(57)【要約】      （修正有）【課題】ニア・アイ・ディスプレイ（ＮＥＤ）内でアイボックスへと光源から放出された光の一様な色分布を与えるための偏光システムおよび方法を提供する。【解決手段】偏光システムおよび方法は、可視光スペクトルの異なる色に最適化された２つ以上の導波路１４０１、１４０２を含む光学素子を使用する。光学素子は、合った導波路１４０１、１４０２中への光のカップリングを容易にしかつ合わない導波路１４０１、１４０２中への光のカップリングを妨げるように、導波路１４０１、１４０２上に入射する光の偏光を制御するための１つまたは複数の偏光状態生成器１６０、１６２をさらに含む。【選択図】図８
2015118273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を提示する(presenting)ための方法であって、
（ａ）光源からの光を光学素子(optical element)中へ投影する(projecting)ステップであり、前記光が少なくとも第１の波長帯域(wavelength bands)および第２の波長帯域を含み、前記光学素子が少なくとも第１の導波路(waveguide)および第２の導波路を含み、前記第１の導波路および前記第２の導波路が少なくとも１つの光学格子(optical grating)をそれぞれ有する、投影するステップと、
（ｂ）前記第１の波長帯域が前記第１の波長帯域以外よりも大きな程度まで前記第１の導波路内でカップリングするように、前記第１の導波路上に入射する(incident on)前記第１の波長帯域以外の偏光(polarization)とは異なるように前記第１の導波路上に入射する前記第１の波長帯域の偏光を制御するステップと、
（ｃ）前記第２の波長帯域が前記第２の波長帯域以外よりも大きな程度まで前記第２の導波路内でカップリングするように、前記第２の導波路上に入射する前記第２の波長帯域以外の偏光とは異なるように前記第２の導波路上に入射する前記第２の波長帯域の偏光を制御するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の波長帯域以外の前記偏光とは異なるように前記第１の波長帯域の前記偏光を制御する前記ステップが、前記第１の導波路上に入射する前記第１の波長帯域以外の前記偏光を維持しながら、前記第１の導波路上に入射する前記第１の波長帯域の前記偏光を変更するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の波長帯域以外の前記偏光とは異なるように前記第１の波長帯域の前記偏光を制御する前記ステップが、第１の状態から第２の状態へと前記第１の導波路上に入射する前記第１の波長帯域以外の前記偏光を変更するステップであって、前記第１の波長帯域が、前記第１の状態と比較して前記第２の状態において大きな程度まで前記第１の導波路内でカップリングする、変更するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の波長帯域以外の前記偏光とは異なるように前記第１の波長帯域の前記偏光を制御する前記ステップが、第１の状態から第２の状態へと前記第１の導波路上に入射する前記第１の波長帯域以外の前記偏光を変更するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の波長帯域以外の前記偏光とは異なるように前記第２の波長帯域の前記偏光を制御する前記ステップが、前記第２の状態から前記第１の状態へと前記第２の導波路上に入射する前記第２の波長帯域を変更するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
画像を提示するための方法であって、
（ａ）光学素子中へと光源からの光を投影するステップであり、前記光が２個とｎ個の間の波長帯域を含み、前記光学素子が２個とｍ個の間の導波路を含み、ｉ番目の波長帯域がｊ番目の導波路に整合され、ただし、ｉ＝１からｎであり、ｊ＝１からｍである、投影するステップと、
（ｂ）複数の偏光状態生成器(polarization state generators)を介して前記２個からｎ個の波長帯域のうちの１個または複数個の波長帯域を通過させるステップであり、各偏光状態生成器が前記２個からｍ個の導波路のうちのある導波路に関係付けられ(associated with)、前記複数の偏光状態生成器が、前記ｊ番目の導波路内での前記ｉ番目の波長帯域のカップリングを容易にする状態へと通過する前記１個または複数個の波長帯域の前記偏光を制御する一方で、前記ｊ番目の導波路を通過する残りの(remaining)波長帯域のカップリングを妨げる(impeding)、通過させるステップと
を含む方法。
【請求項７】
前記光源と第１の導波路との間に設置された第１の偏光状態生成器を通過した後には、第１の波長帯域が、偏光状態１(polarization state 1)であり、ここでは、電気ベクトル(electric vector)が格子(grating)ベクトルに垂直であり、前記波長帯域２からｎが、偏光状態２であり、ここでは、電気ベクトルが前記第１の帯域の前記電気ベクトルに垂直である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ｎ番目の波長帯域は、その偏光が、前記ｍ−１個の導波路内での前記ｎ番目の波長帯域のカップリングが妨げられた状態に設定されてｍ−１個の導波路を通過し(passes through)、前記ｎ番目の波長帯域は、その偏光が、前記ｍ番目の導波路内での前記ｎ番目の波長帯域のカップリングが許容された状態に設定されてｍ番目の導波路を通過する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
光源からの光をアイボックス(eye box)へ伝達するための光学素子(optical element)であって、
第１の導波路であり、前記第１の導波路が、前記光源から光を受光するためかつ前記第１の導波路中へと前記光の第１の部分をカップリングさせるために少なくとも第１の光学格子を含む、第１の導波路と、
第２の導波路であり、前記第２の導波路が、前記光源から光を受光するためかつ前記第２の導波路中へと前記光の第２の部分をカップリングさせるために少なくとも第２の光学格子を含む、第２の導波路と、
前記光源と前記第１の導波路との間の第１の偏光状態生成器であり、前記第１の偏光状態生成器が前記第１の導波路中へとカップリングさせるために光の前記第１の部分の偏光を変更する、第１の偏光状態生成器と、
第１の回折格子と第２の回折格子との間の第２の偏光状態生成器であり、前記第２の偏光状態生成器が、前記第２の導波路中へとカップリングさせるために光の前記第２の部分の偏光を変更する、第２の偏光状態生成器と
を備えた、光学素子。
【請求項１０】
前記第１の導波路および前記第２の導波路ならびに前記偏光状態生成器が、複合現実感環境(mixed reality environment)を生成するためのニア・アイ・ディスプレイ内に形成された平面部材である、請求項９に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明の一実施例は、例えば、波長通過のためのＮＥＤ偏光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0001]シースルー・ニア・ツー・アイ・ディスプレイ（ＮＥＤ）ユニットは、物理環境における実在オブジェクトと複合された仮想イメージを表示するために使用されることが可能である。このようなＮＥＤユニットは、画像を作るための照明エンジン、および部分的に透過型であり部分的に反射型である光学素子を含む。光学素子は、外部からの光が観察者の目に届くことを可能にするために透過型であり、照明エンジンからの光が観察者の目に届くことを可能にするために部分的に反射型である。光学素子は、平面導波路内に回折型光学素子（ＤＯＥ）またはホログラムを含むことができ、マイクロディスプレイからのイメージをユーザーの目へと回折することができる。
【０００３】
[0002]実際には、ＮＥＤユニットは、各導波路がある波長成分に割り当てられた状態の複数の導波路のスタックを含むことができる。特に、導波路内のＤＯＥの向きを制御することによって、導波路は、特定の波長成分と最大効率でカップリングするように整合される、または最適化されることが可能である。異なるＤＯＥを可視光スペクトルの異なる色に最適化することは、ＮＥＤユニットがフルカラーエクスペリエンスを提供することを可能にする。
【０００４】
[0003]複数の導波路のスタック内では、スタック内の遠位の導波路（すなわち、照明エンジンから最も遠い導波路）に整合された波長成分は、スタック内のより近い方の導波路を通過する。多くの場合には、遠位の導波路に向けられた波長成分は、まっすぐに通過する代わりにより近い方の導波路中へとカップリングする。これは、輝度の損失、ＮＥＤユニットから観察者に届く色の不均一性、および再生された仮想画像の品質の低下という結果をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０１０５４７３号
【特許文献２】米国特許第４，７１１，５１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明の一実施例は、例えば、波長通過のためのＮＥＤ偏光システムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[0004]本技術の実施形態は、異なる波長帯域がＮＥＤユニット内の導波路を通過する際、異なる波長帯域の偏光状態を選択的に変えるためのシステムおよび方法に関する。導波路上のまたは導波路内のＤＯＥは、偏光に敏感である。ある波長帯域の偏光を導波路上のＤＯＥが感度の低い状態へと変えることによって、その波長帯域は、ほとんどまたはまったく弱められずにそのＤＯＥを通過することができる。波長帯域の偏光は、導波路に入る前に、ＤＯＥを介して目的とする導波路へと光をカップリングする状態になるように制御される。
【０００８】
[0005]一例では、本技術は、画像を提示するための方法に関し、方法は、（ａ）光学素子中へと光源からの光を投影するステップであって、光は少なくとも第１の波長帯域および第２の波長帯域を含み、光学素子は少なくとも第１の導波路および第２の導波路を含み、第１の導波路および第２の導波路は少なくとも１つの光学格子をそれぞれ有する、投影するステップと、（ｂ）第１の波長帯域が第１の波長帯域以外よりも大きな程度まで第１の導波路内でカップリングするように、第１の導波路上に入射する第１の波長帯域以外の偏光とは異なるように第１の導波路上に入射する第１の波長帯域の偏光を制御するステップと、（ｃ）第２の波長帯域が第２の波長帯域以外よりも大きな程度まで第２の導波路内でカップリングするように、第２の導波路上に入射する第２の波長帯域以外の偏光とは異なるように第２の導波路上に入射する第２の波長帯域の偏光を制御するステップとを含む。
【０００９】
[0006]別の一例では、本技術は、画像を提示するための方法に関し、方法は、（ａ）光学素子中へと光源からの光を投影するステップであって、光は２個とｎ個の間の波長帯域を含み、光学素子は２個とｍ個の間の導波路を含み、ｉ番目の波長帯域はｊ番目の導波路に整合され、ただし、ｉ＝１からｎであり、ｊ＝１からｍである、投影するステップと、（ｂ）複数の偏光状態生成器を介して２個からｎ個の波長帯域のうちの１個または複数個の波長帯域を通過させるステップであって、各偏光状態生成器は２個からｍ個の導波路のうちのある導波路に関係付けられ、複数の偏光状態生成器は、ｊ番目の導波路を通過する残りの波長帯域のカップリングを妨げる一方で、ｊ番目の導波路内でｉ番目の波長帯域のカップリングを容易にする状態へと通過する１個または複数個の波長帯域の偏光を制御する、通過させるステップとを含む。
【００１０】
[0007]さらなる一例では、本技術は、アイボックスへと光源からの光を伝達するための光学素子に関し、光学素子は、第１の導波路であって、第１の導波路が光源からの光を受光するためかつ第１の導波路中へと光の第１の部分をカップリングさせるための少なくとも第１の光学格子を含む、第１の導波路と、第２の導波路であって、第２の導波路が光源からの光を受光するためかつ第２の導波路中へと光の第２の部分をカップリングさせるための少なくとも第２の光学格子を含む、第２の導波路と、光源と第１の導波路との間の第１の偏光状態生成器であって、第１の偏光状態生成器が第１の導波路中へとカップリングさせるために光の第１の部分の偏光を変更する、第１の偏光状態生成器と、第１の回折格子と第２の回折格子との間の第２の偏光状態生成器であって、第２の偏光状態生成器が第２の導波路中へとカップリングさせるために光の第２の部分の偏光を変更する、第２の偏光状態生成器とを備える。
【００１１】
[0008]この要約は、発明を実施するための形態において下記にさらに説明されるコンセプトの選択を単純化した形式で紹介するために提供される。この要約は、特許請求した主題の鍵となる特徴または本質的な特徴を特定することを目的としないし、特許請求した主題の範囲を決定する際の補助として使用されることも目的としない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】[0009]１人または複数のユーザーに仮想環境を提示するためのシステムの一実施形態の例の構成要素の図である。
【図２】[0010]頭部装着型ＮＥＤユニットの一実施形態の斜視図である。
【図３】[0011]頭部装着型ＮＥＤユニットの一実施形態の一部分の側面図である。
【図４】[0012]回折格子を有する導波路を含むＮＥＤユニットからの光学素子の端面図である。
【図５】[0013]表面レリーフ回折格子の構造の拡大した部分図である。
【図６】[0014]複数の導波路を有する光学素子を含む頭部装着型ＮＥＤユニットの一実施形態の一部分の側面図である。
【図７】[0015]回折格子上に入射する光の入射面の図である。
【図８】[0016]複数の導波路および、波長帯域が導波路に入るときに波長帯域の偏光を変えるための偏光状態生成器を含むＮＥＤユニットからのイメージングオプティックスの第１の実施形態の端面図である。
【図９】[0017]複数の導波路および、波長帯域が導波路に入るときに波長帯域の偏光を変えるための偏光状態生成器を含むＮＥＤユニットからのイメージングオプティックスの第２の実施形態の端面図である。
【図１０】[0018]図８に示した第１の実施形態のイメージングオプティックスの動作の流れ図である。
【図１１】[0019]図９に示した第２の実施形態のイメージングオプティックスの動作の流れ図である。
【図１２】[0020]複数の導波路および、波長帯域が導波路に入るときに波長帯域の偏光を変えるための偏光状態生成器を含むＮＥＤユニットからのイメージングオプティックスの第３の実施形態の端面図である。
【図１３】[0021]複数の導波路および、波長帯域が導波路に入り出るときに波長帯域の偏光を変えるための偏光状態生成器を含むＮＥＤユニットからのイメージングオプティックスの第４の実施形態の端面図である。
【図１４】[0022]偏光を制御しない一対の導波路を通って進む波長帯域を図示する端面図である。
【図１５】[0023]本技術の実施形態にしたがって偏光を制御した一対の導波路を通って進む波長帯域を図示する端面図である
【図１６】[0024]図１４および図１５の波長帯域のカップリング効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[0025]全体として、波長帯域がＮＥＤユニット内の導波路を通過するときに異なる波長帯域の偏光状態を選択的に変えるためのイメージングオプティックスに関係する本技術の実施形態が、図１〜図１６を参照してここに説明される。導波路上のＤＯＥは、光の偏光に敏感である。このように、導波路上のＤＯＥに入る波長帯域の偏光を選択的に制御することによって、その導波路に合った波長帯域は、高い効率でそのＤＯＥを介してカップリングすることができる一方で、合わない波長帯域は、ほとんどまたはまったく影響を受けずにＤＯＥおよび導波路を通過することができる。ＤＯＥを使用する例が本明細書において説明されるが、導波路が、ＤＯＥ、ホログラム、表面レリーフ格子、または光学素子内の別のタイプの周期的構造を含むことができることが理解される。これらの構造は、本明細書においては「光学格子」と呼ばれることがある。
【００１４】
[0026]下記に説明される実施形態では、ＮＥＤユニットは、複合現実感システムにおいて使用される頭部装着型ディスプレイユニットであってもよい。しかしながら、ＮＥＤユニットおよびその中に含まれるイメージングオプティックスの実施形態が、さまざまな他の光学的用途において、例えば光カプラおよび他の光変調デバイス内で使用され得ることが理解される。図は、本技術を理解するために提供され、等尺では描かれないことがある。
【００１５】
[0027]図１は、複合現実感システム１０において使用される頭部装着型ディスプレイとしてのＮＥＤユニット２の一例を図示する。ＮＥＤユニットは、レンズを含む眼鏡として装着されることがあり、レンズはある程度透過性であり、その結果、ユーザーはディスプレイ素子を通してユーザーの視野（ＦＯＶ）内の実在オブジェクト２７を見ることが可能である。ＮＥＤユニット２はまた、ユーザーのＦＯＶ内へと仮想画像２１を投影する能力を提供し、その結果、仮想画像は実在オブジェクトに並んでやはり現れることができる。本技術に対して決定的ではないが、複合現実感システムは、ユーザーがどこを見ているかを自動的に追跡することができ、その結果、システムは、ユーザーのＦＯＶ内のどこに仮想画像を挿入するかを決定することが可能である。一旦、システムが仮想画像をどこに投影するかを知ると、画像は、ディスプレイ素子を使用して投影される。
【００１６】
[0028]図１は、多数のユーザー１８ａ、１８ｂおよび１８ｃを示し、それぞれ頭部装着型ＮＥＤユニット２を装着する。一実施形態では眼鏡の形状である頭部装着型ＮＥＤユニット２は、ユーザーの頭部上に装着され、その結果、ユーザーは、ディスプレイを通して見ることが可能であり、これによってユーザーの前の空間の実際の直接の光景を見ることが可能である。頭部装着型ＮＥＤユニット２のさらに詳細が、下記に与えられる。
【００１７】
[0029]ＮＥＤユニット２は、プロセシングユニット４およびハブコンピューティングデバイス１２へ信号を供給し、これらから信号を受信することができる。ＮＥＤユニット２、プロセシングユニット４およびハブコンピューティングデバイス１２は、どんな仮想イメージがそのＦＯＶ内に与えられるべきであるか、およびどのようにしてこれが提示されるべきか、各ユーザー１８のＦＯＶを決定するために協働することができる。ハブコンピューティングデバイス１２は、キャプチャーデバイスのＦＯＶ内の場面の一部から画像データを取り込むためのキャプチャーデバイス２０をさらに含む。ハブコンピューティングデバイス１２は、視聴覚装置１６およびスピーカー２５にさらに接続されることが可能であり、これらはゲームまたはアプリケーション映像および音響を提供することができる。プロセシングユニット４、ハブコンピューティングデバイス１２、キャプチャーデバイス２０、視聴覚装置１６およびスピーカー２５に関する詳細は、例えば、２０１２年５月３日公開の「Ｌｏｗ−Ｌａｔｅｎｃｙ  Ｆｕｓｉｎｇ  ｏｆ  Ｖｉｒｔｕａｌ  ａｎｄ  Ｒｅａｌ  Ｃｏｎｔｅｎｔ（仮想コンテンツおよび実コンテンツの低待機時間合成）」という名称の米国特許出願公開第２０１２／０１０５４７３号に与えられ、この出願はその全体が本明細書中に引用によってこれによって組み込まれる。
【００１８】
[0030]図２および図３は、頭部装着型ＮＥＤユニット２の斜視図および側面図を示す。図３は、つる１０２およびノーズブリッジ１０４を有する装置の一部分を含む頭部装着型ＮＥＤユニット２の右側面を示す。頭部装着型ＮＥＤユニット２のフレームの一部は、（１つまたは複数のレンズを含む）ディスプレイを囲むであろう。ディスプレイは、光ガイド光学素子１１５、シースルーレンズ１１６およびシースルーレンズ１１８を含む。一実施形態では、光ガイド光学素子１１５は、シースルーレンズ１１６の後に位置合わせされ、シースルーレンズ１１８は、光ガイド光学素子１１５の後に位置合わせされる。シースルーレンズ１１６および１１８は、眼鏡において使用される標準レンズであり、任意の処方箋（処方箋なしを含む）に合わせて作られることが可能である。光ガイド光学素子１１５は、人工的な光を目に伝える。光ガイド光学素子１１５のさらなる詳細が、下記に与えられる。
【００１９】
[0031]つる１０２に搭載されたものまたはつる１０２の内部には、画像ソースがあり、これは（実施形態では）仮想画像を投影するためのマイクロディスプレイ１２０およびマイクロディスプレイ１２０からの画像を光ガイド光学素子１１５へと向けるためのレンズ１２２などの照明エンジンを含む。一実施形態では、レンズ１２２は、コリメートレンズである。マイクロディスプレイ１２０は、レンズ１２２を通して画像を投影する。
【００２０】
[0032]マイクロディスプレイ１２０を実装するために使用されることが可能なさまざまな画像生成技術がある。例えば、マイクロディスプレイ１２０は、透過投影技術を使用する際に実装されることが可能であり、そこでは光源は、白色光を用いてバックライトされた光学的アクティブ材料によって変調される。これらの技術は、強力なバックライトおよび高い光エネルギー密度を有するＬＣＤタイプのディスプレイを使用して通常実装される。マイクロディスプレイ１２０はまた、反射型技術を使用して実装されることが可能であり、このために外部光は光学的アクティブ材料によって反射され変調される。照明は、技術に応じて、白色光源またはＲＧＢ光源のいずれかによって前方照明される。ディジタルライトプロセシング（ＤＬＰ）、リキッド・クリスタル・オン・シリコン（ＬＣＯＳ）およびＱｕａｌｃｏｍｍ，Ｉｎｃ．からのＭｉｒａｓｏｌ（登録商標）ディスプレイ技術は、大部分のエネルギーが変調された構造から遠くへ反射されるので効率的であり、現在のシステムにおいて使用されることが可能である反射型技術の例である。加えて、マイクロディスプレイ１２０は、光がディスプレイによって発生される放射型技術を使用して、実装されることが可能である。例えば、Ｍｉｃｒｏｖｉｓｉｏｎ，Ｉｎｃ．からのＰｉｃｏＰ（商標）ディスプレイエンジンは、透過型素子として機能する極めて小さなスクリーン上へとまたは目の中へと直接光線を発すること（例えば、レーザー）のいずれかでマイクロミラーステアリングを用いてレーザー信号を放出する。
【００２１】
[0033]光ガイド光学素子（やはり、光学素子とだけ呼ばれる）１１５は、マイクロディスプレイ１２０からの光をアイボックス１３０へと伝達することができる。アイボックス１３０は、頭部装着型ＮＥＤユニット２を装着しているユーザーの眼１３２の前に位置し、光が光学素子１１５を出ることで通過する二次元領域である。光学素子１１５はまた、矢印１４２によって描かれたように、頭部装着型ＮＥＤユニット２の前からの光が光ガイド光学素子１１５を通ってアイボックス１３０へと伝達されることを可能にする。これは、ユーザーがマイクロディスプレイ１２０から仮想画像を受け取ることに加えて、頭部装着型ＮＥＤユニット２の前の空間の実際の直接の光景を見ることを可能にする。
【００２２】
[0034]図３は、頭部装着型ＮＥＤユニット２の半分を示す。全体の頭部装着型ディスプレイ装置は、もう１つの光学素子１１５、もう１つのマイクロディスプレイ１２０およびもう１つのレンズ１２２を含むことができる。頭部装着型ＮＥＤユニット２が２つの光学素子１１５を有する場合には、それぞれの目は、両方の目に同じ画像または２つの目に異なる画像を表示することが可能なその目独自のマイクロディスプレイ１２０を有することが可能である。別の一実施形態では、１つのマイクロディスプレイ１２０から両方の目へと光を反射する１つの光学素子１１５であってもよい。
【００２３】
[0035]光ガイド光学素子１１５のさらなる詳細が、図４〜図１３を参照してここで説明されるであろう。一般に、光学素子１１５は、相互に層に重ねられた２つ以上の導波路を含み、光学縦列を形成する。１つのこのような導波路１４０が、図４に示される。導波路１４０は、薄い平坦なガラスのシートから形成されることがあるとはいえ、さらなる実施形態では、プラスチックまたは他の材料から形成されることがある。導波路１４０は、２つ以上の回折格子を含むことができ、光線を導波路１４０中へとカップリングする入口回折格子１４４、および光線を導波路１４０の外へと回折する出口回折格子１４８を含む。格子１４４および１４８は、基板１５０の下側表面１５０ａに張り付けられた、または下側表面内部の透過型格子として示される。基板１５０の反対表面に張り付けられた反射型格子が、さらなる実施形態では使用されることがある。
【００２４】
[0036]図４は、導波路１４０の中へおよび外へカップリングされた波長帯域、λ１、の全内部反射を示す。本明細書において使用されるように、波長帯域は、例えば、可視光スペクトルからの１つまたは複数の波長から構成されることがある。図４の説明図は、２次および高い回折次数が存在しない系における単一波長帯域の単純化した図である。図４には示さないが、光学素子１１５は、下記に説明するように導波路の前および導波路の間に挟まれた偏光状態生成器をさらに含むことができる。
【００２５】
[0037]マイクロディスプレイ１２０からの波長帯域λ１は、レンズ１２２を介してコリメートされ、入射角θ１で入口回折格子１４４によって基板１５０中へとカップリングされる。入口回折格子１４４は、回折角θ２まで波長帯域の向きを変える。屈折率ｎ２、入射角θ１、および回折角θ２は、波長帯域λ１が基板１５０内で全内部反射を起こすように定められる。波長帯域λ１は、出口回折格子１４８に当たるまで基板１５０の表面を反射し、出口回折格子上では、波長帯域λ１は、アイボックス１３０に向けて基板１５０から外へ回折する。導波路１４０などの導波路のさらなる詳細は、例えば、１９８７年１２月８日発行の「Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｈｅａｄ−Ｕｐ  Ｄｉｓｐｌａｙ（小型ヘッドアップディスプレイ）」という名称の米国特許第４，７１１，５１２号に開示され、この特許はその全体が本明細書中に引用によって組み込まれる。
【００２６】
[0038]図５は、回折格子１４４および／または１４８などの透過型回折格子の一部を形成する表面レリーフ格子１５４の一例を示す拡大した部分図である（図５は、基板１５０中へと光を回折する回折格子１４４を示す）。格子１５４は、周期、ｐ、を有する傾斜したプロファイルを有することができるが、格子は、さらなる実施形態では正方形およびのこぎり歯などの他のプロファイルを有することがある。記したように、格子１４４、１４８はさらなる実施形態では反射型であってもよい。
【００２７】
[0039]導波路は、特定の波長帯域に最適化される、または整合されることがある。この関係は、格子方程式にしたがって決定されることが可能である：
ｍλ＝ｐ（ｎ１ｓｉｎθ１＋ｎ２ｓｉｎθ２）                    （１）
ここで、
ｍ＝回折次数、
λ＝導波路／回折格子に合った波長帯域、
ｐ＝格子周期、
ｎ１＝入射媒体の屈折率、
ｎ２＝導波路１４０の屈折率、
θ１＝入射角、
θ２＝回折角。
【００２８】
[0040]格子周期ｐおよび基板１５０の屈折率ｎ２などのパラメータを変化させることによって、回折格子１４４、１４８を含む特定の導波路１４０は、特定の波長帯域に整合されることが可能である。すなわち、特定の波長帯域は、他の波長帯域よりも高いカップリング効率で合った導波路１４０中へとカップリングすることができる。その上、厳密結合波理論（ＲＣＷＴ）が、格子１５４（図５）のプロファイルパラメータを最適化するために使用されることが可能であり、角度帯域幅、回折効率および偏光（下記に説明する）などの導波路性能を向上させることができる。
【００２９】
[0041]図４は、回折格子１４４、１４８を介した特定の波長帯域用の１つの導波路１４０を図示する。本技術の実施形態では、光学素子１１５は、光学縦列に一緒に層にされた図４に関して説明した２つ以上の導波路１４０を含むことができる。光学素子１１５内のそれぞれのそのような導波路１４０は、異なる波長帯域に整合されることが可能である。図６に示した一例では、相互に層に重ねられた４つのそのような導波路１４０１〜１４０４がある。４層よりも多くを設けることは実際的ではないことがあるが、光学素子が４層よりも多くを含むことができることが、想像できる。それぞれが、光の異なる（１つまたは複数の）波長に対して最適化されることが可能であり、例えば、約４００ｎｍの波長における紫色光、約４４５ｎｍにおけるインジゴ色光、約４７５ｎｍにおける青色光、約５１０ｎｍにおける緑色光、約５７０ｎｍにおける黄色光、約５９０ｎｍにおけるオレンジ色光、および／または約６５０ｎｍにおける赤色光を含む。
【００３０】
[0042]導波路１４０１〜１４０４は、任意の順番で設けられることが可能であり、導波路１４０１〜１４０４のうちの１つまたは複数は、上に述べたもの以外の波長に整合されることがある。例では、１つの導波路１４０は、可視光スペクトルの異なる色の波長をカバーする波長帯域に整合されることが可能である。
【００３１】
[0043]層にした導波路のスタックでは、スタック内の遠位の導波路に整合されて放出された波長帯域は、スタック内のより近くの導波路のすべてを通過する。例えば、図６の実施形態では、最も遠位の導波路１４０１に整合されたマイクロディスプレイ１２０からの波長帯域λ１は、より近い導波路１４０２〜１４０４を通過する。背景技術の節で記述したように、層にした導波路の従来型のスタックに関連する１つの問題は、遠位の導波路中へとカップリングするように意図された波長帯域がより近くの導波路中へと部分的にやはりカップリングし、これによってアイボックス１３０に届く画像の色を劣化させることである。
【００３２】
[0044]回折格子が通過する波長帯域の偏光に敏感であることが、導波路１４０内の回折格子の特性である。したがって、第１の偏光の波長帯域は、これが通過する１つまたは複数の導波路層とカップリングすることができるが、第１の偏光とは異なる第２の偏光での同じ波長帯域は、カップリングせずに１つまたは複数の導波路層を通過することができる。本技術の態様によれば、光の波長帯域の偏光は、合った導波路中へとカップリングする一方で、他の合っていない導波路を通過するように制御される。このように、波長帯域λ１が導波路１４０１中へとカップリングするように整合される図６の例では、その偏光は、導波路１４０１内でカップリングする前に導波路１４０２〜１４０４を通過するように制御される。
【００３３】
[0045]ここで図７を参照して、回折格子１４４、１４８上に入射する光の偏光は、入射面Ｐｉに関係する電場および磁場の向きによって規定されることが可能である。面Ｐｉは、照明源からの伝播ベクトル、ＰＶ、および格子垂直ベクトル、ＧＮ、によって規定されることが可能である。ベクトルＰＶは、導波路１４４、１４８上の光のｋ−ベクトルの投影である。格子ベクトル、ＧＶ、は、格子線の向きを規定する格子１４４、１４８の面内のベクトルである。本明細書において使用されるように、「状態Ｅ」という用語は、格子ベクトル、ＧＶ、に沿った波長帯域の電場成分がゼロである偏光の状態を呼ぶ。本明細書において使用されるように、「状態Ｍ」という用語は、格子ベクトル、ＧＶ、に沿った磁場成分がゼロである偏光の状態を呼ぶ。
【００３４】
[0046]下記に説明する例では、さまざまな導波路１４０内の回折格子上に入射する波長帯域の偏光は、状態Ｅと状態Ｍとの間で変化するように制御される。実施形態では、回折格子上に入射する状態Ｍの偏光した波長帯域は、その回折格子を通過するが、回折格子上に入射する状態Ｅの偏光した波長帯域は、その回折格子を含む導波路中へとカップリングする。
【００３５】
[0047]下記の例が偏光された光の状態Ｅの状態および状態Ｍの状態を制御することに関して現在の技術を説明するが、第１の偏光状態では、波長帯域はある導波路を通過するが、第２の偏光状態では、波長帯域はその導波路にカップリングするように、他の偏光状態が使用され得ることが理解される。さらなる第１の偏光状態および第２の偏光状態の一例は、導波路１４０を通過する波長の左偏光および右偏光である。その上に、下記が２つの状態のうちの１つの状態である偏光された光を説明するが、偏光された光が２つよりも多くの状態を占め得ることが想定される。そのような実施形態では、少なくとも１つの状態は、導波路内でカップリングする一方で、少なくとも１つの他の状態は、カップリングせずに通過する。
【００３６】
[0048]例の実施形態が、図８〜図９を参照してここに説明され、これらの図は、２つの導波路１４０から構成される光学素子１１５を図示する。下記に説明される図１２は、光学素子１１５がｎ個の導波路から構成されることが可能である実施形態の一例を図示し、ここでは、ｎは、導波路のさまざまな数であり得る。第１の実施形態が、図８および図１０の流れ図を参照してここに説明される。図８は、一対の導波路１４０１および１４０２を示す。光λ１およびλ２の別々の波長帯域が、マイクロディスプレイ１２０から放出され、ステップ３００においてレンズ１２２を介してコリメートされる。導波路は、マイクロディスプレイ１２０からの光が最初に導波路１４０２中へとそして次に導波路１４０１中へと進むように配置される。
【００３７】
[0049]導波路１４０１および１４０２は、マイクロディスプレイ１２０から放出される２つの異なる波長帯域λ１およびλ２にそれぞれ整合されることが可能である。一例として、導波路１４０１は、赤色光に調整されることが可能であり、導波路１４０２は、青色および緑色光に調整されることが可能である。導波路１４０１および１４０２は、さらなる実施形態では、可視光の１つまたは複数の波長の他の波長帯域に整合されてもよいことが理解される。
【００３８】
[0050]マイクロディスプレイ１２０から放出された光は、この実施形態では偏光されていない光または状態Ｅに偏光されることが可能である。第１の導波路１４０２へと入る前に、両方の波長帯域λ１およびλ２は、偏光状態生成器（ＰＳＧ）１６０を通過する。ＰＳＧ１６０（同様に、下記に記述される複数のＰＳＧ）は、特定の波長帯域の位相を２つの垂直な偏光状態の間でシフトさせる一方で、他の波長の光に影響を与えないままにすることが可能な、例えば波長板または偏光リターダーなどの既知の偏光状態生成器であってもよい。
【００３９】
[0051]ＰＳＧ１６０は、導波路１４０２内の基板１５０の回折格子１４４の前の光学素子１１５内に張り付けられることが可能な複屈折材料の薄い板として形成されることがある。回折格子が透過型である場合には、ＰＳＧ１６０は、導波路１４０２の回折格子１４４の前に、導波路１４０２の基板１５０の中に組み込まれ得ることが可能である。ＰＳＧ１６０（同様に、下記に記述される複数のＰＳＧ）は、導波路１４０と同じフットプリントを有することができるが、実施形態では小さいことも大きいこともあり得る。小さい場合には、ＰＳＧ１６０は、少なくとも入口回折格子１４４の上に重なることができる。ＰＳＧ１６０は、例えば、ポリマー膜リターダー、複屈折結晶リターダー、液晶リターダー、またはこれらの組み合わせから形成されてもよい。ＰＳＧ１６０は、さらなる実施形態では別の材料から形成されてもよい。ＰＳＧ１６０（同様に、下記に記述される複数のＰＳＧ）は、例えば、Ｍｅａｄｏｗｌａｒｋ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｉｎｃ．，Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ，ＣＯ，ＵＳＡによって製造されることがある。
【００４０】
[0052]ＰＳＧ１６０は、ステップ３０４において、状態Ｅから状態Ｍへと波長帯域λ１の偏光を変えるように構成されることが可能である。ＰＳＧ１６０は、波長帯域λ１の強度および方向を影響を受けないままにすることができる。ＰＳＧ１６０はやはり、波長帯域λ２の偏光、強度および方向を影響を受けないままにすることができ、波長帯域λ２がほとんど変化せずにまたは変化せずに真っ直ぐ通過することを可能にする。
【００４１】
[0053]上記のように、実施形態では、マイクロディスプレイ１２０からの個別の波長は、偏光されないことがある。そのような実施形態では、ＰＳＧ１６０は、上に説明したように波長帯域λ１を状態Ｍに変調することができ、第２のＰＳＧ（図示せず）は、波長帯域λ２を状態Ｅに変調することができる。
【００４２】
[0054]上記のように、状態Ｅの偏光された光は、導波路１４０中へとカップリングすることが可能であり、そこでは状態Ｍの偏光された光は、カップリングしない（またはより少ない程度しかカップリングしない）ことがある。このように、ＰＳＧ１６０を介した状態変更の後では、状態Ｅの偏光した波長帯域λ２は、ステップ３０８において導波路１４０２内でカップリングし、ここでは波長帯域λ２が取り込まれ、アイボックス１３０へと導波路１４０２の外に伝達される。
【００４３】
[0055]状態Ｍに偏光されると、波長帯域λ１は、カップリングまたは減衰せずに導波路１４０１を実質的にまたは完全に通過する。導波路１４０１内での波長帯域λ１のカップリングを可能にするために、波長帯域λ１は、導波路１４０１を出た後でかつ導波路１４０２中へと入る前に、第２のＰＳＧ１６２を通過する。
【００４４】
[0056]ＰＳＧ１６２は、ＰＳＧ１６０と同じ材料で形成されてもよいが、ステップ３１０において波長帯域λ１の偏光を状態Ｍから状態Ｅへと変調するように構成される。ＰＳＧ１６２は、光学素子１１５内に、導波路１４０１および１４０２の間に挟まれて形成されることが可能である。あるいは、ＰＳＧ１６２は、導波路１４０２の基板１５０内で回折格子１４４の後にまたは導波路１４０１の基板１５０内で回折格子１４４の前に形成されてもよい。
【００４５】
[0057]ＰＳＧ１６２を介した位相変更の後で、波長帯域λ１は、ステップ３１４において導波路１４０１中へとカップリングすることができ、そこでは上に説明したように波長帯域λ１が取り込まれ、アイボックス１３０へと導波路１４０１の外に伝達される。このようにして、異なる波長の光は、導波路１４０を使用してマイクロディスプレイ１２０から伝達されることが可能である一方で、光学素子１１５を通って伝達される波長の色品質を維持することができる。
【００４６】
[0058]さらなる実施形態が、図９および図１１の流れ図を参照してここで説明される。光の個々の波長は、マイクロディスプレイ１２０から放出され、ステップ３２０においてレンズ１２２を介してコリメートされる。コリメートされた光は、次に最初に導波路１４０２へと入る。導波路１４０２および１４０１は、上に記述したようにマイクロディスプレイ１２０から放出された個々の波長に対応する２つの異なる波長帯域、λ１およびλ２、に対して最適化されることが可能である。マイクロディスプレイ１２０から放出されるすべての波長の光は、この実施形態では偏光されていないまたは状態Ｍに偏光されることが可能である。第１の導波路１４０２へと入る前に、両方の波長帯域λ１およびλ２は、ＰＳＧ１６６を通過する。
【００４７】
[0059]ＰＳＧ１６６は、ＰＳＧ１６０と同じ材料およびサイズで形成されてもよいが、ステップ３２４において波長帯域λ２の偏光を状態Ｍから状態Ｅへと変えるように構成される。ＰＳＧ１６６は、波長帯域λ２の強度および方向を影響を受けないままにすることができる。ＰＳＧ１６６はまた、波長帯域λ１の偏光、強度および方向を影響を受けないままにすることができ、波長帯域λ１が変化せずに真っ直ぐ通過することを可能にする。
【００４８】
[0060]マイクロディスプレイ１２０からの光が偏光されていない場合には、ＰＳＧ１６６は、上に説明したように波長帯域λ２を状態Ｅに変調することができ、第２のＰＳＧ（図示せず）は、波長帯域λ１を状態Ｍに変調することができる。
【００４９】
[0061]ＰＳＧ１６６を介した状態変更の後で、状態Ｅの偏光した波長帯域λ２は、導波路１４０２内でカップリングし、ここでは波長帯域λ２が上に説明したように取り込まれ、アイボックス１３０へと導波路１４０２の外へ後方に伝達される。
【００５０】
[0062]状態Ｍに偏光されると、波長帯域λ１は、カップリングまたは減衰せずに導波路１４０１を実質的にまたは完全に通過する。導波路１４０１内での波長帯域λ１のカップリングを可能にするために、波長帯域λ１は、導波路１４０１を出た後でかつ導波路１４０２中へと入る前に、第２のＰＳＧ１６８を通過する。ＰＳＧ１６８は、図８中のＰＳＧ１６２と同じであってもよく、ステップ３３４において波長帯域λ１を状態Ｍから状態Ｅへとやはり変調することができる。その後で、波長帯域λ１は、ステップ３３８において導波路１４０１中へとカップリングすることができ、そこでは上に説明したように波長帯域λ１が取り込まれ、アイボックス１３０へと導波路１４０１の外へ後方に伝達される。
【００５１】
[0063]導波路の前および導波路間にはさまれたＰＳＧのシステムを使用すると、多数の波長帯域は、上に説明したように偏光されることが可能であり、その結果、合わない導波路を通過し、合った導波路内で全部またはほぼ全部の強度をカップリングする。ＰＳＧのシステムは、合わない導波路に近づく波長帯域の偏光が、既に状態Ｍの状態であるようにすることができ、したがって波長帯域が影響を受けずに合わない導波路を通過することになる。あるいは、合わない導波路に近づく波長帯域の偏光は、状態Ｅの状態であることがあり、その結果、波長帯域は、状態Ｍに変調させるためにＰＳＧを通過し、ここでは波長帯域は、その後、影響を受けずに合わない導波路を通過することができる。その波長帯域は、その後、合った導波路に達するまで、状態Ｍの状態に留まることができ、合った導波路に達した時点で、波長帯域は、状態Ｅに波長帯域を変調させるためにＰＳＧを通過し、その結果、波長帯域は、合った導波路中へとカップリングすることができる。
【００５２】
[0064]ｎ個の波長帯域および導波路を含む例が、図１３に関連して示され、ここで説明される。図１３の例は、ｎが４以上である波長帯域および導波路を示すが、さらなる例はまた、３つの波長帯域および導波路を含むことができる。
【００５３】
[0065]個々の波長帯域λ１、λ２、λ３、．．．およびλｎは、マイクロディスプレイ１２０から放出され、レンズ１２２を介してコリメートされる。一例では、マイクロディスプレイ１２０からの光のすべての波長は、状態Ｍに偏光されることが可能である。この事例では、この実施形態は、λ１の偏光を状態Ｅに変調する一方で残りの波長帯域を状態Ｍに偏光したままにするように構成された、上に説明したようなＰＳＧ１７０１を含むことができる。さらなる実施形態では、マイクロディスプレイ１２０から放出された波長帯域は、別の偏光を有することがある、または偏光しないことがある。これらのさらなる実施形態では、１つまたは複数のＰＳＧが、導波路１４０１の前に（またはこの中に一体化されて）設置されることがあり、その結果、１つまたは複数のＰＳＧを通過し、導波路１４０１の入口回折格子１４４に入った後で、波長帯域λ１は、状態Ｅに偏光され、波長帯域λ２からλｎは状態Ｍに偏光される。
【００５４】
[0066]状態Ｅの偏光された波長帯域λ１は、次に、導波路１４０１中へとカップリングすることができ、ここでは波長帯域λ１が上に説明したように取り込まれ、アイボックス１３０へと導波路１４０１の外へ後方に伝達される。状態Ｍに偏光されると、残りの波長帯域λ２からλｎは、カップリングまたは減衰せずに実質的にまたは完全に導波路１４０１を通過する。
【００５５】
[0067]次に、残りの波長帯域λ２からλｎは、第２のＰＳＧ１７０２を通過し、これは波長帯域λ２を状態Ｅへと変調する一方で、残りの波長帯域λ３からλｎを実質的にまたは完全に影響を受けないままにする。
【００５６】
[0068]状態Ｅの偏光された波長帯域λ２は、次に導波路１４０２中へとカップリングすることができ、ここでは波長帯域λ２が上に説明したように取り込まれ、アイボックス１３０へと導波路１４０２の外へ後方に伝達される。状態Ｍに偏光されると、残りの波長帯域λ３からλｎは、カップリングまたは減衰せずに実質的にまたは完全に導波路１４０２を通過する。
【００５７】
[0069]このプロセスは、残りの導波路の各々について繰り返される。それぞれの波長帯域は、合った導波路に到達するまで合わない導波路を通過するように偏光されることが可能であり、合った導波路に到達する時点で、波長帯域は、合った導波路中へとカップリングするように偏光されることが可能である。最後の波長帯域λｎは、導波路１４０ｎに到達するまで導波路１４０１から１４０ｎ−１のすべてを通過する。導波路１４０ｎを通過する前に、波長帯域λｎは、ＰＳＧ１７０ｎを通過し、導波路１４０ｎ中へと次にカップリングできる状態へと偏光される。
【００５８】
[0070]ＰＳＧの他の構成が与えられることが可能であり、その結果、ある導波路に合った波長帯域が、その導波路とカップリングするように偏光される一方で、すべての他の波長帯域が、その導波路を通過するように偏光されることが理解される。このようにして、異なる波長の光が、導波路および上に説明したＰＳＧを使用して光学素子１１５を介して伝達されることが可能である一方で、光学素子１１５を介して伝達されるすべての波長の色品質を維持する。
【００５９】
[0071]遠位の導波路内でカップリングし出た後で、波長帯域は、アイボックス１３０への途中でより近い導波路の各々を通過する。図４に関連して上に説明したように、各導波路１４０は、導波路内に既にある光を導波路の外へとカップリングする出口回折格子（１４８）を含む。出口格子１４８は、より遠位の導波路から戻る入射波長帯域がカップリングせずにほとんどまたは完全に真っ直ぐに通過することを可能にすることができる。しかしながら、より遠位の導波路からの光線がアイボックス１３０への途中でより近い導波路中へと少なくとも部分的にカップリングすることが起きることがある。
【００６０】
[0072]それ故に、さらなる実施形態では、それぞれの導波路内でのマイクロディスプレイ１２０からの光のカップリングを制御するために入口回折格子１４４を覆ってＰＳＧを設けることに加えて、ＰＳＧがやはり、出口回折格子１４８を覆って設けられることがある。出口格子ＰＳＧは、遠位の導波路からの光がアイボックス１３０へと進むにつれて、より近い導波路内でカップリングすることを防止する。１つのそのような例が、図１３に示される。この例では、波長帯域λ１からλｎは、それらの合った導波路へとカップリングする一方で、上に説明したように合わない導波路を通過する。波長帯域が合った導波路を出ると、その偏光は、例えば、状態Ｅから状態ＭへとＰＳＧ１８０１から１８０ｎのうちの１つによって再び切り替えられることが可能であり、その結果、波長帯域はその後、カップリングせずにより近い導波路を通過する。この例では、アイボックスの前の最後のＰＳＧ、ＰＳＧ１８０１、は、アイボックス１３０を介してユーザーの眼１３２への提示のために望まれるようにさまざまな方式で波長帯域λ１からλｎを偏光させることができる。
【００６１】
[0073]上に説明した実施形態のいくつかでは、状態Ｅの偏光された波長は、それらの合った導波路内でカップリングするように説明されてきている一方で、状態Ｍの偏光された波長は、弱められずに合わない導波路を通過する。しかしながら、完全なカップリング／完全な通過の代わりに、両方の状態Ｅおよび状態Ｍの偏光された波長は、これらの波長が導波路に入射すると、導波路中へと部分的にカップリングすることがある。しかしながら、上に説明したようにＰＳＧの使用を介して、状態Ｅの偏光された波長のカップリング効率は、状態Ｍの偏光された波長のカップリング効率と比較して大きくされることが可能である。
【００６２】
[0074]この一例が図１４から図１６に記述される。図１４および図１５は、それぞれ、一対の導波路１４０１および１４０２の上に入射する波長帯域λの端面図を示す。波長帯域λは、導波路１４０２に整合されるが、最初に導波路１４０１を通過する。図１５では波長帯域の偏光がＰＳＧ１６０を使用して制御され、図１４ではＰＳＧが使用されないことを除いて、図１４および図１５は互いに同じである。
【００６３】
[0075]図１４では、入ってくる波長帯域は、入射角θ１で合っていない導波路１４０１内の回折格子１４４上に入射する。制御されていない波長帯域は、状態Ｅの偏光を有することができ、その結果、部分λ１ｃが導波路１４０１中へとカップリングする。第２の部分λ１ｍは、２次の回折で回折される（図示しない、さらなる格子次数回折があり得る）。残りの部分λ１ｔは、導波路１４０１を通り伝達され、合った導波路１４０２に入る。波長帯域λの比較的大きな成分が導波路１４０１内でカップリングしたので、小さな部分λ２ｃが導波路１４０２へとカップリングするように残される。
【００６４】
[0076]反対に、図１５では、同じ波長帯域λは、（例えば、図示しないＰＳＧによって）導波路１４０１に入る前に状態Ｍに設定された偏光を有する。示したように、波長帯域の比較的小さな部分λ１ｃが導波路１４０１中へとカップリングする。それゆえ、導波路１４０１を通り伝達する部分λ１ｔは大きい。導波路１４０１および１４０２の間では、波長帯域の偏光は、ＰＳＧ１６０によって状態Ｍから状態Ｅへと変化する。状態Ｅの偏光された波長λは、その結果として、合った導波路１４０２内でカップリングする比較的大きな部分λ２ｃを有する。
【００６５】
[0077]図１６は、カップリング効率対入射のインカップリング角のグラフである。カップリング効率はここでは、光源から放出された波長帯域の強度と合った導波路内でカップリングした波長の強度との比（０と１との間の数として表現される）として定義される。この例は、導波路１４０２に合った図１４および図１５に示された波長帯域として赤色光（６５０ｎｍ）を使用する。グラフはまた、緑色光（５４０ｎｍ）の第２の波長帯域を示す。緑色波長帯域は、図１４および図１５には示されないが、第１の導波路１４０１に整合されその中でカップリングする。第１の導波路１４０１用の回折格子１４４１に関する格子間隔は、４５０ｎｍであり、第２の導波路１４０２用の回折格子１４４２の格子間隔は、５５０ｎｍである。
【００６６】
[0078]図１６のグラフに見られるように、緑色波長帯域の曲線１８４は、緑色波長がいずれかの他の導波路を通って進むことを必要とせずに合った導波路中へとカップリングするという事実のおかげで、９０％を超える最高のカップリング効率を示す。上記のように、本技術にしたがって制御された偏光を使用して導波路にカップリングされた図１５の赤色波長帯域の曲線１８６は、約８８％のカップリング効率を示す。制御された偏光を用いない図１４の赤色波長帯域の曲線１８８は、より低いカップリング効率、７０％未満、を示す。したがって、上記のように、本技術のＰＳＧは、合っていない導波路中への光のカップリングを妨げ、合った導波路中への光のカップリングを容易にすることが可能である。
【００６７】
[0079]主題が、構造的な特徴および／または方法論的な行為に特有な言い回しで説明されたが、別記の特許請求の範囲に規定された主題が、上に記述した具体的な特徴または行為に必ずしも限定される必要がないことが理解される。むしろ、上に記述した具体的な特徴および行為は、特許請求の範囲を実装する例の形態として開示される。本発明の範囲は、別記の特許請求の範囲によって規定されるものとする。
【符号の説明】
【００６８】
２  頭部装着型ＮＥＤユニット
４  プロセシングユニット
１０  複合現実感システム
１２  ハブコンピューティングデバイス
１６  視聴覚装置
１８  ユーザー
２０  キャプチャーデバイス
２１  仮想画像
２５  スピーカー
２７  実在オブジェクト
１０２  つる
１０４  ノーズブリッジ
１１５  光学素子
１１６  シースルーレンズ
１１８  シースルーレンズ
１２０  マイクロディスプレイ
１２２  レンズ
１３０  アイボックス
１３２  目
１４０  導波路
１４２  矢印
１４４  入口回折格子
１４８  出口回折格子
１５４  表面レリーフ格子
１６０  ＰＳＧ
１６２  ＰＳＧ
１６６  ＰＳＧ
１６８  ＰＳＧ
１７０  ＰＳＧ
１８０  ＰＳＧ
１８４  緑色波長帯域の曲線
１８６  図１５の赤色波長帯域の曲線
１８８  図１４の赤色波長帯域の曲線
ｎ１  入射媒体の屈折率
ｎ２  導波路の屈折率
ｐ  格子周期
λ１  波長帯域
λ２  波長帯域
θ１  入射角
θ２  回折角
ＧＮ  格子垂直ベクトル
ＧＶ  格子ベクトル
Ｐｉ  入射面
ＰＶ  伝播ベクトル
【図１】
2015118273.tif 000003
【図２】
2015118273.tif 000004
【図３】
2015118273.tif 000005
【図４】
2015118273.tif 000006
【図５】
2015118273.tif 000007
【図６】
2015118273.tif 000008
【図７】
2015118273.tif 000009
【図８】
2015118273.tif 000010
【図９】
2015118273.tif 000011
【図１０】
2015118273.tif 000012
【図１１】
2015118273.tif 000013
【図１２】
2015118273.tif 000014
【図１３】
2015118273.tif 000015
【図１４】
2015118273.tif 000016
【図１５】
2015118273.tif 000017
【図１６】
2015118273.tif 000018
【外国語明細書】
2015118273000001.pdf