JP2022544733A - ホログラフィック格子内の屈折率変調矯正 - Google Patents

Abstract

本明細書で開示される技法は、ホログラフィック格子などのホログラフィック光学素子の屈折率変調を矯正することに関する。特定の実施形態によれば、ホログラフィック光学素子またはアポダイズされた格子は、第１の屈折率によって特徴付けられた第１の領域と、第２の屈折率によって特徴付けられた第２の領域とを含むポリマー層を含む。ホログラフィック光学素子またはアポダイズされた格子は、ポリマー層内に拡散された複数のナノ粒子を含む。ナノ粒子は、第１の領域または第２の領域においてより高い濃度を有する。いくつかの実施形態において、ナノ粒子は、屈折率変調を増加させるように構成され得る。いくつかの実施形態において、ナノ粒子は、格子の両側の近くの屈折率変調を減少させることによって格子をアポダイズするように構成され得る。屈折率は、ホログラム製作の前または後に、モノマー槽バッファ層をポリマー層に適用することによって変調され得る。【選択図】図１７

Description

関連出願への相互参照
本出願は、２０１９年８月２３日に出願の米国出願第１６／５５０，０４６号の優先権を主張するものであり、この内容は、あらゆる目的のために参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。

ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）またはヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）システムなどの人工現実システムは一般的に、例えば、ユーザの目の前約１０～２０ｍｍ以内の電子または光学ディスプレイを介して、ヘッドセットまたは眼鏡の形態にあり、ユーザにコンテンツを提示するように構成されるニアアイディスプレイシステムを含む。ニアアイディスプレイシステムは、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、または複合現実（ＭＲ）応用のように、仮想物体を表示し得るか、または実物体の画像を仮想物体と組み合わせ得る。例えば、ＡＲシステムにおいて、ユーザは、例えば、透明なディスプレイグラスまたはレンズを通して見ることによって（しばしば、光学シースルーと呼ばれる）、仮想物体（例えば、コンピュータ生成画像（ＣＧＩ））および周囲環境の両方の画像を見ることができる。

光学シースルーＡＲシステムの一例は、導波路ベースの光学ディスプレイを使用し得、この場合、投射画像の光は、導波路（例えば、透明基板）内にカップリングされ、導波路内を伝播し、異なる場所で導波路からカップリングアウトされ得る。いくつかの実装形態において、投射画像の光は、ホログラフィック格子などの回折光学素子を使用して、導波路内にカップリングされ得るか、または導波路からカップリングアウトされ得る。いくつかの実装形態では、人工現実システムは、ユーザの目（例えば、注視方向）を追跡可能なアイトラッキングサブシステムを使用して、ユーザが見ている方向に基づいてコンテンツを修正または生成し、これにより、より没入型の体験をユーザに提供し得る。アイトラッキングサブシステムは、ホログラフィック光学素子などの様々な光学構成要素を使用して実装され得る。

本開示は、一般に、ホログラフィック光学素子に関する。特定の実施形態によれば、ホログラフィック格子は、ポリマー層を含み得る。ポリマー層は、第１の屈折率によって特徴付けられた第１の領域と、第２の屈折率によって特徴付けられた第２の領域であって、第２の屈折率が第１の屈折率より高い、第２の領域と、ポリマー層内に拡散された複数のナノ粒子であって、ナノ粒子が第１の領域または第２の領域においてより高い濃度を有する、複数のナノ粒子とを含む。

いくつかの実施形態によれば、ホログラフィック格子内では、ナノ粒子はモノマーである。いくつかの実施形態において、ナノ粒子は、第２の領域においてより高い濃度を有し、ナノ粒子は、第２の屈折率より高い第３の屈折率を有する。いくつかの実施形態において、ナノ粒子は、第１の領域においてより高い濃度を有し、ナノ粒子は、第１の屈折率より低い第３の屈折率を有する。いくつかの実施形態において、第１の領域または第２の領域内のナノ粒子は、ポリマー層の厚さに対して実質的に一定の濃度を有する。いくつかの実施形態において、ポリマー層は、多重化体積ブラッグ格子を備える。

特定の実施形態によれば、格子はポリマー層を含む。ポリマー層は、第１の屈折率によって特徴付けられた第１の領域と、第２の屈折率によって特徴付けられた第２の領域であって、第２の屈折率が第１の屈折率より高い、第２の領域と、ポリマー層内に拡散された複数のナノ粒子であって、格子の屈折率変調がアポダイズされるように、ナノ粒子が第１の領域または第２の領域の１つまたは複数におけるポリマー層の表面近くでより高い濃度を有する、複数のナノ粒子とを含む。

特定の実施形態によれば、格子内では、ナノ粒子はモノマーである。いくつかの実施形態において、ナノ粒子は、第１の領域においてより高い濃度を有し、ナノ粒子は、第１の屈折率より高い第３の屈折率を有し、いくつかの実施形態において、ナノ粒子は、第２の領域においてより高い濃度を有し、ナノ粒子は、第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する。いくつかの実施形態において、ポリマー層は、多重化体積ブラッグ格子を含む。

特定の実施形態によれば、ホログラフィック格子は、ポリマーマトリックスを含み得る。ポリマーマトリックスは、第１の屈折率によって特徴付けられた第１の領域と、第２の屈折率によって特徴付けられた第２の領域であって、第２の屈折率が第１の屈折率より高い、第２の領域とを含む。ホログラフィック格子は、ポリマーマトリックス上に配置された樹脂層をさらに含み、樹脂層は、支持層を含み、第１の複数のナノ粒子は、樹脂層の支持層内に拡散される。

特定の実施形態によれば、ホログラフィック格子内では、ナノ粒子はモノマーである。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、第２の複数のナノ粒子をさらに含み、第２の複数のナノ粒子は、第１の領域内の濃度より高い濃度を第２の領域内で有し、第２の複数のナノ粒子は、第２の屈折率より高い第３の屈折率を有する。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、第２の複数のナノ粒子をさらに含み、第２の複数のナノ粒子は、第２の領域内の濃度より高い濃度を第１の領域内で有し、第２の複数のナノ粒子は、第１の屈折率より低い第３の屈折率を有する。いくつかの実施形態において、所与の領域内のナノ粒子は、ポリマーマトリックスの厚さに対して実質的に一定の濃度を有する。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、多重化体積ブラッグ格子を含む。

特定の実施形態によれば、ホログラフィック格子は、以下の処理によって製作され得る。ホログラフィック記録材料層が取得される。ホログラフィック記録材料層が記録光パターンに露光され、記録光パターンは、ホログラフィック記録材料層内に、第１の屈折率を有する第１の領域、および第１の屈折率より高い第２の屈折率を有する第２の領域を作り出す。ホログラフィック記録材料層を記録光パターンに露光した後、第１の複数のナノ粒子を含む第１の樹脂層がホログラフィック記録材料層に適用され、これにより、第１の複数のナノ粒子の少なくとも一部をホログラフィック記録材料層に拡散させる。

特定の実施形態によれば、製作されたホログラフィック格子内では、第１の複数のナノ粒子は、第２の屈折率より高い第３の屈折率を有し、第１の複数のナノ粒子は、第２の領域に優先的に拡散する。いくつかの実施形態において、第１の複数のナノ粒子は、第２の屈折率より低い第３の屈折率を有し、第１の複数のナノ粒子は、第２の領域の上面または下面の１つまたは複数の近くでより高濃縮されるように優先的に拡散する。いくつかの実施形態において、第１の複数のナノ粒子は、第１の屈折率より低い第３の屈折率を有し、第１の複数のナノ粒子は、第１の領域に優先的に拡散する。いくつかの実施形態において、第１の複数のナノ粒子は、第１の屈折率より高い第３の屈折率を有し、第１の複数のナノ粒子は、第１の領域の上面または下面の１つまたは複数の近くでより高濃縮されるようにさらに拡散する。いくつかの実施形態において、ステップは、第１の樹脂層を除去することと、ホログラフィック記録材料層上に基板を配置することとをさらに含む。いくつかの実施形態において、ステップは、第２の複数のナノ粒子を含む第２の樹脂層をホログラフィック記録材料層に適用することであって、これにより、第２の複数のナノ粒子の少なくとも一部をホログラフィック記録材料層に拡散させる、適用することをさらに含む。いくつかの実施形態において、所与の領域内のナノ粒子は、ホログラフィック記録材料層の厚さに対して実質的に一定の濃度を有する。

特定の実施形態によれば、ホログラフィック格子は、以下の処理によって製作され得る。ホログラフィック記録材料層が取得される。第１の複数のナノ粒子を含む第１の樹脂層がホログラフィック記録材料層に適用される。第１の樹脂層を適用した後、ホログラフィック記録材料層が記録光パターンに露光され、記録光パターンは、ホログラフィック記録材料層内に、第１の屈折率を有する第１の領域、および第１の屈折率より高い第２の屈折率を有する第２の領域を作り出し、第１の複数のナノ粒子の少なくとも一部は、第１の樹脂層からホログラフィック記録材料層に拡散する。

特定の実施形態によれば、製作されたホログラフィック格子では、第１の複数のナノ粒子は、第２の屈折率より高い第３の屈折率を有し、第１の複数のナノ粒子は、第２の領域に優先的に拡散する。いくつかの実施形態において、第１の複数のナノ粒子は、第２の屈折率より低い第３の屈折率を有し、第１の複数のナノ粒子は、第２の領域の上面または下面の近くでより高濃縮されるように拡散する。いくつかの実施形態において、第１の複数のナノ粒子は、第１の屈折率より低い第３の屈折率を有し、第１の複数のナノ粒子は、第１の領域に優先的に拡散する。いくつかの実施形態において、第１の複数のナノ粒子は、第１の屈折率より高い第３の屈折率を有し、第１の複数のナノ粒子は、第１の領域の上面または下面の近くでより高濃縮されるように拡散する。いくつかの実施形態において、ステップは、第２の複数のナノ粒子を含む第２の樹脂層をホログラフィック記録材料層に適用することであって、これにより、第２の複数のナノ粒子の少なくとも一部をホログラフィック記録材料層に拡散させる、適用することをさらに含む。いくつかの実施形態において、所与の領域内のナノ粒子は、ホログラフィック記録材料層の厚さに対して実質的に一定の濃度を有する。

この発明の概要は、特許請求された主題の主要または必須の特徴を特定することを意図するものでも、特許請求された主題の範囲を決定するために孤立して使用されることを意図するものでもない。主題は、本開示の明細書全体の適切な部分、任意またはすべての図面、および各特許請求項への参照により理解されるものとする。前述したことは、他の特徴および例と併せて、以下に続く明細書、特許請求の範囲、および添付の図面において、以下により詳細に説明される。

例証的な実施形態は、以下に続く図を参照して、以下に詳細に説明される。

特定の実施形態に従う、ニアアイディスプレイシステムを含む人工現実システム環境の例の簡略ブロック図である。 本明細書に開示される例のいくつかを実施するためのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）デバイスの形態にあるニアアイディスプレイシステムの例の斜視図である。 本明細書に開示される例のいくつかを実施するための眼鏡の形態にあるニアアイディスプレイシステムの例の斜視図である。 特定の実施形態に従う、光学コンバイナを含む導波路ディスプレイを使用した光学シースルー拡張現実システムの例を例証する図である。 体積ブラッグ格子（ＶＢＧ）の例を例証する図である。 図５Ａに示された体積ブラッグ格子のブラッグ条件を例証する図である。 二段フォトポリマーを含むホログラフィック記録材料の例を例証する図である。 体積ブラッグ格子を記録するための記録光線、および体積ブラッグ格子から再構築された光線を例証する図である。 記録ビームと再構築ビームの波動ベクトル、および記録された体積ブラッグ格子の格子ベクトルを例証するホログラフィ運動量図の例の図である。 ホログラフィック光学素子を記録するためのホログラフィック記録システムの例を例証する図である。 異なる屈折率の領域を含む格子の例を例証する図である。 ホログラフィック格子内の屈折率変調の矯正の例を例証する図である。 ホログラフィック格子内の屈折率変調の矯正の例を例証する図である。 ホログラフィック格子内の屈折率変調を矯正するための例となる技法を例証する図である。 ホログラフィック格子内の屈折率変調を矯正するための例となる技法を例証する図である。 ホログラフィック格子内の屈折率変調を矯正するための例となる技法を例証する図である。 いくつかの実施形態に従う、屈折率変調矯正の例を例証する図である。 いくつかの実施形態に従う、屈折率変調矯正の例を例証する図である。 いくつかの実施形態に従う、屈折率変調矯正の例を例証する図である。 いくつかの実施形態に従う、屈折率変調矯正の例を例証する図である。 いくつかの実施形態に従う、格子内の屈折率変調矯正の変動を例証する図である。 いくつかの実施形態に従う、格子内の屈折率変調矯正の変動を例証する図である。 次第に先細になる屈折率矯正を伴う格子を例証する図である。 アポダイズされた格子内の屈折率変調プロフィールの例を例証する図である。 アポダイズされた格子内の屈折率変調プロフィールの例を例証する図である。 いくつかの実施形態に従う、アポダイズされた格子を使用したサイドローブ低減を例証する図である。 いくつかの実施形態に従う、アポダイズされた格子を使用したサイドローブ低減を例証する図である。 特定の実施形態に従う、ホログラフィック光学素子を製作する方法の例を例証する簡易フローチャートである。 いくつかの実施形態に従う、別のホログラフィック光学素子製作方法を示す概略図である。 特定の実施形態に従う、本明細書で開示された例のいくつかを実行するための、ニアアイディスプレイシステム（例えば、ＨＭＤデバイス）の電子システムの例の簡易ブロック図である。

図は、例証の目的のためだけに、本開示の実施形態を描写する。当業者は、以下の説明から、例証された構造および方法の代替の実施形態が、本開示の、原則、または、うたわれた利益から逸脱することなく採用され得ることを理解するものとする。

添付の図において、同様の構成要素および／または特徴は、同じ参照ラベルを有し得る。さらに、同じタイプの様々な構成要素は、参照ラベルにダッシュ記号を続けることによって、および同様の構成要素同士を区別する第２のラベルによって区別され得る。第１の参照ラベルのみが明細書において使用される場合、その説明は、第２の参照ラベルにかかわらず、同じ第１の参照ラベルを有する同様の構成要素のうちの任意の１つに適用可能である。

本明細書で開示される技法は一般に、ホログラフィック光学素子に関する。より詳細には、また限定することなく、本開示は、例えば、多重化格子内の格子の数を増加させ、格子のサイドローブ（および故に、多重化格子内の格子間のクロストーク）を低減させることによって、表示された画像の回折効率および／またはコントラストを改善するために、記録されたホログラフィック光学素子（ＨＯＥ：ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）の屈折率を矯正して、屈折率変調を向上させること、または記録されたホログラフィック光学素子をアポダイズすることに関する。材料、システム、モジュール、デバイス、構成要素、方法、構成物、および同様のものを含む様々な発明の実施形態が本明細書で説明される。

仮想現実、拡張現実（ＡＲ）、および複合現実（ＭＲ）システムを含む人工現実システムなどの様々な光学システムでは、表示された画像の明るさを改善すること、アイボックスを拡大すること、アーチファクトを低減させること、視野を増加させること、および提示されたコンテンツとのユーザ対話を改善することなど、光学システムの性能を改善するために、導波路ディスプレイに入る光、もしくは出て行く光をカップリングすること、または、ユーザの目の運動を追跡することなど、光線カップリングおよび成形のために様々なホログラフィック光学素子が使用され得る。これらのホログラフィック光学素子は、高い屈折率変調、小さいピッチまたは特徴サイズ、高い明瞭度、高い回折効率、および同様のものを有する必要があり得る。

ホログラフィック光学素子の回折効率は、格子の異なる領域内の屈折率の差に関連している。ホログラフィック格子を記録するのに適した材料で利用可能な屈折率変調の範囲が比較的小さいことを考慮に入れると、従来の方法を使用して実現可能な回折効率には限界がある。これらの格子におけるもう１つの限界は回折パターンにおけるサイドローブであり、サイドローブは画像品質に影響を及ぼし得る。多重化格子の場合、格子のサイドローブは他の格子のメインローブと重複することがあり、クロストークを生じる。クロストークを低減させるための１つのオプションは、多重化された格子の数を低減させることであり、多重化された格子は、多くの用途で望ましくない可能性がある。本明細書で説明される技法は、ＨＯＥにおける屈折率変調を増加させて回折効率を改善するため、および／または、ホログラフィック材料層内に多重化され得る格子の数を制限することなく、格子をアポダイズしてサイドローブ／クロストークを除くか、低減させるために、適用することができる。

特定の実施形態によれば、支持マトリックスと、モノマー槽バッファ層（ｍｏｎｏｍｅｒ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｂｕｆｆｅｒ ｌａｙｅｒ）などの支持マトリックス内に拡散されたモノマー（または他のナノ粒子）とを含む樹脂材料の層は、フォトポリマー層内のホログラフィック記録の前または後に、フォトポリマー層上に形成され得る。例えば、モノマーのサイズ、および記録されたホログラフィック光学素子内のモノマーとポリマーとの間の親和力に応じて、樹脂材料の層内のモノマーは、ＨＯＥの低屈折率領域より優先的にＨＯＥの高屈折率領域に拡散してもよく、または、高屈折率領域より優先的に低屈折率領域に拡散してもよい。故に、高屈折率領域（または低屈折領域）内の屈折率は、低屈折率領域（または高屈折率領域）より大きく変化され得る。変化は、樹脂材料の層内のモノマーが拡散領域内の屈折率より高い屈折率を有する場合、拡散領域内の屈折率を増加させること、または、樹脂材料の層内のモノマーが拡散領域内の屈折率より低い屈折率を有する場合、拡散領域内の屈折率を減少させることを含み得る。故に屈折率は、屈折率変調を増加または減少させるために、異なる領域内で選択的に増加または減少され得る。

いくつかの実施形態において、ＨＯＥの低屈折率領域内の屈折率は、より低屈折率のモノマーを低屈折率領域に優先的に拡散することによって減少され得る。いくつかの実施形態において、ＨＯＥの高屈折率領域内の屈折率は、より高屈折率のモノマーを高屈折率領域に優先的に拡散することによって増加され得る。いくつかの実施形態において、ＨＯＥの高屈折率領域内と低屈折率領域内両方の屈折率が増加され得るが、より高い率のモノマーの優先的拡散により、ＨＯＥの高屈折率領域内の屈折率がより大きく増加され得る。いくつかの実施形態において、ＨＯＥの高屈折率領域内と低屈折率領域内両方の屈折率が減少され得るが、より低い率のモノマーの優先的拡散により、ＨＯＥの低屈折率領域内の屈折率がより大きく減少され得る。故に、回折効率を増加させるため、および／または、フォトポリマー材料層内により多くの格子を多重化させるために、ＨＯＥの屈折率変調が増加されることが可能である。

いくつかの実施形態において、樹脂材料の層がモノマーの低い方の濃度を含み得るか、または、拡散が制限時間内に発生するように制御され得、故にモノマーは、ＨＯＥの最大深度を通じて拡散し得ない。結果として、ＨＯＥは、異なる深度で異なる屈折率変調を有し得る。例えば、樹脂材料の層内のモノマーは、より低い屈折率を有し得、屈折率変調がＨＯＥの中心から厚さ方向に次第に先細になり得るように、ＨＯＥの一定の厚さを通じて高屈折率領域に、より優先的に拡散する。いくつかの実施形態において、支持マトリックスとモノマーを含む樹脂材料の層は、屈折率変調がＨＯＥの中心から厚さ方向に両側へ次第に先細になり得るように、フォトポリマー層の両側に形成され、ベル状の屈折率変調プロフィールを形成し得る。故に、ＨＯＥは、回折効率曲線におけるサイドローブ、および故に、多重化格子内の格子間のクロストークを低減させるようにアポダイズされ得る。

いくつかの実施形態において、支持マトリックスと、支持マトリックス内に拡散されたモノマー（または他のナノ粒子）とを含む樹脂材料の層は、ＨＯＥが記録され、被覆層が除去された後、形成され得、樹脂材料の層内のモノマーの拡散後の最終的なデバイスに残っていても残っていなくてもよい。いくつかの実施形態において、樹脂材料の層（例えば、モノマー槽バッファ層）は、ホログラフィック記録の前にフォトポリマー層上に形成され得、最終的なデバイスに残っていても残っていなくてもよい。例えば、モノマー槽バッファ層の支持マトリックスは基板と同様であってもよく、モノマーがＨＯＥに拡散した後、最終的なデバイスに残っていてもよい。

本明細書で使用されるように、可視光は、波長が約３８０ｎｍと約７５０ｎｍの間、約４００ｎｍと約７００ｎｍの間、または約４４０ｎｍと約６５０ｎｍの間の光を指し得る。近赤外線（ＮＩＲ：Ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ）光は、波長が約７５０ｎｍから約２５００ｎｍの間の光を指し得る。所望の赤外線（ＩＲ：ｉｎｆｒａｒｅｄ）波長範囲は、８３０ｎｍと８６０ｎｍの間、９３０ｎｍと９８０ｎｍの間、または約７５０ｎｍから約１０００ｎｍの間など、適切なＩＲセンサ（例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ、またはＩｎＧａＡｓセンサ）によって検出可能なＩＲ光の波長範囲を指し得る。

本明細書においてさらに使用されるように、基板は、光が伝搬し得る媒体を指し得る。基板は、ガラス、クォーツ、プラスチック、ポリマー、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、水晶、またはセラミックなどの、誘電材料の１つまたは複数のタイプを含むことができる。基板の材料の少なくとも１つのタイプは、可視光およびＮＩＲ光に対して透明であり得る。基板の厚さは、例えば約１ｍｍ未満から約１０ｍｍ以上に及ぶ。本明細書で使用されるように、材料は、６０％、７５％、８０％、９０％、９５％、９８％、９９％、またはそれ以上などの高い透過レートで光線が材料を通過可能な場合、光線に対して「透明」であり得、ここで、光線の小部分（例えば、４０％、２５％、２０％、１０％、５％、２％、１％、またはそれ以下）は、材料によって散乱、反射、または吸収され得る。透過レート（すなわち透過率）は、波長の範囲の全体にわたって明順応的に（ｐｈｏｔｏｐｉｃａｌｌｙ）重みづけされたもしくは重みづけされていない平均透過レート、または可視波長範囲などの波長の範囲にわたる最低透過レートによって表され得る。

本明細書においてさらに使用されるように、用語「支持マトリックス」は、重合可能成分が溶解される、拡散される、埋め込まれる、囲まれる等の、材料、媒体、実体等を指す。いくつかの実施形態において、支持マトリックスは典型的には、低Ｔ_ｇポリマーである。ポリマーは、有機、無機、またはこの２つの混合であってもよい。具体的に限定されることなく、ポリマーは熱硬化性または熱可塑性であり得る。

本明細書においてさらに使用されるように、用語「重合可能成分」は、１つまたは複数の光活性重合可能材料、ならびに場合によっては、ポリマーを形成可能な１つまたは複数の追加の重合可能材料（例えば、モノマーおよび／またはオリゴマー）を指す。

本明細書においてさらに使用されるように、用語「光活性重合可能材料」は、光開始光源（例えば、記録光）に露光されることによって活性化された光開始剤の存在下で重合するモノマー、オリゴマー、およびその組み合わせを指す。硬化を受ける官能基に関しては、光活性重合可能材料は、少なくとも１つのこのような官能基を含む。Ｎ－メチルマレイミド、誘導体化アセトフェノン等の光開始剤でもある光活性重合可能材料が存在することもわかっており、しかも、このようなケースでは、本開示の光活性モノマーおよび／またはオリゴマーが光開始剤にもなり得ることがわかっている。

本明細書においてさらに使用されるように、用語「フォトポリマー」は、１つまたは複数の光活性重合可能材料、ならびに場合によっては、１つまたは複数の追加のモノマーおよび／またはオリゴマーによって形成されたポリマーを指す。

以下の説明において、説明の目的のため、特定の詳細事項は、本開示の例の完全な理解を提供するために明記される。しかしながら、様々な例が、これらの特定の詳細事項なしに実践され得ることは明白である。例えば、デバイス、システム、構造体、アセンブリ、方法、および他の構成要素は、不必要な詳細事項において例を不明瞭にすることがないように、ブロック図の形態にある構成要素として示され得る。他の場合において、周知のデバイス、プロセス、システム、構造体、および技法は、例を不明瞭にすることを回避するために、必要な詳細事項なしに示され得る。図および説明は、制限的であることは意図されない。本開示において採用されている用語および表現は、制限ではなく説明の用語として使用され、そのような用語および表現の使用において、示され説明される特徴の任意の等価物またはそれらの部分を排除する意図はない。「例」という言葉は、「例、事例、または例証としての役割を果たす」ことを意味するために本明細書で使用される。「例」として本明細書に説明される任意の実施形態または設計は、必ずしも、他の実施形態または設計よりも、好ましい、または有利であると解釈されるべきではない。

図１は、特定の実施形態に従う、ニアアイディスプレイシステム１２０を含む人工現実システム環境１００の例の簡略ブロック図である。図１に示される人工現実システム環境１００は、ニアアイディスプレイシステム１２０、任意選択の撮像デバイス１５０、および、各々が任意選択のコンソール１１０に結合され得る、任意選択の入力／出力インターフェース１４０を含み得る。図１は、１つのニアアイディスプレイシステム１２０、１つの撮像デバイス１５０、および１つの入力／出力インターフェース１４０を含む例となる人工現実システム環境１００を示すが、任意の数のこれらの構成要素が、人工現実システム環境１００に含まれてもよく、または構成要素のうちのいずれかが省略されてもよい。例えば、コンソール１１０と通信状態にある１つまたは複数の外部撮像デバイス１５０によって監視される複数のニアアイディスプレイシステム１２０が存在してもよい。いくつかの構成において、人工現実システム環境１００は、撮像デバイス１５０、任意選択の入力／出力インターフェース１４０、および任意選択のコンソール１１０を含まなくてもよい。代替の構成において、異なるまたは追加の構成要素が、人工現実システム環境１００に含まれてもよい。いくつかの構成では、ニアアイディスプレイシステム１２０は、手持ちコントローラなどの１つまたは複数の入出力デバイス（例えば、入力／出力インターフェース１４０）を追跡するために使用され得る撮像デバイス１５０を含むことができる。

ニアアイディスプレイシステム１２０は、ユーザにコンテンツを提示するヘッドマウントディスプレイであってもよい。ニアアイディスプレイシステム１２０によって提示されるコンテンツの例は、画像、動画、音声、またはそれらの何らかの組み合わせのうちの１つまたは複数を含む。いくつかの実施形態において、音声は、ニアアイディスプレイシステム１２０、コンソール１１０、または両方から音声情報を受信し、この音声情報に基づいて音声データを提示する外部デバイス（例えば、スピーカおよび／またはヘッドフォン）を介して提示され得る。ニアアイディスプレイシステム１２０は、互いに剛結合または非剛結合され得る１つまたは複数の剛体を含み得る。剛体同士の剛結合は、結合した剛体を単一の剛実体として作用させ得る。剛体同士の非剛結合は、剛体が互いに対して移動することを可能にし得る。様々な実施形態において、ニアアイディスプレイシステム１２０は、眼鏡を含む、任意の好適な形状因子で実装され得る。ニアアイディスプレイシステム１２０のいくつかの実施形態は、以下にさらに説明される。加えて、様々な実施形態において、本明細書に説明される機能性は、ニアアイディスプレイシステム１２０の外部の環境の画像および人工現実コンテンツ（例えば、コンピュータ生成画像）を組み合わせるヘッドセットにおいて使用され得る。したがって、ニアアイディスプレイシステム１２０は、拡張現実をユーザに提示するために、生成されたコンテンツ（例えば、画像、動画、音など）を用いてニアアイディスプレイシステム１２０の外部の物理的な現実世界環境の画像を拡張し得る。

様々な実施形態において、ニアアイディスプレイシステム１２０は、ディスプレイ電子機器１２２、ディスプレイ光学系１２４、およびアイトラッキングシステム１３０のうちの１つまたは複数を含み得る。いくつかの実施形態において、ニアアイディスプレイシステム１２０はまた、１つまたは複数のロケータ１２６、１つまたは複数の位置センサ１２８、および慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１３２を含み得る。ニアアイディスプレイシステム１２０は、これらの要素のうちのいずれかを省略し得るか、または様々な実施形態において追加の要素を含み得る。加えて、いくつかの実施形態において、ニアアイディスプレイシステム１２０は、図１と併せて説明される様々な要素の機能を組み合わせた要素を含み得る。

ディスプレイ電子機器１２２は、例えば、コンソール１１０から受信されるデータに従って、ユーザに対して画像を表示し得るか、または画像の表示を促進し得る。様々な実施形態において、ディスプレイ電子機器１２２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、無機発光ダイオード（ＩＬＥＤ）ディスプレイ、微小発光ダイオード（μＬＥＤ）ディスプレイ、アクティブマトリクスＯＬＥＤディスプレイ（ＡＭＯＬＥＤ）、透明ＯＬＥＤディスプレイ（ＴＯＬＥＤ）、または何らかの他のディスプレイなど、１つまたは複数の表示パネルを含み得る。例えば、ニアアイディスプレイシステム１２０の１つの実装形態において、ディスプレイ電子機器１２２は、前面ＴＯＬＥＤパネル、背面表示パネル、および前面表示パネルと背面表示パネルとの間の光学構成要素（例えば、減衰器、偏光子、または回折もしくは分光フィルム）を含み得る。ディスプレイ電子機器１２２は、赤、緑、青、白、または黄などの主色の光を放出するために画素を含み得る。いくつかの実装形態において、ディスプレイ電子機器１２２は、画像の奥行きの主観的知覚を作り出すために、二次元パネルによって生成される立体効果を通じて三次元（３Ｄ）画像を表示し得る。例えば、ディスプレイ電子機器１２２は、ユーザの左目および右目の前にそれぞれ位置付けられる左ディスプレイおよび右ディスプレイを含み得る。左および右ディスプレイは、立体視効果（すなわち、画像を見ているユーザによる画像の奥行きの知覚）を作り出すために、互いに対して水平にシフトされた画像のコピーを提示し得る。

特定の実施形態において、ディスプレイ光学系１２４は、画像コンテンツを（例えば、光導波路およびカプラを使用して）光学的に表示し、ディスプレイ電子機器１２２から受信される画像光を拡大し、画像光と関連付けられた光学誤差を補正し、補正した画像光をニアアイディスプレイシステム１２０のユーザに提示し得る。様々な実施形態において、ディスプレイ光学系１２４は、例えば、基板、光導波路、アパーチャ、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、入力／出力カプラ、またはディスプレイ電子機器１２２から放出される画像光に影響を及ぼし得る任意の他の好適な光学素子など、１つまたは複数の光学素子を含み得る。ディスプレイ光学系１２４は、異なる光学素子の組み合わせ、ならびに組み合わせた光学素子の相対的な間隔および配向を維持するための機械的結合を含み得る。ディスプレイ光学系１２４内の１つまたは複数の光学素子は、反射防止コーティング、反射コーティング、フィルタリングコーティング、または異なる光学コーティングの組み合わせなど、光学コーティングを有し得る。

ディスプレイ光学系１２４による画像光の拡大は、ディスプレイ電子機器１２２が、物理的により小さくなること、重さが軽くなること、およびより大きいディスプレイよりも少ない電力を消費することを可能にし得る。加えて、拡大は、表示コンテンツの視野を増大させ得る。ディスプレイ光学系１２４による画像光の拡大の量は、光学素子を調節すること、追加すること、またはディスプレイ光学系１２４から除去することによって変更され得る。いくつかの実施形態において、ディスプレイ光学系１２４は、ニアアイディスプレイシステム１２０よりもユーザの目から離れたところにあり得る１つまたは複数の画像平面に表示画像を投射し得る。

ディスプレイ光学系１２４はまた、二次元光学誤差、三次元光学誤差、またはそれらの組み合わせなど、１つまたは複数のタイプの光学誤差を補正するように設計され得る。二次元誤差は、２つの次元に発生する光学収差を含み得る。二次元誤差の例となるタイプは、たる形ひずみ、糸巻形ひずみ、軸上色収差、および倍率色収差を含み得る。三次元誤差は、３つの次元に発生する光学誤差を含み得る。三次元誤差の例となるタイプは、球面収差、コマ収差、像面湾曲、および非点収差を含み得る。

ロケータ１２６は、互いに対してニアアイディスプレイシステム１２０上の特定の位置に、およびニアアイディスプレイシステム１２０上の基準点に対して、位置する物体であり得る。いくつかの実装形態において、コンソール１１０は、人工現実ヘッドセットの位置、配向、または両方を決定するために、撮像デバイス１５０によって捕捉される画像内でロケータ１２６を特定し得る。ロケータ１２６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、コーナーキューブリフレクタ、反射マーカ、ニアアイディスプレイシステム１２０が動作する環境と対照をなす光源のタイプ、またはそれらの何らかの組み合わせであってもよい。ロケータ１２６がアクティブ構成要素（例えば、ＬＥＤまたは他のタイプの発光デバイス）である実施形態において、ロケータ１２６は、可視バンド（例えば、約３８０ｎｍ～７５０ｎｍ）、赤外（ＩＲ）バンド（例えば、約７５０ｎｍ～１ｍｍ）、紫外バンド（例えば、約１０ｎｍ～約３８０ｎｍ）、電磁スペクトルの別の部分、または電磁スペクトルの部分の任意の組み合わせで光を放出し得る。

撮像デバイス１５０は、ニアアイディスプレイシステム１２０の一部でもよく、または、ニアアイディスプレイシステム１２０の外部にあってもよい。撮像デバイス１５０は、コンソール１１０から受信された較正パラメータに基づいて低速較正データを生成し得る。低速較正データは、撮像デバイス１５０によって検出可能なロケータ１２６の観察位置を示す１つまたは複数の画像を含むことができる。撮像デバイス１５０は、１つもしくは複数のカメラ、１つもしくは複数のビデオカメラ、ロケータ１２６のうちの１つもしくは複数を含む画像を捕捉することができる任意の他のデバイス、またはそれらの何らかの組み合わせを含み得る。加えて、撮像デバイス１５０は、１つまたは複数のフィルタを含み得る（例えば、信号対雑音比を増加させるため）。撮像デバイス１５０は、撮像デバイス１５０の視野内のロケータ１２６から放出または反射される光を検出するように構成され得る。ロケータ１２６がパッシブ素子（例えば、逆反射体）である実施形態において、撮像デバイス１５０は、ロケータ１２６のうちのいくつかまたはすべてを照明する光源を含み得、これらのロケータ１２６は、撮像デバイス１５０内の光源に光を再帰反射し得る。低速較正データが、撮像デバイス１５０からコンソール１１０へ通信され得、撮像デバイス１５０は、１つまたは複数の撮像パラメータ（例えば、焦点距離、焦点、フレームレート、センサ温度、シャッター速度、アパーチャなど）を調節するために、コンソール１１０から１つまたは複数の較正パラメータを受信し得る。

位置センサ１２８は、ニアアイディスプレイシステム１２０の動きに応答して１つまたは複数の測定信号を生成し得る。位置センサ１２８の例は、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、他の動き検出もしくは誤差補正センサ、またはそれらの何らかの組み合わせを含み得る。例えば、いくつかの実施形態において、位置センサ１２８は、並進運動（例えば、前後、上下、または左右）を測定するための複数の加速度計、および回転運動（例えば、ピッチ、ヨー、またはロール）を測定するための複数のジャイロスコープを含み得る。いくつかの実施形態において、様々な位置センサは、互いに直交して配向され得る。

ＩＭＵ１３２は、位置センサ１２８のうちの１つまたは複数から受信される測定信号に基づいて高速較正データを生成する電子デバイスであってもよい。位置センサ１２８は、ＩＭＵ１３２の外部に、ＩＭＵ１３２の内部に、またはそれらの何らかの組み合わせで、位置し得る。１つまたは複数の位置センサ１２８からの１つまたは複数の測定信号に基づいて、ＩＭＵ１３２は、ニアアイディスプレイシステム１２０の初期位置に対するニアアイディスプレイシステム１２０の推定位置を示す高速較正データを生成し得る。例えば、ＩＭＵ１３２は、速度ベクトルを推定するために加速度計から経時的に受信される測定信号を統合し、ニアアイディスプレイシステム１２０上の基準点の推定位置を決定するために速度ベクトルを経時的に統合し得る。代替的に、ＩＭＵ１３２は、高速較正データを決定し得るコンソール１１０にサンプリングされた測定信号を提供し得る。基準点は、一般的に、空間内の点として規定され得るが、様々な実施形態において、基準点はまた、ニアアイディスプレイシステム１２０内の点（例えば、ＩＭＵ１３２の中心）として規定され得る。

アイトラッキングシステム１３０は、１つまたは複数のアイトラッキングシステムを含み得る。アイトラッキングは、ニアアイディスプレイシステム１２０に対する、目の配向および場所を含む目の位置を決定することを指し得る。アイトラッキングシステムは、１つまたは複数の目を撮像するために撮像システムを含み得、一般的に、目によって反射される光が撮像システムによって捕捉され得るように目に向けられる光を生成し得る発光体を含み得る。例えば、アイトラッキングシステム１３０は、可視スペクトルまたは赤外スペクトルで光を放出する非コヒーレント光源またはコヒーレント光源（例えば、レーザダイオード）、およびユーザの目によって反射される光を捕捉するカメラを含み得る。別の例として、アイトラッキングシステム１３０は、小型レーダーユニットによって放出された反射電波を捕捉し得る。アイトラッキングシステム１３０は、目を傷つけない、または身体的な不快感を引き起こさない周波数および強度で光を放出する低出力発光体を使用し得る。アイトラッキングシステム１３０は、アイトラッキングシステム１３０によって消費される電力全体を低減（例えば、アイトラッキングシステム１３０に含まれる発光体および撮像システムによって消費される電力を低減）しながら、アイトラッキングシステム１３０によって捕捉された目の画像におけるコントラストを増大させるように配置され得る。例えば、いくつかの実装形態において、アイトラッキングシステム１３０は、１００ミリワット未満の電力を消費し得る。

アイトラッキングシステム１３０は、ユーザの目の向きを推定するように構成され得る。目の向きは、ニアアイディスプレイシステム１２０内のユーザの注視の方向に対応し得る。ユーザの目の向きは、（光受容体が最も集中している目の網膜上のエリアのような）中心窩と、目の瞳孔の中心との間の軸である中心窩軸の方向と定義され得る。一般に、ユーザの目が一点に固定されるとき、ユーザの目の中心窩軸はこの点と交わる。目の瞳孔軸は、瞳孔の中心を通過し、角膜表面に垂直な軸と定義され得る。一般に、瞳孔軸と中心窩軸が瞳孔の中心で交わったとしても、瞳孔軸は、中心窩軸と直接整列していないことがある。例えば、中心窩軸の向きは、およそ－１°から８°横に、および約±４°垂直に瞳孔軸からオフセットされ得る（これはカッパ角と呼ばれることがあり、人によって変化し得る）。目の後部に位置する中心窩に従って中心窩軸が定義されるので、中心窩軸は、いくつかのアイトラッキングの実施形態において、直接測定するのが困難または不可能になり得る。故に、いくつかの実施形態において、瞳孔軸の向きが検出され得、中心窩軸は、検出された瞳孔軸に基づいて推定され得る。

一般に、目の動きは、目の角回転だけでなく、目の移動、目の回旋の変化、および／または目の形状の変化にも対応する。アイトラッキングシステム１３０は、眼窩に対する目の位置の変化であり得る目の移動を検出するようにさらに構成され得る。いくつかの実施形態において、目の移動は直接検出され得ないが、検出された角度方向からのマッピングに基づいて近似され得る。例えば、ユーザの頭のニアアイディスプレイシステム１２０の位置の移動による、アイトラッキングシステムに対する目の位置の変化に対応する目の移動も検出され得る。アイトラッキングシステム１３０は、目の回旋、および瞳孔軸のまわりの目の回転も検出し得る。アイトラッキングシステム１３０は、目の検出された回旋を使用して、瞳孔軸からの中心窩軸の向きを推定し得る。いくつかの実施形態において、アイトラッキングシステム１３０は、斜交もしくはスケーリング線形変換（ｓｋｅｗ ｏｒ ｓｃａｌｉｎｇ ｌｉｎｅａｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、または（例えば、ねじり変形による）ねじり歪みとして近似され得る目の形状の変化も追跡し得る。いくつかの実施形態において、アイトラッキングシステム１３０は、瞳孔軸の角度方向、目の移動、目の回旋、および目の現在の形状のいくつかの組み合わせに基づいて中心窩軸を推定し得る。

いくつかの実施形態において、アイトラッキングシステム１３０は、目の全部または一部に構造化光パターンを投射可能な複数のエミッタまたは少なくとも１つのエミッタを含み得る。構造化光パターンは、オフセット角から見たときの目の形状によって歪み得る。アイトラッキングシステム１３０は、目に投射された構造化光パターンの歪み（もしあれば）を検出し得る少なくとも１つのカメラも含み得る。カメラは、エミッタとは異なる、目に対する軸上に向けられ得る。目の表面上の構造化光パターンの変形を検出することによって、アイトラッキングシステム１３０は、構造化光パターンによって照らされている目の部分の形状を決定し得る。故に、捕捉された歪んだ光パターンは、目の照らされた部分の３Ｄ形状を示す性質をもち得る。故に、目の向きは、目の照らされた部分の３Ｄ形状から導出され得る。アイトラッキングシステム１３０は、カメラによって捕捉された歪んだ構造化光パターンの画像に基づいて、瞳孔軸、目の移動、目の回旋、および目の現在の形状も推定可能である。

ニアアイディスプレイシステム１２０は、例えば、ユーザの瞳間距離（ＩＰＤ）を決定するため、視線方向を決定するため、奥行きの手がかりを導入するため（例えば、ユーザの主な視線の外側のぶれ画像）、ＶＲメディア内のユーザインタラクションに関するヒューリスティックスを収集するため（例えば、露光刺激の関数としての任意の特定の対象、物体、またはフレームに費やした時間）、ユーザの目の少なくとも一方の配向に部分的に基づくいくつかの他の機能、またはそれらの何らかの組み合わせのために、目の配向を使用し得る。配向がユーザの両目に対して決定され得ることから、アイトラッキングシステム１３０は、ユーザがどこを見ているのかを決定することが可能であり得る。例えば、ユーザの視線の方向を決定することは、ユーザの左目および右目の決定された配向に基づいて収束点を決定することを含み得る。収束点は、ユーザの目の２つの中心窩軸が交差する点であり得る。ユーザの視線の方向は、収束点およびユーザの目の瞳の間の中点を通過する線の方向であり得る。

入力／出力インターフェース１４０は、ユーザがコンソール１１０にアクション要求を送信することを可能にするデバイスであってもよい。アクション要求は、特定のアクションを実施するための要求であってもよい。例えば、アクション要求は、アプリケーションを開始すること、もしくは終了すること、またはアプリケーション内で特定のアクションを実施することであってもよい。入力／出力インターフェース１４０は、１つまたは複数の入力デバイスを含み得る。例となる入力デバイスは、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、グローブ、ボタン、タッチスクリーン、または、アクション要求を受信し、受信したアクション要求をコンソール１１０に通信するための任意の他の好適なデバイスを含み得る。入力／出力インターフェース１４０によって受信されたアクション要求は、コンソール１１０に通信され得、このコンソール１１０が、要求されたアクションに対応するアクションを実施し得る。いくつかの実施形態において、入力／出力インターフェース１４０は、コンソール１１０から受信した命令に従ってユーザに触覚フィードバックを提供し得る。例えば、入力／出力インターフェース１４０は、アクション要求が受信されるとき、またはコンソール１１０が要求されたアクションをすでに実施しており、命令を入力／出力インターフェース１４０に通信するとき、触覚フィードバックを提供し得る。いくつかの実施形態において、撮像デバイス１５０は、コントローラ（例えば、ＩＲ光源を含み得る）またはユーザの手の場所または位置を追跡してユーザの動きを決定することなど、入力／出力インターフェース１４０を追跡するために使用され得る。いくつかの実施形態において、ニアアイディスプレイ１２０は、コントローラまたはユーザの手の場所または位置を追跡してユーザの動きを決定することなど、入力／出力インターフェース１４０を追跡するために１つまたは複数の撮像デバイス（例えば、撮像デバイス１５０）を含み得る。

コンソール１１０は、撮像デバイス１５０、ニアアイディスプレイシステム１２０、および入力／出力インターフェース１４０のうちの１つまたは複数から受信される情報に従ったユーザに対する提示のため、ニアアイディスプレイシステム１２０にコンテンツを提供し得る。図１に示される例において、コンソール１１０は、アプリケーションストア１１２、ヘッドセットトラッキングモジュール１１４、人工現実エンジン１１６、およびアイトラッキングモジュール１１８を含み得る。コンソール１１０のいくつかの実施形態は、図１と併せて説明されるものとは異なるモジュールまたは追加のモジュールを含み得る。以下にさらに説明される機能は、ここに説明されるものとは異なる様式で、コンソール１１０の構成要素に分散され得る。

いくつかの実施形態において、コンソール１１０は、プロセッサ、およびプロセッサによって実行可能な命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含み得る。プロセッサは、命令を並行して実行する複数の処理ユニットを含み得る。コンピュータ可読記憶媒体は、ハードディスクドライブ、リムーバブルメモリ、ソリッドステートドライブ（例えば、フラッシュメモリまたはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ））など、任意のメモリであってもよい。様々な実施形態において、図１と併せて説明されるコンソール１１０のモジュールは、プロセッサによって実行されるとき、以下にさらに説明される機能をプロセッサに実施させる非一時的なコンピュータ可読記憶媒体内の命令として符号化され得る。

アプリケーションストア１１２は、コンソール１１０による実行のための１つまたは複数のアプリケーションを記憶し得る。アプリケーションは、プロセッサによって実行されるとき、ユーザに対する提示のためのコンテンツを生成する命令のグループを含み得る。アプリケーションによって生成されるコンテンツは、ユーザの目の運動を介してユーザから受信される入力、または入力／出力インターフェース１４０から受信される入力に応答したものであり得る。アプリケーションの例は、ゲーミングアプリケーション、会議アプリケーション、動画再生アプリケーション、または他の好適なアプリケーションを含み得る。

ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、撮像デバイス１５０からの低速較正情報を使用してニアアイディスプレイシステム１２０の運動を追跡し得る。例えば、ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、低速較正情報からの観察したロケータおよびニアアイディスプレイシステム１２０のモデルを使用してニアアイディスプレイシステム１２０の基準点の位置を決定し得る。ヘッドセットトラッキングモジュール１１４はまた、高速較正情報からの位置情報を使用してニアアイディスプレイシステム１２０の基準点の位置を決定し得る。加えて、いくつかの実施形態において、ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、ニアアイディスプレイシステム１２０の今後の場所を予測するために、高速較正情報、低速較正情報、またはそれらの何らかの組み合わせの部分を使用し得る。ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、ニアアイディスプレイシステム１２０の推定または予測した今後の位置を人工現実エンジン１１６に提供し得る。

ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、１つまたは複数の較正パラメータを使用して人工現実システム環境１００を較正し得、１つまたは複数の較正パラメータを調節して、ニアアイディスプレイシステム１２０の位置を決定する際の誤差を低減させ得る。例えば、ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、撮像デバイス１５０の焦点を調節して、ニアアイディスプレイシステム１２０上の観察されるロケータのより正確な位置を取得し得る。その上、ヘッドセットトラッキングモジュール１１４によって実施された較正は、ＩＭＵ１３２から受信された情報も考慮に入れ得る。さらに、ニアアイディスプレイシステム１２０の追跡が迷うと（例えば、撮像デバイス１５０が少なくとも閾値数のロケータ１２６の視線を見失うと）、ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、較正パラメータのいくつかまたはすべてを再較正し得る。

人工現実エンジン１１６は、人工現実システム環境１００内でアプリケーションを実行し、ニアアイディスプレイシステム１２０の位置情報、ニアアイディスプレイシステム１２０の加速度情報、ニアアイディスプレイシステム１２０の速度情報、ニアアイディスプレイシステム１２０の予測した今後の位置、またはそれらの何らかの組み合わせをヘッドセットトラッキングモジュール１１４から受信し得る。人工現実エンジン１１６はまた、推測した目の位置および配向情報をアイトラッキングモジュール１１８から受信し得る。受信した情報に基づいて、人工現実エンジン１１６は、ユーザへの提示のためにニアアイディスプレイシステム１２０に提供するためのコンテンツを決定し得る。例えば、受信した情報が、ユーザが左を見たことを示す場合、人工現実エンジン１１６は、仮想環境におけるユーザの目の運動を反射する、ニアアイディスプレイシステム１２０のためのコンテンツを生成し得る。加えて、人工現実エンジン１１６は、入力／出力インターフェース１４０から受信されるアクション要求に応答してコンソール１１０に対して実行するアプリケーション内のアクションを実施し、アクションが実施されたことを示すフィードバックをユーザに提供し得る。フィードバックは、ニアアイディスプレイシステム１２０を介した視覚もしくは可聴フィードバック、または入力／出力インターフェース１４０を介した触覚フィードバックであり得る。

アイトラッキングモジュール１１８は、アイトラッキングシステム１３０からアイトラッキングデータを受信し、アイトラッキングデータに基づいてユーザの目の位置を決定し得る。目の位置は、ニアアイディスプレイシステム１２０に対する目の配向、場所、もしくは両方、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。目の回転軸が眼窩内の目の場所の関数として変化することから、眼窩内の目の場所を決定することは、アイトラッキングモジュール１１８が目の配向をより正確に決定することを可能にし得る。

いくつかの実施形態において、アイトラッキングモジュール１１８は、アイトラッキングシステム１３０によって捕捉された画像から基準眼球位置を決定するために、アイトラッキングシステム１３０によって捕捉された画像と眼球位置との間のマッピングを記憶し得る。代替的または追加的に、アイトラッキングモジュール１１８は、基準眼球位置が決定された画像を、更新された眼球位置が決定されることになる画像と比較することによって、基準眼球位置に対する更新された眼球位置を決定し得る。アイトラッキングモジュール１１８は、異なる撮像デバイスまたは他のセンサからの測定値を使用して眼球位置を決定し得る。例えば、アイトラッキングモジュール１１８は、低速アイトラッキングシステムからの測定値を使用して基準眼球位置を決定し、その後、低速アイトラッキングシステムからの測定値に基づいて次の基準眼球位置が決定されるまで、高速アイトラッキングシステムから基準眼球位置に対する更新された位置を決定することができる。

アイトラッキングモジュール１１８は、アイトラッキングの精密さおよび正確さを改善するための眼球較正パラメータ（ｅｙｅ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）も決定し得る。眼球較正パラメータは、ユーザがニアアイディスプレイシステム１２０を着用または調節するときにいつでも変更し得るパラメータを含み得る。例となる眼球較正パラメータは、アイトラッキングシステム１３０の構成要素と、目の中心、瞳孔、角膜境界、または目の表面上の点などの目の１つまたは複数の部分との間の推定距離を含み得る。他の例となる眼球較正パラメータは特定のユーザに固有のものであってもよく、推定平均眼球半径、平均角膜半径、平均強膜半径、眼球表面上の特徴のマップ、および推定眼球表面輪郭を含み得る。（いくつかの拡張現実アプリケーションにおけるように）ニアアイディスプレイシステム１２０の外部からの光が目に届き得る実施形態において、較正パラメータは、ニアアイディスプレイシステム１２０の外部からの光の変動による強度およびカラーバランスの補正係数を含み得る。アイトラッキングモジュール１１８は、眼球較正パラメータを使用して、アイトラッキングシステム１３０によって捕捉された測定値によってアイトラッキングモジュール１１８が、（本明細書で「有効測定値」とも呼ばれる）正確な眼球位置を決定可能かどうかについて決定し得る。アイトラッキングモジュール１１８が正確な眼球位置を決定可能になり得ない無効測定値は、ユーザのまばたき、ヘッドセットの調節、もしくはヘッドセットの除去によって引き起こされ得、および／または、ニアアイディスプレイシステム１２０が外部光による照明の閾値変化より大きい変化に遭遇することによって引き起こされ得る。いくつかの実施形態において、アイトラッキングモジュール１１８の機能の少なくともいくつかは、アイトラッキングシステム１３０によって実施され得る。

図２は、本明細書に開示される例のいくつかを実施するための、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）デバイス２００の形態にあるニアアイディスプレイシステムの例の斜視図である。ＨＭＤデバイス２００は、例えば、仮想現実（ＶＲ）システム、拡張現実（ＡＲ）システム、複合現実（ＭＲ）システム、または何らかの任意の組み合わせ、の部分であってもよい。ＨＭＤデバイス２００は、本体部２２０およびヘッドストラップ２３０を含み得る。図２は、本体部２２０の上側２２３、前側２２５、および右側２２７を斜視図で示す。ヘッドストラップ２３０は、調節可能または伸長可能な長さを有し得る。ユーザがＨＭＤデバイス２００をユーザの頭に装着するのを可能にするため、ＨＭＤデバイス２００の本体部２２０とヘッドストラップ２３０との間には十分な空間が存在し得る。様々な実施形態において、ＨＭＤデバイス２００は、追加の、より少ない、または異なる構成要素を含み得る。例えば、いくつかの実施形態において、ＨＭＤデバイス２００は、ヘッドストラップ２３０ではなく、例えば、図２に示されるような、眼鏡テンプルおよびテンプル先端部を含み得る。

ＨＭＤデバイス２００は、コンピュータ生成要素と共に物理的な現実世界環境の仮想および／または拡張視点を含むメディアをユーザに提示し得る。ＨＭＤデバイス２００によって提示されるメディアの例は、画像（例えば、二次元（２Ｄ）または三次元（３Ｄ）画像）、動画（例えば、２Ｄまたは３Ｄ動画）、音声、または何らかの任意の組み合わせを含み得る。画像および動画は、ＨＭＤデバイス２００の本体部２２０に収納された１つまたは複数のディスプレイアセンブリ（図２に示されない）によってユーザの各目に提示され得る。様々な実施形態において、１つまたは複数のディスプレイアセンブリは、単一の電子表示パネルまたは複数の電子表示パネル（例えば、ユーザの各目に１つの表示パネル）を含み得る。電子ディスプレイパネルの例は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、無機発光ダイオード（ＩＬＥＤ）ディスプレイ、マイクロ発光ダイオード（ｍＬＥＤ）ディスプレイ、アクティブマトリクス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、透明有機発光ダイオード（ＴＯＬＥＤ）ディスプレイ、他のいくつかのディスプレイ、またはこれらのいくつかの組み合わせを含み得る。ＨＭＤデバイス２００は、２つのアイボックス領域を含み得る。

いくつかの実装形態において、ＨＭＤデバイス２００は、奥行きセンサ、動きセンサ、位置センサ、およびアイトラッキングセンサなど、様々なセンサ（示されない）を含み得る。これらのセンサのうちのいくつかは、センシングのために構造化光パターンを使用し得る。いくつかの実装形態において、ＨＭＤデバイス２００は、コンソールとの通信のために入力／出力インターフェースを含み得る。いくつかの実装形態において、ＨＭＤデバイス２００は、ＨＭＤデバイス２００内でアプリケーションを実行し、ＨＭＤデバイス２００の、奥行き情報、位置情報、加速度情報、速度情報、予測した今後の位置、またはそれらの何らかの組み合わせを様々なセンサから受信することができる仮想現実エンジン（示されない）を含み得る。いくつかの実装形態において、仮想現実エンジンによって受信される情報は、１つまたは複数のディスプレイアセンブリへの信号（例えば、表示命令）を生成するために使用され得る。いくつかの実装形態において、ＨＭＤデバイス２００は、互いに対して、および基準点に対して、本体部２２０上の固定位置に位置するロケータ（示されない、ロケータ１２６など）を含み得る。ロケータの各々は、外部撮像デバイスによって検出可能な光を放出し得る。

図３は、本明細書に開示される例のいくつかの実施するための眼鏡の形態にあるニアアイディスプレイシステム３００の例の斜視図である。ニアアイディスプレイシステム３００は、図１のニアアイディスプレイシステム１２０の特定の実装形態であり得、仮想現実ディスプレイ、拡張現実ディスプレイ、および／または複合現実ディスプレイとして動作するように構成され得る。ニアアイディスプレイシステム３００は、フレーム３０５およびディスプレイ３１０を含み得る。ディスプレイ３１０は、ユーザにコンテンツを提示するように構成され得る。いくつかの実施形態において、ディスプレイ３１０は、ディスプレイ電子機器および／またはディスプレイ光学系を含み得る。例えば、図１のニアアイディスプレイシステム１２０に関して上に説明されるように、ディスプレイ３１０は、ＬＣＤ表示パネル、ＬＥＤ表示パネル、または光学表示パネル（例えば、導波路ディスプレイアセンブリ）を含み得る。

ニアアイディスプレイシステム３００は、フレーム３０５上、またはフレーム３０５内に、様々なセンサ３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、３５０ｄ、および３５０ｅをさらに含み得る。いくつかの実施形態において、センサ３５０ａ～３５０ｅは、１つまたは複数の奥行きセンサ、動きセンサ、位置センサ、慣性センサ、または周囲光センサを含み得る。いくつかの実施形態において、センサ３５０ａ～３５０ｅは、異なる方向における異なる視野を表す画像データを生成するように構成される１つまたは複数の画像センサを含み得る。いくつかの実施形態において、センサ３５０ａ～３５０ｅは、ニアアイディスプレイシステム３００の表示コンテンツを制御する、もしくはこれに影響を及ぼすため、および／またはニアアイディスプレイシステム３００のユーザにインタラクティブなＶＲ／ＡＲ／ＭＲ体験を提供するために、入力デバイスとして使用され得る。いくつかの実施形態において、センサ３５０ａ～３５０ｅはまた、立体撮像のために使用され得る。

いくつかの実施形態において、ニアアイディスプレイシステム３００は、物理的環境内へ光を投射するために、１つまたは複数の照明器具３３０をさらに含み得る。投射光は、異なる周波数帯（例えば、可視光、赤外光、紫外光など）と関連付けられ得、様々な目的を果たし得る。例えば、照明器具３３０は、暗い環境（または低強度の赤外光、紫外光などを伴う環境）において光を投射して、暗い環境内で異なる物体の画像を捕捉することにおいてセンサ３５０ａ～３５０ｅを支援することができる。いくつかの実施形態において、照明器具３３０は、環境内の物体上に特定の光パターンを投射するために使用され得る。いくつかの実施形態において、照明器具３３０は、図１に関して上に説明されるロケータ１２６など、ロケータとして使用され得る。

いくつかの実施形態において、ニアアイディスプレイシステム３００はまた、高解像度カメラ３４０を含み得る。カメラ３４０は、視野内の物理的環境の画像を捕捉し得る。捕捉画像は、捕捉画像に仮想物体を追加する、または捕捉画像内の物理的物体を修正するために、例えば、仮想現実エンジン（例えば、図１の人工現実エンジン１１６）によって処理され得、処理画像は、ＡＲまたはＭＲアプリケーションのためのディスプレイ３１０によってユーザに表示され得る。

図４は、特定の実施形態に従う、導波路ディスプレイを使用した光学シースルー拡張現実システム４００の例を例証する。拡張現実システム４００は、プロジェクタ４１０およびコンバイナ４１５を含み得る。プロジェクタ４１０は、光源または画像ソース４１２、およびプロジェクタ光学系４１４を含み得る。いくつかの実施形態において、画像ソース４１２は、ＬＣＤディスプレイパネルまたはＬＥＤディスプレイパネルなど、仮想オブジェクトを表示する複数のピクセルを含み得る。いくつかの実施形態において、画像源４１２は、コヒーレントまたは部分的にコヒーレントな光を生成する光源を含み得る。例えば、光源４１２は、レーザダイオード、垂直キャビティ面発光レーザ、および／または発光ダイオードを含み得る。いくつかの実施形態において、画像源４１２は、各々が主色（例えば、赤、緑、または青）に対応する単色画像光を放出する複数の光源を含み得る。いくつかの実施形態において、画像源４１２は、空間光変調器などの光学パターン生成器を含み得る。プロジェクタ光学系４１４は、画像源４１２からの光を拡大すること、コリメートすること、スキャンすること、またはコンバイナ４１５に投射することなど、画像源４１２からの光を調整することができる１つまたは複数の光学構成要素を含み得る。１つまたは複数の光学構成要素は、例えば、１つまたは複数のレンズ、液体レンズ、ミラー、開口部、および／または格子を含み得る。いくつかの実施形態において、プロジェクタ光学系４１４は、画像ソース４１２からの光をスキャン可能な複数の電極を備える液体レンズ（例えば、液晶レンズ）を含み得る。

コンバイナ４１５は、プロジェクタ４１０からの光をコンバイナ４１５の基板４２０にカップリングするための入力カプラ４３０を含み得る。コンバイナ４１５は、第１の波長範囲の光の少なくとも５０％を透過させ、第２の波長範囲の光の少なくとも２５％を反射し得る。例えば、第１の波長範囲は約４００ｎｍから約６５０ｎｍまでの可視光であってもよく、第２の波長範囲は、赤外線帯域（例えば、約８００ｎｍから約１０００ｎｍまで）であってもよい。入力カプラ４３０は、体積ホログラフィック格子、回折光学素子（ＤＯＥ）（例えば、表面レリーフ格子）、基板４２０の傾斜した面、または屈折カプラ（例えば、ウェッジまたはプリズム）を含み得る。入力カプラ４３０は、可視光の場合、３０％、５０％、７５％、９０％、またはそれ以上のカップリング効率を有し得る。基板４２０内にカップリングされた光は、例えば、全内部反射（ＴＩＲ）を通じて、基板４２０内を伝播し得る。基板４２０は、眼鏡のレンズの形態にあってもよい。基板４２０は、平坦または湾曲表面を有し得、ガラス、クォーツ、プラスチック、ポリマー、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、水晶、またはセラミックなど、１つまたは複数のタイプの誘電材料を含み得る。基板の厚さは、例えば、約１ｍｍ未満～約１０ｍｍ以上の範囲に及び得る。基板４２０は、可視光を透過させ得る。

基板４２０は、複数の出力カプラ４４０を含み得るか、またはこれに結合され得、出力カプラ４４０が、基板４２０によって導かれ、かつ基板４２０内を伝播する光の少なくとも一部分を基板４２０から抽出し、抽出した光４６０を、拡張現実システム４００のユーザの目４９０に向けるように構成される。入力カプラ４３０のように、出力カプラ４４０は、格子カプラ（例えば、体積ホログラフィック格子または表面レリーフ格子）、他のＤＯＥ、プリズムなどを含み得る。出力カプラ４４０は、異なる場所では異なるカップリング（例えば、回折）効率を有し得る。基板４２０はまた、コンバイナ４１５の前の環境からの光４５０がほとんど損失なしに通過することを可能にする。出力カプラ４４０はまた、光４５０がわずかな損失で通過することを可能にし得る。例えば、いくつかの実装形態において、出力カプラ４４０は、光４５０が屈折され得るか、または別途わずかな損失で出力カプラ４４０を通過し得るように、光４５０の低い回折効率を有し得、故に、抽出した光４６０よりも高い強度を有し得る。いくつかの実装形態において、出力カプラ４４０は、光４５０の高い回折効率を有し得、光４５０をわずかな損失で特定の所望の方向（すなわち、回折角度）に回折し得る。その結果として、ユーザは、コンバイナ４１５の前の環境の画像とプロジェクタ４１０によって投射された仮想物体の画像とを組み合わせたものを見ることができてもよい。

さらに、上記で説明されたように、人工現実システムでは、提示コンテンツとのユーザ対話を改善するために、人工現実システムはユーザの目を追跡し、ユーザが見ている場所または方向に基づいてコンテンツを修正または生成し得る。目の追跡は、目の瞳孔および／または角膜の場所および／または形状を追跡すること、ならびに、目の回転位置または注視方向を決定することを含み得る。（瞳孔中心角膜反射すなわちＰＣＣＲ法と呼ばれる）１つの技法は、ＮＩＲ ＬＥＤを使用して眼球角膜表面上の輝きを生み出すこと、およびその後、眼球領域の画像／映像を捕捉することを伴う。注視方向は、瞳孔中心と輝きとの間の相対的な動きから推定可能である。ユーザの目を照らすため、または、ユーザの目によって反射された光を収集するために、様々なホログラフィック光学素子がアイトラッキングシステムで使用され得る。

アイトラッキングまたは画像表示のために人工現実システムで使用されるホログラフィック光学素子の１つの例は、ホログラフィック体積ブラッグ格子であり得、これは、２つ以上のコヒーレント光線の間の干渉によって生成された光パターンにホログラフィック材料層を露光することによってホログラフィック材料層上に記録され得る。

図５Ａは、体積ブラッグ格子（ＶＢＧ）５００の例を例証する。図５Ａに示される体積ブラッグ格子５００は、厚さＤを有する透過ホログラフィック格子を含み得る。体積ブラッグ格子５００の屈折率ｎは、振幅ｎ_１で変調され得、体積ブラッグ格子５００の格子周期は、Λであり得る。波長λを有する入射光５１０は、入射角θで体積ブラッグ格子５００に入射し得、体積ブラッグ格子５００内を角度θ_ｎで伝播する入射光５２０として体積ブラッグ格子５００内へ屈折され得る。入射光５２０は、体積ブラッグ格子５００によって回折光５３０へと回折され得、この回折光５３０は、体積ブラッグ格子５００内を回折角度θ_ｄで伝播し得、回折光５４０として体積ブラッグ格子５００の外へ屈折され得る。

図５Ｂは、図５Ａに示される体積ブラッグ格子５００のためのブラッグ条件を例証する。ベクトル５０５は、格子ベクトル

を表し得、ここで、

である。ベクトル５２５は、入射波動ベクトル

を表し、ベクトル５３５は、回折波動ベクトル

を表し、ここで、

である。ブラッグ位相整合条件下では、

である。故に、所与の波長λの場合、ブラッグ条件を完璧に満たす、入射角θ（またはθ_ｎ）および回折角度θ_ｄの１つのペアのみが存在し得る。同様に、所与の入射角θの場合、ブラッグ条件を完璧に満たす１つの波長λのみが存在し得る。そのようなものとして、回折は、小さい波長範囲において、および小さい入射角範囲において発生し得る。体積ブラッグ格子５００の回折効率、波長選択性、および角度選択性は、体積ブラッグ格子５００の厚さＤの関数であり得る。例えば、ブラッグ条件での体積ブラッグ格子５００の半値全幅（ＦＷＨＭ）波長範囲およびＦＷＨＭ角度範囲は、体積ブラッグ格子５００の厚さＤに反比例し得るが、ブラッグ条件での最大回折効率は、関数ｓｉｎ^２（ａ×ｎ_１×Ｄ）であり得、式中、ａは、係数である。反射体積ブラッグ格子では、ブラッグ条件での最大回折効率は、ｔａｎｈ^２（ａ×ｎ_１×Ｄ）の関数であり得る。

いくつかの実施形態において、（例えば、約４００ｎｍから約７００ｎｍまで、または約４４０ｎｍから約６５０ｎｍまでの）全可視スペクトルに対する高い回折効率および広い視野（ＦＯＶ）などの、所望の光学性能を実現するために、多重化ブラッグ格子が使用され得る。多重化ブラッグ格子の各部分は、それぞれのＦＯＶ範囲からの光および／またはそれぞれの波長範囲の光を回折させるために使用され得る。故に、いくつかのデザインでは、それぞれの記録条件でそれぞれが記録した複数の体積ブラッグ格子が使用され得る。

上に説明されるホログラフィック光学素子は、ホログラフィ材料（例えば、フォトポリマー）層に記録され得る。いくつかの実施形態において、ＨＯＥは、まず記録され、次いでニアアイディスプレイシステム内の基板にラミネートされ得る。いくつかの実施形態において、ホログラフィ材料層が、基板にコーティングまたはラミネートされ得、次いでＨＯＥが、ホログラフィ材料層に記録され得る。

一般に、感光材料層にホログラフィック光学素子を記録するためには、２つのコヒーレントビームは、特定の角度で互いと干渉して、感光材料層内に特有の干渉パターンを生成し得、今度はこれが、感光材料層内に特有の屈折率変調パターンを生成し得、この屈折率変調パターンは、干渉パターンの光強度パターンに対応し得る。感光材料層は、例えば、ハロゲン化銀乳剤、重クロム酸化ゼラチン、ポリマーマトリックス中に浮遊した光重合性モノマーを含むフォトポリマー、光屈折結晶、および同様のものを含み得る。ホログラフィック記録のための感光材料層の一例は、二段フォトポリマーである。

図６は、二段フォトポリマーを含むホログラフィック記録材料の例を例証する。二段フォトポリマーの未加工材料６１０は、マトリックス前駆体６１２および撮像構成要素６１４を含む樹脂であってもよい。未加工材料６１０内のマトリックス前駆体６１２は、高分子バインダ６２２によって形成された架橋マトリックスを含むフォトポリマーフィルム６２０を重合および形成するために、第１のステージにおいて熱的にまたは別の方法で硬化され得るモノマーを含み得る。撮像構成要素６１４は、感光色素、開始剤、および／または連鎖移動剤などの、書込モノマー（ｗｒｉｔｉｎｇ ｍｏｎｏｍｅｒ）および重合起爆剤を含み得る。故に、フォトポリマーフィルム６２０は、高分子バインダ６２２、書込モノマー（例えば、アクリレートモノマー）、ならびに、（感光色素、開始剤、および／または連鎖移動剤などの）起爆剤を含み得る。高分子バインダ６２２は、書込モノマーおよび起爆剤のためのバックボーンまたは支持マトリックスとして機能し得る。例えば、いくつかの実施形態において、高分子バインダ６２２は、ホログラフィック露光中の機械的支持を提供し、光パターンによる屈折率変調が永久に保存されることを保証し得る、低屈折率（例えば、＜１．５）ゴム状ポリマー（例えば、ポリウレタン）を含み得る。

書込モノマーおよび重合起爆剤を含む撮像構成要素６１４は、支持マトリックス内で拡散され得る。書込モノマーは、屈折率変調器として機能し得る。例えば、書込モノマーは、開始剤と反応し、重合可能な、高屈折率アクリレートモノマーを含み得る。感光色素は、光を吸収し、開始剤と相互作用して、基、陽イオン（例えば、酸）、または陰イオン（例えば、塩基）などの活性種を生み出すために使用され得る。活性種（例えば、基）は、モノマーを腐食することによって重合を開始し得る。例えば、いくつかのモノマーでは、１つの電子対が、シグマ結合で２つの炭素間でしっかりと保持され得、もう１つの別の電子対が、π結合でよりゆるく保持され得、遊離基は、π結合からの１つの電子を使用して、２つの炭素原子中の第１の炭素原子との、より安定した結合を形成することができる。π結合からの他の電子は、２つの炭素原子中の第２の炭素原子に戻り得、全分子を別の基に変える。故に、モノマーチェーン（例えば、ポリマー）は、より多くのモノマーを腐食させ、チェーンに追加するために、追加のモノマーをモノマーチェーンの終端に追加し、基をモノマーチェーンの終端に移すことによって、形成され得る。

記録処理（例えば、第２のステージ）中に２つのコヒーレントビーム間の干渉によって生成された干渉パターンは、明るいフリンジ内の感光色素および開始剤に、開始剤からの基、陽イオン（例えば、酸）、または陰イオン（例えば、塩基）などの活性種を生成させ得、ここで、活性種（例えば、基）は、開始剤からモノマーに移り、上記で説明されたように明るいフリンジ内でモノマーを重合させ得る。開始剤または基は、ポリマーマトリックス上の水素原子を分離すると、ポリマーマトリックスに化合され得る。基は、より多くのモノマーをチェーンに追加するために、モノマーのチェーンの終端に移され得る。明るいフリンジ内のモノマーはモノマーのチェーンに取り付けられるが、未露光の暗領域内のモノマーは、明るいフリンジに拡散して重合を強化し得る。結果として、重合濃度および密度勾配がフォトポリマーフィルム６２０内に形成され得、書込モノマーのより高い屈折率により、フォトポリマーフィルム６２０内の屈折率変調を生じる。例えば、モノマーおよび重合のより高い濃度のエリアは、より高い屈折率を有し得る。故に、ホログラムまたはホログラフィック光学素子６３０が、フォトポリマーフィルム６２０内に形成され得る。

露光中、１つのモノマーチェーンの終端の基は、別のモノマーチェーンの終端の基と結合して、より長いチェーンを形成し、重合を終了する。基の結合による終了の他に、重合はポリマーの不均等化によっても終了され得、ここで、終端の不飽和基を有するポリマー、および、終端の飽和基を有するポリマーを生成するために、１つのチェーンからの水素原子が別のチェーンに分離され得る。重合はまた、不純物または阻害剤（例えば、酸素）との相互作用により終了され得る。さらに、露光および重合が進むと、拡散および重合に利用可能なモノマーが少なくなり得、故に、拡散および重合が抑制され得る。重合は、もはやモノマーがなくなるまで、または露光のためのモノマーチェーンが終了するまで停止し得る。すべてまたは実質的にすべてのモノマーが重合した後、フォトポリマーフィルム６２０内に新しいホログラフィック光学素子６３０（例えば、格子）は、もはや記録され得ない。

いくつかの実施形態において、感光材料層内の記録されたホログラフィック光学素子は、例えば、色素漂白、重合の完了、記録パターンの永久固定、屈折率変調の強化のために、ＵＶ硬化され得るか、または熱的に硬化もしくは強化され得る。処理の終わりに、ホログラフィック格子などのホログラフィック光学素子が形成され得る。ホログラフィック格子は、例えば、数ミクロン、または数十ミクロン、または数百ミクロンの厚さの体積ブラッグ格子であってもよい。

ＨＯＥを記録するための所望の光干渉パターンを生成するために、２つ以上のコヒーレントビームが一般的に使用され得、ここで、１つのビームが基準ビームであってもよく、もう１つのビームが、所望の波面プロフィールを有し得るオブジェクトビームであってもよい。記録されたＨＯＥが基準ビームによって照らされるとき、所望の波面プロフィールを有するオブジェクトビームが再構築され得る。

いくつかの実施形態において、ホログラフィック光学素子は、可視帯の外側に光を回折させるために使用され得る。例えば、（例えば、９４０ｎｍまたは８５０ｎｍの）ＩＲ光またはＮＩＲ光がアイトラッキングのために使用され得る。故に、ホログラフィック光学素子は、可視光ではなく、ＩＲまたはＮＩＲ光を回折させる必要があり得る。それでも、赤外光に対して感光性のホログラフィック記録材料は非常に少なくなり得る。故に、赤外光を回折可能なホログラフィック格子を記録するために、より短い波長の（例えば、約６６０ｎｍ、約５３２ｎｍ、約５１４ｎｍ、または約４５７ｎｍなどの可視帯またはＵＶ帯の）記録光が使用され得、記録条件（例えば、２つの干渉するコヒーレントビームの角度）は再構築条件とは異なり得る。

図７Ａは、体積ブラッグ格子７００を記録するための記録光線、および体積ブラッグ格子７００から再構築された光線を例証する。例証された例において、体積ブラッグ格子７００は、基準ビーム７２０、および６６０ｎｍなどの第１の波長のオブジェクトビーム７１０を使用して記録された透過体積ホログラムを含むことができる。第２の波長（例えば、９４０ｎｍ）の光線７３０が入射角０°で体積ブラッグ格子７００上に入射するとき、入射光線７３０は、回折されたビーム７４０によって示されるような回折角度で体積ブラッグ格子７００によって回折され得る。

図７Ｂは、記録ビームと再構築ビームの波動ベクトル、および記録された体積ブラッグ格子の格子ベクトルを例証するホログラフィ運動量図７０５の例である。図７Ｂは、ホログラフィック格子の記録および再構築中のブラッグマッチング条件を示す。記録ビーム（例えば、オブジェクトビーム７１０および基準ビーム７１０）の波動ベクトル７５０および７６０の長さは、２πｎ／λ_ｃによる記録光波長λ_ｃ（例えば、６６０ｎｍ）に基づいて決定され得、ここで、ｎは、ホログラフィック材料層の平均屈折率である。記録ビームの波動ベクトル７５０および７６０方向は、波動ベクトル７５０および７６０ならびに格子ベクトルＫ（７７０）が、図７Ｂに示されているような二等辺三角形を形成できるように、所望の格子ベクトルＫ（７７０）に基づいて決定され得る。格子ベクトルＫは振幅２π／Λを有し得、ここで、Λは格子周期である。格子ベクトルＫは、今度は、所望の再構築条件に基づいて決定され得る。例えば、所望の再構築波長λ_ｒ（例えば、９４０ｎｍ）および入射光線の方向（例えば、０°の光線７３０）および所望の回折光線（例えば、回折ビーム７４０）に基づいて、体積ブラッグ格子７００の格子ベクトルＫ（７７０）はブラッグ条件に基づいて決定され得、ここで、入射光線（例えば、光線７３０）の波動ベクトル７８０、および回折光線（例えば、回折ビーム７４０）の波動ベクトル７９０は、振幅２πｎ／λ_ｒを有し得、図７Ｂに示されるような格子ベクトルＫ（７７０）を有する二等辺三角形を形成し得る。

上記で説明されたように、所与の波長に対して、ブラッグ条件を完全に満たす入射角度と回折角度の１組だけが存在し得る。同様に、所与の入射角度に対して、ブラッグ条件を完全に満たす１つの波長だけが存在し得る。再構築光線の入射角度が、体積ブラッグ格子のブラッグ条件を満たす入射角度と異なるとき、または、再構築光線の波長が、体積ブラッグ格子のブラッグ条件を満たす波長と異なるとき、回折効率は、ブラッグ条件からの角度または波長の離調によって生じたブラッグ不整合率に応じて低減され得る。故に、回折は、小さい波長範囲および小さい入射角度範囲でのみ発生し得る。

図８は、ホログラフィック光学素子を記録するためのホログラフィック記録システム８００の例を例証する。ホログラフィック記録システム８００はビームスプリッタ８１０（例えば、ビームスプリッタキューブ）を含み、ビームスプリッタ８１０は、入射コリメートレーザビーム８０２を（コヒーレントであり、同様の強度を有する）２つの光線８１２および８１４に分けることができる。光線８１２が、反射光線８２２によって示されるように、第１のミラー８２０によってプレート８３０の方に反射され得る。別の経路上では、光線８１４が、第２のミラー８４０によって反射され得る。反射光線８４２はプレート８３０の方に向けられ得、プレート８３０において光線８２２と干渉し、明るいフリンジおよび暗いフリンジを含み得る干渉パターンを生成し得る。いくつかの実施形態において、プレート８３０もミラーであってもよい。ホログラフィック記録材料層８５０は、プレート８３０上、またはプレート８３０にマウントされた基板上に形成され得る。干渉パターンは、上記で説明されたように、ホログラフィック光学素子をホログラフィック記録材料層８５０内に記録し得る。

いくつかの実施形態において、マスク８６０は、ホログラフィック記録材料層８５０の異なる領域に異なるＨＯＥを記録するために使用され得る。例えば、マスク８６０は、ホログラフィック記録のための開口部８６２を含み得、ホログラフィック記録材料層８５０上の異なる領域に開口部８６２を置いて、異なる記録条件（例えば、異なる角度の記録ビーム）の下で異なる領域に異なるＨＯＥを記録するために動かされ得る。

ホログラフィック記録材料は、空間周波数応答、ダイナミックレンジ、感光性、物理的寸法、機械的性質、波長感度、および、ホログラフィック記録材料のための現像法または漂白法など、ホログラフィック記録材料のいくつかのパラメータに基づいて特定の用途のために選択可能である。

ダイナミックレンジは、ホログラフィック記録材料で実現可能な屈折率の変化を示す。ダイナミックレンジは、高い効率性を実現するために、例えばデバイスの厚さと、ホログラフィック材料層内で多重化可能なホログラムの数とに影響を及ぼし得る。ダイナミックレンジは、屈折率の総変化の半分になり得る屈折率変調（ＲＩＭ）によって表され得る。一般に、回折効率を改善し、同じホログラフィック材料層内に複数のホログラフィック光学素子を記録するためには、ホログラフィック光学素子の大きい屈折率変調が望ましい。それでも、ホログラフィックフォトポリマー材料については、ホログラフィックフォトポリマー材料内のモノマーの溶解限度により、最大限実現可能な屈折率変調すなわちダイナミックレンジは制限され得る。

空間周波数応答は、ホログラフィック材料が記録できる形状寸法の指標あり、実現可能なブラッグ条件のタイプを指示し得る。空間周波数応答は、変動する周波数の正弦波を描写する曲線であり得る変調伝達関数によって特徴付け可能である。一般に、単一の空間周波数値は、屈折率変調が落ち始めるか、または屈折率変調が３ｄＢだけ低減される空間周波数値を示し得る周波数応答を表すために使用され得る。空間周波数応答は、線／ｍｍ、線のペア／ｍｍ、または正弦曲線の周期によっても表され得る。

ホログラフィック記録材料の感光性は、１００％（または光屈折結晶に対しては１％）などの、一定の効率性を実現するために使用される光の量を示し得る。特定のホログラフィック材料内で実現可能な物理的寸法は、開口部サイズ、およびＨＯＥデバイスのスペクトル選択性に影響を及ぼされ得る。ホログラフィック記録材料の物理パラメータは、例えば、ダメージ閾値および環境安定性を含み得る。波長感度は、記録装備のための光源を選択するために使用され得、最小実現可能周期にも影響を及ぼし得る。材料の中には、広い波長範囲の光に感光性のものもあり得る。多くのホログラフィック材料は、露光後現像または漂白を必要とし得る。現像の考慮は、記録後にホログラフィック材料がどのように現像されるか、または別途処理されるかを含むことができる。

人工現実システムのためのホログラフィック光学素子を記録するために、フォトポリマー材料は、可視光に感光性であり、大きい屈折率変調Δｎ（例えば、ハイダイナミックレンジ）を生み出すこと、ならびに（チェーン移動および終了反応を抑制できるように）モノマーおよび／またはポリマーの時間的かつ空間的に制御可能な反応および／または拡散を有することができることが望ましい場合がある。

図９は、格子９００の例を例証する。格子９００は、２つの基板層９１０、９１５、およびポリマー層９２０を含む。格子９００は、体積ブラッグ格子および／または多重化体積ブラッグ格子に対応し得る。

いくつかの実施形態において、第１の基板９１０は、ポリマー層９２０の第１の側面上に配置される。第１の基板９１０は、例えば、ガラス、クォーツ、プラスチック、ポリマー、または、可視光およびＮＩＲ光に透明な他の任意の適切な材料から成り得る。第１の基板９１０の厚さは、約０．１ｍｍから約１０ｍｍに及び得る。いくつかの実施形態において、第１の基板９１０は含まれなくてもよく、および／または別の構成要素で代用されてもよい。

いくつかの実施形態において、第２の基板９１５は、ポリマー層９２０の第２の側面上に配置される。第２の基板９１５は、例えば、ガラス、クォーツ、プラスチック、ポリマー、または、可視光およびＮＩＲ光に透明な他の任意の適切な材料から成り得る。第２の基板９１５の厚さは、約０．１ｍｍから約１０ｍｍに及び得る。いくつかの実施形態において、第２の基板９１５は含まれなくてもよく、および／または別の構成要素で代用されてもよい。

ポリマー層９２０は、第１の屈折率（ｎ１）を有する第１の領域９２２、および第２の屈折率（ｎ２）を有する第２の領域９２４を含む。第２の領域は、第１の領域より高い屈折率を有し得る（または逆も同様である）。領域間の屈折率の差（例えば、｜ｎ１－ｎ２｜）は、およそ０から約０．２までの間になり得る。

領域９２２、９２４の屈折率の他に、格子９００は、フリンジの傾斜角θ（９４０）、およびピッチ９５０によって特徴付けられる。フリンジの傾斜角θ（９４０）は、およそ０度から約９０度までの間になり得る。ピッチ９５０は、およそ０．１から約１．５μｍまでの間になり得る。

パラメータθ（９４０）およびピッチ９５０は、格子９００に近づく入射光９６０の挙動に影響を及ぼし得る。これらのパラメータに基づいて、格子内の相対屈折率などの他のパラメータと共に、回折光９７０は一定の電力を有し得、一定の方向になり得る。格子９００の回折効率は、回折光の電力と入射光の電力との間の比である。

図１０Ａ～図１０Ｂは、いくつかの実施形態に従う、屈折率変調が矯正された格子の例を例証する。回折効率は、格子内の領域間の屈折率の差が一定の範囲内で増加するにつれて、増加し得る。同様に、回折効率は、格子内の領域間の屈折率の差が一定の範囲内で減少するにつれて、減少し得る。いくつかのケースでは、領域間の屈折率の差を増加させることが望ましい場合がある。これは、図１０Ａおよび図１０Ｂに例証されたように、領域内の屈折率を矯正することによって実現可能である。

図１０Ａは、一定の初期屈折率変調および回折効率を有する格子１０００を例証する。格子１０００は、２つの基板層１０１０および１０２０、ならびに（領域１０３２および１０３４を含む）ポリマー層１０３０を含む。各領域１０３２は、（各領域１０３４に比べて）比較的高屈折率の領域である。各領域１０３４は、（各領域１０３２に比べて）比較的低屈折率の領域である。入射光１０４０が格子１０００を通過するとき、格子１０００の回折効率に応じて、入射光１０４０の数パーセントが回折光１０４５として回折される。

図１０Ｂは、屈折率変調が矯正され、回折効率が向上された格子１０５０を例証する。格子１０５０は、２つの基板層１０６０、１０７０、ならびに（領域１０８２および１０８４を含む）ポリマー層１０８０を含む。各領域１０８２は、（各領域１０８４に比べて）比較的高屈折率の領域である。各領域１０８４は、（第１の領域１０８２に比べて）比較的低屈折率の領域である。

ポリマー層１０８０の屈折率を全体的または部分的に矯正することによって格子１０５０の屈折率変調を矯正するためのいくつかの方式がある。例えば、格子１０５０の屈折率変調は、領域１０８２の屈折率を実質的に一定のままにしつつ、領域１０８４内の屈折率を減少させることによって増加可能である。格子１０５０の屈折率変調は、代替的に、領域１０８４の屈折率を実質的に一定のままにしつつ、領域１０８２内の屈折率を増加させることによって増加可能である。格子１０５０の屈折率変調は、両方の領域内の屈折率を減少させることによっても増加可能であるが、領域１０８４内の屈折率をより大きく減少させる。格子１０５０の屈折率変調は、両方の領域内の屈折率を増加させることによって増加可能であるが、領域１０８２内の屈折率をより大きく増加させる。

入射光１０９０が格子１０５０を通過するとき、格子１０５０の回折効率に応じて、入射光１０９０の数パーセントが回折光１０９５として回折される。図１０Ａの格子１０００の回折効率に比べて、図１０Ｂの格子１０５０の回折効率が増加されたので、回折光１０４５に比べて、回折光１０９５において、入射光のより大きい断片が回折される。

図１１Ａ～図１１Ｃは、ホログラフィック格子内の屈折率変調を矯正するための例となる技法を例証する。図１１Ａは記録後の格子を例証し、図１１Ｂは、ナノ粒子（例えば、モノマー）を含む樹脂層によって置き替えられた基板を有する格子を例証し、図１１Ｃは、ナノ粒子が樹脂層から格子に拡散した後の格子を例証する。

図１１Ａは、記録されたホログラフィック格子１１００を例証する。格子１１００は、ポリマー層の下面に配置された第１の基板１１０２を含む。ポリマー層は、比較的高屈折率の領域１１０４および比較的低屈折率の領域１１０６を含む。ポリマー層は、例えば、ポリマー層内の屈折率変調パターンを記録するために、ホログラフィック記録光パターンに露光されていてもよい。格子１１００は、ポリマー層の上面に配置された第２の基板１１０３をさらに含む。

図１１Ｂは、ナノ粒子を含む樹脂層１１２３を含む格子１１２０を例証する。図１１Ａの格子１１００と同様に、格子１１２０は、ポリマー層ならびに異なる屈折率の領域１１２４および１１２６の下面に配置された第１の基板１１２２を含む。第２の基板（例えば、図１１Ａに示された第２の基板１１０３）は除去され、樹脂層１１２３で置き替えられている。樹脂層１１２３は、高屈折率ナノ粒子で充填された（例えば、ポリマー層の高屈折率領域より高い屈折率の）支持層またはマトリックスを含む。ナノ粒子で充填された樹脂層は、本明細書では「モノマー槽バッファ層」とも呼ばれる。代替的に、低いまたは適度な屈折率のナノ粒子が所望の矯正に応じて使用され得る。いくつかの実施形態において、ナノ粒子はモノマーであってもよい。いくつかの実施形態において、ナノ粒子は液体の形であってもよい。樹脂層１１２３は、樹脂層１１２３とポリマー層が互いに接触しているように、ポリマー層の上面に配置される。スポンジ層は、ポリマーフィルム（典型的にはエラストマ）であってもよい。典型的なエラストマは、ポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタン、またはポリシロキサンの架橋フィルムを含む。

樹脂層１１２３およびポリマー層が接触して置かれると、ナノ粒子は、樹脂層１１２３からポリマー層に拡散し得る。領域１１２４、１１２６内の勾配で示されるように、ポリマー層内のナノ粒子の導入は、領域１１２４、１１２６の屈折率を矯正する。

図１１Ｃは、屈折率変調が矯正された格子１１４０を例証する。格子１１４０は、基板１１４２、ナノ粒子充填樹脂層１１４３、および（異なる屈折率の領域１１４４、１１４６を含む）ポリマー層を含む。ナノ粒子はポリマー層にさらに拡散されており、領域１１４４、１１４６内の屈折率の変化を作り出す。

図１２Ａ～図１２Ｄは、いくつかの実施形態に従う、ホログラフィック格子内の屈折率変調矯正の例を例証する。樹脂層内のナノ粒子の性質に応じて、ナノ粒子の拡散および結果として生じる屈折率変調矯正は変化し得る。拡散の性質は、ポリマー層の異なる領域内の屈折率および溶解度など、樹脂層内のナノ粒子の性質に基づいて制御され得る。所与の領域内のナノ粒子の溶解度は、例えば、ナノ粒子のサイズ、および／または関心のある領域内のナノ粒子と材料との間の親和力に基づいて制御され得る。

図１２Ａは、モノマー（または他のナノ粒子）槽バッファ層１２０２を使用した、屈折率変調矯正を伴う格子１２００の第１の例を例証する。格子１２００は、（初期屈折率ｎ１の）比較的低屈折率の領域１２０４、および（初期屈折率ｎ２の）比較的高屈折率の領域１２０６を含むポリマー層を含む。基板層１２０１は、ポリマー層の下面に配置される。モノマー槽バッファ層１２０２は、ポリマー層の上面に配置される。

図１２Ａでは、モノマー槽バッファ層１２０２は、比較的大きい屈折率ｎ３（＞ｎ２）のモノマーを含む。さらに、モノマーは、高屈折率フリンジ（例えば、領域１２０６）内より、低屈折率フリンジ（例えば、領域１２０４）内で溶けやすい。故に、屈折率変調に対するインパクトは、屈折率変調プロット１２０８に示されるように、初期屈折率変調プロフィール内の下落について最も目立つ。プロット１２０８は、ポリマー層を横切る左から右への位置に応じた格子１２００の屈折率を示す。最初に、モノマー槽バッファ層１２０２の追加の前に、格子１２００の屈折率は、（曲線１２０９Ａで示されるように）ｎ１とｎ２の間で変化する。モノマー槽バッファ層によって導入された屈折率矯正によって、屈折率変調プロフィールは、（屈折率変調プロフィール内の下落に対応する）低屈折率領域１２０４の屈折率の増加により、曲線１２０９Ｂによって示されるように変化する。

図１２Ｂは、モノマー槽バッファ層１２１２を使用した、屈折率変調矯正を伴う格子１２１０の第２の例を例証する。格子１２１０は、（屈折率ｎ１の）比較的低屈折率の領域１２１４、および（屈折率ｎ２の）比較的高屈折率の領域１２１６を含むポリマー層を含む。基板層１２１１は、ポリマー層の下面に配置される。モノマー槽バッファ層１２１２は、ポリマー層の上面に配置される。

図１２Ｂでは、モノマー槽バッファ層１２１２は、比較的大きい屈折率ｎ３（＞ｎ２）のモノマーを含む。さらに、モノマーは、低屈折率フリンジ内（例えば、領域１２１４内）より、高屈折率フリンジ内（例えば、領域１２１６内）で溶けやすい。故に、屈折率に対するインパクトは、（初期屈折率変調１２１９Ａおよび矯正された屈折率変調１２１９Ｂを示す）屈折率変調プロット１２１８に示されるように、屈折率変調プロフィール内の最高点について最も目立つ。具体的には、モノマー槽バッファ層１２１２を介して、より大きい屈折率材料を比較的高屈折率の領域１２１６に導入することによって、比較的高屈折率の領域１２１６の屈折率が増加する。屈折率のこの増加は、屈折率プロット１２１９Ｂの最高点をｎ２の初期レベルより上に増加させる。

図１２Ｃは、モノマー槽バッファ層１２２２を使用した、屈折率変調矯正を伴う格子１２２０の第３の例を例証する。格子１２２０は、（屈折率ｎ１の）比較的低屈折率の領域１２２４、および（屈折率ｎ２の）比較的高屈折率の領域１２２６を含むポリマー層を含む。基板層１２２１は、ポリマー層の下面に配置される。モノマー槽バッファ層１２２２は、ポリマー層の上面に配置される。

図１２Ｃでは、モノマー槽バッファ層１２２２は、比較的小さい屈折率ｎ４（＜ｎ１）のモノマーを含む。さらに、モノマーは、高屈折率フリンジ内（例えば、領域１２２６内）より低屈折率フリンジ内（例えば、領域１２２４内）で溶けやすい。故に、屈折率変調に対するインパクトは、（初期屈折率変調１２２９Ａおよび矯正された屈折率変調１２２９Ｂを示す）屈折率変調プロット１２２８に示されるように、屈折率変調プロフィール内の下落について最も目立つ。モノマー槽バッファ層１２２２を介して、より低い屈折率材料をより低い屈折率領域１２２４に導入することによって、比較的低屈折率の領域１２２４内の屈折率が減少し、プロット１２２９Ｂ内の低い点における屈折率をｎ１より下に下落させる。

図１２Ｄは、モノマー槽バッファ層１２３２を使用した、屈折率変調矯正を伴う格子１２３０の第４の例を例証する。格子１２３０は、（屈折率ｎ１の）比較的低屈折率の領域１２３４、および（屈折率ｎ２の）比較的高屈折率の領域１２３６を含むポリマー層を含む。基板層１２３１は、ポリマー層の下面に配置される。モノマー槽バッファ層１２３２は、ポリマー層の上面に配置される。

図１２Ｄでは、モノマー槽バッファ層１２３２は、比較的小さい屈折率ｎ４（＜ｎ１）のモノマーを含む。さらに、モノマーは、低屈折率フリンジ内（例えば、領域１２３４内）より高屈折率フリンジ内（例えば、領域１２３６内）で溶けやすい。故に、屈折率に対するインパクトは、屈折率変調プロット１２３８に示されるように、屈折率変調プロフィール内の最高点（初期屈折率変調１２３９Ａに比べて、矯正された１２３９Ｂとしての（ａｓ－ｍｏｄｉｆｉｅｄ １２３９Ｂ）低減された最高点）について最も目立つ。モノマー槽バッファ層１２３２を介して、より低い屈折率材料をより高い屈折率領域１２３６に導入することによって、より高い屈折率領域１２３６内の屈折率が減少し、プロット１２３９Ｂにおける高い点の屈折率をｎ２より下に下落させる。

図１３Ａ～図１３Ｂは、いくつかの実施形態に従う、格子内の屈折率変調矯正の変動を例証する。図１３Ａでは、屈折率変調矯正は、ポリマー層の領域の厚さの全体にわたって実質的に一定であり、その一方で、図１３Ｂでは、屈折率矯正は、ポリマー層の領域の厚さの全体にわたって変化する。「厚さ」は、ポリマー層の最下部から最上部へのｚ方向を表す。

図１３Ａは、初期屈折率ｎ１の第１の領域１３０２および初期屈折率ｎ２の第２の領域１３０４を含む格子１３００を示す。格子１３００では、屈折率矯正は、ポリマー層の厚さ全体を通じて発生した。屈折率変調グラフ１３０６、１３０８は、ポリマー層の全体にわたる屈折率変調を例証する。屈折率変調グラフ１３０６は、横断面１３０５の中をポリマー層の上側に向かう位置に応じた屈折率変調を例証する。屈折率変調グラフ１３０８は、横断面１３０７の中をポリマー層の低い方の側に向かう位置に応じた屈折率変調を例証する。格子１３００では、屈折率変調矯正プロフィールは、横断面１３０５、１３０７において実質的に同じである。これは、所与の領域内のポリマー層の厚さの全体にわたって実質的に一定の濃度内にあるナノ粒子（例えば、モノマー）の濃度に対応する。実質的に一定の濃度は、０．１％、０．５％、１％、または５％などのいくつかの小さい変動に対応し得る。

図１３Ｂは、初期屈折率ｎ１の第１の領域１３５２および初期屈折率ｎ２の第２の領域１３５４を含む格子１３５０を示す。格子１３５０では、屈折率変調矯正は、ポリマー層の一部で発生した。屈折率変調グラフ１３５６、１３５８は、ポリマー層の全体にわたる屈折率変調を例証する。屈折率変調グラフ１３５６は、横断面１３５５の中をポリマー層の上側に向かう位置に応じた屈折率変調を例証する。屈折率変調グラフ１３５８は、横断面１３５７の中をポリマー層の低い方の側に向かう位置に応じた屈折率変調を例証する。格子１３５０では、横断面１３５５における屈折率変調が矯正された。屈折率ｎ１より大きい屈折率ｎ３のモノマーは、ポリマー層の上面に近い領域１３５２に優先的に拡散しており、これは、領域１３５２内の屈折率をプロット１３５６においてｎ１から上の方に移動させる。対照的に、横断面１３５７において、モノマーはポリマー層のこの点に拡散されなかったので、屈折率変調は、グラフ１３５８に示されるように矯正されなかった。図１３Ｂに示された屈折率変調矯正は、ポリマー層の上縁（例えば、図１３Ｂに示されたポリマー層の上面）の近くでより高濃縮されているモノマーまたは他のナノ粒子に対応する。

故に、モノマー槽バッファ層の位置および内容に基づいて、屈折率変調矯正は、ポリマー層内の厚さに応じて次第に先細になるようにカスタマイズ可能である。屈折率変調矯正は、一定の拡散深度にわたってのみ起こり得る。屈折率変調は、ポリマー層の上縁および／または下縁からポリマー層の中心に向かって屈折率変調を平滑化するように次第に先細になり得る。この次第に先細になる屈折率変調は、回折次数のサイドローブを低減させ、導波路ディスプレイの性能を改善するために使用可能である。

図１４は、格子の上縁と下縁両方で次第に先細になる屈折率変調プロフィールを有する格子１４００を例証する。領域１４０２はｎ１の初期屈折率を有し、領域１４０２はｎ２の初期屈折率を有する。格子の全体にわたる屈折率は、（例えば、モノマー槽バッファ層をポリマー層の上縁および下縁に付けることによって）変調された。変調は、最上部および最下部において格子に最も強く影響を及ぼし、ここで、モノマーは、ポリマー層の上縁および下縁の近くでより濃縮される。グラフ１４３０は、厚さに関して格子１４００の中心の横断面１４３２における格子の全体にわたる屈折率変調を示す。モノマー槽バッファ層からの屈折率変調矯正は中心に達しない。故に、横断面１４３２において、屈折率変調は初期レベルのままである。

グラフ１４１０は、格子１４００の最下部に近い横断面１４１２における格子の全体にわたる屈折率変調を示す。格子の最下部におけるモノマー槽バッファ層からの屈折率変調矯正は、横断面１４１２によって示された深度レベルに達した。故に、横断面１４１２において、屈折率変調は、グラフ１４１０に示されるように、領域１４０２内の屈折率が増加されるように矯正された。グラフ１４３０と比較すると、グラフ１４１０において、屈折率の最低点がｎ１から上の方に移動した。

グラフ１４２０は、格子１４００の最上部に近い横断面１４２２における格子の全体にわたる屈折率変調を示す。格子の最上部におけるモノマー槽バッファ層からの屈折率変調矯正は、横断面１４２２によって示される深度レベルに達した。故に、横断面１４２２において、屈折率変調は、グラフ１４２０に示されるように、領域１４０２内の屈折率が増加されるように矯正された。グラフ１４３０と比較すると、グラフ１４２０において、屈折率の最低点はｎ１から上の方に移動した。

図１５Ａ～図１５Ｂは、いくつかの実施形態に従う、アポダイズされた格子内の屈折率変調の例を例証する。図１５Ａは、屈折率矯正の有無に関わらず、（図１５Ｂに例証されたような）格子深度ｚに応じた屈折率変調を示す。

図１５Ａには、アポダイズされた格子内の屈折率変調プロフィールが示されている。このアポダイズされた格子は、図１５Ｂに示されるような、導波路ベースのニアアイディスプレイシステム内の１－Ｄまたは２－Ｄ瞳孔拡大器内で使用され得る。インデックスプロフィール変調１５０２を伴わない屈折率変調は、正規化された格子深度ｚに対して一定のプロフィールを有する。インデックスプロフィール変調１５０４を伴う屈折率変調は、図１６Ａ～図１６Ｂに例証されたように、サイドローブを低減させるか、除くために使用可能である。

図１６Ａ～図１６Ｂは、いくつかの実施形態に従う、アポダイズされた格子を使用したサイドローブ低減を例証する。図１６Ａには、単一の格子の正規化された回折効率が波長に応じて示されている。プロット１６０２は、アポダイゼーションを伴わない格子に対応し得る。サイドローブ１６０６が見える。これらのサイドローブは、特に多重化格子では望ましくない。多重化格子では、回折パターンにおけるサイドローブがクロストークを引き起こし、画像コントラストを低下させる。このようなクロストークを回避するために、多重化された格子の数は限定され得、これが実現可能な効率を制限する。

その一方で、プロット１６０４は、サイドローブを低減させる、格子の厚さの全体にわたって変化する屈折率を有する格子に対応する。サイドローブを低減させるために、格子の屈折率は、図１３Ｂおよび図１４に例証されたように、屈折率変調が格子の中心で高くなり、格子の１つまたは複数の側面で低くなるように矯正されるべきである。いくつかの実施形態において、格子内をｚ方向に横切るベル状の屈折率変調プロフィールが、図１５Ａ～図１５Ｂに例証されたように生成され得る。故に、格子の厚さの全体にわたって屈折率を変化させると、多重化格子内のサイドローブおよびクロストークを低減させることができる。これは、画像コントラストを改善し、より大きい数の格子を多重化できるようにし、全般的な効率性を向上させる。

図１６Ｂには、波長プロット１６０２および１６０４に対する正規化された回折効率が対数目盛上に示されており、サイドローブ１６０６とその低減をさらに強調している。

図１７は、特定の実施形態に従う、ホログラフィック光学素子を製作する方法の例を例証する簡易フローチャート１７００である。フローチャート１７００に記述された動作は例証だけを目的としており、限定することを意図するものではない。様々な実装形態では、追加の動作を追加するため、いくつかの動作を省略するため、いくつかの動作を結合するため、いくつかの動作を分けるため、またはいくつかの動作を並べ替えるために、フローチャート１７００への修正が行われ得る。

ブロック１７１０において、ホログラフィック記録材料層が取得され得る。ホログラフィック記録材料層は、マトリックスモノマーと書込モノマーの混合を含み得る。マトリックスモノマーは、ポリマーマトリックスを形成するために（例えば、熱処置を介して）重合するように構成され得る。書込モノマーはマトリックスモノマー内に拡散され得、ホログラフィック記録材料が記録光に露光されるときに重合するように構成され得る。マトリックスモノマーは、書込モノマーとは異なる屈折率を有し得る。例えば、書込モノマーは、マトリックスモノマーより高い屈折率を有し得る。

いくつかの実施形態において、ホログラフィック記録材料の層は、マトリックスモノマーを重合し、ポリマーマトリックスを形成するために、例えば熱的または光学的に硬化され得る。書込モノマーは硬化状態では重合しないことがあり、形成されたポリマーマトリックス内に拡散され得る。ポリマーマトリックスは、ホログラフィック記録材料の層の支持マトリックスまたはバックボーンとして機能し得る。

ブロック１７２０において、ホログラフィック記録材料の層は、例えば図７Ａ～図８を参照しながら上記で説明されたように、記録光パターンの明るいフリンジなど、選択領域内の書込モノマーを重合するために記録光パターンに露光され得る。記録光パターンは、格子、レンズ、ディフューザ、および同様のものに対応し得る。記録光パターンは、記録光パターンに対応するホログラフィック光学素子を形成するために、書込モノマーの重合および拡散を引き起こし得る。記録光パターンへの露光は、第１の屈折率を有する第１の領域、および第２の屈折率を有する第２の領域を作り出す。

ブロック１７３０において、ナノ粒子を含む樹脂層が、ホログラフィック記録材料層に適用され得る。例えば、ホログラフィック記録材料の層は、第１の樹脂層上に堆積またはラミネートされ得る。いくつかの実施形態において、ホログラフィック記録材料層は、基板上にラミネートされ得、基板は樹脂層を適用する前に除去される。いくつかの実施形態において、ホログラフィック記録材料層は、２つの樹脂層の間にサンドイッチされ得る。代替的に、ホログラフィック記録材料層は、１つの側面上の基板（例えば、ガラスまたはプラスチック）層上にラミネートされ得、樹脂層は、他の側面上のホログラフィック記録材料層に適用される。樹脂層の適用は、樹脂層からホログラフィック記録材料層へのナノ粒子の拡散を引き起こす。粒子は、ホログラフィック記録材料層から樹脂層にさらに拡散することになる。初期のホログラフィックフィルムから未反応のモノマーが樹脂層内に存在しない場合、モノマーは、２つのフィルムの間に自然な濃度勾配が存在するというだけで、ホログラフィックフィルムから樹脂層に拡散することになる。故に、ホログラフィック記録材料層内の屈折率は、粒子の拡散により矯正される。樹脂層内のナノ粒子の濃度は、しばらくして、ナノ粒子がホログラフィック記録材料層に拡散するために利用可能でなくなるように制御され得る。代替的または追加的に、樹脂層の除去は、ホログラフィック記録材料層内のナノ粒子濃度を適応させるようにタイミングを合わされ得る。ナノ粒子の濃度は、回折効率を増加させるため、または上記で説明された格子をアポダイズするために、構成のいずれかを実現するように適応され得る。

任意選択として、ブロック１７４０において、樹脂層は、ホログラフィック記録材料の層から除去され得る。ホログラフィック記録材料層は次に、１つまたは複数の基板上でラミネートされ得る。例えば、樹脂層は、柔軟なポリエステルフィルムまたはプラスチックシートを備えることができる。このような柔軟な樹脂層は、ホログラフィック記録材料層からはがされ得る。１つの基板上のホログラフィック記録材料の層は次に、光学構成要素（例えば、クォーツ、ガラス、水晶プレート、またはレンズ）などの基板上でラミネートされ得る。

ホログラフィック記録材料層にダメージを与えない樹脂層および／または基板の除去は多くの方式で実現可能である。柔軟なプラスチックなどの曲げやすい材料の使用が、低インパクトの層の除去を容易にし得る。代替的または追加的に、樹脂層または基板は、層を簡単に除去するために抗接着成分で処理され得る。

図１８は、いくつかの実施形態に従う、別のＨＯＥ製作方法１８００を示す概略図である。ＨＯＥ製作方法１８００は、図７を参照しながら上記で説明された方法と同様であるが、樹脂層は、ホログラフィック露光の前に適用される。

１８０２において、いくつかの所定の屈折率のモノマーなどのナノ粒子で充填された樹脂層１８１０が第１の基板１８２０に適用される。樹脂層１８１０は、第１の基板１８２０に接着されるか、その上に堆積される。ホログラフィック記録材料層１８３０は、第２の基板１８４０に適用される。同様に、ホログラフィック記録材料層１８３０は、第２の基板１８４０に接着されるか、その上に堆積される。いくつかの実施形態において、樹脂層およびホログラフィック記録材料層は、同様の性質を有する。例えば、樹脂層およびホログラフィック記録材料層は両方、ポリマーマトリックスを含み得る。それでも、ホログラフィック記録材料層は、ホログラフィック記録のための光開始剤の追加において異なることもある。

１８０４において、樹脂層１８１０および第１の基板１８２０が、ホログラフィック記録材料層１８３０および第２の基板１８４０の上に配置される。樹脂層１８１０は、ホログラフィック記録材料層１８３０と接触して置かれる。樹脂層１８１０はラミネートされるか、ホログラフィック記録材料層１８３０に接着される。ナノ粒子は、樹脂層１８１０からホログラフィック記録材料層１８３０に拡散し得る。種も、ホログラフィック記録材料層１８３０から樹脂層１８１０に拡散し得る。ナノ粒子のばらつきは、回折効率を増加させるため、または上記で説明された格子をアポダイズするための構成のいずれかを実現するように適応され得る。

１８０６において、ホログラムが、ホログラフィック記録材料層１８３０内に記録される。図１７について上記で説明されたように、記録光パターンが、少なくとも記録材料層に適用される。

１８０８において、ホログラムは、ホログラフィック記録材料層１８３０内に記録された。樹脂層１８１０は、ホログラフィック記録材料層１８３０に付けられたままであってもよい。拡散は、ホログラムが記録された後、しばらくの間、続き得る。ナノ粒子が樹脂層１８１０からホログラフィック記録材料層１８３０に拡散すると（または逆も同様）、屈折率変調は変化し続け得る。拡散の量、および対応する屈折率の変化は、（例えば、所望の量のナノ粒子だけが利用可能になるように）樹脂層１８１０内のナノ粒子の量を制御することによって制御され得る。拡散工程のスピード（および格子内のモノマーの溶解度）は、温度を増減させることによって制御可能である。さらに、拡散工程は、拡散されたモノマーを重合するために、両方のフィルムを大量露光することによって停止可能である。さらに、樹脂層の支持層は、ホログラフィック光学素子の性能に影響を及ぼすのを回避するために、（例えば、基板層と同様に）可視光に透明であるように選択され得る。

実施形態は、人工現実システムの構成要素を製作するために使用され得るか、または人工現実システムと併せて実装され得る。人工現実は、例えば、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、複合現実（ＭＲ）、ハイブリッド現実、またはそれらの何らかの組み合わせおよび／もしくは派生物を含み得る、ユーザへの提示前に何らかの様式で調節されている現実の形態である。人工現実コンテンツは、完全に生成したコンテンツ、または捕捉した（例えば、現実世界）コンテンツと組み合わせた生成したコンテンツを含み得る。人工現実コンテンツは、動画、音声、触覚フィードバック、またはそれらの何らかの組み合わせを含み得、それらのうちのいずれかが、単一のチャネルまたは複数のチャネルにおいて提示され得る（視聴者に三次元効果をもたらすステレオ動画像など）。加えて、いくつかの実施形態において、人工現実はまた、例えば、人工現実においてコンテンツを作成するために使用される、および／または人工現実において別途使用される（例えば、人工現実においてアクティビティを実施する）、アプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、またはそれらの何らかの組み合わせと関連付けられ得る。人工現実コンテンツを提供する人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続されたヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、スタンドアローンＨＭＤ、モバイルデバイスもしくはコンピューティングシステム、または１もしくは複数の視聴者に人工現実コンテンツを提供することができる任意の他のハードウェアプラットフォームを含む、様々なプラットフォームに実装され得る。

図１９は、本明細書に開示される例のいくつかを実施するための、ニアアイディスプレイシステム（例えば、ＨＭＤデバイス）の電子システム１９００の例の簡略ブロック図である。電子システム１９００は、上に説明されるＨＭＤデバイスまたは他のニアアイディスプレイの電子システムとして使用され得る。この例では、電子システム１９００は、１つまたは複数のプロセッサ１９１０およびメモリ１９２０を含み得る。プロセッサ１９１０は、いくつかの構成要素において動作を実施するための命令を実行するように構成され得、例えば、汎用プロセッサ、またはポータブル電子デバイス内の実装に好適なマイクロプロセッサであり得る。プロセッサ１９１０は、電子システム１９００内の複数の構成要素と通信可能に結合され得る。この通信可能な結合を実現するため、プロセッサ１９１０は、バス１９４０にわたる他の例証された構成要素と通信し得る。バス１９４０は、電子システム１９００内でデータを転送するように適合される任意のサブシステムであってもよい。バス１９４０は、データを転送するために複数のコンピュータバスおよび追加の回路を含み得る。

メモリ１９２０は、プロセッサ１９１０に結合され得る。いくつかの実施形態において、メモリ１９２０は、短期および長期記憶の両方を提供し得、いくつかのユニットに分割され得る。メモリ１９２０は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）および／もしくはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）などの揮発性、ならびに／またはリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、および同様のものなどの不揮発性であってもよい。さらには、メモリ１９２０は、セキュアデジタル（ＳＤ）カードなどのリムーバブルストレージデバイスを含み得る。メモリ１９２０は、電子システム１９００のためのコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、および他のデータのストレージを提供し得る。いくつかの実施形態において、メモリ１９２０は、異なるハードウェアモジュールに分散され得る。命令および／またはコードのセットが、メモリ１９２０に記憶され得る。命令は、電子システム１９００によって実行可能であり得る実行可能なコードの形態をとり得、ならびに／または、電子システム１９００上でのコンパイルおよび／もしくはインストール（例えば、様々な一般的に利用可能なコンパイラ、インストールプログラム、圧縮／解凍ユーティリティなどのいずれかを使用すること）の際に実行可能なコードの形態をとり得る、ソースおよび／もしくはインストール可能なコードの形態をとり得る。

いくつかの実施形態において、メモリ１９２０は、任意の数のアプリケーションを含み得る複数のアプリケーションモジュール１９２２～１９２４を記憶し得る。アプリケーションの例は、ゲーミングアプリケーション、会議アプリケーション、動画再生アプリケーション、または他の好適なアプリケーションを含み得る。アプリケーションは、奥行き感知機能またはアイトラッキング機能を含み得る。アプリケーションモジュール１９２２～１９２４は、プロセッサ１９１０によって実行されるべき特定の命令を含み得る。いくつかの実施形態において、特定のアプリケーションまたはアプリケーションモジュール１９２２～１９２４の部分は、他のハードウェアモジュール１９８０によって実行可能であり得る。特定の実施形態において、メモリ１９２０は、追加的に、コピーまたはセキュアな情報への他の不正アクセスを防ぐために追加のセキュリティ制御を含み得るセキュアメモリを含み得る。

いくつかの実施形態において、メモリ１９２０は、そこにロードされたオペレーティングシステム１９２５を含み得る。オペレーティングシステム１９２５は、アプリケーションモジュール１９２２～１９２４によって提供される命令の実行を開始するように、および／または、１つもしくは複数のワイヤレストランシーバを含み得るワイヤレス通信サブシステム１９３０を用いて他のハードウェアモジュール１９８０ならびにインターフェースを管理するように動作可能であり得る。オペレーティングシステム１９２５は、スレッディング、リソース管理、データ記憶制御、および他の同様の機能性を含む、電子システム１９００の構成要素にわたる他の動作を実施するように適合され得る。

ワイヤレス通信サブシステム１９３０は、例えば、赤外通信デバイス、ワイヤレス通信デバイスおよび／もしくはチップセット（ブルートゥース（登録商標）デバイス、ＩＥＥＥ８０２．１１デバイス、Ｗｉ－Ｆｉデバイス、ＷｉＭａｘデバイス、セルラ通信施設など）、ならびに／または同様の通信インターフェースを含み得る。電子システム１９００は、ワイヤレス通信サブシステム１９３０の部分として、またはシステムの任意の部分に結合された別個の構成要素として、ワイヤレス通信のための１つまたは複数のアンテナ１９３４を含み得る。所望の機能性に応じて、ワイヤレス通信サブシステム１９３０は、ワイヤレス広域ネットワーク（ＷＷＡＮ）、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、またはワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）などの異なるデータネットワークおよび／またはネットワークタイプと通信することを含み得る、ベーストランシーバ基地局ならびに他のワイヤレスデバイスおよびアクセスポイントと通信するために別個のトランシーバを含み得る。ＷＷＡＮは、例えば、ＷｉＭａｘ（ＩＥＥＥ８０２．１６）ネットワークであってもよい。ＷＬＡＮは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｘネットワークであってもよい。ＷＰＡＮは、例えば、ブルートゥースネットワーク、ＩＥＥＥ８０２．１５ｘ、またはいくつかの他のタイプのネットワークであってもよい。本明細書に説明される技法は、ＷＷＡＮ、ＷＬＡＮ、および／またはＷＰＡＮの任意の組み合わせのためにも使用され得る。ワイヤレス通信サブシステム１９３０は、データが、ネットワーク、他のコンピュータシステム、および／または本明細書に説明される任意の他のデバイスと交換されることを許可し得る。ワイヤレス通信サブシステム１９３０は、アンテナ１９３４およびワイヤレスリンク１９３２を使用して、ＨＭＤデバイスの識別子、位置データ、地理的地図、ヒートマップ、写真、または動画などのデータを送信または受信するための手段を含み得る。ワイヤレス通信サブシステム１９３０、プロセッサ１９１０、およびメモリ１９２０は一緒に、本明細書に開示されるいくつかの機能を実施するための手段のうちの１つまたは複数の少なくとも一部を備え得る。

電子システム１９００の実施形態はまた、１つまたは複数のセンサ１９９０を含み得る。センサ１９９０は、例えば、画像センサ、加速度計、圧力センサ、温度センサ、近接センサ、磁力計、ジャイロスコープ、慣性センサ（例えば、加速度計およびジャイロスコープを組み合わせたモジュール）、周囲光センサ、または、奥行きセンサもしくは位置センサなど、センサ出力を提供するように、および／もしくはセンサ入力を受信するように動作可能な任意の他の同様のモジュールを含み得る。例えば、いくつかの実装形態において、センサ１９９０は、１つもしくは複数の慣性測定ユニット（ＩＭＵ）および／または１つもしくは複数の位置センサを含み得る。ＩＭＵは、位置センサのうちの１つまたは複数から受信される測定信号に基づいて、ＨＭＤデバイスの初期位置に対するＨＭＤデバイスの推定位置を示す較正データを生成し得る。位置センサは、ＨＭＤデバイスの動きに応答して１つまたは複数の測定信号を生成し得る。位置センサの例は、限定されるものではないが、１つもしくは複数の加速度計、１つもしくは複数のジャイロスコープ、１つもしくは複数の磁力計、動きを検出する別の好適なタイプのセンサ、ＩＭＵの誤り補正のために使用されるタイプのセンサ、またはそれらの何らかの組み合わせを含み得る。位置センサは、ＩＭＵの外部に、ＩＭＵの内部に、またはそれらの任意の組み合わせで位置し得る。少なくともいくつかのセンサは、センシングのために構造化光パターンを使用し得る。

電子システム１９００は、ディスプレイモジュール１９６０を含み得る。ディスプレイモジュール１９６０は、ニアアイディスプレイであってもよく、画像、動画、および様々な命令などの情報を、電子システム１９００からユーザへ図式で提示し得る。そのような情報は、１つまたは複数のアプリケーションモジュール１９２２～１９２４、仮想現実エンジン１９２６、１つもしくは複数の他のハードウェアモジュール１９８０、それらの組み合わせ、またはユーザのためのグラフィックコンテンツを（例えば、オペレーティングシステム１９２５によって）分解するための任意の他の好適な手段から導出され得る。ディスプレイモジュール１９６０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）技術、発光ダイオード（ＬＥＤ）技術（例えば、ＯＬＥＤ、ＩＬＥＤ、ｍＬＥＤ、ＡＭＯＬＥＤ、ＴＯＬＥＤなどを含む）、発光ポリマーディスプレイ（ＬＰＤ）技術、または何らかの他のディスプレイ技術を使用し得る。

電子システム１９００は、ユーザ入力／出力モジュール１９７０を含み得る。ユーザ入力／出力モジュール１９７０は、ユーザがアクション要求を電子システム１９００に送信することを可能にし得る。アクション要求は、特定のアクションを実施するための要求であってもよい。例えば、アクション要求は、アプリケーションを開始もしくは終了すること、またはアプリケーション内で特定のアクションを実施することであってもよい。ユーザ入力／出力モジュール１９７０は、１つまたは複数の入力デバイスを含み得る。例となる入力デバイスは、タッチスクリーン、タッチパッド、マイク、ボタン、ダイアル、スイッチ、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、またはアクション要求を受信し、受信したアクション要求を電子システム１９００に通信するための任意の他の好適なデバイスを含み得る。いくつかの実施形態において、ユーザ入力／出力モジュール１９７０は、電子システム１９００から受信した命令に従ってユーザに触覚フィードバックを提供し得る。例えば、触覚フィードバックは、アクション要求が受信されるとき、または実施されたときに提供され得る。

電子システム１９００は、例えば、ユーザの目の位置をトラッキングするための、ユーザの写真または動画を撮るために使用され得るカメラ１９５０を含み得る。カメラ１９５０はまた、例えば、ＶＲ、ＡＲ、またはＭＲアプリケーションのための環境の写真または動画を撮るために使用され得る。カメラ１９５０は、例えば、数百万または数千万の画素を有する相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサを含み得る。いくつかの実装形態において、カメラ１９５０は、３Ｄ画像を捕捉するために使用され得る２つ以上のカメラを含み得る。

いくつかの実施形態において、電子システム１９００は、複数の他のハードウェアモジュール１９８０を含み得る。他のハードウェアモジュール１９８０の各々は、電子システム１９００内の物理モジュールであってもよい。他のハードウェアモジュール１９８０の各々は、構造体として永久に構成され得るが、他のハードウェアモジュール１９８０のいくつかは、特定の機能を実施するように一時的に構成され得るか、または一時的に起動され得る。他のハードウェアモジュール１９８０の例は、例えば、音声出力および／または入力モジュール（例えば、マイクまたはスピーカ）、近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール、再充電バッテリ、バッテリ管理システム、有線／ワイヤレスバッテリ充電システムなどを含み得る。いくつかの実施形態において、他のハードウェアモジュール１９８０の１つまたは複数の機能は、ソフトウェアにおいて実施され得る。

いくつかの実施形態において、電子システム１９００のメモリ１９２０はまた、仮想現実エンジン１９２６を記憶し得る。仮想現実エンジン１９２６は、電子システム１９００内でアプリケーションを実行し、ＨＭＤデバイスの位置情報、加速度情報、速度情報、予測した今後の位置、またはそれらの何らかの組み合わせを様々なセンサから受信し得る。いくつかの実施形態において、仮想現実エンジン１９２６によって受信される情報は、ディスプレイモジュール１９６０への信号（例えば、表示命令）を生成するために使用され得る。例えば、受信した情報が、ユーザが左を見たことを示す場合、仮想現実エンジン１９２６は、仮想環境におけるユーザの運動を左右逆にする、ＨＭＤデバイスのためのコンテンツを生成し得る。加えて、仮想現実エンジン１９２６は、ユーザ入力／出力モジュール１９７０から受信されるアクション要求に応答してアプリケーション内のアクションを実施し、フィードバックをユーザに提供し得る。提供されたフィードバックは、視覚、可聴、または触覚フィードバックであり得る。いくつかの実装形態において、プロセッサ１９１０は、仮想現実エンジン１９２６を実行し得る１つまたは複数のＧＰＵを含み得る。

様々な実装形態において、上で説明したハードウェアおよびモジュールは、単一のデバイス、または有線もしくはワイヤレス接続を使用して互いと通信することができる複数のデバイスに実装され得る。例えば、いくつかの実装形態において、ＧＰＵ、仮想現実エンジン１９２６、およびアプリケーション（例えば、トラッキングアプリケーション）などのいくつかの構成要素またはモジュールは、ヘッドマウントディスプレイデバイスとは別個のコンソールに実装され得る。いくつかの実装形態において、１つのコンソールが、２つ以上のＨＭＤに接続され得るか、またはこれをサポートし得る。

代替の構成において、異なるおよび／または追加の構成要素が、電子システム１９００に含まれてもよい。同様に、構成要素のうちの１つまたは複数の機能性は、上に説明される様式とは異なる様式で構成要素間に分散され得る。例えば、いくつかの実施形態において、電子システム１９００は、ＡＲシステム環境および／またはＭＲ環境などの他のシステム環境を含むために修正され得る。

上で論じられる方法、システム、およびデバイスは、例である。様々な実施形態は、必要に応じて、様々な手順または構成要素を省略、置換、または追加し得る。例えば、代替の構成において、説明される方法は、説明されるものとは異なる順で実施され得、および／または様々なステージが、追加される、省略される、および／または組み合わされ得る。また、特定の実施形態に関して説明される特徴は、様々な他の実施形態において組み合わされ得る。実施形態の異なる態様および要素は、同様の様式で組み合わされ得る。また、技術は進化するものであり、故に、要素の多くは、それらの特定の例を本開示の範囲に限定しない例である。

特定の詳細事項は、実施形態の完全な理解を提供するために説明において与えられる。しかしながら、実施形態は、これらの特定の詳細事項なしに実践され得る。例えば、周知の回路、プロセス、システム、構造体、および技法は、実施形態を不明瞭にすることを回避するために、不必要な詳細事項なしに示されている。この説明は、例となる実施形態を提供するにすぎず、本発明の範囲、適用性、または構成を制限することは意図されない。むしろ、実施形態の前述の説明は、様々な実施形態を実施するための実用可能な説明を当業者に提供するものである。様々な変更が、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置においてなされ得る。

また、いくつかの実施形態は、フロー図またはブロック図として描写されたプロセスとして説明された。各々は逐次プロセスとして動作を説明し得るが、動作の多くは、並行して、または同時に実施され得る。加えて、動作の順序は、並べ替えられてもよい。プロセスは、図に含まれない追加のステップを有し得る。さらには、本方法の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、またはそれらの任意の組み合わせによって実施され得る。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、またはマイクロコードにおいて実施されるとき、関連タスクを実施するためのプログラムコードまたはコードセグメントは、記憶媒体などのコンピュータ可読媒体に記憶され得る。プロセッサが、関連タスクを実施し得る。

実質的な変動が特定の要件に従ってなされ得ることは当業者には明らかである。例えば、カスタマイズされたハードウェアもしくは特定用途向けハードウェアもまた使用され得、および／または特定の要素は、ハードウェア、ソフトウェア（アップレットなどのポータブルソフトウェアを含む）、または両方において実装され得る。さらに、ネットワーク入力／出力デバイスなどの他のコンピューティングデバイスへの接続が採用され得る。

添付の図を参照して、メモリを含み得る構成要素は、非一時的なマシン可読媒体を含み得る。用語「マシン可読媒体」および「コンピュータ可読媒体」は、マシンを特定の方式で動作させるデータを提供することに参加する任意の記憶媒体を指し得る。本明細書内の上に提供される実施形態において、様々なマシン可読媒体は、命令／コードを実行のために処理ユニットおよび／または他のデバイスに提供することに関与し得る。追加的または代替的に、マシン可読媒体は、そのような命令／コードを記憶および／または保持するために使用され得る。多くの実装形態において、コンピュータ可読媒体は、物理および／または有形記憶媒体である。そのような媒体は、限定されるものではないが、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含む、多くの形態をとり得る。コンピュータ可読媒体の一般的形態は、例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）もしくはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの磁気および／または光学媒体、パンチカード、ペーパーテープ、穴のパターンを有する任意の他の物理媒体、ＲＡＭ、プログラマブルリードオンリメモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭ）、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップもしくはカートリッジ、本明細書内で以後説明されるような搬送波、またはコンピュータが命令および／もしくはコードを読むことができる任意の他の媒体を含み得る。コンピュータプログラム製品は、手順、機能、サブプログラム、プログラム、ルーチン、アプリケーション（Ａｐｐ）、サブルーチン、モジュール、ソフトウェアパッケージ、クラス、または、命令、データ構造、もしくはプログラムステートメントの任意の組み合わせを表し得る、コードおよび／またはマシン実行可能命令を含み得る。

当業者は、本明細書に説明されるメッセージを通信するために使用される情報および信号が、様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して表され得ることを理解するものとする。例えば、上の説明全体を通して言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、符号、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光場もしくは光粒子、またはそれらの任意の組み合わせによって表され得る。

用語「および（ａｎｄ）」および「または（ｏｒ）」は、本明細書で使用される場合、そのような用語が使用される文脈に少なくとも部分的に依存することも予期される様々な意味を含み得る。典型的には、「または」は、Ａ、Ｂ、またはＣなどのリストを関連付けるために使用される場合、包含的意味で使用される、Ａ、Ｂ、およびＣ、ならびに排他的意味で使用される、Ａ、Ｂ、またはＣを意味することが意図される。加えて、用語「１つまたは複数」は、本明細書で使用される場合、任意の特徴、構造体、または特性を単数で説明するために使用され得るか、特徴、構造体、または特性の何らかの組み合わせを説明するために使用され得る。しかしながら、これは単に例証的な例であり、特許請求された主題はこの例に限定されないことに留意されたい。さらには、用語「少なくとも１つ」は、Ａ、Ｂ、またはＣなど、リストを関連付けるために使用される場合、Ａ、ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ、ＡＡ、ＡＢＣ、ＡＡＢ、ＡＡＢＢＣＣＣなど、Ａ、Ｂ、および／またはＣの任意の組み合わせを意味するように解釈され得る。

さらに、特定の実施形態は、ハードウェアおよびソフトウェアの特定の組み合わせを使用して説明されているが、ハードウェアおよびソフトウェアの他の組み合わせも可能であるということを理解されたい。特定の実施形態は、ハードウェアのみ、またはソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせを使用して、実施され得る。１つの例において、ソフトウェアは、本開示に説明されるステップ、動作、またはプロセスのいずれかまたはすべてを実施するための１つまたは複数のプロセッサによって実行可能なコンピュータプログラムコードまたは命令を含むコンピュータプログラム製品と共に実装され得る。本明細書に説明される様々なプロセスは、同じプロセッサまたは任意の組み合わせにある異なるプロセッサ上で実施され得る。

デバイス、システム、構成要素、またはモジュールが、特定の動作または機能を実施するように構成されるものと説明される場合、そのような構成は、例えば、動作を実施するように電子回路を設計することによって、コンピュータ命令もしくはコードを実行することによってなど、動作を実施するようにプログラム可能電子回路（マイクロプロセッサなど）をプログラムすることによって、または非一時的なメモリ媒体に記憶されたコードもしくは命令を実行するようにプログラムされたプロセッサもしくはコア、またはそれらの任意の組み合わせによって達成され得る。プロセスは、プロセス間通信のための従来の技法を含むが、これに限定されない様々な技法を使用して通信することができ、異なるプロセス対は、異なる技法を使用し得るか、同じプロセス対は、異なる時に異なる技法を使用し得る。

明細書および図面は、したがって、制限的意味ではなく例証的意味と見なされるものとする。しかしながら、追加、減算、削除、ならびに他の修正および変更が、特許請求の範囲に明記される幅広い趣旨および範囲から逸脱することなく、それらに対してなされ得ることは明らかである。故に、特定の実施形態が説明されているが、これらは、限定していることは意図されないものとする。様々な修正形態および等価物は、以下の特許請求項の範囲の範囲内である。

Claims (15)

1. ポリマー層であって、
   第１の屈折率によって特徴付けられた第１の領域と、
   第２の屈折率によって特徴付けられた第２の領域であって、前記第２の屈折率が前記第１の屈折率より高い、第２の領域と、
   前記ポリマー層内に拡散された複数のナノ粒子であって、前記ナノ粒子が前記第１の領域または前記第２の領域においてより高い濃度を有する、複数のナノ粒子と
   を含む、ポリマー層
   を備える、ホログラフィック格子。
2. 前記ナノ粒子はモノマーである、請求項１に記載のホログラフィック格子。
3. 前記ナノ粒子は、前記第２の領域において前記より高い濃度を有し、
   前記ナノ粒子は、前記第２の屈折率より高い第３の屈折率を有する、請求項１に記載のホログラフィック格子。
4. 前記ナノ粒子は、前記第１の領域において前記より高い濃度を有し、
   前記ナノ粒子は、前記第１の屈折率より低い第３の屈折率を有する、請求項１に記載のホログラフィック格子。
5. 前記第１の領域または前記第２の領域内の前記ナノ粒子は、前記ポリマー層の厚さに対して実質的に一定の濃度を有する、請求項１に記載のホログラフィック格子。
6. 前記ポリマー層は、多重化体積ブラッグ格子を含む、請求項１に記載のホログラフィック格子。
7. ホログラフィック格子を製作する方法であって、
   ホログラフィック記録材料層を取得することと、
   前記ホログラフィック記録材料層を記録光パターンに露光することであって、前記記録光パターンが、前記ホログラフィック記録材料層内に、第１の屈折率を有する第１の領域、および前記第１の屈折率より高い第２の屈折率を有する第２の領域を作り出す、露光することと、
   第１の複数のナノ粒子を含む第１の樹脂層を前記ホログラフィック記録材料層に適用することであって、これにより、前記第１の複数のナノ粒子の少なくとも一部を前記ホログラフィック記録材料層に拡散させる、適用することと
   を行うステップを含む、方法。
8. 前記第１の樹脂層は、前記ホログラフィック記録材料層を前記記録光パターンに露光する前に適用される、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の複数のナノ粒子は、前記第２の屈折率より高い第３の屈折率を有し、
   前記第１の複数のナノ粒子は、前記第２の領域に優先的に拡散する、請求項７または８に記載の方法。
10. 前記第１の複数のナノ粒子は、前記第２の屈折率より低い第３の屈折率を有し、
    前記第１の複数のナノ粒子は、前記第２の領域の上面または下面の１つまたは複数の近くでより高濃縮されるように優先的に拡散する、請求項７または８に記載の方法。
11. 前記第１の複数のナノ粒子は、前記第１の屈折率より低い第３の屈折率を有し、
    前記第１の複数のナノ粒子は、前記第１の領域に優先的に拡散する、請求項７または８に記載の方法。
12. 前記第１の複数のナノ粒子は、前記第１の屈折率より高い第３の屈折率を有し、
    前記第１の複数のナノ粒子は、前記第１の領域の上面または下面の１つまたは複数の近くでより高濃縮されるようにさらに拡散する、請求項７または８に記載の方法。
13. 前記ステップは、
    前記第１の樹脂層を除去することと、
    前記ホログラフィック記録材料層上に基板を配置することと
    をさらに含む、請求項７または８に記載の方法。
14. 前記ステップは、
    第２の複数のナノ粒子を含む第２の樹脂層を前記ホログラフィック記録材料層に適用することであって、これにより、前記第２の複数のナノ粒子の少なくとも一部を前記ホログラフィック記録材料層に拡散させる、適用すること
    をさらに含む、請求項７または８に記載の方法。
15. 所与の領域内の前記ナノ粒子は、前記ホログラフィック記録材料層の厚さに対して実質的に一定の濃度を有する、請求項７または８に記載の方法。
    

Images