JPH08262344A - 画像明示装置に使用するための単一折り曲げ光学的拡大装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 収差が補正され比較的大きな角倍率を有する
高品質の光学系を含む超小型かつ低価格の光学的拡大装
置を実現する。 【解決手段】 単一折り曲げ光学的拡大装置１２は非球
面視野平坦化光入口２２を有し光出口４２が光入口２２
に対してある角度に向けられかつ光入口２２から光出口
４２へと光を向けるよう配置された反射面２５を備えた
複数の光学要素２２，２０，３０，４０を含む。該光学
要素２２，２０，３０，４０はほぼ１５〜３５ミリメー
トルの合計平均光学的長さを有する光入口２２から光出
口４２への光路を規定する。少なくとも１つの非球面部
２３，３４，４２および１つの回折光学要素３５が光路
に配置されて収差の補正を行い、かつ光学要素２２，２
０，３０，４０は少なくとも１０倍で像を角拡大するよ
う構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学的拡大装置に関し、
かつより特定的には光路に単一の折り曲げを導入した光
学的拡大装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通信時代の到来により、光学的装置の主
要なマーケットの１つは、セルラ電話、ページャ、２方
向無線機、データバンク、コンピュータ、その他のよう
な、携帯用電子機器である。一般に、この種の機器の光
源装置は低消費電力を備えた小型のものであり、低価格
であり、かつより大きな角倍率（ａｎｇｕｌａｒ ｍａ
ｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を備えた高品質の光学系を含
むことが望ましい。しかしながら、大きな角倍率は後に
説明する角拡大率（ａｎｇｕｌａｒ ｍａｇｎｉｆｙｉ
ｎｇ ｐｏｗｅｒ：ＭＰ）に対する関係から分かるよう
に、小さな焦点距離を必要とする。一般に、以下の説明
では光学系はこれらの関係を説明する場合の便宜上単一
のレンズとして取り扱う。

【０００３】

【数１】ＭＰ＝Ｖ（ｂ＋ｆ）／［ｆ（ｂ＋ｅ）］

【０００４】この場合、Ｖは定数であり、明視距離（ｔ
ｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｄｉｓｔｉｎｃｔ ｖ
ｉｓｉｏｎ）（ほぼ１０インチまたは２５４ｍｍ）であ
り、ｂはレンズから虚像までの距離であり、ｅはレンズ
から目までの距離であり、そしてｆは実効焦点距離であ
る。

【０００５】小さな実効焦点距離の場合は、光学系が小
さなＦ／Ｎｏ．をもつことを必要とし、これは説明され
る用途において大口径システム（ｆａｓｔ ｓｙｓｔｅ
ｍ）に変わる。一般に、大口径システムはＦ／Ｎｏ．が
ほぼ２以下のシステムとして定義される。技術的に知ら
れているように、前記Ｆ／Ｎｏ．はレンズの直径に対す
る焦点距離の比率で決定される。

【０００６】従って、焦点距離が低減されかつシステム
がより小さくなるに応じて、本質的により大きな面積の
レンズ、またはレンズ系が使用される。より大きな面積
のレンズ系を使用することは結果として該系を通って伝
送される画像により大きな収差を生じ、かつより大きな
収差補正を必要とする。当業者によく知られているよう
に、より多くの収差補正は系においてより多くの要素を
使用することを意味し、これは寸法がより大きくなりか
つコストがより高くなることを意味する。従って、小型
であり、低価格であり、大きな角倍率を備えた高品質の
光学系を制作する場合の固有の主な問題は収差の補正で
ある。

【０００７】携帯用電子装置のための光学系を提供する
ためにいくつかの異なる試みが行われてきており、その
１つは単一ラインの画素および振動ミラーを備えた全屈
折または反射光学系を含む。前記単一ラインの画素はラ
スタの行（ｒｏｗｓ）を通って配列されかつ、同時に、
前記振動ミラーが前記画素のラインを走査してそれぞれ
の引き続く行をその適切な位置に配置する。このシステ
ムに伴う問題は高い精度のタイミングが必要とされ、使
用される電力量が大きく、かつミラーの振動による最終
的な画像のぼけである。また、このシステムは極めて壊
れやすくかつ携帯用機器において通常生じる荒っぽい使
用に都合よく適合できない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】現在一般的に使用され
ているシステムは大きな画像ソース、および直視画像ま
たは低倍率光学系のいずれかを使用するものである。こ
のシステムに伴う主たる問題はそれが使用される携帯用
電子機器の寸法を大幅に制限することである。基本的に
は、画像はオペレータが表示される情報を読取りおよび
／または理解するのに十分大きくなければならない。従
って、例えば、８．５インチ×１１インチ（約２１．６
ｃｍ×約２７．９ｃｍ）の紙のシート（標準的なレタ
ー）を表示することを希望する場合、前記直視表示装置
は８．５インチ×１１インチが容易に読み取られなけれ
ばならない。そのような表示装置は明らかに、ページ
ャ、２方向無線機、セルラ電話その他のような、大部分
の携帯用通信装置に導入するにはあまりにも大きすぎ
る。

【０００９】従って、小型かつ低価格であるという属性
を備え、かつ、収差を補正する一方で、大きな角倍率を
備えた高品質の光学要素を含む光学系を考案することが
極めて望ましい。

【００１０】本発明の目的は、非常に小型であり、コン
パクトかつ比較的低価格の光学的拡大装置を提供するこ
とにある。

【００１１】本発明の他の目的は、比較的大きな角倍率
を備えた高品質の光学要素を含む非常に小型の、コンパ
クトかつ比較的低価格の光学的拡大装置を提供すること
にある。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、収差の補正を
備えた比較的大きな角倍率を有する高品質の光学要素を
含む非常に小型の、コンパクトかつ比較的低価格の光学
的拡大装置を提供することにある。

【００１３】本発明のさらに他の目的は、携帯用電子機
器に都合よく適合するのに十分小さい、収差の補正を備
えた比較的大きな角倍率を有する高品質の光学要素を含
むコンパクトかつ比較的低価格の光学的拡大装置を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる単一折り
曲げ光学的拡大装置によって上記問題および他の問題が
実質的に解決されかつ上記および他の目的が実現され
る。本発明に係わる単一折り曲げ光学的拡大装置は入口
（ｉｎｌｅｔ）と該入口に対しある角度で向けられた光
出口（ｌｉｇｈｔ ｏｕｔｌｅｔ）を有する複数の光学
的要素、および前記入口から出口へと光を導くように配
置された反射面を含む。前記光学的要素はほぼ１５〜３
５ミリメートルの合計平均光学的長さを有する光路を前
記入口から前記出口へと規定する。前記複数の光学的要
素は収差を補正するための少なくとも１つの非球面およ
び前記光路に配置されて付加的な収差の補正を与える少
なくとも１つの回折光学要素を含む。前記光学要素は少
なくとも１０倍だけ画像を角拡大する（ａｎｇｕｌａｒ
ｌｙ ｍａｇｎｉｆｙ）よう構成されている。

【００１５】本発明に係わる小型の携帯用電子機器にお
いて使用するための画像明示装置によって、上記および
他の問題は実質的に解決されかつ上記および他の目的は
さらに実現できる。この画像明示装置は単一の基板上に
形成された２次元アレイの発光装置および該発光装置に
結合されかつデータ入力端子を有するドライバ回路を備
えた画像発生器を含む。前記発光装置は前記ドライバ回
路によって個々にアドレス可能であり、それによって前
記データ入力において受信されたデータから複数ライン
の英数字およびグラフィクスの１つを含む実像を発生す
る。

【００１６】単一折り曲げ光学的拡大装置が前記画像発
生器によって発生される実像を受けるように画像入力が
前記画像発生器に隣接するよう配置される。前記拡大装
置は単一折り曲げ光学的拡大装置の画像入口を規定する
入口および該入口に対しある角度で向けられた光出口を
有する複数の光学要素を含み、反射面が光学的に前記入
口および出口の間に配置されて前記入口からの光を前記
出口に導く。前記光出口は観察用開口を規定し、かつ前
記複数の光学要素は前記実像から虚像を生成し、該虚像
は前記観察用開口において見ることができる。

【００１７】前記複数の光学要素は前記光入口から前記
光出口へと光路を規定し、該光路はほぼ１５〜３５ミリ
メートルの範囲の合計平均光学的長さを有している。前
記複数の光学要素は収差を補正するために少なくとも１
つの非球面およびさらなる収差の補正を与えるように前
記光路に配置された少なくとも１つの回折光学要素を含
む。前記光学要素は画像発生器によって発生された実像
を該実像より１０倍大きな虚像へと角拡大するよう構成
されている。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１、図２および図３は、本発明
に係わる単一折り曲げ光学的拡大装置１２を導入した超
小型画像明示装置（ｉｍａｇｅ ｍａｎｉｆｅｓｔａｔ
ｉｏｎ ａｐｐａｒａｔｕｓ）１０の頭部平面図、正面
図および側面図を示す。図１、図２および図３は本発明
によって達成される寸法の低減の程度に関してある表示
を提供するために超小型画像明示装置１０をほぼ実際の
寸法で示している。装置１０は、有機または無機ＬＥ
Ｄ、電界発光装置、縦型空洞表面放射レーザ、ＬＣＤ、
その他のような、発光装置のアレイ１５を含む。この特
定の実施形態では、アレイ１５は１４４の発光装置×２
４０の発光装置を含む。おのおのの発光装置は一辺がほ
ぼ２０ミクロンであり、隣接装置間の中心−中心間隔は
２０ミクロンより大きくないようにして制作される。各
発光装置はほぼ１．８ボルトでターンオンされ、かつそ
れがターンオンされているときにほぼ５０μＡの電流を
使用する。アレイ１５はほぼ１５ｆＬより低い輝度を生
じる。

【００１９】アレイ１５はガラス基板１６の下面に装着
されかつドライバ基板１８が基板１６にバンプ接合され
る（ｂｕｍｐ−ｂｏｎｄｅｄ）。ドライバ基板および該
ドライバ基板への基板の接合についてのさらに詳細な情
報は「集積電気−光学パッケージ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅ
ｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｃｋａｇ
ｅ）」と題する、同時係属の米国特許出願シリアル番号
第０８／２１６，９９５号、１９９４年３月２４日出
願、および本件出願と同じ譲受人に譲渡、に開示されて
おり、この開示の情報は参照のため本明細書に導入され
る。

【００２０】単一折り曲げ光学的拡大装置１２もまた基
板１６上に装着され、かつアレイ１５から、図２に最も
よく見ることができる、観察用開口１９への光路を規定
する複数の光学要素を含んでいる。該複数の光学要素は
第１の光学要素の光入口において、アレイ１５によって
発生される、画像を１０倍以上に角拡大する（ａｎｇｕ
ｌａｒｌｙ ｍａｇｎｉｆｙ）よう構成されている。光
路の長さおよびアレイ１５の寸法（実像）のため、光学
系の水平方向の視界は１０ｘの倍率でほぼ１１度から２
０ｘの倍率で２２度までの範囲におよび、本実施形態は
ほぼ１６度の水平方向の視界および１５ｘの倍率を有し
ている。

【００２１】特に図４を参照すると、図１の装置１０の
側面部分の４倍に拡大した図が明瞭化のために示されて
いる。この図から、前記複数の光学要素は第１の光学要
素２０を含み、該第１の光学要素２０は光入口２２、光
出口２３として作用しかつ光入口２２に対してある角度
に向けられた球面部、および光入口２２から光出口２３
へと光を導くように該光入口２２と光出口２３との間に
光学的に配置された反射面２５を有している。この特定
の実施形態では、要素２２はプリズムとして形成されか
つ光学品質のプラスチックからモールドされる。一般に
光学品質のプラスチックはほぼ１．５と１．６との間
の、高い屈折率を有する材料であると理解されている。
反射面２５は単に要素２０内にモールドされた別個の銀
めっきされたまたは銀色にされたミラーとすることがで
き、あるいは面２５は要素２０の形成後に銀めっきある
いは銀色にすることができ、あるいは面２５はコーティ
ングなしで全反射モードで使用することもできる。

【００２２】この実施形態では、光入口２２は要素２０
内に直接モールドｄされかつその一体化部分として形成
された非球面の視野平坦化（ａｓｐｈｅｒｉｃ ｆｉｅ
ｌｄｆｌａｔｔｅｎｉｎｇ）凹面の形式とされる。しか
しながら、光入口２２は別個のレンズとして形成しかつ
要素２０の下部面と光学的に整列して配置することもで
きることが理解できる。別個の構成要素はもちろん余分
の要素を必要としかつその組立工程は最終構造の価格お
よび寸法を増大させる結果となる。

【００２３】反射面２５は、光入口２２および光出口２
３に関して、第１の要素２０を通る光をほぼ８０度から
１００度の間の角度で折り曲げまたは傾けるよう配置さ
れている。より詳細には、図示された実施形態では、光
はほぼ９５度の角度で反射される。例えば、９５度の角
度は光学的拡大装置１２の出口における像のより低い部
分におけるぼけ（ｖｉｇｎｅｔｔｉｎｇ）を防止するこ
とが発見された。

【００２４】第１の要素の設計の重要な部分は空気中の
単一の方向転換ミラーを使用するものに比較して同じ空
間容積で大きな角倍率（低減された実効焦点距離）を可
能にするため凸面の出口面を備えた固体の単一折り曲げ
プリズムを使用することである。

【００２５】数多くの用途においては、最終的な画像を
集束するための装置を含むことが望ましい。このため、
要素２０（およびもし必要であれば、説明される他の要
素）が基板１６上にスレッド調整装置（ｔｈｒｅａｄｅ
ｄ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）２７によって基板上に装着
され、該スレッド調整装置２７は蝶ねじ、ねじまわし、
その他によって回転されて要素２０，３０および４０の
固定された組立体を基板１６およびアレイ１５に向けて
あるいは基板１６およびアレイ１５から離れて縦方向に
移動させることができる。焦点合わせは単に光入口２２
およびアレイ１５上に発生される像の間の距離を変える
ことによって達成される。

【００２６】前記複数の光学要素はさらに前記第１の光
学要素２０の光出口２３に隣接して配置された光入口３
２、および光出口３４を有する光学レンズ３０を含む。
図示された特定の実施形態では、光学レンズ３０は光入
口３２を規定する非球面部および光出口３４を規定する
非球面部を有する２非球面（バイアスフェリック：ｂｉ
ａｓｐｈｅｒｉｃ）光学レンズである。

【００２７】光学レンズ３０は外側ハウジング（図１〜
図３に概略的に示されている）、装着フレーム、または
任意の他の都合のよい構造を含む任意の手段によって第
１の要素２０に関して固定的に装着される。光出口３
４、光入口３２、光出口２３および視野平坦化光入口２
２を含む非球面部分は波面（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ）が光
入口２２から光出口３４へ通過する際に該波面における
収差を低減しおよび／または除去するよう設計される。

【００２８】第１の要素２０および光学レンズ３０を含
む、複数の光学要素は第１の要素２０の光入口２２から
光学レンズ３０の光出口３４に至る光路を規定する。携
帯用電子装置において有用な単一折り曲げ光学的拡大装
置を制作するためには、光路の合計の平均光学的長さを
ほぼ１５〜３５ミリメートルの範囲にすべきである。こ
の実施形態では、光入口２２から光出口３４を規定する
非球面部への光路はほぼ２０ミリメートルである。

【００２９】また、第１の要素２０および光学レンズ３
０を含む、複数の光学要素は付加的な、主として（この
実施形態では）色の、収差補正を提供するように光路に
配置された少なくとも１つの回折光学要素（ｄｉｆｆｒ
ａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）を含
むよう構成される。図示された実施形態では、回折光学
要素３５は光入口３２を規定する非球面部分に導入され
ている。もちろん、これに代えてあるいはこれに加え
て、回折光学要素は光学的拡大装置１２の複数の要素の
内の任意の他の面に含めることが可能なことは理解でき
るであろう。もし光がある角度で面に投射されるものに
対して、回折光要素が光路と実質的に垂直な面に含めら
れれば、回転対称のため回折光学要素はいくらか構成す
るのが容易になり、一方光がある角度で投射する面は非
回転対称を有する。前記非球面部および回折光学要素３
０はレンズ３０を比較的複雑にするから、光学レンズ３
０の制作は射出成形（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｉ
ｎｇ）によって最もよく行うことができる。

【００３０】第１の要素２０およびレンズ３０は完全な
拡大装置を形成するよう構成できるが、この特定の実施
形態では、低倍率の光学レンズ４０が拡大装置の可能な
拡張の例として含められている。光学レンズ４０は光入
力を規定する球面部４１および光出力を規定する球面部
４２を含む。また、面４１は該面４１に形成された回折
光学要素４５を有し付加的な収差補正を与える。光学レ
ンズ４０は光学レンズ３０に隣接して装着されかつ角拡
大された画像をそこを通して見ることができる開口を規
定する出口光学要素を形成する。光学レンズ４０を加え
ることは拡大装置１２の寸法および複雑さをいくらか加
えるかもしれないが、種々の他の要素の複雑さを低減す
るいくらかの角倍率および収差補正を提供し、これは多
くの用途において拡大装置１２の総合的なコストを低減
する。その低い倍率のため、レンズ４０はまたパッケー
ジ窓、あるいは観察用開口として使用できる。第１の要
素２０および光学レンズ３０のみが使用される用途で
は、透明であるか、光フィルタであるか、その他とする
ことができる、ガラスまたはプラスチック窓を備えた観
察用開口を規定するのが都合がよいであろう。

【００３１】図１の３要素の拡大装置に対する典型的な
設計仕様または処方の一例が次の表１に示されている。

【００３２】

【表１】

【００３３】この場合、非常に小さな拡大装置１２およ
びアレイ１５のためかつ直視表示ではなく虚像が使用さ
れるという事実のため、超小型画像拡大装置１０の総合
的な物理的寸法はほぼ１．５インチ（３．８ｃｍ）幅×
０．７５インチ（１．８ｃｍ）高さ×１．７５インチ
（４．６ｃｍ）深さであり、あるいは合計容積がほぼ２
立方インチ（３２ｃｍ^３）であり、その内光学容積は
０．７立方インチより小さいことに注目すべきである。

【００３４】アレイ１５が図５により詳細に示されてお
りかつ、例えば、データ処理回路５７によってドライブ
される発光装置（ＬＥＤ）アレイ５５のような半導体電
子装置を含む。前記ＬＥＤは、例えば、有機または無機
発光ダイオード、縦型空洞表面放射レーザ（ｖｅｒｔｉ
ｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉ
ｎｇ ｌａｓｅｒｓ）、電界放出装置、その他とするこ
とができる。データ処理回路３７は、例えば、ＬＥＤア
レイ３５の各ＬＥＤを制御するためのロジックおよびス
イッチング回路アレイ、ドライバその他を含む。データ
処理回路５７は、前記ロジックおよびスイッチングアレ
イに加えてまたは代えて、入力端子５８においてデータ
を受けかつ該データを処理してＬＥＤアレイ５５のよう
な装置上に所望の実像を生成するマイクロプロセッサま
たは同様の回路を含むことができる。

【００３５】この特定の実施形態では、ＬＥＤアレイ５
５が使用されているが、それは達成できる極めて小さな
寸法のためおよび構造および動作が単純なためである。
特に図６を参照すると、ＬＥＤアレイ５５の平面図が図
示されており、そこでは画素が単一の基板（例えば、半
導体チップ）６０上に行および列の規則的なパターンで
形成されている。各画素は少なくとも１つのＬＥＤを含
み、もし望むならば、カラー、付加的な輝度および／ま
たは冗長性のために余分の並列的なＬＥＤが含められ
る。よく知られた方法で行および列によって特定の画素
をアドレスすることにより、該特定の画素が作動されて
（ｅｎｅｒｇｉｚｅｄ）実像を生成する。デジタルまた
はアナログデータが入力端子５８において受信されかつ
データ処理回路５７によって選択された画素を作動させ
ることができる信号に変換されて所定の実像を発生す
る。前記デジタルまたはアナログデータは、通信受信
機、メモリまたはデータバンク、または他の携帯用電子
装置、その他のような、任意のデータソースから受信さ
れる。

【００３６】当業者には、ＬＥＤアレイ５５および基板
６０は図６においては大幅に拡大されていることが理解
できるであろう。また、データ処理回路５７は別個のブ
ロックで表されているが、いくつかの用途においては、
それらは基板６０上のアレイ５５のエッジの回りに形成
できる。基板６０の実際の寸法は各辺に沿って数ミリメ
ートル（例えば、３〜１０）のオーダにあり、おのおの
のＬＥＤは一辺が（あるいはＬＥＤが丸い場合は直径
が）５〜５０ミクロンのオーダになっている。基板６０
の極めて小さな寸法のため、ＬＥＤの間のドライブ線ま
たは金属接続トレースは非常に小さな断面を有し、これ
はそれらの電流伝達容量、または電流密度をひどく制限
する。例えば図６を参照すると、１つの典型的な動作に
おいては、１度に１つの行のみがアドレスされあるいは
「ターンオン」される。従って、おのおのの列に対する
金属トレースは１つのＬＥＤ（オンとなっている行の１
つのＬＥＤ）に対して十分な電流のみを伝達すればよ
い。しかしながら、前記オンの行におけるすべてのＬＥ
Ｄが同時にターンオンされる可能性がある。従って、前
記オンの行に対する金属トレースは、どれだけ多くのＬ
ＥＤがその行にあっても（例えば１００〜１５００のＬ
ＥＤ）そのための電流を伝達することを要求される可能
性があり、前記列の金属トレースと同じだけ多くの電流
を多数回伝達しなければならない。

【００３７】再び図４を参照すると、超小型画像拡大装
置１０の動作を概略的に説明する。装置１０のアレイ１
５は基板１６の下面において実像の供給源を与える。光
入口２２を規定する非球面視野平坦化凹面は基板１６に
対して間隔をあけた位置関係に配置されかつほぼ画像を
平坦化していくらかの収差の問題を補正し、かつ反射面
２５の表面にわたり光を広げる。面２５は光出口２３を
通り光学レンズ３０の光入口３２へと光を反射する。光
が光出口２３を規定する球面部を通るとき、平面におけ
るよりも導入される収差が少ない。回折光学要素３５は
特に付加的な、主として色の、収差を補正するよう設計
され、かつ光入口３２を規定する非球面部はより多くの
収差を補正しおよび／またはバランスさせる。光学レン
ズ３０は主要な角倍率を提供し、かつ光出口３４を規定
する非球面部はより多くの収差を補正しおよび／または
バランスさせる。

【００３８】もし光学レンズ４０が前記装置に含まれれ
ば、回折光学要素４５および／または非球面部４１を付
加的な収差に対する補正のために含めることができる。
光学レンズ４０はまた少しの量の付加的な角倍率を提供
する。装置の観察用開口を規定する面４２はもし望むな
らばさらに収差を補正するために非球面とすることがで
きる。用途、倍率および光路長に応じて、拡大装置のた
めの光学要素は一般に光路に少なくとも１つの非球面部
および少なくとも１つの回折光学要素を含む。いくつか
の特別の用途では、すべて非球面を使用し回折光学要素
を使用しないことも可能であり、かついくつかの非常に
特別の用途では収差を補正するのに回折光学要素のみを
使用することも可能である。いずれの場合も、本発明
は、しばしば同じ面上に、非球面および回折構造を使用
することによって収差補正を強化できるようにし、余分
の伝統的な要素を使用することを避ける。光学要素の小
さな面上に非球面および／または回折光学要素を経済的
に形成するために光学要素をモールドすることが一般に
必要であることも注目すべきである。

【００３９】図７を参照すると、携帯用、または手持ち
型、電子機器６５の斜視図が示されており、該電子機器
６５には観察用開口６６のみが見えるように超小型画像
拡大装置が装着されている。図７はさらに電子機器６５
の観察用開口６６を見るオペレータによって見られる典
型的な視野７０を示しており、該視野７０は電子機器６
５の背後にあるように見える。視野７０は、例えば、オ
ペレータ（警察官）によって入ろうとしている建物の間
取り図とすることができる。該間取り図は警察署（ｐｏ
ｌｉｃｅ ｓｔａｔｉｏｎ）に記録されており、警察官
によって援助が要求されたとき、警察署は単に前に記録
した平面図を送信するのみでよい。同様に、電子機器６
５は行方不明の人または指名手配中の犯人の写真、地
図、極めて長いメッセージ、その他を送信するために利
用できる。数多くの他の変形、例えばメッセージが聞き
取れるものである代わりに観察用開口６６に現れる無音
受信動作、も可能である。

【００４０】

【発明の効果】従って、本発明により、コンパクトであ
りかつ低価格であるという属性を備え、かつ収差の補正
を行う一方で、大きな角倍率を備えた高品質の光学装置
を備えた光学系が開示された。その新規な構成のため、
拡大装置１２は非常に小型で、高い角倍率を有しかつ非
常に低価格で製造できる。また、回折光学要素および／
または非球面部を導入するために種々の光学要素を斜出
成形することが最適の製造方法であると考えられるが、
それはまた最も低価格の方法である。さらに、拡大装置
１２の小さな寸法、高い角倍率およびがんじょうな構造
のため、拡大装置１２は超小型画像明示装置１０と組合
わせておよび／または事実上任意の携帯用電子装置に使
用できる。

【００４１】本発明の特定の実施形態が示されかつ説明
されたが、当業者にはさらに他の修正および改善をなす
ことができる。従って、この発明は示された特定の形態
に限定されるものではなくかつ添付の特許請求の範囲に
よってこの発明の精神および範囲から離れることのない
すべての修正をカバーするものと考える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる単一折り曲げ光学的拡大装置を
実施した画像明示装置を示す頭部平面図である。

【図２】図１に示される装置の正面図である。

【図３】図１に示された装置をその一部を除去しかつ断
面で示す側面図である。

【図４】図１に示される装置を４倍に拡大して示す側面
図である。

【図５】図１の装置に関連する画像発生器を示す単純化
したブロック図である。

【図６】図５の画像発生器の一部を形成する、発光装置
のアレイをその一部を取り出して示す拡大頭部平面図で
ある。

【図７】図１の画像明示装置を使用した携帯用通信機器
のオペレータによって見られる典型的な視界を示す説明
的斜視図である。

【符号の説明】

１０ 超小型画像明示装置 １２ 単一折り曲げ光学的拡大装置 １５ 発光装置のアレイ １６ ガラス基板 １８ ドライバ基板 １９ 観察用開口 ２０ 第１の光学要素 ２２ 光入口 ２３ 光出口 ２５ 反射面 ２７ スレッド調整装置 ３０ 光学レンズ ３２ 光入口 ３４ 光出口 ３５ 回折光学要素 ４０ 光学レンズ ４１，４２ 球面部 ４５ 回折光学要素 ５５ ＬＥＤアレイ ５７ データ処理回路 ５８ 入力端子 ６０ 基板 ６５ 携帯用電子機器 ６６ 観察用開口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク・エイチ・ワイルディー アメリカ合衆国アリゾナ州 85044、フェ ニックス、サウス・フォーティーエイツ・ ストリート 8857、＃１

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一折り曲げ光学的拡大装置であって、 光入口（２２）および該光入口（２２）に対しある角度
   に向けられた光出口（４２）を有し、前記光入口（２
   ２）から前記光出口（４２）へと光を向けるように前記
   光入口（２２）と前記光出口（４２）の間に光学的に配
   置された反射面（２５）を備えた複数の光学要素（２
   ２，２０，３０，４０）であって、該光学要素（２２，
   ２０，３０，４０）は収差の補正のため少なくともつ１
   の非球面部（２３，３４，４２）を含み、 前記複数の光学要素（２２，２０，３０，４０）はほぼ
   ２０〜３５ミリメートルの範囲の合計平均光学的長さを
   有する光路を前記光入口（２２）から前記光出口（４
   ２）へと規定するもの、 さらに収差の補正を行うために前記光路に配置された少
   なくとも１つの回折光学要素（３５）、そしてを具備
   し、前記複数の光学要素（２２，２０，３０，４０）は
   第１の光学要素の光入口（２２）における画像供給源
   （１５）を１０以上の倍率で角拡大するよう構成されて
   いることを特徴とする単一折り曲げ光学的拡大装置。
2. 【請求項２】 単一折り曲げ光学的拡大装置であって、 非球面視界平坦化光入口、該光入口に対しある角度に向
   けられた光出口、および前記光入口から前記光出口へと
   光を導くように前記光入口と前記光出口との間に光学的
   に配置された反射面を有する第１の光学要素、 前記第１の光学要素の光出口に隣接して配置された光入
   口、および光出口を有する光学レンズ、 を具備し、前記第１の光学要素および前記光学レンズは
   ほぼ１５〜３５ミリメートルの範囲の合計平均光学的長
   さを有する光路を前記第１の光学要素の光入口から前記
   光学レンズの光出口へと規定しかつ前記第１の光学要素
   の光入口における画像供給源を１０以上の倍率で角拡大
   し、そしてさらに、収差の補正を与えるよう前記第１の
   光学要素および光学レンズの内の１つにかつ前記光路中
   に設けられた少なくとも１つの非球面部、 を具備することを特徴とする単一折り曲げ光学的拡大装
   置。
3. 【請求項３】 単一折り曲げ光学的拡大装置であって、 非球面視界平坦化光入口、該光入口に対しある角度に向
   けられた非球面光出口、および前記光入口から前記光出
   口へと光を導くよう前記光入口と前記光出口との間に光
   学的に配置された反射面を有する第１の光学要素、 前記第１の光学要素の光出口に隣接して配置された非球
   面光入口、および非球面光出口を有する２非球面光学レ
   ンズであって、前記第１の光学要素の前記非球面視野平
   坦化光入口、前記非球面光出口、および前記２非球面光
   学レンズの非球面光入口および光出口は収差補正を提供
   し、 前記第１の光学要素および前記２非球面光学レンズは前
   記第１の光学要素の光入口から前記２非球面光学レンズ
   の光出口への光路を規定し、合計平均光学的長さがほぼ
   １５〜３０ミリメートルの範囲にあり、かつ１０以上の
   倍率で前記第１の光学要素の光入口における画像供給源
   を角拡大するもの、そして前記２非球面光学レンズの光
   入口、前記２非球面光学レンズの光出口、または前記第
   １の光学要素の光出口の内の１つに配置されかつ前記光
   路中に配置されさらに収差補正を与える少なくとも１つ
   の回折光学要素、 を具備することを特徴とする単一折り曲げ光学的拡大装
   置。
4. 【請求項４】 単一折り曲げ光学的拡大装置を製造する
   方法であって、 第１の面に形成された光入口、光出口として形成されか
   つ前記光入口に対しある角度に向けられた第２の面、お
   よび前記光入口および前記光出口の間に光学的に配置さ
   れかつ前記光入口から前記光出口へ光を導くよう前記第
   １および第２の面をつなぐ反射面を有する光学的プリズ
   ムを含む第１の光学要素を形成する段階、 前記第１の光学要素の光出口に隣接して配置された光入
   口、および対向する光出口を有する光学レンズを形成す
   る段階、そして前記第１の光学要素および前記光学レン
   ズを実装して前記第１の光学要素の光入口から前記出口
   側光学要素の光出口へと光路を規定するもの、 を具備し、前記形成する段階はさらに前記第１の光学要
   素および前記光学レンズの内の１つに少なくとも１つの
   非球面部を形成する段階を含み、該非球面部は収差を補
   正するために前記光路中に配置されることを特徴とする
   単一折り曲げ光学的拡大装置を製造する方法。
5. 【請求項５】 画像明示装置であって、 単一の基板上に形成された発光装置の２次元アレイおよ
   び前記発光装置に結合されたドライバ回路を含み、かつ
   データ入力端子を含む画像発生器であって、前記発光装
   置は前記ドライバ回路によって個々にアドレス可能であ
   り、それによって前記データ入力において受信されたデ
   ータから複数のラインの英数字およびグラフィクスの１
   つを含む実像を発生するもの、そして前記画像発生器に
   よって発生された実像を受けるように前記画像発生器に
   隣接して配置された画像入力を有する単一折り曲げ光学
   的拡大装置であって、該拡大装置は、 前記単一折り曲げ光学的拡大装置の画像入口を規定する
   光入口および該光入口に対しある角度に向けられた光出
   口を有し、前記光入口から前記光出口へと光を導くよう
   に前記光入口と前記光出口との間に光学的に配置された
   反射面を備えた複数の光学要素であって、前記光出口は
   観察用開口を規定しかつ前記複数の光学要素は前記実像
   から前記観察用開口において見ることができる、虚像を
   生成するもの、 ほぼ１５〜３５ミリメートルの範囲の合計平均光学的長
   さを有する光路を前記光入口から前記光出口へと規定す
   る前記複数の光学要素であって、前記第１の光学要素お
   よび前記光学レンズの内の１つにかつ前記光路中に配置
   されて収差を補正するための少なくとも１つの非球面部
   を備えるもの、そして付加的な収差補正を与えるように
   前記光路中に配置された少なくとも１つの回折光学要
   素、 を含み、かつ前記複数の光学要素は前記画像発生器によ
   って発生された実像を前記実像より１０倍以上大きい虚
   像に角拡大するよう構成されている、前記単一折り曲げ
   光学的拡大装置、 を具備することを特徴とする画像明示装置。