JP2022521675A - 光拡大カプラを備える光学システム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、概して、光学システムに関し、より具体的には、ディスプレイ用の光学システムに関する。
Claims (34)
- ディスプレイモジュールによって生成された光をアイボックスに向け直す光学システムであって、
導波路と、
前記ディスプレイモジュールにより生成された前記光を前記導波路内に結合するように構成された非回折入力カプラと、
前記導波路上のクロスカプラであって、前記非回折入力カプラによって前記導波路内に結合された前記光に対して偶数回の回折を行うように構成され、前記偶数回の回折が前記光を第1の方向に拡大するように構成されており、前記導波路は、前記第1の方向に拡大した前記光を全内部反射を介して伝搬するように構成されている、クロスカプラと、
前記導波路上の出力カプラであって、前記クロスカプラによって前記第1の方向に拡大された前記光を前記導波路から結合すると同時に、前記光を前記第1の方向とは異なる第2の方向に拡大するように構成されている、出力カプラと、を備える、光学システム。 - 前記クロスカプラが表面レリーフ格子を含む、請求項1に記載の光学システム。
- 前記表面レリーフ格子が、第1の方向に配向された縞を有する、請求項2に記載の光学システム。
- 前記クロスカプラが、前記第1の方向とは異なる第2の方向に配向された縞を有する追加の表面レリーフ格子を更に備える、請求項3に記載の光学システム。
- 前記表面レリーフ格子が、前記クロスカプラの重なり領域内で前記追加の表面レリーフ格子と重なり合う、請求項4に記載の光学システム。
- 前記重なり領域が不均一な幅を有する、請求項5に記載の光学システム。
- 前記表面レリーフ格子及び前記追加の表面レリーフ格子が、第1表面レリーフ格子基材内に形成され、前記クロスカプラが、少なくとも1つの追加の表面レリーフ格子を含み、前記第1表面レリーフ格子基材の上に積層された第2表面レリーフ格子基材を更に備える、請求項5に記載の光学システム。
- 前記導波路が、第1の導波路基材及び第2の導波路基材と、前記第1の導波路基材と前記第2の導波路基材との間に介在する媒体とを含み、前記表面レリーフ格子及び前記追加の表面レリーフ格子が、前記第1の導波路基材上に積層された表面レリーフ格子基材内に形成されている、請求項5に記載の光学システム。
- 前記出力カプラが、前記媒体に埋め込まれたルーバ式ミラーを備える、請求項8に記載の光学システム。
- 前記媒体が格子媒体を含み、前記出力カプラが、前記格子媒体に記録された体積ホログラムのセットを含む、請求項8に記載の光学システム。
- 前記表面レリーフ格子が、非バイナリプロファイルを有する、請求項2に記載の光学システム。
- 前記導波路が、第1の表面及び第2の表面を有する媒体と、前記第1の表面の媒体上に積層された導波路基材と、を備え、前記表面レリーフ格子は、前記媒体の前記第2の表面上に積層された表面レリーフ格子媒体内に形成され、前記表面レリーフ格子は、前記媒体内に埋め込まれている、請求項2に記載の光学システム。
- 前記媒体が格子媒体を含み、前記出力カプラが、前記格子媒体に記録された体積ホログラムのセットを含む、請求項12に記載の光学システム。
- 前記表面レリーフ格子上の、前記表面レリーフ格子と前記格子媒体との間に介在する、光学的に透明なコーティングを更に備える、請求項13に記載の光学システム。
- 前記出力カプラにおける前記導波路基材の表面上に反射防止層を更に備える、請求項13に記載の光学システム。
- 前記格子媒体がバルク屈折率を有し、前記表面レリーフ格子媒体が、前記格子媒体の前記バルク屈折率よりも大きい屈折率を有する、請求項12に記載の光学システム。
- 前記出力カプラが、前記第1の方向に沿った位置の関数として変化する回折効率を有する、請求項1に記載の光学システム。
- 前記出力カプラが、前記出力カプラの中心軸に沿った第1の回折効率と、前記出力カプラの周縁部における、前記第1の回折効率よりも大きい第2の回折効率とを有する、請求項17に記載の光学システム。
- 前記クロスカプラが、位置の関数として変化する回折効率を有する、請求項1に記載の光学システム。
- 前記導波路が、第1の導波路基材及び第2の導波路基材と、前記第1の導波路基材及び前記第2の導波路基材との間に介在する第1の格子媒体とを備え、前記クロスカプラは、基材と、第2の格子媒体と、前記第2の格子媒体内のホログラフィック位相格子のセットとを含み、前記第2の格子媒体は、前記基材と前記第1の導波路基材との間に介在する、請求項1に記載の光学システム。
- 前記ホログラフィック位相格子のセットが、体積ホログラムと少なくとも部分的に重なり合う複数の体積ホログラムを含む、請求項20に記載の光学システム。
- 前記出力カプラが、前記第1の格子媒体内のホログラフィック位相格子の追加のセットを含む、請求項21に記載の光学システム。
- 前記ホログラフィック位相格子のセットが、前記基材における一定のピッチ及び可変周期で縞を有する、請求項20に記載の光学システム。
- 前記非回折入力カプラが、前記導波路に取り付けられたプリズムと前記導波路の角度付き縁部とからなる群から選択される非回折入力カプラを備える、請求項1に記載の光学システム。
- 前記導波路に埋め込まれた部分反射ビームスプリッタを更に備え、前記非回折入力カプラによって前記導波路内に結合された前記光は、前記クロスカプラで受光される前に、前記部分反射ビームスプリッタに当たるように構成されている、請求項1に記載の光学システム。
- 前記クロスカプラが、前記導波路上のメタ格子を含む、請求項1に記載の光学システム。
- ヘッドマウントデバイスであって、
画像光を生成するディスプレイモジュールと、
第1の導波路基材及び第2の導波路基材と、前記第1の導波路基材と前記第2の導波路基材との間に介在する格子媒体と、を有する導波路と、
前記第2の導波路基材から形成され、前記格子媒体内に埋め込まれた表面レリーフ格子構造と、
前記第1の導波路基材に取り付けられた入力プリズムであって、前記画像光を前記導波路内に、前記表面レリーフ格子構造に向けて結合するように構成されている、入力プリズムと、
前記格子媒体内に体積ホログラムのセットを有する出力カプラと、を備え、前記表面レリーフ格子構造は、
前記画像光を第1の軸に沿って拡大し、
前記画像光に対して偶数回の回折を実行し、
前記画像光を前記導波路内に、かつ前記出力カプラに向けて方向付けるように構成されており、前記出力カプラは、前記第1の軸に垂直な第2の軸に沿って前記画像光を拡大するように構成され、前記画像光を前記導波路から結合するように構成されている、ヘッドマウントデバイス。 - 前記表面レリーフ格子構造が、前記第2の導波路基材内に形成された第1の表面レリーフ格子及び第2の表面レリーフ格子を含み、前記第1の表面レリーフ格子は、第1の向きを有する第1の縞を含み、前記第2の表面レリーフ格子は、前記第1の向きに対して非平行である第2の向きを有する第2の縞を含んでおり、前記第1表面レリーフ格子及び前記第2表面レリーフ格子は、前記表面レリーフ格子構造の重なり領域内で重なり合う、請求項27に記載のヘッドマウントデバイス。
- 前記第1の表面レリーフ格子及び第2の表面レリーフ格子上の、前記第2の導波路基材と前記格子媒体との間に介在する、光学的に透明なコーティングを更に備える、請求項28に記載のヘッドマウントデバイス。
- 部分反射ビームスプリッタを前記格子媒体上に更に備え、前記表面レリーフ格子構造は、前記部分反射ビームスプリッタから前記画像光を受光するように構成されている、請求項28に記載のヘッドマウントデバイス。
- 前記体積ホログラムのセットが、前記第1の軸に沿った位置の関数として変化する回折効率を有する、請求項27に記載のヘッドマウントデバイス。
- ディスプレイシステムであって、
導波路と、
光を前記導波路内に結合するように構成された入力カプラと、
前記導波路上のクロスカプラであって、
第1の方向に配向された第1の縞を有する第1の回折格子構造と、
第2の方向に配向された第2の縞を有する第2の回折格子構造と、を含み、前記第1の回折格子構造は、前記クロスカプラの重なり領域内で前記第2の回折格子構造と重なり合い、前記重なり領域は、前記入力カプラと位置合わせされ、前記第1の回折格子構造及び第2の回折格子構造はそれぞれ、前記入力カプラによって前記導波路に結合された前記光を偶数回回折するように構成されている、クロスカプラと、
前記導波路上の出力カプラであって、前記クロスカプラによって回折された前記光を受光し、前記光を所与の方向に拡大し、前記光を前記導波路から結合するように構成されている、出力カプラと、を備える、ディスプレイシステム。 - 前記第1の回折格子構造が第1の表面レリーフ格子を備え、前記第2の回折格子構造が第2の表面レリーフ格子を備え、前記第1の表面レリーフ格子及び前記第2の表面レリーフ格子は両方とも、前記導波路の外面に接着された表面レリーフ格子基材層内に形成され、前記第1の表面レリーフ格子及び前記第2の表面レリーフ格子は、前記所与の方向に垂直である追加の方向に、前記入力カプラによって前記導波路内に結合された前記光を拡大するように構成され、前記出力カプラは、前記導波路内に埋め込まれた体積ホログラムのセットを含む、請求項32に記載のディスプレイシステム。
- 前記第1の回折格子構造は、前記導波路上に第1のメタ格子を含み、前記第2の回折格子構造は、前記導波路上に第2のメタ格子を含む、請求項33に記載の光学システム。
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