JP7289842B2 - 偏光子を利用したpancharatnam berry位相構成要素の画質改善 - Google Patents
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Description
[0001] 本願は、「Computer Generated Reality」と題され、2018年3月15日に出願された、米国仮特許出願第62/643,691号の優先権利益を主張し、また、「Improving Image Quality of Pancharatnam Berry Phase Components Using Polarizers」と題され、2018年6月12日に出願された、米国特許出願第16/006,706号の優先権利益を主張する。これらの出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
[0002] 本開示の実施形態は、概して、ニアアイディスプレイに関し、より具体的には、Pancharatnam Berry位相構成要素の光学性能を改善するための偏光子の使用に関する。
[0003] Pancharatnam Berry位相(PBP)、または幾何学的位相構成要素は、例えば、仮想現実(VR)システム、拡張現実(AR)システム、複合現実(MR)システム、またはこれらの任意の組合せの一部であり得るヘッドマウントディスプレイ(HMD)の光学アセンブリで使用することができる。PBP構成要素は、液晶(LC)またはメタ材料によって作製することができる。PBP構成要素は、PBP回折格子および/またはPBPレンズとして実装することができる。しかしながら、両タイプのPBP構成要素は、波長に依存して動作する。例えば、PBP構成要素の回折角度または焦点距離は、光の波長に基づいて変化する。このような特徴は、PBP構成要素と、複数の波長またはカラーチャネルの光を放射する光源とを採用する光学系の画質を低下させ得る。
入力光を受け取ることに応答して、第1の回折次数に関連する第1の光ビームと、第2の回折次数に関連する第2の光ビームとを生成するように構成された幾何学的位相素子と、
第1の光ビームの強度を低減し、第2の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された楕円偏光子と、を備え得る。
画像光を楕円偏光子に提供するように構成された導光体と、
第1の屈折力と共役な屈折力を有する第3のPBPレンズと、第2の屈折力と共役な屈折力を有する第4のPBPレンズとを含むPBPレンズの第2のスタックと、を備える。
幾何学的位相素子に隣接する第1の1/4波長板及び第2の1/4波長板と、
第1の1/4波長板と第2の1/4波長板との間の直線偏光子と、
を備え得る。
画像光を放射するように構成された電子ディスプレイと、
画像光に応答して、第1の回折次数に関連する第1の光ビームと、第2の回折次数に関連する第2の光ビームとを生成するように構成されたPancharatnam Berry位相(PBP)幾何学位相素子の第1のスタックと、
第1の光ビームの強度を低減し、第2の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された楕円偏光子と、
を備え得る。
出力光を生成するように構成されたPBP幾何学的位相素子の第2のスタックと、
PBP幾何学的位相素子の第1のスタックと第2のスタックとの間の導光体であって、PBP幾何学的位相素子の第1のスタックに画像光を提供し、PBP幾何学的位相素子の第2のスタックによって生成された出力光を伝達するように構成された導光体と、
を備える。
画像光を放射するように構成された電子ディスプレイと、
画像光に基づいて楕円偏光を生成するように構成された第1の楕円偏光子と、
楕円偏光を受け取ることに応答して、第1の回折次数に関連する第1の光ビームと第2の回折次数に関連する第2の光ビームとを生成するように構成された幾何学的位相素子と、
第1の光ビームの強度を低減し、第2の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された第2の楕円偏光子と、を備える。
[0051] 本明細書に開示の一または複数の実施形態は、複数のPancharatnam Berry位相(PBP)素子および少なくとも1つの円偏光子を備えるPBP構造の構成に関する。幾何学的位相素子とも称されるPBP素子は、例えば、光配向技術を用いて配置されたアクティブ液晶または液晶ポリマーを含み得る。いくつかの構成では、PBP素子は、幾何学的位相を生成するように構成されたメタ構造を有するメタ材料を含み得る。PBP素子は、レンズとして設計された場合には、複数のまたは変化する焦点距離を達成することができ、ステアリング素子(「回折格子」とも称される)として設計された場合には、複数のステアリング角度を達成することができる。いくつかの実施形態では、PBP素子は、表示装置の静的な操作または能動的な操作のために使用されてもよい。
[0057] 図1Aは、いくつかの実施形態によるニアアイディスプレイ(NED)100の配線図である。NED100は、前部剛体105とバンド110を含む。前部剛体105は、電子ディスプレイの一または複数の電子ディスプレイ要素(図示せず)、慣性計測ユニット(IMU)115、一または複数の位置センサ120、およびロケータ125を含む。図1Aに示された実施形態では、位置センサ120はIMU115内に配置されているが、IMU115も位置センサ120もユーザには見えない。IMU115、位置センサ120、およびロケータ125については、図13に関連して以下で詳細に説明する。様々な実施形態では、NED100がARデバイスまたはMRデバイスとして働く場合、NED100の一部および/またはその内部構成要素は、少なくとも部分的に透明である。
[0079] 図4は、一実施形態による、PBPレンズを透過する光の位相の関数として、異なる回折次数の相対強度を示す3つのグラフ410、420、および430を含む。例えば、300のようなPBPレンズは、3つの回折次数に対応する光を生成する。一実施形態では、PBPレンズは、それぞれ回折次数m=1、-1、およびゼロに対応する一次光、共役光、および漏れ光を生成する。本明細書のいくつかの議論では、PBPレンズの共役次数は、光学系が設計される次数であり、一方、一次次数および漏れ次数は、望ましくないと考えられ、画像アーチファクトおよびゴーストにつながる可能性がある。したがって、一次次数及び漏れオーダーを減少させることは、PBPレンズを組み込んだ光学系によって作り出される画像の質の改善につながる可能性がある。本明細書の他の議論では、PBPレンズの一次次数は、光学系が設計される次数であり、共役次数および漏れ次数は、望ましくないと考えられ、画像アーチファクトおよびゴーストをもたらす可能性がある。したがって、共役次数および漏れ次数を減少させることは、PBPレンズを組み込んだ光学系によって生成される画像の質の改善につながる可能性がある。
前記画像光に応答して、第1の回折次数に関連する第1の光ビームと、第2の回折次数に関連する第2の光ビームとを生成するように構成されたPancharatnam Berry位相(PBP)幾何学的位相素子の第1のスタックと、
前記第1の光ビームの強度を低減し、前記第2の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された楕円偏光子と、
を備える、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)。
PBP幾何学的位相素子の前記第1のスタックと前記第2のスタックとの間の導光体であって、PBP幾何学的位相素子の前記第1のスタックに前記画像光を供給し、PBP幾何学的位相素子の前記第2のスタックによって生成された前記出力光を透過するように構成された導光体と、
をさらに備える、条項16に記載のHMD。
画像光を放射するように構成された電子ディスプレイと、
前記画像光に基づいて楕円偏光を生成するように構成された第1の楕円偏光子と、
楕円偏光を受け取ることに応答して、第1の回折次数に関連する第1の光ビームと、第2の回折次数に関連する第2の光ビームとを生成するように構成された幾何学的位相素子と、
前記第1の光ビームの強度を低減し、前記第2の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された第2の楕円偏光子と、
を備える、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)。
Claims (14)
- 入力光を受け取ることに応答して、第1の回折次数に関連する第1の光ビームと、第2の回折次数に関連する第2の光ビームとを生成するように構成された幾何学的位相素子と、
前記第1の光ビームの強度を低減し、前記第2の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された第1の楕円偏光子と、
第2の楕円偏光子と、
を備える光学系であって、
前記幾何学的位相素子が、前記第1の楕円偏光子と前記第2の楕円偏光子との間に配置されている、光学系。 - 前記第1の楕円偏光子が第1の掌性を有する円偏光子を備え、前記第2の楕円偏光子が前記第1の掌性と反対の第2の掌性を有する円偏光子を備える、請求項1に記載の光学系。
- 前記第2の楕円偏光子に偏光されていない光を提供するように構成された偏光解消子をさらに備える、請求項1に記載の光学系。
- 前記幾何学的位相素子は、第3の回折次数に関連する第3の光ビームを生成するようにさらに構成され、前記第1の楕円偏光子は、前記第3の光ビームの強度を低減するようにさらに構成される、請求項1に記載の光学系。
- 前記幾何学的位相素子は、切り替え可能なPancharatnam Berry位相(PBP)レンズを備える、請求項1に記載の光学系。
- 前記幾何学的位相素子は、2つ以上のPancharatnam Berry位相(PBP)レンズのスタックを備える、請求項1に記載の光学系。
- 前記入力光を前記幾何学的位相素子に提供するためのレンズをさらに備える、請求項1に記載の光学系。
- 前記光学系は、拡張現実ヘッドマウント装置に含まれる、請求項1に記載の光学系。
- 前記幾何学的位相素子に隣接する第1の1/4波長板と、
第2の1/4波長板と、
前記第1の1/4波長板と前記第2の1/4波長板との間の直線偏光子と、
をさらに備える、請求項1に記載の光学系。 - 前記幾何学的位相素子は、Pancharatnam Berry位相(PBP)回折格子を備える、請求項1に記載の光学系。
- 画像光を放射するように構成された電子ディスプレイと、
前記画像光に応答して、第1の回折次数に関連する第1の光ビームと、第2の回折次数に関連する第2の光ビームとを生成するように構成されたPancharatnam Berry位相(PBP)幾何学的位相素子の第1のスタックと、
前記第1の光ビームの強度を低減し、前記第2の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された楕円偏光子と、
を備える、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)。 - 出力光を生成するように構成されたPBP幾何学的位相素子の第2のスタックと、
PBP幾何学的位相素子の前記第1のスタックと前記第2のスタックとの間の導光体であって、PBP幾何学的位相素子の前記第1のスタックに前記画像光を提供し、PBP幾何学的位相素子の前記第2のスタックによって生成された前記出力光を透過するように構成された導光体と、
をさらに備える、請求項11に記載のHMD。 - PBP幾何学的位相素子の前記第1のスタックは、第1の屈折力を有する第1のPBPレンズと、第2の屈折力を有する第2のPBPレンズとを含み、PBP幾何学的位相素子の前記第2のスタックは、前記第1の屈折力と反対の屈折力を有する第3のPBPレンズと、前記第2の屈折力と反対の屈折力を有する第4のPBPレンズとを含む、請求項12に記載のHMD。
- ヘッドマウントディスプレイ(HMD)であって、
画像光を放射するように構成された電子ディスプレイと、
前記画像光に基づいて楕円偏光を生成するように構成された第1の楕円偏光子と、
楕円偏光を受け取ることに応答して、第1の回折次数に関連する第1の光ビームと、第2の回折次数に関連する第2の光ビームとを生成するように構成された幾何学的位相素子と、
前記第1の光ビームの強度を低減し、前記第2の光ビームの強度を実質的に保存するように構成された第2の楕円偏光子と、
を備える、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)。
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