレイ

Info

Publication number: JP2022191164A
Application number: JP2022085662A
Authority: JP
Inventors: 福明莊; Fukumei So; 欣祥羅; Hsin-Hsiang Lo
Original assignee: CTX Opto Electronics Corp
Current assignee: CTX Opto Electronics Corp
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2022-05-26
Publication date: 2022-12-27
Also published as: US20220397764A1; CN115480400A; US11719940B2; EP4105710A1

Abstract

【課題】本発明は、影装置及び光導波路を含むヘッドマウントディスプレイを提供する。【解決手段】投影装置は光導波路の第二表面に位置するピューピルを有し、かつ光源、第一マイクロミラー素子、第二マイクロミラー素子及び中継光学素子組を含む。中継光学素子組は第一参照平面上の第一平行光束に対応して第一軸等価焦点距離を有し、第二参照平面上の第二平行光束に対応して第二軸等価焦点距離を有する。第一平行光束及び第二平行光束は中継光学素子組の光軸に沿って進行する。光軸は第一参照平面及び第二参照平面に位置し、第一参照平面及び第二参照平面は互いに直交し、第一軸等価焦点距離の値は第二軸等価焦点距離の値とは異なる。【選択図】図1A

Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display）に関する。

レーザービーム走査(Laser beam scanning、LBS)装置の主なアーキテクチャは、レーザー光源が発光した後に、2次元マイクロエレクトロメカニカルシステムミラー(MEMS mirror)のスキャンによりスクリーンに投影して2次元画面を生成するものである。レーザービーム走査装置がヘッドマウントディスプレイに適用されるバーチャルリアリティの技術分野では、HOE(holographic optical element)回折素子(diffractive element)をメガネレンズに貼り付け、かつレーザービーム走査装置のオプティカルエンジン(optical engine)アーキテクチャ(光学モジュールともいう)をメガネフレームに置く構造が知られている。このようにして、レーザービームはスキャンによりHOE素子に到着したときに、人間の目の瞳孔へ反射されて虚像を生成することができる。

しかしながら、現在知られている設計では、1つの2次元マイクロエレクトロメカニカルシステムミラーを採用して2次元方向の走査を同時に行う。この2次元マイクロエレクトロメカニカルシステムミラーはマイクロエレクトロメカニカル2軸走査鏡であり、このようなマイクロエレクトロメカニカルシステムミラーの走査周波数及び走査角度の大きさは上限があるため、画面にドラッグ現象があり、視野（field of view）が小さい（狭い）など欠点を来すことがある。

なお、この「背景技術」の部分が本発明の内容への理解を助けるためだけのものであるため、この「背景技術」の部分に開示されている内容は、当業者に知られていない技術を含む可能性がある。よって、この「背景技術」の部分に開示されている内容は、該内容、又は、本発明の１つ又は複数の実施例が解決しようとする課題が本発明の出願前に既に当業者に周知されていることを意味しない。

本発明の目的は、良好な画面品質を提供することができ、かつ大きい（広い）視野を有するヘッドマウントディスプレイを提供することにある。

本発明の他の目的及び利点は、本発明に開示される技術的特徴からさらに理解することができる。

上述の1つ又は一部又は全部の目的あるいは他の目的を達成するために、本発明の一実施例はヘッドマウントディスプレイを提供する。ヘッドマウントディスプレイは投影装置及び光導波路を含む。投影装置はピューピル(pupil)を有し、かつ光源、第一マイクロミラー素子、第二マイクロミラー素子及び中継(リレー)光学素子組を含む。光源は光束を提供するために用いられる。第一マイクロミラー素子は光束の伝播経路に位置する。第二マイクロミラー素子は光束の伝播経路に位置し、そのうち、第一マイクロミラー素子は第二マイクロミラー素子と光源との間に位置する。中継光学素子組は光束の伝播経路に位置し、かつ第二マイクロミラー素子とピューピルとの間に位置し、そのうち、中継光学素子組は、第一参照（参考/基準）平面上の第一平行光束に対応して第一軸等価焦点距離を有し、第二参照平面上の第二平行光束に対応して第二軸等価焦点距離を有し、第一平行光束及び第二平行光束は中継光学素子組の光軸に沿って進行し、光軸は第一参照平面及び第二参照平面に同時に位置し、かつ第一参照平面と第二参照平面は互いに直交し、かつ第一軸等価焦点距離の値は第二軸等価焦点距離の値とは異なる。光導波路は光束の伝播経路に位置し、かつ相対する第一表面及び第二表面を有し、そのうち、第一表面は中継光学素子組と第二表面との間に位置する。ピューピルは第二表面に位置する。

上述により、本発明の実施例は少なくとも次のような1つの利点又は効果を有する。即ち、本発明の実施例では、光束は第一マイクロミラー素子、第二マイクロミラー素子及び中継光学素子組を経由してヘッドマウントディスプレイの投影装置のピューピルに伝播したときに、ヘッドマウントディスプレイの光導波路にカップリング・インされ、そして、光導波路により人間の目に伝播して結像することができる。また、ヘッドマウントディスプレイの投影装置は、第一マイクロミラー素子及び第二マイクロミラー素子の振動によって光束の第一方向及び第二方向上の走査及び結像をそれぞれ制御するため、第一マイクロミラー素子及び第二マイクロミラー素子の走査角度及び走査周波数に対して制御を行うことができ、これによって、その走査角度及び走査周波数を適切に増加させることができるため、画面のドラッグ現象を低減し、視野の範囲を大きく（広く）することができる。また、ヘッドマウントディスプレイの投影装置は、第一マイクロミラー素子及び第二マイクロミラー素子の振動によって第一方向及び第二方向においてピューピルとそれぞれマッチすることで、光束がピューピルに集まる（集光する）ようにさせるので、中継光学素子組の光学パラメータの設計によって、ピューピルに進入した光束の範囲がピューピルのサイズ（大きさ）を満たすようにさせることもできる。

本発明の上述の特徴及び利点をより明らかにするために、以下、実施例を挙げて図面とともに詳細な説明を行う。

本発明の一実施例におけるヘッドマウントディスプレイの局部立体構造を示す図である。図1Aのヘッドマウントディスプレイの側面図である。本発明の一実施例におけるもう１つのヘッドマウントディスプレイの局部立体構造を示す図である。図2Aのヘッドマウントディスプレイの側面図である。本発明の一実施例におけるまたもう１つのヘッドマウントディスプレイの局部立体構造を示す図である。図3Aのヘッドマウントディスプレイの側面図である。本発明の一実施例における他のヘッドマウントディスプレイの局部立体構造を示す図である。図4Aのヘッドマウントディスプレイの側面図である。本発明の一実施例における他のヘッドマウントディスプレイの局部立体構造の部分的な透視図である。図5Aのヘッドマウントディスプレイの側面図である。本発明の一実施例における他のヘッドマウントディスプレイの局部立体構造を示す図である。図6Aのヘッドマウントディスプレイの側面図である。

本発明の上述した及び他の技術的内容、特徴、機能及び効果は、添付した図面に基づく次のような好適な実施例の詳細な説明により明確になる。なお、以下の実施例に言及されている方向についての用語、例えば、上、下、左、右、前又は後などは、添付した図面の方向に過ぎない。よって、使用されている方向の用語は、本発明を説明するためだけのものであり、本発明を限定するためのものではない。

図1Aは本発明の一実施例におけるヘッドマウントディスプレイの局部立体構造を示す図である。図1Bは図1Aのヘッドマウントディスプレイの側面図である。図1A及び図1Bを参照するに、本実施例では、ヘッドマウントディスプレイ10は投影装置100及び光導波路WGを含む。さらに言えば、投影装置100はヘッドマウントディスプレイ10の表示装置として使用され、かつヘッドマウントディスプレイ10は使用者の少なくとも1つの目の前方に配置されるために用いられる。投影装置100はピューピルを有し、そのうち、投影装置100のピューピルは光導波路WGの入光ピューピルである。

具体的に言えば、図1A及び図1Bに示すように、投影装置100は光源110、第一マイクロミラー素子120、第二マイクロミラー素子130及び中継光学素子組140を含む。光源110は光束を提供するために用いられる。光源110は例えばコリメートレーザー光源であり、コリメートレーザービームを提供するために用いられる。第一マイクロミラー素子120、第二マイクロミラー素子130及び中継光学素子組140は光束の伝播経路に位置する。第一マイクロミラー素子120は第二マイクロミラー素子130と光源110との間に位置する。中継光学素子組140は第二マイクロミラー素子130とピューピル（即ち、光導波路WG）との間に位置する。また、光導波路WGは上述の光束の伝播経路に位置し、かつ相対する第一表面S1及び第二表面S2を有し、そのうち、第一表面S1は中継光学素子組140と第二表面S2との間に位置し、かつ投影装置100のピューピルは光導波路WGの第二表面S2に位置する。なお、本実施例におけるピューピルとは、光束自体が最小範囲に縮小される位置を指し、光束の範囲を制限するために使用される物理的光学素子を指すものではない。

本実施例では、第一マイクロミラー素子120は第一振動角度（第一角度とも称さる）でスイングすることにより、光束が中継光学素子組140によりピューピルと第一方向においてマッチするようにさせ、第二マイクロミラー素子130は第二振動角度（第二角度とも称される）でスイングすることにより、光束が中継光学素子組140によりピューピルと第二方向においてマッチするようにさせる。例を挙げて言えば、本実施例では、第一方向は例えばX軸方向であり、第二方向は例えばY軸方向である。

本実施例では、第一マイクロミラー素子120と第二マイクロミラー素子130との間は第二方向上で間隔を有する。また、第一振動角度の角度（値）は第二振動角度の角度（値）よりも大きく、第一マイクロミラー素子120の面積は第二マイクロミラー素子130の面積よりも小さい。第一マイクロミラー素子120の輪郭はほぼ円形であり、その直径の長さは約1ミリメートル（mm）であり、第一振動角度の角度(値)は約±12°である。第二マイクロミラー素子130の輪郭はほぼ楕円形であり、かつその長短軸の長さはそれぞれ約2ミリメートル及び1ミリメートルであり、その第二振動角度の角度(値)は約±9°である。

光束の光路においてそれぞれ第一マイクロミラー素子120及び第二マイクロミラー素子130を通過した光束をピューピル（即ち、光導波路WGの入光ピューピルであり、光導波路WGの第二表面S2に位置する）へスキャンさせてサイズのマッチングを行う必要があるので、ピューピルの直径の長さが3ミリメートルであるときに、第一マイクロミラー素子120及び第二マイクロミラー素子130を通過した光束の要する拡大倍率(拡大率)が異なるため、中継光学素子組140によりそれぞれ第一方向及び第二方向の拡大倍率に対して調整を行う必要があることを表す。例を挙げて言えば、上述のデータを例にとる場合、中継光学素子組140の第一方向における拡大倍率(Magnification)が3であり、第二方向における拡大倍率が1.341であるときにのみ、第一マイクロミラー素子120及び第二マイクロミラー素子130を通過した光束がそれぞれピューピルと第一方向及び第二方向においてマッチするようにさせることができる。

本実施例では、中継光学素子組140は、第一参照平面上の第一平行光束に対応して第一軸等価焦点距離を有し、第二参照平面上の第二平行光束に対応して第二軸等価焦点距離を有する。具体的に言えば、第一平行光束及び第二平行光束は中継光学素子組140の光軸Oに沿って進行する仮想光束である。本実施例では、光軸Oは同時に第一参照平面及び第二参照平面に位置し、かつ第一参照平面及び第二参照平面は互いに直交する。例を挙げて言えば、本実施例では、光軸Oの方向は例えばZ軸方向であり、第一参照平面は例えばXZ平面であり、第二参照平面は例えばYZ平面である。このようにして、第一方向（X軸方向）は第一参照平面上で光軸Oと直交し、第二方向（Y軸方向）は第二参照平面上で光軸Oと直交するようになる。

また、第一マイクロミラー素子120の振動により伝播する光束が中継光学素子組140によりピューピルと第一方向においてマッチし、第二マイクロミラー素子130の振動により伝播する光束が中継光学素子組140によりピューピルと第二方向においてマッチするので、第一軸等価焦点距離の値は、中継光学素子組140について、中継光学素子組140を通過した光束が第一方向上で結像するときの等価焦点距離に等しく、第二軸等価焦点距離の値は、中継光学素子組140について、中継光学素子組140を通過した光束が第二方向上で結像するときの等価焦点距離に等しい。本実施例では、第一軸等価焦点距離の値は第二軸等価焦点距離の値とは異なり、言い換えれば、中継光学素子組140は非対称結像レンズアセンブリである。

さらに言えば、図1A及び図1Bに示すように、本実施例では、中継光学素子組140は第一中継光学素子141及び第二中継光学素子142を含み、かつ第一中継光学素子141は第一平行光束に対応して第一焦点距離を有し、第二平行光束に対応して第二焦点距離を有し、第二中継光学素子142は第一平行光束に対応して第三焦点距離を有し、第二平行光束に対応して第四焦点距離を有し、かつ第一焦点距離、第二焦点距離、第三焦点距離及び第四焦点距離は、(f_2x/f_1x)≦(f_2y/f_1y)を満足する。

ここで、f_1xは第一焦点距離、f_1yは第二焦点距離、f_2xは第三焦点距離、f_2yは第四焦点距離である。このようにして、中継光学素子組140の光学パラメータの設計により、第一マイクロミラー素子120及び第二マイクロミラー素子130を通過した光束がそれぞれピューピルと第一方向及び第二方向においてマッチするようにさせることができる。また、中継光学素子組140に含まれる第一中継光学素子141と第二中継光学素子142との間は中間像150を形成することができる。

これにより、光束は第一マイクロミラー素子120、第二マイクロミラー素子130及び中継光学素子組140を経由してヘッドマウントディスプレイ10の投影装置100のピューピルに伝播したときに、ヘッドマウントディスプレイ10の光導波路WGにカップリング・インされ、そして、光導波路WGにより人間の目に伝播して結像することができる。また、ヘッドマウントディスプレイ10の投影装置100は、第一マイクロミラー素子120及び第二マイクロミラー素子130の振動によって光束の第一方向及び第二方向上の走査及び結像をそれぞれ制御するので、第一マイクロミラー素子120及び第二マイクロミラー素子130の走査角度及び走査周波数に対して制御を行うことができ、これにより、その走査角度及び走査周波数を適切に増加させることができるため、画面のドラッグ現象を低減し、視野の範囲を大きくすることができる。また、ヘッドマウントディスプレイ10の投影装置100は、第一マイクロミラー素子120及び第二マイクロミラー素子130の振動によってピューピルと第一方向及び第二方向においてそれぞれマッチすることで、光束がピューピルに集まるようにさせるので、中継光学素子組140の光学パラメータの設計により、ピューピルに進入した光束の範囲がピューピルのサイズを満たすようにさせることもできる。また、図1Bに示すように、本実施例では、第二中継光学素子142とピューピルとの間に光学的距離(optical path length)が存在し、これによって、光束をこの区間でさらに均一化することができるため、光束の均一性を向上させることができる。

図2Aは本発明の一実施例におけるもう１つのヘッドマウントディスプレイの局部立体構造を示す図である。図2Bは図2Aのヘッドマウントディスプレイの側面図である。図2A及び図2Bを参照するに、図2A及び図2Bのヘッドマウントディスプレイ20及びそれに含まれる投影装置200は図1A及び図1Bのヘッドマウントディスプレイ10及びそれに含まれる投影装置100と類似しているが、両者の相違点は次のとおりである。即ち、図2A及び図2Bに示すように、本実施例では、第一中継光学素子241は第一レンズ群LG1であり、第二中継光学素子242は第二レンズ群LG2である。さらに言えば、第一レンズ群LG1又は第二レンズ群LG2は対称レンズ素子組又は非対称レンズ素子組であっても良く、投影装置200はさらにコリメーター160を含んでも良く、コリメーター160は光束の伝播経路に位置し、かつ光源110と第一マイクロミラー素子120との間に位置し、これによって、光源110が提供する光束をよりコリメートにすることができ、これは光束を第一マイクロミラー素子120に導くことに有利であるが、本発明はこれに限定されない。また、中継光学素子組240に含まれる第一中継光学素子241と第二中継光学素子242との間は中間像150を形成することができる。

これにより、第一マイクロミラー素子120、第二マイクロミラー素子130及び中継光学素子組240の配置により、光束は第一マイクロミラー素子120、第二マイクロミラー素子130及び中継光学素子組240を経由して投影装置200のピューピルに伝播したときに、光導波路WGにカップリング・インされ、そして、光導波路WGにより人間の目に伝播して結像することができる。つまり、ヘッドマウントディスプレイ20及びそれに含まれる投影装置200も、前述のヘッドマウントディスプレイ10及びそれに含まれる投影装置100と類似した効果及び利点を達成することができるが、ここではその詳しい説明を省略する。

図3Aは本発明の一実施例におけるまたもう１つのヘッドマウントディスプレイの局部立体構造を示す図である。図3Bは図3Aのヘッドマウントディスプレイの側面図である。図3A及び図3Bを参照するに、図3A及び図3Bのヘッドマウントディスプレイ30及びそれに含まれる投影装置300は図1A及び図1Bのヘッドマウントディスプレイ10及びそれに含まれる投影装置100と類似しているが、両者の相違点は次のとおりである。即ち、図3A及び図3Bに示すように、本実施例では、第一中継光学素子341は曲面反射鏡CRであり、第二中継光学素子342は平面反射鏡PR及びレンズ素子LEを含み、かつ曲面反射鏡CRの反射面及び平面反射鏡PRの反射面は互いに対向し、投影装置300はさらにコリメーター160を含んでも良く、コリメーター160は光束の伝播経路に位置し、かつ光源110と第一マイクロミラー素子120との間に位置し、これによって、光源110が提供する光束をよりコリメートにすることができ、これは、光束を第一マイクロミラー素子120にガイドすることに有利である。

さらに言えば、本実施例では、曲面反射鏡CR及びレンズ素子LEの表面輪郭は対称光学面であっても良く、非対称光学面であっても良く、そのうち、曲面反射鏡CRは第一マイクロミラー素子120及び第二マイクロミラー素子130に近接しており、レンズ素子LEは光導波路WGに近接している。また、本実施例ではさらに、平面反射鏡PRが曲面反射鏡CRとレンズ素子LEとの間の光路の途中に設置され、このようにして、光路がターニングするようにさせることで、オプティカルエンジンの体積を縮小することできるだけでなく、結像品質を向上させることもできる。また、中継光学素子組340に含まれる光学素子の間は中間像（図示せず）を形成することができる。

これにより、第一マイクロミラー素子120、第二マイクロミラー素子130及び中継光学素子組340の配置により、光束は第一マイクロミラー素子120、第二マイクロミラー素子130及び中継光学素子組340を経由して投影装置300のピューピルに伝播したときに、光導波路WGにカップリング・インされ、そして、光導波路WGにより人間の目に伝播して結像することができる。つまり、ヘッドマウントディスプレイ30及びそれに含まれる投影装置300も、前述のヘッドマウントディスプレイ10及びそれに含まれる投影装置100と類似した効果及び利点を達成することができるが、ここではその詳しい説明を省略する。

図4Aは本発明の一実施例における他のヘッドマウントディスプレイの局部立体構造を示す図である。図4Bは図4Aのヘッドマウントディスプレイの側面図である。図4A及び図4Bを参照するに、図4A及び図4Bのヘッドマウントディスプレイ40及びそれに含まれる投影装置400は図1A及び図1Bのヘッドマウントディスプレイ10及びそれに含まれる投影装置100と類似しているが、両者の相違点は次のとおりである。即ち、図4A及び図4Bに示すように、本実施例では、中継光学素子組440はプリズムシステムPLであり、プリズムシステムPLは一体成形のプリズム素子であり、入光曲面IS、反射用光学面RS及び出光曲面OSを有し、これらの光学面の輪郭は対称又は非対称光学面であっても良く、これらの光学面の配置により、光束はピューピルに集光することができる。投影装置400はさらにコリメーター160を含んでも良く、コリメーター160は光束の伝播経路に位置し、かつ光源110と第一マイクロミラー素子120との間に位置し、これによって、光源110が提供する光束をよりコリメートにすることができ、これは光束を第一マイクロミラー素子120に導くことに有利である。また、中継光学素子組440に含まれる光学素子の間は中間像（図示せず）を形成することができる。

これにより、第一マイクロミラー素子120、第二マイクロミラー素子130及び中継光学素子組440の配置により、光束は第一マイクロミラー素子120、第二マイクロミラー素子130及び中継光学素子組440を経由して投影装置400のピューピルに伝播したときに、光導波路WGにカップリング・インされ、そして、光導波路WGにより人間の目に伝播して結像することができる。つまり、ヘッドマウントディスプレイ40及びそれに含まれる投影装置400も、前述のヘッドマウントディスプレイ10及びそれに含まれる投影装置100と類似した効果及び利点を達成することができるが、ここではその詳しい説明を省略する。

図5Aは本発明の一実施例における他のヘッドマウントディスプレイの局部立体構造の一部の透視図である。図5Bは図5Aのヘッドマウントディスプレイの側面図である。図5A及び図5Bを参照するに、図5A及び図5Bのヘッドマウントディスプレイ50及びそれに含まれる投影装置500は図1A及び図1Bのヘッドマウントディスプレイ10及びそれに含まれる投影装置100と類似しているが、両者の相違点は次のとおりである。即ち、図5A及び図5Bに示すように、本実施例では、第一中継光学素子541は第一曲面反射鏡CR1であり、第二中継光学素子542は第二曲面反射鏡CR2であり、かつ第一曲面反射鏡CR1の反射面及び第二曲面反射鏡CR2の反射面は互いに対向し、かつ第一曲面反射鏡CR1の反射面及び第二曲面反射鏡CR2の反射面の輪郭も対称又は非対称の形式であっても良く、投影装置500はさらにコリメーター160を含んでも良く、コリメーター160は光束の伝播経路に位置し、かつ光源110と第一マイクロミラー素子120との間に位置し、これによって、光源110が提供する光束をよりコリメートにすることができ、これは光束を第一マイクロミラー素子120にガイドすることに有利である。本実施例では、第二曲面反射鏡CR2は第一マイクロミラー素子120及び第二マイクロミラー素子130に近接しており、第一曲面反射鏡CR1は光導波路WGに近接しているが、光束が伝播する光路において、光束は先に第一曲面反射鏡CR1を通過し、次に第二曲面反射鏡CR2を通過することができる。さらに言えば、光源110が提供する光束はコリメーター160を通過した後に第一マイクロミラー素子120及び第二マイクロミラー素子130に伝播し、そして、光束は第一曲面反射鏡CR1に伝播して第二曲面反射鏡CR2へ反射され、その後、光束は第二曲面反射鏡CR2により反射されて光導波路WGに伝播する。また、中継光学素子組540に含まれる光学素子の間は中間像（図示せず）を形成することができる。

これにより、第一マイクロミラー素子120、第二マイクロミラー素子130及び中継光学素子組540の配置により、光束は第一マイクロミラー素子120、第二マイクロミラー素子130及び中継光学素子組540を経由して投影装置500のピューピルに伝播したときに、光導波路WGにカップリング・インされ、そして、光導波路WGにより人間の目に伝播して結像することができる。つまり、ヘッドマウントディスプレイ50及びそれに含まれる投影装置500も、前述のヘッドマウントディスプレイ10及びそれに含まれる投影装置100と類似した効果及び利点を達成することができるが、ここではその詳しい説明を省略する。

図6Aは本発明の一実施例におけるまたもう１つのヘッドマウントディスプレイの局部立体構造を示す図である。図6Bは図6Aのヘッドマウントディスプレイの側面図である。図6A及び図6Bを参照するに、図6A及び図6Bのヘッドマウントディスプレイ60及びそれに含まれる投影装置600は図1A及び図1Bのヘッドマウントディスプレイ10及びそれに含まれる投影装置100と類似しているが、両者の相違点は次のとおりである。即ち、図6A及び図6Bに示すように、本実施例では、第一中継光学素子641はレンズ素子LEであり、第二中継光学素子642は曲面反射鏡CRである。本実施例では、曲面反射鏡CR及びレンズ素子LEの表面の輪郭は対称光学面であっても良く、非対称光学面であっても良く、そのうち、レンズ素子LEは第一マイクロミラー素子120及び第二マイクロミラー素子130に近接しており、曲面反射鏡CRは光導波路WGに近接しており、投影装置600はさらにコリメーター160を含んでも良く、コリメーター160は光束の伝播経路に位置し、かつ光源110と第一マイクロミラー素子120との間に位置し、これによって、光源110が提供する光束をよりコリメートにすることができ、これは光束を第一マイクロミラー素子120に導くことに有利である。また、中継光学素子組640に含まれる光学素子の間は中間像（図示せず）を形成することができる。

これにより、第一マイクロミラー素子120、第二マイクロミラー素子130及び中継光学素子組640の配置により、光束は第一マイクロミラー素子120、第二マイクロミラー素子130及び中継光学素子組640を経由して投影装置600のピューピルに伝播したときに、光導波路WGにカップリング・インされ、そして、光導波路WGにより人間の目に伝播して結像することができる。つまり、ヘッドマウントディスプレイ60及びそれに含まれる投影装置600も、前述のヘッドマウントディスプレイ10及びそれに含まれる投影装置100と類似した効果及び利点を達成することができるが、ここではその詳しい説明を省略する。

以上のことから。本発明の実施例は少なくとも次のような1つの利点又は効果を有する。即ち、本発明の実施例では、光束は第一マイクロミラー素子、第二マイクロミラー素子及び中継光学素子組を経由してヘッドマウントディスプレイの投影装置のピューピルに伝播したときに、ヘッドマウントディスプレイの光導波路にカップリング・インされ、そして、光導波路により人間の目に伝播して結像することができる。また、ヘッドマウントディスプレイの投影装置は、第一マイクロミラー素子及び第二マイクロミラー素子の振動によって光束の第一方向及び第二方向上の走査及び結像をそれぞれ制御するため、第一マイクロミラー素子及び第二マイクロミラー素子の走査角度及び走査周波数に対して制御を行うことができ、これによって、その走査角度及び走査周波数を適切に増加させることができるため、画面のドラッグ現象を低減し、視野の範囲を大きく（広く）することができる。また、ヘッドマウントディスプレイの投影装置は、第一マイクロミラー素子及び第二マイクロミラー素子の振動によって第一方向及び第二方向においてピューピルとそれぞれマッチすることで、光束がピューピルに集まる（集光する）ようにさせるので、中継光学素子組の光学パラメータの設計によって、ピューピルに進入した光束の範囲がピューピルのサイズ（大きさ）を満たすようにさせることもできる。

本発明は、前述した好適な実施例に基づいて以上のように開示されたが、前述した好適な実施例は、本発明を限定するためのものでなく、当業者は、本発明の精神と範囲を離脱しない限り、本発明に対して些細な変更と潤色を行うことができるので、本発明の保護範囲は、添付した特許請求の範囲に定まったものを基準とする。また、本発明の何れの実施例又は特許請求の範囲は、本発明に開示された全ての目の又は利点又は特徴を達成する必要がない。また、要約の一部と発明の名称は、文献の検索を助けるためのみのものであり、本発明の権利範囲を限定するものでない。また、本明細書又は特許請求の範囲に言及されている「第一」、「第二」などの用語は、要素（element）に名前を付け、又は、異なる実施例又は範囲を区別するためのもののみであり、要素の数量上の上限又は下限を限定するためのものでない。

10、20、30、40、50、60：ヘッドマウントディスプレイ
100、200、300、400、500、600：投影装置
110：光源
120：第一マイクロミラー素子
130：第二マイクロミラー素子
140、240、340、440、540、640：中継光学素子組
141、241、341、441、541、641：第一中継光学素子
142、242、342、442、542、642：第二中継光学素子
150：中間像
160：コリメーター
CR：曲面反射鏡
CR1：第一曲面反射鏡
CR2：第二曲面反射鏡
IS：入光曲面
LE：レンズ素子
LG1：第一レンズ群
LG2：第二レンズ群
O：光軸
OS：出光曲面
PR：平面反射鏡
PL：プリズムシステム
RS：反射用光学面
S1：第一表面
S2：第二表面
WG：光導波路
X：軸
Y：軸
Z：軸

Claims

ヘッドマウントディスプレイであって、
投影装置及び光導波路を含み、
前記投影装置はピューピル(Pupil)を有し、かつ前記投影装置は光源、第一マイクロミラー素子、第二マイクロミラー素子及び中継光学素子組を含み、
前記光源は光束を提供するために用いられ、
前記第一マイクロミラー素子は前記光束の伝播経路に位置し、
前記第二マイクロミラー素子は前記光束の伝播経路に位置し、前記第一マイクロミラー素子は前記第二マイクロミラー素子と前記光源との間に位置し、
前記中継光学素子組は前記光束の伝播経路に位置し、かつ前記第二マイクロミラー素子と前記ピューピルとの間に位置し、前記中継光学素子組は第一参照平面上の第一平行光束に対応して第一軸等価焦点距離を有し、かつ第二参照平面上の第二平行光束に対応して第二軸等価焦点距離を有し、前記第一平行光束及び前記第二平行光束は前記中継光学素子組の光軸に沿って進行し、前記光軸は前記第一参照平面及び前記第二参照平面に同時に位置し、前記第一参照平面及び前記第二参照平面は互いに直交し、前記第一軸等価焦点距離の値は前記第二軸等価焦点距離の値とは異なり、
前記光導波路は前記光束の伝播経路に位置し、かつ相対する第一表面及び第二表面を有し、前記第一表面は前記中継光学素子組と前記第二表面との間に位置し、前記ピューピルは前記第二表面に位置する、ヘッドマウントディスプレイ。
請求項1に記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記第一マイクロミラー素子は第一角度でスイングすることで、前記光束が前記中継光学素子組により前記ピューピルと第一方向においてマッチするようにさせ、前記第二マイクロミラー素子は第二角度でスイングすることで、前記光束が前記中継光学素子組により前記ピューピルと第二方向においてマッチするようにさせ、前記第一角度は前記第二角度よりも大きい、ヘッドマウントディスプレイ。
請求項2に記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記第一マイクロミラー素子と前記第二マイクロミラー素子との間に前記第二方向において間隔がある、ヘッドマウントディスプレイ。
請求項1に記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記第一マイクロミラー素子の面積は前記第二マイクロミラー素子の面積よりも小さい、ヘッドマウントディスプレイ。
請求項1に記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記中継光学素子組は第一中継光学素子及び第二中継光学素子を含み、前記第一中継光学素子は前記第一平行光束に対応して第一焦点距離を有し、かつ前記第二平行光束に対応して第二焦点距離を有し、前記第二中継光学素子は前記第一平行光束に対応して第三焦点距離を有し、前記第二平行光束に対応して第四焦点距離を有し、前記第一焦点距離、前記第二焦点距離、前記第三焦点距離及び前記第四焦点距離は、(f_2x/f_1x)≦(f_2y/f_1y)を満足し、
ここで、f_1xは第一焦点距離であり、f_1yは第二焦点距離であり、f_2xは第三焦点距離であり、f_2yは第四焦点距離である、ヘッドマウントディスプレイ。
請求項5に記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記第二中継光学素子と前記ピューピルとの間に光学的距離が存在し、これによって、前記光束は前記中継光学素子組により前記ピューピルとマッチする、ヘッドマウントディスプレイ。
請求項5に記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記第一中継光学素子は第一レンズ群であり、前記第二中継光学素子は第二レンズ群である、ヘッドマウントディスプレイ。
請求項5に記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記第一中継光学素子は曲面反射鏡であり、前記第二中継光学素子は平面反射鏡及びレンズ素子を含み、前記曲面反射鏡の反射面及び前記平面反射鏡の反射面は互いに対向する、ヘッドマウントディスプレイ。
請求項5に記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記第一中継光学素子は第一曲面反射鏡であり、前記第二中継光学素子は第二曲面反射鏡であり、前記第一曲面反射鏡の反射面及び前記第二曲面反射鏡の反射面は互いに対向する、ヘッドマウントディスプレイ。
請求項5に記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記第一中継光学素子はレンズ素子であり、前記第二中継光学素子は曲面反射鏡である、ヘッドマウントディスプレイ。
請求項1に記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記中継光学素子組はプリズムシステムであり、前記プリズムシステムは入光曲面、反射用光学面及び出光曲面を有する、ヘッドマウントディスプレイ。