Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6990597B2 - 光導波素子及び表示装置 - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6990597B2 - 光導波素子及び表示装置 - Google Patents

光導波素子及び表示装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6990597B2
JP6990597B2 JP2018023888A JP2018023888A JP6990597B2 JP 6990597 B2 JP6990597 B2 JP 6990597B2 JP 2018023888 A JP2018023888 A JP 2018023888A JP 2018023888 A JP2018023888 A JP 2018023888A JP 6990597 B2 JP6990597 B2 JP 6990597B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light guide
guide layer
light
optical waveguide
waveguide element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018023888A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018132765A (ja
Inventor
懿萱 翁
志賢 蔡
▲啓▼堂 謝
浩▲うぇい▼ 潘
Original Assignee
中強光電股▲ふん▼有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 中強光電股▲ふん▼有限公司 filed Critical 中強光電股▲ふん▼有限公司
Publication of JP2018132765A publication Critical patent/JP2018132765A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6990597B2 publication Critical patent/JP6990597B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/017Head mounted
    • G02B27/0172Head mounted characterised by optical features
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0055Reflecting element, sheet or layer
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0075Arrangements of multiple light guides
    • G02B6/0076Stacked arrangements of multiple light guides of the same or different cross-sectional area
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B2027/0192Supplementary details
    • G02B2027/0194Supplementary details with combiner of laminated type, for optical or mechanical aspects
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/145Beam splitting or combining systems operating by reflection only having sequential partially reflecting surfaces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

本発明は光導波素子及びこの光導波素子を備えた表示装置に関する。
ヘッドマウント式ディスプレイ(Head-Mounted Display、HMD)は今最も将来性を有する製品の一つである。関連する応用において、今は拡張現実(Augmented Reality、AR)技術及び仮想現実(Virtual Reality、VR)技術に分類することができる。完全な仮想環境を作り出す仮想現実技術に対し、拡張現実はユーザに外部環境の映像及び表示情報を同時に見せることが可能であり、拡張現実の表示効果を実現するものである。
拡張現実を実現する基本的な光学構造として、広視角、フルカラー映像及び軽量薄型を兼ね備えたビームスプリッターアレイ導波路(Beam Splitter Array Waveguide)は、今は各種拡張現実の表示装置の主な選択肢の一つになっている。しかし、このように構造の表示装置では、光導波素子に入射した表示光束が光導波素子中のこれらのビームスプリッターの断面積を効率よく充満することができず、出力された表示画面の明るさにムラがある現象が起こる。
なお、「背景技術」部分は本発明の内容を理解する目的のみに用いられ、「背景技術」部分で開示された内容には、当業者に知られている既知技術を構成していないものが含まれている可能性がある。「背景技術」部分で開示された内容は、当該内容又は本発明の一つ或い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把握又は認識されていたことを意味しない。
本発明は、光導波素子を離れた表示光束を空間中に均一に分布させるに有利な光導波素子を提供する。
本発明は、上記光導波素子を応用した、優れた表示品質を有する表示装置を提供する。
本発明のその他の目的と利点について、本発明が開示する技術的特徴から一層理解を深めることができる。
上記一部又はすべての目的又はその他の目的を達成するために、本発明の実施例は、表示光束を受けるための光導波素子を開示する。光導波素子は入光部及び出光部を含む。入光部は第一導光層、第一導光層に接続される第二導光層、及び第一導光層又は第二導光層に接続される少なくとも一つの第三導光層を含み、第一導光層及び第二導光層の入光面が共同で第一斜面を構成し、かつ第一導光層及び第二導光層の出光面が共同で第二斜面を構成する。第一斜面及び第二斜面はそれぞれ第一導光層の底面に対し傾斜して接続される。出光部は第二斜面に接続され、かつ出光部の厚さが第一導光層、第二導光層及び前記少なくとも一つの第三導光層の合計厚さより小さい。表示光束は入光部を経由して光導波素子に入り、かつ出光部を経由して表示領域まで伝送される。
上記一部又はすべての目的又はその他の目的を達成するため、本発明の実施例は、上記光導波素子及び表示光源を含む表示装置を提供する。表示光源は第一斜面の傍に配置され、表示光源が表示光束を発する。
以上により、本発明の実施例は少なくとも以下の一つの利点又は効果を有する。本発明の実施例の光導波素子において、表示光束が第一導光層、第二導光層及び第三導光層を通過する時に分光され続けて、表示光束の断面積が大きくなるため、光導波素子は従来の表示光束が導波素子中のビームスプリッターの断面積を有効に充満できないため発生する明るさのムラを改善できて、光導波素子を離れた表示光束を空間中に均一分布させることができる。その他、上記光導波素子を応用した表示装置は優れた表示品質を有する。
本発明の上記特徴及び利点をより明確に示すべく、以下は実施例を挙げるとともに、図面を併せて詳しく説明する。
本発明の第一実施例による表示装置の部分断面概略図である。 比較例の表示装置において、光導波素子が映像光束を伝送する光路概略図である。 図1の実施例において、光導波素子が映像光束を伝送する光路概略図である。 本発明の第二実施例による表示装置の部分断面概略図である。 本発明の第三実施例による表示装置の部分断面概略図である。
本発明の上記及びその他の技術内容、特徴と効果について、以下は図面を参照しながらその好ましい実施例を詳しく説明することにより、明確に示す。以下の実施例で言及される方向用語、例えば、上、下、左、右、前又は後などは、図面で参照される方向のみを示す。従って、これらの方向用語は説明目的で用いられたものであり、本発明を制限するものではない。
図1は本発明の第一実施例の表示装置の部分断面概略図である。図1が示すように、本実施例の表示装置100は、例えばヘッドマウント式ディスプレイであり、対応する構成部品と筐体(図示せず)を利用して、ユーザの頭部に固定することが可能であり、表示光束をユーザの目まで伝送するものである。
表示装置100は光導波素子110及び表示光源120を含む。光導波素子110は入光部112及び出光部114を含む。入光部112は第一導光層LG1、第二導光層LG2及び少なくとも一つの第三導光層LG3を含む。図1には一つの第三導光層LG3が概略的に示されているが、前記少なくとも一つの第三導光層LG3の数は1に等しい、又は1より大きくてもよい。
第二導光層LG2は第一導光層LG1に接続され、かつ第三導光層LG3は第一導光層LG1又は第二導光層LG2に接続される。例を挙げると、第三導光層LG3は第二導光層LG2に接続され、第二導光層LG2が第三導光層LG3と第一導光層LG1との間に位置するようにしてよいが、これに限定されない。別の実施例において、第三導光層LG3は第一導光層LG1に接続され、第一導光層LG1が第三導光層LG3と第二導光層LG2との間に位置するようにしてもよい。又は、上記少なくとも一つの第三導光層LG3の数が1より大きい場合、例えば、上記少なくとも一つの第三導光層LG3の数が2である場合、第三導光層LG3はそれぞれ第一導光層LG1及び第二導光層LG2に接続され、第一導光層LG1及び第二導光層LG2が二つの第三導光層LG3の間に位置してもよく、これについて以下の明細書内容において詳しく述べる。
第一導光層LG1、第二導光層LG2及び第三導光層LG3は平行に設置され、なお、第一導光層LG1と第二導光層LG2との間に第一界面IF1を有し、第三導光層LG3とそれに接続する第二導光層LG2との間に第二界面IF2を有する。第一界面IF1は第二界面IF2と平行する。必要に応じて第一界面IF1及び第二界面IF2それぞれに少なくとも一つのフィルム層を形成してもよい。例を挙げると、第一界面IF1及び第二界面IF2のうち少なくとも一つに接着層(図示せず)又は部分透過部分反射層(図示せず)を形成してもよい。
第一導光層LG1の入光面SI1及び第二導光層LG2の入光面SI2が共同で第一斜面T1を構成する。第一導光層LG1の出光面SE1及び第二導光層LG2の出光面SE2が共同で第二斜面T2を構成する。第一斜面T1及び第二斜面T2がそれぞれ傾斜して第一導光層LG1の底面SB1に接続される。つまり、第一斜面T1と底面SB1の夾角θ1は90度ではない、かつ第二斜面T2と底面SB1の夾角θ2も90度ではない。例を挙げると、夾角θ1と夾角θ2が(180°-θ1)/2=θ2を満たすことにより、表示装置100を組み立てる際の部品間の位置合わせに生じる誤差を低減させることができるが、これに限定されない。製造難易度を下げるように、第三導光層LG3の第一側壁面SS1が第一斜面T1と同一平面にあって、かつ第三導光層LG3の第二側壁面SS2が第二斜面T2と同一平面にあってもよいが、これに限定されない。別の実施例において、第三導光層LG3の第一側壁面SS1と第一斜面T1は同一平面ではなく、例えば第三導光層LG3の第一側壁面SS1が第一斜面T1より内側へ一定距離縮小されてもよいが、これに限定されない。その他、第三導光層LG3の第二側壁面SS2と第二斜面T2が同一平面ではなく、例えば第二側壁面SS2が第二斜面T2より内側へ一定距離縮小されてもよいが、これに限定されない。
光導波素子110の出光部114は第二斜面T2に接続される。例を挙げると、出光部114は固定機構部又は接着層(例えば、光学接着剤)によって第二斜面T2と接合されるが、これに限定されない。出光部114の厚さT114は第一導光層LG1、第二導光層LG2及び前記少なくとも一つの第三導光層LG3の合計厚さTTより小さい。例を挙げると、出光部114の厚さT114は第一導光層LG1及び第二導光層LG2の合計厚さに等しくてもよいが、これに限定されない。
複数のビームスプリッター(Beam splitter)BSは光導波素子110の出光部114内に位置する。複数のビームスプリッターBSは互いに平行かつ間隔を空けて配列される。詳しく言うと、ビームスプリッターBSは出光部114の底面SB2に対し傾斜している。つまり、ビームスプリッターBSと底面SB2の夾角θ3は90度ではなく、かつ90度より小さい。また、ビームスプリッターBSと第二斜面T2の傾斜方向が同じである。夾角θ3は夾角θ2と同じでもよいが、これに限定されない。補足すると、ビームスプリッターBSの分布及び配列間隔を必要に応じて変更することが可能であり、図1が示すものに限定されない。
表示光源120は第一斜面T1の傍に配置され、かつ表示光源120は表示光束DBを発するものである。例を挙げると、表示光源120は液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display、LCD)、プラズマディスプレイ(plasma display)、有機発光ダイオードディスプレイ(OLED display)、エレクトロウェティングディスプレイ(Electro-Wetting Display、EWD)、電気泳動ディスプレイ(Electro-Phoretic Display、EPD)、エレクトロクロミックディスプレイ(Electro-Chromic Display、ECD)、デジタルマイクロミラーデバイス(Digital Micromirror Device、DMD)又はその他の応用可能な表示光源であってもよい。その他、表示光源120と第一斜面T1との間に光学素子、例えば表示光束DBを集光又は均一に光導波素子110まで伝送するための単一又は複数のレンズを設置してもよいが、これに限定されない。光導波素子110は表示光束DBを受けるためのものであり、表示光束DBが入光部112を経由して光導波素子110に入り、かつ出光部114を経由して表示領域P又は受光領域(例えば、図1が示す開口絞りであるが、これに限定されない)まで伝送される。
表示光束DBが第一斜面T1に入射する角度を制御するこのよって、表示光束DBが光導波素子110から出射する角度を調節する。例を挙げると、大部分の表示光束DBが正面から第一斜面T1に入射するよう、表示光源120の光出射面S120を第一斜面T1と平行するように設置してもよい。これにより、大部分の表示光束DBを光導波素子110の正面方向から出射させる。例を挙げると、表示光源120の光出射面S120が第一斜面T1と平行するように設置され、大部分の表示光束DBが第一斜面T1に対し垂直な角度(第一斜面T1と表示光束DBの夾角が約90度)で光導波素子110の入光部112内に入射され、これによって、大部分の表示光束DBが光導波素子110の出光部114の底面SB2に対し垂直に(表示光束DBと出光部114の底面SB2の夾角が約90度)光導波素子110から出射される。
また、第一導光層LG1、第二導光層LG2及び第三導光層LG3が透光材質(例えばガラス、アクリル又はその他の適切な材質など)であって、かつ第一導光層LG1、第二導光層LG2及び第三導光層LG3の屈折率が空気の屈折率より大きいため、全内反射(Total Internal Reflection、TIR)の条件を満たす場合、入光部112に入射した表示光束DBは全内反射によって出光部114へ伝送され、かつ出光部114が第二斜面T2と接続している領域から出光部114に入ることができる。同じく、出光部114は透光材質(例えば、ガラス、アクリル又はその他の適切な材質など)であって、かつ出光部114の屈折率が空気の屈折率より大きいため、全内反射の条件を満たす場合、出光部114に入射した表示光束DBは全内反射によって引き続き前へ伝送され(表示光源120を離れる方向へ伝送され)、そのうちビームスプリッターBSまで伝送された一部の表示光束DBがビームスプリッターBSによって表示領域Pへ反射され、その他の一部の表示光束DBがビームスプリッターBSを透過して引き続き前へ伝送される。一実施例において、異なるビームスプリッターBSから出射される光導波素子110の表示光束DBの光強度分布が均一になるように、ビームスプリッターBSの反射率(Reflectivity)が第二斜面T2を離れる方向に沿って次第に大きくなるようにして、かつビームスプリッターBSの透過率(Transmittance)が第二斜面T2を離れる方向にそって次第に小さくなるようにしてもよい。
入光部112が多層式設計の場合、表示光束DBが第一界面IF1(又は第二界面IF2)まで伝送される度に、一部の表示光束DBが第一界面IF1(或第二界面IF2)に反射され、かつその他の一部の表示光束DBが第一界面IF1(又は第二界面IF2)を透過する。表示光束DBが第一界面IF1及び第二界面IF2で分光され続けることを利用して(界面で反射され、又は界面を透過すること)、入光部112における陰領域(即ち、表示光束DB間の空白領域)を小さくして、つまり表示光束DBの断面積を大きくして、表示光束DBが出光部114まで伝送される時に、ビームスプリッターBSの断面積を有効に充満し、出光部114において陰領域が発生することを防止できる。言い換えれば、入光部112の多層式設計を利用して、光導波素子110の入光部112における表示光束DBの分布を均等化させることができる。従って、光導波素子110は従来の明るさにムラがある現象を改善し、光導波素子110から離れた表示光束DBを空間中に均一に分布させることができる。また、入光部112の多層式設計は、製造が簡単で歩留まりが良いなどの利点も有する。
一実施例において、さらに、異なる屈折率によって光導波素子110における表示光束DBの分布がより均一になるように、第一導光層LG1、第二導光層LG2、第三導光層LG3及び出光部114の材質を選択することができる。具体的には、第一導光層LG1、第二導光層LG2、第三導光層LG3及び出光部114の屈折率が全て同じである場合、表示光束DBが第一界面IF1又は第二界面IF2を透過する際に屈曲しない(図1の破線が示す表示光束DB’を参照)。しかし、第一導光層LG1、第二導光層LG2及び出光部114の屈折率が同じで、かつ第一導光層LG1、第二導光層LG2及び出光部114の屈折率がそれぞれ第三導光層LG3の屈折率以下である場合、光束が光学的に薄い媒体(屈折率が比較的に小さいフィルム層)から光学的に密な媒体(屈折率が比較的に大きいフィルム層)に進入する際に、屈折角が入射角より小さいため、第三導光層LG3における表示光束DBの伝送距離が短縮し、即ち表示光束DBが第三導光層LG3に進入する点と表示光束DBが第三導光層LG3から出射される点との間の距離が短縮し(距離Dから距離D’に短縮する)、表示光束DBが第一界面IF1又は第二界面IF2を通過する回数を増やすには有利であり、つまり分光回数が増えて、入光部112における表示光束DBの分布をより均一になる。
本実施例において、第三導光層LG3の第一側壁面SS1及び第二側壁面SS2のうち少なくとも一つに反射層(図示せず)若しくは吸光層(図示せず)が形成され、又は、第一側壁面SS1及び第二側壁面SS2のうち少なくとも一つがつや消し面であり、表示光束DBが外部に漏れることを防止する。
また、第二斜面T2に最も近いビームスプリッターBSと第二斜面T2の適切な距離を保つことにより、第二斜面T2に最も近いビームスプリッターBSに反射された表示光束DBと第二斜面T2を透過した表示光束DBとが干渉することを防止する。具体的には、出光部114の底面SB2が第二斜面T2及び第一導光層LG1の底面SB1に接続され、かつ出光部114の底面SB2と第二斜面T2の接続部Xと、第二斜面T2に最も近いビームスプリッターBSの出光部114の底面SB2における正投影点OPとの間の距離DTが0以上である。言い換えれば、第二斜面T2に最も近いビームスプリッターBSが第二斜面Tと重ならない。
図2は比較例の表示装置における光導波素子が映像光束を伝送する光路概略図であり、なお、比較例の光導波素子は単一の導光板であり、多層式設計が採用されていない。図3は図1の実施例における光導波素子が映像光束を伝送する光路概略図である。図2の表示装置100’において、表示光束DBが光導波素子110’を充満することができず、光導波素子110’を離れた表示光束DBの空間中の分布が不均一であり、表示光束DB間の隙間Gが比較的に大きく、明らかに陰領域が形成されている。図2の表示装置100’に対し、本願の表示装置100は入光部112の多層式設計を利用し、入光部112における表示光束DBの分布を比較的に均一にすることで(囲み部分を参照)、光導波素子110を離れた表示光束DBの空間中の分布がより均一になり、かつ表示光束DB間の隙間Gが比較的に小さく、陰領域が取り除かれている。
以下は図4及び図5を併せて、本発明の表示装置の別の実施例を説明するが、同じ又は類似する素子に同じ又は類似する符号を付与し、かつ同じ又は類似する素子が同じ又は類似する機能を有するため、同じ説明を省略する。図4及び図5は本発明の第二実施例及び第三実施例の表示装置の部分断面概略図である。
図4が示すように、表示装置200と図1の表示装置100は主に以下の点において相違する。表示装置200において、第三導光層LG3が第一導光層LG1に接続され、第一導光層LG1が第三導光層LG3と第二導光層LG2との間に位置する。
図5が示すように、表示装置300と図1の表示装置100は主に以下の点において相違する。表示装置300において、光導波素子110はさらに、第一界面IF1に設置された第一部分透過部分反射層116及び第二界面IF2に設置された第二部分透過部分反射層118を有する。第一部分透過部分反射層116と第二部分透過部分反射層118の光透過率が異なってもよい。例を挙げると、第二部分透過部分反射層118の光透過率を50%の光束を透過させ、かつ50%の光束を反射するように設計し、また第一部分透過部分反射層116の光透過率を入射角が50度より小さい光束を透過させ、かつ入射角が50度より大きい光束を反射させるように設計してもよいが、これに限定されない。
以上をまとめると、本発明の実施例は少なくとも以下の一つの利点又は効果を有する。本発明の実施例の光導波素子において、表示光束が第一導光層、第二導光層及び第三導光層を経由する時に分光され続け、表示光束の断面積が大きくなるため、光導波素子は従来の表示光束が光導波素子中のビームスプリッターの断面積を有効に充満できないため引き起こす明るさのムラを改善できて、光導波素子を離れた表示光束を空間中に均一に分布させることができる。また、上記光導波素子を用いた表示装置は優れた表示品質を有する。
以上は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の実施の範囲はこれに限定されることなく、即ち、請求の範囲及び明細書の説明内容に基づく簡単かつ同じ効果を有する変更又は修正も本発明の範囲に属する。また、本発明の任意の実施例又は請求項は必ずしも本発明が開示した全ての目的又は利点又は特徴を有する必要がない。さらに、要約書と発明の名称は特許検索に利用されるものであり、本発明の請求の範囲を制限するものではない。さらに、明細書又は請求の範囲に言及する「第一」、「第二」、「第三」又は「第四」などの用語は素子(element)を命名する名称又は異なる実施例や範囲を区別するものであり、素子の数量の上限又は下限を限定するものではない。
100、100’、200、300:表示装置
110、110’、310:光導波素子
112:入光部
114:出光部
116:第一部分透過部分反射層
118:第二部分透過部分反射層
120:表示光源
BS:ビームスプリッター
D、D’、DT:距離
DB、DB’:表示光束
G:隙間
IF1:第一界面
IF2:第二界面
LG1:第一導光層
LG2:第二導光層
LG3:第三導光層
OP:正投影
P:表示領域
S120:光出射面
SB1、SB2:底面
SE1、SE2:出光面
SI1、SI2:入光面
SS1:第一側壁面
SS2:第二側壁面
T1:第一斜面
T2:第二斜面
T114:厚さ
TT:合計厚さ
X:接続部
θ1、θ2、θ3:夾角

Claims (12)

  1. 表示光束を受けるための光導波素子であって、
    前記光導波素子は入光部及び出光部を含み、
    前記入光部は、
    第一導光層と、
    前記第一導光層の上面に、底面が接続される第二導光層と、
    前記第一導光層又は前記第二導光層の上面又は底面に、底面又は上面が接続される少なくとも一つの第三導光層とを含み、
    前記第一導光層及び前記第二導光層の一端側の側壁面からなる入光面が共同で第一斜面を構成し、かつ、前記第一導光層及び前記第二導光層の他端側の側壁面からなる出光面が共同で第二斜面を構成し、前記第一斜面及び前記第二斜面がそれぞれ前記第一導光層の底面に対し傾斜して接続され、
    前記出光部は前記第二斜面に接続され、かつ、前記出光部の厚さが前記第一導光層、前記第二導光層及び前記少なくとも一つの第三導光層の合計厚さより小さく、
    前記表示光束は前記入光部を経由して前記光導波素子に入り、かつ前記出光部を経由して表示領域まで伝送されることを特徴とする光導波素子。
  2. 前記出光部はその中に位置する複数のビームスプリッターを有し、前記複数のビームスプリッターが互いに平行かつ間隔を空けて配列されることを特徴とする請求項1に記載の光導波素子。
  3. 前記第一導光層は、前記第二導光層と前記少なくとも一つの第三導光層との間に位置することを特徴とする請求項1に記載の光導波素子。
  4. 前記第一導光層と前記第二導光層との間に第一界面を有し、前記少なくとも一つの第三導光層とそれに接続する前記第一導光層又は前記第二導光層との間に第二界面を有し、前記第一界面が前記第二界面と平行し、
    前記光導波素子はさらに、
    前記第一界面に設置された第一部分透過部分反射層と、
    前記第二界面に設置された第二部分透過部分反射層とを含むことを特徴とする請求項1に記載の光導波素子。
  5. 前記第一部分透過部分反射層と前記第二部分透過部分反射層の光透過率が異なることを特徴とする請求項4に記載の光導波素子。
  6. 前記第一導光層、前記第二導光層及び前記出光部の屈折率が同じく、かつ前記第一導光層、前記第二導光層及び前記出光部の屈折率がそれぞれ前記少なくとも一つの第三導光層の屈折率以下であることを特徴とする請求項1に記載の光導波素子。
  7. 前記出光部はその中に位置する複数のビームスプリッターを有し、前記複数のビームスプリッターが互いに平行かつ間隔を空けて配列され、
    前記出光部の底面が前記第二斜面及び前記第一導光層の底面に接続され、
    前記出光部の底面と前記第二斜面の接続部と、前記第二斜面に最も近いビームスプリッターの前記出光部の底面における正投影との間の距離が0以上であることを特徴とする請求項1に記載の光導波素子。
  8. 前記少なくとも一つの第三導光層の第一側壁面と前記第一斜面が同一平面にあることを特徴とする請求項1に記載の光導波素子。
  9. 前記少なくとも一つの第三導光層の第二側壁面と前記第二斜面が同一平面にあることを特徴とする請求項1に記載の光導波素子。
  10. 前記少なくとも一つの第三導光層の第一側壁面及び第二側壁面のうち少なくとも一つに反射層又は吸光層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光導波素子。
  11. 前記少なくとも一つの第三導光層の第一側壁面及び第二側壁面のうち少なくとも一つがつや消し面であることを特徴とする請求項1に記載の光導波素子。
  12. 表示装置であって、
    請求項1に記載の光導波素子と、
    前記第一斜面の傍に設置された表示光源とを含み、
    前記表示光源が前記表示光束を発することを特徴とする表示装置。
JP2018023888A 2017-02-16 2018-02-14 光導波素子及び表示装置 Active JP6990597B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710083128.2 2017-02-16
CN201710083128.2A CN108445573B (zh) 2017-02-16 2017-02-16 光波导元件以及显示装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018132765A JP2018132765A (ja) 2018-08-23
JP6990597B2 true JP6990597B2 (ja) 2022-01-12

Family

ID=63105112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018023888A Active JP6990597B2 (ja) 2017-02-16 2018-02-14 光導波素子及び表示装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10437068B2 (ja)
JP (1) JP6990597B2 (ja)
CN (1) CN108445573B (ja)

Families Citing this family (28)

* 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
CN107290816B (zh) 2016-03-30 2020-04-24 中强光电股份有限公司 光波导元件以及具有此光波导元件的头戴式显示装置
CN108445573B (zh) * 2017-02-16 2023-06-30 中强光电股份有限公司 光波导元件以及显示装置
JP6980209B2 (ja) 2017-02-22 2021-12-15 ルムス エルティーディー. 光ガイド光学アセンブリ
US10551544B2 (en) 2018-01-21 2020-02-04 Lumus Ltd. Light-guide optical element with multiple-axis internal aperture expansion
JP7330280B2 (ja) * 2019-02-22 2023-08-21 ビュージックス コーポレーション 平行板導波路
IL289182B2 (en) 2019-07-04 2024-06-01 Lumus Ltd Figure waveguide with symmetric light beam multiplication
US11726335B2 (en) * 2019-07-22 2023-08-15 Apple Inc. Head-mountable device with optical alignment
TWI848176B (zh) * 2019-09-15 2024-07-11 以色列商魯姆斯有限公司 橫向光導管
CN114207354B (zh) 2019-09-16 2024-06-21 鲁姆斯有限公司 具有光束倍增的图像显示系统
KR102939032B1 (ko) * 2019-12-05 2026-03-16 루머스 리미티드 상보 코팅된 부분적 반사체를 채용하는 도광 광학 소자, 및 광산란을 감소시킨 도광 광학 소자
WO2021148892A1 (en) * 2020-01-20 2021-07-29 Ricoh Company, Ltd. Light guide and virtual-image display device
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
JP2021149008A (ja) * 2020-03-19 2021-09-27 株式会社リコー 導光体および虚像表示装置
IL294538B2 (en) 2020-02-24 2025-12-01 Lumus Ltd Mixed reality combiner
CN115176190B (zh) 2020-05-24 2024-07-09 鲁姆斯有限公司 复合光导光学元件
CN117784310A (zh) 2020-05-24 2024-03-29 鲁姆斯有限公司 制造复合光导光学元件的方法、光学结构
EP4158397A4 (en) 2020-06-01 2024-01-31 Lumus Ltd. Virtual image delivery system for near eye displays
EP4022382B1 (en) 2020-08-23 2023-10-25 Lumus Ltd. Optical system for two-dimensional expansion of an image reducing glints and ghosts from the waveduide
CN115989453B (zh) 2020-08-30 2026-04-28 鲁姆斯有限公司 具有中间图像平面的反射slm图像投影仪
WO2022070197A1 (en) 2020-10-01 2022-04-07 Lumus Ltd. Compound light-guide optical elements
KR102638480B1 (ko) 2020-11-09 2024-02-19 루머스 리미티드 역반사되는 환경의 주변광의 색도를 조절하는 방법
AU2022226493B2 (en) 2021-02-25 2023-07-27 Lumus Ltd. Optical aperture multipliers having a rectangular waveguide
IL313859B2 (en) * 2021-03-01 2025-11-01 Lumus Ltd Optical system with compact coupling from a projector into a waveguide
EP4533169A4 (en) * 2022-06-01 2025-08-13 Lumus Ltd UNIFORMITY IMPROVEMENT OF A COMPACT COLOR MIXING IMAGE PROJECTOR
KR20250053044A (ko) 2022-08-18 2025-04-21 루머스 리미티드 편광 반사굴절 시준기를 갖는 이미지 프로젝터
WO2024047554A1 (en) * 2022-08-31 2024-03-07 Lumus Ltd. Splitter and coupling prism arrangement
EP4551986B1 (en) 2022-10-18 2026-02-18 Lumus Ltd. Double-helix onto a single light-guide optical element (loe)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008268873A (ja) 2007-03-28 2008-11-06 Konica Minolta Holdings Inc 接合光学部材、映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ
US20110242661A1 (en) 2008-12-12 2011-10-06 Bae Systems Plc waveguides
JP2016109923A (ja) 2014-12-08 2016-06-20 セイコーエプソン株式会社 画像表示装置

Family Cites Families (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2647556B1 (fr) 1989-05-23 1993-10-29 Thomson Csf Dispositif optique pour l'introduction d'une image collimatee dans le champ visuel d'un observateur et casque comportant au moins un tel dispositif
US5821911A (en) * 1993-09-07 1998-10-13 Motorola Miniature virtual image color display
US6356675B1 (en) * 1995-12-01 2002-03-12 Sandia Corporation Fiber optic refractive index monitor
IL148804A (en) 2002-03-21 2007-02-11 Yaacov Amitai Optical device
GB0313044D0 (en) * 2003-06-06 2003-07-09 Cambridge Flat Projection Flat panel scanning illuminator
IL163361A (en) 2004-08-05 2011-06-30 Lumus Ltd Optical device for light coupling into a guiding substrate
KR20060065430A (ko) * 2004-12-10 2006-06-14 한국전자통신연구원 광섬유 조명계, 광섬유 조명계의 제작 방법, 광섬유조명계를 구비하는 광 기록 헤드, 및 광 기록 및 재생 장치
IL166799A (en) 2005-02-10 2014-09-30 Lumus Ltd Aluminum shale surfaces for use in a conductive substrate
US20070171328A1 (en) * 2005-11-21 2007-07-26 Freeman Mark O Substrate-guided display
GB0619366D0 (en) * 2006-10-02 2006-11-08 Cambridge Flat Projection Distortionless wedge projection
WO2008129539A2 (en) 2007-04-22 2008-10-30 Lumus Ltd. A collimating optical device and system
JP4395802B2 (ja) * 2007-11-29 2010-01-13 ソニー株式会社 画像表示装置
US10274660B2 (en) 2008-11-17 2019-04-30 Luminit, Llc Holographic substrate-guided wave-based see-through display
JP2010204324A (ja) * 2009-03-03 2010-09-16 Fuji Xerox Co Ltd 光導波路、光伝送装置および電子機器
US8950924B2 (en) 2009-12-08 2015-02-10 3M Innovative Properties Company Optical constructions incorporating a light guide and low refractive index films
CN102235640B (zh) * 2010-04-26 2013-06-19 颖台科技股份有限公司 多层导光装置
US8743464B1 (en) 2010-11-03 2014-06-03 Google Inc. Waveguide with embedded mirrors
JP5633406B2 (ja) * 2011-02-04 2014-12-03 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置
JP5742345B2 (ja) * 2011-03-20 2015-07-01 富士通株式会社 受光素子および光受信モジュール
FR2973889B1 (fr) 2011-04-05 2014-01-03 Optinvent Dispositif de guidage optique et procede de fabrication d'un tel dispositif
US8472119B1 (en) * 2011-08-12 2013-06-25 Google Inc. Image waveguide having a bend
US9158113B2 (en) * 2012-03-14 2015-10-13 Google Inc. Integrated display and photosensor
US9274338B2 (en) 2012-03-21 2016-03-01 Microsoft Technology Licensing, Llc Increasing field of view of reflective waveguide
IL219907A (en) 2012-05-21 2017-08-31 Lumus Ltd Integrated head display system with eye tracking
US8989535B2 (en) * 2012-06-04 2015-03-24 Microsoft Technology Licensing, Llc Multiple waveguide imaging structure
CN104204905B (zh) 2013-01-10 2016-11-23 索尼公司 图像显示设备、图像生成装置以及透射式空间光调制装置
JP6065631B2 (ja) 2013-02-13 2017-01-25 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置
US9223139B2 (en) 2013-02-15 2015-12-29 Google Inc. Cascading optics in optical combiners of head mounted displays
US20140347736A1 (en) 2013-05-23 2014-11-27 Omnivision Technologies, Inc. Systems And Methods For Aligning A Near-Eye Display Device
CN103513423B (zh) 2013-09-27 2015-09-16 上海理工大学 透视显示器件
JP6287131B2 (ja) 2013-12-02 2018-03-07 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置
CN104678479A (zh) * 2013-12-02 2015-06-03 四川省迪特尔电子有限公司 导光板
CN203673146U (zh) 2014-01-02 2014-06-25 杭州科汀光学技术有限公司 穿戴显示用的光学系统
KR20150095342A (ko) * 2014-02-13 2015-08-21 삼성전자주식회사 헤드마운트형 디스플레이장치
US9465215B2 (en) 2014-03-28 2016-10-11 Google Inc. Lightguide with multiple in-coupling holograms for head wearable display
CN103941398B (zh) * 2014-04-09 2016-10-19 北京理工大学 透过式眼镜显示器
US9915823B1 (en) * 2014-05-06 2018-03-13 Google Llc Lightguide optical combiner for head wearable display
JP2015219489A (ja) 2014-05-21 2015-12-07 株式会社東芝 表示装置
CN104216042B (zh) 2014-09-03 2017-05-10 京东方科技集团股份有限公司 一种导光结构及头戴式显示设备
RU2579804C1 (ru) * 2014-09-16 2016-04-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Оптическое устройство для формирования изображений дополненной реальности
JP6503693B2 (ja) 2014-11-05 2019-04-24 セイコーエプソン株式会社 光学素子、光学素子の製造方法、光学装置および表示装置
CN104503087B (zh) * 2015-01-25 2019-07-30 上海理湃光晶技术有限公司 偏振导光的平面波导光学显示器件
CN104656258B (zh) 2015-02-05 2017-06-16 上海理湃光晶技术有限公司 屈光度可调的曲面波导近眼光学显示器件
TWM512138U (zh) 2015-05-29 2015-11-11 佐臻股份有限公司 垂直投射式近眼顯示模組
US10025033B2 (en) * 2016-03-01 2018-07-17 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Optical fiber structure, optical communication apparatus and manufacturing process for manufacturing the same
CN107783293A (zh) 2016-08-31 2018-03-09 中强光电股份有限公司 穿戴式装置及导光元件
CN107290816B (zh) * 2016-03-30 2020-04-24 中强光电股份有限公司 光波导元件以及具有此光波导元件的头戴式显示装置
CN108445573B (zh) * 2017-02-16 2023-06-30 中强光电股份有限公司 光波导元件以及显示装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008268873A (ja) 2007-03-28 2008-11-06 Konica Minolta Holdings Inc 接合光学部材、映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ
US20110242661A1 (en) 2008-12-12 2011-10-06 Bae Systems Plc waveguides
JP2016109923A (ja) 2014-12-08 2016-06-20 セイコーエプソン株式会社 画像表示装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108445573A (zh) 2018-08-24
JP2018132765A (ja) 2018-08-23
US10437068B2 (en) 2019-10-08
CN108445573B (zh) 2023-06-30
US20180231783A1 (en) 2018-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6990597B2 (ja) 光導波素子及び表示装置
US10466479B2 (en) Head-mounted display apparatus and optical system
US11487057B2 (en) Optical substrate and display device
CN115268082B (zh) 头戴式显示装置
JP5720290B2 (ja) 虚像表示装置
JP2018116262A (ja) 光学系及びヘッドマウント表示装置
US20160363769A1 (en) Light guide and head mounted display
WO2017077934A1 (ja) ライトガイドおよび虚像表示装置
WO2007029433A1 (ja) 透明基板、照明装置、及び液晶表示装置
CN110579928A (zh) 投影装置及头戴式显示装置
CN103513422B (zh) 透视显示器件
JP2013080039A (ja) 虚像表示装置及びその製造方法
JP2016224110A (ja) 光学結合素子
CN107367778B (zh) 光学元件、使用其的反射型液晶显示系统
Chen et al. High-efficiency directional backlight design for an automotive display
CN115629438A (zh) 光波导器件及近眼显示装置
CN107515467B (zh) 显示装置
CN114141164B (zh) 电子设备
WO2013081038A1 (ja) 光源装置、面光源装置、表示装置および照明装置
JP2022020912A (ja) 導光部材および表示装置
CN113238382B (zh) 一种单目增强现实系统、双目增强现实系统及头戴显示器
CN117471610A (zh) 一种光波导、光波导组和近眼显示设备
TW201939103A (zh) 頭戴式顯示裝置及光學系統
CN116520477A (zh) 波导结构、波导结构组以及显示装置
US20250102804A1 (en) Optical waveguide element and head-mounted display

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200710

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210728

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210817

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211109

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211130

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211206

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6990597

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250