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特表2024-523091ニアアイディスプレイ用のカプセル化された導光光学素子
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-06-28
(54)【発明の名称】ニアアイディスプレイ用のカプセル化された導光光学素子
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20240621BHJP
H04N 5/64 20060101ALI20240621BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
H04N5/64 511A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023561903
(86)(22)【出願日】2022-06-09
(85)【翻訳文提出日】2023-10-06
(86)【国際出願番号】 IL2022050621
(87)【国際公開番号】W WO2022264123
(87)【国際公開日】2022-12-22
(31)【優先権主張番号】63/210,672
(32)【優先日】2021-06-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/251,918
(32)【優先日】2021-10-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/324,164
(32)【優先日】2022-03-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】エイタン・ロネン
(72)【発明者】
【氏名】アミール・シャピラ
(72)【発明者】
【氏名】イド・フックス
(72)【発明者】
【氏名】エドガー・フリードマン
(72)【発明者】
【氏名】アビブ・フロマー
【テーマコード（参考）】
2H199
【Ｆターム（参考）】
2H199CA24
2H199CA28
2H199CA42
2H199CA47
2H199CA49
2H199CA53
2H199CA64
2H199CA66
2H199CA67
2H199CA70
2H199CA86
(57)【要約】
光学デバイスは、第１の屈折率を有する光透過材料から形成されたＬＯＥを有する。ＬＯＥの１対の平行な主要外部表面は、ＴＩＲによってＬＯＥ内で画像照明を誘導する。ＬＯＥの少なくとも１つの光学カップリング構成は、ＴＩＲによってＬＯＥ内で誘導される画像照射の一部を偏向させる。光学材料は、主要外部表面と直接接触するように、かつ少なくとも部分的にＬＯＥをカプセル化するように、少なくとも主要外部表面においてＬＯＥに直接取り付けられた少なくとも１つの透明材料を含む。光学材料は、主要外部表面におけるＴＩＲの状態を維持するために、第１の屈折率未満の第２の屈折率を有する。特定の実施形態では、ＴＩＲ誘導画像照明は、浅い角度を含む、臨界角度を超える角度において主要外部表面に入射する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
視認のためにユーザに向かって画像照明を方向付けるための光学デバイスであって、第１の屈折率を有する光透過材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）であって、前記ＬＯＥが、主要外部表面における全内部反射によって、前記ＬＯＥ内で画像照明を誘導するための１対の平行な前記主要外部表面を含む、複数の表面を含み、前記ＬＯＥが、前記主要外部表面における全内部反射によって前記ＬＯＥ内に誘導される前記画像照明の一部を偏向させるための少なくとも１つの光学カップリング構成を更に含む、導光光学素子（ＬＯＥ）と、
前記主要外部表面と直接接触するように、かつ前記ＬＯＥを少なくとも部分的にカプセル化するように、少なくとも前記主要外部表面において前記ＬＯＥに直接取り付けられた少なくとも１つの透明材料を含む、光学材料であって、前記主要外部表面における全内部反射の状態を維持するように、前記第１の屈折率未満である第２の屈折率を有する、光学材料と、を備え、
前記主要外部表面における全内部反射によって前記ＬＯＥ内で誘導される前記画像照明が、前記第１及び第２の屈折率によって定義される臨界角度を超える角度の範囲において、前記主要外部表面に入射し、前記臨界角度を超える前記角度が、前記主要外部表面に対して測定される浅い角度を含む、光学デバイス。
【請求項2】
前記少なくとも１つの透明材料が、固体材料から形成されている、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つの透明材料が、１つ以上の光学接着剤層から形成されている、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つの透明材料が、ポリマー又は誘電体材料の薄いコーティング層である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項5】
前記光学材料が、前記光学材料の表面パターンが、前記主要外部表面における欠陥パターンに従うように、十分に小さい厚さを有する、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項6】
前記厚さが、２μｍ～２０μｍの範囲内にある、請求項５に記載の光学デバイス。
【請求項7】
前記第１の屈折率が、１．５～１．８の範囲内にある、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項8】
前記第２の屈折率が、１．３～１．４の範囲内にある、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項9】
前記少なくとも１つの光学カップリング構成が、前記主要外部表面における全内部反射によって前記ＬＯＥ内で誘導される前記画像照明の前記一部を、前記ＬＯＥからユーザに向かって偏向させる、正確に１つの光学カップリング構成を含む、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項10】
前記光学カップリング構成が、前記ＬＯＥ内に展開され、かつ前記主要外部表面に対して斜めの複数の相互に平行な部分反射表面として実装される、請求項９に記載の光学デバイス。
【請求項11】
前記光学カップリング構成が、前記主要外部表面のうちの１つと関連付けられた少なくとも１つの回折素子として実装される、請求項９に記載の光学デバイス。
【請求項12】
前記ＬＯＥが、第１の領域と、第２の領域と、を含み、前記少なくとも１つの光学カップリング構成が、前記第１の領域に位置する第１の光学カップリング構成と、前記第２の領域に位置する第２の光学カップリング構成と、を含み、前記第２の光学カップリング構成が、前記主要外部表面における全内部反射によって、前記第１の領域から前記第２の領域へと前記ＬＯＥ内で誘導される前記画像照明の一部を前記ＬＯＥからユーザに向かって偏向させるために構成されており、前記第１の光学カップリング構成が、前記主要外部表面における全内部反射によって、前記第１の領域内で誘導される前記画像照明の一部を前記第２の領域に向かって偏向させるために構成されている、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項13】
前記第１の光学カップリング構成が、第１の配向を有する第１の複数の相互に平行な部分反射表面として実装され、前記第２の光学カップリング構成が、前記第１の配向に非平行である第２の配向を有する第２の複数の相互に平行な部分反射表面として実装される、請求項１２に記載の光学デバイス。
【請求項14】
前記第１の光学カップリング構成が、前記主要外部表面のうちの１つと関連付けられた第１の少なくとも１つの回折素子として実装され、前記第２の光学カップリング構成が、前記主要外部表面のうちの１つと関連付けられた第２の少なくとも１つの回折素子として実装される、請求項１２に記載の光学デバイス。
【請求項15】
前記第１の領域内の前記少なくとも１つの透明材料の１つ以上の部分と関連付けて展開された光吸収材料を更に備える、請求項１２に記載の光学デバイス。
【請求項16】
前記光吸収材料が、前記第１の屈折率と等しいか、又は前記第１の屈折率よりも１０％以下超である屈折率を有する、請求項１５に記載の光学デバイス。
【請求項17】
前記少なくとも１つの透明材料に取り付けられた少なくとも１つの光学素子を更に備える、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項18】
前記少なくとも１つの光学素子が、前記主要外部表面のうちの第１のものに直接取り付けられている、前記少なくとも１つの透明材料の第１の部分に取り付けられたレンズと、前記主要外部表面のうちの第２のものに直接取り付けられている、前記少なくとも１つの透明材料のうちの第２の部分に取り付けられた保護フィルムと、を含む、請求項１７に記載の光学デバイス。
【請求項19】
前記少なくとも１つの光学素子が、前記主要外部表面のうちの第１のものに直接取り付けられている、前記少なくとも１つの透明材料の第１の部分に取り付けられた第１のレンズと、前記主要外部表面のうちの第２のものに直接取り付けられている、前記少なくとも１つの透明材料のうちの第２の部分に取り付けられた第２のレンズと、を含む、請求項１７に記載の光学デバイス。
【請求項20】
前記少なくとも１つの光学素子が、前記主要外部表面のうちの第１のものに直接取り付けられている、前記少なくとも１つの透明材料の第１の部分に取り付けられた第１の保護フィルムと、前記主要外部表面のうちの第２のものに直接取り付けられている、前記少なくとも１つの透明材料のうちの第２の部分に取り付けられた第２の保護フィルムと、を含む、請求項１７に記載の光学デバイス。
【請求項21】
前記ＬＯＥは、前記ＬＯＥが、前記画像照明が伝播するアクティブエリアのみを実質的に含むように、前記光学材料が前記ＬＯＥに直接取り付けられる前に、前駆体ＬＯＥから切断されるプレカットＬＯＥであり、前記ＬＯＥの１つ以上の周辺縁が、少なくとも１つの不透明材料層でコーティングされる、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項22】
視認のためにユーザに向かって画像照明を方向付ける光学デバイスを作製するための方法であって、第１の屈折率を有する光透過材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）を取得することであって、前記ＬＯＥが、主要外部表面における全内部反射によって、前記ＬＯＥ内で画像照明を誘導するための１対の平行な前記主要外部表面を含む、複数の表面を含み、前記ＬＯＥが、前記主要外部表面における全内部反射によって前記ＬＯＥ内で誘導される前記画像照明の一部を偏向させるための少なくとも１つの光学カップリング構成を更に含み、前記主要外部表面における全内部反射によって前記ＬＯＥ内で誘導される前記画像照明が、第１及び第２の屈折率によって定義される臨界角を超える角度の範囲において、前記主要外部表面に入射し、前記臨界角を超える角度が、前記主要外部表面に対して測定される浅い角度を含む、取得することと、
少なくとも１つの透明材料を含む光学材料を、前記光学材料が前記主要外部表面に直接接触し、前記ＬＯＥを少なくとも部分的にカプセル化するように、少なくとも前記主要外部表面において、前記ＬＯＥに直接取り付けることであって、前記光学材料が、前記主要外部表面における全内部反射の状態を維持するように、前記第１の屈折率未満である第２の屈折率を有する、直接取り付けることと、を含む、方法。
【請求項23】
前記ＬＯＥが、前記画像照明が伝播する、アクティブエリアと、前記画像照明が伝播しない、又は前記画像照明が前記ユーザに向かって方向付けられない、非アクティブエリアと、を含み、前記方法が、前記光学材料を前記ＬＯＥに直接取り付ける前に、
前記ＬＯＥの前記アクティブエリアのみが実質的に残存するように、前記ＬＯＥを修正して、前記非アクティブエリアを除去し、それによって、修正されたＬＯＥを生成することと、
前記修正されたＬＯＥの１つ以上の周辺縁を、少なくとも１つの不透明材料層でコーティングすることと、を更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項24】
前記光学材料が、前記修正されたＬＯＥの前記１つ以上の周辺縁において、前記不透明材料に追加的に直接取り付けられる、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
前記光学材料を切断又はトリミングして、接眼レンズの輪郭を達成することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項26】
前記少なくとも１つの透明材料を研磨することを更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項27】
少なくとも１つの光学素子を前記少なくとも１つの透明材料に取り付けることを更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項28】
前記少なくとも１つの光学素子が、前記主要外部表面のうちの第１のものに直接取り付けられている、前記少なくとも１つの透明材料の第１の部分に取り付けられたレンズと、前記主要外部表面のうちの第２のものに直接取り付けられている、前記少なくとも１つの透明材料のうちの第２の部分に取り付けられた保護フィルムと、を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項29】
前記少なくとも１つの光学素子が、前記主要外部表面のうちの第１のものに直接取り付けられている、前記少なくとも１つの透明材料の第１の部分に取り付けられた第１のレンズと、前記主要外部表面のうちの第２のものに直接取り付けられている、前記少なくとも１つの透明材料のうちの第２の部分に取り付けられた第２のレンズと、を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項30】
前記少なくとも１つの光学素子が、前記主要外部表面のうちの第１のものに直接取り付けられている、前記少なくとも１つの透明材料の第１の部分に取り付けられた第１の保護フィルムと、前記主要外部表面のうちの第２のものに直接取り付けられている、前記少なくとも１つの透明材料のうちの第２の部分に取り付けられた第２の保護フィルムと、を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項31】
前記ＬＯＥが、第１の領域と、第２の領域と、を含み、前記少なくとも１つの光学カップリング構成が、前記第１の領域に位置する第１の光学カップリング構成と、前記第２の領域に位置する第２の光学カップリング構成と、を含み、前記第２の光学カップリング構成が、前記主要外部表面における全内部反射によって、前記第１の領域から前記第２の領域へと前記ＬＯＥ内で誘導される前記画像照明の一部を前記ＬＯＥから前記ユーザに向かって偏向させるために構成されており、前記第１の光学カップリング構成が、前記主要外部表面における全内部反射によって、前記第１の領域内で誘導される前記画像照明の一部を前記第２の領域に向かって偏向させるために構成されており、前記方法が、前記第１の領域内の前記少なくとも１つの透明材料の１つ以上の部分と関連付けて、光吸収材料を展開することを更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項32】
前記光吸収材料が、前記第１の屈折率と等しいか、又は前記第１の屈折率よりも１０％以下超である屈折率を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項33】
前記少なくとも１つの透明材料を前記ＬＯＥに直接取り付けることが、浸漬コーティング、スピンコーティング、ボンディング、及び成形からなる群から選択されるプロセスを実行することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項34】
視認のためにユーザに向かって画像照明を方向付けるための光学デバイスであって、第１の屈折率を有する光透過材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）であって、前記ＬＯＥが、
主要外部表面における全内部反射によって、前記ＬＯＥ内で画像照明を誘導するための少なくとも１対の平行な前記主要外部表面を含む、複数の表面、
第１の領域及び第２の領域、並びに
前記第１の領域に位置する第１の光学カップリング構成及び前記第２の領域に位置する第２の光学カップリング構成であって、前記第２の光学カップリング構成が、前記主要外部表面における全内部反射によって、前記第１の領域から前記第２の領域へと前記ＬＯＥ内で誘導される前記画像照明の一部を前記ＬＯＥから前記ユーザに向かって偏向させるために構成されており、前記第１の光学カップリング構成が、前記主要外部表面における全内部反射によって、前記第１の領域内で誘導される前記画像照明の一部を前記第２の領域に向かって偏向させるために構成されている、第１の光学カップリング構成及び第２の光学カップリング構成を含む、導光光学素子（ＬＯＥ）と、
前記主要外部表面と直接接触するように、かつ前記ＬＯＥを少なくとも部分的にカプセル化するように、少なくとも前記主要外部表面において前記ＬＯＥに直接取り付けられた透明材料であって、前記主要外部表面における全内部反射の状態を維持するように、前記第１の屈折率未満である第２の屈折率を有する、透明材料と、
前記第１の領域内の前記透明材料の１つ以上の部分と関連付けて展開された光吸収材料と、を備える、光学デバイス。
【請求項35】
視認のためにユーザに向かって画像照明を方向付けるための光学デバイスであって、第１の屈折率を有する光透過材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）であって、前記ＬＯＥが、
主要外部表面における全内部反射によって、前記ＬＯＥ内で画像照明を誘導するための少なくとも１対の平行な前記主要外部表面を含む、複数の表面、
第１の領域及び第２の領域、並びに
前記第１の領域に位置する第１の光学カップリング構成及び前記第２の領域に位置する第２の光学カップリング構成であって、前記第２の光学カップリング構成が、前記主要外部表面における全内部反射によって、前記第１の領域から前記第２の領域へと前記ＬＯＥ内で誘導される前記画像照明の一部を前記ＬＯＥから前記ユーザに向かって偏向させるために構成されており、前記第１の光学カップリング構成が、前記主要外部表面における全内部反射によって、前記第１の領域内で誘導される前記画像照明の一部を前記第２の領域に向かって偏向させるために構成されている、第１の光学カップリング構成及び第２の光学カップリング構成を含む、導光光学素子（ＬＯＥ）と、
前記第１の領域内の前記主要外部表面と直接接触するように、前記第１の領域内の前記主要外部表面において前記ＬＯＥに直接取り付けられた光吸収材料と、
前記第２の領域内の前記主要外部表面と直接接触するように、前記第２の領域内の前記主要外部表面において前記ＬＯＥに直接取り付けられた透明材料と、を備え、
前記透明材料及び前記光吸収材料が、少なくとも部分的に前記ＬＯＥをカプセル化するために協働し、前記透明材料及び前記光吸収材料の各々が、前記主要外部表面における全内部反射の状態を維持するように、前記第１の屈折率未満の屈折率を有する、光学デバイス。
【請求項36】
視認のためにユーザに向かって画像照明を方向付けるための光学デバイスであって、第１の屈折率を有する光透過材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）であって、前記ＬＯＥが、
主要外部表面における全内部反射によって、前記ＬＯＥ内で画像照明を誘導するための少なくとも１対の平行な前記主要外部表面を含む、複数の表面、
第１の領域及び第２の領域、並びに
前記第１の領域に位置する第１の光学カップリング構成及び前記第２の領域に位置する第２の光学カップリング構成であって、前記第２の光学カップリング構成が、前記主要外部表面における全内部反射によって、前記第１の領域から前記第２の領域へと前記ＬＯＥ内で誘導される前記画像照明の一部を前記ＬＯＥから前記ユーザに向かって偏向させるために構成されており、前記第１の光学カップリング構成が、前記主要外部表面における全内部反射によって、前記第１の領域内で誘導される前記画像照明の一部を前記第２の領域に向かって偏向させるために構成されている、第１の光学カップリング構成及び第２の光学カップリング構成を含む、導光光学素子（ＬＯＥ）と、
前記主要外部表面と直接接触するように、かつ前記ＬＯＥを少なくとも部分的にカプセル化するように、少なくとも前記主要外部表面において前記ＬＯＥに直接取り付けられた少なくとも１つの透明材料であって、前記主要外部表面における全内部反射の状態を維持するように、前記第１の屈折率未満である第２の屈折率を有する、少なくとも１つの透明材料と、
少なくとも１つの保護フィルムであってが、前記第１の領域内の前記主要外部表面のうちの少なくとも１つの一部分と関連付けられるように、前記少なくとも１つの透明材料の一部分と少なくとも関連付けられている、少なくとも１つの保護フィルムと、
コーティングであって、前記コーティングが前記少なくとも１つの透明材料の前記部分と関連付けられるように、前記少なくとも１つの保護フィルムの少なくとも一部分上に展開されている、コーティングと、を備える、光学デバイス。
【請求項37】
前記第１の領域は、前記画像照明が、２対の平行な主要外部表面における全内部反射によって第１のＬＯＥセクションを伝播するように、矩形断面を形成する前記２対の平行な主要外部表面を有する前記第１のＬＯＥセクションとして構成されている、請求項３４～３６のいずれか一項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、２０２１年６月１５日に出願された米国仮特許出願第６３／２１０，６７２号、２０２１年１０月４日に出願された米国仮特許出願第６３／２５１，９１８号及び２０２２年３月２８日に出願された米国仮特許出願第６３／３２４，１６４号からの優先権を主張し、これらの開示は、参照により、それらの全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２１年６月１５日に出願された米国仮特許出願第６３／２１０，６７２号、２０２１年１０月４日に出願された米国仮特許出願第６３／２５１，９１８号及び２０２２年３月２８日に出願された米国仮特許出願第６３／３２４，１６４号からの優先権を主張し、これらの開示は、参照により、それらの全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、光学デバイス、及び、具体的には、カプセル化された導光光学素子を有する光学デバイスに関する。
【背景技術】
【0003】
ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、及びヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の光学配置では、観察者の眼が位置するエリア（一般に眼球運動ボックス又はＥＭＢと称される）を覆うために大きい開口を必要とする。コンパクトなデバイスを実装するために、観察者の眼に投影される画像は、大きい開口を生成するために増倍される小さい開口を有する小さい光学画像ジェネレータ（プロジェクタ）によって生成される。開口増倍（拡張）は、様々な方式で達成することができる。開口増倍を達成するための解決策の１つのセットは、導光光学素子（ＬＯＥ）を採用し、Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ（イスラエル）によって様々な刊行物に記載されている。いくつかの例示的な解決策では、画像プロジェクタからの画像照明は、ＬＯＥの外部表面での全内部反射によってＬＯＥを伝搬するように、ＬＯＥ内に投入される。伝搬する照明は、斜めに角度が付けられた部分反射器を使用することによって、又はＬＯＥの片面に回折光学素子を使用することによってのいずれかで、ＬＯＥから観察者の眼に向かって徐々にカップリングされる。
【発明の概要】
【0004】
本発明の実施形態は、カプセル化された導光光学素子（ＬＯＥ）、カプセル化されたＬＯＥを有する光学デバイス、カプセル化されたＬＯＥを有する光学デバイスを作製する方法、及びＬＯＥをカプセル化する方法を提供する。開示される実施形態の各ＬＯＥは、第１の屈折率を有する光透過性材料から形成され、ＬＯＥの対（及び特定の実施形態では２対）の平面状の平行な主要外部表面における全内部反射による画像照明の伝搬をサポートし、伝搬する画像照明の一部を方向転換／偏向するための少なくとも１つの光学カップリング構成を含む。ＬＯＥは、ＬＯＥの主要外部表面における全内部反射の状態を維持するために、第１の屈折率未満である第２の屈折率を有する光学材料から形成されたカプセル内の主要外部表面において少なくとも部分的にカプセル化される。光学材料（低インデックス材料とも称される）は、低インデックス材料の間に介在する材料又は物質（空気を含む）が存在しないように、主要外部表面に直接取り付けられる。結果として、カプセル化は、エアギャップフリーカプセル化である。低インデックス材料は、少なくとも１つの透明な低インデックス材料を含む。特定の実施形態では、低インデックス材料は、単一の透明な低インデックス材料のみからなる。他の実施形態では、低インデックス材料は、隣接して定置された２つの透明な低インデックス材料を含む。更に他の実施形態では、低インデックス材料は、透明な低インデックス材料及び隣接して定置された光吸収低インデックス材料を含む。
【0005】
特定の好ましい実施形態では、ＬＯＥは、一次元の開口拡張を実行するように構成されているが、他の好ましい実施形態では、ＬＯＥは、二次元の開口拡張を実行するように構成されている。ＬＯＥが二次元開口拡張を実行する実施形態では、ＬＯＥの第１の領域は、開口部拡張の第１の段階を実行し、ＬＯＥの第２の領域は、開口拡張の第２の段階を実行する。ＬＯＥが二次元開口拡大を実行する特定の実施形態では、光吸収材料は、ＬＯＥの第１の領域に取り付けられる低屈折率材料の部分において展開される。前述のように、特定の実施形態では、２つ以上の低インデックス材料を使用してＬＯＥをカプセル化する。そのような実施形態は、ＬＯＥが二次元開口拡張を実行する実施形態と組み合わせて特に有用であり、それによって、第１の低インデックス材料が、開口拡張の第１の段階を実行するＬＯＥの第１の領域に取り付けられ、第２の低インデックス材料が、開口拡張の第２の段階を実行するＬＯＥの第２の領域に取り付けられる。特定の実施形態では、第１及び第２の低インデックス材料の両方は、透明材料であり、光吸収材料は、第１の低インデックス材料において展開される。他の実施形態では、第２の低インデックス材料は、透明材料であり、第１の低インデックス材料は、本質的に低屈折率を有する光吸収材料である。
【0006】
本発明の実施形態の教示によれば、視認のためにユーザに向かって画像照明を方向付けるための光学デバイスが提供される。光学デバイスは、第１の屈折率を有する光透過材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）であって、ＬＯＥが、主要外部表面における全内部反射によって、ＬＯＥ内で画像照明を誘導するための１対の平行な主要外部表面を含む、複数の表面を含み、ＬＯＥが、主要外部表面における全内部反射によってＬＯＥ内で誘導される画像照明の一部を偏向させるための少なくとも１つの光学カップリング構成を更に含む、導光光学素子（ＬＯＥ）と、主要外部表面と直接接触するように、かつＬＯＥを少なくとも部分的にカプセル化するように、少なくとも主要外部表面においてＬＯＥに直接取り付けられた少なくとも１つの透明材料を含む光学材料であって、主要外部表面における全内部反射の状態を維持するように、第１の屈折率未満である第２の屈折率を有する、光学材料と、を備え、主要外部表面における全内部反射によってＬＯＥ内で誘導される画像照明は、第１及び第２の屈折率によって定義される臨界角度を超える角度の範囲において主要外部表面に入射し、臨界角度を超える角度は、主要外部表面に対して測定される浅い角度を含む。
【0007】
任意選択的に、少なくとも１つの透明材料は、固体材料から形成されている。
【0008】
任意選択的に、少なくとも１つの透明材料は、１つ以上の光学接着剤層から形成されている。
【0009】
任意選択的に、少なくとも１つの透明材料は、ポリマー又は誘電体材料の薄いコーティング層である。
【0010】
任選択的に、光学材料は、光学材料の表面パターンが、主要外部表面における欠陥パターンに従うように、十分に小さい厚さを有する。
【0011】
任意選択的に、厚さは、２μｍ～２０μｍの範囲内にある。
【0012】
任意選択的に、第１の屈折率は、１．５～１．８の範囲内にある。
【0013】
任意選択的に、第２の屈折率は、１．３～１．４の範囲内にある。
【0014】
任意選択的に、少なくとも１つの光学カップリング構成は、主要外部表面における全内部反射によってＬＯＥ内で誘導される画像照明の一部を、ＬＯＥからユーザに向かって偏向させる、正確に１つの光学カップリング構成を含む。
【0015】
任意選択的に、光学カップリング構成は、ＬＯＥ内に展開され、かつ主要外部表面に対して斜めの複数の相互に平行な部分反射表面として実装される。
【0016】
任意選択的に、光学カップリング構成は、主要外部表面のうちの１つと関連付けられた少なくとも１つの回折素子として実装される。
【0017】
任意選択的に、ＬＯＥは、第１の領域と、第２の領域と、を含み、少なくとも１つの光学カップリング構成は、第１の領域に位置する第１の光学カップリング構成と、第２の領域に位置する第２の光学カップリング構成と、を含み、第２の光学カップリング構成は、主要外部表面における全内部反射によって、第１の領域から第２の領域へとＬＯＥ内で誘導される画像照明の一部をＬＯＥからユーザに向かって偏向させるために構成されており、第１の光学カップリング構成は、主要外部表面における全内部反射によって、第１の領域内で誘導される画像照明の一部を第２の領域に向かって偏向させるために構成されている。
【0018】
任意選択的に、第１の光学カップリング構成は、第１の配向を有する第１の複数の相互に平行な部分反射表面として実装され、第２の光学カップリング構成は、第１の配向に非平行である第２の配向を有する第２の複数の相互に平行な部分反射表面として実装される。
【0019】
任意選択的に、第１の光学カップリング構成は、主要外部表面のうちの１つと関連付けられた第１の少なくとも１つの回折素子として実装され、第２の光学カップリング構成は、主要外部表面のうちの１つと関連付けられた第２の少なくとも１つの回折素子として実装される。
【0020】
任意選択的に、光学デバイスは、第１の領域内の少なくとも１つの透明材料の１つ以上の部分と関連付けて展開された光吸収材料を更に備える。
【0021】
任意選択的に、光吸収材料は、第１の屈折率と等しいか、又は第１の屈折率よりも１０％以下超である屈折率を有する。
【0022】
任意選択的に、光学デバイスは、少なくとも１つの透明材料に取り付けられた少なくとも１つの光学素子を更に備える。
【0023】
任意選択的に、少なくとも１つの光学素子は、主要外部表面のうちの第１のものに直接取り付けられている、少なくとも１つの透明材料の第１の部分に取り付けられたレンズと、主要外部表面のうちの第２のものに直接取り付けられている、少なくとも１つの透明材料のうちの第２の部分に取り付けられた保護フィルムと、を含む。
【0024】
任意選択的に、少なくとも１つの光学素子は、主要外部表面の第１の部分に直接取り付けられている、少なくとも１つの透明材料の第１の部分に取り付けられた第１のレンズと、主要外部表面の第２の部分に直接取り付けられている、少なくとも１つの透明材料の第２の部分に取り付けられた第２のレンズと、を含む。
【0025】
任意選択的に、少なくとも１つの光学素子は、主要外部表面のうちの第１のものに直接的に取り付けられている、少なくとも１つの透明材料の第１の部分に取り付けられた第１の保護フィルムと、主要外部表面のうちの第２のものに直接的に取り付けられている、少なくとも１つの透明材料の第２の部分に取り付けられた第２の保護フィルムと、を含む。
【0026】
任意選択的に、ＬＯＥは、画像照明が伝播するアクティブエリアのみをＬＯＥが実質的に含むように、光学材料がＬＯＥに直接取り付けられる前に、前駆体ＬＯＥから切断されるプレカットＬＯＥであり、ＬＯＥの１つ以上の周辺縁は、少なくとも１つの不透明材料層でコーティングされる。
【0027】
本発明の教示の実施形態によれば、視認のためにユーザに向かって画像照明を方向付ける光学デバイスを作製する方法も提供される。この方法は、第１の屈折率を有する光透過材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）を取得することであって、ＬＯＥが、主要外部表面における全内部反射によって、ＬＯＥ内で画像照明を誘導するための１対の平行な主要外部表面を含む、複数の表面を含み、ＬＯＥが、主要外部表面における全内部反射によってＬＯＥ内で誘導される画像照明の一部を偏向させるための少なくとも１つの光学カップリング構成を更に含み、主要外部表面における全内部反射によってＬＯＥ内で誘導される画像照明が、第１及び第２の屈折率によって定義される臨界角を超える角度の範囲において主要外部表面に入射し、臨界角を超える角度が、主要外部表面に対して測定される浅い角度を含む、取得することと、少なくとも１つの透明材料を含む光学材料を、光学材料が主要外部表面に直接接触し、ＬＯＥを少なくとも部分的にカプセル化するように、少なくとも主要外部表面においてＬＯＥに直接取り付けることであって、光学材料が、主要外部表面における全内部反射の状態を維持するように、第１の屈折率未満である第２の屈折率を有する、直接取り付けることと、を含む。
【0028】
任意選択的に、ＬＯＥは、画像照明が伝播するアクティブエリアと、画像照明が伝播しない、又は画像照明がユーザに向かって方向付けられていない非アクティブエリアと、を含み、方法は、光学材料をＬＯＥに直接取り付ける前に、ＬＯＥのアクティブエリアのみが実質的に残存するように、ＬＯＥを修正して、非アクティブエリアを除去し、それによって、修正されたＬＯＥを生成することと、修正されたＬＯＥの１つ以上の周辺縁を、少なくとも１つの不透明材料層でコーティングすることと、を更に含む。
【0029】
任意選択的に、光学材料は、修正されたＬＯＥの１つ以上の周辺縁において不透明材料に追加的に直接取り付けられる。
【0030】
任意選択的に、方法は、光学材料を切断又はトリミングして、接眼レンズの輪郭を達成することを更に含む。
【0031】
任意選択的に、方法は、少なくとも１つの光学素子を少なくとも１つの透明材料に取り付けることを更に含む。
【0032】
任意選択的に、少なくとも１つの光学素子は、主要外部表面のうちの第１のものに直接取り付けられている、少なくとも１つの透明材料の第１の部分に取り付けられたレンズと、主要外部表面のうちの第２のものに直接取り付けられている、少なくとも１つの透明材料のうちの第２の部分に取り付けられた保護フィルムと、を含む。
【0033】
任意選択的に、少なくとも１つの光学素子は、主要外部表面の第１の部分に直接取り付けられている、少なくとも１つの透明材料の第１の部分に取り付けられた第１のレンズと、主要外部表面の第２の部分に直接取り付けられている、少なくとも１つの透明材料の第２の部分に取り付けられた第２のレンズと、を含む。
【0034】
任意選択的に、少なくとも１つの光学素子は、主要外部表面のうちの第１のものに直接的に取り付けられている、少なくとも１つの透明材料の第１の部分に取り付けられた第１の保護フィルムと、主要外部表面のうちの第２のものに直接的に取り付けられている、少なくとも１つの透明材料の第２の部分に取り付けられた第２の保護フィルムと、を含む。
【0035】
任意選択的に、ＬＯＥは、第１の領域と、第２の領域と、を含み、少なくとも１つの光学カップリング構成は、第１の領域に位置する第１の光学カップリング構成と、第２の領域に位置する第２の光学カップリング構成と、を含み、第２の光学カップリング構成は、主要外部表面における全内部反射によって、第１の領域から第２の領域へとＬＯＥ内で誘導される画像照明の一部をＬＯＥからユーザに向かって偏向させるために構成されており、第１の光学カップリング構成は、主要外部表面における全内部反射によって、第１の領域内で誘導される画像照明の一部を第２の領域に向かって偏向させるために構成されており、方法は、第１の領域内の少なくとも１つの透明材料の１つ以上の部分と関連付けて、光吸収材料を展開することを更に含む。
【0036】
任意選択的に、光吸収材料は、第１の屈折率と等しいか、又は第１の屈折率よりも１０％以下超である屈折率を有する。
【0037】
任意選択的に、少なくとも１つの透明材料をＬＯＥに直接取り付けることは、浸漬コーティング、スピンコーティング、ボンディング、及び成形からなる群から選択されるプロセスを実行することを含む。
【0038】
本発明の教示の実施形態によれば、視認のためにユーザに向かって画像照明を方向付ける光学デバイスも提供される。光学デバイスは、第１の屈折率を有する光透過材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）であって、ＬＯＥが、主要外部表面における全内部反射によって、ＬＯＥ内で画像照明を誘導するための少なくとも１対の平行な主要外部表面を含む、複数の表面、第１の領域及び第２の領域、並びに第１の領域に位置する第１の光学カップリング構成及び第２の領域に位置する第２の光学カップリング構成であって、第２の光学カップリング構成が、主要外部表面における全内部反射によって、第１の領域から第２の領域へとＬＯＥ内で誘導される画像照明の一部をＬＯＥからユーザに向かって偏向させるために構成されており、第１の光学カップリング構成が、主要外部表面における全内部反射によって、第１の領域内で誘導される画像照明の一部を第２の領域に向かって偏向させるために構成されている、第１の光学カップリング構成及び第２の光学カップリング構成を含む、導光光学素子（ＬＯＥ）と、主要外部表面と直接接触するように、かつＬＯＥを少なくとも部分的にカプセル化するように、少なくとも主要外部表面においてＬＯＥに直接取り付けられた透明材料であって、主要外部表面における全内部反射の状態を維持するように、第１の屈折率未満である第２の屈折率を有する、透明材料と、第１の領域内の透明材料の１つ以上の部分と関連付けて展開された光吸収材料と、を備える。
【0039】
本発明の教示の実施形態によれば、視認のためにユーザに向かって画像照明を方向付ける光学デバイスも提供される。光学デバイスは、第１の屈折率を有する光透過材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）であって、ＬＯＥが、主要外部表面における全内部反射によって、ＬＯＥ内で画像照明を誘導するための少なくとも１対の平行な主要外部表面を含む、複数の表面、第１の領域及び第２の領域、並びに第１の領域に位置する第１の光学カップリング構成及び第２の領域に位置する第２の光学カップリング構成であって、第２の光学カップリング構成が、主要外部表面における全内部反射によって、第１の領域から第２の領域へとＬＯＥ内で誘導される画像照明の一部をＬＯＥからユーザに向かって偏向させるために構成されており、第１の光学カップリング構成が、主要外部表面における全内部反射によって、第１の領域内で誘導される画像照明の一部を第２の領域に向かって偏向させるために構成されている、第１の光学カップリング構成及び第２の光学カップリング構成を含む、導光光学素子（ＬＯＥ）と、第１の領域内の主要外部表面と直接接触するように、第１の領域内の主要外部表面においてＬＯＥに直接取り付けられた光吸収材料と、第２の領域内の主要外部表面と直接接触するように、第２の領域内の主要外部表面においてＬＯＥに直接取り付けられた透明材料と、を備え、透明材料及び光吸収材料が、少なくとも部分的にＬＯＥをカプセル化するために協働し、透明材料及び光吸収材料の各々が、主要外部表面における全内部反射の状態を維持するように、第１の屈折率未満の屈折率を有する。
【0040】
本発明の教示の実施形態によれば、視認のためにユーザに向かって画像照明を方向付ける光学デバイスも提供される。光学デバイスは、第１の屈折率を有する光透過材料から形成された導光光学素子（ＬＯＥ）であって、ＬＯＥが、主要外部表面における全内部反射によって、ＬＯＥ内で画像照明を誘導するための少なくとも１対の平行な主要外部表面を含む、複数の表面、第１の領域及び第２の領域、並びに第１の領域に位置する第１の光学カップリング構成及び第２の領域に位置する第２の光学カップリング構成であって、第２の光学カップリング構成が、主要外部表面における全内部反射によって、第１の領域から第２の領域へとＬＯＥ内で誘導される画像照明の一部をＬＯＥからユーザに向かって偏向させるために構成されており、第１の光学カップリング構成が、主要外部表面における全内部反射によって、第１の領域内で誘導される画像照明の一部を第２の領域に向かって偏向させるために構成されている、第１の光学カップリング構成及び第２の光学カップリング構成を含む、導光光学素子（ＬＯＥ）と、主要外部表面と直接接触するように、かつＬＯＥを少なくとも部分的にカプセル化するように、少なくとも主要外部表面においてＬＯＥに直接取り付けられた少なくとも１つの透明材料であって、主要外部表面における全内部反射の状態を維持するように、第１の屈折率未満である第２の屈折率を有する、少なくとも１つの透明材料と、少なくとも１つの保護フィルムであって、第１の領域内の主要外部表面のうちの少なくとも１つの一部分と関連付けられるように、少なくとも１つの透明材料の一部分と少なくとも関連付けられている、少なくとも１つの保護フィルムと、コーティングであって、コーティングが、少なくとも１つの透明材料の部分と関連付けられるように、少なくとも１つの保護フィルムの少なくとも一部分上に展開されている、コーティングと、を備える。
【0041】
任意選択的に、本発明の実施形態による光学デバイスのいずれか１つにおいて、第１の領域は、画像照明が、２対の平行な主要外部表面における全内部反射によって第１のＬＯＥセクションを伝播するように、矩形断面を形成する２対の平行な主要外部表面を有する第１のＬＯＥセクションとして構成されている。
【0042】
本文書の文脈内では、「誘導された」という用語は、概して、光透過材料内で捕捉された光が、光透過材料を通して伝播方向に伝播するように、光透過材料の主要外部表面における全内部反射によって、光透過材料（例えば、基板）内で捕捉される光を指す。
【0043】
本明細書で別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び／又は科学用語は、本発明が関係する当業者によって通常理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載されたものと同様又は同等の方法及び材料が、本発明の実施形態の実施若しくは試験に使用され得るが、例示的な方法及び／又は材料が、以下に記載されている。矛盾する場合は、定義を含む本特許明細書が支配する。加えて、材料、方法、及び例は、例解的であるにすぎず、必ずしも限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0044】
本発明のいくつかの実施形態は、添付の図面を参照して、例としてのみ本明細書に記載されている。詳細な、図面への具体的な言及について、示された細目は、例として、及び本発明の実施形態の例解的な考察の目的のためであることを強調しておく。これに関して、図面と併せてなされた説明により、本発明の実施形態がどのように実施され得るかが当業者に明らかになる。
【0045】
ここで、図面に注意を向けると、図面では、同様の参照番号又は文字は、対応する又は同様の構成要素を示す。
【図1】本発明の実施形態と共に使用することができる、１対の平行面及び平行面に対して斜めの部分反射表面を有する、導光光学素子（ＬＯＥ）を有する光学デバイスの概略側面図である。
【図2A】それぞれ、本発明の実施形態による、ＬＯＥの屈折率よりも低い屈折率を有する透明材料から形成されたカプセルによってカプセル化された、図１のＬＯＥと同様のＬＯＥを有する光学デバイスの概略側面図、平面図、及び正面図である。
【図2B】それぞれ、本発明の実施形態による、ＬＯＥの屈折率よりも低い屈折率を有する透明材料から形成されたカプセルによってカプセル化された、図１のＬＯＥと同様のＬＯＥを有する光学デバイスの概略側面図、平面図、及び正面図である。
【図2C】それぞれ、本発明の実施形態による、ＬＯＥの屈折率よりも低い屈折率を有する透明材料から形成されたカプセルによってカプセル化された、図１のＬＯＥと同様のＬＯＥを有する光学デバイスの概略側面図、平面図、及び正面図である。
【図4A】本発明の実施形態による、非アクティブエリアを除去するためにトリミング又は切断されているＬＯＥの概略正面図である。
【図4F】本発明の実施形態による、図４Ｅと同様のカプセル化されたＬＯＥであるが、光学カップリングイン構成を収容することができるカップリングイン領域を含むように修正された後の、カプセル化されたＬＯＥを示す概略正面図である。
【図5A】それぞれ、本発明の実施形態による、カプセルの第１及び第２の表面にそれぞれ取り付けられたレンズ及び保護フィルムを有するカプセル化されたＬＯＥの概略側面図及び概略平面図である。
【図5B】それぞれ、本発明の実施形態による、カプセルの第１及び第２の表面にそれぞれ取り付けられたレンズ及び保護フィルムを有するカプセル化されたＬＯＥの概略側面図及び概略平面図である。
【図6A】それぞれ、本発明の実施形態による、カプセルの第１及び第２の表面にそれぞれ取り付けられた第１及び第２の保護フィルムを有するカプセル化されたＬＯＥの概略側面図及び概略平面図である。
【図6B】それぞれ、本発明の実施形態による、カプセルの第１及び第２の表面にそれぞれ取り付けられた第１及び第２の保護フィルムを有するカプセル化されたＬＯＥの概略側面図及び概略平面図である。
【図7A】それぞれ、本発明の実施形態による、カプセルの第１及び第２の表面にそれぞれ取り付けられた第１及び第２のレンズを有するカプセル化されたＬＯＥの概略側面図及び概略平面図である。
【図7B】それぞれ、本発明の実施形態による、カプセルの第１及び第２の表面にそれぞれ取り付けられた第１及び第２のレンズを有するカプセル化されたＬＯＥの概略側面図及び概略平面図である。
【図8A】それぞれ、本発明の実施形態による、カプセルの第１及び第２の表面にそれぞれ取り付けられた、それらに適用された保護コーティング又はフィルムを各々有する、第１及び第２のレンズを有するカプセル化ＬＯＥの概略側面図及び概略平面図である。
【図8B】それぞれ、本発明の実施形態による、カプセルの第１及び第２の表面にそれぞれ取り付けられた、それらに適用された保護コーティング又はフィルムを各々有する、第１及び第２のレンズを有するカプセル化ＬＯＥの概略側面図及び概略平面図である。
【図9A】それぞれ、本発明の実施形態による、ＬＯＥの屈折率よりも低い屈折率を有する透明材料から形成されたカプセルによってカプセル化された二次元開口拡張を実行するように構成されたＬＯＥを有する光学デバイスの概略正面図及び概略側面図である。
【図9B】それぞれ、本発明の実施形態による、ＬＯＥの屈折率よりも低い屈折率を有する透明材料から形成されたカプセルによってカプセル化された二次元開口拡張を実行するように構成されたＬＯＥを有する光学デバイスの概略正面図及び概略側面図である。
【図12】カプセルの外部表面によって反射されてＬＯＥ内に戻されたＬＯＥからの漏出光を示し、また、ＬＯＥと関連付けられた光学カップリング構成によってユーザに向かって反射された外部シーンからの光を示す、図９Ａ及び図９ＢのＬＯＥの概略部分側面図である。
【図16A】それぞれ、本発明の実施形態による、図１５に示されるＬＯＥと同様であるが、ＬＯＥの片側の透明材料上の保護フィルム及び保護フィルムの一部上の追加コーティング層も示す、カプセル化されたＬＯＥの概略側面図及び概略平面図である。
【図16B】それぞれ、本発明の実施形態による、図１５に示されるＬＯＥと同様であるが、ＬＯＥの片側の透明材料上の保護フィルム及び保護フィルムの一部上の追加コーティング層も示す、カプセル化されたＬＯＥの概略側面図及び概略平面図である。
【図17A】それぞれ、本発明の別の実施形態による、ＬＯＥの屈折率よりも低い屈折率を各々有する第１及び第２の透明材料から形成されたカプセルによってカプセル化された二次元開口拡張を実行するように構成されたＬＯＥを有する光学デバイスの概略側面図及び概略正面図である。
【図17B】それぞれ、本発明の別の実施形態による、ＬＯＥの屈折率よりも低い屈折率を各々有する第１及び第２の透明材料から形成されたカプセルによってカプセル化された二次元開口拡張を実行するように構成されたＬＯＥを有する光学デバイスの概略側面図及び概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0046】
本発明の実施形態は、カプセル化された導光光学素子（ＬＯＥ）、カプセル化されたＬＯＥを有する光学デバイス、カプセル化されたＬＯＥを有する光学デバイスを作製する方法、及びＬＯＥをカプセル化する方法を提供する。本発明の実施形態によるカプセル化されたＬＯＥは、拡張現実アプリケーションのためのニアアイディスプレイ又はヘッドアップディスプレイの一部としての使用に特に好適である。
【0047】
本発明の実施形態によるＬＯＥ、光学デバイス及び方法の原理と動作は、本明細書に添付された図面を参照することにより、より良好に理解され得る。
【0048】
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、以下の明細書に述べられた、並びに／又は図面及び／若しくは例に例解される構成要素及び／又は方法の構築の詳細及び配置への適用に必ずしも限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であるか、又は様々な方式で実践若しくは実施することができる。最初に、本書全体を通して、例えば、前方及び後方などの方向が参照される。これらの方向基準は、単に例示的なものであり、表現を容易にするためのみに使用され、図面に例解されるように、任意の配向を参照する。ＬＯＥ及び光学デバイスは、任意の必要な配向に展開され得る。
【0049】
導入として、図１は、本発明の実施形態で使用することができる導光光学素子（ＬＯＥ）１２を概略的に例解する。当初、図１のＬＯＥ１２は、ＬＯＥ１２以外の他の光学的構成要素、中でも注目すべきは、画像プロジェクタ１８及び光学カップリングイン構成２２を含むことができる光学デバイス１０の一部であることに留意されたい。そのような構成要素はまた、本発明の実施形態に従って構築され、かつ動作する光学デバイス内に存在し得る。
【0050】
ＬＯＥ１２は、スラブの外部表面における全内部反射によって画像照明が伝播する（すなわち、誘導される）透明（すなわち、光透過）材料の平行面スラブ（基板とも称される）として形成される。この特定の実施形態では、ＬＯＥ１２は、全内部反射によって画像照明（光）を誘導するための１対の平面状の平行な主要外部表面（面）１４ａ、１４ｂを含む複数の表面を有する。
【0051】
画像プロジェクタ１８は、ここでは、ビームにまたがるサンプル光線２０Ａ及び２０Ｂを含む照明ビーム２０によって概略的に表されるように、画像２０を生成する。画像２０は、（カップリングリフレクタ及び回折格子を含む、任意の好適なカップリングイン構成を使用することができるが）ここではカップリングプリズム２２によって概略的に例解されるように、光学カップリングイン構成２２によってＬＯＥ１２にカップリングされ、ＬＯＥ１２内で全内部反射によって捕捉される反射光線２４を生成し、光線２６も生成する。ここで、カップリングプリズム２２は、３つの主要表面を含み、そのうちの１つは、ＬＯＥ１２の斜めの縁２８（縁２８は、主要外部表面１４ａ、１４ｂに対して斜めの角度にある）の隣に位置している（又は共通である）。
【0052】
カップリングイン画像２０は、主要外部表面１４ａ、１４ｂからの全内部反射の繰り返しによってＬＯＥ１２に沿って伝搬し、ここでは一連の相互に平行な部分反射内部表面３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ（総称して３０）によって概略的に例解されているように、主要外部表面１４ａ、１４ｂに対して斜角（αsur）において光学カップリングアウト構成３０に突き当たり、画像強度の一部は、光線３２Ａ及び３２Ｂとして、主要外部表面１４ａからアイレリーフ（ＥＲ）距離４０における眼球運動ボックス（ＥＭＢ）３８内に位置する（観察者／ユーザの）眼３６の瞳孔３４に向かって基板から偏向される（カップリングアウトされる）ように反射される。ＬＯＥ１２の透明性により、観察者は、ＬＯＥ１２の前面側において（すなわち、面１４ｂにおいて）、外部シーン（すなわち、現実世界のシーン）のビューに重ねられたカップリングアウト画像２０を見ることができ、これは、光学デバイス１０が拡張現実（ＡＲ）システムの一部として展開される場合に特に有用である。
【0053】
ゴースト画像を生じさせる可能性のある画像２０の不要な反射を最小限に抑えるために、部分反射内部表面（本明細書では「ファセット」とも称される）３０は、好ましくは、第１の範囲の入射角に対して低い反射率を有するように反射コーティングでコーティングされ、一方、第２の範囲の入射角に対しては所望の部分反射率を有し、この場合、部分反射表面３０に対する法線に対する傾斜（ここでは角度βrefとして表される）が小さい光線は、カップリングアウトのための反射光線を生成するために分割される一方、（法線に対する）傾斜が大きい光線は、ごくわずかな反射で透過される。
【0054】
画像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、対応する角度における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」と称される）。ここでは、画像は、画像内の単一の点、典型的には画像の重心に対応する光線によって単純に表されるが、実際には、この中心ビームの各側への角度の範囲が含まれ、それらの光線は、対応する角度の範囲で基板内にカップリングインされ、及び同様に対応する角度でカップリングアウトされ、それにより、観察者の眼３６に異なる方向で到達する画像の部分に対応する視野（ＦＯＶ）を作成する。
【0055】
画像プロジェクタ１８は、ここでは、矩形として概略的に例解されているが、画像プロジェクタ１８は、典型的には、ＬＣＯＳチップなどの、空間光変調器を照明するために展開された、少なくとも１つの光源を含む。空間光変調器は、画像の各画素の投影強度を変調し、それによって、画像を生成する。代替的に、画像プロジェクタは、プロジェクタの画像平面を横切ってレーザ光源からの照明を走査しながら、ビームの強度が走査の動きと同期して画素単位で変化し、それによって各画素に所望の強度を投影する、典型的には高速走査ミラーを使用して実装される走査構成を含み得る。どちらの場合も、無限遠にコリメートされる出力投影画像を生成するために、コリメート光学系が設けられる。上記の構成要素のいくつか又は全ては、典型的には、当該技術分野で周知であるように、１つ以上の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）キューブ又は他のプリズム配置の表面上に配置される。
【0056】
ＬＯＥ１２の性能は、所望のフィールド全体にわたる画像照明の全内部反射（ＴＩＲ）に強く依存する。当該技術分野で既知であるように、ＴＩＲの原理は、臨界角度によって支配され、これは、ＬＯＥ１２が構築されている材料（典型的には、約１．５２の屈折率を有するガラス、例えば、ＢＫ７）の屈折率と、ＬＯＥ１２に接触する周囲の媒体の屈折率によって決定される。具体的には、ＬＯＥを通る光の伝播の臨界角は
として定義され、式中、
は、ＬＯＥを取り囲む媒体の屈折率であり、
は、ＬＯＥの屈折率である。例えば、ＬＯＥがＢＫ７から構築され、主要外部表面１４ａ、１４ｂに直ちに接触する媒体が空気（実質的に１である屈折率、すなわち、１の屈折率を有する）である場合
である。
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【0057】
したがって、ＬＯＥ１２の性能は、概して、ＬＯＥ１２内の伝搬光場の角度、並びにＬＯＥ１２及び周囲の媒体の屈折率によって決定される。
【0058】
図１の光学デバイス１０などの開口増倍（すなわち、開口拡張）を実行するためにＬＯＥを利用する従来の光学デバイスでは、ＬＯＥの主要外部表面１４ａ、１４ｂに接触する周囲の媒体は、典型的には空気である。これは、いくつかの点で問題を提示する可能性がある。１つの点では、ＬＯＥの主要表面１４ａ、１４ｂを空気と直接接触させると、ＬＯＥが環境に曝露されたままになり得、したがって、ＬＯＥが損傷から保護されず、光学デバイスの全体的な機械的安定性を低減させる。これはまた、ＬＯＥの他の機能的又は機械的要素、例えば、ＬＯＥを支持する機械的本体、特にＬＯＥを特定のニアアイディスプレイ実装に装着させることができる眼鏡フレームへの機械的接触面積を低減する。別の点では、小さいフォームファクタと良好な光学性能を維持しながら、主要外部表面１４ａ、１４ｂにレンズ又は光学フィルムなどの追加の光学素子を展開することは、特に困難である可能性がある。例えば、主要ＬＯＥ表面への追加の光学素子の直接接合は、結合材料（例えば、光学セメント）の屈折率に起因してＴＩＲに悪影響を及ぼす可能性があり、これは、ＬＯＥの屈折率未満であるが、典型的には空気の屈折率よりも高く、したがって、臨界角を増加させ、それによって有効ＦＯＶを低減させる。より低い臨界角を有するＴＩＲの状態は、追加の光学素子とＬＯＥ１２との間の空隙を用いて維持することができるが、そのような空隙は、光学デバイスの厚みを増加させ、デバイスをかさばらせ、デバイスの機械的安定性も低減させる。
【0059】
これらの制限を克服するために、本発明の実施形態は、中程度の屈折率から中程度に高い屈折率を有する材料から形成され、少なくとも１つの透明材料を含み、ＬＯＥよりも低い屈折率を有するが、依然として１よりも大きい、光学材料から形成されたカプセル化構造内に少なくとも部分的にカプセル化されたＬＯＥを提供する。
【0060】
ここで図２Ａ～図２Ｃに目を向けると、本発明の実施形態に従って構築され、かつ動作する、概して１００で示される光学デバイスが概略的に例解されている。ここで、光学デバイス１００は、ＬＯＥ１２を含み、また、ＬＯＥ１２をカプセル化する光学材料５１から形成されるカプセル化構造５０を含む。光学デバイス１００は、接眼レンズ、すなわち、例えば、眼鏡のフォームファクタの一部としてニアアイディスプレイの一部である、接眼レンズのほぼ形態に成形することができる。図２Ａ～図２Ｃに例解されるＬＯＥは、図２Ａ～図２Ｃに例解されるＬＯＥが傾斜縁で示されておらず、光学カップリングイン構成が図２Ａ～図２Ｃに示されていないという顕著な例外を除いて、ＬＯＥ例解図１と構造が同様であることに留意されたい。これは、本開示の実施形態によるカプセル化されたＬＯＥが１つ以上の傾斜縁（すなわち、平行表面１４ａ、１４ｂに対して斜めである縁又は表面）を含み得るため、提示の明確化のみを目的としており、カプセル化されたＬＯＥと共に使用される光学カップリングイン構成は、本開示の後続のセクションで考察する。
【0061】
また、図２Ａ～図２Ｃには、ＬＯＥ１２の外部表面１５ａ、１５ｂ及び１６ａ、１６ｂの２つの追加のセットも例解されている。これらの表面１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂはまた、周辺表面／縁又は周辺表面／縁１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂとも称される。表面１５ａ、１５ｂ、及び１６ａ、１６ｂの対の各々は、特定の実施形態では、平行表面の対である可能性がある。特定の実施形態では、表面１４ａ、１４ｂ、及び１５ａ、１５ｂの両対は、平行表面の対であり、表面１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂの３つの対は、相互に垂直である。
【0062】
カプセル化構造５０（本明細書では互換的に「カプセル」とも称される）及びＬＯＥ１２は、カプセル５０の光学材料５１が、主要外部表面１４ａ、１４ｂと直接接触するように（すなわち、直接当接で）、少なくとも主要外部表面１４ａ、１４ｂにおいてＬＯＥ１２に直接取り付けられ、それによってＬＯＥ１２をカプセル化するように配置される。直接接触によって、材料の中間層がカプセル５０の光学材料５１とＬＯＥ１２の主要外部表面１４ａ、１４ｂとの間に存在しないことを意味する。そのような中間材料は、固体材料、半固体材料、並びに空気を含む。したがって、本発明の実施形態によるカプセル化されたＬＯＥの主な区別は、カプセル５０の光学材料５１とＬＯＥ１２の主要外部表面１４ａ、１４ｂとの間に空隙が存在しないことであることを明らかにすべきである。
【0063】
本発明の特定の実施形態では、ＬＯＥ１２は、中程度の屈折率から中程度の高い屈折率、好ましくは、１．５～１．８の範囲（すなわち、
）に入る屈折率を有する光透過材料から形成される。カプセル化構造５０は、ＬＯＥの屈折率未満であるが、依然として空気の屈折率を超える（すなわち、１よりも大きい）屈折率を有する光学材料５１から形成される。好ましい実施形態では、カプセル化構造５０は、１．１～１．４の範囲（すなわち、
）、より好ましくは１．２～１．４の範囲（すなわち、
）、最も好ましくは１．３～１．４の範囲（すなわち、
）の屈折率を有する光学材料５１から形成される。１つの非限定的な実施形態では、カプセル化構造５０は、約１．３４（すなわち、
）の屈折率を有する光学接着剤の形態の透明材料、例えば、Ｎｏｒｌａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．ｏｆ Ｊａｍｅｓｂｕｒｇ，ＮＪ，ＵＳＡから入手可能な光学接着剤から形成される。カプセル５０を形成することができる透明材料のタイプの詳細な考察は、本開示の後続のセクションで提供される。
【数5】
【数6】
【数7】
【数8】
【数9】
【0064】
カプセル化構造５０が形成される光学材料は、本明細書では、低インデックス材料５１と互換的に称される。本文書の文脈において、「低インデックス」という表現の「低」という用語は、ＬＯＥ１２の屈折率に対して取られる。言い換えれば、光学材料５１は、ＬＯＥ１２の屈折率と比較して低い屈折率を有する、すなわち、光学材料は、ＬＯＥ１２の屈折率よりも低い屈折率を有する（好ましくは、光学材料は、ＬＯＥの屈折率よりも少なくとも約７％低い屈折率を有する）。
【0065】
開示された実施形態では、光学材料５１は、少なくとも１つの透明材料を含む。考察されるように、特定の実施形態では、単一の透明材料を使用してＬＯＥをカプセル化する。他の実施形態では、（相互に隣接して配置された）２つの透明な材料を使用して、ＬＯＥをカプセル化する。更に他の実施形態では、透明材料及び光吸収材料が、ＬＯＥをカプセル化するために使用される。本発明の実施形態によるカプセル化に使用される全てのそのような透明材料及び光吸収材料は、上記で定義された低インデックス材料の定義に従って低インデックス材料である。
【0066】
ＬＯＥ１２を中程度の屈折率から中程度に高い屈折率の材料から構築し、低インデックス材料５１から形成されたカプセル５０を提供することによって、ＬＯＥ１２がカプセル５０にカプセル化されるときに、ＴＩＲの状態を使用可能な臨界角で維持することができる。例えば、上記の屈折率範囲の極端な値を基準として、約３７．７°（
及び
場合）～６９°（
及び
の場合）の範囲の臨界角度を達成することができる。
【数10】
【数11】
【数12】
【数13】
【0067】
特定の実施形態では、投入された照明がＴＩＲによって伝播し、主要外部表面１４ａ、１４ｂの平面に対して測定される浅い角度を含む臨界角を超える角度の範囲で主要表面１４ａ、１４ｂに入射するように、画像照明をＬＯＥ１２に投入することが望ましい場合がある。これらの浅い角度は、高入射角（ＡＯＩ）、好ましくは６０°～８０°の範囲のＡＯＩに対応する。浅い角度を含む臨界角度を超える角度でのＴＩＲによるＬＯＥ内の画像照明の伝搬は、画像の光場のより大きな部分を含むという有利な効果を有する。これは、臨界角度が好ましい角度（例えば、５０°を超える）を超え、光場のより大きな部分が臨界角度未満であり、したがって、ＬＯＥ１２に捕捉されない状況で特に価値があり得る。画像照明が主要表面１４ａ、１４ｂにおいてＴＩＲによってＬＯＥ内に捕捉され、かつ伝播する画像照明が浅い角度を含む臨界角を超える角度の範囲において主要表面１４ａ、１４ｂに入射するように、画像照明をＬＯＥ内に投入させることは、例えば、カップリングインプリズム又はカップリングインリフレクタの角度を適切に設計することによって、光学カップリングイン構成を適切に設計することによって達成することができる。
【0068】
図２Ａ～図２Ｃでは、ＬＯＥ１２は、表面１４ａ、１４ｂと直接接触していることに加えて、低インデックス材料５１が表面１５ａ、１５ｂの全体（図２Ａ及び図２Ｃに見られるように）及び表面１６ａ、１６ｂの全体（図２Ｂ及び図２Ｃに見られるように）とも直接接触しているように、カプセル５０によってカプセル化されているように示されていることに留意されたい。図２Ａ～図２Ｃは、低インデックス材料と表面１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂとの直接接触を示しているにもかかわらず、この接触はあくまで任意選択であり、主要外部表面１４ａ、１４ｂにおけるカプセル化は、このカプセル化がＴＩＲに必要な作業条件を提供するため、好ましい最小量のカプセル化である。実際には、特定の非限定的な実施態様では、低インデックス材料がＬＯＥの主要表面にのみ取り付けられるように、ＬＯＥをカプセル化することがより実用的であり得る。
【0069】
特定の好ましい実施形態では、主要外部表面１４ａ、１４ｂにおけるカプセル化は、完全カプセル化であり、それによって、低インデックス材料５１の層は、各主要外部表面１４ａ、１４ｂの長さ全体にわたって延在する。しかしながら、他の好ましい実施形態では、低インデックス材料は、（特定の場合には）主要外部表面１４ａ、１４ｂの長さにわたって部分的に延在し得、それによって、低インデックス材料によってＬＯＥ１２の端部（表面１５ａ、１５ｂの直前）が接触しないままになる可能性がある。好ましくは、部分的な延在部は、画像照明が伝播し、最終的に観察者の眼に到達する主要外部表面１４ａ、１４ｂの部分を覆う。好ましくは、この部分的な延在部は、主要外部表面１４ａ、１４ｂの長さの大部分（又はかさ）にわたっている（ここで、長さの大部分は、好ましくは、長さの少なくとも８０％、より好ましくは、長さの少なくとも９０％、更により好ましくは、長さの少なくとも９５％を指す）。これらの「部分的な延在部」の実施形態では、ＬＯＥは「部分的にカプセル化された」とみなされる。
【0070】
図面で使用される任意にラベル付けされたｘｙｚ座標系では、「長さ」は、ｘ次元に沿って測定される。また、低インデックス材料５１は、好ましくは、横方向（長さに垂直）で主要外部表面１４ａ、１４ｂ全体にわたって延在し、図面で使用される任意にラベル付けされたｘｙｚ座標系では、ｚ次元に沿って測定されることにも留意されたい。言い換えれば、低インデックス材料は、好ましくは、ちょうど縁１６ａ、１６ｂまで延在する。
【0071】
上記のように、特定の非限定的な実施形態では、低インデックス材料は、長さ次元（図面のｘ次元）でちょうど縁１５ａ、１５ｂまで延在する。しかしながら、特定の場合、低インデックス材料は、低インデックス材料の一部が縁１５ａ、１５ｂと直接接触するように、長さ次元（図面のｘ次元）で縁１５ａ、１５ｂを越えて延在し得る。特定の場合、低インデックス材料はまた、低インデックス材料の一部が縁１６ａ、１６ｂと直接接触するように、横方向次元（図面のｚ次元）で縁１６ａ、１６ｂを越えて延在し得る。
【0072】
表面１４ａの長さにわたって延在するカプセル５０の低インデックス材料５１の層（又は複数の層）は、表面１４ａに直接取り付けられているカプセル５０の第１の領域５２ａに対応する。同様に、表面１４ｂの長さにわたって延在するカプセル５０の低インデックス材料５１の層（又は複数の層）は、表面１４ｂに直接取り付けられているカプセル５０の第２の領域５２ｂに対応する。低インデックス材料５１は、主要外部表面１４ａ、１４ｂにおけるＬＯＥに直接接触する内側／内部接触部分を有する。これらの内側／内部接触部分は、「界面」部分とも称される。接触部分５３ａの第１の部分は、低インデックス材料５１の第１の領域５２ａ内にあり、低インデックス材料５１とＬＯＥ１２の表面１４ａとの間に界面を形成するように、表面１４ａにおいてＬＯＥ１２に直接接触する。同様に、界面部分の接触部分５３ｂの第２の部分は、低インデックス材料５１の第１の領域５２ａ内にあり、低インデックス材料５１とＬＯＥ１２の表面１４ｂとの間に界面を形成するように、表面１４ｂにおいてＬＯＥ１２に直接接触する。したがって、ＬＯＥ１２に投入される画像照明は、主要外部表面１４ａ、１４ｂにおいてＴＩＲによって誘導（すなわち、伝搬）され、等価性によって、低インデックス材料５１と表面１４ａ、１４ｂとの間の界面においてＴＩＲによって誘導される。
【0073】
低インデックス材料５１の領域５２ａ、５２ｂの各々は、関連付けられた厚さを有する。具体的には、領域５２ａは、表面１４ａ（及び等価的には、界面部分の接触部分５３ａ）と、カプセル５０の低屈折率材料５１の外部表面５４ａとの間で測定される関連付けられた厚さＴ1を有する。同様に、領域５２ｂは、表面１４ｂ（及び等価的には、界面部分の接触部分５３ｂ）と、カプセル５０の低屈折率材料５１の外部表面５４ｂとの間で測定される関連付けられた厚さＴ2を有する。
【0074】
同様の原理は、ＬＯＥ１２の他の表面１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂのうちの１つ以上において低インデックス材料の直接接触がある場合に適用される。例えば、低インデックス材料は、ＬＯＥ１２の残りの表面１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂに直接接触する追加の界面部分を有し得る。これらの追加の界面部分は、カプセル５０の領域内にあり、その部分は、領域５２ａ、５２ｂと重複し得る。
【0075】
カプセル５０の外部表面（例えば、表面５４ａ、表面５４ｂ、及び図面にラベル付けされていない他の外部表面）は平面状の表面として示されているが、カプセルの外部表面のうちの１つ以上（及び場合によっては全て）は、曲面又は別様に非平面状の表面である可能性があることに留意されたい。
【0076】
補足的に、本発明の原理をより良好に説明するために、２つの領域５２ａ、５２ｂの厚さを含むＬＯＥ１２及びカプセル５０の寸法は、図面において明確にするために誇張される。一般的に言えば、領域５２ａ、５２ｂにおける低インデックス材料５１の厚さは、２μｍと小さくすることができ、光学設計及び製造の制約によって許される限り大きくすることができる。しかしながら、特定の実施形態では、低インデックス材料５１の厚さは、好ましくは１００μｍを超えない、すなわち、低インデックス材料５１の厚さは、好ましくは、２μｍ～１００μｍの範囲内にある。実際、２つの領域５２ａ、５２ｂの厚さを比較的小さく、より好ましくは、２μｍ～２０μｍの範囲内、更により好ましくは、２μｍ～１０μｍの範囲内に保つことが特に有利であり得、これは、光学性能を向上させると同時に、光学デバイスの全体的なかさを低減させることができる。好ましくは、表面１４ａ、１４ｂにおける低インデックス材料５１の厚さは、低インデックス材料５１の表面パターンが表面１４ａ、１４ｂにおける欠陥パターンに従うように十分に小さい。これらの欠陥パターンは、典型的には、表面１４ａ、１４ｂにおけるミクロンレベルの欠陥であり、例えば、表面１４ａ、１４ｂの様々な部分に沿った小さいくぼみの形態であり、例えば、研磨段階中のＬＯＥ１２の製造プロセス中に出現し得る。欠陥パターンは、ＬＯＥ１２を通ってＴＩＲ誘導される画像照射の強度の一部が、ＬＯＥ１２から漏出することをもたらし得る。低インデックス材料５１が厚すぎる場合、ＬＯＥ１２から漏出する画像照明は、望ましくない角度においてＬＯＥ１２内に戻る低インデックス材料によって反射され得、潜在的にゴースト画像をもたらし、光学性能を低減させる。より好ましくは２μｍ～２０μｍの範囲内、更により好ましくは２μｍ～１０μｍの範囲内で低インデックス材料を十分に薄くすることによって、低インデックス材料の表面パターンは、ＬＯＥ１２表面１４ａ、１４ｂの欠陥パターンに追従し、それにより、表面１４ａ、１４ｂを通ってＬＯＥ１２を漏出するＴＩＲ誘導照明は、ほとんどの場合、ＬＯＥ１２に再導入されないように、低インデックス材料からも漏出する。
【0077】
低インデックス材料５１の上記の厚さ範囲はまた、（表面１４ａ、１４ｂ間のｙ次元で測定される）ＬＯＥ厚さのパーセントとして表すこともできることに留意されたい。好ましい実施形態では、ＬＯＥ１２の厚さは、典型的には、０．６ｍｍ～１．５ｍｍ（６００μｍ～１５００μｍ）の範囲内にある。したがって、２μｍ超、好ましくは２μｍ～１００μｍ、より好ましくは２μｍ～２０μｍ、更により好ましくは２μｍ～１０μｍの低インデックス材料５１の厚さの範囲は、それぞれ、ＬＯＥの厚さの０．１３％超、好ましくはＬＯＥの厚さの０．１３％～１６．６７％、より好ましくはＬＯＥの厚さの０．１３％～３．３３％、更により好ましくはＬＯＥの厚さの０．１３％～１．６７％に対応する。
【0078】
一般的に言えば、カプセル５０は、様々なタイプの透明な低インデックス材料から形成することができる。そのような透明材料には、バルク材料（ガラス又はポリマーなど）、光学接着剤、誘電材料、ポリマー材料（そのようなポリマー樹脂）、及び同類のものが含まれるが、これらに限定されない。これらの材料の全ては、低インデックス材料５１と表面１４ａ、１４ｂとの間の任意の中間材料又は層を使用せずに直接取り付けを容易にする様々な既知の技法を使用して、表面１４ａ、１４ｂにおいてＬＯＥ１２に直接取り付け（すなわち、直接接合）することができる。
【0079】
特定の実施形態では、低インデックス材料５１の１つ以上の層は、表面１４ａ、１４ｂに直接取り付けることができる。これは、低インデックス材料が低インデックス光学接着剤として実装され、また、ＬＯＥへの追加の光学的構成要素又は素子の取り付けを容易に収容することができる実施形態において特に適用可能であり得る。
【0080】
他の実施形態では、低インデックス材料の単一の薄層を提供することが好ましい場合がある。これは、低インデックス材料が、低インデックス誘電体材料又は低インデックスポリマーとして実装されている実施形態において特に適用可能であり得る。
【0081】
更に別の実施形態では、２つ以上の低インデックス材料を、ＬＯＥをカプセル化するために協働するように、ＬＯＥの異なる領域において展開することができる。そのような実施形態は、本開示の後続のセクションで考察されるように、ＬＯＥが開口拡張に二次元を提供する状況において特に有利である。
【0082】
低インデックス材料５１を表面１４ａ、１４ｂに取り付ける／接合するために使用される技法は、使用される低インデックス材料のタイプに依存し得る。例えば、バルク材料を使用する場合、超音波処理又は熱処理接合プロセスを使用して、バルク材料を表面１４ａ、１４ｂに直接取り付けることができる。この点において、本開示の文脈において、バルク材料は、任意の固体材料を指し、例えば、固体材料とＬＯＥ１２との間に存在するいかなる中間材料も伴わずに、直接結合を誘導する、任意のプロセス（例えば、超音波処理、熱処理、及び同類のもの）を使用して、ＬＯＥ１２の表面１４ａ、１４ｂに直接取り付けることができる、ガラス又はポリマーを含む。
【0083】
ＬＯＥ１２の主要表面１４ａ、１４ｂ、並びにカプセル５０の表面５４ａ、５４ｂは、好ましくは、光学品質を改善するために研磨されることに留意されたい。研磨は、当該技術分野で既知である任意の研磨ツール又は装置を使用して実行することができる。
【0084】
ＬＯＥ１２がカプセル５０によってカプセル化されるプロセスは、本明細書ではカプセル化プロセスと称される。カプセル化プロセスは、浸漬コーティング、スピンコーティング、接合、及び成形を含むが、これらに限定されない、当該技術分野で既知である様々な技法を使用して実行することができる。浸漬コーティング及びスピンコーティングは、両方とも、基板作製及び処理の技術で周知である工業用コーティングプロセスである。接合技法は上記で考察されており、低インデックス材料５１が固体（バルク材料）である場合に特に好適である。射出成形などの成形技法は、低インデックス材料５１がポリマー又はポリマー樹脂として実装されている実施形態では、特に有用であり得る。そのような実施形態では、ＬＯＥ１２は、カプセルの形状を画定する成形型内に挿入することができ、低インデックス材料、そのようなポリマー樹脂は、次いで、成形型内に提供（例えば、投入）され、次いで、固化するまで硬化させたままにしておき、次いで、カプセル化されたＬＯＥを成形型から除去することができる。
【0085】
特定のシナリオでは、ＬＯＥ１２を通って伝搬する画像照明、又は外部シーンからの照明は、ＬＯＥ１２の他の表面１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂのうちの１つ以上などのＬＯＥの部分に突き当たり得、これは、照明の一部の散乱を引き起こし得る。この散乱照明は、場合によっては、例えば、光学カップリングアウト構成３０による偏向を介して、ユーザの眼に到達し得る。光散乱効果を軽減し、好ましくは完全に防止するために、本発明の特定の実施形態は、ＬＯＥ１２の周辺縁１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂにおいて、光吸収塗料（例えば、黒色塗料）などの不透明な材料の層（又は複数の層）を提供する。結果として、照明が、別様に散乱し得る周辺縁１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂに突き当たるとき、照明は、好ましくは、不透明な材料によって吸収される。
【0086】
特定の実施形態では、不透明材料でコーティングされる周辺縁１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂの表面積を低減させることによって、不透明材料コーティングプロセスを簡素化することができる。この簡略化を詳細に考察する前に、ＬＯＥ１２は、典型的には、画像照明が伝播し、最終的にユーザに向かって方向付けられるアクティブエリアと、画像照明が伝播しない、又は画像照明がユーザに向かって方向付けられない非アクティブエリアとに細分化することができることに最初に留意されたい。アクティブエリア及び非アクティブエリアは、互換的に、それぞれ「撮像エリア」及び「非撮像エリア」と称される。撮像エリアは、光学カップリングアウト構成３０によってＥＭＢに向かって偏向されたＬＯＥ１２内を伝播する全ての光線経路によってマッピングされる包絡線によって画定することができる。図３は、ここでは、ＬＯＥ１２に、アクティブエリア１７（破線で区切られる）と非アクティブエリア１９とが示されることを除き、図２Ｃに示されるようなものと同様のＬＯＥ１２の概略正面図を例解する。
【0087】
特定の実施形態では、周辺縁１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂの表面積は、ＬＯＥ１２を切断又はトリミングして、非アクティブエリア１９の実質的に全体（すなわち、全部又は大部分）を除去し、それによって、アクティブエリアのみを効果的に包含するＬＯＥを提供することによって、低減させることができる。そのようなＬＯＥ１２’は、図４Ａに例解されている。特定の実施形態では、ＬＯＥ１２’は、ＬＯＥ１２からカット又はトリミングされたプレカットＬＯＥである（ここで、ＬＯＥ１２は、前駆体ＬＯＥとも称される）。したがって、ＬＯＥ１２は、（切断／トリミングを介して）非アクティブエリア１９を除去するように修正され、それによって、アクティブエリア１７のみを有する修正されたＬＯＥ１２’を生成する。次いで、修正されたＬＯＥ１２’を表面１４ａ、１４ｂにおいて研磨して、光学品質を改善することができる。代替的に、前駆体ＬＯＥ１２の表面１４ａ、１４ｂは、切断／トリミングの前に研磨されて、非アクティブエリア１７を除去することができる。
【0088】
次いで、図４Ｂに例解されるように、修正／プレカットＬＯＥ１２’は、低減された周辺縁１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂにおいて不透明材料２３でコーティングすることができる。不透明材料２３でコーティングされると、コーティングされたＬＯＥ１２’は、次いで、カプセル５０の低インデックス材料５１がＬＯＥの表面１４ａ、１４ｂに直接取り付けられ／接合されるように（上で考察されたカプセル化プロセス／技法のいずれかなどのカプセル化プロセスを使用して）カプセル５０によってカプセル化することができる。特定の実施形態では、低インデックス材料５１はまた、周辺縁１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂにおいて不透明材料２３に直接取り付けられ／接合される。図４Ｃ及び図４Ｄは、低インデックス材料がまた、周辺縁１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂに直接接触する、カプセル５０によるコーティングされたＬＯＥ１２’の異なる図を示す。次いで、カプセル５０の表面５４ａ、５４ｂを研磨して、光学デバイスの光学品質を改善することができる。
【0089】
図４Ｅに例解されるように、カプセル化されたＬＯＥ１２’は、任意選択で切断又はトリミングされて、所望の接眼レンズ輪郭を達成することができる。特に、カプセル５０の低インデックス材料５１は、接眼レンズ輪郭を有する所望の形状を達成するために切断又はトリミングすることができる。これは、カプセル化されたＬＯＥが、例えば、眼鏡フォームファクタに実装されたニアアイディスプレイデバイスの一部として適合することが意図されているときに特に有用である。
【0090】
特定の実施形態では、ＬＯＥ１２又は１２’は、光学カップリングイン構成の定置に対応するために修正することができる。ＬＯＥの修正は、ＬＯＥのカップリングイン領域を画定するために（カプセル化の前に）ＬＯＥを切断／トリミングすることによって遂行することができる。図４Ｆは、カプセル５０によるカプセル化の後に（画像照明を投入することができる）カップリングイン領域２５を含むように更に修正されているＬＯＥ１２’の実施例を示す。ＬＯＥ１２に同様の修正を行うことができる。代替的に、カプセル化されたＬＯＥは、例えば、カップリングイン領域となる領域に位置するカプセル５０のエリア／部分を研削／切断／トリミングすることによって、カプセル化されたＬＯＥにカップリングイン領域を提供するように修正することができる。
【0091】
ＬＯＥの非アクティブエリアの除去は、絶対的な要件ではなく、完全に無傷のＬＯＥ（すなわち、アクティブエリアと非アクティブエリアの両方を有するＬＯＥ）の周辺縁１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂのうちの１つ以上が不透明な材料でコーティングされている実施形態が、本明細書で企図されることに留意されたい。
【0092】
前述のように、光学カップリングイン構成（カップリングイン領域に定置される）は、ＴＩＲによる誘導のために、画像プロジェクタ（例えば、図１の画像プロジェクタ１８）によって生成された画像照明をＬＯＥに投入するように機能する。考察されたように、光学カップリングイン構成は、浅い角度を含む角度における画像照明の投入に適応するために適切に設計することができる。光学カップリングイン構成の設計はまた、カップリングイン領域の適切な設計、すなわち、光学カップリングイン構成の定置に対応することができる適切なカップリングイン領域を生成するために、ＬＯＥ又はカプセル化されたＬＯＥを適切に修正することを含み得る。
【0093】
本発明の実施形態によるカプセル化されたＬＯＥは、従来のカプセル化されていないＬＯＥに勝るいくつかの利点を提供する。まず、特定の実施形態によるカプセル化されたＬＯＥ、例えば、アクティブエリアのみを有するトリミングされたＬＯＥ１２’及び接眼レンズ輪郭に適合するようにトリミングされたカプセル５０を含む、図４Ｅのカプセル化されたＬＯＥは、それらの従来のカプセル化されていないＬＯＥの対応物よりも重量が軽い。別の利点は、カプセル化されたＬＯＥが、眼鏡フレームなどの機能素子の直接的な機械的接触を提供することである。そのような機械的利点に加えて、本発明の実施形態によるカプセル化されたＬＯＥは、従来のカプセル化されていないＬＯＥよりも多くの特定の光学的利点を提供する。いくつかの顕著な光学的利点は、ＴＩＲの状態に悪影響を及ぼすことなく、主要表面１４ａ、１４ｂのうちの１つと関連付けて、レンズ、保護フィルム、ゴースト画像低減コーティング／フィルム及び同類のものなどの追加の光学素子をカプセル５０に直接取り付ける能力である。
【0094】
ここで図５Ａ～図８Ｂに目を向けると、そこに取り付けられた様々な追加の光学素子を有するカプセル化されたＬＯＥの実施例が例解されている。実施例の全てでは、第１の光学素子（７２ａ／７４ａ／７６ａ／７８ａ）は、主要表面１４ａと関連付けて（すなわち、ユーザの眼に対向して）展開されるように、表面５４ａにおいてカプセル５０に直接取り付けられ、第２の光学素子（７２ｂ／７４ｂ／７６ｂ／７８ｂ）は、主要表面１４ｂと関連付けて（すなわち、ユーザの眼から離れて、すなわち、ＬＯＥの背面側に向かって）展開されるように、表面５４ｂにおいてカプセル５０に直接取り付けられる。表面５４ａ、５４ｂへの光学素子７２ａ／７４ａ／７６ａ／７８ａ、７２ｂ／７４ｂ／７６ｂ／７８ｂの直接取り付けは、例えば、接着剤接合を介して提供することができる。カプセル５０が低インデックス光学接着剤から形成される実施形態では、低インデックス光学接着剤（厚さＴ1及びＴ2を有する）を使用して、表面１４ａ、１４ｂにおけるＬＯＥに光学素子７２ａ／７４ａ／７６ａ／７８ａ、７２ｂ／７４ｂ／７６ｂ／７８ｂを接合することもできる。
【0095】
第１の光学素子７２ａ／７４ａ／７６ａ／７８ａは、表面５４ａの一部、大部分、又は全てを側方向（図面のｘ次元）及び横方向（図面のｚ次元）にわたって延在するように設計及び展開することができる。同様に、第２の光学素子７２ｂ／７４ｂ／７６ｂ／７８ｂは、表面５４ｂの一部、大部分、又は全てを側方向及び横方向にわたって延在するように設計及び展開することができる。
【0096】
ここで図５Ａ及び図５Ｂに目を向けると、第１の光学素子７２ａがレンズ（処方レンズ、すなわち、眼科用レンズであり得る）の形態であり、第２の光学素子７２ｂが保護フィルム（すなわち、薄い光学保護フィルムなどの安全保護フィルム）の形態である光学素子の第１の実施例が示されている。
【0097】
レンズ７２ａは、正又は負の屈折力を適用するように設計することができ、レンズの設計及び展開場所に応じて、そのような屈折力を、表面１４ａ、１４ｂを通してユーザによって視認可能である外部シーンからの照明に適用することができ、また、そのような屈折力を、ＬＯＥ１２からカップリングアウトされた画像照明、例えば、図１の光線３２Ａ、３２Ｂに適用し得る）。例解される実施例では、レンズ７２ａは、平凸であり、したがって、正のパワーを適用する。加えて、レンズ７２ａは、部分的に側方向に表面５４ａにわたって延在し、部分反射表面３０を包含するＬＯＥ１２の部分にわたって完全に延在するように示されている。したがって、例解される実施例では、レンズ７２ａは、外部シーンからの光、並びに部分反射表面３０によってＬＯＥ１２からカップリングアウトされた画像照明に正の屈折力を適用する。
【0098】
保護フィルム７２ｂは、側方向及び横断方向の両方向において表面５４ｂにわたって完全に延在するように示されている。フィルム７２ｂは、例えば、欠け、粉砕、破損などの損傷からＬＯＥ１２を保護する保護安全フィルムである可能性がある。フィルム７２ｂはまた、傷防止若しくは耐傷性コーティング、及び／又は汚れ若しくは他の粒子若しくは汚染がＬＯＥに接触することに対する保護を提供するバリアフィルム（例えば、３Ｍから入手可能）であり得る。
【0099】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、第１の光学素子７４ａ及び第２の光学素子７４ｂの両方が保護フィルム（図５Ａ及び図５Ｂの光学素子７２ｂと同様）として実装されている光学素子の第２の実施例が示されている。この実施例では、フィルム７４ａ、７４ｂは、側方向及び横方向の両方で表面５４ａ、５４ｂの全体にわたって延在する。
【0100】
図７Ａ及び図７Ｂは、光学素子の第３の実施例を例解する。この実施例では、第１の光学素子７６ａは、第１のレンズとして実装され、第２の光学素子７６ｂは、第２のレンズとして実装され、その各々は、屈折力を適用することができる。ここで、第１のレンズ７６ａは、（図５Ａ及び図５Ｂのレンズ７２ａと同様の）平凸（正）レンズであり、第２のレンズ７６ｂは、平凹（負）レンズであり、したがって、組み合わせた２つのレンズ７６ａ、７６ｂは、２倍の屈折力を提供する。例解される実施例では、第１のレンズ７６ａは、側方向で表面５４ａにわたって部分的に延在し、横方向で表面５４ａにわたって完全に延在する。同様に、第２のレンズ７６ｂは、側方向で表面５４ｂにわたって部分的に延在し、横方向で表面５４ｂにわたって完全に延在する。
【0101】
ここで図８Ａ及び図８Ｂに目を向けると、光学素子の第４の実施例が例解されている。この実施例では、第１の光学素子７８ａ及び第２の光学素子７８ｂは、屈折力及び保護レンズの両方であり、両方のレンズが屈折力及び保護機能を提供することを意味する。具体的には、レンズ７８ａは、正レンズ又は負レンズである可能性があるが、例解される実施例では（レンズ７２ａ、７６ａと同様の）平凸（正）レンズとして示されており、その上に（フィルム７２ｂ、７４ａ、７４ｂと同様の性質を有する）保護フィルム又はコーティングが適用されている。同様に、レンズ７８ｂは、正レンズ又は負レンズである可能性があるが、例解される実施例では（レンズ７６ｂと同様の）平凹（負）レンズとして示されており、その上に（フィルム７２ｂ、７４ａ、７４ｂと同様の性質を有する）保護フィルム又はコーティングが適用されている。例解される実施例では、レンズ７８ａ、７８ｂは、横方向でそれぞれの表面５４ａ、５４ｂにわたって完全に延在するが、側方向でそれぞれの表面５４ａ、５４ｂにわたって部分的にのみ延在する。
【0102】
図５Ａ～図８Ｂに例解される構成は、本発明の実施形態に従って想定される可能な構成の例示的なサブセットにすぎず、主要表面１４ａ、１４ｂの両方と関連付けて展開された複数の光学素子の組み合わせを有する構成、及びそれと関連して展開された１つ以上の光学素子を有する主要表面１４ａ、１４ｂのうちの１つのみを有する構成を含む構成は、本発明の範囲内にあることが強調される。例えば、（図６Ａ及び６Ｂと同様に）保護フィルムが表面５４ａに適用され、レンズ（例えば、負のレンズ）が表面５４ｂに適用される実施形態が企図される。
【0103】
これまでに記載した実施形態は、ＬＯＥを少なくとも部分的に越えて、表面１４ａ、１４ｂ（すなわち、ＬＯＥ内に展開されたファセット）に対して斜めの、相互に平行な部分反射内部表面のセットとして実装された光学カップリングアウト構成３０を有するＬＯＥに関係しているが、部分反射表面のセットは、光学カップリングアウト構成の１つの非限定的な実装を単に例解するものであり、他の光学カップリング構成を使用して、画像照明をＬＯＥ１２からカップリングアウトさせることができる。光学カップリングアウト構成は、ＬＯＥ１２内ですでに伝播している入射画像照明の一部を、ＴＩＲによって、画像照明の偏向された部分がＬＯＥ１２を出るような角度に偏向させる任意の光学カップリング配置であり得る。そのような好適な光学カップリング配置の他の例には、これらに限定されないが、表面１４ａ、１４ｂのいずれかに展開された１つ以上の回折光学素子（例えば、回折格子）（光学カップリングイン構成が１つ以上の回折素子として実装されているときに最も好適に使用される）、及びビームスプリッタ配置が含まれる。
【0104】
これまで記載された実施形態は、一次元（図面で使用した任意にラベル付けした座標系でのおよそｘ次元で）で開口拡張を行うように構成されたＬＯＥのカプセル化に関係していた。しかしながら、上記のカプセル化方法論／技法を使用して二次元開口拡張を実行するＬＯＥのカプセル化もまた、本発明の範囲内にある。実際、本明細書に記載のカプセル化方法論は、特定の場合、二次元開口拡張を実行するＬＯＥアーキテクチャにより更に適用可能であり得る。Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ（イスラエル）によって開発された２つの例示的なクラスのソリューションを含む、二次元開口拡張を行うＬＯＥベースの光学デバイスのための様々なソリューションが長年にわたって開発されており、これらのソリューションの各々は、伝搬する画像照明の一部を各々が偏向させる（１つ以上の光透過基板として実装される）ＬＯＥの２つのそれぞれの領域内の部分反射表面の２つのセット（すなわち、光学カップリング構成の２つのセット）に基づいている。
【0105】
Ｌｕｍｕｓによって開発され、例えばＰＣＴ公開第ＷＯ ２０２０／０４９５４２号を含む、様々な刊行物に記載されている、例示的なクラスのソリューションのうちの１つでは、「複合ＬＯＥ」と称されるものを使用して、二次元開口拡張が達成される。大まかに言えば、これらの複合ＬＯＥは２つの領域を採用しており、領域の各々は、平行な主要外部表面においてＴＩＲによるコリメートされた画像照明の伝搬を容易にするための透明（すなわち、光透過）材料の平行面スラブであり、領域の各々は、光学カップリング構成（例えば、相互に平行な部分反射内側表面（すなわち、ＬＯＥ内に展開されたファセット）又は回折素子のセット）を含み、光学開口の拡張を達成しつつ画像照明を方向転換する。
【0106】
Ｌｕｍｕｓによって開発され、例えば米国特許第１０，１３３，０７０号を含む様々な刊行物に記載されている例示的なソリューションクラスの別のものでは、二次元開口拡張が、第２のスラブ型ＬＯＥと光学的にカップリングされた第１の矩形ＬＯＥを利用して達成され、その各々は、内部反射による画像照明の伝播をサポートする。大まかに言えば、これらの矩形ＬＯＥベースのソリューションはまた、２つの領域を採用し、領域のうちの第１のものは、矩形断面を形成する２対の平面状の平行な主要外部表面を有する細長い基板として形成される矩形ＬＯＥを含む。矩形ＬＯＥは、２対の主要外部表面において全内部反射（４倍全内部反射と称される）による画像照明の伝搬をサポートする。第２の領域は、矩形のＬＯＥと光学的にカップリングされ、図１のＬＯＥと同様の形態を有するスラブ型ＬＯＥを含む。言い換えれば、第２のスラブ型ＬＯＥは、主平行面の対と、主平行面に対して斜めに傾斜した内部部分反射表面（ファセット）のセットとを有する。矩形ＬＯＥはまた、矩形ＬＯＥの伸長方向に対して斜めに角度付けられた平行なファセットのセットを有し、これにより、矩形ＬＯＥを通って第２のＬＯＥ内に伝搬する画像照明の一部が、第２のＬＯＥの１対の平行な主要表面においてＴＩＲによって第２のＬＯＥを通って誘導されるように偏向される。第２のＬＯＥを通って伝播する画像照明の一部は、第２のＬＯＥのファセットによって偏向され、第２のＬＯＥから観察者の眼に向かってカップリングアウトされる。
【0107】
したがって、一次元開口拡張の文脈内で記載された光学カップリングアウト構成３０は、より一般的には、ＬＯＥ内で誘導される画像照明の一部を偏向させる光学カップリング構成３０と称することができ、二次元開口拡張を実行するＬＯＥアーキテクチャは、ＴＩＲによってＬＯＥ領域を通って伝搬する画像照明を偏向させるための２つ（又はそれ以上）のそのような光学カップリング構成を各々含むことができる。ＬＯＥが一次元のみで開口拡張を実行するように構成されている実施形態では、光学カップリング構成３０は、誘導された画像照明の一部をＬＯＥからユーザに向かって偏向させる。
【0108】
上記を念頭に置いて、以下の段落では、少なくとも部分的にカプセル化された二次元開口拡張ＬＯＥの実施形態を説明する。最初に、少なくとも部分的にカプセル化された複合ＬＯＥの実施形態について説明し、次に、少なくとも部分的にカプセル化された矩形ＬＯＥベースの配置の実施形態について説明する。
【0109】
ここで図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、ＬＯＥの２つのそれぞれの領域に位置する２つの光学カップリング構成１３１、１３２を有するカプセル化された複合ＬＯＥ１２０を有する光学デバイス１１０の実施例の異なる図が示されており、各々が伝播する画像照明を偏向させる。ＬＯＥ１２０は、１対の平行な主要外部表面（面）１２４ａ、１２４ｂを有する透明（すなわち、光透過）材料のスラブとして形成され、第１の光学カップリング構成１３１を包含する第１の領域１２１（本明細書では「ＬＯＥ１」とも称され、図９Ａでは破線で区切られている）と、第２の光学カップリング構成１３２を包含する第２の領域（本明細書では「ＬＯＥ２」とも称され、図９Ａでは破線で区切られている）と、を有する。図面に例解される非限定的な例示的な実施形態では、第１の光学カップリング構成１３１は、第１の配向を有する平面状の相互平行部分反射内側表面（ファセット）の第１のセットとして実装され、第２の光学カップリング構成１３２は、第１の配向に非平行な第２の配向を有する平面状の相互平行部分反射内側表面（ファセット）の第２のセットとして実装される。しかしながら、光学カップリング構成１３１、１３２はまた、表面１２４ａ、１２４ｂのいずれかに展開された回折光学素子（例えば、回折格子）として実装され得ることに留意されたい。
【0110】
補足的に、特定の実施形態では、カプセル化された複合ＬＯＥを有する光学デバイスを生成するための一般的なステップは、一次元開口拡張を実行するカプセル化されたＬＯＥを有する光学デバイスを生成するために使用されるステップと同様である。そのような実施形態では、これらのステップは、一般に、ＬＯＥを取得し、次に、低インデックス材料をＬＯＥの主要外部表面に直接取り付けることによって、取得されたＬＯＥを少なくとも部分的にカプセル化することを含む。一次元の実施形態と同様に、低インデックス材料は、主要外部表面の長さの全体にわたって延在し得る（完全カプセル化）か、又は主要外部表面の長さの大部分にわたって延在し得る（部分カプセル化）。ＬＯＥを取得することは、特定の実施形態では、ＬＯＥを作製することを含み得る。複合ＬＯＥを作製するための方法は、例えば、前述のＰＣＴ公開第ＷＯ２０２０／０４９５４２号を含む、Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ．（イスラエル）による様々な刊行物に広範囲に記載されている。他の実施形態では、カプセル化ステップは、複合ＬＯＥ作製プロセスの追加ステップとして実行され得る。
【0111】
光学カップリング構成１３１、１３２が（図面に示されるように）のファセットのセットとして実装されている実施形態では、第１の配向は、概して、ファセット１３１が伝播画像照明の方向に対して斜めに傾斜していることを指し、第２の配向は、ファセット１３２が、ファセット１３１に対して非平行であり、また表面１２４ａ、１２４ｂに対して斜めに傾斜していることを指す。非限定的な実施例の１つのセットでは、第１の配向はまた、ファセット１３１が主要表面１２４ａ、１２４ｂに直交するようにすることもできる一方で、非限定的な実施例の別のセットでは、第１の配向はまた、ファセット１３１が主要表面１２４ａ、１２４ｂに対して斜めに角度付けられるようにすることもできる。
【0112】
相互に平行な主要外部表面１２４ａ、１２４ｂは、部分反射表面１３１の第１のセット及び部分反射表面１３１の第２のセットの両方が、主要外部表面１２４ａ、１２４ｂの間に位置するように、第１の領域１２１及び第２の領域１２２にわたって延在している。
【0113】
ここでは画像プロジェクタ１８によって生成されたコリメートされた画像に対応するサンプル光線２０によって概略的に表される画像照明は、表面１２４ａ、１２４ｂにおいてＴＩＲによってＬＯＥ１２０の第１の領域１２１内を伝播する。第１の光学カップリング構成１３１は、画像照明の一部を、ＬＯＥ１２０の第１の領域１２１内のＴＩＲによって捕捉／誘導された第１の伝搬方向から、ＬＯＥ１２０内のＴＩＲによっても捕捉／誘導された第２の伝搬方向に偏向する。偏向された画像照明（ここでは、サンプル光線２１によって概略的に表される）は、次に、第１の領域１２１から第２の領域１２２内に通過し、第２の光学カップリング構成１３２は、画像照明（図９Ｂでは、サンプル光線３２として概略的に表される）の一部をＬＯＥ１２０の外に、ＥＭＢ内に位置する観察者／ユーザの眼３６に向かって次第にカップリングするように、ＴＩＲ誘導画像照明の一部を偏向し、それによって、光学的開口拡張の第２の次元を達成する。
【0114】
複合ＬＯＥの実施形態に対応する図面では、ＬＯＥ内の伝搬中に光線の面内伝搬方向のみが例解されているが、光線は実際には、２つの主要外部表面１２４ａ、１２４ｂからの内部反射を繰り返すジグザグ経路をたどり（図１に示すものと同様）、画像視野の一次元全体が、Ｙ次元の画素位置に対応する、主要外部表面に対する光線の傾斜の角度によって符号化されることに留意されたい。
【0115】
ＬＯＥ１２０はまた、平行表面の対であり得るか、又はそうでない場合がある、追加の外部（周囲）表面（縁）１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂも含む。例解される実施例では、カプセル５０の低インデックス材料５１は、ＬＯＥ１２０の平行主要表面１２４ａ、１２４ｂと直接接触しているだけであり、ＬＯＥ１２０の周囲表面（縁）１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂと接触していないことに留意されたい。しかしながら、低インデックス材料が、周囲表面（縁）１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂのうちの１つ以上と直接接触している他の構成が可能であることは明らかであるはずである。
【0116】
特定の実施形態では、縁１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂは、一次元開口拡張ＬＯＥ１２の文脈で上述したように、散乱を低減するために不透明な材料でコーティングすることができる。加えて、ＬＯＥ１２と同様に、複合ＬＯＥ１２０は、アクティブエリア及び非アクティブエリアを有する。したがって、ＬＯＥ１２の文脈で先に前述したのと同様に、アクティブエリアのみを有する複合ＬＯＥを得ることができ（例えば、複合ＬＯＥ１２０をトリミング／切断して非アクティブエリアを取り除くことによって）、トリミングされた複合ＬＯＥの周辺縁を不透明材料でコーティングすることができる。図１０は、非アクティブエリアの大部分又は全てを除去するようにトリミングされている複合ＬＯＥ１２０’の実施例を例解し、得られた周辺縁１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂは、不透明な材料２３でコーティングされている。この実施例では、カプセル５０の低インデックス材料５１はまた、コーティングされた周辺縁１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂと直接接触しているように示されている。
【0117】
図５Ａ～図８Ｂを参照して記載されたＬＯＥと同様に、ＬＯＥ１２０は、レンズ及び保護フィルムの組み合わせを含む、低インデックス材料５１の外部表面５４ａ、５４ｂにおけるカプセル５０への直接取り付けを介して、追加の光学素子をそこに取り付けることができる。図１１は、第１の光学素子８２ａ（ここではレンズ、例えば、眼科用レンズとして表される）がカプセル５０の前面５４ａに取り付けられ、第２の光学素子８２（ここでは保護フィルムとして表される）がカプセル５０の背面５４ｂに取り付けられる、１つの非限定的な例示的な構成を例解する。光学素子８２ａ及び８２ｂがそれぞれレンズ及び保護フィルムとして実装されている１つの例示的な構成のみが図面に例解されているが、一次元開口拡張を実行するＬＯＥの文脈において上で考察されたレンズ及び／又は保護フィルムの組み合わせのいずれも、ここでは、二次元開口拡張を実行するＬＯＥ１２０の文脈においても適用可能であることは明らかである。
【0118】
図１１は、レンズ８２ａが、ＬＯＥ１２０の領域１２１、１２２の各々における主要表面１２４ａの部分と関連付けられるように、主要表面１２４ａの全体に沿って側方向次元で延在するように、表面５４ａの全体に沿って側方向次元（図中のｘ次元）で延在するものとしてレンズ８２ａを示しているが、特定の場合において、レンズ８２ａの次元は、レンズ８２ａが、ＬＯＥ１２０の第２の領域１２２内にある主要表面１２４ａの部分にのみと関連付けられるように、側方向次元で表面５４ａの部分のみにわたってレンズ８２ａが延在するように限定され得ることに留意されたい。ＬＯＥ１２０の第２の領域１２２では、ファセット１３２によって画像照明が偏向され、また、眼３６が（主要表面１２４ａ、１２４ｂを介して）外部シーンを見ることができるため、特定の場合において、この方がより実用的であり得る。
【0119】
本開示の前のセクションで言及されるように、（それぞれ、表面１２４ａ及び１２４ｂの長さにわたって延在するカプセル５０の低インデックス材料５１の層に対応する）２つの領域５２ａ、５２ｂの厚さ（Ｔ1及びＴ2）は、本発明の原理をより良好に説明するために、図面で明確にするために誇張されるが、光学デバイスの全体的なかさを低減すると同時に、光学性能を増加させるために、２つの領域５２ａ、５２ｂの厚さを比較的小さく保つことが特に有利であり得る。具体的には、表面１２４ａ、１２４における低インデックス材料５１の厚さは、好ましくは、低インデックス材料５１の表面パターンが表面１２４ａ、１２４ｂにおける欠陥パターンに従うように十分に小さく、その結果、表面１２４ａ、１２４ｂを通ってＬＯＥ１２０から漏出するＴＩＲ誘導照明も、ほとんどの場合、ＬＯＥ１２０に戻されないように、低インデックス材料５１から漏出する。しかしながら、主要画像から逸脱した画像照明が、ＬＯＥ１２０から領域５２ａ、５２ｂの一方又は両方内に漏出し、ＴＩＲによって表面５４ａ又は５４ｂにおいて反射され（漏出した照明が、低インデックス材料５１の屈折率と、典型的には空気である、カプセル５０を取り囲む媒体とによって定義される臨界角を超える入射角において表面５４ａ又は５４ｂに突き当たることに起因する）、散乱光としてＬＯＥ１２０に戻る状況が生じ得る。加えて、シーン（例えば、外部シーン）からの光がＬＯＥに入り、ユーザの眼に向かって光学カップリング構成のうちの１つによって反射される可能性がある状況が生じ得る。これらの状況は、ＬＯＥ１２０の第１の領域１２１の拡大された部分側面図を示す図１２に概略的に例解されている。図１２に例解されるように、主要ＴＩＲ誘導画像２０から逸脱し、ＬＯＥ１２０から（表面１２４ａを介して）カプセル５０の領域５２ａ内に漏出する照明（太いサンプル光線２７として概略的に表される）は、表面５４ａにおいてＴＩＲによって反射され、次いで、散乱光（太いサンプル光線２９として概略的に表される）として（表面１２４ａを介して）ＬＯＥ１２０に再び入る。また、ＬＯＥ１２０に（表面１２４ｂを介して）入り、（太いサンプル光線３３として概略的に表される）反射光として光学カップリング構成１３１によってユーザの眼３６に向かって偏向／反射される外部シーンからの（太いサンプル光線３１として概略的に表される）光を示す。
【0120】
上記のシナリオにおける散乱及び不要な反射を軽減するために、本開示の特定の実施形態は、低インデックス材料５１の１つ以上の部分に、光吸収材料の１つ以上の層を提供する。ここで図１３Ａ及び図１３Ｂを参照すると、低インデックス材料５１の部分と関連付けて、好ましくは低インデックス材料５１の部分への直接取り付けを介して展開された光吸収材料６０を有する光学デバイス１１０の異なる図が示されている。例解される実施例では、例えば、黒色塗料の１つ以上の層として実装することができる光吸収材料６０は、ＬＯＥ１２０の第１の領域１２１の表面１２４ａ、１２４ｂに直接取り付けられている低インデックス材料５１の表面５４ａ、５４ｂの各々の少数部分（表面積）に直接堆積又はコーティングされる。光吸収材料６０によって覆われる低インデックス材料５１の表面５４ａ、５４ｂの少数部分は、ｘｚ平面における第１の光学カップリング構成部１３１の投影によって広がったエリアを覆う低インデックス材料５１の表面積のほぼ全体を構成し、好ましくは、この広がったエリアをわずかに越えて延在する低インデックス材料５１の表面エリアを含む。これは、別様にＬＯＥへの進入と光学カップリング構成１３１からの偏向をサポートし得る角度において光学デバイスに到達する外部シーンからの照明が、光吸収材料６１によって吸収されることを確実にするのに役立つ。大まかに言えば、光吸収材料６０によって覆われる低インデックス材料５１のエリアは、ＬＯＥ１２０の第１の領域１２１を覆う低インデックス材料５１の表面エリアのほぼ全体を含み、また、ｘｚ平面における第１の光学カップリング構成１３１の投影をわずかに超えて延在するように、領域１２１、１２２の間のＬＯＥ１２０の中間領域の一部（又は第２の領域１２２の一部）も含み得る。比例して、光吸収材料６０によって覆われている低インデックス材料５１の表面５４ａ、５４ｂの少数部分は、表面１２４ａ、１２４ｂの各々において展開された低インデックス材料の表面積の約１０～２０％を構成する。
【0121】
図１４は、漏出した照明（光線２７）及びシーン照明（光線３１）に対する光吸収材料の効果を概略的に例解する。示されるように、主要ＴＩＲ誘導画像２０から逸脱し、ＬＯＥ１２０から（表面１２４ａを介して）カプセル５０の領域５２ａ内に漏出する照明２７は、表面５４ａに展開された光吸収材料６０によって吸収され、それによって、表面５４ａにおけるＴＩＲの発生を防止し、散乱光のＬＯＥ１２０内へ再び入ることを防止する。また示されるように、外部シーンからの照明３１は、表面５４ｂにおいて展開された光吸収材料６０によって吸収され、それによって、光学カップリング構成１３１による照明３１のユーザの眼に向かっての偏向／反射を防止する。
【0122】
フレネル反射又はＴＩＲ反射を防止するために、光吸収材料６０は、好ましくは、カプセル５０を形成する低インデックス材料５１の屈折率と同じ（すなわち、等しい）又はわずかに高い屈折率を有する。わずかに高いということは、光吸収材料６０の屈折率が、カプセル５０が形成される低インデックス材料５１の屈折率よりも、好ましくは１０％以下大きい／高い（より好ましくは５％以下大きい／高い）ことを意味する。
【0123】
眼３６は、ＬＯＥ１２０の第２の領域１２１の前方に位置するＥＭＢ内に位置するので、光吸収材料６０の層は、第２の光学カップリング構成１３１によってカップリングアウトされた画像照明のユーザの可視性、又は表面１２４ａ、１２４ｂを通して視認可能である外部シーンのユーザの可視性を干渉しない。
【0124】
上述したように、特定の実施形態では、カプセル５０は、２つ以上の低インデックス材料から形成することができる。図１５は、第１の低インデックス材料６１が、第１の領域１２１内にある表面１２４ａ、１２４ｂの部分に直接取り付けられ、第２の低インデックス材料６２が、第２の領域１２２内にある表面１２４ａ、１２４ｂの部分に直接取り付けられる、そのような実施形態の非限定的な実施例を例解する。第２の低インデックス材料６２は、透明材料であり、第１の低インデックス材料は、透明材料であり得るか、又は透明材料でない場合がある。ここで、カプセル５０の第１の領域５２ａは、２つのサブ領域５２ａ－１及び５２ａ－２に細分化され、カプセル５０の第２の領域５２ｂは、２つのサブ領域５２ｂ－１及び５２ｂ－２に細分化される。第１の低インデックス材料６１は、サブ領域５２ａ－１及び５２ｂ－１内にあるのに対し、第２の低インデックス材料６２は、サブ領域５２ａ－２及び５２ｂ－２内にある。２つの低インデックス材料６１、６２は、カプセルを形成するように隣接して定置され、したがって、ＬＯＥを少なくとも部分的にカプセル化するように協働する。言い換えると、カプセル５０の一部は、第１の低インデックス材料６１から形成され、カプセル５０の別の部分は、第２の低インデックス材料６２から形成される。好ましくは、ＬＯＥ１２０の主要外部表面１２４ａ、１２４ｂの各々において、ＬＯＥ１２０の主要外部表面に取り付けられている第２の低インデックス材料６２の外部表面６２ｅは、ＬＯＥ１２０の主要外部表面に取り付けられている第１の低インデックス材料６１の外部表面６１ｅの継続であり、それによって、カプセル５０の外部表面５４ａ、５４ｂを形成する。
【0125】
好ましくは、２つの低インデックス材料６１、６２は、同一又は同様の屈折率を有する。しかしながら、これは絶対的な要件ではなく、ＬＯＥ１２０は、２つの材料６１、６２間の屈折率のばらつきにもかかわらず、依然として二次元開口拡張を提供することができる。例えば、第１の低インデックス材料６１は、約１．２の屈折率を有することができ、第２の低屈折率材料６２は、１．３の屈折率を有することができる。
【0126】
特定の実施形態では、第１の低インデックス材料６１は、透明材料である。他の実施形態では、第１の低インデックス材料６１は、例えば、本質的に低い屈折率（例えば、約１．３の屈折率）を有する黒色塗料として実装された、低屈折率を有する光吸収材料である。そのような他の実施形態では、第１の低インデックス材料６１は、例えば、ｉ）第１の領域１２１内にある主要外部表面１２４ａ、１２４ｂの部分においてＴＩＲの条件を保持することと、ｉｉ）別様に第１の領域１２１内にあり、第１の光学カップリング構成１３１から偏向する主要外部表面１２４ａ、１２４ｂの部分を介してＬＯＥ１２０に入るであろう外部シーンからの照明が、外部シーンの照明を吸収することによってＬＯＥ１２０に入るのを防止することと、ｉｉｉ）第１の領域１２１内にある主要外部表面１２４ａ、１２４ｂの部分を通してＬＯＥ１２０から漏出するＴＩＲ誘導照明が、漏出した照明を吸収することによってＬＯＥ１２０に再び入るのを防止することと、を含む複数の機能を実行する。
【0127】
第１の低インデックス材料６１が低インデックス光吸収材料である実施形態では、第１の低インデックス材料６１は、好ましくは、図１３Ｂ及び図１４の光吸収材料６０が関連付けられている主要外部表面１２４ａ、１２４ｂの同じ又は同様の表面積を覆うことに留意されたい。言い換えると、第１の低インデックス材料６１は、好ましくは、ｘｚ平面内の第１の光学カップリング構成１３１の投影によって広げられ、好ましくは、それをわずかに越えて延在する主要外部表面１２４ａ、１２４ｂの表面積を覆う。
【0128】
【0129】
特定の場合において、追加の光学素子（例えば、保護フィルム）が低インデックス材料（又は複数の低インデックス材料）を介してＬＯＥに取り付けられている特定の実施形態では、機械的安定性を高め、ＬＯＥに入る外部シーンからの望ましくない光を遮断するのを助けるために、光学素子の露出表面の全部又は一部に追加のコーティング層又は複数のコーティング層を適用することが有利であり得る。追加のコーティング層に使用することができる１つの例示的な材料は、剛性（機械的安定性）及び反射防止性質を提供する、反射防止（ＡＲ）コーティングである。追加のコーティング層に使用することができる別の例示的な材料は、光吸収材料、例えば、黒色塗料である。図１６Ａ及び図１６Ｂは、主要外部表面１２４ｂのうちの１つに取り付けられている低インデックス材料に取り付けられている保護フィルム８２ｂの部分（例えば、薄い光学保護フィルム）に、コーティング６３（例えば、ＡＲコーティングの１つ以上の層、黒色塗料の１つ以上の層）が適用される、１つの非限定的な例示的な実施形態によるＬＯＥの様々な図を例解する。例解の明確化のために、光学カップリング構成１３１、１３１は、図１６Ｂには示されていない。好ましくは、コーティング６３は、フィルム８２ｂの主要表面の一部又は全て（好ましくは、ＬＯＥ１２０の第１の領域１２１と関連付けられたフィルム８２ｂの主要表面８３ｂの少なくとも一部、例えば、第１の低インデックス材料６１に取り付けられているフィルム８２ｂの部分）、並びにフィルム８２ｂの縁及び低インデックス材料の縁（ＬＯＥ１２０の主要表面１２４ｂとの交点まで）を覆う。これは、低インデックス材料自体が環境から保護され、それによって、低インデックス材料がＬＯＥから欠けるか、又は剥離することを防止することを確実にする。例解される実施例では、カプセル５０は、２つの低インデックス材料６１、６２から形成され、コーティング６３は、第１の低インデックス材料６１と関連付けられたフィルム８２ｂの主要表面８３ｂの部分を覆う。しかしながら、特定の非限定的な構成では、コーティング６３はまた、第２の低インデックス材料６２と関連付けられたフィルム８２ｂの主要表面８３ｂの部分を覆うために展開され得ることは明らかであるはずである。
【0130】
加えて、コーティング６３の展開は、単一の低インデックス材料がカプセルを形成するために使用される状況にも好適であることが明らかであるはずである。そのような構成では、コーティング６３は、第１の領域１２１と関連付けられた低インデックス材料の部分と関連付けられたフィルム８２ｂの主要表面の部分のみを覆うために展開され得るか、又はフィルム８２ｂの主要表面全体を覆うために展開され得る。また、図１６Ａ及び図１６Ｂは、コーティング６３が、ユーザの眼から対向する主要外部表面１２４ｂと関連付けられている保護フィルム８２ｂ上に展開されたものとして示されているが、コーティング６３は、ユーザの眼に対向する関係にある主要外部表面１２４ａと関連付けられている（保護フィルム８２ｂに類似する）保護フィルム上に展開することもできることに留意されたい（すなわち、例えば、図６Ａに例解されるフィルム７４ａと同様の、主要外部表面１２４ａに取り付けられている低インデックス材料に取り付けられている保護フィルム）。図１６Ａ及び図１６Ｂに例解されるように、主要外部表面１２４ｂと関連付けられている保護フィルム上のコーティング６３のそのような展開は、主要外部表面１２４ｂと関連付けられているフィルム８２ｂ上のコーティング６３の展開に加えられるか、又はその代わりとなることができる。
【0131】
本明細書に記載の少なくとも部分的にカプセル化された複合ＬＯＥは、光学カップリング構成の特定の非限定的な構成に関するが、例えば、異なる撮像投入場所及び幾何学的形状、不均一なファセット間隔、又は部分反射内部表面の追加の（例えば、第３の）セットを導入することを採用する他の変形実施形態は、Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ．（イスラエル）による以前の刊行物、特に前述のＰＣＴ公開第ＷＯ２０２０／０４９５４２号、並びにＰＣＴ公開第ＷＯ２０２０／１５２６８８号及びＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ２０２０／０５１３５４号で詳細に考察されている。これらの追加の特徴は全て、本発明の文脈において実装され得るが、簡潔にするために、それらは、本明細書では詳細には扱われていない。
【0132】
ここで図１７Ａ及び図１７Ｂに目を向けると、本発明の別の実施形態による、二次元開口拡張を実行する少なくとも部分的にカプセル化されたＬＯＥ２０５を有する光学デバイス２００の実施例の異なる図が例解されている。ここで、ＬＯＥ２０５は、矩形基板ベースのアーキテクチャであり、第１の領域（又はＬＯＥセクション）２２１に、（ｚ軸に沿って任意に示される）伸長方向、及び矩形断面を形成する２対の主要平行外部表面（面）２１２ａ、２１２ｂ、２１４ａ、２１４ｂを有する光透過基板として形成された第１の（矩形）ＬＯＥ２１０を含む。ここで、ＬＯＥ２１０を少なくとも部分的に越えて、ＬＯＥ２１０の伸長方向に対して斜め方向に傾斜している（すなわち、ファセット１３１が表面２１２ａ、２１２ｂに対して斜めである）複数の相互に平行な部分反射内面（ファセット）１３１として表される第１の光学カップリング構成１３１は、ＬＯＥ２１０を通して伝播する画像照明を偏向させるように機能する。
【0133】
矩形ＬＯＥ２１０は、ＬＯＥ２０５の第２の領域（又はＬＯＥセクション）２２２では、第２のスラブ型ＬＯＥ２２０に光学的にカップリングされており、これは、図１～図２Ｃを参照して記載したＬＯＥ１２と構造が同様である。具体的には、ＬＯＥ２２０は、表面２２４ａ、２２４ｂにおいてＴＩＲによってＬＯＥ２２０を通して画像照明を誘導する１対の平行な主要外部表面２２４ａ、２２４ｂを有する光透過基板として形成され、ここでは、ＬＯＥ２２０を少なくとも部分的に越えて、面２２４ａ、２２４ｂに対して斜めに傾斜している複数の相互に平行な部分反射性内部表面１３２として表される第２の光学カップリング構成１３２を有する。好ましくは、表面２２４ａ、２１４ａ、及び２２４ｂ、２１４ｂの対は、表面２２４ａ、２１４ａが、表面２２４ｂ、２１４ｂによって形成される見かけの単一の表面に平行である見かけの単一の表面を形成するように、各々平行であり、共平面状である。
【0134】
ＬＯＥ２１０、２２０間の光学カップリング、及び部分反射表面１３１、１３２の展開及び構成は、コリメートされた画像に対応する画像照明２０が、両対の平行面２１２ａ、２１２ｂ、２１４ａ、２１４ｂに対して斜めのカップリング角度において最初の伝搬方向で矩形ＬＯＥ２１０にカップリング（投入）されると、画像が、矩形ＬＯＥ２１０に沿って４倍の全内部反射（画像ａ１、ａ２、ａ３、ａ４）によって前進するようになっており、スラブ型ＬＯＥ２２０内にカップリングされるように、画像の強度の一部が部分反射表面１３１において反射され、次いで、画像は、ＬＯＥ２２０内で２倍の全内部反射（画像ｂ１、ｂ１）を通して伝搬し、観察者の眼３６によって見える可視画像３２として平行面２２４ｂのうちの１つから外側に方向付けられるように、画像の強度の一部が部分反射表面１３２において反射（偏向）される。
【0135】
明示的に別様に記載がない限り、低インデックス材料（１つ以上の透明な低インデックス材料、又は光吸収性の低インデックス材料に隣接する透明な低インデックス材料を含み得る）から形成されたカプセルを使用する少なくとも部分的なカプセル化、低インデックス材料への追加の光学素子の取り付け、追加のコーティング層の展開、眼鏡レンズの形状に適合する輪郭形成、及び他のそのような概念、複合ＬＯＥ１２０／１２０’の文脈で上述したような全てを含む、複合ＬＯＥ１２０／１２０’の少なくとも部分的なカプセル化に関連する概念もまた、矩形ベースのＬＯＥ２０５の文脈において本明細書に適用可能であることが理解されるべきである。したがって、ＬＯＥ２０５のカプセル化の詳細及びそれに関連する概念は、ここでは繰り返さず、一般的にのみ考察される。
【0136】
上記を念頭に置くと、概して、ＬＯＥ２０５をカプセル化するカプセル５０は、（表面２１４ａ、２１４ｂ、２２４ａ、２２４ｂと直接接触している）単一の低インデックス材料から形成することができ、又は表面２１４ａ、２１４ｂと直接接触している第１の低インデックス材料及び表面２２４ａ、２２４ｂと直接接触している第２の低インデックス材料から形成することができる）。図面において、カプセル５０は、２つの低インデックス材料６１、６２から形成されているように示され、第１の低インデックス材料６１は、表面２１４ａ、２１４ｂと直接接触し、第２の低インデックス材料は、表面２２４ａ、２２４ｂと直接接触している。図１８に例解される実施形態などの特定の実施形態では、追加の光学素子８２ａ、８２ｂ（ここでは、それぞれレンズ及び保護フィルムとして表される）は、カプセル５０の低インデックス材料の関連部分への直接取り付けを介して、ＬＯＥ２０５の前面及び背面と関連付けて展開することができる。例解される実施例では、レンズ８２ａは、レンズ８２ａが領域２２２を覆うように、ｘ次元でＬＯＥ２０５に沿って部分的にのみ延在するが、上で考察されているものと同様に、レンズ８２ａは、ｘ次元の表面２１４ｂ、２２４ｂにわたって完全に延在し得る。明らかであるはずであるように、一次元開口拡張を行うＬＯＥの文脈において上で考察されたレンズ及び／又は保護フィルムの組み合わせのいずれもが、二次元開口拡張を行うＬＯＥ２０５の文脈でも適用可能である。
【0137】
補足的に、図１７Ａは、矩形ＬＯＥ２１０の主要外部表面２１４ａ、２１４ｂの全体に第１の低インデックス材料６１を取り付けており、スラブ型ＬＯＥ２２０の主要外部表面２２４ａ、２２４ｂの全体に第２の低インデックス材料６２を取り付けている非限定的な実施例を示すが、他の構成が可能である。例えば、第１の低インデックス材料６１は、（２つのＬＯＥ２１０、２２０間のカップリングに近接するスラブ型ＬＯＥ２２０の「上部」部分に位置する）スラブ型ＬＯＥ２２０の主要外部表面２２４ａ、２２４ｂの少数部分にも取り付けられるように、（ｘ軸に沿って更に）下方に延在し得る。
【0138】
図１９に例解される実施形態などの特定の実施形態では、光吸収材料６０は、第１の領域２２１と接触している低インデックス材料（すなわち、矩形ＬＯＥ２１０の表面２１４ａ、２１４ｂと接触している低インデックス材料）と関連付けて展開することができる。他の実施形態では、表面２１４ａ、２１４ｂと接触する低インデックス材料（例えば、図１７Ａの低インデックス材料６１）は、本質的に低屈折率を有する黒色塗料など、低屈折率を有する光吸収材料として実装することができる。図面には例解されていないが、追加のコーティング（例えば、ＡＲ、黒色塗料）は、図１６Ａ及び図１６Ｂに例解されるものと同様に、ＬＯＥ２０５の第１の領域２２１内の低インデックス材料に取り付けられた保護フィルムに適用することができる。
【0139】
ＬＯＥ１２０／１２０’のカプセル化とは異なり得るＬＯＥ２０５のカプセル化の一態様は、表面２１２ａ、２１２ｂに関することに留意されたい。概して、本明細書に開示されるＬＯＥの全てについて、ＴＩＲによって照明を反射する任意の対の主要外部表面の光学的性質は、同じであるべきである。矩形ＬＯＥ２１０は、４倍の全内部反射によって光を誘導するので、対向する表面２１２ａ、２１２ｂの光学的性質は、所与の角度において表面２１２ａ、２１２ｂに突き当たる照明が、表面２１２ａ、２１２ｂによって同じ角度に反射されるように、同じでなければならない。したがって、カプセル５０の低インデックス材料が、表面２１２ａにも直接取り付けられている場合（図１７Ａ～図１９に例解される低インデックス材料６１又は６２など）、表面２１２ｂでＴＩＲによって反射される角度の範囲が、表面２１２ａにおいてＴＩＲによって反射される同じ角度の範囲であるように、対向する表面２１２ａ、２１２ｂの一致する光学的性質が保持されることが確実になるように注意を払う必要がある。
【0140】
特定の実施形態では、カプセル化された矩形ＬＯＥベースの配置を有する光学デバイスを生成するための一般的なステップは、一次元開口拡張を実行するカプセル化された複合ＬＯＥ及びＬＯＥを有する光学デバイスを生成するために使用されるステップと同様である。そのような実施形態では、これらのステップは、概して、矩形ＬＯＥベースの配置を取得すること（すなわち、ＬＯＥ２０５を取得すること）、次いで、低インデックス材料をＬＯＥ２１０の主要外部表面２１４ａ、２１４ｂ（好ましくは、表面２１２ａも）及び主要外部表面２２４ａ、２２４ｂに直接取り付けることによって、ＬＯＥ２０５をカプセル化することを含む。ＬＯＥを取得することは、特定の実施形態では、ＬＯＥ２０５を作製することを含み得る。カプセル化された矩形ＬＯＥベースの配置を作製するための方法は、例えば、前述の米国特許第１０，１３３，０７０号、及び同時係属中のＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＬ２０２２／０５０５００号を含む、Ｌｕｍｕｓ Ｌｔｄ．（イスラエル）による様々な刊行物に広範囲に記載されている。特定の実施形態では、カプセル化ステップは、ＬＯＥ作製プロセスの追加ステップとして実行され得る。
【0141】
本開示の様々な実施形態の説明は、例解の目的で提示されてきたが、網羅的であることも、開示される実施形態に限定されることも意図されていない。記載された実施形態の範囲及び趣旨から逸脱しない多くの修正及び変形が、当業者には明らかであろう。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若しくは技術的な改善を最もよく説明するために、又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。
【0142】
本明細書で使用される場合、「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」という単数形は、文脈が明らかに別様に指示しない限り、複数の参照を含む。
【0143】
「例示的」という語は、本明細書では、「実施例、実例、又は例解として役立つ」ことを意味するために使用される。「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若しくは有利であると解釈されるべきではなく、及び／又は他の実施形態からの特徴の組み込みを除外するものではない。
【0144】
明確にするために、別個の実施形態の文脈で記載される本発明の特定の特徴はまた、単一の実施形態で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記載される本発明の様々な特徴はまた、別個に、又は任意の好適な部分的な組み合わせで、又は本発明の他の任意の記載された実施形態で好適であるとして提供され得る。様々な実施形態の文脈で記載される特定の特徴は、実施形態がそれらの要素なしでは動作しない場合を除いて、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。
【0145】
添付の特許請求の範囲が多重の依存関係なしに起草されている点において、これは、このような複数の依存関係を許可しない法域の正式な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依存にすることによって暗示されるであろう特徴の全ての可能な組み合わせが明示的に想定されており、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。
【0146】
本発明は、その具体的な実施形態と併せて記載されてきたが、多くの代替、修正、及び変形が当業者には明らかになるであろうことは明白である。したがって、添付の特許請求の範囲の趣旨及び広い範囲内に収まる全てのこのような代替、修正、及び変形を包含することが意図されている。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
【図18】
【図19】
【国際調査報告】