(57)【要約】  本発明は、要素の第１の側方ゾーンから要素の第２の側方ゾーンまでイメージを案内するための導波管ディスプレイ要素に関連し、要素が、互いに重なった複数の導波管層４０Ａ〜Ｅを備える。要素が、上記導波管層のうちの２つの導波管層の間に配置される少なくとも１つの中間回折光学要素４４ＡＢ、４４ＢＣ、４４ＡＤ、４４ＤＥをさらに備える。中間回折光学要素４４ＡＢ、４４ＢＣ、４４ＡＤ、４４ＤＥが層の間での伝播光パワーの分布を変化させるように適合される。本発明はまた、このような要素を備える回折ディスプレイ・デバイスに関連する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
要素の第１の側方ゾーンから要素の第２の側方ゾーンまでイメージを案内するための導波管ディスプレイ要素であって、前記要素が、互いに重なった複数の導波管層を備え、前記要素が、前記導波管層のうちの２つの導波管層の間に配置される少なくとも１つの中間回折光学要素をさらに備え、前記中間回折光学要素が前記層の間での伝播光パワーの分布を変化させるように適合され、前記導波管が、前記第１のゾーンから前記第２のゾーンまでの光の伝播路の中に少なくとも１つの個別のステップを備える階段プロフィールを有し、前記中間回折光学要素が、伝播する光パワーが前記ステップを通過するのを補助するために、前記層の間での光の分布を制御するように適合される、導波管ディスプレイ要素。
【請求項２】
前記少なくとも１つの回折光学要素が、前記要素にわたって非一様である回折光学応答を有する、請求項１に記載の要素。
【請求項３】
前記少なくとも１つの回折光学要素が、前記要素の全体にわたって一定である回折光学応答を有する、請求項１に記載の要素。
【請求項４】
−  前記要素が、前記第２の側方ゾーンのところで前記層のうちの第１の層の上に出力部回折格子光学要素を備え、
−  前記中間回折光学要素が、前記第２の側方ゾーン内の位置に応じて、前記第１の層に隣接する第２の層から前記第１の層まで光パワーを通過させるように適合され、それにより前記導波管から出力される光の分布を制御する、
請求項１から３までのいずれか一項に記載の要素。
【請求項５】
前記中間回折光学要素が、前記第２の層から前記第１の層まで均一ではない光パワー分布を通過させるように適合される、請求項４に記載の要素。
【請求項６】
前記層のうちの少なくとも１つの層が前記ステップ全体にわたって連続層として延びており、前記中間回折光学要素が、前記ステップの手前において前記連続層の中で光パワーを増大させるように適合される、請求項１から５までのいずれか一項に記載の要素。
【請求項７】
前記要素が、前記第１の側方ゾーンに複数の入力部回折光学要素を備え、前記入力部回折光学要素が、初期の光パワーを前記層の中へ結合するために前記層に関連付けられる、請求項１から６までのいずれか一項に記載の要素。
【請求項８】
前記中間回折光学要素が、多様な厚さを有する導波管層の間に設けられ、その結果、前記層のうちの薄い層まで誘導される光線の量が倍増され、前記中間光学要素によって前記層のうちの厚い層へ結合される、請求項１から７までのいずれか一項に記載の要素。
【請求項９】
前記中間回折光学要素が、前記第１の側方ゾーンと前記第２の側方ゾーンとの間において一体構造として前記要素を実質的にカバーし、前記回折光学要素が、通常、非一様の回折光学応答を有する、請求項１から８までのいずれか一項に記載の要素。
【請求項１０】
少なくとも３つの導波管層と、導波管層の対の間にある少なくとも２つの中間回折光学要素とを備える、請求項１から９までのいずれか一項に記載の要素。
【請求項１１】
前記導波管層が積層であり、各々の中間光学要素が、積層の前に、前記導波管層のうちの１つの導波管層の上に製造される、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の要素。
【請求項１２】
前記導波管層が、前記中間回折光学要素を製作することにより分割される導光材料の単一部片で形成される、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の要素。
【請求項１３】
第１の導波管層と第２の導波管層との間の各中間光学要素が、前記第１の導波管層と前記第２の導波管層との間に空間的に連続した光学相互作用を実現し、光を伝播するための光パワーの正味の流れが、前記中間光学要素の少なくとも１つのセクションにおける１つの層から別の層までである、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の要素。
【請求項１４】
前記中間回折光学要素が、光の波長及び／又は入射角に応じて、前記層の間の光パワーの分布を変化させるように適合される、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の要素。
【請求項１５】
前記中間回折光学要素が非バイナリのマイクロ構造要素を備え、及び／又は、前記中間回折光学要素が、異なる屈折率を有する導波管層の間に配置される、請求項１から１４までのいずれか一項に記載の要素。
【請求項１６】
前記導波管層のうちの各々２つの間に中間回折光学要素が設けられ、導波管層の数が３以上である、請求項１から１５までのいずれか一項に記載の要素。
【請求項１７】
請求項１から１６までのいずれか一項に記載の導波管ディスプレイ要素と、導波管層のうちの１つ又は複数の導波管層の中へイメージを結合するために前記イメージを第１のゾーンの上に提供するためのイメージ・プロジェクタと、を備える回折パーソナル・ディスプレイ・デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部装着型ディスプレイ（ＨＭＤ：Ｈｅａｄ−ｍｏｕｎｔｅｄ  ｄｉｓｐｌａｙ）及びヘッドアップ・ディスプレイ（ＨＵＤ：ｈｅａｄ−ｕｐ  ｄｉｓｐｌａｙ）などのパーソナル・ディスプレイ・デバイスで使用され得る回折導波管ディスプレイ要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折導波管要素は、通常、単一の導波管層及び複数の積層を備える。複数の層の場合、表示されることになるイメージの視野の異なる色又は異なるパートが、異なる層の中で案内され得る。この場合、層の各々がイメージのパートを層に結合するための別個の入力部回折格子（ｉｎ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｇｒａｔｉｎｇ）と、イメージのパートを要素から出力するための別個の出力部回折格子（ｏｕｔ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｇｒａｔｉｎｇ）とを備える。
【０００３】
ＵＳ２０１７１３１５４６Ａ１、Ｄ２＿ＥＰ２７３３５１７Ａ１、及びＣＮ１０６５２６７３０Ａが、複数の層を有することができる導波管を開示している。
【０００４】
開示されたそれらの方式は、行われ得る設計上の選択に関して比較的制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ２０１７１３１５４６Ａ１
【特許文献２】Ｄ２＿ＥＰ２７３３５１７Ａ１
【特許文献３】ＣＮ１０６５２６７３０Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術の制限を克服すること、及び新しい設計自由度を実現する導波管を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は複層導波管を提供することに基づき、この複層導波管では、導波管の中を光が伝播する間において層の間で光パワーを再分配するための１つ又は複数の回折格子又は他の回折光学要素が層の間に存在する。したがって、横方向における１つのポイントでの、層の間の光パワーの比率が、光の伝播路に沿う横方向における別の１つのポイントとは異なる。これは従来技術の解決策とは異なり、従来技術の解決策では、入力された光が、そこから出力されるまで同じ層に留まる。
【０００８】
具体的には、本発明は独立請求項の記載内容によって特徴付けられる。
【０００９】
したがって、一態様によると、本発明が、要素の第１の側方ゾーンから要素の第２の側方ゾーンまでイメージを案内するための導波管ディスプレイ要素を提供し、要素が、互いに重なった複数の導波管層を備える。要素が、上記導波管層のうちの２つの導波管層の間に配置される少なくとも１つの中間回折光学要素をさらに備える。中間回折光学要素が、層の間での伝播光パワーの分布を変化させるように適合される。
【００１０】
本発明は有意な利益を提供する。より重要には、本発明は新しい設計自由度を提供する。１つの層の中を伝播するように結合された光が、出力されるまでその層に留まる必要はなく、１回又は複数回、隣接する層まで移動させられ得る。これにより、完全に新しいディスプレイ製品を実装することが可能となる。
【００１１】
下にある層から出力層まで選択的にパワーを運搬することにより、出力される光の量を空間的に制御することができる。したがって、出力部回折格子の直接的な調節の代わりに、１つ又は複数の中間ＤＯＥにより出力調節が実施され得る。
【００１２】
階段プロフィールの導波管の場合、中間ＤＯＥが光が段を「登る」ようにするのに使用され得る。段の間のところで光の伝播及び／又は入力／出力のためにより多くの層が使用され得、個別の段の領域において光がより少ない数の層へと又は１つの層のみへとまとめられる。これの別法として又はこれに加えて、１つの層から別の層までの的を絞った遷移が、段の場所において正確に行われ得る。階段プロフィールは、例えば明確な焦点平面を有する導波管を実装する場合に、有利である。
【００１３】
入力においては、本発明が、レーザビームを倍増させるのを補助するのに使用され得、それにより出力においてビームの高密度のフィールドを提供し、それにより使用者によって見られるイメージのストライピングを防止する。
【００１４】
本発明では他の使用事例も存在する。本発明は、レーザ照射導波管などの狭い波長域の導波管で使用され得るが、広帯域の用途にも適用可能である。
【００１５】
本発明が伝播光のパワー分布を変化させることに関連することに留意されたい。つまり、例えば、導波管から出力され、中間層の中を伝播することなく（つまり、中間層の中を有意な程度で伝播することを意図されない）中間層を通過する光は本発明の焦点ではなく、本発明の意味でパワー分布を変化させない。
【００１６】
従属請求項が本発明の選択される実施例を対象とする。
【００１７】
少なくとも１つの中間ＤＯＥの回折光学応答は要素の面積内で非一様であっても一定であってもよい。一定の要素を用いると、１つの層から別の層までの光パワーの一定の横方向の移行を実現することができる。非一様の要素を用いると、例えば、パワーの局所的な移行、又は横方向に変化するパワー移行分布が実現され得る。局所的なパワー再分配により新しい可能性を開くことができ、それらの可能性のうちのいくつかの可能性が本明細書で詳細に例示される。
【００１８】
いくつかの実施例では、要素が、上記第２の側方ゾーンのところにおいて上記層のうちの第１の層の上に出力ＤＯＥを備え、中間ＤＯＥが、上記第２のゾーンの中での位置に応じて、上記第１の層に隣接する第２の層から第１の層まで光パワーを通過させるように適合され、それにより導波管から出力される光の分布を制御する。これにより、出力ＤＯＥとして一様な高効率の出力部回折格子を使用してディスプレイのための複雑なアウトプット機能を実装することが可能となる。
【００１９】
いくつかの実施例では、導波管が、上記第１のゾーンから上記第２のゾーンまでの光の伝播路の中に少なくとも１つの個別のステップを備える階段プロフィールを有し、中間ＤＯＥが、伝播する光パワーがステップを通過するのを補助するために、上記層の間での光の分布を制御するように適合される。いくつかの実施例では、導波管要素の層のうちの少なくとも１つの層がステップ全体にわたって連続層として延びており、中間ＤＯＥが、光が「階段を登る」のを補助するためのステップの手前において連続層の中で光パワーを増大させるように適合される。
【００２０】
いくつかの実施例では、要素が上記第１の側方ゾーンに複数の入力部回折光学要素を備え、入力部回折格子光学要素が、初期の光パワーを層の中へ結合するために上記層に関連付けられる。
【００２１】
いくつかの実施例では、中間ＤＯＥが異なる厚さを有する導波管層の間に設けられ、その結果、層のうちの薄い層まで誘導される光線の量が倍増され、中間光学要素によって層のうちの厚い層へ結合される。これはコヒーレントのナロー・ビーム・レーザ照射の場合に特に適合する。
【００２２】
いくつかの実施例では、中間ＤＯＥが第１の側方ゾーン（イメージ入力ゾーン）から第２の側方ゾーン（イメージ出力ゾーン）までにおいて要素のゾーンをカバーする。この事例では、ＤＯＥが、通常、非一様の回折光学応答を有し、その結果、その１つの場所において、その別の場所よりも結合効率が高くなる。
【００２３】
いくつかの実施例では、導波管要素が、少なくとも３つの導波管層と、導波管層の対の間にある少なくとも２つの上述のような中間回折光学要素とを備える。
【００２４】
導波管層が積層であってよく、各々の中間ＤＯＥが、積層の前に、導波管層のうちの１つの導波管層の上に製造される。また、導波管層は、上記中間回折光学要素を製作することにより分割される導光材料の単一部片で形成されてよい。
【００２５】
いくつかの実施例では、任意の２つの導波管層の間の中間ＤＯＥが層の間に空間的に連続した光学相互作用を実現し、通常、両方向に光が連続的に運搬され、光パワーの正味の流れが、ＤＯＥの少なくともある場所において層のうちの１つの層の方に向かう。
【００２６】
次に、添付図面を参照して本発明の実施例及び本発明の利点をより詳細に考察する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による例示の複層導波管を示す側断面図である。
【図２】本発明による例示の複層導波管を示す側断面図である。
【図３】本発明による例示の複層導波管を示す側断面図である。
【図４】本発明による例示の複層導波管を示す側断面図である。
【図５】本発明による例示の複層導波管を示す側断面図である。
【図６】階段表面プロフィールを有する導波管要素の変形形態を示す断面図である。
【図７】階段表面プロフィールを有する導波管要素の変形形態を示す断面図である。
【図８】階段表面プロフィールを有する導波管要素の変形形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
定義
「回折光学要素」（ＤＯＥ：ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ）という用語は、光を回折することができる物理的構造を備える導波管ボディのゾーンを意味する。この構造は、通常、１μｍ以下のサイズを有する構造部のパターンを備える。ＤＯＥは周期的であっても又は非周期的であってもよく、そのエリアにわたって、一定の（単一領域の）又は非一様の回折光学応答を有することができる。非一様回折光学応答ＤＯＥが複数の領域からなるＤＯＥであってよい。
【００２９】
「中間ＤＯＥ」という用語は、そこから直接に光を出力することを意図されるのではなく１つの層から別の層までの光線の伝播路を変化させることを意図されるＤＯＥを意味する。しかし、不完全性により、一定量の出力が生じ得る。通常、中間ＤＯＥに当たる伝播光の少なくとも９０％が、所定の光学応答に応じて、元の層又は新たな層の中で伝播し続ける。
【００３０】
ＤＯＥの「回折光学応答」は、回折に起因する、ＤＯＥによる光の角分布及びスペクトル分布の変化を意味する。具体的に言うと、応答は、例えば、固定の入射角及び波長のための特定の角度の方の回折強度であってよい。ＤＯＥの回折マイクロ構造パターンが回折光学応答を生じさせる。
【００３１】
「複数の領域からなる」ＤＯＥは、異なる回折光学応答を有する複数の内部領域を有するＤＯＥを意味する。一部の領域で、領域が１つの実際の面積を有し、これらの領域内の回折光学応答が一定である。回折光学応答の円滑な変化がこれらの領域の間で起こる。代替的設計では、これらの領域が極微小であり、それにより、実質的にＤＯＥの全体にわたって滑らかな変化が起こる。また、これらの設計の組み合わせも可能である。
【００３２】
「階段プロフィール」は、複数の別個の（急激な）高さの変化を有する表面プロフィールを意味する。このプロフィールは、少なくとも１つの断面の中で隣接する副表面を基準として角度を有する複数の識別可能な副表面を有し、それにより階段の形態に類似する複数のステップを形成する。具体的には、１つおきの副表面（主要な表面）が、隣接する１つおきの第２の副表面に平行であってよいか又はほぼ平行であってよい。導波管の概略の平面におけるステップの寸法は光学回折限界より大きく、その結果、このプロフィール自体は光の有意な回折を生じさせず、所望の幾何学的方式に従って高効率で光を案内する。
【００３３】
選択される実施例の説明
次いで、断面像及び実例としての一次元の光伝播を使用して本発明の原理及び実施例を考察する。しかし、同様の原理が、その平面内の１つの軸のみに沿ってだけではなく、両方の軸に２次元的に沿って光が伝播するような導波管でも使用され得る。
【００３４】
本明細書で考察される層状の導波管は、導波管の内部のパワー分布を制御するために使用され得る。これは、例えば、光の大部分が導波管の少なくとも一部のセクションにおいて導波管の中央部分の中を伝播することになるようにシステムを設計することにより、例えば拡張現実感（ＡＲ：ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  ｒｅａｌｉｔｙ）の用途で、利用され得る。それにより、それが導波管表面の上の出力部回折格子に対して露出されない。これは、これらの回折格子においてパワー分布の全体が考察される必要がなく、代わりに、導波管間の回折格子を適切に選択することにより取り扱われ得ることを意味する。導波管の光学機能をこのように脱着することにより、設計自由度が増大し、それにより性能が向上する。
【００３５】
図１は、３つの層１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを備える複層導波管を示す。各層が、入射光ビーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃをそれぞれの層１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに結合してそれによりその中で伝播波１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ（本明細書では、正味の伝播方向を示す矢印として示されるが、実際には導波管表面の間で跳ね返る、及び／又は、ＤＯＥを制限することが見られる）として伝播させる、入力部回折格子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを備える。層の間に、中間回折光学要素１４ＡＢ、１４ＢＣが存在し、これらの中間回折光学要素１４ＡＢ、１４ＢＣがその所定の場所で１つの層から別の層へ光を結合するように構成される。この実例では、光が正味の流れ１５ＢＡとしてミドル層１０Ｂから最上層１０Ａまで運搬され、正味の流れ１５ＣＢとして底部層１０Ｃからミドル層まで運搬される。光が、別の層へ再び結合されるまで、新しい層の中を伝播し続ける。したがって、正味の流れ１５ＢＡ、１５ＣＢのため、場所に応じて層の間での光分布が異なる。最上層１０Ａの中を伝播する光が出力部回折格子１６に接触すると、光が出力される。パワー分布は、下にある層１０Ｂ、１０Ｃによる最上層１０Ａへの「供給」によって決定される。
【００３６】
概して、本明細書で考察されるＤＯＥが非バイナリであること、及び／又は間にＤＯＥを配置している導波管の屈折の指標が異なることに留意されたい。このようなＤＯＥでは、第１の層から第２の層まで及びその逆で進む伝播光線の間での光の移動の相互性は存在しない（つまり、光線が１つの方向から入射して、横方向に伝播するときに同じ場所で「上方」及び「下方」に動く）。これにより、光パワーの正味の流れが層の境界面を通ることが可能となる。しかし、実際には、常に、両方向へのいくらかの量の流れが存在する。図では、ＤＯＥを横断する矢印が正味の流れを示す。
【００３７】
図２は、２つの方向の光の正味の流れが存在する実施例を示す。最初に、伝播光が頂層１０Ａ及びミドル層１０Ｂから底部層１０Ｃまで運搬される。次いで、底部層１０Ｃから、すべての光線がまずミドル層１０Ｂまで運搬され、さらに頂層１０Ａまで運搬され、さらに導波管から出力される。
【００３８】
図３は、中間回折光学要素を使用して導波管の出力効率を制御することを示す。導波管は、頂層３０Ａ及び底部層３０Ｂを備える。すべての入射光３１Ｂがまず底部層３０Ｂに結合され、底部層３０Ｂで、入射光３１Ｂが光フィールド３３Ｂとして全内部反射を介して横方向に伝播する。頂層３０Ａの上で出力部回折格子３６に位置合わせされる形で、中間ＤＯＥ３４ＡＢが存在する。中間ＤＯＥ３４ＡＢが底部層３０Ｂから頂層３０Ａまで光を選択的に運搬し、ここでは結合効率が場所によって決定される。第１の場所に正味の流れ３５ＢＡを見ることができ、別の場所に正味の流れ３５ＢＡ’が存在し、第３の場所に正味の流れ３５ＢＡ”が存在する。これらの正味の流れが、出力部回折格子３６と相互作用する頂層３０Ａのところの光パワーの空間分布を決定する。したがって、場所に応じて、出力される光ビーム３７Ｂ、３７Ｂ’、３７Ｂ”の異なる強度を見ることができる。
【００３９】
図３の構成の利点は、光が底部層３０Ｂに結合されるとき、入力される光が入力部回折格子３１Ｂを通って戻って漏出するのを高い程度で又はさらには完全に防止することができることである。
【００４０】
一実施例では、出力部回折格子３６は調節されない回折格子であり、つまりそのエリアにわたって一定の結合効率を有する。出力効率は、下にある中間回折光学要素の特性だけによって規定され、中間回折光学要素は、調節される回折格子であってよいか、又はより複雑な回折応答を有してよい。実際には、いくつかの実施例では、中間ＤＯＥが、１つの層から別の層まで均一ではない光パワー分布を通過させるように適合される。これが、複数の領域からなるＤＯＥ又は効率を調節される回折格子などを使用して達成され得る。
【００４１】
階段導波管は、パワー分布を制御する能力が本質的に改善されるような固有の導波管構造を備える。実際には、これらの構造では、光の損失を可能な限り少なくして、光が１つの積層導波管から別の導波管まで通過する必要があり、この問題に対する１つの可能性のある解決策が、両方の積層導波管に共通する導波管層によって提供される。
【００４２】
図６〜８は階段導波管の実例を示す。階段導波管は、２つの光学表面６２Ａ、６２Ｂ；７２Ａ、７２Ｂ；８２Ａ、８２Ｂによって画定される導波管領域６２、７２、８２を備える回折導波管要素であり、２つの光学表面のうちの少なくとも一方が階段プロフィールを有し、２つの光学表面の間で光が全内部反射によって伝播することができ、これらの光学表面が表面プロフィールを有する。回折導波管要素がさらに、導波管領域の中で光フィールドを修正することができる、具体的には回折格子である少なくとも１つの回折光学要素を備える。
【００４３】
図６〜８は、導波管領域の多様なステップ・サイズが等しい外側表面形状に従う階段導波管を作るのに使用され得ることを示す。外側表面６０Ａ、６０Ｂ；７０Ａ、７０Ｂ、８０Ａ、８０Ｂは物理的に明確に存在するものあっても又は仮想的なものであってもよい。後者の場合、階段表面６２Ａ、６２Ｂ；７２Ａ、７２Ｂ；８２Ａ、８２Ｂ又はその上にある表面適合コーティングが、通常、導波管の外側表面を形成する。図６及び図７では、第１及び第２の表面プロフィールが、水平方向において互いに位置合わせされる段（中間表面）を有する。図６の段の高さは図７の段の高さより小さい。図８では、第１の表面８２Ａ及び第２の表面８２Ｂの中の段が交互に配置され、つまり互いに位置合わせされない。しかし、得られる導波管８２は、図６及び図７の導波管６２、７２と等しい概略の導波管形状を実装する。
【００４４】
図４は、階段導波管の導波管領域の内側構造の１つの可能性のある実装形態を示す。１つのみの導波管層の代わりに、この実施例は複数の層４０Ａ〜Ｅを備え、これらの層のうちの少なくとも１つの層が段にまたがって途切れておらず連続している。段の各々の側に、複数の層が存在し、本明細書ではそれぞれ３つの層４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ／４０Ａ、４０Ｄ、４０Ｅが存在する。光は最初に複数の第１の側の層４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃに結合される。段の上流側には、層４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃの間で光のパワー分布を変化させるように適合された少なくとも１つのＤＯＥ４４ＡＢ、４４ＢＣが設けられ、その結果、光が段の手前で連続層４０Ａに「まとめられる」。この層では、すべてのパワーが段の第２の側に運搬される。したがって、光が好都合に段を「登る」。第２の側では、中間回折光学要素４４ＡＤ、４４ＤＥを使用して、光パワーが層４０Ａ、４０Ｄ、４０Ｅの間で再び再分配され得る。
【００４５】
図５は、別の導波管層５０Ｂの上に光線倍増層５０Ａが設けられる実施例を示している。倍増層５０Ａは、主導波管層５０Ｂより薄くて面積の小さい導波管を備える。本明細書では入力部回折格子としても機能する中間ＤＯＥ５２が倍増層５０Ａと主導波管５０Ｂとの間に設けられる。入射光線５１Ｂが倍増層５０Ａの中で短い跳ね返り周期で跳ね返り、入力部回折格子５２で跳ね返るたびに光の一部がディスプレイ導波管５０Ｂの中へ回折される。したがって、光線が倍増され、出力部回折格子５６のところでより高い密度の光線フィールドが主導波管５０Ｂから外に出る。これにより、出力される光線のフィールドが希薄であることに起因してイメージのストライピングが問題となるようなレーザ照射導波管の事例において特に、有意な利益を提供する。
【００４６】
中間ＤＯＥは、波長及び／又は入射角に応じて、層の間の光パワーの分布を変化させるように適合され得る。
【００４７】
通常、各層の中の光の主伝播方向は等しいが、これが当てはまる必要はない。例えば、多様な層の光の正味の流れの方向が反対であるか、又は新しい流れ方向の間に任意の斜角が存在し得ることも可能である。
【００４８】
これらの提示される原理は、平面的な導波管に適用されることに加えて、球形導波管などの湾曲する導波管にも直接に適用され得る。例えば、球形の導波管が２つの同心の球形表面（導波管の主要な表面）を備え、これらの２つの球形表面の間で光フィールドの光線が跳ね返る。
【００４９】
本発明の実施例は、ニアアイ・ディスプレイ（ＮＥＤ：ｎｅａｒ−ｔｏ−ｔｈｅ−ｅｙｅ  ｄｉｓｐｌａｙ）のような、拡張現実感（ＡＲ）デバイス、仮想現実（ＶＲ：ｖｉｒｔｕａｌ  ｒｅａｌｉｔｙ）デバイス、及び複合現実感（ＭＲ：ｍｉｘｅｄ  ｒｅａｌｉｔｙ）デバイス、並びに他の頭部装着型ディスプレイ（ＨＭＤ）、さらにはヘッドアップ・ディスプレイ（ＨＵＤ）、などの、多様なパーソナル・ディスプレイ・デバイスにおいて、それらの多様な形態で、利用され得る。
【００５０】
本明細書で詳細には考察されないが、導波管又はその個別の層は、中間ＤＯＥ並びに入射部回折格子及び出力部回折格子に加えて、射出瞳孔拡大装置の回折格子（ｅｘｉｔ  ｐｕｐｉｌ  ｅｘｐａｎｄｅｒ  ｇｒａｔｉｎｇ）又はビーム方向変化回折格子などの、他の回折光学要素も含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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８】
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【国際調査報告】
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