JP7013384B2 - 瞳等化 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、同時係属中の、２０１６年６月６日に出願された「ＳＫＥＷ ＭＩＲＲＯＲＳ，ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＵＳＥ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥ」と題する米国出願第１５／１７４，９３８号、２０１６年４月４日に出願された「ＳＫＥＷ ＭＩＲＲＯＲ ＰＵＰＩＬ ＥＱＵＡＬＩＺＡＴＩＯＮ」と題する同第６２／３１８，０２７号、２０１６年４月６日に出願された「ＳＫＥＷ ＭＩＲＲＯＲＳ，ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＵＳＥ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥ」と題する同第６２／３１８，９１７号、２０１６年６月２０日に出願された「ＳＫＥＷ ＭＩＲＲＯＲ ＰＵＰＩＬ ＥＱＵＡＬＩＺＡＴＩＯＮ」と題する同第６２／３５２，５２９号、及び２０１６年１０月１３日に出願された「ＴＩＧＥＲ ＰＲＩＳＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＵＳＥ」と題する同第６２／４０７，９９４号、並びに、２０１６年８月２４日に出願された「ＳＫＥＷ ＭＩＲＲＯＲＳ，及びＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＵＳＥ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥ」と題するＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１６／０４８４９９号からの優先権を主張する。上記の出願は、あらゆる目的のために、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

従来の誘電体ミラーは、表面（典型的にはガラス）に、誘電率が互いに異なる材料の層をコーティングすることによって製造される。材料の層は、典型的には、層境界からのフレネル反射が補強的に強化され、大きな正味の反射率を生むように配置される。比較的広い特定の波長及び入射角の範囲にわたってこの状態が確実に得られるようにすることにより、広帯域誘電体ミラーを設計することができる。しかし、表面に層が堆積されるため、誘電体ミラーの反射軸は必然的に面法線と一致している（すなわち、反射軸がミラー表面に対して垂直である）。この反射軸に関する制約により、誘電体ミラーは、一部のデバイスにおいては、最適ではない構成で配設されている。同様に、反射軸が面法線に制約されているために、目的によっては誘電体ミラーが全く不十分なものとなる。更に、ガラス誘電体ミラーは比較的重くなり、比較的軽量な反射構成要素を必要とする用途にとって最適ではないか又は不適切なものとなる傾向がある。

逆に、従来の格子構造は、この格子構造が中にある媒体の面法線とは異なる反射軸を中心にして光を反射できる。しかし、所与の入射角に対して、従来の格子構造に関する反射角は、通常は入射光の波長とともに共変化する。したがって、光を反射するために従来の格子構造を用いることにより、反射軸が面法線と一致するという従来のミラーに内在する制約が回避される。しかし、実質的に一定の反射軸を必要とする場合、従来の格子構造は、所与の入射角に関して実質的に単一の波長（又は非常に狭い波長範囲）に限定される。同様に、特定の波長の光を一定の反射軸を中心にして反射するために、従来の格子構造は、単一の入射角（又は非常に狭い入射角範囲）に限定される。

したがって、面法線に制約されない反射軸を中心にして光を反射し、所与の入射角に関する反射角が入射角範囲にわたって一定である比較的単純なデバイスに対する要求は、反射格子構造又は従来のミラーのいずれかを備える現在利用可能な反射デバイスによっては満足されない。したがって、そのような反射デバイスの必要性が存在し、かかる必要性はヘッドマウントディスプレイデバイスにおいて喫緊のものである。

記述された特徴は一般に、光を反射する１つ以上の改良された方法、システム、又はデバイス、及び格子構造を備える光学反射デバイスに関する。これらの方法、システム、又はデバイスは、すべての又はほとんどの反射光が導かれる場所である外部射出瞳をスキューミラーが形成できるように、選択的な結合を採用できる。スキューミラーホログラフィック光学素子自体以外の位置に射出瞳を形成する方法は、スキューミラー瞳等化と表現することができる。ヘッドマウントディスプレイなどの実装形態では、線分状のｋ空間インデックス分布の空間分布は、射出瞳に向かう回折を生じさせるように構成されていてもよい。スキューミラー瞳等化は、より高いパーセンテージの光子を射出瞳に向けることによって、測光効率（例えば画像輝度）を更に向上させることができる。

一部の例では、光を反射するデバイスが説明される。デバイスは格子媒体を含んでもよい。格子媒体内の第１の格子構造は、（例えば第１の入射角を含む）第１の複数の入射角において、格子媒体の面法線からずらされた反射軸を中心にして、ある波長の光を反射するように構成されていてもよい。加えて、格子媒体内に第２の格子構造があってもよく、第２の格子構造は、第１の格子構造と少なくとも部分的に重ならないようになっている。第２の格子構造は、第１の複数の入射角とは異なる（例えば第２の入射角を含む）第２の複数の入射角において、格子媒体の面法線からずらされた反射軸を中心にして、前述のある波長の光を反射するように構成されていてもよい。

一部の例では、光を反射する装置を製造する方法が説明される。この方法は、光を反射するように構成された格子媒体を形成することと、格子媒体内に第１の格子構造を形成することと、を含んでもよい。第１の格子構造は、（例えば第１の入射角を含む）第１の複数の入射角において、格子媒体の面法線からずらされた反射軸を中心にして、ある波長の光を反射するように構成されていてもよい。加えて、方法は、格子媒体内に第２の格子構造を、第２の格子構造が第１の格子構造と少なくとも部分的に重ならないように形成することを含んでもよい。第２の格子構造は、第１の複数の入射角とは異なる（例えば第２の入射角を含む）第２の複数の入射角において、格子媒体の面法線からずらされた反射軸を中心にして、前述のある波長の光を反射するように構成されていてもよい。

一部の例では、光を反射する方法が説明される。この方法は、格子媒体内の第１の格子構造によって、（例えば第１の入射角を含む）第１の複数の入射角において、格子媒体の面法線からずらされた反射軸を中心にして、ある波長の光の少なくとも第１の部分を反射することを含んでもよい。この方法はまた、格子媒体内の第２の格子構造によって、第１の複数の入射角とは異なる（例えば第２の入射角を含む）第２の複数の入射角において、格子媒体内の格子媒体の面法線からずらされた反射軸を中心にして、前述のある波長の光の少なくとも第２の部分を反射することを含んでもよい。格子媒体内の第２の格子構造は、第１の格子構造と少なくとも部分的に重ならなくてもよい。場合によっては、格子媒体は、格子媒体及び少なくとも２つの基材を含む導波路内に配設されてもよい。

本開示の実装の性質及び利点の更なる理解は、以下の図面を参照することによって実現され得る。添付された図では、同様の構成要素又は特徴は、同じ参照符号を有し得る。更に、同じ種類の様々な構成要素を、これら参照符号にダッシュ及び類似する構成要素を区別する第２の符号を続けることによって、区別することができる。明細書において第１の参照符号のみが使用される場合、その説明は、第２の参照符号に関係なく、同じ第１の参照符号を有する類似する構成要素のうちの任意の１つに適用可能である。
本明細書に含まれる原理を実施できるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の図である。 本開示の様々な態様による、実空間におけるスキューミラーの反射特性を示す図である。 本開示の様々な態様による、ｋ空間におけるスキューミラーを示す。 本開示の様々な態様による、スキューミラー射出瞳等化を組み込んだ光学系の図である。 本開示の態様による、スキューミラー瞳等化をサポートするプロットである。 本開示の様々な態様による、スキューミラー射出瞳等化を組み込んだ光学系の図である。 本開示の態様による、スキューミラー瞳等化をサポートする光学構造の斜視図である。 本開示の態様による、スキューミラー瞳等化をサポートする光学構造の平面図である。 本開示の態様による、スキューミラー瞳等化をサポートする光学構造の平面図である。 本開示の様々な態様による、複数の格子構造を示す光学構成要素の図である。 本開示の様々な態様による、瞳等化を用いるスキューミラーを製造するために使用できる系の図を示す。 本開示の様々な態様による、瞳等化を用いるスキューミラーを製造するために使用できる系の図を示す。 本開示の様々な態様による、瞳等化を用いるスキューミラーを製造するために使用できる系の図を示す。 本開示の様々な態様による、瞳等化を用いるスキューミラーを製造するために使用できる系の図を示す。 本開示の様々な態様による、光を反射する装置を製造する例示的な方法のフローチャート図である。 本開示の様々な態様による、光を反射する例示的な方法のフローチャート図である。

光学ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、投影された画像を反射すること並びに及びユーザが拡張現実を体験することを可能にする能力を有するウェアラブルデバイスである。ヘッドマウントディスプレイは通常、「仮想」画像を生成するためのニアアイ光学系を含む。過去においてＨＭＤは、画質を低下させ重量及びサイズを増加させる様々な技術的制限に取り組んできた。過去の実装形態は、光を反射、屈折、又は回折させるための従来の光学系を含んでいるが、設計は嵩張る傾向にある。加えて、従来のミラー及び格子構造は内在する制限を有する。例えば、従来のミラーは、面法線と必然的に一致する反射軸を有し得る。従来のミラーのこの反射軸は、ミラーの最適でない向き又は性能につながる場合がある。また、従来の格子構造は、許容できない様式で入射角及び／又は波長と共変する、複数の反射軸を含み得る。

したがって、光を反射するデバイスは、面法線に制約されない反射軸を中心にして光を反射し、所与の入射角に関する反射角が複数の波長において一定である特徴を含んでもよい。デバイスの実施形態は、所与の波長の入射光に関して入射角範囲にわたって実質的に一定の反射軸（すなわち、変化が１．０度未満である反射軸角度を有する反射軸）を有してもよく、この現象は様々な波長の入射光で観察され得る。一部の実施形態では、反射軸は、複数の入射角の組及び複数の波長の組のあらゆる組み合わせに関して、実質的に一定のままである。本開示の態様がまず、スキューミラーから固定された距離だけ離れて位置するアイボックスに向けて光を反射させる装置の文脈で記述される。格子媒体を含む装置に関して具体的な例が記述される。格子媒体は、１つ以上の格子構造を含んでもよい。格子構造は、特定の複数の入射角において、格子媒体の面法線からずらされた反射軸を中心にして、特定の波長の光を反射するように構成されていてもよい。本開示の態様は更に、スキューミラー瞳等化に関連する装置図、システム図、及びフローチャートによって図示され、これらを参照して記述される。

この説明は例を提供し、本明細書に記述した原理の実施の範囲、適用可能性、又は構成を限定することを意図していない。むしろ、続く説明は、本明細書に記述した原理の実施形態の実施を可能にする記述を、当業者に提供するものである。要素の機能及び配置において、様々な変更を行ってもよい。

これにより、様々な実装形態は、様々な手順又構成要素を、適宜省略、置換、又は追加してもよい。例えば、方法を記述したものとは異なる順序で実行してもよいこと、及び様々なステップを追加し、省略し、又は組み合わせてもよいことを諒解されたい。また、ある実装形態に関して記述された態様及び要素を、様々な他の実装形態において組み合わせてもよい。以下のシステム、方法、デバイス、及びソフトウェアは、個別に又はまとまってより大きなシステムの構成要素であってもよく、この場合、それらの用途に他の手順が優先するか、又はそれ以外に他の手順がそれらの用途を変更してもよいことも、諒解されたい。

用語
用語「約／略」は、所与の値のプラス又はマイナス１０％を指す。

用語「およそ」は、所与の値のプラス又はマイナス２０％を指す。

用語「主として」は、反射光に関して、格子構造によって反射された光を指す。記載される角度で主として反射される光は、任意の他の角度で反射されるよりも多くの光を含む（表面反射を除く）。記載される反射軸を中心にして主として反射される光は、任意の他の反射軸を中心にして反射されるよりも多くの反射光を含む（表面反射を除く）。主として反射される光を考慮するとき、デバイス表面で反射した光は含まれない。

用語「反射軸」は、入射光のその反射に対する角度を二分する軸を指す。反射軸に対する入射光の入射角の絶対値は、反射軸に対する入射光の反射の反射角の絶対値に等しい。従来のミラーに関しては、反射軸は面法線と一致している（すなわち、反射軸がミラー表面に対して垂直である）。逆に、本開示によるスキューミラーの実装形態は、面法線とは異なる反射軸を有してもよいか、又は場合によっては、面法線と一致する反射軸を有してもよい。当業者は、本開示の利益が所与であれば、入射角をそのそれぞれの反射角に加算し、この結果得られる和を２で除算することにより、反射軸角度を決定できることを認識するであろう。入射角及び反射角は、平均値を生成するために使用される複数回（一般に３回以上）の測定を用いて、経験的に決定できる。

本開示では、通常であれば「回折」が適切な用語であると考えられる場合に、用語「反射」及び類似の用語が使用されることがある。「反射」のこの使用は、スキューミラーが呈する鏡のような特性と整合性があり、混乱を生じさせる可能性のある用語使用を避けるのを助ける。例えば、格子構造が入射光を「反射する」ように構成されていると言われる場合、格子構造は回折によって光に作用すると一般に考えられているため、通常の技術者であれば、格子構造が入射光を「回折する」ように構成されている、と言うことを選好するかもしれない。しかし、用語「回折」をこのように使用すれば、結果的に「入射光が実質的に一定の反射軸を中心にして回折される」のような表現を生むことになるが、これは混乱を生じさせる可能性があろう。したがって、入射光が格子構造によって「反射される」と言われる場合、当業者は、本開示の利益が所与であれば、格子構造が実際には回折機序により光を「反射している」ことを認識するであろう。「反射する」のこのような使用は、このような反射において回折が果たす主たる役割にもかかわらず、従来の鏡は光を「反射する」と一般に言われるので、光学において先例がない訳ではない。したがって、ほとんどの「反射」が回折の特徴を含むこと、及び、スキューミラー又はその構成要素による「反射」もまた回折を含むことを、当業者は認識する。

用語「光」は、当業者によく知られた電磁放射である。「可視光」などの人間の目に見える電磁スペクトルの一部を指す特定の波長又は波長範囲を参照しない場合、電磁放射は任意の波長を有し得る。

用語「ホログラム」及び「ホログラフィック格子」は、交差する複数の光ビーム間の干渉により発生する干渉パターンを記録したものを指す。一部の例では、複数の交差する光ビーム間の干渉によってホログラム又はホログラフィック格子が生成されてもよく、このとき、複数の交差する光ビームの各々は、露光時間の間不変のままである。他の例では、複数の交差する光ビーム間の干渉によってホログラム又はホログラフィック格子を生成してもよく、このとき、格子媒体に対する複数の交差する光ビームのうちの少なくとも１つの入射角がホログラムの記録中に変化する、及び／又は、ホログラムの記録中に波長が変化する（例えば、複合ホログラム又は複合ホログラフィック格子）。

用語「正弦体積格子」は、体積領域の全体にわたって実質的に正弦波状のプロファイルで変調された光学特性、例えば屈折率を有する、光学構成要素を指す。各（単純／正弦）格子は、ｋ空間における単一の共役ベクトル対（又はｋ空間における実質的に点状の共役対分布）に対応している。

用語「回折効率」は、格子媒体上の入射光に対する反射光の電力の比を指す。

用語「入射瞳」は、その最小の大きさで撮像光学系に進入する光ビームを通す、現実の又は仮想のアパーチャを指す。

用語「アイボックス」は、格子構造から固定された距離にある、全視野が見えるように人間の瞳を配することのできる領域を囲む２次元エリアを指す。

用語「アイレリーフ」は、格子構造と対応するアイボックスとの間の固定された距離を指す。

用語「射出瞳」は、その最小の大きさで撮像光学系から出る光ビームを通す、現実の又は仮想のアパーチャを指す。使用時に、撮像光学系は、典型的には、光ビームを画像捕捉手段に導くように構成されている。画像捕捉手段の例としては、ユーザの目、カメラ、又は他の光検出器が挙げられるが、これらに限定されない。場合によっては、射出瞳は、撮像光学系から出る光ビームのサブセットを含んでもよい。

用語「格子媒体」は、光を反射する格子構造で構成されている物理媒体を指す。格子媒体は、複数の格子構造を含んでもよい。

用語「格子構造」は、光を反射するように構成された１つ以上の格子を指す。一部の例では、格子構造は、少なくとも１つの共通の属性又は特性（例えば、格子の組の各々が反応する同じ光の波長）を共有する格子の組を含んでもよい。一部の実装形態では、格子構造は１つ以上のホログラムを含んでもよい。他の実装形態では、格子構造は、１つ以上の正弦体積格子を含んでもよい。一部の例では、格子構造は、１つ以上の格子（例えば、ホログラム又は正弦格子）の各々に関する反射軸に対して、一様であってもよい。別法として又は追加として、格子構造は、格子媒体内の１つ以上の格子（例えば、ホログラム又は正弦体積格子）の各々に関する長さ又は体積に対して、一様であってもよい。

図１は、本明細書に含まれる原理を実施できるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）１００の図である。ＨＭＤ１００は、ユーザの目の前にニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）１０５が付着され得るアイウェア又はヘッドウェアを含んでもよい。ＮＥＤ１０５は、ＨＭＤ１００のレンズ組立体内に配設された又はこれに組み込まれた回折素子部分を含んでもよい。一部の例では、回折素子部分は、スキューミラー１１０から構成されてもよいホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）である。スキューミラー１１０に対して座標（ｘ、ｙ、及びｚ軸）が設けられる。ＨＭＤ１００は、レンズ組立体に動作可能に結合された光源又は投光器１１５を含んでもよい。一部の例では、光源又は投光器１１５は、導波路構成においてレンズ組立体に動作可能に結合されていてもよい。一部の例では、光源又は投光器１１５は、自由空間構成においてレンズ組立体に動作可能に結合されていてもよい。

スキューミラー１１０は、中に体積ホログラム又は他の格子構造がある格子媒体を含んでもよい反射デバイスである。スキューミラー１１０は、ガラスカバー又はガラス基材のような追加の層を含んでもよい。追加の層は、格子媒体を汚染、水分、酸素、反応性化学種、損傷、などから保護する役割を果たし得る。追加の層はまた、格子媒体と屈折率が整合していてもよい。格子媒体は、その中にある格子構造により、この格子媒体が反射軸と呼ばれる軸を中心にして光を回折させることを可能にする物理特性を有し、この場合、格子媒体に所与の入射角で入射する光の複数の波長に関して、回折角（以降反射角と称する）の変化は１°未満である。場合によっては、回折角はまた、複数の波長及び／又は入射角に関して一定である。場合によっては、格子構造は、１つ以上のホログラムによって形成される。１つ以上のホログラムは、一部の実装形態では、体積位相型ホログラムとすることができる。格子構造の様々な実装形態において、他の種類のホログラムを用いることもできる。

同様に、実装形態は通常、所与の波長の入射光に関して入射角範囲にわたって実質的に一定の反射軸（すなわち、変化が１°未満である反射軸角度を有する反射軸）を有し、この現象は様々な波長の入射光で観察され得る。一部の実装形態では、反射軸は、複数の入射角の組及び複数の波長の組のあらゆる組み合わせに関して、実質的に一定のままである。

ホログラムは、干渉パターンを記録したものであってもよく、記録に使用された光からの強度及び位相の両方の情報を含んでもよい。この情報は、干渉パターンを最初の干渉パターンの強度に応じて後続の入射光ビームの振幅又は位相を変化させる光学素子に転換する、感光媒体に記録してもよい。格子媒体は、フォトポリマー、光屈折性結晶、重クロム酸ゼラチン、光熱屈折ガラス、分散させたハロゲン化銀粒子を含むフィルム、又は入射干渉パターンに反応してこれを記録する能力を有する他の材料を含んでもよい。場合によっては、記録されるホログラムの記録及び／又は読み取りにコヒーレントなレーザ光を使用してもよい。

場合によっては、記録ビームとして知られる２つのレーザビームを使用してホログラムを記録してもよい。場合によっては、記録ビームは、格子媒体に入射する角度を除いて互いに類似した、単色平行平面波ビームであってもよい。一部の実装形態では、記録ビームは、互いに異なる振幅分布又は位相分布を有してもよい。記録ビームは、記録媒体内で交差するように方向付けられてもよい。記録ビームが交差する場合、これらは、干渉パターンの各点の強度に応じて変化するように記録媒体と相互作用する。これにより、記録媒体内に多様な光学特性のパターンが創出される。例えば、一部の実施形態では、記録媒体内で屈折率が変化してもよい。場合によっては、結果として得られる干渉パターンは、格子媒体上に記録されたすべてのこのような格子構造に関して均一であるように、（例えば、マスクなどを用いて）空間的に分布されてもよい。場合によっては、記録媒体内に様々な干渉パターンを創出するために、波長又は入射角を変化させることにより、単一の記録媒体内に複数の格子構造を重畳してもよい。場合によっては、１つ以上のホログラムが媒体内に記録された後で、媒体は記録後の光処理時に光で処理されてもよい。記録後の光処理は、残留している光開始剤又は光活性モノマーなどの反応性媒体の成分を大部分消費して、記録媒体の感光性が大きく下がるか又は失われるように、非常に非コヒーレントな光で行われてもよい。記録媒体内へのホログラム又は他の格子構造の記録の完了後は、媒体は通常、格子媒体と呼ばれる。格子媒体は通常、非感光性になっている。

一部の実装形態では、格子構造は、記録ビームと呼ばれる複数の光ビーム間の干渉によって生成されるホログラムを含む。通常は、ただし必須ではないが、格子構造は複数のホログラムを含む。複数のホログラムは、複数のホログラム間で変化する角度で格子媒体に入射する記録ビームを使用して（すなわち角度多重化）、及び／又は、複数のホログラム間で波長が変化する記録ビームを使用して（すなわち波長多重化）、記録されてもよい。一部の実装形態では、格子構造は、ホログラムの記録中に格子媒体への入射角が変化する、及び／又は、ホログラムの記録中に波長が変化する、２つの記録ビームを使用して記録されるホログラムを含む。実装形態は、反射軸が格子媒体の面法線と少なくとも１．０度だけ、又は少なくとも２．０度だけ、又は少なくとも４．０度だけ、又は少なくとも９．０度だけ、異なるデバイスを更に含む。

投光器１１５は、レンズ組立体に像を含んでいる光を提供してもよい。一部の例では、レンズ組立体及びスキューミラー１１０は、ｘ－ｙ平面に対して実質的に平坦であってもよい。ただし、レンズ組立体は、ある実装形態では、ｘ－ｙ平面に対する何らかの湾曲を含んでもよい。スキューミラー１１０から反射された光１２０を、スキューミラー１１０からｚ軸に沿って固定された距離だけ離れて位置するアイボックスに向けて反射させてもよい。一部の例では、スキューミラー１１０は、導波路内に少なくとも部分的に含まれてもよい。導波路は、入射光１３０を全内部反射によりスキューミラー１１０に向けて伝播させることができる。一部の例では、入射光１３０は、自由空間によりスキューミラー１１０に向かって伝播してもよい。スキューミラー１１０は、フォトポリマーから作成される格子媒体を含んでもよい。スキューミラー１１０はまた、格子媒体内に１つ以上の格子構造を含んでもよい。各格子構造は、互いに重なり合ってもよい１つ以上の正弦体積格子を含んでもよい。格子構造は、特定の複数の入射角において、格子媒体の面法線からずらされた反射軸を中心にして、特定の波長の光を反射するように構成されていてもよい。格子媒体内の各格子構造は、導波路から固定された距離にあるアイボックス内の射出瞳に向けて光の一部を反射するように構成されていてもよい。

各格子構造は、別の格子構造とは異なる様式で光を反射してもよい。例えば、第１の格子構造は、第１の入射角において第１の波長の入射光を反射してもよく、一方、第２の格子構造は、第１の入射角において第２の波長の入射光を反射してもよい（例えば、異なる格子構造が、同じ入射角の入射光に関して、光の異なる波長を反射するように構成されていてもよい）。また、第１の格子構造は、第１の入射角において第１の波長の入射光を反射してもよく、一方、第２の格子構造は、第２の入射角において第１の波長の入射光を反射してもよい（例えば、異なる格子構造が、異なる入射角の入射光に関して、光の同じ波長を反射するように構成されていてもよい）。更に、格子構造が第１の波長及び第１の入射角の第１の入射光を反射してもよく、この格子構造が、同じ反射軸を中心にして、第２の波長及び第２の入射角において第２の入射光を反射してもよい。このように、異なる格子構造を使用して、所与の入射角の入射光に関して、特定の光の波長を選択的に反射することができる。これら異なる格子構造は、スキューミラー１１０の格子媒体内に重畳されていてもよい。スキューミラー１１０は、実質的に一定の反射軸を有してもよい（すなわち、スキューミラー１１０の各格子構造は、実質的に一定の同じ反射軸を有する）。

一部の例では、ヘッドマウントディスプレイデバイスは、像を含んでいる光を提供する光源又は投光器１１５と、レンズ組立体と、を備えてもよい。レンズ組立体は、スキューミラー１１０を備えてもよい。レンズ組立体は、光源又は投光器１１５から像を含んでいる光を受光する光入力部を備えてもよい。導波路は、レンズ組立体内に配設され、光入力部に動作可能に結合されてもよい。導波路は、少なくとも２つの基材（図示せず）と、少なくとも２つの基材の間に配設された格子媒体と、格子媒体内の第１の格子構造と、格子媒体内の第２の格子構造と、を備えてもよい。一部の例では、導波路を省略してもよく、光源又は投光器１１５を自由空間構成においてレンズ組立体に動作可能に結合してもよい。第１の格子構造は、ある波長の光を、格子媒体の面法線からずらされた第１の格子構造の第１の反射軸を中心にして反射するように構成されていてもよい。第１の格子構造は、第１の入射角で光を反射するように構成されていてもよい。第２の格子構造は、第１の格子構造と少なくとも部分的に重ならないように構成されていてもよい。第２の格子構造は、第１の格子構造によって反射された光と同じ波長の光を反射するように構成されていてもよい。第２の格子構造は、この波長の光を、格子媒体の面法線からずらされた第２の格子構造の第２の反射軸を中心にして反射するように構成されていてもよい。第２の格子構造は、第１の入射角とは異なる第２の入射角で光を反射するように構成されていてもよい。

図２Ａは、一例による、実空間におけるスキューミラー２１０の反射特性を説明する断面図２００である。断面図２００は、格子媒体内にホログラム２３０などの格子構造を含んでもよい。図２Ａは、例えば格子媒体のための基材又は保護層としての役割を果たし得る追加の層など、格子媒体以外のスキューミラー構成要素を省略している。基材又は保護層は、格子媒体を汚染、水分、酸素、反応性化学種、損傷、などから保護する役割を果たし得る。瞳等化用スキューミラーの実装形態は、部分的に反射性であってもよい。このように、瞳等化用スキューミラーは、光線を選択的に反射するように構成されていてもよく、この場合これらの光線は、アイボックスに向かう射出瞳を形成するために必要である。この瞳等化用スキューミラーは、特定の入射角に関して光線を反射させるのを回避するように構成されていてもよく、この場合、そのような反射は、所望の射出瞳に向かっていないエリアに光線を反射するものである。結果として得られる格子媒体に関して比較的広い波長帯域及び角度範囲にわたって高い反射率を達成するために、一部のスキューミラーの実施形態の実施には、比較的高いダイナミックレンジの記録媒体が必要となる場合がある。対照的に、瞳等化用のスキューミラーはダイナミックレンジがより小さくてもよく、これにより、各ホログラムをより強く（例えば、より大きな強度及び／又はより長い露光時間で記録）することができる。より強いホログラムで構成されるスキューミラーは、より明るい画像を提供すること、又は、より暗い投光器で等しい明るさの画像を提供できるようにすることを可能にし得る。

スキューミラー２１０は、反射軸２２５がｚ軸に対して測定される角度にあることを特徴とする。ｚ軸はスキューミラーの軸２０５に対して垂直である。スキューミラー２１０は、ｚ軸に対して測定される内部入射角を有する入射光２１５で照射される。主反射光２２０は、スキューミラー２１０の表面に対して実質的に垂直な内部反射角軸で反射されてもよい。一部の例では、主反射光２２０は、可視スペクトルの赤色、緑色、及び青色の領域内にある光の波長に対応していてもよい。例えば、可視スペクトルの赤色、緑色、及び青色の領域は、赤色の波長（例えば６１０～７８０ｎｍ）の帯域、緑色の波長（例えば４９３～５７７ｎｍ）の帯域、及び青色の波長（例えば４０５～４９２ｎｍ）の帯域を含んでもよい。他の例では、主反射光２２０は、可視スペクトルの外側にある光の波長（例えば、赤外及び紫外波長）に対応していてもよい。

スキューミラー２１０は、すべてが実質的に同じ反射軸２２５を共有する、複数のホログラム領域を有してもよい。ただしこれら複数の領域は、異なる入射角範囲に関して各々光を反射することができる。例えば、スキューミラー２１０を含むＨＯＥの下３分の１は、対応するアイボックスに向けて上向きに光を反射する格子構造のサブセットのみを含んでもよい。その場合、中３分の１は、対応するアイボックスに向けて直接光を反射してもよい。その場合、上３分の１は、対応するアイボックスへと下向きに光を反射する格子構造のサブセットを含みさえすればよい。

図２Ｂは、図２Ａのスキューミラー２１０のｋ空間表現２５０を示している。空間的に変化する屈折率成分のｋ空間分布は通常、

で表される。

ｋ空間分布２６０は原点を通り、ｚ軸に対して測定される反射軸２２５の角度と等しい角度を有する。記録用のｋ球２５５は、特定の書き込み波長に対応したｋ球である。ｋ空間２５０は、可視スペクトルの赤色、緑色、及び青色の領域にある光の波長に対応する、様々なｋ球を含んでもよい。

ｋ空間フォーマリズムは、ホログラフィの記録及び回折を解析する方法である。ｋ空間では、伝播する光波及びホログラムは、実空間におけるこれらの分布の３次元フーリエ変換によって表される。例えば、無限平行単色参照ビームは、実空間及びｋ空間において、等式（１）で表すことができる：

上式において、

はすべての

３Ｄ空間ベクトル位置における光学的なスカラー場分布であり、その変換

は、すべての

３Ｄ空間周波数ベクトルにおける光学的なスカラー場分布である。Ａｒは場のスカラー複素振幅であり、

は波数ベクトであり、その長さは光波の空間周波数を示し、その方向は伝播の方向を示す。一部の実装形態では、すべてのビームが同じ波長の光で構成され、したがって、すべての光波ベクトルは必然的に同じ長さ、すなわち

を有する。これにより、すべての光伝播ベクトルが必然的に半径

の球上に存在することになり、この式において、ｎ０はホログラムの平均屈折率（「バルク屈折率」）であり、λは光の真空波長である。この概念はｋ球として知られている。他の実装形態では、複数の波長の光を、異なるｋ球上に存在する異なる長さの波数ベクトルの重ね合わせに分解してもよい。

別の重要なｋ空間分布は、ホログラム自体のｋ空間分布である。体積ホログラムは通常、格子媒体内の屈折率の空間的変化から成る。通常は

で表される屈折率の空間的変化は、屈折率変調パターンと呼ぶことができ、そのｋ空間分布は通常

で表される。第１の記録ビームと第２の記録ビームとの間の干渉により生み出される屈折率変調パターンは通常、等式（２）：

に示すように記録干渉パターンの空間強度に比例し、上式において、

は第１の記録ビーム場の空間分布であり、

は第２の記録ビーム場の空間分布である。単項演算子「＊」は、複素共役を表す。等式（２）の最終項

は、入射した第２の記録ビームを、回折した第１の記録ビームにマッピングする。これにより、以下の等式が得られる：

上式において、

は３Ｄ相互相関演算子である。これは言わば、空間領域におけるある光学場と別の光学場の複素共役との積が、周波数領域におけるこれらそれぞれのフーリエ変換の相互相関関数になるということである。

通常は、ホログラム２３０は、実空間において実値である屈折率分布を構成する。ホログラム２３０の

ｋ空間分布の位置を、相互相関演算

からそれぞれ数学的に、又はベクトル差

から幾何学的に決定してもよく、この場合、

は、それぞれのホログラムの

ｋ空間分布から原点までの格子ベクトルである（個別には示さない）。慣例として、波数ベクトルは小文字「ｋ」で、格子ベクトルは大文字「Ｋ」で表されることに留意されたい。

記録されると、ホログラム２３０をプローブビームで照射して、回折ビームを生じさせることができる。本開示の目的においては、回折ビームはプローブビームの反射と見なすことができ、プローブビームは入射光ビーム（例えば像を含んでいる光）と呼ぶことができる。プローブビーム及びその反射ビームは、反射軸２２５によって角度を二分されている（すなわち、反射軸に対するプローブビームの入射角は、反射軸に対する反射ビームの反射角と同じ大きさを有する）。回折プロセスは、記録プロセスにおけるのと同様の、ｋ空間における数学的及び幾何学的演算の組によって表すことができる。弱い回折限界では、回折ビームの回折光分布は等式（４）によって与えられる。

上式において、

はそれぞれ回折ビーム及びプローブビームのｋ空間分布であり、「＊」は３Ｄ畳み込み演算子である。表記

は、

である場合、すなわち結果がｋ球上に存在する場合にだけ、先行する式が評価されることを示している。畳み込み

は偏光密度分布を表し、プローブビームによって誘起される格子媒体の不均質な電気双極子モーメントのマクロ的な和、

に比例する。

通常は、プローブビームが記録に使用する記録ビームの一方に類似しているとき、畳み込みの効果は記録中の相互相関を反転させることであり、回折ビームは、ホログラムを記録するために使用される他方の記録ビームと実質的に類似することになる。プローブビームが記録に使用される記録ビームとは異なるｋ空間分布を有するとき、ホログラムは、ホログラムを記録するために用いられるビームとは実質的に異なる回折ビームを生じさせることができる。記録ビームは通常は互いにコヒーレントであるが、プローブビーム（及び回折ビーム）はそのような制約を受けないことにも留意されたい。多波長プローブビームを、異なるｋ球半径に関して等式（４）に各々従う単一波長ビームの重ね合わせとして解析してもよい。

当業者は、本開示の利益が所与であれば、ここでは通常ｋ空間におけるスキューミラー特性を記述するときに使用される、プローブビームという用語が、ここでは通常実空間におけるスキューミラー反射特性を記述するときに使用される、入射光という用語と類似していることを認識するであろう。同様に、ここでは通常ｋ空間におけるスキューミラー特性を記述するときに使用される、回折ビームという用語は、ここでは通常実空間におけるスキューミラー特性を記述するときに使用される、主反射光という用語と類似している。結果的に、実空間におけるスキューミラーの反射特性を記述するときには、入射光がホログラム（又は他の格子構造）によって主反射光として反射されると述べるのが通常であるが、プローブビームがホログラムによって回折されて回折ビームが生じると述べるのは、本質的に同じことを言っている。同様に、ｋ空間におけるスキューミラーの反射特性を記述するときには、プローブビームがホログラム（又は他の格子構造）によって回折されて回折ビームが生じると述べるのが通常であるが、入射光が格子構造によって反射されて主反射光が生じると述べるのは、本開示の実施の文脈において同じ意味を有する。

図３Ａは、スキューミラー射出瞳等化を組み込んだ光学系３００－ａの図を示している。光学系３００－ａは、ＨＭＤ、拡張現実（ＡＲ）、又は仮想現実（ＶＲ）の用途、例えば限定するものではないが図１のＨＭＤ１００において、利用してもよい。光学系３００－ａはまた、様々な光結合の用途、例えば限定するものではないが、大画面ディスプレイ及び光学センサの用途に利用してもよい。光学系３００－ａは、スキューミラー３０５がアイボックス３１５などの特定の位置に向けて光を回折させることができるように、選択的な結合を採用してもよく、これにより、測光効率（例えば画像輝度）が向上する。これにより、アイボックス３１５のところに射出瞳を生み出すという有利な効果を奏することができる。射出瞳は、スキューミラー３０５から固定された距離にあってもよい。射出瞳により、内部射出瞳よりも光効率が高まってもよい。表される角度は格子媒体の面法線に対する内角であり、格子媒体及び／又は基材の界面における、並びに基材と空気の界面における屈折は、説明の目的のために無視する。光学系３００－ａは俯瞰の視点から見られており、ユーザの左目又は右目のいずれかを表し得る。説明を容易にするために、光学系３００－ａを、ユーザの左目の視点から説明する。

スキューミラー３０５及び格子媒体３１０は、いずれも少なくとも部分的に導波路内に位置付けられていてもよい。格子媒体３１０は、基材３０７（例えば、ガラスカバー又は類似の保護層）によって少なくとも部分的に又は全体的に囲まれていてもよい。スキューミラー３０５は、格子媒体３１０内に１つ以上の格子構造を含んでもよい。格子構造は、入射光を反射、回折、及び／又は分割して、その後異なる方向に伝播し続けることのできるビーム又は波にすることのできる、光学デバイスである。格子を、その回折角応答によって特徴づけてもよい。正弦格子については、回折角応答を以下で表すことができる：

回折角度応答は、入射角の小さい変化Δθｉに応じた反射角の変化Δθｒを表す。対照的に、真の鏡は以下で表される角度応答を有する：

等式（５）及び（６）における角度は、ｋｚ軸を基準とするｋ空間におけるものである。

回折角度応答によって実質的に特徴付けられるデバイスは、格子のような反射挙動を呈すると言うことができ、一方、真の鏡の角度応答によって実質的に特徴付けられるデバイスは、鏡のような反射挙動を呈すると言うことができる。格子のような反射挙動を呈するデバイスは、反射軸がデバイス表面に対して垂直ではない限り、入射角とともに変化する反射軸を呈することになり、この場合、ｃｏｓθｒ＝ｃｏｓθｉである。したがって、面法線に制約されない反射軸を中心にして光を反射し、複数の角度ブラッグ選択性にわたる入射角に対する反射角が複数の波長ブラッグ選択性にわたる波長において一定している、比較的単純なデバイスの要件は、単一の正弦格子によっては満たされない場合がある。当業者に知られているように、光を反射するデバイス（例えば正弦格子）は、角度及び波長の両方のブラッグ選択性を呈し得る。

格子媒体３１０は、フォトポリマー、光屈折性結晶、重クロム酸ゼラチン、光熱屈折ガラス、分散させたハロゲン化銀粒子を含むフィルム、又は入射干渉パターンに反応してこれを記録する能力を有する他の材料から構成されてもよい。格子構造は、限定するものではないが体積位相型ホログラムなどの、ホログラムから構成されていてもよい。複数のホログラムが格子媒体の内部体積内に記録されてもよく、この結果格子媒体表面よりも下方に延在していてもよい。これにより、これらのホログラムは体積ホログラムと呼ばれる場合がある。一部の実装形態では、複数のホログラムの各々は、少なくとも一部が、複数のホログラムのうちの他のもののうちの、すべてではないが少なくとも１つと、空間的に重なる。一部の例では、複数のホログラムの各々は、少なくとも一部が、その他のホログラムのすべてと空間的に重なる。一部の実施形態では、複数のホログラムのうちのいくつかは、その他のホログラムのうちのいくつかと空間的に重ならなくてもよい。

例えば、空間的に重なるホログラムは、一続きの格子媒体内の２つのホログラムによって占有される空間又は共有される体積に関して重なる（例えば、２つの空間的に重なるホログラムは、格子媒体３１０内の同じ空間若しくは体積を共有するか又はその少なくとも一部内に共存する）。このようにして、第１のホログラムの多様な屈折率特性及び関連する縞パターンのうちの少なくともいくつかが、格子媒体３１０内の第２のホログラムの多様な屈折率特性及び関連する縞パターンのうちの少なくともいくつかの同じ空間若しくは体積を占める（及びこれら少なくともいくつかと重畳又は混合される）ことになる。ホログラムが空間的に重なり合わない例では、２つのホログラムは一続きの格子媒体内でいかなる様式でも交差しないか又は重なり合わない。例えば、第１のホログラムは、第２のホログラムから離間された格子媒体３１０の体積部分上に配設されてもよい。一部の実施形態では、スキューミラーは、格子媒体３１０内の空間的に重なるホログラム及び空間的に重ならないホログラムの、両方を含んでもよい。

格子媒体３１０内の各格子構造は、スキューミラー３０５の反射軸を中心にして光を反射するように構成されていてもよい。この反射軸は、図２Ａに描写された反射軸２２５の例で有り得る。反射軸は、格子媒体の面法線からずらされていてもよい。入射光及びその反射は反射軸によって二分されており、この結果、反射軸に対する入射光の入射内角は、反射軸に対する反射光の反射内角と同じ大きさを有する。すなわち、入射光及びその反射は、反射軸を中心にして左右対称性を呈し得る。一部の実装形態では、格子構造は、複数の入射角と格子媒体の面法線との間の反射角で光を反射するように構成されていてもよい。

格子媒体３１０内の各格子構造は、特定の複数の入射角において１つ以上の波長の光を反射するように構成されていてもよい（１つ以上の波長は少なくとも、１つの可視赤色光波長、１つの可視青色光波長、及び１つの可視緑色光波長を含んでもよい）。格子媒体３１０内の各格子構造は、異なる格子構造に対応する複数の入射角とは異なる複数の入射角において光を反射してもよい。格子媒体３１０内の各格子構造は、複数の正弦体積格子から構成されていてもよい。

光学系３００－ａは、光源又は投光器３２０（例えば、発光ダイオードで照射されるマイクロディスプレイ）を示している。光は入力カプラ３４０を介してスキューミラー３０５に入射してもよい。入力カプラ３４０は、プリズム若しくはプリズムのような構造、格子構造、鏡若しくは反射構造、縁部のファセット若しくは湾曲面、又は他の入力結合技法であってもよい。入力カプラ３４０の屈折率は、入力カプラ３４０が結合される基材３０７と屈折率整合していてもよい。しかし一部の例では、光（例えば像を含んでいる光）をスキューミラーに導くために、入力カプラを使用しなくてもよい。光は、可視光の範囲（例えば、可視赤色光、可視青色光、可視緑色光）を含んでもよい。反射光線３２５がアイボックス３１５に向けて反射されるために、入射光３３０は、全内部反射により格子媒体３１０の第３の（例えば右）領域３１６に向かって伝播しなければならない。しかし、格子媒体３１０の第３の領域３１６に到達するために、入射光３３０は、格子媒体３１０の第１の（例えば左）領域３１２及び第２の（例えば中間）領域３１４を通過しなければならない。例えば、格子媒体３１０において従来の格子構造を利用した場合、導波路に進入する光の一部が不適切に方向付けられて（例えば、光が伝播する際に漏れ出し（out-coupled））アイボックス３１５に到達しない無駄になる光３３５が生じる可能性が高くなるであろう。しかし、光学系３００－ａでは、反射光線３２５の光（例えば、反射光線３２５の可視光の各波長の光）とブラッグ整合する少なくともいくつかのホログラムは、スキューミラー３０５の第１の領域３１２及び第２の領域３１４内に書き込まれず、この光が選択的な結合により（例えば、反射光線３２５の光をアイボックス３１５以外のエリアに向けて反射することになるホログラムを格子媒体３１０内に書き込まないことにより）、減衰されずに第１の領域３１２に伝播することが可能になる。しかし一部の例では、例えば、青色光をアイボックスに向けて上向きに導くことを意図する第１の領域内の格子がまた緑色を右に導きこれがアイボックスに当たらない場合、選択的な結合を採用するスキューミラーによってもある程度の無駄になる光が生じ得る。光学系３００－ａの実施形態では、スキューミラー３０５がアイボックス３１５に向けて光を反射するように構成されているので、光の反射に関して等化が行われない事例が改善される。

場合によっては、体積ホログラフィック格子は、互いに異なる角度及び波長の組み合わせに関してブラッグ整合されているホログラフィ構造を含んでもよい。すなわち、格子媒体内で、互いに異なる光の波長が、互いに異なるホログラフィック格子構造に基づく同じ反射軸に沿って反射される。格子媒体３１０の領域に対して反射光線３２５と同様に位置する反射光線に対応するホログラムを、同様に排除して又は含めて、反射光線がアイボックス３１５に入射するが他のエリア（例えば、ｘ軸に沿ったアイボックス３１５に長手方向において隣接するエリア）には入射しないようにしてもよい。

したがって、本開示の例によれば、入射光３３０は、少なくとも部分的に格子媒体３１０の第３の領域３１６内に配設されており入射光３３０を反射光線３２５としてアイボックス３１５に向けて反射させることになるホログラムによって、選択的に反射されてもよい。すなわち、入射光３３０に対応する入射角を有する光線用の第３の領域３１６において、入射光３３０を選択的に反射させることができる。同様に、入射光３３２は、少なくとも部分的に格子媒体３１０の第２の領域３１４内に配設されており入射光３３２を反射光線３２７としてアイボックス３１５に向けて反射させることになるホログラムによって、選択的に反射されてもよい。すなわち、入射光３３２に対応する入射角を有する光線用の第２の領域３１４において、入射光３３２を選択的に反射させることができる。一部の例では、入射光３３４は、少なくとも部分的に格子媒体３１０の第１の領域３１２内に配設されており入射光３３４を反射光線３２９としてアイボックス３１５に向けて反射させることになるホログラムによって、選択的に反射されてもよい。すなわち、入射光３３４に対応する入射角を有する光用の第１の領域３１２において、入射光３３４を選択的に反射させることができる。

光学系３００－ａが、格子媒体３１０の略中央にある平面において反射する光として示されている。しかし、当業者は、光が通常、特定の平面よりもむしろ格子構造全体にわたって反射されることを認識している。加えて、アイボックス３１５に導かれるように意図された各反射光線に関して、格子媒体３１０の１つ以上の格子構造内の１つ以上のホログラムを、可視赤色光の様々な波長、可視青色光の様々な波長、及び可視緑色光の様々な波長に関して書き込んでもよい。

光学系３００－ａの態様によれば、スキューミラー３０５を用いた射出瞳等化及びその変形形態は、格子媒体の所望の性能レベルを達成するために必要なダイナミックレンジを小さくする、又は得られる回折効率を向上させることができる。スキューミラー３０５から反射された光は、アイボックス３１５（又は様々な実装形態による別の特定の位置）においてのみ所望であってもよい。線分状のｋ空間インデックス分布の空間分布は、アイボックス３１５のみに向かう又はほとんどがアイボックス３１５に向かう反射を生じさせるように低減されてもよい。一部の例では、１回の記録露光中にホログラムを書き込むための格子媒体３１０上への放射照度プロファイルは、実質的に以下で記述され得る。

上式において、ｄＥＢはアイボックス３１５のサイズであり、ｄＥＲはアイボックス３１５から格子媒体３１０内のホログラム及び格子構造までの距離であり、θＳは反射ビームがｚ軸と成す角度である。したがって、一部の例では、格子媒体３１０内に格子構造を形成することは、アイボックス３１５のサイズ（例えば、長さ又は幅）に少なくとも部分的に基づくことができる。一部の例では、格子媒体３１０内に格子構造を形成することは、アイボックス３１５から格子構造までの距離に少なくとも部分的に基づいていてもよい。

図３Ｂは、本開示の態様による、スキューミラー瞳等化をサポートするプロットである。プロット３００－ｂは、軸３４５上にホログラムの数を、及び軸３５０上にＨＯＥ（すなわちアイレリーフ）の場所を含む。プロット３００－ｂのプロット線３４８は、３０°の視野を有する厚さ２００μｍのスキューミラー結合器に関する、最大ホログラム多重密度の減少の例を示している。プロット３００－ｂのプロット線３４８はまた、ＨＯＥに沿った長手方向の各場所で必要となり得る、重なるホログラムの総数を示している。

本明細書に記述するように、最大ホログラム多重化密度の領域に記録する必要があり得る、（例えば、最大値の４分の１における全幅（full width at quarter maximum、ＦＷＱＭ）の規則に従う）ホログラムの同等となる数を、有意な係数で低減することができる。

連続するホログラムは、近くにある又は隣接するホログラムから離間されて又はずらされていてもよい。プロット３００－ｂのプロット線３４８は、連続するホログラムのこの離間された又はずらされた分布における結果を示している。この配向は、スプレッドシートにおけるにおける第１のシート（ＧｒａｔｉｎｇＴａｂｌｅ＿ＰｕｐｉｌＥｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）に対応しており、この場合、格子は、ｙ軸に沿って媒体の全体にわたって（－１３ｍｍから＋１３ｍｍまで）延在し、ｘ軸に沿って離間されており（例えば互い違いになっており）、各々がその隣のものからある距離だけずらされている。距離は、１つ以上の領域の全体にわたって一定（例えば、０．１０ｍｍ）及び／又は可変とすることができる。プロット線３４８から観察できるように、格子媒体３１０に沿った長手方向の各場所で必要となる重なるホログラムの総数は、格子媒体３１０の中心から（例えば下方に）８ｍｍ離れたところで約８３％、格子媒体３１０の中心から（例えば下方に）４ｍｍ離れたところで約２５％、減少され得る（例えば、格子媒体３１０の第１の領域３１２内の重なるホログラムの総数の減少）。同様に、格子媒体３１０に沿った長手方向の各場所で必要となる重なるホログラムの総数は、格子媒体３１０の中心から（例えば上方に）８ｍｍ離れたところで約７５％、格子媒体３１０の中心から（例えば上方に）６ｍｍ離れたところで約１７％、減少され得る（例えば、格子媒体３１０の第３の領域３１６内の重なるホログラムの総数の減少）。この非限定的な例では、ｄＥＲ＝２５ｍｍの距離のところにｄＥＢ＝４ｍｍのアイボックスを作り出すようにスキューミラー３０５を等化してもよく、射出瞳等化を行わない場合は、このようなスキューミラーデバイスは、このスキューミラーデバイスの１７．５ｍｍの長さに沿ったあらゆるところで３２５個のホログラムの多重化を必要としたであろう。本明細書に記述する射出瞳等化技法を使用して、最大ホログラム多重化密度を１３９個のホログラムまで減少させることができる。この減少は、等化しない密度の４２．８％を表すに過ぎないが、格子媒体３１０用の記録材料が同じである場合、結果的に回折効率の５．４７倍の向上をもたらし得る。

加えて、様々な実施形態において、格子媒体３１０の３つの領域よりも多くを採用できることを理解されたい。一部の例では、各ホログラム（又は同様のホログラムの組を有する格子構造）に関して、別個の領域を採用してもよい。一部の例では、本明細書に記述するような射出瞳等化技法を複数の色帯域に適用して、例えば、赤色波長（例えば６１０～７８０ｎｍ）帯域、緑色波長（例えば４９３～５７７ｎｍ）帯域、及び青色波長（４０５～４９２ｎｍ）帯域に対応する、３つの別個のスキューミラー格子周波数帯域を生成してもよい。

図３Ｃは、本開示の様々な態様による、２次元スキューミラー射出瞳等化を組み込んだ光学系の図である。光学系３００－ｃは、ＨＭＤ、拡張現実（ＡＲ）、又は仮想現実（ＶＲ）の用途、例えば限定するものではないが図１のＨＭＤ１００において、利用してもよい。光学系３００－ｃはまた、様々な光結合の用途、例えば限定するものではないが、大画面ディスプレイ及び光学センサの用途に利用してもよい。光学系３００－ｃは、スキューミラー３０５がアイボックス３１５－ａなどの特定の位置に向けて光を回折させることができるように、選択的な結合を採用してもよく、これにより、測光効率（例えば画像輝度）が向上する。これにより、アイボックス３１５－ａのところに射出瞳を生み出すという有利な効果を奏することができる。射出瞳は、スキューミラー３０５から固定された距離にあってもよい。射出瞳により、内部射出瞳よりも光効率が高まってもよい。表される角度は格子媒体の面法線に対する内角であり、格子媒体及び／又は基材の界面における、並びに基材と空気の界面における屈折は、説明の目的のために無視する。

光学系３００－ｃは、ディスプレイ３５５と、コリメータ３６０と、水平導波路３６５と、垂直導波路３７０と、アイボックス３１５－ａと、を含んでもよい。アイボックス３１５－ａは、ここではアイレリーフ３７５として知られている、垂直導波路３７０からの距離にあってもよい。光学系３００－ｃは、スキューミラーを利用してもよい２次元瞳拡張器の例を示している。水平導波路３６５内に配設されたスキューミラーを、クロスカプラと称する場合もある。場合によっては、垂直導波路３７０内に配設されたスキューミラーを、出力カプラと称する場合もある。

本明細書に記述するような射出瞳等化技法を、２つのスキューミラーを利用して２次元瞳拡張を提供するために使用してもよい。例えば、水平導波路３６５は、第２のスキューミラーに動作可能に結合された第１のスキューミラーを含んでもよい。第１のスキューミラーは、瞳を水平方向に（例えば、図３Ａのスキューミラー３０５に関して示すように、ｙ軸と連携させてｘ軸に沿って）拡張するために使用されてもよい。一部の例では、第１のスキューミラー（例えばクロスカプラ）は、別個の２Ｄ（ダクト型）導波路内に配設されてもよい。第２のスキューミラーは、瞳を垂直方向に（例えば、図３ のスキューミラー３０５に関して示すように、ｙ軸に沿って）拡張するために使用されてもよい。一部の例では、第２のスキューミラー（例えば出力カプラ）は、別個の１Ｄ（スラブ型）導波路内に配設されてもよい。一部の例では、第１のスキューミラー（例えばクロスカプラ）及び第２のスキューミラー（例えば出力カプラ）は、単一の１Ｄ（スラブ型）導波路内に配設されてもよい。一部の例では、第１のスキューミラー及び第２のスキューミラーは、垂直に（例えばｙ軸に沿って）、当接又はそれ以外の様式で動作可能に結合されてもよい。一部の例では、第１のスキューミラー及び第２のスキューミラーは、水平に（例えばｘ軸に沿って）、当接又はそれ以外の様式で動作可能に結合されてもよい。一部の例では、第１のスキューミラー及び第２のスキューミラーは、重なるように（例えばｚ軸に沿って）、当接又はそれ以外の様式で動作可能に結合されてもよい。

一部の例では、第１のスキューミラー（例えば、クロスカプラ）は、本明細書に記述するような射出瞳等化技法を実施するために、選択的な結合を採用してもよい。一部の例では、第２のスキューミラー（例えば、出力カプラ）は、本明細書に記述するような射出瞳等化技法を実施するために、選択的な結合を個別に採用してもよい。

図４Ａは、本開示の様々な態様による、スキューミラー瞳等化をサポートする光学構造４００－ａの斜視図である。光学構造４００－ａは、図１のＨＭＤ１００のスキューミラー１１０、図２Ａのスキューミラー２１０、及び／又は図３ のスキューミラー３０５の態様 を含んでもよい。光学構造４００－ａは、格子媒体４０５と、第１の格子構造４１０と、第２の格子構造４１５と、を含んでもよい。

光学構造４００－ａは、すべての又はほとんどの反射光が導かれる場所である外部射出瞳（図示せず）を形成するために、選択的な結合を採用してもよい。スキューミラー射出瞳等化技法を備える光学構造４００－ａを組み込むことによって、系の回折効率及び測光効率を向上させることができる。光学構造４００－ａは実質的に透明であってもよく、これにより、格子媒体４０５内の１つ以上のホログラムを使用する格子構造は目に見えない（又はほとんど見えない）。ヘッドマウントディスプレイなどの用途では、光は、スキューミラーから、外部射出瞳と概ね位置合わせされてもよいアイボックス（図示せず）などの特定の位置に向けて回折されてもよい。

第１の格子構造４１０及び第２の格子構造４１５は各々、複数の入射角において、格子媒体の面法線からずらされた反射軸を中心にして、特定の波長の光を反射するように構成されていてもよい。一部の例では、第１の格子構造及び第２の格子構造の各々は、格子構造を形成する複数のホログラムを含んでもよい。理解を容易にするために、第１の格子構造４１０及び第２の格子構造４１５の各々は、単一のホログラムとして一般に議論される。しかし、光学構造４００－ａの実施形態は、このような単一ホログラムの格子構造に限定されない。

格子媒体４０５内の第１の格子構造４１０は、第１の入射角において、格子媒体の面法線４０７からずらされた第１の反射軸を中心にして、ある波長の光を反射するように構成されていてもよい。格子媒体４０５内の第２の格子構造４１５は、第２の格子構造４１５が第１の格子構造４１０と少なくとも部分的に重ならないように配設されてもよい。第２の格子構造４１５は、第１の入射角とは異なる第２の入射角において、格子媒体４０５の面法線４０７からずらされた第２の反射軸を中心にして、前述のある波長の光を反射するように構成されていてもよい。第１の格子構造４１０及び第２の格子構造４１５は各々、ホログラム又は正弦体積格子を含んでもよい。一部の実施形態では、光学構造４００－ａの格子媒体４０５において、ホログラム又は非ホログラフィ正弦体積格子のいずれかが使用される。他の実施形態では、同じ格子媒体４０５内で、ホログラム及び非ホログラフィ正弦体積格子の両方が使用されてもよい。

第１の格子構造４１０は、第１の格子構造４１０及び第２の格子構造４１５の光学特性（例えば、多様な屈折率特性と関連する縞パターン）が重畳又は混合されるように、第２の格子構造４１５と空間的に部分的に重なっていてもよい。一部の例では、第１の反射軸は、第２の反射軸と実質的に平行である。一部の例では、第１の入射角と第２の入射角は、少なくとも５°異なっている。

一例では、第１の格子構造４１０は、第１の入射角範囲において、格子媒体４０５の面法線４０７からずらされた第１の反射軸を中心にして、前述のある波長の光を反射するように更に構成されている。この第１の入射角範囲は、上で検討した第１の入射角を含み得る。第１の入射角範囲の各入射角は、第２の入射角よりも大きくてもよい。加えて、第１の入射角範囲の入射角は、それぞれのホログラムに対応していてもよい（例えばこの例では、第１の格子構造４１０は複数のホログラムを備える）。第１の格子構造４１０は、（例えば、同じ波長の光を反射する）少なくとも３つのホログラムを含んでもよい。少なくとも３つのホログラムの各々は、第１の入射角範囲内の固有の入射角に対応していてもよい。これら少なくとも３つのホログラムに関する隣接する｜ΔＫＧ｜は、１．０×１０４～１．０×１０６ ラジアン毎メートル（ｒａｄ／ｍ）の間にある平均値を有してもよい。この例では、少なくとも３つの角度は格子構造内の隣接するホログラムの｜ΔＫＧ｜の関係を示すように記述されており、多くの固有の入射角に対応する多くのホログラムが格子媒体４０５内の第１の格子構造４１０及び他の格子構造内に含まれていてもよいことを理解されたい。

第１の格子構造４１０及び第２の格子構造４１５は、光のある波長（例えば、可視赤色光波長、可視青色光波長、又は可視緑色光波長）を反射するものとして記述されており 、このため光学デバイス４００－ａは単色の意味において記述され得るが、光学デバイス４００－ａの例は一般に、光の複数の波長を反射するように構成された格子構造を含む。例えば、第１の格子構造４１０は、第１の入射角において複数の波長の光を反射するように更に構成されていてもよく、第２の格子構造４１５は、第２の入射角において複数の波長の光を反射するように更に構成されていてもよい。一部の実施形態では、複数の波長は、可視赤色光波長（例えば６１８ｎｍ）、可視青色光波長（例えば４６０ｎｍ）、及び可視緑色光波長（例えば５１８ｎｍ）を含む。他の実施形態では、複数の波長は、可視赤色光波長範囲からの２つ以上の可視赤色光波長、可視青色光波長範囲からの２つ以上の可視青色光波長、及び可視緑色光波長範囲からの２つ以上の可視緑色光波長を含む。

光学構造４００－ａが導波路の用途に含まれているとき、各格子構造は、光学構造４００－ａから固定された距離に位置付けられた射出瞳に向けて光の一部を反射するように構成されていてもよい。例えば、導波路は、導波路の光入力領域から第１の格子構造４１０及び第２の格子構造４１５に光を伝搬するように構成されていてもよい。格子媒体４０５は、少なくとも部分的に導波路内に配設されてもよく、対向する基材によって覆われるか又は囲まれてもよい。

図４Ｂは、本開示の様々な態様による、スキューミラー瞳等化をサポートする光学構造４００－ｂの平面図である。光学構造４００－ｂは、図１のＨＭＤ１００のスキューミラー１１０、図２Ａのスキューミラー２１０、図３ のスキューミラー３０５、及び／又は図４Ａの光学構造４００－ａの態様 を含んでもよい。光学構造４００－ｂは、格子媒体４０５－ａと、第１の格子構造４１０－ａと、第２の格子構造４１５－ａと、第３の格子構造４２０と、を含んでもよい。

第３の格子構造４２０は、他の格子構造を有する格子媒体４０５－ａ内に配設されてもよい。場合によっては、第３の格子構造４２０は、第１の格子構造４１０－ａと第２の格子構造４１５－ａとの間に配設されてもよい。第３の格子構造４２０は、第１の格子構造４１０－ａと少なくとも部分的に重ならなくてもよく、第２の格子構造４１５－ａと少なくとも部分的に重ならなくてもよい。第３の格子構造は、第１の入射角及び第２の入射角とは異なる第３の入射角において、格子媒体４０５の面法線４０７からずらされた第３の反射軸を中心にして、前述のある波長（例えば、第１の格子構造４１０－ａ及び第２の格子構造４１５－ａによって反射されるのと同じ光の波長）の光を反射するように構成されていてもよい。一部の例では、第３の反射軸は、第１の反射軸及び第２の反射軸と実質的に平行である。一部の実施形態では、第１の入射角は第３の入射角よりも大きくてもよく、第３の入射角は第２の入射角よりも大きくてもよい。このように、これらの入射角の各々は、無視できない量で異なっていてもよく、光学構造４００－ｂの１つ以上の領域に関連する反射機能を実行してもよい。

一部の例では、第１の格子構造４１０－ａ及び第２の格子構造４１５－ａは各々、光の一部を射出瞳（図４Ｂには図示していないが、本明細書に記載する他の図及び例には示されている）に向けて反射するように構成されている。射出瞳は、第１の格子構造４１０－ａと重なる第２の格子構造４１５－ａの第１の端部４１７と重ならない、第１の格子構造４１０－ａの第１の端部４１２が、第２の格子構造４１５－ａの第１の端部４１７よりも射出瞳から遠くなるような、導波路（例えば、格子媒体４０５を含む導波路）の表面から固定された距離にあってもよい。このようにして、射出瞳を、ｘ軸に沿って（格子媒体４０５－ａに対して）長手方向の概ね中心に配置してもよい。

図４Ｃは、本開示の様々な態様による、スキューミラー瞳等化をサポートする光学構造４００－ｃの平面図である。光学構造４００－ｃは、図１のＨＭＤ１００のスキューミラー１１０、図２Ａのスキューミラー２１０、図３ のスキューミラー３０５、図４Ａの光学構造４００－ａ、及び／又は図４Ｂの光学構造４００－ｂの態様 を含んでもよい。光学構造４００－ｃは、格子媒体４０５－ｂと、第１の格子構造４１０－ｂと、第２の格子構造４１５－ｂと、第４の格子構造４３０と、を含んでもよい。

第４の格子構造４３０は、他の格子構造を有する格子媒体４０５－ｂ内に配設されてもよい。場合によっては、第４の格子構造４３０は、第１の格子構造４１０－ｂと重ならない。このことは、複数の格子構造が格子媒体４０５－ｂにわたって分散されており、長さが互いにほぼ均一であり得る格子構造の長さが、格子媒体４０５－ｂの全長の少なくとも半分よりも短くなっているときに生じる。場合によっては、第４の格子構造４３０は、第２の格子構造４１５－ｂなどの別の格子構造とも少なくとも部分的に重なることになる。第４の格子構造４３０は、第１の入射角及び第２の入射角とは異なる第４の入射角において、格子媒体４０５－ｂの面法線４０７からずらされた第４の反射軸を中心にして、前述のある波長の光を反射するように構成されていてもよい。一部の例では、第４の反射軸は、第１の反射軸及び第２の反射軸と実質的に平行である。一部の実施形態では、第１の入射角は第２の入射角よりも大きくてもよく、第２の入射角は第４の入射角よりも大きくてもよい。

図４Ｂの第３の格子構造４２０及び図４Ｃの第４の格子構造４３０に使用される第３及び第４という呼称は、恣意的な呼称であり、単に第１の格子構造及び第２の格子構造に対する別の又は追加の格子構造の格子構造 と見なされ得ることを理解されたい。第３の格子構造４２０及び第４の格子構造４３０は、スキューミラー瞳等化に関連する格子構造の部分的に重なる及び重ならない特徴の非限定的な例を示している。

図５は、複数の格子構造５０５を示す光学構成要素５００の図である。格子構造５０５は、図３及び図４を参照して記述した格子構造と同様であってもよい。格子構造５０５は、検討の目的で分解図の様式で示されているが、これらの格子構造５０５は、本明細書（例えば図４Ａ～図４Ｃ）に記述するように、格子媒体の体積又は空間内で重なり合い混合していてもよい。また、各格子構造は、異なる回折角応答を有してもよく、別の格子構造とは異なる波長において光を反射してもよい。

光学構成要素５００は、格子構造５０５－ａ及び格子構造５０５－ｂを描写している。格子構造５０５－ａは対応するｋ空間図５１０－ａを有してもよく、格子構造５０５－ｂは対応するｋ空間図５１０－ｂを有してもよい。ｋ空間図５１０－ａ及び５１０－ｂは、ホログラムの照射によるブラッグ整合再構成の事例を説明し得る。

Ｋ空間図５１０－ａは、格子構造５０５－ａによる入射光の反射を説明し得る。ｋ空間図５１０－ａは、ホログラムによるプローブビームの鏡のような回折（これは反射と呼ぶことができる）の表現であり、この場合、反射軸に対するプローブビームの入射角は、反射軸に対する回折ビームの反射角と等しい。ｋ空間図５１０－ａは、格子構造５０５－ａの反射軸５３０－ａの角度に等しいｚ軸に対して測定される角度を有する、正の側波帯の

ｋ空間分布５５０－ａを有する。ｋ空間図５１０－ａはまた、反射軸５３０－ａの角度に等しいｚ軸に対して測定される角度を有する、負の側波帯の

ｋ空間分布５５３－ａも有する。ｋ球５４０－ａは、可視青色光、可視緑色光、又は可視赤色光を表し得る。

ｋ空間図５１０－ａは、プローブビーム５３５－ａが、プローブビームのｋ球５４０－ａ上に存在する点状の回折ビームのｋ空間分布５２５－ａ、

を生み出す場合を描写している。回折ビームのｋ空間分布５２５－ａは、等式（４）の畳み込みに従って生み出される。

プローブビーム５３５－ａは、同じく点状であるｋ空間分布、

を有する。この場合、プローブビームがホログラムに対して「ブラッグ整合される」と言うことができ、ホログラムは、プローブビーム波長がホログラムを記録するために用いられる記録ビームの波長とは異なっていても、有意な回折を生じさせることができる。畳み込み演算は、ベクトル和

によって幾何学的に表すこともでき、この式において、

は回折ビームの波数ベクトル５２０－ａを表し、

はプローブビームの波数ベクトル５１５－ａを表し、

は正の側波帯の格子ベクトル５５１－ａを表す。ベクトル５４５－ａは、等式（４）の畳み込みに従う、プローブビームの波数ベクトル５１５－ａと正の側波帯の格子ベクトル５５１－ａとの和を表す。Ｋ空間図５１０－ａはまた、負の側波帯の格子ベクトル５５２－ａも有する。

プローブビームの波数ベクトル５１５－ａ及び回折ビームの波数ベクトル５２０－ａは、必然的に実質上の二等辺三角形の脚を形成している。この三角形の等しい角度は、いずれも反射軸５３０－ａに対して測定される、入射角及び反射角と必然的に一致する。したがって、格子構造５０５－ａは、反射軸５３０－ａを中心にして実質的に鏡のように光を反射する。

ｋ空間図５１０－ｂは、格子構造５０５－ｂによる入射光の反射を説明し得る。格子構造５０５－ｂは、格子構造５０５－ａによって反射される入射角とは異なる複数の入射角において入射光を反射してもよい。格子構造５０５－ｂは、格子構造５０５－ａとは異なる波長の光を反射してもよい。ｋ空間図５１０－ｂは、ホログラムによるプローブビームの鏡のような回折（これは反射と呼ぶことができる）の表現であり、この場合、反射軸に対するプローブビームの入射角は、反射軸に対する回折ビームの反射角と等しい。ｋ空間図５１０－ｂは、格子構造５０５－ｂの反射軸５３０－ｂの角度に等しいｚ軸対して測定される角度を有する、正の側波帯の

ｋ空間分布５５０－ｂを有する。ｋ空間図５１０－ｂはまた、反射軸５３０－ｂの角度に等しいｚ軸に対して測定される角度を有する、負の側波帯の

ｋ空間分布５５３－ｂも有する。ｋ球５４０－ｂは、可視青色光、可視緑色光、又は可視赤色光を表し得る。一部の実施形態では、ｋ球は、限定するものではないが紫外又は赤外波長を含む、電磁放射の他の波長を表し得る。

ｋ空間図５１０－ｂは、プローブビーム５３５－ｂが、プローブビームのｋ球５４０－ｂ上に存在する点状の回折ビームのｋ空間分布５２５－ｂ、

を生み出す場合を描写している。回折ビームのｋ空間分布５２５－ｂは、等式（４）の畳み込みに従って生み出される。

プローブビーム５３５－ｂは、同じく点状であるｋ空間分布、

を有する。この場合、プローブビームがホログラムに対して「ブラッグ整合される」と言うことができ、ホログラムは、プローブビーム波長がホログラムを記録するために用いられる記録ビームの波長とは異なっていても、有意な回折を生じさせることができる。畳み込み演算は、ベクトル和

によって幾何学的に表すこともでき、この式において、

は回折ビームの波数ベクトル５２０－ｂを表し、

はプローブビームの波数ベクトル５１５－ｂを表し、

は正の側波帯の格子ベクトル５５１－ｂを表す。ベクトル５４５－ｂは、等式（４）の畳み込みに従う、プローブビームの波数ベクトル５１５－ｂと正の側波帯の格子ベクトル５５１－ｂとの和を表す。Ｋ空間図５１０－ｂはまた、負の側波帯の格子ベクトル５５２－ｂも有する。

プローブビームの波数ベクトル５１５－ｂ及び回折ビームの波数ベクトル５２０－ｂは、必然的に実質上の二等辺三角形の脚を形成している。この三角形の等しい角度は、いずれも反射軸５３０－ｂに対して測定される、入射角及び反射角と必然的に一致する。したがって、格子構造５０５－ｂは、反射軸５３０－ｂを中心にして実質的に鏡のように光を反射する。

図６Ａは、本開示の様々な態様による、瞳等化を用いるスキューミラーを製造する系６００－ａである。系６００－ａは、試料台キャリア６０５と、試料キャリアレール６１０と、第１の記録ビーム６１５－ａと、信号ミラー６２０と、第２の記録ビーム６２５－ａと、参照ミラー６３０と、参照ミラーキャリアレール６３５と、参照ミラーキャリア６４０と、格子媒体６４５－ａと、ホログラム６５０と、第１のプリズム６５５－ａと、第２のプリズム６６０－ａと、を含んでもよい。

系６００－ａは、グローバル座標（ｘＧ，ｙＧ，ｚＧ）及びスキューミラーの座標（ｘ，ｙ，ｚ）を含んでもよい。原点は、格子媒体６４５－ａの中心にあるように定義されてもよい。場合によっては、格子媒体６４５－ａは概ね矩形の形状を備えてもよく、この場合、「ｚ」は格子媒体６４５－ａの厚さに相当し、「ｘ」は格子媒体６４５－ａの面内側の長さに相当し、「ｙ」は格子媒体６４５－ａの面内側の長さに相当する。記録用のグローバル角度、θＧは、格子媒体６４５－ａの内部のｘＧ軸に対する、第１の記録ビーム６１５－ａの角度として定義されてもよい。スキューミラーの座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、以下の等式によってグローバル座標に変換してもよい：

系６００－ａは、所望のアイボックスのサイズに略等しいサイズを有するように記録ビームを構成するために使用されてもよい。実装形態では、系６００－ａは、信号ミラー６２０及び参照ミラー６３０などの回転ミラーを配設して、第１の記録ビーム６１５－ａ及び第２の記録ビーム６２５－ａに関して適正な角度を作り出してもよい。信号ミラー６２０の角度を変化させて、幅～ｄＥＢを有する第１の記録ビーム６１５－ａの所望の角度（θＧ１）を生じさせてもよい。試料台キャリア６０５及び参照ミラーキャリア６４０は、露光のたびに、記録ビームで適正な位置を照射するように位置決めされてもよい。系６００－ａの試料台キャリア６０５は、第１の記録ビーム６１５－ａによる格子媒体６４５－ａの所望の位置での照射を容易にするために、試料キャリアレール６１０上に位置決めされてもよい。参照ミラーキャリア６４０は、第２の記録ビーム６２５－ａによる格子媒体６４５－ａの所望の位置での照射を容易にするために、参照ミラーキャリアレール６３５上に位置決めされてもよい。格子媒体６４５－ａは、ホログラムの記録前又は記録中には記録媒体と呼ばれてもよく、フォトポリマーを含んでもよい。一部の実施形態では、格子媒体は、光屈折性結晶、重クロム酸ゼラチン、光熱屈折ガラス、及び／又は分散させたハロゲン化銀粒子を含むフィルムを含み得る。

信号ミラー６２０及び参照ミラー６３０の回転が設定されると、これらのミラーは、第１の記録ビーム６１５－ａ及び第２の記録ビーム６２５－ａを、これらの記録ビームが交差し互いに干渉して、格子媒体６４５－ａにホログラム６５０として記録される干渉パターンを形成するよう導くように配置される。ホログラム６５０は格子構造の例である。系６００は、複数の入射角において、スキュー軸６６５－ａを中心にして特定の波長の光を反射するように各々構成された、複数の格子構造を形成してもよい。各格子構造は、特定の波長を有するコヒーレント光への格子媒体６４５－ａの複数回の露光を使用して形成されてもよい。各格子構造に対応する複数の入射角は、最小の角度範囲で互いからずらされていてもよい。

一部の実装形態では、記録ビームは互いに異なる幅を有してもよく、又はこれらは同じであってもよい。記録ビームは各々、互いと同じ強度を有していてもよく、又は、ビーム間で強度が異なっていてもよい。ビームの強度は不均一であってもよい。格子媒体６４５－ａは通常、プリズム及び格子媒体の両方に屈折率整合している流体を使用して、第１のプリズム６５５－ａと第２のプリズム６６０－ａとの間の所定の位置に固定されている。スキュー軸６６５－ａは、面法線６７０－ａに対してあるスキュー角で存在する。図６Ａに描写するように、スキュー角は、面法線６７０－ａに対して－３０．２５度であってもよい。第１の記録ビームと第２の記録ビームとの間の角度は、０～１８０度の範囲内にあってもよい。記録される面法線６７０－ａに対するスキュー角はこの場合、面内の系６００－ａに関して、φ’＝（θＲ１＋θＲ２－１８０°）／２＋φＧになる。θＧ２＝１８０°－θＧ１であるこの公称の事例では、φ’＝φＧである。図６Ａでは、φＧは、面法線に対する公称スキュー角を示している。加えて、図６Ａでは、θＧ１及びθＧ２の角度の正確な描写は示していない。θ’Ｇ１及びθ’Ｇ２の角度が示されており、これらはθＧ１及びθＧ２の角度に対応している。θＧ１及びθＧ２の角度は、第１のプリズム６５５－ａ及び第２のプリズム６６０－ａ内の、第１の記録ビーム６１５－ａ及び第２の記録ビーム６２５－ａビーム とそれぞれ関連している。記録ビームがプリズムに入射するときの、空気とプリズムとの間の境界における屈折率不整合（例えば、スネルの法則又は屈折の法則の効果）に起因して、θ’Ｇ１及びθ’Ｇ２の角度は、θＧ１及びθＧ２の角度とは異なることになる。

第１の記録ビーム６１５－ａ及び第２の記録ビーム６２５－ａは、スキュー軸に対する第１の記録ビーム内角とスキュー軸に対する第２の記録ビーム内角とを合計して１８０度となるように、公称上はスキュー軸６６５－ａに関して対称である。第１の記録ビーム及び第２の記録ビームの各々は典型的には、レーザ光源から発する平行平面波ビームである。

例えば、第１の記録ビーム６１５－ａが第１のプリズム６５５－ａの空気／プリズムの境界と交差する場所である、及び第２の記録ビーム６２５－ａが第２のプリズム６６０－ａの空気／プリズムの境界と交差する場所である、空気／プリズムの境界における屈折が、厳密に定量的にではなく、むしろ比喩的に示されている。プリズム／格子媒体の境界における屈折もまた生じ得る。いくつかの実装形態では、格子媒体及びプリズムは、４０５ｎｍの記録ビームの波長において約１．５４７１の屈折率を各々有する。

ホログラムに関するスキュー角（ホログラムの集合に関する平均スキュー角を含む）は、反射軸角度と実質的に同一で有り得、これは、スキュー角又は平均スキュー角が反射軸角度の１．０度以内であることを意味している。本開示の利益を所与とすれば、当業者は、スキュー角と反射軸角度とが理論的に同一であることを認識するであろう。しかし、系の精度及び正確度の限界、ホログラムの記録中に発生する記録媒体の収縮、並びに他の誤差の発生源に起因して、記録ビーム角度に基づいて測定又は推定されるスキュー角又は平均スキュー角は、入射角及びスキューミラーが反射した光の反射角によって測定される反射軸角度と、完全には一致しない場合がある。そうではあるが、記録ビーム角度に基づいて決定されるスキュー角は、媒体の収縮及び系の欠陥がスキュー角及び反射軸角度の推定における誤差に寄与する場合でさえ、入射光及びその反射の角度に基づいて決定される反射軸角度から１．０度以内とすることができる。瞳等化を用いるスキューミラーの製造において、これらの媒体の収縮及び系の欠陥を任意に小さくできることが理解される。この点に関して、これらの媒体の収縮及び系の欠陥は、通常の又は従来の鏡の平坦性に類似していると見なしてもよい。一部の例では、体積ホログラムを使用するスキューミラーの製造に関連する基本的な限界は、記録媒体の厚さに基づく場合がある。

スキュー軸／反射軸は一般に、スキューミラーの製作に言及するとき（例えば、スキューミラー格子媒体内にホログラムを記録するとき）はスキュー軸と呼ばれ、スキューミラーの光反射特性に言及するときは反射軸と呼ばれる。ホログラムに関するスキュー角（ホログラムの集合に関する平均スキュー角を含む）は、反射軸角度と実質的に同一で有り得、これは、スキュー角又は平均スキュー角が反射軸角度の１．０度以内であることを意味している。当業者は、本開示の利益が所与であれば、スキュー角及び反射軸角度が理論上同一であることを認識するであろう。しかし、系の精度及び正確度の限界、ホログラムの記録中に発生する記録媒体の収縮、並びに他の誤差の発生源に起因して、記録ビーム角度に基づいて測定又は推定されるスキュー角又は平均スキュー角は、入射角及びスキューミラーが反射した光の反射角によって測定される反射軸角度と、完全には一致しない場合がある。そうではあるが、記録ビーム角度に基づいて決定されるスキュー角は、媒体の収縮及び系の欠陥がスキュー角及び反射軸角度の推定における誤差に寄与する場合でさえ、入射光及びその反射の角度に基づいて決定される反射軸角度から１．０度以内とすることができる。本開示の利益を所与とすれば、当業者は、所与のホログラムに関するスキュー角がそのホログラムに関する格子ベクトルの角度と同じであることを認識するであろう。

系６００－ａの変形形態では、第１の記録ビーム及び第２の記録ビームの波長を変化させるために、可変波長レーザが使用される。第１の記録ビーム及び第２の記録ビームの入射角は、第１の記録ビーム及び第２の記録ビームの波長が変化する間一定に保たれてもよいが、必須ではない。波長は、可視赤色光波長、可視青色光波長、可視緑色光波長、紫外（ＵＶ）波長、及び／又は赤外（ＩＲ）波長から構成されていてもよい。系６００－ａの各格子構造は、別の格子構造とは異なる波長において入射角を反射してもよい。系６００－ａは、実質的に異なる波長、及び特に記録ビームの波長よりもかなり長い波長において光を反射することが可能になる反射特性を有してもよい。

図６Ｂ～図６Ｄは、本開示の様々な態様による、瞳等化を用いるスキューミラーを製造する系６００－ｂを示している。系６００－ｂは、第１の記録ビーム６１５－ｂと、第２の記録６２５－ｂ と、格子媒体６４５－ｂと、スキュー軸６６５－ｂと、面法線６７０－ｂと、を含んでもよい。一部の実施形態では、スキューミラー製造は、図６Ａを参照して系６００－ａにおいて記述したような方法及び構成を含んでもよい。系６００－ｂは同様に、グローバル座標（ｘＧ，ｙＧ，ｚＧ）及びスキューミラーの座標（ｘ，ｙ，ｚ）を含んでもよい。一部の例では、スキューミラー製造はまた、全内部反射（ＴＩＲ）制約によりアクセス不可能であり得る角度で記録ビームを格子媒体内に導入するために、プリズムを使用することを含んでもよい。例えば、ｔｉｇｅｒ（全内部グレージング延長回転（total internal grazing-extension rotation）プリズム（例えば斜面プリズム）の使用を用いてもよい。ｔｉｇｅｒプリズムにより、第１の記録ビーム６１５－ｂ及び第２の記録ビーム６２５－ｂの角度のアクセス可能性を高めることができる。ｔｉｇｅｒプリズムによりスキュー軸６６５－ｂを決定することもできる。例えば、スキュー軸６６５－ｂはｚＧ－ｙＧ平面内にあり、ｚＧ－ｙＧ平面内で面法線に対してそのスキュー角で存在してもよい。説明を目的として、系６００－ｂからｔｉｇｅｒプリズムを省略してもよい。θＧ１及びθＧ２の角度は、ｔｉｇｅｒプリズム内の第１の記録ビーム６１５－ｂ及び第２の記録ビーム６２５－ｂビーム とそれぞれ関連している（図６Ｂには図示していないが図６Ｃ及び図６Ｄには示されている）。

図６Ｂの下部は、ｔｉｇｅｒプリズム構成内の格子媒体６４５－ｂの斜めの配向に関連した又はこれから得られる態様をより明確に示すために、格子媒体６４５－ｂの面圧縮平面図（すなわち、ｘ平面及びｚ平面を同じ平面内に図示）を示している。斜視座標を有する格子媒体６４５－ｂの斜視図が、格子媒体６４５－ｂの面圧縮平面図の上方に示されている。

場合によっては、格子媒体６４５－ｂは、第１のプリズム６５５－ａと第２のプリズム６６０－ａとの間に別様に配向されていてもよい。すなわち、格子媒体６４５－ａを、第１のプリズム６５５－ａと第２のプリズム６６０－ａとの間に角度φＧで配してもよい。場合によっては、スキューミラーの座標を以下の等式でグローバル座標に変換してもよい：

本明細書に記述するように、ｔｉｇｅｒプリズム、波長４０５ｎｍである第１の記録ビーム及び第２の記録ビーム、－３０．２５度のスキュー角、ホログラムとその前の隣接するホログラムとの間の４．３４ｅ４ｒａｄ／ｍのΔＫＧを使用する、４６０ｎｍで光を反射するように構成されたスキューミラーを製造することは、表１に特定した結果をもたらし得る。

表１に示すように、アルファは２つの記録ビームの角度の間の差を表してもよく、各読み取り波長（すなわち、「反射」するようにスキューミラーが構成され得る、光の各波長）に関して算出され得る。｜ＫＧ｜は、第１の記録ビーム及び第２の記録ビームから算出される格子周波数を表し得る。スキュー／反射軸に対する入射角は、アルファから算出してもよい（すなわち、（１８０－アルファ）／２）。ライン１～２９２は、４６０ｎｍで光を反射するように構成された格子の実施例の短縮版を表す。表１は、これらの格子が、一定の反射軸に関して、（反射軸に対して）およそ４７．７～１２．８度まで変化する入射角範囲において、４６０ｎｍの光を反射するように構成されていることを示している。つまり、入射角範囲は３４．８度であってもよい。

本明細書に記述するように、ｔｉｇｅｒプリズム、波長４０５ｎｍの第１の記録ビーム及び第２の記録ビーム、－３０．２５度のスキュー角、ホログラムとその前の隣接するホログラムとの間の４．３４ｅ４ｒａｄ／ｍのΔＫＧを使用する、５１８ｎｍで光を反射するように構成されたスキューミラーを製造することは、表２に特定した結果をもたらし得る。

表２に示すように、アルファは２つの記録ビームの角度の間の差を表してもよく、各読み取り波長（すなわち、反射するようにスキューミラーが構成され得る、光の各波長）に関して算出され得る。｜ＫＧ｜は、第１の記録ビーム及び第２の記録ビームから算出される格子周波数を表し得る。スキュー／反射軸に対する入射角は、アルファから算出してもよい（すなわち、（１８０－アルファ）／２）。ライン１～２５９は、４６０ｎｍで光を反射するように構成された格子の短縮版を表す。表２は、これらの格子が、一定の反射軸に関して、（反射軸に対して）およそ４７．７～１２．８度まで変化する入射角範囲において、５１８ｎｍの光を反射するように構成されていることを示している。つまり、入射角範囲は３４．８度であってもよい。

本明細書に記述するように、ｔｉｇｅｒプリズム、波長４０５ｎｍの第１の記録ビーム及び第２の記録ビーム、－３０．２５度のスキュー角、ホログラムとその前の隣接するホログラムとの間の４．３４ｅ４ｒａｄ／ｍのΔＫＧを使用する、５１８ｎｍで光を反射するように構成されたスキューミラーを製造することは、表２ に特定した結果をもたらし得る。

表３に示すように、アルファは２つの記録ビームの角度の間の差を表してもよく、各読み取り波長（すなわち、「反射」するようにスキューミラーが構成され得る、光の各波長）に関して算出され得る。｜ＫＧ｜は、第１の記録ビーム及び第２の記録ビームから算出される格子周波数を表し得る。スキュー／反射軸に対する入射角は、アルファから算出してもよい（すなわち、（１８０－アルファ）／２）。ライン１～２１７は、６１８ｎｍで光を反射するように構成された格子の短縮版を表す。表３は、これらの格子が、一定の反射軸に関して、（反射軸に対して）およそ４７．７～１２．９度まで変化する入射角範囲において、６１８ｎｍの光を反射するように構成されていることを示している。つまり、入射角範囲の範囲は３４．８度であってもよい。

本明細書に記述するように、ｔｉｇｅｒプリズム、波長４０５ｎｍの第１の記録ビーム及び第２の記録ビーム、－３０．２５度のスキュー角、ホログラムとその前の隣接するホログラムとの間の４．３４ｅ４ｒａｄ／ｍの｜ΔＫＧ｜を使用する、６１８ｎｍで光を反射するように構成されたスキューミラーを製造することは、表３に特定した結果をもたらし得る。

図６Ｃは、ｔｉｇｅｒプリズムを用いた瞳等化のためのスキューミラーを製造する系６００－ｂの追加の態様を示している。系６００－ｂは、第１の記録ビーム６１５－ｂと、第２の記録ビーム６２５－ｂと、格子媒体６４５－ｂと、第１のプリズム６５５－ｂと、第２のプリズム６６０－ｂと、を含んでもよい。第１の記録ビーム６１５－ｂ、第２の記録ビーム６２５－ｂ、格子媒体６４５－ｂは、図６Ｂに関して記述したこれらの同じ数字を付された要素に類似していてもよい（ただし必ずしも同一である必要はない）。一部の実施形態では、スキューミラー製造は、図６Ａを参照して記述したような方法及び構成を含んでもよい。系６００－ｃは同様に、グローバル座標（ｘＧ，ｙＧ，ｚＧ）及びスキューミラーの座標（ｘ，ｙ，ｚ）を含んでもよい。一部の例では、第１のプリズム６５５－ｂ及び第２のプリズム６６０－ｂは、ｔｉｇｅｒプリズムの一例であってもよい。場合によっては、第１のプリズム６５５－ｂが、第２のプリズム６６０－ｂ及び格子媒体６４５－ｂの「上に張り出して」いてもよい。他の例では、第２のプリズム６６０－ｂが、第１のプリズム６５５－ｂ及び格子媒体６４５－ｂの「下部を切り取って」いてもよい。第１のプリズム６５５－ｂ及び第２のプリズム６６０－ｂは各々、プリズムの底面に対して斜めであって、ｙＧ軸に対してφＧの角度を成す表面を有してもよい。すなわち、第１のプリズム６５５－ｂ及び第２のプリズム６６０－ｂは、格子媒体６４５－ｂの面法線が平面からφＧだけ角度を付けられることを許容してもよい。第１のプリズム６５５－ｂ及び第２のプリズム６６０－ｂは、第１の記録ビーム６１５－ｂの角度と第２の記録ビーム６２５－ｂの角度との間の「差を分割する」ために、格子媒体６４５－ｂが図６Ａと比較してｘＧ軸を中心にして－９０°回転することを許容してもよい。

図６Ｃの下部は、ｔｉｇｅｒプリズム構成内の格子媒体６４５－ｂの斜めの配向に関連した又はこれから得られる態様をより明確に示すために、格子媒体６４５－ｂの面圧縮平面図（すなわち、ｘ平面及びｚ平面を同じ平面内に図示）を示している。斜視座標を有する第１のプリズム６５５－ｂ及び第２のプリズム６６０－ｂの斜視図が、格子媒体６４５－ｂの面圧縮平面図の上方に示されている。第１のプリズム６５５－ｂ及び第２のプリズム６６０－ｂは、格子媒体６４５－ｂがｔｉｇｅｒプリズム構成内でどこに位置決めされることになるかを示すために、この斜視図では離間されている。

本明細書に記述するように、第１のプリズム６５５－ｂ及び第２のプリズム６６０－ｂは、ｔｉｇｅｒプリズム構成を備えるプリズム面を有してもよい。例えば、第１のプリズム６５５－ｂは、第１のプリズム６５５－ｂの底面に対して斜めであって、ｙＧ軸に対してφＧの角度を成す第１のプリズム面６７５を有してもよい。第１のプリズム６５５－ｂはまた、第１の記録ビーム６１５－ｂが第１のプリズム６５５－ｂに入射し得る場所である、第２のプリズム面６８０を有してもよい。第２のプリズム６６０－ｂは、第２のプリズム６６０－ｂの底面に対して斜めであって、ｙＧ軸に対してφＧの角度を成す第３のプリズム面６８５を有してもよい。第２のプリズム６６０－ｂはまた、第２の記録ビーム６２５－ｂが第２のプリズム６６０－ｂに入射し得る場所である、第４のプリズム面６９０を有してもよい。

ｘＧ軸と整列された格子ベクトルを有する等価なスキューミラーを書き込むために、図６Ｂ～図６Ｄを参照して記述した第１のプリズム６５５－ｂ及び第２のプリズム６６０－ｂ（例えばｔｉｇｅｒプリズム）、並びに図６Ａを参照して記述した第１のプリズム６５５－ａ及び第２のプリズム６６０－ａ（例えば面内プリズム）の使用を用いることができるが、第１のプリズム６５５－ｂ及び第２のプリズム６６０－ｂは、面内プリズムを用いてアクセス可能となるよりも低い記録ビームの差の角度、アルファにアクセス可能であり得る 。すなわち、第１のプリズム６５５－ｂ及び第２のプリズム６６０－ｂを使用して、面内プリズムを使用して（同じ波長を有する記録ビームを使用して）書き込むことのできるよりも低い周波数を有する格子を記録することができる。場合によっては、異なるベクトル角度、すなわち異なるスキュー軸を有する格子を記録するために、第１のプリズム６５５－ｂ及び第２のプリズム６６０－ｂの異なる組が使用されてもよい。第１のプリズム６５５－ｂ及び第２のプリズム６６０－ｂもまた、格子媒体６４５－ｂに屈折率整合されてもよく、これらは格子ベクトルを書き込む能力に影響を与え得る。

図６Ｄは、ｔｉｇｅｒプリズムを用いた瞳等化のためのスキューミラーを製造する系６００－ｂの追加の態様 。系６００－ｂは、格子媒体６４５－ｂと、第１のプリズム６５５－ｂと、第２のプリズム６６０－ｂと、スキュー軸６６５－ｂと、面法線６７０－ｂと、を含んでもよい。例えば、第１のプリズム６５５－ｂ及び第２のプリズム６６０－ｂは、ｔｉｇｅｒプリズムの一例であってもよい。図６Ｄでは、系６００－ｂのｔｉｇｅｒプリズム／媒体組立体は、図６Ｃに示す視点とは異なる斜視又は直交平面 から示されている（すなわち、ｘＧ軸を中心にして９０°回転されている）。

格子媒体６４５－ｂに関する公称スキュー角φＧが、図６Ｄでは、スキュー軸６６５－ｂと面法線６７０－ｂの交差によって示されている。

図７は、本開示の様々な態様による、光を反射する射出瞳等化スキューミラーを製作するための例示的な方法７００のフローチャート図である。ブロック７０５では、光を反射するように構成された格子媒体が形成される。

ブロック７１０では、格子媒体内に第１の格子構造が形成される。第１の格子構造は、第１の入射角において、格子構造の面法線からずらされた反射軸を中心にして、ある波長の光を反射するように構成されていてもよい。一部の例では、第１の格子構造は、第１の入射角を含む第１の入射角範囲において、格子媒体の面法線からずらされた第１の反射軸を中心にして、前述のある波長の光を反射するように構成されていてもよい。一部の例では、第１の格子構造は、少なくとも３つのホログラムを備えてもよい。少なくとも３つのホログラムの各々は、第１の入射角範囲内の固有の入射角に対応していてもよい。これら少なくとも３つのホログラムは、これら少なくとも３つのホログラムに関する隣接する｜ΔＫＧ｜が、１．０×１０４～１．０×１０６ラジアン毎メートル（ｒａｄ／ｍ）の間にある平均値を有するように形成されてもよい。このようにして、互いに異なる角度に関して同様の格子周波数を有する格子構造を形成することができる。

方法７００は、第１の記録ビーム及び第２の記録ビームがスキュー軸に関して対称となるように、スキュー軸を有するホログラムを形成することを更に含んでもよい。ホログラムのスキュー軸は、格子構造の第１の反射軸を形成する。方法７００は、書き込み波長の第１の記録ビーム及び書き込み波長の第２の記録ビームを使用してホログラムを形成することを含んでもよい。書き込み波長（例えば、４０５ｎｍの書込み波長）は、反射するように第１の格子構造が構成される光の波長（例えば、第１の入射角において反射されるように選択される６１８ｎｍの光の波長）とは異なっていてもよい。方法７００は、第１の記録ビーム及び第２の記録ビームを使用してホログラムを形成することを更に含んでもよい。第１の記録ビームは、射出瞳のサイズに少なくとも部分的に基づくビーム幅を有してもよい。方法７００は、非ホログラフィック表面堆積技法を使用して正弦体積格子を形成することを含んでもよい。

ブロック７１５では、格子媒体内に第２の格子構造が形成される。第２の格子構造は、第１の格子構造と少なくとも部分的に重ならない。第２の格子構造は、第１の入射角とは異なる第２の入射角において、格子媒体の面法線からずらされた第２の反射軸を中心にして、前述のある波長の光を反射するように構成されていてもよい。第１の反射軸は、第２の反射軸と実質的に平行であってもよい。第１の入射角と第２の入射角は、少なくとも５°異なっていてもよい。場合によっては、第１の入射角範囲の各入射角は、第２の格子構造の第２の入射角よりも大きくてもよい。

加えて、ブロック７２０では、方法７００は、格子媒体内に、第１の格子構造及び第２の格子構造の各々と少なくとも部分的に重ならない第３の格子構造を任意選択的に形成してもよい。第３の格子構造は、第１の格子構造と第２の格子構造との間に配設されてもよい。第３の格子構造は、第１の入射角及び第２の入射角とは異なる第３の入射角において、格子構造の面法線からずらされた第３の反射軸を中心にして、前述のある波長の光を反射するように構成されていてもよい。第３の格子構造における「第３の」という修飾語句は、格子媒体を形成する記録媒体に格子構造を記録する順序を必ずしも意味しない。第３の格子構造は、本明細書に記述する瞳拡張用スキューミラーの例による、格子媒体内の複数の格子構造の様々な部分的に重ならない態様を記述するために提供されている。

方法７００は、格子媒体内に第１の格子構造と重ならず第２の格子構造と少なくとも部分的に重なる第４の格子構造を形成することを更に含んでもよい。第４の格子構造は、第１の入射角及び第２の入射角とは異なる第４の入射角において、格子媒体の面法線からずらされた第４の反射軸を中心にして、前述のある波長の光を反射するように構成されていてもよい。第４の格子構造における「第４の」という修飾語句もまた、格子媒体を形成する記録媒体に格子構造を記録する順序を必ずしも意味しない。第４の格子構造は、本明細書に記述する瞳拡張用スキューミラーの例による、格子媒体内の複数の格子構造の相互に関連する様々な重なる、部分的に重ならない、及び全く重ならない態様を記述するために提供されている。

図８は、本開示の様々な態様による、光を反射する例示的な方法８００のフローチャート図である。方法８００は、例えば、図１のヘッドマウントディスプレイ１００、図２Ａのスキューミラー２１０、図３Ａの光学系３００－ａ、図３Ｃの光学系３００－ｃ、図４Ａの光学構造４００－ａ、図４Ｂの光学構造４００－ｂ、及び図４Ｃの光学構造４００－ｃによって実行されてもよい。

ブロック８０５では、方法８００は、格子媒体内の第１の格子構造によって、第１の入射角で格子媒体に入射するある波長の光の少なくとも第１の部分を反射させることを含んでもよい。光の第１の部分は、格子媒体の面法線からずらされた第１の反射軸を中心にして反射されてもよい。光の一部は、この光の一部が格子構造によって選択的に反射されることを可能にする特性（例えば、特定の波長又は特定の入射角）を呈する、（例えば、発光ダイオードなどの光源からの）非コヒーレントな光を指す場合がある。

ブロック８１０では、方法８００は、格子媒体内の第２の格子構造によって、第２の入射角で格子媒体に入射する前述のある波長の光の少なくとも第２の部分を反射させることを含んでもよい。光の第２の部分は、格子媒体の面法線からずらされた第２の反射軸を中心にして反射されてもよい。第２の入射角は、第１の格子構造の第１の入射角とは異なっていてもよい。

第１の反射軸は、第２の反射軸と実質的に平行であってもよい。一部の例では、第１の入射角と第２の入射角は、少なくとも５°異なっていてもよい。場合によっては、格子媒体は、格子媒体及び少なくとも２つの基材を含む導波路内に配設されてもよい。例えば、格子媒体は、導波路の入力領域から光を搬送するように構成された導波路内に少なくとも部分的に位置付けられていてもよい。第１の格子構造及び第２の格子構造は各々、それぞれの入射角で格子媒体に入射した光のそれぞれの部分を、射出瞳に向けて反射するように構成されていてもよい。射出瞳は、導波路から固定された距離に配設されてもよい。例えば、第１の入射角で格子媒体に入射した光の第１の部分を、第１の格子構造によって射出瞳に向けて第１の反射角で反射してもよい。第２の入射角で格子媒体に入射した光の第２の部分を、第２の格子構造によって射出瞳に向けて第２の反射角で反射してもよい。

加えて、ブロック８１５では、方法８００は、格子媒体内の第３の格子構造によって、第３の入射角で格子媒体に入射する前述のある波長の光の少なくとも第３の部分を反射させることを任意選択的に含んでもよい。光の第３の部分は、格子媒体の面法線からずらされた第３の反射軸を中心にして反射されてもよい。第３の入射角は、第１の入射角及び第２の入射角の各々とは異なっていてもよい。第３の格子構造は、第１の格子構造及び第２の格子構造の各々と少なくとも部分的に重ならなくてもよい。方法８００は、格子媒体内の第４の格子構造によって、第４の入射角で格子媒体に入射する前述のある波長の光の少なくとも第４の部分を反射させることを更に含んでもよい。光の第４の部分は、格子媒体の面法線からずらされた第４の反射軸を中心にして反射されてもよい。第４の入射角は、第１の入射角及び第２の入射角の各々とは異なっていてもよい。第４の格子構造は、第１の格子構造と重ならないように配設されてもよい。第４の格子構造はまた、第２の格子構造と少なくとも部分的に重なるように配設されてもよい。

これらの方法は可能な実施について記述していること、並びに、他の実施が可能になるようにその動作及びステップを並べ替えるか又はそれ以外で変更してもよいことに留意されたい。一部の例では、２つ以上の方法からの態様を組み合わせてもよい。例えば、方法の各々の態様は、他の方法のステップ若しくは態様、又は、本明細書に記述した他のステップ若しくは技法を含んでもよい。

進歩性を備えた様々な実施形態を本明細書に記述し図示したが、当業者であれば、本明細書に記述した機能を実行する並びに／又は結果及び／若しくは１つ以上の利点を得る、様々な他の手段及び／又は構造を容易に想定すると考えられ、そのような変更及び／又は修正の各々は、本明細書に記述した進歩性を備えた実施形態の範囲内にあると見なされる。より一般的には、当業者は、本明細書に記述するすべてのパラメータ、寸法、材料、及び構成は例示となることを意図していること、並びに、実際のパラメータ、寸法、材料、及び／又は構成は、この進歩性を有する教示が使用される特定の用途に依存することを、容易に諒解するであろう。当業者は、本開示の利益が所与であれば、単なる定型的な実験を用いれば、本明細書に記述する進歩性を有する特定の実施形態の多くの等価物を認識する又は確認できるであろう。したがって、前出の実施形態は例としてのみ提示されること、及び、付属の特許請求の範囲及びこれらの等価物の範囲の中で、進歩性を備えた実施形態を、特定的に記述及び特許請求したものとは別様に実施できることを、理解されたい。本開示の進歩性を備えた実施形態は、本明細書に記述する個々の個別の特徴、システム、物品、材料、キット、及び／又は方法を対象としている。加えて、２つ以上のこのような特徴、システム、物品、材料、キット、及び／又は方法の任意の組み合わせは、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、及び／又は方法が互いに矛盾するものではない場合、本開示の発明の範囲内に含まれる。

上記した実施形態は、多数の方法のいずれでも実施できる。例えば、本明細書において開示される技術の設計及び製作の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせを使用して実施してもよい。ソフトウェアで実施する場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピュータで提供するか又は複数のコンピュータ間に分散させるかに関わらず、任意の好適な１つのプロセッサ又はプロセッサの群で実行することができる。

更に、コンピュータは、ラックマウント型コンピュータ、デスクトップ型コンピュータ、ラップトップ型コンピュータ、又はタブレット型コンピュータなどの多くの形態のいずれかで実現できることを諒解されたい。加えて、コンピュータは、携帯情報端末（ＰＤＡ）、スマートフォン、又は任意の他の好適な携帯式若しくは固定式電子デバイスを含む、一般にコンピュータとは見なされないが好適な処理能力を有するデバイスに組込むことができる。

また、コンピュータは、１つ以上の入出力デバイスを有してもよい。これらのデバイスは、とりわけ、ユーザインタフェースを提示するために使用できる。ユーザインタフェースを提供するために使用可能な出力デバイスの例としては、出力の視覚的な提示用のプリンタ又は表示画面、及び出力の聴覚的な提示用のスピーカ又は他の音声生成デバイスが挙げられる。ユーザインタフェースに使用可能な入力デバイスの例としては、キーボード、並びにマウス、タッチパッド、及びデジタル化タブレットのようなポインティングデバイスが挙げられる。別の例として、コンピュータは、音声認識又は他の可聴フォーマットで入力情報を受信することができる。

このようなコンピュータは、企業ネットワークなどのローカルエリアネットワーク又は広域ネットワーク、及びインテリジェントネットワーク（ＩＮ）又はインターネットを含む、任意の好適な形態の１つ以上のネットワークによって、相互接続されていてもよい。このようなネットワークは、任意の好適な技術に基づくことができ、任意の好適なプロトコルに従って動作することができ、無線ネットワーク、有線ネットワーク、又は光ファイバネットワークを含んでもよい。

本明細書で概説される（例えば、上で開示した結合構造及び回折光学素子を設計し、製造する）様々な方法又はプロセスを、様々なオペレーティングシステム又はプラットフォームのうちのいずれか１つを採用する１つ以上のプロセッサ上で実行可能なソフトウェアとして、符号化することができる。加えて、このようなソフトウェアを、多数の好適なプログラミング言語及び／又はプログラミングツール若しくはスクリプトツールのいずれかを使用して記述することができ、また、フレームワーク又は仮想マシン上で実行される実行可能な機械語コード又は中間コードとしてコンパイルすることができる。

この点において、進歩性を備えた種々の概念は、１つ以上のコンピュータ又は他のプロセッサ上で実行されると上で検討した本発明の様々な実施形態を実施する方法を実行する１つ以上のプログラムで符号化された、１つのコンピュータ可読記憶媒体（又は複数のコンピュータ可読記憶媒体）（例えば、コンピュータメモリ、１つ以上のフロッピーディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ、フィールドプログラマブルゲートアレイ若しくは他の半導体デバイス内の回路構成、又は他の非一時的媒体、又は有形のコンピュータ記録媒体）として具現化できる。１つ以上のコンピュータ可読媒体は、これに記憶された１つ以上のプログラムを１つ以上の異なるコンピュータ又は他のプロセッサ上にロードして、上で検討したような本開示の様々な態様を実施できるように、可搬型することができる。

用語「プログラム」又は「ソフトウェア」は本明細書では、上で検討した実施例の様々な態様を実施するようにコンピュータ又は他のプロセッサをプログラミングするために採用できる任意の種類のコンピュータコード又はコンピュータ実行可能命令の組を指すように、一般的な意味で使用される。加えて、１つの態様によれば、実行されると本発明の方法を実行する１つ以上のコンピュータプログラムは、単一のコンピュータ又はプロセッサ中に存在する必要はなく、多数の異なるコンピュータ又はプロセッサ間にモジュール方式で分散させて本発明の様々な態様を実施させることができることを諒解されたい。

コンピュータ実行可能命令は、プログラムモジュールなどの、１つ以上のコンピュータ又は他のデバイスによって実行される多数の形式をとることができる。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか又は特定の抽象データ型を実装する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、等を含む。通常は、様々な実施形態において、プログラムモジュールの機能性を所望に応じて組み合わせても、又は分散させてもよい。

また、データ構造は、任意の好適な形態でコンピュータ可読媒体に記憶されてもよい。説明を簡潔にするために、データ構造を、データ構造内の位置を介して関連付けられるフィールドを有するものとして示す場合がある。このような関連は、フィールド間の関連を伝達するコンピュータ可読媒体内の位置をフィールドに関する記憶領域に割当てることによって、同様に達成できる。ただし、データ構造のフィールド中の情報間の関連を確立するために、ポインタ、タグ、又はデータ要素間の関連を確立する他の機構の使用を介することを含む、任意の好適な機構を使用できる。

また、進歩性を備えた様々な概念を１つ以上の方法として具現化できるが、その例は提供してある。方法の一部として実行される動作は、任意の好適な方法で順序付けることができる。したがって、例示したものと異なる順序で動作が行われる実施形態を構築することができ、これらは、例示的な実施形態では連続的な動作として示されていても、いくつかの動作を同時に行うことを含み得る。

本明細書において定義され使用されるすべての定義は、辞書の定義、参照により組み込まれる文献中の定義、及び／又は定義される用語の通常の意味に優先するものとして理解されるべきである。

不定冠詞「１つの（a）」及び「１つの（an）」は、本明細書の明細書及び特許請求の範囲において使用される場合、そうでないと明確に指示されない限りは、「少なくとも１つ」を意味するものと理解すべきである。

語句「及び／又は」は、本明細書の明細書及び特許請求の範囲において使用される場合、そのように等位接続された要素の「いずれか又は両方」、すなわち要素がある場合には連言的に提示されまたある場合には選言的に提示されることを意味するものと理解すべきである。「及び／又は」を用いて列挙された複数の要素は、同じように、すなわちそのように等位接続された要素のうちの「１つ以上」として解釈すべきである。「及び／又は」の節によって特定的に識別された要素と関連するか関連しないかに関わらず、それらの要素以外の他の要素が任意選択的に存在してもよい。したがって、非限定的な例として、「Ａ及び／又はＢ」への言及は、「備える（comprising）」などのオープンエンドの言語とともに使用される場合、ある実施形態ではＡのみ（任意選択的にＢ以外の要素を含む）に、別の実施形態ではＢのみ（任意選択的にＡ以外の要素を含む）に、更に別の実施形態では、Ａ及びＢの両方（任意選択的に他の要素を含む）に言及している可能性がある、等である。

本明細書の明細書及び特許請求の範囲において使用する場合、「又は」は、上で定義したような「及び／又は」と同じ意味を有するものと理解すべきである。例えば、リスト中の項目を分けるとき、「又は」又は「及び／又は」は、包括的であるとして、すなわち、いくつかの要素又は要素のリストのうちの少なくとも１つを含むが、２つ以上、及び任意選択的にリストにない追加の項目をも含むものとして、解釈されるものである。「のうちのただ１つ」若しくは「のうちの厳密に１つ」、又は特許請求の範囲で使用する場合の「から成る」などの、明確にそうでないと指示された用語のみが、いくつかの要素又は要素のリストのうちの厳密に１つを含むことに言及するものとなる。一般に、用語「又は」は、本明細書で使用する場合、「いずれか」、「のうちの１つ」、「のうちのただ１つ」、又は「のうちの厳密に１つ」などの排他の用語が前に付く場合のみ、排他的な選択肢（すなわち、「一方又は他方、ただし両方ではない」）を示すと解釈するものとする。「本質的に～から成る」は、特許請求の範囲において使用する場合、特許法の分野で使用されるようなその通常の意味を有するものとする。

本明細書の明細書及び特許請求の範囲において使用される場合、句「少なくとも１つの」は、１つ以上の要素のリストに言及する場合、要素のリスト中の要素のうちのいずれか１つ以上から選択される少なくとも１つの要素を意味するが、要素のリスト中に特定的に列挙されたありとあらゆる要素のうちの少なくとも１つを必ずしも含まず、要素のリスト中の要素の任意の組み合わせを排除しないものと理解すべきである。この定義はまた、句「少なくとも１つの」が言及する要素のリスト中で特定的に識別された要素と関連するか関連しないかに関わらず、それらの要素以外の要素が任意選択的に存在し得ることを許容する。したがって、非限定的な例として、「Ａ及びＢの少なくとも１つ（又は等価なものとして「Ａ又はＢの少なくとも１つ」、又は等価なものとして「Ａ及び／又はＢの少なくとも１つ」）は、ある実施形態では、Ｂが存在しない（任意選択的にＢ以外の要素を含む）、任意選択的に２つ以上を含む少なくとも１つのＡに、別の実施形態では、Ａが存在しない（任意選択的にＡ以外の要素を含む）、任意選択的に２つ以上を含む少なくとも１つのＢに、更に別の実施形態では、任意選択的に２つ以上を含む少なくとも１つのＡ及び任意選択的に２つ以上を含む少なくとも１つのＢ（任意選択的に他の要素を含む）に、言及し得る、等である。

特許請求の範囲において、並びに上記の明細書において、「備える（comprising）」、「含む（including）」、「担持する（carrying）」、「有する（having）」、「包含する（containing）」、「伴う（involving）」、「保持する（holding）」、「から構成される（composed of）」などのすべての移行句は、オープンエンドであるものとして、すなわち含んでいるが限定されないことを意味するように、解釈されるものとする。米国特許庁の特許審査便覧第２２１．０３節 に記載のように、移行句「から成る（consisting of）」及び「から本質的に成る（consisting essentially of）」だけはそれぞれ、閉鎖移行句又は一部閉鎖移行句であるものとする。

本明細書の記述は、当業者が本開示を製作又は使用できるようにするために提供されている。本開示に対する様々な修正は、当業者には容易に明らかとなるものであり、本明細書で定義される一般原理は、本開示の範囲から逸脱することなく、他の変形形態に適用できる。したがって、本開示は、本明細書で記述した例及び設計に限定されるものではなく、本明細書で開示される原理及び新規な特徴と合致する最も広い範囲を与えられるものとする。

添付された図において、同様の構成要素又は特徴は、同じ参照符号を有し得る。更に、これら参照符号にダッシュ及び類似する構成要素を区別する第２の符号を続けることによって、同じ種類の様々な構成要素を区別することができる。本明細書において第１の参照符号のみが使用される場合、その記述は、第２の参照符号とは無関係に、同じ第１の参照符号を有する類似する構成要素のうちの任意の１つに適用可能である。

Claims (18)

1. 格子媒体と、
   前記格子媒体内の第１の格子構造であって、第１の入射角において、前記格子媒体の面法線からずらされた第１の反射軸を中心にして、ある波長の光を反射するように構成されている、第１の格子構造と、
   前記第１の格子構造と少なくとも部分的に重ならない、前記格子媒体内の第２の格子構造であって、前記第１の入射角とは異なる第２の入射角において、前記格子媒体の前記面法線からずらされた第２の反射軸を中心にして、前記ある波長の光を反射するように構成されている、第２の格子構造と、
   を備え、
   前記第１の反射軸は前記第２の反射軸と平行である、光を反射するデバイス。
2. 前記第１の入射角と前記第２の入射角は少なくとも５°異なっている、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記第１の格子構造及び前記第２の格子構造の各々と少なくとも部分的に重ならない、前記格子媒体内の第３の格子構造であって、前記第１の格子構造と前記第２の格子構造との間に配設されており、前記第１の入射角及び前記第２の入射角とは異なる第３の入射角において、前記格子媒体の面法線からずらされた第３の反射軸を中心にして、前記ある波長の光を反射するように構成されている、第３の格子構造を更に備え、前記第１の入射角は前記第３の入射角よりも大きく、前記第３の入射角は前記第２の入射角よりも大きい、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記第１の格子構造と重ならず前記第２の格子構造と少なくとも部分的に重なる、前記格子媒体内にある第４の格子構造であって、前記第１の入射角及び前記第２の入射角とは異なる第４の入射角において、前記格子媒体の前記面法線からずらされた第４の反射軸を中心にして、前記ある波長の光を反射するように構成されている、第４の格子構造を更に備え、前記第１の入射角は前記第２の入射角よりも大きく、前記第２の入射角は前記第４の入射角よりも大きい、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記第１の格子構造が、前記第１の入射角を含む第１の入射角範囲において、前記格子媒体の前記面法線からずらされた前記第１の反射軸を中心にして、前記ある波長の光を反射するように更に構成されており、前記第１の入射角範囲の各入射角は前記第２の入射角よりも大きく、前記第１の格子構造は少なくとも３つのホログラムを含み、前記少なくとも３つのホログラムの各々は前記第１の入射角範囲内の固有の入射角に対応しており、前記少なくとも３つのホログラムに関する隣接するホログラム間の格子周波数の差分が１．０×１０⁴～１．０×１０⁶ラジアン毎メートル（ｒａｄ／ｍ）の間にある平均値を有する、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記第１の格子構造又は前記第２の格子構造の少なくとも一方がホログラムを含む、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記第１の格子構造又は前記第２の格子構造の少なくとも一方が正弦体積格子を含む、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記ある波長は、可視赤色光波長、可視青色光波長、又は可視緑色光波長のうちの１つを含む、請求項１に記載のデバイス。
9. 前記第１の格子構造は、前記第１の入射角において複数の波長の光を反射するように更に構成されており、前記第２の格子構造は、前記第２の入射角において前記複数の波長の光を反射するように更に構成されており、前記複数の波長は可視赤色光波長、可視青色光波長、又は可視緑色光波長のうちの少なくとも２つを含む、請求項１に記載のデバイス。
10. 前記格子媒体はフォトポリマーを含む、請求項１に記載のデバイス。
11. 前記格子媒体は、光屈折性結晶、重クロム酸ゼラチン、光熱屈折ガラス、及び分散させたハロゲン化銀粒子を含むフィルムのうちの１つを含む、請求項１に記載のデバイス。
12. 導波路の光入力領域から前記第１の格子構造及び前記第２の格子構造まで光を搬送するように構成された前記導波路を更に備え、前記格子媒体は少なくとも部分的に前記導波路内に配設されており、前記第１の格子構造及び前記第２の格子構造は射出瞳に向けて光の一部を反射するように各々構成されており、前記射出瞳は、前記第１の格子構造と重なる前記第２の格子構造の第１の端部と重ならない、第１の格子構造の 第１の端部が、前記第２の格子構造の前記第１の端部よりも前記射出瞳から遠くなるような、前記導波路の表面から固定された距離にある、請求項１に記載のデバイス。
13. 像を含んでいる光を提供する光源と、
    光学レンズと、を備えるヘッドマウントディスプレイデバイスであって、前記光学レンズは、
    前記像を含んでいる光を受光する前記光学レンズの光入力部と、
    前記光入力部に動作可能に結合された、前記光学レンズ内に配設された導波路と、を含み、前記導波路は、
    少なくとも２つの基材と、
    前記少なくとも２つの基材の間に配設された格子媒体と、
    前記格子媒体内の第１の格子構造であって、第１の入射角において、前記格子媒体の面法線からずらされた第１の反射軸を中心にして、ある波長の光を反射するように構成されている、第１の格子構造と、
    前記第１の格子構造と少なくとも部分的に重ならない前記格子媒体内の第２の格子構造であって、前記第１の入射角とは異なる第２の入射角において、前記格子媒体の前記面法線からずらされた第２の反射軸を中心にして、前記ある波長の光を反射するように構成されている、第２の格子構造と、を含み、
    前記第１の反射軸は前記第２の反射軸と平行である、
    ヘッドマウントディスプレイデバイス。
14. 前記第１の格子構造及び前記第２の格子構造は射出瞳に向けて光の一部を反射するように各々構成されており、前記射出瞳は、前記第１の格子構造と重なる前記第２の格子構造の第１の端部と重ならない、第１の格子構造の 第１の端部が、前記第２の格子構造の前記第１の端部よりも前記射出瞳から遠くなるような、前記導波路の表面から固定された距離にある、請求項１３に記載のヘッドマウントディスプレイデバイス。
15. 格子媒体内の第１の格子構造によって、前記格子媒体の面法線からずらされた第１の反射軸を中心にして、第１の入射角で前記格子媒体に入射したある波長の光の少なくとも第１の部分を反射することと、
    前記格子媒体内の第２の格子構造によって、前記格子媒体の前記面法線からずらされた第２の反射軸を中心にして、第２の入射角で前記格子媒体に入射した前記ある波長の前記光の少なくとも第２の部分を反射することであって、前記第２の入射角は前記第１の入射角とは異なる、ことと、
    を含み、
    前記第１の反射軸は前記第２の反射軸と平行である、光を反射する方法。
16. 前記第１の格子構造及び前記第２の格子構造の各々と少なくとも部分的に重ならないように配設された 前記格子媒体内の第３の格子構造によって、前記格子媒体の前記面法線からずらされた第３の反射軸を中心にして、第３の入射角で前記格子媒体に入射した前記ある波長の光の少なくとも第３の部分を反射することを更に含み、前記第３の入射角は前記第１の入射角及び前記第２の入射角の各々とは異なっている、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１の格子構造と重ならないようにかつ前記第２の格子構造と少なくとも部分的に重なるように配設された前記格子媒体内の第４の格子構造によって、前記格子媒体の前記面法線からずらされた第４の反射軸を中心にして、第４の入射角で前記格子媒体に入射した前記ある波長の光の少なくとも第４の部分を反射することを更に含み、前記第４の入射角は前記第１の入射角及び前記第２の入射角の各々とは異なっている、請求項１６に記載の方法。
18. 前記格子媒体は、導波路の入力領域からの光を搬送するように構成された前記導波路内に少なくとも部分的に位置付けられており、前記格子媒体内の前記第１の格子構造によって光の少なくとも前記第１の部分を前記反射することは、
    前記格子媒体内の前記第１の格子構造によって、前記格子媒体の前記面法線からずらされた前記第１の反射軸を中心にして、前記第１の入射角で前記格子媒体に入射した光の少なくとも前記第１の部分を、前記導波路から固定された距離に配設された射出瞳に向けて反射することを含む、請求項１５に記載の方法。

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