JP2021519945A - 統合型光学要素を伴う導波管および同一物を作製する方法 - Google Patents

Abstract

例示的導波管は、画像情報を含有する光が、全内部反射を介して第１および第２の主要表面から反射することによって、ポリマー層を通して伝搬し、その中で誘導され得るように構成される、第１および第２の主要表面を伴う、実質的に光学的に透明な材料を有するポリマー層を含むことができる。第１の表面は、ポリマー層および相互とモノリシックに統合される、第１のより小型の表面部分および第２のより大型の表面部分を含むことができる。第１のより小型の表面部分は、第２の主要表面および第１の主要表面の第２のより大型の表面部分からの反射によるそれを通した伝搬のために、内部結合光学要素に入射する光をポリマー層の中に結合するように構成される、内部結合光学要素の少なくとも一部を含むことができる。

Description

（優先権の主張）
本願は、その開示全体が参照することによって本明細書に明示的に組み込まれる、２０１８年４月２日に出願された米国仮出願第６２／６５１，５５３号の優先権の利益を３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の下で主張する。
（関連出願の相互参照）

本願は、以下の特許出願、すなわち、２０１４年１１月２７日に出願され、米国公開第２０１５／０２０５１２６号として２０１５年７月２３日に公開された、米国出願第１４／５５５，５８５号、２０１５年４月１８日に出願され、米国公開第２０１５／０３０２６５２号として２０１５年１０月２２日に公開された、米国出願第１４／６９０，４０１号、２０１４年３月１４日に出願された、米国出願第１４／２１２，９６１号（２０１６年８月１６日に発行された、現米国特許第９，４１７，４５２号）、２０１４年７月１４日に出願され、米国公開第２０１５／０３０９２６３号として２０１５年１０月２９日に公開された、米国出願第１４／３３１，２１８号のそれぞれの全体を参照することによって組み込む。

本開示は、ディスプレイシステムに関し、より具体的には、拡張現実ディスプレイシステムに関する。

現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、またはそのように知覚され得る様式でユーザに提示される。仮想現実、すなわち、「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実、すなわち、「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。複合現実、すなわち、「ＭＲ」シナリオは、あるタイプのＡＲシナリオであり、典型的には、自然世界の中に統合され、それに応答する、仮想オブジェクトを伴う。例えば、ＭＲシナリオでは、ＡＲ画像コンテンツが、実世界内のオブジェクトによって遮断される、または別様にそれと相互作用するものとして知覚される。

図１を参照すると、拡張現実場面１０が、描写され、ＡＲ技術のユーザには、人々、木々、背景における建物、コンクリートプラットフォーム３０を特徴とする、実世界公園状設定２０が見える。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、実世界プラットフォーム３０上に立っているロボット像４０と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ５０等の「仮想コンテンツ」が「見える」と知覚するが、これらの要素４０、５０は、実世界内に存在しない。ヒトの視知覚系が、複雑であるため、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＡＲ技術の生産は、困難である。

本明細書に開示されるシステムおよび方法は、ＡＲまたはＶＲ技術に関連する種々の課題に対処する。

本開示は、導波管、システム、および方法の種々の実施例を提供する。各実施例は、いくつかの革新的側面を有し、そのうちのいかなるものも、本明細書に開示される望ましい属性に単独で関与しない。
１． 導波管であって、
第１および第２の主要表面を有する、実質的に光学的に透明な材料を含むポリマー層であって、該第１および第２の主要表面は、画像情報を含有する光が、全内部反射を介して第１および第２の主要表面から反射することによって、ポリマー層を通して伝搬し、該ポリマー層の中で誘導され得るように構成される、ポリマー層
を備え、
該第１の表面は、該ポリマー層および相互とモノリシックに統合される第１のより小型の表面部分および第２のより大型の表面部分を含み、
該第１のより小型の表面部分は、該第２の主要表面および該第１の主要表面の第２のより大型の表面部分からの反射による該ポリマー層を通した伝搬のために、該内部結合光学要素に入射する光を該ポリマー層の中に結合するように構成される内部結合光学要素の少なくとも一部を備える、導波管。
２． 該内部結合光学要素は、導波管内で画像情報を含有する光を偏向させるように構成される旋回ミラーを備える、実施例１に記載の導波管。
３． 該旋回ミラーは、該第１の主要表面の第２のより大型の表面部分および該第２の主要表面に対して傾転される該第１の主要表面の第１のより小型の表面部分を備える、実施例２に記載の導波管。
４． 該旋回ミラーは、屈折力を有する、実施例２または３に記載の導波管。
５． 該屈折力付き旋回ミラーは、該第１の主要表面の第２のより大型の表面部分および該第２の主要表面に対して湾曲状である該第１の主要表面の第１のより小型の表面部分を備える、実施例４に記載の導波管。
６． 該旋回ミラーはさらに、該第１の主要表面の第１のより小型の表面部分上に配置される金属化を備える、実施例２−５のいずれかに記載の導波管。
７． 該内部結合光学要素は、レンズを備える、実施例１に記載の導波管。
８． 該レンズは、該第１の主要表面の第２のより大型の表面部分および該第２の主要表面に対して湾曲状である該第１の主要表面の第１のより小型の表面部分を備える、実施例７に記載の導波管。
９． 該内部結合光学要素は、格子を備える、実施例１に記載の導波管。
１０． 該格子は、起伏のある表面レリーフを有する、該第１の主要表面の第１のより小型の表面部分を備える、実施例９に記載の導波管。
１１． 該内部結合光学要素の少なくとも一部を含む、該ポリマー層は、成型された光学系を備える、実施例１−１０のいずれかに記載の導波管。
１２． 複数の表面は、約０．１ｎｍ〜約２．０ｎｍの表面粗度を有する、実施例１−１１のいずれかに記載の導波管。
１３． 導波管であって、
実質的に光学的に透明な材料の成型された層を備える成型された光学系であって、該成型された層は、第１および第２の主要表面を有し、該第１および第２の主要表面は、画像情報を含有する光が、全内部反射を介して第１および第２の主要表面から反射することによって、該成型された層を通して伝搬し、該成型された層の中で誘導され得るように構成される、成型された光学系
を備え、
該第１の表面は、該成型された層および相互とモノリシックに統合される、第１のより小型の表面部分および第２のより大型の表面部分を含み、該第１のより小型の表面部分は、該第２の主要表面および該第１の主要表面の第２のより大型の表面部分からの反射による該成型された層を通した伝搬のために、成型された内部結合光学要素に入射する光を該成型された層の中に結合するように構成される成型された内部結合光学要素の少なくとも一部を備える、導波管。
１４． 導波管であって、
ポリマー層であって、該ポリマー層は、該ポリマー層を通して画像情報を含有する光を伝搬するように構成される、ポリマー層と、
全内部反射によってポリマー層内で画像情報を誘導するために十分な複数の表面と、
傾転された表面部分であって、該傾転された表面部分は、導波管内で画像情報を含有する光を偏向させるように構成される内部結合光学要素の少なくとも一部を形成する、傾転された表面部分と
を備える、導波管。
１５． 該傾転された表面部分は、該ポリマー層内にくぼみを形成する、実施例１４に記載の導波管。
１６． 該ポリマー層内の該くぼみは、該ポリマー層の厚さの少なくとも１／２である、実施例１５に記載の導波管。
１７． 該ポリマー層内の該くぼみは、該ポリマー層の厚さの少なくとも３／４である、実施例１５に記載の導波管。
１８． 該傾転された表面部分は、該複数の表面に対して約４０°〜５０°で傾転される、実施例１４−１７のいずれかに記載の導波管。
１９． 該内部結合光学要素は、金属化を備える旋回ミラーを備える、実施例１４−１８のいずれかに記載の導波管。
２０． 傾転された表面部分は、屈折力を提供するための曲率を備える、実施例１４−１９のいずれかに記載の導波管。
２１． 該ポリマー層、該複数の表面、および該傾転された表面部分は、成型された光学系を備える、実施例１４−２０のいずれかに記載の導波管。
２２． 複数の表面は、約０．１ｎｍ〜約２．０ｎｍの表面粗度を有する、実施例１４−２１のいずれかに記載の請求項。
２３． 導波管であって、
光学的に透明な層であって、該光学的に透明な層は、光学的に透明な材料と、全内部反射によって導波管内で画像情報を含有する光を誘導するために十分な複数の表面とを備える、光学的に透明な層と、
傾転された表面部分であって、該傾転された表面部分は、該光が該光学的に透明な層内で誘導されるように、導波管内で画像情報を含有する光を偏向させるように構成される内部結合光学要素の少なくとも一部を形成し、該傾転された表面部分は、屈折力を提供するための曲率を備える、傾転された表面部分と
を備える、導波管。
２４． 該屈折力は、正の屈折力を備える、実施例２３に記載の導波管。
２５． 該傾転された表面部分は、光学的に透明な層内の殆どの場所の視点から凹状曲率を有する、実施例２３または２４に記載の導波管。
２６． 内部結合光学要素は、ミラー、ファセット、プリズム、またはそれらの組み合わせである、実施例２３−２５のいずれかに記載の導波管。
２７． 内部結合光学要素はさらに、該傾転された表面部分上に金属層を備える、実施例２３−２６のいずれかに記載の導波管。
２８． 複数の表面はそれぞれ、約０．１ｎｍ〜約２．０ｎｍの表面粗度を有する、実施例２３−２７のいずれかに記載の導波管。
２９． 光学的に透明な材料は、ポリマーを含む、実施例２３−２８のいずれかに記載の導波管。
３０． 光学的に透明な層、複数の表面、および傾転された表面部分は、成型された光学系を備える、実施例２３−２９のいずれかに記載の導波管。
３１． 導波管であって、
光学的に透明な層であって、該光学的に透明な層は、光学的に透明な材料と、全内部反射によって導波管内で画像情報を含有する光を誘導するために十分な第１および第２の表面とを備える、光学的に透明な層と、
レンズの少なくとも一部を形成する該第１の表面上の表面部分であって、該表面部分は、湾曲状である、表面部分と
を備える、導波管。
３２． レンズは、凸レンズを備える、実施例３１に記載の導波管。
３３． 該レンズは、正の屈折力付きレンズを備える、実施例３１または３２に記載の導波管。
３４． レンズは、内部結合光学要素と整合され、該内部結合光学要素は、光学的に透明な材料の層の中で誘導されるように、レンズを通して光学的に透明な材料の層の中に通過した後に、内部結合光学要素によって受光される光を旋回させるように構成される、実施例３１−３３のいずれかに記載の導波管。
３５． 内部結合光学要素は、光学的に透明な材料の層の第２の表面上に配置される、実施例３４に記載の導波管。
３６． 複数の表面はそれぞれ、約０．１ｎｍ〜約２．０ｎｍの表面粗度を有する、実施例３１−３５のいずれかに記載の導波管。
３７． 光学的に透明な材料は、ポリマーを含む、実施例３１−３６のいずれかに記載の導波管。
３８． 光学的に透明な層、第１および第２の表面、およびレンズは、成型された光学系を備える、実施例３１−３７のいずれかに記載の導波管。
３９． 導波管であって、
光学的に透明な層であって、該光学的に透明な層は、光学的に透明な材料と、全内部反射によって導波管内で画像情報を含有する光を誘導するために十分な第１および第２の表面とを備える、光学的に透明な層と、
反射防止構造の少なくとも一部を形成する該第１の表面上の表面部分であって、該反射防止構造は、該第１の表面上に表面レリーフパターンを備える、表面部分と
を備える、導波管。
４０． 該反射防止構造は、起伏のあるパターンを備える、実施例３９に記載の導波管。
４１． 該反射防止構造は、周期的パターンを備える、実施例３９または４０のいずれかに記載の導波管。
４２． 周期的パターンは、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの周期を有する、実施例４１に記載の導波管。
４３． 周期的パターンは、約５ｎｍ〜約２００ｎｍの高さを有する、実施例４１または４２に記載の導波管。
４４． 該表面レリーフパターン上に配置される材料をさらに含む、実施例３９−４３のいずれかに記載の導波管。
４５． 反射防止構造は、別の導波管と関連付けられる光学要素と光学的に整合される、実施例３９−４４のいずれかに記載の導波管。
４６． 該光学要素は、光を該別の導波管の中に結合するように構成される光学内部結合要素である、実施例４５に記載の導波管。
４７． 第１および第２の表面はそれぞれ、約０．１ｎｍ〜約２．０ｎｍの表面粗度を有する、実施例３９−４６のいずれかに記載の導波管。
４８． 光学的に透明な材料は、ポリマーを含む、実施例３９−４７のいずれかに記載の導波管。
４９． 光学的に透明な層、該第１および第２の表面、および該表面レリーフパターンは、成型された光学系を備える、実施例３９−４８のいずれかに記載の導波管。
５０． 実施例１−４９のいずれかに記載の導波管を備える１つ以上の導波管を備える、光学システム。
５１． 該１つ以上の導波管は、実施例１−４９のいずれかに記載の少なくとも２つの導波管を備える、実施例５０に記載の光学システム。
５２． 光学システムは、光をユーザの眼に投影し、ユーザの視野内で拡張現実画像コンテンツを表示するように構成される頭部搭載型ディスプレイシステムである、実施例５０または５１に記載の光学システム。
５３．ユーザの頭部上に支持されるように構成されるフレームと、
画像を投影するように構成される画像プロジェクタと、
フレーム上に配置される接眼レンズであって、該接眼レンズは、光を該ユーザの眼の中に指向し、拡張現実画像コンテンツをユーザの視野に表示するように構成され、該接眼レンズの少なくとも一部は、透明であり、該透明部分が、ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、ユーザの正面の環境のビューを提供するように、ユーザが該頭部搭載型ディスプレイシステムを装着すると、ユーザの眼の正面の場所に配置され、接眼レンズは、該１つ以上の導波管を備える、接眼レンズと
をさらに備える、実施例５２に記載の光学システム。
５４． 画像プロジェクタは、走査ファイバディスプレイを備える、実施例５３に記載の光学システム。
５５． 導波管を作製する方法であって、該方法は、
第１および第２の金型を提供するステップであって、第１の金型および第２の金型は、相互に面し、少なくとも第１の金型は、少なくとも１つの内部結合光学要素の少なくとも一部のインプリントを備える、ステップと、
第１の金型と第２の金型との間にポリマー材料を提供するステップと、
第１の金型が、少なくとも１つの内部結合光学要素の少なくとも一部の対応するインプリントをポリマー材料の中に転写するように、ポリマー材料を第１および第２の金型と接触させるステップと、
ポリマー材料を硬質化プロセスに暴露させるステップと、
第１および第２の金型からポリマー材料を除去するステップと
を含む、方法。
５６． ポリマー材料を硬質化プロセスに暴露するステップは、ポリマー材料を紫外線光に暴露するステップを含む、実施例５５に記載の方法。
５７． 導波管は、全内部反射によって導波管内で画像情報を含有する光を誘導するために十分な複数の表面を備える、実施例５５または５６に記載の方法。
５８． 複数の表面は、約０．１ｎｍ〜約２．０ｎｍの表面粗度を有する、実施例５７に記載の方法。
５９． 少なくとも１つの内部結合光学要素は、傾転された表面を備える、実施例５５−５８のいずれかに記載の方法。
６０． 傾転された表面は、曲率を有する、実施例５９に記載の方法。
６１． 少なくとも１つの内部結合光学要素は、レンズを備える、実施例５５−６０のいずれかに記載の方法。
６２． 少なくとも１つの内部結合光学要素は、格子を備える、実施例５５−６１のいずれかに記載の方法。

図１は、ＡＲデバイスを通した拡張現実（ＡＲ）のユーザのビューを図示する。

図２は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。

図３Ａ−３Ｃは、曲率半径と焦点半径との間の関係を図示する。

図４Ａは、ヒト視覚系の遠近調節（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ）−輻輳・開散運動（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）応答の表現を図示する。

図４Ｂは、ユーザの一対の眼の異なる遠近調節状態および輻輳・開散運動状態の実施例を図示する。

図４Ｃは、ディスプレイシステムを介してコンテンツを視認しているユーザの上下図の表現の実施例を図示する。

図４Ｄは、ディスプレイシステムを介してコンテンツを視認しているユーザの上下図の表現の別の実施例を図示する。

図５は、波面発散を修正することによって３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。

図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。

図７は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を図示する。

図８は、各深度平面が、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示する。

図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、スタックされた導波管のセットの実施例の断面側面図を図示する。

図９Ｂは、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図を図示する。

図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。

図９Ｄは、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図示する。

図１０、１１、１２、１３、１４、１５、および１６は、統合型内部結合光学要素を伴う例示的導波管を図示する。 図１０、１１、１２、１３、１４、１５、および１６は、統合型内部結合光学要素を伴う例示的導波管を図示する。 図１０、１１、１２、１３、１４、１５、および１６は、統合型内部結合光学要素を伴う例示的導波管を図示する。 図１０、１１、１２、１３、１４、１５、および１６は、統合型内部結合光学要素を伴う例示的導波管を図示する。 図１０、１１、１２、１３、１４、１５、および１６は、統合型内部結合光学要素を伴う例示的導波管を図示する。 図１０、１１、１２、１３、１４、１５、および１６は、統合型内部結合光学要素を伴う例示的導波管を図示する。 図１０、１１、１２、１３、１４、１５、および１６は、統合型内部結合光学要素を伴う例示的導波管を図示する。

図１６Ａは、例示的内部結合光学要素に隣接する例示的反射防止構造の拡大画像を示す。図１６Ｂは、例示的反射防止構造の拡大画像を示す。 図１６Ａは、例示的内部結合光学要素に隣接する例示的反射防止構造の拡大画像を示す。図１６Ｂは、例示的反射防止構造の拡大画像を示す。

図１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、および１７Ｄは、統合型光学要素を伴う導波管を形成する例示的方法を図示する。 図１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、および１７Ｄは、統合型光学要素を伴う導波管を形成する例示的方法を図示する。 図１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、および１７Ｄは、統合型光学要素を伴う導波管を形成する例示的方法を図示する。 図１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、および１７Ｄは、統合型光学要素を伴う導波管を形成する例示的方法を図示する。

導波管が、頭部搭載型拡張現実ディスプレイシステムを含む、ディスプレイデバイス内等で光を指向するために、利用されてもよい。例えば、導波管は、眼鏡の中に組み込まれてもよく、視認者には、導波管を通して周囲環境が見え得る。加えて、導波管は、（例えば、プロジェクタシステムによって）画像情報を含有する光を受光し、その光を視認者の眼の中に指向することによって、画像を投影してもよい。受光された光は、内部結合光学要素を使用して、導波管の中に内部結合されてもよい。内部結合された光は、続いて、光分散要素を使用して、導波管内で分散され、外部結合要素を使用して、導波管から外に外部結合されてもよい。

プロジェクタシステムと導波管との間の光の低結合効率は、導波管アセンブリの合計効率を低下させ得、視認者に提供される全体的画質を劣化させ得る。光学コンポーネント間の結合はまた、ディスプレイデバイスおよび／またはシステムの製造への制約（例えば、他のコンポーネントと統合する、組み立てる、整合させる、およびパッケージ化する方法への制約）を追加し得る。故に、内部結合光学要素は、設計に影響を及ぼし得る。

内部結合光学要素は、プロジェクタからの入射光の比較的に低い内部結合効率を有し得る、従来の格子を含むことができる。従来の格子はまた、プロジェクタから格子の中に戻るように反射され得る、光をプロジェクタの中に戻るように反射することができる。迷光経路が、邪魔になり得る残影画像アーチファクトを生成し得る。従来の格子はまた、入力角に対して本質的に異なる回折効率を有し得る。種々の導波管ディスプレイでは、これは、一様な輝度を伴って画像を生成することを困難にし得る。それにもかかわらず、時として、内部結合格子が、所望され得る。プリズムおよびレンズはまた、本質的に、光学的に有利であり得るが、加工および統合することが困難であり得る。

本明細書に説明される、ある実装は、統合型内部結合光学要素を伴う導波管を含むことができる。例えば、種々の導波管は、内部結合光学要素の少なくとも一部を形成する表面を含むことができる。導波管と統合される、そのような内部結合光学要素を伴わない導波管と比較して、種々の実装は、有利なこととして、より高い結合効率、より良好な画質（例えば、より低い残影、より高い一様性等）、およびより単純な製造プロセスを提供することができる。例えば、種々の実装では、統合型光学要素が、増加した内部結合およびより単純な統合につながる、導波管との直接接触を可能にすることができる。ある実装は、有利なこととして、プリズム、レンズ、および／または反射防止構造を統合することができる。種々の実装は、残影画像アーチファクトを低減させ、より一様な輝度を達成し、デバイスの合計占有面積を縮小することができる。導波管のいくつかの実装はまた、光分散要素および／または外部結合光学要素等の１つ以上の他の光学要素を統合することもできる。

ここで、同様の参照番号が、全体を通して同様の部分を指す、図が参照されるであろう。別様に示されない限り、図面は、概略であって、必ずしも正確な縮尺で描かれていない。
（例示的ディスプレイシステム）

図２は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。ユーザの眼は、離間されており、空間内の実オブジェクトを見ているとき、各眼は、オブジェクトの若干異なるビューを有し、オブジェクトの画像を各眼の網膜上の異なる場所に形成し得ることを理解されたい。これは、両眼視差と称され得、ヒト視覚系によって、深度の知覚を提供するために利用され得る。従来のディスプレイシステムは、仮想オブジェクトが所望の深度における実オブジェクトであるように各眼によって見えるであろう仮想オブジェクトのビューに対応する、眼２１０、２２０毎に１つの同一仮想オブジェクトの若干異なるビューを伴う２つの明確に異なる画像１９０、２００を提示することによって、両眼視差をシミュレートする。これらの画像は、ユーザの視覚系が深度の知覚を導出するために解釈し得る、両眼キューを提供する。

図２を継続して参照すると、画像１９０、２００は、ｚ−軸上で距離２３０だけ眼２１０、２２０から離間される。ｚ−軸は、その眼が視認者の直前の光学無限遠におけるオブジェクトを固視している状態の視認者の光学軸と平行である。画像１９０、２００は、平坦であって、眼２１０、２２０から固定距離にある。それぞれ、眼２１０、２２０に提示される画像内の仮想オブジェクトの若干異なるビューに基づいて、眼は、自然に、オブジェクトの画像が眼のそれぞれの網膜上の対応する点に来て、単一両眼視を維持するように回転し得る。本回転は、眼２１０、２２０のそれぞれの視線を仮想オブジェクトが存在するように知覚される空間内の点上に収束させ得る。結果として、３次元画像の提供は、従来、ユーザの眼２１０、２２０の輻輳・開散運動を操作し得、ヒト視覚系が深度の知覚を提供するように解釈する、両眼キューを提供することを伴う。

しかしながら、深度の現実的かつ快適な知覚の生成は、困難である。眼からの異なる距離におけるオブジェクトからの光が、異なる発散量を伴う波面を有することを理解されたい。図３Ａ−３Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を図示する。オブジェクトと眼２１０との間の距離は、減少距離Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の順序で表される。図３Ａ−３Ｃに示されるように、光線は、オブジェクトまでの距離が減少するにつれてより発散する。逆に言えば、距離が、増加するにつれて、光線は、よりコリメートされる。換言すると、点（オブジェクトまたはオブジェクトの一部）によって生成されるライトフィールドは、点がユーザの眼から離れている距離の関数である、球状波面曲率を有すると言え得る。曲率は、オブジェクトと眼２１０との間の距離の減少とともに増加する。単眼２１０のみが、例証を明確にするために、図３Ａ−３Ｃおよび本明細書の種々の他の図に図示されるが、眼２１０に関する議論は、視認者の両眼２１０および２２０に適用され得る。

図３Ａ−３Ｃを継続して参照すると、視認者の眼が固視しているオブジェクトからの光が、異なる波面発散度を有し得る。異なる波面発散量に起因して、光は、眼の水晶体によって異なるように集束され得、これは、ひいては、水晶体に、異なる形状をとり、合焦画像を眼の網膜上に形成することを要求し得る。合焦画像が、網膜上に形成されない場合、結果として生じる網膜ぼけは、合焦画像が網膜上に形成されるまで、眼の水晶体の形状に変化を生じさせる、遠近調節のためのキューとして作用する。例えば、遠近調節のためのキューは、眼の水晶体を囲繞する毛様筋の弛緩または収縮を誘起し、それによって、水晶体を保持する提靭帯に印加される力を変調させ、したがって、固視されているオブジェクトの網膜ぼけが排除される、または最小限にされるまで、眼の水晶体の形状を変化させ、それによって、固視されているオブジェクトの合焦画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成し得る。眼の水晶体が形状を変化させるプロセスは、遠近調節と称され得、固視されているオブジェクトの合焦画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成するために要求される眼の水晶体の形状は、遠近調節状態と称され得る。

ここで図４Ａを参照すると、ヒト視覚系の遠近調節−輻輳・開散運動応答の表現が、図示される。オブジェクトを固視するための眼の移動は、眼にオブジェクトからの光を受光させ、光は、画像を眼の網膜のそれぞれの上に形成する。網膜上に形成される画像内の網膜ぼけの存在は、遠近調節のためのキューを提供し得、網膜上の画像の相対的場所は、輻輳・開散運動のためのキューを提供し得る。遠近調節のためのキューは、遠近調節を生じさせ、眼の水晶体に、オブジェクトの合焦画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成する特定の遠近調節状態をとらせる。一方で、輻輳・開散運動のためのキューは、各眼の各網膜上に形成される画像が、単一両眼視を維持する対応する網膜点にあるように、輻輳・開散運動移動（眼の回転）を生じさせる。これらの位置では、眼は、特定の輻輳・開散運動状態をとっていると言え得る。図４Ａを継続して参照すると、遠近調節は、眼が特定の遠近調節状態を達成するプロセスであると理解され得、輻輳・開散運動は、眼が特定の輻輳・開散運動状態を達成するプロセスであると理解され得る。図４Ａに示されるように、眼の遠近調節および輻輳・開散運動状態は、ユーザが別のオブジェクトを固視する場合、変化し得る。例えば、遠近調節された状態は、ユーザがｚ−軸上の異なる深度における新しいオブジェクトを固視する場合、変化し得る。

理論によって限定されるわけではないが、オブジェクトの視認者は、輻輳・開散運動と遠近調節の組み合わせに起因して、オブジェクトを「３次元」として知覚し得ると考えられる。上記のように、相互に対する２つの眼の輻輳・開散運動移動（例えば、瞳孔が相互に向かって、またはそこから離れるように移動し、眼の視線を収束させ、オブジェクトを固視するような眼の回転）は、眼の水晶体の遠近調節と密接に関連付けられる。通常条件下、眼の水晶体の形状を変化させ、焦点を１つのオブジェクトから異なる距離における別のオブジェクトに変化させることは、自動的に、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」として知られる関係下、輻輳・開散運動の合致する変化を同一距離に生じさせるであろう。同様に、輻輳・開散運動における変化は、通常条件下で、水晶体形状における合致する変化を誘起するであろう。

ここで図４Ｂを参照すると、眼の異なる遠近調節および輻輳・開散運動状態の実施例が、図示される。一対の眼２２２ａが、光学無限遠におけるオブジェクトを固視する一方、一対の眼２２２ｂは、光学無限遠未満におけるオブジェクト２２１を固視する。着目すべきこととして、各対の眼の輻輳・開散運動状態は、異なり、一対の眼２２２ａが、まっすぐ指向される一方、一対の眼２２２は、オブジェクト２２１上に収束する。各対の眼２２２ａおよび２２２ｂを形成する眼の遠近調節状態もまた、水晶体２１０ａ、２２０ａの異なる形状によって表されるように異なる。

望ましくないことに、従来の「３−Ｄ」ディスプレイシステムの多くのユーザは、これらのディスプレイにおける遠近調節と輻輳・開散運動状態との間の不一致に起因して、そのような従来のシステムを不快であると見出す、または奥行感を全く知覚しない場合がある。上記のように、多くの立体視または「３−Ｄ」ディスプレイシステムは、若干異なる画像を各眼に提供することによって、場面を表示する。そのようなシステムは、それらが、とりわけ、単に、場面の異なる提示を提供し、眼の輻輳・開散運動状態に変化を生じさせるが、それらの眼の遠近調節状態に対応する変化を伴わないため、多くの視認者にとって不快である。むしろ、画像は、眼が全ての画像情報を単一遠近調節状態において視認するように、ディスプレイによって眼から固定距離に示される。そのような配列は、遠近調節状態における合致する変化を伴わずに輻輳・開散運動状態に変化を生じさせることによって、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」に逆らう。本不一致は、視認者の不快感を生じさせると考えられる。遠近調節と輻輳・開散運動との間のより良好な合致を提供する、ディスプレイシステムは、３次元画像のより現実的かつ快適なシミュレーションを形成し得る。

理論によって限定されるわけではないが、ヒトの眼は、典型的には、有限数の深度平面を解釈し、深度知覚を提供し得ると考えられる。その結果、知覚された深度の高度に真実味のあるシミュレーションが、眼にこれらの限定数の深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによって達成され得る。いくつかの実施形態では、異なる提示は、輻輳・開散運動のためのキューおよび遠近調節のための合致するキューの両方を提供し、それによって、生理学的に正しい遠近調節−輻輳・開散運動合致を提供し得る。

図４Ｂを継続して参照すると、眼２１０、２２０からの空間内の異なる距離に対応する、２つの深度平面２４０が、図示される。所与の深度平面２４０に関して、輻輳・開散運動キューが、眼２１０、２２０毎に適切に異なる視点の画像を表示することによって提供されてもよい。加えて、所与の深度平面２４０に関して、各眼２１０、２２０に提供される画像を形成する光は、その深度平面２４０の距離におけるある点によって生成されたライトフィールドに対応する波面発散を有してもよい。

図示される実施形態では、点２２１を含有する、深度平面２４０のｚ−軸に沿った距離は、１ｍである。本明細書で使用されるように、ｚ−軸に沿った距離または深度は、ユーザの眼の射出瞳に位置するゼロ点を用いて測定されてもよい。したがって、１ｍの深度に位置する深度平面２４０は、眼が光学無限遠に向かって指向された状態でそれらの眼の光学軸上のユーザの眼の射出瞳から１ｍ離れた距離に対応する。近似値として、ｚ−軸に沿った深度または距離は、ユーザの眼の正面のディスプレイから（例えば、導波管の表面から）測定され、デバイスとユーザの眼の射出瞳との間の距離に関する値が加えられてもよい。その値は、瞳距離と呼ばれ、ユーザの眼の射出瞳と眼の正面のユーザによって装着されるディスプレイとの間の距離に対応し得る。実践では、瞳距離に関する値は、概して、全ての視認者に関して使用される、正規化された値であってもよい。例えば、瞳距離は、２０ｍｍであると仮定され得、１ｍの深度における深度平面は、ディスプレイの正面の９８０ｍｍの距離にあり得る。

ここで図４Ｃおよび４Ｄを参照すると、合致遠近調節−輻輳・開散運動距離および不一致遠近調節−輻輳・開散運動距離の実施例が、それぞれ、図示される。図４Ｃに図示されるように、ディスプレイシステムは、仮想オブジェクトの画像を各眼２１０、２２０に提供してもよい。画像は、眼２１０、２２０に、眼が深度平面２４０上の点１５上に収束する、輻輳・開散運動状態をとらせ得る。加えて、画像は、その深度平面２４０における実オブジェクトに対応する波面曲率を有する、光によって形成され得る。結果として、眼２１０、２２０は、画像がそれらの眼の網膜上で合焦する、遠近調節状態をとる。したがって、ユーザは、仮想オブジェクトを深度平面２４０上の点１５にあるものとして知覚し得る。

眼２１０、２２０の遠近調節および輻輳・開散運動状態はそれぞれ、ｚ−軸上の特定の距離と関連付けられることを理解されたい。例えば、眼２１０、２２０からの特定の距離におけるオブジェクトは、それらの眼に、オブジェクトの距離に基づいて、特定の遠近調節状態をとらせる。特定の遠近調節状態と関連付けられる距離は、遠近調節距離Ａ_ｄと称され得る。同様に、特定の輻輳・開散運動状態または相互に対する位置における眼と関連付けられた特定の輻輳・開散運動距離Ｖ_ｄが、存在する。遠近調節距離および輻輳・開散運動距離が合致する場合、遠近調節と輻輳・開散運動との間の関係は、生理学的に正しいと言える。これは、視認者にとって最も快適なシナリオであると見なされる。

しかしながら、立体視ディスプレイでは、遠近調節距離および輻輳・開散運動距離は、常に合致するわけではない場合がある。例えば、図４Ｄに図示されるように、眼２１０、２２０に表示される画像は、深度平面２４０に対応する波面発散を伴って表示され得、眼２１０、２２０は、その深度平面上の点１５ａ、１５ｂが合焦する、特定の遠近調節状態をとり得る。しかしながら、眼２１０、２２０に表示される画像は、眼２１０、２２０を深度平面２４０上に位置しない点１５上に収束させる、輻輳・開散運動のためのキューを提供し得る。結果として、遠近調節距離は、いくつかの実施形態では、眼２１０、２２０の射出瞳から深度平面２４０への距離に対応する一方、輻輳・開散運動距離は、眼２１０、２２０の射出瞳から点１５までのより大きい距離に対応する。遠近調節距離は、輻輳・開散運動距離と異なる。その結果、遠近調節−輻輳・開散運動の不一致が存在する。そのような不一致は、望ましくないと見なされ、不快感をユーザに生じさせ得る。不一致は、距離（例えば、Ｖ_ｄ−Ａ_ｄ）に対応し、ジオプタを使用して特性評価され得ることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、眼２１０、２２０の射出瞳以外の参照点も、同一参照点が遠近調節距離および輻輳・開散運動距離のために利用される限り、遠近調節−輻輳・開散運動の不一致を決定するための距離を決定するために利用され得ることを理解されたい。例えば、距離は、角膜から深度平面まで、網膜から深度平面まで、接眼レンズ（例えば、ディスプレイデバイスの導波管）から深度平面まで等、測定され得る。

理論によって限定されるわけではないが、ユーザは、不一致自体が有意な不快感を生じさせることなく、依然として、最大約０．２５ジオプタ、最大約０．３３ジオプタ、および最大約０．５ジオプタの遠近調節−輻輳・開散運動の不一致を生理学的に正しいと知覚し得ると考えられる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるディスプレイシステム（例えば、ディスプレイシステム２５０、図６）は、約０．５ジオプタまたはそれ未満の遠近調節−輻輳・開散運動の不一致を有する、画像を視認者に提示する。いくつかの他の実施形態では、ディスプレイシステムによって提供される画像の遠近調節−輻輳・開散運動の不一致は、約０．３３ジオプタまたはそれ未満である。さらに他の実施形態では、ディスプレイシステムによって提供される画像の遠近調節−輻輳・開散運動の不一致は、約０．１ジオプタまたはそれ未満を含む、約０．２５ジオプタまたはそれ未満である。

図５は、波面発散を修正することによって、３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。ディスプレイシステムは、画像情報でエンコードされる光７７０を受光し、その光をユーザの眼２１０に出力するように構成される、導波管２７０を含む。導波管２７０は、所望の深度平面２４０上のある点によって生成されるライトフィールドの波面発散に対応する、定義された波面発散量を伴って光６５０を出力してもよい。いくつかの実施形態では、同一量の波面発散が、その深度平面上に提示される全てのオブジェクトのために提供される。加えて、ユーザの他方の眼は、類似導波管からの画像情報を提供され得ることが図示されるであろう。

いくつかの実施形態では、単一の導波管が、単一または限定数の深度平面に対応する設定された波面発散量を伴う光を出力するように構成されてもよい、および／または導波管は、限定された範囲の波長の光を出力するように構成されてもよい。その結果、いくつかの実施形態では、複数またはスタックの導波管が、異なる深度平面のための異なる波面発散量を提供する、および／または異なる範囲の波長の光を出力するために利用されてもよい。本明細書で使用されるように、深度平面は、平坦または湾曲表面の輪郭に追従し得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、有利なこととして、簡略化するために、深度平面は、平坦表面の輪郭に追従し得る。

図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。ディスプレイシステム２５０は、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を使用して、３次元知覚を眼／脳に提供するために利用され得る、導波管のスタックまたはスタックされた導波管アセンブリ２６０を含む。ディスプレイシステム２５０は、いくつかの実施形態では、ライトフィールドディスプレイと見なされ得ることを理解されたい。加えて、導波管アセンブリ２６０はまた、接眼レンズとも称され得る。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、輻輳・開散運動するための実質的に連続的なキューおよび遠近調節のための複数の離散キューを提供するように構成されてもよい。輻輳・開散運動のためのキューは、異なる画像をユーザの眼のそれぞれに表示することによって提供されてもよく、遠近調節のためのキューは、選択可能な離散量の波面発散を伴う画像を形成する光を出力することによって提供されてもよい。換言すると、ディスプレイシステム２５０は、可変レベルの波面発散を伴う光を出力するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、波面発散の各離散レベルが、特定の深度平面に対応し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの特定のものによって提供されてもよい。

図６を継続して参照すると、導波管アセンブリ２６０はまた、複数の特徴３２０、３３０、３４０、３５０を導波管の間に含んでもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、１つ以上のレンズであってもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０、および／または複数のレンズ３２０、３３０、３４０、３５０は、種々のレベルの波面曲率または光線発散を用いて画像情報を眼に送信するように構成されてもよい。各導波管レベルは、特定の深度平面と関連付けられてもよく、その深度平面に対応する画像情報を出力するように構成されてもよい。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、導波管のための光源として機能してもよく、それぞれ、本明細書に説明されるように、眼２１０に向かって出力するために、各個別の導波管を横断して入射光を分散させるように構成され得る、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に画像情報を投入するために利用されてもよい。光は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００の出力表面４１０、４２０、４３０、４４０、４５０から出射し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の対応する入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００の中に投入される。いくつかの実施形態では、入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００はそれぞれ、対応する導波管の縁であってもよい、または対応する導波管の主要表面の一部（すなわち、世界５１０または視認者の眼２１０に直接面する導波管表面のうちの１つ）であってもよい。いくつかの実施形態では、光の単一ビーム（例えば、コリメートされたビーム）が、各導波管の中に投入され、特定の導波管と関連付けられた深度平面に対応する特定の角度（および発散量）において眼２１０に向かって指向される、クローン化されるコリメートビームの場全体を出力してもよい。いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの単一のものが、複数（例えば、３つ）の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０と関連付けられ、その中に光を投入してもよい。

いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、それぞれ、対応する導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中への投入のための画像情報をそれぞれ生成する、離散ディスプレイである。いくつかの他の実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、例えば、１つ以上の光学導管（光ファイバケーブル等）を介して、画像情報を画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のそれぞれに送り得る、単一の多重化されたディスプレイの出力端である。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００によって提供される画像情報は、異なる波長または色（例えば、本明細書に議論されるように、異なる原色）の光を含み得ることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光エミッタを含み得る、光モジュール５３０を備える、光プロジェクタシステム５２０によって提供される。光モジュール５３０からの光は、ビームスプリッタ５５０を介して、光変調器５４０、例えば、空間光変調器に指向され、それによって修正されてもよい。光変調器５４０は、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光の知覚される強度を変化させ、光を画像情報でエンコードするように構成されてもよい。空間光変調器の実施例は、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）ディスプレイを含む、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、図式的に図示され、いくつかの実施形態では、これらの画像投入デバイスは、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の関連付けられるものの中に出力するように構成される、共通投影システム内の異なる光経路および場所を表し得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、導波管アセンブリ２６０の導波管は、導波管の中に投入される光をユーザの眼に中継しながら、理想的レンズとして機能し得る。本概念では、オブジェクトは、空間光変調器５４０であってもよく、画像は、深度平面上の画像であってもよい。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、光を種々のパターン（例えば、ラスタ走査、螺旋走査、リサジューパターン等）で１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に、最終的には、視認者の眼２１０に投影するように構成される、１つ以上の走査ファイバを備える、走査ファイバディスプレイであってもよい。いくつかの実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、光を１つまたは複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するように構成される、単一走査ファイバまたは走査ファイバの束を図式的に表し得る。いくつかの他の実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、それぞれ、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの関連付けられるものの中に投入するように構成される、複数の走査ファイバまたは走査ファイバの複数の束を図式的に表し得る。１つ以上の光ファイバは、光を光モジュール５３０から１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０に透過させるように構成され得ることを理解されたい。１つ以上の介在光学構造が、走査ファイバまたは複数のファイバと、１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０との間に提供され、例えば、走査ファイバから出射する光を１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に再指向し得ることを理解されたい。

コントローラ５６０は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００、光源５３０、および光変調器５４０の動作を含む、スタックされた導波管アセンブリ２６０のうちの１つ以上のものの動作を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ５６０は、ローカルデータ処理モジュール１４０の一部である。コントローラ５６０は、例えば、本明細書に開示される種々のスキームのいずれかに従って、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０への画像情報のタイミングおよび提供を調整する、プログラミング（例えば、非一過性媒体内の命令）を含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、単一の一体型デバイスまたは有線または無線通信チャネルによって接続される分散型システムであってもよい。コントローラ５６０は、いくつかの実施形態では、処理モジュール１４０または１５０（図９Ｄ）の一部であってもよい。

図６を継続して参照すると、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、全内部反射（ＴＩＲ）によって各個別の導波管内で光を伝搬するように構成されてもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、主要上部表面および主要底部表面およびそれらの主要上部表面と主要底部表面との間に延在する縁を伴う、平面である、または別の形状（例えば、湾曲）を有してもよい。図示される構成では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、各個別の導波管内で伝搬する光を導波管から外に再指向させ、画像情報を眼２１０に出力することによって、光を導波管から抽出するように構成される、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を含んでもよい。抽出された光はまた、外部結合光と称され得、外部結合光学要素光はまた、光抽出光学要素と称され得る。抽出された光のビームは、導波管によって、導波管内で伝搬する光が光抽出光学要素に衝打する場所において出力され得る。外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、例えば、本明細書にさらに議論されるような回折光学特徴を含む、格子であってもよい。説明を容易にし、図面を明確にするために、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の底部主要表面に配置されて図示されるが、いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、本明細書にさらに議論されるように、上部主要表面および／または底部主要表面に配置されてもよい、および／または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の容積内に直接配置されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、透明基板に取り付けられ、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を形成する、材料の層内に形成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、モノリシック材料部品であってもよく、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、その材料部品の表面上および／または内部に形成されてもよい。本明細書に説明されるように、いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の表面部分と統合されてもよい。

図６を継続して参照すると、本明細書に議論されるように、各導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、光を出力し、特定の深度平面に対応する画像を形成するように構成される。例えば、眼の最近傍の導波管２７０は、眼２１０にコリメートされた光（そのような導波管２７０の中に投入された）を送達するように構成されてもよい。コリメートされた光は、光学無限遠焦点面を表し得る。次の上方の導波管２８０は、眼２１０に到達し得る前に、第１のレンズ３５０（例えば、負のレンズ）を通して通過する、コリメートされた光を送出するように構成されてもよい。そのような第１のレンズ３５０は、眼／脳が、その次の上方の導波管２８０から生じる光を光学無限遠から眼２１０に向かって内向きにより近い第１の焦点面から生じるものとして解釈するように、若干の凸面波面曲率を生成するように構成されてもよい。同様に、第３の上方の導波管２９０は、眼２１０に到達する前に、その出力光を第１のレンズおよび第２のレンズ３４０および３５０の両方を通して通過させる。第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の導波管２９０から生じる光が次の上方の導波管２８０からの光であったよりも光学無限遠から人物に向かって内向きにさらに近い第２の焦点面から生じるものとして解釈するように、別の漸増量の波面曲率を生成するように構成されてもよい。

他の導波管層３００、３１０およびレンズ３３０、３２０も同様に構成され、スタック内の最高導波管３１０が、人物に最も近い焦点面を表す集約焦点力のために、その出力をそれと眼との間のレンズの全てを通して送出する。スタックされた導波管アセンブリ２６０の他側の世界５１０から生じる光を視認／解釈するとき、レンズ３２０、３３０、３４０、３５０のスタックを補償するために、補償レンズまたはレンズ層６２０が、スタックの上部に配置され、下方のレンズスタック３２０、３３０、３４０、３５０の集約力を補償してもよい。そのような構成は、利用可能な導波管／レンズ対と同じ数の知覚される焦点面を提供する。導波管の外部結合光学要素およびレンズの集束側面は両方とも、静的であってもよい（すなわち、動的ではないまたは電気活性ではない）。いくつかの代替実施形態では、いずれか一方または両方とも、電気活性特徴を使用して動的であってもよい。

いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの２つ以上のものは、同一の関連付けられる深度平面を有してもよい。例えば、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０が、同一深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい、または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の複数のサブセットが、深度平面毎に１つのセットを用いて、同一の複数の深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい。これは、それらの深度平面において拡張された視野を提供するようにタイル化された画像を形成するための利点を提供し得る。

図６を継続して参照すると、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、導波管と関連付けられた特定の深度平面のために、光をそれらの個別の導波管から外に再指向し、かつ本光を適切な量の発散またはコリメーションを伴って出力するように構成されてもよい。その結果、異なる関連付けられた深度平面を有する導波管が、関連付けられた深度平面に応じて、異なる量の発散を伴う光を出力する、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０の異なる構成を有してもよい。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、光を具体的角度で出力するように構成され得る、立体または表面特徴であってもよい。例えば、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、立体ホログラム、表面ホログラム、および／または回折格子であってもよい。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の表面部分と統合される格子であってもよい。

いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、回折パターンを形成する回折特徴または「回折光学要素」（また、本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）である。好ましくは、ＤＯＥは、ビームの光の一部のみが、ＤＯＥの各交差部で眼２１０に向かって偏向される一方、残りが、ＴＩＲを介して、導波管を通して移動し続けるように、十分に低回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、複数の場所において導波管から出射する、いくつかの関連出射ビームに分割され、その結果、導波管内でバウンスする本特定のコリメートされたビームに関して、眼２１０に向かって非常に均一なパターンの出射放出となる。

いくつかの実施形態では、１つ以上のＤＯＥは、能動的に回折する「オン」状態と有意に回折しない「オフ」状態との間で切替可能であってもよい。例えば、切替可能なＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を備えてもよく、その中で微小液滴は、ホスト媒体内に回折パターンを備え、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的に合致するように切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を著しく回折させない）、または微小液滴は、ホスト媒体のものに合致しない屈折率に切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を能動的に回折させる）。

いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０（例えば、可視光および赤外線光カメラを含む、デジタルカメラ）が、眼２１０および／または眼２１０の周囲の組織の画像を捕捉し、例えば、ユーザ入力を検出する、および／またはユーザの生理学的状態を監視するために提供されてもよい。本明細書で使用されるように、カメラは、任意の画像捕捉デバイスであってもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、画像捕捉デバイスと、光（例えば、赤外線光）を眼に投影し、次いでその光が、眼によって反射され、画像捕捉デバイスによって検出され得る、光源とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、フレーム８０（図９Ｄ）に取り付けられてもよく、カメラアセンブリ６３０からの画像情報を処理し得る、処理モジュール１４０および／または１５０と電気通信してもよい。いくつかの実施形態では、１つのカメラアセンブリ６３０が、眼毎に利用され、各眼を別個に監視してもよい。

ここで図７を参照すると、導波管によって出力される出射ビームの実施例が、示される。１つの導波管が図示されるが、導波管アセンブリ２６０（図６）内の他の導波管も同様に機能し得、導波管アセンブリ２６０は、複数の導波管を含むことを理解されたい。光６４０が、導波管２７０の入力表面４６０において導波管２７０の中に投入され、ＴＩＲによって導波管２７０内を伝搬する。光６４０がＤＯＥ５７０上に衝突する点では、光の一部は、導波管から出射ビーム６５０として出射する。出射ビーム６５０は、略平行として図示されるが、本明細書に議論されるように、それらはまた、導波管２７０と関連付けられた深度平面に応じて、ある角度において眼２１０に伝搬する（例えば、発散出射ビームを形成する）ように再指向されてもよい。略平行出射ビームは、眼２１０からの遠距離（例えば、光学無限遠）における深度平面上に設定されるように現れる画像を形成するように光を外部結合する、外部結合光学要素を伴う導波管を示し得ることを理解されたい。他の導波管または他の外部結合光学要素のセットは、より発散する、出射ビームパターンを出力してもよく、これは、眼２１０がより近い距離に遠近調節し、網膜に合焦させることを要求し、光学無限遠より眼２１０に近い距離からの光として脳によって解釈されるであろう。

いくつかの実施形態では、フルカラー画像が、原色、例えば、３つ以上の原色のそれぞれに画像をオーバーレイすることによって、各深度平面において形成されてもよい。図８は、各深度平面が、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示する。図示される実施形態は、深度平面２４０ａ−２４０ｆを示すが、より多いまたはより少ない深度もまた、検討される。各深度平面は、第１の色Ｇの第１の画像、第２の色Ｒの第２の画像、および第３の色Ｂの第３の画像を含む、それと関連付けられる３つ以上の原色画像を有してもよい。異なる深度平面が、文字Ｇ、Ｒ、およびＢに続くジオプタ（ｄｐｔ）に関する異なる数字によって図に示される。単なる実施例として、これらの文字のそれぞれに続く数字は、ジオプタ（１／ｍ）、すなわち、視認者からの深度平面の逆距離を示し、図中の各ボックスは、個々の原色画像を表す。いくつかの実施形態では、異なる波長の光の眼の集束における差異を考慮するために、異なる原色に関する深度平面の正確な場所が、変動し得る。例えば、所与の深度平面に関する異なる原色画像が、ユーザからの異なる距離に対応する深度平面上に設置されてもよい。そのような配列は、視力およびユーザ快適性を増加させ得る、および／または色収差を減少させ得る。

いくつかの実施形態では、各原色の光が、単一の専用導波管によって出力されてもよく、その結果、各深度平面が、それと関連付けられる複数の導波管を有してもよい。そのような実施形態では、文字Ｇ、Ｒ、またはＢを含む、図中の各ボックスが、個々の導波管を表すと理解され得、３つの導波管が、３つの原色画像が深度平面毎に提供される、深度平面毎に提供されてもよい。各深度平面と関連付けられる導波管は、本図面では、説明を容易にするために相互に隣接して示されるが、物理的デバイスでは、導波管は全て、レベル毎に１つの導波管を伴うスタックで配列され得ることを理解されたい。いくつかの他の実施形態では、複数の原色が、例えば、単一の導波管のみが深度平面毎に提供され得るように、同一導波管によって出力されてもよい。

図８を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、Ｇは、緑色であって、Ｒは、赤色であって、Ｂは、青色である。いくつかの他の実施形態では、マゼンタ色およびシアン色を含む、光の他の波長と関連付けられる他の色も、赤色、緑色、または青色のうちの１つ以上のものに加えて使用されてもよい、またはそれらに取って代わってもよい。

本開示の全体を通した所与の光の色の言及は、視認者によってその所与の色であるものとして知覚される、光の波長の範囲内の１つ以上の波長の光を包含すると理解されるであろうことを理解されたい。例えば、赤色光は、約６２０〜７８０ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよく、緑色光は、約４９２〜５７７ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよく、青色光は、約４３５〜４９３ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、光源５３０（図６）は、視認者の視覚的知覚範囲外の１つ以上の波長、例えば、赤外線および／または紫外線波長の光を放出するように構成されてもよい。加えて、ディスプレイ２５０の導波管の内部結合、外部結合、および他の光再指向構造は、例えば、結像および／またはユーザ刺激用途のために、本光をディスプレイからユーザの眼２１０に向かって指向および放出するように構成されてもよい。

ここで図９Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管に衝突する光は、その光を導波管の中に内部結合するために再指向される必要があり得る。内部結合光学要素が、光をその対応する導波管の中に再指向および内部結合するために使用されてもよい。図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、複数またはセット６６０のスタックされた導波管の実施例の断面側面図を図示する。導波管はそれぞれ、１つ以上の異なる波長または１つ以上の異なる波長範囲の光を出力するように構成されてもよい。スタック６６０は、スタック２６０（図６）に対応し得、スタック６６０の図示される導波管は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの１つ以上のものからの光が、光が内部結合のために再指向されることを要求する位置から導波管の中に投入されることを除いて、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の一部に対応し得ることを理解されたい。

スタックされた導波管の図示されるセット６６０は、導波管６７０、６８０、および６９０を含む。各導波管は、関連付けられる内部結合光学要素（導波管上の光入力面積とも称され得る）を含み、例えば、内部結合光学要素７００は、導波管６７０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７１０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素７２０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置される。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０のうちの１つ以上のものは、個別の導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい（特に、１つ以上の内部結合光学要素が、反射性偏向光学要素である場合）。図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、特に、それらの内部結合光学要素が、透過性偏向光学要素である場合に、それらの個別の導波管６７０、６８０、６９０の上側主要表面（または次の下側導波管の上部）上に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、個別の導波管６７０、６８０、６９０の本体内に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、他の光の波長を透過させながら、１つ以上の光の波長を選択的に再指向するように、波長選択的である。それらの個別の導波管６７０、６８０、６９０の片側または角に図示されるが、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、いくつかの実施形態では、それらの個別の導波管６７０、６８０、６９０の他の面積内に配置され得ることを理解されたい。本明細書に説明されるように、いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、導波管６７０、６８０、６９０の表面部分と統合されてもよい。

図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、相互から側方にオフセットされてもよい。いくつかの実施形態では、各内部結合光学要素は、その光が別の内部結合光学要素を通して通過することなく、光を受光するようにオフセットされてもよい。例えば、各内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、図６に示されるように、光を異なる画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、および４００から受光するように構成されてもよく、光を内部結合光学要素７００、７１０、７２０の他のものから実質的に受光しないように、他の内部結合光学要素７００、７１０、７２０から分離されてもよい（例えば、側方に離間される）。

各導波管はまた、関連付けられる光分散要素を含み、例えば、光分散要素７３０は、導波管６７０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７４０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７５０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置される。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられる導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい。いくつかの他の実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられる導波管６７０、６８０、６９０の上部および底部両方の主要表面上に配置されてもよい、または光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、異なる関連付けられる導波管６７０、６８０、６９０内の上部主要表面および底部主要表面のうちの異なるものの上に配置されてもよい。本明細書に説明されるように、いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、導波管６７０、６８０、６９０の表面部分と統合されてもよい。

導波管６７０、６８０、６９０は、例えば、材料のガス、液体、および／または固体層によって離間および分離されてもよい。例えば、図示されるように、層７６０ａは、導波管６７０および６８０を分離してもよく、層７６０ｂは、導波管６８０および６９０を分離してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａおよび７６０ｂは、低屈折率材料（すなわち、導波管６７０、６８０、６９０のうちの直接隣接するものを形成する材料より低い屈折率を有する材料）から形成される。好ましくは、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料の屈折率は、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料の屈折率に対して０．０５以上または０．１０以下である。有利なこととして、より低い屈折率層７６０ａ、７６０ｂは、導波管６７０、６８０、６９０を通して光の全内部反射（ＴＩＲ）（例えば、各導波管の上部主要表面および底部主要表面間のＴＩＲ）を促進する、クラッディング層として機能してもよい。いくつかの実施形態では、層７６０ａ、７６０ｂは、空気から形成される。図示されないが、導波管の図示されるセット６６０の上部および底部は、直近のクラッディング層を含み得ることを理解されたい。

好ましくは、製造および他の考慮点を容易にするために、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、類似または同一であって、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、類似または同一である。いくつかの実施形態では、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、１つ以上の導波管間で異なり得る、および／または層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、依然として、上記の種々の屈折率関係を保持しながら、異なり得る。

図９Ａを継続して参照すると、光線７７０、７８０、７９０が、導波管のセット６６０に入射する。光線７７０、７８０、７９０は、１つ以上の画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００（図６）によって、導波管６７０、６８０、６９０の中に投入されてもよいことを理解されたい。

いくつかの実施形態では、光線７７０、７８０、７９０は、異なる色に対応し得る、異なる性質、例えば、異なる波長または異なる波長範囲を有する。内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、光が、ＴＩＲによって、導波管６７０、６８０、６９０のうちの個別のものを通して伝搬するように、入射光を偏向させる。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素７００、７１０、７２０はそれぞれ、他の波長を下層導波管および関連付けられる内部結合光学要素に透過させながら、１つ以上の特定の光の波長を選択的に偏向させる。

例えば、内部結合光学要素７００は、それぞれ、異なる第２および第３の波長または波長範囲を有する、光線７８０および７９０を透過させながら、第１の波長または波長範囲を有する、光線７７０を偏向させるように構成されてもよい。透過された光線７８０は、第２の波長または波長範囲の光を偏向させるように構成される、内部結合光学要素７１０に衝突し、それによって偏向される。光線７９０は、第３の波長または波長範囲の光を選択的に偏向させるように構成される、内部結合光学要素７２０によって偏向される。

図９Ａを継続して参照すると、偏向された光線７７０、７８０、７９０は、対応する導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬するように偏向される。すなわち、各導波管の内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光をその対応する導波管６７０、６８０、６９０の中に偏向させ、光を対応する導波管の中に内部結合する。光線７７０、７８０、７９０は、光をＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬させる角度で偏向される。光線７７０、７８０、７９０は、導波管の対応する光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突するまで、ＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬する。

ここで図９Ｂを参照すると、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図が、図示される。上記のように、内部結合された光線７７０、７８０、７９０は、それぞれ、内部結合光学要素７００、７１０、７２０によって偏向され、次いで、それぞれ、導波管６７０、６８０、６９０内でＴＩＲによって伝搬する。光線７７０、７８０、７９０は、次いで、それぞれ、光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突する。光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０に向かって伝搬するように、光線７７０、７８０、７９０を偏向させる。

いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）である。いくつかの実施形態では、ＯＰＥは、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向または分散し、いくつかの実施形態では、また、外部結合光学要素に伝搬するにつれて、本光のビームまたはスポットサイズを増加させ得る。いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、省略されてもよく、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に直接偏向させるように構成されてもよい。例えば、図９Ａを参照すると、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０と置換されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素８００、８１０、８２０は、視認者の眼２１０（図７）内で光を指向する、射出瞳（ＥＰ）または射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）である。ＯＰＥは、少なくとも１つの軸においてアイボックスの寸法を増加させるように構成され得、ＥＰＥは、ＯＰＥの軸と交差する、例えば、直交する軸においてアイボックスを増加させ得ることを理解されたい。例えば、各ＯＰＥは、光の残りの部分が導波管を辿って伝搬し続けることを可能にしながら、ＯＰＥに衝打する光の一部を同一導波管のＥＰＥに再指向するように構成されてもよい。再び、ＯＰＥへの衝突に応じて、残りの光の別の部分が、ＥＰＥに再指向され、その部分の残りの部分が、導波管等を辿ってさらに伝搬し続ける。同様に、ＥＰＥへの衝打に応じて、衝突光の一部が、ユーザに向かって導波管から外に指向され、その光の残りの部分が、ＥＰに再び衝打するまで、導波管を通して伝搬し続け、その時点で、衝突光の別の部分が、導波管から外に指向される等となる。その結果、内部結合された光の単一ビームが、その光の一部がＯＰＥまたはＥＰＥによって再指向される度に、「複製」され、それによって、図６に示されるように、クローン化された光のビーム野を形成し得る。いくつかの実施形態では、ＯＰＥおよび／またはＥＰＥは、光のビームのサイズを修正するように構成されてもよい。

故に、図９Ａおよび９Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管のセット６６０は、原色毎に、導波管６７０、６８０、６９０と、内部結合光学要素７００、７１０、７２０と、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、７４０、７５０と、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００、８１０、８２０とを含む。導波管６７０、６８０、６９０は、各１つの間に空隙／クラッディング層を伴ってスタックされてもよい。内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、（異なる波長の光を受光する異なる内部結合光学要素を用いて）入射光をその導波管の中に再指向または偏向させる。光は、次いで、個別の導波管６７０、６８０、６９０内にＴＩＲをもたらすであろう角度で伝搬する。示される実施例では、光線７７０（例えば、青色光）は、前述に説明された様式において、第１の内部結合光学要素７００によって偏光され、次いで、導波管を辿ってバウンスし続け、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００と相互作用する。光線７８０および７９０（例えば、それぞれ、緑色光および赤色光）は、導波管６７０を通して通過し、光線７８０は、内部結合光学要素７１０上に衝突し、それによって偏向される。光線７８０は、次いで、ＴＩＲを介して、導波管６８０を辿ってバウンスし、その光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７４０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８１０に進むであろう。最後に、光線７９０（例えば、赤色光）は、導波管６９０を通して通過し、導波管６９０の光内部結合光学要素７２０に衝突する。光内部結合光学要素７２０は、光線が、ＴＩＲによって、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７５０、次いで、ＴＩＲによって、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８２０に伝搬するように、光線７９０を偏向させる。外部結合光学要素８２０は、次いで、最後に、光線７９０を視認者に外部結合し、視認者はまた、他の導波管６７０、６８０から外部結合された光も受光する。

図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。図示されるように、導波管６７０、６８０、６９０は、各導波管の関連付けられる光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられる外部結合光学要素８００、８１０、８２０とともに、垂直に整合されてもよい。しかしながら、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、垂直に整合されない。むしろ、内部結合光学要素は、好ましくは、非重複する（例えば、上下図に見られるように、側方に離間される）。本明細書にさらに議論されるように、本非重複空間配列は、１対１ベースで異なるリソースから異なる導波管の中への光の投入を促進し、それによって、具体的光源が具体的導波管に一意に結合されることを可能にする。いくつかの実施形態では、非重複の空間的に分離される内部結合光学要素を含む、配列は、偏移瞳システムと称され得、これらの配列内の内部結合光学要素は、サブ瞳に対応し得る。

図９Ｄは、本明細書に開示される種々の導波管および関連システムが統合され得る、ウェアラブルディスプレイシステム６０の実施例を図示する。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム６０は、図６のシステム２５０であって、図６は、そのシステム６０のいくつかの部分をより詳細に図式的に示す。例えば、図６の導波管アセンブリ２６０は、ディスプレイ７０の一部であってもよい。

図９Ｄを継続して参照すると、ディスプレイシステム６０は、ディスプレイ７０と、そのディスプレイ７０の機能をサポートするための種々の機械的および電子的モジュールおよびシステムとを含む。ディスプレイ７０は、ディスプレイシステムユーザまたは視認者９０によって装着可能であり、ユーザ９０の眼の正面にディスプレイ７０を位置付けるように構成される、フレーム８０に結合されてもよい。ディスプレイ７０は、いくつかの実施形態では、接眼レンズと見なされ得る。いくつかの実施形態では、スピーカ１００が、フレーム８０に結合され、ユーザ９０の外耳道に隣接して位置付けられるように構成される（いくつかの実施形態では、示されていない別のスピーカも、随意に、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ／成形可能音制御を提供してもよい）。ディスプレイシステム６０はまた、１つ以上のマイクロホン１１０または他のデバイスを含み、音を検出してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロホンは、ユーザが入力またはコマンド（例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等）をシステム６０に提供することを可能にするように構成されてもよい、および／または他の人物（例えば、類似ディスプレイシステムの他のユーザ）とのオーディオ通信を可能にしてもよい。マイクロホンはさらに、オーディオデータ（例えば、ユーザおよび／または環境からの音）を収集するように、周辺センサとして構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム６０はさらに、オブジェクト、刺激、人々、動物、場所、またはユーザの周囲の世界の他の側面を検出するように構成される、１つ以上の外向きに指向される環境センサ１１２を含んでもよい。例えば、環境センサ１１２は、例えば、ユーザ９０の通常の視野の少なくとも一部に類似する画像を捕捉するように、外向きに面して位置し得る、１つ以上のカメラを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムはまた、フレーム８０と別個であって、ユーザ９０の身体に（例えば、ユーザ９０の頭部、胴体、四肢等の上）に取り付けられ得る、周辺センサ１２０ａを含んでもよい。周辺センサ１２０ａは、いくつかの実施形態では、ユーザ９０の生理学的状態を特性評価するデータを入手するように構成されてもよい。例えば、センサ１２０ａは、電極であってもよい。

図９Ｄを継続して参照すると、ディスプレイ７０は、有線導線または無線コネクティビティ等の通信リンク１３０によって、フレーム８０に固定して取り付けられる、ユーザによって装着されるヘルメットまたは帽子に固定して取り付けられる、ヘッドホンに内蔵される、または別様にユーザ９０に除去可能に取り付けられる（例えば、リュック式構成において、ベルト結合式構成において）等、種々の構成で搭載され得る、ローカルデータ処理モジュール１４０に動作可能に結合される。同様に、センサ１２０ａは、通信リンク１２０ｂ、例えば、有線導線または無線コネクティビティによって、ローカルプロセッサおよびデータモジュール１４０に動作可能に結合されてもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ハードウェアプロセッサおよび不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリまたはハードディスクドライブ）等のデジタルメモリを備えてもよく、その両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用され得る。随意に、ローカルプロセッサおよびデータモジュール１４０は、１つ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含んでもよい。データは、ａ）画像捕捉デバイス（カメラ等）、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、ジャイロスコープ、および／または本明細書に開示される他のセンサ等の（例えば、フレーム８０に動作可能に結合され得る、または別様にユーザ９０に取り付けられ得る）センサから捕捉されるデータ、および／または、ｂ）可能性として、処理または読出後のディスプレイ７０への通過のために、遠隔処理モジュール１５０および／または遠隔データリポジトリ１６０（仮想コンテンツに関連するデータを含む）を使用して入手および／または処理されるデータを含んでもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、これらの遠隔モジュール１５０、１６０が、相互に動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール１４０へのリソースとして利用可能であるように、有線または無線通信リンク等を介して、通信リンク１７０、１８０によって遠隔処理モジュール１５０および遠隔データリポジトリ１６０に動作可能に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、画像捕捉デバイス、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープのうちの１つ以上のものを含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、これらのセンサのうちの１つ以上のものは、フレーム８０に取り付けられてもよい、または有線または無線通信経路によってローカル処理およびデータモジュール１４０と通信する独立型構造であってもよい。

図９Ｄを継続して参照すると、いくつかの実施形態では、遠隔処理モジュール１５０は、例えば、１つ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含む、データおよび／または画像情報を分析および処理するように構成される、１つ以上のプロセッサを備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して利用可能であり得る、デジタルデータ記憶設備を備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、情報、例えば、拡張現実コンテンツをローカル処理およびデータモジュール１４０および／または遠隔処理モジュール１５０に生成するための情報を提供する、１つ以上の遠隔サーバを含んでもよい。いくつかの実施形態では、全てのデータが、記憶され、全ての算出が、ローカル処理およびデータモジュール内で実施され、遠隔モジュールからの完全に自律的な使用を可能にする。随意に、ＣＰＵ、ＧＰＵ等を含む、外部システム（例えば、１つ以上のプロセッサ、１つ以上のコンピュータのシステム）が、処理（例えば、画像情報を生成する、データを処理する）の少なくとも一部を実施し、例えば、無線または有線接続を介して、情報をモジュール１４０、１５０、１６０に提供し、情報をそこから受信してもよい。
（例示的導波管）

図６に関して説明されるように、画像情報を含有する光が、光プロジェクタシステム５２０によって（例えば、プロジェクタシステム５２０の画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００によって）、接眼レンズ（例えば、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を備える、導波管アセンブリ２６０を備える、接眼レンズ）に提供されることができる。プロジェクタシステム５２０と導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０との間の光の低結合効率は、導波管アセンブリ２６０の合計効率を低下させ得、視認者に提供される全体的画質を劣化させ得る。現在のディスプレイシステムで使用される導波管と比較して、本明細書に説明される導波管のある実装は、有利なこととして、より高い結合効率、より良好な画質、および／またはより単純な製造プロセスを提供することができる。

ここで図１０を参照すると、統合型内部結合光学要素を伴う例示的導波管が、図示される。例示的導波管１０００は、入射光を導波管１０００の中に結合するように構成される、統合型内部結合光学要素１０３０を含む。光は、全内部反射を介して、導波管１０００を通して伝搬することができる。１つ以上の光分散要素１０３５が、光を抽出し、導波管１０００から外に、かつ視認者の眼の中に指向し得る、１つ以上の外部結合光学要素１０４０に向かって、光を指向することができる。

種々の実装では、導波管１０００は、実質的に光学的に透明な材料を含む、層１００５を含むことができる。いくつかの実装では、層１００５は、可視スペクトル内の光の波長、例えば、３９０〜７００ｎｍに対して高度に透明であり得る。例えば、層１００５は、その厚さを横断して、可視光スペクトル内の光の約８５％〜約１００％、約９０％〜約１００％、約９５％〜約１００％、約９６％〜約１００％、約９７％〜約１００％、約９８％〜約１００％を透過させることができる。いくつかの事例では、層１００５は、眼科用レンズに使用される光学ポリマーおよび／または透明なポリマー等のポリマー材料から形成されてもよい。使用され得る、いくつかの例示的ポリマーは、チオールベースのポリマー、Ｍｉｔｓｕｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ａｍｅｒｉｃａ， Ｉｎｃ．（Ｒｙｅ Ｂｒｏｏｋ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）から市販されているＭＲシリーズポリマー、Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｔｏｋｙｏ， Ｊａｐａｎ）から市販されているＬＰＢまたはＬＰＬシリーズポリマー、またはｍｉｃｒｏ ｒｅｓｉｓｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ（Ｂｅｒｌｉｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ）から市販されているＯｒｍｏＳｔａｍｐを含むことができる。いくつかの事例では、層１００５は、第１の材料の第１の層および第２の材料の第２の層等の材料の組み合わせから形成されてもよい。他の実施例も、可能である。

図１０を継続して参照すると、層１００５は、第１の主要表面１０１０と、第２の主要表面１０２０とを有することができる。第１および第２の主要表面１０１０、１０２０は、画像情報を含有する光が、層１００５を通して伝搬し、その中で誘導され得るように、構成されることができる。例えば、光は、表面からの全内部反射を介して、第１の主要表面１０１０および第２の主要表面１０２０から反射することによって、層１００５を通して誘導されることができる。種々の実装では、第１および第２の主要表面１０１０、１０２０は、比較的に低い表面粗度を有することができる。例えば、いくつかの実装では、表面粗度は、約０．０５ｎｍ〜約３．０ｎｍの範囲内（約０．０５ｎｍ、約０．０７ｎｍ、約０．１ｎｍ、約０．５ｎｍ、約１．０ｎｍ、約１．５ｎｍ、約２．０ｎｍ、約２．５ｎｍ、約３．０ｎｍ等）、本範囲内の任意の範囲内（約０．０５ｎｍ〜約２．５ｎｍ、約０．０７ｎｍ〜約２．５ｎｍ、約０．１ｎｍ〜約２．５ｎｍ、約０．５ｎｍ〜約２．５ｎｍ、約０．７ｎｍ〜約２．５ｎｍ、約１．０ｎｍ〜約２．５ｎｍ、約０．０５ｎｍ〜約２．０ｎｍ、約０．０７ｎｍ〜約２．０ｎｍ、約０．１ｎｍ〜約２．０ｎｍ、約０．５ｎｍ〜約２．０ｎｍ、約０．７ｎｍ〜約２．０ｎｍ、約１．０ｎｍ〜約２．０ｎｍ等）、これらの範囲内の任意の値、またはそのような値によって形成される任意の範囲内であり得る。理論によって拘束されるわけではないが、比較的に低い表面粗度を伴う導波管が、結像品質を留保することができる。故に、種々の実装では、第１および第２の主要表面１０１０、１０２０は、層１００５が、画像情報を保存し、結像を留保し得るように、比較的に低い表面粗度を有することができる。

種々の実装では、第１の主要表面１０１０は、層１００５および相互１０１１、１０１２とモノリシックに統合される、第１のより小型の表面部分１０１１と、第２のより大型の表面部分１０１２とを含むことができる。いくつかの事例では、第１のより小型の表面部分１０１１は、内部結合光学要素１０３０の少なくとも一部を含むことができる。例えば、第１のより小型の表面部分１０１１は、内部結合光学要素１０３０の少なくとも一部を形成することができる。種々の実装では、第１のより小型の表面部分１０１１は、内部結合光学要素１０３０が、内部結合光学要素１０３０に入射する光を層１００５の中に効率的に結合するように構成され得るように、内部結合光学要素１０３０と統合されることができる。本明細書に説明されるように、光は、第２の主要表面１０２０および第１の主要表面１０１０の第２のより大型の表面部分１０１２からの全内部反射によって、層１００５を通して伝搬することができる。

いくつかの実装では、内部結合光学要素１０３０は、導波管１０００の層１００５内で画像情報を含有する光を偏向させるように構成されることができる。図１０では、内部結合光学要素１０３０は、傾転された表面部分（例えば、第１のより小型の表面部分１０１１）を備える。例えば、傾転された表面部分は、第１の主要表面１０１０の第２のより大型の表面部分１０１２および第２の主要表面１０２０に対して傾転される、第１の主要表面１０１０の第１のより小型の表面部分１０１１を備えることができる。傾転された表面部分１０１１は、第１の主要表面１０１０および／または第２の主要表面１０２０と平行な平面に対して約３０度〜約６０度の範囲内（約３０度、約３５度、約４０度、約４５度、約５０度、約５５度、約６０度等）、本範囲内の任意の範囲内（約３０度〜約５０度、約３５度〜約５０度、約４０度〜約５０度、約３０度〜約５５度、約４０度〜約５５度等）、これらの範囲内の任意の値、またはそのような値によって形成される任意の範囲内で傾転されることができる。いくつかの実施形態では、傾転の角度は、少なくとも部分的に、導波管１０００の層１００５の厚さＴに基づくことができる。

いくつかの実装では、傾転された表面部分１０１１は、層１００５内にくぼみ（またはファセット）１０５０の一部を形成することができる。図１０を継続して参照すると、くぼみ１０５０は、深度Ｄ（または高さ）と、幅Ｗとを有することができる。いくつかの実装では、くぼみ１０５０の深度Ｄは、層１００５の厚さＴ未満であり得る。いくつかの事例では、くぼみ１０５０の深度Ｄは、厚さＴの少なくとも半分、または層１００５の厚さＴの少なくとも４分の３であり得る。例えば、くぼみ１０５０は、約０．５Ｔ、約０．６Ｔ、約０．７５Ｔ、約０．８Ｔ、約０．９Ｔ等の深度Ｄを有することができる、またはそのような値によって形成される任意の範囲内の深度Ｄを有することができる。他の値および範囲も、可能である。いくつかの実装では、くぼみ１０５０は、層１００５の厚さＴに実質的に等しい深度Ｄを有することができる。

いくつかの事例では、くぼみ１０５０の深度Ｄは、約５０ミクロン〜約５５０ミクロンの範囲内（約５０ミクロン、約７５ミクロン、約１００ミクロン、約１５０ミクロン、約２００ミクロン、約２５０ミクロン、約３００ミクロン、約３５０ミクロン、約４００ミクロン、約４５０ミクロン、約５００ミクロン、約５５０ミクロン等）、本範囲内の任意の範囲内（約５０ミクロン〜約５００ミクロン、約７５ミクロン〜約５００ミクロン、約１００ミクロン〜約５００ミクロン、約７５ミクロン〜約５５０ミクロン、約１００ミクロン〜約５５０ミクロン、約１５０ミクロン〜約５５０ミクロン等）、これらの範囲内の任意の値、またはそのような値によって形成される任意の範囲内であり得る。いくつかの事例では、くぼみ１０５０の深度Ｄは、これらの範囲外であり得る。

いくつかの事例では、くぼみ１０５０の幅Ｗは、約２５ミクロン〜約３５０ミクロンの範囲内（約３０ミクロン、約４０ミクロン、約５０ミクロン、約７５ミクロン、約１００ミクロン、約１５０ミクロン、約２００ミクロン、約２５０ミクロン、約３００ミクロン、約３５０ミクロン等）、本範囲内の任意の範囲内（約２５ミクロン〜約３００ミクロン、約５０ミクロン〜約３００ミクロン、約７５ミクロン〜約３００ミクロン、約３０ミクロン〜約３５０ミクロン、約４０ミクロン〜約３５０ミクロン、約５０ミクロン〜約３５０ミクロン、約７５ミクロン〜約３５０ミクロン等）、これらの範囲内の任意の値、またはそのような値によって形成される任意の範囲内であり得る。いくつかの事例では、くぼみ１０５０の幅Ｗは、これらの範囲外であり得る。

いくつかの実装では、くぼみ１０５０は、空気を備えることができる。代替として、くぼみ１０５０は、層１００５と同一の材料、または別の実質的に光学的に透明な材料（例えば、実質的に類似する屈折率を伴う材料）を含むことができる。いくつかのそのような実装では、くぼみ１０５０は、プリズムの表面のうちの１つを形成する、傾転された表面部分１０１１と、本明細書に説明されるような深度Ｄおよび幅Ｗを有するプリズム（例えば、三角プリズム）の少なくとも一部を形成することができる。故に、導波管のいくつかの実装は、プリズムの形態で統合型内部結合光学要素１０３０を含むことができる。種々の実装では、プリズムは、導波管１０００の層１００５内で画像情報を含有する光を反射するように構成されることができる。例えば、いくつかの実装では、プリズムは、光が、臨界角を上回る角度においてプリズムの表面に衝打すると、全内部反射によって光を反射するように構成されることができる。

内部結合要素として使用される従来の格子は、入力角に対する異なる回折効率に起因して、画像の非一様な輝度を潜在的にもたらし得る。有利なこととして、種々の実装では、プリズムを備える、内部結合光学要素１０３０が、入力角に対してより高い一様な反射率（いくつかの事例では、極めて一様な反射率）を達成することができ、したがって、ディスプレイの出力画像の輝度一様性を改良することができる。加えて、本明細書に説明される、ある実装では、導波管と同一の材料（または実質的に類似する屈折率を伴う材料）の統合型プリズムを備える、内部結合光学要素１０３０が、プリズムと導波管材料との間に界面（例えば、粗面）を伴わずに、導波管とほぼ完全な屈折率合致（または実質的に類似する屈折率合致）を達成することができる。いくつかのそのような実装では、内部結合光学要素１０３０は、プロジェクタの中への後方反射を低減させ（いくつかの事例では、極めて低い後方反射を達成し）、したがって、残影画像アーチファクト低減させることができる（いくつかの事例では、残影がない）。さらに、導波管１０００の表面１０１１と統合されるプリズムを備える、内部結合光学要素１０３０は、光プロジェクタと導波管１０００との間の増加した内部結合につながる、導波管１０００との直接接触を可能にすることができ、組立の間のプリズムと導波管との間の整合ステップを単純化および／または排除することによって、製造プロセスを単純化することができる。

図１１は、統合型内部結合光学要素を伴う別の例示的導波管を図示する。例示的導波管１１００は、傾転された表面部分１１１１が旋回ミラーの少なくとも一部を形成し得ることを除いて、図１０の例示的導波管１０００（例えば、第１の主要表面１１１０、第２の主要表面１１２０、層１１０５、くぼみ１１５０、１つ以上の光分散要素１１３５、１つ以上の外部結合光学要素１１４０等）に類似する。例えば、いくつかの実装では、内部結合光学要素１１３０は、傾転された表面部分１１１１上に配置される反射性材料（例えば、金属化）の層１１４５を含むことができる。いくつかの事例では、反射層１１４５は、金属フィルム（例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、または任意の反射性金属）を含むことができる。金属フィルムの厚さは、約５ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲内（約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約７５ｎｍ、約１００ｎｍ、約１５０ｎｍ、約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ，等）、本範囲内の任意の範囲内（約５ｎｍ〜約４００ｎｍ、約５ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約４００ｎｍ、約１０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約５ｎｍ〜約５００ｎｍ、約１０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍ等）、これらの範囲内の任意の値、またはそのような値によって形成される任意の範囲内であり得る。いくつかの実装では、くぼみ１１５０は、反射性材料または充填材で充填されてもよい。旋回ミラー（例えば、金属化される傾転された表面部分）を備える、内部結合光学要素１１３０は、導波管１１００の層１１０５内で画像情報を含有する光を反射するように構成されることができる。導波管１１００の表面と統合される旋回ミラーを備える、内部結合光学要素１１３０は、光プロジェクタと導波管との間の増加した内部結合につながる、導波管１１００との直接接触を可能にすることができ、組立の間の旋回ミラーと導波管との間の整合ステップを単純化および／または排除することによって、製造プロセスを単純化することができる。

いくつかの実装では、傾転された表面部分１１１１は、傾転された表面部分１１１１が、第１の主要表面１１１０の一部の代わりに導波管層１１０５の縁（例えば、主要表面の間に延在する表面）であるように、完全に導波管層１１０５の厚さを通して延在してもよい。換言すると、いくつかの実装では、内部結合光学要素１１３０は、主要表面１１１０の代わりに導波管層１１０５の縁と統合されることができる。

図１２は、統合型内部結合光学要素を伴う別の例示的導波管を図示する。例示的導波管１２００は、内部結合光学要素１２３０の傾転された表面部分１２１１が曲率を有することを除いて、図１１の例示的導波管１１００（例えば、第１の主要表面１２１０、第２の主要表面１２２０、層１２０５、くぼみ１２５０、１つ以上の光分散要素１２３５、１つ以上の外部結合光学要素１２４０等）に類似する。例えば、図１２に図示される内部結合光学要素１２３０では、第１の主要表面１２１０の第１のより小型の表面部分１２１１は、第１の主要表面１２１０の第２のより大型の表面部分１２１２および第２の主要表面１２２０に対して湾曲状である。別の実施例として、湾曲状表面部分１２１１は、導波管１２０５の縁部分であってもよい。

種々の実装では、旋回ミラー（例えば、金属化された湾曲状表面部分）を備える、内部結合光学要素１２３０は、導波管１２００の層１２０５内で画像情報を含有する光を反射するように構成されることができる。いくつかの実装では、湾曲状表面部分１２１１は、屈折力を提供するように構成されることができる（例えば、屈折力付き旋回ミラー）。いくつかの実装では、湾曲状表面部分１２１１は、他のコンポーネントの屈折力を補完する（例えば、射出瞳エクスパンダの屈折力を補完する）、および／または他のコンポーネントの屈折力を不必要にすることができる。いくつかの実施例では、湾曲状表面部分１２１１は、正の屈折力を提供するように構成されることができる。いくつかのそのような実装では、傾転された表面部分１２１１は、実質的に光学的に透明な層１２０５内の殆どの場所の視点から凹状曲率を有することができる。別の実施例として、湾曲状表面部分１２１１は、負の屈折力を提供するように構成されることができる。いくつかのそのような実装では、傾転された表面部分１２１１は、層１２０５内の殆どの場所の視点から凸状曲率を有することができる。

図１３は、統合型内部結合光学要素を伴う別の例示的導波管を図示する。例示的導波管１３００では、湾曲状表面部分１３１１は、統合型プリズム１３５２およびレンズ１３５１のレンズ１３５１（例えば、球形、円柱、放物線、自由形状レンズ等）の少なくとも一部を形成することができる。図１３に図示される内部結合光学要素１３３０では、第１の主要表面１３１０の第１のより小型の表面部分１３１１は、第１の主要表面１３１０の第２のより大型の表面部分１３１２および第２の主要表面１３２０に対して湾曲状である。いくつかの実装では、湾曲状表面部分１３１１は、導波管１３０５の殆どから見られるように凸状であり得る。いくつかの実施例では、湾曲状表面部分１３１１は、正の屈折力付きレンズを形成することができる。いくつかの実装では、湾曲状表面部分１３１１は、導波管１３０５の殆どから見られるように凹状であり得る。いくつかの実施例では、湾曲状表面部分１３１１は、負の屈折力付きレンズを形成することができる。種々の実装では、統合型プリズム１３５２およびレンズ１３５１は、導波管１３００の層１３０５内で画像情報を含有する光を指向するように構成されることができる。例えば、いくつかの実装では、プリズム１３５２は、光が、臨界角を上回る角度においてプリズム１３５２の表面に衝打すると、全内部反射によって光を反射するように構成されることができ、レンズ１３５１は、光を層１３０５の中に集束および／または屈折させるように構成されることができる。導波管１３００の表面１３１１とレンズ１３５１の少なくとも一部を形成することは、光プロジェクタと導波管との間の光の結合を改良することができ、レンズと導波管との間の整合ステップを排除することによって、組立を単純化することができる。

図１４は、導波管１４００と統合されるレンズ１４６０の少なくとも一部とを伴う別の例示的導波管を図示する。図１４に図示される実施例では、レンズ１４６０全体が、導波管１４００とモノリシックに統合される。レンズ１４６０は、導波管層１４０５の主要表面１４２０と統合されるものとして図示されるが、いくつかの実装では、レンズ１４６０は、導波管層の縁と統合されることができる。光の結合を改良し、組立を単純化することに加えて、レンズを導波管とモノリシックに統合することは、プロジェクタ内のレンズコンポーネントおよび／またはプロジェクタと導波管との間のレンズコンポーネントを排除することによって、導波管ディスプレイデバイスの合計占有面積（例えば、サイズおよび／または重量）を縮小することができる。いくつかの実装では、レンズ１４６０は、球形、円柱、放物線、自由形状レンズから成ることができる。任意の形状も、可能である。いくつかの事例では、レンズ１４６０は、凸レンズであり得る。いくつかの実施例では、レンズ１４６０は、正の屈折力を提供することができる。いくつかの実装では、レンズ１４６０は、凹レンズであり得る。いくつかの実施例では、レンズ１４６０は、負の屈折力を提供することができる。

いくつかの実装では、レンズ１４６０は、別の内部結合光学要素と整合されることができる。例えば、図１５に図示されるように、内部結合光学要素１５３０は、レンズ１５６０を通して通過した後に、光を層１５０５の中に旋回させるように構成されることができる。いくつかの事例では、内部結合光学要素１５３０は、レンズ１５６０が配置される表面１５２０の反対側の層１５０５の表面１５１０上に配置されることができる。いくつかの他の事例では、内部結合光学要素１５３０は、レンズが配置される表面に隣接する表面上に配置されることができる。いくつかの他の事例では、内部結合光学要素１５３０は、レンズが配置される同一表面上に配置されることができる。いくつかの実装では、内部結合光学要素１５３０は、導波管１５００の表面と統合されることができる。例えば、内部結合光学要素１５３０は、本明細書に説明される内部結合光学要素のうちのいずれか（例えば、統合型ファセット、プリズム、旋回ミラー、レンズ、またはそれらの組み合わせ）を含むことができる。

別の実施例として、内部結合光学要素１５３０は、統合型格子を含むことができる。例えば、いくつかの実装では、第１の主要表面１５１０の第１のより小型の表面部分１５１１が、格子の少なくとも一部を形成することができる（例えば、第１のより小型の表面部分１５１１は、起伏のある表面レリーフを含むことができる）。格子は、反射性格子であり得る。いくつかの事例では、格子の線幅は、約２５ｎｍ〜約５５０ｎｍの範囲内（約２５ｎｍ、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、約７０ｎｍ、約７５ｎｍ、約１００ｎｍ、約１５０ｎｍ、約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ、約５５０ｎｍ等）、本範囲内の任意の範囲内（約２５ｎｍ〜約４００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約４００ｎｍ、約２５ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約２５ｎｍ〜約５００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約７５ｎｍ〜約５００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約５５０ｎｍ、約７５ｎｍ〜約５５０ｎｍ等）、これらの範囲内の任意の値、またはそのような値によって形成される任意の範囲内であり得る。他の実施例も、可能である。

いくつかの事例では、格子のピッチは、約１５０ミクロン〜約６５０ミクロン（約１５０ミクロン、約２００ミクロン、約２５０ミクロン、約３００ミクロン、約３５０ミクロン、約４００ミクロン、約４５０ミクロン、約５００ミクロン、約５５０ミクロン、約６００ミクロン、約６５０ミクロン等）、本範囲内の任意の範囲内（約１５０ミクロン〜約５００ミクロン、約１５０ミクロン〜約５５０ミクロン、約１５０ミクロン〜約６００ミクロン、約２００ミクロン〜約５００ミクロン、約２００ミクロン〜約５５０ミクロン、約２００ミクロン〜約６００ミクロン等）、これらの範囲内の任意の値、またはそのような値によって形成される任意の範囲内であり得る。他の実施例も、可能である。

内部結合光学要素の他の実施例が、導波管の表面と統合されることができる。加えて、種々の実装が、内部結合光学要素として本明細書に説明されるが、他の光学要素もまた、導波管の表面と統合されることができる。例えば、光分散要素１０３５、１１３５、１２３５、１３３５、１４３５、１５３５、および／または外部結合光学要素１０４０、１１４０、１２４０、１３４０、１４４０、１５４０は、導波管の表面と統合されることができる。さらに、光分散要素１０３５、１１３５、１２３５、１３３５、１４３５、１５３５、および／または外部結合光学要素１０４０、１１４０、１２４０、１３４０、１４４０、１５４０の種々の実装が、格子として図示されるが、光分散要素および／または外部結合光学要素は、本明細書に説明される統合型光学要素のうちのいずれかであり得る。

いくつかの実装は、視認者が導波管を通して視認しているときに反射を低減させるための１つ以上の反射防止構造を含むことができる。例えば、図１６に示されるように、反射防止構造１６６５が、内部結合光学要素１６３０に隣接して提供される。１つ以上の反射防止構造１６６５はまた、外部結合光学要素１６４０（または光分散要素）に隣接および／または対向して提供されることもできる。１つ以上の反射防止構造１６６５は、導波管１６００の任意の表面部分上に提供されることができる。図１６では、内部結合光学要素１６３０および外部結合光学要素１６４０は、導波管１６００の表面１６２０と統合される格子として図示される（例えば、図１５に示される格子１５３０に類似する）。種々の実装では、光学要素（例えば、内部結合光学要素、外部結合光学要素、および／または光分散要素）は、本明細書に説明される統合型光学要素のうちのいずれかであり得る。

従来の反射防止コーティングを用いると、コーティングの複数の層が、通常、提供され、そのような層で格子を囲繞することは困難であり得る。さらに、概して、従来の反射防止コーティングの各付加的層を提供することと関連付けられるコストが存在する。種々の実装では、反射防止構造の少なくとも一部もまた、導波管の表面と統合されることができる（いくつかの実装では、格子を囲繞することができる）。例えば、導波管１６００の表面部分１６２１が、反射防止構造１６６５の少なくとも一部を形成することができる。いくつかの実装では、反射防止構造１６６５は、表面レリーフパターンを含むことができる。例えば、反射防止構造１６６５は、起伏のあるパターンを備えることができる。いくつかの実装では、起伏のあるパターンは、１つの次元または１つの方向に起伏することができる。いくつかの実装では、起伏のあるパターンは、２つの次元または２つの方向に起伏することができる。起伏のあるパターンは、周期的パターンを含むことができる。例えば、パターンの周期は、約２５ｎｍ〜約２５０ｎｍの範囲内（約２５ｎｍ、約５０ｎｍ、約７５ｎｍ、約１００ｎｍ、約１２５ｎｍ、約１５０ｎｍ、約１７５ｎｍ、約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ等）、本範囲内の任意の範囲内（約２５ｎｍ〜約２００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約７５ｎｍ〜約２００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約７５ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約１００ｎｍ〜約２５０ｎｍ等）、これらの範囲内の任意の値、またはそのような値によって形成される任意の範囲内であり得る。いくつかの実装では、反射防止構造１６６５のピッチは、反射防止構造１６６５が可視光に対して回折性ではないようなものであり得る。他の実施例も、可能である。

いくつかの事例では、パターンの高さは、約５ｎｍ〜約２５０ｎｍの範囲内（約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約５０ｎｍ、約７５ｎｍ、約１００ｎｍ、約１２５ｎｍ、約１５０ｎｍ、約１７５ｎｍ、約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ等）、本範囲内の任意の範囲内（約５ｎｍ〜約２００ｎｍ、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約１０ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約７５ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約１００ｎｍ〜約２５０ｎｍ等）、これらの範囲内の任意の値、またはそのような値によって形成される任意の範囲内であり得る。他の実施例も、可能である。

図１６Ａは、内部結合光学要素に隣接する例示的反射防止構造の拡大画像を示す。図１６Ｂは、例示的反射防止構造の拡大画像を示す。これらの図に示されるように、ナノ構造が、導波管の表面と統合されることができる。種々の実装では、極めて小さいサイズは、構造が反射防止コーティングと同様に作用し得るように、空気と有効屈折率を有することができる。導波管の表面部分の中に統合される反射防止構造が、有利なこととして、導波管の所望の部分上に選択的に提供されることができる。例えば、１つ以上の反射防止構造が、内部結合格子を囲繞するように提供されることができる。

いくつかの実装では、反射防止構造は、表面レリーフパターン上に配置される材料を含むことができる。例えば、いくつかの実施例では、材料は、所望の屈折率を有することができる。いくつかの実装では、反射防止構造は、隣接する導波管によって生成される画像の反射を低減させる（および／または、いくつかの事例では、最小限にする）ことができる。いくつかの実装では、反射防止構造は、光が表面に衝突するにつれて位相遅延を低減させる（および／または、いくつかの事例では、最小限にする）ことができる。

反射防止構造が、光学要素と光学的に整合されることができる。いくつかの事例では、反射防止構造が、別の導波管と関連付けられる光学要素と光学的に整合されることができる。例えば、反射防止構造１６６５は、導波管１６００を通した別の導波管までの光の通過を促進するように構成されることができる。図９Ａを参照すると、種々の実装は、導波管６７０、６８０、６９０のスタック６６０を含んでもよい。図９Ａに図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光が別の内部結合光学要素７００、７１０、７２０を通して通過することなく、各内部結合光学要素７００、７１０、７２０が、その光を受光し得るように、相互から側方にオフセットされることができる。加えて、反射防止構造が、別の導波管と関連付けられる内部結合光学要素と光学的に整合されることができる。例えば、反射防止構造（例えば、図１６に示される１６６５）は、光７８０が、反射防止構造および導波管６７０を通して透過し、導波管６８０の中に結合するために内部結合光学要素７１０に入射し得るように、導波管６８０のための内部結合光学要素（例えば、図９Ａの７１０）の上方の導波管６７０上に位置付けられることができる。別の実施例として、反射防止構造は、導波管から外部結合され、ユーザに指向される光からの反射を低減させる（および／または、いくつかの事例では、最小限にする）ように構成されることができる。いくつかの実装では、反射防止構造が、外部結合光学要素および／または光分散要素と光学的に整合されることができる。図９Ａを参照すると、導波管６８０によって外部結合される光が、導波管６７０を通して通過するため、反射防止構造が、導波管６８０の最近傍の導波管６７０の側面上に位置付けられることができる。他の実施例も、可能である。

本明細書に説明されるように、種々の実装は、統合型光学要素を含むことができる。例えば、いくつかの実装は、光学要素の少なくとも一部（例えば、内部結合光学要素、光分散要素、外部結合光学要素、反射防止構造等）を形成する表面部分を含むことができる。いくつかの実装では、光学要素の少なくとも一部は、導波管の表面を形成するときに形成されることができる。実施例として、いくつかの実装は、光学要素の少なくとも一部が、導波管の表面の中に形成され得るように、成型されることができる。例えば、図１６を参照すると、いくつかの実装は、実質的に光学的に透明な材料の成型された層１６０５を備える、導波管を含むことができる。表面部分１６２１、１６２２は、成型された層１６０５および相互１６２１、１６２２とモノリシックに統合されることができる。表面部分のうちの１つ１６２１は、成型された光学要素１６３０の少なくとも一部を含むことができる。いくつかの実施例では、層１６０５、表面１６１０、１６２０、および表面レリーフパターン１６６５は、成型された光学系を形成することができる。図１０−１５内の導波管１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００もまた、成型されることができる。いくつかの実施例では、層（例えば、１００５、１１０５、１２０５、１３０５、１４０５、１５０５）、第１の表面（例えば、１０１０、１１１０、１２１０、１３１０、１４１０、１５１０）、第２の表面（例えば、１０２０、１１２０、１２２０、１３２０、１４２０、１５２０）、および光学要素の少なくとも一部（例えば、傾転された表面部分１０１１、１１１１、湾曲状表面部分１２１１、１３１１、レンズ１４６０、１５６０、格子１５３０）は、単一の成型された光学系を形成することができる。

導波管１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、またはそれらの組み合わせのうちのいずれかは、導波管スタック２６０（図６）または６６０（図９Ａ−９Ｃ）の導波管のうちの１つとして、例えば、導波管２７０、２８０、２９０、３００、または３１０（図６）、または６７０、６８０、または６９０（図９Ａ−９Ｃ）のうちの１つとして、利用されてもよい。加えて、本明細書に説明される光学要素のうちのいずれかが、導波管のうちのいずれかの上に提供されることができる。例えば、光学要素１０３０、１１３０、１２３０、１３３０、１４６０、１５３０、１５６０、１６３０のうちのいずれかは、内部結合光学要素７００、７１０、または７２０（図９Ａ−９Ｃ）、光分散要素７３０、７４０、または７５０、および／または外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、または６１０（図６）、または８００、８１０、または８２０（図９Ａ−９Ｃ）のうちのいずれかに対応し得る。別の実施例として、光学要素１０３０、１１３０、１２３０、１３３０、１４６０、１５３０、１５６０、１６３０のうちのいずれかは、特徴（例えば、レンズ）３２０、３３０、３４０、３５０、３６０、または６２０（図６）のうちのいずれかに対応し得る。いくつかの実装では、１つ以上の反射防止構造１６６５が、導波管２７０、２８０、２９０、３００、または３１０（図６）、または６７０、６８０、または６９０（図９Ａ−９Ｃ）のうちのいずれかの上に提供されてもよい。さらに、いくつかの実装は、導波管の主要表面と統合されるものとして光学要素１０３０、１１３０、１２３０、１３３０、１４６０、１５３０、１５６０、１６３０、１６６５を説明したが、光学要素１０３０、１１３０、１２３０、１３３０、１４６０、１５３０、１５６０、１６３０、１６６５のうちのいずれかは、導波管の縁（例えば、主要表面の間に延在する表面）と統合されることができる。
（導波管を作製する例示的方法）

本明細書に説明されるように、光学要素の少なくとも一部（例えば、内部結合光学要素、光分散要素、外部結合光学要素、反射防止構造等の少なくとも一部）が、導波管層と統合されてもよい。本明細書に説明されるように、導波管表面の少なくとも一部は、光学要素の少なくとも一部を形成することができ、これは、導波管および導波管を組み込むデバイス／システムの製造を単純化し得る（例えば、より少ないステップ、および／または、存在する場合、より少ない整合問題）。導波管の表面部分と光学要素の少なくとも一部を形成することによって、光学要素の少なくとも一部は、その間に界面を伴わずに、導波管層と完璧に屈折率合致されることができる。さらに、いくつかの実装では、導波管の表面部分と光学要素の少なくとも一部を形成することによって、光学要素が、導波管の選択的部分上に形成されることができる。

種々の実装では、導波管層（例えば、１００５、１２０５、１３０５、１４０５、１５０５、１６０５）は、流動性材料を使用して形成されてもよい。光学要素の少なくとも一部は、インプリンティング、続いて、インプリントされた材料の硬質化または硬化によって、導波管層と統合されてもよい。例示的方法として、導波管は、本明細書に説明されるような成型によって形成されることができる。射出成形等の他のタイプの成型も、使用されることができる。インクジェット、リソグラフィ、および／またはナノインプリンティングもまた、例えば、レンズおよび／またはプリズム等の光学要素を含むために、いくつかの実装では使用されることができる。種々の実装では、本方法は、種々の形状およびサイズ（例えば、マクロレベル、マイクロレベル、および／またはナノレベルサイズの特徴）を形成するため、かつ良好に整合された特徴を形成するために使用されることができる。いくつかの実装はまた、付加的後処理ステップを伴わずに（例えば、研磨を伴わずに）比較的に平坦な表面（例えば、低い表面粗度）を達成することもできる。さらに、いくつかの実装は、繰り返して、比較的に安価に（例えば、安価な材料、機器、および動作）実施されることができる。

図１７Ａ−１７Ｄは、統合型光学要素を伴う導波管を形成する例示的方法を図示する。図１７Ａを参照すると、相互に面するように構成される、一対の金型２００１、２００２が、提供される。金型２００１、２００２のうちの少なくとも１つは、光学要素の少なくとも一部のインプリント２０１１、２０１２を備えることができる。インプリント２０１１、２０１２は、形成されるべき導波管層に画定されるべき光学要素の所望の部分のネガであってもよい。簡単にするために、金型２００１、２００２は、例えば、本明細書に説明されるような１つ以上の統合型格子および／または反射防止構造を形成するように、隆起特徴のパターンを有するものとして図示される。いくつかの他の実装では、インプリントは、プリズム、レンズ、統合型プリズムおよびレンズ、および／または本明細書に説明されるような旋回ミラー（傾転される、および／または湾曲状）の少なくとも一部のネガであってもよい。インプリントは、所望に応じて、任意の光学要素、光学要素の任意の組み合わせ、および／または任意の付加的構造を形成するように、金型２００１、２００２上に提供され得ることを理解されたい。図１７Ａを継続して参照すると、導波管層を形成するための材料２００３の塊が、金型２００１上に（例えば、金型２００１、２００２の間に）堆積されることができる。本明細書に説明されるように、材料２００３は、流動性材料であり得る。例えば、材料２００３は、ポリマー（例えば、樹脂）であり得る。

図１７Ｂを参照すると、金型２００１、２００２は、材料２００３を圧縮し、それによって、導波管層を形成するように、ともにまとめられることができる。例えば、金型２００１、２００１は、金型２００１、２００２のうちの少なくとも１つが、対応するインプリントを材料２００３の中に転写するように、材料２００３と接触することができる。

図１７Ｃを参照すると、圧縮された材料２００３は、硬質化プロセスを受けてもよい。実施例として、圧縮された材料２００３は、材料を硬質化し、実質的に固体の導波管層２００５を形成するように、硬化プロセス（例えば、紫外線光への暴露）を受けてもよい。図示されるように、ネガパターンインプリント２０１１、２０１２は、導波管層２００５内に光学要素の少なくとも一部を画定することができる。

図１７Ｄを参照すると、金型２００１、２００２は、相互に対して離れて移動されることができ、導波管層２００５は、金型２００１、２００２から解放され、それによって、導波管の表面部分が、光学要素の少なくとも一部を形成するように、導波管２０００を形成することができる。いくつかの実装では、付加的ステップが、例えば、光学要素の形成された部分の上に材料を堆積させ、光学要素の残りの部分を加工するように、実施されることができる。例えば、傾転された表面部分（例えば、図１１の１１３０）または湾曲状表面部分（例えば、図１２の１２３０）が、金属化されてもよい。別の実施例として、材料が、表面レリーフパターン（例えば、図１６の１６６５）上に堆積されることができる。

前述の明細書では、本発明は、その具体的実施形態を参照して説明された。しかしながら、種々の修正および変更が、本発明のより広義の精神および範囲から逸脱することなくそこに行われ得ることが明白となるであろう。明細書および図面は、故に、限定的意味ではなく、例証と見なされるべきである。

実際、本開示のシステムおよび方法は、それぞれ、いくつかの革新的側面を有し、そのうちのいかなるものも、本明細書に開示される望ましい属性に単独で関与しない、またはそのために要求されないことを理解されたい。上記に説明される種々の特徴およびプロセスは、相互に独立して使用され得る、または種々の方法で組み合わせられ得る。全ての可能性として考えられる組み合わせおよび副次的組み合わせが、本開示の範囲内に該当することが意図される。

別個の実施形態の文脈において本明細書に説明されるある特徴はまた、単一の実施形態における組み合わせにおいて実装されてもよい。逆に、単一の実施形態の文脈において説明される種々の特徴もまた、複数の実施形態において別個に、または任意の好適な副次的組み合わせにおいて実装されてもよい。さらに、特徴がある組み合わせにおいて作用するものとして上記に説明され、さらに、そのようなものとして最初に請求され得るが、請求される組み合わせからの１つ以上の特徴は、ある場合には、組み合わせから削除されてもよく、請求される組み合わせは、副次的組み合わせまたは副次的組み合わせの変形例を対象とし得る。いかなる単一の特徴または特徴のグループも、あらゆる実施形態に必要または必須ではない。

とりわけ、「〜できる（ｃａｎ）」、「〜し得る（ｃｏｕｌｄ）」、「〜し得る（ｍｉｇｈｔ）」、「〜し得る（ｍａｙ）」、「例えば（ｅ．ｇ．）」、および同等物等の本明細書で使用される条件文は、別様に具体的に記述されない限り、または使用されるような文脈内で別様に理解されない限り、概して、ある実施形態が、ある特徴、要素、および／またはステップを含む一方、他の実施形態がそれらを含まないことを伝えることを意図していることを理解されたい。したがって、そのような条件文は、概して、特徴、要素、および／またはステップが、１つ以上の実施形態に対していかようにも要求されること、または１つ以上の実施形態が、著者の入力またはプロンプトの有無を問わず、これらの特徴、要素、および／またはステップが任意の特定の実施形態において含まれる、または実施されるべきかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを合意することを意図していない。用語「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「〜を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「〜を有する（ｈａｖｉｎｇ）」、および同等物は、同義語であり、非限定的方式で包括的に使用され、付加的要素、特徴、行為、動作等を除外しない。また、用語「または」は、例えば、要素のリストを接続するために使用されると、用語「または」が、リスト内の要素のうちの１つ、いくつか、または全てを意味するように、その包括的意味で使用される（かつその排他的意味で使用されない）。加えて、本願および添付される請求項で使用されるような冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別様に規定されない限り、「１つ以上の」または「少なくとも１つ」を意味すると解釈されるものである。同様に、動作は、特定の順序で図面に描写され得るが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が、示される特定の順序で実施される必要がない、または連続的順序で実施される必要がない、または全ての図示される動作が実施される必要はないことを認識されたい。さらに、図面は、フローチャートの形態で１つ以上の例示的プロセスを図式的に描写し得る。しかしながら、描写されない他の動作も、図式的に図示される例示的方法およびプロセス内に組み込まれ得る。例えば、１つ以上の付加的動作が、図示される動作のいずれかの前に、その後に、それと同時に、またはその間に実施され得る。加えて、動作は、他の実施形態において再配列される、または再順序付けられ得る。ある状況では、マルチタスクおよび並列処理が、有利であり得る。さらに、上記に説明される実施形態における種々のシステムコンポーネントの分離は、全ての実施形態におけるそのような分離を要求するものとして理解されるべきではなく、説明されるプログラムコンポーネントおよびシステムは、概して、単一のソフトウェア製品においてともに統合される、または複数のソフトウェア製品にパッケージ化され得ることを理解されたい。加えて、他の実装も、以下の請求項の範囲内である。ある場合には、請求項に列挙されるアクションは、異なる順序で実施され、依然として、望ましい結果を達成することができる。

故に、請求項は、本明細書に示される実装に限定されることを意図しておらず、本明細書に開示される本開示、原理、および新規の特徴と一貫する最も広い範囲を与えられるべきである。

Claims (62)

1. 導波管であって、
   第１および第２の主要表面を有する、実質的に光学的に透明な材料を含むポリマー層であって、前記第１および第２の主要表面は、画像情報を含有する光が、全内部反射を介して第１および第２の主要表面から反射することによって、ポリマー層を通して伝搬し、前記ポリマー層の中で誘導され得るように構成される、ポリマー層
   を備え、
   前記第１の表面は、前記ポリマー層および相互とモノリシックに統合される第１のより小型の表面部分および第２のより大型の表面部分を含み、前記第１のより小型の表面部分は、前記第２の主要表面および前記第１の主要表面の第２のより大型の表面部分からの反射による前記ポリマー層を通した伝搬のために、内部結合光学要素に入射する光を前記ポリマー層の中に結合するように構成される内部結合光学要素の少なくとも一部を備える、導波管。
2. 前記内部結合光学要素は、前記導波管内で画像情報を含有する光を偏向させるように構成される旋回ミラーを備える、請求項１に記載の導波管。
3. 前記旋回ミラーは、前記第１の主要表面の第２のより大型の表面部分および前記第２の主要表面に対して傾転される前記第１の主要表面の第１のより小型の表面部分を備える、請求項２に記載の導波管。
4. 前記旋回ミラーは、屈折力を有する、請求項２または３に記載の導波管。
5. 前記屈折力付き旋回ミラーは、前記第１の主要表面の第２のより大型の表面部分および前記第２の主要表面に対して湾曲状である前記第１の主要表面の第１のより小型の表面部分を備える、請求項４に記載の導波管。
6. 前記旋回ミラーはさらに、前記第１の主要表面の第１のより小型の表面部分上に配置される金属化を備える、請求項２−５のいずれかに記載の導波管。
7. 前記内部結合光学要素は、レンズを備える、請求項１に記載の導波管。
8. 前記レンズは、前記第１の主要表面の第２のより大型の表面部分および前記第２の主要表面に対して湾曲状である前記第１の主要表面の第１のより小型の表面部分を備える、請求項７に記載の導波管。
9. 前記内部結合光学要素は、格子を備える、請求項１に記載の導波管。
10. 前記格子は、起伏のある表面レリーフを有する前記第１の主要表面の第１のより小型の表面部分を備える、請求項９に記載の導波管。
11. 前記内部結合光学要素の少なくとも一部を含む前記ポリマー層は、成型された光学系を備える、請求項１−１０のいずれかに記載の導波管。
12. 前記複数の表面は、約０．１ｎｍ〜約２．０ｎｍの表面粗度を有する、請求項１−１１のいずれかに記載の導波管。
13. 導波管であって、
    実質的に光学的に透明な材料の成型された層を備える成型された光学系であって、前記成型された層は、第１および第２の主要表面を有し、前記第１および第２の主要表面は、画像情報を含有する光が、全内部反射を介して第１および第２の主要表面から反射することによって、前記成型された層を通して伝搬し、前記成型された層の中で誘導され得るように構成される、成型された光学系
    を備え、
    前記第１の表面は、前記成型された層および相互とモノリシックに統合される第１のより小型の表面部分および第２のより大型の表面部分を含み、前記第１のより小型の表面部分は、前記第２の主要表面および前記第１の主要表面の第２のより大型の表面部分からの反射による前記成型された層を通した伝搬のために、成型された内部結合光学要素に入射する光を前記成型された層の中に結合するように構成される成型された内部結合光学要素の少なくとも一部を備える、導波管。
14. 導波管であって、
    ポリマー層であって、前記ポリマー層は、前記ポリマー層を通して画像情報を含有する光を伝搬するように構成される、ポリマー層と、
    全内部反射によって前記ポリマー層内で前記画像情報を誘導するために十分な複数の表面と、
    傾転された表面部分であって、前記傾転された表面部分は、前記導波管内で画像情報を含有する光を偏向させるように構成される内部結合光学要素の少なくとも一部を形成する、傾転された表面部分と
    を備える、導波管。
15. 前記傾転された表面部分は、前記ポリマー層内にくぼみを形成する、請求項１４に記載の導波管。
16. 前記ポリマー層内の前記くぼみは、前記ポリマー層の厚さの少なくとも１／２である、請求項１５に記載の導波管。
17. 前記ポリマー層内の前記くぼみは、前記ポリマー層の厚さの少なくとも３／４である、請求項１５に記載の導波管。
18. 前記傾転された表面部分は、前記複数の表面に対して約４０°〜５０°で傾転される、請求項１４−１７のいずれかに記載の導波管。
19. 前記内部結合光学要素は、金属化を備える旋回ミラーを備える、請求項１４−１８のいずれかに記載の導波管。
20. 前記傾転された表面部分は、屈折力を提供するための曲率を備える、請求項１４−１９のいずれかに記載の導波管。
21. 前記ポリマー層、前記複数の表面、および前記傾転された表面部分は、成型された光学系を備える、請求項１４−２０のいずれかに記載の導波管。
22. 前記複数の表面は、約０．１ｎｍ〜約２．０ｎｍの表面粗度を有する、請求項１４−２１のいずれかに記載の導波管。
23. 導波管であって、
    光学的に透明な層であって、前記光学的に透明な層は、光学的に透明な材料と、全内部反射によって前記導波管内で画像情報を含有する光を誘導するために十分な複数の表面とを備える、光学的に透明な層と、
    傾転された表面部分であって、前記傾転された表面部分は、光が前記光学的に透明な層内で誘導されるように、前記導波管内で画像情報を含有する光を偏向させるように構成される内部結合光学要素の少なくとも一部を形成し、前記傾転された表面部分は、屈折力を提供するための曲率を備える、傾転された表面部分と
    を備える、導波管。
24. 前記屈折力は、正の屈折力を備える、請求項２３に記載の導波管。
25. 前記傾転された表面部分は、前記光学的に透明な層内の殆どの場所の視点から凹状曲率を有する、請求項２３または２４に記載の導波管。
26. 前記内部結合光学要素は、ミラー、ファセット、プリズム、またはそれらの組み合わせである、請求項２３−２５のいずれかに記載の導波管。
27. 前記内部結合光学要素はさらに、前記傾転された表面部分上に金属層を備える、請求項２３−２６のいずれかに記載の導波管。
28. 前記複数の表面はそれぞれ、約０．１ｎｍ〜約２．０ｎｍの表面粗度を有する、請求項２３−２７のいずれかに記載の導波管。
29. 前記光学的に透明な材料は、ポリマーを含む、請求項２３−２８のいずれかに記載の導波管。
30. 前記光学的に透明な層、複数の表面、および傾転された表面部分は、成型された光学系を備える、請求項２３−２９のいずれかに記載の導波管。
31. 導波管であって、
    光学的に透明な層であって、前記光学的に透明な層は、光学的に透明な材料と、全内部反射によって前記導波管内で画像情報を含有する光を誘導するために十分な第１および第２の表面とを備える、光学的に透明な層と、
    レンズの少なくとも一部を形成する前記第１の表面上の表面部分であって、前記表面部分は、湾曲状である、表面部分と
    を備える、導波管。
32. 前記レンズは、凸レンズを備える、請求項３１に記載の導波管。
33. 前記レンズは、正の屈折力付きレンズを備える、請求項３１または３２に記載の導波管。
34. 前記レンズは、内部結合光学要素と整合され、前記内部結合光学要素は、前記光学的に透明な材料の層の中で誘導されるように、前記レンズを通して前記光学的に透明な材料の層の中に通過した後に、前記内部結合光学要素によって受光される光を旋回させるように構成される、請求項３１−３３のいずれかに記載の導波管。
35. 前記内部結合光学要素は、前記光学的に透明な材料の層の第２の表面上に配置される、請求項３４に記載の導波管。
36. 前記複数の表面はそれぞれ、約０．１ｎｍ〜約２．０ｎｍの表面粗度を有する、請求項３１−３５のいずれかに記載の導波管。
37. 前記光学的に透明な材料は、ポリマーを含む、請求項３１−３６のいずれかに記載の導波管。
38. 前記光学的に透明な層、前記第１および第２の表面、および前記レンズは、成型された光学系を備える、請求項３１−３７のいずれかに記載の導波管。
39. 導波管であって、
    光学的に透明な層であって、前記光学的に透明な層は、光学的に透明な材料と、全内部反射によって前記導波管内で画像情報を含有する光を誘導するために十分な第１および第２の表面とを備える、光学的に透明な層と、
    反射防止構造の少なくとも一部を形成する前記第１の表面上の表面部分であって、前記反射防止構造は、前記第１の表面上に表面レリーフパターンを備える、表面部分と
    を備える、導波管。
40. 前記反射防止構造は、起伏のあるパターンを備える、請求項３９に記載の導波管。
41. 前記反射防止構造は、周期的パターンを備える、請求項３９または４０のいずれかに記載の導波管。
42. 前記周期的パターンは、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの周期を有する、請求項４１に記載の導波管。
43. 前記周期的パターンは、約５ｎｍ〜約２００ｎｍの高さを有する、請求項４１または４２に記載の導波管。
44. 前記表面レリーフパターン上に配置される材料をさらに含む、請求項３９−４３のいずれかに記載の導波管。
45. 前記反射防止構造は、別の導波管と関連付けられる光学要素と光学的に整合される、請求項３９−４４のいずれかに記載の導波管。
46. 前記光学要素は、光を前記別の導波管の中に結合するように構成される光学内部結合要素である、請求項４５に記載の導波管。
47. 前記第１および第２の表面はそれぞれ、約０．１ｎｍ〜約２．０ｎｍの表面粗度を有する、請求項３９−４６のいずれかに記載の導波管。
48. 前記光学的に透明な材料は、ポリマーを含む、請求項３９−４７のいずれかに記載の導波管。
49. 前記光学的に透明な層、前記第１および第２の表面、および前記表面レリーフパターンは、成型された光学系を備える、請求項３９−４８のいずれかに記載の導波管。
50. 請求項１−４９のいずれかに記載の導波管を備える１つ以上の導波管を備える、光学システム。
51. 前記１つ以上の導波管は、請求項１−４９のいずれかに記載の少なくとも２つの導波管を備える、請求項５０に記載の光学システム。
52. 前記光学システムは、光をユーザの眼に投影し、ユーザの視野内で拡張現実画像コンテンツを表示するように構成される頭部搭載型ディスプレイシステムである、請求項５０または５１に記載の光学システム。
53. 前記ユーザの頭部上に支持されるように構成されるフレームと、
    画像を投影するように構成される画像プロジェクタと、
    前記フレーム上に配置される接眼レンズであって、前記接眼レンズは、光を前記ユーザの眼の中に指向し、拡張現実画像コンテンツを前記ユーザの視野に表示するように構成され、前記接眼レンズの少なくとも一部は、透明であり、前記透明部分が、前記ユーザの正面の環境からの光をユーザの眼に透過させ、前記ユーザの正面の環境のビューを提供するように、前記ユーザが前記頭部搭載型ディスプレイシステムを装着すると、前記ユーザの眼の正面の場所に配置され、前記接眼レンズは、前記１つ以上の導波管を備える、接眼レンズと
    をさらに備える、請求項５２に記載の光学システム。
54. 前記画像プロジェクタは、走査ファイバディスプレイを備える、請求項５３に記載の光学システム。
55. 導波管を作製する方法であって、前記方法は、
    第１および第２の金型を提供することであって、前記第１の金型および前記第２の金型は、相互に面し、少なくとも前記第１の金型は、少なくとも１つの内部結合光学要素の少なくとも一部のインプリントを備える、ことと、
    前記第１の金型と第２の金型との間にポリマー材料を提供することと、
    前記第１の金型が、前記少なくとも１つの内部結合光学要素の少なくとも一部の対応するインプリントを前記ポリマー材料の中に転写するように、前記ポリマー材料を前記第１および第２の金型と接触させることと、
    前記ポリマー材料を硬質化プロセスに暴露させることと、
    前記第１および第２の金型から前記ポリマー材料を除去することと
    を含む、方法。
56. 前記ポリマー材料を硬質化プロセスに暴露することは、前記ポリマー材料を紫外線光に暴露することを含む、請求項５５に記載の方法。
57. 前記導波管は、全内部反射によって前記導波管内で画像情報を含有する光を誘導するために十分な複数の表面を備える、請求項５５または５６に記載の方法。
58. 前記複数の表面は、約０．１ｎｍ〜約２．０ｎｍの表面粗度を有する、請求項５７に記載の方法。
59. 前記少なくとも１つの内部結合光学要素は、傾転された表面を備える、請求項５５−５８のいずれかに記載の方法。
60. 前記傾転された表面は、曲率を有する、請求項５９に記載の方法。
61. 前記少なくとも１つの内部結合光学要素は、レンズを備える、請求項５５−６０のいずれかに記載の方法。
62. 前記少なくとも１つの内部結合光学要素は、格子を備える、請求項５５−６１のいずれかに記載の方法。

Images