(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を第１の伝搬方向に沿って結合するように構成された導波路入力カプラであって、前記入力光が第１の角度範囲をカバーする第１の光線束および第２の角度範囲をカバーする第２の光線束を含む導波路入力カプラ；
少なくとも２つのＴＩＲ面；および
前記第１の光線束および前記第２の光線束を回折するように構成された回折格子
を備える光導波路であって、
前記第１の光線束からの上向き光線および前記第２の光線束からの下向き光線が回折され、前記入力光からの各光線及びその対応する回折された光線は、前記回折格子の回折円錐上にあり、各回折は第２の伝搬方向に沿って固有のＴＩＲ角度範囲を提供することを特徴とする光導波路。
【請求項２】
請求項１に記載の光導波路において、前記入力光からの各光線及びその対応する回折された光線は、回折効率がピーク回折効率の所定の何分の１かになる角度よりも小さな角度だけ、前記回折格子のｋベクトルからオフセットされていることを特徴とする光導波路。
【請求項３】
請求項１に記載の光導波路において、前記固有のＴＩＲ角度範囲の各々は、固有の回折効率対角度特性を提供することを特徴とする光導波路。
【請求項４】
請求項３に記載の光導波路において、前記回折効率対角度特性同士は重ならないことを特徴とする光導波路。
【請求項５】
請求項３に記載の光導波路において、前記回折効率対角度特性同士は重なることを特徴とする光導波路。
【請求項６】
請求項１に記載の光導波路において、前記２つの回折で生成された回折光線ベクトルの角度分離は、回折円錐角度に等しいことを特徴とする光導波路。
【請求項７】
請求項１に記載の光導波路において、前記回折格子は、複数の回折をもたらす漏れ易い回折格子であり、２つの回折のみが、前記回折円錐上の入射光線ベクトル及び回折光線ベクトルの固有の対によって特徴付けられることを特徴とする光導波路。
【請求項８】
請求項１に記載の光導波路において、前記回折格子は、ブラッグ回折格子又はＳＢＧであり、ＨＰＤＬＣ回折格子、均一変調回折格子、又は逆モードＨＰＤＬＣ回折格子のうちの１つに記録されることを特徴とする光導波路。
【請求項９】
請求項１に記載の光導波路において、前記回折された光は、前記回折格子の平均比誘電率テンソルを整列させることにより生成される偏光状態を有し、前記偏光状態は、直線的に、楕円形に、又はランダムに偏光された状態のうちの１つであることを特徴とする光導波路。
【請求項１０】
請求項１に記載の光導波路において、非回折光は、前記回折格子の平均比誘電率テンソルを整列させることにより生成される偏光状態を有し、前記偏光状態は、直線的に、楕円形に、又はランダムに偏光された状態のうちの１つであることを特徴とする光導波路。
【請求項１１】
請求項１に記載の光導波路において、前記回折格子は、回折格子の多重化された集合のうちの１つであることを特徴とする光導波路。
【請求項１２】
請求項１に記載の光導波路において、前記回折格子は、空間的に変化する厚さを有することを特徴とする光導波路。
【請求項１３】
請求項１に記載の光導波路において、前記回折格子は、空間的に変化する回折効率を有することを特徴とする光導波路。
【請求項１４】
請求項１に記載の光導波路において、前記回折格子は、空間的に変化するｋベクトル方向を有することを特徴とする光導波路。
【請求項１５】
請求項１に記載の光導波路において、前記回折格子は、選択的に切り替え可能な要素のアレイを含むことを特徴とする光導波路。
【請求項１６】
請求項１に記載の光導波路において、前記回折された光は前記導波路のＴＩＲ面を透過することを特徴とする光導波路。
【請求項１７】
請求項１に記載の光導波路において、前記導波路の一面を通して前記回折された光を出力するための導波路出力カプラを更に備え、前記入力カプラ及び前記出力カプラの各々は、回折格子又はプリズムのうちの１つであることを特徴とする光導波路。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光導波路において、前記導波路入力カプラ及び前記導波路出力カプラのうちの少なくとも１つは、回折格子相互関係が前記導波路内で満足されるように構成された回折格子であることを特徴とする光導波路。
【請求項１９】
請求項１に記載の光導波路において、前記入力光は、時間変化する角度的に分布された情報コンテンツで変調されることを特徴とする光導波路。
【請求項２０】
請求項１に記載の光導波路において、前記導波路は第１及び第２の平行なＴＩＲ面を有し、前記回折格子は、前記第１の伝搬方向からの光を第２の伝搬方向に回折し、また、前記回折格子は、前記第１のＴＩＲ面から反射された光の一部が、第１のＴＩＲ角度範囲内の前記第２の伝搬方向に沿ってＴＩＲに回折され、前記第２のＴＩＲ面から反射された光の一部が、第２のＴＩＲ角度範囲内の前記第２の伝搬方向に沿ってＴＩＲに回折されることにより特徴付けられることを特徴とする光導波路。
【請求項２１】
請求項２０に記載の光導波路において、前記第１及び前記第２の伝搬方向は、前記導波路の平面内に直交して配置されることを特徴とする光導波路。
【請求項２２】
請求項２０に記載の光導波路において、前記第１の回折格子に重なる第２の回折格子を更に備え、前記第２の回折格子は、前記第１の伝搬方向における光を前記導波路内部の第２の伝搬方向に偏向させ、前記第２の回折格子は、前記第１のＴＩＲ面から反射された光の一部が、第３のＴＩＲ角度範囲内の第２の伝搬方向に沿ってＴＩＲに回折され、前記第２のＴＩＲ面から反射された光の一部が、第４のＴＩＲ角度範囲内の前記第２の伝搬方向に沿ってＴＩＲに回折されることにより特徴付けられる光導波路。
【請求項２３】
請求項２２に記載の光導波路において、第１及び第２の回折格子は多重化されていることを特徴とする光導波路。
【請求項２４】
請求項２２に記載の光導波路において、前記第３及び前記第４のＴＩＲ角度範囲の各々は、固有の回折効率対角度特性に対応することを特徴とする光導波路。
【請求項２５】
請求項１に記載の光導波路において、第３の伝搬方向に角度範囲を有する入力ＴＩＲ光は、前記回折格子の前記回折円錐上の固有のベクトルに沿った少なくとも１つの回折を経験することを特徴とする光導波路。
【請求項２６】
請求項２５に記載の光導波路において、前記第１及び前記第３の伝搬方向は反対方向であることを特徴とする光導波路。
【請求項２７】
請求項２５に記載の光導波路において、前記第３の伝搬方向にある前記入力ＴＩＲ光の前記ＴＩＲ角度範囲は、前記第２の伝搬方向にある光の回折効率対角度特性と重複しないことを特徴とする光導波路。
【請求項２８】
請求項２５に記載の光導波路において、前記第１の伝搬方向にある前記入力ＴＩＲ光及び第３の第２の伝搬方向にある前記入力ＴＩＲ光は、異なる波長を有することを特徴とする光導波路。
【請求項２９】
請求項２５に記載の光導波路において、第２の回折格子を更に備え、前記第３の伝搬方向にある前記入力ＴＩＲ光が前記第２の回折格子によって回折されることを特徴とする光導波路。
【請求項３０】
請求項２５に記載の光導波路において、前記回折格子は第１及び第２の回折格子を多重化し、前記第１の伝搬方向にある前記入力ＴＩＲ光は前記第１の多重化された回折格子によって回折され、前記第３の伝搬方向にある前記入力ＴＩＲ光は前記第２の多重化された回折格子によって回折されることを特徴とする光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
以下の特許出願は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。「ＣＯＭＰＡＣＴ  ＥＤＧＥ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＥＤ  ＤＥＴＲＡＣＴＩＶＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」と題された米国特許出願第１３／５０６，３８９号明細書、「ＯＰＴＩＣＡＬ  ＤＩＳＰＬＡＹＳ」と題された米国特許第８，２３３，２０４号明細書、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＰＲＯＶＩＤＩＮＧ  Ａ  ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ  ＤＩＳＰＬＡＹ」と題されたＰＣＴ出願第ＵＳ２００６／０４３９３８号明細書、「ＷＥＡＲＡＢＬＥ  ＤＡＴＡ  ＤＩＳＰＬＡＹ」と題されたＰＣＴ出願第ＧＢ２０１２／０００６７７号明細書、「ＣＯＭＰＡＣＴ  ＥＤＧＥ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＥＤ  ＥＹＥＧＬＡＳＳ  ＤＩＳＰＬＡＹ」と題された米国特許出願第１３／３１７，４６８号明細書、「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＩＤＥ  ＡＮＧＬＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」と題された米国特許出願第１３／８６９，８６６号明細書、「ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」と題された米国特許出願第１３／８４４，４５６号明細書、「ＬＡＳＥＲ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＤＥＶＩＣＥ」と題された米国特許第８，２２４，１３３号明細書、「ＬＡＳＥＲ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＤＥＶＩＣＥ」と題された米国特許第８，５６５，５６０号明細書、「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ」と題された米国特許第６，１１５，１５２号明細書、「ＣＯＮＴＡＣＴ  ＩＭＡＧＥ  ＳＥＮＳＯＲ  ＵＳＩＮＧ  ＳＷＩＴＣＨＡＢＬＥ  ＢＲＡＧＧ  ＧＲＡＴＩＮＧＳ」と題されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１３／０００００５号明細書、「ＩＭＰＲＯＶＥＭＥＮＴＳ  ＴＯ  ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＰＯＬＹＭＥＲ  ＤＩＳＰＥＲＳＥＤ  ＬＩＱＵＩＤ  ＣＲＹＳＴＡＬ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ」と題されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０００６８０号明細書、「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＥＹＥ  ＴＲＡＣＫＥＲ」と題されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１４／０００１９７号明細書、「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＦＯＲ  ＴＲＡＣＫＩＮＧ  ＡＮ  ＯＢＪＥＣＴ  ＩＮ  ３Ｄ  ＳＰＡＣＥ」と題された米国仮特許出願第６２／０７１，５３４号明細書、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＥＹＥ  ＴＲＡＣＫＩＮＧ」と題された第ＰＣＴ／ＧＢ２０１３／０００２１０号明細書、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＥＹＥ  ＴＲＡＣＫＩＮＧ」と題されたＰＣＴ出願第ＧＢ２０１３／０００２１０号明細書。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、導波路デバイスに関し、より具体的には導波路ホログラフィック回折格子に関する。導波路光学系は、現在のところディスプレイ及びセンサ用途の領域に対して検討されており、これらの用途のためには、複数の光学機能を薄くて透明な軽量基板に統合する導波路の能力が重要である。この新しいアプローチは、拡張現実（ＡＲ）及び仮想現実（ＶＲ）用のニアアイディスプレイ、航空及び道路輸送用の小型ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、生体認証及びレーザーレーダー（ＬＩＤＡＲ）用途用のセンサを含む、新製品の開発を刺激している。導波路は、基板を用いて効率的に導くことができる光線角度の範囲の点で、制限がある。上記の参考文献中で対処されている１つの解決法は、光のインカップリング、アウトカップリングのためにホログラフィック回折格子を使用することである。しかしながら、透過型ホログラフィック回折格子はこれらの機能を効率的に実施するものの、それらの狭い角度帯域幅は、導波路を通って伝送することができる画像コンテンツに、なお一層の角度制限を課す。上記の参考文献に含まれる教示を使用すると、回折格子を積み重ねること又は多重化することによって、これらの角度制限を克服することができる。積み重ねることは、現在のところ、ホログラフィック散乱により制限され、一方、単一の導波路内に多重化することができる回折格子の数は、現在の材料の変調均一性により制限される。折り畳み回折格子と呼ばれる、潜在的に非常に有用なタイプの回折格子は、単一の回折格子層内でビーム伝搬方向及びビーム拡大の変化が成し遂げられるという点で、独特である。しかしながら、プロトタイプの折り畳み回折格子は、狭い角度帯域幅を有することが判明した。従って、導波路の最大限の角度能力に対処する角度帯域幅を有する、導波路折り畳み回折格子が、必要とされている。
【発明の概要】
【０００３】
導波路の最大限の角度能力に対処する角度帯域幅を有する、導波路折り畳み回折格子を提供することが、本発明の第１の目的である。
【０００４】
本発明の目的は、回折格子を収容する最少の２つのＴＩＲ面を有する光導波路を提供する、本発明の第１の実施形態において、達成される。第１の伝搬方向に沿った第１の角度範囲を有する入力ＴＩＲ光は、少なくとも２つの回折を経験し、第１の角度範囲からの各光線及びその対応する回折された光線は、回折格子の回折円錐上にあり、各回折は第２の伝搬方向に沿って固有のＴＩＲ角度範囲を提供する。
【０００５】
一実施形態では、第１の角度範囲からの各光線及びその対応する回折された光線は、回折効率がピーク回折効率の所定の何分の１かになる角度よりも小さな角度だけ、回折格子のｋベクトルからオフセットされる。
【０００６】
一実施形態では、各固有のＴＩＲ角度範囲は、固有の回折効率対角度特性を提供する。一実施形態では、回折効率対角度特性同士は、重ならない。一実施形態では、回折効率対角度特性同士は、重なり合う。
【０００７】
一実施形態では、２つの回折で生成された回折光線ベクトルの角度分離は、回折円錐角度に等しい。
【０００８】
一実施形態では、回折格子は、複数の回折をもたらす漏れ易い回折格子であり、２つの回折のみが、回折円錐上の入射光線ベクトル及び回折光線ベクトルの固有の対によって、特徴付けられる。
【０００９】
一実施形態では、回折格子はブラッグ回折格子又はＳＢＧであり、ＨＰＤＬＣ回折格子、均一変調回折格子、又は逆モードＨＰＤＬＣ回折格子のうちの１つに記録される。
【００１０】
一実施形態では、回折光は、回折格子の平均比誘電率テンソルを整列させることにより生成される偏光状態を有し、この偏光状態は、直線的に、楕円形に、又はランダムに偏光された状態のうちの１つである。
【００１１】
一実施形態では、非回折光は、回折格子の平均比誘電率テンソルを整列させることにより生成される偏光状態を有し、この偏光状態は、直線的に、楕円形に、又はランダムに偏光された状態のうちの１つである。
【００１２】
一実施形態では、回折格子は、多重化された回折格子の集合のうちの１つである。
【００１３】
一実施形態では、回折格子の厚さは空間的に変化する。
【００１４】
一実施形態では、回折格子は空間的に変化する回折効率を有する。
【００１５】
一実施形態では、回折格子は空間的に変化するｋベクトル方向を有する。
【００１６】
一実施形態では、回折格子は、選択的に切り替え可能な要素のアレイを含む。
【００１７】
一実施形態では、回折光は、導波路のＴＩＲ面を通って透過する。
【００１８】
一実施形態では、本装置は、導波路の一面を通して光を入力し、かつその光を第１の伝搬経路に向けるための導波路入力カプラと、導波路の一面を通して回折光を出力するための導波路出力カプラと、のうちの少なくとも１つを更に備え、入力カプラ及び出力カプラの各々は、回折格子又はプリズムのうちの１つである。
【００１９】
一実施形態では、導波路入力カプラ及び導波路出力カプラのうちの少なくとも１つは、回折格子相互関係が導波路内で満足されるように構成された回折格子である。
【００２０】
一実施形態では、入力光は、時間変化する角度的に分布された情報コンテンツで変調される。
【００２１】
一実施形態では、導波路は第１及び第２の平行なＴＩＲ面を有し、回折格子は、第１の伝搬方向からの光を第２の伝搬方向に回折し、また、回折格子は、第１のＴＩＲ面から反射された光の一部が、第１のＴＩＲ角度範囲内の第２の伝搬方向に沿ってＴＩＲに回折され、第２のＴＩＲ面から反射された光の一部が、第２のＴＩＲ角度範囲内の第２の伝搬方向に沿ってＴＩＲに回折されることにより、特徴付けられる。
【００２２】
一実施形態では、第１及び第２の伝搬方向は、導波路の平面内に直交して配置される。
【００２３】
一実施形態では、本装置は、第１の回折格子に重なる第２の回折格子を更に備える。第２の回折格子は、第１の伝搬方向にある光を導波路内部の第２の伝搬方向に偏向させ、また、第２の回折格子は、第１のＴＩＲ面から反射された光の一部が、第３のＴＩＲ角度範囲内の第２の伝搬方向に沿ってＴＩＲに回折され、第２のＴＩＲ面から反射された光の一部が、第４のＴＩＲ角度範囲内の第２の伝搬方向に沿ってＴＩＲに回折されることにより、特徴付けられる。一実施形態では、第１及び第２の回折格子は多重化されている。一実施形態では、第３及び第４のＴＩＲ角度範囲の各々は、固有の回折効率対角度特性に対応する。
【００２４】
一実施形態では、第３の伝搬方向に角度範囲を有する入力ＴＩＲ光は、回折格子の回折円錐上の固有のベクトルに沿った少なくとも１つの回折を経る。一実施形態では、第１及び第３の伝搬方向は、反対向きの方向である。一実施形態では、第３の伝搬方向の入力ＴＩＲ光のＴＩＲ角度範囲は、第２の伝搬方向の光の回折効率対角度特性と重複しない。一実施形態では、第１の伝搬方向の入力ＴＩＲ光と第３の第２の伝搬方向の入力ＴＩＲ光とは、異なる波長を有する。一実施形態では、回折格子は、第１及び第２の回折格子を多重化する。第１の伝搬方向の入力ＴＩＲ光は、第１の多重化回折格子によって回折され、第３の伝搬方向の入力ＴＩＲ光は、第２の多重化回折格子により回折される。一実施形態では、本装置は、第３の伝搬方向に沿って伝搬する入力ＴＩＲ光を回折するための第２の回折格子を更に備える。
【００２５】
添付の図面と共に以下の詳細な説明を検討することによって、本発明のより完全な理解を得ることができる。添付の図面では、同様の参照番号は同様の部分を示す。明確にする目的で、本発明に関連する技術分野で既知の技術的題材に関連する細部は、詳細には説明しない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、一実施形態における一般的な導波路回折格子の光学的形状の概略図である。
【図２】図２は、折り畳み回折格子の原理を示す概略平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、一実施形態における光回折の第１の態様を示す導波路回折格子の概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、一実施形態における光回折の第２の態様を示す導波路回折格子の概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、一実施形態における光回折の第１の態様を示す傾斜回折格子フリンジを有する導波路の概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、一実施形態における光回折の第２の態様を示す傾斜回折格子フリンジを有する導波路の概略図である。
【図５】図５は、図４Ａ〜図４Ｂの実施形態に基づく導波路回折格子の回折効率対角度特性のプロットである。
【図６】図６は、一実施形態における導波路回折格子の概略図である。
【図７】図７は、図６の実施形態で使用される導波路回折格子の回折効率対角度特性を示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明について、添付の図面を参照しながら、例としてのみ、更に説明する。本発明を、以下の説明で開示する本発明の一部又は全部を用いて実施することができることは、当業者には明らかであろう。本発明を説明する目的で、光学設計及び視覚的ディスプレイの分野の当業者に知られている光学技術の周知の特徴は、本発明の基本原理を不明瞭にしないために、省略している又は簡略化している。特に断りの無い限り、光線又はビームの方向に関する「軸上の」という用語は、本発明に関連して説明される光学部品の表面に垂直な軸に平行な伝搬を指す。以下の説明では、光、光線、ビーム、及び方向という用語は、互換的に、かつ互いに関連付けられて使用されて、直線の軌跡に沿った光エネルギーの伝搬方向を示すことがある。以下の説明の一部は、光学設計の分野の当業者によって一般的に使用される用語を用いて提示される。なお、本発明の以下の説明において、「一実施形態では」という語句が繰り返し使用されるが、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。
【００２８】
図１は、本発明の原理による導波路デバイスの概略図であり、このデバイスは、少なくとも１つの回折格子１２を収容する少なくとも２つの全内部反射（ＴＩＲ）面１０、１１、を有する導波路を含む。これらのＴＩＲ面は、互いに対して傾斜が付けられていることがある。これらのＴＩＲ面は、通常は平面である。実施形態によっては、これらのＴＩＲ面は、１つ又は２つの直交する方向に湾曲していることがある。回折格子はｋベクトル１０００を有し、ｋベクトルは、慣例的に、回折格子フリンジ表面に垂直な単位ベクトルとして規定される。図示されていない導波路入力カプラは、光線１００２〜１００５によって表わされるような複数の入力光線角度を伴う入力光１００１を、導波路へと結合する。導波路入力カプラは、回折格子又はプリズムであることがある。本発明は、何らかの特別な結合手段を想定してはいない。
【００２９】
光線１００４は、第１の角度範囲をカバーする光線束の主光線であり、第１の伝搬方向１００６内のＴＩＲ経路１００８に結合される。このＴＩＲ経路１００８は、１００９などの下向き光線セグメント及び１０１０などの上向き光線セグメントを含む。説明を容易にするために、光線セグメント１００９及び１０１０は、ベクトル・ｒダウン及びｒアップによってラベル付けされる。本発明は、傾斜した平坦な面がＴＩＲを提供する、導波路の形状の範囲に適用されることがある。しかしながら、本発明を説明する目的で、図１を、本発明によりカバーされる最も単純な導波路、即ち、２つの平行なＴＩＲ面を有する導波路、を表すものとしてみなすことを読者に勧める。この場合には、全てのＴＩＲは、これらの２つの面でおこる。以下の説明では、下向きとは、上部ＴＩＲ面から反射されたＴＩＲ光線を指し、上向きとは、底部ＴＩＲ面から反射された光線を指す。２つより多くのＴＩＲ面を有する導波路の場合、光線の経路を単純に上向き伝搬又は下向き伝搬の観点から特徴付けることは実用的ではなく、ベクトル形式を使用することがより妥当である。（なお、本発明の目的のために、「伝搬方向」という用語は、ＴＩＲビームのエネルギー伝達の全般的な方向を指し、上述した個々の上向き及び下向きの光線経路を指すものではない。）図１を再び参照すると、（光線とＴＩＲ面の法線との間の角度として規定される）異なるＴＩＲ角度を有する別のＴＩＲ経路が入力光線１００５から生じており、この入力光線１００５は第２の角度範囲をカバーする光線束の主光線であり、１０１２などの上向き光線セグメント及び１０１３などの下向き光線セグメントを含むＴＩＲ経路１０１１に結合されている。光線セグメント１０１２及び１０１３は、ベクトル・ｒ’アップ及びｒ’ダウンによってラベル付けされる。２つのＴＩＲ経路は、第２の伝搬方向１００７に偏向される。従って、入力光は、回折格子によって最少２回、回折される（各回折は固有の角度範囲に対応する）。ブラッグ式を丁度満足する光線のみが、高い効率で回折される。（なお、回折格子が漏れ易い回折格子、即ち、少量の光が各跳ね返りにおいて回折される回折格子、である場合には、２度の跳ね返りのみが、回折円錐上の入射光線及び回折光線の固有の対を生じさせる。）ブラッグ条件を満足する入射光線及び回折光線は、円錐の近くの表面上に存在する。関心が持たれる１つの特定の場合では、２つの回折で生成された回折光線ベクトルの角度分離は、回折円錐角度に等しい。ブラッグ条件を満足しない光線は、典型的にはピーク効率の５０％として規定される制約条件を伴って、ブラッグ条件に基づく角度（及び波長）からの角度（及び波長）の偏差が増加するにつれて、徐々に回折効率が低くなる。回折光線経路の各々は、回折光線角度の固有の範囲のピーク効率光線に対応する。光の大部分が高効率で回折されることを保証するために、各入力光線及びその対応する回折光線は、回折効率角度帯域幅の半分より小さな角度だけ、回折格子のｋベクトルからオフセットされる。回折効率角度帯域幅は、回折効率がピーク効率の５０％以上になる角度範囲として、しばしば規定される。しかしながら、本発明では、必要とされる光出力均一性などの要素に応じて、限定的な回折効率の他の尺度を使用することがある。後程分かるように、導波路回折格子がセンサ内で使用される幾つかの実施形態では、照明及び信号光の分離のために、重複しない角度特性を有することが有利である。
【００３０】
回折格子を、上向き光線及び下向き光線を回折するように構成することにより、回折格子が動作する角度範囲が大幅に拡大される。これは、本明細書で後程、１つの特定の折り畳み回折格子の場合において示される。一実施形態では、主光線１００８、１０１１を有する入力光線の範囲に対応する回折角度の各範囲は、固有の回折効率対角度特性を生じさせ、ここで、言及される角度は、入射光線又は回折光線と媒体（ガラス又はプラスチック）中のｋベクトルとの間の角度である。本発明の最も実用的な用途において、関心が持たれる角度の尺度は、空気中での角度帯域幅である。例えば、導波路ディスプレイの場合には、ディスプレイの角度帯域幅をアイボックス（又は射出瞳）から観察されるものとして指定することが有用である。角度帯域幅のこの尺度又は他の尺度を、基本的な幾何光学を使用して決定することができる。回折効率対角度特性同士が、用途に応じた重複の度合いで重複するように設計されることがある。高い均一性が必要とされる場合、バンディングなどの効果を取り除くために非常に高い重複度合いが必要とされる。本明細書で後程、（例えば、光受信機／送信機において）導波路を通る１つより多くの光路を提供するために、導波路回折格子をどのように使用することができるかを、説明する。そのような用途では、回折効率対角度特性同士の重複を最小に保ち、受信チャネルと送信チャネルとの間のクロストークを回避することが望ましい。
【００３１】
本発明で使用される回折格子は、ブラッグ回折格子（体積格子とも呼ばれる）であることが望ましい。ブラッグ回折格子は、高効率であり、高次に回折される光は僅かである。回折された及びゼロ次の光の相対量は、回折格子の屈折率変調を制御することにより変化させることができ、回折格子の屈折率変調は、大きな瞳孔に渡って光を抽出するための損失性導波路回折格子を作製するために使用される特性である。
【００３２】
回折格子のうちの１つの重要な種類は、切り替え可能ブラッグ回折格子（ＳＢＧ）として知られている。ＳＢＧは、まず平行なガラス板の間に、光重合性のモノマーと液晶材料との混合物の薄膜を配置することによって、製造される。片方又は両方のガラス板は、膜を横断して電界を印加するための電極、典型的には透明なインジウムスズ酸化物膜、を支持する。次いで、液状材料（しばしば、シロップと呼ばれる）を、干渉しあって傾斜フリンジ回折格子構造を形成する、２つの互いにコヒーレントなレーザービームで照射することにより、体積型位相回折格子が記録される。記録工程の間、モノマーは重合し、混合物は相分離を経験し、液晶微小液滴により高密度に埋められた領域を生成し、透明なポリマーの領域が散在される。交互の液晶の豊富な領域と液晶の涸渇した領域が、回折格子のフリンジ面を形成する。結果として得られる体積位相回折格子は、非常に高い回折効率を示すことができ、これは、膜を横断して印加される電界の大きさによって制御することができる。透明電極を介して回折格子に電界が印加されると、ＬＣ液滴の自然な向きが変化して、フリンジの屈折率変調が低下し、ホログラム回折効率が非常に低いレベルに低下する。典型的には、ＳＢＧ素子は３０μｓでクリアに切り替えられ、オンに切り替わるまでにより長い緩和時間を伴う。なお、デバイスの回折効率は、印加される電圧によって、連続的な範囲に渡って調節することができる。デバイスは、電圧が印加されないと１００％に近い効率を示し、十分に高い電圧が印加されると、実質的にゼロの効率を示す。あるタイプのＨＰＤＬＣデバイスでは、磁界を使用してＬＣの向きを制御することができる。あるタイプのＨＰＤＬＣでは、ポリマーからのＬＣ材料の相分離は、識別可能な液滴構造が全く生じない程度に、達成することができる。ＳＢＧは、受動回折格子として使用することもできる。このモードにおけるその主な利点は、他に類を見ないほど高い屈折率変調である。
【００３３】
ＳＢＧを使用して、自由空間用途のための透過型回折格子又は反射型回折格子を提供することがある。ＳＢＧは、ＨＰＤＬＣが、導波路コアか又は導波路に近接したエバネッセントに結合した層のいずれかを形成する、導波路デバイスとして実装されることがある。ＨＰＤＬＣセルを形成するために使用される平行なガラス板は、全内部反射（ＴＩＲ）導光構造を提供する。切り替え可能回折格子が光を、ＴＩＲ条件を超える角度で回折すると、ＳＢＧから離れて光が結合される。導波路は、現在のところ、ディスプレイ及びセンサ用途の範囲で関心が持たれている。ＨＰＤＬＣに関する初期の研究の多くは反射ホログラムに関するものであるが、透過デバイスは、光学系構成要素としてはるかに汎用的であることが判明している。典型的には、ＳＢＧで使用されるＨＰＤＬＣは、液晶（ＬＣ）、モノマー、光開始剤染料、及び共開始剤を含む。混合物は、しばしば、界面活性剤を含む。特許及び科学文献には、ＳＢＧを製造するために使用することができる材料系及び工程の多くの例が含まれている。２つの基本的な特許は、Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄによる米国特許第５，９４２，１５７号明細書、及びＴａｎａｋａらによる米国特許第５，７５１，４５２号明細書である。両方の出願とも、ＳＢＧデバイスを製造するのに適した、モノマーと液晶材料との組み合わせについて記載している。
【００３４】
透過型ＳＢＧの既知の特性の１つは、ＬＣ分子が回折格子フリンジ平面に垂直に整列する傾向があるということである。ＬＣ分子の整列の効果としては、透過型ＳＢＧが、Ｐ偏光（即ち、入射平面内に偏光ベクトルを有する光）を効率的に回折するが、Ｓ偏光（即ち、入射平面に垂直な偏光ベクトルを有する光については、ほぼゼロの回折効率を有することである。透過型ＳＢＧは、ほぼすれすれの入射では使用されないことがある、というのも、入射光と反射光との間の夾角が小さい場合、Ｐ偏光に対するいずれの回折格子の回折効率もゼロに低下するからである。
【００３５】
一実施形態では、回折格子は、Ｃａｐｕｔｏらによる米国特許出願公開第２００７／００１９１５２号明細書、及びＳｔｕｍｐｅらによるＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＥＰ２００５／００６９５０号明細書に開示されるものなどの、均一変調液晶−ポリマー材料系に記録される。なお、これらの文献の両方とも、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。均一変調回折格子は、高い屈折率変調（従って、高い回折効率）及び低散乱によって特徴付けられる。一実施形態では、回折格子は、逆モードＨＰＤＬＣ材料に記録される。逆モードＨＰＤＬＣは、回折格子が、電界が印加されていない場合には受動的であり、電界が存在すると回折性になるという点で、従来のＨＰＤＬＣとは異なる。逆モードＨＰＤＬＣは、「ＩＭＰＲＯＶＥＭＥＮＴＳ  ＴＯ  ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＰＯＬＹＭＥＲ  ＤＩＳＰＥＲＳＥＤ  ＬＩＱＵＩＤ  ＣＲＹＳＴＡＬ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ」と題されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０００６８０号明細書に開示された製法及び工程のうちの任意のものに基づいてもよい。回折格子は、上記の材料系の任意のものに記録されることがあるが、受動（非切り替え）モードで使用される。製造工程は、切り替え型回折格子に対して使用される工程と同一だが、電極のコーティング段階が省略される。ＬＣポリマー材料系が、その高い屈折率変調の点から、大変望ましい。
【００３６】
複屈折回折格子では、屈折率は、異常光屈折率（ｎｅ）と常光屈折率（ｎｏ）の２つの成分を有する。異常光屈折率は、平均ＬＣディレクタ方向により規定される一軸結晶の光学軸（即ち、対称の軸）によって規定される。常光屈折率は、他の２つの直交軸に対応する。より一般的には、屈折率は、誘電率テンソルを使用して特徴付けられる。本発明者らの知る限りでは、ＬＣベースの回折格子における光学軸は、ブラッグフリンジに垂直に、即ち、ｋベクトルに沿って、整列する傾向がある。適度に小さな回折格子傾斜角度の場合、セルに渡って電界を印加することにより、ディレクタを導波路面に対して垂直に向け直し、回折格子を効果的にクリアする。入射光線は、異常光屈折率と常光屈折率との両方に依存する実効屈折率を経験し、その結果、ポインティングベクトル（Ｐｏｙｎｔｉｎｇ  ｖｅｃｔｏｒ）と波ベクトルとが小さな角度で分離される。この効果は、より高い角度でより顕著になる。一実施形態では、回折された光線は、回折格子の平均比誘電率テンソルを整列させることによって生じる偏光状態を有する。非回折光の偏光を制御する能力を有することも、有用である。或いは、一実施形態では、非回折光線は、回折格子の平均比誘電率テンソルを整列させることによって生じる偏光状態を有する。偏光状態は、ランダムに、線形に、又は楕円形に偏光された状態のうちの１つであることがある。回折光が別のものと相互作用する用途では、回折格子は、線形に偏光されることが好ましい。例えば、ＳＢＧは、Ｐ偏光に対して最も高い回折効率を有する。導波路では、ＬＣの複屈折は、各ＴＩＲ跳ね返りにおいて、光の偏光を回転させる傾向がある。これは、光の偏光を攪乱する効果を有する。初期の実験は、完全にランダムに偏光されていない光を指し示している。しかしながら、これは、複屈折の特性に依存する可能性がある。一実施形態では、誘電率テンソルは、回折格子の出力端でランダムな偏光状態をもたらすように修正される。ランダムな偏光は、回折光が直接的に観察される用途、例えば、ディスプレイなどの用途では望ましい。
【００３７】
一実施形態では、回折格子は、回折格子の多重化された集合のうちの１つである。各回折格子は、規定された角度又はスペクトル範囲に渡って動作することができる。多重化により、導波路の層の数を大幅に増やすことなく、角度帯域幅及び色空間を拡大することが可能になる。一実施形態では、回折格子の厚さは空間的に変化する。回折効率は回折格子厚さに比例し、一方、角度帯域幅は回折格子厚さに逆に伝搬するので、回折光の均一性を制御することが可能になる。一実施形態では、回折格子は、回折格子の効率、均一性、及び角度範囲を制御するために、空間的に変化するｋベクトル方向を有する。一実施形態では、回折格子は空間的に変化する回折効率を有する。本発明における多重化、並びに空間的に変化する厚さ、ｋベクトル方向、及び回折効率の適用は、「ＣＯＭＰＡＣＴ  ＥＤＧＥ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＥＤ  ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＶＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」と題された米国特許出願第１３／５０６，３８９号明細書、「ＯＰＴＩＣＡＬ  ＤＩＳＰＬＡＹＳ」と題された米国特許第８，２３３，２０４号明細書、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＰＲＯＶＩＤＩＮＧ  Ａ  ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ  ＤＩＳＰＬＡＹ」と題されたＰＣＴ出願第ＵＳ２００６／０４３９３８号明細書、「ＷＥＡＲＡＢＬＥ  ＤＡＴＡ  ＤＩＳＰＬＡＹ」と題されたＰＣＴ出願第ＧＢ２０１２／０００６７７号明細書、「ＣＯＭＰＡＣＴ  ＥＤＧＥ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＥＤ  ＥＹＥＧＬＡＳＳ  ＤＩＳＰＬＡＹ」と題された米国特許出願第１３／３１７，４６８号明細書、「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＩＤＥ  ＡＮＧＬＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」と題された米国特許出願第１３／８６９，８６６号明細書、「ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」と題された米国特許出願第１３／８４４，４５６号明細書において提供される実施形態、図面及び教示に基づいている。
【００３８】
回折光は、導波路の面を通って透過することがある。導波路ディスプレイでは、この光はユーザから直接的に観察される。他の実施形態では、回折光は、導波路内でＴＩＲを受け続けることがある。例えば、回折光は、ビーム拡大をもたらし、かつ導波路から外に光を回折する出力回折格子と、相互作用することがある。この構成は、上記の文献に開示された原理に基づく導波路ディスプレイで使用されることがある。一実施形態では、回折光は、プリズムを使用して導波路の外に向けられることがある。
【００３９】
一実施形態では、導波路は、導波路の一面を通して光を入力し、かつその光を第１の伝搬経路に向けるための導波路入力カプラと、導波路の一面を通して回折光を出力するための導波路出力カプラと、のうちの少なくとも１つを更に備え、入力カプラ及び出力カプラの各々は、回折格子又はプリズムのうちの１つである。一実施形態では、導波路入力カプラ及び導波路出力カプラのうちの少なくとも１つは、回折格子相互関係が導波路内で満足されるように構成された、回折格子である。
【００４０】
一実施形態では、回折格子は、ビーム方向を変更し、かつ導波路内部でビーム拡大をもたらすために使用される、折り畳み回折格子である。この構成は、典型的には、参照特許出願において開示されるタイプの導波路ディスプレイで使用される。光を導波路の内部に又は外部に結合するために設計された回折格子は、導波路平面内にある軸の周りに傾斜している。折り畳み回折格子は、より一般化された傾きを有する。本発明で使用されるように、最も単純な実施態様では、折り畳み回折格子が導波路平面内でビームを偏向させるように、折り畳み回折格子は、導波路平面に垂直な軸の周りに傾斜している。より一般的には、例えば、光が導波路に結合され、導波路内部で直交する方向に偏向され、それら全てが一度のステップでなされ得るように、折り畳み回折格子は、２つの回転角度によって規定される傾斜を有することがある。本発明にとって特に重要なことに、折り畳み回折格子は、直交する重ね合わされた回折格子層を回避しながら、９０度の方向転換、及び単一の層内での２軸ビーム拡大を実施することができる。図２は、折り畳み回折格子２２の平面図である。光線の集合２０１５が回折格子に遭遇すると、それらの光線は、伝搬方向を９０°変更するような態様で回折する。従来の垂直抽出回折格子とは異なり、光は導波路を出ていかない。なお、光線が回折格子に遭遇すると、光線が回折格子を上から又は下から横切るかどうかに関わらず、光線の一部は方向を変更し、残りは妨げられることなく続く。典型的な光線は、垂直に（Ｙ方向に）幾度も相互作用し、一方、一部の光は横方向に（Ｘ方向に）移動する。設計の観点からは、回折格子の出力端から出てくる光２０１６の量が横方向に均一に分布するように設計し、かつ回折格子の側端から出てくる光２０１７の量を出来る限り小さくするように設計することが望ましい。
【００４１】
次に、本発明の原理による回折格子を使用した折り畳み回折格子アーキテクチャについて考察する。図３〜図４に示す実施形態では、平面導波路に含まれる回折格子、即ち、対向する２つのＴＩＲ面を有する回折格子は、第１の伝搬方向にある入力光を、第２の伝搬方向に偏向させる。図１の実施形態と同様に、回折格子は、回折格子と相互作用する上向きＴＩＲ光の一部が第１の角度範囲に回折され、回折格子と相互作用する下向きＴＩＲ光の一部が第２の角度範囲に回折されるように、設計される。上向きＴＩＲ光及び下向きＴＩＲ光線は、回折効率角度帯域幅の半分よりも小さな角度だけ、回折格子のｋベクトルからオフセットされる。まず、図３の実施形態を参照すると、導波路２０は、導波路ＴＩＲ面に対して９０度に配置され、かつ９０度のビーム偏向をもたらすように典型的には４５度だけ導波路平面内で傾斜している、回折格子フリンジ２１を含む。図３Ａでは、第１のＴＩＲ経路は、入力伝搬平面２００１内に、また回折後は出力伝搬平面２００２内にある。導波路平面法線２００６に対してＴＩＲ角度２００５を有する伝搬平面２００１内のＴＩＲ光２００４は、上向き光線２００７として回折格子フリンジに突き当たり、この上向き光線２００７は、伝搬平面２００２内部にあるＴＩＲ方向２００８に回折される。図３Ｂでは、導波路平面法線２００６に対してＴＩＲ角度２０１１を有する、２０１０によって示される入力伝搬平面２００１内の第２のＴＩＲ経路は、下向き光線２０１３として回折格子フリンジに突き当たり、この下向き光線２０１３は、伝搬平面２００２内部にあるＴＩＲ方向２０１４に回折される。上向き及び下向きＴＩＲ光線は、この場合には対称的であるので、出力回折効率対角度特性においては１つのピークのみが存在する。
【００４２】
次に、図４の実施形態を参照して、導波路ＴＩＲ面に対して、かつ導波路平面に対して傾斜している回折格子フリンジ３１を含む導波路３０について考察する。再び、回折格子フリンジ３１は、９０度のビーム偏向をもたらすために、典型的に４５度になっている。図４Ａでは、第１のＴＩＲ経路は、入力伝搬平面２０２０内に、また回折後は出力伝搬平面２０２１内にある。回折格子は、記号ｋによってもラベル付けされるｋベクトル２０２２を有する。導波路表面法線２０２４に対する回折格子フリンジの傾斜角２０２３も示されている。導波路平面法線２０２７に対してＴＩＲ角度２０２６を有する伝搬平面２００１内のＴＩＲ光２０２５は、上向き光線２０２８として回折格子フリンジに突き当たり、この上向き光線２０２８は、伝搬平面２０２１内部にあるＴＩＲ方向２０２９に回折される。図４Ｂでは、導波路平面法線２０２７に対してＴＩＲ角度２０３１を有する、２０３０によって示される入力伝搬平面２００１内の第２のＴＩＲ経路は、下向き光線２０３３として回折格子フリンジに突き当たり、この下向き光線２０３３は、出力伝搬平面２０２１内部にあるＴＩＲ方向２０３４に回折される。上向き及び下向きＴＩＲ光線は、この場合には非対称であるので、出力回折効率対角度特性においては２つのピークが存在する。
【００４３】
図４に示した実施形態に基づく一実施形態では、第２の回折格子が第１の回折格子に重なる。第２の回折格子は、第１の伝搬方向にある光を、導波路内部の第２の伝搬方向に偏向させる。第２の回折格子は、第２の回折格子と相互作用する上向きＴＩＲ光の一部が第３の角度範囲に回折され、回折格子と相互作用する下向きＴＩＲ光の一部が第４の角度範囲に回折されることを、特徴とする。上向きＴＩＲ光及び下向きＴＩＲ光は、回折効率角度帯域幅の半分よりも小さな角度だけ、第２の回折格子のｋベクトルからオフセットされる。図５は、図４の実施形態に基づいて、２つの積み重ねられた回折格子を含む導波路についての、（導波路における）回折効率対角度のプロットである。各回折格子は、２つの固有の回折効率対角度特性、即ち、合計で４つ、を提供するように構成される。
【００４４】
本発明は、導波路ディスプレイの角度帯域幅を改善する必要性によって、主に動機付けられているが、本発明は、他の光学デバイスにも適用することができる。特に、本発明は、アイトラッカー、ＬＩＤＡＲ、及びバイオメトリックスキャナーなどのセンサに適用することができる。この目的のために、図１〜図４は、図示された全ての光線の方向が逆である場合に、センサ導波路を指すことができる。入力カプラは、信号光を検出器に向けるための出力カプラになる。本発明の利点は、検出ハンドルの範囲を拡大して導波路の最大限の角度能力に対処することができることである。視線追跡に関しては、本発明は、「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＥＹＥ  ＴＲＡＣＫＥＲ」と題されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１４／０００１９７号明細書、「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＦＯＲ  ＴＲＡＣＫＩＮＧ  ＡＮ  ＯＢＪＥＣＴ  ＩＮ  ３Ｄ  ＳＰＡＣＥ」と題された米国仮特許出願第６２／０７１，５３４号明細書、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＥＹＥ  ＴＲＡＣＫＩＮＧ」と題されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１３／０００２１０号明細書、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＥＹＥ  ＴＲＡＣＫＩＮＧ」と題されたＰＣＴ出願第ＧＢ２０１３／０００２１０号明細書において開示された導波路アイトラッカーで使用することができる。
【００４５】
実施形態の１つのグループでは、導波路回折格子は、少なくとも２つの異なる光路を提供する。上述したように、そのような実施形態の１つの重要な応用領域は、センサの分野である。回折格子導波路によって扱うことができる光路の数は、回折格子の利用可能な角度帯域幅に依存する。２つの異なる光路を提供する導波路回折格子の基本原理を図示するために、図６は、ｋベクトル２０５０を有する単一の導波路回折格子フリンジ４０を示し、ｋベクトル２０５０は、次いで、回折円錐２０５１の軸を提供する。第１の光路は、２０５２、２０５３で示される第１及び第２のビーム伝搬方向に対応する。ビーム伝搬経路は、丸で囲まれた数字１〜４によってもラベル付けされている。第２の光路は、２０５４、２０５５で示された第３及び第４のビーム伝搬方向によってもたらされる。典型的な用途では、第１の光路は、光を照明源（導波路に結合されている）から導波路の外部の反射面に伝送するための送信チャネルであることがある。第２の光路は、反射された光を、外部の表面から検出器（導波路に結合されている）に伝送するための受信チャネルを提供する。説明を簡単にするために、介在する入力／出力結合回折格子、及び導波路で一般的に使用される他の要素は、考慮されていない。
【００４６】
再び図６を参照すると、第１のビーム伝搬方向の周りのＴＩＲ経路は、光線２０５６、２０５７によって表わされ、第３のビーム伝搬方向の周りのＴＩＲバスは、光線２０５８、２０５９によって表わされる。ＴＩＲ面は図示されていない。ＴＩＲ面は、図面の平面と平行に視覚化すると、有用であり得る。従って、ビーム伝搬方向は、実質的に同一平面上にある。図面を理解する更なる助けとして、ＴＩＲ経路は、伝搬方向ベクトルの周りに９０度だけ回転されている。
【００４７】
図６では、出来る限り一般的に、伝搬方向が示されている。実際には、方向の範囲は、回折格子及び導波路角度帯域幅を考慮することによって、同様に光源及び検出器などの部品を導波路に対してどこに配置し得るかに係る制約によって、規定される。一実施形態では、第２及び第３のビーム伝搬方向は、実質的に反対方向であることがある。この原理は、引用文献に開示されたアイトラッカーで使用されている。受信チャネルと送信チャネルとの間のクロストークを回避するために、光路に対する回折効率対角度特性同士が実質的に重ならないことが重要である。一般的に、起こり得る迷光経路を回避するために、４つのビーム伝搬方向の全てに対する回折効率対角度特性同士は、殆ど又は全く重ならないようにすべきである。第２及び第３の伝搬方向に対する回折効率対角度プロット２０６０、２０６１を、図７に示す。本発明は、２つの光路の各々に対して少なくとも２つの回折を可能にする。センサの場合には、受信チャネルと送信チャネルの両方が、２つの回折を使用することがある。しかしながら、多くの用途において、広い角度帯域幅は、検出チャネルでのみ必要とされることがある。一実施形態では、２つの光路は、異なる波長を伝搬することがある。一実施形態では、２つの光路は、異なる偏光状態を伝搬することがある。導波路を通る２つ以上の光路を提供する能力により、レーザー応用計測、光コンピューティング、ロボット工学、並びに産業用プロセス制御及び監視などの分野の用途があり得る。
【００４８】
導波路ディスプレイの場合には、入力光は、液晶ディスプレイパネルなどの空間光変調器を使用して、又は、ＭＥＭｓ若しくは他のビーム偏向技術を使用して、時間変化する角度的に分布している情報コンテンツで変調される。典型的なＨＭＤアーキテクチャは、画像生成器からのコリメートされた光を結合するための１つ又は複数の積層された入力回折格子、１つの折り畳み回折格子、並びに垂直及び水平に瞳孔拡大された光を画像全体が見られるアイボックス形態に出力するための１つ又は複数の出力回折格子、の導波路である。
【００４９】
図面は例示的なものであり、寸法は誇張されていることを、強調しておくべきである。例えば、ＳＢＧ層の厚さは、大いに誇張されている。
【００５０】
上記の実施形態のいずれにおいても、導波路は、湾曲していることがあり、又は、平面の若しくは湾曲したファセットのモザイクから形成されることがある。
【００５１】
上述した実施形態のいずれかに基づく導波路デバイスは、「ＩＭＰＲＯＶＥＭＥＮＴＳ  ＴＯ  ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＰＯＬＹＭＥＲ  ＤＩＳＰＥＲＳＥＤ  ＬＩＱＵＩＤ  ＣＲＹＳＴＡＬ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ」と題されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０００６８０号明細書に開示された材料及び工程を使用したプラスチック基板を使用して実装することができる。
【００５２】
本発明を例示的な実施形態を参照して説明したが、本発明は開示された例示的な実施形態に限定されるものではないことは、当業者により理解されるべきである。添付の請求項又はその均等物の範囲内にある限り、設計要件及び他の要因に応じて、様々な修正、組み合わせ、部分的組み合わせ、及び変更が発生してもよい。
【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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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