JP2019536082A - 拡張現実システムのための外部結合回折格子 - Google Patents

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Abstract

画像を視認者の眼に投影するための接眼レンズは、光をその中で伝搬させるように構成される、導波管と、導波管に光学的に結合される、回折光学要素とを含む。回折光学要素は、導波管の表面から突出する、複数の第1の隆起を含む。複数の第1の隆起のそれぞれは、第1の高さと、第1の幅とを有する。回折光学要素はさらに、複数の第2の隆起を含む。複数の第2の隆起のそれぞれは、個別の第1の隆起から突出し、第1の高さを上回る第2の高さと、第1の幅未満の第2の幅とを有する。回折光学要素は、導波管内で伝搬する光の第1の部分を眼に向かって回折し、導波管内で伝搬する光の第2の部分を眼から離れるように回折するように構成される。

Description

(関連出願への相互参照)
本出願は、2016年10月26日に出願された米国仮特許出願第62/413,288号の利益を主張する。上記文献の内容は、その全体として参照することによって援用される。
(発明の背景)
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、もしくはそのように知覚され得る様式で視認者に提示される、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進している。仮想現実、すなわち、「VR」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実(または「AR」)シナリオは、典型的には、視認者の周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。
これらのディスプレイ技術において成された進歩にもかかわらず、当技術分野において、拡張現実システムに関連する改良された方法およびシステムの必要がある。
(発明の要約)
本発明のいくつかの実施形態によると、画像を視認者の眼に投影するための接眼レンズは、ある表面を有し、光をその中で伝搬させるように構成される、導波管と、導波管に光学的に結合される、回折光学要素とを含んでもよい。回折光学要素は、導波管の表面から突出し、ある周期を有する周期的アレイとして配列される、複数の第1の隆起を含んでもよい。複数の第1の隆起のそれぞれは、導波管の表面に対して垂直方向における第1の高さと、周期の方向における第1の幅とを有する。回折光学要素はさらに、複数の第2の隆起を含んでもよい。複数の第2の隆起のそれぞれは、個別の第1の隆起から突出し、第1の高さを上回る第2の高さと、第1の幅未満の第2の幅とを有する。回折光学要素は、導波管内で伝搬する光の第1の部分を眼に向かって一次反射として回折し、導波管内で伝搬する光の第2の部分を眼から離れるように一次透過として回折するように構成されてもよい。
本発明のいくつかの他の実施形態によると、画像を視認者の眼に投影するための接眼レンズは、ある表面を有し、光をその中で伝搬させるように構成される、導波管と、導波管に光学的に結合される、回折光学要素とを含んでもよい。回折光学要素は、導波管の表面から突出し、ある周期を有する周期的アレイとして配列される、複数の第1の隆起を含んでもよい。各個別の第1の隆起は、周期の方向における個別の第1の隆起の位置の関数として変動する、周期の方向における個別の第1の幅を有する。回折光学要素はさらに、複数の第2の隆起を含んでもよい。各個別の第2の隆起は、対応する第1の隆起から突出し、対応する第1の隆起の対応する第1の幅未満の個別の第2の幅を有する。各個別の第2の幅は、周期の方向における対応する第1の隆起の位置の関数として変動してもよい。回折光学要素は、導波管内で伝搬する光の第1の部分を眼に向かって一次反射として回折し、導波管内で伝搬する第2の部分を眼から離れるように一次透過として回折するように構成されてもよい。
本発明のいくつかのさらなる実施形態によると、画像を視認者の眼に投影するための接眼レンズは、ある表面を有し、光をその中で伝搬させるように構成される、導波管と、導波管に光学的に結合される、回折光学要素とを含んでもよい。回折光学要素は、導波管の表面から突出し、ある周期を有する周期的アレイとして配列される、複数の第1の隆起を含んでもよい。各個別の第1の隆起は、周期の方向における個別の第1の幅を有する。回折光学要素はさらに、複数の第2の隆起を含んでもよい。各個別の第2の隆起は、対応する第1の隆起から突出し、対応する第1の隆起の対応する第1の幅未満の個別の第2の幅を有する。個別の第2の隆起の個別の第2の幅と対応する第1の隆起の対応する第1の幅の比率は、周期の方向における対応する第1の隆起の位置の関数として変動してもよい。回折光学要素は、導波管内で伝搬する光の第1の部分を眼に向かって一次反射として回折し、導波管内で伝搬する第2の部分を眼から離れるように一次透過として回折するように構成されてもよい。
図1は、本発明のある実施形態による、デジタルまたは仮想画像を視認者に提示するために使用され得る、視認光学アセンブリ(VOA)内の光経路を図式的に図示する。 図2は、本発明のある実施形態による、接眼レンズの導波管の中に内部結合される光の単一ビームレットの経路の実施例を図示する。 図3は、本発明のある実施形態による、導波管のための蝶ネクタイトポロジの実施例を図示する。 図4Aは、本発明のある実施形態による、片側構成において組み合わせられたOPE/EPE領域を有する、導波管の実施例を図示する。 図4Bは、本発明のある実施形態による、導波管内の光経路の実施例を図示する。 図5は、本発明のある実施形態による、導波管からの画像光を視認者の眼に向かって外部結合するための接眼レンズにおいて使用され得る、2段階位相回折格子の断面図を図式的に図示する。 図6は、本発明のいくつかの実施形態による、入射角シータの関数として、一次反射(1R)および一次透過(1T)ならびに二次反射(2R)における例示的2段階回折格子の回折効率曲線を示す。 図7A−7Fは、いくつかの実施形態による、種々の次数の2段階回折格子における回折効率のシミュレートされた強度プロットを示す。 図8は、本発明のある実施形態による、例示的3段階回折格子の画像を示す。 図9は、本発明のある実施形態による、3段階回折格子の概略断面図を示す。 図10は、本発明のある実施形態による、入射角シータの関数として、一次反射(1R)および一次透過(1T)ならびに二次反射(2R)における例示的3段階回折格子のシミュレートされた回折効率曲線を示す。 図11Aおよび11Bは、本発明の実施形態による、s−偏光(90度偏光、図11A)およびp−偏光(0度偏光、図11B)に関する、回折格子深度の関数として、いくつかの例示的3段階回折格子のシミュレートされた回折効率曲線を示す。 図12A−12Fは、いくつかの実施形態による、種々の次数の3段階回折格子における回折効率のシミュレートされた強度プロットを示す。 図13A−13Fは、いくつかの他の実施形態による、種々の次数の3段階回折格子における回折効率のシミュレートされた強度プロットを示す。 図14A−14Fは、いくつかの付加的実施形態による、種々の次数の3段階回折格子における回折効率のシミュレートされた強度プロットを示す。 図15は、本発明のいくつかの実施形態による、例示的3段階回折格子に関する、入射角の関数として、一次反射(1R)、一次透過(1T)、および二次反射(2R)に関するシミュレートされた回折効率を示す。 図16は、本発明のある実施形態による、3段階回折格子の1つの周期の概略断面図を図示する。 図17は、本発明の実施形態による、回折格子パラメータh、h、w、およびwの最適化パラメータαへの依存性を示す。 図18は、本発明の実施形態による、ユーザに対する屈折力(Puser)、世界に対する屈折力(Pworld)、および二次屈折力(P)の最適化パラメータαへの依存性を示す。 図19は、本発明のある実施形態による、導波管上に形成される回折格子の概略断面図を示す。 図20Aおよび20Bは、本発明のある実施形態による、回折格子効率の線形モデルにおけるパラメータaおよびbの関数として、平均外部結合屈折力のシミュレートされた輪郭プロット(図20A)と、平均外部結合屈折力からのRMS偏差のシミュレートされた輪郭プロット(図20B)とを示す。 図21は、本発明のある実施形態による、パラメータa=0.5およびb=1を伴う線形モデルに関する、回折格子の上部からの正規化された距離xの関数として、(ユーザおよび世界に向かった)正規化された外部結合屈折力g(x)=f(x)y(x)のシミュレートされたプロットを示す。 図22Aおよび22Bは、本発明のいくつかの実施形態による、回折格子の上部(図22A)および回折格子の底部(図22B)における3段階回折格子の1つの周期の概略断面図を示す。
(具体的な実施形態の詳細な説明)
本開示は、概して、仮想現実および拡張現実可視化システムのために使用され得る、回折光学要素に関する。回折光学要素は、位相回折格子または回折格子とも称され得、VRまたはARシステム内の導波管からの画像光を視認者の眼に向かって外部結合するための接眼レンズにおいて使用されてもよい。明確性の目的のために、回折光学要素は、用語「回折格子」を使用して本明細書に説明されるが、本発明は、回折格子構造に限定されず、他の形態の回折光学要素も含むことができる。
図1は、本発明のある実施形態による、デジタルまたは仮想画像を視認者に提示するために使用され得る、視認光学アセンブリ(VOA)内の光経路を図式的に図示する。VOAは、プロジェクタ101と、視認者の眼の周囲に装着され得る、接眼レンズ100とを含む。接眼レンズ100は、1つ以上の接眼レンズ層を含んでもよい。一実施形態では、接眼レンズ100は、3つの原色である、赤色、緑色、および青色毎に、1つの接眼レンズ層の3つの接眼レンズ層を含む。別の実施形態では、接眼レンズ100は、6つの接眼レンズ層、すなわち、仮想画像を1つの深度平面に形成するために構成される、3つの原色毎の1セットの接眼レンズ層と、仮想画像を別の深度平面に形成するために構成される、3つの原色毎の接眼レンズ層の別のセットとを含んでもよい。他の実施形態では、接眼レンズ100は、3つ以上の異なる深度平面のための3つの原色毎の3つ以上の接眼レンズ層を含んでもよい。各接眼レンズ層は、平面導波管を備え、内部結合回折格子107と、直交瞳エクスパンダ(OPE)領域108と、射出瞳エクスパンダ(EPE)領域109とを含んでもよい。
依然として図1を参照すると、プロジェクタ101は、画像光を接眼レンズ層100内の内部結合回折格子107上に投影する。内部結合回折格子107は、プロジェクタ101からの画像光をOPE領域108に向かう方向に伝搬する平面導波管の中に結合する。導波管は、画像光を水平方向に全内部反射(TIR)によって伝搬する。接眼レンズ層100のOPE領域108はまた、導波管内で伝搬する画像光の一部を結合し、EPE領域109に向かって再指向する、回折要素を含む。EPE領域109は、導波管内で伝搬する画像光の一部を結合し、視認者の眼102に向かって接眼レンズ層100の平面と略垂直方向に指向する、回折要素を含む。本方式では、プロジェクタ101によって投影される画像が、視認者の眼102によって視認され得る。
接眼レンズ層100のEPE領域109内の回折要素は、典型的には、回折格子、例えば、接眼レンズ内の平面導波管の表面上に形成される、周期的構造を備える。光のビームが、周期的構造を通して通過すると、複数の次数に回折されるであろう。繰り返される構造の周期は、次数間の角度分離を判定する。小周期は、大角度分離を作成する一方、大周期は、緊密に離間された出力ビームをもたらす。回折される次数のそれぞれに指向される、相対的屈折力は、単一回折格子周期の表面プロファイルの形状および性質によって決定付けられる。
図2は、本発明のある実施形態による、接眼レンズ200の導波管212の中に内部結合される光の単一ビームレットの経路の実施例を図示する。導波管212は、ICG220と、OPE230と、EPE240とを含むことができ、それぞれ、全内部反射によって光学波を誘導可能な材料(典型的には、高誘電率を有する誘電材料)から成る、基板202上または内に配置される。いくつかの実施形態では、接眼レンズ200は、3つの導波管212、214、および216を含むことができ、各導波管は、特定の波長の光に対応する。付加的またはより少ない導波管も、可能性として考えられる。導波管214および216はそれぞれ、導波管212と同様に、ICGと、OPEと、EPEとを含むことができる。いくつかの実施形態では、投入された光222は、図2の描写に直交するz方向にICG220において接眼レンズ200に進入することができる。投入された光222は、ICG220に進入することができ、ICG220内の回折格子は、内部結合された光222内のある波長の光を回折させ得、内部結合された光222の他の波長は、接眼レンズ210の後続導波管層を通して継続する。いくつかの実施形態では、ICG220は、特定の波長に特有の複数の別個の回折格子である。
内部結合された光222は、ICG220によって、略+x方向にOPE230に向かう扇状パターン224によって描写されるような範囲だけではなく、また、略−x方向にOPE230から離れる扇状パターン226に及ぶ範囲にも及ぶ、導波管内のある方向に回折されることができる。他の扇状パターンに及ぶ他の光経路も、当然ながら、可能性として考えられ、投影光学ならびにICG220によって構成される特定の回折格子および回折パターンに依存する。すなわち、光は、発散するビームとして導波管の中に回折せず、いくつかの実施形態では、画像光の一部の徐々に分散されるサンプリングは、接眼レンズを横断して徐々に拡張するビームレットの分布パターンを作成し得る。描写される扇状パターン224内で回折される、内部結合された光222は、概して、光経路228に追従し、OPE230に進入し、+x方向に横断し、OPE230を構成する回折回折格子に衝打するにつれて、OPE230を通して付帯分散サンプリングを伴い、一部は、周期的に、ユーザの眼に向かって−z方向に外部結合する前に、EPE240へと下方に指向され、−y方向に横断することができる。
図2が描写するように、導波管212に対応する波長内の光の多くは、扇状パターン226に回折される光等の指向性損失または扇状パターン224内の全ての光を捕捉するために不適正に位置付けられたもしくは定寸されたOPE230に起因する捕捉損失のいずれかに起因して、損失され得る。接眼レンズについての詳細な説明は、米国特許出願公開第15/683,624号(その内容は、あらゆる目的のために、参照することによって組み込まれる)に説明される。
図3は、本発明の別の実施形態による、導波管300のための蝶ネクタイトポロジの実施例を図示する。導波管300は、典型的には、瞳エクスパンダから離れるように回折されるであろう、光を利用することによって、他の導波管設計に存在する損失を緩和し得る。得られた扇状パターンがy軸およびx軸と整合されるように(図3に示されるように)、ICG320を配向することによって、導波管300は、はるかに多くの回折された内部結合光を捕捉する、第1の瞳エクスパンダ330Aと、第2の瞳エクスパンダ330Bとを含むことができる。いくつかの実施形態では、第1の瞳エクスパンダ330Aおよび第2の瞳エクスパンダ330Bは、OPEであることができる。いくつかの実施形態では、導波管300はさらに、EPE等の第3の瞳エクスパンダ340を含むことができる。
導波管300は、導波管300が、2つのより小さい瞳エクスパンダ(例えば、第1の瞳エクスパンダ330Aおよび第2の瞳エクスパンダ330B)を含み得るため、単一OPE(上記に説明されるもの等)のサイズを低減させることができる。いくつかの実施形態では、第1の瞳エクスパンダ330Aおよび第2の瞳エクスパンダ330Bは、OPEに類似することができるが、一部が、上記に説明されるように、除去される(例えば、除去される面積332Aおよび332B)。第1の瞳エクスパンダ330Aおよび第2の瞳エクスパンダ330Bは、受光された光を倍増させ、光を第3の瞳エクスパンダ340(上記に説明されるものと同様)に指向することができる。いくつかの実施形態では、第1の瞳エクスパンダ330Aおよび第2の瞳エクスパンダ330Bは、上記に説明されるように、略x方向ではなく、x−y平面においてある角度で光を指向することができる。角度は、第1の瞳エクスパンダ330Aおよび330Bに光経路328によって図示されるように、光を第3の瞳エクスパンダ340に送光させることができる。いくつかの実施形態では、導波管300は、本明細書に説明される他の導波管と比較して、効率を約2倍にすることができる。
いくつかの実施形態では、導波管300はさらに、1つ以上の拡散器(例えば、拡散器332Aおよび拡散器332B)を含むことができる。1つ以上の拡散器は、ICG320から直接第3の瞳エクスパンダ340の中心に透過する、光を捕捉することができる。1つ以上の拡散器は、本明細書に説明される1つ以上のOPEに類似する回折格子を含むことができる。いくつかの実施形態では、1つ以上の拡散器の回折格子も同様に、第3の瞳エクスパンダ340への光を段階的にすることができる。
図4Aは、本発明の別の実施形態による、片側構成において組み合わせられたOPE/EPE領域450を有する、導波管400の実施例を図示する。組み合わせられたOPE/EPE領域450は、x方向およびy方向において空間的に重複する、OPEおよびEPEの両方に対応する回折格子を含む。いくつかの実施形態では、OPEおよびEPEの両方に対応する回折格子は、OPE回折格子がEPE回折格子上に重畳されるか、またはEPE回折格子がOPE回折格子上に重畳されるかのいずれか(または両方)であるように、基板402の同一側上に位置する。他の実施形態では、OPE回折格子は、回折格子がx方向およびy方向に空間的に重複するが、z方向(すなわち、異なる平面)において相互から分離されるように、EPE回折格子と反対の基板402の側上に位置する。したがって、組み合わせられたOPE/EPE領域450は、片側構成または両側構成のいずれかで実装されることができる。
図4Bは、本発明のある実施形態による、導波管400内の光経路428の実施例を図示する。光経路428は、ICG420において基板402の中に結合される、入射光(428Aとして示される)を含む。内部結合された光(428Bとして示される)は、全内部反射によって、回折格子451、452、および453に向かって伝搬する。これらの光線が、第1のOPE回折格子451に遭遇すると、光は、+y方向に回折され(428Cとして示される)、続いて、EPE回折格子453によって、導波管400からユーザの眼に向かって−z方向に回折される(428Dとして示される)。同様に、内部結合された光(428Bとして示される)は、代替として、第2のOPE回折格子452に遭遇し、−y方向に回折されてもよい(428Eとして示される)。−y方向に回折される光(428Eとして示される)は、EPE回折格子453によって、導波管400からユーザの眼に向かって回折されてもよい。光が+y方向(第1のOPE回折格子451によって)または−y方向(第2のOPE回折格子452によって)に回折されるかどうかは、確率論的であり、回折格子構造によって統制される。一般に、組み合わせられたOPE/EPE領域450の性能は、内部結合された光(428Bとして示される)が+y方向または−y方向のいずれかに回折する50%の可能性を有するときに改良される。いくつかのインスタンスでは、これは、第1のOPE回折格子451および第2のOPE回折格子452が相互に垂直であるときに達成される。
導波管400は、単一ICG420のみを有するように図示されるが、いくつかの実施形態では、導波管400は、第2のICGをICG420と反対側の組み合わせられたOPE/EPE領域450上に含むことが好ましくあり得る。第2のICGは、ICG420と形態および機能が同じであってもよく、ICG420の鏡映バージョンであってもよい。例えば、ICG420は、投影された画像に関連する内部結合された光を基板402の中に回折するように構成される一方、第2のICG420は、投影された画像の鏡映バージョン(例えば、x方向に反転される)に関連する内部結合された光を回折するように構成されてもよい。ICG420と関連付けられた光経路428とは対照的に、第2のICGと関連付けられた光経路は、第2のICGにおいて基板402の中に結合される、入射光を含んでもよい。内部結合された光は、全内部反射によって、回折格子451、452、および453に向かって伝搬する。これらの光線が、第1のOPE回折格子451に遭遇すると、光は、−y方向に回折され、続いて、EPE回折格子453によって、導波管400からユーザの眼に向かって−z方向に回折される。同様に、内部結合された光は、代替として、第2のOPE回折格子452に遭遇し、+y方向に回折されてもよい。+y方向に回折される光は、EPE回折格子453によって、導波管400からユーザの眼に向かって回折されてもよい。
他の導波管トポロジについてのさらなる詳細は、米国特許出願第15/683,624号(その内容は、あらゆる目的のために、参照することによって組み込まれる)に説明される。
図5は、本発明のある実施形態による、導波管502(X−Y平面にある)からの画像光を視認者の眼に向かって外部結合するための接眼レンズ内で使用され得る、2段階位相回折格子500の断面図を図式的に図示する。2段階回折格子500は、Y−軸に沿って(すなわち、本紙と垂直方向に)延在し、導波管502から(負のZ方向に)突出する、隆起510のアレイを含んでもよい。隆起510のアレイは、X方向に沿って周期的に配列されてもよい。各隆起210は、Z方向における高さhと、X方向における幅wとを有してもよい。導波管502から回折格子500に入射する画像光に関して、2段階回折格子500は、図5に図示されるように、視認者の眼に向かった一次反射(1R)と、世界に向かった一次透過(1T)と、入射方向と実質的に反対方向における二次反射(2R)とを生成してもよい。異なる回折次数間の相対的回折効率は、デューティサイクル、すなわち、特徴幅wと周期Dとの間の比率に依存し得る。それらはまた、回折格子の深度、すなわち、隆起の高さhに依存し得る。
回折格子500が、VRまたはARシステムにおいて、導波管502からの画像光を視認者の眼に向かって外部結合するために使用されるとき、回折格子のいくつかの性能特性が、懸念され得る。第1に、世界に向かって指向される画像光は、本質的に、無駄であり、また、視認者が視認するとき、他者も視認することを可能にし得るため、より多くの画像光が、世界に向かってではなく、視認者に向かって指向されることが、望ましくあり得る。第2に、接眼レンズ内でバウンスする光は、二次回折を介して、後方に回折され、次いで、視認者へと外部回折され得る。本光は、導波管が完璧に平坦ではない場合、または回折格子の中に内蔵されるレンズ機能が存在する場合、角度誤差を生じさせ得、これは、変調伝達関数(MTF)およびコントラストを低減させ得る。したがって、二次反射を最小限にすることが望ましくあり得る。加えて、頭上光等の世界からの光は、視認者に向かって回折され、場面を曖昧にし、視認者の注意を逸らし得る、レインボー効果を作成し得る。
図6は、入射角シータの関数として、一次反射(1R)および一次透過(1T)ならびに二次反射(2R)に関するシミュレートされた例示的2段階回折格子の回折効率曲線を示す。図示されるように、一次透過(1T)に関する回折効率は、示される入射角の範囲に関する一次反射(1R)のものに匹敵する。したがって、ほぼ等量の画像光が、世界に向かっておよび視認者に向かって指向され得る。
図7A−7Fは、いくつかの実施形態による、種々の次数の2段階回折格子における回折効率のシミュレートされた強度プロットを示す。具体的には、図7Aおよび7Dは、それぞれ、s−偏光およびp−偏光に関する、特徴高さh(水平軸)および特徴幅w(垂直軸)の関数として、ユーザ側回折効率(1R)を示し、図7Bおよび7Eは、それぞれ、s−偏光およびp−偏光に関する、h(水平軸)およびw(垂直軸)の関数として、世界側回折効率(1T)を示し、図7Cおよび7Fは、それぞれ、s−偏光およびp−偏光に関する、h(水平軸)およびw(垂直軸)の関数として、二次反射(2R)を示す。点線は、合理的に高一次反射(1R)を有しながら、比較的に低二次反射(2R)を生じさせ得る、特徴高さh=60nmに対応する特徴幅wの範囲を示す。また、一次透過(1T)は、一次反射(1R)と比較して、比較的に低くあり得る。
本発明のいくつかの実施形態によると、外部結合回折格子の改良された性能特性は、多段階回折格子構造を使用することによって達成され得る。図8は、本発明のある実施形態による、例示的3段階回折格子800の画像を示す。図9は、回折格子800の概略断面図を示す。回折格子800は、導波管802上に形成される、基層810を含んでもよい。基層810は、厚さ(RLT)hを有する。いくつかの実施形態では、回折格子800は、基層810を有していなくてもよい。回折格子800は、第1の高さhを伴う、Y−軸に沿って(すなわち、本紙と垂直方向に)延在し、基層810から(負のZ方向に)突出する、複数の第1の隆起820を含む。複数の第1の隆起820は、X方向に画定される周期Dを伴う周期的アレイとして配列される。各第1の隆起820は、X方向における第1の幅wを有する。回折格子800はさらに、複数の第2の隆起830を含む。各第2の隆起830は、第2の高さhを伴う、個別の第1の隆起820から(負のZ方向に)突出し、X方向における第2の幅wを有する。
図9を参照すると、画像光は、導波管802から回折格子800上に入射する。回折格子800は、入射角と実質的に等しい角度におけるゼロ次反射ビーム(0R)を生成し得る。回折格子800はまた、視認者の眼に向かって導波管802に対して実質的に法線方向における一次反射ビーム(1R)と、世界に向かった導波管に対して実質的に法線方向における一次透過されるビーム(1T)とを生成し得る。回折格子800はまた、入射ビームの方向とほぼ反対方向における二次反射ビーム(2R)を生成し得る。加えて、天井灯からの光等の世界光も、世界側から回折格子800上に入射し得、これは、回折格子800によって視認者の眼に向かって一次透過ビーム(1T)をもたらし、レインボー効果を生じさせ得る。
図8および9に図示される3段階回折格子は、2段階回折格子と比較して、いくつかの利点をもたらし得る。図10は、p−偏光(0度偏光)に関する、−40度〜−60度の範囲(画像光のために典型的に使用される範囲)内の入射角シータの関数として、例示的3段階回折格子のシミュレートされた回折効率曲線を示す。3段階回折格子は、以下の回折格子パラメータ:h=30nm、h=54nm、w=0.5D、h=0.0875μm、およびw=0.25Dを有する。図示されるように、ここでは、一次反射(1R)は、示される入射角の範囲全体にわたって、一次透過(1T)を有意に上回る。したがって、より多くの割合の画像光が、世界に向かってではなく、視認者に向かって回折され得る。一次反射(1R)と一次透過(1T)の比率は、2:1と高くあり得、いくつかの入射角では、約3:1であり得る。加えて、二次反射(2R)はまた、図6に示される2段階回折格子のものと比較して、低減される。ある場合には、二次反射(2R)における回折効率は、1%を優に下回って低減される。ある場合には、二次反射(2R)における回折効率は、0.5%を下回る。したがって、溝線に直交する方向に沿って画像フレアを生じさせ得る、望ましくない二次光は、本発明のいくつかの実施形態によると、低減され得る。
図11Aおよび11Bは、s−偏光(90度偏光、図11A)およびp−偏光(0度偏光、図11B)に関する、回折格子深度(すなわち、hとhの和)の関数として、いくつかの例示的3段階回折格子のシミュレートされた回折効率曲線を示す。図示されるように、一次反射(1R)は、両偏光に関して、図8に示される回折格子深度の範囲全体にわたって、一次透過(1T)を上回る。また、二次反射(2R)は、有意な偏光依存性を示すことに留意されたい。例えば、p−偏光に関する二次反射(2R)は、s−偏光に関するものより有意に低い。したがって、偏光器を使用することによって、二次反射(2R)を抑制することが可能であり得る。
表1は、いくつかの実施形態による、520nm波長光について、p−偏光(0度偏光)およびs−偏光(90度偏光)の両方に関する、−50度および−30度入射角(シータ)の例示的2段階回折格子の二次反射(2R)、一次反射(1R)、ゼロ次反射(0R)、および一次透過(1T)におけるシミュレートされた回折効率を要約する。表2は、いくつかの実施形態による、p−偏光(0度偏光)およびs−偏光(90度偏光)の両方に関する、−30度および−50度入射角(シータ)の例示的3段階回折格子の二次反射(2R)、一次反射(1R)、ゼロ次反射(0R)、および一次透過(1T)におけるシミュレートされた回折効率を要約する。示されるように、p−偏光に関する−30入射角における3段階回折格子の一次透過(1T)は、2段階回折格子に関する11%と比較して、わずか6.6%である。また、s−偏光に関する−30入射角における3段階回折格子の一次透過(1T)は、2段階回折格子に関する1.7%と比較して、わずか0.3%である。したがって、本明細書に説明される3段階回折格子は、いくつかの実施形態によると、望ましくないレインボー効果を有意に低減させ得る。
より高い一次反射(1R)と一次透過(1T)の比率およびより低い二次反射(2R)等のより好ましい特性を有する、回折格子は、あるパラメータパターンに従い得ることが実証されている。図9を参照すると、一般に、各第1の隆起820の第1の幅wは、有利には、約0.5D±0.1Dであるように選定され得る。各第2の隆起830の第2の幅wは、有利には、約0.25D未満またはそれと等しくあるように選定され得る。各第1の隆起820の第1の高さhは、有利には、各第2の隆起830の第2の高さh未満であるように選定され得る。いくつかの実施形態では、第2の高さhと第1の高さhの比率は、有利には、約8:5であるように選定され得る。いくつかの実施形態では、3段階回折格子のための以下の回折格子パラメータは、有利には、h=0.03μm、h=0.054μm、w=0.5D、h=0.0875μm、およびw=0.2Dであるように選定され得る。
図9に図示される3段階回折格子は、3段階断面形状が三角形鋸歯形状の近似と見なされ得るという意味において、ブレーズド回折格子と見なされ得る。図9に図式的に図示されるように、ブレーズ表面に対して法線に近い入射角において入射する光に関して、回折格子は、「ブレーズド」と呼ばれ得る。ブレーズ表面に対して平行に近い入射角において入射する光に関して(すなわち、図9に図示される入射角と反対)、回折格子は、「逆ブレーズド」と呼ばれ得る。表3は、本発明のいくつかの実施形態による、例示的2段階回折格子、例示的3段階ブレーズド回折格子、および例示的3段階逆ブレーズド回折格子の回折効率を比較する。示されるように、2段階回折格子は、視認者(一次反射1R)および世界(一次透過、1T)に対して匹敵する回折効率を有し得る。3段階ブレーズド回折格子は、世界より視認者に対して高い回折効率を有し得る。他方では、3段階逆ブレーズド回折格子は、視認者より世界に対して高い回折効率を有し得る。したがって、3段階ブレーズド回折格子は、バイナリ回折格子および3段階逆ブレーズド回折格子より好ましくあり得る。
図9を参照すると、最適化アルゴリズムは、各第1の隆起820の第1の高さhおよび第1の幅w、各第2の隆起830の第2の高さhおよび第2の幅wが、変動し、より高いユーザ側回折効率(1R)、より低い世界側回折効率(1T)、およびより低い二次反射(2R)を最適化することを可能にし得る。いくつかの実施形態では、回折格子周期Dは、値D=380nmを有すると仮定され得、hおよびhは、値h=50nmおよびh=75nmを有すると仮定され得、wおよびwの公称値は、w=210nmおよびw=170nmであると仮定される。次いで、wおよびwは、より高い一次反射(1R)のために最適化するように変動され得る。
例示的最適化シミュレーションでは、入射角は、50度であり、基層810の厚さは、h=20nmであり、hおよびhは、値h=50nmおよびh=75nmを有すると仮定される。さらに、回折格子は、屈折率n=1.54を有し、導波管802は、屈折率n=1.8を有すると仮定される。wは、2mからD−mまで変動され、mは、最小特徴サイズであり、Dは、回折格子周期である。一実施形態では、D=380nm、およびm=30nm(電子ビームリソグラフィのための特徴サイズ)と仮定される。wは、mからw−mまで変動される。ある場合には、wは、wと等しくてもよい、またはwは、ゼロと等しくてもよい(第2の隆起を伴わない2段階回折格子に対応する)。
図12A−12Fは、いくつかの実施形態による、種々の次数の3段階回折格子における回折効率のシミュレートされた強度プロットを示す。具体的には、図12Aおよび12Dは、それぞれ、s−偏光およびp−偏光に関する、w(水平軸)およびw(垂直軸)の関数として、ユーザ側回折効率(1R)を示し、図12Bおよび12Eは、それぞれ、s−偏光およびp−偏光に関する、w(水平軸)およびw(垂直軸)の関数として、世界側回折効率(1T)を示し、図12Cおよび12Fは、それぞれ、s−偏光およびp−偏光に関する、w(水平軸)およびw(垂直軸)の関数として、二次反射(2R)を示す。図12Cおよび12Fに図示されるように、二次反射(2R)は、破線楕円形エリア内では、wおよびwのパラメータ空間に関して比較的に低くあり得る。図12Aおよび12Dに図示されるように、ユーザ側回折効率(1R)は、破線楕円形エリア内のwおよびwの同一パラメータ空間では、合理的に高くあり得る。
図13A−13Fは、いくつかの他の実施形態による、種々の次数の3段階回折格子における回折効率のシミュレートされた強度プロットを示す。h=60nm、h=75nm、およびh=20nmと仮定される。具体的には、図13Aおよび13Dは、それぞれ、s−偏光およびp−偏光に関する、w(水平軸)およびw(垂直軸)の関数として、ユーザ側回折効率(1R)を示し、図13Bおよび13Eは、それぞれ、s−偏光およびp−偏光に関する、w(水平軸)およびw(垂直軸)の関数として、世界側回折効率(1T)を示し、図13Cおよび13Fは、それぞれ、s−偏光およびp−偏光に関する、w(水平軸)およびw(垂直軸)の関数として、二次反射(2R)を示す。
図14A−14Fは、いくつかの付加的実施形態による、種々の次数の3段階回折格子における回折効率のシミュレートされた強度プロットを示す。h=60nm、h=75nm、およびh=30nmと仮定される。具体的には、図14Aおよび14Dは、それぞれ、s−偏光およびp−偏光に関する、w(水平軸)およびw(垂直軸)の関数として、ユーザ側回折効率(1R)を示し、図14Bおよび14Eは、それぞれ、s−偏光およびp−偏光に関する、w(水平軸)およびw(垂直軸)の関数として、世界側回折効率(1T)を示し、図14Cおよび14Fは、それぞれ、s−偏光およびp−偏光に関する、w(水平軸)およびw(垂直軸)の関数として、二次反射(2R)を示す。
一般に、s−偏光に関する回折効率は、p−偏光に関するものより高いことが観察され得る。したがって、s−偏光は、p−偏光より高速で漏出する。したがって、導波管内で伝搬する光は、主に、p−偏光であると仮定され得る。
接眼レンズ(例えば、図1および2に図示される接眼レンズ)のEPE区分を横断して、回折格子から出力された均一光を有することが望ましくあり得る。光が、上部から底部へと導波管内で伝搬するにつれて、ますます多くの光が、回折格子によって、導波管から外部回折される。したがって、ますます多くのパーセンテージの光が、導波管内に残っている光の量が減少するにつれて、外部結合され、それによって、EPE区分を横断して比較的に均一光出力をもたらすように、回折格子の上部からの距離が増加するにつれて増加する回折効率を伴う、回折格子を有することが有利であり得る。
いくつかの実施形態では、導波管の上部の近傍における100nm線幅回折格子(すなわち、w=100nm、w=0)は、十分な光がEPEの端部の近傍で放出されるために導波管内に残っているように、低外部結合効率を維持することによって、光を導波管内に保存し得る。導波管の底部の近傍の260/150nm線幅回折格子(すなわち、w=260nm、w=150nm)は、残りの光の大部分を導波管から外部結合し得る。
図15は、入射角の関数として、一次反射(1R)、一次透過(1T)、および二次反射(2R)に関する、シミュレートされた回折効率を示す。h=50nm、h=75nm、w=200nm、およびw=120nmと仮定される。図示されるように、一次反射(1R)および一次透過(1T)は両方とも、減少入射角に対して増加する。したがって、一次反射(1R)は、より高い入射角(視野の上部に対応する)ではなく、より低い入射角(視野の底部に対応する)においてより高い値を有する。したがって、最短バウンス間隔を有する、視野(FOV)の底部における光は、最も迅速に外部結合される。
逆ブレーズド回折格子が、視野均一性のためにより良好であり得る場合もあり得る。しかしながら、上記に議論されるように、ブレーズド回折格子は、より良好なユーザ側効率を有し得る。いくつかの実施形態では、2段階回折格子が、より良好な均衡をとり得る。一実施形態では、2段階回折格子は、そのデューティサイクル(すなわち、特徴幅と周期の比率w/D)が、回折格子の上部からの距離xが増加するにつれて増加し、回折格子効率が、距離xが増加するにつれて増加するように構成されてもよい。
いくつかの実施形態では、最適化は、メリット関数を最適化の目標として使用して実施されてもよい。図16に図式的に図示されるように、ユーザに向かって回折される屈折力は、Puserであり、世界に向かって回折される屈折力は、Pworldであり、二次における屈折力は、Pであり、ゼロ次における屈折力は、Pであると仮定する。一実施形態では、メリット関数は、
J=α(P+Pworld)−Puser
のように表され得る。式中、αは、項Puserと比較して項(P+Pworld)に与えられる加重である。一実施形態では、h、h、w、およびwは、メリット関数Jを最小限にするために、変動することを可能にされる。したがって、最適化の目的は、PおよびPworldを最小限にし、Puserを最大限にすることであり得る。パラメータαは、2つの目的に与えられる相対的加重を判定する。図17は、変数h、h、w、およびwのそれぞれの加重αへの依存性を示す。図18は、Puser、Pworld、およびPの加重αへの依存性を示す。
上記に議論されるように、接眼レンズのEPE区分を横断して回折格子から出力された比較的に均一光を達成するために、回折格子の上部からの距離が増加するにつれて増加する回折効率を伴う、回折格子を有することが有利であり得る。図19は、導波管1902上に形成される、回折格子1900を図式的に示す。xを回折格子の上部からの正規化された距離とする(すなわち、回折格子の上部ではx=0および回折格子の底部ではx=1)。f(x)を位置xにおける回折格子1900の正規化された回折効率とする。f(x)は、
f(x)=u(x)+w(x)
のように表され得る。式中、u(x)およびw(x)は、それぞれ、ユーザへと進む光(すなわち、一次反射1R)および世界へと進む光(すなわち、一次透過1T)である。f(x)は、回折格子1900から外部結合するための回折格子1900の効率を示すことに留意されたい。二次反射(2R)における光が、導波管1902内に残っているため、二次反射(2R)は、f(x)内に含まれない。いくつかの実施形態では、f(x)は、所定の定数に正規化されてもよい。
y(x)を位置xにおける導波管1902内の正規化された光強度とし、y(0)=1とする。位置xにおける外部結合屈折力(すなわち、導波管1902から外部結合される光の無次元割合)は、
y’(x)=−f(x)y(x)
のように表され得る。本微分方程式の解は、
のように表され得る。
単純線形モデルを使用して、正規化された回折効率f(x)は、
f(x)=a+bx
のように表され得ると仮定する。式中、aおよびbは、定数である。回折格子1900による平均外部結合屈折力は、
のように表され得る。平均外部結合屈折力からの二乗平均平方根(RMS)偏差は、
のように表され得る。RMS偏差は、平均外部結合屈折力からの平均偏差を表す。より低い値のRMS偏差は、xの関数として、外部結合屈折力のより高い均一性を含意するであろう。
図20Aは、aおよびbの関数として、平均外部結合屈折力のシミュレートされた輪郭プロットを示す。図20Bは、aおよびbの関数として、平均外部結合屈折力からのRMS偏差のシミュレートされた輪郭プロットを示す。図20Bに図示されるように、破線楕円形内のエリアは、回折格子を横断して比較的に均一外部結合屈折力をもたらす、パラメータ空間aおよびbを表し得る。いくつかの実施形態では、有利には、aは、約0.5〜0.7の範囲内であるように選択され得、bは、有利には、約1.0〜約1.5の範囲内であるように選択され得る。
実施例として、a=0.5およびb=1.0であり、したがって、f(x)=0.5+xと仮定する。光は、上部から底部まで導波管1902内でN回バウンスすると仮定する。回折格子1900の初期外部結合率(すなわち、x=0時)は、0.5/Nであり得、f(x)は、1/Nに正規化されると仮定する。N回のバウンス後の回折格子1900の最終外部結合率(すなわち、x=1時)は、1.5/Nであり得る。実施例として、導波管1902は、厚さ約325μmを有すると仮定する。50度入射角に関して、バウンス間隔は、約0.77mmであり得る。上部から底部までの回折格子1900の全幅は、L=21mmであると仮定する。したがって、光は、導波管1902の上部から導波管1902の底部まで、27回バウンスし得る。回折格子の上部における(ユーザおよび世界に向かった)回折格子1900の初期外部結合効率は、約1.8%であり得、回折格子の底部における(ユーザおよび世界に向かった)回折格子1900の最終外部結合効率は、約5.4%であり得る。
図21は、本発明のある実施形態による、a=0.5およびb=1を伴う線形モデルに関する、回折格子1900の上部からの正規化された距離xの関数として、(ユーザおよび世界に向かった)正規化された外部結合屈折力g(x)=f(x)y(x)のプロットを示す。図示されるように、正規化された外部結合屈折力は、回折格子1900を横断して比較的に均一である。
一般に、回折格子を横断してより均一な外部結合屈折力のために、回折格子の回折効率は、約2倍〜約3場合に及ぶ倍率で上部から底部に変動し得る。より高い係数は、より多くの光出力をもたらし得るが、より低い均一性をもたらし得る。回折格子の底部における最高達成可能回折効率は、総外部結合効率を判定し得る。上記は、ユーザ側回折効率(すなわち、1R)および世界側回折効率(すなわち、1T)が相互にほぼ比例する、回折格子に当てはまり得る。これは、深層回折格子の場合には、当てはまらない場合がある。
その回折効率が位置の関数として線形に変動される、回折格子が、上記に議論されるが、これは、要求されず、他の変動パターンも、可能性として考えられることを理解されたい。いくつかの他の実施形態によると、回折格子は、その回折効率が二次関数または他の非線形関数として変動されるように設計されてもよい。いくつかの他の実施形態では、回折格子は、その回折効率が回折格子の1つの縁から別の縁まで非単調に変動されるように設計されてもよい。例えば、図3に図示されるように蝶ネクタイトポロジを伴う接眼レンズに関して、光がその中央区分において導波管の中に投入される場合、回折格子は、その回折効率が、回折格子の中央区分においてより低く、中央区分の両側の回折格子の2つの縁上でより高くなるように設計されてもよい。
最適化は、その回折効率が回折格子の上部からの距離が増加するにつれて増加する、3段階回折格子のために実施されてもよい。図22Aおよび22Bは、本発明のいくつかの実施形態による、回折格子の上部(図22A)および回折格子の底部(図22B)における3段階回折格子の1つの周期の概略断面図を示す。各第1の隆起の第1の高さhおよび各第2の隆起の第2の高さhは、h=50nmおよびh=75nmに固定される。いくつかの実施形態では、wおよびwのそれぞれの値は、回折格子の上部からの距離が増加するにつれて増加し得る。例えば、図22Aおよび22Bに図示されるように、回折格子の上部における第1の隆起の第1の幅wは、値w=180nmを有し得、回折格子の底部における第1の隆起の第1の幅wは、値w=220nmを有し得、回折格子の上部における第2の隆起の第2の幅wは、値w=60nmを有し得、回折格子の底部における第2の隆起の第2の幅wは、値w=180nmを有し得る。いくつかの他の実施形態では、第1の幅と第2の幅の比率w/wは、回折格子の上部からの距離が増加するにつれて増加し得る。上記に議論されるように、第1の幅w、第2の幅w、および/または比率w/wは、他の様式においても回折格子を横断して変動し得る。例えば、比率w/wは、回折格子の中央区分においてより低く、回折格子の両縁に向かってより高くなってもよい。
また、本明細書に説明される実施例および実施形態は、例証目的のためだけのものであり、それに照らして、種々の修正または変更が、当業者に示唆され、本願の精神および権限ならびに添付の請求項の範囲内に含まれるべきであることを理解されたい。

Claims (20)

  1. 画像を視認者の眼に投影させるための接眼レンズであって、前記接眼レンズは、
    ある表面を有し、光をその中で伝搬させるように構成されている、導波管と、
    前記導波管に光学的に結合された回折光学要素であって、前記回折光学要素は、
    前記導波管の表面から突出し、ある周期を有する周期的アレイとして配列されている、複数の第1の隆起であって、前記複数の第1の隆起のそれぞれは、前記導波管の表面に対して垂直方向における第1の高さと、前記周期の方向における第1の幅とを有する、複数の第1の隆起と、
    複数の第2の隆起であって、前記複数の第2の隆起のそれぞれは、個別の第1の隆起から突出し、前記第1の高さを上回る第2の高さと、前記第1の幅未満の第2の幅とを有する、複数の第2の隆起と
    を含み、
    前記回折光学要素は、前記導波管内で伝搬する前記光の第1の部分を前記眼に向かって一次反射として回折し、前記導波管内で伝搬する前記光の第2の部分を前記眼から離れるように一次透過として回折するように構成されている、回折光学要素と
    を備える、接眼レンズ。
  2. 前記第1の幅は、前記周期の約0.4倍〜前記周期の約0.6倍に及ぶ、請求項1に記載の接眼レンズ。
  3. 前記第2の幅は、前記周期の約0.25倍未満である、請求項1に記載の接眼レンズ。
  4. 前記第2の高さと前記第1の高さの比率は、約8:7〜約8:3に及ぶ、請求項1に記載の接眼レンズ。
  5. 前記第1の幅および前記第2の幅は、前記回折光学要素が一次透過効率を上回る一次反射効率を有するように選択される、請求項1に記載の接眼レンズ。
  6. 前記一次反射効率と前記一次透過効率の比率は、約2を上回る、請求項5に記載の接眼レンズ。
  7. 前記回折光学要素は、前記導波管内で伝搬する前記光の第3の部分を入射方向と実質的に反対方向に二次反射として回折するように構成され、前記第1の幅および前記第2の幅は、前記回折光学要素が約1パーセント未満の二次反射効率を有するように選択される、請求項1に記載の接眼レンズ。
  8. 画像を視認者の眼に投影させるための接眼レンズであって、前記接眼レンズは、
    ある表面を有し、光をその中で伝搬させるように構成されている、導波管と、
    前記導波管に光学的に結合された回折光学要素であって、前記回折光学要素は、
    前記導波管の表面から突出し、ある周期を有する周期的アレイとして配列されている、複数の第1の隆起であって、各個別の第1の隆起は、前記周期の方向における前記個別の第1の隆起の位置の関数として変動する、前記周期の方向における個別の第1の幅を有する、複数の第1の隆起と、
    複数の第2の隆起であって、各個別の第2の隆起は、対応する第1の隆起から突出し、前記対応する第1の隆起の対応する第1の幅未満の個別の第2の幅を有し、各個別の第2の幅は、前記周期の方向における前記対応する第1の隆起の位置の関数として変動する、複数の第2の隆起と
    を含み、
    前記回折光学要素は、前記導波管内で伝搬する前記光の第1の部分を前記眼に向かって一次反射として回折し、前記導波管内で伝搬する前記光の第2の部分を前記眼から離れるように一次透過として回折するように構成されている、回折光学要素と
    を備える、接眼レンズ。
  9. 各第1の隆起は、第1の高さを有し、各第2の隆起は、前記第1の高さを上回る第2の高さを有する、請求項8に記載の接眼レンズ。
  10. 前記第1の高さは、約45nm〜約65nmに及び、前記第2の高さは、約70nm〜約80nmに及ぶ、請求項9に記載の接眼レンズ。
  11. 前記個別の第1の隆起の各個別の第1の幅および前記個別の第2の隆起の各個別の第2の幅は、前記回折光学要素の一次反射効率が前記周期の方向における前記導波管の表面を横断した位置の関数として変動するように変動される、請求項8に記載の接眼レンズ。
  12. 前記回折光学要素の一次反射効率は、前記回折光学要素の第1の縁から前記回折光学要素の第2の縁へと増加する、請求項11に記載の接眼レンズ。
  13. 前記回折光学要素の一次反射効率は、前記回折光学要素の第1の縁から前記回折光学要素の第2の縁へと略線形に増加する、請求項12に記載の接眼レンズ。
  14. 前記回折光学要素の一次反射効率は、前記回折光学要素の中心部分から前記中心部分の両側上の前記回折光学要素の縁に向かって増加する、請求項11に記載の接眼レンズ。
  15. 画像を視認者の眼に投影させるための接眼レンズであって、前記接眼レンズは、
    ある表面を有し、光をその中で伝搬させるように構成されている、導波管と、
    前記導波管に光学的に結合された回折光学要素であって、前記回折光学要素は、
    前記導波管の表面から突出し、ある周期を有する周期的アレイとして配列されている、複数の第1の隆起であって、各個別の第1の隆起は、前記周期の方向における個別の第1の幅を有する、複数の第1の隆起と、
    複数の第2の隆起であって、各個別の第2の隆起は、対応する第1の隆起から突出し、前記対応する第1の隆起の対応する第1の幅未満の個別の第2の幅を有する、複数の第2の隆起と
    を含み、
    前記個別の第2の隆起の個別の第2の幅と前記対応する第1の隆起の対応する第1の幅の比率は、前記周期の方向における前記対応する第1の隆起の位置の関数として変動し、前記回折光学要素は、前記導波管内で伝搬する前記光の第1の部分を前記眼に向かって一次反射として回折し、前記導波管内で伝搬する前記光の第2の部分を前記眼から離れるように一次透過として回折するように構成されている、回折光学要素と
    を備える、接眼レンズ。
  16. 前記個別の第2の隆起の個別の第2の幅と前記対応する第1の隆起の対応する第1の幅の比率は、前記回折光学要素の一次反射効率が前記周期の方向における前記導波管の表面を横断した位置の関数として変動するように、前記周期の方向における前記対応する第1の隆起の位置の関数として変動する、請求項15に記載の接眼レンズ。
  17. 前記回折光学要素の一次反射効率は、前記回折光学要素の第1の縁から前記回折光学要素の第2の縁へと増加する、請求項16に記載の接眼レンズ。
  18. 前記回折光学要素の一次反射効率は、前記回折光学要素の第1の縁から前記回折光学要素の第2の縁へと略線形に増加する、請求項17に記載の接眼レンズ。
  19. 前記回折光学要素の一次反射効率は、前記回折光学要素の中心部分から前記中心部分の両側上の前記回折光学要素の縁に向かって増加する、請求項16に記載の接眼レンズ。
  20. 各第1の隆起は、第1の高さを有し、各第2の隆起は、前記第1の高さを上回る第2の高さを有する、請求項15に記載の接眼レンズ。
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