JP2022544734A - 導波路ディスプレイにおける外向き結合抑制 - Google Patents

Abstract

プロジェクタディスプレイのための瞳孔複製導波路は、全反射によって、スラブ内に表示光を伝搬させるための透明材料のスラブを含む。回折格子はスラブによって支持される。回折格子は、回折によってスラブからの表示光をブレーズド回折次数に外方結合するために、基板内に、複数の傾斜した縞を含む。表示光のより大きな部分は、ブレーズド回折次数に外方結合され、表示光のより小さな部分は、非ブレーズド回折次数に外方結合される。回折格子の厚さ方向に沿った回折格子の屈折率コントラストプロファイルは、対称であり、屈折率コントラストは、屈折率コントラストプロファイルの両側より中間で大きく、それによって非ブレーズド回折次数に外方結合された表示光の部分は減少される。【選択図】図４Ａ

Description

本開示は、ウェアラブルヘッドセットに関し、特にウェアラブル視覚的ディスプレイヘッドセットのための構成要素およびモジュールに関する。

ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、ヘルメットマウントディスプレイ、ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）などは、仮想現実（ＶＲ）コンテンツ、拡張現実（ＡＲ）コンテンツ、複合現実（ＭＲ）コンテンツなどを表示するために、ますます用いられるようになっている。このようなディスプレイは、いくつか例を挙げると、娯楽、教育、訓練、および生物医科学を含む種々の分野で用途を見出しつつある。表示されるＶＲ／ＡＲ／ＭＲコンテンツは、エクスペリエンスを増進するように、および仮想物体を、ユーザによって観察される実物体に一致させるように、３次元（３Ｄ）とすることができる。目の位置および視線方向、および／またはユーザの方位は、リアルタイムで追跡されることができ、表示されるイメージは、シミュレートされたまたは拡張された環境への没入のより良いエクスペリエンスをもたらすために、ユーザの頭の方位および視線方向に応じて動的に調整され得る。

ヘッドマウントディスプレイのために、小型ディスプレイデバイスが望まれる。ＨＭＤまたはＮＥＤのディスプレイは、通常ユーザの頭部に装着され、大きい、嵩張る、不安定な、および／または重いディスプレイデバイスは扱いにくく、ユーザが装着するのに心地良くないものとなり得る。

プロジェクタをベースとするディスプレイは角度ドメインにおいて画像をもたらし、これは中間のスクリーンまたはディスプレイパネルなしに、ユーザの目によって直接観察され得る。瞳孔複製導波路は、角度ドメインにおいて画像をユーザの目まで運ぶために用いられる。走査プロジェクタディスプレイ内にスクリーンまたはディスプレイパネルがないことで、ディスプレイのサイズおよび重さの低減を可能にする。

理想的には、瞳孔複製導波路は、表示されている画像が、ディスプレイの装着者のみによって見られ、外部の観察者には見られないことを確実にするのに十分な指向性をもたらす。しかし、多くの現在の瞳孔複製導波路は、少ないが顕著な表示光の部分がディスプレイから漏洩し、外部の観察者が表示されたイメージの一部を見ることを可能にし、ディスプレイの装着者とのアイコンタクトを妨げる。

本開示によれば、全反射によって表示光をその中で伝搬させるための透明材料のスラブを備える瞳孔複製導波路がもたらされる。回折格子はスラブによって支持される。回折格子は、基板内に複数の縞を含む。基板は、縞の屈折率とは異なる屈折率を有する。縞は、回折によってスラブからの表示光をブレーズド回折次数に外方結合するために傾斜され、表示光のより大きな部分はブレーズド回折次数に外方結合され、表示光のより小さな部分は非ブレーズド回折次数に外方結合される。回折格子の厚さ方向に沿った回折格子の屈折率コントラストプロファイルは、対称である。屈折率コントラストは、屈折率コントラストプロファイルの両側より中間で大きく、それによって非ブレーズド回折次数に外方結合された表示光の部分は減少される。

いくつかの実施形態において、回折格子は、第１、第２、および第３の格子層の積み重ねを備え、第２の格子層は、第１および第２の格子層の間に配置され、縞は積み重ねにわたって延びる。第１、第２、および第３の層のそれぞれにおける回折格子の屈折率コントラストは一定であり、第２の格子層の屈折率コントラストは、第１および第３の格子層の屈折率コントラストより高い。第１および第３の格子層の厚さは、互いに実質的に等しい。いくつかの実施形態において、第１、第２、および第３の格子層の厚さは、互いに実質的に等しく、第２の格子層の屈折率コントラストは、第１および第３の格子層の屈折率コントラストより高い。

いくつかの実施形態において、第１および第３の格子層の屈折率コントラストの値は、互いに実質的に等しい。第２の格子層の厚さは、第１および第３の格子層の厚さのそれぞれ以上とすることができる。第２の格子層の厚さは、第１および第３の格子層の厚さの合計以上とすることができる。

いくつかの実施形態において、縞の屈折率は、第１、第２、および第３の格子層において実質的に同じであり、第２の格子層の基板の屈折率は、第１および第３の格子層の基板の屈折率とは異なる。いくつかの実施形態において、基板の屈折率は、第１、第２、および第３の格子層において実質的に同じであり、第２の格子層における縞の屈折率は、第１および第３の格子層における縞の屈折率とは異なる。表示光を非ブレーズド回折次数に回折させる回折効率は、０．１％未満とすることができる。

いくつかの実施形態において、回折格子はブラッグ格子である。縞に垂直な方向でのブラッグ格子の屈折率プロファイルは、例えば正弦状とすることができる。任意のタイプの回折格子に対して、屈折率コントラストプロファイルは、滑らかに変化する関数、例えばガウス関数とすることができる。表示光をスラブに内方結合するための入力格子が設けられ得る。

本開示によれば、瞳孔複製導波路を製造する方法がもたらされる。方法は、透明材料のスラブ上に、回折によってスラブからの表示光をブレーズド回折次数に外方結合するための複数の傾斜した縞を形成することを含み、傾斜した縞は高さを有する。第１の基板層が、縞どうしの間に縞の高さの一部分まで、スラブ上に形成され得る。第２の基板層が、縞どうしの間に縞の高さの一部分まで、第１の基板層上に形成され得る。第３の基板層が、縞どうしの間に少なくとも縞の高さまで、第２の基板層上に形成され得る。縞と第２の基板層とによって形成される格子層の屈折率コントラストは、縞と第１の基板層とによって形成される格子層の屈折率コントラストより高くなることができ、および縞と第３の基板層とによって形成される格子層の屈折率コントラストより高くなり得る。

いくつかの実施形態において、第１、第２、および第３の基板層は、スピンオン、インクジェット、または流動性堆積プロセスのうちの少なくとも１つによって形成される。複数の傾斜した縞は、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、または物理気相成長法（ＰＶＤ）のうちの少なくとも１つによって形成され得る。

本開示によれば、瞳孔複製導波路を製造する方法がさらにもたらされる。方法は、透明材料のスラブ上に、回折によってスラブからの表示光をブレーズド回折次数に外方結合するための複数の傾斜した縞を形成することを含む。基板層が、縞どうしの間に縞の高さまで、スラブ上に形成される。基板層は、縞と基板層とによって形成される回折格子の屈折率コントラストプロファイルが、回折格子の厚さ方向に沿って対称となり、屈折率コントラストが屈折率コントラストプロファイルの両側より中間で大きくなるように、基板層の厚さの方向に基板層の空間的屈折率変化をもたらすように、ベーキングされる。基板層は、スピンオン、インクジェット、または流動性堆積プロセスのうちの少なくとも１つによって形成され得る。

次に、例示的実施形態が図面と併せて述べられる。

瞳孔複製導波路の垂直断面図である。 ブレーズドおよび非ブレーズド回折次数への表示光回折を示す、図１の瞳孔複製導波路の拡大断面図である。 瞳孔複製導波路の回折格子の誘電率マップである。 図３Ａの回折格子における、ブレーズド回折次数への回折効率対表示光の入射角のグラフである。 図３Ａの回折格子における、非ブレーズド回折次数への回折効率対表示光の入射角のグラフである。 回折格子が異なる屈折率コントラストを有する３つの層の積み重ねを含む、瞳孔複製導波路の回折格子の誘電率マップである。 図４Ａの回折格子におけるブレーズド回折次数への回折効率対表示光の入射角のグラフである。 図４Ａの回折格子における非ブレーズド回折次数への回折効率対表示光の入射角のグラフである。 回折格子が、異なる屈折率コントラストを有する３つの層の積み重ねと、３つすべての層にわたって延びる変化する屈折率の傾斜した縞とを含む、瞳孔複製導波路の回折格子の誘電率マップである。 図５Ａの回折格子における、ブレーズド回折次数への回折効率対表示光の入射角のグラフである。 図５Ａの回折格子における、非ブレーズド回折次数への回折効率対表示光の入射角のグラフである。 回折格子が、異なる屈折率コントラストを有する３つの層の積み重ねと、３つすべての層にわたって延びる高屈折率の傾斜した縞とを含む、瞳孔複製導波路の回折格子の誘電率マップである。 図６Ａの回折格子における、ブレーズド回折次数への回折効率対表示光の入射角のグラフである。 図６Ａの回折格子における、非ブレーズド回折次数への回折効率対表示光の入射角のグラフである。 回折格子が屈折率分布型の傾斜した縞を含む、瞳孔複製導波路の回折格子の屈折率マップである。 回折格子が屈折率分布型の基板を含む、瞳孔複製導波路の回折格子の屈折率マップである。 瞳孔複製導波路のブラッグ格子の屈折率マップである。 図８のブラッグ格子における、ブレーズド回折次数への回折効率対表示光の入射角のグラフである。 図８のブラッグ格子における、非ブレーズド回折次数への回折効率対表示光の入射角のグラフである。 ブラッグ格子が異なる屈折率コントラストのエリアを有する、瞳孔複製導波路のブラッグ格子の誘電率マップである。 図９Ａの回折格子における、ブレーズド回折次数への回折効率対表示光の入射角のグラフである。 図９Ａの回折格子における、非ブレーズド回折次数への回折効率対表示光の入射角のグラフである。 異なる屈折率コントラストを有するいくつかの格子層を含んだ瞳孔複製導波路を製造する方法のフローチャートである。 滑らかに変化する屈折率コントラストを有する回折格子を含んだ瞳孔複製導波路を製造する方法のフローチャートである。 回折格子が適合層を有する、瞳孔複製導波路のための回折格子の断面図である。 図１２の回折格子を製造する方法のフローチャートである。 回折格子がねじれネマティック（ＴＮ）液晶によって形成される縞を含む、瞳孔複製導波路のための回折格子の断面図である。 眼鏡のフォームファクタを有するニアアイディスプレイの水平断面図である。 本開示のヘッドマウントディスプレイの等角図である。 図１６Ａのヘッドセットを含む仮想現実システムのブロック図である。

本教示は様々な実施形態および例と併せて述べられるが、本教示がこのような実施形態に限定されるものではない。反対に、本教示は当業者には理解されるように、様々な代替形態および等価物を包含する。本開示の原理、態様、および実施形態、ならびにそれらの特定の例を記載するすべての本明細書での記述は、それらの構造的および機能的の両方の等価物を包含するものである。加えて、このような等価物は、現在知られている等価物と、ならびに将来開発される等価物、すなわち構造に関わらず同じ機能を行う、開発される任意の要素との両方を含む。

本明細書で用いられる「第１の」、「第２の」などの用語は、順番付けを含意するものではなく、明示的な別段の記載がない限り、１つの要素を他と区別するためのものである。同様に、方法ステップの順番付けは、明示的な別段の記載がない限り、それらの実行の順番を含意しない。

プロジェクタおよび瞳孔複製導波路に基づくニアアイディスプレイの外部に漏洩する光は、瞳孔複製導波路の回折格子における、望ましくない方向、すなわちユーザの目に向かってディスプレイの内部にではなく、外部世界に向かってディスプレイの外部への、表示光の回折によって引き起こされ得る。ブレーズド回折格子、すなわち、１つの回折次数、例えば第１の回折次数に、例えば第１の回折次数を除く、反対の回折次数より、より効率的に突き当たる光を回折するように、傾斜した溝または縞を有する格子は、いくらかの光は依然として非ブレーズド回折次数の方向に、すなわちディスプレイの外部に漏洩し得る。漏洩した表示光は、ニアアイディスプレイの装着者と対話する人々の気を散らす場合があり、他のビューアが表示されたコンテンツ（テキスト、画像など）を見ることを可能にし、場合によってはプライバシー問題を引き起こす。

本開示によれば、瞳孔複製導波路の回折格子は、望ましくない方向、すなわち非ブレーズド回折次数への回折を低減するように構成され得る。そのために、回折格子の厚さの方向、すなわち回折格子の厚さにわたる、回折格子の屈折率コントラストプロファイルは、回折格子の中間の厚さにおける屈折率コントラストに比べて、回折格子の末端、すなわち、回折格子の上面および底面において低減され得る。このような屈折率コントラストのアポダイゼーションは、望ましくないまたは非ブレーズド回折次数への光の回折を抑制することができる。本明細書で、屈折率コントラストは、回折格子縞の屈折率と、縞がその中に吊された、下にある基板の屈折率との差として定義される。

屈折率コントラストアポダイゼーションは、多様な手段によって達成され得る。いくつかの実施形態において、回折格子は階層化されることができ、各層はそれ自体の屈折率コントラストを有する。いくつかの実施形態において、より滑らかな変化は、回折格子層材料の処理、すなわち制御されたベーキングによって作り出され得る。いくつかの実施形態において、回折格子のデューティサイクル、または充填率は、回折格子溝または縞をテーパリングまたは他のやり方で整形することによって、回折格子の厚さを通して変化され得る。これらおよび他の実施形態は、さらに以下でより詳しく考察される。

図１を参照すると、瞳孔複製導波路１００は、スラブ１０２の上部および下部平行面から、連続的な全反射（ＴＩＲ）によって、スラブ１０２内で表示光１０４を伝搬させるための透明材料のスラブ１０２を含む。本明細書において、「透明」という用語は、完全な透明、ならびに部分的な透明または半透明、すなわちいくらか吸収または散乱するが、ユーザが表示された画像を見るために十分な量の表示光がユーザの目に伝達されるのに十分な透明の両方含む。スラブ１０２は一般に平面平行であるが、いくつかの場合においてスラブのわずかな湾曲は許容され得る。

回折格子１０６はスラブ１０２によって支持される。回折格子１０６は、基板１１０内に複数の縞１０８を含む。縞１０８の屈折率は、基板１１０の屈折率とは異なる。縞１０８の屈折率は、基板１１０の屈折率と比べて大きくまたは小さくすることができる。屈折率コントラストは、本明細書では、縞１０８と基板１１０の屈折率の差の率として定義される。縞１０８は、ユーザの目１１２による表示光１０４の観察のために、スラブ１０２からの表示光１０４のより大きな部分１１４を外方結合するために、図１に示されるように傾斜される。通常、より大きな部分１１４は、光パワーレベルにおいて表示光１０４の約１０％～５０％である。表示光１０４のより小さな部分１１６は、「誤った」方向、すなわちニアアイディスプレイの外側に外方結合され、他の人によって観察され得る。上記で説明されたように、より小さな部分１１６を低減することが望ましい。いくつかの実施形態において、より小さな部分１１６は、表示光１０４の光パワーレベルの少なくとも０．１％まで低減され得る。表示光１０４をスラブ１０２に内方結合するために、入力回折格子など、入力カプラが瞳孔複製導波路１００内にもたらされ得る。

図２を参照すると、回折格子１０６上の表示光１０４の回折がより詳しく示される。回折格子１０６の縞１０８は、表示光１０４のより大きな部分１１４を、ブレーズド回折次数１２４に回折させるように、突き当たる表示光１０４に向かって傾けられ、または傾斜される。表示光１０４のより小さな部分１１６は、非ブレーズド回折次数１２６内へ回折される。

図３Ａを参照すると、瞳孔複製導波路、例えば図１の瞳孔複製導波路１００のための、回折格子３００の比誘電率εが、マイクロメートルでのｘおよびｚ座標に対してプロットされる。ｘ座標は回折格子３００の表面に沿った横座標であり、ｚ座標は厚さ座標、すなわち回折格子３００内の特定の場所の、回折格子３００の厚さの方向３４０での座標である。回折格子３００は、３．２４の低い誘電率の基板材料３１０内に吊された、この例では４．０に等しい高い誘電率の複数の傾斜した縞３０８を含む。本明細書で、「高い」または「低い」という用語は互いに相対的であり、すなわち縞誘電率は基板誘電率より高い。いくつかの実施形態において、縞３０８の誘電率は、基板３１０の誘電率より低い。非磁気的、非吸光性媒体の場合、比誘電率ε_ｒと屈折率ｎは、ε_ｒ＝ｎ^２として関係付けられる。したがって、傾斜した縞３０８は屈折率ｎ_Ｆ＝２を有し、基板材料３１０は屈折率ｎｓ＝１．８を有する。この場合、屈折率コントラストΔｎ＝｜ｎ_Ｆ－ｎ_Ｓ｜は、０．２に等しい。傾斜した縞３０８は、透明なスラブ上にリソグラフィにより形成されることができ（図示せず）、基板材料３０８は、例えばスピンコーティングによって、傾斜した縞３０８上にコーティングされ得る。

図３Ｂは、図３Ａの回折格子３００に対する、ブレーズド回折次数回折効率３１４対入射角の計算の結果を示す。縦の線３０２は、表示光がその中で回折格子３００を支持する導波路スラブ（図示せず）によって導かれる角度範囲を示す。この例において、ブレーズド回折次数回折効率３１４は、約２８％に達する。それに比べて、図３Ｃに示される、計算された非ブレーズド回折次数回折効率３１６は、約０．６％に達するだけである（図３Ｂと３Ｃの縦のスケールは異なる）。これはブレーズド回折次数回折効率３１４と比べて大きく見えないが、到来表示光の０．６％は、この導波路を有するニアアイディスプレイの外部の観察者には極めて顕著になる場合があり、外部観察者には妨害または気を散らすように見え、さらにはディスプレイ装着者とのアイコンタクトを全く妨げ得る。

次に図４Ａを参照すると、瞳孔複製導波路、例えば図１の瞳孔複製導波路１００のための回折格子４００の比誘電率が、マイクロメートルでのｘおよびｚ座標に対してプロットされる。ｘ座標は横座標であり、ｚ座標は、回折格子４００内の特定の場所の厚さ座標である。図４Ａに示されるように、回折格子４００は、第１の格子層４２１、第２の格子層４２２、および第３の格子層４２３の積み重ねを含む。第２の格子層４２２は中間、すなわち第１の格子層４２１と、第３の格子層４２３との間に配置される。第１の格子層４２１および第３の格子層４２３は実質的に同じ厚さを有する。本明細書および本明細書の残り全体にわたって、「実質的に」という用語は、パラメータに適用されたとき、確実に、パラメータの中央値の１０％以内を意味する。

第２の格子層４２２は、第１の格子層４２１および第３の格子層４２３のいずれよりも厚く、この例では約２倍厚い。言い換えれば、第２の格子層４２２の厚さは、第１の格子層４２１および第３の格子層４２３の合計の厚さに実質的に等しい。例えば、いくつかの実施形態において、第１の格子層４２１および第３の格子層４２３の厚さは７５ｎｍ～８５ｎｍとすることができ、第２の格子層４２２の厚さは１５０ｎｍ～１７０ｎｍとすることができる。

複数の傾斜した縞４０８は、第１の格子層４２１、第２の格子層４２２、および第３の格子層４２３を通って延びる。傾斜した縞４０８の比誘電率は、層から層へ変化し得る。傾斜した縞４０８はまた層から層へ変化し、縞４０８の比誘電率より低い比誘電率を有する基板材料４１０内に吊される。基板材料４１０の屈折率は、回折格子４００の各層４２１、４２２、および４２３に対する、縞４０８の屈折率より低い。

回折格子４００の縞４０８は、第１の格子層４２１および第３の格子層４２３において１．９５の屈折率ｎ_Ｆを有し、第２の格子層４２２において２．０の屈折率ｎ_Ｆを有する。基板材料４１０は、第１の格子層４２１および第３の格子層４２３において１．８５の屈折率ｎ_Ｓを有し、第２の格子層４２２において１．８の屈折率ｎ_Ｓを有する。その結果として、第１の格子層４２１、第２の格子層４２２、および第３の格子層４２３のそれぞれの屈折率コントラストΔｎ＝｜ｎ_Ｆ－ｎ_Ｓ｜は、各格子層４２１、４２２、４２３にわたって一定であり、層から層へ変化し、屈折率コントラストΔｎは、第１の格子層４２１および第３の格子層４２３に対して０．１に等しく、第２の格子層４２２に対して０．２に等しく、すなわち第２の格子層４２２の屈折率コントラストは、第１の格子層４２１および第３の格子層４２３の屈折率コントラストより高い。回折格子４００の厚さ方向４４０、すなわち回折格子４００のｚ軸に沿った、屈折率コントラストプロファイルは対称であり、その結果屈折率コントラストΔｎは、屈折率コントラストプロファイルの両側より中間で大きい。本明細書で用いられる屈折率値は、単に例としてのものであり、屈折率値および屈折率コントラスト値は用いられる材料に応じて異なり得ることが留意される。また例えば本明細書で考察される例に対する屈折率値についての記述は、一定の許容差範囲を暗示し、例えば２．０の屈折率は１．９５～２．０５の範囲を意味し、１．８の屈折率は１．７５～１．８５の範囲を意味することなどが理解されるべきである。

図４Ｂを参照すると、ブレーズド回折次数に対する計算された回折効率４１４は、約１８％に達し、これは基準として用いられる図３Ａの回折格子３００のブレーズド回折次数回折効率３１４（図３Ｂ）の約半分よりわずかに高い。図３Ｂとものと比べて低い最大回折効率の値は、中間の第２の層４２２のみが、より高い０．２の屈折率コントラストΔｎを有し、残りの第１の層４２１および第３の層４２３は、より低い０．１の屈折率コントラストΔｎを有することによる、より低い全体的な屈折率コントラストΔｎによって引き起こされ得る。特に、ＴＩＲにより導かれる光に対する角度範囲を示す境界線４０２（図４Ｂ、４Ｃ）により輪郭付けられた導波路４００の角度範囲内で、非ブレーズド回折次数への最大回折効率４１６は、ずっと劇的に０．１％未満まで、すなわち約６倍低減される。したがって、図４Ａの回折格子４００の屈折率コントラストΔｎのｚプロファイルのアポダイゼーションは、非ブレーズド回折次数４１６（図４Ｃ）に外方結合された表示光の部分を、ブレーズド部分４１４の屈折率コントラストより高い程度まで減少させる。ここでおよび本明細書の全体にわたって、屈折率コントラストに関連した「アポダイゼーション」という用語は、回折格子４００の外側、すなわち図４Ａに見られる回折格子４００の上側または下側で、ゼロの屈折率コントラストまでの遷移を円滑化するように、回折格子４００の上面および底面における屈折率コントラストの低減を意味する。

図５Ａを見ると、瞳孔複製導波路、例えば図１の瞳孔複製導波路１００のための回折格子５００の比誘電率が、マイクロメートルでのｘおよびｚ座標に対してプロットされる。回折格子５００は、第１の格子層５２１、第２の格子層５２２、および第３の格子層５２３の積み重ねを含む。第２の格子層５２２は、中間、すなわち第１の格子層５２１と、第２の格子層５２３の間に配置される。第１の格子層５２１および第３の格子層５２３は実質的に同じ厚さを有し、第２の格子層５２２はより厚く、例えば第１の格子層５２１および第３の格子層５２３のそれぞれの２倍厚い。非限定的な例として、第１の格子層５２１および第３の格子層５２３の厚さは７５ｎｍ～８５ｎｍとすることができ、第２の格子層５２２の厚さは１５０ｎｍ～１７０ｎｍとすることができる。

複数の傾斜した縞５０８は、第１の格子層５２１、第２の格子層５２２、および第３の格子層５２３を通って延びる。比誘電率ε_Ｆ、およびしたがって、傾斜した縞５０８の屈折率ｎ_Ｆは、層から層へ変化し、第２の格子層５２２でより大きい。縞５０８は、基板５１０内に吊され、または支持される。基板５１０の屈折率ｎ_Ｓは、第１の格子層５２１、第２の格子層５２２、および第３の格子層５２３に対して、１．８の同じ一定値にある。第２の格子層５２２内の基板５１０の屈折率ｎ_Ｆは、第１の格子層５２１および第３の格子層５２３内の縞の屈折率とは異なるので、第１の格子層５２１、第２の格子層５２２、および第３の格子層５２３のそれぞれの屈折率コントラストΔｎ＝｜ｎ_Ｆ－ｎ_Ｓ｜は、各格子層にわたって一定であるが、層から層へ変化し、屈折率コントラストΔｎは、第１の格子層５２１および第３の格子層５２３に対しては０．１に等しく、第２の格子層５２２に対しては０．２に等しい。回折格子の厚さ方向５４０、すなわちｚ軸に沿った回折格子５００の屈折率コントラストプロファイルは、おおよそ対称であり、その結果屈折率コントラストΔｎは、屈折率コントラストプロファイルの両側より中間で大きい。図５Ａの回折格子５００は、図４Ａの回折格子４００とは構造的に異なるが、これら２つの格子の屈折率コントラストプロファイルは、実質的に同じであることが留意される。

図５Ｂは、図５Ａの回折格子５００によってブレーズド回折次数に回折された表示光に対する計算された回折効率５１４を示す。最大回折効率は約１５％であり、これは基準として本明細書で用いられる図３Ａの回折格子３００ブレーズド回折次数回折効率３１４の約半分である。図５Ｃは、非ブレーズド回折次数に回折された表示光に対する計算された回折効率５１６を示す。非ブレーズド回折次数に対する最大回折効率５１６は、導かれる光に対する角度範囲を示す境界線５０２（図５Ｂ、５Ｃ）により輪郭付けられた、導波路５００の角度範囲内の０．１％未満の値まで、劇的に低減される。したがって、図５Ａの回折格子５００の屈折率コントラストΔｎのｚプロファイルのアポダイゼーションも、図４Ａの回折格子４００と同様に、非ブレーズド回折次数５１６（図５Ｃ）に外方結合された表示光の部分を減少させる。

図６Ａを見ると、瞳孔複製導波路、例えば図１の瞳孔複製導波路１００のための回折格子６００の比誘電率が、マイクロメートルでのｘおよびｚ座標に対してプロットされる。回折格子６００は、第１の格子層６２１、第２の格子層６２２、および第３の格子層６２３の積み重ねを含む。第２の格子層６２２は、中間、すなわち第１の格子層６２１と、第２の格子層６２３との間に配置される。第１の格子層６２１および第３の格子層６２３は、実質的に同じ厚さを有し、第２の格子層６２２はより厚く、例えば第１の格子層６２１および第３の格子層６２３のそれぞれの２倍厚い。例えば、第１の格子層６２１および第３の格子層６２３の厚さは７５ｎｍ～８５ｎｍとすることができ、第２の格子層６２２の厚さは１５０ｎｍ～１７０ｎｍとすることができる。

複数の傾斜した縞６０８は、第１の格子層６２１、第２の格子層６２２、および第３の格子層６２３を通って延びる。傾斜した縞６０８の比誘電率ε_Ｆ、およびしたがって、屈折率ｎ_Ｆは、３つの各格子層６２１、６２２、および６２３に対して同じであり、３つすべての層に対して、傾斜した縞６０８の屈折率ｎ_Ｆは、この例では１．９に等しい。

傾斜した縞６０８は、基板６１０内に吊される。基板６１０材料の屈折率ｎ_Ｓは、層から層へ変化する。第１の格子層６２１および第３の格子層６２３において、基板６１０の屈折率ｎ_Ｓは１．８に等しく、第２の格子層６２２において、基板６１０の屈折率ｎ_Ｓはより低く、１．７に等しい。したがって、第１の格子層６２１、第２の格子層６２２、および第３の格子層６２３のそれぞれの屈折率コントラストΔｎ＝｜ｎ_Ｆ－ｎ_Ｓ｜は、層から層へ変化し、屈折率コントラストΔｎは、第１の格子層６２１および第３の格子層６２３に対して０．１に等しく、第２の格子層６２２に対して０．２に等しい。回折格子６００の厚さ方向６４０、すなわち回折格子のｚ軸に沿った、屈折率コントラストプロファイルは対称にされることができ、その結果屈折率コントラストΔｎは、屈折率コントラストプロファイルの両側より中間で大きい。屈折率コントラストプロファイルは、図４Ａの回折格子４００および図５Ａの回折格子５００におけるものと同じであることが留意される。

図６Ｂは、ブレーズド回折次数に、図６Ａの回折格子６００によって回折された表示光に対する計算された回折効率６１４を示す。最大回折効率は約１８％であり、基準として本明細書で用いられる図３Ａの回折格子３００のブレーズド回折次数回折効率３１４の半分を超える。図６Ｃを参照すると、非ブレーズド回折次数６１６に対する最大回折効率はまた、境界線６０２（図６Ｂ、６Ｃ）により輪郭付けられた、導波路６００の角度範囲内の０．１％未満の値まで、かなり低減される。したがって、図６Ａの回折格子６００の屈折率コントラストΔｎのｚプロファイルのアポダイゼーションは、非ブレーズド回折次数６１６（図６Ｃ）に外方結合された表示光の部分を、ブレーズド回折次数に外方結合された表示光の部分より大幅に減少させる。

図４Ａの回折格子４００、図５Ａの回折格子５００、および図６Ａの回折格子６００の例において、中央（第２）の格子層の厚さは、外側の格子層（第１および第３）の２倍であり、中央の格子層の屈折率コントラストは２倍高い。上記の回折格子に対して、他の構成が可能である。非限定的な例として、３つすべての格子層の厚さは、互いに実質的に等しくすることができ、中央の格子層の屈折率コントラストはより高く、例えば外側の格子層の屈折率コントラストよりおおよそ３倍高くなり得る。さらに、外側の格子層の厚さは同じである必要はなく、層の数は３つより多くすることができる。いくつかの実施形態において、層構造は回折格子の中央の厚さに対して対称であり、他の実施形態では、これは準対称、さらには非対称である。一般に、アポダイゼーションは、例えばガウス関数など、滑らかに変化する釣り鐘型関数に近付き得る。

図７Ａを参照すると、瞳孔複製導波路、例えば図１の瞳孔複製導波路１００のための回折格子７００Ａは、低屈折率の基板材料７１０Ａ内に吊された、高屈折率の複数の傾斜した縞７０８Ａを含む。本明細書において、「高い」または「低い」という用語は互いに相対的であり、すなわち縞屈折率は、基板屈折率より高い。縞７０８Ａは、厚さ方向７４０に滑らかに変化する屈折率を有する。回折格子７００Ａの厚さの中間点７４１での屈折率は、上面および底面より高い。非限定的な例として、中間点７４１での縞７０８Ａの最大屈折率は２．０であり、上面および底面での屈折率は１．８である。基板７１０Ａの屈折率は、この例では一様に１．８である。したがって、回折格子７００Ａの屈折率プロファイルは、最大が０．２で、最小が０の釣り鐘のような形状を有する。このような構成は、屈折率コントラストプロファイルの滑らかなアポダイゼーションをもたらし、これは望ましくない非ブレーズド回折次数に外方結合された表示光の部分をかなり低減し得る。

図７Ｂを参照すると、瞳孔複製導波路、例えば図１の瞳孔複製導波路１００のための回折格子７００Ｂは、低屈折率の基板材料７１０Ｂ内に吊された、高屈折率の複数の傾斜した縞７０８Ｂを含む。上記の例のように、「高い」および「低い」という用語は互いに相対的であり、すなわち縞屈折率は、基板屈折率より低い。縞７０８Ｂは、この例では２．０の一定の屈折率を有する。基板材料７１０Ｂの屈折率は、厚さ方向７４０に滑らかに変化する。基板材料７１０Ｂの屈折率は、回折格子７００Ｂの上面および底面より、厚さの中間点７４１で低い。中間点７４１での最小屈折率は１．８であり、上面および底面での屈折率は２．０である。したがって、図７Ｂの回折格子７００Ｂの屈折率プロファイルは、図７Ａの回折格子７００Ａと同じまたは同様な釣り鐘形状を有し、回折格子７００Ｂの中間点７４１で最大値０．２、および外面で最小値０を有する。

次に図８Ａを参照すると、瞳孔複製導波路、例えば図１の瞳孔複製導波路１００のためのブラッグ格子８００は、１．８～２．０に変化する屈折率の、複数の傾斜した正弦状縞８０８を含む。本明細書において、「正弦状縞」という用語は、縞８０８に垂直な縞方向８５０に沿って、例えばこの例では、０．２の振幅を有して正弦状に変化する（１．８～２．０）屈折率を有する、回折格子縞を意味する。屈折率コントラストは、ブラッグ格子８００全体にわたって同じである。

いくつかの実施形態において、ブラッグ格子８００は、照射すると直ぐにその屈折率を変化させる感光性物質内に、２ビーム光学干渉パターンをもたらすことによって形成され得る。ＵＶ感受性ポリマーまたは他の材料内に２ビーム光学干渉パターンを形成するために、紫外（ＵＶ）光が用いられ得る。２ビーム干渉パターンは、２つの記録ＵＶビームを感光性基板に方向付けることによって形成され得る。記録ビームの方位は、できるだけ多くの光をニアアイディスプレイのアイボックスの方向に回折させるように選択され得る。いくつかの実施形態において、複数のこのような露光が異なる角度で行われ、このような場合、結果としての縞パターンは、複数の露光角度に対応する複数の入射角において、高い効率で表示光を回折するように、非正弦状および／または不規則に形作られ得る。

図８Ｂは、図８Ａの回折格子８００における、ブレーズド回折次数回折効率８１４対入射角の計算の結果を示す。縦の線８０２は、回折格子８００を支持する導波路スラブ、例えば図１の瞳孔複製導波路１００のスラブ１０２によって、表示光が導かれる角度範囲を示す。この例において、図８Ｂのブレーズド回折次数回折効率８１４（すなわちニアアイディスプレイのアイボックスへの）は、約１８％に達する。

図８Ｃは、図８Ａの回折格子８００に対する、非ブレーズド回折次数回折効率８１６対入射角の計算の結果を示す。図８Ｃに示される、計算された非ブレーズド回折次数回折効率８１６は、約０．４％に達するだけである。これはブレーズド回折次数回折効率８１４と比べて大きいように見えないが、到来表示光の０．４％は、このような瞳孔複製導波路を用いたニアアイディスプレイの外部の観察者には、極めて顕著になり得る。したがって、アポダイズされない屈折率コントラストは、回折格子縞の屈折率変化が滑らかで、例えば正弦状である場合であっても、結果としてニアアイディスプレイの外部への表示光の著しい漏洩を生じ得る。

図９Ａを見ると、瞳孔複製導波路、例えば図１の瞳孔複製導波路１００のためのブラッグ格子９００は、第１の格子層９２１、第２の格子層９２２、および第３の格子層９２３の積み重ねを通過する、複数の傾斜した正弦状縞９０８を含む。回折格子９００の比誘電率は、マイクロメートルでのｘおよびｚ座標に対してプロットされる。ｘ座標は横座標であり、ｚ座標は、回折格子９００内の特定の場所の厚さ座標である。言い換えれば、ｚ座標は厚さ方向９４０に平行である。回折格子９００の第２の格子層９２２は中間、すなわち回折格子９００の第１の格子層９２１と、第２の格子層９２３との間に配置される。第１の格子層９２１および第３の格子層９２３は同じ厚さを有し、第２（中間）の層９２２は、第１の格子層９２１および第３の格子層９２３のおおよそ２倍の厚さである。この例において、第１の格子層９２１および第３の格子層９２３の厚さは、７５ｎｍ～８５ｎｍであり、第２の格子層９２２の厚さは１５０ｎｍ～１７０ｎｍである。

縞９０８における屈折率の正弦状変化の振幅、すなわち屈折率コントラストは、異なる格子層で異なる。示される例において、第１の格子層９２１および第３の格子層９２３の屈折率コントラストは０．１であり、屈折率は空間的に１．８５～１．９５の間で変化し、第２の格子層９２２の屈折率コントラストは０．２であり、屈折率は空間的に１．８～２．００の間で変化する。このような変化パターンは、例えば、第２の格子層９２２は第１の格子層９２１および第３の格子層９２３より高い感光性物質の濃度を有して、第１の格子層９２１、第２の格子層９２２、および第３の格子層９２３を積み重ね、同時に、積み重ねを２つの書き込みＵＶ波で照射して、３つすべての格子層にわたって延びる書き込みＵＶ干渉パターンを作成することによって得ることができる。また格子の中間で最も強くなるように、ビーム強度をアポダイズすることを用い得る。

図９Ｂを参照すると、ブレーズド回折次数に対する計算された回折効率９１４は、約１７％に達し、これは図８Ａのブラッグ格子８００のブレーズド回折次数回折効率８１４（図８Ｂ）よりわずかに低い。最大回折効率のわずかに低い値は、中間の、第２の層９２２のみが０．２の屈折率コントラストΔｎを有し、第１の格子層９２１および第３の格子層９２３はより低い０．１の屈折率コントラストΔｎを有することによる、より低い全体の屈折率コントラストΔｎによって引き起こされ得る。特に、非ブレーズド回折次数に対する最大回折効率９１６は、瞳孔複製導波路によって導かれる光に対する角度範囲を示す境界線９０２（図９Ｂ、９Ｃ）によって輪郭付けられる、導波路９００の角度範囲内で、ずっとより劇的に、０．１％未満まで、すなわち少なくとも４倍低減される。したがって、図９Ａの回折格子９００の屈折率コントラストΔｎのｚプロファイルのアポダイゼーションは、ブレーズド部分９１４の屈折率コントラストより高度に、非ブレーズド回折次数９１６（図９Ｃ）に外方結合され表示光の部分を減少させる。ブラッグ格子９００の非ブレーズド回折効率９１６の挙動は、図４Ａのブラッグ格子４００の非ブレーズド回折効率４１６と同様である。

次に図１０を参照すると、瞳孔複製導波路を製造する方法１０００は、複数の傾斜した縞、例えば図６Ａの傾斜した縞６０８を、透明材料のスラブ、例えば図１のスラブ１０２上に形成すること（１００２）を含む。傾斜した縞は、回折によって、スラブからの表示光をブレーズド回折次数に外方結合するように構成され得る。例えば、傾斜した縞は、ブレーズド回折次数に回折される光の量を増加させるように選択された傾斜角、例えばブレーズド回折次数の方向での鏡面反射に対応する傾斜角を有し得る。次いで、第１の基板層が、傾斜した縞どうしの間に縞の高さの一部分まで、スラブ上に形成（図１０、１００４）、例えばコーティングされ、それによって第１の格子層６２１（図６Ａ）を形成することができる。次いで、第２の基板層が、傾斜した縞どうしの間に縞の高さの一部分まで、第１の基板層上に、例えばコーティングによって形成され（図１０、１００６）、それによって第２の格子層６２２（図６Ａ）を形成することができる。次いで、第３の基板層が、傾斜した縞どうしの間に少なくとも縞の高さまで、第２の基板層上に形成、例えばコーティングされ（図１０、１００８）、それによって第３の格子層６２３（図６Ａ）を形成することができる。第１、第２、および第３の基板層は、一緒に基板６１０を形成する。第２の格子層６２２、すなわち縞６０８と第２の基板層とによって形成された層の屈折率コントラストは、第１の格子層６２１、すなわち縞６０８と第１の基板層とによって形成された層の屈折率コントラストより高い。第２の格子層の屈折率コントラストはまた、第３の格子層、すなわち傾斜した縞と第３の基板層とによって形成された層の屈折率コントラストより高い。

複数の傾斜した縞は、適切な堆積法、例えば標準および／もしくは選択的原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、ならびに／またはプラズマエッチングもしくは気相エッチングもしくはウェットエッチングもしくは原子層エッチング（ＡＬＥ）と併せて物理気相成長法（ＰＶＤ）によって形成され得る。堆積の後に、例えば、マスクによる方向性エッチングが行われ得る。いくつかの実施形態において、第１、第２、および第３の基板層は、変化する屈折率の積み重ねを形成するように、適切な屈折率を有するポリマー材料が互いの上にスピンコートされる、スピンオンプロセスによって形成され得る。中間エッチング、またはリソグラフィによる露光および現像ステップが、ｚ方向、ならびにＸおよびＹ方向の相対厚さを制御するために含められ得る。またインクジェットまたは流動性堆積プロセスが、スピンコーティングの代わりにこの目的のために用いられ得る。

図１１を参照すると、瞳孔複製導波路を製造する方法１１００は、透明材料のスラブ、例えば図１のスラブ１０２上に、複数の傾斜した縞、例えば図７Ｂの傾斜した縞７０８Ｂを形成すること（１１０２）を含む。傾斜した縞は、回折によって、スラブからの表示光をブレーズド回折次数に外方結合するように構成され得る。例えば、傾斜した縞は、ブレーズド回折次数に回折される光の量を増加させるように選択された傾斜角、例えばブレーズド回折次数の方向での鏡面反射に対応する傾斜角を有し得る。次いで基板層、例えば図７Ｂの基板層７１０Ｂが、縞７０８Ｂどうしの間に少なくとも縞７０８Ｂの全高まで、スラブ上に形成され得る（図１１、１１０４）。次いで基板層７１０Ｂは、基板層の厚さの方向７４０での基板層７１０Ｂの空間的屈折率変化をもたらすように、ベーキングされ（１１０６）、その結果回折格子７００Ｂの厚さ方向７４０に沿って、縞７０８Ｂと基板層７１０Ｂとによって形成される回折格子７００Ｂの屈折率コントラストプロファイルは対称であり、屈折率コントラストは、屈折率コントラストプロファイルの両側より中間７４１で大きい。

複数の傾斜した縞は、適切な堆積法、例えば原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、および／または物理気相成長法（ＰＶＤ）によって形成され得る。堆積の後に、例えば、マスクによる方向性エッチングが行われ得る。いくつかの実施形態において、第１、第２、および第３の基板層は、適切な屈折率を有するポリマー材料が互いの上にスピンコートされる、スピンオンプロセスによって形成される。インクジェットまたは流動性堆積プロセスも、この目的のために用いられ得る。

次に図１２を見ると、瞳孔複製導波路１２００は、ＴＩＲによってスラブ１２０２内の表示光を導くように構成された透明材料のスラブ１２０２によって支持された、複数の傾斜した縞１２０８を含む。上記で考察された瞳孔複製導波路の例と同様に、瞳孔複製導波路１２００の傾斜した縞１２０８は、回折によって、スラブ１０２からの表示光をブレーズド回折次数に外方結合するように構成される。傾斜した縞１２０８は、第１の屈折率ｎ_１を有する。

適合層１２０９は、傾斜した縞１２０８を一様な厚さまで覆う。言い換えれば、適合層１２０９は、示されるように、個々の傾斜した縞１２０８の間の間隙１２１１を残しながら、傾斜した縞１２０８の形状を反復し、個々の傾斜した縞１２０８を封じ込める。適合層は、第２の屈折率ｎ_２を有する。

オーバーコート層１２１０、例えばポリマー層は、適合層１２０９で覆われた傾斜した縞１２０８の間の間隙１２１１を充填する。オーバーコート層１２１０の上面は平坦とすることができる。オーバーコート層１２１０は、第３の屈折率ｎ_３を有する。いくつかの実施形態において、第１の屈折率ｎ_１、第２の屈折率ｎ_２、および第３の屈折率ｎ_３は、条件ｎ_１＜ｎ_２＜ｎ_３を満たす。図１２に示される例において、ｎ_１＝１．７、ｎ_２＝１．８、およびｎ_３＝１．９である。

実際上、傾斜した縞１２０８、適合層１２０９、およびオーバーコート層１２１０は、瞳孔複製導波路１２００の３つの格子層、すなわち第１の格子層１２２１、第２の格子層１２２２、および第３の格子層１２２３（図１２の破線の横線）を形成する。第１の格子層１２２１は、ｎ_１からｎ_２まで、この例では１．７から１．８まで変化する屈折率を有する。したがって、第１の格子層１２２１の実効屈折率コントラストΔｎは、０．１に等しい。第２の格子層１２２２は、ｎ_１からｎ_２さらにｎ_３まで、この例では１．７から１．８さらに１．９まで変化する屈折率を有する。したがって、第２の格子層１２２２の実効屈折率コントラストΔｎは、０．２に等しい。最後に、第３の格子層１２２３は、ｎ_２からｎ_３まで、すなわちこの例では１．８から１．９まで変化する屈折率を有する。したがって、第３の格子層１２２３の実効屈折率コントラストΔｎは、０．１に等しい。したがって、このような構成はまた、上記で考察されたものと同様な、回折格子のアポダイズされた屈折率コントラスト、すなわち、０．１－０．２－０．１をもたらす。

図１２をさらに参照しながら図１３を見ると、例えば図１２の瞳孔複製導波路１２００などの、瞳孔複製導波路を製造する方法１３００は、回折によって、スラブ１２０２からの表示光をブレーズド回折次数に外方結合するように、スラブ１２０２上に複数の傾斜した縞１２０８を形成すること（１３０２）を含み、傾斜した縞は第１の屈折率ｎ_１を有する。次いで、間隙１２１１が個々の傾斜した縞１２０８の間に残されるように、屈折率ｎ_２を有する適合層１２０９が、複数の傾斜した縞１２０８上に形成される（１３０４）。次いで、適合層１２０９上に、屈折率ｎ_３を有するオーバーコート層１２１０が形成される（１３０６）。オーバーコート層１２１０は、図１２に示されるように、適合層１２０９で覆われた傾斜した縞１２０８の間の間隙１２１１を充填する。傾斜した縞１２０８、適合層１２０９、およびオーバーコート層１２１０の屈折率は、条件ｎ_１＞ｎ_２＞ｎ_３、あるいは、ｎ_１＜ｎ_２＜ｎ_３を満たし得る。

傾斜した縞１２０８、適合層１２０９、およびオーバーコート層１２１０を製作するために、多様な製造方法が使用され得る。いくつかの実施形態において、複数の傾斜した縞１２０８は、型および適切な樹脂を用いたインプリンティング、またはフォトリソグラフィにより画定されたマスクを通した等方性エッチングによって形成される。適合層１２０９は、原子層堆積によって形成されることができ、これは明確に画定された一様な厚さの適合する薄膜の堆積を可能にする。オーバーコート層１２１０は、例えばスピンコーティングによって形成されることができ、これは間隙１２１１を充填し、スピンコートされたオーバーコート層の上面の良好な一様性を結果として生じる。

図１４を参照すると、瞳孔複製導波路１４００は、スラブ１４０２の上面および底面からの全反射（ＴＩＲ）によって、スラブ１４０２内に表示光を伝搬させるための透明材料のスラブ１４０２を含む。回折格子１４５０は、スラブ１４０２によって支持される。回折格子１４５０は、基板材料１４１０、例えばポリマー基板内に吊された複数の縞１４０８を含む。縞１４０８は、ねじれネマティック（ＴＮ）液晶（ＬＣ）材料によって形成される。いくつかの実施形態において、ＬＣ分子１４１８は、ポリマー基板材料によって安定化される。縞１４０８は、回折によって、スラブ１４０２からの表示光１４０４をブレーズド回折次数１４２４に外方結合するように傾斜される。縞１４０８の傾斜のため、表示光１４０４のより大きな部分１４１４は、ブレーズド回折次数１４２４に外方結合され、表示光１４０４のより小さな部分１４１６は、非ブレーズド回折次数１４２６に外方結合される。

ＴＮ ＬＣ材料は、ＴＮ ＬＣ材料の細長いＬＣ分子１４１８に垂直に偏光された光に対する、正常屈折率ｎ_Ｏと、ＴＮ ＬＣ材料の分子１４１８に平行に偏光された光に対する、異常屈折率ｎ_Ｅとを有する。いくつかの実施形態において、ポリマー基板材料１４１０の屈折率は、ｎ_Ｅよりｎ_Ｏに近い。これらの実施形態の場合、入射面内、すなわち図１４の面内に偏光された、突き当たる表示光１４０４に対する屈折率コントラストは、回折格子１４５０の厚さ方向１４４０に沿って、変化する屈折率コントラストプロファイルを有する。これは、図１４に示されるＬＣ材料のＴＮ構成において、上部および下部ＬＣ分子１４１８Ａは、突き当たる表示光１４０４の偏光方向１４０５に垂直に配置され、したがって突き当たる表示光１４０４に対して正常屈折率ｎ_Ｏを有し、一方、中間の厚さのＬＣ分子１４１８Ｂは、偏光方向１４０５に関して鋭角にあり、したがって突き当たる表示光１４０４に対してｎ_Ｏとｎ_Ｅの間の屈折率を有し、これは通常は正常屈折率ｎ_Ｏより高いからである。その結果として、屈折率コントラストは、屈折率コントラストプロファイルの両側より中間で大きく、これは非ブレーズド回折次数１４２６に外方結合された偏光された表示光の部分を減少させる。ＴＮ ＬＣ分子１４１８の滑らかに変化するねじれ角により、屈折率コントラストプロファイルは、通常は滑らかに変化する関数となる。適切なＬＣ分子方位ジオメトリを選択することにより、滑らかに変化する関数は、ガウス関数を近似するようになされ得る。

図１５を参照すると、ニアアイディスプレイ１５００は、１つの眼鏡のフォームファクタを有するフレーム１５０１を含む。フレーム１５０１はそれぞれの目に対して、光源サブアセンブリ１５０２と、複数の光ビームをもたらすために光源サブアセンブリ１５０２の放射器に電源供給するように、光源サブアセンブリ１５０２に動作可能に結合された電子的ドライバ１５０４と、複数の光ビームをコリメートするように、光源サブアセンブリ１５０２に光学的に結合されたコリメータ１５０６と、複数の光ビームをスキャンするためのコリメータ１５０６に光学的に結合されたスキャナ１５０８と、スキャナ１５０８に光学的に結合された瞳孔複製器１５１０とを支持する。光源サブアセンブリ１５０２は、複数の光ビームをもたらすための、シングルモードまたはマルチモード半導体光源、例えば側面放射レーザダイオード、垂直共振器面発光レーザダイオード（ＳＬＥＤ）、または発光ダイオードの、アレイを支持する基板を含み得る。コリメータ１５０６は、凹面鏡、バルクレンズ、フレネルレンズ、ホログラフィックレンズなどを含むことができ、光源サブアセンブリ１５０２と一体化され得る。スキャナ１５０８は、例えば２Ｄ微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スキャナを含み得る。

瞳孔複製器１５１０の機能は、アイボックス１５１２の全エリアを覆うように、スキャナ１５０８によってスキャンされた光ビームの、複数の横方向にオフセットされたコピーをもたらす。アイボックス１５１２は、ユーザがニアアイディスプレイ１５００を装着したとき、ユーザの目を配置するための幾何学的なエリアを示す。ユーザの目がアイボックス１５１２によって輪郭付けられたエリア内に位置するとき、許容される品質の画像がユーザに表示され得る。光ビームの複数の横方向にオフセットされたコピーは、アイボックス１５１２のエリアが、異なるユーザによる、表示されたイメージの簡便な観察のために十分広くなることを確実にするように、瞳孔複製器１５１０によってもたらされる。瞳孔複製器１５１０は、図４Ａの回折格子４００、図５Ａの回折格子５００、図６Ａの回折格子６００、図７Ａの回折格子７００Ａ、図７Ｂの回折格子７００Ｂ、図９Ａの回折格子９００、および／または図１５の回折格子１５５０を含んだ、図１の瞳孔複製導波路１００など、本明細書で述べられる瞳孔複製導波路の任意のものを含み得る。瞳孔複製器１５１０はまた、図１２の瞳孔複製導波路１２００、図１４の瞳孔複製導波路１４００などを含み得る。

コントローラ１５０５（図１５）は、スキャナ１５０８および電子的ドライバ１５０４に動作可能に結合される。コントローラ１５０５は、スキャナ１５０８の傾斜可変ＭＥＭＳ反射器のＸおよびＹ傾斜角を決定するように構成され得る。次いで、コントローラ１５０５は、表示されることになる画像の、どの１つのまたは複数の画素が、決定されたＸおよびＹ傾斜角に対応するかを決定する。次いで、コントローラ１５０５は、これらの画素の輝度および／または色を決定し、それに従って、決定された画素輝度および色に対応するパワーレベルでの光パルスを作り出すために、電力供給電気パルスを光源サブアセンブリ１５０２に供給するように、電子的ドライバ１５０４を動作させる。

本開示の実施形態は、人工現実システムを含むことができ、または人工現実システムと併せて実施され得る。人工現実システムは、視覚的情報、オーディオ、触覚（体性感覚）情報、加速度、平衡など、感覚を通して得られる外部世界についての感覚情報を、ユーザに提示する前に何らかのやり方で調整する。非限定的な例として、人工現実は、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、複合現実（ＭＲ）、ハイブリッド現実、もしくは何らかの組み合わせ、および／またはそれらの派生物を含み得る。人工現実コンテンツは、専ら生成されたコンテンツ、または捕捉された（例えば、現実世界の）コンテンツと組み合わされた生成されたコンテンツを含み得る。人工現実コンテンツは、ビデオ、オーディオ、体性もしくは触力覚フィードバック、またはそれらの何らかの組み合わせを含み得る。このコンテンツの任意のものは、ビューアに対して３次元効果を作り出すステレオビデオにおいてなど、単一チャネルまたは複数チャネルにおいて提示され得る。さらに、いくつかの実施形態において、人工現実はまた、例えば、人工現実でのコンテンツを作成するために用いられる、および／または他の形で人工現実において（例えば、人工現実における活動を行うように）用いられる、アプリケーション、製品、付属物、サービス、またはそれらの何らかの組み合わせに関連付けられ得る。人工現実コンテンツをもたらす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ＨＭＤ、スタンドアロンＨＭＤ、眼鏡のフォームファクタを有するニアアイディスプレイ、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人または複数のビューアに人工現実コンテンツをもたらす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など、ウェアラブルディスプレイを含む、様々なプラットフォーム上で実施され得る。

図１６Ａを参照すると、ＨＭＤ１６００は、ＡＲ／ＶＲ環境へのより高度の没入のために、ユーザの顔を取り囲む、ＡＲ／ＶＲウェアラブルディスプレイシステムの例である。ＨＭＤ１６００は、図１５のニアアイディスプレイ１５００の実施形態であり、同様な要素を含み得る。ＨＭＤ１６００の機能は、コンピュータにより生成されたイメージを用いて物理的な現実世界環境の視像を拡張すること、および／または専ら仮想３Ｄイメージを生成することである。ＨＭＤ１６００は、フロントボディ１６０２と、バンド１６０４とを含み得る。フロントボディ１６０２は、信頼性があり快適な形で、ユーザの目の正面に配置するように構成され、バンド１６０４は、フロントボディ１６０２をユーザの頭に固定するように引き延ばされ得る。表示システム１６８０は、ＡＲ／ＶＲイメージをユーザに提示するために、フロントボディ１６０２内に配置され得る。表示システム１６８０は、本明細書で開示される瞳孔複製導波路および回折格子の任意のものを含み得る。フロントボディ１６０２の側部１６０６は、不透明または透明とすることができる。

いくつかの実施形態において、フロントボディ１６０２は、ロケータ１６０８およびＨＭＤ１６００の加速度を追跡するための慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１６１０と、ＨＭＤ１６００の位置を追跡するための位置センサ１６１２とを含む。ＩＭＵ１６１０は、ＨＭＤ１６００の運動に応答して１つまたは複数の測定信号を生成する、位置センサ１６１２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、ＨＭＤ１６００の位置を示すデータを生成する電子デバイスである。位置センサ１６１２の例は、１つまたは複数の加速度計、１つまたは複数のジャイロスコープ、１つまたは複数の磁力計、運動を検出する他の適切なタイプのセンサ、ＩＭＵ１６１０の誤差補正のために用いら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む。位置センサ１６１２は、ＩＭＵ１６１０の外部に、ＩＭＵ１６１０の内部に、またはそれらの何らかの組み合わせにおいて位置し得る。

ロケータ１６０８は、仮想現実システムがＨＭＤ１６００全体の場所および方位を追跡できるように、仮想現実システムの外部イメージングデバイスによってトレースされる。ＩＭＵ１６１０および位置センサ１６１２によって生成された情報は、ＨＭＤ１６００の位置および方位の改善された追跡精度のために、ロケータ１６０８を追跡することによって取得される位置および方位と比較され得る。正確な位置および方位は、ユーザが３Ｄ空間内で移動するおよび向きを変えるのに従って、適切な仮想背景をユーザに提示するために重要である。

ＨＭＤ１６００は、深度カメラアセンブリ（ＤＣＡ）１６１１をさらに含むことができ、これはＨＭＤ１６００の一部またはすべてを取り囲むローカルエリアの深度情報を記述するデータを捕捉する。そのために、ＤＣＡ１６１１は、レーザレーダ（ＬＩＤＡＲ）、位相敏感深度カメラ、または同様なデバイスを含み得る。深度情報は、３Ｄ空間内のＨＭＤ１６００の位置および方位の決定のより良い精度のために、ＩＭＵ１６１０からの情報と比較され得る。

ＨＭＤ１６００は、リアルタイムでユーザの目の方位および位置を決定するために、視線追跡システム１６１４をさらに含み得る。取得された目の位置および方位は、ＨＭＤ１６００が、ユーザの視線方向を決定すること、およびそれに従って表示システム１６８０によって生成される画像を調整することを可能にする。一実施形態において、両眼転導、すなわち、ユーザの目の視線の輻輳角が決定される。決定された視線方向および両眼転導角度はまた、視線角度および目の位置に応じて、視覚的アーチファクトのリアルタイム補償のために用いられ得る。さらに、決定された両眼転導および視線角度は、ユーザとの相互作用、物体を強調表示すること、物体を前景に動かすこと、追加の物体またはポインタを作成することなどのために用いられ得る。また、例えばフロントボディ１６０２に組み込まれた小型スピーカのセットを含む、オーディオシステムがもたらされ得る。

図１６Ｂを参照すると、ＡＲ／ＶＲシステム１６５０は、図１６ＡのＨＭＤ１６００と、様々なＡＲ／ＶＲアプリケーション、セットアップおよび較正手順、３Ｄビデオなどを記憶する外部コンソール１６９０と、コンソール１６９０を動作させるおよび／またはＡＲ／ＶＲ環境と相互作用するための入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１６１５とを含む。ＨＭＤ１６００は、物理的ケーブルによってコンソール１６９０に「繋がれ」、またはブルートゥース（Ｒ）、Ｗｉ－Ｆｉなどの無線通信リンクを通じてコンソール１６９０に接続され得る。関連付けられたＩ／Ｏインターフェース１６１５をそれぞれが有する、複数のＨＭＤ１６００が存在することができ、各ＨＭＤ１６００およびＩ／Ｏインターフェース１６１５はコンソール１６９０と通信する。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ＡＲ／ＶＲシステム１６５０に含められ得る。加えて、図１６Ａおよび１６Ｂに示される構成要素のうちの１つまたは複数と併せて述べられる機能は、いくつかの実施形態において、図１６Ａおよび１６Ｂと併せて述べられるものとは異なる形で、構成要素の間で分散され得る。例えば、コンソール１６１５の一部またはすべての機能は、ＨＭＤ１６００によってもたらされることができ、逆も同様である。ＨＭＤ１６００には、このような機能を達成することができる処理モジュールがもたらされ得る。

図１６Ａを参照して述べられたように、ＨＭＤ１６００は、目の位置および方位を追跡し、視線角度および輻輳角などを決定するための視線追跡システム１６１４（図１６Ｂ）、３Ｄ空間内のＨＭＤ１６００の位置および方位を決定するためのＩＭＵ１６１０、外部環境を捕捉するためのＤＣＡ１６１１、ＨＭＤ１６００の位置を独立して決定するための位置センサ１６１２、およびＡＲ／ＶＲコンテンツをユーザに表示するための表示システム１６８０を含み得る。表示システム１６８０（図１６Ｂ）は、電子ディスプレイ１６２５、例えば非限定的に、走査プロジェクタディスプレイを含む。表示システム１６８０は、光学系ブロック１６３０をさらに含み、その機能は、電子ディスプレイ１６２５によって生成された画像をユーザの目に伝達することである。光学系ブロック１６３０は、本明細書で開示される瞳孔複製導波路と、回折格子とを含み得る。光学系ブロック１６３０は、様々なレンズ、例えば屈折レンズ、フレネルレンズ、回折レンズ、アクティブまたはパッシブパンチャラトナム・ベリー位相（ＰＢＰ）レンズ、液体レンズ、液晶レンズなど、瞳孔複製導波路、格子構造体、コーティングなどをさらに含み得る。表示システム１６８０は、可変焦点モジュール１６３５をさらに含むことができ、これは光学系ブロック１６３０の一部とすることができる。可変焦点モジュール１６３５の機能は、例えば輻輳調節矛盾に対して補償するように光学系ブロック１６３０の焦点を調整すること、特定のユーザの視覚障害を補正すること、光学系ブロック１６３０の収差を相殺することなどである。

Ｉ／Ｏインターフェース１６１５は、ユーザがコンソール１６９０に対して、アクション要求を送り、応答を受信することを可能にするデバイスである。アクション要求は、特定のアクションを行うための要求である。例えば、アクション要求は、画像もしくはビデオデータの捕捉を開始するもしくは終了するための命令、またはアプリケーション内の特定のアクションを行うために命令とすることができる。Ｉ／Ｏインターフェース１６１５は、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、アクション要求をコンソール１６９０に通信するための任意の他の適切なデバイスなど、１つまたは複数の入力デバイスを含み得る。Ｉ／Ｏインターフェース１６１５によって受信されたアクション要求は、コンソール１６９０に通信され、コンソール１６９０は、アクション要求に対応するアクションを行う。いくつかの実施形態において、Ｉ／Ｏインターフェース１６１５は、Ｉ／Ｏインターフェース１６１５の初期位置に対する、Ｉ／Ｏインターフェース１６１５の推定される位置を示す較正データを捕捉するＩＭＵを含む。いくつかの実施形態において、Ｉ／Ｏインターフェース１６１５は、コンソール１６９０から受信される命令に従って、ユーザに触力覚フィードバックをもたらし得る。例えば、触力覚フィードバックは、アクション要求が受信されたときにもたらされることができ、またはコンソール１６９０は、Ｉ／Ｏインターフェース１６１５に命令を通信して、Ｉ／Ｏインターフェース１６１５に、コンソール１６９０がアクションを行うときに触力覚フィードバックを生成させる。

コンソール１６９０は、ＩＭＵ１６１０、ＤＣＡ１６１１、視線追跡システム１６１４、およびＩ／Ｏインターフェース１６１５のうちの１つまたは複数から受信された情報に従った処理のために、コンテンツをＨＭＤ１６００に供給し得る。図１６Ｂに示される例において、コンソール１６９０は、アプリケーションストア１６５５、追跡モジュール１６６０、および処理モジュール１６６５を含む。コンソール１６９０のいくつかの実施形態は、図１６Ｂと併せて述べられたものとは異なるモジュールまたは構成要素を有し得る。同様に、以下でさらに述べられる機能は、図１６Ａおよび１６Ｂと併せて述べられたものとは異なる形で、コンソール１６９０の構成要素の間で分散され得る。

アプリケーションストア１６５５は、コンソール１６９０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たとき、ユーザへの提示のためのコンテンツを生成する命令のグループである。アプリケーションによって生成されるコンテンツは、ＨＭＤ１６００またはＩ／Ｏインターフェース１６１５の動きを通じてユーザから受信される入力に応答したものとなり得る。アプリケーションの例は、ゲーミングアプリケーション、プレゼンテーションおよび会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、または他の適切なアプリケーションを含む。

追跡モジュール１６６０は、１つまたは複数の較正パラメータを用いてＡＲ／ＶＲシステム１６５０を較正することができ、ＨＭＤ１６００またはＩ／Ｏインターフェース１６１５の位置の決定における誤差を低減するように１つまたは複数の較正パラメータを調整することができる。追跡モジュール１６６０によって行われる較正はまた、ＨＭＤ１６００内のＩＭＵ１６１０、および／または存在する場合はＩ／Ｏインターフェース１６１５に含まれるＩＭＵから受信された、情報を考慮する。加えて、ＨＭＤ１６００の追跡が失われた場合、追跡モジュール１６６０は、ＡＲ／ＶＲシステム１６５０の一部またはすべてを再較正することができる。

追跡モジュール１６６０は、ＨＭＤ１６００の、またはＩ／Ｏインターフェース１６１５、ＩＭＵ１６１０、もしくはそれらの何らかの組み合わせの動きを追跡し得る。例えば追跡モジュール１６６０は、ＨＭＤ１６００からの情報に基づいて、ローカルエリアのマッピングにおけるＨＭＤ１６００の基準点の位置を決定することができる。追跡モジュール１６６０はまた、それぞれＩＭＵ１６１０からのＨＭＤ１６００の位置を示すデータを用いて、またはＩ／Ｏインターフェース１６１５に含まれるＩＭＵからのＩ／Ｏインターフェース１６１５の位置を示すデータを用いて、ＨＭＤ１６００の基準点またはＩ／Ｏインターフェース１６１５の基準点の位置を決定し得る。さらに、いくつかの実施形態において、追跡モジュール１６６０は、ＩＭＵ１６１０からのＨＭＤ１６００の位置を示すデータの部分、ならびにＤＣＡ１６１１のローカルエリアの表現を用いて、ＨＭＤ１６００の将来の場所を予測することができる。追跡モジュール１６６０は、推定されるまたは予測されるＨＭＤ１６００またはＩ／Ｏインターフェース１６１５の将来の位置を、処理モジュール１６６５にもたらす。

処理モジュール１６６５は、ＨＭＤ１６００から受信された情報に基づいて、ＨＭＤ１６００の一部またはすべてを取り囲むエリア（「ローカルエリア」）の３Ｄマッピングを生成することができる。いくつかの実施形態において、処理モジュール１６６５は、深度の計算に用いられる技法に関連のある、ＤＣＡ１６１１から受信された情報に基づいて、ローカルエリアの３Ｄマッピングのための深度情報を決定する。様々な実施形態において、処理モジュール１６６５は、深度情報を用いてローカルエリアのモデルを更新し、更新されたモデルに部分的に基づいてコンテンツを生成することができる。

処理モジュール１６６５は、ＡＲ／ＶＲシステム１６５０内のアプリケーションを実行し、および追跡モジュール１６６０から、ＨＭＤ１６００の位置情報、加速度情報、速度情報、予測される将来の位置、またはそれらの何らかの組み合わせを受信する。受信された情報に基づいて、処理モジュール１６６５は、コンテンツを決定して、ユーザへの提示のためにＨＭＤ１６００に供給する。例えば、受信された情報が、ユーザが左を見たことを示す場合、処理モジュール１６６５は、追加のコンテンツを用いて、仮想環境における、またはローカルエリアを拡張する環境における、ユーザの動きを反映する、ＨＭＤ１６００のためのコンテンツを生成する。加えて、処理モジュール１６６５は、Ｉ／Ｏインターフェース１６１５から受信されたアクション要求に応答して、コンソール１６９０上で実行するアプリケーション内のアクションを行い、アクションが行われた旨のフィードバックをユーザにもたらす。もたらされるフィードバックは、ＨＭＤ１６００を通じた視覚的もしくは可聴のフィードバック、またはＩ／Ｏインターフェース１６１５を通じた触力覚フィードバックとすることができる。

いくつかの実施形態において、視線追跡システム１６１４から受信される視線追跡情報（例えば、ユーザの目の方位）に基づいて、処理モジュール１６６５は、電子ディスプレイ１６２５上の、ユーザに対する提示のために、ＨＭＤ１６００に供給されるコンテンツの解像度を決定する。処理モジュール１６６５は、ユーザの視線の中心窩領域において電子ディスプレイ１６２５上の最大画素解像度を有するＨＭＤ１６００に、コンテンツを供給し得る。処理モジュール１６６５は、電子ディスプレイ１６２５の他の領域において、より低い画素解像度をもたらすことができ、それによりＡＲ／ＶＲシステム１６５０の消費電力を減少させ、ユーザの視覚的エクスペリエンスを損なうことなくコンソール１６９０のコンピューティングリソースを節約する。いくつかの実施形態において、処理モジュール１６６５はさらに、輻輳調節矛盾を防止するため、ならびに／または光学的歪みおよび収差を相殺するために、視線追跡情報を用いて、電子ディスプレイ１６２５上のどこに物体が表示されるかを調整することができる。

本明細書で開示される態様に関連して述べられる様々な例示的論理回路、論理ブロック、モジュール、および回路を実施するために用いられるハードウェアは、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェア構成要素、または本明細書で述べられる機能を行うように設計されたそれらの任意の組み合わせを用いて、実施されることができまたは行われ得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサとすることができるが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械とすることができる。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと併せて１つまたは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のこのような構成として実施され得る。あるいは、いくつかのステップまたは方法は、所与の機能に対して専用の回路によって行われ得る。

本開示は、範囲において、本明細書で述べられる特定の実施形態によって限定されない。実際、当業者には、本明細書で述べられるものに加えて、他の様々な実施形態および変更形態が、上記の記述および添付の図面から明らかになるであろう。したがって、このような他の実施形態および変更形態は、本開示の範囲に包含されるものである。さらに、本開示は、特定の目的のための特定の環境での特定の実装形態の関連において本明細書で述べられたが、当業者は、有用性はそれらに限定されず、本開示は任意の数の目的のために、任意の数の環境において有益に実施され得ることを認識するであろう。したがって、以下に記載される特許請求の範囲は、本明細書で述べられる本開示の観点から解釈されるべきである。

Claims (15)

1. 瞳孔複製導波路であって、
   全反射によって表示光をその中で伝搬させるための透明材料のスラブと、
   前記スラブによって支持され、基板内に複数の縞を備える回折格子であって、前記基板は、前記縞の屈折率とは異なる屈折率を有し、前記縞は、回折によって前記スラブからの前記表示光をブレーズド回折次数に外方結合するために傾斜され、前記表示光のより大きな部分は前記ブレーズド回折次数に外方結合され、前記表示光のより小さな部分は非ブレーズド回折次数に外方結合される、回折格子と
   を備え、前記回折格子の厚さ方向に沿った前記回折格子の屈折率コントラストプロファイルは、対称であり、屈折率コントラストは、前記屈折率コントラストプロファイルの両側より中間で大きく、それによって前記非ブレーズド回折次数に外方結合された前記表示光の前記部分は減少される、瞳孔複製導波路。
2. 前記回折格子は、第１の格子層、第２の格子層、および第３の格子層の積み重ねを備え、前記第２の格子層は、前記第１の格子層と前記第２の格子層との間に配置され、前記縞は前記積み重ねにわたって延び、第１の層、第２の層、および第３の層のそれぞれにおける前記回折格子の屈折率コントラストは一定であり、前記第２の格子層の前記屈折率コントラストは、前記第１の格子層および前記第３の格子層の前記屈折率コントラストより高い、請求項１に記載の瞳孔複製導波路。
3. 前記第１の格子層および前記第３の格子層の厚さは、互いに実質的に等しい、請求項２に記載の瞳孔複製導波路。
4. 前記第１の格子層、前記第２の格子層、および前記第３の格子層の前記厚さは、互いに実質的に等しく、前記第２の格子層の前記屈折率コントラストは、前記第１の格子層および前記第３の格子層の前記屈折率コントラストより高い、請求項２または３に記載の瞳孔複製導波路。
5. 前記第１の格子層および前記第３の格子層の前記屈折率コントラストの値は、互いに実質的に等しく、好ましくは、前記第２の格子層の厚さは、前記第１の格子層および前記第３の格子層の前記厚さのそれぞれ以上であり、好ましくは、前記第２の格子層の前記厚さは、前記第１の格子層および前記第３の格子層の厚さの合計以上である、請求項２または３に記載の瞳孔複製導波路。
6. 前記縞の屈折率は、前記第１の格子層、前記第２の格子層、および前記第３の格子層において実質的に同じであり、前記第２の格子層の前記基板の屈折率は、前記第１の格子層および前記第３の格子層の前記基板の屈折率とは異なる、請求項２から５のいずれか一項に記載の瞳孔複製導波路。
7. 前記基板の屈折率は、前記第１の格子層、前記第２の格子層、および前記第３の格子層において実質的に同じであり、前記第２の格子層における前記縞の屈折率は、前記第１の格子層および前記第３の格子層における前記縞の屈折率とは異なる、請求項２から５のいずれか一項に記載の瞳孔複製導波路。
8. 前記表示光を前記非ブレーズド回折次数に回折させる回折効率は、０．１％未満である、請求項１から７のいずれか一項に記載の瞳孔複製導波路。
9. 前記回折格子はブラッグ格子であり、好ましくは、前記縞に垂直な方向での前記ブラッグ格子の屈折率プロファイルは、正弦状である、請求項１から８のいずれか一項に記載の瞳孔複製導波路。
10. 前記屈折率コントラストプロファイルは、滑らかに変化する関数であり、好ましくは、前記滑らかに変化する関数はガウス関数である、請求項１から９のいずれか一項に記載の瞳孔複製導波路。
11. 前記表示光を前記スラブ内に内方結合するための入力格子をさらに備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の瞳孔複製導波路。
12. 瞳孔複製導波路を製造する方法であって、
    透明材料のスラブ上に、回折によって前記スラブからの表示光をブレーズド回折次数に外方結合するための複数の傾斜した縞を形成することであって、前記傾斜した縞は高さを有する、縞を形成することと、
    前記縞どうしの間に前記縞の前記高さの一部分まで、前記スラブ上に第１の基板層を形成することと、
    前記縞どうしの間に前記縞の前記高さの一部分まで、前記第１の基板層上に第２の基板層を形成することと、
    前記縞どうしの間に少なくとも前記縞の前記高さまで、前記第２の基板層上に第３の基板層を形成することと
    を含み、前記縞と前記第２の基板層とによって形成される格子層の屈折率コントラストは、前記縞と前記第１の基板層とによって形成される格子層の屈折率コントラストより高く、かつ、前記縞と前記第３の基板層とによって形成される格子層の屈折率コントラストより高い、方法。
13. 前記第１の基板層、前記第２の基板層、および前記第３の基板層は、スピンオン、インクジェット、または流動性堆積プロセスのうちの少なくとも１つによって形成され、ならびに／または好ましくは、前記複数の傾斜した縞は、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、もしくは物理気相成長法（ＰＶＤ）のうちの少なくとも１つによって形成される、請求項１２に記載の方法。
14. 瞳孔複製導波路を製造する方法であって、
    透明材料のスラブ上に、回折によって前記スラブからの表示光をブレーズド回折次数に外方結合するための複数の傾斜した縞を形成することであって、前記傾斜した縞は高さを有する、縞を形成することと、
    前記縞どうしの間に前記縞の前記高さまで、前記スラブ上に基板層を形成することと、
    前記縞と前記基板層とによって形成される回折格子の屈折率コントラストプロファイルが、前記回折格子の厚さ方向に沿って対称となり、前記屈折率コントラストが前記屈折率コントラストプロファイルの両側より中間で大きくなるように、前記基板層の厚さの方向に前記基板層の空間的屈折率変化をもたらすように前記基板層をベーキングすることと
    を含む、方法。
15. 前記基板層は、スピンオン、インクジェット、または流動性堆積プロセスのうちの少なくとも１つによって形成される、請求項１４に記載の方法。

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