JP7474696B2 - 無機材料を組み込むポリマー構造に基づく光学要素 - Google Patents
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Description
本願は、その内容が、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、2018年1月4日に出願され、「OPTICAL ELEMENTS BASED ON POLYMERIC STRUCTURES INCORPORATING INORGANIC MATERIALS」と題された、米国仮特許出願第62/613,651号の優先権の利益を主張する。
本願は、参照することによって、以下の特許出願、すなわち、2014年11月27日に出願され、2015年7月23日に米国特許公開第2015/0205126号として公開された、米国特許出願第14/555,585号、2015年4月18日に出願され、2015年10月22日に米国特許公開第2015/0302652号として公開された、米国特許出願第14/690,401号、2014年3月14日に出願され、2016年8月16日に発行された現米国特許第9,417,452号である、米国特許出願第14/212,961号、および2014年7月14日に出願され、2015年10月29日に米国特許公開第2015/0309263号として公開された、米国特許出願第14/331,218号のそれぞれの全体を組み込む。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
光学要素を加工する方法であって、
第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する基板を提供することと、
前記基板上に周期的反復ポリマー構造を形成することと、
前記基板を金属前駆体に暴露し、その後、酸化前駆体に暴露することと
を含み、
暴露することは、前記金属前駆体の金属を含む無機材料が、前記周期的反復ポリマー構造の中に組み込まれ、それによって、可視光を回折するように構成される周期的反復光学構造のパターンを形成するような圧力および温度下で実施され、前記光学構造は、前記第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有する、方法。
(項目2)
光学要素であって、
第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する基板と、
前記基板上に形成され、可視光を回折するように構成される周期的反復光学構造のパターンであって、前記光学構造は、前記第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有し、無機材料がその中に組み込まれるポリマー材料を含む、周期的反復光学構造のパターンと
を備える、光学要素。
(項目3)
前記ポリマー材料は、前記第2の屈折率未満のバルク屈折率を有し、前記無機材料は、前記第2の屈折率より高いバルク屈折率を有する、項目2に記載の光学要素。
(項目4)
前記第2の屈折率は、1.7を上回り、前記第1の屈折率を少なくとも0.2上回る、項目2に記載の光学要素。
(項目5)
前記基板は、1.5を上回る屈折率を有する、項目2に記載の光学要素。
(項目6)
前記ポリマー材料は、フォトレジストを含む、項目2に記載の光学要素。
(項目7)
前記無機材料は、遷移金属酸化物を含む、項目2に記載の光学要素。
(項目8)
前記無機材料は、金属酸化物を含む、項目7に記載の光学要素。
(項目9)
前記金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムおよび酸化チタニウムから成る群から選択される酸化物を含む、項目7に記載の光学要素。
(項目10)
前記無機材料は、前記光学構造の表面領域の中に組み込まれ、前記光学構造のコア領域は、前記無機材料がその中に組み込まれない、項目7に記載の光学要素。
(項目11)
前記周期的反復光学構造の隣接するものは、空間によって分離され、前記空間内の基板の表面は、前記無機材料がその上に配置されない、項目2に記載の光学要素。
(項目12)
前記周期的反復光学構造の隣接するものは、空間によって分離され、前記空間内の基板の前記表面は、前記無機材料がその中に組み込まれるポリマー材料の層がその上に形成され、前記層は、前記光学構造の高さより小さい厚さを有する、項目2に記載の光学要素。
(項目13)
前記空間内に形成される前記ポリマー材料の層は、厚さ全体が前記無機材料とともに組み込まれる、項目12に記載の光学要素。
(項目14)
前記空間内に形成される前記ポリマー材料の層は、部分的厚さが表面領域において前記無機材料とともに組み込まれ、部分的厚さが前記無機材料とともに組み込まれない、項目12に記載の光学要素。
(項目15)
前記基板は、周期的反復光学構造によって回折される可視光が、全内部反射下で伝搬するように構成される、項目2に記載の光学要素。
(項目16)
前記周期的反復光学構造は、メタ表面を備える、項目2に記載の光学要素。
(項目17)
前記基板は、可視光が、全内部反射下でその中に誘導され、周期的反復光学構造によって前記基板から外に回折されるように構成される、項目2に記載の光学要素。
(項目18)
前記基板は、可視光が、全内部反射下でその中に誘導され、周期的反復光学構造によって回折され、全内部反射によって、前記基板内を伝搬する光ビームの方向を改変するように構成される、項目2に記載の光学要素。
(項目19)
光学システムであって、
光学要素であって、
第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する基板と、
前記基板上に形成され、可視光を回折するように構成される周期的反復光学構造のパターンであって、前記光学構造は、前記第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有し、無機材料がその中に組み込まれるポリマー材料を含む、周期的反復光学構造のパターンと
を備え、
前記周期的反復光学構造は、メタ表面として配列されるナノビームを備え、前記メタ表面は、複数の反復ユニットセルを備え、各ユニットセルは、
1つ以上の第1のナノビームによって形成される第1のナノビームのセットと、
1つ以上の第2のナノビームによって形成される第2のナノビームのセットであって、前記1つ以上の第2のナノビームは、前記1つ以上の第1のナノビームに隣接して配置され、サブ波長間隔によって相互から分離される、第2のナノビームのセットと
を備え、
前記1つ以上の第1のナノビームおよび前記複数の第2のナノビームは、異なる配向方向に伸長される、光学要素
を備える、光学システム。
(項目20)
前記ユニットセルは、約10nm~1μm以下の周期で反復する、項目19に記載の光学システム。
(項目21)
前記1つ以上の第1のナノビームおよび前記第2のナノビームは、相互に対して、位相差を前記1つ以上の第1のナノビームによって回折される可視光と前記第2のナノビームによって回折される可視光との間に生じさせる角度で配向される、項目19に記載の光学システム。
(項目22)
前記1つ以上の第1のナノビームおよび前記第2のナノビームは、相互に対して約90度回転される配向方向に配向される、項目19に記載の光学システム。
(項目23)
前記ユニットセルは、前記波長以下の周期で反復し、前記波長は、前記可視スペクトル内である、項目19に記載の光学システム。
(項目24)
前記1つ以上の第1のナノビームおよび前記第2のナノビームは、前記波長より小さい高さを有する、項目19に記載の光学システム。
(項目25)
可視光を伝搬するように構成される導波管を備える光学システムであって、前記光学システムは、
基板であって、前記基板は、光が全内部反射によってその中に誘導され得るように、第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する、基板と、
前記基板上に形成され、可視光を回折するように構成される周期的反復光学構造のパターンであって、前記光学構造は、前記第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有し、無機材料がその中に組み込まれるポリマー材料を含む、周期的反復光学構造のパターンと
を備え、
前記周期的反復光学構造は、光を入射光の前記方向に対してある回折角度で回折し、前記回折された光を全内部反射下で前記基板内を伝搬させるように配列される、または、前記基板内で誘導される光の前記方向に対してある回折角度で、全内部反射下で前記基板内で誘導される光を回折するように配列される、光学システム。
(項目26)
前記ポリマー材料は、前記第2の屈折率未満のバルク屈折率を有し、前記無機材料は、前記第2の屈折率より高いバルク屈折率を有する、項目25に記載の光学システム。
(項目27)
前記第2の屈折率は、1.7を上回り、前記第1の屈折率を少なくとも0.2上回る、項目25に記載の光学システム。
(項目28)
前記回折角度は、50度を超える、項目25に記載の光学システム。
(項目29)
前記波長の光を前記周期的反復光学構造のパターンに放出するように構成される光源をさらに備える、項目25に記載の光学システム。
(項目30)
前記光源からの光を変調させ、前記変調された光を前記周期的反復光学構造のパターンに出力するように構成される空間光変調器をさらに備える、項目25に記載の光学システム。
(項目31)
前記周期的反復光学構造は、光を入射光の方向に対してある回折角度で回折し、前記回折された光を全内部反射下で前記基板内を伝搬させるように配列される、項目25に記載の光学システム。
(項目32)
前記周期的反復光学構造は、前記基板内で誘導される光の方向に対してある回折角度で、全内部反射下で前記基板内で誘導される光を回折するように配列される、項目25に記載の光学システム。
(項目33)
前記周期的反復光学構造は、全内部反射下で前記基板内で誘導される光を前記基板から外に回折するように配列される、項目32に記載の光学システム。
(項目34)
光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを表示するように構成される頭部搭載型ディスプレイデバイスであって、前記頭部搭載型ディスプレイデバイスは、
前記ユーザの頭部上に支持されるように構成されるフレームと、
前記フレーム上に配置されるディスプレイであって、前記ディスプレイの少なくとも一部は、
1つ以上の導波管であって、前記1つ以上の導波管は、透明であり、前記ユーザが前記頭部搭載型ディスプレイデバイスを装着すると、透明部分が、前記ユーザの正面の環境の一部からの光をユーザの眼に透過させ、前記ユーザの正面の環境の一部のビューを提供するように、前記ユーザの眼の正面の場所に配置される、1つ以上の導波管と、
1つ以上の光源と、
少なくとも1つの回折格子であって、前記少なくとも1つの回折格子は、前記光源からの光を前記1つ以上の導波管の中に結合するか、または、光を前記1つ以上の導波管から外に結合するように構成され、前記回折格子は、
第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する基板と、
前記基板上に形成され、可視光を回折するように構成される周期的反復光学構造のパターンであって、前記光学構造は、前記第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有し、無機材料がその中に組み込まれるポリマー材料を含む、周期的反復光学構造のパターンと
を備える、少なくとも1つの回折格子と
を備える、ディスプレイと
を備える、頭部搭載型ディスプレイデバイス。
(項目35)
前記1つ以上の光源は、ファイバ走査プロジェクタを備える、項目34に記載のデバイス。
(項目36)
前記ディスプレイは、画像コンテンツを複数の深度平面上においてユーザに提示するように、光を前記ユーザの眼の中に投影するように構成される、項目34に記載のデバイス。
(項目37)
光学要素を加工する方法であって、
前記可視スペクトル内で透過性の基板を提供することと、
前記基板上に、第1の屈折率を有する周期的反復ポリマー構造を形成することと、
前記基板を、金属前駆体に暴露し、その後、酸化前駆体に暴露することと、
を含み、
暴露することは、前記金属前駆体の金属を含む無機材料が、前記周期的反復ポリマー構造の中に組み込まれ、それによって、前記周期的反復ポリマー構造の屈折率を増加させ、可視光を回折するように構成される周期的反復光学構造のパターンを形成するような圧力および温度で実施される、方法。
図2は、ウェアラブルディスプレイシステム60の実施例を図示する。ディスプレイシステム60は、ディスプレイ70と、そのディスプレイ70の機能をサポートするための種々の機械的および電子的モジュールおよびシステムとを含む。ディスプレイ70は、フレーム80に結合されてもよく、これは、ディスプレイシステムユーザまたは視認者90によって装着可能であって、ディスプレイ70をユーザ90の眼の正面に位置付けるように構成される。ディスプレイ70は、いくつかの実施形態では、アイウェアと見なされてもよい。いくつかの実施形態では、スピーカ100が、フレーム80に結合され、ユーザ90の外耳道に隣接して位置付けられるように構成される(いくつかの実施形態では、示されない別のスピーカが、随意に、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し得る)。ディスプレイシステムはまた、1つ以上のマイクロホン110または他のデバイスを含み、音を検出してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロホンは、ユーザが、入力またはコマンド(例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等)をシステム60に提供することを可能にするように構成され、および/または他の人物(例えば、類似ディスプレイシステムの他のユーザ)とのオーディオ通信を可能にしてもよい。マイクロホンはさらに、周辺センサとして構成され、オーディオデータ(例えば、ユーザおよび/または環境からの音)を収集してもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムもまた、周辺センサ120aを含んでもよく、これは、フレーム80と別個であって、ユーザ90の身体(例えば、ユーザ90の頭部、胴体、四肢上等)に取り付けられてもよい。周辺センサ120aは、いくつかの実施形態では、ユーザ90の生理学的状態を特性評価するデータを入手するように構成されてもよい。例えば、センサ120aは、電極であってもよい。
ディスプレイシステムは、光の伝搬を制御するために、種々の光学要素を採用してもよい。しかしながら、頭部搭載型ディスプレイデバイス(例えば、図2を参照して上記で説明されるディスプレイシステム80)を含む、ディスプレイシステム等のいくつかのコンテキストでは、従来の光学要素は、それらの比較的に重い重量、大型のサイズ、製造課題、および/または回折角および回折効率等の光学性質における欠点に起因して、望ましくない、もしく好適ではない場合がある。
以下では、その中に無機材料を組み込む、ポリマーベースの光学構造を備える、ポリマーベースの光学要素、例えば、回折格子1000(図10)を加工する方法が、説明される。図11を参照すると、方法1100は、第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する、基板を提供すること1104を含む。本方法は、加えて、基板上に、周期的反復ベースポリマー構造を形成すること1108を含む。本方法はさらに、基板を、金属前駆体に、その後、酸化前駆体に暴露すること1112を含む。基板を暴露することは、金属を含む無機材料が、周期的反復ベースポリマー構造の中に組み込まれ、それによって、可視光を回折するように構成される、周期的反復光学構造のパターンを形成するような圧力および温度下で実施され、光学構造は、第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有する。
メタ表面は、反射または透過における光の偏光、位相、および/または振幅を局所的に修正し得る、表面構造を含んでもよい。メタ表面は、そこから、ビーム成形、レンズ効果、ビーム屈曲、および偏光分割を含む、種々の光学機能性が導出され得るように、そのパターンが光の波面を制御するように構成される、サブ波長サイズおよび/またはサブ波長離間移相要素のアレイを含んでもよい。光の波面を操作するために使用され得る、要因は、表面構造の材料、サイズ、幾何学形状、および配向を含む。明確に異なる散乱性質を伴う表面構造を表面上に配列することによって、空間変形メタ表面が、生成されることができ、それ全体を通して、光学波面は、実質的に操作されることができる。
本明細書に開示されるように、上記に説明される種々の実施形態では、メタ表面として構成され得る、その中に組み込まれる無機材料を有する、周期的ポリマーベースの光学構造は、内部結合光学要素(例えば、内部結合光学要素700、710、720(図9A)のうちの1つ以上のものとして)として実装され、光が全内部反射を介して基板1304を通して伝搬するように、入射光を内部結合してもよい。しかしながら、メタ表面1808はまた、その上に衝突する光を基板1804内から偏向させるように構成され得ることを踏まえて、いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるメタ表面は、内部結合光学要素を表面2000a上の異なる場所に形成する代わりに、またはそれに加え、外部結合光学要素570、580、590、600、610(図6)または800、810、820(図9B)のうちの1つ以上のもの等の外部結合光学要素を形成するために適用されてもよい。いくつかの他の実施形態では、メタ表面1808は、光分散要素(例えば、OPE)730、740、750(図9B)として利用されてもよい。異なる導波管が、異なる関連付けられた原色を有する場合、各導波管と関連付けられた外部結合光学要素および/または内部結合光学要素は、導波管が伝搬させるように構成される、光の波長または色に特有の幾何学的サイズおよび/または周期性を有し得ることを理解されたい。したがって、異なる導波管は、1つ以上の第1のライン1812および第2のライン1816の異なる配列を伴う、メタ表面を有してもよい。特に、異なる配列は、入射光ビームの波長または色に依存し得る。例えば、入射光ビームの色に応じて、Λaは、格子1800が回折するように構成される波長に従って、異なるように構成されてもよい。例えば、少なくとも赤色光、緑色光、または青色光を回折するために、メタ表面1808は、それぞれ、約620~780nmの範囲内の波長未満、約492~577nmの範囲内の波長未満、および約435~493nmの範囲内の波長未満である、Λaを有するように構成されてもよい。Λaをスケーリングするために、1つ以上の第1のライン1312および/または第2のライン1316の屈折率、幅、高さ、および間隔等のパラメータが、比例して調節されてもよい。代替として、Λaは、上記に説明されるように、sinα、n2、およびsinθのうちの1つ以上のものを補償することによって、入射光の異なる波長のために比較的に均一に保たれてもよい。
ディスプレイシステムの種々の実施形態では(例えば、図9Aおよび9Bに戻って参照)、導波管のセット1200は、透過モードで動作するように構成される、メタ表面回折格子として構成され得る、その中に組み込まれる無機材料を有する、周期的ポリマーベースの光学構造を含んでもよい。種々の実施形態では、導波管のセット1200は、各原色(R、G、B)に対応する、導波管670、680、690を含み、これは、ひいては、その中またはその上に、図18Aおよび18Bおよび19を参照して上記に説明される、回折格子1300、2500を含む、またはそれに対応し得る、内部結合光学要素700、710、720のうちの個別のものを形成している。導波管670、680、690は、加えて、その中またはその上に、図18Aおよび18Bを参照して上記に説明される、EPE/OPE1846を含む、またはそれに対応する、光分散要素(例えば、OPE)730、740、750および/または外部結合光学要素(例えば、EPE)800、810、820の個別のうちのものを形成している。動作時、いくつかの実施形態では、入射光ビーム1830、例えば、可視光が、入射角αでメタ表面1808上に入射すると、格子1800、2500は、入射光を回折光ビーム1842、1838の中に回折角θ2で回折する。回折光ビーム1838および1842の一方または両方が、屈折率n2を有する導波管として構成される、基板1804のための全内部反射の発生のために、臨界角θTIRを超える回折角で回折されると、すなわち、条件θ2>θTIRおよびθ1>θTIRの一方または両方が満たされると、回折光ビーム1838および1842の一方または両方は、全内部反射(TIR)によって、x-軸に沿ってそれらの個別の反対方向に伝搬する。続いて、いくつかの実施形態では、回折光ビーム1846は、図9Aおよび9Bを参照して上記に説明される、直交瞳エクスパンダ(OPE)1846または射出瞳エクスパンダ(EPE)1846に到達するまで、TIRモード下で基板1804の中に結合される。
付加的実施例
1.光学要素を加工する方法であって、
第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する、基板を提供することと、
基板上に、周期的反復ポリマー構造を形成することと、
基板を、金属前駆体に、その後、酸化前駆体に暴露することと、
を含み、暴露することは、金属前駆体の金属を含む、無機材料が、周期的反復ポリマー構造の中に組み込まれ、それによって、可視光を回折するように構成された周期的反復光学構造のパターンを形成するような圧力および温度下で実施され、光学構造は、第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有する、方法。
2.暴露することは、圧力約100mTorr~約10Torr下で実施される、実施例1に記載の方法。
3.暴露することは、摂氏約150度より低い温度で実施される、実施例1または実施例2に記載の方法。
4.周期的反復ポリマー構造を形成することは、ナノインプリントによってパターン化することを含む、先行実施例のいずれか1項に記載の方法。
5.周期的反復ポリマー構造を形成することは、リソグラフィでパターン化することを含む、先行実施例のいずれか1項に記載の方法。
6.周期的反復ポリマー構造は、そのバルク屈折率が第2の屈折率未満である、材料から形成され、無機材料は、第2の屈折率より高いバルク屈折率を有する、先行実施例のいずれか1項に記載の方法。
7.第2の屈折率は、1.7を上回り、第1の屈折率を少なくとも0.2上回る、先行実施例のいずれか1項に記載の方法。
8.基板は、1.5を上回る屈折率を有する、先行実施例のいずれか1項に記載の方法。
9.周期的反復ポリマー構造は、フォトレジストを含む、先行実施例のいずれか1項に記載の方法。
10.基板を金属前駆体に暴露することは、アルミニウム、亜鉛、ジルコニウム、ハフニウムおよびチタニウムから成る群から選択される、遷移金属を含む、前駆体に暴露することを含む、先行実施例のいずれか1項に記載の方法。
11.基板を金属前駆体および酸化前駆体に暴露することは、周期的反復ポリマー構造の暴露される表面を無機材料の少なくとも単層で飽和させるために十分な個別の前駆体の部分的圧力において、かつそのような持続時間にわたって、暴露することを含む、先行実施例のいずれか1項に記載の方法。
12.基板を金属前駆体および酸化前駆体の一方または両方に暴露することは、1秒を超える持続時間にわたって暴露することを含む、先行実施例のいずれか1項に記載の方法。
13.周期的反復ポリマー構造の中に組み込まれる、無機材料は、金属酸化物を含む、先行実施例のいずれか1項に記載の方法。
14.金属酸化物は、遷移金属酸化物を含む、実施例13に記載の方法。
15.金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムおよび酸化チタニウムから成る群から選択される、酸化物を含む、実施例14に記載の方法。
16.暴露することは、基板の暴露される表面に対して選択的に、周期的反復ポリマー構造の暴露される表面を通して、無機材料を組み込む、先行実施例のいずれか1項に記載の方法。
17.周期的反復ポリマー構造を形成することは、空間によって分離することを含み、空間は、その上にポリマー層がその上に配置されない基板表面を有し、暴露することは、空間内の基板表面上への無機材料の堆積または空間内の基板表面を通した無機材料の組み込みをもたらさない、実施例16に記載の方法。
18.周期的反復ポリマー構造を形成することは、空間によって分離することを含み、空間は、ポリマー層がその上に配置される基板表面を有し、ポリマー層は、周期的反復ポリマー構造の高さより小さい厚さを有し、暴露することは、無機材料を空間内の基板表面上に形成されるポリマー層の中に組み込む、実施例16に記載の方法。
19.空間内の基板表面上に形成される、ポリマー層は、無機材料を組み込む、全体厚を有する、実施例18に記載の方法。
20.空間内の基板表面上に形成される、ポリマー層は、無機材料を組み込む、部分的厚さと、無機材料を組み込まない、部分的厚さとを有する、実施例18に記載の方法。
21.光学要素であって、
第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する、基板と、
基板上に形成され、可視光を回折するように構成される、周期的反復光学構造のパターンであって、光学構造は、第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有し、その中に組み込まれる無機材料を有する、ポリマー材料を含む、周期的反復光学構造のパターンと、
を備える、光学要素。
22.ポリマー材料は、第2の屈折率未満のバルク屈折率を有し、無機材料は、第2の屈折率より高いバルク屈折率を有する、実施例21に記載の光学要素。
23.第2の屈折率は、1.7を上回り、第1の屈折率を少なくとも0.2上回る、実施例21または実施例22に記載の光学要素。
24.基板は、1.5を上回る屈折率を有する、実施例21-23のいずれか1項に記載の光学要素。
25.ポリマー材料は、フォトレジストを含む、実施例21-24のいずれか1項に記載の光学要素。
26.無機材料は、遷移金属酸化物を含む、実施例21-25のいずれか1項に記載の光学要素。
27.無機材料は、金属酸化物を含む、実施例26に記載の光学要素。
28.金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムおよび酸化チタニウムから成る群から選択される、酸化物を含む、実施例27に記載の光学要素。
29.無機材料は、光学構造の表面領域の中に組み込まれ、光学構造のコア領域は、無機材料がその中に組み込まれない、実施例27に記載の光学要素。
30.周期的反復光学構造の隣接するものは、空間によって分離され、空間内の基板の表面は、無機材料がその上に配置されない、実施例21-29のいずれか1項に記載の光学要素。
31. 周期的反復光学構造の隣接するものは、空間によって分離され、空間内の基板の表面は、その中に組み込まれる無機材料を有する、その上に形成されるポリマー材料の層を有し、ポリマー材料の層は、光学構造の高さより小さい厚さを有する、実施例21-30のいずれか1項に記載の光学要素。
32.空間内に形成される、ポリマー材料の層は、厚さ全体が無機材料とともに組み込まれる、実施例31に記載の光学要素。
33.空間内に形成される、ポリマー材料の層は、部分的厚さが表面領域において無機材料とともに組み込まれ、部分的厚さが無機材料とともに組み込まれない、実施例31に記載の光学要素。
34.基板は、周期的反復光学構造によって回折される可視光が全内部反射下で伝搬するように構成される、実施例21-33のいずれか1項に記載の光学要素。
35.光学システムであって、
光学要素であって、
第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する、基板と、
基板上に形成され、可視光を回折するように構成される、周期的反復光学構造のパターンであって、光学構造は、第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有し、その中に組み込まれる無機材料を有する、ポリマー材料を含む、周期的反復光学構造のパターンと、
を備え、周期的反復光学構造は、メタ表面として配列される、ナノビームを備え、メタ表面は、複数の反復ユニットセルを備え、各ユニットセルは、
1つ以上の第1のナノビームによって形成される、第1のナノビームのセットと、
1つ以上の第1のナノビームに隣接して配置され、サブ波長間隔によって相互から分離される、1つ以上の第2のナノビームによって形成される、第2のナノビームのセットと、
を備え、1つ以上の第1のナノビームおよび複数の第2のナノビームは、異なる配向方向に伸長される、
光学要素を備える、光学システム。
36.ユニットセルは、約10nm~1μm以下の周期で反復する、実施例35に記載の光学システム。
37.1つ以上の第1のナノビームおよび第2のナノビームは、相互に対して、位相差を1つ以上の第1のナノビームによって回折される可視光と第2のナノビームによって回折される可視光との間に生じさせる角度で配向される、実施例35または実施例36に記載の光学システム。
38.1つ以上の第1のナノビームおよび第2のナノビームは、相互に対して約90度回転される配向方向に配向される、実施例35-37のいずれか1項に記載の光学システム。
39.ユニットセルは、波長以下の周期で反復し、波長は、可視スペクトル内である、実施例35-38のいずれか1項に記載の光学システム。
40.1つ以上の第1のナノビームおよび第2のナノビームは、波長より小さい高さを有する、実施例35-39のいずれか1項に記載の光学システム。
41.可視光を伝搬するように構成される導波管を備える、光学システムであって、
光が全内部反射によってその中に誘導され得るように、第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する、基板と、
基板上に形成され、可視光を回折するように構成される、周期的反復光学構造のパターンであって、光学構造は、第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有し、その中に組み込まれる無機材料を有する、ポリマー材料を含む、周期的反復光学構造のパターンと、
を備え、周期的反復光学構造は、光を入射光の方向に対してある回折角度で回折し、回折された光を全内部反射下で基板内を伝搬させるように配列される、または基板内で誘導される光の方向に対してある回折角度で、全内部反射下で基板内で誘導される光を回折するように配列される、光学システム。
42.ポリマー材料は、第2の屈折率未満のバルク屈折率を有し、無機材料は、第2の屈折率より高いバルク屈折率を有する、実施例41に記載の光学システム。
43.第2の屈折率は、1.7を上回り、第1の屈折率を少なくとも0.2上回る、実施例41または実施例42に記載の光学システム。
44.回折角度は、50度を超える、実施例41-43のいずれか1項に記載の光学システム。
45.波長の光を周期的反復光学構造のパターンに放出するように構成される、光源をさらに備える、実施例41-44のいずれか1項に記載の光学システム。
46.光源からの光を変調させ、変調された光を周期的反復光学構造のパターンに出力するように構成される、空間光変調器をさらに備える、実施例41-45のいずれか1項に記載の光学システム。
47.光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを表示するように構成される、頭部搭載型ディスプレイデバイスであって、
ユーザの頭部上に支持されるように構成される、フレームと、
フレーム上に配置される、ディスプレイであって、ディスプレイの少なくとも一部は、
1つ以上の導波管であって、1つ以上の導波管は、透明であって、ユーザが頭部搭載型ディスプレイデバイスを装着すると、透明部分が、ユーザの正面の環境の一部からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの正面の環境の一部のビューを提供するように、ユーザの眼の正面の場所に配置される、1つ以上の導波管と、
1つ以上の光源と、
光源からの光を1つ以上の導波管の中に結合する、または光を1つ以上の導波管から外に結合するように構成される、少なくとも1つの回折格子であって、回折格子は、光学要素を備え、光学要素は、
第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する、基板と、
基板上に形成され、可視光を回折するように構成される、周期的反復光学構造のパターンであって、光学構造は、第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有し、その中に組み込まれる無機材料を有する、ポリマー材料を含む、周期的反復光学構造のパターンと、
を備える、回折格子と、
を備える、ディスプレイと、
を備える、頭部搭載型ディスプレイデバイス。
48.1つ以上の光源は、ファイバ走査プロジェクタを備える、実施例47に記載のデバイス。
49.ディスプレイは、画像コンテンツを複数の深度平面上においてユーザに提示するように、光をユーザの眼の中に投影するように構成される、実施例47または実施例48に記載のデバイス。
50.暴露することは、10atm(大気圧)未満の圧力下で実施される、実施例1-20のいずれか1項に記載の方法。
51.暴露することは、摂氏25度を上回る温度で実施される、実施例1-20および50のいずれか1項に記載の方法。
52.基板を金属前駆体および酸化前駆体の一方または両方に暴露することは、約1秒~約1000秒の持続時間にわたって暴露することを含む、実施例1-20および50-51のいずれか1項に記載の方法。
53.周期的反復ポリマー構造の中に組み込まれる、無機材料は、金属窒化物を含む、実施例1-20および50-52のいずれか1項に記載の方法。
54.周期的反復光学構造は、メタ表面を備える、実施例21-34のいずれか1項に記載の光学要素。
55.基板は、可視光が、全内部反射下でその中に誘導され、周期的反復光学構造によって基板から外に回折されるように構成される、実施例21-34および54のいずれか1項に記載の光学要素。
56.基板は、可視光が、全内部反射下でその中に誘導され、周期的反復光学構造によって回折され、全内部反射によって、基板内を伝搬する光ビームの方向を改変するように構成される、実施例21-34および54-55のいずれか1項に記載の光学要素。
57.周期的反復光学構造は、光を入射光の方向に対してある回折角度で回折し、回折された光を全内部反射下で基板内を伝搬させるように配列される、実施例41-46のいずれか1項に記載の光学システム。
58.周期的反復光学構造は、基板内で誘導される光の方向に対してある回折角度で、全内部反射下で基板内で誘導される光を回折するように配列される、実施例41-46および57のいずれか1項に記載の光学システム。
59.周期的反復光学構造は、全内部反射下で基板内で誘導される光を基板から外に回折するように配列される、実施例58に記載の光学システム。
60.光学要素を加工する方法であって、
可視スペクトル内で透過性の基板を提供することと、
基板上に、第1の屈折率を有する、周期的反復ポリマー構造を形成することと、
基板を、金属前駆体に、その後、酸化前駆体に暴露することと、
を含み、暴露することは、金属前駆体の金属を含む、無機材料が、周期的反復ポリマー構造の中に組み込まれ、それによって、周期的反復ポリマー構造の屈折率を増加させ、可視光を回折するように構成される、周期的反復光学構造のパターンを形成するような圧力および温度で実施される、方法。
61.暴露することは、圧力約100mTorr~約10Torr下で実施される、実施例60に記載の方法。
62.暴露することは、摂氏約150度より低い温度で実施される、実施例60または実施例61に記載の方法。
63.周期的反復ポリマー構造を形成することは、ナノインプリントによってパターン化することを含む、実施例60-62のいずれか1項に記載の方法。
64.周期的反復ポリマー構造を形成することは、リソグラフィでパターン化することを含む、実施例60-63のいずれか1項に記載の方法。
65.周期的反復ポリマー構造は、そのバルク屈折率が周期的反復光学構造の屈折率未満である、材料から形成され、無機材料は、周期的反復光学構造の屈折率より高いバルク屈折率を有する、実施例60-64のいずれか1項に記載の方法。
66.周期的反復光学構造の屈折率は、1.7を上回り、周期的反復ポリマー構造の屈折率を少なくとも0.2上回る、実施例60-65のいずれか1項に記載の方法。
67.基板は、1.5を上回る屈折率を有する、実施例60-66のいずれか1項に記載の方法。
68.周期的反復ポリマー構造は、フォトレジストを含む、実施例60-67のいずれか1項に記載の方法。
69.基板を金属前駆体に暴露することは、アルミニウム、亜鉛、ジルコニウム、ハフニウムおよびチタニウムから成る群から選択される、遷移金属を含む、前駆体に暴露することを含む、実施例60-68のいずれか1項に記載の方法。
70.基板を金属前駆体および酸化前駆体に暴露することは、周期的反復ポリマー構造の暴露される表面を無機材料の少なくとも単層で飽和させるために十分な個別の前駆体の部分的圧力において、かつそのような持続時間にわたって、暴露することを含む、実施例60-69のいずれか1項に記載の方法。
71.基板を金属前駆体および酸化前駆体の一方または両方に暴露することは、1秒を超える持続時間にわたって暴露することを含む、実施例60-70のいずれか1項に記載の方法。
72.周期的反復ポリマー構造の中に組み込まれる、無機材料は、金属酸化物を含む、実施例60-71のいずれか1項に記載の方法。
73.金属酸化物は、遷移金属酸化物を含む、実施例72に記載の方法。
74.金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムおよび酸化チタニウムから成る群から選択される、酸化物を含む、実施例73に記載の方法。
75.暴露することは、基板の暴露される表面に対して選択的に、周期的反復ポリマー構造の暴露される表面を通して、無機材料を組み込む、実施例60-74のいずれか1項に記載の方法。
76.周期的反復ポリマー構造を形成することは、空間によって分離することを含み、空間は、その上にポリマー層がその上に配置されない基板表面を有し、暴露することは、空間内の基板表面上への無機材料の堆積または空間内の基板表面を通した無機材料の組み込みをもたらさない、実施例75に記載の方法。
77.周期的反復ポリマー構造を形成することは、空間によって分離することを含み、空間は、ポリマー層がその上に配置される基板表面を有し、ポリマー層は、周期的反復ポリマー構造の高さより小さい厚さを有し、暴露することは、無機材料を空間内の基板表面上に形成されるポリマー層の中に組み込む、実施例75に記載の方法。
78.空間内の基板表面上に形成される、ポリマー層は、無機材料を組み込む、全体厚を有する、実施例77に記載の方法。
79.空間内の基板表面上に形成される、ポリマー層は、無機材料を組み込む、部分的厚さと、無機材料を組み込まない、部分的厚さとを有する、実施例77に記載の方法。
80.光学要素を加工する方法であって、
第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する、基板を提供することであって、基板は、その上に形成される周期的反復ポリマー構造を有する、ことと、
基板を、金属前駆体に、その後、酸化前駆体に暴露することと、
を含み、暴露することは、金属前駆体の金属を含む、無機材料が、周期的反復ポリマー構造の中に組み込まれ、それによって、可視光を回折するように構成される、周期的反復光学構造のパターンを形成するような圧力および温度下で実施され、光学構造は、第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有する、方法。
81.暴露することは、圧力約100mTorr~約10Torr下で実施される、実施例80に記載の方法。
82.暴露することは、摂氏約150度より低い温度で実施される、実施例80または実施例81に記載の方法。
83.周期的反復ポリマー構造を形成することは、ナノインプリントによってパターン化することを含む、実施例80-82のいずれか1項に記載の方法。
84.周期的反復ポリマー構造を形成することは、リソグラフィでパターン化することを含む、実施例80-83のいずれか1項に記載の方法。
85.周期的反復ポリマー構造は、そのバルク屈折率が第2の屈折率未満である、材料から形成され、無機材料は、第2の屈折率より高いバルク屈折率を有する、実施例80-84のいずれか1項に記載の方法。
86.第2の屈折率は、1.7を上回り、第1の屈折率を少なくとも0.2上回る、実施例80-85のいずれか1項に記載の方法。
87.基板は、1.5を上回る屈折率を有する、実施例80-86のいずれか1項に記載の方法。
88.周期的反復ポリマー構造は、フォトレジストを含む、実施例80-87のいずれか1項に記載の方法。
89.基板を金属前駆体に暴露することは、アルミニウム、亜鉛、ジルコニウム、ハフニウムおよびチタニウムから成る群から選択される、遷移金属を含む、前駆体に暴露することを含む、実施例80-88のいずれか1項に記載の方法。
90.基板を金属前駆体および酸化前駆体に暴露することは、周期的反復ポリマー構造の暴露される表面を無機材料の少なくとも単層で飽和させるために十分な個別の前駆体の部分的圧力において、かつそのような持続時間にわたって、暴露することを含む、実施例80-89のいずれか1項に記載の方法。
91.基板を金属前駆体および酸化前駆体の一方または両方に暴露することは、1秒を超える持続時間にわたって暴露することを含む、実施例80-90のいずれか1項に記載の方法。
92.周期的反復ポリマー構造の中に組み込まれる、無機材料は、金属酸化物を含む、実施例80-91のいずれか1項に記載の方法。
93.金属酸化物は、遷移金属酸化物を含む、実施例92に記載の方法。
94.金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムおよび酸化チタニウムから成る群から選択される、酸化物を含む、実施例93に記載の方法。
95.暴露することは、基板の暴露される表面に対して選択的に、周期的反復ポリマー構造の暴露される表面を通して、無機材料を組み込む、実施例80-94のいずれか1項に記載の方法。
96.周期的反復ポリマー構造を形成することは、空間によって分離することを含み、空間は、その上にポリマー層がその上に配置されない基板表面を有し、暴露することは、空間内の基板表面上への無機材料の堆積または空間内の基板表面を通した無機材料の組み込みをもたらさない、実施例95に記載の方法。
97.周期的反復ポリマー構造を形成することは、空間によって分離することを含み、空間は、ポリマー層がその上に配置される基板表面を有し、ポリマー層は、周期的反復ポリマー構造の高さより小さい厚さを有し、暴露することは、無機材料を空間内の基板表面上に形成されるポリマー層の中に組み込む、実施例95に記載の方法。
98.空間内の基板表面上に形成される、ポリマー層は、無機材料を組み込む、全体厚を有する、実施例97に記載の方法。
99.空間内の基板表面上に形成される、ポリマー層は、無機材料を組み込む、部分的厚さと、無機材料を組み込まない、部分的厚さとを有する、実施例97に記載の方法。
100.暴露することは、10atm(大気圧)未満の圧力下で実施される、実施例80-99のいずれか1項に記載の方法。
101.暴露することは、摂氏25度を上回る温度で実施される、実施例80-100のいずれか1項に記載の方法。
102.基板を金属前駆体および酸化前駆体の一方または両方に暴露することは、約1秒~約1000秒の持続時間にわたって暴露することを含む、実施例80-101のいずれか1項に記載の方法。
103.周期的反復ポリマー構造の中に組み込まれる、無機材料は、金属窒化物を含む、実施例80-102のいずれか1項に記載の方法。
104.暴露することは、圧力約100mTorr~約10Torr下で実施される、実施例1に記載の方法。
105.暴露することは、摂氏約150度より低い温度で実施される、実施例2に記載の方法。
106.周期的反復ポリマー構造を形成することは、ナノインプリントによってパターン化することを含む、実施例1に記載の方法。
107.周期的反復ポリマー構造を形成することは、リソグラフィでパターン化することを含む、実施例1に記載の方法。
108.周期的反復ポリマー構造は、そのバルク屈折率が第2の屈折率未満である、材料から形成され、無機材料は、第2の屈折率より高いバルク屈折率を有する、実施例1に記載の方法。
109.第2の屈折率は、1.7を上回り、第1の屈折率を少なくとも0.2上回る、実施例1に記載の方法。
110.基板は、1.5を上回る屈折率を有する、実施例1に記載の方法。
111.周期的反復ポリマー構造は、フォトレジストを含む、実施例1に記載の方法。
112.基板を金属前駆体に暴露することは、アルミニウム、亜鉛、ジルコニウム、ハフニウムおよびチタニウムから成る群から選択される、遷移金属を含む、前駆体に暴露することを含む、実施例1に記載の方法。
113.基板を金属前駆体および酸化前駆体に暴露することは、周期的反復ポリマー構造の暴露される表面を無機材料の少なくとも単層で飽和させるために十分な個別の前駆体の部分的圧力において、かつそのような持続時間にわたって、暴露することを含む、実施例1に記載の方法。
114.基板を金属前駆体および酸化前駆体の一方または両方に暴露することは、1秒を超える持続時間にわたって暴露することを含む、実施例1に記載の方法。
115.周期的反復ポリマー構造の中に組み込まれる、無機材料は、金属酸化物を含む、実施例1に記載の方法。
116.金属酸化物は、遷移金属酸化物を含む、実施例13に記載の方法。
117.金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムおよび酸化チタニウムから成る群から選択される、酸化物を含む、実施例14に記載の方法。
118.暴露することは、基板の暴露される表面に対して選択的に、周期的反復ポリマー構造の暴露される表面を通して、無機材料を組み込む、実施例1に記載の方法。
119.周期的反復ポリマー構造を形成することは、空間によって分離することを含み、空間は、その上にポリマー層がその上に配置されない基板表面を有し、暴露することは、空間内の基板表面上への無機材料の堆積または空間内の基板表面を通した無機材料の組み込みをもたらさない、実施例16に記載の方法。
120.周期的反復ポリマー構造を形成することは、空間によって分離することを含み、空間は、ポリマー層がその上に配置される基板表面を有し、ポリマー層は、周期的反復ポリマー構造の高さより小さい厚さを有し、暴露することは、無機材料を空間内の基板表面上に形成されるポリマー層の中に組み込む、実施例16に記載の方法。
121.空間内の基板表面上に形成される、ポリマー層は、無機材料を組み込む、全体厚を有する、実施例18に記載の方法。
122.空間内の基板表面上に形成される、ポリマー層は、無機材料を組み込む、部分的厚さと、無機材料を組み込まない、部分的厚さとを有する、実施例18に記載の方法。
123.暴露することは、圧力約100mTorr~約10Torr下で実施される、実施例80に記載の方法。
124.暴露することは、摂氏約150度より低い温度で実施される、実施例80に記載の方法。
125.周期的反復ポリマー構造を形成することは、ナノインプリントによってパターン化することを含む、実施例80に記載の方法。
126.周期的反復ポリマー構造を形成することは、リソグラフィでパターン化することを含む、実施例80に記載の方法。
127.周期的反復ポリマー構造は、そのバルク屈折率が周期的反復光学構造の屈折率未満である、材料から形成され、無機材料は、周期的反復光学構造の屈折率より高いバルク屈折率を有する、実施例80に記載の方法。
128.周期的反復光学構造の屈折率は、1.7を上回り、周期的反復ポリマー構造の屈折率を少なくとも0.2上回る、実施例80に記載の方法。
129.基板は、1.5を上回る屈折率を有する、実施例80に記載の方法。
130.周期的反復ポリマー構造は、フォトレジストを含む、実施例80に記載の方法。
131.基板を金属前駆体に暴露することは、アルミニウム、亜鉛、ジルコニウム、ハフニウムおよびチタニウムから成る群から選択される、遷移金属を含む、前駆体に暴露することを含む、実施例80に記載の方法。
132.基板を金属前駆体および酸化前駆体に暴露することは、周期的反復ポリマー構造の暴露される表面を無機材料の少なくとも単層で飽和させるために十分な個別の前駆体の部分的圧力において、かつそのような持続時間にわたって、暴露することを含む、実施例80に記載の方法。
133.基板を金属前駆体および酸化前駆体の一方または両方に暴露することは、1秒を超える持続時間にわたって暴露することを含む、実施例80に記載の方法。
134.周期的反復ポリマー構造の中に組み込まれる、無機材料は、金属酸化物を含む、実施例80に記載の方法。
135.金属酸化物は、遷移金属酸化物を含む、実施例134に記載の方法。
136.金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムおよび酸化チタニウムから成る群から選択される、酸化物を含む、実施例135に記載の方法。
137.暴露することは、基板の暴露される表面に対して選択的に、周期的反復ポリマー構造の暴露される表面を通して、無機材料を組み込む、実施例80に記載の方法。
138.周期的反復ポリマー構造を形成することは、空間によって分離することを含み、空間は、その上にポリマー層がその上に配置されない基板表面を有し、暴露することは、空間内の基板表面上への無機材料の堆積または空間内の基板表面を通した無機材料の組み込みをもたらさない、実施例137に記載の方法。
139.周期的反復ポリマー構造を形成することは、空間によって分離することを含み、空間は、ポリマー層がその上に配置される基板表面を有し、ポリマー層は、周期的反復ポリマー構造の高さより小さい厚さを有し、暴露することは、無機材料を空間内の基板表面上に形成されるポリマー層の中に組み込む、実施例137に記載の方法。
140.空間内の基板表面上に形成される、ポリマー層の層は、無機材料を組み込む、全体厚を有する、実施例139に記載の方法。
141.空間内の基板表面上に形成される、ポリマー層の層は、無機材料を組み込む、部分的厚さと、無機材料を組み込まない、部分的厚さとを有する、実施例139に記載の方法。
142.実施例1-20および50-53のいずれか1項に記載の光学要素を加工する方法であって、光学要素を頭部搭載型拡張現実アイウェアの一部として統合することをさらに含む、方法。
143.実施例60-79のいずれか1項に記載の光学要素を加工する方法であって、光学要素を頭部搭載型拡張現実アイウェアの一部として統合することをさらに含む、方法。
144.実施例80-103のいずれか1項に記載の光学要素を加工する方法であって、光学要素を頭部搭載型拡張現実アイウェアの一部として統合することをさらに含む、方法。
145.光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを表示するように構成される、頭部搭載型ディスプレイデバイスであって、
ユーザの頭部上に支持されるように構成される、フレームと、
フレーム上に配置される、ディスプレイであって、ディスプレイの少なくとも一部は、
1つ以上の導波管であって、1つ以上の導波管は、透明であって、ユーザが頭部搭載型ディスプレイデバイスを装着すると、透明部分が、ユーザの正面の環境の一部からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの正面の環境の一部のビューを提供するように、ユーザの眼の正面の場所に配置される、1つ以上の導波管と、
1つ以上の光源と、
実施例21-34および54-56のいずれか1項に記載の光学要素であって、ディスプレイの1つ以上の導波管は、光学要素の基板を構成し、光学要素は、1つ以上の光源からの光を1つ以上の導波管の中に結合する、または光を1つ以上の導波管から外に結合するように構成される、光学要素と、
を備える、ディスプレイと、
を備える、頭部搭載型ディスプレイデバイス。
146.光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを表示するように構成される、頭部搭載型ディスプレイデバイスであって、
ユーザの頭部上に支持されるように構成される、フレームと、
フレーム上に配置される、ディスプレイと、
1つ以上の光源と、
実施例21-34および54-56のいずれか1項に記載の光学要素であって、1つ以上の光源から生じる光をユーザの眼の中に指向するように構成される、光学要素と、
を備える、頭部搭載型ディスプレイデバイス。
147.光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを表示するように構成される、頭部搭載型ディスプレイデバイスであって、
ユーザの頭部上に支持されるように構成される、フレームと、
フレーム上に配置される、ディスプレイと、
1つ以上の光源と、
実施例35-40のいずれか1項に記載の光学システムであって、1つ以上の光源から生じる光をユーザの眼の中に指向するように構成される、光学要素と、
を備える、頭部搭載型ディスプレイデバイス。
148.光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを表示するように構成される、頭部搭載型ディスプレイデバイスであって、
ユーザの頭部上に支持されるように構成される、フレームと、
フレーム上に配置される、ディスプレイと、
1つ以上の光源と、
実施例41-46および57-59のいずれか1項に記載の光学要素であって、1つ以上の光源から生じる光をユーザの眼の中に指向するように構成される、光学要素と、
を備える、頭部搭載型ディスプレイデバイス。
Claims (37)
- 光学要素を加工する方法であって、
第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する基板を提供することと、
前記基板上に周期的反復ポリマー構造を形成することと、
前記基板を金属前駆体に暴露し、その後、酸化前駆体に暴露することと
を含み、
暴露することは、前記金属前駆体の金属を含む無機材料が、1nmを上回る幅または深度で前記周期的反復ポリマー構造の中に拡散し、それによって、可視光を回折するように構成される周期的反復光学構造のパターンを形成するような圧力および温度下で実施され、前記光学構造は、前記第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有する、方法。 - 光学要素であって、
第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する基板と、
前記基板上に形成され、可視光を回折するように構成される周期的反復光学構造のパターンであって、前記光学構造は、前記第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有し、1nmを上回る幅または深度まで無機材料がその中に拡散したポリマー材料を含む、周期的反復光学構造のパターンと
を備える、光学要素。 - 前記ポリマー材料は、前記第2の屈折率未満のバルク屈折率を有し、前記無機材料は、前記第2の屈折率より高いバルク屈折率を有する、請求項2に記載の光学要素。
- 前記第2の屈折率は、1.7を上回り、前記第1の屈折率を少なくとも0.2上回る、請求項2に記載の光学要素。
- 前記基板は、1.5を上回る屈折率を有する、請求項2に記載の光学要素。
- 前記ポリマー材料は、フォトレジストを含む、請求項2に記載の光学要素。
- 前記無機材料は、金属酸化物を含む、請求項2に記載の光学要素。
- 前記無機材料は、遷移金属酸化物を含む、請求項7に記載の光学要素。
- 前記金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムまたは酸化チタニウムから成る群から選択される酸化物を含む、請求項7に記載の光学要素。
- 前記無機材料は、前記光学構造の表面領域の中に組み込まれ、前記光学構造のコア領域は、前記無機材料がその中に組み込まれない、請求項7に記載の光学要素。
- 前記周期的反復光学構造の隣接するものは、空間によって分離され、前記空間内の基板の表面は、前記無機材料がその上に配置されない、請求項2に記載の光学要素。
- 前記周期的反復光学構造の隣接するものは、空間によって分離され、前記空間内の基板の表面は、前記無機材料がその中に組み込まれるポリマー材料の層がその上に形成され、前記層は、前記光学構造の高さより小さい厚さを有する、請求項2に記載の光学要素。
- 前記空間内に形成される前記ポリマー材料の層は、厚さ全体が前記無機材料とともに組み込まれる、請求項12に記載の光学要素。
- 前記空間内に形成される前記ポリマー材料の層は、部分的厚さが表面領域において前記無機材料とともに組み込まれ、部分的厚さが前記無機材料とともに組み込まれない、請求項12に記載の光学要素。
- 前記基板は、周期的反復光学構造によって回折される可視光が、全内部反射下で伝搬するように構成される、請求項2に記載の光学要素。
- 前記周期的反復光学構造は、メタ表面を備える、請求項2に記載の光学要素。
- 前記基板は、可視光が、全内部反射下でその中に誘導され、周期的反復光学構造によって前記基板から外に回折されるように構成される、請求項2に記載の光学要素。
- 前記基板は、可視光が、全内部反射下でその中に誘導され、周期的反復光学構造によって回折され、全内部反射によって、前記基板内を伝搬する光ビームの方向を改変するように構成される、請求項2に記載の光学要素。
- 光学システムであって、
光学要素であって、
第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する基板と、
前記基板上に形成され、可視光を回折するように構成される周期的反復光学構造のパターンであって、前記光学構造は、前記第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有し、1nmを上回る幅または深度で無機材料がその中に拡散したポリマー材料を含む、周期的反復光学構造のパターンと
を備え、
前記周期的反復光学構造は、メタ表面として配列されるナノビームを備え、前記メタ表面は、複数の反復ユニットセルを備え、各ユニットセルは、
1つ以上の第1ナノビームによって形成される第1のナノビームのセットと、
1つ以上の第2ナノビームによって形成される第2のナノビームのセットであって、前記1つ以上の第2ナノビームは、前記1つ以上の第1ナノビームに隣接して配置され、第1の第1ナノビームと、直隣接する第1の第2ナノビームとは、サブ波長間隔によって相互から分離される、第2のナノビームのセットと
を備え、
前記1つ以上の第1ナノビームおよび前記1つ以上の第2ナノビームは、異なる配向方向に伸長される、光学要素
を備える、光学システム。 - 前記ユニットセルは、約10nm~1μm以下の周期で反復する、請求項19に記載の光学システム。
- 前記1つ以上の第1ナノビームおよび前記1つ以上の第2ナノビームは、相互に対して、位相差を前記1つ以上の第1ナノビームによって回折される可視光と前記第2ナノビームによって回折される可視光との間に生じさせる角度で配向される、請求項19に記載の光学システム。
- 前記1つ以上の第1ナノビームおよび前記1つ以上の第2ナノビームは、相互に対して約90度回転される配向方向に配向される、請求項19に記載の光学システム。
- 前記ユニットセルは、前記可視光の波長以下の周期で反復し、前記波長は、前記可視スペクトル内である、請求項19に記載の光学システム。
- 前記1つ以上の第1ナノビームおよび前記1つ以上の第2ナノビームは、前記可視光の波長より小さい高さを有する、請求項19に記載の光学システム。
- 可視光を伝搬するように構成される導波管を備える光学システムであって、前記光学システムは、
基板であって、前記基板は、光が全内部反射によってその中に誘導され得るように、第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する、基板と、
前記基板上に形成され、可視光を回折するように構成される周期的反復光学構造のパターンであって、前記光学構造は、前記第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有し、1nmを上回る幅または深度で無機材料がその中に拡散したポリマー材料を含む、周期的反復光学構造のパターンと
を備え、
前記周期的反復光学構造は、光を入射光の方向に対してある回折角度で回折し、前記回折された光を全内部反射下で前記基板内を伝搬させるように配列される、または、前記基板内で誘導される光の方向に対してある回折角度で、全内部反射下で前記基板内で誘導される光を回折するように配列される、光学システム。 - 前記ポリマー材料は、前記第2の屈折率未満のバルク屈折率を有し、前記無機材料は、前記第2の屈折率より高いバルク屈折率を有する、請求項25に記載の光学システム。
- 前記第2の屈折率は、1.7を上回り、前記第1の屈折率を少なくとも0.2上回る、請求項25に記載の光学システム。
- 前記回折角度は、50度を超える、請求項25に記載の光学システム。
- 光を前記周期的反復光学構造のパターンに放出するように構成される光源をさらに備える、請求項25に記載の光学システム。
- 前記光源からの光を変調させ、前記変調された光を前記周期的反復光学構造のパターンに出力するように構成される空間光変調器をさらに備える、請求項29に記載の光学システム。
- 前記周期的反復光学構造は、光を前記入射光の方向に対してある回折角度で回折し、前記回折された光を全内部反射下で前記基板内を伝搬させるように配列される、請求項25に記載の光学システム。
- 前記周期的反復光学構造は、前記基板内で誘導される光の方向に対してある回折角度で、全内部反射下で前記基板内で誘導される光を回折するように配列される、請求項25に記載の光学システム。
- 前記周期的反復光学構造は、全内部反射下で前記基板内で誘導される光を前記基板から外に回折するように配列される、請求項32に記載の光学システム。
- 光をユーザの眼に投影し、拡張現実画像コンテンツを表示するように構成される頭部搭載型ディスプレイデバイスであって、前記頭部搭載型ディスプレイデバイスは、
前記ユーザの頭部上に支持されるように構成されるフレームと、
前記フレーム上に配置されるディスプレイであって、前記ディスプレイの少なくとも一部は、
1つ以上の導波管であって、前記1つ以上の導波管は、透明部分を含み、前記ユーザが前記頭部搭載型ディスプレイデバイスを装着すると、前記透明部分が、前記ユーザの正面の環境の一部からの光をユーザの眼に透過させ、前記ユーザの正面の環境の一部のビューを提供するように、前記ユーザの眼の正面の場所に配置される、1つ以上の導波管と、
1つ以上の光源と、
少なくとも1つの回折格子であって、前記少なくとも1つの回折格子は、前記光源からの光を前記1つ以上の導波管の中に結合するか、または、光を前記1つ以上の導波管から外に結合するように構成され、前記回折格子は、
第1の屈折率および可視スペクトル内における透明性を有する基板と、
前記基板上に形成され、可視光を回折するように構成される周期的反復光学構造のパターンであって、前記光学構造は、前記第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有し、1nmを上回る幅または深度で無機材料がその中に拡散したポリマー材料を含む、周期的反復光学構造のパターンと
を備える、少なくとも1つの回折格子と
を備える、ディスプレイと
を備える、頭部搭載型ディスプレイデバイス。 - 前記1つ以上の光源は、ファイバ走査プロジェクタを備える、請求項34に記載のデバイス。
- 前記ディスプレイは、画像コンテンツを複数の深度平面上においてユーザに提示するように、光を前記ユーザの眼の中に投影するように構成される、請求項34に記載のデバイス。
- 光学要素を加工する方法であって、
可視スペクトル内で透過性の基板を提供することと、
前記基板上に、第1の屈折率を有する周期的反復ポリマー構造を形成することと、
前記基板を、金属前駆体に暴露し、その後、酸化前駆体に暴露することと
を含み、
暴露することは、前記金属前駆体の金属を含む無機材料が、1nmを上回る幅または深度で前記周期的反復ポリマー構造の中に拡散され、それによって、前記周期的反復ポリマー構造の屈折率を増加させ、可視光を回折するように構成される周期的反復光学構造のパターンを形成するような圧力および温度で実施され、前記光学構造は、前記第1の屈折率を上回る第2の屈折率を有する、方法。
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