JP2023538349A - 導波路からグリント及びゴーストを低減する画像のニ次元拡大用光学系 - Google Patents

Abstract

光学系は導波路を採用し、導波路は、結合入力領域から第２の領域に向かって伝搬する画像照明を連続的に転向するための第１の組の部分反射面（「ファセット」）と、転向された画像照明を観察者の眼に向かって連続的に結合出力するための第２の領域内の第２の組のファセットと、を含む。第１の組のファセットは、結合入力領域に近接する少なくとも第１のファセットと、結合入力領域からの第３のファセット料金と、第１のファセットと第３のファセットとの間の中間面に位置する第２のファセットと、を含む。結合入力領域から第３のファセットに伝搬する画像照明が第２のファセットを通過しないで中間面を通過するように、第２のファセットが中間面のサブ領域内に位置する。

Description

本発明の分野及び背景
本発明は、光学系に関し、特に、画像プロジェクタからのユーザに表示するための画像のニ次元拡大用光学系に関する。

図１Ａには、透過結合プリズム２０２Ｔを介して、かつ、垂直開口２０３Ｖを介して、画角を有する画像光を導波路２０４に投影する画像プロジェクタ２００を含むニアアイディスプレイ光学エンジンが示されている。光は全反射しながら導波路内を伝播する。導波路に埋め込まれた部分反射板２０６は、導波路（破線矢印）から、眼球の中心２０８を有する観察者に向かって画像を反射する。

図１Ｂは、その背面にミラーを有する反射結合プリズム２０２Ｒを使用することによって導波路内に結合する別の方法を示している。

図１Ｃは、２Ｄ開口拡大導波路の正面図を概略的に示している。ここで、画像プロジェクタ２００は、結合プリズム２０２を介して、かつ、水平開口２０３Ｌ（２０３Ｖも存在するが、この向きからは見えない）を介して導波路２０４内に画像を導入する。画像光線２２０Ａは、導波路面の間のＴＩＲによって反射しながら導波路内で水平方向に伝播する。ここでは、２つの組のファセットが使用される。組２０６Ｌは、誘導された画像を異なる誘導方向２２０Ｂに連続的に反射することによって開口を水平方向に拡大し、一方、ファセット２０６Ｖは、導波路上のエリア２１０から観察者の眼に画像を連続的に結合することによって開口を垂直方向に拡大する。

本発明は、ユーザが見るためのアイモーションボックスに、結合入力領域に導入された画像照明を導くための光学系である。

本発明の一実施形態の教示によれば、ユーザの眼で見るためのアイモーションボックスに、結合入力領域に導入された画像照明を導くための光学系が提供される。光学系は、透明な材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）を備える。ＬＯＥは、（ａ）第１の向きを有し、平面で、相互に平行な第１の組の部分反射面を含む第１の領域と、（ｂ）第１の向きに非平行な第２の向きを有し、平面で、相互に平行な第２の組の部分反射面を含む第２の領域と、（ｃ）相互に平行な一組の主外面と、を備え、第１の組の部分反射面及び第２の組の部分反射面の双方が主外面の間に位置するように、第１及び第２の領域に渡って主外面が延在する。第１の領域から第２の領域内への主外面での内部反射によってＬＯＥ内を伝播する画像照明の一部が、ＬＯＥからアイモーションボックスに向かって結合されるように、第２の組の部分反射面が主外面に対して斜角にあり、かつ、結合入力領域からの主外面での内部反射によってＬＯＥ内で伝播する画像照明の一部が第２の領域に向かって偏向するように第１の組の部分反射面が配向される。第１の組の部分反射面が、アイモーションボックスで見たときにユーザの視野の第１の部分に寄与するように結合入力領域に対して近位にある第１の部分反射面と、アイモーションボックスで見たときにユーザの視野の第３の部分に寄与するように結合入力領域に対して遠位にある第３の部分反射面と、アイモーションボックスで見たときにユーザの視野の第２の部分に寄与するように、第１の部分反射面と第３の部分反射面との間の中間面に置かれた第２の部分反射面と、を含む。結合入力領域から第３の部分反射面に伝播し、かつ、アイモーションボックスで見たときにユーザの視野の第３部分に寄与する画像照明が、第２の部分反射面を通過しないで中間面を通過するように、第２の部分反射面が中間面のサブ領域に配備されている。

本発明の一実施形態の更なる特徴によれば、結合入力領域が、第１の領域内の主外面のうちの１つに連続する第１の平面を有する結合入力プリズムを備える。結合入力プリズムが、ＬＯＥの厚さよりも大きい、主外面に垂直に測定される厚さ寸法を有する。

本発明の一実施形態の更なる特徴によれば、結合入力プリズムが、ＬＯＥとしての結合入力プリズムの間の結合入力面及び遷移線を提示する。結合入力面が、主外面に平行な寸法において結合入力プリズムの光学開口を画定し、遷移線が、主外面に垂直な寸法において結合入力プリズムの光学開口を画定する。

本発明の一実施形態の更なる特徴によれば、第１の組の部分反射面が、結合入力プリズムの体積内に位置する少なくとも１つの部分反射面を更に備える。

本発明の一実施形態の教示によれば、ユーザの眼で見るためのアイモーションボックスに、結合入力領域に導入された画像照明を導くための光学系も提供される。光学系は、透明な材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）を備える。ＬＯＥは、（ａ）第１の向きを有し、平面で、相互に平行な第１の組の部分反射面を含む第１の領域と、（ｂ）第１の向きに非平行な第２の向きを有し、平面で、相互に平行な第２の組の部分反射面を含む第２の領域と、（ｃ）相互に平行な一組の主外面と、を備え、第１の組の部分反射面及び第２の組の部分反射面の双方が主外面の間に位置するように、第１及び第２の領域に渡って主外面が延在する。第１の領域から第２の領域内への主外面での内部反射によってＬＯＥ内を伝播する画像照明の一部が、ＬＯＥからアイモーションボックスに向かって結合されるように、第２の組の部分反射面が主外面に対して斜角にあり、かつ、結合入力領域からの主外面での内部反射によってＬＯＥ内で伝播する画像照明の一部が第２の領域に向かって偏向するように第１の組の部分反射面が配向される。結合入力領域が、第１の領域内の主外面のうちの１つに連続する第１の平面を有する結合入力プリズムを備える。結合入力プリズムが、ＬＯＥの厚さよりも大きい、主外面に垂直に測定される厚さ寸法を有する。結合入力プリズムが、ＬＯＥとしての結合入力プリズムの間の結合入力面及び遷移線を提示する。結合入力面が、主外面に平行な寸法において結合入力プリズムの光学開口を画定し、遷移線が、主外面に垂直な寸法において結合入力プリズムの光学開口を画定する。

本発明の一実施形態の更なる特徴によれば、第１の組の部分反射面が、結合入力プリズムの体積内に位置する少なくとも１つの部分反射面を更に備える。

本発明の実施形態の教示によれば、ユーザの眼で見るためのアイモーションボックスに、結合入力領域に導入された画像照明を導くための光学系も提供される。光学系は、透明な材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）を備える。ＬＯＥは、（ａ）第１の向きを有し、平面で、相互に平行な第１の組の部分反射面を含む第１の領域と、（ｂ）第１の向きに非平行な第２の向きを有し、平面で、相互に平行な第２の組の部分反射面を含む第２の領域と、（ｃ）相互に平行な一組の主外面と、備え、第１の組の部分反射面及び第２の組の部分反射面の双方が主外面の間に位置するように、第１及び第２の領域に渡って主外面が延在する。第１の領域から第２の領域内への主外面での内部反射によってＬＯＥ内を伝播する画像照明の一部が、ＬＯＥからアイモーションボックスに向かって結合されるように、第２の組の部分反射面が主外面に対して斜角にあり、かつ、結合入力領域からの主外面での内部反射によってＬＯＥ内で伝播する画像照明の一部が第２の領域に向かって偏向するように第１の組の部分反射面が配向される。結合入力領域が、第１の領域内の主外面のうちの１つに連続する第１の平面を有する結合入力プリズムを備え、結合入力プリズムが、ＬＯＥの厚さよりも大きい、主外面に垂直に測定される厚さ寸法を有する。第１の組の部分反射面が、結合入力プリズムの体積内に位置する少なくとも１つの部分反射面を更に備える。

本発明の一実施形態の更なる特徴によれば、結合入力プリズムが、ＬＯＥとしての結合入力プリズムの間の結合入力面及び遷移線を提示する。結合入力面が、主外面に平行な寸法において結合入力プリズムの光学開口を画定し、遷移線が、主外面に垂直な寸法において結合入力プリズムの光学開口を画定する。

本発明の一実施形態の更なる特徴によれば、結合入力プリズムが、ＬＯＥのエッジ面でＬＯＥに接合されている。代替的には、結合入力プリズムが、ＬＯＥの主外面のうちの１つに接合されている。

発明を、添付の図面を参照して、実施例としてのみ本明細書に記載する。

画像照明を導波路内に結合入力するための２つの幾何学形状を示す、従来のニアアイ導波路系のディスプレイの概略側面図である（上述）。 画像照明を導波路内に結合入力するための２つの幾何学形状を示す、従来のニアアイ導波路系のディスプレイの概略側面図である（上述）。 第１及び第２の組の部分反射内面を使用して画像プロジェクタの光学開口をニ次元に拡大することを示す、従来のニアアイ導波路系のディスプレイの正面図である（上述）。 図１Ｃの導波路に類似し、かつ、公開公報ＷＯ２０２０／０４９５４２Ａ１の図５Ａに対応する導波路の概略等角図である。 本発明の教示に従った光学系を介した画像伝搬の角度表示のそれぞれ等角図、上面図、及び側面図である。 本発明の教示に従った光学系を介した画像伝搬の角度表示のそれぞれ等角図、上面図、及び側面図である。 本発明の教示に従った光学系を介した画像伝搬の角度表示のそれぞれ等角図、上面図、及び側面図である。 本発明の一態様の教示に従って構築され、動作可能である導光光学素子（ＬＯＥ又は導波路）の概略正面図であり、結合入力領域から第１の組の部分反射面（ファセット）へ、及び第１の組のファセットから第２の組のファセットへの画像照明の伝播を示す。 単一の視点に視野（ＦＯＶ）を提供するために必要なファセット位置の理論的軌跡を示す、図３Ａに類似した図である。 許容観測位置の「アイモーションボックス」（ＥＭＢ）に渡ってＦＯＶを提供するためのファセット位置の対応する組の軌跡を示す、図３Ｂに類似した図である。 図３Ｃに示された軌跡を描くために必要なファセット位置及び寸法を示す、図３Ａに類似した図である。 図３Ｃと同様の図であって、斜めに角度を付けられた第１の組のファセットを使用することに起因する幾何学的要件に従って軌跡が更に増加している。 図３ＤのＬＯＥの概略表示であって、ファセット含有領域が対応する多角形によって区切られ、第１の組のファセットが凹状多角形によって区切られている。 図３Ｆと同様の図であり、第１の組のファセットを含む凹状多角形が多数の非凹状ブロック又はスライスに細分化されている。 連続してスライスして複数のＬＯＥを形成するために、そのようなブロックがどのように組み立てられて、図３Ｇの構造を生成することができるかを示す概略等角図である。 図４Ｂに示されるような角度寸法を有する矩形の視野を生成する実装態様の例示的な寸法を示す、図３Ａに類似した図である。 図４Ｄに示されるような角度寸法を有する台形の視野を生成する実装態様の例示的な寸法を示す、図３Ａに類似した図である。 画像照明をＬＯＥ内に導入するための画像プロジェクタ及び結合入力プリズムを示す、図４Ａに類似した図である。 図５Ａの結合入力プリズムの概略等角図である。 本発明の例示的な実装態様のために必要な寸法を示す、図５Ａの結合入力プリズムの側面図である。 ＬＯＥの主外面に取り付けられた結合入力プリズムを採用した本発明の実装態様の変形例を示す。 結合入力プリズムと一体化された一体型レーザ走査画像プロジェクタの使用を示す、図５Ａと同様の概略正面図である。 図６Ａの結合入力プリズムと一体化された一体型レーザ走査画像プロジェクタの概略側面図である。 傾斜反射器結合配置及び結合入力プリズムを採用し、かつ、外部コリメート光学素子を採用する結合入力配置の概略側面図である。 図７Ａに類似した図であって、傾斜反射器結合配置と結合入力プリズムとが組み合わされ、サイズが縮小されている。 偏光ビームスプリッタを採用し、反射コリメート光学素子を反射結合入力配置に一体化した、図７Ａに類似した図である。 図７Ｃに類似しているが、外部コリメート光学素子を使用した図である。 図５Ａに類似しているが、結合入力プリズムが導波路の一部と一体化されている図である。 図８Ａの結合入力プリズムの概略等角図である。 ＬＯＥのエッジ面でＬＯＥに接合された結合入力プリズムとして実装された図８Ａの結合入力プリズムの概略側面図である。 プリズム内の完全又は部分反射ファセットの包含をそれぞれ示す、図９Ａの結合入力プリズムの概略等角図である。 プリズム内の完全又は部分反射ファセットの包含をそれぞれ示す、図９Ａの結合入力プリズムの概略等角図である。 ＬＯＥの主外面のうちの１つに接合された結合入力プリズムとして実装された図８Ａの結合入力プリズムの概略側面図である。 、プリズム内の完全又は部分反射ファセットの包含をそれぞれ示す、図９Ｄの結合入力プリズムの概略等角図である。 、プリズム内の完全又は部分反射ファセットの包含をそれぞれ示す、図９Ｄの結合入力プリズムの概略等角図である。 投影画像の視野内の２つの特定の点を示す、図２Ｃと同様の角度表示の側面図である。 図１０Ａの２つの点に対応する画像光伝搬経路を示す、図４Ａと同様の部分図である。 これらの２つのフィールド点の導入角度及びそれらが出会うべき第１の反射ファセットの対応する所望の位置をそれぞれ示す、結合入力プリズムの側面図である。 これらの２つのフィールド点の導入角度及びそれらが出会うべき第１の反射ファセットの対応する所望の位置をそれぞれ示す、結合入力プリズムの側面図である。 結合プリズム内の部分反射ファセットを有するこれらの幾何学形状の実装態様を示す、それぞれ図７Ａ、７Ｃ及び７Ｄと同様の図である。 結合プリズム内の部分反射ファセットを有するこれらの幾何学形状の実装態様を示す、それぞれ図７Ａ、７Ｃ及び７Ｄと同様の図である。 結合プリズム内の部分反射ファセットを有するこれらの幾何学形状の実装態様を示す、それぞれ図７Ａ、７Ｃ及び７Ｄと同様の図である。 結合プリズム内の部分反射ファセットを有するこの幾何学形状の実装態様を示す、図６Ｂに類似した図である。 図１２Ａは、本発明の製造方法に従って組み立てるために、選択的に配備された部分反射コーティングを有する一連のプレートの概略等角図であり、コーティングの各々は図３ＤのＬＯＥの異なる平面に必要なパターンに従っている。図１２Ｂは、図１２Ａの一連のプレートをともに接合することによって形成された階層状のプレートのスタックの概略等角図である。図１２Ｃは、図１２Ｂのスタックを表示された破線に沿ってスライスすることによって形成されたブロックの概略等角図である。図１２Ｄは、図１２Ｃのブロックを表示された破線に沿ってスライスすることによって形成されたＬＯＥ（の一部）の概略等角図である。 空隙及びミラー表面を採用した結合入力構成の概略側面図である。 斜めに配向された第１の組の部分反射面の場合における光学系を通る画像伝搬を示す、それぞれ図２Ａ及び図２Ｃに類似した図である。 斜めに配向された第１の組の部分反射面の場合における光学系を通る画像伝搬を示す、それぞれ図２Ａ及び図２Ｃに類似した図である。 図１４Ａ及び１４Ｂに記載された画像伝搬のために最適化されたＬＯＥの実装態様のための、図３Ｆと同様の図である。 導入された画像及びその共役で導波路を充填するためのビームスプリッタを採用した側面結合入力構成の概略側面図である。 高い傾斜の第２の組の部分反射面を採用した、本発明の実装態様の変形例に従ったＬＯＥの第２の領域を通る画像伝搬の角度表示の側面図である。 図１６Ａの光学幾何学形状に従って実装されたＬＯＥの第２の領域の概略側面図である。 図１６Ｂの実装態様のためのファセットの反射率の好適な角度依存性を模式的に示すグラフである。 図１２Ａのプレートに類似した、選択的に配備された部分反射コーティングを有するプレートの概略等角図である。 急なエッジで実装されたコーティング領域を示す拡大概略側面図である。 隆起したマスクを使用して、厚さが段階的に変動する限界領域を有するコーティングを生成する概略図である。 図１７Ｃの原理を使用して、厚さが段階的に変動する限界領域を有する多層コーティングを堆積させる概略図である。 第２の隆起したマスクを使用して、第１のプロセスによってコーティングされていない領域で相補的な透明コーティングを生成する概略図である。 図１７Ｄ及び１７Ｅを参照して記載されたコーティングプロセスのシーケンスから生じる部分反射領域を示す概略側面図である。

本発明は、ユーザが見るためのアイモーションボックスに、結合入力領域に導入された画像照明を導くための光学系である。

前置きとして、図１Ｃに示された種類のニアアイディスプレイの文脈において、特に有利な幾何学的特性、詳細には、所与の角度の視野に必要な寸法の最小化が、「浅い角度」で画像照明を導波路内に導入するとによって提供され得る。これは、画像照明の全てが、第１及び第２の組のファセットの双方の片側のみに入射されることを意味する。典型的には、浅い角度の実装態様では、各画像の少なくとも一部が、導波路の外面の平面から約１５度以内、より好ましくは約１０度以内にある。これにより、画像プロジェクタから観察者の眼までの光経路が短縮され、それゆえ、所与の角度の視野に対する光学部品のサイズの縮小も可能になる。本発明は、このようなディスプレイの浅い角度の実装態様を容易にする多くの態様に関し、特に結合入力構成に関して、特定の設計上の課題を提示する。しかしながら、本明細書に記載の本発明の様々な態様は、浅い角度の実装態様に限定されず、他の実装態様にも適用可能であり得ることに留意されたい。

図２Ａ～２Ｃは、本発明に従った導波路内を伝播する際の画像の角度極性表示を示す。図２Ａは等角図を示し、図２Ｃは側面図を示し、図２Ｂは導波路の正面からの視界に対応する（図２Ａに対しての）上面図を示す。

導波路は、全内部反射（ＴＩＲ）境界円２２８を有し、これらの円内の画像がＴＩＲされずに、導波路を逃れるように結合出力されることを示す。

画像２２０Ａ１は、導波路内に結合され、ＴＩＲによって２２０Ａ２まで前後を伝播する。これらの画像は、画像の最も浅い部分が導波路平面からわずか７度（図２Ｃで角度２２１として示されている）である導波路に沿って非常に浅い軌道に沿って伝播する。本実装態様における（図１Ｃの２０６Ｌと同等の）ファセット２２４は、導波路に垂直であり、したがって、画像２２０Ａ１及び２２０Ａ２をそれぞれ、２２０Ｂ１及び２２０Ｂ２に直接反射する。画像２２０Ｂ１及び２２０Ｂ２は、それらが導波路を伝播するときにＴＩＲによって結合される。ＬＯＥの第２の部分では、（図１Ｃの２０６Ｖと同等の）ファセット２２６が、導波路からの画像２２０Ｂ２を観察者に向かって画像２２０Ｃに結合させる。

１つの非限定的な例として、本明細書で示される図は、主に屈折率１．６の導波路内に導入されたアスペクト比４：３及び対角視野７０度を有する画像に関する。ここで図示される設計は、導波路から３５ｍｍ離れた眼球の中心で完全な（瞳距離、眼球半径、及び余白を含む）画像を生成する。異なる視野及びアスペクト比に対してこれらの実装態様を適合させることは、当業者によって本明細書の記載に基づいて容易に実施され得る。

本発明の一態様は、第１の次元での光学開口の拡大を担う導波路の第１の部分における部分反射面（又は「ファセット」）を最適に配備することに関する。ＷＯ２０２０／０４９５４２Ａ１として公開された先願の特許出願（「公開公報’５４２」）では、画像が表示されるアイモーションボックスに画像照明を送達するために必要なファセットを包含する包絡線内にファセットを選択的に配備することが提案されている。

結果として生じるファセットの展開の例は、その公開公報の図５Ａに示され、図１Ｄとしてここに再現されている。その実装態様において、ユーザの眼によって見るための結合入力領域１５に導入された画像照明をアイモーションボックス２６に導くための光学系は、第１の向きを有し、平面で、相互に平行な第１の組の部分反射面１７を含む第１の領域１６と、第１の向きに対して非平行である第２の向きを有する平面で、相互に平行な第２の組の部分反射面１９を含む第２の領域１８と、を有する透明な材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）１２を採用する。第１の組の部分反射面及び第２の組の部分反射面の双方が主外面の間に位置するように、相互に平行な１組の主外面２４が第１及び第２の領域に渡って延在する。主外面での内部反射によって第１の領域から第２の領域内へＬＯＥ内を伝搬する画像照明の一部が、結合出力領域２８からアイモーションボックス２６に向かってＬＯＥ外に結合されるように、第２の組の部分反射面１９が主外面２４に対して斜角にある。主外面での内部反射によって結合入力領域からＬＯＥ内を伝搬する画像照明の一部が第２の領域に向かって偏向されるように、第１の組の部分反射面１７が配向されている。

公開公報’５４２の教示によれば、有用なファセットの包絡線の外側のＬＯＥの第１の領域１６の特定の部分が、光学連続体として（すなわち、内部表面を部分反射することなく）実装され、それによって不要な「ゴースト」反射が低減される。しかしながら、図面に示されるように、凸状多角形包絡線内では、ファセットが凸状多角形の全幅を満たすように実装される。結果として、結合入力領域から遠位の側に位置するファセットから反射された視野の一部が、長い一連の部分反射ファセットを通過した後にその視野の一部をアイモーションボックスに送達するファセットに到達する。

本発明の一態様によれば、所与の視野をアイモーションボックスに送達するために必要なファセットの領域が、その必要なファセットの位置を画定する凹状多角形を生成するように更に精緻化され、それによって、結合入力領域から最も遠いファセットによって反射されるフィールドの一部を提供するように導かれた画像照明を不必要に減衰させ得る中間ファセットの一部を除去する。

したがって、図３Ｄに示されるように、ここで２０６Ｌとラベル付けされた第１の組の部分反射面が、アイモーションボックスで見たときにユーザの視野（ＦＯＶ）の第１の部分に寄与するように結合入力領域２４０に対して近位にある第１の部分反射面１７Ａと、アイモーションボックスで見たときにユーザのＦＯＶの第３の部分に寄与するように結合入力領域に対して遠位にある第３の部分反射面１７Ｃと、アイモーションボックスで見たときにユーザのＦＯＶの第２の部分に寄与するように、第１の部分反射面と第３の部分反射面との間の中間面２２に置かれた第２の部分反射面１７Ｂと、を含む。図３Ｄに示す例では、ファセット１７ＡがＦＯＶの右側に寄与し、ファセット１７ＣがＦＯＶの左側に寄与し、ファセット１７ＢがＦＯＶの中心領域に寄与する。本発明の本態様の特定の特徴は、第２の部分反射面１７Ｂが、中間面２２のサブ領域内に配備されることであり、それにより、結合入力領域から第３の部分反射面（矢印２３）に伝播し、かつ、アイモーションボックスで見たときにユーザの視野の第３の部分に寄与する画像照明が、第２の部分反射面１７Ｂを通過せずに中間面２２を通過する。

本文脈では、「近位にある」、「遠位にある」、及び「中間にある」という用語は、本明細書では、対象の点又は領域（この場合、結合入力領域２４０）に対する相対的な位置を示すために使用され、結合入力領域に対して比較的近い（近位にある）、若しくは、相対的に遠い（遠位にある）、又は「中央に向かった」（中間にある）ファセットを指すものあり、必ずしも任意の特定の幾何学的定義に従って最も近い、最も遠い、又は中央にあるファセットを示すではないことに留意されたい。

ここで、本発明の本態様の所与の実装態様のための好適な設計パラメータに関連する幾何学的光学素子の考慮事項のより良好な理解を促すために、概念的説明が提供される。この説明は、情報の提供のみを目的としているが、特許請求される本発明の有用性は、この説明の任意の態様の正確性に依存しておらず、特許請求される本発明の効果的かつ有利な実装態様は、代替的に、経験的方法によって実装され得ることに留意されたい。

図３Ａは、上述の例示的なＦＯＶに対応するパラメータを有する投影画像のいくつかの選択されたビームの正面図を示す。実線は、導波路内に水平方向に導入された画像のビームを表し、破線は、水平方向の開口拡大及び反射の後の垂直方向に伝播するビームを表す。水平方向の拡大に続く垂直方向の拡大を説明する任意の例は、構造が本質的に変化しなくても、垂直方向の拡大に続く水平方向の拡大に変更することができることに留意されたい。これは、単に上記の図を９０度回転させることによって例示され得る。

全てのビームは、結合入力領域２４０の入口瞳孔から伝送される。ビームは、平行に埋め込まれた一組の反射器（ファセット）２０６Ｌによって反射されるまで、導波路内を伝搬する。この図のファセットは、導波路の外面に垂直であると想定される。したがって、全ての線（実線とそれに続く破線）は、観察者の眼に投影された画像フィールドの異なる水平セクションを表す。各セクションの垂直フィールドは、ＴＩＲによって反射される（そのような内部反射は、図１Ａの側面図に示される）（ページ内の）異なる角度傾斜で伝播する（正面から見たときの）複数の重複ビームによって照射される。

幾何学的解析を簡素化するために、まず、眼球の中心２０８のみを水平方向のフィールド全体で照射する必要があると想定する。これは、理論的には、図３Ｂの２４４Ａとして表される軌道に沿って、無限に小さな水平事実２０６Ｌが相互に無限に近い位置に配置されることによって達成され得る。しかしながら、（例えば、ユーザ間の瞳孔間距離の変動による）眼球の中心の水平方向の移動を吸収する要件によって、曲線２４４Ａの移動が規定される。図３Ｃは、２４４Ａ、２４４Ｂ、及び２４４Ｃとしての眼球２０８の３つの水平方向の位置に対する曲線を概略的に示す。アイモーションボックスの必要な幅を網羅するには、ファセットの幅を広げる必要がある。

その他の要件は以下を含む。
●ファセット間に有限の最小距離が存在する（すなわち、それらは無限に近づくことができない）。
●開口のサイズを過度に小さくすることができない。
●ファセットは、垂直拡大ファセット２０６Ｖに向かって連続的な反射を投影しなければならない。

図３Ｄは、上記の条件に適した有限サイズのファセット２０６Ｌを示している。ファセットの長さは、ファセットの間隔、並びに屈折率、投影されたフィールドのサイズ及び画像の導入２４０の位置などの他の光学パラメータに従って変動可能である。

水平拡大ファセット２０６ＬがＬＯＥの主外面に対して斜角にある場合、導波路の軸に対して回転した導波路に画像が導入され、ファセット２０６Ｌからの反射により画像が必要な向きに回転する。したがって、眼球２０８の中心に突出するための曲線は、図３Ｃのようになり、水平方向のアイモーションボックスの必要な広がりを更に考慮すると、図３Ｅのようになり、曲線２４４Ａ、２４４Ｂ、及び２４４Ｃの更なる増倍を示す。したがって、これは、第１の拡大のための直交ファセットを有する対応する実装態様よりも、いくらか広いファセットを必要とする。

本発明の本態様のある種の利点は、図３Ｆを参照するとよりよく理解され得る。水平拡大ファセットのエリアはＳＬで記載され、その上の「くぼみ」のエリアはＳＤであり、垂直拡大ファセットのエリアはＳＶである。ＳＬの凹状多角形のために、入口２４０から水平方向に伝播する光は主に透明エリアＳＤ内で伝播した後にＳＬ内で下方に反射される。透明エリアにおける伝播は、望ましくない方向への反射による画像照明の損失を低減し、それによって導波路効率を向上させる。更に、ファセットによるＳＤからの景色の望ましくない反射がなく、それによって、導波路からのグリント及びゴースト画像が実質的に低減される。

「くぼみ」ＳＤを有する水平拡大セクションＳＬを製造するための１つの可能な方法が、図３Ｇ及び３Ｈに示される。ＳＤ及びＳＬを含むセクションは、図３Ｇで指定される領域３００内の太い輪郭によって示されるように、ブロックに細分化される。図３Ｈは、この構造が、適切なファセット角度を有する透明プリズム３０２と、図示されるように組み立てられた構造を形成するためにプリズム３０２の対応する表面及び相互に対して適合する適切な面角度（プレートに沿って線で示す）を有する３つのプレートと、から組み立て得る方法を示す。この構造は、追加の透明なプリズムとＬＯＥの垂直拡大部分と組み合わされて、構造全体を生成する。

オプションとして、組み合わされたプリズム及びプレートをスライスするか、又は最初に別のスタックに取り付けてともにスライスして、その全てのセクションで導波路を生成してよい。

上述のような導波路のサイズを図４Ａに示し、図４Ｂに示すような画像フィールドの角度サイズが得られる。最も水平方向に広がったビーム２５０が画像の下隅のみを照射することによって、画像の小さな部分にのみに寄与する一方で大きな導波路エリアを必要とすることに留意されたい。特定の用途では、図４Ｄに示されるように、非矩形ＦＯＶ、特に台形画像フィールドを提供することが許容され得る、すなわち、更に有利であり得る。この場合、図４Ｂと同一な総面積（比較のため、図４Ｄに破線で示されている）を有するが、台形として分布し、上部には下部よりも広いフィールドがある画像が示されている。このＦＯＶを生成するＬＯＥが図４Ｃに示され、対応する寸法を有する、この場合、水平エッジ光ビーム２５２は、（紙に対応する異なる角度で）全てのフィールドを垂直に照射し、したがって、ＬＯＥサイズをはるかに効率的に利用する。結果として、図４Ｃの導波路のサイズは、同一のＦＯＶエリア全体の例示的な寸法によって示されるように、図４Ａの導波路のサイズよりも実質的に小さい。後続の説明は、図４Ａの構成の非限定的な例示的な文脈における本発明の更なる態様を例示するが、図４Ｃの構成などの構成は、同一原理を使用して実装され得ることを理解されたい。

浅い画像を導波路に導入するには、比較的大きな結合プリズム２０２が必要である。図５Ａは、水平入口瞳孔２０３Ｌと、結合プリズム２０２Ｍとを有する導波路を一定の縮尺で示す。画像プロジェクタ２００が概略的に示されている。図５Ｂは、垂直開口２０３Ｔ及び水平開口２０３Ｌを有する結合プリズム２０２Ｍの等角図であり、双方は矩形の開口を画定するために同一平面に位置している。図５Ｃは、１．７ｍｍ厚の導波路に対して全てのフィールド角度からの光を導波路内に結合するように設計された１４ｍｍ長の結合プリズムを必要とする、結合プリズム２０２Ｍの側面図を示す。ビーム２６２の一部は、プリズムの底部から反射された後に瞳孔２０３Ｖを通って導波路２０４に入力する。導波路上方のプリズム２０２Ｍの高さは６．４ｍｍであり、多くの用途で許容される。しかしながら、プリズム２０２Ｍを介して画像を導入する必要があるプロジェクタ２００のサイズも空間及び体積を占有し、多くの用途において許容されないであろう。

プリズム２０２Ｍ（及び本明細書で説明される他のもの）は、好ましくは、均一の反射のために導波路面に対して平行である下面を有し、一方で、上面及び側面は、特定の光学特性を必要としないので、それらの形状はこれらの図に示されるもの以外であり得る。

図５Ｄは、結合プリズム２０２Ｌが導波路の上に位置し、入口瞳孔がプリズム面２６４である代替のアーキテクチャを示す。この場合、プリズム及び必要なプロジェクタは、図５Ａ～５Ｃよりも大きく、この構成は最適ではない。

結合配置及び画像プロジェクタの全体寸法を縮小するための１つの選択肢は、図６Ａ及び６Ｂに示されており、これらは、画像プロジェクタと結合プリズムとの一体化を示す。スキャンレーザ画像プロジェクタが非限定的な例としてここに示されているが、ＬＣＯＳ（液晶オンシリコン）空間光変調器又はマイクロＬＥＤ画像ジェネレータを採用するなどの別のタイプの画像ジェネレータに基づく画像プロジェクタを使用することで同一の原理が実装され得る。

図６Ａは、導波路２０４に取り付けられた結合プリズム２０２Ｐを示す。図６Ｂは、一体型（埋め込み型）画像プロジェクタの側面図を示す。レーザ２７０は、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）又はディフューザ２７４を横切って中間画像平面を走査する走査ミラー２７２上に偏波ビームを導く。走査された光は、ディフューザを通過し、偏光ビームスプリッタ２７６から（四分の一波長プレートと組み合わされた）コリメート反射レンズ２７８に反射される。反射光は、ＰＢＳ２７６を通過して結合プリズム２０２Ｐ内に入力する。したがって、この結合プリズムは、ＰＢＳ２７６の一部としても機能する。光の一部は、導波路に直接入力し、その一部が導波路に入る前に下面２７９によって反射され、それによって、導波路の開口が画像とその共役の双方で充填される。

本明細書では、ＰＢＳの配置が光を順次反射させ、次に透過させる、又はその逆として図示されている場合、説明されている機能に必要な偏光の回転を実現するために、半波長プレート（単一透過用）又は四分の一波長プレート（二重透過用）が適切に配置されていると理解されるものとする。偏光回転素子は、それぞれの場合に言及されない。

画像プロジェクタを結合プリズムと組み合わせるための代替のアーキテクチャを図７Ａ～７Ｄに示す。図７Ａは、画像ジェネレータ（図示しないが、前と同様に、走査型レーザ、ＬＣＯＳ又はその他であってもよい）からの光（図中のビームは異なるフィールド点からであり、したがって平行ではない）が屈折レンズ２８０により平行化されて、プリズムセクション２８２に入力し、ミラー２８４によりプリズムセクション２０２Ｑ及び導波路２０４内に反射される様子を示す。この構成では、図７Ｂに示されるように、プリズムセクション２８２及び２０２Ｑが単一のプリズムになるように組み合わされ得る。また、この場合には光を偏光する必要がない。

図７Ｂの構造は、図７Ａと同等のリフレクタアーキテクチャを採用するが、プリズムはより小さい。ここで、プリズムの長さは、同様の出力パラメータに対して図５Ｃのプリズム２０２Ｍと同様に１４ｍｍのオーダーである。ただし、高さはわずか３．２ｍｍで、２０２Ｍの半分である。本明細書に記載のプリズムの全てと同様に、プリズム２８３の上部（非反射）面は吸収性であることが好ましい。これは、（図５Ｃに定義された）上部ビーム２６０に従ってここに描かれるが、上面は光学的に有意ではないため、より高く、かつ／又は他の形状を有し得る。

このプリズムは、図７Ｃ及び７Ｄを参照して後述する素子２８６又は２２８と同等の低屈折率部をその下面に含む結合構成を備えることもできる。界面を用いて、画像プロジェクタとしてＰＢＳに取り付けられ得る。

図７Ｃは、界面２８６を通過してＰＢＳセクション２９０に入力し、ＰＢＳ２９２によって反射コリメートレンズ２９４上に反射された（ＭＬＡ、走査レーザ、ＬＣＯＳ又は他の画像ジェネレータから発せられた）画像に対応する発散偏光の導入を示す。反射されたコリメート光は、ＰＢＳ２９２を通って結合プリズム２０２Ｑ及び導波路２０４に入力する。このアーキテクチャでは、光の一部がプリズム２９０及び２０２Ｑの下部セクションによって反射されるため、これらの表面は良好な画像品質を有し、かつ、連続的である必要がある。界面２８６は、空気であり得るが、（プリズム２９０に対して）低屈折率媒体でもあり得るので、ＴＩＲは、２９４から反射された光に対して発生する。

図７Ｄは、図７Ｃに類似するが、光をコリメートする外部光学素子（例えば、屈折レンズ２９６）と、平坦な反射板２９８とを有する配置を示す。

ここで図８Ａ及び８Ｂを参照すると、これらは、本発明の更なる態様による代替構成を示し、図５Ａに示される拡大としての代わりに、結合プリズムが導波路の一部と一体化されている。図８Ａは、導波路２０４の上部に結合プリズム２０２Ｙ（点線エリア）を示す。したがって、画像ジェネレータ２００は、導波路に近接して位置し、より小さいサイズを有する。導波路内に伝播する全ての光線は、点２４０から出現し続けるため、水平開口２０３Ｌ２は、前述の実施形態と同一場所に位置する。しかしながら、垂直開口２０３Ｖは、ここではプリズムの端部に位置し、ここで、プリズムの厚い部分がＬＯＥの主部分を画定する主外面と交わる。図８Ｂは、等角図における結合プリズムの形状を示す。２つの開口２０３Ｌ２及び２０３Ｖ２は、前述のものと同一幅を有するが、位置を分離させるために、プリズムは、２０３Ｌ２で垂直に細長くなる。

図８Ａから、ファセット（本明細書では、２０６Ａ及び２０６Ｂとして表される）の一部が、プリズム内に位置することが明らかである。プリズム２０２Ｙにおけるこれらのファセットのいくつかの可能な実装態様が、図９Ａ～９Ｆに示されている。明確に提示するために、ＬＯＥの主要部分内にあるファセットはここでは省略されている。

図９Ａは、導波路のエッジに取り付けられたプリズム２０２Ｙを示し、図９Ｂは、プリズム内でのファセットの配置を等長で示す。しかしながら、（ファセット２０６Ａ及び２０６Ｂの必要な幅が限定されていることを示す図８Ａに見られるように）ファセットがプリズムの全幅に渡って光を反射する必要がないため、図９Ｃは、反射部分（陰影エリア）が、プリズム内の対応する平面の一部であるだけであることを示す。

図９Ｄは、プリズム２０２Ｙが、対応する形状のブロックを導波路２０４の上部に取り付けることによって形成される代替構成を示す（２０４のファセットは図示せず）。図９Ｅでは、ＬＯＥの厚さを超える２０２Ｙの断面全体にファセットを設けた同一構造を示し、図９Ｆでは、最適な必要エリアのみに対応して、反射領域を斜線領域としてのみ実装している。

特定の場合では、前述の一体化画像プロジェクタ（図６Ａ～７Ｄ）を、図８Ａ～９ＦのＬＯＥ一体化結合プリズムと組み合わせることが可能である。そのような実装態様における特定の幾何学的考慮事項が、図１０Ａ～１０Ｄを参照して示される。

図１０Ａは、図２Ｃと同等の角度分布の側面図を示しているが、ファセット２０６Ａ（円）及び２０６Ｂ（正方形）に関連付けられた２つのフィールドポイントのマーキングを有する。同一のフィールドポイントが図１０Ｂに示されている。

図１０Ｃは、導波路重複結合プリズムの側面図を示し、陰影エリアは、２０６Ａに関連付けられたファセットの好適な位置を表し、図１０Ｄは、２０６Ｂのファセットの好適な位置を示す。ＰＢＳ２９２は、参照のためにここに示されている。重複結合プリズム内のファセットの好適な位置が、ＰＢＳ平面の上にあるべきであることは明らかである。ＰＢＳ平面の前にファセットがある実装態様では、伝送された画像に歪みが引き起こされる。

図１１Ａ～１１Ｄは、プロジェクタ光学素子を組み込んだ結合プリズムへのファセットの実装態様を示す側面図である。図１１Ａ、１１Ｂ、及び１１Ｃは、それぞれ、図７Ａ、７Ｃ、及び７Ｄのものと同様であり得る構成へのファセットセクション２０２Ｔ（陰影エリアとしてマークされている）の一体化を示す。３Ｄ表現は、１０Ａ～１０Ｄを参照して説明したもののままである。

図１１Ｄは図６Ｂに対応し、ＰＢＳの向きが反対である場合に、ファセットセクション２０２Ｔ２が、ＰＢＳ平面の後に部分的にのみ最適に実装されることを示す。したがって、結合プリズムは、わずかに更に（図８Ａ～８Ｂに示される）水平開口面２０３Ｌ２の外側に延在する。

また、図１１Ｄに示されるようなファセット２０２Ｔ２の配備は、図４Ｃ及び４Ｄの導波路アーキテクチャを採用する構成にも適している。

ここで、図１２Ａ～１２Ｄを参照すると、図３Ｇ～３Ｈを参照して上記で示した製造プロセスの代替として、図３Ｄ又は３Ｆのファセットパターンは、選択的にコーティングされたプレートを積み重ねてスライスすることに基づいて製造され得る。この場合、プレートは、図１２Ａに示されるように所定のパターンでコーティングされ、これは、所定のパターン３０２Ｆでコーティングされた正面３００Ｆから示される一組のプレートを示す。これらのパターンは、１１２に示される必要なコーティングされたファセットに従った幅及び位置を有する。これらのパターンは、コーティングの最中に導波路のコーティングされていない部分をマスキングすることによって生成されることが好ましい。また、平坦な表面を維持するために、又は、３０４を透過する透過光の位相を３０２の透過光の位相と同等に保つために、３０４Ｆのプレートの他の部分のみに無反射コーティングを行うことも可能である。

図１２Ｂは、部分的にコーティングされたプレートを相互に接合することによって形成されるスタックを示し、破線は、スタックを横切るスライス平面を示す。図１２Ｃは、プレート３００Ｓ及び反射パターン３０２Ｓの側面図を有する１つのスライスを示す。別のスライスが図１２Ｃの破線によって示されるように行われ、図３ＤのＬＯＥの上部に対応する、図１２Ｄの最終上部セクションを生成する。

スライスの順序が変更され得ることに留意されたい。また、図１２Ａ～１２Ｄの図は、非常に概略的であり、典型的にはより多数のプレートが使用されることが理解されよう。

結合プリズム２０２Ｍの屈折率の低減を用いて、プリズムのサイズを縮小し、それによってシステムをよりコンパクトにすることもできる。図１３は、このコンセプトの極端な例であり、２０２Ｍが空隙と、下部導波路面３１２と同一面内にあるミラー３１０と、に置き換えられている。投影光学素子３０８からの光は、垂直入口３０６に導かれて導波路２０４に入力し、ミラー面３１０に入力する。空隙の屈折率が低いため、ビームの角度が変化する。その結果、ミラーの長さがプリズム２０２Ｍの長さよりも短くなる。下方ビーム２６２の角度は、以前の７度ではなく、ここでは１１．５度である。その結果、ミラーの長さは図５Ｃの１４ｍｍではなく、ここでは８．５ｍｍである。ビームが導波路に入ると、その角度分布は図５Ｃのようになる。機械的に取り付けるために、ミラーを導波路に重ねることができる。

低屈折率な材料を使用する概念的に類似の手法は、低屈折率なガラスのプリズムを使用して実装され得る。低屈折率のガラスのプリズムを使用する場合、光入力面３０６の入射角によって生成される分散の一部を補償することが可能である。

これまでに以上のように詳述された実施形態では、第１の組のファセットために採用されたファセット２０６Ｌは、図２Ａ～２Ｃに詳述されているように、ＬＯＥの主外面に直交している。図１４Ａ～１４Ｃを参照して示される代替的な組の実施形態では、第１の組のファセットは、斜角ファセット３３６を使用して実装される。図１４Ａは、浅い角度の画像を伝送するために使用されるそのようなシステムの等角表示を示し、図１４Ｂは、角度表示に対応する部分側面図を示す。この非限定的な例は、図４Ｃ及び４Ｄに示される最小サイズの画像と同等の台形ＦＯＶを採用しているが、この構造は長方形ＦＯＶにも使用することができることが明らかであろう。

このアーキテクチャでは、初期の水平方向伝播画像３３４Ａ１が、ＴＩＲ反射によって３３４Ａ２と結合される。導波路面に対して斜角にある傾斜ファセット３３６によって、３３４Ａ２のみがＬＯＥ３３４Ｂ１の第２の領域に向かって転向される。ファセット３３６は、エネルギー損失及び望ましくない反射の形成を最小化するように、画像３３４Ａ１に対応する入射角の範囲に対して主に透明でありながら、（上記の実施形態の全てにおけるように）画像３３４Ａ２に対応する入射角の範囲に対して所望の程度の部分反射性を提供するように、当技術分野で既知のように多層誘電体コーティングでコーティングされることが好ましい。画像３３４Ｂ１は、導波路の第２の領域に沿って浅い角度で伝播するときに、ＴＩＲによって３３４Ｂ１に結合される。次いで、画像３３４Ｂ２が、図２Ａ～２Ｃのファセット２２６と同等の方法で、ファセット３３８（図１４Ａにのみ示される）によって３３４Ｃに結合される。

図１４Ｃは、図４Ｃと同等である導波路のフットプリントを示し、ここで、陰影領域３４０は、第１の組のファセット３３６のための最適なエリアであり、領域３４２は、出力結合ファセット３３８のための最適なエリアである。

上述の様々な結合入力プリズムの配置は、画像とその共役の双方をＬＯＥに結合入力して、導波路を画像で「充填」するように構成される。浅い角度の画像を導波路に導入するために特に魅力的な代替の手法は、図１５に示されるように、画像を導波路に直接導入させることである。導入された画像及びその共役で導波路３７０を充填するために、導波路３７０が、導波路の中心平面に沿った部分反射板３７４を有する結合領域３７２を有する。部分反射板３７４は、５０％反射器として実装されていることが最も好ましく、角度の影響を受けず、かつ、部分的に銀色の表面などで色収差が補正されていることが好ましい。

図１５では、３つのビームが、フィールド内の最も低い点に関連付けられて示されており、したがって、画像照明の最も浅いビームである。下部ビーム（実線矢印）は、コリメート光学素子３７６及び結合プリズム３７８を通過して、導波路に入力する。１回の反射の後、３７４によって部分反射を経て、２つのビームに分割される。中央のビーム（破線）は入口で分割され、上部のビーム（破線ドット線）はコンバイナ３７２に沿って半分に分割される。ビームが分割された後（それによって画像とその共役との間で画像照明が分割された後）、導波路が均一に照射されることが明らかである。したがって、光が結合出力された後に均一な画像が期待される。

部分反射板３７４が５０％の反射率及び５０％の透過率を有する場合、図５Ｃ（我々の実施例では１４ｍｍ）と同等の長さに対して、導波路は均一に照射される。この構成では、光学素子は導波路の入口にほぼ隣接しているため、照射光学素子３７６の開口は非常に小さく、光学アセンブリの厚みが減少する。

ここで、図１６Ａ～１６Ｃを参照すると、これは、ＬＯＥの第２の領域内の画像をユーザの眼で見るためのアイモーションボックスに向かって結合出力するための代替スキームを示す。図１６Ａの角度表示は、図２Ｃに類似しているが、この場合、出力結合ファセット３９０は急な角度を有する。結果として、画像２２０Ｂ１は、（図２Ｃのような２２０Ｂ１の代わりに）２２０Ｃに結合出力される。この構成では、画像２２０Ｂは、より高くすることができ、ファセット３９０の角度によって制限されない。

図１６Ｂは、そのような構成が実際の空間でどのように見えるかを概略的に示す。ビームが（この図面では）下方に伝播するにつれて、ファセットによって導波路から下方に向かって部分的に反射される。このような構成では、均一な画像を確保するために、ファセットの間隔を狭くすることが好ましい。

図１６Ｃは、そのような構成のためのファセットの好適な反射率を概略的に示す。ここで、低い入射角（垂直に近い）では低い反射率が望まれ、高い角度では（出力結合用の）高い反射率が望まれる。ここでも、そのような特性は、当技術分野で周知のように、適切に設計された多層誘電体コーティングを使用して容易に達成される。

ここで図１７Ａ～１７Ｆを参照すると、本明細書に記載の好適な実施形態の変形例では、プレートの一部のみに反射性コーティングを部分的かつ選択的に塗布し、次いで、プレートをスタック状に組み立て、更に、スタックからＬＯＥの一部又は全てをスライスすることが必要である。図１７Ａに示されるようなファセットの部分的なコーティングは、図１７Ｂの概略断面図に示されるようなコーティングの物理的な不連続性に起因して、コーティングのエッジに散乱効果をもたらす可能性がある。更に、この機械的な不連続性は、（図１２Ｂのように）積層されたときにプレートに機械的応力を引き起こす可能性がある。図１７Ｃ～１７Ｆは、これらの制約を克服するための本発明の一態様に従った好適な製造方法を示す。

図１７Ｃは、マスク３９４がプレート表面３００Ｆに近接して配置されたが、表面からわずかに離間されたときのコーティング特性の原理を示す。コーティング（太い矢印）を実施する場合には、マスクのないところはプレートがコーティングされるが、マスクに近いところでは、マスク３９６のエッジの周りでコーティングの厚さが段階的に布告する現象が発生する。図１７Ｄは、この特性を使用して、所望の領域の周囲でコーティングパターン３０２Ｆの段階的な減少（「テールオフ」）を生成する方法を概略的に示す。

コーティング厚さが薄い場合、コーティングの段階的に薄くなるこの構成が十分であり得る。より厚いコーティングの場合、図１７Ｆに示されるように、領域３０２Ｆ（図１７Ｅ）の上に第２のマスクを使用して、反射エリア３０２Ｆの横に相補的な透明コーティング９８を塗布することが有利であり得る。図１７Ｅのマスクは、典型的には図１７Ｄのマスクの真逆ではないことに留意されたい。それは、（経験的に決定され得る）テーリングオフ領域に対応する量だけ境界の周りで増加されることが好ましいからである。

上記の説明は、実施例としてのみ役立つことが意図されること、及び添付の特許請求の範囲で定義されるような本発明の範囲内で、多くの他の実施形態が可能であることが理解されよう。

Claims (10)

1. ユーザの眼で見るためのアイモーションボックスに、結合入力領域に導入された画像照明を導くための光学系であって、前記光学系は、透明な材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）を備え、前記ＬＯＥは、
   （ａ）第１の向きを有し、平面で、相互に平行な第１の組の部分反射面を含む第１の領域と、
   （ｂ）前記第１の向きに非平行な第２の向きを有し、平面で、相互に平行な第２の組の部分反射面を含む第２の領域と、
   （ｃ）相互に平行な一組の主外面であって、前記第１の組の部分反射面及び前記第２の組の部分反射面の双方が前記主外面の間に位置するように、前記第１及び第２の領域に渡って前記主外面が延在する、主外面と、を備え、
   前記第１の領域から前記第２の領域内への前記主外面での内部反射によって前記ＬＯＥ内を伝播する画像照明の一部が、前記ＬＯＥから前記アイモーションボックスに向かって結合されるように、前記第２の組の部分反射面が前記主外面に対して斜角にあり、かつ、前記結合入力領域からの前記主外面での内部反射によって前記ＬＯＥ内で伝播する画像照明の一部が前記第２の領域に向かって偏向するように前記第１の組の部分反射面が配向され、
   前記第１の組の部分反射面が、前記アイモーションボックスで見たときに前記ユーザの視野の第１の部分に寄与するように前記結合入力領域に対して近位にある第１の部分反射面と、前記アイモーションボックスで見たときに前記ユーザの視野の第３の部分に寄与するように前記結合入力領域に対して遠位にある第３の部分反射面と、前記アイモーションボックスで見たときに前記ユーザの視野の第２の部分に寄与するように、前記第１の部分反射面と前記第３の部分反射面との間の中間面に置かれた第２の部分反射面と、を含み、前記結合入力領域から前記第３の部分反射面に伝播し、かつ、前記アイモーションボックスで見たときに前記ユーザの前記視野の前記第３部分に寄与する画像照明が、前記第２の部分反射面を通過しないで前記中間面を通過するように、前記第２の部分反射面が前記中間面のサブ領域に配備されている、光学系。
2. 前記結合入力領域が、前記第１の領域内の前記主外面のうちの１つに連続する第１の平面を有する結合入力プリズムを備え、前記結合入力プリズムが、前記ＬＯＥの厚さよりも大きい、前記主外面に垂直に測定される厚さ寸法を有する、請求項１に記載の光学系。
3. 前記結合入力プリズムが、前記ＬＯＥとしての前記結合入力プリズムの間の結合入力面及び遷移線を提示し、前記結合入力面が、前記主外面に平行な寸法において前記結合入力プリズムの光学開口を画定し、前記遷移線が、前記主外面に垂直な寸法において前記結合入力プリズムの光学開口を画定する、請求項２に記載の光学系。
4. 前記第１の組の部分反射面が、前記結合入力プリズムの体積内に位置する少なくとも１つの部分反射面を更に備える、請求項２に記載の光学系。
5. ユーザの眼で見るためのアイモーションボックスに、結合入力領域に導入された画像照明を導くための光学系であって、前記光学系は、透明な材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）を備え、前記ＬＯＥは、
   （ａ）第１の向きを有し、平面で、相互に平行な第１の組の部分反射面を含む第１の領域と、
   （ｂ）前記第１の向きに非平行な第２の向きを有し、平面で、相互に平行な第２の組の部分反射面を含む第２の領域と、
   （ｃ）相互に平行な一組の主外面であって、前記第１の組の部分反射面及び前記第２の組の部分反射面の双方が前記主外面の間に位置するように、前記第１及び第２の領域に渡って前記主外面が延在する、主外面と、を備え、
   前記第１の領域から前記第２の領域内への前記主外面での内部反射によって前記ＬＯＥ内を伝播する画像照明の一部が、前記ＬＯＥから前記アイモーションボックスに向かって結合されるように、前記第２の組の部分反射面が前記主外面に対して斜角にあり、かつ、前記結合入力領域からの前記主外面での内部反射によって前記ＬＯＥ内で伝播する画像照明の一部が前記第２の領域に向かって偏向するように前記第１の組の部分反射面が配向され、
   前記結合入力領域が、前記第１の領域内の前記主外面のうちの１つに連続する第１の平面を有する結合入力プリズムを備え、前記結合入力プリズムが、前記ＬＯＥの厚さよりも大きい、前記主外面に垂直に測定される厚さ寸法を有し、
   前記結合入力プリズムが、前記ＬＯＥとしての前記結合入力プリズムの間の結合入力面及び遷移線を提示し、前記結合入力面が、前記主外面に平行な寸法において前記結合入力プリズムの光学開口を画定し、前記遷移線が、前記主外面に垂直な寸法において前記結合入力プリズムの光学開口を画定する、光学系。
6. 前記第１の組の部分反射面が、前記結合入力プリズムの体積内に位置する少なくとも１つの部分反射面を更に備える、請求項５に記載の光学系。
7. ユーザの眼で見るためのアイモーションボックスに、結合入力領域に導入された画像照明を導くための光学系であって、前記光学系は、透明な材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）を備え、前記ＬＯＥは、
   （ａ）第１の向きを有し、平面で、相互に平行な第１の組の部分反射面を含む第１の領域と、
   （ｂ）前記第１の向きに非平行な第２の向きを有し、平面で、相互に平行な第２の組の部分反射面を含む第２の領域と、
   （ｃ）相互に平行な一組の主外面であって、前記第１の組の部分反射面及び前記第２の組の部分反射面の双方が前記主外面の間に位置するように、前記第１及び第２の領域に渡って前記主外面が延在する、主外面と、を備え、
   前記第１の領域から前記第２の領域内への前記主外面での内部反射によって前記ＬＯＥ内を伝播する画像照明の一部が、前記ＬＯＥから前記アイモーションボックスに向かって結合されるように、前記第２の組の部分反射面が前記主外面に対して斜角にあり、かつ、前記結合入力領域からの前記主外面での内部反射によって前記ＬＯＥ内で伝播する画像照明の一部が前記第２の領域に向かって偏向するように前記第１の組の部分反射面が配向され、
   前記結合入力領域が、前記第１の領域内の前記主外面のうちの１つに連続する第１の平面を有する結合入力プリズムを備え、前記結合入力プリズムが、前記ＬＯＥの厚さよりも大きい、前記主外面に垂直に測定される厚さ寸法を有し、
   前記第１の組の部分反射面が、前記結合入力プリズムの体積内に位置する少なくとも１つの部分反射面を更に備える、光学系。
8. 前記結合入力プリズムが、前記ＬＯＥとしての前記結合入力プリズムの間の結合入力面及び遷移線を提示し、前記結合入力面が、前記主外面に平行な寸法において前記結合入力プリズムの光学開口を画定し、前記遷移線が、前記主外面に垂直な寸法において前記結合入力プリズムの光学開口を画定する、請求項７に記載の光学系。
9. 前記結合入力プリズムが、前記ＬＯＥのエッジ面で前記ＬＯＥに接合されている、請求項２～８のいずれか一項に記載の光学系。
10. 前記結合入力プリズムが、前記ＬＯＥの前記主外面のうちの１つに接合されている、請求項２～８のいずれか一項に記載の光学系。

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