(57)【要約】  多層格子は、複数の層を含む回折格子である。この複数の層は、二次元格子を形成するよう配置されており、少なくとも第１のパターニングされた層と第２のパターニングされた層とを含む。第１のパターニングされた層は、第１のパターニングされた層が第１屈折率プロファイルを有するように第１のパターンに配置されている、複数の異なる材料を含む。第２のパターニングされた層は、第２のパターニングされた層が第１屈折率プロファイルとは逆の第２屈折率プロファイルを有するように第２のパターンに配置されている、複数の異なる材料を含む。第１のパターニングされた層と第２のパターニングされた層に入射する環境光はそれぞれ、第１回折光線と第２回折光線を生成し、第１回折光線と第２回折光線とは、逆屈折率プロファイルに部分的に基づいて互いに破壊的に干渉し合う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路本体であって、光が前記導波路本体内を伝搬するにつれて、少なくとも１つの次元において、受光した画像光を拡大するよう構成された、導波路本体と、
画像光を前記導波路本体内にインカップリングするよう構成された入力格子と、
２次元格子を形成するよう配置された複数の層を備える多層格子であって、前記複数の層が、少なくとも第１のパターニングされた層と第２のパターニングされた層とを含み、前記第１のパターニングされた層は、前記第１のパターニングされた層が第１屈折率プロファイルを有するように第１のパターンに配置されている、複数の異なる材料を含み、前記第２のパターニングされた層は、前記第２のパターニングされた層が前記第１屈折率プロファイルとは逆の第２屈折率プロファイルを有するように第２のパターンに配置されている、複数の異なる材料を含み、拡大された前記画像光の第１部分をアイボックスに出力するよう構成されている、多層格子とを備える、
導波路であって、
前記第１のパターニングされた層と前記第２のパターニングされた層に入射する環境光はそれぞれ、第１回折光線と第２回折光線を生成し、前記第１回折光線と前記第２回折光線とは、逆屈折率プロファイルに部分的に基づいて互いに破壊的に干渉し合う、
導波路。
【請求項２】
前記第１のパターニングされた層は、第１次元において交互になった第１材料と第２材料の複数のインスタンスで構成され、
前記第２のパターニングされた層は、前記第１次元において交互になった前記第１材料と前記第２材料の複数のインスタンスで構成されており、前記第２のパターニングされた層内の前記第１材料の各インスタンスは、前記第１のパターニングされた層内の前記第２材料の対応するインスタンスと位置合わせされ、前記第２のパターニングされた層内の前記第２材料の各インスタンスは、前記第１のパターニングされた層内の前記第１材料の対応するインスタンスと位置合わせされている、請求項１に記載の導波路。
【請求項３】
前記複数の層が、複数の構造物であって、各構造物が隣接する構造物から少なくとも閾値距離だけ分離されている、複数の構造物を形成する、請求項２に記載の導波路。
【請求項４】
前記複数の構造物の各構造物が、円形断面を有する柱状体、円形断面を有する角形柱状体、及び球状からなる群から選択された形状を有する、請求項３に記載の導波路。
【請求項５】
前記第１のパターニングされた層は、第１次元及び前記第１次元に対して直角な第２次元において交互になった第１材料と第２材料の複数のインスタンスで構成され、
前記第２のパターニングされた層は、前記第１次元及び前記第２次元において交互になった前記第１材料と前記第２材料の複数のインスタンスで構成されており、前記第２のパターニングされた層内の前記第１材料の各インスタンスは、前記第１のパターニングされた層内の前記第２材料の対応するインスタンスと位置合わせされ、前記第２のパターニングされた層内の前記第２材料の各インスタンスは、前記第１のパターニングされた層内の前記第１材料の対応するインスタンスと位置合わせされている、請求項１に記載の導波路。
【請求項６】
前記複数の層が少なくとも１つのスペーサ層を含む、請求項１に記載の導波路。
【請求項７】
前記スペーサ層が光フィルタである、請求項６に記載の導波路。
【請求項８】
前記多層格子が非直交の格子ベクトルを有する、請求項１に記載の導波路。
【請求項９】
前記第１回折光線及び前記第２回折光線が第１の負の回折次数に対応する、請求項１に記載の導波路。
【請求項１０】
ニアアイディスプレイの一構成要素である、請求項１に記載の導波路。
【請求項１１】
少なくとも部分的にコヒーレントな画像光を放出するよう構成された光源アセンブリと、
出力導波路であって、
少なくとも１つの次元において前記画像光を拡大するよう構成された導波路本体、
前記画像光を前記導波路本体内にインカップリングするよう構成された入力格子、及び
２次元格子を形成するよう配置された複数の層を備える多層格子であって、前記複数の層が、少なくとも第１のパターニングされた層と第２のパターニングされた層とを含み、前記第１のパターニングされた層は、前記第１のパターニングされた層が第１屈折率プロファイルを有するように第１のパターンに配置されている、複数の異なる材料を含み、前記第２のパターニングされた層は、前記第２のパターニングされた層が前記第１屈折率プロファイルとは逆の第２屈折率プロファイルを有するように第２のパターンに配置されている、複数の異なる材料を含み、拡大された前記画像光の第１部分をアイボックスに出力するよう構成されている、多層格子を備える、出力導波路とを備える、
ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）であって、
前記第１のパターニングされた層と前記第２のパターニングされた層に入射する環境光はそれぞれ、第１回折光線と第２回折光線を生成し、前記第１回折光線と前記第２回折光線とは、逆屈折率プロファイルに部分的に基づいて互いに破壊的に干渉し合う、
ＮＥＤ。
【請求項１２】
前記第１のパターニングされた層は、第１次元及び前記第１次元に対して直角な第２次元において交互になった第１材料と第２材料の複数のインスタンスで構成され、
前記第２のパターニングされた層は、前記第１次元及び前記第２次元において交互になった前記第１材料と前記第２材料の複数のインスタンスで構成されており、前記第２のパターニングされた層内の前記第１材料の各インスタンスは、前記第１のパターニングされた層内の前記第２材料の対応するインスタンスと位置合わせされ、前記第２のパターニングされた層内の前記第２材料の各インスタンスは、前記第１のパターニングされた層内の前記第１材料の対応するインスタンスと位置合わせされている、請求項１１に記載のＮＥＤ。
【請求項１３】
前記複数の層が、複数の構造物であって、各構造物が隣接する構造物から少なくとも閾値距離だけ分離されている、複数の構造物を形成する、請求項１２に記載のＮＥＤ。
【請求項１４】
前記複数の構造物の各構造物が、円形断面を有する柱状体、円形断面を有する角形柱状体、及び球状からなる群から選択された形状を有する、請求項１３に記載のＮＥＤ。
【請求項１５】
前記複数の層が少なくとも１つのスペーサ層を含む、請求項１１に記載のＮＥＤ。
【請求項１６】
前記スペーサ層が光フィルタである、請求項１５に記載のＮＥＤ。
【請求項１７】
前記多層格子が非直交の格子ベクトルを有する、請求項１１に記載のＮＥＤ。
【請求項１８】
前記第１回折光線及び前記第２回折光線が第１の負の回折次数に対応する、請求項１１に記載のＮＥＤ。
【請求項１９】
前記入力格子が第３の層及び第４の層で構成されており、前記第３の層は、前記第３の層が第３屈折率プロファイルを有するように第３のパターンに配置されている、複数の異なる材料を含み、前記第４の層は、前記第４の層が前記第３屈折率プロファイルとは逆の第４屈折率プロファイルを有するように第４のパターンに配置されている、複数の異なる材料を含む、請求項１１に記載のＮＥＤ。
【請求項２０】
前記第３の層は、第１次元において交互になった第１材料と第２材料の複数のインスタンスで構成され、
前記第４の層は、前記第１次元において交互になった前記第１材料と前記第２材料の複数のインスタンスで構成されており、前記第２のパターニングされた層内の前記第１材料の各インスタンスは、前記第１のパターニングされた層内の前記第２材料の対応するインスタンスと位置合わせされ、前記第２のパターニングされた層内の前記第２材料の各インスタンスは、前記第１のパターニングされた層内の前記第１材料の対応するインスタンスと位置合わせされている、請求項１９に記載のＮＥＤ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本開示は、概してニアアイディスプレイシステムに関し、より具体的には、導波路ディスプレイにおけるレインボー低減に関する。
【０００２】
ニアアイディスプレイは、ユーザの目に画像を直接投影する。従来型のニアアイディスプレイ（特に回折光学系を使用するもの）についての問題の１つは、迷光（すなわち、ユーザの視野外にある環境光の一部分）がユーザの視野内にインカップリング（ｉｎｃｏｕｐｌｉｎｇ）することである。迷光はユーザの視野外で発生したものでありうるが、回折光学系は、この迷光をユーザの視野内に散乱及び／又は回折させるように作用しうる。これは、ユーザには虹のように見えうるため、「レインボー効果（ｒａｉｎｂｏｗ  ｅｆｆｅｃｔ）」と称されている。レインボー効果は、拡張現実及び／又は混合現実の体験にとって有害となりうる。
【発明の概要】
【０００３】
多層格子はレインボー低減のための回析格子である。この多層格子は、２次元格子を形成するよう配置された複数の層を含む。複数の層は、少なくとも第１のパターニングされた層と第２のパターニングされた層とを含む。第１のパターニングされた層は複数の異なる材料を含み、これらの材料は、第１のパターニングされた層が第１屈折率（ｉｎｄｅｘ）プロファイルを有するように第１のパターンに配置される。第２のパターニングされた層は複数の異なる材料を含み、これらの材料は、第２のパターニングされた層が、第１屈折率プロファイルとは逆の第２屈折率プロファイルを有するように、第２のパターンに配置される。第１のパターニングされた層と第２のパターニングされた層に入射する環境光はそれぞれ、第１回折光線と第２回折光線（例えば１次光線）とを生成し、第１回折光線と第２回折光線とは、逆屈折率プロファイルに部分的に基づいて互いに破壊的に干渉し合うことによって、レインボー効果を低減する。
【０００４】
多層格子は導波路に連結されうる。導波路は、導波路本体、入力格子、及び多層格子を含む。導波路本体は、光が導波路本体内で伝搬するにつれて、少なくとも１つの次元で、受光した画像光を拡大する。入力格子は、画像光を導波路本体内にインカップリングするよう構成される。多層格子は、拡大された画像光の第１部分をアイボックスに出力するよう構成されており、第１のパターニングされた層と第２のパターニングされた層に入射する環境光はそれぞれ、第１回折光線と第２回折光線とを生成する。第１回折光線と第２回折光線とは、逆屈折率プロファイルに部分的に基づいて、互いに破壊的に干渉し合う。この破壊的な干渉は、レインボー効果を軽減するよう作用する。
【０００５】
一部の実施形態では、導波路はニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）の一部でありうる。ＮＥＤは、ユーザにメディアを提示するために使用される。ＮＥＤは、人工現実システムの一部でありうる。ＮＥＤは、光源アセンブリと導波路とを含む。この光源アセンブリは、少なくとも部分的にコヒーレントな画像光を放出するよう構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一又は複数の実施形態による、導波路の断面を示す。
【図２】一又は複数の実施形態による、多層格子の一部分の断面を示す。
【図３Ａ】一又は複数の実施形態による、二次元パターンを有する多層格子の一部分を示す。
【図３Ｂ】一又は複数の実施形態による、柱状体構成の二次元パターンを有する多層格子の一部分を示す。
【図４】一又は複数の実施形態による、二次元パターン及び非直交の格子ベクトルを有する多層格子の一部分の上面図を示す。
【図５】一又は複数の実施形態による、二次元パターン及び複数のスペーサ層を有する多層格子の一部分の側面図を示す。
【図６】一又は複数の実施形態による、多層格子を作製するための製造システムのブロック図である。
【図７】一又は複数の実施形態による、図６の製造システムによって実施される多層格子素子を作製するプロセスを示すフロー図である。
【図８Ａ】一又は複数の実施形態による、図６の製造システムによって多層格子素子を作り出すプロセスを示す。
【図８Ｂ】一又は複数の実施形態による、図６の製造システムによって一又は複数のスペーサ層を有する多層格子素子を作り出すプロセスを示す。
【図９】一又は複数の実施形態による、多層格子を有するニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）の図である。
【図１０】一実施形態による、導波路ディスプレイの等角図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図は、例示のみを目的として、本開示の実施形態を示している。以下の記載から、本書に記載の開示の原理（又は喧伝されている利益）から逸脱することなく、本書で例示している構造及び方法の代替的な実施形態が用いられうることが、当業者には容易に理解されよう。
【０００８】
本開示の実施形態は、人工現実システムを含みうるか、又は人工現実システムと共に実装されうる。 人工現実は、ユーザに提示される前に何らかの方式で調整された現実の一形態であり、例えば、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、混合現実（ＭＲ）、ハイブリッド現実、又はこれらの何らかの組み合わせ及び／若しくは派生物を含みうる。 人工現実コンテンツは、完全に生成されたコンテンツ、又は捕捉された（例えば現実世界の）コンテンツと組み合わされて生成されたコンテンツを含みうる。 人工現実コンテンツは、ビデオ、音声、触覚フィードバック、又はこれらの何らかの組み合わせを含んでよく、これらのうちのいずれも、単一のチャネル若しくは複数のチャネル（視聴者に三次元効果をもたらすステレオビデオなど）において提示されうる。 更に、一部の実施形態では、人工現実は、例えば人工現実のコンテンツを作成するために使用され、かつ／さもなければ、人工現実において別様に使用される（例えば人工現実においてアクティビティを実施する）アプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、又はこれらの何らかの組み合わせに、関連付けられることもある。 人工現実コンテンツを提供する人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続された頭部装着ディスプレイ（ＨＭＤ）、独立型のＨＭＤ、モバイルデバイス若しくは演算システム、又は、一又は複数の視聴者に人工現実コンテンツを提供することが可能な他の任意のハードウェアプラットフォームを含む、様々なプラットフォームで実装されうる。
【０００９】
多層格子はレインボー低減のための回析格子である。この多層格子は、２次元回折格子を形成するよう配置された、複数のパターニングされた層を含む。パターニングされた層の各々は、隣接するパターニングされた層と並進対称であり、かつ、少なくとも１つの次元において、隣接するパターニングされた層から半パターン周期だけずれたパターンを有する。したがって、パターニングされた層の各々は、隣接するパターニングされた層の屈折率プロファイルと同一であるがそれとは逆の、屈折率プロファイルを有する。隣接する屈折率プロファイルにおけるこの関係は、別々のパターニングされた層によって生じる一又は複数の非ゼロ回折次数が、互いに破壊的に干渉し合うことを可能にし、これにより、レインボー効果が軽減される。更に、隣接する屈折率プロファイル間の関係が１を上回る数の次元で発生しうるので、多層格子により、複数次元におけるレインボー効果の軽減が可能になる。
【００１０】
一部の実施形態では、多層格子は導波路の一部である。また、一部の実施形態では、導波路はニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）の一部でありうる。ＮＥＤは、ユーザにメディアを提示するために使用される。ＮＥＤは、人工現実システムの一部でありうる。ＮＥＤは、光源アセンブリと導波路とを含む。この光源アセンブリは、少なくとも部分的にコヒーレントな画像光を放出するよう構成される。
【００１１】
図１は、一又は複数の実施形態による、導波路１０５の断面１００を示している。一部の実施形態では、図９及び図１０を参照して後述するように、導波路１０５は、（例えば、ディスプレイの出力導波路の一部としての）ニアアイディスプレイの一構成要素である。代替的な実施形態では、導波路１０５は、その他の何らかのＮＥＤの一部、又は表示画像光を特定の場所に導く他のシステムの一部である。導波路１０５は、インカップリング素子１１０と、導波路本体１２０と、多層格子１３０とを含む。
【００１２】
インカップリング素子１１０は、光１４０を導波路本体１２０内にインカップリングする。インカップリング素子１１０は、例えば回折格子、ホログラフィック格子、一又は複数の階段状リフレクタ、一又は複数のプリズム表面要素、ホログラフィックリフレクタのアレイ、多層格子（多層格子１３０に類似したもの）、及びこれらの何らかの組み合わせでありうる。例えば、インカップリング素子１１０が回折格子の一種である実施形態では、全内反射が発生し、かつ画像光１４０が導波路本体１２０内で内部伝播するように、回折格子のピッチが選択される。例えば、回折格子のピッチは３００ｎｍから６００ｎｍの範囲内でありうる。
【００１３】
導波路本体１２０は、少なくとも１つの次元において、内部反射光を拡大する。例えば、図１に示しているように、導波路本体１２０は、ｙ次元及び／又はｘ次元において光１４０を拡大しうる。導波路本体１２０は、光１４０の全内反射を促進する一又は複数の材料で構成されうる。導波路本体１２０は、例えばシリコン、プラスチック、ガラス、若しくはポリマー、又はこれらの何らかの組み合わせで構成されうる。一部の実施形態では、導波路本体１２０は、比較的小さなフォームファクタを有する。例えば、導波路本体１２０は、ｘ次元に沿った幅がおよそ５０ｍｍであり、ｙ次元に沿った長さがおよそ３０ｍｍであり、かつｚ次元に沿った厚さがおよそ０．５〜１ｍｍでありうる。
【００１４】
光１４０の一部は、多層格子１３０によって導波路本体１２０から分離される。多層格子１３０は、一次元格子（例えば、１つの次元に沿って光を回折させる）であっても、二次元格子（例えば、２つの次元において光を回折させる）であってもよい。多層格子１３０は、複数の層（図示せず）を備える。複数の層は、複数のパターニングされた層を含み、オプションで一又は複数のスペーサ層を含みうる。パターニングされた層については図１から図４を参照して詳細に後述し、スペーサ層については、図５を参照して詳細に後述する。パターニングされた層の各々は、周期的パターンに配置された材料で形成され、パターニングされた層の各々の各パターンは、隣接するパターンニングされた層に対して、一又は複数の格子方向に沿った（例えばｙ方向及び／又はｘ方向に）並進対称性を有する。更に、パターニングされた層の各々は、隣接するパターニングされた層と１／２周期だけ外れて整列するように位置付けられることにより、隣接するパターニングされた層の各々の屈折率プロファイルの逆の、「逆（ｉｎｖｅｒｔｅｄ）」屈折率プロファイルを生成する。
【００１５】
光１５０の環境光線が導波路本体１２０にインカップリングした結果として、例えば一次光線１６０及びゼロ次光線１７０が生じうる。ゼロ次光線１７０は、導波路１００を通るように伝播するだけである。パターニングされた層の各々において、更なる回折次数が生じる。
【００１６】
図２から図５を参照して詳細に後述するように、多層格子１３０内の複数のパターニングされた層は、望ましくない回折次数（すなわちレインボー効果）を軽減するよう作用する。例えば、図１に示しているように、環境光１５０は、多層格子１００によって回折させられて、ゼロ次光線１６０とより高次の光線１７０とを生成する。しかし、上述した逆屈折率プロファイルにより、より高次の光線１７０は互いに破壊的に干渉し合うので、レインボー効果が軽減される。
【００１７】
多層格子１３０のピッチは、入射光１４０が部分的に拡大光１８０として導波路本体１２０から出るようにするよう選択される。拡大光１８０が導波路１００から出る配向及び位置は、インカップリング素子１１０に入る光１４０の配向及び位置を変えることによって制御される。例えば、多層格子１３０のピッチは３００ｎｍから６００ｎｍの範囲内でありうる。
【００１８】
図２は、一又は複数の実施形態による、多層格子の一部分の断面２００を示している。この多層格子は、多層格子１３０の一実施形態でありうる。多層格子は、第１のパターニングされた層２１０と第２のパターニングされた層２２０とを備える。
【００１９】
第１のパターニングされた層２１０は、第１材料２３０及び第２材料２４０で構成される。第１材料２３０及び第２材料２４０は、周期Ｔを有する第１周期的パターンに配置され、これにより、第１のパターニングされた層２１０は、第１屈折率プロファイルを有することになる。第１材料２３０又は第２材料２４０の１つのインスタンスは、パターニングされた層のセクションと称される。第２のパターニングされた層２２０も、第１材料２３０及び第２材料２４０で構成される。これらの材料は、周期Ｔを有する第２周期的パターンに配置されるが、第２周期的パターンは、第１のパターニングされた層２１０の第１周期的パターンから１／２周期だけずれている。代替的な実施形態では、第２のパターニングされた層２２０は、第１材料２３０及び第２材料２４０と同じ屈折率プロファイルを有する、他の何らかの材料で構成されうる。したがって、第２のパターニングされた層２２０は、第１屈折率プロファイルと同一であるがそれとは逆の、屈折率プロファイルを有する。隣接する屈折率プロファイルにおけるこの関係は、第１のパターニングされた層２１０によって生じ、かつ第２のパターニングされた層２２０によっても生じる一又は複数の非ゼロ回折次数（例えば―１次）が、互いに破壊的に干渉し合うことを可能にし、これにより、レインボー効果が軽減される。
【００２０】
例えば、光２５０は、第１のパターニングされた層２１０に入射し、回折して複数の光線になる。この複数の光線は、それぞれ異なる回折次数に対応し、ゼロ次光線２６０とより高次の光線２６５とを含む。より高次の光線２６５は、例えば、―１回折次数に対応する光線でありうる。より高次の光線２６５は、第１周期的パターンに部分的に基づく位相（Φ１）を有する。
【００２１】
ゼロ次光線２６０は、第１のパターニングされた層２１０を通って伝播し、第２のパターニングされた層２２０において再度回折させられる。ゼロ次光線２６０は、回折して複数の光線になり、この複数の光線は、それぞれ異なる回折次数に対応し、ゼロ次光線２７５とより高次の光線２８０とを含む。より高次の光線２８０は、より高次の光線２６５と同じ回折次数（例えば―１）である。より高次の光線２８０は、第２周期的パターンに部分的に基づく位相（Φ２）を有する。第２周期的パターンは第１周期的パターンと並進対称であり、かつ第１周期的パターンからＴ／２だけずれているので、位相（Φ２）と位相（Φ１）との位相差は１８０度になり、より高次の光線２６５とより高次の光線２８０とが、互いに破壊的に干渉し合うことになる。個別の層の各々における回折によって生じるより高次の光線同士の破壊的な干渉が、レインボー効果を軽減する（従来型の単層格子であればレインボー効果が発生する）。
【００２２】
図２では、各層で１つのより高次の光線（すなわち２６５、２８５）が生じるが、各層ではその他の回折次数の光線も生じると理解すべきであることにも、留意されたい。より高次の光線２６５及び２８０について上述したのと同様に、その他の光線も、互いに破壊的に干渉し合う。更に、実際には、かかるその他の光線の多くは無視することが可能である。これらの光線が有するパワーはごくわずかであり、多くの場合ユーザにはかかる光線が視認不可であるからである。
【００２３】
他の実施形態では、多層格子が、第１のパターニングされた層２１０及び第２のパターニングされた層２２０以外にも層を備えることに、留意されたい。この更なる層は、パターニングされた層又はスペーサ層を含みうる。パターニングされた層は、周期的パターンに配置されている種々の材料で作製される層である。例えば、図２では、第１のパターニングされた層２１０及び第２のパターニングされた層２２０は、両方ともパターニングされた層である。更なる層の各々は、隣接する層と同じ周期的パターンを有するが、隣接する層からＴ／２だけずれている。多層格子に関連する追加的な実施形態について、図３Ａから図５を参照して後述する。スペーサ層は、パターニングされた層と同じ周期的パターンを含んでいないが、その代わりに、光学機能（例えば光フィルタ）を実施する層である。スペーサ層については、図５を参照して更に後述する。
【００２４】
図３Ａは、一又は複数の実施形態による、二次元パターンを有する多層格子３００の一部分を示している。多層格子３００は、多層格子１３０の一実施形態でありうる。多層格子３００は、２次元格子の一部分を形成するよう配置された、複数のパターニングされた層で構成されている。図３Ａは４つのパターニングされた層を示している（パターニングされた層の各々がｚ次元に沿って異なる位置を占めている）が、他の実施形態では、多層格子３００は、より少ない数のパターニングされた層、又は更なるパターニングされた層を含む。
【００２５】
パターニングされた層の各々は周期的パターンのものであり、この周期的パターンは、ｘ次元に沿って周期的であり（Ｔｘ）、かつｙ次元に沿って周期的である（Ｔｙ）。更に、パターニングされた層の各々は隣接するパターニングされた層と並進対称であり、ｘ次元に沿ってＴｘ／２だけ、かつｙ次元に沿ってＴｙ／２だけ、隣接するパターニングされた層からずれている。例えば、図３では、パターニングされた層３１０は、ｙ次元に沿って周期的であることに加えてｘ次元でも周期的であることを除いて図２の周期的パターンに類似した、周期的パターンを有している。また、パターニングされた層３１０は、パターニングされた層３２０に隣接している。パターニングされた層３２０は、ｘ次元でＴｘ／２だけ、かつｙ次元でＴｙ／２だけずれているだけで、他はパターニングされた層３１０と同じ、周期的パターンを有する。したがって、隣接するパターニングされた層の屈折率プロファイルの間には関係がある。パターニングされた層の各々は、隣接するパターニングされた層の屈折率プロファイルと同一であるがそれとは逆の、屈折率プロファイルを（ｘ及びｙにおいて）有する。屈折率プロファイルにおけるこの関係は、別々のパターニングされた層によって生じる一又は複数の非ゼロ回折次数が互いに破壊的に干渉し合うことを可能にし、これにより、レインボー効果が軽減される。更に、隣接する屈折率プロファイル間の関係はｘ次元とｙ次元の両方で発生するので、多層格子３００は、ｘとｙの両方でレインボー効果を軽減することが可能になる。
【００２６】
図３Ｂは、一又は複数の実施形態による、柱状体構成の二次元パターンを有する多層格子３５０の一部分を示している。多層格子３５０は、多層格子１３０の一実施形態でありうる。多層格子３５０は、２次元格子の一部分を形成するよう配置された、複数のパターニングされた層で構成されている。図３Ｂは４つのパターニングされた層を示している（パターニングされた層の各々がｚ次元に沿って異なる位置を占めている）が、他の実施形態では、多層格子３５０は、より少ない数のパターニングされた層、又は更なるパターニングされた層を含む。
【００２７】
パターニングされた層の各々は、個別フィーチャのセクションで構成されている。図３Ｂに示しているように、１つのフィーチャは、複数のセクション（例えば４つのセクション）からなる一体的な柱状体である。図ではフィーチャのｘ−ｙ断面は円形であるが、他の実施形態では、フィーチャのｘ−ｙ断面は他の何らかの形状（例えば六角形や長方形など）を有しうることに、留意されたい。
【００２８】
図３Ａと同様に、パターニングされた層の各々は周期的パターンのものであり、この周期的パターンは、ｘ次元に沿って周期的であり（Ｔｘ）、かつｙ次元に沿って周期的である（Ｔｙ）。更に、パターニングされた層の各々は隣接するパターニングされた層と並進対称であり、ｘ次元に沿ってＴｘ／２だけ、かつｙ次元に沿ってＴｙ／２だけ、隣接するパターニングされた層からずれている。例えば、図３では、パターニングされた層３１０は、ｙ次元に沿って周期的であることに加えてｘ次元でも周期的であることを除いて図２の周期的パターンに類似した、周期的パターンを有している。また、パターニングされた層３１０は、パターニングされた層３２０に隣接している。パターニングされた層３２０は、ｘ次元でＴｘ／２だけ、かつｙ次元でＴｙ／２だけずれているだけで、他はパターニングされた層３１０と同じ、周期的パターンを有する。したがって、隣接するパターニングされた層の屈折率プロファイルの間には関係がある。パターニングされた層の各々は、隣接するパターニングされた層の屈折率プロファイルと同一であるがそれとは逆の、屈折率プロファイルを（ｘ及びｙにおいて）有する。隣接する屈折率プロファイルにおけるこの関係は、別々のパターニングされた層によって生じる一又は複数の非ゼロ回折次数が互いに破壊的に干渉し合うことを可能にし、これにより、レインボー効果が軽減される。更に、隣接する屈折率プロファイル間の関係はｘ次元とｙ次元の両方で発生するので、多層格子３００は、ｘとｙの両方でレインボー効果を軽減することが可能になる。
【００２９】
図４は、一又は複数の実施形態による、二次元パターン及び非直交の格子ベクトルを有する多層格子４００の一部分の（ｘ−ｙ平面における）上面図を示している。格子ベクトルは、格子平面（例えば、格子の表面に対して垂直な平面）の方向及び間隔、並びに、多層格子に入射し、多層格子により回折させられる光に関連する伝播ベクトル間の関連性を表わす。多層格子４００は、上記の図３Ａに示したものと類似した、複数の層を有しうる。これらの層は、図４に示している層の下で種々の位置を占める（例えば、ｚ次元に沿った種々の場所に配置される）。各層は、図３Ａに示しているものと類似した、第１材料２３０のセクションと第２材料２４０のセクションとが交互になった配置を有する。しかし、配置された各セクションの幾何形状は長方形ではなく平行四辺形であり、そのため、非直交の格子ベクトル（ｇ１及びｇ２）が生じる。
【００３０】
図５は、一又は複数の実施形態による、二次元パターン及び複数のスペーサ層を有する多層格子５００の一部分の側面図を示している。多層格子５００は、２つのスペーサ層を含むことを除いて、上記の図３Ａに示しているものに実質的に類似している。例えば、図５では、多層格子５００は、スペーサ層５１０及びスペーサ層５２０と、パターニングされた層５３０、５４０、５５０、及び５６０とを含んでいる。スペーサ層は、パターニングされた層のような周期的パターンを含んでいないが、その代わりに、光学機能を実施する層である。光学機能とは、例えばフィルタリング、反射、偏光、減衰などでありうる。スペーサ層は、例えば減光（ｎｅｕｔｒａｌ  ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ、ノッチフィルタ、他の何らかのフィルタ、部分反射フィルタ、偏光子、光学機能を実施する他の何らかの層、又はこれらの組み合わせでありうる。多層格子５００は複数のパターニングされた層５３０、５４０、５５０、及び５６０を含むこと、及び、パターニングされた層の各々が、ｙ次元でＴｙ／２だけずれている（図示していないが、ｘ次元でもＴｘ／２だけずれている）だけで、他は隣接するパターニングされた層（上及び／又は下にあるもの）と同じ、周期的パターンを有することに、留意されたい。したがって、隣接するパターニングされた層の屈折率プロファイルの間には関係がある。パターニングされた層の各々は、隣接するパターニングされた層の屈折率プロファイルと同一であるがそれとは逆の、屈折率プロファイルを（ｘ及びｙにおいて）有する。隣接する屈折率プロファイルにおけるこの関係は、別々のパターニングされた層によって生じる一又は複数の非ゼロ回折次数が互いに破壊的に干渉し合うことを可能にし、これにより、レインボー効果が軽減される。更に、隣接する屈折率プロファイル間の関係はｘ次元とｙ次元の両方で発生するので、多層格子５００は、スペーサ層（例えば５１０及び５２０）の光学機能を実施することに加えて、ｘとｙの両方でレインボー効果を軽減することが可能になる。図５は２つのスペーサ層と４つのパターニングされた層を示しているが、多層格子５００は、図示していない別の実施形態では、図５に示しているものよりも多い又は少ない数のスペーサ層及びパターニングされた層を含みうる。
【００３１】
図６は、一実施形態による、多層格子を作製するための製造システム６００のブロック図である。製造システム６００は、複数のパターニングされた層を有する多層格子を作製する（一部の実施形態では、複数のパターニングされた層の間に一又は複数のスペーサ層が形成された多層格子を作製する）、システムのセットである。製造システム６００は、（例えば図３Ａから図５を参照して）上述した多層格子のいずれをも作製しうる。製造システム６００は、パターニングシステム６１０、堆積システム６２０、エッチングシステム６３０、又はこれらの何らかの組み合わせを含む。製造システム６００は、集積回路を形成するために使用される作製デバイスのシステムに類似していることがあり、エッチング構成要素、薄膜製造構成要素、酸化構成要素などといった構成要素を含みうる。一部の実施形態では、製造システム６００は、製造システム６００内の各システムを制御するコントローラ（ここでは図示せず）を含む。
【００３２】
パターニングシステム６１０は、基板上で基板パターニングを実施して、基板の幾何形状を変化させるシステムである。一部の実施形態では、パターニングシステム６１０は、従来型オーブン、ホットプレート、冷却プレート、赤外線ランプ、ウエハスピナー、マスク位置合わせ器、露光システム、湿式ベンチベースの現像システム、又はこれらの何らかの組み合わせを含む。一例では、パターニングシステム６１０は、１５０〜２００°Ｃの範囲内の温度での脱水目的のハードベイキング及びソフトベイキングを通じてウエハのバッチを処理するための従来型オーブンの対と、プログラミング可能なウエハスピナーと、接触型のマスク位置合わせ器と、強度が２５ｍＷ／ｃｍ２程度の水銀源を有する露光システムとを含む。
【００３３】
別の実施形態では、パターニングシステム６１０は、電子ビームリソグラフィ、干渉リソグラフィ、多光子リソグラフィ、走査型プローブリソグラフィ、又はこれらの何らかの組み合わせ、のうちの少なくとも１つを実施する機器を含む。第１の例では、パターニングシステム６１０は電子ビームリソグラフィに基づくものであり、この電子ビームリソグラフィでは、電子の集束ビームが、電子感応膜で覆われた表面上に望ましい形状の走査を実施する。集束電子ビームによって電子感応膜の可溶性が変化することにより、電子感応膜の曝露された又は曝露されなかった領域が、溶媒に浸漬されることで選択的に除去される。第２の例では、パターニングシステム６１０は干渉リソグラフィに基づくものであり、この干渉リソグラフィでは、２つ以上のコヒーレント光波間の強度の最小値と最大値とを表わす周期的な一連のフリンジからなる干渉縞が、光感応性（ｌｉｇｈｔ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）材料内に生じ、記録される。一部の構成では、パターニングシステム６１０は、２ビーム干渉リソグラフィ、３ビーム干渉リソグラフィ、４ビーム干渉リソグラフィ、多重波干渉リソグラフィ、又はこれらの何らかの組み合わせを実施する、一又は複数のデバイスを含む。したがって、パターニングシステム６１０は、六角形対称若しくは長方形対称を伴うパターンのアレイ、空間周波数スペクトルが規定されている非周期的パターン、又はこれらの何らかの組み合わせの、リソグラフィパターニングを実施しうる。第３の例では、パターニングシステム６１０は多光子リソグラフィに基づくものであり、この多光子リソグラフィでは、いかなる複雑な光学システムも使用せずに、ネガティブトーン又はポジティブトーンのフォトレジストが、波長が明確に規定されたレーザからの光で照射される。多光子リソグラフィプロセスは、リソグラフィパターンを創出するためのレーザの波長において透過性である光感応性材料での、多光子吸収プロセスに基づく。レーザを走査させ、適切に変調することによって、レーザの焦点において化学変化が生じ、この化学変化は、任意の三次元の周期的パターン又は非周期的パターンを創出するよう制御されうる。第４の例では、パターニングシステム６１０は走査型プローブリソグラフィに基づくものであり、この走査型プローブリソグラフィでは、熱、化学反応、拡散、酸化、電気バイアス、機械的力、又はこれらの何らかの組み合わせを使用して光感応性材料に望ましいリソグラフィパターンを直接書き込むために、走査型プローブ顕微鏡が使用される。一部の構成では、パターニングシステム６１０は、大量生産のために、別々の種類の走査型プローブ顕微鏡を同時に並行使用して、感光性（ｐｈｏｔｏ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）材料の種々の場所にリソグラフィパターニングを実施する、一又は複数のデバイスを含む。
【００３４】
代替的な実施形態では、パターニングシステム６１０は、基板上にパターンの機械的な刻印を実施する、インプリントシステムを含む。一例では、インプリントシステムは、残留ポリマー層の除去、及びその後の、パターニングされた基板にインプリントされたフィーチャの除去に基づく、基板上へのパターンの転写を実施する。パターニングシステム６１０は、熱インプリントシステム、紫外線インプリントシステム、ジェットフラッシュインプリントシステム、反転インプリントシステム、又はこれらの何らかの組み合わせを含む。熱インプリントシステムは、予加熱された刻印器に機械的力を印加して、基板上に事前にスピンコーティングされた熱可塑性ポリマーに押し付けるシステムである。紫外線インプリントシステムは、低粘性のＵＶ硬化型ポリマー（ＰＤＭＳやＨＳＱなど）に紫外線放射を当ててポリマーを架橋させた後に、基板から型を外すシステムである。ジェットフラッシュインプリントシステムは、熱インプリントシステム及び紫外線インプリントシステムと比較して低い圧力及び温度において、一又は複数のインクジェット装置によって基板上にポリマーを分配するシステムである。反転インプリントシステムは、テンプレート上に直接ポリマーをコーティングし、テンプレート及び基板の表面エネルギーをチューニングすることによってパターニングされた基板を外すシステムである。
【００３５】
堆積システム６２０は、パターニングシステム６１０によってパターニングされた基板上に、一又は複数の材料薄膜を付加するシステムである。一部の実施形態では、堆積システム６２０は、複数の材料薄膜を付加して積層体を形成する。この積層体は、２つの隣接する材料層の屈折率間の差に基づく、任意の方向に沿った屈折率の勾配を有する。堆積システム６２０は、図７と併せて後述するように、物理気相堆積、化学気相堆積、原子層堆積、スピンコーティングシステム、又はこれらの何らかの組み合わせに基づいて、基板上に材料薄膜を付加する。
【００３６】
一部の構成では、堆積システム６２０は、一又は複数のスペーサ層の薄膜を堆積させる。スペーサ層は、何らかの光学機能（例えば光フィルタや偏光など）を実施する。スペーサ層は、有機ポリマー、誘電体層、又はこれらの何らかの組み合わせからなる群から選択された、材料で構成される。例えば、堆積システム６２０は、二酸化ケイ素、ＳＳＱ誘導体、有機ポリマー、二酸化チタン、二酸化ハフニウム、窒化ケイ素、光学機能を実施する他の何らかの材料、又はこれらの何らかの組み合わせの、一又は複数のスペーサ層を堆積させる。
【００３７】
堆積システム６２０は、電子ビーム蒸着装置、マグネトロンスパッタ、反応性スパッタ、低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）リアクタ、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）リアクタ、原子層堆積（ＡＬＤ）リアクタ、又はこれらの何らかの組み合わせを含みうる。電子ビーム蒸着装置は、物理気相堆積の一形態であって、ターゲットアノードが高真空下で帯電したタングステンフィラメントによって発せられた電子ビームでボンバードされる形態に基づく。電子ビームが、ターゲットからの原子の気相への転換を引き起こす。ターゲットからの原子は次いで固体形態に凝結し、見通し線上の真空チャンバ内の全てのものが、アノード材料の薄層でコーティングされる。マグネトロンスパッタは、強力な電場及び磁場を使用して、帯電したプラズマ粒子をスパッタターゲットの表面の近くに閉じ込める。磁場において、電子は磁力線の周りで螺旋経路を辿り、ターゲット表面付近ではそれ以外よりも多く、ガス状の中性物質（ｎｅｕｔｒａｌｓ）とのイオン化衝突が起こる。反応性スパッタは、スパッタされた粒子が、基板をコーティングする前に化学反応を経ることに基づく。これらの粒子が経る化学反応は、スパッタリングチャンバ内に導入された応性ガス（例えば酸素や窒素）との化学反応である。低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）リアクタは、大気圧よりも低い圧力であって、基板表面上で反応しかつ／又は分解されて望ましい堆積物を生成する一又は複数の揮発性前駆体に基板が曝露される圧力における、化学的プロセスに基づく。プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）は、プラズマを利用して揮発性前駆体の化学反応速度を増大させて、低温での堆積を可能にする、化学的プロセスに基づく。一部の構成では、堆積システム６２０は、室温よりも相対的に低い温度で、有機コーティング（例えばプラズマポリマー）の堆積を実施する。原子層堆積（ＡＬＤ）リアクタは、化学的プロセスであって、反応チャンバ内で化学反応体を選択的にパルス化し、次いで基板の表面上に飽和的に化学吸着させて化学吸着された単層を形成することによって、２つの元素の単層が基板上に交互に堆積される、化学的プロセスに基づく。一部の構成では、堆積システム６２０は、反応チャンバ内で前駆体をパルス化するサイクル数、各パルス化の堆積時間、及び各パルス化後に反応チャンバをパージする時間を制御する、コントローラ（ここでは図示せず）を含む。
【００３８】
エッチングシステム６３０は、パターニングシステム６１０によってパターニングされた基板上に堆積された、一又は複数の材料薄膜を除去するシステムである。エッチングシステム６３０は、物理的プロセス、化学的プロセス、又はこれらの何らかの組み合わせに基づく。エッチングシステム６３０は、基板上に堆積された材料の多層積層体における一又は複数の材料薄膜の第１のセットを、一又は複数の材料薄膜の第２のセットと比較すると異なる除去速度で、選択的に除去する。エッチングシステム６３０は、湿式ベンチ、イオンミリングモジュール、プラズマベースの反応性イオンエッチングモジュール、化学機械研磨モジュール、又はこれらの何らかの組み合わせを含む。第１の構成では、エッチングシステム６３０は、酸と基剤と溶媒との組み合わせをある範囲内の温度及び濃度で使用して化学エッチングを実施する、湿式ベンチを含む。第２の構成では、エッチングシステム６３０は、イオンミリングモジュールであって、電子を加速させて、中性ガス原子をイオン化するのに十分なエネルギーを伴ってこのガス原子に衝突させるために高加速電位を使用して、極度に低い圧力において、基板上に堆積された薄膜の一部分の物理的除去を実施する、イオンミリングモジュールを含む。第３の構成では、エッチングシステム６３０は、プラズマベースの反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）モジュールであって、基板上に堆積された一又は複数の材料薄膜を除去するために、低圧の外部電磁場において化学的に反応するプラズマに基づく、ＲＩＥモジュールを含む。第４の構成では、エッチングシステム６３０は、化学的力と機械的力との組み合わせに基づいて一又は複数の材料薄膜の円滑化を実施する、化学機械研磨（ＣＭＰ）モジュールを含む。一部の例では、エッチングシステム６３０は、パターニングシステム６１０によってパターニングされた基板上に堆積された一又は複数の薄膜に化学機械研磨を実施するために、研磨パッド及び保持リングと共に砥粒及び腐食性化学スラリを使用する。
【００３９】
一部の実施形態では、図７と併せて後述するように、堆積システム６２０が、パターニングシステム６１０によってパターニングされた基板上に、閾値厚さの一又は複数の材料薄膜を付加し、この材料薄膜が、エッチングシステム６３０によって選択的に除去されうる。例えば、堆積システム６２０は、ポリ（アクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル）やｔｅｒｔ−ブチルエステルといった熱不安定性ポリマーの層を堆積させ、この層は、イソブチレン（揮発性の副生成物）及びカルボン酸を生成する高温での熱分解プロセスに基づくエッチングシステム６３０によって除去されうる。別の例では、堆積システム６２０は、トリフェニルスルホニウムトリフラート、トリフェニルスルホニウムノナフラート、４−イソプロピル−４’−メチルジフェニルヨードニウムテトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボラートといった光分解性ポリマーの層を堆積させ、この層は、光分解に基づくエッチングシステム６３０によって除去されうる。
【００４０】
図７は、一実施形態による、図６の製造システム６００によって実施される多層格子素子を作製するプロセス７００を示すフロー図である。他のエンティティは、その他の実施形態におけるプロセスのステップの一部又は全部を実施しうる。同様に、実施形態は、異なるステップ及び／若しくは更なるステップを含みうるか、又はこれらのステップを異なる順序で実施しうる。
【００４１】
製造システム６００は（例えばパターニングシステム６１０を通じて）、基板上に堆積された一又は複数のフォトレジストのリソグラフィパターニング７１０を実施する。
【００４２】
一例では、パターニングシステム６１０は、１５０〜２００°Ｃで基板を脱水するための従来型のオーブンと、基板上に物質をコーティングするためのウエハスピナーと、基板上にリソグラフィパターンを画定するためのマスク位置合わせ器と、マスクのリソグラフィパターンを基板に転写するための露光システムとを含む。一部の実施形態では、製造システム６００は、積層体を作製する一又は複数のフォトレジストのリソグラフィパターニングの前に、この一又は複数のフォトレジストを覆って堆積されたハードマスクのリソグラフィパターニング７１０を実施する。
【００４３】
一部の実施形態では、一又は複数のフォトレジストは、第１フォトレジストと第２フォトレジストとを含む。第１フォトレジストは第１の材料タイプのものであり、第２フォトレジストは第２の材料タイプのものである。第１フォトレジストは基板上に堆積され、第２フォトレジストは第１フォトレジスト上に堆積される。一部の実施形態では、第２フォトレジストが第１フォトレジスト上に堆積される前に、第１フォトレジストが研磨される。
【００４４】
製造システム６００は（例えば堆積システム６２０を通じて）、一又は複数のパターニングされたフォトレジスト上に保護コーティングの堆積７２０を実施する。一部の構成では、製造システム６００は、保護コーティングの共形堆積７２０を実施する。
【００４５】
製造システム６００は、保護コーティング上にフォトレジストの埋め戻し（ｂａｃｋ  ｆｉｌｌｉｎｇ）７３０を実施する。埋め戻されるフォトレジストは第２の材料タイプのものである。
【００４６】
製造システム６００は（例えばエッチングシステム６３０を通じて）、埋め戻されたフォトレジストの部分除去７４０を実施して、パターニングされた層を形成する。
【００４７】
一部の実施形態では、図８Ｂを参照して詳細に後述するように、製造システム６００は、パターニングされた層上に一又は複数のスペーサ層の堆積７５０を実施する。
【００４８】
製造システム６００は、上述したステップ７１０からステップ７５０までを反復して、閾値数（ｎ）の段（ｌｅｖｅｌ）を有する多層格子を作製する。
【００４９】
図８Ａは、一実施形態による、図６の製造システム６００による多層格子素子の作製のプロセス８００を示す図である。図８Ａのプロセス８００は、製造システム６００によって実施されうる。他のエンティティは、その他の実施形態におけるプロセスのステップの一部又は全部を実施しうる。同様に、実施形態は、異なるステップ及び／若しくは更なるステップを含みうるか、又はこれらのステップを異なる順序で実施しうる。
【００５０】
製造システム６００は、基板上に複数のフォトレジストの堆積８０５を実施する。例えば、製造システム６００は、導波路８２０（すなわち基板）上に第１フォトレジスト８１０の堆積を実施する。導波路８２０は、図１０と併せて詳細に後述するように、画像光をユーザの目に出力する光導波路である。製造システム６００は、第１フォトレジスト８１０を覆う第２フォトレジスト８１５の堆積を実施して、２つのフォトレジストを含む積層体を形成する。第１フォトレジストと第２フォトレジストは、別々の材料（例えば第１材料２３０と第２材料２４０）で構成される。積層体は多層格子の一部分である。積層体内の第１フォトレジスト８１０と第２フォトレジスト８１５の各々は、有機材料（例えばインプリントレジストやシールドレジストなど）で構成される。図８Ａの例では、第１フォトレジスト８１０はＳＳＱ誘導体であり、第２フォトレジスト８１５は平坦化有機ポリマー（例えば透明なＰＭＭＡやＰＳなど）である。
【００５１】
製造システム６００は、導波路８２０上に堆積されたフォトレジストのリソグラフィパターニング８２５を実施する。一例では、パターニングシステム６１０が、１回のリソグラフィ露光を使用して、２つのフォトレジストをパターニングする。エッチングシステム６３０が、パターニングされたフォトレジストのリソグラフィ露光された領域を選択的に除去する。エッチングにより、材料が除去されて、図２から図５を参照して上述した多層格子のうちのいずれかの形成が促進されうる。
【００５２】
製造システム６００は、パターニングされたフォトレジスト上に保護コーティング８３０の共形な堆積８３５を実施する。例えば、堆積システム６２０が、誘電体材料（ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、及びＳｉ３Ｎ４を含むがこれらに限定されるわけではない）の一又は複数の層を堆積させる。この誘電体材料層は、エッチングシステム６３０によって除去可能ではない。一部の構成では、堆積システム６２０は、保護コーティング８３０の各層で厚さ閾値に到達するよう、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスに基づいて保護コーティング８３０を堆積させる。
【００５３】
製造システム６００は、保護コーティング８３０上にフォトレジスト８４２の堆積８４０を実施する。フォトレジスト８４２は、第２フォトレジスト８１５と同じ屈折率プロファイルを有しており、第２フォトレジスト８１５と同じ材料で構成されうる。一部の構成では、製造システム６２０は、保護コーティング８３０上にフォトレジスト８４２の埋め戻し８４０を実施する。
【００５４】
製造システム６００は、埋め戻されたフォトレジスト８４２の選択的除去８４５を実施する。一部の構成では、エッチングシステム６３０が、埋め戻されたフォトレジスト８４２の厚さと第１フォトレジスト８１０の厚さとの差をゼロに近づけて閾値に至らしめるよう、埋め戻されたフォトレジスト８４２の選択的除去８４５を実施する。代替的な構成では、エッチングシステム６３０は、埋め戻されたフォトレジスト８４２の厚さが第１フォトレジスト８１０の厚さよりも閾値分だけ相対的に大きくなるように、埋め戻されたフォトレジスト８４２の選択的除去８４５を実施する。
【００５５】
製造システム６００は、保護コーティング８３０上にフォトレジスト８５２の堆積８５０を実施する。フォトレジスト８５２は、第１フォトレジスト８１０と同じ屈折率プロファイルを有しており、第１フォトレジスト８１０と同じ材料で構成されうる。一部の構成では、堆積システム６２０は、埋め戻されたフォトレジスト８５２の厚さが第２フォトレジスト８１５の厚さよりも相対的に閾値分だけ大きくなるように、保護コーティング８３０上にフォトレジスト８５２の埋め戻し８５０を実施する。
【００５６】
製造システム６００は、埋め戻されたフォトレジスト８５２の選択的除去８５５を実施する。一部の構成では、エッチングシステム６３０が、保護コーティング８３０の上面が露出するまで、埋め戻されたフォトレジスト８５２の選択的除去８５５を実施する。
【００５７】
この多層格子は、例えば、図１を参照して上述した導波路で使用されうる。図８Ａの例では、多層格子の形成された部分は、ｘ次元に沿って交互になった、複数の第１フォトレジスト８１０のインスタンスと埋め戻されたフォトレジスト８４２のインスタンスとで構成された、第１のパターニングされた層、及び、ｘ次元で交互になった、複数の第１フォトレジスト８１０のインスタンスと埋め戻されたフォトレジスト８４２のインスタンスとで構成された、第２のパターニングされた層を含み、第２のパターニングされた層内の第１フォトレジスト８１０の各インスタンスは、第１のパターニングされた層内の埋め戻されたフォトレジスト８４２の対応するインスタンスと位置合わせされ、第２のパターニングされた層内の埋め戻されたフォトレジスト８４２の各インスタンスは、第１のパターニングされた層内の第１フォトレジスト８１０の対応するインスタンスと位置合わせされている。したがって、上述した多層格子内の周期的パターン（例えば図２や図３など）に類似した周期的パターンができる。パターニングされた層の各々は、隣接する周期的パターンと同じであるが、ｘ次元でＴｘ／２だけずれている（かつｙ次元ではＴｙ／２だけずれている）周期的パターンを有する。したがって、隣接するパターニングされた層の屈折率プロファイル間には関係がある。パターニングされた層の各々は、隣接するパターニングされた層の屈折率プロファイルと（ｘ及びｙにおいて）同一であるがそれとは逆の、屈折率プロファイルを有する。隣接する屈折率プロファイルにおけるこの関係は、別々のパターニングされた層によって生じる一又は複数の非ゼロ回折次数が、互いに破壊的に干渉し合うことを可能にし、これにより、レインボー効果が軽減される。
【００５８】
図８Ａの例では、２つのフォトレジストを含む積層体は、一次元多層格子素子のアレイである。代替的な実施形態では、２つのフォトレジストを含む積層体は、多層格子素子の二次元アレイを形成するよう、スケーリングされうる。
【００５９】
図８Ｂは、一実施形態による、図６の製造システム６００によって一又は複数のスペーサ層を有する多層格子素子を作り出すプロセス８０２を示している。図８Ｂのプロセス８０２は、製造システム６００によって実施されうる。他のエンティティは、その他の実施形態におけるプロセスのステップの一部又は全部を実施しうる。同様に、実施形態は、異なるステップ及び／若しくは更なるステップを含みうるか、又はこれらのステップを異なる順序で実施しうる。図８Ｂのプロセス８０２は、一又は複数のスペーサ層が存在していることを除き、図８Ａのプロセス８００とほぼ同様のものである。
【００６０】
図８Ａを参照して上述したように、製造システム６００は、導波路８２０を覆って作製された積層体から多層格子の一部分８５７を形成する。多層格子の一部分８５７は、第１フォトレジスト８１０、第２フォトレジスト８１５、導波路８２０、保護コーティング８３０、フォトレジスト８４２、及び埋め戻されたフォトレジスト８５２を含む。
【００６１】
製造システム６００は、多層格子の一部分８５７上にスペーサ層８６２の堆積８６０を実施する。スペーサ層８６２は、光を受光し、入射光の一部分を透過させる、光フィルタである。スペーサ層８６２は、有機ポリマー、誘電体層、又はこれらの何らかの組み合わせからなる群から選択された、材料で構成される。一部の構成では、堆積システム６２０が、二酸化ケイ素、ＳＳＱ誘導体、有機ポリマー、二酸化チタン、二酸化ハフニウム、窒化ケイ素、又はこれらの何らかの組み合わせを含むがこれらに限定されるわけではない材料で構成された、一又は複数のスペーサ層を堆積させる。
【００６２】
製造システム６００は、スペーサ層８６２を覆う第３フォトレジスト８６７の堆積８６５を実施する。フォトレジスト８６７は、第２フォトレジスト８１５及びフォトレジスト８４２と同じ屈折率プロファイルを有しており、第２フォトレジスト８１５及び／又はフォトレジスト８４２と同じ材料で構成されうる。第３フォトレジスト８６７は、有機材料（例えばインプリントレジストやシールドレジストなど）で構成される。図８Ｂの例では、第３フォトレジスト８６７はＳＳＱ誘導体である。
【００６３】
製造システム６００は、スペーサ層８６２上に堆積された第３フォトレジスト８６７のリソグラフィパターニング８７０を実施する。一例では、パターニングシステム６１０が、１回のリソグラフィ露光を使用して第３フォトレジスト８６７をパターニングする。エッチングシステム６３０が、パターニングされたフォトレジストのリソグラフィ露光された領域を選択的に除去する。製造システム６００は、パターニングされたフォトレジスト上に保護コーティング８７４の共形な堆積８７０を実施する。保護コーティング８７４は、図８Ａを参照して上述した保護コーティング８３０の一実施形態である。
【００６４】
製造システム６００は、保護コーティング８７４上にフォトレジスト８７７の堆積８７５を実施する。フォトレジスト８７７は、埋め戻されたフォトレジスト８５２及び第１フォトレジスト８１０と同じ屈折率プロファイルを有しており、埋め戻されたフォトレジスト８５２及び第１フォトレジスト８１０と同じ材料で構成されうる。
【００６５】
製造システム６００は、フォトレジスト８７７の選択的除去８８０を実施する。一部の構成では、エッチングシステム６３０が、フォトレジスト８７７の厚さと第３フォトレジスト８６７の厚さとの差をゼロに近づけて閾値に至らしめるよう、フォトレジスト８７７の選択的除去８８０を実施する。代替的な構成では、エッチングシステム６３０は、フォトレジスト８７７の厚さが第３フォトレジスト８６７の厚さよりも閾値分だけ相対的に大きくなるように、フォトレジスト８７７の選択的除去８８０を実施する。
【００６６】
プロセス８０２により、少なくとも１つのスペーサ層８６２を含む多層格子の一部分が形成される。この多層格子は、例えば、図１を参照して上述した導波路で使用されうる。図８Ｂの例では、第３フォトレジスト８６７とフォトレジスト８７７とを含む積層体は、一次元多層格子素子のアレイである。代替的な実施形態では、２つのフォトレジストを含む積層体は、多層格子素子の二次元アレイを形成するよう、スケーリングされうる。
【００６７】
図９は、一実施形態による、図１の製造システムを使用して作製された多層格子を有する多層格子を有するニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）９００の図である。このＮＥＤは、頭部装着ディスプレイ（ＨＭＤ）とも称されうる。ＮＥＤは、一実施形態による、製造システム６００を使用して作製された多層格子を含む、一又は複数のディスプレイ９１０を含む。ＮＥＤ９００は、ユーザにメディアを提示する。ＮＥＤ９００によって提示されるメディアの例は、一又は複数の画像、ビデオ、音声、又はこれらの何らかの組み合わせを含む。一部の実施形態では、音声は外部デバイス（例えばスピーカー及び／又はヘッドフォン）を介して提示され、この外部デバイスは、ＮＥＤ９００、コンソール（図示せず）、又はこの両方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。ＮＥＤ９００は一般に、人工現実ＮＥＤとして動作するよう構成される。一部の実施形態では、ＮＥＤ９００は、コンピュータで生成された要素（例えば画像、ビデオ、音など）を用いて、物理的な現実世界環境のビューを拡張しうる。
【００６８】
図９に示しているＮＥＤ９００は、フレーム９０５とディスプレイ９１０とを含む。フレーム８０５は、一又は複数の光学素子であって、ひとまとまりになってユーザにメディアを表示する光学素子を含む。ディスプレイ９１０は、ユーザがＮＥＤ９００によって提示されたコンテンツを視認するよう構成される。図１０と併せて後述するように、ディスプレイ９１０は、少なくとも１つの導波路ディスプレイを含む。
【００６９】
図１０は、一又は複数の実施形態による、導波路ディスプレイ１０００の等角図を示している。一部の実施形態では、導波路ディスプレイ１０００（走査型導波路ディスプレイとも称されうる）は、ＮＥＤ９００の一構成要素である。代替的な実施形態では、導波路ディスプレイ１０００は、他の何らかのＮＥＤの一部であるか、又は表示画像光を特定の場所に導くその他のシステムの一部である。
【００７０】
導波路ディスプレイ１０００は、ソースアセンブリ１０１０と出力導波路１０２０とを含む。ソースアセンブリ１０１０は画像光を生成する。ソースアセンブリ１０１０は、ソースアレイと光学系（ここでは図示せず）とを含む。ソースアセンブリ１０１０は、画像光１０５５を生成し、出力導波路１０２０の連結素子１０５０に出力する。
【００７１】
出力導波路１０２０は、ユーザの目１０４５に画像光を出力する、光導波路である。一部の実施形態では、出力導波路１０２０は、図１を参照して上述した等角図の導波路１０５である。出力導波路１０２０は、一又は複数の連結素子１０５０において画像光１０５５を受光し、受光した入力画像光を一又は複数の分離素子１０６０に導く。一部の実施形態では、連結素子１０５０が、ソースアセンブリ１０１０からの画像光１０５５を出力導波路１０２０内に連結させる。連結素子１０５０は、回折格子、ホログラフィック格子、多層格子（例えば、図１〜図８Ｂを参照して上述したもの）、画像光１０５５を出力導波路１０２０内に連結させる他の何らかの素子、又はこれらの何らかの組み合わせ、などでありうる。連結素子１０５０が回折格子の一種である実施形態では、全内反射が発生し、かつ画像光１０５５が分離素子１０６０に向かって内部伝播するように、回折格子のピッチが選択される。例えば、回折格子のピッチは３００ｎｍから６００ｎｍの範囲内でありうる。
【００７２】
分離素子１０６０は、全内反射した画像光を出力導波路１０２０から分離させる。分離素子１０６０は、出力導波路１０２０の外に画像光１０４０を分離させる多層格子（例えば、図１〜図８Ｂを参照して上述したもの）である。多層格子のピッチは、入射画像光を導波路１０２０から出すよう選択される。例えば、回折格子のピッチは３００ｎｍから６００ｎｍの範囲内でありうる。製造システム６００は、図６から図８Ｂと併せて上述したように多層格子を作製するために、自己整合積層プロセスを実施する。図１から図５を参照して上述したように、多層格子の逆屈折率プロファイルによって、より高次の光線同士が互いに破壊的に干渉し合い、したがって、レインボー効果が軽減される。
【００７３】
更なる構成情報
本開示の実施形態についての前述した説明は、例示を目的として提示されており、網羅的であること、又は本開示を開示した形態そのものに限定することを意図するものではない。当業者には、上記の開示に照らして多数の改変例及び変形例が実現可能であることが認識されよう。
【００７４】
この明細書では、部分的に、情報に従った動作のアルゴリズム及び記号表現の観点から、本開示の実施形態について説明している。これらのアルゴリズムの説明及び表現は、データ処理の技術分野の当業者の仕事内容を当該技術分野の他の当業者に効率的に伝えるために、かかる当業者によって一般的に使用されている。前述の動作は、機能的、計算的、又は論理的に説明されているが、コンピュータプログラム又はそれと同等な電気回路やマイクロコードなどによって実装されることになると理解される。更に、動作のかかる構成をモジュールと称することが、一般性を失うことなく、ときに好都合であることも証明されている。説明されている動作及びその関連モジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、又はこれらの任意の組み合わせで具現化されうる。
【００７５】
本書に記載のステップ、動作、又はプロセスのいずれも、一又は複数のハードウェア又はソフトウェアのモジュールにより、単独で又は他のデバイスと組み合わされて、実施されうるか又は実装されうる。一実施形態では、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包含するコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータプログラム製品によって実装され、このコンピュータプログラムコードは、記載されているステップ、動作、又はプロセスのいずれか又は全てを実施するために、コンピュータプロセッサによって実行されうる。
【００７６】
本開示の実施形態は、本書の工程を実施するための装置にも関連しうる。この装置は、必要な目的のために特別に構築されてよく、かつ／又は、コンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的に有効化されるか又は再構成される汎用演算デバイスを備えうる。かかるコンピュータプログラムは、非一過性で有形のコンピュータ可読記憶媒体に、又は、コンピュータシステムバスに連結されうる、電子的命令を記憶するのに適した任意の種類の媒体に、記憶されうる。更に、本明細書で言及されている演算システムはいずれも、単一のプロセッサを含みうるか、又は、演算能力増強のために複数プロセッサ設計を採用しているアーキテクチャでありうる。
【００７７】
本開示の実施形態は、本書に記載の演算プロセスによって製造される製品に関連していることもある。かかる製品は、演算プロセスによりもたらされた情報を含むことがある。この情報は、非一過性で有形のコンピュータ可読記憶媒体に記憶され、かつ、本書に記載のコンピュータプログラム製品の何らかの実施形態、又はその他のデータの組み合わせを含みうる。
【００７８】
最後に、本明細書で使用している文言は、主として読みやすくし、手引きをするという目的のために選択されており、本発明の主題を定めるため、又はそれを制限するために選択されているわけではないことがある。したがって、本開示の範囲は本書の詳細説明によって限定されるのではなく、出願時に提出される、本書の詳細説明に基づく請求項のいずれかによって限定されることが意図されている。したがって、実施形態の開示は、以下の特許請求の範囲に明記している本開示の範囲を例示するためのものであり、限定するためのものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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