光学系统以及具备其的平视显示器系统的制作方法

本公开涉及像的显示中所用的光学系统以及具备其的平视显示器系统。

背景技术：

1、过去，公开了使用平视显示器装置进行增强现实(ar)显示的车辆信息投影系统。平视显示器装置例如通过在车辆的挡风玻璃投影表征虚像的光，来使驾驶者将虚像和车辆的外界的实景一起视觉辨识。

2、作为使虚像显示的装置，在专利文献1中记载了具备用于将出射光瞳在2方向上进行扩展的波导路(导光体)的光学要素。光学要素能利用衍射光学元件来扩展出射光瞳。此外，在文献2中记载了使用体积全息衍射光栅来进行增强现实(ar)显示的头戴显示器。

3、现有技术文献

4、专利文献

5、专利文献1：美国专利第10429645号说明书

6、专利文献2：国际公开第2018/198587号

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、但例如在以平视显示器实现头戴显示器中利用的光瞳扩展型全息图的情况下，例如若使用透射型的衍射构造，则衍射构造中的衍射效率低。

3、本公开的目的在于，提供提升了衍射效率的光学系统以及平视显示器系统。

4、用于解决课题的手段

5、本公开的光学系统具备：出射被观察者视觉辨识为像的光束的显示部；和复制光束的导光体。导光体具有：来自显示部的光束入射的入射面；和光束从导光体出射的出射面。从显示部出射的光束的中心的光线入射到导光体的入射面。入射到导光体的入射面的光束通过导光体内的耦合区域的衍射构造所引起的衍射而变更行进方向。变更了行进方向的光束在通过导光体内的扩展区域的衍射构造所引起的衍射向与观察者所视觉辨识的像的水平方向对应的第1方向、或与像的垂直方向对应的第2方向、或这两个方向被复制从而扩展后，从出射面出射。将相对于扩展区域的中心或重心处的导光体的表面的法线方向设为z轴方向，将切平面设为xy平面，扩展区域的衍射构造关于z轴方向而存在于导光体的内部。在xy平面中，在将入射到扩展区域的光束的中心光线的行进方向设为x轴、将与x轴垂直的方向设为y轴时，将入射到扩展区域的光束在从z轴的正的方向透射扩展区域的xy平面的情况下被复制的光束、和在从z轴的负的方向透射扩展区域的xy平面的情况下的光束合并而从扩展区域出射。在将观察者所看到的像的视野角设为±f度，将xy平面中的扩展区域的衍射构造与入射到扩展区域的光束的行进方向之间的角度设为α度，将衍射构造与z轴之间的倾斜角设为3度，将入射到扩展区域的光束的中心光线与z轴之间的角度设为θa度，将在扩展区域中进行衍射而出射的光束的中心光线与z轴之间的角度设为θb度，将衍射构造的z方向的厚度设为t[μm]，将衍射构造与导光体的表面以及背面各自的间隔中短的一方的间隔设为ts[μm]，将在扩展区域进行衍射而出射的光束的导光体内的相干长度设为l[μm]时，满足以下的关系式。

6、|θa-θb|＜|f|/2且

7、|β|×2×cos(α)≤|f|-|θa-θb|且

8、ts＞l/2

9、此外，本公开的平视显示器系统具备：上述的光学系统；和从导光体出射的光束反射的透光构件，在经由透光构件能视觉辨识的实景将像作为虚像重叠地进行显示。

10、发明的效果

11、根据本公开的光学系统以及平视显示器系统，能提升衍射效率。

技术特征：

1.一种光学系统，具备：

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，

3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，

4.根据权利要求1～3中任一项所述的光学系统，其中，

5.根据权利要求4所述的光学系统，其中，

6.根据权利要求5所述的光学系统，其中，

7.根据权利要求1～6中任一项所述的光学系统，其中，

8.一种平视显示器系统，具备：

9.根据权利要求8所述的平视显示器系统，其中，

技术总结
入射到导光体的光束通过扩展区域的衍射构造所引起的衍射而向与像的水平方向对应的第1方向、或与垂直方向对应的第2方向复制。在将像的视野角设为±F度，将衍射构造与光束的行进方向之间的角度设为α度，将衍射构造的倾斜角设为β度，将入射到扩展区域的光束的中心光线与Z轴之间的角度设为θA度，将在扩展区域中进行衍射而出射的光束的中心光线与Z轴之间的角度设为θB度，将衍射构造的Z方向的厚度设为T[μm]，将衍射构造与导光体的表面以及背面各自的间隔中短的一方的间隔设为Ts[μm]，将在扩展区域进行衍射而出射的光束的导光体内的相干长度设为L[μm]时，满足如下的关系式。|θA‑θB|＜|F|/2且|β|×2×cos(α)≤|F|‑|θA‑θB|且Ts＞L/2。

技术研发人员：南和博,葛原聪,庄林宽幸
受保护的技术使用者：松下知识产权经营株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17