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公開番号2025159142
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-17
出願番号2025135738,2023221068
出願日2025-08-18,2018-12-10
発明の名称光学導波管上の反射防止性コーティング
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 27/02 20060101AFI20251009BHJP(光学)
要約【課題】光学導波管上の反射防止性コーティングの提供。
【解決手段】第1の屈折率を有する導波管基板と、導波管の第1の表面上に配置される複数の回折光学要素と、導波管の第2の表面上に配置される反射防止性コーティングとを備える反射防止性導波管アセンブリ。反射防止性コーティングは、好ましくは、光の少なくとも97パーセントが透過されるように、それが導波管の中に適用される表面を通した光の吸光を増加させる。反射防止性コーティングは、第1の屈折率および仮想的な屈折率が1×10^-3未満であるが好ましくは5×10^-4未満である異なる屈折率を有する材料の4つの層から成る。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
反射防止性導波管を通して光を伝搬する方法であって、前記方法は、
第１の表面および第２の表面と第１の屈折率とを有する前記反射防止性導波管の第１の平面導波管基板を通して前記光を伝搬することであって、前記第１の平面導波管基板の前記第１の表面および前記第２の表面は、前記第１の平面導波管基板の反対側に配置されている、ことと、
前記第１の平面導波管基板の前記第１の表面上に配置されている前記反射防止性導波管の複数の回折光学要素を用いて、前記第１の平面導波管基板から外に視認者に向かう第１の方向に、および、前記第１の平面導波管基板の中に前記視認者から離れる第２の方向に、前記光を回折することであって、前記反射防止性導波管は、前記第１の平面導波管基板の前記第２の表面上に配置されている反射防止性コーティングを有し、前記第２の方向に屈折させられた前記光は、前記第１の平面導波管基板の前記第２の表面を通して前記第１の平面導波管基板を離れ、前記反射防止性コーティングは、前記第１の平面導波管基板の前記第２の表面からの光の反射を減少させ、前記第１の平面導波管基板の前記第２の表面を通した前記反射防止性導波管の中への光の透過を増加させる、ことと
を含む、方法。
続きを表示（約 800 文字）【請求項２】
前記第１の平面導波管基板は、前記複数の回折光学要素と前記反射防止性コーティングとの間の全内部反射によって光を実質的に第１の方向に伝搬することと、前記第１の方向に実質的に直交する第２の方向に光を外部結合することとを行うように構成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
全内部反射によって伝搬する前記光は、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記反射防止性コーティングは、前記ｓ偏光成分の入射角が前記反射防止性導波管を通した前記ｐ偏光成分の入射角に実質的に類似するように、前記ｓ偏光成分と前記ｐ偏光成分との間の位相遅延を減少させるように構成されている、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記光の少なくとも９７パーセントは、前記第１の平面導波管基板の前記第２の表面を通して透過される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の平面導波管基板は、ガラスであり、前記反射防止性コーティングは、ＭｇＦ
２
の層を備える、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記ＭｇＦ
２
の層は、７５ｎｍ～１２５ｎｍの厚さを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記反射防止性コーティングは、ＳｉＯ
２
の層を備える、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記ＭｇＦ
２
の層は、前記第１の平面導波管基板の前記第２の表面に直接的に隣接するように配置されている、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
ＳｉＯ
２
の層が、前記ＭｇＦ
２
の層上に配置されている、請求項９に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【背景技術】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１７年１２月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／５９６，９０４号、および、２０１８年１０月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／７５１，２４０号の優先権を主張し、各々、その全体が参照により本明細書に援用される。
続きを表示（約 3,300 文字）【０００２】
（発明の背景）
窓または光起電デバイス（例えば、太陽エネルギーパネル）等の基板の表面処理は、層状反射防止性材料のコーティングから利点を享受する。ガラスに衝突する光からのグレアの低減、エネルギーコストのための自然光の改良された留保、または光起電セルに衝突する増加された光の吸光は、反射防止性コーティングが使用される方法のうちのいくつかである。従来の反射防止性コーティングは、基板の表面の法線に対して略直交する光経路であって、概して、基板の完全に外部における光の発生を予期するそのような自由空間光のための反射防止を最大限にするように指向される光経路のための利点を提供する。従来のコーティングはまた、透過率を増加させることを模索する。ある光学媒体は、自由空間発生以外の光経路を操作し、そのような媒体の性能を最適化するための反射防止コーティングが、必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
（要旨）
本発明の実施形態は、概して、光学導波管内の反射防止性コーティングのための層の具体的な材料および厚さを対象とする。より具体的には、本明細書に説明される実施形態および技法は、全内部反射（ＴＩＲ）のための光伝搬を促進し、同時に、直交角度における光反射または他の自由空間光を最小限にするはずである反射防止性コーティングに関する。本明細書に説明される実施形態は、光の完全透過を模索することから外れる。
【０００４】
いくつかの実施形態は、第１の屈折率を有する導波管基板（例えば、ガラス）を対象とする。基板は、平面または円筒形（例えば、光ファイバ）であってもよい。平面基板に関して、複数の回折光学要素（例えば、格子）が、第１の表面上に配置され、反射防止性コーティングが、反対表面上に配置される。円筒形導波管に関して、反射防止性コーティングは、外側表面に適用される。
【０００５】
いくつかの実施形態では、導波管は、光を受け取り、全内部反射によって、軸に沿ってそれを伝搬させるように構成される。平面導波管では、光は、そのような軸に沿って第１の方向に進行し、光がその対応する表面の回折光学要素から反射すると、略直交方向に光を外部結合する。円筒形導波管では、光は、導波管の長さと略平行な軸に沿って、導波管に沿って反射し、遠位端において外部結合する。
【０００６】
そのような実施形態上の反射防止性コーティングは、光の偏光成分毎のＴＩＲによるバウンスの角度が実質的に類似するように、受け取られた光のｓおよびｐ偏光状態間の位相遅延を最小限にするように構成される。
【０００７】
いくつかの実施形態では、反射防止性コーティングは、７５～１２５ナノメートル（ｎｍ）の厚さを有するフッ化マグネシウム（ＭｇＦ
２
）の単一の層である。いくつかの実施形態では、シリカ（ＳｉＯ
２
）の層が、外側層として、コーティングに適用される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、反射防止性コーティングは、５×１０
－４
未満の（代替として、本明細書では、吸光係数と称される）仮想的な屈折率値ｋを有する。いくつかの実施形態では、完全コーティングのｋ値は、コーティングを含む層の数にかかわらず、５×１０
－４
～１×１０
－３
である。いくつかの実施形態では、コーティングは、材料の単一層である。いくつかの実施形態では、コーティングは、２つの材料間で交互し、１つの材料は、第２の材料より比較的に高い屈折率を有する。いくつかの実施形態では、８つ未満の総層が、利用される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、２より大きい屈折率を伴うチタニア（ＴｉＯ
２
）が、コーティング層材料として利用され、いくつかの実施形態では、１．４５～１．５８の屈折率を伴うＳｉＯ
２
が、チタニアと層を交互する。
【００１０】
これらの材料および層の選択は、光学導波管によって出力された光の効率を最適化し、位相遅延を最小限にし、光学欠陥（例えば、そのような導波管によって出力された画像内の条痕）を低減させ、従来の層の労力および材料コストを最小限にする。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
反射防止性導波管であって、
第１の屈折率を有する平面導波管基板と、
前記導波管の第１の表面上に配置される複数の回折光学要素と、
前記導波管の第２の表面上に配置される反射防止性コーティングと
を備える、反射防止性導波管。
（項目２）
前記導波管は、平面であり、前記複数の回折光学要素と前記反射防止性コーティングとの間の全内部反射によって光を略第１の方向に伝搬し、前記第１の方向に略直交する第２の方向に光を外部結合するように構成される、項目１に記載の反射防止性導波管。
（項目３）
前記全内部反射によって伝搬する光は、ｓ偏光成分と、ｐ偏光成分とを備える、項目２に記載の反射防止性導波管。
（項目４）
前記反射防止性コーティングは、前記ｓ成分の入射角が、前記導波管を通した前記ｐ成分のものに実質的に類似するように、前記２つの成分間の位相遅延を低減させるように構成される、項目３に記載の反射防止性導波管。
（項目５）
前記反射防止性コーティングは、前記導波管からの反射を低減させ、前記第２の表面を通して前記導波管の中への光の透過を増加させる、項目４に記載の反射防止性導波管。
（項目６）
前記光の少なくとも９７パーセントは、前記第２の表面を通して透過される、項目５に記載の反射防止性導波管。
（項目７）
前記導波管基板は、ガラスであり、前記反射防止性コーティングは、ＭｇＦ
２
の層を備える、項目３に記載の反射防止性導波管。
（項目８）
前記ＭｇＦ
２
の層は、７５～１２５ｎｍの厚さを有する、項目７に記載の反射防止性導波管。
（項目９）
前記反射防止性コーティングは、ＳｉＯ
２
の層を備える、項目７に記載の反射防止性導波管。
（項目１０）
前記ＭｇＦ
２
の層は、前記第２の表面に直隣接するように配置される、項目８に記載の反射防止性導波管。
（項目１１）
ＳｉＯ
２
の層が、前記ＭｇＦ
２
の層上に配置される、項目１０に記載の反射防止性導波管。
（項目１２）
前記反射防止性コーティングの累積屈折率は、５×１０
－４
未満の仮想的な屈折率成分値を有する、項目１１に記載の反射防止性導波管。
（項目１３）
前記反射防止性コーティングの累積屈折率は、５×１０
－４
～１×１０
－３
の仮想的な屈折率成分値を有する、項目１１に記載の反射防止性導波管。
（項目１４）
前記反射防止性コーティングは、第１の材料と第２の材料との間で交互する８つ未満の層から成る、項目３に記載の反射防止性導波管。
（項目１５）
前記反射防止性コーティングは、４つの層から成る、項目１４に記載の反射防止性導波管。
（項目１６）
前記第１の材料は、前記第２の材料より比較的に高い屈折率を有する、項目１４に記載の反射防止性導波管。
（項目１７）
前記第１の材料は、ＴｉＯ
２
である、項目１４に記載の反射防止性導波管。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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