特表 2023-526430 広視野を伴う二重プロジェクタ導波管ディスプレイのための方法およびシステム

(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】2023-06-21

(54)【発明の名称】広視野を伴う二重プロジェクタ導波管ディスプレイのための方法およびシステム

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20230614BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20230614BHJP

【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 2022570536

(86)(22)【出願日】2021-05-21

(85)【翻訳文提出日】2023-01-06

(86)【国際出願番号】 US2021033768

(87)【国際公開番号】W WO2021237168

(87)【国際公開日】2021-11-25

(31)【優先権主張番号】63/029,312

(32)【優先日】2020-05-22

(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】514108838

【氏名又は名称】マジック リープ， インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｍａｇｉｃ Ｌｅａｐ，Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】７５００ Ｗ ＳＵＮＲＩＳＥ ＢＬＶＤ，ＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ，ＦＬ ３３３２２ ＵＳＡ

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】ショーウェンガート， ブライアン ティー．

(72)【発明者】

【氏名】ワトソン， マシュー ディー．

(72)【発明者】

【氏名】ボーン， ブランドン マイケル－ジェイムズ

(72)【発明者】

【氏名】リウ， ビクター カイ

【テーマコード（参考）】

2H199

2H249

【Ｆターム（参考）】

2H199CA04

2H199CA12

2H199CA53

2H199CA54

2H199CA67

2H199CA85

2H249AA02

2H249AA06

2H249AA60

2H249AA62

2H249AA65

(57)【要約】

拡張現実ディスプレイシステムのための接眼レンズ導波管は、第１の表面および第２の表面を有する、基板と、回折入力結合要素とを含む。回折入力結合要素は、光の入力ビームを受光し、入力ビームを基板の中に誘導ビームとして結合するように構成される。接眼レンズ導波管はまた、基板の第１の表面または第２の表面上または内部に形成される、回折組み合わせ瞳エクスパンダ－抽出器（ＣＰＥ）要素を含む。回折ＣＰＥ要素は、軸によって分割される、第１の部分および第２の部分を含む。回折光学要素の第１のセットは、第１の部分内に配置され、軸に対して正の角度に配向され、回折光学要素の第２のセットは、第２の部分内に配置され、軸に対して負の角度に配向される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

拡張現実ディスプレイシステムのための接眼レンズ導波管であって、前記接眼レンズ導波管は、
第１の表面および第２の表面を有する基板と、
前記基板の前記第１の表面または前記第２の表面上または内部に形成される回折入力結合要素であって、前記回折入力結合要素は、光の入力ビームを受光し、前記光の入力ビームを前記基板の中に誘導ビームとして結合するように構成される、回折入力結合要素と、
前記基板の前記第１の表面または前記第２の表面上または内部に形成される回折組み合わせ瞳エクスパンダ－抽出器（ＣＰＥ）要素であって、前記回折ＣＰＥ要素は、軸によって分割される第１の部分および第２の部分を含む、回折ＣＰＥ要素と
を備え、
回折光学要素の第１のセットは、前記第１の部分内に配置され、前記軸に対して正の角度に配向され、
回折光学要素の第２のセットは、前記第２の部分内に配置され、前記軸に対して負の角度に配向される、
接眼レンズ導波管。

【請求項2】

前記正の角度は、約３０°であり、前記負の角度は、約－３０°である、請求項１に記載の接眼レンズ導波管。

【請求項3】

前記回折光学要素の第１のセットは、格子の第１のセットを備え、前記回折光学要素の第２のセットは、回折格子の第２のセットを備える、請求項１に記載の接眼レンズ導波管。

【請求項4】

前記回折光学要素の第１のセットは、前記第２の部分の中に延在し、前記回折光学要素の第２のセットは、前記第１の部分の中に延在し、重複領域を形成する、請求項１に記載の接眼レンズ導波管。

【請求項5】

前記重複領域は、前記軸上に中心合わせされる、請求項４に記載の接眼レンズ導波管。

【請求項6】

前記軸は、前記回折入力結合要素を通して通過する、請求項５に記載の接眼レンズ導波管。

【請求項7】

前記光の入力ビームは、非ゼロ入射角で前記回折入力結合要素上に衝突する、請求項１に記載の接眼レンズ導波管。

【請求項8】

前記回折入力結合要素は、前記回折入力結合要素によって内部結合された光線の円錐が前記基板と平行な軸上に中心合わせされるような格子周期によって特徴付けられる、請求項７に記載の接眼レンズ導波管。

【請求項9】

拡張現実ディスプレイシステムのための接眼レンズ導波管であって、前記接眼レンズ導波管は、
第１の表面および第２の表面を有する基板と、
前記基板の前記第１の表面または前記第２の表面上または内部に形成される第１の回折入力結合要素であって、前記第１の回折入力結合要素は、第１の光の入力ビームを受光し、前記第１の光の入力ビームを前記基板の中に第１の誘導ビームとして結合するように構成される、第１の回折入力結合要素と、
前記基板の前記第１の表面または前記第２の表面上または内部に形成される第２の回折入力結合要素であって、前記第２の回折入力結合要素は、第２の光の入力ビームを受光し、前記第２の光の入力ビームを前記基板の中に第２の誘導ビームとして結合するように構成される、第２の回折入力結合要素と、
前記基板の前記第１の表面または前記第２の表面上または内部に形成される回折組み合わせ瞳エクスパンダ－抽出器（ＣＰＥ）要素であって、前記回折ＣＰＥ要素は、
前記第１の誘導ビームを前記第１の回折入力結合要素から受光することと、
前記第２の誘導ビームを前記第２の回折入力結合要素から受光することと、
前記第１の誘導ビームの少なくとも一部を第１の角度の範囲にわたって外部結合し、組み合わせられた視野の第１の視野を形成することと、
前記第２の誘導ビームの少なくとも一部を第２の角度の範囲にわたって外部結合し、前記組み合わせられた視野の第２の視野を形成することと
を行うように位置付けられる、回折ＣＰＥ要素と
を備える、接眼レンズ導波管。

【請求項10】

前記回折ＣＰＥ要素は、軸に対して約３０°に配向される第１の領域の第１の部分内に配置される格子の第１のセットと、前記軸に対して約－３０°に配向される前記第１の領域の第２の部分内に配置される格子の第２のセットとを備える、請求項９に記載の接眼レンズ導波管。

【請求項11】

前記回折ＣＰＥ要素は、前記軸に対して約１５０°に配向される第２の領域の第１の部分内に配置される格子の第３のセットと、前記軸に対して約－１５０°に配向される前記第２の領域の第２の部分内に配置される格子の第４のセットとを備える、請求項１０に記載の接眼レンズ導波管。

【請求項12】

前記第１の光の入力ビームは、非法線入射角で前記基板上に入射し、前記組み合わせられた視野の第１の視野は、前記非法線入射角に中心合わせされる、請求項９に記載の接眼レンズ導波管。

【請求項13】

前記第２の光の入力ビームは、ゼロ－前記非法線入射角で前記基板上に入射し、前記組み合わせられた視野の第２の視野は、ゼロ－前記非法線入射角に中心合わせされる、請求項１２に記載の接眼レンズ導波管。

【請求項14】

前記第１の視野および前記第２の視野は、タイル状にされている、請求項９に記載の接眼レンズ導波管。

【請求項15】

前記第１の視野の一部は、前記第２の視野の一部と重複する、請求項１４に記載の接眼レンズ導波管。

【請求項16】

眼鏡内に配置される導波管ディスプレイであって、前記導波管ディスプレイは、
第１のプロジェクタと、
第２のプロジェクタと、
前記第１のプロジェクタに光学的に結合される第１の内部結合格子（ＩＣＧ）と、
前記第２のプロジェクタに光学的に結合される第２のＩＣＧであって、軸が、前記第１のＩＣＧおよび前記第２のＩＣＧを通して通過する、第２のＩＣＧと、
前記第１のＩＣＧに光学的に結合された第１の回折領域であって、
前記軸に対して正の角度に配向される格子の第１のセットを備える第１の部分と、
前記軸に対して負の角度に配向される格子の第２のセットを備える第２の部分と
を含む、第１の回折領域と、
前記第２のＩＣＧに光学的に結合された第２の回折領域であって、
前記軸に対して１８０°－前記正の角度に配向される格子の第３のセットを備える第１の部分と、
前記軸に対して－１８０°－前記負の角度に配向される格子の第４のセットを備える第２の部分と
を含む、第２の回折領域と
を備える、導波管ディスプレイ。

【請求項17】

前記第１の回折領域および前記第２の回折領域は、重複し、重複領域を形成する、請求項１６に記載の導波管ディスプレイ。

【請求項18】

前記重複領域は、前記第１のＩＣＧと前記第２のＩＣＧとの間の中点に配置される、請求項１７に記載の導波管ディスプレイ。

【請求項19】

前記第１のプロジェクタからの第１のディスプレイ光は、非ゼロ入射角で前記第１のＩＣＧ上に衝突する、請求項１６に記載の導波管ディスプレイ。

【請求項20】

前記第１のＩＣＧは、前記第１のＩＣＧによって内部結合された光線の円錐が前記第１のＩＣＧおよび前記第２のＩＣＧを通して通過する軸上に中心合わせされるような格子周期によって特徴付けられる、請求項１９に記載の導波管ディスプレイ。

【請求項21】

前記第２のＩＣＧは、前記格子周期によって特徴付けられる、請求項２０に記載の導波管ディスプレイ。

【請求項22】

前記格子の第１のセットおよび前記格子の第２のセットは、ブレーズドされ、前記第１のプロジェクタからの光のための減少された外部結合効率によって特徴付けられる、請求項１６に記載の導波管ディスプレイ。

【請求項23】

前記格子の第３のセットおよび前記格子の第４のセットは、ブレーズドされ、前記第２のプロジェクタからの光のための減少された外部結合効率によって特徴付けられる、請求項１６に記載の導波管ディスプレイ。

【請求項24】

第１の領域および第２の領域によって画定された接眼レンズ導波管を動作させる方法であって、前記方法は、
第１のプロジェクタからの光を第１の内部結合格子（ＩＣＧ）上に衝突するように指向することと、
前記第１のプロジェクタからの光のある割合を、前記接眼レンズ導波管の第１の領域の第１の部分の中に、前記第２の領域の第１の部分の中に、前記第２の領域の第２の部分の中に、および前記接眼レンズ導波管から外に回折することと、
前記第１のプロジェクタからの光の別の割合を、前記接眼レンズ導波管の第１の領域の第２の部分の中に、前記第２の領域の第２の部分の中に、前記第２の領域の第１の部分の中に、および前記接眼レンズ導波管から外に回折することと、
第２のプロジェクタからの光を第２のＩＣＧ上に衝突するように指向することと、
前記第２のプロジェクタからの光のある割合を、前記接眼レンズ導波管の第２の領域の第１の部分の中に、前記第１の領域の第１の部分の中に、前記第１の領域の第２の部分の中に、および前記接眼レンズ導波管から外に回折することと、
前記第２のプロジェクタからの光の別の割合を、前記接眼レンズ導波管の第２の領域の第２の部分の中に、前記第１の領域の第２の部分の中に、前記第１の領域の第１の部分の中に、および前記接眼レンズ導波管から外に回折することと
を含む、方法。

【請求項25】

前記第１の領域は、
前記第１の領域の第１の部分内に配置され、軸に対して正の角度に配向される回折光学要素の第１のセットと、
前記第１の領域の第２の部分内に配置され、前記軸に対して負の角度に配向される回折光学要素の第２のセットと
を含み、
前記第２の領域は、
前記第２の領域の第１の部分内に配置され、前記軸に対して１８０°＋前記負の角度に配向される回折光学要素の第３のセットと、
前記第２の領域の第２の部分内に配置され、前記軸に対して１８０°－前記正の角度に配向される回折光学要素の第４のセットと
を含む、請求項２４に記載の方法。

【請求項26】

前記回折光学要素の第１のセットは、格子の第１のセットを備え、前記回折光学要素の第２のセットは、格子の第２のセットを備え、前記格子の第１のセットおよび前記格子の第２のセットは、ブレーズドされ、前記第１のプロジェクタからの光のための減少された外部結合効率によって特徴付けられる、請求項２５に記載の方法。

【請求項27】

前記回折光学要素の第３のセットは、格子の第３のセットを備え、前記回折光学要素の第４のセットは、格子の第４のセットを備え、前記格子の第３のセットおよび前記格子の第４のセットは、ブレーズドされ、前記第２のプロジェクタからの光のための減少された外部結合効率によって特徴付けられる、請求項２５に記載の方法。

【請求項28】

前記正の角度は、約３０°であり、前記負の角度は、約－３０°である、請求項２５に記載の方法。

【請求項29】

前記第１の領域および前記第２の領域は、重複領域を形成する、請求項２４に記載の方法。

【請求項30】

前記重複領域は、第１のＩＣＧと前記第２のＩＣＧとの間の中点に配置される、請求項２９に記載の方法。

【請求項31】

前記第１のプロジェクタからの光は、第１の非ゼロ入射角で前記第１のＩＣＧ上に衝突し、
前記第２のプロジェクタからの光は、ゼロ－前記第１の非ゼロ入射角に等しい第２の非ゼロ入射角で前記第２のＩＣＧ上に衝突する、
請求項２４に記載の方法。

【請求項32】

前記第２の領域の第１の部分の第１の視野は、前記第１の非ゼロ入射角に中心合わせされ、
前記第１の領域の第１の部分の第２の視野は、前記第２の非ゼロ入射角に中心合わせされる、
請求項３１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、その全内容が、あらゆる目的のために、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、２０２０年５月２２日に出願され、「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＤＵＡＬ ＰＲＯＪＥＣＴＯＲ ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ ＤＩＳＰＬＡＹＳ ＷＩＴＨ ＷＩＤＥ ＦＩＥＬＤ ＯＦ ＶＩＥＷ」と題された、米国仮特許出願第６３／０２９，３１２号の優先権の利益を主張する。

【背景技術】

【0002】

現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進しおり、デジタル的に再現された画像またはその一部が、それらが、現実のように見える、またはそのように知覚され得るような様式において、視認者に提示される。仮想現実、すなわち、「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実、すなわち、「ＡＲ」シナリオは、典型的には、視認者の周囲の実際の世界の可視化に対する拡張として、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。

【0003】

これらのディスプレイ技術において成された進歩にもかかわらず、当技術分野において、拡張現実システム、特に、ディスプレイシステムに関連する、改良された方法、システム、およびデバイスの必要性が存在する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明は、概して、ウェアラブルディスプレイを含む、投影ディスプレイシステムに関連する、方法およびシステムに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、従来のシステムと比較して、拡張された視野を提供する、方法およびシステムを提供する。本発明は、コンピュータビジョンおよび画像ディスプレイシステムにおける、種々の用途に適用可能である。

【0005】

本明細書に説明されるように、接眼レンズとも称される、接眼レンズ導波管の視野が、複数のプロジェクタを使用して、組み合わせられた視野を形成する、サブディスプレイを作成することによって、従来の設計に対して増加される。

【0006】

本発明の実施形態によると、拡張現実ディスプレイシステムのための接眼レンズ導波管が、提供される。接眼レンズ導波管は、第１の表面および第２の表面を有する、基板を含む。接眼レンズ導波管はまた、基板の第１の表面または第２の表面上または内部に形成される、回折入力結合要素を含む。回折入力結合要素は、光の入力ビームを受光し、光の入力ビームを基板の中に誘導ビームとして結合するように構成される。接眼レンズ導波管はさらに、基板の第１の表面または第２の表面上または内部に形成される、回折組み合わせ瞳エクスパンダ－抽出器（ＣＰＥ）要素を含む。回折ＣＰＥ要素は、軸によって分割される、第１の部分および第２の部分を含む。回折光学要素の第１のセットは、第１の部分内に配置され、軸に対して正の角度に配向され、回折光学要素の第２のセットは、第２の部分内に配置され、軸に対して負の角度に配向される。

【0007】

本発明の別の実施形態によると、拡張現実ディスプレイシステムのための接眼レンズ導波管が、提供される。接眼レンズ導波管は、第１の表面および第２の表面を有する、基板を含む。接眼レンズ導波管はまた、基板の第１の表面または第２の表面上または内部に形成される、第１の回折入力結合要素を含む。第１の回折入力結合要素は、第１の光の入力ビームを受光し、第１の光の入力ビームを基板の中に第１の誘導ビームとして結合するように構成される。接眼レンズ導波管はさらに、基板の第１の表面または第２の表面上または内部に形成される、第２の回折入力結合要素を含む。第２の回折入力結合要素は、第２の光の入力ビームを受光し、第２の光の入力ビームを基板の中に第２の誘導ビームとして結合するように構成される。

【0008】

加えて、接眼レンズ導波管は、基板の第１の表面または第２の表面上または内部に形成される、回折組み合わせ瞳エクスパンダ－抽出器（ＣＰＥ）要素を含む。回折ＣＰＥ要素は、第１の誘導ビームを第１の回折入力結合要素から受光し、第２の誘導ビームを第２の回折入力結合要素から受光し、第１の誘導ビームの少なくとも一部を第１の角度の範囲にわたって外部結合し、組み合わせられた視野の第１の視野を形成し、第２の誘導ビームの少なくとも一部を第２の角度の範囲にわたって外部結合し、組み合わせられた視野の第２の視野を形成するように位置付けられる。

【0009】

本発明の具体的実施形態によると、眼鏡内に配置される、導波管ディスプレイが、提供される。導波管ディスプレイは、第１のプロジェクタと、第２のプロジェクタと、第１のプロジェクタに光学的に結合される、第１の内部結合格子（ＩＣＧ）と、第２のプロジェクタに光学的に結合される、第２のＩＣＧとを含む。軸が、第１のＩＣＧおよび第２のＩＣＧを通して通過する。導波管ディスプレイはまた、第１のＩＣＧに光学的に結合され、軸に対して正の角度に配向される、格子の第１のセットを備える、第１の部分と、軸に対して負の角度に配向される、格子の第２のセットを備える、第２の部分とを含む、第１の回折領域を含む。導波管ディスプレイはさらに、第２のＩＣＧに光学的に結合される、軸に対して１８０°－正の角度に配向される、格子の第３のセットを備える、第１の部分と、軸に対して－１８０°－負の角度に配向される、格子の第４のセットを備える、第２の部分とを含む、第２の回折領域を含む。

【0010】

本発明の特定の実施形態によると、第１の領域および第２の領域によって画定される、接眼レンズ導波管を動作させる方法が、提供される。本方法は、第１のプロジェクタからの光を第１の内部結合格子（ＩＣＧ）上に衝突するように指向するステップを含む。本方法はまた、第１のプロジェクタからの光のある割合を、接眼レンズ導波管の第１の領域の第１の部分の中に、第２の領域の第１の部分の中に、第２の領域の第２の部分の中に、および接眼レンズ導波管から外に回折するステップを含む。本方法はさらに、第１のプロジェクタからの光の別の割合を、接眼レンズ導波管の第１の領域の第２の部分の中に、第２の領域の第２の部分の中に、第２の領域の第１の部分の中に、および接眼レンズ導波管から外に回折するステップを含む。加えて、本方法は、第２のプロジェクタからの光を第２のＩＣＧ上に衝突するように指向するステップを含む。本方法はまた、第２のプロジェクタからの光のある割合を、接眼レンズ導波管の第２の領域の第１の部分の中に、第１の領域の第１の部分の中に、第１の領域の第２の部分の中に、および接眼レンズ導波管から外に回折するステップを含む。本方法はさらに、第２のプロジェクタからの光の別の割合を、接眼レンズ導波管の第２の領域の第２の部分の中に、第１の領域の第２の部分の中に、第１の領域の第１の部分の中に、および接眼レンズ導波管から外に回折するステップを含む。

【0011】

従来の技法に優る多数の利益が、本発明の方法によって達成される。例えば、本発明の実施形態は、ディスプレイの視野を増加させ、ユーザ体験を改良するために使用され得る、方法およびシステムを提供する。ある実施形態では、格子周期は、タイル状にされ、または部分的に重複し、組み合わせられた視野を生産する、個々の視野を生産すように選択される。本発明のこれらおよび他の実施形態は、その利点および特徴の多くとともに、下記の文章および添付の図と併せて、さらに詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の実施形態による、接眼レンズ導波管を図示する、簡略化された平面図である。

【0013】

【図2A】図２Ａは、本発明の実施形態による、減少された格子周期を伴う、接眼レンズ導波管を図示する、簡略化された断面図である。

【0014】

【図2B】図２Ｂは、本発明の実施形態による、増加された格子周期を伴う、接眼レンズ導波管を図示する、簡略化された断面図である。

【0015】

【図3A】図３Ａは、本発明の実施形態による、増加された格子周期および組み合わせられた視野を伴う、接眼レンズ導波管の要素を図示する、簡略化された平面図である。

【0016】

【図3B】図３Ｂは、視野の第１の部分を形成する光線の第１のセットに関する、図３Ａに図示される接眼レンズ導波管の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。

【0017】

【図3C】図３Ｃは、視野の第２の部分を形成する光線の第２のセットに関する、図３Ａに図示される接眼レンズ導波管の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。

【0018】

【図3D】図３Ｄは、視野に関する、図３Ａに図示される接眼レンズ導波管の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。

【0019】

【図3E】図３Ｅは、代替視野に関する、図３Ａに図示される接眼レンズ導波管の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。

【0020】

【図3F】図３Ｆは、本発明の実施形態による、例示的光線とともに、図３Ａに示される接眼レンズ導波管を図示する、簡略化された平面図である。

【0021】

【図3G】図３Ｇは、組み合わせられた視野に関する、図３Ａに図示される接眼レンズ導波管の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。

【0022】

【図4A】図４Ａは、本発明の実施形態による、増加された格子周期を伴う接眼レンズ導波管を利用する、マルチプロジェクタ導波管ディスプレイを図示する、簡略化された平面図である。

【0023】

【図4B】図４Ｂは、図４Ａに図示されるマルチプロジェクタ導波管ディスプレイ内の第２のプロジェクタからの光線の伝搬を図示する、簡略化された平面図である。

【0024】

【図4C】図４Ｃは、図４Ａに図示される接眼レンズ導波管の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。

【0025】

【図4D】図４Ｄは、本発明の実施形態による、第１の領域および第２の領域によって画定される、接眼レンズ導波管を動作させる方法を図示する、簡略化されたフローチャートである。

【0026】

【図5A】図５Ａは、本発明の実施形態による、減少された格子周期を伴う接眼レンズ導波管を利用する、マルチプロジェクタ導波管ディスプレイを図示する、簡略化された平面図である。

【0027】

【図5B】図５Ｂは、図５Ａに図示される接眼レンズ導波管の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。

【0028】

【図6A】図６Ａは、本発明の実施形態による、マルチプロジェクタ導波管ディスプレイの要素を図示する、簡略化された平面図である。

【0029】

【図6B】図６Ｂは、本発明の実施形態による、マルチプロジェクタ導波管ディスプレイ内の光線の伝搬を図示する、簡略化された平面図である。

【0030】

【図7A】図７Ａは、本発明の実施形態による、６プロジェクタ導波管ディスプレイを図示する、簡略化された平面図である。

【0031】

【図7B】図７Ｂは、図７Ａに図示される、６プロジェクタ導波管ディスプレイの単一プロジェクタ要素を図示する、簡略化された平面図である。

【0032】

【図7C】図７Ｃは、図７Ｂに図示される、単一プロジェクタ要素の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。

【0033】

【図7D】図７Ｄは、図７Ａに図示される、６プロジェクタ導波管ディスプレイの動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。

【0034】

【図8】図８は、本発明の実施形態による、眼鏡と１つまたはそれを上回る接眼レンズ導波管の統合を図示する、簡略化された概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

具体的実施形態の詳細な説明
本発明は、概して、ウェアラブルディスプレイを含む、投影ディスプレイシステムに関連する、方法およびシステムに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、従来のシステムと比較して、拡張された視野を有する、方法およびシステムを提供する。本発明は、立体視システム、光のビームレットをユーザの網膜に送達する、システム、または同等物を含む、コンピュータビジョンおよび画像ディスプレイシステムおよびライトフィールド投影システムにおける種々の用途に適用可能である。

【0036】

図１は、本発明の実施形態による、接眼レンズ導波管を図示する、簡略化された平面図である。図１に図示されるように、接眼レンズ導波管１００が、第１の内部結合格子（ＩＣＧ）１１０と、第２のＩＣＧ１２０とを含む。組み合わせ瞳エクスパンダ－抽出器（ＣＰＥ）要素１３０が、第１のＩＣＧ１１０と第２のＩＣＧ１２０との間に配置される。接眼レンズ導波管１００は、導波管の厚さ方向に誘導される伝搬モードでサポートされ得る、伝搬角度の範囲より大きくあり得る、拡張された視野を達成することができる。図２Ａおよび２Ｂに図示されるように、接眼レンズ導波管１００は、第１の表面１３２と、第２の表面１３４とを有する。下記にさらに議論されるように、異なる回折特徴が、接眼レンズ導波管１００の対向表面１３２および１３４上または内部に形成されることができる。

【0037】

第１のＩＣＧ１１０は、入力ビーム１１２のセットを第１のプロジェクタ１５０（図２Ａに図示される）から受光し、第２のＩＣＧ１２０は、入力ビーム１２２のセットを第２のプロジェクタ１６０（同様に、図２Ａに図示される）から受光する。いくつかの実施形態では、入力ビームは、それらがＩＣＧのうちの１つ上に入射するまで、プロジェクタから自由空間を通して伝搬することができる。図１に図示されるように、ＩＣＧ１１０上に入射する入力ビーム１１２のセットおよびＩＣＧ１２０上に入射する入力ビーム１２２のセットは、ｚ－軸に対して角度付けられる、または傾斜される。ＩＣＧ１１０およびＩＣＧ１２０は、入力ビームの一部（全部であり得る）が、接眼レンズ導波管１００内で誘導伝搬モードに入るように、入力ビームを回折する。ＩＣＧ１１０およびＩＣＧ１２０の格子線は、回折されたビームを、ｘ－軸に沿って、ＣＰＥ１３０に向かって指向するように配向されることができる。

【0038】

ＣＰＥ１３０は、複数の軸に沿って周期を呈する、複数の回折特徴を含むことができる。したがって、ＣＰＥ１３０は、２Ｄ格子模様に配列される、散乱特徴のアレイから成ってもよい。個々の散乱特徴は、例えば、任意の形状のくぼみまたは突出部であることができる。散乱特徴の２Ｄアレイは、関連付けられる格子ベクトルを有し、これは、その２Ｄ格子模様の逆格子模様から導出される。一実施例として、ＣＰＥ１３０は、周期の２つまたはそれを上回る方向に沿って繰り返される、格子線を伴う、交差格子から成る、２Ｄ回折格子であり得る。ＣＰＥ１３０を構成する、回折特徴は、比較的に低回折効率（例えば、１０％またはそれ未満）を有することができる。故に、本低回折効率は、光のビームが、それらがＣＰＥ１３０を通して伝搬するにつれて、複数の方向に空間的に分散される様式で複製されることを可能にする。

【0039】

図２Ａは、本発明の実施形態による、減少された格子周期を伴う、接眼レンズ導波管を図示する、簡略化された断面図である。図２Ａに図示される設計は、接眼レンズ導波管の片側上に入射する光が、優先的に、接眼レンズ導波管の同一側上で外部結合され、それによって、光が接眼レンズ導波管を横断した伝搬の間に喪失されないが、短伝搬経路後、外部結合されるため、高効率を提供する結果をもたらす。さらに、画像鮮明度は、伝搬距離およびＴＩＲ反射の数が低減されるため、維持される。図２Ａに図示されるように、格子歯間で測定される格子ピッチに反比例する、格子周期は、ゼロを上回る角度で（すなわち、ｚ－軸に対して正の角度で傾斜される）ＩＣＧ１２０上に入射する所与の波長の入力ビーム１２２のセットの光線が、負のｘ－軸上に中心合わせされる方向に沿って内部結合されるように選択される。減少された格子周期および増加された格子ピッチを伴う、本格子に関して、所与の波長における光が、法線入射で入射する場合、光は、負のｘ－軸に対してある正の角度で上方に傾斜された方向に沿って内部結合されるであろう。したがって、減少された格子周期は、従来の設計より弱い、内部結合格子を利用する。換言すると、導波管内角度の範囲が、法線入射上に中心合わせされる角度の範囲の内部結合と関連付けられる場合、格子周期は、ｚ－軸に対してある正の角度で傾斜される角度の範囲が、導波管内角度の同一範囲の中に内部結合されるであろうように減少されるであろう。

【0040】

故に、ｚ－軸に対して０°～＋５０°に及ぶ角度で傾斜された光線１２２によって画定された角度の円錐は、その角度の円錐が導波管を辿って伝搬するにつれて、接眼レンズ導波管１０１の中に内部結合され、ＴＩＲを被る。非法線角度で入射する、光を投影するために、プロジェクタ１６０が、接眼レンズ導波管に対して傾斜されることができる、光学系が、非法線入射角を接眼レンズ導波管に対して法線方向に配向されるプロジェクタから導入するために利用されることができる、または同等物であることができる。

【0041】

図２Ａに図示される実施形態では、外部結合格子１３６は、ＩＣＧ１２０の格子周期に合致する、格子周期を有する。故に、ｚ－軸に対して０°～５０°に及ぶ、角度の円錐１２３は、接眼レンズ導波管１０１から外部結合される。換言すると、ある導波管内角度の範囲が、接眼レンズ導波管１０１内を伝搬している場合、外部結合格子１３６の格子周期は、正の角度でｚ－軸に対して傾斜されたある角度の範囲が、導波管内角度の同一範囲から外部結合されるであろうように、減少されるであろう。内部結合および外部結合は、接眼レンズ導波管１０１の対向表面上に図示されるが、これは、本発明によって要求されず、内部結合および外部結合は、同一表面から生じることもできる。

【0042】

同様に、内部結合格子１１０の格子周期は、ゼロ未満の角度の範囲で（すなわち、ｚ－軸に対して負の角度で傾斜される）ＩＣＧ１１０上に入射する所与の波長の入力ビーム１１２の光線が、正のｘ－軸上に中心合わせされる方向に沿って内部結合されるように選択される。減少された格子周期および増加された格子ピッチを伴う、本格子に関して、所与の波長における光が、法線入射で入射する場合、光は、ｘ－軸に対してある正の角度で上方に傾斜された方向に沿って内部結合されるであろう。故に、ｚ－軸に対して０°～－５０°に及ぶ角度で傾斜された光線１１２によって画定された角度の円錐は、その角度の円錐が導波管を辿って伝搬するにつれて、接眼レンズ導波管１０１の中に内部結合され、ＴＩＲを被る。非法線角度で入射する、光を投影するために、プロジェクタ１５０が、接眼レンズ導波管に対して傾斜されることができる、光学系が、非法線入射角を接眼レンズ導波管に対して法線方向に配向されるプロジェクタから導入するために利用されることができる、または同等物であることができる。

【0043】

図２Ａに図示される実施形態では、外部結合格子１３８は、内部結合格子１１０の格子周期に合致する、格子周期を有する。故に、ｚ－軸に対して０°～－５０°に及ぶ、角度の円錐１１３は、接眼レンズ導波管１０１から外部結合される。内部結合および外部結合は、接眼レンズ導波管１０１の対向表面上に図示されるが、これは、本発明によって要求されず、内部結合および外部結合は、同一表面から生じることもできる。

【0044】

したがって、図２Ａに図示されるように、２つのプロジェクタを利用することで、プロジェクタ１５０およびプロジェクタ１６０によって生産された２つの視野が、したがって、接眼レンズ導波管に対する法線に対して所定の角度でバイアスされ、図示されるタイル状にされた視野、すなわち、組み合わせられた視野１０２をもたらす。したがって、本発明の実施形態は、その中で導波管の搬送容量（すなわち、ＴＩＲ角度に基づく）が、非法線入射光および従来の設計からの格子周期の修正と併せて完全に利用され、タイル状にされた視野を生産する、導波管を利用する。

【0045】

したがって、減少された格子周期によって特徴付けられる、設計を使用して、接眼レンズ導波管の片側上に位置付けられる、ＩＣＧにおいて投入される光は、優先的に、接眼レンズ導波管の同一側上で外部結合され、組み合わせられた視野のサブディスプレイを形成する。図２Ａに図示されるように、ｚ－軸に対して０°～５０°に及ぶ角度で傾斜された角度の円錐を画定する、光線１２２は、接眼レンズ導波管１０１の中に内部結合され、角度の円錐１２３内の光線として外部結合され、ｚ－軸に対して０°～５０°の角度範囲を被覆する、第１のサブディスプレイを形成する。並行して、ｚ－軸に対して０°～－５０°に及ぶ角度で傾斜された角度の円錐を画定する、光線１１２は、接眼レンズ導波管１０１の中に内部結合され、角度の円錐１１３内の光線として外部結合され、ｚ－軸に対して０°～－５０°の角度範囲を被覆する、第２のサブディスプレイを形成する。組み合わせられた視野１０２は、第１のサブディスプレイおよび第２のサブディスプレイのタイル化によって形成され、－５０°～５０°の角度範囲を被覆する、１００°に等しい組み合わせられた視野１０２を形成する。

【0046】

屈折率約１．７５を伴う、ポリマーを含む、ポリマー接眼レンズ導波管材料を利用することで、従来の接眼レンズ導波管設計は、約５０°の視野を達成することができる。図２Ａに図示される、増加された格子周期を伴う、接眼レンズ導波管を利用することによって、最大１００°の組み合わせられた視野が、対称プロジェクタ傾斜を使用して、入射角における傾斜および内部結合および外部結合格子のための格子周期の合致する増加を生産する、タイル状にされた構成において達成され、出力光の対称傾斜およびタイル状にされた視野をもたらすことができる。代替として、５０°～１００°に及ぶ、組み合わせられた視野も、部分的に重複される構成において達成されることができる。

【0047】

図２Ａは、所与の角度において接眼レンズ導波管の中に内部結合され、所与の角度において接眼レンズ導波管から外部結合される、光を図示するが、これは、本発明によって要求されない。他の実施形態では、内部結合格子および外部結合格子の格子周期は、修正され、第１の角度に中心合わせされる、第１の角度の円錐の内部結合と、第１の角度と異なる第２の角度に中心合わせされる、第２の角度の円錐の外部結合とを可能にする。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

【0048】

図２Ａに図示される実施形態において利用される格子の構造は、接眼レンズ導波管の異なる領域において変動されることができる。減少された格子周期を伴う、本設計では、ブレーズド格子が、外部結合効率を増加させるために使用されることができる。実施例として、格子１３６は、ブレーズドされ、プロジェクタ１６０から受光された光のためのその効率を増加させることができ、格子１３８は、ブレーズドされ、プロジェクタ１５０から受光された光のためのその効率を増加させることができる。本ブレーズド格子設計は、プロジェクタ１５０からの光が格子１３６によって殆ど外部結合されず、プロジェクタ１６０からの光が格子１３８によって殆ど外部結合されない結果をもたらすであろう。格子１３６と格子１３８との間の中心領域では、格子構造は、あるブレーズド格子プロファイルから開始し、バイナリ格子を中心領域に伴って、他のブレーズド格子プロファイルで終了するように段階的であることができる。ブレーズド格子に加え、他の回折表面、特に、メタ表面およびメタ材料、体積位相ホログラム、段状格子、および同等物を含む、入射光の方向に応じて、異なる回折効率によって特徴付けられる、表面も、利用されることができる。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

【0049】

図２Ｂは、本発明の実施形態による、増加された格子周期を伴う、接眼レンズ導波管を図示する、簡略化された断面図である。図２Ｂに図示される設計は、接眼レンズ導波管の片側上に入射する光が、優先的に、接眼レンズ導波管の対向側上に外部結合される結果をもたらす。増加された格子周期を伴う、設計を使用して、内部結合格子と外部結合格子との間の空間分離は、減少され、画像サイズが拡張するための余地を提供し、接眼レンズ導波管のサイズを低減させることができる。図２Ｂに図示されるように、格子歯間で測定される格子ピッチに反比例する、格子周期は、ゼロを上回る角度で（すなわち、ｚ－軸に対して正の角度で傾斜される）ＩＣＧ１５４上に入射する所与の波長の光線１２２が、正のｘ－軸上に中心合わせされる方向に沿って内部結合されるように選択される。増加された格子周期および減少された格子ピッチを伴う、本格子に関して、所与の波長における光が、法線入射で入射する場合、光は、正のｘ－軸に対してある正の角度で上方に傾斜された方向に沿って内部結合されるであろう。したがって、増加された格子周期は、従来の設計より強い、内部結合格子を利用する。故に、ｚ－軸に対して０°～＋５０°に及ぶ角度で傾斜された光線１２２によって画定された角度の円錐は、その角度の円錐が導波管を辿って伝搬するにつれて、接眼レンズ導波管１０４の中に内部結合され、ＴＩＲを被る。非法線角度で入射する、光を投影するために、プロジェクタ１６０が、接眼レンズ導波管に対して傾斜されることができる、光学系が、非法線入射角を接眼レンズ導波管に対して法線方向に配向されるプロジェクタから導入するために利用されることができる、または同等物であることができる。

【0050】

図２Ｂに図示される実施形態では、外部結合格子１５６は、ＩＣＧ１５４の格子周期に合致する、格子周期を有する。故に、ｚ－軸に対して０°～５０°に及ぶ、角度の円錐１２３は、接眼レンズ導波管１０４から外部結合される。内部結合および外部結合は、接眼レンズ導波管１０４の対向表面上に図示されるが、これは、本発明によって要求されず、内部結合および外部結合は、同一表面から生じることもできる。

【0051】

同様に、内部結合格子（ＩＣＧ）１６４の格子周期は、ゼロ未満の角度の範囲で（すなわち、ｚ－軸に対して負の角度で傾斜される）ＩＣＧ１６４上に入射する所与の波長の光線１１２が、負のｘ－軸上に中心合わせされる方向に沿って内部結合されるように選択される。増加された格子周期および減少された格子ピッチを伴う、本格子に関して、所与の波長における光が、法線入射で入射する場合、負のｘ－軸に対してある正の角度で上方に傾斜された方向に沿って内部結合されるであろう。故に、ｚ－軸に対して０°～－５０°に及ぶ角度で傾斜された光線１１２によって画定された角度の円錐は、その角度の円錐が導波管を辿って伝搬するにつれて、接眼レンズ導波管１０４の中に内部結合され、ＴＩＲを被る。非法線角度で入射する、光を投影するために、プロジェクタ１５０が、接眼レンズ導波管に対して傾斜されることができる、光学系が、非法線入射角を接眼レンズ導波管に対して法線方向に配向されるプロジェクタから導入するために利用されることができる、または同等物であることができる。

【0052】

図２Ｂに図示される実施形態では、外部結合格子１６６は、内部結合格子１６４の格子周期に合致する、格子周期を有する。故に、ｚ－軸に対して０°～－５０°に及ぶ、角度の円錐１１３は、接眼レンズ導波管１０４から外部結合される。内部結合および外部結合は、接眼レンズ導波管１０４の対向表面上に図示されるが、これは、本発明によって要求されず、内部結合および外部結合は、同一表面から生じることもできる。

【0053】

したがって、図２Ｂに図示されるように、２つのプロジェクタを利用することで、プロジェクタ１５０およびプロジェクタ１６０によって生産された２つの視野が、したがって、接眼レンズ導波管に対する法線に対して所定の角度でバイアスされ、図示されるタイル状にされた視野、すなわち、組み合わせられた視野１０５をもたらす。したがって、本発明の実施形態は、その中で導波管の搬送容量（すなわち、ＴＩＲ角度に基づく）が、非法線入射光および従来の設計からの格子周期の修正と併せて完全に利用され、タイル状にされた視野を生産する、導波管を利用する。

【0054】

したがって、増加された格子周期によって特徴付けられる、設計を使用して、接眼レンズ導波管の片側上に位置付けられる、ＩＣＧにおいて投入される光は、接眼レンズ導波管の他側に伝搬し、そこで、外部結合され、組み合わせられた視野のサブディスプレイを形成する。図２Ｂに図示されるように、ｚ－軸に対して０°～５０°に及ぶ角度で傾斜された角度の円錐を画定する、光線１２２は、接眼レンズ導波管１０４の中に内部結合され、光線１２３として外部結合され、ｚ－軸に対して０°～５０°の角度範囲を被覆する、第１のサブディスプレイを形成する。並行して、ｚ－軸に対して０°～－５０°に及ぶ角度で傾斜された角度の円錐を画定する、光線１１２は、接眼レンズ導波管１０４の中に内部結合され、光線１１３として外部結合され、ｚ－軸に対して０°～－５０°の角度範囲を被覆する、第２のサブディスプレイを形成する。組み合わせられた視野１０５は、第１のサブディスプレイおよび第２のサブディスプレイのタイル化によって形成され、－５０°～５０°の角度範囲を被覆する、１００°に等しい組み合わせられた視野１０５を形成する。

【0055】

屈折率約１．７５を伴う、ポリマーを含む、ポリマー接眼レンズ導波管材料を利用することで、従来の接眼レンズ導波管設計は、約５０°の視野を達成することができる。図２Ｂに図示される、増加された格子周期を伴う、接眼レンズ導波管を利用することによって、最大１００°の組み合わせられた視野が、対称プロジェクタ傾斜を使用して、入射角における傾斜および内部結合および外部結合格子のための格子周期の合致する増加を生産する、タイル状にされた構成において達成され、出力光の対称傾斜およびタイル状にされた視野をもたらすことができる。代替として、５０°～１００°に及ぶ、組み合わせられた視野も、部分的に重複される構成において達成されることができる。

【0056】

図２Ｂは、所与の角度において接眼レンズ導波管の中に内部結合され、所与の角度において接眼レンズ導波管から外部結合される、光を図示するが、これは、本発明によって要求されない。他の実施形態では、内部結合格子および外部結合格子の格子周期は、修正され、第１の角度に中心合わせされる、第１の角度の円錐の内部結合と、第１の角度と異なる第２の角度に中心合わせされる、第２の角度の円錐の外部結合とを可能にする。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

【0057】

図２Ｂに図示される実施形態において利用される格子の構造は、接眼レンズ導波管の異なる領域において変動されることができる。増加された格子周期を伴う、本設計では、ブレーズド格子が、外部結合効率を増加させるために使用されることができる。実施例として、格子１５６は、ブレーズドされ、プロジェクタ１６０から受光された光のためのその効率を増加させることができる、格子１６６は、ブレーズドされ、プロジェクタ１５０から受光された光のためのその効率を増加させることができる。本ブレーズド格子設計は、プロジェクタ１５０からの光が格子１５６によって殆ど外部結合されず、プロジェクタ１６０からの光が格子１６６によって殆ど外部結合されない結果をもたらすであろう。格子１５６と格子１６６との間の中心領域では、格子構造は、あるブレーズド格子プロファイルから開始し、バイナリ格子を中心領域に伴って、他のブレーズド格子プロファイルで終了するように段階的であることができる。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

【0058】

図３Ａは、本発明の実施形態による、増加された格子周期および組み合わせられた視野を伴う、接眼レンズ導波管の要素を図示する、簡略化された平面図である。図３Ａでは、導波管ディスプレイ内の光線の伝搬および回折が、結果として生じる視野とともに図示される。図３Ａに図示されるように、ＩＣＧ３０５による入力光の回折は、光線３１１および３１５によって図示されるように、光が導波管の平面の中に回折され、その中で伝搬する結果をもたらす。説明されるであろうように、光線３１１によって表される光線および光線３１５によって表される光線は、第１の部分３１０ａと、第２の部分３１０ｂとを含む、視野３１０（図３Ｄに図示される）の生成をもたらすであろう。

【0059】

光線３１１は、ＩＣＧ３０５からの回折後、上方かつ右に伝搬し、導波管の上部部分内の格子から回折し、光線３１２を生産し、これは、下方かつ右に伝搬する。本ＯＰＥ回折イベントは、図３Ｂにおける矢印３２２によって表される。光線３１２は、導波管内で伝搬し、導波管の下側部分内の格子から回折し、外部結合イベント３１３を生産する。外部結合された光線３１４は、導波管の下側部分からユーザに向かって上方に伝搬するように図示され、それによって、視野３１０の第１の部分３１０ａを生産し、これは、ユーザの視野の下側部分と関連付けられる。

【0060】

並行して、光線３１５は、軸３０１の近くで、下方かつ右に伝搬し、軸３０１の近くで、導波管の下側部分内の格子から回折し、光線３１６を生産し、これは、上方かつ右に伝搬する。本ＯＰＥ回折イベントは、図３Ｃにおける矢印３３２によって表される。光線３１６は、導波管内で伝搬し、軸３０１の近くで、導波管の上側部分内の格子から回折し、外部結合イベント３１７を生産する。外部結合された光線３１８は、軸３０１の近くで、導波管の上側部分からユーザに向かって下方に伝搬するように図示され、それによって、視野３１０の下側部分３１０ｂを生産する。

【0061】

したがって、視野３１０は、光線３１１と関連付けられる、第１の部分３１０ａと、光線３１５と関連付けられる、第２の部分３１０ｂとを含む。当業者に明白となるであろうように、中間角度で内部結合され、導波管内で伝搬するように動作可能である、光線は、視野３１０を埋めるであろう。

【0062】

図３Ｂは、視野の第１の部分を形成する光線の第１のセットに関する、図３Ａに図示される接眼レンズ導波管の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。図３Ｂに図示されるように、視野３１０の第１の部分３１０ａは、導波管内角度に対応する、ｎ＝１．０に位置付けられる円形と、ｎ＝１．７５に位置付けられる円形とによって画定された環の境界によって制限されないように、位置３２６および３２８によって表されるように、ｋ－空間図を通して進行する。接眼レンズ導波管の平面内の回折および接眼レンズ導波管の平面から外への回折は、したがって、接眼レンズ導波管の内側を伝搬する領域を通して、ｋ－空間図内を進行する結果をもたらす。

【0063】

図３Ｂを参照すると、ＩＣＧ３０５からの回折は、位置３２６によって図示されるように、視野の第１の部分３１０ａをｋ－空間図の導波管内領域に平行移動させる格子ベクトルを表す、矢印３２０によって表される。図３Ａに図示されるような光線３１２を生産するように回折する、光線３１１から生じるＯＰＥ回折イベントは、視野の第１の部分３１０ａを、ｋ－空間図の導波管内領域内の位置３２６から、同様にｋ－空間図の導波管内領域内にある、位置３２８まで平行移動させる、図３Ｂにおける矢印３２２によって表される。外部結合された光線３１４を生産するように回折する、光線３１２から生じるＥＰＥ外部結合イベント３１３は、視野の第１の部分３１０ａを、ｋ－空間図の導波管内領域内の位置３２８から、視野の第１の部分３１０ａと関連付けられる、ｋ－空間図の眼空間領域まで平行移動させる、図３Ｂにおける矢印３２４によって表される。

【0064】

したがって、図３Ｂに図示される、ｋ－空間図によって示されるように、ユーザの視野の下側部分内の光は、導波管の下側部分からユーザに向かって上方に伝搬する光線によって形成され、それによって、視野３１０の第１の部分３１０ａを生産する。

【0065】

図３Ｂにおけるｋ－空間図は、図３Ａに図示される接眼レンズ導波管設計が、視野３１０ａの中心が、原点から、位置３２８に表される視野の中心が位置する、軸３０２に沿った位置までの距離を上回る、軸３０２に沿って測定された距離にわたって、ＯＰＥおよびＥＰＥ回折イベントの結果として平行移動されるため、軸３０２に沿って、増加された格子周期によって特徴付けられる、格子間隔を有することを実証する。換言すると、図３Ｂを参照すると、軸３０２に沿って測定された距離Ｌは、距離Ｄを上回る。比較として、軸３０１に沿った平行移動の大きさを検討すると、原点から点３０３までの距離は、軸３０１に沿った格子間隔が増加された格子周期または減少された格子周期によって特徴付けられないため、視野３１０ａの中心が軸３０１に沿って平行移動される距離に等しい。

【0066】

したがって、相互に対して約６０°に配向される格子線を含む、接眼レンズ導波管設計を使用して、光は、３つの異なる格子ベクトル、すなわち、接眼レンズ導波管の平面の中へのＩＣＧによる回折を表し、視野３１０ａを位置３２６に平行移動させる、軸３０１と整合される格子ベクトルを表す、矢印３２０と、軸３０１に対して約－１２０°に配向される、格子ベクトルを表し、位置３２６における視野を位置３２８に平行移動させる、矢印３２２と、軸３０１に対して約６０°に配向され、位置３２８における視野を視野３１０ａに平行移動させる、格子ベクトルを表す、矢印３２４とに沿って、ｋ－空間図内を流動することができる。位置３２６および３２８は、導波管内角度の環内にあるため、これらの３つの異なる格子ベクトルに沿って回折される、光は、接眼レンズ導波管内で維持されるであろう。

【0067】

図３Ｃは、視野の第２の部分を形成する光線の第２のセットに関する、図３Ａに図示される接眼レンズ導波管の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。図３Ａを参照すると、光線３１５は、ＩＣＧ３０５からの回折後、軸３０１の近くで、下方かつ右に伝搬し、最終的に、外部結合された光線３１８の生成をもたらす。図３Ｃに図示されるように、ＩＣＧ３０５からの回折は、位置３３６によって図示されるように、視野の第２の部分３１０ｂをｋ－空間図の導波管内領域に平行移動させる、矢印３３０によって表される。図３Ａに図示されるような光線３１５を生産するように回折する、光線３１５から生じるＯＰＥ回折イベントは、視野の第２の部分３１０ｂを、ｋ－空間図の導波管内領域内の位置３３６から、同様にｋ－空間図の導波管内領域内にある、位置３３８に平行移動させる、図３Ｃにおける矢印３３２によって表される。外部結合された光線３１８を生産するように回折する、光線３１６から生じるＥＰＥ外部結合イベント３１７は、視野の第２の部分３１０ｂを、ｋ－空間図の導波管内領域内の位置３３８から、視野の第２の部分３１０ｂと関連付けられる、ｋ－空間図の眼空間領域に平行移動させる、図３Ｃにおける矢印３３４によって表される。

【0068】

図３Ｂに示される第１の部分３１０に関連して議論されるように、視野３１０の第２の部分３１０ｂは、導波管内角度に対応する、ｎ＝１．０に位置付けられる円形と、ｎ＝１．７５に位置付けられる円形とによって画定された環の境界によって制限されないように、位置３３６および３３８によって表されるように、ｋ－空間図を通して進行する。接眼レンズ導波管の平面内の回折および接眼レンズ導波管の平面から外への回折は、したがって、接眼レンズ導波管の内側を伝搬する領域を通して、ｋ－空間図内を進行する結果をもたらす。

【0069】

図３Ｄは、視野に関する、図３Ａに図示される接眼レンズ導波管の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。図３Ｄに図示されるｋ－空間図では、視野３１０の第１の部分３１０ａおよび第２の部分３１０ｂが、示される。図３Ａ－３Ｃに関連して議論されるように、ＩＣＧによって導波管の中に回折され、軸３０１に対して小角度で、右、かつ概して、上方および下方に伝搬する、光線は、導波管内の伝搬を表す、視野３１０の位置３２６および３３６への平行移動によって、ｋ－空間内に表されることができる。矢印３２２および３３２によって表されるＯＰＥ相互作用は、それぞれ、導波管の上側部分から導波管の下側部分への伝搬と、導波管の下側部分から導波管の上側部分への伝搬とを表す。最後に、ＥＰＥ相互作用は、眼空間領域内の角度における視野３１０によって表される、外部結合によって表される。

【0070】

したがって、視野３１０は、光線３１１と関連付けられる、第１の部分３１０ａと、光線３１５と関連付けられる、第２の部分３１０ｂとを含む。当業者に明白となるであろうように、中間角度で内部結合され、導波管内で伝搬するように動作可能である、光線は、視野３１０を埋めるであろう。

【0071】

図３Ｅは、代替視野に関する、図３Ａに図示される接眼レンズ導波管の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。図３Ｅでは、ユーザの視野の下側部分と関連付けられる、視野３４０は、導波管の上側部分からユーザに向かって下方に伝搬する光として形成される。したがって、視野３４０は、軸３０１に対する視野３１０の鏡像である。

【0072】

図３Ｅを参照すると、視野３４０の第１の部分３４０ａおよび第２の部分３４０ｂが、示される。図３Ａ－３Ｄに関連して示される動作と同様の様式で、かつ鏡像方式で、ＩＣＧによって導波管の中に回折され、軸３０１に対して小角度で、右、かつ概して、下方および上方に伝搬する、光線は、導波管内の伝搬を表す、視野３４０の位置３４６および３５６への平行移動によって、ｋ－空間内に表されることができる。ＯＰＥ相互作用は、これらの導波管内伝搬角度が導波管によってサポートされるため、それぞれ、第１の部分の位置３４８への平行移動と、第２の部分の位置３５８への平行移動をもたらす。最後に、ＥＰＥ相互作用は、眼空間領域内の角度における視野３４０によって表される、外部結合によって表される。

【0073】

したがって、視野３１０の鏡像として、視野３４０は、図３Ａにおける下方かつ右に伝搬する光線と関連付けられる、第１の部分３４０ａと、図３Ａにおける上方かつ右に伝搬する光線と関連付けられる、第２の部分３４０ｂとを含む。当業者に明白となるであろうように、中間角度で内部結合され、導波管内で伝搬するように動作可能である、光線は、視野３４０を埋めるであろう。

【0074】

図３Ｆは、本発明の実施形態による、例示的光線とともに、図３Ａに示される接眼レンズ導波管を図示する、簡略化された平面図である。図３Ｆでは、視野３１０および３４０の第１および第２の部分の両方と関連付けられる、代表的光線が、図示される。図３Ａに関連して議論されるように、光線３１１は、ＩＣＧ３０５からの回折後、上方かつ右に伝搬し、導波管の上部部分内の格子から回折し、下方かつ右に伝搬する光線を生産する（ＯＰＥ相互作用）。本光線が、導波管の下側部分内の格子と相互作用すると、ＥＰＥイベントが、生じ、導波管の下側部分からユーザに向かって上方に伝搬し、それによって、視野３１０の第１の部分３１０ａを生産するように、光線３１４の外部結合をもたらす。並行して、光線３１５は、軸３０１の近くで、下方かつ右に伝搬し、軸３０１の近くで、導波管の下側部分内の格子から回折し、上方かつ右に伝搬する光線を生産する（ＯＰＥ相互作用）。本光線が、導波管の上部部分内の格子と相互作用すると、ＥＰＥイベントが、生じ、導波管の上部部分からユーザに向かって下方に伝搬し、それによって、視野３１０の第２の部分３１０ｂを生産するように、光線３１８の外部結合をもたらす。

【0075】

鏡像方式では、光線３８１は、下方かつ右に伝搬し、ＯＰＥ回折イベントとして、導波管の下側部分内の格子から回折し、光線３８２を生産し、これは、上方かつ右に伝搬する。光線３８２は、導波管内で伝搬し、導波管の上側部分内の格子から回折し、外部結合イベント３８３を生産する。外部結合された光線３８４は、導波管の上側部分からユーザに向かって下方に伝搬するように図示され、それによって、視野３４０の第１の部分３４０ａを生産し、これは、ユーザの視野の上側部分と関連付けられる。並行して、光線３８５は、軸３０１の近くで、上方かつ右に伝搬し、ＯＰＥ回折イベントとして、軸３０１の近くで、導波管の上側部分内の格子から回折し、光線３８６を生産し、これは、下方かつ右に伝搬する。光線３８６は、導波管内で伝搬し、軸３０１の近くで、導波管の下側部分内の格子から回折し、外部結合イベント３８７を生産する。外部結合された光線３８８は、軸３０１の近くで、導波管の下側部分からユーザに向かって上方に伝搬するように図示され、それによって、視野３４０の第２の部分３４０ｂを生産する。

【0076】

したがって、視野３４０は、光線３８１と関連付けられる、第１の部分３４０ａと、光線３８５と関連付けられる、第２の部分３４０ｂとを含む。当業者に明白となるであろうように、中間角度で内部結合され、導波管内で伝搬するように動作可能である、光線は、視野３４０を埋めるであろう。

【0077】

また、４つのＯＰＥ相互作用および４つのＥＰＥ相互作用のみが、明確性の目的のために、図示されるが、光線３１１／３８５および３１５／３８１は、それぞれ、導波管の上部部分および底部部分全体を通して、ＯＰＥ相互作用を被るであろうことを理解されたい。同様に、光線３１２／３８６および３１６／３８２は、それぞれ、導波管の底部部分および上部部分を通して、ＥＰＥ相互作用を被るであろう。故に、外部結合イベントは、導波管全体を通して生じ、外部結合するイベント３１３／３８７および３１７／３８３は、単に、例示的である。結果として、導波管を横断して分散される、外部結合された光線は、視野３１０および３４０の生成に寄与するであろう。

【0078】

導波管の上部および底部部分内の格子は、図３Ｆに図示される実施形態では、重複を伴わずに、軸３０１において交差することに留意されたい。しかしながら、これは、本発明によって要求されず、いくつかの他の実施形態では、格子は、軸３０１の上方および／または下方の所定の距離において、軸３０２に沿った位置で重複する。本重複領域は、導波管の上部部分の中に伝搬している光線が、導波管の底部部分内で生じる、格子とのＯＰＥ相互作用を被り、重複領域内において、導波管の上部部分の中に延在することを可能にするであろう。本実施例を継続すると、導波管の上部部分の中に伝搬し、重複領域内でＯＰＥ相互作用を被る、光線は、上部部分の中に上方に回折し、視野３４０と関連付けられる出力を向上させるであろう、外部結合イベントをもたらすであろう、ＥＰＥ相互作用を被ることができる。同様に、導波管の底部部分の中に伝搬している、光線は、導波管の上部部分内で生じる、格子とのＯＰＥ相互作用を被り、重複領域内において、導波管の底部部分の中に延在することができる。導波管の底部部分の中に伝搬し、重複領域内でＯＰＥ相互作用を被る、これらの光線は、底部部分の中に下方に回折し、視野３１０と関連付けられる出力を向上させるであろう、外部結合イベントをもたらすであろう、ＥＰＥ相互作用を被ることができる。

【0079】

図３Ｇに関連して説明されるように、図３Ａおよび３Ｆに図示される導波管設計を利用することで、組み合わせられた視野が、視野３１０および視野３４０の重複によって形成される。したがって、各視野は、個々に、約５０°×約４０°（すなわち、垂直×水平）の視野を提供するが、重複された視野は、約８０°×約４０°の組み合わせられた視野を提供し、それによって、ユーザ体験を有意に改良する。

【0080】

図３Ｇは、組み合わせられた視野に関する、図３Ａに図示される接眼レンズ導波管の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。図３Ｇを参照すると、組み合わせられた視野３５０が、視野３１０と視野３４０との間の重複によって形成される。視野３１０の位置３６０および３６１への平行移動が、明確性の目的のために図示されるが、本視野の一部は、ｋ－空間内で、位置３６６を通して平行移動することを理解されたい。同様に、視野３４０の位置３６５および３６６への平行移動が、明確性の目的のために図示されるが、本視野の一部は、ｋ－空間内で、位置３６１を通して平行移動することを理解されたい。図３Ｇに図示されるように、視野３１０は、約５０°垂直×約４０°水平の空間範囲を有する。同様に、視野３４０は、類似空間範囲を有する。これらの視野間の重複に起因して、約８０°×約４０°のはるかに大きい拡大された視野によって特徴付けられる、組み合わせられた視野が、形成される。したがって、単一プロジェクタと、１つの寸法において増加された格子周期によって特徴付けられる、格子とを利用する、本発明の実施形態を使用して、増加された視野を伴う、導波管ディスプレイが、可能にされる。

【0081】

図４Ａは、本発明の実施形態による、増加された格子周期を伴う、接眼レンズ導波管を利用する、マルチプロジェクタ導波管ディスプレイ４００を図示する、簡略化された平面図である。図２Ｂに関連して議論されるものに類似する様式において、ＩＣＧ４０５による入力光の回折は、光線４１１および４１５によって図示されるように、導波管の平面の中に回折され、その中を伝搬する光をもたらす。説明されるであろうように、光線４１１によって表される光線および光線４１５によって表される光線は、それぞれ、最初に、それぞれ、接眼レンズ導波管の上側半分のおよび接眼レンズ導波管の下側半分の中に伝搬する、光線と関連付けられる、２つの部分を含む、視野の生成をもたらすであろう。

【0082】

マルチプロジェクタ導波管ディスプレイ４００は、本実施形態では円形である、第１の領域４０３と、同様に本実施形態では円形である、第２の領域４０４とを含む。第１の領域４０３および第２の領域４０４は、重複し、重複領域４０６を形成する。図４Ａでは、重複領域４０６は、ＩＣＧ４０５とＩＣＧ４２５との間の中点に配置される。第１の領域４０３は、第１の領域４０３の上側半円によって画定された第１の部分と、第１の領域４０３の下側半円によって画定された第２の部分とを含む。同様に、第２の領域４０４は、第２の領域４０４の上側半円によって画定された第１の部分と第２の領域４０４の下側半円によって画定された第２の部分とを含む。重複領域４０６は、第１の領域の第１の部分および第２の領域の第１の部分の重複と、第１の領域の第２の部分および第２の領域の第２の部分の重複とによって形成される。マルチプロジェクタ導波管ディスプレイの接眼レンズ導波管に関連する付加的説明は、図６Ａに関連して提供される。

【0083】

光線４１１は、ＩＣＧ４０５からの回折後、上方かつ右に伝搬し、導波管の上部部分内の格子から回折し、光線４１２を生産し、これは、下方かつ右に伝搬する。光線４１２は、導波管内で伝搬し、導波管の下側部分内の格子から回折し、外部結合イベント４１３を生産する。外部結合された光線４１４は、導波管の下側部分からユーザに向かって上方に伝搬するように図示され、それによって、ユーザの視野の下側部分と関連付けられる、視野の一部を生産する。

【0084】

並行して、光線４１５は、軸４０１の近くで、下方かつ右に伝搬し、軸４０１の近くで、導波管の下側部分内の格子から回折し、光線４１６を生産し、これは、上方かつ右に伝搬する。光線４１６は、導波管内で伝搬し、軸４０１の近くで、導波管の上側部分内の格子から回折し、外部結合イベント４１７を生産する。外部結合された光線４１８は、軸４０１の近くで、導波管の上側部分からユーザに向かって下方に伝搬するように図示され、それによって、視野の下側部分を生産する。当業者に明白となるであろうように、中間角度で内部結合され、導波管内で伝搬するように動作可能である、光線は、視野を埋めるであろう。図４Ｃを参照すると、視野４１０は、光線４１１および４１５によって図示される光線によって生産される。

【0085】

図４Ｂは、図４Ａに図示されるマルチプロジェクタ導波管ディスプレイ内の第２のプロジェクタからの光線の伝搬を図示する、簡略化された平面図である。当業者に明白となるであろうように、図４Ｂに関連して議論される接眼レンズ導波管の動作は、ある程度、図４Ａに関連して議論されるような接眼レンズ導波管の動作を鏡映するであろう。すなわち、第２のプロジェクタ（図示せず）を用いて生じる、ＩＣＧ４２５による入力光の回折は、光線４３１および４３５によって図示されるように、導波管の平面の中に回折され、その中を伝搬する光をもたらす。説明されるであろうように、光線４３１によって表される光線および光線４３５によって表される光線は、それぞれ、最初に、それぞれ、接眼レンズ導波管の上側半分のおよび接眼レンズ導波管の下側半分の中に伝搬する、光線と関連付けられる、２つの部分を含む、視野の生成をもたらすであろう。

【0086】

光線４３１は、ＩＣＧ４２５からの回折後、上方かつおよび左に伝搬し、導波管の上部部分内の格子から回折し、光線４３２を生産し、これは、下方かつ左に伝搬する。光線４３２は、導波管内で伝搬し、導波管の下側部分内の格子から回折し、外部結合イベント４３３を生産する。外部結合された光線４３４は、導波管の下側部分からユーザに向かって上方に伝搬するように図示され、それによって、ユーザの視野の下側部分と関連付けられる、視野の一部を生産する。

【0087】

並行して、光線４３５は、軸４０１の近くで、下方かつ左に伝搬し、軸４０１の近くで、導波管の下側部分内の格子から回折し、光線４３６を生産し、これは、上方かつ左に伝搬する。光線４３６は、導波管内で伝搬し、軸４０１の近くで、導波管の上側部分内の格子から回折し、外部結合イベント４３７を生産する。外部結合された光線４３８は、軸４０１の近くで、導波管の上側部分からユーザに向かって下方に伝搬するように図示され、それによって、視野の下側部分を生産する。当業者に明白となるであろうように、中間角度で内部結合され、導波管内で伝搬するように動作可能である、光線は、視野を埋めるであろう。図４Ｃを参照すると、視野４６０は、光線４３１および４３５によって図示される光線によって生産される。

【0088】

図４Ｃは、図４Ａに図示される接眼レンズ導波管の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。図４Ｃを参照すると、４つの視野を含む、組み合わせられた視野が、第１のプロジェクタから入射された光によって生産される、視野４１０および視野４３０と、第２のプロジェクタから入射された光によって生産される、視野４６０および視野４７０との間の重複によって形成される。

【0089】

図４Ｃに図示されるように、個々の視野はそれぞれ、約５０°垂直×約４０°水平の空間範囲を有する。４つの個々の視野を組み合わせられた視野内で組み合わせることによって、これらの視野間の重複は、約８０°×約１００°のはるかに大きい拡大された視野によって特徴付けられる、組み合わせられた視野をもたらす。したがって、２つのプロジェクタと、２つの寸法において増加された格子周期によって特徴付けられる、格子とを利用する、本発明の実施形態を使用して、増加または拡大された視野を伴う、導波管ディスプレイが、可能にされる。

【0090】

図４Ｃを参照すると、本発明の実施形態は、隣接する視野間の重複の有無にかかわらず、複数の個々の視野をタイル化することによって形成される、タイル状にされた視野を伴う、ディスプレイを提供する。当業者に明白となるであろうように、１．７５の屈折率を伴うポリマー内に加工される、接眼レンズ導波管の本実施形態では、ｎ＝１．０に位置付けられる円形と、ｎ＝１．７５に位置付けられる円形とによって画定される、環は、導波管内角度に対応する。本発明の実施形態は、サファイアおよびニオブ酸リチウム等の高価かつ特殊な材料を利用する、設計とは対照的に、依然として、組み合わせられた視野設計内に広視野を提供しながら、ポリマー等の、低コストで、軽量、かつロバストな低屈折率材料内に加工され得る、接眼レンズ導波管を提供することを理解されたい。本明細書の議論のうちのいくつかは、ポリマー材料に関連するが、本発明の実施形態は、これらの材料に限定されず、本明細書で議論される概念は、１．７５を上回る屈折率を伴う材料にも適用可能である。特に、ｎ＝１．７５における境界を有する、環は、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

【0091】

図４Ｃにおけるｋ－空間図は、図４Ａおよび４Ｂに図示される接眼レンズ導波管設計が、視野４１０の中心が、原点から位置４１９および原点から位置４０９までの距離を上回る、軸４０１および軸４０２に沿った距離にわたって平行移動されるため、軸４０１および軸４０２の両方に沿って、増加された格子周期によって特徴付けられることを実証する。したがって、図４Ａおよび４Ｂに図示され、図４Ｃにおけるｋ－空間図によって説明される、接眼レンズ導波管設計では、ＩＣＧによる回折に対応する、ｋ－空間内の平行移動は、原点から導波管内角度の環の中心までの距離を上回る。すなわち、位置４０７から位置４０９までのｋ－空間内の距離（軸４０１に沿って測定される）は、原点から位置４０９までのｋ－空間内の距離（軸４０１に沿って測定される）を上回り（すなわち、軸４０１に沿って増加された格子周期）、位置４０７から位置４１９までのｋ－空間内の距離（軸４０２に沿って測定される）は、原点から位置４１９までのｋ－空間内の距離を上回る（軸４０２に沿って測定される）（すなわち、軸４０２に沿って増加された格子周期）。

【0092】

図３Ｇに関連してより完全に説明され、図４Ｃに図示されるように、接眼レンズ導波管の中およびそこから外への光の回折および接眼レンズ導波管内の光の伝搬は、視野４１０、視野４３０、視野４６０、および視野４７０のいくつかの異なる平行移動をｋ－空間内にもたらす。図４Ａおよび４Ｃに図示されるように、ＩＣＧ４０５から回折される光は、視野４１０および視野４３０を導波管内角度の環の右部分に平行移動させるであろう。ＯＰＥ回折イベントは、これらの視野を、それぞれ、導波管内角度の環の右下および右上部分の中に平行移動させるであろう。ＥＰＥイベントとして動作する、格子線から回折される光は、これらの視野をｋ－空間図の眼空間領域内の視野４１０および視野４３０に関して図示される位置に平行移動させるであろう。

【0093】

図４Ｂおよび４Ｃに図示されるように、ＩＣＧ４２５から回折される光は、視野４６０および視野４７０を導波管内角度の環の左部分に平行移動させるであろう。ＯＰＥ回折イベントは、これらの視野を、それぞれ、導波管内角度の環の左下および左上部分の中に平行移動させるであろう。ＥＰＥイベントとして動作する、格子線から回折される光は、これらの視野をｋ－空間図の眼空間領域内の視野４６０および視野４７０に関して図示される位置に平行移動させるであろう。

【0094】

図４Ｃに図示されるように、視野のそれぞれの中心は、ｋ－空間図の原点からオフセットされる。本明細書に議論されるように、両方向に増加された周期を有する、格子の使用は、本垂直および水平オフセットをもたらす。結果として、１つは、画像光を第１のＩＣＧに提供し、１つは、画像光を第２のＩＣＧに提供する、２つのプロジェクタを使用することによって、拡大された視野が、格子特性によって画定された個々の視野間に重複を伴って、個々の視野のタイル化によって作成されることができる。

【0095】

図４Ａおよび４Ｂに関連して提供される説明は、投影された画像フレームの中心ピクセルと関連付けられるであろう、中心光線に関することに留意されたい。加えて、画像フレームの縁に形成される、光線は、図４Ａおよび４Ｂに関連して上記で利用される形式論を使用して、分析されることができる。これらの光線は、周辺光線と称され得る。当業者に明白となるであろうように、ｋ－空間図内の伝搬は、画像空間内の伝搬に反比例し、ｋ－空間図の上側部分内の伝搬は、画像空間の下側部分内の伝搬に対応する。図４Ａ－４Ｃに図示されるように、上向き方向に沿って接眼レンズ導波管の底部部分から外部結合された光線は、接眼レンズ導波管に対して明確に中心合わせされるとき、ユーザの瞳孔に到達するために好適な様式において、アイボックスに向かって指向されるであろう。さらに、下向き方向に沿って接眼レンズ導波管の上部部分から外部結合された光線は、接眼レンズ導波管に対して明確に中心合わせされるとき、ユーザの瞳孔に到達するために好適な様式において、アイボックスに向かって指向されるであろう。故に、本発明の実施形態は、その中で光が、瞳孔がアイボックス内で明確に中心合わせされるとき、優先的にユーザの瞳孔に到達する様式において外部結合される、効率的設計を提供する。

【0096】

各画像フレームの視野の上部、視野の底部、および視野の側面と関連付けられる、周辺光線を追跡することによって、本発明者らは、視野の底部に対応する、光線が、接眼レンズ導波管の上部における低減されたまたは最小限の外部結合を伴って、接眼レンズ導波管の底部において効率的に外部結合されることを実証している。故に、ユーザの眼のアイボックスおよび瞳孔に到達する際の光効率は、外部結合イベントが、アイボックスに向かって指向される、上向き方向に沿って、接眼レンズ導波管の底部から外部結合される、光をＩＣＧ４０５に提供する、プロジェクタからの光のために、増加および／または最大限にされ、外部結合イベントが、アイボックスに向かって指向される、下向き方向に沿って、接眼レンズ導波管の上部から外部結合される、光をＩＣＧ４２５に提供する、プロジェクタからの光のために増加および／または最大限にされるため、本発明の実施形態によって増加される。

【0097】

図４Ｄは、本発明の実施形態による、第１の領域および第２の領域によって画定される、接眼レンズ導波管を動作させる方法を図示する、簡略化されたフローチャートである。図４Ｄに図示される方法は、図４Ａおよび４Ｂに図示される接眼レンズ導波管を利用する、マルチプロジェクタ導波管ディスプレイのコンテキストで実装されることができる。方法４８０は、第１のプロジェクタからの光を第１の内部結合格子（ＩＣＧ）上に衝突するように指向するステップ（４８２）を含む。図６Ａにおけるプロジェクタ６２１として図示される第１のプロジェクタは、図４ＡにおけるＩＣＧ４０５または図６ＡにおけるＩＣＧ６２０として図示される、第１のＩＣＧ上に衝突する光を投影することができる。

【0098】

第１のＩＣＧ上に入射する光は、接眼レンズ導波管の平面の中に回折され、第１のプロジェクタからの光のある割合は、接眼レンズ導波管の第１の領域の第１の部分の中に、第２の領域の第１の部分の中に、第２の領域の第２の部分の中に、および接眼レンズ導波管から外に回折される（４８４）。図４Ａを参照すると、接眼レンズ導波管の第１の領域４０３の第１の部分の中に回折される光は、回折を伴わずに、第２の領域４０４の第１の部分の中に通過する一方、図６Ａでは、接眼レンズ導波管の第１の領域６０１の第１の部分６０２の中に回折される光は、第２の領域６０４の第１の部分６０５に向かって接眼レンズ導波管の平面内で回折される。したがって、いくつかの実施形態では、接眼レンズ導波管の第１の領域の第１の部分は、回折光学要素の第１のセット、例えば、ブレーズドされ、第１のプロジェクタからの光のための減少された外部結合効率によって特徴付けられる、格子の第１のセットを含む。

【0099】

光が、接眼レンズ導波管の第２の領域の第１の部分内で伝搬するにつれて、回折光学要素、例えば、格子からの回折は、図４Ａにおける光線４１２によって図示される、第２の領域４０４の第２の部分に向かって光の再指向をもたらす。第２の領域の第１の部分内の格子は、ＩＣＧ４０５とＩＣＧ４２５との間を通過する軸に対して約１５０°に配向されることができる。加えて、図４Ａに図示される光線４１２は、導波管内で伝搬し、第２の領域の第２の部分内の格子から回折し、接眼レンズ導波管から外への外部結合を生産する。第２の領域の第２の部分内の格子は、ＩＣＧ４０５とＩＣＧ４２５との間を通過する軸に対して約－１５０°に配向されることができる。図４Ａに関連して説明されるように、外部結合された光線は、導波管の第２の領域の第２の部分からユーザに向かって上方に伝搬し、それによって、ユーザの視野の下側部分と関連付けられる、視野の一部を生産する。

【0100】

第１のプロジェクタからの光の別の割合が、接眼レンズ導波管の第１の領域の第２の部分の中に、第２の領域の第２の部分の中に、第２の領域の第１の部分の中に、および接眼レンズ導波管から外に回折される（４８６）。図４Ａを参照すると、接眼レンズ導波管の第１の領域４０３の第２の部分の中に回折される光は、回折を伴わずに、第２の領域４０４の第２の部分の中に通過する、一方、他の実施形態では、接眼レンズ導波管の第１の領域の第２の部分の中に回折される光は、第２の領域の第２の部分に向かって接眼レンズ導波管の平面内で回折される。したがって、いくつかの実施形態では、接眼レンズ導波管の第１の領域の第２の部分は、回折光学要素の第２のセット、例えば、ブレーズドされ、第１のプロジェクタからの光のための減少された外部結合効率によって特徴付けられる、格子の第２のセットを含む。

【0101】

光が、接眼レンズ導波管の第２の領域の第２の部分内を伝搬するにつれて、回折光学要素、例えば、格子からの回折は、図４Ａにおける光線４１６によって図示される、第２の領域４０４の第１の部分に向かって光の再指向をもたらす。第１の領域の第１の部分内の格子は、ＩＣＧ４０５とＩＣＧ４２５との間を通過する軸に対して約３０°に配向されることができる。加えて、図４Ａに図示される光線４１６は、導波管内で伝搬し、第２の領域４０４の第１の部分内の格子から回折し、接眼レンズ導波管から外への外部結合を生産する。第１の領域の第２の部分内の格子は、ＩＣＧ４０５とＩＣＧ４２５との間を通過する軸に対して約－３０°に配向されることができる。図４Ａに関連して説明されるように、外部結合された光線は、導波管の第２の領域の第１の部分からユーザに向かって下方に伝搬し、それによって、ユーザの視野の上側部分と関連付けられる、視野の一部を生産する。

【0102】

本方法はまた、第２のプロジェクタからの光を第２の内部結合格子（ＩＣＧ）上に衝突するように指向するステップ（４８８）を含む。図６Ａにおける第２のプロジェクタ６２６として図示される、第２のプロジェクタは、図４ＡにおけるＩＣＧ４２５または図６ＡにおけるＩＣＧ６２５として図示される、第２のＩＣＧ上に衝突する光を投影することができる。

【0103】

第２のＩＣＧ上に入射する光は、接眼レンズ導波管の平面の中に回折され、第２のプロジェクタからの光のある割合は、接眼レンズ導波管の第２の領域の第１の部分の中に、第１の領域の第１の部分の中に、第１の領域の第２の部分の中に、および接眼レンズ導波管から外に回折される（４９０）。図４Ｂを参照すると、接眼レンズ導波管の第２の領域４０４の第１の部分の中に回折される光は、回折を伴わずに、第１の領域４０３の第２の部分の中に通過する一方、他の実施形態では、接眼レンズ導波管の第２の領域の第１の部分の中に回折される光は、第１の領域の第１の部分に向かって接眼レンズ導波管の平面内で回折される。したがって、いくつかの実施形態では、接眼レンズ導波管の第２の領域の第１の部分は、回折光学要素の第３のセット、例えば、ブレーズドされ、第２のプロジェクタからの光のための減少された外部結合効率によって特徴付けられる、格子の第３のセットを含む。

【0104】

光が、接眼レンズ導波管の第１の領域の第１の部分内を伝搬するにつれて、回折光学要素、例えば、格子からの回折は、図４Ｂにおける光線４３２によって図示される、第１の領域の第２の部分に向かって光の再指向をもたらす。第１の領域の第１の部分内の格子は、ＩＣＧ４０５とＩＣＧ４２５との間を通過する軸に対して約３０°に配向されることができる。加えて、図４Ｂに図示される光線４３２は、導波管内で伝搬し、第１の領域の第２の部分内の格子から回折し、接眼レンズ導波管から外への外部結合を生産する。第１の領域の第２の部分内の格子は、ＩＣＧ４０５とＩＣＧ４２５との間を通過する軸に対して約－３０°に配向されることができる。図４Ｂに関連して説明されるように、外部結合された光線は、導波管の第１の領域の第２の部分からユーザに向かって上方に伝搬し、それによって、ユーザの視野の下側部分と関連付けられる、視野の一部を生産する。

【0105】

第２のプロジェクタからの光の別の割合が、接眼レンズ導波管の第２の領域の第２の部分の中に、第１の領域の第２の部分の中に、第１の領域の第１の部分の中に、および接眼レンズ導波管から外に回折される（４９２）。図４Ｂを参照すると、接眼レンズ導波管の第２の領域の第２の部分の中に回折される光は、回折を伴わずに、第１の領域の第２の部分の中に通過する一方、他の実施形態では、接眼レンズ導波管の第２の領域の第２の部分の中に回折される光は、第１の領域の第２の部分に向かって接眼レンズ導波管の平面内で回折される。したがって、いくつかの実施形態では、接眼レンズ導波管の第２の領域の第２の部分は、回折光学要素の第４のセット、例えば、ブレーズドされ、第２のプロジェクタからの光のための減少された外部結合効率によって特徴付けられる、格子の第４のセットを含む。

【0106】

光が、接眼レンズ導波管の第１の領域の第２の部分内を伝搬するにつれて、回折光学要素、例えば、格子からの回折は、図４Ｂにおける光線４３６によって図示される、第１の領域の第１の部分に向かって光の再指向をもたらす。第１の領域の第２の部分内の格子は、ＩＣＧ４０５とＩＣＧ４２５との間を通過する軸に対して約－３０°に配向されることができる。加えて、図４Ｂに図示される光線４３６は、導波管内で伝搬し、第１の領域の第１の部分内の格子から回折し、接眼レンズ導波管から外への外部結合を生産する。第１の領域の第１の部分内の格子は、ＩＣＧ４０５とＩＣＧ４２５との間を通過する軸に対して約３０°に配向されることができる。図４Ｂに関連して説明されるように、外部結合された光線は、導波管の第１の領域の第１の部分からユーザに向かって下方に伝搬し、それによって、ユーザの視野の上側部分と関連付けられる、視野の一部を生産する。

【0107】

いくつかの実施形態では、第１のプロジェクタからの光は、第１の非ゼロ入射角で第１のＩＣＧ上に衝突し、第２のプロジェクタからの光は、ゼロ－第１の非ゼロ入射角に等しい、第２の非ゼロ入射角で第２のＩＣＧ上に衝突する。これらの実施形態では、第２の領域の第１の部分の第１の視野は、非ゼロ入射角に中心合わせされ、第１の領域の第１の部分の第２の視野は、非ゼロ入射角に中心合わせされる。

【0108】

図４Ｄに図示される具体的ステップは、本発明の実施形態による、第１の領域および第２の領域によって画定される、接眼レンズ導波管を動作させる特定の方法を提供することを理解されたい。ステップの他のシーケンスもまた、代替実施形態に従って実施されてもよい。例えば、本発明の代替実施形態は、異なる順序において、上記の概略されたステップを実施してもよい。さらに、図４Ｄに図示される個々のステップは、個々のステップの必要に応じて、種々のシーケンスで実施され得る、複数のサブステップを含んでもよい。さらに、付加的ステップが、特定の用途に応じて、追加または除去されてもよい。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

【0109】

図５Ａは、本発明の実施形態による、減少された格子周期を伴う、接眼レンズ導波管を利用する、マルチプロジェクタ導波管ディスプレイを図示する、簡略化された平面図である。図４Ａ－４Ｃに関連して提供される説明は、減少された格子周期を伴う、接眼レンズ導波管を別として、図５Ａ－５Ｃに適用可能である。

【0110】

その中で格子周期が、格子ピッチを増加させることによって、減少される、本設計では、光は、接眼レンズ導波管に沿って、低減された距離を伝搬後、外部結合される。図５Ａを参照すると、ＩＣＧ５０５上に入射する光は、ＩＣＧ５０５に隣接する接眼レンズ導波管の視野５１０内で外部結合される。同様に、ＩＣＧ５２５上に入射する光は、ＩＣＧ５２５に隣接する接眼レンズ導波管の視野５３０内で外部結合される。

【0111】

図５Ｂは、図５Ａに図示される接眼レンズ導波管の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。

【0112】

図５Ｂにおけるｋ－空間図は、図５Ａに図示される接眼レンズ導波管設計が、軸５０１に沿って減少された格子周期と、軸５０２に沿って増加された格子周期とによって特徴付けられる、設計であることを実証する。軸５０１に沿って減少された格子周期は、軸５０１に沿って、原点から導波管内角度の環の中心までの距離未満である、距離にわたって平行移動される、視野５１０／５６０の中心によって図示される。同様に、視野５３０／５７０の中心も、軸５０１に沿って、原点から導波管内角度の環の中心までの距離未満である、距離にわたって平行移動される。軸５０２と整合される垂直方向において、図４Ｃに関連して上記に議論されるものに類似する挙動が、実証される。故に、視野５１０／５６０の中心は、軸５０２に沿って、原点から導波管内角度の環の中心までの距離を上回る、距離にわたって平行移動される。同様に、視野５３０／５７０の中心も、軸５０１に沿って、原点から導波管内角度の環の中心までの距離を上回る、距離にわたって平行移動される。

【0113】

図５Ｂに図示されるように、図５Ａに図示される接眼レンズ導波管設計を使用して達成される視野は、第１の方向に沿った約５０°～約１８０°（最遠範囲）×第１の方向に直交する第２の方向における約５０°の視野に達することができる。ｋ－空間図の上側部分内の視野５１０および５６０とｋ－空間図内の下側部分内の視野５３０および５７０の組み合わせは、領域５７５内に、特定の用途の必要に応じてマスクされ得る、切り欠きをもたらすことに留意されたい。

【0114】

図６Ａは、本発明の実施形態による、マルチプロジェクタ導波管ディスプレイの要素を図示する、簡略化された平面図である。図６Ａに図示され、下記でより完全に説明されるように、導波管ディスプレイコンポーネントとも称され得る、接眼レンズ導波管６００は、第１のＩＣＧと称され得る、ＩＣＧ６２０を含む。ＩＣＧ６２０は、第１のプロジェクタ６２１からの入力光を受光するように動作可能である。図１に関連して議論されるように、ＩＣＧ６２０は、ｚ－軸、すなわち、ｘ－ｙ平面にある、接眼レンズ導波管６００の入力表面に対する法線と整合される成分を有する方向に沿って伝搬する、入力光を受光し、入力光の少なくとも一部を導波管の中に結合する。

【0115】

接眼レンズ導波管６００はまた、第２のＩＣＧと称され得る、ＩＣＧ６２５を含む。ＩＣＧ６２５は、第２のプロジェクタ６２６からの入力光を受光するように動作可能である。図１に関連して議論されるように、ＩＣＧ６２０は、ｚ－軸、すなわち、ｘ－ｙ平面にある、接眼レンズ導波管６００の入力表面に対する法線と整合される成分を有する方向に沿って伝搬する、入力光を受光し、入力光の少なくとも一部を導波管の中に結合する。

【0116】

ＩＣＧ６２０およびＩＣＧ６２５は、接眼レンズ導波管の平面にある、ｘ－軸に沿って配置される。図６Ａを参照すると、導波管ディスプレイ６００はさらに、その中で光が、導波管ディスプレイ内の平面および導波管の平面ディスプレイから外に回折される、複数の領域を含む。これらの複数の領域は、第１の領域６０１と、第２の領域６０４とを含む。各領域では、領域の一部内に存在する格子線または他の回折構造は、領域の他の部分内に存在する他の格子線に対して、または他の領域（または複数の領域のその他）内の格子線に対して、所定の角度に配向される。

【0117】

図６Ａおよび６Ｂに図示される２つのプロジェクタ設計では、領域の一部内の格子は、格子上に入射する光の源に応じて、異なる回折機能を実施することができることに留意されたい。実施例として、ＩＣＧ６２０上に入射する光は、第２の領域６０４の第２の部分６０６内を伝搬するとき、第２の部分６０６内の格子と相互作用し、接眼レンズ導波管から外部結合することができる。すなわち、第２の部分６０６内の格子は、プロジェクタ６２１からの光のためのＥＰＥ格子として機能することができる。対照的に、ＩＣＧ６２５上に入射する光は、第２の領域６０４の第２の部分６０６内を伝搬するとき、第２の部分６０６内の格子と相互作用し、接眼レンズ導波管の平面内で第１の部分６０５に向かって回折することができる。すなわち、第２の部分６０６内の格子は、第２のプロジェクタ６２６からの光のためのＯＰＥ格子として機能することができる。類似の多様な効果は、他の部分内の他の格子に関しても明白であって、接眼レンズ導波管内を伝搬する光の源に応じて、異なる機能性（すなわち、ＯＰＥまたはＥＰＥ機能性）をもたらすであろう。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

【0118】

格子の単一のセットのみを有する、第２の部分６０６の面積とは対照的に、第１の領域６０１と第２の領域６０４との間の重複領域６３０は、複数の効果、例えば、ＥＰＥおよびＯＰＥ効果の両方を生産するであろう。格子の複数のセットが、存在するため、回折効果が、両方のプロジェクタからの光入射のために生産されるであろう。

【0119】

格子を第１の領域６０１の第１の部分６０２および第２の部分６０３および第２の領域６０４の第１の部分６０５および第２の部分６０６内に提供するために使用される、実際の実装は、変動されることができる。実施例として、第１の領域６０１の第２の部分６０３および第２の領域６０４の第１の部分６０５内の格子（すなわち、ｘ－軸に対して－３０°に配向される格子）は、接眼レンズ導波管を加工するために使用される、基板の第１の表面上に形成されることができ、第１の領域６０１の第１の部分６０２および第２の領域６０４の第２の部分６０６内の格子（すなわち、ｘ－軸に対して３０°に配向される格子）は、第１の表面に対向する、基板の第２の表面上に形成されることができる。したがって、重複領域６３０は、接眼レンズ導波管の両方の表面上に存在する格子から形成されることができる。

【0120】

図６Ｂは、本発明の実施形態による、マルチプロジェクタ導波管ディスプレイ内の光線の伝搬を図示する、簡略化された平面図である。

【0121】

図６Ａおよび６Ｂを参照すると、第１の領域６０１は、それに沿ってＩＣＧ６２０およびＩＣＧ６２５がある、ｘ－軸に対して約３０°の角度で配向される格子線６１６によって特徴付けられる、上側部分または上部部分とも称される、第１の部分６０２を含む。第１の領域６０１はまた、ｘ－軸に対して約－３０°の角度で配向される格子線６１８によって特徴付けられる、下側部分または底部部分とも称される、第２の部分６０３を含む。結果として、格子線６１６および格子線６１８は、相互に対して約６０°の角度で配向される。当業者に明白となるであろうように、格子線６１６と６１８との間の間隔は、明確性の目的のために、正確な縮尺で描かれていない。

【0122】

第２の領域６０４は、ｘ－軸に対して約１２０°の角度で配向される格子線６２９によって特徴付けられる、上側部分または上部部分とも称される、第１の部分６０５を含む。第２の領域６０４はまた、ｘ－軸に対して約－１２０°の角度で配向される格子線６２８によって特徴付けられる、下側部分または底部部分とも称される、第２の部分６０６を含む。結果として、第１の領域６０１に類似する様式において、第２の領域６０４内の格子線６２９および格子線６２８は、相互に対して約６０°の角度で配向される。当業者に明白となるであろうように、格子線６２９と６２８との間の間隔は、明確性の目的のために、正確な縮尺で描かれていない。

【0123】

重複領域６３０では、格子線６１６は、格子線６２９と重複し、格子線６１８は、格子線６２８と重複する。したがって、格子線の単一のセットを含む部分に加え、重複領域６３０は、重複格子線の複数のセットを含み、相互交差領域と称され得る。本重複領域は、設計者が、より大きい射出瞳を伴う設計を実装し、射出瞳サイズの増加に伴って、接眼レンズ導波管の動作の効率を平衡させることを可能にし、これは、ユーザの眼の瞳孔の運動に対してより寛容である。

【0124】

第１の領域６０１の第１の部分６０２内の格子線６１６および第１の領域６０１の第２の部分６０３内の格子線６１８は、第２の部分６０３内の格子線６１６と第１の部分６０２内の格子線６１８の重複を伴わずに、ｘ－軸において交差するように図示されるが、これは、本発明の実施形態によって要求されない。いくつかの実施形態では、格子線６１６は、第２の部分６０３の中に延在し、格子線６１８は、第１の部分６０２の中に延在する。

【0125】

本明細書でより完全に説明されるように、重複領域６３０内の格子線の重複を含む、第１の領域６０１および第２の領域６０４の異なる部分内の格子線の存在は、格子線が、接眼レンズ導波管の平面内を伝搬する光を新しい伝搬方向に回折し、接眼レンズ導波管内を伝搬する光の側方寸法を拡張させる、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）、および接眼レンズ導波管の平面内を伝搬する光を接眼レンズ導波管の平面から外に回折する、射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）として機能することを可能にする。特に着目すべきことは、その中で光が接眼レンズ導波管内を伝搬する、方向に応じて、格子線のセットは、ＯＰＥまたはＥＰＥのいずれかとして機能することができることである。実施例として、格子線の所与のセットに関して、第１の方向内を伝搬する光は、接眼レンズ導波管の平面内で回折されることができる（ＯＰＥ機能性）一方、第１の方向に直交する第２の方向内を伝搬する光は、接眼レンズ導波管の平面から外に回折されることができる（ＥＰＥ機能性）。

【0126】

図６Ａおよび６Ｂを参照すると、光が、第１の領域６０１の第１の部分６０２を通して伝搬するにつれて、格子線６１６との相互作用は、ＩＣＧ間の軸の方向に沿って、接眼レンズ導波管の平面内に回折をもたらす。本回折の結果として、ＯＰＥ回折と同様に、画像の第１のコピーの複数のコピーが、形成され、本軸と整合される方向に伝搬する。

【0127】

第１の部分６０２から重複領域６３０まで伝搬する、光は、ｘ－軸に対して約３０°に配向される格子線およびｘ－軸に対して約１２０°に配向される格子線の存在のため、複数の方向において、接眼レンズ導波管の平面内および接眼レンズ導波管の平面から外に回折を被る。ｘ－軸と整合される方向に伝搬する光は、格子線６２９に遭遇し、接眼レンズ導波管の平面内の矢印６２７によって図示される方向に沿って、回折するであろう。光が、本方向に沿って伝搬するにつれて、光は、格子線６２８に遭遇し、接眼レンズ導波管からの外部結合イベントを被るであろう。これらの外部結合イベントは、白丸によって、図６Ｂに図示される。

【0128】

第１の部分６０５を参照すると、ｘ－軸と整合される方向に伝搬する光は、重複領域６３０を通して通過し、格子線６２９に遭遇し、接眼レンズ導波管の平面内の矢印６２７の方向に沿って回折する。これらの回折イベントの間、光のラダリングが、ＯＰＥ機能性の必要に応じて、生じるであろう。光が、矢印６２７の方向に沿ってさらに伝搬するにつれて、光は、第２の部分６０６に進入し、格子線６２８に遭遇し、接眼レンズ導波管からの付加的外部結合イベントを被るであろう。これらの外部結合イベントは、重複領域６３０内に生産された外部結合イベントのように、白丸によって、図６Ｂに図示される。

【0129】

したがって、ＩＣＧ６２０において接眼レンズ導波管に進入し、第１のプロジェクタ６２１によって生成される、光は、第２の領域６０４内で外部結合されることができる。図６Ａおよび６Ｂに図示される設計では、ＩＣＧ６２０において接眼レンズ導波管の中に結合された光は、好ましくは、外部結合イベントを被らずに、第１の領域６０１を通して通過し、それによって、外部結合によって、殆どまたは全く光損失をもたらさず、第１の領域６０１を通した通路のみが、接眼レンズ導波管の平面内の回折をもたらし、ＯＰＥ機能性を複製する。結果として、第１のプロジェクタからの光に関する全ての外部結合イベントは、好ましくは、第２の領域６０４内で被られ、これは、組み合わせられたディスプレイのサブディスプレイのうちの１つを形成する、出力を提供する。図２Ｂに図示されるように、ＩＣＧに進入する光線の円錐は、非法線入射角に中心合わせされるため、第２の領域６０４内で外部結合された光線の円錐もまた、非法線入射角で伝搬し、サブディスプレイ間の空間分離および組み合わせられたディスプレイのタイル化を可能にする。

【0130】

ＩＣＧ６２０に進入する光に加え、ＩＣＧ６２５に進入する光は、第２の領域６０４を通して伝搬するにつれて、類似相互作用を受け、ＯＰＥ相互作用をもたらし、第１の領域６０１内でＥＰＥ相互作用を被るであろう。当業者は、多くの変形例、修正、および代替を認識するであろう。

【0131】

図７Ａは、本発明の実施形態による、６プロジェクタ導波管ディスプレイを図示する、簡略化された平面図である。図７Ａに図示される、６プロジェクタ設計では、６つのプロジェクタは、接眼レンズ導波管の周縁の周囲に、６０°角度に配置される。図７Ａに図示される、６プロジェクタ導波管ディスプレイは、減少された格子周期を利用する、設計である。

【0132】

６つのプロジェクタからの光（図示せず）は、ＩＣＧ７１０、７１３、７１４、７１６、７１８、および７２０を介して、共有接眼レンズ導波管領域の中に結合される。共有接眼レンズ導波管領域は、ＩＣＧ７１３および７１４を接続する線の垂直二等分線とＩＣＧ７１８および７２０を接続する線の垂直二等分線とを通して通過する軸、すなわち、垂直に配向される軸７０２と整合される、格子ベクトル７２２と、ＩＣＧ７１０および７２０を接続する線の垂直二等分線とＩＣＧ７１４および７１６を接続する線の垂直二等分線とを通して通過する軸、すなわち、垂直軸７０２に対して－３０°に配向される軸と整合される、格子ベクトル７２４と、ＩＣＧ７１６および７１８を接続する線の垂直二等分線とＩＣＧ７１０および７１３を接続する線の垂直二等分線を通して通過する軸、すなわち、垂直軸７０２に対して＋３０°に配向される軸と整合される、格子ベクトル７２６とを含む、３つの異なる格子ベクトルを含む。

【0133】

ＩＣＧ７１０を参照すると、ＩＣＧ７１０を介して内部結合された光は、軸７０１と整合される成分を有する方向に沿って、領域７１２および７１９内を伝搬する。領域７１２および７１９は、図５Ａに示されるものに類似する設計、すなわち、その中で領域７１２内の格子が、水平軸７０１に対して－１２０°の角度で傾斜され、領域７１９内の格子が、水平軸７０１に対して１２０°の角度で傾斜される、山形設計を利用する。視野の底部と関連付けられる光は、領域７１９を通して伝搬し、領域７１２に向かって回折を被り（例えば、殆どまたは全く外部結合を伴わない）、領域７１２から外部結合される。同様に、視野の上部と関連付けられる光は、領域７１２を通して伝搬し、領域７１９に向かって回折を被り（例えば、殆どまたは全く外部結合を伴わない）、領域７１９から外部結合される。これらの相互作用に関連する付加的説明は、図７Ｂに関連して提供される。

【0134】

６つの内部結合格子と、共有接眼レンズ導波管領域とを含む、図７Ａに図示される、６プロジェクタ設計を利用することで、約１００°の組み合わせられた円錐形視野が、約１．７５の屈折率を有する、ポリマー接眼レンズ内で達成される。

【0135】

図７Ｂは、図７Ａに図示される、６プロジェクタ導波管ディスプレイの単一プロジェクタ要素を図示する、簡略化された平面図である。図７Ｃは、図７Ｂに図示される単一プロジェクタ要素の動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。図７Ｂおよび７Ｃを参照すると、光回折およびｋ－空間内の視野の付随の平行移動が、説明されることができる。図７Ｂに図示されるように、ＩＣＧ７１０から回折される光の一部は、光が領域７１２の中に伝搬するにつれた、光線７４０によって表され得る。領域７１２内の格子からの回折は、導波管の上半分、すなわち、領域７１９に向かって指向される光線７４１の生成をもたらすであろう。これは、ＯＰＥイベントと見なされ得る。

【0136】

導波管の上半分、すなわち、領域７１９の中に伝搬するにつれて、領域７１９内の格子からの回折は、ユーザの視野の上側部分内の光を表す、ユーザに向かって下方に伝搬する、出力光線７４２の生成をもたらすであろう。

【0137】

同様に、ユーザの視野の下側部分内の光は、光線７５０が、ＩＣＧ７１０からの回折後、導波管の上半分、すなわち、領域７１９の中に伝搬するにつれて、生産されるであろう。導波管の上半分、すなわち、領域７１９の中への格子からの回折は、光線７５１の生成（ＯＰＥイベント）をもたらし、これは、導波管の下半分、すなわち、領域７１２の中に伝搬する。領域７１２内のＥＰＥイベントとしての回折は、ユーザに向かって上方に伝搬する、出力光線７５２の生成をもたらすであろう。

【0138】

図７Ａおよび７Ｂに図示される共有接眼レンズ導波管領域は、格子線が重複する、中心領域内にのみ、隣接する格子ベクトル間に重複を含むが、他の実施形態では、重複領域は、個別のＩＣＧのそれぞれのより近くに延在することができることに留意されたい。増加された重複を伴う、これらの設計は、ユーザの瞳孔が、アイボックス内で、アイボックスの中心からずれた位置に移動する場合、視野の可視性が、ユーザの視線の変化から生じ得る、明確に中心合わせされた瞳孔場所からのユーザの瞳孔の本逸脱により寛容であるという性能を可能にする。

【0139】

図７Ｃを参照すると、ＩＣＧ７１０からの回折は、視野７３０の位置７３２への平行移動に対応する。光線７５１によって表される、領域７１９内の格子からの回折（ＯＰＥイベント）は、視野の位置７３４への平行移動をもたらし、領域７１２内の回折（ＥＰＥイベント）は、視野のｋ－空間図の眼空間領域への平行移動をもたらす。

【0140】

同様に、光線７４１によって表される、領域７１２内の格子からの回折（ＯＰＥイベント）は、視野の位置７３６への平行移動をもたらし、領域７１９内の回折（ＥＰＥイベント）は、視野のｋ－空間図の眼空間領域への平行移動をもたらす。

【0141】

図７Ｃにおけるｋ－空間図は、図７Ｂに図示される接眼レンズ導波管設計が、視野７３０の中心が、原点から導波管内角度の環までの距離未満である、距離にわたって、軸７０１に沿って平行移動されるため、軸７０１に沿って減少された格子周期を伴う、格子を利用することを実証する。

【0142】

図７Ｄは、図７Ａに図示される、６プロジェクタ導波管ディスプレイの動作を図示する、簡略化されたｋ－空間図である。図７Ｂに図示される、６プロジェクタ導波管ディスプレイの一部に関して実施される分析が、５つの他のプロジェクタに拡張されるとき、６つの部分的に重複する視野を含む、組み合わせられた視野が、図７Ｄに示されるように、生産される。本組み合わせられた視野は、円形終端を伴う、略錐体形状の扇である、個々の視野をタイル化し、円形であって、約１．７５の屈折率を有するポリマー接眼レンズ内の約１００°の組み合わせられた円錐形視野によって特徴付けられる、組み合わせられた視野をもたらすことによって形成される。

【0143】

図８は、本発明の実施形態による、眼鏡と１つまたはそれを上回る接眼レンズ導波管の統合を図示する、簡略化された斜視図である。図８に図示されるように、接眼レンズ導波管は、一対の眼鏡の右レンズフレーム８０１および左レンズフレーム８０２の中に統合されることができる。右レンズフレーム８０１内の第１の接眼レンズ導波管８３０と左レンズフレーム８０２内の第２の接眼レンズ導波管８４０の統合は、本明細書に説明される接眼レンズ導波管の機能性の結果として、広視野を可能にする。図８に図示されるように、第１の導波管ディスプレイ８０５は、２つの接眼レンズ導波管８３０および８４０を利用し、これはそれぞれ、ＩＣＧ８３２／８４２と、ＣＰＥ８３４／８４４とを含む。

【0144】

また、本明細書に説明される実施例および実施形態は、例証目的のためだけのものであって、それに照らして、種々の修正または変更が、当業者に示唆され、本願の精神および権限および添付の請求項の範囲内に含まれるべきであることを理解されたい。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図8】

【国際調査報告】