JP-2026077848-A - 統合型光学要素を伴う導波管および同一物を作製する方法

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Abstract

【課題】好適な統合型光学要素を伴う導波管および同一物を作製する方法を提供すること。【解決手段】例示的導波管は、画像情報を含有する光が、全内部反射を介して第１および第２の主要表面から反射することによって、ポリマー層を通して伝搬し、その中で誘導され得るように構成される、第１および第２の主要表面を伴う、実質的に光学的に透明な材料を有するポリマー層を含むことができる。第１の表面は、ポリマー層および相互とモノリシックに統合される、第１のより小型の表面部分および第２のより大型の表面部分を含むことができる。第１のより小型の表面部分は、第２の主要表面および第１の主要表面の第２のより大型の表面部分からの反射によるそれを通した伝搬のために、内部結合光学要素に入射する光をポリマー層の中に結合するように構成される、内部結合光学要素の少なくとも一部を含むことができる。【選択図】図１０

Inventors

クリストフぺロス
ビクターカイリウ
サマースバーガバ

Assignees

マジックリープ，インコーポレイテッド

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20260219
Priority Date: 20180402

Claims (1)

本明細書に記載の発明。

Description

（優先権の主張）本願は、その開示全体が参照することによって本明細書に明示的に組み込まれる、２０１８年４月２日に出願された米国仮出願第６２／６５１，５５３号の優先権の利益を３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の下で主張する。（関連出願の相互参照）本願は、以下の特許出願、すなわち、２０１４年１１月２７日に出願され、米国公開第２０１５／０２０５１２６号として２０１５年７月２３日に公開された、米国出願第１４／５５５，５８５号、２０１５年４月１８日に出願され、米国公開第２０１５／０３０２６５２号として２０１５年１０月２２日に公開された、米国出願第１４／６９０，４０１号、２０１４年３月１４日に出願された、米国出願第１４／２１２，９６１号（２０１６年８月１６日に発行された、現米国特許第９，４１７，４５２号）、２０１４年７月１４日に出願され、米国公開第２０１５／０３０９２６３号として２０１５年１０月２９日に公開された、米国出願第１４／３３１，２１８号のそれぞれの全体を参照することによって組み込む。本開示は、ディスプレイシステムに関し、より具体的には、拡張現実ディスプレイシステムに関する。現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、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おり、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、またはそのように知覚され得る様式でユーザに提示される。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、ユーザ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。複合現実、すなわち、「ＭＲ」シナリオは、あるタイプのＡＲシナリオであり、典型的には、自然世界の中に統合され、それに応答する、仮想オブジェクトを伴う。例えば、ＭＲシナリオでは、ＡＲ画像コンテンツが、実世界内のオブジェクトによって遮断される、または別様にそれと相互作用するものとして知覚される。図１を参照すると、拡張現実場面１０が、描写され、ＡＲ技術のユーザには、人々、木々、背景における建物、コンクリートプラットフォーム３０を特徴とする、実世界公園状設定２０が見える。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、実世界プラットフォーム３０上に立っているロボット像４０と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ５０等の「仮想コンテンツ」が「見える」と知覚するが、これらの要素４０、５０は、実世界内に存在しない。ヒトの視知覚系が、複雑であるため、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＡＲ技術の生産は、困難である。本明細書に開示されるシステムおよび方法は、ＡＲまたはＶＲ技術に関連する種々の課題に対処する。図１は、ＡＲデバイスを通した拡張現実（ＡＲ）のユーザのビューを図示する。図２は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。図３Ａ－３Ｃは、曲率半径と焦点半径との間の関係を図示する。図４Ａは、ヒト視覚系の遠近調節（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ）－輻輳・開散運動（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）応答の表現を図示する。図４Ｂは、ユーザの一対の眼の異なる遠近調節状態および輻輳・開散運動状態の実施例を図示する。図４Ｃは、ディスプレイシステムを介してコンテンツを視認しているユーザの上下図の表現の実施例を図示する。図４Ｄは、ディスプレイシステムを介してコンテンツを視認しているユーザの上下図の表現の別の実施例を図示する。図５は、波面発散を修正することによって３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。図７は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を図示する。図８は、各深度平面が、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示する。図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、スタックされた導波管のセットの実施例の断面側面図を図示する。図９Ｂは、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図を図示する。図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。図９Ｄは、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図示する。図１０、１１、１２、１３、１４、１５、および１６は、統合型内部結合光学要素を伴う例示的導波管を図示する。図１０、１１、１２、１３、１４、１５、および１６は、統合型内部結合光学要素を伴う例示的導波管を図示する。図１０、１１、１２、１３、１４、１５、および１６は、統合型内部結合光学要素を伴う例示的導波管を図示する。図１０、１１、１２、１３、１４、１５、および１６は、統合型内部結合光学要素を伴う例示的導波管を図示する。図１０、１１、１２、１３、１４、１５、および１６は、統合型内部結合光学要素を伴う例示的導波管を図示する。図１０、１１、１２、１３、１４、１５、および１６は、統合型内部結合光学要素を伴う例示的導波管を図示する。図１０、１１、１２、１３、１４、１５、および１６は、統合型内部結合光学要素を伴う例示的導波管を図示する。図１６Ａは、例示的内部結合光学要素に隣接する例示的反射防止構造の拡大画像を示す。図１６Ｂは、例示的反射防止構造の拡大画像を示す。図１６Ａは、例示的内部結合光学要素に隣接する例示的反射防止構造の拡大画像を示す。図１６Ｂは、例示的反射防止構造の拡大画像を示す。図１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、および１７Ｄは、統合型光学要素を伴う導波管を形成する例示的方法を図示する。図１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、および１７Ｄは、統合型光学要素を伴う導波管を形成する例示的方法を図示する。図１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、および１７Ｄは、統合型光学要素を伴う導波管を形成する例示的方法を図示する。図１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、および１７Ｄは、統合型光学要素を伴う導波管を形成する例示的方法を図示する。導波管が、頭部搭載型拡張現実ディスプレイシステムを含む、ディスプレイデバイス内等で光を指向するために、利用されてもよい。例えば、導波管は、眼鏡の中に組み込まれてもよく、視認者には、導波管を通して周囲環境が見え得る。加えて、導波管は、（例えば、プロジェクタシステムによって）画像情報を含有する光を受光し、その光を視認者の眼の中に指向することによって、画像を投影してもよい。受光された光は、内部結合光学要素を使用して、導波管の中に内部結合されてもよい。内部結合された光は、続いて、光分散要素を使用して、導波管内で分散され、外部結合要素を使用して、導波管から外に外部結合されてもよい。プロジェクタシステムと導波管との間の光の低結合効率は、導波管アセンブリの合計効率を低下させ得、視認者に提供される全体的画質を劣化させ得る。光学コンポーネント間の結合はまた、ディスプレイデバイスおよび／またはシステムの製造への制約（例えば、他のコンポーネントと統合する、組み立てる、整合させる、およびパッケージ化する方法への制約）を追加し得る。故に、内部結合光学要素は、設計に影響を及ぼし得る。内部結合光学要素は、プロジェクタからの入射光の比較的に低い内部結合効率を有し得る、従来の格子を含むことができる。従来の格子はまた、プロジェクタから格子の中に戻るように反射され得る、光をプロジェクタの中に戻るように反射することができる。迷光経路が、邪魔になり得る残影画像アーチファクトを生成し得る。従来の格子はまた、入力角に対して本質的に異なる回折効率を有し得る。種々の導波管ディスプレイでは、これは、一様な輝度を伴って画像を生成することを困難にし得る。それにもかかわらず、時として、内部結合格子が、所望され得る。プリズムおよびレンズはまた、本質的に、光学的に有利であり得るが、加工および統合することが困難であり得る。本明細書に説明される、ある実装は、統合型内部結合光学要素を伴う導波管を含むことができる。例えば、種々の導波管は、内部結合光学要素の少なくとも一部を形成する表面を含むことができる。導波管と統合される、そのような内部結合光学要素を伴わない導波管と比較して、種々の実装は、有利なこととして、より高い結合効率、より良好な画質（例えば、より低い残影、より高い一様性等）、およびより単純な製造プロセスを提供することができる。例えば、種々の実装では、統合型光学要素が、増加した内部結合およびより単純な統合につながる、導波管との直接接触を可能にすることができる。ある実装は、有利なこととして、プリズム、レンズ、および／または反射防止構造を統合することができる。種々の実装は、残影画像アーチファクトを低減させ、より一様な輝度を達成し、デバイスの合計占有面積を縮小することができる。導波管のいくつかの実装はまた、光分散要素および／または外部結合光学要素等の１つ以上の他の光学要素を統合することもできる。ここで、同様の参照番号が、全体を通して同様の部分を指す、図が参照されるであろう。別様に示されない限り、図面は、概略であって、必ずしも正確な縮尺で描かれていない。（例示的ディスプレイシステム）図２は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。ユーザの眼は、離間されており、空間内の実オブジェクトを見ているとき、各眼は、オブジェクトの若干異なるビューを有し、オブジェクトの画像を各眼の網膜上の異なる場所に形成し得ることを理解されたい。これは、両眼視差と称され得、ヒト視覚系によって、深度の知覚を提供するために利用され得る。従来のディスプレイシステムは、仮想オブジェクトが所望の深度における実オブジェクトであるように各眼によって見えるであろう仮想オブジェクトのビューに対応する、眼２１０、２２０毎に１つの同一仮想オブジェクトの若干異なるビューを伴う２つの明確に異なる画像１９０、２００を提示することによって、両眼視差をシミュレートする。これらの画像は、ユーザの視覚系が深度の知覚を導出するために解釈し得る、両眼キューを提供する。図２を継続して参照すると、画像１９０、２００は、ｚ－軸上で距離２３０だけ眼２１０、２２０から離間される。ｚ－軸は、その眼が視認者の直前の光学無限遠におけるオブジェクトを固視している状態の視認者の光学軸と平行である。画像１９０、２００は、平坦であって、眼２１０、２２０から固定距離にある。それぞれ、眼２１０、２２０に提示される画像内の仮想オブジェクトの若干異なるビューに基づいて、眼は、自然に、オブジェクトの画像が眼のそれぞれの網膜上の対応する点に来て、単一両眼視を維持するように回転し得る。本回転は、眼２１０、２２０のそれぞれの視線を仮想オブジェクトが存在するように知覚される空間内の点上に収束させ得る。結果として、３次元画像の提供は、従来、ユーザの眼２１０、２２０の輻輳・開散運動を操作し得、ヒト視覚系が深度の知覚を提供するように解釈する、両眼キューを提供することを伴う。しかしながら、深度の現実的かつ快適な知覚の生成は、困難である。眼からの異なる距離におけるオブジェクトからの光が、異なる発散量を伴う波面を有することを理解されたい。図３Ａ－３Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を図示する。オブジェクトと眼２１０との間の距離は、減少距離Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の順序で表される。図３Ａ－３Ｃに示されるように、光線は、オブジェクトまでの距離が減少するにつれてより発散する。逆に言えば、距離が、増加するにつれて、光線は、よりコリメートされる。換言すると、点（オブ