TWI631368B - 光學元件以及使用該元件的顯示裝置和受光裝置 - Google Patents

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Abstract

為了提供防止產生光束不存在的區域（缺失部分）的光學元件而採用光學元件100，其包括前表面10a及後表面10b與設定方向平行且由透光性材料製作的主基板10，在主基板10的內部形成有相對於設定方向傾斜地設置的至少一個主光束分離面11，且該光學元件100包括前表面20a及後表面20b與設定方向平行且由透光性材料製作的副基板20，在至少一個副基板20的前表面20a或後表面20b、與主基板10的後表面10b或前表面10a之間配置有副光束分離面30。

Description

光學元件以及使用該元件的顯示裝置和受光裝置
本發明是有關於一種用以使光向設定方向傳播的光學元件以及使用該元件的顯示裝置和受光裝置，特別是有關於一種適合於監視器(monitor)的顯示裝置，該監視器用於如經由腰帶或服飾用品等而穿戴在身上的隨身電腦(wearable computer)、或者能夠放入至背包(knapsack)或口袋而攜帶的行動電話等通信設備般的可在桌面上以外的環境下利用的資訊設備。
作為穿戴在身上的形態的資訊設備用的顯示裝置，亦能夠看到外界的眼鏡型的形態正成為主流。圖3是表示觀察者所佩戴的眼鏡型顯示器(顯示裝置)的外觀圖，圖4是表示以往的眼鏡型顯示器的概略構成以及XY平面中的光路的圖。
再者，眼鏡型顯示器101用於右眼，定義在遠視狀態的右眼E的中心具有原點的XYZ座標系。Y方向為觀察者的前方，Z方向為觀察者的上方，X方向(設定方向)為觀察者的左方。
眼鏡型顯示器101呈與眼鏡相似的外觀，且包括：出射單元(出射光學系統)40，其射出圖像顯示光L；光導(光學元件)10，其是使來自出射單元40的圖像顯示光L在內部反射，且 將該圖像顯示光L導引至觀察者的眼睛E的基板；以及框架部F，其安裝有出射單元40與光導10(例如參照專利文獻1)。
如圖3所示，出射單元40具有框體，在該框體的內部包括：出射機構，其具有透射型液晶顯示器41、光學系統42及光源(未圖示)；以及控制部(未圖示)，其將圖像信號輸出至出射機構。
透射型液晶顯示器41基於來自控制部的圖像信號，在與出射方向垂直的顯示區域中形成圖像，且射出圖像顯示光L。
光學系統42使顯示區域的圖像顯示光L透射。而且，光學系統42隔開距離地配置於透射型液晶顯示器41的前方。藉此，光學系統42一面使顯示區域的圖像顯示光L透射，一面形成觀察對象的虛像。
於圖4中，光導10是由玻璃(BK7等)或樹脂(聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸(PMMA)或環烯烴等)等透光性材料製作的基板，其具有前表面10a、在-Y方向上與前表面10a相對向的後表面10b、右表面10c、在X方向上與右表面10c相對向的左表面10d、上表面(未圖示)、及在Z方向上與上表面相對向的下表面(未圖示)，並且內部形成有光束分離面11。再者，前表面10a、後表面10b、上表面及下表面與X方向(設定方向)平行，左表面10d與X方向(設定方向)垂直。
另外，以從Z方向觀察時，右表面10c相對於X方向(設定方向)的角度成為α的方式進行配置。而且，出射單元40是以 如下方式配置，使來自出射機構的圖像顯示光L從與右表面10c垂直的方向，從光導10的右表面10c射入至光導10內部。藉此，來自出射單元40的圖像顯示光L從與右表面10c垂直的方向，從右表面10c射入至光導10內部之後，向大致X方向(設定方向)前進。
光束分離面11包含平面狀的3塊光束分離面，在X方向上依序配置有第一光束分離面11a、第二光束分離面11b、第三光束分離面11c。進而，以從Z方向觀察時，第一光束分離面11a~第三光束分離面11c相對於X方向的角度成為相同角度β的方式進行配置。
而且，第一光束分離面11a、第二光束分離面11b及第三光束分離面11c可使入射的規定比例的圖像顯示光L的光束反射，並且使規定比例的圖像顯示光L的光束透射。
在如上所述的眼鏡型顯示器101中，首先，使來自出射單元40的顯示區域的圖像顯示光L從右表面10c射入至光導10的內部。此時，使來自出射單元40的圖像顯示光L從與右表面10c垂直的方向，從右表面10c射入至光導10內部，且來自出射單元40的顯示區域的圖像顯示光L以向大致X方向(設定方向)前進的方式射入至右表面10c。
而且，前表面10a與後表面10b交替地使顯示區域的圖像顯示光L反射多次，且使該圖像顯示光L向X方向(設定方向)前進，從而將該圖像顯示光L導引至第一光束分離面11a。因此， 第一光束分離面11a使入射的規定比例的圖像顯示光L的光束反射，並且使規定比例的圖像顯示光L的光束透射。即，向觀察者的眼睛E導引圖像顯示光La的光束。
另外，透射第一光束分離面11a的圖像顯示光L到達第二光束分離面11b。因此，第二光束分離面11b使入射的規定比例的圖像顯示光L的光束反射，並且使規定比例的圖像顯示光L的光束透射。即，向觀察者的眼睛E導引圖像顯示光Lb的光束。
進而，透射第二光束分離面11b的圖像顯示光L到達第三光束分離面11c。因此，第三光束分離面11c使入射的規定比例的圖像顯示光L的光束反射，並且使規定比例的圖像顯示光L的光束透射。即，向觀察者的眼睛E導引圖像顯示光Lc的光束。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-186332號公報
[專利文獻2]日本專利特開2011-164545號公報
[專利文獻3]WO2011/24291A1號公報
然而，於如上所述的眼鏡型顯示器101中，有時會看到一部分產生了影子的圖像。圖5是觀察者藉由圖4的眼鏡型顯示器101所看到的產生了影子的圖像的一例。
本申請人對能夠使觀察者正常地看到圖像的方法進行了研究。而且已知在如上所述的眼鏡型顯示器101中，圖像顯示光L的光束尺寸(顯示區域)受到右表面10c的尺寸限制，若光束尺寸為受到圖4所示的右表面10c的尺寸限制的光束尺寸，則會產生在光導10內部傳播的圖像顯示光L的光束不存在的區域(缺失部分)。
此處，圖6是表示圖4的眼鏡型顯示器101的XY平面中的光束的傳播範圍的圖，圖中的符號A表示光束的缺失部分。
為了防止產生如上所述的在光導內部傳播的圖像顯示光的光束不存在的區域(缺失部分)，可考慮增大光導右表面的尺寸，並且增大入射的光束尺寸。圖7是表示增大了右表面的尺寸以及光束尺寸時的光導的平面圖。然而，此種光導300會形成突出部分，因此，不僅難以製造，而且出射單元340亦大型化而變重。
另外，日本專利特開2011-164545號公報中揭示有如下顯示裝置，該顯示裝置包括：第一光導，其用以對來自第一出射單元的圖像顯示光進行導引；以及第二光導，其用以對來自第二出射單元的圖像顯示光進行導引，但由於包括兩個出射單元，故而存在大型化而變重的問題點。進而，國際公開編號WO2011/24291中揭示有如下顯示裝置，該顯示裝置包括：第一光導，其利用前表面、後表面、上表面及下表面該四個面來反射圖像顯示光，用以將該圖像顯示光導引至第二光導；以及第二光導，其用以對來 自第一光導的圖像顯示光進行導引，但存在大型化而變重的問題點。
藉此，本申請人發現於並未如光導300般設置突出部分，且並未使出射單元340等大型化的情況下，為了防止在內部傳播的圖像顯示光的光束的缺失部分，將基板(副基板)介隔光束分離面(副光束分離器)配置於光導(主基板)的前表面。再者，此處的光束分離面是指具有反射一部分的光束且使一部分的光束透射的作用的面。
藉此，顯示區域的圖像顯示光交替地在光導的前表面與後表面上反射多次，但到達光導的前表面(副光束分離面)時，並非100%的圖像顯示光的光束進行反射，而是規定比例的圖像顯示光的光束進行反射而前進至光導內部，並且規定比例的圖像顯示光的光束透射而前進至副基板內部。即，前進至光導內部的圖像顯示光的光路、與前進至副基板內部的圖像顯示光的光路會產生差(偏差)(圖像顯示光藉由副光束分離面而分支，結果被擴大)，能夠利用該差(偏差)來防止產生在光導內部傳播的圖像顯示光的光束不存在的區域(缺失部分)。
即，本發明的光學元件包括前表面及後表面與設定方向平行且由透光性材料製作的主基板，所述主基板的內部具有相對於所述設定方向傾斜地形成的至少一個主光束分離面，該光學元件包括前表面及後表面與設定方向平行且由透光性材料製作的副基板，在至少一個副基板的前表面或後表面、與所述主基板的後 表面或前表面之間配置有副光束分離面。
此處，「設定方向」是指由設計者等預先決定的任意的方向，例如為左方、右方、上方或下方等。
如上所述，根據本發明的光學元件，藉由副光束分離面來使光分支、擴大，因此，能夠防止產生在主基板內部傳播的光束不存在的區域(缺失部分)。
(其他解決課題之手段及效果)
另外，在本發明的光學元件中，光亦可從所述主基板的前表面及後表面以及所述副基板的前表面及後表面以外的面射入或射出。
根據本發明的光學元件，在傾斜地形成有副基板的右表面等的情況下，能夠避免集中地對一塊基板進行複雜的加工，因此，製作性提高。另外，於欲減小出射機構的寬度時，當圖像顯示光從主基板的右表面射入時，若使主基板變薄，則為了維持利用主光束分離面使所述圖像顯示光射出的出射範圍，需要增加主基板中的主光束分離面的數量，但若使圖像顯示光從副基板的右表面等射入，則即便使副基板變薄，亦無需增加主基板中的主光束分離面的數量，製作性佳。
另外，在本發明的光學元件中，亦可在所述主基板或所述副基板的內部形成反射面，光從所述主基板的前表面及後表面以及所述副基板的前表面及後表面中的至少一個面射入而到達所 述反射面，或在到達所述反射面之後，從所述主基板的前表面及後表面以及所述副基板的前表面及後表面中的至少一個面射出。
根據本發明的光學元件，能夠提高光射入至主基板或副基板的內部時的位置、或光從主基板或副基板的內部射出時的位置的自由度。
另外，在本發明的光學元件中，亦可配置所述副光束分離面，使得光不會被所述反射面反射兩次以上。
根據本發明的顯示裝置，在反射面的前方配置有固定厚度以上的厚度的基板，因此，由反射面反射兩次以上的光束消失，能夠防止產生雜散光(stray light)。
而且，本發明的顯示裝置亦可包括：如上所述的光學元件；以及出射光學系統，其射出光。
根據本發明的顯示裝置，不會產生光束不存在的區域(缺失部分)，能夠使出射機構小型化且輕量化。
另外，當光向設定方向前進時，存在不透射主光束分離面而通過副基板內部的光，因此，從靠近入射位置的第一主光束分離面射出至外部的光量、與從遠離入射位置的位置的第N主光束分離面射出至外部的光量之差減小，能夠使亮度(光量)均一化。
進而，本發明的受光裝置亦可包括：如上所述的光學元件；以及受光光學系統，其對光進行檢測。
根據本發明的受光裝置，若將如圖4所示的光學零件用於受光裝置，則會在光束中產生缺失區域(無法被接收的光束)，但根 據本發明的受光裝置，能夠接收到達主光束分離面的全部光束。藉此，根據本發明的受光裝置，無論感測(sensing)對象存在於光束中的哪一個區域，均能夠感測該對象。
1‧‧‧眼鏡型顯示器(顯示裝置)
10‧‧‧主基板
10a、20a、210a‧‧‧前表面
10b、20b、210b‧‧‧後表面
10c、20c、210c‧‧‧右表面
10d、20d、210d‧‧‧左表面
11‧‧‧主光束分離面
11a‧‧‧第一主光束分離面
11b‧‧‧第二主光束分離面
11c‧‧‧第三主光束分離面
20‧‧‧副基板
30、230‧‧‧副光束分離面
40‧‧‧出射單元(出射光學系統)
41‧‧‧透射型液晶顯示器
42‧‧‧光學系統
100、200‧‧‧光導單元(光學元件)
101、201‧‧‧眼鏡型顯示器
210‧‧‧主基板
212‧‧‧反射面
340‧‧‧出射單元
300‧‧‧光導
401‧‧‧受光裝置
440‧‧‧受光單元(受光光學系統)
441‧‧‧受光元件
A‧‧‧光束的缺失部分
E‧‧‧觀察者的眼睛
F‧‧‧框架部
L、La、Lb、Lc‧‧‧圖像顯示光
X、Y、Z‧‧‧方向
α、β‧‧‧角度
圖1是表示本發明的眼鏡型顯示器的概略構成與XY平面中的光路的圖。
圖2是表示圖1中的光束的傳播範圍的圖。
圖3是表示眼鏡型顯示器的外觀圖。
圖4是表示以往的眼鏡型顯示器的概略構成與XY平面中的光路的圖。
圖5是表示觀察者藉由圖4的構成所看到的圖像的一例的圖。
圖6是表示圖4中的光束的傳播範圍的圖。
圖7是表示將右表面以及入射光束的尺寸增大後的光導的平面圖。
圖8是表示本發明的眼鏡型顯示器的概略構成與XY平面中的光路的圖。
圖9是表示圖8中的光束的傳播範圍的圖。
圖10是表示本發明的受光裝置的概略構成以及XY平面中的光路的圖。
圖11是表示本發明的光導單元的概略構成的圖。
圖12是表示本發明的光導單元的概略構成的圖。
圖13是表示本發明的光導單元的概略構成的圖。
圖14是表示本發明的光導單元的概略構成的圖。
圖15是表示本發明的光導單元的概略構成的圖。
以下，使用圖式來對本發明的實施形態進行說明。再者，本發明並不限定於以下所說明的實施形態，當然包含不脫離本發明宗旨的範圍內的各種形態。
<第一實施形態>
圖1是表示本發明的眼鏡型顯示器(顯示裝置)的概略構成以及XY平面中的光路的圖，圖2是表示圖1中的光束的傳播範圍的圖。再者，對與所述眼鏡型顯示器101相同的構件附註相同的符號。
眼鏡型顯示器1呈與眼鏡相似的外觀，且包括：出射單元40，其射出圖像顯示光L；光導單元(光學元件)100，其使來自出射單元40的圖像顯示光L在內部反射，且將該圖像顯示光L導引至觀察者的眼睛E；以及框架部F，其安裝有出射單元40與光導單元100。
光導單元100包括內部形成有主光束分離面11的主基板10、副基板20及副光束分離面30。
副基板20具有前表面20a、在-Y方向上與前表面20a相對向的後表面20b、右表面20c、在X方向上與右表面20c相對向的左表面20d、上表面(未圖示)、及在Z方向上與上表面相對 向的下表面(未圖示)。
前表面20a及後表面20b與X方向(設定方向)平行。即，前表面10a、後表面10b、前表面20a及後表面20b與X方向(設定方向)平行。
而且，前表面20a與後表面20b的間隔為規定距離(厚度)，該規定距離(厚度)是為了不產生在主基板10內部傳播的光束的缺失部分，由設計者使用計算式或模擬軟體(simulation software)等，考慮前進至主基板10內部的圖像顯示光L的光路與前進至副基板20內部的圖像顯示光L的光路之差(偏差)而決定的規定距離(厚度)。
作為所述副基板的材料，可列舉玻璃(BK7)或樹脂(聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸(PMMA)或環烯烴等)等透光性材料，但就易製造性或對於溫度的變化等方面而言，較佳為玻璃，就使用時不易損壞等安全性的方面而言，較佳為聚碳酸酯。再者，作為所述主基板與所述副基板的材料，可將折射率或機械強度等不同的玻璃種類加以組合，另外，亦可組合不同的材料而形成所述主基板與所述副基板，以將所述主基板設為玻璃材料製，且將所述副基板設為聚碳酸酯製。
副光束分離面30可使入射的設定比例的圖像顯示光L的光束反射，並且使設定比例的圖像顯示光L的光束透射。
光在所述副光束分離面上反射及透射的設定比例是以使將在主基板10內部傳播的光束的缺失部分消除的範圍的亮度較其他範 圍的亮度更均一的方式，由設計者使用計算式或模擬軟體等設定的比例，較佳為20%以上且80%以下，例如為50%等。
而且，副光束分離面30例如藉由光學塗佈而形成於副基板20的後表面20b上，就容易對元件進行固定的方面而言，較佳為接合主基板10的前表面10a與副基板20的後表面20b，進而就無需規定的折射率的黏接劑的方面而言，較佳為藉由直接接合(光學接觸(optical contact)、陽極接合、擴散接合、常溫接合、熱接合、氫氟酸接合等)來將該副光束分離面30配置於主基板10的前表面10a與副基板20的後表面20b之間。
再者，可使用藉由以折射率不同的材料將主基板10與副基板20加以組合而產生的反射，形成副光束分離面30，亦可利用黏接劑或空氣或油等媒體來填充主基板10與副基板20之間，利用藉由該媒體的折射率與主基板10、副基板20的折射率之差而產生的反射，形成副光束分離面30。
在如上所述的眼鏡型顯示器1中，首先，使來自出射單元40的顯示區域的圖像顯示光L從右表面10c射入至主基板10的內部。此時，使來自出射單元40的圖像顯示光L從與右表面10c垂直的方向，從右表面10c射入至內部，且使來自出射單元40的顯示區域的圖像顯示光L以向大致X方向(設定方向)前進的方式射入至右表面10c。
而且，前表面10a與後表面10b交替地使顯示區域的圖像顯示光L反射多次，且使該圖像顯示光L向X方向(設定方向) 前進。此時，前進的圖像顯示光L到達副光束分離面30(前表面10a)，但副光束分離面30(前表面10a)使入射的設定比例的圖像顯示光L的光束反射，並且使設定比例的圖像顯示光L的光束透射。即，當圖像顯示光L到達副光束分離面30(前表面10a)時，設定比例的圖像顯示光L的光束在主基板10的內部前進，並且設定比例的圖像顯示光L的光束前進至副基板20的內部。
另外，前進至副基板20內部的圖像顯示光L由前表面20a反射之後，到達副光束分離面30(前表面10a)。因此，副光束分離面30(前表面10a)使入射的設定比例的圖像顯示光L的光束反射，並且使設定比例的圖像顯示光L的光束透射。即，設定比例的圖像顯示光L的光束前進至主基板10的內部，並且設定比例的圖像顯示光L的光束在副基板20的內部前進。
然後，在主基板10內部前進或在副基板20內部前進的圖像顯示光L到達第一主光束分離面11a。因此，第一主光束分離面11a使入射的規定比例的圖像顯示光L的光束反射，並且使規定比例的圖像顯示光L的光束透射。即，向觀察者導引圖像顯示光La的光束。
而且，透射第一主光束分離面11a或在副基板20內部前進的圖像顯示光L到達第二主光束分離面11b。因此，第二主光束分離面11b使入射的規定比例的圖像顯示光L的光束反射，並且使規定比例的圖像顯示光L的光束透射。即，向觀察者導引圖像顯示光Lb的光束。
進而，透射第一主光束分離面11a或透射第二主光束分離面11b或在副基板20內部前進的圖像顯示光L到達第三主光束分離面11c。因此，第三主光束分離面11c使入射的規定比例的圖像顯示光L的光束反射，並且使規定比例的圖像顯示光L的光束透射。即，向觀察者導引圖像顯示光Lc的光束。
如上所述，根據本發明的眼鏡型顯示器1，藉由副光束分離面30來使圖像顯示光L分支、擴大，因此，能夠防止產生在主基板10內部傳播的光束不存在的區域(缺失部分)。另外，由於副基板20接合於主基板10的前表面10a，故而光導單元100整體的強度提高。進而，當圖像顯示光L向X方向(設定方向)前進時，存在不透射主光束分離面11a、11b而通過副基板20內部的圖像顯示光L，因此，從第一主光束分離面11a射出至外部的光量、與從第三主光束分離面11c射出至外部的光量之差減小，能夠使亮度(光量)均一化。
<第二實施形態>
圖8是表示本發明的眼鏡型顯示器(顯示裝置)的概略構成以及XY平面中的光路的圖，圖9是表示圖8中的光束的傳播範圍的圖。再者，對與所述眼鏡型顯示器1相同的構件附註相同的符號。
眼鏡型顯示器201呈與眼鏡相似的外觀，且包括：出射單元40，其射出圖像顯示光L；光導單元(光學元件)200，其使來自出射單元40的圖像顯示光L在內部反射，且將該圖像顯示光L導 引至觀察者的眼睛E；以及框架部F，其安裝有出射單元40與光導單元200。
光導單元200包括主基板210、副基板20及副光束分離面230。
主基板210具有前表面210a、在-Y方向上與前表面210a相對向的後表面210b、右表面210c、在X方向上與右表面210c相對向的左表面210d、上表面(未圖示)、及在Z方向上與上表面相對向的下表面(未圖示)，並且內部形成有反射面212與主光束分離面11。前表面210a及後表面210b與X方向(設定方向)平行。
反射面212配置於主基板210內部的右部，且以從Z方向觀察時，相對於X方向的角度成為角度β的方式配置該反射面212。反射面212塗佈有銀，以使入射的圖像顯示光L的全部光束向X方向(設定方向)反射。再者，所述反射面不限於由銀塗佈層形成，可由其他金屬塗佈層(例如鋁塗佈層)形成，亦可不由金屬塗佈層而是由介電體多層塗佈層形成，亦可將所述反射面的右側設為空氣等其他介質，利用因其折射率差而產生的反射。
副光束分離面230可使入射的設定比例的圖像顯示光L的光束反射，並且使設定比例的圖像顯示光L的光束透射。
而且，副光束分離面230例如藉由光學塗佈而形成於主基板210的前表面210a的規定區域上，藉由直接接合主基板210的前表面210a與副基板20的後表面20b，該副光束分離面230配置於 主基板210的前表面210a的規定區域與副基板20的後表面20b的規定區域之間。
此時，配置有副光束分離面230的規定區域為如下位置，該位置使得圖像顯示光L被反射面212反射，接著被前表面210a反射之後，不會再次被反射面212反射。藉此，由反射面212反射兩次以上的圖像顯示光L消失，從而防止產生雜散光。
出射單元40是以如下方式配置，即，使來自出射機構的圖像顯示光L從與前表面20a垂直的方向，從副基板20的前表面20a射入至內部。藉此，來自出射單元40的圖像顯示光L從與前表面20a垂直的方向，從前表面20a射入至內部之後，向主基板210的反射面212前進。
在如上所述的眼鏡型顯示器201中，首先，使來自出射單元40的顯示區域的圖像顯示光L從前表面20a射入至副基板20的內部。此時，使來自出射單元40的圖像顯示光L從與前表面20a垂直的方向，從前表面20a射入至內部。然後，入射的圖像顯示光L到達反射面212，反射面212使顯示區域的圖像顯示光L向大致X方向反射。
而且，前表面20a與後表面210b交替地使顯示區域的圖像顯示光L反射多次，且使該圖像顯示光L向X方向(設定方向)前進。此時，前進的圖像顯示光L到達副光束分離面230，但副光束分離面230使入射的設定比例的圖像顯示光L的光束反射，並且使設定比例的圖像顯示光L的光束透射。即，當圖像顯 示光L到達副光束分離面230時，設定比例的圖像顯示光L的光束在主基板210的內部前進，並且設定比例的圖像顯示光L的光束前進至副基板20的內部。
再者，對副基板20的厚度、或副光束分離面230的區域進行設定，使得由反射面212反射一次後的圖像顯示光L在由前表面20a或副光束分離面230反射之後，不會再次射入至反射面212。
而且，前進至副基板20內部的圖像顯示光L由前表面20a反射之後，到達副光束分離面230。因此，副光束分離面230使入射的設定比例的圖像顯示光L的光束反射，並且使設定比例的圖像顯示光L的光束透射。即，設定比例的圖像顯示光L的光束前進至主基板210的內部，並且設定比例的圖像顯示光L的光束在副基板20的內部前進。
然後，在主基板210內部前進或在副基板20內部前進的圖像顯示光L到達第一主光束分離面11a或第二主光束分離面11b或第三主光束分離面11c。因此，第一主光束分離面11a或第二主光束分離面11b或第三主光束分離面11c使入射的規定比例的圖像顯示光L的光束反射，並且使規定比例的圖像顯示光L的光束透射。即，向觀察者導引圖像顯示光La、Lb、Lc的光束。
如上所述，根據本發明的眼鏡型顯示器201，在反射面212的前方配置有固定厚度以上的厚度的副基板20，因此，消除了由反射面212反射兩次以上的雜散光(該雜散光例如是由反射面212反射後的光束由前表面20a反射，該光束再次由反射面212 而並非由後表面210b反射而成的光束等)之後，藉由副光束分離面230使光分支、擴大，因此，能夠防止產生在主基板210內部傳播的光束不存在的區域(缺失部分)。另外，由於副基板20接合於主基板210的前表面210a，故而光導單元200整體的強度提高。進而，使副光束分離面230不進入至供觀察者經由光導單元200觀察外界的區域，或使供觀察外界的區域與副光束分離面230的配置區域分離，藉此，存在不會使副光束分離面230引起觀察者注意的效果。
<第三實施形態>
圖10是表示本發明的受光裝置的概略構成以及XY平面中的光路的圖。再者，對與所述眼鏡型顯示器101相同的構件附註相同的符號。
受光裝置401包括：受光單元(受光光學系統)440，其接收光；以及光導單元(光學元件)100，其使來自外部的光在內部反射，且將該光導引至受光單元440。
受光單元440是以與右表面10c相對向的方式配置，且包括：受光機構，其具有受光元件441與光學系統42；以及控制部(未圖示)，其從受光機構輸入信號。
在如上所述的受光裝置401中，首先，使來自外部的光從後表面10b射入至主基板10的內部。接著，光到達第一主光束分離面11a或第二主光束分離面11b或第三主光束分離面11c。因此，第一主光束分離面11a或第二主光束分離面11b或第三主光 束分離面11c以使入射的規定比例的光的光束向大致-X方向(設定方向)前進的方式進行反射，並且使規定比例的光的光束透射。
而且，前表面10a與後表面10b交替地使光反射多次，且使該光向-X方向(設定方向)前進。此時，前進的光到達副光束分離面30(前表面10a)，但副光束分離面30(前表面10a)使入射的設定比例的光的光束反射，並且使設定比例的光的光束透射。即，當光到達副光束分離面30(前表面10a)時，設定比例的光的光束在主基板10的內部前進，並且設定比例的光的光束前進至副基板20的內部。
而且，前進至副基板20內部的光由前表面20a反射之後，到達副光束分離面30(前表面10a)。因此，副光束分離面30(前表面10a)使入射的設定比例的光的光束反射，並且使設定比例的光的光束透射。即，設定比例的光的光束前進至主基板10的內部，並且設定比例的光的光束在副基板20的內部前進。
然後，在主基板10的內部前進或在副基板20的內部前進的光到達右表面10c。因此，從右表面10c射出的光被導引至受光單元440。
如上所述，根據本發明的受光裝置401，能夠接收到達第一主光束分離面11a或第二主光束分離面11b或第三主光束分離面11c的全部光束。藉此，根據本發明的受光裝置401，無論感測對象存在於光束中的哪一個區域中，均能夠感測該對象。
<其他實施形態>
(1)所述眼鏡型顯示器1採用了如下構成，即，副光束分離面30配置於主基板10的前表面10a與副基板20的後表面20b之間，但亦可採用如下構成，即，調換主基板10與副基板20的位置，將所述副光束分離面30配置於主基板10的後表面10b與副基板20的前表面20a之間。圖11是表示本發明的光導單元(光學元件)的概略構成的圖。
(2)所述眼鏡型顯示器1採用了如下構成，即，來自出射單元40的圖像顯示光L從右表面10c射入至主基板10內部，但亦可採用從副基板的右表面射入至副基板內部的構成。在該情況下，能夠避免集中地對一塊基板進行複雜的加工，因此，製作性提高。而且，在減小了透射型液晶顯示器41的寬度的情況下，無需為了對應於X方向上的觀察者的移動範圍而增加主基板內部的主光束分離面的數量，因此，製作性佳。圖12是表示本發明的光導單元(光學元件)的概略構成的圖。
(3)所述眼鏡型顯示器1採用了如下構成，即，光導單元100包括主基板10、副基板20及副光束分離面30，但亦可進而重疊地配置多個副基板。在該情況下，能夠使防止光束的缺失部分所需的副光束分離面配置區域進一步變窄，使副光束分離面不進入至供觀察者經由光導觀察外界的區域，或使供觀察外界的區域與副光束分離面分離，藉此，不使副光束分離面引起觀察者注意的效果增強。而且，存在進一步使光量均一化的效果。進而，亦可不將基板僅配置於主基板的單側，而是以夾持主基板的 方式來配置基板。圖13是表示本發明的光導單元(光學元件)的概略構成的圖。
(4)所述眼鏡型顯示器1採用了如下構成，即，光導單元100包括主基板10、副基板20及副光束分離面30，但亦可不介隔副光束分離面而進一步將副基板僅重疊地配置於規定區域。
由於藉由副光束分離面來使光分支、擴大，故而存在光束以相同的光路長度合成而產生干涉條紋的情況，但根據如上所述的光導單元，能夠形成光路偏差、或超過光束的可干涉距離的光路長度差，其結果，能夠防止產生干涉條紋。
(5)在所述眼鏡型顯示器1中，副光束分離面30形成配置於副基板20的後表面20b上，但可形成配置於主基板10的前表面10a上，亦可形成配置於副基板20的後表面20b上與主基板10的前表面10a上該兩者上。
(6)所述眼鏡型顯示器201採用了如下構成，即，在主基板210形成有反射面212，但亦可採用如下構成，即，在副基板形成有反射面。而且，亦可使來自出射機構的圖像顯示光L從主基板的後表面射入至內部。圖14是表示本發明的光導單元(光學元件)的概略構成的圖。
(7)另外，所述實施形態採用了如下構成，即，相對於觀察者呈水平地配置光導單元200，但取而代之，亦可考慮出射機構的配置等，相對於觀察者傾斜地配置光導，且相對於光導傾 斜地而非垂直地使光束射入至光導或從該光導射出。圖15是表示本發明的光導單元(光學元件)的概略構成的圖。
(8)而且，所述實施形態採用了將光導單元100、200使用於眼鏡型顯示器的構成，但取而代之，亦可採用在觀察者的位置配置感測器(攝影元件)的構成。
[產業上之可利用性]
本發明能夠利用於用以使光向設定方向傳播的光學元件等。

Claims (6)

  1. 一種光學元件，其包括前表面及後表面與設定方向平行且由透光性材料製作的主基板， 所述主基板的內部具有相對於所述設定方向傾斜地形成的至少一個主光束分離面，所述光學元件的特徵在於： 包括前表面及後表面與設定方向平行且由透光性材料製作的副基板， 在至少一個所述副基板的前表面或後表面、與所述主基板的後表面或前表面之間配置有副光束分離面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中 光從所述主基板的前表面及後表面以及所述副基板的前表面及後表面以外的面射入或射出。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中 在所述主基板或所述副基板的內部形成有反射面， 光從所述主基板的前表面及後表面以及所述副基板的前表面及後表面中的至少一個面射入而到達所述反射面，或在到達所述反射面之後，從所述主基板的前表面及後表面以及所述副基板的前表面及後表面中的至少一個面射出。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的光學元件，其中 配置所述副光束分離面，使得光不會被所述反射面反射兩次以上。
  5. 一種顯示裝置，其特徵在於包括： 如申請專利範圍第2項或第3項所述的光學元件；以及 出射光學系統，其射出光。
  6. 一種受光裝置，其特徵在於包括： 如申請專利範圍第2項或第3項所述的光學元件；以及 受光光學系統，其對光進行檢測。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI827663B (zh) * 2018-09-06 2024-01-01 以色列商魯姆斯有限公司 具有雷射二極體照明的近眼顯示器

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL237337B (en) * 2015-02-19 2020-03-31 Amitai Yaakov A compact head-up display system with a uniform image
KR102655450B1 (ko) 2017-02-22 2024-04-05 루머스 리미티드 광 가이드 광학 어셈블리
JP7064581B2 (ja) * 2017-09-28 2022-05-10 マジック リープ， インコーポレイテッド 光学結像システムの接眼レンズからの迷光放出を低減させる方法および装置
US11415812B2 (en) 2018-06-26 2022-08-16 Lumus Ltd. Compact collimating optical device and system
EP3822694B1 (en) * 2018-07-10 2024-01-31 Shimadzu Corporation Image display device
EP3939246A4 (en) 2019-03-12 2022-10-26 Lumus Ltd. IMAGE PROJECTOR
KR20220027928A (ko) 2019-07-04 2022-03-08 루머스 리미티드 대칭 빔 증배를 이용한 이미지 도파관
CA3162579C (en) 2019-12-05 2024-01-30 Lumus Ltd Light-guide optical element employing complementary coated partial reflectors, and light-guide optical element having reduced light scattering
JP7380240B2 (ja) * 2020-01-20 2023-11-15 株式会社リコー 導光部材および虚像表示装置
JP7424396B2 (ja) * 2020-02-07 2024-01-30 株式会社島津製作所 表示装置及び該表示装置で用いる光学素子
CN117651892A (zh) 2021-08-23 2024-03-05 鲁姆斯有限公司 具有嵌入式耦入反射器的复合光导光学元件的制造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002162598A (ja) * 2000-11-28 2002-06-07 Olympus Optical Co Ltd 観察光学系および撮像光学系
JP2011186332A (ja) * 2010-03-10 2011-09-22 Shimadzu Corp 表示装置
JP2012058404A (ja) * 2010-09-07 2012-03-22 Shimadzu Corp 光学部品及びそれを用いた表示装置
JP2015096883A (ja) * 2013-11-15 2015-05-21 セイコーエプソン株式会社 光学素子および画像表示装置並びにこれらの製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005111669A1 (ja) * 2004-05-17 2005-11-24 Nikon Corporation 光学素子、コンバイナ光学系、及び画像表示装置
IL173715A0 (en) * 2006-02-14 2007-03-08 Lumus Ltd Substrate-guided imaging lens
US7589901B2 (en) * 2007-07-10 2009-09-15 Microvision, Inc. Substrate-guided relays for use with scanned beam light sources
WO2011024291A1 (ja) 2009-08-28 2011-03-03 株式会社島津製作所 表示装置
JP5240214B2 (ja) 2010-02-15 2013-07-17 株式会社島津製作所 表示装置
JP5901192B2 (ja) * 2011-09-13 2016-04-06 オリンパス株式会社 光学機構
US20130108229A1 (en) * 2011-10-28 2013-05-02 Google Inc. Heads-up display including ambient light control
US9519092B1 (en) * 2012-03-21 2016-12-13 Google Inc. Display method
IL237337B (en) * 2015-02-19 2020-03-31 Amitai Yaakov A compact head-up display system with a uniform image
US11016306B2 (en) * 2015-09-02 2021-05-25 Sony Corporation Optical device and method for producing the same, and display device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002162598A (ja) * 2000-11-28 2002-06-07 Olympus Optical Co Ltd 観察光学系および撮像光学系
JP2011186332A (ja) * 2010-03-10 2011-09-22 Shimadzu Corp 表示装置
JP2012058404A (ja) * 2010-09-07 2012-03-22 Shimadzu Corp 光学部品及びそれを用いた表示装置
JP2015096883A (ja) * 2013-11-15 2015-05-21 セイコーエプソン株式会社 光学素子および画像表示装置並びにこれらの製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI827663B (zh) * 2018-09-06 2024-01-01 以色列商魯姆斯有限公司 具有雷射二極體照明的近眼顯示器

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Publication number Publication date
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