JP7376626B2 - ダイクロイックフィルタを使用した導波管における色分離 - Google Patents
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Description
本願は、米国仮特許出願第62/438,315号(2016年12月22日出願)の利益を主張し、上記出願の内容は、その全体が参照により本明細書に引用される。
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、もしくはそのように知覚され得る様式で視認者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する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実、すなわち、「AR」シナリオは、典型的には、視認者の周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。
本発明のある実施形態によると、画像を視認者の眼に投影するための接眼レンズは、第1の側方平面内に位置付けられた第1の平面導波管と、第1の側方平面に隣接した第2の側方平面内に位置付けられた第2の平面導波管と、第2の側方平面に隣接した第3の側方平面内に位置付けられた第3の平面導波管とを含む。第1の導波管は、それに結合され、側方位置に配置された第1の回折光学要素(DOE)を含む。第1のDOEは、第1の波長に中心を置かれた第1の波長範囲における画像光を回折するように構成される。第2の導波管は、それに結合され、側方位置に配置された第2のDOEを含む。第2のDOEは、第1の波長より長い第2の波長に中心を置かれた第2の波長範囲における画像光を回折するように構成される。第3の導波管は、それに結合され、側方位置に配置された第3のDOEを含む。第3のDOEは、第2の波長より長い第3の波長に中心を置かれた第3の波長範囲における画像光を回折するように構成される。接眼レンズは、側方位置において、第1の導波管と第2の導波管との間に配置された第1の光学フィルタと、側方位置において、第2の導波管と第3の導波管との間に配置された第2の光学フィルタとをさらに含む。第1の光学フィルタは、第1の波長範囲における第1の透過率値と、第1の透過率値より大きい第2の波長範囲および第3の波長範囲における第2の透過率値と、約90%より大きい第1の波長範囲における第1の反射率値とを有するように構成される。第2の光学フィルタは、第1の波長範囲および第2の波長範囲における第3の透過率値と、第3の透過率値より大きい第3の波長範囲における第4の透過率値と、約90%より大きい第2の波長範囲における第2の反射率値とを有するように構成される。いくつかの例では、第1の透過率値および第3の透過率値の各々は、約10%より小さくあり得、第2の透過率値および第4の透過率値の各々は、約90%より大きくあり得る。ある他の例では、第1の透過率値および第3の透過率値の各々は、約20%より小さくあり得、第2の透過率値および第4の透過率値の各々は、約80%より大きくあり得る。いくつかの例では、第1の光学フィルタは、約ゼロ度~約45度に及ぶ入射角のための第1の透過率値および第2の透過率値を有するように構成され得、第2の光学フィルタは、約ゼロ度~約45度に及ぶ入射角のための第3の透過率値および第4の透過率値を有するように構成され得る。ある他の例では、第1の光学フィルタは、約ゼロ度~約25度に及ぶ入射角のための第1の透過率値および第2の透過率値を有するように構成され得、第2の光学フィルタは、約ゼロ度~約25度に及ぶ入射角のための第3の透過率値および第4の透過率値を有するように構成され得る。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
(項目1)
画像を視認者の眼に投影するための接眼レンズであって、前記接眼レンズは、
第1の側方平面内に位置付けられた第1の平面導波管であって、前記第1の導波管は、それに結合され、側方位置に配置された第1の回折光学要素(DOE)を備え、前記第1のDOEは、第1の波長に中心を置かれた第1の波長範囲における画像光を回折するように構成されている、第1の平面導波管と、
前記第1の側方平面に隣接した第2の側方平面内に位置付けられた第2の平面導波管であって、前記第2の導波管は、それに結合され、前記側方位置に配置された第2のDOEを備え、前記第2のDOEは、前記第1の波長より長い第2の波長に中心を置かれた第2の波長範囲における画像光を回折するように構成されている、第2の平面導波管と、
前記第2の側方平面に隣接した第3の側方平面内に位置付けられた第3の平面導波管であって、前記第3の導波管は、それに結合され、前記側方位置に配置された第3のDOEを備え、前記第3のDOEは、前記第2の波長より長い第3の波長に中心を置かれた第3の波長範囲における画像光を回折するように構成されている、第3の平面導波管と、
前記側方位置において、前記第1の導波管と前記第2の導波管との間に配置された第1の光学フィルタであって、前記第1の光学フィルタは、
前記第1の波長範囲における第1の透過率値と、
前記第2の波長範囲および前記第3の波長範囲における第2の透過率値であって、前記第2の透過率値は、前記第1の透過率値より大きい、第2の透過率値と、
約90%より大きい前記第1の波長範囲における第1の反射率値と
を有するように構成されている、第1の光学フィルタと、
前記側方位置において、前記第2の導波管と前記第3の導波管との間に配置された第2の光学フィルタであって、前記第2の光学フィルタは、
前記第1の波長範囲および前記第2の波長範囲における第3の透過率値と、
前記第3の波長範囲における第4の透過率値であって、前記第4の透過率値は、前記第3の透過率値より大きい、第4の透過率値と、
約90%より大きい前記第2の波長範囲における第2の反射率値と
を有するように構成されている、第2の光学フィルタと
を備えている、接眼レンズ。
(項目2)
前記第1のDOE、前記第2のDOE、および前記第3のDOEの各々は、内部結合格子を備えている、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目3)
前記第1の透過率値および前記第3の透過率値の各々は、約10%より小さく、前記第2の透過率値および前記第4の透過率値の各々は、約90%より大きい、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目4)
前記第1の光学フィルタは、約ゼロ度~約45度に及ぶ入射角のための前記第1の透過率値および前記第2の透過率値を有するように構成され、前記第2の光学フィルタは、約ゼロ度~約45度に及ぶ入射角のための前記第3の透過率値および前記第4の透過率値を有するように構成されている、項目3に記載の接眼レンズ。
(項目5)
前記第1の波長範囲は、実質的に462nmに中心を置き、前記第2の波長範囲は、実質的に528nmに中心を置き、前記第3の波長範囲は、実質的に635nmに中心を置いている、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目6)
前記側方位置において、前記第5の側方平面に隣接した第6の側方平面内に位置付けられた光学反射体をさらに備え、前記光学反射体は、前記第3の導波管を通して透過された画像光を反射するように構成されている、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目7)
前記第1の導波管の第2の側方領域に光学的に結合され、前記第2の波長範囲における画像光を吸収するように構成された第1のショートパスフィルタと、
前記第2の導波管の前記第2の側方領域に光学的に結合され、前記第3の波長範囲における画像光を吸収するように構成された第2のショートパスフィルタと
をさらに備えている、項目1に記載の接眼レンズ。
(項目8)
前記第1のショートパスフィルタは、前記第1の導波管の前記第2の側方領域の内側に配置され、前記第2のショートパスフィルタは、前記第2の導波管の前記第2の側方領域の内側に配置されている、項目7に記載の接眼レンズ。
(項目9)
前記第1のショートパスフィルタは、前記第1の導波管の前記第2の側方領域の内側の空洞の中に配置され、前記第2のショートパスフィルタは、前記第2の導波管の前記第2の側方領域の内側の空洞の中に配置されている、項目7に記載の接眼レンズ。
(項目10)
前記第1のショートパスフィルタは、前記第1の導波管の前記第2の側方領域の第1の側方表面上に配置され、前記第2のショートパスフィルタは、前記第2の導波管の前記第2の側方領域の前記第1の側方表面上に配置されている、項目7に記載の接眼レンズ。
(項目11)
画像光を視認者の眼に投影するための接眼レンズであって、前記画像光は、第1の波長に中心を置かれた第1の波長範囲における画像光と、前記第1の波長と異なる第2の波長に中心を置かれた第2の波長範囲における画像光とを含み、前記接眼レンズは、
第1の平面導波管であって、前記第1の平面導波管は、それに光学的に結合された第1の回折光学要素(DOE)を含み、前記第1のDOEは、前記画像光の光学経路に沿って位置付けられ、前記第1の波長範囲における前記画像光の一部が前記第1の平面導波管内で伝搬されるように、それを前記第1の平面導波管の中に結合するように構成されている、第1の平面導波管と、
前記第1のDOEの下流に前記光学経路に沿って位置付けられた第1の光学フィルタであって、前記第1の光学フィルタは、その上に入射する前記第1の波長範囲における画像光を減衰させるように構成されている、第1の光学フィルタと、
第2の平面導波管であって、前記第2の平面導波管は、それに光学的に結合された第2のDOEを含み、前記第2のDOEは、前記第1の光学フィルタの下流に前記光学経路に沿って位置付けられ、前記第1の光学フィルタを通して透過された前記第2の波長範囲における前記画像光の一部が前記第2の平面導波管内で伝搬されるように、それを前記第2の平面導波管の中に結合するように構成されている、第2の平面導波管と、
前記第1の平面導波管に結合される第2の光学フィルタと
を備え、
前記第2の光学フィルタは、前記第1の平面導波管内を伝搬する前記第2の波長範囲における画像光を吸収するように構成されている、接眼レンズ。
(項目12)
前記第2の波長は、前記第1の波長より長く、前記第1の光学フィルタは、約10%より小さい前記第1の波長範囲のための第1の透過率値と、約90%より大きい前記第2の波長範囲のための第2の透過率値とを有するように構成されたロングパスフィルタを備えている、項目11に記載の接眼レンズ。
(項目13)
前記第2の光学フィルタは、約10%より小さい前記第2の波長範囲のための第1の透過率値と、約90%より大きい前記第1の波長範囲のための第2の透過率値とを有するように構成されたショートパスフィルタを備えている、項目12に記載の接眼レンズ。
(項目14)
前記第2の波長は、前記第1の波長より短く、前記第1の光学フィルタは、約10%より小さい前記第1の波長範囲のための第1の透過率値と、約90%より大きい前記第2の波長範囲のための第2の透過率値とを有するように構成されたショートパスフィルタを備えている、項目11に記載の接眼レンズ。
(項目15)
前記第2の光学フィルタは、約10%より小さい前記第2の波長範囲のための第1の透過率値と、約90%より大きい前記第1の波長範囲のための第2の透過率値とを有するように構成されたロングパスフィルタを備えている、項目14に記載の接眼レンズ。
(項目16)
画像を視認者の眼に投影するための接眼レンズであって、前記接眼レンズは、
第1の側方平面内に位置付けられた第1の平面導波管であって、前記第1の導波管は、それに光学的に結合された第1の内部結合要素を備え、前記第1の内部結合要素は、第1の波長に中心を置かれた第1の波長範囲における画像光を回折するように構成されている、第1の平面導波管と、
前記第1の側方平面に隣接した第2の側方平面内に位置付けられた第2の平面導波管であって、前記第2の導波管は、それに光学的に結合された第2の内部結合要素を備え、前記第2の内部結合要素は、前記第1の波長と異なる第2の波長に中心を置かれた第2の波長範囲における画像光を回折するように構成されている、第2の平面導波管と、
前記第1の内部結合要素と側方に整列して前記第1の導波管と前記第2の導波管との間に位置付けられた第1の光学要素と
を備え、
前記第1の光学要素は、前記第1の波長範囲における画像光を反射するように構成されている、接眼レンズ。
(項目17)
前記第1の導波管は、第1の表面と、前記第1の表面と反対の第2の表面とを備え、前記第2の導波管は、第1の表面と、前記第1の表面と反対の第2の表面とを備え、前記第2の導波管の前記第1の表面は、前記第1の導波管の前記第2の表面に面している、項目16に記載の接眼レンズ。
(項目18)
前記第1の内部結合要素は、前記第2の導波管の前記第1の表面に隣接した前記第1の導波管の前記第2の表面上に配置されている、項目17に記載の接眼レンズ。
(項目19)
前記第2の内部結合要素と側方に整列し、前記第2の導波管の前記第2の表面に隣接して位置付けられた第2の光学要素をさらに備え、前記第2の光学要素は、前記第2の波長範囲における画像光を反射するように構成されている、項目17に記載の接眼レンズ。
(項目20)
前記第2の内部結合要素は、前記第1の内部結合要素から側方にオフセットされて位置付けられている、項目19に記載の接眼レンズ。
(項目21)
前記第1の光学要素は、前記第2の波長範囲における画像光を反射するようにさらに構成されている、項目20に記載の接眼レンズ。
(項目22)
前記第2の側方平面に隣接した第3の側方平面内に位置付けられた第3の平面導波管をさらに備え、前記第3の導波管は、それに結合された第3の内部結合要素を備え、前記第3の内部結合要素は、前記第1の波長および前記第2の波長と異なる第3の波長に中心を置かれた第3の波長範囲における画像光を回折するように構成されている、項目19に記載の接眼レンズ。
(項目23)
前記第2の内部結合要素は、前記第3の内部結合要素と側方に整列して位置付けられている、項目22に記載の接眼レンズ。
(項目24)
前記第2の光学要素は、約90%より大きい前記第2の波長範囲における反射率値を有するように構成されている、項目22に記載の接眼レンズ。
(項目25)
前記第2の光学要素は、約90%より大きい前記第3の波長範囲における透過率値を有するようにさらに構成されている、項目24に記載の接眼レンズ。
(項目26)
前記第3の内部結合要素と側方に整列して位置付けられた第3の光学要素をさらに備え、前記第3の光学要素は、前記第3の波長範囲における画像光を反射するように構成されている、項目24に記載の接眼レンズ。
(項目27)
前記第3の光学要素は、前記第2の波長範囲における画像光を反射するようにさらに構成されている、項目26に記載の接眼レンズ。
本開示は、概して、仮想現実および拡張現実可視化システムのために使用され得る接眼レンズに関する。より具体的には、本発明は、異なる導波管間の色分離のための1つ以上のロングパスダイクロイックフィルタを含む接眼レンズに関する。接眼レンズは、波長交差結合をさらに低減させるために、1つ以上のショートパスダイクロイックフィルタも含み得る。そのような接眼レンズは、よりコンパクトな形状因子ならびに明視野の向上させられた明度およびコントラストだけではなく、従来の接眼レンズと比較して低減した波長交差結合をもたらし得る。
Claims (5)
- 画像光を視認者の眼に投影するための接眼レンズであって、前記画像光は、第1の波長に中心を置かれた第1の波長範囲における画像光と、前記第1の波長と異なる第2の波長に中心を置かれた第2の波長範囲における画像光とを含み、前記接眼レンズは、
第1の平面導波管であって、前記第1の平面導波管は、それに光学的に結合された第1の回折光学要素(DOE)を含み、前記第1のDOEは、前記画像光の光学経路に沿って位置付けられ、前記第1の波長範囲における前記画像光の一部を、前記第1の平面導波管内で伝搬されるように前記第1の平面導波管の中に結合するように構成されている、第1の平面導波管と、
前記第1のDOEの下流に前記光学経路に沿って位置付けられた第1の光学フィルタであって、前記第1の光学フィルタは、その上に入射する前記第1の波長範囲における前記画像光を減衰させるように構成されている、第1の光学フィルタと、
第2の平面導波管であって、前記第2の平面導波管は、それに光学的に結合された第2のDOEを含み、前記第2のDOEは、前記第1の光学フィルタの下流に前記光学経路に沿って位置付けられ、前記第1の光学フィルタを通して透過された前記第2の波長範囲における前記画像光の一部を、前記第2の平面導波管内で伝搬されるように前記第2の平面導波管の中に結合するように構成されている、第2の平面導波管と、
前記第1の平面導波管に結合される第2の光学フィルタであって、前記第2の光学フィルタは、前記第1の平面導波管内を伝搬する前記第2の波長範囲における画像光を吸収するように構成されている、第2の光学フィルタと
を備える、接眼レンズ。 - 前記第2の波長は、前記第1の波長より長く、前記第1の光学フィルタは、約10%より小さい前記第1の波長範囲のための第1の透過率値と、約90%より大きい前記第2の波長範囲のための第2の透過率値とを有するように構成されたロングパスフィルタを備えている、請求項1に記載の接眼レンズ。
- 前記第2の光学フィルタは、約10%より小さい前記第2の波長範囲のための第1の透過率値と、約90%より大きい前記第1の波長範囲のための第2の透過率値とを有するように構成されたショートパスフィルタを備えている、請求項2に記載の接眼レンズ。
- 前記第2の波長は、前記第1の波長より短く、前記第1の光学フィルタは、約10%より小さい前記第1の波長範囲のための第1の透過率値と、約90%より大きい前記第2の波長範囲のための第2の透過率値とを有するように構成されたショートパスフィルタを備えている、請求項1に記載の接眼レンズ。
- 前記第2の光学フィルタは、約10%より小さい前記第2の波長範囲のための第1の透過率値と、約90%より大きい前記第1の波長範囲のための第2の透過率値とを有するように構成されたロングパスフィルタを備えている、請求項4に記載の接眼レンズ。
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