JP6873041B2 - A method of manufacturing an eyepiece containing a first diffractive optical element - Google Patents

A method of manufacturing an eyepiece containing a first diffractive optical element Download PDF

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Description

本開示は、仮想現実および拡張現実結像ならびに視覚化システムに関する。 The present disclosure relates to virtual reality and augmented reality imaging and visualization systems.

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様式、またはそのように知覚され得る様式においてユーザに提示される、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して透明性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。拡張現実、すなわち、「AR」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の視覚化の拡張として、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。例えば、図1を参照すると、拡張現実場面(4)が、描写されており、AR技術のユーザは、人々、木々、背景としての建物、およびコンクリートのプラットフォーム(1120)を特徴とする実世界の公園のような設定(6)が見える。これらのアイテムに加え、AR技術のユーザはまた、実世界プラットフォーム(1120)上に立っているロボット像(1110)と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ(2)が「見えている」ことを知覚するが、これらの要素(2、1110)は、実世界には存在しない。結論から言うと、ヒトの視知覚系は、非常に複雑であり、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で自然のような感覚で豊かな提示を促進するVRまたはAR技術を生成することは、困難である。 Modern computing and display technology is the so-called "virtual reality" in which digitally reproduced images or parts thereof are presented to the user in a manner that appears or can be perceived as reality. Or it is facilitating the development of systems for "augmented reality" experiences. Virtual reality, or "VR" scenarios, typically involve the presentation of digital or virtual image information without transparency to other real-world visual inputs. Augmented reality, or "AR" scenarios, typically involve the presentation of digital or virtual image information as an extension of the visualization of the real world around the user. For example, referring to FIG. 1, an augmented reality scene (4) is depicted, in which users of AR technology feature real-world people, trees, buildings as a background, and a concrete platform (1120). You can see the setting (6) like a park. In addition to these items, users of AR technology will also see a robot image (1110) standing on a real-world platform (1120) and a flying cartoon-like avatar character that looks like an anthropomorphic bumblebee. 2) perceives to be "visible", but these elements (2, 1110) do not exist in the real world. In conclusion, the human visual perception system is very complex, a VR or AR technology that promotes a comfortable, natural-like and rich presentation of virtual image elements among other virtual or real-world image elements. Is difficult to generate.

3D仮想コンテンツをARシステムのユーザに提示する場合、多数の課題が存在する。3Dコンテンツをユーザに提示することの大前提は、複数の深度の知覚の生成を伴う。言い換えると、いくつかの仮想コンテンツは、ユーザにより近いように見える一方、他の仮想コンテンツは、より遠くに生じるように見えることが望ましくあり得る。したがって、3D知覚を達成するために、ARシステムは、ユーザに対して異なる焦点面において仮想コンテンツを送達するように構成されるべきである。 When presenting 3D virtual content to users of an AR system, there are many problems. The main premise of presenting 3D content to the user involves the generation of perceptions of multiple depths. In other words, it may be desirable for some virtual content to appear closer to the user, while other virtual content appear to occur farther. Therefore, in order to achieve 3D perception, the AR system should be configured to deliver virtual content to the user in different focal planes.

3Dディスプレイが、深度の真の感覚、より具体的には、表面深度のシミュレーションされた感覚をもたらすために、ディスプレイの視野内の各点に対して、その仮想深度に対応する遠近調節応答を生成することが望ましい。ディスプレイ点に対する遠近調節応答が、収束および立体視の両眼の深度手掛かりによって決定される、その点の仮想深度に対応しない場合、ヒトの視覚系は、遠近調節衝突を体験し、不安定な結像、有害な眼精疲労、頭痛、および遠近調節情報の不在下では、表面深度のほぼ完全な欠如をもたらし得る。 The 3D display generates an accommodation response for each point in the field of view of the display to provide a true sense of depth, more specifically a simulated sense of surface depth. It is desirable to do. If the accommodation response to a display point does not correspond to the virtual depth of the point, which is determined by the depth cues of both eyes in convergence and stereoscopic vision, the human visual system experiences an accommodation collision and is unstable. In the absence of imagery, adverse eye strain, headache, and accommodation information, it can result in an almost complete lack of surface depth.

したがって、従来のアプローチのこれらおよび他の問題を解決する3Dディスプレイを実装するための改良された技術の必要性がある。本明細書に説明されるシステムおよび技法は、典型的ヒトの視覚的構成と連動し、これらの課題に対処するように構成される。 Therefore, there is a need for improved technology to implement 3D displays that solve these and other problems of the traditional approach. The systems and techniques described herein are configured to address these challenges in conjunction with the typical human visual configuration.

本発明の実施形態は、1人以上のユーザのための仮想現実および/または拡張現実相互作用を促進するためのデバイス、システム、および方法を対象とする。 Embodiments of the invention cover devices, systems, and methods for facilitating virtual reality and / or augmented reality interactions for one or more users.

いくつかの実施形態による、拡張現実コンテンツをユーザに送達するための拡張現実(AR)ディスプレイシステムは、画像データの1つ以上のフレームを提供するための画像発生源と、画像データの1つ以上のフレームに関連付けられた光を伝送するための光変調器と、画像データの1つ以上のフレームに関連付けられた光を受け取り、光をユーザの眼に向かわせるための回折光学要素(DOE)であって、DOEは、導波管屈折率に対応する導波管基板、表面格子、および導波管基板と表面格子との間に配置される中間層(本明細書では、「下層」とも称される)を有する回折構造を備え、下層は、導波管屈折率と異なる下層回折率に対応する、DOEとを備えている。 An augmented reality (AR) display system for delivering augmented reality content to a user, according to some embodiments, is an image source for providing one or more frames of image data and one or more of the image data. With an optical modulator to transmit the light associated with the frame and a diffractive optical element (DOE) to receive the light associated with one or more frames of image data and direct the light to the user's eye. The DOE is a waveguide substrate, a surface lattice, and an intermediate layer (also referred to as a “lower layer” in the present specification) arranged between the waveguide substrate and the surface lattice corresponding to the refractive index of the waveguide. The lower layer is provided with a DOE corresponding to a lower layer diffraction index different from the refractive index of the waveguide.

本発明のいくつかの実施形態によると、回折構造は、導波管基板と上部格子表面との間にある下層を含む、DOEのために採用される。上部格子表面は、第1の屈折率値に対応する第1の材料を備え、下層は、第2の屈折率値に対応する第2の材料を備え、基板は、第3の屈折率値に対応する第3の材料を備えている。 According to some embodiments of the present invention, the diffraction structure is employed for DOE, including a lower layer between the waveguide substrate and the upper lattice surface. The upper lattice surface is provided with a first material corresponding to the first refractive index value, the lower layer is provided with a second material corresponding to the second refractive index value, and the substrate is provided with the third refractive index value. It has a corresponding third material.

同一または異なる材料の任意の組み合わせが、構造のこれらの部分の各々を実装するために採用され得、例えば、全3つの材料は、異なり(かつ全3つの材料は、異なる屈折率値に対応する)、または、層のうちの2つは、同一材料を共有する(例えば、3つの材料のうちの2つは、同一であり、したがって、第3の材料の屈折率値と異なる共通の屈折率値を共有する)。任意の好適な材料のセットが、改良された回折構造の任意の層を実装するために使用され得る。 Any combination of the same or different materials can be employed to mount each of these parts of the structure, eg, all three materials are different (and all three materials correspond to different index values). ), Or two of the layers share the same material (eg, two of the three materials are the same and therefore have a common index of refraction that differs from the index of refraction of the third material. Share the value). Any suitable set of materials can be used to mount any layer of improved diffraction structure.

したがって、種々の組み合わせが、利用可能であり、ある屈折率の下層は、第3の屈折率の基板とともに、別の屈折率の上部格子と組み合わせられ、これらの相対的値の調節は、入射角への回折効率の依存性に多くの変動を提供する。異なる屈折率の層を伴う層状導波管が、提示される。種々の組み合わせおよび順列が、機能性を例証するために、関連性能データとともに提示される。利点として、角度の増加が挙げられ、それは、格子を用いて出力角度の増加を提供し、したがって、接眼レンズを用いて視野の増加を提供する。さらに、角度に伴う回折効率の正常低減に対抗する能力は、機能的に有益である。 Therefore, various combinations are available, one index of refraction underlayer is combined with another index of refraction upper grid, along with a third index of refraction substrate, and adjustment of these relative values is an angle of incidence. It provides a lot of variation in the dependence of the refractive index on. Layered waveguides with layers of different indices of refraction are presented. Various combinations and permutations are presented with relevant performance data to illustrate functionality. An advantage is the increase in angle, which uses a grid to provide an increase in output angle and thus an eyepiece to provide an increase in field of view. Moreover, the ability to counter the normal reduction in diffraction efficiency with angle is functionally beneficial.

追加の実施形態によると、改良されたアプローチが、回折を実装するためのパターンへの転写材料の転写とともに、基板上への転写材料の堆積を実装するために提供される。これらのアプローチは、任意の数の基板表面上への異なる転写材料/パターンの非常に精密な分布、堆積、および/または形成を可能にする。いくつかの実施形態によると、転写材料のパターン化された分布(例えば、パターン化されたインクジェット分布)が、基板上への転写材料の堆積を実装するために行われる。パターン化されたインクジェット分布を使用するこのアプローチは、堆積させられるべき材料にわたって非常に精密な体積制御を可能にする。加えて、このアプローチは、より小さく、より均一な基層を格子表面真下に提供する役割を果たすことができる。 According to additional embodiments, an improved approach is provided to implement the transfer of transfer material onto a substrate, as well as the transfer of transfer material to a pattern for mounting diffraction. These approaches allow for very precise distribution, deposition, and / or formation of different transfer materials / patterns on any number of substrate surfaces. According to some embodiments, a patterned distribution of transfer material (eg, a patterned inkjet distribution) is made to implement the deposition of transfer material on a substrate. This approach, which uses a patterned inkjet distribution, allows for very precise volume control over the material to be deposited. In addition, this approach can serve to provide a smaller, more uniform base layer beneath the lattice surface.

いくつかの実施形態では、第2のより浅い深度構造のセットとともに第1のより深い深度構造のセットを有するテンプレートが提供される。転写材料を転写受け取り側上に堆積するとき、比較的より大きい体積の転写材料が、テンプレートのより深い深度構造に対応して堆積させられる。加えて、比較的により小さい体積の転写材料が、テンプレートのより浅い深度構造に対応して堆積させられる。このアプローチは、異なる特徴が転写受け取り側上に形成されるために、異なる厚さの材料の同時堆積を可能にする。このアプローチは、異なる深度および/または特徴パラメータを伴う構造のために意図的に非均一である分布、例えば、特徴構造は、同一基板上にあり、異なる厚さを有する分布を生成するためにとられることができる。これは、例えば、同一の下層厚を伴う可変深度の構造の同時転写を可能にする転写材料の空間的に分布された体積を生成するために使用されることができる。 In some embodiments, a template is provided that has a first set of deeper depth structures as well as a second set of shallower depth structures. When depositing the transfer material on the transfer receiving side, a relatively larger volume of transfer material is deposited corresponding to the deeper depth structure of the template. In addition, a relatively smaller volume of transfer material is deposited corresponding to the shallower depth structure of the template. This approach allows simultaneous deposition of materials of different thicknesses because different features are formed on the transfer receiving side. This approach is intended to produce distributions that are intentionally non-uniform due to structures with different depths and / or feature parameters, eg, feature structures are on the same substrate and have different thicknesses. Can be It can be used, for example, to generate a spatially distributed volume of transfer material that allows simultaneous transfer of variable depth structures with the same underlayer thickness.

いくつかの実施形態は、基板上への複数のタイプの転写材料の同時堆積を実装するためのアプローチに関する。これは、光学特性を有する材料が、一度に基板の複数の部分にわたり同時に堆積させられることを可能にする。このアプローチはまた、特定の機能に関連付けられた(例えば、内部結合格子、直交瞳拡大素子(OPE)格子、または射出瞳拡大素子(EPE)格子として作用するための)局所エリアを調整する能力を提供する。異なるタイプの材料は、異なる光学特性を有する同一材料(例えば、異なる屈折率を有する同一材料の2つの変形)または2つの全く異なる材料を含み得る。材料の任意の光学特性、例えば、屈折率、不透明度、および/または吸光度は、本技法を採用するときに検討および選択されることができる。 Some embodiments relate to approaches for implementing simultaneous deposition of multiple types of transfer material on a substrate. This allows materials with optical properties to be deposited simultaneously over multiple parts of the substrate at one time. This approach also has the ability to adjust the local area associated with a particular function (eg, to act as an internally coupled lattice, an orthogonal pupil magnifying element (OPE) lattice, or an exit pupil expanding element (EPE) lattice). provide. Different types of materials can include the same material with different optical properties (eg, two variants of the same material with different refractive indexes) or two completely different materials. Any optical properties of the material, such as refractive index, opacity, and / or absorbance, can be considered and selected when adopting the technique.

別の実施形態によると、多側面転写が、採用され、光学構造の複数の側面に転写し得る。これは、転写が、光学要素の異なる側面上で生じ、ベース層体積を通して機能の多重化を実装することを可能にする。この方法において、異なる接眼レンズ機能が、格子構造機能に悪影響を及ぼさずに、実装されることができる。第1のテンプレートは、ある転写を基板/転写受け取り側の側面「A」上に生成し、第1の材料を有する第1のパターンを構造の側面A上に形成するために使用され得る。別のテンプレートは、第2の転写を同一基板の側面「B」上に生成するために使用され得、それは、第2の材料を有する第2のパターンを基板の側面B上に形成する。側面AおよびBは、同一もしくは異なるパターンを有し得、および/または同一もしくは異なるタイプの材料を有し得る。 According to another embodiment, multi-sided transfer is employed and can be transferred to multiple sides of the optical structure. This allows transfer to occur on different sides of the optics and implement functional multiplexing through the base layer volume. In this method, different eyepiece functions can be implemented without adversely affecting the lattice structure function. The first template can be used to generate a transfer on the substrate / transfer receiving side side surface "A" and form a first pattern with the first material on the side surface A of the structure. Another template can be used to generate a second transfer on the side surface "B" of the same substrate, which forms a second pattern with the second material on the side surface B of the substrate. Sides A and B may have the same or different patterns and / or may have the same or different types of material.

追加の実施形態は、多層重転写および/または多層分離/オフセット基板統合に関する。これらのアプローチのいずれか/両方では、以前に転写されたパターンが、再び、噴出させられ、印刷されることができる。接着剤が、第1の層上に噴出させられることができ、第2の基板がそれに接合され(おそらく空隙を伴って)、後続噴出プロセスが、第2の基板上に堆積させ、転写することができる。一連の転写されたパターンは、ロールツーロールプロセスにおいて順次互いに接合されることができる。多層重転写を実装するアプローチは、多層分離/オフセット基板統合アプローチとともに使用して、またはその代わりに使用され得ることに留意されたい。多層重転写に対して、第1の転写材料が、基板上に堆積させられ、転写された後、第2の転写材料の堆積が続き、第1の転写材料および第2の転写材料の両方を有する複合多層構造をもたらすことができる。多層分離/オフセット基板統合に対して、第1の基板1および第2の基板2の両方が、転写材料で転写され得、その後、基板1および基板2は、一実施形態では、おそらく、空隙を基板2の活性構造と基板1の裏側との間に提供するオフセット特徴(同様に転写される)を伴って、狭み込まれ、接合され得る。転写されたスペーサが、空隙を生成するために使用され得る。 Additional embodiments relate to multilayer multiple transfer and / or multilayer separation / offset substrate integration. With either or both of these approaches, previously transcribed patterns can be ejected and printed again. The adhesive can be ejected onto the first layer, the second substrate is joined to it (possibly with voids), and the subsequent ejection process deposits and transfers on the second substrate. Can be done. A series of transferred patterns can be sequentially joined together in a roll-to-roll process. Note that the approach of implementing multi-layer multiple transfer can be used with or instead of the multi-layer separation / offset substrate integration approach. For multilayer multiple transfer, the first transfer material is deposited on the substrate and transferred, followed by the deposition of the second transfer material, both the first transfer material and the second transfer material. It is possible to provide a composite multilayer structure having a structure. For multi-layer separation / offset substrate integration, both the first substrate 1 and the second substrate 2 can be transferred with the transfer material, after which the substrate 1 and substrate 2 will probably have voids in one embodiment. It can be narrowed and joined with an offset feature (also transferred) provided between the active structure of the substrate 2 and the back side of the substrate 1. The transferred spacers can be used to create voids.

さらに別の実施形態によると、基板にわたり分布される材料の可変体積堆積を実装するためのアプローチが開示され、それは、表面不均一性の先験的知識に依存し得る。これは、望ましくない平行度をもたらし、不良光学性能を生じさせ得る基板の表面不均一性を補正する。転写材料の可変体積堆積が、下層トポグラフィまたは物理的特徴セットから独立して、堆積させられるべき転写材料の水平分布を提供するために採用され得る。例えば、基板は、真空チャックによって平坦に引っ張られ、原位置計測が、例えば、低コヒーレンスまたはレーザベースの接触測定プローブを用いて、表面高さを査定するために行われることができる。転写材料の分配体積は、測定データに応じて変動させられ、再現に応じて、より均一な層をもたらすことができる。厚さ変動および/またはくぼみ、ピーク、もしくは他の異常、もしくは基板上の局所位置に関連付けられた特徴の存在等の任意のタイプの不均一性も、本発明の本実施形態によって対処され得る。 Yet another embodiment discloses an approach for implementing variable volume deposition of materials distributed across substrates, which may rely on a priori knowledge of surface heterogeneity. This compensates for the surface non-uniformity of the substrate, which can result in undesired parallelism and poor optical performance. Variable volume deposition of transfer material can be employed to provide a horizontal distribution of transfer material to be deposited, independent of underlying topography or physical feature sets. For example, the substrate is pulled flat by a vacuum chuck and in-situ measurements can be made to assess surface height, for example using a low coherence or laser-based contact measurement probe. The distributed volume of the transfer material can be varied depending on the measured data, resulting in a more uniform layer depending on the reproduction. Any type of non-uniformity, such as thickness variation and / or dents, peaks, or other anomalies, or the presence of features associated with local location on the substrate, can also be addressed by this embodiment of the invention.

前述の実施形態のいずれも、一緒に組み合わせられ得ることに留意されたい。さらに、本発明の追加のおよび他の目的、特徴、ならびに利点は、発明を実施するための形態、図、および請求項に説明される。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
(項目1)
回折光学要素を製造する方法であって、
1つ以上の材料のセットを基板上に堆積することと、
テンプレートを識別することであって、前記テンプレートは、その上に形成された転写パターンを有する、ことと、
前記テンプレートを用いて、前記転写パターンを前記基板上の前記1つ以上の材料のセットの中に転写することと
を含み、
前記転写パターンは、前記回折光学要素のための回折パターンを備えている、方法。
(項目2)
前記基板上の前記1つ以上の材料のセットは、材料の第1の部分および材料の第2の部分を備え、
前記テンプレートは、第1の深度構造のセットおよび第2の深度構造のセットを備え、前記第1の深度構造のセットは、前記第2の深度構造のセットと異なる深度を有し、
前記転写パターンは、第1のパターンおよび第2のパターンを備え、
前記第1のパターンおよび前記第2のパターンを前記基板上に同時に形成すること、前記テンプレートは、前記第1の深度構造のセットを伴う前記第1のパターンを前記材料の前記第1の部分上に転写し、前記テンプレートは、前記第2の深度構造のセットを伴う前記第2のパターンを前記材料の前記第2の部分上に転写する、項目1に記載の方法。
(項目3)
前記第1のパターンは、第1の回折格子パターンに対応し、前記第2のパターンは、第2の回折格子パターンに対応する、項目1〜2のいずれかに記載の方法。
(項目4)
前記材料の前記第1および第2の部分は、前記基板上への前記材料の非均一な分布に対応する、項目1〜3のいずれかに記載の方法。
(項目5)
前記基板は、均一厚の下層を形成しており、前記第1および第2のパターンは、可変深度構造を前記均一厚の下層上に形成する、項目1〜4のいずれかに記載の方法。
(項目6)
前記基板上の前記1つ以上の材料のセットは、材料の第1の部分および材料の第2の部分を備え、前記材料の前記第1の部分は、前記材料の前記第2の部分と異なる光学特性を有する、項目1〜5のいずれかに記載の方法。
(項目7)
前記材料の前記第1の部分と前記材料の前記第2の部分との間の異なる光学特性は、異なる屈折率、不透明度、または吸光度に対応する、項目1〜6のいずれかに記載の方法。
(項目8)
前記材料の前記第1の部分は、転写前に、前記材料の前記第2の部分の上方に堆積させられる、項目1〜7のいずれかに記載の方法。
(項目9)
前記基板上の前記1つ以上の材料のセットは、材料の第1の部分および材料の第2の部分を備え、前記材料の前記第1の部分は、前記基板の第1の面上にあり、前記材料の前記第2の部分は、前記基板の第2の面上にあり、
第1のパターンを前記基板の前記第1の面上の前記材料の第1の部分の中に転写することと、
第2のパターンを前記基板の前記第2の面上の前記材料の第2の部分の中に転写することと、
項目1〜8のいずれかに記載の方法。
(項目10)
前記第1のパターンは、前記第2のパターンと異なる、項目1〜9のいずれかに記載の方法。
(項目11)
前記材料の第1の部分は、前記材料の第2の部分と異なる材料である、項目1〜10のいずれかに記載の方法。
(項目12)
前記基板上の前記1つ以上の材料のセットは、材料の第1の部分および材料の第2の部分を備え、前記材料の前記第1の部分は、前記材料の前記第2の部分の堆積前に堆積させられ、転写される、項目1〜11のいずれかに記載の方法。
(項目13)
転写が、前記材料の前記第2の部分上に行われる、項目1〜12のいずれかに記載の方法。
(項目14)
第1の転写されたパターンを有する前記第1の基板は、第2の転写パターンを有する前記第2の基板上に重ね合わせられる、項目1〜13のいずれかに記載の方法。
(項目15)
前記第1の転写されたパターンを有する前記第1の基板は、前記第2の転写パターンを有する前記第2の基板に接合される、項目1〜14のいずれかに記載の方法。
(項目16)
スペーサが、前記第1の転写されたパターンを有する前記第1の基板と前記第2の転写されたパターンを有する前記第2の基板との間に空隙を形成する、項目1〜15のいずれかに記載の方法。
(項目17)
前記1つ以上の材料のセットの可変レベルが、前記基板上に堆積させられる、項目1〜16のいずれかに記載の方法。
(項目18)
前記基板上に堆積させられる前記1つ以上の材料のセットの前記可変レベルは、前記基板の表面均一性の変動性を測定することによって識別される、項目1〜17のいずれかに記載の方法。
(項目19)
前記1つ以上の材料のセットは、インクジェット堆積によって前記基板上に堆積させられる、項目1〜18のいずれかに記載の方法。
(項目20)
項目1〜19のいずれかに記載の方法を使用して形成される回折光学要素。
Note that any of the aforementioned embodiments can be combined together. In addition, additional and other purposes, features, and advantages of the invention are described in the embodiments, figures, and claims for carrying out the invention.
For example, the present application provides the following items.
(Item 1)
A method of manufacturing diffractive optics
Placing one or more sets of materials on a substrate,
Identifying a template, wherein the template has a transfer pattern formed on it.
Using the template to transfer the transfer pattern into the set of one or more materials on the substrate.
Including
The method, wherein the transfer pattern comprises a diffraction pattern for the diffractive optical element.
(Item 2)
The set of one or more materials on the substrate comprises a first portion of the material and a second portion of the material.
The template comprises a first set of depth structures and a second set of depth structures, the first set of depth structures having a different depth than the second set of depth structures.
The transfer pattern comprises a first pattern and a second pattern.
Simultaneously forming the first pattern and the second pattern on the substrate, the template comprises the first pattern with the set of the first depth structures on the first portion of the material. The method of item 1, wherein the template transfers the second pattern with the set of the second depth structure onto the second portion of the material.
(Item 3)
The method according to any one of items 1 and 2, wherein the first pattern corresponds to a first diffraction grating pattern, and the second pattern corresponds to a second diffraction grating pattern.
(Item 4)
The method according to any one of items 1 to 3, wherein the first and second portions of the material correspond to a non-uniform distribution of the material on the substrate.
(Item 5)
The method according to any one of items 1 to 4, wherein the substrate forms a uniform thickness lower layer, and the first and second patterns form a variable depth structure on the uniform thickness lower layer.
(Item 6)
The set of one or more materials on the substrate comprises a first portion of the material and a second portion of the material, the first portion of the material being different from the second portion of the material. The method according to any one of items 1 to 5, which has optical characteristics.
(Item 7)
The method according to any one of items 1 to 6, wherein the different optical properties between the first portion of the material and the second portion of the material correspond to different refractive indexes, opacity, or absorbances. ..
(Item 8)
The method of any of items 1-7, wherein the first portion of the material is deposited above the second portion of the material prior to transfer.
(Item 9)
The set of one or more materials on the substrate comprises a first portion of the material and a second portion of the material, the first portion of the material being on a first surface of the substrate. The second portion of the material is on the second surface of the substrate.
Transferring the first pattern into a first portion of the material on the first surface of the substrate,
Transferring the second pattern into a second portion of the material on the second surface of the substrate,
The method according to any one of items 1 to 8.
(Item 10)
The method according to any one of items 1 to 9, wherein the first pattern is different from the second pattern.
(Item 11)
The method according to any one of items 1 to 10, wherein the first portion of the material is a material different from the second portion of the material.
(Item 12)
The set of one or more materials on the substrate comprises a first portion of the material and a second portion of the material, the first portion of the material being a deposit of the second portion of the material. The method of any of items 1-11, which is previously deposited and transferred.
(Item 13)
The method of any of items 1-12, wherein the transfer is performed on the second portion of the material.
(Item 14)
The method according to any one of items 1 to 13, wherein the first substrate having the first transferred pattern is superposed on the second substrate having the second transfer pattern.
(Item 15)
The method according to any one of items 1 to 14, wherein the first substrate having the first transferred pattern is joined to the second substrate having the second transfer pattern.
(Item 16)
Any of items 1 to 15, wherein the spacer forms a gap between the first substrate having the first transferred pattern and the second substrate having the second transferred pattern. The method described in.
(Item 17)
The method of any of items 1-16, wherein variable levels of the one or more sets of materials are deposited on the substrate.
(Item 18)
The method of any of items 1-17, wherein the variable level of the set of one or more materials deposited on the substrate is identified by measuring the variability of the surface uniformity of the substrate. ..
(Item 19)
The method of any of items 1-18, wherein the set of one or more materials is deposited onto the substrate by inkjet deposition.
(Item 20)
A diffractive optical element formed using the method according to any of items 1-19.

図1は、一図示される実施形態における、装着式ARユーザデバイスを通した拡張現実(AR)のユーザのビューを図示する。FIG. 1 illustrates a view of an augmented reality (AR) user through a wearable AR user device in one illustrated embodiment. 図2は、従来の立体視的3Dシミュレーションディスプレイシステムを図示する。FIG. 2 illustrates a conventional stereoscopic 3D simulation display system. 図3は、本発明のいくつかの実施形態による、立体視的3Dシミュレーションディスプレイシステムを実装するための改良されたアプローチを図示する。FIG. 3 illustrates an improved approach for implementing a stereoscopic 3D simulation display system according to some embodiments of the present invention. 図4A−4Dは、ヒトVRおよび/またはARのための高品質で快適に知覚されるディスプレイシステムを提供する目的に対処するための種々のシステム、サブシステム、および構成要素を図示する。FIG. 4A-4D illustrates various systems, subsystems, and components for addressing the objectives of providing a high quality and comfortably perceived display system for human VR and / or AR. 図4A−4Dは、ヒトVRおよび/またはARのための高品質で快適に知覚されるディスプレイシステムを提供する目的に対処するための種々のシステム、サブシステム、および構成要素を図示する。FIG. 4A-4D illustrates various systems, subsystems, and components for addressing the objectives of providing a high quality and comfortably perceived display system for human VR and / or AR. 図4A−4Dは、ヒトVRおよび/またはARのための高品質で快適に知覚されるディスプレイシステムを提供する目的に対処するための種々のシステム、サブシステム、および構成要素を図示する。FIG. 4A-4D illustrates various systems, subsystems, and components for addressing the objectives of providing a high quality and comfortably perceived display system for human VR and / or AR. 図4A−4Dは、ヒトVRおよび/またはARのための高品質で快適に知覚されるディスプレイシステムを提供する目的に対処するための種々のシステム、サブシステム、および構成要素を図示する。FIG. 4A-4D illustrates various systems, subsystems, and components for addressing the objectives of providing a high quality and comfortably perceived display system for human VR and / or AR. 図5は、改良された回折構造を利用するシステムの例示的構成の平面図を図示する。FIG. 5 illustrates a plan view of an exemplary configuration of a system utilizing the improved diffraction structure. 図6は、スタックされた導波管アセンブリを図示する。FIG. 6 illustrates a stacked waveguide assembly. 図7は、DOEを図示する。FIG. 7 illustrates DOE. 図8および9は、例示的回折パターンを図示する。8 and 9 illustrate exemplary diffraction patterns. 図8および9は、例示的回折パターンを図示する。8 and 9 illustrate exemplary diffraction patterns. 図10および11は、その中にビームが投入される、2つの導波管を図示する。FIGS. 10 and 11 illustrate two waveguides into which a beam is injected. 図10および11は、その中にビームが投入される、2つの導波管を図示する。FIGS. 10 and 11 illustrate two waveguides into which a beam is injected. 図12は、導波管のスタックを図示する。FIG. 12 illustrates a stack of waveguides. 図13Aは、導波管基板および上部格子表面を有するが、下層を伴わない回折構造を実装するための例示的アプローチを図示する。FIG. 13A illustrates an exemplary approach for mounting a diffraction structure with a waveguide substrate and an upper lattice surface but without a lower layer. 図13Bは、例示的シミュレーション結果のチャートを示す。FIG. 13B shows a chart of exemplary simulation results. 図13Cは、図13Aの注釈付きバージョンを示す。FIG. 13C shows an annotated version of FIG. 13A. 図14Aは、導波管基板、下層、および上部格子表面を有する回折構造を実装するための例示的アプローチを図示する。FIG. 14A illustrates an exemplary approach for mounting a diffraction structure with a waveguide substrate, a lower layer, and an upper lattice surface. 図14Bは、導波管基板、下層、格子表面、および上部表面を有する回折構造を実装するための例示的アプローチを図示する。FIG. 14B illustrates an exemplary approach for mounting a diffraction structure with a waveguide substrate, lower layer, lattice surface, and upper surface. 図14Cは、導波管基板、下層、格子表面、および上部表面を有する回折構造のスタックを実装するための例示的アプローチを図示する。FIG. 14C illustrates an exemplary approach for mounting a stack of diffractive structures with a waveguide substrate, a lower layer, a lattice surface, and an upper surface. 図15Aは、高屈折率導波管基板、低屈折率下層、および低屈折率上部格子表面を有する回折構造を実装するための例示的アプローチを図示する。FIG. 15A illustrates an exemplary approach for mounting a diffraction structure with a high index waveguide substrate, a low index lower layer, and a low index upper lattice surface. 図15Bは、例示的シミュレーション結果のチャートを示す。FIG. 15B shows a chart of exemplary simulation results. 図16Aは、低屈折率導波管基板、高屈折率下層、および低屈折率上部格子表面を有する回折構造を実装するための例示的アプローチを図示する。FIG. 16A illustrates an exemplary approach for mounting a diffraction structure with a low index waveguide substrate, a high index lower layer, and a low index upper lattice surface. 図16Bは、例示的シミュレーション結果のチャートを示す。FIG. 16B shows a chart of exemplary simulation results. 図17Aは、低屈折率導波管基板、媒体屈折率下層、および高屈折率上部格子表面を有する回折構造を実装するための例示的アプローチを図示する。FIG. 17A illustrates an exemplary approach for mounting a diffraction structure with a low index waveguide substrate, a medium index lower layer, and a high index upper lattice surface. 図17Bは、例示的シミュレーション結果のチャートを示す。FIG. 17B shows a chart of exemplary simulation results. 図18A−Dは、下層特性の修正を図示する。FIGS. 18A-D illustrate the modification of lower layer characteristics. 図18A−Dは、下層特性の修正を図示する。FIGS. 18A-D illustrate the modification of lower layer characteristics. 図18A−Dは、下層特性の修正を図示する。FIGS. 18A-D illustrate the modification of lower layer characteristics. 図18A−Dは、下層特性の修正を図示する。FIGS. 18A-D illustrate the modification of lower layer characteristics. 図19は、単一基板上への転写材料の精密な可変体積堆積を実装するためのアプローチを図示する。FIG. 19 illustrates an approach for implementing precise variable volume deposition of transfer material on a single substrate. 図20は、いくつかの実施形態による、同一層内への複数の異なる転写材料の指向性同時堆積を実装するためのアプローチおよび転写ステップを図示する。FIG. 20 illustrates approaches and transfer steps for implementing directional co-deposition of a plurality of different transfer materials within the same layer, according to some embodiments. 図21A−Bは、全内部反射回折光学要素の状況における、2側面転写を実装するための例示的アプローチを図示する。21A-B illustrate an exemplary approach for implementing two-sided transfer in the context of total internal reflection diffractive optics. 図22は、図21A−Bに示されるアプローチを使用して形成される構造を図示する。FIG. 22 illustrates a structure formed using the approach shown in FIGS. 21AB. 図23は、多層重転写を実装するためのアプローチを図示する。FIG. 23 illustrates an approach for implementing multilayer multiple transfer. 図24は、多層分離/オフセット基板統合を実装するためのアプローチを図示する。FIG. 24 illustrates an approach for implementing multi-layer separation / offset substrate integration. 図25は、表面不均一性に対処するために、基板にわたり分布される材料の可変体積堆積を実装するためのアプローチを図示する。FIG. 25 illustrates an approach for implementing variable volume deposition of material distributed over a substrate to address surface inhomogeneity.

本発明のいくつかの実施形態によると、回折構造が、採用され、回折構造は、導波管基板と上部格子表面との間にある下層/中間層を含む。上部格子表面は、第1の屈折率値に対応する第1の材料を備え、下層は、第2の屈折率値に対応する第2の材料を備え、基板は、第3の屈折率値に対応する第3の材料を備えている。 According to some embodiments of the present invention, a diffractive structure is employed and the diffractive structure includes a lower layer / intermediate layer between the waveguide substrate and the upper lattice surface. The upper lattice surface is provided with a first material corresponding to the first refractive index value, the lower layer is provided with a second material corresponding to the second refractive index value, and the substrate is provided with the third refractive index value. It has a corresponding third material.

このアプローチの1つの利点は、3つの層のための相対的屈折率の適切な選択によって、最小全内部反射角度が屈折率が増加させられるにつれて低減させられるという事実から、構造がより広範囲の入射光のためのより広い視野を得ることを可能にすることである。回折効率は、増加させられ、画像視認デバイスのディスプレイへの「より明るい」光の出力を可能にすることができる。 One advantage of this approach is that the structure is more widely incident due to the fact that the minimum total internal reflection angle is reduced as the index of refraction is increased by proper selection of the relative index of refraction for the three layers. It is to be able to get a wider field of view for light. Diffraction efficiency is increased and can allow the output of "brighter" light to the display of the image viewing device.

種々の組み合わせが、利用可能であり、ある屈折率の下層は、第3の屈折率の基板とともに、別の屈折率の上部格子と組み合わせられ、これらの相対的値を調節することは、入射角への回折効率の依存性に多くの変動を提供する。異なる屈折率の層を伴う層状導波管が、提示される。種々の組み合わせおよび順列が、機能性を例証するために、関連性能データとともに提示される。利点は、角度の増加を含み、それは、格子を用いて出力角度の増加を提供し、したがって、接眼レンズを用いて視野の増加を提供する。さらに、角度に伴う回折効率における通常の低減に対抗する能力は、機能的に有益である。 Various combinations are available, one index of refraction underlayer is combined with another index of refraction upper grid, along with a third index of refraction substrate, and adjusting these relative values is an angle of incidence. It provides a lot of variation in the dependence of the refractive index on. Layered waveguides with layers of different indices of refraction are presented. Various combinations and permutations are presented with relevant performance data to illustrate functionality. Advantages include an increase in angle, which uses a grid to provide an increase in output angle and thus an eyepiece to provide an increase in field of view. Moreover, the ability to counter the usual reductions in diffraction efficiency with angle is functionally beneficial.

(いくつかの実施形態によるディスプレイシステム)
本開示の本部分は、本発明の改良された回折構造と併用され得る、例示的ディスプレイシステムを説明する。
(Display system according to some embodiments)
This part of the disclosure describes an exemplary display system that can be used in conjunction with the improved diffraction structure of the present invention.

図2は、典型的には、それぞれ、眼からの固定半径方向焦点距離10における、各眼4および6に対する別個のディスプレイ74および76を有する従来の立体視的3Dシミュレーションディスプレイシステムを図示する。この従来のアプローチは、遠近調節手掛かりを含む、3次元における深度を検出および解釈するためにヒトの眼および脳によって利用される有用な手掛かりの多くを考慮することができない。 FIG. 2 typically illustrates a conventional stereoscopic 3D simulation display system with separate displays 74 and 76 for each eye 4 and 6, respectively, at a fixed radial focal length of 10 from the eye. This conventional approach cannot take into account many of the useful cues used by the human eye and brain to detect and interpret depth in three dimensions, including accommodation cues.

実際、典型的ヒトの眼は、半径方向距離に基づいて、多数の深度の層を解釈可能であり、例えば、約12の深度の層を解釈可能である。約0.25メートルの近視野限界は、ほぼ最も近い焦点深度であり、約3メートルの遠視野限界は、ヒトの眼から約3メートルを上回って離れたいかなるアイテムも無限焦点を受けることを意味する。焦点の層は、眼に近づくほど、ますます薄くなる。言い換えると、眼は、眼に比較的近いほど非常に小さい焦点距離の差異を知覚可能であり、この効果は、オブジェクトが眼からより離れるにつれて、消散する。無限オブジェクト場所では、焦点深度/光屈折間隔値は、約1/3ジオプトリである。 In fact, the typical human eye can interpret multiple depth layers based on radial distances, for example about 12 depth layers. A near-field limit of about 0.25 meters is near the closest depth of focus, and a far-field limit of about 3 meters means that any item more than about 3 meters away from the human eye will receive infinite focus. To do. The layer of focus becomes thinner and thinner as it gets closer to the eye. In other words, the eye is able to perceive a very small focal length difference the closer it is to the eye, and this effect dissipates as the object moves further away from the eye. At infinite object locations, the depth of focus / light refraction interval value is about 1/3 diopter.

図3は、本発明のいくつかの実施形態による、立体視的3Dシミュレーションディスプレイシステムを実装するための改良されたアプローチを図示し、2つの複合画像が、各眼4および6に対して1つずつ表示され、各画像の種々の側面(14)のための種々の半径方向焦点深度(12)が、各眼に知覚される画像内の3次元深度階層化の知覚を提供するために利用され得る。複数の焦点面(例えば、12の焦点面)がユーザの眼と無限遠との間に存在するので、これらの焦点面および描写される関係内のデータは、仮想要素をユーザの視認のための拡張現実シナリオ内に位置付けるために利用され得る。なぜなら、ヒトの眼は、常に動き回り、焦点面を利用して深度を知覚するからである。この図は、種々の深度における特定の数の焦点面を示すが、本発明の実装は、所望の特定の用途のための必要に応じて、任意の数の焦点面を使用し得、本発明は、したがって、本開示における図のいずれかに示される特定の数の焦点面のみを有するデバイスに限定されないことに留意されたい。 FIG. 3 illustrates an improved approach for implementing a stereoscopic 3D simulation display system according to some embodiments of the invention, with two composite images, one for each eye 4 and 6. Displayed one by one, different radial focal depths (12) for different aspects (14) of each image are utilized to provide a perception of three-dimensional depth stratification within the image perceived by each eye. obtain. Since there are multiple focal planes (eg, 12 focal planes) between the user's eye and infinity, the data in these focal planes and the relationships depicted makes the virtual element visible to the user. It can be used to position it within an augmented reality scenario. This is because the human eye constantly moves around and uses the focal plane to perceive depth. Although this figure shows a particular number of focal planes at various depths, implementations of the present invention may use any number of focal planes as needed for the particular application desired. Therefore, it should be noted that is not limited to devices having only a specific number of focal planes shown in any of the figures in the present disclosure.

図4A−4Dを参照すると、本発明のいくつかの実施形態による、いくつかの一般的構成要素選択肢が、図示される。図4A−4Dの議論に続く詳細な説明の一部では、種々のシステム、サブシステム、および構成要素が、ヒトVRおよび/またはARのための高品質で快適に知覚されるディスプレイシステムを提供する目的に対処するために提示される。 With reference to FIGS. 4A-4D, some general component choices according to some embodiments of the present invention are illustrated. In part of the detailed description following the discussion of FIGS. 4A-4D, various systems, subsystems, and components provide a high quality and comfortable perceived display system for human VR and / or AR. Presented to address the purpose.

図4Aに示されるように、ARシステムユーザ(60)が、ユーザの眼の正面に位置付けられるディスプレイシステム(62)に結合される、フレーム(64)構造を装着した状態で描写される。スピーカ(66)が、描写される構成では、フレーム(64)に結合され、ユーザの外耳道に隣接して位置付けられる(一実施形態では、図示されない別のスピーカが、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ/成形可能音制御を提供する)。ディスプレイ(62)は、有線導線または無線接続等によって、ローカル処理およびデータモジュール(70)に動作可能に結合され(68)、データモジュール(70)は、フレーム(64)に固定して取り付けられること、図4Bの実施形態に示されるように、ヘルメットまたは帽子(80)に固定して取り付けられること、ヘッドホン内に埋め込まれること、図4Cの実施形態に示されるように、リュック式構成でユーザ(60)の胴体(82)に取り外し可能に取り付けられること、または図4Dの実施形態に示されるように、ベルト結合式構成でユーザ(60)の腰(84)に取り外し可能に取り付けられること等、種々の構成で搭載され得る。 As shown in FIG. 4A, an AR system user (60) is depicted wearing a frame (64) structure coupled to a display system (62) located in front of the user's eyes. In the depicted configuration, the speaker (66) is coupled to the frame (64) and positioned adjacent to the user's ear canal (in one embodiment, another speaker (not shown) is adjacent to the user's other ear canal. Positioned to provide stereo / moldable sound control). The display (62) is operably coupled to the local processing and data module (70) by a wired lead or wireless connection (68), and the data module (70) is fixedly attached to the frame (64). , As shown in the embodiment of FIG. 4B, fixedly attached to a helmet or hat (80), embedded in headphones, as shown in the embodiment of FIG. 4C, in a backpack configuration. Removably attached to the body (82) of 60), or detachably attached to the waist (84) of the user (60) in a belt-coupled configuration, as shown in the embodiment of FIG. 4D, etc. It can be mounted in various configurations.

ローカル処理およびデータモジュール(70)は、省電力プロセッサまたはコントローラと、フラッシュメモリ等のデジタルメモリとを備え得、両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用され得る。データは、a)画像捕捉デバイス(カメラ等)、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、GPSユニット、無線デバイス、および/またはジャイロスコープ等、フレーム(64)に動作可能に結合され得るセンサから捕捉されたデータ、および/または、b)おそらく、処理または読み出し後にディスプレイ(62)へ渡すために、遠隔処理モジュール(72)および/または遠隔データリポジトリ(74)を使用して取得および/または処理されたデータである。ローカル処理およびデータモジュール(70)は、有線または無線通信リンク等を介して、遠隔処理モジュール(72)および遠隔データリポジトリ(74)に動作可能に結合され得る76、78)、これらの遠隔モジュール(72、74)は、互いに動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール(70)へのリソースとして利用可能である。 The local processing and data module (70) may include a power saving processor or controller and digital memory such as flash memory, both of which can be utilized to assist in data processing, caching, and storage. Data is from a) sensors that can be operably coupled to the frame (64), such as image capture devices (cameras, etc.), microphones, inertial measurement units, accelerometers, compasses, GPS units, wireless devices, and / or gyroscopes. Captured data and / or b) Perhaps acquired and / or processed using a remote processing module (72) and / or a remote data repository (74) for passing to display (62) after processing or reading. It is the data that was made. The local processing and data module (70) can be operably coupled to the remote processing module (72) and the remote data repository (74) via a wired or wireless communication link or the like 76,78), these remote modules ( 72, 74) are operably coupled to each other and are available as resources for local processing and data module (70).

一実施形態では、遠隔処理モジュール(72)は、データおよび/または画像情報を分析し、処理するように構成される1つ以上の比較的に強力なプロセッサまたはコントローラを備え得る。一実施形態では、遠隔データリポジトリ(74)は、「クラウド」リソース構成におけるインターネットまたは他のネットワーキング構成を通して利用可能であり得る比較的に大規模なデジタルデータ記憶設備を備え得る。一実施形態では、ローカル処理およびデータモジュールにおいて、全てのデータが記憶され、全ての計算が行われ、任意の遠隔モジュールからの完全自律使用を可能にする。 In one embodiment, the remote processing module (72) may include one or more relatively powerful processors or controllers configured to analyze and process data and / or image information. In one embodiment, the remote data repository (74) may be equipped with relatively large digital data storage equipment that may be available through the Internet or other networking configurations in a "cloud" resource configuration. In one embodiment, in local processing and data modules, all data is stored, all calculations are performed, and fully autonomous use from any remote module is possible.

Z軸差(すなわち、光学軸に沿って眼からの直線距離)の知覚が、可変焦点光学要素構成と共に導波管をすることによって、促進され得る。ディスプレイからの画像情報が、コリメートされ、導波管の中に投入され、当業者に公知の任意の好適な基板誘導光学方法を使用して、大射出瞳様式で分布され得、次いで、可変焦点光学要素能力が、導波管から現れる光の波面の焦点を変化させ、眼に、導波管から生じる光が特定の焦点距離からのものであるという知覚を提供するために利用され得る。言い換えると、入射光は、全内部反射導波管構成における課題を回避するためにコリメートされているので、それは、コリメートされた方式で出射し、視認者の眼が、遠点に遠近調節し、それを網膜上に集中させることを要求し、必然的に、何らかの他の介入が、光が再集中され、異なる視認距離からとして知覚されるようにしない限り、それは、光学無限遠からであるように解釈されるであろう。好適なそのような介入の1つは、可変焦点レンズである。 Perception of the Z-axis difference (ie, the linear distance from the eye along the optical axis) can be facilitated by waveguideing with a variable focus optics configuration. Image information from the display can be collimated, populated into a waveguide, and distributed in a large exit pupil fashion using any suitable substrate induction optical method known to those of skill in the art, and then variable focus. Optical element capabilities can be used to change the focus of the wave front of light emerging from a waveguide and to provide the eye with the perception that the light originating from the waveguide is from a particular focal length. In other words, the incident light is collimated to avoid problems in the all-internally reflected waveguide configuration, so that it is emitted in a collimated manner and the viewer's eye adjusts the perspective to a distant point. As it is from optical infinity, unless it requires that it be focused on the retina and, inevitably, some other intervention causes the light to be refocused and perceived as from different viewing distances. Will be interpreted. One such intervention that is preferred is a varifocal lens.

いくつかの実施形態では、コリメートされた画像情報は、それが全内部反射し、隣接する導波管の中に通されるような角度で、ガラスまたは他の材料片の中に投入される。導波管は、ディスプレイからのコリメートされた光が、導波管の長さに沿って、反射体または回折特徴の分布にわたりほぼ均一に出射するよう分布されるように構成され得る。眼に向かう出射時、出射光は、可変焦点レンズ要素に通され、可変焦点レンズ要素の制御された焦点に応じて、可変焦点レンズ要素から出射し、眼に入射する光は、種々のレベルの焦点を有するであろう(コリメートされた平坦波面は、光学無限遠を表し、ビーム発散/波面曲率が大きいほど、眼58に対してより近い視認距離を表す)。 In some embodiments, the collimated image information is injected into a piece of glass or other material at an angle such that it is totally internally reflected and passed through the adjacent waveguide. The waveguide may be configured such that the collimated light from the display is distributed along the length of the waveguide so that it is emitted substantially uniformly over the distribution of reflectors or diffraction features. Upon exit to the eye, the emitted light is passed through the varifocal lens element and, depending on the controlled focus of the varifocal lens element, exits the varifocal lens element and the light incident on the eye is of varying levels. It will have a focal point (the collimated flat wave surface represents optical infinity, and the greater the beam divergence / wave surface curvature, the closer the viewing distance to the eye 58).

「フレーム順次」構成では、順次の2次元画像のスタックが、コンピュータ断層撮影システムがスタックされた画像スライスを使用して3次元構造を表す様式と同様の様式で、ディスプレイに順次供給され、3次元知覚を経時的に生成し得る。一連の2次元画像スライスは、各々が眼に対して異なる焦点距離で、眼に提示され得、眼/脳は、そのようなスタックをコヒーレント3次元ボリュームの知覚の中に統合するであろう。ディスプレイタイプに応じて、行毎またはさらにピクセル毎の順序付けが、3次元視認の知覚を生成するために行われ得る。例えば、走査光ディスプレイ(走査ファイバディスプレイまたは走査鏡ディスプレイ等)では、ディスプレイは、導波管に、順次方式で一度に1つの線または1つのピクセルを提示する。 In a "frame-sequential" configuration, a stack of sequential 2D images is sequentially fed to the display in a format similar to that in which a computed tomography system uses stacked image slices to represent a 3D structure. Perceptions can be generated over time. A series of 2D image slices can be presented to the eye, each with a different focal length to the eye, and the eye / brain will integrate such a stack into the perception of a coherent 3D volume. Depending on the display type, row-by-row or even pixel-by-pixel ordering can be done to generate a three-dimensional visual perception. For example, in a scanning optical display (such as a scanning fiber display or a scanning mirror display), the display presents the waveguide in a sequential manner, one line or one pixel at a time.

図6を参照すると、スタックされた導波管アセンブリ(178)が、複数の導波管(182、184、186、188、190)および複数の弱レンズ(198、196、194、192)を有することによって、3次元知覚を眼/脳に提供するために利用され得、複数の導波管および複数の弱レンズは、その導波管レベルに対して知覚されるべき焦点距離を示す各導波管レベルのための種々のレベルの波面曲率で画像情報を眼に送信するように一緒に構成されている。複数のディスプレイ(200、202、204、206、208)、または別の実施形態では、単一多重化ディスプレイが、導波管(182、184、186、188、190)の中にコリメートされた画像情報を投入するために利用され得、導波管の各々は、前述のように、眼に出射するために、各導波管の長さにわたり入射光を実質的に等しく分布させるように構成され得る。 Referring to FIG. 6, the stacked waveguide assembly (178) has a plurality of waveguides (182, 184, 186, 188, 190) and a plurality of weak lenses (198, 196, 194, 192). Thereby, it can be utilized to provide three-dimensional perception to the eye / brain, with multiple waveguides and multiple weak lenses each waveguide indicating the focal distance to be perceived for that waveguide level. It is configured together to transmit image information to the eye with various levels of waveguide curvature for the tube level. Multiple displays (200, 202, 204, 206, 208), or in another embodiment, a single multiplexed display was collimated into the waveguide (182, 184, 186, 188, 190). It can be used to input image information, and each of the waveguides is configured to distribute incident light substantially equally over the length of each waveguide for exit to the eye, as described above. Can be done.

眼に最も近い導波管(182)は、そのような導波管(182)の中に投入されるにつれて、光学無限遠焦点面を表し得るコリメートされた光を眼に送達するように構成される。次の上方導波管(184)は、眼(58)に到達し得る前に、第1の弱レンズ(192;例えば、弱い負のレンズ)を通過する、コリメートされた光を送信するように構成される。そのような第1の弱レンズ(192)は、眼/脳が、その次の上方導波管(184)から生じる光を光学無限遠から人に向かって内向きにより近い第1の焦点面から生じているように解釈するように、若干の凸面波面曲率を作成するように構成され得る。同様に、第3の上方導波管(186)は、眼(58)に到達する前に、その出力光を第1(192)および第2(194)レンズを通過させる。第1(192)および第2(194)レンズの組み合わせられた屈折力は、眼/脳が、その上方の第3の導波管(186)から生じている光を次の上方導波管(184)からの光より光学無限遠から人に向かってさらにより内向きに近い第2の焦点面から生じているように解釈するように、別の漸増量の波面発散を作成するように構成され得る。 The waveguide closest to the eye (182) is configured to deliver collimated light to the eye that may represent an optical point at infinity plane as it is inserted into such a waveguide (182). Ru. The next upper waveguide (184) is to transmit collimated light through a first weak lens (192; eg, a weak negative lens) before it can reach the eye (58). It is composed. In such a first weak lens (192), the eye / brain produces light from the next upper waveguide (184) from a first focal plane that is closer inward inward from optical infinity. It can be configured to create a slight convex wavefront curvature, as interpreted as. Similarly, the third upper waveguide (186) allows its output light to pass through the first (192) and second (194) lenses before reaching the eye (58). The combined refractive power of the first (192) and second (194) lenses allows the eye / brain to direct the light generated from the third waveguide (186) above it to the next upward waveguide ( It may be configured to create another gradual wavefront divergence, interpreted as originating from a second focal plane that is even more inward toward the person from optical infinity than the light from 184). ..

他の導波管層(188、190)および弱レンズ(196、198)も同様に、構成され、スタック内の最高導波管(190)は、人に最も近い焦点面を表す総焦点力のために、その出力をそれと眼との間の弱レンズの全てを通して送信する。スタックされた導波管アセンブリ(178)の他の側の世界(144)から生じる光を視認/解釈するとき、レンズ(198、196、194、192)のスタックを補償するために、補償レンズ層(180)が、スタックの上部に配置され、下方のレンズスタック(198、196、194、192)の総屈折力を補償する。そのような構成は、前述のように、利用可能な導波管/レンズ対と同じ数の知覚される焦点面に、再び、比較的に大きな射出瞳構成を提供する。導波管の反射側面およびレンズの焦点合わせ側面は両方とも、静的であり得る(すなわち、動的または電気活性ではない)。代替実施形態では、動的であり、前述のように、電気活性特徴を使用し、少数の導波管が、時系列方式で多重化され、より多数の有効焦点面を生成することを可能にし得る。 Other waveguide layers (188, 190) and weak lenses (196, 198) are similarly constructed, with the highest waveguide (190) in the stack having a total focal force representing the focal plane closest to the person. Therefore, its output is transmitted through all of the weak lenses between it and the eye. Compensating lens layer to compensate for the stack of lenses (198, 196, 194, 192) when viewing / interpreting light originating from the other side world (144) of the stacked waveguide assembly (178). (180) is placed at the top of the stack to compensate for the total refractive power of the lower lens stack (198, 196, 194, 192). Such a configuration again provides a relatively large exit pupil configuration for the same number of perceived focal planes as the available waveguide / lens pairs, as described above. Both the reflective side of the waveguide and the focusing side of the lens can be static (ie, not dynamic or electrically active). In an alternative embodiment, it is dynamic and uses electrically active features, as described above, allowing a small number of waveguides to be multiplexed in a time series manner to produce a larger number of effective focal planes. obtain.

種々の回折構成が、コリメートされたビームを焦点合わせすることおよび/または向け直すことのために採用されることができる。例えば、コリメートされたビームをブラッググレーティング等の線形回折パターンに通すことは、ビームを偏向、すなわち、「操向」させるであろう。コリメートされたビームを半径方向対称回折パターン、すなわち、「フレネルゾーンプレート」に通すことは、ビームの焦点を変化させるであろう。線形および半径方向要素の両方を有する組み合わせ回折パターンが、コリメートされた入力ビームの偏向および焦点合わせの両方を生成するように採用されることができる。これらの偏向および焦点合わせ効果は、反射ならびに透過性モードで生成されることができる。 Various diffraction configurations can be employed to focus and / or reorient the collimated beam. For example, passing a collimated beam through a linear diffraction pattern such as a Bragg grating would deflect, or "steer," the beam. Passing the collimated beam through a radial symmetric diffraction pattern, the "Fresnel zone plate", will change the focus of the beam. A combined diffraction pattern with both linear and radial elements can be employed to produce both deflection and focusing of the collimated input beam. These deflection and focusing effects can be generated in reflective and transmissive modes.

これらの原理は、追加の光学系制御を可能にするための導波管構成とともに適用され得る。図7に示されるように、回折パターン(220)、すなわち、「回折光学要素」(または「DOE」)が、コリメートされたビームが平面導波管(216)に沿って全内部反射されるにつれて、それが多数の場所において回折パターン(220)に交差するように、平面導波管(216)内に埋め込まれている。構造はまた、その中にビームが投入され得る(例えば、プロジェクタまたはディスプレイによって)、別の導波管(218)を含み得、DOE(221)が、この別の導波管(218)内に埋め込まれる。 These principles can be applied with waveguide configurations to allow additional optics control. As shown in FIG. 7, the diffraction pattern (220), i.e. the "diffractive optics" (or "DOE"), is reflected entirely internally along the planar waveguide (216) as the collimated beam is reflected entirely internally. , It is embedded in the planar waveguide (216) so that it intersects the diffraction pattern (220) in many places. The structure can also include another waveguide (218) into which the beam can be directed (eg, by a projector or display), and the DOE (221) is within this other waveguide (218). Be embedded.

好ましくは、DOE(220)は、ビームの光の一部のみ、DOE(220)の各交差点を用いて、眼(58)に向かって偏向させられる一方、残りは、全内部反射を介して、平面導波管(216)を通って移動し続けるように、比較的に低回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、多数の場所において導波管から出射する、いくつかの関連光ビームに分割され、結果は、図8に示されるように、平面導波管(216)内で跳ね返るこの特定のコリメートされたビームに対する眼(58)に向かう非常に均一なパターンの出射放出である。眼(58)に向かう出射ビームは、この場合、DOE(220)が、線形回折パターンのみを有するので、実質的に平行として図8に示される。しかしながら、この線形回折パターンピッチに対する変化は、出射平行ビームを制御可能に偏向させ、それによって、走査またはタイル表示機能性を生成するために利用され得る。 Preferably, the DOE (220) is deflected towards the eye (58) using only a portion of the light of the beam at each intersection of the DOE (220), while the rest is deflected through total internal reflections. It has a relatively low diffraction efficiency so that it continues to move through the planar waveguide (216). The light carrying the image information is therefore divided into several related light beams emanating from the waveguide in many places and the results are within the planar waveguide (216), as shown in FIG. A very uniform pattern of emission and emission towards the eye (58) for this particular collimated beam that bounces off. The exit beam towards the eye (58) is shown in FIG. 8 as substantially parallel in this case, as DOE (220) has only a linear diffraction pattern. However, this change to the linear diffraction pattern pitch can be utilized to controlably deflect the emitted collimated beam, thereby producing scanning or tile display functionality.

図9を参照すると、埋め込まれるDOE(220)の半径方向対称回折パターン成分の変化に伴って、出射ビームパターンは、より発散性となり、それは、眼がより近い距離に対して遠近調節を行い、出射ビームパターンを網膜上に焦点を合わせることを要求し、出射ビームパターンは、光学無限遠より眼に近い視認距離からの光として脳によって解釈されるであろう。 Referring to FIG. 9, with the change of the radial symmetric diffraction pattern component of the embedded DOE (220), the emitted beam pattern becomes more divergent, which allows the eye to adjust the perspective for a closer distance. It requires the exit beam pattern to be focused on the retina, which will be interpreted by the brain as light from a viewing distance closer to the eye than optical infinity.

図10を参照すると、その中にビームが投入され得る(例えば、プロジェクタまたはディスプレイによって)他の導波管(218)の追加に伴って、線形回折パターン等のこの他の導波管(218)内に埋め込まれたDOE(221)は、より大きい平面導波管(216)全体にわたり光を拡散させるように機能し得、それは、稼働中の特定のDOE構成に従って、より大きい平面導波管(216)から出射する入射光の非常に大きな入射場、例えば、大型のアイボックスを眼(58)に提供するように機能する。 With reference to FIG. 10, with the addition of another waveguide (218) in which the beam can be injected (eg, by a projector or display), this other waveguide (218), such as a linear diffraction pattern. The DOE (221) embedded within may function to diffuse light throughout the larger planar waveguide (216), which, according to the particular DOE configuration in operation, is the larger planar waveguide. It functions to provide the eye (58) with a very large incident field of incident light emitted from 216), eg, a large eyebox.

DOE(220、221)は、関連付けられた導波管(216、218)を二分するように描写されるが、これは、そうである必要はない。それらは、同一機能性を有するように、導波管(216、218)のうちのいずれかのいずれか側により近く、またはその上に設置されることもできる。したがって、図11に示されるように、単一のコリメートされたビームの投入に伴って、クローン化されたコリメートビームの場全体が、眼(58)に向かって向かわせられ得る。加えて、前述のもの等の組み合わせられた線形回折パターン/半径方向対称回折パターンシナリオでは、Z軸焦点合わせ能力を伴うビーム分布導波管光学(射出瞳の機能的拡張等の機能性のために、図11のそれ等の構成で、射出瞳は、光学要素自体と同じ大きさであることができ、それは、ユーザ快適性および人間工学のために非常に有意な利点であり得る)が、提示され、クローン化されたビームの発散角度および各ビームの波面曲率は両方とも、光学無限遠より近い点から生じる光を表す。 The DOE (220, 221) is depicted to bisect the associated waveguide (216, 218), but this does not have to be. They can also be installed closer to or on either side of any of the waveguides (216, 218) so that they have the same functionality. Thus, as shown in FIG. 11, with the injection of a single collimated beam, the entire field of the cloned collimated beam can be directed towards the eye (58). In addition, in combined linear diffraction pattern / radial symmetric diffraction pattern scenarios such as those described above, beam distribution wavefront optics with Z-axis focusing capability (for functionality such as functional expansion of exit pupils). , In their configuration of FIG. 11, the exit pupil can be the same size as the optics themselves, which can be a very significant advantage for user comfort and ergonomics), but presented. The divergence angle of the cloned beams and the wavefront curvature of each beam both represent light originating from a point closer than optical infinity.

一実施形態では、1つ以上のDOEは、能動的に回折する「オン」状態と、有意に回折しない「オフ」状態との間で切り替え可能である。例えば、切り替え可能DOEは、高分子分散型液晶の層を備え得、高分子分散型液晶の層において、微小液滴が、ホスト媒体内の回折パターンを備え、微小液滴の屈折率が、ホスト材料の屈折率に実質的に一致するように切り替えられることができるか(その場合、パターンは、入射光を著しく回折しない)、または、微小液滴が、ホスト媒体のものに一致しない屈折率に切り替えられることができる(その場合、パターンは、入射光を能動的に回折する)。さらに、回折項に対する動的変化に伴って、ビーム走査またはタイル表示機能性が、達成され得る。前述のように、DOE(220、221)の各々に比較的低い回折グレーティング効率を有することが望ましい。なぜなら、それが光の分布を促進するからであり、さらに、望ましく送光される導波管を通り抜けて来る光(例えば、拡張現実構成では、世界144から眼58に向かって生じる光)が、それが交差するDOE(220)の回折効率がより低い場合、あまり影響を受けず、したがって、そのような構成を通して実世界のより優れたビューが達成されるからである。 In one embodiment, the one or more DOEs can be switched between an actively diffracting "on" state and a non-significantly diffracting "off" state. For example, the switchable DOE may include a layer of polymer-dispersed liquid crystal, in which the microdroplets have a diffraction pattern in the host medium and the index of refraction of the microdroplets is host. Can it be switched to substantially match the index of refraction of the material (in which case the pattern does not significantly diffract the incident light), or the microdroplets have a index of refraction that does not match that of the host medium. It can be switched (in which case the pattern actively diffracts the incident light). In addition, beam scanning or tile display functionality can be achieved with dynamic changes to the diffraction term. As mentioned above, it is desirable that each of the DOEs (220, 221) have a relatively low diffraction grating efficiency. This is because it promotes the distribution of light, and moreover, the light coming through the waveguide, which is desirable to be transmitted (for example, in an augmented reality configuration, the light generated from the world 144 toward the eye 58) If the diffraction efficiency of the DOE (220) at which it intersects is lower, it is less affected, and therefore a better view of the real world is achieved through such a configuration.

本明細書に図示されるもの等の構成は、好ましくは、時系列アプローチにおける画像情報の投入に伴って駆動され、フレーム順次駆動は、最も実装が簡単である。例えば、光学無限遠における空の画像が、時間1で投入され得、光のコリメートを保持する回折グレーティングが、利用され得る。その後、より近い木の枝の画像が、時間2で投入され得る一方、DOEが、例えば、1ジオプタまたは1メートル離れて、焦点変化を制御可能に与え、眼/脳に、枝の光情報がより近い焦点距離から生じているという知覚を提供する。この種類のパラダイムは、眼/脳が、入力が同一画像の全部分であることを知覚するような高速時系列方式で繰り返されることができる。これは、2つの焦点面の例にすぎない。好ましくは、システムは、より多くの焦点面を含み、オブジェクトとその焦点距離との間のより平滑な遷移を提供するであろう。この種類の構成は、概して、DOEが比較的に低速で(すなわち、数十〜数百サイクル/秒の範囲内で画像を投入するディスプレイのフレームレートと同期して)切り替えられることを仮定する。 Configurations such as those illustrated herein are preferably driven with the input of image information in a time series approach, with frame sequential drive being the easiest to implement. For example, an image of the sky at optical infinity can be input in time 1, and a diffraction grating that retains light collimation can be utilized. Images of closer tree branches can then be input at time 2, while DOE gives controllable focal length changes, eg, 1 diopter or 1 meter away, and the eye / brain receives light information on the branches. It provides the perception that it results from a closer focal length. This kind of paradigm can be repeated in a fast time series manner so that the eye / brain perceives that the input is all parts of the same image. This is just an example of two focal planes. Preferably, the system will include more focal planes and will provide a smoother transition between the object and its focal length. This type of configuration generally assumes that the DOE is switched at a relatively slow rate (ie, in sync with the frame rate of the display that populates the image within the range of tens to hundreds of cycles / second).

正反対のものは、DOE要素が、数十〜数百MHz以上で焦点をシフトさせることができ、ピクセルが、走査光ディスプレイタイプのアプローチを使用して、眼(58)の中に走査されるにつれて、ピクセル毎ベースでDOE要素の焦点状態の切り替えを促進する構成であり得る。これは、全体的ディスプレイフレームレートが非常に低く保たれ得る(「フリッカ」が問題ではない(約60〜120フレーム/秒の範囲内である)ことを確実にするために十分に低い)ことを意味するので、望ましい。 The opposite is that the DOE element can shift the focus over tens to hundreds of MHz and as the pixels are scanned into the eye (58) using a scanning optical display type approach. , It may be a configuration that promotes switching of the focal state of the DOE element on a pixel-by-pixel basis. This means that the overall display frame rate can be kept very low (low enough to ensure that "flicker" is not an issue (in the range of about 60-120 frames / sec)). It means, so it is desirable.

これらの範囲の間において、DOEがKHzレートで切り替えられ得る場合、行毎ベースで、各走査線上の焦点が調節され得、それは、ユーザに、例えば、ディスプレイに対する眼運動の中の時間的アーチファクトの観点から目に見える利点を与え得る。例えば、ある場面における異なる焦点面は、この方法でインタリーブされ、頭部の運動に応答して、目に見えるアーチファクトを最小限にし得る(本開示の後半で詳細に論じられるように)。行毎焦点変調器が、グレーティング光弁ディスプレイ等の線走査ディスプレイに動作可能に結合され得、線走査ディスプレイにおいて、ピクセルの線形アレイが、掃引され、画像を形成する。行毎焦点変調器は、ファイバ走査ディスプレイおよび鏡走査光ディスプレイ等の走査光ディスプレイに動作可能に結合され得る。 Between these ranges, if the DOE can be switched at the KHz rate, the focus on each scanline can be adjusted on a line-by-line basis, which tells the user, for example, the temporal artifacts in eye movement to the display. It can give a visible advantage from the point of view. For example, different focal planes in a given scene can be interleaved in this way to minimize visible artifacts in response to head movements (as discussed in detail later in this disclosure). A row-by-line focus modulator can be operably coupled to a line-scanning display such as a grating light valve display, in which a linear array of pixels is swept to form an image. The row-by-row focus modulator can be operably coupled to a scanning light display such as a fiber scanning display and a mirror scanning light display.

図6のものに類似するスタックされた構成は、動的DOEを使用して、多平面焦点合わせを同時に提供し得る。例えば、3つの同時焦点面を用いて、主要焦点平面(例えば、測定された眼遠近調節に基づいて)が、ユーザに提示され得、+マージンおよび−マージン(すなわち、1つのより近い焦点面、1つのより遠い焦点面)が、平面の更新が必要とされる前に、ユーザが遠近調節することができる大きな焦点範囲を提供するために利用され得る。この増加した焦点範囲は、ユーザが、より近いまたはより遠い焦点(すなわち、遠近調節測定によって決定されるように)に切り替える場合、時間的利点を提供することができ、新しい焦点の平面が、中央の焦点深度にされ得、+および−マージンは、再び、システムが追い付く間、いずれか一方への高速切り替えのために準備される。 A stacked configuration similar to that of FIG. 6 may use dynamic DOE to provide multi-plane focusing at the same time. For example, with three simultaneous focal planes, the primary focal plane (eg, based on the measured accommodation) can be presented to the user with a + margin and a-margin (ie, one closer focal plane, One farther focal plane) can be utilized to provide a large focal range that allows the user to adjust the perspective before the plane needs to be updated. This increased focus range can provide a temporal advantage when the user switches to a closer or farther focus (ie, as determined by accommodation measurements), and the new focus plane is centered. The depth of focus can be + and-margins are again prepared for fast switching to either one while the system catches up.

図12を参照すると、それぞれ、反射体(254、256、258、260、262)を端部に有し、ディスプレイ(224、226、228、230、232)によって一端に投入されたコリメートされた画像情報が、反射体までの全内部反射によって跳ね返り、その時点で、光の一部または全部が、眼もしくは他の標的に向かって反射されるように構成される平面導波管(244、246、248、250、252)のスタック(222)が、示される。反射体の各々は、全て、出射光を瞳孔等の共通目的地に向かって反射させるように、若干異なる角度を有し得る。レンズ(234、236、238、240、242)は、ビーム操向および/または焦点合わせのために、ディスプレイと導波管との間に挿入され得る。 Referring to FIG. 12, collimated images each having reflectors (254, 256, 258, 260, 262) at the ends and inserted at one end by a display (224, 226, 228, 230, 232). Planar waveguides (244, 246,) configured such that information is bounced off by total internal reflections to the reflector, at which point some or all of the light is reflected toward the eye or other target. A stack (222) of 248, 250, 252) is shown. Each of the reflectors can all have slightly different angles so that the emitted light is reflected towards a common destination such as the pupil. Lenses (234, 236, 238, 240, 242) can be inserted between the display and the waveguide for beam steering and / or focusing.

前述のように、光学無限遠におけるオブジェクトは、実質的に平面波面を作成する一方、眼から1m等、より近いオブジェクトは、湾曲波面(約1m凸面曲率半径を伴う)を作成する。眼の光学系は、最終的に網膜上に焦点を合わせられる(凸面波面は、凹面に変えられ、次いで、網膜上の焦点に至る)ように、光の入射光線を曲げるために十分な屈折力を有する必要がある。これらは、眼の基本機能である。 As mentioned above, objects at optical infinity create a substantially plane wavefront, while objects closer, such as 1 m from the eye, create a curved wavefront (with a convex radius of curvature of about 1 m). The optical system of the eye has sufficient power to bend the incident light of light so that it is finally focused on the retina (the convex wavefront is transformed into a concave surface and then to the focal point on the retina). Must have. These are the basic functions of the eye.

前述の実施形態の多くでは、眼に向かわせられる光は、1つの連続波面の一部として取り扱われ、それらのうちのある一部が、特定の眼の瞳孔に衝突するであろう。別のアプローチでは、眼に向かわせられる光は、複数のビームレットまたは個々の光線に効果的に離散化もしくは分割され得、それらの各々は、ビームレットまたは光線の集合によって機能的に作成され得るより大きな集合波面の一部として、約0.5mm未満の直径と固有の伝搬経路とを有する。例えば、湾曲波面は、各々が所望の集合波面の曲率半径の中心に一致する原点を表すための適切な角度から眼に接近する複数の個別の近隣のコリメートされたビームを集合することによって近似され得る。 In many of the aforementioned embodiments, the light directed at the eye will be treated as part of one continuous wavefront, some of which will collide with the pupil of a particular eye. In another approach, the light directed to the eye can be effectively discretized or divided into multiple beamlets or individual rays, each of which can be functionally created by a beamlet or set of rays. As part of the larger collective wavefront, it has a diameter of less than about 0.5 mm and a unique propagation path. For example, a curved wavefront is approximated by aggregating multiple individual neighboring collimated beams that approach the eye from an appropriate angle to represent an origin, each of which coincides with the center of the radius of curvature of the desired aggregate wavefront. obtain.

ビームレットは、約0.5mm以下の直径を有する場合、それは、ピンホールレンズ構成を通して生じているかのようであり、それは、各個々のビームレットが、常時、眼の遠近調節状態から独立して、網膜上の相対焦点にあるが、しかしながら、各ビームレットの軌道が、遠近調節状態によって影響されるであろうことを意味する。例えば、ビームレットが、眼に平行に接近し、離散化されたコリメートされた集合波面を表す場合、無限遠に正しく遠近調節される眼は、全てが網膜上の同一共有スポットに収束するように、ビームレットを偏向させ、焦点が合って見えるであろう。眼が、例えば、1mに遠近調節する場合、ビームは、網膜の正面のスポットに収束され、経路を交差させ、網膜上の複数の近隣または部分的重複スポットに当たり、ぼけて見えるであろう。 When the beamlet has a diameter of about 0.5 mm or less, it is as if it arises through a pinhole lens configuration, which means that each individual beamlet is always independent of the accommodation state of the eye. It is in relative focus on the retina, however, which means that the orbit of each beamlet will be affected by the accommodation state. For example, if the beamlet approaches parallel to the eye and represents a discrete collimated aggregate wave front, then the eye, which is properly accommodated to infinity, will all converge to the same shared spot on the retina. , Will deflect the beamlet and appear in focus. If the eye adjusts to, for example, 1 m, the beam will converge to a spot in front of the retina, cross the pathway, hit multiple neighboring or partially overlapping spots on the retina, and appear blurred.

ビームレットが、発散性構成において眼に接近し、共有原点が視認者から1メートルの場合、1mの遠近調節は、ビームを網膜上の単一スポットに操向し、焦点が合って見えるであろう。視認者が、無限遠に遠近調節する場合、ビームレットは、網膜の背後のスポットに収束し、複数の近隣または部分的重複スポットを網膜上に生成し、ぼけた画像を生成するであろう。より一般的に述べると、眼の遠近調節は、網膜上のスポットの重複度を決定し、所与のピクセルは、スポットの全てが網膜上の同一スポットに向かわせられると、「焦点が合っており」、スポットが互いからオフセットされていると、「焦点がぼけている」。0.5mm以下の直径のビームレットが全て、常時、焦点が合っており、コヒーレント波面と実質的に同一であるかのように眼/脳によって知覚されるように集合され得るというこの概念は、快適な3次元仮想または拡張現実知覚のための構成を生成することにおいて利用され得る。 If the beamlet is close to the eye in a divergent configuration and the shared origin is 1 meter from the viewer, a 1 m accommodation will direct the beam to a single spot on the retina and appear in focus. Let's go. If the viewer adjusts to infinity, the beamlet will converge to a spot behind the retina, producing multiple neighboring or partially overlapping spots on the retina, producing a blurred image. More generally, accommodation of the eye determines the multiplicity of spots on the retina, and a given pixel is "focused" when all of the spots are directed to the same spot on the retina. "Cage", "out of focus" when the spots are offset from each other. This notion that all beamlets with a diameter of 0.5 mm or less are always in focus and can be assembled to be perceived by the eye / brain as if they were substantially identical to the coherent wavefront. It can be used to generate configurations for comfortable 3D virtual or augmented reality perception.

言い換えると、複数の狭ビームのセットが、より大きい直径可変焦点ビームを用いる状態を模倣するために使用され得、ビームレット径が、最大約0.5mmに保たれる場合、必要な場合、比較的に静的焦点レベルを維持し、焦点がずれた知覚を生成するために、ビームレット角度軌道が、より大きい焦点ずれビームに類似する効果を作成するように選択され得る(そのような焦点ぼけ処理は、より大きいビームに対するようなガウスぼかし処理と同一ではない場合があるが、ガウスぼかしと類似方式で解釈され得る、多峰性点拡がり関数を作成するであろう)。 In other words, a set of narrow beams can be used to mimic the condition of using a larger diameter varifocal beam, and if the beamlet diameter is kept up to about 0.5 mm, compare if necessary. The beamlet angular trajectory may be selected to create an effect similar to a larger defocused beam in order to maintain a static focus level and generate an out-of-focus perception (such defocusing). The process may not be the same as the Gaussian blur process, such as for larger beams, but will create a multifocal point spread function that can be interpreted in a similar manner to Gaussian blur).

いくつかの実施形態では、ビームレットは、この集合焦点効果を形成するように機械的に偏向させられず、むしろ、眼が、ビームレットが瞳孔を交差する多数の入射角度および多数の場所の両方を含む、多くのビームレットの上位セットを受光する。特定の視認距離からの所与のピクセルを表すために、適切な入射角度および瞳孔との交差点を備えている、上位セットからのビームレットの一部(空間内の同一共有原点から放出されているかのように)が、集合波面を表すために、一致する色および強度を伴ってオンにされる一方、共有原点と一貫しない上位セット内のビームレットは、その色および強度を伴ってオンにされない(但し、そのうちの一部は、ある他の色および強度レベルでオンにされ、例えば、異なるピクセルを表し得る)。 In some embodiments, the beamlet is not mechanically deflected to form this collective focus effect, but rather the eye, both at multiple angles of incidence and at multiple locations where the beamlet intersects the pupil. Receives an upper set of many beamlets, including. Part of a beamlet from the upper set (emitted from the same shared origin in space) with the appropriate incident angle and intersection with the pupil to represent a given pixel from a particular viewing distance (Like) are turned on with matching colors and intensities to represent the aggregate wave front, while beamlets in the upper set that are inconsistent with the shared origin are not turned on with their colors and intensities. (However, some of them can be turned on at some other color and intensity level to represent different pixels, for example).

ここで図5を参照して、改良された回折構造を使用するARシステムの例示的実施形態800が、ここで説明される。ARシステムは、概して、画像発生プロセッサ812と、少なくとも1つのFSD808(ファイバ走査デバイス)と、FSD回路810と、結合光学832と、以下に説明される改良された回折構造と一緒にスタックされる導波管を有する少なくとも1つの光学アセンブリ(DOEアセンブリ802)とを含む。システムは、眼追跡サブシステム806も含み得る。図5に示されるように、FSD回路は、マキシムチップCPU818を有する画像発生プロセッサ812と、温度センサ820と、圧電駆動/変換器822と、赤色レーザ826と、青色レーザ828と、緑色レーザ830と、全3つのレーザ826、828、830を組み合わせるファイバコンバイナと通信する回路810を備え得る。他のタイプの結像技術も、FSDデバイスの代わりに、使用可能であることに留意されたい。例えば、高分解能液晶ディスプレイ(「LCD」)システム、背面照明強誘電パネルディスプレイ、および/または高周波数DLPシステムは全て、本発明のいくつかの実施形態において使用され得る。 Here, with reference to FIG. 5, an exemplary embodiment 800 of an AR system using an improved diffraction structure is described herein. The AR system is generally a waveguide stacked with an image generator 812, at least one FSD808 (fiber scanning device), an FSD circuit 810, coupled optics 832, and the improved diffraction structure described below. Includes at least one optical assembly (DOE assembly 802) with a waveguide. The system may also include an eye tracking subsystem 806. As shown in FIG. 5, the FSD circuit includes an image generator 812 with a Maxim chip CPU 818, a temperature sensor 820, a piezoelectric drive / converter 822, a red laser 826, a blue laser 828, and a green laser 830. , Can include a circuit 810 that communicates with a fiber combiner that combines all three lasers 826, 828, 830. Note that other types of imaging techniques can be used in place of FSD devices. For example, high resolution liquid crystal display (“LCD”) systems, rear-illuminated ferroelectric panel displays, and / or high frequency DLP systems can all be used in some embodiments of the invention.

画像発生プロセッサは、ユーザに最終的に表示される仮想コンテンツを発生させることに関与する。画像発生プロセッサは、仮想コンテンツに関連付けられた画像またはビデオを3Dにおいてユーザに投影され得るフォーマットに変換し得る。例えば、3Dコンテンツを発生させることにおいて、仮想コンテンツは、特定の画像の一部が特定の深度平面上に表示される一方、その他が、他の深度平面に表示されるように、フォーマットされる必要があり得る。または、画像は全て、特定の深度平面において発生され得る。または、画像発生プロセッサは、一緒に視認されると、仮想コンテンツがユーザの眼にコヒーレントかつ快適に現れるように、若干異なる画像を右および左眼にフィードするようにプログラムされ得る。1つ以上の実施形態では、画像発生プロセッサ812は、時系列様式で仮想コンテンツを光学アセンブリに送達する。仮想場面の第1の部分は、光学アセンブリが第1の部分を第1の深度平面において投影するように、最初に送達され得る。次いで、画像発生プロセッサ812は、光学アセンブリが第2の部分を第2の深度平面に投影するように、同一仮想場面の別の部分を送達し得る等。ここでは、Alvarezレンズアセンブリが、フレーム毎ベースで複数の側方平行移動(複数の深度平面に対応する)を生成するために十分に迅速に側方に平行移動され得る。 The image generator is involved in generating the virtual content that is ultimately displayed to the user. The image generator may convert the image or video associated with the virtual content into a format that can be projected to the user in 3D. For example, in generating 3D content, virtual content needs to be formatted so that part of a particular image is displayed on a particular depth plane while others are displayed on another depth plane. There can be. Alternatively, all images can be generated in a particular depth plane. Alternatively, the image generator may be programmed to feed slightly different images to the right and left eyes so that the virtual content appears coherently and comfortably to the user's eyes when viewed together. In one or more embodiments, the image generator 812 delivers virtual content to the optical assembly in a time series fashion. The first part of the virtual scene can be delivered first so that the optical assembly projects the first part in the first depth plane. The image generator 812 can then deliver another part of the same virtual scene, such that the optical assembly projects the second part onto a second depth plane, and so on. Here, the Alvarez lens assembly can be laterally translated quickly enough to generate multiple lateral translations (corresponding to multiple depth planes) on a frame-by-frame basis.

画像発生プロセッサ812はさらに、メモリ814と、CPU818と、GPU816と、画像発生および処理のための他の回路とを含み得る。画像発生プロセッサは、ARシステムのユーザに提示されるべき所望の仮想コンテンツを用いてプログラムされ得る。いくつかの実施形態では、画像発生プロセッサは、装着式ARシステム内に格納され得ることを理解されたい。他の実施形態では、画像発生プロセッサおよび他の回路は、装着式光学に結合されるベルトパック内に格納され得る。 The image generator 812 may further include a memory 814, a CPU 818, a GPU 816, and other circuits for image generation and processing. The image generator can be programmed with the desired virtual content to be presented to the user of the AR system. It should be understood that in some embodiments, the image generator may be housed within a wearable AR system. In other embodiments, the image generator and other circuitry may be housed in a belt pack coupled to wearable optics.

ARシステムは、光をFSDから光学アセンブリ802に向かわせるための結合光学832も含む。結合光学832は、光をDOEアセンブリの中に向かわせるために使用される1つ以上の従来のレンズを指し得る。ARシステムは、ユーザの眼を追跡し、ユーザの焦点を決定するように構成される眼追跡サブシステム806も含む。 The AR system also includes coupled optics 832 for directing light from the FSD to the optical assembly 802. Coupling optics 832 can refer to one or more conventional lenses used to direct light into a DOE assembly. The AR system also includes an eye tracking subsystem 806 configured to track the user's eye and determine the user's focus.

1つ以上の実施形態では、ソフトウェアぼかしが、仮想場面の一部としてぼかしを誘発するために使用され得る。ぼかしモジュールは、1つ以上の実施形態では、処理回路の一部であり得る。ぼかしモジュールは、DOEの中にフィードされている画像データの1つ以上のフレームの一部をぼかし得る。そのような実施形態では、ぼかしモジュールは、特定の深度フレームにおいてレンダリングされることを意図されないフレームの一部を完全にぼかし得る。前述の画像ディスプレイシステムおよびその中の構成要素を実装するために使用され得る、例示的アプローチは、米国特許出願第14/555,585号に説明される。 In one or more embodiments, software blur can be used to induce blur as part of a virtual scene. The blur module can be part of a processing circuit in one or more embodiments. The blur module can blur a portion of one or more frames of image data fed into the DOE. In such an embodiment, the blur module may completely blur a portion of a frame that is not intended to be rendered at a particular depth frame. An exemplary approach that can be used to implement the aforementioned image display system and its components is described in US Patent Application No. 14 / 555,585.

(改良された回折構造)
前述のように、コリメートされたビームが、平面導波管に沿って全内部反射され、ビームが、複数の場所において回折パターンを交差するように、回折パターンが平面導波管上に形成されることができる。この配列は、本発明のいくつかの実施形態による、立体視的3Dシミュレーションディスプレイシステム内の複数の焦点面に画像オブジェクトを提供するためにスタックされることができる。
(Improved diffraction structure)
As described above, the collimated beam is totally internally reflected along the planar waveguide, and the diffraction pattern is formed on the planar waveguide so that the beam intersects the diffraction pattern at multiple locations. be able to. This array can be stacked to provide image objects to multiple focal planes in a stereoscopic 3D simulation display system according to some embodiments of the invention.

図13Aは、導波管1302(本明細書では、「光ガイド」、「基板」、または「導波管基板」とも称される)の構造1300を実装するためにとられ得る、1つの可能なアプローチを図示し、外部結合格子(outcoupling grating)1304が、例えば、組み合わせられたモノリシック構造として、導波管1302の上部表面上に直接形成され、および/または両方とも同一材料から形成される(同一モノリシック構造から構築されない場合でも)。このアプローチでは、格子材料の屈折率は、導波管1302の屈折率と同一である。材料の屈折率n(または「屈折率」)は、光がその媒体を通して伝搬する程度を説明し、n=c/vとして定義され、cは、真空中の光のスピードであり、vは、媒体中の光の位相速度である。屈折率は、材料に進入するとき、光が曲げられる程度、または屈折させられる程度を決定する。 FIG. 13A is one possibility that can be taken to mount the structure 1300 of the waveguide 1302 (also referred to herein as the “optical guide”, “board”, or “waveguide substrate”). The outcoupling grating 1304 is formed directly on the upper surface of the waveguide 1302, eg, as a combined monolithic structure, and / or both are formed from the same material ( Even if it is not built from the same monolithic structure). In this approach, the index of refraction of the lattice material is the same as the index of refraction of waveguide 1302. The index of refraction n (or "refractive index") of a material describes the extent to which light propagates through its medium and is defined as n = c / v, where c is the speed of light in vacuum and v is. The phase velocity of light in the medium. The index of refraction determines how much light is bent or refracted as it enters the material.

図13Bは、光が導波管内を伝搬している角度の関数として、構造1300から出る光の効率の単一偏光に対する例示的シミュレーション結果のチャート1320を示す。このチャートは、構造1300に対して外部結合された(coutcoupled)光の回折効率が、より高い入射角において減少することを示す。図から分かるように、約43度の角度において、効率は、均一屈折率を伴う媒体内の入射角に基づく全内部反射率変動に起因して、描写されるプロット上で比較的に急降下する。 FIG. 13B shows a chart 1320 of exemplary simulation results for a single polarization of the efficiency of light emanating from structure 1300 as a function of the angle at which light is propagating in the waveguide. This chart shows that the diffraction efficiency of coutcoupled light relative to structure 1300 decreases at higher angles of incidence. As can be seen from the figure, at an angle of about 43 degrees, the efficiency drops relatively sharply on the drawn plot due to the total internal reflectance variation based on the angle of incidence in the medium with a uniform index of refraction.

したがって、構成1300の使用可能範囲は、幾分限定され、したがって、跳ね返り間隔がより高い入射角において減少し得るので、望ましくなく、これはさらに、それらの角度において観察者によって見える輝度を低減させ得ることが可能である。回折効率は、最も浅い入射角では、より低くなり、それは、上部表面との相互作用間の跳ね返り間隔(図13C参照)が非常に離れ、光が外部結合する機会が非常に少ないので、全く望ましくない。したがって、より少ない外部結合されたサンプルを伴う調光信号が、この配列から生じることになり、この問題は、この偏光配向を用いたこれらの高角度においてより低い回折効率を有する格子によって悪化させられるであろう。本明細書および図で使用される場合、「1T」は、一次伝送回折次数を指すことに留意されたい。 Therefore, the usable range of configuration 1300 is somewhat limited and therefore the bounce interval can be reduced at higher angles of incidence, which is not desirable, which can further reduce the brightness visible to the observer at those angles. It is possible. Diffraction efficiency is lower at the shallowest angles of incidence, which is quite desirable as the bounce intervals between interactions with the top surface (see FIG. 13C) are very large and there is very little opportunity for light to externally bond. Absent. Therefore, a dimming signal with fewer externally coupled samples will result from this arrangement, and this problem is exacerbated by the lattices with lower diffraction efficiency at these high angles using this polarization orientation. Will. Note that as used herein and in the drawings, "1T" refers to the primary transmission diffraction order.

前述のもの等の導波管ベースの光学システムまたは基板誘導光学システムのいくつかの実施形態では、基板誘導画像内の異なるピクセルは、導波管内を異なる角度で伝搬するビームによって表され、光は、全内部反射(TIR)によって導波管に沿って伝搬する。TIRによって導波管内に捕捉されたままであるビーム角度の範囲は、導波管と導波管の外側の媒体(例えば、空気)との間の屈折率の差異の関数である。屈折率の差異が高いほど、ビーム角度の数が大きくなる。ある実施形態では、導波管に沿って伝搬するビーム角度の範囲は、回折要素によって導波管の面の外へ結合される画像の視野と相関し、かつ光学システムによって支持される画像分解能と相関する。加えて、全内部反射が生じる角度範囲は、導波管の屈折率によって決定付けられる。いくつかの実施形態では、最小で約43度および実践的最大で約83度であり、したがって、40度の範囲である。 In some embodiments of waveguide-based optical systems or substrate-guided optical systems, such as those described above, different pixels in the substrate-guided image are represented by beams propagating through the waveguide at different angles, and the light is , Propagate along the waveguide by total internal reflection (TIR). The range of beam angles that remain captured within the waveguide by the TIR is a function of the difference in refractive index between the waveguide and the medium outside the waveguide (eg, air). The higher the difference in refractive index, the larger the number of beam angles. In certain embodiments, the range of beam angles propagating along the waveguide correlates with the field of view of the image coupled out of the plane of the waveguide by the diffractive elements and with the image resolution supported by the optical system. Correlate. In addition, the angular range at which total internal reflection occurs is determined by the index of refraction of the waveguide. In some embodiments, the minimum is about 43 degrees and the practical maximum is about 83 degrees, thus in the range of 40 degrees.

図14Aは、本発明のいくつかの実施形態による、この問題に対処するためのアプローチを図示し、構造1400は、基板1302と上部格子表面1304との間にある中間層1406(本明細書では、「下層1406」と称される)を含む。上部表面1304は、第1の屈折率値に対応する第1の材料を備え、下層1406は、第2の屈折率値に対応する第2の材料を備え、基板1302は、第3の屈折率値に対応する第3の材料を備えている。同一または異なる材料の任意の組み合わせが、構造1400のこれらの部分の各々を実装するために採用され得、例えば、全3つの材料は、異なる(かつ全3つの材料は、異なる屈折率値に対応する)、または層のうちの2つは、同一材料を共有する(例えば、3つの材料のうちの2つは、同一であり、したがって、第3の材料の屈折率値と異なる共通の屈折率値を共有する)ことに留意されたい。屈折率値の任意の組み合わせが、採用され得る。例えば、一実施形態は、下層のために低屈折率を含み、表面格子および基板のためにより高い屈折率値を用いる。屈折率値の他の例証的組み合わせを有する、他の例示的構成は、以下に説明される。任意の好適な材料のセットが、構造1500を実装するために使用され得る。例えば、ポリマー、ガラス、およびサファイアは全て、構造1400の層のいずれかを実装するために選択され得る、材料の例である。 FIG. 14A illustrates an approach for addressing this problem, according to some embodiments of the invention, in which structure 1400 is an intermediate layer 1406 between substrate 1302 and upper grid surface 1304 (as used herein). , Called "lower layer 1406"). The upper surface 1304 is provided with a first material corresponding to the first refractive index value, the lower layer 1406 is provided with a second material corresponding to the second refractive index value, and the substrate 1302 is provided with a third refractive index. It has a third material corresponding to the value. Any combination of the same or different materials can be employed to mount each of these parts of structure 1400, eg, all three materials are different (and all three materials correspond to different index values). Or two of the layers share the same material (eg, two of the three materials are the same and therefore have a common index of refraction that differs from the index of refraction of the third material). Please note (share values). Any combination of refractive index values can be adopted. For example, one embodiment includes a low index of refraction for the underlying layer and uses a higher index of refraction value for the surface grid and substrate. Other exemplary configurations with other exemplary combinations of refractive index values are described below. Any suitable set of materials can be used to mount the structure 1500. For example, polymers, glass, and sapphire are all examples of materials that can be selected to mount any of the layers of structure 1400.

図15Aに示されるように、いくつかの実施形態では、比較的により高い屈折率基板を導波管基板1302として使用し、比較的により低い屈折率下層1406および比較的により低い屈折率上部格子表面1304を伴う、構造1500を実装することが、望ましくあり得る。これは、関係n1×sin(θ1)=n2×sin(90)を通して、屈折率が増加させられるにつれて、最小全内部反射角度が低減させられるという事実から、より広い視野を得ることが可能であり得るからである。屈折率1.5の基板に対して、臨界角は、41.8度である。しかしながら、1.7の基板屈折率に対して、臨界角は、36度である。 As shown in FIG. 15A, in some embodiments, a relatively higher index of refraction substrate is used as the waveguide substrate 1302, with a relatively lower index of refraction lower layer 1406 and a relatively lower index of refraction upper lattice surface. It may be desirable to implement structure 1500 with 1304. It is possible to obtain a wider field of view from the fact that the minimum total internal reflection angle is reduced as the index of refraction is increased through the relationship n1 × sin (θ1) = n2 × sin (90). Because you get it. The critical angle is 41.8 degrees with respect to a substrate having a refractive index of 1.5. However, the critical angle is 36 degrees with respect to the refractive index of 1.7.

より高い屈折率の基板上に形成される格子は、格子を構成する材料の層が格子と基板との間で厚すぎない限り、それ自体がより低い屈折率を有する場合でも、光を外部結合するために利用され得る。これは、そのような構成を用いて、全内部反射(「TIR」)のためのより広範囲の角度を有することができるという事実に関連する。言い換えると、TIR角度は、そのような構成を用いて、より低い値まで降下する。加えて、現在のエッチングプロセスの多くは、高屈折率ガラスまで拡張させるためにあまり好適ではない場合があることに留意されたい。いくつかの実施形態では、外部結合層を確実かつ安価に複製することが望ましい。 A grid formed on a substrate with a higher index of refraction externally couples light, even if it itself has a lower index of refraction, unless the layers of material that make up the grid are too thick between the grid and the substrate. Can be used to This is related to the fact that such a configuration can be used to have a wider range of angles for total internal reflection (“TIR”). In other words, the TIR angle drops to a lower value using such a configuration. In addition, it should be noted that many of the current etching processes may not be very suitable for extending to high index glass. In some embodiments, it is desirable to replicate the outer bond layer reliably and inexpensively.

下層1406の構成は、例えば、下層1406の厚さを変更することによって、構造1500の性能特性を改変するように調節され得る。図15Aの構成(構造体は、比較的低い屈折率材料を備えている格子構造1304を最上部に含み、関連付けられたより低い屈折率下層1406を伴い、それは、関連付けられた高屈折率光誘導基板1302も含む)は、図15Bに描写されるもの等のデータをもたらすようにモデル化され得る。この図を参照すると、左のプロット1502aは、ゼロ厚の下層1502を伴う構成に関連する。中央プロット1502bは、0.05ミクロン厚の下層1502に対するデータを示す。右のプロット1502cは、0.1ミクロン厚の下層1502に対するデータを示す。 The configuration of the lower layer 1406 can be adjusted to alter the performance characteristics of the structure 1500, for example by changing the thickness of the lower layer 1406. The configuration of FIG. 15A (the structure comprises a lattice structure 1304 with a relatively low index of refraction material at the top, with an associated lower index of refraction lower layer 1406, which is an associated high index of refraction light induction substrate. (Including 1302) can be modeled to provide data such as those depicted in FIG. 15B. With reference to this figure, plot 1502a on the left relates to a configuration with a zero-thickness underlayer 1502. Center plot 1502b shows data for underlayer 1502 with a thickness of 0.05 micron. Plot 1502c on the right shows data for a 0.1 micron thick lower layer 1502.

これらのプロットにおけるデータによって示されるように、下層厚が増加させられるにつれて、入射角の関数としての回折効率は、はるかに非線形となり、高角度において抑制され、それは、望ましくないこともある。したがって、この場合、下層の制御は、重要な機能的入力である。しかしながら、ゼロ厚の下層およびより低い屈折率を保有する格子特徴自体のみを用いる場合、構造によって支持される角度の範囲は、より低い屈折率の格子特徴材料ではなく、より高い屈折率ベース材料におけるTIR条件によって支配されることに留意されたい。 As the data in these plots show, as the underlayer thickness increases, the diffraction efficiency as a function of the angle of incidence becomes much more non-linear and suppressed at higher angles, which may be undesirable. Therefore, in this case, lower layer control is an important functional input. However, when using only the zero-thickness underlayer and the lattice features themselves with a lower index of refraction, the range of angles supported by the structure is in the higher index of refraction-based material rather than in the lower index of index material Note that it is dominated by TIR conditions.

図16Aを参照すると、より低い屈折率の基板1302上の比較的に高屈折率の下層1406を特徴とする構造1600の実施形態が図示され、上部表面回折格子1304は、下層1406より低く、必ずしも等しくないが、基板1302の屈折率に匹敵する屈折率を有する。例えば、上部表面格子は、1.5の屈折率に対応し得、下層は、1.84の屈折率に対応し得、基板は、1.5の屈折率に対応し得る。この例に対して、周期は、0.43μmであり、λは、0.532μmに対応すると仮定されたい。 With reference to FIG. 16A, an embodiment of structure 1600 featuring a lower layer 1406 with a relatively high index of refraction on a substrate 1302 with a lower index of refraction is illustrated, with the upper surface diffraction grating 1304 being lower than the lower layer 1406 and not necessarily. Although not equal, it has a refractive index comparable to that of substrate 1302. For example, the upper surface grid may correspond to a refractive index of 1.5, the lower layer may correspond to a refractive index of 1.84, and the substrate may correspond to a refractive index of 1.5. For this example, assume that the period is 0.43 μm and λ corresponds to 0.532 μm.

そのような構成に関連するシミュレーションが、図16Bに提示される。この図に示されるように、0.3ミクロン厚の下層1406を伴うチャート1602aでは、回折効率は、前述の構成のように降下するが、次いで、角度範囲のより高い終点において上昇し始める。これは、チャート1602bに示されるように、0.5ミクロン厚の下層1406構成にも当てはまる。これらの(0.3ミクロン、0.5ミクロン)構成の各々において、効率が角度範囲のより高い極限において比較的に高くなることは、有益である。そのような機能性は、前述のよりまばらな跳ね返り間隔懸念に対抗する傾向となり得る。さらに、この図に示されるのは、90度回転偏光の例を特徴とする実施形態に対するチャート1602cであり、回折効率は、予期され得るように低いが、より浅い角度と比較してより急な角度においてより優れた効率を提供するという点において、望ましい挙動を示す。 A simulation related to such a configuration is presented in FIG. 16B. As shown in this figure, in chart 1602a with a 0.3 micron thick lower layer 1406, the diffraction efficiency drops as in the configuration described above, but then begins to rise at the higher end points of the angular range. This also applies to the 0.5 micron thick lower layer 1406 configuration, as shown in Chart 1602b. In each of these (0.3 micron, 0.5 micron) configurations, it is beneficial that the efficiency is relatively high in the higher limits of the angular range. Such functionality can tend to counter the more sparse bounce interval concerns mentioned above. Further, shown in this figure is a chart 1602c for an embodiment characterized by an example of 90 degree rotational polarization, where the diffraction efficiency is as low as expected, but steeper compared to shallower angles. It exhibits desirable behavior in that it provides better efficiency at angles.

実際、いくつかの実施形態では、回折効率対角度は、高角度において増加し得る。これは、より高い伝搬角度において生じ得るより低い跳ね返り間隔を補償することに役立つので、いくつかの実施形態に関して望ましい特徴であり得る。したがって、図16Aの構造構成は、より高い角度における回折効率対角度増加を促進するので、より低い跳ね返り間隔(より高い伝搬角度を用いて生じる)を補償することが望ましい実施形態において好ましくあり得、それは、前述のモノリシック構成に対して望ましい。 In fact, in some embodiments, the diffraction efficiency vs. angle can increase at higher angles. This can be a desirable feature for some embodiments as it helps compensate for the lower bounce intervals that can occur at higher propagation angles. Therefore, the structural configuration of FIG. 16A promotes an increase in diffraction efficiency vs. angle at higher angles and may be preferred in embodiments where it is desirable to compensate for lower bounce intervals (caused with higher propagation angles). It is desirable for the monolithic configuration described above.

図17Aを参照すると、別の構造1700が、描写され、下層1406は、基板1302の屈折率より実質的に高い屈折率を有する。格子構造1304は、最上部にあり、格子構造1304も、下層1406の屈折率より高い屈折率を有する。例えば、上部表面格子は、1.86の屈折率に対応し得、下層は、1.79の屈折率に対応し得、基板は、1.5の屈折率に対応し得る。前述のように、この例に対して、周期は、0.43μmであり、λは、0.532μmに対応すると仮定されたい。 With reference to FIG. 17A, another structure 1700 is depicted, with the lower layer 1406 having a refractive index substantially higher than that of substrate 1302. The lattice structure 1304 is at the top, and the lattice structure 1304 also has a refractive index higher than that of the lower layer 1406. For example, the upper surface grid can correspond to a refractive index of 1.86, the lower layer can correspond to a refractive index of 1.79, and the substrate can correspond to a refractive index of 1.5. As mentioned above, for this example, assume that the period is 0.43 μm and λ corresponds to 0.532 μm.

図17Bを参照すると、チャート1702は、図17Aの構造1700に対して例証されるシミュレーションデータを示す。チャート1702に示されるように、結果として生じる回折効率対入射角のプロットは、比較的に高入射角において前述のより低い跳ね返り間隔を補償し、全般的により広範囲の角度にわたり合理的回折効率を保有することを補助する望ましい全般的挙動を実証する。 With reference to FIG. 17B, chart 1702 shows simulation data exemplified for structure 1700 of FIG. 17A. As shown in Chart 1702, the resulting plot of diffraction efficiency vs. angle of incidence compensates for the lower bounce intervals mentioned above at relatively high angles of incidence and generally possesses reasonable diffraction efficiency over a wider range of angles. Demonstrate the desired general behavior to assist in doing so.

下層1406は、基板全体にわたり均一である必要はないことに留意されたい。下層1406の任意の特性は、下層1406の厚さ、組成物、および/または屈折率の相違等、基板の異なる場所において変動させられ得る。下層1406の特性を変動させるための1つの可能な理由は、ディスプレイ画像および/またはディスプレイシステム内の光の非均一送光のいずれかにおける既知の変動の存在下、均一ディスプレイ特性を促進するためである。 Note that the lower layer 1406 does not have to be uniform across the substrate. Any property of the lower layer 1406 can be varied at different locations on the substrate, such as differences in the thickness, composition, and / or index of refraction of the lower layer 1406. One possible reason for varying the properties of the underlying 1406 is to promote uniform display characteristics in the presence of known variations in either the display image and / or the non-uniform transmission of light within the display system. is there.

例えば、図18Aに示されるように、導波管構造が導波管上の単一内部結合場所1802において入射光を受け取る場合を検討する。入射光が導波管1302の中に投入されるに場合、ますます少ない光が、導波管1302の長さに沿って伝搬するにつれて残るであろう。これは、内部結合場所1802の近傍の出力光が、導波管1302の長さに沿ってより遠い出力光より「明るく」見える結果となり得ることを意味する。下層1406が、導波管1302の全長に沿って均一である場合、下層1406の光学効果は、基板にわたるこの不均一輝度レベルを増強し得る。 For example, consider the case where the waveguide structure receives incident light at a single internal coupling site 1802 on the waveguide, as shown in FIG. 18A. If the incident light is introduced into the waveguide 1302, less and less light will remain as it propagates along the length of the waveguide 1302. This means that the output light near the inner coupling location 1802 can result in appearing "brighter" than the output light farther along the length of the waveguide 1302. If the lower layer 1406 is uniform along the overall length of the waveguide 1302, the optical effect of the lower layer 1406 can enhance this non-uniform brightness level across the substrate.

下層1406の特性は、基板1302にわたり調節され、出力光をより均一にすることができる。図18Bは、下層1406の厚さが、導波管基板1302の長さにわたり変動させられるアプローチを図示し、下層1406は、内部結合場所1802の近傍ではより薄く、場所1802から距離が離れるほど厚くなる。このように、より優れた回折効率を促進するための下層1406の効果は、少なくとも部分的に、導波管基板1302の長さに沿って光損失の影響を改善し、それによって、構造の全体にわたりより均一な光出力を促進することができる。 The properties of the lower layer 1406 can be adjusted over the substrate 1302 to make the output light more uniform. FIG. 18B illustrates an approach in which the thickness of the lower layer 1406 is varied over the length of the waveguide substrate 1302, the lower layer 1406 being thinner near the inner coupling site 1802 and thicker at a distance from the location 1802. Become. Thus, the effect of the lower layer 1406 to promote better diffraction efficiency improves the effect of light loss along the length of the waveguide substrate 1302, at least in part, thereby improving the overall structure. A more uniform light output can be promoted over.

図18Cは、下層1406の厚さは変動させられないが、下層1406の屈折率が基板1302にわたり変動する代替アプローチを図示する。例えば、場所1802の近傍の出力光が、場所1802から離れた場所でより明るくなる傾向にある問題に対処するために、下層1406のための屈折率は、場所1802に近い基板1302と同一または同様であるが、場所1802から離れた場所におけるそれらの屈折率値において増大する差異を有するように構成される。下層1406材料の組成は、異なる場所において変動させられ、異なる屈折率値をもたらすことができる。図18Dは、下層1406の厚さおよび屈折率の両方が基板1302にわたり変動させられる、ハイブリッドアプローチを図示する。この同一アプローチは、下層1406を変動させることと併せて、もしくはその代わりに、上部格子表面1304および/または基板1302の厚さおよび/または屈折率を変動させるために行われることができることに留意されたい。 FIG. 18C illustrates an alternative approach in which the thickness of the lower layer 1406 is not variable, but the index of refraction of the lower layer 1406 is variable across the substrate 1302. For example, to address the problem that the output light near location 1802 tends to be brighter at locations away from location 1802, the index of refraction for the lower layer 1406 is the same as or similar to substrate 1302 near location 1802. However, it is configured to have an increasing difference in their index of refraction values at locations away from location 1802. The composition of the underlying 1406 material can be varied at different locations to result in different index values. FIG. 18D illustrates a hybrid approach in which both the thickness and index of refraction of the lower layer 1406 are varied across substrate 1302. It should be noted that this same approach can be performed in conjunction with or instead of varying the lower layer 1406 to vary the thickness and / or index of refraction of the upper lattice surface 1304 and / or substrate 1302. I want to.

したがって、種々の組み合わせが、利用可能であり、ある屈折率の下層1406は、第3の屈折率の基板1302とともに、別の屈折率の上部格子1304と組み合わせられ、これらの相対的値の調節は、回折効率の入射角への依存性において多くの変動を提供する。異なる屈折率の層を伴う層状導波管が、提示される。種々の組み合わせおよび順列が、機能性を例証するために、関連性能データとともに提示される。利点は、角度の増加が挙げられ、それは、格子1304を用いて出力角度の増加を提供し、したがって、接眼レンズを用いて視野の増加を提供する。さらに、角度に伴う回折効率の通常の低減に対抗する能力は、機能的に有益である。 Therefore, various combinations are available, with one index of refraction lower layer 1406 being combined with another index of refraction substrate 1302 and another index of refraction upper lattice 1304 to adjust their relative values. Provides a lot of variation in the dependence of diffraction efficiency on the angle of incidence. Layered waveguides with layers of different indices of refraction are presented. Various combinations and permutations are presented with relevant performance data to illustrate functionality. The advantage is the increase in angle, which provides an increase in output angle using grid 1304 and thus an increase in field of view using eyepieces. Moreover, the ability to counter the usual reduction in diffraction efficiency with angle is functionally beneficial.

図14Bは、材料1409の別の層(上部表面)が、格子層1304の上方に設置される実施形態を図示する。層1409は、異なる設計目標に対処するために構成可能に実装されることができる。例えば、層1409は、例えば、図14Cに示されるように、複数のスタックされた回折構造1401aと1401bとの間に介在層を形成することができる。図14Cに示されるように、この介在層1409は、任意の空隙/間隙を除去し、スタックされた回折構成要素のための支持構造を提供するために採用されることができる。この使用例では、層1409は、比較的低い屈折率、例えば、約1.1または1.2を有する材料から形成されることができる。この図には図示されないが、他の層(弱レンズ等)も、回折構造1401aと1401bとの間に設置され得る。 FIG. 14B illustrates an embodiment in which another layer (upper surface) of material 1409 is installed above the grid layer 1304. Layer 1409 can be implemented configurable to address different design goals. For example, layer 1409 can form an intervening layer between the plurality of stacked diffraction structures 1401a and 1401b, for example, as shown in FIG. 14C. As shown in FIG. 14C, this intervening layer 1409 can be employed to remove any voids / gaps and provide a support structure for the stacked diffraction components. In this use case, layer 1409 can be formed from a material having a relatively low index of refraction, eg, about 1.1 or 1.2. Although not shown in this figure, other layers (weak lenses, etc.) may also be installed between the diffraction structures 1401a and 1401b.

加えて、層1409は、比較的に高屈折率を有する材料から形成されることができる。この状況では、入射光の全部またはかなりの量に対する回折効果を提供するであろうものは、格子表面1304ではなく、層1409上の格子である。 In addition, layer 1409 can be formed from a material with a relatively high index of refraction. In this situation, it is the grid on layer 1409, not the grid surface 1304, that will provide the diffraction effect on all or a significant amount of incident light.

明白なように、所望の光学効果および結果を達成するために、屈折率値の異なる相対的組み合わせが、層1409を含む異なる層に対して選択されることができる。 Obviously, different relative combinations of index values can be selected for different layers, including layer 1409, in order to achieve the desired optical effect and results.

そのような構造は、任意の好適な製造技法を使用して、製造され得る。「MR174」として知られるもの等のある高屈折率ポリマーが、直接、エンボス加工、印刷、またはエッチングされ、所望のパターン化された構造を生成し得るが、そのような層の硬化収縮等に関連する課題が存在する。したがって、別の実施形態では、別の材料が、高屈折率ポリマー層(すなわち、MR174の層等)上に転写、エンボス加工、またはエッチングされ、機能的に同様の結果を生成し得る。現在最先端の印刷、エッチング(すなわち、従来の半導体プロセスにおいて利用されるものに類似するレジスト除去およびパターン化ステップを含み得る)、およびエンボス加工技法が、そのような印刷、エンボス加工、および/またはエッチングステップを遂行するために利用され、および/または組み合わせられ得る。例えば、DVDの生産において利用されるものに類似する成形技法も、ある複製ステップのために利用され得る。さらに、印刷および他の堆積プロセスにおいて利用されるあるジェット噴射または堆積技法も、精度を伴ってある層を堆積するために利用され得る。 Such structures can be manufactured using any suitable manufacturing technique. High-refractive index polymers, such as those known as "MR174", can be directly embossed, printed, or etched to produce the desired patterned structure, but are associated with curing shrinkage and the like of such layers. There is a challenge to do. Thus, in another embodiment, another material may be transferred, embossed, or etched onto a high refractive index polymer layer (ie, MR174 layer, etc.) to functionally produce similar results. Currently state-of-the-art printing, etching (ie, which may include resist removal and patterning steps similar to those used in conventional semiconductor processes), and embossing techniques are such printing, embossing, and / or It can be utilized and / or combined to perform the etching step. For example, molding techniques similar to those used in the production of DVDs can also be used for certain replication steps. In addition, certain jet jets or deposition techniques used in printing and other deposition processes can also be used to deposit certain layers with precision.

本開示の以下の部分は、ここで、回折のための形成パターンを基板上に実装するための改良されたアプローチを説明し、堆積させられる転写材料(imprint material)の転写(imprinting)は、本発明のいくつかの実施形態に従って行われる。これらのアプローチは、転写材料の非常に精密な分布と任意の数の基板表面上への異なる転写パターンの非常に精密な形成とを可能にする。以下の説明は、前述の格子構成と共に使用され、それを実装するために使用されることができることに留意されたい。しかしながら、本発明の堆積アプローチは、他の構成と共にも同様に使用さ得ることに留意されたい。 The following part of the present disclosure describes here an improved approach for mounting a forming pattern for diffraction on a substrate, and the imprinting of the implanted transfer material is described in the book. This is done according to some embodiments of the invention. These approaches allow for a very precise distribution of transfer material and a very precise formation of different transfer patterns on any number of substrate surfaces. It should be noted that the following description is used in conjunction with the grid configuration described above and can be used to implement it. However, it should be noted that the deposition approach of the present invention can be used with other configurations as well.

いくつかの実施形態によると、転写材料のパターン化された分布(例えば、パターン化されたインクジェット分布)が、転写材料の堆積を基板上に実装するために行われる。パターン化されたインクジェット分布を使用するこのアプローチは、堆積させられるべき材料に対する非常に精密な体積制御を可能にする。加えて、このアプローチは、より小さく、より均一なベース層を格子表面の真下に提供する役割を果たすことができ、前述のように、層のベース厚は、接眼レンズ/光学デバイスの性能に有意な影響を及ぼすことができる。 According to some embodiments, a patterned distribution of transfer material (eg, a patterned inkjet distribution) is performed to mount the transfer material deposit on the substrate. This approach, which uses a patterned inkjet distribution, allows for very precise volume control on the material to be deposited. In addition, this approach can serve to provide a smaller, more uniform base layer beneath the grid surface, and as mentioned above, the base thickness of the layer is significant for the performance of the eyepiece / optical device. Can have a significant effect.

図19は、単一基板上への転写材料の精密な可変体積堆積を実装するためのアプローチを図示する。図に示されるように、第1のより深い深度構造1904のセットおよび第2のより浅い(例えば、標準)深度構造1906のセットを有するテンプレート1902が、提供される。転写材料を転写受け取り側1908上に堆積するとき、比較的より大きい体積の転写材料1910が、テンプレート1902のより深い深度構造1904を伴うテンプレートの部分に対応して堆積させられる。対照的に、比較的により小さい体積の転写材料1912は、テンプレート1902のより浅い深度構造1906に対応して堆積させられる。そして、テンプレートは、第1および第2の深度構造のセットを転写材料の中に転写し、異なる深度および/またはパターンを有するそれぞれの構造を転写材料内形成するために使用される。このアプローチは、したがって、転写受け取り側1908上への異なる特徴の同時形成を可能にする。 FIG. 19 illustrates an approach for implementing precise variable volume deposition of transfer material on a single substrate. As shown in the figure, a template 1902 with a first set of deeper depth structures 1904 and a second set of shallower (eg, standard) depth structures 1906 is provided. When the transfer material is deposited on the transfer receiving side 1908, a relatively larger volume of transfer material 1910 is deposited corresponding to the portion of the template with the deeper depth structure 1904 of the template 1902. In contrast, a relatively smaller volume of transfer material 1912 is deposited corresponding to the shallower depth structure 1906 of template 1902. The template is then used to transfer a set of first and second depth structures into the transfer material to form the respective structures with different depths and / or patterns within the transfer material. This approach therefore allows for the simultaneous formation of different features on the transcription recipient 1908.

このアプローチは、異なる深度および/または特徴パラメータを伴う構造のために意図的に非均一である分布を生成するために利用されることができ、例えば、特徴構造は、同一基板上にあり、異なる厚さを有する。これは、例えば、同一下層厚を伴う可変深度の構造の同時転写を可能にする、転写材料の空間的に分布された体積を生成するために使用されることができる。 This approach can be utilized to generate a distribution that is intentionally non-uniform for structures with different depths and / or feature parameters, for example, the feature structures are on the same substrate and are different. Has a thickness. It can be used, for example, to generate a spatially distributed volume of transfer material that allows simultaneous transfer of variable depth structures with the same underlayer thickness.

図19の底部は、前述の堆積技法/装置を用いて形成される構造1920を図示し、下層1922は、パターン深度および体積の差異にかかわらず、均一厚を有する。転写材料は、構造1920内に非均一な厚さを伴って堆積させられていることが分かる。ここでは、上部層1924は、第1の層厚のセットを有する第1の部分1926を含む一方、第2の部分1928は、第2の層厚のセットを有する。この例では、部分1926は、部分1928の標準/より浅い厚さと比較して、より厚い層に対応する。しかしながら、厚さの任意の組み合わせが、本発明の概念を使用して構築され得、標準厚さより厚いおよび/またはより薄いのいずれか/両方である厚さが、下層上に形成されることに留意されたい。 The bottom of FIG. 19 illustrates the structure 1920 formed using the deposition technique / equipment described above, and the lower layer 1922 has a uniform thickness regardless of differences in pattern depth and volume. It can be seen that the transfer material is deposited in the structure 1920 with a non-uniform thickness. Here, the upper layer 1924 includes a first portion 1926 having a first set of layer thicknesses, while a second portion 1928 has a second set of layer thicknesses. In this example, portion 1926 corresponds to a thicker layer compared to the standard / shallower thickness of portion 1928. However, any combination of thicknesses can be constructed using the concepts of the invention so that thicknesses that are either thicker and / or thinner than standard thicknesses / both are formed on the underlayer. Please note.

この能力は、例えば、スペーサ要素としての役割を果たすためのより大きい体積の材料を堆積させ、例えば、多層回折光学要素の構築を補助するために使用されることができる。 This ability can be used, for example, to deposit a larger volume of material to serve as a spacer element and, for example, to assist in the construction of a multilayer diffractive optical element.

いくつかの実施形態は、基板上への複数のタイプの転写材料の同時堆積を実装するためのアプローチに関する。これは、光学特性を有する材料が、一度に基板の複数の部分にわたり同時に堆積させられることを可能にする。このアプローチはまた、具体的機能に関連付けられた局所エリア(例えば、内部結合格子、直交瞳拡大素子(OPE)格子、または射出瞳拡大素子(EPE)格子としての役割を果たす)を調整するための能力を提供する。 Some embodiments relate to approaches for implementing simultaneous deposition of multiple types of transfer material on a substrate. This allows materials with optical properties to be deposited simultaneously over multiple parts of the substrate at one time. This approach is also for adjusting the local area associated with a specific function (eg, acting as an internally coupled lattice, an orthogonal pupil magnifying element (OPE) lattice, or an exit pupil expanding element (EPE) lattice). Provide the ability.

図20は、いくつかの実施形態による、同一層内への複数の異なる転写材料の指向性同時堆積を実装するためのアプローチおよび転写ステップを図示する。図に示されるように、テンプレート2002は、転写受け取り側2008上の異なるタイプの転写材料2010および2012の中にパターンを転写するために提供される。材料2010および2012は、異なる光学特性を有する同一材料(例えば、異なる屈折率を有する同一材料の2つの変形)または2つの全く異なる材料を含み得る。 FIG. 20 illustrates approaches and transfer steps for implementing directional co-deposition of a plurality of different transfer materials within the same layer, according to some embodiments. As shown in the figure, the template 2002 is provided for transferring the pattern into different types of transfer materials 2010 and 2012 on the transfer recipient 2008. Materials 2010 and 2012 may include the same material with different optical properties (eg, two variants of the same material with different refractive indexes) or two completely different materials.

材料の任意の光学特性は、この技法を採用するときに検討および選択されることができる。例えば、図20の実施形態に示されるように、材料2010は、転写受け取り側2008のある区分内に堆積させられる高屈折率材料に対応する一方、同時に、材料2012は、第2の区分のエリア内に堆積させられるより低い屈折率材料に対応する。 Any optical properties of the material can be considered and selected when adopting this technique. For example, as shown in the embodiment of FIG. 20, the material 2010 corresponds to a high refractive index material deposited within a section of the transfer receiving side 2008, while at the same time the material 2012 is an area of the second section. Corresponds to lower index material deposited within.

結果として生じる構造2020に示されるように、これは、高屈折率部分2026およびより低い屈折率部分2028を有する多機能回折光学要素を形成する。この場合、第1の機能に関する高屈折率部分2026および第2の機能に関する部分2028は、同時に転写された。 As shown in the resulting structure 2020, this forms a multifunctional diffractive optical element with a high index of refraction portion 2026 and a lower index of refraction portion 2028. In this case, the high refractive index portion 2026 for the first function and the portion 2028 for the second function were simultaneously transcribed.

この例は、材料を同時に堆積するときに「調整」すべき光学特性として材料の屈折率を例証的に識別するが、他の光学特性も、構造の異なる部分内に堆積するための材料のタイプを識別するときに検討され得ることに留意されたい。例えば、不透明度および吸光度は、構造の異なる部分内への堆積のための材料を識別し、最終製品の局所特性を調整するために使用され得る他の特性である。 This example exemplifies the index of refraction of a material as an optical property that should be "adjusted" when depositing the material simultaneously, but other optical properties are also the type of material for depositing within different parts of the structure. Note that it can be considered when identifying. For example, opacity and absorbance are other properties that can be used to identify materials for deposition within different parts of the structure and to adjust the local properties of the final product.

加えて、あるタイプの材料は、転写前に、別の材料の上方/下方に堆積させられ得る。例えば、ある屈折率材料は、転写直前に第2の屈折率材料の直下に堆積させられ、回折光学要素を形成するための屈折率勾配を生成し得る。これは、例えば、図17Aに示される構造(または前述または図中の他の関連構造のいずれか)を実装するために使用されることができる。 In addition, one type of material can be deposited above / below another material prior to transfer. For example, one index of refraction material may be deposited directly beneath a second rate of refraction material just prior to transfer to generate a refractive index gradient for forming diffractive optics. It can be used, for example, to implement the structure shown in FIG. 17A (or either of the aforementioned or other related structures in the figure).

別の実施形態によると、多側面転写が、光学構造の複数の側面に転写するために採用され得る。これは、転写が、光学要素の異なる側面上で生じ、ベース層体積を通した機能の多重化を実装することを可能にする。この方法において、異なる接眼レンズ機能が、格子構造機能に悪影響を及ぼさずに実装されることができる。 According to another embodiment, multi-sided transfer can be employed to transfer to multiple sides of the optical structure. This allows transfer to occur on different sides of the optics and implement functional multiplexing through the base layer volume. In this method, different eyepiece functions can be implemented without adversely affecting the lattice structure function.

図21A−Bは、全内部反射回折光学要素の状況における、2側面転写を実装するための例示的アプローチを図示する。図21Aに図示されるように、第1のテンプレート2102aは、ある転写を基板/転写受け取り側2108の側面「A」上に生成するために使用され得る。これは、第1の材料を構造の側面A上に有する第1のパターン2112を形成する。 21A-B illustrate an exemplary approach for implementing two-sided transfer in the context of total internal reflection diffractive optics. As illustrated in FIG. 21A, the first template 2102a can be used to generate a transfer on the side surface "A" of the substrate / transfer receiving side 2108. This forms a first pattern 2112 with the first material on the side surface A of the structure.

図21Bに図示されるように、テンプレート2102bは、第2の転写を同一基板の側面「B」上に生成するために使用され得る。これは、第2の材料を基板の側面B上に有する第2のパターン2114を形成する。 As illustrated in FIG. 21B, template 2102b can be used to generate a second transfer on the side surface "B" of the same substrate. This forms a second pattern 2114 with the second material on the side surface B of the substrate.

側面AおよびBは、同一もしくは異なるパターンを有し得、および/または同一もしくは異なるタイプの材料を有し得ることに留意されたい。加えて、各側面上のパターンは、さまざまな層厚(例えば、図19のアプローチを使用して)を備え得、および/または異なる材料タイプを同一側面上に有し得る(例えば、図20のアプローチを使用して)。 Note that sides A and B can have the same or different patterns and / or have the same or different types of material. In addition, the pattern on each side can have different layer thicknesses (eg, using the approach of FIG. 19) and / or have different material types on the same side (eg, of FIG. 20). Using an approach).

図22に示されるように、第1のパターン2112は、基板2108の側面A上に転写され、第2のパターン2114は、反対側面B上に転写されている。結果として生じる2側面転写された要素2200の複合機能が、ここで、実現されることができる。特に、入射光が、2側面転写された要素2200に印加されるとき、一部の光は、要素2200から出射し、第1の機能1を実装する一方、他の光は、出射し、第2の機能2を実装する。 As shown in FIG. 22, the first pattern 2112 is transferred onto the side surface A of the substrate 2108, and the second pattern 2114 is transferred onto the opposite side surface B. The resulting combined function of the two-sided transcribed element 2200 can be realized here. In particular, when incident light is applied to the two-sided transferred element 2200, some light is emitted from the element 2200 to implement the first function 1, while other light is emitted and the second. Implement function 2 of 2.

追加の実施形態は、多層重転写および/または多層分離/オフセット基板統合に関する。これらのアプローチのいずれか/両方では、以前に転写されたパターンが、再び、噴出および印刷されることができる。接着剤が、第1の層上に噴出させられることができ、第2の基板がそれに接合され(おそらく空隙を伴って)、後続噴出プロセスが、第2の基板上に堆積させ、転写することができる。一連の転写されたパターンは、ロールツーロールプロセスにおいて順次互いに接合されることができる。多層重転写を実装するアプローチは、多層分離/オフセット基板統合アプローチと共に、またはその代わりに使用され得ることに留意されたい。 Additional embodiments relate to multilayer multiple transfer and / or multilayer separation / offset substrate integration. With either or both of these approaches, previously transcribed patterns can be ejected and printed again. The adhesive can be ejected onto the first layer, the second substrate is joined to it (possibly with voids), and the subsequent ejection process deposits and transfers on the second substrate. Can be done. A series of transferred patterns can be sequentially joined together in a roll-to-roll process. Note that the approach of implementing multi-layer multiple transfer can be used with or instead of the multi-layer separation / offset substrate integration approach.

図23は、多層重転写を実装するためのアプローチを図示する。ここでは、第1の転写材料2301が、基板上2308に堆積させられ、転写されることができる。この後、第2の転写材料2302の堆積(および可能な転写)が続く。これは、第1の転写材料2301および第2の転写材料2302の両方を有する複合多層構造をもたらす。一実施形態では、後続転写が、第2の転写材料2302のために実装され得る。代替実施形態では、後続転写は、第2の転写材料2302のために実装されない。 FIG. 23 illustrates an approach for implementing multilayer multiple transfer. Here, the first transfer material 2301 can be deposited and transferred on the substrate 2308. This is followed by the deposition (and possible transfer) of the second transfer material 2302. This results in a composite multilayer structure having both the first transfer material 2301 and the second transfer material 2302. In one embodiment, subsequent transfer may be implemented for the second transfer material 2302. In an alternative embodiment, subsequent transfer is not implemented for the second transfer material 2302.

図24は、多層分離/オフセット基板統合を実装するためのアプローチを図示する。ここでは、第1の基板1および第2の基板2の両方が、転写材料で堆積させられ、次いで、転写され得る。その後、基板1および基板2は、挟み込まれ、接合され得、一実施形態では、おそらく、基板2の活性構造と基板1の裏側との間に空隙2402を提供するオフセット特徴(同様に転写される)を伴う。転写されたスペーサ2404が、空隙2402を生成するために使用され得る。 FIG. 24 illustrates an approach for implementing multi-layer separation / offset substrate integration. Here, both the first substrate 1 and the second substrate 2 can be deposited with the transfer material and then transferred. Substrate 1 and substrate 2 can then be sandwiched and joined, and in one embodiment, an offset feature (similarly transferred) that provides a gap 2402 between the active structure of substrate 2 and the backside of substrate 1. ) Is accompanied. The transferred spacer 2404 can be used to create voids 2402.

さらに別の実施形態によると、基板にわたり分布される材料の可変体積堆積を実装するためのアプローチが開示され、それは、表面不均一性の先験的知識に依存し得る。説明するために、図25に示される基板2502を検討する。示されるように、基板2502の表面不均一性は、望ましくない平行度をもたらし、不良光学性能を生じさせ得る。この場合、基板2502(または以前に転写された層)は、変動性に対して測定され得る。 Yet another embodiment discloses an approach for implementing variable volume deposition of materials distributed across substrates, which may rely on a priori knowledge of surface heterogeneity. For illustration purposes, the substrate 2502 shown in FIG. 25 will be considered. As shown, the surface non-uniformity of the substrate 2502 can result in undesired parallelism and poor optical performance. In this case, substrate 2502 (or previously transferred layer) can be measured for variability.

転写材料の可変体積堆積が、下層トポグラフィまたは物理的特徴セットから独立して、堆積させられるべき転写材料の水平分布を提供するために採用され得る。例えば、基板は、真空チャックによって平坦に引っ張られ、原位置計測が、例えば、低コヒーレンスまたはレーザベースの接触測定プローブを用いて、表面高さを査定するために行われることができる。転写材料の分配体積は、再現時、より均一な層をもたらすために測定データに応じて変動させられることができる。この例では、基板の部分2504aは、最高レベルの変動を有し、部分2504bは、中間レベルの変動を有し、部分2504cは、最低レベルの変動を有する。したがって、大体積の転写材料が、部分2504a内に堆積させられ得、中体積の転写材料が、部分2504bの中に堆積させられ、および小/標準体積転写材料が、部分2504cの中に堆積させられる。結果として生じる製品2506によって示されるように、これは、より均一な総基板/転写材料/転写パターン厚をもたらし、それは、ひいては、転写されたデバイスの性能を調整し、またはそれに恩恵をもたらし得る。 Variable volume deposition of transfer material can be employed to provide a horizontal distribution of transfer material to be deposited, independent of underlying topography or physical feature sets. For example, the substrate is pulled flat by a vacuum chuck and in-situ measurements can be made to assess surface height, for example using a low coherence or laser-based contact measurement probe. The distributed volume of the transfer material can be varied depending on the measured data to provide a more uniform layer during reproduction. In this example, portion 2504a of the substrate has the highest level of variability, portion 2504b has intermediate levels of variability, and portion 2504c has the lowest level of variability. Thus, a large volume transfer material can be deposited in the portion 2504a, a medium volume transfer material is deposited in the portion 2504b, and a small / standard volume transfer material is deposited in the portion 2504c. Be done. As indicated by the resulting product 2506, this results in a more uniform total substrate / transfer material / transfer pattern thickness, which in turn can adjust or benefit the performance of the transferred device.

例は、厚さの不均一性に起因する変動を示すが、他のタイプの不均一性も、本発明の本実施形態によって対処され得ることに留意されたい。別の実施形態では、そのような変動は、くぼみ、ピーク、もしくは他の異常、または基板上の局所位置に関連付けられた特徴の存在に起因し得る。 Although the examples show variations due to thickness non-uniformity, it should be noted that other types of non-uniformity can also be addressed by this embodiment of the invention. In another embodiment, such variability may be due to depressions, peaks, or other anomalies, or the presence of features associated with local location on the substrate.

前述の明細書では、本発明は、その具体的実施形態を参照して説明された。しかしながら、本発明のより広範な精神および範囲から逸脱することなく、種々の修正ならびに変更がそこに行われ得ることは明白であろう。例えば、前述のプロセスフローは、プロセスアクションの特定の順序を参照して説明されている。しかしながら、説明されるプロセスアクションの多くの順序は、本発明の範囲または動作に影響を及ぼすことなく、変更され得る。本明細書および図面は、故に、制限的意味ではなく、例証的意味におけるものであると見なされる。 In the above specification, the present invention has been described with reference to specific embodiments thereof. However, it will be clear that various modifications and changes can be made there without departing from the broader spirit and scope of the invention. For example, the process flow described above is described with reference to a particular order of process actions. However, the order of many of the process actions described can be modified without affecting the scope or behavior of the invention. The specification and drawings are therefore considered to be in an exemplary sense rather than a restrictive sense.

種々の本発明の例示的実施形態が、本明細書で説明される。非限定的な意味で、これらの実施例が参照される。それらは、本発明のより広くて紀要可能な側面を例証するように提供される。種々の変更が、説明される本発明に行われ得、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、同等物が置換され得る。加えて、特定の状況、材料、物質組成、プロセス、プロセス行為、またはステップを本発明の目的、精神、もしくは範囲に適合させるように、多くの修正が行われ得る。さらに、当業者によって理解されるように、本明細書で説明および例証される個々の変形例の各々は、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、他のいくつかの実施形態のうちのいずれかの特徴から容易に分離され、またはそれらと組み合わせられ得る、離散構成要素および特徴を有する。全てのそのような修正は、本開示に関連付けられる請求項の範囲内にあることを目的としている。 Various exemplary embodiments of the invention are described herein. In a non-limiting sense, these examples are referred to. They are provided to illustrate the broader and bulletinable aspects of the invention. Various modifications can be made to the invention described and equivalents can be replaced without departing from the true spirit and scope of the invention. In addition, many modifications can be made to adapt a particular situation, material, material composition, process, process action, or step to the object, spirit, or scope of the invention. Moreover, as will be appreciated by those skilled in the art, each of the individual variants described and illustrated herein will be of some other embodiment without departing from the scope or spirit of the invention. It has discrete components and features that can be easily separated from or combined with any of the features. All such amendments are intended to be within the claims associated with this disclosure.

本発明は、対象デバイスを使用して行われ得る方法を含む。方法は、そのような好適なデバイスを提供するという行為を含み得る。そのような提供は、エンドユーザによって行われ得る。換言すれば、「提供する」行為は、単に、エンドユーザが、対象方法において必須デバイスを提供するように、取得し、アクセスし、接近し、位置付けし、設定し、起動し、電源を入れ、または別様に作用することを要求する。本明細書で記載される方法は、論理的に可能である記載された事象の任意の順番で、ならびに事象の記載された順番で実行され得る。 The present invention includes methods that can be performed using the device of interest. The method may include the act of providing such a suitable device. Such provision may be made by the end user. In other words, the act of "providing" simply acquires, accesses, approaches, positions, configures, boots, powers on, and provides the end user with the essential device in the target method. Or require it to act differently. The methods described herein can be performed in any order of the described events that are logically possible, as well as in the order in which the events are described.

本発明の例示的側面が、材料選択および製造に関する詳細とともに、上記で記載されている。本発明の他の詳細に関しては、これらは、上記で参照された特許および出版物と関連して理解されるとともに、概して、当業者によって公知または理解され得る。一般的または論理的に採用されるような追加の行為の観点から、本発明の方法ベースの側面に関して、同じことが当てはまり得る。 Illustrative aspects of the invention are described above, along with details regarding material selection and manufacture. With respect to other details of the invention, they will be understood in connection with the patents and publications referenced above, and will generally be known or understood by those skilled in the art. The same may be true with respect to the method-based aspects of the invention in terms of additional actions that are generally or logically adopted.

加えて、本発明は、種々の特徴を随意的に組み込むいくつかの実施例を参照して説明されているが、本発明は、本発明の各変形例に関して考慮されるような説明および指示されるものに限定されるものではない。種々の変更が、説明される本発明に行われ得、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、同等物(本明細書に記載されようと、いくらか簡単にするために含まれていなかろうと)が置換され得る。加えて、値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の全ての介在値、およびその規定範囲内の任意の他の規定または介在値が、本発明内に包含されることを理解されたい。 In addition, while the invention has been described with reference to some embodiments that optionally incorporate various features, the invention is described and directed as considered for each variant of the invention. It is not limited to things. Various modifications can be made to the invention described and are included for some simplification, as described herein, without departing from the true spirit and scope of the invention. Can be replaced. In addition, if a range of values is provided, all intervening values between the upper and lower bounds of the range, and any other provisions or intervening values within that defined range, are included within the invention. Please understand that.

説明される本発明の変形例の任意の随意的な特徴が、独立して、または本明細書で説明される特徴のうちのいずれか1つ以上のものと組み合わせて、記載および請求され得ることも想定される。単数形のアイテムへの参照は、複数形の同一のアイテムが存在するという可能性を含む。より具体的には、本明細書で、および本明細書に関連付けられる請求項で使用されるように、「1つの(「a」、「an」)」、「該(said)」、および「the(the)」という単数形は、特に規定がない限り、複数形の指示対象を含む。換言すれば、冠詞の使用は、上記の説明ならびに本開示に関連付けられる請求項において、対象アイテムの「少なくとも1つ」を可能にする。さらに、そのような請求項は、任意の随意的な要素を除外するように起草され得ることに留意されたい。したがって、この記述は、請求項の要素の記載と関連して、「単に」、「のみ」等の排他的用語の使用、または「否定的」制限の使用のために、先行詞としての機能を果たすことを目的としている。 Any optional feature of the embodiments of the invention described may be described and claimed independently or in combination with any one or more of the features described herein. Is also assumed. References to singular items include the possibility that the same plural item exists. More specifically, as used herein and in the claims associated with this specification, "one (" a "," an ")", "said", and " The singular form "the (the)" includes the plural referent unless otherwise specified. In other words, the use of articles allows for "at least one" of the subject item in the above description as well as in the claims associated with the present disclosure. Moreover, it should be noted that such claims may be drafted to exclude any voluntary elements. Therefore, this statement serves as an antecedent for the use of exclusive terms such as "simply", "only", or the use of "negative" restrictions in connection with the description of the elements of the claim. The purpose is to fulfill.

そのような排他的用語を使用することなく、本開示に関連付けられる請求項での「備えている」という用語は、所与の数の要素がそのような請求項で列挙されるか、または特徴の追加をそのような請求項に記載される要素の性質の変換として見なすことができるかにかかわらず、任意の追加の要素を含むことを可能にするものとする。本明細書で具体的に定義される場合を除いて、本明細書で使用される全ての技術および科学用語は、請求項の有効性を維持しながら、可能な限り広い一般的に理解されている意味を与えられるものである。 Without using such exclusive terms, the term "equipped" in the claims associated with this disclosure is such that a given number of elements are listed or featured in such claims. It shall be possible to include any additional elements, regardless of whether the addition of may be considered as a transformation of the nature of the elements described in such claims. Except as specifically defined herein, all technical and scientific terms used herein are generally understood as broadly as possible while maintaining the validity of the claims. It is given the meaning of being.

本発明の範疇は、提供される実施例および/または対象の明細書に限定されるものではなく、むしろ、本開示に関連付けられる請求項の言葉の範囲のみによって限定されるものである。 The scope of the present invention is not limited to the specification provided in the examples and / or the subject matter, but rather is limited only by the scope of the claims associated with the present disclosure.

例証される実施形態の上記の説明は、排他的であること、または実施形態を開示される精密な形態に限定することを意図するものではない。具体的実施形態および実施例が、例証目的のために本明細書に説明されているが、種々の同等修正が、当業者によって認識されるであろうように、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、行われることができる。種々の実施形態の本明細書に提供される教示は、必ずしも、概して上記に説明される例示的ARシステムではなく、仮想またはARもしくはハイブリッドシステムを実装する、および/またはユーザインターフェースを採用する、他のデバイスにも適用されることができる。 The above description of the illustrated embodiments is not intended to be exclusive or to limit the embodiments to the disclosed precise embodiments. Specific embodiments and examples are described herein for illustrative purposes, but various equivalent modifications deviate from the spirit and scope of the present disclosure, as will be appreciated by those skilled in the art. Can be done without doing. The teachings provided herein in various embodiments are not necessarily exemplary AR systems generally described above, but implement virtual or AR or hybrid systems and / or employ user interfaces, etc. Can also be applied to devices in.

例えば、前述の詳細な説明は、ブロック図、概略図、および実施例の使用を介して、デバイスおよび/またはプロセスの種々の実施形態を記載している。そのようなブロック図、概略図、および実施例が、1つ以上の機能および/もしくは動作を含有する限り、そのようなブロック図、フロー図、または実施例内の各機能および/もしくは動作は、実装される、個々におよび/または集合的に、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または事実上任意のそれらの組み合わせによって実装され得ることが、当業者によって理解されるであろう。 For example, the detailed description described above describes various embodiments of the device and / or process through the use of block diagrams, schematics, and examples. As long as such block diagrams, schematics, and embodiments contain one or more functions and / or behaviors, each function and / or behavior within such block diagrams, flow diagrams, or embodiments will It will be appreciated by those skilled in the art that it can be implemented individually and / or collectively by a wide range of hardware, software, firmware, or virtually any combination thereof.

一実施形態では、本主題は、特定用途向け集積回路(ASIC)を介して実装され得る。しかしながら、当業者は、本明細書に開示される実施形態は、全体的または部分的に、1つ以上のコンピュータによって実行される1つ以上のコンピュータプログラムとして(例えば、1つ以上のコンピュータシステム上で起動する1つ以上のプログラムとして)、1つ以上のコントローラ(例えば、マイクロコントローラ)によって実行される1つ以上のプログラムとして、1つ以上のプロセッサ(例えば、マイクロプロセッサ)によって実行される1つ以上のプログラムとして、ファームウェアとして、もしくは事実上任意のそれらの組み合わせとして、標準的集積回路内に同等に実装されることができ、ソフトウェアおよび/またはファームウェアのための回路の設計ならびに/もしくはコードの書込が、本開示の教示に照らして、十分に当業者の技術の範囲内にあるであろうことを認識するであろう。 In one embodiment, the subject may be implemented via an application specific integrated circuit (ASIC). However, those skilled in the art will appreciate that the embodiments disclosed herein, in whole or in part, as one or more computer programs executed by one or more computers (eg, on one or more computer systems). One executed by one or more processors (eg, microprocessor) as one or more programs executed by one or more controllers (eg, a microprocessor) (as one or more programs launched by) The above programs, as firmware, or virtually any combination thereof, can be equally implemented in a standard integrated circuit, designing the circuit for software and / or firmware and / or writing code. It will be recognized that the program will be well within the skill of those skilled in the art in the light of the teachings of this disclosure.

論理が、ソフトウェアとして実装され、メモリ内に記憶されると、論理または情報は、任意のプロセッサ関連システムまたは方法による使用もしくはそれと関連した使用のために、任意のコンピュータ読み取り可能な媒体上に記憶されることができる。本開示の文脈では、メモリは、コンピュータおよび/またはプロセッサプログラムを含有もしくは記憶する、電子、磁気、光学、または他の物理的デバイスもしくは手段である、コンピュータ読み取り可能な媒体である。論理および/または情報は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスから命令をフェッチし、論理および/または情報に関連付けられた命令を実行することができる、コンピュータベースのシステム、プロセッサ含有システム、または他のシステム等の命令実行システム、装置、またはデバイスによる使用もしくはそれと関連した使用のために、任意のコンピュータ読み取り可能な媒体において具現化されることができる。 When logic is implemented as software and stored in memory, the logic or information is stored on any computer-readable medium for use by or in connection with any processor-related system or method. Can be done. In the context of the present disclosure, memory is a computer-readable medium that is an electronic, magnetic, optical, or other physical device or means that contains or stores a computer and / or processor program. Logical and / or information can fetch instructions from an instruction execution system, device, or device and execute instructions associated with the logic and / or information, computer-based systems, processor-containing systems, or other. It can be embodied in any computer readable medium for use by or in connection with an instruction execution system, device, or device such as a system.

本明細書の文脈では、「コンピュータ読み取り可能な媒体」は、命令実行システム、装置、および/またはデバイスによる使用もしくはそれと関連した使用のために、論理および/または情報に関連付けられたプログラムを記憶し得る、任意の要素であることができる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、例えば、限定ではないが、電子、磁気、光学、電磁、赤外線、または半導体システム、装置、もしくはデバイスであることができる。コンピュータ読み取り可能な媒体のより具体的実施例(非包括的リスト)として、ポータブルコンピュータディケット(磁気、コンパクトフラッシュ(登録商標)カード、セキュアデジタル、または均等物)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み取り専用メモリ(ROM)、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ(EPROM、EEPROM、またはフラッシュメモリ)、ポータブルコンパクトディスク読み取り専用メモリ(CDROM)、デジタルテープ、および他の非一過性媒体が挙げられるであろう。 In the context of this specification, "computer-readable medium" stores programs associated with logic and / or information for use by or in connection with instruction execution systems, devices, and / or devices. Get, can be any element. Computer-readable media can be, for example, but not limited to, electronic, magnetic, optical, electromagnetic, infrared, or semiconductor systems, devices, or devices. More specific examples (non-comprehensive lists) of computer-readable media include portable computer deckets (magnetic, compact flash® cards, secure digital, or equivalents), random access memory (RAM), and read. Dedicated memory (ROM), erasable programmable read-only memory (EPROM, EEPROM, or flash memory), portable compact disk read-only memory (CDROM), digital tape, and other non-transient media may be mentioned.

本明細書に説明される方法の多くは、変形例とともに行われることができる。例えば、方法の多くは、追加の行為を含む、いくつかの行為を省略する、および/または例証もしくは説明されるものと異なる順序で行われ得る。 Many of the methods described herein can be performed with variations. For example, many of the methods may omit some actions, including additional actions, and / or be performed in a different order than that illustrated or described.

上記の種々の実施形態を組み合わせてさらなる実施形態を提供することができる。本明細書中において言及した、および/または出願データシートに列挙した米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願および非特許刊行物は全て、本明細書の具体的教示および定義に矛盾しない限り、それらの全体が引用により本明細書に組み入れられる。実施形態の態様は、なおさらなる実施形態を提供するために、種々の特許、出願、および刊行物のシステム、回路、および概念を利用することが必要である場合には、改変されることができる。 Further embodiments can be provided by combining the various embodiments described above. All US patents, US patent application publications, US patent applications, foreign patents, foreign patent applications and non-patent publications mentioned herein and / or listed in the application datasheet are the specific teachings of this specification. And, as long as they are consistent with the definitions, they are incorporated herein by reference in their entirety. The embodiments may be modified if it is necessary to utilize the systems, circuits, and concepts of various patents, applications, and publications to still provide further embodiments. ..

これらおよび他の変更が、上記に詳述される説明に照らして、実施形態に成されることができる。概して、以下の請求項では、使用される用語は、請求項を、本明細書および請求項で開示される具体的実施形態に限定するように解釈されるべきではないが、そのような請求項が権利を持つ均等物の全範囲とともに、全ての可能な実施形態を含むように解釈されるべきである。故に、請求項は、本開示によって限定されない。 These and other modifications can be made in embodiments in the light of the description detailed above. In general, in the following claims, the terms used should not be construed to limit the claims to the specific embodiments disclosed herein and in the claims, but such claims. It should be construed to include all possible embodiments, as well as the entire scope of the equality to which. Therefore, the claims are not limited by this disclosure.

さらに、上記で説明される種々の実施形態は、さらなる実施形態を提供するように組み合わせられることができる。その上さらなる実施形態を提供するために、種々の特許、出願、および出版物の概念を採用するように、必要であれば、実施形態の側面を修正されることができる。 In addition, the various embodiments described above can be combined to provide additional embodiments. Moreover, aspects of the embodiment may be modified, if desired, to adopt the concepts of various patents, applications, and publications to provide further embodiments.

これらおよび他の変更が、上記に詳述される説明に照らして、実施形態に成されることができる。概して、以下の請求項では、使用される用語は、請求項を、本明細書および請求項で開示される具体的実施形態に限定するように解釈されるべきではないが、そのような請求項が権利を持つ均等物の全範囲とともに、全ての可能な実施形態を含むように解釈されるべきである。故に、請求項は、本開示によって限定されない。 These and other modifications can be made in embodiments in the light of the description detailed above. In general, in the following claims, the terms used should not be construed to limit the claims to the specific embodiments disclosed herein and in the claims, but such claims. It should be construed to include all possible embodiments, as well as the entire scope of the equality to which. Therefore, the claims are not limited by this disclosure.

Claims (16)

第1の回折光学要素を含む接眼レンズを製造する方法であって、前記方法は、
第1の層を第1の基板上に堆積することであって、前記第1の層は、第1の部分と第2の部分とを含み、前記第1の部分は、前記第1の基板上の第1の領域上に第1の深度を有するように堆積され、前記第1の部分は、第1の光学特性を有し、前記第2の部分は、前記第1の基板上の第2の領域上に第2の深度を有するように堆積され、前記第2の部分は、前記第1の光学特性とは異なる第2の光学特性を有する、ことと、
テンプレートを識別することであって、前記テンプレートは、その上に形成された転写パターンを有し、前記テンプレートは、第1の深度構造のセットと第2の深度構造のセットとを含み、前記第1の深度構造のセットは、前記第1の部分の前記第1の深度に対応し、前記第2の深度構造のセットは、前記第2の部分の前記第2の深度に対応する、ことと、
前記テンプレートを用いて、前記転写パターンを前記第1の基板上の前記第1の部分および前記第2の部分の中に転写することと
を含み、
前記転写パターンは、前記第1の回折光学要素のための回折パターンを含み、前記第1の深度は、前記第2の深度とは異なる、方法。
A method of manufacturing an eyepiece including a first diffractive optical element, wherein the method is
By depositing a first layer on a first substrate, the first layer includes a first portion and a second portion, and the first portion is the first substrate. The first portion is deposited to have a first depth on the first region above, the first portion has the first optical properties, and the second portion is the first on the first substrate. It is deposited on the region 2 so as to have a second depth, and the second portion has a second optical characteristic different from the first optical characteristic.
To identify a template, the template has a transfer pattern formed on it, the template comprising a first set of depth structures and a second set of depth structures, said first. The set of depth structures of 1 corresponds to the first depth of the first portion, and the set of second depth structures corresponds to the second depth of the second portion. ,
The template is used to include transferring the transfer pattern into the first portion and the second portion on the first substrate.
The method, wherein the transfer pattern includes a diffraction pattern for the first diffractive optical element, the first depth being different from the second depth.
前記方法は、少なくとも前記テンプレートを用いて、前記第1の領域および前記第2の領域の上にそれぞれ堆積される前記第1の部分および前記第2の部分の中に同時に転写することにより、前記第1の基板上に第1のパターンおよび第2のパターンを形成することをさらに含み、
前記転写パターンは、前記第1のパターンと前記第2のパターンとを含み、
前記テンプレートは、前記第1の深度構造のセットを伴う前記第1のパターンを前記第1の部分上に転写するために用いられ、
前記テンプレートは、前記第2の深度構造のセットを伴う前記第2のパターンを前記第2の部分上に転写するために用いられる、請求項1に記載の方法。
The method is described by simultaneously transferring into the first portion and the second portion deposited on the first region and the second region, respectively, using at least the template. It further comprises forming a first pattern and a second pattern on the first substrate.
The transfer pattern includes the first pattern and the second pattern.
The template is used to transfer the first pattern with the first set of depth structures onto the first portion.
The method of claim 1, wherein the template is used to transfer the second pattern with the second set of depth structures onto the second portion.
前記第1のパターンは、第1の回折格子パターンに対応し、前記第2のパターンは、第2の回折格子パターンに対応する、請求項2に記載の方法。 The method according to claim 2, wherein the first pattern corresponds to a first diffraction grating pattern, and the second pattern corresponds to a second diffraction grating pattern. 前記第1の部分は、少なくとも第1の光学機能による前記第1の深度を有するように堆積され、前記第2の部分は、少なくとも第2の光学機能による前記第2の深度を有するように堆積され、前記第1の光学機能または前記第2の光学機能は、内部結合格子の機能、直交瞳拡大素子格子の機能、または、射出瞳拡大素子格子の機能を含む、請求項2に記載の方法。 The first portion is deposited to have the first depth due to at least the first optical function, and the second portion is deposited to have the second depth due to at least the second optical function. The method according to claim 2, wherein the first optical function or the second optical function includes a function of an internally coupled lattice, a function of an orthogonal pupil magnifying element lattice, or a function of an exit pupil expanding element lattice. .. 前記方法は、前記テンプレートを用いて、前記転写パターンを前記第1の基板上の前記第1の部分および前記第2の部分の中に転写した後に、前記接眼レンズの第1の回折光学要素に対して、前記第1の層の上方に第2の層を堆積することをさらに含み、
前記第2の層は、前記第2の層の第1の領域内に第1の屈折率値を有する第1の材料を含み、
前記第2の層は、前記第2の層の第2の領域内に第2の屈折率値を有する第2の材料をさらに含み、
前記第1の基板は、第3の屈折率値を有する第3の材料を含み、
前記第1の屈折率値および前記第2の屈折率値および前記第3の屈折率値は、回折効率に対する第1の要件、または、前記接眼レンズの第1の回折光学要素によって提供される視野に対する第2の要件に少なくとも基づいて選択される、請求項1に記載の方法。
The method uses the template to transfer the transfer pattern into the first portion and the second portion on the first substrate and then to the first diffractive optical element of the eyepiece. In contrast, it further comprises depositing a second layer above the first layer.
The second layer comprises a first material having a first refractive index value within the first region of the second layer.
The second layer further comprises a second material having a second index of refraction within the second region of the second layer.
The first substrate contains a third material having a third refractive index value.
The first refractive index value, the second refractive index value, and the third refractive index value are the first requirement for diffraction efficiency or the field of view provided by the first diffractive optical element of the eyepiece. The method of claim 1, which is selected based on at least the second requirement for.
前記方法は、前記接眼レンズに対して、前記第1の回折光学要素の上方にさらにスタックされている第1のレンズの上方に第2の回折光学要素をスタックすることをさらに含み、
前記第1の回折光学要素は、前記第2の回折光学要素よりも視認者の眼に近く、かつ、光学無限遠の第1の焦点距離を伴う第1の焦点面を画定し、
前記第2の回折光学要素は、第2の基板を含み、かつ、前記光学無限遠の第1の焦点距離よりも小さい第2の焦点距離を伴う第2の焦点面を画定し、
前記第2の回折光学要素は、第1の負のレンズによって前記第1の回折光学要素から分離されている、請求項1に記載の方法。
The method further comprises stacking a second diffractive optical element above the first lens, which is further stacked above the first diffractive optical element, with respect to the eyepiece.
The first diffractive optical element defines a first focal length that is closer to the viewer's eye than the second diffractive optical element and has a first focal length at optical infinity.
The second diffractive optical element comprises a second substrate and defines a second focal length with a second focal length smaller than the first focal length at optical infinity.
The method of claim 1, wherein the second diffractive optical element is separated from the first diffractive optical element by a first negative lens.
前記方法は、前記接眼レンズに対して、前記第2の回折光学要素の上方に第3の回折光学要素をスタックすることをさらに含み、
前記第3の回折光学要素は、第3の基板を含み、かつ、前記第2の回折光学要素よりも前記視認者の眼からさらに離れて配置され、
前記第3の回折光学要素は、前記第2の焦点距離よりも小さい第3の焦点距離を伴う第3の焦点面を画定し、
前記第3の回折光学要素は、第2のレンズによって、前記第2の回折光学要素から分離されている、請求項6に記載の方法。
The method further comprises stacking a third diffractive optical element above the second diffractive optical element with respect to the eyepiece.
The third diffractive optical element includes a third substrate and is arranged further away from the viewer's eye than the second diffractive optical element.
The third diffractive optical element defines a third focal length with a third focal length that is smaller than the second focal length.
The method according to claim 6, wherein the third diffractive optical element is separated from the second diffractive optical element by a second lens.
前記方法は、
第1のパターンを前記第1の部分の中に転写することと、
前記第1のパターンとは異なる第2のパターンを前記第2の部分の中に転写することと
をさらに含み、
前記転写パターンは、前記第1のパターンと前記第2のパターンとを含む、請求項1に記載の方法。
The method is
Transferring the first pattern into the first part,
Further including transcribing a second pattern different from the first pattern into the second portion.
The method according to claim 1, wherein the transfer pattern includes the first pattern and the second pattern.
前記方法は、前記接眼レンズに対して、前記第3の回折光学要素の上方に補償レンズ層を堆積することをさらに含み、前記補償レンズ層は、前記第1のレンズおよび前記第2のレンズの総屈折力に少なくとも基づいて選択される、請求項7に記載の方法。 The method further comprises depositing a compensating lens layer above the third diffractive optical element with respect to the eyepiece, wherein the compensating lens layer is of the first lens and the second lens. The method of claim 7, wherein the method is selected based on at least the total refractive power. 前記第1のレンズおよび前記第2のレンズは、前記第3の焦点距離よりも小さい異なる焦点距離を伴う異なる焦点面を画定する波面発散を作成する、請求項7に記載の方法。 The method of claim 7, wherein the first lens and the second lens create wavefront divergence that defines different focal planes with different focal lengths that are smaller than the third focal length. 前記方法は、前記接眼レンズに対して、前記第3の回折光学要素の上方に、かつ、視認者の眼から離れて1つ以上の追加の回折光学要素をスタックすることをさらに含み、前記第3の回折光学要素は、分離レンズによって前記1つ以上の追加の回折光学要素から分離され、前記1つ以上の追加の回折光学要素は、前記第3の焦点距離よりも小さい1つ以上の対応する焦点距離を伴うそれぞれの焦点面を画定する、請求項7に記載の方法。 The method further comprises stacking one or more additional diffractive optics on the eyepiece, above the third diffractive optics and away from the viewer's eyes. The three diffractive optics are separated from the one or more additional diffractive optics by a separating lens, and the one or more additional diffractive optics correspond to one or more smaller than the third focal distance. The method of claim 7, wherein each focal plane with a focal distance is defined. 前記方法は、前記1つ以上の追加の回折光学要素の上方に補償レンズ層を配置することをさらに含み、前記補償レンズ層は、前記接眼レンズ内の回折光学要素を分離するレンズの総屈折力に少なくとも基づいて選択される、請求項11に記載の方法。 The method further comprises placing a compensating lens layer above the one or more additional diffractive optics, wherein the compensating lens layer is the total refractive power of the lens that separates the diffractive optics in the eyepiece. 11. The method of claim 11, which is selected based on at least. 第1の転写されたパターンを有する前記第1の基板は、第2の転写されたパターンを有する第2の基板上に重ね合わせられる、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the first substrate having the first transferred pattern is superposed on a second substrate having the second transferred pattern. 前記第1の回折光学要素および前記第2の回折光学要素および前記第3の回折光学要素のうちの少なくとも2つが多重化されることにより、前記第1の焦点面および前記第2の焦点面および前記第3の焦点面に加えて、少なくとも1つの追加の焦点面が作成される、請求項7に記載の方法。 By multiplexing at least two of the first diffractive optical element, the second diffractive optical element, and the third diffractive optical element, the first focal plane and the second focal plane and the second focal plane and the like are The method of claim 7, wherein at least one additional focal plane is created in addition to the third focal plane. 前記方法は、前記接眼レンズの前記第1の回折光学要素に対して、前記第1の基板上に第2の層を堆積することをさらに含み、
前記第2の層は、前記第1の層が堆積される表面に対向する対向表面上に堆積され、
前記第2の層は、前記第2の層の第1の領域内の第1の屈折率値を有する第1の材料を含み、
前記第1の基板は、前記第1の屈折率値とは異なる第2の屈折率値を有する、前記第1の材料とは異なる第2の材料を含み、
前記第1の屈折率値および前記第2の屈折率値は、回折効率に対する第1の要件、または、前記接眼レンズの前記第1の回折光学要素によって提供される視野に対する第2の要件に少なくとも基づく、請求項1に記載の方法。
The method further comprises depositing a second layer on the first substrate with respect to the first diffractive optical element of the eyepiece.
The second layer is deposited on the opposite surface facing the surface on which the first layer is deposited.
The second layer comprises a first material having a first index of refraction value within the first region of the second layer.
The first substrate contains a second material different from the first material, which has a second refractive index value different from the first refractive index value.
The first refractive index value and the second refractive index value are at least a first requirement for diffraction efficiency or a second requirement for the field of view provided by the first diffractive optical element of the eyepiece. The method according to claim 1.
前記第1の回折光学要素は、1つ以上のプロジェクタの第1のセットに対応し、前記第2の回折光学要素は、1つ以上のプロジェクタの第2のセットに対応する、請求項6に記載の方法。 6. The first diffractive optical element corresponds to a first set of one or more projectors, and the second diffractive optical element corresponds to a second set of one or more projectors. The method described.
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