JP2023552518A - 湾曲傾斜屈折率導波路およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

ポリマー導波路の幅および長さ寸法に沿って光を伝搬させるためのポリマー導波路が開示される。ポリマー導波路は、その一方の側に第１の湾曲面を有し、その反対側の第２の側に第２の湾曲面を有し、第１の湾曲面と第２の湾曲面との間でその厚さによって屈折率が空間的に変化する。ポリマー導波路は、幅および長さ寸法の少なくとも一方を含む断面において湾曲している。【選択図】図３

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０２０年１２月１０日に出願された「Ｃｕｒｖｅｄ Ｇｒａｄｅｄ－Ｉｎｄｅｘ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ」と題する米国仮出願第６３／１２３，８５３号の優先権を主張する。

本開示は、一般に、ディスプレイ装置に関する。より詳細には、本開示は、拡張現実（ＡＲ）眼鏡などのヘッドマウントディスプレイ装置用の導波路に関する。

人工現実システムは、一般に、コンテンツをユーザに提示するように構成されたニアアイディスプレイ（たとえば、ヘッドセットまたは眼鏡）を含むことができる。ニアアイディスプレイは、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、または複合現実（ＭＲ）応用のように、仮想物体を表示し得るか、または実物体の画像を仮想物体と組み合わせ得る。たとえば、ＡＲシステムでは、ユーザは、表示光と環境光とがユーザの視野内で１つとして融合する物理的構造である「コンバイナ」構成要素を通して見ることによって、仮想オブジェクト（たとえば、コンピュータ生成画像（ＣＧＩ））および周囲環境の両方の画像を見ることができる。ウェアラブルヘッドアップディスプレイのコンバイナは、典型的には環境光に対して透明であるが、表示光をユーザの視野内に向けるための何らかの光ルーティング光学系を含む。

着用可能なヘッドアップディスプレイは、透明または半透明のコンバイナとしてライトガイドを使用することができる。ライトガイドは、典型的には、周囲の媒体よりも高い屈折率を有する透明材料のプレートからなる。プレートに入力された光は、プレートと周囲媒体との間の境界において臨界角を超える角度で入射し続ける限り、プレートの長さに沿って伝播する。ライトガイドは、ユーザに見える画像を生成するために、光が導波路に沿って特定の経路を辿り、次いで特定の位置で導波路を出ることを保証するために、イン結合素子およびアウト結合素子を使用する。ライトガイドは、表示される画像の歪みを防止するために、結合された光ビームの輝度の角度分布をユーザの目に正確に伝える必要がある。

本開示の第１の態様によれば、ポリマー導波路の幅および長さ寸法に沿って光を伝搬させるためのポリマー導波路が提供され、ポリマー導波路は、その一方の側に第１の湾曲面を有し、その反対側の第２の側に第２の湾曲面を有し、ポリマー導波路は、第１の湾曲面と第２の湾曲面との間でその厚さによって空間的に変化する屈折率を有し、ポリマー導波路は、幅または長さ寸法の少なくとも一方を含む断面において湾曲している。

一実施形態では、第１の湾曲面が凹面であり、第２の湾曲面が凸面であり、屈折率が凹面から凸面に向かって単調に減少する。一実施形態では、第１の湾曲面が凹面であり、第２の湾曲面が凸面であり、屈折率の空間プロファイルが、凹面から凸面に進む際に、ほぼ放物線状である。一実施形態では、ポリマー導波路は、凹面と凸面との間に湾曲した中央面を有することができ、屈折率は、湾曲した中央平面と凹面および凸面の各々との間で減少する。一実施形態では、凸面における屈折率は、凹面における屈折率よりも低い。一実施形態では、第１の湾曲面および第２の湾曲面は、単純な曲線に従うことができる。一実施形態では、第１の湾曲面および第２の湾曲面は複合曲線に従うことができる。いくつかの実施形態では、ポリマー導波路は、ポリアクリレート、ポリウレタン、ポリシリコーン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、それらの共重合体、およびそれらの混合物のうちの１つ以上を含んでもよい。一実施形態では、ポリマー導波路は、長さ方向に沿った長さおよび幅方向に沿った幅を有し、ポリマー導波路の長さとポリマー導波路の厚さとの比、およびポリマー導波路の幅と湾曲導波路の厚さとの比が両方とも少なくとも１０：１である。

本開示の第２の態様によれば、屈折率がポリマー導波路の厚さによって空間的に変化する傾斜屈折率プロファイルを有する湾曲ポリマー導波路を作製する方法が提供され、本方法は、少なくとも第１の樹脂の層および第２の樹脂の層を含む積層構造を形成することであって、第１の樹脂は重合時に第１の屈折率を有し、第２の樹脂は重合時に第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する、形成することと、積層構造の厚み方向において、複合樹脂中の第１の樹脂に対する第２の樹脂の割合が異なる複合樹脂構造を形成するために、第１の樹脂と第２の樹脂とが互いに拡散することを可能にすることと、複合樹脂構造を重合することと、重合した複合樹脂構造を所定の湾曲形状に形成することと、を含む。

一実施形態では、積層構造を形成することは、第１の樹脂を、拡散チャネルの第１の末端にある複数の入口のうちの第１の入口に流入させることであって、拡散チャネルが第１の末端とは反対側の第２の末端に出口を含み、チャネル長だけ複数の入口から分離されている、流入させることと、第２の樹脂を複数の入口のうちの第２の入口に流入させることであって、第２の樹脂の流れが第１の樹脂の外周に沿って導かれる、流入させることと、を含む。一実施形態では、第１の樹脂および第２の樹脂は、複数の入口と出口との間のチャネル長にわたって互いに拡散する。いくつかの実施形態では、第１の樹脂および第２の樹脂は、ポリアクリレート、ポリウレタン、ポリシリコーン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、それらの共重合体、およびそれらの混合物を含む群から選択されてもよい。一実施形態では、所定の湾曲形状は、実質的に球体の一部および実質的に円筒の一部の少なくとも一方を含む。一実施形態では、本方法は、第１の樹脂が積層構造内の第２の樹脂と第１の樹脂との間に配置されるように、第１の外周の反対側の第１の樹脂の第２の外周に沿って第３の樹脂の層を形成することをさらに含む。一例では、第３の樹脂は、重合されると、第１の屈折率とは異なる第３の屈折率を有する。一例では、第１の屈折率は第３の屈折率よりも高く、第２の屈折率は第１の屈折率よりも低く、また第３の屈折率以下である。一実施形態では、複合樹脂構造内の第１の樹脂に対する第２の樹脂の比の変化は、湾曲ポリマー導波路内に所定の屈折率プロファイルを生成するように、すなわち、重合複合樹脂構造が所定の湾曲形状に形成された後に選択される。

本開示の第３の態様によれば、屈折率が湾曲導波路の厚さによって空間的に変化する傾斜屈折率プロファイルを有する湾曲導波路を作製する方法が提供され、本方法は、堆積チャンバ内に基板を設けることと、モノマー含有蒸気を堆積チャンバ内に導入し、モノマー含有蒸気からの材料を一定期間にわたって基板の表面上に堆積させることと、基板上に堆積される材料の組成が一定期間にわたって変化するように、一定期間にわたってモノマー含有蒸気中の第１のモノマーの量と第２のモノマーの量との比を制御可能に変化させることと、第１のモノマーが重合時に第１の屈折率を有し、第２のモノマーが重合時に第２の屈折率を有し、第２の屈折率が第１の屈折率とは異なり、基板上に堆積された材料を重合させることと、を含む。

一実施形態では、基板の表面は、実質的に球体の一部および実質的に円筒の一部の少なくとも一方を含む湾曲形状を有する。一実施形態では、モノマー含有蒸気は、開始剤を含む。一実施形態では、モノマー含有蒸気からの材料を基板上に堆積させることは、ラジカルを形成するための開始剤を開始させるためのエネルギーを提供するために、化学線源および熱源の少なくとも一方を使用して開始剤を開始させ、それによって堆積した材料を重合させることをさらに含む。一実施形態では、基板の表面は凸形状を有する。一実施形態では、モノマー含有蒸気中の第１のモノマーの量の第２のモノマーの量に対する比は、一定期間にわたって減少する。一実施形態では、第１の屈折率は第２の屈折率よりも大きい。

屈折率が湾曲導波路の厚さにわたって空間的に変化する傾斜屈折率プロファイルを有する湾曲導波路を作製する方法も記載され、本方法は、単一の屈折率を有するポリマー材料を含む湾曲体を製造することであって、湾曲体が、第１の主面と、第１の主面の反対側の第２の主面と、第１の主面と第２の主面との間の厚さと、を有する、製造することと、第１の主面および第２の主面の一方を保護することと、第１の主面および第２の主面のうちの他方を、開始剤と、重合されたときにポリマー材料の単一屈折率とは異なる屈折率を有するモノマーと、を含む溶液に曝すことと、ポリマー材料中のモノマーの濃度勾配が第１の主面と第２の主面との間の厚さの少なくとも一部内に形成されるように、モノマーをポリマー材料中に拡散させることと、ポリマー材料内で拡散モノマーを重合させることと、を含む。

また、屈折率が湾曲導波路の厚さによって空間的に変化する傾斜屈折率プロファイルを有する湾曲導波路を作製する方法も記載され、本方法は、湾曲基板を提供することと、基板上に重合されたときに第１の屈折率を有する第１の材料の第１の浸漬コーティング層を適用することと、第１の材料の層を重合することと、第１の材料の層上に重合されたときに第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の材料の第２の浸漬コーティング層を適用することと、第２の材料の層を重合することと、を含む。

ここで、本開示を、単なる例として、添付の図面を参照して説明する。

傾斜屈折率プロファイルを有する湾曲導波路構造を示す断面図である。 傾斜屈折率プロファイルを有する別の湾曲導波路構造を示す断面図である。 傾斜屈折率プロファイルを有する湾曲導波路を製造するための樹脂フローシステムを示す断面図である。 図３の樹脂フローシステムの第１の末端における第１および第２の樹脂の互いへの拡散を示す簡略図である。 図３のシステムの第２の末端内の第１および第２の樹脂の互いへのさらなる拡散を示す簡略図である。 代替構成を有する樹脂フローシステムの入口領域の縦断面図である。 別の代替構成を有する樹脂フローシステムの入口領域の縦断面図である。 所望の形状へのその後の形成のためのライナ上への導波路シートの製造を示す等角図である。 ｚ方向に空間的に変化する屈折率を有する平面導波路構造の等角図である。 図９の平面導波路構造の断面図である。 一次元傾斜屈折率導波路デバイスにおける光線束伝搬を示す図である。 屈折率がポリマー導波路の厚さによって空間的に変化する傾斜屈折率プロファイルを有する湾曲ポリマー導波路を作製する方法の簡略化されたフロー図である。 傾斜屈折率を有する湾曲導波路を製造するための開始化学気相成長（ｉＣＶＤ）システムを示す簡略図である。 屈折率がポリマー導波路の厚さによって空間的に変化する傾斜屈折率プロファイルを有する湾曲ポリマー導波路を作製する別の方法の簡略化されたフロー図である。 本開示の導波路を使用するニアアイディスプレイの平面概略図である。

本教示は様々な実施形態および例と併せて記載されているが、本教示がそのような実施形態および例に限定されることは意図されていない。むしろ、本教示は、当業者によって理解されるような様々な代替物および均等物を包含する。本開示の原理、態様、実施例、および実施形態を列挙する本明細書のすべての記述は、その構造的および機能的等価物の両方を包含することを意図している。さらに、このような均等物には、現在知られている均等物と将来開発される均等物の両方、すなわち、構造に関係なく同じ機能を実行する開発されたあらゆる要素が含まれることを意図している。

「第１の」、「第２の」などの用語は、本明細書で使用される場合、連続した順序付けを意味するものではなく、明記されていない限り、ある要素と別の要素を区別するものである。同様に、方法ステップの連続した順序付けは、明記されていない限り、方法ステップの実行の連続した順序を意味するものではない。

本明細書で使用される場合、「樹脂」という用語は、ポリマーに変換可能な、典型的には合成起源であるが場合により植物起源の固体または粘性の流動性物質として定義される。樹脂は、以下の成分、すなわちモノマー、オリゴマー、開始剤、可塑剤、溶媒、他の適切な添加剤のいずれかまたはすべてを含んでもよい。「単純な曲線」という用語は、たとえば平板を曲げることまたは同様の簡単な操作によって容易に形成することができる曲線を示す。一例は、円筒状メニスカス形状である。「複合曲線」という用語は、たとえば、球形または非球形のメニスカス形状を意味すると解釈される。

例示的な実施形態は、様々な視覚ディスプレイシステム、たとえば、たとえば拡張現実（ＡＲ）または仮想現実（ＶＲ）眼鏡などのウェアラブルヘッドアップディスプレイシステムで使用するための湾曲ポリマー導波路を提供する。顔装着型デバイスにおける湾曲導波路の使用は、異常な反射または煩雑な反射を低減し、眼科用レンズのより身近な外観をシミュレートすることによって、それらの社会的受容性を改善することができる。湾曲導波路の１つの欠点は、比較的小さな導波路曲率であっても、全内部反射によって光が進む方向に沿って波面誤差（すなわち、コリメーションの喪失）が増大することである。ビーム歪みを補正するための１つの解決策は、以下でより詳細に説明するように、湾曲した主面間の厚さによって空間的に変化する屈折率プロファイルを有する湾曲導波路を形成することである。

湾曲傾斜屈折率（ＧＲＩＮ）導波路構造
図１は、傾斜屈折率（ＧＲＩＮ）プロファイルを有する例示的な湾曲導波路構造１００を示す断面図である。湾曲ＧＲＩＮ導波路構造１００は、第１の主面１０５および第２の主面１１０を有する。図１において、第１の主面１０５は凹面（目に面する面）であり、第２の主面１１０は凸面（世界に面する面）である。湾曲導波路構造１００は、第１の主面１０５と第２の主面１１０との間に画定された厚さＴと、長さ寸法（たとえば、図１のｙ方向）に沿って画定された長さと、幅寸法（たとえば、図１のｘ方向）に沿って画定された幅とを有する。図１に示すように、湾曲導波路構造１００は、幅寸法および長さ寸法の少なくとも一方を含む断面において湾曲している。いくつかの例では、湾曲ＧＲＩＮ導波路構造１００は、（図１に示すように）ＹＺ平面内および／または（図示しない）ＸＺ平面内で単純な曲線に従う形状を有する。いくつかの例では、湾曲ＧＲＩＮ導波路構造１００は、ＹＺ平面および／またはＸＺ平面において複合曲線に従う形状を有する。

さらに図１を参照すると、第１の主面１０５と第２の主面１１０との間の屈折率の空間プロファイル１１５は、湾曲ＧＲＩＮ導波路１００の曲率を少なくとも部分的に補償し、それにより、湾曲導波路構造１００を伝搬する入射光１２０は、導波路曲率によって、すなわち、導波路構造１００が平面平行板ではないことによってもたらされる歪みを実質的に伴わずに角度領域の画像を搬送する。厚さＴにわたる屈折率変化は、湾曲した第１の主面１０５および第２の主面１１５に起因する画像歪みを減少させる入射光１２０の光線の屈曲を容易にするように選択される。屈折率は、湾曲面１０５および１１０に平行に延在する湾曲面に沿って、直交方向（ｘ方向およびｙ方向）において実質的に一定のままであってもよい。いくつかの例では、厚さＴはｘ方向およびｙ方向で一定のままである。

図１に示す例では、屈折率は、第１の主面１０５と第２の主面１１０との間で変化する。屈折率は、単調または非単調に変化し得、傾斜屈折率（ＧＲＩＮ）プロファイルによって記述され得る。屈折率は、凹状の第１の面１０５から凸状の第２の面１１５に向かうにつれて減少してもよい。いくつかの例では、凹面（第１の主面１０５）から凸面（第２の主面１１０）に向かう際の屈折率の空間プロファイルは、非対称放物線を含むほぼ放物線状である。いくつかの例では、凹面（第１の主面１０５）に最も近い屈折率は、凸面（第２の主面１１０）に最も近い屈折率よりも、少なくとも０．０５、少なくとも０．１、少なくとも０．１５、少なくとも０．２、または少なくとも０．３大きい。いくつかの例では、屈折率の空間的変動は少なくとも０．００１／μｍ、少なくとも０．００２／μｍ、少なくとも０．００５／μｍ、または少なくとも０．０１／μｍである。いくつかの例では、長さ寸法（たとえば、図１のｙ方向）に沿った導波路１００の長さと厚さＴとの比、および幅寸法（たとえば、図１のｘ方向）に沿った導波路１００の幅と厚さＴとの比は、両方とも少なくとも１０：１である。いくつかの例では、湾曲ＧＲＩＮ導波路１００の曲率半径は２メートル、１メートル、０．５メートル、０．２５メートル、０．１メートル、または０．０５メートル以下である。

いくつかの例では、湾曲ＧＲＩＮ導波路１００は、ポリアクリレート、ポリウレタン、ポリシリコーン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、他の光学的に透明なポリマー、それらのコポリマー、または１つ以上のポリマーもしくはコポリマーの混合物、または異なるポリマー、共重合体、およびそれらの混合物の層から製造される。

いくつかの例では、多分散指数（Ｍｗ／Ｍｎ）は、１０未満、または５未満、または２未満である。多分散指数は、数による平均分子量（Ｍｎ）に対する重量による平均分子量（Ｍｗ）の比によって決定される。一例では、分子量および数平均をサイズ排除クロマトグラフィーによって決定する。いくつかの例では、ポリマーは、モノマー１分子当たりの架橋数が約０．００１、０．０１、または０．１以上で架橋されている。

湾曲ＧＲＩＮ導波路１００の他の特徴は、そのような構成要素を製造するための異なるシステムおよび方法を参照してより詳細に説明され、これについては以下でさらに検討する。

図２は、第１の主面２０５と第２の主面２１０との間に中央層２２５を有する湾曲導波路構造２００の主要な特徴を示す断面図である。湾曲ＧＲＩＮ導波路構造２００は、第１の主面２０５および第２の主面２１０を有する。図２において、第１の主面２０５は凹面（目に面する面）であり、第２の主面２１０は凸面（世界に面する面）である。湾曲導波路構造２００は、第１の主面２０５と第２の主面２１０との間に画定された厚さＴと、長さ寸法（たとえば、図２のｙ方向）に沿って画定された長さと、幅寸法（たとえば、図２のｘ方向）に沿って画定された幅とを有する。図２に示すように、湾曲導波路構造２００は、幅寸法および長さ寸法の少なくとも一方を含む断面において湾曲している。いくつかの例では、湾曲ＧＲＩＮ導波路構造２００は、（図２に示すように）ＹＺ平面内および／または（図示しない）ＸＺ平面内で単純な曲線に従う形状を有する。いくつかの例では、湾曲ＧＲＩＮ導波路２００は、ＹＺ平面および／またはＸＺ平面において複合曲線に従う形状を有する。

引き続き図２を参照すると、第１の主面２０５と第２の主面２１０との間の屈折率の空間プロファイル２１５は、湾曲ＧＲＩＮ導波路２００の曲率を補償し、それにより、導波路２００を通って伝播する入射光２２０は、導波路曲率によって、すなわち、平面平行板ではない導波路構造２００によって導入される歪みなしに角度領域で画像を担持する。屈折率は、湾曲面２０５，２１０に平行な面に沿う直交方向（ｘ方向およびｙ方向）においてほぼ一定である。

湾曲ＧＲＩＮ導波路２００の中央層２２５は、第１の主面２０５と第２の主面２１０との中間に配置されてもよく、中央層２２５の屈折率は、第１の主面２０５に隣接する屈折率よりも高くてもよく、第２の主面２１０に隣接する屈折率よりも高い。傾斜屈折率プロファイルは、中央層２２５に関して非対称または対称であってもよい。いくつかの例では、中央層２２５における屈折率は、第１の主面２０５および／または第２の主面２１０に隣接する屈折率よりも少なくとも０．０１、少なくとも０．０２、少なくとも０．０５、または少なくとも０．１０高い。いくつかの例では、中央層２２５は、表面２１０よりも表面２０５に近くてもよい。

いくつかの例では、長さ寸法（たとえば、図２におけるｙ方向）に沿った導波路２００の長さと厚さＴとの比、および幅寸法（たとえば、図２におけるｘ方向）に沿った導波路２００の幅と厚さＴとの比は、両方とも少なくとも１０：１である。いくつかの例では、湾曲ＧＲＩＮ導波路２００の曲率半径は２メートル、１メートル、０．５メートル、０．２５メートル、０．１メートル、または０．０５メートル以下である。

いくつかの例では、湾曲ＧＲＩＮ導波路２００は、ポリアクリレート、ポリウレタン、ポリシリコーン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、他の光学的に透明なポリマー、それらのコポリマー、または１つもしくは複数のポリマーもしくはコポリマーの混合物、または異なるポリマー、共重合体、およびそれらの混合物の層から製造される。

いくつかの例では、多分散指数（Ｍｗ／Ｍｎ）は、１０未満（または５未満または２未満）である。多分散指数は、数による平均分子量（Ｍｎ）に対する重量による平均分子量（Ｍｗ）の比によって決定される。一例では、分子量および数平均をサイズ排除クロマトグラフィーによって決定する。

湾曲ＧＲＩＮ導波路２００の他の特徴は、そのような構成要素を製造するための異なるシステムおよび方法を参照してより詳細に説明され、これについては以下でさらに検討する。

湾曲ＧＲＩＮ導波路の作製
たとえばＡＲまたはＶＲガラスなどのウェアラブルヘッドアップディスプレイシステムにおけるディスプレイの使用に適した湾曲ＧＲＩＮ導波路の製造は、１）中間導波路構造の製造とそれに続く所望の最終湾曲形状を得るための後続の成形ステップ、および２）所望の最終湾曲形状を有する導波路構造の直接製造の２つの広いカテゴリに分けることができる。一般に、中間導波路構造のその後の成形は、たとえば導波路材料の延伸および／または圧縮に起因して、最終的な導波路構造における屈折率勾配プロファイルに影響を及ぼし得る。いくつかの例では、中間導波路構造の組成は、中間導波路構造が最終的な所望の湾曲形状に成形された後に所望の屈折率プロファイルを生成するように製造される。

以下に説明する製造方法は、複数の望ましい特性を示す湾曲ＧＲＩＮ導波路構造を製造することができる。たとえば、非限定的な例として、製造方法は、互いに平行であり、表面の欠陥または不規則性が実質的にない主要な湾曲面を有する湾曲ＧＲＩＮ導波路構造を生成することができる。別の非限定的な例として、製造方法は、屈折率プロファイルが主湾曲面に垂直な方向に沿って連続的または不連続的に変化し、屈折率が主湾曲面に平行に延在する湾曲面に沿って実質的に均一である湾曲導波路構造を生成することができる。

実施例１：樹脂共流動
ここで図３を参照すると、屈折率が導波路の厚さによって空間的に変化するＧＲＩＮプロファイルを有する湾曲ポリマー導波路を作製する方法で使用するための樹脂フローシステム３００の等角図が示されている。樹脂フローシステム３００は、中央入口３０５、外側入口３１０ａ、および外側入口３１０ｂを含む、樹脂フローシステム３００の第１の末端に配置された複数の入口を含む。出口３２０は、樹脂フローシステム３００の第２の末端に配置されている。チャネル３１５は、入口３０５、３１０ａ、３１０ｂから出口３２０へと樹脂材料の流れを導くために、第１の末端と第２の末端との間に延在する。図３に示すように、チャネル３１５は、（ｘ方向の）幅Ｗ、（ｚ方向の）高さＨ、および（ｙ方向の）長さＬを有する。一例では、幅Ｗは高さＨの少なくとも２倍である。別の例では、幅Ｗは高さＨの少なくとも５倍である。さらに別の例では、幅Ｗは高さＨの少なくとも１０倍である。

中央入口３０５は、第１の樹脂（たとえば、メチルメタクリレート）の（図示していない）供給源と流体連通しており、外側入口３１０ａおよび３１０ｂは、第２の樹脂（たとえば、ヘキサフルオロイソプロピルアクリレート）の図示していない供給源と流体連通している。使用中、第１の樹脂は第１の入口３０５を介してチャネル３１５に導入され、第２の樹脂は外側入口３１０ａおよび３１０ｂを介してチャネル３１５に導入される。入口３０５、３１０ａおよび３１０ｂは、領域３２５において第１の樹脂および第２の樹脂を互いに接触させ、それによってチャネル３１５内に層状の樹脂流を作り出すように構成されている。第１の樹脂および第２の樹脂は、チャネル３１５の長さＬに沿って流れる際に部分的に拡散または混合され、それによって出口３２０を介してシステム３００を出る複合樹脂を生成してもよい。

図４は、樹脂フローシステム３００の第１の末端４００における第１および第２の樹脂の互いへの拡散を示す簡略図である。第１の樹脂は、チャネル３１５のほぼ中間の高さで中央入口３０５を介して導入される。第２の樹脂は、外側入口３１０ａおよび３１０ｂを介して導入され、領域３２５において第１の樹脂と接触し、チャネル３１５の壁と第１の樹脂の層との間の空間を満たす。入口３０５、３１０ａおよび３１０ｂを介して追加の樹脂を導入すると、チャネル３１５内に流れが生じる。図４に示すように、第１の樹脂および第２の樹脂は、領域３２５と領域４０５との間を流れる間に互いに拡散し始める。

図５は、樹脂フローシステム３００の第２の末端５００内の第１および第２の樹脂の互いへのさらなる拡散を示す簡略図である。より詳細には、図５は、図４の領域４０５の下流での第１の樹脂および第２の樹脂の互いへの拡散を示す。第２の樹脂は、第１の樹脂の両側に沿って別々の流れとして導入されるため、拡散は、チャネル３１５の中央高さで平面Ｐに関してほぼ対称的に生じる。開始剤、溶媒などの添加剤、チャネル３１５内の第１の樹脂および第２の樹脂の流速／滞留時間、チャネル３１５の寸法、第１の樹脂および第２の樹脂の加熱／照射などを含む第１の樹脂および第２の樹脂の組成物は、出口３２０に近接する領域５０５で所望の複合樹脂を生成するために、第１の樹脂および第２の樹脂の互いへの拡散に影響を与える。

複合樹脂は、出口３２０を介してチャネル３１５から出て、基板上に堆積される（図８を参照してより詳細に説明される）。第１および第２の樹脂の相互への拡散は、各樹脂が十分に重合する点まで続く。チャネル３１５内で発生し、基板上に堆積された後の拡散の組合せは、湾曲ＧＲＩＮ導波路構造に所望の屈折率プロファイルを作り出す。所望の拡散の大部分がチャネル３１５内で生じる場合、好ましくは、チャネル３１５は約１００ｃｍ以下である。あるいは、チャネル３１５は、約１０ｃｍ以下である。さらに代替的に、チャネル３１５は、約１ｃｍ以下の幅である。チャネル３１５内の平均流量は、１００ｃｍ／分未満であってもよい。あるいは、チャネル３１５内の平均流量は、２０ｃｍ／分未満であってもよい。さらに、あるいは、チャネル３１５内の平均流量は、１０ｃｍ／分未満であってもよい。

いくつかの例では、重合されたときの複合樹脂は、一方の外面から他方の外面に向かって一定または空間的に変化する勾配を有する屈折率プロファイルを有し得る。いくつかの例では、複合樹脂は鏡面対称プロファイルを有する。重合されたときの複合樹脂の屈折率は、特定の非限定的な例として、一方の側で１．５５から他方の側で１．５まで変化する屈折率を有し得る。もちろん、異なる用途は異なる屈折率を必要とし得る。

ここで図６を参照すると、代替構成を有する樹脂フローシステム６００の入口領域の縦断面図が示されている。システム６００は、第１の樹脂の図示していない供給源と流体連通する第１の入口６０５と、第２の樹脂の図示していない供給源と流体連通する第２の入口６１０とを含む。図６に示すように、第１の入口６０５は第１の樹脂をチャネル６１５に導入し、第２の入口６１０は第２の樹脂をチャネル６１５に導入し、それにより、第１の樹脂と第２の樹脂は領域６２０で互いに接触し、図示しない出口に向かってチャネル６１５の長さに沿って一緒に流れる。第１の樹脂および第２の樹脂は、チャネル６１５の長さに沿って出口に向かって流れる間に、図６の両矢印で示されるように互いに拡散して、重合されたときに少なくとも一次元において複数の屈折率を有するプロファイルを有する複合樹脂を形成する。複合樹脂は、図示されていない出口を介してシステム６００を出て、図５を参照して上述したように、基板上に堆積させられる。

ここで図７を参照すると、別の代替構成を有する樹脂フローシステム７００の入口領域の縦断面図が示されている。システム７００は、第１の樹脂材料の図示されていない供給源と流体連通する中央入口７０５を含む。さらに、システム７００は、第２の樹脂材料の図示されていない供給源と流体連通する外側入口７１０ａおよび７１０ｂを含む。さらに、システム７００は、第３の樹脂材料の図示されていない供給源と流体連通する中間入口７１５ａおよび７１５ｂを含む。図７に示すように、中央入口７０５は、チャネル７２０のほぼ中間高さで第１の樹脂を導入し、中間入口７１５ａおよび７１５ｂは、第１の樹脂と第３の樹脂とが領域７２５において互いに接触するように第３の樹脂をチャネル７２０に導入し、外側入口７１０ａおよび７１０ｂは、第２の樹脂と第３の樹脂とが領域７３０ａおよび７３０ｂにおいて互いに接触するように第２の樹脂をチャネル７２０に導入する。第１の樹脂、第２の樹脂および第３の樹脂は、チャネル７２０の長さに沿って、図示されていない出口に向かって一緒に流れる。図７の両矢印で示されるように、第１の樹脂および第３の樹脂は互いに拡散し、第２の樹脂および第３の樹脂もまた互いに拡散しながら、チャネル６２０の長さに沿って出口に向かって流れ、重合時に少なくとも一次元において複数の屈折率を有するプロファイルを有する複合樹脂を形成する。複合樹脂は、図示されていない出口を介してシステム７００を出て、図５を参照して上述したように、基板上に堆積される。

いくつかの例では、樹脂フローシステム７００に入る樹脂は、ある範囲の屈折率を有する一組の樹脂であってもよい。たとえば、第１の樹脂材料は重合時の屈折率が高く、第２の樹脂材料は重合時の屈折率が低く、第３の樹脂材料は第１の樹脂材料と第２の樹脂材料との混合物であってもよい。あるいは、第３の樹脂材料は、第１の樹脂材料の重合時の屈折率と第２の樹脂材料の重合時の屈折率との中間の重合時の屈折率を有する他の樹脂材料であってもよい。

特定の非限定的な例として、上記のシステムで使用される高屈折率樹脂は、重合されたときに少なくとも１．５５の屈折率を有してもよく、低屈折率樹脂は、重合されたときに最大１．５の屈折率を有してもよい。あるいは、異なる屈折率を有する樹脂が、特定の用途のために所望されるように使用されてもよい。光導波路の所望の屈折率プロファイルは、流量、樹脂フローシステムに供給される樹脂の混合、重合前の拡散に許容される時間、および樹脂フローシステム全体の温度勾配などを含むがこれらに限定されないプロセスパラメータを制御することによって達成され得る。

図８は、傾斜屈折率プロファイルを有する光導波路を製造するためのシステム８００の等角図を示す。システム８００は、樹脂フローシステム３００、または任意選択的に樹脂フローシステム６００もしくは７００の一方、基板８０５、回転アセンブリ８１０、および照射システム８１５を含む。基板８０５は、たとえば、プラスチックシートの薄層とすることができる。適切な基板には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、およびポリイミドが含まれるが、これらに限定されない。基板の厚さは、好ましくは１０から１００ミクロンの間である。回転アセンブリ８１０は、基板８０５が第２の寸法および第３の寸法（たとえば、ｙ次元およびｚ次元）に沿って移動するように、第１の寸法（たとえば、ｘ次元の周りを回転する）を中心とした基板８０５の回転を実行する。照射システム８１５は、１つまたは複数の樹脂の混合物の少なくとも一部を重合する照明装置である。基板８０５の移動は、樹脂フローシステム３００の出口上で基板８０５を摺動させることを含む他の手段によって、または並進ステージを使用して達成することもできる。あるいは、樹脂を樹脂フローシステム３００から流出させて自由に懸濁した樹脂流を形成し、次いで樹脂を重合させて導波路を形成してもよい。

図８において、樹脂フローシステム３００は、回転アセンブリ８１０によって支持された基板８０５に、１つまたは複数の樹脂８２０、たとえば図３～図５を参照して上述した複合樹脂を塗布する。樹脂８２０は、樹脂フローシステム３００から基板８０５へと流れ、遷移部における混合がほとんどない領域８２５を形成する。いくつかの構成では、照射システム８１５は、化学線（たとえば、青色光、ＵＶ、または電子ビーム）、熱開始、または両方の組合せによって樹脂を重合する。２つ以上の樹脂は、異なる開始手法を使用してもよい。たとえば、樹脂フローシステム３００の中央付近の樹脂に熱開始剤を使用してもよく、樹脂フローシステム３００の壁付近または壁に対して樹脂に光開始剤を使用してもよい。樹脂は、樹脂フローシステム３００を通過する間に部分的に重合されてもよく、部分的に重合された樹脂が樹脂フローシステム３００の出口３２０を出た後に重合が完了してもよい。

複合樹脂は、最初に平坦または平坦な中間導波路構造に形成することができる。図９および図１０は、図８のシステム８００を使用して製造された、傾斜屈折率プロファイルを有する平坦または平面中間導波路構造９００の等角図および断面図をそれぞれ示す。中間導波路構造９００は、前面９０５と、背面９１０と、面９１５ａと、面９１５ｂとを有する。図９に示すように、面９１５ａは、光線９２０および光線９２５の面９１５ｂを受け取り、面９１５ｂから光線９３０および光線９３５を透過させる。

図９に示すように、中間導波路構造９００は、ｚ次元に沿った実質的に放物線状の屈折率プロファイル９４０と、ｘ次元およびｙ次元に沿った固定値の屈折率とを有する。いくつかの構成では、ｘ次元およびｙ次元に沿って屈折率のいくらかの変動があり得る。たとえば、中間導波路構造９００の屈折率は、用途に応じて、所望のプロファイルに変調または形成することができる。一般に、ｘ次元およびｙ次元の両方における中間導波路構造９００の屈折率は、前面９０５および背面９１０に平行な平面に対して一定であり得る。一例では、ｚ軸に沿った厚さに対するｙ軸に沿った中間導波路構造９００の長さ、およびｚ軸に沿った厚さに対するｘ軸に沿った中間導波路構造９００の長さの比は、両方とも少なくとも１０：１である。中間導波路構造９００は、ポリアクリレート、ポリウレタン、ポリシリコーン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、任意の他の光学的に透明なポリマーおよび／または共重合体、ならびにそれらの何らかの組合せを含むがこれらに限定されないポリマーから作製される。一例では、中間導波路構造９００は、最大１０の多分散指数に関連する第１の樹脂および第２の樹脂からなる。

いくつかの例では、中間導波路構造９００は、０．１／μｍ未満の変動を有するｚ次元に沿った傾斜屈折率プロファイルと、ｘ次元およびｙ次元に沿った一定の屈折率とを有する透明な平面導波路である。中間導波路構造９００は、前面９０５と背面９１０との間の中間点に位置する中央層（図示せず）を含み、中央層の屈折率は、前面９０５および背面９１０に隣接する領域の屈折率よりも少なくとも０．０１高い。

ここで図１０を参照すると、断面図に示すように、中間導波路構造９００は、ｚ次元において傾斜屈折率９４０を有する。光線１０００および光線１００５は、中間導波路構造９００を伝搬し、光線１０００および１００５が中間導波路構造９００を伝搬するときに焦点１０１０および焦点１０１５に集束される。

図１１に示すように、導波路１１０５をＸＹ平面で見た一次元傾斜屈折率導波路デバイス１１００の上面図では、光線束１１１０は導波路１１０５に入り、この視点から導波路内を伝播する光線（右から左に向かう）は、例示的な光線１１１５によって示されるように、導波路内で屈折しない。光線束１１１０は、ＸＹ平面内を自由に伝搬しながら、Ｚ方向、すなわち導波路１１０５の厚さ方向に誘導されたままである。

次いで、中間導波路構造９００のその後の形成を実行して、所望の湾曲形状を有する導波路デバイスを得ることができる。たとえば、図８に示すシステムを使用して生成された中間導波路構造９００の重合樹脂は、湾曲した金型に適合させるか、または最終的な所望の湾曲形状を有するように適切に処理することができる。たとえば、重合された樹脂は、円柱または球体などに適合させることができる。任意選択的に、複合樹脂の層は、その後に最終的な所望の湾曲形態に形成されるときに、それらの光学特性のために配置される。様々な実施形態および例において、湾曲導波路デバイスの傾斜屈折率プロファイルは、単調関数、対称または非対称放物線関数、対称または非対称ガウス関数などによって説明することができる。複合樹脂は、部分的に重合または完全に重合され、その後に、少なくとも単純な曲線に続く形状または複合曲線に続く形状を含む所望の湾曲形状に形成することができる。特定の非限定的な例として、湾曲導波路は、図１に上で示した湾曲ＧＲＩＮ導波路１００または図２に上で示した湾曲ＧＲＩＮ導波路２００と同様に、すなわち、湾曲ＧＲＩＮ導波路１００または２００が、湾曲ＧＲＩＮ導波路１００または２００の幅寸法または長さ寸法の少なくとも一方をそれぞれ含む断面において湾曲するように成形することができる。

ここで図１２を参照すると、屈折率がポリマー導波路の厚さによって空間的に変化する傾斜屈折率プロファイルを有する湾曲ポリマー導波路を作製する方法の簡略化されたフロー図が示されている。ステップ１２００において、第１の樹脂が拡散差によって入口から分離された第２の末端における出口を有する拡散チャネルの第１の末端の中央入口に流入する。ステップ１２０５において、第２の樹脂が、第１の樹脂の外周に沿って外側入口に流入する。１２１０において、第１の樹脂の一部および第２の樹脂の一部の拡散が拡散距離にわたって行われて、少なくとも一次元において複数の屈折率を有するプロファイルを有する複合樹脂を形成する。１２１５において、複合樹脂は、中間導波路構造を形成するために少なくとも部分的に硬化される。１２２０において、中間導波路構造は所望の湾曲形状に成形される。たとえば、中間導波路構造は、円筒状の型に適合されるか、または球形の型に適合される。任意選択的に、中間導波路構造は、所望の湾曲形状に成形される前に加熱される。

実施例２：化学気相成長（ＣＶＤ）
図１３は、屈折率が導波路の厚さによって空間的に変化するＧＲＩＮプロファイルを有する湾曲したポリマー導波路を作製する方法で使用するための化学蒸着（ＣＶＤ）システムを示す簡略図である。特に、図１３に示すシステム１３００は、開始化学気相成長（ｉＣＶＤ）システムである。ｉＣＶＤシステムでは、モノマーおよび開始剤は、活性化源を含む真空チャンバに流入する。活性化源は、開始剤をラジカルに分解させ、基板表面でモノマーのフリーラジカル重合を開始させる。気相中で溶液相フリーラジカル重合を再現することにより、多種多様な薄いポリマー膜を堆積させることができる。

さらに図１３を参照すると、システム１３００は、開始剤源１３０５と、第１のモノマー源１３１０と、第２のモノマー源１３１５とを含む。第１のモノマー（高屈折率モノマーとも呼ばれる）は、重合して高屈折率ポリマーを形成するモノマーであってもよく、第２のモノマー（低屈折率モノマーとも呼ばれる）は、重合して低屈折率ポリマーを形成するモノマーであってもよい。「低」および「高」という用語は、一方が他方に対して相対的な用語であると理解される。いくつかの例では、低屈折率モノマーは、重合されたときに高屈折率モノマーよりも少なくとも０．０１、少なくとも０．０２、少なくとも０．０５、少なくとも０．１、または少なくとも０．２低い屈折率を有し得る。

供給源１３０５、１３１０および１３１５を加熱して、開始剤、第１のモノマーおよび第２のモノマーをそれぞれｉＣＶＤチャンバ１３２０内に押し込むための分圧を提供することができる。開始剤およびモノマー蒸気の流れは、たとえば、バルブ１３２５によって、または窒素もしくは不活性ガスなどの輸送材料によって制御することができる。開始剤、第１のモノマーおよび第２のモノマーは、マニホールド１３５０を介してｉＣＶＤチャンバ１３２０に入り、ｉＣＶＤチャンバからの出口１３５５は、その過剰量を排出するために設けられる。

動作中、開始剤は、熱または化学線源１３３０によってｉＣＶＤチャンバ１３２０内でラジカルを形成するように開始される。ラジカルおよびモノマーは、基板１３３５およびチャンバ環境の温度差に起因して基板１３３５に堆積され得る。基板１３３５の温度は、冷却プレート１３４０によって制御することができる。重合は、基板１３３５上で起こる。基板１３３５は、平坦であってもよく、図１３に示すような単純な湾曲を有してもよく、または複合曲線を有してもよい。基板１３３５が平坦である場合、結果として得られる中間導波路構造に所望の湾曲形状を付与するために堆積後形成が必要とされる。基板１３３５は、たとえば、回転支持体１３４５を使用して回転させることができる。

高屈折率モノマーと低屈折率モノマーとの比は、基板１３３５上に形成される導波路の厚さによって所望の屈折率プロファイルを生成するために、経時的に制御可能に変化してもよい。ｉＣＶＤプロセスは、モノマー比を連続的に変化させることによって、連続的な傾斜屈折率変化プロファイルを作成することができる。ｉＣＶＤプロセスはまた、モノマー比を段階的に制御することによってプロファイルを変更する段階屈折率を作成することができる。

図１４も参照すると、湾曲ＧＲＩＮ導波路を作製する方法は、最初に高屈折率モノマーを供給源１３１０からｉＣＶＤ堆積チャンバ１３２０に流すステップ１４００を含む。任意選択で、供給源１３１５からの低屈折率モノマーの一部も高屈折率モノマーと混合され、ステップ１４００でｉＣＶＤ堆積チャンバに導入されるか、または実質的に供給源１３１０からの高屈折率モノマーのみがステップ１４００中に提供される。具体的かつ非限定的な例として、最初に１００％の高屈折率モノマーがステップ１４００の間にｉＣＶＤチャンバ１３２０内に供給され、いくつかの例では、最初に９５％を超えるが１００％未満の高屈折率モノマーを含有する混合物がステップ１４００の間にｉＣＶＤチャンバ１３２０内に供給され、いくつかの例では、最初に９０％を超えるが１００％未満の高屈折率モノマーがステップ１４００の間にｉＣＶＤチャンバ１３２０内に供給される。供給源１３１５からの低屈折率モノマー、または他の図示されていないモノマーもしくは添加剤は、ｉＣＶＤチャンバ１３２０に供給される混合物の残りを構成する。もちろん、他の組成物が提供されてもよい。開始剤源１３０５からの開始剤もｉＣＶＤチャンバ１３２０内に提供される。活性化源１３３０は、ステップ１４００の間に、気相中のモノマーと混合された開始剤を開始させるためのエネルギーを供給するために使用される。開始剤は、基板１３３５の表面でモノマーのフリーラジカル重合を開始するラジカルを形成する。このように、重合は、ステップ１４００の間に基板１３３５上へのモノマーの堆積と同時に起こる。

最初の堆積期間の後に、ｉＣＶＤチャンバ１３２０内に供給されるモノマー混合物の組成は、供給源１３１５からの低屈折率モノマーの相対量が増加するように、ステップ１４０５において経時的に制御可能に変化する。いくつかの例では、低屈折率モノマーの相対量は、高屈折率モノマーの相対量の付随する連続的な減少と共に連続的に増加し、その結果、堆積プロセスの最後に堆積される最終層は、大部分が低屈折率モノマーである組成を有する。具体的かつ非限定的な例として、１００％の低屈折率モノマーが、ステップ１４０５の堆積プロセスの最後にｉＣＶＤチャンバ１３２０内に供給され、いくつかの例では、９５％を超えるが１００％未満の低屈折率モノマーを含有する混合物が、ステップ１４０５の堆積プロセスの最後にｉＣＶＤチャンバ１３２０内に供給され、いくつかの例では、９０％を超えるが１００％未満の低屈折率モノマーが、ステップ１４０５の堆積プロセスの最後にｉＣＶＤチャンバ１３２０内に供給される。供給源１３１０からの高屈折率モノマー、または他の図示されていないモノマーもしくは添加剤は、ｉＣＶＤチャンバ１３２０に供給される混合物の残りを構成する。もちろん、他の組成物が提供されてもよい。ここでも、開始剤源１３０５からの開始剤もｉＣＶＤチャンバ１３２０内に供給される。活性化源１３３０は、ステップ１４０５の間に、気相中のモノマーと混合された開始剤を開始させるためのエネルギーを供給するために使用される。開始剤は、基板１３３５の表面でモノマーのフリーラジカル重合を開始するラジカルを形成する。したがって、重合は、モノマーの基板１３３５上への堆積と同時に起こり、ステップ１４０５の間に任意選択的に完了する。

任意選択のステップ１４１０（図１４の破線のボックス）において、基板１３３５上に堆積された重合材料は、堆積された材料が完全に重合され、および／または所望の物理的特性を有することを確実にするために追加の処理に供されてもよい。一例では、堆積された材料は、ｉＣＶＤチャンバ１３２０内で追加の処理を受ける。たとえば、活性化源１３３０または別個のエネルギー源（図示せず）を使用して、堆積ステップ１４０５が完了した後に、堆積した材料の追加の重合および／または硬化を引き起こすエネルギーを供給する。代替的または追加的に、外部エネルギー源（図示せず）を使用して、基板１３３５から堆積材料を除去する前または後のいずれかに、ｉＣＶＤチャンバ１３２０の外部で堆積材料の追加の処理を実行する。

いくつかの例では、厚さ軸（連続する層の堆積方向）に沿った屈折率の変化が少なくとも０．００１／μｍ、少なくとも０．００２／μｍ、少なくとも０．００５／μｍ、少なくとも０．０１／μｍ、少なくとも０．０５／μｍ、または少なくとも０．１／μｍであるＧＲＩＮプロファイルを有する湾曲導波路が得られる。

いくつかの例では、ＧＲＩＮプロファイルを有する湾曲導波路が得られ、その長さ寸法に沿った導波路の長さとその厚さとの比、およびその幅寸法に沿った導波路の幅とその厚さとの比は、両方とも少なくとも１０：１である。

前の段落では、得られた導波路構造が単調に変化する屈折率プロファイルを有するｉＣＶＤ堆積方法について説明した。たとえば、屈折率は、その厚さ寸法に沿って得られた湾曲導波路構造の主面間で連続的に増減し、厚さ寸法は隣接する層の堆積方向に沿っている。屈折率プロファイルは、線形関係、放物線関係、双曲線関係、ガウス関係、または他の何らかの関係に従うことができる。特定の非限定的な例として、屈折率は、第１の主面（たとえば、凹側）での１．６８から第２の主面（たとえば、凸側）での１．６０まで減少してもよい。

いくつかの例では、最初に供給源１３１０からの高屈折率モノマーが上述のようにｉＣＶＤチャンバ１３２０内に供給され、モノマー混合物の組成は、供給源１３１５からの低屈折率モノマーがほとんど堆積されるまで変化する。その後に、さらなる堆積を継続することができ、その間、ｉＣＶＤチャンバ１３２０内に供給されるモノマー混合物の組成は、ステップ１４０５における堆積プロセスの終わりに堆積される最終層が大部分が高屈折率モノマーである組成を有するように、高屈折率モノマーの相対量の付随する連続的な増加と共に、供給源１３１５からの低屈折率モノマーの相対量が再び減少するように制御可能に変化する。結果として得られる導波路構造は、その第１および第２の主面の間に中央層を有してもよく、中央層の屈折率は、第１の主面および第２の主面に隣接する屈折率よりも低い。傾斜屈折率プロファイルは、中央層に関して非対称または対称であってもよい。いくつかの例では、中央層での屈折率は、第１の主面および／または第２の主面に隣接する屈折率よりも少なくとも０．０１、少なくとも０．０２、少なくとも０．０５、または少なくとも０．１０低い。

図１３に示すシステムは、数ミクロンから数ｍｍの最終厚さを有する導波路を製造するために使用され得る。いくつかの例では、基板１３３５は、導波路の内部歪みを低減するために堆積中に加熱されてもよい。あるいは、内部応力を低減するために、形成後に導波路を加熱してもよい。

図１３において、供給源１３１０は、たとえば、ポリカーボネート、適切なグリコールと共にポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル、チオエーテル、スルホン、環状チオフェン、チアジアゾール、およびチアントレンを含む硫黄基を有するポリマー、臭素およびヨウ素を含むハロゲン基、ホスホネートおよびホスファゼン、またはナノコンポジット、ならびにそれらの混合物および共重合体を作製するために使用されるポリマー前駆体である高屈折率モノマーを含有してもよい。いくつかの例では、供給源１３１０は、たとえば、ポリ（ペンタブロモフェニルメタクリレート）（ＰＰＢＰＭＡ）、ポリ（ペンタブロモフェニルアクリレート）、ポリ（ペンタブロモベンジルメタクリレート）、ポリ（ペンタブロモベンジルアクリレート）、ポリ（ペンタブロモベンジルアクリレート）、ポリ（２，４，６メタクリル酸トリブロモフェニル）、ポリ（ビニルフェニルスルフィド）、ポリ（１－ナフチルメタクリレート）、ポリ（２－ビニルチオフェン）、ポリ（２，６－ジクロロスチレン）、ポリ（Ｎ－ビニルフタルイミド）、ポリ（２－クロロスチレン）、およびポリ（ペンタクロロフェニルメタクリレート）を製造するために使用されるポリマー前駆体である高屈折率モノマーを含有してもよい。

図１３において、供給源１３１５は、アクリレート、フルオロアクリレート、およびフッ素、シリコーンを含有する他のモノマーを含む低屈折率モノマーを含有してもよい。低屈折率モノマーは、たとえば、ポリ（１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロイソプロピルアクリレート）（ＰＨＦＩＡ）、ポリ（２，２，３，３，４，４，４ヘプタフルオロブチルアクリレート）、ポリ（２，２，３，３，４，４，４ヘプタフルオロブチルメタクリレート）、ポリ（２，２，３，３，３ペンタフルオロプロピルアクリレート）、ポリ（１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロイソプロピルメタクリレート）、ポリ（２，２，３，４，４，４－ヘキサフルオロブチルアクリレート）、ポリ（２，２，３，４，４，４－ヘキサフルオロブチルメタクリレート）、ポリ（２，２，３，３，３ペンタフルオロプロピルメタクリレート）、ポリ（２，２，２トリフルオロエチルアクリレート）、ポリ（２，２，３，３－テトラフルオロプロピルアクリレート）、ポリ（２，２，３，３－テトラフルオロプロピルメタクリレート）、およびポリ（２，２，２トリフルオロエチルメタクリレート）を製造するために使用されるポリマー前駆体であってもよい。

好ましくは、図１３に示す系と共に使用されるモノマーは、共重合されたときに相分離しない。たとえば、単なる具体例として、低屈折率モノマーには１Ｈ、１Ｈ、５Ｈ－オクタフルオロペンチルメタクリレートなどのフルオロアクリレートモノマーを使用し、高屈折率モノマーには２，４，６－トリブロモフェニルアクリレート、ベンジルメタクリレート、または２－（（１，３－ジチオラン－２－イル）メチルチオ）エチルメタクリレートを使用することが望ましい場合がある。

図１３に示すシステムでは、供給源１３１０および１３１５からのモノマー蒸気は、それぞれのモノマーの蒸気圧により、マニホールド１３５０を介してｉＣＶＤチャンバ１３２０に制御可能に移送されてもよく、任意選択的に、それぞれのモノマーの蒸気圧は、加熱によって、またはモノマーの表面の上または下を通過するガスを含むキャリアガスを使用して増加してもよい。

図１３は、開始化学気相成長システムを具体的に示しているが、たとえば、非開始ＣＶＤ（伝統的なＣＶＤ）またはプラズマＣＶＤなどの他の適切な堆積方法を代わりに使用してもよい。

開始されていない（伝統的な）ＣＶＤは、ＣＶＤチャンバの内部または外部で重合を開始して実施することができる。開始剤、第１のモノマー、第２のモノマーを適当な割合で気化混合し、目標屈折率とする。蒸気混合物は、基板（平坦または湾曲）上に堆積される。堆積した混合物を化学線源に曝露して、基板上に形成された薄層を重合させることができる。第１の層が重合された後に、開始剤、異なる屈折率を目標とする異なる比を有する第１のモノマーおよび第２のモノマーの混合物が堆積され、第２の層として化学線源によって重合される。異なる目標屈折率を有するさらなる層は、堆積および重合ステップを繰り返すことによって構築することができる。各層の第１および第２のモノマーの比を制御可能に変化させることにより、完成した構成要素内で所望の屈折率プロファイルが達成される。従来のＣＶＤプロセスは、異なる層内のモノマー比を制御することによって段階的に屈折率プロファイルを変化させる段階屈折率を生成することができる。

第１のモノマーおよび第２のモノマーを蒸発させ、堆積プロセスの各段階で目標屈折率に適切な比率で混合して、プラズマＣＶＤを実施することができる。モノマー蒸気混合物は、プラズマ照射によって開始される。モノマー蒸気混合物は、堆積チャンバ内の基板（平坦または湾曲）上に堆積され、モノマーは重合される。プラズマＣＶＤプロセスは、モノマー比を連続的に変化させることによって、連続的な勾配屈折率プロファイルを作成することができる。プラズマＣＶＤプロセスはまた、モノマー比を段階的に制御することによってプロファイルを変化させる段階屈折率を生成することができる。

実施例３：片側からの拡散
いくつかの例では、均一な屈折率を有する湾曲導波路は、モールドまたは熱硬化によって最初に製造されてもよい。最初に形成された湾曲導波路の片側は、環境への曝露から保護されてもよい。次いで、保護された導波路は、最初に形成された導波路の均一な屈折率よりも低いまたは高い異なる屈折率のモノマーを含むモノマー／開始剤浴に浸漬されてもよい。次いで、モノマーおよび開始剤を、湾曲導波路の保護されていない側から導波路の内側に向かって拡散させる。このプロセス中に生じる拡散勾配のために、保護された導波路を浴から除去し、それを化学線源に曝露してモノマーを重合させ、屈折率プロファイルをロックダウンすると、屈折率の勾配が最終的な湾曲導波路に形成され得る。

実施例４：浸漬コート
傾斜屈折率プロファイルを有する層を構築するために、層ごとの浸漬コーティングまたはスプレーコーティング手法を実行することもできる。適切なコーティング溶液は、溶媒を含むポリマー、溶媒を含むモノマー／開始剤、または溶媒なしのモノマー／開始剤を含む。各コーティングの後に、塗布された場合、高温によって溶媒を除去する。モノマーが関与する場合、コーティングは、熱または化学線源の曝露によってさらに重合されてもよい。１つの層を乾燥させた後に、異なる屈折率を達成するために、同じ製品を異なるコーティング溶液で繰り返すことによって第２の層を塗布することができる。

実施例５：ポリマー共押出
代替例では、基板は、共押出された少なくとも第１および第２のポリマーを支持して、第１および第２のポリマーのガラス転移温度以上に加熱されたポリマーシートの少なくとも３つの交互層のスタックを形成する。ポリマーのスタックを互いに拡散させることができ、スタックが所望の屈折率プロファイルに達するまで基板を加熱することができる。第１および第２のポリマーは、実質的に同様の溶解度パラメータを有し得る。

別の例では、拡散を促進するために、低分子量溶媒または可塑剤を第１および第２の樹脂に添加することができる。たとえば、ポリマーのスタックは、スタックに吸収される有機または無機材料の存在下で加熱されてもよい。拡散が完了した後に、溶媒または可塑剤をスタックから除去することができる。一例では、第１および第２のポリマーは、ポリアクリレート（たとえば、ポリメチルメタクリレートおよびポリ（２，２，２トリフルオロエチルメタクリレート））、ポリエステル（たとえば、ポリエチレンテレフタレートおよびポリ（２，６－エチレンナフタレート）、イソフタレート共重合体）、およびポリカーボネート、ポリシリコーン、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリフルオロカーボン、およびそれらのいくつかの組合せのファミリーからのいくつかの他の混和性ポリマー樹脂を含む。

ここで図１５を参照すると、ニアアイ拡張現実（ＡＲ）ディスプレイ１５００は、一対の眼鏡のフォームファクタを有するフレーム１５０５を含む。フレーム１５０５は、各目に対して、プロジェクタ１５１０、プロジェクタ１５１０に光学的に結合された瞳複製導波路１５１５、視線追跡カメラ１５２０、および複数の照明器１５２５を支持する。瞳複製導波路１５１５は、本明細書に開示する導波路のいずれかを含むことができる。照明器１５２５は、アイボックス１５３０を照明するために瞳複製導波路１５１５によって支持されてもよい。プロジェクタ１５１０は、ユーザの目に投影される角度領域の画像を搬送する光ビームのファンを提供する。瞳複製導波路１５１５は、光ビームのファンを受け取り、光ビームのファンの各ビームの複数の横方向にオフセットされた平行なコピーを提供し、それによって投影された画像をアイボックス１５３０上に拡張する。ＡＲ用途では、瞳複製導波路１５１５は、ユーザが各目に投影され、外界ビューと重ね合わされた画像と共に外界を見ることを可能にするために透明または半透明であり得る。各目に投影された画像は、現実世界のビューに没入しているように見えるように、シミュレートされた視差で配置されたオブジェクトを含むことができる。

視線追跡カメラ１５２０の目的は、ユーザの両眼の位置および／または向きを決定することである。ユーザの目の位置および向きが分かると、視線収束距離および方向を決定することができる。プロジェクタ１５１０によって表示される画像は、ユーザの視線を考慮し、表示された拡張現実風景へのユーザの没入のより良好な忠実度のために、および／または拡張現実との対話の特定の機能を提供するために動的に調整することができる。動作中、照明器１５２５は、対応するアイボックス１５３０で目を照明して、視線追跡カメラが目の画像を取得することを可能にすると共に、基準反射、すなわちグリントを提供する。グリントは、キャプチャされた目の画像内の基準点として機能することができ、グリント画像に対する瞳孔画像の位置を決定することによって視線方向の決定を容易にする。照明光でユーザの注意をそらすことを回避するために、照明光はユーザに見えないようにすることができる。たとえば、アイボックス１５３０を照明するために赤外光が使用されてもよい。

本開示の実施形態は、人工現実システムを含むか、または人工現実システムと組み合わせて実装され得る。人工現実システムは、視覚情報、音声、触覚（体性感覚）情報、加速度、バランスなどの感覚から得られる外界についての感覚情報を、ユーザに提示する前に何らかの方法で調整する。非限定的な例として、人工現実には、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、複合現実（ＭＲ）、ハイブリッド現実、またはそれらの何らかの組合せおよび／もしくは派生物が含まれ得る。人工現実コンテンツには、完全に生成されたコンテンツ、または補足された（たとえば、実世界の）コンテンツと組み合わせて生成されたコンテンツが含まれ得る。人工現実コンテンツには、映像、音声、体性または触覚的フィードバック、またはそれらの組合せが含まれ得る。このコンテンツはいずれも、視聴者に３次元効果をもたらすステレオ映像など、単一のチャネルまたは複数のチャネルにおいて提示され得る。さらに、いくつかの実施形態において、人工現実はまた、たとえば、人工現実においてコンテンツを作成するために使用される、かつ／または人工現実において他の方法で使用される（たとえば、アクティビティを実行する）アプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、またはそれらの何らかの組合せに関連付けられ得る。人工現実コンテンツを提供する人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続されたＨＭＤなどのウェアラブルディスプレイ、スタンドアロンＨＭＤ、眼鏡のフォームファクタを有するニアアイディスプレイ、モバイルデバイスもしくはモバイルコンピューティングシステム、または１人以上の視聴者に人工現実コンテンツを提供できる任意の他のハードウェアプラットフォームを含む様々なプラットフォーム上に実装され得る。

本明細書の説明および特許請求の範囲を通して、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」および「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」という単語、ならびにこれらの単語の変形、たとえば「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などは、「含むが、これらに限定されない」ことを意味し、他の構成要素を排除することを意図せず、また排除するものではない。

本開示の前述の実施形態に対する変形は、依然として本開示の範囲内にありながら行うことができることが理解されよう。本明細書で開示される各特徴は、別段に記載されていない限り、同じ、等価なまたは同様の目的を果たす代替特徴によって置き換えられ得る。したがって、別段に記載されていない限り、開示される各特徴は、一般的な一連の等価なまたは同様の特徴の一例にすぎない。

本明細書で開示される特徴のすべては、そのような特徴および／またはステップのうちの少なくともいくつかが相互排他的である組合せを除いて、任意の組合せで組み合わせられ得る。特に、本開示の好ましい特徴は、本開示のすべての態様に適用可能であり、任意の組合せで使用することができる。同様に、本質的でない組合せで説明される特徴は、別々に（組み合わせずに）使用され得る。

Claims (15)

1. ポリマー導波路の幅および長さ寸法に沿って光を伝搬させるための前記ポリマー導波路であって、前記ポリマー導波路は、その一方の側に第１の湾曲面を有し、その反対側の第２の側に第２の湾曲面を有し、前記ポリマー導波路は、前記第１の湾曲面と前記第２の湾曲面との間でその厚さによって空間的に変化する屈折率を有し、前記ポリマー導波路は、前記幅および長さ寸法の少なくとも一方を含む断面において湾曲している、ポリマー導波路。
2. 前記第１の湾曲面が凹面であり、前記第２の湾曲面が凸面であり、前記屈折率が前記凹面から前記凸面に向かって単調に減少する、請求項１に記載のポリマー導波路。
3. 前記第１の湾曲面が凹面であり、前記第２の湾曲面が凸面であり、前記屈折率の空間プロファイルが、前記凹面から前記凸面に進む際に、ほぼ放物線状であり、
   好ましくは、前記導波路が、前記凹面と前記凸面との間に湾曲した中央平面を有し、前記屈折率が、前記湾曲した中央平面と前記凹面および前記凸面の各々との間で減少し、
   さらに好ましくは、前記凸面における前記屈折率が、前記凹面における前記屈折率よりも低い、請求項１または２に記載のポリマー導波路。
4. 前記第１の湾曲面および前記第２の湾曲面が単純な曲線に従う、請求項１から３のいずれか一項に記載のポリマー導波路。
5. 前記第１の湾曲面および前記第２の湾曲面が複合曲線に従う、請求項１から４のいずれか一項に記載のポリマー導波路。
6. ポリアクリレート、ポリウレタン、ポリシリコーン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、それらの共重合体、およびこれらの混合物のうちの１つ以上を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のポリマー導波路。
7. 前記長さ方向に沿った長さおよび前記幅方向に沿った幅を有し、前記ポリマー導波路の前記長さと前記ポリマー導波路の前記厚さとの比、および前記ポリマー導波路の前記幅と前記湾曲導波路の前記厚さとの比が両方とも少なくとも１０：１である、請求項１から６のいずれか一項に記載のポリマー導波路。
8. 屈折率がポリマー導波路の厚さによって空間的に変化する傾斜屈折率プロファイルを有する湾曲ポリマー導波路を作製する方法であって、
   少なくとも第１の樹脂の層および第２の樹脂の層を含む積層構造を形成することであって、前記第１の樹脂は重合時に第１の屈折率を有し、前記第２の樹脂は重合時に前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する、形成することと、
   前記積層構造の厚み方向において、前記複合樹脂中の前記第１の樹脂に対する前記第２の樹脂の割合が異なる複合樹脂構造を形成するために、前記第１の樹脂と前記第２の樹脂とが互いに拡散することを可能にすることと、
   前記複合樹脂構造を重合することと、
   前記重合した複合樹脂構造を所定の湾曲形状に形成することと、
   を含む方法。
9. 前記積層構造を形成することは、
   前記第１の樹脂を、拡散チャネルの第１の末端にある複数の入口のうちの第１の入口に流入させることであって、前記拡散チャネルが前記第１の末端とは反対側の第２の末端に出口を含み、チャネル長だけ前記複数の入口から分離されている、流入させることと、
   前記第２の樹脂を前記複数の入口のうちの第２の入口に流入させることであって、前記第２の樹脂の流れが前記第１の樹脂の第１の外周に沿って導かれる、流入させることと、
   を含み、
   前記第１の樹脂および前記第２の樹脂が、前記複数の入口と前記出口との間の前記チャネル長にわたって互いに拡散する、請求項８に記載の方法。
10. 前記第１の樹脂および前記第２の樹脂が、ポリアクリレート、ポリウレタン、ポリシリコーン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、それらの共重合体、およびこれらの混合物からなる群から選択され、
    好ましくは、前記所定の湾曲形状は、実質的に球体の一部および実質的に円筒の一部のうちの少なくとも一方を含む、請求項８または９に記載の方法。
11. 前記積層構造において前記第１の樹脂が前記第２の樹脂と前記第１の樹脂との間に配置され、第３の樹脂が重合時に前記第１の屈折率とは異なる第３の屈折率を有するように、前記第１の外周の反対側の前記第１の樹脂の第２の外周に沿って前記第３の樹脂の層を形成することをさらに含み、
    好ましくは、前記第１の屈折率が前記第３の屈折率よりも高く、前記第２の屈折率が前記第１の屈折率よりも低く、かつ前記第３の屈折率以下である、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 屈折率が湾曲導波路の厚さによって空間的に変化する傾斜屈折率プロファイルを有する湾曲導波路を作製する方法であって、
    堆積チャンバ内に基板を設けることと、
    蒸気を含有するモノマーを前記堆積チャンバ内に導入し、前記蒸気を含有するモノマーからの材料を一定期間にわたって前記基板の表面上に堆積させることと、
    前記基板上に堆積される前記材料の組成が一定期間にわたって変化するように、一定期間にわたって蒸気を含有する前記モノマー中の第１のモノマーの量と第２のモノマーの量との比を制御可能に変化させることと、
    前記第１のモノマーが重合時に第１の屈折率を有し、前記第２のモノマーが重合時に第２の屈折率を有し、前記第２の屈折率が前記第１の屈折率とは異なり、
    前記基板上に堆積された前記材料を重合させることと、
    を含む方法。
13. 前記基板の前記表面が、実質的に球体の一部および実質的に円筒の一部の少なくとも一方を含む湾曲形状を有する、請求項１２に記載の方法。
14. 蒸気を含有する前記モノマーが開始剤を含み、
    好ましくは、蒸気を含有する前記モノマーからの材料を前記基板上に堆積させることは、ラジカルを形成するための前記開始剤を開始させるためのエネルギーを提供するために、化学線源および熱源の少なくとも一方を使用して前記開始剤を開始させることをさらに含む、請求項１２または１３に記載の方法。
15. 前記基板の前記表面が凸形状を有し、蒸気を含有する前記モノマー中の前記第２のモノマーの量に対する前記第１のモノマーの量の比が前記期間にわたって減少し、前記第１の屈折率が前記第２の屈折率よりも大きい、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。

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