特表2022-544895体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイにおける分散補償
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-10-24
(54)【発明の名称】体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイにおける分散補償
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20221017BHJP
G02B 5/18 20060101ALI20221017BHJP
G02B 1/11 20150101ALI20221017BHJP
G02C 11/00 20060101ALI20221017BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
G02B5/18
G02B1/11
G02C11/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021572610
(86)(22)【出願日】2020-08-05
(85)【翻訳文提出日】2022-02-04
(86)【国際出願番号】 US2020045077
(87)【国際公開番号】W WO2021040979
(87)【国際公開日】2021-03-04
(31)【優先権主張番号】62/891,167
(32)【優先日】2019-08-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/681,530
(32)【優先日】2019-11-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】515046968
【氏名又は名称】メタ プラットフォームズ テクノロジーズ， リミテッド ライアビリティ カンパニー
【氏名又は名称原語表記】ＭＥＴＡ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＬＬＣ
(74)【代理人】
【識別番号】110002974
【氏名又は名称】弁理士法人Ｗｏｒｌｄ ＩＰ
(72)【発明者】
【氏名】マイザー， ドミニク
(72)【発明者】
【氏名】ヤン， ヤン
(72)【発明者】
【氏名】チー， ワンリー
(72)【発明者】
【氏名】サーリッコ， パシ
(72)【発明者】
【氏名】ラム， ワイ ゼ ティファニー
【テーマコード（参考）】
2H006
2H199
2H249
2K009
【Ｆターム（参考）】
2H006CA00
2H199CA12
2H199CA23
2H199CA25
2H199CA30
2H199CA43
2H199CA45
2H199CA50
2H199CA62
2H199CA66
2H199CA68
2H199CA84
2H199CA85
2H199CA86
2H199CA92
2H199CA96
2H199CA97
2H249AA02
2H249AA06
2H249AA12
2H249AA25
2H249AA60
2H249AA62
2H249AA64
2H249AA65
2H249AA66
2K009AA02
(57)【要約】
導波路ディスプレイは、可視光を透過させる基板と、基板内で導かれる波として表示光を基板内にカップリングするように構成されるカプラと、基板に結合された第１のＶＢＧおよび第２のＶＢＧとを含む。カプラは、回折カプラ、屈折カプラ、または反射カプラを含む。第１のＶＢＧは、第１のＶＢＧの第１の領域において、基板内の表示光を第１の方向へ回折すること、および第１のＶＢＧの２つ以上の領域において第１の方向に沿って、第１の領域からの表示光を第２のＶＢＧに向けて第２の方向へ回折することを行うように構成される。第２のＶＢＧは、第２のＶＢＧの２つ以上の領域において第２の方向に沿って、第１のＶＢＧの２つ以上の領域の各々からの表示光を基板からカップリングアウトするように構成される。
【選択図】図６
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
可視光を透過させる基板と、前記基板に結合された第１の体積ブラッグ格子（ＶＢＧ）、第２のＶＢＧ、および第３のＶＢＧと
を備え、
前記第１のＶＢＧは、表示光を前記第２のＶＢＧの第１の領域に向けて導かれる波として前記基板にカップリングするように構成され、
前記第２のＶＢＧは、
前記第２のＶＢＧの前記第１の領域において、前記第１のＶＢＧからの前記表示光を第１の方向へ回折すること、および
前記第２のＶＢＧの２つ以上の領域において前記第１の方向に沿って、前記第１の領域からの前記表示光を前記第３のＶＢＧに向けて第２の方向へ回折すること
を行うように構成され、
前記第３のＶＢＧは、前記第３のＶＢＧの２つ以上の領域において前記第２の方向に沿って、前記第２のＶＢＧの前記２つ以上の領域の各々からの前記表示光を前記基板からカップリングアウトするように構成される、導波路ディスプレイ。
【請求項2】
前記第１のＶＢＧおよび前記第３のＶＢＧが、前記基板の面法線方向に垂直の平面において同じ格子ベクトルを有し、ならびに／または好ましくは、前記第１のＶＢＧ、前記第２のＶＢＧ、および前記第３のＶＢＧが、同じ視野範囲および同じ波長範囲からの前記表示光を回折するように構成される、請求項１に記載の導波路ディスプレイ。
【請求項3】
前記第１のＶＢＧ、前記第２のＶＢＧ、および前記第３のＶＢＧの各々が、反射ＶＢＧまたは透過ＶＢＧを含み、または好ましくは前記第３のＶＢＧが透過ＶＢＧを含み、
前記第２のＶＢＧが前記導波路ディスプレイのシースルー領域において前記第３のＶＢＧと重複する、請求項１または２に記載の導波路ディスプレイ。
【請求項4】
前記第１のＶＢＧ、前記第２のＶＢＧ、または前記第３のＶＢＧの少なくとも１つが多重化ＶＢＧを含み、好ましくは、前記第１のＶＢＧが第１のＶＢＧのセットを含み、
前記第３のＶＢＧが第２のＶＢＧのセットを含み、
前記第１のＶＢＧのセットの各ＶＢＧおよび前記第２のＶＢＧのセットの対応するＶＢＧが、前記基板の面法線方向に垂直の平面において同じ格子ベクトルを有し、同じ視野範囲および同じ波長範囲からの前記表示光を回折するように構成され、ならびに／または好ましくは、前記第１のＶＢＧ、前記第２のＶＢＧ、または前記第３のＶＢＧのうちの少なくとも１つが、２つ以上のホログラフィ材料層においてＶＢＧを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の導波路ディスプレイ。
【請求項5】
前記２つ以上のホログラフィ材料層のうち２つのホログラフィ材料層の間に偏波変換器をさらに備える、請求項４に記載の導波路ディスプレイ。
【請求項6】
周囲光の前記基板への反射を低減するように構成された反射防止層をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の導波路ディスプレイ。
【請求項7】
しきい値よりも大きい入射角で前記角度選択的な透過層に入射する周囲光を反射、回折、または吸収するように構成された角度選択的な透過層をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の導波路ディスプレイ。
【請求項8】
前記第２のＶＢＧおよび前記第３のＶＢＧの各々が、それぞれの１００μｍ未満の厚さによって特徴付けられ、前記導波路ディスプレイが、２分角未満の角度分解能によって特徴付けられる、請求項１から７のいずれか一項に記載の導波路ディスプレイ。
【請求項9】
前記第２のＶＢＧの前記第１の領域および前記第２のＶＢＧの前記２つ以上の領域の第２の領域が、前記基板の面法線方向に垂直の平面において同じ格子ベクトルを有し、および／または好ましくは前記表示光を生成するように構成された光源と、
前記表示光をコリメートして、前記表示光を前記第１のＶＢＧに向けるように構成されたプロジェクタ光学系と
をさらに備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の導波路ディスプレイ。
【請求項10】
可視光を透過させる基板と、前記基板内で導かれる波として表示光を前記基板内にカップリングするように構成されるカプラと、
前記基板に結合された第１の体積ブラッグ格子（ＶＢＧ）および第２のＶＢＧと
を備え、
前記第１のＶＢＧは、
前記第１のＶＢＧの第１の領域において、前記基板内の前記表示光を第１の方向へ回折すること、および
前記第１のＶＢＧの２つ以上の領域において前記第１の方向に沿って、前記第１の領域からの前記表示光を前記第２のＶＢＧに向けて第２の方向へ回折すること
を行うように構成され、
前記第２のＶＢＧは、前記第２のＶＢＧの２つ以上の領域において前記第２の方向に沿って、前記第１のＶＢＧの前記２つ以上の領域の各々からの前記表示光を前記基板からカップリングアウトするように構成される、導波路ディスプレイ。
【請求項11】
前記第１のＶＢＧが、１００μｍ未満の厚さによって特徴付けられ、前記導波路ディスプレイが、２分角未満の角度分解能によって特徴付けられ、および／または好ましくは
前記第２のＶＢＧが透過ＶＢＧを含み、
前記第１のＶＢＧが前記導波路ディスプレイのシースルー領域において前記第２のＶＢＧと重複する、請求項１０に記載の導波路ディスプレイ。
【請求項12】
前記第１のＶＢＧ、もしくは前記第２のＶＢＧのうちの少なくとも１つが、２つ以上のホログラフィ材料層においてＶＢＧを含み、ならびに／または好ましくは、前記カプラが、回折カプラ、屈折カプラ、もしくは反射カプラを含む、請求項１０または１１に記載の導波路ディスプレイ。
【請求項13】
前記第１のＶＢＧ、または前記第２のＶＢＧのうちの少なくとも１つが、多重化ＶＢＧを含む、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の導波路ディスプレイ。
【請求項14】
前記第１のＶＢＧ、および前記第２のＶＢＧの各々が、透過ＶＢＧまたは反射ＶＢＧを含む、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の導波路ディスプレイ。
【請求項15】
前記第１のＶＢＧの前記第１の領域および前記第１のＶＢＧの前記２つ以上の領域の第２の領域が、前記基板の面法線方向に垂直の平面において同じ格子ベクトルを有する、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の導波路ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）またはヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）システムなどの人工現実システムは一般的に、例えば、ユーザの目の前約１０～２０ｍｍ以内の電子または光学ディスプレイを介して、ユーザにコンテンツを提示するように構成されるニアアイディスプレイ（例えば、ヘッドセットまたは眼鏡の形態にある）を含む。ニアアイディスプレイは、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、または複合現実（ＭＲ）応用のように、仮想物体を表示し得るか、または実物体の画像を仮想物体と組み合わせ得る。例えば、ＡＲシステムにおいて、ユーザは、例えば、透明なディスプレイグラスまたはレンズを通して見ることによって（しばしば、光学シースルーと呼ばれる）、仮想物体（例えば、コンピュータ生成画像（ＣＧＩ））および周囲環境の両方の画像を見ることができる。
【0002】
光学シースルーＡＲシステムの一例は、導波路ベースの光学ディスプレイを使用し得、この場合、投射画像の光は、導波路（例えば、透明基板）内にカップリングされ、導波路内を伝播し、異なる場所で導波路からカップリングアウトされ得る。いくつかの実装形態において、投射画像の光は、格子などの回折光学素子を使用して、導波路内にカップリングされ得るか、または導波路からカップリングアウトされ得る。周囲環境からの光は、導波路のシースルー領域を通過し、同様にユーザの目に到達し得る。
【発明の概要】
【0003】
本開示は、概して、ニアアイディスプレイのための体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイに関する。より詳細には、本明細書に開示されるのは、アイボックスを拡張するため、表示ヘイズを低減するため、物理的サイズを低減するため、光学効率を向上するため、光学アーチファクトを低減するため、および体積ブラッグ格子（ＶＢＧ）カプラを使用して光学シースルーニアアイディスプレイシステムの視野を増大するための技法である。デバイス、システム、方法などを含む様々な発明の実施形態が本明細書に説明される。
【0004】
いくつかの実施形態によると、導波路ディスプレイは、可視光を透過させる基板、ならびに基板に結合された第１のＶＢＧ、第２のＶＢＧ、および第３のＶＢＧを含み得る。第１のＶＢＧは、表示光を第２のＶＢＧの第１の領域に向けて導かれる波として基板にカップリングするように構成され得る。第２のＶＢＧは、第２のＶＢＧの第１の領域において、第１のＶＢＧからの表示光を第１の方向（例えば、ｘ方向）へ回折し、第２のＶＢＧの２つ以上の領域において第１の方向に沿って、第１の領域からの表示光を第３のＶＢＧに向けて第２の方向（例えば、ｙ方向）へ回折するように構成され得る。第３のＶＢＧは、第３のＶＢＧの２つ以上の領域において第２の方向に沿って、第２のＶＢＧの２つ以上の領域の各々からの表示光を基板からカップリングアウトするように構成され得る。第１のＶＢＧおよび第３のＶＢＧは、基板の面法線方向に垂直の平面（例えば、ｘ－ｙ平面）において同じ格子ベクトルを有し得、基板の面法線（例えば、ｚ）方向において同じ格子ベクトルまたは反対の格子ベクトルを有し得る。いくつかの実施形態では、第２のＶＢＧの第１の領域および第２のＶＢＧの２つ以上の領域の第２の領域は、基板の面法線方向に垂直の平面において同じ格子ベクトルを有し得、基板の面法線方向において同じ格子ベクトルおよび／または反対の格子ベクトルを有し得る。
【0005】
導波路ディスプレイのいくつかの実施形態では、第１のＶＢＧ、第２のＶＢＧ、および第３のＶＢＧは、同じ視野範囲および同じ波長範囲からの表示光を回折するように構成され得る。第１のＶＢＧ、第２のＶＢＧ、および第３のＶＢＧの各々は、反射ＶＢＧまたは透過ＶＢＧを含み得る。いくつかの実施形態では、第３のＶＢＧは、透過ＶＢＧを含み得、第２のＶＢＧは導波路ディスプレイのシースルー領域において第３のＶＢＧと重複し得る。
【0006】
いくつかの実施形態では、第１のＶＢＧ、第２のＶＢＧ、または第３のＶＢＧのうちの少なくとも１つは、多重化ＶＢＧを含み得る。第１のＶＢＧは第１のＶＢＧのセットを含み得、第３のＶＢＧは第２のＶＢＧのセットを含み得、第１のＶＢＧのセットの各ＶＢＧおよび第２のＶＢＧのセットの対応するＶＢＧは、基板の面法線方向に垂直の平面において同じ格子ベクトルを有し得、基板の面法線方向において同じ格子ベクトルまたは反対の格子ベクトルを有し得、同じ視野範囲および同じ波長範囲からの表示光を回折するように構成され得る。いくつかの実施形態では、第１のＶＢＧ、第２のＶＢＧ、または第３のＶＢＧのうちの少なくとも１つは、２つ以上のホログラフィ材料層においてＶＢＧを含み得る。いくつかの実施形態では、第２のＶＢＧおよび第３のＶＢＧの各々は、それぞれの１００μｍ未満の厚さによって特徴付けられてもよく、導波路ディスプレイは、２分角未満の角度分解能によって特徴付けられてもよい。
【0007】
いくつかの実施形態では、導波路ディスプレイは、２つ以上のホログラフィ材料層のうち２つのホログラフィ材料層の間に偏波変換器を含み得る。いくつかの実施形態では、導波路ディスプレイは、周囲光の基板への反射を低減するように構成された反射防止層を含み得る。いくつかの実施形態では、導波路ディスプレイは、しきい値よりも大きい入射角で角度選択的な透過層に入射する周囲光を反射、回折、または吸収するように構成された角度選択的な透過層を含み得る。いくつかの実施形態では、導波路ディスプレイは、表示光を生成するように構成された光源、および表示光をコリメートして、表示光を第１のＶＢＧに向けるように構成されたプロジェクタ光学系を含み得る。
【0008】
特定の実施形態によると、導波路ディスプレイは、可視光を透過させる基板と、基板内で導かれる波として表示光を基板内にカップリングするように構成されるカプラと、基板に結合された第１のＶＢＧおよび第２のＶＢＧとを含み得る。第１のＶＢＧは、第１のＶＢＧの第１の領域において、基板内の表示光を第１の方向へ回折すること、および第１のＶＢＧの２つ以上の領域において第１の方向に沿って、第１の領域からの表示光を第２のＶＢＧに向けて第２の方向へ回折することを行うように構成され得る。第２のＶＢＧは、第２のＶＢＧの２つ以上の領域において第２の方向に沿って、第１のＶＢＧの２つ以上の領域の各々からの表示光を基板からカップリングアウトするように構成され得る。第１のＶＢＧ、および第２のＶＢＧの各々は、透過ＶＢＧまたは反射ＶＢＧを含む。いくつかの実施形態では、カプラは、回折カプラ、屈折カプラ、または反射カプラを含み得る。
【0009】
いくつかの実施形態では、第１のＶＢＧは、１００μｍ未満の厚さによって特徴付けられてもよく、導波路ディスプレイは、２分角未満の角度分解能によって特徴付けられてもよい。いくつかの実施形態では、第２のＶＢＧは、透過ＶＢＧを含み得、第１のＶＢＧは導波路ディスプレイのシースルー領域において第２のＶＢＧと重複し得る。いくつかの実施形態では、第１のＶＢＧ、または第２のＶＢＧのうちの少なくとも１つは、２つ以上のホログラフィ材料層においてＶＢＧを含み得る。いくつかの実施形態では、第１のＶＢＧ、または第２のＶＢＧのうちの少なくとも１つは、多重化ＶＢＧを含む。
【0010】
可視光を透過させる基板と、基板内で導かれる波として表示光を基板内にカップリングするように構成されるカプラと、基板に結合された第１の体積ブラッグ格子（ＶＢＧ）および第２のＶＢＧとを備え、第１のＶＢＧは、第１のＶＢＧの第１の領域において、基板内の表示光を第１の方向へ回折すること、および第１のＶＢＧの２つ以上の領域において第１の方向に沿って、第１の領域からの表示光を第２のＶＢＧに向けて第２の方向へ回折することを行うように構成され、第２のＶＢＧは、第２のＶＢＧの２つ以上の領域において第２の方向に沿って、第１のＶＢＧの２つ以上の領域の各々からの表示光を基板からカップリングアウトするように構成される、導波路ディスプレイが提供され得る。
【0011】
いくつかの実施形態では、第１のＶＢＧは、１００・ｍ未満の厚さによって特徴付けられ、導波路ディスプレイは、２分角未満の角度分解能によって特徴付けられる。
【0012】
いくつかの実施形態では、第２のＶＢＧは、透過ＶＢＧを含み、第１のＶＢＧは導波路ディスプレイのシースルー領域において第２のＶＢＧと重複する。
【0013】
いくつかの実施形態では、第１のＶＢＧ、または第２のＶＢＧのうちの少なくとも１つは、２つ以上のホログラフィ材料層においてＶＢＧを含む。
【0014】
いくつかの実施形態では、カプラは、回折カプラ、屈折カプラ、または反射カプラを含む。
【0015】
いくつかの実施形態では、第１のＶＢＧ、または第２のＶＢＧのうちの少なくとも１つは、多重化ＶＢＧを含む。
【0016】
いくつかの実施形態では、第１のＶＢＧ、および第２のＶＢＧの各々は、透過ＶＢＧまたは反射ＶＢＧを含む。
【0017】
いくつかの実施形態において、第１のＶＢＧの第１の領域および第１のＶＢＧの２つ以上の領域の第２の領域は、基板の面法線方向に垂直の平面において同じ格子ベクトルを有する。
【0018】
この発明の概要は、特許請求された主題の主要または必須の特徴を特定することを意図するものでも、特許請求された主題の範囲を決定するために孤立して使用されることを意図するものでもない。主題は、本開示の明細書全体の適切な部分、任意またはすべての図面、および各特許請求項への参照により理解されるものとする。前述したことは、他の特徴および例と併せて、以下に続く明細書、特許請求の範囲、および添付の図面において、以下により詳細に説明される。
【0019】
例証的な実施形態は、以下に続く図を参照して、以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】特定の実施形態に従う、ニアアイディスプレイシステムを含む人工現実システム環境の例の簡略ブロック図である。
【図2】本明細書に開示される例のいくつかを実施するためのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）デバイスの形態にあるニアアイディスプレイシステムの例の斜視図である。
【図3】本明細書に開示される例のいくつかを実施するための眼鏡の形態にあるニアアイディスプレイシステムの例の斜視図である。
【図4】ニアアイディスプレイシステム内の光学システムの例を例証する簡略図である。
【図5】特定の実施形態に従う、射出瞳拡大のための導波路ディスプレイを含む光学シースルー拡張現実システムの例を例証する図である。
【図6】特定の実施形態に従う、射出瞳拡大のための導波路ディスプレイを含む光学シースルー拡張現実システムの例を例証する図である。
【図7A】反射体積ブラッグ格子（ＶＢＧ）の例のスペクトルバンド幅および透過性表面レリーフ格子（ＳＲＧ）の例のスペクトルバンド幅を例証する図である。
【図7B】反射ＶＢＧの例の角度バンド幅および透過性ＳＲＧの例の角度バンド幅を例証する図である。
【図8A】特定の実施形態に従う、射出瞳拡大のための導波路ディスプレイおよび表面レリーフ格子を含む光学シースルー拡張現実システムの例を例証する図である。
【図8B】特定の実施形態に従う、二次元複製された射出瞳を含むアイボックスの例を例証する図である。
【図9A】導波路ディスプレイにおける射出瞳拡大のための表面レリーフ格子の例によって回折された光の波動ベクトル、および複数の色のための射出瞳を例証する図である。
【図9B】導波路ディスプレイにおける射出瞳拡大のための表面レリーフ格子の例による視野クリッピングを例証する図である。
【図10A】特定の実施形態に従う、体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイの例を例証する図である。
【図11】特定の実施形態に従う、体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイの例における光分散を例証する図である。
【図12A】体積ブラッグ格子（ＶＢＧ）の例を例証する図である。
【図13A】特定の実施形態に従う、導波路ディスプレイにおける反射体積ブラッグ格子の例を例証する図である。
【図13B】導波路ディスプレイにおける反射ＶＢＧの例を例証する図であり、反射ＶＢＧによって回折された光が、完全には反射されず導波路内で導かれない。
【図13C】特定の実施形態に従う、導波路ディスプレイにおける透過体積ブラッグ格子の例を例証する図である。
【図13D】導波路ディスプレイにおける透過ＶＢＧの例を例証する図であり、透過ＶＢＧによって回折された光が、完全には反射されず導波路内で導かれない。
【図14A】特定の実施形態に従う、導波路ディスプレイにおける反射体積ブラッグ格子の例による光分散を例証する図である。
【図14B】特定の実施形態に従う、導波路ディスプレイにおける透過体積ブラッグ格子の例による光分散を例証する図である。
【図15A】特定の実施形態に従う、射出瞳拡大および分散低減を伴う体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイの例の前面図である。
【図16A】特定の実施形態に従う、射出瞳拡大および分散低減を伴う体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイの例の前面図である。
【図17A】特定の実施形態に従う、反射体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイにおける異なる視野からの異なる色の光の伝播を例証する図である。
【図17B】特定の実施形態に従う、透過体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイにおける異なる視野からの異なる色の光の伝播を例証する図である。
【図18】特定の実施形態に従う、射出瞳拡大および分散低減を伴う反射体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイの例を例証する図である。
【図19】特定の実施形態に従う、射出瞳拡大および形状因子低減を伴う透過体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイの例を例証する図である。
【図20】特定の実施形態に従う、透過体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイの別の例を例証する図である。
【図21】特定の実施形態に従う、射出瞳拡大、分散低減、および形状因子低減を伴う体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイの例を例証する図である。
【図22A】特定の実施形態に従う、射出瞳拡大、分散低減、形状因子低減、および電力効率向上を伴う体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイの別の例を例証する図である。
【図23A】特定の実施形態に従う、射出瞳拡大、分散低減、および形状因子低減を伴う体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイの例を例証する図である。
【図23B】特定の実施形態に従う、射出瞳拡大、分散低減、形状因子低減、および効率向上を伴う体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイの例を例証する図である。
【図24A】特定の実施形態に従う、画像プロジェクタおよび複数のポリマー層を含む体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイの例の前面図である。
【図24B】特定の実施形態に従う、画像プロジェクタおよび複数のポリマー層を含む体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイの例の側面図である。
【図25】特定の実施形態に従う、異なる視野および／または光波長のための複数の格子層を含む体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイの例を例証する図である。
【図26】特定の実施形態に従う、２つの多重化体積ブラッグ格子および２つの多重化体積ブラッグ格子間の偏光変換器を含む導波路ディスプレイの例を例証する図である。
【図27】特定の実施形態に従う、反射防止層および角度選択的な透過層を含む導波路ディスプレイの例を例証する図である。
【図28】特定の実施形態に従う、ニアアイディスプレイの例における電子システムの例の簡略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
図は、例証の目的のためだけに、本開示の実施形態を描写する。当業者は、以下の説明から、例証された構造および方法の代替の実施形態が、本開示の、原則、または、うたわれた利益から逸脱することなく採用され得ることを理解するものとする。
【0022】
添付の図において、同様の構成要素および／または特徴は、同じ参照ラベルを有し得る。さらに、同じタイプの様々な構成要素は、参照ラベルにダッシュ記号を続けることによって、および同様の構成要素同士を区別する第２のラベルによって区別され得る。第１の参照ラベルのみが明細書において使用される場合、その説明は、第２の参照ラベルにかかわらず、同じ第１の参照ラベルを有する同様の構成要素のうちの任意の１つに適用可能である。
【0023】
本開示は、概して、ニアアイディスプレイシステムのための体積ブラッグ格子（ＶＢＧ）ベースの導波路ディスプレイに関する。ニアアイディスプレイシステムにおいては、概して、アイボックスを拡大すること、表示ヘイズを低減すること、画像品質（例えば、解像度およびコントラスト）を向上すること、物理的サイズを低減すること、電力効率を増大すること、および視野を増大することが望ましい。導波路ベースのニアアイディスプレイシステムにおいて、投射画像の光は、導波路（例えば、透明基板）内にカップリングされ、導波路内を伝播し、射出瞳を複製しアイボックスを拡大するために異なる場所で導波路からカップリングアウトされ得る。２つ以上の格子が、射出瞳を２つの次元において拡大するために使用され得る。拡張現実応用のための導波路ベースのニアアイディスプレイシステムにおいて、周囲環境からの光は、導波路ディスプレイの少なくともシースルー領域（例えば、透明基板）を通過し、ユーザの目に到達し得る。いくつかの実装形態において、投射画像の光は、格子などの回折光学素子を使用して、導波路内にカップリングされ得るか、または導波路からカップリングアウトされ得る。回折光学素子を使用して実装されるカプラは、光回折の波長依存性に起因して、異なる色同士で分散を生じ得る。したがって、カラー画像内の異なる光成分の画像は、重複しない場合があり、故に、表示された画像の解像度が低減され得る。分散を低減し、解像度を向上するために、厚い透過および／または反射ＶＢＧ格子が使用され得、これは、多くの場合は非実用的であり得る、および／または著しい表示ヘイズを引き起こし得る。例えば、いくつかの場合においては、１ｍｍよりも大きい厚さを有する透過ＶＢＧ格子が、所望の解像度性能を達成するために使用され得る。より小さい厚さを有する反射ＶＢＧ格子が、所望の解像度性能を達成するために使用されてもよい。しかしながら、反射格子では、二次元瞳拡大のための格子は、重複しない場合があり、故に、導波路ディスプレイの物理的サイズは大きくなり得る。
【0024】
特定の実施形態によると、一致する格子ベクトルを伴う（例えば、透明基板の面法線方向に垂直の平面において同じ格子ベクトルを有する、ならびに透明基板の面法線方向において同じおよび／または反対の格子ベクトルを有するが、異なる回折効率を達成するために異なる露光持続時間で記録される）２つのＶＢＧ格子（または同じ格子の２つの部分）が、表示光を回折し、射出瞳を１つの次元において拡大するために使用され得る。２つのＶＢＧ格子は、２つのＶＢＧ格子における反対のブラッグ条件（例えば、＋１次および－１次回折）に起因して、互いによって引き起こされる表示光の分散を補償して、分散全体を低減し得る。したがって、薄いＶＢＧ格子が使用されて所望の解像度を達成し得る。分散補償が理由で、薄い透過ＶＢＧ格子が、所望の解像度を達成するために使用され得、二次元瞳拡大のための格子は、導波路ディスプレイの物理的サイズを低減するために少なくとも部分的に重複し得る。
【0025】
いくつかの実施形態において、第１のＶＢＧ格子の対（または格子の２つの部分）は、射出瞳を１つの次元において拡大し、互いによって引き起こされる分散を補償するために使用され得、第２のＶＢＧ格子の対（または格子の２つの部分）は、射出瞳を別の次元において拡大するために使用され得、互いによって引き起こされる分散を補償し得る。故に、射出瞳は、２つの次元において複製され得、表示画像の解像度は、両方の次元において高くなり得る。
【0026】
以下の説明において、デバイス、システム、方法などを含む様々な発明の実施形態が説明される。説明の目的のため、特定の詳細事項は、本開示の例の完全な理解を提供するために明記される。しかしながら、様々な例が、これらの特定の詳細事項なしに実践され得ることは明白である。例えば、デバイス、システム、構造体、アセンブリ、方法、および他の構成要素は、不必要な詳細事項において例を不明瞭にすることがないように、ブロック図の形態にある構成要素として示され得る。他の場合において、周知のデバイス、プロセス、システム、構造体、および技法は、例を不明瞭にすることを回避するために、必要な詳細事項なしに示され得る。図および説明は、制限的であることは意図されない。本開示において採用されている用語および表現は、制限ではなく説明の用語として使用され、そのような用語および表現の使用において、示され説明される特徴の任意の等価物またはそれらの部分を排除する意図はない。「例」という言葉は、「例、事例、または例証としての役割を果たす」ことを意味するために本明細書で使用される。「例」として本明細書に説明される任意の実施形態または設計は、必ずしも、他の実施形態または設計よりも、好ましい、または有利であると解釈されるべきではない。
【0027】
図１は、特定の実施形態に従う、ニアアイディスプレイ１２０を含む人工現実システム環境１００の例の簡略ブロック図である。図１に示される人工現実システム環境１００は、ニアアイディスプレイ１２０、任意選択の外部撮像デバイス１５０、および任意選択の入力／出力インターフェース１４０を含み得、これらの各々が、任意選択のコンソール１１０に結合され得る。図１は、１つのニアアイディスプレイ１２０、１つの外部撮像デバイス１５０、および１つの入力／出力インターフェース１４０を含む人工現実システム環境１００の例を示すが、任意の数のこれらの構成要素が、人工現実システム環境１００に含まれてもよく、または構成要素のうちのいずれかが省略されてもよい。例えば、コンソール１１０と通信状態にある１つまたは複数の外部撮像デバイス１５０によって監視される複数のニアアイディスプレイ１２０が存在してもよい。いくつかの構成において、人工現実システム環境１００は、外部撮像デバイス１５０、任意選択の入力／出力インターフェース１４０、および任意選択のコンソール１１０を含まなくてもよい。代替の構成において、異なるまたは追加の構成要素が、人工現実システム環境１００に含まれてもよい。
【0028】
ニアアイディスプレイ１２０は、ユーザにコンテンツを提示するヘッドマウントディスプレイであってもよい。ニアアイディスプレイ１２０によって提示されるコンテンツの例は、画像、動画、音声、またはそれらの任意の組み合わせのうちの１つまたは複数を含む。いくつかの実施形態において、音声は、ニアアイディスプレイ１２０、コンソール１１０、または両方から音声情報を受信し、この音声情報に基づいて音声データを提示する外部デバイス（例えば、スピーカおよび／またはヘッドフォン）を介して提示され得る。ニアアイディスプレイ１２０は、互いに剛結合または非剛結合され得る１つまたは複数の剛体を含み得る。剛体同士の剛結合は、結合した剛体を単一の剛実体として作用させ得る。剛体同士の非剛結合は、剛体が互いに対して移動することを可能にし得る。様々な実施形態において、ニアアイディスプレイ１２０は、眼鏡を含む、任意の好適な形状因子で実装され得る。ニアアイディスプレイ１２０のいくつかの実施形態は、図２および図３に関して以下にさらに説明される。加えて、様々な実施形態において、本明細書に説明される機能性は、ニアアイディスプレイ１２０の外部の環境の画像および人工現実コンテンツ（例えば、コンピュータ生成画像）を組み合わせるヘッドセットにおいて使用され得る。したがって、ニアアイディスプレイ１２０は、拡張現実をユーザに提示するために、生成されたコンテンツ（例えば、画像、動画、音など）を用いてニアアイディスプレイ１２０の外部の物理的な現実世界環境の画像を拡張し得る。
【0029】
様々な実施形態において、ニアアイディスプレイ１２０は、ディスプレイ電子機器１２２、ディスプレイ光学系１２４、およびアイトラッキングユニット１３０のうちの１つまたは複数を含み得る。いくつかの実施形態において、ニアアイディスプレイ１２０はまた、１つまたは複数のロケータ１２６、１つまたは複数の位置センサ１２８、および慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１３２を含み得る。ニアアイディスプレイ１２０は、アイトラッキングユニット１３０、ロケータ１２６、位置センサ１２８、およびＩＭＵ１３２のうちのいずれかを省略し得るか、または様々な実施形態において追加の要素を含み得る。加えて、いくつかの実施形態において、ニアアイディスプレイ１２０は、図１と併せて説明される様々な要素の機能を組み合わせた要素を含み得る。
【0030】
ディスプレイ電子機器１２２は、例えば、コンソール１１０から受信されるデータに従って、ユーザに対して画像を表示し得るか、または画像の表示を促進し得る。様々な実施形態において、ディスプレイ電子機器１２２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、無機発光ダイオード（ＩＬＥＤ）ディスプレイ、微小発光ダイオード（μＬＥＤ）ディスプレイ、アクティブマトリックスＯＬＥＤディスプレイ（ＡＭＯＬＥＤ）、透明ＯＬＥＤディスプレイ（ＴＯＬＥＤ）、または何らかの他のディスプレイなど、１つまたは複数の表示パネルを含み得る。例えば、ニアアイディスプレイ１２０の１つの実装形態において、ディスプレイ電子機器１２２は、前面ＴＯＬＥＤパネル、背面表示パネル、および前面表示パネルと背面表示パネルとの間の光学構成要素（例えば、減衰器、偏光子、または回折もしくは分光フィルム）を含み得る。ディスプレイ電子機器１２２は、赤、緑、青、白、または黄などの主色の光を放出するために画素を含み得る。いくつかの実装形態において、ディスプレイ電子機器１２２は、画像の奥行きの主観的知覚を作り出すために、二次元パネルによって生成される立体視効果を通じて三次元（３Ｄ）画像を表示し得る。例えば、ディスプレイ電子機器１２２は、ユーザの左目および右目の前にそれぞれ位置付けられる左ディスプレイおよび右ディスプレイを含み得る。左および右ディスプレイは、立体視効果（例えば、画像を見ているユーザによる画像の奥行きの知覚）を作り出すために、互いに対して水平にシフトされた画像のコピーを提示し得る。
【0031】
特定の実施形態において、ディスプレイ光学系１２４は、画像コンテンツを（例えば、光導波路およびカプラを使用して）光学的に表示するか、またはディスプレイ電子機器１２２から受信される画像光を拡大し、画像光と関連付けられた光学誤差を補正し、補正した画像光をニアアイディスプレイ１２０のユーザに提示し得る。様々な実施形態において、ディスプレイ光学系１２４は、例えば、基板、光導波路、アパーチャ、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、入力／出力カプラ、またはディスプレイ電子機器１２２から放出される画像光に影響を及ぼし得る任意の他の好適な光学素子など、１つまたは複数の光学素子を含み得る。ディスプレイ光学系１２４は、異なる光学素子の組み合わせ、ならびに組み合わせた光学素子の相対的な間隔および配向を維持するための機械的結合を含み得る。ディスプレイ光学系１２４内の１つまたは複数の光学素子は、反射防止コーティング、反射コーティング、フィルタリングコーティング、または異なる光学コーティングの組み合わせなど、光学コーティングを有し得る。
【0032】
ディスプレイ光学系１２４による画像光の拡大は、ディスプレイ電子機器１２２が、物理的により小さくなること、重さが軽くなること、およびより大きいディスプレイよりも少ない電力を消費することを可能にし得る。加えて、拡大は、表示コンテンツの視野を増大させ得る。ディスプレイ光学系１２４による画像光の拡大の量は、光学素子を調節すること、追加すること、またはディスプレイ光学系１２４から除去することによって変更され得る。いくつかの実施形態において、ディスプレイ光学系１２４は、ニアアイディスプレイ１２０よりもユーザの目から離れたところにあり得る１つまたは複数の画像平面に表示画像を投射し得る。
【0033】
ディスプレイ光学系１２４はまた、二次元光学誤差、三次元光学誤差、またはそれらの任意の組み合わせなど、１つまたは複数のタイプの光学誤差を補正するように設計され得る。二次元誤差は、２つの次元に発生する光学収差を含み得る。二次元誤差の例となるタイプは、たる形ひずみ、糸巻形ひずみ、軸上色収差、および倍率色収差を含み得る。三次元誤差は、３つの次元に発生する光学誤差を含み得る。三次元誤差の例となるタイプは、球面収差、コマ収差、像面湾曲、および非点収差を含み得る。
【0034】
ロケータ１２６は、互いに対してニアアイディスプレイ１２０上の特定の位置に、およびニアアイディスプレイ１２０上の基準点に対して、位置する物体であり得る。いくつかの実装形態において、コンソール１１０は、人工現実ヘッドセットの位置、配向、または両方を決定するために、外部撮像デバイス１５０によって捕捉される画像内でロケータ１２６を特定し得る。ロケータ１２６は、ＬＥＤ、コーナーキューブリフレクタ、反射マーカ、ニアアイディスプレイ１２０が動作する環境と対照をなす光源のタイプ、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。ロケータ１２６がアクティブ構成要素（例えば、ＬＥＤまたは他のタイプの発光デバイス）である実施形態において、ロケータ１２６は、可視バンド（例えば、約３８０ｎｍ～７５０ｎｍ）、赤外（ＩＲ）バンド（例えば、約７５０ｎｍ～１ｍｍ）、紫外バンド（例えば、約１０ｎｍ～約３８０ｎｍ）、電磁スペクトルの別の部分、または電磁スペクトルの部分の任意の組み合わせで光を放出し得る。
【0035】
外部撮像デバイス１５０は、１つもしくは複数のカメラ、１つもしくは複数のビデオカメラ、ロケータ１２６のうちの１つもしくは複数を含む画像を捕捉することができる任意の他のデバイス、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。加えて、外部撮像デバイス１５０は、１つまたは複数のフィルタを含み得る（例えば、信号対雑音比を増加させるため）。外部撮像デバイス１５０は、外部撮像デバイス１５０の視野内のロケータ１２６から放出または反射される光を検出するように構成され得る。ロケータ１２６がパッシブ素子（例えば、逆反射体）である実施形態において、外部撮像デバイス１５０は、ロケータ１２６のうちのいくつかまたはすべてを照明する光源を含み得、これらのロケータ１２６は、外部撮像デバイス１５０内の光源に光を再帰反射し得る。低速較正データが、外部撮像デバイス１５０からコンソール１１０へ通信され得、外部撮像デバイス１５０は、１つまたは複数の撮像パラメータ（例えば、焦点距離、焦点、フレームレート、センサ温度、シャッター速度、アパーチャなど）を調節するために、コンソール１１０から１つまたは複数の較正パラメータを受信し得る。
【0036】
位置センサ１２８は、ニアアイディスプレイ１２０の動きに応答して１つまたは複数の測定信号を生成し得る。位置センサ１２８の例は、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、他の動き検出もしくは誤差補正センサ、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。例えば、いくつかの実施形態において、位置センサ１２８は、並進運動（例えば、前後、上下、または左右）を測定するための複数の加速度計、および回転運動（例えば、ピッチ、ヨー、またはロール）を測定するための複数のジャイロスコープを含み得る。いくつかの実施形態において、様々な位置センサは、互いに直交して配向され得る。
【0037】
ＩＭＵ１３２は、位置センサ１２８のうちの１つまたは複数から受信される測定信号に基づいて高速較正データを生成する電子デバイスであってもよい。位置センサ１２８は、ＩＭＵ１３２の外部に、ＩＭＵ１３２の内部に、またはそれらの任意の組み合わせで、位置し得る。１つまたは複数の位置センサ１２８からの１つまたは複数の測定信号に基づいて、ＩＭＵ１３２は、ニアアイディスプレイ１２０の初期位置に対するニアアイディスプレイ１２０の推定位置を示す高速較正データを生成し得る。例えば、ＩＭＵ１３２は、速度ベクトルを推定するために加速度計から経時的に受信される測定信号を統合し、ニアアイディスプレイ１２０上の基準点の推定位置を決定するために速度ベクトルを経時的に統合し得る。代替的に、ＩＭＵ１３２は、高速較正データを決定し得るコンソール１１０にサンプリングされた測定信号を提供し得る。基準点は、一般的に、空間内の点として規定され得るが、様々な実施形態において、基準点はまた、ニアアイディスプレイ１２０内の点（例えば、ＩＭＵ１３２の中心）として規定され得る。
【0038】
アイトラッキングユニット１３０は、１つまたは複数のアイトラッキングシステムを含み得る。アイトラッキングは、ニアアイディスプレイ１２０に対する、目の配向および場所を含む目の位置を決定することを指し得る。アイトラッキングシステムは、１つまたは複数の目を撮像するために撮像システムを含み得、任意選択的に、目によって反射される光が撮像システムによって捕捉され得るように目に向けられる光を生成し得る発光体を含み得る。例えば、アイトラッキングユニット１３０は、可視スペクトルまたは赤外スペクトルで光を放出する非コヒーレント光源またはコヒーレント光源（例えば、レーザダイオード）、およびユーザの目によって反射される光を捕捉するカメラを含み得る。別の例として、アイトラッキングユニット１３０は、小型レーダーユニットによって放出された反射電波を捕捉し得る。アイトラッキングユニット１３０は、目を傷つけない、または身体的な不快感を引き起こさない周波数および強度で光を放出する低出力発光体を使用し得る。アイトラッキングユニット１３０は、アイトラッキングユニット１３０によって消費される電力全体を低減（例えば、アイトラッキングユニット１３０に含まれる発光体および撮像システムによって消費される電力を低減）しながら、アイトラッキングユニット１３０によって捕捉された目の画像におけるコントラストを増大させるように配置され得る。例えば、いくつかの実装形態において、アイトラッキングユニット１３０は、１００ミリワット未満の電力を消費し得る。
【0039】
ニアアイディスプレイ１２０は、例えば、ユーザの瞳間距離（ＩＰＤ）を決定するため、視線方向を決定するため、奥行きの手がかりを導入するため（例えば、ユーザの主な視線の外側のぶれ画像）、ＶＲメディア内のユーザインタラクションに関するヒューリスティックスを収集するため（例えば、露光刺激の関数としての任意の特定の対象、物体、またはフレームに費やした時間）、ユーザの目の少なくとも一方の配向に部分的に基づくいくつかの他の機能、またはそれらの任意の組み合わせのために、目の配向を使用し得る。配向がユーザの両目に対して決定され得ることから、アイトラッキングユニット１３０は、ユーザがどこを見ているのかを決定することが可能であり得る。例えば、ユーザの視線の方向を決定することは、ユーザの左目および右目の決定された配向に基づいて収束点を決定することを含み得る。収束点は、ユーザの目の２つの中心窩軸が交差する点であり得る。ユーザの視線の方向は、収束点およびユーザの目の瞳の間の中点を通過する線の方向であり得る。
【0040】
入力／出力インターフェース１４０は、ユーザがコンソール１１０にアクション要求を送信することを可能にするデバイスであってもよい。アクション要求は、特定のアクションを実施するための要求であってもよい。例えば、アクション要求は、アプリケーションを開始すること、もしくは終了すること、またはアプリケーション内で特定のアクションを実施することであってもよい。入力／出力インターフェース１４０は、１つまたは複数の入力デバイスを含み得る。例となる入力デバイスは、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、グローブ、ボタン、タッチスクリーン、または、アクション要求を受信し、受信したアクション要求をコンソール１１０に通信するための任意の他の好適なデバイスを含み得る。入力／出力インターフェース１４０によって受信されたアクション要求は、コンソール１１０に通信され得、このコンソール１１０が、要求されたアクションに対応するアクションを実施し得る。いくつかの実施形態において、入力／出力インターフェース１４０は、コンソール１１０から受信した命令に従ってユーザに触覚フィードバックを提供し得る。例えば、入力／出力インターフェース１４０は、アクション要求が受信されるとき、またはコンソール１１０が要求されたアクションをすでに実施しており、命令を入力／出力インターフェース１４０に通信するとき、触覚フィードバックを提供し得る。いくつかの実施形態において、外部撮像デバイス１５０は、コントローラ（例えば、ＩＲ光源を含み得る）またはユーザの手の場所または位置を追跡してユーザの動きを決定することなど、入力／出力インターフェース１４０を追跡するために使用され得る。いくつかの実施形態において、ニアアイディスプレイ１２０は、コントローラまたはユーザの手の場所または位置を追跡してユーザの動きを決定することなど、入力／出力インターフェース１４０を追跡するために１つまたは複数の撮像デバイスを含み得る。
【0041】
コンソール１１０は、外部撮像デバイス１５０、ニアアイディスプレイ１２０、および入力／出力インターフェース１４０のうちの１つまたは複数から受信される情報に従ったユーザに対する提示のため、ニアアイディスプレイ１２０にコンテンツを提供し得る。図１に示される例において、コンソール１１０は、アプリケーションストア１１２、ヘッドセットトラッキングモジュール１１４、人工現実エンジン１１６、およびアイトラッキングモジュール１１８を含み得る。コンソール１１０のいくつかの実施形態は、図１と併せて説明されるものとは異なるモジュールまたは追加のモジュールを含み得る。以下にさらに説明される機能は、ここに説明されるものとは異なる様式で、コンソール１１０の構成要素に分散され得る。
【0042】
いくつかの実施形態において、コンソール１１０は、プロセッサ、およびプロセッサによって実行可能な命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含み得る。プロセッサは、命令を並行して実行する複数の処理ユニットを含み得る。非一時的なコンピュータ可読記憶媒体は、ハードディスクドライブ、リムーバブルメモリ、ソリッドステートドライブ（例えば、フラッシュメモリまたはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ））など、任意のメモリであってもよい。様々な実施形態において、図１と併せて説明されるコンソール１１０のモジュールは、プロセッサによって実行されるとき、以下にさらに説明される機能をプロセッサに実施させる非一時的なコンピュータ可読記憶媒体内の命令として符号化され得る。
【0043】
アプリケーションストア１１２は、コンソール１１０による実行のための１つまたは複数のアプリケーションを記憶し得る。アプリケーションは、プロセッサによって実行されるとき、ユーザに対する提示のためのコンテンツを生成する命令のグループを含み得る。アプリケーションによって生成されるコンテンツは、ユーザの目の運動を介してユーザから受信される入力、または入力／出力インターフェース１４０から受信される入力に応答したものであり得る。アプリケーションの例は、ゲーミングアプリケーション、会議アプリケーション、動画再生アプリケーション、または他の好適なアプリケーションを含み得る。
【0044】
ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、外部撮像デバイス１５０からの低速較正情報を使用してニアアイディスプレイ１２０の運動を追跡し得る。例えば、ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、低速較正情報からの観察したロケータおよびニアアイディスプレイ１２０のモデルを使用してニアアイディスプレイ１２０の基準点の位置を決定し得る。ヘッドセットトラッキングモジュール１１４はまた、高速較正情報からの位置情報を使用してニアアイディスプレイ１２０の基準点の位置を決定し得る。加えて、いくつかの実施形態において、ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、ニアアイディスプレイ１２０の今後の場所を予測するために、高速較正情報、低速較正情報、またはそれらの任意の組み合わせの部分を使用し得る。ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、ニアアイディスプレイ１２０の推定または予測した今後の位置を人工現実エンジン１１６に提供し得る。
【0045】
人工現実エンジン１１６は、人工現実システム環境１００内でアプリケーションを実行し、ニアアイディスプレイ１２０の位置情報、ニアアイディスプレイ１２０の加速度情報、ニアアイディスプレイ１２０の速度情報、ニアアイディスプレイ１２０の予測した今後の位置、またはそれらの任意の組み合わせをヘッドセットトラッキングモジュール１１４から受信し得る。仮想現実エンジン１１６はまた、推測した目の位置および配向情報をアイトラッキングモジュール１１８から受信し得る。受信した情報に基づいて、人工現実エンジン１１６は、ユーザへの提示のためにニアアイディスプレイ１２０に提供するためのコンテンツを決定し得る。例えば、受信した情報が、ユーザが左を見たことを示す場合、人工現実エンジン１１６は、仮想環境におけるユーザの目の運動を左右逆にする、ニアアイディスプレイ１２０のためのコンテンツを生成し得る。加えて、人工現実エンジン１１６は、入力／出力インターフェース１４０から受信されるアクション要求に応答してコンソール１１０に対して実行するアプリケーション内のアクションを実施し、アクションが実施されたことを示すフィードバックをユーザに提供し得る。フィードバックは、ニアアイディスプレイ１２０を介した視覚もしくは可聴フィードバック、または入力／出力インターフェース１４０を介した触覚フィードバックであり得る。
【0046】
アイトラッキングモジュール１１８は、アイトラッキングユニット１３０からアイトラッキングデータを受信し、アイトラッキングデータに基づいてユーザの目の位置を決定し得る。目の位置は、ニアアイディスプレイ１２０に対する目の配向、場所、もしくは両方、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。目の回転軸が眼窩内の目の場所の関数として変化することから、眼窩内の目の場所を決定することは、アイトラッキングモジュール１１８が目の配向をより正確に決定することを可能にし得る。
【0047】
図２は、本明細書に開示される例のいくつかを実施するための、ＨＭＤデバイス２００の形態にあるニアアイディスプレイの例の斜視図である。ＨＭＤデバイス２００は、例えば、ＶＲシステム、ＡＲシステム、ＭＲシステム、またはそれらの任意の組み合わせ、の部分であってもよい。ＨＭＤデバイス２００は、本体部２２０およびヘッドストラップ２３０を含み得る。図２は、本体部２２０の上側２２３、前側２２５、および右側２２７を斜視図で示す。ヘッドストラップ２３０は、調節可能または伸長可能な長さを有し得る。ユーザがＨＭＤデバイス２００をユーザの頭に装着するのを可能にするため、ＨＭＤデバイス２００の本体部２２０とヘッドストラップ２３０との間には十分な空間が存在し得る。様々な実施形態において、ＨＭＤデバイス２００は、追加の、より少ない、または異なる構成要素を含み得る。例えば、いくつかの実施形態において、ＨＭＤデバイス２００は、ヘッドストラップ２３０ではなく、例えば、下の図３に示されるような、眼鏡テンプルおよびテンプル先端部を含み得る。
【0048】
ＨＭＤデバイス２００は、コンピュータ生成要素と共に物理的な現実世界環境の仮想および／または拡張視点を含むメディアをユーザに提示し得る。ＨＭＤデバイス２００によって提示されるメディアの例は、画像（例えば、二次元（２Ｄ）または三次元（３Ｄ）画像）、動画（例えば、２Ｄまたは３Ｄ動画）、音声、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。画像および動画は、ＨＭＤデバイス２００の本体部２２０に収納された１つまたは複数のディスプレイアセンブリ（図２に示されない）によってユーザの各目に提示され得る。様々な実施形態において、１つまたは複数のディスプレイアセンブリは、単一の電子表示パネルまたは複数の電子表示パネル（例えば、ユーザの各目に１つの表示パネル）を含み得る。電子表示パネルの例は、例えば、ＬＣＤ、ＯＬＥＤディスプレイ、ＩＬＥＤディスプレイ、μＬＥＤディスプレイ、ＡＭＯＬＥＤ、ＴＯＬＥＤ、何らかの他のディスプレイ、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。ＨＭＤデバイス２００は、２つのアイボックス領域を含み得る。
【0049】
いくつかの実装形態において、ＨＭＤデバイス２００は、奥行きセンサ、動きセンサ、位置センサ、およびアイトラッキングセンサなど、様々なセンサ（示されない）を含み得る。これらのセンサのうちのいくつかは、センシングのために構造化光パターンを使用し得る。いくつかの実装形態において、ＨＭＤデバイス２００は、コンソールとの通信のために入力／出力インターフェースを含み得る。いくつかの実装形態において、ＨＭＤデバイス２００は、ＨＭＤデバイス２００内でアプリケーションを実行し、ＨＭＤデバイス２００の、奥行き情報、位置情報、加速度情報、速度情報、予測した今後の位置、またはそれらの任意の組み合わせを様々なセンサから受信することができる仮想現実エンジン（示されない）を含み得る。いくつかの実装形態において、仮想現実エンジンによって受信される情報は、１つまたは複数のディスプレイアセンブリへの信号（例えば、表示命令）を生成するために使用され得る。いくつかの実装形態において、ＨＭＤデバイス２００は、互いに対して、および基準点に対して、本体部２２０上の固定位置に位置するロケータ（示されない、ロケータ１２６など）を含み得る。ロケータの各々は、外部撮像デバイスによって検出可能な光を放出し得る。
【0050】
図３は、本明細書に開示される例のいくつかの実施するための眼鏡の形態にあるニアアイディスプレイ３００の例の斜視図である。ニアアイディスプレイ３００は、図１のニアアイディスプレイ１２０の特定の実装形態であり得、仮想現実ディスプレイ、拡張現実ディスプレイ、および／または複合現実ディスプレイとして動作するように構成され得る。ニアアイディスプレイ３００は、フレーム３０５およびディスプレイ３１０を含み得る。ディスプレイ３１０は、ユーザにコンテンツを提示するように構成され得る。いくつかの実施形態において、ディスプレイ３１０は、ディスプレイ電子機器および／またはディスプレイ光学系を含み得る。例えば、図１のニアアイディスプレイ１２０に関して上に説明されるように、ディスプレイ３１０は、ＬＣＤ表示パネル、ＬＥＤ表示パネル、または光学表示パネル（例えば、導波路ディスプレイアセンブリ）を含み得る。
【0051】
ニアアイディスプレイ３００は、フレーム３０５上、またはフレーム３０５内に、様々なセンサ３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、３５０ｄ、および３５０ｅをさらに含み得る。いくつかの実施形態において、センサ３５０ａ～３５０ｅは、１つまたは複数の奥行きセンサ、動きセンサ、位置センサ、慣性センサ、または周囲光センサを含み得る。いくつかの実施形態において、センサ３５０ａ～３５０ｅは、異なる方向における異なる視野を表す画像データを生成するように構成される１つまたは複数の画像センサを含み得る。いくつかの実施形態において、センサ３５０ａ～３５０ｅは、ニアアイディスプレイ３００の表示コンテンツを制御する、もしくはこれに影響を及ぼすため、および／またはニアアイディスプレイ３００のユーザにインタラクティブなＶＲ／ＡＲ／ＭＲ体験を提供するために、入力デバイスとして使用され得る。いくつかの実施形態において、センサ３５０ａ～３５０ｅはまた、立体撮像のために使用され得る。
【0052】
いくつかの実施形態において、ニアアイディスプレイ３００は、物理的環境内へ光を投射するために、１つまたは複数の照明器具３３０をさらに含み得る。投射光は、異なる周波数帯（例えば、可視光、赤外光、紫外光など）と関連付けられ得、様々な目的を果たし得る。例えば、照明器具３３０は、暗い環境（または低強度の赤外光、紫外光などを伴う環境）において光を投射して、暗い環境内で異なる物体の画像を捕捉することにおいてセンサ３５０ａ～３５０ｅを支援することができる。いくつかの実施形態において、照明器具３３０は、環境内の物体上に特定の光パターンを投射するために使用され得る。いくつかの実施形態において、照明器具３３０は、図１に関して上に説明されるロケータ１２６など、ロケータとして使用され得る。
【0053】
いくつかの実施形態において、ニアアイディスプレイ３００はまた、高解像度カメラ３４０を含み得る。カメラ３４０は、視野内の物理的環境の画像を捕捉し得る。捕捉画像は、捕捉画像に仮想物体を追加する、または捕捉画像内の物理的物体を修正するために、例えば、仮想現実エンジン（例えば、図１の人工現実エンジン１１６）によって処理され得、処理画像は、ＡＲまたはＭＲアプリケーションのためのディスプレイ３１０によってユーザに表示され得る。
【0054】
図４は、ニアアイディスプレイシステム４００内の光学システムの例を例証する簡略図である。光学システム４００は、画像源４１０およびプロジェクタ光学系４２０を含み得る。図４に示される例において、画像源４１０は、プロジェクタ光学系４２０の前にある。様々な実施形態において、画像源４１０は、ユーザの目４９０の視野の外側に位置し得る。例えば、１つまたは複数の反射体または方向性カプラが、ユーザの目４９０の視野の外側にある画像源からの光を偏向させて、この画像源が図４に示される画像源４１０の場所にあるように見せるために使用され得る。画像源４１０上のエリア（例えば、画素または発光デバイス）からの光は、プロジェクタ光学系４２０によって、コリメートされて射出瞳４３０へ向けられ得る。故に、画像源４１０上の異なる空間的位置にある物体は、異なる視野角（ＦＯＶ）においてユーザの目４９０から離れた物体であるように見え得る。異なる視野角からのコリメート光は、次いで、ユーザの目４９０の水晶体によってユーザの目４９０の網膜４９２の異なる場所へと集束され得る。例えば、光の少なくともいくつかの部分は、網膜４９２上で中心窩４９４に集束され得る。画像源４１０上のエリアからの、同じ方向からユーザの目４９０に入射するコリメート光線は、網膜４９２上の同じ場所へ集束され得る。そのようなものとして、画像源４１０の単一の画像が、網膜４９２上に形成され得る。
【0055】
人工現実システムを使用するというユーザ体験は、視野（ＦＯＶ）、画像品質（例えば、角度分解能）、アイボックスのサイズ（目および頭の運動に適応するため）、およびアイボックス内の光の明るさ（またはコントラスト）を含む、光学システムのいくつかの特性に依存し得る。視野は、片目（単眼ＨＭＤの場合）または両目（双眼または両眼いずれかのＨＭＤの場合）によって観察されるような、通常、度の単位で測定される、ユーザが見る画像の角度範囲を説明する。人間視覚システムは、約２００°（水平）×１３０°（垂直）の合計両眼ＦＯＶを有し得る。完全没入型の視覚環境を作り出すには、大きいＦＯＶ（例えば、約６０°より大きい）は、画像を単に見ているのではなく、画像「の中にいる」という感覚を提供し得ることから、大きいＦＯＶが望ましい。視野が小さくなることも、いくつかの重要な視覚情報を妨げ得る。例えば、小さいＦＯＶを有するＨＭＤシステムは、ジェスチャインターフェースを使用し得るが、ユーザは、自分が正しい動きを使用していることを確信するために小さいＦＯＶ内で自分の手を見ることができない。その一方で、より広い視野は、より大きいディスプレイまたは光学システムを必要とし得、これは、ＨＭＤのサイズ、重量、費用、および使い心地に影響を及ぼし得る。
【0056】
解像度は、ユーザの前に現れる表示された画素もしくは画像要素の角度サイズ、またはユーザがある画素および／もしくは他の画素によって画像化されるような物体を見て正しく解釈することができる能力を指し得る。ＨＭＤの解像度は、所与のＦＯＶ値についての画像源上の画素の数として指定され得、そこから角度分解能が、１つの方向におけるＦＯＶを画像源上の同じ方向にある画素の数で割ることによって決定され得る。例えば、４０°の水平ＦＯＶおよび画像源上の水平方向における１０８０画素の場合、対応する角度分解能は、Ｓｎｅｌｌｅｎ２０／２０ヒト視力と関連付けられた１分分解能と比較して、約２．２分であり得る。
【0057】
場合によっては、アイボックスは、ユーザの目の前にある二次元ボックスであってもよく、この二次元ボックスから、画像源からの表示画像を見ることができる。ユーザの瞳がアイボックスの外側へ動く場合、表示画像は、ユーザによって見られない場合がある。例えば、非瞳成形構成においては、ＨＭＤ画像源の非ビネット視聴が中に存在することになる視聴アイボックスが存在しており、表示画像は、ビネットであり得るか、またはクリッピングされ得るが、ユーザの目の瞳が視聴アイボックスの外側にあるときに依然として可視であり得る。瞳成形構成において、画像は、射出瞳の外側では可視ではない場合がある。
【0058】
最も高い分解能が網膜上で達成され得る人間の目の中心窩は、約２°～約３°のＦＯＶに対応し得る。これは、軸外の物体を最も高い解像度で見るために、目が回転することを必要とし得る。軸外の物体を見るための目の回転は、目が瞳の約１０ｍｍ後ろにある点の周りを回転することから、瞳の移動をもたらし得る。加えて、ユーザは常に、ユーザの目の瞳（例えば、約２．５ｍｍの半径を有する）をアイボックス内の理想の場所に正確に位置付けることができるわけではない。さらには、ＨＭＤが使用される環境は、例えば、ＨＭＤが動く車両において使用されるとき、またはユーザが歩いている間に使用されるように設計されるとき、ＨＭＤに対するユーザの目および／または頭の運動を可能にするためにアイボックスがより大きいことを必要とし得る。これらの状況における運動の量は、ＨＭＤがユーザの頭にどれくらいきちんと結合されるかに依存し得る。
【0059】
故に、ＨＭＤの光学システムは、ＨＭＤに対するユーザの瞳の運動を受け入れるために、十分に大きい射出瞳またはフル解像度で全ＦＯＶを見るための視聴アイボックスを提供することを必要とし得る。例えば、瞳成形構成においては、１２ｍｍ～１５ｍｍの最小サイズが射出瞳に所望され得る。アイボックスが小さすぎる場合、目とＨＭＤとの小さなずれが、画像の少なくとも部分的損失を結果としてもたらし得、ユーザ体験は、実質的に損なわれ得る。一般に、アイボックスの横方向の広がりは、アイボックスの垂直の広がりよりも重要である。これは、ユーザ間の目の分離距離における著しい相違、ならびに、アイウェアのずれが横寸法においてより頻繁に発生する傾向があるということ、およびユーザが視線を上下に調節するよりも、自らの視線を左右に、より大きい振幅で、より頻繁に調節する傾向があるということに部分的に起因し得る。故に、アイボックスの横寸法を増加させることができる技法は、ＨＭＤを用いたユーザの体験を実質的に向上させ得る。その一方で、アイボックスが大きくなるほど、光学系はより大きくなり、ニアアイディスプレイデバイスはより重く、よりかさばることになり得る。
【0060】
明るい背景に対して表示画像を見るためには、ＡＲ ＨＭＤの画像源は、十分に明るい必要があり得、光学システムは、表示画像が太陽光などの強い周囲光を含む背景において可視であり得るように、ユーザの目に明るい画像を提供するのに効率的である必要があり得る。ＨＭＤの光学システムは、アイボックス内に光を集中させるように設計され得る。アイボックスが大きいときは、高出力の画像源が、大きいアイボックス内で可視の明るい画像を提供するために使用され得る。故に、アイボックスのサイズ、費用、明るさ、光学複雑性、画像品質、ならびに光学システムのサイズおよび重量の間にはトレードオフが存在し得る。
【0061】
図５は、特定の実施形態に従う、射出瞳拡大のための導波路ディスプレイを含む光学シースルー拡張現実システム５００の例を例証する。拡張現実システム５００は、プロジェクタ５１０およびコンバイナ５１５を含み得る。プロジェクタ５１０は、光源または画像源５１２およびプロジェクタ光学系５１４を含み得る。いくつかの実施形態において、光源または画像源５１２は、１つまたは複数のマイクロＬＥＤデバイスを含み得る。いくつかの実施形態において、画像源５１２は、ＬＣＤ表示パネルまたはＬＥＤ表示パネルなど、仮想物体を表示する複数の画素を含み得る。いくつかの実施形態において、画像源５１２は、コヒーレントまたは部分的にコヒーレントな光を生成する光源を含み得る。例えば、光源５１２は、レーザダイオード、垂直キャビティ面発光レーザ、ＬＥＤ、スーパールミネッセントＬＥＤ（ｓＬＥＤ）、および／または上に説明されるマイクロＬＥＤを含み得る。いくつかの実施形態において、画像源５１２は、各々が主色（例えば、赤、緑、または青）に対応する単色画像光を放出する複数の光源（例えば、上に説明されるＬＥＤのアレイ）を含み得る。いくつかの実施形態において、画像源５１２は、マイクロＬＥＤの３つの二次元アレイを含み得、マイクロＬＥＤの各二次元アレイが、主色（例えば、赤、緑、または青）の光を放出するように構成されるマイクロＬＥＤを含み得る。いくつかの実施形態において、画像源５１２は、空間光変調器などの光学パターン生成器を含み得る。プロジェクタ光学系５１４は、画像源５１２からの光を拡大すること、コリメートすること、スキャンすること、またはコンバイナ５１５に投射することなど、画像源５１２からの光を調整することができる１つまたは複数の光学構成要素を含み得る。１つまたは複数の光学構成要素は、例えば、１つまたは複数のレンズ、液体レンズ、ミラー、遊離型光学系、アパーチャ、および／または格子を含み得る。例えば、いくつかの実施形態において、画像源５１２は、マイクロＬＥＤの１つまたは複数の一次元アレイまたは細長の二次元アレイを含み得、プロジェクタ光学系５１４は、画像フレームを生成するためにマイクロＬＥＤの一次元アレイまたは細長の二次元アレイをスキャンするように構成される１つまたは複数の一次元スキャナ（例えば、マイクロミラーまたはプリズム）を含み得る。いくつかの実施形態において、プロジェクタ光学系５１４は、画像源５１２からの光をスキャンするのを可能にする複数の電極を有する液体レンズ（例えば、液晶レンズ）を含み得る。
【0062】
コンバイナ５１５は、プロジェクタ５１０からの光をコンバイナ５１５の基板５２０内にカップリングするための入力カプラ５３０を含み得る。入力カプラ５３０は、体積ホログラフィック格子または別の回折光学素子（ＤＯＥ）（例えば、表面レリーフ格子（ＳＲＧ））、基板５２０の傾斜した反射面、または屈折カプラ（例えば、ウェッジまたはプリズム）を含み得る。入力カプラ５３０は、可視光の場合、３０％、５０％、７５％、９０％、またはそれ以上のカップリング効率を有し得る。基板５２０内にカップリングされた可視光は、例えば、全内部反射（ＴＩＲ）を通じて、基板５２０内を伝播し得る。基板５２０は、眼鏡のレンズの形態にあってもよい。基板５２０は、平坦または湾曲表面を有し得、ガラス、クォーツ、プラスチック、ポリマー、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、水晶、セラミック、または同様のものなど、１つまたは複数のタイプの誘電材料を含み得る。基板の厚さは、例えば、約１ｍｍ未満～約１０ｍｍ以上の範囲に及び得る。基板５２０は、可視光を透過させ得る。
【0063】
基板５２０は、複数の出力カプラ５４０を含み得るか、またはこれに結合され得、各々が、基板５２０によって導かれ、かつ基板５２０内を伝播する光の少なくとも一部分を基板５２０から抽出し、抽出した光５６０を、拡張現実システム５００が使用中であるときに拡張現実システム５００のユーザの目５９０が位置し得るアイボックス５９５に向けるように構成される。複数の出力カプラ５４０は、表示画像がより大きいエリアにおいて可視であり得るように、アイボックス５９５のサイズを増大させるために射出瞳を複製し得る。入力カプラ５３０のように、出力カプラ５４０は、格子カプラ（例えば、体積ホログラフィック格子または表面レリーフ格子）、他の回折光学素子（ＤＯＥ）、プリズムなどを含み得る。出力カプラ５４０は、異なる場所では異なるカップリング（例えば、回折）効率を有し得る。基板５２０はまた、コンバイナ５１５の前の環境からの光５５０がほとんど損失なしに通過することを可能にする。出力カプラ５４０はまた、光５５０がわずかな損失で通過することを可能にし得る。例えば、いくつかの実装形態において、出力カプラ５４０は、光５５０が屈折され得るか、または別途わずかな損失で出力カプラ５４０を通過し得るように、光５５０の非常に低い回折効率を有し得、故に、抽出した光５６０よりも高い強度を有し得る。その結果として、ユーザは、コンバイナ５１５の前の環境の画像とプロジェクタ５１０によって投射された仮想物体の画像とを組み合わせたものを見ることができてもよい。いくつかの実装形態において、出力カプラ５４０は、光５５０の高い回折効率を有し得、光５５０をわずかな損失で特定の所望の方向（例えば、回折角度）に回折し得る。
【0064】
いくつかの実施形態において、プロジェクタ５１０、入力カプラ５３０、および出力カプラ５４０は、基板５２０の任意の側面にあってもよい。入力カプラ５３０および出力カプラ５４０は、表示光を基板５２０内にカップリングする、または基板５２０からカップリングアウトするために、反射性格子（反射格子とも称される）または透過性格子（透過格子とも称される）であってもよい。
【0065】
図６は、特定の実施形態に従う、射出瞳拡大のための導波路ディスプレイを含む光学シースルー拡張現実システム６００の例を例証する。拡張現実システム６００は、拡張現実システム５００と同様であってもよく、導波路ディスプレイ、ならびに光源または画像源６１２およびプロジェクタ光学系６１４を含み得るプロジェクタを含み得る。導波路ディスプレイは、拡張現実システム５００に関して上に説明されるように、基板６３０、入力カプラ６４０、および複数の出力カプラ６５０を含み得る。図５は、単一の視野からの光の伝播のみを示すが、図６は、複数の視野からの光の伝播を示す。
【0066】
図６は、射出瞳が出力カプラ６５０によって複製されて、集合した射出瞳またはアイボックスを形成することを示し、異なる視野（例えば、画像源６１２上の異なる画素）は、アイボックスへ向かう異なるそれぞれの伝播方向と関連付けられ得、同じ視野（例えば、画像源６１２上の同じ画素）からの光は、異なる個々の射出瞳について同じ伝播方向を有し得る。故に、画像源６１２の単一の画像は、アイボックス内のどこにでも位置するユーザの目によって形成され得、異なる個々の射出瞳からの、同じ方向に伝播する光は、画像源６１２上の同じ画素からのものであり得、ユーザの目の網膜上の同じ場所へ集束され得る。図６は、ユーザの目がアイボックス内の異なる場所へ動くとしても、画像源の画像がユーザの目によって見ることができることを示す。
【0067】
多くの導波路ベースのニアアイディスプレイシステムにおいて、導波路ベースのニアアイディスプレイのアイボックスを２つの次元において拡大するため、２つ以上の出力格子が、表示光を２つの次元において、または２つの軸に沿って拡大する（二軸瞳拡大と称され得る）ために使用され得る。２つの格子は、一方の格子が１つの方向において射出瞳を複製するために使用され得、他方の格子が別の方向において射出瞳を複製するために使用され得るように、異なる格子パラメータを有し得る。
【0068】
上に説明されるように、上に説明される入力および出力格子カプラは、非常に異なるＫｌｅｉｎ－ＣｏｏｋパラメータＱ：
を有し得る体積ホログラフィック格子または表面レリーフ格子であってもよく、式中、ｄは、格子の厚さであり、λは、自由空間内の入射光の波長であり、Λは、格子周期であり、ｎは、記録媒体の屈折率である。Ｋｌｅｉｎ－ＣｏｏｋパラメータＱは、格子による光回折を３つのレジームに分割し得る。格子がＱ＜＜１によって特徴付けられるとき、格子による光回折は、Ｒａｍａｎ－Ｎａｔｈ回折と称され得、複数の回折次数が、垂直および／または斜入射光の場合に発生し得る。格子がＱ＞＞１（例えば、Ｑ≧１０）によって特徴付けられるとき、格子による光回折は、ブラッグ回折と称され得、一般的にはゼロ次および±１回折次数が、ブラッグ条件を満足する角度で格子に入射する光の場合に発生し得る。格子がＱ≒１によって特徴付けられるとき、格子による回折は、Ｒａｍａｎ－Ｎａｔｈ回折とブラッグ回折との間であり得る。ブラッグ条件を満たすため、格子の厚さｄは、媒体の体積を占有するために（表面においてではなく）特定の値よりも高くてもよく、故に、体積ブラッグ格子と称され得る。ＶＢＧは、一般的に、比較的小さい屈折率変調（例えば、Δｎ≦０．０５）ならびに高いスペクトルおよび角度選択性を有し得る一方、表面レリーフ格子は、一般的に、大きい屈折率変調（例えば、ｎΔ≧０．５）ならびに幅広のスペクトルおよび角度バンド幅を有し得る。
【0069】
図７Ａは、体積ブラッグ格子（例えば、反射ＶＢＧ）の例のスペクトルバンド幅、および表面レリーフ格子（例えば、透過性ＳＲＧ）の例のスペクトルバンド幅を例証する。水平軸は、入射可視光の波長を表し、垂直軸は、回折効率に対応する。曲線７１０によって示されるように、反射ＶＢＧの回折効率は、緑色光などの狭い波長範囲において高い。対照的に、透過性ＳＲＧの回折効率は、曲線７２０によって示されるように、青色～赤色光などの非常に幅広の波長範囲において高くなり得る。
【0070】
図７Ｂは、体積ブラッグ格子（例えば、反射ＶＢＧ）の例の角度バンド幅、および表面レリーフ格子（例えば、透過性ＳＲＧ）の例の角度バンド幅を例証する。水平軸は、格子に入射する可視光の入射角を表し、垂直軸は、回折効率に対応する。曲線７１５によって示されるように、反射ＶＢＧの回折効率は、完璧なブラッグ条件から約±２．５°など、狭い角度範囲から格子に入射する光では高い。対照的に、透過性ＳＲＧの回折効率は、曲線７２５によって示されるように、約±１０°超またはそれより幅広いなど、非常に幅広い角度範囲において高い。
【0071】
ブラッグ条件における高いスペクトル選択性に起因して、反射ＶＢＧなどのＶＢＧは、主色間のクロストークなしの単一導波路設計を可能にし得、また優れたシースルー品質を呈し得る。しかしながら、スペクトルおよび角度選択性は、全ＦＯＶ内の表示光の一部分のみが回折されてユーザの目に到達し得ることから、より低い効率をもたらし得る。
【0072】
図８Ａは、特定の実施形態に従う、射出瞳拡大のための導波路ディスプレイ８００および表面レリーフ格子を含む光学シースルー拡張現実システムの例を例証する。導波路ディスプレイ８００は、基板５２０と同様であり得る基板８１０（例えば、導波路）を含み得る。基板８１０は、可視光を透過させ得、例えば、ガラス、クォーツ、プラスチック、ポリマー、ＰＭＭＡ、セラミック、水晶基板を含み得る。基板８１０は、平坦な基板または湾曲した基板であってもよい。基板８１０は、第１の表面８１２および第２の表面８１４を含み得る。表示光は、入力カプラ８２０によって基板８１０内にカップリングされ得、また表示光が基板８１０内で伝播し得るように、全内部反射を通じて第１の表面８１２および第２の表面８１４によって反射され得る。上に説明されるように、入力カプラ８２０は、格子、屈折カプラ（例えば、ウェッジまたはプリズム）、または反射カプラ（例えば、基板８１０に対して傾斜角を有する反射面）を含み得る。例えば、１つの実施形態において、入力カプラ８２０は、異なる色の表示光を同じ屈折角で基板８１０内にカップリングし得るプリズムを含み得る。別の例において、入力カプラ８２０は、異なる色の光を異なる方向で基板８１０内へ回折し得る格子カプラを含み得る。入力カプラ８２０は、可視光の場合、１０％、２０％、３０％、５０％、７５％、９０％、またはそれ以上のカップリング効率を有し得る。
【0073】
導波路ディスプレイ８００は、アイボックス８５０（または出力もしくは射出瞳）を表示光で満たすために、入射表示光ビームを２つの次元において拡大するための、基板８１０の１つまたは２つの表面（例えば、第１の表面８１２および第２の表面８１４）に位置付けられた第１の格子８３０および第２の格子８４０を含み得る。第１の格子８３０は、およそｘ方向など、１つの方向に沿って、表示光ビームの少なくとも一部分を拡大するように構成され得る。基板８１０内にカップリングされた表示光は、線８３２によって示される方向に伝播し得る。表示光は、線８３２によって示される方向に沿って基板８１０内を伝播するが、表示光の一部分は、基板８１０内を伝播する表示光が第１の格子８３０に到達する度に、線８３４によって示されるように、第１の格子８３０の一部分によって第２の格子８４０の方へ回折され得る。第２の格子８４０は、次いで、基板８１０内を伝播する表示光が第２の格子８４０に到達する度に表示光の一部分をアイボックス８５０へ回折することによって、第１の格子８３０からの表示光を異なる方向に（例えば、およそｙ方向に）拡大し得る。
【0074】
図８Ｂは、二次元複製された射出瞳を含むアイボックスの例を例証する。図８Ｂは、単一の入力瞳８０５が、個々の射出瞳８５２の二次元アレイを含む集合射出瞳８６０を形成するために、第１の格子８３０および第２の格子８４０によって複製され得ることを示す。例えば、射出瞳は、第１の格子８３０によっておよそｘ方向に、第２の格子８４０によっておよそｙ方向に複製され得る。上に説明されるように、個々の射出瞳８５２からの、同じ方向に伝播する出力光は、ユーザの目の網膜内の同じ場所へ集束され得る。故に、単一の画像が、個々の射出瞳８５２の二次元アレイ内の出力光から、ユーザの目によって形成され得る。
【0075】
図９Ａは、導波路ディスプレイにおける射出瞳拡大のための表面レリーフ格子の例によって回折された光の波動ベクトル、および複数の色のための射出瞳を例証する。円９１０は、導波路によって導かれ得る光の波動ベクトルを表し得る。円９１０の外側の波動ベクトルを有する光の場合、光は、エバネッセントになり得る。円９２０は、全内部反射条件が満たされないために導波路から漏れ出し得る光の波動ベクトルを表し得る。故に、円９１０と円９２０との間の輪は、導波路によって導かれ得、ＴＩＲを通じて導波路内を伝播することができる光の波動ベクトルを表し得る。波動ベクトル９３２は、入力格子によって引き起こされる光分散を示し、異なる色の光は、異なる波動ベクトルおよび異なる回折角度を有し得る。波動ベクトル９４２は、前方格子（例えば、第１の格子８３０）によって引き起こされる光分散を示し、異なる色の光は、異なる回折角度を有し得る。波動ベクトル９５２は、後方格子（例えば、第２の格子８４０）によって引き起こされる光分散を示し、異なる色の光は、異なる回折角度を有し得る。各色の波動ベクトルは、それぞれの閉じた三角形を形成し得、異なる色の三角形は、共通の原頂点９２２を共有し得る。故に、３つの格子による分散全体は、ゼロに近くなり得る。
【0076】
３つの格子による全体的な分散がゼロになり得るとしても、各格子による分散は、光が円９１０と円９２０との間の輪によって示されるような導波路によって導かれ得る条件に起因して、導波路ディスプレイの視野の低減またはクリッピングを引き起こし得る。例えば、ＦＯＶ９２４では、入力格子による回折の後のＦＯＶのフットプリントは、入力格子による分散に起因して、異なる色では異なり得る。図９Ａに示される例において、第１の色の光のためのＦＯＶのフットプリント９３６は、輪内に位置し得るが、第２の色の光のためのＦＯＶのフットプリント９３４の一部分および第３の色の光のためのＦＯＶのフットプリント９３８の一部分は、輪の外側に入り得、故に、導波路によって導かれない場合がある。加えて、前方格子による回折の後のＦＯＶのフットプリントは、さらにクリッピングまたは低減され得る。図９Ａに示される例において、第１の色の光のためのＦＯＶのフットプリント９４６のわずかな部分、第２の色の光のためのＦＯＶのフットプリント９４４の大部分、および第３の色の光のためのＦＯＶのフットプリント９４８の大部分は、輪の外側に入り得、故に、射出瞳に到達するために、導波路によって導かれず後方格子によって回折されない場合がある。
【0077】
図９Ｂは、導波路ディスプレイにおける射出瞳拡大のための表面レリーフ格子の例による視野クリッピングを例証する。例えば、後方格子による回折の後の第１の色の光のためのＦＯＶは、フットプリント９５６によって示され得、これは、全ＦＯＶに近くてもよい。第２の色の光の場合、ＦＯＶの上部分は、第１の格子による回折の後にクリッピングされ得、ＦＯＶの右部分は、前方格子による回折の後にクリッピングされ得る。故に、後方格子による回折の後の第２の色の光のためのＦＯＶは、フットプリント９５４によって示され得、これは、全ＦＯＶよりもはるかに小さくてもよい。同様に、第３の色の光の場合、ＦＯＶの下部分は、第１の格子による回折の後にクリッピングされ得、ＦＯＶの左部分は、前方格子による回折の後にクリッピングされ得る。故に、後方格子による回折の後の第３の色の光のためのＦＯＶは、フットプリント９５８によって示され得、これは、全ＦＯＶよりもはるかに小さくてもよい。故に、画像の特定の色成分は、特定の視野では欠けている場合がある。そのようなものとして、異なる色のための全ＦＯＶを達成するために、２つ以上の導波路および対応する格子が使用され得る。加えて、上に説明されるように、ＳＲＧの幅広い帯域幅が、異なる主色の光間の、および／または異なるＦＯＶからのクロストークを引き起こし得、故に、複数の導波路もまた、クロストークを回避するために使用され得る。
【0078】
ブラッグ条件における高いスペクトル選択性に起因して、反射ＶＢＧなどのＶＢＧは、体積ブラッグ格子における主色間のクロストークなしの単一導波路設計を可能にし得、また優れたシースルー品質を達成し得る。故に、入力カプラ５３０または６４０および出力カプラ５４０または６５０は、体積ブラッグ格子を含み得、この体積ブラッグ格子は、２つ以上のコヒーレント光ビーム間の干渉によって生成される光パターンにホログラフィック記録材料を露光することによってホログラフィック記録材料に記録される体積ホログラムであってもよい。体積ブラッグ格子において、入射光の入射角および波長は、入射光がブラッグ格子によって回折されるように、ブラッグ位相整合条件を満足する必要があり得る。単一のブラッグ格子が導波路ベースのニアアイディスプレイにおいて使用されるとき、体積ブラッグ格子のスペクトルおよび角度選択性は、表示光の一部分のみが回折されて、ユーザの目に到達し得ることから、より低い効率をもたらし得、導波路ベースのニアアイディスプレイの視野および作動波長範囲は限られ得る。いくつかの実施形態において、多重化ＶＢＧが、効率を向上し、ＦＯＶを増大させるために使用され得る。
【0079】
図１０Ａは、特定の実施形態に従う、体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ１０００の例の前面図である。導波路ディスプレイ１０００は、基板５２０と同様であり得る基板１０１０を含み得る。基板１０１０は、可視光を透過させ得、例えば、ガラス、クォーツ、プラスチック、ポリマー、ＰＭＭＡ、セラミック、水晶基板を含み得る。基板１０１０は、平坦な基板または湾曲した基板であり得る。基板１０１０は、第１の表面１０１２および第２の表面１０１４を含み得る。表示光は、入力カプラ１０２０によって基板１０１０内にカップリングされ得、また表示光が基板１０１０内で伝播し得るように、全内部反射を通じて第１の表面１０１２および第２の表面１０１４によって反射され得る。上に説明されるように、入力カプラ１０２０は、回折カプラ（例えば、体積ホログラフィック格子または表面レリーフ格子）、屈折カプラ（例えば、ウェッジまたはプリズム）、または反射カプラ（例えば、基板１０１０に対して傾斜角を有する反射面）を含み得る。例えば、１つの実施形態において、入力カプラ１０２０は、異なる色の表示光を同じ屈折角で基板１０１０内にカップリングし得るプリズムを含み得る。別の例において、入力カプラは、異なる色の光を異なる方向で基板１０１０内に回折し得る格子カプラを含み得る。
【0080】
導波路ディスプレイ１０００は、アイボックス１０５０を表示光で満たすために、入射表示光ビームを２つの次元において拡大するための、基板１０１０の１つまたは２つの表面（例えば、第１の表面１０１２および第２の表面１０１４）に位置付けられた第１の格子１０３０および第２の格子１０４０を含み得る。第１の格子１０３０は、各々が表示光ビーム（例えば、特定の視野および／または波長範囲に対応する光）の少なくとも一部分を、線１０３２、１０３４、および１０３６によって示されるように、１つの方向に沿って、拡大するように構成される１つまたは複数の多重化体積ブラッグ格子を含み得る。例えば、表示光は、線１０３２、１０３４、または１０３６によって示される方向に沿って基板１０１０内を伝播するが、表示光の一部分は、基板１０１０内を伝播する表示光が第１の格子１０３０に到達する度に、第１の格子１０３０によって第２の格子１０４０へ回折され得る。第２の格子１０４０は、次いで、基板１０１０内を伝播する表示光が第２の格子１０４０に到達する度に表示光の一部分をアイボックス１０５０へ回折することによって、第１の格子１０３０からの表示光を異なる方向に拡大し得る。
【0081】
上に説明されるように、第１の格子１０３０および第２の格子１０４０は各々、各々が特定のＦＯＶ範囲および／または波長範囲のために設計される複数のＶＢＧを含む多重化ＶＢＧを含み得る。例えば、第１の格子１０３０は、数百以上の露光によって記録される数百以上のＶＢＧ（例えば、約３００～約１０００のＶＢＧ）を含み得、各ＶＢＧは異なる条件下で記録され得る。第２の格子１０４０もまた、数十または数百の露光によって記録される数十または数百のＶＢＧ（例えば、５０以上のＶＢＧ）を含み得る。第１の格子１０３０および第２の格子１０４０は各々、透過格子または反射格子であり得る。
【0082】
図１０Ｂおよび図１０Ｃは、それぞれ、体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ１０００の上面図および側面図を例証する。入力カプラ１０２０は、プロジェクタ光学系（示されない、例えば、レンズ）およびプリズムを含み得る。表示光は、プロジェクタ光学系によって、コリメートされてプリズム上に投射され得、プリズムによって基板１０１０内にカップリングされ得る。プリズムは、基板１０１０の屈折率に一致する屈折率を有し得、基板１０１０内にカップリングされる光が基板１０１０の臨界角よりも大きい入射角で基板１０１０の表面１０１２または１０１４に入射し得るように特定の角度を有するウェッジを含み得る。そのようなものとして、基板１０１０内にカップリングされる表示光は、全内部反射を通じて基板１０１０によって導かれ得、上に説明されるように、第１の格子１０３０の複数の領域によって第２の格子１０４０の方へ回折され得る。第２の格子１０４０は、次いで、表示光を複数の領域で基板１０１０の外へ回折して、射出瞳を複製し得る。
【0083】
図１１は、特定の実施形態に従う、導波路ディスプレイ１０００などの体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイの例における光分散を例証する。例に示されるように、球１１１０は、導波路によって導かれ得る光の波動ベクトルを表し得る。球１１１０の外側の波動ベクトルを有する光の場合、光は、エバネッセントになり得る。錐体１１２０は、全内部反射条件が満たされないために導波路から漏れ出し得る光の波動ベクトルを表し得る。故に、錐体１１２０の外側の球１１１０の領域は、導波路によって導かれ得、ＴＩＲを通じて導波路内を伝播することができる光の波動ベクトルを表し得る。点１１３０は、例えば、プリズムによって、導波路内にカップリングされる表示光の波動ベクトルを表し得る。波動ベクトル１１４０は、第１の格子１０３０によって引き起こされる光分散を示し、異なる色の光は、異なる回折角度を有し得る。波動ベクトル１１５０は、第２の格子１０４０によって引き起こされる光分散を示し、異なる色の光は、異なる回折角度を有し得る。故に、基板からカップリングアウトされる光は、異なる色の画像が互いと完璧に重複せずに１つの画像を形成し得るように、いくらかの分散を有し得る。したがって、表示画像は、ぼやけている場合があり、表示画像の解像度は低減され得る。
【0084】
図１２Ａは、体積ブラッグ格子１２００の例を例証する。図１２Ａに示される体積ブラッグ格子１２００は、厚さＤを有する透過ホログラフィック格子を含み得る。体積ブラッグ格子１２００の屈折率ｎは、振幅Δｎで変調され得、体積ブラッグ格子１２００の格子周期は、Λであり得る。波長λを有する入射光１２１０は、入射角θで体積ブラッグ格子１２００に入射し得、体積ブラッグ格子１２００内を角度θｎで伝播する入射光１２２０として体積ブラッグ格子１２００内へ屈折され得る。入射光１２２０は、体積ブラッグ格子１２００によって回折光１２３０へと回折され得、この回折光１２３０は、体積ブラッグ格子１２００内を回折角度θｄで伝播し得、回折光１２４０として体積ブラッグ格子１２００の外へ屈折され得る。
【0085】
図１２Ｂは、図１２Ａに示される体積ブラッグ格子１２００のためのブラッグ条件を例証する。体積ブラッグ格子１２００は、透過格子であってもよい。ベクトル１２０５は、
を表し得、ここで、
である。ベクトル１２２５は、
を表し得、ベクトル１２３５は、
を表し得、ここで、
である。ブラッグ位相整合条件下では、
である。故に、所与の波長λの場合、ブラッグ条件を完璧に満たす、入射角θ（またはθｎ）および回折角度θｄの１つのペアのみが存在し得る。同様に、所与の入射角θの場合、ブラッグ条件を完璧に満たす１つの波長λが存在し得る。そのようなものとして、回折は、小さい波長範囲について、および完璧なブラッグ条件周辺の小さい入射角範囲において発生し得る。体積ブラッグ格子１２００の回折効率、波長選択性、および角度選択性は、体積ブラッグ格子１２００の厚さＤの関数であり得る。例えば、ブラッグ条件周辺の体積ブラッグ格子１２００の半値全幅（ＦＷＨＭ）波長範囲およびＦＷＨＭ角度範囲は、体積ブラッグ格子１２００の厚さＤに反比例し得るが、ブラッグ条件での最大回折効率は、ｓｉｎ２（ａ×Δｎ×Ｄ）の関数であり得、式中、ａは、係数である。反射体積ブラッグ格子では、ブラッグ条件での最大回折効率は、ｔａｎｈ２（ａ×Δｎ×Ｄ）の関数であり得る。
【0086】
上に説明されるように、いくつかの設計において、大きいＦＯＶ（例えば、±３０°よりも大きい）および異なる色の回折光を達成するために、各々が異なる色（例えば、Ｒ、Ｇ、またはＢ）および／または異なるＦＯＶのためにブラッグ格子を含む複数のポリマー層が、ユーザの目に表示光をカップリングするためにスタックで配置され得る。いくつかの設計において、多重化ブラッグ格子が使用され得、この場合、多重化ブラッグ格子の各部分は、異なるＦＯＶ範囲および／または異なる波長範囲内の光を回折するために使用され得る。故に、いくつかの設計において、全可視スペクトル（例えば、約４００ｎｍ～約７００ｎｍ、または約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍ）について所望の回折効率および大きいＦＯＶを達成するために、各々が、数百または１０００超など、大量の露光によって記録される（例えば、ホログラフィック記録）大量の格子（またはホログラム）を含む１つまたは複数の厚い体積ブラッグ格子が使用され得る。
【0087】
上に説明されるＶＢＧまたは他のホログラフィック光学素子は、ホログラフィ材料（例えば、フォトポリマー）層に記録され得る。いくつかの実施形態において、ＶＢＧは、まず記録され、次いでニアアイディスプレイシステム内の基板にラミネートされ得る。いくつかの実施形態において、ホログラフィ材料層が、基板にコーティングまたはラミネートされ得、次いでＶＢＧが、ホログラフィ材料層に記録され得る。
【0088】
一般に、感光材料層にホログラフィック光学素子を記録するためには、２つのコヒーレントビームは、特定の角度で互いと干渉して、感光材料層内に特有の干渉パターンを生成し得、今度はこれが、感光材料層内に特有の屈折率変調パターンを生成し得、この屈折率変調パターンは、干渉パターンの光強度パターンに対応し得る。感光材料層は、例えば、ハロゲン化銀乳剤、重クロム酸化ゼラチン、ポリマーマトリックス中に浮遊した光重合性モノマーを含むフォトポリマー、光屈折結晶、および同様のものを含み得る。ホログラフィック記録のための感光材料層の一例は、ホログラフィック記録をし、ホログラフィック記録のためのモノマーを書き込む前に、高分子バインダを形成するために予備硬化され得るマトリックス前駆体を含み得る二段フォトポリマーである。
【0089】
１つの例において、感光材料層は、高分子バインダ、モノマー（例えば、アクリルモノマー）、および開始剤、連鎖移動剤、または感光色素などの、起爆剤を含み得る。高分子バインダは、支持マトリックスとして作用し得る。モノマーは、支持マトリックス内に分散され得、屈折率変調器としての役割を果たし得る。感光色素は、光を吸収し、開始剤と相互作用してモノマーを重合し得る。故に、各露光（記録）において、干渉パターンは、明るいフリンジに対してモノマーの重合および拡散を引き起こし得、屈折率変調を結果としてもたらし得る濃度および密度勾配を生成する。例えば、より高い濃度のモノマーおよび重合を伴うエリアは、より高い屈折率を有し得る。露光および重合が進むにつれて、重合に利用可能なモノマーは少なくなり得、拡散は抑えられ得る。すべてまたは実質的にすべてのモノマーが重合された後は、感光材料層に記録される新たな格子はなくなり得る。大量の露光において記録される大量の格子を含む厚いＶＢＧにおいては、表示ヘイズが著しい場合がある。
【0090】
上に説明されるように、いくつかの導波路ベースのニアアイディスプレイシステムにおいて、導波路ベースのニアアイディスプレイのアイボックスを拡大するため、２つの出力格子（または、２つの格子層もしくは多重化格子の２つの部分）が、一般的に、表示光を２つの次元において、または二軸瞳拡大のための２つの軸に沿って拡大するために使用され得る。２つの出力格子を空間的に分離し、各出力格子のための合計露光数を低減することは、導波路ベースのニアアイディスプレイのシースルー領域（例えば、中央）が１つの出力格子のみを含み得ることから、表示ヘイズを低減するのを助け得る。例えば、いくつかの実施形態において、第１の出力格子は、より多くの露光（例えば、＞５００または＞１０００回）により記録され得、導波路ベースのニアアイディスプレイのシースルー領域の外側に位置付けられ得る。第２の出力格子は、より少ない露光（例えば、＜１００または＜５０回）により記録され得、導波路ベースのニアアイディスプレイのシースルー領域に位置付けられ得る。故に、シースルー領域内の表示ヘイズは、著しく低減され得る。しかしながら、２つの出力格子の空間分離が理由で、導波路ベースのニアアイディスプレイの全体的なサイズは非常に大きくなり得る。
【0091】
上に説明される格子カプラは、いくつかの同様の特徴およびいくつかの異なる特徴を有し得る透過ＶＢＧまたは反射ＶＢＧを含み得る。例えば、上に説明されるように、ブラッグ条件近くの透過または反射体積ブラッグ格子の半値全幅（ＦＷＨＭ）波長範囲およびＦＷＨＭ角度範囲は、透過または反射体積ブラッグ格子の厚さＤに反比例し得る。透過ＶＢＧのためのブラッグ条件での最大回折効率は、ｓｉｎ２（ａ×Δｎ×Ｄ）の関数であり得、式中、ａは、係数であり、Δｎは、屈折率変調であるが、反射ＶＢＧのためのブラッグ条件での最大回折効率は、ｔａｎｈ２（ａ×Δｎ×Ｄ）の関数であり得る。加えて、透過および反射体積ブラッグ格子のパラメータ（例えば、格子傾斜角）は、カップリングされた表示光がＴＩＲを通じて導波路によって導かれ得るように特定の角度で表示光を導波路内にカップリングするために異なり得る。異なる格子パラメータが理由で、透過格子および反射格子の分散特徴は異なり得る。
【0092】
図１３Ａは、特定の実施形態に従う、導波路ディスプレイにおける反射体積ブラッグ格子１３００の例を例証する図である。反射ＶＢＧ１３００の格子傾斜角αは、表示光を反射的に回折するために特定の範囲内にある必要があり得る。反射ＶＢＧ１３００の格子傾斜角αが特定の値よりも大きい場合、反射ＶＢＧ１３００は、透過ＶＢＧになり得、表示光が格子に到達し得る２つの連続した場所の間の距離は、大きすぎる場合がある（および故に、射出瞳がアイボックス内で疎に複製され得る）か、または表示光は、エバネッセントになり得る。１つの例において、反射ＶＢＧ１３００の格子傾斜角αは、約３０°であってもよい。
【0093】
図１３Ｂは、導波路ディスプレイにおける反射ＶＢＧ１３１０の例を例証する図であり、反射ＶＢＧによって回折された光が、完全には反射されず導波路内で導かれない。図１３Ｂに示される反射ＶＢＧ１３１０の格子傾斜角αは、特定の値よりも小さくてもよい。そのようなものとして、導波路内にカップリングされた光は、臨界角よりも小さい入射角で導波路の表面に入射し得、故に、完全には反射されず導波路内で導かれない場合がある。反射ＶＢＧ１３１０の格子傾斜角αは、約３０°よりも小さくてもよい。故に、反射ＶＢＧの格子傾斜角αは、回折光が全内部反射を通じて導波路によって導かれ得るように表示光を導波路内に反射的に回折するために特定の範囲内にある必要があり得る。
【0094】
図１３Ｃは、特定の実施形態に従う、導波路ディスプレイにおける透過体積ブラッグ格子１３５０の例を例証する図である。透過ＶＢＧ１３５０の格子傾斜角αもまた、特定の範囲内にある必要があり得る。例えば、透過ＶＢＧ１３５０の格子傾斜角αが特定の値よりも小さい場合、透過ＶＢＧ１３５０は、反射ＶＢＧになり得、表示光が格子に到達し得る２つの連続した場所の間の距離は、大きすぎる場合がある（および故に、射出瞳がアイボックス内で疎に複製され得る）か、または表示光は、エバネッセントになり得る。
【0095】
図１３Ｄは、導波路ディスプレイにおける透過ＶＢＧ１３６０の例を例証する図であり、透過ＶＢＧによって回折された光が、完全には反射されず導波路内で導かれない。透過ＶＢＧ１３６０の格子傾斜角αは、約６０°より大きいなど、特定の値よりも大きくてもよい。そのようなものとして、導波路内にカップリングされた光は、臨界角よりも小さい入射角で導波路の表面に入射し得、故に、完全には反射されず導波路内で導かれない場合がある。故に、透過ＶＢＧの格子傾斜角αは、回折光が全内部反射を通じて導波路によって導かれ得るように表示光を導波路内に透過的に回折するために特定の範囲内にある必要があり得る。図１３Ａ～図１３Ｄは、格子傾斜角αが反射格子の場合は透過格子の場合よりも小さくなり得ることを示す。
【0096】
図１４Ａは、特定の実施形態に従う、導波路ディスプレイにおける反射体積ブラッグ格子１４００の例による光分散を例証する。反射ＶＢＧ１４００は、格子ベクトルｋｇ、厚さｄ、および平均屈折率ｎによって特徴付けられ得る。反射ＶＢＧ１４００の面法線方向は、Ｎである。反射ＶＢＧ１４００による光分散の量は、
によって決定され得、式中、λ０は、ブラッグ条件を完璧に満たす光の波長であり、ｋｏｕｔは、反射ＶＢＧ１４００によって回折される光の波動ベクトルである。反射ＶＢＧ１４００の格子傾斜角αが約３０°であるとき、反射ＶＢＧ１４００による光分散の量は、およそ、
であり得る。故に、角度分解能約２分を達成するために、反射ＶＢＧ１４００の厚さｄは、少なくとも約０．５ｍｍであり得る。
【0097】
図１４Ｂは、特定の実施形態に従う、導波路ディスプレイにおける透過体積ブラッグ格子１４５０の例による光分散を例証する図である。透過ＶＢＧ１４５０は、同様に、格子ベクトルｋｇ、厚さｄ、および平均屈折率ｎによって特徴付けられ得る。透過ＶＢＧ１４５０の面法線方向は、Ｎである。透過ＶＢＧ１４５０による光分散の量は、
によって決定され得、式中、λ０は、ブラッグ条件を完璧に満たす光の波長であり、ｋｏｕｔは、透過ＶＢＧ１４５０によって回折される光の波動ベクトルである。透過ＶＢＧ１４５０の格子傾斜角αが約６０°であるとき、透過ＶＢＧ１４５０による光分散の量は、およそ、
であり得る。
故に、角度分解能約２分を達成するために、透過ＶＢＧ１４５０の厚さｄは、少なくとも約１．５ｍｍであり得、これは、同じ角度分解能を有する反射ＶＢＧの厚さの約３倍であり、達成が困難であり得るか、または著しい表示ヘイズを引き起こし得る。
故に、角度分解能約２分を達成するために、透過ＶＢＧ１４５０の厚さｄは、少なくとも約１．５ｍｍであり得、これは、同じ角度分解能を有する反射ＶＢＧの厚さの約３倍であり、達成が困難であり得るか、または著しい表示ヘイズを引き起こし得る。
【0098】
ＶＢＧの厚さおよび表示ヘイズを低減し、所望の解像度を達成するため、分散補償が、ＶＢＧベースの導波路ディスプレイにおいて所望され得る。特定の実施形態によると、一致する格子ベクトルを有し、反対の回折条件（例えば、＋１次回折対－１次回折）で動作する１つまたは複数の格子対は、互いによって引き起こされる分散を補償するために使用され得る。
【0099】
図１５Ａ～図１５Ｂは、特定の実施形態に従う、射出瞳拡大および分散低減を伴う体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ１５００の例の前面図および側面図を例証する。導波路ディスプレイ１５００は、導波路ディスプレイ１０００と同様であり得、入力カプラ１０２０と比較して異なる場所に入力カプラ１５２０を含み得る。導波路ディスプレイ１５００は、基板１５１０、ならびに基板１５１０上に第１の格子１５３０および第２の格子１５４０を含み得る。入力カプラ１０２０のように、入力カプラ１５２０は、プロジェクタ光学系１５２２（例えば、レンズ）およびプリズム１５２４を含み得る。表示光は、入力カプラ１５２０によって基板１５１０内にカップリングされ得、基板１５１０によって導かれ得る。表示光は、第１の格子１５３０の第１の部分１５３２に到達し得、第１の格子１５３０の第１の部分１５３２によって回折されて伝播方向を変え、第１の格子１５３０の他の部分に到達し得、この他の部分が各々、表示光を第２の格子１５４０の方へ回折し得る。第２の格子１５４０は、上に説明されるように表示光を異なる場所で基板１５１０の外へ回折して、複数の射出瞳を形成し得る。
【0100】
第１の格子１５３０の第１の部分１５３２および他の部分の各々は、一致する格子ベクトル（例えば、ｘ－ｙ平面において同じ格子ベクトルを有し、ならびにｚ方向において同じ格子ベクトル、反対の格子ベクトル、または同じ格子ベクトルおよび反対の格子ベクトルの両方を有するが、異なる回折効率を達成するために異なる露光持続時間で記録される）を有し得る。したがって、それらは、第１の格子１５３０の第１の部分１５３２および他の部分の各々における回折についての反対のブラッグ条件（例えば、＋１次および－１次回折）に起因して、互いによって生ずる表示光の分散を補償して、全体的な分散を低減し得る。したがって、導波路ディスプレイ１５００による表示光の全体的な分散は、少なくとも１つの方向において低減され得る。
【0101】
図１６Ａは、特定の実施形態に従う、射出瞳拡大および分散低減を伴う体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ１６００の例の前面図である。図１６Ｂは、特定の実施形態に従う、射出瞳拡大および分散低減を伴う体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ１６００の例の側面図である。導波路ディスプレイ１６００は、導波路ディスプレイ１５００と同様であり得るが、入力カプラ１５２０とは異なる入力カプラを含み得る。導波路ディスプレイ１６００は、基板１６１０、ならびに基板１６１０上に第１の格子１６３０および第２の格子１６４０を含み得る。入力カプラは、プロジェクタ光学系１６２０（例えば、レンズ）、および、プリズムではなく入力格子１６２２を含み得る。表示光は、プロジェクタ光学系１６２０によってコリメートされ、入力格子１６２２上に投射され得、この入力格子１６２２が、例えば、図５および図６に関して上に説明されるように回折によって表示光を基板１６１０内にカップリングし得る。表示光は、第１の格子１６３０の第１の部分１６３２に到達し得、第１の格子１６３０の第１の部分１６３２によって回折されて伝播方向を変え、第１の格子１６３０の他の部分に到達し得、この他の部分が各々、表示光を第２の格子１６４０の方へ回折し得る。第２の格子１６４０は、上に説明されるように表示光を異なる場所で基板１６１０からカップリングアウトして、複数の射出瞳を形成し得る。
【0102】
第１の格子１６３０の第１の部分１６３２および他の部分の各々は、一致する格子ベクトル（例えば、ｘ－ｙ平面において同じ格子ベクトルを有し、ならびにｚ方向において同じ格子ベクトルおよび／または反対の格子ベクトルを有するが、異なる回折効率を達成するために異なる露光持続時間で記録される）を有し得る。したがって、それらは、第１の格子１６３０の第１の部分１６３２および他の部分の各々における回折の反対のブラッグ条件（例えば、＋１次および－１次回折）に起因して、互いによって引き起こされる表示光の分散を補償して、１つの方向において全体的な分散を低減し得る。加えて、入力格子１６２２および第２の格子１６４０は、一致する格子ベクトル（例えば、ｘ－ｙ平面において同じ格子ベクトルを有し、ならびにｚ方向において同じまたは反対の格子ベクトルを有するが、異なる回折効率を達成するために異なる露光持続時間で記録される）を有し得、入力格子１６２２は、表示光を基板１６１０内にカップリングし得るが、第２の格子１６４０は、表示光を導波路からカップリングアウトし得る。したがって、入力格子１６２２および第２の格子１６４０は、入力格子１６２２および第２の格子１６４０における回折の反対の回折方向および反対のブラッグ条件（例えば、＋１次および－１次回折）に起因して、互いによって引き起こされる表示光の分散を補償して、少なくとも１つの方向において全体的な分散を低減し得る。このやり方では、第１の格子１６３０の第１の部分１６３２および他の部分の各々による分散は、相殺され得、入力格子１６２２および第２の格子１６４０による分散もまた、相殺され得る。したがって、導波路ディスプレイ１６００による表示光の全体的な分散は、任意の方向において最小化され得る。そのようなものとして、表示画像のより高い解像度が達成され得る。
【0103】
故に、より薄い反射または透過ＶＢＧは、入力および出力カプラとして使用され得、依然として所望の解像度を達成し得る。透過ＶＢＧはまた、以下に詳細に説明されるように導波路ディスプレイの物理的寸法を低減するために第１および第２の格子が少なくとも部分的に重複されることを可能にし得る。
【0104】
図１７Ａは、特定の実施形態に従う、反射体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ１７００における異なる視野からの光の伝播を例証する。導波路ディスプレイ１７００は、反射ＶＢＧ１７１０を含み得る。反射ＶＢＧ１７１０の格子傾斜角および故に格子ベクトルに起因して、正の視野からの光（線１７２２によって示される）は、反射ＶＢＧ１７１０のフリンジに対するより小さい入射角、およびまた導波路ディスプレイ１７００の上面１７０２に対するより小さい入射角を有し得る。その一方で、負の視野からの光（線１７２４によって示される）は、反射ＶＢＧ１７１０のフリンジに対するより大きい入射角、およびまた導波路ディスプレイ１７００の上面１７０２に対するより大きい入射角を有し得る。
【0105】
図１７Ｂは、特定の実施形態に従う、透過体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ１７５０における異なる視野からの光の伝播を例証する。導波路ディスプレイ１７５０は、透過ＶＢＧ１７６０を含み得る。格子傾斜角差に起因して、透過ＶＢＧ１７６０は、反射ＶＢＧ１７１０と比較して異なる様式で異なる視野からの光を回折し得る。例えば、例証されるように、正の視野からの光（線１７７２によって示される）は、透過ＶＢＧ１７６０のフリンジに対してより小さい入射角を有し得るが、導波路ディスプレイ１７５０の下面１７５２に対してより大きい入射角を有し得る。その一方で、負の視野からの光（線１７７４によって示される）は、透過ＶＢＧ１７６０のフリンジに対するより大きい入射角を有し得るが、導波路ディスプレイ１７５０の下面１７５２に対するより小さい入射角を有し得る。格子による異なる視野からの光の回折の様式は、導波路ディスプレイの形状因子に影響を及ぼし得る。
【0106】
図１８は、特定の実施形態に従う、射出瞳拡大および分散低減を伴う反射体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ１８００の例を例証する図である。導波路ディスプレイ１８００は、上部格子１８０５および下部格子１８１５を含み得る。例証された例において、上部格子１８０５は、反射ＶＢＧであってもよく、下部格子１８１５もまた、反射格子であってもよい。下部格子１８１５において、出口領域１８５０は、アイボックス内の１つの瞳の場所（例えば、アイボックスの中心）における全ＦＯＶのための表示光が下部格子からカップリングアウトされ得る領域を表す。図１８に示されるように、右上角１８２２と左上角１８２４との間の線によって表される出口領域１８５０の上部ＦＯＶは、上部格子１８０５上の曲線１８３０にマッピングし得、出口領域１８５０の右上角１８２２および左上角１８２４が、それぞれ上部格子１８０５上の場所１８３２および場所１８３４にマッピングし得る。右下角１８４２と左下角１８４４との間の線によって表される出口領域１８５０の下部ＦＯＶは、上部格子１８０５上の曲線１８１０にマッピングし得、出口領域１８５０の右下角１８４２および左下角１８４４が、それぞれ上部格子１８０５上の場所１８１２および場所１８１４にマッピングし得る。故に、曲線１８３０が、出口領域１８５０の右上角１８２２と左上角１８２４との間の線より下にある場合、何らかのＦＯＶクリッピングが存在し得る。そのようなものとして、全ＦＯＶを保護するため、曲線１８３０は、出口領域１８５０の右上角１８２２と左上角１８２４との間の線より上にあり得る。したがって、導波路ディスプレイ１８００のサイズは、大きくなり得る。
【0107】
図１９は、特定の実施形態に従う、射出瞳拡大および形状因子低減を伴う透過体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ１９００の例を例証する図である。導波路ディスプレイ１９００は、上部格子１９０５および下部格子１９１５を含み得る。例証された例において、上部格子１９０５は、反射ＶＢＧであってもよく、下部格子１９１５は、透過格子であってもよい。下部格子１９１５において、出口領域１９５０は、アイボックス内の１つの瞳の場所（例えば、アイボックスの中心）における全ＦＯＶのための表示光が下部格子からカップリングアウトされ得る領域を表す。図１９に示されるように、右上角１９２２と左上角１９２４との間の線によって表される出口領域１９５０の上部ＦＯＶは、上部格子１９０５上の曲線１９１０にマッピングし得、出口領域１９５０の右上角１９２２および左上角１９２４が、それぞれ上部格子１９０５上の場所１９１２および場所１９１４にマッピングし得る。右下角１９４２と左下角１９４４との間の線によって表される出口領域１９５０の下部ＦＯＶは、上部格子１９０５上の曲線１９３０にマッピングし得、出口領域１９５０の右下角１９４２および左下角１９４４が、それぞれ上部格子１９０５上の場所１９３２および場所１９３４にマッピングし得る。故に、導波路ディスプレイ１９００の全体的なサイズを低減するために上部格子１９０５と下部格子１９１５との間にはいくらかの重複が存在し得る。例えば、場所１９３２は、右上角１９２２よりも低くてもよく、なお右下角１９４２にマッピングされ得る。
【0108】
図２０は、特定の実施形態に従う、画像プロジェクタ２０３０を伴う透過体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ２０００の別の例を例証する図である。導波路ディスプレイ２０００は、上部格子２００５および下部格子２０１５を含み得る。上部格子２００５は、反射ＶＢＧを含み得、下部格子２０１５は、透過ＶＢＧを含み得る。アイボックス内の１つの瞳の場所（例えば、アイボックスの中央）における導波路ディスプレイ２０００の所望の視野をサポートする下部格子２０１５の出口領域は、八角形２０２０によって表される。形状２０１０は、上部格子２００５上の領域への八角形２０２０によって示されるＦＯＶのマッピングを表す。図１９に関して上に説明されるように、下部格子２０１５が透過格子であることから、上部格子２００５および下部格子２０１５は、少なくとも部分的に重複して、導波路ディスプレイ２０００の物理的サイズを低減し得る。
【0109】
図２１は、特定の実施形態に従う、射出瞳拡大、分散低減、および形状因子低減を伴う体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ２１００の例を例証する図である。導波路ディスプレイ２１００は、基板１６１０と同様であり得るが基板１６１０よりもずっと小さい場合がある基板２１１０を含み得る。基板２１１０は、第１の表面２１１２および第２の表面２１１４を含み得る。光源（例えば、ＬＥＤ）からの表示光は、入力カプラ２１２０によって基板２１１０内にカップリングされ得、また表示光が基板２１１０内を伝播し得るように、全内部反射を通じて第１の表面２１１２および第２の表面２１１４によって反射され得る。入力カプラ２１２０は、回折カプラ（例えば、体積ホログラフィック格子）を含み得、異なる回折角度で異なる色の表示光を基板２１１０内へカップリングし得る。
【0110】
導波路ディスプレイ１６００のように、導波路ディスプレイ２１００はまた、第１の表面２１１２および／または第２の表面２１１４に形成される第１の格子２１３０および第２の格子２１４０を含み得る。例えば、第１の格子２１３０および第２の格子２１４０は、基板２１１０の同じ表面または２つの異なる表面に形成されてもよい。第２の格子２１４０は、導波路ディスプレイのシースルー領域に形成されてもよく、ｚ方向に見たときに（例えば、＋ｚまたは－ｚ方向において第２の格子２１４０から約１８ｍｍの距離にある）アイボックス２１５０と重複してもよい。第１の格子２１３０および第２の格子２１４０は、アイボックス２１５０を表示光で満たすために、入射表示光ビームを２つの次元において拡大するための二軸瞳拡大のために使用され得る。第１の格子２１３０は、透過格子または反射格子であり得る。第２の格子２１４０は、以下で説明するように、第１の格子２１３０と少なくとも部分的に重複して、導波路ディスプレイ２１００の形状因子を低減するための透過格子を含み得る。
【0111】
加えて、導波路ディスプレイ２１００はまた、第１の表面２１１２または第２の表面２１１４に形成される第３の格子２１６０を含み得る。いくつかの実施形態において、第３の格子２１６０および第１の格子２１３０は、基板２１１０の同じ表面にあってもよい。いくつかの実施形態において、第３の格子２１６０および第１の格子２１３０は、図１６に示されるように、同じ格子または同じ格子材料層の異なる領域にあってもよい。いくつかの実施形態において、第３の格子２１６０は、第１の格子２１３０から空間的に離れていてもよい。いくつかの実施形態において、第３の格子２１６０および第１の格子２１３０は、第３の格子２１６０内の各ＶＢＧが第１の格子２１３０内のそれぞれのＶＢＧに一致し得る（例えば、ｘ－ｙ平面において同じ格子ベクトルを有し、ｚ方向において同じおよび／または反対の格子ベクトルを有する）ように、同じ数の露光において、および同様の記録条件下で、記録され得る（しかしながら、異なる回折効率を達成するために異なる露光持続時間にわたって記録され得る）。例えば、いくつかの実施形態において、第３の格子２１６０内のＶＢＧおよび第１の格子２１３０内の対応するＶＢＧは、同じ格子周期および同じ格子傾斜角（および故に同じ格子ベクトル）、ならびに同じ厚さを有し得る。一実施形態において、第３の格子２１６０および第１の格子２１３０は、厚さ約２０μｍを有し得、各々、約４０回以上の露光を通じて記録される約４０個以上のＶＢＧを含み得る。いくつかの実施形態では、第２の格子２１４０は、厚さ約２０μｍ以上を有し得、約５０回以上の露光を通じて記録される約５０個以上のＶＢＧを含み得る。
【0112】
入力カプラ２１２０は、光源からの表示光を基板２１１０内にカップリングし得る。
表示光は、第３の格子２１６０に直接到達し得るか、または第１の表面２１１２および／もしくは第２の表面２１１４によって第３の格子２１６０へ反射され得、表示光ビームのサイズは、入力カプラ２１２０におけるサイズよりもわずかに大きくなり得る。第３の格子２１６０内の各ＶＢＧは、ＶＢＧのブラッグ条件をほぼ満足するＦＯＶ範囲および波長範囲内の表示光の一部分を第１の格子２１３０へ回折し得る。第３の格子２１６０内のＶＢＧによって回折される表示光は、全内部反射を通じて基板２１１０内を（例えば、線２１３２によって示される方向に沿って）伝播するが、表示光の一部分は、基板２１１０内を伝播する表示光が第１の格子２１３０に到達する度に、第１の格子２１３０内の対応するＶＢＧによって第２の格子２１４０へ回折され得る。
第２の格子２１４０は、次いで、基板２１１０内を伝播する表示光が第２の格子２１４０に到達する度に表示光の一部分をアイボックス２１５０へ回折することによって、第１の格子２１３０からの表示光を異なる方向に拡大し得る。
表示光は、第３の格子２１６０に直接到達し得るか、または第１の表面２１１２および／もしくは第２の表面２１１４によって第３の格子２１６０へ反射され得、表示光ビームのサイズは、入力カプラ２１２０におけるサイズよりもわずかに大きくなり得る。第３の格子２１６０内の各ＶＢＧは、ＶＢＧのブラッグ条件をほぼ満足するＦＯＶ範囲および波長範囲内の表示光の一部分を第１の格子２１３０へ回折し得る。第３の格子２１６０内のＶＢＧによって回折される表示光は、全内部反射を通じて基板２１１０内を（例えば、線２１３２によって示される方向に沿って）伝播するが、表示光の一部分は、基板２１１０内を伝播する表示光が第１の格子２１３０に到達する度に、第１の格子２１３０内の対応するＶＢＧによって第２の格子２１４０へ回折され得る。
第２の格子２１４０は、次いで、基板２１１０内を伝播する表示光が第２の格子２１４０に到達する度に表示光の一部分をアイボックス２１５０へ回折することによって、第１の格子２１３０からの表示光を異なる方向に拡大し得る。
【0113】
第３の格子２１６０および第１の格子２１３０は薄い（例えば、約２０μｍ）可能性があるため、第３の格子２１６０および第１の格子２１３０は幾分の分散を生じさせる場合があるが、その分散は、例えば厚さが１μｍまたはそれよりも薄い格子の分散ほど高くない可能性がある。したがって、異なる色に対する視野は、分散によって著しく影響されない場合がある。加えて、上に説明されるように、第３の格子２１６０の各ＶＢＧは、第１の格子２１３０（例えば、ｘ－ｙ平面において同じ格子ベクトルを有し、ならびにｚ方向において同じおよび／または反対の格子ベクトルを有する）におけるそれぞれのＶＢＧに一致して、２つの一致するＶＢＧは２つの一致するＶＢＧにおける表示光の反対の伝播方向に起因して、反対のブラッグ条件（例えば、＋１次回折対－１次回折）の下で動作する。例えば、図２１に示されるように、第３の格子２１６０のＶＢＧは、表示光の伝播方向を下向き方向から右向き方向に変え得るが、第１の格子２１３０のＶＢＧは、表示光の伝播方向を右向き方向から下向き方向に変え得る。故に、第１の格子２１３０によって引き起こされる分散は、第３の格子２１６０によって引き起こされる分散に対して反対であり、全体的な分散を低減または最小化することができる。
【0114】
第１の格子２１３０および第２の格子２１４０は、少数のＶＢＧおよび露光しか有していない場合があり（例えば、５０以下）、第１の格子２１３０はまた、シースルー領域に置かれて第２の格子２１４０と重複する場合があるため、導波路ディスプレイのサイズを低減している。所与のシースルー領域におけるＶＢＧおよび露光の合計数は、例えば１００未満、またはそれより少なくてもよい（例えば、第１の格子２１３０で約４０以下、第２の格子２１４０で５０以下）。故に、表示ヘイズは、５００個以上のＶＢＧがシースルー領域に記録される場合と比較して著しく低減され得る。
【0115】
いくつかの実施形態において、より少ない露光（例えば、多重化格子内のより少ない数の格子）が理由で、多重化格子は、全可視光スペクトルおよび／または全ＦＯＶをカバーすることができない場合があり、故に、何らかの光情報（いくつかのスペクトルまたはＦＯＶ範囲内の）が失われ得る。特定の実施形態によると、電力効率を向上するため、およびより幅広いスペクトルをカバーするために、さらなる格子が、異なるｘ、ｙ、またはｚ位置など、異なる空間位置に追加されて、格子を空間的に多重化し得る。このやり方では、より幅広いバンド幅内の光は、格子の組み合わせによってより高い回折効率でアイボックスへ回折され得る。これはまた、瞳複製密度を増大し、アイボックス内で光をより均一にすることを助け得る。
【0116】
図２２Ａは、特定の実施形態に従う、射出瞳拡大、分散低減、形状因子低減、および電力効率向上を伴う体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ２２００の別の例を例証する。導波路ディスプレイ２１００のように、導波路ディスプレイ２２００は、基板２１１０と同様であり得る基板２２１０を含み得る。基板２２１０は、第１の表面２２１２および第２の表面２２１４を含み得る。光源（例えば、ＬＥＤ）からの表示光は、入力カプラ２２２０によって基板２２１０内にカップリングされ得、また表示光が基板２２１０内を伝播し得るように、全内部反射を通じて第１の表面２２１２および第２の表面２２１４によって反射され得る。上に説明されるように、入力カプラ２２２０は、異なる回折角度で異なる色の表示光を基板２２１０内へカップリングし得る、ＶＢＧなどの回折カプラを含み得る。
【0117】
導波路ディスプレイ２１００のように、導波路ディスプレイ２２００は、第１の表面２２１２および／または第２の表面２２１４に形成される第１の格子２２３０および第２の格子２２４０を含み得る。導波路ディスプレイ２２００はまた、第１の表面２２１２および／または第２の表面２２１４に形成される第３の格子２２６０および第４の格子２２７０を含み得る。第３の格子２２６０および第４の格子２２７０は各々、複数のＶＢＧを含む多重化ＶＢＧであってもよい。いくつかの実施形態において、第３の格子２２６０、第４の格子２２７０、および第１の格子２２３０は、基板２２１０の同じ表面にあってもよい。いくつかの実施形態において、第３の格子２２６０、第４の格子２２７０、および第１の格子２２３０は、同じ格子または同じ格子材料層の異なる領域にあってもよい。
【0118】
いくつかの実施形態において、第１の格子２２３０、第３の格子２２６０、および第４の格子２２７０は各々、複数のＶＢＧを含み得る。第３の格子２２６０および第１の格子２２３０は、第３の格子２２６０内の各ＶＢＧが第１の格子２２３０内のそれぞれのＶＢＧに一致し得る（例えば、ｘ－ｙ平面において同じ格子ベクトルを有し、ｚ方向において同じおよび／または反対の格子ベクトルを有する）ように、複数の露光において、および同様の記録条件下で、記録され得る（しかしながら、異なる回折効率を達成するために異なる露光持続時間にわたって記録され得る）。例えば、いくつかの実施形態において、第３の格子２２６０内のＶＢＧおよび第１の格子２２３０内の対応するＶＢＧは、同じ格子周期および同じ格子傾斜角（および故に同じ格子ベクトル）、ならびに同じ厚さを有し得る。第４の格子２２７０および第１の格子２２３０はまた、第４の格子２２７０内の各ＶＢＧが第１の格子２２３０内のそれぞれのＶＢＧに一致し得る（例えば、ｘ－ｙ平面において同じ格子ベクトルを有し、ｚ方向において同じおよび／または反対の格子ベクトルを有する）ように、複数の露光において、および同様の記録条件下で、記録され得る（しかしながら、異なる露光持続時間にわたって）。いくつかの実施形態において、第３の格子２２６０を記録するための記録条件は、第３の格子２２６０および第４の格子２２７０が異なるブラッグ条件（および異なる格子ベクトル）を有し得、故に、異なるＦＯＶ範囲および／または波長範囲からの光を回折して、大きいＦＯＶ範囲内の可視光の全体的な回折効率を向上させるように、第４の格子２２７０を記録するための記録条件とは異なり得る。いくつかの実施形態において、第３の格子２２６０および第４の格子２２７０は、同様の格子ベクトルを有し得、故に、同じＦＯＶ範囲および／または波長範囲からの光を、同様または異なる回折効率で回折して、特定のＦＯＶ範囲および／または波長範囲内の光の全体的な回折効率を向上させ得る。
【0119】
いくつかの実施形態において、第３の格子２２６０内のＭ個のＶＢＧに一致する第１の格子２２３０内のＭ個のＶＢＧは、第１の格子２２３０の１つのエリア（例えば、上方領域）に記録され得るが、第４の格子２２７０内のＭ個のＶＢＧに一致する第１の格子２２３０内の他のＭ個のＶＢＧは、第１の格子２２３０の異なるエリア（例えば、下方領域）に記録され得る。１つの例において、第３の格子２２６０および第４の格子２２７０は各々、厚さ約２０μｍを有し得、各々、約２０回の露光を通じて記録される約２０個のＶＢＧを含み得る。例において、第１の格子２２３０は、厚さ約２０μｍを有し得、約４０回の露光を通じて異なる領域に記録される約４０個のＶＢＧを含み得る。第２の格子２２４０は、厚さ約２０μｍ以上を有し得、約５０回の露光を通じて記録される約５０個のＶＢＧを含み得る。
【0120】
入力カプラ２２２０は、光源からの表示光を基板２２１０内にカップリングし得る。表示光は、第３の格子２２６０に直接到達し得るか、または第１の表面２２１２および／もしくは第２の表面２２１４によって第３の格子２２６０へ反射され得、表示光ビームのサイズは、入力カプラ２２２０におけるサイズよりもわずかに大きくなり得る。第３の格子２２６０内の各ＶＢＧは、ＶＢＧのブラッグ条件をほぼ満足するＦＯＶ範囲および波長範囲内の表示光の一部分を第１の格子２２３０の上方領域へ回折し得る。上に説明されるように、第１の格子２２３０の上方領域は、第３の格子２２６０内のＶＢＧに一致するＶＢＧを含み得る。したがって、第３の格子２２６０内のＶＢＧによって回折される表示光は、全内部反射を通じて基板２２１０内を（例えば、線２２３２によって示される方向に沿って）伝播するが、表示光の一部分は、基板２２１０内を伝播する表示光が第１の格子２２３０に到達する度に、第１の格子２２３０内の対応するＶＢＧによって第２の格子２２４０へ回折され得る。
【0121】
第３の格子２２６０によって回折されない表示光（例えば、１００％未満の回折効率に起因して、またはブラッグ条件近くの小さいＦＯＶ範囲および／または波長範囲に起因して）は、基板２２１０内を伝播し続け得、第４の格子２２７０に到達し得る。第４の格子２２７０内の各ＶＢＧは、ＶＢＧのブラッグ条件をほぼ満足するＦＯＶ範囲および波長範囲内の表示光の一部分を第１の格子２２３０の下方領域へ回折し得る。上に説明されるように、第１の格子２２３０の下方領域は、第４の格子２２７０内のＶＢＧに一致するＶＢＧを含み得る。したがって、第４の格子２２７０内のＶＢＧによって回折される表示光は、全内部反射を通じて基板２２１０内を（例えば、線２２３４によって示される方向に沿って）伝播するが、表示光の一部分は、基板２２１０内を伝播する表示光が第１の格子２２３０に到達する度に、第１の格子２２３０内の対応するＶＢＧによって第２の格子２２４０へ回折され得る。第２の格子２２４０は、基板２２１０内を伝播する表示光が第２の格子２２４０に到達する度に、表示光の一部分をアイボックス２２５０（例えば、＋ｚまたは－ｚ方向において第２の格子２２４０から約１８ｍｍの距離にある）へ回折することによって、第１の格子２２３０からの表示光を異なる方向に（例えば、およそｙ方向に）拡大し得る。このやり方では、表示光は、アイボックス２２５０を満たすために２つの次元において拡大され得る。
【0122】
図２２Ｂは、体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ２２００のアイボックス２２８０（例えば、アイボックス２２５０）における複製された射出瞳の例を例証する。射出瞳は、格子２２６０、２２３０、および２２４０によって複製される射出瞳２２８２の第１のセット、ならびに格子２２７０、２２３０、および２２４０によって複製される射出瞳２２８４の第２のセットを含み得る。格子２２６０および格子２２７０が異なる格子ベクトルを有する実施形態において、射出瞳２２８２の第１のセットおよび射出瞳２２８４の第２のセットは、異なるＦＯＶ範囲および／または異なる波長範囲に対応し得る。格子２２６０および格子２２７０が同様の格子ベクトルを有する実施形態において、射出瞳２２８２の第１のセットおよび射出瞳２２８４の第２のセットは、同じＦＯＶ範囲および／または波長範囲に対応し得る。射出瞳２２８２の第１のセットおよび射出瞳２２８４の第２のセットは、重複、または部分的に重複し得る。故に、瞳複製密度は、増大され得、光は、２つの空間的に多重化したＶＢＧのセットによる表示光の回折に起因して、アイボックス内でより均一であり得る。
【0123】
加えて、分散は、上に説明されるように反対のブラッグ条件下で動作する一対の一致する格子による各次元における二重回折に起因して、２つの次元において低減され得る。さらには、より幅広いバンド幅にある表示光は、より少ない数の露光（および故に、各ＶＢＧのより高い屈折率変調Δｎ）が理由で、格子によってより高い回折効率でアイボックスへ回折され得る。故に、導波路ディスプレイの電力効率は向上され得る。いくつかの実施形態において、第１の格子２２３０および第２の格子２２４０は、上に説明されるように導波路ディスプレイ２２００の形状因子を低減するために少なくとも部分的に重複し得る。
【0124】
図２３は、特定の実施形態に従う、射出瞳拡大、分散低減、および形状因子低減を伴う体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ２３００の別の例を例証する図である。導波路ディスプレイ２１００のように、導波路ディスプレイ２３００は、基板２１１０と同様であり得る基板２３１０を含み得る。基板２３１０は、第１の表面２３１２および第２の表面２３１４を含み得る。光源（例えば、ＬＥＤ）からの表示光は、入力カプラ２３２０によって基板２３１０内にカップリングされ得、また表示光が基板２３１０内を伝播し得るように、全内部反射を通じて第１の表面２３１２および第２の表面２３１４によって反射され得る。上に説明されるように、入力カプラ２３２０は、ＶＢＧなどの回折カプラを含み得る。導波路ディスプレイ２３００はまた、第１の表面２３１２および／または第２の表面２３１４に形成される第１の格子２３３０および第２の格子２３４０を含み得る。図２３に示される例において、第１の格子２３３０および第２の格子２３４０は、ｘ方向において異なる場所にあってもよく、導波路ディスプレイ２３００のシースルー領域の少なくとも一部分において重複し得る。第１の格子２３３０および第２の格子２３４０は、アイボックス２３５０（例えば、＋ｚまたは－ｚ方向において第２の格子２３４０から約１８ｍｍの距離にある）を表示光で満たすために、入射表示光ビームを２つの次元において拡大するための二軸瞳拡大のために使用され得る。例えば、第１の格子２３３０は、表示光ビームをおよそｙ方向に拡大し得るが、第２の格子２３４０は、表示光ビームをおよそｘ方向に拡大し得る。
【0125】
加えて、導波路ディスプレイ２３００は、第１の表面２３１２および／または第２の表面２３１４に形成される第３の格子２３６０を含み得る。いくつかの実施形態において、第３の格子２３６０および第１の格子２３３０は、基板２３１０の同じ表面上に、ｙ方向において異なる場所に配置され得る。いくつかの実施形態において、第３の格子２３６０および第１の格子２３３０は、同じ格子または同じ格子材料層の異なる領域にあってもよい。いくつかの実施形態において、第３の格子２３６０は、第１の格子２３３０から空間的に離れていてもよい。いくつかの実施形態において、第３の格子２３６０および第１の格子２３３０は、第３の格子２３６０内の各ＶＢＧが第１の格子２３３０内のそれぞれのＶＢＧに一致し得る（例えば、ｘ－ｙ平面において同じ格子ベクトルを有し、ｚ方向において同じおよび／または反対の格子ベクトルを有する）ように、同じ数の露光において、および同様の記録条件下で、記録され得る（しかしながら、異なる回折効率を達成するために異なる露光持続時間にわたって記録され得る）。
【0126】
入力カプラ２３２０は、光源からの表示光を基板２３１０内にカップリングし得る。表示光は、基板２３１０内をおよそｘ方向に沿って伝播し得、第３の格子２３６０に直接到達し得るか、または第１の表面２３１２および／もしくは第２の表面２３１４によって第３の格子２３６０へ反射され得る。第３の格子２３６０内の各ＶＢＧは、ＶＢＧのブラッグ条件をほぼ満足するＦＯＶ範囲および波長範囲内の表示光の一部分を第１の格子２３３０へと下方へ回折し得る。第３の格子２３６０内のＶＢＧによって回折される表示光は、全内部反射を通じて基板２３１０内をある方向に沿って（例えば、およそ、線２３３２によって示されるｙ方向に）伝播するが、表示光の一部分は、基板２３１０内を伝播する表示光が第１の格子２３３０に到達する度に、第１の格子２３３０内の対応するＶＢＧによって第２の格子２３４０へ回折され得る。第２の格子２３４０は、次いで、基板２３１０内を伝播する表示光が第２の格子２３４０に到達する度に表示光の一部分をアイボックス２３５０へ回折することによって、第１の格子２３３０からの表示光を異なる方向に（例えば、およそｘ方向に）拡大し得る。入力カプラ２３２０および第２の格子２３４０は、入力カプラ２３２０および第２の格子２３４０によって引き起こされる全体的な分散を低減するために、一致するＶＢＧ（例えば、ｘ－ｙ平面において同じ格子ベクトル、ｚ方向において同じまたは反対の格子ベクトルを有するＶＢＧ）を含み得る。同様に、格子２３３０および２３６０は、格子２３３０および２３６０によって引き起こされる全体的な分散を低減するために、一致するＶＢＧ（例えば、ｘ－ｙ平面において同じ格子ベクトルを有し、ｚ方向において同じおよび／または反対の格子ベクトルを有するＶＢＧ）を含み得る。故に、導波路ディスプレイ２３００内の格子による全体的な分散は、低減されるか、最小限にされ得る。
【0127】
第１の格子２３３０および第２の格子２３４０の各々は、例えば、１００μｍ（例えば、２０μｍ）未満の厚さを有し得、例えば、５０個未満のＶＢＧを含み得る。故に、導波路ディスプレイ２３００の光学シースルー領域内の任意のエリアは、１００個未満のＶＢＧを含み得る。そのようなものとして、表示ヘイズは、著しくない場合がある。加えて、第１の格子２３３０および第２の格子２３４０は、導波路ディスプレイ２３００の形状因子を低減するために少なくとも部分的に重複し得、故に導波路ディスプレイ２３００の物理的寸法は、通常の眼鏡のレンズの物理的寸法と同様であり得る。
【0128】
図２３Ｂは、特定の実施形態に従う、射出瞳拡大、分散低減、形状因子低減、および電力効率向上を伴う体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ２３０５の例を例証する。導波路ディスプレイ２３００のように、導波路ディスプレイ２３０５は、基板２３１５の第１の表面２３１６および／または第２の表面２３１８に形成される第１の格子２３３５、第２の格子２３４５、第３の格子２３６５、および第４の格子２３７５を含み得る。第１の格子２３３５、第２の格子２３４５、第３の格子２３６５、および第４の格子２３７５は各々、複数のＶＢＧを含む多重化ＶＢＧを含み得る。いくつかの実施形態において、第３の格子２３６５、第４の格子２３７５、および第１の格子２３３５は、基板２３１５の同じ表面にあってもよい。いくつかの実施形態において、第３の格子２３６５、第４の格子２３７５、および第１の格子２３３５は、同じ格子または同じ格子材料層の異なる領域にあってもよい。
【0129】
第３の格子２３６５内の各ＶＢＧは、第１の格子２３３５内のそれぞれのＶＢＧの格子ベクトルに一致する格子ベクトル（例えば、ｘ－ｙ平面において同じ格子ベクトルを有し、ｚ方向において同じおよび／または反対の格子ベクトルを有する）を有し得、第４の格子２３７５内の各ＶＢＧは、第４の格子２３３５内のそれぞれのＶＢＧの格子ベクトルに一致する格子ベクトル（例えば、ｘ－ｙ平面において同じ格子ベクトルを有し、ｚ方向において同じおよび／または反対の格子ベクトルを有する）を有し得る。いくつかの実施形態において、第３の格子２３６５および第４の格子２３７５は、異なる格子ベクトルを有し得、故に、異なるＦＯＶ範囲および／または波長範囲からの光を回折して、大きいＦＯＶ範囲内の可視光の全体的な回折効率を向上させ得る。いくつかの実施形態において、第３の格子２３６５および第４の格子２３７５は、同様の格子ベクトルを有し得、故に、同じＦＯＶ範囲および／または波長範囲からの光を、同様または異なる回折効率で回折して、特定のＦＯＶ範囲および／または波長範囲内の光の全体的な回折効率を向上させ得る。
【0130】
入力カプラ２３２５は、光源からの表示光を基板２３１５内にカップリングし得る。表示光は、第３の格子２３６５に直接到達し得るか、または第１の表面２３１６および／または第２の表面２３１８によって第３の格子２３６５へ反射され得る。第３の格子２３６５内の各ＶＢＧは、ＶＢＧのブラッグ条件をほぼ満足するＦＯＶ範囲および波長範囲内の表示光の一部分を第１の格子２３３５の左領域へ回折し得る。第３の格子２３６５内のＶＢＧによって回折される表示光は、全内部反射を通じて基板２３１５内を（例えば、線２３３６によって示される方向に沿って）伝播するが、表示光の一部分は、基板２３１５内を伝播する表示光が第１の格子２３３５に到達する度に、第１の格子２３３５内の対応するＶＢＧによって第２の格子２３４５へ回折され得る。
【0131】
第３の格子２３６５によって回折されない表示光（例えば、１００％未満の回折効率に起因して、またはブラッグ条件近くの小さいＦＯＶ範囲および／または波長範囲に起因して）は、基板２３１５内を伝播し続け得、第４の格子２３７５に到達し得る。第４の格子２３７５内の各ＶＢＧは、ＶＢＧのブラッグ条件をほぼ満足するＦＯＶ範囲および波長範囲内の表示光の一部分を第１の格子２３３５の右領域へ回折し得る。第４の格子２３７５内のＶＢＧによって回折される表示光は、全内部反射を通じて基板２３１５内を（例えば、線２３３８によって示される方向に沿って）伝播するが、表示光の一部分は、基板２３１５内を伝播する表示光が第１の格子２３３５に到達する度に、第１の格子２３３５内の対応するＶＢＧによって第２の格子２３４５へ回折され得る。
【0132】
第２の格子２３４５は、基板２３１５内を伝播する表示光が第２の格子２３４５に到達する度に表示光の一部分をアイボックス２３５５（例えば、＋ｚまたは－ｚ方向において第２の格子２３４５から約１８ｍｍの距離にある）へ回折することによって、第１の格子２３３５からの表示光を異なる方向に（例えば、およそｘ方向に）拡大し得る。このやり方では、表示光は、アイボックス２３５５を満たすために２つの次元において拡大され得る。結果として生じる射出瞳は、格子２３６５、２３３５、および２３４５によって複製される射出瞳の第１のセット、ならびに格子２３７５、２３３５、および２３４５によって複製される射出瞳の第２のセットを含み得る。格子２３６５および格子２３７５が異なる格子ベクトルを有する実施形態において、射出瞳の第１のセットおよび射出瞳の第２のセットは、異なるＦＯＶ範囲および／または異なる波長範囲に対応し得る。格子２３６５および格子２３７５が同様の格子ベクトルを有する実施形態において、射出瞳の第１のセットおよび射出瞳の第２のセットは、同じＦＯＶ範囲および／または波長範囲に対応し得る。射出瞳の第１のセットおよび射出瞳の第２のセットは、重複、または部分的に重複し得る。故に、瞳複製密度は、増大され得、光は、２つの空間的に多重化したＶＢＧのセットによる表示光の回折に起因して、アイボックス内でより均一であり得る。
【0133】
図２４Ａは、特定の実施形態に従う、画像プロジェクタ２４２０および複数のポリマー層を含む体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ２４００の例の前面図である。図２４Ｂは、特定の実施形態に従う、画像プロジェクタ２４２０を含む体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ２４００の例の側面図である。導波路ディスプレイ２４００は、導波路ディスプレイ１６００と同様であってもよいが、１つまたは複数の導波路プレート上に複数のポリマー層を含み得、入力格子（例えば、入力格子１６２２）、上部格子（例えば、第１の格子１６３０）、および下部格子（例えば、第２の格子１６４０）は各々、複数のポリマー層に記録される複数の格子へと分かれ得、各ポリマー層上の格子は、異なるそれぞれのＦＯＶおよび光スペクトルをカバーし得、複数のポリマー層の組み合わせが、全ＦＯＶおよびスペクトルカバレッジを提供し得る。このやり方では、各ポリマー層は、薄くてもよく（例えば、約２０μｍ～約１００μｍ）、より少ない格子を記録するためにより少ない回数（例えば、約１００未満）露光されて、曇りを低減し得、複数のポリマー層の全体的な効率は、全ＦＯＶおよびスペクトルについては依然として高くなり得る。
【0134】
図２４Ａおよび図２４Ｂに示される例において、導波路ディスプレイ２４００は、１つまたは複数のプレートまたは基板上に第１のポリマー層２４１２および第２のポリマー層２４１４を含み得る。各ポリマー層２４１２または２４１４は、入力格子２４２２、上部格子２４３０、および下部格子２４４０の部分を含み得る。表示光は、画像プロジェクタ２４２０によって、コリメートされて入力格子２４２２上に投影され得る。入力格子２４２２は、例えば、図５および図６に関して上に説明されるように回折によって表示光を導波路２４１０内にカップリングし得る。表示光は、上部格子２４３０の第１の部分２４３２に到達し得、上部格子２４３０の第１の部分２４３２によって回折されて伝播方向を変え、上部格子２４３０の他の部分に到達し得、この他の部分が各々、表示光を下部格子２４４０の方へ回折し得る。下部格子２４４０は、上に説明されるように次に表示光を異なる場所で導波路２４１０の外へ回折して、複数の射出瞳を形成し得る。
【0135】
上部格子２４３０の第１の部分２４３２および他の部分の各々は、一致する格子ベクトル（例えば、ｘ－ｙ平面において同じ格子ベクトルを有し、ｚ方向において同じおよび／または反対の格子ベクトルを有するが、異なる回折効率を達成するために異なる露光持続時間で記録される）を有し得る。したがって、それらは、第１の部分２４３２および上部格子２４３０の他の部分の各々における回折の反対のブラッグ条件（例えば、＋１次および－１次回折）に起因して、互いによって引き起こされる表示光の分散を補償して、全体的な分散を低減し得る。加えて、入力格子２４２２および下部格子２４４０は、一致する格子ベクトル（例えば、ｘ－ｙ平面において同じ格子ベクトルを有し、ｚ方向において同じまたは反対の格子ベクトルを有するが、異なる回折効率を達成するために異なる露光持続期間で記録される）を有し得、入力格子２４２２は、表示光を導波路２４１０内にカップリングし得るが、下部格子２４４０は、表示光を導波路２４１０からカップリングアウトし得る。したがって、入力格子２４２２および下部格子２４４０は、入力格子２４２２および下部格子２４４０における回折についての反対の回折方向および反対のブラッグ条件（例えば、＋１次および－１次回折）に起因して、互いによって引き起こされる表示光の分散を補償して、全体的な分散を低減し得る。このやり方では、第１の部分２４３２および上部格子２４３０の他の部分の各々による分散は、相殺され得、入力格子２４２２および下部格子２４４０による分散もまた、相殺され得る。したがって、導波路ディスプレイ２４００による表示光の全体的な分散は、任意の方向において最小化され得る。そのようなものとして、表示画像のより高い解像度は、ポリマー層２４１２および２４１４が薄く、透過ＶＢＧが薄いポリマー層に記録されるとしても、達成され得る。
【0136】
図２５は、特定の実施形態に従う、異なる視野および／または光波長のための複数の格子層を含む体積ブラッグ格子ベースの導波路ディスプレイ２５００の例を例証する。導波路ディスプレイ２５００において、格子は、ｚ方向に沿って空間的に多重化され得る。例えば、導波路ディスプレイ２５００は、基板２５１０、２５１２、２５１４、および同様のものなど、複数の基板を含み得る。基板は、同様の屈折率を有する同じ材料（複数可）を含み得る。１つまたは複数のＶＢＧ（例えば、ＶＢＧ２５２０、２５２２、２５２４など）は、基板上に形成されるホログラフィ材料層に記録されるなど、各基板上に作製され得る。ＶＢＧは、反射格子または透過格子であってもよい。ＶＢＧを伴う基板は、空間多重化のためｚ方向に沿って基板スタックで配置され得る。各ＶＢＧは、異なる波長範囲および／または異なるＦＯＶ内の表示光を導波路内にカップリングするため、または導波路からカップリングアウトするための異なるブラッグ条件のために設計される複数の格子を含む多重化ＶＢＧであってもよい。
【0137】
図２５に示される例において、ＶＢＧ２５２０は、導波路内の光線２５４４によって示されるように、正の視野からの光２５３４を導波路内にカップリングし得る。ＶＢＧ２５２２は、導波路内の光線２５４０によって示されるように、約０°視野からの光２５３０を導波路内にカップリングし得る。ＶＢＧ２５２４は、導波路内の光２５４２によって示されるように、負の視野からの光２５３２を導波路内にカップリングし得る。上に説明されるように、ＶＢＧ２５２０、２５２２、および２５２４の各々は、多くの露光を伴う多重化ＶＢＧであってもよく、故に、異なるＦＯＶ範囲からの光を、導波路内にカップリングし得るか、または導波路からカップリングアウトし得る。
【0138】
いくつかの実施形態において、透過格子の回折効率が偏光感受型であり、入ってくる表示光が無偏光であり得ることから、表示光のいくつかの成分は、格子によって回折されない場合があり、故に、導波路ディスプレイの効率は低減され得る。無偏光の光または特定の偏光状態にある光の効率を向上させるため、偏光変換器および２つの空間的に多重化された格子が、表示光を導波路内にカップリングするため、または導波路からカップリングアウトするために使用され得る。
【0139】
図２６は、特定の実施形態に従う、２つの多重化体積ブラッグ格子２６１０および２６４０、ならびに２つの多重化体積ブラッグ格子２６１０および２６４０間の偏光変換器２６３０を含む導波路ディスプレイ２６００の例を例証する図である。第１のＶＢＧ２６１０は、基板２６２０上、または偏光変換器２６３０の表面上に形成され得る。第２のＶＢＧ２６４０は、基板２６５０上、または偏光変換器２６３０の別の表面上に形成され得る。
【0140】
無偏光の光２６０２は、ｓ偏光された光およびｐ偏光された光を含み得る。第１のＶＢＧ２６１０は、回折光２６０４によって示されるように、ｓ偏光された光の大部分およびｐ偏光された光の一部分を回折し得る。回折光２６０４は、偏光変換器２６３０によって部分的に変換され、ブラッグ条件が満足されないため、透過光２６０６によって示されるように、第２のＶＢＧ２６４０によって回折されることなく第２のＶＢＧ２６４０を通過し得る。第１のＶＢＧ２６１０によって回折されないｐ偏光された光の部分２６０８は、偏光変換器２６３０を通過し得、ｓ偏光された光へと変換され得、第２のＶＢＧ２６４０によって回折され得、回折光２６１２は、透過光２６０６と同じ伝播方向を有し得る。このやり方では、無偏光の光２６０２は、導波路ディスプレイ２６００によってより効率的に回折され得る。
【0141】
外部光（例えば、ランプまたは太陽などの外部光源からの）は、格子カプラの表面において反射されて、格子カプラへ戻り得、反射光は、格子カプラによって回折されてレインボー画像を生成し得る。何らかの導波路ディスプレイにおいて、導波路ディスプレイのシースルー視野の外側の大きい入射角を有する周囲光もまた、格子カプラによって回折されてレインボー画像を生成し得る。いくつかの実施形態によると、反射コーティング層（例えば、大きいシースルーＦＯＶからの光のため）および／または反射防止コーティング層（例えば、小さいシースルーＦＯＶからの光のため）などの追加の構造体が、レインボー効果などの光学アーチファクトを低減するために導波路ディスプレイにおいて使用され得る。例えば、角度選択的な透過層が、外部光源によって引き起こされるアーチファクトを低減するために導波路および導波路ディスプレイの格子カプラの前（または後ろ）に置かれ得る。角度選択的な透過層は、ニアアイディスプレイのシースルー視野内の周囲光が通過して、ほとんど損失なしにユーザの目に到達することを可能にしながら、導波路ディスプレイのシースルー視野の２分の１よりも大きい入射角を有する周囲光を反射、回折、または吸収するように構成され得る。角度選択的な透過層は、例えば、１つまたは複数の誘電層、格子（例えば、メタ格子）などの回折素子、ナノ構造体（例えば、ナノワイヤ、ナノピラー、ナノプリズム、ナノピラミッド）、および同様のものを含み得るコーティングを含み得る。
【0142】
図２７は、特定の実施形態に従う、反射防止層２７５０および角度選択的な透過層２７４０を含む導波路ディスプレイ２７００の例を例証する。導波路ディスプレイ２７００は、導波路２７１０、および導波路２７１０の下面に格子カプラ２７２０を含み得る。格子カプラ２７２０は、上に説明される格子カプラと同様であり得る。導波路２７１０に入射する外部光２７３０は、外部光２７３２として導波路２７１０内へ屈折され得、次いで、格子カプラ２７２０によって回折され得る。回折光は、０次回折２７３４（例えば、屈折回折）および－１次回折（示されない）を含み得る。格子カプラ２７２０の高さ、周期、および／または傾斜角は、－１次回折が、外部光について低減または最小限にされ得るように構成され得る。
【0143】
導波路ディスプレイ２７００は、格子カプラ２７２０の下面２７２２に反射防止層２７５０を含み得る。反射防止層２７５０は、例えば、下面２７２２に被覆された１つもしくは複数の誘電薄膜層または他の反射防止層を含み得、下面２７２２において外部光の反射を低減するために使用され得る。故に、格子カプラ２７２０の下面２７２２において反射されて格子カプラ２７２０に戻り得る外部光はほとんどなく、したがって、さもなければ格子カプラ２７２０によって下面２７２２において反射される外部光の回折に起因して形成され得るレインボーゴーストは、低減または最小限にされ得る。表示光のいくつかの部分は、格子カプラ２７２０によって回折され得、ユーザの目の方へ導波路２７１０からカップリングアウトされ得る（例えば、－１次回折に起因して）。反射防止層２７５０はまた、格子カプラ２７２０によって導波路２７１０からカップリングアウトされる表示光の部分の反射を低減するのを助け得る。
【0144】
角度選択的な透過層２７４０は、導波路２７１０の上面または格子カプラ２７２０に被覆され得る。角度選択的な透過層２７４０は、特定のしきい値よりも大きい入射角を有する入射光について、高反射性、高回折効率、または高吸収を有し得、しきい値よりも低い入射角を有する入射光については低損失を有し得る。しきい値は、導波路ディスプレイ２７００のシースルー視野に基づいて決定され得る。例えば、シースルー視野よりも大きい入射角を有する入射光２７６０は、角度選択的な透過層２７４０によって、大半が反射、回折、または吸収され得、故に、導波路２７１０に到達しない場合がある。シースルー視野内の入射角を有する外部光２７３０は、大半が、角度選択的な透過層および導波路２７１０を通過し得、格子カプラ２７２０によって屈折または回折され得る。
【0145】
上に説明される角度選択的な透過層２７４０は、様々なやり方で実装され得る。いくつかの実施形態において、角度選択的な透過層は、１つまたは複数の誘電層（またはエアギャップ）を含み得る。各誘電層は、それぞれの屈折率を有し得、隣接する誘電層は、異なる屈折率を有し得る。いくつかの実施形態において、角度選択的な透過層は、例えば、マイクロミラーまたはプリズム、格子、メタ格子、ナノワイヤ、ナノピラー、または他のマイクロもしくはナノ構造体を含み得る。いくつかの例において、角度選択的な透過層は、基板上に形成される小さい格子周期を有する格子（例えば、表面レリーフ格子またはホログラフィック格子）を含み得る。格子は、大きい入射角（例えば、約７５°～約９０°）を有する光のみを回折し得、回折光は、回折光がアイボックスに到達することができないような方向に伝播し得る。格子周期は、角度選択的な透過層がシースルー視野内の光に影響を及ぼし得ないように、例えば、３００ｎｍ未満（例えば、約２００ｎｍ）であり得る。いくつかの例において、角度選択的な透過層は、大きい入射角を有する入射光を反射、回折、または吸収し得るマイクロスケールまたはナノスケールの異方構造体を含み得る。異方構造体は、例えば、透明媒質、ナノワイヤアレイ、特定の液晶材料、および同様のものの中に整列および浸漬された大きいアスペクト比のナノ粒子を含み得る。
【0146】
本発明の実施形態は、人工現実システムの構成要素を実装するために使用され得るか、または人工現実システムと併せて実装され得る。人工現実は、例えば、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、複合現実（ＭＲ）、ハイブリッド現実、またはそれらの何らかの組み合わせおよび／もしくは派生物を含み得る、ユーザへの提示前に何らかの様式で調節されている現実の形態である。人工現実コンテンツは、完全に生成したコンテンツ、または捕捉した（例えば、現実世界）コンテンツと組み合わせた生成したコンテンツを含み得る。人工現実コンテンツは、動画、音声、触覚フィードバック、またはそれらの何らかの組み合わせを含み得、それらのうちのいずれかが、単一のチャネルまたは複数のチャネルにおいて提示され得る（視聴者に三次元効果をもたらすステレオ動画像など）。加えて、いくつかの実施形態において、人工現実はまた、例えば、人工現実においてコンテンツを作成するために使用される、および／または人工現実において別途使用される（例えば、人工現実においてアクティビティを実施する）、アプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、またはそれらの何らかの組み合わせと関連付けられ得る。人工現実コンテンツを提供する人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続されたヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、スタンドアローンＨＭＤ、モバイルデバイスもしくはコンピューティングシステム、または１もしくは複数の視聴者に人工現実コンテンツを提供することができる任意の他のハードウェアプラットフォームを含む、様々なプラットフォームに実装され得る。
【0147】
図２８は、本明細書に開示される例のいくつかを実施するための、例となるニアアイディスプレイ（例えば、ＨＭＤデバイス）の例となる電子システム２８００の簡略ブロック図である。電子システム２８００は、上に説明されるＨＭＤデバイスまたは他のニアアイディスプレイの電子システムとして使用され得る。この例では、電子システム２８００は、１つまたは複数のプロセッサ２８１０およびメモリ２８２０を含み得る。プロセッサ２８１０は、いくつかの構成要素において動作を実施するための命令を実行するように構成され得、例えば、汎用プロセッサ、またはポータブル電子デバイス内の実装に好適なマイクロプロセッサであり得る。プロセッサ２８１０は、電子システム２８００内の複数の構成要素と通信可能に結合され得る。この通信可能な結合を実現するため、プロセッサ２８１０は、バス２８４０にわたる他の例証された構成要素と通信し得る。バス２８４０は、電子システム２８００内でデータを転送するように適合される任意のサブシステムであってもよい。バス２８４０は、データを転送するために複数のコンピュータバスおよび追加の回路を含み得る。
【0148】
メモリ２８２０は、プロセッサ２８１０に結合され得る。いくつかの実施形態において、メモリ２８２０は、短期および長期記憶の両方を提供し得、いくつかのユニットに分割され得る。メモリ２８２０は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）および／もしくはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）などの揮発性、ならびに／またはリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、および同様のものなどの不揮発性であってもよい。さらには、メモリ２８２０は、セキュアデジタル（ＳＤ）カードなどのリムーバブルストレージデバイスを含み得る。メモリ２８２０は、電子システム２８００のためのコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、および他のデータのストレージを提供し得る。いくつかの実施形態において、メモリ２８２０は、異なるハードウェアモジュールに分散され得る。命令および／またはコードのセットが、メモリ２８２０に記憶され得る。命令は、電子システム２８００によって実行可能であり得る実行可能なコードの形態をとり得、ならびに／または、電子システム２８００上でのコンパイルおよび／もしくはインストール（例えば、様々な一般的に利用可能なコンパイラ、インストールプログラム、圧縮／解凍ユーティリティなどのいずれかを使用すること）の際に実行可能なコードの形態をとり得る、ソースおよび／もしくはインストール可能なコードの形態をとり得る。
【0149】
いくつかの実施形態において、メモリ２８２０は、任意の数のアプリケーションを含み得る複数のアプリケーションモジュール２８２２～４９２４を記憶し得る。アプリケーションの例は、ゲーミングアプリケーション、会議アプリケーション、動画再生アプリケーション、または他の好適なアプリケーションを含み得る。アプリケーションは、奥行き感知機能またはアイトラッキング機能を含み得る。アプリケーションモジュール２８２２～４９２４は、プロセッサ２８１０によって実行されるべき特定の命令を含み得る。いくつかの実施形態において、特定のアプリケーションまたはアプリケーションモジュール２８２２～２８２４の部分は、他のハードウェアモジュール２８８０によって実行可能であり得る。特定の実施形態において、メモリ２８２０は、追加的に、コピーまたはセキュアな情報への他の不正アクセスを防ぐために追加のセキュリティ制御を含み得るセキュアメモリを含み得る。
【0150】
いくつかの実施形態において、メモリ２８２０は、そこにロードされたオペレーティングシステム２８２５を含み得る。オペレーティングシステム２８２５は、アプリケーションモジュール２８２２～４９２４によって提供される命令の実行を開始するように、および／または、１つもしくは複数のワイヤレストランシーバを含み得るワイヤレス通信サブシステム２８３０を用いて他のハードウェアモジュール２８８０ならびにインターフェースを管理するように動作可能であり得る。オペレーティングシステム２８２５は、スレッディング、リソース管理、データ記憶制御、および他の同様の機能性を含む、電子システム２８００の構成要素にわたる他の動作を実施するように適合され得る。
【0151】
ワイヤレス通信サブシステム２８３０は、例えば、赤外通信デバイス、ワイヤレス通信デバイスおよび／もしくはチップセット（ブルートゥース（登録商標）デバイス、ＩＥＥＥ８０２．１１デバイス、Ｗｉ－Ｆｉデバイス、ＷｉＭａｘデバイス、セルラ通信施設など）、ならびに／または同様の通信インターフェースを含み得る。電子システム２８００は、ワイヤレス通信サブシステム２８３０の部分として、またはシステムの任意の部分に結合された別個の構成要素として、ワイヤレス通信のための１つまたは複数のアンテナ２８３４を含み得る。所望の機能性に応じて、ワイヤレス通信サブシステム２８３０は、ワイヤレス広域ネットワーク（ＷＷＡＮ）、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、またはワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）などの異なるデータネットワークおよび／またはネットワークタイプと通信することを含み得る、ベーストランシーバ基地局ならびに他のワイヤレスデバイスおよびアクセスポイントと通信するために別個のトランシーバを含み得る。ＷＷＡＮは、例えば、ＷｉＭａｘ（ＩＥＥＥ８０２．１６）ネットワークであってもよい。ＷＬＡＮは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｘネットワークであってもよい。ＷＰＡＮは、例えば、ブルートゥースネットワーク、ＩＥＥＥ８０２．１５ｘ、またはいくつかの他のタイプのネットワークであってもよい。本明細書に説明される技法は、ＷＷＡＮ、ＷＬＡＮ、および／またはＷＰＡＮの任意の組み合わせのためにも使用され得る。ワイヤレス通信サブシステム２８３０は、データが、ネットワーク、他のコンピュータシステム、および／または本明細書に説明される任意の他のデバイスと交換されることを許可し得る。ワイヤレス通信サブシステム２８３０は、アンテナ２８３４およびワイヤレスリンク２８３２を使用して、ＨＭＤデバイスの識別子、位置データ、地理的地図、ヒートマップ、写真、または動画などのデータを送信または受信するための手段を含み得る。ワイヤレス通信サブシステム２８３０、プロセッサ２８１０、およびメモリ２８２０は一緒に、本明細書に開示されるいくつかの機能を実施するための手段のうちの１つまたは複数の少なくとも一部を備え得る。
【0152】
電子システム２８００の実施形態はまた、１つまたは複数のセンサ２８９０を含み得る。センサ２８９０は、例えば、画像センサ、加速度計、圧力センサ、温度センサ、近接センサ、磁力計、ジャイロスコープ、慣性センサ（例えば、加速度計およびジャイロスコープを組み合わせたモジュール）、周囲光センサ、または、奥行きセンサもしくは位置センサなど、センサ出力を提供するように、および／もしくはセンサ入力を受信するように動作可能な任意の他の同様のモジュールを含み得る。例えば、いくつかの実装形態において、センサ２８９０は、１つもしくは複数の慣性測定ユニット（ＩＭＵ）および／または１つもしくは複数の位置センサを含み得る。ＩＭＵは、位置センサのうちの１つまたは複数から受信される測定信号に基づいて、ＨＭＤデバイスの初期位置に対するＨＭＤデバイスの推定位置を示す較正データを生成し得る。位置センサは、ＨＭＤデバイスの動きに応答して１つまたは複数の測定信号を生成し得る。位置センサの例は、限定されるものではないが、１つもしくは複数の加速度計、１つもしくは複数のジャイロスコープ、１つもしくは複数の磁力計、動きを検出する別の好適なタイプのセンサ、ＩＭＵの誤り補正のために使用されるタイプのセンサ、またはそれらの何らかの組み合わせを含み得る。位置センサは、ＩＭＵの外部に、ＩＭＵの内部に、またはそれらの任意の組み合わせで位置し得る。少なくともいくつかのセンサは、センシングのために構造化光パターンを使用し得る。
【0153】
電子システム２８００は、ディスプレイモジュール２８６０を含み得る。ディスプレイモジュール２８６０は、ニアアイディスプレイであってもよく、画像、動画、および様々な命令などの情報を、電子システム２８００からユーザへ図式で提示し得る。そのような情報は、１つまたは複数のアプリケーションモジュール２８２２～４９２４、仮想現実エンジン２８２６、１つもしくは複数の他のハードウェアモジュール２８８０、それらの組み合わせ、またはユーザのためのグラフィックコンテンツを（例えば、オペレーティングシステム２８２５によって）分解するための任意の他の好適な手段から導出され得る。ディスプレイモジュール２８６０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）技術、発光ダイオード（ＬＥＤ）技術（例えば、ＯＬＥＤ、ＩＬＥＤ、μＬＥＤ、ＡＭＯＬＥＤ、ＴＯＬＥＤなどを含む）、発光ポリマーディスプレイ（ＬＰＤ）技術、または何らかの他のディスプレイ技術を使用し得る。
【0154】
電子システム２８００は、ユーザ入力／出力モジュール２８７０を含み得る。ユーザ入力／出力モジュール２８７０は、ユーザがアクション要求を電子システム２８００に送信することを可能にし得る。アクション要求は、特定のアクションを実施するための要求であってもよい。例えば、アクション要求は、アプリケーションを開始もしくは終了すること、またはアプリケーション内で特定のアクションを実施することであってもよい。ユーザ入力／出力モジュール２８７０は、１つまたは複数の入力デバイスを含み得る。例となる入力デバイスは、タッチスクリーン、タッチパッド、マイク、ボタン、ダイアル、スイッチ、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、またはアクション要求を受信し、受信したアクション要求を電子システム２８００に通信するための任意の他の好適なデバイスを含み得る。いくつかの実施形態において、ユーザ入力／出力モジュール２８７０は、電子システム２８００から受信した命令に従ってユーザに触覚フィードバックを提供し得る。例えば、触覚フィードバックは、アクション要求が受信されるとき、または実施されたときに提供され得る。
【0155】
電子システム２８００は、例えば、ユーザの目の位置をトラッキングするための、ユーザの写真または動画を撮るために使用され得るカメラ２８５０を含み得る。カメラ２８５０はまた、例えば、ＶＲ、ＡＲ、またはＭＲアプリケーションのための環境の写真または動画を撮るために使用され得る。カメラ２８５０は、例えば、数百万または数千万の画素を有する相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサを含み得る。いくつかの実装形態において、カメラ２８５０は、３Ｄ画像を捕捉するために使用され得る２つ以上のカメラを含み得る。
【0156】
いくつかの実施形態において、電子システム２８００は、複数の他のハードウェアモジュール２８８０を含み得る。他のハードウェアモジュール２８８０の各々は、電子システム２８００内の物理モジュールであってもよい。他のハードウェアモジュール２８８０の各々は、構造体として永久に構成され得るが、他のハードウェアモジュール２８８０のいくつかは、特定の機能を実施するように一時的に構成され得るか、または一時的に起動され得る。他のハードウェアモジュール２８８０の例は、例えば、音声出力および／または入力モジュール（例えば、マイクまたはスピーカ）、近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール、再充電バッテリ、バッテリ管理システム、有線／ワイヤレスバッテリ充電システムなどを含み得る。いくつかの実施形態において、他のハードウェアモジュール２８８０の１つまたは複数の機能は、ソフトウェアにおいて実施され得る。
【0157】
いくつかの実施形態において、電子システム２８００のメモリ２８２０はまた、仮想現実エンジン２８２６を記憶し得る。仮想現実エンジン２８２６は、電子システム２８００内でアプリケーションを実行し、ＨＭＤデバイスの位置情報、加速度情報、速度情報、予測した今後の位置、またはそれらの何らかの組み合わせを様々なセンサから受信し得る。いくつかの実施形態において、仮想現実エンジン２８２６によって受信される情報は、ディスプレイモジュール２８６０への信号（例えば、表示命令）を生成するために使用され得る。例えば、受信した情報が、ユーザが左を見たことを示す場合、仮想現実エンジン２８２６は、仮想環境におけるユーザの運動を左右逆にする、ＨＭＤデバイスのためのコンテンツを生成し得る。加えて、仮想現実エンジン２８２６は、ユーザ入力／出力モジュール２８７０から受信されるアクション要求に応答してアプリケーション内のアクションを実施し、フィードバックをユーザに提供し得る。提供されたフィードバックは、視覚、可聴、または触覚フィードバックであり得る。いくつかの実装形態において、プロセッサ２８１０は、仮想現実エンジン２８２６を実行し得る１つまたは複数のＧＰＵを含み得る。
【0158】
様々な実装形態において、上で説明したハードウェアおよびモジュールは、単一のデバイス、または有線もしくはワイヤレス接続を使用して互いと通信することができる複数のデバイスに実装され得る。例えば、いくつかの実装形態において、ＧＰＵ、仮想現実エンジン２８２６、およびアプリケーション（例えば、トラッキングアプリケーション）などのいくつかの構成要素またはモジュールは、ヘッドマウントディスプレイデバイスとは別個のコンソールに実装され得る。いくつかの実装形態において、１つのコンソールが、２つ以上のＨＭＤに接続され得るか、またはこれをサポートし得る。
【0159】
代替の構成において、異なるおよび／または追加の構成要素が、電子システム２８００に含まれてもよい。同様に、構成要素のうちの１つまたは複数の機能性は、上に説明される様式とは異なる様式で構成要素間に分散され得る。例えば、いくつかの実施形態において、電子システム２８００は、ＡＲシステム環境および／またはＭＲ環境などの他のシステム環境を含むために修正され得る。
【0160】
上で論じられる方法、システム、およびデバイスは、例である。様々な実施形態は、必要に応じて、様々な手順または構成要素を省略、置換、または追加し得る。例えば、代替の構成において、説明される方法は、説明されるものとは異なる順で実施され得、および／または様々なステージが、追加される、省略される、および／または組み合わされ得る。また、特定の実施形態に関して説明される特徴は、様々な他の実施形態において組み合わされ得る。実施形態の異なる態様および要素は、同様の様式で組み合わされ得る。また、技術は進化するものであり、故に、要素の多くは、それらの特定の例を本開示の範囲に限定しない例である。
【0161】
特定の詳細事項は、実施形態の完全な理解を提供するために説明において与えられる。しかしながら、実施形態は、これらの特定の詳細事項なしに実践され得る。例えば、周知の回路、プロセス、システム、構造体、および技法は、実施形態を不明瞭にすることを回避するために、不必要な詳細事項なしに示されている。この説明は、例となる実施形態を提供するにすぎず、本発明の範囲、適用性、または構成を制限することは意図されない。むしろ、実施形態の前述の説明は、様々な実施形態を実施するための実用可能な説明を当業者に提供するものである。様々な変更が、本開示の範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置においてなされ得る。
【0162】
また、いくつかの実施形態は、フロー図またはブロック図として描写されたプロセスとして説明された。各々は逐次プロセスとして動作を説明し得るが、動作の多くは、並行して、または同時に実施され得る。加えて、動作の順序は、並べ替えられてもよい。プロセスは、図に含まれない追加のステップを有し得る。さらには、本方法の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、またはそれらの任意の組み合わせによって実施され得る。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、またはマイクロコードにおいて実施されるとき、関連タスクを実施するためのプログラムコードまたはコードセグメントは、記憶媒体などのコンピュータ可読媒体に記憶され得る。プロセッサが、関連タスクを実施し得る。
【0163】
実質的な変動が特定の要件に従ってなされ得ることは当業者には明らかである。例えば、カスタマイズされたハードウェアもしくは特定用途向けハードウェアもまた使用され得、および／または特定の要素は、ハードウェア、ソフトウェア（アップレットなどのポータブルソフトウェアを含む）、または両方において実装され得る。さらに、ネットワーク入力／出力デバイスなどの他のコンピューティングデバイスへの接続が採用され得る。
【0164】
添付の図を参照して、メモリを含み得る構成要素は、非一時的なマシン可読媒体を含み得る。用語「マシン可読媒体」および「コンピュータ可読媒体」は、マシンを特定の方式で動作させるデータを提供することに参加する任意の記憶媒体を指し得る。本明細書内の上に提供される実施形態において、様々なマシン可読媒体は、命令／コードを実行のために処理ユニットおよび／または他のデバイスに提供することに関与し得る。追加的または代替的に、マシン可読媒体は、そのような命令／コードを記憶および／または保持するために使用され得る。多くの実装形態において、コンピュータ可読媒体は、物理および／または有形記憶媒体である。そのような媒体は、限定されるものではないが、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含む、多くの形態をとり得る。コンピュータ可読媒体の一般的形態は、例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）もしくはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの磁気および／または光学媒体、パンチカード、ペーパーテープ、穴のパターンを有する任意の他の物理媒体、ＲＡＭ、プログラマブルリードオンリメモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭ）、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップもしくはカートリッジ、本明細書内で以後説明されるような搬送波、またはコンピュータが命令および／もしくはコードを読むことができる任意の他の媒体を含み得る。コンピュータプログラム製品は、手順、機能、サブプログラム、プログラム、ルーチン、アプリケーション（Ａｐｐ）、サブルーチン、モジュール、ソフトウェアパッケージ、クラス、または、命令、データ構造、もしくはプログラムステートメントの任意の組み合わせを表し得る、コードおよび／またはマシン実行可能命令を含み得る。
【0165】
当業者は、本明細書に説明されるメッセージを通信するために使用される情報および信号が、様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して表され得ることを理解するものとする。例えば、上の説明全体を通して言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、符号、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光場もしくは光粒子、またはそれらの任意の組み合わせによって表され得る。
【0166】
用語「および（ａｎｄ）」および「または（ｏｒ）」は、本明細書で使用される場合、そのような用語が使用される文脈に少なくとも部分的に依存することも予期される様々な意味を含み得る。典型的には、「または」は、Ａ、Ｂ、またはＣなどのリストを関連付けるために使用される場合、包含的意味で使用される、Ａ、Ｂ、およびＣ、ならびに排他的意味で使用される、Ａ、Ｂ、またはＣを意味することが意図される。加えて、用語「１つまたは複数」は、本明細書で使用される場合、任意の特徴、構造体、または特性を単数で説明するために使用され得るか、特徴、構造体、または特性の何らかの組み合わせを説明するために使用され得る。しかしながら、これは単に例証的な例であり、特許請求された主題はこの例に限定されないことに留意されたい。さらには、用語「少なくとも１つ」は、Ａ、Ｂ、またはＣなど、リストを関連付けるために使用される場合、Ａ、ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ、ＡＡ、ＡＢＣ、ＡＡＢ、ＡＡＢＢＣＣＣなど、Ａ、Ｂ、および／またはＣの任意の組み合わせを意味するように解釈され得る。
【0167】
さらに、特定の実施形態は、ハードウェアおよびソフトウェアの特定の組み合わせを使用して説明されているが、ハードウェアおよびソフトウェアの他の組み合わせも可能であるということを理解されたい。特定の実施形態は、ハードウェアのみ、またはソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせを使用して、実施され得る。１つの例において、ソフトウェアは、本開示に説明されるステップ、動作、またはプロセスのいずれかまたはすべてを実施するための１つまたは複数のプロセッサによって実行可能なコンピュータプログラムコードまたは命令を含むコンピュータプログラム製品と共に実装され得る。本明細書に説明される様々なプロセスは、同じプロセッサまたは任意の組み合わせにある異なるプロセッサ上で実施され得る。
【0168】
デバイス、システム、構成要素、またはモジュールが、特定の動作または機能を実施するように構成されるものと説明される場合、そのような構成は、例えば、動作を実施するように電子回路を設計することによって、コンピュータ命令もしくはコードを実行することによってなど、動作を実施するようにプログラム可能電子回路（マイクロプロセッサなど）をプログラムすることによって、または非一時的なメモリ媒体に記憶されたコードもしくは命令を実行するようにプログラムされたプロセッサもしくはコア、またはそれらの任意の組み合わせによって達成され得る。プロセスは、プロセス間通信のための従来の技法を含むが、これに限定されない様々な技法を使用して通信することができ、異なるプロセス対は、異なる技法を使用し得るか、同じプロセス対は、異なる時に異なる技法を使用し得る。
【0169】
明細書および図面は、したがって、制限的意味ではなく例証的意味と見なされるものとする。しかしながら、追加、減算、削除、ならびに他の修正および変更が、特許請求の範囲に明記される幅広い範囲から逸脱することなく、それらに対してなされ得ることは明らかである。故に、特定の実施形態が説明されているが、これらは、限定していることは意図されないものとする。様々な修正形態および等価物は、以下の特許請求項の範囲の範囲内である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A-B】
【図8A-B】
【図9A-B】
【図10A-C】
【図11】
【図12A-B】
【図13A-D】
【図14A-B】
【図15A-B】
【図16A-B】
【図17A-B】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22A-B】
【図23A-B】
【図24A-B】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【国際調査報告】