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公開番号2024169262
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-05
出願番号2023132498
出願日2023-08-16
発明の名称回折光学アセンブリおよびそれを有するヘッドマウントディスプレイ
出願人國立中央大學
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 27/02 20060101AFI20241128BHJP(光学)
要約【課題】回折光学アセンブリおよびそれを有するヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】回折光学アセンブリは、入力カプラ、出力カプラ、および画像源を含む。出力カプラは入力カプラの隣にある。入力カプラと出力カプラの1つは最も重要なホログラフィック光学素子(HOE)を有し、もう1つは回折光学素子(DOE)を有する。最も重要なHOEのブラッグの条件は、DOEのブラッグの条件よりも感度が高い。画像源は、入力カプラに入射し、出力カプラに伝播する画像光を生成するように構成される。画像光は、入力カプラへの入射角と、その入射角に対応する波長を有する。画像源上の画像光の波長は二次元の空間分布を有し、入射角と画像光の波長との間の関係は、最も重要なHOEのブラッグ選択性に従う。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
入力カプラと、
前記入力カプラの隣の出力カプラであって、前記入力カプラおよび前記出力カプラのうちの１つは最も重要なホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）を有し、前記入力カプラおよび前記出力カプラのうちの別の１つは回折光学素子（ＤＯＥ）を有し、前記最も重要なＨＯＥのブラッグの条件は前記ＤＯＥのブラッグの条件より感度が高い、出力カプラと、
前記入力カプラに入射し、前記出力カプラに伝播する画像光を生成するように構成された画像源であって、ここで、前記画像光は、前記入力カプラに対する複数の入射角と、前記入射角に対応する複数の波長を有し、前記画像源上の前記画像光の前記波長は、前記入射角と前記画像光の前記波長との間の関係が、前記入力カプラまたは前記出力カプラの最も重要なＨＯＥのブラッグ選択性に適合するように、二次元の空間分布を有する、画像源と、
を備えることを特徴とする回折光学アセンブリ。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記画像源は複数の領域を含み、前記領域は互いに重ならない複数の範囲で前記入射角を有する前記画像光を生成し、前記画像源のそれぞれの前記領域における前記画像光の前記波長の二次元の空間分布の一部は連続している、複数の領域と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。
【請求項３】
前記入力カプラまたは前記出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数の第１のホログラフィック格子を含み、前記第１のホログラフィック格子は、それぞれ、前記範囲内の前記入射角を有する前記画像光を回折するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の回折光学アセンブリ。
【請求項４】
前記入力カプラまたは前記出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数のサブＨＯＥを含み、前記サブＨＯＥは、それぞれ、前記範囲内の前記入射角を有する前記画像光を回折するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の回折光学アセンブリ。
【請求項５】
前記画像源は、光源と、前記光源上に配置された複数の量子ドットとを含み、前記画像源上の前記画像光の前記波長が前記二次元の空間分布を有するように、前記量子ドットのサイズは、前記画像源の水平面に沿って変化することを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。
【請求項６】
前記画像源は、空間光変調器（ＳＬＭ）と、ソース光を生成する光源と、前記光源上に位置する複数の量子ドットを含み、前記量子ドットを通して前記ＳＬＭに照射する前記ソース光の波長が、前記ＳＬＭの水平面に沿った二次元の空間分布を有するように、前記量子ドットのサイズが異なることを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。
【請求項７】
前記画像源は、空間光変調器（ＳＬＭ）と、ソース光を生成する光源と、分散素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。
【請求項８】
前記光源は、前記分散素子の前記ＳＬＭとは反対側に配置され、前記分散素子は、前記分散素子を通過する前記ソース光を前記分散素子の水平面に沿って分散させて前記ＳＬＭに照射するように構成され、前記ＳＬＭ上の前記ソース光の波長は二次元の空間分布を有することを特徴とする請求項７に記載の回折光学アセンブリ。
【請求項９】
前記光源は、前記分散素子の前記ＳＬＭに面する側に配置され、前記分散素子は、前記ソース光を分散して前記分散素子の水平面に沿って分割して前記ＳＬＭに照射するように構成され、前記ＳＬＭ上の前記ソース光の波長は二次元の空間分布を有することを特徴とする請求項７に記載の回折光学アセンブリ。
【請求項１０】
前記画像源は、前記ＳＬＭと前記分散素子との間に配置されたバンドパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の回折光学アセンブリ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、回折光学アセンブリおよび回折光学アセンブリを備えたヘッドマウントディスプレイに関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
現在、ヘッドマウントディスプレイでは、回折光学素子（ＤＯＥｓ）を平面導波路のカプラとして利用することにより、射出瞳拡張（ＥＰＥ）が実現されており、ＤＯＥｓには、表面レリーフ格子（ＳＲＧｓ）、メタ表面、薄型および体積ホログラフィック光学素子（ＨＯＥｓ）が含まれる。体積ＨＯＥが、画像源からの平面波を回折するヘッドマウントディスプレイのカプラとして機能する場合、体積ＨＯＥの回折効率は、ブラッグ選択性と呼ばれる平面波の波長と入射角に依存する。
【０００３】
したがって、特定の波長の平面波の場合、入射角の許容誤差は１０度未満となり、ヘッドマウントディスプレイの視野（ＦＯＶ）が制限される。逆に、広帯域光源の平面波の場合、各入射角で回折できるのは平面波の一部だけであり、平面波のエネルギー損失は９０％を超えるため、光学効率が低下する。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の一態様は、回折光学アセンブリを提供する。
【０００５】
本開示のいくつかの実施形態によれば、回折光学アセンブリは、入力カプラ、出力カプラ、および画像源を含む。光路において、出力カプラは入力カプラの後ろにある。入力カプラと出力カプラのうちの一つは最も重要なホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）を有し、入力カプラと出力カプラのうちの別の１つは回折光学素子（ＤＯＥ）を有する。最も重要なＨＯＥのブラッグの条件は、ＤＯＥののブラッグの条件よりも感度が高い。画像源は、入力カプラに入射し、出力カプラに伝播する画像光を生成ように構成されている。画像光は、入力カプラに対する複数の入射角と、その入射角に対応する複数の波長とを有する。画像源上の画像光の波長は、入射角と画像光の波長との間の関係が、入力カプラまたは出力カプラの最も重要なＨＯＥのブラッグ選択性に適合するように、二次元の空間分布を有する。
【０００６】
いくつかの実施形態では、画像源は複数の領域を含む。各領域は、互いに重ならない複数の範囲で入射角を有する画像光を生成する。画像源のそれぞれの領域における画像光の波長の二次元の空間分布の一部は連続している。
【０００７】
いくつかの実施形態では、入力カプラまたは出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数の第１のホログラフィック格子を含む。第１のホログラフィック格子は、それぞれ、範囲内の入射角を有する画像光を回折するように構成される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、入力カプラまたは出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数の第１のサブＨＯＥを含む。第１のサブＨＯＥは、それぞれ、範囲内の入射角を有する画像光を回折するように構成される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、画像源は、光源と、光源上に配置された複数の量子ドットとを含む。画像源上の画像光の波長が二次元の空間分布を有するように、量子ドットのサイズは、画像源の平面上で変化する。
【００１０】
いくつかの実施形態では、画像源は、空間光変調器（ＳＬＭ）と、光源光を生成する光源と、光源上に位置する複数の量子ドットを含む。量子ドットを通してＳＬＭに照射するソース光の波長が、ＳＬＭの面上で二次元の空間分布を有するように、量子ドットのサイズは異なる。
（【００１１】以降は省略されています）

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