特表 2023-542277 回折光学素子を含むデバイス

(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】2023-10-06

(54)【発明の名称】回折光学素子を含むデバイス

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20230929BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20230929BHJP

   G02F 1/141 20060101ALI20230929BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20230929BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20230929BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02F1/13 505

G02F1/141

G02B5/18

G02B5/30

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023511834

(86)(22)【出願日】2021-07-31

(85)【翻訳文提出日】2023-04-12

(86)【国際出願番号】 US2021044097

(87)【国際公開番号】W WO2022066286

(87)【国際公開日】2022-03-31

(31)【優先権主張番号】17/029,963

(32)【優先日】2020-09-23

(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】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】ヤロシュク、オレグ

(72)【発明者】

【氏名】カラフィオーレ、ジュゼッペ

(72)【発明者】

【氏名】モヘギ、アリレザ

(72)【発明者】

【氏名】メイモン、アンドリュー

(72)【発明者】

【氏名】シルバースタイン、バリー デイビッド

【テーマコード（参考）】

2H088

2H149

2H199

2H249

【Ｆターム（参考）】

2H088EA10

2H088EA47

2H088GA02

2H088JA05

2H088JA17

2H088MA20

2H149AA01

2H149BA04

2H149BA22

2H149FA00W

2H149FC09

2H199CA02

2H199CA12

2H199CA23

2H199CA24

2H199CA25

2H199CA27

2H199CA29

2H199CA30

2H199CA42

2H199CA43

2H199CA53

2H199CA66

2H199CA67

2H199CA68

2H199CA70

2H199CA86

2H249AA03

2H249AA13

2H249AA60

2H249AA62

2H249AA65

(57)【要約】

デバイスは、導波路と、導波路に結合されているインカップリング素子およびアウトカップリング素子と、を含む。導波路、インカップリング素子およびアウトカップリング素子は、デバイスのアイボックスに画像光の複数の部分を伝送するように構成される。インカップリング素子およびアウトカップリング素子のうちの少なくとも１つは、偏光選択回折素子を含む。偏光選択回折素子は、受動光学異方性材料で充填された複数の溝を画定する複数の微細構造を含む格子を含む。受動光学異方性材料は、複数の溝の溝方向に沿った第１有効屈折率と溝方向に垂直な面内方向に沿った第２有効屈折率とを有する。第１有効屈折率または第２有効屈折率のうちの一方は、微細構造の屈折率と実質的に一致する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導波路と、
前記導波路に結合されているインカップリング素子およびアウトカップリング素子と、を備えるデバイスであって、
前記導波路、前記インカップリング素子、および前記アウトカップリング素子は、前記デバイスのアイボックスに画像光の複数の部分を伝送するように構成され、
前記インカップリング素子および前記アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つは、偏光選択回折素子を含み、前記偏光選択回折素子は、
受動光学異方性材料で充填された複数の溝を画定する複数の微細構造を含む格子を備え、
前記受動光学異方性材料は、前記複数の溝の溝方向に沿った第１有効屈折率および前記溝方向に垂直な面内方向に沿った第２有効屈折率を有しており、
前記第１有効屈折率および前記第２有効屈折率のうちの一方は、前記複数の微細構造の屈折率と実質的に一致する、デバイス。

【請求項2】

前記第１有効屈折率および前記第２有効屈折率のうちの他方は、前記複数の微細構造の屈折率と一致しない、請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

前記画像光の一部分は、
（ｉ）単色画像もしくは複数色画像の視野の所定の部分、または、
（ｉｉ）所定の色の単色画像、
に対応する、請求項１または請求項２に記載のデバイス。

【請求項4】

前記受動光学異方性材料は、光学異方性ポリマーを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項5】

前記偏光選択回折素子は、前記偏光選択回折素子に結合されている外部偏光スイッチを介して回折状態と非回折状態とを間接的に切り換え可能である、請求項１～４のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項6】

前記格子は、傾斜格子または非傾斜格子である、請求項１～５のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項7】

前記偏光選択回折素子は、複数の格子を含み、
複数の期間中、前記複数の格子は、前記画像光の複数の部分のそれぞれの部分を伝送するために回折状態で動作するように順次構成され、
前記複数の期間のうちの１つの期間中に、前記複数の格子のうちの少なくとも１つは、前記画像光の前記複数の部分のうちの一部分を伝送するために回折状態で動作するように構成され、１以上の残りの格子は非回折状態で動作するように構成される、請求項１～６のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項8】

前記複数の格子は、
（ｉ）少なくとも部分的に互いに重なり合うように配列されるか、または、
（ｉｉ）積層構成で配設される、
請求項７に記載のデバイス。

【請求項9】

前記偏光選択回折素子は、前記画像光の前記複数の部分のそれぞれの部分を同じ期間中に伝送するために回折状態で動作するように構成される複数の格子を含み、
前記複数の格子の角度スペクトルおよび波長スペクトルのうちの少なくとも１つは、実質的に重なり合わない、
請求項１～８のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項10】

（ｉ）積層構成に配設される複数の導波路、および前記複数の導波路に結合されている複数の前記偏光選択回折素子であって、複数の期間中、前記複数の偏光選択回折素子は、前記画像光の前記複数の部分のそれぞれの部分を伝送するために回折状態で動作するように順次構成され、前記複数の期間のうちの１つの期間中に、前記複数の導波路のうちの１つに含まれる前記偏光選択回折素子が前記画像光の前記複数の部分のうちの一部分を伝送するために前記回折状態で動作するように構成され、１以上の残りの導波路に含まれる１以上の偏光選択回折素子は、非回折状態で動作するように構成される、前記積層構成に配設される複数の導波路、および前記複数の導波路に結合されている複数の前記偏光選択回折素子、または、
（ｉｉ）積層構成に配設される複数の導波路、および前記複数の導波路に結合されている複数の偏光選択回折素子であって、前記複数の偏光選択回折素子は、前記画像光の前記複数の部分のそれぞれの部分を同じ期間中に伝送するために回折状態で動作するように構成され、前記複数の偏光選択回折素子の角度スペクトルおよび波長スペクトルのうちの少なくとも１つは、実質的に重なり合わない、前記積層構成に配設される複数の導波路、および前記複数の導波路に結合されている複数の偏光選択回折素子、
をさらに備える、請求項１～９のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項11】

方法であって、
デバイスの第１導波路に結合されている第１偏光選択インカップリング素子および第１偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つを回折状態で動作するように構成することと、
前記第１偏光選択インカップリング素子、前記第１導波路、および前記第１偏光選択アウトカップリング素子によって、画像光の第１部分を前記デバイスのアイボックスに方向付けることと、
第２導波路に結合されている第２偏光選択インカップリング素子および第２偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つを前記回折状態で動作するように構成することと、
前記第２偏光選択インカップリング素子、前記第２導波路、および前記第２偏光選択アウトカップリング素子によって、前記画像光の第２部分を前記アイボックスに方向付けることと、
を備える方法。

【請求項12】

前記画像光の前記第１部分および前記画像光の前記第２部分は、同じ期間中または異なる期間中に前記アイボックスに伝送される、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記第１偏光選択インカップリング素子および前記第１偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つを前記回折状態で動作するように構成することは、
前記第１偏光選択インカップリング素子および前記第１偏光選択アウトカップリング素子のうちの前記少なくとも１つに結合されている偏光スイッチの動作状態を制御すること、を備える、請求項１１または請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記画像光の前記第１部分は、単色画像、複数色画像、または第１色の単色画像の視野の第１部分に対応し、
前記画像光の前記第２部分は、前記単色画像、前記複数色画像、または前記第１色とは異なる第２色の前記単色画像の視野の第２部分に対応する、
請求項１１～１３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項15】

（ｉ）前記第１導波路および前記第２導波路は、同じ共通の導波路であり、前記第１偏光選択インカップリング素子および前記第２偏光選択インカップリング素子は、少なくとも部分的に重なり合うように構成され、前記第１偏光選択アウトカップリング素子および前記第２偏光選択アウトカップリング素子は、少なくとも部分的に重なり合うように構成されるか、または、
（ｉｉ）前記第１導波路および前記第２導波路は、複数の個別導波路であり、前記第１偏光選択インカップリング素子および前記第１偏光選択アウトカップリング素子は、前記第１導波路に結合され、前記第２偏光選択インカップリング素子および前記第２偏光選択アウトカップリング素子は、前記第２導波路に結合されている、
請求項１２～１４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項16】

第３導波路に結合されている第３偏光選択インカップリング素子および第３偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つを前記回折状態で動作するように構成することと、
前記第３偏光選択インカップリング素子、前記第３導波路、および前記第３偏光選択アウトカップリング素子によって、前記画像光の第３部分を前記アイボックスに方向付けることと、
をさらに備える請求項１２～１５のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して光学デバイスに関し、より具体的には、回折光学素子を含むデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

ニアアイディスプレイ（「NED : near‐eye display」）は、ビデオ再生、ゲーミング、およびスポーツなどの多様なアプリケーションに広く実装されている。ＮＥＤは、仮想現実（「VR : virtual reality」）、拡張現実（「AR : augmented reality」）、または複合現実（「MR : mixed reality」）技術を通じてユーザーに情報を提示するために使用されている。ＡＲまたはＭＲのヘッドセットは、現実世界の画像またはシースルー画像と重ね合わせて、または現実世界の画像またはシースルー画像に重畳して仮想画像を表示する。回折結合構造を備える瞳拡大導波路ディスプレイシステムは、ＡＲ／ＭＲディスプレイにとって有望な設計であり、サングラス／メガネのフォームファクタ、適度な大きさの視野（「FOV : field of view」）、高い透過率、および大きなアイボックスを提供できる可能性がある。導波路ディスプレイシステムは、マイクロディスプレイ、コリメータ、および導波路結合器などの導波路光学系を含む。導波路結合器は、格子であり得るインカップリング素子とアウトカップリング素子とを統合する。ナノ加工によって得られる表面レリーフ型格子または様々な種類のホログラフィック格子などの様々な格子が導波路結合器に統合され得る。

【発明の概要】

【0003】

本開示の一態様によると、導波路と、導波路に結合されているインカップリング素子およびアウトカップリング素子と、を備えるデバイスであって、導波路、インカップリング素子、およびアウトカップリング素子は、デバイスのアイボックスに画像光の複数の部分を伝送するように構成され、インカップリング素子およびアウトカップリング素子のうちの少なくとも１つは、溝の溝方向に沿った第１有効屈折率と溝方向に垂直な面内方向に沿った第２有効屈折率とを有する受動光学異方性材料で充填された複数の溝を画定する複数の微細構造を含む格子を備え、第１有効屈折率または第２有効屈折率のうちの一方は、微細構造の屈折率と実質的に一致する、デバイスが提供される。

【0004】

いくつかの実施形態において、第１有効屈折率または第２有効屈折率のうちの他方のものは、微細構造の屈折率と一致しない。
いくつかの実施形態において、画像光の一部分は、単色画像または複数色画像の視野の所定の部分に対応する。

【0005】

いくつかの実施形態において、画像光の一部分は、所定の色の単色画像に対応する。
いくつかの実施形態において、受動光学異方性材料は、光学異方性ポリマーを含む。
いくつかの実施形態において、偏光選択回折素子は、偏光選択回折素子に結合されている外部偏光スイッチを介して回折状態と非回折状態とを間接的に切り換え可能である。

【0006】

いくつかの実施形態において、格子は、傾斜格子または非傾斜格子である。
いくつかの実施形態において、偏光選択回折素子は、複数の格子を含み、複数の期間中、複数の格子は、画像光の複数の部分のそれぞれの部分を伝送するために回折状態で動作するように順次構成され、複数の期間のうちの１つの期間中に、複数の格子の少なくとも１つは、画像光の複数の部分のうちの一部分を伝送するために回折状態で動作するように構成され、１以上の残りの格子は、非回折状態で動作するように構成される。

【0007】

いくつかの実施形態において、複数の格子は、少なくとも部分的に互いに重なり合うように配列される。
いくつかの実施形態において、複数の格子は、積層構成で配設される。

【0008】

いくつかの実施形態において、偏光選択回折素子は、画像光の複数の部分のうちのそれぞれの部分を同じ期間中に伝送するために回折状態で動作するように構成される複数の格子を含み、複数の格子の角度スペクトルおよび波長スペクトルのうちの少なくとも１つは、実質的に重なり合わない。

【0009】

いくつかの実施形態において、デバイスは、積層構成に配設される複数の導波路と、複数の導波路に結合されている複数の偏光選択回折素子とをさらに備え、複数の期間中、複数の偏光選択回折素子は、画像光の複数の部分のうちのそれぞれの部分を伝送するために回折状態で動作するように順次構成され、複数の期間のうちの１つの期間中に、複数の導波路のうちの１つに含まれる偏光選択回折素子が画像光の複数の部分のうちの一部分を伝送するために回折状態で動作するように構成され、１以上の残りの導波路に含まれる１以上の偏光選択回折素子は、非回折状態で動作するように構成される。

【0010】

いくつかの実施形態において、デバイスは、積層構成に配設される複数の導波路と、複数の導波路に結合されている複数の偏光選択回折素子とをさらに備え、複数の偏光選択回折素子は、画像光の複数の部分のうちのそれぞれの部分を同じ期間中に伝送するために回折状態で動作するように構成され、複数の偏光選択回折素子の角度スペクトルおよび波長スペクトルのうちの少なくとも１つは、実質的に重なり合わない。

【0011】

本開示のさらなる態様によると、デバイスの第１導波路に結合されている第１偏光選択インカップリング素子および第１偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つを回折状態で動作するように構成することと、第１偏光選択インカップリング素子、第１導波路、および第１偏光選択アウトカップリング素子によって、画像光の第１部分をデバイスのアイボックスに方向付けることと、第２導波路に結合されている第２偏光選択インカップリング素子および第２偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つを回折状態で動作するように構成することと、第２偏光選択インカップリング素子、第２導波路、および第２偏光選択アウトカップリング素子によって、画像光の第２部分をアイボックスに方向付けることとを備える方法が提供される。

【0012】

いくつかの実施形態において、画像光の第１部分および画像光の第２部分は、同じ期間中または異なる期間中にアイボックスに伝送される。
いくつかの実施形態において、第１偏光選択インカップリング素子および第１偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つを回折状態で動作するように構成することは、第１偏光選択インカップリング素子および第１偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つに結合されている偏光スイッチの動作状態を制御することを備える。

【0013】

いくつかの実施形態において、画像光の第１部分は、単色画像、複数色画像、または、第１色の単色画像の視野（「ＦＯＶ」）の第１部分に対応し、画像光の第２部分は、単色画像、複数色画像、または第１色とは異なる第２色の単色画像の視野（「ＦＯＶ」）の第２部分に対応する。

【0014】

いくつかの実施形態において、第１導波路および第２導波路は、同じ共通の導波路であり、第１偏光選択インカップリング素子および第２偏光選択インカップリング素子は、少なくとも部分的に重なり合うように構成され、第１偏光選択アウトカップリング素子および第２偏光選択アウトカップリング素子は、少なくとも部分的に重なり合うように構成される。

【0015】

いくつかの実施形態において、第１導波路および第２導波路は、複数の個別導波路であり、第１偏光選択インカップリング素子および第１偏光選択アウトカップリング素子は、第１導波路に結合され、第２偏光選択インカップリング素子および第２偏光選択アウトカップリング素子は、第２導波路に結合されている。

【0016】

いくつかの実施形態において、方法は、第３導波路に結合されている第３偏光選択インカップリング素子および第３偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つを回折状態で動作するように構成することと、第３偏光選択インカップリング素子、第３導波路、および第３偏光選択アウトカップリング素子によって、画像光の第３部分をアイボックスに方向付けることをさらに備える。

【0017】

本明細書において、本開示の１以上の態様または実施形態に組み込むのに適すると説明されるいずれの特徴も、本開示のあらゆる態様および実施形態に一般化されることを意図していることは理解されよう。当業者は、本開示の明細書、特許請求の範囲、および図面に照らして、本開示の他の態様を理解することができる。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は例示的で説明的なものにすぎず、特許請求の範囲を制限するものではない。

【0018】

本開示の一態様は、デバイスを提供する。デバイスは、導波路と、導波路に結合されているインカップリング素子およびアウトカップリング素子とを含む。導波路、インカップリング素子およびアウトカップリング素子は、画像光の複数の部分をデバイスのアイボックスに伝送するように構成される。インカップリング素子およびアウトカップリング素子のうちの少なくとも１つは、偏光選択回折素子を含む。偏光選択回折素子は、溝の溝方向に沿った第１有効屈折率と溝方向に垂直な面内方向に沿った第２有効屈折率とを有する受動光学異方性材料で充填された複数の溝を画定する複数の微細構造を含む格子を含む。第１有効屈折率または第２有効屈折率のうちの一方は、微細構造の屈折率と実質的に一致する。

【0019】

本開示の別の態様は、方法を提供する。方法は、デバイスの第１導波路に結合されている第１偏光選択インカップリング素子および第１偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つを回折状態で動作するように構成することを含む。方法は、第１偏光選択インカップリング素子、第１導波路、および第１偏光選択アウトカップリング素子によって、画像光の第１部分をデバイスのアイボックスに方向付けることも含む。方法は、第２導波路に結合されている第２偏光選択インカップリング素子および第２偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つを回折状態で動作するように構成することも含む。方法は、第２偏光選択インカップリング素子、第２導波路、および第２偏光選択アウトカップリング素子によって、画像光の第２部分をアイボックスに方向付けることをさらに含む。

【0020】

当業者は、本開示の明細書、特許請求の範囲、および図面に照らして、本開示の他の態様を理解することができる。
以下の図面は、開示する様々な実施形態に従って、例示の目的で提供されており、本開示の範囲を制限することを意図するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1A】本開示の実施形態による、ニアアイディスプレイ（「ＮＥＤ」）の模式図を示す。

【図1B】本開示の実施形態による、図１Ａに図示するＮＥＤの半分の断面図を示す。

【図2A】本開示の実施形態による、導波路ディスプレイアセンブリの模式図を示す。

【図2B】本開示の別の実施形態による、導波路ディスプレイアセンブリの模式図を示す。

【図3A】本開示の実施形態による、非回折状態の受動格子の模式図を示す。

【図3B】本開示の実施形態による、図３Ａに図示する受動格子の回折状態の模式図を示す。

【図4A】本開示の別の実施形態による、回折状態の受動格子の模式図を示す。

【図4B】本開示の別の実施形態による、図４Ａに図示する受動格子の非回折状態の模式図を示す。

【図5A】本開示の別の実施形態による、非回折状態の受動格子の模式図を示す。

【図5B】本開示の別の実施形態による、図５Ａに図示する受動格子の回折状態の模式図を示す。

【図5C】本開示の別の実施形態による、受動格子の回折状態の模式図を示す。

【図5D】本開示の別の実施形態による、図５Ｃに図示する受動格子の非回折状態の模式図を示す。

【図6A】本開示の別の実施形態による、受動格子の非回折状態の模式図を示す。

【図6B】本開示の別の実施形態による、受動格子の回折状態の模式図を示す。

【図6C】本開示の別の実施形態による、受動格子の回折状態の模式図を示す。

【図6D】本開示の別の実施形態による、受動格子の非回折状態の模式図を示す。

【図7】本開示の別の実施形態による、受動回折光学素子の模式図を示す。

【図8A】本開示の実施形態による、受動格子を間接的に切り換えるためのシステムの模式図を示す。

【図8B】本開示の実施形態による、受動格子を間接的に切り換えるためのシステムの模式図を示す。

【図9A】本開示の実施形態による、受動回折光学素子を製作するプロセスを示す模式図を示す。

【図9B】本開示の実施形態による、受動回折光学素子を製作するプロセスを示す模式図を示す。

【図9C】本開示の実施形態による、受動回折光学素子を製作するプロセスを示す模式図を示す。

【図9D】本開示の実施形態による、受動回折光学素子を製作するプロセスを示す模式図を示す。

【図10A】本開示の別の実施形態による、受動回折光学素子を製作するプロセスを示す模式図を示す。

【図10B】本開示の別の実施形態による、受動回折光学素子を製作するプロセスを示す模式図を示す。

【図10C】本開示の別の実施形態による、受動回折光学素子を製作するプロセスを示す模式図を示す。

【図11A】本開示の実施形態による、視野（「ＦＯＶ」）の異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路を含む光学システムを示す。

【図11B】本開示の実施形態による、視野（「ＦＯＶ」）の異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路を含む光学システムを示す。

【図12A】本開示の別の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路を含む光学システムを示す。

【図12B】本開示の別の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路を含む光学システムを示す。

【図12C】本開示の別の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路を含む光学システムを示す。

【図12D】本開示の実施形態による、図１２Ａに図示する導波路に結合されているインカップリングサブ格子の重なり合う構成の模式図を示す。

【図12E】本開示の別の実施形態による、図１２Ａに図示する導波路に結合されているインカップリングサブ格子の重なり合う構成の模式図を示す。

【図13A】本開示の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路スタックを含む光学システムを示す。

【図13B】本開示の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路スタックを含む光学システムを示す。

【図14A】本開示の別の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路を含む光学システムを示す。

【図14B】本開示の別の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路を含む光学システムを示す。

【図15A】本開示の別の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路スタックを含む光学システムを示す。

【図15B】本開示の別の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路スタックを含む光学システムを示す。

【図15C】本開示の別の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路スタックを含む光学システムを示す。

【図16A】本開示の別の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路を含む光学システムを示す。

【図16B】本開示の別の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路を含む光学システムを示す。

【図16C】本開示の別の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路を含む光学システムを示す。

【図17A】本開示の実施形態による、異なる色の単色画像を伝送するように構成される導波路スタックを含む光学システムの模式図を示す。

【図17B】本開示の実施形態による、異なる色の単色画像を時間多重化方式で伝送するように構成される、図１７Ａに図示する導波路スタックを含む光学システムを示す。

【図17C】本開示の実施形態による、異なる色の単色画像を時間多重化方式で伝送するように構成される、図１７Ａに図示する導波路スタックを含む光学システムを示す。

【図17D】本開示の実施形態による、異なる色の単色画像を時間多重化方式で伝送するように構成される、図１７Ａに図示する導波路スタックを含む光学システムを示す。

【図18】本開示の実施形態による、画像光の複数の部分を時間多重化方式で方向付ける方法を示すフローチャートを示す。

【図19】本開示の実施形態による、画像光の複数の部分を方向付ける方法を示すフローチャートを示す。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本開示に沿った実施形態を添付の図面を参照して説明していくが、これらは例示目的の例にすぎず、本開示の範囲を制限することを意図するものではない。可能な限り、同じまたは類似の部品に言及するために図面を通して同じ参照符号を使用し、その詳細な説明を省くことがある。

【0023】

さらに、本開示において、開示される実施形態および開示される実施形態の特徴を組み合わせてもよい。説明される実施形態は、本開示の実施形態のうちのいくつかであって、すべてではない。開示される実施形態に基づいて、当業者は、本開示と整合性のとれる他の実施形態を導き出し得る。例えば、開示される実施形態に基づいて、修正、適応、代用、追加、または他の変形を行ってもよい。開示される実施形態のこのような変形形態は、やはり本開示の範囲内にある。したがって、本開示は、開示される実施形態に制限されるものではない。そうではなく、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

【0024】

本明細書で使用される場合、「結合する」、「結合される」、「結合」または同様な用語は、光学的結合、機械的結合、電気的結合、電磁的結合、またはその組合せを包含する。２つの光学素子間の「光学的結合」とは、その２つの光学素子が１つの光学シリーズ（optical series）に配列される構造をいい、一方の光学素子から出力される光が直接的または間接的に他方の光学素子によって受光され得る。光学シリーズとは、ある光学素子から出力される光が他の光学素子のうちの１以上によって透過、反射、回折、変換、修正、または別様に処理もしくは操作されるように、光路に複数の光学素子を光学的に位置付けることをいう。いくつかの実施形態において、複数の光学素子を配列する順序が、複数の光学素子の全体的な出力に影響しなくてもよい。結合は、直接的な結合または間接的な結合（例えば、中間素子を通した結合）であってもよい。

【0025】

「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」というフレーズは、Ａのみ、Ｂのみ、またはＡおよびＢなどの、ＡとＢのすべての組合せを包含し得る。同様に、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」というフレーズは、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、またはＡおよびＢおよびＣなどの、Ａ、Ｂ、およびＣのすべての組合せを包含し得る。「Ａおよび／またはＢ」というフレーズは、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」というフレーズと同様に解釈され得る。例えば、「Ａおよび／またはＢ」というフレーズは、Ａのみ、Ｂのみ、またはＡおよびＢなどの、ＡとＢのすべての組合せを包含し得る。同様に、「Ａ、Ｂ、および／またはＣ」というフレーズは、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」というフレーズと同様な意味を有する。例えば、「Ａ、Ｂ、および／またはＣ」というフレーズは、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、またはＡおよびＢおよびＣなどの、Ａ、Ｂ、およびＣのすべての組合せを包含し得る。

【0026】

第１要素が、第２要素に対して、第２要素上に、第２要素に、または少なくとも部分的に第２要素内に「装着される」、「提供される」、「形成される」、「付着される」、「搭載される」、「固定される」、「接続される」、「接着される」、「記録される」、または「配設される」と記述されるとき、第１要素は、蒸着、コーティング、エッチング、接着、貼付、ネジ止め、圧入固定、スナップフィット、締め付けなどの任意の適切な機械的または非機械的な方法を使用して、第２要素に対して、第２要素上に、第２要素に、または少なくとも部分的に第２要素内に「装着され」、「提供され」、「形成され」、「付着され」、「搭載され」、「固定され」、「接続され」、「接着され」、「記録され」、または「配設され」てもよい。加えて、第１要素は第２要素に直に接触してもよく、または第１要素と第２要素との間に中間要素があってもよい。第１要素は、左、右、前、後、上、または下などの、第２要素の任意の適切な側に配設してもよい。

【0027】

第１要素が第２要素「上に」配設または配列されると図示または記述されるとき、「上に」という用語は、第１要素と第２要素との間の例示的な相対的向きを示すために使用されるにすぎない。説明は、図面に図示される参照座標系に基づいていることも、または現行の図もしくは図面に図示される例示的な構成に基づいていることもある。例えば、図面に図示される図を説明するとき、第１要素が第２要素「上に」配設されると記述されることがある。「上に」という用語は、必ずしも、第１要素が鉛直な重力方向で第２要素の上方にあることを含意するものではない。例えば、第１要素および第２要素のアセンブリを１８０度回転させたときに、第１要素は第２要素の「下方に」なり得る（または第２要素が第１要素「上に」なり得る）。したがって、第１要素が第２要素「上に」あるように図面が示しているとき、この構成は単なる例示的な実施例であることは理解される。第１要素は、第２要素に対して任意の適切な向きに配設または配列され得る（例えば、第２要素の上方もしくは第２要素より上、第２要素より下もしくは第２要素の下方、第２要素の左、第２要素の右、第２要素の後ろ、第２要素の前、等）。

【0028】

本開示において、格子構造が構造物、デバイス、または材料（例えば、基本構造物）「上に」または「少なくとも部分的に（構造物、デバイス、または材料）内に」配設（例えば、形成、蒸着、コーティング、エッチング、記録、または別様に提供される）と記述されるとき、「上に」という用語または「少なくとも部分的に～内に」というフレーズは、格子構造が構造物、デバイス、または材料の表面上に形成される構成、格子構造が少なくとも部分的に構造物、デバイス、または材料内にもしくはその内部に形成される構成、格子構造が構造物、デバイス、または材料上もしくはその内側に記録、コーティング、蒸着、エッチング、または印刷される（または任意の他の適切な方法で提供される）構成などの様々な構成を包含するよう広く解釈されるべきである。言い換えると、「上に」という用語または「少なくとも部分的に～内に」というフレーズは、格子構造と構造物、デバイス、または材料との位置関係を厳密に制限し得ない。格子構造が構造物、デバイス、または材料「に」形成または提供されるといわれるとき、「に」という用語は、格子構造が「少なくとも部分的に」構造物、デバイス、または材料「内に」または構造物、デバイス、または材料「上に」形成または提供される様々な構成、および格子構造と基本構造物、デバイス、または材料との他の適切な構成を包含するように広く解釈されるべきである。

【0029】

本開示に述べられる波長の範囲、スペクトル、または帯域は、例示目的である。開示される光学デバイス、システム、素子、アセンブリ、および方法は、可視波長範囲、および紫外線（「UV : ultraviolet」）波長範囲、赤外波長範囲、またはその組合せなどの他の波長範囲に適用してもよい。

【0030】

「通信可能に結合される」または「通信可能に接続される」という用語は、有線または無線の通信チャネルなどの通信チャネルを通じて、関連アイテムが結合または接続されることを示す。

【0031】

直線偏光子は、任意のある方向に振動する第１直線偏光を選択的に透過させ、第１直線偏光の振動方向に垂直な方向に振動する第２直線偏光を選択的にブロックする。直線偏光子は、例えば、反射型偏光子（例えば、デュアル輝度向上フィルム、リオトロピック液晶レイヤー（lyotropic liquid crystal layer）、ワイヤーグリッド偏光子（wire grid polarizer）、プリズム偏光子等）、または吸収型偏光子（例えば、二色性偏光子）であってもよい。直線偏光子は、光透過軸と、面方向に光透過軸に直交する光吸収軸とを有し得る。いくつかの実施形態において、直線偏光子の偏光効率は、５０％よりも低くなり得る。いくつかの実施形態において、直線偏光子の偏光効率は、約５０％よりも高い、例えば、６０％、７０％、８０％、９０％、または９５％等よりも高くてもよい。

【0032】

本開示は、光学デバイスなどのデバイスを提供する。光学デバイスは、仮想画像または表示画像を表す画像光（image light）を生成するように構成される光源アセンブリを含み得る。光学デバイスは、画像光を光学デバイスのアイボックス（eye-box）に誘導するように構成される少なくとも１つの導波路も含み得る。導波路は、インカップリング素子（in-coupling element）およびアウトカップリング素子（out-coupling element）に結合され得る。導波路、インカップリング素子およびアウトカップリング素子の組合せは、画像光の複数の部分を、同じ期間中に実質的に同時に（例えば、サブフレームへの分割なく同じ画像フレーム内）または時間多重化方式（例えば、連続した画像フレームもしくはサブフレーム）で、アイボックスに透過させるように構成される。画像光の一部分は、単色画像の視野（「ＦＯＶ」）の所定の部分、多色画像（例えば、フルカラー画像）のＦＯＶの所定の部分、または所定の色の単色画像に対応する、またはそれを表現し得る。「フルカラー（full color）」または「フル・カラー（full-color）」という用語は、人の眼に見える色の、完全な、所定の範囲を示す。例えば、フルカラーは、複数の原色に基づいて生成され得る色の範囲を含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態において、複数の原色は、赤、緑および青を含んでもよい。いくつかの実施形態において、複数の原色は、赤、緑および青に加えて、１以上の色を含み得る。フル・カラー画像（または画像光）は、原色に基づいて生成され得る実質的に全範囲の色を含む画像（または画像光）をいい得る。

【0033】

インカップリング素子およびアウトカップリング素子のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの受動回折光学素子（passive diffractive optical element）を含み得る。受動回折光学素子は、偏光依存性であっても、または偏光選択性であってもよい。受動回折光学素子は、所定の偏光を有する入射光を選択的に回折し、所定の偏光とは異なる偏光を有する（例えば、所定の偏光に直交する）入射光を、回折が全くないかまたは無視できる状態で選択的に透過させ得る。例えば、受動回折光学素子は、所定の偏光を有する入射光を回折するために回折状態で動作し、所定の偏光とは異なる偏光を有する（例えば、所定の偏光に直交する）入射光を、回折が全くないかまたは無視できる状態で透過させるために非回折状態で動作してもよい。受動回折光学素子は、回折状態と非回折状態とを間接的に切り換え可能であり得る。「間接的に切り換え可能」という用語は、受動回折光学素子が、受動回折光学素子全体に印加される外部電界などの外場（external field）を通して回折状態と非回折状態とを直接的に切り換えられないことを意味する。受動回折光学素子は、受動回折光学素子に結合される外部偏光スイッチまたは偏光回転子（polarization rotator）を通じて回折状態と非回折状態とを間接的に切り換え可能であり得る。入射光の偏光は、入射光が受動回折光学素子に入射する前に、外部偏光回転子または偏光スイッチを介して変更または維持され得る。このように、外部偏光回転子または偏光スイッチは、受動回折光学素子の入射光の偏光を制御し、それによって受動回折光学素子を回折状態と非回折状態とに間接的に切り換える。

【0034】

いくつかの実施形態において、受動回折光学素子は、表面レリーフ型格子（「SRG : surface relief grating」）などの微細構造（例えば、ミクロンまたはナノレベルの寸法を有する構造）格子であり得る。ＳＲＧは、複数の溝を画定する複数の微細構造（例えば、突起）を含み得る。溝は、受動（passive）（または再配向不可能な）光学異方性材料で少なくとも部分的に充填され得る。受動（または再配向不可能な）光学異方性材料の分子配向は、電界などの外場を通じて再配向可能にはなり得ない。

【0035】

光学異方性材料は、微細構造格子（例えば、ＳＲＧ）の溝の溝方向に沿った第１有効屈折率と、溝方向に垂直な面内方向に沿った第２有効屈折率とを有し得る。溝方向は、例えば、溝の長さ方向であってもよい。溝の長さ方向に垂直な「面内」方向とは、溝の底面に沿った、溝の長さ方向に垂直な方向であり得る。いくつかの実施形態において、溝の長さ方向に垂直な面内方向とは、微細構造格子に含まれる微細構造または溝の周期性の面内方向をいうこともある。いくつかの実施形態において、第１有効屈折率は、光学異方性材料の第１主屈折率に等しくてもよい。いくつかの実施形態において、第１有効屈折率は、溝方向の第１主屈折率の成分に等しくてもよい。いくつかの実施形態において、第２有効屈折率は、光学異方性材料の第２主屈折率に等しくてもよい。いくつかの実施形態において、第２有効屈折率は、溝方向に垂直な面内方向の第２主屈折率の成分に等しくてもよい。いくつかの実施形態において、第１有効屈折率および第２有効屈折率は、それぞれ、光学異方性材料の第１主屈折率および第２主屈折率に等しくてもよい。いくつかの実施形態において、第１有効屈折率および第２有効屈折率のうちの一方は、光学異方性材料の第１主屈折率および第２主屈折率のうちの一方に一致し得、他方は、光学異方性材料の第１主屈折率または第２主屈折率と不一致であり得る。

【0036】

いくつかの実施形態において、第１有効屈折率または第２有効屈折率のうちの一方は、微細構造格子（例えば、ＳＲＧ）の屈折率と実質的に一致し得、第１有効屈折率または第２有効屈折率のうちの他方は、微細構造格子（例えば、ＳＲＧ）の屈折率と一致し得ない。微細構造格子（例えば、ＳＲＧ）の屈折率は、微細構造の屈折率に等しくてもよい。光学異方性材料は、受動（passive）液晶（「LC : liquid crystal」）を含み得る。いくつかの実施形態において、光学異方性材料は、重合可能なプレポリマー組成物（polymerizable pre-polymeric compositions）または重合可能な液晶（「ＬＣ」）前駆体から重合される光学異方性ポリマーを含み得る。いくつかの実施形態において、重合可能なＬＣ前駆体は、ＬＣ材料のものと同様な光学特性をもつ重合可能な分子である反応性メソゲン（「RM : reactive mesogen」）を含み得る。いくつかの実施形態において、光学デバイスは、ニアアイディスプレイ（「ＮＥＤ」）のコンポーネントであり得る。

【0037】

光学異方性材料は、一軸異方性材料であり得、ｎ^ｏ _ＡＮおよびｎ^ｅ _ＡＮが一軸異方性材料の主屈折率であるとき、その屈折率楕円体がその光軸に対して軸対称である。例えば、反応性メソゲン（「ＲＭ」）は、一軸異方性材料のカテゴリに属する。いくつかの実施形態において、重合させたＲＭ層内を伝播する光が受ける屈折率は、光の偏光方向と光学異方性材料の光軸との間の角度αに応じて、常光屈折率ｎ^ｏ _ＡＮと異常光屈折率ｎ^ｅ _ＡＮとの間の範囲で可変であり得る。例えば、重合させたＲＭ層内を伝播する光が受ける屈折率は、角度αが９０°から０°まで変化するとき、ｎ^ｏ _ＡＮからｎ^ｅ _ＡＮまで変わってもよい。

【0038】

いくつかの実施形態において、受動回折光学素子は、直線偏光選択性であり得る。例えば、受動回折光学素子は、第１偏光を有する直線偏光を選択的に回折し、第２偏光を有する直線偏光を、回折が無視できるかまたは全くない状態で透過させてもよい。第１偏光および第２偏光は、直交偏光であり得る。２つの偏光を表す２つのベクトルの内積が実質的にゼロであるときに、２つの偏光は直交する。いくつかの実施形態において、第２偏光を有する偏光の回折効率は、所定の閾値、例えば、約１０％、５％、１％、０．５％、０．１％、または０．０５％よりも低いか、または所定の閾値、例えば、約１０％、５％、１％、０．５％、０．１％、または０．０５％と等しくてもよい。いくつかの実施形態において、第１主屈折率または第２主屈折率のうちの一方は、微細構造格子（例えば、ＳＲＧ）の屈折率と同じであり得る（またはそれと一致し得る）。したがって、受動回折光学素子は、第２偏光を有する偏光を、回折が無視できるかまたは全くない状態で透過させてもよい。いくつかの実施形態において、受動回折光学素子は、円偏光または楕円偏光選択性であり得る。例えば、受動回折光学素子は、第１掌性を有する円偏光または楕円偏光を選択的に回折し、第２掌性を有する円偏光または楕円偏光を、回折が無視できるかまたは全くない状態で透過させてもよい。第１掌性および第２掌性は、互いに反対であり得る（例えば、左掌性および右掌性）。

【0039】

図１Ａは、本開示の実施形態による、ニアアイディスプレイ（「ＮＥＤ」）１００の模式図を示す。ＮＥＤ１００は、１以上の画像、ビデオ、音声、またはその組合せなどのメディアコンテンツをユーザーに提示し得る。いくつかの実施形態において、音声は、外部デバイス（例えば、スピーカーおよびヘッドフォンのうちの少なくともいずれか）を介してユーザーに提示され得、これが、ＮＥＤ１００およびコンソール（図示せず）のうちの少なくともいずれかから音声情報を受信し、その音声情報に基づいて音声データを提示する。ＮＥＤ１００は、ＶＲデバイス、ＡＲデバイス、および／またはＭＲデバイス、またはその組合せとして動作し得る。いくつかの実施形態において、ＮＥＤ１００がＡＲおよびＭＲデバイスまたはＡＲもしくはＭＲデバイスとして動作するとき、ＮＥＤ１００の一部分は少なくとも部分的に透明であり得、ＮＥＤ１００の内部コンポーネントは少なくとも部分的に視認可能であり得る。

【0040】

図１Ａに図示されるように、ＮＥＤ１００は、フレーム１１０、右ディスプレイシステム１２０Ｒ、および左ディスプレイシステム１２０Ｌを含み得る。いくつかの実施形態において、図１Ａに図示される一定のデバイスは省いてもよい。いくつかの実施形態において、図１Ａに図示されていない追加のデバイスまたはコンポーネントもＮＥＤ１００に含めてもよい。フレーム１１０は、右ディスプレイシステム１２０Ｒおよび左ディスプレイシステム１２０Ｌをユーザーの身体部分（例えば、頭）に（例えば、ユーザーの眼に隣接して）装着するように構成される適切な種類の装着構造を含み得る。フレーム１１０は、ユーザーにメディアを表示するように構成され得る１以上の光学素子に結合され得る。いくつかの実施形態において、フレーム２２０は、アイウェアのフレームを表し得る。右ディスプレイシステム１２０Ｒおよび左ディスプレイシステム１２０Ｌは、ユーザーがＮＥＤ１００によって提示されるコンテンツを見ることと、現実世界の物体の画像を見ることと、の両方または一方ができるように構成され得る（例えば、右ディスプレイシステム１２０Ｒおよび左ディスプレイシステム１２０Ｌの各々がシースルー光学素子（see-through optical element）を含んでもよい）。いくつかの実施形態において、右ディスプレイシステム１２０Ｒおよび左ディスプレイシステム１２０Ｌは、光（例えば、仮想画像に対応する画像光）を生成して、画像光をユーザーの眼に方向付けるように構成される任意の適切なディスプレイアセンブリ（図示せず）を含み得る。いくつかの実施形態において、ＮＥＤ１００は、投影システムを含み得る。例示の目的上、図１Ａは、投影システムがフレーム１１０に結合されるプロジェクタ１３５を含み得ることを示している。

【0041】

図１Ｂは、本開示の実施形態による、図１Ａに図示されるＮＥＤ１００の断面１５０である。例示の目的上、図１Ｂは、左ディスプレイシステム１２０Ｌに関連する断面図１５０を示す。図１Ｂに図示されるように、左ディスプレイシステム１２０Ｌは、ユーザーの眼１６０用の導波路ディスプレイアセンブリ１１５を含み得る。導波路ディスプレイアセンブリ１１５は、導波路または導波路のスタックを含み得る。射出瞳１２５とは、ユーザーがＮＥＤ１００を着用したときに、眼１６０がアイボックス領域内に位置付けられる場所であり得る。例示の目的上、図１Ｂは、片方の眼１６０と１つの導波路ディスプレイアセンブリ１１５とに関連する断面１５０を図示している。いくつかの実施形態において、図１Ｂに図示される導波路ディスプレイアセンブリ１１５から離れておりかつ該導波路ディスプレイアセンブリ１１５と同様な別の導波路ディスプレイアセンブリが、ユーザーのもう片方の眼の射出瞳に配置されるアイボックスに画像光を提供し得る。

【0042】

導波路ディスプレイアセンブリ１１５は、１以上の屈折率をもつ１以上の材料（例えば、プラスチック、ガラス等）を含み得る。導波路ディスプレイアセンブリ１１５は、効果的に、ＮＥＤ１００の重量を最小化し、かつ視野（「ＦＯＶ」）を広げ得る。いくつかの実施形態において、導波路ディスプレイアセンブリ１１５は、ＮＥＤ１００のコンポーネントであり得る。いくつかの実施形態において、導波路ディスプレイアセンブリ１１５は、何らかの他のＮＥＤのコンポーネント、または特定の場所に画像光を方向付ける他のシステムであり得る。図１Ｂに図示されるように、導波路ディスプレイアセンブリ１１５は、ユーザーの片方の眼１６０用に提供され得る。片方の眼用の導波路ディスプレイアセンブリ１１５は、もう片方の眼用の導波路ディスプレイアセンブリ１１５から離されるか、または部分的に離され得る。特定の実施形態では、１つの導波路ディスプレイアセンブリ１１５がユーザーの両眼１６０用に使用され得る。

【0043】

いくつかの実施形態において、ＮＥＤ１００は、導波路ディスプレイアセンブリ１１５と眼１６０との間に配設される１以上の光学素子を含み得る。光学素子は、例えば、導波路ディスプレイアセンブリ１１５から放出される画像光の収差を補正するか、導波路ディスプレイアセンブリ１１５から放出される画像光を増大するか、または導波路ディスプレイアセンブリ１１５から放出される画像光の別の種類の光学的調整を行うように構成されてもよい。１以上の光学素子の例には、絞り、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルター、画像光に影響を及ぼす任意の他の適切な光学素子、またはその組合せが含まれ得る。いくつかの実施形態において、導波路ディスプレイアセンブリ１１５は、導波路ディスプレイのスタックを含み得る。いくつかの実施形態において、積層導波路ディスプレイは、それぞれのモノクロ光源（monochromatic light sources）が異なる色の光を放出するように構成される複数の導波路ディスプレイを積層することによって形成される多色ディスプレイ（例えば、赤緑青（「RGB : red‐green‐blue」）ディスプレイを含み得る。例えば、積層導波路ディスプレイは、複数の平面に投射されるように構成される多色ディスプレイ（例えば、マルチフォーカスカラーディスプレイ（multi-focus colored display））を含んでもよい。いくつかの実施形態において、積層導波路ディスプレイは、多数の平面に投射されるように構成されるモノクロディスプレイ（例えば、マルチフォーカスモノクロディスプレイ）を含み得る。いくつかの実施形態において、ＮＥＤ１００は、適応調光素子（adaptive dimming element）１３０を含み得、これは、ＮＥＤ１００を通して見られる現実世界の物体の透過率を動的に調整し、それによってＶＲデバイスとＡＲデバイスとの間またはＶＲデバイスとＭＲデバイスとの間でＮＥＤ１００を切り換え得る。いくつかの実施形態において、ＡＲ／ＭＲデバイスとＶＲデバイスとの間を切り換えるとともに、適応調光素子１３０は、ＡＲおよびＭＲデバイスにおいて、実物体と仮想物体の輝度の差を軽減するために使用され得る。

【0044】

図２Ａは、本開示の実施形態による、導波路ディスプレイアセンブリ２００の模式図を示す。導波路ディスプレイアセンブリ２００は、ＶＲ、ＡＲ、および／またはＭＲの用途でＮＥＤ内に実装され得る。図２Ａに図示されるように、導波路ディスプレイアセンブリ２００は、光源アセンブリ２０５、導波路２１０、およびコントローラ２１５を含み得る。光源アセンブリ２０５は、光源２２０および調光システム２２５を含み得る。いくつかの実施形態において、光源２２０は、コヒーレント光または部分コヒーレント光を生成するように構成される光源であり得る。

【0045】

いくつかの実施形態において、光源２２０には、例えば、レーザダイオード、垂直共振器型面発光レーザー、発光ダイオード、またはその組合せが含まれてもよい。いくつかの実施形態において、光源２２０は、液晶ディスプレイ（「LCD : liquid crystal display」）パネル、液晶オンシリコン（「LCoS : liquid‐crystal‐on‐silicon」）ディスプレイパネル、有機発光ダイオード（「OLED : organic light‐emitting diode」）ディスプレイパネル、マイクロ発光ダイオード（「マイクロＬＥＤ: micro light‐emitting diode」）ディスプレイパネル、レーザディスプレイパネル、微小電気機械システム（「MEMS : micro‐electro‐mechanical system」）ディスプレイパネル、デジタル光処理（「DLP : digital light processing」）ディスプレイパネル、またはその組合せなどのディスプレイパネルであり得る。いくつかの実施形態において、光源２２０は、ＯＬＥＤディスプレイパネルまたはマイクロＬＥＤディスプレイパネルなどの自己発光パネルであり得る。いくつかの実施形態において、光源２２０は、ＬＣＤパネル、ＬＣｏＳディスプレイパネル、またはＤＬＰディスプレイパネルなどの外部光源によって照射されるディスプレイパネルであり得る。外部光源の例には、レーザー、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、またはその組合せが含まれ得る。調光システム２２５は、光源２２０からの光を調節するように構成される１以上の光学コンポーネントを含み得る。例えば、コントローラ２１５は、調光システム２２５を制御して光源２２０からの光を調節してもよく、これには、例えば、光を透過させること、減衰させること、拡大すること、コリメートすること、および／または光の向きを調整することが含まれてもよい。

【0046】

光源アセンブリ２０５は、画像光２３０を生成して、画像光２３０を導波路２１０の第１部分に結合されているインカップリング素子２３５に出力し得る。導波路２１０は、画像光２３０を拡大して、ユーザーの眼２６５に方向付け得る。導波路２１０は、導波路２１０の第１部分に結合されている１以上のインカップリング素子２３５で画像光２３０を受光し、受光した画像光２３０を（例えば、全内部反射（または「TIR : total internal reflection」により）導波路２１０の第２部分に結合されているアウトカップリング素子２４５に案内し得る。第１部分および第２部分は、導波路２１０の異なる部分に結合され得る。アウトカップリング素子２４５は、画像光２３０を導波路２１０から眼２６５に向けて分離させるように構成され得る。いくつかの実施形態において、インカップリング素子２３５は、光源アセンブリ２０５からの画像光２３０を導波路２１０内部のＴＩＲ経路に結合させ得る。導波路２１０は、現実世界の環境に面する第１表面または側２１０‐１と、眼２６５に面する第２表面または側２１０‐２とを含み得る。図２Ａに図示されるように、いくつかの実施形態において、インカップリング素子２３５は、導波路２１０の第１表面２１０‐１に配設され得る。いくつかの実施形態において、インカップリング素子２３５は、第１表面２１０‐１に導波路２１０の一部として一体的に形成されてもよい。いくつかの実施形態において、インカップリング素子２３５は、個別に形成されて、導波路２１０の第１表面２１０‐１に配設され（例えば、付着され）てもよい。いくつかの実施形態において、インカップリング素子２３５は、導波路２１０の第２表面２１０‐２に配設され得る。いくつかの実施形態において、インカップリング素子２３５は、第２表面２１０‐２に導波路２１０の一部として一体的に形成されてもよい。いくつかの実施形態において、インカップリング素子２３５は、個別に形成されて、導波路２１０の第２表面２１０‐２に配設され（例えば、付着され）てもよい。いくつかの実施形態において、インカップリング素子２３５は、表面レリーフ型格子、体積ホログラム、偏光格子、偏光体積ホログラム、メタ表面格子（metasurface grating）、別の種類の回折素子、またはその組合せを含み得る。いくつかの実施形態において、インカップリング素子２３５は、格子を含んでもよい。格子のピッチは、導波路２１０内の画像光２３０の全内部反射（「ＴＩＲ」）を可能にするように構成され得る。その結果、画像光２３０は、ＴＩＲを通して導波路２１０内に内部伝播し得る。インカップリング素子２３５は、インカップリング格子２３５と呼ばれることもある。

【0047】

アウトカップリング素子２４５は、導波路２１０の第１表面２１０‐１または第２表面２１０‐２に配設され得る。例えば、図２Ａに図示されるように、アウトカップリング素子２４５は、導波路２１０の第２表面２１０‐２に配設されてもよい。いくつかの実施形態において、アウトカップリング素子２４５は、例えば、第２表面２１０‐２に、導波路２１０の一部として一体的に形成されてもよい。いくつかの実施形態において、アウトカップリング素子２４５は、個別に形成されて、導波路２１０の第２表面２１０‐２に配設され（例えば、付着され）てもよい。いくつかの実施形態において、アウトカップリング素子２４５は、導波路２１０の第１表面２１０‐１に配設され得る。例えば、いくつかの実施形態において、アウトカップリング素子２４５は、第１表面２１０‐１に導波路２１０の一部として一体的に形成されてもよい。いくつかの実施形態において、アウトカップリング素子２４５は、個別に形成されて、導波路２１０の第１表面２１０‐１に配設され（例えば、付着され）得る。いくつかの実施形態において、アウトカップリング素子２４５は、表面レリーフ型格子、体積ホログラム、偏光格子、偏光体積ホログラム、メタ表面格子、別の種類の回折素子、またはその組合せを含み得る。いくつかの実施形態において、アウトカップリング素子２４５は、格子を含んでもよい。格子のピッチは、入射画像光２３０を導波路２１０から射出させるように構成され得る、すなわちＴＩＲがそれ以上起こらないように、画像光２３０を方向転換させる。言い換えると、アウトカップリング素子２４５の格子は、ＴＩＲを通して導波路２１０内部を伝播する画像光２３０を、回折を介して導波路２１０から出力光２３２として分離し得る。いくつかの実施形態において、アウトカップリング素子２４５は、アウトカップリング格子（out-coupling grating）２４５と呼ばれることもある。アウトカップリング素子２４５は、光を伝播するＴＩＲがアウトカップリング素子２４５の異なる複数の位置に入射するとき、ＴＩＲを通して導波路２１０内部を伝播する画像光２３０を、アウトカップリング素子２４５の異なる複数の位置で導波路２１０から漸進的に取り出すことができる。こうして、アウトカップリング素子２４５は、仮想画像を複製して、導波路ディスプレイアセンブリ２００の有効瞳（effective pupil）を拡大させ得る。いくつかの実施形態において、導波路２１０は、現実世界の環境から光２５５を受光し得、光２５５を出力光２３２（画像光であり得る）と合波し、合波光を眼２６５に伝送し得る。

【0048】

導波路２１０は、画像光２３０の全内部反射を可能にするように構成される１以上の材料を含み得る。導波路２１０は、例えば、プラスチック、ガラス、および／またはポリマーを含んでもよい。導波路２１０は、比較的小さいフォームファクタを有し得る。例えば、導波路２１０は、ｘ寸法が約５０ｍｍ幅、ｙ寸法が３０ｍｍ長さ、ｚ寸法が０．５～１ｍｍ厚さとしてもよい。

【0049】

コントローラ２１５は、光源アセンブリ２０５に通信可能に結合され得、光源アセンブリ２０５の動作スキームを制御し得る。いくつかの実施形態において、導波路３２０は、視野（「ＦＯＶ」）を増加または拡大した拡大画像光２３２を眼２６５に出力し得る。例えば、拡大画像光２３２は、６０度以上かつ１５０度以下の対角ＦＯＶ（ｘとｙ）で眼２６５に提供されてもよい。導波路２１０は、８ｍｍ以上かつ５０ｍｍ以下の幅かつ６ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下の高さ、または８ｍｍ以上かつ５０ｍｍ以下の幅かつ６ｍｍ以上もしくは２０ｍｍ以下の高さのアイボックスを提供するように構成され得る。導波路ディスプレイアセンブリ２００を用いて、物理的なディスプレイおよび電子機器をＮＥＤのフロントボディの側面に移動してもよく、ＡＲユーザーエクスペリエンスを向上させる、実質的に完全に遮られることのない現実世界の環境の視界が得られてもよい。

【0050】

いくつかの実施形態において、導波路２１０は、光源アセンブリ２０５の瞳を方向転換させる、折り返す、および／または拡大するように構成される追加の格子を含み得る。例えば、図２Ｂに図示されるように、導波路ディスプレイアセンブリ２５０において、方向付け素子２４０は、導波路２１０に結合されてもよい。方向付け素子２４０は、受光した入力画像光２３０をアウトカップリング素子２４５に方向転換し、受光した入力画像光２３０が導波路２１０からアウトカップリング素子２４５を介して出力画像光２３２として分離されるように構成され得る。いくつかの実施形態において、方向付け素子２４０およびアウトカップリング素子２４５は、導波路２１０の異なる側に配設され得る。いくつかの実施形態において、方向付け素子２４０は、導波路２１０の第１表面２１０‐１に配設され得る。例えば、いくつかの実施形態において、方向付け素子２４０は、第１表面２１０‐１に導波路２１０の一部として一体的に形成されてもよい。いくつかの実施形態において、方向付け素子２４０は、個別に形成されて、導波路２１０の第１表面２１０‐１に配設され（例えば、付着され）得る。いくつかの実施形態において、アウトカップリング素子２４５は、導波路２１０の第２表面２１０‐２に配設され得る。例えば、いくつかの実施形態において、方向付け素子２４０は、第２表面２１０‐２に導波路２１０の一部として一体的に形成されてもよい。いくつかの実施形態において、方向付け素子２４０は、個別に形成されて、導波路２１０の第２表面２１０‐２に配設され（例えば、付着され）得る。

【0051】

いくつかの実施形態において、方向付け素子２４０およびアウトカップリング素子２４５は、同様な構造を有し得る。いくつかの実施形態において、方向付け素子２４０は、表面レリーフ型格子、体積ホログラム、偏光格子、偏光体積ホログラム、メタ表面格子、別の種類の回折素子、またはその組合せを含み得る。いくつかの実施形態において、方向付け素子２４０は、格子を含み得る。方向付け素子２４０は、折り返し格子２４０または方向付け格子２４０と呼ばれることもある。いくつかの実施形態において、複数の機能、例えば、光源アセンブリ２０５によって生成される光の瞳を方向転換させること、折り返すこと、および／または拡大することが、１つの格子、例えば、アウトカップリング格子に統合されてもよい。

【0052】

図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、導波路ディスプレイアセンブリ２００または２５０内に、インカップリング格子２３５、アウトカップリング格子２４５、および／または方向付け格子２４０の適切な組合せが、光源アセンブリ２０５によって提供される画像光の複数の部分を時間多重化方式で順次透過させるように構成され得る。インカップリング格子２３５、アウトカップリング格子２４５、および方向付け格子２４０のうちの少なくとも１つは、本開示の実施形態による、少なくとも１つの受動回折光学素子を含み得る。いくつかの実施形態において、インカップリング格子２３５、アウトカップリング２４５、および方向付け格子２４０のうちの少なくとも１つは、１以上のサブ格子（sub-grating）を含み得る。サブ格子のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、開示される受動回折光学素子の一実施形態であり得る。

【0053】

いくつかの実施形態において、受動回折光学素子は、偏光選択性であり得る。例えば、受動回折光学素子は、第１偏光を有する光を選択的に回折し、第２偏光を有する光を、回折が無視できるかまたは全くない状態で透過させてもよい。いくつかの実施形態において、第１偏光および第２偏光は、直線直交偏光であり得る。いくつかの実施形態において、第１偏光および第２偏光は、反対の掌性（opposite handedness）をもつ円偏光であり得る。いくつかの実施形態において、第１偏光および第２偏光は、反対の掌性をもつ楕円偏光であり得る。受動回折光学素子は、受動素子（passive element）であり得る。受動回折光学素子は、外部偏光スイッチを通して入射光の偏光を変更することにより、回折状態（またはオン状態）と非回折状態（またはオフ状態）とを間接的に切り換え可能であり得る。言い換えると、受動回折光学素子に入射する光の偏光が外部偏光スイッチによって変更されるときに、受動回折光学素子は、入射光の偏光に応じて、回折状態での動作または非回折状態での動作とに切り換えてもよい。

【0054】

図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、いくつかの実施形態において、導波路ディスプレイアセンブリ２００または２５０は、積層構成に配設される複数の導波路２１０を含み得る（図２Ａおよび図２Ｂには図示せず）。導波路２１０のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、仮想画像のＦＯＶの一部分およびカラースペクトルの一部分の両方または一方を処理するように構成され得る。図２Ａおよび図２Ｂには図示していないが、いくつかの実施形態において、導波路ディスプレイアセンブリ２００または２５０は、複数の光源アセンブリ２０５および複数の導波路２１０のうちの少なくとも一方を含み得る。光源アセンブリ２０５のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、原色（例えば、赤、緑、または青）に対応する特定の波長帯域のモノクロ画像光を放出し得る。導波路２１０は、積層構造に配設され得、拡大複数色画像光２３２（例えば、フルカラー画像光）を出力するように構成され得る。１以上の導波路２１０のうちの少なくとも１つは、導波路であり得る。いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、導波路ディスプレイアセンブリ２００または２５０によって提供されるＦＯＶの異なる部分に対応する複数色画像光（例えば、フルカラー画像光）を放出し得る。図２Ａには、１つの光源２２０が図示されているが、いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５は、２以上の光源２２０を含んでもよい。光源２２０のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、複数色（例えば、フルカラー）の画像光を放出し得る。異なる光源２２０によって放出される複数色画像光（例えば、フルカラー画像光）は、導波路ディスプレイアセンブリ２００または２５０によって提供されるＦＯＶの異なる部分に対応し得る。例えば、光源アセンブリ２０５は、ＦＯＶの左部分、中央部分、および右部分にそれぞれ対応する複数色画像光（例えば、フルカラー画像光）を放出するように構成される３つの光源２２０を含んでもよい。

【0055】

考察の目的上、偏光選択性を説明するために、開示される受動回折光学素子の一実施例として、受動格子を使用する。図３Ａおよび図３Ｂは、本開示の実施形態による、それぞれ非回折状態と回折状態の受動格子３００の模式図を示す。図３Ａおよび図３Ｂに図示されるように、受動格子３００は、表面レリーフ型格子（「ＳＲＧ」）３０５を含み得る。ＳＲＧ３０５は、複数の溝３０６を画定する複数の微細構造３０５ａ、３０５ｂ、および３０５ｃ（例えば、ミクロンレベルまたはナノレベルの突起）を含み得る。溝３０６は、少なくとも部分的に光学異方性材料３１５で充填され得る。いくつかの実施形態において、微細構造３０５ａ、３０５ｂ、および３０５ｃは、同じ形状およびサイズを有し得る。したがって、複数の溝３０６は、同じ形状およびサイズを有し得る。いくつかの実施形態において、微細構造３０５ａ、３０５ｂ、および３０５ｃは、異なる形状およびサイズを有し得る。したがって、複数の溝３０６は、異なる形状およびサイズを有し得る。３つの微細構造３０５ａ、３０５ｂ、および３０５ｃは、例示目的で示されている。ＳＲＧ３０５は、任意の適切な数の微細構造を含み得る。

【0056】

いくつかの実施形態において、ＳＲＧ３０５は、バイナリ型の非傾斜格子（binary non-slanted grating）であり得る。微細構造３０５ａ、３０５ｂ、および３０５ｃの各々は、溝３０６を画定する垂直壁を含み得る。すなわち、各溝３０６は、２つの垂直壁と１つの底面とを含み得、壁が底面に対して垂直になっている。光学異方性材料３１５の分子３１０は、溝方向（例えば、溝の長手方向）、例えば、図３Ａおよび図３Ｂのｙ方向に、溝３０６の中に一様に配向されてもよい。光学異方性材料３１５は、一軸性であり得、ＳＲＧ３０５の溝方向（例えば、ｙ方向）に第１主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）、ＳＲＧ３０５の溝方向に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向、すなわち、溝の底面に沿った方向、または微細構造の周期性の面内方向）に沿って第２主屈折率（例えば、ｎ^ｏ _ＡＮ）を有し得る。第２主屈折率（例えば、ｎ^ｏ _ＡＮ）は、ＳＲＧ３０５の屈折率ｎ_ｇと実質的に一致し得、第１主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）は、ＳＲＧ３０５の屈折率ｎ_ｇと一致し得ない。

【0057】

いくつかの実施形態において、ＳＲＧ３０５は、非晶性ポリマーなどの光学的に等方性の有機材料に基づいて製作され得る。いくつかの実施形態において、ＳＲＧ３０５は、液晶性ポリマーなどの光学的に異方性の有機材料に基づいて製作され得る。いくつかの実施形態において、ＳＲＧ３０５は、メタ表面の製造に使用される金属または酸化物などの無機材料に基づいて製作され得る。ＳＲＧ３０５の材料は、等方性であっても、または異方性であってもよい。いくつかの実施形態において、ＳＲＧ３０５は、電磁周波数の範囲（可視波長帯域など）に対して実質的に透明であり得るレジスト材料からナノ加工され得る。レジスト材料は、熱可塑性物質、ポリマー、光学的に透明なフォトレジスト、またはその組合せの形態であり得る。平行な溝３０６は、固められるかまたは硬化された後にＳＲＧ３０５の溝３０６内に配設される光学異方性材料３１５の配向を可能にし得る。すなわち、ＳＲＧ３０５は、光学異方性材料３１５の配向層として機能し得る。いくつかの実施形態において、ＳＲＧ３０５は、様々な配向パターンおよび形状構成（例えば、１０ｎｍ未満の厚さ）を有するようにナノ加工され得る。このプロセスは、高いカスタマイズ性をもつ光学異方性材料３１５の配向パターンの作成を可能にし得る。例えば、光学異方性材料３１５の分子３１０は、ＳＲＧ３０５の溝３０６の中にホメオトロピックに（homeotropically）または一様に配向されてもよい。いくつかの実施形態において、光学異方性材料３１５の分子３１０は、混成で配向され得、例えば、ＳＲＧ３０５の溝３０６の中で、一部の分子３１０はホメオトロピックに配向されてもよく、一部の分子３１０は一様に配向されてもよい。いくつかの実施形態において、光学異方性材料３１５の分子３１０は、延伸、光（例えば、光配向）、電界、磁界、またはその組合せなど、適切な配向方法によってＳＲＧ３０５の溝３０６の中に（例えば、ホメオトロピックに、一様に、または混成で）配向され得る。

【0058】

いくつかの実施形態において、光学異方性材料３１５は、外場（電界）によって直接切り換えることのできない受動材料を含み得る。受動材料は、重合可能なプレポリマー組成物または重合可能なＬＣ前駆体から重合させる光学的異方性ポリマーなど、受動または再配向不可能なＬＣを含み得る。いくつかの実施形態において、重合可能なＬＣ前駆体は、ＬＣ材料と同様な光学特性をもつ重合可能な分子であるＲＭを含み得る。いくつかの実施形態において、光学異方性材料３１５は、細長い分子を含み得る。

【0059】

いくつかの実施形態において、受動格子３００は、互いに対向して配設され得る２つの基板（図３Ａには図示せず）を含んで、ＳＲＧ３０５および光学異方性材料３１５用のコンテナ（container）を形成し得る。いくつかの実施形態において、光学異方性材料３１５の配向は、ＳＲＧ３０５によるほか、１以上の配向構造（例えば、配向層）によって提供され得る。配向構造は、基板に配設され得る（例えば、２つの配向層を２つの基板の対向するそれぞれの表面に配設してもよい）。いくつかの実施形態において、２つの基板の各々に配設される配向構造は、平面配向（例えば、プレチルト角（pretilt angle）がゼロまたは小さい）を提供するように構成され得る。２つの基板に配設される配向構造は、平行な表面配向を提供するように構成され得る。いくつかの実施形態において、２つの基板に配設される配向構造は、ハイブリッドな表面配向を提供するように構成され得る。例えば、２つの基板のうちの一方に配設される配向構造は、平面配向を提供するように構成してもよく、２つの基板のうちの他方に配設される配向構造は、ホメオトロピック配向を提供するように構成してもよい。

【0060】

いくつかの実施形態において、複数の溝３０６は、同じ深さｄをもつ同じ形状を含み得る。いくつかの実施形態において、光学異方性材料３１５の厚さ（または高さ）は、ＳＲＧ３０５の溝３０６の深さｄと同じであり得る（例えば、光学異方性材料３１５は、溝３０６の上面と同じレベルまたは高さまで充填されてもよい）。いくつかの実施形態において、光学異方性材料３１５の厚さは、ＳＲＧ３０５の溝３０６の深さｄとは異なり得る。例えば、いくつかの実施形態において、光学異方性材料３１５は、溝３０６の上面の上（またはそれより高く）になるように充填されてもよい（例えば、光学異方性材料３１５の厚さは、溝３０６の深さｄよりも大きくされてもよい）。ＳＲＧ３０５の溝３０６の上面の上に（例えば、深さｄよりも高く）配設される光学異方性材料３１５の部分は、均一であり得、回折に寄与しなくてもよい。いくつかの実施形態において、光学異方性材料３１５は、溝３０６の上面の下になるように充填され得る（例えば、光学異方性材料３１５の厚さは、溝３０６の深さｄよりも小さくされてもよい）。いくつかの実施形態において、基板は、格子３００を製作した後に取り除かれ得る。

【0061】

受動格子３００は、偏光選択性であり得、そのため回折状態と非回折状態とに間接的に切り換え可能であり得る。例えば、受動格子３００は、所定の偏光をもつ光を選択的に回折し、異なる偏光（例えば、所定の偏光に直交する偏光）をもつ光を、回折が無視できるかまたは回折が全くない状態で透過させてもよい。図３Ａに図示されるように、ＳＲＧ３０５の溝３０６の溝方向（例えば、ｙ方向）に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向）で偏光される入射光３２０については、ｎ^ｏ _ＡＮとｎ_ｇとの実質的な屈折率の一致により、受動格子３００は、回折が無視できるかまたは全くない状態で、入射光３２０に対して実質的に光学的に均一な板として機能し得る。すなわち、受動格子３００は、ＳＲＧ３０５の溝３０６の溝方向（例えば、ｙ方向）に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向）で偏光される入射光３２０については、非回折状態で動作し得る。いくつかの実施形態において、第２主屈折率（例えば、ｎ^ｏ _ＡＮ）は、ＳＲＧ３０５の屈折率ｎ_ｇと一致し得る（または、それと同じであり得る）。したがって、入射光３２０は、回折が無視できるかまたは全くない状態で透過させ得る。すなわち、格子３００の回折効果を、実質的にゼロにし得る。

【0062】

図３Ｂに図示されるように、ＳＲＧ３０５の溝方向（例えば、ｙ方向）に偏光される入射光３３０については、ｎ^ｅ _ＡＮとｎ_ｇとの屈折率の差により、光３３０は、格子３００で屈折率の周期的な変調を受け得、回折され得る。すなわち、受動格子３００は、ＳＲＧ３０５の溝方向（例えば、ｙ方向）に偏光される入射光３３０については、回折状態で動作し得る。光３３０の回折効率は、受動格子３００によってもたらされる屈折率の変調ｎ_ｍ（すなわち、ｎ^ｅ _ＡＮとｎ_ｇとの差）に依存し得る。

【0063】

いくつかの実施形態において、図３Ａおよび図３Ｂに図示されるＳＲＧ３０５は、電界などの外場に曝されるときに再配向可能であり得る能動光学異方性材料（active optically anisotropic material）（例えば、能動ＬＣ）で充填され得る。能動光学異方性材料で充填されたＳＲＧは、能動格子（active grating）になり得る。能動格子は、回折状態と非回折状態とを直接的に切り換え可能であるか、または上で説明した受動格子３００と同様に、回折状態と非回折状態とを間接的に切り換え可能であり得る。すなわち、能動格子は、間接的に切り換え可能な格子として機能してもよい。

【0064】

図４Ａおよび図４Ｂは、それぞれ、回折状態と非回折状態の受動格子４００の模式図を示す。図４Ａおよび図４Ｂに図示される受動格子４００は、図３Ａおよび図３Ｂに図示される受動格子３００に含まれるものと同じまたは同様な素子または構造を含み得る。同じまたは同様な素子の説明は、図３Ａおよび図３Ｂに関連した上記説明を参照することができる。図４Ａおよび図４Ｂに図示されるように、受動格子４００は、ＳＲＧ４０５を含み得る。ＳＲＧ４０５は、上で説明した微細構造３０５ａ、３０５ｂ、および３０５ｃと同様な複数の微細構造４０５ａ、４０５ｂ、および４０５ｃを含み得る。微細構造４０５ａ、４０５ｂ、および４０５ｃは、上で説明した溝３０６と同様であり得る複数の溝４０６を画定し得る。光学異方性材料４１５の分子４１０は、溝方向に、例えば、図４Ａおよび図４Ｂに図示されるｙ方向に、溝４０６の中に一様に配向されてもよい。光学異方性材料４１５は、ＳＲＧ４０５の溝４０６の溝方向（例えば、ｙ方向）に第１主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）と、ＳＲＧ４０５の溝の長さ方向に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向、すなわち、溝の底面に沿った方向、または微細構造の周期性の面内方向）に沿った第２主屈折率（例えば、ｎ^ｏ _ＡＮ）とを有し得る。第２主屈折率（例えば、ｎ^ｏ _ＡＮ）は、ＳＲＧ４０５の屈折率ｎ_ｇと一致し得ず、第１主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）は、ＳＲＧ４０５の屈折率ｎ_ｇと実質的に一致し得る。

【0065】

受動格子４００は、偏光選択性であり得、そのため回折状態と非回折状態とを間接的に切り換え可能であり得る。図４Ａに図示されるように、ＳＲＧ４０５の溝４０６の溝方向に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向）に偏光される入射光４２０については、ｎ^ｏ _ＡＮとｎ_ｇの屈折率の差により、光４２０は、受動格子４００の屈折率の周期的な変調を受け得、そのため回折され得る。すなわち、受動格子４００は、ＳＲＧ４０５の溝方向に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向）に偏光される入射光４３０について、回折状態で動作し得る。受動格子４００の回折効率は、受動格子４００がもたらす屈折率の変調ｎ_ｍ（すなわち、ｎ^ｏ _ＡＮとｎ_ｇとの差）に依存し得る。

【0066】

図４Ｂに図示されるように、ＳＲＧ４０５の溝方向（例えば、ｙ方向）に偏光される入射光４３０については、ｎ^ｅ _ＡＮとｎ_ｇとの実質的な屈折率の一致により、受動格子４００は、回折が無視できるかまたは全くない状態で、入射光４３０に対して実質的に光学的に均一な板として機能し得る。すなわち、受動格子４００は、ＳＲＧ４０５の溝方向（例えば、ｙ方向）に偏光される入射光４３０について、非回折状態で動作し得る。いくつかの実施形態において、第１主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）は、ＳＲＧ４０５の屈折率ｎ_ｇと一致し得（またはそれと同じであり得）、そのため入射光４３０は、回折が無視できるかまたは全くない状態で透過され得る。すなわち、格子４００の回折効果を、実質的にゼロにし得る。

【0067】

いくつかの実施形態において、図４Ａおよび図４Ｂに図示されるＳＲＧ４０５は、電界などの外場に曝されるときに再配向され得る能動光学異方性材料（例えば、能動ＬＣ）で充填され得る。能動光学異方性材料で充填されたＳＲＧは、能動格子になり得る。能動格子は、回折状態と非回折状態とに直接的に切り換え可能であるか、または上で説明した受動格子４００と同様に、回折状態と非回折状態とに間接的に切り換え可能であり得る。すなわち、能動格子は、間接的に切り換え可能な格子として機能し得る。

【0068】

図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ、非回折状態および回折状態の受動格子５００のｘ‐ｚ断面図を示す。受動格子５００は、受動格子３００または４００に含まれるものと同じまたは同様な素子を含み得る。同じまたは同様な素子の説明は、図３Ａ～図４Ｂに関連して行われた上記説明を参照することができる。図３Ａおよび図３Ｂに図示される受動格子３００と同様に、図５Ａおよび図５Ｂに図示される受動格子５００は、複数の微細構造５０５ａ、５０５ｂ、および５０５ｃを含むＳＲＧ５０５を含み得る。微細構造５０５ａ、５０５ｂ、および５０５ｃは、複数の溝５０６を画定し得る。溝５０６は、少なくとも部分的に光学異方性材料５１５で充填され得る。光学異方性材料５１５の分子（例えば、ＬＣ分子）５１０は、溝方向、例えば、図５Ａおよび図５Ｂに図示されるｙ方向に、溝５０６の中で一様に配向され得る。図３Ａおよび図３Ｂに図示されるバイナリ型の非傾斜ＳＲＧ３０５、ならびに図４Ａおよび図４Ｂに図示されるバイナリ型の非傾斜ＳＲＧ４０５とは異なり、図５Ａおよび図５Ｂに図示されるＳＲＧ５０５は、バイナリ型の傾斜格子であり得る。すなわち、図５Ａに図示されるように、各微細構造５０５ａ、５０５ｂまたは５０５ｃは、ＳＲＧ５０５の溝の長さ方向に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向、すなわち、溝の底面に沿ってかつ溝の長さ方向に垂直な方向、または微細構造の周期性の面内方向）に対して傾斜角βを形成し得る。いくつかの実施形態において、各溝５０６の側面は、図３Ａに図示されるように、底面に垂直ではなく、溝５０６の底面に対して角度βで傾斜され得る。傾斜角βは、微細構造の傾斜角または溝の側面の傾斜角ということもある。図５Ａおよび図５Ｂに図示される受動格子５００の回折状態および非回折素子の説明は、図３Ａおよび図３Ｂに図示される受動格子３００に関連して上で提供されたものを参照してもよい。図５Ａに図示されるように、受動格子５００は、溝方向（すなわち、ｙ方向）に垂直なｘ方向に偏光される入射光５２０を透過させるために、非回折状態で動作し得る。図５Ｂに図示されるように、受動格子５００は、溝方向（すなわち、ｙ方向）に偏光される入射光５３０を回折するために、回折状態で動作し得る。

【0069】

図５Ｃおよび図５Ｄは、それぞれ、回折状態および非回折状態の受動格子５５０のｘ‐ｚ断面図を示す。受動格子５５０は、受動格子３００、４００、または５００に含まれるものと同じまたは同様な素子を含み得る。同じまたは同様な素子の説明は、図３Ａ～図５Ｂに関連して行われた上記説明を参照することができる。図４Ａおよび図４Ｂの受動格子４００と同様に、図５Ｃおよび図５Ｄに図示される受動格子５５０は、図５Ａおよび図５Ｂに図示される微細構造５０５ａ、５０５ｂ、および５０５ｃと同様であり得る複数の微細構造５５５ａ、５５５ｂ、および５５５ｃを含むＳＲＧ５５５を含み得る。複数の微細構造５５５ａ、５５５ｂ、および５５５ｃは、溝５０６と同様であり得る複数の溝５５６を画定し得る。溝５５６は、少なくとも部分的に光学異方性材料５６５で充填され得る。光学異方性材料５６５の分子（例えば、ＬＣ分子）５６０は、溝方向、例えば、図５Ｃおよび図５Ｄに図示されるｙ方向に、溝５５６の中で一様に配向され得る。図４Ａおよび図４Ｂのバイナリ型の非傾斜ＳＲＧ４０５とは異なり、図５Ｃおよび図５Ｄに図示されるＳＲＧ５５５は、（図５Ａおよび図５Ｂに図示される傾斜格子と同様な）バイナリ型の傾斜格子であり得る。図５Ｃおよび図５Ｄに図示される受動格子５５０の回折状態および非回折状態の説明は、図４Ａおよび図４Ｂに図示される受動格子４００に関連して上で提供された説明を参照してもよい。図５Ｃに図示されるように、受動格子５５０は、溝方向（すなわち、ｙ方向）に垂直なｘ方向に偏光される入射光５２０を回折するために、回折状態で動作し得る。図５Ｄに図示されるように、受動格子５５０は、溝方向（すなわち、ｙ方向）に偏光される入射光５３０を透過させるために、非回折状態で動作し得る。

【0070】

いくつかの実施形態において、図５Ａ～図５Ｄに図示されるＳＲＧ５０５およびＳＲＧ５５５は、電界などの外場に曝されたときに再配向され得る能動光学異方性材料（例えば、能動ＬＣ）で充填され得る。能動光学異方性材料で充填されたＳＲＧは、能動格子になり得る。能動格子は、回折状態と非回折状態とに直接的に切り換え可能であるか、または上で説明した受動格子５００および受動格子５５０と同様に、回折状態と非回折状態とに間接的に切り換え可能であり得る。すなわち、能動格子は、間接的に切り換え可能な格子として機能してもよい。

【0071】

図６Ａおよび図６Ｂは、それぞれ、非回折状態および回折状態の受動格子６００のｘ‐ｚ断面図を示す。受動格子６００は、受動格子３００、４００、５００、または５５０に含まれるものと同じまたは同様な素子を含み得る。同じまたは同様な素子の説明は、図３Ａ～図５Ｄに関連して行われた上記説明を参照することができる。図５Ａおよび図５Ｂに図示される受動格子５００ならびに図５Ｃおよび図５Ｄに図示される受動格子５５０と同様に、図６Ａおよび図６Ｂに図示される受動格子６００は、複数の溝６０６を画定する複数の微細構造６０５ａ、６０５ｂ、および６０５ｃを含むＳＲＧ６０５を含み得る。微細構造６０５ａ、６０５ｂ、および６０５ｃは、微細構造５０５ａ、５０５ｂ、５０５ｃ、または５５５ａ、５５５ｂ、５５５ｃと同様であり得る。溝６０６は、溝５０６または５５６と同様であり得る。ＳＲＧ６０５は、バイナリ型の傾斜格子であり得、微細構造６０５ａ、６０５ｂ、および６０５ｃが、溝の長さ方向に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向）に対して斜めに配設される。言い換えると、各溝６０６の側面は、溝６０６の底面に対して角度βを形成する。複数の溝６０６は、少なくとも部分的に光学異方性材料６１５で充填され得る。光学異方性材料６１５の分子（例えば、ＬＣ分子）６１０は、溝６０６の中に斜めに配向され得る。溝６０６の傾斜側面と分子６１０との相互作用により、分子６１０は、溝６０６の傾斜側面に沿って傾斜し得る。例えば、分子６１０は、傾斜側面に従って、溝の長さ方向に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向、すなわち、溝の底面に沿いかつ溝の長さ方向に垂直な方向、または微細構造の周期性の面内方向）に対してプレチルト角度を形成してもよい。いくつかの実施形態において、分子６１０のプレチルト角度は、溝６０６の側面の傾斜角βと実質的に同じであり得る。図６Ａに図示されるように、分子（例えば、ＬＣ分子）６１０は、溝６０６の傾斜方向６２５（溝傾斜方向６２５と呼ばれる）に配向され得る。傾斜方向６２５とは、溝６０６の傾斜側面の傾斜方向をいう。図６Ａでは、ＳＲＧ６０５の傾斜角βは、溝６０６の溝傾斜方向６２５とＳＲＧ６０５の溝方向（例えば、ｙ方向）に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向）との間に形成される角度であり得る。図５Ａ～図５Ｄには図示されていないが、図５Ａ～図５Ｄに図示される実施形態に、同様な溝傾斜方向を定義することができる。

【0072】

光学異方性材料６１５は、一軸性であり得、ＳＲＧ６０５の溝傾斜方向６２５に第１主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）と、ＳＲＧ６０５の溝方向（例えば、ｙ方向）など、溝傾斜方向６２５に垂直な方向に第２主屈折率（例えば、ｎ^ｏ _ＡＮ）とを有し得る。第１主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）は、溝方向（例えば、ｙ方向）に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向）の第１成分（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ‐Ｘ）と、ＳＲＧ６０５の厚さ方向（例えば、ｚ方向）の第２成分（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ‐Ｚ）との２つの成分に分解され得る。第１主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）の第１成分（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ‐Ｘ）は、ＳＲＧ６０５の屈折率ｎ_ｇと実質的に一致し得、第２主屈折率（例えば、ｎ^ｏ _ＡＮ）は、ＳＲＧ６０５の屈折率ｎ_ｇと一致し得ない。

【0073】

図６Ａに図示するように、溝６０６の溝方向（例えば、ｙ方向）に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向）に偏光される入射光６２０については、ｎ^ｅ _ＡＮ‐Ｘとｎ_ｇとの実質的な屈折率の一致により、受動格子６００は、回折が無視できるかまたは全くない状態で、入射光６２０に対して実質的に光学的に均一な板として機能し得る。すなわち、受動格子６００は、ＳＲＧ６０５の溝６０６の溝方向（例えば、ｙ方向）に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向）で偏光される入射光６２０については、非回折状態で動作し得る。図６Ｂに図示されるように、ＳＲＧ６０５の溝方向（例えば、ｙ方向）に偏光される入射光６３０については、ｎ^ｅ _ＡＮとｎ_ｇとの屈折率の差により、光６３０は、格子６００で屈折率の周期的な変調を受け得、回折され得る。すなわち、受動格子６００は、ＳＲＧ６０５の溝方向（例えば、ｙ方向）に偏光される入射光６３０については、回折状態で動作し得る。光６３０の回折効率は、受動格子６００によって提供される屈折率の変調ｎ_ｍ（すなわち、ｎ^ｅ _ＡＮとｎ_ｇとの差）に依存し得る。

【0074】

図６Ｃおよび図６Ｄは、それぞれ、回折状態および非回折状態の受動格子６５０のｘ‐ｚ断面図を示す。受動格子６５０は、受動格子３００、４００、５００、５５０、または６００に含まれるものと同じまたは同様な素子を含み得る。同じまたは同様な素子の説明は、図３Ａ～図６Ｂに関連して行われた上記説明を参照することができる。図６Ａおよび図６Ｂに図示される受動格子６００と同様に、図６Ｃおよび図６Ｄに図示される受動格子６５０は、複数の溝６５６を画定する複数の微細構造６６５ａ、６５５ｂ、および６５５ｃを含むＳＲＧ６５５を含み得る。微細構造６６５ａ、６５５ｂ、および６５５ｃは、微細構造６０５ａ、６０５ｂ、および６０５ｃと同様であり得る。溝６５６は、溝６０６と同様であり得る。ＳＲＧ６５５は、図６Ａに図示されるＳＲＧ６０５と同様に、バイナリ型の傾斜格子であり得る。溝６５６は、少なくとも部分的に光学異方性材料６６５で充填され得る。分子６１０と同様に、光学異方性材料６６５の分子（例えば、ＬＣ分子）６６０は、溝６５６の中で斜めに配向され得る。溝６５６の傾斜側面と分子６６０との相互作用により、分子６１０は、傾斜側面に従って、溝の長さ方向に垂直な面内方向に対してプレチルト角度を形成し得る。分子６１０のプレチルト角度は、溝６０６の側面の傾斜角βと実質的に同じであり得る。すなわち、分子（例えば、ＬＣ分子）６６０は、図６Ａに図示される実施形態と同様に、溝６５６の傾斜方向６７５（溝傾斜方向６７５と呼ばれる）に配向され得る。

【0075】

光学異方性材料６６５は、一軸性であり得、ＳＲＧ６５５の溝傾斜方向６７５に第１主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）と、ＳＲＧ６５５の溝方向（例えば、ｙ方向）など、溝傾斜方向６７５に垂直な方向に第２主屈折率（例えば、ｎ^ｏ _ＡＮ）とを有し得る。第１主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）は、溝方向（例えば、ｙ方向）に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向）の第１成分（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ‐Ｘ）と、ＳＲＧ６５５の厚さ方向（例えば、ｚ方向）の第２成分（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ‐Ｚ）との２つの成分に分解され得る。第１主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）の第１成分（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ‐Ｘ）は、ＳＲＧ６５５の屈折率ｎ_ｇと一致し得ず、第２主屈折率（例えば、ｎ^ｏ _ＡＮ）は、ＳＲＧ６５５の屈折率ｎ_ｇと実質的に一致し得る。

【0076】

図６Ｃに図示されるように、溝６５６の溝方向（例えば、ｙ方向）に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向）に偏光される入射光６２０については、ｎ^ｅ _ＡＮ‐Ｘとｎ_ｇとの屈折率の差により、光６２０は、受動格子６５０で屈折率の周期的な変調を受け得、回折され得る。すなわち、受動格子６５０は、ＳＲＧ６５５の溝の長さ方向に垂直な面内方向に偏光される入射光６２０については、回折状態で動作し得る。光６２０の回折効率は、受動格子６５０がもたらす屈折率の変調ｎ_ｍ（すなわち、ｎ^ｅ _ＡＮ‐Ｘとｎ_ｇとの差）に依存し得る。図６Ｄに図示されるように、ＳＲＧ６５５の溝方向（例えば、ｙ方向）に偏光される入射光６３０については、ｎ^ｏ _ＡＮ‐Ｘとｎ_ｇとの実質的な屈折率の一致により、受動格子６５０は、回折が無視できるかまたは全くない状態で、入射光６３０に対して実質的に光学的に均一な板として機能し得る。すなわち、受動格子６５０は、ＳＲＧ６５５の溝６５６の溝方向に偏光される入射光６５０については、非回折状態で動作し得る。

【0077】

いくつかの実施形態において、図６Ａ～図６Ｄに図示されるＳＲＧ６０５およびＳＲＧ６５５は、電界などの外場に曝されたときに再配向され得る能動光学異方性材料（例えば、能動ＬＣ）で充填され得る。能動光学異方性材料で充填されたＳＲＧは、能動格子になり得る。能動格子は、回折状態と非回折状態とに直接切り換え可能であるか、または上で説明した受動格子６００および受動格子６５０と同様に、回折状態と非回折状態とに間接的に切り換え可能であり得る。すなわち、能動格子は、間接的に切り換え可能な格子として機能し得る。

【0078】

図３Ａ～図６Ｄは、受動回折光学素子が一定の周期性を有するＳＲＧを含む受動格子であり得ることを示す。ＳＲＧの周期は、２つの隣接する微細構造（例えば、突起）間の距離として定義され得る。ＳＲＧの溝の断面プロファイルは、矩形形状または平行四辺形形状を有し得る。すなわち、ＳＧＲの溝の断面プロファイルは、周期的に配分された矩形形状または平行四辺形形状を含み得る。いくつかの実施形態において、受動回折光学素子は、屈折力なしで構成され得る。いくつかの実施形態において、ＳＲＧの溝の断面プロファイルは、任意の規則的な形状または非矩形の形状など、任意の適切な形状を含んでもよい。例えば、ＳＲＧの溝の断面プロファイルは、用途に応じて、正弦波形状、三角形形状、台形形状、または鋸歯形状を含んでもよい。いくつかの実施形態において、ＳＲＧ（すなわち、ＳＲＧに含まれる微細構造または溝）は、一定の周期性ではなく、可変周期性を有し得る。可変周期性を有するＳＲＧを備える例示的な受動回折光学素子を図７に図示する。いくつかの実施形態において、受動回折光学素子は、屈折力をもって構成され得る。開示される回折光学素子は、レンズ、プリズム、または非球面など、従来の屈折光学系と実質的に同じ光学機能を、はるかに小型かつ軽量の構成で実現し得る。いくつかの実施形態において、受動回折光学素子は、一次元格子であり得る。いくつかの実施形態において、受動回折光学素子は、パターン化および積層化またはパターン化もしくは積層化された少なくとも２つのＳＲＧを含む二次元格子であり得る。

【0079】

図７は、本開示の別の実施形態による、受動回折光学素子７００の模式図を示す。図７に図示されるように、受動回折光学素子７００は、ＳＲＧ７０５を含む受動格子であり得る。ＳＲＧ７０５は、複数の微細構造７０５ａ～７０５ｉを含み得る。微細構造は、複数の溝７０６ａ～７０６ｈを画定し得る。微細構造および溝の数は、例示目的にすぎない。ＳＲＧ７０５は、任意の適切な数の微細構造を含み得る。ＳＲＧ７０５（すなわち、ＳＲＧ７０５の微細構造または溝）は、可変周期性を有し得る。すなわち、溝７０６ａ～７０６ｈは、同じでなくてもよい。例えば、少なくとも２つの溝の幅は、異なっていてもよい。いくつかの実施形態において、第１グループの溝は、（第１周期性に関連した）第１の幅を有し得、第２グループの溝は、（第２周期性に関連した）第２の幅を有し得る。第２の幅（そのため第２周期性）は、第１の幅とは異なり得る。溝７０６ａ～７０６ｈは、少なくとも部分的に光学異方性材料７１５で充填され得る。（黒色の棒として図示される）光学異方性材料７１５の分子７１０は、図３Ｂまたは図４Ａに図示される実施形態と同様に、溝７０６ａ～７０６ｈの中で一様に配向され得る。例えば、いくつかの実施形態において、分子７１０は、ＳＲＧ７０５の溝７０６ａ～７０６ｈの溝方向（例えば、ｙ方向）に一様に配向されてもよい。

【0080】

光学異方性材料７１５は、ＳＲＧ７０５の溝方向（例えば、ｙ方向）に第１主屈折率（例えば、異常光屈折率ｎ^ｅ _ＡＮ）と、溝方向に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向）に沿って第２主屈折率（例えば、常光屈折率ｎ^ｏ _ＡＮ）とを有し得る。第１主屈折率または第２主屈折率のうちの一方は、ＳＲＧ７０５の屈折率ｎ_ｇと実質的に一致し得、第１主屈折率または第２主屈折率のうちの他方は、ＳＲＧ７０５の屈折率ｎ_ｇと一致し得ない。考察の目的上、受動回折光学素子７００では、光学異方性材料７１５の第２主屈折率（例えば、ｎ^ｏ _ＡＮ）は、ＳＲＧ７０５の屈折率ｎ_ｇと実質的に一致し得、ＳＲＧ７０５の溝方向（例えば、ｙ方向）の第１主屈折率（例えば、ｎ^ｅ _ＡＮ）は、ＳＲＧ７０５の屈折率ｎ_ｇと一致し得ない。

【0081】

ＳＲＧ７０５の溝の断面プロファイルは、非周期的な矩形プロファイルまたは形状を有し得る。図７に図示されるように、溝の幅はｗ１として示してもよく、微細構造の幅はｗ２として示されてもよい。ＳＲＧ７０５の溝方向（例えば、ｙ方向）に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向、すなわち、溝の底面に沿った方向、または微細構造の周期性の面内方向）では、ＳＲＧ７０５の周期性（ｗ１＋ｗ２）は、ＳＲＧ７０５の（図７では「ｃ」で示される）中心から周縁（例えば、左端および右端）に向かって単調に減少し得、それによって集光効果が得られる（または正の屈折力がもたらされる）。ＳＲＧ７０５の溝方向（例えば、ｙ方向）に偏光される入射光７３０については、ｎ^ｅ _ＡＮとｎ_ｇとの屈折率の差により、光７３０は、受動回折光学素子７００で屈折率の変調を受け得、回折され得る。ＳＲＧ７０５の溝７０６ａ～７０６ｈの断面プロファイルを構成すること、ならびに光学異方性材料７１５およびＳＲＧ７０５の屈折率により、回折光ビーム７４０は、さらに収束され得る。すなわち、受動回折光学素子７００は、円筒形の回折レンズとして機能し得る。いくつかの実施形態において、受動回折光学素子７００は、簡略化のために図７には図示していない可能性のある他の要素（基板、配向層など）も含み得る。図７に図示される可変周期性構成は、図３Ａ～図４Ｂに図示される溝と同様に、溝が底面に垂直な側面をもつように図示されているが、可変周期性構成は、図５Ａ～図６Ｄに図示される傾斜微細構造に基づいてもよいことは理解される。

【0082】

いくつかの実施形態において、図７に図示されるＳＲＧ７０５は、電界などの外場に曝されるときに再配向され得る能動光学異方性材料（例えば、能動ＬＣ）で充填され得る。能動光学異方性材料で充填されたＳＲＧは、能動格子になり得る。能動格子は、回折状態と非回折状態とを直接切り換え可能であるか、または上で説明した受動格子７００と同様に、回折状態と非回折状態とを間接的に切り換え可能であり得る。すなわち、能動格子は、間接的に切り換え可能な格子として機能し得る。

【0083】

本開示の実施形態による受動回折光学素子は、外部偏光回転子または偏光スイッチを介して回折状態と非回折状態とに間接的に切り換えられ得る。考察の目的上、間接的な切り換えを説明するために、開示される受動回折光学素子の一実施例として、受動バイナリ型格子を使用する。図８Ａおよび図８Ｂに図示される切り換え構成は、他の図面に図示される、開示される間接的に切り換え可能な回折光学素子のいずれにも適用可能であり得る。図８Ａおよび図８Ｂは、本開示の実施形態による、受動格子８００を間接的に切り換えるためのシステムの模式図を示す。考察の目的上、受動格子８００は、単一基板格子であり得る。図８Ａおよび図８Ｂに図示されるように、受動格子８００は、図３Ａ～図３Ｂに図示される受動格子３００のものと同様な構成を有し得る。例えば、受動格子８００は、複数の微細構造８０５ａ、８０５ｂ、８０５ｃ等を含むＳＲＧ８０５を含んでもよい。複数の微細構造８０５ａ、８０５ｂ、８０５ｃ等は、微細構造３０５ａ、３０５ｂ、および３０５ｃと同様であり得る。複数の微細構造８０５ａ、８０５ｂ、８０５ｃ等は、図３Ａに図示される溝３０６と同様であり得る複数の溝８０６を画定し得る。ＳＲＧ８０５は、基板８１０上に提供され得、光学異方性材料８１５で充填され得る。光学異方性材料８１５は、光学異方性材料３１５と同様であり得る。図８Ａおよび図８Ｂには、間接的な切り換えを説明するために、例示的な受動格子として、図３Ａおよび図３Ｂに図示されるものと同様な構成を図示しているが、図８Ａおよび図８Ｂに図示される間接的な切り換えは、図４Ａおよび図４Ｂ、図５Ａおよび図５Ｂ、図５Ｃおよび図５Ｄ、図６Ａおよび図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄ、および図７に図示される格子にも同様に適用可能であることは理解される。

【0084】

図８Ａおよび図８Ｂに図示されるように、偏光スイッチ８２０は、受動格子８００に結合（光学的に結合）され得る。偏光スイッチ８２０は、受動格子８００への入射光の偏光を制御するように構成され得る。偏光スイッチ８２０は、偏光スイッチ８２０の動作状態（例えば、切り換え状態または非切り換え状態）に応じて、第１偏光と、第１偏光とは異なる第２偏光との間で、入る光（incoming light）の偏光を切り換えるように構成される能動素子であり得る。切り換え状態では、偏光スイッチ８２０は、入る光の偏光を第１偏光から第２偏光に、またはその逆に切り換え得る。非切り換え状態では、偏光スイッチ８２０は、入る光の偏光を維持し得る。いくつかの実施形態において、第１偏光および第２偏光は、直線偏光であり得、第２偏光は、第１偏光に直交し得る。いくつかの実施形態において、第１偏光および第２偏光は、円偏光または楕円偏光であり、第１偏光および第２偏光は、反転または反対の掌性（例えば、左掌性および右掌性）を有し得る。

【0085】

任意の適切な偏光スイッチを偏光スイッチ８２０として使用してもよい。いくつかの実施形態において、偏光スイッチ８２０は、入る光を直交する２つの直線偏光間で切り換えるように構成される９０°ねじれネマチック液晶（「TNLC : twist‐nematic liquid crystal」）セルなどの、ＬＣベースの偏光スイッチを含み得る。ＴＮＬＣセルは、ＴＮＬＣセルのＬＣに実質的に直交する配向方向を提供する光入射面および光出射面を有し得る。ＴＮＬＣセルの光入射面の配向方向は、直線偏光される、入る光の偏光方向（例えば、第１偏光）に対して配向され得、それによって、ＴＮＬＣセルが切り換え状態で動作するときは入る光の偏光を約９０°回転させ、またはＴＮＬＣセルが非切り換え状態で動作するときは入る光の偏光を維持する。いくつかの実施形態において、外部印加電圧がＴＮＬＣセルの閾値電圧よりも低いときには、ＴＮＬＣセルは、切り換え状態で動作し得、外部印加電圧が電界方向に沿ってＬＣを再配向させるのに十分高いときには、ＴＮＬＣセルは、非切り換え状態で動作し得る。

【0086】

いくつかの実施形態において、偏光スイッチ８２０は、入る光の偏光方向に対して配向される偏光軸を有する切り換え可能な１／２波長板（「SHWP : switchable half‐wave plate」）を含み得、それによって、ＳＨＷＰが切り換え状態で動作するときには入る光を第１偏光から第２偏光に回転させ、ＳＨＷＰが非切り換え状態で動作するときには第１偏光を維持する。ＳＨＷＰは、直交する２つの偏光の間で光の偏光を切り換えるように構成され得る。例えば、ＳＨＷＰは、直線偏光された入る光を、直交する２つの偏光方向の間で切り換え、円偏光された入る光を２つの反転または反対の掌性の間で切り換えてもよい。いくつかの実施形態において、ＳＨＷＰは、ＬＣ層を含み得、そこでＬＣ層のＬＣの向きを変更するために外部電界（例えば、電圧）が印加され得、それによって偏光スイッチ８２０を切り換え状態と非切り換え状態とに切り換える。例えば、ＳＨＷＰは、ＬＣ層に含まれるＬＣの閾値電圧よりも外部印加電圧が低いときには、切り換え状態で動作してもよい。ＳＨＷＰは、外部印加電圧が電界方向に沿ってＬＣを再配向するのに十分高いときには、非切り換え状態で動作し得る。

【0087】

考察の目的上、図８Ａおよび図８Ｂは、偏光スイッチ８２０がＴＮＬＣセルを含み得ることを示している。ＴＮＬＣセルの光入射面の配向方向は、入る光８２５の偏光方向（例えば、ｙ方向）に平行になるように配向され得る。図８Ａに図示されるように、電圧オフ状態では、ＴＮＬＣセルは、切り換え状態で動作し得る。入る光８２５の偏光方向は、ＴＮＬＣセルのねじれ構造により約９０°回転させられ得る。したがって、ＴＮＬＣセルは、入る光８２５の偏光を第１偏光（例えば、図８Ａに図示されるｙ方向に偏光される）から第１方向に垂直な第２偏光（例えば、図８Ａに図示されるｘ方向に偏光される）に回転し得る。すなわち、第１偏光を有する入る光８２５は、第２偏光を有する出る光（outgoing light）８３０として受動格子８００に向かって透過され得る。ｎ^ｏ _ＡＮとｎ_ｇとの実質的な屈折率の一致により、受動格子８００は、光８３０にとって実質的に光学的に均一な板として機能し得る。すなわち、受動格子８００は、第２偏光を有する光８３０については非回折状態で動作し得る。いくつかの実施形態において、光学異方性材料８１５の第２主屈折率（例えば、ｎ^ｏ _ＡＮ）は、ＳＲＧ８０５の屈折率ｎ_ｇと同じであり（または一致し）、したがって、光８３０は、回折が無視できるかまたは全くない状態で、受動格子８００を透過され得る。すなわち、受動格子８００の回折効果を、実質的にゼロにし得る。

【0088】

ＴＮＬＣのねじれ構造は、外場などの外力によってねじれが解かれ得る。したがって、入る光８２５の偏光が維持され得る。図８Ｂに図示されるように、電圧オン状態では、ＴＮＬＣセルは、非切り換え状態であり得、ＴＮＬＣセルの対向する２つの基板の間に電界が生成され得る。ＴＮＬＣセルのＬＣ分子は、電圧が十分に高いときに、電界によって再配向され、電界に平行な向きとなり得る。したがって、ＴＮＬＣセルのねじれ構造のねじれが解かれ得、第１偏光を有する（例えば、図８Ｂに図示されるｙ方向に偏光される）入る光８２５は、偏光を変更することなく、出る光８４０としてＴＮＬＣセルを透過され得る。すなわち、受動格子８００に入射する光８４０は、第１偏光も有し得る（例えば、図８Ｂに図示されるｙ方向に偏光される）。ｎ^ｅ _ＡＮとｎ_ｇとの屈折率の差により、光８４０は、格子８００の屈折率の周期的変調を受け得、したがって、回折され得る。

【0089】

いくつかの実施形態において、偏光スイッチ８２０は、ＳＨＷＰを含み得る。その場合、非切り換え状態（例えば、電圧オン状態）では、偏光スイッチ８２０は、偏光に影響することなく、第１偏光を有する（例えば、図８Ａおよび図８Ｂに図示されるｙ方向に偏光される）直線偏光された入る光８２５を透過させ得る。したがって、出る光は、受動格子８００の屈折率の周期的な変調を受け得、回折され得る。切り換え状態（例えば、電圧オフ状態）では、偏光スイッチ８２０は、第１偏光を有する（例えば、図８Ａおよび図８Ｂに図示されるｙ方向に偏光される）を有する直線偏光された入る光８２５を、第２偏光を有する（例えば、図８Ａおよび図８Ｂに図示されるｘ方向に偏光される）直線偏光された出る光へと透過させ、これは、回折が無視できるかまたは全くない状態で、受動格子８００を透過され得る。

【0090】

図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、切り換え状態と非切り換え状態とに偏光スイッチ８２０を切り換えることによって、受動格子８００は、ＳＲＧ８０５の溝方向（例えば、ｙ方向）に偏光される入る光８２５について、非回折状態と回折状態とに切り換えられ得る。いくつかの実施形態において、入る光８２５は、ＳＲＧ８０５の溝方向に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向）に偏光され得る。したがって、受動格子８００は、偏光スイッチ８２０が切り換え状態にあるときに、回折状態で動作し得、または偏光スイッチ８２０が非切り換え状態にあるときに、非回折状態で動作し得る。ＴＮＬＣセルの切り換え時間は、約３～５ミリ秒（「ms : millisecond」）であり得る。いくつかの実施形態において、受動格子８００の切り換え速度をさらに増すために、強誘電性液晶（「FLC : ferroelectric liquid crystal」）に基づくＳＨＷＰなどの、ＦＬＣに基づく偏光スイッチが採用され得る。切り換え時間は、マイクロ秒（「μs : microsecond」）程度まで、例えば、１００μｓ未満まで短縮してもよい。さらに、望ましくない光吸収および屈折率の変更が大幅に抑制され得るように、能動格子に含まれ得る電極を、受動格子８００を外部偏光スイッチ８２０により回折状態と非回折状態とに切り換えることによって受動格子８００から省いてもよい。

【0091】

図９Ａ～図９Ｄは、本開示の実施形態による、受動光学素子であり得る間接的に切り換え可能な回折光学素子を製作するプロセスを示す模式図を示す。図９Ａに図示されるように、ＳＲＧ９０５は、基板９１０に配設され（例えば、基板９１０に対して接着されまたは基板９１０上に形成され）得る。ＳＲＧ９０５は、複数の微細構造９０５ａ、９０５ｂ、９０５ｃ等を含み得る。複数の微細構造９０５ａ、９０５ｂ、９０５ｃ等は、図３Ａに図示される微細構造３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃと同様であり得る。いくつかの実施形態において、図示されていないが、微細構造９０５ａ、９０５ｂ、９０５ｃ等は、図５Ａ～図６Ｄまたは図７に図示される傾斜微細構造であり得る。微細構造９０５ａ、９０５ｂ、９０５ｃ等は、図９Ａに図示されるように、複数の溝９０６を画定し得る。基板９１０は、可視波長帯域（約３８０ｎｍから約７００ｎｍ）で透明および反射性または透明もしくは反射性であり得る。いくつかの実施形態において、基板９１０は、赤外（「IR : infrared」）波長帯域（約７００ｎｍから約１ｍｍ）の一部または全部においても透明および反射性または透明もしくは反射性であり得る。基板９１０は、上述の波長範囲の光に対して実質的に透明である有機材料および無機材料の両方または一方を含み得る。いくつかの実施形態において、基板９１０は、例えば、ガラス、プラスチック、サファイア等を含む材料をベースにした剛性導波路板であってもよい。いくつかの実施形態において、基板９１０は、例えば、エラストマーを含む材料をベースにした可撓性のあるまたは伸縮可能な基板であってもよく、これは、ＳＲＧ９０５のピッチの調整を可能にしてもよく、それによって、異なる入射波長のためのまたは光ビームをステアリングするための、製作された回折光学素子の適用を可能にする。

【0092】

いくつかの実施形態において、ＳＲＧ９０５は、ポリマー、光架橋性ポリマー、および／またはプレポリマー組成物、反応性メソゲン（「ＲＭ: reactive mesogen」）、またはその組合せなどの有機材料をベースにして製作され得る。いくつかの実施形態において、ＳＲＧ９０５は、メタ表面を製造するための無機材料などの無機材料をベースにして製作され得る。いくつかの実施形態において、ＳＲＧ９０５の材料は、非晶性ポリマーなど、等方性であり得る。いくつかの実施形態において、ＳＲＧ９０５の材料は、異方性、例えば、液晶ポリマー、または反応性メソゲン（「ＲＭ」）であってもよい。いくつかの実施形態において、ＳＲＧ９０５は、電磁周波数の範囲の光（可視波長帯域の光など）に対して少なくとも部分的に透明（例えば、完全に透明または部分的に透明）であり得るレジスト材料からナノ加工され得る。レジスト材料は、熱可塑性物質、ポリマー、光学的に透明なフォトレジスト、またはその組合せの形態であり得る。いくつかの実施形態において、定着または硬化された後、レジスト材料は、ＳＲＧ９０５の溝９０６に配設される光学異方性材料に配向を提供し得る。すなわち、ＳＲＧ９０５は、ＳＲＧ９０５の溝９０６に配設される光学異方性材料の配向層として機能し得る。ＳＲＧ９０５の様々な配向パターンおよび形状構成（例えば、サブ１０ｎｍの厚さ）は、ナノ加工技術を使用して形成され得、これは、高いカスタマイズ性をもつ光学異方性材料の配向パターンの作成を可能にする。

【0093】

ＳＲＧ９０５が基板９１０に配設された（例えば、基板９１０に対して接着されたまたは基板９１０上に形成された）後、図９Ｂに図示するように、光学異方性材料９１５の層がＳＲＧ９０５上に配設（例えば、形成またはコーティング）され得る。光学異方性材料９１５は、少なくとも部分的にＳＲＧ９０５の溝９０６を充填する。光学異方性材料９１５は、重合可能なプレポリマー組成物または重合可能な液晶（「ＬＣ」）前駆体を含み得る。いくつかの実施形態において、重合可能な液晶前駆体は、ＬＣ材料のものと同様な光学的性質をもつ重合可能な分子である反応性メソゲン（「ＲＭ」）を含み得る。ＳＲＧ９０５によって提供される配向パターンにより、光学異方性材料９１５は、配向パターンに従って、ＳＲＧ９０５の溝９０６内で配向され得る。例えば、光学異方性材料９１５の分子は、ＳＲＧ９０５の溝９０６の中で、ホメオトロピックに配向され、一様に配向され、または混成で配向されてもよい（例えば、一部の分子がホメオトロピックに配向され、他の一部分子が一様に配向されてもよい）。いくつかの実施形態において、光学異方性材料９１５の分子は、延伸、光（例えば、光配向）、電界、またはその組合せなどの適切な配向方法によって、ＳＲＧ９０５の溝９０６の中に配向され得る。光学異方性材料９１５は、ＳＲＧ９０５の溝方向（例えば、ｙ方向）に第１主屈折率を示し、溝方向に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向）に第２主屈折率を示すように配向され得る。第１主屈折率または第２主屈折率のうちの一方は、ＳＲＧ９０５の屈折率と実質的に一致し得、第１主屈折率または第２主屈折率のうちの他方は、ＳＲＧ９０５の屈折率と一致し得ない。さらに、光学異方性材料９１５の分子の配向または向きを安定化させるために、配向された光学異方性材料９１５は、重合され、例えば、熱重合または光重合されてもよい。その結果、外部偏光回転子を介して間接的に切り換えられる受動回折光学素子を製作し得る。

【0094】

いくつかの実施形態において、図９Ｂに図示されるように、製作された単一基板回折光学素子９３０では、光学異方性材料９１５の層の厚さは、ＳＲＧ９０５の溝９０６の深さと同じであり得る。いくつかの実施形態において、図９Ｃに図示されるように、製作された単一基板回折光学素子９５０では、光学異方性材料９１５の層の厚さは、ＳＲＧ９０５の溝の深さよりも大きくなり得る。ＳＲＧ９０５の溝９０６の上面の上方に配設される光学異方性材料９１５は、均一であり得、回折に寄与しなくてもよい。いくつかの実施形態において、受動回折光学素子が製作された後に、基板９１０を取り除いてもよい。いくつかの実施形態において、図９Ｄに図示されるように、製作された回折光学素子９５０は、支持と保護の目的のために、２つの基板９１０（例えば、上下の基板９１０）を含み得る。

【0095】

図１０Ａ～図１０Ｃは、本開示の別の実施形態による、受動回折光学素子を製作する模式的なプロセスを示す。図９Ａ～図９Ｄおよび図１０Ａ～図１０Ｃに図示されるプロセス間の類似部分は、繰り返さない。図１０Ａに図示されるように、配向層１０２５を備える上基板１０１０とＳＲＧ１００５を備える下基板１０１０とが組み立てられて、セルを形成し得る。ＳＲＧ１００５は、複数の微細構造１００５ａ、１００５ｂ、１００５ｃ等を含み得、これは、図３Ａに図示される微細構造、図５Ａに図示される傾斜微細構造、または図７に図示される可変周期性をもつ微細構造の形態であり得る。微細構造１００５ａ、１００５ｂ、１００５ｃ等は、複数の溝１００６を画定し得、これは、図３Ａに図示される溝３０６、図５Ａに図示される溝５０６、または図７に図示される溝７０６ａ～７０６ｈの形態であり得る。例示の目的上、微細構造および溝は、図３Ａに図示されるものと同様なものとして示されている。

【0096】

次のステップで、配向層１０２５は、ＳＲＧ１００５の溝１００６に充填する光学異方性材料に均一なホメオトロピック配向または一様な配向を提供し得る。図１０Ｂに図示されるように、セルを組み立てた後、光学異方性材料１０１５がＳＲＧ１００５の溝１００６に充填され得る。光学異方性材料１０１５は、他の図面（例えば、図９Ｂおよび図９Ｃ）に図示される光学異方性材料９１５と同様であり得る。光学異方性材料１０１５は、配向層１０２５によって、例えば、ＳＲＧ１００５の溝１００６の溝方向（例えば、ｙ方向）に第１主屈折率を、および溝方向に垂直な面内方向（例えば、ｘ方向）に第２主屈折率を示すように配向されてもよい。第１主屈折率または第２主屈折率のうちの一方は、ＳＲＧ１００５の屈折率と実質的に一致し得、第１主屈折率または第２主屈折率のうちの他方は、ＳＲＧ１００５の屈折率と一致し得ない。さらに、配向された光学異方性材料１０１５を重合させて、光学異方性材料１０１５の分子の配向または向きを安定化させ得、受動回折光学素子を製作し得る。いくつかの実施形態において、図１０Ｂに図示されるように、製作された回折光学素子１０３０では、光学異方性材料１０１５の層の厚さは、ＳＲＧ１００５の溝の深さと同じであり得る。いくつかの実施形態において、図１０Ｃに図示されるように、製作された回折光学素子１０５０では、光学異方性材料１０１５の層の厚さは、ＳＲＧ１００５の溝の深さよりも大きくなり得る。いくつかの実施形態において、ＳＲＧ１００５の溝の上面の上方に配設される光学異方性材料１０１５は、配向層１０２５によっても配向され得る。

【0097】

本開示の実施形態による間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）は、１以上の導波路によって伝送される画像光の複数の異なる部分の時間多重化および偏光多重化の両方または一方を可能にし得る。画像光の異なる複数の部分には、例えば、異なる色の単色／モノクロ画像、複数色／多色画像（例えば、フル・カラー画像）のＦＯＶの異なる部分、単色／モノクロ画像のＦＯＶの異なる部分等が含まれ得る。導波路でのＦＯＶは、多くの場合、格子の角度帯域幅と、導波路の屈折率によって決定され得る導波路の角度制限とによって制限される。ＦＯＶを拡大する１つの方法は、ＦＯＶをいくつかの部分に分割し、その部分を異なる格子または格子のセットによって、時間多重化方式および偏光多重化の両方または一方で伝送することである。格子間のクロストークを低減または軽減するために、ＦＯＶの異なる複数の部分に対応する画像光の複数の部分を異なる複数の時間フレームで、例えば、時間多重化方式で伝送してもよい。画像光の複数の異なる部分を時間多重化方式および偏光多重化方式の両方または一方でアイボックスに伝送するように構成される例示的なアセンブリまたはシステムをこれから説明する。以下の例示的なアセンブリまたはシステムは「対称」構成と呼ばれることがあり、インカップリング格子およびアウトカップリング格子のペア（またはインカップリングサブ格子およびアウトカップリングサブ格子のペア）が、画像光のそれぞれの部分をアイボックスに伝送するように構成される。インカップリング格子／サブ格子およびアウトカップリング格子／サブ格子の格子ベクトルは、

【0098】

【数1】

がインカップリング格子／サブ格子の格子ベクトルを表し、

【0099】

【数2】

がアウトカップリング格子／サブ格子の格子ベクトルを表すとき、条件

【0100】

【数3】

を満たし得る。すなわち、画像光のそれぞれの部分を導波路に出入りするよう方向付ける複数の格子／サブ格子の複数の格子ベクトルのベクトルの和は、実質的にゼロに等しくなり得る。「対称」構成では、ＦＯＶは、導波路を並進した後に回転し得ない。ＦＯＶの異なる複数の部分の時間多重化および偏光多重化の両方または一方によってＦＯＶの拡大を可能にするために、本開示の実施形態による間接的に切り換え可能な複数の格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）が、インカップリング格子およびアウトカップリング格子の両方または一方に含まれ得る。ＦＯＶは、異なる構成に配列される間接的に切り換え可能な複数の格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）によって時間多重化方式で伝送され得る。例えば、複数の格子が共通の導波路で並べて配置され（tiled）てもよく、または共通の導波路もしくは異なる複数の導波路で積層されてもよい。異なる色の複数の単色画像の伝送にも同様の原理が適用され得る。

【0101】

図１１Ａおよび図１１Ｂは、本開示の実施形態による、導波路１１０１と導波路１１０１に結合されている複数の格子とを含む光学システム１１００を示す。導波路１１０１および格子は、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成され得る。いくつかの実施形態において、光学システム１１００は、導波路ディスプレイシステムとも呼ばれることがある。導波路１１０１は、図２Ａおよび図２Ｂに図示される導波路２１０などの、開示される任意の他の導波路の実施形態であってもよい。図１１Ａに図示されるように、導波路１１０１は、インカップリング格子１１０５を介して光源アセンブリ２０５から画像光を受光し、アウトカップリング格子１１１０を介して眼２６５に向けて画像光を案内するように構成され得る。インカップリング格子１１０５およびアウトカップリング格子１１１０は、導波路１１０１の異なる部分で導波路１１０１に結合され得る。インカップリング格子１１０５およびアウトカップリング格子１１１０のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）の一実施形態であってもよく、またはそれを含んでもよい。インカップリング格子１１０５およびアウトカップリング格子１１１０のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、互いに重なり合って（例えば、少なくとも部分的に重なり合って）連続的なＦＯＶを提供する、１以上のサブ格子を含み得る。例えば、隣り合うサブ格子が互いに部分的に重なり合い得るように、サブ格子を格子の異なる平面に配設してもよい。サブ格子の周りの空間には、少なくとも部分的に屈折率整合材が充填され得、空間内の光の反射を抑制し得る。サブ格子の例示的な重なり合う構成を、図１２Ｄおよび図１２Ｅを参照して以下説明する。

【0102】

図１１Ａを参照すると、インカップリング格子１１０５は、複数のサブ格子１１０５ａおよび１１０５ｂ（または第１インカップリングサブ格子１１０５ａおよび第２インカップリングサブ格子１１０５ｂと呼ばれる）を含み得る。アウトカップリング格子１１１０は、複数のサブ格子１１１０ａおよび１１１０ｂ（または第１アウトカップリングサブ格子１１１０ａおよび第２アウトカップリングサブ格子１１１０ｂと呼ばれる）を含み得る。インカップリング格子１１０５のサブ格子１１０５ａおよび１１０５ｂは、１対１でアウトカップリング格子１１１０のサブ格子１１１０ａおよび１１１０ｂに対応し得る。インカップリング格子１１０５には、任意の適切な数のサブ格子が含まれ得る。アウトカップリング格子１１１０には、任意の適切な数のサブ格子が含まれ得る。それぞれのインカップリング格子１１０５およびアウトカップリング格子１１１０に含まれるサブ格子の数は、スプリットまたは分割されるＦＯＶの部分の数に対応し得る。インカップリング格子１１０５およびアウトカップリング格子１１１０に含まれるサブ格子は、導波路１１０１の第１表面１１０１＿１および第２表面１１０１＿２の両方または一方に配設され得る。インカップリング格子１１０５のサブ格子１１０５ａおよび１１０５ｂは、導波路１１０１の同じ表面に配設されても、または異なる表面に配設されてもよい。アウトカップリング格子１１１０のサブ格子１１１０ａおよび１１１０ｂは、導波路１１０１の同じ表面に配設されても、または異なる表面に配設されてもよい。いくつかの実施形態において、インカップリング格子１１０５およびアウトカップリング格子１１１０の各々の複数のサブ格子は、ＦＯＶを一次元にタイリングする（tile）ために一次元格子パターンに配列され得る。

【0103】

考察の目的上、インカップリング格子１１０５およびアウトカップリング格子１１１０は、導波路１１０１の第２表面１１０１＿２に配設されてもよく、インカップリング格子１１０５およびアウトカップリング格子１１１０は、ともに、開示される間接的な切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）の一実施形態であってもよい。インカップリング格子１１０５の第１インカップリングサブ格子１１０５ａおよび第２インカップリングサブ格子１１０５ｂは、直交する２つの偏光をもつ入る光に反応して、回折状態で動作するように構成され得る。アウトカップリング格子１１１０の第１アウトカップリングサブ格子１１１０ａおよび第２アウトカップリングサブ格子１１１０ｂは、それぞれ第１インカップリングサブ格子１１０５ａおよび第２インカップリングサブ格子１１０５ｂに対応し得る。第１アウトカップリングサブ格子１１１０ａおよび第２アウトカップリングサブ格子１１１０ｂは、それぞれ第１インカップリングサブ格子１１０５ａおよび第２インカップリングサブ格子１１０５ｂと同じ偏光選択性を有し得る。インカップリングサブ格子および対応するアウトカップリングサブ格子は、ＦＯＶの所定の部分を伝達するように構成されるサブ格子のペアと考えられ得る。各ペアのインカップリングサブ格子およびアウトカップリングサブ格子は、条件

【0104】

【数4】

を満たすために実質的に同じ格子期間（grating period）を有し得る。

【0105】

光源アセンブリ２０５は、光源（例えば、ディスプレイ）からインカップリング格子１１０５に向けて画像光を放出し得る。いくつかの実施形態において、画像光は無偏光画像光であり得、所定の偏光を有する直線偏光画像光に無偏光画像光を変換するために、直線偏光子１１４０が光源アセンブリ２０５と導波路１１０１との間に配設され得る。いくつかの実施形態において、直線偏光子１１４０と導波路１１０１との間に偏光回転子または偏光スイッチ１１５０が配設され得る。偏光スイッチ１１５０は、直線偏光子１１４０から受光した直線偏光画像光の偏光を、偏光スイッチ１１５０の動作状態（例えば、切り換え状態または非切り換え状態）に応じて、直交する２つの偏光の間で切り換えるように構成される能動素子であり得る。偏光スイッチ１１５０は、図８Ａおよび図８Ｂに図示される偏光スイッチ８２０と同様であってもよい。

【0106】

光源アセンブリ２０５から放出される画像光は、ディスプレイのＦＯＶの異なる複数の部分に対応する複数の光線（rays）を含み得る。図１１Ａおよび図１１Ｂに図示される実施形態において、ＦＯＶは、２つの部分（左部分および右部分）を含み得る。図１１Ａおよび図１１Ｂに図示されるように、光線１１２０の及ぶ角度範囲および光線１１３０の及ぶ角度範囲は、それぞれ、画像光が提供するＦＯＶの左部分および右部分に対応し得る。いくつかの実施形態において、ディスプレイフレームは、画像光によって提供されるＦＯＶの異なる部分に対応する光線を順次透過するために、２つの連続するサブフレーム（例えば、第１サブフレームおよび第２サブフレーム）に分割され、それによって、ＦＯＶの異なる部分の時間多重化方式での順次透過を実現し得る。

【0107】

考察の目的上、直線偏光子１１４０は、光源アセンブリ１１４０から放出される無偏光画像光を、第１偏光（例えば、図１１Ａに図示されるｘ方向に偏光される）を有する直線偏光画像光に変換し得る。偏光スイッチ１１５０が切り換え状態で動作するとき、偏光スイッチ１１５０は、第１偏光を有する直線偏光画像光を、第２偏光（例えば、図１１Ａに図示されるｙ方向で偏光される）を有する直線偏光画像光に変換し得る。偏光スイッチ１１５０が非切り換え状態で動作するとき、偏光スイッチ１１５０は、第１偏光を有する直線偏光画像光の偏光を維持し得る。第１インカップリングサブ格子１１０５ａおよび第１アウトカップリングサブ格子１１１０ａは、第１偏光を有する直線偏光光を回折し、第２偏光を有する直線偏光光を透過するように構成され得る。第２インカップリングサブ格子１１０５ｂおよび第２アウトカップリングサブ格子１１１０ｂは、第２偏光を有する直線偏光光を回折し、第１偏光を有する直線偏光光を透過するように構成され得る。いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５は、第１偏光（例えば、図１１Ａに図示されるｘ方向に偏光される）、または第１偏光に直交する第２偏光（例えば、図１１Ａに図示されるｙ方向に偏光される）を有する直線偏光画像光を放出し得、直線偏光子１１４０は省いてもよい。光学システム１１００のパワー効率が改善され得る。

【0108】

図１１Ａを参照すると、ディスプレイフレームの第１サブフレームの間、偏光スイッチ１１５０は、直線偏光子１１４０から受光される第１偏光（例えば、図１１Ａに図示されるｘ方向に偏光される）を有する直線偏光画像光を偏光に影響を与えずに透過する、非切り換え状態で動作するように構成され得る。したがって、第１偏光を有する直線偏光画像光は、第１インカップリングサブ格子１１０５ａによって回折され得、回折が無視できるかまたは全くない状態で、第２インカップリングサブ格子１１０５ｂを透過され得る。こうして、光線１１２０の及ぶ角度範囲内の画像光は、第１インカップリングサブ格子１１０５ａを介して導波路１１０１内部のＴＩＲ経路に結合され得、ＴＩＲを介して導波路１１０１内部で伝播し得る。導波路１１０１の内部で伝播する画像光は、第１アウトカップリングサブ格子１１１０ａを介して、光線１１２０’の及ぶ角度範囲へと導波路１１０１から分離され得、これが眼２６５で受光され得る。光線１１３０の及ぶ角度範囲内の画像光は、導波路１１０１内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。光線１１２０’の及ぶ角度範囲は、ＦＯＶの左部分に対応し得る。

【0109】

図１１Ｂを参照すると、ディスプレイフレームの第２サブフレーム中、偏光スイッチ１１５０は、第１偏光（例えば、図１１Ｂに図示されるｘ方向に偏光される）を有する直線偏光画像光を、インカップリング格子１１０５に向けて、第２偏光（例えば、図１１Ｂに図示されるｙ方向に偏光される）を有する直線偏光画像光に変換するために、切り換え状態で動作するように構成され得る。したがって、第２偏光を有する直線偏光画像光は、第２インカップリングサブ格子１１０５ｂによって回折され得、回折が無視できるかまたは全くない状態で、第１インカップリングサブ格子１１０５ａによって透過され得る。したがって、光線１１３０の及ぶ角度範囲内の画像光は、第２インカップリングサブ格子１１０５ｂを介して導波路１１０１内部のＴＩＲ経路に結合され得、第２アウトカップリングサブ格子１１１０ｂを介して、光線１１３０’の及ぶ角度範囲へと導波路１１０１から分離され得、これが眼２６５によって受光され得る。光線１１２０の及ぶ角度範囲内の画像光は、導波路１１０１内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。光線１１３０’の及ぶ角度範囲は、ＦＯＶの右部分に対応し得る。

【0110】

このように、ディスプレイフレーム内の２つの連続するサブフレームで切り換え状態と非切り換え状態とに偏光スイッチ１１５０を順次切り換えることによって、インカップリングサブ格子およびアウトカップリングサブ格子の２ペアが、それぞれ連続する隣接サブフレームで回折状態に切り換えられ得る。この構成により、共通の導波路を介したＦＯＶの異なる部分の順次透過が、ＦＯＶをタイリングすることによって実現し得る。さらに、開示される間接的に切り換え可能な複数の格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）により実現される時間多重化スキームは、ＦＯＶをタイリングするために構成されるサブ格子間のクロストークを除去し得る。

【0111】

再び図１１Ａを参照すると、いくつかの実施形態において、ＦＯＶの異なる部分用に構成される複数のサブ格子による光の回折によって生じ得るゴースト像（ghost image）を抑制するために、眼２６５に面するアウトカップリング格子１１１０の側に、偏光子１１６０ａおよび１１６０ｂのペアが配設され得る。偏光子１１６０ａおよび１１６０ｂは、クリーンアップ偏光子（clean-up polarizers）と呼ばれることもある。偏光子１１６０ａおよび１１６０ｂは、それぞれ、第１アウトカップリングサブ格子１１１０ａおよび第２アウトカップリングサブ格子１１１０ｂの光射出エリアをカバーし得る。偏光子１１６０ａは、第１アウトカップリングサブ格子１１１０ａによって導波路１１０１から分離される直線偏光画像光を透過し、第２アウトカップリングサブ格子１１１０ｂによって導波路１１０１から分離される直線偏光画像光をブロックするように構成され得る。偏光子１１６０ｂは、第２アウトカップリングサブ格子１１１０ｂによって導波路１１０１から分離される直線偏光画像光を透過し、第１アウトカップリングサブ格子１１１０ａによって導波路１１０１から分離される直線偏光画像光をブロックするように構成され得る。すなわち、偏光子１１６０ａおよび１１６０ｂは、直交する透過軸をもつように配向され得る。したがって、第１インカップリングサブ格子１１０５ａ、導波路１１０１、および第１アウトカップリングサブ格子１１１０ａを介してＦＯＶの左部分に対応する画像光を透過するとき、ＦＯＶの右部分用に構成される第２インカップリングサブ格子１１０５ｂおよび第２アウトカップリングサブ格子１１１０ｂの両方または一方によって回折される光によって生じるゴースト像が抑制され得る。いくつかの実施形態において、偏光子１１６０ａおよび１１６０ｂは省いてもよい。

【0112】

同様に、第２インカップリングサブ格子１１０５ｂ、導波路１１０１、および第２アウトカップリングサブ格子１１１０ｂを介してＦＯＶの右部分に対応する画像光を透過するとき、ＦＯＶの左部分用に構成される第１インカップリングサブ格子１１０５ａおよび第１アウトカップリングサブ格子１１１０ａの両方または一方によって回折される光によって生じるゴースト像が抑制され得る。すなわち、ＦＯＶの異なる部分用に構成されるサブ格子によって回折される光によって生じるゴースト像が抑制され得る。いくつかの実施形態において、ＦＯＶの異なる部分用に構成されるサブ格子による光の回折によって生じ得るゴースト像を抑制するために、アウトカップリング格子１１１０と眼２６５との間に、２つの偏光子１１６０ａおよび１１６０ｂではなく、パターン化された偏光子が配設され得る。パターン化された偏光子は、異なる直交する透過軸をもつ２つの領域を含み得る。２つの領域は、それぞれ偏光子１１６０ａおよび１１６０ｂのものと同様に機能し得る。いくつかの実施形態において、パターン化された偏光子は省いてもよい。

【0113】

いくつかの実施形態において、眼２６５に面するアウトカップリング格子１１１０の表面（またはペアの偏光子１１６０ａおよび１１６０ｂの表面、またはパターン化された偏光子の表面）に、偏光スイッチまたは偏光回転子１１７０が配設され得る。例示の目的上、偏光回転子１１７０は、偏光子１１６０ａおよび１１６０ｂとは別個に示している。偏光回転子１１７０は、アウトカップリング格子１１１０または偏光子１１６０ａおよび１１６０ｂから出力されるＦＯＶの部分（例えば、左または右の部分）に対応する直線偏光画像光の偏光を直交偏光に変換して、フルＦＯＶに対応する画像光が２つの偏光ではなく１つの偏光をもち得るように構成され得る。例えば、切り換え状態で動作する偏光回転子１１７０は、第１偏光を有する直線偏光画像光を、第２偏光を有する直線偏光画像光に変換するように構成され得る。非切り換え状態で動作する偏光回転子１１７０は、第２偏光を有する直線偏光画像光の偏光を維持して、眼２６５が受光することになるフルＦＯＶに対応する画像光が第２偏光を有し得るようにしてもよい。

【0114】

図１１Ａは、インカップリング格子１１０５およびアウトカップリング格子１１１０の両方が、開示される間接的に切り換え可能な複数の格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）のうちの１以上を含むことを示しており、これは、外部偏光スイッチを介して間接的に切り換え可能である。この構成は例示目的のものであり、本開示の範囲を制限することは意図していない。いくつかの実施形態において、インカップリング格子１１０５またはアウトカップリング格子１１１０のうちの一方は、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）のうちの１以上を含み得、インカップリング格子１１０５またはアウトカップリング格子１１１０のうちの他方は、１以上の非切り換え可能な受動格子または直接的に切り換え可能な能動格子を含み得る。例えば、ＦＯＶの異なる複数の部分が、非切り換え可能な受動インカップリング格子によって導波路に導入され得る。アウトカップリング格子１１１０は、間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）であり得る２つのアウトカップリングサブ格子を含み得る。２つのアウトカップリングサブ格子は、それぞれ直交する２つの偏光をもつ入る画像光に反応して、回折状態で動作するように構成され得る。ディスプレイフレームは、２つの連続したサブフレームを含み得る。２つの連続したサブフレーム中、インカップリング格子１１０５は、直交する偏光（例えば、第１偏光および第２偏光）をそれぞれもつ複数の画像光を受光し、その画像光を導波路１１０１に結合し得る。２つの連続するサブフレームのうちの少なくとも１つ（例えば、各々）で、第１アウトカップリングサブ格子１１１０ａまたは第２アウトカップリングサブ格子１１１０ｂのうちの一方が、対応する偏光をもつ画像光を導波路１１０１から分離するために回折状態で動作し得、第１アウトカップリングサブ格子１１１０ａまたは第２アウトカップリングサブ格子１１１０ｂのうちの他方が非回折状態で動作し得る。

【0115】

再び図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すると、いくつかの実施形態において、第１インカップリング格子１１０５ａ、第２インカップリング格子１１０５ｂ、第１アウトカップリングサブ格子１１１０ａ、および第２アウトカップリングサブ格子１１１０ｂは、光学システム１１００が光源アセンブリ２０５から放出される画像光のＦＯＶの異なる部分を同じ期間（例えば、同じディスプレイフレーム）中に同時に（例えば、偏光多重化方式で）アイボックスに伝送し得るように、実質的に角度選択的でありかつ偏光選択的であるように構成され得る。ディスプレイフレームは、複数のサブフレームに分割しなくてもよい。例えば、第１インカップリング格子１１０５ａおよび第１アウトカップリングサブ格子１１１０ａは、ＦＯＶの第１部分（例えば、左部分）に対応する角度範囲を有し、かつ第１偏光（例えば、図１１Ａに図示されるｘ方向に偏光される）を有する画像光を回折し、ＦＯＶの第２部分（例えば、右部分）に対応する角度範囲を有し、かつ第２偏光（例えば、図１１Ａに図示されるｙ方向に偏光される）を有する画像光を、回折が無視できる状態で透過するように構成され得る。第２インカップリング格子１１０５ｂおよび第２アウトカップリング格子１１１０ｂは、ＦＯＶの第２部分（例えば、右部分）に対応する角度範囲を有し、かつ第２偏光（例えば、図１１Ａに図示されるｙ方向に偏光される）を有する画像光を回折して、回折を介して導波路１１０１に入れ、ＦＯＶの第１部分（例えば、左部分）に対応する角度範囲を有し、かつ第１偏光（例えば、図１１Ａに図示されるｘ方向に偏光される）を有する画像光を、回折が無視できる状態で透過するように構成され得る。

【0116】

いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５は、導波路１１０１に向けて無偏光画像光を放出し得る。偏光子１１４０および偏光スイッチ１１５０は省いてもよい。無偏光画像光は、無偏光画像光のＦＯＶの第１部分に対応する角度範囲を有する第１部分と、無偏光画像光のＦＯＶの第２部分に対応する角度範囲を有する第２部分とを含み得る。無偏光画像光の第１部分および第２部分の各々は、第１偏光を有する第１成分および第２偏光を有する第２成分の２つの成分を含み得る。光源アセンブリ２０５によって放出される無偏光画像光が第１インカップリング格子１１０５ａおよび第２インカップリング格子１１０５ｂに同時に入射するとき、ＦＯＶの左部分に対応する（例えば、光線１１２０の及ぶ）角度範囲を有し、かつ第１偏光を有する画像光（無偏光画像光の第１部分の第１成分である）は、第１インカップリングサブ格子１１０５ａを介して導波路１１０１内部のＴＩＲ経路に結合され、第１アウトカップリングサブ格子１１１０ａを介して、光線１１２０’の及ぶ角度範囲へと導波路１１０１から分離され得、これが眼２６５によって受光され得る。ＦＯＶの右部分に対応する（例えば、光線１１３０の及ぶ）角度範囲を有し、かつ第２偏光を有する画像光（無偏光画像光の第２部分の第２成分である）は、第２インカップリングサブ格子１１０５ｂを介して、導波路１１０１内部のＴＩＲ経路に結合され、第２アウトカップリングサブ格子１１１０ｂを介して、光線１１３０’の及ぶ角度範囲へと導波路１１０１から分離され得、これが眼２６５によって受光され得る。導波路１１０１の出力側では、光線１１２０’の及ぶ角度範囲は、ＦＯＶの左部分に対応し得、光線１１３０’の及ぶ角度範囲は、ＦＯＶの右部分に対応し得る。こうして、光源アセンブリ２０５によって放出される無偏光画像光のＦＯＶの２つの部分が、アイボックスに同時に伝送され得る。

【0117】

いくつかの実施形態において、ＦＯＶは、３つの部分、例えば、左部分、中央部分、および右部分に分割され得、これらが、タイリングされたインカップリングおよびアウトカップリングの間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）を通して眼に伝達され得る。図１２Ａ～図１２Ｃは、本開示の別の実施形態による、フルＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路１２０１を含む光学システム１２００を示す。導波路１２０１は、図２Ａおよび図２Ｂに図示される導波路２１０の一実施形態であってもよい。図１１Ａおよび図１１Ｂに図示される実施形態と図１２Ａ～図１２Ｃに図示される実施形態との間で同様なまたは同じ構造および構成要素の説明は繰り返さない。図示される実施形態で光学システム１２００に含まれる複数の格子は、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）のいずれであってもよい。

【0118】

図１２Ａに図示されるように、導波路１２０１は、インカップリング格子１２０５を介して光源アセンブリ２０５から画像光を受光するように構成され得、アウトカップリング格子１２１０を介して画像光を眼２６５に向けて案内し得る。インカップリング格子１２０５およびアウトカップリング格子１２１０は、導波路１２０１に結合され得る。インカップリング格子１２０５およびアウトカップリング格子１２１０のうちの少なくとも１つは、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）の一実施形態であってもよい。インカップリング格子１２０５およびアウトカップリング格子１２１０のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、それぞれ、ＦＯＶの所定の複数の部分を伝達するように構成される複数のサブ格子を含み得る。インカップリングサブ格子および対応するアウトカップリングサブ格子は、ＦＯＶの所定の部分を伝達するように構成されるサブ格子のペアと考えられ得る。例えば、ＦＯＶは、３つの部分、左部分、中央部分、および右部分を含み得る。導波路１２０１は、３ペアのサブ格子を含み得る。インカップリング格子１２０５およびアウトカップリング格子１２１０のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、それぞれ、ＦＯＶの左部分、中央部分、および右部分を伝達するように構成される３つのサブ格子を含み得る。ＦＯＶの隣り合う部分が部分的に重なり合って、連続的なＦＯＶを眼２６５において形成し得る。ＦＯＶの隣り合う部分の部分的な重なり合いは、例えば、記録材料内でサブ格子を部分的に重なり合わせることによって達成され得る（例えば、直交偏光の光を回折するように構成されるサブ格子の重なり合うエリアは、多重化され得る）。サブ格子のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、偏光スイッチに結合され得、該偏光スイッチは、サブ格子のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）を回折状態と非回折状態との間で間接的に切り換えるように構成され得る。偏光スイッチ１２５０ａ～１２５０ｆは、画像光がサブ格子に入射する対応するサブ格子の側に配設され、それによって、対応するサブ格子に画像光が入射する前に画像光の偏光を制御し得る。したがって、偏光スイッチ１２５０ａ～１２５０ｆは、対応するサブ格子を回折状態または非回折状態で動作するように制御するように構成され得る。いくつかの実施形態において、偏光スイッチ１２５０ａ～１２５０ｆの各々は、対応するサブ格子のサイズと実質的に同じサイズで構成され得る。偏光スイッチ１２５０ａ～１２５０ｆの各々は、対応するサブ格子と位置合わせされ得る。隣り合うインカップリングサブ格子は、互いに部分的に重なり合い得、隣り合うインカップリングサブ格子に対応する隣り合う偏光スイッチは、互いに部分的に重なり合い得る。隣り合うアウトカップリングサブ格子は、互いに部分的に重なり合い得、隣り合うアウトカップリングサブ格子に対応する隣り合う偏光スイッチは、互いに部分的に重なり合い得る。いくつかの実施形態において、偏光スイッチ１２５０ａ～１２５０ｆは、実質的に同じサイズを有するように構成され得る。

【0119】

図１２Ａ～図１２Ｃに図示されるように、いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５は、所定のＦＯＶを有する無偏光画像光を放出し得る。いくつかの実施形態において、無偏光画像光を直線偏光画像光に変換するために、光源アセンブリ２０５と導波路１２０１との間に直線偏光子１２４０が配設され得る。いくつかの実施形態において、直線偏光画像光は、直線偏光子１２４０の透過軸に従って、第１偏光（例えば、図１２Ａ～図１２Ｃに図示されるｘ方向で偏光される）または第１偏光に直交する第２偏光（例えば、図１２Ａ～図１２Ｃに図示されるｙ方向に偏光される）を有するように構成され得る。ディスプレイフレームは、３つのサブフレームに分割され得る。各それぞれのサブフレーム中、サブ格子のそれぞれのペアは、導波路１２０１を介してＦＯＶのそれぞれの部分を透過するために、対応する偏光スイッチを介して回折状態で動作するように順次構成され得る。３つのサブフレームのうちの少なくとも１つ（例えば、各々）の間、サブ格子の３ペアのうちの１つがＦＯＶの所定の部分を透過するために回折状態で動作するように構成され得、残りのペアは、非回折状態で動作するように構成され得る。

【0120】

いくつかの実施形態において、導波路１２０１に結合されている隣り合うインカップリングサブ格子は、直交偏光、例えば（直交直線偏光）を有する光を選択的に回折するように構成され得る。導波路１２０１に結合されている隣り合うアウトカップリングサブ格子は、直交偏光（例えば、直交直線偏光）を有する光を選択的に回折するように構成され得る。いくつかの実施形態において、ＦＯＶの所定の部分を伝達するように構成されるサブ格子のペアは、同じ第１偏光を有する光を回折し、第１偏光に直交する第２偏光を有する光を、回折が無視できる状態で透過するように構成され得る。いくつかの実施形態において、各サブフレーム中、インカップリングサブ格子およびアウトカップリングサブ格子の１ペアが回折状態で動作するように構成され得るのに対し、残りのペアは、非回折状態で動作するように構成され得る。ＦＯＶの３つの部分は、３つの連続的なサブフレームで時系列に透過され得、隣り合うサブ格子間のクロストークが抑制される。眼２６５に伝送されるＦＯＶの３つの部分は、異なる偏光を有し得る。

【0121】

例えば、図１２Ａを参照すると、第１サブフレーム中、第１インカップリングサブ格子１２０５ａおよび第１アウトカップリングサブ格子１２１０ａは、それぞれ、対応する偏光スイッチ１２５０ａおよび１２５０ｄを介して回折状態（またはオン状態）に間接的に切り換えられ得る。残りのサブ格子は、対応する偏光スイッチを介して非回折状態（またはオフ状態）に切り換えられ得る。したがって、光線１２２０の及ぶ角度範囲内の画像光は、第１インカップリングサブ格子１２０５ａを介して導波路１２０１内部のＴＩＲ経路に結合され、第１アウトカップリングサブ格子１２１０ａを介して、光線１２２０’の及ぶ角度範囲へと導波路１２０１から分離され得、これが眼２６５によって受光され得る。光線１２２５の及ぶ角度範囲および光線１２３０の及ぶ角度範囲内の画像光は、導波路１２０１内部のＴＩＲ経路に結合し得ない。光線１２２０’の及ぶ角度範囲は、ＦＯＶの左部分に対応し得る。

【0122】

図１２Ｂを参照すると、第２サブフレーム中、第２インカップリングサブ格子１２０５ｂおよび第２アウトカップリングサブ格子１２１０ｂは、それぞれ、偏光スイッチ１２５０ｂおよび１２５０ｅを介して回折状態（またはオン状態）に間接的に切り換えられ得る。残りのサブ格子は、対応する偏光スイッチを介して非回折状態（またはオフ状態）に切り換えられ得る。したがって、光線１２２５の及ぶ角度範囲内の画像光は、第２インカップリングサブ格子１２０５ｂを介して導波路１２０１内のＴＩＲ経路に結合され、第２アウトカップリングサブ格子１２１０ｂを介して、光線１２２５’の及ぶ角度範囲へと導波路１２０１から分離され得、これが眼２６５によって受光され得る。光線１２２０の及ぶ角度範囲内の画像光および光線１２３０の及ぶ角度範囲内の画像光は、導波路１２０１内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。光線１２２５’の及ぶ角度範囲は、ＦＯＶの中央部分に対応し得る。

【0123】

図１２Ｃを参照すると、第３サブフレーム中、第３インカップリングサブ格子１２０５ｃおよび第３アウトカップリングサブ格子１２１０ｃは、それぞれ、偏光スイッチ１２５０ｃおよび１２５０ｆを介して回折状態（またはオン状態）に間接的に切り換えられ得る。残りのサブ格子は、対応する偏光スイッチを介して非回折状態（またはオフ状態）に切り換えられ得る。したがって、光線１２３０の及ぶ角度範囲内の画像光は、第３インカップリングサブ格子１２０５ｃを介して導波路１２０１内部のＴＩＲ経路に結合され、第３アウトカップリング格子１２１０ｃを介して、光線１２３０’の及ぶ角度範囲へと導波路１２０１から分離され得、これが眼２６５によって受光され得る。光線１２２０の及ぶ角度範囲および光線１２２５の及ぶ角度範囲内の画像光は、導波路１２０１内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。光線１２３０’の及ぶ角度範囲は、ＦＯＶの右部分に対応し得る。

【0124】

再び図１２Ａ～図１２Ｃを参照すると、いくつかの実施形態において、光学システム１２００は、ゴースト像を低減または除去するために、眼２６５に面するアウトカップリング格子１２１０側に配設される偏光子１２６０（例えば、クリーンアップ偏光子）を含み得る。いくつかの実施形態において、偏光子１２６０は、対応するサブ格子のペアによって伝送されるＦＯＶのそれぞれの部分の偏光に対応する局所的な偏光方向をもつ、パターン化された偏光子であり得る。例えば、偏光子１２６０は、異なるアウトカップリングサブ格子のために、異なる透過軸の配向をもつ３つの部分に分割され得る。いくつかの実施形態において、偏光子１２６０は、均一な（例えば、パターン化されていない）偏光子であり得、追加の偏光スイッチが偏光子１２６０とアウトカップリング格子１２１０との間に配設されて、アウトカップリングサブ格子によって分離された画像光を同じ偏光を有する画像光に変換し得る。

【0125】

いくつかの実施形態において、導波路１２０１に結合されている隣り合うインカップリングサブ格子は、直交する複数の偏光（例えば、直交する複数の直線偏光）を有する複数の光を選択的に回折するように構成され得、導波路１２０１に結合されている隣り合うアウトカップリングサブ格子は、同じ偏光を有する複数の光を選択的に回折するように構成され得る。各アウトカップリング格子１２１０ａ、１２１０ｂ、または１２１０ｃは、対応する偏光スイッチ１２５０ｄ、１２５０ｅ、または１２５０ｆによって、対応するサブフレーム中に回折状態で動作するように制御され得る。眼２６５に伝送されるＦＯＶの３つの部分は、実質的に同じ偏光を有し得る。偏光子１２６０は、ゴースト像を低減または除去するために、均一な（パターン化されていない）偏光子であるように構成され得る。いくつかの実施形態において、偏光子１２６０は省いてもよい。

【0126】

図示していないが、いくつかの実施形態において、ＦＯＶは、適切な数の部分、例えば、４つの部分または５つの部分等を含んでもよい。導波路１２０１は、ＦＯＶの適切な数の部分を伝達するために、適切な数のサブ格子のペア（例えば、４ペアまたは５ペア等）を含み得る。ＦＯＶの隣り合う部分は、部分的に重なり合って、連続的なＦＯＶを眼２６５において形成し得る。したがって、ディスプレイフレームは、適切な数のサブフレーム（例えば、４つのサブフレームまたは５つのサブフレーム等）に分割され得る。各それぞれのサブフレーム中、サブ格子のそれぞれのペアは、導波路１２０１を介してＦＯＶのそれぞれの部分を透過するために、対応する偏光スイッチを介して回折状態で動作するよう順次構成され得る。

【0127】

いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５は、第１偏光（例えば、図１２Ａ～図１２Ｃに図示されるｘ方向に偏光される）または第１偏光に直交する第２偏光（例えば、図１２Ａ～図１２Ｃに図示されるｙ方向に偏光される）を有する直線偏光画像光を放出し得、直線偏光子１３４０は省いてもよい。光学システム１２００のパワー効率が改善され得る。

【0128】

図１２Ｄおよび図１２Ｅは、図１２Ａに図示される導波路１２０１に結合されているインカップリングサブ格子の重なり合う構成の模式図を示す。サブ格子は、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）のいずれを含んでもよい。いくつかの実施形態において、隣り合うインカップリングサブ格子が互いに部分的に重なり合い得るように、１以上のインカップリングサブ格子を異なる平面に配設し得る。インカップリングサブ格子の周りの空間には、少なくとも部分的に屈折率整合材を充填し得る。図１２Ｄに図示されるように、一実施形態において、少なくとも隣り合うインカップリングサブ格子の２ペアが互いに部分的に重なり合い得るように、インカップリングサブ格子１２０５ａ、１２０５ｂ、および１２０５ｃのうちの少なくとも２つ（例えば、３つ全部）を異なる平面に配設し得る。インカップリングサブ格子の周りの空間には、空間内の光の反射を抑制し得るように、少なくとも部分的に屈折率整合材１２７０を充填し得る。図１２Ｅに図示されるように、一実施形態において、隣り合うインカップリングサブ格子が互いに少なくとも部分的に重なり合い得るように、第１インカップリングサブ格子１２０５ａおよび第３インカップリングサブ格子１２０５ｃを同じ平面に配設する一方で、第２インカップリングサブ格子１２０５ｂを異なる平面に配設し得る。図１２Ａの導波路１２０１に結合されるアウトカップリングサブ格子の重なり合う構成は、図１２Ｄおよび図１２Ｅに図示されるインカップリングサブ格子のものと同様であってもよい。

【0129】

図１３Ａおよび図１３Ｂは、本開示の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を光学システム１３００のアイボックスに時間多重化方式で伝送するように構成される導波路スタック１３０１を含む光学システム１３００を示す。導波路スタック１３０１は、導波路のスタックを含み得、各々が図２Ａ～図２Ｂに図示される導波路２１０、図１１Ａに図示される導波路１１０１、または図１２Ａに図示される導波路１２０１と同様であってもよい。図２Ａ、図１１Ａ、図１２Ａ、および図１３Ａに図示される実施形態間の同じまたは同様な構造および構成要素または構造もしくは構成要素の説明は繰り返さない。図１３Ａに図示されるように、導波路スタック１３０１は、一緒に積層される複数の導波路（例えば、２つの導波路１３１０および１３２０）を含み得る。３つ、４つ、５つなどの、他の適切な数の導波路を使用してもよい。導波路１３１０は、インカップリング格子１３１２およびアウトカップリング格子１３１４に結合され得る。導波路１３２０は、インカップリング格子１３２２およびアウトカップリング格子１３２４に結合され得る。いくつかの実施形態において、導波路内で導波を起こすために、導波路１３１０および１３２０は、エアギャップ（air gaps）で分離され得る。いくつかの実施形態において、導波路１３１０と１３２０との間のエアギャップは、少なくとも部分的に、導波路のものより低い屈折率を有する材料（例えば、液状接着剤）で充填され得る。光学システム１３００内に含まれる格子またはサブ格子のいずれも、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）のいずれの実施形態であってもよい。

【0130】

光源アセンブリ２０５から放出される画像光は、ＦＯＶの左部分および右部分に対応する光線を含み得る。光線１３７０の及ぶ角度範囲および光線１３８０の及ぶ角度範囲は、それぞれ、画像光のＦＯＶの左部分および右部分に対応し得る。いくつかの実施形態において、画像光のディスプレイフレームは、ＦＯＶの異なる部分に対応する光線を順次透過するために２つのサブフレームに分割され得、それによって、時間多重化方式でのＦＯＶの２つの部分の順次透過を実現する。いくつかの実施形態において、画像光のディスプレイフレームは、ＦＯＶの異なる部分に対応する光線を順次透過するために２つのサブフレームに分割され得、それによって、時間多重化方式でのＦＯＶの２つの部分の順次透過を実現する。

【0131】

インカップリング格子およびアウトカップリング格子のうちの少なくとも１つは、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）の一実施形態であり得る。インカップリング格子またはアウトカップリング格子は、それぞれの導波路の第１表面および第２表面の両方または一方に配設され得る。考察の目的上、図１３Ａに図示されるように、導波路スタック１３０１に結合されているインカップリング格子およびアウトカップリング格子は、間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）であり得、それぞれの導波路の第２表面に配設され得る。インカップリング格子１３１２およびインカップリング格子１３２２は、それぞれ、直交する２つの所定の偏光、例えば、第２偏光（例えば、図１３Ａに図示されるｙ方向に偏光される）および第１偏光（例えば、図１３Ａに図示されるｘ方向に偏光される）を有する画像光を回折するように構成され得る。アウトカップリング格子１３１４およびアウトカップリング格子１３２４は、それぞれ、インカップリング格子１３１２およびインカップリング格子１３２２と同じ偏光選択性を有し得る。

【0132】

いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５は、無偏光画像光を放出し得る。無偏光画像光を第１偏光（例えば、図１３Ａに図示されるｘ方向に偏光される）または第１偏光に直交する第２偏光（例えば、図１３Ａに図示されるｙ方向に偏光される）を有する直線偏光画像光に変換するために、直線偏光子１３４０が光源アセンブリ２０５と導波路スタック１３０１との間に配設され得る。直線偏光子１３４０と導波路スタック１３０１との間に、偏光回転子または偏光スイッチ１３５０が配設され得る。偏光スイッチ１３５０は、直線偏光子１３４０から受光される直線偏光画像光の偏光を、偏光スイッチ１３５０の動作状態（例えば、切り換え状態または非切り換え状態）に応じて、第１偏光と第２偏光とに切り換えるように構成される能動素子であり得る。いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５は、第１偏光（例えば、図１３Ａに図示されるｘ方向に偏光される）または第１偏光に直交する第２偏光（例えば、図１３Ａに図示されるｙ方向に偏光される）を有する直線偏光画像光を放出し得、直線偏光子１３４０は省いてもよい。光学システム１２００のパワー効率が改善され得る。

【0133】

図１３Ａを参照すると、第１サブフレーム中、偏光スイッチ１３５０は、直線偏光子１３４０から受光される第１偏光（例えば、図１３Ａに図示されるｘ方向に偏光される）を有する直線偏光画像光を、偏光に影響を与えることなく透過するために、非切り換え状態で動作するように構成され得る。したがって、第１偏光を有する直線偏光画像光は、インカップリング格子１３２２によって回折され得、回折が無視できるかまたは全くない状態でインカップリングサブ格子１３１２によって透過され得る。このように、光線１３７０の及ぶ角度範囲内の画像光は、インカップリング格子１３２２を介して導波路１３２０内部のＴＩＲ経路に結合され、アウトカップリング格子１３４０を介して、光線１３７０’の及ぶ角度範囲へと導波路１３２０から分離され得、これが眼２６５によって受光され得る。光線１３８０の及ぶ角度範囲内の画像光は、導波路１３１０内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。光線１３７０’の及ぶ角度範囲は、ＦＯＶの左部分に対応し得る。すなわち、ＦＯＶの左部分は、眼２６５の射出瞳に配置されるアイボックスで複製され得る。いくつかの実施形態において、ＦＯＶの異なる部分用に構成される格子が回折する光によって生じ得るゴースト像を抑制するために、導波路１３２０に面するアウトカップリング格子１３１４の表面に偏光子１３６０が配設され得る。いくつかの実施形態において、偏光子１３６０は省いてもよい。

【0134】

図１３Ｂを参照すると、第２サブフレーム中、偏光スイッチ１３５０は、第１偏光（例えば、ｘ方向に偏光される）を有する直線偏光画像光を、第２偏光（例えば、ｙ方向に偏光される）を有する直線偏光画像光に導波路スタック１３０１に向けて変換するために、切り換え状態で動作するように構成され得る。したがって、第２偏光を有する直線偏光画像光は、インカップリング格子１３２２によって回折され得ず、回折が無視できるかまたは全くない状態でインカップリング格子１３２２によって透過され得る。このように、光線１３８０の及ぶ角度範囲内の画像光は、インカップリング格子１３１２を介して導波路１３１０内部のＴＩＲ経路に結合され、アウトカップリング格子１３１４を介して、光線１３８０’の及ぶ角度範囲へと導波路１３１０から分離され得、これが眼２６５によって受光され得る。光線１３７０の及ぶ角度範囲内の画像光は、導波路１３２０内部のＴＩＲ経路に結合し得ない。光線１３８０’の及ぶ角度範囲は、ＦＯＶの右部分に対応し得る。すなわち、ＦＯＶの右部分は、眼２６５の出射瞳に配置されるアイボックスで複製され得る。

【0135】

再び図１３Ａおよび図１３Ｂを参照すると、いくつかの実施形態において、インカップリング格子１３１２、インカップリング格子１３２２、アウトカップリング格子１３１４、およびアウトカップリング格子１３２４は、光学システム１３００が同じ期間（例えば、同じディスプレイフレーム）中にＦＯＶの異なる部分を光学システム１３００のアイボックスに同時に（例えば、偏光多重化方式で）伝送するように構成し得るように、実質的に角度選択的でかつ偏光選択的であるように構成され得る。ディスプレイフレームは、サブフレームに分割され得ない。例えば、導波路１３２０に結合されているインカップリング格子１３２２およびアウトカップリング格子１３２４は、ＦＯＶの第１部分（例えば、左部分）に対応する角度範囲を有し、かつ第１偏光（例えば、図１３Ａおよび図１３Ｂに図示されるｘ方向に偏光される）を有する画像光を回折するように構成され得る。インカップリング格子１３２２、アウトカップリング格子１３２４および導波路１３２０は、ＦＯＶの第２部分（例えば、右部分）に対応する角度範囲を有し、かつ第２偏光（例えば、図１３Ａおよび図１３Ｂに図示されるｙ方向に偏光される）を有する画像光を、回折が無視できる状態で透過するように構成され得る。導波路１３１０に結合されているインカップリング格子１３１２、およびアウトカップリング格子１３１４は、ＦＯＶの第２部分（例えば、右部分）に対応する角度範囲を有し、かつ第２偏光（例えば、図１３Ａおよび図１３Ｂに図示されるｙ方向に偏光される）を有する画像光を回折するように構成され得る。インカップリング格子１３１２、アウトカップリング格子１３１４、および導波路１３１０は、ＦＯＶの第１部分（例えば、左部分）に対応する角度範囲を有し、かつ第１偏光（例えば、図１３Ａおよび図１３Ｂに図示されるｘ方向に偏光される）を有する画像光を、回折が無視できる状態で透過するように構成され得る。

【0136】

いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５は、無偏光画像光を導波路１３０１に向けて放出し得る。偏光子１３４０および偏光スイッチ１３５０は省いてもよい。無偏光画像光は、無偏光画像光のＦＯＶの第１部分に対応する角度範囲を有する第１部分と、無偏光画像光のＦＯＶの第２部分に対応する角度範囲を有する第２部分とを含み得る。無偏光画像光の第１部分および第２部分の各々は、第１偏光を有する第１成分と第２偏光を有する第２成分との２つの成分を含み得る。光源アセンブリ２０５によって放出される無偏光画像光が導波路スタック１３０１に入射すると、ＦＯＶの左部分に対応する（例えば、光線１３７０の及ぶ）角度範囲を有し、かつ第１偏光（無偏光画像光の第１部分の第１成分である）を有する画像光は、インカップリングサブ格子１３２２を介して導波路１３２０内部のＴＩＲ経路に結合され、アウトカップリングサブ格子１３２４を介して、光線１３７０’の及ぶ角度範囲へと導波路１３２０から分離され得、これが眼２６５によって受光され得る。ＦＯＶの右部分に対応する（例えば、光線１３８０の及ぶ）角度範囲を有し、かつ第２偏光（無偏光画像光の第２部分の第２成分である）を有する画像光は、インカップリングサブ格子１３１２を介して導波路１３１０内部のＴＩＲ経路に結合され、アウトカップリングサブ格子１３１４を介して、光線１３８０’の及ぶ角度範囲へと導波路１３１０から分離され得、これが眼２６５によって受光され得る。導波路スタック１３０１の出力側では、光線１３７０’の及ぶ角度範囲は、ＦＯＶの左部分に対応し得、光線１３８０’の及ぶ角度範囲は、ＦＯＶの右部分に対応し得る。こうして、光源アセンブリ２０５によって放出される無偏光画像光のＦＯＶの２つの部分は、アイボックスに同時に伝送され得る。

【0137】

いくつかの実施形態において、それぞれ導波路に結合されているインカップリング格子およびアウトカップリング格子を導波路スタックに積層するのではなく、図１４Ａおよび図１４Ｂに図示されるように、インカップリング格子を共通の（例えば、１つの）導波路に積層して装着し得、アウトカップリング格子を共通の導波路に積層して装着し得る。図１４Ａおよび図１４Ｂは、開示の別の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される導波路１４０１を含む光学システム１４００を示す。図１３Ａおよび図１３Ｂに図示される実施形態と、図１４Ａおよび図１４Ｂに図示される実施形態との間で同様なまたは同じ構造および構成要素または構造もしくは構成要素の説明は繰り返さない。図１４Ａに図示されるように、インカップリング格子１４１２および１４２２は、導波路１４０１の第１表面または第２表面に積層され得る。アウトカップリング格子１４１４および１４２４は、導波路１４０１の第１表面または第２表面に積層され得る。インカップリング格子１４１２および１４２２ならびにアウトカップリング格子１４１４および１４２４は、導波路１４０１の同じ表面または異なる表面に配設され得る。いくつかの実施形態において、光学システム１４００は、ＦＯＶの左部分および右部分を時間多重化方式で伝送するように構成され得る。ＦＯＶの左部分および右部分の時系列透過を実現するための、導波路１４０１を含む光学システム１４００の動作原理は、図１３Ａおよび図１３Ｂに図示される実施形態に関連して上で説明したものと同様であってもよい。光学システム１４００に含まれる格子またはサブ格子のいずれも、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）のいずれの実施形態であってもよい。

【0138】

いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５は、無偏光画像光を導波路１４０１に向けて放出し得る。偏光子１４４０および偏光スイッチ１４５０は省いてもよい。インカップリング格子１４１２および１４２２ならびにアウトカップリング格子１４１４および１４２４は、光学システム１４００が光源アセンブリ２０５によって放出される無偏光画像光のＦＯＶの異なる部分をアイボックスに同時に偏光多重化方式で伝送するように構成し得るように、実質的に角度選択的かつ偏光選択的であるように構成され得る。光源アセンブリ２０５によって放出される無偏光画像光のＦＯＶの左部分および右部分をアイボックスに同時に伝送するための導波路１４０１を含む光学システム１４００の動作原理は、図１３Ａおよび図１３Ｂに図示される実施形態に関連して上で説明したものと同様であってもよい。

【0139】

図１５Ａ～図１５Ｃは、開示の別の実施形態によるＦＯＶの異なる部分（例えば、３つの部分）を時間多重化方式で伝送するために導波路スタック１５０１を含む光学システム１５００を示す。導波路スタック１５０１は、図２Ａおよび図２Ｂに図示される導波路２１０の一実施形態であり得る。図１５Ａ～図１５Ｃに図示される実施形態と、図１３Ａおよび図１３Ｂに図示される実施形態との間で同様なまたは同じ構造および構成要素または構造もしくは構成要素の説明は繰り返さない。光学システム１５００に含まれる格子またはサブ格子のいずれも、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）のいずれの実施形態であってもよい。

【0140】

図１５Ａに図示されるように、導波路スタック１５０１は、それぞれ、ＦＯＶの左部分、中央部分、および右部分を伝達するように構成される３つの導波路１５１０、１５２０、および１５３０を含み得る。導波路１５１０、１５２０、および１５３０のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、導波路スタック１５０１の同じ表面または異なる表面に配設されるインカップリング格子およびアウトカップリング格子を含み得る。いくつかの実施形態において、インカップリング格子のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、インカップリング格子が偏光スイッチによって回折状態と非回折状態とに間接的に切り換えられるように、偏光スイッチに結合され得る。偏光スイッチは、画像光がそこからインカップリング格子に入射する対応するインカップリング格子の側に配設され、それによって、対応するインカップリング格子に入射する画像光の偏光を制御し得る。例えば、偏光スイッチ１５１６、１５２６、および１５３６は、それぞれ、インカップリング格子１５１２、１５２２、および１５３２に対応し得る。いくつかの実施形態において、アウトカップリング格子のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、偏光スイッチに結合され得、該偏光スイッチは、画像光がそこから出射する、対応するアウトカップリング格子の側に配設され得る。すなわち、偏光スイッチは、眼２６５に面する対応する格子の側に配設され得る。いくつかの実施形態において、アウトカップリング格子のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、偏光スイッチに結合され得、該偏光スイッチは、画像光がそこからアウトカップリング格子に入射する対応するアウトカップリング格子の側に配設され、それによって、対応するアウトカップリング格子に入射する画像光の偏光を制御し得る。例えば、図１５Ａに図示される実施形態では、偏光スイッチ１５１８および１５２８は、それぞれ、アウトカップリング格子１５２４および１５３４に対応し得、アウトカップリング格子１５１４に対応する偏光スイッチは省いてもよい。

【0141】

導波路スタック１５０１に結合されているインカップリング格子およびアウトカップリング格子は、同じ偏光（例えば、第１偏光）または異なる偏光を有する画像光を回折するように構成され得る。いくつかの実施形態において、第１偏光の方向は、図１５Ａに図示されるｘ方向であり得る。考察の目的上、図１５Ａ～図１５Ｃでは、導波路スタック１５０１に結合されているインカップリング格子およびアウトカップリング格子は、同じ偏光、例えば、第１偏光（例えば、図１５Ａに図示されるｘ方向に偏光される）を有する画像光を回折するように構成され得る。光源アセンブリ２０５は、無偏光画像光を放出し得、無偏光画像光を直線偏光画像光または光線に所定の偏光方向、例えば、第１偏光（例えば、図１５Ａに図示されるｘ方向に偏光される）で変換するために、直線偏光子１５４０が光源アセンブリ２０５と導波路スタック１５０１との間に配設され得る。

【0142】

いくつかの実施形態において、図１５Ａに図示されるように、光源アセンブリ２０５は、無偏光画像光を放出し得、無偏光画像光を直線偏光画像光または光線に所定の偏光方向、例えば、第１偏光（例えば、図１５Ａに図示されるｘ方向で偏光される）または第２偏光（例えば、図１５Ａに図示されるｙ方向で偏光される）で変換するために、直線偏光子１５４０が光源アセンブリ２０５と導波路スタック１５０１との間に配設され得る。いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５は、第１偏光（例えば、図１５Ａに図示されるｘ方向に偏光される）または第１偏光に直交する第２偏光（例えば、図１５Ａに図示されるｙ方向に偏光される）を有する直線偏光画像光を放出し得、直線偏光子１５４０は省いてもよい。例えば、光源アセンブリ２０５は、液晶ディスプレイ、またはレーザー走査ディスプレイ（laser scanning display）で使用されるレーザーであり得る。光学システム１５００のパワー効率が改善され得る。

【0143】

いくつかの実施形態において、ディスプレイフレームは、３つのサブフレームに分割され得る。いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５は、それぞれ、３つのサブフレーム内にＦＯＶの異なる部分（例えば、左部分、中央部分、および右部分）に対応する光線１５７０、１５７５、および１５８０を放出し得る。図１５Ａ～図１５Ｃに図示されるように、いくつかの実施形態において、各サブフレーム中、光源アセンブリ２０５は、ＦＯＶの異なる部分（例えば、左部分、中央部分、および右部分）に対応する光線１５７０、１５７５、および１５８０を同時に放出し得る。いくつかの実施形態において、連続的なＦＯＶをアイボックスに伝送するために、インカップリング格子１５１２、１５２２、および１５３２の角度スペクトル（angular spectra）は、互いにわずかに重なり合い得、アウトカップリング格子１５１４、１５２４、および１５３４の角度スペクトルは、互いにわずかに重なり合い得る。

【0144】

図１５Ａを参照すると、第１サブフレーム中、導波路１５３０でインカップリング格子１５３２に結合されている偏光スイッチ１５３６は、非切り換え状態で動作して、第１偏光を有する光線１５７０を、偏光に影響することなくまたは偏光を切り換えることなく透過し得る。インカップリング格子１５３２およびアウトカップリング格子１５３４はいずれも、第１偏光を有する画像光を回折し、第２偏光を有する画像光を、回折が無視できるかまたは全くない状態で透過するように構成され得るので、第１偏光を有する光線１５７０は、インカップリング格子１５３２を介して導波路１５３０内のＴＩＲ経路に結合され、アウトカップリング格子１５３４を介して、光線１５７０’の及ぶ角度範囲へと導波路１５３０から分離され得、これが眼２６５によって受光され得る。光線１５７０’の及ぶ角度範囲は、ＦＯＶの左部分に対応し得る。

【0145】

第１偏光を有する光線１５７５および光線１５８０は、インカップリング格子１５３２を介して導波路１５３０内部のＴＩＲ経路に結合され得ず、導波路１５３０によって、導波路１５２０に向けて透過され得る。導波路１５２０でインカップリング格子１５２２に結合されている偏光スイッチ１５２６は、切り換え状態で動作し、それによって、第１偏光を有する光線１５７５および光線１５８０を、第２偏光を有する光線に変換し得る。インカップリング格子１５２２は、第１偏光を有する画像光を回折し、第２偏光を有する画像光を、回折が無視できるかまたは全くない状態で透過するように構成されるので、偏光スイッチ１５２６から出力される第２偏光を有する光線は、導波路１５２０内部のＴＩＲ経路に結合され得ず、導波路１５２０を通って導波路１５１０に向けて透過され得る。

【0146】

導波路１５１０でインカップリング格子１５１２に結合されている偏光スイッチ１５１６は、非切り換え状態で動作し得る。したがって、導波路１５２０から受光される第２偏光を有する光線は、偏光スイッチ１５１６を通って透過された後、第２偏光を維持し得る。インカップリング格子１５１２は、第１偏光を有する画像光を回折し、第２偏光を有する画像光を、回折が無視できるかまたは全くない状態で透過するように構成され得るので、偏光スイッチ１５１６から出力される第２偏光を有する光線は、導波路１５１０内部のＴＩＲ経路に結合され得ず、透過され得る。アウトカップリング格子１５３４、１５２４、および１５１４にそれぞれ結合されている偏光スイッチ１５３８、１５２８、および１５１８は、非切り換え状態で動作し得、それに透過される画像光の偏光を切り換え得ない。このように、第１サブフレーム中、第１偏光を有する光線１５７０は、導波路１５３０を介して眼２６５に方向付けられ得、それによりＦＯＶの左部分が、眼２６５の射出瞳に配置されているアイボックスで複製され得る。

【0147】

図１５Ｂを参照すると、第２サブフレーム中、導波路１５３０でインカップリング格子１５３２に結合されている偏光スイッチ１５３６は、切り換え状態で動作し、第１偏光を有する光線１５７０、１５７５、および１５８０を、第２偏光を有する光線１５７０、１５７５、および１５８０に変換し得る。第２偏光を有する光線１５７０、１５７５、および１５８０は、導波路１５３０内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。むしろ、第２偏光を有する光線１５７０、１５７５、および１５８０は、導波路１５２０に向けて導波路１５３０を通って透過され得る。導波路１５２０でインカップリング格子１５２２に結合されている偏光スイッチ１５２６は、切り換え状態で動作して、第２偏光を有する光線１５７０、１５７５、および１５８０を、第１偏光を有する光線１５７０、１５７５、および１５８０に変換し得る。第１偏光を有する光線１５７５は、インカップリング格子１５２２を介して導波路１５２０内部のＴＩＲ経路に結合され、第１偏光を有する光線としてアウトカップリング格子１５２４を介して導波路１５２０から分離される。第１偏光を有する光線１５７０および１５８０は、インカップリング格子１５２２を介して導波路１５２０内部のＴＩＲ経路に結合され得ず、導波路１５２０を透過され得る。

【0148】

導波路スタック１５０１のアウトカップリング側で、導波路１５２０でアウトカップリング格子１５２４に結合されている偏光スイッチ１５２８は、切り換え状態で動作して、アウトカップリング格子１５２４から出力される第１偏光を有する光線１５７５を、導波路１５３０に向けて第２偏光を有する光線１５７５’に変換し得る。偏光スイッチ１５２８によって透過される第２偏光を有する光線１５７５’は、導波路１５３０内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。むしろ、第２偏光を有する光線１５７５’は、偏光スイッチ１５３８に向けて直接、導波路１５３０を透過され得る。

【0149】

いくつかの実施形態において、導波路１５３０でアウトカップリング格子１５３４に結合されている偏光スイッチ１５３８は、切り換え状態で動作して、第２偏光を有する光線１５７５’を、光線１５７５’の及ぶ角度範囲内で、眼２６５に向けて第１偏光を有する光線に変換し得、これを眼２６５が受光し得る。光線１５７５’の及ぶ角度範囲は、ＦＯＶの中央部分に対応し得る。

【0150】

再び導波路スタック１５０１のインカップリング側を参照すると、導波路１５１０でインカップリング格子１５１２に結合されている偏光スイッチ１５１６は、切り換え状態で動作して、第１偏光を有し、導波路１５２０内部のＴＩＲ経路に結合されない光線１５７０（すなわち、導波路１５１０に向けて導波路１５２０を透過される、第１偏光を有する光線１５７０および１５８０）を、第２偏光を有する光線に変換し得る。第２偏光を有する光線１５７０および１５８０は、導波路１５１０内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。むしろ、第２偏光を有する光線１５７０および１５８０は、導波路１５１０を透過され得る。このように、第２サブフレーム中、第１偏光を有する光線１５７５は、導波路１５２０を介して眼２６５に方向付けられ得、それによりＦＯＶの中央部分が、眼２６５の射出瞳に配置されるアイボックスで複製され得る。

【0151】

図１５Ｃを参照すると、第３サブフレーム中、導波路１５３０でインカップリング格子１５３２に結合されている偏光スイッチ１５３６は、切り換え状態で動作して、第１偏光を有する光線１５７０、１５７５、１５８０を、第２偏光を有する光線１５７０、１５７５、１５８０に変換し得る。第２偏光を有する光線１５７０、１５７５、１５８０は、導波路１５３０内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。むしろ、第２偏光を有する光線１５７０、１５７５、１５８０は、導波路１５２０に向けて導波路１５３０を透過され得る。

【0152】

図１５Ｃに図示される実施形態において、導波路１５２０でインカップリング格子１５２２に結合されている偏光スイッチ１５２６は、非切り換え状態で動作して、第２偏光を有する１５７０、１５７５、１５８０を、光線の偏光に影響を与えることなく、または光線の偏光を切り換えることなく透過し得る。偏光スイッチ１５２６から出力される第２偏光を有する光線１５７０、１５７５、１５８０は、導波路１５２０内部のＴＩＲに結合され得ない。むしろ、偏光スイッチ１５２６から出力される第２偏光を有する光線１５７０、１５７５、１５８０は、導波路１５１０に向けて導波路１５２０によって透過され得る。

【0153】

図１５Ｃに図示される実施形態において、導波路１５１０でインカップリング格子１５１２に結合されている偏光スイッチ１５１６は、切り換え状態で動作して、導波路１５２０から透過される第２偏光を有する光線１５７０、１５７５、１５８０を、第１偏光を有する光線に変換し得る。偏光スイッチ１５１６から出力される第１偏光を有する光線１５８０は、インカップリング格子１５１２を介して導波路１５１０内のＴＩＲ経路に結合され、第１偏光を有する光線１５８０’として、アウトカップリング格子１５１４を介して導波路１５１０から分離される。偏光スイッチ１５１６から出力される、第１偏光を有する光線１５７０および１５７５は、インカップリング格子１５１２を介して導波路１５１０内のＴＩＲ経路に結合され得ず、導波路１５１０を透過され得る。

【0154】

導波路スタック１５０１のアウトカップリング側では、導波路１５１０でアウトカップリング格子１５１４に結合されている偏光スイッチ１５１８は、切り換え状態で動作して、アウトカップリング格子１５１４から出力される第１偏光を有する光線１５８０’を、導波路１５２０に向けて、第２偏光を有する光線１５８０’に変換し得る。偏光スイッチ１５１８から出力される第２偏光を有する光線１５８０’は、導波路１５２０内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。むしろ、第２偏光を有する光線１５８０’は、導波路１５３０に向けて、導波路１５２０およびアウトカップリング格子１５２４を透過され得る。

【0155】

図１５Ｃに図示される実施形態では、導波路１５２０でアウトカップリング格子１５２４に結合されている偏光スイッチ１５２８は、非切り換え状態で動作して、導波路１５２０から透過される第２偏光を有する光線１５８０’を、光線の偏光に影響することなく、または光線の偏光を切り換えることなく、透過され得る。偏光スイッチ１５２８から出力される第２偏光を有する光線１５８０’は、導波路１５３０内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。むしろ、第２偏光を有する光線１５８０’は、偏光スイッチ１５３８に向けて、導波路１５３０およびアウトカップリング格子１５３８を透過され得る。

【0156】

いくつかの実施形態において、導波路１５３０でアウトカップリング格子１５３４に結合されている偏光スイッチ１５３８は、切り換え状態で動作して、アウトカップリング格子１５３８から出力される第２偏光を有する光線１５８０’を、光線１５８０’の及ぶ角度範囲内で、眼２６５に向けて第１偏光を有する光線１５８０’に変換し得る。光線１５８０’の及ぶ角度範囲は、眼２６５で見え得るＦＯＶの右部分に対応し得る。したがって、第３サブフレーム中、第１偏光を有する光線１５８０は、導波路１５１０を介して眼２６５に方向付けられ得、それによりＦＯＶの右部分が、眼２６５の射出瞳に配置されるアイボックスで複製され得る。このように、（３つのサブフレームを含む）ディスプレイフレーム中、ＦＯＶの異なる複数の部分に対応する画像光の、アイボックスへの順次透過を実現し得、眼２６５は、１つの偏光（例えば、第１偏光）でフルＦＯＶを観察し得る。さらに、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）により実現される時間多重化は、導波路スタック１５０１のクロストークを除去し得る。したがって、導波路スタック１５０１を含む導波路ディスプレイアセンブリの光学性能が向上し得る。図１５Ａ～図１５Ｃに図示される、ＦＯＶを３つの部分に分割して、３つの部分をアイボックスに伝送するための原理は、ＦＯＶを４つ以上の部分に分割して、４つ以上の部分をアイボックスに順次伝送することにも適用され得る。

【0157】

再び図１５Ａ～図１５Ｃを参照すると、いくつかの実施形態において、インカップリング格子１５１２、１５２２、および１５３２の角度スペクトルは、インカップリング格子間のクロストークを最小限にし得るかまたは低減し得るように、互いに実質的に重なり合わなくてもよい。したがって、インカップリング格子１５１２、１５２２、および１５３２にそれぞれ結合されている偏光スイッチ１５１６、１５２６、および１５３６は省いてもよい。いくつかの実施形態において、アウトカップリング格子１５１４、１５２４、および１５３４の角度スペクトルは、アウトカップリング格子間のクロストークを最小限にし得るかまたは低減し得るように、互いに実質的に重なり合わなくてもよい。したがって、アウトカップリング格子１５１４、１５２４、および１５３４にそれぞれ結合されている偏光スイッチ１５１８、１５２８、および１５３８は省いてもよい。インカップリング格子１５１２、１５２２、および１５３２の角度スペクトルが互いに実質的に重なり合わず、アウトカップリング格子１５１４、１５２４、および１５３４の角度スペクトルが互いに実質的に重なり合わない場合、インカップリング格子１５１２、１５２２、または１５３２は、ＦＯＶのそれぞれの部分に対応する角度範囲を有する画像光をそれぞれの導波路１５１０、１５２０、または１５３０に結合するように構成され得、アウトカップリング格子１５１４、１５２４、および１５３４は、結合された画像光をそれぞれの導波路１５１０、１５２０、または１５３０から分離するように構成され得る。したがって、光学システム１５００は、光源アセンブリ２０５から放出される画像光のＦＯＶの異なる部分（例えば、３つの部分）を同時に伝送するように構成され得る。いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５は、無偏光画像光を放出し得、直線偏光子１５４０が光源アセンブリ２０５と導波路スタック１５０１との間に配設されて、無偏光画像光を所定の偏光方向で、例えば、第１偏光（例えば、図１５Ａ～図１５Ｃに図示されるｘ方向に偏光される）をもつ直線偏光画像光に変換し得る。インカップリング格子１５１２、１５２２、および１５３２と、アウトカップリング格子１５１４、１５２４、および１５３４とは、同じ偏光選択性を有し得、例えば、第１偏光を有する画像光を回折し、第２偏光を有する画像光を、回折が無視できる状態で透過し得る。いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５は、無偏光画像光を放出するように構成し得、偏光子１５４０は省いてもよい。無偏光画像光は、直交する２つの偏光成分を含み得る。インカップリング格子１５１２、１５２２、および１５３２は、異なる偏光選択性を有するように構成され得る。インカップリング格子１５１２、１５２２、および１５３２の偏光選択性に応じて、対応する導波路に１つの成分がインカップリング格子によって結合され得るのに対し、他の成分は、回折が無視できる状態で透過され得る。アウトカップリング格子１５１４、１５２４、および１５３４の偏光選択性は、アウトカップリング格子１５１４、１５２４、および１５３４が、対応する結合された画像光を、対応する導波路から分離し得るように構成され得る。

【0158】

図示していないが、いくつかの実施形態において、ＦＯＶは、適切な数の部分、例えば、４つの部分または５つの部分等を含み得る。導波路スタック１５０１は、適切な数のＦＯＶの部分を伝達するために、各インカップリング格子およびアウトカップリング格子に結合されている適切な数の導波路（例えば、４つの導波路または５つの導波路等）を含み得る。ＦＯＶの隣り合う部分は、部分的に重なり合って、連続的なＦＯＶを眼２６５において形成し得る。したがって、ディスプレイフレームは、適切な数のサブフレーム（例えば、４つのサブフレームまたは５つのサブフレーム等）に分割され得る。各サブフレーム中、サブ格子のそれぞれのペアは、対応する偏光スイッチを介して回折状態で動作して、それぞれの導波路を介してＦＯＶのそれぞれの部分を透過するように順次構成され得る。

【0159】

いくつかの実施形態において、導波路スタック内のそれぞれの導波路に配設される代わりに、図１６Ａ～図１６Ｃに図示されるように、インカップリング格子およびアウトカップリング格子は、それぞれ共通の（例えば、１つの）導波路に積層されて装着されてもよい。図１６Ａ～図１６Ｃは、開示の別の実施形態による、ＦＯＶの異なる部分を時間多重化方式で伝送するように構成される１つの導波路１６０１を含む光学システム１６００を示す。図１６Ａ～図１６Ｃに図示される実施形態と図１５Ａ～図１５Ｃに図示される実施形態との間で同様なまたは同じ構造および構成要素または構造もしくは構成要素の説明は繰り返さない。光学システム１６００に含まれる格子またはサブ格子のいずれも、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）のいずれの実施形態でもよい。

【0160】

図１６Ａに図示されるように、複数のインカップリング格子１６１２、１６２２、および１６３２が、導波路１６０１の第１表面または第２表面に配設され得る。インカップリング格子の数は３つに制限されず、２、４、５、６などの、任意の適切な数であってもよい。複数のアウトカップリング格子１６１４、１６２４、および１６３４は、導波路１６０１の第１表面または第２表面に配設され得る。アウトカップリング格子の数は３つに制限されず、２、４、５、６などの、任意の適切な数であってもよい。複数のインカップリング格子１６１２、１６２２、および１６３２と複数のアウトカップリング格子１６１４、１６２４、および１６３４は、導波路１６０１の同じ表面または異なる表面に配設され得る。図１６Ａに図示されるように、インカップリング格子１６１２、１６２２、および１６３２は、それぞれ、偏光スイッチ１６１６、１６２６、および１６３６に結合され得る。インカップリング格子と光学的に結合される偏光スイッチの数は、インカップリング格子の数と同じでもよく、またはインカップリング格子の数よりも少ないもしくは多くてもよい。図１６Ａに図示されるように、アウトカップリング格子１６１４、１６２４、および１６３４は、それぞれ、偏光スイッチ１６１８、１６２８および１６３８に結合され得る。アウトカップリング格子と光学的に結合される偏光スイッチの数は、アウトカップリング格子の数と同じでもよく、またはアウトカップリング格子の数よりも少ないもしくは多くてもよい。導波路１６０１を通したＦＯＶの左部分、中央部分、および右部分の時間多重化方式による順次透過の動作原理、ならびに導波路１６０１に配列されている光源アセンブリ２０５、格子、および対応する偏光スイッチの動作スキームは、図１５Ａ～図１５Ｃに図示される実施形態に関連して上で説明したものと同様であってもよい。いくつかの実施形態において、アウトカップリング格子１６１４、１６２４、および１６３４の角度スペクトルは、互いに重なり合って（例えば、わずかに重なり合って）、連続的なＦＯＶをアイボックスに伝送し得る。

【0161】

いくつかの実施形態において、インカップリング格子１６１２、１６２２、および１６３２の角度スペクトルは、インカップリング格子間のクロストークを最小限にし得るかまたは低減し得るように、互いに実質的に重なり合わなくてもよい。したがって、インカップリング格子１６１２、１６２２、および１６３２にそれぞれ結合されている偏光スイッチ１６１６、１６２６、および１６３６は省いてもよい。いくつかの実施形態において、アウトカップリング格子１６１４、１６２４、および１６３４の角度スペクトルは、アウトカップリング格子間のクロストークを最小限にし得るかまたは低減し得るように、互いに実質的に重なり合わなくてもよい。したがって、アウトカップリング格子１６１４、１６２４、および１６３４にそれぞれ結合されている偏光スイッチ１６１８、１６２８、および１６３８は省いてもよい。インカップリング格子１６１２、１６２２、および１６３２の角度スペクトルが互いに実質的に重なり合わず、アウトカップリング格子１６１４、１６２４、および１６３４の角度スペクトルが互いに実質的に重なり合わない場合、インカップリング格子１６１２、１６２２、または１６３２は、ＦＯＶのそれぞれの部分に対応する角度範囲を有する画像光を導波路１６０１に結合するように構成され得、アウトカップリング格子１６１４、１６２４、および１６３４は、結合された画像光を導波路１６０１から分離するように構成され得る。したがって、光学システム１６００は、光源アセンブリ２０５から放出される画像光の異なる複数の部分（例えば、３つの部分）を同時に伝送するように構成され得る。いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５は無偏光画像光を放出し得、無偏光画像光を所定の偏光方向、例えば、第１偏光（例えば、図１６Ａ～図１６Ｃに図示されるｘ方向に偏光される）をもつ直線偏光画像光に変換するために、直線偏光子１６４０が光源アセンブリ２０５と導波路１６０１との間に配設され得る。インカップリング格子１６１２、１６２２、および１６３２と、アウトカップリング格子１６１４、１６２４、および１６３４とは、同じ偏光選択性をもつように構成され得、例えば、第１偏光を有する画像光を回折して、第２偏光を有する画像光を、回折が無視できる状態で透過することができる。いくつかの実施形態において、光源アセンブリ２０５は、無偏光画像光を放出するように構成され得、偏光子１６４０は省いてもよい。無偏光画像光は、直交する２つの偏光成分を含み得る。インカップリング格子１６１２、１６２２、および１６３２は、異なる偏光選択性を有するように構成され得る。インカップリング格子１６１２、１６２２、および１６３２の偏光選択性に応じて、対応する導波路に無偏光画像光の１つの成分がインカップリング格子によって結合され得るのに対し、他の成分は、回折が無視できる状態で透過され得る。アウトカップリング格子１６１４、１６２４、および１６３４の偏光選択性は、アウトカップリング格子１６１４、１６２４、および１６３４が、対応する結合された画像光を導波路１６０１から分離し得るように構成され得る。

【0162】

図示していないが、いくつかの実施形態において、ＦＯＶは、適切な数の部分、例えば、４つの部分または５つの部分等を含み得る。導波路１６０１は、適切な数のＦＯＶの部分を伝達するために、適切な数の格子のペア（例えば、４ペアまたは５ペア等）を含み得る。ＦＯＶの隣り合う部分は、部分的に重なり合って、連続的なＦＯＶを眼２６５において形成し得る。したがって、ディスプレイフレームは、適切な数のサブフレーム（例えば、４つのサブフレームまたは５つのサブフレーム等）に分割され得る。各サブフレーム中、格子の各ペアは、対応する偏光スイッチを介して回折状態で動作して、導波路１６０１を介してＦＯＶのそれぞれの部分を透過するように順次構成され得る。

【0163】

図１７Ａは、開示の実施形態による、導波路スタック１７０１を含む光学システム１７００の模式図を示す。図１７Ｂ～図１７Ｄは、異なる色の単色画像を時間多重化方式で伝送するように構成された、図１７Ａに図示される導波路スタック１７０１を含む光学システム１７００を示す。導波路スタック１７０１は、図１５Ａに図示される導波路スタック１５０１と同様であってもよい。したがって、導波路スタック１５０１の説明は、導波路スタック１７０１にも適用可能であり得る。図１７Ａに図示されるように、いくつかの実施形態において、導波路スタック１７０１は、１以上の光源アセンブリ、例えば、３つの光源アセンブリ１７５０、１７６０、および１７７０から画像光を受光し得る。光源アセンブリ１７５０、１７６０、および１７７０のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、原色（例えば、赤、緑、または青）に対応する特定の波長帯域のモノクロ画像光を放出し得る。例えば、光源アセンブリ１７５０、１７６０、および１７７０は、それぞれ第１原色（例えば、赤）、第２原色（例えば、緑）、および第３原色（例えば、青）に対応する特定の波長帯域のモノクロ画像光１７５５、１７６５、および１７７５を放出してもよい。光学システム１７７０に含まれる格子またはサブ格子のいずれも、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）のいずれの実施形態であってもよい。

【0164】

光源アセンブリ１７５０、１７６０、および１７７０は、対応する画像光を順次放出するために、コントローラ（図２Ａに図示されるコントローラ２１５と同様であってもよい）によって制御され得る。いくつかの実施形態において、光源アセンブリ１７５０、１７６０、および１７７０から放出される画像光は、無偏光画像光であり得る。無偏光画像光を所定の偏光、例えば、第１偏光（例えば、図１７Ａに図示されるｘ方向に偏光される）をもつ直線偏光画像光に変換するために、対応する光源アセンブリと導波路スタック１７０１との間に直線偏光子１７４０を配設し得る。いくつかの実施形態において、光源アセンブリ１７５０、１７６０、および１７７０が、所定の偏光をもつ直線偏光画像光を放出し得、直線偏光子１７４０は省いてもよい。いくつかの実施形態において、それぞれ第１原色（例えば、赤）、第２原色（例えば、緑）、および第３原色（例えば、青）に対応する特定の波長帯域のモノクロ画像光１７５５、１７６５、および１７７５が、共通の光源アセンブリから順次放出され得る。

【0165】

導波路１７１０は、いずれも第１原色（例えば、赤）に対応する波長帯域用に構成される、インカップリング格子１７１２およびアウトカップリング格子１７１４に結合され得る。導波路１７２０は、いずれも第２原色（例えば、緑）に対応する波長帯域用に構成される、インカップリング格子１７２２およびアウトカップリング格子１７２４に結合され得る。導波路１７３０は、いずれも第３原色（例えば、青）に対応する波長帯域用に構成される、インカップリング格子１７３２およびアウトカップリング格子１７３４に結合され得る。インカップリング格子１７１２、１７２２、および１７３２、およびアウトカップリング格子１７１４、１７２４、および１７３４のうちの少なくとも１つは、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）のうちの１以上を含み得る。考察の目的上、インカップリング格子１７１２、１７２２、または１７３２およびアウトカップリング格子１７１４、１７２４、または１７３４の各々が、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）を含む。導波路スタック１７０１に結合されているインカップリング格子およびアウトカップリング格子は、同じ所定の偏光（例えば、図１７Ａに図示されるｘ方向に偏光される第１偏光）を有する光を回折するように構成され得る。考察の目的上、図１７Ａ～図１７Ｄに図示される実施形態では、導波路スタック１７０１に結合されるインカップリング格子およびアウトカップリング格子は、同じ所定の偏光、例えば、第１偏光（例えば、図１７Ａに図示されるｘ方向に偏光される）を有する光を回折するように構成される。

【0166】

いくつかの実施形態において、インカップリング格子１７１２、１７２２、または１７３２は、偏光スイッチに結合され得る。インカップリング格子１７１２、１７２２、または１７３２は、偏光スイッチから出力される入射光の偏光に応じて、回折状態と非回折状態とに間接的に切り換えられ得る。偏光スイッチは、画像光がそこからインカップリング格子に入射する、対応するインカップリング格子の側に配設され、それによって、対応するインカップリング格子に入射する画像光の偏光を制御し得る。アウトカップリング格子１７１４、１７２４、および１７３４のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、画像光がそこから出射する、対応するアウトカップリング格子の側に配設される偏光スイッチに結合され得る。

【0167】

ディスプレイフレームは、画像光１７５５、１７６５、および１７７５の順次透過のために３つのサブフレームに分割され得る。図１７Ａおよび図１７Ｂを参照すると、第１サブフレーム中、画像光１７５５（例えば、赤色光）が光源アセンブリ１７５０から導波路スタック１７０１に向けて放出され得、画像光１７６５（例えば、緑色光）および１７５５（例えば、青色光）は、対応する光源アセンブリ１７６０および１７７０から放出され得ない。導波路１７３０でインカップリング格子１７３２に結合されている偏光スイッチ１７３６は、非切り換え状態で動作して、第１偏光を有する画像光１７５５を、偏光に影響することなくまたは偏光を切り換えることなく透過し得る。インカップリング格子１７３２およびアウトカップリング格子１７３４は、第１偏光を有する画像光を回折して、第１偏光に直交する第２偏光を有する画像光を、回折が無視できるかまたは全くない状態で透過するように構成され得るので、第１偏光を有する画像光１７５５は、インカップリング格子１７３２を介して導波路１７３０内のＴＩＲ経路に結合され得る。画像光１７５５は、画像光１７５５’（例えば、赤色光）としてアウトカップリング格子１７３４を介して導波路１７３０から分離され得、これが眼２６５によって受光され得る。すなわち、第１色（例えば、赤色）の単色画像が眼２６５によって知覚され得る。

【0168】

図１７Ａに図示される実施形態において、導波路１７２０でインカップリング格子１７２２に結合されている偏光スイッチ１７２６は、切り換え状態で動作して、第１偏光を有する画像光１７５５を、第２偏光を有する画像光に変換し得る。インカップリング格子１７２２は、第１偏光を有する画像光を回折して、第２偏光を有する画像光を、回折が無視できるかまたは全くない状態で透過するため、第２偏光を有する透過された画像光は、導波路１７２０内部のＴＩＲ経路に結合され得ず、導波路１７１０に向けて導波路１７２０を透過され得る。導波路１７１０でインカップリング格子１７１２に結合されている偏光スイッチ１７１６は、非切り換え状態で動作し得る。したがって、導波路１７２０から受光される第２偏光を有する画像光は、偏光スイッチ１７１６を透過された後、第２偏光を維持し得る。インカップリング格子１７１２は、第１偏光を有する画像光を回折して、第２偏光を有する画像光を、回折が無視できるかまたは全くない状態で透過するので、第２偏光を有する透過された画像光は、導波路１７１０内部のＴＩＲ経路に結合され得ず、導波路１７１０を透過され得る。アウトカップリング格子１７３４、１７２４、および１７１４にそれぞれ結合されている偏光スイッチ１７３８、１７２８、および１７１８は、非切り換え状態で動作し得、画像光の偏光に影響することなく、または画像光の偏光を切り換えることなく、画像光を透過し得る。したがって、第１サブフレーム中、画像光は、導波路１７３０を介して眼２６５に方向付けられ得、第１色（例えば、赤色）の単色画像が眼２６５の射出瞳に配置されるアイボックスで複製され得る。

【0169】

図１７Ａおよび図１７Ｃを参照すると、第２サブフレーム中、画像光１７６５（例えば、緑色光）が光源アセンブリ１７６０によって導波路スタック１７０１に向けて放出され得、画像光１７５５（例えば、赤色光）および１７７５（例えば、青色光）は、それぞれ、対応する光源アセンブリ１７５０および１７７０から放出され得ない。導波路１７３０でインカップリング格子１７３２に結合されている偏光スイッチ１７３６は、切り換え状態で動作して、第１偏光を有する画像光１７６５を、第２偏光を有する画像光に変換し得る。第２偏光を有する画像光は、導波路１７３０内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。むしろ、第２偏光を有する画像光は、導波路１７２０に向けて導波路１７３０を透過され得る。

【0170】

導波路１７２０でインカップリング格子１７２２に結合されている偏光スイッチ１７２６は、切り換え状態で動作して、導波路１７３０から出力される第２偏光を有する画像光を、第１偏光を有する画像光に変換し得る。第１偏光を有する画像光は、インカップリング格子１７２２を介して導波路１７２０内のＴＩＲ経路に結合され、第１偏光を有する画像光として、アウトカップリング格子１７２４を介して導波路１７２０から分離され得る。

【0171】

導波路スタック１７０１のアウトカップリング側では、導波路１７２０でアウトカップリング格子１７２４に結合されている偏光スイッチ１７２８が切り換え状態で動作して、アウトカップリング格子１７２４から出力される第１偏光を有する画像光を、導波路１７３０に向けて第２偏光を有する画像光に変換し得る。第２偏光を有する画像光は、導波路１７３０内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。むしろ、偏光スイッチ１７２８から出力される第２偏光を有する画像光は、偏光スイッチ１７３８に向けて直接、導波路１７３０およびアウトカップリング格子１７３４を透過され得る。いくつかの実施形態において、導波路１７３０でアウトカップリング格子１７３４に結合されている偏光スイッチ１７３８は、切り換え状態で動作して、アウトカップリング格子１７３４から出力される第２偏光を有する画像光を、眼２６５に向けて、第１偏光を有する画像光に変換し得る。したがって、第１色（例えば、赤色）とは異なる第２色（例えば、緑色）の単色画像が眼２６５によって知覚され得る。

【0172】

再び導波路スタック１７０１のインカップリング側を参照すると、導波路１７１０でインカップリング格子１７１２に結合されている偏光スイッチ１７１６は、切り換え状態で動作して、第１偏光を有するが導波路１７２０に結合していない画像光を、第２偏光を有する画像光に変換し得る。偏光スイッチ１７１６から出力される第２偏光を有する画像光は、導波路１７１０内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。むしろ、偏光スイッチ１７１６から出力される第２偏光を有する画像光は、導波路１７１０を透過され得る。したがって、第２サブフレーム中、第１偏光を有する画像光１７６５（例えば、緑色光）は、導波路１７２０を介して眼２６５に方向付けられ得、単色画像（例えば、緑色画像）が眼２６５の射出瞳に配置されるアイボックスで複製され得る。

【0173】

図１７Ａおよび図１７Ｃを参照すると、第３サブフレーム中、画像光１７７５（例えば、青色光）が光源アセンブリ１７７０から導波路スタック１７０１に向けて放出され得、画像光１７５５（例えば、赤色光）および１７６５（例えば、緑色光）は、それぞれ、対応する光源アセンブリから放出され得ない。導波路１７３０でインカップリング格子１７３２に結合されている偏光スイッチ１７３６は、切り換え状態で動作して、第１偏光を有する画像光１７７５を、第２偏光を有する画像光に変換し、これは、導波路１７３０内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。むしろ、偏光スイッチ１７３６から出力される第２偏光を有する画像光は、導波路１７２０に向けて導波路１７３０を透過され得る。

【0174】

導波路１７２０でインカップリング格子１７２２に結合されている偏光スイッチ１７２６は、非切り換え状態で動作して、第２偏光を有する画像光を、画像光の偏光に影響することなく、または画像光の偏光を切り換えることなく透過し得る。偏光スイッチ１７２６から出力される第２偏光を有する画像光は、導波路１７２０内部のＴＩＲ経路に結合され得ず、導波路１７１０に向けて導波路１７２０を透過され得る。

【0175】

導波路１７１０でインカップリング格子１７１２に結合されている偏光スイッチ１７１６は、切り換え状態で動作して、第２偏光を有する画像光を、第１偏光を有する画像光に変換し得る。第１偏光を有する画像光は、インカップリング格子１７１２を介して導波路１７１０内部のＴＩＲ経路に結合され、第１偏光を有する画像光として、アウトカップリング格子１７１４を介して導波路１７１０から分離され得る。

【0176】

導波路スタック１７０１のアウトカップリング側では、導波路１７１０でアウトカップリング格子１７１４に結合されている偏光スイッチ１７１８は、切り換え状態で動作して、第１偏光を有する画像光を、導波路１７２０に向けて第２偏光を有する画像光に変換し得る。偏光スイッチ１７１８から出力される第２偏光を有する画像光は、導波路１７２０内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。むしろ、偏光スイッチ１７１８から出力される第２偏光を有する画像光は、導波路１７１０に向けて直接、導波路１７２０を透過され得る。

【0177】

導波路１７２０でアウトカップリング格子１７２４に結合されている偏光スイッチ１７２８は、非切り換え状態で動作して、第２偏光を有する画像光を、導波路１７３０に向けて、偏光に影響することなく、または偏光を切り換えることなく透過し得る。偏光スイッチ１７２８から出力される第２偏光を有する画像光は、導波路１７３０内部のＴＩＲ経路に結合され得ない。むしろ、偏光スイッチ１７２８から出力される第２偏光を有する画像光は、偏光スイッチ１７３８に向けて直接、導波路１７３０を透過され得る。

【0178】

いくつかの実施形態において、導波路１７３０でアウトカップリング格子１７３４に結合されている偏光スイッチ１７３８は、切り換え状態で動作して、第３単色画像（例えば、青色画像）が眼２６５で知覚され得るように、第２偏光を有する画像光を、眼２６５に向けて、第１偏光を有する画像光に変換する。したがって、第３サブフレーム中、第１偏光を有する画像光１７７５（例えば、青色光）は、導波路１７１０を介して眼２６５に方向付けられ得、第１色（例えば、赤色）または第２色（例えば、緑色）とは異なる第３色（例えば、青色）の単色画像が、眼２６５の射出瞳に配置されるアイボックスで複製され得る。

【0179】

このように、ディスプレイフレーム中、異なる色（例えば、赤、緑、青）の画像光の順次透過を実現し得る。すなわち、異なる色の単色画像の順次透過を実現し得る。最終画像は、多色画像として眼２６５によって知覚され得る。いくつかの実施形態において、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）により実現される時間多重化は、導波路スタック１７０１のクロストークを低減または除去し得る。したがって、導波路スタック１７０１を含む導波路ディスプレイアセンブリの光学的性能が向上し得る。

【0180】

いくつかの実施形態において、光源アセンブリ１７５０、１７６０、および１７７０のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、無偏光モノクロ画像光を放出し得、少なくとも１つの（例えば、各）偏光子１７４０は省いてもよい。無偏光画像光は、インカップリング格子１７１２、１７２２、または１７３２に方向付けられ得る。インカップリング格子１７１２、１７２２、または１７３２の偏光選択性に応じて、光源アセンブリ１７５０、１７６０、または１７７０から放出される無偏光画像光の２つの直交偏光成分のうちの一方の成分が導波路１７１０、１７２０、または１７３０に結合され得るのに対し、他方の成分は、回折が無視できるかまたは全くない状態で透過され得る。

【0181】

いくつかの実施形態において、アウトカップリング格子１７１４、１７２４、および１７３４の波長スペクトルは、アウトカップリング格子間のクロストークを最小限にし得るかまたは低減し得るように、互いに実質的に重なり合わなくてもよい。したがって、アウトカップリング格子１７１４、１７２４、および１７３４にそれぞれ結合されている偏光スイッチ１７１８、１７２８、および１７３８は省いてもよい。いくつかの実施形態において、インカップリング格子１７１２、１７２２、または１７３２の波長スペクトルは、インカップリング格子間のクロストークを最小限にし得るかまたは低減し得るように、互いに実質的に重なり合わなくてもよい。したがって、インカップリング格子１７１２、１７２２、および１７３２にそれぞれ結合されている偏光スイッチ１７１６、１７２６、および１７３６も省いてもよい。すなわち、いくつかの実施形態において、アウトカップリング格子１７１４、１７２４、および１７３４と、インカップリング格子１７１２、１７２２、および１７３２とは、それぞれ所定の波長選択性を有し得、例えば、格子は所定の波長帯域または範囲内の入る光を回折し、所定の波長帯域外の入る光を、回折が無視できるかまたは全くない状態で透過して、格子に結合されている対応する偏光スイッチを省けるようになっていてもよい。例えば、インカップリング格子１７１２、１７２２、または１７３２とアウトカップリング格子１７１４、１７２４、および１７３４は、所定の波長選択性を有するようにブラッグの法則で動作するように製作され得る。いくつかの実施形態において、アウトカップリング格子１７１４、１７２４、および１７３４とインカップリング格子１７１２、１７２２、および１７３２とが実質的に波長選択性である場合、光学システム１７００は、異なる色の複数の単色画像をアイボックスに同時に伝送するように構成され得る。いくつかの実施形態において、光源アセンブリ１７５０、１７６０、および１７７０のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）が無偏光モノクロ画像光を放出し得、少なくとも１つの（例えば、各）偏光子１７４０を省いてもよい。無偏光画像光は、インカップリング格子１７１２、１７２２、または１７３２に方向付けられ得る。インカップリング格子１７１２、１７２２、または１７３２の偏光選択性に応じて、光源アセンブリ１７５０、１７６０、または１７７０から放出される無偏光画像光の直交する２つの偏光成分のうちの一方の成分は、導波路１７１０、１７２０、または１７３０に結合され得るのに対し、他方の成分は、回折が無視できるかまたは全くない状態で透過され得る。したがって、光学システム１７００は、第１色（例えば、赤色）の単色画像、第２色（例えば、緑色）の単色画像、および第３色（例えば、青色）の単色画像をアイボックスに同時に伝送するように構成され得る。

【0182】

いくつかの実施形態において、導波路スタック１７０１内のそれぞれの導波路に配設される代わりに、インカップリング格子１７１２、１７２２、および１７３２は、共通の（例えば、１つの）導波路に積層されて装着されてもよく、アウトカップリング格子１７１４、１７２４、および１７３４は、共通の導波路に積層されて装着されてもよい。同様の構造を図１６Ａに示す。インカップリング格子のスタックおよびアウトカップリング格子のスタックは、両方とも共通の導波路の第１表面に配設されてもよく、または両方とも共通の導波路の第２表面に配設されてもよく、またはそれぞれ第１表面と第２表面とに配設されてもよい。異なる色の画像光の時系列透過を実現するために偏光を切り換える動作スキームの説明は、図１７Ｂ～図１７Ｄに関連して上で提供された説明を参照してもよい。

【0183】

図１７Ａ～図１７Ｄに図示される実施形態は、モノクロ画像光に対して有効であり得る。カラー画像に関しては、異なる複数の色の画像光が、空間的および時間的にまたは空間的もしくは時間的に多重化され得る。いくつかの実施形態において、スタック内の導波路の数は２つに減らし得る。異なる複数の色の画像光を個々に透過するために、一方の導波路を赤および緑用に構成し得、他方の導波路を緑および青用に構成し得る。図１７Ａは、インカップリング格子およびアウトカップリング格子が、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）の実施形態であってもよいことを示している。この構成は例示目的であり、本開示の範囲を制限することを意図していない。いくつかの実施形態において、インカップリング格子のうちの少なくとも１つは、外部偏光回転子またはスイッチを介して間接的に切り換え可能であり得る、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）の一実施形態であってもよく、アウトカップリング格子のうちの少なくとも１つは、受動的で非切り換え可能な格子であってもよい。いくつかの実施形態において、アウトカップリング格子のうちの少なくとも１つは、外部偏光回転子またはスイッチを介して間接的に切り換え可能である、開示される間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）の一実施形態であってもよく、インカップリング格子のうちの少なくとも１つは、受動的で非切り換え可能な格子であってもよい。

【0184】

本開示は、導波路ディスプレイアセンブリを通して、光源アセンブリから放出される画像光の複数の部分を時間多重化方式で方向付けるための方法も提供する。図１８は、本開示の実施形態による、導波路ディスプレイアセンブリを通して、画像光の異なる部分を時間多重化方式で方向付けるための方法１８００を示すフローチャートを示す。図１８に図示されるように、方法１８００は、第１期間中に、光学デバイスの第１導波路に配設される第１インカップリング格子および第１アウトカップリング格子のうちの少なくとも１つを、回折状態で動作するように構成すること（ステップ１８１０）を含み得る。方法１８００は、第１期間中に、第１インカップリング格子によって、回折を介して、第１光を第１導波路に結合すること（ステップ１８２０）も含み得る。第１光は、画像光の第１部分に対応し得る。方法１８００は、第１アウトカップリング格子により、回折を介して、第１光を光学デバイスのアイボックスに向けて第１導波路から分離すること（ステップ１８３０）も含み得る。いくつかの実施形態において、第１インカップリング格子および第１アウトカップリング格子のうちの少なくとも１つを、回折状態で動作するように構成することは、第１インカップリング格子および第１アウトカップリング格子のうちの少なくとも１つを、第１インカップリング格子および第１アウトカップリング格子のうちの少なくとも１つに結合される偏光スイッチを通して回折状態で動作するように構成することを含み得る。画像光の一部分は、単色画像の視野（「ＦＯＶ」）の所定の部分、複数色画像（例えば、フル・カラー画像）のＦＯＶの所定の部分、または所定の色の単色画像に対応し得る。いくつかの実施形態において、画像光の第１部分は、単色画像または複数色画像のＦＯＶの第１部分に対応し得る。いくつかの実施形態において、画像光の第１部分は、第１色の単色画像に対応し得る。

【0185】

方法１８００は、第２期間中、第２導波路に配設された第２インカップリング格子および第２アウトカップリング格子のうちの少なくとも１つを、回折状態で動作するように構成すること（ステップ１８４０）も含み得る。方法１８００は、第２期間中、第２インカップリング格子によって、回折を介して、第２光を第２導波路に結合すること（ステップ１８５０）も含み得る。第２光は、画像光の第２部分に対応し得る。方法１８００は、第２期間中、第２アウトカップリング格子によって、第２光を光学デバイスのアイボックスに向けて第２導波路から分離すること（ステップ１８６０）も含み得る。いくつかの実施形態において、第２インカップリング格子および第２アウトカップリング格子のうちの少なくとも１つを、回折状態で動作するように構成することは、第２インカップリング格子および第２アウトカップリング格子のうちの少なくとも１つを、第２インカップリング格子および第２アウトカップリング格子のうちの少なくとも１つに結合されている偏光スイッチを介して回折状態で動作するように構成することを含み得る。いくつかの実施形態において、画像光の第２部分は、単色画像または複数色画像（例えば、フル・カラー画像）のＦＯＶの第２部分に対応し得る。いくつかの実施形態において、画像光の第２部分は、単色画像または複数色画像のＦＯＶの第２部分に対応し得る。いくつかの実施形態において、画像光の第２部分は、第２色の単色画像に対応し得る。

【0186】

いくつかの実施形態において、方法１８００は、図１８に図示されない追加ステップを含み得る。例えば、いくつかの実施形態において、方法１８００は、第３期間中、第３導波路に配設される第３インカップリング格子および第３アウトカップリング格子のうちの少なくとも１つを、第３インカップリング格子および第３アウトカップリング格子のうちの少なくとも１つに結合されている偏光スイッチを介して回折状態で動作するように構成することを含み得る。方法１８００は、第３期間中、第３インカップリング格子によって、回折を介して、画像光の第３部分に対応する第３光を第３導波路に結合することを含み得る。方法１８００は、第３期間中、第３アウトカップリング格子によって、回折を介して、第３光を光学デバイスのアイボックスに向けて第３導波路から分離することも含み得る。導波路ディスプレイアセンブリは、図２Ａ～図２Ｂに図示される導波路ディスプレイアセンブリ２００または２５０などの、開示される導波路ディスプレイの一実施形態であってもよい。導波路ディスプレイアセンブリは、インカップリング格子またはアウトカップリング格子として機能する、少なくとも１つの開示される受動回折光学素子を含み得る。

【0187】

図１９は、導波路ディスプレイアセンブリを通して、光源アセンブリから放出される画像光の複数の部分を方向付けるための方法１９００を示すフローチャートである。方法１９００は、デバイスの第１導波路に結合されている第１偏光選択インカップリング素子および第１偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つを、回折状態で動作するように構成すること（ステップ１９１０）を含み得る。第１偏光選択インカップリング素子および第１偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つは、開示される間接的に切り換え可能な格子のうちの１以上を含み得る。方法１９００は、第１偏光選択インカップリング素子、第１導波路、および第１偏光選択アウトカップリング素子によって、画像光の第１部分をデバイスのアイボックスに方向付けること（ステップ１９２０）も含み得る。方法１９００は、第２導波路に結合されている第１偏光選択インカップリング素子および第２偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つを、回折状態で動作するように構成すること（ステップ１９３０）も含み得る。第２偏光選択インカップリング素子および第２偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つは、開示される間接的に切り換え可能な格子のうちの１以上を含み得る。方法は、第２偏光選択インカップリング素子、第２導波路、および第２偏光選択アウトカップリング素子によって、画像光の第２部分をアイボックスに方向付けること（ステップ１９４０）をさらに含み得る。画像光の第１部分および画像光の第２部分は、同じ期間中または異なる期間中に、アイボックスに伝送され得る。いくつかの実施形態において、第１偏光選択インカップリング素子および第１偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つを、回折状態で動作するように構成することは、第１偏光選択インカップリング素子および第１偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つに結合されている偏光スイッチの動作状態を制御することを含み得る。いくつかの実施形態において、画像光の第１部分は、単色画像、複数色画像、または第１色の単色画像の視野（「ＦＯＶ」）の第１部分に対応し得る。画像光の第２部分は、単色画像、複数色画像、または第１色とは異なる第２色の単色画像のＦＯＶの第２部分に対応し得る。いくつかの実施形態において、第１導波路および第２導波路は、同じ共通の導波路であり、第１偏光選択インカップリング素子および第２偏光選択インカップリング素子は、少なくとも部分的に重なり合うように構成され、第１偏光選択アウトカップリング素子および第２偏光選択アウトカップリング素子は、少なくとも部分的に重なり合うように構成される。いくつかの実施形態において、第１導波路および第２導波路は、複数の個別導波路であり、第１偏光選択インカップリング素子および第１偏光選択アウトカップリング素子は、第１導波路に結合され、第２偏光選択インカップリング素子および第２偏光選択アウトカップリング素子は、第２導波路に結合される。いくつかの実施形態において、方法１９００は、追加ステップを含み得る。例えば、方法１９００は、第３導波路に結合されている第３偏光選択インカップリング素子および第３偏光選択アウトカップリング素子のうちの少なくとも１つを、回折状態で動作するように構成することを含み得る。方法１９００は、第３偏光選択インカップリング素子、第３導波路、および第３偏光選択アウトカップリング素子によって、画像光の第３部分をアイボックスに方向付けることも含み得る。

【0188】

開示される間接的に切り換え可能な複数の格子（いくつかの実施形態では、受動格子であり得る）に基づいて異なる色およびＦＯＶの異なる部分または異なる色もしくはＦＯＶの異なる部分の偏光多重化、空間多重化、および／または時間多重化のための開示される方法を組み合わせて、広いＦＯＶをもつ複数色画像光（例えば、フル・カラー画像）を伝送し得、そのすべてが本開示の範囲内にある。例えば、図１１Ａの導波路１１０１、図１２Ａの導波路１２０１、図１３Ａの導波路スタック１３０１、図１４Ａの導波路１４０１、図１５Ａの導波路スタック１５０１、または図１６Ａの導波路１６０１は、大きなＦＯＶ（例えば、６０°以上のＦＯＶ）をもつ複数色画像（例えば、フル・カラー画像）を透過するためにも使用してもよく、ここで、１以上の導波路は、ＦＯＶの異なる部分をもつ複数の複数色画像（例えば、フル・カラー画像）を時間多重化方式で伝送するように構成される。大きなＦＯＶをもつ複数の複数色画像（例えば、フル・カラー画像）を、導波路を介して時間多重化方式で透過することを実現するために、少なくとも１つ（例えば、各々）の導波路内のインカップリング格子およびアウトカップリング格子のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、異なる色（例えば、赤色、緑色、および青色）を伝送するために複数のサブ格子を含み得る。

【0189】

例えば、ＦＯＶの所定の部分に対応する複数の複数色画像光（例えば、フル・カラー画像光）を、図１５Ａに図示される導波路スタック１５０１または図１６Ａに図示される導波路１６０１を介して、時間多重化方式で順次伝送するために、図１５Ａに図示されるインカップリング格子１５１２、１５２２、および１５３２のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）、または図１６Ａに図示されるインカップリング格子１６１２、１６２２、および１６３２のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、１以上の間接的に切り換え可能なインカップリングサブ格子（いくつかの実施形態では、受動サブ格子であり得る）を含み得る。図１５Ａに図示されるアウトカップリング格子１５１４、１５２４、および１５３４のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）、または図１６Ａに図示されるアウトカップリング格子１６１４、１６２４、および１６３４のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、１以上の間接的に切り換え可能なアウトカップリングサブ格子（いくつかの実施形態では、受動サブ格子であり得る）を含み得る。図１５Ａに図示されるインカップリング格子１５１２、１５２２、および１５３２のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）、または図１６Ａに図示されるインカップリング格子１６１２、１６２２、および１６３２のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、インカップリング格子スタックであり得る。図１５Ａに図示されるアウトカップリング格子１５１４、１５２４、および１５３４のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）、または図１６Ａに図示されるアウトカップリング格子１６１４、１６２４、および１６３４のうちの少なくとも１つは、アウトカップリング格子スタックであり得る。

【0190】

いくつかの実施形態において、Ｘ個のサブ格子がＦＯＶを伝送するように構成され、Ｙ個のサブ格子が複数色画像（例えば、ＲＧＢ色）を形成する単色画像を伝送するように構成されるとき、インカップリング格子スタックおよびアウトカップリング格子スタックのうちの少なくとも１つ（例えば、各々）に含まれるサブ格子の総数は、Ｘ×Ｙとなり得る（ここで、ＸおよびＹは２以上の正の整数である）。例えば、いくつかの実施形態において、ＦＯＶの１／３の部分（Ｘ＝３）を伝送するように構成される、図１５Ａに図示されるインカップリング格子１５１２、１５２２、および１５３２、または図１６Ａに図示されるインカップリング格子１６１２、１６２２、および１６３２のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、ＦＯＶの対応する部分をそれぞれ赤、緑および青で伝送するために３つのサブ格子（Ｙ＝３）を含んでもよい。同様に、ＦＯＶの１／３の部分（Ｘ＝３）を伝送するように構成される、図１５Ａに図示されるアウトカップリング格子１５１４、１５２４、および１５３４のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）、または図１６Ａに図示されるアウトカップリング格子１６１４、１６２４、および１６３４のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、ＦＯＶの対応する部分をそれぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）で伝送するために３つのサブ格子（Ｙ＝３）を含んでもよい。インカップリングサブ格子の総数は、アウトカップリングサブ格子の合計と等しくてもよい。いくつかの実施形態において、サブ格子の総数は、Ｘ×Ｙ＝３×３＝９を満たし得る。いくつかの実施形態において、インカップリングおよびアウトカップリング格子スタックからの対応するサブ格子は、クロストークを抑制するために、個別のサブフレーム（例えば、９つのサブフレーム）内で回折状態で動作するように構成され得る。

【0191】

少なくとも１つの（例えば、各）サブフレームにおいて、間接的に切り換え可能な（例えば、受動）インカップリングおよびアウトカップリングサブ格子の１ペアは、ＦＯＶの所定の部分に対応する単色画像を眼に透過するために、回折状態で動作するように構成され得る。インカップリングおよびアウトカップリングサブ格子の残りのペアは、非回折状態で動作するように構成され得る。したがって、全体のディスプレイフレーム中、ＦＯＶの異なる部分に対応する複数の単色画像が時間多重化方式で眼に順次透過され得る。例えば、ＦＯＶの左部分に対応する赤色の単色画像、ＦＯＶの左部分に対応する緑色の単色画像、ＦＯＶの左部分に対応する青色の単色画像、ＦＯＶの中央部分に対応する赤色の単色画像、ＦＯＶの中央部分に対応する緑色の単色画像、ＦＯＶの中央部分に対応する青色の単色画像、ＦＯＶの右部分に対応する赤色の単色画像、ＦＯＶの右部分に対応する緑色の単色画像、およびＦＯＶの右部分に対応する青色の単色画像を、時間多重化方式で眼に順次透過してもよい。透過の順序は、任意の適切な順序で動作し得る。いくつかの実施形態において、導波路スタック１５０１（例えば、異なる色についての）または導波路１６０１に含まれる１以上のサブ格子が高度に選択性で、その間のクロストークが無視できるようにされている場合には、サブフレームの数を減らしてもよい。

【0192】

同様に、図１２Ａに図示される導波路１２０１は、大きなＦＯＶをもつ複数色画像（例えば、フル・カラー画像）を透過するように構成され得る。導波路１２０１は、ＦＯＶの異なる部分をもつ複数の複数色画像（例えば、フル・カラー画像）を時間多重化方式で伝送するように構成され得る。導波路１２０１を介して大きなＦＯＶをもつ複数の複数色画像（例えば、フル・カラー画像）を時間多重化方式で透過することを実現するために、インカップリングサブ格子１２０５ａ、１２０５ｂ、および１２０５ｃのうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、異なる色（例えば、赤色、緑色、および青色）を伝送するために、１以上のインカップリング三次格子（in-coupling tertiary gratings）を含み得る。アウトカップリングサブ格子１２１０ａ、１２１０ｂ、および１２１０ｃのうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、異なる色（例えば、赤色、緑色、および青色）を伝送するために、１以上のアウトカップリング三次格子を含み得る。図１２Ａに図示されるように、それぞれの三次格子は、導波路１２０１の表面で積層またはタイリングされ得る。インカップリング三次格子およびアウトカップリング三次格子の数は、図１５Ａの導波路スタック１５０１に結合されているインカップリングサブ格子およびアウトカップリングサブ格子のものと同様に決定され得る。

【0193】

本開示において、いくつかの実施形態では、ＦＯＶの所定の複数の部分に対応する複数の複数色画像光（例えば、フル・カラー画像光）を時間多重化方式で順次伝送するために、少なくとも１つの（例えば、各）インカップリング格子が３つの切り換え可能なインカップリングサブ格子を含み得るとともに少なくとも１つの（例えば、各）アウトカップリング格子が３つの切り換え可能なアウトカップリングサブ格子を含み得るか、または、少なくとも１つの（例えば、各）インカップリング格子が３つの切り換え可能なインカップリングサブ格子を含み得るかもしくは少なくとも１つの（例えば、各）アウトカップリング格子が３つの切り換え可能なアウトカップリングサブ格子を含み得る。切り換え可能なインカップリングサブ格子の数および切り換え可能なアウトカップリングサブ格子の数は例示目的であり、本開示の範囲を制限することを意図していない。任意の他の適切な数の切り換え可能なインカップリングサブ格子および任意の他の適切な数の切り換え可能なアウトカップリングサブ格子を使用してもよい。いくつかの実施形態において、色を多重化してＦＯＶを実質的に同時にタイリングするために、少なくとも１つの（例えば、各）インカップリング格子（もしくはサブ格子）がＮ個のインカップリングサブ格子（もしくは三次格子）を含み得るとともに少なくとも１つの（例えば、各）アウトカップリング格子（もしくはサブ格子）がＮ個のアウトカップリングサブ格子（もしくは三次格子）を含み得るか、または、少なくとも１つの（例えば、各）インカップリング格子（もしくはサブ格子）がＮ個のインカップリングサブ格子（もしくは三次格子）を含み得るかもしくは少なくとも１つの（例えば、各）アウトカップリング格子（もしくはサブ格子）がＮ個のアウトカップリングサブ格子（もしくは三次格子）を含み得、Ｎは整数であり、Ｎは２以上である。いくつかの実施形態において、Ｎは３以上である。すなわち、インカップリングサブ格子（または三次格子）および対応するアウトカップリングサブ格子（または三次格子）は、ペアを形成し得る。開示される導波路または導波路スタックは、Ｎペアを含み得る。それぞれの期間中、Ｎペアのうちの対応するペアが、画像光の複数の部分のうちの対応する部分を透過するために、回折状態で動作するように順次構成され得、Ｎペアのうちの残りのペアは、非回折状態で動作するように構成され得る。画像光の複数の部分は、異なる色の単色画像、単色画像のＦＯＶの異なる部分、または複数色画像（例えば、フル・カラー画像）のＦＯＶの異なる部分に対応し得る。

【0194】

いくつかの実施形態において、前述の導波路ディスプレイアセンブリを異なる色およびＦＯＶの異なる部分または異なる色もしくはＦＯＶの異なる部分の空間および時間多重化または空間もしくは時間多重化のために使用する場合、画像光が１以上の導波路を通って移動する間、画像光の偏光は変化しなくてもよい。いくつかの実施形態において、画像光が１以上の導波路を通って移動する間、画像光の偏光は変化してもよい。このような状況において、導波路ディスプレイアセンブリは、望ましくない（またはゴースト）画像をブロック、低減、または除去するために、１以上の導波路に隣接して配設される偏光補正異方性板と、クリーンアップ偏光子とを含み得る。

【0195】

さらに、異なる色およびＦＯＶの異なる部分または異なる色もしくはＦＯＶの異なる部分の空間および時間多重化または空間もしくは時間多重化のための開示される方法および開示される導波路ディスプレイアセンブリは、例として、間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）を使用して説明される。いくつかの実施形態において、受動的に且つ間接的に切り換え可能な格子は、所定の直線偏光を有する画像光を回折し、異なる偏光（例えば、所定の直線偏光に直交する偏光）を有する画像光を、回折が無視できるかまたは回折が全くない状態で透過するように構成され得る。偏光スイッチは、受動的に且つ間接的に切り換え可能な格子に光が入射する前に、直線偏光された入る光を２つの直交する直線偏光間で切り換えるように構成され得る。間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）は例示目的であり、本開示の範囲を制限することを意図していない。いくつかの実施形態において、異なる色およびＦＯＶの異なる部分または異なる色もしくはＦＯＶの異なる部分の空間および時間多重化または空間もしくは時間多重化のための開示される方法および導波路ディスプレイアセンブリは、円偏光または楕円偏光などの、直線偏光以外の偏光を有する画像光を選択的に回折するように構成される、間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）によっても実現し得、そのすべてが本開示の範囲内にある。例えば、間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）は、円偏光を有する画像光を回折するように構成され得る偏光体積ホログラム（「PVH : polarization volume hologram」）を含み得る。いくつかの実施形態において、ＰＶＨは、ＰＶＨの螺旋ねじれと同じ掌性を有する円偏光光を回折し、ＰＶＨの螺旋ねじれのものとは反対の掌性を有する円偏光光を透過し得る。偏光スイッチは、ＰＶＨに結合されて、円偏光された入る光を２つの直交する掌性間で切り換え、それによって、受動格子に入射する光の偏光を制御するように構成され得る。異なる色およびＦＯＶの異なる部分または異なる色もしくはＦＯＶの異なる部分の空間および時間多重化または空間もしくは時間多重化のための開示される方法および導波路ディスプレイアセンブリは、受動ＬＣに基づく幾何学的位相格子、メタ表面／ＬＣ格子などの、他の間接的に切り換え可能な格子（いくつかの実施形態では受動格子であり得る）によっても実現し得、そのすべてが本開示の範囲内にある。いくつかの実施形態では、開示される方法、デバイス、およびシステムにおいて、受動的に且つ間接的に切り換え可能な格子を能動的な偏光選択格子と取り替えてもよく、これも間接的に切り換え可能にできる。

【0196】

開示されるデバイスおよびシステムにおいて、間接的に切り換え可能な格子（例えば、受動格子）を間接的に切り換えるための偏光スイッチは、図８Ａに図示される偏光スイッチ８２０と同様なものであってもよい。実施形態のいくつかには図示していないが、間接的に切り換え可能な格子が含まれる各実施形態において、偏光スイッチを制御し、それによって、間接的に切り換え可能な格子の動作状態（例えば、回折状態または非回折状態）を間接的に切り換えるために、コントローラ２１５と同様なコントローラが含まれ得る。

【0197】

本開示の実施形態の上記説明は、例示の目的で提示してきた。網羅的なものであること、または開示されるそのままの形態に本開示を制限することは意図していない。当業者は、上記開示に照らして修正形態および変形形態が可能であることを理解することができる。

【0198】

本説明のいくつかの部分は、情報に対する動作のアルゴリズムおよび記号表現の観点から本開示の実施形態を記述していることがある。これらの動作は、機能的に、計算的に、または論理的に記述されているが、コンピュータプログラムまたは等価の電気回路、マイクロコード、または同様なものによって実施され得る。さらに、一般性を失うことなく、これらの動作の構成をモジュールと呼ぶことがときに便利であることも証明されている。説明した動作およびそれらに関連するモジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの任意の組合せによって具体化され得る。

【0199】

本明細書で説明されるステップ、動作、またはプロセスのいずれも、１以上のハードウェアおよびソフトウェアモジュールまたは１以上のハードウェアもしくはソフトウェアモジュールを単独で、または他のデバイスと組み合わせて用いて実行または実施され得る。一実施形態において、ソフトウェアモジュールは、コンピュータプログラムコードを含むコンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品を用いて実施され、これは、説明されるステップ、動作、またはプロセスのいずれかまたはすべてを実行するためのコンピュータプロセッサによって実行することができる。いくつかの実施形態において、ハードウェアモジュールは、デバイス、システム、光学素子、コントローラ、電気回路、論理ゲートなどのハードウェアコンポーネントを含み得る。

【0200】

本開示の実施形態は、本明細書の動作を実行するための装置にも関係し得る。この装置は、特定の目的のために特別に構築され得、および／または、コンピュータ内に格納されているコンピュータプログラムによって選択的に起動または再構成される汎用コンピューティングデバイスを含み得る。このようなコンピュータプログラムは、非一時的な有形のコンピュータ可読記憶媒体、またはコンピュータシステムバスに結合され得る、電子的命令を格納するのに適した任意の種類の媒体に格納され得る。非一時的なコンピュータ可読記憶媒体は、プログラムコードを格納することのできる任意の媒体、例えば、磁気ディスク、光学ディスク、読み取り専用メモリ（「ROM : read‐only memory」）、またはランダムアクセスメモリ（「RAM : random access memory」）、電気的にプログラマブルな読み取り専用メモリ（「EPROM : Electrically Programmable read only memory」）、電気的に消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（「EEPROM : Electrically Erasable Programmable read only memory」）、レジスタ、ハードディスク、ソリッドステートディスクドライブ、スマートメディアカード（「SMC : smart media card」）、セキュアデジタルカード（「SD : secure digital」）、フラッシュカード等とすることができる。さらに、本明細書で説明される任意のコンピューティングシステムは、単一のプロセッサを含んでもよく、またはコンピューティング能力を増大するために多数のプロセッサを採用するアーキテクチャであってもよい。プロセッサは、中央処理装置（「CPU : central processing unit」）、グラフィックス処理装置（「GPU : graphics processing unit」）、またはデータを処理するとともにデータに基づいて計算を行うようにまたはデータを処理するかもしくはデータに基づいて計算を行うように構成される任意のプロセッシングデバイスであり得る。プロセッサは、ソフトウェアコンポーネントおよびハードウェアコンポーネントの両方を含み得る。例えば、プロセッサは、特定用途向け集積回路（「ASIC : application‐specific integrated circuit」）、プログラマブルロジックデバイス（「PLD : programmable logic device」）、またはその組合せなどのハードウェアコンポーネントを含んでもよい。ＰＬＤは、コンプレックス・プログラマブル・ロジック・デバイス（「CPLD : complex programmable logic device」）、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（「FPGA : field‐programmable gate array」）等であり得る。

【0201】

本開示の実施形態は、本明細書で説明されるコンピューティングプロセスによって生成される製品にも関係し得る。このような製品は、コンピューティングプロセスから得られる情報を含み得、その情報は、非一時的な有形のコンピュータ可読記憶媒体に格納され、本明細書に説明されるコンピュータプログラム製品または他のデータの組合せの任意の実施形態を含み得る。

【0202】

さらに、図面に例示される実施形態が単一の要素を示すとき、その実施形態が複数の当該要素を含み得ることは了解される。同様に、図面に例示される実施形態が複数の当該要素を示すとき、その実施形態が当該要素を１つのみ含み得ることは了解される。図面に例示される要素の数は例示目的にすぎず、実施形態の範囲を制限すると解釈されるべきではない。また、特に言及されない限り、図面に図示される実施形態は相互に排他的ではなく、これらは任意の適切な形態で組み合わせてもよい。例えば、ある実施形態では図示されるが別の実施形態では図示されない要素を、それでもなお、他の実施形態に含んでもよい。

【0203】

例示的な実施態様を例示するために、様々な実施形態を説明してきた。開示される実施形態に基づき、当業者は、本開示の範囲を逸脱することなく、様々な他の変更、修正、再配列および置換を行うことができよう。したがって、本開示は、上記実施形態を参照して詳細に説明されてきたが、本開示は、上で説明された実施形態に制限されるものではない。本開示は、本開示の範囲を逸脱することなく、他の同等な形態で具体化されてもよい。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図12D】

【図12E】

【図13A】

【図13B】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【図15C】

【図16A】

【図16B】

【図16C】

【図17A】

【図17B】

【図17C】

【図17D】

【図18】

【図19】

【国際調査報告】