(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学デバイスであって、
該光学デバイスは、
（ａ）導波路を含み、該導波路は、
（ｉ）互いに平行な少なくとも１対の表面の第１の表面と、
（ｉｉ）光が前記導波路へ連結される第１の領域と、
（ｉｉｉ）ファセットの第１の配列を有し、
該ファセットは、
（Ａ）（Ｉ）前記第１の領域の近位に配され、かつ、（ＩＩ）前記第１の対の表面の
間の方向に第１の幅を有する、最初のファセットと、
（Ｂ）（Ｉ）前記第１の領域からのファセットの前記第１の配列の遠位端にあり、か
つ、（ＩＩ）前記第１の対の表面の間の方向に第３の幅を有する、最後のファセットと、
（Ｃ）（Ｉ）前記最初のファセットと前記最後のファセットとの間にあり、かつ、（
ＩＩ）前記第１の対の表面の間の方向に第２の幅を有する、１つ以上の中間のファセット
とを含み、
（ｂ）前記ファセットの各々は、
（ｉ）幅が前記ファセットの面内にあり、
（ｉｉ）少なくとも部分的に反射する面であり、
（ｉｉｉ）前記第１の対の表面に対して斜角であり、
（ｉｖ）前記ファセットの幅の近位側にファセット開始部を有し、および、
（ｖ）前記ファセットの幅の遠位側にファセット終了部を有し、ならびに、
（ｃ）幾何学的な投影は、前記導波路から外連結された名目上の光線の方向に前記第１の
対の表面の１つの上にあり、前記名目上の光線は前記導波路から連結された光の中心光線
であり、
（ｄ）前記最後のファセットと前記１つ以上の中間のファセットの各々の幾何学的な投影
は、前記１つ以上の中間のファセットと前記最初のファセットに隣接するそれぞれの前記
幾何学的な投影に重複し、
（ｅ）前記最後のファセットと前記１つ以上の中間のファセットの各々の前記ファセット
開始部の前記幾何学的な投影は、前記１つ以上の中間のファセットと前記最初のファセッ
トの隣接していないファセット終了部のそれぞれの前記幾何学的な投影に一致し、
（ｆ）一致は前記導波路の少なくとも一部に沿っている、光学デバイス。
【請求項２】
前記最初のファセットの前記第１の幅は、１つ以上の中間のファセットの前記第２の幅
未満である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
多くの前記ファセットは、前記導波路から外連結された前記名目上の光線で交差し、前
記ファセットの数はファセットの前記第１の配列のすべてに対して一定である、請求項１
に記載の光学デバイス。
【請求項４】
光は画像に相当し、前記中心光線は前記画像の中心からの中心光線である、請求項１に
記載の光学デバイス。
【請求項５】
光は画像に相当し、前記中心光線は前記画像の中心ピクセルに相当する、請求項１に記
載の光学デバイス。
【請求項６】
前記最後のファセットは実質的に名目上の反射率の１００％である反射率を有し、前記
名目上の反射率は前記導波路の特定位置で必要とされる全反射である、請求項１に記載の
光学デバイス。
【請求項７】
前記第３の幅は前記第２の幅未満である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記第３の幅は実質的に前記第２の幅の半分である、請求項７に記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記１つ以上の中間のファセットは、
（ａ）１、
（ｂ）２、
（ｃ）３、
（ｄ）４、
（ｅ）５、および、
（ｆ）複数、
からなる群から選択される、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
一定数のファセットは、前記第１の対の表面の１つによって前記導波路からの光連結の
名目上の観察点へ向かう視線において重複する、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項１１】
ファセットの前記第１の配列の複数の前記ファセットの１つのファセットの幅は、ファ
セットの前記第１の配列の前記複数のファセットの隣接する１つのファセットの幅に対し
て単調に変わる、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項１２】
ファセットの前記第１の配列の１対の隣接するファセット間の間隔は、ファセットの前
記第１の配列の別の対の隣接するファセット間の隣接する間隔に対して変わる、請求項１
に記載の光学デバイス。
【請求項１３】
前記間隔は単調に変わる、請求項１２に記載の光学デバイス。
【請求項１４】
前記第１の領域からの光の伝播は、光の少なくとも一部が、前記１つ以上の中間のファ
セットの１つに当たる前に、前記最初のファセットに当たるような状態である、請求項１
に記載の光学デバイス。
【請求項１５】
隣接するファセット間の間隔は、前記導波路へ連結する光のコヒーレンス長よりも大き
い、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項１６】
（ａ）前記第１の幅は、前記第２の幅と実質的に等しく、および、
（ｂ）前記最初のファセットは、隣接する中間のファセットの前記幾何学的な投影と重
複していない前記最初のファセットの前記幾何学的な投影に対応する第１の部分を有する
、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項１７】
前記第１の部分は光に対して透過性である、請求項１６に記載の光学デバイス。
【請求項１８】
前記第１の部分は、隣接するファセットの反射率の実質的に２倍の反射率を有する、請
求項１６に記載の光学デバイス。
【請求項１９】
前記ファセットの各々は前記ファセット全体で均一な部分反射率を有する、請求項１に
記載の光学デバイス。
【請求項２０】
前記ファセットの１つ以上の反射率は、別の１つ以上のファセットの別の反射率とは異
なる、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項２１】
前記導波路はさらに、
（ａ）互いに平行で、かつ、前記第１の対の表面とは平行ではない、第２の対の表面を有
し、
（ｂ）前記ファセットは、画像が第１の対と第２の対の表面の両方へ傾斜した連結角度で
伝播の当初の方向を伴って前記第１の領域の前記導波路へ連結されるとき、画像が前記導
波路に沿って４回の折り畳み内反射の分だけ進む、ように構成される、請求項１に記載の
光学デバイス。
【請求項２２】
前記第２の対の表面は前記第１の対の表面に垂直である、請求項２１に記載の光学デバ
イス。
【請求項２３】
前記ファセットの各々は前記第２の対の表面に対して斜角である、請求項２１に記載の
光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、本発明者らにより２０１７年３月２２日に出願された仮特許出願（ＰＰＡ）番号６２／４７４，６１４の利益を主張し、当該文献は参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は一般に光学系に関し、とりわけ、均一な反射に関係する。
【背景技術】
【０００３】
コンパクトな光学素子のための重要な適用の１つは、光モジュールが結像レンズとコンバイナーの両方として機能し、それにより、２次元表示が無限に撮像され、観察者の目に反射される、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）を備える。該表示は、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオードアレイ（ＯＬＥＤ）、スキャニングソースまたは同様の装置などの空間光変調器（ＳＬＭ）から直接、あるいはリレーレンズまたは光ファイバー束によって間接的に得られる。該表示は、コリメータレンズによって無限に撮像され、それぞれ非シースルーまたはシースルー用途用のコンバイナーとして作用する反射あるいは部分反射表面によりビューアーの目に送信された要素（ピクセル）のアレイを含む。典型的には、従来の自由空間光モジュールはこの目的のために使用される。本システムの所望の視野（ＦＯＶ）が拡大するにつれ、こうした従来の光モジュールは、必ずより大きく、より重く、よりかさばるようになり、中程度のパフォーマンス向けにでも装置を非実用的なものにする。これらはすべての種類のディスプレイの主要な短所であるが、とりわけ、システムが必ず可能な限り軽量かつコンパクトでなければならないヘッドマウント用途ではそうである。
【０００４】
コンパクトなものにしようとする努力がいくつかの様々な複雑な光学的解決策を生み出した。これらはすべて、一方では、ほとんどの実用的な用途にはまだ十分なほどコンパクトではなく、他方では、製造するのが困難である。さらに、これらの設計に起因する光学的な視角のアイモーションボックス（ｅｙｅ−ｍｏｔｉｏｎ−ｂｏｘ）（ＥＭＢ）は、通常非常に小さく、典型的には８ｍｍ未満である。従って、光学系の性能は、ビューアーの目に対する小さな動作にさえ非常に敏感に反応し、表示されたテキストを都合よく読み取るための十分な瞳孔運動を許可しない。
【発明の概要】
【０００５】
本実施形態の教示によれば、導波路を含む光学デバイスが提供され、導波路は、互いに平行な少なくとも１対の表面の第１の表面と、光が導波路へ連結される第１の領域と、ファセットの第１の配列を有し、該ファセットは、第１の領域の近位に配され、第１の対の表面の間の方向に第１の幅を有する、最初のファセットと、第１の領域からのファセットの第１の配列の遠位端にあり、第１の対の表面の間の方向に第３の幅を有する、最後のファセットと、最初のファセットと最後のファセットとの間にあり、第１の対の表面の間の方向に第２の幅を有する、１つ以上の中間ファセットとを含み、ファセットの各々は、幅がファセットの面内にあり、少なくとも部分的に反射する面であり、第１の対の表面に対して斜角であり、ファセットの幅の近位側にファセット開始部を有し、ファセットの幅の遠位側にファセット終了部を有し、および、ここで、幾何学的な投影は、導波路から外連結（ｏｕｔｃｏｕｐｌｅｄ）された名目上の光線の方向に第１の対の表面の１つの上でなされ、名目上の光線は導波路から連結された光の中心光線であり、最後のファセットと１つ以上の中間のファセットの各々の幾何学的な投影は、１つ以上の中間のファセットと最初のファセットに隣接するそれぞれの幾何学的な投影に重複し、最後のファセットと１つ以上の中間のファセットの各々のファセット開始部の幾何学的な投影は、１つ以上の中間のファセットと最初のファセットの隣接していないファセット終了部のそれぞれの幾何学的な投影に一致し、一致は導波路の少なくとも一部に沿っている。
【０００６】
任意の実施形態では、最初のファセットの第１の幅は、１つ以上の中間のファセットの第２の幅未満である。別の任意の実施形態では、多くのファセットは、導波路から外連結された名目上の光線で交差し、ファセットの数は第１の配列のすべてに対して一定である。別の任意の実施形態では、光は画像に相当し、中心光線は画像の中心からの中心光線である。別の任意の実施形態では、光は画像に相当し、中心光線は画像の中心ピクセルに相当する。別の任意の実施形態では、最後のファセットは実質的に名目上の反射率の１００％である反射率を有し、名目上の反射率は導波路の特定位置で必要とされる全反射である。別の任意の実施形態では、第３の幅は第２の幅未満である。別の任意の実施形態では、第３の幅は実質的に第２の幅の半分である。別の任意の実施形態では、１つ以上の中間のファセットは以下からなる群：１；２；３；４；５；および、複数から選択される。別の任意の実施形態では、一定数のファセットは、第１の対の表面の１つによって導波路からの光連結の名目上の観察点へ向かう視線において重複する。別の任意の実施形態では、ファセットの第１の配列の複数のファセットの１つのファセットの幅は、ファセットの第１の配列の複数のファセットの隣接する１つのファセットの幅に対して単調に変わる。別の任意の実施形態では、ファセットの第１の配列の１対の隣接するファセット間の間隔は、ファセットの第１の配列の別の対の隣接するファセット間の隣接する間隔に対して単調に変わる。別の任意の実施形態では、第１の領域からの光は、光の少なくとも一部が、１つ以上の中間のファセットの１つに当たる前に、最初のファセットに当たるような状態である。別の任意の実施形態では、隣接するファセット間の間隔は、導波路へ連結する光のコヒーレンス長よりも大きい。
【０００７】
任意の実施形態では、第１の幅は、第２の幅と実質的に等しく、最初のファセットは、隣接する中間のファセットの幾何学的な投影と重複していない最初のファセットの幾何学的な投影に対応する第１の部分を有する。別の任意の実施形態では、第１の部分は光に対して透過性である。別の任意の実施形態では、第１の部分は、隣接するファセットの反射率の実質的に２倍の反射率を有する。別の任意の実施形態では、ファセットはファセット全体で均一な部分反射率を有する。
【０００８】
任意の実施形態では、導波路はさらに、互いに平行で、かつ第１の対の表面とは平行ではない第２の対の表面を有し、ファセットは、画像が第１の対と第２の対の表面の両方へ傾斜した連結角度で伝播の当初の方向を伴って第１の領域の導波路へ連結されるとき、画像が導波路に沿って４回の折り畳み内反射の分だけ進む、ように構成される。別の任意の実施形態では、第２の対の表面は第１の対の表面に垂直である。別の任意の実施形態では、ファセットは第２の対の表面に対して斜角である。
【０００９】
任意の実施形態では、最初のファセットの第１の幅は、中間のファセットの第２の幅と実質的に等しく、最初のファセットの第１の反射率は名目上の反射率の５０％よりも大きく、最初のファセットに隣接する第２のファセットは第２の反射率を有し、第２の反射率と第１の反射率は、実質的に名目上の反射率であり、第２のファセットに隣接する第３のファセットは、名目上の反射率の５０％よりも大きく、第１の反射率未満である第３の反射率を有し、および、第３のファセットに隣接する第４のファセットは第４の反射率を有し、第４の反射率と第３の反射率は、実質的に名目上の反射率である。
【００１０】
別の任意の実施形態では、最初のファセットの第１の幅は、中間のファセットの第２の幅と実質的に等しく、最初の奇数のファセットの配列は、最初のファセットと、最初のファセットから１つおきの任意の数のファセットを含み、最初の偶数のファセットの配列は、最初のファセットに隣接する第２のファセットと、第２のファセットから１つおきの任意の数のファセットを含み、ファセットの第１のセットは、最初の奇数のファセットの配列からの第１の奇数のファセットと、最初の奇数のファセットの配列からの対応する第１の偶数のファセットを含み、第１の奇数のファセットは、名目上の反射率の５０％を超える第１の反射率を有し、第１の偶数のファセットは第２の反射率を有し、第２の反射率と第１の反射率は、実質的に名目上の反射率であり、その後のファセットの各セットは、最初の奇数と偶数のファセットのそれぞれの配列からの次の奇数と偶数のファセットを含み、その後のセットからの奇数のファセットの各々は、名目上の反射率の５０％よりも大きく、前のセットからの奇数のファセットの反射率未満の奇数の反射率を有し、および、その後のセットからの偶数のファセットの各々は、対応する偶数のファセットの偶数の反射率に奇数の反射率を加えることで実質的に名目上の反射率となるように、偶数の反射率を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
実施形態は、添付の図面を参照してほんの一例として本明細書に記載されている。
【００１２】
【図１】先行技術である折り畳み式の光学デバイスの側面図である。
【図２】典型的な光ガイド光学素子の側面図である。
【図３】ＡとＢは、入射角の２つの範囲について、選択反射面の所望の反射率と透過率の特性を例示する。
【図４】光ガイド光学素子の典型的な構造を例示する図である。
【図５】光ガイド光学素子の別の構造を例示する図である。
【図６】対称構造を有する側方瞳孔拡張部の一次元の導波路の詳細な断面図を例示する図である。
【図７】二重のＬＯＥ構造を利用して、２つの軸に沿ってビームを拡大する方法を例示する図である。
【図８】二重のＬＯＥ構造を利用して、２つの軸に沿ってビームを拡大する別の方法を例示する図である。
【図９】標準的な眼鏡フレームに埋め込まれたＬＯＥの典型的な実施形態を例示する。
【図１０Ａ】画像均一性に対する変化の効果を例示する、非重複ファセットを備えた導波路の概略図である。
【図１０Ｂ】画像均一性に対する変化の効果を例示する、重複ファセットを備えた導波路の概略図である。
【図１１】Ａ−Ｃは、様々な角度の伝播構造を有する、重複ファセットの実装のための典型的な代替的構造である。
【図１２】Ａ−Ｂは、２次元の光学的開口乗算器の概略的な側面と正面のそれぞれの描写である。Ｃ−Ｄは、ＡとＢの光学的開口乗算器から導波路内で部分反射する内部ファセットに対して伝播する画像光線の２つの起こり得る幾何学的な配置を例示する概略図である。
【図１３】内部の部分反射ファセットが細長い平行な外面の両方のセットに対して斜めに傾いている、２Ｄ導波路の実装を例示する概略的な等角図である。
【図１４】ＡとＢは、重複ファセットで構築された、光学的開口乗算器の概略的な側面と正面のそれぞれの描写である。
【図１５】ＡとＢは、自由空間光学的配置で拡張を行うために、図１４のＡとＢの構造を変えた、光学的開口乗算器の概略的な側面と正面のそれぞれの描写である。
【図１６Ａ】典型的なファセット実装の略図である。
【図１６Ｂ】典型的なファセット実装の略図である。
【図１６Ｃ】典型的なファセット実装の略図である。
【図１７Ａ】二重ファセットの大まかな略図である。
【図１７Ｂ】ファセット間隔を変動させた大まかな略図である。
【図１７Ｃ】導波路の近位端から遠位端までファセット間隔を減少させた大まかな略図である。
【図１７Ｄ】ファセット幅を変動させた大まかな略図である。
【図１８】対称構造に重複ファセットを適用する大まかな略図である。
【図１９Ａ】二重の重複構造における合計の名目上の反射率のグラフである。
【図１９Ｂ】代替的なファセット反射率の変化を用いる、二重の重複構造における合計の名目上の反射率の典型的なグラフである。
【図２０Ａ】重複ファセットを備えた導波路を生成するために使用され得るプロセスを例示する。
【図２０Ｂ】連結プリズムの取り付けのための典型的な手順である。
【図２０Ｃ】連結プリズムの取り付けのための典型的な手順である。
【図２０Ｄ】連結プリズムの取り付けのための典型的な手順である。
【図２０Ｅ】連結プリズムの取り付けのための典型的な手順である。
【図２１】Ａ−Ｄは、重複ファセットを備えた導波路を生成するための典型的な手順のさらなる詳細である。
【００１３】
＜略語と定義＞
参照の便宜上、このセクションは、この文書中で使用される略語、頭文字、および短い定義の簡潔なリストを含む。このセクションは限定として考えられるべきではない。より詳細な説明は下記および適用可能な基準中で確認しうる。
１Ｄ  −  一次元
２Ｄ  −  二次元
ＣＲＴ  −  陰極線管
ＥＭＢ  −  アイモーションボックス
ＦＯＶ  −  視野
ＨＭＤ  −  ヘッドマウントディスプレイ
ＨＵＤ  −  ヘッドアップディスプレイ
ＬＣＤ  −  液晶ディスプレイ
ＬＯＥ  −  光ガイド光学素子（ｌｉｇｈｔ−ｇｕｉｄｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ）
ＯＬＥＤ  −  有機発光ダイオードアレイ
ＳＬＭ  −  空間光変調器
ＴＩＲ  −  全内反射
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施形態に係るシステムの原理および操作は、図面および添付の記載を参照することでよりよく理解されうる。本発明は観察者への均一な反射を生成する光学的デバイスである。
【００１５】
ファセットの重複の構成を具体的に管理することで、名目上の観察点（ａ  ｎｏｍｉｎａｌ  ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ）へ外連結された（ｏｕｔｃｏｕｐｌｅｄ）画像の不均一性を低減する。少なくとも二つの表面、すなわち、最初の、中間の、および、最後の部分反射ファセットを含む導波路は、表面の１つ上にファセットを幾何学的に投影する際に、ファセットが重複し、好ましくは隣接するファセットが重複し、隣接していないファセットの開始部および終了部は、導波路の少なくとも一部に沿って一致するように構成される。
【００１６】
＜基礎技術−図１から９＞
図１は、従来の先行技術の折り畳み式光学系構造を例示し、基板（２）が表示源（４）によって照射されている。表示は、コリメート光学系（６）、例えばレンズ、によってコリメートされる。表示源（４）からの光は、主光線（１１）が基板平面に平行になるように、第１の反射面（８）によって基板（２）へと連結される。第２の反射面（１２）は、光を基板からビューアー（１４）の眼に連結させる。この構成はコンパクトであるものの、この構成には重大な欠点がある。特に、非常に限られたＦＯＶしか達成できない。
【００１７】
ここで、例示的な光ガイド光学素子（ＬＯＥ）の側面図である図２を参照されたい。上記の制限を緩和するために、本実施形態は、光ガイド光学素子（ＬＯＥ）内に製造された選択反射面のアレイを利用する。第１の反射面（１６）は、デバイスの背後に配置された光源（図示せず）から発するコリメートされた表示光線（ビーム）（１８）によって照射される。現在の図では、簡略化のために、概して１本の光線のみが示され、これは入射光線（３８）（「ビーム」または「入射光線」とも呼ばれる）である。ビーム（１８Ａ）および（１８Ｂ）などの入射光の他の光線が、光が入射する瞳孔の左縁部および右縁部などの、光が入射する瞳孔の縁部を指定するために使用されてもよい。一般に、画像が光線によってここで表される場合は何であれ、ビームは画像のサンプルビームであり、典型的には、それぞれ画像の点またはピクセルに対応するわずかに異なる角度で、複数のビームによって形成されることに留意されるべきである。具体的に画像の先端と呼ばれる場合を除いて、例示されたビームは、典型的には画像の重心である。
【００１８】
反射面（１６）は、光源からの入射光を反射して、光が全内反射によって導波路（２０）の内部に捕捉されるようにする。導波路（２０）はまた、「平面基板」および「光透過基板」とも呼ばれる。導波路（２０）は互いに平行な少なくとも２つの（主）表面を含み、これは、本図面では下部（主）表面（２６）および上部（主）表面（２６Ａ）として示されている。
【００１９】
入射光線（３８）は、基板の近位端で基板に入射する（図の右側）。光は、導波路および１つ以上のファセット、通常は少なくとも複数のファセット、および典型的には数個のファセットを通り、導波路の遠位端に向かって伝播する（図の左側）。光は、伝播の最初の方向（２８）と伝播の別の方向（３０）との両方で導波路を通って伝播する。
【００２０】
基板（２０）の表面から数回反射した後、捕捉された波は、選択反射面（２２）のアレイに到達し、光を基板からビューアーの目（２４）へと連結する。代替的な構成においては、選択反射面（２２）は、基板（２０）の表面から最初に反射することなく、光線（１８）が基板（２０）に入射した直後に存在する。
【００２１】
選択反射面（２２）などの、内部の部分反射面は、本明細書の文脈においては一般に「ファセット」と呼ばれる。限界では、ファセットはまた、完全反射（１００％の反射率、またはミラー、例えば、基板の遠位端における最後のファセット）、または最小限反射が可能である。拡張現実アプリケーションでは、ファセットは部分的に反射し、現実世界からの光が上部表面（２６Ａ）を介して入射し、ファセットを含む基板を横断し、下部表面（２６）を介してビューアーの目（２４）へと基板を出ることを可能にする。バーチャルリアリティアプリケーションでは、ファセットは１００％の反射率を有する第１の内連結ミラーなどの、代替的な反射率を有してもよく、というのも、現実世界からの画像の光がこのミラーを横断する必要がないからである。内部の部分反射面（２２）は、一般に、導波路（２０）の伸長方向に対して斜角（すなわち、平行でも垂直でもない）で導波路（２０）を少なくとも部分的に横断する。
【００２２】
反射率に関する言及は、一般に、名目上の反射率に対してのものである。名目上の反射率は、基板中の特定の位置で必要とされる全反射である。例えば、ファセットの反射率が５０％とされる場合、一般に、これは名目上の反射率の５０％を指す。名目上の反射率が１０％である場合、５０％の反射率によって、結果として、ファセットの反射率が５％になる。当業者は、使用の文脈からの反射率のパーセンテージの使用について理解するであろう。部分反射は、限定されないが、光のパーセンテージの透過または偏光の使用を含む様々な技術によって実施することができる。
【００２３】
図３のＡおよび図３のＢは、選択反射面の所望の反射の挙動を例示する。図３のＡでは、光線（３２）は、ファセット（３４）から部分的に反射され、基板（２０）から外連結される（３８Ｂ）。図３のＢでは、光線（３６）は、いかなる顕著な反射もなしに、ファセット（３４）を透過する。
【００２４】
図４は、光を基板へと連結し、次いでビューアーの目へと外に連結する、選択反射面のアレイの詳細な断面図である。確認できるように、光源（４）からの光線（３８）は、第１の部分反射面に当たる。光線（４１）の一部は元の方向に続き、基板から外連結される。
光線（４２）の他の部分は、全内反射によって基板へと連結される。捕捉された光線は、点（４４）で他の２つの部分反射面（２２）によって基板から徐々に外連結される。第１の反射面（１６）のコーティング特性は、必ずしも他の反射面（２２）、（４６）のコーティング特性と類似している必要はない。このコーティングは、金属性、二色性または金属性と二色性のハイブリッドのいずれかのより単純なビームスプリッタであり得る。同様に、ノンシースルーシステムの場合、最後の反射面（４６）は単純なミラーであり得る。
【００２５】
図５は、反射面のアレイを含む装置の詳細な断面図であり、最後の反射面（４６）は全反射ミラーである。このような場合には、最後の反射面（４６）の最左端部分は光学的にアクティブではありえず、周縁の光線（４８）は基板から外連結され得ないことは事実である。従って、デバイスの出力開口はわずかにより小さくなるであろう。しかしながら、光効率は非常に高くなり、ＬＯＥの製造プロセスを非常に簡単にできる可能性がある。
【００２６】
図２に例示される構成とは異なり、反射面（１６）、（２２）の方向づけに制約があることに留意することが重要である。前者の構成では、全ての光は、反射面（１６）によって基板の内側に連結される。従って、反射面（１６）は反射面（２２）と平行である必要がない。さらに、反射面は、光が入力波の方向とは反対の方向に基板から外連結されるように方向づけされてもよい。しかしながら、図４で例示された構成については、入力光の一部は反射面（１６）によって反射されないが、入力光（３８）の元の方向に続き、そして直ちに出力光（４１）として基板から外連結される。したがって、同じ平面波から生じるすべての光線の出力方向が同じであることを確実にするためには、すべての反射面（２２）が互いに平行であるだけでは十分ではなく、反射面（１６）も同様にこれらの面に平行でなければならない。
【００２７】
再び図４を参照すると、光を基盤の外へ連結するための二つの反射面を有するシステムが記載されているが、工学システムの必要な出力開口および基盤の厚みに従って、任意の数の反射面が使用されうる。当然のことながら、外連結面が一つしか必要でない場合がある。この場合、出力開口は、実質的にシステムの入力開口のサイズの２倍になるだろう。最後の構成に必要な唯一の反射面は、単純なビームスプリッタおよびミラーである。
【００２８】
図４に記載される装置のように、表示源からの光は基盤の端部で基盤へと連結されるが、しかし、対称的なシステムを有することが好ましいシステムが存在する。すなわち、入力光は、基板の中央部分で基板へと連結されるべきである。
【００２９】
図６は側方の瞳孔拡張の対称構造を有する一次元の導波路の詳細な断面図を例示する図である。本図面は、対称的な光学モジュールを製作するための２つの同一の基板を組み合わせる方法を例示する。確認できるように、表示源（４）からの光の一部は、部分反射面を直接通って基板を出る。光の他の部分は、部分反射面（１６Ｒ）および（１６Ｌ）によって、それぞれ、基板の右側（２０Ｒ）および基板の左側（２０Ｌ）へと、連結される。その後、捕捉された光は、反射面（２２Ｒ）および（２２Ｌ）によって、徐々にそれぞれ外連結される。明らかに、出力開口は、システムの入力開口のサイズの３倍であり、図８に記載されているものと同じ倍率である。しかしながら、そのシステムと異なり、ここのシステムは、右および左の基板の接合面（２９）を中心として対称である。
【００３０】
ここで、導波路の上の図５および図６の典型的な実装である、図７および図８を参照されたい。図５および図６の構成は入射画像を側方に拡大する。図５の装置は、図７の第１のＬＯＥ（２０ａ）を実装するために使用され得、図６の装置は図８の第１のＬＯＥ（２０ａ’）を実装するために使用され得、かつ、図２の装置は第２のＬＯＥ（２０ｂ）を実装するために使用され得る。
【００３１】
図７は、二重のＬＯＥ構成を利用する２つの軸に沿ってビームを拡大するための代替的な方法を例示する。入力波（９０）は、第１の反射面（１６）によって、図５で例示されたものと類似の非対称の構造を有する第１のＬＯＥ（２０ａ）へと連結され、次に、η軸に沿って伝播する。部分反射面（２２ａ）は、第１のＬＯＥ（２０ａ）の外へ光を連結し、次に、光は、反射面（１６ｂ）によって第２の非対称なＬＯＥ（２０ｂ）へと連結される。光はξ軸に沿って伝播し、次に、選択反射面（２２ｂ）によって外連結される。図示されているように、元のビーム（９０）は、両方の軸に沿って拡大され、ここにおいて全体的な拡大は、要素（１６ａ）および（２２ｂ）の側方の方向の寸法の間の比によって決定される。図７で提供される構成は単に二重のＬＯＥの仕組みの例である。複雑な光学システムを形成するために２つ以上のＬＯＥがともに組み合わせられる他の構成も可能である。
【００３２】
ここで、二重ＬＯＥ構成を利用し、２つの軸に沿ってビームを拡大するための別の方法を例示する図である図８を参照されたい。通常、光が部分反射面（１６ｂ）によって第２のＬＯＥ（２０ｂ）へと連結される領域は、外光に対して透過性であることができず、シースルー領域の一部ではない。従って、第１のＬＯＥ（２０ａ）はそれ自体透過性である必要はない。その結果、シースルーシステムであっても、本図面に見られるように、第１のＬＯＥ（２０ａ）が対称構造を有するように設計することが、通常、可能である。第２のＬＯＥ（２０ｂ）は、ユーザーが外部の光景を見られるようにする非対称構造を有する。この構成では、入力ビーム（９０）の一部は、元の方向（９２）に沿って、第２のＬＯＥ（２０ｂ）の内連結ミラー（１６ｂ）に続き、一方で、他の部分（９４）は部分反射面（１６ａ）によって第１のＬＯＥ（２０ａ’）へと連結され、η軸に沿って伝播し、次に、選択反射面（２２ａ）によって第２のＬＯＥ（２０ｂ）へと連結される。次に、両方の部分は反射面（１６ｂ）によって第２の非対称のＬＯＥ（２０ｂ）へ連結され、ξ軸に沿って伝播し、次に、選択反射面（２２ｂ）によって外連結される。
【００３３】
図９は、標準眼鏡フレーム（１０７）に埋め込まれる、ＬＯＥ（２０ａ）／（２０ａ’）および（２０ｂ）の実施形態を例示する。表示源（４）および折り畳み式光学系およびコリメート光学系（６）は、第２のＬＯＥ（２０ｂ）の縁部に位置する、ＬＯＥ（２０ａ）／（２０ａ’）のすぐ隣にある、眼鏡フレームのアーム部分（１１２）の内側に組み立てられる。表示源が小型ＣＲＴ、ＬＣＤ、またはＯＬＥＤなどの電子素子である場合には、表示源用の駆動電子機器（１１４）は、アーム（１１２）の後部の内側に組み立てられてもよい。電源およびデータインタフェース（１１６）はリード線（１１８）、または、無線通信または光学的送信を含む他の通信装置によって、アーム（１１２）に接続できる。あるいは、バッテリーおよび小型データリンク電子機器を眼鏡フレームに一体化することができる。図９に記載の実施形態は単なる例である。表示源がＬＯＥ平面に平行に取り付けられているか、またはＬＯＥの上部に取り付けられているアセンブリを含む、他の可能なヘッドマウントディスプレイ構造が構築できる。
【００３４】
この基礎技術のさらなる詳細は米国特許第７，６４３，２１４号で確認できる。
【００３５】
＜第１の実施形態−図１０Ａ〜図２１のＤ＞
ここで、非重複ファセットを備える導波路の概略図であり、画像の均一性に対する変化の効果を例示する、図１０Ａを参照されたい。知覚される不均一性のソースは、異なる視野における内部ファセットの重複の角度に関係する。この図面に例示される導波路（１０）または（２０）（図１２のＡおよび図１２のＢ参照）の領域では、導波路は内部ファセットを含む（２つが最後のファセット（２５１５）および最初のファセット（２５１７）として示されている）。
外連結光のほとんどは、単一の内部ファセットから反射される。しかしながら、ファセットの縁部では、軸外の角度に非均一性がある。（実線の矢印でマークされる）左を指しているＦＯＶの領域については、この角度では、最後のファセット（２５１５）および最初のファセット（２５１７）によって反射された光の間に有効な間隙が存在するため、従来の間隙領域（ｇａｐ  ａｒｅａ）（２５２０）（一般に「アンダーラップ領域（ｕｎｄｅｒｌａｐｐｉｎｇ  ａｒｅａ）」、「黒線（ｂｌａｃｋ  ｌｉｎｅ）」領域または「暗いストリップ（ｄａｒｋ  ｓｔｒｉｐ）」領域とも呼ばれる）は光を反射せず、その結果、暗いストリップが知覚される。一方で、（破線でマークしている）右へ外連結される光は、従来の明るい領域（２５２５）（一般に「部分的重複（ｐａｒｔｉａｌｌｙ  ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ）」領域、または「高強度（ｉｎｔｅｎｓｅ）」領域とも呼ばれる）を有し、その中では、ファセット（２５１５）および（２５１７）から反射された光の重複が存在し、その結果、導波路はほぼ２倍の光量を反射する。したがって、図１０Ａにおける非均一性は、ＦＯＶと目の位置の様々な領域中の伸長開口にわたって、およそ２００％から０％の中間画像強度の間で変わるだろう。
【００３６】
ここで、画像均一性に対する変化の効果を例示する、重複ファセットを備える導波路の概略図である図１０Ｂを参照する。本図において例示されるように、ファセット間に相当な重複が導入される。この場合、隣接したファセット間の間隔は半分にされ、結果として、ほとんどの眼位でのＦＯＶの大部分が、２つのファセットからの重ねられた反射を介して画像から照射を受ける。この典型的な場合では、単一の中間のファセット（２５３５）は、最後のファセット（２５１５）と最初のファセット（２５１７）との間に構成される。画像の角度端点（ａｎｇｕｌａｒ ｅｘｔｒｅｍｉｔｉｅｓ）およびファセットの端点の近くで、１つのファセット（中間のファセット（２５３５））のみから生じる重複領域（２５４０）および３つの隣接したファセット（２５１７）、（２５３５）、および（２５１５）によって寄与される明るい領域（２５４５）によって例示されるように、画像の特定の領域に寄与する重複ファセットの数の変化がまだあるだろう。それ故、出力の非均一性は、中間の反射率の５０％から１５０％の間で変化する。
【００３７】
ファセット（２５１７）の前半部分からの光（右から伝播する光）は、低減されたエネルギー（光線／出力ビーム（２５４６））として外連結し、これは、この位置において、次のファセット（２５３５）の重複がない、つまり、観察者へと光を反射する１つのファセットのみがあるからである。同じ低減されたパワーが、ファセット（２５１５）（光線／出力ビーム（２５４７））の後半部分で生じる。これらの領域では、反射率は中間の反射率の５０％になる。
【００３８】
本実施形態の特徴は、ファセットの重複の構成の管理であり、具体的には、光を観察者上へと反射する定数のファセット（１つを超える）を得るために重複を最適化することである。言いかえれば、少なくとも２つのファセットが、光を観察者のＦＯＶへと反射する。
【００３９】
ここで、異なる反射（角度伝播）構成（これらの構成は図１２Ｃおよび図１２Ｄにおいても記載されている）のための重複ファセットの実装に対する典型的な代替構成である、図１１のＡからＣを参照されたい。本図における簡潔性に関して、入射光線（３８）（また「ビーム」とも呼ばれる）である１つの光線のみが、対応する外連結光線（３８Ｂ）とともに示される。簡潔性のために、交差連結は示されていない。光線（３８Ｂ１）の幾つかは内部ファセット（２５６０）を通り抜け、幾つかの外連結光線（３８Ｂ２）は直接外に連結する。
【００４０】
図１１のＡの構成では、入射光線（３８）は、内部ファセット（２５６０）の両側から内部ファセット（２５６０）と交差する。第１の交差はファセット（２５６２）の後方側からのものであり、この交差では、ファセットのこの後方側のコーティングは、この浅い角度のために透過性であるべきである。ビームはまた、後方側の反対である、前方側にある、別の側からファセット（２５６４）と交差し、この典型的なより急な角度で、ファセットのコーティングは、光の一部が導波路から出て配向されるように部分反射的であるべきである。（類似した単一のファセットが、米国特許第７，３９１，５７３ Ｂ２号に記載されている。）
【００４１】
図１１のＢおよびＣに示される構成では、内部ファセット（２５６０）の角度および光伝播の方向は、ビーム（入射光線（３８））が常にファセットの同じ側からの内部ファセット（２５６０）を通過するように設定される。ファセットにおけるコーティングは、適切なビーム（３８Ｂ）が反射されて出るように反射率および透過率を設定するために使用することができる。
【００４２】
図１１のＢにおいて、ビーム（３８）は、ファセットのコーティングが透過性であるように設計されている地点（２５６８）で示されるように、垂直に近く最初の内部ファセット（２５６０）と交差する。第２の交差は、光の一部が外連結される（３８Ｂ）ようにコーティングが部分的な反射器であるように設計されている（垂直から遠い）地点（２５７０）で示されるように浅い角度にある。
【００４３】
図１１のＣにおいて、ファセットのコーティングは、地点（２５７４）で示されるように垂直に近く、および地点（２５７６）で示されるように透過性となるように垂直から遠い角度で部分的な反射器であるように設定される。
【００４４】
ここで図面を参照すると、図１２Ａ−図１２Ｄは、光学的開口乗算器の一次元（１Ｄ）および二次元（２Ｄ）の導波路において重複ファセットを例示している。一般に、用語、本発明の実施形態による光学的開口乗算器は、「Ｘ軸」に対応するものとして恣意的に本明細書に例示された伸長の方向を有する第１の光導波路（１０）を含む。第１の光導波路（１０）は、矩形断面を形成する第１および第２の対の平行面（１２ａ）、（１２ｂ）、（１４ａ）、（１４ｂ）を有する。複数の内部の部分反射面（４０）は、伸長の方向に（平行でも垂直でもなく）斜角で第１の光導波路（１０）を少なくとも部分的に横断する。光学的開口乗算器はまた、好ましくは、スラブ型導波路を形成する第３の対の平行面（２２ａ）、（２２ｂ）を有している、第１の光導波路（１０）と光学的に連結された、第２の光導波路（２０）を含み、即ち、導波路（２０）の他の２つの次元は、第３の対の平行面（２２ａ）、（２２ｂ）間の距離よりも少なくとも１桁大きい。また本明細書において、複数の部分反射面（４５）は、好ましくは、第３の対の平行面に対して斜角で第２の光導波路（２０）に少なくとも部分的に横断する。
【００４５】
導波路間の光連結、および部分反射面（４０）、（４５）の配置および構成は、画像が、第１および第２の対の平行面（１２ａ）、（１２ｂ）、（１４ａ）、（１４ｂ）の両方に傾斜した連結角度での伝播（例えば光線（３８））の最初の方向（２８）で第１の光導波路（１０）へと連結されるときに、第２の光導波路（２０）へと連結されるように部分反射面（４０）で反射された画像の強度の割合で、第１の光導波路（１０）に沿って４回の折り畳みの内反射（画像（ａ１）、（ａ２）、（ａ３）および（ａ４））によって進行し、その後、ユーザーの目（４７）によって見られる可視画像ｃとして平行面の１つから外向きに配向されるように部分反射面（４５）で反射された画像の強度の割合で、第２の光導波路（２０）内の２回の折り畳みの反射（画像（ｂ１）、（ｂ２））によって伝播するような、光連結、配置および構成である。
【００４６】
ここで図１２Ａおよび図１２Ｂをより具体的に参照すると、二次元の光学的開口乗算器の概略的な側面および正面の描写それぞれは、上記の記載の実装の第１の実例を示している。第１の導波路（１０）は、２セットの平行面（この場合、第１および第２の対の平行面（１２ａ）、（１２ｂ）、（１４ａ）、（１４ｂ））間の反射によって二次元で注入された画像をガイドする意味で本明細書において二次元の（２Ｄ）導波路と呼ばれ、一方で、第２の導波路（２０）は、１対の平行面（この場合、第３の対の平行面（２２ａ）、（２２ｂ））間で一次元のみで注入された画像をガイドする、一次元の（１Ｄ）導波路と呼ばれている。
【００４７】
図１２Ｂに示されるように、非均一性の低下に対するさらなる改善は、重複内部ファセットによって生成される「多重経路」画像の導入から結果として生じ得る。一般に、重複ファセットの実装において類似したプロセスが存在する。（実線の矢印としてマークされ、「ａ」と指定された）２Ｄ導波路（１０）内で伝播する光は、外連結される（「ｂ」と指定される）が、ｂからの光のいくらかは、（破線の矢印としてマークされた）「ｂ’として外連結される前に（破線の矢印としてマークされた）ａ’に後方に連結される（ｂａｃｋ−ｃｏｕｐｌｅｄ）。この「ａ’」と「ｂ’」との間の前後の連結は、平行性を維持しながら開口にわたる強度の平均化を引き起こし、それによって光の均一性をさらに改善する。この改善はまた、１Ｄ導波路（２０）に関して図１２Ａなどに示されるように、重複ファセットを使用して類似したプロセスで他の導波路において実施され得る。（実線の矢印としてマークされ、ビーム「ｂ１」および「ｂ２」として示される）１Ｄ導波路（２０）内で伝播する光は、外連結される（ビーム「ｃ」として示される）が、ビーム（ｃ）からの光のいくらかは、（破線の矢印としてマークされた）ビーム（ｃ３）および（ｃ４）として外連結される前に、（破線の矢印としてマークされた）（ｂ２’）に後方に連結される。
【００４８】
光学画像生成器（図示されず）からの光線（３８）は、ある角度で第１の導波路（１０）に注入される。最終的に、光は、図１２Ａの側面図で示されるように導波路の４つすべての外面から反射されながら導波路（１０）に沿って伝播する。このプロセスにおいて、４つの共役ビームベクトル（ａ１）、（ａ２）、（ａ３）、および（ａ４）が生成され、これらは、面によって内部に反射される画像と同じ画像を表わしている。
【００４９】
導波路（１０）へと注入されるビーム（３８）の角度は、この導波路の４つすべての外面から反射するように設定される。光線は、浅い角度（見通し角）で、第１の導波路（１０）の底面（１２ｂ）、即ち、第２の導波路（２０）に隣接している面から反射するべきであり、好ましくは、急角度で（１０）から（２０）へと伝達するべきである。この特性は、全内反射（ＴＩＲ）または光学コーティングによって達成することができる。回折パターンも、回折を同じ表面上の伝達と組み合わせることによって、この光学的性質を実行することができる。第１の導波路（１０）の他の３つの面（１２ａ）、（１４ａ）、および（１４ｂ）からの反射は、同じ方法で又は反射コーティングの使用によってもたらされ得る。
【００５０】
第１の導波路（１０）内のガイドされた光線の一部（例えば、ビーム（ａ１）およびビーム（ａ２））は、内部の平行な部分的反射器（ファセット）（４０）によって、第２の導波路（２０）の入力連結表面上へと下方に反射される。第２の導波路（２０）では、これらのビームは、典型的なビーム（ｂ１）および（ｂ２）として定義される。このプロセスでは、重複構成は、交差連結を引き起こし、それによって、（記載されるように）画質の劣化なしで均一性が改善される。
【００５１】
ビーム（ｂ１）および（ｂ２）は、外面によって反射され、共役になる、即ち、ビーム（ｂ１）は、（図１２Ａにおいて示されるように）ビーム（ｂ２）となるように反射され、その逆もしかりである。第１の導波路（１０）の外部の前面および背面（１４ａ）、（１４ｂ）は、互いに、およびこの実装において第２の導波路（２０）の対応する外面（２２ａ）、（２２ｂ）と平行であるべきである。平行性からの逸脱によって、ビーム（ｂ１）および（ｂ２）から連結された画像は正確な共役像ではなくなり、画質が劣化する。
【００５２】
第２の導波路（２０）内の内部ファセット（４５）は、ビーム（ｂ２）を導波路の外側に出て観察者（４７）の目へと反射する。内部ファセット（４５）はまた、重なることができ、それによって、ファセット（４０）に関して記載されるように画像均一性がさらに改善される。
【００５３】
導波路（１０）および（２０）における内部ファセットによる反射プロセスは、図１２Ｃおよび図１２Ｄにおいてさらに説明される。２つの基本構成が示され、これらは光線およびファセットの相対的角度によって異なる。この概略的な例示において、ビーム（ａ１）、（ａ２）および（ｂ１）は、同じベクトルとして示され（（ｂ１）のみが参照される）、これは、同じ幾何学的考察が、対応する導波路の側面視から観察されるように各々に適用されるからである。ビーム（ａ３）、（ａ４）および（ｂ２）はまた、同じベクトルとして示される（（ｂ２）のみが参照される）。
【００５４】
光線（ｂ２）は、実際に、図１２Ｃにおいて２つのベクトルによって示されるように同じ方向で伝播する光線束である。この場合、１つのベクトルが、外面によってビーム（ｂ１）になるように及び内部ファセット（４０）（または（４５））上へと反射され、ここで１つのベクトルの一部がビーム（ｃ１）として反射される。他のビーム（ｂ２）ベクトルは、直接ベクトルビーム（ｃ２）としてファセットによって反射される。ベクトルビーム（ｃ１）および（ｃ２）は、正常画像およびゴースト像を必ずしもこの順番ではないが表わしている。この構成において、ビーム（ｂ１）および（ｂ２）は、同じ側からファセット（４５）に当たる。
【００５５】
図１２Ｄは、本質的に同じプロセスを記載しているが、幾何学的配置は、ビーム（ｂ１）および（ｂ２）が、反対側からファセット（４０）（または（４５））に当たるような配置である。
【００５６】
両方の場合において、ＳおよびＰの偏光における画像（ｃ１）および（ｃ２）のための反射の規模は、これらのファセット上のコーティングによって決定される。好ましくは、１つの反射は画像であり、他の画像が望まれない「ゴースト」像に対応するため、他の反射は抑制される。どの範囲の入射ビーム角度が反射されるか及びどの範囲の入射ビーム角度が伝達されるかを調整するのに適したコーティングは、当該技術分野において公知であり、本発明と同時譲渡された、米国特許第７，３９１，５７３号および第７，４５７，０４０号において詳細に記載されていることがわかる。
【００５７】
図１３は、本明細書で（１５５）と指定される、第１の導波路（１０）の部分反射面が、面（１２ａ）および（１４ａ）の両方に対して斜角にある、代替的な実装を例示している。（破線は、両方の外面に垂直な一平面および１つの面のみに対して傾斜した別の平面を示すことによって、ファセットの傾斜の可視化を促進するように意図されている。）
【００５８】
ここで、重複ファセットで構築された、光学的開口乗算器のそれぞれ概略的な側面および正面の描写である、図１４のＡおよびＢを参照されたい。本図の一般的な操作は、図１２Ａおよび図１２Ｂに関して上に記載される。ファセットの重複は、１Ｄ導波路（２０）と同様に２Ｄ導波路（１０）においても適用される。この例では、図１４のＢにおいて、光を観察者（４７）の目に伝達する前に、２Ｄ導波路（１０）は、光学開口を横方向に（本図において右から左に）拡大し、１Ｄ導波路（２０）は、光学開口を縦方向に（本図において上から下に）拡大する。
【００５９】
図１４のＡにおいて、光（入射光線（３８）として示される）は、２Ｄ導波路（１０）へと連結される。この導波路は、重複ファセット（４０）を含む。二重線として示される、ファセット（４０）のアライメントを示すために、本図において破線が使用される。この実装では、最初のファセット（４０ａ）および最後のファセット（４０ｂ）は、内部ファセット（４０）の中間のファセットより小さな領域を有する。これによって、２Ｄ導波路（１０）の外連結された光（「ｂ」）を、実質的に均一にすることができ、なぜなら、外連結された光「ｂ」は、２Ｄ導波路（１０）の開始時および終了時を含む定数のファセットによって生じるからである。例えば、（導波路（１０）から出力されたときに実際に重なるが、しかし明瞭さのために図においてわずかに分離されて示された）出力光線（ｂ１０）および出力光線（ｂ２０）は、２つのファセット（最初のファセット（４０ａ）および内部ファセット（４０）の隣接したファセット）によって生じた、組み合わされた出力を生成する。同様に、出力光線（ｂ３０）および（ｂ４０）は、２つのファセットからの出力を生成する。
【００６０】
比較のために、最初の完全なファセット（２５１７）からの光出力ビーム（２５４６）と最後の完全なファセットからの光出力ビーム（２５４７）が、低減されたエネルギーとして外連結される、図１０Ｂを参照されたい。部分的な最初および最後のファセット（４０ａ、４０ｂ）を使用して、部分的な最初のファセット（４０ａ）および部分的な最後のファセット（４０ｂ）が、より短いことで、隣接したファセット（４０）に重なるため、このエネルギーの低減は回避される。照射される最後のファセットが、１００％の反射率（視認の増強に使用されたときの１００％の名目上の反射率）を有するように設計されている場合、最後のファセットは、完全なファセット（２５１５）に類似して実行されることに留意されたい。
【００６１】
２Ｄ導波路（１０）に関して記載された重複ファセットの構成は、１Ｄ導波路（２０）に類似して作用する。内部ファセット（４５）は、光を観察者（４７）へと反射する。１Ｄ導波路の内部ファセット（４５）は、２Ｄ導波路の内部ファセット（４０）に関して記載されるように重なっている。部分的な最初および最後のファセット（４０ａ）および（４０ｂ）に類似して、最初および最後のファセット（４５ａ）および（４５ｂ）は、２Ｄ導波路（１０）に関して記載されるように照射を均一に維持するために縮小した領域を有する。
【００６２】
ここで、図１４のＡおよびＢの基本構造が、（例えば図５および図６に記載されるように）自由空間の光学的配置（１１）を用いて横方向の拡大を実行するために２Ｄ導波路（１０）を交換して変更される、図１５のＡおよびＢを参照されたい。１Ｄ導波路（２０）の革新的な重複構造は、縦方向の拡大を実行するためにも使用される。
【００６３】
ここで、典型的なファセットの実装の略図を示す図１６Ａから図１６Ｃを参照されたい。ファセットは、限定されないが、重複の量、導波路基板の平行面に対するファセットの角度（対の下部表面（２６）および上部表面（２６Ａ）などの、主要な縁部）、および反射率を含む、様々な重複構成で配され得る。ファセットの重複は、本文書の文脈において単一の（非重複）、二重の、および三重の（重複）ファセットと呼ばれるものにおいて実施され得る。一般に、２つ以上のファセットの（「二重のファセット」で始まる定義による）重複は、「複数のファセット」または「複数の重複」と呼ばれる。本記載および限定しない例から明白となるように、部分的な重複の他に、三重を超える追加の重複も可能である。本図における明瞭さのために、入射光線（３８）から外連結光線（３８Ｂ）への伝播は示されていない。
【００６４】
図２に関連して上に記載されるように、図１６Ａは、参考のために、単一のファセットの、または重複のない従来の実装を示す。導波路（２０）は、第１の２つの表面（２６、２６Ａ）の間の、二重線として示される、ファセット（２２）を含む。第１の領域（５４）は、光（光線（３８）として示される）が基板へと連結される領域である。実線の矢印は、１つのファセットのみと交差する（単一のファセット交差）外連結する光線（３８Ｂ）を示す。「交差する」ファセットおよび「交差される」ファセットの数に対する言及は、外連結された光線の起源であるファセットをカウントすることを含むことに留意されたい。破線は、ファセット（２２）のアライメントを示すために使用される。この単一のファセットの構成では、ファセット（２２）は重ならず、具体的には隣接したファセットの開始で整列させた１つのファセットの端部で構成されている。
【００６５】
アライメントに対する言及は、表面の１つの上へのファセットの幾何学的投影に関して当業者に明白であろう。例えば、典型的なファセット（Ｆ１）のファセット開始部は、点（Ｐ１）にて下部表面（２６）上への幾何学的投影を持つ。典型的なファセット（Ｆ２）のファセット終了部は、点（Ｐ１）にも下部表面（２６）上への幾何学的投影を持つ。典型的なファセット（Ｆ２）のファセット開始部は、点（Ｐ２）にて下部表面（２６）上への幾何学的投影を持つ。典型的なファセット（Ｆ３）のファセット終了部は、点（Ｐ２）にも下部表面（２６）上への幾何学的投影を持つ。
【００６６】
図１６Ｂは、二重ファセットの略図である（二重ファセットの交差、二重の重複）。これは、実験が優れた結果をもたらすことを示しつつ、（高位レベルの交差に比べて）製造の複雑さの増大を最小限にする、好ましい実装である。二重ファセットの重複の限定されない例は通常、この記載に使用される。導波路（光を伝達する基板、導波路（２０））は、第１（２つ）の表面（２６、２６Ａ）の間に、二重線として示される重複内部ファセット（４０）を含む。実線の矢印は入射光線（３８）を示す。別の実線の矢印は、２つのファセットを交差し且つその後で基板から外連結される名目上の光線を示す（光線（３８Ｂ）を外連結する矢印）。この２つのファセット（ファセット（Ｆ１１）とファセット（Ｆ１２））の交差は、二重ファセットの交差である。同様の図におけるように、破線は、ファセット（４０）のアライメントを示すために使用される。この例において、単一の最初の部分ファセット（４０ａ）と単一の最後の部分ファセット（４０ｂ）が示されている。
【００６７】
導波路は、互いに平行する少なくとも１対の表面を含む（「第１の表面」と称される、下部表面（２６）と上部表面（２６Ａ））。基板幅（５２）は第１の表面の間の距離である。第１の領域（５４）は、光（光線（３８）として示される）が基板に連結される領域である。
【００６８】
導波路はファセット（５６）の配列を含む。ファセット（５６）の配列は、最初のファセット（４０ａ）、最後のファセット（４０ｂ）、及び１以上の中間のファセット（４０ｃ）を含む。最初のファセット（４０ａ）は、第１の領域（５４）に近接して位置付けられ、ここで近位とはファセット（５６）の配列の最も近い部分である。最初のファセットは、第１の表面（２６、２６ａ）の間の方向に第１の幅（５２ａ）を持つ。
【００６９】
最後のファセット（４０ｂ）は、第１の領域（５４）のファセット（５６）の配列の遠位端（５５）にある。最後のファセット（４０ｂ）は、第１の表面（２６、２６ａ）の間の方向に第３の幅（５２ｂ）を持つ。
【００７０】
１以上の中間のファセット（４０ｃ）は、最初のファセット（４０ａ）と最後のファセット（４０ｂ）の間にある。中間のファセット（その各々）は、第１の表面（２６、２６ａ）の間の方向に第２の幅（５２ｃ）を持つ。明瞭さのために、１つの第２の幅（５２ｃ）だけが示される。典型的な実施において、中間のファセットの全ての幅は等しくなる。しかし、この実施は限定的なものではなく、下記のように、各ファセットの幅は互いに異なる場合もある。中間のファセットの数は、用途に依存して変動し得る。１以上の中間のファセットの典型的な数は、１、２、３、４、５、及び複数を含む。
【００７１】
ファセット（５６）の配列の各ファセットは典型的に、少なくとも部分敵に反射する面であり、表面（２６、２６ａ）に対して斜角であり、ファセット幅の近位側上にファセット開始部を持ち、及びファセット幅の遠位側上にファセット終了部を持つ。典型的なファセット開始部は、点（５７ａ）として最初のファセット（４０ａ）に対して示され；点（５７ｍ）として最初のファセット（４０ａ）に隣接する中間のファセットに対して示され、点（５７ｎ）として次の中間のファセットに対して示され、及び点（５７ｂ）として最後のファセット（４０ｂ）に対して示される。同様に、典型的なファセット終了部は、点（５８ａ）として最初のファセット（４０ａ）に対して示され；点（５８ｍ）として最初のファセット（４０ａ）に隣接する中間のファセットに対して示され、点（５８ｎ）として次の中間のファセットに対して示され、及び点（５８ｂ）として最後のファセット（４０ｂ）に対して示される。
【００７２】
ここでファセットの重複のアライメントについて記載する。初めに、基板（２０）から外連結される名目上の光線（３８Ｂ）の方向に、表面の１つ（この場合、下部表面（２６）を使用する）の上にある幾何学的投影を画定する。名目上の光線（３８Ｂ）は典型的に、実質的に基板（２０）から外連結されている光の中央の光線である。通常、名目上の光線（３８Ｂ）は、設計者が光線フィールドにおいて最適なパフォーマンスを実行することを望む光線である。名目上の光線（３８Ｂ）はまた、基板（２０）上の特定位置に対する最適な光線であり得る。特定の特に好ましい実施形態において、名目上の光線は、光学素子をガイドする光の平行面に垂直となるように設計されるが、様々な設計の考慮に依存して、名目上の光線は、一次元又は二次元でそのような平行面に対する垂直に対して傾斜し得る。名目上の光線（３８Ｂ）が基板（２０）の平行面（例えば（２６））に対し垂直でない場合、名目上の光線（３８Ｂ）は表面に対してある角度にあり、名目上の光線（３８Ｂ）は基板（２０）から外連結されると屈折し、基板（２０）とは異なる角度にあることに、注意されたい。この文書の文脈において、通常、基板（２０）の内部の名目上の光線（３８Ｂ）に対する言及が行われる。通常、名目上の光線は、入射画像の中心からの、又は中心付近の光線に対応する。幾つかの実施において、名目上の光線は入射画像の主光線である。典型的に、入射光（３８）は画像に対応し、中央光線は、画像の中心からの中心光線である。
付加的に又は代替的に、入射光（３８）は画像に対応し、中央光線は画像の中心画素に対応する。
【００７３】
次に、最後のファセット（４０ｂ）及び１以上の中間のファセット（４０ｃ）の各々の幾何学的投影は、隣接する１以上の中間のファセット（４０ｃ）及び最初のファセット（４０ａ）のそれぞれの幾何学的投影を重複させる。要するに、隣接するファセットが重複する。例えば、遠位端にある最後のファセット（４０ｂ）は隣接する左端の（図中）中間のファセットを重複し、中間のファセット（４０ｃ）の各々は隣接する中間のファセットを重複し、近位端にある右端の中間のファセットは最初のファセット（４０ａ）を重複させる。
【００７４】
加えて、最後のファセット（５７ｂ）のファセット開始部及び１以上の中間のファセット（（５７ｎ）、（５７ｍ）など）の各々の幾何学的投影は、好ましくは、１以上の中間のファセット（（５８ｎ）、（５８ｍ）など）及び最初のファセット（５８ａ）の非隣接ファセット終了部のそれぞれの幾何学的投影と実質的に一致する。要するに、各ファセット開始部は、名目上の光線の外連結の方向に非隣接ファセット終了部と位置合わせする、又は好ましくはそれと近い位置にある（位置合わせされるファセット終了部がないため、最初のファセット（４０ａ）は明らかな例外とする）。一致は基板の少なくとも一部に沿っている。
【００７５】
代替的に、ファセットの重複は、表面のうち１つを介して基板から外連結している光の名目上の観察点への視線において重複するファセットの定数として記載され得る。要するに、名目上の点は、ユーザーの目（４７）の典型的な位置、最もあり得るのは観察者の目の瞳の位置である。幾つかの用途において、名目上の点は観察者の眼球の中心である。内部ファセットは、観察の名目上の点への視線において重複するファセットの定数を持つことにより、観察者への均一な反射を生成するように最適化される。
【００７６】
本実施形態の特徴は、ファセットの重複の構成の具体的な管理である。この場合、二重ファセットの交差のうち、最初のファセット及び中間のファセット全てのファセット終了部は、隣接する中間のファセット又は最後のファセットの中心と同じ線にある。同様に、最後のファセット及び中間のファセット全てのファセット開始部は、隣接する中間のファセット又は最後のファセットの中心と同じ線にある。この場合、以下の典型的なファセットは、以下の点で下部表面（２６）上への幾何学的投影を持つ：
点（Ｐ１１）におけるファセット（Ｆ１１）のファセット終了部；
点（Ｐ１２）におけるファセット（Ｆ１１）の中間；
点（Ｐ１４）におけるファセット（Ｆ１１）のファセット開始部；
点（Ｐ１２）におけるファセット（Ｆ１２）のファセット終了部；
点（Ｐ１４）におけるファセット（Ｆ１２）の中間；
点（Ｐ１４）におけるファセット（Ｆ１３）のファセット終了部；及び
光線（３８Ｂ）は点（Ｐ１３）でファセット（Ｆ１１）と（Ｆ１２）を交差する。
【００７７】
故に、中間のファセット（Ｆ１１）の近位端は隣接する中間のファセット（Ｆ１２）の遠位端に重複、中間のファセット（Ｆ１１）のファセット開始部は非隣接の中間のファセット（Ｆ１３）のファセット終了部と位置を合わせる。
【００７８】
ファセットは通常、互いに平行であり、且つ一定の間隔にあり、即ち、ファセットの配列の隣接するファセットの１つの対の間の間隔は、ファセットの配列の隣接するファセットの別の対の間の間隔と同じである。例えば、ファセット（Ｆ１１）とファセット（Ｆ１２）の間の間隔（５９ａ）は、ファセット（Ｆ１２）とファセット（Ｆ１３）の間の間隔（５９ｂ）と実質的に同じである。隣接するファセット間の間隔は典型的に、基板に連結されている光のコヒーレンス長より大きい。コヒーレンス長は、コヒーレント波（例えば電磁波）が指定されたコヒーレンス度を維持する伝播距離である。通常、コヒーレンス長は、二乗され、スペクトル幅により除算される波長である。ファセット間隔が導波路に沿って変化する場合、重複の条件が保存されなければならない。
【００７９】
好ましい実施形態において、最初のファセットの第１の幅は、１以上の中間のファセットの第２の幅未満である。要するに、最初のファセットは部分ファセットである。典型的な実装において、第１の幅は第２の幅のほぼ半分である。
【００８０】
別の選択肢において、第３の幅は第２の幅未満である。要するに、最後のファセットは部分ファセットであり、好ましくは中間のファセットの幅の半分である（第３の幅は第２の幅のほぼ半分である）。別の選択肢において、最後のファセットの半分には反射率があり、これは実質的に１００％の名目上の反射率である。例えば、（二重の重複の場合のように）名目上の反射率が５０％である場合、その後、導波路の遠位端の半分では、最後のファセットに５０％の反射率がある。例えば、図１０のＢにおいて、ファセット（２５１７）の半分に１００％の名目上の反射率がある場合、その後、光線（２５４６）は、外連結された光の残りと同じ強度を持つことになる。同様に、ファセット（２５１５）の半分に１００％の反射率がある場合、その後、光線（２５４７）はまた、外連結された光の残りと同じ強度を持つことになる。
【００８１】
第１の領域から光の伝播は、１以上の中間のファセットのうち１つに遭遇する前に光の少なくとも一部が最初のファセットに遭遇するような伝播である。
【００８２】
ここで図１６Ｃを参照すると、三重ファセットの略図がある（三重ファセットの交差、三重の重複）。他の例と同様に、導波路（導波路（２０））は、第１の表面（２６、２６Ａ）の間に、二重線として示される重複内部ファセット（４０）を含む。実線の矢印は、３つのファセットを交差し且つその後で基板から外連結される名目上の光線を示す（光線（３８Ｂ）を外連結する矢印）。同様の図におけるように、破線は、ファセット（４０）の位置合わせを示すために使用される。この例において、複数（具体的に２つ）の最初の部分ファセットと複数（２つ）の最後の部分ファセットが示されている。
【００８３】
通常、多くのファセットが、導波路基板から外連結される名目上の光線により交差される。二重ファセットの交差の例において、交差されるファセットの数は２である。同様に、三重ファセットの交差の例において、交差されるファセットの数は３である。通常、交差されるファセットの数は、ファセットの配列の全てに対して一定である。定数のファセットが交差される導波路の構築は、様々な構成において実施され得る。例えば、図１６Ｂに関して記載されるように、最初のファセット（４０ａ）の第１の幅（５２ａ）は、隣接する中間のファセット（中間のファセット（４０ｃ）の１つのファセット）の第２の幅（５２ｃ）のほぼ半分であり得る。別の例において、最初のファセットの１／４及び隣接するファセットの３／４が使用され得る。別の例において、図１６Ｃを参照すると、最初のファセット（４０ａ）及び最初の隣接するファセット（Ｆ１４）の両方が、次の隣接するファセット（Ｆ１５）の幅の部分である。
【００８４】
重複ファセットの実装に対して典型的な１Ｄ導波路（例えば１Ｄ導波路（２０））を使用する現行の記載に基づいて、当業者は、２Ｄ導波路（例えば２Ｄ導波路（１０）における）及び他の導波路の構成に対して重複ファセットを実施することが可能である。
【００８５】
図１４のＡ、図１４のＢ、及び図１３への参照に戻る。通常、２Ｄ導波路において、導波路は、第１の表面（２６、２６ａ、又は１２ｂ、１２ａ）と第２の対の表面（１４ａ、１４ｂ）を含む。第２の表面（１４ａ、１４ｂ）は互いに平行であり、第１の表面（１２ｂ、１２ａ）とは平行でない。第１の表面に対するファセットの幅と同様に、最初のファセットは第２の表面間の方向に第４の幅を持ち、最後のファセットは第２の表面間の方向に第６の幅を持ち、１以上の中間のファセットは第２の表面間の方向に第５の幅を持つ。２Ｄ導波路の特徴は、第１の表面と第２の表面の両方に対し傾斜した結合角度での伝播の最初の方向で、画像が第１の領域にて導波路に連結される時、画像は導波路に沿った４回の折り畳み内反射により進むように、ファセットが構成される特徴である。
【００８６】
代替的な実施形態において、第２の表面は第１の表面に対し垂直である。別の代替的な実施形態において、ファセットの各々は第２の表面に対して斜角である。
【００８７】
ここで図１７のＡ〜Ｄを参照すると、代替的なファセットの構成の大まかな略図がある。本図において、ファセットは平行である。
【００８８】
ここで図１７のＡを参照すると、比較のために、図１６Ｂに詳述されるような、二重ファセットの大まかな略図がある。導波路がユーザーの目（４７）へと画像を投影するので、異なる光線は異なる角度で伝播し、それにより、図１０のＡに関して上述されたように、均一性を減らす（非均一性を導入する）重複とアンダーラップ（ｕｎｄｅｒｌａｐ）が生成される。図１７のＡ（同様に図１６Ｂ、及び図１０のＢ）の重複構成は、図１０のＡ（同様に図１６Ａ）の非重複構成に比べてこの非均一性の効果を減らす。多くの用途に対して、この二重ファセットの構成は十分なものであり、重複は非均一性を十分に抑える。
【００８９】
ここで図１７のＢを参照すると、異なるファセット間隔の大まかな略図がある。図１７のＡの二重ファセットの構成からの非均一性における更なる減少が図１７のＢに示されており、そこでは、ファセットの配列の隣接するファセットの１つの対の間の間隔は、ファセットの配列の隣接するファセットの別の対の間の隣接する間隔とは異なっている。好ましい実施形態において、間隔の変化は、隣接するファセットの１つの対と隣接するファセットの別の対との間で単調なものである。例えば、間隔（５９ｄ）は間隔（５９ｃ）より大きく、間隔（５９ｅ）は間隔（５９ｄ）より大きい。出力光線（３８Ｂ）が基板を出ると垂直方向に曲がるため（簡潔さのために描写せず）、ファセットの間隔の変化は、出力光線（３８Ｂ）の屈折により減少され得ることに、注意されたい。本構成において、名目上の波の異なる角度が取り扱われ、重複は観察者（ユーザーの目（４７））に対して一定である。この限定されない例において、名目上の出力光線は常に、２つのファセットを通過することになる。本図において、基板（２０）の中心にある名目上の光線（３８Ｂ）は、基板（２０）の端部（近位及び遠位など）にある名目上の光線とは異なる角度にあることに、注意されたい。
【００９０】
ここで図１７のＣを参照すると、近位端から導波路の遠位端までのファセット間隔の減少の大まかな略図がある。導波路（２０）は、導波路（２０）の第１の部分に第１の間隔を、及び導波路（２０）の第２の部分に少なくとも第２の間隔を含む。この限定されない例において、第１の部分（６１ａ）は非重複ファセットを含む。第２の部分（６１ｃ）は二重の重複ファセットを含み、別の部分（６１ｅ）は三重の重複ファセットを含む。部分（６１ｂ）と（６１ｄ）は移行部分、又は１つの別個の重複から別の別個の重複までの移行の領域である。代替的な実施形態において、部分の重複は、導波路からの有効な出力強度を管理するように設計される、別個ではない、継続的に変化する、又は別の間隔の構成であり得る。
【００９１】
導波路に沿う一定の反射強度を維持するために、すべてのファセットには、近位端から始まり、遠位端の方向で反射率を増大させる、より高い反射係数がなければならない。反射強度のこの管理は、観察者に対する出力の均一性（強度の均一性）を向上させる。現在の図において、すべてのファセットの反射率は、一定に維持することができる一方、ファセット間の間隔は、必要とされる反射率に従って変動する。その光は、近位端（現在の図の右側）から導波路へと導入され、したがって、近位端において最も高い強度を有する。近位端においては、ファセット間の間隔が最大であり、また、ファセット間の重複が最小である。光が導波路（図示されていない）に沿って伝播するにつれて、光のパワーは減少し、そして、ファセットのより高度な重複がパワーのこの減少を補う。したがって、全体的なパワーの出力は、導波路に沿って維持される。
【００９２】
重複の不連続性が観察されない場合、ファセットの狭い間隔において、連続性は、重複する整数の非連続変化、または連続変化（非整数）によって、導波路に沿って維持されうる。
【００９３】
ファセットの間隔と高さが導波路にわたって一定に維持される場合、最適化の手順については、ファセットの重複対アンダーラップの影響を考慮するべきである。重複ファセットは、非均一性の、より多くの出力パワーとより多くの混合をもたらす。さらに、重複は、１００％から１５０％（または１００％±２０％）の強度変化をもたらす一方、アンダーラップは、５０％から１００％（または１００％±３３％）の強度変化をもたらす。重複において、相対強度の変化はより低い。したがって、１つ以上のファセットの反射率は、ファセットの配列における別の１つ以上のファセットの別の反射率から変動する。
【００９４】
また、観察者の目が、強度変化に対して直線的には応答せず、むしろ対数応答を有することに留意すること。これはアンダーラップが、観察者の知覚に対してより多くの影響を及ぼすことも示唆する。上記のことから、重複を増大させるコストで、アンダーラップの減少をさらに考慮するべきである。
【００９５】
ここで図１７Ｄ、すなわち変動するファセット幅の大まかな略図を参照する。図１７Ａの二重のファセットの構成からの非均一性におけるさらなる減少は、現在の図において示され、ここでファセットの配列の１つのファセットの幅は、ファセットの配列の隣接した１つのファセットの幅に比例して変動する。好ましい実施形態において、幅の変化は、ファセットの全体の配列のための、１つのファセットと隣接したファセットの間で、単調である。現在の図において、ファセットの配列が近位端から遠位端に横切るにつれて、幅は導波路の下部から上部に向かって狭くなる。代替的な実施は両面から（各ファセットの上部および下部から、中心に向けて）、ファセットの幅を縮めることである。現在の例において、幅（５９ｅ）は、幅（５９ｄ）よりも大きく、幅（５９ｆ）は、幅（５９ｅ）よりも大きい。
【００９６】
ファセットの間隔を変化させる図１７Ｂ、およびファセットの幅を変化させる図１７Ｄの両方の実施において、光線（出力光線（３８Ｂ））の名目上の収束における観察者（ユーザーの目４７）は、重複またはアンダーラップは見えないだろう。しかしながら、目位置におけるいかなる変化も、二重のファセットの構成によって抑制されるいくらかの重複／アンダーラップを発生させるだろう。
【００９７】
ここで、図１８、すなわち図６および図８に関して記載されるような対称構造に対して重複ファセットを応用する大まかな略図を参照する。現在の図において、上部の側方の導波路のみが図示され、それは、図１７Ｂの重複構成に類似している。この対称構成において、第１の領域（図１６Ｂの第１の領域（５４）に類似する）は、光（光線（３８）として示される）が基板へと連結される領域であり、この場合には、導波路の中間にある領域である。導波路の対称な左側および右側の各々は、光が基板のそれぞれの側面（隣接する第１の領域および第２の領域と代替的に呼ばれる）へと連結される領域を有し、左側および右側のファセットは等しく、相反する傾きの側面である。この対称構造もまた、図１７Ａにおけるファセットの並列構成、および図１７Ｄの変動する幅の構成とともに実装することができる。
【００９８】
重複構成において、（最初の完全な）ファセット（２５１７）および（最後の完全な）ファセット（２５１５）が部分的に重複していない、図１０Ｂを再度参照する。上記されるように、明確に、ファセット（２５１７）の開始部分はファセット（２５３５）に重複せず、かつファセット（２５１５）の終了部分はファセット（２５３５）に重複しない。したがって、外連結される光（（２５４６）および（２５４７））の強度は、これらの重複していない部分においてはそれほど強くはない。例えば、二重の重複構成において、第１の完全なファセットの半分は重複されず、そして、そのパワーの半分は重複されていない部分から外連結されるだろう。
【００９９】
いくつかの技術が、重複されていない開始部分および終了部分において、強度がより少ないという問題を克服するために使用されうる。
【０１００】
１．図１４のＢ、要素（４０ａ）および（４０ｂ）、ならびに図１６Ｂに関して上記されるように、初めと終わりでより短いファセットを使用すること。
【０１０１】
２．他の（中間の）ファセットの名目上の反射率に比例して重複されていない部分の反射率を増大させる高反射コーティングを用いて、重複されていない部分をコーティングすること。
【０１０２】
３．下記のように、非重複部分から重複部分までのファセットの特徴的な反射率を徐々に変化させること。
【０１０３】
ここで、特徴的な反射率を徐々に変化させる技術は、容易さのために二重の重複構成を使用して記載されるが、この技術はより高度な重複構成に対して応用することができる。
【０１０４】
ここで図１９Ａ、すなわち二重の重複構成における全ての名目上の反射率のグラフを参照する。ｘ軸は「１」（ｏｎｅ）と番号付けられたファセットから開始するファセットを示し、それは第１の領域５４に近い第１のファセットであり、その領域では、光が導波路（基板）へと連結される。増加する番号が付けられたファセットは、導波路の遠位端（５５）に向かってファセット「１」の後に続くファセットである。ｙ軸は、名目上の反射率のパーセントとして反射率を示す。細い線の黒いボックスは各個別のファセットの反射率（名目上の反射率のパーセント）であり、太い黒線は、特徴的な反射率−外連結された光線が受ける効果的な反射率である。各ファセットは、一定の名目上の反射率、例えば、５０％の名目上の必要とされた反射率を有することが示される。
【０１０５】
特徴的な反射率は、光線が外連結される導波路の一部に対する個別の反射率の合計である。以上のように、現在の例におけるファセット「１」からの重複されていない部分から外連結する特徴的な反射率は、図１０Ｂにおいて光線（２５４６）（または光線（２５４７））として示されうるように、５０％（の名目上の反射率）である。ファセット「１」とファセット「２」との重複（２つの隣接したファセットの重複）から外連結する特徴的な反射率は、１００％（の名目上の反射率）を達成する。従って、導波路（５０％対１００％）の始めの部分と次の部分との間の不連続性が存在する。
【０１０６】
ここで図１９Ｂ、すなわちファセット反射率の交互に起こる変化を用いる、二重の重複構成における全名目上の反射率の模範的なグラフを参照する。現在の図において、ファセット「１」（第１のファセット）は、重複がない（すなわち、およそ１００％の名目上の反射率を持つ）状態に近づくように設計され、かつ、ファセット「２」（第２のファセット）は、最小の反射光を持つように設計される。したがって、組み合わされたとき、第１および第２のファセットは重複しない特徴的な反射率をほぼ有する。同様に、ファセット「３」（第３のファセット）は、ファセット「１」とほとんど同じであるが、減少される反射率を有し、ファセット「４」は、ファセット「２」とほとんど同じであるが増大される反射率を有する。現在の図において、ファセット「７」と「８」は、二重の重複構成における図１９Ａにおいて記載されるような、特徴的な反射率を結果としてもたらす、５０％の（名目上の）反射率を有する。点鎖線が、奇数の番号が付けられたファセットの反射率（重複していない方のコーティングパラメーターで開始する）を表す一方、破線は、偶数の番号が付けられたファセットの反射率（増大する重複特性を表す）を表す。太い黒色の線（実線）は、（二重重複および重複していない第１のファセットによって引き起こされるような）２つの隣接したファセットの反射率を合計する特徴的な反射率を表しており、図１９Ａのファセット「１」の５０％の特徴的な反射率と比較して、第１の半分のファセットの半分の反射率もないことを示す。
【０１０７】
図１９Ａの構成は導波路（５０％対１００％）の開始部分と次の部分との間の不連続性を有している一方、図１９Ｂの革新的な構成はこの不連続性を減少させる。残余の不連続性は収束率に依存し、例えば、収束に関して、６つのファセットの後は、不連続性がおよそ１０％になるだろう。したがって、重複していない開始部分および終了部分におけるより少ない強度の問題を克服する。現在の構成は、導波路の遠位端において、反対側に繰り返すことができる。反射率の変化の傾斜（点鎖線と破線）は、ファセットの配列の、結果として生じる影響と特徴的な反射率を変化させるために変更されうる。導波路は、導波路の長さにわたり、重複される、および重複されない特徴的な反射率の様々な組み合わせを有しうる。例えば、現在の図のファセット「４」および「５」は、ファセット「７」および「８」の構成へ収束することなく、ファセットの配列の少なくとも一部にわたって繰り返される可能性がある。
【０１０８】
図２０Ａは、非制限的であるが好ましいプロセスを例示し、そのプロセスは、１Ｄ導波路（１０）をまず生成するために使用されてもよい。明確さのために、図面では、内部ファセットは尺度または密度において図示されていない。
【０１０９】
１セットの被覆された透明平行板は、スタック（４００）として共に取り付けられる。スタックは、スライス（４０４）を生じさせるために、対角線的に切断される（４０２）。もし必要であれば、カバー透明板（４０５）を、スライス（４０４）の上部のおよび／または下部（図示されない）上に取り付けることができる。その後、スライス（４０４）は、１Ｄファセットの傾斜が必要な場合、ファセットの縁に対して垂直に切断される（（４０４）上の破線）か、または２Ｄ導波路（４０６）を生じさせるために２Ｄファセットの傾斜が必要な場合、対角線的に切断される（（４０４）上の点鎖線）。
【０１１０】
図２０Ｂ−図２０Ｅは、連結プリズムを取り付けるための典型的な手順である。スライスされた２Ｄ導波路（４０６）は、重複ファセット（視線当たりの反射する２つのファセット）と共に図２０Ｂにおいて示される。これは、ほんの非制限的な例であって、重複しないファセットもまた可能である。
【０１１１】
図２０Ｂにおいて例示されるように、２Ｄ導波路（４０６）（明確さのために、不透明に図示された）は、例えば例示されるような点線（４２０Ａ）に沿って、切断される。この切断は、いかなる配向であってもよいが、垂直の切断は、厳格な屈折率整合条件を緩和する。重複ファセットが照度の均一性を維持するために存在する場合（図２０Ｃにおける切断された端部を参照）には、その切断は、好ましくは、図２０Ｃにおいて見られるように実行される。そうでなければ、第１のファセットは重複することなく反射し、結果として弱まった照度を生じるだろう。もし必要であれば、透明な拡張部（４１３）を加えることができ、そしてプリズム（４１４）を導波路（４０６）に取り付けて、拡張部と連結プリズムとともに２Ｄ導波路（４１６）を作製する（図２０Ｄに示されるように）。拡張部が必要でない場合において、組み立てられた導波路（４１７）（図２０Ｄに示されるように）を作製するために、導波路（４０６）に直接取り付けられてもよい。導波路（４０６）の遠位端が残されることで、残光がそこから散乱されることもあれば、反射がそれることを最小化するために、光吸収材料（例えば黒い塗装）で随意に塗装されてもよい。
【０１１２】
図２１のＡ−図２１のＤは、重複ファセットを用いて導波路を作るための典型的な手順である。図２１のＡにおいて、スライスされた２Ｄ導波路（４０６）は、例えば両側に沿って垂直に切断される、すなわち点線（４２０Ａ）に沿って切断され導波路の近位端となり、点線（４２０Ｂ）に沿って切断され導波路の遠位端となるだろう。これによって、それぞれの近位端および遠位端に、部分的なファセット（４０ａ）および（４０ｂ）を有する導波路（４２０）をもたらす。この例における図２１のＢにおいて、導波路（４２６）および（４２４）はそれぞれ、導波路（４２０）の近位端および遠位端に対して取り付けられており、（（４２０）、（４２４）および（４２６）の）組み合わせは、図２１のＣの、組み合わされた導波路（４２８）の滑らかな外面を生み出すために研磨される。この組み合わされた導波路（４２８）において、取り付けられた導波路（４２６）および（４２４）は、導波路（４０６）ほど正確な屈折率を有する必要はない。
【０１１３】
この製造法はまた、正確な屈折率整合のための必要性を不要にするために、ファセットを重複させることなく、導波路に適用することができる。
【０１１４】
図２１のＤにおいて、随意に、組み合わされた導波路（４２８）の外部のファセットの平滑性および光学的性質を、屈折率整合を有する外面（４２７）を取り付けることにより改善して、導波路（４２９）をもたらすことができる。
【０１１５】
図２１のＣおよび図２１のＤは別個のコンポーネントマージンを図示するが、光（入ってくる光、光線（３８）など）のために、マージンは透過性であり、外面および傾斜している被覆された内部ファセットのみが光を反射することに留意すること。
【０１１６】
現在の方法（図２０Ａ−図２１のＤ）は、２Ｄ導波路と同様に、１Ｄ導波路にも適用されうる。
【０１１７】
変動するファセットの間隔、幅、および反射率などの、この説明における様々な実施形態は、明確さのために個別に記載されてきた。当業者は、これらの実施形態を組み合わせることができることを理解するだろう。例えば、変動するファセットの間隔を狭くする一方、導波路の近位端から遠位端までのファセットの幅を変動させるだろう。
【０１１８】
上記の例、用いられる数、および典型的な計算は、この実施形態の説明を支援するためのものであることに留意すること。故意ではない誤字、数学的な誤差、および／または簡易計算の使用によって、本発明の有用性および基本的な利益は損なわれない。
【０１１９】
添付された請求項が多数従属することなく立案された範囲まで、本発明は、そのような複数の従属を許可しない管轄において、単に方式要件に適応させるためにしか実施されていない。請求項を複合的に従属させることにより示唆されるであろう特徴のすべての可能な組み合わせは、明瞭に想定され、そして本発明の一部であると考慮するべきであることに留意するべきである。
【０１２０】
上の記載は、単に例として役立つように意図され、多くの他の実施形態は、添付された請求項に規定されるような本発明の範囲内で可能であることが理解されるだろう。
【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８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２０Ｅ】
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【図２１】
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