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公開番号2025087856
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-10
出願番号2025036269,2023095342
出願日2025-03-07,2020-06-11
発明の名称格子結合器の片側パターン化を使用した光学接眼レンズ
出願人マジックリープ, インコーポレイテッド,Magic Leap,Inc.
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G02B 5/18 20060101AFI20250603BHJP(光学)
要約【課題】格子結合器の片側パターン化を使用した光学接眼レンズの提供。
【解決手段】接眼レンズは、基板と、基板の片側上にパターン化される、内部結合格子とを含む。第1の格子結合器が、基板の片側上にパターン化され、第1の格子パターンを有する。第1の格子結合器は、内部結合格子に光学的に結合される。第2の格子結合器が、第1の格子結合器に隣接して基板の片側上にパターン化される。第2の格子結合器は、第1の格子パターンと異なる第2の格子パターンを有する。第2の格子結合器は、内部結合格子に光学的に結合される。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
接眼レンズであって、前記接眼レンズは、
基板であって、前記基板は、閾値よりも大きい屈折率を備える、基板と、
前記基板の単一の面上の内部結合格子と、
前記基板の前記単一の面上の第１の格子結合器であって、前記第１の格子結合器は、前記内部結合格子に光学的に結合されるように構成されており、前記第１の格子結合器は、第１の格子パターンを有する、第１の格子結合器と、
前記基板上の前記単一の面上の第２の格子結合器であって、前記第２の格子結合器は、前記内部結合格子に光学的に結合されるように構成されており、前記第２の格子結合器は、第２の格子パターンを有し、前記第２の格子パターンは、前記第１の格子パターンが配向されている方向とは異なる方向に配向されている、第２の格子結合器と、
前記第１の格子結合器内に位置付けられている第１のセットのタイルであって、前記第１のセットのタイルは、前記第２の格子パターンを備える、第１のセットのタイルと、
前記第２の格子結合器内に位置付けられている第２のセットのタイルであって、前記第２のセットのタイルは、前記第１の格子パターンを備える、第２のセットのタイルと
を備える、接眼レンズ。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記第１の格子結合器は、前記第２の格子結合器に隣接している、請求項１に記載の接眼レンズ。
【請求項３】
前記第１の格子パターンは、第１の方向に配向されている第１のセットの隆起を備え、前記第２の格子パターンは、第２の方向に配向されている第２のセットの隆起を備える、請求項１に記載の接眼レンズ。
【請求項４】
前記第１の方向と前記第２の方向との間の角度は、５５度～６５度の範囲内である、請求項３に記載の接眼レンズ。
【請求項５】
前記内部結合格子は、第１の方向に配向されている平行な第１のセットの隆起を備え、前記第１の格子パターンは、前記第１の方向とは異なる第２の方向に配向されている第２のセットの平行な隆起を備え、前記第２の格子パターンは、前記第１の方向および前記第２の方向とは異なる第３の方向に配向されている第３のセットの平行な隆起を備える、請求項１に記載の接眼レンズ。
【請求項６】
前記第２の方向と前記第３の方向との間の角度は、５５度～６５度の範囲内である、請求項５に記載の接眼レンズ。
【請求項７】
前記第１の格子結合器は、前記第２の格子結合器に接触する、請求項１に記載の接眼レンズ。
【請求項８】
前記第１のセットのタイルおよび前記第２のセットのタイルは、前記第１の格子結合器が前記第２の格子結合器に接触する場所に位置付けられている、請求項１に記載の接眼レンズ。
【請求項９】
前記第１のセットのタイルは、前記第１の格子結合器と前記第２の格子結合器との間のインターフェースに平行な方向に沿って、前記第２のセットのタイルに対してオフセットされている、請求項８に記載の接眼レンズ。
【請求項１０】
接眼レンズであって、前記接眼レンズは、
基板であって、前記基板は、閾値よりも大きい屈折率を備える、基板と、
前記基板の単一の面上の内部結合格子と、
前記基板の前記単一の面上の第１の格子結合器であって、前記第１の格子結合器は、前記内部結合格子に光学的に結合されるように構成されており、前記第１の格子結合器は、第１の格子パターンを有する、第１の格子結合器と、
前記基板上の前記単一の面上の第２の格子結合器であって、前記第２の格子結合器は、前記内部結合格子に光学的に結合されるように構成されており、前記第２の格子結合器は、第２の格子パターンを有し、前記第２の格子パターンは、前記第１の格子パターンが配向されている方向とは異なる方向に配向されている、第２の格子結合器と
を備え、
前記第１の格子結合器の第１の境界が、前記第２の格子結合器の第２の境界と配合されることにより、配合された格子面積を画定する、接眼レンズ。
（【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、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、２０１９年６月１４日に出願された、米国仮出願第６２／８６１，６４６号の利益を主張する。
続きを表示（約 5,200 文字）【０００２】
本開示は、格子結合器の片側パターン化を使用した光学接眼レンズに関する。
【背景技術】
【０００３】
インプリントリソグラフィは、ウエハ上にナノメートルスケールパターンを加工するために使用されることができる。インプリントリソグラフィは、インプリントレジストの機械的変形および後続プロセスによってパターンを作成する。しかしながら、インプリントリソグラフィを使用して加工される接眼レンズは、限定された視野を有し得る。光は、概して、接眼レンズの射出瞳エキスパンダに到達するために、長い距離を進行しなければならない。光が、長い距離に沿って進行するにつれて、コヒーレントアーチファクトは、悪化する。また、接眼レンズを製造するために従来的に使用される両側リソグラフィは、加工複雑性を増加させ、製造収率および処理能力を減少させ得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書に説明される主題の革新的側面は、格子結合器のパターン化を使用した光学接眼レンズを含む。接眼レンズは、基板と、基板の片側上にパターン化される、内部結合格子とを含む。第１の格子結合器が、基板の片側上にパターン化され、第１の格子パターンを有する。第１の格子結合器は、内部結合格子に光学的に結合される。第２の格子結合器が、第１の格子結合器に隣接して基板の片側上にパターン化される。第２の格子結合器は、第１の格子パターンと異なる第２の格子パターンを有する。第２の格子結合器は、内部結合格子に光学的に結合される。
【０００５】
本明細書に説明される主題の革新的側面はさらに、基板の片側上にパターン化される、内部結合格子を含む、接眼レンズを含む。内部結合格子は、プロジェクタから受け取られた光を光の第１の部分および光の第２の部分に回折させるように構成される。第１の部分は、プロジェクタから受け取られた光に対して第１の配向を有する。第２の部分は、プロジェクタから受け取られた光に対して第２の配向を有する。第２の配向は、第１の配向と異なる。回折格子が、基板の片側上にパターン化される。回折格子は、内部結合格子から、光の第１の部分および光の第２の部分を受け取るように構成される。光の第１の部分および光の第２の部分はそれぞれ、回折される。光の回折された第１の部分および光の回折された第２の部分は、組み合わせられる。
【０００６】
本明細書に説明される主題の革新的側面はさらに、基板の片側上にインプリントされる、内部結合格子を含む、接眼レンズを含む。格子結合器が、基板の片側上にインプリントされる。格子結合器は、内部結合格子に光学的に結合される。格子結合器は、接眼レンズの射出瞳エキスパンダ（ＥＰＥ）を画定する、複数のタイルを含む。複数のタイルの各タイルは、第１の格子パターンを有する。格子領域が、タイルの間に散在される。格子領域は、第１の格子パターンと異なる第２の格子パターンを有する。格子領域は、接眼レンズの直交瞳エキスパンダ（ＯＰＥ）を画定する。
【０００７】
本明細書に説明される主題の革新的側面はさらに、ある閾値を上回る屈折率を有する、基板を含む、接眼レンズを含む。内部結合格子が、基板の片側上にパターン化される。３つ以上の格子結合器が、基板の片側上にパターン化される。３つ以上の格子結合器は、内部結合格子に光学的に結合される。３つ以上の格子結合器の各格子結合器は、異なる格子パターンを有する。
【０００８】
本明細書に説明される主題の革新的側面はさらに、ある閾値を上回る屈折率を有する基板の第１の側上に、または基板の第２の側上にパターン化される、内部結合格子を含む、接眼レンズを含む。第１の格子結合器が、基板の第１の側上にパターン化される。第１の格子結合器は、第１の格子パターンを有する。第１の格子結合器は、内部結合格子に光学的に結合される。第２の格子結合器が、基板の第２の側上にパターン化される。第２の格子結合器は、第１の格子パターンと異なる第２の格子パターンを有する。第２の格子結合器は、内部結合格子に光学的に結合される。
【０００９】
他の利益および利点の中でもとりわけ、本明細書に開示される実施形態は、仮想現実および拡張現実用途のための光学接眼レンズの視野、効率、および均一性を増加させる。各接眼レンズは、基板の同一の側上にパターン化される、２つ以上の回折格子を含むことができる。２つ以上の回折格子は、レイアウトにおいてタイル状であり得る。タイルの形状、サイズ、密度、および分布は、より高い光学性能を達成するように選択されることができる。また、実施形態は、マッハツェンダー干渉の量を低減させる。タイルは、数百ミクロンと同程度に小さくあり得るため、遠視野仮想画像品質は、影響を受けない。接眼レンズの片側製造は、接眼レンズのユーザ対世界比を増加させる。ナノ格子は、ブレーズされる、または１．６を上回る屈折率を有するポリマー等の高屈折率材料から作製されるため、より大量の光が、ユーザの眼球に向かって指向される。いくつかの実施形態では、格子は、ＴｉＯ
２
、ＺｒＯ
２
、またはＺｎＯを含む高屈折率ガラスにおいてエッチングされる。いくつかの実施形態では、格子は、ＬｉＮｂＯ
３
、ＬｉＴａＯ
３
、またはＳｉＣ等の合成高屈折率基板においてエッチングされる。いくつかの実施形態では、格子は、さらなる光学的利益を提供するために、ＴｉＯ
２
薄膜コーティングまたは他の無機材料においてエッチングされる。格子結合器内のタイルのレイアウトは、遠視野仮想画像のより高い均一性を達成するために改変されることができる。結果として生じる画像の鮮明度もまた、増加される。いくつかの実施形態では、各タイルのサイズは、タイル密度がより高密度なものからより疎なものに減少される間、同一に保たれることができる。接眼レンズは、それによって、好ましい回折方向を有するように設計されることができる。接眼レンズのユーザの眼球に直接結合される回折光は、他の方向における回折の効率を増加させながら低減される。格子の回折性質は、突出部の傾きおよびブレーズまたは多段突出部または陥凹を使用してさらに改良されることができる。本明細書に開示される実施形態によって提供される異なる設計選択肢は、したがって、より高い光学効率および品質を提供する。
【００１０】
本明細書に説明される主題の１つ以上の実施形態の詳細が、付随の図面および下記の説明に記載される。本主題の他の潜在的特徴、側面、および利点が、説明、図面、および請求項から明白となるであろう。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
接眼レンズであって、
基板と、
前記基板の片側上にパターン化される内部結合格子と、
第１の格子結合器であって、前記第１の格子結合器は、前記基板の片側上にパターン化され、第１の格子パターンを有し、前記第１の格子結合器は、前記内部結合格子に光学的に結合される、第１の格子結合器と、
第２の格子結合器であって、前記第２の格子結合器は、前記基板の片側上にパターン化され、前記第１の格子結合器に隣接し、前記第２の格子結合器は、前記第１の格子パターンと異なる第２の格子パターンを有し、前記第２の格子結合器は、前記内部結合格子に光学的に結合される、第２の格子結合器と
を備える、接眼レンズ。
（項目２）
前記第１の格子結合器は、複数の突出部を備え、前記複数の突出部の各突出部は、１つ以上の側壁を有し、前記１つ以上の側壁の各側壁は、前記基板に対して異なる角度において配向される、項目１に記載の接眼レンズ。
（項目３）
前記複数の突出部の各突出部は、２つの異なる方向に配向される少なくとも２つの交差する隆起を備え、前記２つの異なる方向の間の角度は、５５度～６５度の範囲内である、項目２に記載の接眼レンズ。
（項目４）
前記複数の突出部の各突出部は、円筒形形状、楕円形形状、少なくとも１つの長方形表面、少なくとも１つの円形表面、少なくとも１つの三角形表面、または少なくとも１つの多角形表面のうちの少なくとも１つを有する、項目２に記載の接眼レンズ。
（項目５）
前記内部結合格子から前記複数の突出部に入射する光の方向に沿って測定される前記複数の突出部の各突出部の体積の充填率は、１０％～９０％の範囲内である、項目２に記載の接眼レンズ。
（項目６）
前記複数の突出部の軸のピッチは、３００ｎｍ～４５０ｎｍの範囲内である、項目２に記載の接眼レンズ。
（項目７）
前記複数の突出部の斜めピッチは、３００ｎｍ～９００ｎｍの範囲内である、項目２に記載の接眼レンズ。
（項目８）
前記複数の突出部の各突出部の高さは、５ｎｍ～５００ｎｍの範囲内である、項目２に記載の接眼レンズ。
（項目９）
前記複数の突出部の各突出部の幅または長さのうちの少なくとも１つは、５ｎｍ～８００ｎｍの範囲内である、項目２に記載の接眼レンズ。
（項目１０）
前記複数の突出部の各突出部の断面は、三角形形状、鋸歯形状、または階段形状のうちの少なくとも１つを有する、項目２に記載の接眼レンズ。
（項目１１）
前記複数の突出部の各突出部は、複数の直方体を備え、前記複数の直方体の各直方体は、異なる高さを有する、項目２に記載の接眼レンズ。
（項目１２）
前記第１の格子結合器は、複数の陥凹を備え、前記複数の陥凹の各陥凹は、１つ以上の側壁を有し、前記１つ以上の側壁の各側壁は、前記基板に対して異なる角度において配向される、項目１に記載の接眼レンズ。
（項目１３）
接眼レンズを製造するための方法であって、前記方法は、
基板を提供することと、
前記基板の片側上に内部結合格子をパターン化することと、
前記基板の片側上に第１の格子結合器をパターン化することであって、前記第１の格子結合器は、前記内部結合格子に光学的に結合され、第１の格子パターンを有する、ことと、
前記基板の片側上に、かつ前記第１の格子結合器に隣接して第２の格子結合器をパターン化することであって、前記第２の格子結合器は、前記内部結合格子に光学的に結合され、前記第１の格子パターンと異なる第２の格子パターンを有する、ことと
を含む、方法。
（項目１４）
前記第１の格子結合器のパターン化は、前記基板の片側上に複数の突出部をパターン化することを含み、前記複数の突出部の各突出部は、１つ以上の側壁を有し、前記１つ以上の側壁の各側壁は、前記基板に対して異なる角度において配向される、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記第１の格子結合器のパターン化はさらに、前記複数の突出部の突出部毎に２つの異なる方向において配向される少なくとも２つの交差する隆起をパターン化することを含み、前記２つの異なる方向の間の角度は、５５度～６５度の範囲内である、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
接眼レンズであって、
内部結合格子であって、前記内部結合格子は、基板の片側上にパターン化され、プロジェクタから受け取られた光を前記光の第１の部分および前記光の第２の部分に回折させるように構成され、前記第１の部分は、前記プロジェクタから受け取られた前記光に対して第１の配向を有し、前記第２の部分は、前記プロジェクタから受け取られた前記光に対して第２の配向を有し、前記第２の配向は、前記第１の配向と異なる、内部結合格子と、
回折格子であって、前記回折格子は、前記基板の片側上にパターン化され、
前記内部結合格子から、前記光の第１の部分および前記光の第２の部分を受け取ることと、
前記光の第１の部分および前記光の第２の部分を回折させることと、
前記光の回折された第１の部分および前記光の回折された第２の部分を組み合わせることと
を行うように構成される、回折格子と
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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