(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】2022-12-12
(54)【発明の名称】ブラッグ回折格子を有する人工現実システム
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20221205BHJP
G02B 5/18 20060101ALI20221205BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
G02B5/18
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022500502
(86)(22)【出願日】2020-10-13
(85)【翻訳文提出日】2022-03-02
(86)【国際出願番号】 US2020055442
(87)【国際公開番号】W WO2021076533
(87)【国際公開日】2021-04-22
(31)【優先権主張番号】62/914,673
(32)【優先日】2019-10-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/063,190
(32)【優先日】2020-10-05
(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】チアン， インフェイ
(72)【発明者】
【氏名】ルー， ルー
(72)【発明者】
【氏名】ユイ， ハオ
【テーマコード（参考）】
2H199
2H249
【Ｆターム（参考）】
2H199CA04
2H199CA23
2H199CA24
2H199CA25
2H199CA30
2H199CA42
2H199CA45
2H199CA50
2H199CA54
2H199CA62
2H199CA67
2H199CA92
2H199CA94
2H249AA02
2H249AA12
2H249AA60
2H249AA62
(57)【要約】
光学アセンブリは、導波路と、光を導波路の中または外に結合するように構成されたブラッグ回折格子とを含み得る。ブラッグ回折格子は、複数の層対を含み得、少なくとも１つの層対は、第１の屈折率を有する第１の材料と第２の屈折率を有する第２の層とを含み、ブラッグ回折格子の特性は、少なくとも２色の光に対してブラッグ回折格子が実質的に同様の回折効率と回折角を示すように選択される。
【選択図】図５Ａ
【選択図】図５Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
導波路と、光を前記導波路の中または外に結合するように構成されたブラッグ回折格子と
を含む光学アセンブリであって、前記ブラッグ回折格子が複数の層対を含み、少なくとも１つの層対が、第１の屈折率を有する第１の材料と第２の屈折率を有する第２の層とを含み、前記ブラッグ回折格子の特性が、少なくとも２色の光に対して前記ブラッグ回折格子が実質的に同様の回折効率および回折角を示すように選択される、光学アセンブリ。
【請求項2】
前記ブラッグ回折格子が、反射型ブラッグ回折格子または透過型ブラッグ回折格子を含む、請求項１に記載の光学アセンブリ。
【請求項3】
前記ブラッグ回折格子の前記特性が、第１の波長を有する第１の光および第２の波長を有する第２の光に対して前記ブラッグ回折格子が実質的に同様の回折効率を示すように選択され、前記第１の波長が、前記第２の波長と少なくとも約５０ｎｍだけ異なる、請求項１に記載の光学アセンブリ。
【請求項4】
前記ブラッグ回折格子の前記特性が、３色の光に対して前記ブラッグ回折格子が実質的に同様の回折効率を示すように選択される、請求項１に記載の光学アセンブリ。
【請求項5】
３色の前記光が、約４３０ｎｍから約４５０ｎｍの間の波長を有する光、約５２５ｎｍから約５５０ｎｍの間の波長を有する光、および約６５０ｎｍから約６７５ｎｍの間の波長を有する光を含む、請求項３に記載の光学アセンブリ。
【請求項6】
前記ブラッグ回折格子が、第２の前記光の回折次数とは異なる第１の前記光の回折次数について、少なくとも２色の光に対して実質的に同様の回折効率を示す、請求項１に記載の光学アセンブリ。
【請求項7】
前記特性が、前記第１の屈折率、前記第２の屈折率、前記第１の屈折率と前記第２の屈折率の平均、または前記層対の厚さのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光学アセンブリ。
【請求項8】
前記層対が主平面を画定し、前記導波路が主平面を画定し、前記層対の前記主平面が、前記導波路の前記主平面に対して非平行かつ非垂直な角度で向けられる、請求項１に記載の光学アセンブリ。
【請求項9】
前記複数の層対の各層対が前記第１の材料と第２の材料とを含み、各層対の厚さが実質的に同じである、請求項１に記載の光学アセンブリ。
【請求項10】
前記ブラッグ回折格子が入力結合回折格子である、請求項１に記載の光学アセンブリ。
【請求項11】
前記ブラッグ回折格子が出力結合回折格子である、請求項１に記載の光学アセンブリ。
【請求項12】
前記ブラッグ回折格子が入力結合回折格子であり、出力結合回折格子をさらに含み、前記出力結合回折格子が、第２の複数の層対を含み、前記第２の複数の層対の第２の層対が、第３の屈折率を有する第３の材料と第４の屈折率を有する第４の層とを含み、前記出力結合回折格子の特性が、少なくとも２色の光に対して前記出力結合回折格子が実質的に同様の回折効率および回折角を示すように選択される、請求項１に記載の光学アセンブリ。
【請求項13】
前記ブラッグ回折格子を介して光を前記導波路の中へ方向付けるように構成されたプロジェクタをさらに含む、請求項１に記載の光学アセンブリ。
【請求項14】
請求項１および１３の光学アセンブリを備える、ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項15】
少なくとも２色の光に対してブラッグ回折格子が実質的に同様の回折効率および回折角を示すように、前記ブラッグ回折格子の特性を決定することであって、前記ブラッグ回折格子が、光を導波路の中または外に結合するように構成され、前記ブラッグ回折格子が複数の層対を含み、層対が、第１の屈折率を有する第１の材料と第２の屈折率を有する第２の層とを含む、ブラッグ回折格子の特性を決定することと、導波路を備えた前記ブラッグ回折格子を組み立てることと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０１９年１０月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／９１４，６７３号に対する利益を主張するものであり、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、一般に、拡張現実システムおよび／または複合現実システムなどの人工現実システムに関する。
【背景技術】
【0003】
人工現実システムは、コンピュータゲーム、健康と安全、産業、および教育などの多くの分野で応用されている。いくつかの例として、人工現実システムは、モバイルデバイス、ゲーム機、パーソナルコンピュータ、映画館、およびテーマパークに組み込まれている。一般に、人工現実は、ユーザへの提示前に何らかの方法で調整された現実の形式であり、たとえば、仮想現実、拡張現実、複合現実、ハイブリッド現実、またはこれらの何らかの組合せおよび／もしくはその派生物を含み得る。
【0004】
人工現実システムは、多くの場合、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）を使用してユーザに画像を提示する。ＨＭＤによって表示された画像をユーザが快適に観視できるようにするために、光学系を使用して、光を成形し、その光をユーザの眼へ方向付ける。ユーザはＨＭＤを自分の頭に装着するので、サイズおよび重量は重要な考慮事項である。さらに、快適な観視体験を可能にするためには、画像のアーチファクトもしくは歪みを低減または排除することが重要である。
【発明の概要】
【0005】
一般に、本開示は、人工現実システムについて説明し、より詳細には、光を導波路の中および／または外に結合するための少なくとも１つのブラッグ回折格子を含む光学アセンブリを含む人工現実システムについて説明する。たとえば、ブラッグ回折格子が複数の異なる波長の光に対して同様の回折効率および回折角を有するように選択された特性を有するブラッグ回折格子について説明する。たとえば、本明細書に記載のブラッグ回折格子は、具体的には、スペクトル内の緑色、赤色、および青色の領域に対応する光の波長に対して同様の回折効率および回折角を示すように構成され得る。ブラッグ回折格子は、反射型または透過型のブラッグ回折格子であり得る。これにより、人工現実システム内の緑色、赤色、および青色の光を制御および出力するための光学素子として使用される導波路の数を低減することが可能になり、したがって、人工現実システムのサイズおよび／または重量を低減すること、および／または人工現実システムの位置合せおよび組立ての複雑さを軽減することが可能になり得る。
【0006】
１つまたは複数の例示的な態様において、本出願は、導波路と、光を導波路の中または外に結合するように構成されたブラッグ回折格子とを含む光学アセンブリであって、ブラッグ回折格子が複数の層対を含み、少なくとも１つの層対が、第１の屈折率を有する第１の材料と第２の屈折率を有する第２の層とを含み、ブラッグ回折格子の特性が、少なくとも２色の光に対してブラッグ回折格子が実質的に同様の回折効率および回折角を示すように選択される、光学アセンブリについて説明する。
【0007】
ブラッグ回折格子は、反射型ブラッグ回折格子を含み得る。
【0008】
ブラッグ回折格子は、透過型ブラッグ回折格子を含み得る。
【0009】
ブラッグ回折格子の特性は、第１の波長を有する第１の光および第２の波長を有する第２の光に対してブラッグ回折格子が実質的に同様の回折効率を示し得るように選択され得、第１の波長は、第２の波長と少なくとも５０ｎｍだけ異なり得る。
【0010】
ブラッグ回折格子の特性は、３色の光に対してブラッグ回折格子が実質的に同様の回折効率を示すように選択され得る。３色の光は、約４３０ｎｍから約４５０ｎｍの間の波長を有する光、約５２５ｎｍから約５５０ｎｍの間の波長を有する光、および約６５０ｎｍから約６７５ｎｍの間の波長を有する光を含み得る。
【0011】
ブラッグ回折格子は、第２の光の回折次数とは異なり得る第１の光の回折次数について、少なくとも２色の光に対して実質的に同様の回折効率を示し得る。
【0012】
特性は、第１の屈折率、第２の屈折率、第１の屈折率と第２の屈折率の平均、または層対の厚さのうちの少なくとも１つを含み得る。
【0013】
層対は主平面を画定し得、導波路は主平面を画定し得、層対の主平面は、導波路の主平面に対して非平行かつ非垂直な角度で向けられ得る。
【0014】
複数の層対の各層対は、第１の材料と第２の材料とを含み得、各層対の厚さは、実質的に同じであり得る。
【0015】
ブラッグ回折格子は、入力結合回折格子であり得る。
【0016】
ブラッグ回折格子は、出力結合回折格子であり得る。
【0017】
ブラッグ回折格子は、入力結合回折格子であり得、出力結合回折格子をさらに含み得、出力結合回折格子は、第２の複数の層対を含み得、第２の複数の層対の第２の層対は、第３の屈折率を有する第３の材料と第４の屈折率を有する第４の層とを含み得、出力結合回折格子の特性は、少なくとも２色の光に対して出力結合回折格子が実質的に同様の回折効率および回折角を示し得るように選択され得る。
【0018】
光学アセンブリは、ブラッグ回折格子を介して光を導波路の中へ方向付けるように構成されたプロジェクタをさらに含み得る。
【0019】
１つまたは複数の例示的な態様において、本出願は、プロジェクタと、光学アセンブリとを含むヘッドマウントディスプレイについて説明する。光学アセンブリは、導波路と、光を導波路の中または外に結合するように構成されたブラッグ回折格子とを含み、ブラッグ回折格子は複数の層対を含み、層対は、第１の屈折率を有する第１の材料と第２の屈折率を有する第２の層とを含み、ブラッグ回折格子の特性は、少なくとも２色の光に対してブラッグ回折格子が実質的に同様の回折効率および回折角を示すように選択され、プロジェクタは、光を導波路の中へ方向付けるように構成される。
【0020】
ブラッグ回折格子の特性は、約４３０ｎｍから約４５０ｎｍの間の波長を有する光、約５２５ｎｍから約５５０ｎｍの間の波長を有する光、および約６５０ｎｍから約６７５ｎｍの間の波長を有する光に対して、ブラッグ回折格子が実質的に同様の回折効率を示し得るように選択され得る。
【0021】
特性は、第１の屈折率、第２の屈折率、第１の屈折率と第２の屈折率の平均、または層対の厚さのうちの少なくとも１つを含み得る。
【0022】
層対は主平面を画定し得、導波路は主平面を画定し得、層対の主平面は、導波路の主平面に対して非平行かつ非垂直な角度で向けられ得る。
【0023】
ブラッグ回折格子は、入力結合回折格子であり得、出力結合回折格子をさらに含み得、出力結合回折格子は、第２の複数の層対を含み得、第２の複数の層対の第２の層対は、第３の反射率を有する第３の材料と第４の反射率を有する第４の層とを含み得、出力結合回折格子の特性は、少なくとも２色の光に対して出力結合回折格子が実質的に同様の回折効率を示し得るように選択され得る。
【0024】
１つまたは複数の例示的な態様において、本出願は、少なくとも２色の光に対してブラッグ回折格子が実質的に同様の回折効率および回折角を示すように、ブラッグ回折格子の特性を決定することであって、ブラッグ回折格子が、光を導波路の中または外に結合するように構成され、ブラッグ回折格子が複数の層対を含み、層対が、第１の屈折率を有する第１の材料と第２の屈折率を有する第２の層とを含む、ブラッグ回折格子の特性を決定することと、導波路を備えたブラッグ回折格子を組み立てることとを含む方法について説明する。
【0025】
添付の図面および以下の説明には、１つまたは複数の例に関する詳細が記載されている。説明および図面ならびに特許請求の範囲から、他の特徴、目的、および利点が明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本開示に記載の技法による、光を導波路の中および／または外に結合するための少なくとも１つのブラッグ回折格子を含む例示的な人工現実システムを示す図である。
【図2A】本開示に記載の技法による、光を導波路の中および／または外に結合するための少なくとも１つのブラッグ回折格子を含む例示的なＨＭＤを示す図である。
【図2B】本開示に記載の技法による、光を導波路の中および／または外に結合するための少なくとも１つのブラッグ回折格子を含む別の例示的なＨＭＤを示す図である。
【図4】本開示に記載の技法による、人工現実システムのスタンドアロンＨＭＤの一例を示すブロック図である。
【図5A】プロジェクタと、導波路と、入力結合回折格子および出力結合回折格子とを含む例示的な光学系を示す概念図である。
【図5B】プロジェクタと、導波路と、入力結合回折格子および出力結合回折格子とを含む例示的な光学系を示す概念図である。
【図6】例示的な反射型ブラッグ回折格子を示す概念図である。
【図7】例示的な別の反射型ブラッグ回折格子を示す概念図である。
【図8】例示的な反射型ブラッグ回折格子についてのシミュレートされた反射率対波長のプロットである。
【図9】例示的な反射型ブラッグ回折格子についてのシミュレートされた反射効率対波長のプロットである。
【図10】例示的な反射型ブラッグ回折格子および４４６ｎｍの波長を有する光についてのシミュレートされた反射効率対入射角のプロットである。
【図11】例示的な反射型ブラッグ回折格子および５３６ｎｍの波長を有する光についてのシミュレートされた反射効率対入射角のプロットである。
【図12】例示的な反射型ブラッグ回折格子および６７０ｎｍの波長を有する光についてのシミュレートされた反射効率対入射角のプロットである。
【図13】例示的な透過型ブラッグ回折格子を示す概念図である。
【図14】例示的な透過型ブラッグ回折格子についてのシミュレートされた電磁界強度対回折角のプロットである。
【図15】例示的な透過型ブラッグ回折格子についてのシミュレートされた電磁界強度対回折角のプロットである。
【図16】例示的な透過型ブラッグ回折格子についてのシミュレートされた電磁界強度対回折角のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【0027】
図１は、本開示に記載の技法による、少なくとも１つのブラッグ回折格子を含む光学アセンブリを含む例示的な人工現実システムを示す図である。図１の例において、人工現実システム１００は、ＨＭＤ１１２、１つまたは複数のコントローラ１１４Ａおよび１１４Ｂ（総称して「コントローラ１１４」）を含み、いくつかの例において、１つまたは複数の外部センサ９０および／またはコンソール１０６を含み得る。
【0028】
ＨＭＤ１１２は、典型的には、ユーザ１１０によって着用され、人工現実コンテンツ１２２をユーザ１１０に提示するための電子ディスプレイおよび光学アセンブリを含む。さらに、ＨＭＤ１１２は、ＨＭＤ１１２の動きを追跡するための１つまたは複数のセンサ（たとえば、加速度計）を含み、周囲の物理的環境の画像データを捕捉するための１つまたは複数の画像捕捉デバイス１３８（たとえば、カメラ、ラインスキャナ）を含み得る。ＡＲシステム１００は、ヘッドマウントディスプレイとして示されているが、代替として、または追加として、人工現実コンテンツ１２２をユーザ１１０に提示するための眼鏡または他のディスプレイデバイスを含み得る。
【0029】
各コントローラ１１４は、ユーザ１１０がコンソール１０６、ＨＭＤ１１２、または人工現実システム１００の別の構成要素に入力を提供するために使用することができる入力デバイスである。コントローラ１１４は、存在検知面の位置に接触または空中停止する１つまたは複数の物体（たとえば、指、スタイラス）の存在を検出することによってユーザ入力を検出するための１つまたは複数の存在検知面を含み得る。いくつかの例において、コントローラ１１４は、存在検知ディスプレイであり得る出力ディスプレイを含み得る。いくつかの例において、コントローラ１１４は、スマートフォン、タブレットコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ：ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄａｔａ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、または他のハンドヘルドデバイスであり得る。いくつかの例において、コントローラ１１４は、スマートウォッチ、スマートリング、または他のウェアラブルデバイスであり得る。コントローラ１１４はまた、キオスクまたは他の固定型もしくは移動型システムの一部であり得る。代替として、または追加として、コントローラ１１４は、人工現実システム１００によってユーザ１１０に提示される人工現実コンテンツ１２２の態様とユーザが対話すること、および／または人工現実コンテンツ１２２の態様を制御することを可能にするための、１つまたは複数のボタン、トリガ、ジョイスティック、Ｄパッドなどの他のユーザ入力メカニズムを含み得る。
【0030】
本例において、コンソール１０６は、ゲーム機、ワークステーション、デスクトップコンピュータ、またはラップトップなどの単一のコンピューティングデバイスとして示されている。他の例において、コンソール１０６は、分散コンピューティングネットワーク、データセンタ、またはクラウドコンピューティングシステムなどの複数のコンピューティングデバイスにわたって分散され得る。本例に示すように、コンソール１０６、ＨＭＤ１１２、およびセンサ９０は、ネットワーク１０４を介して通信可能に結合され得、ネットワーク１０４は、有線ネットワーク、またはＷｉ－Ｆｉ、メッシュネットワーク、もしくは短距離無線通信媒体、もしくはそれらの組合せなどの無線ネットワークであり得る。本例では、ＨＭＤ１１２がコンソール１０６と通信しているように、たとえば、コンソール１０６にテザリングされているように、またはコンソール１０６と無線通信しているように示されているが、いくつかの実装形態において、ＨＭＤ１１２はスタンドアロンのモバイル人工現実システムとして動作し、人工現実システム１００は、コンソール１０６を省略する場合がある。
【0031】
一般に、人工現実システム１００は、ＨＭＤ１１２でユーザ１１０に表示するために人工現実コンテンツ１２２をレンダリングする。図１の例において、ユーザ１１０は、ＨＭＤ１１２および／またはコンソール１０６上で実行される人工現実アプリケーションによって構築およびレンダリングされた人工現実コンテンツ１２２を観視する。いくつかの例において、人工現実コンテンツ１２２は、完全に人工的であり得る、すなわち、ユーザ１１０が位置している環境に関連しない画像であり得る。いくつかの例において、人工現実コンテンツ１２２は、拡張現実または複合現実の一部を形成することができ、その拡張現実または複合現実の一部において、人工現実コンテンツ１２２が実世界の視界上に表示され、実世界の視界に調和し得る。いくつかの例において、人工現実コンテンツ１２２は、複合現実および／または拡張現実を作成するために、実世界の画像（たとえば、ユーザ１１０の手、コントローラ１１４、ユーザ１１０の近くの他の環境物体）と仮想物体との複合物を含み得る。いくつかの例において、仮想コンテンツアイテムは、たとえば、実世界に対して相対的な特定の位置にマッピング（たとえば、ピン留め、ロック、配置）され得る。仮想コンテンツアイテムの位置は、たとえば、壁または地表のうちの一方を基準にして固定され得る。仮想コンテンツアイテムの位置は、たとえば、コントローラ１１４またはユーザに関連して可変であり得る。いくつかの例において、人工現実コンテンツ１２２内の仮想コンテンツアイテムの特定の位置は、実世界の物理的環境内（たとえば、物理的物体の表面上）の位置に関連付けられ得る。
【0032】
動作中、人工現実アプリケーションは、参照フレーム、典型的にはＨＭＤ１１２の視点の姿勢情報を追跡および計算することによって、ユーザ１１０に表示するための人工現実コンテンツ１２２を構築する。参照フレームとしてＨＭＤ１１２を使用し、ＨＭＤ１１２の現在の推定姿勢によって決定される現在の視野に基づいて、人工現実アプリケーションは３Ｄ人工現実コンテンツをレンダリングし、いくつかの例において、３Ｄ人工現実コンテンツは、ユーザ１１０の実世界の３Ｄ物理的環境に重ね合わされ得る。このプロセス中、人工現実アプリケーションは、動き情報およびユーザコマンドなどのＨＭＤ１１２から受信した検知データ、いくつかの例では、外部カメラなどの任意の外部センサ９０からのデータを使用して、ユーザ１１０による動きなどの実世界の物理的環境内の３Ｄ情報および／またはユーザ１１０に関する特徴追跡情報を捕捉する。人工現実アプリケーションは、検知データに基づいて、ＨＭＤ１１２の参照フレームの現在の姿勢を決定し、現在の姿勢に従って、人工現実コンテンツ１２２をレンダリングする。
【0033】
人工現実システム１００は、ユーザのリアルタイムの注視追跡または他の条件によって決定され得るユーザ１１０の現在の視野１３０に基づいて、仮想コンテンツアイテムの生成およびレンダリングをトリガし得る。より具体的には、ＨＭＤ１１２の画像捕捉デバイス１３８は、画像捕捉デバイス１３８の視野１３０内にある実世界の物理的環境内の物体を表す画像データを捕捉する。視野１３０は、典型的には、ＨＭＤ１１２の視点に対応する。いくつかの例において、人工現実アプリケーションは、実世界の上に重なっている、複合現実および／または拡張現実を含む人工現実コンテンツ１２２を提示する。いくつかの例において、人工現実アプリケーションは、人工現実コンテンツ１２２内などの仮想物体に沿った視野１３０内にあるユーザ１１０の周辺デバイス１３６、手１３２、および／または腕１３４の一部分などの実世界の物体の画像をレンダリングし得る。他の例において、人工現実アプリケーションは、人工現実コンテンツ１２２内の視野１３０内にあるユーザ１１０の周辺デバイス１３６、手１３２、および／または腕１３４の一部分の仮想表現をレンダリングし得る（たとえば、実世界の物体を仮想物体としてレンダリングする）。いずれの例においても、ユーザ１１０は、人工現実コンテンツ１２２内の視野１３０内にある自分の手１３２、腕１３４、周辺デバイス１３６、および／または他の任意の実世界の物体の一部分を観視することができる。他の例において、人工現実アプリケーションは、ユーザの手１３２または腕１３４の表現をレンダリングしない場合がある。
【0034】
本開示の技法によれば、ＨＭＤ１１２は、光を導波路の中および／または外に結合するための少なくとも１つのブラッグ回折格子を含む光学系を含む。光は、たとえば、ユーザ１１０のために人工現実コンテンツ１２２を作成するプロジェクタまたはディスプレイから出力される光であり得る。本明細書に記載のように、光学系の１つまたは複数のブラッグ回折格子は、複数の波長または波長範囲の光に対して同様の回折効率および回折角を示すように構成され得る。たとえば、少なくとも１つのブラッグ回折格子は、赤色、緑色、および青色の光に対して同様の回折効率を示すように構成され得る。さらに、少なくとも１つのブラッグ回折格子は、複数の異なる波長または波長範囲（たとえば、赤色、緑色、および青色の光波長範囲）の光を、実質的に同様の回折角で導波路の中および／または外に結合するように構成され得る。少なくとも１つのブラッグ回折格子は、反射型ブラッグ回折格子、透過型ブラッグ回折格子、または反射型ブラッグ回折格子と透過型ブラッグ回折格子の両方を含み得る。
【0035】
いくつかの例において、少なくとも１つのブラッグ回折格子は、複数の層対を含むように構造化され得る。さらに、いくつかの例において、層対の少なくともいくつかは、第１の材料を含む第１の層と第２の材料を含む第２の層とを含み、第１の材料は、第１の屈折率を有し、第２の材料は、第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する。第１の屈折率および第２の屈折率、ならびに第１の層および第２の層の厚さを適切に選択することによって、少なくとも１つのブラッグ回折格子は、複数の波長の光に対して同様の回折効率および回折角を示すように構造化され得る。たとえば、第１の波長の光に対する選択された回折次数の回折効率および回折角は、第２の波長の光に対する選択された回折次数の回折効率および回折角と同様であり得る。選択された回折次数は、第１の波長の光と第２の波長の光で異なり得る。いくつかの例において、第１の波長および第２の波長は、少なくとも５０ｎｍまたは少なくとも７５ｎｍなど、少なくとも閾値量だけ異なり得る。たとえば、第１の波長は、スペクトルの青色部分からの波長であり得、第２の波長は、スペクトルの緑色部分または赤色部分からの波長であり得る。
【0036】
本明細書に記載の特性を示す少なくとも１つのブラッグ回折格子を含めることによって、画像アーチファクトを低減した状態で、単一の導波路を複数の色の光に使用することができる。たとえば、異なる波長の光（たとえば、光の色）に対して同様の回折効率および／または回折角を示さない単一のインカップリング回折格子および単一のアウトカップル回折格子を使用する光学アセンブリにおいて、出力画像は、入力画像とは異なる色の強度を含み得、異なる波長の異なる回折角に起因して収差を示し得る。これらの欠陥に対する解決策の１つは、選択された波長または波長範囲を回折するように構成された関連する結合回折格子を各導波路が有する、複数の導波路を使用することである。これにより、色の問題および回折角の問題の一部に対処できるが、部品点数が増えるため、コスト、重量、および／またはサイズの増加が生じる可能性がある。さらに、複数の導波路を正確に位置合せすることは困難である場合があり、製造の複雑さおよびコストの増加につながる可能性がある。
【0037】
対照的に、本明細書に記載のブラッグ回折格子は、複数の波長の光に対して、単一のインカップリング回折格子および／または単一のアウトカップリング回折格子を備えた単一の導波路の使用を可能にすることができる。これにより、部品点数を削減し、したがって、光学アセンブリのコスト、重量、および／またはサイズを削減することができ、また複数の導波路を使用する光学アセンブリと比較して製造を簡素化するとともに、依然として、許容可能な光学性能を提供することができる。
【0038】
図２Ａは、本開示に記載の技法による、少なくとも１つのブラッグ回折格子を含む光学アセンブリを含む例示的なＨＭＤ１１２を示す図である。図２ＡのＨＭＤ１１２は、図１のＨＭＤ１１２の一例であり得る。ＨＭＤ１１２は、図１の人工現実システム１００などの人工現実システムの一部であり得るか、または本明細書に記載の技法を実施するように構成されたスタンドアロンのモバイル人工現実システムとして動作し得る。
【0039】
本例において、ＨＭＤ１１２は、前部剛体と、ＨＭＤ１１２をユーザに固定するためのバンドとを含む。さらに、ＨＭＤ１１２は、光学アセンブリ２０５を介して人工現実コンテンツをユーザに提示するように構成された内向き電子ディスプレイ２０３を含む。電子ディスプレイ２０３は、たとえば、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、発光ダイオード（ＬＥＤディスプレイ、たとえば、マイクロＬＥＤディスプレイ）、アクティブマトリックスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）ディスプレイなどを含む、任意の適切なディスプレイ技術であり得る。いくつかの例において、電子ディスプレイは、立体視ディスプレイであるか、またはユーザの各眼に別々の画像を提供するための２つのディスプレイである。いくつかの例において、ＨＭＤ１１２およびユーザの現在の視点に従って人工現実をレンダリングするためにＨＭＤ１１２の位置および向きを追跡するとき、局所原点とも呼ばれる参照フレームとして、ＨＭＤ１１２の前部剛体に対するディスプレイ２０３の既知の向きおよび位置が使用される。他の例において、ＨＭＤ１１２は、眼鏡またはゴーグルなどの他のウェアラブルヘッドマウントディスプレイの形態をとり得る。
【0040】
光学アセンブリ２０５は、ＨＭＤ１１２のユーザ（たとえば、図１のユーザ１１０）による観視のために電子ディスプレイ２０３によって出力される光を管理するように構成された光学素子を含む。光学素子には、たとえば、電子ディスプレイ２０３によって出力される光を操作する（たとえば、レンズする、反射する、屈折する、回折する、導くなど）、１つまたは複数のレンズ、１つまたは複数の回折光学素子、１つまたは複数の反射光学素子、１つまたは複数の導波路などが含まれ得る。光学アセンブリ２０５は、導波路と、光を導波路の中および／または外に結合するように構成された少なくとも１つのブラッグ回折格子とを含み得る。たとえば、光学アセンブリ２０５は、図１および図５～図７を参照して本明細書で説明した光学アセンブリのいずれかであり得る。
【0041】
図２Ａにさらに示すように、本例において、ＨＭＤ１１２は、ＨＭＤ１１２の現在の加速度を示すデータを出力する１つまたは複数の加速度計（慣性測定ユニットまたは「ＩＭＵ」とも呼ばれる）、ＨＭＤ１１２の位置を示すデータを出力するＧＰＳセンサ、様々な物体からのＨＭＤ１１２の距離を示すデータを出力するレーダもしくはソナー、またはＨＭＤ１１２もしくは物理的環境内の他の物体の位置もしくは向きの指標を提供する他のセンサなど、１つまたは複数の動きセンサ２０６をさらに含む。さらに、ＨＭＤ１１２は、物理的環境を表すデータを出力するように構成された、ビデオカメラ、レーザスキャナ、ドップラレーダスキャナ、深度スキャナなどの内蔵された画像捕捉デバイス１３８Ａおよび１３８Ｂ（総称して「画像捕捉デバイス１３８」）を含み得る。より具体的には、画像捕捉デバイス１３８は、典型的にはＨＭＤ１１２の視点に対応する画像捕捉デバイス１３８の視野１３０Ａ、１３０Ｂ内にある物理的環境内の物体（周辺デバイス１３６および／または手１３２を含む）を表す画像データを捕捉する。ＨＭＤ１１２は、内部制御ユニット２１０を含み、内部制御ユニット２１０は、内部電源と、検知データを処理してディスプレイ２０３上に人工現実コンテンツを提示するプログラム可能な動作を実行するための動作環境を提供するための、１つまたは複数のプロセッサ、メモリ、およびハードウェアを有する１つまたは複数のプリント回路基板とを含み得る。
【0042】
図２Ｂは、本開示に記載の技法による、別の例示的なＨＭＤ１１２を示す図である。図２Ｂに示すように、ＨＭＤ１１２は眼鏡の形態をとり得る。図２ＡのＨＭＤ１１２は、図１のＨＭＤ１１２の一例であり得る。ＨＭＤ１１２は、図１の人工現実システム１００などの人工現実システムの一部であり得るか、または本明細書に記載の技法を実施するように構成されたスタンドアロンのモバイル人工現実システムとして動作し得る。
【0043】
本例において、ＨＭＤ１１２は、ＨＭＤ１１２をユーザの鼻に乗せることを可能にするためのブリッジを含む前部フレームと、ＨＭＤ１１２をユーザに固定するようにユーザの耳にわたって延在するテンプル（または「アーム」）とを備える眼鏡である。前部フレームおよびアームは、レンズをユーザの眼の前に配置する。レンズは、プロジェクタまたはディスプレイから光を受光し、ユーザによる観視のために光を方向転換するように構成された、光学アセンブリの少なくとも一部を含み得る。たとえば、プロジェクタは、ＨＭＤ１１２の前部フレームまたはテンプルに取り付けられ、たとえば、自由視野内でまたは導波路を介して光をレンズに向かって投射し得る。レンズは、光をユーザの眼へ方向付ける１つまたは複数の層またはコーティングを含み得る。このようにして、図２ＢのＨＭＤ１１２は、人工現実コンテンツをユーザに提示するように構成された１つまたは複数の内向きディスプレイ２０３Ａおよび２０３Ｂ（総称して「ディスプレイ２０３」）と、ディスプレイ２０３によって出力された光を管理するように構成された１つまたは複数の光学アセンブリ２０５Ａおよび２０５Ｂ（総称して「光学アセンブリ２０５」）を効果的に含み得る。いくつかの例において、ＨＭＤ１１２およびユーザの現在の視点に従って人工現実をレンダリングするためにＨＭＤ１１２の位置および向きを追跡するとき、局所原点とも呼ばれる参照フレームとして、ＨＭＤ１１２の前部フレームに対するＨＭＤ１１２のディスプレイ２０３またはレンズの既知の向きおよび位置が使用される。
【0044】
図２Ｂにさらに示すように、本例において、ＨＭＤ１１２は、１つまたは複数の動きセンサ２０６と、１つまたは複数の内蔵された画像捕捉デバイス１３８Ａおよび１３８Ｂ（総称して「画像捕捉デバイス１３８」）と、内部制御ユニット２１０とをさらに含み、内部制御ユニット２１０は、内部電源と、検知データを処理してディスプレイ２０３上に人工現実コンテンツを提示するプログラム可能な動作を実行するための動作環境を提供するための、１つまたは複数のプロセッサ、メモリ、およびハードウェアを有する１つまたは複数のプリント回路基板とを含み得る。
【0045】
図３は、本開示に記載の技法による、コンソール１０６およびＨＭＤ１１２を含む人工現実システムの例示的な実装形態を示すブロック図である。図３の例において、コンソール１０６は、ＨＭＤ１１２および／または外部センサから受信した動きデータおよび画像データなどの検知データに基づいて、ＨＭＤ１１２に対する姿勢追跡、ジェスチャ検出、およびユーザインターフェースの生成およびレンダリングを実行する。
【0046】
本例において、ＨＭＤ１１２は、１つまたは複数のプロセッサ３０２およびメモリ３０４を含み、これらは、いくつかの例において、たとえば、組み込みのリアルタイムマルチタスクオペレーティングシステムまたは他のタイプのオペレーティングシステムであり得るオペレーティングシステム３０５を実行するためのコンピュータプラットフォームを提供する。次に、オペレーティングシステム３０５は、アプリケーションエンジン３４０を含む１つまたは複数のソフトウェア構成要素３０７を実行するためのマルチタスク動作環境を提供する。図２Ａおよび図２Ｂの例に関して述べたように、プロセッサ３０２は、電子ディスプレイ２０３、動きセンサ２０６、画像捕捉デバイス１３８、およびいくつかの例において、光学アセンブリ２０５に結合される。いくつかの例において、プロセッサ３０２およびメモリ３０４は、別個のディスクリート構成要素であり得る。他の例において、メモリ３０４は、単一の集積回路内でプロセッサ３０２と併置されたオンチップメモリであり得る。
【0047】
一般に、コンソール１０６は、画像捕捉デバイス１３８から受信した画像および追跡情報を処理して、ＨＭＤ１１２に対するジェスチャ検出ならびにユーザインターフェースおよび／または仮想コンテンツの生成を実行するコンピューティングデバイスである。いくつかの例において、コンソール１０６は、ワークステーション、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、またはゲームシステムなどの単一のコンピューティングデバイスである。いくつかの例において、プロセッサ３１２および／またはメモリ３１４などのコンソール１０６の少なくとも一部分は、クラウドコンピューティングシステム、データセンタ全体にわたって、またはインターネット、別のパブリックもしくはプライベート通信ネットワーク、たとえばブロードバンド、セルラ、Ｗｉ－Ｆｉ、ならびに／またはコンピューティングシステム、サーバ、およびコンピューティングデバイス間でデータを送信するための他のタイプの通信ネットワークなどのネットワーク全体にわたって分散され得る。
【0048】
図３の例において、コンソール１０６は、１つまたは複数のプロセッサ３１２およびメモリ３１４を含み、これらは、いくつかの例において、たとえば、組み込みのリアルタイムマルチタスクオペレーティングシステムまたは他のタイプのオペレーティングシステムであり得るオペレーティングシステム３１６を実行するためのコンピュータプラットフォームを提供する。次に、オペレーティングシステム３１６は、１つまたは複数のソフトウェア構成要素３１７を実行するためのマルチタスク動作環境を提供する。プロセッサ３１２は、１つまたは複数のＩ／Ｏインターフェース３１５に結合され、これにより、キーボード、ゲームコントローラ、ディスプレイデバイス、画像捕捉デバイス、ＨＭＤ、周辺デバイスなどの外部デバイスと通信するための１つまたは複数のＩ／Ｏインターフェースが提供される。さらに、１つまたは複数のＩ／Ｏインターフェース３１５は、ネットワーク１０４などのネットワークと通信するための１つまたは複数の有線または無線ネットワークインターフェースコントローラ（ＮＩＣ）を含み得る。
【0049】
コンソール１０６のソフトウェアアプリケーション３１７は、人工現実アプリケーション全体を提供するように動作する。本例において、ソフトウェアアプリケーション３１７は、アプリケーションエンジン３２０、レンダリングエンジン３２２、ジェスチャ検出器３２４、姿勢トラッカ３２６、およびユーザインターフェースエンジン３２８を含む。
【0050】
一般に、アプリケーションエンジン３２０は、人工現実アプリケーション、たとえば、電話会議アプリケーション、ゲームアプリケーション、ナビゲーションアプリケーション、教育アプリケーション、トレーニングまたはシミュレーションアプリケーションなどを提供および提示するための機能性を含む。アプリケーションエンジン３２０には、たとえば、コンソール１０６上に人工現実アプリケーションを実装するための１つまたは複数のソフトウェアパッケージ、ソフトウェアライブラリ、ハードウェアドライバ、および／またはアプリケーションプログラムインターフェース（ＡＰＩ）が含まれ得る。レンダリングエンジン３２２は、アプリケーションエンジン３２０による制御に応答して、ＨＭＤ１１２のアプリケーションエンジン３４０によってユーザに表示するための３Ｄ人工現実コンテンツを生成する。
【0051】
アプリケーションエンジン３２０およびレンダリングエンジン３２２は、姿勢トラッカ３２６によって決定された、参照フレーム、典型的にはＨＭＤ１１２の視点の現在の姿勢情報に従って、ユーザ１１０に表示するための人工コンテンツを構築する。レンダリングエンジン３２２は、現在の視点に基づいて３Ｄの人工現実コンテンツを構築し、いくつかの事例において、３Ｄの人工現実コンテンツは、ユーザ１１０の実世界の３Ｄ環境に少なくとも部分的に重ね合わされ得る。このプロセスの間、姿勢トラッカ３２６は、動き情報およびユーザコマンドなどのＨＭＤ１１２から受信した検知データ、いくつかの例では、外部カメラなどの任意の外部センサ９０（図１）からのデータに対して動作して、ユーザ１１０による動きおよび／またはユーザ１１０に関する特徴追跡情報などの実世界環境内の３Ｄ情報を捕捉する。姿勢トラッカ３２６は、検知データに基づいて、ＨＭＤ１１２の参照フレームの現在の姿勢を決定し、現在の姿勢に従って、ユーザ１１０に表示するために１つまたは複数のＩ／Ｏインターフェース３１５を介してＨＭＤ１１２と通信するための人工現実コンテンツを構築する。
【0052】
姿勢トラッカ３２６は、ＨＭＤ１１２の現在の姿勢を決定し、現在の姿勢に従って、レンダリングされた任意の仮想コンテンツに関連する特定の機能性をトリガする（たとえば、仮想コンテンツアイテムを仮想表面に配置する、仮想コンテンツアイテムを操作する、１つまたは複数の仮想マーキングを生成およびレンダリングする、レーザポインタを生成およびレンダリングする）。いくつかの例において、姿勢トラッカ３２６は、ＨＭＤ１１２が仮想表面（たとえば、仮想ピンボード）に対応する物理的位置に近接しているかどうかを検出して、仮想コンテンツのレンダリングをトリガする。
【0053】
ユーザインターフェースエンジン３２８は、人工現実環境においてレンダリングするための仮想ユーザインターフェースを生成するように構成される。ユーザインターフェースエンジン３２８は、仮想描画インターフェース、選択可能なメニュー（たとえば、ドロップダウンメニュー）、仮想ボタン、方向パッド、キーボード、または他のユーザ選択可能なユーザインターフェース要素、グリフ、表示要素、コンテンツ、ユーザインターフェース制御などの１つまたは複数の仮想ユーザインターフェース要素３２９を含むように、仮想ユーザインターフェースを生成する。
【0054】
コンソール１０６は、この仮想ユーザインターフェースおよび他の人工現実コンテンツを、ＨＭＤ１１２での表示のために通信チャネルを介してＨＭＤ１１２に出力し得る。
【0055】
画像捕捉デバイス１３８または他のセンサデバイスのいずれかからの検知データに基づいて、ジェスチャ検出器３２４は、コントローラ１１４および／またはユーザ１１０の物体（たとえば、手、腕、手首、指、手のひら、親指）の追跡された動き、構成、位置、および／または向きを分析して、ユーザ１１０によって実行された１つまたは複数のジェスチャを識別する。より具体的には、ジェスチャ検出器３２４は、ＨＭＤ１１２の画像捕捉デバイス１３８ならびに／またはセンサ９０および外部カメラ１０２によって捕捉された画像データ内で認識された物体を分析して、コントローラ１１４ならびに／またはユーザ１１０の手および／もしくは腕を識別し、ＨＭＤ１１２に対するコントローラ１１４、手、および／または腕の動きを追跡して、ユーザ１１０によって実行されたジェスチャを識別する。いくつかの例において、ジェスチャ検出器３２４は、捕捉された画像データに基づいて、コントローラ１１４、手、指、および／または腕の位置ならびに向きの変化を含む動きを追跡し、物体の動きベクトルを、ジェスチャライブラリ３３０内の１つまたは複数のエントリと比較して、ユーザ１１０によって実行されたジェスチャまたはジェスチャの組合せを検出する。いくつかの例において、ジェスチャ検出器３２４は、コントローラ１１４の存在検知面によって検出されたユーザ入力を受信し、ユーザ入力を処理して、コントローラ１１４に関してユーザ１１０によって実行された１つまたは複数のジェスチャを検出する。
【0056】
図４は、本開示に記載の技法による、ＨＭＤ１１２がスタンドアロンの人工現実システムである一例を示すブロック図である。本例では図３のように、ＨＭＤ１１２は、１つまたは複数のプロセッサ３０２およびメモリ３０４を含み、これらは、いくつかの例において、たとえば、組み込みのリアルタイムマルチタスクオペレーティングシステムまたは他のタイプのオペレーティングシステムであり得るオペレーティングシステム３０５を実行するためのコンピュータプラットフォームを提供する。次に、オペレーティングシステム３０５は、１つまたは複数のソフトウェア構成要素４１７を実行するためのマルチタスク動作環境を提供する。さらに、プロセッサ３０２は、電子ディスプレイ２０３、可変焦点光学系２０５、動きセンサ２０６、および画像捕捉デバイス１３８に結合される。
【0057】
図４の例において、ソフトウェア構成要素４１７は、人工現実アプリケーション全体を提供するように動作する。本例において、ソフトウェアアプリケーション４１７は、アプリケーションエンジン４４０、レンダリングエンジン４２２、ジェスチャ検出器４２４、姿勢トラッカ４２６、およびユーザインターフェースエンジン４２８を含む。様々な例において、ソフトウェア構成要素４１７は、図３のコンソール１０６の対応する構成要素（たとえば、アプリケーションエンジン３２０、レンダリングエンジン３２２、ジェスチャ検出器３２４、姿勢トラッカ３２６、およびユーザインターフェースエンジン３２８）と同様に動作して、ユーザ１１０に表示するための人工コンテンツ上にまたは人工コンテンツの一部として重ね合わされた仮想ユーザインターフェースを構築する。
【0058】
図３に関して説明した例と同様に、画像捕捉デバイス１３８もしくは１０２、コントローラ１１４、または他のセンサデバイスのいずれかからの検知データに基づいて、ジェスチャ検出器４２４は、コントローラ１１４および／もしくはユーザの物体（たとえば、手、腕、手首、指、手のひら、親指）の追跡された動き、構成、位置、ならびに／または向きを分析して、ユーザ１１０によって実行された１つまたは複数のジェスチャを識別する。
【0059】
図５Ａは、プロジェクタ５０２、導波路５１２、ならびに入力結合回折格子５１０および出力結合回折格子５１４を含む、例示的な光学アセンブリ５００を示す概念図である。入力結合回折格子５１０および出力結合回折格子５１４は、本明細書に記載の反射型ブラッグ回折格子を含む。一例として、光学アセンブリ５００は、表示コンテンツを生成してユーザ１１０に出力するためのディスプレイ２０３および光学系２０５の要素など、本明細書に記載の人工現実システムのＨＭＤ１１２の光学素子を表し得る。
【0060】
本例において、プロジェクタ５０２は、ディスプレイ５０４と、光学系５０６とを含む。
ディスプレイ５０４は、たとえば、ＬＤＣ、ＯＬＥＤディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、たとえば、マイクロＬＥＤディスプレイ、アクティブマトリックスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）ディスプレイなどを含む適切なディスプレイタイプを含み得る。ディスプレイ５０４は、光学系５０６で方向付けられた光５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ（総称して「光５０８」）を出力する。光５０８は、複数の波長、たとえば、３つの波長を含み得る。たとえば、第１の光５０８Ａは第１の波長を含み得、第２の光５０８Ｂは第２の波長を含み得、第３の光５０８Ｃは第３の波長を含み得る。一例として、第１の光５０８Ａは、約６３５ｎｍから約７００ｎｍの間（約６６５ｎｍから約６７５ｎｍまたは約６７０ｎｍの間など）の範囲内の波長または波長範囲を有する赤色光を含み得、第２の光５０８Ｂは、約５２０ｎｍから約５６０ｎｍの間（約５３０ｎｍから約５４０ｎｍまたは約５３６ｎｍの間など）の範囲内の波長または波長範囲を有する緑色光を含み得、第３の光５０８Ｃは、約４４０ｎｍから約４９０ｎｍの間（約４４０ｎｍから約４５０ｎｍまたは約４４６ｎｍの間など）の波長を有する青色光を含み得る。一般に、光５０８は、少なくとも２つの波長または波長範囲を含み得る。いくつかの例において、波長または波長範囲は、少なくとも約５０ｎｍ、または少なくとも約７５ｎｍだけ異なり得る。波長範囲は、例として、約２ｎｍ、約５ｎｍ、または約１０ｎｍの範囲を含み得る。
ディスプレイ５０４は、たとえば、ＬＤＣ、ＯＬＥＤディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、たとえば、マイクロＬＥＤディスプレイ、アクティブマトリックスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）ディスプレイなどを含む適切なディスプレイタイプを含み得る。ディスプレイ５０４は、光学系５０６で方向付けられた光５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ（総称して「光５０８」）を出力する。光５０８は、複数の波長、たとえば、３つの波長を含み得る。たとえば、第１の光５０８Ａは第１の波長を含み得、第２の光５０８Ｂは第２の波長を含み得、第３の光５０８Ｃは第３の波長を含み得る。一例として、第１の光５０８Ａは、約６３５ｎｍから約７００ｎｍの間（約６６５ｎｍから約６７５ｎｍまたは約６７０ｎｍの間など）の範囲内の波長または波長範囲を有する赤色光を含み得、第２の光５０８Ｂは、約５２０ｎｍから約５６０ｎｍの間（約５３０ｎｍから約５４０ｎｍまたは約５３６ｎｍの間など）の範囲内の波長または波長範囲を有する緑色光を含み得、第３の光５０８Ｃは、約４４０ｎｍから約４９０ｎｍの間（約４４０ｎｍから約４５０ｎｍまたは約４４６ｎｍの間など）の波長を有する青色光を含み得る。一般に、光５０８は、少なくとも２つの波長または波長範囲を含み得る。いくつかの例において、波長または波長範囲は、少なくとも約５０ｎｍ、または少なくとも約７５ｎｍだけ異なり得る。波長範囲は、例として、約２ｎｍ、約５ｎｍ、または約１０ｎｍの範囲を含み得る。
【0061】
光学系５０６は、プロジェクタ５０２の一部であり得、ディスプレイ５０４から光５０８を受光する。光学系５０６は、ディスプレイ５０４から導波路５１２に光を方向付けるように構成された１つまたは複数の光学素子を含み得る。たとえば、光学系５０６は、ディスプレイによって出力される光を制御するために、１つまたは複数のレンズ要素、１つまたは複数の偏光制御要素、１つまたは複数の反射器などを含み得る。いくつかの例において、光学系５０６は、ディスプレイ５０４によって出力される光を実質的にコリメート（たとえば、コリメートまたはほぼコリメート）し得る。
【0062】
導波路５１２は、導波路５１２のある部分（たとえば、隣接する入力結合回折格子５１０）から（たとえば、出力結合回折格子５１４に隣接する）導波路５１２の別の部分に光を方向付けるための任意の適切な材料または材料の組合せを含む。たとえば、導波路５１２は、コア材料およびコーティング材料を含み得、コア材料およびコーティング材料は、それらの屈折率が光の少なくともいくつかの入力角に対して全内部反射をサポートするように選択される。別の例として、導波路５１２は、導波路５１２が少なくともいくつかの入力角の光に対して全内部反射を示すように、空気と大きく異なる屈折率を有する材料を含み得る。
【0063】
入力結合回折格子５１０および出力結合回折格子５１０および５１４は、それぞれ、光を導波路５１２の中および外に結合するように構成される。入力結合回折格子５１０および／または出力結合回折格子５１４に、たとえば、表面レリーフ格子、ホログラフィック格子を含む任意の適切な結合回折格子を使用することができる。いくつかの例において、入力結合回折格子５１０および／または出力結合回折格子５１４は、図５に示すような反射型回折格子である。他の例において、入力結合回折格子５１０または出力結合回折格子５１４の一方または両方は、透過型回折格子であり得る。
【0064】
入力結合回折格子５１０は、プロジェクタ５０２（たとえば、プロジェクタ５０２の光学系５０６）から光５０８を受光し、光の少なくとも一部を導波路５１２内の全内部反射（ＴＩＲ）の中に結合するように構成される。出力結合回折格子５１４は、光５０８を導波路５１２からアウトカップリングし、光５０８を観視者（たとえば、ＨＭＤ１１２のユーザ）の眼５１６へ方向付けるように構成される。
【0065】
本開示の例によれば、入力結合回折格子５１０または出力結合回折格子５１４のうちの少なくとも一方が、本明細書に記載のように構成されたブラッグ回折格子を含む。いくつかの例において、入力結合回折格子５１０または出力結合回折格子５１４のうちの一方だけが、本明細書に記載するようなブラッグ回折格子を含む。他の例において、入力結合回折格子５１０と出力結合回折格子５１４の両方が、本明細書に記載のように構造化されたブラッグ回折格子を含む。少なくとも１つのブラッグ回折格子は、光スペクトルの赤色、緑色、および／または青色の領域内の波長範囲など、複数の異なる波長の光に対して同様の回折効率および回折角を示すように構成され得る。すなわち、一例として、少なくとも１つのブラッグ回折格子は、赤色、緑色、および青色の光（たとえば、第１の光５０８Ａ、第２の光５０８Ｂ、および第３の光５０８Ｃ）に対して同様の回折効率を示すように構成され得る。単一の入力結合回折格子５１０および単一の出力結合回折格子５１４のみが示されているが、入力および／または出力結合回折格子として複数の格子を使用することができる。さらに、図５Ａは、入力結合回折格子５１０と出力結合回折格子５１４の両方が反射型ブラッグ回折格子である一例を示す。
【0066】
図５Ｂは、プロジェクタ５０２と、導波路５１２と、入力結合回折格子５３０および出力結合回折格子５３４とを含む例示的な光学アセンブリ５２０を示す概念図である。光学アセンブリ５２０は、本明細書に記載の透過型ブラッグ回折格子を含む入力結合回折格子５３０および出力結合回折格子５３４を除いて、図５Ａの光学アセンブリ５００と実質的に同様である。他の例において、入力結合回折格子５３０または出力結合回折格子５３４のうちの一方は、反射型ブラッグ回折格子を含み得、入力結合回折格子５３０または出力結合回折格子５３４のうちの他方は、透過型ブラッグ回折格子を含み得る。
【0067】
図６は、いくつかの例において回折格子５１０、５１４のいずれかに利用され得る例示的な反射型ブラッグ回折格子６００を示す概念図である。図６の例において、反射型ブラッグ回折格子６００は、複数の層対６０２を含む。層対６０２のうちの一層対は、第１の材料の第１の層（たとえば、第１の層６０４Ａ）および第２の材料の第２の層（たとえば、第２の層６０６Ａ）を含む。図６に示すようないくつかの例において、複数の層対６０２の各層対は、組成および厚さが実質的に同様である（たとえば、製造制限内で同じである）。たとえば、複数の層対６０２の各層対は、それぞれの第１の層６０４Ａ～６０４Ｎ（総称して「第１の層６０４」）と、それぞれの第２の層６０６Ａ～６０６Ｎ（総称して「第２の層６０６」）を含み得る。他の例において、層対のうちの少なくとも１つは、層対のうちの別の１つとは異なる特性（たとえば、層の組成、厚さなど）を含む。
【0068】
第１の層６０４の第１の材料は、第１の屈折率を示す。第２の層６０６の第２の材料は、第２の屈折率を示す。第１の屈折率と第２の屈折率は異なり、少なくとも約０．１、または少なくとも約０．２、または少なくとも約０．２５、または約０．３だけ異なり得る。たとえば、第１の層６０４の第１の材料は、約１．５の第１の屈折率を示し得、第２の層６０６の第２の材料は、約１．８の第２の屈折率（約０．３の差）を示し得る。第１の層６０４および第２の層６０６のそれぞれは、ポリマ、ガラスなどの任意の適切な材料を含み得る。たとえば、第１の層６０４のそれぞれは第１のポリマを含み得、第２の層６０６のそれぞれは第２のポリマを含み得る。このように、反射型ブラッグ回折格子６００は、同様でない屈折率を有する材料間に複数の界面を含み、その複数の界面で反射および／または屈折が起こり得る。
【0069】
第１の層６０４および第２の層６０６のそれぞれは、選択された厚さを有し得る。いくつかの例において、層対における第１の層６０４および第２の層６０６の厚さは、実質的に同じである（たとえば、製造公差内で同じである）。他の例において、層対内で、第１の層６０４の厚さは、第２の層６０６の厚さとは異なり得る。層対の厚さＴ１は、ブラッグピッチと呼ばれ得る。いくつかの例において、ブラッグピッチＴ１は、約８００ｎｍから約８２５ｎｍの間など、約８００ｎｍから約９００ｎｍの間であり得る。
【0070】
同様に、いくつかの例において、第１の層６０４のそれぞれは、実質的に同じ（たとえば、製造公差内で同じ）厚さを有し得る。いくつかの例において、第２の層６０６のそれぞれは、実質的に同じ（たとえば、製造公差内で同じ）厚さを有し得る。他の例において、第１の層６０４のうちの少なくとも１つは、第１の層６０４のうちの別のものとは異なる厚さを有し得、かつ／または第２の層６０６のうちの少なくとも１つは、第２の層６０６のうちの別のものとは異なる厚さを有し得る。
【0071】
第１の層６０４および第２の層６０６の厚さは、反射型ブラッグ回折格子６００が反射するのに望ましい波長に基づいて選択され得る。いくつかの例において、厚さは、数百ナノメートル程度であり得る。
【0072】
反射型ブラッグ回折格子６００は、任意の適切な数の層対６０２を含み得る。いくつかの例において、層対６０２を増やすと、反射型ブラッグ回折格子６００の回折効率が高まる可能性があり、その結果、入射光のより大部分が反射されるようになる。いくつかの例において、反射型ブラッグ回折格子６００は、少なくとも１５個の層対６０２、または数十個の層対６０２など、少なくとも１０個の層対６０２を含み得る。他の例において、反射型ブラッグ回折格子６００は、１０個未満の層対６０２または１００個を超える層対６０２を含み得る。反射型ブラッグ回折格子６００の複数の層対６０２の総厚さＴ２は、層対の数にブラッグピッチＴ１を乗算した値であり得る。いくつかの例において、複数の層対６０２の総厚さＴ２は、約１０マイクロメートルから約２０マイクロメートルの間など、数十マイクロメートル程度である。
【0073】
反射型ブラッグ回折格子６００は、下部基板６０８および上部基板６１０も含む。下部基板６０８および上部基板６１０は、反射型ブラッグ回折格子６００に構造的支持を提供するように構成され得る。下部基板６０８および上部基板６１０は、プロジェクタ５０２によって出力されて反射型ブラッグ回折格子６００に入射する光５０８の波長に対して実質的に透過的である任意の材料を含み得る。いくつかの例において、下部基板６０８および上部基板６１０は、ガラス、ポリマなどを含み得る。いくつかの実装形態では、下部基板６０８および上部基板６１０のうちの一方または両方を省略してもよく、たとえば、反射型ブラッグ回折格子６００を導波路（たとえば、導波路５１２）上に直接形成してもよい。
【0074】
図６の例において、層６０４および層６０６の主表面（または主平面）は、下部基板６０８および上部基板６１０の主平面に実質的に平行である。層６０４および層６０６の主表面（または主平面）はまた、反射型ブラッグ回折格子６００が光を中または外に結合するように構成される対象となる導波路５１２の主表面に実質的に平行であり得る。
【0075】
第１の屈折率および第２の屈折率、ならびに第１の層６０４および第２の層６０６の厚さを適切に選択することによって、反射型ブラッグ回折格子６００は、複数の選択された波長の光５０８に対して同様の回折効率および／または回折角を示し得る。たとえば、第１の波長の光５０８Ａに対する選択された回折次数の回折効率および／もしくは回折角は、第２の波長の光５０８Ｂに対する選択された回折次数の回折効率および／もしくは回折角と同様であり得、かつ／または第３の波長の光５０８Ｃに対する選択された回折次数の回折効率および／もしくは回折角と同様であり得る。選択された回折次数は、第１および第２（および第３の）波長の光５０８Ａ、５０８Ｂ、および５０８Ｃによって異なり得る。
【0076】
反射型ブラッグ回折格子６００を構築するための特性を選択するために、選択された値ｎａｖｅ、ｐｉｔｃｈ、α、およびλと組み合わせた整数値ｍについて、方程式２＊ｎａｖｅ＊ｐｉｔｃｈ＊ｃｏｓ（α）＝ｍ＊λを解いて、所与の反射型ブラッグ回折格子６００（すなわち、層６０４および層６０６の選択された組成および形状を有する反射型ブラッグ回折格子６００）に対してどの波長が回折するかを決定することができ、式中、ｎａｖｅは層対６０１の平均屈折率（（ｎ１＋ｎ２）／２）であり、ｐｉｔｃｈはブラッグピッチＴ１であり、αは光５０８の入射角であり、ｍは回折次数であり、λは光の波長である。整数値ｍが所望の波長の光についてこの方程式を満たす場合、たとえば、マサチューセッツ州バーリントンのＣＯＭＳＯＬ，Ｉｎｃ．から入手可能なＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（登録商標）モデリングソフトウェア、またはテキサス州ヒューストンのＳＨＩＮＴＥＣＨ，ＩＮＣ．から入手可能なＬＣＤＭａｓｔｅｒ ３Ｄなどのシミュレーションプログラムを使用して、所望の波長のそれぞれに対する反射型ブラッグ回折格子６００の回折効率を決定することができる。得られた反射型ブラッグ回折格子６００は、所望の波長の光に対して実質的に同様の回折効率を示し得る。いくつかの例において、「実質的に同様の回折効率」は、本明細書で使用される場合、約１０％以内、いくつかの例において約５％以内、またはいくつかの例において２％以内の回折効率を意味する。
【0077】
たとえば、反射型ブラッグ回折格子６００は、次の特性、すなわち、第１の層６０４の第１の屈折率が１．５、第２の層６０６の第２の屈折率が１．８、ブラッグピッチＴ１が８１３ｎｍ、総厚さＴ２が約１５マイクロメートル、入射角が９０度（垂直）という特性を含み得る。このような反射型ブラッグ回折格子６００は、約４４６ｎｍ、約５３６ｎｍ、および約６７０ｎｍの光に対して実質的に同様の回折効率を示し得、回折効率は、３つの波長のそれぞれについて約０．７５より大きくなり得る。
【0078】
いくつかの例において、全内部反射を伴う光５０８の導波路５１２の中への結合を容易にするため、または光５０８の導波路５１２の外への結合を容易にするために、第１の層６０４および第２の層６０６は、導波路５１２の主表面に実質的に平行に向けられるのではなく、第１の層６０４および第２の層６０６は、導波路５１２の主表面に対してある角度で向けられ得る。図７は、反射型ブラッグ回折格子７００の別の例を示す概念図である。反射型ブラッグ回折格子６００と同様に、反射型ブラッグ回折格子７００は、複数の層対６０２を含み、一層対は、第１の層６０４および第２の層６０６を含む。いくつかの例において、各層対は、組成および厚さが実質的に同じである。他の例において、少なくとも１つの層対は、組成および／または厚さが別の層対とは異なる。反射型ブラッグ回折格子７００は、下部基板６０８および上部基板６１０も含む。
【0079】
反射型ブラッグ回折格子６００とは異なり、反射型ブラッグ回折格子７００内の第１の層６０４および第２の層６０６は、導波路５１２の主表面に対してある角度で向けられる。図７において、傾斜角θは、第１の層６０４および第２の層６０６の主表面と、下部基板６０８（したがって、導波路５１２）の表面の法線との間に定義される。傾斜角θは、全内部反射を伴う光５０８の導波路５１２の中への結合を容易にするように、または光５０８の導波路５１２の外への結合を容易にするように選択され得る。いくつかの例において、傾斜角θは、約６５°など、約５５°から約７０°の間であり得る。
【0080】
図７に示すように、反射型ブラッグ回折格子７００は、ブラッグピッチＴ３を定義し、ブラッグピッチＴ３は、第１の層６０４および第２の層６０６の主表面に実質的に垂直な方向で測定される。反射型ブラッグ回折格子７００は、水平ピッチＴ５も定義し、水平ピッチＴ５は、ブラッグピッチＴ３および傾斜角θに関連する。
【0081】
反射型ブラッグ回折格子７００の特性は、反射型ブラッグ回折格子６００に関して説明した方程式２＊ｎａｖｅ＊ｐｉｔｃｈ＊ｃｏｓ（α）＝ｍ＊λを使用して選択することができる。一例として、反射型ブラッグ回折格子７００は、次の特性、すなわち、第１の層６０４の第１の屈折率が１．５、第２の層６０６の第２の屈折率が１．８、ブラッグピッチＴ１が８９７ｎｍ、総厚さＴ５が約１５マイクロメートル、入射角が９０度（垂直）、傾斜角θが６５°、水平ピッチが２．１２μｍという特性を含み得る。このような反射型ブラッグ回折格子７００は、約４４６ｎｍ、約５３６ｎｍ、および約６７０ｎｍの光に対して実質的に同様の回折効率および回折角を示し得、回折効率は、３つの波長のそれぞれについて約０．７５より大きくなり得る（たとえば、約０．７５から約０．８５の間）。
【0082】
図８は、次の特性、すなわち、第１の層６０４の第１の屈折率が１．５、第２の層６０６の第２の屈折率が１．８、ブラッグピッチＴ１が８１３ｎｍ、総厚さＴ２が約１５マイクロメートル、入射角が９０度（垂直）という特性を有する反射型ブラッグ回折格子のシミュレートされた反射率および透過率対波長のプロットである。図８に示すように、反射率は、３つの異なる波長を有する光に対して実質的に同様である。
【0083】
図９は、例示的な反射型ブラッグ回折格子についてのシミュレートされた反射効率対波長のプロットである。反射型ブラッグ回折格子は、次の特性、すなわち、第１の層６０４の第１の屈折率が１．５、第２の層６０６の第２の屈折率が１．８、ブラッグピッチＴ１が８９７ｎｍ、総厚さＴ５が約１５マイクロメートル、入射角が９０度（垂直）、傾斜角θが６５°、水平ピッチが２．１２μｍという特性を有していた。図９に示すように、このような反射型ブラッグ回折格子は、３つの異なる波長を有する光に対して実質的に同様の回折効率および回折角を示すと予測され、回折効率は、３つの波長のそれぞれについて約０．７５より大きくなり得る（たとえば、約０．７５から約０．８５の間）。
【0084】
図１０は、（図７に示すような）例示的な角度付き反射型ブラッグ回折格子および４４６ｎｍの波長を有する光についてシミュレートされた反射効率対入射角のプロットである。図１１は、例示的な角度付き反射型ブラッグ回折格子および５３６ｎｍの波長を有する光についてシミュレートされた反射効率対入射角のプロットである。図１２は、例示的な角度付き反射型ブラッグ回折格子および６７０ｎｍの波長を有する光についてシミュレートされた反射効率対入射角のプロットである。図１０～図１２に示すように、回折格子が反射型回折格子であり、複屈折が低いので、視野は狭かった。
【0085】
図１３は、いくつかの例において回折格子５３０、５３４のいずれかに利用され得る例示的な透過型ブラッグ回折格子８００を示す概念図である。図１３の例において、透過型ブラッグ回折格子８００は、複数の層対８０２を含む。層対８０２のうちの一層対は、第１の材料の第１の層（たとえば、第１の層８０４Ａ）および第２の材料の第２の層（たとえば、第２の層８０６Ａ）を含む。図１３に示すようないくつかの例において、複数の層対８０２の各層対は、組成および厚さが実質的に同様である（たとえば、製造制限内で同じである）。たとえば、複数の層対８０２の各層対は、それぞれの第１の層８０４Ａ～８０４Ｎ（総称して「第１の層８０４」）と、それぞれの第２の層８０６Ａ～８０６Ｎ（総称して「第２の層８０６」）を含み得る。他の例において、層対のうちの少なくとも１つは、層対のうちの別の１つとは異なる特性（たとえば、層の組成、厚さなど）を含む。
【0086】
第１の層８０４の第１の材料は、第１の屈折率を示す。第２の層８０６の第２の材料は、第２の屈折率を示す。第１の屈折率と第２の屈折率は異なり、少なくとも約０．１、または少なくとも約０．２、または少なくとも約０．２５、または約０．３だけ異なり得る。たとえば、第１の層８０４の第１の材料は、約１．５の第１の屈折率を示し得、第２の層８０６の第２の材料は、約１．８の第２の屈折率（約０．３の差）を示し得る。第１の層８０４および第２の層８０６のそれぞれは、ポリマ、ガラスなどの任意の適切な材料を含み得る。たとえば、第１の層８０４のそれぞれは第１のポリマを含み得、第２の層８０６のそれぞれは第２のポリマを含み得る。このように、透過型ブラッグ回折格子８００は、同様でない屈折率を有する材料間に複数の界面を含み、その複数の界面で反射および／または屈折が起こり得る。
【0087】
第１の層８０４および第２の層８０６のそれぞれは、選択された厚さを有し得る。いくつかの例において、層対における第１の層８０４および第２の層８０６の厚さは、実質的に同じである（たとえば、製造公差内で同じである）。他の例において、層対内で、第１の層８０４の厚さは、第２の層８０６の厚さとは異なり得る。層対の厚さＴ３は、ブラッグピッチと呼ばれ得る。いくつかの例において、ブラッグピッチＴ３は、約８００ｎｍから約８２５ｎｍの間または約８７５ｎｍから約９００ｎｍの間など、約８００ｎｍから約９００ｎｍの間であり得る。
【0088】
同様に、いくつかの例において、第１の層８０４のそれぞれは、実質的に同じ（たとえば、製造公差内で同じ）厚さを有し得る。いくつかの例において、第２の層８０６のそれぞれは、実質的に同じ（たとえば、製造公差内で同じ）厚さを有し得る。他の例において、第１の層８０４のうちの少なくとも１つは、第１の層８０４のうちの別のものとは異なる厚さを有し得、かつ／または第２の層８０６のうちの少なくとも１つは、第２の層８０６のうちの別のものとは異なる厚さを有し得る。
【0089】
第１の層８０４および第２の層８０６の厚さは、透過型ブラッグ回折格子８００が入射光を回折するのに望ましい波長に基づいて選択され得る。いくつかの例において、厚さは、数百ナノメートル程度であり得る。
【0090】
透過型ブラッグ回折格子８００は、任意の適切な数の層対８０２を含み得る。いくつかの例において、透過型ブラッグ回折格子８００は、数十個または数百個の層対８０２など、少なくとも１０個の層対８０２を含み得る。
【0091】
透過型ブラッグ回折格子８００は、下部基板８０８および上部基板８１０も含む。下部基板８０８および上部基板８１０は、透過型ブラッグ回折格子８００に構造的支持を提供するように構成され得る。下部基板８０８および上部基板８１０は、プロジェクタ５０２によって出力されて透過型ブラッグ回折格子８００に入射する光５０８の波長に対して実質的に透過的である任意の材料を含み得る。いくつかの例において、下部基板８０８および上部基板８１０は、ガラス、ポリマなどを含み得る。いくつかの実装形態では、下部基板８０８および上部基板８１０のうちの一方または両方を省略してもよく、たとえば、透過型ブラッグ回折格子８００を導波路（たとえば、導波路５１２）上に直接形成してもよい。
【0092】
図１３の例において、層８０４および層８０６の主表面（または主平面）は、下部基板８０８および上部基板８１０の主平面に実質的に垂直である。層８０４および層８０６の主表面（または主平面）はまた、透過型ブラッグ回折格子８００が光を中または外に結合するように構成される対象となる導波路５１２の主表面に実質的に垂直であり得る。
【0093】
第１の屈折率および第２の屈折率、ならびに第１の層８０４および第２の層８０６の厚さを適切に選択することによって、透過型ブラッグ回折格子８００は、複数の選択された波長の光５０８に対して同様の回折効率および／または回折角を示し得る。たとえば、第１の波長の光５０８Ａに対する選択された回折次数の回折効率および／もしくは回折角は、第２の波長の光５０８Ｂに対する選択された回折次数の回折効率および／もしくは回折角と同様であり得、かつ／または第３の波長の光５０８Ｃに対する選択された回折次数の回折効率および／もしくは回折角と同様であり得る。選択された回折次数は、第１および第２（および第３の）波長の光５０８Ａ、５０８Ｂ、および５０８Ｃによって異なり得る。
【0094】
透過型ブラッグ回折格子８００は、入射光８１２から出力光８１４への所望の方向転換を実現するように選択された厚さＴ４を有し得る。たとえば、透過型ブラッグ回折格子は、約８マイクロメートルなど、約５マイクロメートルから約２０マイクロメートルの間の厚さを有し得る。
【0095】
透過型ブラッグ回折格子８００を構築するための特性を選択するために、選択された値ｎａｖｅ、ｐｉｔｃｈ、α、およびλと組み合わせた整数値ｍについて、方程式２＊ｎａｖｅ＊ｐｉｔｃｈ＊ｃｏｓ（α）＝ｍ＊λを解いて、所与の透過型ブラッグ回折格子８００（すなわち、層８０４および層８０６の選択された組成および形状を有する透過型ブラッグ回折格子８００）に対してどの波長が回折するかを決定することができ、式中、ｎａｖｅは層対８０２の平均屈折率（（ｎ１＋ｎ２）／２）であり、ｐｉｔｃｈはブラッグピッチＴ１であり、αは光５０８の入射角であり、ｍは回折次数であり、λは光の波長である。整数値ｍが所望の波長の光についてこの方程式を満たす場合、たとえば、マサチューセッツ州バーリントンのＣＯＭＳＯＬ，Ｉｎｃ．から入手可能なＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（登録商標）モデリングソフトウェア、またはテキサス州ヒューストンのＳＨＩＮＴＥＣＨ，ＩＮＣ．から入手可能なＬＣＤＭａｓｔｅｒ ３Ｄなどのシミュレーションプログラムを使用して、所望の波長のそれぞれに対する透過型ブラッグ回折格子８００の回折効率を決定することができる。得られた透過型ブラッグ回折格子８００は、所望の波長の光に対して実質的に同様の回折効率を示し得る。いくつかの例において、「実質的に同様の回折効率」は、本明細書で使用される場合、約１０％以内、いくつかの例において約５％以内、またはいくつかの例において２％以内の回折効率を意味する。
【0096】
たとえば、透過型ブラッグ回折格子８００は、次の特性、すなわち、第１の層８０４の第１の屈折率が１．５、第２の層８０６の第２の屈折率が１．８、ブラッグピッチＴ３が８９７ｎｍ、総厚さＴ４が約８マイクロメートル、入射角が約６５度という特性を含み得る。このような透過型ブラッグ回折格子８００は、約４４７ｎｍ、約５３６ｎｍ、および約６７０ｎｍの光に対して実質的に同様の回折効率および回折角を示し得、回折効率は、３つの波長のそれぞれについて約０．９０（９０％）より大きくなり得る。
【0097】
図１４は、（図１３に示すような）例示的な透過型ブラッグ回折格子および４４７ｎｍの波長を有する光についてのシミュレートされた電磁場強度対回折角のプロットである。６次回折効率は約９８．６％であった。図１５は、（図１３に示すような）例示的な透過型ブラッグ回折格子および５３６ｎｍの波長を有する光についてのシミュレートされた電磁場強度対回折角のプロットである。５次回折効率は約９９．６％であった。図１６は、（図１３に示すような）例示的な透過型ブラッグ回折格子および６７０ｎｍの波長を有する光についてのシミュレートされた電磁場強度対回折角のプロットである。４次回折効率は約９１．５％であった。さらに、図１４～図１６に示すように、回折角は、４４７ｎｍ、５３６ｎｍ、および６７０ｎｍの光に対して実質的に同様である。
【0098】
本明細書の様々な例によって説明されるように、本開示の技法は、人工現実システムを含むか、または人工現実システムと組み合わせて実装され得る。説明したように、人工現実は、ユーザへの提示前に何らかの方法で調整された現実の形式であり、たとえば、仮想現実（ＶＲ）システム、拡張現実（ＡＲ）システム、複合現実（ＭＲ）システム、ハイブリッド現実システム、またはこれらの何らかの組合せおよび／または派生物を含み得る。人工現実コンテンツには、完全に生成されたコンテンツ、または捕捉されたコンテンツと組み合わせて生成されたコンテンツ（たとえば、実世界の写真または映像）が含まれ得る。人工現実コンテンツには、映像、音声、触覚的フィードバック、またはそれらの組合せが含まれ得、これらはいずれも、単一のチャネルまたは複数のチャネル（観視者に３次元効果をもたらすステレオ映像など）において提示され得る。さらに、いくつかの実施形態において、人工現実は、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、かつ／または人工現実において使用される（たとえば、人工現実においてアクティビティを実行する）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合せに関連付けられ得る。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バイス（ＨＭＤ）、スタンドアロン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人または複数人の観視者に人工現実コンテンツを提供することが可能な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。
【0099】
本開示に記載の技法は、少なくとも部分的にハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せに実装されてもよい。たとえば、記載した技法の様々な態様は、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または任意の他の同等の集積型またはディスクリート型の論理回路、およびこのようなコンポーネントの任意の組合せを含む、１つまたは複数のプロセッサ内に実装され得る。「プロセッサ」または「処理回路」という用語は、一般に、単独のもしくは他の論理回路と組み合わせた前述の論理回路、または任意の他の同等の回路のうちのいずれかを指すことがある。また、ハードウェアを含む制御ユニットは、本開示の技法のうちの１つまたは複数を実行し得る。
【0100】
このようなハードウェア、ソフトウェア、およびファームウェアは、本開示に記載の様々な動作および機能をサポートするために、同じデバイス内または別個のデバイス内に実装され得る。さらに、記載したユニット、モジュール、または構成要素のいずれも、別個であるが相互運用可能な論理デバイスとして、共にまたは別個に実装され得る。モジュールまたはユニットとしての様々な機能の描写は、様々な機能的な態様を強調することを目的としており、必ずしもそのようなモジュールまたはユニットが別個のハードウェア構成要素またはソフトウェア構成要素によって実現されなければならないことを意味するものではない。そうではなく、１つまたは複数のモジュールまたはユニットに関連付けられた機能性は、別個のハードウェア構成要素またはソフトウェア構成要素によって実行されても、共通もしくは別個のハードウェア構成要素内またはソフトウェア構成要素内に統合されてもよい。
【0101】
本開示に記載の技法はまた、命令を含むコンピュータ可読記憶媒体などのコンピュータ可読媒体に具現化または符号化され得る。コンピュータ可読記憶媒体に埋め込まれた、または符号化された命令は、たとえば、命令が実行されたとき、プログラマブルプロセッサまたは他のプロセッサに方法を実行させ得る。コンピュータ可読記憶媒体には、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブル読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電子的に消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、フロッピーディスク、カセット、磁気媒体、光学媒体、または他のコンピュータ可読媒体が含まれ得る。
【0102】
本明細書の様々な例によって説明されるように、本開示の技法は、人工現実システムを含むか、または人工現実システムと組み合わせて実装され得る。説明したように、人工現実は、ユーザへの提示前に何らかの方法で調整された現実の形式であり、たとえば、仮想現実（ＶＲ）システム、拡張現実（ＡＲ）システム、複合現実（ＭＲ）システム、ハイブリッド現実システム、またはこれらの何らかの組合せおよび／または派生物を含み得る。人工現実コンテンツには、完全に生成されたコンテンツ、または捕捉されたコンテンツと組み合わせて生成されたコンテンツ（たとえば、実世界の写真）が含まれ得る。人工現実コンテンツには、映像、音声、触覚的フィードバック、またはそれらの組合せが含まれ得、これらはいずれも、単一のチャネルまたは複数のチャネル（観視者に３次元効果をもたらすステレオ映像など）において提示され得る。さらに、いくつかの実施形態において、人工現実は、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、かつ／または人工現実において使用される（たとえば、人工現実においてアクティビティを実行する）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合せに関連付けられ得る。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バイス（ＨＭＤ）、スタンドアロン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人または複数人の観視者に人工現実コンテンツを提供することが可能な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。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【国際調査報告】