JP2024032699A - 拡張現実/複合現実用途のためのカスタマイズされたポリマー/ガラス回折導波管スタック - Google Patents
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Abstract
【課題】回折導波管スタックを提供すること【解決手段】回折導波管スタックは、それぞれ、第1、第2、および第3の可視波長範囲内の光を誘導するための、第1、第2、および第3の回折導波管を含む。第1の回折導波管は、選択される波長における第1の屈折率と、第1の可視波長範囲の中間点における第1の標的屈折率とを有する、第1の材料を含む。第2の回折導波管は、選択される波長における第2の屈折率と、第2の可視波長範囲の中間点における第2の標的屈折率とを有する、第2の材料を含む。第3の回折導波管は、選択される波長における第3の屈折率と、第3の可視波長範囲の中間点における第3の標的屈折率とを有する、第3の材料を含む。第1の標的屈折率、第2の標的屈折率、および第3の標的屈折率のうちのいずれか2つの間の差異は、選択される波長において0.005未満である。【選択図】なし
Description
(関連出願への相互参照)
本願は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、2019年6月24日に出願された、米国特許出願第62/865,808号の利益を主張する。
本願は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、2019年6月24日に出願された、米国特許出願第62/865,808号の利益を主張する。
(技術分野)
本発明は、拡張現実/複合現実用途のための、改良された性能を伴う、カスタマイズされたポリマー/ガラス回折導波管スタックに関する。
本発明は、拡張現実/複合現実用途のための、改良された性能を伴う、カスタマイズされたポリマー/ガラス回折導波管スタックに関する。
(背景)
拡張現実/複合現実デバイスは、典型的には、全ての層(例えば、赤色(R)層、緑色(G)層、および青色(B)層)のための単一のタイプのガラスまたはポリマー材料を活用する。本デバイスの性能全体は、RGB層の性能によって決定され得る。変調伝達関数(MTF)、効率、視野(FOV)、コントラスト、および接眼レンズの均一性等のいくつかの重要となる性能インジケータは、個々の層の光学性質に依存する。これらの光学性質は、屈折率、黄色度指数、ヘイズ、光の透過率、面粗度、および同等物を含む。所与の材料に関して、屈折率および光の透過率等の光学性質は、波長の関数である。例えば、ポリマー導波管に関する典型的な分散曲線(屈折率対波長)を示す、図1Aおよび1B、ならびにポリマー導波管材料に関する典型的な吸光曲線(光の透過率対波長)を示す、図2を参照されたい。ヘイズおよび黄色度指数等の他の性質は、波長に大きく依存するものではない。導波管材料と入射波長の本特定の関係は、屈折率および対応する黄色度指数値が、ある閾値を上回る場合、光学適合性に関連する課題を課し得る。
拡張現実/複合現実デバイスは、典型的には、全ての層(例えば、赤色(R)層、緑色(G)層、および青色(B)層)のための単一のタイプのガラスまたはポリマー材料を活用する。本デバイスの性能全体は、RGB層の性能によって決定され得る。変調伝達関数(MTF)、効率、視野(FOV)、コントラスト、および接眼レンズの均一性等のいくつかの重要となる性能インジケータは、個々の層の光学性質に依存する。これらの光学性質は、屈折率、黄色度指数、ヘイズ、光の透過率、面粗度、および同等物を含む。所与の材料に関して、屈折率および光の透過率等の光学性質は、波長の関数である。例えば、ポリマー導波管に関する典型的な分散曲線(屈折率対波長)を示す、図1Aおよび1B、ならびにポリマー導波管材料に関する典型的な吸光曲線(光の透過率対波長)を示す、図2を参照されたい。ヘイズおよび黄色度指数等の他の性質は、波長に大きく依存するものではない。導波管材料と入射波長の本特定の関係は、屈折率および対応する黄色度指数値が、ある閾値を上回る場合、光学適合性に関連する課題を課し得る。
(要約)
第1の一般的側面では、回折導波管スタックは、第1の可視波長範囲内の光を誘導するための第1の回折導波管と、第2の可視波長範囲内の光を誘導するための第2の回折導波管とを含む。第1の回折導波管は、第1の材料を含み、選択される波長における、第1の黄色度指数と、第1の屈折率とを有し、第2の回折導波管は、第2の材料を含み、選択される波長における、第2の黄色度指数と、第2の屈折率とを有する。第1の可視波長範囲内の波長は、第2の可視波長範囲内の波長を超過し、第1の屈折率は、選択される波長において第2の屈折率を超過し、第1の黄色度指数は、選択される波長において第2の黄色度指数を超過する。
第1の一般的側面では、回折導波管スタックは、第1の可視波長範囲内の光を誘導するための第1の回折導波管と、第2の可視波長範囲内の光を誘導するための第2の回折導波管とを含む。第1の回折導波管は、第1の材料を含み、選択される波長における、第1の黄色度指数と、第1の屈折率とを有し、第2の回折導波管は、第2の材料を含み、選択される波長における、第2の黄色度指数と、第2の屈折率とを有する。第1の可視波長範囲内の波長は、第2の可視波長範囲内の波長を超過し、第1の屈折率は、選択される波長において第2の屈折率を超過し、第1の黄色度指数は、選択される波長において第2の黄色度指数を超過する。
第1の一般的側面の実装は、以下の特徴のうちの1つ以上を含んでもよい。
第1の一般的側面の回折導波管スタックは、第3の可視波長範囲内の光を誘導するための第3の回折導波管を含んでもよい。第3の回折導波管は、第3の材料を含み、選択される波長における、第3の黄色度指数と、第3の屈折率とを有する。第2の可視波長範囲内の波長は、第3の可視波長範囲内の波長を超過し、第2の黄色度指数は、選択される波長において第3の黄色度指数を超過する。第2の屈折率は、選択される波長において第3の屈折率を超過してもよい。第1の可視波長範囲は、赤色光を含み、第2の可視波長範囲は、緑色光を含み、第3の可視波長範囲は、青色光を含む。選択される波長において、第1の黄色度指数は、約1.2未満であり、第2の黄色度指数は、約0.8未満であり、第3の黄色度指数は、約0.4未満である。
ある場合には、第1の材料は、第1のポリマーを含み、第2の材料は、第2のポリマーを含む。第1のポリマーおよび第2のポリマーは、異なってもよい。ある場合には、第1の材料は、第1のモノマーと、第2のモノマーとを有する、第1のコポリマーを含み、第2の材料は、第1のモノマーと、第2のモノマーとを有する、第2のコポリマーを含む。第1のコポリマー中の第1のモノマー対第2のモノマーの比率は、第2のコポリマー中の第1のモノマー対第2のモノマーの比率と異なってもよい。第1の材料は、第1の添加剤を含んでもよく、第2の材料は、第2の添加剤を含んでもよい。第1の添加剤および第2の添加剤は、同一であり、第1の添加剤対第1のポリマーの比率は、第2の添加剤対第2のポリマーの比率と異なることができる。
ある場合には、第1の材料は、第1のガラスを含み、第2の材料は、第2のガラスを含む。ある場合には、第1の材料は、ポリマーと、ガラスとのうちの一方を含み、第2の材料は、ポリマーと、ガラスとのうちの他方を含む。
第2の一般的側面では、回折導波管スタックは、第1の可視波長範囲内の光を誘導するための第1の回折導波管と、第2の可視波長範囲内の光を誘導するための第2の回折導波管と、第3の可視波長範囲内の光を誘導するための第3の回折導波管とを含む。第1の回折導波管は、第1の材料を含み、選択される波長における第1の屈折率と、第1の可視波長範囲の中間点における第1の標的屈折率とを有する。第2の回折導波管は、第2の材料を含み、選択される波長における第2の屈折率と、第2の可視波長範囲の中間点における第2の標的屈折率とを有する。第3の回折導波管は、第3の材料を含み、選択される波長における第3の屈折率と、第3の可視波長範囲の中間点における第3の標的屈折率とを有する。第1の可視波長範囲は、赤色光に対応し、第2の可視波長範囲は、緑色光に対応し、第3の可視波長範囲は、青色光に対応する。第1の標的屈折率、第2の標的屈折率、および第3の標的屈折率のうちのいずれか2つの間の差異は、選択される波長において0.005未満である。
第2の一般的側面のいくつかの実装では、選択される波長は、589nmである。
第3の一般的側面では、導波管スタックのために回折導波管を加工することは、第1の比率において、第1のモノマーと、第2のモノマーとを結合させ、第1の重合性材料をもたらすことと、第1の回折導波管金型の中に第1の重合性材料を流延し、第1の重合性材料を重合させ、第1の可視波長範囲内の光を誘導するための第1の回折導波管をもたらすことと、第2の比率において、第1のモノマーと、第2のモノマーとを結合させ、第2の重合性材料をもたらすことと、第2の回折導波管金型の中に第2の重合性材料を流延し、第2の重合性材料を重合させ、第2の可視波長範囲内の光を誘導するための第2の回折導波管をもたらすこととを含む。第1の回折導波管は、選択される波長における、第1の黄色度指数と、第1の屈折率とを有し、第2の回折導波管は、選択される波長における、第2の黄色度指数と、第2の屈折率とを有する。第1の可視波長範囲内の波長は、第2の可視波長範囲内の波長を超過し、第1の屈折率は、選択される波長において第2の屈折率を超過し、第1の黄色度指数は、選択される波長において第2の黄色度指数を超過する。
第3の一般的側面の実装は、以下の特徴のうちの1つ以上を含んでもよい。
第3の一般的側面はさらに、第3の比率において、第1のモノマーと、第2のモノマーとを結合させ、第3の重合性材料をもたらすことと、第3の回折導波管金型の中に第3の重合性材料を流延し、第3の重合性材料を重合させ、第3の可視波長範囲内の光を誘導するための第3の回折導波管をもたらすこととを含んでもよい。第3の回折導波管は、選択される波長における、第3の黄色度指数と、第3の屈折率とを有する。第2の可視波長範囲内の波長は、第3の可視波長範囲内の波長を超過し、第2の黄色度指数は、選択される波長において第3の黄色度指数を超過する。第2の屈折率は、選択される波長において第3の屈折率を超過してもよい。ある場合には、選択される波長は、589nmである。
本開示の主題の1つ以上の実施形態の詳細が、付随の図面および説明に記載される。本主題の他の特徴、側面、および利点も、説明、図面、ならびに請求項から明白な状態になるであろう。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
回折導波管スタックであって、
第1の可視波長範囲内の光を誘導するための第1の回折導波管であって、前記第1の回折導波管は、第1の材料を含み、選択される波長における、第1の黄色度指数と、第1の屈折率とを有する、第1の回折導波管と、
第2の可視波長範囲内の光を誘導するための第2の回折導波管であって、前記第2の回
折導波管は、第2の材料を含み、前記選択される波長における、第2の黄色度指数と、第2の屈折率とを有する、第2の回折導波管と
を備え、
前記第1の可視波長範囲内の波長は、前記第2の可視波長範囲内の波長を超過し、
前記第1の屈折率は、前記選択される波長において前記第2の屈折率を超過し、
前記第1の黄色度指数は、前記選択される波長において前記第2の黄色度指数を超過する、回折導波管スタック。
(項目2)
第3の可視波長範囲内の光を誘導するための第3の回折導波管をさらに備え、前記第3の回折導波管は、第3の材料を含み、前記選択される波長における、第3の黄色度指数と、第3の屈折率とを有し、
前記第2の可視波長範囲内の波長は、前記第3の可視波長範囲内の波長を超過し、
前記第2の黄色度指数は、前記選択される波長において前記第3の黄色度指数を超過する、項目1に記載の回折導波管。
(項目3)
前記第2の屈折率は、前記選択される波長において前記第3の屈折率を超過する、項目2に記載の回折導波管。
(項目4)
前記第1の可視波長範囲は、赤色光を含み、前記第2の可視波長範囲は、緑色光を含み、前記第3の可視波長範囲は、青色光を含む、項目2に記載の回折導波管。
(項目5)
前記選択される波長は、589nmであり、前記第1の黄色度指数は、約1.2未満であり、前記第2の黄色度指数は、約0.8未満であり、前記第3の黄色度指数は、約0.4未満である、項目2に記載の回折導波管。
(項目6)
前記第1の材料は、第1のポリマーを含み、前記第2の材料は、第2のポリマーを含む、項目1に記載の回折導波管。
(項目7)
前記第1のポリマーおよび前記第2のポリマーは、異なる、項目6に記載の回折導波管。
(項目8)
前記第1の材料は、第1のモノマーと、第2のモノマーとを含む、第1のコポリマーを含み、前記第2の材料は、前記第1のモノマーと、前記第2のモノマーとを含む、第2のコポリマーを含む、項目6に記載の回折導波管。
(項目9)
前記第1のコポリマー中の前記第1のモノマー対前記第2のモノマーの比率は、前記第2のコポリマー中の前記第1のモノマー対前記第2のモノマーの比率と異なる、項目6に記載の回折導波管。
(項目10)
前記第1の材料は、第1の添加剤を含み、前記第2の材料は、第2の添加剤を含む、項目6に記載の回折導波管。
(項目11)
前記第1の添加剤および前記第2の添加剤は、同一であり、前記第1の添加剤対前記第1のポリマーの比率は、前記第2の添加剤対前記第2のポリマーの比率と異なる、項目10に記載の回折導波管。
(項目12)
前記第1の材料は、第1のガラスを含み、前記第2の材料は、第2のガラスを含む、項目1に記載の回折導波管。
(項目13)
前記第1の材料は、ポリマーと、ガラスとのうちの一方を含み、前記第2の材料は、ポ
リマーと、ガラスとのうちの他方を含む、項目1に記載の回折導波管スタック。
(項目14)
前記選択される波長は、589nmである、項目1に記載の回折導波管スタック。
(項目15)
導波管スタックのために回折導波管を加工する方法であって、前記方法は、
第1の比率において、第1のモノマーと、第2のモノマーとを結合させ、第1の重合性材料をもたらすことと、
第1の回折導波管金型の中に前記第1の重合性材料を流延し、前記第1の重合性材料を重合させ、第1の可視波長範囲内の光を誘導するための第1の回折導波管をもたらすことであって、前記第1の回折導波管は、選択される波長における、第1の黄色度指数と、第1の屈折率とを有する、ことと、
第2の比率において、前記第1のモノマーと、前記第2のモノマーとを結合させ、第2の重合性材料をもたらすことと、
第2の回折導波管金型の中に前記第2の重合性材料を流延し、前記第2の重合性材料を重合させ、第2の可視波長範囲内の光を誘導するための第2の回折導波管をもたらすことであって、前記第2の回折導波管は、前記選択される波長における、第2の黄色度指数と、第2の屈折率とを有する、ことと
を含み、
前記第1の可視波長範囲内の波長は、前記第2の可視波長範囲内の波長を超過し、
前記第1の屈折率は、前記選択される波長において前記第2の屈折率を超過し、
前記第1の黄色度指数は、前記選択される波長において前記第2の黄色度指数を超過する、方法。
(項目16)
第3の比率において、前記第1のモノマーと、前記第2のモノマーとを結合させ、第3の重合性材料をもたらすことと、
第3の回折導波管金型の中に前記第3の重合性材料を流延し、前記第3の重合性材料を重合させ、第3の可視波長範囲内の光を誘導するための第3の回折導波管をもたらすことであって、前記第3の回折導波管は、前記選択される波長における、第3の黄色度指数と、第3の屈折率とを有する、ことと
をさらに含み、
前記第2の可視波長範囲内の波長は、前記第3の可視波長範囲内の波長を超過し、
前記第2の黄色度指数は、前記選択される波長において前記第3の黄色度指数を超過する、項目15に記載の方法。
(項目17)
前記第2の屈折率は、前記選択される波長において前記第3の屈折率を超過する、項目16に記載の方法。
(項目18)
前記選択される波長は、589nmである、項目15に記載の方法。
(項目19)
回折導波管スタックであって、
第1の可視波長範囲内の光を誘導するための第1の回折導波管であって、前記第1の回折導波管は、第1の材料を含み、選択される波長における第1の屈折率と、前記第1の可視波長範囲の中間点における第1の標的屈折率とを有する、第1の回折導波管と、
第2の可視波長範囲内の光を誘導するための第2の回折導波管であって、前記第2の回折導波管は、第2の材料を含み、前記選択される波長における第2の屈折率と、前記第2の可視波長範囲の中間点における第2の標的屈折率とを有する、第2の回折導波管と、
第3の可視波長範囲内の光を誘導するための第3の回折導波管であって、前記第3の回折導波管は、第3の材料を含み、前記選択される波長における第3の屈折率と、前記第3の可視波長範囲の中間点における第3の標的屈折率とを有する、第3の回折導波管と
を備え、
前記第1の可視波長範囲は、赤色光を含み、前記第2の可視波長範囲は、緑色光を含み、前記第3の可視波長範囲は、青色光を含み、
前記選択される波長における、前記第1の標的屈折率、前記第2の標的屈折率、および前記第3の標的屈折率のうちのいずれか2つの間の差異は、前記選択される波長において0.005未満である、回折導波管スタック。
(項目20)
前記選択される波長は、589nmである、項目19に記載の回折導波管。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
回折導波管スタックであって、
第1の可視波長範囲内の光を誘導するための第1の回折導波管であって、前記第1の回折導波管は、第1の材料を含み、選択される波長における、第1の黄色度指数と、第1の屈折率とを有する、第1の回折導波管と、
第2の可視波長範囲内の光を誘導するための第2の回折導波管であって、前記第2の回
折導波管は、第2の材料を含み、前記選択される波長における、第2の黄色度指数と、第2の屈折率とを有する、第2の回折導波管と
を備え、
前記第1の可視波長範囲内の波長は、前記第2の可視波長範囲内の波長を超過し、
前記第1の屈折率は、前記選択される波長において前記第2の屈折率を超過し、
前記第1の黄色度指数は、前記選択される波長において前記第2の黄色度指数を超過する、回折導波管スタック。
(項目2)
第3の可視波長範囲内の光を誘導するための第3の回折導波管をさらに備え、前記第3の回折導波管は、第3の材料を含み、前記選択される波長における、第3の黄色度指数と、第3の屈折率とを有し、
前記第2の可視波長範囲内の波長は、前記第3の可視波長範囲内の波長を超過し、
前記第2の黄色度指数は、前記選択される波長において前記第3の黄色度指数を超過する、項目1に記載の回折導波管。
(項目3)
前記第2の屈折率は、前記選択される波長において前記第3の屈折率を超過する、項目2に記載の回折導波管。
(項目4)
前記第1の可視波長範囲は、赤色光を含み、前記第2の可視波長範囲は、緑色光を含み、前記第3の可視波長範囲は、青色光を含む、項目2に記載の回折導波管。
(項目5)
前記選択される波長は、589nmであり、前記第1の黄色度指数は、約1.2未満であり、前記第2の黄色度指数は、約0.8未満であり、前記第3の黄色度指数は、約0.4未満である、項目2に記載の回折導波管。
(項目6)
前記第1の材料は、第1のポリマーを含み、前記第2の材料は、第2のポリマーを含む、項目1に記載の回折導波管。
(項目7)
前記第1のポリマーおよび前記第2のポリマーは、異なる、項目6に記載の回折導波管。
(項目8)
前記第1の材料は、第1のモノマーと、第2のモノマーとを含む、第1のコポリマーを含み、前記第2の材料は、前記第1のモノマーと、前記第2のモノマーとを含む、第2のコポリマーを含む、項目6に記載の回折導波管。
(項目9)
前記第1のコポリマー中の前記第1のモノマー対前記第2のモノマーの比率は、前記第2のコポリマー中の前記第1のモノマー対前記第2のモノマーの比率と異なる、項目6に記載の回折導波管。
(項目10)
前記第1の材料は、第1の添加剤を含み、前記第2の材料は、第2の添加剤を含む、項目6に記載の回折導波管。
(項目11)
前記第1の添加剤および前記第2の添加剤は、同一であり、前記第1の添加剤対前記第1のポリマーの比率は、前記第2の添加剤対前記第2のポリマーの比率と異なる、項目10に記載の回折導波管。
(項目12)
前記第1の材料は、第1のガラスを含み、前記第2の材料は、第2のガラスを含む、項目1に記載の回折導波管。
(項目13)
前記第1の材料は、ポリマーと、ガラスとのうちの一方を含み、前記第2の材料は、ポ
リマーと、ガラスとのうちの他方を含む、項目1に記載の回折導波管スタック。
(項目14)
前記選択される波長は、589nmである、項目1に記載の回折導波管スタック。
(項目15)
導波管スタックのために回折導波管を加工する方法であって、前記方法は、
第1の比率において、第1のモノマーと、第2のモノマーとを結合させ、第1の重合性材料をもたらすことと、
第1の回折導波管金型の中に前記第1の重合性材料を流延し、前記第1の重合性材料を重合させ、第1の可視波長範囲内の光を誘導するための第1の回折導波管をもたらすことであって、前記第1の回折導波管は、選択される波長における、第1の黄色度指数と、第1の屈折率とを有する、ことと、
第2の比率において、前記第1のモノマーと、前記第2のモノマーとを結合させ、第2の重合性材料をもたらすことと、
第2の回折導波管金型の中に前記第2の重合性材料を流延し、前記第2の重合性材料を重合させ、第2の可視波長範囲内の光を誘導するための第2の回折導波管をもたらすことであって、前記第2の回折導波管は、前記選択される波長における、第2の黄色度指数と、第2の屈折率とを有する、ことと
を含み、
前記第1の可視波長範囲内の波長は、前記第2の可視波長範囲内の波長を超過し、
前記第1の屈折率は、前記選択される波長において前記第2の屈折率を超過し、
前記第1の黄色度指数は、前記選択される波長において前記第2の黄色度指数を超過する、方法。
(項目16)
第3の比率において、前記第1のモノマーと、前記第2のモノマーとを結合させ、第3の重合性材料をもたらすことと、
第3の回折導波管金型の中に前記第3の重合性材料を流延し、前記第3の重合性材料を重合させ、第3の可視波長範囲内の光を誘導するための第3の回折導波管をもたらすことであって、前記第3の回折導波管は、前記選択される波長における、第3の黄色度指数と、第3の屈折率とを有する、ことと
をさらに含み、
前記第2の可視波長範囲内の波長は、前記第3の可視波長範囲内の波長を超過し、
前記第2の黄色度指数は、前記選択される波長において前記第3の黄色度指数を超過する、項目15に記載の方法。
(項目17)
前記第2の屈折率は、前記選択される波長において前記第3の屈折率を超過する、項目16に記載の方法。
(項目18)
前記選択される波長は、589nmである、項目15に記載の方法。
(項目19)
回折導波管スタックであって、
第1の可視波長範囲内の光を誘導するための第1の回折導波管であって、前記第1の回折導波管は、第1の材料を含み、選択される波長における第1の屈折率と、前記第1の可視波長範囲の中間点における第1の標的屈折率とを有する、第1の回折導波管と、
第2の可視波長範囲内の光を誘導するための第2の回折導波管であって、前記第2の回折導波管は、第2の材料を含み、前記選択される波長における第2の屈折率と、前記第2の可視波長範囲の中間点における第2の標的屈折率とを有する、第2の回折導波管と、
第3の可視波長範囲内の光を誘導するための第3の回折導波管であって、前記第3の回折導波管は、第3の材料を含み、前記選択される波長における第3の屈折率と、前記第3の可視波長範囲の中間点における第3の標的屈折率とを有する、第3の回折導波管と
を備え、
前記第1の可視波長範囲は、赤色光を含み、前記第2の可視波長範囲は、緑色光を含み、前記第3の可視波長範囲は、青色光を含み、
前記選択される波長における、前記第1の標的屈折率、前記第2の標的屈折率、および前記第3の標的屈折率のうちのいずれか2つの間の差異は、前記選択される波長において0.005未満である、回折導波管スタック。
(項目20)
前記選択される波長は、589nmである、項目19に記載の回折導波管。
(詳細な説明)
本開示は、接眼レンズの光学性能全体を最適化するための、拡張現実(AR)/複合現実(MR)回折導波管ベースの接眼レンズ内における、種々の色層(例えば、RGB)のための光学的に調整された材料の使用に関する。色導波管毎の材料は、動作波長に従って最適な光学性質(屈折率、黄色度指数、透過率)のために調製されることができる。最適な光学性質を達成するように構成される、ガラスおよびポリマー系導波管の種々の実装が、説明される。
本開示は、接眼レンズの光学性能全体を最適化するための、拡張現実(AR)/複合現実(MR)回折導波管ベースの接眼レンズ内における、種々の色層(例えば、RGB)のための光学的に調整された材料の使用に関する。色導波管毎の材料は、動作波長に従って最適な光学性質(屈折率、黄色度指数、透過率)のために調製されることができる。最適な光学性質を達成するように構成される、ガラスおよびポリマー系導波管の種々の実装が、説明される。
RGB波長における所与の導波管材料に関して、屈折率(分散曲線)の差異は、典型的には、層毎に異なる視野(FOV)をもたらし、導波管スタックのFOV全体を限定し得る。加えて、より高い屈折率を伴う材料(例えば、ガラスならびにポリマー)は、導波管の光の透過率および接眼レンズの全体的効率に関連する、より高い黄色度指数(b*)を呈する傾向にある。黄色度指数(b*
lim)のある値を上回ると、材料吸光は、少なくとも部分的に、導波管の大部分による吸光に起因して、接眼レンズの全体的効率を限定する。b*
limの閾値は、スペクトルに依存し、すなわち、b*
limは、B番目<G番目<R番目の順序において種々の色(R、G、B、C、...)に関して異なる。すなわち、赤色層は、緑色層および青色層と比較して、b*
limのより高い値を許容することができる。図3は、導波管が、b*
limに接近する際のアイボックス効率低下に基づく、種々の色のための閾値b*値の略図を示し、プロット300、302、および304は、それぞれ、赤色、緑色、および青色に対応する。したがって、3つの色全てのために同一の導波管材料を使用するのではなく、屈折率と対応するb*値との適切な組み合わせが、個々のR層、G層、およびB層のために選択されてもよい。
b*を伴う接眼レンズ効率と波長との依存度を実証するために、R、G、およびBポリマー導波管のためのb*の閾値が、屈折率が589において1.71であり、開始時のb*が0.3である、LUMIPLUS LPB-1102ポリマー(Mitsubishi Gas Chemical製)における3つの導波管全てを加工することによって、取得された。導波管は、次いで、付加的なUV線量に暴露され、導波管内でのより高い黄色度を誘発し、色毎の効率が、b*の関数として測定された。b*の閾値は、次いで、効率が顕著に低下し始めるプロット上のb*位置を位置特定することによって、色毎の効率対b*のプロットから抽出された。
R層、G層、およびB層に関して、別個に屈折率と黄色度指数との好適な組み合わせを達成するための、種々の実装が、存在する。第1の実装は、それぞれが、異なる基礎材料組成を伴う、3つの異なる導波管材料を採用する。第2の実装は、導波管毎に同一の基礎材料を採用し、化学組成または合成条件を調節し、光学性質を改変する。第3の実装は、ガラス導波管とポリマー導波管とを組み合わせる。より高い動作波長(例えば、赤色、625nm)に関して、赤色波長が、より高いb*値に対してあまり感度が高くなく、所望の接眼レンズ効率が、依然として、導波管による低吸光に起因して、維持され得るため、より高い屈折率と、より高いb*とを伴う材料が、使用されることができる。より低い動作波長(例えば、青色、455nm)に関して、屈折率が、455nmにおいてより高くなり、より低いb*が、吸光を最小限に保ち、それによって、接眼レンズ効率を助長することに役立つため、選択される波長(例えば、589nm)におけるより低い屈折率と、より低いb*とを伴う材料が、使用されることができる。
より高いb*と、より高い屈折率とを伴う材料は、赤色導波管層および緑色導波管層のために好適である。したがって、1.71の屈折率を伴う材料は、緑色(530nm)波長および赤色(625nm)波長における屈折率が、1.75より低いため、赤色導波管材料および緑色導波管材料のための理想的な選択肢ではない場合がある。図3に描写されるように、n1<n2<n3およびBb*<Gb*<Rb*であり、式中、Bb*、Gb*、およびRb*は、それぞれ、青色層、緑色層、および赤色層のb*を表す。
図4Aおよび4Bは、層のうちの少なくとも2つに関して異なる基礎材料を有するRGB層を有する、RGB導波管スタックを描写する。図4Aは、赤色導波管402が、第1の屈折率を有する、第1のガラスから成り、緑色導波管および青色導波管404および406が、それぞれ、第2および第3の屈折率をそれぞれ有する、第2のガラスから成り、第2および第3の屈折率が、異なる、RGB接眼レンズスタック400を描写する。一実施例では、赤色導波管は、625nmにおいて1.8の屈折率と、b*<1.2とを有する、ガラスから成り、緑色導波管は、530nmにおいて1.8の屈折率と、b*<0.8とを有する、ガラスから成り、青色導波管は、455nmにおいて1.8の屈折率と、b*<0.35とを有する、ガラスから成る。図4Bは、赤色導波管412が、第1の屈折率を有する、第1のポリマーから成り、緑色導波管414が、第2の屈折率を有する、第2のポリマーから成り、青色導波管416が、第3の屈折率を有する、第3のポリマーから成り、第1、第2、および第3のポリマーが、異なり、第1、第2、および第3の屈折率が、異なる、RGB接眼レンズスタック410を描写する。図4Bに描写される実装に関して、チオレン、ポリカーボネート、CR-39、PMMA、MR167、MR174、および他の適切なポリマー等の光学ポリマーが、活用され、AR/MR用途のための多色導波管スタックの好適な組み合わせを形成することができる。
図5Aおよび5Bは、同一の基礎ガラスまたはポリマー材料から成る、異なる動作波長(例えば、R、G、B等)を伴う導波管を有する、導波管スタックを描写する。高屈折率成分が、基礎材料と組み合わせられることができる、硬化条件が、選択されることができる、または両方を行い、色毎に屈折率と黄色度指数との所望の組み合わせを達成することができる。図5Aは、赤色導波管502、緑色導波管504、および青色導波管506に関して、同一の基礎ガラス材料を有する、RGB導波管スタック500を描写する。図5Bは、赤色導波管512、緑色導波管514、および青色導波管516に関して同一の基礎ポリマー材料を有する、RGB導波管スタック510を描写する。図5Aおよび5Bの導波管スタック内の各層は、層毎に好適な屈折率および黄色度指数を達成するように選択される、高屈折率成分の濃縮体を有する。
図6A-6Dは、種々の屈折率を伴うガラス導波管とポリマー導波管との組み合わせを用いて加工される、導波管スタックを描写する。図6Aは、屈折率n1を伴う赤色ポリマー導波管602と、屈折率n2を伴う緑色ガラス導波管604と、屈折率n3を伴う青色ガラス導波管606とを有する、RGB接眼レンズスタック600を描写する。図6Bは、屈折率n1を伴う赤色ポリマー導波管612と、屈折率n2を伴う緑色ポリマー導波管614と、屈折率n3を伴う青色ガラス導波管616とを有する、RGB接眼レンズスタック610を描写する。図6Cは、屈折率n1を伴う赤色ポリマー導波管622と、屈折率n2を伴う緑色ガラス導波管624と、屈折率n3を伴う青色ガラス導波管626とを有する、RGB接眼レンズスタック620を描写する。図6Dは、屈折率n1を伴う赤色ポリマー導波管632と、屈折率n2を伴う緑色ポリマー導波管634と、屈折率n3を伴う青色ガラス導波管636とを有する、RGB接眼レンズスタック630を描写する。
本明細書に説明される、カスタマイズされたRGBポリマー導波管は、基礎樹脂702および704が、3つの導波管全てのために使用される、2つの部分から成る高屈折率ポリマー樹脂を使用して、図7に示されるような、マルチヘッドシステム700を用いて加工されることができる。所望の屈折率および黄色度指数が、分注および結合される、基礎樹脂702および704の相対量を選択的に制御することによって、達成されることができる。本アプローチは、迅速かつ効率的な大量加工を可能にする。
一実施例では、図7に描写されるように、基礎樹脂702および704は、1:1の比率において、赤色層混合器706に提供される。結果として生じる混合物が、赤色層流延ヘッド708に提供され、RGB接眼レンズスタックのための赤色導波管を形成するために使用される。基礎樹脂702および704が、1:0.8の比率において、緑色層混合器710に提供される。結果として生じる混合物が、緑色層流延ヘッド712に提供され、RGB接眼レンズスタックのための緑色導波管を形成するために使用される。基礎樹脂704が、基礎樹脂702を伴わず、青色層混合器714に提供される。青色層混合器714からの基礎樹脂704は、青色層流延ヘッド716に提供され、RGB接眼レンズスタックのための青色導波管を形成するために使用される。異なる比率の基礎樹脂702および704が、他の実施例において使用されることができる。
本開示は、多くの具体的な実施形態詳細を含有するが、これらは、本主題の範囲または請求され得るものの範囲に対する限界としてではなく、むしろ、特定の実施形態に特有であり得る特徴の説明として解釈されるべきである。本開示において別個の実施形態の文脈において説明される、ある特徴はまた、単一の実施形態において組み合わせにおいて実装されることもできる。逆に、単一の実施形態の文脈において説明される種々の特徴もまた、複数の実施形態において、別個に、または任意の好適な副次的組み合わせにおいて実装されることができる。また、前述に説明される特徴が、ある組み合わせにおいて作用するものとして説明され、さらに最初にそのように請求され得るが、請求される組み合わせからの1つ以上の特徴が、ある場合には、その組み合わせから削除されることができ、請求される組み合わせは、副次的組み合わせもしくは副次的組み合わせの変形例を対象としてもよい。
本主題の特定の実施形態が、説明されている。説明される実施形態の他の実施形態、改変、および並び替えが、当業者に明白となるであろうように、以下の請求項の範囲内である。動作が、図面または請求項において特定の順序において描写されているが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が、示される特定の順序もしくは順次順序において実施されること、または図示される動作の全てが実施されることを要求するものとして理解されるべきではない(いくつかの動作は、随意であると見なされ得る)。
故に、前述に説明される例示的実施形態は、本開示を定義または制約するものではない。他の変更、代用、および改変もまた、本開示の精神ならびに範囲から逸脱することなく、可能性として考えられる。
Claims (14)
- 回折導波管スタックであって、
第1の可視波長範囲内の光を誘導するための第1の回折導波管であって、前記第1の回折導波管は、第1の材料を含み、選択される波長における第1の屈折率と、前記第1の可視波長範囲の中間点における第1の標的屈折率とを有する、第1の回折導波管と、
第2の可視波長範囲内の光を誘導するための第2の回折導波管であって、前記第2の回折導波管は、第2の材料を含み、前記選択される波長における第2の屈折率と、前記第2の可視波長範囲の中間点における第2の標的屈折率とを有する、第2の回折導波管と、
第3の可視波長範囲内の光を誘導するための第3の回折導波管であって、前記第3の回折導波管は、第3の材料を含み、前記選択される波長における第3の屈折率と、前記第3の可視波長範囲の中間点における第3の標的屈折率とを有する、第3の回折導波管と
を備え、前記第1の可視波長範囲は、赤色光を含み、前記第2の可視波長範囲は、緑色光を含み、前記第3の可視波長範囲は、青色光を含み、
前記選択される波長における、前記第1の標的屈折率、前記第2の標的屈折率、および前記第3の標的屈折率のうちのいずれか2つの間の差異は、前記選択される波長において0.005未満である、導波管スタック。 - 前記選択される波長は、589nmである、請求項1に記載の回折導波管スタック。
- 前記第1の材料は、前記第2の材料および前記第3の材料と異なり、前記第2の材料は、前記第3の材料と異なる、請求項1に記載の導波管スタック。
- 前記選択される波長において、前記第1の黄色度指数は、1.2未満であり、前記第2の黄色度指数は、0.8未満であり、前記第3の黄色度指数は、0.4未満である、請求項1に記載の導波管スタック。
- 前記第1の材料は、第1のモノマーと第2のモノマーとを含む第1のコポリマーを含み、前記第2の材料は、前記第1のモノマーと前記第2のモノマーとを含む第2のコポリマーを含み、前記第1のコポリマー中の前記第1のモノマーと前記第2のモノマーとの比率は、前記第2のコポリマー中の前記第1のモノマーと前記第2のモノマーとの比率と異なる、請求項1に記載の導波管スタック。
- 前記第1の材料、前記第2の材料、および前記3の材料は、各々独立して、ポリマーまたはガラスを含む、請求項1に記載の導波管スタック。
- 前記第1の材料は、第1のガラスを含み、前記第2の材料は、第2のガラスを含み、前記第3の材料は、第3のガラスを含み、前記第1のガラス、前記第2のガラス、および前記第3のガラスは、異なり、または、
前記第1の材料は、第1のポリマーを含み、前記第2の材料は、第2のポリマーを含み、前記第3の材料は、第3のポリマーを含み、前記第1のポリマー、前記第2のポリマー、および前記第3のポリマーは、異なる、請求項1に記載の導波管スタック。 - 前記第1の回折導波管の視野は、前記第2の回折導波管の視野と異なる、請求項1に記載の導波管スタック。
- 前記第1の材料は、第1のポリマーを含み、前記第2の材料は、第2のポリマーを含む、請求項1に記載の導波管スタック。
- 前記第1のポリマーおよび前記第2のポリマーは、異なる、請求項9に記載の導波管スタック。
- 前記第1の材料は、第1のモノマーと第2のモノマーとを含む第1のコポリマーを含み、前記第2の材料は、前記第1のモノマーと前記第2のモノマーとを含む第2のコポリマーを含む、請求項9に記載の導波管スタック。
- 前記第1のコポリマー中の前記第1のモノマー対前記第2のモノマーの比率は、前記第2のコポリマー中の前記第1のモノマー対前記第2のモノマーの比率と異なる、請求項11に記載の回折導波管スタック。
- 前記第1の材料は、第1の添加剤を含み、前記第2の材料は、第2の添加剤を含む、請求項9に記載の回折導波管スタック。
- 前記第1の添加剤および前記第2の添加剤は、同一であり、前記第1の添加剤対前記第1のポリマーの比率は、前記第2の添加剤対前記第2のポリマーの比率と異なる、請求項13に記載の導波管スタック。
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