JP2020528571A - ホログラフィック導波管を備えた光学物品 - Google Patents

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Abstract

基板(201)と基板(201)の少なくとも一部を覆うホログラフィック導波管(202)とを少なくとも含む光学物品(200)であって、ホログラフィック導波管(202)は、その少なくとも1つが基板(201)の表面(201a)に適合する2つの主面(203、204)と、少なくとも第1及び第2の区域(Z1、Z2)であって、前記第1及び第2の区域(Z1、Z2)の一方に入射する光が前記第1の及び第2の区域(Z2、Z1)の他方の区域の方向に少なくとも部分的に誘導されるように構成された第1及び第2の区域(Z1、Z2)を含む、光学物品(200)。

Description

本発明は、例えばスマート眼鏡及び窓内の受動及び能動部品の一体化に関し、このようなスマート装置に到達する光の選択的収集及びユーザの方向の光の選択的放射に関する。
スマート眼鏡又は窓内の部品の一体化は多くの興味ある用途を有する。
例えば、エレクトロクロミック(EC)眼鏡又は液晶眼鏡及び窓の場合、センサが、環境の光度を測定するために使用され、そしてユーザの眩しさを回避するためにエレクトロクロミック素子又は液晶の活性化を制御するために使用される。
しかし、このようなスマート眼鏡及び窓の自律性は、それらのフレーム内に一体化され得る電池により制限される。このような光学装置内のセンサの一体化はまた、利用可能な限定空間を所与として複雑化され得、フレームの穴を作製すること又はフレームの特別な適応化を必要とし得る。
スマート眼鏡の別の例は頭部装着型ディスプレイであり、ここでは、ディスプレイにより生成された光が、ディスプレイにより発射された光を装着者の眼の方向に反射するために切子面を有するガラス板を使用して装着者の眼の方向へ向けられる。
例えば、頭部装着型ディスプレイの実施形態は特許文献1に開示されている。
これらのガラス板は、数mmの厚さを有し、したがって嵩張る。さらに、これらのガラス板は必ず平坦であり、このことが日常生活アイウェアの眼鏡内のこれらの一体化を不安定にする。その結果の装置は装着者にとって重く、不快であり、且つ非美的であり得る。
いくつかの眼鏡もまた、UV又はいくつかの青色波長などの望ましくない波長の光を、このような波長が装着者の方向に向けられるということを回避するために、選択的に反射するようにされたフィルタを備える。しかし、これらのフィルタは、光を他のユーザの方向に反射し得、また非美的色付き反射を誘起し得る。したがって、望ましくない波長を他のユーザの方向に反射することなく、この望ましくない波長の収集を可能にする選択フィルタを提供することが望ましいだろう。
したがって、フィルタ又はセンサが光学装置へ取り込まれる用途においてアイウェア又は窓により受信される光の選択的収集の必要性に加えて、スマート眼鏡における頭部装着型ディスプレイなどの用途ではユーザに向かう光の選択的指向放射を改善する必要がある。
国際公開第2013/138107号パンフレット 国際公開第2017/005608号パンフレット 欧州特許出願公開第2187254A1号明細書 欧州特許出願公開第0377182A2号明細書
上記を考慮し、本発明の1つの目的は、従来技術の不都合の少なくとも一部分を軽減することである。
特に、本発明の1つの目的は、このような光学装置のコンパクト設計を維持する一方で、センサ、ディスプレイ又は太陽電池などのスマート部品の光学装置内への一体化をより容易にすることである。
本発明の別の目的は、光学装置の方向へ向けられる波長を他のユーザの方向へ反射することなく、これら波長の選択的収集を可能にすることである。
本発明の別の目的は、ユーザにとってより明るく、より快適且つ美的である頭部装着型ディスプレイを取り込む眼鏡の製造を可能にすることである。
この目的を達成するために、第1の態様によると、
− 基板、及び
− 基板の少なくとも一部を覆うホログラフィック導波管を少なくとも含む光学物品であって、ホログラフィック導波管は、
− その少なくとも1つが基板の表面に適合する2つの主面、並びに
− 少なくとも第1及び第2の区域であって、前記第1及び第2の区域の一方に入射する光が前記第1及び第2の区域の他方の区域の方向に少なくとも部分的に誘導されるように構成された第1及び第2の区域を含む、光学物品が提案される。
本発明によると、ホログラフィック導波管は、少なくとも一周波数に従って空間的に変化する屈折率を含む感光材で形成される。
一実施形態によると、ホログラフィック導波管はさらに1つの周辺縁を含み、第1の区域はホログラフィック導波管の周辺縁の少なくとも一部分を含み、第2の区域はホログラフィック導波管の主面の一方の主面の少なくとも一部分を含む。
いくつかの実施形態では、光学物品はさらに、以下の特徴のうちの1つ又はその組み合わせを含み得る:
− ホログラフィック導波管は基板の表面の少なくとも10%にわたって、好適には前記表面の少なくとも50%にわたって、さらに好適には前記表面の少なくとも70%にわたって、さらに好適には基板の全表面にわたって延びる、
− 光学物品は複数のホログラフィック導波管を含む、
− ホログラフィック導波管は互いに重畳される、
− ホログラフィック導波管は基板の表面の様々な部分にわたって延びる、
− 各ホログラフィック導波管は、それぞれ異なる波長の光をそのそれぞれの第1及び第2の区域間で選択的に伝播するように構成される、
− 各ホログラフィック導波管により伝播された光線は、導波管の第2の区域に対する法線に対する様々な角度に従ってそれぞれの前記第2の区域に出入りする、
− 光学物品はさらに、導波管の一方の主面の周囲に位置し、光をホログラフィック導波管中へ結合する又はそれから結合解除するように構成された結合装置を含む、
− 結合装置は好適には、被膜又は格子(例えばホログラフィック格子)のうちの1つから選択される、
− 結合装置は受動的であっても能動的であってもよく、能動結合装置は命令信号により駆動又は活性化され、能動結合光学装置は例えば一組の液晶セルを含み得、活性化又は駆動された液晶セルは振幅格子又は位相格子を提供する、
− 第1の区域は、ホログラフィック導波管の周辺縁の少なくとも50%にわたって、好適には前記周辺縁の少なくとも70%にわたって、さらに好適には前記周辺縁の全表面にわたって、延びる、
− 基板は次のものからなるグループから選択される:
○ 平面基板、
○ 湾曲基板、
○ 半完成レンズブランク、又はコンタクトレンズであり得る眼科用レンズ、
○ マスク、
− ホログラフィック導波管の主面の少なくとも一方は基板の曲面に対し平行に延びる、
− ホログラフィック導波管の2つの主面は前面と裏面とを形成し、裏面は装着者の眼の方向へ向けられるように意図されており、前面は外部環境の方向へ向けられるように意図されており、第2の区域は入力区域であり、第1の区域は出力区域である。
第2の態様によると、
− 前述の実施形態のいずれか一項に記載の光学物品を含む光学装置であって、さらに、
− 少なくとも1つのセンサ、太陽電池、第1の区域において出力される光、又は導波管の一方の主面の周囲に位置する結合装置により出力される光を受信するように構成されるとともに、光をホログラフィック導波管中に結合するように又はそれから結合解除するように構成された光トラップ又は吸収器であって、結合装置は好適には被膜又は格子(例えばホログラフィック格子)のうちの1つから選択される、光トラップ又は吸収器、又は
− 第2の区域方向のホログラフィック導波管中に結合されるように意図された光を発射するように構成された少なくとも1つの発光体を含む、光学装置が提案される。
前に論述されたように、結合装置は受動的又は能動的である可能性がある。
いくつかの実施形態では、光学物品はさらに、以下の特徴のうちの1つ又はその組み合わせを含み得る:
− 前記少なくともセンサ、太陽電池、発光体、光トラップ又は吸収器は基板上に配置される、
− 光学物品はフレーム上に取り付けられるように意図されており、少なくとも1つのセンサ、太陽電池、光トラップ、吸収器又は発光体はホログラフィック導波管の近傍のフレーム上に置かれ、フレームと光学物品との間に任意選択的結合装置を有する。
第3の態様によると、光を基板内で選択的に伝搬させる方法も提案される。本方法は、以下の工程を含む:
− 基板と基板の少なくとも一部を覆うホログラフィック導波管とを含む光学物品を設ける工程であって、光学物品はさらに、
− 少なくとも1つが基板の表面に適合する2つの主面と、
− 少なくとも第1及び第2の区域であって、第1及び第2の区域の一方に入射する光が前記第1の及び第2の区域の他方の区域の方向に少なくとも部分的に誘導されるように構成された第1及び第2の区域を含む、工程と、
− 第1及び第2の区域の一方に到達する光によりホログラフィック導波管を照明する工程と、
− この光を導波管中に選択的に結合する工程と、
− ホログラフィック導波管内の光線を第1及び第2の区域の他方の区域の方向に誘導する工程。
一実施形態によると、光学物品を設ける工程は以下の工程を含む:
− 感光材の層を基板上へ塗布する工程と、
− コヒーレント光のビームを少なくとも第1及び第2のビームに分割する工程と、
− 少なくとも第1のビーム及び第2のビームの重ね合せにより感光材の層内の干渉パターンを生成する工程であって、この工程は、
− 少なくとも第1のビームを感光材の層中に結合することにより、
− 少なくとも第2のビームによりレンズの外側から感光材の層を照明することにより、行われ、干渉パターンは感光材内の少なくとも一周波数に従って、空間的に変化する屈折率変更を誘起する、工程。
本発明による光学物品は、光を導波管の表面に位置する1つの区域からその周囲の方向に向けることを可能にする。ホログラフィック導波管内に向けられる光は、その波長と導波管に対する配向とに従って選択され得る。これは、UV又は青色波長などの望ましくない波長を他のユーザの方向に反射することなく濾過することを可能にする。
センサがまた、収集された光の特徴を測定するために光学物品の周囲に又は光学物品のフレーム内に設けられ得る。例えば、このようなセンサは、環境光度を測定し、エレクトロクロミック(EC)眼鏡又は液晶眼鏡を制御し得る。
光学物品はまた、光学物品の周辺縁に向けて配向された発射器からユーザへ光を向けることを可能にする。したがって、本光学物品は例えば頭部装着型ディスプレイ用途において使用され得る。光学物品はホログラフィック導波管を基板上に形成することにより得られるので、前記基板は湾曲眼科用レンズとなり得る。したがって、導波管は湾曲眼科用レンズ中に容易に取り込まれ得、頭部装着型ディスプレイを含むその結果の眼鏡は、より明るく、より美的であり、且つそれほど嵩張らなくなり得る。
提案された解決案のさらなる詳細、態様及び実施形態は添付図面を参照して単に一例として説明されることになる。
本発明の一実施形態における光学物品を示す図である。 本発明の一実施形態における光学物品を示す図である。 本発明の一実施形態における光学物品を示す図である。 ホログラフィック導波管の原理を示す図である。 ホログラフィック導波管の原理を示す図である。 ホログラフィック導波管の原理を示す図である。 ホログラフィック導波管の第1及び第2の区域の様々な配置とそれらの用途のいくつかを示す図である。 ホログラフィック導波管の第1及び第2の区域の様々な配置とそれらの用途のいくつかを示す図である。 ホログラフィック導波管の第1及び第2の区域の様々な配置とそれらの用途のいくつかを示す図である。 結合装置を含むホログラフィック導波管の正面図である。 結合装置を含むホログラフィック導波管の側面図である。 ホログラフィック導波管の記録のために使用される光学的セットアップの例を示す。 一実施形態による複数のホログラフィック導波管の配置と用途の例とを示す。
図1Aは本発明の第1の実施形態による光学物品100を示す。光学物品100は基板101とホログラフィック導波管102とを含む。基板101は第1及び第2の表面101a、101bをそれぞれ有する。基板101は平面であり、例えば窓であり得る。ホログラフィック導波管102は、基板の少なくとも一部を覆い、第1の主面103、第2の主面104及び周辺縁105を含む。したがって第1の主面103は基板101の平面に適合する。第2の主面104は第1の主面103に対しほぼ平行である。
ホログラフィック導波管102はさらに第1の区域Z1及び第2の区域Z2を含む。第1の区域Z1はホログラフィック導波管102の周辺縁105の少なくとも一部分を含む。第2の区域Z2はホログラフィック導波管102の2つの主面103、104の一方の少なくとも一部分を含む。ホログラフィック導波管102は、図3A、3B、及び3Cを参照して示される当該用途に依存して、入力区域である第1の区域Z1に入射する光が出力区域である第2の区域Z2の方向に少なくとも部分的に誘導されるように、又は入力区域である第2の区域Z2に入射する光が出力区域である第1の区域Z1の方向に少なくとも部分的に誘導されるように、構成される。ホログラフィック導波管102は図2A、2B、2Cを参照してさらに説明される。
図1Bは第2の実施形態による光学物品200を示す。光学物品200は基板201及びホログラフィック導波管202を含む。基板201は第1及び第2の表面201a、201bをそれぞれ有する。少なくとも第1の表面201aは湾曲される。基板201は半完成レンズブランクであり得、この場合、第2の表面201bは図1Bに表されるように平面である。第2の表面201bは、球状度数及び非点収差を含む処方箋データなどの装着者に関するデータに従って機械加工されるように意図されている。基板201は眼科用レンズであり得、この場合、第2の表面201bは湾曲される。
ホログラフィック導波管202は、基板201の少なくとも一部分を覆い、第1の主面203、第2の主面204及び周辺縁205を含む。第1の主面203は基板201の曲面201aに適合する。第2の主面204は湾曲された第1の主面203に対しほぼ平行である。したがってホログラフィック導波管は湾曲され、したがって、得られた半完成レンズブランク又は眼科用レンズは、それほど嵩張らなく、特に、通常の厚い直線導波管ほど嵩張らない。
ホログラフィック導波管202はさらに、先に説明したような第1の区域Z1及び第2の区域Z2を含む。
光学物品200はさらに1つ又は複数の追加層206を含み得る。追加層206は、例えば別のホログラフィック導波管、保護層、膜又はウエハ、反射防止被膜などの機能層、分極層、フォトクロミック素子を含む層、エレクトロクロミック素子を含む層、液晶セル素子を含む層及び/又は少なくとも部分的に透明な導電層のうちの1つ又は複数であり得る。2つの少なくとも部分的に透明な導電層が、例えばエレクトロクロミック素子又は液晶セル素子を含む層を制御するために、又は能動ホログラフィック導波管を制御するために使用され得る。
1つ又は複数の追加層206は、ホログラフィック導波管202の上に、すなわち図1Bに表されるように第2の主面204上に、及び/又はホログラフィック導波管202の第1の主面203の下に置かれ得る。一変形形態によると、基板201は、例えば、追加層206を含み、基板の第1の表面201aは追加層206により形成される。
図1Cは第3の実施形態による光学物品300を示す。光学物品300は第1の基板301、ホログラフィック導波管302及び第2の基板306を含む。第1の基板301及び第2の基板306は2つの主面301a、301b、及び306a、306bをそれぞれ含む。第1の基板301及び第2の基板306はまた周辺縁301c及び306cをそれぞれ含む。ホログラフィック導波管302は第1の主面303、第2の主面304及び周辺縁305を含む。ホログラフィック導波管302の第1の主面303は第1の基板301の主面301aに適合し、ホログラフィック導波管302の第2の主面304は第2の基板306の第1の表面306aに適合する。したがって、ホログラフィック導波管は、第1及び第2の基板301、306の間の光学物品300内に埋め込まれる。ホログラフィック導波管302はさらに、先に説明したような第1の区域Z1及び第2の区域Z2を含む。
光学物品300は眼科用レンズであり得、この場合、外面306b及び301bは好適には図1Cに表されるように湾曲される。光学物品300はまた半完成ブランクであり得、この場合、外面306b又は301bの一方だけが湾曲される。
ホログラフィック導波管302の第1及び第2の表面303、304は好適には互いにほぼ平行である。第1及び第2の基板301、306の内面301a及び306aは外面306b及び301bと同じ曲率半径を有し得る。代替案では、第1及び第2の基板301、306の内面301a及び306aは平坦であり得る。
図1B及び1Cの実施形態では、光学物品200、300は半完成レンズブランク又は眼科用レンズであり得、主面の一方(裏面)は装着者の眼の方向へ向けられるように意図されており、他の主面(前面)は外部環境の方向へ向けられるように意図されている。基板301及び306は、処方箋、非点収差、加入度数のような矯正機能の一部を担う可能性がある。
光学物品300は、第1の基板301と第2の基板306との間への感光材の注入により形成され得、第1の基板301と第2の基板306とはホログラフィック導波管の幅に対応する所与距離に維持され、2つの基板301、306の間の空間の一部はその周囲上で閉塞される。別の変形形態によると、ホログラフィック導波管302は第1及び第2の基板301、306の内面301a及び306aに接着され得る。ホログラフィック導波管が能動ホログラフィック導波管である場合、能動ホログラフィック導波管は、第1及び第2の基板301、306の内面301a及び306aに接着される2つの少なくとも部分的に透明な導電層により囲まれる。
光学物品300もまた窓であり得、この場合、両方の外面306b又は301bは平面である。
ホログラフィック導波管は、先に説明した基板の一方の基板の表面の少なくとも10%にわたって、好適には前記表面の少なくとも50%にわたって、さらに好適には前記表面の少なくとも70%にわたって、さらに好適には基板の全表面にわたって延び得るということに留意されたい。
ホログラフィック導波管は、少なくとも一周波数に従って空間的に変化する屈折率を含む感光材で形成される。ホログラフィック導波管はホログラフィックセットアップを使用して記録される。ホログラフィック導波管は受動的であっても能動的であってもよい。能動ホログラフィック導波管は、例えば感光材が液晶と混合される場合は活性化又は非活性化され得る。能動ホログラフィック格子の例は、例えば、特許文献2に開示されたホログラフィック高分子分散型液晶(H−PDLC:holographic polymer dispersed liquid crystal)、特許文献3に記載のPolycrips又はPolyphemsである。
図2Aは、感光材により形成された感光層PHL(photosensitive layer)内のホログラフィック導波管HW(holographic waveguide)の記録を模式的に示す。感光材は例えば感光性高分子又は重クロム酸ゼラチンであり得、前述のものなどのように基板(図示せず)上に蒸着される。
感光性高分子は、任意の物理的状態に(液体、固体、ペーストなどで)あり、標準状態下で固体であるもの及び液体であるものを含み得る。感光性高分子製剤は通常、例えばエチレン的に不飽和な光重合可能部分を呈示する1つ又は複数の単量体又はオリゴマーと、照明波長に敏感な少なくとも1つの成分を有する光重合開始系とを含む。感光性高分子製剤は、可視光のスペクトル感度の範囲の増加を可能にする光開始剤及び光増感剤の組み合わせを含み得る。
これらの感光性高分子製剤は、非網羅的リストでは、高分子、溶剤、可塑剤、転写剤、界面活性剤、酸化防止剤、熱安定剤、反起泡剤、増粘剤、均染剤、触媒などの様々な添加剤を含み得る。
感光性高分子の例は、OmniDex(すなわち、du Pont de Nemours(特許文献4))、Bayfol HX(以前はBayer、最近はCovestro)、Darol(Polygrama)又はSM−TR感光性高分子(Polygrama)などの市販感光性高分子を含む。
感光性高分子製剤はまた、能動ホログラフィック導波管を形成するために混合液晶と混合され得る。それらの組成に(特に溶剤の有無及びそれらの粘度に)依存して、様々なタイプの処理が想定され得る。溶剤含有製剤は、所望厚さを得るために、例えば平面基板(例えばガラス(無機又は有機)の)の回転塗布、浸漬塗布、噴霧塗布又はバー塗布、又はインクジェット印刷による塗布による、又は例えば湾曲基板(例えばガラス(無機又は有機)の)上の回転塗布、浸漬塗布、噴霧塗布、又はインクジェット印刷による塗布によるなど様々なやり方で処理され得る。塗布後、溶剤の蒸着の工程が通常、記録される準備が整った感光性高分子の層を得るために必要である。製剤が溶剤を含まない場合、それらの粘度が余りに高くなければ同じやり方で使用され得る。このケースでは、蒸着工程は必要無い。
感光材により基板を塗布するための説明された方法のいくつかはまた、追加層を含む基板に適用され得る。
感光層の厚さは通常1〜100μmに含まれ、好適には4〜60μmに含まれる。
感光層PHLは側面から視られる。任意のホログラフィックセットアップと同様に、感光材の層は次の少なくとも2つの異なるビームに晒される:基準ビームRB(reference beam)及び物体ビームOB(object beam)。基準ビームRB及び物体ビームOBは当該用途に依存して平行な集束又は分散光線で形成され得る。
基準ビームRBは第2の区域Z2上の感光層の2つの主面の一方に入射し、物体ビームOBは第1の区域Z1上の感光層PHLの1つの縁に入射する。物体ビームOBは感光層中に結合され、感光層中を少なくとも部分的に伝播する。感光層は、周囲空気の屈折率より高い屈折率を有する材料で形成されるので導波管を形成する。したがって、物体ビームOB内に含まれる光は感光層PHL内に誘導される。干渉パターンが、感光層内の物体ビームOBと基準ビームRBとの重ね合せにより形成される。干渉パターンは感光材の特別処理後の屈折率の変動として感光材内に記録される。したがって、感光材の屈折率は少なくとも一周波数に従って空間的に変化する。特に、屈折率は干渉パターンの強度に応じて変化する。
感光材が感光性高分子である場合、屈折率変動は単量体又はオリゴマーの重合により誘起される。
感光性高分子が液晶と混合される場合、屈折率変動は、液晶を有する領域と重合化された単量体又はオリゴマーを有する領域との交番により誘起される。使用される製剤に依存して、明るい干渉縞が液晶により又は重合化された単量体若しくはオリゴマーにより形成され得る。感光層(ホログラフィック導波管が記録される)の両側に置かれた導電層により形成された2つの電極へ張力を印可することにより、液晶は、それらの配向と、したがって光が感光層を通過することにより見られるような実効屈折率とを変更し得る。感光性高分子製剤及び混合液晶製剤の適切な選択により、液晶を含む領域内の屈折率と重合化された感光性高分子を含む領域内の屈折率とを整合させることが可能である。したがって、ホログラフィック導波管の両側に置かれた導電層上に印加される張力に依存してホログラフィック導波管を活性化又は非活性化することが可能である。
基準ビームRB及び物体ビームOBが平行光線で形成される場合、屈折率は、基準ビームRBと物体ビームOBとの間の角度に依存する一周波数に従って変化する。RB又は物体ビームOBの少なくとも一方が集束又は分散すると、屈折率は他の周波数に従って空間的に変化する。
図2Bと図2Cは、ホログラフィック導波管を読む2つの異なるやり方を模式的に示す。
図2Bでは、光のビームB1は第1の区域Z1上の感光層PHLの縁に入射する。ビームB1からの光の一部は、感光層内及びホログラフィック導波管内へ結合される。結合された光は、第2の区域Z2の方向にホログラフィック導波管内で少なくとも部分的に誘導される。次に、光は、ホログラフィック導波管から結合解除され、ビームB2を形成する第2の区域Z2から出て来る。
物体ビームに対応するビームB1の一部分だけがホログラフィック導波管HW内に効率的に結合される。読むために使用される波長が記録のために使用される波長と同じである場合、ホログラフィック導波管から出て来るビームB2は、B2の光線が基準ビームRBと同じ角度再配分(angular repartition)を有するが反対方向に伝播するように、基準ビームRBに対応する。そうでなければ、読むために使用される波長が記録のために使用される波長と異なる場合、ビームB2の光線の角度再配分は、記録された干渉パターンに対応する空間屈折率変動又は変更に依存する。
図2Bの実施形態では、ホログラフィック導波管HWの縁上の区域Z1に到着した光は、特別の角度再配分でもってホログラフィック導波管HWの主面の一方の主面上の区域Z2から出て来る。
図2Cでは、光のビームB2は、第2の区域Z2上の感光層PHLの主面の一方の主面上に入射している。ビームB2からの光の一部は、感光層PHL内及びホログラフィック導波管HW内へ結合される。結合された光は、第1の区域Z1の方向にホログラフィック導波管HW内で少なくとも部分的に誘導される。次に、光はホログラフィック導波管HWから結合解除され、ビームB1を形成する第1の区域Z1の外のホログラフィック導波管から出て来る。ビームB1は物体ビームOBに対応するが反対方向に伝播する。
物体ビームOBに対応するビームB2の一部分は、ホログラフィック導波管HW内へ効率的に結合される。読むために使用される波長が記録のために使用される波長と同じである場合、ホログラフィック導波管から出て来るビームB1は、B1の光線が物体ビームOBと同じ角度再配分を有するが反対方向に伝播するように、物体ビームOBに対応する。そうでなければ、読むために使用される波長が記録のために使用される波長とは異なる場合、ビームB1の光線の角度再配分は、記録された干渉パターンに対応する空間屈折率変動に依存する。
図2Cの実施形態では、特別の角度再配分でもってホログラフィック導波管HWの第2の区域Z2に入射する光は、第1の区域Z1の近傍のホログラフィック導波管HWの縁上で収集され得る。
したがって、ホログラフィック導波管HWは、第1及び第2の区域Z1、Z2の一方に入射する光を第1及び第2のそれぞれの区域Z2、Z1の他方へ選択的に伝搬させることを可能にする。第1及び第2の区域に出入りする光は、感光材中に記録された干渉パターンに対応する少なくとも一周波数に沿って空間的に変化する屈折率により規定される角度再配分を有する。さらに、ホログラフィック導波管は、干渉パターンの記録に対応する屈折率変動に依存する特定波長の第1及び第2の区域Z1、Z2の一方に入射する光を第1及び第2のそれぞれの区域Z2、Z1の他方へ選択的に伝搬させる。
図3A、3B、及び3Cは、ホログラフィック導波管の第1及び第2の区域の様々な非限定的配置を示す。
図3Aは、ホログラフィック導波管の全周辺縁にわたって延びる第1の区域Z1と、ホログラフィック導波管の主面の一方の主面にわたって延びる第2の区域Z2とを含むホログラフィック導波管HWの上面図を示す。
このような配置では、第2の区域Z2に到着する光は例えば、収集され、ホログラフィック導波管の周辺縁の第1の区域Z1の方向に誘導され得る。したがって、ホログラフィック導波管は、基板中を透過されず他のユーザの方向に向けられないUV波長又は380〜450nmに含まれるいくつかの青色波長などの有害な波長を排除するために使用され得る。したがって、ホログラフィック導波管は選択フィルタとして働き得る。第1の区域Z1から出て来る光は吸収器又は光トラップにより収集され得る。代替的に、光は、太陽電池により収集され得、太陽電池は光学装置のフレーム内に配置された電池へ電力を供給し、前記電池は例えばエレクトロクロミック又は液晶眼鏡及び窓の電極又は頭部装着型ディスプレイの電極に電気を供給する。
図3Bは、ホログラフィック導波管の周辺縁の一部分にわたって延びる第1の区域Z1と、ホログラフィック導波管の主面の一方の主面にわたって延びる第2の区域Z2とを含むホログラフィック導波管HWの上面図を示す。
図3Bに示すような配置では、第1の区域Z1は、2mmのサイズを有する発光ダイオードなどの発光体LEのサイズのものであり得る。発光ダイオードにより発射される光は、ホログラフィック導波管の主面の第2の区域Z2の方向に誘導され得る。したがって、ホログラフィック導波管は、例えば470〜510nmの範囲に含まれる特定波長により眼科用レンズの装着者の眼を照らすために使用され得る。このような波長は、遅延睡眠期症候群などの日周期リズム疾患を治療するために光線療法において使用され得、また、例えば季節性情動障害を治療するために使用され得る。
このような配置はまた、一体型視線追跡器を一対の眼鏡内に構築することにより視線追跡を行うために使用され得る。視線追跡器は主として、カメラをセンサとして使用し、追跡される眼を照らすためにIR源(主としてLED)を使用する。カメラは眼の配向又は位置を測定する。ホログラフィック導波管はIR光を装着者の眼の方向に誘導するために使用され得る。ミラーとして働くホログラフィック格子がレンズの上に置かれ得る。ホログラフィック格子は、装着者の眼から来る光をフレームの蝶番又は蔓部内に組み込まれたカメラの方向へ反射するように構成される。
代替的に、第1の区域Z1は数mmのサイズを有する光センサのサイズのものであり得る。図3Aの例と同様に、第2の区域Z2上のホログラフィック導波管に入り第1の区域Z1から出て来る光はセンサにより収集され得、次に、その結果の装置は線量計として使用され得る。
図3Cは複数のホログラフィック導波管HW1、HW2、HW3、HW4を示す。ホログラフィック導波管HW1、HW2、HW3、HW4は互いに隣接しており、前述の基板の少なくとも一部分を覆う。各ホログラフィック導波管HW1、HW2、HW3、HW4は第1の区域Z11、Z12、Z13、Z14及び第2の区域Z21、Z22、Z23、Z24をそれぞれ含む。第2の区域Z21、Z22、Z23、Z24は、ホログラフィック導波管HW1、HW2、HW3、HW4の全表面にわたって延びる。第1の区域Z11、Z12、Z13、Z14は、ホログラフィック導波管HW1、HW2、HW3、HW4の周辺縁の一部分にわたって延びる。
様々なホログラフィック導波管HW1、HW2、HW3、HW4は、ホログラフィック導波管HW1、HW2、HW3、HW4の第2の区域Z21、Z22、Z23、Z24に対応する基板の様々な部分に到着する光を収集するために、そして第1の区域Z11、Z12、Z13、Z14から出て来る収集された光を様々なセンサS1、S2、S3、S4を使用することにより測定するために使用され得る。
このような配置は、場合によっては様々な方向から基板の様々な部分に入射する光を検出するために使用され得、スマート眼鏡又は窓のエレクトロクロミックス又は液晶を制御するために使用され得る。
このような配置はまた、基板の様々な部分に入射する様々な波長を検出するために使用され得、検出される光量に依存して調整可能フィルタを制御するために使用され得る。使用され得る調整可能フィルタの例は国際公開第2017/032649号パンフレットに記載されている。
図4A及び4Bは結合装置CD(coupling device)を含むホログラフィック導波管HWの正面図及び側面図を示す。結合装置CDは、ホログラフィック導波管の主面の一方の主面の周囲上に位置する。代替案では、結合装置CDはホログラフィック導波管の周辺縁上に位置し得る。結合装置は、光をホログラフィック導波管中に結合するように又はそれから結合解除するように(すなわち光をホログラフィック導波管から抽出する又は光をホログラフィック導波管中に注入するように)構成される。例えば、結合装置は、被膜、凸及び/又は凹構造、拡散素子、又はホログラフィック導波管中に記録されたブラッグ格子などのホログラフィック格子から選択され得る。凸及び/又は凹構造は、例えばホログラフィック導波管と接触する基板上に配置された単一凸部又は凹部、又は周期的な一連の凸部及び/又は凹部から形成され得、これにより波型格子、又は回折光学素子などのより複雑な構造を形成する。このような凹部及び/又は凸部構造の例は例えば国際公開第2009/032721号パンフレットに説明されている。
図4A及び4Bの例では、ホログラフィック導波管の主面の一方の主面の上の第2の区域Z2上のホログラフィック導波管HWに入射する光は、ホログラフィック導波管HWの第1の区域Z1の方向に少なくとも部分的に誘導される。第1の区域Z1の方向に誘導される光の一部は、結合解除され(すなわち結合装置CDによりホログラフィック導波管から抽出され)、ホログラフィック導波管HWから、結合装置により出力される光を受信するように構成された光学部品の方向に伝播する。このような光学部品は、スマート眼鏡又は窓のフレーム上に置かれるセンサ、太陽電池、光トラップ又は吸収器であり得る。
代替的に、光は結合装置CDを介してホログラフィック導波管HW中に結合され(すなわち注入され)得、次に、光は、結合装置CDからホログラフィック導波管HWの第2の区域Z2の方向に部分的に誘導される。発光体などの光学部品は、光が結合装置CDの方向に発射されるように、ホログラフィック導波管の近傍のスマート眼鏡又は窓のフレーム上に配置される。
したがって、眼鏡又は窓のフレーム内の光学部品の位置は、光学部品により発射又は受信された光が結合装置の方向へ向けられるように、結合装置の位置を選択することにより調整され得る。これは、本発明による眼鏡又は窓のフレーム内の光学部品の設計及び一体化におけるより大きな柔軟性を可能にする。
図5は、基板401上に置かれた感光層402上のホログラフィック導波管の記録のために使用される光学的セットアップの例を示す。
光学的セットアップ400は、例えば1つの初期直線偏光に沿って光を発射するレーザ403などのコヒーレント光の源、半波長板404、偏光ビームスプリッタ405、2つのミラー407、408、第1のビーム形成アセンブリ409、及び第2のビーム形成アセンブリ406を含む。
光学的セットアップ400は単一レーザビームB0から基準ビームRB及び物体ビームOBを生成するようにされる。基準ビームRBはホログラフィック導波管の第2の区域Z2に対応する感光層402の主面402aの少なくとも一部分の方向へ向けられるように意図されている。物体ビームOBはホログラフィック導波管HWの第1の区域Z1に対応する感光層402の周辺縁402bの少なくとも一部分の方向へ向けられるように意図されている。
レーザ403から来るレーザビームB0は初期直線偏光を有する。レーザ403が直線偏波ビームB0を直接発射してもよいし、追加の四分の一波長板が直線偏波ビームB0を得るために使用されてもよい。偏光の方向は半波長板404を回転させることにより修正され得る。次に、レーザビームB0は、第1の直線偏光を有する光を反射するとともに第1の直線偏光に対し垂直な第2の直線偏光を有する光を送信することにより、偏光ビームスプリッタ405を使用することにより2つのレーザビームB01及びB02に分割される。半波長板404は2つのレーザビームB01及びB02のそれぞれの強度を制御するために回転される。第1のビームB01は2つのミラー407及び408を使用することにより感光層402の周辺縁402bの方向へ向けられる。第1のビームB01は第1のビーム形成アセンブリ409を使用することにより物体ビームOBへ形成される。物体ビームOBは、光線を集束することで形成され、感光層402の周辺縁402bへ合焦される。基準ビームRBは、第2のビーム形成アセンブリ406を使用する用途に依存して平行な発散又は集束光線で形成される。第1及び第2のビーム形成アセンブリ406、409は、集束又は発散ビームを形成するために1つ又は複数のレンズを含み得る。第1及び第2のビーム形成アセンブリ406、409はまた、例えば区域Z1、Z2の境界を定めるためのマスク及び/又はビームB01、B02の強度及び/又は位相を制御するための液晶のマトリクスを含み得る。代替的に、ホログラフィック導波管の記録のために使用される基板401は、感光層中へ記録されるホログラフィック導波管の広がりの境界を定めるためのマスクを含み得る。基板401は、合焦された物体ビームOBのサイズに対してホログラフィック導波管の第1の区域Z1のサイズを増加するために回転され得る。
様々なホログラフィック導波管が、基板401を並進及び回転させることにより、及び第1及び第2の区域の位置を感光層402上に適合することにより同じ感光層402上に記録され得る。第1のビーム形成アセンブリ406は、新しいホログラフィック導波管HWの記録毎に、求められる基準ビームRBに応じて選択され得る。一実施形態では、同じ感光層402内の1つ又は複数のホログラフィック導波管の記録後、感光層は、基板401から取り出され、図1A、1Bの基板101、201の一方の上に置かれ得る。
別の実施形態では、ホログラフィック導波管HWは、図1A、1B、1Cの光学物品100、200の基板101、201を覆う感光層102、202の一方の上に直接記録される。さらに別の実施形態では、図1Cの感光層302は、第1の基板301と第2の基板306との間に埋め込まれる一方で直接記録される。
異なるホログラフィック導波管同士は、隣接し、図3Cに以前示したように互いに接触してもよいし、感光層402で形成される空間により分離されてもよい。異なるホログラフィック導波管間の空間は図6に示すように他の機能を実現するために使用され得る。
図6は、4つの周辺ホログラフィック導波管HW01、HW02、HW03、HW04及び1つの中央ホログラフィック導波管HW00を含む感光層の上面図を示す。
中央ホログラフィック導波管HW00は、感光層の中心に置かれたその第2の区域Z200の一部分と、感光層の縁の方向に延びる1つの周辺部分とを有する。第1の区域Z100は感光層の周辺縁上に置かれる。
周辺ホログラフィック導波管HW01、HW02、HW03、HW04は第2の区域Z200の中央部分に隣接し、ホログラフィック導波管HW01及びHW04もまた中央ホログラフィック導波管HW00の第2の区域Z200の周辺部分に隣接する。周辺ホログラフィック導波管は、図3Cを参照して以前説明したホログラフィック導波管HW1、HW2、HW3、HW4と同様である。ホログラフィック導波管HW01、HW02、HW03、HW04はそれぞれ、各ホログラフィック導波管の周辺縁の一部分に位置する第1の区域Z101、Z102、Z103、Z104を含む。有利には、感光層はさらに3つの導波管Wl、W2、及びW3を含む。導波管はホログラフィック導波管間に含まれる感光層の一部分により形成される。各導波管の上には、導波管中へ誘導された光を結合解除するように構成されたホログラフィックミラーが形成される。
このような配置もまた、一体型視線追跡器を眼鏡のフレーム内に構築するために使用され得る。次に、眼鏡のフレーム内に組み込まれるIR LEDにより発射されるIR光が、眼科用レンズの中心の方向に、3つの導波管W1、W2、W3中へ誘導される。次に、IR光はホログラフィックミラーを介して導波管から結合解除され、次に、装着者の眼の方向へ向けられる。
次に、装着者の眼により反射された光は、眼科用レンズの方向に、より具体的には、入力区域として働くホログラフィック導波管HW00、HW01、HW02、HW03、HW04の第2の区域の少なくとも一部分の方向に向けられる。次に、光は、眼科用レンズの周辺縁におけるホログラフィック導波管HW00、HW01、HW02、HW03、HW04の第1の区域Z100、Z101、Z102、Z103、Z104の方向に誘導される。出力区域Z100、Z101、Z102、Z103、Z104内の各ホログラフィック導波管により収集される光量はセンサS0、S1、S2、S3、S4により測定され得る。センサは、例えば各ホログラフィック導波管の周辺縁上の対応する出力区域Z100、Z101、Z102、Z103、Z104の近傍に位置し得る。センサS0、S1、S2、S3、S4又は発光体LE1、LE2、LE3が各ホログラフィック導波管の周辺縁上に直接置かれない場合、任意選択的結合装置が使用され得る。
この実施形態によると、装着者の眼の配向は、ホログラフィック導波管の入力区域により形成される5つの異なる区域の測定された反射の差に基づき判断され得る。装着者の眼により反射される光は、例えば眼の各部分の表面、吸収、及び幾何学形状の差のために、眼のどの部分(強膜、瞳、及び虹彩)が照らされるかに依存して異なり得る。
光学物品300もまた窓であり得、この場合、外面306b及び301bの両方は平面である。
図2Cでは、光のビームB2は、第2の区域Z2上の感光層PHLの主面の一方の主面上に入射している。ビームB2からの光の一部は、感光層PHL内及びホログラフィック導波管HW内へ結合される。結合された光は、第1の区域Z1の方向にホログラフィック導波管HW内で少なくとも部分的に誘導される。次に、光はホログラフィック導波管HWから結合解除され、ビームB1を形成する第1の区域Z1、及び、第1の区域Z1の外のホログラフィック導波管から出て来る。ビームB1は物体ビームOBに対応するが反対方向に伝播する。

Claims (15)

  1. − 基板(101、201、301)、及び
    − 前記基板(101、201、301)の少なくとも一部を覆うホログラフィック導波管(102、202、302)を少なくとも含む光学物品(100、200、300)であって、
    前記ホログラフィック導波管(102、202、302)は、
    − その少なくとも1つが前記基板(101、201、301)の表面(101a、201a、301a)に適合する2つの主面(103、104、203、204、303、304)、及び、
    − 少なくとも第1及び第2の区域(Z1、Z2)であって、前記第1及び第2の区域(Z1、Z2)の一方に入射する光が前記第1及び第2の区域(Z2、Z1)の他方の区域の方向に少なくとも部分的に誘導されるように構成された少なくとも第1及び第2の区域(Z1、Z2)を含む、光学物品(100、200、300)。
  2. − 前記ホログラフィック導波管(102、202、302)はさらに1つの周辺縁(105、205、305)を含み、
    − 前記第1の区域(Z1)は前記ホログラフィック導波管の前記周辺縁の少なくとも一部分を含み、
    − 前記第2の区域(Z2)は前記ホログラフィック導波管(102、202、302)の主面の一方の主面の少なくとも一部分を含む、請求項1に記載の光学物品(100、200、300)。
  3. 前記ホログラフィック導波管(102、202、302)は前記基板の前記表面の少なくとも10%にわたって、好適には前記表面の少なくとも50%にわたって、さらに好適には前記表面の少なくとも70%にわたって、さらに好適には前記基板の全表面にわたって延びる、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光学物品(100、200、300)。
  4. 複数のホログラフィック導波管を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光学物品(100、200、300)。
  5. 各ホログラフィック導波管はそれぞれ異なる波長の光をそのそれぞれの第1及び第2の区域間に選択的に伝搬させるように構成される、ことを特徴とする請求項4に記載の光学物品(100、200、300)。
  6. 各ホログラフィック導波管により伝播される光線は前記ホログラフィック導波管のそれぞれの第2の区域(Z2)に対する法線に対する様々な角度に従って前記第2の区域(Z2)に出入りする、ことを特徴とする請求項4又は5に記載の光学物品(100、200、300)。
  7. − 前記光学物品はさらに、前記ホログラフィック導波管の一方の主面の周囲に位置し光を前記ホログラフィック導波管中へ結合する又はそれから結合解除するように構成された結合装置(CD)を含み、
    − 前記結合装置(CD)は好適には被膜又は格子のうちの1つから選択される、ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光学物品(100、200、300)。
  8. 前記第1の区域(Z1)は、前記ホログラフィック導波管の周辺縁の少なくとも50%にわたって、好適には前記周辺縁の少なくとも70%にわたって、さらに好適には前記周辺縁の全表面にわたって延びることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光学物品(100、200、300)。
  9. 前記基板は以下のもの:
    − 平面基板(101)、
    − 湾曲基板(201)、
    − 半完成レンズブランク(201)又は眼科用レンズ(301)、
    からなるグループから選択されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の光学物品(100、200、300)。
  10. 前記ホログラフィック導波管(202、302)の前記主面(203、204、303、304)の少なくとも1つは前記基板(201、301)の曲面(201a、301a)に対して平行に延びることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の光学物品(200、300)。
  11. 前記ホログラフィック導波管の2つの前記主面は前面及び裏面を形成し、前記裏面は装着者の眼の方向へ向けられるように意図され、前記前面は外部環境の方向へ向けられるように意図されていることと、
    前記第2の区域は入力区域であり前記第1の区域は出力区域であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の光学物品(100、200、300)。
  12. 光学装置(100、200、300)であって、
    請求項1〜11のいずれか一項に記載の光学物品を含み、
    − 少なくとも1つのセンサ(S1、S2、S3、S4)、太陽電池、前記第1の区域(Z1)において出力される光又は請求項7に記載の結合装置(CD)により出力される光を受信するように構成された光トラップ又は吸収器、又は
    − 前記ホログラフィック導波管(HW)中に結合されるように意図された光を前記第2の区域(Z2)の方向に発射するように構成された少なくとも1つの発光体(LE)をさらに含む光学装置(100、200、300)。
  13. 前記光学物品(100、200、300)はフレーム上の取り付けられるように意図されていることと、前記少なくとも1つのセンサ(S1、S2、S3、S4)、太陽電池、光トラップ、吸収器又は発光体(LE)は前記ホログラフィック導波管の近傍の前記フレーム上に置かれることとを特徴とする請求項12に記載の光学装置(100、200、300)。
  14. 光を基板内で選択的に伝搬させる方法であって、
    − 基板(101、201、301)と前記基板(101、201、301)の少なくとも一部を覆うホログラフィック導波管(102、202、302)とを含み、さらに、
    − その少なくとも1つが前記基板(101、201、301)の表面(101a、201a、301a)に適合する2つの主面(103、104、203、204、303、304)及び、
    − 少なくとも第1及び第2の区域(Z1、Z2)であって、前記第1及び第2の区域(Z1、Z2)の一方に入射する光が前記第1及び第2の区域(Z2、Z1)の他方の区域の方向に少なくとも部分的に誘導されるように構成された少なくとも第1及び第2の区域(Z1、Z2)を含む光学物品(100、200、300)を設ける工程と、
    − 前記第1及び第2の区域(Z1、Z2)の一方に到達する光により前記ホログラフィック導波管(102、202、302)を照明する工程と、
    − 前記光を前記ホログラフィック導波管中に選択的に結合する工程と、
    − 前記ホログラフィック導波管内の光線を前記第1及び第2の区域(Z2、Z1)の他方の区域の方向に誘導する工程と、を含む方法。
  15. 前記光学物品を設ける前記工程は、
    − 感光材(402)の層を基板(401)上へ塗布する工程と、
    − コヒーレント光のビーム(B0)を少なくとも第1及び第2のビーム(B01,B02)に分割する工程と、
    − 前記少なくとも第1のビーム及び第2のビーム(RB,OB)の重ね合せにより前記感光材の層(402)内に干渉パターンを生成する工程であって、この工程は、
    − 少なくとも第1のビーム(OB)を前記感光材の層(402)中に結合することにより
    − 前記少なくとも第2のビーム(RB)によりレンズの外側から前記感光材の層を照明することにより、行われ、
    前記干渉パターンは前記感光材(402)内の少なくとも一周波数に従って空間的に変化する屈折率変更を誘起する、工程
    を含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
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