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JP7204808B2 - Improved manufacturing for virtual and augmented reality systems and components - Google Patents

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Description

本開示は、仮想現実および拡張現実結像ならびに視覚化システムに関する。 The present disclosure relates to virtual and augmented reality imaging and visualization systems.

現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える様式、またはそのように知覚され得る様式においてユーザに提示される、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進している。仮想現実、すなわち、「VR」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対して透明性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。拡張現実、すなわち、「AR」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の視覚化の拡張として、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。例えば、図1を参照すると、拡張現実場面(4)が、描写されており、AR技術のユーザは、人々、木々、背景としての建物、およびコンクリートのプラットフォーム(1120)を特徴とする実世界の公園のような設定(6)が見える。これらのアイテムに加え、AR技術のユーザはまた、実世界プラットフォーム(1120)上に立っているロボット像(1110)と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ(2)が「見えている」ことを知覚するが、これらの要素(2、1110)は、実世界には存在しない。結論から言うと、ヒトの視知覚系は、非常に複雑であり、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で自然のような感覚で豊かな提示を促進するVRまたはAR技術を生成することは、困難である。 Modern computing and display technology is leading to so-called "virtual reality", in which digitally reproduced images, or portions thereof, are presented to the user in a manner that appears to be real or can be perceived as such. Or promoting the development of systems for "augmented reality" experiences. Virtual reality, or "VR" scenarios, typically involve the presentation of digital or virtual image information without transparency to other actual, real-world visual inputs. Augmented reality, or "AR" scenarios, typically involve the presentation of digital or virtual image information as an extension of the user's visualization of the real world around them. For example, referring to FIG. 1, an augmented reality scene (4) is depicted in which a user of AR technology is shown a real-world scene featuring people, trees, a building as a background, and a concrete platform (1120). A park-like setting (6) is visible. In addition to these items, users of AR technology can also see a robot statue (1110) standing on a real-world platform (1120) and a flying cartoon-like avatar character (1110) that looks like an anthropomorphic bumblebee. 2) are "seen", but these elements (2, 1110) do not exist in the real world. In conclusion, the human visual perceptual system is very complex, and VR or AR technologies facilitate a comfortable, natural-feeling and rich presentation of virtual image elements among other virtual or real-world image elements. is difficult to generate.

3D仮想コンテンツをARシステムのユーザに提示する場合、多数の課題が存在する。3Dコンテンツをユーザに提示することの大前提は、複数の深度の知覚の生成を伴う。言い換えると、いくつかの仮想コンテンツは、ユーザにより近いように見える一方、他の仮想コンテンツは、より遠くに生じるように見えることが望ましくあり得る。したがって、3D知覚を達成するために、ARシステムは、ユーザに対して異なる焦点面において仮想コンテンツを送達するように構成されるべきである。 There are a number of challenges when presenting 3D virtual content to users of AR systems. A premise of presenting 3D content to users involves the generation of multiple depth perceptions. In other words, it may be desirable for some virtual content to appear closer to the user, while other virtual content appears to occur further away. Therefore, to achieve 3D perception, AR systems should be configured to deliver virtual content in different focal planes to the user.

3Dディスプレイが、深度の真の感覚、より具体的には、表面深度のシミュレーションされた感覚をもたらすために、ディスプレイの視野内の各点に対して、その仮想深度に対応する遠近調節応答を生成することが望ましい。ディスプレイ点に対する遠近調節応答が、収束および立体視の両眼の深度手掛かりによって決定される、その点の仮想深度に対応しない場合、ヒトの視覚系は、遠近調節衝突を体験し、不安定な結像、有害な眼精疲労、頭痛、および遠近調節情報の不在下では、表面深度のほぼ完全な欠如をもたらし得る。 For a 3D display to provide a true sense of depth, and more specifically a simulated sense of surface depth, for each point in the display's field of view, generate an accommodative response corresponding to its virtual depth. It is desirable to If the accommodation response to a display point does not correspond to the virtual depth of that point, which is determined by convergence and stereoscopic binocular depth cues, the human visual system experiences accommodative collisions and produces unstable results. Absence of vision, adverse eye strain, headaches, and accommodation information can result in an almost complete lack of surface depth.

したがって、従来のアプローチのこれらおよび他の問題を解決する3Dディスプレイを実装するための改良された技術の必要性がある。本明細書に説明されるシステムおよび技法は、典型的ヒトの視覚的構成と連動し、これらの課題に対処するように構成される。 Therefore, there is a need for improved techniques for implementing 3D displays that solve these and other problems of conventional approaches. The systems and techniques described herein are configured to work with typical human visual configurations and address these challenges.

本発明の実施形態は、1人以上のユーザのための仮想現実および/または拡張現実相互作用を促進するためのデバイス、システム、および方法を対象とする。 Embodiments of the present invention are directed to devices, systems and methods for facilitating virtual and/or augmented reality interactions for one or more users.

いくつかの実施形態による、拡張現実コンテンツをユーザに送達するための拡張現実(AR)ディスプレイシステムは、画像データの1つ以上のフレームを提供するための画像発生源と、画像データの1つ以上のフレームに関連付けられた光を伝送するための光変調器と、画像データの1つ以上のフレームに関連付けられた光を受け取り、光をユーザの眼に向かわせるための回折光学要素(DOE)であって、DOEは、導波管屈折率に対応する導波管基板、表面格子、および導波管基板と表面格子との間に配置される中間層(本明細書では、「下層」とも称される)を有する回折構造を備え、下層は、導波管屈折率と異なる下層回折率に対応する、DOEとを備えている。 An augmented reality (AR) display system for delivering augmented reality content to a user, according to some embodiments, includes an image source for providing one or more frames of image data and one or more frames of image data. and a diffractive optical element (DOE) for receiving light associated with one or more frames of image data and directing the light to a user's eye. , the DOE comprises a waveguide substrate corresponding to the waveguide refractive index, a surface grating, and an intermediate layer (also referred to herein as the "lower layer") disposed between the waveguide substrate and the surface grating. ), the lower layer comprising a DOE corresponding to the lower layer diffraction index different from the waveguide index.

本発明のいくつかの実施形態によると、回折構造は、導波管基板と上部格子表面との間にある下層を含む、DOEのために採用される。上部格子表面は、第1の屈折率値に対応する第1の材料を備え、下層は、第2の屈折率値に対応する第2の材料を備え、基板は、第3の屈折率値に対応する第3の材料を備えている。 According to some embodiments of the invention, a diffractive structure is employed for a DOE that includes an underlying layer between the waveguide substrate and the upper grating surface. The upper grating surface comprises a first material corresponding to a first refractive index value, the lower layer comprises a second material corresponding to a second refractive index value, and the substrate comprises a third refractive index value. A corresponding third material is provided.

同一または異なる材料の任意の組み合わせが、構造のこれらの部分の各々を実装するために採用され得、例えば、全3つの材料は、異なり(かつ全3つの材料は、異なる屈折率値に対応する)、または、層のうちの2つは、同一材料を共有する(例えば、3つの材料のうちの2つは、同一であり、したがって、第3の材料の屈折率値と異なる共通の屈折率値を共有する)。任意の好適な材料のセットが、改良された回折構造の任意の層を実装するために使用され得る。 Any combination of the same or different materials may be employed to implement each of these portions of the structure, for example all three materials are different (and all three materials correspond to different refractive index values). ), or two of the layers share the same material (e.g., two of the three materials are the same and thus have a common refractive index that differs from the refractive index value of the third material). share values). Any suitable set of materials may be used to implement any layer of the improved diffractive structure.

したがって、種々の組み合わせが、利用可能であり、ある屈折率の下層は、第3の屈折率の基板とともに、別の屈折率の上部格子と組み合わせられ、これらの相対的値の調節は、入射角への回折効率の依存性に多くの変動を提供する。異なる屈折率の層を伴う層状導波管が、提示される。種々の組み合わせおよび順列が、機能性を例証するために、関連性能データとともに提示される。利点として、角度の増加が挙げられ、それは、格子を用いて出力角度の増加を提供し、したがって、接眼レンズを用いて視野の増加を提供する。さらに、角度に伴う回折効率の正常低減に対抗する能力は、機能的に有益である。 Various combinations are therefore available, where a lower layer of one index of refraction is combined with an upper grating of another index of refraction, along with a substrate of a third index of refraction, and adjustment of their relative values is dependent on the angle of incidence provides many variations in the dependence of diffraction efficiency on . A layered waveguide with layers of different refractive indices is presented. Various combinations and permutations are presented along with associated performance data to demonstrate functionality. Advantages include an increase in angle, which provides an increase in output angle with the grating and therefore an increase in field of view with the eyepiece. Additionally, the ability to counteract the normal decrease in diffraction efficiency with angle is functionally beneficial.

追加の実施形態によると、改良されたアプローチが、回折を実装するためのパターンへの転写材料の転写とともに、基板上への転写材料の堆積を実装するために提供される。これらのアプローチは、任意の数の基板表面上への異なる転写材料/パターンの非常に精密な分布、堆積、および/または形成を可能にする。いくつかの実施形態によると、転写材料のパターン化された分布(例えば、パターン化されたインクジェット分布)が、基板上への転写材料の堆積を実装するために行われる。パターン化されたインクジェット分布を使用するこのアプローチは、堆積させられるべき材料にわたって非常に精密な体積制御を可能にする。加えて、このアプローチは、より小さく、より均一な基層を格子表面真下に提供する役割を果たすことができる。 According to additional embodiments, improved approaches are provided for implementing deposition of transfer material onto a substrate as well as transfer of transfer material into patterns for implementing diffraction. These approaches allow very precise distribution, deposition and/or formation of different transfer materials/patterns onto any number of substrate surfaces. According to some embodiments, patterned distribution of transfer material (eg, patterned inkjet distribution) is performed to implement deposition of transfer material onto a substrate. This approach, using patterned inkjet distributions, allows very precise volumetric control over the material to be deposited. Additionally, this approach can serve to provide a smaller, more uniform substrate beneath the grating surface.

いくつかの実施形態では、第2のより浅い深度構造のセットとともに第1のより深い深度構造のセットを有するテンプレートが提供される。転写材料を転写受け取り側上に堆積するとき、比較的より大きい体積の転写材料が、テンプレートのより深い深度構造に対応して堆積させられる。加えて、比較的により小さい体積の転写材料が、テンプレートのより浅い深度構造に対応して堆積させられる。このアプローチは、異なる特徴が転写受け取り側上に形成されるために、異なる厚さの材料の同時堆積を可能にする。このアプローチは、異なる深度および/または特徴パラメータを伴う構造のために意図的に非均一である分布、例えば、特徴構造は、同一基板上にあり、異なる厚さを有する分布を生成するためにとられることができる。これは、例えば、同一の下層厚を伴う可変深度の構造の同時転写を可能にする転写材料の空間的に分布された体積を生成するために使用されることができる。 In some embodiments, a template is provided having a first set of deeper depth structures with a second set of shallower depth structures. When depositing transfer material on the transfer receiving side, a relatively larger volume of transfer material is deposited corresponding to the deeper depth features of the template. Additionally, a relatively smaller volume of transfer material is deposited corresponding to the shallower depth features of the template. This approach allows simultaneous deposition of different thicknesses of material so that different features are formed on the transfer receiving side. This approach is intended to produce distributions that are intentionally non-uniform for structures with different depths and/or feature parameters, e.g., feature structures are on the same substrate and have different thicknesses. can be This can be used, for example, to create spatially distributed volumes of transfer material that allow simultaneous transfer of structures of variable depth with the same underlayer thickness.

いくつかの実施形態は、基板上への複数のタイプの転写材料の同時堆積を実装するためのアプローチに関する。これは、光学特性を有する材料が、一度に基板の複数の部分にわたり同時に堆積させられることを可能にする。このアプローチはまた、特定の機能に関連付けられた(例えば、内部結合格子、直交瞳拡大素子(OPE)格子、または射出瞳拡大素子(EPE)格子として作用するための)局所エリアを調整する能力を提供する。異なるタイプの材料は、異なる光学特性を有する同一材料(例えば、異なる屈折率を有する同一材料の2つの変形)または2つの全く異なる材料を含み得る。材料の任意の光学特性、例えば、屈折率、不透明度、および/または吸光度は、本技法を採用するときに検討および選択されることができる。 Some embodiments relate to approaches for implementing simultaneous deposition of multiple types of transfer materials onto a substrate. This allows materials with optical properties to be deposited simultaneously over multiple portions of the substrate at one time. This approach also provides the ability to tune local areas associated with specific functions (e.g., to act as incoupling gratings, orthogonal pupil expander (OPE) gratings, or exit pupil expander (EPE) gratings). offer. Different types of materials can include the same material with different optical properties (eg, two versions of the same material with different refractive indices) or two entirely different materials. Any optical property of the material, such as refractive index, opacity, and/or absorbance, can be considered and selected when employing this technique.

別の実施形態によると、多側面転写が、採用され、光学構造の複数の側面に転写し得る。これは、転写が、光学要素の異なる側面上で生じ、ベース層体積を通して機能の多重化を実装することを可能にする。この方法において、異なる接眼レンズ機能が、格子構造機能に悪影響を及ぼさずに、実装されることができる。第1のテンプレートは、ある転写を基板/転写受け取り側の側面「A」上に生成し、第1の材料を有する第1のパターンを構造の側面A上に形成するために使用され得る。別のテンプレートは、第2の転写を同一基板の側面「B」上に生成するために使用され得、それは、第2の材料を有する第2のパターンを基板の側面B上に形成する。側面AおよびBは、同一もしくは異なるパターンを有し得、および/または同一もしくは異なるタイプの材料を有し得る。 According to another embodiment, multi-sided transfer may be employed to transfer to multiple sides of the optical structure. This allows transfer to occur on different sides of the optical element, implementing multiplexing of functions throughout the base layer volume. In this way different eyepiece functions can be implemented without adversely affecting the grating structure function. A first template can be used to generate a transfer on the substrate/transfer-receiving side "A" and to form a first pattern with a first material on side A of the structure. Another template can be used to produce a second transfer on side "B" of the same substrate, which forms a second pattern with a second material on side B of the substrate. Sides A and B can have the same or different patterns and/or can have the same or different types of materials.

追加の実施形態は、多層重転写および/または多層分離/オフセット基板統合に関する。これらのアプローチのいずれか/両方では、以前に転写されたパターンが、再び、噴出させられ、印刷されることができる。接着剤が、第1の層上に噴出させられることができ、第2の基板がそれに接合され(おそらく空隙を伴って)、後続噴出プロセスが、第2の基板上に堆積させ、転写することができる。一連の転写されたパターンは、ロールツーロールプロセスにおいて順次互いに接合されることができる。多層重転写を実装するアプローチは、多層分離/オフセット基板統合アプローチとともに使用して、またはその代わりに使用され得ることに留意されたい。多層重転写に対して、第1の転写材料が、基板上に堆積させられ、転写された後、第2の転写材料の堆積が続き、第1の転写材料および第2の転写材料の両方を有する複合多層構造をもたらすことができる。多層分離/オフセット基板統合に対して、第1の基板1および第2の基板2の両方が、転写材料で転写され得、その後、基板1および基板2は、一実施形態では、おそらく、空隙を基板2の活性構造と基板1の裏側との間に提供するオフセット特徴(同様に転写される)を伴って、狭み込まれ、接合され得る。転写されたスペーサが、空隙を生成するために使用され得る。 Additional embodiments relate to multi-layer overtransfer and/or multi-layer separation/offset substrate integration. In either/both of these approaches, the previously transferred pattern can be jetted and printed again. Adhesive can be jetted onto the first layer, a second substrate is bonded to it (possibly with air gaps), and a subsequent jetting process deposits and transfers onto the second substrate. can be done. A series of transferred patterns can be joined together sequentially in a roll-to-roll process. Note that the approach of implementing multi-layer overtransfer can be used with or instead of the multi-layer separation/offset substrate integration approach. For multi-layer transfer, a first transfer material is deposited on the substrate and transferred, followed by deposition of a second transfer material, transferring both the first transfer material and the second transfer material. can result in a composite multi-layer structure with For multi-layer separation/offset substrate integration, both first substrate 1 and second substrate 2 may be transferred with a transfer material, after which substrates 1 and 2 may, in one embodiment, possibly leave an air gap. It can be pinched and bonded with offset features (also transferred) provided between the active structures of substrate 2 and the backside of substrate 1 . Transferred spacers can be used to create voids.

さらに別の実施形態によると、基板にわたり分布される材料の可変体積堆積を実装するためのアプローチが開示され、それは、表面不均一性の先験的知識に依存し得る。これは、望ましくない平行度をもたらし、不良光学性能を生じさせ得る基板の表面不均一性を補正する。転写材料の可変体積堆積が、下層トポグラフィまたは物理的特徴セットから独立して、堆積させられるべき転写材料の水平分布を提供するために採用され得る。例えば、基板は、真空チャックによって平坦に引っ張られ、原位置計測が、例えば、低コヒーレンスまたはレーザベースの接触測定プローブを用いて、表面高さを査定するために行われることができる。転写材料の分配体積は、測定データに応じて変動させられ、再現に応じて、より均一な層をもたらすことができる。厚さ変動および/またはくぼみ、ピーク、もしくは他の異常、もしくは基板上の局所位置に関連付けられた特徴の存在等の任意のタイプの不均一性も、本発明の本実施形態によって対処され得る。 According to yet another embodiment, an approach is disclosed for implementing variable volume deposition of material distributed across a substrate, which may rely on a priori knowledge of surface non-uniformities. This corrects for surface non-uniformities in the substrate that can lead to undesirable parallelism and poor optical performance. Variable volume deposition of transfer material can be employed to provide a horizontal distribution of the transfer material to be deposited, independent of the underlying topography or physical feature set. For example, the substrate is pulled flat by a vacuum chuck and in situ measurements can be made to assess surface height using, for example, low coherence or laser-based contact measurement probes. The dispensed volume of transfer material can be varied according to the measured data, resulting in a more uniform layer upon reproduction. Any type of non-uniformity such as thickness variations and/or the presence of depressions, peaks, or other anomalies or features associated with localized locations on the substrate may also be addressed by this embodiment of the invention.

前述の実施形態のいずれも、一緒に組み合わせられ得ることに留意されたい。さらに、本発明の追加のおよび他の目的、特徴、ならびに利点は、発明を実施するための形態、図、および請求項に説明される。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
(項目1)
回折光学要素を製造する方法であって、
1つ以上の材料のセットを基板上に堆積することと、
テンプレートを識別することであって、前記テンプレートは、その上に形成された転写パターンを有する、ことと、
前記テンプレートを用いて、前記転写パターンを前記基板上の前記1つ以上の材料のセットの中に転写することと
を含み、
前記転写パターンは、前記回折光学要素のための回折パターンを備えている、方法。
(項目2)
前記基板上の前記1つ以上の材料のセットは、材料の第1の部分および材料の第2の部分を備え、
前記テンプレートは、第1の深度構造のセットおよび第2の深度構造のセットを備え、前記第1の深度構造のセットは、前記第2の深度構造のセットと異なる深度を有し、
前記転写パターンは、第1のパターンおよび第2のパターンを備え、
前記第1のパターンおよび前記第2のパターンを前記基板上に同時に形成すること、前記テンプレートは、前記第1の深度構造のセットを伴う前記第1のパターンを前記材料の前記第1の部分上に転写し、前記テンプレートは、前記第2の深度構造のセットを伴う前記第2のパターンを前記材料の前記第2の部分上に転写する、項目1に記載の方法。
(項目3)
前記第1のパターンは、第1の回折格子パターンに対応し、前記第2のパターンは、第2の回折格子パターンに対応する、項目1~2のいずれかに記載の方法。
(項目4)
前記材料の前記第1および第2の部分は、前記基板上への前記材料の非均一な分布に対応する、項目1~3のいずれかに記載の方法。
(項目5)
前記基板は、均一厚の下層を形成しており、前記第1および第2のパターンは、可変深度構造を前記均一厚の下層上に形成する、項目1~4のいずれかに記載の方法。
(項目6)
前記基板上の前記1つ以上の材料のセットは、材料の第1の部分および材料の第2の部分を備え、前記材料の前記第1の部分は、前記材料の前記第2の部分と異なる光学特性を有する、項目1~5のいずれかに記載の方法。
(項目7)
前記材料の前記第1の部分と前記材料の前記第2の部分との間の異なる光学特性は、異なる屈折率、不透明度、または吸光度に対応する、項目1~6のいずれかに記載の方法。
(項目8)
前記材料の前記第1の部分は、転写前に、前記材料の前記第2の部分の上方に堆積させられる、項目1~7のいずれかに記載の方法。
(項目9)
前記基板上の前記1つ以上の材料のセットは、材料の第1の部分および材料の第2の部分を備え、前記材料の前記第1の部分は、前記基板の第1の面上にあり、前記材料の前記第2の部分は、前記基板の第2の面上にあり、
第1のパターンを前記基板の前記第1の面上の前記材料の第1の部分の中に転写することと、
第2のパターンを前記基板の前記第2の面上の前記材料の第2の部分の中に転写することと、
項目1~8のいずれかに記載の方法。
(項目10)
前記第1のパターンは、前記第2のパターンと異なる、項目1~9のいずれかに記載の方法。
(項目11)
前記材料の第1の部分は、前記材料の第2の部分と異なる材料である、項目1~10のいずれかに記載の方法。
(項目12)
前記基板上の前記1つ以上の材料のセットは、材料の第1の部分および材料の第2の部分を備え、前記材料の前記第1の部分は、前記材料の前記第2の部分の堆積前に堆積させられ、転写される、項目1~11のいずれかに記載の方法。
(項目13)
転写が、前記材料の前記第2の部分上に行われる、項目1~12のいずれかに記載の方法。
(項目14)
第1の転写されたパターンを有する前記第1の基板は、第2の転写パターンを有する前記第2の基板上に重ね合わせられる、項目1~13のいずれかに記載の方法。
(項目15)
前記第1の転写されたパターンを有する前記第1の基板は、前記第2の転写パターンを有する前記第2の基板に接合される、項目1~14のいずれかに記載の方法。
(項目16)
スペーサが、前記第1の転写されたパターンを有する前記第1の基板と前記第2の転写されたパターンを有する前記第2の基板との間に空隙を形成する、項目1~15のいずれかに記載の方法。
(項目17)
前記1つ以上の材料のセットの可変レベルが、前記基板上に堆積させられる、項目1~16のいずれかに記載の方法。
(項目18)
前記基板上に堆積させられる前記1つ以上の材料のセットの前記可変レベルは、前記基板の表面均一性の変動性を測定することによって識別される、項目1~17のいずれかに記載の方法。
(項目19)
前記1つ以上の材料のセットは、インクジェット堆積によって前記基板上に堆積させられる、項目1~18のいずれかに記載の方法。
(項目20)
項目1~19のいずれかに記載の方法を使用して形成される回折光学要素。
Note that any of the aforementioned embodiments can be combined together. Furthermore, additional and other objects, features, and advantages of the present invention are set forth in the detailed description, drawings, and claims.
For example, the present application provides the following items.
(Item 1)
A method of manufacturing a diffractive optical element, comprising:
depositing one or more sets of materials on a substrate;
identifying a template, the template having a transfer pattern formed thereon;
transferring the transfer pattern into the set of one or more materials on the substrate using the template;
The method, wherein the transfer pattern comprises a diffraction pattern for the diffractive optical element.
(Item 2)
the set of one or more materials on the substrate comprises a first portion of material and a second portion of material;
the template comprises a first set of depth structures and a second set of depth structures, the first set of depth structures having a different depth than the second set of depth structures;
The transfer pattern comprises a first pattern and a second pattern,
simultaneously forming the first pattern and the second pattern on the substrate, the template forming the first pattern with the first set of depth structures on the first portion of the material; , wherein the template transfers the second pattern with the second set of depth structures onto the second portion of the material.
(Item 3)
3. The method of any of items 1-2, wherein the first pattern corresponds to a first grating pattern and the second pattern corresponds to a second grating pattern.
(Item 4)
4. The method of any of items 1-3, wherein the first and second portions of the material correspond to a non-uniform distribution of the material over the substrate.
(Item 5)
5. The method of any of items 1-4, wherein the substrate forms a uniform thickness underlayer and the first and second patterns form variable depth structures on the uniform thickness underlayer.
(Item 6)
The set of one or more materials on the substrate comprises a first portion of material and a second portion of material, wherein the first portion of material is different than the second portion of material. A method according to any one of items 1 to 5, having optical properties.
(Item 7)
7. The method of any of items 1-6, wherein the different optical properties between the first portion of the material and the second portion of the material correspond to different refractive indices, opacities or absorbances. .
(Item 8)
8. The method of any of items 1-7, wherein the first portion of the material is deposited over the second portion of the material prior to transfer.
(Item 9)
The set of one or more materials on the substrate comprises a first portion of material and a second portion of material, the first portion of material on a first side of the substrate. , the second portion of the material is on a second surface of the substrate;
transferring a first pattern into a first portion of the material on the first side of the substrate;
transferring a second pattern into a second portion of the material on the second side of the substrate;
A method according to any one of items 1-8.
(Item 10)
10. The method of any of items 1-9, wherein the first pattern is different than the second pattern.
(Item 11)
11. The method of any of items 1-10, wherein the first portion of material is a different material than the second portion of material.
(Item 12)
The set of one or more materials on the substrate comprises a first portion of material and a second portion of material, wherein the first portion of material deposits the second portion of material. 12. The method of any of items 1-11, previously deposited and transferred.
(Item 13)
13. A method according to any of items 1 to 12, wherein transfer is performed onto said second portion of said material.
(Item 14)
14. The method of any of items 1-13, wherein the first substrate with a first transferred pattern is superimposed on the second substrate with a second transferred pattern.
(Item 15)
15. The method of any of items 1-14, wherein the first substrate with the first transferred pattern is bonded to the second substrate with the second transferred pattern.
(Item 16)
16. Any of items 1-15, wherein spacers form a gap between the first substrate having the first transferred pattern and the second substrate having the second transferred pattern. The method described in .
(Item 17)
17. The method of any of items 1-16, wherein variable levels of the set of one or more materials are deposited on the substrate.
(Item 18)
18. The method of any of items 1-17, wherein the variable levels of the set of one or more materials deposited on the substrate are identified by measuring variability in surface uniformity of the substrate. .
(Item 19)
19. The method of any of items 1-18, wherein the set of one or more materials is deposited on the substrate by inkjet deposition.
(Item 20)
A diffractive optical element formed using the method of any of items 1-19.

図1は、一図示される実施形態における、装着式ARユーザデバイスを通した拡張現実(AR)のユーザのビューを図示する。FIG. 1 illustrates an augmented reality (AR) user's view through a wearable AR user device in one illustrated embodiment. 図2は、従来の立体視的3Dシミュレーションディスプレイシステムを図示する。FIG. 2 illustrates a conventional stereoscopic 3D simulation display system. 図3は、本発明のいくつかの実施形態による、立体視的3Dシミュレーションディスプレイシステムを実装するための改良されたアプローチを図示する。FIG. 3 illustrates an improved approach for implementing a stereoscopic 3D simulation display system, according to some embodiments of the invention. 図4A-4Dは、ヒトVRおよび/またはARのための高品質で快適に知覚されるディスプレイシステムを提供する目的に対処するための種々のシステム、サブシステム、および構成要素を図示する。4A-4D illustrate various systems, subsystems, and components to address the goal of providing a high quality, pleasingly perceived display system for human VR and/or AR. 図4A-4Dは、ヒトVRおよび/またはARのための高品質で快適に知覚されるディスプレイシステムを提供する目的に対処するための種々のシステム、サブシステム、および構成要素を図示する。4A-4D illustrate various systems, subsystems, and components to address the goal of providing a high quality, pleasingly perceived display system for human VR and/or AR. 図4A-4Dは、ヒトVRおよび/またはARのための高品質で快適に知覚されるディスプレイシステムを提供する目的に対処するための種々のシステム、サブシステム、および構成要素を図示する。4A-4D illustrate various systems, subsystems, and components to address the goal of providing a high quality, pleasingly perceived display system for human VR and/or AR. 図4A-4Dは、ヒトVRおよび/またはARのための高品質で快適に知覚されるディスプレイシステムを提供する目的に対処するための種々のシステム、サブシステム、および構成要素を図示する。4A-4D illustrate various systems, subsystems, and components to address the goal of providing a high quality, pleasingly perceived display system for human VR and/or AR. 図5は、改良された回折構造を利用するシステムの例示的構成の平面図を図示する。FIG. 5 illustrates a plan view of an exemplary configuration of a system utilizing improved diffractive structures. 図6は、スタックされた導波管アセンブリを図示する。FIG. 6 illustrates a stacked waveguide assembly. 図7は、DOEを図示する。FIG. 7 illustrates the DOE. 図8および9は、例示的回折パターンを図示する。Figures 8 and 9 illustrate exemplary diffraction patterns. 図8および9は、例示的回折パターンを図示する。Figures 8 and 9 illustrate exemplary diffraction patterns. 図10および11は、その中にビームが投入される、2つの導波管を図示する。Figures 10 and 11 illustrate two waveguides into which the beam is injected. 図10および11は、その中にビームが投入される、2つの導波管を図示する。Figures 10 and 11 illustrate two waveguides into which the beam is injected. 図12は、導波管のスタックを図示する。FIG. 12 illustrates a stack of waveguides. 図13Aは、導波管基板および上部格子表面を有するが、下層を伴わない回折構造を実装するための例示的アプローチを図示する。FIG. 13A illustrates an exemplary approach for implementing a diffractive structure having a waveguide substrate and upper grating surface, but no underlying layer. 図13Bは、例示的シミュレーション結果のチャートを示す。FIG. 13B shows a chart of exemplary simulation results. 図13Cは、図13Aの注釈付きバージョンを示す。FIG. 13C shows an annotated version of FIG. 13A. 図14Aは、導波管基板、下層、および上部格子表面を有する回折構造を実装するための例示的アプローチを図示する。FIG. 14A illustrates an exemplary approach for implementing a diffractive structure having a waveguide substrate, bottom layer, and top grating surface. 図14Bは、導波管基板、下層、格子表面、および上部表面を有する回折構造を実装するための例示的アプローチを図示する。FIG. 14B illustrates an exemplary approach for implementing a diffractive structure having a waveguide substrate, bottom layer, grating surface, and top surface. 図14Cは、導波管基板、下層、格子表面、および上部表面を有する回折構造のスタックを実装するための例示的アプローチを図示する。FIG. 14C illustrates an exemplary approach for implementing a stack of diffractive structures having a waveguide substrate, bottom layer, grating surface, and top surface. 図15Aは、高屈折率導波管基板、低屈折率下層、および低屈折率上部格子表面を有する回折構造を実装するための例示的アプローチを図示する。FIG. 15A illustrates an exemplary approach for implementing a diffractive structure having a high index waveguide substrate, a low index underlayer, and a low index top grating surface. 図15Bは、例示的シミュレーション結果のチャートを示す。FIG. 15B shows a chart of exemplary simulation results. 図16Aは、低屈折率導波管基板、高屈折率下層、および低屈折率上部格子表面を有する回折構造を実装するための例示的アプローチを図示する。FIG. 16A illustrates an exemplary approach for implementing a diffractive structure having a low index waveguide substrate, a high index lower layer, and a low index upper grating surface. 図16Bは、例示的シミュレーション結果のチャートを示す。FIG. 16B shows a chart of exemplary simulation results. 図17Aは、低屈折率導波管基板、媒体屈折率下層、および高屈折率上部格子表面を有する回折構造を実装するための例示的アプローチを図示する。FIG. 17A illustrates an exemplary approach for implementing a diffractive structure having a low index waveguide substrate, a medium index underlayer, and a high index top grating surface. 図17Bは、例示的シミュレーション結果のチャートを示す。FIG. 17B shows a chart of exemplary simulation results. 図18A-Dは、下層特性の修正を図示する。Figures 18A-D illustrate modification of underlayer properties. 図18A-Dは、下層特性の修正を図示する。Figures 18A-D illustrate modification of underlayer properties. 図18A-Dは、下層特性の修正を図示する。Figures 18A-D illustrate modification of underlayer properties. 図18A-Dは、下層特性の修正を図示する。Figures 18A-D illustrate modification of underlayer properties. 図19は、単一基板上への転写材料の精密な可変体積堆積を実装するためのアプローチを図示する。FIG. 19 illustrates an approach for implementing precise variable volume deposition of transfer material onto a single substrate. 図20は、いくつかの実施形態による、同一層内への複数の異なる転写材料の指向性同時堆積を実装するためのアプローチおよび転写ステップを図示する。FIG. 20 illustrates an approach and transfer steps for implementing directional co-deposition of multiple different transfer materials into the same layer, according to some embodiments. 図21A-Bは、全内部反射回折光学要素の状況における、2側面転写を実装するための例示的アプローチを図示する。21A-B illustrate exemplary approaches for implementing two-sided transfer in the context of a total internal reflection diffractive optical element. 図22は、図21A-Bに示されるアプローチを使用して形成される構造を図示する。FIG. 22 illustrates a structure formed using the approach shown in FIGS. 21A-B. 図23は、多層重転写を実装するためのアプローチを図示する。FIG. 23 illustrates an approach for implementing multi-layer overtransfer. 図24は、多層分離/オフセット基板統合を実装するためのアプローチを図示する。FIG. 24 illustrates an approach for implementing multi-layer isolation/offset substrate integration. 図25は、表面不均一性に対処するために、基板にわたり分布される材料の可変体積堆積を実装するためのアプローチを図示する。FIG. 25 illustrates an approach for implementing variable volume deposition of material distributed across a substrate to address surface non-uniformity.

本発明のいくつかの実施形態によると、回折構造が、採用され、回折構造は、導波管基板と上部格子表面との間にある下層/中間層を含む。上部格子表面は、第1の屈折率値に対応する第1の材料を備え、下層は、第2の屈折率値に対応する第2の材料を備え、基板は、第3の屈折率値に対応する第3の材料を備えている。 According to some embodiments of the present invention, a diffractive structure is employed, the diffractive structure comprising an underlayer/middle layer between the waveguide substrate and the upper grating surface. The upper grating surface comprises a first material corresponding to a first refractive index value, the lower layer comprises a second material corresponding to a second refractive index value, and the substrate comprises a third refractive index value. A corresponding third material is provided.

このアプローチの1つの利点は、3つの層のための相対的屈折率の適切な選択によって、最小全内部反射角度が屈折率が増加させられるにつれて低減させられるという事実から、構造がより広範囲の入射光のためのより広い視野を得ることを可能にすることである。回折効率は、増加させられ、画像視認デバイスのディスプレイへの「より明るい」光の出力を可能にすることができる。 One advantage of this approach is that with proper selection of the relative indices of refraction for the three layers, the minimum total internal reflection angle is reduced as the index of refraction is increased, resulting in the structure being able to accommodate a wider range of incidence. It is possible to get a wider field of view for the light. Diffraction efficiency can be increased, allowing for “brighter” light output to the display of the image viewing device.

種々の組み合わせが、利用可能であり、ある屈折率の下層は、第3の屈折率の基板とともに、別の屈折率の上部格子と組み合わせられ、これらの相対的値を調節することは、入射角への回折効率の依存性に多くの変動を提供する。異なる屈折率の層を伴う層状導波管が、提示される。種々の組み合わせおよび順列が、機能性を例証するために、関連性能データとともに提示される。利点は、角度の増加を含み、それは、格子を用いて出力角度の増加を提供し、したがって、接眼レンズを用いて視野の増加を提供する。さらに、角度に伴う回折効率における通常の低減に対抗する能力は、機能的に有益である。 Various combinations are available, where a lower layer of one index of refraction is combined with an upper grating of another index, along with a substrate of a third index of refraction; provides many variations in the dependence of diffraction efficiency on . A layered waveguide with layers of different refractive indices is presented. Various combinations and permutations are presented along with associated performance data to demonstrate functionality. Advantages include an increase in angle, which provides an increase in output angle with the grating and thus an increase in field of view with the eyepiece. Additionally, the ability to counter the normal decrease in diffraction efficiency with angle is functionally beneficial.

(いくつかの実施形態によるディスプレイシステム)
本開示の本部分は、本発明の改良された回折構造と併用され得る、例示的ディスプレイシステムを説明する。
(Display system according to some embodiments)
This portion of the disclosure describes exemplary display systems that may be used in conjunction with the improved diffractive structures of the present invention.

図2は、典型的には、それぞれ、眼からの固定半径方向焦点距離10における、各眼4および6に対する別個のディスプレイ74および76を有する従来の立体視的3Dシミュレーションディスプレイシステムを図示する。この従来のアプローチは、遠近調節手掛かりを含む、3次元における深度を検出および解釈するためにヒトの眼および脳によって利用される有用な手掛かりの多くを考慮することができない。 FIG. 2 illustrates a conventional stereoscopic 3D simulation display system, typically having separate displays 74 and 76 for each eye 4 and 6, respectively, at a fixed radial focal distance 10 from the eye. This conventional approach fails to take into account many of the useful cues utilized by the human eye and brain for detecting and interpreting depth in three dimensions, including accommodation cues.

実際、典型的ヒトの眼は、半径方向距離に基づいて、多数の深度の層を解釈可能であり、例えば、約12の深度の層を解釈可能である。約0.25メートルの近視野限界は、ほぼ最も近い焦点深度であり、約3メートルの遠視野限界は、ヒトの眼から約3メートルを上回って離れたいかなるアイテムも無限焦点を受けることを意味する。焦点の層は、眼に近づくほど、ますます薄くなる。言い換えると、眼は、眼に比較的近いほど非常に小さい焦点距離の差異を知覚可能であり、この効果は、オブジェクトが眼からより離れるにつれて、消散する。無限オブジェクト場所では、焦点深度/光屈折間隔値は、約1/3ジオプトリである。 In fact, the typical human eye is capable of interpreting a large number of depth layers, for example about 12 depth layers, based on radial distance. A near field limit of about 0.25 meters is approximately the closest depth of focus, and a far field limit of about 3 meters means that any item more than about 3 meters away from the human eye receives infinity focus. do. The focal layer becomes thinner and thinner closer to the eye. In other words, the eye can perceive focal length differences that are very small relatively close to the eye, and this effect dissipates as objects are further away from the eye. At infinite object locations, the depth of focus/refraction interval value is approximately 1/3 diopters.

図3は、本発明のいくつかの実施形態による、立体視的3Dシミュレーションディスプレイシステムを実装するための改良されたアプローチを図示し、2つの複合画像が、各眼4および6に対して1つずつ表示され、各画像の種々の側面(14)のための種々の半径方向焦点深度(12)が、各眼に知覚される画像内の3次元深度階層化の知覚を提供するために利用され得る。複数の焦点面(例えば、12の焦点面)がユーザの眼と無限遠との間に存在するので、これらの焦点面および描写される関係内のデータは、仮想要素をユーザの視認のための拡張現実シナリオ内に位置付けるために利用され得る。なぜなら、ヒトの眼は、常に動き回り、焦点面を利用して深度を知覚するからである。この図は、種々の深度における特定の数の焦点面を示すが、本発明の実装は、所望の特定の用途のための必要に応じて、任意の数の焦点面を使用し得、本発明は、したがって、本開示における図のいずれかに示される特定の数の焦点面のみを有するデバイスに限定されないことに留意さ
れたい。
FIG. 3 illustrates an improved approach for implementing a stereoscopic 3D simulation display system, according to some embodiments of the present invention, with two composite images, one for each eye 4 and 6. different radial depths of focus (12) for different sides (14) of each image are utilized to provide the perception of three-dimensional depth stratification within the image perceived by each eye. obtain. Since multiple focal planes (e.g., 12 focal planes) exist between the user's eye and infinity, these focal planes and the data in the depicted relationship help define the virtual elements for the user's viewing. It can be used to locate within an augmented reality scenario. This is because the human eye is constantly moving and utilizes the focal plane to perceive depth. Although this diagram shows a particular number of focal planes at various depths, implementations of the invention may use any number of focal planes as needed for the particular application desired, and the invention is therefore not limited to devices having only the specific number of focal planes shown in any of the figures in this disclosure.

図4A-4Dを参照すると、本発明のいくつかの実施形態による、いくつかの一般的構成要素選択肢が、図示される。図4A-4Dの議論に続く詳細な説明の一部では、種々のシステム、サブシステム、および構成要素が、ヒトVRおよび/またはARのための高品質で快適に知覚されるディスプレイシステムを提供する目的に対処するために提示される。 4A-4D, some general component options are illustrated according to some embodiments of the present invention. In the portion of the detailed description that follows the discussion of FIGS. 4A-4D, various systems, subsystems, and components provide a high quality, pleasingly perceived display system for human VR and/or AR. Presented to address the purpose.

図4Aに示されるように、ARシステムユーザ(60)が、ユーザの眼の正面に位置付けられるディスプレイシステム(62)に結合される、フレーム(64)構造を装着した状態で描写される。スピーカ(66)が、描写される構成では、フレーム(64)に結合され、ユーザの外耳道に隣接して位置付けられる(一実施形態では、図示されない別のスピーカが、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ/成形可能音制御を提供する)。ディスプレイ(62)は、有線導線または無線接続等によって、ローカル処理およびデータモジュール(70)に動作可能に結合され(68)、データモジュール(70)は、フレーム(64)に固定して取り付けられること、図4Bの実施形態に示されるように、ヘルメットまたは帽子(80)に固定して取り付けられること、ヘッドホン内に埋め込まれること、図4Cの実施形態に示されるように、リュック式構成でユーザ(60)の胴体(82)に取り外し可能に取り付けられること、または図4Dの実施形態に示されるように、ベルト結合式構成でユーザ(60)の腰(84)に取り外し可能に取り付けられること等、種々の構成で搭載され得る。 As shown in Figure 4A, an AR system user (60) is depicted wearing a frame (64) structure coupled to a display system (62) positioned in front of the user's eyes. A speaker (66), in the depicted configuration, is coupled to frame (64) and positioned adjacent to the user's ear canal (in one embodiment, another speaker, not shown, is adjacent to the user's other ear canal). and provides stereo/shapable sound control). The display (62) is operably coupled (68), such as by a wired lead or wireless connection, to a local processing and data module (70), the data module (70) being fixedly attached to the frame (64). , fixedly attached to a helmet or hat (80), as shown in the embodiment of FIG. 4B, embedded within headphones, and in a rucksack configuration to the user (as shown in the embodiment of FIG. 4C). 60), or removably attached to the waist (84) of the user (60) in a belt-tie configuration, as shown in the embodiment of FIG. 4D, It can be mounted in various configurations.

ローカル処理およびデータモジュール(70)は、省電力プロセッサまたはコントローラと、フラッシュメモリ等のデジタルメモリとを備え得、両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用され得る。データは、a)画像捕捉デバイス(カメラ等)、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、GPSユニット、無線デバイス、および/またはジャイロスコープ等、フレーム(64)に動作可能に結合され得るセンサから捕捉されたデータ、および/または、b)おそらく、処理または読み出し後にディスプレイ(62)へ渡すために、遠隔処理モジュール(72)および/または遠隔データリポジトリ(74)を使用して取得および/または処理されたデータである。ローカル処理およびデータモジュール(70)は、有線または無線通信リンク等を介して、遠隔処理モジュール(72)および遠隔データリポジトリ(74)に動作可能に結合され得る76、78)、これらの遠隔モジュール(72、74)は、互いに動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール(70)へのリソースとして利用可能である。 The local processing and data module (70) may comprise a power saving processor or controller and digital memory such as flash memory, both of which may be utilized to assist in data processing, caching and storage. Data is a) from sensors that may be operably coupled to the frame (64) such as image capture devices (such as cameras), microphones, inertial measurement units, accelerometers, compasses, GPS units, wireless devices, and/or gyroscopes. captured data; and/or b) retrieved and/or processed using a remote processing module (72) and/or a remote data repository (74), possibly for processing or retrieval before passing to a display (62) This is the data that has been The local processing and data module (70) may be operably coupled, such as via a wired or wireless communication link, to a remote processing module (72) and a remote data repository (74) (76, 78), these remote modules ( 72, 74) are operatively coupled to each other and available as resources to local processing and data modules (70).

一実施形態では、遠隔処理モジュール(72)は、データおよび/または画像情報を分析し、処理するように構成される1つ以上の比較的に強力なプロセッサまたはコントローラを備え得る。一実施形態では、遠隔データリポジトリ(74)は、「クラウド」リソース構成におけるインターネットまたは他のネットワーキング構成を通して利用可能であり得る比較的に大規模なデジタルデータ記憶設備を備え得る。一実施形態では、ローカル処理およびデータモジュールにおいて、全てのデータが記憶され、全ての計算が行われ、任意の遠隔モジュールからの完全自律使用を可能にする。 In one embodiment, remote processing module (72) may comprise one or more relatively powerful processors or controllers configured to analyze and process data and/or image information. In one embodiment, remote data repository (74) may comprise a relatively large scale digital data storage facility that may be available through the Internet or other networking configuration in a "cloud" resource configuration. In one embodiment, all data is stored and all calculations are performed in the local processing and data module, allowing full autonomous use from any remote module.

Z軸差(すなわち、光学軸に沿って眼からの直線距離)の知覚が、可変焦点光学要素構成と共に導波管をすることによって、促進され得る。ディスプレイからの画像情報が、コリメートされ、導波管の中に投入され、当業者に公知の任意の好適な基板誘導光学方法を使用して、大射出瞳様式で分布され得、次いで、可変焦点光学要素能力が、導波管から現れる光の波面の焦点を変化させ、眼に、導波管から生じる光が特定の焦点距離からのものであるという知覚を提供するために利用され得る。言い換えると、入射光は、全内部反射導波管構成における課題を回避するためにコリメートされているので、それは、コリメートされた方式で出射し、視認者の眼が、遠点に遠近調節し、それを網膜上に集中させることを要求し、必然的に、何らかの他の介入が、光が再集中され、異なる視認距離からとして知覚されるようにしない限り、それは、光学無限遠からであるように解釈されるであろう。好適なそのような介入の1つは、可変焦点レンズである。 Perception of Z-axis difference (ie, linear distance from the eye along the optical axis) can be facilitated by waveguides with variable focus optic configurations. Image information from the display can be collimated, injected into a waveguide and distributed in a large exit pupil fashion using any suitable substrate-guided optical method known to those skilled in the art, and then variable focus Optical element capabilities can be utilized to change the focus of the wavefront of the light emerging from the waveguide, providing the eye with the perception that the light emerging from the waveguide is from a particular focal length. In other words, the incident light is collimated to avoid problems in a total internal reflection waveguide configuration, so that it exits in a collimated manner, allowing the viewer's eye to accommodate to the far point, Requires it to be focused on the retina, necessarily as it would be from optical infinity, unless some other intervention causes the light to be refocused and perceived as from a different viewing distance. will be interpreted. One such intervention that is suitable is a variable focus lens.

いくつかの実施形態では、コリメートされた画像情報は、それが全内部反射し、隣接する導波管の中に通されるような角度で、ガラスまたは他の材料片の中に投入される。導波管は、ディスプレイからのコリメートされた光が、導波管の長さに沿って、反射体または回折特徴の分布にわたりほぼ均一に出射するよう分布されるように構成され得る。眼に向かう出射時、出射光は、可変焦点レンズ要素に通され、可変焦点レンズ要素の制御された焦点に応じて、可変焦点レンズ要素から出射し、眼に入射する光は、種々のレベルの焦点を有するであろう(コリメートされた平坦波面は、光学無限遠を表し、ビーム発散/波面曲率が大きいほど、眼58に対してより近い視認距離を表す)。 In some embodiments, collimated image information is launched into a piece of glass or other material at an angle such that it is totally internally reflected and passed into an adjacent waveguide. The waveguide may be configured such that collimated light from the display is distributed to exit substantially uniformly across the distribution of reflectors or diffractive features along the length of the waveguide. Upon exiting toward the eye, the exiting light is passed through the variable focus lens element and, depending on the controlled focus of the variable focus lens element, exits the variable focus lens element and enters the eye with varying levels of light. (a collimated flat wavefront represents optical infinity; larger beam divergence/wavefront curvature represents a closer viewing distance to the eye 58).

「フレーム順次」構成では、順次の2次元画像のスタックが、コンピュータ断層撮影システムがスタックされた画像スライスを使用して3次元構造を表す様式と同様の様式で、ディスプレイに順次供給され、3次元知覚を経時的に生成し得る。一連の2次元画像スライスは、各々が眼に対して異なる焦点距離で、眼に提示され得、眼/脳は、そのようなスタックをコヒーレント3次元ボリュームの知覚の中に統合するであろう。ディスプレイタイプに応じて、行毎またはさらにピクセル毎の順序付けが、3次元視認の知覚を生成するために行われ得る。例えば、走査光ディスプレイ(走査ファイバディスプレイまたは走査鏡ディスプレイ等)では、ディスプレイは、導波管に、順次方式で一度に1つの線または1つのピクセルを提示する。 In a "frame sequential" configuration, stacks of sequential two-dimensional images are sequentially fed to a display in a manner similar to the way a computed tomography system uses stacked image slices to represent three-dimensional structures, resulting in three-dimensional Perceptions can be generated over time. A series of 2D image slices can be presented to the eye, each at a different focal length to the eye, and the eye/brain will integrate such stacks into the perception of a coherent 3D volume. Depending on the display type, row-by-row or even pixel-by-pixel ordering can be done to create the perception of three-dimensional viewing. For example, in a scanning light display (such as a scanning fiber display or a scanning mirror display), the display presents the waveguide one line or one pixel at a time in a sequential manner.

図6を参照すると、スタックされた導波管アセンブリ(178)が、複数の導波管(182、184、186、188、190)および複数の弱レンズ(198、196、194、192)を有することによって、3次元知覚を眼/脳に提供するために利用され得、複数の導波管および複数の弱レンズは、その導波管レベルに対して知覚されるべき焦点距離を示す各導波管レベルのための種々のレベルの波面曲率で画像情報を眼に送信するように一緒に構成されている。複数のディスプレイ(200、202、204、206、208)、または別の実施形態では、単一多重化ディスプレイが、導波管(182、184、186、188、190)の中にコリメートされた画像情報を投入するために利用され得、導波管の各々は、前述のように、眼に出射するために、各導波管の長さにわたり入射光を実質的に等しく分布させるように構成され得る。 Referring to FIG. 6, a stacked waveguide assembly (178) has multiple waveguides (182, 184, 186, 188, 190) and multiple weak lenses (198, 196, 194, 192). can be utilized to provide three-dimensional perception to the eye/brain by using multiple waveguides and multiple weak lenses, each waveguide indicating the focal length to be perceived for that waveguide level. Together they are configured to transmit image information to the eye at various levels of wavefront curvature for the tube level. Multiple displays (200, 202, 204, 206, 208), or in another embodiment a single multiplexed display, are collimated into waveguides (182, 184, 186, 188, 190) can be utilized to inject image information, each of the waveguides being configured to distribute incident light substantially equally over the length of each waveguide for emission to the eye, as described above; can be

眼に最も近い導波管(182)は、そのような導波管(182)の中に投入されるにつれて、光学無限遠焦点面を表し得るコリメートされた光を眼に送達するように構成される。次の上方導波管(184)は、眼(58)に到達し得る前に、第1の弱レンズ(192;例えば、弱い負のレンズ)を通過する、コリメートされた光を送信するように構成される。そのような第1の弱レンズ(192)は、眼/脳が、その次の上方導波管(184)から生じる光を光学無限遠から人に向かって内向きにより近い第1の焦点面から生じているように解釈するように、若干の凸面波面曲率を作成するように構成され得る。同様に、第3の上方導波管(186)は、眼(58)に到達する前に、その出力光を第1(192)および第2(194)レンズを通過させる。第1(192)および第2(194)レンズの組み合わせられた屈折力は、眼/脳が、その上方の第3の導波管(186)から生じている光を次の上方導波管(184)からの光より光学無限遠から人に向かってさらにより内向きに近い第2の焦点面から生じているように解釈するように、別の漸増量の波面発散を作成するように構成され得る。 The waveguides (182) closest to the eye are configured to deliver collimated light to the eye, which may represent an optical infinity focal plane, as it is launched into such waveguide (182). be. The next upper waveguide (184) is to transmit collimated light that passes through a first weak lens (192; e.g., weak negative lens) before it can reach the eye (58). Configured. Such a first weak lens (192) allows the eye/brain to direct light emanating from its next upper waveguide (184) from a first focal plane closer inward toward the person from optical infinity. can be configured to create some convex wavefront curvature, as interpreted as Similarly, the third upper waveguide (186) passes its output light through first (192) and second (194) lenses before reaching the eye (58). The combined power of the first (192) and second (194) lenses allows the eye/brain to direct light originating from the third waveguide (186) above it to the next upper waveguide ( 184) to create another increasing amount of wavefront divergence to interpret the light from optical infinity as originating from a second focal plane even closer inward toward the person. .

他の導波管層(188、190)および弱レンズ(196、198)も同様に、構成され、スタック内の最高導波管(190)は、人に最も近い焦点面を表す総焦点力のために、その出力をそれと眼との間の弱レンズの全てを通して送信する。スタックされた導波管アセンブリ(178)の他の側の世界(144)から生じる光を視認/解釈するとき、レンズ(198、196、194、192)のスタックを補償するために、補償レンズ層(180)が、スタックの上部に配置され、下方のレンズスタック(198、196、194、192)の総屈折力を補償する。そのような構成は、前述のように、利用可能な導波管/レンズ対と同じ数の知覚される焦点面に、再び、比較的に大きな射出瞳構成を提供する。導波管の反射側面およびレンズの焦点合わせ側面は両方とも、静的であり得る(すなわち、動的または電気活性ではない)。代替実施形態では、動的であり、前述のように、電気活性特徴を使用し、少数の導波管が、時系列方式で多重化され、より多数の有効焦点面を生成することを可能にし得る。 The other waveguide layers (188, 190) and weak lenses (196, 198) are similarly configured, with the highest waveguide (190) in the stack representing the focal plane closest to the person, of total focal power. To do so, it transmits its output through all of the weak lenses between it and the eye. Compensating lens layer to compensate for the stacking of lenses (198, 196, 194, 192) when viewing/interpreting light originating from the world (144) on the other side of the stacked waveguide assembly (178) (180) is placed at the top of the stack to compensate for the total power of the lens stack below (198, 196, 194, 192). Such a configuration provides as many perceived focal planes as there are waveguide/lens pairs available, again with a relatively large exit pupil configuration, as described above. Both the reflective side of the waveguide and the focusing side of the lens can be static (ie, not dynamic or electroactive). In an alternative embodiment, which is dynamic and uses electro-active features as described above, a small number of waveguides can be multiplexed in a time-sequential manner to produce a larger number of effective focal planes. obtain.

種々の回折構成が、コリメートされたビームを焦点合わせすることおよび/または向け直すことのために採用されることができる。例えば、コリメートされたビームをブラッググレーティング等の線形回折パターンに通すことは、ビームを偏向、すなわち、「操向」させるであろう。コリメートされたビームを半径方向対称回折パターン、すなわち、「フレネルゾーンプレート」に通すことは、ビームの焦点を変化させるであろう。線形および半径方向要素の両方を有する組み合わせ回折パターンが、コリメートされた入力ビームの偏向および焦点合わせの両方を生成するように採用されることができる。これらの偏向および焦点合わせ効果は、反射ならびに透過性モードで生成されることができる。 Various diffractive configurations can be employed to focus and/or redirect the collimated beam. For example, passing a collimated beam through a linear diffraction pattern such as a Bragg grating will deflect or "steer" the beam. Passing a collimated beam through a radially symmetric diffraction pattern, or "Fresnel zone plate" will change the focus of the beam. A combined diffraction pattern with both linear and radial elements can be employed to produce both deflection and focusing of a collimated input beam. These deflection and focusing effects can be produced in reflective as well as transmissive modes.

これらの原理は、追加の光学系制御を可能にするための導波管構成とともに適用され得る。図7に示されるように、回折パターン(220)、すなわち、「回折光学要素」(または「DOE」)が、コリメートされたビームが平面導波管(216)に沿って全内部反射されるにつれて、それが多数の場所において回折パターン(220)に交差するように、平面導波管(216)内に埋め込まれている。構造はまた、その中にビームが投入され得る(例えば、プロジェクタまたはディスプレイによって)、別の導波管(218)を含み得、DOE(221)が、この別の導波管(218)内に埋め込まれる。 These principles can be applied in conjunction with waveguide configurations to allow additional optics control. As shown in Figure 7, the diffraction pattern (220), or "diffractive optical element" (or "DOE"), changes as the collimated beam undergoes total internal reflection along the planar waveguide (216). , is embedded in the planar waveguide (216) such that it intersects the diffraction pattern (220) at multiple locations. The structure may also include another waveguide (218) into which a beam may be injected (e.g., by a projector or display), and the DOE (221) within this another waveguide (218). Embedded.

好ましくは、DOE(220)は、ビームの光の一部のみ、DOE(220)の各交差点を用いて、眼(58)に向かって偏向させられる一方、残りは、全内部反射を介して、平面導波管(216)を通って移動し続けるように、比較的に低回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、多数の場所において導波管から出射する、いくつかの関連光ビームに分割され、結果は、図8に示されるように、平面導波管(216)内で跳ね返るこの特定のコリメートされたビームに対する眼(58)に向かう非常に均一なパターンの出射放出である。眼(58)に向かう出射ビームは、この場合、DOE(220)が、線形回折パターンのみを有するので、実質的に平行として図8に示される。しかしながら、この線形回折パターンピッチに対する変化は、出射平行ビームを制御可能に偏向させ、それによって、走査またはタイル表示機能性を生成するために利用され得る。 Preferably, the DOE (220) deflects only a portion of the light of the beam toward the eye (58) with each crossing point of the DOE (220), while the remainder is via total internal reflection. It has a relatively low diffraction efficiency as it continues to travel through the planar waveguide (216). The light carrying the image information is thus split into a number of related light beams that exit the waveguide at multiple locations, the result being a planar waveguide (216), as shown in FIG. A very uniform pattern of outgoing emissions towards the eye (58) for this particular collimated beam bouncing off at . The exit beams towards the eye (58) are shown in FIG. 8 as substantially parallel since in this case the DOE (220) has only a linear diffraction pattern. However, changes to this linear diffraction pattern pitch can be exploited to controllably deflect the outgoing collimated beam, thereby creating scanning or tiling functionality.

図9を参照すると、埋め込まれるDOE(220)の半径方向対称回折パターン成分の変化に伴って、出射ビームパターンは、より発散性となり、それは、眼がより近い距離に対して遠近調節を行い、出射ビームパターンを網膜上に焦点を合わせることを要求し、出射ビームパターンは、光学無限遠より眼に近い視認距離からの光として脳によって解釈されるであろう。 Referring to FIG. 9, as the radially symmetric diffraction pattern components of the embedded DOE (220) change, the exit beam pattern becomes more divergent, which causes the eye to accommodate for closer distances, We want the exit beam pattern to be focused on the retina, which will be interpreted by the brain as light from a viewing distance closer to the eye than optical infinity.

図10を参照すると、その中にビームが投入され得る(例えば、プロジェクタまたはディスプレイによって)他の導波管(218)の追加に伴って、線形回折パターン等のこの他の導波管(218)内に埋め込まれたDOE(221)は、より大きい平面導波管(216)全体にわたり光を拡散させるように機能し得、それは、稼働中の特定のDOE構成に従って、より大きい平面導波管(216)から出射する入射光の非常に大きな入射場、例えば、大型のアイボックスを眼(58)に提供するように機能する。 Referring to FIG. 10, along with the addition of other waveguides (218) into which beams can be injected (eg, by a projector or display), other waveguides (218) such as linear diffraction patterns The DOE (221) embedded within may serve to spread the light across a larger planar waveguide (216), which may vary depending on the particular DOE configuration in operation. 216) to provide a very large incident field of incident light, e.g. a large eyebox, to the eye (58).

DOE(220、221)は、関連付けられた導波管(216、218)を二分するように描写されるが、これは、そうである必要はない。それらは、同一機能性を有するように、導波管(216、218)のうちのいずれかのいずれか側により近く、またはその上に設置されることもできる。したがって、図11に示されるように、単一のコリメートされたビームの投入に伴って、クローン化されたコリメートビームの場全体が、眼(58)に向かって向かわせられ得る。加えて、前述のもの等の組み合わせられた線形回折パターン/半径方向対称回折パターンシナリオでは、Z軸焦点合わせ能力を伴うビーム分布導波管光学(射出瞳の機能的拡張等の機能性のために、図11のそれ等の構成で、射出瞳は、光学要素自体と同じ大きさであることができ、それは、ユーザ快適性および人間工学のために非常に有意な利点であり得る)が、提示され、クローン化されたビームの発散角度および各ビームの波面曲率は両方とも、光学無限遠より近い点から生じる光を表す。 Although the DOEs (220, 221) are depicted as bisecting the associated waveguides (216, 218), this need not be the case. They can also be placed closer to or on either side of either of the waveguides (216, 218) so as to have the same functionality. Thus, as shown in FIG. 11, with the injection of a single collimated beam, the entire field of cloned collimated beams can be directed toward the eye (58). In addition, for combined linear diffraction pattern/radially symmetric diffraction pattern scenarios such as those described above, beam distribution waveguide optics with Z-axis focusing capability (for functionality such as functional extension of the exit pupil , in those configurations of FIG. 11, the exit pupil can be as large as the optical element itself, which can be a very significant advantage for user comfort and ergonomics), but the presentation , and both the divergence angle of the cloned beams and the wavefront curvature of each beam represent light originating from points closer than optical infinity.

一実施形態では、1つ以上のDOEは、能動的に回折する「オン」状態と、有意に回折しない「オフ」状態との間で切り替え可能である。例えば、切り替え可能DOEは、高分子分散型液晶の層を備え得、高分子分散型液晶の層において、微小液滴が、ホスト媒体内の回折パターンを備え、微小液滴の屈折率が、ホスト材料の屈折率に実質的に一致するように切り替えられることができるか(その場合、パターンは、入射光を著しく回折しない)、または、微小液滴が、ホスト媒体のものに一致しない屈折率に切り替えられることができる(その場合、パターンは、入射光を能動的に回折する)。さらに、回折項に対する動的変化に伴って、ビーム走査またはタイル表示機能性が、達成され得る。前述のように、DOE(220、221)の各々に比較的低い回折グレーティング効率を有することが望ましい。なぜなら、それが光の分布を促進するからであり、さらに、望ましく送光される導波管を通り抜けて来る光(例えば、拡張現実構成では、世界144から眼58に向かって生じる光)が、それが交差するDOE(220)の回折効率がより低い場合、あまり影響を受けず、したがって、そのような構成を通して実世界のより優れたビューが達成されるからである。 In one embodiment, one or more DOEs are switchable between an actively diffracting "on" state and a non-significantly diffracting "off" state. For example, the switchable DOE may comprise a layer of polymer-dispersed liquid crystal, in which the microdroplets comprise the diffraction pattern in the host medium, and the refractive index of the microdroplets It can be switched to substantially match the refractive index of the material (in which case the pattern does not significantly diffract the incident light), or the microdroplets can be switched to a refractive index that does not match that of the host medium. It can be switched (in which case the pattern actively diffracts incident light). Additionally, beam scanning or tiling functionality can be achieved with dynamic changes to the diffraction term. As previously mentioned, it is desirable to have relatively low diffraction grating efficiencies in each of the DOEs (220, 221). Because it facilitates the distribution of light, and furthermore, light coming through the waveguide that is desirably transmitted (e.g. light originating from the world 144 towards the eye 58 in an augmented reality configuration) This is because the lower diffraction efficiency of the DOE (220) that it intersects is less affected and thus a better view of the real world is achieved through such a configuration.

本明細書に図示されるもの等の構成は、好ましくは、時系列アプローチにおける画像情報の投入に伴って駆動され、フレーム順次駆動は、最も実装が簡単である。例えば、光学無限遠における空の画像が、時間1で投入され得、光のコリメートを保持する回折グレーティングが、利用され得る。その後、より近い木の枝の画像が、時間2で投入され得る一方、DOEが、例えば、1ジオプタまたは1メートル離れて、焦点変化を制御可能に与え、眼/脳に、枝の光情報がより近い焦点距離から生じているという知覚を提供する。この種類のパラダイムは、眼/脳が、入力が同一画像の全部分であることを知覚するような高速時系列方式で繰り返されることができる。これは、2つの焦点面の例にすぎない。好ましくは、システムは、より多くの焦点面を含み、オブジェクトとその焦点距離との間のより平滑な遷移を提供するであろう。この種類の構成は、概して、DOEが比較的に低速で(すなわち、数十~数百サイクル/秒の範囲内で画像を投入するディスプレイのフレームレートと同期して)切り替えられることを仮定する。 Arrangements such as those illustrated herein are preferably driven with image information injection in a time-sequential approach, with frame-sequential driving being the simplest to implement. For example, an image of the sky at optical infinity can be thrown in at time 1 and a diffraction grating that keeps the light collimated can be used. An image of a closer tree branch can then be thrown in at time 2 while the DOE controllably imparts focus changes, e.g. Provides the perception of coming from a closer focal length. This kind of paradigm can be repeated in a fast time series fashion such that the eye/brain perceives the input to be all parts of the same image. This is just an example of two focal planes. Preferably, the system will include more focal planes to provide smoother transitions between objects and their focal lengths. This type of configuration generally assumes that the DOE is switched relatively slowly (ie, in the range of tens to hundreds of cycles/second, synchronous with the frame rate of the display that populates the image).

正反対のものは、DOE要素が、数十~数百MHz以上で焦点をシフトさせることができ、ピクセルが、走査光ディスプレイタイプのアプローチを使用して、眼(58)の中に走査されるにつれて、ピクセル毎ベースでDOE要素の焦点状態の切り替えを促進する構成であり得る。これは、全体的ディスプレイフレームレートが非常に低く保たれ得る(「フリッカ」が問題ではない(約60~120フレーム/秒の範囲内である)ことを確実にするために十分に低い)ことを意味するので、望ましい。 On the contrary, the DOE element can shift the focus by tens to hundreds of MHz or more as the pixels are scanned into the eye (58) using a scanning light display type approach. , a configuration that facilitates switching the focus state of the DOE elements on a pixel-by-pixel basis. This means that the overall display frame rate can be kept very low (low enough to ensure that "flicker" is not a problem (in the range of about 60-120 frames/sec)). Desirable, because it means.

これらの範囲の間において、DOEがKHzレートで切り替えられ得る場合、行毎ベースで、各走査線上の焦点が調節され得、それは、ユーザに、例えば、ディスプレイに対する眼運動の中の時間的アーチファクトの観点から目に見える利点を与え得る。例えば、ある場面における異なる焦点面は、この方法でインタリーブされ、頭部の運動に応答して、目に見えるアーチファクトを最小限にし得る(本開示の後半で詳細に論じられるように)。行毎焦点変調器が、グレーティング光弁ディスプレイ等の線走査ディスプレイに動作可能に結合され得、線走査ディスプレイにおいて、ピクセルの線形アレイが、掃引され、画像を形成する。行毎焦点変調器は、ファイバ走査ディスプレイおよび鏡走査光ディスプレイ等の走査光ディスプレイに動作可能に結合され得る。 Between these ranges, if the DOE can be switched at a KHz rate, the focus on each scan line can be adjusted on a row-by-row basis, which gives the user an indication of, for example, temporal artifacts during eye movement relative to the display. From a point of view, it can give tangible advantages. For example, different focal planes in a scene may be interleaved in this manner to minimize visible artifacts in response to head movement (as discussed in detail later in this disclosure). A row-by-row focus modulator can be operatively coupled to a line-scan display, such as a grating light valve display, in which a linear array of pixels is swept to form an image. The row-by-row focus modulator can be operably coupled to scanned light displays such as fiber scanned displays and mirror scanned light displays.

図6のものに類似するスタックされた構成は、動的DOEを使用して、多平面焦点合わせを同時に提供し得る。例えば、3つの同時焦点面を用いて、主要焦点平面(例えば、測定された眼遠近調節に基づいて)が、ユーザに提示され得、+マージンおよび-マージン(すなわち、1つのより近い焦点面、1つのより遠い焦点面)が、平面の更新が必要とされる前に、ユーザが遠近調節することができる大きな焦点範囲を提供するために利用され得る。この増加した焦点範囲は、ユーザが、より近いまたはより遠い焦点(すなわち、遠近調節測定によって決定されるように)に切り替える場合、時間的利点を提供することができ、新しい焦点の平面が、中央の焦点深度にされ得、+および-マージンは、再び、システムが追い付く間、いずれか一方への高速切り替えのために準備される。 A stacked configuration similar to that of FIG. 6 can use dynamic DOEs to provide multi-plane focusing simultaneously. For example, with three simultaneous focal planes, the principal focal planes (eg, based on measured ocular accommodation) can be presented to the user, with +margin and −margin (i.e., one closer focal plane, One more distant focal plane) can be utilized to provide a large focal range that the user can accommodate before a plane update is required. This increased focus range can provide a temporal advantage when the user switches to a closer or farther focus (i.e., as determined by accommodation measurements), with the new plane of focus centered on , and the + and - margins are again ready for fast switching to either side while the system catches up.

図12を参照すると、それぞれ、反射体(254、256、258、260、262)を端部に有し、ディスプレイ(224、226、228、230、232)によって一端に投入されたコリメートされた画像情報が、反射体までの全内部反射によって跳ね返り、その時点で、光の一部または全部が、眼もしくは他の標的に向かって反射されるように構成される平面導波管(244、246、248、250、252)のスタック(222)が、示される。反射体の各々は、全て、出射光を瞳孔等の共通目的地に向かって反射させるように、若干異なる角度を有し得る。レンズ(234、236、238、240、242)は、ビーム操向および/または焦点合わせのために、ディスプレイと導波管との間に挿入され得る。 Referring to FIG. 12, collimated images having reflectors (254, 256, 258, 260, 262) at one end and cast at one end by displays (224, 226, 228, 230, 232), respectively A planar waveguide (244, 246, A stack (222) of 248, 250, 252) is shown. Each of the reflectors may all have slightly different angles to reflect the emitted light toward a common destination, such as the pupil. Lenses (234, 236, 238, 240, 242) may be inserted between the display and the waveguide for beam steering and/or focusing.

前述のように、光学無限遠におけるオブジェクトは、実質的に平面波面を作成する一方、眼から1m等、より近いオブジェクトは、湾曲波面(約1m凸面曲率半径を伴う)を作成する。眼の光学系は、最終的に網膜上に焦点を合わせられる(凸面波面は、凹面に変えられ、次いで、網膜上の焦点に至る)ように、光の入射光線を曲げるために十分な屈折力を有する必要がある。これらは、眼の基本機能である。 As mentioned above, objects at optical infinity produce substantially plane wavefronts, while objects closer, such as 1 m from the eye, produce curved wavefronts (with about 1 m convex radii of curvature). The optics of the eye have sufficient refractive power to bend an incident ray of light so that it is ultimately focused on the retina (convex wavefront is changed to concave and then to focus on the retina) must have These are the basic functions of the eye.

前述の実施形態の多くでは、眼に向かわせられる光は、1つの連続波面の一部として取り扱われ、それらのうちのある一部が、特定の眼の瞳孔に衝突するであろう。別のアプローチでは、眼に向かわせられる光は、複数のビームレットまたは個々の光線に効果的に離散化もしくは分割され得、それらの各々は、ビームレットまたは光線の集合によって機能的に作成され得るより大きな集合波面の一部として、約0.5mm未満の直径と固有の伝搬経路とを有する。例えば、湾曲波面は、各々が所望の集合波面の曲率半径の中心に一致する原点を表すための適切な角度から眼に接近する複数の個別の近隣のコリメートされたビームを集合することによって近似され得る。 In many of the above embodiments, the light directed at the eye is treated as part of one continuous wavefront, some of which will impinge on the pupil of a particular eye. In another approach, the light directed to the eye can be effectively discretized or split into multiple beamlets or individual rays, each of which can be functionally created by a set of beamlets or rays. As part of a larger aggregate wavefront, it has a diameter and unique propagation path of less than about 0.5 mm. For example, curved wavefronts are approximated by gathering a plurality of separate, neighboring collimated beams approaching the eye from the appropriate angle to represent the origin, each coinciding with the center of the radius of curvature of the desired aggregated wavefront. obtain.

ビームレットは、約0.5mm以下の直径を有する場合、それは、ピンホールレンズ構成を通して生じているかのようであり、それは、各個々のビームレットが、常時、眼の遠近調節状態から独立して、網膜上の相対焦点にあるが、しかしながら、各ビームレットの軌道が、遠近調節状態によって影響されるであろうことを意味する。例えば、ビームレットが、眼に平行に接近し、離散化されたコリメートされた集合波面を表す場合、無限遠に正しく遠近調節される眼は、全てが網膜上の同一共有スポットに収束するように、ビームレットを偏向させ、焦点が合って見えるであろう。眼が、例えば、1mに遠近調節する場合、ビームは、網膜の正面のスポットに収束され、経路を交差させ、網膜上の複数の近隣または部分的重複スポットに当たり、ぼけて見えるであろう。 When the beamlets have a diameter of about 0.5 mm or less, it is as if they were generated through a pinhole lens configuration, which means that each individual beamlet is always independent of the accommodation state of the eye. , at relative focal points on the retina, however the trajectory of each beamlet will be affected by the accommodation state. For example, if the beamlets approach the eye parallel and represent a discretized, collimated collective wavefront, then an eye that is correctly accommodated to infinity will all converge to the same shared spot on the retina. , will deflect the beamlets and appear in focus. If the eye accommodates, say, to 1 m, the beam will be focused to a spot in front of the retina, cross paths, and hit multiple nearby or partially overlapping spots on the retina, appearing blurred.

ビームレットが、発散性構成において眼に接近し、共有原点が視認者から1メートルの場合、1mの遠近調節は、ビームを網膜上の単一スポットに操向し、焦点が合って見えるであろう。視認者が、無限遠に遠近調節する場合、ビームレットは、網膜の背後のスポットに収束し、複数の近隣または部分的重複スポットを網膜上に生成し、ぼけた画像を生成するであろう。より一般的に述べると、眼の遠近調節は、網膜上のスポットの重複度を決定し、所与のピクセルは、スポットの全てが網膜上の同一スポットに向かわせられると、「焦点が合っており」、スポットが互いからオフセットされていると、「焦点がぼけている」。0.5mm以下の直径のビームレットが全て、常時、焦点が合っており、コヒーレント波面と実質的に同一であるかのように眼/脳によって知覚されるように集合され得るというこの概念は、快適な3次元仮想または拡張現実知覚のための構成を生成することにおいて利用され得る。 If the beamlets approach the eye in a diverging configuration and the shared origin is 1 meter from the viewer, 1 m accommodation steers the beams to a single spot on the retina and should appear in focus. deaf. If the viewer adjusts to infinity, the beamlets will converge to a spot behind the retina, creating multiple nearby or partially overlapping spots on the retina, creating a blurred image. Stated more generally, accommodation of the eye determines the degree of overlap of the spots on the retina, and a given pixel is "in focus" when all of the spots are directed to the same spot on the retina. "cage" and "defocused" when the spots are offset from each other. This notion that beamlets of diameter 0.5 mm or less can all be focused at all times and aggregated to be perceived by the eye/brain as being substantially identical to the coherent wavefront is It can be utilized in creating compositions for comfortable 3D virtual or augmented reality perception.

言い換えると、複数の狭ビームのセットが、より大きい直径可変焦点ビームを用いる状態を模倣するために使用され得、ビームレット径が、最大約0.5mmに保たれる場合、必要な場合、比較的に静的焦点レベルを維持し、焦点がずれた知覚を生成するために、ビームレット角度軌道が、より大きい焦点ずれビームに類似する効果を作成するように選択され得る(そのような焦点ぼけ処理は、より大きいビームに対するようなガウスぼかし処理と同一ではない場合があるが、ガウスぼかしと類似方式で解釈され得る、多峰性点拡がり関数を作成するであろう)。 In other words, a set of multiple narrow beams can be used to mimic the situation with a larger diameter varifocal beam, and if the beamlet diameter is kept at a maximum of about 0.5 mm, if desired, the comparison In order to maintain a static focus level and produce a defocused perception, beamlet angular trajectories can be chosen to create an effect similar to a larger defocused beam (such defocus The process may not be identical to Gaussian blurring as for larger beams, but will produce a multimodal point spread function that can be interpreted in a manner similar to Gaussian blurring).

いくつかの実施形態では、ビームレットは、この集合焦点効果を形成するように機械的に偏向させられず、むしろ、眼が、ビームレットが瞳孔を交差する多数の入射角度および多数の場所の両方を含む、多くのビームレットの上位セットを受光する。特定の視認距離からの所与のピクセルを表すために、適切な入射角度および瞳孔との交差点を備えている、上位セットからのビームレットの一部(空間内の同一共有原点から放出されているかのように)が、集合波面を表すために、一致する色および強度を伴ってオンにされる一方、共有原点と一貫しない上位セット内のビームレットは、その色および強度を伴ってオンにされない(但し、そのうちの一部は、ある他の色および強度レベルでオンにされ、例えば、異なるピクセルを表し得る)。 In some embodiments, the beamlets are not mechanically deflected to create this collective focal effect, but rather the eye is sensitive to both multiple angles of incidence and multiple locations at which the beamlets intersect the pupil. receive a superset of many beamlets, including Some of the beamlets from the superset (either emitted from the same shared origin in space or ) are turned on with matching color and intensity to represent the aggregate wavefront, while beamlets in the superset that are inconsistent with the shared origin are not turned on with their color and intensity. (although some of them may be turned on at some other color and intensity level to represent different pixels, for example).

ここで図5を参照して、改良された回折構造を使用するARシステムの例示的実施形態800が、ここで説明される。ARシステムは、概して、画像発生プロセッサ812と、少なくとも1つのFSD808(ファイバ走査デバイス)と、FSD回路810と、結合光学832と、以下に説明される改良された回折構造と一緒にスタックされる導波管を有する少なくとも1つの光学アセンブリ(DOEアセンブリ802)とを含む。システムは、眼追跡サブシステム806も含み得る。図5に示されるように、FSD回路は、マキシムチップCPU818を有する画像発生プロセッサ812と、温度センサ820と、圧電駆動/変換器822と、赤色レーザ826と、青色レーザ828と、緑色レーザ830と、全3つのレーザ826、828、830を組み合わせるファイバコンバイナと通信する回路810を備え得る。他のタイプの結像技術も、FSDデバイスの代わりに、使用可能であることに留意されたい。例えば、高分解能液晶ディスプレイ(「LCD」)システム、背面照明強誘電パネルディスプレイ、および/または高周波数DLPシステムは全て、本発明のいくつかの実施形態において使用され得る。 Referring now to FIG. 5, an exemplary embodiment 800 of an AR system using modified diffractive structures will now be described. An AR system generally includes an image generation processor 812, at least one FSD 808 (fiber scanning device), FSD circuitry 810, coupling optics 832, and waveguides stacked together with an improved diffractive structure described below. and at least one optical assembly (DOE assembly 802) having a wave tube. The system may also include eye tracking subsystem 806 . As shown in FIG. 5, the FSD circuit includes an image generation processor 812 with a Maxim chip CPU 818, a temperature sensor 820, a piezoelectric drive/transducer 822, a red laser 826, a blue laser 828, and a green laser 830. , a circuit 810 in communication with a fiber combiner that combines all three lasers 826 , 828 , 830 . Note that other types of imaging techniques can also be used instead of FSD devices. For example, high resolution liquid crystal display (“LCD”) systems, backlit ferroelectric panel displays, and/or high frequency DLP systems may all be used in some embodiments of the invention.

画像発生プロセッサは、ユーザに最終的に表示される仮想コンテンツを発生させることに関与する。画像発生プロセッサは、仮想コンテンツに関連付けられた画像またはビデオを3Dにおいてユーザに投影され得るフォーマットに変換し得る。例えば、3Dコンテンツを発生させることにおいて、仮想コンテンツは、特定の画像の一部が特定の深度平面上に表示される一方、その他が、他の深度平面に表示されるように、フォーマットされる必要があり得る。または、画像は全て、特定の深度平面において発生され得る。または、画像発生プロセッサは、一緒に視認されると、仮想コンテンツがユーザの眼にコヒーレントかつ快適に現れるように、若干異なる画像を右および左眼にフィードするようにプログラムされ得る。1つ以上の実施形態では、画像発生プロセッサ812は、時系列様式で仮想コンテンツを光学アセンブリに送達する。仮想場面の第1の部分は、光学アセンブリが第1の部分を第1の深度平面において投影するように、最初に送達され得る。次いで、画像発生プロセッサ812は、光学アセンブリが第2の部分を第2の深度平面に投影するように、同一仮想場面の別の部分を送達し得る等。ここでは、Alvarezレンズアセンブリが、フレーム毎ベースで複数の側方平行移動(複数の深度平面に対応する)を生成するために十分に迅速に側方に平行移動され得る。 The image generation processor is responsible for generating the virtual content that is ultimately displayed to the user. An image generation processor may convert an image or video associated with the virtual content into a format that can be projected to the user in 3D. For example, in generating 3D content, virtual content needs to be formatted such that portions of a particular image are displayed on particular depth planes, while others are displayed on other depth planes. can be. Alternatively, the images may all be generated at a particular depth plane. Alternatively, the image generation processor may be programmed to feed slightly different images to the right and left eyes such that when viewed together, the virtual content appears coherent and comfortable to the user's eyes. In one or more embodiments, the image generation processor 812 delivers virtual content to the optical assembly in a chronological fashion. A first portion of the virtual scene may be delivered first such that the optical assembly projects the first portion at a first depth plane. Image generation processor 812 may then deliver another portion of the same virtual scene such that the optical assembly projects the second portion into a second depth plane, and so on. Here, the Alvarez lens assembly can be laterally translated quickly enough to produce multiple lateral translations (corresponding to multiple depth planes) on a frame-by-frame basis.

画像発生プロセッサ812はさらに、メモリ814と、CPU818と、GPU816と、画像発生および処理のための他の回路とを含み得る。画像発生プロセッサは、ARシステムのユーザに提示されるべき所望の仮想コンテンツを用いてプログラムされ得る。いくつかの実施形態では、画像発生プロセッサは、装着式ARシステム内に格納され得ることを理解されたい。他の実施形態では、画像発生プロセッサおよび他の回路は、装着式光学に結合されるベルトパック内に格納され得る。 Image generation processor 812 may further include memory 814, CPU 818, GPU 816, and other circuitry for image generation and processing. The image generation processor can be programmed with desired virtual content to be presented to the user of the AR system. It should be appreciated that in some embodiments, the image generation processor may be housed within the wearable AR system. In other embodiments, the image generation processor and other circuitry may be housed within a beltpack coupled to the wearable optics.

ARシステムは、光をFSDから光学アセンブリ802に向かわせるための結合光学832も含む。結合光学832は、光をDOEアセンブリの中に向かわせるために使用される1つ以上の従来のレンズを指し得る。ARシステムは、ユーザの眼を追跡し、ユーザの焦点を決定するように構成される眼追跡サブシステム806も含む。 The AR system also includes coupling optics 832 for directing light from the FSD to optical assembly 802 . Coupling optics 832 may refer to one or more conventional lenses used to direct light into the DOE assembly. The AR system also includes an eye tracking subsystem 806 configured to track the user's eyes and determine the user's focus.

1つ以上の実施形態では、ソフトウェアぼかしが、仮想場面の一部としてぼかしを誘発するために使用され得る。ぼかしモジュールは、1つ以上の実施形態では、処理回路の一部であり得る。ぼかしモジュールは、DOEの中にフィードされている画像データの1つ以上のフレームの一部をぼかし得る。そのような実施形態では、ぼかしモジュールは、特定の深度フレームにおいてレンダリングされることを意図されないフレームの一部を完全にぼかし得る。前述の画像ディスプレイシステムおよびその中の構成要素を実装するために使用され得る、例示的アプローチは、米国特許出願第14/555,585号に説明される。 In one or more embodiments, software blur can be used to induce blur as part of the virtual scene. A blur module may be part of the processing circuitry in one or more embodiments. A blur module may blur a portion of one or more frames of image data being fed into the DOE. In such embodiments, the blur module may completely blur portions of frames that are not intended to be rendered at a particular depth frame. An exemplary approach that may be used to implement the aforementioned image display system and components therein is described in US patent application Ser. No. 14/555,585.

(改良された回折構造)
前述のように、コリメートされたビームが、平面導波管に沿って全内部反射され、ビームが、複数の場所において回折パターンを交差するように、回折パターンが平面導波管上に形成されることができる。この配列は、本発明のいくつかの実施形態による、立体視的3Dシミュレーションディスプレイシステム内の複数の焦点面に画像オブジェクトを提供するためにスタックされることができる。
(improved diffraction structure)
As previously described, a collimated beam is totally internally reflected along the planar waveguide, and a diffraction pattern is formed on the planar waveguide such that the beam intersects the diffraction pattern at multiple locations. be able to. This array can be stacked to provide image objects at multiple focal planes within a stereoscopic 3D simulation display system, according to some embodiments of the present invention.

図13Aは、導波管1302(本明細書では、「光ガイド」、「基板」、または「導波管基板」とも称される)の構造1300を実装するためにとられ得る、1つの可能なアプローチを図示し、外部結合格子(outcoupling grating)1304が、例えば、組み合わせられたモノリシック構造として、導波管1302の上部表面上に直接形成され、および/または両方とも同一材料から形成される(同一モノリシック構造から構築されない場合でも)。このアプローチでは、格子材料の屈折率は、導波管1302の屈折率と同一である。材料の屈折率n(または「屈折率」)は、光がその媒体を通して伝搬する程度を説明し、n=c/vとして定義され、cは、真空中の光のスピードであり、vは、媒体中の光の位相速度である。屈折率は、材料に進入するとき、光が曲げられる程度、または屈折させられる程度を決定する。 FIG. 13A illustrates one possibility that may be taken to implement the structure 1300 of a waveguide 1302 (also referred to herein as a “light guide,” “substrate,” or “waveguide substrate”). approach, in which an outcoupling grating 1304 is formed directly on the top surface of waveguide 1302, e.g., as a combined monolithic structure, and/or both are formed from the same material ( (even if not built from the same monolithic structure). In this approach, the refractive index of the grating material is the same as that of waveguide 1302 . The refractive index n (or “refractive index”) of a material describes the degree to which light propagates through its medium and is defined as n=c/v, where c is the speed of light in a vacuum and v is is the phase velocity of light in the medium. The index of refraction determines the degree to which light is bent or refracted as it enters the material.

図13Bは、光が導波管内を伝搬している角度の関数として、構造1300から出る光の効率の単一偏光に対する例示的シミュレーション結果のチャート1320を示す。このチャートは、構造1300に対して外部結合された(coutcoupled)光の回折効率が、より高い入射角において減少することを示す。図から分かるように、約43度の角度において、効率は、均一屈折率を伴う媒体内の入射角に基づく全内部反射率変動に起因して、描写されるプロット上で比較的に急降下する。 FIG. 13B shows a chart 1320 of exemplary simulation results for a single polarization of the efficiency of light exiting structure 1300 as a function of the angle at which light is propagating in the waveguide. The chart shows that the diffraction efficiency of light outcoupled to structure 1300 decreases at higher angles of incidence. As can be seen, at an angle of about 43 degrees, the efficiency drops relatively steeply on the plots depicted due to the total internal reflectance variation with angle of incidence in media with uniform refractive index.

したがって、構成1300の使用可能範囲は、幾分限定され、したがって、跳ね返り間隔がより高い入射角において減少し得るので、望ましくなく、これはさらに、それらの角度において観察者によって見える輝度を低減させ得ることが可能である。回折効率は、最も浅い入射角では、より低くなり、それは、上部表面との相互作用間の跳ね返り間隔(図13C参照)が非常に離れ、光が外部結合する機会が非常に少ないので、全く望ましくない。したがって、より少ない外部結合されたサンプルを伴う調光信号が、この配列から生じることになり、この問題は、この偏光配向を用いたこれらの高角度においてより低い回折効率を有する格子によって悪化させられるであろう。本明細書および図で使用される場合、「1T」は、一次伝送回折次数を指すことに留意されたい。 Therefore, the usable range of configuration 1300 is somewhat limited, and thus undesirable as the bounce spacing may decrease at higher angles of incidence, which may also reduce the brightness seen by the observer at those angles. It is possible. Diffraction efficiency is lower at the shallowest angles of incidence, which is quite desirable as the bounce spacing between interactions with the top surface (see FIG. 13C) is very far and the chances of light outcoupling are very low. Absent. Dimming signals with fewer outcoupled samples will therefore result from this arrangement, a problem exacerbated by gratings with lower diffraction efficiencies at these high angles with this polarization orientation. Will. Note that "1T" as used herein and in the figures refers to the first transmission diffraction order.

前述のもの等の導波管ベースの光学システムまたは基板誘導光学システムのいくつかの実施形態では、基板誘導画像内の異なるピクセルは、導波管内を異なる角度で伝搬するビームによって表され、光は、全内部反射(TIR)によって導波管に沿って伝搬する。TIRによって導波管内に捕捉されたままであるビーム角度の範囲は、導波管と導波管の外側の媒体(例えば、空気)との間の屈折率の差異の関数である。屈折率の差異が高いほど、ビーム角度の数が大きくなる。ある実施形態では、導波管に沿って伝搬するビーム角度の範囲は、回折要素によって導波管の面の外へ結合される画像の視野と相関し、かつ光学システムによって支持される画像分解能と相関する。加えて、全内部反射が生じる角度範囲は、導波管の屈折率によって決定付けられる。いくつかの実施形態では、最小で約43度および実践的最大で約83度であり、したがって、40度の範囲である。 In some embodiments of waveguide-based optical systems or substrate-guided optical systems such as those described above, different pixels in the substrate-guided image are represented by beams propagating at different angles in the waveguide, and the light is , propagate along the waveguide by total internal reflection (TIR). The range of beam angles that remain trapped within the waveguide by TIR is a function of the refractive index difference between the waveguide and the medium outside the waveguide (eg, air). The higher the refractive index difference, the greater the number of beam angles. In some embodiments, the range of beam angles propagating along the waveguide is correlated with the field of view of the image coupled out of the plane of the waveguide by the diffractive element and with the image resolution supported by the optical system. Correlate. Additionally, the angular range over which total internal reflection occurs is dictated by the refractive index of the waveguide. In some embodiments, a minimum of about 43 degrees and a practical maximum of about 83 degrees, thus a range of 40 degrees.

図14Aは、本発明のいくつかの実施形態による、この問題に対処するためのアプローチを図示し、構造1400は、基板1302と上部格子表面1304との間にある中間層1406(本明細書では、「下層1406」と称される)を含む。上部表面1304は、第1の屈折率値に対応する第1の材料を備え、下層1406は、第2の屈折率値に対応する第2の材料を備え、基板1302は、第3の屈折率値に対応する第3の材料を備えている。同一または異なる材料の任意の組み合わせが、構造1400のこれらの部分の各々を実装するために採用され得、例えば、全3つの材料は、異なる(かつ全3つの材料は、異なる屈折率値に対応する)、または層のうちの2つは、同一材料を共有する(例えば、3つの材料のうちの2つは、同一であり、したがって、第3の材料の屈折率値と異なる共通の屈折率値を共有する)ことに留意されたい。屈折率値の任意の組み合わせが、採用され得る。例えば、一実施形態は、下層のために低屈折率を含み、表面格子および基板のためにより高い屈折率値を用いる。屈折率値の他の例証的組み合わせを有する、他の例示的構成は、以下に説明される。任意の好適な材料のセットが、構造1500を実装するために使用され得る。例えば、ポリマー、ガラス、およびサファイアは全て、構造1400の層のいずれかを実装するために選択され得る、材料の例である。 FIG. 14A illustrates an approach for addressing this problem, according to some embodiments of the present invention, in which a structure 1400 includes an intermediate layer 1406 (herein , referred to as “lower layer 1406”). Top surface 1304 comprises a first material corresponding to a first refractive index value, bottom layer 1406 comprises a second material corresponding to a second refractive index value, and substrate 1302 comprises a third refractive index value. It has a third material corresponding to the value. Any combination of the same or different materials may be employed to implement each of these portions of structure 1400, for example all three materials are different (and all three materials correspond to different refractive index values). ), or two of the layers share the same material (e.g., two of the three materials are the same and thus have a common refractive index that differs from the refractive index value of the third material). share values). Any combination of refractive index values can be employed. For example, one embodiment includes a low refractive index for the underlayer and uses higher refractive index values for the surface grating and substrate. Other exemplary configurations having other exemplary combinations of refractive index values are described below. Any suitable set of materials may be used to implement structure 1500 . For example, polymers, glass, and sapphire are all examples of materials that may be selected to implement any of the layers of structure 1400 .

図15Aに示されるように、いくつかの実施形態では、比較的により高い屈折率基板を導波管基板1302として使用し、比較的により低い屈折率下層1406および比較的により低い屈折率上部格子表面1304を伴う、構造1500を実装することが、望ましくあり得る。これは、関係n1×sin(θ1)=n2×sin(90)を通して、屈折率が増加させられるにつれて、最小全内部反射角度が低減させられるという事実から、より広い視野を得ることが可能であり得るからである。屈折率1.5の基板に対して、臨界角は、41.8度である。しかしながら、1.7の基板屈折率に対して、臨界角は、36度である。 As shown in FIG. 15A, in some embodiments, a relatively higher index substrate is used as the waveguide substrate 1302, with a relatively lower index underlayer 1406 and a relatively lower index upper grating surface. It may be desirable to implement structure 1500 with 1304 . It is possible to obtain a wider field of view through the relationship n1*sin(θ1)=n2*sin(90) and from the fact that the minimum total internal reflection angle is reduced as the refractive index is increased. Because you get For a substrate with a refractive index of 1.5, the critical angle is 41.8 degrees. However, for a substrate refractive index of 1.7, the critical angle is 36 degrees.

より高い屈折率の基板上に形成される格子は、格子を構成する材料の層が格子と基板との間で厚すぎない限り、それ自体がより低い屈折率を有する場合でも、光を外部結合するために利用され得る。これは、そのような構成を用いて、全内部反射(「TIR」)のためのより広範囲の角度を有することができるという事実に関連する。言い換えると、TIR角度は、そのような構成を用いて、より低い値まで降下する。加えて、現在のエッチングプロセスの多くは、高屈折率ガラスまで拡張させるためにあまり好適ではない場合があることに留意されたい。いくつかの実施形態では、外部結合層を確実かつ安価に複製することが望ましい。 A grating formed on a higher refractive index substrate will outcouple light even if it itself has a lower refractive index, as long as the layer of material that makes up the grating is not too thick between the grating and the substrate. can be used to This is related to the fact that such a configuration can be used to have a wider range of angles for total internal reflection (“TIR”). In other words, the TIR angle drops to lower values with such a configuration. Additionally, it should be noted that many of the current etching processes may not be well suited for extending to high index glasses. In some embodiments, it is desirable to reliably and inexpensively replicate the outer bonding layer.

下層1406の構成は、例えば、下層1406の厚さを変更することによって、構造1500の性能特性を改変するように調節され得る。図15Aの構成(構造体は、比較的低い屈折率材料を備えている格子構造1304を最上部に含み、関連付けられたより低い屈折率下層1406を伴い、それは、関連付けられた高屈折率光誘導基板1302も含む)は、図15Bに描写されるもの等のデータをもたらすようにモデル化され得る。この図を参照すると、左のプロット1502aは、ゼロ厚の下層1502を伴う構成に関連する。中央プロット1502bは、0.05ミクロン厚の下層1502に対するデータを示す。右のプロット1502cは、0.1ミクロン厚の下層1502に対するデータを示す。 The composition of underlayer 1406 can be adjusted to alter the performance characteristics of structure 1500 by, for example, changing the thickness of underlayer 1406 . The configuration of FIG. 15A (the structure includes a grating structure 1304 on top comprising a relatively low refractive index material, with an associated lower refractive index underlayer 1406, which has an associated high refractive index light guiding substrate). 1302) can be modeled to yield data such as that depicted in FIG. 15B. Referring to this figure, the left plot 1502a relates to a configuration with a zero thickness underlayer 1502. FIG. Center plot 1502b shows data for underlayer 1502 that is 0.05 microns thick. The right plot 1502c shows data for a 0.1 micron thick underlayer 1502 .

これらのプロットにおけるデータによって示されるように、下層厚が増加させられるにつれて、入射角の関数としての回折効率は、はるかに非線形となり、高角度において抑制され、それは、望ましくないこともある。したがって、この場合、下層の制御は、重要な機能的入力である。しかしながら、ゼロ厚の下層およびより低い屈折率を保有する格子特徴自体のみを用いる場合、構造によって支持される角度の範囲は、より低い屈折率の格子特徴材料ではなく、より高い屈折率ベース材料におけるTIR条件によって支配されることに留意されたい。 As shown by the data in these plots, as the underlayer thickness is increased, the diffraction efficiency as a function of angle of incidence becomes much more nonlinear and suppressed at high angles, which may be undesirable. Therefore, in this case, the underlying control is the key functional input. However, when using only a zero-thickness underlayer and the grating feature itself possessing a lower index of refraction, the range of angles supported by the structure is limited to the higher index base material, not the lower index grating feature material. Note that it is governed by TIR conditions.

図16Aを参照すると、より低い屈折率の基板1302上の比較的に高屈折率の下層1406を特徴とする構造1600の実施形態が図示され、上部表面回折格子1304は、下層1406より低く、必ずしも等しくないが、基板1302の屈折率に匹敵する屈折率を有する。例えば、上部表面格子は、1.5の屈折率に対応し得、下層は、1.84の屈折率に対応し得、基板は、1.5の屈折率に対応し得る。この例に対して、周期は、0.43μmであり、λは、0.532μmに対応すると仮定されたい。 Referring to FIG. 16A, an embodiment of a structure 1600 featuring a relatively high refractive index underlayer 1406 on a lower refractive index substrate 1302 is illustrated, the top surface grating 1304 being lower than the underlayer 1406, not necessarily It has an index of refraction comparable to, but not equal to, that of the substrate 1302 . For example, the top surface grating may correspond to a refractive index of 1.5, the lower layer may correspond to a refractive index of 1.84, and the substrate may correspond to a refractive index of 1.5. For this example, assume that the period is 0.43 μm and λ corresponds to 0.532 μm.

そのような構成に関連するシミュレーションが、図16Bに提示される。この図に示されるように、0.3ミクロン厚の下層1406を伴うチャート1602aでは、回折効率は、前述の構成のように降下するが、次いで、角度範囲のより高い終点において上昇し始める。これは、チャート1602bに示されるように、0.5ミクロン厚の下層1406構成にも当てはまる。これらの(0.3ミクロン、0.5ミクロン)構成の各々において、効率が角度範囲のより高い極限において比較的に高くなることは、有益である。そのような機能性は、前述のよりまばらな跳ね返り間隔懸念に対抗する傾向となり得る。さらに、この図に示されるのは、90度回転偏光の例を特徴とする実施形態に対するチャート1602cであり、回折効率は、予期され得るように低いが、より浅い角度と比較してより急な角度においてより優れた効率を提供するという点において、望ましい挙動を示す。 A simulation related to such a configuration is presented in FIG. 16B. As shown in this figure, for chart 1602a with a 0.3 micron thick underlayer 1406, the diffraction efficiency drops as in the previous configuration, but then begins to rise at the higher end of the angular range. This is also true for the 0.5 micron thick underlayer 1406 configuration, as shown in chart 1602b. Advantageously, in each of these (0.3 micron, 0.5 micron) configurations, the efficiency is relatively high at the higher extremes of the angular range. Such functionality may tend to counteract the more sparse bounce spacing concerns discussed above. Also shown in this figure is a chart 1602c for an embodiment featuring an example of 90 degree rotated polarization, where the diffraction efficiency is low as might be expected, but is steeper compared to shallower angles. It exhibits desirable behavior in terms of providing greater efficiency at angles.

実際、いくつかの実施形態では、回折効率対角度は、高角度において増加し得る。これは、より高い伝搬角度において生じ得るより低い跳ね返り間隔を補償することに役立つので、いくつかの実施形態に関して望ましい特徴であり得る。したがって、図16Aの構造構成は、より高い角度における回折効率対角度増加を促進するので、より低い跳ね返り間隔(より高い伝搬角度を用いて生じる)を補償することが望ましい実施形態において好ましくあり得、それは、前述のモノリシック構成に対して望ましい。 In fact, in some embodiments, diffraction efficiency versus angle may increase at higher angles. This may be a desirable feature for some embodiments as it helps compensate for the lower bounce spacing that may occur at higher propagation angles. Thus, the structural configuration of FIG. 16A promotes an increase in diffraction efficiency vs. angle at higher angles and may therefore be preferred in embodiments where it is desirable to compensate for lower bounce spacings (occurring with higher propagation angles), It is desirable for the monolithic construction mentioned above.

図17Aを参照すると、別の構造1700が、描写され、下層1406は、基板1302の屈折率より実質的に高い屈折率を有する。格子構造1304は、最上部にあり、格子構造1304も、下層1406の屈折率より高い屈折率を有する。例えば、上部表面格子は、1.86の屈折率に対応し得、下層は、1.79の屈折率に対応し得、基板は、1.5の屈折率に対応し得る。前述のように、この例に対して、周期は、0.43μmであり、λは、0.532μmに対応すると仮定されたい。 Referring to FIG. 17A, another structure 1700 is depicted in which underlayer 1406 has a refractive index substantially higher than that of substrate 1302 . The grating structure 1304 is on top, and the grating structure 1304 also has a higher refractive index than the underlying layer 1406 . For example, the top surface grating may correspond to a refractive index of 1.86, the lower layer may correspond to a refractive index of 1.79, and the substrate may correspond to a refractive index of 1.5. As before, assume for this example that the period is 0.43 μm and λ corresponds to 0.532 μm.

図17Bを参照すると、チャート1702は、図17Aの構造1700に対して例証されるシミュレーションデータを示す。チャート1702に示されるように、結果として生じる回折効率対入射角のプロットは、比較的に高入射角において前述のより低い跳ね返り間隔を補償し、全般的により広範囲の角度にわたり合理的回折効率を保有することを補助する望ましい全般的挙動を実証する。 Referring to FIG. 17B, chart 1702 shows simulation data illustrated for structure 1700 of FIG. 17A. As shown in chart 1702, the resulting plot of diffraction efficiency versus angle of incidence compensates for the aforementioned lower bounce spacing at relatively high angles of incidence and generally retains reasonable diffraction efficiency over a wider range of angles. demonstrate desirable general behavior that helps to

下層1406は、基板全体にわたり均一である必要はないことに留意されたい。下層1406の任意の特性は、下層1406の厚さ、組成物、および/または屈折率の相違等、基板の異なる場所において変動させられ得る。下層1406の特性を変動させるための1つの可能な理由は、ディスプレイ画像および/またはディスプレイシステム内の光の非均一送光のいずれかにおける既知の変動の存在下、均一ディスプレイ特性を促進するためである。 Note that underlayer 1406 need not be uniform across the substrate. Any property of underlayer 1406 may be varied at different locations on the substrate, such as differences in thickness, composition, and/or refractive index of underlayer 1406 . One possible reason for varying the properties of the underlayer 1406 is to promote uniform display properties in the presence of known variations in either the display image and/or non-uniform transmission of light within the display system. be.

例えば、図18Aに示されるように、導波管構造が導波管上の単一内部結合場所1802において入射光を受け取る場合を検討する。入射光が導波管1302の中に投入されるに場合、ますます少ない光が、導波管1302の長さに沿って伝搬するにつれて残るであろう。これは、内部結合場所1802の近傍の出力光が、導波管1302の長さに沿ってより遠い出力光より「明るく」見える結果となり得ることを意味する。下層1406が、導波管1302の全長に沿って均一である場合、下層1406の光学効果は、基板にわたるこの不均一輝度レベルを増強し得る。 For example, consider the case where a waveguide structure receives incident light at a single internal coupling location 1802 on the waveguide, as shown in FIG. 18A. As incident light is injected into waveguide 1302 , less and less light will remain as it propagates along the length of waveguide 1302 . This means that output light near the incoupling location 1802 may result in appearing “brighter” than output light further along the length of the waveguide 1302 . If the underlayer 1406 is uniform along the length of the waveguide 1302, the optical effect of the underlayer 1406 can enhance this non-uniform brightness level across the substrate.

下層1406の特性は、基板1302にわたり調節され、出力光をより均一にすることができる。図18Bは、下層1406の厚さが、導波管基板1302の長さにわたり変動させられるアプローチを図示し、下層1406は、内部結合場所1802の近傍ではより薄く、場所1802から距離が離れるほど厚くなる。このように、より優れた回折効率を促進するための下層1406の効果は、少なくとも部分的に、導波管基板1302の長さに沿って光損失の影響を改善し、それによって、構造の全体にわたりより均一な光出力を促進することができる。 Properties of the underlayer 1406 can be adjusted across the substrate 1302 to make the output light more uniform. FIG. 18B illustrates an approach in which the thickness of the lower layer 1406 is varied over the length of the waveguide substrate 1302, with the lower layer 1406 being thinner near the internal coupling location 1802 and thicker with increasing distance from the location 1802. Become. Thus, the effect of underlayer 1406 to promote greater diffraction efficiency is, at least in part, to ameliorate the effects of optical loss along the length of waveguide substrate 1302, thereby reducing the overall can promote a more uniform light output over the

図18Cは、下層1406の厚さは変動させられないが、下層1406の屈折率が基板1302にわたり変動する代替アプローチを図示する。例えば、場所1802の近傍の出力光が、場所1802から離れた場所でより明るくなる傾向にある問題に対処するために、下層1406のための屈折率は、場所1802に近い基板1302と同一または同様であるが、場所1802から離れた場所におけるそれらの屈折率値において増大する差異を有するように構成される。下層1406材料の組成は、異なる場所において変動させられ、異なる屈折率値をもたらすことができる。図18Dは、下層1406の厚さおよび屈折率の両方が基板1302にわたり変動させられる、ハイブリッドアプローチを図示する。この同一アプローチは、下層1406を変動させることと併せて、もしくはその代わりに、上部格子表面1304および/または基板1302の厚さおよび/または屈折率を変動させるために行われることができることに留意されたい。 FIG. 18C illustrates an alternative approach in which the thickness of underlayer 1406 is not varied, but the refractive index of underlayer 1406 is varied across substrate 1302 . For example, to address the problem that output light near location 1802 tends to be brighter away from location 1802, the refractive index for lower layer 1406 is the same or similar to substrate 1302 near location 1802. , but configured to have an increasing difference in their refractive index values at locations away from location 1802 . The composition of the underlayer 1406 material can be varied at different locations to yield different refractive index values. FIG. 18D illustrates a hybrid approach in which both the thickness and refractive index of underlayer 1406 are varied across substrate 1302 . Note that this same approach can be taken to vary the thickness and/or refractive index of upper grating surface 1304 and/or substrate 1302 in conjunction with or instead of varying lower layer 1406. sea bream.

したがって、種々の組み合わせが、利用可能であり、ある屈折率の下層1406は、第3の屈折率の基板1302とともに、別の屈折率の上部格子1304と組み合わせられ、これらの相対的値の調節は、回折効率の入射角への依存性において多くの変動を提供する。異なる屈折率の層を伴う層状導波管が、提示される。種々の組み合わせおよび順列が、機能性を例証するために、関連性能データとともに提示される。利点は、角度の増加が挙げられ、それは、格子1304を用いて出力角度の増加を提供し、したがって、接眼レンズを用いて視野の増加を提供する。さらに、角度に伴う回折効率の通常の低減に対抗する能力は、機能的に有益である。 Thus, various combinations are available, with a lower layer 1406 of one index of refraction combined with a substrate 1302 of a third index of refraction, with an upper grating 1304 of another index of refraction, and adjusting the relative values of these , which provides many variations in the dependence of the diffraction efficiency on the angle of incidence. A layered waveguide with layers of different refractive indices is presented. Various combinations and permutations are presented along with associated performance data to demonstrate functionality. Advantages include increased angle, which provides an increased output angle with the grating 1304 and thus an increased field of view with the eyepiece. Additionally, the ability to counteract the normal decrease in diffraction efficiency with angle is functionally beneficial.

図14Bは、材料1409の別の層(上部表面)が、格子層1304の上方に設置される実施形態を図示する。層1409は、異なる設計目標に対処するために構成可能に実装されることができる。例えば、層1409は、例えば、図14Cに示されるように、複数のスタックされた回折構造1401aと1401bとの間に介在層を形成することができる。図14Cに示されるように、この介在層1409は、任意の空隙/間隙を除去し、スタックされた回折構成要素のための支持構造を提供するために採用されることができる。この使用例では、層1409は、比較的低い屈折率、例えば、約1.1または1.2を有する材料から形成されることができる。この図には図示されないが、他の層(弱レンズ等)も、回折構造1401aと1401bとの間に設置され得る。 FIG. 14B illustrates an embodiment in which another layer (top surface) of material 1409 is placed above grating layer 1304 . Layer 1409 can be implemented configurable to address different design goals. For example, layer 1409 can form an intervening layer between multiple stacked diffractive structures 1401a and 1401b, eg, as shown in FIG. 14C. As shown in FIG. 14C, this intervening layer 1409 can be employed to eliminate any voids/gaps and provide a support structure for the stacked diffractive components. In this use case, layer 1409 can be formed from a material having a relatively low refractive index, eg, approximately 1.1 or 1.2. Although not shown in this figure, other layers (such as weak lenses) may also be placed between diffractive structures 1401a and 1401b.

加えて、層1409は、比較的に高屈折率を有する材料から形成されることができる。この状況では、入射光の全部またはかなりの量に対する回折効果を提供するであろうものは、格子表面1304ではなく、層1409上の格子である。 Additionally, layer 1409 can be formed from a material having a relatively high refractive index. In this situation, it is the grating on layer 1409 rather than grating surface 1304 that will provide a diffractive effect for all or a significant amount of the incident light.

明白なように、所望の光学効果および結果を達成するために、屈折率値の異なる相対的組み合わせが、層1409を含む異なる層に対して選択されることができる。 As will be apparent, different relative combinations of refractive index values can be selected for different layers, including layer 1409, to achieve desired optical effects and results.

そのような構造は、任意の好適な製造技法を使用して、製造され得る。「MR174」として知られるもの等のある高屈折率ポリマーが、直接、エンボス加工、印刷、またはエッチングされ、所望のパターン化された構造を生成し得るが、そのような層の硬化収縮等に関連する課題が存在する。したがって、別の実施形態では、別の材料が、高屈折率ポリマー層(すなわち、MR174の層等)上に転写、エンボス加工、またはエッチングされ、機能的に同様の結果を生成し得る。現在最先端の印刷、エッチング(すなわち、従来の半導体プロセスにおいて利用されるものに類似するレジスト除去およびパターン化ステップを含み得る)、およびエンボス加工技法が、そのような印刷、エンボス加工、および/またはエッチングステップを遂行するために利用され、および/または組み合わせられ得る。例えば、DVDの生産において利用されるものに類似する成形技法も、ある複製ステップのために利用され得る。さらに、印刷および他の堆積プロセスにおいて利用されるあるジェット噴射または堆積技法も、精度を伴ってある層を堆積するために利用され得る。 Such structures may be manufactured using any suitable manufacturing technique. Certain high refractive index polymers, such as the one known as "MR174", can be directly embossed, printed, or etched to produce the desired patterned structures, but curing shrinkage and the like of such layers are associated. There are issues to be addressed. Thus, in another embodiment, another material may be transferred, embossed, or etched onto the high refractive index polymer layer (ie, such as a layer of MR174) to produce functionally similar results. Current state-of-the-art printing, etching (i.e., which can include resist removal and patterning steps similar to those utilized in conventional semiconductor processes), and embossing techniques allow such printing, embossing, and/or may be utilized and/or combined to perform etching steps. For example, molding techniques similar to those used in DVD production may also be used for certain replication steps. Additionally, certain jetting or deposition techniques utilized in printing and other deposition processes may also be utilized to deposit certain layers with precision.

本開示の以下の部分は、ここで、回折のための形成パターンを基板上に実装するための改良されたアプローチを説明し、堆積させられる転写材料(imprint material)の転写(imprinting)は、本発明のいくつかの実施形態に従って行われる。これらのアプローチは、転写材料の非常に精密な分布と任意の数の基板表面上への異なる転写パターンの非常に精密な形成とを可能にする。以下の説明は、前述の格子構成と共に使用され、それを実装するために使用されることができることに留意されたい。しかしながら、本発明の堆積アプローチは、他の構成と共にも同様に使用さ得ることに留意されたい。 The following portions of the disclosure will now describe improved approaches for implementing formed patterns on substrates for diffraction, the imprinting of the deposited imprint material is the Done according to some embodiments of the invention. These approaches allow very precise distribution of transfer material and very precise formation of different transfer patterns on any number of substrate surfaces. Note that the following description can be used with and to implement the lattice configuration described above. However, it should be noted that the deposition approach of the present invention can be used with other configurations as well.

いくつかの実施形態によると、転写材料のパターン化された分布(例えば、パターン化されたインクジェット分布)が、転写材料の堆積を基板上に実装するために行われる。パターン化されたインクジェット分布を使用するこのアプローチは、堆積させられるべき材料に対する非常に精密な体積制御を可能にする。加えて、このアプローチは、より小さく、より均一なベース層を格子表面の真下に提供する役割を果たすことができ、前述のように、層のベース厚は、接眼レンズ/光学デバイスの性能に有意な影響を及ぼすことができる。 According to some embodiments, a patterned distribution of transfer material (eg, patterned inkjet distribution) is performed to implement the deposition of transfer material onto the substrate. This approach, using patterned inkjet distributions, allows very precise volumetric control over the material to be deposited. In addition, this approach can serve to provide a smaller, more uniform base layer beneath the grating surface, and, as mentioned above, the base thickness of the layer has a significant effect on eyepiece/optical device performance. can have a significant impact.

図19は、単一基板上への転写材料の精密な可変体積堆積を実装するためのアプローチを図示する。図に示されるように、第1のより深い深度構造1904のセットおよび第2のより浅い(例えば、標準)深度構造1906のセットを有するテンプレート1902が、提供される。転写材料を転写受け取り側1908上に堆積するとき、比較的より大きい体積の転写材料1910が、テンプレート1902のより深い深度構造1904を伴うテンプレートの部分に対応して堆積させられる。対照的に、比較的により小さい体積の転写材料1912は、テンプレート1902のより浅い深度構造1906に対応して堆積させられる。そして、テンプレートは、第1および第2の深度構造のセットを転写材料の中に転写し、異なる深度および/またはパターンを有するそれぞれの構造を転写材料内形成するために使用される。このアプローチは、したがって、転写受け取り側1908上への異なる特徴の同時形成を可能にする。 FIG. 19 illustrates an approach for implementing precise variable volume deposition of transfer material onto a single substrate. As shown, a template 1902 is provided having a first set of deeper depth structures 1904 and a second set of shallower (eg, standard) depth structures 1906 . When depositing transfer material on transfer receiving side 1908 , a relatively larger volume of transfer material 1910 is deposited corresponding to portions of template 1902 with deeper depth features 1904 . In contrast, a relatively smaller volume of transfer material 1912 is deposited corresponding to shallower depth features 1906 of template 1902 . The template is then used to transfer the first and second sets of depth structures into the transfer material to form respective structures having different depths and/or patterns in the transfer material. This approach thus allows simultaneous formation of different features on the transfer recipient 1908 .

このアプローチは、異なる深度および/または特徴パラメータを伴う構造のために意図的に非均一である分布を生成するために利用されることができ、例えば、特徴構造は、同一基板上にあり、異なる厚さを有する。これは、例えば、同一下層厚を伴う可変深度の構造の同時転写を可能にする、転写材料の空間的に分布された体積を生成するために使用されることができる。 This approach can be utilized to generate intentionally non-uniform distributions for structures with different depths and/or feature parameters, e.g., feature structures are on the same substrate and different have a thickness; This can be used, for example, to generate spatially distributed volumes of transfer material that allow simultaneous transfer of structures of variable depth with the same underlayer thickness.

図19の底部は、前述の堆積技法/装置を用いて形成される構造1920を図示し、下層1922は、パターン深度および体積の差異にかかわらず、均一厚を有する。転写材料は、構造1920内に非均一な厚さを伴って堆積させられていることが分かる。ここでは、上部層1924は、第1の層厚のセットを有する第1の部分1926を含む一方、第2の部分1928は、第2の層厚のセットを有する。この例では、部分1926は、部分1928の標準/より浅い厚さと比較して、より厚い層に対応する。しかしながら、厚さの任意の組み合わせが、本発明の概念を使用して構築され得、標準厚さより厚いおよび/またはより薄いのいずれか/両方である厚さが、下層上に形成されることに留意されたい。 The bottom of FIG. 19 illustrates a structure 1920 formed using the previously described deposition techniques/apparatus, where the underlayer 1922 has a uniform thickness despite differences in pattern depth and volume. It can be seen that the transfer material is deposited in structure 1920 with a non-uniform thickness. Here, top layer 1924 includes a first portion 1926 having a first set of layer thicknesses, while a second portion 1928 has a second set of layer thicknesses. In this example, portion 1926 corresponds to a thicker layer compared to the standard/shallower thickness of portion 1928 . However, any combination of thicknesses can be constructed using the concepts of the present invention, with thicknesses that are either/or thicker and/or less than the standard thickness being formed on the underlying layer. Please note.

この能力は、例えば、スペーサ要素としての役割を果たすためのより大きい体積の材料を堆積させ、例えば、多層回折光学要素の構築を補助するために使用されることができる。 This ability can be used, for example, to deposit larger volumes of material to act as spacer elements, and to aid in constructing multilayer diffractive optical elements, for example.

いくつかの実施形態は、基板上への複数のタイプの転写材料の同時堆積を実装するためのアプローチに関する。これは、光学特性を有する材料が、一度に基板の複数の部分にわたり同時に堆積させられることを可能にする。このアプローチはまた、具体的機能に関連付けられた局所エリア(例えば、内部結合格子、直交瞳拡大素子(OPE)格子、または射出瞳拡大素子(EPE)格子としての役割を果たす)を調整するための能力を提供する。 Some embodiments relate to approaches for implementing simultaneous deposition of multiple types of transfer materials onto a substrate. This allows materials with optical properties to be deposited simultaneously over multiple portions of the substrate at one time. This approach is also useful for tuning local areas associated with specific functions (e.g., serving as incoupling gratings, orthogonal pupil expander (OPE) gratings, or exit pupil expander (EPE) gratings)). provide the ability.

図20は、いくつかの実施形態による、同一層内への複数の異なる転写材料の指向性同時堆積を実装するためのアプローチおよび転写ステップを図示する。図に示されるように、テンプレート2002は、転写受け取り側2008上の異なるタイプの転写材料2010および2012の中にパターンを転写するために提供される。材料2010および2012は、異なる光学特性を有する同一材料(例えば、異なる屈折率を有する同一材料の2つの変形)または2つの全く異なる材料を含み得る。 FIG. 20 illustrates an approach and transfer steps for implementing directional co-deposition of multiple different transfer materials into the same layer, according to some embodiments. As shown, a template 2002 is provided for transferring patterns into different types of transfer materials 2010 and 2012 on a transfer receiving side 2008 . Materials 2010 and 2012 may comprise the same material with different optical properties (eg, two versions of the same material with different refractive indices) or two entirely different materials.

材料の任意の光学特性は、この技法を採用するときに検討および選択されることができる。例えば、図20の実施形態に示されるように、材料2010は、転写受け取り側2008のある区分内に堆積させられる高屈折率材料に対応する一方、同時に、材料2012は、第2の区分のエリア内に堆積させられるより低い屈折率材料に対応する。 Any optical property of the material can be considered and selected when employing this technique. For example, as shown in the embodiment of FIG. 20, material 2010 corresponds to a high refractive index material deposited in one section of transfer receiving side 2008, while at the same time material 2012 corresponds to an area of a second section. corresponds to the lower refractive index material deposited within.

結果として生じる構造2020に示されるように、これは、高屈折率部分2026およびより低い屈折率部分2028を有する多機能回折光学要素を形成する。この場合、第1の機能に関する高屈折率部分2026および第2の機能に関する部分2028は、同時に転写された。 As shown in the resulting structure 2020, this forms a multifunctional diffractive optical element having a high refractive index portion 2026 and a lower refractive index portion 2028. FIG. In this case, the high refractive index portion 2026 for the first feature and the portion 2028 for the second feature were transferred simultaneously.

この例は、材料を同時に堆積するときに「調整」すべき光学特性として材料の屈折率を例証的に識別するが、他の光学特性も、構造の異なる部分内に堆積するための材料のタイプを識別するときに検討され得ることに留意されたい。例えば、不透明度および吸光度は、構造の異なる部分内への堆積のための材料を識別し、最終製品の局所特性を調整するために使用され得る他の特性である。 Although this example illustratively identifies the refractive index of a material as an optical property that should be "tuned" when simultaneously depositing materials, other optical properties may also be used to determine the type of material to deposit in different portions of the structure. Note that it may be considered when identifying For example, opacity and absorbance are other properties that can be used to distinguish materials for deposition into different parts of the structure and to adjust the local properties of the final product.

加えて、あるタイプの材料は、転写前に、別の材料の上方/下方に堆積させられ得る。例えば、ある屈折率材料は、転写直前に第2の屈折率材料の直下に堆積させられ、回折光学要素を形成するための屈折率勾配を生成し得る。これは、例えば、図17Aに示される構造(または前述または図中の他の関連構造のいずれか)を実装するために使用されることができる。 Additionally, one type of material may be deposited above/below another material prior to transfer. For example, one refractive index material can be deposited directly under a second refractive index material just prior to transfer to create a refractive index gradient to form a diffractive optical element. This can be used, for example, to implement the structure shown in FIG. 17A (or any of the other related structures described above or in the figures).

別の実施形態によると、多側面転写が、光学構造の複数の側面に転写するために採用され得る。これは、転写が、光学要素の異なる側面上で生じ、ベース層体積を通した機能の多重化を実装することを可能にする。この方法において、異なる接眼レンズ機能が、格子構造機能に悪影響を及ぼさずに実装されることができる。 According to another embodiment, multi-sided transfer can be employed to transfer to multiple sides of the optical structure. This allows transfer to occur on different sides of the optical element, implementing multiplexing of functions throughout the base layer volume. In this way different eyepiece functions can be implemented without adversely affecting the grating structure function.

図21A-Bは、全内部反射回折光学要素の状況における、2側面転写を実装するための例示的アプローチを図示する。図21Aに図示されるように、第1のテンプレート2102aは、ある転写を基板/転写受け取り側2108の側面「A」上に生成するために使用され得る。これは、第1の材料を構造の側面A上に有する第1のパターン2112を形成する。 21A-B illustrate exemplary approaches for implementing two-sided transfer in the context of a total internal reflection diffractive optical element. As illustrated in FIG. 21A, a first template 2102a can be used to generate a transfer on side "A" of substrate/transfer receiving side 2108. As shown in FIG. This forms a first pattern 2112 having the first material on side A of the structure.

図21Bに図示されるように、テンプレート2102bは、第2の転写を同一基板の側面「B」上に生成するために使用され得る。これは、第2の材料を基板の側面B上に有する第2のパターン2114を形成する。 As illustrated in FIG. 21B, template 2102b can be used to generate a second imprint on side "B" of the same substrate. This forms a second pattern 2114 having a second material on side B of the substrate.

側面AおよびBは、同一もしくは異なるパターンを有し得、および/または同一もしくは異なるタイプの材料を有し得ることに留意されたい。加えて、各側面上のパターンは、さまざまな層厚(例えば、図19のアプローチを使用して)を備え得、および/または異なる材料タイプを同一側面上に有し得る(例えば、図20のアプローチを使用して)。 Note that sides A and B can have the same or different patterns and/or can have the same or different types of materials. Additionally, the patterns on each side may comprise varying layer thicknesses (eg, using the approach of FIG. 19) and/or may have different material types on the same side (eg, using the approach of FIG. 20). approach).

図22に示されるように、第1のパターン2112は、基板2108の側面A上に転写され、第2のパターン2114は、反対側面B上に転写されている。結果として生じる2側面転写された要素2200の複合機能が、ここで、実現されることができる。特に、入射光が、2側面転写された要素2200に印加されるとき、一部の光は、要素2200から出射し、第1の機能1を実装する一方、他の光は、出射し、第2の機能2を実装する。 As shown in FIG. 22, a first pattern 2112 has been transferred onto side A of substrate 2108 and a second pattern 2114 has been transferred onto opposite side B. FIG. A compound function of the resulting two-sided transferred element 2200 can now be realized. In particular, when incident light is applied to the two-sided transferred element 2200, some light exits the element 2200 and implements the first function 1, while other light exits the second Implement function 2 of 2.

追加の実施形態は、多層重転写および/または多層分離/オフセット基板統合に関する。これらのアプローチのいずれか/両方では、以前に転写されたパターンが、再び、噴出および印刷されることができる。接着剤が、第1の層上に噴出させられることができ、第2の基板がそれに接合され(おそらく空隙を伴って)、後続噴出プロセスが、第2の基板上に堆積させ、転写することができる。一連の転写されたパターンは、ロールツーロールプロセスにおいて順次互いに接合されることができる。多層重転写を実装するアプローチは、多層分離/オフセット基板統合アプローチと共に、またはその代わりに使用され得る
ことに留意されたい。
Additional embodiments relate to multi-layer overtransfer and/or multi-layer separation/offset substrate integration. In either/both of these approaches, previously transferred patterns can be jetted and printed again. Adhesive can be jetted onto the first layer, a second substrate is bonded to it (possibly with air gaps), and a subsequent jetting process deposits and transfers onto the second substrate. can be done. A series of transferred patterns can be joined together sequentially in a roll-to-roll process. Note that the approach of implementing multi-layer overtransfer can be used with or instead of the multi-layer separation/offset substrate integration approach.

図23は、多層重転写を実装するためのアプローチを図示する。ここでは、第1の転写材料2301が、基板上2308に堆積させられ、転写されることができる。この後、第2の転写材料2302の堆積(および可能な転写)が続く。これは、第1の転写材料2301および第2の転写材料2302の両方を有する複合多層構造をもたらす。一実施形態では、後続転写が、第2の転写材料2302のために実装され得る。代替実施形態では、後続転写は、第2の転写材料2302のために実装されない。 FIG. 23 illustrates an approach for implementing multi-layer overtransfer. Here, a first transfer material 2301 can be deposited onto a substrate 2308 and transferred. This is followed by deposition (and possible transfer) of a second transfer material 2302 . This results in a composite multilayer structure having both the first transfer material 2301 and the second transfer material 2302 . In one embodiment, a subsequent transfer may be implemented for the second transfer material 2302. In alternative embodiments, subsequent transfer is not implemented for the second transfer material 2302 .

図24は、多層分離/オフセット基板統合を実装するためのアプローチを図示する。ここでは、第1の基板1および第2の基板2の両方が、転写材料で堆積させられ、次いで、転写され得る。その後、基板1および基板2は、挟み込まれ、接合され得、一実施形態では、おそらく、基板2の活性構造と基板1の裏側との間に空隙2402を提供するオフセット特徴(同様に転写される)を伴う。転写されたスペーサ2404が、空隙2402を生成するために使用され得る。 FIG. 24 illustrates an approach for implementing multi-layer isolation/offset substrate integration. Here both the first substrate 1 and the second substrate 2 can be deposited with a transfer material and then transferred. Substrate 1 and Substrate 2 may then be sandwiched and bonded, in one embodiment possibly offset features (also transferred ). Transferred spacers 2404 can be used to create voids 2402 .

さらに別の実施形態によると、基板にわたり分布される材料の可変体積堆積を実装するためのアプローチが開示され、それは、表面不均一性の先験的知識に依存し得る。説明するために、図25に示される基板2502を検討する。示されるように、基板2502の表面不均一性は、望ましくない平行度をもたらし、不良光学性能を生じさせ得る。この場合、基板2502(または以前に転写された層)は、変動性に対して測定され得る。 According to yet another embodiment, an approach is disclosed for implementing variable volume deposition of material distributed across a substrate, which may rely on a priori knowledge of surface non-uniformities. To illustrate, consider the substrate 2502 shown in FIG. As shown, surface non-uniformities in substrate 2502 can result in undesirable parallelism and poor optical performance. In this case, the substrate 2502 (or previously transferred layer) can be measured for variability.

転写材料の可変体積堆積が、下層トポグラフィまたは物理的特徴セットから独立して、堆積させられるべき転写材料の水平分布を提供するために採用され得る。例えば、基板は、真空チャックによって平坦に引っ張られ、原位置計測が、例えば、低コヒーレンスまたはレーザベースの接触測定プローブを用いて、表面高さを査定するために行われることができる。転写材料の分配体積は、再現時、より均一な層をもたらすために測定データに応じて変動させられることができる。この例では、基板の部分2504aは、最高レベルの変動を有し、部分2504bは、中間レベルの変動を有し、部分2504cは、最低レベルの変動を有する。したがって、大体積の転写材料が、部分2504a内に堆積させられ得、中体積の転写材料が、部分2504bの中に堆積させられ、および小/標準体積転写材料が、部分2504cの中に堆積させられる。結果として生じる製品2506によって示されるように、これは、より均一な総基板/転写材料/転写パターン厚をもたらし、それは、ひいては、転写されたデバイスの性能を調整し、またはそれに恩恵をもたらし得る。 Variable volume deposition of transfer material can be employed to provide a horizontal distribution of the transfer material to be deposited, independent of the underlying topography or physical feature set. For example, the substrate is pulled flat by a vacuum chuck and in situ measurements can be made to assess surface height using, for example, low coherence or laser-based contact measurement probes. The dispensed volume of transfer material can be varied according to measured data to result in a more uniform layer when reproduced. In this example, substrate portion 2504a has the highest level of variation, portion 2504b has an intermediate level of variation, and portion 2504c has the lowest level of variation. Thus, a large volume of transfer material can be deposited in portion 2504a, a medium volume of transfer material can be deposited in portion 2504b, and a small/standard volume of transfer material can be deposited in portion 2504c. be done. As shown by the resulting product 2506, this results in a more uniform total substrate/transfer material/transfer pattern thickness, which in turn can tune or benefit the performance of the transferred device.

例は、厚さの不均一性に起因する変動を示すが、他のタイプの不均一性も、本発明の本実施形態によって対処され得ることに留意されたい。別の実施形態では、そのような変動は、くぼみ、ピーク、もしくは他の異常、または基板上の局所位置に関連付けられた特徴の存在に起因し得る。 Note that while the example shows variations due to thickness non-uniformity, other types of non-uniformity may also be addressed by this embodiment of the invention. In another embodiment, such variations may result from the presence of pits, peaks, or other anomalies or features associated with localized locations on the substrate.

前述の明細書では、本発明は、その具体的実施形態を参照して説明された。しかしながら、本発明のより広範な精神および範囲から逸脱することなく、種々の修正ならびに変更がそこに行われ得ることは明白であろう。例えば、前述のプロセスフローは、プロセスアクションの特定の順序を参照して説明されている。しかしながら、説明されるプロセスアクションの多くの順序は、本発明の範囲または動作に影響を及ぼすことなく、変更され得る。本明細書および図面は、故に、制限的意味ではなく、例証的意味におけるものであると見なされる。 In the foregoing specification, the invention has been described with reference to specific embodiments thereof. It will, however, be evident that various modifications and changes may be made therein without departing from the broader spirit and scope of the invention. For example, the foregoing process flows have been described with reference to a particular order of process actions. However, the order of many of the process actions described may be changed without affecting the scope or operation of the invention. The specification and drawings are, accordingly, to be regarded in an illustrative rather than a restrictive sense.

種々の本発明の例示的実施形態が、本明細書で説明される。非限定的な意味で、これらの実施例が参照される。それらは、本発明のより広くて紀要可能な側面を例証するように提供される。種々の変更が、説明される本発明に行われ得、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、同等物が置換され得る。加えて、特定の状況、材料、物質組成、プロセス、プロセス行為、またはステップを本発明の目的、精神、もしくは範囲に適合させるように、多くの修正が行われ得る。さらに、当業者によって理解されるように、本明細書で説明および例証される個々の変形例の各々は、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、他のいくつかの実施形態のうちのいずれかの特徴から容易に分離され、またはそれらと組み合わせられ得る、離散構成要素および特徴を有する。全てのそのような修正は、本開示に関連付けられる請求項の範囲内にあることを目的としている。 Various exemplary embodiments of the invention are described herein. Reference is made to these examples in a non-limiting sense. They are provided to illustrate the broader and more explorable aspects of the invention. Various changes may be made to the invention as described and equivalents may be substituted without departing from the true spirit and scope of the invention. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation, material, composition of matter, process, process act or step to the objective, spirit or scope of the present invention. Moreover, as will be appreciated by those of ordinary skill in the art, each of the individual variations described and illustrated herein may be modified from among several other embodiments without departing from the scope or spirit of the invention. It has discrete components and features that can be easily separated from or combined with any feature. All such modifications are intended to be within the scope of the claims associated with this disclosure.

本発明は、対象デバイスを使用して行われ得る方法を含む。方法は、そのような好適なデバイスを提供するという行為を含み得る。そのような提供は、エンドユーザによって行われ得る。換言すれば、「提供する」行為は、単に、エンドユーザが、対象方法において必須デバイスを提供するように、取得し、アクセスし、接近し、位置付けし、設定し、起動し、電源を入れ、または別様に作用することを要求する。本明細書で記載される方法は、論理的に可能である記載された事象の任意の順番で、ならびに事象の記載された順番で実行され得る。 The present invention includes methods that can be performed using a target device. A method may include an act of providing such a suitable device. Such offerings may be made by end users. In other words, the act of "providing" simply means that the end-user obtains, accesses, approaches, locates, configures, activates, powers on, or claim to act differently. The methods described herein can be performed in any order of the recited events that is logically possible, as well as in the recited order of events.

本発明の例示的側面が、材料選択および製造に関する詳細とともに、上記で記載されている。本発明の他の詳細に関しては、これらは、上記で参照された特許および出版物と関連して理解されるとともに、概して、当業者によって公知または理解され得る。一般的または論理的に採用されるような追加の行為の観点から、本発明の方法ベースの側面に関して、同じことが当てはまり得る。 Illustrative aspects of the invention are described above, along with details regarding material selection and manufacturing. As for other details of the invention, these may be understood in connection with the above-referenced patents and publications and generally known or appreciated by those skilled in the art. The same may hold true with respect to method-based aspects of the invention in terms of additional acts as commonly or logically employed.

加えて、本発明は、種々の特徴を随意的に組み込むいくつかの実施例を参照して説明されているが、本発明は、本発明の各変形例に関して考慮されるような説明および指示されるものに限定されるものではない。種々の変更が、説明される本発明に行われ得、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、同等物(本明細書に記載されようと、いくらか簡単にするために含まれていなかろうと)が置換され得る。加えて、値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の全ての介在値、およびその規定範囲内の任意の他の規定または介在値が、本発明内に包含されることを理解されたい。 Additionally, while the invention has been described with reference to several embodiments that optionally incorporate various features, the invention is described and directed as it is contemplated with respect to each variation of the invention. is not limited to Various changes may be made to the invention as described and equivalents (whether described herein or included for some simplicity) without departing from the true spirit and scope of the invention. or not) can be substituted. Additionally, when a range of values is provided, all intervening values between the upper and lower limits of that range and any other stated or intervening value within the stated range are encompassed within the invention. Please understand.

説明される本発明の変形例の任意の随意的な特徴が、独立して、または本明細書で説明される特徴のうちのいずれか1つ以上のものと組み合わせて、記載および請求され得ることも想定される。単数形のアイテムへの参照は、複数形の同一のアイテムが存在するという可能性を含む。より具体的には、本明細書で、および本明細書に関連付けられる請求項で使用されるように、「1つの(「a」、「an」)」、「該(said)」、および「the(the)」という単数形は、特に規定がない限り、複数形の指示対象を含む。換言すれば、冠詞の使用は、上記の説明ならびに本開示に関連付けられる請求項において、対象アイテムの「少なくとも1つ」を可能にする。さらに、そのような請求項は、任意の随意的な要素を除外するように起草され得ることに留意されたい。したがって、この記述は、請求項の要素の記載と関連して、「単に」、「のみ」等の排他的用語の使用、または「否定的」制限の使用のために、先行詞としての機能を果たすことを目的としている。 Any optional feature of the described variations of the invention may be described and claimed independently or in combination with any one or more of the features described herein is also assumed. References to items in the singular include the possibility that there are plural forms of the same item. More specifically, as used herein and in the claims associated herewith, "a", "an", "said", and " The singular form "the (the)" includes plural referents unless otherwise specified. In other words, use of the articles allows for "at least one" of the subject item in the above description as well as the claims associated with this disclosure. It is further noted that such claims may be drafted to exclude any optional element. Accordingly, this statement does not serve as an antecedent for use of exclusive terms such as "only", "only", etc., or use of a "negative" limitation in connection with the recitation of claim elements. intended to fulfill.

そのような排他的用語を使用することなく、本開示に関連付けられる請求項での「備えている」という用語は、所与の数の要素がそのような請求項で列挙されるか、または特徴の追加をそのような請求項に記載される要素の性質の変換として見なすことができるかにかかわらず、任意の追加の要素を含むことを可能にするものとする。本明細書で具体的に定義される場合を除いて、本明細書で使用される全ての技術および科学用語は、請求項の有効性を維持しながら、可能な限り広い一般的に理解されている意味を与えられるものである。 The term "comprising" in the claims associated with this disclosure, without the use of such exclusive language, means that a given number of elements are recited or characterized in such claim. It is intended to allow inclusion of any additional elements, regardless of whether the addition of may be viewed as a transformation of the nature of the elements recited in such claims. Unless specifically defined herein, all technical and scientific terms used herein are to be understood in the broadest possible manner while maintaining validity of the claims. It is something that is given a certain meaning.

本発明の範疇は、提供される実施例および/または対象の明細書に限定されるものではなく、むしろ、本開示に関連付けられる請求項の言葉の範囲のみによって限定されるものである。 The scope of the present invention is not limited to the examples and/or subject specification provided, but rather is limited only by the scope of the claim language associated with this disclosure.

例証される実施形態の上記の説明は、排他的であること、または実施形態を開示される精密な形態に限定することを意図するものではない。具体的実施形態および実施例が、例証目的のために本明細書に説明されているが、種々の同等修正が、当業者によって認識されるであろうように、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、行われることができる。種々の実施形態の本明細書に提供される教示は、必ずしも、概して上記に説明される例示的ARシステムではなく、仮想またはARもしくはハイブリッドシステムを実装する、および/またはユーザインターフェースを採用する、他のデバイスにも適用されることができる。 The above description of illustrated embodiments is not intended to be exhaustive or to limit the embodiments to the precise forms disclosed. Although specific embodiments and examples are described herein for purposes of illustration, various equivalent modifications depart from the spirit and scope of the disclosure, as will be recognized by those skilled in the art. can be done without The teachings provided herein of various embodiments implement a virtual or AR or hybrid system and/or employ a user interface, not necessarily the exemplary AR system generally described above, and/or other device can also be applied.

例えば、前述の詳細な説明は、ブロック図、概略図、および実施例の使用を介して、デバイスおよび/またはプロセスの種々の実施形態を記載している。そのようなブロック図、概略図、および実施例が、1つ以上の機能および/もしくは動作を含有する限り、そのようなブロック図、フロー図、または実施例内の各機能および/もしくは動作は、実装される、個々におよび/または集合的に、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または事実上任意のそれらの組み合わせによって実装され得ることが、当業者によって理解されるであろう。 For example, the foregoing detailed description describes various embodiments of devices and/or processes through the use of block diagrams, schematic diagrams, and examples. To the extent such block diagrams, schematic diagrams, and examples contain one or more functions and/or acts, each function and/or act in such block diagrams, flow diagrams, or examples may: It will be appreciated by those skilled in the art that the implementations can be implemented individually and/or collectively by a wide variety of hardware, software, firmware, or virtually any combination thereof.

一実施形態では、本主題は、特定用途向け集積回路(ASIC)を介して実装され得る。しかしながら、当業者は、本明細書に開示される実施形態は、全体的または部分的に、1つ以上のコンピュータによって実行される1つ以上のコンピュータプログラムとして(例えば、1つ以上のコンピュータシステム上で起動する1つ以上のプログラムとして)、1つ以上のコントローラ(例えば、マイクロコントローラ)によって実行される1つ以上のプログラムとして、1つ以上のプロセッサ(例えば、マイクロプロセッサ)によって実行される1つ以上のプログラムとして、ファームウェアとして、もしくは事実上任意のそれらの組み合わせとして、標準的集積回路内に同等に実装されることができ、ソフトウェアおよび/またはファームウェアのための回路の設計ならびに/もしくはコードの書込が、本開示の教示に照らして、十分に当業者の技術の範囲内にあるであろうことを認識するであろう。 In one embodiment, the present subject matter may be implemented via an application specific integrated circuit (ASIC). One skilled in the art, however, will appreciate that the embodiments disclosed herein can be, in whole or in part, as one or more computer programs executed by one or more computers (e.g., on one or more computer systems). as one or more programs executed by one or more controllers (e.g., microcontrollers), one or more programs executed by one or more processors (e.g., microprocessors) The above programs, as firmware, or virtually any combination thereof, can equally be implemented in a standard integrated circuit, designing circuits and/or writing code for software and/or firmware. Incorporation would be well within the skill of one of ordinary skill in the art in light of the teachings of this disclosure.

論理が、ソフトウェアとして実装され、メモリ内に記憶されると、論理または情報は、任意のプロセッサ関連システムまたは方法による使用もしくはそれと関連した使用のために、任意のコンピュータ読み取り可能な媒体上に記憶されることができる。本開示の文脈では、メモリは、コンピュータおよび/またはプロセッサプログラムを含有もしくは記憶する、電子、磁気、光学、または他の物理的デバイスもしくは手段である、コンピュータ読み取り可能な媒体である。論理および/または情報は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスから命令をフェッチし、論理および/または情報に関連付けられた命令を実行することができる、コンピュータベースのシステム、プロセッサ含有システム、または他のシステム等の命令実行システム、装置、またはデバイスによる使用もしくはそれと関連した使用のために、任意のコンピュータ読み取り可能な媒体において具現化されることができる。 Once the logic is implemented as software and stored in memory, the logic or information can be stored on any computer-readable medium for use by or in connection with any processor-related system or method. can In the context of this disclosure, memory is a computer-readable medium, be it electronic, magnetic, optical, or other physical device or means, containing or storing a computer and/or processor program. Logic and/or information is a computer-based system, processor-containing system, or other system capable of fetching instructions from an instruction execution system, apparatus, or device, and executing instructions associated with the logic and/or information. It can be embodied in any computer-readable medium for use by or in connection with an instruction execution system, such as a system, apparatus, or device.

本明細書の文脈では、「コンピュータ読み取り可能な媒体」は、命令実行システム、装置、および/またはデバイスによる使用もしくはそれと関連した使用のために、論理および/または情報に関連付けられたプログラムを記憶し得る、任意の要素であることができる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、例えば、限定ではないが、電子、磁気、光学、電磁、赤外線、または半導体システム、装置、もしくはデバイスであることができる。コンピュータ読み取り可能な媒体のより具体的実施例(非包括的リスト)として、ポータブルコンピュータディケット(磁気、コンパクトフラッシュ(登録商標)カード、セキュアデジタル、または均等物)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み取り専用メモリ(ROM)、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ(EPROM、EEPROM、またはフラッシュメモリ)、ポータブルコンパクトディスク読み取り専用メモリ(CDROM)、デジタルテープ、および他の非一過性媒体が挙げられるであろう。 In the context of this specification, a "computer-readable medium" stores a program associated logic and/or information for use by or in connection with an instruction execution system, apparatus, and/or device. can be any element. A computer readable medium can be, for example, without limitation, an electronic, magnetic, optical, electromagnetic, infrared, or semiconductor system, apparatus, or device. More specific examples (non-exhaustive list) of computer-readable media include portable computer diskettes (magnetic, CompactFlash cards, Secure Digital, or equivalent), random access memory (RAM), read Special purpose memory (ROM), erasable programmable read-only memory (EPROM, EEPROM, or flash memory), portable compact disc read-only memory (CDROM), digital tape, and other non-transitory media would be included.

本明細書に説明される方法の多くは、変形例とともに行われることができる。例えば、方法の多くは、追加の行為を含む、いくつかの行為を省略する、および/または例証もしくは説明されるものと異なる順序で行われ得る。 Many of the methods described herein can be performed with variations. For example, many of the methods may include additional acts, omit some acts, and/or be performed in a different order than that illustrated or described.

上記の種々の実施形態を組み合わせてさらなる実施形態を提供することができる。本明細書中において言及した、および/または出願データシートに列挙した米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願および非特許刊行物は全て、本明細書の具体的教示および定義に矛盾しない限り、それらの全体が引用により本明細書に組み入れられる。実施形態の態様は、なおさらなる実施形態を提供するために、種々の特許、出願、および刊行物のシステム、回路、および概念を利用することが必要である場合には、改変されることができる。 The various embodiments described above can be combined to provide further embodiments. All U.S. patents, U.S. patent application publications, U.S. patent applications, foreign patents, foreign patent applications and non-patent publications referred to herein and/or listed in application data sheets are herein incorporated by reference for the specific teachings of this specification. and unless contradicted by definitions, which are hereby incorporated by reference in their entireties. Aspects of the embodiments can be modified, if necessary, to employ the systems, circuits, and concepts of the various patents, applications, and publications to provide still further embodiments. .

これらおよび他の変更が、上記に詳述される説明に照らして、実施形態に成されることができる。概して、以下の請求項では、使用される用語は、請求項を、本明細書および請求項で開示される具体的実施形態に限定するように解釈されるべきではないが、そのような請求項が権利を持つ均等物の全範囲とともに、全ての可能な実施形態を含むように解釈されるべきである。故に、請求項は、本開示によって限定されない。 These and other changes can be made to the embodiments in light of the above detailed description. Generally, in the following claims, the terms used should not be construed to limit the claims to the specific embodiments disclosed in the specification and claims, although such claims should be construed to include all possible embodiments, along with the full range of equivalents to which the Company is entitled. Accordingly, the claims are not limited by the disclosure.

さらに、上記で説明される種々の実施形態は、さらなる実施形態を提供するように組み合わせられることができる。その上さらなる実施形態を提供するために、種々の特許、出願、および出版物の概念を採用するように、必要であれば、実施形態の側面を修正されることができる。 Moreover, the various embodiments described above can be combined to provide additional embodiments. Aspects of the embodiments can be modified, if necessary, to employ concepts of the various patents, applications, and publications to provide yet further embodiments.

これらおよび他の変更が、上記に詳述される説明に照らして、実施形態に成されることができる。概して、以下の請求項では、使用される用語は、請求項を、本明細書および請求項で開示される具体的実施形態に限定するように解釈されるべきではないが、そのような請求項が権利を持つ均等物の全範囲とともに、全ての可能な実施形態を含むように解釈されるべきである。故に、請求項は、本開示によって限定されない。 These and other changes can be made to the embodiments in light of the above detailed description. Generally, in the following claims, the terms used should not be construed to limit the claims to the specific embodiments disclosed in the specification and claims, although such claims should be construed to include all possible embodiments, along with the full range of equivalents to which the Company is entitled. Accordingly, the claims are not limited by the disclosure.

Claims (11)

3次元の仮想現実および/または拡張現実ディスプレイシステムにおいて用いられる回折光学要素を製造する方法であって、
基板(2108)の第1の面(A)上に第1の材料を堆積することであって、前記第1の材料を堆積することは、前記基板(2108)の前記第1の面(A)の第1の領域上に前記第1の材料の第1の部分を堆積することと、前記基板(2108)の前記第1の面(A)の第2の領域上に前記第1の材料の第2の部分を同時に堆積することとを含み、前記第1の材料の前記第1の部分は、第1の光学特性を有し、前記第1の材料の前記第2の部分は、第2の光学特性を有し、前記第1の光学特性は、前記第2の光学特性とは異なる、ことと、
第1のテンプレート(2102a)を前記基板(2108)の前記第1の面(A)上の前記第1の材料の中に転写することによって、第1のパターン(2112)を前記基板(2108)の前記第1の面(A)上の前記第1の材料の中に形成することであって、前記第1のテンプレート(2102a)の上に第1の転写パターンが形成されている、ことと、
前記基板(2108)の第2の面(B)上に第2の材料を堆積することと、
第2のテンプレート(2102b)を前記基板(2108)の前記第2の面(B)上の前記第2の材料の中に転写することによって、第2のパターン(2114)を前記基板(2108)の前記第2の面(B)上の前記第2の材料の中に形成することであって、前記第2のテンプレート(2102b)の上に第2の転写パターンが形成されている、ことと
を含む、方法。
A method of manufacturing a diffractive optical element for use in a three-dimensional virtual reality and/or augmented reality display system, comprising:
Depositing a first material on a first side (A) of a substrate (2108), wherein depositing said first material is performed on said first side (A) of said substrate (2108). ) and depositing a first portion of said first material on a first region of said substrate (2108); and said first material on a second region of said first side (A) of said substrate (2108). wherein said first portion of said first material has a first optical property , said second portion of said first material having a first having two optical properties , the first optical property being different from the second optical property ;
A first pattern (2112) is formed on said substrate (2108) by transferring a first template (2102a) into said first material on said first side (A) of said substrate (2108). forming in the first material on the first surface (A) of the first template (2102a), wherein a first transfer pattern is formed on the first template (2102a); ,
depositing a second material on a second side (B) of the substrate (2108);
A second pattern (2114) is formed on said substrate (2108) by transferring a second template (2102b) into said second material on said second side (B) of said substrate (2108). forming in said second material on said second surface (B) of said second template (2102b), wherein a second transfer pattern is formed on said second template (2102b); A method, including
前記第1のパターン(2112)は、内部結合格子と第1の回折光学要素とを含む、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the first pattern (2112) comprises an incoupling grating and a first diffractive optical element. 前記第1の材料は、均一な深さで堆積される、請求項1または請求項2に記載の方法。 3. The method of claim 1 or claim 2, wherein the first material is deposited with a uniform depth. 前記第1のテンプレート(2102a)上の前記第1の転写パターンは、第1の高さを有する第1の部分と、第2の高さを有する第2の部分とを有し、前記第1の材料の中に形成されている前記第1のパターン(2112)は、第1の深さを有する内部結合格子と、第2の深さを有する第1の回折光学要素とを有する、請求項1または請求項2に記載の方法。 The first transfer pattern on the first template (2102a) has a first portion with a first height and a second portion with a second height, and the first The first pattern (2112) formed in a material of claim 1, wherein the first pattern (2112) comprises an incoupling grating having a first depth and a first diffractive optical element having a second depth. 3. The method of claim 1 or claim 2. 前記方法は、前記第1のパターン(2112)を形成した後に、かつ、前記第2のパターン(2114)を形成する前に、前記基板(2108)を反転することをさらに含む、請求項1~4のいずれかに記載の方法。 The method further comprises inverting the substrate (2108) after forming the first pattern (2112) and before forming the second pattern (2114), according to claim 1-. 5. The method according to any one of 4. 前記第1のパターン(2112)および前記第2のパターン(2114)を前記基板(2108)の前記第1の面(A)および前記第2の面(B)上にそれぞれ形成することは、前記基板(2108)の前記第1の面(A)および前記第2の面(B)からそれぞれ光が出ることを可能にする、請求項1~5のいずれかに記載の方法。 Forming said first pattern (2112) and said second pattern (2114) respectively on said first surface (A) and said second surface (B) of said substrate (2108) comprises said The method of any of claims 1-5, allowing light to exit from said first side (A) and said second side (B) of a substrate (2108), respectively. 前記第1のパターン(2112)は、内部結合格子と第1の回折光学要素とを含み、光が前記内部結合格子を通して前記基板に印加される場合には、
前記光の第1の部分が、前記基板(2108)の前記第1の面(A)から出て、
前記光の第2の部分が、前記基板(2108)の前記第2の面(B)から出る、請求項6に記載の方法。
Said first pattern (2112) comprises an incoupling grating and a first diffractive optical element, and when light is applied to said substrate through said incoupling grating,
a first portion of the light emanating from the first side (A) of the substrate (2108);
7. The method of claim 6, wherein the second portion of light exits from the second side (B) of the substrate (2108).
前記第1の材料および前記第2の材料は、同一の光学特性の材料を含む、請求項1~6のいずれかに記載の方法。 A method according to any preceding claim, wherein the first material and the second material comprise materials of identical optical properties . 前記第1の材料および前記第2の材料は、複数の異なる光学特性の材料を含む、請求項1~6のいずれかに記載の方法。 A method according to any preceding claim, wherein the first material and the second material comprise materials of different optical properties . 前記第1のテンプレート(2102a)の前記第1の転写パターンは、前記第2のテンプレート(2102b)の前記第2の転写パターンと同一である、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the first transfer pattern of the first template (2102a) is identical to the second transfer pattern of the second template (2102b). 前記第1のテンプレート(2102a)の前記第1の転写パターンは、前記第2のテンプレート(2102b)の前記第2の転写パターンとは異なる、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the first transfer pattern of the first template (2102a) is different than the second transfer pattern of the second template (2102b).
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