(57)【要約】平面光コンバイナは、平面導波管をその中に有する、平面基板を含む。平面導波管は、第１のチャネルと、第２のチャネルとを含む。第１のチャネルは、少なくとも第１の波長を有する第１の光を伝搬するように構成される。第２のチャネルは、少なくとも第２の波長を有する第２の光を伝搬するように構成される。第１のチャネルは、第１の光が第２の光と組み合わせられるように、第２のチャネルと交差する。一実施形態において、第１および第２の波長の各々は、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲内である。
2018510379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面基板を備えている平面光コンバイナであって、前記平面基板は、その中に平面導波管を有し、前記平面導波管は、第１のチャネルと、第２のチャネルとを備え、
前記第１のチャネルは、少なくとも第１の波長を有する第１の光を伝搬するように構成され、
前記第２のチャネルは、少なくとも第２の波長を有する第２の光を伝搬するように構成され、
前記第１のチャネルは、前記第２のチャネルと交差し、それによって、前記第１の光は、前記第２の光と組み合わせられる、
平面光コンバイナ。
【請求項２】
前記第１および第２の波長の各々は、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲内である、請求項１に記載の平面光コンバイナ。
【請求項３】
前記第２のチャネルは、前記第１の波長を有する前記第１の光を伝搬するように構成されている、請求項１に記載の平面光コンバイナ。
【請求項４】
前記平面基板は、入力側と、出力側とを備えている、請求項１に記載の平面光コンバイナ。
【請求項５】
前記第２のチャネルは、前記入力側と前記出力側との間で平面基板に及んでいる、請求項４に記載の平面光コンバイナ。
【請求項６】
前記第１のチャネルは、第１の入力を前記入力側に備えている、請求項４に記載の平面光コンバイナ。
【請求項７】
前記第２のチャネルは、第２の入力を前記入力側に備えている、請求項４に記載の平面光コンバイナ。
【請求項８】
前記第２のチャネルは、出力チャネルを前記出力側に備えている、請求項４に記載の平面光コンバイナ。
【請求項９】
前記出力チャネルは、単モードチャネルである、請求項８に記載の平面光コンバイナ。
【請求項１０】
前記第１のチャネルは、前記出力側まで延びていない、請求項４に記載の平面光コンバイナ。
【請求項１１】
前記平面光コンバイナは、モノリシックである、請求項１に記載の平面光コンバイナ。
【請求項１２】
前記平面基板内の前記平面導波管は、前記平面基板の非導波管部分における非導波管屈折率より高い少なくとも１つの導波管屈折率を有する、請求項１に記載の平面光コンバイナ。
【請求項１３】
前記第１の光は、エバネセント結合によって、前記第２の光と組み合わせられる、請求項１に記載の平面光コンバイナ。
【請求項１４】
前記第１の光は、前記第２の光と組み合わせられ、多重化波長光を形成する、請求項１に記載の平面光コンバイナ。
【請求項１５】
前記第１および第２のチャネルは、単モードチャネルである、請求項１に記載の平面光コンバイナ。
【請求項１６】
前記平面導波管は、第３のチャネルをさらに備え、
前記第３のチャネルは、第３の波長を有する少なくとも第３の光を伝搬するように構成され、
前記第３のチャネルは、前記第２のチャネルと交差し、それによって、前記第３の光は、前記第２の光と組み合わせられる、請求項１に記載の平面光コンバイナ。
【請求項１７】
光発生器であって、前記光発生器は、
請求項１に記載の平面光コンバイナと、
前記第１の光を前記平面導波管の前記第１のチャネルに送達するように構成されている第１の光源と、
前記第２の光を前記平面導波管の前記第２のチャネルに送達するように構成されている第２の光源と
を備えている、光発生器。
【請求項１８】
前記第１および第２の光源は、レーザである、請求項１７に記載の光発生器。
【請求項１９】
前記第１の光源と前記第１のチャネルとの間に配置されている第１のレンズと、
前記第２の光源と前記第２のチャネルとの間に配置されている第２のレンズと
をさらに備えている、請求項１７に記載の光発生器。
【請求項２０】
前記第１の光源、前記第１のレンズ、および前記第１のチャネルは、前記第１の光源からの前記第１の光が前記第１のチャネルに送達されるように整列させられている、請求項１９に記載の光発生器。
【請求項２１】
前記第２の光源、前記第２のレンズ、および前記第２のチャネルは、前記第２の光源からの前記第２の光が前記第２のチャネルに送達されるように整列させられている、請求項１９に記載の光発生器。
【請求項２２】
前記第１のレンズは、前記第１の光の１つ以上の特性を修正することによって、前記第１の光源と前記第１のチャネルとの間の結合効率を改良するように構成されている、請求項１９に記載の光発生器。
【請求項２３】
前記１つ以上の特性は、モードフィールド径および開口数のうちの１つ以上のものである、請求項２２に記載の光発生器。
【請求項２４】
前記第２のレンズは、前記第２の光の１つ以上の特性を修正することによって、前記第２の光源と前記第２のチャネルとの間の結合効率を改良するように構成されている、請求項１９に記載の光発生器。
【請求項２５】
前記１つ以上の特性は、モードフィールド径および開口数のうちの１つ以上のものである、請求項２４に記載の光発生器。
【請求項２６】
多重化波長光を前記平面導波管の前記第２のチャネルから受信するように構成されている光ファイバをさらに備えている、請求項１７に記載の光発生器。
【請求項２７】
前記光ファイバは、単モードファイバである、請求項２６に記載の光発生器。
【請求項２８】
前記光ファイバは、前記第２のチャネルに隣接して前記導波管基板に直接結合されている、請求項２６に記載の光発生器。
【請求項２９】
前記第２のチャネルと前記光ファイバとの間に配置されているレンズをさらに備えている、請求項２６に記載の光発生器。
【請求項３０】
前記レンズは、前記多重化波長光の１つ以上の特性を修正することによって、前記光ファイバと前記第２のチャネルとの間の結合効率を改良するように構成されている、請求項２９に記載の光発生器。
【請求項３１】
前記１つ以上の特性は、モードフィールド径および開口数のうちの１つ以上のものである、請求項３０に記載の光発生器。
【請求項３２】
前記第２のチャネルと前記光ファイバとは、実質的に同一のモードフィールド径および開口数を有する、請求項２６に記載の光発生器。
【請求項３３】
前記平面導波管は、第３のチャネルをさらに備え、前記光発生器は、第３の波長を有する第３の光を前記平面導波管の第３のチャネルに送達するように構成されている第３の光源をさらに備え、
前記第３のチャネルは、少なくとも前記第３の光を伝搬するように構成され、
前記第３のチャネルは、前記第２のチャネルと交差し、それによって、前記第３の光は、前記第２の光と組み合わせられる、請求項１７に記載の光発生器。
【請求項３４】
前記第３の光源と前記第３のチャネルとの間に配置されている第３のレンズをさらに備え、前記第３の光源、前記第３のレンズ、および前記第３のチャネルは、前記第３の光源からの前記第３の光が前記第３のチャネルに送達されるように整列させられている、請求項３３に記載の光発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、異なる波長を有し、個別の入力からの光を単一の出力チャネルの中に組み合わせるためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、背景の人々、木々、建物と、有形プラットフォーム１１２０とを特徴とする実世界の公園のような設定６を見る。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザは、ユーザが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とを「見ている」ことも知覚し得るが、これらの仮想要素２および１１１０は、実世界には存在しない。結論からいうと、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、かつ豊かな提示を促進するＶＲまたはＡＲ技術の生成は、困難である。
【０００４】
いくつかの実施形態では、図１に示されるものに類似する場面を表示するために、ファイバ走査式ディスプレイ（「ＦＳＤ」）が、光線の組を光をユーザの眼に送達する光学の組の中に給送するために使用され得る。ファイバ走査式ディスプレイは、レンズまたは他の光学要素を通して画像を投影するために、ある角度で光の狭ビームを前後に走査する。光学要素は、角度走査された光を収集し、表示されるべき画像およびユーザの遠近調節に基づいて、それを適宜集中させ得る。
【０００５】
現実的拡張現実体験を提示することは、現実的着色画像の表示を確実にすることによって改良され得る。ファイバ走査式ディスプレイを使用するシステムを用いる場合、これは、赤色／緑色／青色（「ＲＧＢ」）レーザの使用を通して達成され得、ＲＧＢレーザは、単一出力に組み合わせられ得る。可視波長に対して、最も一般的タイプは、ＲＧＢコンバイナである。本願で使用される場合、「可視波長」は、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長を含む。これらの波長は、表示技術のためのカラーパレット全体を生成するために使用されることができる。ＲＧＢレーザの各々は、それ自身の特定の波長に関連付けられ、３つ以上の個別のレーザを１つに組み合わせることは、多くの課題を呈し得ることを理解されたい。
【０００６】
光コンバイナを設計するとき、光コンバイナのサイズおよび重量の両方が、考慮されなければならない。これらの事実は、特に、頭部装着型拡張現実ディスプレイシステムの状況において重要である。小型のコンバイナは、消費者に審美的に魅力的なデバイス設計を促進する。同様に、軽量コンバイナも、望ましい。なぜなら、ＡＲディスプレイデバイスがユーザの頭部に直接装着されるように構成され得、それによって、デバイスの重量が頭部装着型ＡＲディスプレイデバイスのユーザのための快適性および魅力に直接影響を及ぼすからである。
【０００７】
したがって、ＡＲデバイスのサイズおよび重量を容認可能レベルに維持しながら、多数の波長のレーザを出力チャネルに送達されるべき単一光ビームに組み合わせるためのより優れた解決の必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態は、異なる波長を有する光を単一光ビームに組み合わせ、１人以上のユーザのための仮想現実および／または拡張現実ディスプレイ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。前述のように、可視光を組み合わせるように構成される光コンバイナは、頭部装着型ＡＲディスプレイデバイスにおいて使用するには大きすぎかつ重すぎ得る。本明細書に説明される実施形態は、平面導波管およびそれに関連付けられた光学要素を使用して、可視光コンバイナのサイズおよび重量限界に対処する。
【０００９】
一実施形態では、平面光コンバイナは、平面導波管をその中に有する平面基板を含む。平面導波管は、第１のチャネルと、第２のチャネルとを含む。第１のチャネルは、少なくとも第１の波長を有する第１の光を伝搬するように構成される。第２のチャネルは、少なくとも第２の波長を有する第２の光を伝搬するように構成される。第１のチャネルは、第１の光が第２の光と組み合わせられるように、第２のチャネルと交差する。
【００１０】
１つ以上の実施形態では、第１および第２の波長の各々は、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲内である。第２のチャネルは、第１の波長を有する第１の光を伝搬するように構成され得る。
【００１１】
１つ以上の実施形態では、平面基板は、入力側と、出力側とを含む。第２のチャネルは、入力側と出力側との間で平面基板に及び得る。第１および第２のチャネルは、それぞれの第１および第２の入力を入力側に含み得る。第２のチャネルはまた、出力チャネルを出力側に含み得る。出力チャネルは、単モードチャネルであり得る。第１のチャネルは、出力側まで延びていないこともある。
【００１２】
１つ以上の実施形態では、平面光コンバイナは、モノリシックである。平面基板内の平面導波管は、平面基板の非導波管部分における非導波管屈折率より高い少なくとも１つの導波管屈折率を有し得る。第１の光は、エバネセント結合によって、第２の光と組み合わせられ得る。第１の光は、第２の光と組み合わせられ、多重化波長光を形成し得る。第１および第２のチャネルは、単モードチャネルであり得る。
【００１３】
１つ以上の実施形態では、平面導波管はまた、第３のチャネルを含む。第３のチャネルは、第３の波長を有する少なくとも第３の光を伝搬するように構成される。第３のチャネルは、第３の光が第２の光と組み合わせられるように、第２のチャネルと交差する。
【００１４】
別の実施形態では、光発生器は、平面光コンバイナと、第１および第２の光源とを含む。平面光コンバイナは、平面導波管をその中に有する平面基板を含む。平面導波管は、第１のチャネルと、第２のチャネルとを含む。第１のチャネルは、少なくとも第１の波長を有する第１の光を伝搬するように構成される。第２のチャネルは、少なくとも第２の波長を有する第２の光を伝搬するように構成される。第１のチャネルは、第１の光が第２の光と組み合わせられるように、第２のチャネルと交差する。第１の光源は、第１の光を平面導波管の第１のチャネルに送達するように構成される。第２の光源は、第２の光を平面導波管の第２のチャネルに送達するように構成される。
【００１５】
１つ以上の実施形態では、第１および第２の光源は、レーザである。光発生器はまた、第１の光源と第１のチャネルとの間に配置されている第１のレンズと、第２の光源と第２のチャネルとの間に配置されている第２のレンズとを含み得る。第１の光源、第１のレンズ、および第１のチャネルは、第１の光源からの第１の光が第１のチャネルに送達されるように整列させられ得る。第２の光源、第２のレンズ、および第２のチャネルは、第２の光源からの第２の光が第２のチャネルに送達されるように整列させられ得る。第１のレンズは、第１の光の１つ以上の特性を修正することによって、第１の光源と第１のチャネルとの間の結合効率を改良するように構成され得る。第２のレンズは、第２の光の１つ以上の特性を修正することによって、第２の光源と第２のチャネルとの間の結合効率を改良するように構成され得る。１つ以上の特性は、モードフィールド径および開口数のうちの１つ以上のものであり得る。
【００１６】
１つ以上の実施形態では、光発生器はまた、多重化波長光を平面導波管の第２のチャネルから受信するように構成されている光ファイバを含む。光ファイバは、単モードファイバであり得る。光ファイバは、第２のチャネルに隣接して導波管基板に直接結合され得る。光発生器はさらに、第２のチャネルと光ファイバとの間に配置されているレンズを含み得る。レンズは、多重化波長光の１つ以上の特性を修正することによって、光ファイバと第２のチャネルとの間の結合効率を改良するように構成され得る。１つ以上の特性は、モードフィールド径および開口数のうちの１つ以上のものであり得る。第２のチャネルおよび光ファイバは、実質的に同一のモードフィールド径および開口数を有し得る。
【００１７】
１つ以上の実施形態では、平面導波管はまた、第３のチャネルを含み、光発生器はまた、第３の波長を有する第３の光を平面導波管の第３のチャネルに送達するように構成されている第３の光源を含む。第３のチャネルは、少なくとも第３の光を伝搬するように構成され得る。第３のチャネルは、第３の光が第２の光と組み合わせられるように、第２のチャネルと交差し得る。光発生器はまた、第３の光源と第３のチャネルとの間に配置されている第３のレンズを含み得る。第３の光源、第３のレンズ、および第３のチャネルは、第３の光源からの第３の光が第３のチャネルに送達されるように整列させられ得る。
【００１８】
本発明の追加のおよび他の目的、特徴、ならびに利点が、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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
図面は、本発明の種々の実施形態の設計および有用性を図示する。図は、正確な縮尺で描かれておらず、類似構造または機能の要素は、図全体を通して同一参照番号によって表されることに留意されたい。本発明の種々の実施形態の前述および他の利点ならびに目的を得る方法をより深く理解するために、上で簡潔に説明された本発明のより詳細な説明が、付随の図面に図示されるその具体的実施形態を参照することによって与えられるであろう。これらの図面は、本発明の典型的実施形態のみを描写しており、したがってその範囲の限定と見なされるものではないことを理解した上で、本発明が、付随の図面の使用を通して追加の具体性および詳細とともに記載および説明されるであろう。
【００２０】
【図１】図１は、一実施形態による、ＡＲシステムのユーザに表示されるＡＲ場面の平面図である。
【００２１】
【図２Ａ】図２Ａ−２Ｄは、種々の実施形態による、装着可能ＡＲデバイスの概略図である。
【図２Ｂ】図２Ａ−２Ｄは、種々の実施形態による、装着可能ＡＲデバイスの概略図である。
【図２Ｃ】図２Ａ−２Ｄは、種々の実施形態による、装着可能ＡＲデバイスの概略図である。
【図２Ｄ】図２Ａ−２Ｄは、種々の実施形態による、装着可能ＡＲデバイスの概略図である。
【００２２】
【図３】図３は、ユーザによって装着されている間、ＡＲシステムの１つ以上のクラウドサーバと相互作用する、一実施形態による、装着可能ＡＲデバイスの概略図である。
【００２３】
【図４】図４は、一実施形態による、光コンバイナを含む、光発生器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図２Ａ−２Ｄを参照すると、いくつかの一般的構成要素オプションが、図示される。図２Ａ−２Ｄの議論に従う、詳細な説明の部分では、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のための高品質かつ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。
【００２５】
図２Ａに示されるように、ＡＲシステムユーザ６０は、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構造を特徴とする、頭部搭載型構成要素５８を装着するように描写される。スピーカ６６が、描写される構成においてフレーム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、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、立体／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性等によって、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６８され得、ローカル処理およびデータモジュール７０は、種々の構成において搭載され得、例えば、フレーム６４に固定して取り付けられ、図２Ｂ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、ヘッドホン内に埋め込まれ、図２Ｃの実施形態に示されるようにバックパック式構成においてユーザ６０の胴体８２に除去可能に取り付けられ、または、図２Ｄの実施形態に示されるようにベルト結合式構成においてユーザ６０の臀部８４に除去可能に取り付けられる。
【００２６】
ローカル処理およびデータモジュール７０は、電力効率の良い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、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、および／または、（ｂ）おそらく、そのような処理または読み出し後、ディスプレイ６２への受け渡しのために、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、取得かつ／もしくは処理され得る。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、遠隔モジュール７２、７４が、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ように、これらの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７６、７８され得る。
【００２７】
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および処理するように構成される１つ以上の比較的に高性能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、比較的に大規模なデジタルデータ記憶設備を備え得、それは、インターネットまたは「クラウド」リソース構成内の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。一実施形態では、全てのデータは、ローカル処理およびデータモジュールにおいて記憶され、全ての計算は、ローカル処理およびデータモジュールにおいて行われ、任意の遠隔モジュールから完全に自律的な使用を可能にし得る。
【００２８】
図２Ａ−２Ｄを参照して説明されるように、ＡＲシステムは、ＡＲユーザおよび周囲環境についてのデータを収集する種々のデバイスから、入力を持続的に受信する。ここで図３を参照すると、例示的拡張現実ディスプレイデバイスの種々の構成が、説明されるであろう。他の実施形態は、追加の構成要素を有し得ることを理解されたい。なお、図３は、ＡＲシステムによって収集され得る、種々の構成要素およびデータのタイプの例を提供する。図３は、例証目的のために、頭部搭載型眼用デバイス６２の簡略化バージョンを右側のブロック図において示す。
【００２９】
ここで図３を参照すると、概略図は、クラウドコンピューティングアセット４６とローカル処理アセットとの間の協調を図示し、ローカル処理アセットは、図３に示されるように、例えば、ユーザの頭部１２０に結合される頭部搭載型構成要素５８とユーザのベルト３０８に結合されるローカル処理およびデータモジュール７０（したがって、構成要素７０は、「ベルトパック」７０とも称され得る）との中に常駐し得る。一実施形態では、１つ以上のクラウドサーバシステム１１０等のクラウド４６アセットは、有線または無線ネットワーキング等を介して（例えば、無線は、モバイル式のために使用され、有線は、所望され得る、ある高帯域幅または高データ量転送のために使用される）、前述のように、ユーザの頭部１２０およびベルト３０８に結合されるプロセッサおよびメモリ構成等のローカルコンピューティングアセットの一方または両方に直接４０、４２動作可能に結合１１５される。ユーザにローカルのこれらのコンピューティングアセットは、同様に、有線および／または無線接続性構成４４を介して、互いに動作可能に結合され得る。一実施形態では、ユーザの頭部１２０に搭載される低慣性および小型サブシステムを維持するために、ユーザとクラウド４６との間の一次転送は、ベルト３０８に搭載されるサブシステムとクラウドとの間のリンクを介し得、頭部１２搭載型サブシステムは、主に、例えば、パーソナルコンピューティング周辺接続性用途において現在採用されるような超広帯域（「ＵＷＢ」）接続性等の無線接続性を使用して、ベルトベースのサブシステム３０８にデータテザリングされる。
【００３０】
効率的ローカルおよび遠隔処理協調と、図２Ａに示されるユーザインターフェースもしくはユーザディスプレイシステム６２、またはその変形例等のユーザのための適切なディスプレイデバイスとを用いることで、ユーザの現在の実際のまたは仮想場所に関する１つの世界の部分は、ユーザに転送または「パス」され、効率的方式で更新され得る。言い換えると、世界のマップが、ユーザのＡＲシステム上に部分的に常駐し、かつクラウドリソース内に部分的に常駐し得る記憶場所において、持続的に更新され得る。マップ（「パス可能世界モデル」とも称される）は、大型データベースであり得、それは、ラスタ画像、３−Ｄおよび２−Ｄポイント、パラメータ情報、および実世界についての他の情報を備えている。ますます多くのＡＲユーザが、その実環境についての情報を持続的に捕捉するにつれて（例えば、カメラ、センサ、ＩＭＵ等を通して）、マップは、ますます正確かつ完全となる。
【００３１】
本発明により関連して、ユーザに表示されるべき光を投影するとき、マルチモードまたは単モードレーザファイバが、使用され得る。赤色／緑色／青色（「ＲＧＢ」）レーザが、可視光を発生させるために使用され得る。そのようなＲＧＢレーザは、ＲＧＢコンバイナを使用して単一出力に組み合わせられ得る。そのようなコンバイナは、従来、電気通信およびデータ通信用途、医療デバイス、センサ、投影システム、消費者電子機器等の広範囲の技術分野で使用されている。
【００３２】
ＲＧＢコンバイナを実装するための１つのアプローチは、ステップ屈折率平面導波管技術の使用を伴う。既存の平面導波管デバイスは、単モードまたはマルチモード光のいずれかのために設計され得る。単モード光のために設計される平面導波管デバイスと、マルチモード光のために設計される平面導波管デバイスとの間には、差異がある。単モード光伝搬の場合、導波管は、長距離にわたって単モード伝搬を維持するために（すなわち、長距離電気通信において使用するために）、動作の波長に基づいて、正しくサイズを決定されなければならない。単モード導波管は、それらの小特徴サイズに起因して、製作がより困難でもあり得る。概して、単モード導波管は、特別な製造機器を要求し得る。
【００３３】
上でかなり詳しく議論されたように、ＲＧＢコンバイナを装着可能ＡＲディスプレイ技術内に組み込むべきかどうかを考慮するときの２つの主要な考慮点は、サイズおよび重量である。コンバイナ技術における旧来のアプローチは、概して、装着可能ディスプレイデバイスの中に快適に組み込まれるには大きすぎるＲＧＢコンバイナ、および／または、重すぎるＲＧＢコンバイナをもたらした。いくつかのアプローチが、本明細書に簡単に概略されるであろう。これらの技術間の主要な共通点は、全てが比較的に大きいサイズであることである。
【００３４】
ＲＧＢコンバイナを製造する１つの技法は、単一出力ファイバの中に一緒に引き込まれ得る個々の光ファイバを使用する。この技法を使用して製造されるコンバイナは、４０ｍｍ〜１００ｍｍの長さおよび９ｍｍ２〜２５ｍｍ２の断面積であり得る。これらのコンバイナは、ファイバベースであるので、それらは、典型的には、光源機能をＡＲ用途のために容認不可能なレベルまで劣化させる破損または高光損失を防止するために、線形形状に維持されなければならないファイバの追加の長さを要求する。そのようなコンバイナをデバイス（例えば、ＡＲディスプレイデバイス）内で使用するとき、少なくとも４〜６インチの空間が、要求され得る。しかしながら、コンパクトＡＲディスプレイデバイスを設計するとき、ＲＧＢコンバイナだけに使われる４〜６インチの空間は、ＡＲデバイスの全体的サイズを増大させ、準最適ＡＲデバイスサイズをもたらし得る。
【００３５】
別のアプローチでは、トランジスタアウトライン（「ＴＯ」）容器内にパッケージされたレーザが、特殊フィルタと組み合わせて、自由空間アプローチにおいて使用される。構成要素に関連付けられた機構のこの組み合わせは、各自由空間ビームを単一出力ファイバ上に集中させるように組み立てられる。典型的ＴＯ容器は、少なくとも約４ｍｍの直径である。しかしながら、この最小ＴＯ容器サイズは、最小サイズのレンズ、フィルタ、および機械的部品と組み合わせられても、ＡＲディスプレイデバイス等の装着可能デバイスのために理想的ではないこともある比較的に大きなＲＧＢコンバイナ構成サイズをもたらす。
【００３６】
一実施形態によると、埋設型平面導波管技術に基づくハイパー統合アプローチが、ＡＲデバイスサイズを最小化しながら、異なる波長（例えば、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）を有するレーザを組み合わせるために使用され得る。このアプローチは、サイズおよび重量の両方を最小化し、コンパクトなコンバイナを製造するために使用され得る。埋設型平面導波管は、光ファイバと比較して、性能において類似し得るが、平坦基板上に製作される。有利には、導波管が製作される平坦基板は、ファイバベースのコンバイナより耐久性がある。導波管基板のレイアウトは、３つの個別の入力が単一出力に組み合わせられ得るように設計され得る。３つの個別の入力は、レーザダイオード、ＬＥＤ、および／または光ファイバを含む任意の適合性がある光源であり得ることを理解されたい。本明細書に説明される実施形態は、レーザダイオードを含むが、任意の適合性がある光源が類似方式で使用され得ることを理解されたい。デバイスの単一出力が、組み合わせられたＲＧＢ光が使用点に誘導され得るように、単モード光ファイバの中に結合され得る。
【００３７】
種々の実施形態による平面導波管基板は、ミリメートル範囲内のサイズに製作され得る。例えば、一実施形態では、平面導波管基板の寸法は、５ｍｍ×８ｍｍ×１ｍｍであり得る。他の実施形態では、平面導波管基板は、より大きく、またはさらにより小さくあり得る。１つ以上の実施形態では、平面導波管基板は、追加のレンズ、レーザ、および／または光学要素に関連付けられて使用され得、それらは、数ミリメートルさらにデバイスの全体的サイズを増大させ得る。それにもかかわらず、これらの実施形態の全体的デバイスサイズは、前述の従来のアプローチより数桁小さくなり得る。この有意なサイズ減少（すなわち、少なくとも１桁）は、同様の重量の減少にも相関される。これらの２つの利点（すなわち、サイズおよび重量の減少）は、埋設型平面導波管アプローチを装着可能ディスプレイシステムにおいて使用するために特に好適にする。
【００３８】
ここで図４を参照すると、種々の波長のレーザを組み合わせることにおいて使用されるべき埋設型平面導波管４０２の例示的構成が、提示される。図４に示されるように、別個のレーザ光ビームが、赤色レーザ４０４、緑色レーザ４０６、および青色レーザ４０８から放出される。放出されるレーザ光ビームの各々は、平面導波管基板４００内に埋設される導波管４０２に進入する前に、１つ以上のレンズ４１０（または他の光学要素‐図示せず）を通過する。平面導波管基板４００は、１０ｍｍ（図４における「Ｘ」）×５ｍｍ（図４における「Ｙ」）であるが、これらの測定値は、例証であり、限定ではない。埋設型導波管４０２は、赤色、緑色、および青色レーザ４０４、４０６、４０８と整列させられた３つの埋設型導波管チャネル４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃをそれぞれ含む。第１および第３の埋設型導波管チャネル４０２ａ、４０２ｃは、導波管基板４００の長さに沿ってほぼ中間で第２の埋設型導波管チャネルに（異なる点において）収束したすぐ後に途切れる。第２の埋設型導波管チャネル４０２ｂは、導波管基板４００の長さを進行する。図４における導波管基板４００の左側は、入力側を表し、３つのレーザ光ビームが、それぞれの埋設型導波管チャネル４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃに進入する。右側は、出力側を表し、組み合わせられた可視レーザ光ビームが、単モード光ファイバ４２０に出て行く。導波管基板４０２の入力側では、３つの埋設型導波管チャネル４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃの各々は、それぞれの入力４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃを形成する。導波管基板４０２の出力側では、中央の埋設型導波管チャネル４０２ｂは、単モード出力チャネル４１６を形成する。
【００３９】
埋設型導波管４０２を含む導波管基板４００は、導波管基板４００がモノリシックであるように、半導体製作技法（例えば、フォトリソグラフィおよび化学処理）を使用して作製され得ることを理解されたい。埋設型導波管４０２は、埋設型導波管を形成しない導波管基板４００の周囲（非導波管）媒体の屈折率より若干高い（例えば、約０．５％またはそれより高い）、１つ以上の屈折率を有し、それによって、図４に示されるように、それぞれの所定の経路に沿って光を誘導し得る。図４に示されるように、３つの異なる個別のレンズ４１０からのレーザ光ビームは、それぞれの埋設される導波管チャネル４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃによって誘導される平面導波管基板４００を通過する。
【００４０】
図４に示されるように、赤色レーザ光ビームおよび青色レーザ光ビームは、緑色レーザ光ビームの方に向かわせられ、最終的に、それらのそれぞれの埋設型導波管チャネル４０２ａ、４０２ｃ、４０２ｂによって、それと結合される。その埋設型導波管チャネル４０２ｂ内で赤色および青色波長ビームを緑色波長ビームの中に結合することは、公知の光学技法（例えば、エバネセント結合）を通して遂行され得る。例えば、赤色、緑色、および青色波長レーザ光ビームのためのそれぞれの埋設型導波管チャネル４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃは、フラストレーテッド全内部反射を介して、ビームを結合するように収束され得る（図４に示されるように）。
【００４１】
光を埋設型導波管チャネル４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃの中に送達するために、レーザ４０４、４０６、４０８の各々は、典型的には、各それぞれの埋設型導波管４０２の入力側（図４における左側）におけるそれぞれのレンズ４１０（例えば、物理的手段、機械的手段等を介して）と整列させられる。図示されるように、個別のレーザ４０２、４０６、４０８からの光ビームは、組み合わせられ、光ファイバ４２０の中に送達される組み合わせられた可視波長レーザ光ビーム４１２を発生させる。
【００４２】
レンズ４１０は、レーザ４０２、４０６、４０８と単モード埋設型導波管チャネル４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃとの間のモードフィールド径および開口数の両方の不整合により、結合効率を改良し得る。レーザが、導波管基板に突き合わせ結合される（すなわち、それと物理的に接触して置かれる）場合、光は、依然として、埋設型導波管に進入するであろうが、有意に多くの損失が存在するであろう。したがって、一実施形態では、レンズ４１０は、レーザ４０２、４０６、４０８と埋設型導波管チャネル４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃとの間の導波管基板４００への赤色、緑色、および青色入力４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃのそれぞれに整列させられる。
【００４３】
図４に示されるように、組み合わせられ／多重化された波長レーザ光ビーム４１２は、導波管基板４００から単モード光ファイバ出力４２０に出てゆく。このファイバ４２０は、導波管基板４００の出力（右）側の単モード出力チャネル４１６に整列させられる。埋設型導波管４０２および単モード出力ファイバ４２０は両方とも、それらが両方とも実質的に同一のモードフィールド径および開口数（例えば、システム要件に応じて数パーセント）を有し、それによって、埋設型導波管４０２と単モード出力ファイバ４２０との間の界面における光損失を最小化するように設計され得る。図４に示されるように、光ファイバ４２０は、出力チャネル４１６において導波管基板４０２に突き合わせ結合され得る。しかしながら、１つ以上の実施形態では、レンズ（図示せず）が、導波管基板と光ファイバとの間に設置され、結合効率を増加させ得る。本願のための典型的レンズは、約１ｍｍ厚であり得る。しかしながら、追加されるレンズは、デバイスの全体的サイズ（例えば、約１０％）を若干増加させる効果を有し得る。
【００４４】
単モードおよびマルチモード波長コンバイナは両方とも、赤外線波長（１２００〜１６００ｎｍ）範囲における光を組み合わせるために使用されたが、可視波長（４００〜７００ｎｍ）範囲内のレーザの組み合わせは、可視波長コンバイナが、典型的には、赤外線波長のための類似構成要素と比較して、小コア導波管を要求し、概して、整合させること、および製作することがより困難であるので、より困難であることを理解されたい。
【００４５】
本発明の種々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、これらの例を参照する。それらは、本発明のより広く適用可能な側面を例証するように提供される。
【００４６】
本発明は、本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。換言すると、「提供する」行為は、方法において必要デバイスを提供するために、取得すること、アクセスすること、接近すること、位置付けること、設定すること、起動すること、電源投入すること、または別様に行動することをエンドユーザに要求するにすぎない。本明細書に記載される方法は、論理的に可能である記載された事象の任意の順序で、ならびに事象の記載された順序で実行され得る。
【００４７】
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、上で記載されている。本発明の他の詳細に対して、これらは、上記の参照された特許および公開に関連して理解され、かつ概して公知であり得る。同じことが、一般的または理論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実施形態に関して当てはまり得る。
【００４８】
加えて、本発明は、種々の特徴を随意に組み込むいくつかの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に説明または指示されるものに限定されるものではない。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が理解される。
【００４９】
単数形の項目の言及は、複数の同一項目が存在する可能性を含む。より具体的には、本明細書で、およびそれ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、特に別様に記述されない限り、複数の指示対象を含む。換言すると、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で、対象項目の「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、請求項要素の記載に関連する「だけ」、「のみ」、および同等物等のそのような排他的用語の使用、または「否定的」制限の使用のための先行詞としての機能を果たすことを目的としている。
【００５０】
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を変換するものと見なすことができるかどうかにかかわらず、任意の追加の要素の包含を可能にするものとする。本明細書で特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、可能な限り広義の一般的に理解されている意味を与えられるものである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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