JP7308203B2 - 新規の回折格子構成を有する導波管ディスプレイ及びディスプレイ要素 - Google Patents
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Description
- 1つの厚さ及び1つの材料を有する導波管を選択することと、
- 導波管の上に置かれる1つ又は複数の回折格子領域を選択することと、
- 上記1つ又は複数の回折格子領域を介しての光回折のための導波管の少なくとも1つの光学性能目標を選択することと、
- 以下のもの:回折格子の周期及び回折格子ユニットのマイクロ構造、のうちの少なくとも1つを変数として有する回折格子モデルを含む回折格子最適化プロセッサを提供することと、
- 上記1つ又は複数の回折格子領域の上に配置されるときの回折格子により上記光学性能目標を満たすように回折格子モデルの少なくとも1つの変数を最適化するために回折格子最適化プロセッサを稼働させながら、回折格子の周期を5μmを超える状態で維持することと
を含む。
「(回折格子)ユニット要素」は、1次元又は2次元の回折格子の内部で繰り返される最大の非周期的ユニットを意味する。回折格子ユニットの寸法又は2つの横寸法が回折格子のそれぞれの周期を決定する。
図1A及び1Bが例示の導波管要素を側断面図及び上面図で示す。この要素が、導波管ボディ10上に互いに対して側方に配置される入力部回折格子12及び出力部回折格子16を備える。回折格子12、16が繰り返しのユニット要素14、18から構成され、繰り返しのユニット要素14、18が回折格子12、16の周期に一致する側方長さPを有する。全体としての回折格子の寸法(出力部回折格子16の寸法Dなど)が、用途に応じて、例えば周期Pの100~1000倍であってよい。
- 1つの厚さ及び1つの材料を有する導波管を選択することと、
- 導波管の上に置かれる1つ又は複数の回折格子領域を選択することと、
- 上記1つ又は複数の回折格子領域を介して光回折のための導波管の少なくとも1つの光学性能目標を選択することと、
- 以下のもの:回折格子の周期及び回折格子ユニットのマイクロ構造、のうちの少なくとも1つを変数として有する回折格子モデルを提供することと、
- 上記1つ又は複数の回折格子領域の上に配置されるときの回折格子により上記光学性能目標を満たすように回折格子モデルの少なくとも1つの変数を最適化しながら、回折格子の周期を5μmを超える状態で維持することと
を含む。
非特許文献
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Claims (12)
- 導波管と、導波管の上に又は導波管の中に配置される少なくとも1つの回折格子とを備える導波管イメージ・ディスプレイ要素であって、前記少なくとも1つの回折格子が、可視光を前記導波管に結合するように、可視光を前記導波管の中で結合するように、及び/又は可視光を前記導波管から出力するように、構成され、前記少なくとも1つの回折格子は、5μm以上の範囲の周期を有し、同じ入射角を有する少なくとも2つの異なる波長を、異なる回折次数を使用して5度の角度精度で同じ回折角に回折するように構成された収色性の格子であり、
前記格子の各周期は、周期ごとに繰り返される表面プロフィールを有する非周期的なマイクロ構造パターンを備える、導波管イメージ・ディスプレイ要素。 - 前記回折格子の前記周期が5~1000μmの範囲である、請求項1に記載のディスプレイ要素。
- 前記回折格子の前記周期が10μm以上の範囲であり、具体的には、2次元回折格子の場合には10~50μmであり、1次元回折格子の場合には10~500μmである、請求項1又は2に記載のディスプレイ要素。
- 前記回折格子が2次元周期であり、前記2次元の各々の前記周期が前記範囲内にある、請求項1から3までのいずれか一項に記載のディスプレイ要素。
- 前記回折格子が、前記導波管内での多様な伝播角度に対しての回折効率の波長依存の及び入射角依存の回折角の分割を実現するように適合される、請求項1から4までのいずれか一項に記載のディスプレイ要素。
- 前記回折格子が、少なくとも20度の角度範囲にわたって、少なくとも3つの異なる波長域において、収色性である、請求項1に記載のディスプレイ要素。
- 前記回折格子が、少なくとも60度の視野において、光を前記導波管の中に結合するように又は光を前記導波管から出力するように適合される、請求項1から6までのいずれか一項に記載のディスプレイ要素。
- ニアアイ・ディスプレイ(NED)・デバイス、頭部装着型ディスプレイ(HMD)・デバイス、又はヘッドアップ・ディスプレイ(HUD)・デバイスに適するイメージ・ディスプレイ要素である、請求項1から7までのいずれか一項に記載のディスプレイ要素。
- 入射光を前記導波管の中へ結合するように適合される入力部回折格子を備える請求項1乃至8のいずれか一項に記載の導波管イメージ・ディスプレイ要素と、
光を前記導波管から出力してユーザの目に入れるように適合される出力部回折格子と、
前記入力部回折格子に光を当てることができるイメージ・プロジェクタと
を備える、
導波管ディスプレイ・デバイス。 - 導波管要素を設計して任意選択で製造する方法であって、前記方法が、
1つの厚さ及び1つの材料を有する導波管を選択するステップと、
前記導波管の上に置かれる1つ又は複数の回折格子領域を選択するステップと、
前記1つ又は複数の回折格子領域を介しての光回折のための前記導波管の少なくとも1つの光学性能目標を選択するステップと、
以下のもの:前記回折格子の周期及び回折格子ユニットのマイクロ構造パターンの表面プロフィール、の2つを変数として有する回折格子モデルを含む回折格子最適化プロセッサを提供するステップと、
前記1つ又は複数の回折格子領域の上に配置されるときの前記回折格子により前記光学性能目標を満たすように前記回折格子モデルの前記変数を最適化するために前記回折格子最適化プロセッサを稼働させながら、前記回折格子の周期を5μmを超える状態で維持するステップと
を含み、
前記少なくとも1つの光学性能目標は、同じ入射角を有する少なくとも2つの異なる波長を、異なる回折次数を使用して5度の角度精度で同じ回折角に回折することを含む、
方法。 - 前記少なくとも1つの性能目標が、各々の波長域のための異なる回折次数を使用する形での、等しい角度に向かうための、実質的に等しい入射角を有する赤帯域、緑帯域、及び青帯域などの少なくとも3つの別個の波長域の回折を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記1つ又は複数の回折格子領域の上に前記回折格子を有する前記導波管を製造するステップを含む、請求項10又は11に記載の方法。
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