(57)【要約】いくつかの実施形態は、少なくとも１つの光学基板と、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光結合器と、少なくとも１つの光抽出器と、バンディング除去光学とを含む、導波管デバイスを対象とする。少なくとも１つの光結合器は、入力格子において決定されるような一意のＴＩＲ角度が各光入射角によって画定されるように、ある角度帯域幅を伴う光源からの入射光を少なくとも１つの光学基板内の全内部反射（ＴＩＲ）の中に結合することが可能である。導波管デバイスの種々の実施形態が、説明される。バンディング除去光学が、導波管デバイスの中に組み込まれ得、これは、均一出力照明を供給することに役立ち得る。故に、種々の導波管デバイスは、バンディング効果を排除または軽減する略平坦照明プロファイルを出力することが可能である。
2020514783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管デバイスであって、
少なくとも１つの光学基板と、
少なくとも１つの光源と、
少なくとも１つの光結合器であって、前記少なくとも１つの光結合器は、一意のＴＩＲ角度が入力格子において決定されるような各光入射角によって画定されるように、ある角度帯域幅を伴う前記光源からの入射光を前記少なくとも１つの光学基板内の全内部反射（ＴＩＲ）の中に結合することが可能である、少なくとも１つの光結合器と、
前記光学基板からの光を抽出するための少なくとも１つの光抽出器と、
バンディング除去光学であって、前記バンディング除去光学は、前記抽出された光が軽減されたバンディングを有する略平坦照明プロファイルであるように、照明された瞳のバンディング効果を軽減することが可能である、バンディング除去光学と
を備える、導波管デバイス。
【請求項２】
前記抽出された光は、１０％未満の空間非均一性を有する、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項３】
前記抽出された光は、２０％未満の空間非均一性を有する、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項４】
前記バンディング除去光学は、有効入力開口であり、前記有効入力開口は、前記光学基板が厚さＤを有するとき、前記入力開口が、前記光学基板内のＴＩＲ角度Ｕを提供するように構成され、前記角度Ｕが、２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって計算されるようなものである、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項５】
前記バンディング除去光学は、ＴＩＲ経路に沿って、回折効率、光学透過、偏光、または複屈折のうちの少なくとも１つの前記光の空間変動を提供する、請求項４に記載の導波管デバイス。
【請求項６】
前記バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子であり、前記選択された少なくとも１つの格子は、各格子が、小瞳偏移を提供し、バンディングを軽減させるような複数の格子を有するように構成される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項７】
前記バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子であり、前記選択された少なくとも１つの格子は、電圧が印加されると、オンになり、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させる、スタックされた切替可能な格子として構成される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項８】
前記バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子であり、前記選択された少なくとも１つの格子は、電圧が印加されると、特定の要素をオンにし、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させる、切替可能な格子要素のアレイとして構成される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項９】
前記選択された少なくとも１つの格子は、複数の回転Ｋベクトルを有する、請求項８に記載の導波管デバイス。
【請求項１０】
前記バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子であり、前記選択された少なくとも１つの格子は、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように構成される、複数の受動格子層であるように構成される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項１１】
前記バンディング除去光学は、１つ以上の屈折率層であり、前記１つ以上の屈折率層は、前記１つ以上の屈折率層が、光線角度または光線位置のうちの少なくとも１つの関数として、前記光学基板内の光線経路に影響を及ぼし、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、前記光学基板内に配置される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項１２】
前記１つ以上の屈折率層の少なくとも１つの屈折率層は、勾配屈折率（ＧＲＩＮ）媒体である、請求項１１に記載の導波管デバイス。
【請求項１３】
少なくとも１つの反射表面を前記光学基板の縁の少なくとも一部上にさらに備え、前記バンディング除去光学は、１つ以上の屈折率層であり、前記１つ以上の屈折率層は、前記１つ以上の屈折率層が、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように構成されるように、前記少なくとも１つの反射表面に隣接して配置される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項１４】
前記バンディング除去光学は、１つ以上の屈折率層であり、前記１つ以上の屈折率層は、前記１つ以上の屈折率層が、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように構成されるように、前記光学基板内に配置される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項１５】
前記バンディング除去光学は、入力格子であり、前記入力格子は、前記入力格子の前縁に対する光の光線束の一意の変位が、任意の所与の入射光方向のための入力格子によって提供され、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、前記入射光を結合することが可能な前縁を有する、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項１６】
前記バンディング除去光学は、入力格子であり、前記入力格子は、前記入射光の複数のコリメートされた入射光線経路が、光線経路入力角度によって決定されるような異なるＴＩＲ光線経路の中に回折され、投影された瞳が、前記複数のコリメートされた入射光線経路毎に、前記光学基板内の一意の場所に形成され、バンディング効果を軽減させることが可能であるように、回折効率の変動を有するように構成される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項１７】
前記回折効率の変動は、主導波管方向に沿って変動する、請求項１６に記載の導波管デバイス。
【請求項１８】
前記回折効率の変動は、前記入力格子の開口にわたって２次元で変動する、請求項１６に記載の導波管デバイス。
【請求項１９】
前記バンディング除去光学は、部分反射層であり、前記部分反射層は、前記部分反射層が、入射光を透過光および反射光に分離し、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、前記光学基板内に配置される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項２０】
前記バンディング除去光学は、偏光修正層であり、前記偏光修正層は、前記偏光修正層が、入射光を透過光および反射光に分離し、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、前記光学基板内に配置される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項２１】
前記バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子であり、前記選択された少なくとも１つの格子は、任意の入射光角度に関して抽出された光の、光の非均一性を相殺し、バンディング効果を軽減する、少なくとも２つの別個の導波管経路を提供するように構成される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項２２】
前記選択された格子は、少なくとも１つの折畳格子射出瞳エクスパンダと併用される、交差傾角格子を有する、請求項２１に記載の導波管デバイス。
【請求項２３】
前記バンディング除去光学は、少なくとも１つの方向に沿って空間的に変動され、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させることが可能な可変有効開口数（ＮＡ）を提供する、マイクロディスプレイ内の光学コンポーネントである、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項２４】
前記バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子または少なくとも１つの出力格子のいずれかの少なくとも１つの格子内の複数の格子層であり、前記複数の格子層は、前記複数の格子層が、任意の固定パターン雑音を打ち消し、瞳の偏移をもたらし、バンディング効果を軽減させるように構成されるようなものである、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項２５】
前記バンディング除去光学は、入力格子であり、前記入力格子は、前記入力格子を切替格子アレイとして構成することが、垂直および水平方向における瞳切替を提供し、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、選択的に切替可能な要素のアレイとして構成される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項２６】
前記バンディング除去光学は、複数の屈折率層であり、前記複数の屈折率層は、各ＴＩＲ経路に沿って、回折効率、光学透過、偏光、および複屈折のうちの少なくとも１つの空間変動を提供し、基板内の光線角度または光線位置のうちの少なくとも１つの関数として、導波管基板内の光線経路に影響を及ぼし、瞳の偏移をもたらし、バンディング効果を軽減させる、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項２７】
前記複数の屈折率層は、異なる屈折率の接着剤を組み込む、請求項２６に記載の導波管デバイス。
【請求項２８】
前記複数の屈折率層は、整合層、等方性屈折層、ＧＲＩＮ構造、反射防止層、部分反射層、および複屈折延伸ポリマー層から成る群から選択される層を組み込む、請求項２６に記載の導波管デバイス。
【請求項２９】
前記バンディング除去光学は、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させる、空間可変開口数を投影させる、マイクロディスプレイである、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項３０】
前記バンディング除去光学は、傾斜付きマイクロディスプレイであり、前記傾斜付きマイクロディスプレイは、前記射出瞳の断面が画角に伴って変動し、バンディング効果が軽減されるように、傾斜された長方形射出瞳を投影するように構成される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項３１】
前記バンディング除去光学は、傾斜付きマイクロディスプレイであり、前記傾斜付きマイクロディスプレイは、バンディング効果が１つの拡張軸に沿って軽減されるように、光線を角度付け、種々の投影された瞳を入射角光毎に前記光学基板に沿って異なる位置に形成するように構成される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項３２】
前記光学基板は、厚さＤを有し、前記バンディング除去光学は、プリズムであり、前記プリズムは、前記光源からの射出瞳の角度と前記光学基板内のＴＩＲ角度との間の線形関係が、ＴＩＲ経路角度が２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって画定されるようなＵであるときに生じる、ＴＩＲ光線経路に沿った連続光抽出間の間隙をもたらさないように、前記光学基板に結合される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項３３】
前記バンディング除去光学は、光吸収フィルムであり、前記光吸収フィルムは、そうでなければバンディングを引き起こすであろう入射光の部分が、除去され、バンディング効果を軽減するように、前記光学基板の縁に隣接する、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項３４】
前記光学基板は、厚さＤを有し、前記バンディング除去光学は、入射光が、ＴＩＲ経路角度が２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって画定されるようなＵであるときに生じる、ＴＩＲ光線経路に沿った連続光抽出の間の間隙をもたらさないような、第１の光吸収フィルムおよび第２の光吸収フィルムであり、前記第１の光吸収フィルムは、入力格子を含み、前記光学基板に隣接して配置される、入力基板の縁に隣接して配置され、前記第２の光吸収フィルムは、前記入力基板と反対の前記光学基板に隣接して取り付けられる、第２の基板の縁に隣接して配置される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項３５】
前記光学基板の厚さは、３．４ｍｍであり、前記第２の基板の厚さは、０．５ｍｍであり、前記入力基板は、前記入力格子を挟み込む２つの０．５ｍｍ厚ガラス基板を含む、請求項３４に記載の導波管デバイス。
【請求項３６】
前記バンディング除去光学は、入力格子であり、前記入力格子は、前記光が、任意の所与の入射光方向に前記入力格子の縁に対する一意の変位を有し、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減するように構成される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項３７】
前記デバイスは、頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ）およびヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の群から選択されるディスプレイの中に統合される、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項３８】
ヒトの眼が、前記ディスプレイの射出瞳に伴って位置付けられる、請求項３７に記載の導波管デバイス。
【請求項３９】
前記デバイスは、眼トラッカを組み込む、請求項３７に記載の導波管デバイス。
【請求項４０】
前記光源と、マイクロディスプレイパネルと、前記光をコリメートするための光学とをさらに備える、入力画像生成器をさらに備える、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項４１】
前記光源は、少なくとも１つのレーザである、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項４２】
前記光源は、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）である、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項４３】
前記光結合器は、入力格子である、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項４４】
前記光結合器は、プリズムである、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項４５】
前記光抽出器は、入力格子である、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項４６】
カラー導波管デバイスであって、
相互の上にスタックされた少なくとも２つの光学基板と、
少なくとも１つの光源と、
少なくとも１つの光結合器であって、前記少なくとも１つの光結合器は、一意のＴＩＲ角度が前記入力格子において決定されるような各光入射角によって画定されるように、ある角度帯域幅を伴う前記光源からの入射光を前記少なくとも１つの光学基板内の全内部反射（ＴＩＲ）の中に結合することが可能である、少なくとも１つの光結合器と、
前記光学基板からの光を抽出するための少なくとも１つの光抽出器と、
少なくとも２つの入力絞りであって、各入力絞りは、異なる光学基板内にあり、それぞれ、異なる平面内にあり、各入力絞りは、外側ダイクロイック部分を含み、瞳を偏移させ、色バンディングを軽減させる、少なくとも２つの入力絞りと
を備える、カラー導波管デバイス。
【請求項４７】
各入力絞りはまた、内側位相補償コーティングを含み、位相偏移を補償する、請求項４６に記載のカラー導波管デバイス。
【請求項４８】
前記補償コーティングは、ＳｉＯ２を含む、請求項４７に記載のカラー導波管デバイス。
【請求項４９】
導波管デバイスの出力照明内のバンディングを軽減させる方法であって、
光源からの入射光を生産することと、
前記入射光を光結合器を通して通過させ、結合された光が光学基板内で全内部反射（ＴＩＲ）を受けるように、前記入射光を光学基板の中に結合することと、
光抽出器を介して、前記光学基板からのＴＩＲ光を抽出し、前記出力照明を生産することと
を含み、
前記光は、バンディング除去光学が前記出力照明のバンディング効果を軽減させるように、前記導波管デバイスのバンディング除去光学を通して通過する、方法。
【請求項５０】
前記出力照明は、１０％未満の空間非均一性を有する、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記出力照明は、２０％未満の空間非均一性を有する、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記バンディング除去光学は、有効入力開口であり、前記有効入力開口は、前記光学基板が厚さＤを有するとき、前記入力開口が、前記光学基板内のＴＩＲ角度Ｕを提供するように構成され、前記角度Ｕが、２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって計算されるようなものである、請求項４９に記載の方法。
【請求項５３】
前記バンディング除去光学は、ＴＩＲ経路に沿って、回折効率、光学透過、偏光、または複屈折のうちの少なくとも１つの前記光の空間変動を提供する、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子であり、前記選択された少なくとも１つの格子は、各格子が、小瞳偏移を提供し、バンディングを軽減させるような複数の格子を有するように構成される、請求項４９に記載の方法。
【請求項５５】
前記バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子であり、前記選択された少なくとも１つの格子は、電圧が印加されると、オンになり、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させる、スタックされた切替可能な格子として構成される、請求項４９に記載の方法。
【請求項５６】
前記バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子であり、前記選択された少なくとも１つの格子は、電圧が印加されると、特定の要素をオンにし、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させる、切替可能な格子要素のアレイとして構成される、請求項４９に記載の方法。
【請求項５７】
前記選択された少なくとも１つの格子は、複数の回転Ｋベクトルを有する、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子であり、前記選択された少なくとも１つの格子は、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように構成される、複数の受動格子層であるように構成される、請求項４９に記載の方法。
【請求項５９】
前記バンディング除去光学は、１つ以上の屈折率層であり、前記１つ以上の屈折率層は、前記１つ以上の屈折率層が、光線角度または光線位置のうちの少なくとも１つの関数として、前記光学基板内の光線経路に影響を及ぼし、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、前記光学基板内に配置される、請求項４９に記載の方法。
【請求項６０】
前記１つ以上の屈折率層の少なくとも１つの屈折率層は、勾配屈折率（ＧＲＩＮ）媒体である、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記導波管デバイスはさらに、少なくとも１つの反射表面を前記光学基板の縁の少なくとも一部上に備え、前記バンディング除去光学は、１つ以上の屈折率層であり、前記１つ以上の屈折率層は、前記１つ以上の屈折率層が、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように構成されるように、前記少なくとも１つの反射表面に隣接して配置される、請求項４９に記載の方法。
【請求項６２】
前記バンディング除去光学は、１つ以上の屈折率層であり、前記１つ以上の屈折率層は、前記１つ以上の屈折率層が、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように構成されるように、前記光学基板内に配置される、請求項４９に記載の方法。
【請求項６３】
前記バンディング除去光学は、入力格子であり、前記入力格子は、前記入力格子の前縁に対する光の光線束の一意の変位が、任意の所与の入射光方向のための入力格子によって提供され、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、前記入射光を結合することが可能な前縁を有する、請求項４９に記載の方法。
【請求項６４】
前記バンディング除去光学は、入力格子であり、前記入力格子は、前記入射光の複数のコリメートされた入射光線経路が、光線経路入力角度によって決定されるような異なるＴＩＲ光線経路の中に回折され、投影された瞳が、前記複数のコリメートされた入射光線経路毎に、前記光学基板内の一意の場所に形成され、バンディング効果を軽減させることが可能であるように、回折効率の変動を有するように構成される、請求項４９に記載の方法。
【請求項６５】
前記回折効率の変動は、主導波管方向に沿って変動する、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記回折効率の変動は、前記入力格子の開口にわたって２次元で変動する、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記バンディング除去光学は、部分反射層であり、前記部分反射層は、前記部分反射層が、入射光を透過光および反射光に分離し、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、前記光学基板内に配置される、請求項４９に記載の方法。
【請求項６８】
前記バンディング除去光学は、偏光修正層であり、前記偏光修正層は、前記偏光修正層が、入射光を透過光および反射光に分離し、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、前記光学基板内に配置される、請求項４９に記載の方法。
【請求項６９】
前記バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子であり、前記選択された少なくとも１つの格子は、任意の入射光角度に関して抽出された光の、光の非均一性を相殺し、バンディング効果を軽減する、少なくとも２つの別個の導波管経路を提供するように構成される、請求項４９に記載の方法。
【請求項７０】
前記選択された格子は、少なくとも１つの折畳格子射出瞳エクスパンダと併用される、交差傾角格子を有する、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記バンディング除去光学は、少なくとも１つの方向に沿って空間的に変動され、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させることが可能な可変有効開口数（ＮＡ）を提供する、マイクロディスプレイ内の光学コンポーネントである、請求項４９に記載の方法。
【請求項７２】
前記バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子または少なくとも１つの出力格子のいずれかの少なくとも１つの格子内の複数の格子層であり、前記複数の格子層は、前記複数の格子層が、任意の固定パターン雑音を打ち消し、瞳の偏移をもたらし、バンディング効果を軽減させるように構成されるようなものである、請求項４９に記載の方法。
【請求項７３】
前記バンディング除去光学は、入力格子であり、前記入力格子は、前記入力格子を切替格子アレイとして構成することが、垂直および水平方向における瞳切替を提供し、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、選択的に切替可能な要素のアレイとして構成される、請求項４９に記載の方法。
【請求項７４】
前記バンディング除去光学は、各ＴＩＲ経路に沿って、回折効率、光学透過、偏光、および複屈折のうちの少なくとも１つの空間変動を提供し、基板内の光線角度または光線位置のうちの少なくとも１つの関数として、導波管基板内の光線経路に影響を及ぼし、瞳の偏移をもたらし、バンディング効果を軽減させる、複数の屈折率層である、請求項４９に記載の方法。
【請求項７５】
前記複数の屈折率層は、異なる屈折率の接着剤を組み込む、請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
前記複数の屈折率層は、整合層、等方性屈折層、ＧＲＩＮ構造、反射防止層、部分反射層、および複屈折延伸ポリマー層から成る群から選択される層を組み込む、請求項７４に記載の方法。
【請求項７７】
前記バンディング除去光学は、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させる、空間可変開口数を投影させる、マイクロディスプレイである、請求項４９に記載の方法。
【請求項７８】
前記バンディング除去光学は、傾斜付きマイクロディスプレイであり、前記傾斜付きマイクロディスプレイは、前記射出瞳の断面が画角に伴って変動し、バンディング効果が軽減されるように、傾斜された長方形射出瞳を投影するように構成される、請求項４９に記載の方法。
【請求項７９】
前記バンディング除去光学は、傾斜付きマイクロディスプレイであり、前記傾斜付きマイクロディスプレイは、バンディング効果が１つの拡張軸に沿って軽減されるように、角度光線を角度付け、種々の投影された瞳を入射角光毎に前記光学基板に沿って異なる位置に形成するように構成される、請求項４９に記載の方法。
【請求項８０】
前記光学基板は、厚さＤを有し、前記バンディング除去光学は、プリズムであり、前記プリズムは、前記光源からの射出瞳の角度と前記光学基板内のＴＩＲ角度との間の線形関係が、ＴＩＲ経路角度が２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって画定されるようなＵであるときに生じる、ＴＩＲ光線経路に沿った連続光抽出間の間隙をもたらさないように、前記光学基板に結合される、請求項４９に記載の方法。
【請求項８１】
前記バンディング除去光学は、光吸収フィルムであり、前記光吸収フィルムは、そうでなければバンディングを引き起こすであろう入射光の部分が、除去され、バンディング効果を軽減するように、前記光学基板の縁に隣接する、請求項４９に記載の方法。
【請求項８２】
前記光学基板は、厚さＤを有し、前記バンディング除去光学は、入射光が、ＴＩＲ経路角度が２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって画定されるようなＵであるときに生じる、ＴＩＲ光線経路に沿った連続光抽出の間の間隙をもたらさないような、第１の光吸収フィルムおよび第２の光吸収フィルムであり、前記第１の光吸収フィルムは、入力格子を含み、光学基板に隣接して配置される、入力基板の縁に隣接して配置され、前記第２の光吸収フィルムは、入力基板と反対の前記光学基板に隣接して取り付けられる、第２の基板の縁に隣接して配置される、請求項４９に記載の方法。
【請求項８３】
前記光学基板の厚さは、３．４ｍｍであり、前記第２の基板の厚さは、０．５ｍｍであり、前記入力基板は、前記入力格子を挟み込む２つの０．５ｍｍ厚ガラス基板を含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記バンディング除去光学は、入力格子であり、前記入力格子は、前記光が、任意の所与の入射光方向に前記入力格子の縁に対する一意の変位を有し、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減するように構成される、請求項４９に記載の方法。
【請求項８５】
前記方法は、頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ）およびヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の群から選択されるディスプレイによって実施される、請求項４９に記載の方法。
【請求項８６】
ヒトの眼が、前記ディスプレイの射出瞳に伴って位置付けられる、請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記ディスプレイは、眼トラッカを組み込む、請求項８５に記載の方法。
【請求項８８】
前記導波管デバイスはさらに、前記光源と、マイクロディスプレイパネルと、前記光をコリメートするための光学とをさらに備える、入力画像生成器を備える、請求項４９に記載の方法。
【請求項８９】
前記光源は、少なくとも１つのレーザである、請求項４９に記載の方法。
【請求項９０】
前記光源は、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）である、請求項４９に記載の方法。
【請求項９１】
前記光結合器は、入力格子である、請求項４９に記載の方法。
【請求項９２】
前記光結合器は、プリズムである、請求項４９に記載の方法。
【請求項９３】
前記光抽出器は、入力格子である、請求項４９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、導波管デバイスに関し、より具体的には、均一出力照明を有する、導波管に関する。
【背景技術】
【０００２】
導波管光学は、現在、複数の光学機能を薄くて透明な軽量基板の中に統合する導波管デバイスの能力が非常に重要である、ある範囲のディスプレイおよびセンサ用途のために検討されている。本新しいアプローチは、航空および道路交通のための拡張現実（ＡＲ）および仮想現実（ＶＲ）、コンパクトヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）のための眼近接ディスプレイと、バイオメトリックおよびレーザレーダ（ＬＩＤＡＲ）用途のためのセンサとを含む、新しい製品開発を促している。
【０００３】
導波管デバイスは、ＨＭＤおよびＨＵＤにおいて魅力的である、多くの特徴をもたらす。それらは、薄くて透明であることである。広視野は、複数のホログラムを記録し、各ホログラムによって形成される視野領域をタイル化することによって取得されることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
いくつかの実施形態は、少なくとも１つの光学基板と、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光結合器と、少なくとも１つの光抽出器と、バンディング除去光学とを含む、導波管デバイスを対象とする。少なくとも１つの光結合器は、入力格子において決定されるような一意のＴＩＲ角度が各光入射角によって画定されるように、ある角度帯域幅を伴う光源からの入射光を少なくとも１つの光学基板内の全内部反射（ＴＩＲ）の中に結合することが可能である。少なくとも１つの光抽出器は、光学基板からの光を抽出する。バンディング除去光学は、抽出された光が軽減されたバンディングを有する略平坦照明プロファイルであるように、照明された瞳のバンディング効果を軽減することが可能である。
【０００５】
より多くの実施形態では、抽出された光は、１０％未満の空間非均一性を有する。
【０００６】
さらなる実施形態では、抽出された光は、２０％未満の空間非均一性を有する。
【０００７】
さらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、光学基板が厚さＤを有するとき、入力開口が、光学基板内のＴＩＲ角度Ｕを提供するように構成され、角度Ｕが、２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって計算されるような有効入力開口である。
【０００８】
なおもより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、ＴＩＲ経路に沿って、回折効率、光学透過、偏光、または複屈折のうちの少なくとも１つの光の空間変動を提供する。
【０００９】
なおもさらなる実施形態では、バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子である。選択された少なくとも１つの格子は、各格子が、小瞳偏移を提供し、バンディングを軽減させるような複数の格子を有するように構成される。
【００１０】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子である。選択された少なくとも１つの格子は、電圧が印加されると、オンになり、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させる、スタックされた切替可能な格子として構成される。
【００１１】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子である。選択された少なくとも１つの格子は、電圧が印加されると、特定の要素をオンにし、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させる、切替可能な格子要素のアレイとして構成される。
【００１２】
なおもさらにより多くの実施形態では、選択された少なくとも１つの格子は、複数の回転Ｋベクトルを有する。
【００１３】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子である。選択された少なくとも１つの格子は、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように構成される、複数の受動格子層であるように構成される。
【００１４】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、１つ以上の屈折率層が、光線角度または光線位置のうちの少なくとも１つの関数として、光学基板内の光線経路に影響を及ぼし、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、光学基板内に配置される、１つ以上の屈折率層である。
【００１５】
なおもさらにより多くの実施形態では、１つ以上の屈折率層の少なくとも１つの屈折率層は、勾配屈折率（ＧＲＩＮ）媒体である。
【００１６】
なおもさらにより多くの実施形態では、導波管デバイスはさらに、少なくとも１つの反射表面を光学基板の縁の少なくとも一部上に含む。バンディング除去光学は、１つ以上の屈折率層が、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように構成されるように、少なくとも１つの反射表面に隣接して配置される、１つ以上の屈折率層である。
【００１７】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、１つ以上の屈折率層が、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように構成されるように、光学基板内に配置される、１つ以上の屈折率層である。
【００１８】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、入力格子の前縁に対する光の光線束の一意の変位が、任意の所与の入射光方向のための入力格子によって提供され、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、入射光を結合することが可能な前縁を有する、入力格子である。
【００１９】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、入射光の複数のコリメートされた入射光線経路が、光線経路入力角度によって決定されるような異なるＴＩＲ光線経路の中に回折され、投影された瞳が、複数のコリメートされた入射光線経路毎に、光学基板内の一意の場所に形成され、バンディング効果を軽減させることが可能であるように、回折効率の変動を有するように構成される、入力格子である。
【００２０】
なおもさらにより多くの実施形態では、回折効率の変動は、主導波管方向に沿って変動する。
【００２１】
なおもさらにより多くの実施形態では、回折効率の変動は、入力格子の開口にわたって２次元で変動する。
【００２２】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、部分反射層が、入射光を透過光および反射光に分離し、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、光学基板内に配置される、部分反射層である。
【００２３】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、偏光修正層が、入射光を透過光および反射光に分離し、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、光学基板内に配置される、偏光修正層である。
【００２４】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子である。選択された少なくとも１つの格子は、任意の入射光角度に関して抽出された光の、光の非均一性を相殺し、バンディング効果を軽減する、少なくとも２つの別個の導波管経路を提供するように構成される。
【００２５】
なおもさらにより多くの実施形態では、選択された格子は、少なくとも１つの折畳格子射出瞳エクスパンダと併用される、交差傾角格子を有する。
【００２６】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、少なくとも１つの方向に沿って空間的に変動され、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させることが可能な可変有効開口数（ＮＡ）を提供する、マイクロディスプレイ内の光学コンポーネントである。
【００２７】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、複数の格子層が、任意の固定パターン雑音を打ち消し、瞳の偏移をもたらし、バンディング効果を軽減させるように構成されるように、少なくとも１つの入力格子または少なくとも１つの出力格子のいずれかの少なくとも１つの格子内の複数の格子層である。
【００２８】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、入力格子を切替格子アレイとして構成することが、垂直および水平方向における瞳切替を提供し、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、選択的に切替可能な要素のアレイとして構成される、入力格子である。
【００２９】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、各ＴＩＲ経路に沿って、回折効率、光学透過、偏光、および複屈折のうちの少なくとも１つの空間変動を提供し、基板内の光線角度または光線位置のうちの少なくとも１つの関数として、導波管基板内の光線経路に影響を及ぼし、瞳の偏移をもたらし、バンディング効果を軽減させる、複数の屈折率層である。
【００３０】
なおもさらにより多くの実施形態では、複数の屈折率層は、異なる屈折率の接着剤を組み込む。
【００３１】
なおもさらにより多くの実施形態では、複数の屈折率層は、整合層、等方性屈折層、ＧＲＩＮ構造、反射防止層、部分反射層、および複屈折延伸ポリマー層から成る群から選択される層を組み込む。
【００３２】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させる、空間可変開口数を投影させる、マイクロディスプレイである。
【００３３】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、射出瞳の断面が画角に伴って変動し、バンディング効果が軽減されるように、傾斜された長方形射出瞳を投影するように構成される、傾斜付きマイクロディスプレイである。
【００３４】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、バンディング効果が１つの拡張軸に沿って軽減されるように、光線を角度付け、種々の投影された瞳を入射角光毎に光学基板に沿って異なる位置に形成するように構成される、傾斜付きマイクロディスプレイである。
【００３５】
なおもさらにより多くの実施形態では、光学基板は、厚さＤを有し、バンディング除去光学は、光源からの射出瞳の角度と光学基板内のＴＩＲ角度との間の線形関係が、ＴＩＲ経路角度が２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって画定されるようなＵであるときに生じる、ＴＩＲ光線経路に沿った連続光抽出間の間隙をもたらさないように、光学基板に結合されるプリズムである。
【００３６】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、そうでなければバンディングを引き起こすであろう入射光の部分が、除去され、バンディング効果を軽減するように、光学基板の縁に隣接する、光吸収フィルムである。
【００３７】
なおもさらにより多くの実施形態では、光学基板は、厚さＤを有し、バンディング除去光学は、入射光が、ＴＩＲ経路角度が２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって画定されるようなＵであるときに生じる、ＴＩＲ光線経路に沿った連続光抽出の間の間隙をもたらさないような、入力格子を含み、光学基板に隣接して配置される、入力基板の縁に隣接して配置される、第１の光吸収フィルムと、入力基板と反対の前記光学基板に隣接して取り付けられる、第２の基板の縁に隣接して配置される、第２の光吸収フィルムとを含む、入力格子である。
【００３８】
なおもさらにより多くの実施形態では、光学基板の厚さは、３．４ｍｍであって、第２の基板の厚さは、０．５ｍｍであって、入力基板は、入力格子を挟み込む２つの０．５ｍｍ厚ガラス基板を含む。
【００３９】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、光が、任意の所与の入射光方向に入力格子の縁に対する一意の変位を有し、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減するように構成される、入力格子である。
【００４０】
なおもさらにより多くの実施形態では、デバイスは、頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ）およびヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の群から選択されるディスプレイの中に統合される。
【００４１】
なおもさらにより多くの実施形態では、ヒトの眼が、ディスプレイの射出瞳に伴って位置付けられる。
【００４２】
なおもさらにより多くの実施形態では、デバイスは、眼トラッカを組み込む。
【００４３】
なおもさらにより多くの実施形態では、導波管デバイスはさらに、光源と、マイクロディスプレイパネルと、光をコリメートするための光学とをさらに含む、入力画像生成器を含む。
【００４４】
なおもさらにより多くの実施形態では、光源は、少なくとも１つのレーザである。
【００４５】
なおもさらにより多くの実施形態では、光源は、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００４６】
なおもさらにより多くの実施形態では、光結合器は、入力格子である。
【００４７】
なおもさらにより多くの実施形態では、光結合器は、プリズムである。
【００４８】
なおもさらにより多くの実施形態では、光抽出器は、入力格子である。
【００４９】
いくつかの実施形態は、少なくとも２つの光学基板と、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光結合器と、少なくとも１つの光抽出器と、少なくとも２つの入力絞りとを含む、カラー導波管デバイスを対象とする。少なくとも２つの光学基板は、相互の上にスタックされる。少なくとも１つの光結合器は、一意のＴＩＲ角度が入力格子において決定されるような各光入射角によって画定されるように、ある角度帯域幅を伴う光源からの入射光を少なくとも１つの光学基板内の全内部反射（ＴＩＲ）の中に結合することが可能である。少なくとも１つの光抽出器は、光学基板からの光を抽出する。少なくとも２つの入力絞りはそれぞれ、異なる光学基板内にあって、それぞれ、異なる平面にあって、各入力絞りは、外側ダイクロイック部分を含み、瞳を偏移させ、色バンディングを軽減させる。
【００５０】
より多くの実施形態では、各入力絞りはまた、内側位相補償コーティングを含み、位相偏移を補償する。
【００５１】
さらなる実施形態では、補償コーティングは、ＳｉＯ２を含む。
【００５２】
いくつかの実施形態は、導波管デバイスの出力照明内のバンディングを軽減させる方法を対象とする。本方法は、光源からの入射光を生産する。本方法は、入射光を光結合器を通して通過させ、結合された光が光学基板内で全内部反射（ＴＩＲ）を受けるように、入射光を光学基板の中に結合する。本方法はまた、光抽出器を介して、光学基板からのＴＩＲ光を抽出し、出力照明を生産する。光は、バンディング除去光学が出力照明のバンディング効果を軽減させるように、導波管デバイスのバンディング除去光学を通して通過する。
【００５３】
より多くの実施形態では、出力照明は、１０％未満の空間非均一性を有する。
【００５４】
さらなる実施形態では、出力照明は、２０％未満の空間非均一性を有する。
【００５５】
さらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、光学基板が厚さＤを有するとき、入力開口が、光学基板内のＴＩＲ角度Ｕを提供するように構成され、角度Ｕが、２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって計算されるような有効入力開口である。
【００５６】
なおもより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、ＴＩＲ経路に沿って、回折効率、光学透過、偏光、または複屈折のうちの少なくとも１つの光の空間変動を提供する。
【００５７】
なおもさらなる実施形態では、バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子である。選択された少なくとも１つの格子は、各格子が、小瞳偏移を提供し、バンディングを軽減させるような複数の格子を有するように構成される。
【００５８】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子である。選択された少なくとも１つの格子は、電圧が印加されると、オンになり、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させる、スタックされた切替可能な格子として構成される。
【００５９】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子である。選択された少なくとも１つの格子は、電圧が印加されると、特定の要素をオンにし、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させる、切替可能な格子要素のアレイとして構成される、
【００６０】
なおもさらにより多くの実施形態では、選択された少なくとも１つの格子は、複数の回転Ｋベクトルを有する。
【００６１】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子である。選択された少なくとも１つの格子は、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように構成される、複数の受動格子層であるように構成される。
【００６２】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、１つ以上の屈折率層が、光線角度または光線位置のうちの少なくとも１つの関数として、光学基板内の光線経路に影響を及ぼし、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、光学基板内に配置される、１つ以上の屈折率層である。
【００６３】
なおもさらにより多くの実施形態では、１つ以上の屈折率層の少なくとも１つの屈折率層は、勾配屈折率（ＧＲＩＮ）媒体である。
【００６４】
なおもさらにより多くの実施形態では、導波管デバイスはさらに、少なくとも１つの反射表面を光学基板の縁の少なくとも一部上に含む。バンディング除去光学は、１つ以上の屈折率層が、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように構成されるように、少なくとも１つの反射表面に隣接して配置される、１つ以上の屈折率層である。
【００６５】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、１つ以上の屈折率層が、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように構成されるように、光学基板内に配置される、１つ以上の屈折率層である。
【００６６】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、入力格子の前縁に対する光の光線束の一意の変位が、任意の所与の入射光方向のための入力格子によって提供され、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、入射光を結合することが可能な前縁を有する、入力格子である。
【００６７】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、入射光の複数のコリメートされた入射光線経路が、光線経路入力角度によって決定されるような異なるＴＩＲ光線経路の中に回折され、投影された瞳が、複数のコリメートされた入射光線経路毎に、光学基板内の一意の場所に形成され、バンディング効果を軽減させることが可能であるように、回折効率の変動を有するように構成される、入力格子である。
【００６８】
なおもさらにより多くの実施形態では、回折効率の変動は、主導波管方向に沿って変動する。
【００６９】
なおもさらにより多くの実施形態では、回折効率の変動は、入力格子の開口にわたって２次元で変動する。
【００７０】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、部分反射層が、入射光を透過光および反射光に分離し、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、光学基板内に配置される、部分反射層である。
【００７１】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、偏光修正層が、入射光を透過光および反射光に分離し、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、光学基板内に配置される、偏光修正層である。
【００７２】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、少なくとも１つの入力格子および少なくとも１つの出力格子から選択された少なくとも１つの格子であって、選択された少なくとも１つの格子は、任意の入射光角度に関して抽出された光の、光の非均一性を相殺し、バンディング効果を軽減する、少なくとも２つの別個の導波管経路を提供するように構成される。
【００７３】
なおもさらにより多くの実施形態では、選択された格子は、少なくとも１つの折畳格子射出瞳エクスパンダと併用される、交差傾角格子を有する。
【００７４】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、少なくとも１つの方向に沿って空間的に変動され、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させることが可能な可変有効開口数（ＮＡ）を提供する、マイクロディスプレイ内の光学コンポーネントである。
【００７５】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、複数の格子層が、任意の固定パターン雑音を打ち消し、瞳の偏移をもたらし、バンディング効果を軽減させるように構成されるように、少なくとも１つの入力格子または少なくとも１つの出力格子のいずれかの少なくとも１つの格子内の複数の格子層である。
【００７６】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、入力格子を切替格子アレイとして構成することが、垂直および水平方向における瞳切替を提供し、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、選択的に切替可能な要素のアレイとして構成される、入力格子である。
【００７７】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、各ＴＩＲ経路に沿って、回折効率、光学透過、偏光、および複屈折のうちの少なくとも１つの空間変動を提供し、基板内の光線角度または光線位置のうちの少なくとも１つの関数として、導波管基板内の光線経路に影響を及ぼし、瞳の偏移をもたらし、バンディング効果を軽減させる、複数の屈折率層である。
【００７８】
なおもさらにより多くの実施形態では、複数の屈折率層は、異なる屈折率の接着剤を組み込む。
【００７９】
なおもさらにより多くの実施形態では、複数の屈折率層は、整合層、等方性屈折層、ＧＲＩＮ構造、反射防止層、部分反射層、および複屈折延伸ポリマー層から成る群から選択される層を組み込む。
【００８０】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させる、空間可変開口数を投影させる、マイクロディスプレイである。
【００８１】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、射出瞳の断面が画角に伴って変動し、バンディング効果が軽減されるように、傾斜された長方形射出瞳を投影するように構成される、傾斜付きマイクロディスプレイである。
【００８２】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、バンディング効果が１つの拡張軸に沿って軽減されるように、光線を角度付け、種々の投影された瞳を入射角光毎に光学基板に沿って異なる位置に形成するように構成される、傾斜付きマイクロディスプレイである。
【００８３】
なおもさらにより多くの実施形態では、光学基板は、厚さＤを有し、バンディング除去光学は、光源からの射出瞳の角度と光学基板内のＴＩＲ角度との間の線形関係が、ＴＩＲ経路角度が２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって画定されるようなＵであるときに生じる、ＴＩＲ光線経路に沿った連続光抽出間の間隙をもたらさないように、光学基板に結合されるプリズムである。
【００８４】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、そうでなければバンディングを引き起こすであろう入射光の部分が、除去され、バンディング効果を軽減するように、光学基板の縁に隣接する、光吸収フィルムである。
【００８５】
なおもさらにより多くの実施形態では、光学基板は、厚さＤを有し、バンディング除去光学は、入射光が、ＴＩＲ経路角度が２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって画定されるようなＵであるときに生じる、ＴＩＲ光線経路に沿った連続光抽出の間の間隙をもたらさないような、入力格子を含み、光学基板に隣接して配置される、入力基板の縁に隣接して配置される、第１の光吸収フィルムと、入力基板と反対の光学基板に隣接して取り付けられる、第２の基板の縁に隣接して配置される、第２の光吸収フィルムとである。
【００８６】
なおもさらにより多くの実施形態では、光学基板の厚さは、３．４ｍｍであって、第２の基板の厚さは、０．５ｍｍであって、入力基板は、入力格子を挟み込む２つの０．５ｍｍ厚ガラス基板を含む。
【００８７】
なおもさらにより多くの実施形態では、バンディング除去光学は、光が、任意の所与の入射光方向に入力格子の縁に対する一意の変位を有し、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減するように構成される、入力格子である。
【００８８】
なおもさらにより多くの実施形態では、本方法は、頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ）およびヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の群から選択されるディスプレイによって実施される。
【００８９】
なおもさらにより多くの実施形態では、ヒトの眼が、ディスプレイの射出瞳に伴って位置付けられる。
【００９０】
なおもさらにより多くの実施形態では、ディスプレイは、眼トラッカを組み込む。
【００９１】
なおもさらにより多くの実施形態では、導波管デバイスはさらに、光源と、マイクロディスプレイパネルと、光をコリメートするための光学とをさらに備える、入力画像生成器を含む。
【００９２】
なおもさらにより多くの実施形態では、光源は、少なくとも１つのレーザである。
【００９３】
なおもさらにより多くの実施形態では、光源は、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００９４】
なおもさらにより多くの実施形態では、光結合器は、入力格子である。
【００９５】
なおもさらにより多くの実施形態では、光結合器は、プリズムである。
【００９６】
なおもさらにより多くの実施形態では、光抽出器は、入力格子である。
【００９７】
参照による引用
以下の関連発行特許および特許出願は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。米国特許第９，０７５，１８４号「ＣＯＭＰＡＣＴ  ＥＤＧＥ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＥＤ  ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＶＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」、米国特許第８，２３３，２０４号「ＯＰＴＩＣＡＬ  ＤＩＳＰＬＡＹＳ」、ＰＣＴ出願第ＵＳ２００６／０４３９３８号「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＰＲＯＶＩＤＩＮＧ  Ａ  ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ  ＤＩＳＰＬＡＹ」、ＰＣＴ出願第ＧＢ２０１２／０００６７７号「ＷＥＡＲＡＢＬＥ  ＤＡＴＡ  ＤＩＳＰＬＡＹ」、米国特許出願第１３／３１７，４６８号「ＣＯＭＰＡＣＴ  ＥＤＧＥ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＥＤ  ＥＹＥＧＬＡＳＳ  ＤＩＳＰＬＡＹ」、米国特許出願第１３／８６９，８６６号「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＩＤＥ  ＡＮＧＬＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」、米国特許出願第１３／８４４，４５６号「ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」、米国特許出願第１４／６２０，９６９号「ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＧＲＡＴＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥ」、米国仮特許出願第６２／１７６，５７２号「ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬＬＹ  ＦＯＣＵＳ  ＴＵＮＡＢＬＥ  ＬＥＮＳ」、米国仮特許出願第６２／１７７，４９４号「ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＥＶＩＣＥ  ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＮＧ  Ａ  ＬＩＧＨＴ  ＰＩＰＥ」、米国仮特許出願第６２／０７１，２７７号「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ  ＩＮＰＵＴ  ＩＭＡＧＥＳ  ＦＯＲ  ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹＳ」、米国仮特許出願第６２／１２３，２８２号「ＮＥＡＲ  ＥＹＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＵＳＩＮＧ  ＧＲＡＤＩＥＮＴ  ＩＮＤＥＸ  ＯＰＴＩＣＳ」、米国仮特許出願第６２／１２４，５５０号「ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＵＳＩＮＧ  ＧＲＡＤＩＥＮＴ  ＩＮＤＥＸ  ＯＰＴＩＣＳ」、米国仮特許出願第６２／１２５，０６４号「ＯＰＴＩＣＡＬ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹＳ  ＦＯＲ  ＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮ  ＩＮ  ＷＩＮＤＯＷＳ」、米国仮特許出願第６２／１２５，０６６号「ＯＰＴＩＣＡＬ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹＳ  ＦＯＲ  ＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮ  ＩＮ  ＷＩＮＤＯＷＳ」、米国仮特許出願第６２／１２５，０８９号「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＬＩＧＨＴ  ＦＩＥＬＤ  ＤＩＳＰＬＡＹＳ」、米国特許第８，２２４，１３３号「ＬＡＳＥＲ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＤＥＶＩＣＥ」、米国特許第ＵＳ８，５６５，５６０号「ＬＡＳＥＲ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＤＥＶＩＣＥ」、米国特許第６，１１５，１５２号「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ」、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１３／０００００５号「ＣＯＮＴＡＣＴ  ＩＭＡＧＥ  ＳＥＮＳＯＲ  ＵＳＩＮＧ  ＳＷＩＴＣＨＡＢＬＥ  ＢＲＡＧＧ  ＧＲＡＴＩＮＧＳ」、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０００６８０号「ＩＭＰＲＯＶＥＭＥＮＴＳ  ＴＯ  ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＰＯＬＹＭＥＲ  ＤＩＳＰＥＲＳＥＤ  ＬＩＱＵＩＤ  ＣＲＹＳＴＡＬ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ」、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１４／０００１９７号「Ｈ���ＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＥＹＥ  ＴＲＡＣＫＥＲ」、ＰＣＴ／ＧＢ２０１３／０００２１０号「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＥＹＥ  ＴＲＡＣＫＩＮＧ」、ＰＣＴ出願第ＧＢ２０１３／０００２１０号「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＥＹＥ  ＴＲＡＣＫＩＮＧ」、ＰＣＴ／ＧＢ２０１５／０００２７４号「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＯＰＴＩＣＡＬＴＲＡＣＫＥＲ」、米国特許第８，９０３，２０７号「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＥＸＴＥＮＤＩＮＧ  ＶＥＲＴＩＣＡＬ  ＦＩＥＬＤ  ＯＦ  ＶＩＥＷ  ＩＮ  ＨＥＡＤ  ＵＰ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＵＳＩＮＧ  Ａ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＣＯＭＢＩＮＥＲ」、米国特許第８，６３９，０７２号「ＣＯＭＰＡＣＴ  ＷＥＡＲＡＢＬＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」、米国特許第８，８８５，１１２号「ＣＯＭＰＡＣＴ  ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＥＤＧＥ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＥＤ  ＥＹＥＧＬＡＳＳ  ＤＩＳＰＬＡＹ」、米国仮特許出願第６２／３９０，２７１号「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＦＯＲ  ＵＳＥ  ＷＩＴＨ  ＵＮＰＯＬＡＲＩＺＥＤ  ＬＩＧＨＴ」、米国仮特許出願第６２／３９１，３３３号「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＰＲＯＶＩＤＩＮＧ  Ａ  ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ  ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ  ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＥＶＩＣＥ」、米国仮特許出願第６２／４９３，５７８号「ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ」、米国仮特許出願第６２／４９７，７８１号「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＨＯＭＯＧＥＮＩＺＩＮＧ  ＴＨＥ  ＯＵＰＵＴ  ＦＲＯＭ  Ａ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＥＶＩＣＥ」、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１６０００１８１号「ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」、および第ＰＣＴ／ＧＢ２０１６／００００５号「ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＬＹ  ＩＳＯＬＡＴＥＤ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
説明は、以下の図を参照してより完全に理解されるであろうが、これは、本発明の例示的実施形態として提示され、本発明の範囲の完全列挙として解釈されるべきではない。
【００９９】
【図１Ａ】図１Ａは、一実施形態における、バンディングを呈する導波管の概略断面図を提供する。
【０１００】
【図１Ｂ】図１Ｂは、一実施形態における、バンディング除去された照明を提供するための導波管から抽出された光の統合を示す、チャートを提供する。
【０１０１】
【図２】図２は、一実施形態における、バンディング除去が生じるための幾何学的光学条件を図示する、導波管の詳細の基本構想図を提供する。
【０１０２】
【図３】図３は、一実施形態における、瞳偏移手段を提供するために使用される光学層の光学特性の空間変動を示す、チャートを提供する。
【０１０３】
【図４】図４は、一実施形態における、切替可能な入力格子を使用した導波管の概略断面図を提供する。
【０１０４】
【図５】図５は、一実施形態における、切替可能な出力格子を使用した導波管の概略断面図を提供する。
【０１０５】
【図６Ａ】図６Ａは、一実施形態における、切替可能な入力格子アレイを使用した導波管の概略断面図を提供する。
【０１０６】
【図６Ｂ】図６Ｂは、一実施形態における、回転Ｋベクトルを示す切替可能な格子の詳細を提供する。
【０１０７】
【図７】図７は、一実施形態における、切替可能な入力格子アレイの基本構想図を提供する。
【０１０８】
【図８】図８は、バンディング除去光学が、導波管基板の反射表面上に配置される光学ビーム修正層である、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【０１０９】
【図９】図９は、バンディング除去光学が、導波管基板内に配置される光学ビーム修正層である、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【０１１０】
【図１０】図１０は、一実施形態における、バンディング除去光学が、ビーム入射角の関数として入力格子の前縁からの入力ビームの分離を変動させる入力格子である、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【０１１１】
【図１１】図１１は、一実施形態における、バンディング除去光学が、導波管内で投影された瞳をビーム入射角に依存する場所に提供する、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【０１１２】
【図１２】図１２は、一実施形態における、バンディング除去光学が、部分反射層である、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【０１１３】
【図１３】図１３は、一実施形態における、バンディング除去光学が、偏光回転層である、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【０１１４】
【図１４】図１４は、一実施形態における、バンディング除去光学が、入力光の異なる偏光のための導波管を通した分離光経路を提供する格子である、導波管の基本構想図を提供する。
【０１１５】
【図１５】図１５は、一実施形態における、バンディング除去光学が、マイクロディスプレイパネルの主方向を横断して可変開口数を提供する、マイクロディスプレイの詳細の概略断面図を提供する。
【０１１６】
【図１６Ａ】図１６Ａは、一実施形態における、スタックされた切替入力格子を使用した導波管の概略断面図を提供する。
【０１１７】
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、一実施形態における、バンディング除去光学が、切替可能な入力格子アレイである、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【０１１８】
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、一実施形態における、バンディング除去光学が、導波管基板内に配置される光学ビーム修正層である、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【０１１９】
【図１６Ｄ】図１６Ｄは、一実施形態における、バンディング除去光学が、主方向を横断して可変開口数を提供するマイクロディスプレイパネルである、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【０１２０】
【図１６Ｅ】図１６Ｅは、一実施形態における、バンディング除去光学が、射出瞳を提供する傾斜された入力画像生成器である、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【０１２１】
【図１６Ｆ】図１６Ｆは、一実施形態における、バンディング除去光学が、射出瞳および種々の投影された瞳を提供する傾斜された入力画像生成器である、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【０１２２】
【図１６Ｇ】図１６Ｇは、一実施形態における、バンディング除去光学が、傾斜された入力画像生成器および結合プリズムである、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【０１２３】
【図１６Ｈ】図１６Ｈは、一実施形態における、バンディング除去光学が、光吸収縁を有する複数の付加的基板である、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【０１２４】
【図１７】図１７は、一実施形態における、バンディング除去光学が、光吸収縁を有する複数の付加的基板である、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【０１２５】
【図１８】図１８は、一実施形態における、バンディング除去光学が、傾斜された入力画像生成器および結合プリズムである、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【０１２６】
【図１９】図１９は、一実施形態における、カラーディスプレイにおける色位置合わせを平衡する際に使用するためのコーティング構造の概略断面を提供する。
【０１２７】
【図２０】図２０は、バンディング除去光学が、その縁からの入力ビーム断面をオフセットする入力格子である、導波管の詳細の概略断面図を提供する。
【発明を実施するための形態】
【０１２８】
ここで図面に目を向けると、接眼ディスプレイまたはヘッドアップディスプレイシステムに関連するシステムおよび方法が、種々の実施形態に従って示される。いくつかの実施形態は、接眼ディスプレイまたはヘッドアップディスプレイシステムにおいて使用するための導波管デバイスを対象とする。多くの導波管デバイスに既存の一般的厄介な問題は、その均一性に影響を及ぼす、出力照明内のバンディングである。故に、均一出力照明を有する、導波管デバイスの種々の実施形態が、提供される。導波管デバイスの多数の実施形態では、バンディング除去光学が、組み込まれ、バンディング効果を排除または軽減させる。
【０１２９】
多くの実施形態はまた、導波管デバイスにおいて有利に利用され得る、ホログラフィック導波管技術を対象とする。いくつかの実施形態では、ホログラフィック導波管技術は、ヘルメット搭載型ディスプレイまたは頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ）およびヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）のために使用される。いくつかの実施形態では、ホログラフィック導波管技術は、航空電子工学用途および消費者用途（例えば、拡張現実眼鏡等）を含む、多くの用途で使用される。いくつかの実施形態では、眼は、ディスプレイの射出瞳またはアイボックス内に位置付けられる。
【０１３０】
多くの実施形態では、導波管デバイスは、単一導波管層を使用して、瞳拡張を２つの直交方向に提供する。出力の均一性は、種々の実施形態によると、導波管基板の入力端近傍の低値から出力格子の最遠端における高値に変動する回折効率を有するように出力格子を設計することによって達成される。いくつかの実施形態では、入力画像データは、導波管光学基板の外部にあって、入力格子を用いて基板に結合される、マイクロディスプレイによって提供される。マイクロディスプレイは、複数の実施形態によると、反射アレイであって、ビームスプリッタを介して照明される。反射された画像光は、画像の各ピクセルが平行ビームを一意の方向に提供するようにコリメートされる。
【０１３１】
いくつかの実施形態によると、導波管デバイスは、効率的に、かつ導波管画像が色分散および明度非均一性がないように、画像コンテンツを導波管の中に結合する。色分散を防止し、より良好なコリメーションを達成するための１つの方法は、レーザを使用することである。しかしながら、レーザの使用は、瞳バンディングアーチファクトに悩まされ、これは、出力照明自体に露見し、画像の均一性の途絶を生じさせる。バンディングアーチファクトは、コリメートされた瞳が全内部反射（ＴＩＲ）導波管内で複製（拡張）されるときに形成されることが可能である。バンディングは、ビームが格子と相互作用する度に、一部の光ビームが導波管から外に回折され、間隙または重複を呈し、照明リップルにつながるときに生じる。リップルの程度は、画角、導波管厚、および開口厚の関数である。本明細書に説明される種々の実施形態に描かれるように、実験およびシミュレーションによって、バンディングの効果は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等のブロードバンド源を用いた分散によって平滑化され得ることが見出された。しかしながら、ＬＥＤ照明は、特に、より高い導波管厚と導波管入力開口の比率に関して、バンディング問題が完全にないわけではない。さらに、ＬＥＤ照明は、嵩張る入力光学および導波管デバイスの厚さの増加をもたらす傾向にある。故に、本明細書に説明される導波管デバイスのいくつかの実施形態は、ホログラフから出力された光を均質化し、バンディング歪曲を防止するためのコンパクトかつ効率的バンディング除去光学を有する。
【０１３２】
バンディング効果は、出力照明の非均一性に寄与する。いくつかのプロトタイプ試験において発見されたように、導波管デバイスからの実践的照明は、２０％未満、好ましくは、１０％を下回る非均一性を達成し、容認可能視認可能画像を提供すべきである。低非均一性を達成することは、他のシステム要件、特に、画像明度に対してトレードオフを要求する。トレードオフは、精密な観点で定義することが困難であって、非常に用途に依存する。非均一性を低減させるための多くの光学技法は、概して、一部の光損失を被るため、出力画像明度は、低減され得る。非均一性に対するヒト視覚系の感度は、光レベルに伴って増加し、非均一性の問題は、高ディスプレイと背景場面のコントラストを達成するために高発光束を要求する、車載ＨＵＤ等のディスプレイにとってより深刻となる。故に、いくつかの実施形態では、抽出された光は、１０％未満の空間非均一性を有する。いくつかの実施形態では、抽出された光は、２０％未満の空間非均一性を有する。
【０１３３】
本発明のいくつかの実施形態が、ここで付随の図面を参照して、さらに説明されるであろう。本発明の種々の実施形態を説明する目的のために、光学設計および視覚的ディスプレイの当業者に公知の光学技術の周知の特徴は、種々の実施形態の基本原理を曖昧にしないように、省略または簡略化されている場合がある。種々の実施形態の説明は、光学設計の当業者によって一般に採用される専門用語を使用して提示されるであろう。別様に記載されない限り、用語「軸上」は、光線またはビーム方向に関連する場合、種々のデバイスに関連して説明される光学コンポーネントの表面に対して法線の軸と平行な伝搬を指す。以下の説明では、用語「光」、「光線」、「ビーム」、および「方向」は、同義的に、かつ相互に関連付けて使用され、直線軌道に沿った電磁放射の伝搬方向を示し得る。用語「光」および「照明」は、電磁スペクトルの可視および赤外線帯域に関連して使用され得る。本明細書で使用されるように、用語「格子」はいくつかの実施形態では、格子のセットから成る格子を包含し得る。
導波管デバイス
【０１３４】
いくつかの実施形態によると、導波管デバイスは、少なくとも１つの光学基板と、少なくとも１つの光源と、源からの光を光学基板の中に結合するための少なくとも１つの光結合器と、光学基板からの光を抽出し、出力照明を形成するための少なくとも１つの光抽出器とを含む。図１Ａに描写されるのは、導波管デバイスの実施形態である。故に、導波管デバイス（１００）は、少なくとも１つの光学基板（１０１）と、少なくとも１つの入力格子（１０２）と、少なくとも１つの出力格子（１０３）とを含む。最大開口Ｗを有する、入力格子（１０２）は、源（１０４）からの光（光線矢印１０００−１００２）を導波管基板（１０１）内の全内部反射（ＴＩＲ）経路（１００４）の中に結合する。入力（１０２）および出力（１０３）格子は、図１Ａに描写されるように、本明細書に説明される格子構成等の任意の適切な構成において存在してもよい。
【０１３５】
いくつかの実施形態では、導波管デバイスは、入力画像生成器を含み、これはさらに、光源と、マイクロディスプレイパネルと、光をコリメートするための光学とを有する、入力画像生成器を含む。いくつかの実施形態の説明では、入力生成器は、写真生成ユニット（ＰＧＵ）と称される。いくつかの実施形態では、源は、画像情報に伴って変調されない、一般的照明を提供するように構成されてもよい。多くの実施形態では、入力画像生成器は、各ディスプレイピクセルが基板導波管内の一意の角度方向に変換されるように、マイクロディスプレイパネル上に表示される画像を投影する。種々の実施形態では、コリメーション光学は、少なくともレンズと、ミラーとを含む。多くの実施形態では、レンズおよびミラーは、回折性である。いくつかの実施形態では、光源は、少なくとも１つのレーザである。多数の実施形態では、光源は、少なくとも１つのＬＥＤである。多くの実施形態では、異なる光源の種々の組み合わせが、入力画像生成器と併用される。
【０１３６】
いくつかの入力画像生成器は、例えば、米国特許出願第１３／８６９，８６６号「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＩＤＥ  ＡＮＧＬＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」および米国特許出願第１３／８４４，４５６号「ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」に説明されるもの等の本発明の種々の実施形態に従って使用されてもよいことを理解されたい。多くの実施形態では、入力画像生成器は、光をマイクロディスプレイ上に指向させ、反射光を導波管に向かって透過させる、ビームスプリッタを含む。いくつかの実施形態では、ビームスプリッタは、ホログラフィックポリマー分散液晶（ＨＰＤＬＣ）内に記録される格子である。多数の実施形態では、ビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタ立方体である。いくつかの実施形態では、入力画像生成器は、スペックル除去器を組み込む。任意の適切なスペックル除去器が、例えば、米国特許第ＵＳ８、５６５，５６０号「ＬＡＳＥＲ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＤＥＶＩＣＥ」に説明されるもの等の種々の実施形態において使用されることができる。
【０１３７】
いくつかの実施形態では、光源はさらに、照明ビームの角度特性を修正するための１つ以上のレンズを組み込む。多くの実施形態では、画像源は、マイクロディスプレイまたはレーザベースのディスプレイである。光源のいくつかの実施形態は、ＬＥＤを利用し、これは、レーザより良好な均一性を提供し得る。レーザ照明が、使用される場合、照明バンディング効果のリスクは、より高いが、依然として、本明細書に説明されるような種々の実施形態に従って、排除または軽減され得る。多数の実施形態では、光源からの光は、偏光される。複数の実施形態では、画像源は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）マイクロディスプレイまたはシリコン上液晶（ＬＣｏＳ）マイクロディスプレイである。
【０１３８】
いくつかの実施形態では、入力画像生成器光学は、偏光ビームスプリッタ立方体を含む。多くの実施形態では、入力画像生成器光学は、ビームスプリッタコーティングが塗布されている、傾角プレートを含む。いくつかの実施形態では、入力画像生成器光学は、切替可能なブラッグ格子（ＳＢＧ）を組み込み、これは、偏光選択的ビームスプリッタとして作用する。ＳＢＧを組み込む、入力画像生成器光学の実施例は、米国特許出願第１３／８６９，８６６号「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＩＤＥ  ＡＮＧＬＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」および米国特許出願第１３／８４４，４５６号「ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」に開示される。多くの実施形態では、入力画像生成器光学は、照明光の開口数を制御するために、屈折コンポーネントおよび湾曲反射表面または回折光学要素のうちの少なくとも１つを含む。複数の実施形態では、入力画像生成器は、照明光の波長特性を制御するために、スペクトルフィルタを含む。いくつかの実施形態では、入力画像生成器光学は、迷光を制御するために、開口と、マスクと、フィルタと、コーティングとを含む。いくつかの実施形態では、マイクロディスプレイは、水盤光学を組み込む。
【０１３９】
図１Ａに描写される実施形態に戻ると、外部源（１０２）は、角度帯域幅（１００２）内のコリメートされた光線を提供する。ＴＩＲ経路（１００４）内の光は、出力格子（１０３）と相互作用し、ＴＩＲ光が格子による回折のための条件を満たす度に、光の一部を抽出する。ブラッグ格子の場合、抽出は、ブラッグ条件が満たされるときに生じる。例えば、ＴＩＲ角度Ｕに対応する、光ＴＩＲ光線経路（１００４）は、出力格子によって出力方向（１００５Ａ）の中に回折される。基本幾何学的光学から、一意のＴＩＲ角度が各光入射角によって入力格子において画定されることが明白であるはずである。光が、抽出され、描写されるように、３つの抽出ビームを形成し、これはそれぞれ、２つの光線（１００５Ｂおよび１００５Ｃ；１００６Ａおよび１００６Ｂ；１００７Ａおよび１００７Ｂ）によって並置されるように描写される。完璧にコリメートされた間隙（平行線模様として描写される１００６Ｃおよび１００７Ｃ）が、隣接するビーム抽出間に存在し、バンディング効果をもたらすであろう。いくつかの実施形態によると、バンディングを生じさせるビーム間隙は、本明細書に説明されるように、いくつかのバンディング除去光学によって排除または最小限にされる。例えば、バンディング除去光学は、入力格子がＴＩＲ角度Ｕに依存する有効入力開口Ｗ’を有するように、光を構成する。
【０１４０】
多数の実施形態では、導波管デバイスは、入力格子が、ＴＩＲ角度の関数である、有効入力開口を有するように、瞳を偏移させ、導波管の中に結合される光を構成することが可能なバンディング除去光学を組み込む。バンディング除去光学の効果は、出力格子による導波管からの連続光抽出が、入力格子における任意の光入射角のための略平坦照明プロファイルを提供するように統合することである。いくつかの実施形態では、バンディング除去光学は、（限定ではないが）格子、部分的反射フィルム、液晶整合層、等方性屈折層、および勾配屈折率（ＧＲＩＮ）構造を含む、種々のタイプの光学ビーム修正層を組み合わせることによって実装される。用語「ビーム修正」は、入射光角度の関数としての３Ｄ空間内の振幅、偏光、位相、および波面変位の変動を指すことを理解されたい。それぞれの場合において、ビーム修正層は、いくつかの実施形態によると、入力格子における任意の光入射角のための出力格子を横断して均一抽出を与える、有効開口を提供する。多くの実施形態では、ビーム修正層は、入力角度の関数として入力光の開口数を制御するための手段と併用される。いくつかの実施形態では、ビーム修正層は、波長多様性を提供するための技法と併用される。
【０１４１】
図１Ｂは、導波管からＺとして標識される主伝搬方向（図１Ａに示される座標系参照）に沿った光出力に及ぼす光学を偏移させる瞳の効果（Ｉとして標識される）を図示する、チャートを提供する。入力光方向に対応する３つの連続抽出に関する強度プロファイル（１００８Ａ−１００８Ｃ）が、示される。強度プロファイルの形状は、ビーム修正層の規定によって制御される。いくつかの実施形態では、強度プロファイルは、略平坦強度プロファイルを提供するように統合される。例えば、強度プロファイル（１００８Ａ−１００８Ｃ）は、平坦プロファイル（１００９）の中に統合される。
導波管デバイスにおいて利用される入力結合器および抽出器
【０１４２】
導波管デバイスは、現在、ある範囲のディスプレイおよびセンサ用途において着目されている。デバイスに関する早期の研究の多くは、反射ホログラムを対象としていたが、透過性デバイスが、光学システム構築ブロックとしてはるかに多用途であることが証明されている。故に、いくつかの実施形態は、瞳の入力または出力のために使用され得る、導波管デバイス内の格子の使用を対象とする。多くの実施形態では、入力格子は、源からの光を導波管の中に結合するための光の入力結合器のタイプである。多数の実施形態では、出力格子は、導波管からの光を抽出し、出力照明を形成するための光の光抽出器のタイプである。いくつかの実施形態では、導波管デバイスは、ブラッグ格子（体積格子とも称される）を利用する。ブラッグ格子は、わずかな光がより高次数に回折される、高効率を有する。回折およびゼロ次数における光の相対的量は、大瞳にわたって光を抽出するための有損失導波管格子を作製するために使用される性質である、格子の屈折率変調を制御することによって変動されることができる。
【０１４３】
本明細書で使用されるように、用語「格子」は、いくつかの実施形態では、格子のセットから成る格子を包含し得る。例えば、いくつかの実施形態では、入力格子および／または出力格子は、単一層の中に多重化された２つ以上の格子を別個に備える。ホログラフィの文献において、１つを上回るホログラフィック規定が単一ホログラフィック層の中に記録され得ることが、明確に認められている。そのような多重化されたホログラムを記録するための方法は、当業者に周知である。いくつかの実施形態では、入力格子および／または出力格子は、接触する、または１つ以上の薄い光学基板によって垂直に分離される、２つの重複格子層を別個に備える。多くの実施形態では、格子層は、並置ガラスまたはプラスチック基板間に挟み込まれる。いくつかの実施形態では、２つ以上の格子層は、スタックを形成し得、その中では、全内部反射が、外側基板および空気界面において生じる。いくつかの実施形態では、導波管デバイスは、単に、１つの格子層を備えてもよい。いくつかの実施形態では、電極が、基板の面に印加され、格子を回折状態とクリア状態との間で切り替える。スタックはさらに、多数の実施形態によると、ビーム分割コーティングおよび環境保護層等の付加的層を含む。
【０１４４】
多数の実施形態では、格子層は、別個の層に分割される。いくつかの層は、種々の実施形態によると、単一導波管基板の中にともに積層される。いくつかの実施形態では、格子層は、ともに積層され、単一基板導波管を形成する、入力結合器、折畳格子、および出力格子（またはその一部）を含む、いくつかの部品から作製される。多くの実施形態では、導波管デバイスの部品は、部品のものに合致する屈折率の光学糊または他の透明材料によって分離される。多数の実施形態では、格子層は、所望の格子厚さのセルを作成し、入力結合器、折畳格子、および出力格子毎に、各セルを切替可能なブラッグ格子（ＳＢＧ）材料で真空充填することによって、セル作製プロセスを介して形成される。いくつかの実施形態では、セルは、入力結合器、折畳格子、および出力格子のための所望の格子厚を画定する、ガラスのプレート間の間隙を伴う、ガラスの複数のプレートを位置付けることによって形成される。多くの実施形態では、１つのセルが、別個の開口がＳＢＧ材料の異なるポケットで充填されるように、複数の開口とともに作製されてもよい。任意の介在空間は、種々の実施形態によると、分離材料（例えば、糊、油等）によって分離され、別個のエリアを画定する。複数の実施形態では、ＳＢＧ材料は、基板上にスピンコーティングされ、次いで、材料の硬化後、第２の基板によって被覆される。折畳格子を使用することによって、導波管ディスプレイは、有利には、いくつかの実施形態による、情報を表示する以前のシステムおよび方法より少ない層を要求する。加えて、折畳格子を使用することによって、光は、二重瞳拡張を達成しながら、導波管内の全内部反射によって、導波管外側表面によって画定された単一長方形プリズム内を進行することができる。多くの実施形態では、入力結合器および格子は、基板内のある角度で光の２つの波に干渉し、ホログラフィック波面を作成し、それによって、所望の角度において導波管基板内に設定される明および暗フリンジを作成することによって作成されることができる。多数の実施形態では、所与の層内の格子は、記録レーザビームを格子エリアを横断して走査またはステップ処理することによって、ステップ毎方式において記録される。いくつかの実施形態では、格子は、ホログラフィック印刷産業において現在使用されているマスタおよび接触コピープロセスを使用して記録される。
【０１４５】
入力および出力格子は、多くの実施形態によると、共通表面格子ピッチを有するように設計される。いくつかの実施形態では、入力格子は、各格子が入射非偏光の偏光を導波管経路の中に回折するように配向される、複数の格子を組み合わせる。多くの実施形態では、出力格子は、導波管経路からの光が、組み合わせられ、非偏光として、導波管から外に結合されるように配向される、複数の格子を組み合わせる。各格子は、３Ｄ空間内の少なくとも１つの格子ベクトル（またはＫベクトル）によって特徴付けられ、これは、ブラッグ格子の場合、ブラッグフリンジに対して法線のベクトルとして画定される。格子ベクトルは、入力および回折される角度の所与の範囲にわたる光学効率を決定する。
【０１４６】
格子の１つの重要なクラスは、切替可能なブラッグ格子（ＳＢＧ）として知られ、これは、多くの実施形態によると、種々の導波管デバイスにおいて利用される。典型的には、ホログラフィックポリマー分散液晶（ＨＰＤＬＣ）が、ＳＢＧ内で使用される。多くの実施形態では、ＨＰＤＬＣは、混合液晶（ＬＣ）、モノマー、光開始剤染料、および共開始剤を含む。多くの場合、混合物はまた、界面活性剤を含む。特許および科学文献は、ＳＢＧを加工するために使用され得る、材料系およびプロセスの多くの実施例を含む。２つの基本特許は、Ｓｕｔｈｅｒｌによる米国特許第５，９４２，１５７号およびＴａｎａｋａ  ｅｔ  ａｌ．による米国特許第５，７５１，４５２号である。両申請は、ＳＢＧデバイスを加工するために好適なモノマーおよび液晶材料組み合わせを説明する。透過性ＳＢＧの公知の属性のうちの１つは、ＬＣ分子が格子フリンジ平面に対して法線に整合する傾向にあることである。ＬＣ分子整合の効果は、透過性ＳＢＧが、Ｐ偏光（すなわち、入射平面に偏光ベクトルを伴う光）を効率的に回折するが、Ｓ偏光（すなわち、入射平面に対して法線の偏光ベクトルを伴う光）に関して約ゼロ回折効率を有することである。透過性ＳＢＧは、入射と反射光との間の内包角が小さいとき、Ｐ偏光に関する任意の格子の回折効率がゼロになるため、グレージング角付近入射では使用されなくてもよい。
【０１４７】
いくつかの実施形態では、ＳＢＧは、最初に、光重合性モノマーと液晶材料の混合物の薄膜を平行ガラスプレート間に設置することによって加工される。一方または両方のガラスプレートは、電場をフィルムを横断して印加するための電極を支持する。多数の実施形態では、電極は、少なくとも部分的に、透明酸化インジウムスズフィルムによって作製される。体積位相格子が、複数の実施形態によると、次いで、傾けられたフリンジ格子構造を形成することに干渉する、２つの相互にコヒーレントなレーザビームで、液晶材料（多くの場合、シロップと称される）を照明することによって記録されることができる。記録プロセスの間、モノマーは、重合化し、混合物は、位相分離を受け、クリアポリマーの領域で介在された液晶微小液滴によって稠密に取り込まれる領域を作成し、ＨＰＤＬＣをもたらす。いくつかの実施形態によると、ＨＰＤＬＣデバイスの交互液晶豊富領域と液晶欠乏領域は、格子のフリンジ平面を形成する。結果として生じる体積位相格子は、非常に高回折効率を呈することができ、種々の実施形態によると、フィルムを横断して印加される電場の大きさによって制御され得る。電場が、透明電極を介して、格子に印加されると、ＬＣ液滴の自然配向は、変化され、フリンジの屈折率変調を低減させ、ホログラム回折効率を非常に低レベルまで降下させる。典型的には、ＳＢＧ要素は、３０μｓ以内でクリアに切り替えられ、オンに切り替えるために、より長い緩和時間を伴う。デバイスの回折効率は、多くの実施形態によると、連続範囲にわたって電圧を印加することによって調節されることができることに留意されたい。デバイスは、電圧が印加されないと、約１００％効率を呈し、十分に高電圧が印加されると、約ゼロ効率を呈する。ＨＰＤＬＣデバイスのある実施形態では、磁場が、ＬＣ配向を制御するために使用されてもよい。ＨＰＤＬＣデバイスのある実施形態では、ポリマーからのＬＣ材料の位相分離は、判別可能液滴構造が生じない程度まで遂行され得る。いくつかの実施形態では、ＳＢＧはまた、受動格子として使用され、これは、一意に高屈折率変調の利点を提供し得る。
【０１４８】
多数の実施形態によると、ＳＢＧは、自由空間用途のために、透過または反射格子を提供するために使用される。ＳＢＧの種々の実施形態は、ＨＰＤＬＣが導波管コアまたは一時的に結合される層のいずれかを導波管に近接して形成する、導波管デバイスとして実装される。多くの実施形態では、ＨＰＤＬＣセルを形成するために使用される、平行ガラスプレートは、全内部反射（ＴＩＲ）光誘導構造を提供する。光は、いくつかの実施形態によると、切替可能な格子が、ＴＩＲ条件以外の角度で光を回折するとき、ＳＢＧから外に結合される。
【０１４９】
ＳＢＧに基づく導波管デバイスの多くの実施形態では、格子は、透明基板によって挟み込まれる単一層内に形成される。いくつかの実施形態では、導波管は、単に、１つの格子層である。切替可能な格子を組み込む、種々の実施形態では、透明電極は、切替可能な格子を挟み込む基板層の対向表面に適用される。いくつかの実施形態では、セル基板は、ガラスから加工される。例示的ガラス基板は、標準的Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｗｉｌｌｏｗガラス基板（屈折率１．５１）であって、これは、５０ミクロンまでの厚さで利用可能である。いくつかの実施形態では、セル基板は、光学プラスチックである。
【０１５０】
ブラッグ格子はまた、他の材料内にも記録され得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、ＳＢＧは、液体ポリマー中に分散される固体液晶の基質を有する、ＰＯＬＩＣＲＹＰＳまたはＰＯＬＩＰＨＥＭ等の均一変調材料内に記録される。複数の実施形態では、ＳＢＧは、非切替可能である（すなわち、受動的）。非切替可能なＳＢＧは、その液晶成分に起因して高屈折率変調を提供することが可能な従来のホログラフィックフォトポリマー材料に優る利点を有し得る。例示的均一変調液晶−ポリマー材料系は、Ｃａｐｕｔｏ  ｅｔ  ａｌによる米国特許出願公開第ＵＳ２００７／００１９１５２号およびＳｔｕｍｐｅ  ｅｔ  ａｌ．によるＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＥＰ２００５／００６９５０号（両方とも、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に開示される。均一変調格子は、高屈折率変調（故に、高回折効率）および低散乱によって特徴付けられる。多くの実施形態では、少なくとも１つの格子は、表面レリーフ格子である。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの格子は、薄い（またはＲａｍａｎ−Ｎａｔｈ）ホログラムである。
【０１５１】
複数の実施形態では、格子は、逆モードＨＰＤＬＣ材料内に記録される。逆モードＨＰＤＬＣは、格子が、電場が印加されないとき、受動的であって、電場の存在下では、回折性となるという点で、従来のＨＰＤＬＣと異なる。逆モードＨＰＤＬＣは、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０００６８０号「ＩＭＰＲＯＶＥＭＥＮＴＳ  ＴＯ  ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＰＯＬＹＭＥＲ  ＤＩＳＰＥＲＳＥＤ  ＬＩＱＵＩＤ  ＣＲＹＳＴＡＬ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ」に開示されるレシピおよびプロセスのいずれかに基づいてもよい。格子は、種々の実施形態による、上記の材料系のいずれかに記録されてもよいが、受動（非切替可能な）モードで使用される。加工プロセスは、切替可能な格子のために使用されるものと同じであるが、電極コーティング段階は、省略される。ＬＣポリマー材料系は、その高屈折率変調の観点から、非常に望ましい。いくつかの実施形態では、格子は、ＨＰＤＬＣ内に記録されるが、切替可能ではない。
【０１５２】
いくつかの実施形態では、格子は、出力のコリメーションを調節するために、屈折力をエンコードする。多くの実施形態では、出力画像は、無限遠にある。多数の実施形態では、出力画像は、アイボックスから数メートルの距離に形成されてもよい。
【０１５３】
いくつかの実施形態では、入力格子は、別のタイプの入力結合器によって置換されてもよい。特定の実施形態では、入力格子は、プリズムまたは反射表面と置換される。いくつかの実施形態では、入力結合器は、切替可能なまたは非切替可能なＳＢＧ格子等のホログラフィック格子であることができる。入力結合器は、ディスプレイ源からのコリメートされた光を受光し、光を第１の表面と第２の表面との間の全内部反射を介して導波管内を進行させるように構成される。
【０１５４】
ホログラフィの文献では、１つを上回るホログラフィック規定が、単一ホログラフィック層の中に記録され得ることが明確に認められている。そのような多重化されたホログラムを記録するための方法は、当業者に周知である。いくつかの実施形態では、入力または出力格子のうちの少なくとも１つは、２つ以上の角度回折規定を組み合わせ、角度帯域幅を拡張させる。多くの実施形態では、入力または出力格子のうちの少なくとも１つは、２つ以上のスペクトル回折規定を組み合わせ、スペクトル帯域幅を拡張させる。多数の実施形態では、カラー多重化格子が、２つ以上の原色を回折するために使用される。
【０１５５】
多くの実施形態は、本明細書に説明されるように、モノクロで動作される。しかしながら、カラー導波管は、本発明の種々の実施形態によると、モノクロ導波管のスタックを含む。いくつかの実施形態では、導波管デバイスは、赤色、緑色、および青色導波管層を使用する。いくつかの実施形態では、導波管デバイスは、赤色および青色／緑色層を使用する。いくつかの実施形態では、格子は全て、受動的、すなわち、非切替可能である。複数の実施形態では、少なくとも１つの格子は、切替可能である。いくつかの実施形態では、各層内の入力格子は、切替可能であって、導波管層間の色クロストークを回避する。いくつかの実施形態では、色クロストークは、ダイクロイックフィルタを赤色と青色および青色と緑色導波管の入力格子領域間に配置することによって回避される。
【０１５６】
いくつかの実施形態では、光は、波長帯域幅によって特徴付けられる。多くの実施形態では、導波管デバイスは、光の波長帯域幅を多様化することが可能である。種々の実施形態によると、ブラッグ格子は、本質的にスペクトル帯域幅限定デバイスであって、ＬＥＤおよびレーザ等の狭帯域源を用いて最も効率的に利用される。ブラッグ格子は、多くの実施形態によると、格子規定および入射光線角度がブラッグ式を満たすと、高効率を伴って、２つの異なる波長帯域を回折する。フルカラー導波管は、複数の実施形態によると、赤色、緑色、および青色回折導波管層等の別個の特定の波長層を利用する。１つの層が３つの原色のうちの２つを回折する、２層解決策が、多数の実施形態では、使用される。多くの実施形態では、ブラッグ格子の自然スペクトル帯域幅は、色クロストークを最小限にするために適正である。しかしながら、色クロストークのより厳密な制御に関して、導波管層間に統合され、典型的には、入力格子に重複する、ダイクロイックフィルタおよび狭帯域フィルタ等の付加的コンポーネントが、使用されてもよい。
バンディング除去光学
【０１５７】
多数の実施形態では、バンディング除去光学は、光学基板が厚さＤを有するとき、入力開口が、光学基板内のＴＩＲ角度Ｕを提供するように構成され、角度Ｕが、２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって計算されるような有効入力開口である。図２に提供されるのは、ゼロバンディングの条件が存在するように、導波管基板（１１１）と、ＴＩＲ（１０１２）とを含む、導波管の形態におけるバンディング除去光学を組み込む、導波管デバイス（１１０）の実施形態である。多くの実施形態では、間隙がＴＩＲ光線経路に沿った連続光抽出間に存在しない、ゼロバンディングの条件は、ＴＩＲ角度Ｕおよび導波管基板厚Ｄのための有効入力開口が２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって与えられるときに生じる。  
【０１５８】
いくつかの実施形態では、バンディング除去光学は、回折効率、光学透過、偏光、または複屈折の少なくとも１つのＴＩＲ経路に沿って、光の空間変動を提供する。典型的空間変動（１２０）は、曲線（１０２０）によって、図３のチャートに提供され、Ｙ−軸は、上記のパラメータのいずれかの値（例えば、回折効率）を指し、Ｘ−軸は、導波管内のビーム伝搬方向である。いくつかの実施形態では、空間変動は、２次元（導波管の平面）においてである。
【０１５９】
いくつかの実施形態では、バンディング除去光学は、各格子が、小瞳偏移を提供し、バンディングを排除または軽減させるように、複数の格子を有するように構成される、少なくとも１つの格子である。多くの実施形態では、複数の格子のスタックは、スタック内の格子間の分離が角度毎に瞳偏移を提供するように設計されるとき、小瞳偏移を達成する。いくつかの実施形態では、瞳偏移が可能な格子は、透明基板によって分離される。いくつかの実施形態では、瞳偏移が可能な格子は、受動的である。代替として、いくつかの実施形態では、格子は、電圧が印加されると、オンに切り替えられる。いくつかの実施形態では、側方相対的変位を有するように配列される、複数の格子は、瞳偏移を提供する。多数の実施形態では、複数の格子は、２次元アレイに構成され、格子要素の異なるサブアレイが、入射角に従って、その回折状態に切り替えられる。いくつかの実施形態では、格子は、アレイのスタックとして構成される。種々の実施形態では、別個の格子が、異なる波長帯域のために提供される。いくつかの実施形態では、格子は、多重化される。
【０１６０】
多くの実施形態では、格子は、導波管の主平面を横断して変動する、格子パラメータを有する。いくつかの実施形態では、回折効率は、回折される光の量対ゼロ次数光として導波管を辿って透過される光の量を制御するように変動され、それによって、導波管から抽出された光の均一性が微調整されることを可能にする。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの格子のＫベクトルは、回転Ｋベクトルを有し、これは、導波管から抽出された光の均一性を微調整するように最適化された方向を有する。種々の実施形態では、格子の屈折率変調は、導波管から抽出された光の均一性を微調整するように変動される。多数の実施形態では、格子の厚さが、導波管から抽出された光の均一性を微調整するように変動される。
【０１６１】
いくつかの実施形態では、バンディング除去光学は、電圧が印加されると、オンになり、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減させる、スタックされた切替可能な格子として構成される、少なくとも１つの格子である。図４に描写されるのは、スタックされた切替可能な入力格子（１３２Ａおよび１３２Ｂ）と、非切替可能な出力格子（１３３）とを有する、光学基板（１３１）を伴う、導波管デバイス（１３０）の実施形態である。電圧源（１３４）が、電気接続（１３５Ａおよび１３５Ｂ）によって、入力格子（１３２Ａおよび１３２Ｂ）に結合され、入力格子（１３２Ａおよび１３２Ｂ）をオンに切り替え、瞳偏移を提供する。図５に描写されるのは、スタックされた格子層（１４３Ａおよび１４３Ｂ）を有する、非切替可能な入力格子および切替可能な出力格子を有する、導波管デバイス（１４１）の実施形態である。電圧源（１４４）は、電気接続（１４５Ａおよび１４５Ｂ）によって、出力格子（１４３Ａおよび１４３Ｂ）に結合され、出力格子（１４３Ａおよび１４３Ｂ）をオンに切り替え、瞳偏移を提供する。種々の実施形態では、薄い基板層が、スタックされた格子間に存在し、少なくとも一部の分離を提供する。
【０１６２】
いくつかの実施形態では、バンディング除去光学は、電圧が印加されると、特定の要素をオンにし、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減させる、切替可能な格子要素のアレイとして構成される、少なくとも１つの格子である。図６Ａに描写されるのは、それぞれ、複数の格子要素（１５３Ａ−１５６Ａおよび１５３Ｂ−１５６Ｂ）を有する、入力格子（１５２Ａおよび１５２Ｂ）と、出力格子（１５７）とを含む、光学基板（１５１）を有する、導波管デバイス（１５０）の実施形態である。導波管デバイスはさらに、個々に、各要素（例えば、１５６Ａおよび１５６Ｂ）をオンに切り替え、瞳を偏移させるように構成される、電気接続（１５９Ａおよび１５９Ｂ）によって各入力格子（１５２Ａおよび１５２Ｂ）に結合される、電圧源（１５８）含む。描写されないが、電圧源は、要素毎に接続され、切替可能な要素のアレイを作成することができることを理解されたい。さらに、図６Ａは、アレイであるように構成される、入力格子のみを描写するが、本発明のいくつかの実施形態によると、出力格子もまた、要素のアレイであることができ、各要素は、切替可能であるように構成されることを理解されたい。
【０１６３】
種々の実施形態では、格子は、複数の回転Ｋベクトルを有する。Ｋ−ベクトルは、格子平面（またはフリンジ）に対して法線に整合されるベクトルであって、これは、入力および回折される角度の所与の範囲にわたる光学効率を決定する。回転Ｋベクトルは、いくつかの実施形態によると、導波管厚を増加させる必要なく、格子の角度帯域幅が拡張されることを可能にする。図６Ｂに描写されるのは、４つの回転Ｋベクトル（Ｋ１−Ｋ４）を有する、格子（１５２Ｃ）の実施形態である。いくつかの実施形態では、格子は、切替可能な要素の２次元アレイとして構成される。例えば、図７に描写されるように、格子は、切替可能な要素（例えば、１６１）の２次元アレイ（１６０）として構成される。
【０１６４】
多数の実施形態では、バンディング除去光学は、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減させるように構成される、複数の受動格子層であるように構成される、少なくとも１つの格子である。導波管デバイスが、複数の受動格子層を組み込むとき、種々の実施形態によると、基本アーキテクチャは、能動格子層（例えば、図４および５参照）を組み込むが、電圧源を伴わない、実施形態のうちのいくつかに類似する。いくつかの実施形態では、ＳＢＧを非切替可能なモードで使用し、いくつかの液晶ポリマー材料系によって与えられる、より高い屈折率変調を利用することが有利である。多くの実施形態では、バンディング除去光学は、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減させるように構成される、少なくとも１つの多重化された格子である。
【０１６５】
いくつかの実施形態では、導波管デバイスは、射出瞳拡張を提供するための折畳格子を含む。種々の折畳格子が、本発明の種々の実施形態によると、使用されてもよいことを理解されたい。多数の実施形態において使用され得る、種々の折畳格子の実施例は、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１６０００１８１号「ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」に開示される、または本明細書に引用される他の参考文献に説明される。折畳格子は、いくつかの実施形態によると、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減させるための複数の格子を組み込み、各格子は、小瞳偏移を提供する。
【０１６６】
多くの実施形態では、バンディング除去光学は、１つ以上の屈折率層が、光線角度または光線位置のうちの少なくとも１つの関数として、光学基板内の光線経路に影響を及ぼし、瞳を偏移させ、バンディング効果を軽減させるように、光学基板内に配置される、１つ以上の屈折率層である。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの屈折率層は、ＧＲＩＮ媒体である。米国仮特許出願第６２／１２３，２８２号「ＮＥＡＲ  ＥＹＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＵＳＩＮＧ  ＧＲＡＤＩＥＮＴ  ＩＮＤＥＸ  ＯＰＴＩＣＳ」および米国仮特許出願第６２／１２４，５５０号「ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＵＳＩＮＧ  ＧＲＡＤＩＥＮＴ  ＩＮＤＥＸ  ＯＰＴＩＣＳ」に説明される、種々のＧＲＩＮ媒体の実施例等、種々のＧＲＩＮ媒体が、本発明の種々の実施形態に従って使用されてもよいことを理解されたい。
【０１６７】
いくつかの実施形態では、バンディング除去光学は、１つ以上の層が、瞳偏移を提供し、バンディング効果を排除または軽減させるように構成されるように、光学基板の縁の少なくとも１つの反射表面に隣接して配置される、１つ以上の屈折率層である。図８に描写されるのは、入力格子（１７２）と、出力格子（１７３）とを含み、１つ以上のスタックされた屈折率層（１７４）が、１つ以上の屈折率層が瞳偏移を提供するように、導波管の上側反射表面に隣接して配置される、光学基板（１７１）を有する、導波管デバイス（１７０）の実施形態である。多くの実施形態では、バンディング除去光学は、１つ以上の層が、瞳偏移を提供し、バンディング効果を排除または軽減させるように構成される、光学基板内に配置される、１つ以上の屈折率層である。例えば、図９に描写されるのは、入力格子（１８２）と、出力格子（１８３）とを含み、１つ以上のスタックされた屈折率層（１８４）が、１つ以上の層（１８４）が瞳偏移を提供するように構成される、光学基板（１８１）内に配置される、光学基板（１８１）を有する、導波管デバイス（１８０）の実施形態である。いくつかの実施形態では、導波管デバイスは、光学基板内に配置される、１つ以上の屈折率層と、また、光学基板の少なくとも１つの反射表面に隣接して配置される、１つ以上の屈折率層とを含む、バンディング除去光学を組み込む。
【０１６８】
いくつかの実施形態では、バンディング除去光学は、入力格子の前縁に対する光の光線束の一意の変位が、任意の所与の入射光方向のための入力格子によって提供され、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減させるように、入射光に結合することが可能な前縁を有する、入力格子である。図１０に描写されるのは、前縁（１９３）を伴う入力格子（１９２）を含む、光学基板（１９１）を有する、導波管デバイス（１９０）の実施形態の詳細である。２つの異なる入力角度（１０９０および１０９１）のためのコリメートされた入力光線経路および対応する回折された光線（１０９２および１０９３）が、描写される。入力格子（１０９４および１０９５）の前縁からの２つの光線セットの縁の分離も、描写される。いくつかの実施形態では、光線束の入力格子の縁に対する光の変位は、ビームの一部を入力格子開口の外側にもたらし、したがって、入射光の画角に応じて、光学基板の内側のＴＩＲ経路の中に回折されない。好適な吸収フィルムは、種々の実施形態によると、非回折光を捕捉する。故に、ビーム幅は、図２に関連してより詳細に説明されたように、ＴＩＲ角度Ｕおよび導波管基板厚Ｄが２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって与えられるとき、バンディング除去条件を満たすように調整されることができる。そのような実施形態の実施例は、後続節により詳細に議論されるであろう（図２０参照）。
【０１６９】
多くの実施形態では、バンディング除去光学は、入射光の複数のコリメートされた入射光線経路が、光線経路入力角度によって決定されるような異なるＴＩＲ光線経路の中に回折され、投影された瞳が、複数のコリメートされた入射光線経路毎に、光学基板内の一意の場所に形成され、バンディング効果を排除または軽減させることが可能であるように、回折効率の変動を有するように構成される、入力格子である。図１１に描写されるのは、入力格子（２０２）を含む、光学基板（２０１）を有する、導波管デバイス（２００）の実施形態の詳細である。２つの異なる入力角度（１１００および１１０１）のためのコリメートされた入力光線経路は、回折された光線（１１０２および１１０３）がそれぞれ、光学基板（２０１）を辿ってＴＩＲ経路に追従するように、入力格子（２０２）によって回折される。各ＴＩＲ光線経路（１１０４および１１０５）は、入射角に基づいて、バンディング効果が排除および／または軽減されるように、投影された瞳（１１０６および１１０７）を一意の場所に形成する。
【０１７０】
いくつかの実施形態では、回折効率の変動は、主導波管方向に沿って変動し、少なくとも部分的に、瞳偏移を提供し、バンディング効果を排除または軽減させる。多くの実施形態では、回折効率の変動は、入力格子の開口にわたって２次元で変動する。
【０１７１】
いくつかの実施形態では、バンディング除去光学は、部分反射層が、入射光を透過光および反射光に分離し、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減させるように、光学基板内に配置される、部分反射層である。図１２に描写されるのは、入射光（１１１０）を透過光（１０００）および反射光（１１１１）に分離することが可能な部分反射層（２１２）を含む、光学基板（２１１）を有する、導波管デバイス（２１０）の実施形態の詳細である。透過光および反射光（１０００および１１１１）はそれぞれ、導波管基板（２１１）に沿ってＴＩＲ経路に追従し、瞳偏移をもたらし、バンディング効果を排除または軽減させる。
【０１７２】
多数の実施形態では、バンディング除去光学は、偏光修正層が、入射光を透過光および反射光に分離し、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減させるように、光学基板内に配置される、偏光修正層である。例えば、図１３は、偏光ベクトル（１１２３）を有する入射光（１１２０）を、偏光修正層（２２２）の遅延効果から生じる偏光ベクトル（１１２４）を有する、透過光（１１２１）と、反射光（１１２２）とに分離する、部分反射偏光修正層（２２２）を含む、光学基板（２２１）を有する、導波管デバイス（２２０）の実施形態の詳細を提供する。透過光（１１２１）および反射光（１１２２）は、光学基板（２２１）を辿ってＴＩＲ経路に追従し、瞳偏移をもたらし、バンディング効果を排除または軽減させる。いくつかの実施形態では、偏光修正層は、ポリマー材料を少なくとも１次元に延伸させることによって形成される。特定の実施形態では、偏光修正層は、複屈折ポリエステル、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリマー材料である。ポリマー材料は、単一層内で使用されてもよい、または２つ以上のものが、スタック内で組み合わせられてもよい。
【０１７３】
多くの実施形態では、バンディング除去光学は、任意の入射光角度のための抽出された光の非均一性を相殺し、バンディング効果を排除または軽減する、少なくとも２つの別個の導波管経路を提供するように構成される、少なくとも１つの格子である。いくつかの実施形態では、バンディング除去光学は、瞳偏移を提供し、バンディング効果を排除または軽減させるように構成される、少なくとも１つの折畳格子射出瞳エクスパンダと併用される、交差傾角格子を有する、少なくとも１つの格子を含む。図１４に描写されるのは、入力画像生成器（２３２）に結合される光学基板（２３１）を有する、導波管デバイス（２３０）の実施形態である。光学基板（２３１）は、交差傾角格子（２３３Ａおよび２３３Ｂ）を伴う入力格子（２３３）と、格子（２３５）を含む、第１の折畳格子射出瞳エクスパンダ（２３４）と、格子（２３７）を含む第２の折畳格子射出瞳エクスパンダ（２３６）と、交差傾角格子（２３８Ａおよび２３８Ｂ）を伴う出力格子（２３８）とを含む。入力格子（２３３）は、方向が入力格子（２３３）の表面に対して法線であるような方向（１１３０）において、入力画像生成器（２３２）からの光を受光する。多数の実施形態では、格子内の交差格子は、光学基板の平面において、約９０度の相対的角度を有する。しかしながら、実際は、他の角度も、使用されてもよく、依然として、本発明の種々の実施形態内であることに留意されたい。
【０１７４】
いくつかの実施形態では、バンディング除去光学は、入力格子および出力格子がそれぞれ、直交偏光状態のためのピーク回折効率を伴う交差格子を組み合わせるような格子のシステムである。いくつかの実施形態では、入力および出力格子によって作成された偏光状態は、Ｓ−偏光およびＰ−偏光される。いくつかの実施形態では、入力および出力格子によって作成された偏光状態は、円偏光の反対向きである。いくつかの実施形態は、ＳＢＧ等の液晶ポリマー系内に記録される格子を利用し、これは、その固有の複屈折および強力な偏光選択性を呈することに起因する利点を有し得る。しかしながら、一意の偏光状態を提供するように構成され得る、他の格子技術も、使用されてもよく、依然として、本発明の種々の実施形態内であることに留意されたい。
【０１７５】
図１４に戻ると、方向（１１３０）に沿って入力格子（２３３）上に入射する入力光の第１の偏光成分は、格子（２３３Ｂ）によってＴＩＲ経路の中に方向（１１３１）に沿って指向され、第２の偏光成分は、第２の格子（２３３Ａ）によって第２のＴＩＲ経路の中に方向（１１３２）に沿って指向される。ＴＩＲ経路（１１３１および１１３２）に沿って進行する光は、折畳格子（２３４および２３６）によって、光学基板（２３１）の平面内で拡張され、第２のＴＩＲ経路（１１３３および１１３４）の中に出力格子（２３８）に向かって回折される。出力格子（２３８）の交差傾角（２３８Ａおよび２３８Ｂ）は、バンディング効果が排除または軽減されるように、第２のＴＩＲ経路（１１３３および１１３４）からの光を均一出力経路（１１３５）の中に回折する。いくつかの実施形態では、格子規定は、格子との誘導される光の二重相互作用を提供するように設計され、これは、折畳格子角度帯域幅を向上させ得る。米国特許出願第１４／６２０，９６９号「ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＧＲＡＴＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥ」に説明される格子等の二重相互作用折畳格子のいくつかの実施形態が、使用されることができる。
【０１７６】
いくつかの実施形態では、バンディング除去光学は、少なくとも１つの方向に沿って空間的に変動され、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減させることが可能な可変有効開口数（ＮＡ）を提供する、マイクロディスプレイ内の光学コンポーネントである。図１５に描写されるのは、マイクロディスプレイ（２４１）パネルの片側に高ＮＡから、他側における低ＮＡに平滑に変動し、瞳偏移を提供する、開口数（ＮＡ）変動を有するように設計される、入力画像生成器（２４０）の実施形態である。説明の目的のために、マイクロディスプレイに関連するＮＡは、本明細書では、マイクロディスプレイに対して法線の軸に対してマイクロディスプレイ表面上の点からの画像光線錐の最大角度の正弦に比例すると定義される。図１５に示されるように、マイクロディスプレイ（２４１）のＮＡは、ＮＡを、延在する光線（１１４０−１１４２）によって示されるように、マイクロディスプレイの少なくとも１つの主寸法を横断して変動させる、光学コンポーネント（２４２）によって空間的に変動される。ＮＡを変動させるために使用される光学コンポーネントは、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１６０００１８１号「ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」に説明される光学コンポーネントのいずれか等の任意の適切な光学コンポーネントであってもよいことを理解されたい。複数の実施形態では、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アレイが、マイクロディスプレイディスプレイパネルを横断して（ＮＡ）を空間的に変動させるために使用される。多数の実施形態では、ＭＥＭアレイは、マイクロディスプレイパネルから反射された光のＮＡを空間的に変動させる。多くの実施形態では、ＭＥＭＳアレイは、データプロジェクタ内で使用される技術を利用する。
【０１７７】
いくつかの実施形態では、マイクロディスプレイは、反射デバイスである。いくつかの実施形態では、マイクロディスプレイは、例えば、透過シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）デバイス等の透過デバイスである。多くの実施形態では、入力画像生成器は、バックライトと、可変ＮＡ成分とを伴う、透過型マイクロディスプレイパネルを有する。バックライトが、採用されるとき、種々の実施形態によると、照明された光は、典型的には、マイクロディスプレイの照明される背面を横断して、均一ＮＡを有し、これは、可変ＮＡ成分を通して伝搬され、マイクロディスプレイの主軸に沿って変動するＮＡ角度に伴って、出力画像変調光に変換される。
【０１７８】
いくつかの実施形態では、発光型ディスプレイが、マイクロディスプレイ内で採用される。マイクロディスプレイ内の使用のための発光型ディスプレイの実施例は、限定ではないが、ＬＥＤアレイおよび発光ポリマーアレイを含む。いくつかの実施形態では、入力画像生成器は、発光型マイクロディスプレイを組み込み、ＮＡ成分を空間的に変動させる。発光型ディスプレイを採用する、マイクロディスプレイからの光は、種々の実施形態によると、典型的には、ディスプレイの放出表面を横断して、均一ＮＡを有し、空間的に変動するＮＡ成分を照明し、ディスプレイ開口を横断して変動するＮＡ角度に伴って、出力画像変調光に変換される。
【０１７９】
多くの実施形態では、バンディング除去光学は、複数の格子層が、任意の固定パターン雑音を打ち消し、瞳偏移をもたらし、バンディング効果を排除または軽減させるように構成される、少なくとも１つの格子内の複数の格子層である。図１６Ａに描写されるのは、出力格子（２５３）を介して光を抽出する、光学基板（２５２）に光学的に結合される、写真生成ユニット（ＰＧＵ）（２５１）を有する、導波管デバイス（２５０）の実施形態である。光学基板（２５２）は、スタックされた入力格子（２５４および２５５）と、図示されない折畳格子とを含む。ＰＧＵ（２５１）からの入力光（１１５０）は、入力格子（２５４および２５５）によって、導波管基板（２５２）の中に結合され、任意の固定パターン雑音を打ち消し、ＴＩＲ経路（１１５１）の中に回折され、次いで、回出力格子（２５３）によって抽出された光（１１５２）の中に回折され、瞳偏移をもたらし、バンディング効果を排除または軽減させる。いくつかの実施形態では、複数の格子は、多重化された格子の中に組み合わせられる。
【０１８０】
いくつかの実施形態では、バンディング除去光学は、入力格子を切替格子アレイとして構成することが、瞳切替を垂直および水平方向において提供し、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減させるように、選択的に切替可能な要素のアレイとして構成される、入力格子である。多くの実施形態では、個々の格子要素は、所定の入力ビーム角度範囲内の光入射を対応するＴＩＲ角度範囲の中に回折するように設計される。図１６Ｂに描写されるのは、出力格子（２５３）を介して光を抽出する、光学基板（２６２）に光学的に結合される、ＰＧＵ（２６１）を有する、導波管デバイス（２６０）の実施形態である。光学基板（２６２）は、選択的に切替可能な要素（２６５）の切替可能な入力格子アレイ（２６４）を含む。入力光（１１６０）は、入力格子（２６４）によって、光学基板（２６２）の中に結合され、これは、ＴＩＲ経路（１１６１）の中に回折され、次いで、出力格子（２６３）によって、抽出された光（１１６２）の中に回折され、バンディング効果が排除または軽減される、垂直および水平方向における瞳偏移を提供する。
【０１８１】
多数の実施形態では、バンディング除去光学は、各ＴＩＲ経路に沿って、回折効率、光学透過、偏光、および複屈折のうちの少なくとも１つの空間変動を提供し、基板内の光線角度または光線位置のうちの少なくとも１つの関数として、導波管基板内の光線経路に影響を及ぼし、瞳の偏移をもたらし、バンディング効果を排除または軽減させる、複数の屈折率層である。いくつかの実施形態では、複数の屈折率層は、異なる屈折率の接着剤を組み込み、特に、高角度反射に影響を及ぼす。いくつかの実施形態では、複数の屈折率層は、整合層、等方性屈折層、ＧＲＩＮ構造、反射防止層、部分反射層、または複屈折延伸ポリマー層等の層を組み込む。図１６Ｃに描写されるのは、出力格子（２７３）を介して光を抽出する、光学基板（２７２）に光学的に結合される、ＰＧＵ（２７１）を有する、導波管デバイス（２７０）の実施形態である。光学基板（２７２）は、入力格子（２７４）と、少なくとも１つの屈折率層（２７５）とを含む。入力光（１１７０）は、入力格子（２７５）によって、光学基板（２７２）の中に結合され、屈折率層（２７５）を通して通過する、ＴＩＲ経路（１１７１）の中に回折され、空間変動を生じさせ、次いで、出力格子（２７３）によって、抽出された光（１１７２）の中に回折され、瞳偏移をもたらし、バンディング効果を排除または軽減させる。
【０１８２】
いくつかの実施形態では、バンディング除去光学は、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減させる、空間可変ＮＡを投影させる、マイクロディスプレイである。いくつかの実施形態では、ＮＡは、２つの直交方向に変動されることができる。図１６Ｄに描写されるのは、出力格子（２８３）を介して光を抽出する、光学基板（２８２）に光学的に結合される、ＰＧＵ（２８１）を有する、導波管デバイス（２８０）の実施形態である。光学基板（２８２）は、入力格子（２８５）を含む。入力光（１１８０）は、入力格子（２８５）によって、光学基板（２８２）の中に結合され、ＴＩＲ経路（１１８１）の中に回折され、次いで、出力格子（２８３）によって、抽出された光（１１８２）の中に回折される。ＰＧＵ（２８１）は、ＮＡを空間的に変動させ、光を可変ビームプロファイル（１１８４−１１８６）に修正し、瞳偏移をもたらし、バンディング効果を排除または軽減させることが可能なＮＡ修正層（２８７）によって重置されたマイクロディスプレイ（２８６）を有する。種々の実施形態によると、ＰＧＵはまた、例えば、投影レンズおよび／またはビームスプリッタ等の他のコンポーネントを組み込む。
【０１８３】
多くの実施形態では、バンディング除去光学は、射出瞳の断面が画角に伴って変動し、バンディング効果が排除または軽減されるように、傾斜された長方形射出瞳を投影するように構成される、傾斜付きマイクロディスプレイである。いくつかの実施形態では、射出瞳は、入力格子上の位置を変化させる。本技法は、種々の実施形態によると、１つのビーム拡張軸内のバンディングに対処するために使用されることができる。図１６Ｅに描写されるのは、出力格子（２９３）を介して光を抽出する、光学基板（２９２）に光学的に結合される、ＰＧＵ（２９１）を有する、導波管デバイス（２９０）の実施形態である。傾斜されたＰＧＵ射出瞳（２９５）から出現する、入力光（１１９０）は、入力格子（２９４）を介して、導波管の中に結合され、ＴＩＲ経路（１１９１）の中に回折され、次いで、出力格子（２９３）によって、抽出された光（１１９２）の中に回折され、バンディング効果を排除または軽減する。
【０１８４】
いくつかの実施形態では、バンディング除去光学は、バンディング効果が１つの拡張軸に沿って軽減されるように、光線を角度付け、種々の投影された瞳を入射光の方向毎の光学基板に沿った異なる位置に形成するように構成される、傾斜付きマイクロディスプレイである。図１６Ｆに描写されるのは、出力格子（３０３）を介して光を抽出する、光学基板（３０２）に光学的に結合される、ＰＧＵ（３０１）を有する、導波管デバイス（３００）の実施形態である。傾斜されたＰＧＵ射出瞳（３０５）から出現する入力光（１２００）は、入力格子（３０４）によって、導波管の中に結合され、ＴＩＲ経路（１２０１）の中に回折される。誘導される光は、ビーム角度依存投影瞳（１２０３−１２０５）を入射光の方向毎に基板（３０２）に沿って異なる位置に形成し、次いで、出力格子（３０３）によって、抽出された光（１２０２）の中に回折され、バンディング効果を排除または軽減する。
【０１８５】
多数の実施形態では、バンディング除去光学は、光源からの射出瞳の角度と光学基板内のＴＩＲ角度との間の線形関係が、ＴＩＲ経路角度が２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって画定されるようなＵであるときに生じる、間隙をＴＩＲ光線経路に沿った連続光抽出間にもたらされないように、光学基板に結合される、プリズムである。多くの実施形態では、入力格子は、結合プリズムと置換される。いくつかの実施形態では、入力光は、傾斜されたＰＧＵ瞳を通して提供される。プリズム角度および協働ＰＧＵ瞳傾斜を選択することによって、種々の実施形態によると、ＴＩＲ角度Ｕのための有効入力開口および導波管基板厚Ｄが、視野範囲全体にわたって２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって与えられるとき、バンディング除去条件を満たしながら、ＰＧＵ射出瞳から出る角度と導波管内のＴＩＲ角度との間の略線形関係を達成することが可能である。図１６Ｇに描写されるのは、出力格子（３１３）を介して光を抽出する、光学基板（３１２）に光学的に結合される、ＰＧＵ（３１１）を有する、導波管デバイス（３１０）の実施形態である。傾斜されたＰＧＵ射出瞳（３１５）から出現する入力光（１２１０）は、ＴＩＲ経路（１２１１）をもたらすプリズム（３１４）によって、光学基板（３１２）の中に結合され、次いで、出力格子（２９３）によって、抽出された光（１１９２）の中に回折され、バンディング効果を排除または軽減する。いくつかの実施形態では、プリズムに起因する色分散は、回折表面によって補償される。多くの実施形態では、プリズム結合器は、角度の関数として光を成形するように設計される、屈折表面開口を有する。プリズムを通して導波管の中に透過されないビームの縁における光は、いくつかの実施形態によると、整流または光吸収コーティングによって、主要な光経路から排除される。
【０１８６】
いくつかの実施形態では、バンディング除去光学は、そうでなければバンディングを引き起こすであろう、入射光の部分が、除去され、バンディング効果を排除または軽減するように、光学基板の縁に隣接する、光吸収フィルムである。図１６Ｈに描写されるのは、ビーム拡張の１つの軸に沿ってビームを偏移させるために設計される、導波管デバイス（３２０）の実施形態である。導波管デバイスは、出力格子（３２３）および入力格子（３２４）を含む導波管（３２２）に結合される、ＰＧＵ（３２１）と、その縁のうちの１つに適用される光吸収フィルム（３２６）を有する、基板（３２５）と、その縁のうちの１つに適用される光吸収フィルム（３２８）を有する、基板（３２７）と、入力格子を含む導波管（３２２）の部分を挟み込む、基板（３２５および３２７）とを有する。入力ビーム（１２２１）の上限における入力光線は、入力格子（３２４）によってＴＩＲ経路（１２２３）の中に回折され、基板（３２５）に適用される光吸収フィルム（３２６）によって吸収され、バンディング効果を排除または軽減する。入力ビーム（１２２２）の下限における入力光線は、入力格子（３２）によってＴＩＲ経路（１２２４）の中に回折され、基板（３２７）に適用される光吸収フィルム（３２８）によって吸収され、バンディング効果を排除または軽減する。入力ビーム（１２２０）の中心部分の近傍の入力光線は、入力格子（３２４）によってＴＩＲ経路（１２２５）の中に回折され、これは、光吸収フィルム（３２６および３２８）のいずれとも相互作用せず、出力格子（３２３）によって出力ビーム（１２２６）の中に抽出されるまで、ＴＩＲ下で伝搬し続ける。
【０１８７】
多くの実施形態では、バンディング除去光学は、入射光が、ＴＩＲ経路角度が２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって画定されるようなＵであるときに生じる、ＴＩＲ光線経路に沿った連続光抽出の間の間隙をもたらさないような、入力格子を含む入力基板の縁に隣接して配置され、かつ光学基板に隣接して配置される、第１の光吸収フィルムと、入力基板と反対の光学基板に隣接して取り付けられる、第２の基板の縁に隣接して配置される、第２の光吸収フィルムとである。図１７に描写されるのは、入力格子（３３４）が、基板（３３２）とともに、導波管（３３１）を挟み込む、入力基板（３３３）内に配置されるように構成される、導波管デバイス（３３０）の実施形態である。周辺光線（１２３１および１２３２）を伴う所与の視野方向（１２３０）のための入力ビームの断面は、入力格子（３３４）の中に進入する。光線（１２３３および１２３４）によって境界される入力ビーム部分は、ビーム経路（１２３６）の中に回折され、上側基板（３３２）の縁に適用される吸収フィルム（３３５）によって遮られる。光線（１２３２および１２３５）によって境界される入力ビーム部分は、ビーム経路（１２３７）の中に回折され、上側基板（３３２）の外側表面においてＴＩＲを受け、入力基板縁に適用される吸収フィルム（３３６）によって遮られる。光線（１２３１および１２３３）および（１２３４および１２３５）によって境界される入力ビーム部分は、個別のＴＩＲ経路（１２３９および１２４０）および（１２４１および１２４２）の中に回折され、これは、間隙または重複をビーム断面領域（１２４３）内に呈さず、その後も全くビーム断面に呈さず、それによって、２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって与えられるＴＩＲ角度Ｕおよび導波管基板厚Ｄを利用して、バンディングを排除する。いくつかの特定の実施形態では、導波管の厚さは、３．４ｍｍであって、上側基板の厚さは、０．５ｍｍであって、下側基板は、入力格子を挟み込む、２つの０．５ｍｍ厚ガラス基板を含む。２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって与えられるＴＩＲ角度Ｕおよび導波管基板厚Ｄの本幾何学形状およびバンディング除去条件に基づいて、スループット効率は、視野を横断してある程度のわずかな変動を伴って、約１−２＊０．５／（２＊３．４）＝８４％であると推定される。
【０１８８】
入力基板を利用する、いくつかの実施形態では、入力格子が、主要な導波管に接合された別個のセル内に実装され、したがって、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）コーティングを簡略化する。入力基板を利用する、多くの実施形態では、投影絞りを形成し、ＰＧＵ射出瞳を傾斜させることに基づく、ビーム偏移技法が、組み込まれ、直交方向におけるバンディング除去を提供する。
【０１８９】
図１８に描写されるのは、導波管部分（３４１）と、相対的角度（１２５０）で傾角された２つの屈折面を伴う、プリズム（３４２）と、ＰＧＵ（図示せず）の射出瞳（３４３）と、基準軸（１２５２）に対する角度（１２５１）に傾斜された射出瞳（３４３）とを有する、導波管デバイス３４０の実施形態の詳細である。
【０１９０】
いくつかの実施形態では、プリズムは、小空気間隙によって、導波管から分離される。多くの実施形態では、プリズムは、低屈折率材料の薄い層によって、導波管から分離される。
【０１９１】
図１８に戻ると、射出瞳（３４３）からの光ビーム（１２５３および１２５４）は、プリズム（３４２）を通してビーム（１２５５および１２５６）として屈折された２つの異なる画角に対応し、次いで、導波管（３４１）の内側のＴＩＲ経路（１２５７および１２５８）の中に結合される。プリズム（１２５９Ａおよび１２５９Ｂ）に隣接する導波管表面におけるビーム幅が、描写される。２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって与えられるＴＩＲ角度Ｕおよび導波管基板厚Ｄを利用して、プリズム角度、ＰＧＵ射出瞳傾斜角度、プリズム屈折率、導波管屈折率、および導波管厚のための好適な値を選定することによって、光は、同時に、ＰＧＵ射出瞳における画角と視野内の任意の光線のための導波管内のＴＩＲ角度との間の略線形関係を提供しながら、あらゆる画角に関してバンディング除去される。
【０１９２】
カラー導波管を組み込む、いくつかの実施形態では、投影絞りは、導波管がスタックを形成するように、それぞれ、異なる平面上にある、異なる導波管内に作成されるために要求される。これらの絞りの不整合は、導波管からの出力画像の色成分の誤位置合わせ、故に、色バンディングにつながる。１つのソリューションは、種々の実施形態によると、色バンディングのためのある程度の補償を提供するための外側ダイクロイック部分と、入力絞りに起因する位相偏移を補償するための内側位相補償コーティング（例えば、ＳｉＯ２）を伴う、導波管入力絞りである。いくつかの実施形態では、導波管入力絞りは、外側ダイクロイック部分を有するが、位相補償コーティングを欠いている。導波管入力絞りは、いくつかの実施形態によると、導波管の入力表面に隣接する薄い透明プレート上に形成され、入力格子に重複する。複数の実施形態では、導波管入力絞りは、格子の内側の層内に配置される。多くの実施形態では、導波管入力絞りは、直接、導波管外部表面に隣接して配置される。
【０１９３】
瞳が、光学基板に沿って異なる位置に投影すると、種々の実施形態によると、カラーディスプレイ用途の投影絞りが、別個の赤色、緑色、および青色透過光学基板層の内側の異なる平面に作成される。いくつかの実施形態では、導波管入力絞りは、瞳を偏移させ、色バンディングを排除または軽減させるための外側ダイクロイック部分と、位相偏移を補償するための内側部分内の内側位相補償コーティングとを含む。多くの実施形態では、内側位相補償コーティングは、ＳｉＯ２である。図１９に描写されるのは、外側ダイクロイック部分（３５２および３５３）と、内側位相補償ＳｉＯ２コーティング（３５１）とを有し、瞳を偏移させ、色バンディングを排除または軽減させる、導波管入力絞り（３５０）の実施形態である。
【０１９４】
多数の実施形態では、バンディング除去光学は、光が、入力格子の縁に対する一意の変位を任意の所与の入射光方向に有し、瞳を偏移させ、バンディング効果を排除または軽減するように構成される、入力格子である。光の変位は、光ビームの一部を入力格子開口の外側にもたらし、したがって、導波管の内側のＴＩＲ経路の中に回折されず、これは、画角に伴って変動する。いくつかの実施形態では、非回折光は、好適な吸収フィルムによって捕捉されることができる。多くの実施形態では、ビーム幅は、２Ｄ  ｔａｎ（Ｕ）によって与えられるＴＩＲ角度Ｕおよび導波管基板厚Ｄのバンディング除去条件を満たすように、変位によって調整されることができる。図２０に描写されるのは、入力格子（３６２）を含む、光学基板（３６１）を有する、導波管デバイス（３６０）の実施形態の詳細である。２つの異なる入力角度のためのコリメートされた入力光線経路（１０９０および１０９１）および（１０９２および１０９３）が、光線（１０９４および１０９５）および（１０９６および１０９７）の中に回折される。入力ビーム角度毎に、入力ビームの一部は、入力格子（３６２）から外れ、導波管基板（３６１）を通して逸脱されず、各ビームからの出射光線（１０９８および１０９９）として通過する。多くの実施形態では、導波管表面に適用される光吸収フィルムが、非回折光を捕捉する。
【０１９５】
本明細書に説明されるバンディング除去の種々の実施形態は、組み合わせられることができることを理解されたい。いくつかの実施形態では、バンディング除去のための実施形態は、入力格子の回折効率を主導波管方向に沿って変動させるための技法と組み合わせられることができる。さらに、多くの実施形態では、バンディング除去の実施形態は、各ビーム拡張方向に実施される。故に、いくつかの実施形態では、バンディング除去ソリューションを採用する実施形態の２つ以上のものは、２次元においてバンディング除去を提供するように組み合わせられる。導波管デバイスが２次元で動作する、いくつかの実施形態では、デバイスは、折畳格子を含み、これは、２次元におけるバンディング除去を可能にする。
【０１９６】
いくつかの実施形態では、導波管ディスプレイは、窓、例えば、路上走行車両用途のためのフロントガラス統合型ＨＵＤと統合される。任意の適切な窓統合型ディスプレイが、導波管ディスプレイの中に統合されてもよく、本発明の種々の実施形態内であることを理解されたい。窓統合型ディスプレイの実施例は、米国仮特許出願第６２／１２５，０６４号「ＯＰＴＩＣＡＬ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹＳ  ＦＯＲ  ＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮ  ＩＮ  ＷＩＮＤＯＷＳ」および米国仮特許出願第６２／１２５，０６６号「ＯＰＴＩＣＡＬ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹＳ  ＦＯＲ  ＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮ  ＩＮ  ＷＩＮＤＯＷＳ」に説明される。
【０１９７】
多くの実施形態では、導波管ディスプレイは、画像コンテンツを入力画像生成器と導波管との間で中継するための勾配屈折率（ＧＲＩＮ）導波コンポーネントを含む。例示的ＧＲＩＮ導波コンポーネントは、米国仮特許出願第６２／１２３，２８２号「ＮＥＡＲ  ＥＹＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＵＳＩＮＧ  ＧＲＡＤＩＥＮＴ  ＩＮＤＥＸ  ＯＰＴＩＣＳ」および米国仮特許出願第６２／１２４，５５０号「ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＵＳＩＮＧ  ＧＲＡＤＩＥＮＴ  ＩＮＤＥＸ  ＯＰＴＩＣＳ」に説明される。いくつかの実施形態では、導波管ディスプレイは、ビーム拡張を１つの方向に提供するための光パイプを組み込む。光パイプの実施例は、米国仮特許出願第６２／１７７，４９４号「ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＤＥＶＩＣＥ  ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＮＧ  Ａ  ＬＩＧＨＴ  ＰＩＰＥ」に説明される。いくつかの実施形態では、入力画像生成器は、米国特許第９，０７５，１８４号「ＣＯＭＰＡＣＴ  ＥＤＧＥ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＥＤ  ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＶＥ  ＤＩＳＰＬＡＹ」に開示されるようなレーザスキャナに基づいてもよい。本発明の種々の実施形態は、ＡＲおよびＶＲのためのＨＭＤ、ヘルメット搭載型ディスプレイ、投影ディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、ヘッドダウンディスプレイ、（ＨＤＤ）、自動立体視ディスプレイ、および他の３Ｄディスプレイを含む（但し、限定ではない）、広範囲のディスプレイにおいて使用される。いくつかの実施形態は、例えば、眼トラッカ、指紋スキャナ、ライダシステム、照明器、およびバックライト等の導波管センサ内に適用される。
【０１９８】
いくつかの実施形態では、導波管デバイスは、眼トラッカを組み込む。いくつかの眼トラッカが、使用されることができ、依然として、本発明の種々の実施形態内にあって、ＰＣＴ／ＧＢ２０１４／０００１９７号「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＥＹＥ  ＴＲＡＣＫＥＲ」、ＰＣＴ／ＧＢ２０１５／０００２７４号「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＯＰＴＩＣＡＬＴＲＡＣＫＥＲ」、およびＰＣＴ出願第ＧＢ２０１３／０００２１０号「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＥＹＥ  ＴＲＡＣＫＩＮＧ」に説明される眼トラッカを含むことを理解されたい。
【０１９９】
図面は、例示的であって、寸法は、誇張されていることを強調されたい。例えば、ＳＢＧ層の厚さは、大幅に誇張されている。前述の実施形態のいずれかに基づく光学デバイスは、号ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０００６８０号「ＩＭＰＲＯＶＥＭＥＮＴＳ  ＴＯ  ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＰＯＬＹＭＥＲ  ＤＩＳＰＥＲＳＥＤ  ＬＩＱＵＩＤ  ＣＲＹＳＴＡＬ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ」に開示される材料およびプロセスを使用するプラスチック基板を使用して、実装されてもよい。いくつかの実施形態では、二重拡張導波管ディスプレイは、湾曲されてもよい。
【０２００】
種々の例示的実施形態に示されるようなシステムおよび方法の構造および配列は、例証にすぎない。いくつかの実施形態のみが、本開示に詳細に説明されているが、多くの修正が、可能性として考えられる（例えば、種々の要素のサイズ、寸法、構造、形状、および割合、パラメータの値、搭載配列、材料の使用、色、配向等の変動）。例えば、要素の位置は、逆転または別様に変動されてもよく、離散要素または位置の性質または数は、改変または変動されてもよい。故に、全てのそのような修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。任意のプロセスまたは方法ステップの順序またはシーケンスは、代替実施形態に従って、変動される、または並べ替えられてもよい。他の代用、修正、変更、および省略は、本開示の範囲から逸脱することなく、例示的実施形態の設計、動作条件、および配列に行われてもよい。
均等論
【０２０１】
上記の議論から推測され得るように、上記の概念は、本発明の実施形態によると、種々の配列において実装されることができる。故に、本発明は、ある特定の側面において説明されたが、多くの付加的修正および変形例は、当業者に明白となるであろう。したがって、本発明は、具体的に説明されるもの以外にも実装され得ることを理解されたい。したがって、本発明の実施形態は、あらゆる点において、制限ではなく、例証と見なされるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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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１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１６Ｆ】
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【図１６Ｇ】
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【図１６Ｈ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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