JP2024096302A - 液晶層をパターン化するための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】液晶層をパターン化するための方法およびシステムの提供。
【解決手段】いくつかの実装では、光学マスタが、ナノインプリント整合層を使用して、液晶層をパターン化することによって、作成される。ナノインプリント整合層および液晶層は、光学マスタを構成する。光学マスタは、光整合層の上方に位置付けられる。光学マスタは、照明され、ナノインプリントされた整合層および液晶層を通して伝搬する、光は、回折され、続いて、光整合層に衝打する。入射回折光は、液晶層内のパターンを光整合層に転写させる。第２の液晶層が、パターン化された光整合層上に堆積され、これは、続いて、第２の液晶層の分子を整合させるために使用される。
【選択図】図３ｂ

Description

（優先権の主張）
本願は、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ． §１１９（ｅ）（米国特許法第１１９条（ｅ））下、２０１９年１１月２２日に出願された、米国仮出願第６２／９３９，５１４号の優先権の利益を主張する。本優先権書類の開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
（参照による組み込み）

本願は、２０１８年１０月２５日に出願され、２０１９年７月２５日に米国特許公開第２０１９／０２２７３７５号として公開された、米国特許出願第１６／１７１，２９０号の全体を参照することによって組み込む。本願はまた、２０１７年１２月７日に出願され、２０１８年６月１４日に米国特許公開第２０１８／０１６４６２７号として公開された、米国特許出願第１５／８３５，１０８号の全体を参照することによって組み込む。

本開示は、液晶層をパターン化するための方法およびシステムに関する。

液晶は、種々のパターンを形成するように操作され得、これは、有利なこととして、例えば、光学デバイスを形成するために適用され得る。例えば、液晶層内の液晶分子は、規則的間隔および配向を伴うパターンを形成するように配向されてもよく、これは、回折光学特徴として利用されてもよい。液晶層の機能性は、液晶分子によって形成される、パターンに依存するため、所望の配向およびパターンを有する液晶分子を伴う、液晶層を確実かつ効率的に形成するための方法およびシステムの継続的必要性が存在する。

いくつかの実装によると、方法が、パターン化された液晶層を形成するために提供される。本方法は、表面レリーフ特徴を含む、整合層と、表面レリーフ特徴上の液晶層であって、液晶層の液晶分子は、液晶パターンを画定する、液晶層とを備える、光学マスタを提供することを含む。本方法はさらに、基板上に配置される、光整合層を提供することと、光を光学マスタを通して光整合層に伝搬させることによって、光整合層内の液晶パターンを複製することとを含む。

いくつかの他の実装によると、方法が、光学マスタを形成するために提供される。本方法は、表面レリーフ特徴を含む、整合層と、表面レリーフ特徴上の第１の液晶層であって、第１の液晶層の液晶分子は、液晶パターンを画定する、第１の液晶層とを備える、第１の光学マスタを提供することを含む。本方法はさらに、基板上に配置される、光整合層を提供することと、光を光学マスタを通して光整合層に伝搬させることによって、光整合層内の液晶パターンを複製することと、第２の液晶層を光整合層上に堆積させることであって、第２の液晶層の分子は、光整合層によって整合される、こととによって、第２の光学マスタを形成することを含む。第２の光学マスタは、第２の液晶層と、光整合層と、基板とを備える。

さらに他の実装によると、方法が、複製光学マスタを使用して、パターン化された液晶層を形成するために提供される。本方法は、表面レリーフ特徴を含む、整合層と、表面レリーフ特徴上の第１の液晶層であって、第１の液晶層の液晶分子は、液晶パターンを画定する、第１の液晶層とを備える、第１の光学マスタを提供することを含む。本方法はさらに、基板上に配置される、光整合層を提供することと、光を光学マスタを通して光整合層に伝搬させることによって、光整合層内の液晶パターンを複製することと、第２の液晶層を光整合層上に堆積させることであって、第２の液晶層の分子は、光整合層によって整合される、こととによって、第２の光学マスタを形成することとを含む。第２の光学マスタは、第２の液晶層と、光整合層と、基板とを備える。本方法はさらに、第２の光整合層を第２の基板上に提供することと、第２の光学マスタを第２の光整合層にわたって位置付けることと、光を第２の光学マスタを通して第２の光整合層に伝搬させることによって、液晶パターンを第２の光整合層内に複製することとを含む。

いくつかの他の実装によると、方法が、パターン化された液晶層を形成するために提供される。本方法は、整合層と、整合層上の液晶層であって、液晶層の液晶分子は、液晶パターンを画定する、液晶層とを備える、光学マスタを提供することを含む。本方法はさらに、基板上に配置される、光整合層を提供することと、コリメート型光源を光学マスタを横断して移動させることによって、光を光学マスタを通して光整合層に伝搬させ、液晶パターンを光整合層内に複製することとを含む。

種々の実装の付加的実施例は、下記に提供される。

（実施例１）
パターン化された液晶層を形成する方法であって、
表面レリーフ特徴を含む、整合層と、
表面レリーフ特徴上の液晶層であって、液晶層の液晶分子は、液晶パターンを画定する、液晶層と、
を備える、光学マスタを提供することと、
基板上に配置される、光整合層を提供することと、
光を光学マスタを通して光整合層に伝搬させることによって、光整合層内の液晶パターンを複製することと、
を含む、方法。

（実施例２）
整合層は、インプリント層を備える、請求項１に記載の方法。

（実施例３）
液晶層は、ネマチック液晶層を備える、請求項１に記載の方法。

（実施例４）
表面レリーフ特徴は、ナノ構造を備え、液晶層は、液晶分子がナノ構造と整合するように、整合層上に配置される、請求項１に記載の方法。

（実施例５）
ナノ構造は、インプリントされたナノ構造を備える、請求項４に記載の方法。

（実施例６）
ナノ構造は、光位相と、格子周期とを備え、液晶分子は、ナノ構造によって、実質的に同一光位相および格子周期を含むように整合される、請求項４に記載の方法。

（実施例７）
液晶層は、約ｄの厚さを有し、ｄ＝λ／（２Δｎ）であって、式中、λは、光学マスタを通して光整合層に伝搬される、光の波長であって、Δｎは、液晶層の複屈折である、請求項１に記載の方法。

（実施例８）
液晶層は、光位相と、格子周期とを有し、液晶パターンを複製後、光整合層は、液晶層の光位相の約２倍の光位相と、液晶層の格子周期の約半分の格子周期とを有する、請求項７に記載の方法。

（実施例９）
光は、直線偏光を備える、請求項７に記載の方法。

（実施例１０）
液晶層は、光を左旋円偏光および右旋円偏光に回折し、円偏光の一方は、－１回折次数光であって、円偏光の他方は、＋１回折次数光である、請求項９に記載の方法。

（実施例１１）
液晶層は、約半分の光を左旋円偏光に、半分の光を右旋円偏光に回折する、請求項１０に記載の方法。

（実施例１２）
液晶層は、約ｄの厚さを有し、ｄ＝λ／（４Δｎ）であって、式中、λは、光学マスタを通して伝搬される、光の波長であって、Δｎは、液晶層の複屈折である、請求項１に記載の方法。

（実施例１３）
液晶層は、光位相と、格子周期とを備え、液晶パターンを複製後、光整合層は、液晶層のものに等しい、光位相と、格子周期とを有する、請求項１２に記載の方法。

（実施例１４）
光は、左旋円偏光および右旋円偏光のうちの１つを備える、請求項１２に記載の方法。

（実施例１５）
液晶層は、光を左旋円偏光および右旋円偏光に回折し、左旋円偏光および右旋円偏光の一方は、＋１または－１回折次数光であって、左旋円偏光および右旋円偏光の他方は、ゼロ回折次数光である、請求項１４に記載の方法。

（実施例１６）
液晶層は、約半分の光を左旋円偏光に回折し、液晶層は、約半分の光を右旋円偏光に回折する、請求項１５に記載の方法。

（実施例１７）
液晶層を直接光整合層上に堆積させることをさらに含み、光整合層上の液晶層の分子は、光整合層によって整合される、請求項１に記載の方法。

（実施例１８）
光整合層は、アゾ、ケイ皮酸、および／またはクマリンベースの材料のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の方法。

（実施例１９）
光を光学マスタを通して伝搬させることは、光学マスタの少なくとも一部を照明する、コリメート型光源を光学マスタにわたって位置付けることを含む、請求項１に記載の方法。

（実施例２０）
コリメート型光源は、レーザ、発光ダイオード、またはランプを備える、請求項１９に記載の方法。

（実施例２１）
光を光学マスタを通して伝搬させることはさらに、コリメート型光源を光学マスタの異なる部分に移動させることを含む、請求項１９に記載の方法。

（実施例２２）
コリメート型光源は、ビーム出力（Ｐ）と、ビーム幅（Ｗ）とを備える、請求項１９に記載の方法。

（実施例２３）
コリメート型光源は、走査速度（Ｓ）で移動され、線量は、Ｐ＊Ｗ／Ｓに等しく、線量は、０．５ジュール／ｃｍ^２～１０ジュール／ｃｍ^２である、請求項２２に記載の方法。

（実施例２４）
線量は、０．５ジュール／ｃｍ^２～１ジュール／ｃｍ^２である、請求項２３に記載の方法。

（実施例２５）
コリメート型光源は、走査速度（Ｓ）で移動され、走査速度は、光整合層の任意の部分にわたって、１／６秒未満の総露光時間を提供する、請求項２２に記載の方法。

（実施例２６）
光学マスタを形成する方法であって、
表面レリーフ特徴を含む、整合層と、
表面レリーフ特徴上の第１の液晶層であって、第１の液晶層の液晶分子は、液晶パターンを画定する、第１の液晶層と、
を備える、第１の光学マスタを提供することと、
基板上に配置される、光整合層を提供することと、
光を光学マスタを通して光整合層に伝搬させることによって、光整合層内の液晶パターンを複製することと、
第２の液晶層を光整合層上に堆積させることであって、第２の液晶層の分子は、光整合層によって整合される、ことと、
によって、第２の光学マスタを形成することと、
を含み、第２の光学マスタは、第２の液晶層と、光整合層と、基板とを備える、方法。

（実施例２７）
整合層は、インプリント層を備える、請求項２６に記載の方法。

（実施例２８）
液晶層は、ネマチック液晶層を備える、請求項２６に記載の方法。

（実施例２９）
表面レリーフ特徴は、ナノ構造を備え、第１の液晶層は、第１の液晶層の液晶分子がナノ構造と整合するように、整合層上に配置される、請求項２６に記載の方法。

（実施例３０）
ナノ構造は、インプリントされたナノ構造を備える、請求項２９に記載の方法。

（実施例３１）
ナノ構造は、光位相と、格子周期とを備え、第１の液晶層の液晶分子は、ナノ構造によって、実質的に同一光位相および格子周期を含むように整合される、請求項２９に記載の方法。

（実施例３２）
第１の液晶層は、約ｄの厚さを有し、ｄ＝λ／（２Δｎ）であって、式中、λは、第１の光学マスタを通して光整合層に伝搬される、光の波長であって、Δｎは、第１の液晶層の複屈折である、請求項２６に記載の方法。

（実施例３３）
第１の液晶層は、光位相と、格子周期とを有し、液晶パターンを複製後、光整合層は、第１の液晶層の光位相の約２倍の光位相と、第１の液晶層の格子周期の約半分の格子周期とを有する、請求項３２に記載の方法。

（実施例３４）
光は、直線偏光を備える、請求項３２に記載の方法。

（実施例３５）
第１の液晶層は、光を左旋円偏光および右旋円偏光に回折し、円偏光の一方は、－１回折次数光であって、円偏光の他方は、＋１回折次数光である、請求項３４に記載の方法。

（実施例３６）
第１の液晶層は、約半分の光を左旋円偏光に、半分の光を右旋円偏光に回折する、請求項３５に記載の方法。

（実施例３７）
第１の液晶層は、約ｄの厚さを有し、ｄ＝λ／（４Δｎ）であって、式中、λは、第１の光学マスタを通して伝搬される、光の波長であって、Δｎは、第１の液晶層の複屈折である、請求項２６に記載の方法。

（実施例３８）
第１の液晶層は、光位相と、格子周期とを備え、液晶パターンを複製後、光整合層は、第１の液晶層のものに等しい、光位相と、格子周期とを有する、請求項３７に記載の方法。

（実施例３９）
光は、左旋円偏光および右旋円偏光のうちの１つを備える、請求項３７に記載の方法。

（実施例４０）
第１の液晶層は、光を左旋円偏光および右旋円偏光に回折し、左旋円偏光および右旋円偏光の一方は、＋１または－１回折次数光であって、左旋円偏光および右旋円偏光の他方は、ゼロ回折次数光である、請求項３９に記載の方法。

（実施例４１）
第１の液晶層は、約半分の光を左旋円偏光に回折し、液晶層は、約半分の光を右旋円偏光に回折する、請求項４０に記載の方法。

（実施例４２）
光整合層は、アゾ、ケイ皮酸、および／またはクマリンベースの材料のうちの少なくとも１つを備える、請求項２６に記載の方法。

（実施例４３）
光を第１の光学マスタを通して伝搬させることは、第１の光学マスタの少なくとも一部を照明する、コリメート型光源を第１の光学マスタにわたって位置付けることを含む、請求項２６に記載の方法。

（実施例４４）
コリメート型光源は、レーザ、発光ダイオード、またはランプを備える、請求項４３に記載の方法。

（実施例４５）
光を第１の光学マスタを通して伝搬させることはさらに、コリメート型光源を第１の光学マスタの異なる部分に移動させることを含む、請求項４３に記載の方法。

（実施例４６）
コリメート型光源は、ビーム出力（Ｐ）と、ビーム幅（Ｗ）とを備える、請求項４３に記載の方法。

（実施例４７）
コリメート型光源は、走査速度（Ｓ）で移動され、線量は、Ｐ＊Ｗ／Ｓに等しく、線量は、０．５ジュール／ｃｍ^２～１０ジュール／ｃｍ^２である、請求項４６に記載の方法。

（実施例４８）
線量は、０．５ジュール／ｃｍ^２～１ジュール／ｃｍ^２である、請求項４７に記載の方法。

（実施例４９）
走査速度は、光整合層の任意の部分にわたって、１／６秒未満の総露光時間を提供する、請求項４７に記載の方法。

（実施例５０）
複製光学マスタを使用して、パターン化された液晶層を形成する方法であって、
表面レリーフ特徴を含む、整合層と、
表面レリーフ特徴上の第１の液晶層であって、第１の液晶層の液晶分子は、液晶パターンを画定する、第１の液晶層と、
を備える、第１の光学マスタを提供することと、
基板上に配置される、光整合層を提供することと、
光を光学マスタを通して光整合層に伝搬させることによって、光整合層内の液晶パターンを複製することと、
第２の液晶層を光整合層上に堆積させることであって、第２の液晶層の分子は、光整合層によって整合される、ことと、
によって、第２の光学マスタを形成することであって、第２の光学マスタは、第２の液晶層と、光整合層と、基板とを備える、ことと、
第２の光整合層を第２の基板上に提供することと、
第２の光学マスタを第２の光整合層にわたって位置付けることと、
光を第２の光学マスタを通して第２の光整合層に伝搬させることによって、液晶パターンを第２の光整合層内に複製することと、
を含む、方法。

（実施例５１）
第３の液晶層を第２の光整合層上に堆積させることをさらに含み、第３の液晶層の分子は、第２の光整合層によって整合される、請求項５０に記載の方法。

（実施例５２）
パターン化された液晶層を形成する方法であって、
整合層と、
整合層上の液晶層であって、液晶層の液晶分子は、液晶パターンを画定する、液晶層と、を備える、光学マスタを提供することと、
基板上に配置される、光整合層を提供することと、
コリメート型光源を光学マスタを横断して移動させることによって、光を光学マスタを通して光整合層に伝搬させ、液晶パターンを光整合層内に複製することと、
を含む、方法。

（実施例５３）
光を光学マスタを通して伝搬させることは、光学マスタの少なくとも一部を照明する、コリメート型光源を光学マスタにわたって位置付けることを含む、請求項５２に記載の方法。

（実施例５４）
光を光学マスタを通して伝搬させることはさらに、コリメート型光源を光学マスタの異なる部分に移動させることを含む、請求項５３に記載の方法。

（実施例５５）
コリメート型光源は、レーザ、発光ダイオード、またはランプを備える、請求項５２に記載の方法。

（実施例５６）
コリメート型光源は、ビーム出力（Ｐ）と、ビーム幅（Ｗ）とを備える、請求項５２に記載の方法。

（実施例５７）
コリメート型光源は、走査速度（Ｓ）で移動され、線量は、Ｐ＊Ｗ／Ｓに等しく、線量は、０．５ジュール／ｃｍ^２～１０ジュール／ｃｍ^２である、請求項５６に記載の方法。

（実施例５８）
線量は、０．５ジュール／ｃｍ^２～１ジュール／ｃｍ^２である、請求項５７に記載の方法。

（実施例５９）
走査速度は、光整合層の任意の部分にわたって、１／６秒未満の総露光時間を提供する、請求項５７に記載の方法。

（実施例６０）
光を光学マスタを通して伝搬させることは、光学マスタの一部を照明する、複数のコリメート型光源を光学マスタにわたって位置付けることを含む、請求項５２に記載の方法。

（実施例６１）
光を光学マスタを通して伝搬させることはさらに、複数のコリメート型光源を移動させ、光学マスタの異なる部分を照明することを含む、請求項６０に記載の方法。

（実施例６２）
複数のコリメート型光源はそれぞれ、レーザ、発光ダイオード、またはランプを備える、請求項６０に記載の方法。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
パターン化された液晶層を形成する方法であって、前記方法は、
光学マスタを提供することであって、前記光学マスタは、
表面レリーフ特徴を含む整合層と、
前記表面レリーフ特徴上の液晶層であって、前記液晶層の液晶分子は、液晶パターンを画定する、液晶層と
を備える、ことと、
基板上に配置される光整合層を提供することと、
光を前記光学マスタを通して前記光整合層に伝搬させることによって、前記光整合層内の前記液晶パターンを複製することと
を含む、方法。
（項目２）
前記整合層は、前記表面レリーフ特徴を前記整合層内にインプリントすることによって形成される、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記表面レリーフ特徴は、ナノ構造を備え、前記液晶層は、前記液晶分子が前記ナノ構造と整合するように、前記整合層上に配置され、前記ナノ構造は、光位相と、格子周期とを備え、前記液晶分子は、前記ナノ構造によって、実質的に同一光位相および格子周期を含むように整合される、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記液晶層は、約ｄの厚さを有し、ｄ＝λ／（２Δｎ）であり、式中、λは、前記光学マスタを通して前記光整合層に伝搬される光の波長であり、Δｎは、前記液晶層の複屈折である、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記液晶層は、光位相と、格子周期とを有し、前記液晶パターンを複製後、前記光整合層は、前記液晶層の光位相の約２倍の光位相と、前記液晶層の格子周期の約半分の格子周期とを有する、項目４に記載の方法。
（項目６）
前記光は、直線偏光を備え、前記液晶層は、前記光を左旋円偏光および右旋円偏光に回折し、前記円偏光の一方は、－１回折次数光であり、前記円偏光の他方は、＋１回折次数光である、項目４に記載の方法。
（項目７）
前記液晶層は、約ｄの厚さを有し、ｄ＝λ／（４Δｎ）であり、式中、λは、前記光学マスタを通して伝搬される光の波長であり、Δｎは、前記液晶層の複屈折であり、前記液晶層は、光位相と、格子周期とを備え、前記液晶パターンを複製後、前記光整合層は、前記液晶層のものに等しい光位相と、格子周期とを有する、項目１に記載の方法。
（項目８）
前記光は、左旋円偏光および右旋円偏光のうちの１つを備え、前記液晶層は、前記光を左旋円偏光および右旋円偏光に回折し、前記左旋円偏光および前記右旋円偏光の一方は、＋１または－１回折次数光であり、前記左旋円偏光および前記右旋円偏光の他方は、ゼロ回折次数光である、項目７に記載の方法。
（項目９）
前記光整合層は、アゾ、ケイ皮酸、および／またはクマリンベースの材料のうちの少なくとも１つを備える、項目１に記載の方法。
（項目１０）
光を前記光学マスタを通して伝搬させることは、コリメート型光源からのコリメートされた光を前記光学マスタを横断して指向させることを含む、項目１に記載の方法。
（項目１１）
前記コリメート型光源は、レーザ、発光ダイオード、またはランプを備える、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
光を前記光学マスタを通して伝搬させることはさらに、前記コリメート型光源を前記光学マスタの異なる部分に移動させることを含む、項目１０に記載の方法。
（項目１３）
前記コリメート型光源は、ビーム出力（Ｐ）と、ビーム幅（Ｗ）とを備え、前記コリメート型光源は、走査速度（Ｓ）で移動され、線量は、Ｐ＊Ｗ／Ｓに等しく、前記線量は、０．５ジュール／ｃｍ^２～１０ジュール／ｃｍ^２である、項目１０に記載の方法。
（項目１４）
前記線量は、０．５ジュール／ｃｍ^２～１ジュール／ｃｍ^２である、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記コリメート型光源は、走査速度（Ｓ）で移動され、前記走査速度は、前記光整合層の任意の部分にわたって、１／６秒未満の総露光時間を提供する、項目１３に記載の方法。
（項目１６）
光を前記光学マスタを通して伝搬させることは、複数のコリメート型光源を前記光学マスタにわたって位置付けることを含む、項目１０に記載の方法。
（項目１７）
光を前記光学マスタを通して伝搬させることはさらに、前記複数のコリメート型光源を移動させ、前記光学マスタの異なる部分を照明することを含む、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
前記複数のコリメート型光源はそれぞれ、レーザ、発光ダイオード、またはランプを備える、項目１６に記載の方法。
（項目１９）
第２の光学マスタを形成することをさらに含み、前記第２の光学マスタを形成することは、
第２の液晶層を前記光整合層上に堆積させることを含み、前記第２の液晶層の分子は、前記光整合層によって整合され、
前記第２の光学マスタは、前記第２の液晶層と、前記光整合層と、前記基板とを備える、項目１に記載の方法。
（項目２０）
第２の光整合層を第２の基板上に提供することと、
前記第２の光学マスタを前記第２の光整合層にわたって位置付けることと、
光を前記第２の光学マスタを通して前記第２の光整合層に伝搬させることによって、前記液晶パターンを前記第２の光整合層内に複製することと
をさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目２１）
第３の液晶層を前記第２の光整合層上に堆積させることをさらに含み、前記第３の液晶層の分子は、前記第２の光整合層によって整合される、項目２０に記載の方法。

図１ａは、本開示のいくつかの実装による、光学マスタを形成するための表面レリーフ特徴の実施例の断面側面図である。

図１ｂは、本開示のいくつかの実装による、光学マスタの実施例の断面側面図である。

図２ａおよび２ｂは、それぞれ、図１ａおよび１ｂの表面レリーフ特徴および光学マスタの斜視図である。

図３ａは、本開示のいくつかの実装による、光学マスタの実施例の断面側面図である。

図３ｂは、本開示のいくつかの実装による、図３ａの光学マスタを通して伝搬し、パターンを光整合層内に複製する、光の実施例の断面側面図である。

図４ａは、本開示のいくつかの実装による、光学マスタの実施例の断面側面図である。

図４ｂは、本開示のいくつかの実装による、図４ａの光学マスタを通して伝搬し、パターンを光整合層内に複製する、光の実施例の断面側面図である。

図５は、本開示のいくつかの実装による、複製液晶パターンを伴う、構造の実施例の断面側面図である。

図６は、本開示のいくつかの実装による、複製液晶パターンを形成するためのシステムの実施例の斜視図である。

図７ａは、図６のシステムの概略側面図である。

図７ｂは、本開示のいくつかの実装による、図６および７ａのシステムによって出力された光の種々のビーム位置の概略上下図である。

図８ａは、本開示のいくつかの実装による、それぞれ、拡張現実（ＡＲ）システム内で使用可能な内部結合光学要素を含む、スタックされた導波管の例示的セットの断面側面図を図示する。

図８ｂは、本開示のいくつかの実装による、拡張現実（ＡＲ）システム内で使用可能な図８ａの複数のスタックされた導波管の斜視図の実施例を図示する。

図８ｃは、本開示のいくつかの実装による、拡張現実（ＡＲ）システム内で使用可能な図８ａおよび８ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。

図８ｄは、本開示のいくつかの実装による、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図示する。

図９は、本開示のいくつかの実装による、光学マスタを使用して形成される液晶軸外ミラーを使用して、装着者の眼を結像するように構成される、正面に面したカメラを備える、結像システムの実施例を図示する。

詳細な説明
幾何学的位相ホログラム（ＧＰＨ）が、レンズおよび偏光変換システム等の種々の用途のために使用されてもよい。ＧＰＨは、液晶分子の３次元パターンによって形成されてもよい。ＧＰＨの実施例は、米国特許公開第２０１９／０２２７３７５号（その開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に開示される。

ＧＰＨを作製するための１つのアプローチは、光学的にパターン化される、光整合材料の使用を伴う。液晶層が、パターン化された光整合材料上に堆積され、これは、液晶分子と光整合材料内のパターンとの間の相互作用に基づいて、液晶層内の液晶分子を整合させる。光整合材料をパターン化することは、コリメートされた光の２つのビームと、複雑な光学系と、高度にコヒーレントな光源と、厳密な機械的安定性（例えば、高レベルの振動隔離）との使用を伴い得る。結果として、ＧＰＨ、特に、大面積を横断して延在するＧＰＨの形成は、望ましくないことに、複雑かつ高度に制約されたシステムを要求し得、低スループットを伴って生じ得る。

有利なこととして、いくつかの実装では、方法およびシステムが、緩和された製造制約および高スループットを伴って、ＧＰＨを形成するために提供される。加えて、本方法およびシステムは、容易に作成される光学マスタを利用してもよく、これは、高精度を伴って形成され得、複製の「サブ」マスタを促進する。マスタおよびサブマスタは両方とも、光整合層をパターン化するために利用されてもよく、これは、ひいては、液晶分子を整合させるために利用されてもよい。したがって、いくつかの実装では、容易に形成および容易に複製される光学マスタが、本システムを使用して、緩和された製造制約および大面積にわたる高スループットを伴って、ＧＰＨを形成するために利用されてもよい。

いくつかの実装では、光学マスタは、表面レリーフ特徴と、好ましくは、表面レリーフ特徴と接触する、上層液晶層とを含む。表面レリーフ特徴は、液晶層内の液晶分子をそれらの表面レリーフ特徴と整合させるようにサイズ決めされ、成形され、かつそのための適切な材料から形成されてもよい。いくつかの実装では、表面レリーフ特徴は、インプリントされたナノ構造であってもよい。いくつかの実装では、表面レリーフ特徴は、パターンを形成し、液晶分子は、同一パターンをとるように整合し得る。有利なこととして、インプリントすることによって、表面レリーフ特徴を形成することは、複数の光のビームを使用して光学マスタを形成することと比較して、高精度および高再現性をより容易に提供し得る。

特定のパターンを形成するように整合された後、液晶分子は、重合化され得る（例えば、熱の印加および／またはＵＶ照明等による光を用いた照射によって）ことを理解されたい。重合化されることに応じて、個々の液晶分子は、その配向を相互に対して保定するが、それらは、重合化されることに応じて、連結（例えば、共有結合）される。本明細書では、説明を容易にするために、文脈から明白であろうように、用語「液晶分子」は、離散した連結されていない液晶分子と、また、連結された後のそれらの同一液晶分子との両方を指し得る。すなわち、用語「液晶分子」は、以前は連結されていなかった液晶分子によって形成される、より大きい連結された液晶材料網の対応する部分を指し得る。

いくつかの実装では、光整合材料から形成される、光整合層を光学的にパターン化することは、光が、光学マスタを通して光整合材料に伝搬し、光整合材料をパターン化するように、光学マスタを照明することを伴う。光学マスタを通して通過する、光は、回折され、２つの光のビームを形成し、これは、次いで、光整合層上に衝突する。理論によって限定されるわけではないが、光整合層内の２つの光のビーム間の干渉は、パターンをその光整合層内に形成し、これが、液晶分子が所望のパターンをとるように、液晶分子の上層の整合を引き起こすと考えられる。本所望のパターンは、好ましくは、光学マスタ内の液晶分子のパターンを実質的に複製する。

光学マスタの液晶層の厚さは、光学マスタを照明する、光の回折に影響を及ぼし得ることが見出されている。有利なこととして、液晶層の厚さを適切に選択することによって、複製される液晶パターンの特徴のピッチは、修正され得る。いくつかの実装では、これは、容易に形成される大ピッチ特徴を伴う、光学マスタが、光学マスタ液晶パターンの半分のピッチを有する、複製される液晶パターンを提供することを可能にする。いくつかの他の実装では、光学マスタ液晶層の厚さは、複製される液晶パターンおよび光学マスタ液晶パターンが、実質的に同一ピッチを有するように選択されてもよく、これは、本明細書に議論されるように、有意な量のゼロ回折次数光を伴う、パターンを複製するときに有利であり得る。

いくつかの実装では、光を光学マスタを通して伝搬させ、標的光整合層をパターン化することは、光が、光学マスタを通して伝搬し、同時に、標的光整合層の全体上に衝突するように、標的光整合層の全体に対応する、光学マスタの全てを照明することを含んでもよい。しかしながら、そのようなスキームは、望ましくないことに、光の大規模なコリメートされたビームを要求し、これは、複雑な光学系および高レベルの振動隔離を伴い得る。いくつかの実装では、標的光整合層の全体を照明するのではなく、光のビームは、光整合層の１つまたはそれを上回る部分のみが、任意の所与の時間において、入射光を受光するように、光整合層に対して移動される。例えば、入射光は、光整合層を横断して、走査および／または段階化されてもよく、および／または光整合層は、入射光に対して移動されてもよい。有利なこととして、光の狭ビームを使用することは、入射ビームに関する要件を緩和させ、入射光と光整合層との間の相対的移動は、振動に対するパターン形成プロセスの感受性を低減させる。例えば、光移動の速度（例えば、入射光のビームが光整合層を横断して移動される、速度）は、好ましくは、製造システムに対して予期される振動の速度を上回り、任意のそのような振動の影響を低減させる。

パターン化された光整合層と、光学マスタの液晶パターンを複製するパターンを有する、液晶層とを有する、結果として生じる構造は、いくつかの実装では、サブマスタとして利用され、他のＧＰＨを形成してもよい。いくつかの他の実装では、結果として生じる構造は、ディスプレイ等の光学デバイス内に統合され得る、光学構造を形成してもよい。例えば、結果として生じる構造は、頭部搭載型ディスプレイのための接眼レンズを形成する１つまたはそれを上回る導波管内の内部結合光学要素および／または外部結合光学要素と関連付けられる、光学系の一部として利用されてもよい。代替として、結果として生じる構造は、眼追跡システムの一部として、眼またはその中の一部を結像するために使用される、全体的に別個の層であってもよい。例えば、ＧＰＨは、ミラーとして使用され、眼追跡カメラに、眼のビューを提供してもよい。眼追跡システムの実施例は、米国特許公開第ＵＳ２０１８／０１６４６２７号（その開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に開示される。

ここで、同様の参照番号が全体を通して同様の部分を指す、図面を参照する。

図１ａは、いくつかの実装による、光学マスタを形成するための表面レリーフ特徴の実施例の断面側面図である。

図１ａの中間構造３０００Ａを参照すると、光学的に透過性の（例えば、透明）基板１３１２が、提供される。インプリントレジスト（例えば、ポリマー層）の層が、基板１３１２上に堆積され、次いで、あるパターンでインプリントされ、中間構造３０００Ａのインプリント層３００４を形成し得る。

層３００４は、その層３００４を、層３００４のための所望のパターンのネガ型を有する、ナノインプリントテンプレート（図示せず）と接触させることによって、あるパターンでインプリントされ得ることを理解されたい。ナノインプリントテンプレートは、続いて形成されるＬＣ層２７０４（図１ｂ）内にＬＣ分子のための、例えば、少なくとも、基板１３１２に最も近いＬＣ層２７０４内の最下ＬＣ分子のための、整合パターンを形成するように構成される、所定のトポロジ特徴を有してもよい。続いて、テンプレートは、インプリントレジスト層の中に押下されてもよい。いくつかの実装では、インプリントレジスト層は、ある温度下で、例えば、ポリマーのガラス遷移温度を上回ると、熱可塑性であるポリマーを含んでもよく、それによって、テンプレートのパターンを軟化されたレジスト層の中に転写し、インプリント層３００４を形成する。冷却された後、テンプレートは、インプリント層３００４から分離され、これは、次いで、ＬＣ分子を続いて形成されるＬＣ層２７０４（図１ｂ）内で整合させるように構成される、表面レリーフ特徴を含む、所定のトポロジパターンを有する、整合パターンを有する。いくつかの他の実装では、基部ポリマー層の中に押下された後、整合層３００４は、ＵＶ光下で架橋結合することによって固化される。

いくつかの他の実装では、インプリントレジストは、所望のパターンのネガ型を有する、ナノインプリント金型（図示せず）上に堆積されてもよい。インプリントレジストは、続いて、固化されてもよく、金型は、インプリントレジストを固化させた後、除去されてもよい。基板１３１２は、金型を除去する前に、インプリント層３００４に取り付けられてもよい。

いくつかの実装では、インプリントレジストは、ジェット堆積によって、例えば、インプリントレジストを１つまたはそれを上回るノズルから外に分注することによって、堆積されてもよい。そのようなジェット堆積は、異なるレジスト組成を異なる場所に有する、インプリント層の形成を可能にし、これは、異なる表面レリーフパターンを異なる面積内に形成するための、および／または異なる材料性質を伴うインプリント層を異なる場所に提供するための、利点を有し得る。

整合層３００４は、１つまたはそれを上回る寸法におけるサブ波長の特徴を含んでもよい（例えば、１つまたはそれを上回る寸法は、特徴上に入射することが予期される、光の波長未満である）。例えば、整合層３００４は、約数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンの寸法（例えば、長さ、幅、および／または深度）を有する、特徴を含んでもよい。別の実施例として、整合層３００４は、約２０ｎｍを上回るまたはそれに等しく、かつ約１００ｎｍ未満またはそれに等しい、長さを有する、特徴を含んでもよい。さらに別の実施例として、整合層３００４は、約２０ｎｍを上回るまたはそれに等しく、かつ約１００ｎｍ未満またはそれに等しい、幅を有する、特徴を含んでもよい。さらに別の実施例として、整合層３００４は、約１０ｎｍを上回るまたはそれに等しく、かつ約１００ｎｍ未満またはそれに等しい、深度を有する、特徴を含んでもよい。種々の実装では、特徴の長さおよび／または幅は、特徴の深度を上回ってもよい。しかしながら、いくつかの実装では、深度は、特徴の長さおよび／または幅とほぼ等しくてもよい。整合層３００４の各ドメインの特徴は、その中で連続特徴間の方向および／または周期が、約数ナノメートル、数百ナノメートル、および／または数ミクロンの長さスケールに沿って変化する、複雑な幾何学的パターンを各ドメイン内に形成するように配列されてもよい。

ナノインプリントの例示的プロセスが、図１ａに関して、整合層３００４を形成するために説明されたが、実装は、そのように限定されない。いくつかの他の実装では、整合層３００４は、リソグラフィおよびエッチングを含む、他のパターン化技法を使用して、加工されてもよい。加えて、整合層３００４は、ポリマー材料から形成されるように説明されたが、実装は、そのように限定されず、種々の他の実装では、整合層３００４は、誘電材料、例えば、シリコンまたはガラス材料を備えてもよい。

ここで図１ｂを参照すると、いくつかの実装による、光学マスタの実施例の断面側面図が、図示される。整合層３００４を形成後、重合化されていないＬＣ層２７０４、例えば、反応性メソゲンの層が、その上に堆積される。任意の理論に拘束されるわけではないが、整合層３００４は、ＬＣ層２７０４のＬＣ分子を整合層３００４のパターンに従って整合させる、整合層としての役割を果たす。例えば、あるドメイン内のＬＣ分子の伸長方向は、概して、整合層３００４内のナノ構造の局所伸長方向と平行方向に整合し得る。任意の理論に拘束されるわけではないが、ＬＣ分子と整合層３００４のパターンの整合は、液晶分子との立体相互作用および／または整合層３００４によって堆積されるＬＣ分子上に付与される係留エネルギーに起因し得る。依然として、図１ｂの中間構造３０００Ｂを参照すると、ＬＣ層２７０４は、異なる実装に従って、さらに処理されてもよい。例えば、ＬＣ層２７０４の液晶分子は、重合化されてもよく、および／または複数のＬＣ層は、ＬＣ層２７０４が複数の構成ＬＣサブ層を有するように、スタックされてもよい。結果として生じる構造は、光学マスタと理解され得る。

いくつかの実装では、光学マスタは、光整合層をパターン化するために使用されてもよい。これらの実装では、光学マスタは、液晶パターンを含み、これは、光を回折し得る。光学マスタは、光整合層の正面に設置されてもよく、これは、基板上に支持されてもよい。光学マスタは、光学マスタを通して伝搬する入射光がパターンによって回折されるように、照明されてもよい。回折された光は、光整合層を照明し、したがって、光整合層を露光およびパターン化するために使用されてもよい。これはさらに、図３ｂおよび４ｂに関して議論されるであろう。

ここで図２ａおよび２ｂを参照すると、それぞれ、図１ａおよび１ｂの表面レリーフ特徴および光学マスタの斜視図が、図示される。基板２０２（図１ａおよび１ｂの基板１３１２に対応する）が、整合層２０４（図１ａおよび１ｂの整合層３００４に対応する）を含み、これは、表面レリーフパターン２０５を含む。図示されるように、表面レリーフパターン２０５は、ある格子周期Λ（ｘ，ｙ）と、光位相φ（ｘ，ｙ）とを伴い、これが、ある回折パターンを作成し得る、表面レリーフ特徴２０５ａを含んでもよい。さらに図示されるように、液晶層２０６（図１ａおよび１ｂの液晶層２７０４に対応する）が、表面レリーフ特徴２０５ａが、液晶層２０６の液晶分子を整合させ、パターン２０８を液晶層２０６内に形成するように、表面レリーフパターン２０５上に配置される。パターン２０８は、表面レリーフ特徴２０５ａによって整合される、液晶分子２０８ａの整合に基づく。パターン２０８は、表面レリーフパターン２０５のものと同一格子周期Λ（ｘ，ｙ）と、光位相φ（ｘ，ｙ）とを含む。

いくつかの実装では、液晶層２０６内のパターン２０８は、ＧＰＨを作成する。いくつかの実装では、液晶層２０６は、ネマチック液晶層であってもよい。

ここで図３ａを参照すると、光学マスタ２００ａの実施例の断面側面図が、図示される。光学マスタ２００ａは、基板２０２と、整合層２０４とを含む。図２ａおよび２ｂからの共有特徴の詳細は、詳細に繰り返されないであろう。図３ａはさらに、液晶層２０６ａを含み、これは、層２０６に類似し、パターン２０８（図２ｂ）に類似する液晶パターン（図示せず）を有すると理解される。液晶層は、複屈折Δｎと、光学マスタ２００ａを照明する光に応じて変動し得る、近似厚ｄとを有する。光学マスタを照明する光３０８は、波長λを有する。方程式１が、液晶複屈折Δｎおよび光学マスタ２００ａを照明する光の波長λに依存する、液晶層２０６ｂの近似厚ｄを決定するために使用され得る。好ましくは、いくつかの実装では、液晶層２０６ａの厚さは、方程式１によって提供される、ｄの値の±５％以内である。

方程式１：ｄ＝λ／（２Δｎ）

方程式１が、満たされ、光３０８が、波長λを有するとき、液晶層２０６ａ内のパターン２０８は、直線偏光３０８を左旋円偏光および右旋円偏光に回折する。光学マスタ２００ａを照明する光３０８の偏光に応じて、円偏光の一方は、－１回折次数光３０６ｂであって、円偏光の他方は、＋１回折次数光３０６ａである。光３０８が、直線偏光であるとき、－１回折次数光３０６ｂは、右旋円偏光であり得、＋１回折次数光３０６ａは、左旋円偏光であり得る。代替として、これは、－１回折次数光３０６ｂが、左旋円偏光であり得、＋１回折次数光３０６ａが、右旋円偏光であり得るように、パターン２０８の配向に応じて、切り替えられ得る。

図３ｂは、図３ａの光学マスタ２００ａおよび複製光整合構造３００ａの断面図を図示する。複製構造３００ａは、光整合層３０４ａを含み、これは、基板３０２上に配置される。光整合層３０４ａは、光学マスタ２００ａと基板３０２との間にある。図３ａの議論において、上記に議論されるように、光学マスタ２００ａが、波長λの光３０８で照明されると、光は、－１回折次数光３０６ｂである、左旋円偏光または右旋円偏光の一方に、および＋１回折次数光３０６ａである、右または左旋円偏光の一方に回折する。約半分の光は、－１回折次数光３０６ｂに回折され、約半分の光は、＋１回折次数光３０６ａに回折されることを理解されたい。液晶層２０６ａは、パターン２０８を含み、－１回折次数光３０６ｂおよび＋１回折次数光３０６ａはまた、パターン２０８を光整合層３０４ａ内に複製させるであろう。本明細書に議論されるように、パターン２０８は、格子周期Λ（ｘ，ｙ）と、光位相φ（ｘ，ｙ）とを含む。光が、－１回折次数光３０６ｂおよび＋１回折次数光３０６ａに回折されると、格子周期は、パターン２０８のものの半分となり、光位相は、パターン２０８のものの２倍となることが見出されている。換言すると、光整合層３０４ａ内に複製されるパターンの格子周期は、０．５＊Λ（ｘ，ｙ）に等しく、光整合層３０４ａ内に複製されるパターンの光位相は、２φ（ｘ，ｙ）に等しい。有利なこととして、光整合層３０４ａの格子周期またはピッチは、パターン２０８の格子周期またはピッチの半分のサイズであるため、パターン２０８の特徴サイズは、光整合層３０４ａ内に複製される特徴のサイズの２倍となり得る。表面レリーフ特徴内に含まれる、より小さいナノ構造は、達成することがより困難であり得、したがって、より大きい表面レリーフ特徴を利用して、比較的に小さい複製特徴を光整合層３０４ａ内に形成することが有益であり得ることを理解されたい。

いくつかの実装では、光整合層３０４ａは、アゾ、ケイ皮酸、および／またはクマリンベースの材料のうちの１つを含んでもよい。いくつかの実装では、光３０８は、１つまたはそれを上回るレーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、またはランプ等のコリメート型光源によって生産される、実質的にコリメートされた光であってもよい。液晶層２０６ａと光整合層３０４ａとの間の分離距離は、短くてもよい（例えば、約数十μｍ～数百μｍかつ１ｍｍ未満）。好ましくは、光源は、液晶層２０６ａと光整合層３０４ａとの間の分離を上回る、空間コヒーレンス長を提供する。したがって、光学マスタの液晶層２０６ａおよび光整合層３０４ａを近接して離間させる能力は、長空間コヒーレンス長を有する必要性を低減させ、これは、有利なこととして、光源に関する需要を低減させる。

ここで図４ａを参照すると、いくつかの他の実装による、光学マスタ２００ｂの実施例の断面側面図が、図示される。光学マスタ２００ｂは、図２ｂおよび３ａ－３ｂの光学マスタ２００、２００ａと種々の特徴を共有し、これらの特徴は、詳細に繰り返されないであろう。図４ａを継続して参照すると、光学マスタ２００ｂは、液晶層２０６ｂを含み、これは、パターン２０８（図２ｂ）に対応する、パターン（図示せず）を有する。液晶層２０６ｂは、複屈折Δｎと、光学マスタ２００ｂを照明する光に依存する、近似厚ｄとを有する。液晶層２０６ｂは、液晶層２０６ａに類似するが、液晶層２０６ｂの近似厚は、方程式１ではなく、方程式２に依存する。好ましくは、いくつかの実装では、液晶層２０６ｂの厚さは、方程式２によって提供される、ｄの値の±５％以内である。

方程式２：ｄ＝λ／（４Δｎ）

方程式２が、満たされ、円偏光３０８が、波長λを有するとき、光は、液晶層２０６ｂ内のパターン２０８によって、左旋円偏光および右旋円偏光に回折される。左旋円偏光および右旋円偏光の一方は、＋１または－１回折次数光であって、左旋円偏光および右旋円偏光の他方は、ゼロ回折次数光である。入射光２０８は、左旋円偏光または右旋円偏光のいずれかであってもよい。光２０８が、左旋円偏光であるとき、＋１または－１回折次数光３１０ａは、右旋円偏光であって、ゼロ回折次数光は、左旋円偏光である。光２０８が、右旋円偏光であるとき、＋１または－１回折次数光３１０は、左旋円偏光され、ゼロ回折次数光は、右旋円偏光される。さらに、約半分の光は、＋１または－１回折次数光３１０ａに回折され、約半分の光は、ゼロ回折次数光３１０ｂに回折されることを理解されたい。

図４ｂは、図４ａの光学マスタ２００ｂおよび複製光整合構造３００ｂの断面図を図示する。複製構造３００ｂは、光整合層３０４ｂを含み、これは、基板３０２上に配置される。光整合層３０４ａは、光学マスタ２００ａと基板３０２との間にある。図４ａに関して上記に説明されるように、光学マスタ２００ａが、波長λの光３０８で照明されると、光は、－１または＋１回折次数光３１０ａである、左旋円偏光または右旋円偏光の一方に、およびゼロ回折次数光３１０ｂである、右または左旋円偏光の一方に回折する。約半分の光は、－１または＋１回折次数光３１０ａに回折され、約半分の光は、ゼロ回折次数光３１０ｂに回折されることを理解されたい。液晶層２０６ｂは、パターン２０８を含み、－１または＋１回折次数光３１０ａおよびゼロ回折次数光３１０ｂは、パターン２０８を光整合層３０４ｂ内に複製するであろう。したがって、－１または＋１回折次数光３１０ａおよびゼロ回折次数光３１０ｂは、パターン２０８を光整合層３０４ｂ内に複製するであろう。

上記に議論されるように、パターン２０８は、格子周期Λ（ｘ，ｙ）と、光位相φ（ｘ，ｙ）とを伴う、特徴を含む。光が、－１または＋１回折次数光３１０ａおよびゼロ回折次数光３１０ｂに回折されると、パターン３０８の格子周期および光位相は、パターン２０８のものと同一となることが見出されている。換言すると、光整合層３０４ｂ上に複製されるパターンの格子周期は、Λ（ｘ，ｙ）に等しく、光整合層３０４ｂ上に複製されるパターンの光位相は、φ（ｘ，ｙ）に等しいであろう。パターン２０８の特徴サイズは、光整合層３０４ｂ内に複製される特徴とほぼ等しいであろう。したがって、光整合層３０４ｂ上に複製されるパターンの特徴のピッチにおける低減が存在しない。しかしながら、図３ｂにおける光学マスタ２００ａは、ゼロ回折次数光の漏出を有し得、そのような漏出は、特徴サイズが小さいときに顕著であり得ることが見出されている。したがって、小特徴サイズに関して、ゼロ回折次数光３１０ｂの存在をすでに仮定している、光学マスタ２００ｂを使用することが有利であり得る。

ここで図５を参照すると、複製液晶パターンを伴う、構造の実施例の断面側面図が、図示される。複製構造５００は、液晶層５０２と、光整合層３０４と、基板３０２とを含む。複製構造５００は、図４ａおよび４ｂの複製構造３００ａ、３００ｂと種々の特徴を共有し、これらの重複特徴は、詳細に繰り返されないであろう。光整合層３０４は、図３ｂの光整合層３０４ａまたは図４ｂの光整合層３０４ｂであってもよい。液晶層５０２は、光整合層３０４上に堆積されてもよく、これは、光整合層３０４内のパターンに基づいて、液晶層５０２内の液晶分子を整合させる。いくつかの実装では、液晶層５０２は、ネマチック液晶またはコレステリック液晶から形成されてもよい。

いくつかの実装では、複製構造５００は、複製光学マスタ、すなわち、その液晶層のパターンを他の光整合層内に複製するための「サブ」マスタとして使用されてもよい。複製構造５００が、複製光学マスタとして使用されるとき、液晶層５０２は、本明細書に説明されるように、光整合層３０４によって整合されてもよい。

複製構造５００は、その光整合層３０４のパターンを第２の光整合層（図示せず）内に複製するために利用されてもよく、これは、第２の基板上に配置されてもよい。複製光学マスタ５００は、第２の光整合層（図示せず）が、複製光学マスタ５００と第２の基板との間にあるように位置付けられてもよい。第２の光学マスタ５００は、光で照明され、液晶層５０２内のパターンを第２の光整合層内に複製する。さらに、別の液晶層が、第２の光整合層上に堆積され、他の液晶層の分子と第２の光整合層を整合させてもよい。

ここで図６を参照すると、複製液晶パターンを形成するためのシステムの実施例の斜視図が、図示される。いくつかの実装では、光学マスタ２００は、上記の図２ａ－４に説明される、光学マスタ２００ａ、２００ｂに対応し得る。いくつかの実装では、複製構造３００は、図３ｂおよび４ｂに説明される、複製構造３００ａ、３００ｂに対応し得る、すなわち、複製構造３００は、基板上に支持される、光整合層を含んでもよく、その中で光学マスタ２００の液晶パターンが光学マスタ２００から光整合層への光の伝搬によって複製される、構造である。照明システムはまた、光源６０２を含み、これは、図３ａ、３ｂ、４ａ、および４ｂに関して説明される、コリメート型光源であってもよい。光源６０２は、光６０４を出力し得、これは、図３ａ、３ｂ、４ａ、および４ｂの光３０８であってもよい。いくつかの実装では、光源６０２は、光源６００の光出力開口を光学マスタ２００に対して移動させるように構成される、アクチュエータを含んでもよい。いくつかの他の実装では、光学マスタ２００および複製構造３００は、光学マスタ２００および複製構造３００を光源６０２の光出力開口に対して移動させる、アクチュエータに結合されてもよい（例えば、アクチュエータに取り付けられる表面上に静止してもよい）。いくつかの他の実装では、光源６０２と光学マスタ２００および複製構造３００とは両方とも、光学マスタ２００および複製構造３００に伴う光源６０２の相対的移動を提供するように構成される、関連付けられるアクチュエータを有してもよい。

光源６０２は、複製構造３００の光整合層を光学マスタ２００によって回折される光に露光するために、光学マスタ２００の表面を走査してもよい。光源６０２は、光学マスタ２００の表面全体を走査してもよい、あるいはまた、パターン２０８が位置する、光学マスタ２００の表面を選択的に走査してもよい。より小さい光源６０２が、走査せずに、光学マスタ２００の表面全体を照明する、大光源とは対照的に、光源が走査するとき、使用され得ることを理解されたい。有利なこととして、より小さい光源は、より大きい光源よりもコストおよびエネルギー使用量がより低くあり得、より大きい光源よりコヒーレンスおよび最高点等の光学性質の需要が低くあり得る。図６に示されるように、光源６０２は、光学マスタ２００の表面を垂直および水平方向の両方において走査してもよい。さらに、光源６０２は、複数の光源であってもよく、これはそれぞれ、光学マスタ３００の異なる部分を照明してもよい。複数の光源は、光学マスタの異なる部分を走査および照明してもよい。

図６を継続して参照すると、いくつかの実装では、走査は、線走査またはビーム走査であってもよい。いくつかの実装では、光源６０２は、複製構造３００の光整合層の幅または長さを実質的に横断して延在し、線走査を提供する、光の線を提供してもよい。いくつかの他の実装では、光源６０２は、複製構造３００の光整合層の幅または長さ全体未満である、面積にわたって延在する、光の離散ビームを提供してもよい。

いくつかの実装では、光源６０２は、複製構造３００に対して持続的に移動する。例えば、いくつかの実装では、光源６０２は、一定速度で平滑に移動し、光学マスタ３００の異なる部分をラスタ走査してもよい。代替として、光源６０２および複製構造３００の相対的移動は、段階的であって、したがって、光学マスタ３００の異なる部分に移動しながら、オフおよびオンにされてもよい。

ここで図７ａを参照すると、図６のシステムの概略側面図が、図示される。図７ａおよび図６の重複特徴は、詳細に繰り返されないであろう。図７ａはさらに、光源６０２からの光６０４が、ビーム幅Ｗを有することを図示する。さらに、光学マスタ２００および複製構造３００は、距離Ｄによって分離される。光６０４は、ビーム出力Ｐを有する。いくつかの実装では、本システムは、複製構造３００を横断して、走査速度Ｓで移動されながら、光６０４を走査する。故に、複製構造３００の一部上の光線量は、Ｐ＊Ｗ／Ｓに等しく、露光時間は、Ｗ／Ｓに等しいと理解され得る。

露光の間に生じ得る、振動等の環境雑音の影響を低減させるために、走査速度は、好ましくは、高速であって、露光時間は、好ましくは、短い、すなわち、走査速度は、依然として、適正な線量を維持し、複製構造３００を適切に露光しながら、高速である。いくつかの実装では、Ｐ＊Ｗ／Ｓ（線量）は、０．５ジュール／ｃｍ^２～１０ジュール／ｃｍ^２または０．５ジュール／ｃｍ^２～１ジュール／ｃｍ^２である。線量は、光学マスタ２００の液晶層２０６（図２ｂ）内のパターン２０８、光６０４の露光波長、および光学マスタ２００の液晶層２０６および複製構造３００の光整合層３０４の材料性質等の種々の要因に基づいて、選択されてもよい。

ここで図７ｂを参照すると、ビーム幅Ｗを伴う、光６０４の第１のビーム位置６０４ａおよび第２のビーム位置６０４ｂの概略図の実施例が、図示される。図示されるように、第１のビーム位置６０４ａおよび第２のビーム位置６０４ｂは、重複Ｏを有する。光ビーム６０４が、光整合層を横断して、離散ステップで移動されるとき、重複は、光源６０２によって生産された光６０４の非均一性を補償するために含まれ得ることを理解されたい。光源６０２は、ガウス分布または非方形ビーム形状を伴う、光６０４を生産し得、これは、ビームの縁とは対照的に、中央に関する非均一強度につながり得る。重複Ｏは、非均一強度の影響を軽減させ得る。
例示的拡張現実システム

本明細書に議論されるように、本明細書に開示される、複製されるＧＰＨは、仮想現実または拡張現実（ＡＲ）ディスプレイシステム等のディスプレイシステムのための接眼レンズの一部として利用され得ることを理解されたい。

ＡＲシステムは、依然として、ユーザに彼らの周囲の世界が見えることを可能にしながら、仮想コンテンツをユーザまたは視認者に表示し得る。好ましくは、本コンテンツは、例えば、画像情報をユーザの眼に投影する、アイウェアの一部としての頭部搭載型ディスプレイ上に表示される。加えて、ディスプレイはまた、周囲環境からの光をユーザの眼に透過させ、その周囲環境のビューを可能にしてもよい。本明細書で使用されるように、「頭部搭載型」または「頭部搭載可能」ディスプレイは、視認者またはユーザの頭部上に搭載され得る、ディスプレイであることを理解されたい。

いくつかのＡＲシステムでは、複数の導波管は、仮想画像を複数の仮想深度面（単に、本明細書では、「深度面」とも称される）に形成するように構成されてもよい。複数の導波管の異なる導波管は、異なる屈折力を有してもよく、ユーザの眼から異なる距離に形成されてもよい。ディスプレイシステムはまた、屈折力を提供する、または加えて提供する、複数のレンズを含んでもよい。導波管および／またはレンズの屈折力は、異なる量の波面発散を伴う、光を出力し、画像を異なる仮想深度面に提供し得る。いくつかの実装では、本明細書に開示される、複製されるＧＰＨは、有利なこととして、導波管に、または別個の独立型層として適用され、レンズとして機能してもよい。代替として、あるタイプの複製されるＧＰＨは、本明細書に議論されるように、眼追跡システムの一部として、眼上または内の一部を結像するために使用され得る、波長選択的ミラーとして形成されてもよい。

ここで図８ａを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管に衝突する光は、その光を導波管の中に内部結合するために再指向される必要があり得る。内部結合光学要素が、光をその対応する導波管の中に再指向および内部結合するために使用されてもよい。図８ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、複数またはセット６６０のスタックされた導波管の実施例の断面側面図を図示する。導波管はそれぞれ、１つまたはそれを上回る異なる波長または１つまたはそれを上回る異なる波長範囲の光を出力するように構成されてもよい。

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

図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、相互から側方にオフセットされてもよい。いくつかの実装では、各内部結合光学要素は、その光が別の内部結合光学要素を通して通過せずに、光を受光するようにオフセットされてもよい。

各導波管はまた、関連付けられる光分散要素を含み、例えば、光分散要素７３０は、導波管６７０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７４０は、導波管６８０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素７５０は、導波管６９０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置される。いくつかの他の実装では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられる導波管６７０、６８０、６９０の底部主要表面上に配置されてもよい。いくつかの他の実装では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、関連付けられる導波管６７０、６８０、６９０の上部および底部両方の主要表面上に配置されてもよい、または光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、異なる関連付けられる導波管６７０、６８０、６９０内の上部および底部主要表面の異なるもの上に配置されてもよい。

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

好ましくは、製造および他の考慮点を容易にするために、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、類似または同一であって、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、類似または同一である。いくつかの実装では、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、１つまたはそれを上回る導波管間で異なってもよい、および／または層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、依然として、前述の種々の屈折率関係を保持しながら、異なってもよい。

図８ａを継続して参照すると、光線７７０、７８０、７９０が、導波管のセット６６０に入射する。光線７７０、７８０、７９０は、導波管６７０、６８０、６９０の中に投入され得ることを理解されたい。

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

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

図８ａを継続して参照すると、偏向された光線７７０、７８０、７９０は、対応する導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬するように偏向される。すなわち、各導波管の内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光をその対応する導波管６７０、６８０、６９０の中に偏向させ、光を対応する導波管の中に内部結合する。光線７７０、７８０、７９０は、光をＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬させる角度で偏向される。光線７７０、７８０、７９０は、導波管の対応する光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突するまで、ＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬する。

ここで図８ｂを参照すると、図８ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図が、図示される。上記に記載されるように、内部結合された光線７７０、７８０、７９０は、それぞれ、内部結合光学要素７００、７１０、７２０によって偏向され、次いで、それぞれ、導波管６７０、６８０、６９０内でＴＩＲによって伝搬する。光線７７０、７８０、７９０は、次いで、それぞれ、光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突する。光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０に向かって伝搬するように、光線７７０、７８０、７９０を偏向させる。

いくつかの実装では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）である。いくつかの実装では、ＯＰＥは、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向または分散し、いくつかの実装では、また、外部結合光学要素に伝搬するにつれて、本光のビームまたはスポットサイズを増加させ得る。いくつかの実装では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、省略されてもよく、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光を直接外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向させるように構成されてもよい。例えば、図８Ｂを参照すると、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０と置換されてもよい。いくつかの実装では、外部結合光学要素８００、８１０、８２０は、光を視認者の眼に指向させる、射出瞳（ＥＰ）または射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）である。ＯＰＥは、少なくとも１つの軸においてアイボックスの寸法を増加させるように構成されてもよく、ＥＰＥは、ＯＰＥの軸と交差する、例えば、直交する軸においてアイボックスを増加させ得ることを理解されたい。例えば、各ＯＰＥは、光の残りの部分が導波管を辿って伝搬し続けることを可能にしながら、ＯＰＥに衝打する光の一部を同一導波管のＥＰＥに再指向するように構成されてもよい。ＯＰＥへの衝突に応じて、再び、残りの光の別の部分は、ＥＰＥに再指向され、その部分の残りの部分は、導波管等を辿ってさらに伝搬し続ける。同様に、ＥＰＥへの衝打に応じて、衝突光の一部は、導波管からユーザに向かって指向され、その光の残りの部分は、ＥＰに再び衝打するまで、導波管を通して伝搬し続け、その時点で、衝突する光の別の部分は、導波管から指向される等となる。その結果、内部結合された光の単一ビームは、その光の一部がＯＰＥまたはＥＰＥによって再指向される度に、「複製」され、それによって、クローン化された光のビーム野を形成し得る。いくつかの実装では、ＯＰＥおよび／またはＥＰＥは、光のビームのサイズを修正するように構成されてもよい。

故に、図８ａおよび８ｂを参照すると、いくつかの実装では、導波管のセット６６０は、原色毎に、導波管６７０、６８０、６９０と、内部結合光学要素７００、７１０、７２０と、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、７４０、７５０と、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００、８１０、８２０とを含む。導波管６７０、６８０、６９０は、各１つの間に空隙／クラッディング層を伴ってスタックされてもよい。内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、（異なる波長の光を受光する異なる内部結合光学要素を用いて）入射光をその導波管の中に再指向または偏向させる。光は、次いで、個別の導波管６７０、６８０、６９０内にＴＩＲをもたらすであろう角度で伝搬する。示される実施例では、光線７７０（例えば、青色光）は、前述の様式において、第１の内部結合光学要素７００によって偏光され、次いで、導波管を辿ってバウンスし続け、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００と相互作用する。光線７８０および７９０（例えば、それぞれ、緑色および赤色光）は、導波管６７０を通して通過し、光線７８０は、内部結合光学要素７１０上に衝突し、それによって偏向される。光線７８０は、次いで、ＴＩＲを介して、導波管６８０を辿ってバウンスし、その光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７４０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８１０に進むであろう。最後に、光線７９０（例えば、赤色光）は、導波管６９０を通して通過し、導波管６９０の光内部結合光学要素７２０に衝突する。光内部結合光学要素７２０は、光線が、ＴＩＲによって、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７５０、次いで、ＴＩＲによって、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８２０に伝搬するように、光線７９０を偏向させる。外部結合光学要素８２０は、次いで、最後に、光線７９０を視認者に外部結合し、視認者はまた、他の導波管６７０、６８０からの外部結合した光も受光する。

図８ｃは、図８ａおよび８ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。図示されるように、導波管６７０、６８０、６９０は、各導波管の関連付けられる光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられる外部結合光学要素８００、８１０、８２０とともに、垂直に整合されてもよい。しかしながら、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、垂直に整合されない。むしろ、内部結合光学要素は、好ましくは、非重複する（例えば、上下図に見られるように、側方に離間される）。本明細書でさらに議論されるように、本非重複空間配列は、１対１ベースで異なるリソースから異なる導波管の中への光の投入を促進し、それによって、具体的光源が具体的導波管に一意に結合されることを可能にする。いくつかの実装では、非重複の空間的に分離される内部結合光学要素を含む、配列は、偏移瞳システムと称され得、これらの配列内の内部結合光学要素は、サブ瞳に対応し得る。

有利なこととして、本明細書に開示される、ＧＰＨは、上記の種々の光学要素（例えば、内部結合光学要素７００、７１０、７２０、光分散要素７３０、７４０、７５０、および／または外部結合光学要素８００、８１０、８２０）の一部として、またはそれに加えて利用され、所望の光学機能性を提供してもよい。例えば、ＧＰＨは、レンズとして機能してもよく、外部結合光学要素８００、８１０、８２０にオーバーレイし、所望の屈折力を提供してもよい。

ここで図８ｄを参照すると、本明細書に開示される種々の導波管および関連システムが統合され得る、ウェアラブルディスプレイシステム６０の実施例を図示する。ディスプレイシステム６０は、ディスプレイ７０と、そのディスプレイ７０の機能をサポートするための種々の機械的および電子的モジュールおよびシステムとを含む。ディスプレイ７０は、フレーム８０に結合されてもよく、これは、ディスプレイシステムユーザまたは視認者９０によって装着可能であって、ディスプレイ７０をユーザ９０の眼の正面に位置付けるように構成される。ディスプレイ７０は、いくつかの実装では、接眼レンズと見なされ得る。いくつかの実装では、スピーカ１００が、フレーム８０に結合され、ユーザ９０の外耳道に隣接して位置付けられるように構成される（いくつかの実装では、示されない別のスピーカも、随意に、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ／成形可能音制御を提供してもよい）。ディスプレイシステム６０はまた、１つまたはそれを上回るマイクロホン１１０または他のデバイスを含み、音を検出してもよい。いくつかの実装では、マイクロホンは、ユーザが入力またはコマンドをシステム６０に提供することを可能にするように構成され（例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等）、および／または他の人物（例えば、類似ディスプレイシステムの他のユーザ）とのオーディオ通信を可能にしてもよい。マイクロホンはさらに、周辺センサとして構成され、オーディオデータ（例えば、ユーザおよび／または環境からの音）を収集してもよい。いくつかの実装では、ディスプレイシステムはまた、周辺センサ１２０ａを含んでもよく、これは、フレーム８０と別個であって、ユーザ９０の身体（例えば、ユーザ９０の頭部、胴体、四肢等）上に取り付けられてもよい。周辺センサ１２０ａは、いくつかの実装では、ユーザ９０の生理学的状態を特徴付けるデータを入手するように構成されてもよい。例えば、センサ１２０ａは、電極であってもよい。

図８ｄを継続して参照すると、ディスプレイ７０は、有線導線または無線コネクティビティ等の通信リンク１３０によって、ローカルデータ処理モジュール１４０に動作可能に結合され、これは、フレーム８０に固定して取り付けられる、ユーザによって装着されるヘルメットまたは帽子を固定して取り付けられる、ヘッドホン内に埋設される、または別様にユーザ９０に除去可能に取り付けられる（例えば、リュック式構成において、ベルト結合式構成において）等、種々の構成で搭載されてもよい。同様に、センサ１２０ａは、通信リンク１２０ｂ、例えば、有線導線または無線コネクティビティによって、ローカルプロセッサおよびデータモジュール１４０に動作可能に結合されてもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ハードウェアプロセッサおよび不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリまたはハードディスクドライブ）等のデジタルメモリを備えてもよく、その両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用されてもよい。随意に、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、１つまたはそれを上回る中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含んでもよい。データは、ａ）センサ（画像捕捉デバイス（カメラ等）、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、ジャイロスコープ、および／または本明細書に開示される他のセンサ（例えば、フレーム８０に動作可能に結合される、または別様にユーザ９０に取り付けられ得る））から捕捉されたデータ、および／またはｂ）可能性として処理または読出後にディスプレイ７０への通過のための遠隔処理モジュール１５０および／または遠隔データリポジトリ１６０（仮想コンテンツに関連するデータを含む）を使用して取得および／または処理されたデータを含んでもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、これらの遠隔モジュール１５０、１６０が相互に動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール１４０に対するリソースとして利用可能であるように、有線または無線通信リンクを介して等、通信リンク１７０、１８０によって、遠隔処理モジュール１５０および遠隔データリポジトリ１６０に動作可能に結合されてもよい。いくつかの実装では、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、画像捕捉デバイス、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープのうちの１つまたはそれを上回るものを含んでもよい。いくつかの他の実装では、これらのセンサのうちの１つまたはそれを上回るものは、フレーム８０に取り付けられてもよい、または有線または無線通信経路によってローカル処理およびデータモジュール１４０と通信する、独立構造であってもよい。

図８ｄを継続して参照すると、いくつかの実装では、遠隔処理モジュール１５０は、データおよび／または画像情報を分析および処理するように構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサを備えてもよく、例えば、１つまたはそれを上回る中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含んでもよい。いくつかの実装では、遠隔データリポジトリ１６０は、デジタルデータ記憶設備を備えてもよく、これは、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して利用可能であってもよい。いくつかの実装では、遠隔データリポジトリ１６０は、１つまたはそれを上回る遠隔サーバを含んでもよく、これは、情報、例えば、拡張現実コンテンツをローカル処理およびデータモジュール１４０および／または遠隔処理モジュール１５０に生成するための情報を提供する。いくつかの実装では、全てのデータが、記憶され、全ての計算は、ローカル処理およびデータモジュールにおいて実施され、遠隔モジュールからの完全に自律的使用を可能にする。随意に、ＣＰＵ、ＧＰＵ等を含む、外部システム（例えば、１つまたはそれを上回るプロセッサ、１つまたはそれを上回るコンピュータのシステム）が、処理（例えば、画像情報を生成する、データを処理する）の少なくとも一部を実施し、例えば、無線または有線接続を介して、情報をモジュール１４０、１５０、１６０に提供し、情報をそこから受信してもよい。
例示的眼追跡システム

図９は、液晶反射体（ＬＣＲ）、例えば、コレステリック液晶反射体を採用する、眼追跡システム２３００の実施例を図示する。好ましくは、液晶反射体は、種々の実装に従って、視認者の眼１３０２を結像するように構成される、波長選択的ＬＣＲ１１５０である。いくつかの実装では、ＬＣＲ１１５０は、導波管（例えば、図８ａ－８ｂの導波管６７０、６８０、６９０のうちの１つ）の表面上に配置されてもよい。眼追跡は、用途の中でもとりわけ、仮想／拡張／複合現実ディスプレイ用途のための、ウェアラブルディスプレイ、例えば、図８ｄのウェアラブルディスプレイシステム６０を含む、双方向視覚または制御システム内の重要な特徴であり得る。良好な眼追跡を達成するために、眼１３０２の画像を低目線角度で取得することが望ましくあり得、それに関して、ひいては、眼追跡カメラ７０２ｂを視認者の眼の中心位置の近くに配置することが望ましくあり得る。しかしながら、カメラ７０２ｂのそのような位置は、ユーザのビューに干渉し得る。代替として、眼追跡カメラ７０２ｂは、より低い位置または側面に配置されてもよい。しかしながら、カメラのそのような位置は、眼画像がより急峻な角度において捕捉されるため、ロバストかつ正確な眼追跡を取得することの困難度を増加させ得る。世界からの可視光２３０４を透過させながら、赤外線（ＩＲ）光２３０８（例えば、８５０ｎｍの波長を有する）を眼３０２から選択的に反射させるように、ＬＣＲ１１５０を構成することによって、カメラ７０２ｂは、眼画像を正常または低目線角度で捕捉しながら、ユーザのビューから離れるように設置され得る。そのような構成は、可視光が反射されないため、ユーザのビューに干渉しない。同一ＬＣＲ１１５０はまた、図示されるように、ＩＲ照明源２３２０として構成されてもよい。ＩＲ照明器の低目線角度は、例えば、睫毛からのより少ないオクルージョンをもたらし得、その構成は、鏡面反射のよりロバストな検出を可能にする。

図９を継続して参照すると、種々の実装に従って、ＬＣＲ１１５０は、それぞれ、複数のキラル構造を備える、１つまたはそれを上回るコレステリック液晶（ＣＬＣ）層を備えてもよく、各キラル構造は、米国特許公開第２０１８／０１６４６２７号（その全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されるように、層深度方向（例えば、ｚ－方向）に延在し、第１の回転方向に連続的に回転される、複数の液晶分子を備える。キラル構造の液晶分子の配列は、１つまたはそれを上回るＣＬＣ層が、第１の波長（λ_１）を有する、第１の入射光を実質的にブラッグ反射させながら、第２の波長（λ_２）を有する、第２の入射光を実質的に透過させるように構成されるように、層深度方向と垂直な側方方向に、周期的に変動する。１つまたはそれを上回るＣＬＣ層はそれぞれ、層深度方向において視認されるとき、第１の回転方向に合致される偏光の掌性を有する、楕円または円偏光された第１および第２の入射光を実質的にブラッグ反射させるように構成される一方、層深度方向において視認されるとき、第１の回転方向と反対の偏光の掌性を有する、楕円または円偏光された第１および第２の入射光を実質的に透過させるように構成され得る。いくつかの実装によると、側方方向に周期的に変動する、液晶分子の配列は、側方方向に、第１の波長と周期との間の比率が、約０．５～約２．０であるような周期を有するように配列される。いくつかの実装によると、第１の波長は、約６００ｎｍ～約１．４μｍの近赤外線範囲内、例えば、約８５０ｎｍであって、第２の波長は、１つまたはそれを上回る色を有する、可視範囲内にある。いくつかの実装によると、キラル構造の液晶分子は、層深度方向に対して法線の方向に対して事前に傾斜される。１つまたはそれを上回るＣＬＣ層は、第１の入射光が、層深度方向に対して約５０^ｏ、約６０^ｏ、約７０^ｏ、または約８０^ｏ度を超える、層深度方向（ｚ－方向）に対する角度（θ_Ｒ）で反射されるように構成されてもよい。

図９を継続して参照すると、頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ）の装着者の眼１３０２は、反射性軸外液晶反射体１１５０を使用して結像されてもよく、これは、カメラ７０２Ｂに、眼１３０２のビューを提供し得、これはまた、光源２３２０からの眼照明光を反射させ得る。結果として生じる画像は、片眼または両眼を追跡する、網膜を結像する、眼形状を３次元で再構築する、バイオメトリック情報（例えば、虹彩識別）を眼から抽出する等のために使用されてもよい。

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

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

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

Claims (1)

1. 本明細書に記載の発明。