特表2023-525192高屈折率グレーティングの水素／窒素ドーピングおよび化学的に補助されたエッチング
(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】2023-06-15
(54)【発明の名称】高屈折率グレーティングの水素／窒素ドーピングおよび化学的に補助されたエッチング
(51)【国際特許分類】
G02B 5/18 20060101AFI20230608BHJP
G02B 27/02 20060101ALN20230608BHJP
【ＦＩ】
G02B5/18
G02B27/02 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022548723
(86)(22)【出願日】2021-04-17
(85)【翻訳文提出日】2022-10-05
(86)【国際出願番号】 US2021027845
(87)【国際公開番号】W WO2021225771
(87)【国際公開日】2021-11-11
(31)【優先権主張番号】16/867,902
(32)【優先日】2020-05-06
(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】モハンティ， ニハール ランジャン
【テーマコード（参考）】
2H199
2H249
【Ｆターム（参考）】
2H199CA23
2H199CA25
2H199CA30
2H199CA42
2H199CA45
2H199CA50
2H199CA54
2H199CA55
2H199CA67
2H199CA68
2H199CA86
2H199CA93
2H199CA95
2H249AA03
2H249AA13
2H249AA37
2H249AA44
2H249AA60
(57)【要約】
表面レリーフ構造、および表面レリーフ構造を作製するための技法が開示される。表面レリーフ構造は、基板と、基板上の複数のリッジと、それぞれが２つの隣接するリッジの+間にある複数の溝とを含む。複数のリッジは、基板に対して傾斜し、かつ少なくとも２．３の屈折率を有する材料を含む。複数の溝の底部における基板の領域は、少なくとも１０１０／ｃｍ３の濃度の水素または窒素のうちの少なくとも１つを含む。
【選択図】図１３
【選択図】図１３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
材料層における傾斜表面レリーフ構造を作製する方法であって、反応性イオン源発生装置に第１の反応性ガスを注入することと、
前記反応性イオン源発生装置における前記第１の反応性ガスからプラズマを生成することであって、前記プラズマは、第１の原子量を有する第１の反応性イオン、および前記第１の原子量より少ない第２の原子量を有する第２の反応性イオンを含む、プラズマを生成することと、
少なくとも２．３の屈折率を有する前記材料層に向けて平行反応性イオンビームを形成するために前記プラズマから前記第１の反応性イオンの少なくとも一部および前記第２の反応性イオンの少なくとも一部を引き出すことと、
前記材料層上に前記第２の反応性ガスを注入することと、
前記材料層において前記傾斜表面レリーフ構造を形成するために前記平行反応性イオンビームおよび前記第２の反応性ガスによって前記材料層を物理的と化学的の両方でエッチングすることと、を含む、方法。
【請求項2】
前記材料層は、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、およびＧａＰのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１の反応性イオンは窒素イオンを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
前記第２の反応性イオンは水素イオンを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
前記第１の反応性ガスは、Ｈ２、Ｎ２、ＮＦ３、ＮＨ３、ＣＨ４、ＣＨＦ３、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、またはＨＢｒのうちの少なくとも１つを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記第１の反応性ガスには酸素または炭素がない、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記第２の反応性ガスはフッ素系反応性ガスを含み、好ましくは、前記第２の反応性ガスは、ＣＦ４、ＮＦ３、ＳＦ６、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、またはＨＢｒのうちの少なくとも１つを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記平行反応性イオンビームを形成するために前記プラズマから前記第１の反応性イオンの少なくとも一部および前記第２の反応性イオンの少なくとも一部を引き出すことは、前記反応性イオン源発生装置に隣接した引き出しグリッドに引き出し電圧を印加することと、
前記第１の反応性イオンの少なくとも一部および前記第２の反応性イオンの少なくとも一部を引き出しかつ加速させるために加速グリッドに加速電圧を印加することと、を含み、
前記引き出しグリッドおよび前記加速グリッドは配列され、
前記加速電圧は前記引き出し電圧と異なる、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
前記傾斜表面レリーフ構造は傾斜表面レリーフ光学グレーティングを含み、前記傾斜表面レリーフ光学グレーティングは複数のリッジを含み、好ましくは、前記複数のリッジのそれぞれのリッジの前縁は前記リッジの後縁に平行である、および／または、好ましくは、前記傾斜表面レリーフ光学グレーティングは、
前記複数のリッジのそれぞれのリッジの前縁の傾斜角度、および前記リッジの後縁の傾斜角度が、前記材料層の面法線に対して３０度を上回ること、
前記前縁の長さと前記後縁の長さとの間の差異が前記後縁の前記長さの１０％未満であること、
前記傾斜表面レリーフ光学グレーティングの深さが１００ｎｍを上回ること、または
前記傾斜表面レリーフ光学グレーティングのデューティサイクルが６０％を上回ること、のうちの少なくとも１つによって特徴付けられる、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
材料層における傾斜表面レリーフ構造を作製する方法であって、反応性イオン源発生装置に第１の反応性ガスを注入することであって、前記第１の反応性ガスは水素および窒素を含む、第１の反応性ガスを注入することと、
前記反応性イオン源発生装置における前記第１の反応性ガスからプラズマを生成することであって、前記プラズマは窒素イオンおよび水素イオンを含む、プラズマを生成することと、
前記材料層に向けて平行反応性イオンビームを形成するために前記反応性イオン源発生装置から、前記窒素イオンの少なくとも一部および前記水素イオンの少なくとも一部を引き出すことと、
前記材料層上に第２の反応性ガスを注入することであって、前記第２の反応性ガスはフッ素を含む、第２の反応性ガスを注入することと、
前記傾斜表面レリーフ構造を形成するために前記平行反応性イオンビームおよび前記第２の反応性ガスによって前記材料層を物理的と化学的の両方でエッチングすることと、を含み、
前記材料層は、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、またはＧａＰのうちの少なくとも１つを含む、方法。
【請求項11】
前記材料層はＴｉＯｘ層を含み前記水素イオンの少なくとも一部および前記窒素イオンの少なくとも一部はＴｉＯｘ層と反応して、ＴｉｗＨｘＮｚＦ、ＴｉｗＨｘＮｚＣｌ、またはＴｉｗＨｘＮｚＢｒ層を形成し、好ましくは、前記第２の反応性ガスはＴｉｗＨｘＮｚＦ、ＴｉｗＨｘＮｚＣｌ、またはＴｉｗＨｘＮｚＢｒ層と反応して、ＴｉＦ４、ＴｉＣｌ４、またはＴｉＢｒ４のうちの少なくとも１つ、およびＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、またはＢ２Ｏ３のうちの少なくとも１つを生成する、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記材料層はＳｉＣ層を含み、前記水素イオンの少なくとも一部および前記窒素イオンの少なくとも一部はＳｉＣ層と反応して、ＳｉｗＨｘＮｙＣｚＦ、ＳｉｗＨｘＮｙＣｚＣｌ、またはＳｉｗＨｘＮｙＣｚＢｒ層を形成し、好ましくは、前記第２の反応性ガスは、ＳｉｗＨｘＮｙＣｚＦ、ＳｉｗＨｘＮｙＣｚＣｌ、またはＳｉｗＨｘＮｙＣｚＢｒ層と反応して、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、またはＳｉＢｒ４、および、ＣＨ４、ＣＮ、ＣＦ４、ＣＣｌ４、またはＣＢｒ４のうちの少なくとも１つを生成する、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項13】
基板と、前記基板上の複数のリッジであって、
前記複数のリッジは前記基板に対して傾斜し、
前記複数のリッジは少なくとも２．３の屈折率を有する材料を含む、複数のリッジと、
それぞれが２つの隣接するリッジの間にある複数の溝であって、
前記複数の溝の底部における前記基板の領域は、少なくとも１０１０／ｃｍ３の濃度の水素または窒素のうちの少なくとも１つを含む、複数の溝と、
を備える、表面レリーフ構造。
【請求項14】
前記複数のリッジの前記材料は、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、またはＧａＰのうちの少なくとも１つを含む、請求項１３に記載の表面レリーフ構造。
【請求項15】
前記表面レリーフ構造は、前記複数のリッジのそれぞれのリッジの前縁が前記リッジの後縁に平行であること、
前記前縁の傾斜角度および前記後縁の傾斜角度が前記基板の面法線に対して３０度を上回ること、
前記前縁の長さと前記後縁の長さとの間の差異が前記後縁の前記長さの１０％未満であること、
前記複数の溝の深さが１００ｎｍを上回ること、または
前記表面レリーフ構造のデューティサイクルが６０％を上回ること、のうちの少なくとも１つによって特徴付けられる、請求項１３または１４に記載の表面レリーフ構造。
【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、仮想環境において物体を描写する人工画像を提示するように構成されるディスプレイを含む。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）アプリケーションにあるように、仮想物体を表示する、または現実物体の画像と仮想物体の画像を組み合わせることができる。例えば、ＡＲシステムにおいて、ユーザは、例えば、透明ディスプレイガラスまたはレンズを通して見ること（光学シースルー方式と称されることが多い）、またはカメラによって取り込まれた周囲環境の表示画像を見ること（ビデオシースルー方式と称されることが多い）によって、仮想物体の画像（例えば、コンピュータ生成画像（ＣＧＩ））と、周囲環境の画像との両方を見ることができる。
【0002】
１つの例示の光学シースルー方式ＡＲシステムは、導波路ベースの光ディスプレイを使用してよく、この場合、映像の光は導波路（例えば、基板）に結合され、導波路内で伝搬し、種々の場所で導波路から外へ結合され得る。いくつかの実装形態では、映像の光は、傾斜表面レリーフグレーティングなど、回析光学素子を使用して導波路にまたは導波路から外へ結合されてよい。多くの場合、望ましい速度で所望の外形で傾斜表面レリーフグレーティングを作製することは困難である場合がある。
【発明の概要】
【0003】
本開示は一般的に、傾斜構造を作製するための技法に関し、より具体的には、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、およびＧａＰなどの高屈折率（例えば、ｎ＞約２．３）を有する材料上で傾斜構造をエッチングするための技法に関する。化学補助反応性イオンビームエッチング（ＣＡＲＩＢＥ）技法は、高対称性傾斜構造または超高屈折率を有する材料における傾斜構造などの傾斜構造をエッチングするために使用され得る。
【0004】
いくつかの実施形態によると、材料層における傾斜表面レリーフ構造を作製する方法は、反応性イオン源発生装置に第１の反応性ガスを注入することと、反応性イオン源発生装置における第１の反応性ガスからプラズマを生成することであって、ここで、プラズマは、第１の原子量を有する第１の反応性イオン、および第１の原子量より少ない第２の原子量を有する第２の反応性イオンを含んでよい、プラズマを生成することと、少なくとも２．３の屈折率を有する材料層に向けて平行反応性イオンビームを形成するためにプラズマから、第１の反応性イオンの少なくとも一部および第２の反応性イオンの少なくとも一部を引き出すことと、材料層上に第２の反応性ガスを注入することと、材料層において傾斜表面レリーフ構造を形成するために、平行反応性イオンビームおよび第２の反応性ガスによって材料層を物理的と化学的の両方でエッチングすることと、を含んでよい。
【0005】
いくつかの実施形態において、材料層は、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、およびＧａＰのうちの少なくとも１つを含んでよい。いくつかの実施形態において、第１の反応性イオンは窒素イオンを含んでよい。いくつかの実施形態において、第２の反応性イオンは水素イオンを含んでよい。いくつかの実施形態において、第１の反応性ガスは、Ｈ２、Ｎ２、ＮＦ３、ＮＨ３、ＣＨ４、ＣＨＦ３、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、またはＨＢｒのうちの少なくとも１つを含んでよい。いくつかの実施形態において、第１の反応性ガスには酸素または炭素がなくてよい。いくつかの実施形態において、第２の反応性ガスは、フッ素系反応性ガスまたは塩素系反応性ガスまたは臭素系反応性ガスを含んでよい。いくつかの実施形態において、第２の反応性ガスは、ＣＦ４、ＮＦ３、ＳＦ６、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、またはＨＢｒのうちの少なくとも１つを含んでよい。
【0006】
いくつかの実施形態において、平行反応性イオンビームを形成するためにプラズマから第１の反応性イオンの少なくとも一部および第２の反応性イオンの少なくとも一部を引き出すことは、反応性イオン源発生装置に隣接した引き出しグリッドに引き出し電圧を印加することと、第１の反応性イオンの少なくとも一部および第２の反応性イオンの少なくとも一部を引き出しかつ加速させるために加速グリッドに加速電圧を印加することと、を含んでよい。引き出しグリッドおよび加速グリッドは配列され得、加速電圧は引き出し電圧と異なってよい。
【0007】
いくつかの実施形態において、傾斜表面レリーフ構造は、傾斜表面レリーフ光学グレーティングを含んでよく、傾斜表面レリーフ光学グレーティングは複数のリッジを含んでよい。いくつかの実施形態において、複数のリッジのそれぞれのリッジの前縁はリッジの後縁に平行であってよい。傾斜表面レリーフ光学グレーティングは、複数のリッジのそれぞれのリッジの前縁の傾斜角度、および該リッジの後縁の傾斜角度が材料層の面法線に対して３０度を上回ること、前縁の長さと後縁の長さとの間の差異が後縁の長さの１０％未満であること、傾斜表面レリーフ光学グレーティングの深さが１００ｎｍを上回ること、または傾斜表面レリーフ光学グレーティングのデューティサイクルが６０％を上回ることのうちの少なくとも１つによって特徴付けられてよい。
【0008】
いくつかの実施形態によると、材料層における傾斜表面レリーフ構造を作製する方法は、反応性イオン源発生装置に水素および窒素を含み得る第１の反応性ガスを注入することと、反応性イオン源発生装置における第１の反応性ガスから窒素イオンおよび水素イオンを含むプラズマを生成することと、材料層に向けて平行反応性イオンビームを形成するために反応性イオン源発生装置から、窒素イオンの少なくとも一部および水素イオンの少なくとも一部を引き出すことと、材料層上にフッ素を含む第２の反応性ガスを注入することと、傾斜表面レリーフ構造を形成するために平行反応性イオンビームおよび第２の反応性ガスによって材料層を物理的と化学的の両方でエッチングすることと、を含んでよい。材料層は、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、およびＧａＰのうちの少なくとも１つを含んでよい。
【0009】
いくつかの実施形態において、材料層は、ＴｉＯｘ層を含んでよい。水素イオンの少なくとも一部および窒素イオンの少なくとも一部は、ＴｉＯｘ層と反応して、ＴｉｗＨｘＮｚＦ、ＴｉｗＨｘＮｚＣｌ、またはＴｉｗＨｘＮｚＢｒ層を形成し得る。第２の反応性ガスは、ＴｉｗＨｘＮｚＦ、ＴｉｗＨｘＮｚＣｌ、またはＴｉｗＨｘＮｚＢｒ層と反応して、ＴｉＦ４、ＴｉＣｌ４、またはＴｉＢｒ４、および、Ｏ２、ＣＯ２、またはＨ２Ｏのうちの少なくとも１つを生成し得る。いくつかの実施形態において、材料層は、ＳｉＣ層を含んでよく、水素イオンの少なくとも一部および窒素イオンの少なくとも一部は、ＳｉＣ層と反応して、ＳｉｗＨｘＮｙＣｚＦ、ＳｉｗＨｘＮｙＣｚＣｌ、またはＳｉｗＨｘＮｙＣｚＢｒ層を形成し得る。第２の反応性ガスは、ＳｉｗＨｘＮｙＣｚＦ層と反応して、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、またはＳｉＢｒ４、および、ＣＨ４、ＣＮ、ＣＦ４、ＣＣｌ４、またはＣＢｒ４のうちの少なくとも１つを生成し得る。
【0010】
いくつかの実施形態によると、表面レリーフ構造は、基板と、基板上の複数のリッジと、それぞれが２つの隣接するリッジの間にある複数の溝を含んでよい。複数のリッジは、基板に対して傾斜していてよく、かつ少なくとも２．３の屈折率を有する材料を含んでよい。複数の溝の底部における基板の領域は、少なくとも１０１０／ｃｍ３の濃度の水素または窒素のうちの少なくとも１つを含んでよい。いくつかの実施形態において、複数のリッジの材料は、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、またはＧａＰのうちの少なくとも１つを含んでよい。いくつかの実施形態において、表面レリーフ構造は、複数のリッジのそれぞれのリッジの前縁が該リッジの後縁に平行であること、前縁の傾斜角度および後縁の傾斜角度が基板の面法線に対して３０度を上回ること、前縁の長さと後縁の長さとの間の差異が後縁の長さの１０％未満であること、複数の溝の深さが１００ｎｍを上回ること、または表面レリーフ構造のデューティサイクルが６０％を上回ることのうちの少なくとも１つによって特徴付けられてよい。
【0011】
この要約は、特許請求される主題の重要なまたは本質的な特徴を特定することを意図するものでもないし、特許請求される主題の範囲を判断するために分離して使用されることも意図されていない。主題は、本開示の明細書全体の適切な部分、全ての図面またはいずれかの図面、およびそれぞれの特許請求項を参照することにより理解されるものとする。前述の事項については、他の特徴および例と共に、以下の明細書、特許請求の範囲、および添付の図面においてより詳細に後述される。
【0012】
例示的な実施形態について、以下の図を参照して詳細に後述する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】ある特定の実施形態による例示のニアアイディスプレイの簡略図である。
【図2】ある特定の実施形態による例示のニアアイディスプレイの断面図である。
【図3】ある特定の実施形態による例示の導波路ディスプレイの等角図である。
【図4】ある特定の実施形態による例示の導波路ディスプレイの断面図である。
【図5】導波路ディスプレイを含む例示の人工現実システムの簡略ブロック図である。
【図6】ある特定の実施形態による導波路ディスプレイを使用する例示の光学シースルー拡張現実システムを示す図である。
【図7】例示の導波路ディスプレイにおける表示光および外部光の伝搬を示す図である。
【図8】ある特定の実施形態による例示の導波路ディスプレイにおける例示の傾斜グレーティング結合器を示す図である。
【図9A-C】ある特定の実施形態による傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示のプロセスを示す図である。
【図10】傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示のイオンビームエッチングシステムを示す図である。
【図11】傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示の化学補助イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）システムを示す図である。
【図12】傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示の反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）システムを示す図である。
【図13】ある特定の実施形態による傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示の化学補助反応性イオンビームエッチング（ＣＡＲＩＢＥ）システムを示す図である。
【図14】ある特定の実施形態による傾斜表面レリーフ構造を作製するためのＣＡＲＩＢＥシステムのさらなる例を示す図である。
【図15A】ある特定の実施形態による低屈折率基板上の傾斜グレーティングの例を示す図である。
【図15B】ある特定の実施形態による低屈折率基板上の高屈折率材料で作製される傾斜グレーティングの例を示す図である。
【図15C】ある特定の実施形態による高屈折率基板上の傾斜グレーティングの例を示す図である。
【図16A】既存のプロセスを使用して高屈折率材料層上に作製される傾斜グレーティングの例を示す図である。
【図16B】既存のプロセスを使用して高屈折率材料層上に作製される傾斜グレーティングのさらなる例を示す図である。
【図17A】ある特定の実施形態による、ＣＡＲＩＢＥプロセスを使用して超高屈折率材料層上に作製される傾斜グレーティングの例を示す図である。
【図17B】ある特定の実施形態による、ＣＡＲＩＢＥプロセスを使用して超高屈折率材料層上に作製される傾斜グレーティングのさらなる例を示す図である。
【図18】ある特定の実施形態による傾斜表面レリーフ構造を作製する方法の例を示す簡略化されたフローチャートである。
【図19】本明細書に開示される例のいくつかを実装するための例示のニアアイディスプレイの例示の電子システムの簡略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図は、単に例示の目的で本開示の実施形態を描写している。当業者は、以下の説明から、示される構造および方法の代替的な実施形態が、本開示の記載される原理または利益から逸脱することなく用いられてよいことを容易に認識するであろう。
【0015】
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てよい。さらに、同じタイプのさまざまな構成要素は、参照ラベルの後に、ダッシュ、および同様の構成要素間で区別する第２のラベルが続くことによって区別され得る。第１の参照ラベルのみが本明細書において使用される場合、その説明は、第２の参照ラベルかどうかにかかわらず、同じ第１の参照ラベルを有する同様の構成要素のいずれか１つに適用可能である。
【0016】
本明細書に開示される技法は一般的に、ミクロ構造またはナノ構造製造に関する。より具体的には、限定はされないが、本出願は、傾斜ミクロ構造または傾斜ナノ構造を作製するための技法に関する。傾斜構造は、光および／または電気の挙動を操作するための多くの光学デバイスまたは電子デバイスにおいて使用可能である。例えば、導波路ベースの人工現実ディスプレイデバイスにおいて傾斜表面レリーフグレーティングを使用することによって、視野の改善、輝度効率の増大、および表示アーチファクト（例えば、レインボーアーチファクト）の低減が可能である。大きな傾斜角度（例えば、＞４５度）および／または高深度はまた、傾斜グレーティングの性能の改善に所望される場合がある。
【0017】
いくつかの導波路ディスプレイシステムにおいて、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、およびＧａＰなどの高屈折率（例えば、ｎ＞約２．３）を有する材料においてエッチングされる表面レリーフグレーティングを使用することによって、単一の導波路上の単一の表面レリーフグレーティングが３原色および全視野を高効率で被覆可能にすることが望ましい。単板構造はまた、重量を低減し、シースルー品質を改善し、および、導波路ディスプレイシステムの光学アーチファクトを低減することができる。しかしながら、このような高屈折率材料において対称的なグレーティングリッジ（例えば、実質的に平行な前縁および後縁）を有する深い表面レリーフグレーティングを作製することは困難である可能性がある。例えば、既存のＴｉＯｘまたはＳｉＣエッチング技法は、傾斜構造に対して大規模な基盤および望ましくない外形を生じさせる場合がある。
【0018】
ある特定の実施形態によると、化学補助反応性イオンビームエッチングプロセスは、超高屈折率（例えば、２．３、２．４、２．５、２．６、またはそれ以上）を有する材料において傾斜グレーティングをより効率的にかつより精確に作製するために実施され得る。超高屈折率を有する材料は、超高屈折率材料と呼ばれる場合がある。いくつかの実施形態において、水素および窒素は、水素イオンおよび窒素イオンを生成するためにイオン源発生装置に追加され得る。水素イオンおよび窒素イオンは、エッチングされる超高屈折率材料における結合をドープ、改良、および／または破壊し得るため、超高屈折率材料のエッチングおよび除去が促進される。
【0019】
特定の理論に縛られることを意図するものではなく、水素イオンより重い窒素イオンは、水素イオンによって破壊されない場合があるいくつかの結合を破壊することができ、それによって、超高屈折率材料はより容易にエッチングされ得る。水素イオンは、比較的小さいサイズであるとして、超高屈折率材料により深く浸透して結晶構造および／または超高屈折率材料の結合を崩壊させることでエッチングプロセスをさらに促進させ得る。よって、超高屈折率材料は、水素イオンおよび／または窒素イオンによってドープおよび／または改良され得る。ドープしたおよび／または改良された超高屈折率材料は、１つまたは複数の反応性ガス種と反応して、容易に除去可能である揮発性材料を形成し得る。フッ素系反応性ガスなどの反応性ガス種は、イオン源発生装置に追加されてよい、および／またはイオン源発生装置を介してガスこんろによってエッチングされる超高屈折率材料に加えられてよい。水素および／または窒素によって超高屈折率材料をドープおよび／または改良し、かつドープしたおよび／または改良された超高屈折率材料をフッ素系ガス種によってエッチングすることによって、対称的なおよび／または深い傾斜グレーティングがより効率的にかつより精確に作製され得る。
【0020】
以下の説明には、解説の目的で、本開示の例を十分理解してもらうために具体的詳細が示されている。しかしながら、さまざまな例がこれら具体的詳細なく実践可能であることは明らかであろう。例えば、デバイス、システム、構造、アセンブリ、方法、および他の構成要素は、不必要な詳細で例を不明瞭にしないためにブロック図の形態の構成要素として示される場合がある。他の事例では、周知のデバイス、プロセス、システム、構造、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なく示される場合がある。図および説明は制限することを意図するものではない。本開示で用いられている用語および表現は、説明の条件として使用され、限定するものではなく、示されかつ説明される特徴またはこの一部のいずれの同義語も除外するような用語および表現の使用を意図するものではない。
【0021】
図１は、ある特定の実施形態によるニアアイディスプレイ１００の例の簡略図である。ニアアイディスプレイ１００はユーザに媒体を提示してよい。ニアアイディスプレイ１００によって提示される媒体の例は、１つまたは複数の画像、ビデオ、および／またはオーディオを含んでよい。いくつかの実施形態では、オーディオは、ニアアイディスプレイ１００、コンソール、またはこの両方からオーディオ情報を受信し、かつオーディオ情報に基づくオーディオデータを提示する外部デバイス（例えば、スピーカおよび／またはヘッドホン）を介して提示されてよい。ニアアイディスプレイ１００は一般的に、人工現実ディスプレイとして動作するように構成される。いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイ１００は、拡張現実（ＡＲ）ディスプレイまたは複合現実（ＭＲ）ディスプレイとして動作してよい。
【0022】
ニアアイディスプレイ１００はフレーム１０５およびディスプレイ１１０を含んでよい。フレーム１０５は１つまたは複数の光学素子に結合されてよい。ディスプレイ１１０は、ユーザが、ニアアイディスプレイ１００によって提示されるコンテンツを見るように構成され得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイ１１０は、１つまたは複数の画像からユーザの目に光を配向するための導波路ディスプレイアセンブリを含んでよい。
【0023】
図２は、図１に示されるニアアイディスプレイ１００の断面図２００である。ディスプレイ１１０は少なくとも１つの導波路ディスプレイアセンブリ２１０に含んでよい。射出瞳２３０は、ユーザがニアアイディスプレイ１００を着用する時ユーザの目２２０が位置付けられる場所に位置し得る。例証の目的で、図２は、ユーザの目２２０および単一の導波路ディスプレイアセンブリ２１０と関連している断面図２００を示すが、いくつかの実施形態では、第２の導波路ディスプレイがユーザの第２の目に使用されてもよい。
【0024】
導波路ディスプレイアセンブリ２１０は、画像光（すなわち、表示光）を、射出瞳２３０に位置するアイボックスに、およびユーザの目２２０に配向するように構成されてよい。導波路ディスプレイアセンブリ２１０は、１つまたは複数の屈折率を有する１つまたは複数の材料（例えば、プラスチック、ガラスなど）を含んでよい。いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイ１００は、導波路ディスプレイアセンブリ２１０とユーザの目２２０との間に１つまたは複数の光学素子を含み得る。
【0025】
いくつかの実施形態では、導波路ディスプレイアセンブリ２１０は、積層導波路ディスプレイ、可変焦点導波路ディスプレイなどを含むがこれらに制限されない、積み重ねられた１つまたは複数の導波路ディスプレイを含んでよい。積層導波路ディスプレイは、各単色源が種々の色のものである導波路ディスプレイを積み重ねることによってもたらされた多色ディスプレイ（例えば、赤／緑／青（ＲＧＢ）ディスプレイ）である。積層導波路ディスプレイは、複数の平面上に投影可能である多色ディスプレイ（例えば、複数面有色ディスプレイ）であってもよい。いくつかの構成では、積層導波路ディスプレイは、複数の平面上に投影可能である単色ディスプレイ（例えば、複数面単色ディスプレイ）であってよい。可変焦点導波路ディスプレイは、導波路ディスプレイから放出した画像光の焦点位置を調節可能であるディスプレイである。代替的な実施形態では、導波路ディスプレイアセンブリ２１０は、積層導波路ディスプレイおよび可変焦点導波路ディスプレイを含んでよい。
【0026】
図３は、導波路ディスプレイ３００の一実施形態の等角図である。いくつかの実施形態では、導波路ディスプレイ３００は、ニアアイディスプレイ１００の構成要素（例えば、導波路ディスプレイアセンブリ２１０）であってよい。いくつかの実施形態では、導波路ディスプレイ３００は、画像光を特定の場所に配向することができるいくつかの他のニアアイディスプレイまたは他のシステムの一部であってよい。
【0027】
導波路ディスプレイ３００は、光源アセンブリ３１０、出力導波路３２０、およびコントローラ３３０を含んでよい。例証の目的で、図３は、ユーザの目３９０と関連している導波路ディスプレイ３００を示すが、いくつかの実施形態では、導波路ディスプレイ３００と別個のまたは部分的に別個の別の導波路ディスプレイは、画像光をユーザの別の目に与えてよい。
【0028】
光源アセンブリ３１０は、ユーザに表示するための画像光３５５を生成することができる。光源アセンブリ３１０は、出力導波路３２０の第１の側面３７０－１上に位置するカップリング要素３５０に画像光３５５を生成しかつ出力してよい。いくつかの実施形態では、カップリング要素３５０は、画像光３５５を光源アセンブリ３１０から出力導波路３２０に結合してよい。カップリング要素３５０は、例えば、回析グレーティング、ホログラフィックグレーティング、１つまたは複数の縦続反射器、１つまたは複数のプリズム面要素、および／または一連のホログラフィック反射器を含み得る。出力導波路３２０は、拡張した画像光３４０をユーザの目３９０に出力できる光導波路であってよい。出力導波路３２０は、第１の側面３７０－１に位置する１つまたは複数のカップリング要素３５０において画像光３５５を受信し、かつ受信した画像光３５５を配向要素３６０にガイドすることができる。
【0029】
配向要素３６０は、受信した入力画像光３５５をデカップリング要素３６５に再配向することで、受信した入力画像光３５５は、デカップリング要素３６５を介して出力導波路３２０から外へ結合可能である。配向要素３６０は、出力導波路３２０の第１の側面３７０－１の一部であってよい、またはこれに取り付けられてよい。デカップリング要素３６５は、配向要素３６０がデカップリング要素３６５に対向するように、出力導波路３２０の第２の側面３７０－２の一部であってよい、またはこれに取り付けられてよい。配向要素３６０および／またはデカップリング要素３６５は、例えば、回析グレーティング、ホログラフィックグレーティング、表面レリーフグレーティング、１つまたは複数の縦続反射器、１つまたは複数のプリズム面要素、および／または一連のホログラフィック反射器を含んでよい。
【0030】
出力導波路３２０の第２の側面３７０－２は、ｘ寸法およびｙ寸法に沿った平面を表すことができる。出力導波路３２０は、画像光３５５の全内部反射を促進することができる１つまたは複数の材料を含んでよい。出力導波路３２０は、例えば、シリコン、プラスチック、ガラス、および／またはポリマーを含んでよい。出力導波路３２０は、比較的小さい形状因子を有することができる。例えば、出力導波路３２０は、ｘ寸法に沿っておよそ５０ｍｍの幅、ｙ寸法に沿って約３０ｍｍの長さ、およびｚ寸法に沿って約０．５～１ｍｍの厚さであってよい。
【0031】
コントローラ３３０は、光源アセンブリ３１０の走査動作を制御することができる。コントローラ３３０は、光源アセンブリ３１０に対する走査命令を判断してよい。いくつかの実施形態では、出力導波路３２０は、広い視野（ＦＯＶ）を有するユーザの目３９０に拡張した画像光３４０を出力することができる。例えば、ユーザの目３９０に与えられる拡張した画像光３４０は、約６０度以上および／または約１５０度以下の（ｘおよびｙにおける）対角線のＦＯＶを有してよい。出力導波路３２０は、約２０ｍｍ以上および／または約５０ｍｍ以下の長さ、および／または約１０ｍｍ以上および／または約５０ｍｍ以下の幅を有するアイボックスを提供するように構成されてよい。
【0032】
図４は、導波路ディスプレイ３００の断面図４００である。導波路ディスプレイ３００は光源アセンブリ３１０および出力導波路３２０を含んでよい。光源アセンブリ３１０はコントローラ３３０からの走査命令に従って画像光３５５（すなわち、表示光）を生成してよい。光源アセンブリ３１０は、光源４１０および光学系４１５を含んでよい。光源４１０は、コヒーレントなまたは部分的にコヒーレントな光を生成する光源を含んでよい。光源４１０は、例えば、レーザダイオード、垂直キャビティ面発光レーザ、および／または発光ダイオードを含んでよい。
【0033】
光学系４１５は、光源４１０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要素を含んでよい。光源４１０からの光を調整することは、例えば、コントローラ３３０からの命令に従って、向きを、拡張する、平行にする、および／または調節することを含んでよい。１つまたは複数の光学要素は、１つまたは複数のレンズ、液体レンズ、鏡、アパーチャ、および／またはグレーティングを含んでよい。光学系４１５（およびまた光源アセンブリ３１０）から放出した光は、画像光３５５または表示光と称される場合がある。
【0034】
出力導波路３２０は光源アセンブリ３１０から画像光３５５を受信してよい。カップリング要素３５０は、光源アセンブリ３１０からの画像光３５５を出力導波路３２０に結合してよい。カップリング要素３５０が回析グレーティングを含む実施形態では、回析グレーティングは、全内部反射が出力導波路３２０内で生じ得るように構成されてよいため、よって、出力導波路３２０に結合される画像光３５５はデカップリング要素３６５に向けて（例えば、全内部反射によって）出力導波路３２０内部に伝搬し得る。
【0035】
配向要素３６０は、出力導波路３２０から外に画像光の少なくとも一部分を結合するためにデカップリング要素３６５に向けて画像光３５５を再配向してよい。配向要素３６０が回析グレーティングである実施形態では、回析グレーティングは、入射画像光３５５が、デカップリング要素３６５の表面に対する傾斜角度で出力導波路３２０を抜けるように構成されてよい。いくつかの実施形態では、配向要素３６０および／またはデカップリング要素３６５は構造的に同様であってよい。
【0036】
出力導波路３２０を抜ける拡張画像光３４０は、１つまたは複数の寸法に沿って拡張（例えば、ｘ寸法に沿って伸長）可能である。いくつかの実施形態では、導波路ディスプレイ３００は、複数の光源アセンブリ３１０および複数の出力導波路３２０を含んでよい。光源アセンブリ３１０のそれぞれは、原色（例えば、赤、緑、または青）に対応する単色像光を放出してよい。出力導波路３２０のそれぞれは、多色であってよい拡張画像光３４０を出力するために共に積層されてよい。
【0037】
図５は、導波路ディスプレイアセンブリ２１０を含む人工現実システム５００の例の簡略ブロック図である。システム５００は、それぞれがコンソール５１０に結合される、ニアアイディスプレイ１００、撮像デバイス５３５、および入力／出力インターフェース５４０を含んでよい。
【0038】
上述されるように、ニアアイディスプレイ１００は、媒体をユーザに提示するディスプレイであってよい。ニアアイディスプレイ１００によって提示される媒体の例は、１つまたは複数の画像、ビデオ、および／またはオーディオを含んでよい。いくつかの実施形態では、オーディオは、ニアアイディスプレイ１００および／またはコンソール５１０からオーディオ情報を受信し、かつオーディオ情報に基づくオーディオデータをユーザに提示し得る外部デバイス（例えば、スピーカおよび／またはヘッドホン）を介して提示されてよい。いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイ１００は人工現実眼鏡の機能を果たし得る。例えば、いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイ１００は、コンピュータ生成要素（例えば、画像、ビデオ、音声など）によって物理的な現実世界環境の見える状態を拡張可能である。
【0039】
ニアアイディスプレイ１００は、導波路ディスプレイアセンブリ２１０、１つまたは複数の位置センサ５２５、および／または慣性計測装置（ＩＭＵ）５３０を含んでよい。導波路ディスプレイアセンブリ２１０は、上述されるように、光源アセンブリ３１０、出力導波路３２０、およびコントローラ３３０を含む導波路ディスプレイ３００などの導波路ディスプレイを含んでよい。
【0040】
ＩＭＵ５３０は、１つまたは複数の位置センサ５２５から受信される測定信号に基づいてニアアイディスプレイ１００の初期位置に対してニアアイディスプレイ１００の推定位置を指示する高速較正データを生成できる電子デバイスを含み得る。
【0041】
撮像デバイス５３５は、コンソール５１０から受信される較正パラメータに従って低速較正データを生成し得る。撮像デバイス５３５は、１つまたは複数のカメラおよび／または１つまたは複数のビデオカメラを含んでよい。
【0042】
入力／出力インターフェース５４０は、ユーザがアクション要求をコンソール５１０に送ることを可能にするデバイスであってよい。アクション要求は特定のアクションを行う要求であってよい。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、またはアプリケーション内の特定のアクションを行うためのものであってよい。
【0043】
コンソール５１０は、撮像デバイス５３５、ニアアイディスプレイ１００、および入力／出力インターフェース５４０の１つまたは複数から受信される情報に従ってユーザへの提示のためにニアアイディスプレイ１００に媒体を提供してよい。図５に示される例において、コンソール５１０は、アプリケーションストア５４５、追跡モジュール５５０、およびエンジン５５５を含んでよい。
【0044】
アプリケーションストア５４５は、コンソール５１０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てよい。アプリケーションは、プロセッサによって実行される時、ユーザへの提示のためのコンテンツを生成してよい命令群を含んでよい。アプリケーションの例は、ゲームアプリケーション、会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、または他の適したアプリケーションを含んでよい。
【0045】
追跡モジュール５５０は、１つまたは複数の較正パラメータを使用してシステム５００を較正してよく、ニアアイディスプレイ１００の位置の判断時の誤差を低減するために１つまたは複数の較正パラメータを調節してよい。追跡モジュール５５０は、撮像デバイス５３５からの低速較正情報を使用してニアアイディスプレイ１００の移動を追跡してよい。追跡モジュール５５０は、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１００の基準点の位置を判断してもよい。
【0046】
エンジン５５５は、システム５００内のアプリケーションを実行してよく、追跡モジュール５５０からニアアイディスプレイ１００の、位置情報、加速情報、速度情報、および／または予測される今後の位置を受信する。いくつかの実施形態では、エンジン５５５によって受信される情報は、導波路ディスプレイアセンブリ２１０に対する信号（例えば、表示命令）を生じさせるために使用されてよい。信号は、ユーザに提示するためのコンテンツのタイプを判断してよい。
【0047】
導波路ディスプレイを実装するための多くの種々のやり方があり得る。例えば、いくつかの実装形態では、出力導波路３２０は、画像光３５５を出力導波路３２０に結合するために第１の側面３７０－１と第２の側面３７０－２との間に傾斜表面を含んでよい。いくつかの実装形態では、傾斜表面は、配向要素３６０に向けて光を反射させるために反射コーティングでコーティングされてよい。いくつかの実装形態では、傾斜表面の角度は、画像光３５５が全内部反射により傾斜表面によって反射可能であるように構成されてよい。いくつかの実装形態では、配向要素３６０は使用されない場合があり、光は全内部反射によって出力導波路３２０内にガイドされ得る。いくつかの実装形態では、デカップリング要素３６５は第１の側面３７０－１の近くに位置してよい。
【0048】
いくつかの実装形態では、出力導波路３２０およびデカップリング要素３６５（ならびに使用される場合、配向要素３６０）は、環境から光を透過させてよく、画像光３５５と、ニアアイディスプレイ１００の正面の物理的な現実世界環境からの光とを組み合わせるための光コンバイナの機能を果たし得る。そのように、ユーザは、光源アセンブリ３１０からの人工物の人工画像と、物理的な現実世界環境における実物体の現実画像との両方を見ることができ、これは光学シースルー方式と称される場合がある。
【0049】
図６は、ある特定の実施形態による導波路ディスプレイを使用する例示の光学シースルー拡張現実システム６００を示す。拡張現実システム６００はプロジェクタ６１０およびコンバイナ６１５を含んでよい。プロジェクタ６１０は、光源または画像源６１２、およびプロジェクタ光学部品６１４を含んでよい。いくつかの実施形態では、画像源６１２は、ＬＣＤディスプレイパネルまたはＬＥＤディスプレイパネルなど、仮想物体を表示する複数の画素を含んでよい。いくつかの実施形態では、画像源６１２は、コヒーラントなまたは部分的にコヒーラントな光を生成する光源を含んでよい。例えば、画像源６１２はレーザダイオード、垂直キャビティ面発光レーザ、および／または発光ダイオードを含んでよい。いくつかの実施形態では、画像源６１２は、それぞれが、原色（例えば、赤、緑、または青）に対応する単色像光を放出する複数の光源を含んでよい。いくつかの実施形態では、画像源６１２は、空間光変調器などの光学式パターン発生装置を含んでよい。プロジェクタ光学部品６１４は、画像源６１２からの光をコンバイナ６１５に、拡張する、平行にする、走査する、または投影することなど、画像源６１２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要素を含んでよい。１つまたは複数の光学要素は、例えば、１つまたは複数のレンズ、液体レンズ、鏡、アパーチャ、および／またはグレーティングを含んでよい。いくつかの実施形態では、プロジェクタ光学部品６１４は、画像源６１２からの光の走査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）を含んでよい。
【0050】
コンバイナ６１５は、プロジェクタ６１０からの光をコンバイナ６１５の基板６２０に結合するための入力結合器６３０を含んでよい。入力結合器６３０は、体積ホログラフィックグレーティング、回析光学要素（ＤＯＥ）（例えば、表面レリーフグレーティング）、または屈折結合器（例えば、ウェッジまたはプリズム）を含んでよい。入力結合器６３０は、可視光に対して、３０％、５０％、７５％、９０％を上回る、またはそれ以上の結合効率を有し得る。本明細書で使用されるように、可視光は約３８０ｎｍ～約７５０ｎｍの波長を有する光を指すことができる。基板６２０に結合される光は、例えば、全内部反射（ＴＩＲ）によって基板６２０内で伝搬してよい。基板６２０は、一式の眼鏡のレンズの形態であってよい。基板６２０は、平面または曲面を有することができ、ガラス、石英、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、またはセラミックなどの１つまたは複数のタイプの誘電材料を含んでよい。基板の厚さは、例えば、約１ｍｍ未満～約１０ｍｍ以上であってよい。基板６２０は可視光を透過させてよい。材料は、光ビームが、例えば、５０％、６０％、７５％、８０％、９０％、９５％より大きい、またはそれ以上の高透過速度で材料を通過できる場合、光ビームを「透過」させることができ、この場合、（例えば、５０％、４０％、２５％、２０％、１０％、５％未満、またはそれ以下の）光ビームのほんの一部分は、材料によって、散乱、反射、または吸収され得る。透過速度（すなわち、透過率）は、波長範囲にわたって明所視で重み付けされたまたは重み付けされない平均透過率、または、可視波長範囲などの波長の範囲にわたる最低透過率のどちらかによって表されてよい。
【0051】
基板６２０は、基板６２０から基板６２０によってガイドされるおよび基板６２０内で伝搬する光の少なくとも一部分を引き出し、かつ引き出された光６６０を拡張現実システム６００のユーザの目６９０に配向するように構成される複数の出力結合器６４０を含んでよい、またはこれらに結合されてよい。入力結合器６３０のように、出力結合器６４０は、グレーティング結合器（例えば、体積ホログラフィックグレーティングまたは表面レリーフグレーティング）、他のＤＯＥ、プリズムなどを含んでよい。出力結合器６４０は、種々の場所で種々の結合（例えば、回析）効率を有することができる。基板６２０はまた、コンバイナ６１５の正面の環境からの光６５０がほとんどまたは全く損なうことなく通過可能にしてよい。出力結合器６４０はまた、光６５０がほとんど損なうことなく通過可能にし得る。例えば、いくつかの実装形態では、出力結合器６４０は、光６５０がほとんど損なうことなく出力結合器６４０を屈折あるいは通過可能であるように、光６５０に対する低回析効率を有してよい。いくつかの実装形態では、出力結合器６４０は光６５０に対する高回析効率を有してよく、ほとんど損なうことなくある特定の所望の方向（すなわち回析角度）に光６５０を回析させてよい。その結果、ユーザは、コンバイナ６１５の正面の環境、およびプロジェクタ６１０によって投影される仮想物体の画像を組み合わせて見ることが可能になり得る。
【0052】
図７は、導波路７１０およびグレーティング結合器７２０を含む例示の導波路ディスプレイ７００における入射表示光７４０および外部光７３０の伝搬を示す。導波路７１０は、自由空間の屈折率ｎ１（すなわち１．０）を上回る屈折率ｎ２を有する平坦なまたは湾曲した透明基板であってよい。グレーティング結合器７２０は、例えば、ブラッググレーティングまたは表面レリーフグレーティングを含んでよい。
【0053】
入射表示光７４０は、例えば、図６の入力結合器６３０または上述される他の結合器（例えば、プリズム面または傾斜表面）によって導波路７１０に結合されてよい。入射表示光７４０は、例えば、全内部反射によって導波路７１０内で伝搬してよい。入射表示光７４０がグレーティング結合器７２０に達する時、入射表示光７４０は、グレーティング結合器７２０によって、例えば、０次回析（すなわち、反射）光７４２および１次回析光７４４に回析されてよい。０次回析は、導波路７１０内で伝搬し続ける場合があり、種々の場所でグレーティング結合器７２０に向けて導波路７１０の底面によって反射され得る。１次回析光７４４はユーザの目に向けて導波路７１０から外へ結合（例えば、屈折）されてよいが、これは、全内部反射条件が、１次回析光７４４の回析角度により導波路７１０の底面では満たされない場合があるからである。
【0054】
外部光７３０はまた、グレーティング結合器７２０によって、例えば、０次回析光７３２または１次回析光７３４に回析されてよい。０次回析光７３２または１次回析光７３４は、ユーザの目に向けて導波路７１０から外へ屈折されてよい。よって、グレーティング結合器７２０は外部光７３０を導波路７１０に結合するための入力結合器の機能を果たし得、また、導波路７１０の外に入射表示光７４０を結合するための出力結合器の機能を果たし得る。そのように、グレーティング結合器７２０は、外部光７３０および入射表示光７４０を組み合わせるためのコンバイナの機能を果たし、かつ組み合わせた光をユーザの目に送ることができる。
【0055】
ユーザの目に向けた所望の方向で光を回析し、かつある特定の回析次に対して所望の回析効率を達成するために、グレーティング結合器７２０は、傾斜ブラッググレーティングまたは表面レリーフグレーティングなどのブレーズドグレーティングまたは傾斜グレーティングを含んでよく、この場合、グレーティングリッジおよび溝は、グレーティング結合器７２０または導波路７１０の面法線に対して傾けられてよい。
【0056】
上述されるように、グレーティング結合器は、表示光を回析させるだけでなく、外部光も回析させ得る。さらに、グレーティングの波長分散により、種々の色の光は、ゼロを上回るまたは下回る回析次数に対して種々の角度で回析され得る。そのように、ユーザの目に達し得る種々の色の外部光の－１次回析（例えば、回析光７３４）は、レインボーアーチファクトまたはレインボーゴーストと呼ばれる場合がある種々の場所（または方向）に位置するゴースト像として現れる場合がある。レインボーゴーストは、表示された画像または環境の画像の上に現れ、かつ表示された画像または環境の画像を崩壊させる場合がある。レインボーゴーストはユーザエクスペリエンスに大きな影響を与え得る。場合によっては、レインボーゴーストはまた、外部光源（例えば、太陽）からの光が高効率でユーザの目に向けられる時にユーザの目にとって危険であり得る。
【0057】
導波路ディスプレイのグレーティング結合器による外部光の回析によって生じたレインボーゴーストは、本明細書に開示されるある特定の技法を使用して低減され得る。例えば、いくつかの実施形態において、複数の傾斜リッジを含む傾斜グレーティングは、グレーティング結合器として使用されてよく、この場合、傾斜リッジの高さは、傾斜リッジの傾斜角度の接線によって分割された傾斜グレーティングの周期の整数倍に近い場合がある。１つの例では、傾斜グレーティングの傾斜リッジの高さおよび傾斜角度は、グレーティングの高さが傾斜リッジの傾斜角度の接線によって分割された傾斜グレーティングの周期に等しくまたはこれに近くなるように設計されてよい。換言すれば、傾斜グレーティングの第１のリッジの左（または右）上の点は、傾斜グレーティングの第２のリッジの左（または右）下の点と垂直に整列させてよい。よって、傾斜グレーティングは、２つの傾斜グレーティング間の傾斜周期の約半分のオフセットによる２つの重複した傾斜グレーティングを含み得る。結果として、２つのオフセットされた傾斜グレーティングによって回析した外部光（例えば、－１次回析）は、位相が約１８０度ずれている場合があるため、外部光の大部分が波長依存でなくてよい０次回析として導波路に進入し得るように、互いに破壊的に干渉し得る。外部光のグレーティング結合器の－１次透過回析の効率は、表示光に対するグレーティング結合器の－１次反射回析の効率よりはるかに低い可能性がある。例えば、表示光の－１次回析に対する効率は、約５％、約２０％、約３０％、約５０％、約７５％、約９０％、またはそれ以上を上回る場合があるが、外部光の－１次回析に対する効率は、約２％未満、約１％未満、約０．５％未満、またはそれを下回る場合がある。このように、グレーティング結合器による外部光の－１次回析によって生じたレインボーゴーストは、低減または排除され得る。
【0058】
図８は、ある特定の実施形態による導波路ディスプレイ８００の例における傾斜グレーティング結合器８２０の例を示す。導波路ディスプレイ８００は、基板６２０など、導波路８１０上のグレーティング結合器８２０を含んでよい。グレーティング結合器８２０は、導波路８１０にまたはこの外に光を結合するためのグレーティング結合器の機能を果たし得る。いくつかの実施形態では、グレーティング結合器８２０は周期ｐによる周期構造を含んでよい。例えば、グレーティング結合器８２０は、複数のリッジ８２６、およびリッジ８２６間の溝８２８を含んでよい。グレーティング結合器８２０のそれぞれの周期は、リッジ８２６および溝８２８を含んでよく、これらは、屈折率ｎｇ２によって材料が充填される空隙または領域となり得る。リッジ８２６の幅とグレーティング周期ｐとの間の比率は、デューティサイクルと称される場合がある。グレーティング結合器８２０は、例えば、約１０％～約９０％以上のデューティサイクルを有し得る。いくつかの実施形態では、デューティサイクルは周期によって異なる場合がある。いくつかの実施形態では、傾斜グレーティングの周期ｐは、グレーティング結合器８２０上で１エリアから別エリアまでさまざまであり得る、または、グレーティング結合器８２０上で１周期から別周期までさまざまで（すなわち、チャープされ）得る。
【0059】
リッジ８２６は、材料（例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＳｉＯｘＮｙ、または非晶質シリコン）、有機材料（例えば、スピンオンカーボン（ＳＯＣ）、非晶質炭素層（ＡＣＬ）、またはダイアモンド状炭素膜（ＤＬＣ））、または、無機金属酸化物層（例えば、ＴｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＴａＯｘ、ＨｆＯｘなど）、または他の多元素化合物（例えば、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＰなど）を含有するシリコンなど、ｎｇ１の屈折率を有する材料から作られてよい。それぞれのリッジ８２６は、傾斜角度αを有する前縁８３４、および傾斜角度βを有する後縁８３６を含んでよい。いくつかの実施形態では、それぞれのリッジ８２６の前縁８３４および後縁８３６は、互いに平行であってよい。換言すれば、傾斜角度αは傾斜角度βにほぼ等しい。いくつかの実施形態では、傾斜角度αは傾斜角度βと異なってよい。いくつかの実施形態では、傾斜角度αは傾斜角度βとほぼ等しくてよい。例えば、傾斜角度αと傾斜角度βとの間の差異は、２０％、１０％、５％、１％未満、またはそれ以下であってよい。いくつかの実施形態では、傾斜角度αおよび傾斜角度βは、例えば、約３０度以下～約７０％以上に及んでよい。
【0060】
いくつかの実装形態では、リッジ８２６間の溝８２８は、リッジ８２６の材料の屈折率より高いまたは低い屈折率ｎｇ２を有する材料がオーバーコートまたは充填されてよい。例えば、いくつかの実施形態では、ハフニア、チタニア、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化ジリコニウム、硫化ガリウム、窒化ガリウム、ガリウムリン、シリコン、および高屈折率ポリマーなどの高屈折率材料を使用して溝８２８を充填してよい。いくつかの実施形態では、酸化ケイ素、アルミナ、多孔質シリカ、またはフッ素化低屈折率モノマー（またはポリマー）などの低屈折率材料を使用して、溝８２８を充填してよい。その結果、リッジの屈折率と溝の屈折率との間の差異は、０．１、０．２、０．３、０．５、１．０を上回る、またはそれ以上である場合がある。
【0061】
いくつかの実装形態において、第１の傾斜領域および第２の傾斜領域のうちの１つは、約１．０の屈折率を有する空隙であり得る。第１の傾斜領域および第２の傾斜領域は、ｚ（垂直）方向に対する傾斜角度αを有し得る。第１の傾斜領域および第２の傾斜領域の高さ（Ｈ）は、傾斜角度αの接線によって分割されたグレーティング周期ｐの整数倍（ｍ）に等しいまたはこれに近い（例えば、これの約５％または１０％以内である）場合がある。すなわち、
である。図８に示される例では、ｍは１に等しい。よって、グレーティング周期における第１の傾斜領域の左上の点は、異なるグレーティング周期における別の第１の傾斜領域の左下の点と垂直に整列し得る。グレーティング結合器８２０はよって、それぞれがＨ／２の高さを有する、第１（上部）の傾斜グレーティング８２２および第２（下部）の傾斜グレーティング８２４を含み得る。第１の傾斜グレーティング８２２および第２の傾斜グレーティング８２４は、ｐ／２でｘ方向に互いにオフセットされ得る。他の実施形態において、ｍは２に等しいまたはこれを上回る場合がある。例えば、グレーティング結合器８２０は、それぞれがＨ／４の高さを有し、かつｘ方向にグレーティング周期の半分（ｐ／２）で互いにオフセットされる４つの重複した傾斜グレーティングを含んでよい。
【0062】
グレーティング結合器８２０に入射する外部光（例えば、平面波）は、同じ位相を有し得る第１の部分（外部光８３０）および第２の部分（外部光８４０）を含んでよい。外部光８３０は、グレーティング結合器８２０へと屈折し、かつ第１の傾斜グレーティング８２２によって－１次回析光８３２に回析する場合があり、外部光８４０は、グレーティング結合器８２０へと屈折し、かつ第２の傾斜グレーティング８２４によって－１次回析光８４２に回析する場合がある。点Ａおよび点Ｂは同相であってよい。従って、回析光８３２と回析光８４２との位相差は、
で近似され得る。ここで、ＯＰＬＡＣは、点Ａと点Ｃとの間の光路長（屈折率で乗算した物理長）であり、ＯＰＬＢＣは、点Ｂと点Ｃとの間の光路長であり、λ０は自由空間における外部光の波長であり、Δは、第１の傾斜グレーティング８２２による回析および第２の傾斜グレーティング８２４による回析によって生じた位相差である。ＯＰＬＡＣとＯＰＬＢＣとの間の差異はかなり小さいため、回析光８３２と回析光８４２との間の位相差はΔに近い場合がある。
【0063】
グレーティングによって回析した光の電界は、
またはＯ（ｆ）＝Ｇ（ｆ）×Ｉ（ｆ）に従ってフーリエ光学を使用して判断されてよい。ここで、Ｉ（ｆ）、Ｇ（ｆ）、およびＯ（ｆ）は、それぞれ、入力フィールドｉ（ｘ）、グレーティング関数ｇ（ｘ）、および出力フィールドｏ（ｘ）であり、
はコンボリューション演算子である。第１の傾斜グレーティング８２２に対するグレーティング関数ｇ（ｘ）のフーリエ変換は、Ｆ（ｇ（ｘ））＝Ｇ（ｆ）であり得る。第２の傾斜グレーティング８２４に対するグレーティング関数のフーリエ変換は、Ｆ（ｇ（ｘ－α））＝ｅ－ｉ２πｆαＧ（ｆ）であり得る。ここで、αは、ｘ方向における第１の傾斜グレーティング８２２と第２の傾斜グレーティング８２４とのオフセットである。グレーティングの空間周波数ｆがｌ／ｐに等しいため、αがｐ／２に等しい時、ｅ－ｉ２πｆαはｅ－ｉπになる。そのように、第１の傾斜グレーティング８２２によって回析した光の電界および第２の傾斜グレーティング８２４によって回析した光の電界は、位相が約１８０度（またはπ）ずれている場合がある。従って、Δは約πに等しい場合がある。ＯＰＬＡＣとＯＰＬＢＣとの間の光路差はかなり小さいため、
はπに近い場合があり、そのため、回析光８３２と回析光８４２との間の少なくとも部分的な相殺的干渉を生じさせる場合がある。
【0064】
グレーティング結合器８２０によって外部光の全体的な－１次回析をさらに低減させるために、回析光８３２と回析光８４２との間の位相差が約１８０度（またはπ）であることによって回析光８３２および回析光８４２が互いに打ち消し合うように相殺的に干渉できるようにすることが望ましい。いくつかの実施形態において、グレーティング結合器８２０の高さ、周期、および／または傾斜角度は、Δがπと異なり得るように調節されてよいが、
は、回析光８３２と回析光８４２との間の相殺的干渉を生じさせるようにπにほぼ等しくてよい。
【0065】
対称的な傾斜形状および高深度に加えて、傾斜表面レリーフグレーティングが高屈折率変調を有することで、単一の導波路上の単一の表面レリーフグレーティングが３原色および導波路ディスプレイの全視野を高効率で被覆可能であるようにすることも望ましい場合がある。単板構造はまた、重量を低減し、シースルー品質を改善し、および、導波路ディスプレイシステムの光学アーチファクトを低減することができる。傾斜表面レリーフグレーティングをエッチングするための超高屈折率を有する基板材料は、例えば、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＴａＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、およびＧａＰなどを含んでよい。
【0066】
上述される傾斜グレーティングは、多くの種々のナノ加工技法を使用して作製されてよい。ナノ加工技法は一般的に、パターン形成プロセスおよびポストパターン（例えば、オーバーコーティング）プロセスを含む。パターン形成プロセスを使用して傾斜グレーティングの傾斜リッジを形成してよい。傾斜リッジを形成するための多くの種々のナノ加工技法があり得る。例えば、いくつかの実装形態では、傾斜グレーティングは、傾斜エッチングを含むリソグラフィ技法を使用して作製されてよい。いくつかの実装形態では、傾斜グレーティングは、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）成形法を使用して作製可能である。ポストパターンプロセスを使用して、傾斜リッジと異なる屈折率を有する材料による傾斜リッジをオーバーコートする、および／または傾斜リッジ間の間隙を充填することができる。ポストパターンプロセスはパターン形成プロセスと無関係であってよい。よって、同じポストパターンプロセスは、任意のパターン形成技法を使用して作製される傾斜グレーティング上で使用されてよい。
【0067】
後述される傾斜グレーティングを作製するための技法およびプロセスは、単に例示の目的のものであり、限定を意図するものではない。さまざまな改良が後述される技法になされ得ることを当業者は理解するであろう。例えば、いくつかの実装形態では、後述されるいくつかの動作は省略される場合がある。いくつかの実装形態では、追加の動作は、傾斜グレーティングを作製するために行われてよい。本明細書に開示される技法を使用して、さまざまな材料上に他の傾斜構造を作製してもよい。
【0068】
図９Ａ～図９Ｃは、ある特定の実施形態による傾斜エッチングによって傾斜表面レリーフグレーティングを作製するための例示の簡略プロセスを示す。図９Ａは、フォトリソグラフィプロセスなどのリソグラフィプロセス後の構造９９０を示す。構造９００は、ガラスまたは石英基板など、上述される導波路ディスプレイの導波路として使用されてよい基板９１０を含んでよい。表面９００はまた、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＴａＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、または本明細書に説明される任意の他のグレーティング材料などのグレーティング材料９２０の層を含んでよい。基板９１０は屈折率ｎｗｇを有することができ、グレーティング材料の層９２０は屈折率ｎｇ１を有することができる。いくつかの実施形態では、グレーティング材料の層９２０は基板９１０の一部であってよい。所望のパターンを有するマスク層９３０は、グレーティング材料の層９２０上に形成されてよい。マスク層９３０は、例えば、フォトレジスト材料、金属（例えば、銅、クロム、チタン、アルミニウム、またはモリブデン）、金属間化合物（例えば、ＭｏＳｉＯＮ）、またはポリマーを含むことができる。マスク層９３０は、例えば、光学投影もしくは電子ビームリソグラフィプロセス、ＮＩＬプロセス、またはマルチビーム干渉プロセスによって形成されてよい。
【0069】
図９Ｂは、ドライエッチングプロセス（例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、ディープシリコンエッチング（ＤＳＥ）、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）、またはＩＢＥの変形）などの傾斜エッチングプロセス後の構造９４０を示す。傾斜エッチングプロセスは、１つまたは複数のサブステップを含んでよい。傾斜エッチングは、例えば、回転構造９００、および所望の傾斜角度に基づくエッチングビームによるグレーティング材料の層９２０のエッチングによって行われてよい。エッチング後、傾斜グレーティング９５０は、グレーティング材料の層９２０において形成されてよい。
【0070】
図９Ｃは、マスク層９３０が除去された後の構造９７０を示す。構造９７０は、基板９１０、グレーティング材料の層９２０、および傾斜グレーティング９５０を含んでよい。傾斜グレーティング９５０は、複数のリッジ９５２および溝９５４を含んでよい。プラズマまたはウェットエッチングなどの技法を使用して、適切な化学反応によってマスク層９３０を剥離することができる。いくつかの実装形態では、マスク層９３０は、除去されなくてよく、傾斜グレーティングの一部として使用されてよい。
【0071】
その後、いくつかの実装形態では、ポストパターン（例えば、オーバーコーティング）プロセスは、リッジ９５２の材料より高いまたは低い屈折率を有する材料によって傾斜グレーティング９５０をオーバーコートするために行われてよい。例えば、上述されるように、いくつかの実施形態では、ハフニア、チタニア、酸化タングステン、酸化ジリコニウム、硫化ガリウム、窒化ガリウム、ガリウムリン、シリコン、および高屈折率ポリマーなどの高屈折率材料は、オーバーコーティングのために使用されてよい。いくつかの実施形態では、酸化ケイ素、アルミナ、多孔質シリカ、またはフッ素化低屈折率モノマー（またはポリマー）などの低屈折率材料はオーバーコーティングのために使用されてよい。その結果、リッジの屈折率と溝の屈折率との間の差異は、０．１、０．２、０．３、０．５、１．０を上回る、またはそれ以上である場合がある。
【0072】
図１０は、傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示のイオンビームエッチング（ＩＢＥ）システム１０００を示す。イオンビームエッチングは、表面レリーフグレーティング作製における１つのプロセスイネーブラである。イオンビームエッチングは一般的に、調節可能な回転角度による回転ステージに装着される基板から材料を物理的に粉砕するために、高度に平行にされ高指向性のイオンビームを使用する。
【0073】
ＩＢＥシステム１０００はイオン源発生装置１０１０を含んでよい。イオン源発生装置１０１０は、アルゴンガスなどの不活性ガスをイオン源発生装置１０１０のチャンバ内に受けるための不活性ガス入口１０２０を含んでよい。プラズマは、ＲＦ誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置１０３０を介してイオン源発生装置１０１０において生成可能であり、ここで、高エネルギー電子は、中性物質との衝突によって注入された不活性ガス（例えば、Ａｒ）の中性物質をイオン化してよい。高密度プラズマ１０２２は、衝撃イオン化によってイオン源発生装置１０１０内で生成されてよい。高密度プラズマ１０２２は、電荷平衡での正のイオン１０２４および負の電子による多数の中性物質とみなされる場合がある。
【0074】
ＩＢＥシステム１０００はまた、イオン源発生装置１０１０内で形成される高密度プラズマ１０２２から平行イオンビーム１０６２を引き出すための１つまたは複数の配列コリメータグリッドを含んでよい。配列コリメータグリッドはさまざまなやり方で実装されてよい。例えば、図１０に示されるように、配列コリメータグリッドは、高密度プラズマ１０２２に接触しかつこの電位を制御することができる引き出しグリッド１０４０と、引き出されたイオンを加速させるために調節可能な負の高電圧供給によって駆動されてよい加速グリッド１０５０とを含んでよい。ビーム中和装置１０６０は、配列コリメータグリッドの近くに配設されてよく、エッチングされる構造上の正電荷の堆積を防止するために、平行イオンビーム１０６２と関連している正味の中性電荷束を達成するように平行イオンビーム１０６２に電子ビームを放出することができる。
【0075】
高指向性平行イオンビーム１０６２は、例えば、半導体ウエハー、ガラス基板、Ｓｉ３Ｎ４材料層、酸化チタン層、アルミナ層など、エッチングされる材料層１０８０から材料を物理的に粉砕することができる。材料層１０８０は、例えば、フォトリソグラフィプロセスによって材料層１０８０上で形成され得るマスク１０８２によって部分的に被覆されてよい。マスク１０８２は、例えば、フォトレジスト材料、金属（例えば、銅、クロム、アルミニウム、またはモリブデン）、金属間化合物（例えば、ＭｏＳｉ２）、またはポリマーを含むことができる。いくつかの実施形態では、シャッター１０９０（またはブレード）を使用して、エッチング時間および／またはエッチング領域を制御してよい。材料層１０８０は、高指向性平行イオンビーム１０６２に対して材料層１０８０の角度を改良するために回転させることができる回転ステージ１０７０に装着されてよい。材料層１０８０の角度を改良する能力によって、マスク１０８２上の最小スパッタ再付着による適合させた側壁外形の作成が可能になり得る。ＩＢＥ機構が純粋に物理的であるため、エッチング速度は所望される速さではない場合がある。さらに、エネルギーイオンは、材料層に対する化学量論的損傷を引き起こし、かつ、欠陥をもたらす場合があるため、エッチング傾斜構造の性能を劣化させる場合がある。
【0076】
図１１は、傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示の化学補助イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）システム１１００を示す。化学補助イオンビームエッチングにおいて、反応性ガス（例えば、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｎ２、Ｏ２、ＳＦ６、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＢｒなど）などの反応種は、イオンビームと無関係のプロセス内に取り入れられてよい。よって、エッチングされる材料層は物理的と化学的の両方でエッチングされ得る。
【0077】
ＩＢＥシステム１０００のように、ＣＡＩＢＥシステム１１００はイオン源発生装置１１１０を含んでよい。イオン源発生装置１１１０は、図１０に対して上述されるイオン源発生装置１０１０と同様であってよい。イオン源発生装置１１１０は、アルゴンガスなどの不活性ガスをイオン源発生装置１１１０のチャンバ内に受けるための不活性ガス入口１１２０を含んでよい。プラズマは、ＲＦ誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置１１３０を介してイオン源発生装置１１１０において生成可能である。高密度プラズマ１１２２は、衝撃イオン化によってイオン源発生装置１１１０内で生成されてよい。１つまたは複数の配列コリメータグリッドを使用して、高密度プラズマ１１２２から平行イオンビーム１１６２を引き出してよい。例えば、図１１に示されるように、配列コリメータグリッドは、高密度プラズマ１１２２に接触しかつこの電位を制御することができる引き出しグリッド１１４０と、引き出されたイオンを加速させるために調節可能な負の高電圧供給によって駆動されてよい加速グリッド１１５０とを含んでよい。ビーム中和装置１１６０は、配列コリメータグリッドの近くに配設されてよく、エッチングされる構造上の正電荷の堆積を防止するために、平行イオンビーム１１６２と関連している正味の中性電荷束を達成するように平行イオンビーム１１６２に電子ビームを放出することができる。
【0078】
さらに、反応性ガス１１６６（例えば、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｎ２、Ｏ２、ＳＦ６、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＢｒなど）は、ガスこんろ１１６４を使用してエッチングされる材料層１１８０上に注入されてよい。一般に、反応性ガス１１６６は、材料層１１８０に近い場所で注入され得る。反応性ガスおよび平行イオンビーム１１６２は、マスク１１８２によって被覆されない材料層１１８０のエリアに達することができ、かつ、非被覆エリアを（ＩＢＥでのように）物理的と化学的の両方でエッチングしてよい。例えば、ガラス基板は、
ＳｉＯ２＋ＣＦ４→ＳｉＦ４＋ＣＯ２
に従って、反応性ガスＣＦ４によって化学的にエッチングされてよい。ＳｉＦ４およびＣＯ２は、容易に除去され得る揮発性材料である。ＩＢＥシステム１０００のように、ＣＡＩＢＥシステム１１００は、エッチング時間および／またはエッチング領域を制御するためのシャッター１１９０（またはブレード）を含んでよい。材料層１１８０は、高指向性平行イオンビーム１１６２に対して材料層１１８０の角度を改良するために回転させることができる回転ステージ１１７０に装着されてよい。ある特定の材料に対して、ＣＡＩＢＥシステムは、ＩＢＥシステムに対して、エッチング異方性、スパッタ再付着、およびエッチング速度のさらなる制御を与えることができる。
ＳｉＯ２＋ＣＦ４→ＳｉＦ４＋ＣＯ２
に従って、反応性ガスＣＦ４によって化学的にエッチングされてよい。ＳｉＦ４およびＣＯ２は、容易に除去され得る揮発性材料である。ＩＢＥシステム１０００のように、ＣＡＩＢＥシステム１１００は、エッチング時間および／またはエッチング領域を制御するためのシャッター１１９０（またはブレード）を含んでよい。材料層１１８０は、高指向性平行イオンビーム１１６２に対して材料層１１８０の角度を改良するために回転させることができる回転ステージ１１７０に装着されてよい。ある特定の材料に対して、ＣＡＩＢＥシステムは、ＩＢＥシステムに対して、エッチング異方性、スパッタ再付着、およびエッチング速度のさらなる制御を与えることができる。
【0079】
図１２は、傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示の反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）システム１２００を示す。反応性イオンビームエッチングシステム１２００は、反応性ガス（例えば、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｎ２、Ｏ２、ＳＦ６、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＢｒなど）が、エッチングされる材料層を物理的と化学的の両方でエッチングすることができる反応性イオンビームを形成するためのイオン源発生装置に注入可能であってもよいことを除いて、ＩＢＥシステム１０００と同様であってよい。
【0080】
ＲＩＢＥシステム１２００は、ＩＢＥシステム１０００と同様であってよく、高密度プラズマ１２２２を生成するためのイオン源発生装置１２１０を含んでよい。イオン源発生装置１２１０は、反応性ガス（例えば、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｎ２、Ｏ２、ＳＦ６、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、またはＨＢｒなど）、および場合によっては、不活性ガス（例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、またはネオンガス）を、イオン源発生装置１２１０のチャンバ内に受けるためのガス入口１２２０を含んでよい。高密度プラズマ１２２２は、ＲＦ誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置１２３０を介してイオン源発生装置１２１０における衝撃イオン化によって生成されてよい。１つまたは複数の配列コリメータグリッドを使用して、高密度プラズマ１２２２から平行反応性イオンビーム１２６２を引き出してよい。例えば、図１２に示されるように、配列コリメータグリッドは、高密度プラズマ１２２２に接触しかつこの電位を制御することができる引き出しグリッド１２４０と、引き出された反応性イオンを加速させるために調節可能な負の高電圧供給によって駆動されてよい加速グリッド１２５０とを含んでよい。ビーム中和装置１２６０は、配列コリメータグリッドの近くに配設されてよく、エッチングされる構造上の正電荷の堆積を防止するために、平行反応性イオンビーム１２６２と関連している正味の中性電荷束を達成するように平行反応性イオンビーム１２６２に電子ビームを放出することができる。
【0081】
平行反応性イオンビーム１２６２は、マスク１２８２によって被覆されない材料層１２８０のエリアに達することができ、かつ、非被覆エリアを物理的と化学的の両方でエッチングしてよい。ＩＢＥシステム１０００およびＣＡＩＢＥシステム１１００のように、ＲＩＢＥシステム１２００は、エッチング時間および／またはエッチング領域を制御するためのシャッター１２９０（またはブレード）を含んでもよい。材料層１２８０は、高指向性平行反応性イオンビーム１２６２に対して材料層１２８０の角度を改良するために回転させることができる回転ステージ１２７０に装着されてよい。ある特定の材料に対して、ＲＩＢＥシステムは、ＩＢＥシステムに対して、エッチング異方性、スパッタ再付着、およびエッチング速度のさらなる制御を与えることができる。
【0082】
多くの材料（例えば、窒化ケイ素、有機材料、または無機金属酸化物）および／またはある特定の所望の傾斜特徴（例えば、実質的に等しい前縁および後縁を有するグレーティングリッジ）について、ＩＢＥプロセス、ＲＩＢＥプロセス、およびＣＡＩＢＥプロセスなどのこれらの既知のエッチングプロセスは、傾斜構造を確実に作製するために使用されない場合がある。１つの理由は、これらのプロセスが所望の材料上で所望の傾斜構造をエッチングするための反応物および／またはプロセスパラメータの適切な組み合わせを提供しない場合があることである。ある特定の実施形態によると、化学補助反応性イオンビームエッチング（ＣＡＲＩＢＥ）プロセスを使用して、さまざまな材料上に傾斜表面レリーフ構造を作製することができる。本明細書に開示されるＣＡＲＩＢＥプロセスは、イオン源およびガスこんろにおいて適切な化学成分を提供することによってラジカルおよびイオンのより効率的な制御を提供することができるため、外形の改善、およびエッチングのための化学成分のより多くの量を必要とする材料に対するマスク選択性を可能にすることができ、また、エッチング停止マージンを大きくするのに役立つ場合がある。ＣＡＲＩＢＥプロセスを使用して、傾斜構造の特徴は、化学成分のより多くの量を必要とする場合がある材料を含むさまざまな材料上でより精確に作製可能である。いくつかの実施形態では、本明細書で説明されるプロセスを使用して、グレーティングとの相互作用、および／またはグレーティングと相互作用する光の間の干渉による、光反射、屈折、および／または回析のような光の挙動を制御する物体上のグレーティングを作製することができる。いくつかの実施形態では、グレーティングは傾斜させてよく、物体は、導波路ディスプレイのための導波路といった光学要素であってよい。
【0083】
図１３は、ある特定の実施形態による傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示の化学補助反応性イオンビームエッチング（ＣＡＲＩＢＥ）システム１３００を示す。ＣＡＲＩＢＥシステム１３００は反応性イオン源発生装置１３１０を含んでよい。反応性イオン源発生装置１３１０は、反応性ガス（例えば、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｎ２、Ｏ２、ＳＦ６、Ｈ２、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＢｒなど）、および場合によっては、不活性ガス（例えば、アルゴンガス）を、反応性イオン源発生装置１３１０のチャンバ内に受けるためのガス入口１３２０を含んでよい。高密度プラズマ１３２２は、ＲＦ誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置１３３０を介して反応性イオン源発生装置１３１０における衝撃イオン化によって生成されてよい。１つまたは複数の配列コリメータグリッドを使用して、高密度プラズマ１３２２から平行反応性イオンビーム１３６２を引き出してよい。例えば、図１３に示されるように、配列コリメータグリッドは、高密度プラズマ１３２２に接触しかつこの電位を制御することができる引き出しグリッド１３４０と、引き出された反応性イオンを加速させるために調節可能な負の高電圧供給によって駆動されてよい加速グリッド１３５０とを含んでよい。ビーム中和装置１３６０は、配列コリメータグリッドの近くに配設されてよく、エッチングされる構造上の正電荷の堆積を防止するために、平行反応性イオンビーム１３６２と関連している正味の中性電荷束を達成するように平行反応性イオンビーム１３６２に電子ビームを放出することができる。
【0084】
さらに、ＣＡＲＩＢＥシステム１３００は、反応性ガス１３６６（例えば、ＣＦ４、ＮＦ３、ＣＨＦ３、Ｎ２、Ｏ２、ＳＦ６、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＢｒなど）を材料層に近い場所でエッチングされる材料層上に注入するためのガスこんろ１３６４を含んでよい。平行反応性イオンビーム１３６２（または、中和後の中性物質１３６８）および反応性ガス１３６６は、マスク１３８２によって被覆されない材料層１３８０のエリアに達することができ、物理的な粉砕および化学反応により非被覆エリアを物理的かつ化学的にエッチングしてよい。例えば、Ｓｉ３Ｎ４層は、
Ｓｉ３Ｎ４＋４ＣＦ３＋Ｆ→ＮＦ３＋ＦＣＮｚ＋３ＳｉＦ４
に従って反応性ガスＣＦ４によって化学的にエッチングされてよく、ここで、ＮＦ３、ＦＣＮｚ、およびＳｉＦ４は、揮発性材料であってよく、Ｓｉ３Ｎ４層において傾斜構造を形成するために比較的容易に除去可能である。ＣＡＲＩＢＥプロセスにおいて材料層１３８０に達するビームにおける中性物質対イオン比は、ＲＩＢＥまたはＣＡＩＢＥプロセスにおけるものより高い場合がある。
Ｓｉ３Ｎ４＋４ＣＦ３＋Ｆ→ＮＦ３＋ＦＣＮｚ＋３ＳｉＦ４
に従って反応性ガスＣＦ４によって化学的にエッチングされてよく、ここで、ＮＦ３、ＦＣＮｚ、およびＳｉＦ４は、揮発性材料であってよく、Ｓｉ３Ｎ４層において傾斜構造を形成するために比較的容易に除去可能である。ＣＡＲＩＢＥプロセスにおいて材料層１３８０に達するビームにおける中性物質対イオン比は、ＲＩＢＥまたはＣＡＩＢＥプロセスにおけるものより高い場合がある。
【0085】
ＣＡＩＢＥシステム１３００は、エッチング時間および／またはエッチング領域を制御するためのシャッター１３９０（またはブレード）を含んでよい。材料層１３８０は、高指向性平行反応性イオンビーム１３６２に対して材料層１３８０の角度を改良するために回転させることができる回転ステージ１３７０に装着されてよい。その結果、複数の溝１３８４および複数のリッジ１３８６を含む傾斜構造は、材料層１３８０において形成可能である。リッジ１３８６の幅および傾斜角度は、ＩＢＥ、ＲＩＢＥ、またはＣＡＩＢＥプロセスと比較してより正確に制御可能である。
【0086】
一般に、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバなど、半導体エッチングにおいて使用されるイオン源発生装置は、石英で作られる内部空洞層を含んでよい。水素ガスなどのある特定のガスがイオン源発生装置において加えられる時、チャンバにおいて生成される水素イオンなどのある特定のイオンは、石英層に進入および／または石英層と反応する場合があり、石英層の物理的性質および／または化学的性質を変える場合があり、これによって、石英層に損傷が生じる場合がある。ある特定の実施形態によると、イオン源発生装置における石英層は、本明細書に説明される水素系または水素補助イオンビームエッチングなどのエッチングプロセスの選択に使用するために、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）またはＹ２Ｏ３などの酸化物材料と置き換えられてよい。
【0087】
図１４は、ある特定の実施形態による傾斜表面レリーフ構造を作製するための化学補助反応性イオンビームエッチング（ＣＡＲＩＢＥ）システム１４００のさらなる例を示す。ＣＡＲＩＢＥシステム１４００は、イオン源発生装置１０１０、１１１０、１２１０、または１３１０と同様であり得る反応性イオン源発生装置などのイオン源発生装置１４１０を含んでよい。イオン源発生装置１４１０は、Ｈ２、Ｎ２、ＮＦ３、ＮＨ３、ＣＨ４、ＣＨＦ３、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２Ｆ８、ＳＦ６、ＣＬＦ３、Ｎ２Ｏ、Ｏ２、ＳＯ２、ＣＯＳ、Ｈｅ、Ｃｌ２、ＨＢｒ、またはＢＣｌ３などのある特定の組み合わせなどのガスをイオン源発生装置１４１０のチャンバ内に受けるための不活性ガス入口１４２０を含んでよい。プラズマは、ＲＦ誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置１４３０を介してイオン源発生装置１４１０において生成可能であり、ここで、高エネルギー電子は、中性物質との衝突によって注入された不活性ガス（例えば、水素含有もしくは水素系ガス種、または窒素含有もしくは窒素系ガス種）の中性物質をイオン化してよい。高密度プラズマ１４２２は、衝撃イオン化によってイオン源発生装置１４１０内で生成されてよい。高密度プラズマ１４２２は、電荷平衡での正のイオン１４２４および負の電子を含んでよい。
【0088】
イオン源発生装置１４１０の内部空洞の表面層１４１２は、チャンバにおいて生成される水素イオンが、表面層１４１２に進入しなくてよいまたは表面層１４１２と反応しなくてよいように、および、表面層１４１２の物理的性質および／または化学的性質を変えなくてよいように、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）または酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などの酸化物材料の層を含んでよい。よって、表面層１４１２は空洞内で生成されるイオンによって損傷され得ない。
【0089】
ＣＡＲＩＢＥシステム１４００はまた、イオン源発生装置１４１０内で形成される高密度プラズマ１４２２から平行反応性イオンビーム１４６２を引き出すための１つまたは複数の配列コリメータグリッドを含んでよい。配列コリメータグリッドはさまざまなやり方で実装されてよい。例えば、図１４に示されるように、配列コリメータグリッドは、高密度プラズマ１４２２の電位を制御することができる引き出しグリッド１４４０と、引き出されたイオンを加速させるために調節可能な（負または正の）高電圧供給によって駆動されてよい加速グリッド１４５０とを含んでよい。ビーム中和装置１４６０は、オプションとして、配列コリメータグリッドの近くに位置付けられてよい。ビーム中和装置１４６０は、エッチングされる構造上の正電荷の堆積を防止するために、平行反応性イオンビーム１４６２と関連している正味の中性電荷束を達成するように平行反応性イオンビーム１４６２に電子ビームを放出してよい。
【0090】
ＣＡＲＩＢＥシステム１４００は、材料層に近い場所でエッチングさせるために、反応性ガス１４６６（例えば、ＣＦ４、ＮＦ３、ＳＦ６、ＣＨＦ３、Ｎ２、Ｏ２、Ｃｌ２、ＨＢｒ、ＢＣｌ３など）を材料層上に注入するためのガスこんろ１４６４をさらに含んでよい。平行反応性イオンビーム１４６２（および／または中和後の中性物質１４６８）および反応性ガス１４６６は、マスク１４８２によって被覆されない材料層１４８０のエリアに達することができ、物理的な粉砕および化学反応により非被覆エリアを物理的かつ化学的にエッチングしてよい。ＣＡＲＩＢＥプロセスにおいて材料層１４８０に達するビームにおける中性物質対イオン比は、ＲＩＢＥまたはＣＡＩＢＥプロセスにおけるものより高い場合がある。
【0091】
ＣＡＲＩＢＥシステム１４００は、エッチング時間および／またはエッチング領域を制御するためのシャッター１４９０（またはブレード）を含んでよい。材料層１４８０は、高指向性平行反応性イオンビーム１４６２に対して材料層１４８０の角度を改良するために回転させることができる回転ステージ１４７０に装着されてよい。その結果、複数の溝１４８４および複数のリッジ１４８６を含む傾斜構造は、材料層１４８０において形成可能である。リッジ１４８６の幅および傾斜角度は、ＩＢＥ、ＲＩＢＥ、またはＣＡＩＢＥプロセスと比較してより正確に制御可能である。
【0092】
図１５Ａは、ある特定の実施形態による低屈折率基板１５１０上の傾斜グレーティング１５１２の例を示す。低屈折率基板１５１０は、例えば、約１．４６～約１．５の屈折率を有し得る石英基板であってよい。よって、低屈折率基板１５１０上に形成される傾斜グレーティング１５１２は、低屈折率を有してよい。いくつかの実施形態において、より良い性能（例えば、高効率）を達成するために、グレーティングリッジとグレーティング溝との間に高屈折率のコントラストが達成可能であるような、高屈折率を有するグレーティングが必要とされる場合がある。
【0093】
図１５Ｂは、ある特定の実施形態による、低屈折率基板１５２０上で高屈折率材料または超高屈折率材料（または、単に超高屈折率材料）で作製された傾斜グレーティング１５２２の例を示す。低屈折率基板１５２０は、例えば、約１．４６～約１．５の屈折率を有し得る石英基板を含んでよい。高屈折率材料または超高屈折率材料の層は、低屈折率基板１５２０上に形成（例えば、付着）され得る。傾斜グレーティング１５２２は高屈折率材料または超高屈折率材料の層においてエッチングされてよい。高屈折率材料は、例えば、（約１．７の屈折率を有し得る）ＳｉＯＮ、または、（約２．１の屈折率を有し得る）Ｓｉ３Ｎ４を含んでよい。超高屈折率材料は、例えば、２．３またはそれ以上（例えば、２．３、２．４、２．５、２．６、またはそれ以上）の屈折率を有し得る、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、またはＧａＰなどを含んでよい。そのように、グレーティングリッジとグレーティング溝との間に比較的高い屈折率のコントラストが達成可能である。
【0094】
図１５Ｃは、ある特定の実施形態による高屈折率基板１５３０上の傾斜グレーティング１５３２の例を示す。傾斜グレーティング１５３２および基板１５３０は、ＳｉＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、およびＧａＰなどの同じ材料のものであってよく、同じ高屈折率を有してよい。そのように、グレーティングリッジとグレーティング溝との間に比較的高い屈折率のコントラストが達成可能である。
【0095】
上述されるように、高屈折率または超高屈折率を有する材料（例えば、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、およびＧａＰなど）においてエッチングされるグレーティングを使用して、３原色の全視野からの光を高効率で回析し得る単一の表面レリーフグレーティングが得られ得る。しかしながら、超高屈折率材料上に、グレーティングリッジの前縁と後縁との間に、大きな深度、大きな傾斜角度、および／または高対称性を有する表面レリーフグレーティングをより効率的にかつより精確に製造することは困難である。例えば、いくつかの既存の技法を使用すると、エッチング速度は低い場合があり、大きな傾斜角度（例えば、＞４５度）またはグレーティングの深さ（例えば、＞１００ｎｍ）は達成されない場合があり、グレーティングリッジの、前縁の傾斜角度および後縁の傾斜角度は非常に異なる場合があり、グレーティングリッジの、前縁の長さおよび後縁の長さは非常に異なる場合があり、エッチング速度は低い場合がある。
【0096】
図１６Ａは、既存のプロセスを使用して作製される傾斜グレーティング１６００の例を示す。傾斜グレーティング１６００は、ＴｉＯｘ材料層などの超高屈折率材料層１６０２上で作製されてよい。超高屈折率材料層１６０２の屈折率は、２．３を上回ってまたは約２．３であってよい。上述されるように、ある特定の実施形態による多くの応用では、ある特定の所望の性能を達成するために、傾斜グレーティングのリッジの前縁および後縁は実質的に互いに平行である、および／またはリッジの前縁および後縁は同様の長さを有することが望ましいことが多い。しかしながら、図１６Ａに示されるように、傾斜グレーティング１６００のリッジ１６１０の前縁１６１２の傾斜角度は、傾斜グレーティング１６００のリッジ１６１０の後縁１６１４の傾斜角度と非常に異なっている場合がある。さらに、傾斜グレーティング１６００のリッジ１６１０の前縁１６１２の長さは、傾斜グレーティング１６００のリッジ１６１０の後縁１６１４の長さと非常に異なっている場合がある。傾斜グレーティング１６００の深さは非常に小さい場合もある。
【0097】
図１６Ｂは、既存のプロセスを使用して作製される傾斜グレーティング１６５０の別の例を示す。傾斜グレーティング１６５０は、ＳｉＣ材料層などの超高屈折率材料層１６５２上で作製されてよい。超高屈折率材料層１６０２の屈折率は、２．３を上回ってまたは約２．３であってよい。傾斜グレーティング１６００と同様に、図１６Ｂに示されるように、傾斜グレーティング１６５０のリッジ１６６０の前縁１６６２の傾斜角度は、傾斜グレーティング１６５０のリッジ１６６０の後縁１６１４の傾斜角度と非常に異なっている場合がある。さらに、傾斜グレーティング１６００のリッジ１６１０の前縁１６６２の長さは、傾斜グレーティング１６００のリッジ１６１０の後縁１６６４の長さと非常に異なっている場合がある。傾斜グレーティング１６５０は非常に浅い場合がある。
【0098】
傾斜グレーティング１６００および傾斜グレーティング１６５０の小さな深度、および傾斜グレーティング１６００および傾斜グレーティング１６５０に示されるような前縁および後縁の傾斜角度間および長さ間の大きな差異は、既存のプロセスの化学エッチングによる超高屈折率材料の低エッチ速度、およびエッチングプロセスの間に生成されるある特定のエッチング材料（例えば、炭素または他の残留物）の蓄積によって引き起こされ得る。従って、既存のプロセスを使用して超高屈折率材料において作製された傾斜グレーティングは、所望の特徴を有さない場合があり、ひいては、ある特定の応用にとって所望の性能を達成しない場合がある。
【0099】
いくつかの実施形態によると、ＣＡＲＩＢＥプロセスは、傾斜グレーティングをより効率的におよび／または精確に作製するために実施されてよい。いくつかの実施形態において、水素イオンおよび窒素イオンを含有するイオンビームは、イオン源発生装置を使用して生成されてよい。特定の理論に縛られることを意図するものではなく、イオンビームにおける水素イオンおよび窒素イオンは、エッチングされる超高屈折率材料（例えば、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＰなど）における結合をドープしかつ破壊し得ることで、超高屈折率材料のエッチングおよび除去が促進される。例えば、窒素イオンまたは原子は、これらの比較的重い質量、ひいては高い運動エネルギーにより、材料がより容易にエッチングされ得るように、その他の場合はより軽量なイオン（例えば、水素イオン）では破壊されない場合があるいくつかの結合を破壊し得る。さらに、窒素は、Ｓｉ、Ｔｉ、またはＨｆなどと反応しないことで、不揮発性酸化物を形成し得る。
【0100】
水素イオンまたは原子は、これらの小さなサイズにより、超高屈折率材料層における結晶構造および／または化学結合を崩壊させるように超高屈折率材料層により深く浸透し得る。窒素によるいくつかの結合の破壊は、超高屈折率材料層への水素の浸透を促進し得る。窒素はＳｉ、Ｔｉ、またはＨｆなどによって揮発性化合物を形成しない場合があるが、水素および／または窒素をドープした超高屈折率材料は、フッ素系反応性ガス、塩素系反応性ガス、または臭素系反応性ガスなどの反応性ガスと反応して、容易に除去され得る揮発性材料を形成し得る。フッ素系、塩素系、または臭素系反応性ガスは、イオン源発生装置に追加されてよい、および／または、水素および／または窒素をドープした超高屈折率材料と反応して揮発性材料を形成するように、ガスこんろを介してエッチングされる超高屈折率材料に加えられてよい。このように、対称的なおよび／または深い傾斜グレーティングは、例えば、約２．３を上回る（例えば、２．３、２．４、２．５、２．６、またはそれ以上の）超高屈折率を有する材料においてより効率的にエッチングされ得る。さらに、基板の温度は、エッチングプロセスをさらに制御するためのノブ（ｋｎｏｂ）として使用可能である。
【0101】
いくつかの実施形態によると、水素イオンおよび窒素イオンは、Ｈ２、Ｎ２、ＮＦ３、ＮＨ３、ＣＨ４、ＣＨＦ３およびＨＢｒなどの１つまたは複数をイオン源発生装置に追加することによって生成され得る。フッ素系反応性ガスは、ＣＦ４、ＮＦ３、およびＳＦ６などの１つまたは複数を含み得る。塩素系反応性ガスは、Ｃｌ２およびＢＣｌ３などの１つまたは複数を含み得る。臭素系反応性ガスは、ＨＢｒなどの１つまたは複数を含み得る。水素および窒素を含む反応性イオンビームおよび反応性ガスは、エッチマスク（例えば、マスク１４８２）によって被覆されない超高屈折率材料層のエリアに達することができ、物理的な粉砕および／または化学反応により非被覆エリアを物理的と化学的の両方でエッチングしてよい。例えば、ＳｉＣ材料層の非被覆エリアは、フッ素系反応性ガスと反応して、ＳｉＦ４、ならびにＣＨ４、ＣＮ、ＣＦ４、ＣＣｌ４、およびＣＢｒ４などの１つまたは複数などの揮発性材料を形成し得るＳｉｗＨｘＮｙＣｚＦ、ＳｉｗＨｘＮｙＣｚＣｌ、またはＳｉｗＨｘＮｙＣｚＢｒに、イオン注入および表面反応によって変換されてよい。別の例として、ＴｉＯｘ層（例えば、ＴｉＯ２層）の非被覆エリアは、フッ素系反応性ガスと反応して、ＴｉＦ４、ならびにＯ２、ＣＯ２、およびＨ２Ｏなどの１つまたは複数などの揮発性材料を形成し得るＴｉｗＨｘＮｚＦ、ＴｉｗＨｘＮｚＣｌ、またはＴｉｗＨｘＮｚＢｒにイオン注入および表面反応によって変換されてよい。揮発性材料は、エッチングエリアから比較的容易に除去可能であるため、下層材料のさらなるエッチングを防止するまたは妨げる場合がある残留物をエッチングエリアにおいて形成することがない。
【0102】
図１７Ａは、ある特定の実施形態による、水素イオンおよび窒素イオンを含有するイオンビームを利用するＣＡＲＩＢＥプロセスを使用して作製される傾斜グレーティング１７００の例を示す。傾斜グレーティング１７００は、本明細書に説明される任意の適切なマスクを使用してＴｉＯｘ層において作製されてよい。図１７Ａに示されるように、傾斜グレーティング１７００のリッジ１７１０の前縁１７１２の傾斜角度は、傾斜グレーティング１７００のリッジ１７１０の後縁１７１４の傾斜角度と同様であってよい。図１７Ａに示される例では、前縁１７１２および／または後縁１７１４の傾斜角度は約４５度であってよい。前縁１７１２の傾斜角度と後縁１７１４の傾斜角度との間の差異は、１０度未満、５度未満、４度未満、３度未満、２度未満、１度未満、またはこれらを下回ってよい。図１７Ａにさらに示されるように、前縁１７１２の長さと後縁１７１４の長さとの間の差異は、図１６Ｂに示される、前縁１６１２の長さと後縁１６１４の長さとの間の差異を大幅に下回る。傾斜グレーティング１６００におけるよりも傾斜グレーティング１７００において達成される深さの方がはるかに大きい。
【0103】
図１７Ｂは、ある特定の実施形態による水素イオンおよび窒素イオンを含有するイオンビームを利用するＣＡＲＩＢＥプロセスを使用して作製される傾斜グレーティング１７５０の別の例を示す。傾斜グレーティング１７５０は、本明細書に説明される適切なマスクを使用してＳｉＣ層上に作製されてよい。図１７Ｂに示されるように、傾斜グレーティング１７５０のリッジ１７６０の前縁１７６２の傾斜角度は、傾斜グレーティング１７５０のリッジ１７６０の後縁１７６４の傾斜角度と同様であってよい。前縁１７６２の傾斜角度と後縁１７６４の傾斜角度との間の差異は、１０度未満、５度未満、４度未満、３度未満、２度未満、１度未満、またはこれらを下回ってよい。図１７Ｂにさらに示されるように、前縁１７６２の長さと後縁１７６４の長さとの間の差異は、図１６Ｂに示される、前縁１６６２の長さと後縁１６６４の長さとの間の差異を大幅に下回る。傾斜グレーティング１７５０におけるグレーティング溝の深さは、傾斜グレーティング１６５０における該深さよりもはるかに大きくてよい。図１７Ｂに示される例において、リッジ１７６０の幅は約２００ｎｍであってよく、傾斜グレーティング１７５０のデューティサイクルは約６０％を上回ってよい。グレーティング溝の底部はまた、傾斜グレーティング１６５０と比較して比較的平坦であり得る。リッジ１７６０の深さは約１３０ｎｍであってよく、上のマスク層１７６６は厚さが２７ｎｍであってよい。よって、前縁が実質的に後縁に平行である細長く深い傾斜溝は、本明細書に開示されるプロセスを使用して作製され得る。
【0104】
図１７Ａおよび図１７Ｂは、水素および窒素の同時ドーピングなど、本明細書に開示されるＣＡＲＩＢＥ技法が、約２．３またはそれ以上の屈折率を有し得る超高屈折率材料において対称形状および対象の深さを有する傾斜構造を作製するために使用可能であることを示している。本明細書に開示されるＣＡＲＩＢＥ技法は、前縁および後縁が互いに平行なまたは実質的に平行な（例えば、傾斜角度の差異が約１度、２度、３度、５度、または１０度未満である）傾斜構造を確実に作製するために使用可能である。エッチングされた傾斜グレーティングの対称形状、高深度、および大きな屈折率変調は、導波路ディスプレイの入力または出力結合器の性能の改善をもたらす場合がある。さらにまた、本明細書に開示されるＣＡＲＩＢＥ技法は、前縁と後縁との間の平行関係を維持しながら、深く細長い表面レリーフ構造をより効率的かつ精確に作製するために使用可能である。
【0105】
図１８は、ある特定の実施形態による傾斜表面レリーフ構造を作製する方法の例を示す簡略化されたフローチャート１８００である。傾斜表面レリーフ構造は、約２．３またはそれ以上の屈折率を有し得る超高屈折率材料（例えば、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＰなど）において作製されてよい。フローチャート１８００に説明される動作は、単に例示の目的のためのものであり、限定を意図するものではない。さまざまな実装形態では、さらなる動作を追加するまたはいくつかの動作を省略するためにフローチャート１８００に改良がなされてよい。フローチャート１８００に説明される動作は、例えば、上述されるＣＡＲＩＢＥシステム１４００を使用して行われてよい。
【0106】
ブロック１８１０において、第１の反応性ガスは、図１４に示されるイオン源発生装置１４１０などのイオン源発生装置のチャンバ内に注入されてよい。第１の反応性ガスは、水素イオンおよび窒素イオンがイオン源発生装置によって生成され得るように、例えば、Ｈ２、Ｎ２、ＮＦ３、ＮＨ３、ＣＨ４、ＣＨＦ３、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、およびＨＢｒなどの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、作製されたグレーティングにおける炭素付着を最小化または排除するために、第１の反応性ガスは炭素を含まない場合がある。例えば、第１の反応性ガスは、Ｈ２、Ｎ２、ＮＦ３、およびＮＨ３の１つまたは複数を含み得る。
【0107】
いくつかの実施形態において、第１の反応性ガスは水素および窒素の両方を含み得る単一ガスであってよい。いくつかの実施形態において、第１の反応性ガスは、複数の（例えば、２つまたはそれ以上の）ガス種を含んでよく、この場合、１つまたは複数のガス種は少なくとも水素を含み、１つまたは複数のガス種は少なくとも窒素を含む。複数のガス種は、同時にまたは連続してイオン源発生装置のチャンバ内に注入されてよい。例えば、いくつかの実施形態において、第１の反応性ガスは、水素系反応性ガスおよび窒素系反応性ガスを含んでよい。いくつかの実施形態において、水素系反応性ガスはイオン源発生装置のチャンバ内に最初に注入されてよく、次いで、窒素系反応性ガスがイオン源発生装置のチャンバ内に注入されてよく、その逆もまた同様に行われてよい。いくつかの実施形態において、水素系反応性ガスおよび窒素系反応性ガスは、イオン源発生装置のチャンバ内に同時に注入されてよく、これによって生産スループットが改善され得る。いくつかの実施形態では、アルゴン、Ｈｅ、またはＮｅなどの不活性ガスも、反応性イオン源発生装置に注入されてよい。
【0108】
ブロック１８２０において、イオン源発生装置は、イオン源発生装置のチャンバにおいて高密度プラズマを生成してよい。例えば、時間的に変化する電流（例えば、ＲＦ電流信号）は、その電流の周りで時間的に変化する磁界を生じさせてよいコイルを通過可能である。時間的に変化する磁界は、次に、イオン源発生装置のチャンバにおいて電場を誘導し、かつ電子の放電をもたらしてよい。放電した電子は、イオン源発生装置のチャンバにおいてガスに衝撃を与えて反応性イオン（例えば、水素イオンおよび窒素イオン）を生成してよい。よって、イオン源発生装置のチャンバは、中性物質、イオン、および電子を含んでよい。
【0109】
ブロック１８３０では、水素イオンおよび窒素イオンを含む反応性イオンは、高密度プラズマから引き出されてよく、エッチングされる材料層に向けて平行反応性イオンビームを形成するために加速させてよい。上述されるように、例えば、１つまたは複数の配列コリメータグリッドを使用して、高指向性、高エネルギーの平行反応性イオンビームを形成するために反応性イオンを引き出しかつ加速させてよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の配列コリメータグリッドは、高密度プラズマに接触しかつこの電位を制御することができる引き出しグリッドと、イオンを加速させるために調節可能な負の高電圧供給によって駆動されてよい加速グリッドとを含んでよい。
【0110】
オプションとして、ブロック１８４０では、配列コリメータグリッドによってイオン源発生装置から引き出された平行反応性イオンビームは、ほぼ電荷平衡である、中性物質ならびに／またはイオンおよび電子を含んでよい平行ビームを形成するために電子ビームによって中和されてよい。従って、平行ビームは電子的に中性であり得るため、エッチングされる材料層上の正電荷の堆積を防止することが可能である。
【0111】
ブロック１８５０において、第２の反応性ガスは、エッチングされる材料層上に注入されてよい。第２の反応性ガスは、フッ素系反応性ガスまたは塩素系反応性ガスを含んでよい。フッ素系反応性ガスは、例えば、ＣＦ４、ＮＦ３、およびＳＦ６などを含み得る。塩素系反応性ガスは、例えば、Ｃｌ２およびＢＣｌ３などを含み得る。臭素系反応性ガスは、例えば、ＨＢｒなどを含み得る。第２の反応性ガスは、エッチングされる材料層に近い場所で注入され得る。例えば、第２の反応性ガスは、上述されるようなガスこんろを使用して材料層上に注入されてよい。いくつかの実施形態において、第２の反応性ガスは、第１の反応性ガスと共にイオン源発生装置に追加されてよい。
【0112】
ブロック１８６０では、平行ビームおよび第２の反応性ガスは両方共、上述されるように材料層を物理的に粉砕しかつ化学的にエッチングしてよい。上述されるように、エッチングされる材料層は、ＴｉＯｘ、ＬｉＮｂＯ３、ＨｆＯｘ、ＴｉＳｉＯｘ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＡｓ、およびＧａＰなどの（例えば、２．３を上回るまたは約２．３の）超高屈折率を有する材料層を含んでよい。さらに上述されるように、エッチングされる材料層は、材料層上でエッチングされる傾斜構造の所望の傾斜角度に基づいて傾けられてよく、かつ平行ビームの方向に対して回転させてよい回転ステージに装着させてよい。材料層は、傾斜構造の断面の所望のパターンと同様のパターンを含むパターンマスクによって部分的に被覆されてよい。いくつかの実施形態では、シャッターまたはブレードを使用して、材料層上のエッチング時間および／またはエッチング領域を制御してよい。
【0113】
いくつかの実施形態において、傾斜構造は傾斜グレーティングを含んでよい。フローチャート１８００において説明される方法を使用して作製される傾斜グレーティングの前縁および後縁の傾斜角度は、材料層の面法線に対して、約３０度を上回って、約３５度を上回って、約４０度を上回って、約４５度を上回って、約５０度を上回って、約５５度を上回って、または約６０度を上回ってよい。前縁の長さと後縁の長さとの間の差異は、後縁の長さの、約３０％未満、約２５％未満、約２０％未満、約１５％未満、約１０％未満、または約５％未満であってよい。フローチャート１８００において説明される方法を使用して作製される傾斜グレーティングの深さは、約１００ｎｍを上回って、約１２５ｎｍを上回って、約１５０ｎｍを上回って、約１７５ｎｍを上回って、または約２００ｎｍを上回ってよい。傾斜グレーティングのデューティサイクルは、約２０％未満であって、約３０％未満であって、約４０％未満であって、約５０％未満であって、約５０％を上回って、約６０％を上回って、約７０％を上回って、約８０％を上回って、または約９０％を上回ってよい。よって、イオン注入および／または表面反応によって水素イオンおよび窒素イオンで超高屈折率材料層をドープすることによって、大きな深度、大きな傾斜角度、高デューティサイクル範囲、および対称的なリッジ外形などを有する傾斜グレーティングが、精確かつ効率的に作製され得る。
【0114】
任意の特定の理論に縛られることを意図するものではなく、窒素イオンは、比較的大きな質量であるとして、超高屈折率材料に浸透すること、および超高屈折率材料の強力な化学結合を崩壊または破壊することにおいて、非常に効果的であり得る。水素イオンは、比較的小さなサイズであるとして、原子間の間隙を通過しかつ超高屈折率材料にさらに深く浸透して、超高屈折率材料の結晶構造を崩壊させ、かつ超高屈折率材料のいくつかの化学結合を弱めるおよび／または破壊することができる。水素イオンおよび窒素イオンが生成され、かつ超高屈折率材料をドープおよび／または改良するために超高屈折率材料の方へ同時に流れる時、改良された超高屈折率材料は、反応性ガスと反応し得るため、より効率的にかつより精確にエッチングされ得る。超高屈折率材料のエッチ速度は既存の技術に対して大幅に改善され得、グレーティングのリッジの前縁および／または後縁に対して過剰なまたは大幅な損傷を生じさせることなく、はるかに深くなったグレーティングがエッチングされ得る。その結果として、はるかに大きくなったグレーティング深さおよびより対称的な構造（例えば、前縁と後縁との間の実質的に同様の傾斜角度）を有する傾斜グレーティングが達成され得る。
【0115】
さらに、窒素が分極種であるため、窒素イオンはまた、いくつかの反応性ガス（例えば、フッ素系反応性ガス）と反応して揮発性副生成物を生成し得る（例えば、ＳｉＣにおけるＳｉ－Ｃ結合を破壊する）エッチングが容易な材料を形成するために超高屈折率材料と反応することがより効果的であり得、これによって、（炭素系反応性ガス種を使用してエッチングが行われる時の炭素付着などの）グレーティングの溝の底部における副生成物の蓄積を低減または排除することができる。窒素は、超高屈折率材料と反応して不揮発性材料を形成しない場合がある。対照的に、いくつかの既存の技法において、酸素などの他の分極種が利用されてよいが、酸素はシリコンと反応して酸化ケイ素を形成する場合があり、これは除去することが困難である場合がある。そのように、いくつかの実施形態において、第１の反応性ガスは、酸素または炭素を含まなくてまたはこれらがなくてよい。
【0116】
いくつかの実施形態において、エッチングプロセスの間、水素イオンおよび窒素イオンによるドーピングの動作およびフッ素系反応性ガス種を使用するエッチングの動作は、同時に行われてよい。換言すれば、水素イオンおよび窒素イオンを含有する平行反応性イオンビーム、およびフッ素系反応性ガス種は、超高屈折率材料のドーピング、改良、およびエッチングを同時に行うために、超高屈折率材料の方へ同時に流れ得る。
【0117】
いくつかの実施形態において、エッチングプロセスは複数の動作を含んでよい。例えばいくつかの実施形態において、水素イオンおよび窒素イオンは、最初に生成され、かつ超高屈折率材料をドープ、改良、および／またはエッチングするために使用されてよい。いくつかの実施形態において、水素および窒素による超高屈折率材料のドーピングは、同時にまたは順次実行されてよい。いくつかの実施形態において、超高屈折率材料は、最初に、窒素イオンによるドーピング、改良、および／またはエッチングが行われてよく、次いで、水素イオンによるドーピング、改良、および／またはエッチングが行われてよく、その逆もまた同様に行われてよい。超高屈折率材料が別個の動作で水素イオンおよび水素イオンによるドーピング、改良、および／またはエッチングが行われた後、フッ素系反応性ガス種などの他の反応性ガスは、ドープした超高屈折率材料を化学的にエッチングするために使用されてよい。
【0118】
いくつかの実施形態において、水素イオンおよび窒素イオンによるドーピングおよび／またはエッチングの動作、ならびにフッ素系反応性ガス種を使用するエッチングの動作は、傾斜グレーティングをエッチングするための複数のサイクルのそれぞれのサイクルにおいて行われてよい。水素イオンおよび窒素イオンによるドーピングの動作およびフッ素系反応性ガス種を使用するエッチングの動作が同時に行われる時、エッチングプロセスは１つの連続的なサイクルで行われてよい。
【0119】
いくつかの実施形態において、フローチャート１８００において説明される方法を使用して作製される傾斜グレーティングは、グレーティング材料層と異なる屈折率を有する材料でオーバーコートされてよい。例えば、いくつかの実施形態では、ハフニア、チタニア、酸化タングステン、酸化ジリコニウム、硫化ガリウム、窒化ガリウム、ガリウムリン、シリコン、または高屈折率ポリマーなどの高屈折率材料を使用して、傾斜グレーティングをオーバーコートする、および／または傾斜グレーティングのリッジ間の間隙を充填することができる。いくつかの実施形態では、酸化ケイ素、アルミナ、多孔質シリカ、またはフッ素化低屈折率モノマー（またはポリマー）などの低屈折率材料を使用して、傾斜グレーティングをオーバーコートする、および／または傾斜グレーティングのリッジ間の間隙を充填することができる。その結果、リッジの屈折率と傾斜グレーティングの溝の屈折率との間の差異は、０．１、０．２、０．３、０．５、１．０を上回る、またはそれ以上である場合がある。
【0120】
いくつかの実施形態において、フローチャート１８００において説明される方法を使用して作製される傾斜グレーティングに水素および窒素が存在してよい。水素イオンおよび窒素イオンを含有するイオンビームが高度に平行にされ高指向性を有することができるため、窒素原子および／または水素原子の存在は、（例えば、グレーティングの溝の底部より下の）傾斜グレーティングの底部領域に限定される場合があり、グレーティングのリッジは、（グレーティングを形成する材料に本来存在し得る水素および／または窒素以外に）水素および／または窒素を実質的に含まないまたは非常に限定された量を含む場合がある。いくつかの実施形態において、傾斜グレーティングの溝の底部近くの水素の濃度は、１０１０／ｃｍ３またはそれ以上であってよい。いくつかの実施形態において、傾斜グレーティングの溝の底部近くの窒素の濃度は、１０１０／ｃｍ３またはそれ以上であってよい。いくつかの実施形態において、傾斜グレーティングの溝の底部近くの水素および／または窒素の濃度の組み合わせは、１０１０／ｃｍ３またはそれ以上であってよい。
【0121】
本発明の実施形態は、人工現実システムを含んでよい、またはこれと併せて実装されてよい。人工現実は、例えば、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、複合現実（ＭＲ）、混成現実、または、これらの何らかの組み合わせおよび／もしくは派生形を含んでよい、ユーザへの提示前に何らかのやり方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、完全に生成されたコンテンツ、または取り込まれた（例えば、実世界の）コンテンツと組み合わせて生成されたコンテンツを含んでよい。人工現実コンテンツは、ビデオ、オーディオ、触覚フィードバック、もしくはこれらの何らかの組み合わせ、および（見る人に対して３次元効果を生じさせるステレオビデオなど）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てよいもののいずれかを含んでよい。さらに、いくつかの実施形態では、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、その他の場合、人工現実において使用される（例えば、人工現実においてアクティビティを行う）、アプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、またはこれらの何らかの組み合わせと関連していてよい。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るヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、スタンドアロンＨＭＤ、モバイル機器もしくはコンピューティングシステム、または、一人または複数人の見る人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、さまざまなプラットフォーム上で実装されてよい。
【0122】
図１９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示のニアアイディスプレイ（例えば、ＨＭＤデバイス）の例示の電子システム１９００の簡略ブロック図である。電子システム１９００は、ＨＭＤデバイスの電子システムとしてまたは上述される他のニアアイディスプレイとして使用されてよい。この例では、電子システム１９００は、１つまたは複数のプロセッサ１９１０およびメモリ１９２０を含んでよい。プロセッサ１９１０は、いくつかの構成要素において動作を行うための命令を実行するように構成されてよく、例えば、ポータブル電子デバイス内の実装に適した汎用プロセッサまたはマイクロプロセッサとすることができる。プロセッサ１９１０は、電子システム１９００内の複数の構成要素と通信可能に結合されてよい。この通信結合を実現するために、プロセッサ１９１０はバス１９４０にわたって他の例証される構成要素と通信してよい。バス１９４０は電子システム１９００内のデータを転送するように適応される任意のサブシステムであってよい。バス１９４０は、データを転送するために、複数のコンピュータバスと、追加の回路構成とを含んでよい。
【0123】
メモリ１９２０はプロセッサ１９１０に結合されてよい。いくつかの実施形態では、メモリ１９２０は、短期記憶と長期記憶の両方を与えてよく、いくつかのユニットに分割されてよい。メモリ１９２０は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）および／またはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）といった揮発性、および／または、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）およびフラッシュメモリなどといった不揮発性であってよい。さらに、メモリ１９２０は、セキュアデジタル（ＳＤ）カードなどの取り外し可能記憶デバイスを含んでよい。メモリ１９２０は、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、および電子システム１９００に対する他のデータの記憶を提供してよい。いくつかの実施形態では、メモリ１９２０は種々のハードウェアモジュール内に分散されてよい。命令セットおよび／またはコードはメモリ１９２０上に記憶され得る。命令は、電子システム１９００によって実行可能であってよい実行可能コードの形を成す場合がある、および／または（例えば、さまざまな一般に入手可能なコンパイラ、インストールプログラム、圧縮／展開ユーティリティなどのいずれかを使用して）電子システム１９００上にコンパイルおよび／またはインストールされると、実行可能コードの形を成してよい、ソースコードおよび／またはインストール可能コードの形を成す場合がある。
【0124】
いくつかの実施形態では、メモリ１９２０は、任意の数のアプリケーションを含んでよい、複数のアプリケーションモジュール１９２２～１９２４を記憶してよい。アプリケーションの例は、ゲームアプリケーション、会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、または他の適したアプリケーションを含んでよい。アプリケーションは、深さ検知機能または視標追跡機能を含んでよい。アプリケーションモジュール１９２２～１９２４は、プロセッサ１９１０によって実行される特定の命令を含んでよい。いくつかの実施形態では、ある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１９２２～１９２４の一部は、他のハードウェアモジュール１９８０によって実行可能であってよい。ある特定の実施形態では、メモリ１９２０は、セキュア情報に対する複写または他の不正アクセスを防止するための追加のセキュリティ制御を含んでよいセキュアメモリをさらに含んでよい。
【0125】
いくつかの実施形態では、メモリ１９２０は、ロードされるオペレーティングシステム１９２５を含んでよい。オペレーティングシステム１９２５は、アプリケーションモジュール１９２２～１９２４によって提供される命令の実行を開始する、および／または他のハードウェアモジュール１９８０のみならず、１つまたは複数の無線トランシーバを含んでよい無線通信サブシステム１９３０とのインターフェースを管理するように動作可能であってよい。オペレーティングシステム１９２５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１９００の構成要素にわたって他の動作を行うように適応されてよい。
【0126】
無線通信サブシステム１９３０は、例えば、赤外線通信デバイス、無線通信デバイスおよび／もしくはチップセット（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（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、セルラー通信設備など）、ならびに／または同様の通信インターフェースを含んでよい。電子システム１９００は、無線通信サブシステム１９３０の一部として、または該システムの任意の部分に結合される別個の構成要素としての無線通信のための１つまたは複数のアンテナ１９３４を含んでよい。所望の機能性に応じて、無線通信サブシステム１９３０は、無線広域ネットワーク（ＷＷＡＮ）、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、または無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）などの種々の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んでよい、無線基地局装置、および他の無線デバイス、およびアクセスポイントと通信するための別個のトランシーバを含んでよい。ＷＷＡＮは、例えば、ＷｉＭａｘ（ＩＥＥＥ８０２．１６）ネットワークであってよい。ＷＬＡＮは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｘネットワークであってよい。ＷＰＡＮは、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈネットワーク、ＩＥＥＥ８０２．１５ｘ、または何らかの他のタイプのネットワークであってよい。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に使用されてもよい。無線通信サブシステム１９３０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可能にしてよい。無線通信サブシステム１９３０は、アンテナ１９３４および無線リンク１９３２を使用して、ＨＭＤデバイスの識別子、位置データ、地図、ヒートマップ、写真、またはビデオなどのデータを送信または受信するための手段を含んでよい。無線通信サブシステム１９３０、プロセッサ１９１０、およびメモリ１９２０は共に、本明細書に開示されるいくつかの機能を行うための手段の１つまたは複数の少なくとも一部を含んでよい。
【0127】
電子システム１９００の実施形態はまた、１つまたは複数のセンサ１９９０を含んでよい。センサ１９９０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るモジュール）、環境光センサ、または深さセンサまたは位置センサなど、感覚出力を提供するおよび／または感覚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んでよい。例えば、いくつかの実装形態では、センサ１９９０は、１つまたは複数の慣性計測装置（ＩＭＵ）および／または１つまたは複数の位置センサを含んでよい。ＩＭＵは、位置センサの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指示する較正データを生成してよい。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てよい。位置センサの例には、１つまたは複数の加速度計、１つまたは複数のジャイロスコープ、１つまたは複数の磁力計、動きを検出する別の適したタイプのセンサ、ＩＭＵのエラー訂正に使用されるあるタイプのセンサ、またはこれらの何らかの組み合わせが挙げられ得るが、これらに限定されない。位置センサは、ＩＭＵの外部に、ＩＭＵの内部に、またはこれらの何らかの組み合わせで位置してよい。少なくともいくつかのセンサは検知するための構造化された光パターンを使用してよい。
【0128】
電子システム１９００は、ディスプレイモジュール１９６０を含んでよい。ディスプレイモジュール１９６０は、ニアアイディスプレイであってよく、電子システム１９００からの画像、ビデオ、およびさまざまな命令などの情報を、ユーザに図で提示してよい。このような情報は、１つまたは複数のアプリケーションモジュール１９２２～１９２４、仮想現実エンジン１９２６、１つまたは複数の他のハードウェアモジュール１９８０、これらの組み合わせ、または、（例えば、オペレーティングシステム１９２５によって）ユーザに対してグラフィックコンテンツを解釈するための任意の他の適した手段から導出されてよい。ディスプレイモジュール１９６０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）技術、（例えば、ＯＬＥＤ、ＩＬＥＤ、ｍＬＥＤ、ＡＭＯＬＥＤ、ＴＯＬＥＤなどを含む）発光ダイオード（ＬＥＤ）技術、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することができる。
【0129】
電子システム１９００はユーザ入力／出力モジュール１９７０を含んでよい。ユーザ入力／出力モジュール１９７０は、ユーザが、電子システム１９００にアクション要求を送ることを可能にしてよい。アクション要求は、特定のアクションを行うための要求であってよい。例えば、アクション要求は、アプリケーションを開始または終了すること、またはアプリケーション内の特定のアクションを行うことであってよい。ユーザ入力／出力モジュール１９７０は、１つまたは複数の入力デバイスを含んでよい。例示の入力デバイスは、タッチスクリーン、タッチパッド、マイクロホン、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、かつ受信したアクション要求を電子システム１９００に通信するための任意の他の適したデバイスを含み得る。いくつかの実施形態では、ユーザ入力／出力モジュール１９７０は、電子システム１９００から受信された命令に従ってユーザに触覚フィードバックを提供することができる。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または実行された時に提供されてよい。
【0130】
電子システム１９００は、例えば、ユーザの目の位置を追跡するために、ユーザの写真またはビデオを撮るために使用可能であるカメラ１９５０を含んでよい。カメラ１９５０はまた、例えば、ＶＲ、ＡＲ、またはＭＲアプリケーションに対して、環境の写真またはビデオを撮るために使用されてよい。カメラ１９５０は、例えば、数百万または数千万の画素を有する相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）画像センサを含んでよい。いくつかの実装形態では、カメラ１９５０は３－Ｄ画像を取り込むために使用されてよい２つ以上のカメラを含んでよい。
【0131】
いくつかの実施形態では、電子システム１９００は、複数の他のハードウェアモジュール１９８０を含んでよい。他のハードウェアモジュール１９８０のそれぞれは、電子システム１９００内の物理モジュールであってよい。他のハードウェアモジュール１９８０のそれぞれは構造として恒久的に構成可能であるが、他のハードウェアモジュール１９８０のいくつかは、具体的な機能を行うように一時的に構成されてよいまたは一時的にアクティブ化されてよい。他のハードウェアモジュール１９８０の例には、例えば、オーディオ出力および／または入力モジュール（例えば、マイクロホンまたはスピーカ）、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／無線バッテリ充電システムなどが挙げられ得る。いくつかの実施形態では、他のハードウェアモジュール１９８０の１つまたは複数の機能はソフトウェアで実装されてよい。
【0132】
いくつかの実施形態では、電子システム１９００のメモリ１９２０はまた、仮想現実エンジン１９２６を記憶してよい。仮想現実エンジン１９２６は、電子システム１９００内のアプリケーションを実行し、かつ、さまざまなセンサからのＨＭＤデバイスの、位置情報、加速情報、速度情報、予測される今後の位置、または、これらの何らかの組み合わせを受信してよい。いくつかの実施形態では、仮想現実エンジン１９２６によって受信される情報は、ディスプレイモジュール１９６０に対して信号（例えば、表示命令）を生じさせるために使用されてよい。例えば、受信した情報が、ユーザが左を見ていることを指示する場合、仮想現実エンジン１９２６は、ＨＭＤデバイスが、仮想環境におけるユーザの移動をミラーリングするようにコンテンツを生成してよい。さらに、仮想現実エンジン１９２６は、ユーザ入力／出力モジュール１９７０から受信された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行い、かつフィードバックをユーザに提供してよい。提供されたフィードバックは、可視、可聴、または触覚フィードバックであってよい。いくつかの実装形態では、プロセッサ１９１０は、仮想現実エンジン１９２６を実行することができる１つまたは複数のＧＰＵを含んでよい。
【0133】
さまざまな実装形態では、上述されるハードウェアおよびモジュールは、有線接続または無線接続を使用して互いに通信可能である単一のデバイス上でまたは複数のデバイス上で実装されてよい。例えば、いくつかの実装形態では、ＧＰＵ、仮想現実エンジン１９２６、およびアプリケーション（例えば、追跡アプリケーション）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別個のコンソール上に実装されてよい。いくつかの実装形態では、１つのコンソールは複数のＨＭＤに接続されてよいまたはこれをサポートしてよい。
【0134】
代替的な構成では、種々のおよび／または追加の構成要素は電子システム１９００に含まれてよい。同様に、構成要素の１つまたは複数の機能性は、上述されるやり方と異なるやり方で構成要素の間で分散可能である。例えば、いくつかの実施形態では、電子システム１９００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ように改良されてよい。
【0135】
上に開示される方法、システム、およびデバイスは例である。さまざまな実施形態は、必要に応じてさまざまな手順または構成要素を、省略、代用、または追加可能である。例えば、代替的な構成では、説明した方法は、説明したものと異なる順序で行われてよい、および／またはさまざまな段階は、追加、省略、および／または組み合わせ可能である。また、ある特定の実施形態に関して説明される特徴は、さまざまな他の実施形態で組み合わせられてよい。実施形態の種々の態様および要素は同様のやり方で組み合わせられてよい。また、技術は発展しているため、要素の多くは、本開示の範囲をこれらの具体的な例に限定しない例である。
【0136】
実施形態を十分に理解してもらうために本明細書に具体的詳細を挙げている。しかしながら、実施形態はこれら具体的詳細なく実践可能である。例えば、周知の回路、プロセス、システム、構造、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なしで示されている。本明細書は例示の実施形態のみを提供しており、本発明の範囲、応用性、または構成を限定することを意図するものではない。もっと正確に言えば、実施形態の前述の説明は、当業者に、さまざまな実施形態を実施するための実施可能な説明を提供するであろう。特許請求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さまざまな変更がなされてよい。
【0137】
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るプロセスとして説明された。それぞれは、動作を逐次プロセスとして説明するものであり得るが、動作の多くは並列にまたは同時に行われてよい。さらに、動作の順序は再編成されてよい。プロセスは図に含まれない追加のステップを有する場合がある。また、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、またはこれらの任意の組み合わせによって実装されてよい。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で実装される時、関連しているタスクを行う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てよい。プロセッサは関連しているタスクを行ってよい。
【0138】
具体的な要件に従って大きく変化させてもよいことは、当業者には明らかであろう。例えば、カスタマイズされたまたは専用のハードウェアも使用されてよい、および／または特定の要素は、ハードウェア、（アプレットなどのポータブルソフトウェアを含む）ソフトウェア、またはこの両方で実装される場合がある。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用いられてよい。
【0139】
添付の図を参照すると、メモリを含むことができる構成要素は、非一時的な機械可読媒体を含むことができる。「機械可読媒体」および「コンピュータ可読媒体」という用語は、機械を具体的なやり方で動作させるデータを提供する際に関与する任意の記憶媒体を指す場合がある。以上に提供される実施形態において、さまざまな機械可読媒体は、命令／コードを処理ユニットおよび／または実行するための他のデバイスに提供する際に関与し得る。さらにまたは代替的に、機械可読媒体は、このような命令／コードを記憶するおよび／または伝えるために使用され得る。多くの実装形態では、コンピュータ可読媒体は物理記憶媒体および／または有形記憶媒体である。このような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含むがこれらに限定されない多くの形を成してよい。コンピュータ可読媒体の一般的な形態は、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）などの磁気媒体および／または光媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有する任意の他の物理媒体、ＲＡＭ、プログラム可能読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、フラッシュＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップもしくはカートリッジ、以降で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／またはコードを読み出すことができる任意の他の媒体を含む。コンピュータプログラム製品は、手順、関数、サブプログラム、プログラム、ルーチン、アプリケーション（アプリ）、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、またはプログラム文の任意の組み合わせを表すことができるコードおよび／または機械実行可能命令を含んでよい。
【0140】
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さまざまな種々の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、当業者は理解するであろう。例えば、上記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、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光場もしくは光学粒子、またはこれらの任意の組み合わせによって表され得る。
【0141】
本明細書で使用されるような用語、「および（ａｎｄ）」および「または（ｏｒ）」は、このような用語が使用される文脈に少なくとも部分的に左右されることも予想されるさまざまな意味を含み得る。典型的には、Ａ、Ｂ、また、Ｃのようなリストを関連付けるために使用される場合の「または（ｏｒ）」は、本明細書において排他的な意味で使用されるＡ、Ｂ、またはＣと共に、本明細書において包含的な意味で使用されるＡ、Ｂ、およびＣを意味することが意図されている。さらに、本明細書で使用されるような「１つまたは複数の」という用語は、単数形の任意の特徴、構造、または特性を説明するために使用され得る、または、特徴、構造、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、これは単に例示的な例であり、特許請求される主題はこの例に限定されないことは留意されるべきである。さらに、Ａ、Ｂ、または、Ｃのようなリストを関連付けるために使用される場合の「少なくとも１つの」という用語は、Ａ、ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ、ＡＡ、ＡＢＣ、ＡＡＢ、ＡＡＢＢＣＣＣなどのような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可能である。
【0142】
さらに、ある特定の実施形態が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ことは認識されるべきである。ある特定の実施形態は、ハードウェアのみで、またはソフトウェアのみで、またはこれらの組み合わせを使用して実装されてよい。１つの例では、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全てを行うために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有するコンピュータプログラム製品で実装されてよく、ここで、コンピュータプログラムは非一時的なコンピュータ可読媒体上に記憶されてよい。本明細書に説明されるさまざまなプロセスは、同じプロセッサ上に、または種々のプロセッサの任意の組み合わせで実装可能である。
【0143】
デバイス、システム、構成要素、またはモジュールがある特定の動作または機能を行うように構成されるとして説明される場合、このような構成は、例えば、動作を行うように電子回路を設計することによって、コンピュータ命令またはコードを実行するなどによって動作を行うための（マイクロプロセッサなどの）プログラム可能電子回路、または非一時的なメモリ媒体上に記憶されるコードまたは命令を実行するようにプログラミングされるプロセッサもしくはコアをプログラミングすることによって、またはこれらの任意の組み合わせによって、成し遂げられ得る。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さまざまな技法を使用して通信でき、異なるプロセス対が異なる技法を使用してよい、または、同じプロセス対がその時々で異なる技術を使用してよい。
【0144】
本明細書および図面は、それに応じて、限定的意味ではなく例示的意味でみなされるべきである。しかしながら、特許請求の範囲に示されるようなより広範な範囲から逸脱することなく、追加、代用、削除、ならびに他の改良および変更がなされてよいことは明らかであろう。よって、具体的な実施形態が説明されているが、これらは限定することを意図するものではない。さまざまな改良および等価物は以下の特許請求の範囲内にあるとする。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A-C】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
【図18】
【図19】
【国際調査報告】