JP6895451B2

JP6895451B2 - 偏光選択ホログラフィー導波管デバイスを提供するための方法および装置

Info

Publication number: JP6895451B2
Application number: JP2018549987A
Authority: JP
Inventors: ミランモムシロポポヴィッチ，; ジョナサンデイビッドウォルダーン，; アラステアジョングラント，
Original assignee: ディジレンズインコーポレイテッド
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2021-06-30
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: WO2017162999A1; JP2019512745A; CN108780224B; US10859768B2; US20230358962A1; EP3433659B1; US20190121027A1; EP3433659A1; WO2017162999A8; US11604314B2; CN108780224A; US20210231874A1

Description

優先権の主張
本出願は、２０１６年３月２４日に出願されたＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＷＡＶＥＧＵＩＤＥＤＥＶＩＣＥＳＦＯＲＵＳＥＷＩＴＨＵＮＰＯＬＡＲＩＺＥＤＬＩＧＨＴと題する米国仮出願第６２／３９０，２７１号および２０１６年４月２７日に出願されたＭＥＴＨＯＤＡＮＤＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＰＲＯＶＩＤＩＮＧＡＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮＳＥＬＥＣＴＩＶＥＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＷＡＶＥＧＵＩＤＥＤＥＶＩＣＥと題する米国仮出願第６２／３９１，３３３号からの優先権を主張しており、これらの仮出願は、それらの全体が参考として本明細書によって本明細書中に援用される。

関連出願への相互参照
以下の特許出願は、それらの全体が本明細書中に参考として援用される：ＣＯＭＰＡＣＴＥＤＧＥＩＬＬＵＭＩＮＡＴＥＤＤＩＦＦＲＡＣＴＩＶＥＤＩＳＰＬＡＹと題する米国特許第９，０７５，１８４号、ＯＰＴＩＣＡＬＤＩＳＰＬＡＹＳと題する米国特許第８，２３３，２０４号、ＭＥＴＨＯＤＡＮＤＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＰＲＯＶＩＤＩＮＧＡＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴＤＩＳＰＬＡＹと題するＰＣＴ出願第ＵＳ２００６／０４３９３８号：ＷＥＡＲＡＢＬＥＤＡＴＡＤＩＳＰＬＡＹと題する英国出願第２０１２／０００６７７号、ＣＯＭＰＡＣＴＥＤＧＥＩＬＬＵＭＩＮＡＴＥＤＥＹＥＧＬＡＳＳＤＩＳＰＬＡＹと題する米国特許出願第１３／３１７，４６８号、ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＷＩＤＥＡＮＧＬＥＤＩＳＰＬＡＹと題する米国特許出願第１３／８６９，８６６号、およびＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴＷＡＶＥＧＵＩＤＥＤＩＳＰＬＡＹと題する米国特許出願第１３／８４４，４５６号、ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＧＲＡＴＩＮＧＤＥＶＩＣＥと題する米国特許出願第１４／６２０，９６９号、ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬＬＹＦＯＣＵＳＴＵＮＡＢＬＥＬＥＮＳと題する米国仮特許出願第６２／１７６，５７２号、ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＤＥＶＩＣＥＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＮＧＡＬＩＧＨＴＰＩＰＥと題する米国仮特許出願第６２／１７７，４９４号、ＭＥＴＨＯＤＡＮＤＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧＩＮＰＵＴＩＭＡＧＥＳＦＯＲＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＷＡＶＥＧＵＩＤＥＤＩＳＰＬＡＹＳと題する米国仮特許出願第６２／０７１，２７７号、ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＬＹＩＳＯＬＡＴＥＤＷＡＶＥＧＵＩＤＥＤＩＳＰＬＡＹと題するＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１６／０００００５号、ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＦＯＲＨＯＭＯＧＥＮＩＺＩＮＧＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮと題するＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１３／０００５００号、ＭＥＴＨＯＤＡＮＤＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＣＯＮＴＡＣＴＩＭＡＧＥＳＥＮＳＩＮＧと題するＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１４／０００２９５号、ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＷＡＶＥＧＵＩＤＥＬＩＧＨＴＦＩＥＬＤＤＩＳＰＬＡＹＳと題するＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１６／００００５号、ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＷＡＶＥＧＵＩＤＥＬＩＤＡＲと題するＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１６／００００１４号、ＬＡＳＥＲＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮＤＥＶＩＣＥと題する米国特許第８，２４４，１３３号、ＬＡＳＥＲＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮＤＥＶＩＣＥと題する米国特許第８，５６５，５６０号、ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮＳＹＳＴＥＭと題する米国特許第６，１１５，１５２号、ＣＯＮＴＡＣＴＩＭＡＧＥＳＥＮＳＯＲＵＳＩＮＧＳＷＩＴＣＨＡＢＬＥＢＲＡＧＧＧＲＡＴＩＮＧＳと題するＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１３／０００００５号、ＩＭＰＲＯＶＥＭＥＮＴＳＴＯＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＰＯＬＹＭＥＲＤＩＳＰＥＲＳＥＤＬＩＱＵＩＤＣＲＹＳＴＡＬＭＡＴＥＲＩＡＬＳＡＮＤＤＥＶＩＣＥＳと題するＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０００６８０号、ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＷＡＶＥＧＵＩＤＥＥＹＥＴＲＡＣＫＥＲと題するＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１４／０００１９７号、ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＥＹＥＴＲＡＣＫＩＮＧと題するＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１３／０００２１０号、ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＥＹＥＴＲＡＣＫＩＮＧと題するＰＣＴ出願第ＧＢ２０１３／０００２１０号、ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＷＡＶＥＧＵＩＤＥＯＰＴＩＣＡＬＴＲＡＣＫＥＲと題するＰＣＴ／ＧＢ２０１５／０００２７４号、ＳＹＳＴＥＭＡＤＮＭＥＴＨＯＤＯＦＥＸＴＥＮＤＩＮＧＶＥＲＴＩＣＡＬＦＩＥＬＤＯＦＶＩＥＷＩＮＨＥＡＤＵＰＤＩＳＰＬＡＹＵＳＩＮＧＡＷＡＶＥＧＵＩＤＥＣＯＭＢＩＮＮＥＲと題する米国特許第８，９０３，２０７号、ＣＯＭＰＡＣＴＷＥＡＲＡＢＬＥＤＩＳＰＬＡＹと題する米国特許第８，６３９，０７２号、ＣＯＭＰＡＣＴＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＥＤＧＥＩＬＬＵＭＩＮＡＴＥＤＥＹＥＧＬＡＳＳＤＩＳＰＬＡＹと題する米国特許第８，８８５，１１２号、ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＤＩＳＰＬＡＹと題する米国仮特許出願第６２／２８４，６０３号、ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＤＩＳＰＬＡＹＳと題する米国仮特許出願第６２／２８５，２７５号。

本開示は、導波管デバイスに関し、より具体的には、非偏光光と併用するためのホログラフィック導波管デバイスに関する。

導波管光学は、現在、複数の光学機能を薄くて透明な軽量基板の中に統合する導波管の能力が非常に重要である、ある範囲のディスプレイおよびセンサ用途に関して検討されつつある。本新しいアプローチは、拡張現実（ＡＲ）および仮想現実（ＶＲ）のための接眼ディスプレイ、航空および道路交通のためのコンパクトなヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、ならびにバイオメトリックおよびレーザレーダ（ＬＩＤＡＲ）用途のためのセンサを含む、新しい製品開発を刺激している。導波管ディスプレイが、回折格子を使用して、アイボックスサイズを保存しながら、レンズサイズを低減させるように提案されている。Ｓｔ．ＬｅｇｅｒＳｅａｒｌｅに発行された米国特許第４，３０９，０７０号およびＵｐａｔｎｉｅｋｓに発行された米国特許第４，７１１，５１２号は、コリメート光学システムの瞳孔が導波管構造によって効果的に拡張される、基板導波管ヘッドアップディスプレイを開示している。米国特許出願第１３／８６９，８６６号は、ホログラフィック広角ディスプレイを開示している。導波管はまた、眼追跡、指紋走査、およびＬＩＤＡＲ等のセンサ用途のためにも提案されている。導波管用途におけるブラッグ格子（また、体積格子とも称される）の利点は、周知である。ブラッグ格子は、高効率を有し、より高次に回折される光は、殆どない。回折されたゼロ次における光の相対的量は、格子の屈折率変調を制御することによって変動されることができ、その性質は、大きな瞳孔にわたって光を抽出するための損失性導波管格子を作製するために使用される。格子の１つの重要な種類は、切替可能ブラッグ格子（ＳＢＧ）として知られる。ＳＢＧは、最初に、光重合性モノマーと液晶材料の混合物の薄膜を平行ガラスプレート間に設置することによって製作される。一方または両方のガラスプレートは、フィルムを横断して電場を印加するための電極、典型的には、透明インジウムスズ酸化物フィルムを支持する。体積位相格子が、次いで、傾斜フリンジ格子構造を形成することに干渉する、２つの相互にコヒーレントなレーザビームを用いて、液体材料（多くの場合、シロップと称される）を照明することによって記録される。記録プロセスの間、モノマーは、重合し、混合物は、位相分離を受け、クリアポリマーの領域が散在する、液晶微小液滴が高密度に取り込まれた領域を生成する。交互する液晶豊富および液晶枯渇領域は、格子のフリンジ平面を形成する。結果として生じる体積位相格子は、非常に高回折効率を呈することができ、これは、フィルムを横断して印加される電場の大きさによって制御され得る。電場が、透明電極を介して、格子に印加されると、ＬＣ液滴の自然配向が、変化され、フリンジの屈折率変調を低減させ、ホログラム回折効率を非常に低レベルまで降下させる。典型的には、ＳＢＧ要素は、３０μｓ以内にクリアに切り替えられる。緩和時間が長ければ、オンに切り替わる。デバイスの回折効率は、連続範囲にわたって印加される電圧を用いて調節されることができることに留意されたい。デバイスは、電圧が印加されないと、ほぼ１００％効率を呈し、十分に高電圧が印加されると、本質的にゼロ効率を呈する。あるタイプのＨＰＤＬＣデバイスでは、磁場が、ＬＣ配向を制御するために使用されてもよい。あるタイプのＨＰＤＬＣでは、ポリマーからのＬＣ材料の位相分離は、判別可能液滴構造が生じない程度まで遂行されてもよい。ＳＢＧはまた、受動格子として使用されてもよい。本モードでは、その主な利点は、一意に高い屈折率変調である。

ＳＢＧは、自由空間用途のための透過または反射格子を提供するために使用されてもよい。ＳＢＧは、ＨＰＤＬＣが導波管コアまたは導波管に近接して一時的結合される層のいずれかを形成する、導波管デバイスとして実装されてもよい。ＨＰＤＬＣセルを形成するために使用される平行ガラスプレートは、全内部反射（ＴＩＲ）光誘導構造を提供する。光は、切替可能格子がＴＩＲ条件を越えた角度において光を回折するとき、ＳＢＧから結合される。導波管は、現在、ある範囲のディスプレイおよびセンサ用途において着目されている。ＨＰＤＬＣに関する初期の研究の多くは、反射ホログラムを対象としていたが、透過デバイスが、光学システム構築ブロックとしてはるかに多用途であることが証明されつつある。典型的には、ＳＢＧにおいて使用されるＨＰＤＬＣは、液晶（ＬＣ）と、モノマーと、光開始剤染料と、共開始剤とを含む。混合物は、多くの場合、界面活性剤を含む。特許および科学文献は、ＳＢＧを製作するために使用され得る、材料系およびプロセスの多くの実施例を含む。２つの基本特許は、Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄによる米国特許第５，９４２，１５７号およびＴａｎａｋａｅｔａｌ．による米国特許第５，７５１，４５２号である。両願は、ＳＢＧデバイスの製作に好適なモノマーと液晶材料の組み合わせを説明している。透過ＳＢＧの公知の属性のうちの１つは、ＬＣ分子が、格子フリンジ平面に対して垂直に整合する傾向にあることである。ＬＣ分子整合の効果は、透過ＳＢＧが、Ｐ偏光光（すなわち、入射平面に偏光ベクトルを伴う光）を効率的に回折するが、Ｓ偏光光（すなわち、入射平面に対して垂直の偏光ベクトルを伴う光）に関してほぼゼロ回折効率を有することである。透過ＳＢＧは、入射光と反射光との間の内包角が小さいとき、Ｐ偏光のための任意の格子の回折効率がゼロまで低下するため、すれすれの入射では使用され得ない。ＳＢＧの切替能力は、眼トラッカ、ＬＩＤＡＲ、および指紋スキャナを含む、ある範囲のセンサにおいて利用されることができる。切替可能ブラッグ格子（ＳＢＧ）は、余剰層を排除し、ＨＭＤ、ＨＵＤ、および他の接眼ディスプレイを含む、現在のディスプレイシステムの厚さを低減させ、マイクロディスプレイ上に連続して提示される画像をタイル化することによって、視野を増加させるために導波管内で使用されてもよい。

ＳＢＧの偏光選択性は、ＬＥＤが光源として使用されるとき、５０％光スループット損失をもたらす。理論上、偏光成分を使用して、損失光の一部を復元することが可能性として考えられるが、これは、実際は、光学非効率性に起因して、困難である傾向にある。

非偏光光と併用するための低コスト、効率的、かつコンパクトなホログラフィック導波管のための要件が、存在する。

米国特許出願公開第１３／８６９，８６６号明細書米国特許第４，３０９，０７０号明細書米国特許第４，７１１，５１２号明細書米国特許第５，７５１，４５２号明細書米国特許第５，９４２，１５７号明細書

本発明の第１の目的は、非偏光光と併用するための低コスト、効率的、かつコンパクトなホログラフィック導波管を提供することである。

本発明の目的は、導波管装置が、少なくとも１つの層内に配置される、入力カプラと、第１の折畳格子と、第２の折畳格子と、出力カプラと、導波管に光学的に結合され、光の少なくとも第１および第２の偏光および少なくとも１つの波長を提供する、光源とを備える、第１の実施形態において充足される。入力カプラは、第１の偏光光を第１の全内部反射（ＴＩＲ）経路に沿って進行させ、第２の偏光光を第２のＴＩＲ経路に沿って進行させるように構成される。

いくつかの実施形態では、第１の折畳格子は、第１のＴＩＲ経路内の第１の偏光光を第３のＴＩＲ経路に沿って出力カプラまで進行させるように構成され、出力カプラは、導波管からの第３のＴＩＲ経路を指向させる。

いくつかの実施形態では、入力カプラは、第１および第２の偏光光または色を第１および第２のＴＩＲ経路の中に結合するための第１および第２の格子を備え、第１および第２の格子は、スタックとして構成されるか、または単一層内に多重化される。

いくつかの実施形態では、出力カプラは、導波管から第３および第４の経路を結合する、第３および第４の格子を備え、第１および第２の格子は、スタックとして構成されるか、または単一層内に多重化される。

いくつかの実施形態では、折畳格子は、第１の方向において瞳孔拡張を提供するように構成され、出力格子は、第１の方向と異なる第２の方向に瞳孔拡張を提供するように構成される。

いくつかの実施形態では、入力カプラ、折畳格子、または出力格子のうちの少なくとも１つは、回転ｋ−ベクトル格子である。

いくつかの実施形態では、光は、折畳格子のうちの少なくとも１つ内で二重相互作用を受ける。

いくつかの実施形態では、ＩＩＮが、源、画像ピクセルを表示するためのマイクロディスプレイ、およびコリメーション光学を統合し、ＩＩＮは、各画像ピクセルが第１の導波管内で一意の角度方向に変換されるように、マイクロディスプレイパネル上に表示される画像を投影させる。

いくつかの実施形態では、導波管は、ＨＭＤ、ＨＵＤ、眼追従型ディスプレイ、動的焦点ディスプレイ、または明視野ディスプレイのうちの１つを提供する。

いくつかの実施形態では、入力カプラ、折畳格子、および出力格子のうちの少なくとも１つは、色または角度のうちの少なくとも１つを多重化する。

いくつかの実施形態では、本装置は、空間的に変動するピッチを伴う、少なくとも１つの格子を備える。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの格子の層は、第１の波長で動作する第１の格子層と、第２の波長で動作する第２の格子層とを備える。

いくつかの実施形態では、本装置は、赤外線内で動作するように構成される。

いくつかの実施形態では、出力カプラは、導波管からの光を検出器上に結合する。

いくつかの実施形態では、入力カプラ、折畳格子、および出力格子のうちの少なくとも１つは、ホログラフィックフォトポリマー、ＨＰＤＬＣ材料、もしくは均一変調ホログラフィック液晶ポリマー材料内に記録される切替可能ブラッグ格子、または表面起伏格子のうちの１つである。

いくつかの実施形態では、第１および第２の偏光は、直交する。

いくつかの実施形態では、１つを上回る偏光成分の光を伝搬する方法であって、
ａ）交差された第１および第２の格子を備える入力格子を含む、導波管を提供するステップと、
ｂ）光源を導波管に結合するステップと、
ｃ）第１の格子が光の第１の偏光状態を第１の導波管経路の中に回折するステップと、
ｄ）第２の格子が光の第２の偏光状態を第２の導波管経路の中に回折するステップと、
を含む、方法が提供される。

いくつかの実施形態では、１つを上回る偏光成分の光を伝搬する方法であって、
ａ）交差された第１および第２の格子を備える、入力格子と、第１および第２の折畳格子と、交差された第３および第４の格子を備える、出力格子とを含む、導波管を提供するステップと、
ｂ）光源を導波管に結合するステップと、
ｃ）第１の格子が、光の第１の偏光状態を第１の導波管経路の中に回折するステップと、
ｄ）第１の格子が、第２の偏光状態を第２の導波管経路の中に回折するステップと、
ｅ）第１の折畳格子が、第１の導波管経路からの光を、第３の導波管経路の中に、そして出力格子まで回折するステップと、
ｆ）第２の折畳格子が、第２の導波管経路内の光を、第４の導波管経路の中に、そして出力格子まで回折するステップと、
ｇ）第３の格子が、第３の導波管経路内の光を導波管から回折するステップと、
ｈ）第４の格子が、第４の導波管経路内の光を導波管から回折するステップと、
を含む、方法が提供される。

いくつかの実施形態では、１つを上回る偏光成分の光を伝搬する方法であって、
ａ）交差された第１および第２の格子を備える、入力格子と、第１および第２の折畳格子と、交差された第３および第４の格子を備える、出力格子とを含む、導波管を提供するステップと、
ｂ）第１および第２の色の光源を導波管に結合するステップと、
ｃ）第１の格子が、第１の色の光の第１の偏光状態を第１の導波管経路の中に回折するステップと、
ｄ）第１の格子が、第２の色の光の第２の偏光状態を第２の導波管経路の中に回折するステップと、
ｅ）第１の折畳格子が、第１の導波管経路からの光を、第３の導波管経路の中に、そして出力格子まで回折するステップと、
ｆ）第２の折畳格子が、第２の導波管経路内の光を、第４の導波管経路の中に、そして出力格子まで回折するステップと、
ｇ）第３の格子が、第３の導波管経路内の光を導波管から回折するステップと、
ｈ）第４の格子が、第４の導波管経路内の光を導波管から回折するステップと、
を含む、方法が提供される。

いくつかの実施形態では、１つを上回る偏光成分の光を伝搬する方法であって、
ａ）交差された第１および第２の格子を備える、入力格子、第１および第２の折畳格子、ならびに交差された第３および第４の格子を備える、出力格子を含む、第１の基板と、交差された第５および第６の格子を備える入力格子を含む、第２の基板と、入力格子によって狭装される、半波リターダフィルムとを備える、導波管を提供するステップと、
ｂ）第１および第２の色の光源を導波管に結合するステップと、
ｃ）第１および第５の格子が、光の第１の色の第１の偏光状態を第１の導波管経路の中に回折するステップと、
ｄ）第２および第６の格子が、光の第２の色の第２の偏光状態を第２の導波管経路の中に回折するステップと、
ｅ）第１の折畳格子が、第１の導波管経路内の光を、第３の導波管経路の中に、そして出力格子まで回折するステップと、
ｆ）第２の折畳格子が、第２の導波管経路内の光を、第４の導波管経路の中に、そして出力格子まで回折するステップと、
ｇ）第３の格子が、第３の導波管経路内の光を導波管から回折するステップと、
ｈ）第４の格子が、第４の導波管経路内の光を導波管から回折するステップと、
を含む、方法が提供される。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
導波管装置であって、少なくとも１つの層内に配置される、
入力カプラと、
第１の折畳格子と、
第２の折畳格子と、
出力カプラと、
前記導波管に光学的に結合され、前記光の少なくとも第１および第２の偏光および少なくとも１つの波長を提供する、光源と、
を備え、
前記入力カプラは、前記第１の偏光光を第１の全内部反射（ＴＩＲ）経路に沿って進行させ、前記第２の偏光光を第２のＴＩＲ経路に沿って進行させるように構成される、装置。
（項目２）
前記第１の折畳格子は、前記第１のＴＩＲ経路内の第１の偏光光を第３のＴＩＲ経路に沿って前記出力カプラまで進行させるように構成され、前記出力カプラは、前記導波管からの第３のＴＩＲ経路を指向させる、項目１に記載の装置。
（項目３）
前記入力カプラは、前記第１および第２の偏光光または色を前記第１および第２のＴＩＲ経路の中に結合するための第１および第２の格子を備え、前記第１および第２の格子は、スタックとして構成されるか、または単一層内に多重化される、項目１に記載の装置
（項目４）
前記出力カプラは、前記導波管からの第３および第４の経路を結合する、第３および第４の格子を備え、前記第１および第２の格子は、スタックとして構成されるか、または単一層内に多重化される、項目１に記載の装置。
（項目５）
前記折畳格子は、第１の方向における瞳孔拡張を提供するように構成され、前記出力格子は、前記第１の方向と異なる第２の方向に瞳孔拡張を提供するように構成される、項目１に記載の装置。
（項目６）
前記入力カプラ、前記折畳格子、または前記出力格子のうちの少なくとも１つは、回転ｋ−ベクトル格子である、項目１に記載の装置。
（項目７）
前記光は、前記折畳格子のうちの少なくとも１つ内で二重相互作用を受ける、項目１に記載の装置。
（項目８）
ＩＩＮが、前記源、画像ピクセルを表示するためのマイクロディスプレイ、およびコリメーション光学を統合し、前記ＩＩＮは、各画像ピクセルが前記第１の導波管内で一意の角度方向に変換されるように、前記マイクロディスプレイパネル上に表示される画像を投影させる、項目１に記載の装置。
（項目９）
前記導波管は、ＨＭＤ、ＨＵＤ、眼追従型ディスプレイ、動的焦点ディスプレイ、または明視野ディスプレイのうちの１つを提供する、項目１に記載の装置。
（項目１０）
前記入力カプラ、折畳格子、および出力格子のうちの少なくとも１つは、色または角度のうちの少なくとも１つを多重化する、項目１に記載の装置。
（項目１１）
空間的に変動するピッチを伴う、少なくとも１つの格子を備える、項目１に記載の装置。
（項目１２）
前記少なくとも１つの格子の層は、第１の波長で動作する第１の格子層と、第２の波長で動作する第２の格子層とを備える、項目１に記載の装置。
（項目１３）
赤外線内で動作するように構成される、項目１に記載の装置。
（項目１４）
前記出力カプラは、前記導波管からの光を検出器上に結合する、項目１に記載の装置。
（項目１５）
前記入力カプラ、前記折畳格子、および前記出力格子のうちの少なくとも１つは、ホログラフィックフォトポリマー、ＨＰＤＬＣ材料、もしくは均一変調ホログラフィック液晶ポリマー材料内に記録される切替可能ブラッグ格子、または表面起伏格子のうちの１つである、項目１に記載の装置。
（項目１６）
前記第１および第２の偏光は、直交する、項目１に記載の装置。
（項目１７）
１つを上回る偏光成分の光を伝搬する方法であって、
ａ）交差された第１および第２の格子を備える入力格子を含む、導波管を提供するステップと、
ｂ）光源を前記導波管に結合するステップと、
ｃ）前記第１の格子が光の第１の偏光状態を第１の導波管経路の中に回折するステップと、
ｄ）前記第２の格子が光の第２の偏光状態を第２の導波管経路の中に回折するステップと、
を含む、方法。
（項目１８）
１つを上回る偏光成分の光を伝搬する方法であって、
ａ）交差された第１および第２の格子を備える入力格子と、第１および第２の折畳格子と、交差された第３および第４の格子を備える、出力格子とを含む、導波管を提供するステップと、
ｂ）光源を前記導波管に結合するステップと、
ｃ）前記第１の格子が、前記光の第１の偏光状態を第１の導波管経路の中に回折するステップと、
ｄ）前記第１の格子が、前記光の第２の偏光状態を第２の導波管経路の中に回折するステップと、
ｅ）前記第１の折畳格子が、前記第１の導波管経路からの光を、第３の導波管経路の中に、そして前記出力格子まで回折するステップと、
ｆ）前記第２の折畳格子が、前記第２の導波管経路内の光を、第４の導波管経路の中に、そして前記出力格子まで回折するステップと、
ｇ）前記第３の格子が、前記第３の導波管経路内の光を前記導波管から回折するステップと、
ｈ）前記第４の格子が、前記第４の導波管経路内の光を前記導波管から回折するステップと、
を含む、方法。
（項目１９）
１つを上回る偏光成分の光を伝搬する方法であって、
ａ）交差された第１および第２の格子を備える入力格子と、第１および第２の折畳格子と、交差された第３および第４の格子を備える、出力格子とを含む、導波管を提供するステップと、
ｂ）第１および第２の色の光源を前記導波管に結合するステップと、
ｃ）前記第１の格子が、第１の色の前記光の第１の偏光状態を前記第１の導波管経路の中に回折するステップと、
ｄ）前記第１の格子が、第２の色の前記光の第２の偏光状態を前記第２の導波管経路の中に回折するステップと、
ｅ）前記第１の折畳格子が、前記第１の導波管経路からの光を、第３の導波管経路の中に、そして前記出力格子まで回折するステップと、
ｆ）前記第２の折畳格子が、前記第２の導波管経路内の光を、第４の導波管経路の中に、そして前記出力格子まで回折するステップと、
ｇ）前記第３の格子が、前記第３の導波管経路内の光を前記導波管から回折するステップと、
ｈ）前記第４の格子が、前記第４の導波管経路内の光を前記導波管から回折するステップと、
を含む、方法。
（項目２０）
１つを上回る偏光成分の光を伝搬する方法であって、
ａ）交差された第１および第２の格子を備える入力格子、第１および第２の折畳格子、ならびに交差された第３および第４の格子を備える出力格子を含む、第１の基板と、交差された第５および第６の格子を備える入力格子を含む、第２の基板と、前記入力格子によって挟装される、半波リターダフィルムとを備える、導波管を提供するステップと、
ｂ）第１および第２の色の光源を前記導波管に結合するステップと、
ｃ）前記第１および第５の格子が、前記光の第１の色の第１の偏光状態を第１の導波管経路の中に回折するステップと、
ｄ）前記第２および第６の格子が、前記光の第２の色の第２の偏光状態を第２の導波管経路の中に回折するステップと、
ｅ）前記第１の折畳格子が、前記第１の導波管経路内の光を、第３の導波管経路の中に、そして前記出力格子まで回折するステップと、
ｆ）前記第２の折畳格子が、前記第２の導波管経路内の光を、第４の導波管経路の中に、そして前記出力格子まで回折するステップと、
ｇ）前記第３の格子が、前記第３の導波管経路内の光を前記導波管から回折するステップと、
ｈ）前記第４の格子が、前記第４の導波管経路内の光を前記導波管から回折するステップと、
を含む、方法。

以下は、非偏光光と併用するための本発明のホログラフィック導波管に関連する種々の概念およびその実施形態のより詳細な説明である。上記に導入され、以下により詳細に議論される、種々の概念は、多数の方法のいずれかにおいて実装されてもよく、開示される概念は、実装の任意の特定の様式に限定されないことを理解されたい。具体的実装および用途の実施例は、主に、例証目的のために提供される。本発明のより完全な理解は、同様の指示が同様の部分を示す、付随の図面と併せて、以下の詳細な説明を検討することによって得られることができる。明確性の目的のために、本発明に関連する技術的分野において公知の技術的材料に関連する詳細は、詳細に説明されていない。

図１は、第１の実施形態における、導波管デバイスの概略平面図である。図２Ａは、第１の実施形態の入力格子の概略３次元図である。図２Ｂは、第１の実施形態の入力格子内の格子傾斜角度である。図３は、第１の実施形態における、導波管デバイスの概略断面図である。図４は、一実施形態において使用される、回転Ｋ−ベクトル格子の断面図である。図５は、一実施形態において使用される、回転Ｋ−ベクトル格子の断面図である。図６は、一実施形態における、導波管デバイスの概略平面図である。図７は、一実施形態における、導波管デバイスの概略平面図である。図８は、一実施形態における、入力および出力格子デバイスがそれぞれ３つの別個の格子を組み合わせる、導波管デバイスの概略平面図である。図９は、一実施形態における、導波管格子の概略平面図である。図１０は、一実施形態における、偏光制御層を含む導波管デバイスの概略断面図である。図１１は、一実施形態における、２格子層導波管デバイスの概略断面図である。図１２は、一実施形態における、それぞれ格子層を含む、２つの導波管を備える導波管デバイスの概略断面図である。図１３は、一実施形態における、カラー導波管デバイスの概略平面図である。図１４は、一実施形態における、カラー導波管デバイスの概略断面図である。図１５は、一実施形態における、偏光復元層を含む、カラー導波管デバイス内で使用される基板の概略平面図である。図１６は、一実施形態における、偏光復元層を含む、カラー導波管デバイスの概略断面図である。図１７は、一実施形態における、１つを上回る偏光成分の光を導波管の中に結合する方法を図示する、フロー図である。図１８は、一実施形態における、１つを上回る偏光成分の光を導波管の中に結合する方法を図示する、フロー図である。図１９は、一実施形態における、１つを上回る偏光成分および１つを上回る色の光を導波管の中に結合する方法を図示する、フロー図である。図２０は、一実施形態における、１つを上回る偏光成分および１つを上回る色の、光の偏光復元を伴って導波管の中に結合する方法を図示する、フロー図である。

発明の詳細な説明
本発明は、ここで、付随の図面を参照して、一例としてのみさらに説明される。本発明は、以下の説明に開示されるような本発明の一部または全部とともに実践されてもよいことが、当業者に明白である。本発明を説明する目的のために、光学設計および視覚的ディスプレイの当業者に公知の光学技術の周知の特徴は、本発明の基本原理を曖昧にしないため、省略または簡略化されている。別様に記載されない限り、光線またはビーム方向に関連する用語「軸上（ｏｎ−ａｘｉｘ）」は、本発明と関連して説明される光学コンポーネントの表面に対して垂直の軸と平行な伝搬を指す。以下の説明では、用語「光」、「光線」、「ビーム」、および「方向」は、同義的に使用され、相互に関連付けて、直線軌道に沿った電磁放射の伝搬方向を示し得る。用語「光」および「照明」は、電磁スペクトルの可視および赤外線帯域に関連して使用され得る。以下の説明の部分は、光学設計の当業者によって一般に採用される専門用語を使用して提示される。また、本発明の以下の説明では、語句「一実施形態では」の繰り返しの使用は、必ずしも、同一実施形態を指すわけではないことに留意されたい。概して、図を参照すると、種々の実施形態による、ディスプレイまたはセンサに関連するシステムおよび方法が、示される。

本発明の目的は、入力格子１０３と、出力格子１０４と、折畳格子射出瞳孔エクスパンダ１０５、１０６とを含む、導波管１０１を備える、導波管デバイスが提供される、図１に図示される第１の実施形態１００において達成される。入力格子は、ベクトルｒ _１によって示される方向において、光を外部光源１０２から受信する。

いくつかの実施形態では、外部光は、非偏光であり得る。以降に議論されるように、本発明のディスプレイ用途では、光源は、入力画像ノード（ＩＩＮ）を備え、画像変調された光を提供し得る。本発明のディスプレイ用途では、入力格子は、通常、コリメートされた光をＩＩＮから受容し、第１の表面と第２の表面との間の全内部反射を介して、折畳格子まで、光を導波管内で進行させるように構成されるであろう。

本明細書で使用されるように、用語「格子」は、いくつかの実施形態では、格子のセットから構成される格子を包含してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、入力格子および出力格子はそれぞれ、単一層の中に多重化された２つまたはそれを上回る格子を備える。１つを上回るホログラフィック処方が単一ホログラフィック層の中に記録され得ることが、ホログラフの文献において明確に立証されている。そのような多重化されたホログラムを記録するための方法は、当業者に周知である。いくつかの実施形態では、入力格子および出力格子はそれぞれ、接触するか、または１つもしくはそれを上回る薄い光学基板によって垂直に分離される、２つの重複する格子層を備えてもよい。いくつかの実施形態では、格子層は、ガラスまたはプラスチック基板間に狭装される。いくつかの実施形態では、２つまたはそれを上回るそのような格子層は、全内部反射が外側基板および空気界面に生じる、スタックを形成してもよい。いくつかの実施形態では、導波管は、１つのみの格子層を備えてもよい。いくつかの実施形態では、電極が、基板の面に適用され、格子を回折状態とクリア状態との間で切り替えてもよい。スタックはさらに、ビーム分割コーティングおよび環境保護層等の付加的層を備えてもよい。図１に示される入力および出力格子は、前述の格子構成のいずれかによって提供されてもよい。有利には、入力および出力格子は、共通表面格子ピッチを有するように設計される。

本発明において使用される入力格子の重要な特徴は、それらが、各格子が入射非偏光光の特定の偏光を導波管経路の中に回折するように配向される、格子を組み合わせることである。出力格子は、類似方式において構成され、したがって、導波管経路からの光は、組み合わせられ、非偏光光として導波管から結合される。図１の実施形態では、入力格子および出力格子はそれぞれ、直交偏光状態のためのピーク回折効率を伴う、交差された格子を組み合わせる。いくつかの実施形態では、偏光状態は、Ｓ−偏光およびＰ−偏光される。いくつかの実施形態では、偏光状態は、円形偏光の逆の意味である。いくつかの実施形態では、所定の偏光状態に作用する２つを上回る格子がそれぞれ、組み合わせられてもよい。この点において、ＳＢＧ等の液晶ポリマーシステム内に記録される格子の利点は、その固有の複屈折に起因して、それらが強力な偏光選択性を呈することである。しかしながら、一意の偏光状態を提供するように構成され得る、他の格子技術が、使用されてもよい。各格子は、ブラッグ格子の場合、ブラッグフリンジに対して垂直であるベクトルとして定義される、３Ｄ空間内の格子ベクトル（またはＫ−ベクトル）によって特徴付けられる。格子ベクトルは、所与の範囲の入力および回折される角度に関する光学効率を決定する。

図１では、入力格子は、格子ベクトルＫ _１、Ｋ _２を有する、交差された傾斜格子１０７、１０８から形成され、格子フリンジは、相対的角度φ_１において導波管平面で回転（またはクロック）され、出力格子は、格子ベクトルＫ _３、Ｋ _４を有する、交差された傾斜格子１０９、１１０から形成され、格子フリンジは、相対的角度φ_２において導波管平面で回転（またはクロック）される。折畳格子は、格子ベクトルＫ _５、Ｋ _６を有する、傾斜格子１１１、１１２を含む。いくつかの実施形態では、角度φ_１およびφ_２はそれぞれ、９０度と等しい。いくつかの実施形態では、角度φ_１およびφ_２は、９０度未満であってもよい。方向ｒ _１に沿って入力格子に入射する入力光の第１の偏光成分は、格子１０７によって、方向ｒ _２に沿ってＴＩＲ経路の中に指向され、第２の偏光成分は、第２の格子１０８によって、方向ｒ _３に沿って第２のＴＩＲ経路の中に指向される。経路ｒ _２、ｒ _３に沿った光は、折畳格子１０５、１０６によって拡張され（図面のＸＹ平面において）、出力格子に向かってＴＩＲ経路ｒ _４、ｒ _５の中に回折される。図２は、図１の入力格子の３次元図である。図２Ａは、多重化された格子が入力格子内で使用される、一実施形態の詳細を示す。図２Ａは、格子１０８の４つの格子フリンジ１２０と、格子１０７の４つの格子フリンジ１２１とを示す。図２Ｂは、１つのフリンジ１２２が格子傾斜角度θ_１に図示される、格子ベクトルＫ _３を含む、平面Ｘ’Ｙ’における断面図を示す。いくつかの実施形態では、入力格子内の格子は、同じ傾斜角度および格子ピッチを有する。いくつかの実施形態では、図１に図示される格子レイアウトおよびビーム伝搬経路は、Ｘ軸を中心として対称である。

図３は、図１の導波管デバイスの断面１３０であって、導波管１３１と、入力格子１０３と、出力格子１０４と、折畳格子１０５のうちの１つとを示す。入力光線１０００、入力格子と出力格子との間の全内部反射（ＴＩＲ）経路１００１、および出力格子によって導波管から外部結合される光線１００２、１００３が、図示される。

いくつかの実施形態では、折畳格子は、ＸまたはＹ軸に対して４５°にクロック（すなわち、導波管平面において傾斜）され、折畳された光のための適正な角度帯域幅を確実にする。しかしながら、本発明のいくつかの実施形態は、他のクロック角度を使用して、ディスプレイの人間工学的設計において生じ得る、格子の位置付けに関する空間制約を満たしてもよい。

図１の実施形態では、各格子は、固定されたベクトルを有する。いくつかの実施形態では、入力および出力格子のうちの少なくとも１つは、回転ｋ−ベクトルを有する。Ｋ−ベクトルを回転させることは、導波管厚を増加させることを必要とせず、格子の角度帯域幅が拡張されることを可能にする。図４は、Ｋ−ベクトル１０１０−１０１３を有する離散格子要素１４２−１４５を含む、導波管部分１４１を備える、回転Ｋ−ベクトル格子１４０を図示する。図５に図示されるもの等のいくつかの実施形態では、回転Ｋ−ベクトル格子は、Ｋ−ベクトルが図示される方向１０２０−１０２３を含む方向における平滑単調変動を受ける、単一格子要素１５２を含む、導波管部分１５１を備える。図４−５に図示されるタイプの回転Ｋ−ベクトル格子は、前述の格子のいずれか内に実装されることができる。

本発明の原理および教示は、参照することによって本明細書に組み込まれる参考文献に開示されるような本発明者らによる他の導波管発明と組み合わせて、多くの異なるディスプレイおよびセンサデバイスにおいて適用されてもよい。図６における実施形態に基づく、いくつかの実施形態では、導波管デバイス１６０は、導波管１６１と、ベクトル方向ｒ _７における入力光源１６２とを備える。導波管は、入力格子１６３と、傾斜格子１６７を含む第１の出力格子１６６と、格子１６９を含む第２の出力格子１６８とを含む。第１の偏光成分は、多重格子１６３によって、方向ｒ _８に沿って第１の出力格子に向かって第１のＴＩＲ経路の中に指向され、第２の偏光成分は、第２の多重格子１６４によって、方向ｒ _９に沿って第２の出力格子に向かって第２のＴＩＲ経路の中に指向される。光は、次いで、第１および第２の出力格子によって、方向ｒ _１０およびｒ _１１に導波管から抽出される。出力光は、異なる偏光を有し、これは、所望に応じて、出力格子のうちの１つにわたって設置された半波プレートを用いて、共通偏光に調節されることができる。図７に示されるもの等のいくつかの実施形態では、図６のものに類似する導波管構成が、導波管センサ内で使用されてもよい。導波管デバイス１７０は、傾斜格子１７４を含む第１の入力格子１７３と、傾斜格子１７６を含む第２の入力格子１７５と、交差された多重化された傾斜格子１７８、１７９を含む出力格子１７７とを含む、導波管１７１を備える。図７の検討から、光学構成は、図６のものに非常に類似するが、光線経路は、逆転され、図６の光源は、検出器１７２に取って代わることが明白となるはずである。第１および第２の方向ｒ _１２、ｒ _１４における入射光は、第１および第２の入力格子によって、ＴＩＲ経路ｒ _１３、ｒ _１５内で出力格子に向かって回折される。経路は、第１の偏光状態を有し、かつ経路は、第２の偏光状態を有する。出力格子は、２つのＴＩＲ経路からの光を導波管から方向ｒ _１６に検出器に向かって回折する。特定の偏光の光が検出されるために、半波プレートが、入力格子のうちの１つにわたって設置される。

格子の数は、２つを上回ることができる。例えば、図８の実施形態では、入力格子は、Ｋ−ベクトルＫ _７、Ｋ _８、Ｋ _９を有する、３つの多重化された格子と、Ｋ−ベクトルＫ _１０、Ｋ _１１、Ｋ _１２を有する、折畳格子とを備え、出力格子は、Ｋ−ベクトルＫ _１３、Ｋ _１４、Ｋ _１５を伴う、３つの多重化された格子を備える。Ｋ−ベクトルＫ _７、Ｋ _１０、Ｋ _１３を伴う格子は、光線方向ｒ _２４に導波管に入射する光を光学経路ｒ _１８、ｒ _２１、およびｒ _１９、ｒ _２２、およびｒ _２０、ｒ _２３の中に回折する。Ｋ−ベクトルＫ _８、Ｋ _１１、Ｋ _１４を伴う格子は、光学経路ｒ _１９、ｒ _２２を画定する。Ｋ−ベクトルＫ _９、Ｋ _１２Ｋ _１５を伴う格子は、光学経路ｒ _２０、ｒ _２３を画定する。出力格子は、３つの経路からの光を出力方向ｒ _２４に組み合わせる。

入力、折畳、または出力格子の形状は、導波管用途に依存し、要求されるビーム拡張、出力ビーム幾何学形状、ビーム均一性、および人間工学的要因等の要因に従って、任意の多角形幾何学形状であり得る。図９は、折畳格子が三角形幾何学形状である、一実施形態１９０を示す。導波管１９１は、入力格子１９１と、折畳格子１９３、１９４と、出力格子１９５とを含む。

液晶ポリマー材料系内に記憶される格子を使用する、いくつかの実施形態では、折畳格子、入力格子、または出力格子のうちの少なくとも１つに重複する、少なくとも１つの偏光制御層が、任意の格子、特に、本発明者らが偏光回転をもたらし得ることを見出した、折畳格子内の偏光回転を補償する目的のために提供されてもよい。図１０は、導波管デバイスが、入力格子２０２と、折畳格子２０３と、出力格子２０４とを備える、導波管２０１を備える、１つのそのような実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、格子は全て、２０２−２０４によって参照されるもの等の偏光制御層によってオーバーレイされる。いくつかの実施形態では、偏光制御層は、折畳格子のみまたは任意の他の格子のサブセットに適用される。偏光制御層は、光学リターダフィルムを備えてもよい。ＨＰＤＬＣ材料に基づく、いくつかの実施形態では、格子の複屈折が、導波管デバイスの偏光性質を制御するために使用されてもよい。設計変数としてのＨＰＤＬＣ格子の複屈折テンソル、Ｋ−ベクトル、および格子占有面積の使用は、導波管デバイスの角度能力および光学効率を最適化するための設計空間を開放する。

いくつかの実施形態では、入力、出力、および折畳格子は、導波管内の別個の層に記録されてもよい。例えば、図１１に示される２層設計では、導波管２１１は、別個の重複する格子層２１２、２１３を備える入力格子と、重複する層２１４、２１５を備える、出力格子と、折畳格子（非重複）２１６、２１７とを備える。

図１２のうちの１つ等のいくつかの実施形態では、図１１のアーキテクチャは、別個の導波管を使用して実装されてもよい。導波管は、典型的には、空隙または低屈折率光学材料の薄層によって分離される。図１２に示される実施形態２２０では、第１の導波管２２１は、入力格子２２３と、折畳格子２２４と、出力格子２２５とを含有し、第２の導波管２２２は、入力格子２２６と、折畳格子２２７と、出力格子２２８とを含む。いくつかの実施形態では、第１の導波管は、第１の入力−折畳−出力格子経路を提供し、第２の導波管は、第２の入力−折畳−出力格子経路を提供する。

図１の実施形態および以下に説明される実施形態では、入力、折畳、および出力格子のうちの少なくとも１つは、電気的に切替可能であってもよい。多くの実施形態では、全３つの格子タイプは、受動的である、すなわち、非切替式であることが望ましい。

いくつかの実施形態では、入力格子、折畳格子、および出力格子は、切替可能または切替可能でないブラッグ格子等のホログラフィック格子である。いくつかの実施形態では、ＳＢＧとして具現化される、入力カプラ、折畳格子、および出力格子は、ホログラフィックポリマー分散液晶（ＨＰＤＬＣ）（例えば、液晶液滴のマトリクス）内に記録されるブラッグ格子であることができるが、ＳＢＧはまた、他の材料内に記録されてもよい。一実施形態では、ＳＢＧは、液体ポリマー中に分散される固体液晶のマトリクスを有する、ＰＯＬＩＣＲＹＰＳまたはＰＯＬＩＰＨＥＭ等の均一変調材料内に記録される。ＳＢＧは、性質上、切替または非切替式であることができる。その非切替形態では、ＳＢＧは、その液晶成分に起因して、高屈折率変調を提供可能な従来のホログラフィックフォトポリマー材料に優る利点を有する。例示的均一変調液晶ポリマー材料系は、Ｃａｐｕｔｏｅｔａｌによる米国特許出願公開第ＵＳ２００７／００１９１５２号およびＳｔｕｍｐｅｅｔａｌ．によるＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＥＰ２００５／００６９５０号に開示されており、両方とも、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。均一変調格子は、高屈折率変調（故に、高回折効率）および低散乱によって特徴付けられる。いくつかの実施形態では、入力カプラ、折畳格子、および出力格子は、反転モードＨＰＤＬＣ材料内に記録される。反転モードＨＰＤＬＣは、格子が、電場が印加されないとき、受動的であって、電場の存在下では、回折性となるという点において、従来のＨＰＤＬＣと異なる。反転モードＨＰＤＬＣは、「ＩＭＰＲＯＶＥＭＥＮＴＳＴＯＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＰＯＬＹＭＥＲＤＩＳＰＥＲＳＥＤＬＩＱＵＩＤＣＲＹＳＴＡＬＭＡＴＥＲＩＡＬＳＡＮＤＤＥＶＩＣＥＳ」と題されたＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０００６８０号に開示されるレシピおよびプロセスのいずれかに基づいてもよい。格子は、前述の材料系のいずれかに記録されるが、受動（非切替）モードで使用されてもよい。受動格子を液晶ポリマー材料内に記録する利点は、最終ホログラムが液晶によって与えられる高屈折率変調から利益を享受することである。より高い屈折率変調は、高回折効率および広角帯域幅に変換される。製作プロセスは、切替のために使用されるものと同じであるが、電極コーティング段階が省略される。ＬＣポリマー材料系は、その高屈折率変調に照らして、非常に望ましい。いくつかの実施形態では、格子は、ＨＰＤＬＣ内に記録されるが、切り替えられない。

図１３−１４に図示されるもの等のいくつかの実施形態では、本発明は、導波管を通して異なるスペクトル帯域幅の少なくとも２つのビームを伝搬するための手段を提供する。

図１３は、光源２３２に結合される図１のうちの１つと類似アーキテクチャの導波管２３０を備える、実施形態２３０の平面図である。入力格子２３３および出力格子２３４はそれぞれ、直交偏光状態、典型的には、Ｓ−偏光およびＰ−偏光のためのピーク回折効率を伴う、交差された格子を組み合わせる。図１では、入力格子は、格子ベクトルＫ _２１、Ｋ _２２を有する、交差された傾斜格子２３７、２３８から形成され、格子フリンジは、相対的角度φ_３において導波管平面で回転（またはクロック）され、出力格子は、格子ベクトルＫ _２３、Ｋ _２４を有する、交差された傾斜格子２３９、２４０から形成され、格子フリンジは、相対的角度φ_４において導波管平面で回転（またはクロック）される。折畳格子２３５、２３６は、格子ベクトルＫ _２５、Ｋ _２６を有する、傾斜格子２４１、２４２を含む。いくつかの実施形態では、角度φ_３およびφ_４はそれぞれ、９０度と等しい。方向ｒ _３１に沿って入力格子に入射する波長λ_１を伴う源からの入力光の第１の偏光成分は、格子１０７によって、方向ｒ _３２に沿ってＴＩＲ経路の中に指向される。波長λ_２を伴う第２の偏光成分は、第２の格子１０８によって、方向ｒ _３３に沿って第２のＴＩＲ経路の中に指向される。経路ｒ _３２、ｒ _３３に沿った光は、折畳格子によって拡張され（図面のＸＹ平面に）、出力格子に向かってＴＩＲ経路ｒ _３４およびｒ _３５の中に回折される。図１４は、図１３の導波管の断面図を示し、入力格子２３３と、出力格子２３４と、折畳格子２３５のうちの１つとを示す。波長λ_１の光のための光線経路ｒ _３１、ｒ _３２、ｒ _３３は、図１４では、光線１０３０−１０３２によって表され、出力光は、１０３３によって示される（図１３では、ｒ _３６）。その波長の光の第１の偏光成分およびその波長の光の第２の成分のみが、導波管の中に結合されるため、図１３−１４の実施形態は、５０％を上回らない光学効率を有し得る。導波管の中に結合されない光は、図１４における光線１０３４によって示されるように、実質的逸脱を伴わずに、入力格子を通して伝搬するであろう。図１３−１４の実施形態は、

一実施形態２５０では、偏光復元のための手段を含む、図１３−１４の実施形態に基づく、１つを上回る色の光を伝搬するための導波管が、提供される。上記に説明されるように、交差された入力格子を使用することによって、我々は、各入力光偏光が、交差された格子のうちの１つによって、回折のために正しく整合されることを確実にする。カラー導波管用途では、我々は、少なくとも２つの入力偏光と、少なくとも２つの色成分とを有する。故に、我々は、２つの交差された格子層を要求する。実施形態２５０における導波管は、２つの接合された基板を備え、その下側のものは、本質的に、図１３−１４の導波管２３１であって、上側のもの２５１は、下側基板の入力格子にオーバーレイする入力格子２５２を含む。上側および下側入力格子は、半波リターダフィルム２５３を狭装する。上側基板内の入力格子は、格子ベクトルＫ _２７、Ｋ _２８を有する、交差された傾斜格子２５３、２５４から形成され、格子フリンジは、相対的角度φ_５において導波管平面で回転（またはクロック）される。

図１６は、実施形態２５０の断面図を示し、上側基板２５１と、下側基板２３１とを示し、入力格子２３３と、出力格子２３４と、折畳格子２３５のうちの１つとを含む。ここでは、基板２５１の上側表面と基板２３１の下側表面との間のＴＩＲ経路に対応する、図１３に示されるような波長λ_２の光のための光線経路ｒ _３１、ｒ _３２、ｒ _３３は、図１６では、光線１０４０−１０４２によって表される。入力格子２３３によって回折されない光は、光１０４２として上向きに伝搬し、上側基板の入力格子によって回折される。方向ｒ _３６に沿って入力格子に入射する波長λ_１を伴う入力光の第１の偏光成分（図１６では、１０４４によって示される）は、格子２５３によって、方向ｒ _３７に沿ってＴＩＲ経路の中に指向され、波長λ_２を伴う第２の偏光成分は、第２の格子２５４によって、方向ｒ _３８に沿って第２のＴＩＲ経路の中に指向される。ＴＩＲ経路は、基板２５１の上側表面と基板２３１の下側表面との間に生じる。導波管からの出力光は、下側基板の入力格子によって回折される光の場合、１０４７によって、下側基板の入力格子によって回折される光の場合、１９４８によって示される。要するに、実施形態２５０は、２つの重要な利点を提供する。第１に、異なる色の光のための別個のクロストークのない導波管経路を提供する。第２に、任意の偏光状態の光の利用を可能にし、ＳＢＧ等の液晶ベースの格子が基本的に偏光敏感であるという限界を克服する。入力格子後の全ての導波管誘導光が、折畳および出力格子による回折のための補正偏光（ＳＢＧの場合、Ｐ−偏光）にあるため、１つのみの出力格子層が、要求される。

図１３−１６に図示されるもの等に基づく、いくつかの実施形態では、第１の波長は、赤色光に対応し、第２の波長は、青緑色光に対応する。いくつかの実施形態では、入力および出力格子は、２つを上回る格子を組み合わせてもよく、各格子は、一意の偏光状態および一意のスペクトル帯域幅に作用する。いくつかの実施形態では、入力および出力格子は、２つを上回る格子を組み合わせてもよく、各格子は、一意の偏光状態、一意の回折効率角度帯域幅、および一意のスペクトル帯域幅で作用する。

図１７のフロー図に図示される一実施形態では、１つを上回る偏光成分の光を導波管の中に結合する方法が、提供される。フロー図を参照すると、該方法は、以下のステップを含むことが分かる。

ステップ２００１では、交差された第１および第２の格子を備える入力格子を含む、導波管を提供する。

ステップ２００２では、光源を導波管に結合する。

ステップ２００３では、第１の格子が、光の第１の偏光状態を第１の導波管経路の中に回折する。

ステップ２００４では、ステップ２００４と同時に、第１の格子が、光の第２の偏光状態を第２の導波管経路の中に回折する。

図１８のフロー図に図示される一実施形態では、１つを上回る偏光成分の光を導波管の中に結合する方法２０１０が、提供される。

フロー図を参照すると、該方法は、以下のステップを含むことが分かる。

ステップ２０１１では、交差された第１および第２の格子を備える、入力格子と、第１および第２の折畳格子と、交差された第３および第４の格子を備える、出力格子とを含む、導波管を提供する。

ステップ２０１２では、光源を導波管に結合する。

ステップ２０１３では、第１の格子が、光の第１の偏光状態を第１の導波管経路の中に回折する。

ステップ２０１４では、ステップ２００４と同時に、第１の格子が、光の第２の偏光状態を第２の導波管経路の中に回折する。

ステップ２０１５では、第１の折畳格子が、第１の導波管経路からの光を、第３の導波管経路の中に、そして出力格子まで回折する。

ステップ２０１６では、ステップ２０１５と同時に、第２の折畳格子が、第２の導波管経路内の光を、第４の導波管経路の中に、そして出力格子まで回折する。

ステップ２０１７では、第３の格子が、第３の導波管経路内の光を導波管から回折する。

ステップ２０１８では、ステップ２０１７と同時に、第４の格子が、第４の導波管経路内の光を導波管から回折する。

図１９のフロー図に図示される一実施形態では、１つを上回る偏光成分および１つを上回る色の光を導波管の中に結合する方法２０２０が、提供される。フロー図を参照すると、該方法は、以下のステップを含むことが分かる。

ステップ２０２１では、交差された第１および第２の格子を備える、入力格子と、第１および第２の折畳格子と、交差された第３および第４の格子を備える、出力格子とを含む、導波管を提供する。

ステップ２０２２では、第１および第２の色の光源を導波管に結合する。

ステップ２０２３では、第１の格子が、光の第１の色の第１の偏光状態を第１の導波管経路の中に回折する。

ステップ２０２４では、ステップ２００４と同時に、第１の格子が、第２の色の光の第２の偏光状態を第２の導波管経路の中に回折する。

ステップ２０２５では、第１の折畳格子が、第１の導波管経路からの光を、第３の導波管経路の中に、そして出力格子まで回折する。

ステップ２０２６では、ステップ２０１５と同時に、第２の折畳格子が、第２の導波管経路内の光を、第４の導波管経路の中に、そして出力格子まで回折する。

ステップ２０２７では、第３の格子が、第３の導波管経路内の光を導波管から回折する。

ステップ２０２８では、ステップ２０１７と同時に、第４の格子が、第４の導波管経路内の光を導波管から回折する。

図２０のフロー図に図示される一実施形態では、１つを上回る偏光成分および１つを上回る色の光を導波管の中に結合する方法２０３０が、提供される。フロー図を参照すると、該方法は、以下のステップを含むことが分かる。

ステップ２０３１では、交差された第１および第２の格子を備える入力格子を、第１および第２の折畳格子、ならびに交差された第３および第４の格子を備える、出力格子含む、第１の基板と、交差された第５および第６の格子を備える入力格子を含む、第２の基板と、入力格子によって狭装される、半波リターダフィルムとを備える、導波管を提供する。

ステップ２０３２では、第１および第２の色の光源を導波管に結合する。

ステップ２０３３では、第１および第５の格子が、光の第１の色の第１の偏光状態を第１の導波管経路の中に回折する。

ステップ２０３４では、ステップ２００４と同時に、第２および第６の格子が、光の第２の色の第２の偏光状態を第２の導波管経路の中に回折する。

ステップ２０３５では、第１の折畳格子が、第１の導波管経路からの光を、第３の導波管経路の中に、そして出力格子まで回折する。

ステップ２０３６では、ステップ２０１５と同時に、第２の折畳格子が、第２の導波管経路内の光を、第４の導波管経路の中に、そして出力格子まで回折する。

ステップ２０３７では、第３の格子が、第３の導波管経路内の光を導波管から回折する。

ステップ２０３８では、ステップ２０１７と同時に、第４の格子が、第４の導波管経路内の光を導波管から回折する。

本発明のディスプレイ用途では、本装置は、通常、導波管に光学的に結合される、入力画像ノード（ＩＩＮ）をさらに備え得る。典型的には、ＩＩＮは、マイクロディスプレイパネルと、光源と、ディスプレイパネルを照明し、反射された光を分離し、それを要求されるＦＯＶにコリメートするために必要とされる、光学コンポーネントとを統合する。本発明は、任意の特定のマイクロディスプレイ技術を仮定しない。いくつかの実施形態では、マイクロディスプレイパネルは、液晶デバイスまたはＭＥＭＳデバイスである。いくつかの実施形態では、マイクロディスプレイは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）技術に基づいてもよい。そのような発光型デバイスは、別個の光源を要求せず、したがって、より小さい形状因子の利点をもたらすであろう。いくつかの実施形態では、ＩＩＮは、走査される変調されたレーザに基づいてもよい。ＩＩＮは、いくつかの実施形態によると、各ディスプレイピクセルが、基板導波管内の一意の角度方向に変換されるように、マイクロディスプレイパネル上に表示される画像を投影させる。ＩＩＮ内に含有されるコリメーション光学は、レンズおよびミラーを備えてもよく、これは、いくつかの実施形態は、回折レンズおよびミラーであってもよい。いくつかの実施形態では、ＩＩＮは、「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＷＩＤＥＡＮＧＬＥＤＩＳＰＬＡＹ」と題された米国特許出願第１３／８６９，８６６号および「ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴＷＡＶＥＧＵＩＤＥＤＩＳＰＬＡＹ」と題された米国特許出願第１３／８４４，４５６号に開示される、実施形態および教示に基づいてもよい。いくつかの実施形態では、ＩＩＮは、光をマイクロディスプレイ上に指向し、反射された光を導波管に向かって透過させるためのビームスプリッタを含む。一実施形態では、ビームスプリッタは、ＨＰＤＬＣ内に記憶された格子であって、そのような格子の固有の偏光選択性を使用して、ディスプレイを照明する光と、ディスプレイから反射された画像変調された光とを分離する。いくつかの実施形態では、ビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタ立方体である。いくつかの実施形態では、ＩＩＮは、デスペックラを組み込む。有利には、デスペックラは、「ＬＡＳＥＲＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮＤＥＶＩＣＥ」と題された米国特許第８，５６５，５６０号の実施形態および教示に基づくホログラフィック導波管デバイスである。光源は、レーザまたはＬＥＤであることができ、照明ビーム角度特性を修正するための１つまたはそれを上回るレンズを含むことができる。画像源は、マイクロディスプレイまたはレーザベースのディスプレイであることができる。ＬＥＤは、レーザより均一性を提供し得る。レーザ照明が、使用される場合、照明帯域固定が導波管出力に生じるリスクがある。いくつかの実施形態では、導波管内のレーザ照明帯域固定は、「ＭＥＴＨＯＤＡＮＤＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧＩＮＰＵＴＩＭＡＧＥＳＦＯＲＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＷＡＶＥＧＵＩＤＥＤＩＳＰＬＡＹＳ」と題された米国仮特許出願第６２／０７１，２７７号に開示される技法および教示を使用して克服することができる。いくつかの実施形態では、光源１０１からの光は、偏光される。１つまたはそれを上回る実施形態では、画像源は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）マイクロディスプレイまたは液晶オンシリコン（ＬＣｏＳ）マイクロディスプレイである。

いくつかの実施形態では、折畳格子角度帯域幅は、格子処方を誘導された光と格子の二重相互作用を促進するように設計することによって向上されることができる。二重相互作用折畳格子の例示的実施形態は、「ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＧＲＡＴＩＮＧＤＥＶＩＣＥ」と題された米国特許出願第１４／６２０，９６９号に開示されている。

いくつかの実施形態では、入力、折畳、または出力格子のうちの少なくとも１つは、表面起伏構造に基づいてもよい。

いくつかの実施形態では、入力、折畳、または出力格子のうちの少なくとも１つは、２つまたはそれを上回る角度回折処方を組み合わせ、角度帯域幅を拡張させてもよい。同様に、いくつかの実施形態では、入力、折畳、または出力格子のうちの少なくとも１つは、２つまたはそれを上回るスペクトル回折処方を組み合わせ、スペクトル帯域幅を拡張させてもよい。例えば、色多重化された格子が、使用され、原色のうちの２つまたはそれを上回るものを回折してもよい。

いくつかの実施形態では、セル基板は、ガラスから製作されてもよい。例示的ガラス基板は、標準的ＣｏｒｎｉｎｇＷｉｌｌｏｗガラス基板（屈折率１．５１）であって、これは、５０ミクロンまでの厚さにおいて利用可能である。他の実施形態では、セル基板は、光学プラスチックであってもよい。

いくつかの実施形態では、格子層は、別個の層に分解されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、第１の層は、折畳格子を含む一方、第２の層は、出力格子を含む。いくつかの実施形態では、第３の層は、入力格子を含むことができる。その層の数は、次いで、単一導波管基板の中にともにラミネートされてもよい。いくつかの実施形態では、格子層は、ともにラミネートされ、単一基板導波管を形成する、入力カプラと、折畳格子と、出力格子（またはその一部）とを含む、いくつかの部品から成る。部品は、部品のものに合致する屈折率の光学糊または他の透明材料によって分離されてもよい。別の実施形態では、格子層は、入力カプラ、折畳格子、および出力格子毎に、所望の格子厚のセルを生成し、各セルをＳＢＧ材料で真空充填することによるセル作製プロセスを介して、形成されてもよい。一実施形態では、セルは、入力カプラ、折畳格子、および出力格子のための所望の格子厚を画定する、ガラスのプレート間の間隙を伴って、ガラスの複数のプレートを位置付けることによって形成される。一実施形態では、１つのセルは、別個の開口がＳＢＧ材料の異なるポケットで充填されるように、複数の開口を伴って作製されてもよい。任意の介在空間が、次いで、分離材料（例えば、糊、油等）によって分離され、別個の面積を画定してもよい。一実施形態では、ＳＢＧ材料は、基板上にスピンコーティングされ、次いで、材料の硬化後、第２の基板によって被覆されてもよい。

折畳格子を使用することによって、導波管ディスプレイは、いくつかの実施形態によると、有利には、情報を表示する以前のシステムおよび方法より少ない層を要求する。加えて、折畳格子を使用することによって、光は、二重瞳孔拡張を達成しながら、導波管外側表面によって画定された単一長方形プリズム内の導波管の中を全内部反射によって進行することができる。

いくつかの実施形態では、入力格子、折畳格子、および出力格子は、２つの光の波を基板内のある角度において干渉し、ホログラフィック波正面を生成し、それによって、所望の角度において導波管基板１０１内に設定される明暗フリンジを生成することによって、生成されることができる。いくつかの実施形態では、所与の層内の格子は、格子面積を横断して記録レーザビームを走査または段階化することによって、段階式方式で記録される。いくつかの実施形態では、格子は、ホログラフィック印刷産業において現在使用されているマスタリングおよび密着印画プロセスを使用して記録される。

いくつかの実施形態では、前述の原理に基づく、赤色、緑色、および青色回折格子層が、カラー非偏光照明のために提供されてもよい。いくつかの実施形態では、本発明の原理によるカラー導波管は、各モノクロ導波管内に１つのみの格子層を使用してもよい。いくつかの実施形態では、前述の原理に基づく導波管は、赤外線帯域内で動作する。

ディスプレイを対象とする、いくつかの実施形態では、折畳格子は、対角線方向に配向されてもよい。折畳格子は、いくつかの実施形態では、瞳孔拡張を第１の方向に提供し、導波管の内側の全内部反射を介して、光を出力格子に指向するように構成される。一実施形態では、各折畳格子の縦方向縁は、各折畳格子がディスプレイ光の伝搬方向に対して対角線上に設定されるように、入力カプラの整合軸に対して斜めである。折畳格子は、入力カプラからの光が出力格子に再指向されるように角度付けられる。一実施例では、折畳格子は、ディスプレイ画像が入力カプラから放出される方向に対して４５の度の角度に設定される。本特徴は、折畳格子を辿って伝搬するディスプレイ画像を出力格子に向けさせる。例えば、一実施形態では、折畳格子は、画像を９０度出力格子に向けさせる。このように、単一導波管は、２軸瞳孔拡張を水平および垂直方向の両方に提供する。一実施形態では、折畳格子はそれぞれ、部分的回折構造を有してもよい。出力格子は、瞳孔拡張を第１の方向と異なる第２の方向に提供し、光を第１の表面または第２の表面から導波管を出射させるように構成される。出力格子は、全内部反射を介して、画像を折畳格子から受信し、瞳孔拡張を第２の方向に提供する。いくつかの実施形態では、出力格子は、基板の複数の層から成り、それによって、出力格子の複数の層を備える。故に、格子が導波管内の１つの平面にあるべきという要件は存在せず、格子は、相互の上にスタックされてもよい（例えば、相互の上にスタックされた格子のセル）。

いくつかの実施形態では、導波管のガラス−空気界面上に配置される４分の１波プレートが、光線の偏光を回転させ、格子との効率的結合を維持する。例えば、一実施形態では、４分の１波プレートは、基板導波管に塗布されるコーティングである。４分の１波プレートは、光波偏光管理を提供する。ディスプレイ用途では、そのような偏光管理は、導波管内の歪波を補償することによって、光線が意図される視認軸との整合を保定することに役立ち得る。４分の１波プレートは、多層コーティングとして提供されてもよい。

図７に示されるディスプレイを対象とする本発明の一実施形態では、本発明の原理による導波管ディスプレイは、眼トラッカと組み合わせられる。１つの好ましい実施形態では、眼トラッカは、ディスプレイ導波管にオーバーレイする導波管デバイスであって、「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＷＡＶＥＧＵＩＤＥＥＹＥＴＲＡＣＫＥＲ」と題された第ＰＣＴ／ＧＢ２０１４／０００１９７号、「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＷＡＶＥＧＵＩＤＥＯＰＴＩＣＡＬＴＲＡＣＫＥＲ」と題された第ＰＣＴ／ＧＢ２０１５／０００２７４号、および「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＥＹＥＴＲＡＣＫＩＮＧ」と題されたＰＣＴ出願第ＧＢ２０１３／０００２１０号の実施形態および教示に基づく。

ディスプレイを対象とする本発明のいくつかの実施形態では、本発明の原理による導波管ディスプレイはさらに、動的集束要素を備える。動的集束要素は、「ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬＬＹＦＯＣＵＳＴＵＮＡＢＬＥＬＥＮＳ」と題された米国仮特許出願第６２／１７６，５７２号の実施形態および教示に基づいてもよい。いくつかの実施形態では、動的集束要素と、眼トラッカとをさらに備える、本発明の原理による導波管ディスプレイは、「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＷＡＶＥＧＵＩＤＥＬＩＧＨＴＦＩＥＬＤＤＩＳＰＬＡＹＳ」と題された米国仮特許出願第６２／１２５，０８９号に開示される実施形態および教示に基づく明視野ディスプレイを提供してもよい。

ディスプレイを対象とする本発明のいくつかの実施形態では、本発明の原理による導波管は、「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＷＩＤＥＡＮＧＬＥＤＩＳＰＬＡＹ」と題された米国特許出願第１３／８６９，８６６号および「ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴＷＡＶＥＧＵＩＤＥＤＩＳＰＬＡＹ」と題された米国特許出願第１３／８４４，４５６号の実施形態のうちのいくつかに基づいてもよい。いくつかの実施形態では、本発明の原理による導波管装置は、窓内に統合されてもよく、例えば、道路車両用途のためのフロントガラス統合型ＨＵＤである。いくつかの実施形態では、窓統合型ディスプレイは、「ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＬＹＩＳＯＬＡＴＥＤＷＡＶＥＧＵＩＤＥＤＩＳＰＬＡＹ」と題された米国仮特許出願：ＰＣＴ出願：第ＰＣＴ／ＧＢ２０１６／０００００５号に開示される実施形態および教示に基づいてもよい。いくつかの実施形態では、導波管装置は、ＩＩＮと導波管との間で画像成分を中継するための勾配屈折率（ＧＲＩＮ）波誘導コンポーネントを含んでもよい。例示的実施形態は、「ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＬＹＩＳＯＬＡＴＥＤＷＡＶＥＧＵＩＤＥＤＩＳＰＬＡＹ」と題されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１６／０００００５号に開示される。いくつかの実施形態では、導波管装置は、「ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＤＥＶＩＣＥＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＮＧＡＬＩＧＨＴＰＩＰＥ」と題された米国仮特許出願第６２／１７７，４９４号に開示される実施形態に基づいて、ビーム拡張を１つの方向に提供するための光パイプを組み込んでもよい。

本発明の実施形態は、ＡＲおよびＶＲのためのＨＭＤ、ヘルメット搭載型ディスプレイ、投影ディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、ヘッドダウンディスプレイ、（ＨＤＤ）、オートステレオスコピックディスプレイ、ならびに他の３Ｄディスプレイを含む、広範囲のディスプレイ内で使用されてもよい。本開示の実施形態および教示のうちのいくつかは、例えば、眼トラッカ、指紋スキャナ、およびＬＩＤＡＲシステム等、導波管センサ内に適用されてもよい。

図面は、例示的であって、寸法は、誇張されていることを強調されたい。例えば、ＳＢＧ層の厚さは、大幅に誇張されている。前述の実施形態のいずれかに基づく光学デバイスは、「ＩＭＰＲＯＶＥＭＥＮＴＳＴＯＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣＰＯＬＹＭＥＲＤＩＳＰＥＲＳＥＤＬＩＱＵＩＤＣＲＹＳＴＡＬＭＡＴＥＲＩＡＬＳＡＮＤＤＥＶＩＣＥＳ」と題されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０００６８０号に開示される材料およびプロセスを使用するプラスチック基板を使用して、実装されてもよい。いくつかの実施形態では、二重拡張導波管ディスプレイは、湾曲されてもよい。

種々の例示的実施形態に示されるようなシステムおよび方法の構造および配列は、例証にすぎない。いくつかの実施形態のみが、本開示に詳細に説明されているが、多くの修正が、可能性として考えられる（例えば、種々の要素のサイズ、寸法、構造、形状、および割合、パラメータの値、搭載配列、材料の使用、色、配向等の変動）。例えば、要素の位置は、逆転または別様に変動されてもよく、離散要素または位置の性質もしくは数は、改変または変動されてもよい。故に、全てのそのような修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。任意のプロセスまたは方法ステップの順序もしくはシーケンスは、代替実施形態に従って、変動される、または並べ替えられてもよい。他の代用、修正、変更、および省略は、本開示の範囲から逸脱することなく、例示的実施形態の設計、動作条件、および配列に行われてもよい。

Claims

導波管装置であって、少なくとも１つの層内に配置される、
交差された傾斜格子を第１の直線状傾斜格子および第２の直線状傾斜格子が形成するように前記第１の直線状傾斜格子および前記第２の直線状傾斜格子を備える入力カプラと、
第１の折畳格子と、
第２の折畳格子と、
交差された傾斜格子を第３の直線状傾斜格子および第４の直線状傾斜格子が形成するように前記第３の直線状傾斜格子および前記第４の直線状傾斜格子を備える出力カプラと、
前記導波管に光学的に結合され、少なくとも第１および第２の偏光成分ならびに少なくとも１つの波長を有する入力光を提供する光源と、
を備え、
前記入力カプラは、前記光源から前記入力光を受けることと、前記第１の偏光成分を第１の全内部反射（ＴＩＲ）経路に沿って前記第１の折畳格子に向かって進行させることと、前記第２の偏光成分を第２のＴＩＲ経路に沿って前記第２の折畳格子に向かって進行させることとを行うように構成され、
前記第１の直線状傾斜格子および前記第３の直線状傾斜格子は、前記第１の偏光成分のみを回折するように構成され、
前記第２の直線状傾斜格子および前記第４の直線状傾斜格子は、前記第２の偏光成分のみを回折するように構成され、
前記第１の折畳格子は、前記第１の偏光成分を前記第１のＴＩＲ経路から前記出力カプラに向かって第３のＴＩＲ経路へと指向させるように構成され、
前記第２の折畳格子は、前記第２の偏光成分を前記第２のＴＩＲ経路から前記出力カプラに向かって第４のＴＩＲ経路へと指向させるように構成され、
前記第３の格子は、前記第１の偏光成分を前記導波管の外に、そして出力経路の中へと回折するように構成され、前記第４の格子は、前記第２の偏光成分を前記導波管の外に、そして前記出力経路の中へと回折するように構成される、装置。
前記出力カプラは、前記第３のＴＩＲ経路からの前記第１の偏光成分を前記導波管の外へと指向させる、請求項１に記載の装置。
前記入力カプラは、それぞれ前記第１、第２の偏光成分または第１、第２の色を前記第１、第２のＴＩＲ経路の中に指向させるための第１、第２の入力格子を備え、前記第１および第２の入力格子は、スタックとして構成されるか、または単一層内に多重化される、請求項１に記載の装置。
前記出力カプラは、前記第３および第４のＴＩＲ経路からの前記第１および第２の偏光成分を前記導波管の外へと指向させるための第１および第２の出力格子を備え、前記第１および第２の出力格子は、スタックとして構成されるか、または単一層内に多重化される、請求項１に記載の装置。
前記第１の折畳格子は、第１の方向におけるコリメート光学システムの瞳孔の瞳孔拡張を提供するように構成され、前記第１の出力格子は、前記第１の方向と異なる第２の方向における前記瞳孔の拡張を提供するように構成される、請求項４に記載の装置。
前記光源が、入力画像ノードを備え、マイクロディスプレイが、画像ピクセルを表示するためのものであり、前記入力画像ノードは、各画像ピクセルが前記導波管内で一意の角度方向に変換されるように、前記マイクロディスプレイパネル上に表示される画像を投影させる、請求項１に記載の装置。
前記導波管は、ＨＭＤ、ＨＵＤ、眼追従型ディスプレイ、または動的焦点ディスプレイのうちの１つを提供する、請求項１に記載の装置。
前記入力カプラ、第１および第２の折畳格子、ならびに出力カプラのうちの少なくとも１つは、２つ以上の回折処方を組み合わせて角度帯域幅またはスペクトル帯域幅を拡張させる多重化された格子である、請求項１に記載の装置。
空間的に変動するピッチを伴う少なくとも１つの格子を備える、請求項１に記載の装置。
前記少なくとも１つの層は、第１の波長の光を回折することが可能な第１の格子層と、第２の波長の光を回折することが可能な第２の格子層とを備える、請求項１に記載の装置。
前記導波管は、赤外線帯域内の光を回折するように構成される、請求項１に記載の装置。
前記出力カプラは、前記導波管からの光を検出器上に指向させる、請求項１に記載の装置。
前記入力カプラ、前記第１および第２の折畳格子、ならびに前記出力カプラのうちの少なくとも１つは、ホログラフィックフォトポリマー、ＨＰＤＬＣ材料、もしくは均一変調材料内に記録される切替可能ブラッグ格子、または表面起伏格子のうちの１つであり、前記均一変調材料は、液体ポリマー中に分散される固体液晶のマトリクスを含む、請求項１に記載の装置。
前記第１および第２の偏光成分は、直交する、請求項１に記載の装置。
１つを上回る偏光成分の光を伝搬する方法であって、
ａ）交差された第１および第２の傾斜格子を備える入力格子、第１の折畳格子、第２の折畳格子、ならびに交差された第３および第４の傾斜格子を備える出力格子を含む導波管を提供するステップと、
ｂ）光源を前記導波管に光学的に結合するステップと、
ｃ）前記第１の傾斜格子が光の第１の偏光成分のみを第１の導波管経路の中に回折するステップと、
ｄ）前記第２の傾斜格子が光の第２の偏光成分のみを第２の導波管経路の中に回折するステップと、
を含み、
前記第１の折畳格子は、前記第１の偏光成分を前記第１の導波管経路から前記出力格子に向かって第３の導波管経路へと指向させるように構成され、
前記第２の折畳格子は、前記第２の偏光成分を前記第２の導波管経路から前記出力格子に向かって第４の導波管経路へと指向させるように構成され、
ｅ）前記第３の傾斜格子が光の前記第１の偏光成分のみを出力経路の中に回折し、
ｆ）前記第４の傾斜格子が光の前記第２の偏光成分のみを前記出力経路の中に回折し、
ｇ）前記第１、第２、第３および第４の傾斜格子は、直線状である、方法。
１つを上回る偏光成分の光を伝搬する方法であって、
ａ）交差された第１および第２の傾斜格子を備える入力格子と、第１および第２の折畳格子と、交差された第３および第４の傾斜格子を備える出力格子とを含む導波管を提供するステップと、
ｂ）光源を前記導波管に光学的に結合するステップと、
ｃ）前記第１の傾斜格子が、前記光の第１の偏光成分を第１の導波管経路の中に回折するステップと、
ｄ）前記第２の傾斜格子が、前記光の第２の偏光成分を第２の導波管経路の中に回折するステップと、
ｅ）前記第１の折畳格子が、前記第１の導波管経路からの光を、第３の導波管経路の中に、そして前記出力格子へと指向させるステップと、
ｆ）前記第２の折畳格子が、前記第２の導波管経路内の光を、第４の導波管経路の中に、そして前記出力格子へと指向させるステップと、
ｇ）前記第３の傾斜格子が、前記第３の導波管経路内の前記光の前記第１の偏光成分のみを出力経路に沿って前記導波管から外へと回折するステップと、
ｈ）前記第４の傾斜格子が、前記第４の導波管経路内の前記光の前記第２の偏光成分のみを前記出力経路に沿って前記導波管から外へと回折するステップと、
を含み、
ｉ）前記第１、第２、第３および第４の傾斜格子は、直線状である、方法。
１つを上回る偏光成分の光を伝搬する方法であって、
ａ）交差された第１および第２の傾斜格子を備える入力格子と、第１および第２の折畳格子と、交差された第３および第４の傾斜格子を備える出力格子とを含む導波管を提供するステップと、
ｂ）第１および第２の色の光源を前記導波管に光学的に結合するステップと、
ｃ）前記第１の傾斜格子が、第１の色の前記光の第１の偏光成分を第１の導波管経路の中に回折するステップと、
ｄ）前記第２の傾斜格子が、第２の色の前記光の第２の偏光成分を第２の導波管経路の中に回折するステップと、
ｅ）前記第１の折畳格子が、前記第１の導波管経路からの光を、第３の導波管経路の中に、そして前記出力格子へと指向させるステップと、
ｆ）前記第２の折畳格子が、前記第２の導波管経路内の光を、第４の導波管経路の中に、そして前記出力格子へと指向させるステップと、
ｇ）前記第３の傾斜格子が、前記第３の導波管経路内の前記光の前記第１の偏光成分のみを出力経路に沿って前記導波管から外へと回折するステップと、
ｈ）前記第４の傾斜格子が、前記第４の導波管経路内の前記光の前記第２の偏光成分のみを前記出力経路に沿って前記導波管から外へと回折するステップと、
を含み、
ｉ）前記第１、第２、第３および第４の格子は、直線状である、方法。
１つを上回る偏光成分の光を伝搬する方法であって、
ａ）直線状の交差された第１および第２の傾斜格子を備える入力格子、第１および第２の折畳格子、ならびに直線状の交差された第３および第４の傾斜格子を備える出力格子を含む第１の基板と、交差された第５および第６の傾斜格子を備える入力格子を含む第２の基板と、前記第１の基板の前記入力格子と前記第２の基板の前記入力格子とによって挟装される半波リターダフィルムとを備える導波管を提供するステップであって、前記第２の基板の前記入力格子は、前記第１の基板の前記入力格子に重複している、ステップと、
ｂ）光源からの第１および第２の色を備える光を前記導波管に光学的に結合するステップであって、前記光源からの光は、前記第１の基板の前記入力格子および前記第２の基板の前記入力格子へと指向される、ステップと、
ｃ）前記第１および第５の傾斜格子が、前記光の前記第１の色の第１の偏光成分のみを第１の導波管経路の中に回折するステップと、
ｄ）前記第２および第６の傾斜格子が、前記光の前記第２の色の第２の偏光成分のみを第２の導波管経路の中に回折するステップと、
ｅ）前記第１の折畳格子が、前記第１の導波管経路内の光を、第３の導波管経路の中に、そして前記出力格子へと指向させるステップと、
ｆ）前記第２の折畳格子が、前記第２の導波管経路内の光を、第４の導波管経路の中に、そして前記出力格子へと指向させるステップと、
ｇ）前記第３の傾斜格子が、前記第３の導波管経路内の前記光の前記第１の偏光成分のみを出力経路に沿って前記導波管から外へと回折するステップと、
ｈ）前記第４の傾斜格子が、前記第４の導波管経路内の前記光の前記第２の偏光成分のみを前記出力経路に沿って前記導波管から外へと回折するステップと、
を含む、方法。