特開 2024-169262 回折光学アセンブリおよびそれを有するヘッドマウントディスプレイ

(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】P2024169262

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】回折光学アセンブリおよびそれを有するヘッドマウントディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20241128BHJP

   G02B 5/32 20060101ALI20241128BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20241128BHJP

   G03B 35/18 20210101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B5/32

G02B5/18

G03B35/18

【審査請求】有

【請求項の数】23

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023132498

(22)【出願日】2023-08-16

(31)【優先権主張番号】18/321,792

(32)【優先日】2023-05-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】504007741

【氏名又は名称】國立中央大學

【住所又は居所原語表記】ＮＯ．３００， Ｊｈｏｎｇｄａ Ｒｏａｄ， Ｊｈｏｎｇｌｉ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｔａｏｙｕａｎ 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】余業緯

(72)【発明者】

【氏名】孫慶成

(72)【発明者】

【氏名】蘇威佳

【テーマコード（参考）】

2H059

2H199

2H249

【Ｆターム（参考）】

2H059AC04

2H059AC08

2H199CA30

2H199CA42

2H199CA53

2H199CA67

2H199CA68

2H249AA25

2H249AA60

2H249AA65

2H249CA04

2H249CA15

2H249CA22

(57)【要約】      （修正有）

【課題】回折光学アセンブリおよびそれを有するヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】回折光学アセンブリは、入力カプラ、出力カプラ、および画像源を含む。出力カプラは入力カプラの隣にある。入力カプラと出力カプラの１つは最も重要なホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）を有し、もう１つは回折光学素子（ＤＯＥ）を有する。最も重要なＨＯＥのブラッグの条件は、ＤＯＥのブラッグの条件よりも感度が高い。画像源は、入力カプラに入射し、出力カプラに伝播する画像光を生成するように構成される。画像光は、入力カプラへの入射角と、その入射角に対応する波長を有する。画像源上の画像光の波長は二次元の空間分布を有し、入射角と画像光の波長との間の関係は、最も重要なＨＯＥのブラッグ選択性に従う。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力カプラと、
前記入力カプラの隣の出力カプラであって、前記入力カプラおよび前記出力カプラのうちの１つは最も重要なホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）を有し、前記入力カプラおよび前記出力カプラのうちの別の１つは回折光学素子（ＤＯＥ）を有し、前記最も重要なＨＯＥのブラッグの条件は前記ＤＯＥのブラッグの条件より感度が高い、出力カプラと、
前記入力カプラに入射し、前記出力カプラに伝播する画像光を生成するように構成された画像源であって、ここで、前記画像光は、前記入力カプラに対する複数の入射角と、前記入射角に対応する複数の波長を有し、前記画像源上の前記画像光の前記波長は、前記入射角と前記画像光の前記波長との間の関係が、前記入力カプラまたは前記出力カプラの最も重要なＨＯＥのブラッグ選択性に適合するように、二次元の空間分布を有する、画像源と、
を備えることを特徴とする回折光学アセンブリ。

【請求項2】

前記画像源は複数の領域を含み、前記領域は互いに重ならない複数の範囲で前記入射角を有する前記画像光を生成し、前記画像源のそれぞれの前記領域における前記画像光の前記波長の二次元の空間分布の一部は連続している、複数の領域と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項3】

前記入力カプラまたは前記出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数の第１のホログラフィック格子を含み、前記第１のホログラフィック格子は、それぞれ、前記範囲内の前記入射角を有する前記画像光を回折するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項4】

前記入力カプラまたは前記出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数のサブＨＯＥを含み、前記サブＨＯＥは、それぞれ、前記範囲内の前記入射角を有する前記画像光を回折するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項5】

前記画像源は、光源と、前記光源上に配置された複数の量子ドットとを含み、前記画像源上の前記画像光の前記波長が前記二次元の空間分布を有するように、前記量子ドットのサイズは、前記画像源の水平面に沿って変化することを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項6】

前記画像源は、空間光変調器（ＳＬＭ）と、ソース光を生成する光源と、前記光源上に位置する複数の量子ドットを含み、前記量子ドットを通して前記ＳＬＭに照射する前記ソース光の波長が、前記ＳＬＭの水平面に沿った二次元の空間分布を有するように、前記量子ドットのサイズが異なることを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項7】

前記画像源は、空間光変調器（ＳＬＭ）と、ソース光を生成する光源と、分散素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項8】

前記光源は、前記分散素子の前記ＳＬＭとは反対側に配置され、前記分散素子は、前記分散素子を通過する前記ソース光を前記分散素子の水平面に沿って分散させて前記ＳＬＭに照射するように構成され、前記ＳＬＭ上の前記ソース光の波長は二次元の空間分布を有することを特徴とする請求項７に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項9】

前記光源は、前記分散素子の前記ＳＬＭに面する側に配置され、前記分散素子は、前記ソース光を分散して前記分散素子の水平面に沿って分割して前記ＳＬＭに照射するように構成され、前記ＳＬＭ上の前記ソース光の波長は二次元の空間分布を有することを特徴とする請求項７に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項10】

前記画像源は、前記ＳＬＭと前記分散素子との間に配置されたバンドパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項11】

前記画像源の前記分散素子は、表面レリーフ格子、メタ表面、メタレンズ、ホログラフィック格子、または体積ホログラフィック光学素子を含むことを特徴とする請求項７に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項12】

前記画像源は、空間光変調器（ＳＬＭ）と、ソース光を生成する光源と、分散素子と、光ガイドおよび通常のＨＯＥを備え、前記分散素子は前記光ガイド上に配置され、前記光源は前記光ガイドに直面しない前記分散素子の側に配置され、前記ＳＬＭおよび前記通常のＨＯＥはそれぞれ前記光ガイドの２つの反対側に配置され、前記通常のＨＯＥは前記光ガイドと接触し、前記分散素子は前記ソース光を分割するように構成され、前記光ガイドは前記分散素子から前記通常のＨＯＥに前記ソース光を伝送するように構成され、前記通常のＨＯＥは前記ＳＬＭに照射するために前記ソース光を反射して再形成するように構成され、前記ＳＬＭ上の前記ソース光の波長は二次元の空間分布を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項13】

前記画像源の前記通常のＨＯＥは、前記光ガイドの２つの対向する側のうち前記分散素子に面する側に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項14】

前記画像源の前記通常のＨＯＥは、前記光ガイドの２つの対向する側のうち前記分散素子とは反対側に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項15】

前記画像源の前記通常のＨＯＥは、並んで配置された複数の第２のサブＨＯＥを備えることを特徴とする請求項１２に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項16】

前記画像源の前記通常のＨＯＥは体積ホログラフィック光学素子を含み、前記画像源の前記分散素子はホログラフィック格子またはプリズムを含むことを特徴とする請求項１２に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項17】

前記画像源は複数のカラーチャネルを含み、前記カラーチャネルのそれぞれは前記画像光の一部を生成するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項18】

前記入力カプラまたは前記出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数のホログラフィック格子を含み、前記ホログラフィック格子は、それぞれ、前記カラーチャネルによって生成された前記画像光を回折するように構成されることを特徴とする請求項１７に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項19】

前記入力カプラまたは前記出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数のサブＨＯＥを含み、前記サブＨＯＥは、それぞれ、前記カラーチャネルによって生成された前記画像光の一部を回折するように構成されることを特徴とする請求項１７に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項20】

前記入力カプラと前記画像源との間にレンズが配置され、前記画像源は前記レンズの焦点面上に位置することを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項21】

回折光学アセンブリであって、
入力カプラと、
前記入力カプラの隣の出力カプラであって、前記入力カプラおよび前記出力カプラのうちの１つは最も重要なホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）を有し、前記入力カプラおよび前記出力カプラのうちの別の１つは回折光学素子（ＤＯＥ）を有し、前記最も重要なＨＯＥのブラッグの条件は前記ＤＯＥのブラッグの条件より感度が高い、出力カプラと、
前記入力カプラに入射し、前記出力カプラに伝播する画像光を生成するように構成された画像源であって、ここで、前記画像光は、前記入力カプラに対する複数の入射角と、前記入射角に対応する複数の波長を有し、前記画像源上の前記画像光の前記波長は、前記入射角と前記画像光の前記波長との間の関係が、前記入力カプラまたは前記出力カプラの最も重要なＨＯＥのブラッグ選択性に適合するように、二次元の空間分布を有する、画像源と、
を含む回折光学アセンブリと、
前記回折光学アセンブリの前記入力カプラおよび前記出力カプラに接続され、前記入力カプラと前記回折光学アセンブリの前記画像源との間に配置される光ガイドと、
を備えることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。

【請求項22】

前記光ガイド上で前記入力カプラと前記出力カプラの間に配置された二次元格子を備えることを特徴とする請求項２１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項23】

前記光ガイド上に配置された表面レリーフ格子であって、前記表面レリーフ格子は、前記光ガイドの長手方向に沿って前記入力カプラと整列し、前記光ガイドの幅方向に沿って前記出力カプラと整列することを特徴とする請求項２１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、回折光学アセンブリおよび回折光学アセンブリを備えたヘッドマウントディスプレイに関する。

【背景技術】

【0002】

現在、ヘッドマウントディスプレイでは、回折光学素子（ＤＯＥｓ）を平面導波路のカプラとして利用することにより、射出瞳拡張（ＥＰＥ）が実現されており、ＤＯＥｓには、表面レリーフ格子（ＳＲＧｓ）、メタ表面、薄型および体積ホログラフィック光学素子（ＨＯＥｓ）が含まれる。体積ＨＯＥが、画像源からの平面波を回折するヘッドマウントディスプレイのカプラとして機能する場合、体積ＨＯＥの回折効率は、ブラッグ選択性と呼ばれる平面波の波長と入射角に依存する。

【0003】

したがって、特定の波長の平面波の場合、入射角の許容誤差は１０度未満となり、ヘッドマウントディスプレイの視野（ＦＯＶ）が制限される。逆に、広帯域光源の平面波の場合、各入射角で回折できるのは平面波の一部だけであり、平面波のエネルギー損失は９０％を超えるため、光学効率が低下する。

【発明の概要】

【0004】

本開示の一態様は、回折光学アセンブリを提供する。

【0005】

本開示のいくつかの実施形態によれば、回折光学アセンブリは、入力カプラ、出力カプラ、および画像源を含む。光路において、出力カプラは入力カプラの後ろにある。入力カプラと出力カプラのうちの一つは最も重要なホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）を有し、入力カプラと出力カプラのうちの別の１つは回折光学素子（ＤＯＥ）を有する。最も重要なＨＯＥのブラッグの条件は、ＤＯＥののブラッグの条件よりも感度が高い。画像源は、入力カプラに入射し、出力カプラに伝播する画像光を生成ように構成されている。画像光は、入力カプラに対する複数の入射角と、その入射角に対応する複数の波長とを有する。画像源上の画像光の波長は、入射角と画像光の波長との間の関係が、入力カプラまたは出力カプラの最も重要なＨＯＥのブラッグ選択性に適合するように、二次元の空間分布を有する。

【0006】

いくつかの実施形態では、画像源は複数の領域を含む。各領域は、互いに重ならない複数の範囲で入射角を有する画像光を生成する。画像源のそれぞれの領域における画像光の波長の二次元の空間分布の一部は連続している。

【0007】

いくつかの実施形態では、入力カプラまたは出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数の第１のホログラフィック格子を含む。第１のホログラフィック格子は、それぞれ、範囲内の入射角を有する画像光を回折するように構成される。

【0008】

いくつかの実施形態では、入力カプラまたは出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数の第１のサブＨＯＥを含む。第１のサブＨＯＥは、それぞれ、範囲内の入射角を有する画像光を回折するように構成される。

【0009】

いくつかの実施形態では、画像源は、光源と、光源上に配置された複数の量子ドットとを含む。画像源上の画像光の波長が二次元の空間分布を有するように、量子ドットのサイズは、画像源の平面上で変化する。

【0010】

いくつかの実施形態では、画像源は、空間光変調器（ＳＬＭ）と、光源光を生成する光源と、光源上に位置する複数の量子ドットを含む。量子ドットを通してＳＬＭに照射するソース光の波長が、ＳＬＭの面上で二次元の空間分布を有するように、量子ドットのサイズは異なる。

【0011】

いくつかの実施形態では、画像源は、空間光変調器（ＳＬＭ）と、光源光を生成する光源と、分散素子を備える。

【0012】

いくつかの実施形態では、光源は、透過回折格子を備えた分散素子の側に配置される。分散素子は、分散素子を通過するソース光を分散してＳＬＭに照射するように構成され、ＳＬＭ上のソース光の波長は二次元の空間分布を有する。

【0013】

いくつかの実施形態では、光源は、分散素子のＳＬＭに面する側に配置される。分散素子は、ソース光を分散してＳＬＭに照射するように構成され、ＳＬＭ上のソース光の波長は二次元の空間分布を有する。

【0014】

いくつかの実施形態では、画像源は、ＳＬＭと分散素子との間に配置されたバンドパスフィルタをさらに備える。

【0015】

いくつかの実施形態では、画像源の分散素子は、表面レリーフ格子、メタ表面、メタレンズ、ホログラフィック格子、または体積ホログラフィック光学素子を含む。

【0016】

いくつかの実施形態では、画像源は、空間光変調器（ＳＬＭ）と、ソース光を生成する光源と、分散素子と、光ガイドおよび通常のＨＯＥをさらに含む。分散素子は光ガイド上に配置される。光源は、光ガイドに直面しない分散素子の側に配置される。ＳＬＭと通常のＨＯＥは、それぞれ光ガイドの２つの反対側に配置される。通常のＨＯＥは光ガイドと接触している。分散要素は、ソース光を分散するように構成される。光ガイドは、分散素子から通常のＨＯＥにソース光を伝播するように構成される。通常のＨＯＥは、ＳＬＭに照射するためにソース光の一部の波長を反射するように構成され、ＳＬＭ上のソース光の波長は二次元の空間分布を有する。

【0017】

いくつかの実施形態では、画像源の通常のＨＯＥは、光ガイドの２つの対向する側のうち分散素子に面する側に配置される。

【0018】

いくつかの実施形態では、画像源の通常のＨＯＥは、光ガイドの２つの対向する側のうち分散素子とは反対側に配置される。

【0019】

いくつかの実施形態では、画像源の通常のＨＯＥは、並んで配置された複数の第２のサブＨＯＥを含む。

【0020】

いくつかの実施形態では、画像源の通常のＨＯＥは、体積ホログラフィック光学素子を含む。画像源の分散素子は、ホログラフィック格子またはプリズムを含む。

【0021】

いくつかの実施形態では、画像源は複数のカラーチャネルを含む。カラーチャネルのそれぞれは、画像光の一部を生成するように構成される。

【0022】

いくつかの実施形態では、入力カプラまたは出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数の第１のホログラフィック格子を含む。第１のホログラフィック格子は、それぞれ、カラーチャネルによって生成された画像光を回折するように構成される。

【0023】

いくつかの実施形態では、入力カプラまたは出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数の第１のサブＨＯＥを含む。第１のサブＨＯＥは、それぞれ、カラーチャネルによって生成された画像光の一部を回折するように構成される。

【0024】

いくつかの実施形態では、回折光学アセンブリは、入力カプラと画像源との間に配置されたレンズをさらに含む。画像源はレンズの焦点面上に位置する。

【0025】

本開示の別の態様は、ヘッドマウントディスプレイを提供する。

【0026】

本開示のいくつかの実施形態によれば、ヘッドマウントディスプレイは、回折光学アセンブリと光ガイドを含む。回折光学アセンブリは、入力カプラと、出力カプラと、画像源を含む。光路について、出力カプラは入力カプラの後ろにある。入力カプラと出力カプラのうちの１つは最も重要なホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）を有し、入力カプラと出力カプラのうちの別の１つは回折光学素子（ＤＯＥ）を有する。最も重要なＨＯＥのブラッグの条件は、ＤＯＥのブラッグの条件よりも感度が高い。画像源は、入力カプラに入射し、出力カプラに伝播する画像光を生成するように構成される。画像光は、入力カプラに対する複数の入射角と、その入射角に対応する複数の波長とを有する。画像源上の画像光の波長は、入射角と画像光の波長との間の関係が、入力カプラまたは出力カプラの最も重要なＨＯＥのブラッグ選択性に適合するように、二次元の空間分布を有する。光ガイドは、回折光学アセンブリの入力カプラおよび出力カプラに接続され、入力カプラと回折光学アセンブリの画像源との間に配置される。

【0027】

いくつかの実施形態では、ヘッドマウントディスプレイはさらに二次元格子を含む。二次元格子は、光ガイド上で入力カプラと出力カプラとの間に配置される。入力カプラの長さおよび幅は、それぞれ出力カプラの長さおよび幅よりも小さい。

【0028】

いくつかの実施形態では、ヘッドマウントディスプレイは、表面レリーフ格子をさらに含む。表面レリーフ格子は光ガイド上に配置される。表面レリーフ格子は、光ガイドの長手方向に沿って入力カプラと整列し、光ガイドの幅方向に沿って出力カプラと整列する。

【0029】

本開示の前述の実施形態では、画像源上の画像光の波長が二次元の空間分布を有し、入射角と画像光の波長との間の関係が最も重要なＨＯＥのブラッグ選択性に適合するため、画像光が最も重要なＨＯＥによって回折された後でも画像光のエネルギーが保存され、回折光学アセンブリは、従来の回折光学素子と比較してより高い回折効率を有し得る。さらに、回折光学アセンブリを有するヘッドマウントディスプレイは、光学効率を維持しながら視野（ＦＯＶ）を広げることができ、したがってヘッドマウントディスプレイのエネルギー利用率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

本開示の態様は、添付の図面とともに以下の詳細な説明を読むことにより最もよく理解される。業界の標準的な慣行に従って、さまざまな構成が一定の縮尺で描かれていないことに留意されたい。実際、説明を明確にするために、さまざまな構成の寸法を任意に拡大または縮小することができる。

【0031】

【図1】本開示の一実施形態による回折光学アセンブリを有するヘッドマウントディスプレイの３Ｄ斜視図である。

【図2】図１のヘッドマウントディスプレイの動作時の概略側面図である。

【図3】図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ記録状態および読み取り状態における図１の回折光学アセンブリの最も重要なＨＯＥの３Ｄ概略図である。

【図4】図１の回折光学アセンブリの画像源の概略側面図である。

【図5】本開示の別の実施形態による画像源の概略側面図である。

【図6】本開示のさらに別の実施形態による画像源の概略側面図である。

【図7】本開示のさらに別の実施形態による画像源の概略側面図である。

【図8】本開示の一実施形態による画像源の概略側面図である。

【図9】本開示の別の実施形態による画像源の概略側面図である。

【図10】本開示のさらに別の実施形態による画像源の概略側面図である。

【図11】本開示の別の実施形態による、回折光学アセンブリを有するヘッドマウントディスプレイの動作時の概略側面図である。

【図12】本開示のさらに別の実施形態による回折光学アセンブリを有するヘッドマウントディスプレイの３Ｄ斜視図である。

【図13】動作時の図１２のヘッドマウントディスプレイの概略側面図である。

【図14】図１２の回折光学アセンブリの画像源の概略側面図である。

【図15】本開示の一実施形態による画像源の概略側面図である。

【図16】図１のヘッドマウントディスプレイの上面図である。

【図17】本開示の一実施形態によるヘッドマウントディスプレイの上面図である。

【図18】本開示の別の実施形態によるヘッドマウントディスプレイの上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

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。さらに、本開示は、様々な実施例において参照番号および／または文字を繰り返す場合がある。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。

【0033】

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、図に示された向きに加えて、使用中または動作中のデバイス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。

【0034】

図１は、本開示の一実施形態による回折光学アセンブリ１００を有するヘッドマウントディスプレイ２００の３Ｄ斜視図である。図２は、図１のヘッドマウントディスプレイ２００の動作時の概略側面図である。図１および図２に示すように、ヘッドマウントディスプレイ２００は、回折光学アセンブリ１００および光ガイド２１０を含む。回折光学アセンブリ１００は、入力カプラ１１０、出力カプラ１５０、および画像源１２０を含む。光路において、出力カプラ１５０は入力カプラ１１０の後ろにある。この実施形態では、出力カプラ１５０は入力カプラ１１０の隣にある。入力カプラ１１０および出力カプラ１５０のうちの１つは最も重要なホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）１６０を有し、入力カプラ１１０および出力カプラ１５０のうちのもう１つは回折光学素子（ＤＯＥ）１７０を有し、最も重要なＨＯＥ１６０のブラッグの条件は、ＤＯＥ１７０のブラッグの条件よりも感度が高い。画像源１２０は、入力カプラ１１０に入射し、出力カプラ１５０に伝播する画像光Ｌ１を生成するように構成される。画像光Ｌ１は、入力カプラ１１０に対する複数の入射角θ_１と、入射角θ_１に対応する複数の波長λ_１とを有する。画像源１２０上の画像光Ｌ１の波長λ_１は、入射角θ_１と画像光Ｌ１の波長λ_１との関係が、入力カプラ１１０または出力カプラ１５０の最も重要なＨＯＥ１６０のブラッグ選択性に適合するように、二次元の空間分布Ｄ１を有する。例えば、この実施形態では、入力カプラ１１０は最も重要なＨＯＥ１６０を有し、出力カプラ１５０はＤＯＥ１７０を有する。このような構成では、画像光Ｌ１が入力カプラ１１０によって回折された後も画像光Ｌ１のエネルギーが保存され、回折光学アセンブリ１００は従来の回折光学素子と比較してより高い回折効率を有し得る。さらに、回折光学アセンブリ１００を有するヘッドマウントディスプレイ２００は、光学効率を維持しながら視野（ＦＯＶ）を広げることができ、したがってヘッドマウントディスプレイ２００のエネルギー利用率を向上させることができる。

【0035】

いくつかの実施形態では、回折光学アセンブリ１００は、画像光Ｌ１をコリメートするために入力カプラ１１０と画像源１２０との間に配置されたレンズ１３０をさらに含み、画像源１２０はレンズ１３０の焦点面上に位置する。また、画像光Ｌ１の入射角θ_１には公差があるため、波長λ_１の二次元の空間分布Ｄ１は、図１に示すような複数の間隔を有し、間隔が暗いところほど波長λ_１が長くなる。

【0036】

図３（ａ）は、記録状態にある図１の回折光学アセンブリ１００の最も重要なＨＯＥ１６０の３Ｄ概略図である。図３（ａ）に示すように、記録中、参照光ＲＬと信号光ＳＬはそれぞれ、最も重要なＨＯＥ１６０の対向する２つの面に照射する。参照光ＲＬの入射角はθ_Ｒであり、信号光ＳＬの入射角はθ_Ｓである。入射角は、ｘ、ｙ、ｚ軸からのずれ成分、つまりθ_Ｒ＝（θ_Ｒｘ，θ_Ｒｙ，θ_Ｒｚ）およびθ_Ｓ＝（θ_Ｓｘ，θ_Ｓｙ，θ_Ｓｚ）として表される。座標系は、参照光ＲＬと信号光ＳＬが両方ともｘ、ｚ平面上にあるように、つまりｙ成分を持たないように定義される（θ_Ｓｙ＝θ_Ｒｙ＝０）。

【0037】

図３（ｂ）は、読み取り状態にある図１の回折光学アセンブリ１００の最も重要なＨＯＥ１６０の３Ｄ概略図である。図３（ｂ）に示すように、読取光ＰＬは、最も重要なＨＯＥ１６０によって回折され、回折光ＤＬに変換される。読取光ＰＬは入射角θ_Ｐを有し、回折光ＤＬは回折角θ_Ｄを有する。回折光ＤＬの回折角θ_Ｄと読取光ＰＬの入射角θ_Ｐは、ｘ、ｙ、ｚ軸からのずれ成分、つまりθ_Ｐ＝（θ_Ｐｘ，θ_Ｐｙ，θ_Ｐｚ）およびθ_Ｄ＝（θ_Ｄｘ，θ_Ｄｙ，θ_Ｄｚ）で表される。図３（ａ）および図３（ｂ）を参照すると、最も重要なＨＯＥ１６０の回折効率を高めるために、最も重要なＨＯＥ１６０に入射する読取光ＰＬは、最も重要なＨＯＥ１６０のブラッグ選択性に従わなければならない。したがって、信号光ＳＬの波長と参照光ＲＬの波長を同じλ０とすると、読出光ＰＬの波長λ_Ｐと入射角θ_Ｐとの関係は、

【数1】

で表される。

【0038】

図２および図３（ｂ）を参照すると、最も重要なＨＯＥ１６０に入射する画像光Ｌ１は、読取光ＰＬとして作用し得るため、画像光Ｌ１の入射角θ_１および波長λ_１は、それぞれ、読取光ＰＬの入射角θ_Ｐおよび波長λ_Ｐと関係がある。また、画像光Ｌ１の入射角θ_１は、θ_１＝（θ_１ｘ，θ_１ｙ，θ_１ｚ）で表すことができ、画像光Ｌ１が発生する画像源１２０内の位置に依存し、次のように表すことができる。

【数2】

および

【数3】

ここで、ｘ_１およびｙ_１は、画像源１２０の側面に沿ったｘ_１－ｙ_１座標によって定義される位置であり、ｎは最も重要なＨＯＥ１６０の屈折率であり、ｆはレンズ１３０の焦点距離である。入力カプラ１１０の最も重要なＨＯＥ１６０（または他の実施形態では出力カプラ１５０の最も重要なＨＯＥ１６０）に伝播するとき、（θ_１ｘ，θ_１ｙ，θ_１ｚ）と（θ_Ｐｘ，θ_Ｐｙ，θ_Ｐｚ）の間には１対１の写像関係がある。そして、θ_Ｐｘ＝Ｍ_ｘ（θ_１ｘ，θ_１ｙ，θ_１ｚ）、θ_Ｐｙ＝Ｍ_ｙ（θ_１ｘ，θ_１ｙ，θ_１ｚ）、θ_Ｐｚ＝Ｍ_ｚ（θ_１ｘ，θ_１ｙ，θ_１ｚ）と表される。また、レンズ１３０の光軸Ｏは、ｘ_１－ｙ_１座標の原点と交差する。したがって、入射角θ_１と、最も重要なＨＯＥ１６０のブラッグ選択性を満たすピーク回折効率λ_ｐｋの波長分布との関係は、

【数4】

のような関数となり、画像源１２０上の映像光Ｌ１の波長λ_１は、画像源１２０の座標値ｘ_１、ｙ_１に依存し、二次元の空間分布Ｄ１を有することになる。いくつかの実施形態では、最も重要なＨＯＥ１６０は厚さＴを有し、ブラッグ選択性を満たす波長λ_１の許容誤差は

【数5】

から

【数6】

の範囲となる。ブラッグの条件に対してより感度が高いということは、波長の許容度が低いことを意味する。

【0039】

図４は、図１の回折光学アセンブリ１００の画像源１２０の概略側面図である。画像源１２０は、複数の量子ドット１２１および光源１２３を含むことができる。光源１２３は、画像光Ｌ１を生成することができる。量子ドット１２１は光源１２３上に配置される。量子ドット１２１のサイズは、画像源１２０上の画像光Ｌ１の波長が二次元の空間分布Ｄ１を有するように、画像源１２０の平面に沿って変化する。いくつかの実施形態では、光源１２３は、紫外光または青色光を発するマイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）のチップであり、そのため画像源１２０はマイクロＬＥＤディスプレイであってもよい。

【0040】

図５は、本開示の別の実施形態による画像源１２０の概略側面図である。図５の画像源１２０は、空間光変調器（ＳＬＭ）１２２と、ソース光Ｌ２を生成する光源１２３と、光源１２３上に位置する複数の量子ドット１２１とを含むことができる。量子ドット１２１のサイズは異なり、その結果、量子ドット１２１を通してＳＬＭ１２２に照射するソース光Ｌ２の波長λ_２は、ＳＬＭ１２２の面に沿って二次元の空間分布Ｄ２を有する。さらに、図５の画像源１２０は、ソース光Ｌ２をＳＬＭ１２２に伝送するように構成された光ガイド１２５をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、図５のソース光Ｌ２の波長λ_２の二次元の空間分布Ｄ２は、図２の画像光Ｌ１の波長λ_１の前述の二次元の空間分布Ｄ１と同じであるため、図５のＳＬＭ１２２を通過する図５のソース光Ｌ２は、図２の画像光Ｌ１として機能し得る。

【0041】

上述した要素の接続関係および利点については、以下の記述では繰り返さないことに留意されたい。以下の説明では、他の種類の画像源について説明する。

【0042】

図６は、本開示のさらに別の実施形態による画像源１２０の概略側面図である。図６の画像源１２０は、ＳＬＭ１２２と、ソース光Ｌ２を生成する光源１２３と、分散素子１２４とを含むことができる。図６の光源１２３は、分散素子１２４のＳＬＭ１２２とは反対側に配置され得る。分散素子１２４は、分散素子１２４を通過するソース光Ｌ２を分散素子１２４の水平面に沿って分割してＳＬＭ１２２に照射するように構成され得る。ＳＬＭ１２２上の光源光Ｌ２の波長λ_２は二次元の空間分布Ｄ２を有する。いくつかの実施形態では、図６の分散素子１２４は、表面レリーフ格子、メタ表面、メタレンズ、ホログラフィック格子、または体積ホログラフィック光学素子を含む。本実施形態では、分散素子１２４は透過型である。

【0043】

図７は、本開示のさらに別の実施形態による画像源１２０の概略側面図である。図７の画像源１２０は、ＳＬＭ１２２と、ソース光Ｌ２を生成する光源１２３と、分散素子１２４とを含むことができる。この実施形態と図６の実施形態との違いは、図７の光源１２３が分散素子１２４のＳＬＭ１２２に面する側に配置されていることである。分散素子１２４は、光源光Ｌ２を反射して分散素子１２４の水平面に沿って分割し、ＳＬＭ１２２に照射するように構成される。本実施形態では、分散素子１２４は反射型である。

【0044】

図８は、本開示の一実施形態による画像源１２０の概略側面図である。図８の画像源１２０は、ＳＬＭ１２２と、ソース光Ｌ２を生成する光源１２３と、分散素子１２４と、光ガイド１２５および通常のＨＯＥ１２６を含むことができる。図８の分散素子１２４は、光ガイド１２５上に配置される。図８の光源１２３は、光ガイド１２５に直面しない分散素子１２４の側に配置されている。図８のＳＬＭ１２２および通常のＨＯＥ１２６は、それぞれ光ガイド１２５の２つの反対側に配置される。通常のＨＯＥ１２６は、光ガイド１２５に接しており、光ガイド１２５の分散素子１２４が配置されている側に配置されている。分散素子１２４は、光源１２３から発せられたソース光Ｌ２を分散素子１２４の側面に沿って分散させるように構成される。光ガイド１２５は、ソース光Ｌ２を分散素子１２４から通常のＨＯＥ１２６に伝播するように構成される。通常のＨＯＥ１２６は、光ガイド１２５内を伝送されるソース光Ｌ２を反射および再形成してＳＬＭ１２２に照射するように構成され、ＳＬＭ１２２上のソース光Ｌ２の波長λ_２が二次元の空間分布Ｄ２を有するようにする。いくつかの実施形態では、分散素子１２４はホログラフィック格子またはプリズムを含み、通常のＨＯＥ１２６は体積ホログラフィック光学素子を含む。図６または図７の画像源１２０と比較して、図８の画像源１２０はさらにスペースを節約することができる。

【0045】

図９は、本開示の別の実施形態による画像源１２０の概略側面図である。図９の画像源１２０は、ＳＬＭ１２２と、ソース光Ｌ２を生成する光源１２３と、分散素子１２４と、光ガイド１２５、および通常のＨＯＥ１２６を含む。分散素子１２４は、光ガイド１２５上に配置される。この実施形態と図８の実施形態との違いは、図９の通常のＨＯＥ１２６が、光ガイド１２５の分散素子１２４とは反対側に配置されていることである。

【0046】

図１０は、本開示のさらに別の実施形態による画像源１２０の概略側面図である。図１０の画像源１２０は、ＳＬＭ１２２と、ソース光Ｌ２を生成する光源１２３と、分散素子１２４と、光ガイド１２５、および通常のＨＯＥ１２６を含む。分散素子１２４は、光ガイド１２５上に配置される。この実施形態と図９の実施形態との違いは、図１０の通常のＨＯＥ１２６が、並んで配置された複数の第２のサブＨＯＥ１２７を含むことである。

【0047】

図１１は、本開示の一実施形態による、回折光学アセンブリ１００ａを有するヘッドマウントディスプレイ２００ａの動作時の概略側面図である。ヘッドマウントディスプレイ２００ａは、回折光学アセンブリ１００ａおよび光ガイド２１０を含む。回折光学アセンブリ１００ａは、入力カプラ１１０ａ、画像源１２０ａ、および出力カプラ１５０を含む。この実施形態では、入力カプラ１１０ａは最も重要なＨＯＥ１６０ａを有し、出力カプラ１５０はＤＯＥ１７０を有し、最も重要なＨＯＥ１６０ａのブラッグの条件はＤＯＥ１７０のブラッグの条件よりも感度が高い。あるいは、他の実施形態では、入力カプラ１１０ａがＤＯＥ１７０を有し、出力カプラ１５０が最も重要なＨＯＥ１６０ａを有してもよい。画像源１２０ａは、入力カプラ１１０ａに入射する画像光Ｌ１ａを生成するように構成される。図１１のヘッドマウントディスプレイ２００ａと図１のヘッドマウントディスプレイ２００との違いは、画像源１２０ａが複数のカラーチャネル１２８を含むことであり、カラーチャネル１２８のそれぞれは、画像光Ｌ１ａの一部を生成するように構成されているため、画像源１２０ａはカラー画像源として機能することができる。

【0048】

いくつかの実施形態では、最も重要なＨＯＥ１６０ａは、複数のホログラフィック格子を含む体積ＨＯＥであってもよく、ホログラフィック格子は、それぞれ、カラーチャネル１２８によって生成された画像光Ｌ１ａを回折するように構成される。あるいは、最も重要なＨＯＥ１６０ａは、複数のサブＨＯＥ１６２を含んでもよく、サブＨＯＥ１６２は、それぞれ、カラーチャネル１２８によって生成された画像光Ｌ１ａを回折するように構成される。

【0049】

図１２は、本開示のさらに別の実施形態による回折光学アセンブリ１００ｂを有するヘッドマウントディスプレイ２００ｂの３Ｄ斜視図である。図１３は、図１２のヘッドマウントディスプレイ２００ｂの動作時の概略側面図である。図１２および図１３に示すように、ヘッドマウントディスプレイ２００ｂは、回折光学アセンブリ１００ｂおよび光ガイド２１０を含む。回折光学アセンブリ１００ｂは、入力カプラ１１０ｂ、画像源１２０ｂ、および出力カプラ１５０を含む。画像源１２０ｂは、入力カプラ１１０ｂに入射する画像光Ｌ１ｂを生成するように構成される。図１２のヘッドマウントディスプレイ２００ｂと図１のヘッドマウントディスプレイ２００との違いは、画像源１２０ｂは複数の領域１２９を含み、領域１２９は互いに重ならない複数の範囲に入射角θ_１を有する画像光Ｌ１ｂを生成し、画像源１２０ｂの領域１２９にそれぞれ位置する画像光Ｌ１ｂの波長λ_１の二次元の空間分布Ｄ１ｂの一部Ｐ１は連続している。

【0050】

いくつかの実施形態では、入力カプラ１１０ｂの最も重要なＨＯＥ１６０ｂは、複数のホログラフィック格子を含む体積ＨＯＥであってもよい。ホログラフィック格子は、それぞれ範囲Ｒ内の入射角θ_１を有する画像光Ｌ１ｂを回折するように構成されてもよい。あるいは、入力カプラ１１０ｂの最も重要なＨＯＥ１６０ｂは、複数のサブＨＯＥ１６２を含んでもよい。サブＨＯＥ１６２は、それぞれ範囲Ｒ内の入射角θ_１を有する画像光Ｌ１ｂを回折するように構成される。このような構成では、ヘッドマウントディスプレイ２００ｂは、より高い色度（ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ）および彩度（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）を有することができ、それによってヘッドマウントディスプレイ２００ｂの混色能力の性能が向上する。

【0051】

図１４は、図１２の回折光学アセンブリ１００ｂの画像源１２０ｂの概略側面図である。図１４に示すように、画像源１２０ｂは、ＳＬＭ１２２と、光源光Ｌ２ｂを生成する光源１２３、および分散素子１２４ｂを含むことができる。この画像源１２０ｂと図６の画像源１２０との違いは、分散素子１２４ｂがソース光Ｌ２ｂを分割するように構成されていることであり、ＳＬＭ１２２に照射するソース光Ｌ２ｂの波長λ_２の二次元の空間分布Ｄ２ｂの各領域１２９に位置する一部Ｐ２が連続している。また、各領域１２９に位置するソース光Ｌ２ｂの波長λ_２の二次元の空間分布Ｄ２ｂの一部Ｐ２は、互いに同一であってもよい。いくつかの実施形態では、画像源１２０ｂは、領域１２９内のソース光Ｌ２ｂの部分が互いに干渉するのを防ぐために、ＳＬＭ１２２と分散素子１２４ｂとの間に配置されたバンドパスフィルタ１４０をさらに含み得る。また、ソース光Ｌ２ｂの波長λ_２の二次元の空間分布Ｄ２ｂは、画像源１２０ｂ上で、画像光Ｌ１ｂ（図１２参照）の波長λ_１の二次元の空間分布Ｄ１ｂ（図１２参照）と同一であり、ＳＬＭ１２２を通過したソース光Ｌ２ｂが画像光Ｌ１ｂとなる。本実施形態では、分散素子１２４は透過型ＤＯＥである。

【0052】

図１５は、本開示の別の実施形態による画像源１２０ｂの概略側面図である。図１５に示すように、図１５の画像源１２０ｂは、ＳＬＭ１２２と、光源光Ｌ２ｂを生成する光源１２３、および分散素子１２４ｂを含むことができる。この実施形態と図１４の実施形態との違いは、図１５の画像源１２０ｂの光源１２３が分散素子１２４ｂのＳＬＭ１２２に面する側に配置されていることである。本実施形態では、分散素子１２４は反射型ＤＯＥである。

【0053】

図１６は、図１のヘッドマウントディスプレイ２００の上面図である。図２および図１６に示すように、光ガイド２１０は、回折光学アセンブリ１００の入力カプラ１１０および出力カプラ１５０に接続され、そして、回折光学アセンブリ１００の入力カプラ１１０と画像源１２０との間に配置される。さらに、光ガイド２１０の長手方向ＬＤに沿って、出力カプラ１５０の長さ１５２は、入力カプラ１１０の長さ１１３よりも長い。このような構成では、ヘッドマウントディスプレイ２００は、より低いエネルギー損失で射出瞳拡張（ＥＰＥ）を達成することができる。

【0054】

図１７は、本開示の一実施形態によるヘッドマウントディスプレイ２００ｃの上面図である。図１７に示すように、ヘッドマウントディスプレイ２００ｃと図１６のヘッドマウントディスプレイ２００との違いは、ヘッドマウントディスプレイ２００ｃが、光ガイド２１０上で入力カプラ１１０と出力カプラ１５０との間に配置された二次元格子２３０をさらに含むことである。さらに、入力カプラ１１０の長さ１１３および幅１１４は、出力カプラ１５０の長さ１５２および幅１５３よりそれぞれ小さいので、ヘッドマウントディスプレイ２００ｃは２ＤのＥＰＥを実現することができる。

【0055】

図１８は、本開示の別の実施形態によるヘッドマウントディスプレイ２００ｄの上面図である。図１８に示すように、ヘッドマウントディスプレイ２００ｄと図１６のヘッドマウントディスプレイ２００との違いは、ヘッドマウントディスプレイ２００ｄが光ガイド２１０上に配置された表面レリーフ格子２４０をさらに含むことである。表面レリーフ格子２４０は、光ガイド２１０の長手方向ＬＤに沿って入力カプラ１１０と整列し、光ガイド２１０の幅方向ＷＤに沿って出力カプラ１５０と整列する。このような構成では、ヘッドマウントディスプレイ２００ｄは２ＤのＥＰＥを実現することができる。

【0056】

上記では、当業者が本開示の態様をよりよく理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説した。当業者は、本明細書で紹介した実施形態と同じ目的を実行し、および／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でき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、および当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、および改変を行うことができることを認識すべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【手続補正書】

【提出日】2024-10-28

【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】

入力カプラと、
前記入力カプラの隣の出力カプラであって、前記出力カプラと前記入力カプラは光ガイドの第一の側に配置され、前記入力カプラおよび前記出力カプラのうちの１つは最も重要なホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）を有し、前記入力カプラおよび前記出力カプラのうちの別の１つは回折光学素子（ＤＯＥ）を有し、前記最も重要なＨＯＥのブラッグの条件は前記ＤＯＥのブラッグの条件より感度が高く、ブラッグの条件に対して感度が高いほど波長の許容度が低くなり、ブラッグ選択性を満たす波長の許容度は、

【数1】

から

【数2】

の範囲となり、
ここで、λ _ｐｋ はピーク回折効率を持つ波長分布であり、λ０は信号光の波長と同じ参照光の波長であり、θ _Ｒｘ とθ _Ｒｚ はｘ軸とｚ軸からのずれ成分として表される前記参照光の入射角であり、θ _Ｓｘ とθ _Ｓｚ はｘ軸とｚ軸からのずれ成分として表される前記信号光の入射角であり、θ _Ｐｘ とθ _Ｐｚ はｘ軸とｚ軸からのずれ成分として表される読取光の入射角であり、Ｔは前記最も重要なＨＯＥの厚さである、出力カプラと、
前記入力カプラとは反対側の前記光ガイドの第二の側に近接して配置され、前記光ガイドを通過したあと前記入力カプラに入射し、前記光ガイドによって前記出力カプラに伝播する画像光を生成するように構成された画像源であって、ここで、前記画像光は、前記入力カプラに対する複数の入射角と、前記入射角に対応する複数の波長を有し、前記画像源上の前記画像光の前記波長は、前記入射角と前記画像光の前記波長との間の関係が、前記入力カプラまたは前記出力カプラの最も重要なＨＯＥのブラッグ選択性に適合するように、二次元の空間分布を有する、画像源と、
を備えることを特徴とする回折光学アセンブリ。

【請求項2】

前記画像源は複数の領域を含み、前記領域は互いに重ならない複数の範囲で前記入射角を有する前記画像光を生成し、前記画像源のそれぞれの前記領域における前記画像光の前記波長の二次元の空間分布の一部は連続している、複数の領域と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項3】

前記入力カプラまたは前記出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数の第１のホログラフィック格子を含み、前記第１のホログラフィック格子は、それぞれ、前記範囲内の前記入射角を有する前記画像光を回折するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項4】

前記入力カプラまたは前記出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数のサブＨＯＥを含み、前記サブＨＯＥは、それぞれ、前記範囲内の前記入射角を有する前記画像光を回折するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項5】

前記画像源は、光源と、前記光源上に配置された複数の量子ドットとを含み、前記画像源上の前記画像光の前記波長が前記二次元の空間分布を有するように、前記量子ドットのサイズは、前記画像源の水平面に沿って変化することを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項6】

前記画像源は、空間光変調器（ＳＬＭ）と、ソース光を生成する光源と、前記光源上に位置する複数の量子ドットを含み、前記量子ドットを通して前記ＳＬＭに照射する前記ソース光の波長が、前記ＳＬＭの水平面に沿った二次元の空間分布を有するように、前記量子ドットのサイズが異なることを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項7】

前記画像源は、空間光変調器（ＳＬＭ）と、ソース光を生成する光源と、分散素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項8】

前記光源は、前記分散素子の前記ＳＬＭとは反対側に配置され、前記分散素子は、前記分散素子を通過する前記ソース光を前記分散素子の水平面に沿って分散させて前記ＳＬＭに照射するように構成され、前記ＳＬＭ上の前記ソース光の波長は二次元の空間分布を有することを特徴とする請求項７に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項9】

前記光源は、前記分散素子の前記ＳＬＭに面する側に配置され、前記分散素子は、前記ソース光を分散して前記分散素子の水平面に沿って分割して前記ＳＬＭに照射するように構成され、前記ＳＬＭ上の前記ソース光の波長は二次元の空間分布を有することを特徴とする請求項７に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項10】

前記画像源は、前記ＳＬＭと前記分散素子との間に配置されたバンドパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項11】

前記画像源の前記分散素子は、表面レリーフ格子、メタ表面、メタレンズ、ホログラフィック格子、または体積ホログラフィック光学素子を含むことを特徴とする請求項７に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項12】

前記画像源は、空間光変調器（ＳＬＭ）と、ソース光を生成する光源と、分散素子と、別の光ガイドおよび通常のＨＯＥを備え、前記分散素子は前記別の光ガイド上に配置され、前記光源は前記別の光ガイドに直面しない前記分散素子の側に配置され、前記ＳＬＭおよび前記通常のＨＯＥはそれぞれ前記別の光ガイドの２つの反対側に配置され、前記通常のＨＯＥは前記別の光ガイドと接触し、前記分散素子は前記ソース光を分割するように構成され、前記別の光ガイドは前記分散素子から前記通常のＨＯＥに前記ソース光を伝送するように構成され、前記通常のＨＯＥは前記ＳＬＭに照射するために前記ソース光を反射して再形成するように構成され、前記ＳＬＭ上の前記ソース光の波長は二次元の空間分布を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項13】

前記画像源の前記通常のＨＯＥは、前記別の光ガイドの２つの対向する側のうち前記分散素子に面する側に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項14】

前記画像源の前記通常のＨＯＥは、前記別の光ガイドの２つの対向する側のうち前記分散素子とは反対側に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項15】

前記画像源の前記通常のＨＯＥは、並んで配置された複数の第２のサブＨＯＥを備えることを特徴とする請求項１２に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項16】

前記画像源の前記通常のＨＯＥは体積ホログラフィック光学素子を含み、前記画像源の前記分散素子はホログラフィック格子またはプリズムを含むことを特徴とする請求項１２に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項17】

前記画像源は複数のカラーチャネルを含み、前記カラーチャネルのそれぞれは前記画像光の一部を生成するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項18】

前記入力カプラまたは前記出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数のホログラフィック格子を含み、前記ホログラフィック格子は、それぞれ、前記カラーチャネルによって生成された前記画像光を回折するように構成されることを特徴とする請求項１７に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項19】

前記入力カプラまたは前記出力カプラの最も重要なＨＯＥは、複数のサブＨＯＥを含み、前記サブＨＯＥは、それぞれ、前記カラーチャネルによって生成された前記画像光の一部を回折するように構成されることを特徴とする請求項１７に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項20】

前記入力カプラと前記画像源との間にレンズが配置され、前記画像源は前記レンズの焦点面上に位置することを特徴とする請求項１に記載の回折光学アセンブリ。

【請求項21】

回折光学アセンブリであって、
入力カプラと、
前記入力カプラの隣の出力カプラであって、前記入力カプラおよび前記出力カプラのうちの１つは最も重要なホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）を有し、前記入力カプラおよび前記出力カプラのうちの別の１つは回折光学素子（ＤＯＥ）を有し、前記最も重要なＨＯＥのブラッグの条件は前記ＤＯＥのブラッグの条件より感度が高く、ブラッグの条件に対して感度が高いほど波長の許容度が低くなり、ブラッグ選択性を満たす波長の許容度は、

【数3】

から

【数4】

の範囲となり、
ここで、λ _ｐｋ はピーク回折効率を持つ波長分布であり、λ０は信号光の波長と同じ参照光の波長であり、θ _Ｒｘ とθ _Ｒｚ はｘ軸とｚ軸からのずれ成分として表される前記参照光の入射角であり、θ _Ｓｘ とθ _Ｓｚ はｘ軸とｚ軸からのずれ成分として表される前記信号光の入射角であり、θ _Ｐｘ とθ _Ｐｚ はｘ軸とｚ軸からのずれ成分として表される読取光の入射角であり、Ｔは前記最も重要なＨＯＥの厚さである、出力カプラと、
前記入力カプラに入射し、前記出力カプラに伝播する画像光を生成するように構成された画像源であって、ここで、前記画像光は、前記入力カプラに対する複数の入射角と、前記入射角に対応する複数の波長を有し、前記画像源上の前記画像光の前記波長は、前記入射角と前記画像光の前記波長との間の関係が、前記入力カプラまたは前記出力カプラの最も重要なＨＯＥのブラッグ選択性に適合するように、二次元の空間分布を有する、画像源と、
を含む回折光学アセンブリと、
前記回折光学アセンブリの前記入力カプラおよび前記出力カプラに接続され、前記入力カプラと前記回折光学アセンブリの前記画像源との間に配置される光ガイドと、
を備え、
前記出力カプラと前記入力カプラは前記光ガイドの第一の側に配置され、前記画像源は前記入力カプラとは反対側の前記光ガイドの第二の側に近接して配置され、
前記画像光は、前記光ガイドを通過したあと前記入力カプラに入射し、前記光ガイドによって前記出力カプラに伝播するように構成されることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。

【請求項22】

前記光ガイド上で前記入力カプラと前記出力カプラの間に配置された二次元格子を備えることを特徴とする請求項２１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

【請求項23】

前記光ガイド上に配置された表面レリーフ格子であって、前記表面レリーフ格子は、前記光ガイドの長手方向に沿って前記入力カプラと整列し、前記光ガイドの幅方向に沿って前記出力カプラと整列することを特徴とする請求項２１に記載のヘッドマウントディスプレイ。