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公開番号2025060808
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2024227593,2021547754
出願日2024-12-24,2020-02-18
発明の名称統合された格子を使用してホログラフィック導波管ディスプレイを提供するための方法および装置
出願人ディジレンズインコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 27/02 20060101AFI20250403BHJP(光学)
要約【課題】本発明の種々の実施形態による、統合された格子を使用してホログラフィック導波管ディスプレイを提供するためのシステムおよび方法が、例証される。
【解決手段】一実施形態は、光の源と、第1の導波管であって、第1および第2の格子を含む、格子構造と、光の第1の視野部分を結合し、光の第2の視野部分を結合するように構成される、入力結合器とを含み、第1の格子は、光の第1の視野部分に関して第1の方向におけるビーム拡大を提供し、光の第2の視野部分に関して第1の方向におけるビーム拡大および視認者に向かうビーム抽出を提供するように構成され、第2の格子は、光の第2の視野部分に関して第2の方向におけるビーム拡大を提供し、光の第1の視野部分に関して第2の方向におけるビーム拡大および視認者に向かうビーム抽出を提供するように構成される、第1の導波管とを含む、導波管ディスプレイを含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
導波管ディスプレイであって、
光の源と、
第１の導波管と
を備え、
前記第１の導波管は、
第１の格子および第２の格子を備える格子構造と、
入力結合器であって、
前記光の源からの光の第１の視野部分を前記第１の導波管の中に、かつ前記第１の格子に向かって結合することと、
前記光の源からの光の第２の視野部分を前記第１の導波管の中に、かつ前記第２の格子に向かって結合することと
を行うように構成される、入力結合器と
を備え、
前記第１の格子は、
前記光の第１の視野部分に関して第１の方向におけるビーム拡大を提供することと、
前記光の第２の視野部分に関して前記第１の方向におけるビーム拡大および視認者に向かうビーム抽出を提供することと
を行うように構成され、
前記第２の格子は、
前記光の第２の視野部分に関して第２の方向におけるビーム拡大を提供することと、
前記光の第１の視野部分に関して前記第２の方向におけるビーム拡大および視認者に向かうビーム抽出を提供することと
を行うように構成され、
前記入力結合器、前記第１の格子、および前記第２の格子は、それぞれ、格子ベクトルを備え、
前記入力結合器、前記第１の格子、および前記第２の格子の格子ベクトルは、実質的にゼロの大きさを伴う結果として生じるベクトルを提供する、導波管ディスプレイ。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第１の格子は、第１の格子処方および第２の格子処方を備え、
前記第２の格子は、第３の格子処方および第４の格子処方を備え、
前記第１の格子処方は、前記光の第１の視野部分に関して前記第１の方向における前記ビーム拡大を提供するように構成され、
前記第２の格子処方は、前記光の第２の視野部分に関して前記第１の方向におけるビーム拡大および視認者に向かうビーム抽出を提供するように構成され、
前記第３の格子処方は、前記光の第２の視野部分に関して前記第２の方向における前記ビーム拡大を提供するように構成され、
前記第４の格子処方は、前記光の第１の視野部分に関して前記第２の方向における前記ビーム拡大および視認者に向かうビーム抽出を提供するように構成される、
請求項１に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項３】
前記第１の格子処方および第２の格子処方は、少なくとも部分的に、多重化され、前記第３の格子処方および第４の格子処方は、少なくとも部分的に、多重化される、請求項２に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項４】
前記第１の格子は、少なくとも部分的に、前記第２の格子と重複する、請求項３に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項５】
前記第１の導波管は、第１の格子層および第２の格子層を備え、
前記第１の格子は、前記第１の格子層内に配置され、
前記第２の格子は、前記第２の格子層内に配置される、
請求項４に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項６】
前記第１の導波管はさらに、前記第１の格子層および第２の格子層の間に、かつ隣接して配置される、透明層を備える、請求項５に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項７】
第２の導波管をさらに備え、前記第１の導波管は、光の第１のスペクトル帯域において結合するように構成され、前記第２の導波管は、光の第２のスペクトル帯域において結合するように構成される、請求項６に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項８】
前記入力結合器は、入力プリズム、入力格子、第１の入力格子および第２の入力格子、並びに２つの多重化格子処方を備える入力格子から成る群から選択される、入力構成を備える、請求項１に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項９】
前記入力結合器の格子ベクトルは、前記第１の格子の格子ベクトルと異なる大きさを有する、請求項１に記載の導波管ディスプレイ。
【請求項１０】
前記光の源は、少なくとも２つの異なる波長の光を提供する、請求項１に記載の導波管ディスプレイ。
（【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】
（関連出願の相互参照）
本願は、第３５Ｕ．Ｓ．Ｃ． § １１９（ｅ）号に基づいて、２０１９年２月１５日に出願され、「ＭｅｔｈｏｄｓａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｅｓｆｏｒＰｒｏｖｉｄｉｎｇａＣｏｌｏｒＨｏｌｏｇｒａｐｈｉｃＷａｖｅｇｕｉｄｅＤｉｓｐｌａｙＵｓｉｎｇＯｖｅｒｌａｐｐｉｎｇＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇｓ」と題された米国仮特許出願第６２／８０６，６６５号および２０１９年３月４日に出願され、「ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｔｏＭｅｔｈｏｄｓａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｅｓｆｏｒＰｒｏｖｉｄｉｎｇａＣｏｌｏｒＨｏｌｏｇｒａｐｈｉｃＷａｖｅｇｕｉｄｅＤｉｓｐｌａｙＵｓｉｎｇＯｖｅｒｌａｐｐｉｎｇＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇｓ」と題された米国仮特許出願第６２／８１３，３７３号の利益および優先権を主張する。米国仮特許出願第６２／８０６，６６５号および第６２／８１３，３７３号の開示は、あらゆる目的のために、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 2,300 文字）【０００２】
本発明は、概して、導波管デバイスに関し、より具体的には、ホログラフィック導波管ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００３】
導波管は、波を閉じ込め、誘導する（すなわち、波が伝搬し得る空間領域を制限する）能力を伴う構造と称されることができる。１つのサブクラスは、電磁波、典型的には、可視スペクトルにおけるものを誘導し得る構造である、光導波管を含む。導波管構造は、いくつかの異なる機構を使用して波の伝搬経路を制御するように設計されることができる。例えば、平面導波管は、回折格子を利用し、入射光を回折させ、導波管構造の中に結合するように設計されることができ、したがって、内部結合された光は、全内部反射（ＴＩＲ）を介して平面構造内で進行し続けることができる。
【０００４】
導波管の加工は、導波管内のホログラフィック光学要素の記録を可能にする材料システムの使用を含むことができる。そのような材料の１つのクラスは、光重合性モノマーと、液晶とを含有する混合物である、ポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）混合物を含む。そのような混合物のさらなるサブクラスは、ホログラフィックポリマー分散液晶（ＨＰＤＬＣ）混合物を含む。体積位相格子等のホログラフィック光学要素は、２つの相互にコヒーレントなレーザビームを用いて材料を照明することによって、そのような液体混合物中に記録されることができる。記録プロセスの間、モノマーは、重合し、混合物は、光重合誘発相分離を受け、クリアなポリマーの領域が点在する、液晶微小液滴が密集する領域を作成する。交互する液晶が豊富な領域および液晶が空乏した領域は、格子のフリンジ面を形成する。一般的に、切替可能ブラッグ格子（ＳＢＧ）と称される、結果として生じる格子は、体積またはブラッグ格子と通常関連付けられる全ての性質を有するが、回折効率（所望の方向に回折される入射光の割合）の連続的範囲にわたって格子を電気的に調整する能力と組み合わせられる、はるかに高い屈折率変調範囲を伴う。後者は、１００％に近い効率で非回折（クリア）から回折に拡張することができる。
【０００５】
上記に説明されるもの等の導波管光学系は、様々なディスプレイおよびセンサ用途のために考慮されることができる。多くの用途では、複数の光学機能をエンコードする１つ以上の格子層を含有する導波管が、種々の導波管アーキテクチャおよび材料システムを使用して実現され、拡張現実（ＡＲ）および仮想現実（ＶＲ）のための接眼ディスプレイ、道路交通、航空、および軍事用途のためのコンパクトなヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）およびヘルメット搭載型ディスプレイまたは頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ）、およびバイオメトリックおよびレーザレーダ（ＬＩＤＡＲ）用途のためのセンサにおける新しい革新を可能にすることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の種々の実施形態による、統合された格子を使用してホログラフィック導波管ディスプレイを提供するためのシステムおよび方法が、例証される。一実施形態は、光の源と、第１の導波管であって、第１および第２の格子を含む、格子構造と、光の源からの光の第１の視野部分を第１の導波管の中に、かつ第１の格子に向かって結合し、光の源からの光の第２の視野部分を第１の導波管の中に、かつ第２の格子に向かって結合するように構成される、入力結合器とを含み、第１の格子は、光の第１の視野部分に関して第１の方向におけるビーム拡大を提供し、光の第２の視野部分に関して第１の方向におけるビーム拡大および視認者に向かうビーム抽出を提供するように構成され、第２の格子は、光の第２の視野部分に関して第２の方向におけるビーム拡大を提供し、光の第１の視野部分に関して第２の方向におけるビーム拡大および視認者に向かうビーム抽出を提供するように構成され、入力結合器、第１の格子、および第２の格子は、それぞれ、ある格子ベクトルを含み、入力結合器、第１の格子、および第２の格子の格子ベクトルは、実質的にゼロの大きさを伴う結果として生じるベクトルを提供する、第１の導波管とを含む、導波管ディスプレイを含む。
【０００７】
別の実施形態では、第１の格子は、第１および第２の格子処方を含み、第２の格子は、第３および第４の格子処方を含み、第１の格子処方は、光の第１の視野部分に関して第１の方向におけるビーム拡大を提供するように構成され、第２の格子処方は、光の第２の視野部分に関して第１の方向におけるビーム拡大および視認者に向かうビーム抽出を提供するように構成され、第３の格子処方は、光の第２の視野部分に関して第２の方向におけるビーム拡大を提供するように構成され、第４の格子処方は、光の第１の視野部分に関して第２の方向におけるビーム拡大および視認者に向かうビーム抽出を提供するように構成される。
【０００８】
さらなる実施形態では、第１および第２の格子処方は、少なくとも部分的に、多重化され、第３および第４の格子処方は、少なくとも部分的に、多重化される。
【０００９】
なおも別の実施形態では、第１の格子は、少なくとも部分的に、第２の格子と重複する。
【００１０】
なおもさらなる実施形態では、第１の導波管は、第１および第２の格子層を含み、第１の格子は、第１の格子層内に配置され、第２の格子は、第２の格子層内に配置される。
（【００１１】以降は省略されています）

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