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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023164233
(43)【公開日】2023-11-10
(54)【発明の名称】光学システム
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20231102BHJP
G02B 5/30 20060101ALI20231102BHJP
G02B 5/18 20060101ALI20231102BHJP
G09F 9/00 20060101ALI20231102BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
G02B5/30
G02B5/18
G09F9/00 357
G09F9/00 313
【審査請求】有
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022108865
(22)【出願日】2022-07-06
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-10-26
(31)【優先権主張番号】17/732,329
(32)【優先日】2022-04-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】507296388
【氏名又は名称】采▲ぎょく▼科技股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＶｉｓＥｒａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１２，Ｄｕｓｉｎｇ Ｒｄ．１， Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎ－Ｃｈｕ Ｃｉｔｙ，Ｔａｉｗａｎ
(74)【代理人】
【識別番号】100102532
【弁理士】
【氏名又は名称】好宮 幹夫
(74)【代理人】
【識別番号】100194881
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 俊弘
(74)【代理人】
【識別番号】100215142
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 徹
(72)【発明者】
【氏名】謝馨儀
(72)【発明者】
【氏名】傅柏翰
(72)【発明者】
【氏名】毛新惟
(72)【発明者】
【氏名】王唯科
(72)【発明者】
【氏名】謝錦全
【テーマコード（参考）】
2H149
2H199
2H249
5G435
【Ｆターム（参考）】
2H149AA17
2H199CA02
2H199CA25
2H199CA42
2H199CA53
2H199CA62
2H199CA66
2H199CA67
2H199CA69
2H249AA04
2H249AA14
2H249AA60
2H249AA62
2H249AA63
2H249AA64
2H249AA66
5G435AA01
5G435BB05
5G435DD11
5G435FF01
5G435FF05
5G435FF08
5G435GG04
5G435HH20
5G435LL07
(57)【要約】 （修正有）
【課題】波長の異なるカラー画像が同じ導光レンズ内で結合すると、最初の回折角度が異なり、ＲＧＢ光の光路が異なる可能性が高くなり、格子結合器外の領域での画像化を引き起こす。
【解決手段】光学システムは、プロジェクタ、偏向器、偏光子、第１の格子結合器構造及び第２の格子結合器構造を含み、プロジェクタは波長の異なる３種のビームを放射し、偏向器はプロジェクタの下方に配置され、３種のビームの入射角を変化させ、第１の格子結合器構造の同一領域に３種のビームを集光させ、第１の格子結合器構造は偏向器の下方にあり、３種のビームが導光レンズ内の同じ光路を走行するように、３種のビームを導光レンズ内に結合させ、導光レンズは第１の格子結合器構造に接続され、３種のビームを伝送し、偏光子はプロジェクタと偏向器との間に配置され、３種のビームの横電界（ＴＥ）モードまたは横磁界（ＴＭ）モードをフィルタで除外する。
【選択図】図３
【解決手段】光学システムは、プロジェクタ、偏向器、偏光子、第１の格子結合器構造及び第２の格子結合器構造を含み、プロジェクタは波長の異なる３種のビームを放射し、偏向器はプロジェクタの下方に配置され、３種のビームの入射角を変化させ、第１の格子結合器構造の同一領域に３種のビームを集光させ、第１の格子結合器構造は偏向器の下方にあり、３種のビームが導光レンズ内の同じ光路を走行するように、３種のビームを導光レンズ内に結合させ、導光レンズは第１の格子結合器構造に接続され、３種のビームを伝送し、偏光子はプロジェクタと偏向器との間に配置され、３種のビームの横電界（ＴＥ）モードまたは横磁界（ＴＭ）モードをフィルタで除外する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
波長の異なる３種のビームを放射するプロジェクタと、
前記プロジェクタの下方に配置され、前記３種のビームの入射角を変更し、第１の格子結合器構造の同じ領域に前記３種のビームを集光させるように構成された偏向器であって、
前記第１の格子結合器構造は、前記偏向器の下方にあり、前記３種のビームが導光レンズ内の同じ光路を移動するように前記３種のビームを前記導光レンズ内で結合するように構成され、
前記導光レンズは、前記第１の格子結合器構造に接続され、前記３種のビームを伝送するように構成される、偏向器と、
前記プロジェクタと前記偏向器との間に配置され、前記３種のビームの横電界（ＴＥ）モードまたは横磁界（ＴＭ）モードをフィルタで除外するように構成された偏光子と、
前記導光レンズ上に配置され、前記３種のビームが前記同じ光路を移動した後に、前記３種のビームが前記導光レンズから離れることを可能にするように構成された第２の格子結合器構造と、
を備えることを特徴とする光学システム。
前記プロジェクタの下方に配置され、前記３種のビームの入射角を変更し、第１の格子結合器構造の同じ領域に前記３種のビームを集光させるように構成された偏向器であって、
前記第１の格子結合器構造は、前記偏向器の下方にあり、前記３種のビームが導光レンズ内の同じ光路を移動するように前記３種のビームを前記導光レンズ内で結合するように構成され、
前記導光レンズは、前記第１の格子結合器構造に接続され、前記３種のビームを伝送するように構成される、偏向器と、
前記プロジェクタと前記偏向器との間に配置され、前記３種のビームの横電界（ＴＥ）モードまたは横磁界（ＴＭ）モードをフィルタで除外するように構成された偏光子と、
前記導光レンズ上に配置され、前記３種のビームが前記同じ光路を移動した後に、前記３種のビームが前記導光レンズから離れることを可能にするように構成された第２の格子結合器構造と、
を備えることを特徴とする光学システム。
【請求項2】
前記偏向器は、
青色領域、緑色領域、および赤色領域を有し、前記青色領域および前記赤色領域が前記緑色領域によって分離されている、基板と、
前記基板の前記青色領域上に配置された第１の格子偏向器構造と、
前記基板の前記赤色領域上に配置された第２の格子偏向器構造と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
青色領域、緑色領域、および赤色領域を有し、前記青色領域および前記赤色領域が前記緑色領域によって分離されている、基板と、
前記基板の前記青色領域上に配置された第１の格子偏向器構造と、
前記基板の前記赤色領域上に配置された第２の格子偏向器構造と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項3】
前記青色領域と前記緑色領域との間隔が１００ｎｍ～２ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
【請求項4】
前記第１の格子偏向器構造及び前記第２の格子偏向器構造の各々が、ブレーズド格子構造、ｎステップ格子構造、傾斜格子構造、又はこれらの組み合わせを含み、前記第１の格子偏向器構造及び前記第２の格子偏向器構造の各々の屈折率が１．７～３．５の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
【請求項5】
前記第１の格子偏向器構造は、第１のメタ格子構造を含み、
前記第１のメタ格子構造は、第１の幅Ｗ１を有する第１の縦長ユニットと、第２の幅Ｗ２を有する第２の縦長ユニットと、第３の幅Ｗ３を有する第３の縦長ユニットとを備えるとともに、Ｗ１≦Ｗ２≦Ｗ３であり、
前記第１の縦長ユニット、前記第２の縦長ユニット、及び前記第３の縦長ユニットは、前記基板の前記青色領域の外側表面から前記基板の前記青色領域の内側表面に向けて順次配置されることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
前記第１のメタ格子構造は、第１の幅Ｗ１を有する第１の縦長ユニットと、第２の幅Ｗ２を有する第２の縦長ユニットと、第３の幅Ｗ３を有する第３の縦長ユニットとを備えるとともに、Ｗ１≦Ｗ２≦Ｗ３であり、
前記第１の縦長ユニット、前記第２の縦長ユニット、及び前記第３の縦長ユニットは、前記基板の前記青色領域の外側表面から前記基板の前記青色領域の内側表面に向けて順次配置されることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
【請求項6】
前記第１のメタ格子構造は、さらに、第４の幅Ｗ４を有する第４の縦長ユニットと、第５の幅Ｗ５を有する第５の縦長ユニットとを備えるとともに、Ｗ３≧Ｗ４≧Ｗ５であり、
前記第４の縦長ユニットは前記第３の縦長ユニットに隣接し、前記第５の縦長ユニットは前記第４の縦長ユニットに隣接することを特徴とする請求項５に記載の光学システム。
前記第４の縦長ユニットは前記第３の縦長ユニットに隣接し、前記第５の縦長ユニットは前記第４の縦長ユニットに隣接することを特徴とする請求項５に記載の光学システム。
【請求項7】
前記第２の格子偏向器構造は、第２のメタ格子構造を含み、
前記第２のメタ格子構造は、第４の幅Ｗ４を有する第４の縦長ユニットと、第５の幅Ｗ５を有する第５の縦長ユニットと、第６の幅Ｗ６を有する第６の縦長ユニットとを備えるとともに、Ｗ４≦Ｗ５≦Ｗ６であり、
前記第４の縦長ユニット、前記第５の縦長ユニット、及び前記第６の縦長ユニットは、前記基板の前記赤色領域の外側表面から前記基板の前記赤色領域の内側表面に向けて順次配置されることを特徴とする請求項５に記載の光学システム。
前記第２のメタ格子構造は、第４の幅Ｗ４を有する第４の縦長ユニットと、第５の幅Ｗ５を有する第５の縦長ユニットと、第６の幅Ｗ６を有する第６の縦長ユニットとを備えるとともに、Ｗ４≦Ｗ５≦Ｗ６であり、
前記第４の縦長ユニット、前記第５の縦長ユニット、及び前記第６の縦長ユニットは、前記基板の前記赤色領域の外側表面から前記基板の前記赤色領域の内側表面に向けて順次配置されることを特徴とする請求項５に記載の光学システム。
【請求項8】
前記第２のメタ格子構造は、さらに、第７の幅Ｗ７を有する第７の縦長ユニットと、第８の幅Ｗ８を有する第８の縦長ユニットとを備えるとともに、Ｗ６≧Ｗ７≧Ｗ８であり、
前記第７の縦長ユニットは前記第６の縦長ユニットに隣接し、前記第８の縦長ユニットは前記第７の縦長ユニットに隣接することを特徴とする請求項７に記載の光学システム。
前記第７の縦長ユニットは前記第６の縦長ユニットに隣接し、前記第８の縦長ユニットは前記第７の縦長ユニットに隣接することを特徴とする請求項７に記載の光学システム。
【請求項9】
前記第１の格子偏向器構造は、第１のメタ格子構造を含み、
前記第１のメタ格子構造は、幅方向にグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第２の格子偏向器構造は、第２のメタ格子構造を含み、
前記第２のメタ格子構造は、幅方向にグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第１のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数は、前記第２のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数と同じであることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
前記第１のメタ格子構造は、幅方向にグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第２の格子偏向器構造は、第２のメタ格子構造を含み、
前記第２のメタ格子構造は、幅方向にグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第１のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数は、前記第２のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数と同じであることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
【請求項10】
前記第１の格子偏向器構造は、第１のメタ格子構造を含み、
前記第１のメタ格子構造は、幅方向にグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第２の格子偏向器構造は、第２のメタ格子構造を含み、
前記第２のメタ格子構造は、幅方向にグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第１のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数は、前記第２のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数と異なることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
前記第１のメタ格子構造は、幅方向にグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第２の格子偏向器構造は、第２のメタ格子構造を含み、
前記第２のメタ格子構造は、幅方向にグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第１のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数は、前記第２のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数と異なることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
【請求項11】
前記第１の格子偏向器構造及び前記第２の格子偏向器構造のそれぞれが、第１の直径Ｄ１を有する第１の円柱ユニットと、第２の直径Ｄ２を有する第２の円柱ユニットと、第３の直径Ｄ３を有する第３の円柱ユニットとを備えるとともに、Ｄ１≦Ｄ２≦Ｄ３であり、
前記第１の円柱ユニット、前記第２の円柱ユニット、及び前記第３の円柱ユニットは、前記基板の前記青色領域又は前記赤色領域の外側表面から前記基板の前記青色領域又は前記赤色領域の内側表面に向けて順次配置されることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
前記第１の円柱ユニット、前記第２の円柱ユニット、及び前記第３の円柱ユニットは、前記基板の前記青色領域又は前記赤色領域の外側表面から前記基板の前記青色領域又は前記赤色領域の内側表面に向けて順次配置されることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
【請求項12】
前記第１の格子偏向器構造及び前記第２の格子偏向器構造のそれぞれが、
第４の直径Ｄ４を有する第４の円柱ユニットと、第５の直径Ｄ５を有する第５の円柱ユニットとを備えるとともに、Ｄ３≧Ｄ４≧Ｄ５であり、
前記第４の円柱ユニットは前記第３の円柱ユニットに隣接し、前記第５の円柱ユニットは前記第４の円柱ユニットに隣接することを特徴とする請求項１１に記載の光学システム。
第４の直径Ｄ４を有する第４の円柱ユニットと、第５の直径Ｄ５を有する第５の円柱ユニットとを備えるとともに、Ｄ３≧Ｄ４≧Ｄ５であり、
前記第４の円柱ユニットは前記第３の円柱ユニットに隣接し、前記第５の円柱ユニットは前記第４の円柱ユニットに隣接することを特徴とする請求項１１に記載の光学システム。
【請求項13】
前記偏向器は、
第１の斜面と第１の底面とを有する第１の石英と、第２の斜面と第２の底面とを有する第２の石英と、第３の斜面と第３の底面とを有する第３の石英と、を備え、
前記第１の底面と、前記第２の底面と、前記第３の底面が互いに平行であり、
前記第１の石英は、前記第１の斜面と前記第１の底面との間に第１の角度θ１を有し、前記第２の石英は、前記第２の斜面と前記第２の底面との間に第２の角度θ２を有し、前記第３の石英は、前記第３の斜面と前記第３の底面との間に第３の角度θ３を有し、かつθ１＜θ２＜θ３であり、
前記第１の斜面上に第１のダイクロイックフィルタが配置され、前記第２の斜面上に第２のダイクロイックフィルタが配置され、前記第３の斜面上に第３のダイクロイックフィルタが配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
第１の斜面と第１の底面とを有する第１の石英と、第２の斜面と第２の底面とを有する第２の石英と、第３の斜面と第３の底面とを有する第３の石英と、を備え、
前記第１の底面と、前記第２の底面と、前記第３の底面が互いに平行であり、
前記第１の石英は、前記第１の斜面と前記第１の底面との間に第１の角度θ１を有し、前記第２の石英は、前記第２の斜面と前記第２の底面との間に第２の角度θ２を有し、前記第３の石英は、前記第３の斜面と前記第３の底面との間に第３の角度θ３を有し、かつθ１＜θ２＜θ３であり、
前記第１の斜面上に第１のダイクロイックフィルタが配置され、前記第２の斜面上に第２のダイクロイックフィルタが配置され、前記第３の斜面上に第３のダイクロイックフィルタが配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項14】
前記第２の角度θ２が４５度であることを特徴とする請求項１３に記載の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光学システムに関する。より詳細には、この光学システムは、偏向器の変形構造を含む。
【背景技術】
【0002】
格子結合器（Ｇｒａｔｉｎｇ ｃｏｕｐｌｅｒｓ）は、光デバイス上の導光レンズに出入りする外部光を伝送することにより、画像の送信に用いることができる。ただし、カラー画像の場合、外部光は、ＲＧＢ光のように異なる色となる複数の波長を含んでいる。波長の異なるカラー画像が同じ導光レンズ内で結合すると、それらの最初の回折角度が異なり、この結果ＲＧＢ光の光路が異なる可能性が高くなり、格子結合器外の領域での画像化という問題を引き起こす。そのため、上記課題を解決する必要がある。
【発明の概要】
【0003】
本開示の一態様では、光学システムを提供する。この光学システムは、プロジェクタ、偏向器、偏光子、第１の格子結合器構造、及び第２の格子結合器構造を含む。プロジェクタは波長の異なる３種のビームを放射する。偏向器は、プロジェクタの下方に配置され、３種のビームの入射角を変化させ、第１の格子結合器構造の同一領域に３種のビームを集光させるように構成されている。第１の格子結合器構造は、偏向器の下方にあり、３種のビームが導光レンズ内の同じ光路を移動するように、３種のビームを導光レンズ内で結合するように構成されている。導光レンズは、第１の格子結合器構造に接続され、３種のビームを伝送するように構成されている。偏光子は、プロジェクタと前記偏向器との間に配置される。この偏光子は、３種のビームの横電界（ＴＥ）モードまたは横磁界（ＴＭ）モードをフィルタで除外するように構成されている。第２の格子結合器構造は、導光レンズ上に配置され、３種のビームが同じ光路を移動した後に導光レンズから３種のビームが離れることを可能とするように構成されている。
【0004】
本開示のいくつかの実施形態によれば、偏向器は、基板と、第１の格子偏向器構造と、第２の格子偏向器構造とを含む。基板は、青色領域と、緑色領域と、赤色領域とを有し、青色領域と赤色領域とが緑色領域で分離されており、各領域が１ｍｍ～８ｍｍの範囲にある。第１の格子偏向器構造は、基板上の青色領域に配置される。第２の格子偏向器構造は、基板上の赤色領域に配置される。
【0005】
本開示のいくつかの実施形態によれば、青色領域と緑色領域（または緑色領域と赤色領域）との間隔は、１００ｎｍ～２ｍｍの範囲にある。
【0006】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第１の格子偏向器構造および第２の格子偏向器構造の各々は、ブレーズド格子構造、ｎステップ格子構造、傾斜格子構造、またはそれらの組み合わせを含み、ここで、第１の格子偏向器構造および第２の格子偏向器構造の各々の屈折率は、１．７～３．５の範囲である。
【0007】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第１の格子偏向器構造は、第１のメタ格子構造を含み、第１のメタ格子構造は、第１の幅Ｗ１を有する第１の縦長ユニットと、第２の幅Ｗ２を有する第２の縦長ユニットと、第３の幅Ｗ３を有する第３の縦長ユニットを備え、Ｗ１≦Ｗ２≦Ｗ３である。第１の縦長ユニット、第２の縦長ユニット、及び第３の縦長ユニットは、基板の青色領域の外側表面から基板の青色領域の内側表面に向けて順次配置される。
【0008】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第１のメタ格子構造はさらに、第４の幅Ｗ４を有する第４の縦長ユニットと、第５の幅Ｗ５を有する第５の縦長ユニットとを備え、Ｗ３≧Ｗ４≧Ｗ５である。第４の縦長ユニットは第３の縦長ユニットに隣接し、第５の縦長ユニットは第４の縦長ユニットに隣接する。
【0009】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第２の格子偏向器構造は、第２のメタ格子構造を含み、第２のメタ格子構造は、第４の幅Ｗ４を有する第４の縦長ユニットと、第５の幅Ｗ５を有する第５の縦長ユニットと、第６の幅Ｗ６を有する第６の縦長ユニットとを備え、Ｗ４≦Ｗ５≦Ｗ６である。第４の縦長ユニット、第５の縦長ユニット、及び第６の縦長ユニットは、基板の赤色領域の外側表面から基板の赤色領域の内側表面に向けて順次配置される。
【0010】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第２のメタ格子構造はさらに、第７の幅Ｗ７を有する第７の縦長ユニットと、第８の幅Ｗ８を有する第８の縦長ユニットとを備え、Ｗ６≧Ｗ７≧Ｗ８である。第７の縦長ユニットは第６の縦長ユニットに隣接し、第８の縦長ユニットは第７の縦長ユニットに隣接する。
【0011】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第１の縦長ユニット、第２の縦長ユニット、および第３の縦長ユニットは、第１の高さを有する。第４の縦長ユニット、第５の縦長ユニット、及び第６の縦長ユニットは、第２の高さを有する。第１の高さは第２の高さと同じである。
【0012】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第１の縦長ユニット、第２の縦長ユニット、および第３の縦長ユニットは、第１の高さを有する。第４の縦長ユニット、第５の縦長ユニット、及び第６の縦長ユニットは、第２の高さを有する。第１の高さは第２の高さとは異なる。
【0013】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第１の格子偏向器構造の第１の周期は、第２の格子偏向器構造の第２の周期と同じである。
【0014】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第１の格子偏向器構造の第１の周期は、第２の格子偏向器構造の第２の周期とは異なる。
【0015】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第１の格子偏向器構造は、第１のメタ格子構造を含み、第１のメタ格子構造は、幅方向にグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備える。第２の格子偏向器構造は、第２のメタ格子構造を含み、第２のメタ格子構造は、幅方向にグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備える。第１のメタ格子構造の縦長ユニットの数は、第２のメタ格子構造の縦長ユニットの数と同じである。
【0016】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第１の格子偏向器構造は、第１のメタ格子構造を含み、第１のメタ格子構造は、幅方向にグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備える。第２の格子偏向器構造は、第２のメタ格子構造を含み、第２のメタ格子構造は、幅方向にグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備える。第１のメタ格子構造の縦長ユニットの数は、第２のメタ格子構造の縦長ユニットの数とは異なる。
【0017】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第１の格子偏向器構造および第２の格子偏向器構造のそれぞれが、第１の直径Ｄ１を有する第１の円柱ユニットと、第２の直径Ｄ２を有する第２の円柱ユニットと、第３の直径Ｄ３を有する第３の円柱ユニットを備えるとともに、Ｄ１≦Ｄ２≦Ｄ３である。第１の円柱ユニット、第２の円柱ユニット、及び第３の円柱ユニットは、基板の青色領域又は赤色領域の外側表面から基板の青色領域又は赤色領域の内側表面に向けて順次配置されている。
【0018】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第１の格子偏向器構造および第２の格子偏向器構造のそれぞれが、第４の直径Ｄ４を有する第４の円柱ユニットと、第５の直径Ｄ５を有する第５の円柱ユニットを備えるとともに、Ｄ３≧Ｄ４≧Ｄ５である。第４の円柱ユニットは第３の円柱ユニットに隣接し、第５の円柱ユニットは第４の円柱ユニットに隣接する。
【0019】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第１の円柱ユニット、第２の円柱ユニット、および第３の円柱ユニットは、同じ高さを有する。
【0020】
本開示のいくつかの実施形態によれば、偏向器は、第１の斜面と第１の底面とを有する第１の石英と、第２の斜面と第２の底面とを有する第２の石英と、第３の斜面と第３の底面とを有する第３の石英と、を備え、第１の底面と、第２の底面と、第３の底面は互いに平行である。第１の石英は、第１の斜面と第１の底面との間に第１の角度θ１を有し、第２の石英は、第２の斜面と第２の底面との間に第２の角度θ２を有し、第３の石英は、第３の斜面と第３の底面との間に第３の角度θ３を有し、かつθ１＜θ２＜θ３である。第１の斜面上に第１のダイクロイックフィルタが配置され、第２の斜面上に第２のダイクロイックフィルタが配置され、第３の斜面上に第３のダイクロイックフィルタが配置される。
【0021】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第２の角度θ２は４５度である。
【0022】
本開示のいくつかの実施形態によれば、光学システムは、偏向器の脇に配置された光吸収体をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【0023】
本開示の態様は、添付の図と共に読まれると以下の詳細な説明から最もよく理解される。業界の標準的な慣行に従って、様々な特徴が縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。実際、様々な構成の寸法は、説明を明瞭にするために任意に拡大または縮小され得る。
【図1】本開示のいくつかの実施形態による一つのスマートグラスの概略図である。
【図3】本開示のいくつかの実施形態による光学システムの概略図である。
【図5A】３種の分離されたビームのうちの一つによる元の画像の模式図である。
【図5B】３種の分離されたビームのうちの一つによる元の画像の模式図である。
【図5C】３種の分離されたビームのうちの一つによる元の画像の模式図である。
【図5D】重なり合った着色画像の光学画像の模式図である。
【図12】本開示のいくつかの代替実施形態による偏向器の断面図である。
【図13】本開示のいくつかの代替実施形態による偏向器の断面図である。
【図14】本開示のいくつかの代替実施形態による偏向器の断面図である。
【図16】本開示のいくつかの実施形態による光学システムの概略図である。
【図19】本開示のいくつかの実施形態による光学システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下の開示は、提供された主題の異なる特徴を実施するための多くの異なる実施形態又は実施例を提供する。本開示を単純化するために構成要素および配置の具体例を以下に記載する。これらは、もちろん、単なる例であり、限定することを意図するものではない。例えば、以下の説明における第２の構成の上またはそれをまたぐ第１の構成の形成は、第１および第２の構成が直接接触して形成される実施形態を含むことができ、また、第１および第２の構成が直接接触しないように、第１の構成と第２の構成との間に追加の構成が形成され得る実施形態を含んでもよい。加えて、本開示は、種々の実施例において参照番号および／または文字を繰り返してもよい。この繰り返しは、単純化および明瞭化を目的としており、それ自体では、説明される様々な実施形態および／または構成間の関係を示すものではない。任意の要素／構成要素の数は単なる例示のためのものであり、本開示を限定する意図はないことを理解されたい。
【0025】
第１、第２などの用語は、様々な要素を記述するために本明細書で使用され得るが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないと理解されたい。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するためにのみ使用される。各実施形態の範囲から逸脱することなく、例えば、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用される場合、用語「および／または」は、関連する列挙された項目の１つ以上のいずれか、およびすべての組み合わせを含むものである。
【0026】
さらに、上や下など（「下」、「下方」、「下部」、「上方」、「上部」など）の空間的に相対的な用語は、図に例示されるように、ある要素または構成と別の要素または構成との関係を記述するためのものであり、説明を容易にするために本明細書で使用され得る。空間的に相対的な用語は、図に描かれた向きに加えて、使用中または動作中の装置の異なる向きを包含することを意図する。装置は、他の方向を向いていてもよく（９０度または他の向きに回転してもよく）、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子（ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒｓ）も同様に解されてもよい。
【0027】
さらに、数値または数値の範囲が「約」、「およそ」などと共に記載されている場合、この用語は、記載された数を含む合理的な範囲内にある数であり、例えば記載された数の＋／－１０％以内や、または当業者によって理解される他の値の範囲内にある数を包含することを意図する。例えば、「約５ｎｍ」という用語は、４．５ｎｍから５．５ｎｍまでの寸法範囲を包含するものと理解されたい。
【0028】
以下、本発明のいくつかの実施形態を、添付の図面とともに開示する。明確な説明のために、以下に多くの実用的な詳細を説明する。しかしながら、これらの実用的な詳細は、本発明を限定するために使用されるべきではないと理解されたい。すなわち、本発明のいくつかの実施形態において、これらの実用的な詳細は不要である。加えて、図面を単純化するために、いくつかの従来の構造および要素は、簡単な概略様式で図面に示され得る。
【0029】
ビームが様々な光学素子を通って導光レンズまたはガラスに入るとき、ＲＧＢ光は異なる光路を有することとなる。したがって、観察者の目から見ればＲＧＢ光の伝送がシフトする。異なる光路を有するＲＧＢ光によって引き起こされる伝送画像の問題を解決するため、複数の格子結合器および／または複数の光学素子を用いて、画像化のための同じ一つの光路を実現させていた。例えば、外光の３波長（光のＲＧＢ波長など）を別々に多重化するために、３つの別々の高屈折率ガラスを使用し、各ガラスは少なくとも１つの格子結合器を有し、それによってＲＧＢ波長を同じ光路に伝送させていた。しかし、３種の別々の高屈折率ガラスは、光学デバイスの厚さを増加させ、また、光学デバイスの製造コストも増加させるであろう。
【0030】
本開示の光学システムは、異なる位置から放出される３種の分離されたＲＧＢ画像の入射角を調整し、次いでＲＧＢ画像を１つの偏向器、１つの格子結合器、および１つの導光レンズを用いて結合する。加えて、本開示は、偏向器の変形構造を含む光学システムを提供する。偏向器としては、複数の縦長ユニットを有するメタ格子構造、複数の円柱ユニットを有するメタ格子構造、ｎステップ格子構造、ブレーズド格子構造、傾斜格子構造を挙げることができる。偏向器には、青色ダイクロイックフィルタ、緑色ダイクロイックフィルタ、赤色ダイクロイックフィルタを備えた３種の石英キューブ体を含めることもできる。本開示の光学システムは、光学デバイスの厚さを薄くし、ＲＧＢ光（画像）の高効率化を実現することができる。本開示は、拡張現実（ＡＲ）および仮想現実（ＶＲ）などのスマートグラスに適用され得る。
【0031】
図１は、本開示のいくつかの実施形態による一つのスマートグラス１００の概略図である。一つのスマートグラス１００は、アーム１１０と、光学デバイス１２０と、格子結合器構造１３０と、導光レンズ１４０とを備える。アーム１１０及び光学デバイス１２０は、方向Ｙに沿って延びており、光学デバイス１２０は、アーム１１０内に配置されている。格子結合器構造１３０は、アーム１１０の端部の周囲に配置されている。導光レンズ１４０は、方向Ｘに沿って延びている。
【0032】
図２は、図１の一つのスマートグラス１００の部分上面図である。光学デバイス１２０は、いくつかの要素を含む。図２は、明確化のために、格子構造１２１２および基板１２１４を含む偏向器１２１を単に図示しているにすぎない。光学デバイス１２０の詳細な図面は、以下の図３で詳述される。格子結合器構造１３０は、アーム１１０の端部と導光レンズ１４０の端部との交点に配置されている。具体的には、格子結合器構造１３０は、導光レンズ１４０の一つの表面上に配置されている。
【0033】
図３は、本開示のいくつかの実施形態による光学システム３００の概略図である。光学システム３００は、プロジェクタ１２２と、偏光子１２３と、コリメータ１２４と、フィルタ１２５と、偏向器１２１と、格子結合器構造１３０と、導光レンズ１４０と、光吸収体１５０とを含む。プロジェクタ１２２は、波長の異なる３種のビームを放射することができる。具体的には、３種のビームは方向Ｙに沿って延びている。プロジェクタ１２２から放射されるビームは、３種のビームに限定されず、多色光を発することもできる。３種のビームは、青色光ＢＬ、緑色光ＧＬ、及び赤色光ＲＬであってもよい。なお、以下の「３種のビーム」は、青色光ＢＬ、緑色光ＧＬ、赤色光ＲＬを指す。プロジェクタ１２２は、重なり合ったカラー画像５００（図５Ｄ参照）を３つの分けられたＲＧＢ画像（図５Ａ～図５Ｃ参照）に分離するように構成されている。いくつかの実施形態では、プロジェクタ１２２は、青色光ＢＬ、緑色光ＧＬ、および赤色光ＲＬが広帯域光であり得るように、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）プロジェクタであってもよい。偏光子１２３は、プロジェクタ１２２の下方に配置されている。具体的には、偏光子１２３は、プロジェクタ１２２と偏向器１２１との間に配置されている。偏光子１２３は、プロジェクタ１２２から放射する３種のビームの横電界（ＴＥ）モードまたは横磁界（ＴＭ）モードをフィルタで除外するように構成されている。コリメータ１２４は、偏光子１２３の下方に配置され、プロジェクタ１２２から放射される３種のビームの入射角を制限するように構成されている。フィルタ１２５は、コリメータ１２４の下方に配置され、プロジェクタ１２２から放射される３種のビームの波帯を狭くするように構成されている。いくつかの実施形態では、フィルタ１２５は、青色光ＢＬ用の青色ナローバンドパスフィルタと、緑色光ＧＬ用の緑色ナローバンドパスフィルタと、赤色光ＲＬ用の赤色ナローバンドパスフィルタとを含む。いくつかの実施形態では、偏光子１２３、コリメータ１２４、およびフィルタ１２５の配置は、交換可能としてもよい。
【0034】
図４は、プロジェクタ１２２から放射される３種のビームの波帯の模式図であり、３種のビームが図３のフィルタ１２５を透過したあとの図である。具体的には、青色光ＢＬ、緑色光ＧＬ、及び赤色光ＲＬがフィルタ１２５を透過した後、青色光ＢＬ、緑色光ＧＬ、及び赤色光ＲＬの波帯が狭くなる。いくつかの実施形態では、青色光ＢＬがフィルタ１２５を透過した後、青色光ＢＬの波長は、約４４０、４４６、４５７、４６５、４７３、または４８８ｎｍなどの４３０ｎｍ～４９１ｎｍの範囲で有り得る。いくつかの実施形態では、緑色光ＧＬがフィルタ１２５を透過した後、緑色光ＧＬの波長は、約５１５、５２０、５３２、５４３、または５６０ｎｍなどの５１０ｎｍ～５８１ｎｍの範囲で有り得る。いくつかの実施形態では、赤色光ＲＬがフィルタ１２５を透過した後、赤色光ＲＬの波長は、約６３０、６３３、６３７、または６５８ｎｍなどの５９０ｎｍ～６７１ｎｍの範囲で有り得る。なお、図３に示す青色光ＢＬ、緑色光ＧＬ、及び赤色光ＲＬも、他の色の光を含み得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、青色光ＢＬ、緑色光ＧＬ、および赤色光ＲＬは、３つの分離されたＲＧＢ画像を含む。
【0035】
もう一度図３を参照されたい。偏向器１２１は、フィルタ１２５の下方に配置されている。偏向器１２１は、格子構造１２１２と基板１２１４とを含む。格子構造１２１２は、基板１２１４上に配置されている。基板１２１４は、青色領域ＢＲと、緑色領域ＧＲと、赤色領域ＲＲとを含む。青色領域ＢＲと赤色領域ＲＲとは、図３に示すように緑色領域ＧＲで区切られている。格子構造１２１２は、基板１２１４の青色領域ＢＲ上に配置された第１の格子偏向器構造１２１２ａと、基板１２１４の赤色領域ＲＲ上に配置された第２の格子偏向器構造１２１２ｂとを有する。つまり、基板１２１４の緑色領域ＧＲ上に配置される格子構造は存在しない。図２および図３に示された格子構造１２１２は、単に分かり易くするために図示されていることを理解されたい。格子構造１２１２の詳細な配置については図６～図１４で、格子構造１２１２の変形構造については図１７Ａ～図１７Ｃで説明する。いくつかの実施形態では、第１の格子偏向器構造１２１２ａおよび第２の格子偏向器構造１２１２ｂの各々の屈折率は、例えば１．８、２．２、２．６、３．０、または３．４などの１．７～３．５の範囲である。いくつかの実施形態では、第１の格子偏向器構造１２１２ａおよび第２の格子偏向器構造１２１２ｂの各々は、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｓｉ３Ｎ４、またはＴａ２Ｏ５によって作製され得る。いくつかの実施形態では、基板１２１４は、透明基板であってもよく、ガラス、溶融シリカ、サファイア、セラミック、高分子樹脂、またはプラスチックからなっていてもよい。いくつかの実施形態では、基板１２１４の屈折率は、１．４、１．５、１．７、または１．９などの１．３～２．０の範囲で有り得る。
【0036】
図３において、格子結合器構造１３０及び導光レンズ１４０は、偏向器１２１の下方に配置されている。格子結合器構造１３０は、第１の格子結合器構造１３０ａと第２の格子結合器構造１３０ｂとを含む。第１の格子結合器構造１３０ａおよび第２の格子結合器構造１３０ｂは、導光レンズ１４０に接続されている。第１の格子結合器構造１３０ａは、偏向器１２１の下方にあり、３種のビーム（青色光ＢＬ、緑色光ＧＬ、赤色光ＲＬなど）を導光レンズ１４０内で結合して、３種のビームが導光レンズ１４０内の同じ光路を移動するように構成されている。導光レンズ１４０は、３種のビームを伝送するように構成されている。偏向器１２１は、３種のビームの入射角を変更し、格子結合器構造１３０の第１の格子結合器構造１３０ａの同一領域に３種のビームを集光させるように構成されている。具体的には、青色光ＢＬが偏向器１２１を通過した後、第１の格子結合器構造１３０ａに対する青色光ＢＬの青色偏向角θＢが形成される。同様に、赤色光ＲＬが偏向器１２１を通過した後、第１の格子結合器構造１３０ａに対する赤色光ＲＬの赤色偏向角θＲが形成される。格子結合器構造１３０の第２の格子結合器構造１３０ｂは、導光レンズ１４０上に配置され、３種のビームが同じ光路を移動した後に導光レンズ１４０から３種のビームが出るのを可能とする構成である。いくつかの実施形態では、第１の格子結合器構造１３０ａの構造および材料は、第２の格子結合器構造１３０ｂと同じである。いくつかの実施形態では、光吸収体１５０が、格子結合器構造１３０の下方に配置される。いくつかの実施形態では、光吸収体１５０は任意に選択可能である。光吸収体１５０は、１次回折光以外の０次光や（青色光ＢＬ、緑色光ＧＬ、赤色光ＲＬの）高次回折光などの非理想光を吸収するように構成されている。
【0037】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、分離された３種のビーム（青色光ＢＬ、緑色光ＧＬ、赤色光ＲＬ）の元の画像の模式図である。図５Ｄは、重なり合ったカラー画像５００の光学画像の模式図である。具体的には、図３を参照されたい。３種のビームが偏向器１２１を通過した後、３種のビームは進行方向を変え、その後、３種のビームが格子結合器構造１３０の第１の格子結合器構造１３０ａの同一領域上に集光することになる。したがって、３種のビームは結合して導光レンズ１４０内に入射する。次に、３種のビームは、方向Ｘに沿って導光レンズ１４０内の同じ光路を移動する。最後に、３種のビームは格子結合器構造１３０の第２の格子結合器構造１３０ｂを介して結合が外れ、図５Ｄに示す重なり合った着色画像５００を形成するために３種のビームが分離する。
【0038】
図６は、図３の偏向器１２１の拡大図である。図６に示す格子構造１２１２の第１の格子偏向器構造１２１２ａおよび第２の格子偏向器構造１２１２ｂはいずれもメタ格子構造である。つまり、図３の第１の格子偏向器構造１２１２ａは、図６の第１のメタ格子構造１２１２ａｍとして、図３の第２の格子偏向器構造１２１２ｂは、図６の第２のメタ格子構造１２１２ｂｍとして理解され得る。本明細書において「メタ格子構造」とは、格子構造中のユニットが異なり、かつ、ユニットの幅が規則的に増減していることを意味するものと理解されたい。図６に示すように、複数の第１のメタ格子構造１２１２ａｍは、基板１２１４の青色領域ＢＲ上に配置されている。いくつかの実施形態では、第１のメタ格子構造１２１２ａｍの数は、１２５～８０００の範囲で、例えば約２００～４０００である。いくつかの実施形態では、第１のメタ格子構造１２１２ａｍの周期ＰＢは、１０００～８０００ｎｍの範囲で、例えば約２０００～５０００ｎｍである。いくつかの実施形態では、第１のメタ格子構造１２１２ａｍの高さＨＢは、２０～２０００ｎｍの範囲で、例えば約１００～１０００ｎｍである。同様に、複数の第２のメタ格子構造１２１２ｂｍが基板１２１４の赤色領域ＲＲ上に配置されている。いくつかの実施形態では、第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの数は、１２５～８０００の範囲で、例えば、約２００～４０００である。いくつかの実施形態では、第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの周期ＰＲは、１０００～８０００ｎｍの範囲で、例えば約２０００～５０００ｎｍである。いくつかの実施形態では、第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの高さＨＲは、２０～２０００ｎｍの範囲で、例えば約１００～１０００ｎｍである。いくつかの実施形態では、基板１２１４の青色領域ＢＲの幅ＷＢＲ、緑色領域ＧＲの幅ＷＧＲ、および赤色領域ＲＲの幅ＷＲＲの各々は、１～８ｍｍの範囲である。いくつかの実施形態では、青色領域ＢＲと緑色領域ＧＲとの間の間隔Ｓ、および緑色領域ＧＲと赤色領域ＲＲとの間の間隔Ｓは、１００ｎｍ～２ｍｍの範囲で、例えば約１０～２００μｍである。
【0039】
図７および図８は、本開示のいくつかの実施形態における図６の偏向器１２１、１２１Ａの上面図である。具体的には、図７の偏向器１２１の線Ｌ１－Ｌ１’に沿った図は図６であり、図８の偏向器１２１Ａの線Ｌ２－Ｌ２’に沿った図も図６である。図７を参照すると、格子構造１２１２の第１のメタ格子構造１２１２ａｍ及び第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの形状は、縦長である。図８を参照すると、格子構造１２１２の第１のメタ格子構造１２１２ａｍ及び第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの形状は円柱である。図７の偏向器１２１も、図８の偏向器１２１Ａも、断面図は、図６に示すものと同じである。
【0040】
図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ、図６の第１のメタ格子構造１２１２ａｍ及び第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの拡大図である。図９Ａを参照されたい、第１のメタ格子構造１２１２ａｍは、第１の幅Ｗ１Ｂを有する第１の縦長ユニットＵ１Ｂと、第２の幅Ｗ２Ｂを有する第２の縦長ユニットＵ２Ｂと、第３の幅Ｗ３Ｂを有する第３の縦長ユニットＵ３Ｂと、第ｔ－１番目の幅Ｗｔ－１Ｂを有する第ｔ－１番目の縦長ユニットＵｔ－１Ｂと、第ｔ番目の幅ＷｔＢを有する第ｔ番目の縦長ユニットＵｔＢを備えるとともに、Ｗ１Ｂ≦Ｗ２Ｂ≦Ｗ３Ｂ≦Ｗｔ－１Ｂ≦ＷｔＢである。つまり、第１のメタ格子構造１２１２ａｍの複数の縦長ユニットは、幅方向にグラデーションを有する。第１のメタ格子構造１２１２ａｍは、ｔ個の縦長ユニットを備え、ｔはｔ≧４であって、例えば５、６、８、または１０で有り得る。具体的には、図９Ａに示すように、第１のメタ格子構造１２１２ａｍの周期ＰＢと数ｔによりピッチをＰＢ／ｔと定義する。図６及び図９Ａを参照して、第１の縦長ユニットＵ１Ｂ、第２の縦長ユニットＵ２Ｂ、及び第３の縦長ユニットＵ３Ｂは、基板１２１４の青色領域ＢＲの外側表面から基板１２１４の青色領域ＢＲの内側表面に向けて順次配置されている。
【0041】
図９Ｂを参照されたい。第２のメタ格子構造１２１２ｂｍは、第１の幅Ｗ１Ｒを有する第１の縦長ユニットＵ１Ｒと、第２の幅Ｗ２Ｒを有する第２の縦長ユニットＵ２Ｒと、第３の幅Ｗ３Ｒを有する第３の縦長ユニットＵ３Ｒと、第ｍ－１番目の幅Ｗｍ－１Ｒを有する第ｍ－１番目の縦長ユニットＵｍ－１Ｒと、第ｍ番目の幅ＷｍＲを有する第ｍ番目の縦長ユニットＵｍＲを備えるとともに、Ｗ１Ｒ≦Ｗ２Ｒ≦Ｗ３Ｒ≦Ｗｍ－１Ｒ≦ＷｍＲである。つまり、第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの複数の縦長ユニットは、幅方向にグラデーションを有する。第２のメタ格子構造１２１２ｂｍは、ｍ個の縦長ユニットを備え、ｍはｍ≧４であって、例えば５、６、８、または１０で有り得る。具体的には、図９Ｂに示すように、第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの周期ＰＲと数ｍによりピッチをＰＲ／ｍと定義する。図６及び図９Ｂを参照して、第１の縦長ユニットＵ１Ｒ、第２の縦長ユニットＵ２Ｒ、及び第３の縦長ユニットＵ３Ｒは、基板１２１４の赤色領域ＲＲの外側表面から基板１２１４の赤色領域ＲＲの内側表面に向けて順次配置されている。
【0042】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれ、図９Ａ及び図９Ｂの第１のメタ格子構造１２１２ａｍ及び第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの変形構造の拡大図である。同じ構成は、同じ参照符号でラベル付けされ、同じ構成の説明は、以下の図では繰り返さない。図９Ａと図１０Ａとの相違点は、図１０Ａの第１のメタ格子構造１２１２ａｍが、第ｔ＋１番目の幅Ｗｔ＋１Ｂを有する第ｔ＋１番目の縦長ユニットＵｔ＋１Ｂと、第ｔ＋２番目の幅Ｗｔ＋２Ｂを有する第ｔ＋２番目の縦長ユニットＵｔ＋２Ｂとをさらに備えるとともに、ＷｔＢ≧Ｗｔ＋１Ｂ≧Ｗｔ＋２Ｂである。第ｔ＋１番目の縦長ユニットＵｔ＋１Ｂは第ｔ番目の縦長ユニットＵｔＢに隣接し、第ｔ＋２番目の縦長ユニットＵｔ＋２Ｂは第ｔ＋１番目の縦長ユニットＵｔ＋１Ｂに隣接する。
【0043】
図９Ｂと図１０Ｂとの相違点は、図１０Ｂの第２のメタ格子構造１２１２ｂｍが、第ｍ＋１番目の幅Ｗｍ＋１Ｒを有する第ｍ＋１番目の縦長ユニットＵｍ＋１Ｒと、第ｍ＋２番目の幅Ｗｍ＋２Ｒを有する第ｍ＋２番目の縦長ユニットＵｍ＋２Ｒとをさらに備えるとともに、ＷｍＲ≧Ｗｍ＋１Ｒ≧Ｗｍ＋２Ｒである。第ｍ＋１番目の縦長ユニットＵｍ＋１Ｒは第ｍ番目の縦長ユニットＵｍＲに隣接し、第ｍ＋２番目の縦長ユニットＵｍ＋２Ｒは第ｍ＋１番目の縦長ユニットＵｍ＋１Ｒに隣接する。
【0044】
図１１は、図８の偏向器１２１Ａの第１のメタ格子構造１２１２ａｍの変形構造の上面図である。具体的には、図１１の第１のメタ格子構造１２１２ａｍの断面図として、図１０Ａを参照し得る。図１１の第１のメタ格子構造１２１２ａｍは円柱状であり、Ｘ－Ｚ断面から見ると複数の円形状を有している。図１１に示すように、第１のメタ格子構造１２１２ａｍは、第１の直径Ｄ１Ｂを有する第１の円柱ユニットＵ１Ｂと、第２の直径Ｄ２Ｂを有する第２の円柱ユニットＵ２Ｂと、第３の直径Ｄ３Ｂを有する第３の円柱ユニットＵ３Ｂと、第ｔ－１番目の直径Ｄｔ－１Ｂを有する第ｔ－１番目の円柱ユニットＵｔ－１Ｂと、第ｔ番目の直径ＤｔＢを有する第ｔ番目の円柱ユニットＵｔＢとを備えるとともに、Ｄ１Ｂ≦Ｄ２Ｂ≦Ｄ３Ｂ≦Ｄｔ－１Ｂ≦ＤｔＢである。図１１の第１のメタ格子構造１２１２ａｍは、さらに、第ｔ＋１番目の直径Ｄｔ＋１Ｂを有する第ｔ＋１番目の円柱ユニットＵｔ＋１Ｂと、第ｔ＋２番目の直径Ｄｔ＋２Ｂを有する第ｔ＋２番目の円柱ユニットＵｔ＋２Ｂとを備えるとともに、ＤｔＢ≧Ｄｔ＋１Ｂ≧Ｄｔ＋２Ｂである。第ｔ＋１番目の円柱ユニットＵｔ＋１Ｂは第ｔ番目の円柱ユニットＵｔＢに隣接し、第ｔ＋２番目の円柱ユニットＵｔ＋２Ｂは第ｔ＋１番目の円柱ユニットＵｔ＋１Ｂに隣接する。図１１の第１のメタ格子構造１２１２ａｍの配置位置は、図８の第１のメタ格子構造１２１２ａｍの配置位置と類似することがわかり得る。その詳細は繰り返し説明しない。なお、第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの変形構造は、図１１に示す第１のメタ格子構造１２１２ａｍの左右対称のミラー構造とすることができる。
【0045】
図６、図９Ａ、図９Ｂを再度参照されたい。縦方向／円柱ユニットＵ１Ｂ、Ｕ２Ｂ、Ｕ３Ｂ、Ｕｔ－１Ｂ、ＵｔＢはすべて同じ高さＨＢを有する。縦方向／円柱ユニットＵ１Ｒ、Ｕ２Ｒ、Ｕ３Ｒ、Ｕｍ－１Ｒ、ＵｍＲはすべて同じ高さＨＲを有する。いくつかの実施形態では、図６に示すように、第１のメタ格子構造１２１２ａｍの高さＨＢは、第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの高さＨＲと同じである。いくつかの実施形態では、図６に示すように、第１のメタ格子構造１２１２ａｍの周期ＰＢは、第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの周期ＰＲと同じである。
【0046】
図１２、図１３、および図１４は、本開示のいくつかの代替実施形態による偏向器１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄの断面図である。いくつかの実施形態では、図１２の偏向器１２１Ｂに示すように、第１のメタ格子構造１２１２ａｍの高さＨＢは、第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの高さＨＲとは異なる。いくつかの実施形態では、図１３の偏向器１２１Ｃおよび図１４の偏向器１２１Ｄに示すように、第１のメタ格子構造１２１２ａｍの周期ＰＢは、第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの周期ＰＲとは異なる。具体的には、図１３において、第１のメタ格子構造１２１２ａｍの縦長ユニットの数は、第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの縦長ユニットの数よりも多い。図１４において、第１のメタ格子構造１２１２ａｍの縦長ユニット間のピッチＰＢ／ｔは、第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの縦長ユニット間のピッチＰＲ／ｍよりも小さい。
【0047】
図１５は、図３の格子結合器構造１３０を有する導光レンズ１４０の断面図である。格子結合器構造１３０は、第１格子結合器構造１３０ａ及び第２格子結合器構造１３０ｂを含む。図１５に示す格子結合器構造１３０は、傾斜格子結合器構造である。具体的には、格子結合器構造１３０は、左下点ＢＬ、右下点ＢＲ、左上点ＵＬ、及び右上点ＵＲの位置によって定義される。いくつかの実施形態では、格子結合器構造１３０の周期ＰＧＣは、３００ｎｍから５００ｎｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、格子結合器構造１３０の高さＨＧＣは、１００ｎｍ～６００ｎｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、格子結合器構造１３０の屈折率は、１．７～３．５の範囲であり、１．８、２．５、２．９、または３．４などである。いくつかの実施形態では、導光レンズ１４０の屈折率は、格子結合器構造１３０の屈折率と同じかまたは類似したものである。
【0048】
以下の表１～３、図３、図７、図１５を参照されたい。これは実験例１を示し、格子構造１２１２の第１のメタ格子構造１２１２ａｍ及び第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの形状が縦長であり、フィルタ１２５がＴＭモードの条件下での実験例を示すものである。
【0049】
【表1】
【0050】
【表2】
【0051】
【表3】
【0052】
実験例１では、表３から、青色光ＢＬの総合効率が６２．０２％、緑色光ＧＬの総合効率が９５．５９％、赤色光ＲＬの総合効率が６２．０２％であることが分かる。この例は、ＲＧＢ光の効率が良かったと考えられる。
【0053】
以下の表４～６、図３、図７、図１５を参照されたい。これは実験例２を示し、格子構造１２１２の第１のメタ格子構造１２１２ａｍ及び第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの形状が縦長であり、フィルタ１２５がＴＥモードの条件下での実験例を示すものである。
【0054】
【表4】
【0055】
【表5】
【0056】
【表6】
【0057】
実験例２では、表６から、青色光ＢＬの総合効率が４７．１０％、緑色光ＧＬの総合効率が８６．４２％、赤色光ＲＬの総合効率が４４．８８％であることが分かる。この例は、ＲＧＢ光の効率が良かったと考えられる。
【0058】
以下の表７～９、図３、図８、図１５を参照されたい。これは実験例３を示し、格子構造１２１２の第１のメタ格子構造１２１２ａｍ及び第２のメタ格子構造１２１２ｂｍの形状が円柱であり、フィルタ１２５がＴＥモードの条件下での実験例を示すものである。
【0059】
【表7】
【0060】
【表8】
【0061】
【表9】
【0062】
実験例３では、表９から、青色光ＢＬの総合効率が６７．４４％、緑色光ＧＬの総合効率が８８．８０％、赤色光ＲＬの総合効率が６７．４４％であることが分かる。この例は、ＲＧＢ光の効率が良かったと考えられる。
【0063】
図１６は、本開示のいくつかの実施形態による光学システム１６００の概略図である。図１７Ａは、図１６の第１の格子偏向器構造１２１２ａの拡大図である。図１７Ｂ及び図１７Ｃは、図１６の第１の格子偏向器構造１２１２ａに対する変形構造の拡大図である。図１６の格子構造１２１２の第１格子偏向器構造１２１２ａは、図１７Ａに示す３ステップ格子構造１２１２ａ１、図１７Ｂに示すブレーズド格子構造１２１２ａ２、図１７Ｃに示す傾斜格子構造１２１２ａ３、又はこれらの組み合わせであってもよい。
【0064】
図１６の光学システム１６００と図３の光学システム３００との相違点は格子構造１２１２である。具体的には、図３の格子構造１２１２の第１の格子偏向器構造１２１２ａおよび第２の格子偏向器構造１２１２ｂはメタ格子構造である。いくつかの実施形態では、図１６の格子構造１２１２の第１の格子偏向器構造１２１２ａおよび第２の格子偏向器構造１２１２ｂは、３ステップ格子構造１２１２ａ１である（図１７Ａを参照されたい）。図１６の３ステップ格子構造の数は単に例示であり、本開示を限定するものではないことが理解され得る。
【0065】
図１７Ａを参照されたい。３ステップ格子構造１２１２ａ１は、複数の垂直側壁１７３，１７５及び複数の水平面１７２，１７４を含む。水平面１７４は、垂直側壁１７３，１７５に隣接している。なお、図１７Ａに示す格子構造１２１２ａ１は、３ステップ格子構造であるが、ｎ≧３のｎステップ格子構造であってもよい。図１７Ｂを参照されたい。ブレーズド格子構造１２１２ａ２は、傾斜側壁１７６を備えている。傾斜側壁１７６は、ブレーズド格子構造１２１２ａ２の上部からブレーズド格子構造１２１２ａ２の底部まで延びており、ブレーズド格子構造１２１２ａ２の幅は、ブレーズド格子構造１２１２ａ２の上部からブレーズド格子構造１２１２ａ２の底部にかけて徐々に大きくなる構成である。図１７Ｃを参照されたい。傾斜格子構造１２１２ａ３は、傾斜側壁１７７，１７８及び上面１７９を備えている。上面１７９は、傾斜側壁１７７，１７８に隣接している。傾斜格子構造１２１２ａ３の傾斜側壁１７７，１７８の各々は、第１の斜面と第２の斜面とを有する。いくつかの実施形態では、第１の斜面は、第２の斜面と同じである。いくつかの実施形態では、第１の斜面は、第２の斜面よりも小さい。なお、第２格子偏向器構造１２１２ｂの変形構造は、図１７Ａ～図１７Ｃに示す第１の格子偏向器構造１２１２ａの左右対称のミラー構造とすることができる。．
【0066】
図１８は、図１の一つのスマートグラス１００の部分上面図である。図２のスマートグラス１００と図１８のスマートグラス１００Ａとの相違点は、光学デバイス１２０、１２０ａである。光学デバイス１２０ａの詳細な図面については、後述の図１９で説明する。同じ構成は、同じ参照符号でラベル付けされ、同じ構成の説明は、以下の図では繰り返さない。
【0067】
図１９は、本開示のいくつかの実施形態による光学システム１９００の概略図である。光学システム１９００は、プロジェクタ１２２、偏光子１２３、コリメータ１２４、フィルタ１２５、偏向器１２１Ｅ、光吸収体１９１０、格子結合器構造１３０、導光レンズ１４０、および光吸収体１５０を含む。偏向器１２１Ｅは、青色光ＢＬ用の青色ダイクロイックフィルタ１９２２と、緑色光ＧＬ用の緑色ダイクロイックフィルタ１９２４と、赤色光ＲＬ用の赤色ダイクロイックフィルタ１９２６とを備えている。青色ダイクロイックフィルタ１９２２、緑色ダイクロイックフィルタ１９２４、赤色ダイクロイックフィルタ１９２６は、光を反射するためのフィルタコーティングと理解され得る。
【0068】
図２０は、図１９の偏向器１２１Ｅの一部分の図である。偏向器１２１Ｅは、第１の斜面ＯＳＢと第１の底面ＢＳＢとを有する石英１９３２と、第２の斜面ＯＳＧと第２の底面ＢＳＧとを有する石英１９３４と、第３の斜面ＯＳＲと第３の底面ＢＳＲとを有する石英１９３６とを備える。石英１９３２の第１の底面ＢＳＢ、石英１９３４の第２の底面ＢＳＧ、及び石英１９３６の第３の底面ＢＳＲは互いに平行である。石英１９３２は、石英１９３２の第１の斜面ＯＳＢと第１の底面ＢＳＢとの間に第１の角度θ１を有する。石英１９３４は、石英１９３４の第２の斜面ＯＳＧと第２の底面ＢＳＧとの間に第２の角度θ２を有する。石英１９３６は、石英１９３６の第３の斜面ＯＳＲと第３の底面ＢＳＲとの間に第３の角度θ３を有する。いくつかの実施形態では、第２の角度θ２は４５度であり、図２０に示すようにθ１＜θ２＜θ３と成り得る。
【0069】
なお、図２０を参照されたい。青色ダイクロイックフィルタ１９２２は第１の斜面ＯＳＢ上に配置され、緑色ダイクロイックフィルタ１９２４は第２の斜面ＯＳＧ上に配置され、赤色ダイクロイックフィルタ１９２６は第３の斜面ＯＳＲ上に配置される。青色ダイクロイックフィルタ１９２２は、石英１９３２と石英１９３３との間に位置合わせされ、青色偏向器キューブ体として組み立てられているものと理解され得る。緑色ダイクロイックフィルタ１９２４は、石英１９３４と石英１９３５との間に位置合わせされ、緑色偏向器キューブ体として組み立てられている。赤色ダイクロイックフィルタ１９２６は、石英１９３６と石英１９３７との間に位置合わせされ、赤色偏向器キューブ体として組み立てられている。いくつかの実施形態では、青色偏向器キューブ体、緑色偏向器キューブ体、および赤色偏向器キューブ体のそれぞれの厚さは、１～１０ｍｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、青色偏向器キューブ体に対して波長が４００ｎｍより小さい光の透過率は９０％より大きく、青色偏向器キューブ体に対して波長が４００ｎｍより大きい光の反射率は９０％より大きい。いくつかの実施形態では、緑色偏向器キューブ体に対して波長が５００ｎｍより小さい光の透過率は９０％より大きく、緑色偏向器キューブ体に対して波長が５００ｎｍより大きい光の反射率は９０％より大きい。いくつかの実施形態では、赤色偏向器キューブ体に対して波長が５８５ｎｍより小さい光の透過率は９０％より大きく、赤色偏向器キューブ体に対して波長が５８５ｎｍより大きい光の反射率は９０％より大きい。青色偏向器キューブ体、緑色偏向器キューブ体、赤色偏向器キューブ体は、３種のビーム（３つの分けられたＲＧＢ画像、図５Ａ～図５Ｃ参照）の入射角を調整し、第１の格子結合器構造１３０ａ（図１９参照）の同一の領域上に当該ビームを結合されたカラー画像（図５Ｄ参照）として晒されるように構成されている。
【0070】
再度図１９を参照されたい。光吸収体１９１０は、偏向器１２１Ｅの脇（図１９では右側）に配置されている。光吸収体１９１０は、光学デバイス１２０ａ（図１８参照）の青色ダイクロイックフィルタ１９２２、緑色ダイクロイックフィルタ１９２４、赤色ダイクロイックフィルタ１９２６で反射されないビームを吸収するように構成されている。格子結合器構造１３０、導光レンズ１４０、及び光吸収体１５０は、偏向器１２１Ｅの下方（図１９の下側）に配置されている。プロジェクタ１２２から出射された３種のビーム（青色光ＢＬ、緑色光ＧＬ、赤色光ＲＬ）は、青色ダイクロイックフィルタ１９２２、緑色ダイクロイックフィルタ１９２４、赤色ダイクロイックフィルタ１９２６で反射され、その後、３種のビームは入射角を変えて格子結合器構造１３０の第１の格子結合器構造１３０ａの同一領域に集光する。
【0071】
本開示の光学システムは、異なる位置から放射される３種の分離したＲＧＢ画像の入射角を調整し、次いで、ＲＧＢ画像を１つの偏向器、１つの格子結合器、および１つの導光レンズで結合する。加えて、本開示は、偏向器の変形構造を含む光学システムを提供する。偏向器としては、複数の縦長ユニットを有するメタ格子構造、複数の円柱ユニットを有するメタ格子構造、ｎステップ格子構造、ブレーズド格子構造、傾斜格子構造を挙げることができる。偏向器には、青色ダイクロイックフィルタ、緑色ダイクロイックフィルタ、赤色ダイクロイックフィルタを備えた３つの石英キューブ体を含めることもできる。本開示の光学システムは、光学デバイスの厚みを削減でき、ＲＧＢ光（画像）の高効率化を実現することができる。
【0072】
上記は、当業者が本開示の態様をよりよく理解し得るように、いくつかの実施形態の特徴を概説している。当業者は、本明細書で紹介した実施形態の同じ目的を実行し、かつ／または同じ利点を達成するために、他のプロセスおよび構造を設計または修正するための基礎として、本開示を容易に使用し得ることを理解すべきである。当業者はまた、そのような同等の構成が本開示の精神および範囲から逸脱しないこと、および同業者が本開示の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更、置換、および変更を行い得ることを認識すべきである。
【符号の説明】
【0073】
１２１、１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄ、１２１Ｅ 偏向器
１２２ プロジェクタ
１２３ 偏光子
１２５ フィルタ
１３０ 格子結合器構造
１３０ａ 第１の格子結合器構造
１３０ｂ 第２の格子結合器構造
１４０ 導光レンズ
３００、１６００、１９００ 光学システム
１２１２ａ 第１の格子偏向器構造
１２１２ｂ 第２の格子偏向器構造
１２１２ａｍ 第１のメタ格子構造
１２１２ｂｍ 第２のメタ格子構造
１２１２ａ１ ３ステップ格子構造
１２１２ａ２ ブレーズド格子構造
１２１２ａ３ 傾斜格子構造
１２１４ 基板
１９２２ 青色ダイクロイックフィルタ
１９２４ 緑色ダイクロイックフィルタ
１９２６ 赤色ダイクロイックフィルタ
１９３２、１９３４、１９３６ 石英
ＢＲ 青色領域
ＧＲ 緑色領域
ＲＲ 赤色領域
ＢＳＢ 第１の底面
ＢＳＧ 第２の底面
ＢＳＲ 第３の底面
Ｄ１Ｂ 第１の直径
Ｄ２Ｂ 第２の直径
Ｄ３Ｂ 第３の直径
ＯＳＢ 第１の斜面
ＯＳＧ 第２の斜面
ＯＳＲ 第３の斜面
Ｕ１Ｂ 第１の縦長ユニット、第１の円柱ユニット
Ｕ１Ｒ 第１の縦長ユニット
Ｕ２Ｂ 第２の縦長ユニット、第２の円柱ユニット
Ｕ２Ｒ 第２の縦長ユニット
Ｕ３Ｂ 第３の縦長ユニット、第３の円柱ユニット
Ｕ３Ｒ 第３の縦長ユニット
Ｗ１Ｂ、Ｗ１Ｒ 第１の幅
Ｗ２Ｂ、Ｗ２Ｒ 第２の幅
Ｗ３Ｂ、Ｗ３Ｒ 第３の幅
θ１ 第１の角度
θ２ 第２の角度
θ３ 第３の角度
１２２ プロジェクタ
１２３ 偏光子
１２５ フィルタ
１３０ 格子結合器構造
１３０ａ 第１の格子結合器構造
１３０ｂ 第２の格子結合器構造
１４０ 導光レンズ
３００、１６００、１９００ 光学システム
１２１２ａ 第１の格子偏向器構造
１２１２ｂ 第２の格子偏向器構造
１２１２ａｍ 第１のメタ格子構造
１２１２ｂｍ 第２のメタ格子構造
１２１２ａ１ ３ステップ格子構造
１２１２ａ２ ブレーズド格子構造
１２１２ａ３ 傾斜格子構造
１２１４ 基板
１９２２ 青色ダイクロイックフィルタ
１９２４ 緑色ダイクロイックフィルタ
１９２６ 赤色ダイクロイックフィルタ
１９３２、１９３４、１９３６ 石英
ＢＲ 青色領域
ＧＲ 緑色領域
ＲＲ 赤色領域
ＢＳＢ 第１の底面
ＢＳＧ 第２の底面
ＢＳＲ 第３の底面
Ｄ１Ｂ 第１の直径
Ｄ２Ｂ 第２の直径
Ｄ３Ｂ 第３の直径
ＯＳＢ 第１の斜面
ＯＳＧ 第２の斜面
ＯＳＲ 第３の斜面
Ｕ１Ｂ 第１の縦長ユニット、第１の円柱ユニット
Ｕ１Ｒ 第１の縦長ユニット
Ｕ２Ｂ 第２の縦長ユニット、第２の円柱ユニット
Ｕ２Ｒ 第２の縦長ユニット
Ｕ３Ｂ 第３の縦長ユニット、第３の円柱ユニット
Ｕ３Ｒ 第３の縦長ユニット
Ｗ１Ｂ、Ｗ１Ｒ 第１の幅
Ｗ２Ｂ、Ｗ２Ｒ 第２の幅
Ｗ３Ｂ、Ｗ３Ｒ 第３の幅
θ１ 第１の角度
θ２ 第２の角度
θ３ 第３の角度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図18】
【図19】
【図20】
【手続補正書】
【提出日】2023-08-25
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
波長の異なる３種のビームを放射するプロジェクタと、
前記プロジェクタの下方に配置され、前記３種のビームの入射角を変更し、第１の格子結合器構造の同じ領域に前記３種のビームを集光させるように構成された偏向器であって、
前記第１の格子結合器構造は、前記偏向器の下方にあり、前記３種のビームが導光レンズ内の同じ光路を移動するように前記３種のビームを前記導光レンズ内で結合するように構成され、
前記導光レンズは、前記第１の格子結合器構造に接続され、前記３種のビームを伝送するように構成される、偏向器と、
前記プロジェクタと前記偏向器との間に配置され、前記３種のビームの横電界（ＴＥ）モードまたは横磁界（ＴＭ）モードをフィルタで除外するように構成された偏光子と、
前記導光レンズ上に配置され、前記３種のビームが前記同じ光路を移動した後に、前記３種のビームが前記導光レンズから離れることを可能にするように構成された第２の格子結合器構造と、
を備えることを特徴とする光学システム。
前記プロジェクタの下方に配置され、前記３種のビームの入射角を変更し、第１の格子結合器構造の同じ領域に前記３種のビームを集光させるように構成された偏向器であって、
前記第１の格子結合器構造は、前記偏向器の下方にあり、前記３種のビームが導光レンズ内の同じ光路を移動するように前記３種のビームを前記導光レンズ内で結合するように構成され、
前記導光レンズは、前記第１の格子結合器構造に接続され、前記３種のビームを伝送するように構成される、偏向器と、
前記プロジェクタと前記偏向器との間に配置され、前記３種のビームの横電界（ＴＥ）モードまたは横磁界（ＴＭ）モードをフィルタで除外するように構成された偏光子と、
前記導光レンズ上に配置され、前記３種のビームが前記同じ光路を移動した後に、前記３種のビームが前記導光レンズから離れることを可能にするように構成された第２の格子結合器構造と、
を備えることを特徴とする光学システム。
【請求項2】
前記偏向器は、
青色領域、緑色領域、および赤色領域を有し、前記青色領域および前記赤色領域が前記緑色領域によって分離されている、基板と、
前記基板の前記青色領域上に配置された第１の格子偏向器構造と、
前記基板の前記赤色領域上に配置された第２の格子偏向器構造と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
青色領域、緑色領域、および赤色領域を有し、前記青色領域および前記赤色領域が前記緑色領域によって分離されている、基板と、
前記基板の前記青色領域上に配置された第１の格子偏向器構造と、
前記基板の前記赤色領域上に配置された第２の格子偏向器構造と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項3】
前記青色領域と前記緑色領域との間隔が１００ｎｍ～２ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
【請求項4】
前記第１の格子偏向器構造及び前記第２の格子偏向器構造の各々が、ブレーズド格子構造、ｎステップ格子構造、傾斜格子構造、又はこれらの組み合わせを含み、前記第１の格子偏向器構造及び前記第２の格子偏向器構造の各々の屈折率が１．７～３．５の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
【請求項5】
前記第１の格子偏向器構造は、第１のメタ格子構造を含み、
前記第１のメタ格子構造は、第１の幅Ｗ１を有する第１の縦長ユニットと、第２の幅Ｗ２を有する第２の縦長ユニットと、第３の幅Ｗ３を有する第３の縦長ユニットとを備えるとともに、Ｗ１≦Ｗ２≦Ｗ３であり、
前記第１の縦長ユニット、前記第２の縦長ユニット、及び前記第３の縦長ユニットは、前記基板の前記青色領域の外側表面から前記基板の前記青色領域の内側表面に向けて順次配置されることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
前記第１のメタ格子構造は、第１の幅Ｗ１を有する第１の縦長ユニットと、第２の幅Ｗ２を有する第２の縦長ユニットと、第３の幅Ｗ３を有する第３の縦長ユニットとを備えるとともに、Ｗ１≦Ｗ２≦Ｗ３であり、
前記第１の縦長ユニット、前記第２の縦長ユニット、及び前記第３の縦長ユニットは、前記基板の前記青色領域の外側表面から前記基板の前記青色領域の内側表面に向けて順次配置されることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
【請求項6】
前記第１のメタ格子構造は、さらに、第４の幅Ｗ４を有する第４の縦長ユニットと、第５の幅Ｗ５を有する第５の縦長ユニットとを備えるとともに、Ｗ３≧Ｗ４≧Ｗ５であり、
前記第４の縦長ユニットは前記第３の縦長ユニットに隣接し、前記第５の縦長ユニットは前記第４の縦長ユニットに隣接することを特徴とする請求項５に記載の光学システム。
前記第４の縦長ユニットは前記第３の縦長ユニットに隣接し、前記第５の縦長ユニットは前記第４の縦長ユニットに隣接することを特徴とする請求項５に記載の光学システム。
【請求項7】
前記第２の格子偏向器構造は、第２のメタ格子構造を含み、
前記第２のメタ格子構造は、第４の幅Ｗ４を有する第４の縦長ユニットと、第５の幅Ｗ５を有する第５の縦長ユニットと、第６の幅Ｗ６を有する第６の縦長ユニットとを備えるとともに、Ｗ４≦Ｗ５≦Ｗ６であり、
前記第４の縦長ユニット、前記第５の縦長ユニット、及び前記第６の縦長ユニットは、前記基板の前記赤色領域の外側表面から前記基板の前記赤色領域の内側表面に向けて順次配置されることを特徴とする請求項５に記載の光学システム。
前記第２のメタ格子構造は、第４の幅Ｗ４を有する第４の縦長ユニットと、第５の幅Ｗ５を有する第５の縦長ユニットと、第６の幅Ｗ６を有する第６の縦長ユニットとを備えるとともに、Ｗ４≦Ｗ５≦Ｗ６であり、
前記第４の縦長ユニット、前記第５の縦長ユニット、及び前記第６の縦長ユニットは、前記基板の前記赤色領域の外側表面から前記基板の前記赤色領域の内側表面に向けて順次配置されることを特徴とする請求項５に記載の光学システム。
【請求項8】
前記第２のメタ格子構造は、さらに、第７の幅Ｗ７を有する第７の縦長ユニットと、第８の幅Ｗ８を有する第８の縦長ユニットとを備えるとともに、Ｗ６≧Ｗ７≧Ｗ８であり、
前記第７の縦長ユニットは前記第６の縦長ユニットに隣接し、前記第８の縦長ユニットは前記第７の縦長ユニットに隣接することを特徴とする請求項７に記載の光学システム。
前記第７の縦長ユニットは前記第６の縦長ユニットに隣接し、前記第８の縦長ユニットは前記第７の縦長ユニットに隣接することを特徴とする請求項７に記載の光学システム。
【請求項9】
前記第１の格子偏向器構造は、第１のメタ格子構造を含み、
前記第１のメタ格子構造は、幅の長さがグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第２の格子偏向器構造は、第２のメタ格子構造を含み、
前記第２のメタ格子構造は、幅の長さがグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第１のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数は、前記第２のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数と同じであることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
前記第１のメタ格子構造は、幅の長さがグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第２の格子偏向器構造は、第２のメタ格子構造を含み、
前記第２のメタ格子構造は、幅の長さがグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第１のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数は、前記第２のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数と同じであることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
【請求項10】
前記第１の格子偏向器構造は、第１のメタ格子構造を含み、
前記第１のメタ格子構造は、幅の長さがグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第２の格子偏向器構造は、第２のメタ格子構造を含み、
前記第２のメタ格子構造は、幅の長さがグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第１のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数は、前記第２のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数と異なることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
前記第１のメタ格子構造は、幅の長さがグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第２の格子偏向器構造は、第２のメタ格子構造を含み、
前記第２のメタ格子構造は、幅の長さがグラデーションを有する複数の縦長ユニットを備え、
前記第１のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数は、前記第２のメタ格子構造の前記縦長ユニットの数と異なることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
【請求項11】
前記第１の格子偏向器構造及び前記第２の格子偏向器構造のそれぞれが、第１の直径Ｄ１を有する第１の円柱ユニットと、第２の直径Ｄ２を有する第２の円柱ユニットと、第３の直径Ｄ３を有する第３の円柱ユニットとを備えるとともに、Ｄ１≦Ｄ２≦Ｄ３であり、
前記第１の円柱ユニット、前記第２の円柱ユニット、及び前記第３の円柱ユニットは、前記基板の前記青色領域又は前記赤色領域の外側表面から前記基板の前記青色領域又は前記赤色領域の内側表面に向けて順次配置されることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
前記第１の円柱ユニット、前記第２の円柱ユニット、及び前記第３の円柱ユニットは、前記基板の前記青色領域又は前記赤色領域の外側表面から前記基板の前記青色領域又は前記赤色領域の内側表面に向けて順次配置されることを特徴とする請求項２に記載の光学システム。
【請求項12】
前記第１の格子偏向器構造及び前記第２の格子偏向器構造のそれぞれが、
第４の直径Ｄ４を有する第４の円柱ユニットと、第５の直径Ｄ５を有する第５の円柱ユニットとを備えるとともに、Ｄ３≧Ｄ４≧Ｄ５であり、
前記第４の円柱ユニットは前記第３の円柱ユニットに隣接し、前記第５の円柱ユニットは前記第４の円柱ユニットに隣接することを特徴とする請求項１１に記載の光学システム。
第４の直径Ｄ４を有する第４の円柱ユニットと、第５の直径Ｄ５を有する第５の円柱ユニットとを備えるとともに、Ｄ３≧Ｄ４≧Ｄ５であり、
前記第４の円柱ユニットは前記第３の円柱ユニットに隣接し、前記第５の円柱ユニットは前記第４の円柱ユニットに隣接することを特徴とする請求項１１に記載の光学システム。
【請求項13】
前記偏向器は、
第１の斜面と第１の底面とを有する第１の石英と、第２の斜面と第２の底面とを有する第２の石英と、第３の斜面と第３の底面とを有する第３の石英と、を備え、
前記第１の底面と、前記第２の底面と、前記第３の底面が互いに平行であり、
前記第１の石英は、前記第１の斜面と前記第１の底面との間に第１の角度θ１を有し、前記第２の石英は、前記第２の斜面と前記第２の底面との間に第２の角度θ２を有し、前記第３の石英は、前記第３の斜面と前記第３の底面との間に第３の角度θ３を有し、かつθ１＜θ２＜θ３であり、
前記第１の斜面上に第１のダイクロイックフィルタが配置され、前記第２の斜面上に第２のダイクロイックフィルタが配置され、前記第３の斜面上に第３のダイクロイックフィルタが配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
第１の斜面と第１の底面とを有する第１の石英と、第２の斜面と第２の底面とを有する第２の石英と、第３の斜面と第３の底面とを有する第３の石英と、を備え、
前記第１の底面と、前記第２の底面と、前記第３の底面が互いに平行であり、
前記第１の石英は、前記第１の斜面と前記第１の底面との間に第１の角度θ１を有し、前記第２の石英は、前記第２の斜面と前記第２の底面との間に第２の角度θ２を有し、前記第３の石英は、前記第３の斜面と前記第３の底面との間に第３の角度θ３を有し、かつθ１＜θ２＜θ３であり、
前記第１の斜面上に第１のダイクロイックフィルタが配置され、前記第２の斜面上に第２のダイクロイックフィルタが配置され、前記第３の斜面上に第３のダイクロイックフィルタが配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項14】
前記第２の角度θ２が４５度であることを特徴とする請求項１３に記載の光学システム。