ホーム > 特許ランキング > Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ．
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-04
(45)【発行日】2024-06-12
(54)【発明の名称】光学デバイス及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20240605BHJP
G02B 5/00 20060101ALI20240605BHJP
G02B 5/08 20060101ALI20240605BHJP
G02B 5/30 20060101ALI20240605BHJP
G02B 5/26 20060101ALI20240605BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
G02B5/00 C
G02B5/08 D
G02B5/30
G02B5/26
【請求項の数】
18
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023196159
(22)【出願日】2023-11-17
(62)【分割の表示】P 2022530338の分割
【原出願日】2020-12-03
(65)【公開番号】P2024023333
(43)【公開日】2024-02-21
【審査請求日】2023-11-22
(31)【優先権主張番号】62/943,867
(32)【優先日】2019-12-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】518105275
【氏名又は名称】ルーマス リミテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ．
(74)【代理人】
【識別番号】110000523
【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】ヨチェイ・ダンジガー
(72)【発明者】
【氏名】エラド・シャーリン
【審査官】近藤 幸浩
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２００８／０１５１３７９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００８／０１９８４７１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１９－５２７１７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０８７５７６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／０６５９７５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０９６１３６４４（ＣＮ，Ａ）
【文献】特表２００９－５１６８６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－２０５４４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０６１０７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０４９１０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２５７８３２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／０６４３０１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１１０１６１６１２（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ２７／０１
Ｇ０２Ｂ２７／０２
Ｇ０２Ｂ ５／００
Ｇ０２Ｂ ６／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学デバイスであって、少なくとも２つの平行な主要外部表面を有する光透過基板であって、前記主要外部表面における内部反射によって光を誘導するための、光透過基板と、
前記光透過基板内に、前記主要外部表面に対して斜めに配備された少なくとも１つの内部表面であって、前記内部表面が、前記内部表面と前記光透過基板との間の境界領域を画定する前記光透過基板の前記主要外部表面のうちの第１のものと関連付けられている端部領域を有する、少なくとも１つの内部表面と、
前記境界領域における前記主要外部表面のうちの前記第１のものに形成されたくぼみに位置付けられているある量の光吸収材料と、を備え、当該光吸収材料の前記量が、前記境界領域における前記主要外部表面のうちの前記第１のものに形成された前記くぼみを埋めるのに十分である、光学デバイス。
【請求項2】
前記少なくとも１つの内部表面が、複数の相互に平行な部分的に反射する表面を含む、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項3】
前記少なくとも１つの内部表面が、内部反射によって前記光透過基板内に誘導された光を前記光透過基板から結合するように構成されている、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項4】
前記少なくとも１つの内部表面が、内部反射によって前記光透過基板内を伝播するように、前記光透過基板内に光を結合するように構成されている、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項5】
前記少なくとも１つの内部表面が、内部反射によって別の光透過基板内を伝播するように、内部反射によって前記光透過基板内に誘導された光を、前記別の光透過基板内に結合するように構成されている、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項6】
前記光吸収材料が、黒色吸収塗料を含む、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項7】
前記内部表面が、前記内部表面と前記光透過基板との間の第２の境界領域を画定する前記光透過基板の前記主要外部表面のうちの第２のものに関連付けられている第２の端部領域を有し、前記光学デバイスが、前記第２の境界領域において前記主要外部表面のうちの前記第２のものに形成されたくぼみに位置付けられたある量の光吸収材料をさらに備え、当該光吸収材料の前記量が、前記第２の境界領域における前記主要外部表面のうちの前記第２のものに形成された前記くぼみを埋めるのに十分である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項8】
光学デバイスを製造するための方法であって、前記方法が、主要外部表面における内部反射によって光を誘導するための少なくとも２つの平行な主要外部表面を有する光透過基板を得ることであって、前記光透過基板が、前記主要外部表面の間に、かつ前記主要外部表面に対して斜めに配備された少なくとも１つの内部表面を有し、前記内部表面が、前記光透過基板の前記主要外部表面のうちの第１のものに関連付けられている端部領域を有し、前記内部表面と、前記主要外部表面のうちの前記第１のものとの間の境界領域を画定する、光透過基板を得ることと、
前記境界領域における前記主要外部表面のうちの前記第１のものに形成されたくぼみ内のある量の光吸収材料を堆積させることと、を含み、
前記光吸収材料の前記量が、前記境界領域における前記主要外部表面のうちの前記第１のものに形成された前記くぼみを埋めるのに十分である、方法。
【請求項9】
前記光吸収材料の前記量を堆積させる前記のことが、前記主要外部表面のうちの前記第１のものの実質的に全体に前記光吸収材料を適用することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記主要外部表面のうちの前記第１のものを研磨して、前記くぼみの外側にある前記主要外部表面のうちの前記第１のものの実質的にすべての部分から前記光吸収材料を除去することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記光透過基板を得る前記のことが、コーティングされた透明なプレートのセットを一緒に取り付けて積層体を形成することと、前記積層体を斜めにスライスして、前記少なくとも２つの平行な主要外部表面と前記主要外部表面に対して斜めの前記内部表面とを有する前記光透過基板を形成することと、前記主要外部表面を研磨することと、を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項12】
前記主要外部表面を研磨する前記のことが、前記境界領域における前記主要外部表面のうちの前記第１のものに前記くぼみを形成させる、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記内部表面が、前記内部表面と前記主要外部表面のうちの第２のものとの間の第２の境界領域を画定するために、前記光透過基板の前記主要外部表面のうちの前記第２のものに関連付けられている第２の端部領域を有し、前記方法が、前記内部表面と前記主要外部表面のうちの前記第２のものとの間の前記第２の境界領域における前記主要外部表面のうちの前記第２のものに形成されたくぼみにある量の光吸収材料を堆積させることをさらに含み、当該光吸収材料の前記量が、前記第２の境界領域における前記主要外部表面のうちの前記第２のものに形成された前記くぼみを埋めるのに十分である、請求項８に記載の方法。
【請求項14】
光学デバイスであって、矩形断面を形成する平行な主要外部表面の第１および第２の対を有する光透過基板であって、前記光透過基板が、前記主要外部表面における内部反射によって光を誘導するように構成されている、光透過基板と、
前記光透過基板内に、前記光透過基板から光を結合するように構成された前記光透過基板の伸長方向に対して斜めに配備された少なくとも１つの内部表面と、
前記内部表面の端部領域と前記主要外部表面の一つの境界領域で前記光透過基板の前記主要外部表面の一つに形成された欠陥に位置付けられたある量の光吸収材料と、を備え、
前記光吸収材料の前記量が、前記境界領域で前記主要外部表面の一つに形成された前記欠陥を埋めるのに十分である、光学デバイス。
【請求項15】
前記欠陥が、前記境界領域で前記主要外部表面の一つに形成されたかすり傷又はくぼみを含む、請求項１４に記載の光学デバイス。
【請求項16】
前記欠陥が、前記主要外部表面の第１の対の前記主要外部表面のうちの１つと、前記主要外部表面の第２の対の前記主要外部表面のうちの１つとの間に形成された縁部に欠けを含む、請求項１４に記載の光学デバイス。
【請求項17】
前記欠陥が、前記主要外部表面の第１の対の前記主要外部表面のうちの１つと、前記主要外部表面の第２の対の前記主要外部表面のうちの１つとの間に形成された角部の欠けを含む、請求項１４に記載の光学デバイス。
【請求項18】
前記光吸収材料が、黒色吸収塗料を含む、請求項１４に記載の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１２月５日に出願された米国仮特許出願第６２／９４３，８６７号の優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１９年１２月５日に出願された米国仮特許出願第６２／９４３，８６７号の優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、ディスプレイシステム、および特に、ディスプレイでの使用に好適な導光光学素子に関する。
【背景技術】
【0003】
ある特定のディスプレイ技術、つまり仮想現実および拡張現実アプリケーションのための近目ディスプレイ（ＮＥＤ）などのヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）に特に好適なものは、「光導波路」または「光透過基板」とも称される導光光学素子を使用し、一連の内部の斜めの相互に平行な部分的に反射する表面を有する。画像プロジェクタは、導波路に光学的に結合され、内部反射によって導波路を伝播するように、コリメートされた画像に対応する光を導波路内に入射する。伝播する光は、一連の部分的に反射する表面での反射によって観察者の目に向かって導波路から徐々に結合され、それによって、目の反対側の有効光学開口部を、画像プロジェクタの出力開口部と比較して拡張させる。
【0004】
部分的に反射する表面の反射率は、スペクトル範囲、偏光方向、および入射角を含む入射光の様々なパラメータに敏感である。部分的に反射する表面は、典型的には、光学コーティングでコーティングされて、所望の反射率パターンを生成する。
【発明の概要】
【0005】
本発明は、導光光学素子である。
【0006】
本発明の一態様による特定の好ましい実施形態は、スペクトル、偏光、および角度均一性要件を同時に満たすことを可能にする光コーティングスキームに従ってコーティングされた内部部分的反射器を有する導光光学素子を提供する。本発明のこの態様の他の実施形態では、前述の要件は、所望されない方向への反射を同時に最小限に抑えながら満たされる。本発明の別の態様によるある特定の好ましい実施形態は、導光光学素子内の光散乱を低減する、導光光学素子の外部表面または表面のうちの１つ以上の領域に適用されるある量の反射抑制材料の量を有する導光光学素子を提供する。
【0007】
本発明の実施形態の教示によれば、光学デバイスが提供される。光学デバイスは、少なくとも２つの平行な主要外部表面を有する光透過基板であって、主要外部表面における内部反射によってコリメートされた画像を示す光を誘導するための光透過基板と、基板内に、外部表面に対して斜めに配備されている、相互に平行な内部表面の第１のセットと、基板内に、内部表面の第１のセットに対して平行に、内部表面の第１のセットと交互に、かつ内部表面の第１のセットと重なり合う関係に、配備されている、相互に平行な内部表面の第２のセットと、を備え、第１のセットの内部表面の各々の少なくとも一部が、少なくとも入射光の成分の第１のサブセットに少なくとも部分的に反射性であるように、第１の反射特性を有する第１のコーティングを含み、第２のセットの内部表面の各々の少なくとも一部が、少なくとも入射光の成分の第２のサブセットに少なくとも部分的に反射性であるように、第１の反射特性に相補的である第２の反射特性を有する第２のコーティングを含み、そのため、内部表面のセットが、第１および第２のサブセットからの光のすべての成分を反射するように協働する。
【0008】
任意選択的に、成分の第１のサブセットは、第１の色に対応する光を含み、成分の第２のサブセットは、第２の色に対応する光を含む。
【0009】
任意選択的に、成分の第１のサブセットは、第１の偏光方向を有する光を含み、成分の第２のサブセットは、第２の偏光方向を有する光を含む。
【0010】
任意選択的に、第１のコーティングまたは第２のコーティングのうちの少なくとも１つは、構造偏光子を含む。
【0011】
任意選択的に、第１のコーティングまたは第２のコーティングのうちの少なくとも１つが、誘電体コーティングを含む。
【0012】
任意選択的に、第１のコーティングまたは第２のコーティングのうちの少なくとも１つは、金属コーティングを含む。
【0013】
任意選択的に、第１のコーティングは、第１の色に対応する波長を有する光を第１の反射効率で反射することと、第２の色に対応する波長を有する光を第２の反射効率で反射することと、かつ第３の色に対応する波長を有する光を第１の反射効率よりも小さい第３の反射効率で反射することと、を行うように構成されており、第２のコーティングは、第１の色に対応する波長を有する光を第３の反射効率よりも大きい反射効率で反射するように構成されており、そのため、第１および第２のコーティングによる第３の色の組み合わされた反射効率が、第１の反射効率以上である。
【0014】
任意選択的に、第２の反射効率は、第１の反射効率よりも小さく、第２のコーティングは、第２の色に対応する波長を有する光を、第２の反射効率よりも大きい反射効率で反射するように構成されており、そのため、第１および第２のコーティングによる第２の色の組み合わされた反射効率は、第１の反射効率以上である。
【0015】
任意選択的に、第２のコーティングが、第１の色に対応する波長を有する光を、第１の反射効率とほぼ等しい反射効率で反射するように構成されている。
【0016】
任意選択的に、第１のコーティングは、第１の色に対応する波長を有する光を第１の反射効率で反射することと、第２の色に対応する波長を有する光を第１の反射効率よりも小さい第２の反射効率で反射することと、第３の色に対応する波長を有する光を第１の反射効率よりも小さい第３の反射効率で反射することと、を行うように構成されており、第２のコーティングは、第１の色に対応する波長を有する光を第２および第３の反射効率よりも大きい反射効率で反射することと、第２の色に対応する波長を有する光を第２および第３の反射効率よりも大きい反射効率で反射することと、第３の色に対応する波長を有する光を第２および第３の反射効率よりも大きい反射効率で反射することと、を行うように構成されている。
【0017】
任意選択的に、第１のコーティングは、第１のセットの内部表面の各々に所定のパターンで配設された、反射性材料のいくつかの部分を備える、パターン化されたコーティングを含む。
【0018】
任意選択的に、反射性材料の各部分は、内部表面の平面内に円形形状を有する。
【0019】
任意選択的に、反射性材料の各部分は、内部表面の平面内に長円形状を有する。
【0020】
任意選択的に、反射性材料は、誘電体材料である。
【0021】
任意選択的に、反射性材料は、金属材料である。
【0022】
任意選択的に、反射性材料の部分の間に形成される空間は、透明である。
【0023】
任意選択的に、第２の反射性材料は、反射性材料の部分の間に形成される空間内の内部表面上に配備される。
【0024】
任意選択的に、第２の反射性材料は、誘電体材料を含む。
【0025】
任意選択的に、第２の反射性材料は、内部表面上に所定のパターンで配設される。
【0026】
任意選択的に、第１のセットの内部表面上の部分の数または部分のサイズのうちの少なくとも１つは、基板を通る光の伝播の一次方向に対して増加する。
【0027】
任意選択的に光学デバイスが、反射性材料と第１のセットの内部表面の少なくとも一部との間に配備されたある量の光反射抑制材料をさらに備える。
【0028】
任意選択的に、光反射抑制材料は、光吸収材料を含む。
【0029】
任意選択的に、光反射抑制材料は、光散乱材料を含む。
【0030】
第１のコーティングは、第１のセットの内部表面の各々の第１の部分上に配備され、第２のコーティングは、第１のセットの内部表面の各々の第２の部分上に配備され、第２のコーティングは、第２のセットの内部表面の各々の第１の部分上に配備され、第１のコーティングは、第２のセットの内部表面の各々の第２の部分上に配備され、第１のセットの内部表面の第１の部分および第２の部分は、重なり合わない部分であり、第２のセットの内部表面の任意選択的に第１の部分および第２の部分は、重なり合わない部分である。
【0031】
任意選択的に、第１および第２のセットの内部表面は、主要外部表面における内部反射によって誘導されたある割合の光を、基板から視聴者の目に向かって反射する。
【0032】
任意選択的に、第１および第２のセットの内部表面は、第２の光透過基板の外部表面における内部反射によって誘導するために第２の光透過基板に結合されるように、主要外部表面における内部反射によって誘導されるある割合の光を基板から反射する。
【0033】
任意選択的に、基板は、基板を通して１つの次元で光を誘導するように構成されている。
【0034】
任意選択的に、基板は、基板を通して２つの次元で光を誘導するように構成されている。
【0035】
任意選択的に、第１のセットまたは第２のセットのうちの少なくとも１つからの内部表面のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの内部表面と基板との間の境界領域を画定する、基板の外部表面のうちの第１のものに関連付けられている端部領域を含み、外部表面のうちの第１のものは、境界領域における外部表面のうちの第１のものに形成されたくぼみに位置付けられているある量の光吸収材料を有する。
【0036】
本発明の教示の実施形態による光学デバイスも提供される。光学デバイスは、少なくとも２つの平行な主要外部表面を有する光透過基板であって、主要外部表面における内部反射によってコリメートされた画像を示す光を誘導するための、光透過基板と、基板内に、外部表面に対して斜めに配備された複数の相互に平行な内部表面であって、内部表面の第１のサブセットの少なくとも一部が、第１のサブセットの内部表面上に所定のパターンで配設された反射性材料のいくつかの部分を含むパターン化されたコーティングを備え、パターン化されたコーティングが、少なくとも入射光の成分の第１のサブセットに少なくとも部分的に反射し、内部表面の第２のサブセットが、少なくとも入射光の成分の第２のサブセットに対して少なくとも部分的に反射し、第１のサブセットの内部表面が、第２のサブセットの内部表面と重なり合う関係にあり、そのため、内部表面のサブセットが第１および第２のサブセットからの光のすべての成分を反射するように協働する、複数の相互に平行な内部表面と、を備える。
【0037】
任意選択的に、反射性材料の各部分は、第１のサブセットの内部表面の平面内に円形形状を有する。
【0038】
任意選択的に、反射性材料の各部分は、第１のサブセットの内部表面の平面内に長円形状を有する。
【0039】
任意選択的に、反射性材料は、誘電体材料である。
【0040】
任意選択的に、反射性材料は、金属材料である。
【0041】
任意選択的に、反射性材料の部分の間に形成される空間は、透明である。
【0042】
任意選択的に、第２の反射性材料は、反射性材料の部分の間に形成された空間に配備される。
【0043】
任意選択的に、第２の反射性材料は、誘電体材料を含む。
【0044】
任意選択的に、第２の反射性材料は、第１のサブセットの内部表面上に所定のパターンで配設される。
【0045】
任意選択的に、第１のサブセットの内部表面上の部分の数または部分のサイズのうちの少なくとも１つは、基板を通る光の伝播の方向に対して増加する。
【0046】
任意選択的に、光学デバイスは、反射性材料と第１のサブセットの内部表面との間に配備されたある量の光反射抑制材料をさらに備える。
【0047】
任意選択的に、光反射抑制材料は、光吸収材料を含む。
【0048】
任意選択的に、光反射抑制材料は、光散乱材料を含む。
【0049】
任意選択的に、第１のサブセットの内部表面は、第２のサブセットの内部表面と交互になっている。
【0050】
任意選択的に、内部表面の第１のサブセットの表面は、内部表面の第２のサブセットの表面と同一面上にある。
【0051】
任意選択的に、内部表面は、主要外部表面における内部反射によって誘導されたある割合の光を、光透過基板から視聴者の目に向かって反射する。
【0052】
任意選択的に、内部表面は、第２の光透過基板の外部表面における内部反射による誘導のために第２の光透過基板に結合されるように、主要外部表面における内部反射によって誘導されるある割合の光を光透過基板から反射する。
【0053】
任意選択的に、基板は、基板を通して１つの次元で光を誘導するように構成されている。
【0054】
任意選択的に、基板は、基板を通して２つの次元で光を誘導するように構成されている。
【0055】
任意選択的に、内部表面のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの内部表面と基板との間の境界領域を画定する、基板の外部表面のうちの第１のものに関連付けられている端部領域を含み、外部表面のうちの第１のものは、境界領域における外部表面のうちの第１のものに形成されたくぼみに位置付けられているある量の光吸収材料を有する。
【0056】
本発明の教示の実施形態による光学デバイスも提供される。光学デバイスは、主要外部表面における内部反射によって光を誘導するための少なくとも２つの平行な主要外部表面を有する光透過基板と、基板内に、外部表面に対して斜めに配備された少なくとも１つの少なくとも内部表面であって、内部表面が、内部表面と基板との間の境界領域を画定する基板の外部表面のうちの第１のものと関連付けられている端部領域を有する、少なくとも１つの少なくとも内部表面と、境界領域における外部表面のうちの第１のものに形成されたくぼみに位置付けられているある量の光吸収材料と、を備える。
【0057】
任意選択的に、少なくとも１つの内部表面は、複数の相互に平行な部分的に反射する表面を含む。
【0058】
任意選択的に、少なくとも１つの内部表面は、内部反射によって基板内に誘導された光を基板から結合するように構成される。
【0059】
任意選択的に、少なくとも１つの内部表面は、内部反射によって基板内を伝播するように、基板内に光を結合するように構成される。
【0060】
任意選択的に、少なくとも１つの内部表面は、内部反射によって第２の基板内を伝播するように、内部反射によって基板内に誘導された光を、第２の光透過基板内に結合するように構成される。
【0061】
任意選択的に、光吸収材料は、黒色吸収塗料を含む。
【0062】
任意選択的に、光吸収材料の量は、くぼみを埋めるのに十分である。
【0063】
任意選択的に、内部表面は、内部表面と基板との間の第２の境界領域を画定する基板の外部表面のうちの第２のものに関連付けられている第２の端部領域を有し、光学デバイスは、第２の境界領域において外部表面のうちの第２のものに形成されたくぼみに位置付けられたある量の光吸収材料をさらに備える。
【0064】
本発明の教示の実施形態による光学デバイスの製造方法も提供される。方法は、主要外部表面における内部反射によって光を誘導するための少なくとも２つの平行な主要外部表面を有する光透過基板を得ることであって、基板が、外部表面の間に、かつ外部表面に対して斜めに配備された少なくとも１つの少なくとも内部表面を有し、内部表面が、基板の外部表面のうちの第１のものに関連付けられている端部領域を有し、内部表面と、外部表面のうちの第１のものとの間の境界領域を画定する、光透過基板を得ることと、境界領域における外部表面のうちの第１のものに形成されたくぼみ内のある量の光吸収材料を堆積させることと、を含む。
【0065】
任意選択的に、光吸収材料の量を堆積させることは、外部表面のうちの第１のものの実質的に全体に光吸収材料を適用することを含む。
【0066】
任意選択的に、方法は、外部表面のうちの第１のものを研磨してくぼみの外側にある外部表面のうちの第１のものの実質的にすべての部分から光吸収材料を除去することをさらに含む。
【0067】
任意選択的に、光透過性基板を得ることが、コーティングされた透明なプレートのセットを一緒に取り付けて積層体を形成することと、積層体を斜めにスライスして、少なくとも２つの平行な主要外部表面と外部表面に対して斜めの内部表面とを有する基板を形成することと、外部表面を研磨することと、を含む。
【0068】
任意選択的に、外部表面を研磨することが、境界領域における外部表面のうちの第１のものにくぼみを形成させる。
【0069】
任意選択的に、光吸収材料の量は、くぼみを埋めるのに十分である。
【0070】
任意選択的に、内部表面は、内部表面と外部表面のうちの第２のものとの間の境界領域を画定するために、基板の外部表面のうちの第２のものに関連付けられている第２の端部領域を有し、方法が、内部表面と外部表面のうちの第２のものとの間の境界領域における外部表面のうちの第２のものに形成されたくぼみにある量の光吸収材料を堆積させることをさらに含む。
【0071】
本発明の教示の実施形態による光学デバイスも提供される。光学デバイスは、矩形断面を形成する平行な主要外部表面の第１および第２の対を有する光透過基板であって、基板が、主要外部表面における内部反射によって光を誘導するように構成されている、光透過基板と、基板内に、基板から光を結合するように構成された基板の伸長方向に対して斜めに配備された少なくとも１つの内部表面と、基板の外部領域に形成された欠陥に位置付けられたある量の光吸収材料と、を備える。
【0072】
任意選択的に、欠陥は、外部表面のうちの１つに形成されたかすり傷を含む。
【0073】
任意選択的に、欠陥は、外部表面の第１の対の外部表面のうちの１つと、外部表面の第２の対の外部表面のうちの１つとの間に形成された縁部にチップを含む。
【0074】
任意選択的に、欠陥は、外部表面の第１の対の外部表面のうちの１つと、外部表面の第２の対の外部表面のうちの１つとの間に形成された角部内のチップを含む。
【0075】
任意選択的に、内部表面は、内部表面と基板との間の境界領域を画定するように、基板の外部表面のうちの１つに関連付けられている少なくとも第１の端部領域を含む。
【0076】
任意選択的に、欠陥は、境界領域で形成されたくぼみを含む。
【0077】
任意選択的に、光吸収材料は、黒色吸収塗料を含む。
【0078】
本明細書で別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および／または科学用語は、本発明が関連する技術分野の当業者に概して理解される意味と同じ意味を有する。本発明の実施形態の実施または試験において、本明細書に記載されるものと類似または同等の方法および材料が使用され得るが、例示的な方法および／または材料が以下に記載される。矛盾する場合、定義を含む本特許明細書が優先する。さらに、材料、方法、および例は単に例示であり、必ずしも制限することが意図されない。
【図面の簡単な説明】
【0079】
本発明の一部の実施形態は、単なる例として、添付の図面を参照して本明細書に記載される。詳細に図面を具体的に参照すると、図示される詳細は、例として、かつ本発明の実施形態の例示的な考察の目的のためであることが強調される。これに関して、図面とともに行われる説明は、本発明の実施形態がどのように実施され得るかを当業者に明らかにするものである。
【0080】
ここで、図面に注目すると、同様の参照番号または文字は、対応するまたは同様の構成要素を示している。図面において、
【図1】本発明の一態様の教示に従って構築され、動作する導光光学素子（ＬＯＥ）の概略側面図表現であり、コーティングの相補的なセットを有する内部の部分的に反射する表面の一連の交互になっているセットを通過する画像照射の成分の進行を示す。
【図2】ｐ偏光およびｓ偏光に対する入射角の関数として、内部の部分的に反射する表面のいくつかで使用され得るコーティングの反射率曲線を示す。
【図3】異なる反射角で内部の部分的に反射する表面によって反射される画像照射成分の概略表現である。
【図4】照射成分のうちのいくつかのより低い反射を補償するために使用され得る反射性材料の部分を有するパターン化された反射コーティングの概略表現である。
【図6】単一のコーティング上に２つの反射パターンを有するコーティングの概略表現である。
【図7】内部の部分的に反射する表面のいくつかで使用され得るコーティングに対する波長の関数としての反射率曲線を例示している。
【図9】内部の部分的に反射する表面のいくつかで使用され得る別のコーティングに対する波長の関数としての反射率曲線を示す。
【図11】内部の部分的に反射する表面の各々に交互の順序で配設された２つの相補的コーティングを有する一連の内部の部分的に反射する表面の概略表現である。
【図12A】光学開口拡大を２つの次元で実行するための、各々、相補的なコーティングを有することができる部分的に反射する内部表面のセットを有する２つの光導波路を有する光学デバイスの概略側面および正面図である。
【図12B】光学開口拡大を２つの次元で実行するための、各々、相補的なコーティングを有することができる部分的に反射する内部表面のセットを有する２つの光導波路を有する光学デバイスの概略側面および正面図である。
【図13】光学開口拡大を２つの次元で実行するための、各々、相補的コーティングを有することができる部分的に反射する内部表面を有する２つの光導波路を有する別の光学デバイスの概略表現である。
【図14】内部の部分的に反射する表面のセットを有し、ＬＯＥを通る画像照射の進行および内部の部分的に反射する表面の１つからの所望されない反射を示すＬＯＥの概略表現である。
【図15A】図４および図５のパターン化された反射コーティングと同様のパターン化された反射コーティングで実装された図１４の内部の部分的に反射する表面の１つの概略表現であり、内部の部分的に反射する表面の表側に入射する光の透過および反射を示す。
【図16A】本発明の一態様の教示に従って構築され、動作する、図１５Ａおよび図１５Ｂの内部の部分的に反射する表面と同様の内部の部分的に反射する表面の概略表現であり、パターン化された反射コーティングの反射部分と内部の部分的に反射する表面の表側との間に配備されたある量の反射抑制材料を有し、内部の部分的に反射する表面の表側に入射する光の透過および反射を示す。
【図16B】図１６Ａの部分的に反射する表面の概略表現であり、内部の部分的に反射する表面の裏側の１つの領域に入射する光の透過、および内部の部分的に反射する表面の裏側の別の領域に入射する光の反射抑制材料による抑制を示す。
【図17】導光光学素子（ＬＯＥ）のセクションの概略表現であり、ＬＯＥの内部の部分的に反射する表面、およびＬＯＥの内部の部分的に反射する表面と外部の面との間の境界領域に形成されたくぼみの形態の欠陥を示す。
【発明を実施するための形態】
【0081】
本発明の実施形態は、内部部分的反射器が相補的なコーティングスキームに従って適用されるコーティングを有する導光光学素子と、導光光学素子の外部表面または表面の１つ以上の領域に適用される反射抑制材料を有する導光光学素子と、を含む、内部部分的反射器を有する様々な導光光学素子を提供する。
【0082】
本発明による様々な導光光学素子の原理および動作は、説明に付随する図面を参照してより良好に理解され得る。
【0083】
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用において、以下の説明に記載され、かつ／または図面および／もしくは実施例に図示された構成要素および／または方法の構造および配設の詳細に必ずしも限定されないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態、または様々な方法で実施または実行することができる。最初に、本書では、例えば、前後、上下、および左右などの方向について言及する。これらの方向の言及は、本発明およびその実施形態を例示するためにのみ例示的である。
【0084】
ここで図面を参照すると、図１は、本発明の非限定的な実施形態に従って構築され、動作する、概して１０と指定された導光光学素子（ＬＯＥ）の形態の光学デバイスを示している。ＬＯＥ１０は、一対の平行な面（「主要外部表面」または「表面」とも称される）１２、１４、および基板内に、平行な面１２、１４に対して斜めの角度で配備された複数の平面の部分的に反射する表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃを有する、透明な材料（ガラスなど）から構成される光透過基板として形成される。図示される非限定的な実施形態では、ＬＯＥ１０は、スラブ型導波路を形成し、すなわち、ＬＯＥ１０の他の２つの次元は、平行な面１２、１４間の距離よりも少なくとも１桁大きい。部分的に反射する表面（以下、互換的に「内部表面」、「内部部分的反射器」、「部分的な反射器」または「ファセット」と称される）１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、２つのセットの内部物表面、すなわち、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃを有する第１のセット１６と、内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃを有する第２のセット１８と、に細分化される。提示を簡単にするために、セット１６、１８の各々は、３つの内部表面を有するように本明細書に示されるが、セットのいずれかまたは両方は、任意の好適な数の内部表面を有することができることを理解されたい。
【0085】
特定の好ましいが非限定的な実施形態では、２つのセット１６、１８の内部表面は交互になっており、そのため、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃのうちの１つ以上が隣接する一対の内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃの間に配置され、その逆も同様である。好ましくは、内部表面は、２つのセット１６、１８の内部表面の間で交互になっており、そのため、隣接する内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃの各対に対して、内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃのうちの１つが存在し、その逆も同様である。この交互の構成を図１に示している。
【0086】
ここで、サンプル光線２０Ａおよび２０Ｂを含む照射のビーム２０によって概略的に表される投射画像２０は、内方結合反射器として概略的に表される光学内方結合構成２２によってＬＯＥ１０（すなわち、基板内）に結合される。好適に角度を付けられた結合プリズムまたは回折光学要素の使用などによって、画像照射をＬＯＥ１０に結合するための他の好適な内方結合構成は、当技術分野で周知である。画像照射２０は、平行な面１２、１４での繰り返される内部反射によってＬＯＥ１０内に誘導される（すなわち、画像照射２０は、ＬＯＥ基板内の内部反射によってトラップされる）。特定の好ましいが非限定的な実装態様では、内部反射によるＬＯＥ１０を通る伝播は、全内部反射（ＴＩＲ）の形態であり、それによって、臨界角度よりも大きい角度での平行な面１２、１４での伝播画像照射２０の入射は、平行な面１２、１４での照射の反射を引き起こす。他の非限定的な実装態様では、内部反射によるＬＯＥ１０を通る伝播は、平行な面１２、１４に適用される反射コーティング（例えば、角度選択的反射コーティング）によって実現される。
【0087】
画像照射２０は、一連の内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃに到達するまでＬＯＥ１０を通って伝播し、そこで画像強度の一部が光線２４Ａ、２４ＢとしてＬＯＥ１０から反射される。図１に示される実施形態などの特定の実施形態では、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、ＬＯＥ１０から観察者の目に向かって画像強度の一部を結合するように、反射光線２４Ａ、２４Ｂとして画像照射を反射する。考察されるように、他の実施形態では、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、反射光線２４Ａ、２４Ｂとして画像照射を反射し、他のＬＯＥの平行な面間で誘導するために、および他のＬＯＥ内に配備された一組の内部表面によって観察者の目に向かって外方結合するために、別のＬＯＥに結合される。
【0088】
画像照射２０は、典型的には、例えば、異なる偏光成分および異なる色（すなわち、スペクトル）成分を含む、照射の複数の成分を含む。内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、好ましくは、プレートまたはスラブの側面または表面の少なくとも一部に適用されるコーティングを有する透明なプレートまたはスラブから形成される。コーティングは反射特性で設計されており、そのため、照射の成分に対して所望の反射率パターンを生成するために、コーティングが特に対応する特性を有する入射光に少なくとも部分的に反射し、その詳細は以下で詳細に説明される。一般に、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃの少なくとも一部は、反射率特性を有するコーティングを有し、そのため、画像照射の特定の成分が内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃによって反射される。また、内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃの少なくとも一部は、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃの反射率特性に相補的な反射特性を有するコーティングも有し、そのため、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃによって十分に反射されない画像照射の成分が、好適かつ十分に内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃによって反射される。
【0089】
さらに詳細に、反射器１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃの設計の詳細を説明する前に、投射された画像照射２０は、コリメートされた画像であり、すなわち、各ピクセルは、観察者から遠く離れたシーンからの光に相当する、対応する角度の平行光線のビームによって表される（コリメートされた画像は、「無限大にコリメートされる」と称され得る）ことに留意されたい。ここでは、画像２０は、画像の単一の点、典型的には画像の重心に対応する単一の光線として単純に表されるが、画像は、実際には、中心光線の各側への角度の範囲を含み、それらは、対応する角度の範囲で基板内に結合され、および同様に、対応する角度で基板から結合され、それにより、観察者の目に方向に到達する画像の部分に対応する視野を生成することに留意されたい。
【0090】
各内部表面は、内部表面がそれぞれどこから始まり、どこで停止するかを画定する対向する端部を有する。これらの対向する端部は、「開始端部」および「停止端」と称される。例えば、内部表面１６ａおよび１８ａを見ると、内部表面１６ａは、開始端１７ａ－１および停止端１７ａ－２を有し、内部表面１８ａは、開始端１９ａ－１および停止端１９ａ－２を有することが分かる。内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、好ましくは、ＬＯＥ１０内に配備されており、そのため、内部表面１６ｂ、１６ｃの各々が、以前の内部表面１６ａ、１６ｂが内部表面の投射平面内で終了するところから開始する。言い換えれば、内部表面１６ｂの開始端１７ｂ－１は、内部表面１６ａの停止端１７ａ－２と位置合わせされ、内部表面１６ｃの開始端１７ｃ－１は、内部表面１６ｂの停止端１７ｂ－２と位置合わせされる。そのような配備では、ファセット１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、投射平面内で連続しており、重なり合わないように見え、図１に示されている非限定的な実装形態では、表面１２、１４の平面に平行である平面である。この配備は、ＬＯＥ１０を通る一次光伝播方向（図１の水平軸に沿って左から右であるとして任意に図示されている）において隣接する内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃの間に隙間がないことを保証し、それによって、第１のセット１６によって反射される光の成分のための連続的な開口拡大（すなわち、開口増倍）を維持する。同様に、内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、好ましくは、ＬＯＥ１０内に配備され、そのため、内部表面１８ｂ、１８ｃの各々が、前の内部表面１８ａ、１８ｂが終了するところから開始し、それによって、第２のセット１８によって反射された光の成分の連続的な開口拡大を維持する。言い換えれば、内部表面１８ｂの開始端１９ｂ－１は、内部表面１８ａの停止端１９ａ－２と位置合わせされ、内部表面１８ｃの開始端１９ｃ－１は、内部表面１８ｂの停止端１９ｂ－２と位置合わせされる。
【0091】
２つのセット１６、１８の内部表面が交互になっている実施形態では、２つのセット１６、１８も重なり合う関係にあることが好ましく、それにより、第１のセット１６の内部表面の少なくともいくつかが、第２のセット１８の内部表面のいくつかと重なり合い、逆もまた同様であることが好ましい。特定の場合において、重なり合う関係は、セット１６、１８のうちの一方の少なくとも１つの内部表面があり、その開始端がセット１６、１８のうちの他方の単一の内部表面の開始端と停止端との間にある投射平面内の位置に位置付けられ、セット１６、１８のうちの一方の内部表面の停止端がセット１６、１８のうちの一方の別の単一の内部表面の開始端と停止端との間にある投射平面内の位置に位置付けられているようなものである。
【0092】
図１は、交互になり、かつ重なり合う構成における２つのセット１６、１８を示しており、内部表面１８ａの開始端１９ａ－１は、内部表面１６ａの開始端１７ａ－１と停止端１７ａ－２との間の投射平面内の位置に位置付けられ、内部表面１８ａの停止端１９ａ－２は、内部表面１６ｂの開始端１７ｂ－１と停止端１７ｂ－２との間の投射平面内の位置に位置付けられ、内部表面１８ｂの開始端１９ｂ－１は、内部表面１６ｂの開始端１７ｂ－１と停止端１７ｂ－２との間の投射平面内の位置に位置付けられ、内部表面１８ｂの停止端１９ｂ－２は、内部表面１６ｂの開始端１７ｃ－１と停止端１７ｃ－２との間の投射平面内の位置に位置付けられ、内部表面１８ｃの開始端１９ｃ－１は、開始端１７ｃ－１と停止端１７ｃ－２との間にある投射平面の位置に位置付けられる。同様に、内部表面１６ａの停止端１７ａ－２は、内部表面１８ａの開始端１９ａ－１と停止端１９ａ－２との間の投射平面内の位置に位置付けられ、内部表面１６ｂの開始端１７ｂ－１は、内部表面１８ａの開始端１９ａ－１と停止端１９ａ－２との間の投射平面内の位置に位置付けられ、内部表面１６ｂの停止端１７ｂ－２は、内部表面１８ｂの開始端１９ｂ－１と停止端１９ｂ－２との間の投射平面内の位置に位置付けられ、内部表面１６ｃの開始端１７ｃ－１は、内部表面１８ｂの開始端１９ｂ－１と停止端１９ｂ－２との間の投射平面内の位置に位置付けられ、内部表面１６ｃの停止端１７ｃ－２は、内部表面１８ｃの開始端１９ｃ－１と停止端１９ｃ－２との間の投射平面内の位置に位置付けられる。
【0093】
好ましくは、２つのセット１６、１８の内部表面間の重なり合う構成は、セット１６、１８のうちの一方の内部表面の開始および停止端が、セット１６、１８のうちの他方の内部表面の開始端と停止端との間の中間点にあるようなものである。特定の例では、「重なり合う関係」は、セット１６の内部表面およびセット１８の内部表面が同一平面であるように完全に重なり合う構成を含み得、それによって、セット１６のファセットの開始端および停止端は、セット１８のファセットの開始端および停止端とそれぞれ一致することに留意されたい。従来のコーティングアーキテクチャを有する重なり合う内部表面を使用する光導波路のさらなる詳細は、出願人が共通に所有する米国特許第１０，４８１，３１９号に見出すことができ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0094】
以下の段落は、本発明の実施形態による内部表面のセット１６、１８のためのコーティング設計を説明する。内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃのうちの１つによって十分に反射されない画像照射の成分が、内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃのうちの１つによって好適かつ十分に反射されるように、相補的な反射率特性を有するコーティングを有する。具体的には、以下で詳細に説明されるように、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、画像照射の成分のサブセット内の各照射成分についてのある割合の強度を反射するように構成されたコーティングを有し、内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、画像照射の成分の別のサブセット内の各照射成分についてのある割合の強度を反射するように構成されたコーティングを有し、その結果、内部表面の２つのセット１６、１８のコーティングは、２つのサブセット内のすべての照射成分素の強度の組み合わされた割合を反射するように協働する。２つのセット１６、１８のコーティングによって協働的に反射される強度の組み合わせの割合は、２つのセット１６、１８のコーティングによって個別に反映される強度の割合以上である。
【0095】
図１に示されるように、内部表面が交互の構成に従って交互にされる場合、２つの異なるセットからの隣接する内部表面の対の相補的コーティングは、２つのセットからの内部表面が、連続的な開口拡大を維持するために、画像照射のすべての成分を、内部表面の投射平面の部分にわたって反射するように協働することを可能にする。
【0096】
第１の非限定的な例の一部として、照射の異なるスペクトル成分、例えば赤色光、緑色光、および青色光に対応するスペクトル成分を含む画像照射２０が考慮される。この例では、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、高い効率で赤色光（すなわち、６３８ｎｍ付近の波長を有する光）を反射し、中程度の効率で緑色光（すなわち、５３２ｎｍ付近の波長を有する光）を部分的に反射するように構成されているが、低い効率で青色光（すなわち、４５６ｎｍ付近の波長を有する光）を部分的に反射するように構成されている第１のコーティングを含み得る。緑色光の中程度の反射効率および内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃによって与えられる青色光の低い反射効率を補償するために、内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、（赤色光上の内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃによって与えられる効率と同等に）高効率で青色光を反射させ、（緑色光上の内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃによって与えられる効率と同等に）中程度の効率で緑色光を部分的に反射させるように構成されている第２のコーティングを含むことができる。内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃのコーティングはまた、低い効率で赤色光を部分的に反射し得る。結果として、光線２４Ａは、高い効率の赤色光、中程度の効率の緑色光、および低い効率の青色光を運び、光線２４Ｂは、高い効率の青色光および中程度の効率の緑色光を運び、そのため、２つの交互になっておりかつ重なり合うセット１６、１８による反射から生じる全体的な反射画像は、連続した開口拡大（内部表面が交互になっていることに起因する）を維持しながら、３つの色にわたって色差をほとんどまたはまったく有しない。２つのセット１６、１８のコーティングによって排除することができない任意の残留色差は、コリメート画像照射２０を生成するために使用される着色光源の調整によって補償することができる。
【0097】
別の非限定的な例では、２つの直交直線偏光成分、すなわちｓ偏光成分およびｐ偏光成分を含む画像照射２０が考慮される。ここで、内部表面の２つのセット１６、１８は、相補的な方法で直交偏光に対して選択的に反射するコーティングを含み、それによって、セット１６のうちの１つの内部表面は、偏光方向のうちの１つに偏光する光（例えば、ｐ偏光）をセット１６の内部表面の表面に対して主に反射し、他方のセット１８の内部表面は、直交する偏光方向（例えば、ｓ偏光）に偏光された光をセット１８の内部表面の表面に対して主に反射する。
【0098】
このような偏光選択的反射率を提供することができるコーティングの１つのタイプは、誘電体コーティングである。図２は、入射角（ＡＯＩ）にわたるｐ偏光およびｓ偏光に対するこのような誘電体コーティングの反射率特性を示している。見て分かるように、より低い範囲のＡＯＩ、例えば、０～２０度の範囲のＡＯＩ（すなわち、内部表面に垂直に近い）では、ｓおよびｐ偏光の両方が、ほぼ同じ効率で反射され、すなわち、ｓおよびｐ偏光の反射率は、ほぼ同じである（２５％をわずかに上回る）。ＡＯＩが所与の範囲にわたって増加すると、２つの偏光の反射率が逸脱する。具体的には、より高い範囲のＡＯＩ、例えば、２０～５５度の範囲のＡＯＩでは、ｐ偏光の反射率は、ｓ偏光の反射率と比較して減少する。例えば、およそ４０度のＡＯＩでは、ｓ偏光の反射率は５０％をわずかに上回る（それによって、ほぼ完璧な部分的反射器として動作する）が、ｐ偏光の反射率は１５％未満である。
【0099】
観察者の視野が広い画像を生成するために、異なる角度が異なる内部表面から反射される。図３は、すべての内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃが、図２を参照して上述した反射特性を有する誘電体コーティングを含むＬＯＥ１０を示している。この構成では、ＬＯＥを通って伝播する画像照射は、ｓ偏光およびｐ偏光成分の両方を有する。例示として、ＬＯＥ１０を通って伝播する画像照射のいくつかは、誘電体コーティングがほぼ同じ効率で両方の偏光を反射するように、より低い範囲のＡＯＩで内部表面１８ｃに衝突する。結果として、反射光線Ｒ18cの偏光成分は、ほぼ等しい強度である。しかしながら、画像照射のいくつかは、より高い範囲のＡＯＩにおいて、内部表面１８ａ、１８ｂ、１６ｂに衝突し、その結果、内部表面１８ａ、１８ｂ、１６ｂの誘電体コーティングは、主にｓ偏光を反射する。結果として、反射光線Ｒ18a、Ｒ18b、Ｒ16bの各々のｓ偏光成分が支配的な成分である。特定のＡＯＩ範囲における低減されたｐ偏光成分を補償するために、内部表面１８ａ、１８ｂは、主にｐ偏光光を反射する（またはほぼ等しい効率で両方の偏光を反射する）ように再設計される。
【0100】
ある特定の実施形態によれば、ｐ偏光の所望の反射率を達成するために、内部表面１８ａ、１８ｂは、さらに、１つの入射偏光を透過し、反射器の固有の軸配向に従って直交偏光を反射する方位感応性偏光反射器（または「構造偏光子」）を含む。１つの非限定的な構造偏光子の例は、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（米国ミネソタ州）から市販されている複屈折誘電体コーティングまたはフィルムである。別の非限定的な構造偏光子の例は、例えば、Ｍｏｘｔｅｋ Ｉｎｃ．（米国ユタ州）から市販されているワイヤーグリッドフィルムである。さらに別の非限定的な構造偏光子の例は、薄膜または透明基板上にパターンで配備された反射性材料の複数の部分を有するパターン化された部分反射コーティングである。
【0101】
図１～図３を引き続き参照して、本発明の非限定的な実施形態による、パターン化された反射コーティング（「反射パターンコーティング」とも称される）３０の非限定的な例の図を示す図４を参照する。コーティング３０は、１つの偏光方向に偏光される（例えば、ｓ偏光されるまたはｐ偏光される）光が、コーティング３０によって主に／大部分が反射され、直交偏光方向に偏光される（例えば、ｐ偏光されるまたはｓ偏光される）光が、コーティング３０によって主に／大部分が透過されるような反射特性を有する。好ましくは、反射偏光は、９０％よりも大きい反射（「実質的に完全反射」と称される）を示し、最も好ましくは９５％を超える反射を呈する。逆に、透過偏光は、好ましくは９０％よりも大きい透過（「実質的に完全透過」と称される）を示し、最も好ましくは９５％を上回る透過を呈する。
【0102】
コーティング３０は、離間した関係で配備され、平面基部表面３２上に所定のパターンで配設された反射性材料（以下、「部分」３４と称される）の量３４を含む。基部表面３２は、反射性材料の部分３４の間およびその周囲に形成される基部表面３２上の空間３５が光透過性であるように、光に対して透明であることが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。特定の実施形態では、平面基部表面３２は、内部の部分的に反射する表面を形成するために透明プレートに接合することができる薄膜または薄型基板である。他の実施形態では、平面基部表面３２自体は、ファセットが形成される透明プレートであり、反射性材料の部分３４は、透明プレート上に直接堆積される。特定の実施形態では、反射性材料は、誘電体材料である。他のときにより好ましい実施形態では、反射性材料は、銀などの金属材料である。反射性材料の各部分３４は、１つの偏光方向の光が電流の流れを誘発することを可能にする形状を有する。したがって、電流の流れを誘導する偏光方向に偏光された光は、コーティング３０に入射されたときにコーティング３０を反射器とみなし、直交偏光方向に偏光された光は、コーティング３０に入射されたときにコーティング３０を光透過性とみなす。
【0103】
図４に示される非限定的な例では、部分３４の各々は、サイズが同一であり、各々、基部表面３２の平面内（すなわち、内部表面の平面内）に略円形の形状を有する。ここで、部分３４は、配設されたパターンで基部表面３２に堆積された反射性材料の（基部表面３２の平面内の）円形対称ドットである。この構成では、部分３４は、均一に間隔を置くように所定のパターンで配設され、その結果、隣接するドットの各対の中心間の距離がコーティング３０全体にわたって一定である。
【0104】
図５は、コーティング３０の別の非限定的な例を示しており、基部表面３２の平面に非円形対称性を有する反射性材料の部分３６が所定のパターンで基部表面３２上に配備される。ここで、部分３６は、基部表面３２の平面内（すなわち、内部表面の平面内）に、略楕円形状または長円形状（対称の２つの直交軸）を有する。基部表面３２の平面内の部分３６の配向は、支配的な反射偏光を決定する。例えば、図５に示される部分３６の構成では、支配的な反射偏光は、ｐ偏光であってもよく、一方、基部表面３２の平面内で部分３６を９０度回転させることは、支配的な反射偏光をｓ偏光に切り替え得る。円形形状および長円形状以外の反射性材料の他の形状が本明細書で企図されており、例えば、反射性材料の部分は、基部表面３２上の線のパターンで配備され得る。
【0105】
コーティング３０を有する内部表面１８ａ、１８ｂを用いることによって、内部表面１８ａ、１８ｂは、内部表面１６ｂによって完全に反射されない照射成分（この場合、ｐ偏光成分）のサブセットを反射することができる。言い換えれば、より高いＡＯＩ範囲内の所与のＡＯＩに対して、内部表面１６ａは、画像照射の成分の第１のサブセット（ｓ偏光成分の形態）を高反射率で反射し、画像照射の成分の第２のサブセット（ｐ偏光成分の形態）を低反射率で反射する。同じ所与のＡＯＩに対して、内部表面１８ａ、１８ｂは、内部表面１６ｂによって与えられた低い反射率を補償するように、低い反射率成分、すなわち画像照射の成分の第２のサブセット（この場合、ｐ偏光成分）を高い反射率で反射する。結果として、内部表面１８ａ、１６ｂ、１８ｂは、両方の偏光成分（すなわち、両方のサブセットからの成分）を反射して、開口部倍増の連続性を維持するように協働する。画像照射の成分の２つのサブセットは、相補的であり、２つのサブセットからの成分の結合が、伝播画像照射の成分のすべてを占めることを意味する。この特定の例では、ｓおよびｐ偏光成分は、画像照射の偏光成分を構成しているため、相補的である。
【0106】
特定の実施形態では、２つの異なるコーティングは、単一のコーティングを使用して同じ内部表面平面上に実装され得る。例えば、誘電体コーティングは、部分３４の間の空間に配備することができる。結果として、部分３４または３６は、１つのタイプの誘電体コーティングまたは金属コーティングとして実装することができ、部分３４または３６の間および周囲に形成される基部表面３２上の空間３５は、別のタイプの誘電体コーティングとして実装することができる。図６は、そのようなコーティング３１の例を概略的に示しており、第２の反射性材料の部分３８は、部分３４の間および周囲に形成された基部表面３２上の空間３５の所定のパターンで堆積される。図６に示される非限定的な例では、部分３４の各々は略円形の形状であり、一方、部分３８の各々は略楕円の形状である。
【0107】
考察したように、本発明の実施形態のコーティング設計は、画像照射が異なる可視色成分を含む状況に等しく適用可能である。そのような状況では、図４～図６を参照して上述したパターン化された反射器コーティングの原理のいくつかを使用して、色の不均一性の問題に対処することができる。例えば、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、好適な反射効率で３色の第１のサブセットを部分的に反射するコーティングを含むことができ、内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、好適な効率で３色の第２のサブセットを部分的に反射するコーティングを含むことができ、ここで、色の第２のサブセットは、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃによって好適に反射されない色を含む。一般に、画像照射の色成分のサブセットは、相補的であり、サブセットからの成分の結合が、伝播画像照射の色成分のすべてを占めることを意味する。以下の段落は、色の均一性を維持するための２つのセット１６、１８の内部表面のコーティングの設計の様々な例を説明する。
【0108】
前置きとして、観察者が均一な画像を知覚するように、反射性材料の部分３４、３６を比較的小さいパターンで配設することが好ましい。特に、観察者の目の瞳孔のサイズに従って、例えば、およそ２ｍｍの直径を有する円として、反射性材料の部分３４、３６を幾何学的配設で配備することが好ましい（人間の目の瞳孔は、通常、明るい証明条件で２～４ｍｍの範囲の直径を有する）。しかしながら、小さなサイズを有し、小さなパターンで配設された反射性材料の部分は、入射光を大きな角度に回折させる傾向があり、それによって、画像解像度を低下させる。したがって、本発明の非限定的な実装形態では、２つのセット１６、１８の内部表面は、誘電体コーティングと組み合わせて、反射パターンを有するコーティング（図４～図６を参照して上述した）を使用して実装される。
【0109】
１つの非限定的な例では、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、赤色、緑色、および青色の光に対して少なくとも部分的に反射するように誘電体コーティングを使用して実装され、内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、コーティング３０の反射性材料が金属材料（例えば、銀）であるパターン化されたコーティング３０を使用して実装される。内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃの誘電体コーティングは、図７に示されるグラフに従う反射特性を有する。ここで、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃの誘電体コーティングは、緑色光（すなわち、５３２ｎｍ付近の波長を有する光）の形態の画像照射の成分の第１のサブセットを適度に高い効率で反射するが（およそ１０％の反射率）、緑色光の反射よりも低い効率（およそ４％の反射率）で赤色光および青色光（すなわち、それぞれ６３８ｎｍおよび４５６ｎｍ付近の波長を有する光）の形態の画像照射の成分の第２のサブセットを反射させる。内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃのコーティング３０は、部品の第２のサブセットの低い反射率を補償するために、十分な効率で成分の両方のサブセットに対して反射するような反射特性を有する。内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃの誘電体コーティングと、内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃのコーティング３０との組み合わせによって与えられる全体的な反射率が図８に示されている。推測できるように、コーティング３０は、少なくともおよそ６％の反射率で画像照射の成分の第２のサブセット（すなわち、赤色光および青色光）を反射し、これは、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃの誘電体コーティングによって第２のサブセットの成分に与えられるよりも高い効率である。コーティング３０はまた、およそ４％の反射率を有する画像照射（すなわち、緑色光）の成分の第１のサブセットも反射する。色成分の２つのサブセットは、２つのサブセット（高い効率の緑色光を有する第１のサブセット、高い効率の赤色光および青色光を有する第２のサブセット）の結合が、画像照射の３つの色成分のすべてを占めるという点で相補的である。結果として、全体的な反射画像は、赤色および青色の色成分よりも高い解像度の緑色成分を有するものの、色差が低減される。しかしながら、人間の目は、画像の緑色光成分の解像度に最も敏感であり、したがって、緑色成分のより高い解像度を有する全体画像は、観察者によって、いかなる顕著な解像度低下も有していないと認識される可能性がある。
【0110】
代替の構成では、コーティング３０は、緑色光よりも赤色光および青色光に対して高い反射率を有する反射性材料を使用して実装することができる（すなわち、コーティング３０は、ほとんど赤色光および青色光を反射する）。結果として、全体的に反射した画像は、顕著な色の違いをほとんどまたはまったく有しないであろう。
【0111】
別の非限定的な例では、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、図９に示されるグラフに従って反射特性を有する誘電体コーティングを使用して実装される。ここで、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃの誘電体コーティングは、画像照射の成分の第１のサブセットを、緑色光および赤色光の形態で、高い効率（およそ１５％の反射率）で反射するが、画像照射の成分の第２のサブセットを、青色光の形態で、緑色光および赤色光の反射（およそ１０％の反射率）よりも低い効率で反射する。成分の第２のサブセットの低い反射率を補償するために、コーティング３０の特定の実装形態が、内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃに使用される。この実装形態では、（誘電体材料または金属材料として実装される）反射性材料の部分は小さく（好ましくは、上で考察した人間の瞳孔サイズに応じた）、コーティング３０によって青色光のみが反射されるような反射特性を有する。内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃの誘電体コーティングと、内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃのコーティング３０との組み合わせによって与えられる全体的な反射率は、図１０に示され、それによって、全体的な反射率は、可視光スペクトルにわたっておよそ１５％で一定である。その結果、回折のないホワイトバランスのとれた画像が得られる（青色光は緑色光および赤色光に比べてはるかに回折しにくい傾向がある）。
【0112】
図１１は、非限定的な例による、色の均一性を維持するために２つのコーティングスキームを使用する別の実装形態を示している。ここで、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、交互の構成で配設された各反射器上にコーティングの２つのセットを有し、各内部表面のコーティングに横方向の変化が存在する。非限定的な図示される例では、各内部表面は、２つの重なり合わない部分、すなわち、第１の部分および第２の部分を有する。内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃの第１の部分４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、第１のコーティング３３、例えば、図７または図９による反射特性を有する誘電体コーティングを有し、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃの第２の部分４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、第２のコーティング３７、例えば、コーティング３０を有する。内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃの第１の部分４４ａ、４４ｂ、４４ｃは、第２のコーティング３７を有し、内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃの第２の部分４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、第１のコーティング３３を有する。
【0113】
図１１に示される非限定的な例では、コーティング３３、３７は、連続する内部表面の交互の部分上に配備され、そのため、隣接する内部表面（例えば、内部表面１６ａ、１８ａ、内部表面１８ａ、１６ｂ、内部表面１６ｂ、１８ｂなど）の各対上のコーティングが、色の均一性を維持するために、画像照射の成分のサブセットのすべてを合理的な効率で反射するように協働する。この特定の構成では、２組の内部表面は、効果的に同一平面であると考えることができ、それによって、各内部表面は、両方のコーティング３３、３７を有する。図１１は、内部表面の各々の２つの部分の各々が内部表面平面のほぼ半分を構成することを示しているが、コーティングが配備される内部表面の部分が連続した内部表面間で交互に配備される限り、他の構成が可能であることに留意されたい。
【0114】
色均一性を維持するための実施形態は、誘電体コーティングを有する内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、コーティング３０に従って実装されたコーティングを有する内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃとの文脈で説明したが、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃが交互になっている他の実施形態では、例えば図４～図６を参照して上で考察したように、両方のタイプのコーティングが単一の内部表面に実装される他の実施形態が可能である。例えば、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃの各々は、次の２つのコーティングを備え得る。１）第１のコーティング、例えばコーティング３０、および２）第２のコーティング、例えばコーティング３０の部分３４の間に形成された空間に配備された誘電体。第２のコーティングは、図７または図９による反射特性を有し得、それによって、画像照射の成分の第１のサブセットは、画像照射の成分の第２のサブセットよりも高い効率で第２のコーティングによって反射される。次いで、第１のコーティングは、第２のコーティングによって第２のサブセットに与えられる低い反射率を補償する反射特性を有し得、そのため、各個々の内部表面は、例えば、図８および図１０に示すように、３色にわたってほぼ均一である全体的な反射率を達成する。そのような構成では、２つのセット１６、１８は、交互になっている必要はない。代わりに、セット１６、１８の両方の内部表面は同一にコーティングされているので、２つのセット１６、１８は同一であり、好ましくは、各内部表面が前の内部表面が終了するところで開始するように配備される。
【0115】
特定の実施形態では、視野全体にわたって均一な強度を提供するために、内部表面のパターン化された反射コーティング３０は、内部表面上の部分３４、３６の数および／または部分３４、３６の大きさがファセットからファセットまで変化するように構成され得る。例えば、内部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、（上で考察したように）誘電体コーティングを使用して実装され得、内部表面１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、パターン化された反射コーティング３０を使用して実装され得る。ＬＯＥを通して光が伝播するにつれて、各連続するファセットに衝突する光の強度は、前のファセットに衝突する光の強度よりも小さい。これは、特定のファセットに衝突する光のある割合の強度が、その特定のファセットによってＬＯＥから反射されるという事実に起因する。光伝播方向における光強度の減少を補償するために、各ファセットによって与えられる反射率は、先行するファセットによって与えられる反射率と比較して、概して増加するべきである。これは、例えば、部分３４、３６の数および／または部分３４、３６のサイズを増加させることによって、ＬＯＥを通る光の一次伝播方向に対して、第２のセット１８の内部表面上のコーティング３０上の反射性材料の密度を増加させることによって実現することができる。例えば、内部表面１８ａのコーティング３０は、第１の数の部分３４、３６および／または部分３４、３６の第１のサイズで実装することができ、内部表面１８ｂのコーティング３０は、第２の数の部分３４、３６および／または部分３４、３６の第２のサイズで実装することができ、内部表面１８ｃのコーティング３０は、第３の数の部分３４、３６および／または部分３４、３６の第３のサイズで実装することができる。第１の部分の数は、第３の部分の数よりも小さい第２の部分の数よりも小さく、第１の部分のサイズは、第３の部分のサイズよりも小さい部分の第２のサイズよりも小さい。
【0116】
ここまで説明した実施形態のいくつかは、相補的コーティングを有する内部部分的反射器の２つのセットに関するものであったが、相補的コーティングを有する部分的反射器が２セット以上存在する他の実施形態も可能である。単純な例として、内部表面の第３のセットは、他の２つのセット１６、１８の内部表面と平行に配備され得、かつそれらと交互配置され得る。内部表面の各セットは、画像照射の成分の特定のサブセットを反射させるように構成されたコーティングを含むことができる。例えば、第１のセットの内部表面のコーティングは、主に赤色光を反射するように構成することができ、第２のセットの内部表面のコーティングは、主に緑色光を反射するように構成することができ、第３のセットの内部表面のコーティングは、主に青色光を反射するように構成することができる。結果として、３つの（好ましくは連続した）内部表面の所与のグループ（３つのセットの各々からの１つの内部表面を有するグループ）は、画像照射の３つの成分すべてを反射するように協働することができる。
【0117】
上で考察したコーティングおよびファセット配備手法は、異なるスペクトル成分または異なる偏光成分のいずれかを有する画像照射の非限定的な例の文脈内で説明されている。しかしながら、画像照射は、多くの場合、スペクトルおよび偏光成分（例えば、線形偏光赤色光、緑色光、および青色光）の両方を有することを理解されたい。より高い範囲のＡＯＩ（例えば、２０～５０度）でファセットに衝突する画像照射のために、ファセットのコーティングは、広い視野にわたる透過均等化を達成するためのスペクトル要件と偏光要件との両方を満たすように設計され得る。
【0118】
これまでに、コーティング設計および内部表面の配備は、光が１つの次元でＬＯＥを通って誘導され、１つの次元で開口拡大を実行する（本明細書では「誘導から非誘導」の画像伝播と称されているものを実行する）ように内部表面（ファセット）によって（「非誘導」光として）外方結合されるＬＯＥの文脈で説明されてきたが、本発明の実施形態に従って本明細書に記載されたコーティング設計およびファセット配備は、２つの次元で開口拡大を実行するために２つの次元で光を誘導するために協働する少なくとも２つの光導波路を有する光学デバイスに等しく適用可能である。これらのタイプの光学デバイスは、本明細書で「誘導から誘導」と称される画像伝播を実行し、それによって、画像照射は、（１つまたは２つの次元の）第１の光導波路を通して誘導され、第２の光導波路に結合されるように、第１の光導波路に配備されたファセットのセットによって反射される。次いで、画像照射は、第２の光導波路を通して（１つの次元で）誘導され、観察者によって見るために第２の光導波路から画像照射を結合するように、第２の光導波路に配備されたファセットのセットによって反射される。以下の段落では、誘導から誘導の画像伝播を実行する光学デバイスの例を提供する。
【0119】
図１２Ａおよび１２Ｂは、光学的に一緒に結合された２つの光導波路５０、６０による誘導から誘導の画像伝播を実行する光学デバイスの概略側面図および正面図をそれぞれ示している。光導波路５０は、「ｘ軸」に対応するものとして任意に図示される伸長方向を有し、矩形断面を形成する平行な面の２つの対（すなわち、主要外部表面）５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂを含む。複数の相互に平行な内部に部分的に反射する表面（すなわち、ファセット）５８は、伸長方向に対して斜めの角度で光導波路５０を少なくとも部分的に横断する。光導波路５０に光学的に結合された光導波路６０は、スラブ型導波路を形成する一対の平行な面６２ａ、６２ｂを有する。ここでも、複数の相互に平行な内部に部分的に反射する表面（すなわち、ファセット）６４は、少なくとも部分的に、平行な面６２ａ、６２ｂに対して斜めの角度で光導波路６０を横断する。ファセット５８を含む平面は、ファセット６４を含む平面に対して斜めである。
【0120】
光導波路５０、６０間の光結合、ならびに部分的に反射する表面５８、６４の配備および構成は、第１および第２の対の平行な面５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂの両方に対して斜めの結合角で初期伝播方向を有する画像が光導波路５０内に結合されるとき、画像が、光導波路５０に沿って４倍の内部反射によって（すなわち、２つの次元で）、光導波路５０から光導波路６０に結合されるように部分的に反射する表面５８で反射されたある割合の画像の強度で進むように、そして、観察者の目によって見られる可視画像として光導波路６０から結合されるように、光導波路６０内に２倍の内部反射を通じて（すなわち、ＬＯＥ１０と同様に１つの次元で）、部分的に反射する表面６４で反射されたある割合の画像の強度で伝播するようなものである。この構築の結果、光導波路５０を通って伝播する光は（光導波路５０によって２つの次元で）誘導され、部分的に反射する表面５８によって反射される光も（光導波路６０によって１つの次元で）誘導される。
【0121】
本発明の実施形態によるコーティング設計原理および／またはファセットの交互になる原理は、内部に部分的に反射する表面５８、６４のセットのいずれかまたは両方に適用することができる。２つの光導波路５０、６０を使用するこのような光学デバイスのさらなる詳細は、出願人が共通に所有する米国特許第１０，１３３，０７０号に見出すことができ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0122】
図１３は、光学的に一緒に結合された２つのスラブ型光導波路７０、８０による誘導から誘導の画像伝播を実行する光学デバイスの概略図を示している。光導波路７０は、スラブ型導波路を形成する平行な面の２つの対７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂを有する（図において、面７２ａ、７２ｂは、それぞれ、光導波路７０の前面および後面にあり、面７４ａ、７４ｂは、それぞれ、光導波路７０の左側および右側にある）。複数の相互に平行な内部に部分的に反射する表面（すなわち、ファセット）７６は、平行な面７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂに対して斜めの角度で光導波路７０を少なくとも部分的に横断する。光導波路８０は、スラブ型導波路を形成する平行な面の２つの対８２ａ、８２ｂ、８４ａ、８４ｂを有する（図において、面８２ａ、８２ｂは、光導波路８０の前面および後面にそれぞれあり、面８４ａ、８４ｂは、光導波路８０の左側および右側にそれぞれある）。複数の相互に平行な内部に部分的に反射する表面（すなわち、ファセット）８６は、平行な面８２ａ、８２ｂ、８４ａ、８４ｂに対して斜めの角度で光導波路８０を少なくとも部分的に横断する。さらに、ファセット７６を含む平面は、ファセット８６を含む平面に対して斜めであるか、または垂直である。
【0123】
図示される非限定的な実装形態では、光導波路７０、８０は、光導波路７０が光導波路８０の上部に積み重ねられる構成で光学的に一緒に結合される。しかしながら、光導波路７０、８０は、前方から後方に（例えば、面７２ｂ、８２ａが互いに向き合う関係で）積み重ねることができることに留意されたい。光導波路７０、８０間の光結合、ならびに部分的に反射する表面７６、８６の配備および構成は、画像が光導波路７０内に結合されたときに、画像は、光導波路７０から光導波路８０内に結合されるように、面７２ａ、７２ｂ間の光導波路７０内で２回の内部反射を通じて第１の誘導方向に部分的に反射する表面７６で反射されたある割合の画像の強度で伝播するように、そして、観察者の目で見る可視画像として光導波路８０から結合されるように、面８２ａ、８２ｂ間の光導波路８０内で２回の内部反射を通じて第２の誘導方向（第１の誘導方向に対して斜め）に、部分的に反射する表面８６で反射したある割合の画像の強度で伝播するようなものである。
【0124】
本発明の実施形態によるコーティング設計原理および／またはファセットの交互になる原理は、内部に部分的に反射する表面７６、８６のセットのいずれかまたは両方に適用することができる。２つの光導波路７０、８０を使用するこのような光学デバイスのさらなる詳細は、出願人が共通に所有する米国特許第１０，５５１，５４４号に見出すことができ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0125】
本明細書に開示される反射パターンコーティングの使用は、色の均一性および強度の均一性を維持する利点を有するが、反射パターンコーティングの使用は、内部表面から所望されない反射を引き起こし得、それはゴースト画像をもたらし得る。内部表面からの所望されない反射の一般的な概念は、図１４を参照して説明される。ここで、ＬＯＥ１００は、平行な面の対（主要外部表面）１０２、１０４に対して斜めに配備された３つの相互に平行な部分的に反射する内部表面１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃを有する。内部表面１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃの厚さは、図１４において、内部表面１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃの表側１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、および裏側１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを明確に示すために誇張される。内部表面の表側および裏側は、概して対向する側であり、表側は、所望の反射率パターンに従って伝播画像照射の反射を可能にする反射特性を有するコーティング（図１～図１１を参照して説明した）でコーティングされた内部表面の側面である。
【0126】
光線１０８によって概略的に表される画像照射１０８は、内方結合反射器１１０（または任意の他の好適な光学内方結合構成、例えば、結合プリズム）によってＬＯＥ１００に内方結合される。画像照射１０８は、面１０２、１０４における内部反射を繰り返すことによって（全内部反射によって、または面において適用される角度選択的反射コーティングに起因して）、一連の内部表面１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃに到達するまでＬＯＥ１００を通って伝播し、内部面１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃの表側１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃにおいて、画像強度の一部が光線１１６ａ～１１６ｄとしてＬＯＥ１００から反射される。光線１１８によって概略的に表される伝播画像照射１１８を見ると、光線１１８の強度の一部が（光線１２０として）内部表面１０６ａによって透過され、その後、光線１２０が面１０２で反射され、次いで、ある割合の強度は、光線１１６ｂとしてＬＯＥ１００から反射されるように、内部表面１０６ａの表側１０８ａで反射される（残りの強度は、光がＬＯＥ１００を通って伝播し続けるように、内部表面１０６ａによって透過される）。しかしながら、光線１１８の強度の一部は、内部表面１０６ａの裏側１１０ａにおいて所望されない反射を受け、反射光１２２をもたらす。反射光線１２２は、ある特定の状況では、反射光線１２４を生成するように、面１０２での反射によって例示される、面１０２、１０４での内部反射を受けることができる。反射光線１２４は、ゴースト光線１２６としてＬＯＥ１００から反射されるように、内部表面１０６ｂの表側１０８ｂで反射される。
【0127】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、反射パターンコーティング３０が、内部表面の表側での所望の反射と、内部表面の裏側での所望されない反射の両方を可能にする方法を示している。図１５Ａおよび図１５Ｂは、縮尺どおりに描画されておらず、内部表面の次元の一部および反射パターンコーティング３０の成分は、例示の明確さのために誇張されていることに留意されたい。
【0128】
最初に図１５Ａを見ると、任意の内部表面１３０（例えば、セット１８の内部表面の１つであり得る）が、内部表面１３０の表側１３２に衝突する伝播画像照射１４０をどのように扱うかが示されている。内部表面１３０は、内部表面１３０の表側１３２に堆積された反射パターンコーティング３０を有する。特に、平面基部表面３２は、部分３４が表側１３２上の所望のパターンで配設されるように、表側１３２上に堆積される。代替的に、部分３４は、平面基部表面３２を使用しない配設されたパターンで表側１３２上に直接堆積され得る。光線１４０Ａおよび１４０Ｂによって概略的に表される伝播画像照射１４０は、内部表面１３０の表側１３２の異なる領域に衝突する。この場合、伝播画像照射１４０は、ＬＯＥの下側面（例えば、図１４の面１０２または図１の面１２）で反射を受けた画像照射である。光線１４０Ａによって表される伝播画像照射の一部は、反射光線１４２として反射性材料の部分３４のうちの１つによって（ＬＯＥから）反射されるように、反射性材料を有する内部表面１３０の領域に衝突する。光線１４０Ｂによって表される伝播画像照射の一部は、反射性材料の部分３４の間に空間３５を有する内部表面１３０の領域に衝突し、光線１４２として内部表面１３０によって透過される（すなわち、空間３５が透明であることに起因して、光線１４０Ｂは、内部表面１３０を通って光線１４２として表側１３２から裏側１３４に通過する）。この光線１４０Ｂは、ＬＯＥの面で反射される、および／または後続の内部表面によって反射される、ＬＯＥを通って伝播し続ける。その結果、画像照射１４０Ａの一部は、内部表面１３０によってＬＯＥから反射され、画像照射１４０Ｂの一部は、内部表面１３０によって透過される。
【0129】
ここで、図１５Ｂを参照すると、内部表面１３０は、内部表面１３０の裏側１３４に衝突する、光線１１８Ａおよび１１８Ｂによって概略的に表される、伝播画像照射１１８をどのように扱うかが示されている。この場合、伝播画像照射は、ＬＯＥの上面（例えば、図１４の面１０４または図１の面１４）で反射を受けた画像照射である。光線１１８Ａによって表される伝播画像照射の一部は、反射性材料の部分３４の間に空間３５を有する内部表面１３０の領域に衝突し、したがって、光線１２０として内部表面１３０によって透過される（すなわち、空間３５が透明であることに起因して、光線１１８Ａは、裏側１３４から表側１３２に内部表面１３０を通過する）。光線１１８Ｂによって表される伝播画像照射の一部は、内部表面１３０の裏側１３４を通過し、反射光線１２２として反射性材料の部分３４の１つによって反射されるように反射性材料を有する内部表面１３０の領域に衝突する。上で考察したように、この光線１２２は、ＬＯＥの面で追加の反射を受け、最終的に、ゴースト光線としてＬＯＥから反射されるように、１つの内部表面の表側で反射され得る。
【0130】
これらの所望されない反射に対抗するために、本発明の実施形態は、反射性材料の部分と内部表面の表側との間に適用される反射抑制材料のコーティングを提供する。図１６Ａおよび図１６Ｂは、反射抑制材料および伝播画像照射に対するその効果を示している。図１５Ａおよび図１５Ｂと同様に、図１６Ａおよび図１６Ｂは、例示の明確さのために、縮尺どおりに描画されていない。
【0131】
まず、図１６Ａを見ると、部分１５０として指定された反射抑制材料のコーティングは、反射性材料の部分３４と、内部表面１３０の表側１３２との間に配備されている。コーティング３０が平面の基部表面３２（例えば、薄膜）を使用して実装される場合、部分１５０を表面３２上に直接堆積させることができ、次いで、部分３４を部分１５０上に堆積させることができる。好ましくは、反射抑制材料の部分は、部分３４および１５０がサイズ、形状、および数において同一であるように、反射性材料の部分と同一のパターン構成で配設される。図１６Ａに見られるように、反射抑制材料は、内部表面１３０の表側１３２に入射する画像照射の伝播に影響をほとんどまたはまったく与えない。図１５Ａを参照して上で考察したように、光線１４０Ａによって表される伝播画像照射の一部は、反射光線１４２として反射性材料の部分３４のうちの１つによって反射されるように、反射性材料を有する内部表面１３０の領域に衝突する。光線１４０Ｂによって表される伝播画像照射の一部は、反射性材料の部分３４の間に空間３５を有する内部表面１３０の領域に衝突し、光線１４２として内部表面１３０によって透過される。
【0132】
ここで、図１６Ｂを参照すると、反射抑制材料を有する内部表面１３０が、内部表面１３０の裏面１３４に衝突する伝播画像照射１１８をどのように扱うかが示されている。図１５Ｂを参照して上で考察したように、光線１１８Ａによって表される伝播画像照射の部分は、反射性材料の部分３４の間に空間３５を有する内部表面１３０の領域に衝突し、したがって、光線１２０として内部表面１３０によって透過される。しかしながら、図１５Ｂの構成とは異なり、光線１１８Ｂによって表される伝播画像照射の一部は、内部表面１３０の裏側１３４を通過し、反射抑制材料の一部分１５０を有する内部表面１３０の領域に衝突する。反射抑制材料は、光線１１８Ｂの裏側反射を防止するため、伝播画像照射の所望されない反射は発生しない。
【0133】
反射抑制材料は、様々な方法で実装され得る。１つの非限定的な例では、反射抑制材料は、入射光を吸収するある量の黒色吸収塗料として実装される。別の非限定的な例では、反射抑制材料は、入射光の強度よりも桁違いに小さい強度で複数方向に入射光を散乱させるある量の光散乱材料（例えば、拡散材料）として実装される。結果として、ＬＯＥを通って伝播し続け、後続の内部表面によって反射される任意の散乱光は、一般に観察者が気付くには低すぎる強度を有することになる。
【0134】
反射抑制材料は、ＬＯＥの製造中に反射性材料と内部表面の表側との間に堆積されることが好ましい。ＬＯＥは、内部表面が埋め込まれており、好ましくは、それらの境界で好適なコーティングと一緒に接合された透明なプレート（例えば、ガラスプレート）の積層体を形成することによって構築される。接合は、通常、光学セメントを使用して実行される。コーティングは、すべて上述したように、パターン化された反射コーティングおよび／または誘電体コーティングを含むことができる。コーティングは、プレートを一緒に接合する前に透明プレートの間の境界で適用される、薄膜または薄型基板（例えば、基部表面３２）上の層で構築することができる。代替的に、コーティングは、透明プレートが基部表面３２として機能するように、プレートを一緒に接合する前に、透明プレート上に直接構築することができる。ゴースト画像を低減するために反射抑制材料を使用する場合、反射抑制材料の層は、パターンで（透明プレート上、または薄膜または薄型基板上のいずれかで直接）構築され得、パターン反射性材料の層は次いで反射抑制材料上に構築され、それによって、透明プレートと反射性材料との間の反射抑制材料を挟み込む。
【0135】
透明プレートの積層体が、境界で適切なコーティング（好ましくは反射抑制材料）と一緒に接合されると、積層体は、適切な角度（内部表面が配備される所望の斜め角度に対応する）で切断（すなわち、スライス）され、平行な主要外部表面（すなわち、面）の間に埋め込まれた部分反射性の内部表面を有するＬＯＥを形成する。適切な角度でのスライスは、「斜め切断」または「斜めスライス」と称される。次に、ＬＯＥの主要外部表面は、主要外部表面で光学品質を向上させるために研磨される。ＬＯＥが光学内方結合構成として内方結合反射器を使用する実施形態では、埋め込まれた内方結合反射器を有する基板を生成するために、同様のステップを実行することができる。
【0136】
研磨プロセスは、ＬＯＥの平行な面で光学品質を向上させる所望の効果を有するが、研磨プロセスは、特定の例では、ＬＯＥ出力での光学性能および画像品質に悪影響を及ぼす可能性のあるＬＯＥ基板と内部表面との間の境界領域に欠陥を生じ得る。研磨プロセスによって引き起こされ得る１つのタイプの欠陥は、基板の内部表面と平行な面との間の境界領域におけるＬＯＥの平行な面の一方または両方のくぼみである。そのような欠陥は、図１７（縮尺どおりに描画されていない）に概略的に示されており、図１７は、内部の部分的に反射する表面２０６が面２０２、２０４に対して斜めに配備された、平行な面２０２、２０４を有するＬＯＥ２００のセクションを示している。図面には示されていないが、追加の内部の部分的に反射する表面は、内部表面２０６に平行なＬＯＥ２００内に配備される。
【0137】
内部表面２０６は、それぞれ面２０２、２０４に関連付けられた対応する端部領域２１０ａ、２１０ｂにおける２つの対向する端部２０８ａ、２０８ｂ（すなわち、開始端および停止端）を含む。面２０２、２０４およびそれぞれの端部領域２１０ａ、２１０ｂ（および特にそれぞれの端部２０８ａ、２０８ｂ）は、内部表面２０６とＬＯＥ基板との間に（破線円によって指定された）境界領域２１２ａ、２１２ｂを画定する。くぼみ２１４は、例えば、研磨プロセスの結果として、対応する境界領域２１２ａの面２０２のうちの１つに形成される（ただし、両方の面、すなわち、両方の境界領域２１２ａ、２１２ｂに形成され得る）。くぼみ２１４は、一般に、ＬＯＥの面内のへこみ、凹部、ピット、空洞、または隙間として形成され、これにより、面２０２の一部分（小さい部分であるが）は、内部表面が配備されているＬＯＥ２００の内部セクション内に内向きに突出する。突出部分（すなわち、突出部）は、図１７において一般に２１６とされている。
【0138】
典型的には、くぼみ２１４は、面２０２、２０４の残りの部分と比較して低減された構造的完全性を有し得る、境界領域２１２ａ、２１２ｂでの研磨中に印加される圧力による研磨プロセスの結果として形成される。研磨以外の他の原因は、くぼみ２１４の形成、例えば、ＬＯＥの誤った取り扱い（例えば、落下）を引き起こし得る。
【0139】
くぼみ２１４の結果として、境界領域２１２ａまたはその近くに伝播する画像照射は、突出部２１６による散乱を受け得る。これは、図１８に概略的に示されており、画像照射２１８（光線２１８によって概略的に表される）は、内部表面２０６によって透過され、反射光線２２０（画像照射の一部でもある）を生成するように面２０４で内部反射を受ける。光線２２０は、突出部２１６に衝突するように突出部２１６またはその付近で面２０２に入射し、入射光線２２０を、散乱光線２２２ａ～２２２ｃによって概略的に表される突出部２１６によって複数の方向に（すなわち、散乱されて）反射させる。光線は、突出部２１６の変化する表面プロファイルに起因して、様々な方向に散乱される。これらの散乱光線２２２ａ～２２２ｂは、所望されない反射であり、望ましくない角度で後続の内部表面のうちの１つによって反射されるようにＬＯＥ２００を通って伝播し、図１５Ｂを参照して上で考察した光線１２２と同様に、観察者の目にゴースト画像をもたらし得る。
【0140】
ここで図１９を参照すると、くぼみ２１４を含む面２０２の一部分を光吸収材料でコーティングすることによって、くぼみ２１４によって引き起こされる散乱効果に対抗する方法が示されている。特に、ある量の光吸収材料２２４が、くぼみ２１４を含む面２０２の部分上に堆積される。好ましくは、くぼみ２１４内に位置付けられている光吸収材料２２４の量は、くぼみ２１４を、面２０２の少なくとも欠陥のない部分のレベルまで埋めるのに十分である。１つの非限定的な例では、光吸収材料２２４は、くぼみ２１４を埋めるのに十分な量で面２０２に塗布される黒色吸収塗料として実装される。次いで、面２０２は、好ましくは、くぼみ２１４内に位置付けられている光吸収材料のみが残るように、面２０２から任意の余分な光吸収材料を除去するように研磨され、くぼみ２１４内の光吸収材料２２４のレベルは、面２０２の欠陥のない部分と同じである。
【0141】
伝播画像照射に対する光吸収材料２２４の効果もまた、図１９に示されている。図１８を参照して上で考察したのと同様に、光線２１８は、内部表面２０６によって透過され、反射光線２２０を生成するように、面２０４で内部反射を受ける。しかしながら、光線２２０は、突出部２１６に衝突すると、光吸収材料２２４によって吸収され、それによって、突出部２１６による光の散乱を防止する。
【0142】
光吸収材料は、そのようなくぼみが存在する内部表面とＬＯＥ基板との間の境界領域のいずれかに適用され、次いで上述したように研磨され得る。例えば、境界領域２１２ｂに形成されたくぼみに、光吸収材料を適用することができる。加えて、光学内方結合構成として内方結合反射器（すなわち、内部の反射する表面）を使用する場合、研磨プロセス中に内部の反射する表面とＬＯＥ基板との間の境界領域にくぼみが形成され得る。ここでは、内部反射表面とＬＯＥ基板との間の境界領域にも少量の光吸収材料を適用して、くぼみによって誘発される散乱効果に対抗することができる。
【0143】
ＬＯＥの外部領域における欠陥に適用される光吸収材料の使用による散乱低減は、光が１つの次元で伝播し、１つの次元で開口拡大を実行するように内部表面によって外方結合されるＬＯＥの文脈内で説明されてきたが、光吸収材料は同様に、図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１３を参照して説明される誘導から誘導の画像伝播を実行する光導波路などの、開口拡大を２つの次元で実行する外部領域または光導波路の部分の欠陥に適用され得る。これらの欠陥は、様々なファセット（例えば、ファセット５８、６４、７６、８６）と対応する面（例えば、面５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂ、６２ａ、６２ｂ、７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂ、８２ａ、８２ｂ、８４ａ、８４ｂ）との間の境界領域に形成されるくぼみを含むことができる。
【0144】
また、光吸収材料を使用して、光導波路の面および／または光導波路の削られた角部または縁部にかすり傷の形態の欠陥を修正することもできる。例えば、図２０に再現された、図１２Ａおよび図１２Ｂの光導波路５０を考える。ここで、面５２ａ、５４ａによって形成される角部／縁部の一部分が削られており（例えば、光導波路５０の誤った取り扱いに起因して）、欠陥２３０が生じている。欠陥２３０の領域に衝突する４倍の内部反射によって光導波路５０を通って伝播する光は、散乱されるか、または所望されない方向の反射を受けるであろう。図２１に示すように、散乱効果を防止するために、ある量の光吸収材料２２４を欠陥２３０に適用することができる。図２１において、光導波路５０の矩形断面を復元するには、欠陥に位置付けられている光吸収材料の量で十分である。しかしながら、光導波路をその欠陥のない構造に復元しない欠陥には、少量の光吸収材料が適用され得る。光吸収材料は、例えば、光導波路１０、５０、６０、７０、８０、１００のいずれかに対して、（一次元および二次元の開口拡大光学デバイスの両方の）光導波路の面におけるかすり傷を埋めるために等しく適用され得る。
【0145】
本明細書に記載される本発明の特定の態様は、本発明の他の態様とは独立して利点を得るために使用され得ることに留意されたい。例えば、ファセットの交互になっているセットの有無にかかわらず使用される相補的なコーティング手法を使用して、欠陥修正技術とは別に利点を得ることができる。さらに、欠陥修正技術は、それ以外の場合、従来のコーティングアーキテクチャを有するＬＯＥまたは光導波路（一次元および二次元の開口拡大を実行する）に適用することができる。
【0146】
図面にはＬＯＥおよび光導波路構造のみが例示されているが、本明細書に記載される様々なＬＯＥおよび光導波路は、観察者の目に画像を提供するために、ディスプレイの一部、典型的にはヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、好ましくはヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）またはメガネフレーム支持ディスプレイなどの近目ディスプレイ（ＮＥＤ）として使用することを意図していることが理解されるであろう。特定の好ましい実施形態では、ディスプレイは、観察者の目に提供される画像が外部の「現実世界」の景色にオーバーレイされる拡張現実（ＡＲ）ディスプレイシステムの一部である。他の実施形態では、ディスプレイは、ＬＯＥ／光導波路によって提供される画像のみが観察者に視認可能である、仮想現実（ＶＲ）ディスプレイシステムの一部である。すべてのそのような場合において、ディスプレイは、好ましくは、コリメート画像を生成する小さな形態因子の画像プロジェクタを含み、該プロジェクタは、コリメート画像を、ＬＯＥ／光導波路内の内部反射によって伝播し、内部の選択的に反射する表面によって徐々に外方結合されるように、光内方結合構成（例えば、内方結合反射器２２、結合プリズムなど）を介してＬＯＥ／光導波路内に導入するように、ＬＯＥ／光導波路に光学的に結合される。
【0147】
コリメート画像に対応する（すなわち、それを示す）照射（すなわち、光）を投影するための好適な画像プロジェクタの例は、例えば、照射源、シリコン上の液晶（ＬＣｏＳ）チップなどの空間光変調器、およびコリメート光学系を採用し、典型的にはすべてが偏光選択ビームスプリッタ（ＰＢＳ）キューブまたは他のプリズム配設の１つ以上の表面上に配設されており、当技術分野において周知されている。
【0148】
ＡＲシステムの文脈内で使用される場合、光導波路の外部部分での欠陥に少量の光吸収材料を適用することはまた、外部景色からの光の散乱を低減または抑制する利点も提供し得ることに留意されたい。
【0149】
画像照射およびコーティングの偏光特性について考察する場合、本明細書に記載される実施例において特定の偏光波経路が従った各例について、偏光は交換可能であり、それにより、例えば、コーティングの偏光選択的特性を変更する際に、ｐ偏光の各言及は、ｓ偏光に置き換えることが可能であり、その逆も可能であることに留意されたい。
【0150】
本開示の様々な実施形態の説明は、例示の目的のために提示されているが、網羅的であることを意図せず、または開示される実施形態に限定されない。多くの修正例および変形例は、記載される実施形態の範囲および趣旨から逸脱することなく当業者に明らかであろう。本明細書で使用される用語は、実施形態の原理、市場で見出される技術に対する実用的な応用または技術的な改善を最良に説明するために、または当業者が本明細書に開示される実施形態を理解することを可能にするために選択された。
【0151】
本明細書で使用される場合、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という単数形は、文脈が明確に別様に示さない限り、複数の参照を含む。
【0152】
「例示的な」という用語は、本明細書において、「例、事例、または例示としての役割を果たす」を意味するように使用される。「例示的」として記載される任意の実施形態は、必ずしも、他の実施形態よりも好ましいもしくは有利であると解釈されず、かつ／または他の実施形態から特徴の組み込みを除外しない。
【0153】
明確にするために、別個の実施形態の文脈で説明される本発明の特定の特徴もまた、単一の実施形態において組み合わせて提供され得ることが理解される。逆に、簡潔にするために、単一の実施形態の文脈で説明される本発明の様々な特徴は、別々に、または任意の好適なサブコンビネーションで、または本発明の任意の他の記載された実施形態で好適に提供され得る。様々な実施形態の文脈において説明される特定の特徴は、実施形態がそれらの要素なしで動作不能である場合を除き、それらの実施形態の本質的な特徴とみなされるべきではない。
【0154】
添付の特許請求の範囲が複数の従属性なしに起草されている限りにおいて、これは、かかる複数の従属性を許容しない法域における形式的要件に対応するためにのみ行われている。特許請求の範囲を多重従属にすることによって示唆される特徴のすべての可能な組み合わせが明示的に想定され、本発明の一部とみなされるべきであることに留意されたい。
【0155】
本発明は、その特定の実施形態と併せて説明されてきたが、多くの代替物、修正例、および変形例が、当業者に明らかであろうことは明らかである。したがって、添付の特許請求の範囲の趣旨および広範な範囲内であるすべてのかかる代替物、修正例、および変形例を包含することが意図される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16A】
【図16B】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
