JP7323547B2 - ハイブリッドポリマー導波管および同一物を作製する方法 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、「ＨＹＢＲＩＤ ＰＯＬＹＭＥＲ ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ」と題され、２０１８年４月２日に出願された、米国特許仮出願第６２／６５１５０７号の優先権を主張する。上記に記載される出願は、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。

本願は、以下の特許出願、すなわち、２０１４年１１月２７日に出願され、米国公開第２０１５／０２０５１２６号として２０１５年７月２３日に公開された、米国出願第１４／５５５，５８５号、２０１５年４月１８日に出願され、米国公開第２０１５／０３０２６５２号として２０１５年１０月２２日に公開された、米国出願第１４／６９０，４０１号、２０１４年３月１４日に出願された、米国出願第１４／２１２，９６１号（２０１６年８月１６日に発行された、現米国特許第９，４１７，４５２号）、２０１４年７月１４日に出願され、米国公開第２０１５／０３０９２６３号として２０１５年１０月２９日に公開された、米国出願第１４／３３１，２１８号のそれぞれの全体を参照することによって組み込む。

本開示は、ディスプレイシステムに関し、より具体的には、拡張現実ディスプレイシステムに関する。

現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、またはそのように知覚され得る様式でユーザに提示される。仮想現実、すなわち、「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透過性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実、すなわち、「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。複合現実、すなわち、「ＭＲ」シナリオは、あるタイプのＡＲシナリオであり、典型的には、自然世界の中に統合され、それに応答する、仮想オブジェクトを伴う。例えば、ＭＲシナリオでは、ＡＲ画像コンテンツが、実世界内のオブジェクトによって遮断される、または別様にそれと相互作用するものとして知覚され得る。

図１を参照すると、拡張現実場面１０が、描写され、ＡＲ技術のユーザには、人々、木々、背景における建物、コンクリートプラットフォーム３０を特徴とする、実世界公園状設定２０が見える。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、実世界プラットフォーム３０上に立っているロボット像４０と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ５０等の「仮想コンテンツ」が「見える」と知覚するが、これらの要素４０、５０が実世界内に存在しない。ヒトの視知覚系が複雑であるため、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＡＲ技術の生産は、困難である。

本明細書に開示されるシステムおよび方法は、ＡＲおよびＶＲ技術に関連する種々の課題に対処する。

いくつかの実施形態では、光学デバイスが、提供される。光学デバイスは、導波管を備える。導波管は、他方の主要表面の反対側に主要表面を有する、光学的透過型コア層と、主要表面上の光学的透過型補助層であって、ナノフォトニック構造を有する、補助層とを備える。補助層は、コア層よりも薄く、コア層を形成する材料と異なる材料から形成される。

いくつかの他の実施形態では、光学システムが、提供される。光学システムは、スタックされる離間された導波管のセットを備える。導波管のうちの少なくとも１つは、他方の主要表面の反対側に主要表面を有する、光学的透過型コア層と、主要表面上の光学的透過型補助層とを備える。補助層は、ナノフォトニック構造を備える。補助層は、コア層よりも薄く、コア層を形成する材料と異なる材料から形成される。

さらに他の実施形態では、光学デバイスを作製するための方法が、提供される。本方法は、導波管を形成するステップを含む。導波管を形成するステップは、上側および下側インプリント金型を提供するステップを含み、インプリント金型は、相互に面する。第１のポリマー材料が、インプリント金型の間に提供される。第２のポリマー材料が、第１のポリマー材料にわたって、インプリント金型の間に提供される。第２のポリマー材料は、液体状態である。第２のポリマー材料は、上側インプリント金型と接触させられる。第１のポリマー材料および第２のポリマー材料は、硬質化プロセスに暴露される。第１のポリマー材料は、第１の層を形成し、第２のポリマー材料は、第２の層を形成する。上側インプリント金型は、次いで、除去される。

加えて、実施形態の種々の実施例が、下記に提供される。

（実施例１）光学デバイスであって、
導波管であって、該導波管は、
他方の主要表面の反対側に主要表面を有する、光学的透過型コア層と、
主要表面上の光学的透過型補助層であって、ナノフォトニック構造を有する、補助層とを備え、
補助層は、コア層よりも薄く、コア層を形成する材料と異なる材料から形成される、
導波管を備える、
光学デバイス。

（実施例２）ナノフォトニック構造は、光学格子を備える、実施例１に記載の光学デバイス。

（実施例３）コア層および補助層はそれぞれ、ポリマーまたは樹脂から形成される、実施例１－２のいずれかに記載の光学デバイス。

（実施例４）補助層を形成する材料は、コア層を形成する材料の屈折率と約０．０５以上異なる屈折率を有する、実施例１－３のいずれかに記載の光学デバイス。

（実施例５）コア層は、１００～５，０００μｍの厚さを有し、補助層は、０．０１～５μｍの厚さを有する、実施例１－４のいずれかに記載の光学デバイス。

（実施例６）コア層よりも薄く、他方の主要表面に直接隣接する、付加的補助層をさらに備える、実施例１－５のいずれかに記載の光学デバイス。

（実施例７）付加的補助層は、光学格子を備える、実施例６に記載の光学デバイス。

（実施例８）コア層から見て補助層の反対側に配置される付加的コア層をさらに備える、実施例１－７のいずれかに記載の導波管。

（実施例９）コア層よりも薄い補助層と交互になる複数のコア層をさらに備え、補助層は、コア層と異なる材料から形成される、実施例１－８のいずれかに記載の光学デバイス。

（実施例１０）コア層は、同一の材料から形成される、実施例９に記載の光学デバイス。

（実施例１１）補助層は、同一の材料から形成される、実施例９－１０のいずれかに記載の光学デバイス。

（実施例１２）補助層のうちの１つ以上のものは、１つ以上の他の補助層と異なる光学格子を備える、実施例９－１１のいずれかに記載の光学デバイス。

（実施例１３）光学システムであって、
スタックされる離間された導波管のセットを備え、導波管のうちの少なくとも１つは、
他方の主要表面の反対側に主要表面を有する、光学的透過型コア層と、
主要表面上の光学的透過型補助層であって、ナノフォトニック構造を有する、補助層とを備え、
補助層は、コア層よりも薄く、コア層を形成する材料と異なる材料から形成される、
光学システム。

（実施例１４）各導波管は、空隙によって分離される、実施例１３に記載の光学システム。

（実施例１５）各導波管は、導波管の間に配置される１つ以上のスペーサによって離間される、実施例１３－１４のいずれかに記載の光学システム。

（実施例１６）導波管はそれぞれ、コア層と、補助層とを備え、１つ以上のスペーサは、コア層または補助層のうちの１つと一体的である、実施例１３－１５のいずれかに記載の光学システム。

（実施例１７）導波管はそれぞれ、コア層と、補助層とを備え、各導波管のコア層は、スタックされる離間された導波管のセットのうちの他の導波管のコア層と異なる材料から形成される、実施例１３－１６のいずれかに記載の光学システム。

（実施例１８）光学システムは、拡張現実システムであり、
画像情報を含有する変調光を導波管に提供するように構成される、空間光変調器をさらに備え、
各導波管は、複数のナノフォトニック構造を備え、ナノフォトニック構造は、
変調光を導波管の中に指向するように構成される、内部結合回折光学要素と、
導波管から内部結合された変調光を抽出するように構成される、外部結合回折光学要素と、
を備える、実施例１３－１７のいずれかに記載の光学システム。

（実施例１９）空間光変調器は、内部結合回折光学要素上に画像を投影するように構成される、光投影システムの一部である、実施例１８に記載の光学システム。

（実施例２０）空間光変調器は、走査ファイバディスプレイのために光を変調させる、実施例１８－１９のいずれかに記載の光学システム。

（実施例２１）スタックされる離間された導波管の複数のセットをさらに備え、各導波管は、
他方の主要表面の反対側に主要表面を有する、光学的透過型コア層と、
主要表面上の光学的透過型補助層であって、ナノフォトニック構造を有する、補助層とを備え、
補助層は、コア層よりも薄く、コア層を形成する材料と異なる材料から形成される、
実施例１３－２０のいずれかに記載の光学システム。

（実施例２２）光学デバイスを作製するための方法であって、
導波管を形成するステップであって、該導波管を形成するステップは、
上側および下側インプリント金型を提供するステップであって、インプリント金型は、相互に面する、ステップと、
インプリント金型の間に第１のポリマー材料を提供するステップと、
第１のポリマー材料にわたって、インプリント金型の間に第２のポリマー材料を提供するステップであって、第２のポリマー材料は、液体状態である、ステップと、
第２のポリマー材料を上側インプリント金型と接触させるステップと、
第１のポリマー材料および第２のポリマー材料を硬質化プロセスに暴露するステップであって、第１のポリマー材料は、第１の層を形成し、第２のポリマー材料は、第２の層を形成する、ステップと、
上側インプリント金型を除去するステップと、
を含む、ステップを含む、
方法。

（実施例２３）上側インプリント金型は、突出部およびくぼみのパターンを備え、第２のポリマー材料を上側インプリント金型と接触させるステップは、突出部およびくぼみの対応するパターンを第２のポリマー材料の中に転写する、実施例２２に記載の方法。

（実施例２４）下側インプリント金型は、突出部およびくぼみのパターンを備え、第１の層は、突出部およびくぼみの合致するパターンを備える、実施例２２－２３のいずれかに記載の方法。

（実施例２５）第１のポリマー材料は、液体状態である、実施例２２－２４のいずれかに記載の方法。

（実施例２６）第１のポリマー材料を提供するステップは、
下側インプリント金型と付加的インプリント金型との間に第１のポリマー材料を提供するステップと、
下側インプリント金型と付加的インプリント金型との間で第１のポリマー材料を圧縮するステップと、
下側インプリント金型と付加的インプリント金型との間で第１のポリマー材料を硬質化するステップと、
を含み、
上側および下側インプリント金型を提供するステップは、
付加的インプリント金型を除去するステップと、
第１のポリマー材料にわたって上側インプリント金型を配置するステップと、
を含む、実施例２２－２５のいずれかに記載の方法。

（実施例２７）第１および第２のポリマー材料を硬質化プロセスに暴露するステップは、第１および第２のポリマー材料を紫外線光に暴露するステップを含む、実施例２２－２６のいずれかに記載の方法。

（実施例２８）第２のポリマー材料の第２の層上に第３のポリマー材料を堆積させるステップと、
第３のポリマー材料を第３のポリマー材料金型と接触させるステップと、
第３のポリマー材料を硬質化し、第３のポリマー材料の第３の層を形成するステップと、
第３のポリマー材料金型を除去するステップと、
をさらに含む、実施例２２－２７のいずれかに記載の方法。

（実施例２９）第３の層上に第４のポリマー材料を堆積させるステップと、
第４のポリマー材料を第４のポリマー材料金型と接触させるステップと、
第４のポリマー材料を硬質化し、第４のポリマー材料から形成される第４の層を形成するステップと、
第４のポリマー材料金型を除去するステップと、
をさらに含む、実施例２８に記載の方法。

（実施例３０）第４の層上に第５のポリマー材料を堆積させるステップと、
第５のポリマー材料を第５のポリマー材料金型と接触させるステップと、
第５のポリマー材料を硬質化し、第５のポリマー材料から形成される第５の層を形成するステップと、
第５のポリマー材料金型を除去するステップと、
をさらに含む、実施例２９に記載の方法。

（実施例３１）第１、第３、および第５のポリマー材料は、同一の材料である、実施例３０に記載の方法。

（実施例３２）第２および第４のポリマー材料は、同一の材料である、実施例２９－３１のいずれかに記載の方法。

（実施例３３）第１、第３、および第５の層は、回折光学要素を形成する突出部およびくぼみのパターンを備える、実施例３０－３２のいずれかに記載の方法。

（実施例３４）
ポリマー材料の交互層を備える、導波管を形成するステップであって、交互層のうちの１つおきの層は、突出部およびくぼみのパターンを備える、ステップと、
付加的導波管を導波管に添着するステップであって、付加的導波管および導波管は、間隙によって分離される、ステップと、
をさらに含む、実施例２２－３３のいずれかに記載の方法。

図１は、ＡＲデバイスを通した拡張現実（ＡＲ）のユーザのビューを図示する。

図２は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。

図３Ａ－３Ｃは、曲率半径と焦点半径との間の関係を図示する。

図４Ａは、ヒト視覚系の遠近調節（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ）－輻輳・開散運動（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）応答の表現を図示する。

図４Ｂは、ユーザの一対の眼の異なる遠近調節状態および輻輳・開散運動状態の実施例を図示する。

図４Ｃは、ディスプレイシステムを介してコンテンツを視認しているユーザの上下図の表現の実施例を図示する。

図４Ｄは、ディスプレイシステムを介してコンテンツを視認しているユーザの上下図の表現の別の実施例を図示する。

図５は、波面発散を修正することによって３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。

図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。

図７は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を図示する。

図８は、各深度平面が、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示する。

図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、スタックされた導波管のセットの実施例の断面側面図を図示する。

図９Ｂは、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図を図示する。

図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。

図９Ｄは、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図示する。

図１０は、コア層および補助層を伴うハイブリッド導波管の実施例を図示する。

図１１は、コア層および複数の補助層を伴うハイブリッド導波管の実施例を図示する。

図１２は、複数のコア層および補助層を伴うハイブリッド導波管の実施例を図示する。

図１３は、複数のコア層および複数の補助層を伴うハイブリッド導波管の実施例を図示する。

図１４は、ハイブリッド導波管のスタックの実施例を図示する。

図１５ａ－１５ｅは、コア層および補助層を伴うハイブリッド導波管を形成する方法を図示する。

図１６ａ－１６ｄは、コア層および補助層を伴うハイブリッド導波管を形成する別の方法を図示する。

図１７ａ－１７ｇは、コア層および複数の補助層を伴うハイブリッド導波管を形成する方法を図示する。

図１８ａ－１８ｄは、パターン化されたコア層および補助層を伴うハイブリッド導波管を形成する方法を図示する。

図１９ａ－１９ｇは、一体型スペーサを伴うハイブリッド導波管を形成する方法を図示する。 図１９ａ－１９ｇは、一体型スペーサを伴うハイブリッド導波管を形成する方法を図示する。

導波管が、頭部搭載型拡張現実ディスプレイシステムを含む、ディスプレイデバイス内等で光を指向するために、利用されてもよい。例えば、導波管は、眼鏡の中に組み込まれてもよく、視認者には、導波管を通して周囲環境が見え得る。加えて、導波管は、画像情報を含有する光を受光し、その光を視認者の眼の中に指向することによって、画像を表示してもよい。受光された光は、回折光学要素等のナノフォトニック構造を使用して、導波管の中に内部結合されてもよい。内部結合された光は、続いて、同様に回折光学要素等のナノフォトニック構造を使用して、導波管から外に外部結合されてもよい。ナノフォトニック構造は、導波管内のくぼみおよび突出部の形態をとり得る。

しかしながら、ナノフォトニック構造を形成し、その機能性を支持するための要件が、光を伝搬するための所望の性質を有する導波管を形成する要件と緊張状態にあり得ることが見出されている。例えば、光が導波管から外に外部結合される界面において高屈折率を伴う材料が、広い視野を伴うディスプレイを提供するため、かつ高コンパクト性および高度に効率的な光外部結合および内部結合を伴う導波管を提供するために有益である。加えて、導波管は、好ましくは、その内側で伝搬する光に関して光学損失を限定するように、高度に透明かつ均質であり、好ましくは、また、大量規模で、すなわち、導波管のために好適な厚さおよび面積に形成されることもできる。望ましくないことに、高透明度および均質性を伴い、大量規模で形成可能である材料は、所望の高屈折率を有していない場合があり、逆に、高屈折率を伴う材料は、導波管を形成するように使用するために、所望の高透明度および均質性、および大量規模で形成される容易性を有していない場合があることが見出されている。

有利なこととして、いくつかの実施形態では、ハイブリッド導波管が、異なる材料の複数の層を具備する。例えば、ハイブリッド導波管は、コア層と、補助層とを含んでもよい。好ましくは、コア層は、高度に透明な材料から形成され、補助層は、ナノフォトニック構造が提供される、材料のより薄い層から形成される。いくつかの実施形態では、コア層を形成する材料は、例えば、コア層の厚さを横断して可視光スペクトル内で８５％を上回る、９０％を上回る、または９６％を上回る透明度中継透過率を有する、高度に透明なポリマーである。材料は、表面上に流動され、続いて、例えば、硬化によって硬質化され得る、流動性材料（例えば、流動性ポリマー）であり得る。補助層は、コア層よりも薄くあり得、好ましくは、コア層と異なる材料から形成される。例えば、コア層は、約１００μｍ～１，０００μｍの厚さを有してもよく、補助層は、約５０ｎｍ～約５，０００ｎｍを含む、約５ｎｍ～約５，０００ｎｍ（０．０１μｍ～約５μｍ）の厚さを有してもよい。いくつかの実施形態では、補助層は、ポリマー（例えば、有機ポリマー）、無機材料、ハイブリッド有機／無機材料、またはそれらの組み合わせから形成される。いくつかの実施形態では、所与の厚さに関して、補助層は、コア層よりも低い透明度を可視スペクトル内で有する、および／またはコア層よりも低い均質性（組成および／または透明度等の光学的性質において）を有し得る。しかしながら、このより低い透明度は、コア層と比較して、補助層の相対的薄さによって改善され得る。

好ましくは、ハイブリッド導波管は、有利なこととして、導波管内のコア層を利用してディスプレイデバイスのための広い視野を提供し得る、高屈折率を伴う材料から形成される。いくつかの実施形態では、コア層および補助層を形成する材料は、約１．６５以上、約１．７０以上、または約１．８０以上の屈折率を有してもよい。加えて、補助層は、コア層と異なる屈折率を伴う材料から形成されてもよい。ナノフォトニック構造と別の材料との間の界面における屈折率の差異は、光を再指向するナノフォトニック構造の能力を促進し得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、ナノフォトニック構造は、別の材料で充填されたくぼみを備える。例えば、他の材料は、続いて、形成されたコア層であってもよい。いくつかの実施形態では、補助層を形成する材料は、約０．０５以上、約０．１以上、または約０．２以上、ナノフォトニック構造のくぼみを充填する材料の屈折率と異なる、屈折率を有する。いくつかの実施形態では、ナノフォトニック構造のくぼみを充填する材料は、補助層内にナノフォトニック構造を形成した後に形成される、コア層の材料であってもよい。いくつかの実施形態では、補助層を形成する材料は、約０．０５以上、約０．１以上、または約０．２以上、ナノフォトニック構造のくぼみを充填するコア層を形成する材料の屈折率と異なる、屈折率を有する。いくつかの実施形態では、補助層を形成する材料の屈折率は、くぼみを充填するコア層のものよりも高くあり得、約１．６５以上、約１．７０以上、または約１．８０以上であり得る。いくつかの他の実施形態では、補助層を形成する材料の屈折率は、くぼみを充填するコア層のものよりも低くあり得る。

ナノフォトニック構造は、補助層内に介在するくぼみまたは開放容積を伴う材料の反復線の形態をとってもよい。いくつかの実施形態では、ナノフォトニック構造は、可視スペクトル内の光の波長未満である臨界寸法（例えば、材料の線の幅）を有する。ナノフォトニック構造は、回折格子等の回折光学要素を含む、表面レリーフ特徴であってもよい。いくつかの実施形態では、ナノフォトニック構造は、メタ表面であってもよい。ナノフォトニック構造は、補助層を通して部分的または完全に延在する特徴を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ナノフォトニック構造のうちの１つ以上のものは、直近のコア層の中に延在してもよい。コア層は、付加的可撓性を提供し、例えば、所望の光学機能性に応じて、所望のサイズの特徴を形成してもよい。例えば、補助層内の材料の線の間のくぼみは、コア層の中に延在し、それらの特徴が補助層のみを使用して形成される場合に可能であろうものよりも大きいアスペクト比を伴う特徴をナノフォトニック構造内に形成してもよい。

有利なこととして、本明細書に開示されるような異なる材料の層の使用は、層の機能性が、その層を形成する材料とより良好に合致されることを可能にする。例えば、コア層は、均質で高度に透明な材料から形成されてもよい。加えて、コア層を形成する材料は、所望の均質性および透明度を維持しながら厚い層を形成するように、容易に処理され得る。いくつかの実施形態では、そのような材料は、比較的に軟質または柔軟であり得る。他方では、補助層は、開示されるような光再指向能力を伴う回折光学要素の形成を可能にするように、コア層を伴う十分に大きい屈折率差を有する材料から形成されてもよい。本明細書に議論されるように、補助層を形成する材料の屈折率は、好ましくは、コア層のものと異なる。加えて、補助層材料は、機械的に硬質および／または頑丈（例えば、コア層よりも機械的に硬質または頑丈）であり得る。いくつかの実施形態では、比較的に厚いコア層が、光学損失を殆ど伴わずに光伝搬を提供するために利用されもよい一方で、高屈折率を有する、比較的に薄い補助層が、フォトニック構造を形成するために、また、コア層を機械的に保護および／または補強するために、利用される。

別個かつ補助の層の提供は、有利なこととして、付加的機能性が達成されることを可能にする。例えば、いくつかの実施形態では、導波管は、複数のコアおよび／または補助層を備えてもよい。例えば、コア層は、その両側に、例えば、上部主要表面および底部主要表面上に、補助層を具備してもよい、または２つのコア層が、補助層の両側に１つずつ、提供されてもよい。さらに他の実施形態では、補助層が、コア層と交互に提供されてもよい。複数の補助層を提供する能力は、有利なこととして、付加的光学機能性を提供することができる。例えば、異なる補助層が、異なる光学機能性を提供するように構成され得る、異なるナノフォトニック構造を有してもよい。いくつかの実施形態では、異なるナノフォトニック構造は、ナノフォトニック構造の全ての集約機能性が、単一の構造に対して改良されるように、他のナノフォトニック構造の欠点に対処するように構成される。例えば、光学格子等のいくつかのナノフォトニック構造が、光のより狭い波長帯域および／または入射角で動作してもよい。それぞれ、若干異なる波長帯域および／または入射角で動作するように構成される、複数のナノフォトニック構造を利用することによって、導波管によって作用される光の集約波長帯域および／または入射角が、増加され得る。

ここで、同様の参照番号が、全体を通して同様の部分を指す、図が参照されるであろう。別様に示されない限り、図面は、概略であって、必ずしも正確な縮尺で描かれていない。
（例示的ディスプレイシステム）

図２は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。ユーザの眼は、離間されており、空間内の実オブジェクトを見ているとき、各眼は、オブジェクトの若干異なるビューを有し、オブジェクトの画像を各眼の網膜上の異なる場所に形成し得ることを理解されたい。これは、両眼視差と称され得、ヒト視覚系によって、深度の知覚を提供するために利用され得る。従来のディスプレイシステムは、仮想オブジェクトが所望の深度における実オブジェクトであるように各眼によって見えるであろう仮想オブジェクトのビューに対応する、眼２１０、２２０毎に１つの同一仮想オブジェクトの若干異なるビューを伴う２つの明確に異なる画像１９０、２００を提示することによって、両眼視差をシミュレートする。これらの画像は、ユーザの視覚系が深度の知覚を導出するために解釈し得る、両眼キューを提供する。

図２を継続して参照すると、画像１９０、２００は、ｚ－軸上で距離２３０だけ眼２１０、２２０から離間される。ｚ－軸は、その眼が視認者の直前の光学無限遠におけるオブジェクトを固視している状態の視認者の光学軸と平行である。画像１９０、２００は、平坦であって、眼２１０、２２０から固定距離にある。それぞれ、眼２１０、２２０に提示される画像内の仮想オブジェクトの若干異なるビューに基づいて、眼は、必然的に、オブジェクトの画像が眼のそれぞれの網膜上の対応する点に来て、単一両眼視を維持するように回転し得る。本回転は、眼２１０、２２０のそれぞれの視線を仮想オブジェクトが存在するように知覚される空間内の点上に収束させ得る。結果として、３次元画像の提供は、従来、ユーザの眼２１０、２２０の輻輳・開散運動を操作し得、ヒト視覚系が深度の知覚を提供するように解釈する、両眼キューを提供することを伴う。

しかしながら、深度の現実的かつ快適な知覚の生成は、困難である。眼からの異なる距離におけるオブジェクトからの光が、異なる発散量を伴う波面を有することを理解されたい。図３Ａ－３Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を図示する。オブジェクトと眼２１０との間の距離は、減少距離Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の順序で表される。図３Ａ－３Ｃに示されるように、光線は、オブジェクトまでの距離が減少するにつれてより発散する。逆に言えば、距離が、増加するにつれて、光線は、よりコリメートされる。換言すると、点（オブジェクトまたはオブジェクトの一部）によって生成されるライトフィールドは、点がユーザの眼から離れている距離の関数である、球状波面曲率を有すると言え得る。曲率は、オブジェクトと眼２１０の間との距離の減少とともに増加する。単眼２１０のみが、例証を明確にするために、図３Ａ－３Ｃおよび本明細書の他の図に図示されるが、眼２１０に関する議論は、視認者の両眼２１０および２２０に適用され得る。

図３Ａ－３Ｃを継続して参照すると、視認者の眼が固視しているオブジェクトからの光が、異なる波面発散度を有し得る。異なる波面発散量に起因して、光は、眼の水晶体によって異なるように集束され得、これは、ひいては、水晶体に、異なる形状をとり、合焦画像を眼の網膜上に形成することを要求し得る。合焦画像が、網膜上に形成されない場合、結果として生じる網膜ぼけは、合焦画像が網膜上に形成されるまで、眼の水晶体の形状に変化を生じさせる、遠近調節のためのキューとして作用する。例えば、遠近調節のためのキューは、眼の水晶体を囲繞する毛様筋の弛緩または収縮を誘起し、それによって、水晶体を保持する提靭帯に印加される力を変調させ、したがって、固視されているオブジェクトの網膜ぼけが排除される、または最小限にされるまで、眼の水晶体の形状を変化させ、それによって、固視されているオブジェクトの合焦画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成し得る。眼の水晶体が形状を変化させるプロセスは、遠近調節と称され得、固視されているオブジェクトの合焦画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成するために要求される眼の水晶体の形状は、遠近調節状態と称され得る。

ここで図４Ａを参照すると、ヒト視覚系の遠近調節－輻輳・開散運動応答の表現が、図示される。オブジェクトを固視するための眼の移動は、眼にオブジェクトからの光を受光させ、光は、画像を眼の網膜のそれぞれの上に形成する。網膜上に形成される画像内の網膜ぼけの存在は、遠近調節のためのキューを提供し得、網膜上の画像の相対的場所は、輻輳・開散運動のキューを提供し得る。遠近調節のためのキューは、遠近調節を生じさせ、眼の水晶体に、オブジェクトの合焦画像を眼の網膜（例えば、中心窩）上に形成する特定の遠近調節状態をとらせる。一方で、輻輳・開散運動のためのキューは、各眼の各網膜上に形成される画像が、単一両眼視を維持する対応する網膜点にあるように、輻輳・開散運動移動（眼の回転）を生じさせる。これらの位置では、眼は、特定の輻輳・開散運動状態をとっていると言え得る。図４Ａを継続して参照すると、遠近調節は、眼が特定の遠近調節状態を達成するプロセスであると理解され得、輻輳・開散運動は、眼が特定の輻輳・開散運動状態を達成するプロセスであると理解され得る。図４Ａに示されるように、眼の遠近調節および輻輳・開散運動状態は、ユーザが別のオブジェクトを固視する場合、変化し得る。例えば、遠近調節された状態は、ユーザがｚ－軸上の異なる深度における新しいオブジェクトを固視する場合、変化し得る。

理論によって限定されるわけではないが、オブジェクトの視認者は、輻輳・開散運動と遠近調節の組み合わせに起因して、オブジェクトを「３次元」として知覚し得ると考えられる。上記のように、相互に対する２つの眼の輻輳・開散運動移動（例えば、瞳孔が相互に向かって、またはそこから離れるように移動し、眼の視線を収束させ、オブジェクトを固視するような眼の回転）は、眼の水晶体の遠近調節と密接に関連付けられる。通常条件下、眼の水晶体の形状を変化させ、焦点を１つのオブジェクトから異なる距離における別のオブジェクトに変化させることは、自動的に、「遠近調節－輻輳・開散運動反射」として知られる関係下、輻輳・開散運動の合致する変化を自動的に同一距離に生じさせるであろう。同様に、輻輳・開散運動における変化は、通常条件下で、水晶体形状における合致する変化を誘起するであろう。

ここで図４Ｂを参照すると、眼の異なる遠近調節および輻輳・開散運動状態の実施例が、図示される。一対の眼２２２ａが、光学無限遠におけるオブジェクトを固視する一方、一対の眼２２２ｂは、光学無限遠未満におけるオブジェクト２２１を固視する。着目すべきこととして、各対の眼の輻輳・開散運動状態は、異なり、一対の眼２２２ａが、まっすぐ指向される一方、一対の眼２２２は、オブジェクト２２１上に収束する。各対の眼２２２ａおよび２２２ｂを形成する眼の遠近調節状態もまた、水晶体２１０ａ、２２０ａの異なる形状によって表されるように異なる。

望ましくないことに、従来の「３－Ｄ」ディスプレイシステムの多くのユーザは、これらのディスプレイにおける遠近調節と輻輳・開散運動状態との間の不一致に起因して、そのような従来のシステムを不快であると見出す、または奥行感を全く知覚しない場合がある。上記のように、多くの立体視または「３－Ｄ」ディスプレイシステムは、若干異なる画像を各眼に提供することによって、場面を表示する。そのようなシステムは、それらが、とりわけ、単に、場面の異なる提示を提供し、眼の輻輳・開散運動状態に変化を生じさせるが、それらの眼の遠近調節状態における対応する変化を伴わないため、多くの視認者にとって不快である。むしろ、画像は、眼が全ての画像情報を単一遠近調節状態において視認するように、ディスプレイによって眼から固定距離に示される。そのような配列は、遠近調節状態における合致する変化を伴わずに輻輳・開散運動状態に変化を生じさせることによって、「遠近調節－輻輳・開散運動反射」に逆らう。本不一致は、視認者の不快感を生じさせると考えられる。遠近調節と輻輳・開散運動との間のより良好な合致を提供する、ディスプレイシステムは、３次元画像のより現実的かつ快適なシミュレーションを形成し得る。

理論によって限定されるわけではないが、ヒトの眼は、典型的には、有限数の深度平面を解釈し、深度知覚を提供し得ると考えられる。その結果、知覚された深度の高度に真実味のあるシミュレーションが、眼にこれらの限定数の深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによって達成され得る。いくつかの実施形態では、異なる提示は、輻輳・開散運動のためのキューおよび遠近調節のための合致するキューの両方を提供し、それによって、生理学的に正しい遠近調節－輻輳・開散運動合致を提供し得る。

図４Ｂを継続して参照すると、眼２１０、２２０からの空間内の異なる距離に対応する、２つの深度平面２４０が、図示される。所与の深度平面２４０に関して、輻輳・開散運動キューが、眼２１０、２２０毎に適切に異なる視点の画像を表示することによって提供されてもよい。加えて、所与の深度平面２４０に関して、各眼２１０、２２０に提供される画像を形成する光は、その深度平面２４０の距離におけるある点によって生成されたライトフィールドに対応する波面発散を有してもよい。

図示される実施形態では、点２２１を含有する、深度平面２４０のｚ－軸に沿った距離は、１ｍである。本明細書で使用されるように、ｚ－軸に沿った距離または深度は、ユーザの眼の射出瞳に位置するゼロ点を用いて測定されてもよい。したがって、１ｍの深度に位置する深度平面２４０は、眼が光学無限遠に向かって指向された状態でそれらの眼の光学軸上のユーザの眼の射出瞳から１ｍ離れた距離に対応する。近似値として、ｚ－軸に沿った深度または距離は、ユーザの眼の正面のディスプレイから（例えば、導波管の表面から）測定され、デバイスとユーザの眼の射出瞳との間の距離に関する値が加えられてもよい。その値は、瞳距離と呼ばれ得、ユーザの眼の射出瞳と眼の正面のユーザによって装着されるディスプレイとの間の距離に対応する。実践では、瞳距離に関する値は、概して、全ての視認者に使用される、正規化された値であってもよい。例えば、瞳距離は、２０ｍｍであると仮定され得、１ｍの深度における深度平面は、ディスプレイの正面の９８０ｍｍの距離にあり得る。

ここで図４Ｃおよび４Ｄを参照すると、合致遠近調節－輻輳・開散運動距離および不一致遠近調節－輻輳・開散運動距離の実施例が、それぞれ、図示される。図４Ｃに図示されるように、ディスプレイシステムは、仮想オブジェクトの画像を各眼２１０、２２０に提供してもよい。画像は、眼２１０、２２０に、眼が深度平面２４０上の点１５上に収束する、輻輳・開散運動状態をとらせ得る。加えて、画像は、その深度平面２４０における実オブジェクトに対応する波面曲率を有する、光によって形成され得る。結果として、眼２１０、２２０は、画像がそれらの眼の網膜上で合焦する、遠近調節状態をとる。したがって、ユーザは、仮想オブジェクトを深度平面２４０上の点１５にあるものとして知覚し得る。

眼２１０、２２０の遠近調節および輻輳・開散運動状態はそれぞれ、ｚ－軸上の特定の距離と関連付けられることを理解されたい。例えば、眼２１０、２２０からの特定の距離におけるオブジェクトは、それらの眼に、オブジェクトの距離に基づいて、特定の遠近調節状態をとらせる。特定の遠近調節状態と関連付けられる距離は、遠近調節距離Ａ_ｄと称され得る。同様に、特定の輻輳・開散運動状態または相互に対する位置における眼と関連付けられた特定の輻輳・開散運動距離Ｖ_ｄが、存在する。遠近調節距離および輻輳・開散運動距離が合致する場合、遠近調節と輻輳・開散運動との間の関係は、生理学的に正しいと言える。これは、視認者にとって最も快適なシナリオであると見なされる。

しかしながら、立体視ディスプレイでは、遠近調節距離および輻輳・開散運動距離は、常に合致するわけではない場合がある。例えば、図４Ｄに図示されるように、眼２１０、２２０に表示される画像は、深度平面２４０に対応する波面発散を伴って表示され得、眼２１０、２２０は、その深度平面上の点１５ａ、１５ｂが合焦する、特定の遠近調節状態をとり得る。しかしながら、眼２１０、２２０に表示される画像は、眼２１０、２２０を深度平面２４０上に位置しない点１５上に収束させる、輻輳・開散運動のためのキューを提供し得る。結果として、遠近調節距離は、いくつかの実施形態では、眼２１０、２２０の射出瞳から深度平面２４０への距離に対応する一方、輻輳・開散運動距離は、眼２１０、２２０の射出瞳から点１５までのより大きい距離に対応する。遠近調節距離は、輻輳・開散運動距離と異なる。その結果、遠近調節－輻輳・開散運動の不一致が存在する。そのような不一致は、望ましくないと見なされ、不快感をユーザに生じさせ得る。不一致は、距離（例えば、Ｖ_ｄ－Ａ_ｄ）に対応し、ジオプタを使用して特性評価され得ることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、眼２１０、２２０の射出瞳以外の参照点も、同一参照点が遠近調節距離および輻輳・開散運動距離のために利用される限り、遠近調節－輻輳・開散運動の不一致を決定するための距離を決定するために利用され得ることを理解されたい。例えば、距離は、角膜から深度平面まで、網膜から深度平面まで、接眼レンズ（例えば、ディスプレイデバイスの導波管）から深度平面まで、眼の回転中心から等、測定され得る。

理論によって限定されるわけではないが、ユーザは、不一致自体が有意な不快感を生じさせることなく、依然として、最大約０．２５ジオプタ、最大約０．３３ジオプタ、および最大約０．５ジオプタの遠近調節－輻輳・開散運動の不一致を生理学的に正しいと知覚し得ると考えられる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるディスプレイシステム（例えば、ディスプレイシステム２５０、図６）は、約０．５ジオプタまたはそれ未満の遠近調節－輻輳・開散運動の不一致を有する、画像を視認者に提示する。いくつかの他の実施形態では、ディスプレイシステムによって提供される画像の遠近調節－輻輳・開散運動の不一致は、約０．３３ジオプタまたはそれ未満である。さらに他の実施形態では、ディスプレイシステムによって提供される画像の遠近調節－輻輳・開散運動の不一致は、約０．１ジオプタまたはそれ未満を含む、約０．２５ジオプタまたはそれ未満である。

図５は、波面発散を修正することによって、３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。ディスプレイシステムは、画像情報でエンコードされる光７７０を受光し、その光をユーザの眼２１０に出力するように構成される、導波管２７０を含む。導波管２７０は、所望の深度平面２４０上のある点によって生成されるライトフィールドの波面発散に対応する、定義された波面発散量を伴って光６５０を出力してもよい。いくつかの実施形態では、同一量の波面発散が、その深度平面上に提示される全てのオブジェクトのために提供される。加えて、ユーザの他方の眼は、類似導波管からの画像情報を提供され得ることが図示されるであろう。

いくつかの実施形態では、単一の導波管が、単一または限定数の深度平面に対応する設定された波面発散量を伴う光を出力するように構成されてもよい、および／または導波管は、限定された範囲の波長の光を出力するように構成されてもよい。その結果、いくつかの実施形態では、複数またはスタックの導波管が、異なる深度平面のための異なる波面発散量を提供する、および／または異なる範囲の波長の光を出力するために利用されてもよい。本明細書で使用されるように、深度平面は、平坦または湾曲表面の輪郭に追従し得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、有利なこととして、簡略化するために、深度平面は、平坦表面の輪郭に追従し得る。

図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。ディスプレイシステム２５０は、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を使用して３次元知覚を眼／脳に提供するために利用され得る、導波管のスタックまたはスタックされた導波管アセンブリ２６０を含む。ディスプレイシステム２５０は、いくつかの実施形態では、ライトフィールドディスプレイと見なされ得ることを理解されたい。加えて、導波管アセンブリ２６０はまた、接眼レンズとも称され得る。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、輻輳・開散運動するための実質的に連続的なキューおよび遠近調節のための複数の離散キューを提供するように構成されてもよい。輻輳・開散運動のためのキューは、異なる画像をユーザの眼のそれぞれに表示することによって提供されてもよく、遠近調節のためのキューは、選択可能な離散量の波面発散を伴う画像を形成する光を出力することによって提供されてもよい。換言すると、ディスプレイシステム２５０は、可変レベルの波面発散を伴う光を出力するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、波面発散の各離散レベルが、特定の深度平面に対応し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの特定のものによって提供されてもよい。

図６を継続して参照すると、導波管アセンブリ２６０はまた、複数の特徴３２０、３３０、３４０、３５０を導波管の間に含んでもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、１つ以上のレンズであってもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０、および／または複数のレンズ３２０、３３０、３４０、３５０は、種々のレベルの波面曲率または光線発散を用いて画像情報を眼に送信するように構成されてもよい。各導波管レベルは、特定の深度平面と関連付けられてもよく、その深度平面に対応する画像情報を出力するように構成されてもよい。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、導波管のための光源として機能してもよく、それぞれ、本明細書に説明されるように、眼２１０に向かって出力するために、各個別の導波管を横断して入射光を分散させるように構成され得る、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に画像情報を投入するために利用されてもよい。光は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００の出力表面４１０、４２０、４３０、４４０、４５０から出射し、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の対応する入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００の中に投入される。いくつかの実施形態では、入力表面４６０、４７０、４８０、４９０、５００はそれぞれ、対応する導波管の縁であってもよい、または対応する導波管の主要表面の一部（すなわち、世界５１０または視認者の眼２１０に直接面する導波管表面のうちの１つ）であってもよい。導波管の主要表面は、その間に導波管の厚さが延在する、導波管の表面に対応することを理解されたい。いくつかの実施形態では、光の単一ビーム（例えば、コリメートされたビーム）が、各導波管の中に投入され、特定の導波管と関連付けられた深度平面に対応する特定の角度（および発散量）において眼２１０に向かって指向される、クローン化されるコリメートビームの場全体を出力してもよい。いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの単一のものが、複数（例えば、３つ）の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０と関連付けられ、その中に光を投入してもよい。

いくつかの実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、それぞれ、対応する導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中への投入のための画像情報をそれぞれ生成する、離散ディスプレイである。いくつかの他の実施形態では、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、例えば、１つ以上の光学導管（光ファイバケーブル等）を介して、画像情報を画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のそれぞれに送り得る、単一の多重化されたディスプレイの出力端である。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００によって提供される画像情報は、異なる波長または色（例えば、本明細書に議論されるように、異なる原色）の光を含み得ることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光エミッタを含み得る、光モジュール５３０を備える、光プロジェクタシステム５２０によって提供される。光モジュール５３０からの光は、ビームスプリッタ５５０を介して、光変調器５４０、例えば、空間光変調器に指向され、それによって修正されてもよい。光変調器５４０は、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入される光の知覚される強度を変化させ、光を画像情報でエンコードするように構成されてもよい。空間光変調器の実施例は、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）ディスプレイを含む、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む。画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、図式的に図示され、いくつかの実施形態では、これらの画像投入デバイスは、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の関連付けられるものの中に出力するように構成される、共通投影システム内の異なる光経路および場所を表し得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、導波管アセンブリ２６０の導波管は、導波管の中に投入される光をユーザの眼に中継しながら、理想的レンズとして機能し得る。本概念では、オブジェクトは、空間光変調器５４０であってもよく、画像は、深度平面上の画像であってもよい。

いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、光を種々のパターン（例えば、ラスタ走査、螺旋走査、リサジューパターン等）で１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に、最終的には、視認者の眼２１０に投影するように構成される、１つ以上の走査ファイバを備える、走査ファイバディスプレイであってもよい。いくつかの実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、光を１つまたは複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するように構成される、単一走査ファイバまたは走査ファイバの束を図式的に表し得る。いくつかの他の実施形態では、図示される画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００は、それぞれ、光を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの関連付けられるものの中に投入するように構成される、複数の走査ファイバまたは走査ファイバの複数の束を図式的に表し得る。１つ以上の光ファイバは、光を光モジュール５３０から１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０に透過させるように構成され得ることを理解されたい。１つ以上の介在光学構造が、走査ファイバまたは複数のファイバと、１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０との間に提供され、例えば、走査ファイバから出射する光を１つ以上の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に再指向し得ることを理解されたい。

コントローラ５６０は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００、光源５３０、および光モジュール５４０の動作を含む、スタックされた導波管アセンブリ２６０のうちの１つ以上のものの動作を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ５６０は、ローカルデータ処理モジュール１４０の一部である。コントローラ５６０は、例えば、本明細書に開示される種々のスキームのいずれかに従って、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０への画像情報のタイミングおよび提供を調整する、プログラミング（例えば、非一過性媒体内の命令）を含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、単一の一体型デバイスまたは有線または無線通信チャネルによって接続される分散型システムであってもよい。コントローラ５６０は、いくつかの実施形態では、処理モジュール１４０または１５０（図９Ｄ）の一部であってもよい。

図６を継続して参照すると、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、全内部反射（ＴＩＲ）によって各個別の導波管内で光を伝搬するように構成されてもよい。導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、主要上部表面および主要底部表面およびそれらの主要上部表面と主要底部表面との間に延在する縁を伴う、平面である、または別の形状（例えば、湾曲）を有してもよい。図示される構成では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、各個別の導波管内で伝搬する光を導波管から外に再指向させ、画像情報を眼２１０に出力することによって、光を導波管から抽出するように構成される、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０を含んでもよい。抽出された光はまた、外部結合光と称され得、外部結合光学要素はまた、光抽出光学要素と称され得る。抽出された光のビームは、導波管によって、導波管内で伝搬する光が光抽出光学要素に衝打する場所において出力され得る。外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、例えば、本明細書にさらに議論されるような回折光学特徴を含む、格子であってもよい。説明を容易にし、図面を明確にするために、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の底部主要表面に配置されて図示されるが、いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、本明細書にさらに議論されるように、上部および／または底部主要表面に配置されてもよい、および／または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の容積内に直接配置されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、透明基板に取り付けられ、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０を形成する、材料の層内に形成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、モノリシック材料部品であってもよく、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、その材料部品の表面上および／または内部に形成されてもよい。

図６を継続して参照すると、本明細書に議論されるように、各導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、光を出力し、特定の深度平面に対応する画像を形成するように構成される。例えば、眼の最近傍の導波管２７０は、眼２１０にコリメートされた光（そのような導波管２７０の中に投入された）を送達するように構成されてもよい。コリメートされた光は、光学無限遠焦点面を表し得る。次の上方の導波管２８０は、眼２１０に到達し得る前に、第１のレンズ３５０（例えば、負のレンズ）を通して通過する、コリメートされた光を送出するように構成されてもよい。そのような第１のレンズ３５０は、眼／脳が、その次の上方の導波管２８０から生じる光を光学無限遠から眼２１０に向かって内向きにより近い第１の焦点面から生じるものとして解釈するように、若干の凸面波面曲率を生成するように構成されてもよい。同様に、第３の上方の導波管２９０は、眼２１０に到達する前に、その出力光を第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の両方を通して通過させる。第１のレンズ３５０および第２のレンズ３４０の組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の上方の導波管２９０から生じる光が次の上方の導波管２８０からの光であった光学無限遠から人物に向かって内向きにさらに近い第２の焦点面から生じるものとして解釈するように、別の漸増量の波面曲率を生成するように構成されてもよい。

他の導波管層３００、３１０およびレンズ３３０、３２０も同様に構成され、スタック内の最高導波管３１０が、人物に最も近い焦点面を表す集約焦点力のために、その出力をそれと眼との間のレンズの全てを通して送出する。スタックされた導波管アセンブリ２６０の他側の世界５１０から生じる光を視認／解釈するとき、レンズ３２０、３３０、３４０、３５０のスタックを補償するために、補償レンズ層６２０が、スタックの上部に配置され、下方のレンズスタック３２０、３３０、３４０、３５０の集約力を補償してもよい。そのような構成は、利用可能な導波管／レンズ対と同じ数の知覚される焦点面を提供する。導波管の外部結合光学要素およびレンズの集束側面は両方とも、静的であってもよい（すなわち、動的ではないまたは電気活性ではない）。いくつかの代替実施形態では、いずれか一方または両方とも、電気活性特徴を使用して動的であってもよい。

いくつかの実施形態では、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０のうちの２つ以上のものは、同一の関連付けられる深度平面を有してもよい。例えば、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０が、同一深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい、または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の複数のサブセットが、深度平面毎に１つのセットを用いて、同一の複数の深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい。これは、それらの深度平面において拡張された視野を提供するようにタイル化された画像を形成するための利点を提供し得る。

図６を継続して参照すると、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、導波管と関連付けられた特定の深度平面のために、光をそれらの個別の導波管から外に再指向し、かつ本光を適切な量の発散またはコリメーションを伴って出力するように構成されてもよい。その結果、異なる関連付けられた深度平面を有する導波管が、関連付けられた深度平面に応じて、異なる量の発散を伴う光を出力する、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０の異なる構成を有してもよい。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、光を具体的角度で出力するように構成され得る、立体または表面特徴であってもよい。例えば、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、立体ホログラム、表面ホログラム、および／または回折格子であってもよい。いくつかの実施形態では、特徴３２０、３３０、３４０、３５０は、レンズではなくてもよい。むしろ、それらは、単に、スペーサ（例えば、クラッディング層および／または空隙を形成するための構造）であってもよい。

いくつかの実施形態では、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、回折パターンを形成する回折特徴または「回折光学要素」（本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）である。好ましくは、ＤＯＥは、ビームの光の一部のみが、ＤＯＥの各交差部で眼２１０に向かって偏向される一方、残りが、ＴＩＲを介して、導波管を通して移動し続けるように、十分に低回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、複数の場所において導波管から出射する、いくつかの関連出射ビームに分割され、その結果、導波管内でバウンスする本特定のコリメートされたビームに関して、眼２１０に向かって非常に均一なパターンの出射放出となる。

いくつかの実施形態では、１つ以上のＤＯＥは、能動的に回折する「オン」状態と有意に回折しない「オフ」状態との間で切替可能であってもよい。例えば、切替可能なＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を備えてもよく、その中で微小液滴は、ホスト媒体内に回折パターンを備え、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的に合致するように切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を著しく回折させない）、または微小液滴は、ホスト媒体のものに合致しない屈折率に切り替えられてもよい（その場合、パターンは、入射光を能動的に回折させる）。

いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０（例えば、可視光および赤外線光カメラを含む、デジタルカメラ）が、眼２１０および／または眼２１０の周囲の組織の画像を捕捉し、例えば、ユーザ入力を検出する、および／またはユーザの生理学的状態を監視するために提供されてもよい。本明細書で使用されるように、カメラは、任意の画像捕捉デバイスであってもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、画像捕捉デバイスと、光（例えば、赤外線光）を眼に投影し、次いで、その光が眼によって反射され、画像捕捉デバイスによって検出され得る、光源とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、カメラアセンブリ６３０は、フレーム８０（図９Ｄ）に取り付けられてもよく、カメラアセンブリ６３０からの画像情報を処理し得る、処理モジュール１４０および／または１５０と電気通信してもよい。いくつかの実施形態では、１つのカメラアセンブリ６３０が、眼毎に利用され、各眼を別個に監視してもよい。

ここで図７を参照すると、導波管によって出力される出射ビームの実施例が、示される。１つの導波管が図示されるが、導波管アセンブリ２６０（図６）内の他の導波管も同様に機能し得、導波管アセンブリ２６０は、複数の導波管を含むことを理解されたい。光６４０が、導波管２７０の入力表面４６０において導波管２７０の中に投入され、ＴＩＲによって導波管２７０内を伝搬する。光６４０がＤＯＥ５７０上に衝突する点では、光の一部は、導波管から出射ビーム６５０として出射する。出射ビーム６５０は、略平行として図示されるが、本明細書に議論されるように、それらはまた、導波管２７０と関連付けられた深度平面に応じて、ある角度において眼２１０に伝搬する（例えば、発散出射ビームを形成する）ように再指向されてもよい。略平行出射ビームは、眼２１０からの遠距離（例えば、光学無限遠）における深度平面上に設定されるように現れる画像を形成するように光を外部結合する、外部結合光学要素を伴う導波管を示し得ることを理解されたい。他の導波管または他の外部結合光学要素のセットは、より発散する、出射ビームパターンを出力してもよく、これは、眼２１０がより近い距離に遠近調節し、網膜に合焦させることを要求し、光学無限遠より眼２１０に近い距離からの光として脳によって解釈されるであろう。

いくつかの実施形態では、フルカラー画像が、原色、例えば、３つ以上の原色のそれぞれにおいて画像をオーバーレイすることによって、各深度平面において形成されてもよい。図８は、各深度平面が、複数の異なる原色を使用して形成される画像を含む、スタックされた導波管アセンブリの実施例を図示する。図示される実施形態は、深度平面２４０ａ－２４０ｆを示すが、より多いまたはより少ない深度もまた、検討される。各深度平面は、第１の色Ｇの第１の画像、第２の色Ｒの第２の画像、および第３の色Ｂの第３の画像を含む、それと関連付けられる３つ以上の原色画像を有してもよい。異なる深度平面が、文字Ｇ、Ｒ、およびＢに続くジオプタ（ｄｐｔ）に関する異なる数字によって図に示される。単なる実施例として、これらの文字のそれぞれに続く数字は、ジオプタ（１／ｍ）、すなわち、視認者からの深度平面の逆距離を示し、図中の各ボックスは、個々の原色画像を表す。いくつかの実施形態では、異なる波長の光の眼の集束における差異を考慮するために、異なる原色に関する深度平面の正確な設置が、変動し得る。例えば、所与の深度平面に関する異なる原色画像が、ユーザからの異なる距離に対応する深度平面上に設置されてもよい。そのような配列は、視力およびユーザ快適性を増加させ得る、および／または色収差を減少させ得る。

いくつかの実施形態では、各原色の光が、単一の専用導波管によって出力されてもよく、その結果、各深度平面が、それと関連付けられる複数の導波管を有してもよい。そのような実施形態では、文字Ｇ、Ｒ、またはＢを含む、図中の各ボックスが、個々の導波管を表すと理解され得、３つの導波管が、３つの原色画像が深度平面毎に提供される、深度平面毎に提供されてもよい。各深度平面と関連付けられる導波管は、本図面では、説明を容易にするために相互に隣接して示されるが、物理的デバイスでは、導波管は全て、レベル毎に１つの導波管を伴うスタックで配列され得ることを理解されたい。いくつかの他の実施形態では、複数の原色が、例えば、単一の導波管のみが深度平面毎に提供され得るように、同一導波管によって出力されてもよい。

図８を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、Ｇは、緑色であって、Ｒは、赤色であって、Ｂは、青色である。いくつかの他の実施形態では、マゼンタ色およびシアン色を含む、光の他の波長と関連付けられる他の色も、赤色、緑色、または青色のうちの１つ以上のものに加えて使用されてもよい、またはそれらに取って代わってもよい。

本開示の全体を通した所与の光の色の言及は、視認者によってその所与の色であるものとして知覚される、光の波長の範囲内の１つ以上の波長の光を包含すると理解されるであろうことを理解されたい。例えば、赤色光は、約６２０～７８０ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよく、緑色光は、約４９２～５７７ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよく、青色光は、約４３５～４９３ｎｍの範囲内の１つ以上の波長の光を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、光源５３０（図６）は、視認者の視覚的知覚範囲外の１つ以上の波長、例えば、赤外線および／または紫外線波長の光を放出するように構成されてもよい。加えて、ディスプレイ２５０の導波管の内部結合、外部結合、および他の光再指向構造は、例えば、結像および／またはユーザ刺激用途のために、本光をディスプレイからユーザの眼２１０に向かって指向および放出するように構成されてもよい。

ここで図９Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管に衝突する光は、その光を導波管の中に内部結合するために再指向される必要があり得る。内部結合光学要素が、光をその対応する導波管の中に再指向および内部結合するために使用されてもよい。図９Ａは、それぞれ、内部結合光学要素を含む、複数またはセット６６０のスタックされた導波管の実施例の断面側面図を図示する。導波管はそれぞれ、１つ以上の異なる波長または１つ以上の異なる波長範囲の光を出力するように構成されてもよい。スタック６６０は、スタック２６０（図６）に対応し得、スタック６６０の図示される導波管は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００のうちの１つ以上のものからの光が、光が内部結合のために再指向されることを要求する位置から導波管の中に投入されることを除いて、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の一部に対応し得ることを理解されたい。

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

図示されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、相互から側方にオフセットされてもよい。いくつかの実施形態では、各内部結合光学要素は、光が別の内部結合光学要素を通して通過することなく、その光を受光するようにオフセットされてもよい。例えば、各内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、図６に示されるように、光を異なる画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、および４００から受光するように構成されてもよく、光を内部結合光学要素７００、７１０、７２０の他のものから実質的に受光しないように、他の内部結合光学要素７００、７１０、７２０から分離されてもよい（例えば、側方に離間される）。

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

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

好ましくは、製造および他の考慮点を容易にするために、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、類似または同一であって、層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、類似または同一である。いくつかの実施形態では、導波管６７０、６８０、６９０を形成する材料は、１つ以上の導波管間で異なり得る、および／または層７６０ａ、７６０ｂを形成する材料は、依然として、上記の種々の屈折率関係を保持しながら、異なり得る。

図９Ａを継続して参照すると、光線７７０、７８０、７９０が、導波管のセット６６０に入射する。光線７７０、７８０、７９０は、１つ以上の画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００（図６）によって、導波管６７０、６８０、６９０の中に投入されてもよいことを理解されたい。

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

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

図９Ａを継続して参照すると、偏向された光線７７０、７８０、７９０は、対応する導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬するように偏向される。すなわち、各導波管の内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光をその対応する導波管６７０、６８０、６９０の中に偏向させ、光を対応する導波管の中に内部結合する。光線７７０、７８０、７９０は、光をＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬させる角度で偏向される。光線７７０、７８０、７９０は、導波管の対応する光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突するまで、ＴＩＲによって個別の導波管６７０、６８０、６９０を通して伝搬する。

ここで図９Ｂを参照すると、図９Ａの複数のスタックされた導波管の実施例の斜視図が、図示される。上記のように、内部結合された光線７７０、７８０、７９０は、それぞれ、内部結合光学要素７００、７１０、７２０によって偏向され、次いで、それぞれ、導波管６７０、６８０、６９０内でＴＩＲによって伝搬する。光線７７０、７８０、７９０は、次いで、それぞれ、光分散要素７３０、７４０、７５０に衝突する。光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０に向かって伝搬するように、光線７７０、７８０、７９０を偏向させる。

いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）である。いくつかの実施形態では、ＯＰＥは、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に偏向または分散し、いくつかの実施形態では、また、外部結合光学要素に伝搬するにつれて、本光のビームまたはスポットサイズを増加させ得る。いくつかの実施形態では、光分散要素７３０、７４０、７５０は、省略されてもよく、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、光を外部結合光学要素８００、８１０、８２０に直接偏向させるように構成されてもよい。例えば、図９Ａを参照すると、光分散要素７３０、７４０、７５０は、それぞれ、外部結合光学要素８００、８１０、８２０と置換されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素８００、８１０、８２０は、視認者の眼２１０（図７）内で光を指向する、射出瞳（ＥＰ）または射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）である。ＯＰＥは、少なくとも１つの軸においてアイボックスの寸法を増加させるように構成され得、ＥＰＥは、ＯＰＥの軸と交差する、例えば、直交する軸においてアイボックスを増加させ得ることを理解されたい。例えば、各ＯＰＥは、光の残りの部分が導波管を辿って伝搬し続けることを可能にしながら、ＯＰＥに衝打する光の一部を同一導波管のＥＰＥに再指向するように構成されてもよい。再び、ＯＰＥへの衝突に応じて、残りの光の別の部分が、ＥＰＥに再指向され、その部分の残りの部分が、導波管等を辿ってさらに伝搬し続ける。同様に、ＥＰＥへの衝打に応じて、衝突光の一部が、ユーザに向かって導波管から外に指向され、その光の残りの部分が、ＥＰに再び衝打するまで、導波管を通して伝搬し続け、その時点で、衝突光の別の部分が、導波管から外に指向される等となる。その結果、内部結合された光の単一ビームが、その光の一部がＯＰＥまたはＥＰＥによって再指向される度に、「複製」され、それによって、図６に示されるように、クローン化された光のビーム野を形成し得る。いくつかの実施形態では、ＯＰＥおよび／またはＥＰＥは、光のビームのサイズを修正するように構成されてもよい。

故に、図９Ａおよび９Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、導波管のセット６６０は、原色毎に、導波管６７０、６８０、６９０と、内部結合光学要素７００、７１０、７２０と、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、７４０、７５０と、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００、８１０、８２０とを含む。導波管６７０、６８０、６９０は、各１つの間に空隙／クラッディング層を伴ってスタックされてもよい。内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、（異なる波長の光を受光する異なる内部結合光学要素を用いて）入射光をその導波管の中に再指向または偏向させる。光は、次いで、個別の導波管６７０、６８０、６９０内にＴＩＲをもたらすであろう角度で伝搬する。示される実施例では、光線７７０（例えば、青色光）は、前述に説明された様式において、第１の内部結合光学要素７００によって偏光され、次いで、導波管を辿ってバウンスし続け、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７３０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８００と相互作用する。光線７８０および７９０（例えば、それぞれ、緑色および赤色光）は、導波管６７０を通して通過し、光線７８０は、内部結合光学要素７１０上に衝突し、それによって偏向される。光線７８０は、次いで、ＴＩＲを介して、導波管６８０を辿ってバウンスし、その光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７４０、次いで、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８１０に進む。最後に、光線７９０（例えば、赤色光）は、導波管６９０を通して通過し、導波管６９０の光内部結合光学要素７２０に衝突する。光内部結合光学要素７２０は、光線が、ＴＩＲによって、光分散要素（例えば、ＯＰＥ）７５０、次いで、ＴＩＲによって、外部結合光学要素（例えば、ＥＰ）８２０に伝搬するように、光線７９０を偏向させる。外部結合光学要素８２０は、次いで、最後に、光線７９０を視認者に外部結合し、視認者はまた、他の導波管６７０、６８０から外部結合された光も受光する。

図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂの複数のスタックされた導波管の実施例の上下平面図を図示する。図示されるように、導波管６７０、６８０、６９０は、各導波管の関連付けられる光分散要素７３０、７４０、７５０および関連付けられる外部結合光学要素８００、８１０、８２０とともに、垂直に整合されてもよい。しかしながら、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素７００、７１０、７２０は、垂直に整合されない。むしろ、内部結合光学要素は、好ましくは、非重複する（例えば、上下図に見られるように、側方に離間される）。本明細書にさらに議論されるように、本非重複空間配列は、１対１ベースで異なるリソースから異なる導波管の中への光の投入を促進し、それによって、具体的光源が具体的導波管に一意に結合されることを可能にする。いくつかの実施形態では、非重複の空間的に分離される内部結合光学要素を含む、配列は、偏移瞳システムと称され得、これらの配列内の内部結合光学要素は、サブ瞳に対応し得る。

図９Ｄは、本明細書に開示される種々の導波管および関連システムが統合され得る、ウェアラブルディスプレイシステム６０の実施例を図示する。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム６０は、図６のシステム２５０であって、図６は、そのシステム６０のいくつかの部分をより詳細に図式的に示す。例えば、図６の導波管アセンブリ２６０は、ディスプレイ７０の一部であってもよい。

図９Ｄを継続して参照すると、ディスプレイシステム６０は、ディスプレイ７０と、そのディスプレイ７０の機能をサポートするための種々の機械的および電子的モジュールおよびシステムとを含む。ディスプレイ７０は、ディスプレイシステムユーザまたは視認者９０によって装着可能であり、ユーザ９０の眼の正面にディスプレイ７０を位置付けるように構成される、フレーム８０に結合されてもよい。ディスプレイ７０は、いくつかの実施形態では、接眼レンズと見なされ得る。いくつかの実施形態では、スピーカ１００が、フレーム８０に結合され、ユーザ９０の外耳道に隣接して位置付けられるように構成される（いくつかの実施形態では、示されていない別のスピーカが、随意に、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ／成形可能音制御を提供してもよい）。ディスプレイシステム６０はまた、１つ以上のマイクロホン１１０または他のデバイスを含み、音を検出してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロホンは、ユーザが入力またはコマンド（例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等）をシステム６０に提供することを可能にするように構成される、および／または他の人物（例えば、類似ディスプレイシステムの他のユーザ）とのオーディオ通信を可能にしてもよい。マイクロホンはさらに、オーディオデータ（例えば、ユーザおよび／または環境からの音）を収集するように、周辺センサとして構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム６０はさらに、オブジェクト、刺激、人々、動物、場所、またはユーザの周囲の世界の他の側面を検出するように構成される、１つ以上の外向きに指向される環境センサ１１２を含んでもよい。例えば、環境センサ１１２は、例えば、ユーザ９０の通常の視野の少なくとも一部に類似する画像を捕捉するように、外向きに面して位置し得る、１つ以上のカメラを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムはまた、フレーム８０と別個であって、ユーザ９０の身体に（例えば、ユーザ９０の頭部、胴体、四肢等の上）に取り付けられ得る、周辺センサ１２０ａを含んでもよい。周辺センサ１２０ａは、いくつかの実施形態では、ユーザ９０の生理学的状態を特性評価するデータを入手するように構成されてもよい。例えば、センサ１２０ａは、電極であってもよい。

図９Ｄを継続して参照すると、ディスプレイ７０は、有線導線または無線コネクティビティ等の通信リンク１３０によって、フレーム８０に固定して取り付けられる、ユーザによって装着されるヘルメットまたは帽子に固定して取り付けられる、ヘッドホンに内蔵される、または別様にユーザ９０に除去可能に取り付けられる（例えば、リュック式構成において、ベルト結合式構成において）等、種々の構成で搭載され得る、ローカルデータ処理モジュール１４０に動作可能に結合される。同様に、センサ１２０ａは、通信リンク１２０ｂ、例えば、有線導線または無線コネクティビティによって、ローカルプロセッサおよびデータモジュール１４０に動作可能に結合されてもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ハードウェアプロセッサおよび不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリまたはハードディスクドライブ）等のデジタルメモリを備えてもよく、その両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用され得る。随意に、ローカルプロセッサおよびデータモジュール１４０は、１つ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含んでもよい。データは、ａ）画像捕捉デバイス（カメラ等）、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、ジャイロスコープ、および／または本明細書に開示される他のセンサ等の（例えば、フレーム８０に動作可能に結合される、または別様にユーザ９０に取り付けられ得る）センサから捕捉されるデータ、および／またはｂ）可能性として、処理または読出後のディスプレイ７０への通過のために、遠隔処理モジュール１５０および／または遠隔データリポジトリ１６０（仮想コンテンツに関連するデータを含む）を使用して入手および／または処理されるデータを含んでもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、これらの遠隔モジュール１５０、１６０が、相互に動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール１４０へのリソースとして利用可能であるように、有線または無線通信リンク等を介して、通信リンク１７０、１８０によって遠隔処理モジュール１５０および遠隔データリポジトリ１６０に動作可能に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、ローカル処理およびデータモジュール１４０は、画像捕捉デバイス、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープのうちの１つ以上のものを含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、これらのセンサのうちの１つ以上のものは、フレーム８０に取り付けられてもよい、または有線または無線通信経路によってローカル処理およびデータモジュール１４０と通信する独立型構造であってもよい。

図９Ｄを継続して参照すると、いくつかの実施形態では、遠隔処理モジュール１５０は、例えば、１つ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、専用処理ハードウェア等を含む、データおよび／または画像情報を分析および処理するように構成される、１つ以上のプロセッサを備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して利用可能であり得る、デジタルデータ記憶設備を備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、情報、例えば、拡張現実コンテンツをローカル処理およびデータモジュール１４０および／または遠隔処理モジュール１５０に生成するための情報を提供する、１つ以上の遠隔サーバを含んでもよい。いくつかの実施形態では、全てのデータが、記憶され、全ての算出が、ローカル処理およびデータモジュール内で実施され、遠隔モジュールからの完全に自律的な使用を可能にする。随意に、ＣＰＵ、ＧＰＵ等を含む、外部システム（例えば、１つ以上のプロセッサ、１つ以上のコンピュータのシステム）が、処理（例えば、画像情報を生成する、データを処理する）の少なくとも一部を実施し、例えば、無線または有線接続を介して、情報をモジュール１４０、１５０、１６０に提供し、そこから受信してもよい。
（例示的ハイブリッド導波管構造）

ここで図１０を参照すると、コア層および補助層を伴うハイブリッド導波管の実施例が、図示される。ハイブリッド導波管１０００は、比較的に薄い補助層１０２０が配置される、比較的に厚いコア層１０１０を含み、すなわち、コア層１０１０は、重なる補助層１０２０よりも厚い。いくつかの実施形態では、コア層１０１０は、約１００μｍ～約１，０００μｍ、約３００μｍ～約８００μｍ、約３００μｍ～約５００μｍ、および約３１０μｍ～約４５０μｍを含む、約５０μｍ～約１，０００μｍの厚さを有してもよい。いくつかの環境では、補助層は、約５０ｎｍ～約５，０００ｎｍ、約１０ｎｍ～約３，０００ｎｍ、約２０ｎｍ～約１，０００ｎｍ、約３０ｎｍ～約４００ｎｍ、および約５０ｎｍ～約３００ｎｍを含む、約５ｎｍ～約５，０００ｎｍ（約０．０１μｍ～約５μｍ）の厚さを有してもよい。好ましくは、コア層は、全内部反射によってハイブリッド導波管１０００を横断して光の伝搬を促進するために十分に厚く、補助層は、その中で回折光学要素の形成を可能にするために十分に厚い。例えば、補助層は、好ましくは、その中に形成される最も高い回折光学要素と少なくとも同程度に厚い。いくつかの実施形態では、コア層１０１０は、補助層１０２０に直接接触する。

コア層１０１０および補助層１０２０は、異なる材料から形成されてもよい。好ましくは、コア層１０１０を形成する材料は、可視スペクトル内の光の波長、例えば、３９０～７００ｎｍに対して高度に透過的である。例えば、コア層１０１０は、好ましくは、その厚さを横断して、可視光スペクトル内の光の８５％を上回る、９０％を上回る、または９６％を上回るものを透過させる。いくつかの実施形態では、単位体積あたりの補助層１０２０に関する透明度の要件は、コア層１０１０よりも薄い補助層１０２０に起因して、コア層１０１０のものと比較して緩和され得る。例えば、補助層１０２０は、コア層１０１０よりも可視スペクトル内で低い透明度を提供する材料から形成されてもよい、すなわち、同一の材料厚さに関して、補助層１０２０は、コア層１０１０よりも少ない光を透過させてもよい。しかしながら、補助層１０２０を形成する材料は、特に、コア層１０１０の材料が、補助層１０２０内に形成されるナノフォトニック構造のくぼみの中に延在する場合に、コア層１０１０を形成する材料と異なる屈折率を有してもよい。いくつかの実施形態では、補助層１０２０を形成する材料は、約０．０５以上、約０．１以上、または約０．２以上、コア層１０１０を形成する材料の屈折率と異なる屈折率を有する。

いくつかの実施形態では、コア層１０１０は、高度に透明なポリマー材料、例えば、有機ポリマー材料から形成されてもよく、補助層１０２０は、異なるポリマー材料（例えば、異なる有機または無機ポリマー材料）またはハイブリッド有機／無機材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、コア層１０１０に使用され得る、高屈折率材料（例えば、１．６５よりも高い屈折率を有する）の実施例は、ポリイミドベースの高屈折率樹脂、ハロゲン含有（例えば、臭素またはヨウ素含有）ポリマー、リン含有ポリマー、チオレンベースのポリマー、および高屈折率樹脂材料を含む。高屈折率樹脂材料の実施例は、名称＃５６５および＃５６６の下で販売されている高屈折率樹脂等のＮＴＴ－ＡＴ（Ｋａｗａｓａｋｉ－ｓｈｉ， Ｋａｎａｇａｗａ， Ｊａｐａｎ）から市販されているもの、および名称ＡＰＳ－１０００、ＡＰＳ２００４、ＡＰＳ－４００１の下で、かつＡＰＳ３０００シリーズの一部として販売されている高屈折率樹脂等のＡｋｒｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ（Ａｋｒｏｎ， Ｏｈｉｏ， ＵＳＡ）から市販されている高屈折率樹脂材料を含む。

いくつかの実施形態における補助層１０２０のための材料等の低屈折率材料（例えば、１．６５よりも低い屈折率を有する）の実施例は、有機ポリマー材料、低屈折率樹脂、ゾル・ゲルベースのハイブリッドポリマー（例えば、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、およびＩＴＯゾル・ゲル材料）、ナノ粒子（ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２等）でドープされたポリマー、および活性材料（例えば、量子ドットでドープされたポリマー）を含む。低屈折率有機ポリマー材料の実施例は、名称ＣＰＳ １０４０ ＵＶ、ＣＰＳ１０４０ ＵＶ－Ａ、ＣＰＳ１０３０、ＣＰＳ １０２０ＵＶ、ＣＰＳ １０４０ＵＶ－ＶＩＳ、ＣＰＳ １０３０ ＵＶ－ＶＩＳ、およびＣＰＳ １０２０ ＵＶ－ＶＩＳの下で販売されているポリマー材料等のＳｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｓｔ． Ｌｏｕｉｓ， Ｍｉｓｓｏｕｒｉ， ＵＳＡ）から市販されているものを含む。低屈折率樹脂の実施例は、Ｍｉｗｏｎ（Ｎａｇａｓｅ Ｇｒｏｕｐ， Ｏｓａｋａ， Ｊａｐａｎ）から市販されているものを含む。

図１０を継続して参照すると、１つ以上のナノフォトニック構造１０２２、１０２４が、補助層１０２０内に提供されてもよい。ナノフォトニック構造１０２２、１０２４は、材料の線と、介在するくぼみまたは開放容積とを備える。図示されるように、ナノフォトニック構造１０２２、１０２４は、補助層１０２０を通して部分的または完全に延在する特徴を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ナノフォトニック構造１０２４は、下層のコア層１０１０の中に延在し、それによって、補助層１０２０の厚さのみを使用して可能であるものよりも高いアスペクト比を有する、特徴を形成してもよい。ここで図１１を参照すると、コア層および複数の補助層を伴うハイブリッド導波管の実施例が、図示される。図示されるハイブリッド導波管１００２は、付加的補助層１０３０が補助層１０２０から見てコア層１０１０の反対側に提供されることを除いて、図１０のハイブリッド導波管１０００に類似する。図示されるように、コア層１０１０の両方の対向する主要表面が、補助層１０２０、１０３０のうちの１つに直接接触してもよい。

付加的補助層１０３０は、補助層１０２０に類似し得、例えば、好ましくは、コア層１０１０と異なる材料から形成され、好ましくは、そのコア層１０１０よりも高い屈折率を有する。いくつかの実施形態では、補助層１０３０は、補助層１０２０と同一の材料から形成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、補助層１０２０および１０３０は、異なる材料から形成されてもよい。

１つ以上のナノフォトニック構造が、補助層１０３０内に提供されてもよい。図示される実施例では、単一のナノフォトニック構造１０３２が、示される。ナノフォトニック構造１０３２は、ナノフォトニック構造１０２２、１０２４に類似し得、材料の局所的体積および介在するくぼみまたは開放容積の形態をとってもよい。開口部は、図示されるように、補助層１０３０を通して部分的に延在してもよい。いくつかの他の実施形態では、ナノフォトニック構造１０３２を画定する開口部は、完全に補助層１０３０を通して、随意に、下層のコア層１０１０の中に延在してもよい。有利なこととして、コア層１０１０の対向表面上にナノフォトニック構造を提供することは、コア層１０１０の所与の面積を横断してナノフォトニック構造の数を効果的に増加させ、それによって、例えば、その面積を横断して導波管１００４の中に外部結合または内部結合される光の量を増加させることができる。

ここで図１２を参照すると、複数のコア層および補助層を伴うハイブリッド導波管の実施例が、図示される。図示されるハイブリッド導波管１００４は、付加的コア層１０４０がコア層１０１０から見て補助層１０２０の反対側に提供されることを除いて、図１０のハイブリッド導波管１０００に類似する。補助層１０２０の対向する主要表面はそれぞれ、コア層１０１０、１０４０のうちの対応するものに直接接触してもよい。図１０に関して上記に議論されるように、補助層１０２０は、１つ以上のナノフォトニック構造１０２０、１０２４を含んでもよい。付加的コア層１０４０は、導波管１０００に対して導波管１００４の全体的厚さを増加させ、それによって、導波管の長さを横断して光の側方伝搬を促進し得ることを理解されたい。加えて、導波管１００４を通して側方に伝搬する光は、ナノフォトニック構造に２回衝打し得（例えば、コア層１０４０の主要表面から反射した後に１回、およびコア層１０１０の主要表面から反射した後に１回）、これは、例えば、導波管１００４から光を外部結合するために、ナノフォトニック構造の効率を増加させ得る。

図示されるように、ナノフォトニック構造１０２２は、補助層１０２０内に複数のくぼみを含んでもよく、それらのくぼみは、重なる付加的コア層１０４０の材料によって充填されてもよい。補助層１０２０および付加的コア層１０４０の屈折率は、好ましくは、ナノフォトニック構造１０２２の光学機能性を支援するために異なるように選択される。本明細書に議論されるように、補助層１０２０および付加的コア層１０４０の屈折率は、いくつかの実施形態では、約０．０５以上、約０．１以上、または約０．２以上異なる。加えて、ナノフォトニック構造１０２４が、コア層１０１０の中に延在し、付加的コア層１０４０の材料によって充填される、くぼみを有する、実施形態では、付加的コア層１０４０の材料はまた、コア層１０１０のものと異なる屈折率を有してもよい。例えば、付加的コア層１０４０およびコア層１０１０の屈折率は、そのような実施形態では、約０．０５以上、約０．１以上、または約０．２以上異なり得る。

ここで図１３を参照すると、複数のコア層および複数の補助層を伴うハイブリッド導波管の実施例が、図示される。図示されるハイブリッド導波管１００４は、補助層１０２０が、第４の補助層１０７０によってオーバーレイされる、第３のコア層１０６０によってオーバーレイされる、第３の補助層１０５０によってオーバーレイされる、付加的コア層１０４０によってオーバーレイされることを除いて、図１１のハイブリッド導波管１００２に類似する。

補助層１０３０、１０２０、１０５０、１０７０はそれぞれ、１つ以上のナノフォトニック構造を備えてもよい。例えば、補助層１０５０は、ナノフォトニック構造１０５２、１０５４を備えてもよく、補助層１０７０は、ナノフォトニック構造１０７２を備えてもよい。いくつかの実施形態では、ナノフォトニック構造は、多層構造であってもよい。例えば、ナノフォトニック構造１０５４は、基準層１０５４ａと、上側層１０５４ｂと、下側層１０５４ｃとを有する、多層構造である。図示されるように、所与のコア層の材料は、直近の補助および／またはコア層内のナノフォトニック構造を画定する開口部の中に延在してもよい。

種々のナノフォトニック構造１０２２、１０３２、１０５２、１０７２、１０２４、１０５４を形成する特徴のサイズ、形状、および／または周期性は、異なり得ることを理解されたい。例えば、特徴によって作製される物理的寸法およびパターンは、所与の光の波長または色のための所望の光再指向機能性を達成するように選択されてもよい。ハイブリッド導波管１００６が、異なるレベルにおける複数のナノフォトニック構造を含む、いくつかの実施形態では、各レベルにおけるナノフォトニック構造は、異なる方向に向かって異なる波長の光、異なる入射角、および／または出力光を再指向するように選択されてもよい。総体として、異なるナノフォトニック構造は、単一またはそれよりも多い限定数のナノフォトニック構造を伴う導波管よりも広い範囲の波長、入射角、および／または出力方向にわたって、より広い帯域の応答を提供し得る。

図１４は、ハイブリッド導波管のスタックの実施例を図示する。ハイブリッド導波管１０００ａは、ハイブリッド導波管１０００ｃにわたってスタックされる、ハイブリッド導波管１０００ｂにわたってスタックされる。ハイブリッド導波管１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃはそれぞれ、ハイブリッド導波管１０００、１００２、１００４、１００６のうちの１つに対応し得る（それぞれ、図１０－１３）。いくつかの実施形態では、種々のハイブリッド導波管１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃは、相互に類似し得る、または異なる構造を有し得る。例えば、図示されるように、ハイブリッド導波管１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃはそれぞれ、ハイブリッド導波管１００６（図１３）に類似し得る。

いくつかの実施形態では、種々のハイブリッド導波管１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃの補助層内のナノフォトニック構造は、異なり得る。例えば、ハイブリッド導波管１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃのそれぞれ内のナノフォトニック構造は、１つの色の光（１つの波長または波長の範囲に対応する）を再指向するように構成されてもよい一方で、ハイブリッド導波管１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃのうちの他のもののナノフォトニック構造は、他の異なる色の光を再指向するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ハイブリッド導波管１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃは、それぞれ、赤色、青色、および緑色に対応する波長を伴う光を再指向するように構成されてもよい。

ハイブリッド導波管のスタックおよび整合を促進するために、スペーサが、導波管の間に提供されてもよい。随意に、ハイブリッド導波管の間の各界面において、スペーサは、１つのハイブリッド導波管の一部として提供されてもよく、スペーサがその中にフィットし得る、合致する開口部が、その界面における他方のハイブリッド導波管内に提供されてもよい。例えば、図１４を継続して参照すると、ハイブリッド導波管１０００ｃは、複数のスペーサ１０７４ｃを含んでもよく、直接重なり、界面接触するハイブリッド導波管１０００ｂは、スペーサ１０７４ｃが１対１ベースで収容され得る、複数の開口部１０３４ｂを含んでもよい。いくつかの実施形態では、スペーサおよび開口部は、補助層内に形成されてもよい。例えば、スペーサ１０７４ｃは、補助層１０７１ｃ内に形成されてもよく、開口部１０３４ｂは、補助層１０３１ｂ内に形成されてもよい。同様に、スペーサ１０７４ｂは、補助層１０７１ｂ内に形成されてもよく、開口部１０３４ａは、補助層１０３１ａ内に形成されてもよい。いくつかの実施形態では、スペーサは、２つのハイブリッド導波管を離間し、ハイブリッド導波管１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃのうちの個々のものの間に間隙（例えば、空隙）を形成するために十分に高い。間隙は、ナノフォトニック構造による光の再指向および各ハイブリッド導波管を通した光の伝搬を促進し得る、低屈折率を提供することを理解されたい。

概して、図１０－１４を参照すると、コアおよび補助層１０１０、１０４０、１０６０、および１０３０、１０２０、１０５０、１０７０のための種々の材料は、概して、それぞれ、コア層１０１０および補助層１０２０に関して上記に説明される通りであるが、具体的材料は、同一であり得る、または異なり得ることを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、外側補助層１０３０、１０７０を形成する材料が、硬度および機械的安定性に関して選択されてもよい一方で、これらの性質は、それらの層１０２０、１０５０が、あまり硬質および／または機械的に安定性ではない材料から形成され得るように、補助層１０２０、１０５０に関して緩和されてもよい。図示される層はそれぞれ、直近の層に直接接触してもよい。我々の再指向光を旋回させるナノフォトニック構造の能力をサポートするために、補助層を形成する材料は、好ましくは、直接隣接するコア層（例えば、コア層からの材料が、ナノフォトニック構造内の開口部の中に直接延在する、コア層）を形成する材料の屈折率と異なる、屈折率を有する。好ましくは、屈折率は、約０．０５以上、約０．１以上、または約０．２以上異なる。

ハイブリッド導波管１０００、１００２、１００４、１００６、またはそれらの組み合わせのうちのいずれかは、導波管スタック２６０（図６）または６６０（図９Ａ－９Ｃ）の導波管のうちの１つとして、例えば、導波管２７０、２８０、２９０、３００、または３１０（図６）、または６７０、６８０、または６９０（図９Ａ－９Ｃ）のうちの１つとして、利用されてもよい。加えて、いくつかの実施形態では、ナノフォトニック構造１０２２、１０３２、１０５２、１０７２、１０２４、１０５４のうちのいくつかは、内部結合光学要素７００、７１０、７２０（図９Ａ－９Ｃ）に対応し得、ナノフォトニック構造１０２２、１０３２、１０５２、１０７２、１０２４、１０５４のうちの他のものは、光分散要素７３０、７４０、７５０および／または外部結合光学要素８００、８１０、８２０（図９Ａ－９Ｃ）に対応し得る。例えば、ナノフォトニック構造１０２４、１０５４は、内部結合光学要素７００、７１０、７２０に対応し得、ナノフォトニック構造１０２２、１０３２、１０５２、１０７２は、光分散要素７３０、７４０、７５０および／または外部結合光学要素８００、８１０、８２０に対応し得る。
（ハイブリッド導波管を作製する例示的方法）

いくつかの実施形態では、コアおよび補助層は、蒸着を伴わずに流動性材料を使用して形成されてもよい。加えて、パターン（例えば、ナノフォトニック構造を画定するパターン）が、別個のパターン化およびエッチングプロセスを伴わずに、コアおよび／または補助層の形成の間に形成されてもよい。例えば、ナノフォトニック構造は、インプリンティング、続いて、インプリントされた材料の硬質化または硬化によって形成されてもよい。

図１５ａ－１５ｅは、コア層および補助層を伴うハイブリッド導波管を形成する方法を図示する。図１５ａを参照すると、一対の金型１２００、１２０２が、提供される。金型１２０２は、形成されるべき補助層内に画定されるべき所望のナノフォトニック構造パターンのネガであり得る、***特徴１２３２のパターンを備える。補助層を形成するための材料１２３０の塊が、金型１２０２上に堆積される。

図１５ｂを参照すると、金型１２００、１２０２は、材料１２３０を圧縮し、それによって、補助層１０３０を形成するように、ともにまとめられる。圧縮された材料１２３０は、その材料を硬質化し、固体補助層１０３０を形成するように、硬化プロセス（例えば、紫外線光への暴露）を受けてもよい。図示されるように、ネガパターン１２３２は、ナノフォトニック構造１０３２を画定する。付加的ネガパターンが、所望に応じて付加的ナノフォトニック構造を形成するように、金型１２０２上に提供され得ることを理解されたい。

図１５ｃを参照すると、金型１２００、１２０２は、相互に対して離れて移動され、コア層を形成するための材料１２１０の塊が、補助層１０３０上に堆積される。図１５ｄを参照すると、金型１２００、１２０２は、材料１２１０の塊を圧縮し、それによって、コア層１０１０を形成するように、より接近して移動される。圧縮された材料１２１０は、その材料を硬質化し、固体コア層１０３０を形成する、硬化プロセス（例えば、紫外線光への暴露）を受けてもよい。図１５ｅを参照すると、金型１２００、１２０２は、相互に対して離れて移動され、コア層１０１０および補助層１０３０は、金型から解放され、それによって、ハイブリッド導波管１０００を形成する。

図１６ａ－１６ｄは、コア層および補助層を伴うハイブリッド導波管を形成する別の方法を図示する。図１５ａ－１５ｅの方法と異なり、コア層および補助層を形成する材料は、別個ではなく、ともに硬化される。

図１６ａを参照すると、一対の金型１２００、１２０２が、提供され、金型１２０２は、形成されるべき補助層内にナノフォトニック構造パターンを形成するための***特徴１２３２のパターンを備える。補助層を形成するための材料１２３０の塊が、続いて、金型１２０２上に堆積される。図１６ｂを参照すると、コア層を形成するための材料１２１０の塊が、補助層を形成するための材料１２３０の塊上に堆積される。好ましくは、塊１２３０、１２１０を形成する材料は、それらの材料の混合を防ぐように非混合性である。図１６ｃを参照すると、金型１２００、１２０２は、材料１２１０、１２３０の塊を同時に圧縮し、それによって、同時にコア層１０１０および補助層１０３０を形成するように、ともにより接近して移動される。圧縮された材料１２１０、１２３０は、それらの材料を硬質化し、それぞれ、固体コア層１０１０および固体補助層１０３０を形成する、硬化プロセス（例えば、紫外線光への暴露による）を受けてもよい。図１６ｄを参照すると、金型１２００、１２０２は、除去され、コア層１０１０および補助層１０３０は、ハイブリッド導波管１０００を形成するように金型から解放される。

図１７ａ－１７ｇは、コア層および複数の補助層を伴うハイブリッド導波管を形成する方法を図示する。図１７ａ－１７ｄは、図１５ａ－１５ｄに関して上記に説明されるように進行する。図１７ｅを参照すると、金型１２００、１２０２は、相互に対して離れて移動され、金型１２００は、別の金型１２０４と置換される。金型１２０４は、付加的補助層内にナノフォトニック構造を画定するための突出部１２２２のパターンを含む。付加的補助層を形成するための材料１２２０の付加的塊が、コア層１０１０上に堆積される。図１７ｆを参照すると、金型１２０４、１２０２は、材料１２２０の塊を圧縮し、補助層１２２０を形成するように、ともにより接近して移動される。特徴１２２２のパターンが、補助層１０２０内に所望のナノフォトニック構造１０２２をインプリントすることを理解されたい。圧縮された材料１２２０は、その材料を硬質化し、補助層１０２０を形成するように、硬化プロセスを受けてもよい。図１７ｇを参照すると、金型１２０４、１２０２は、離れて移動され、コア層１０１０と、補助層１０３０、１０２０とを備える、ハイブリッド導波管が、金型から解放される。

図１８ａ－１８ｄは、パターン化されたコア層および補助層を伴うハイブリッド導波管を形成する方法を図示する。いくつかの実施形態では、コア層と接触している金型は、コア層内にナノフォトニック構造を画定するためのパターン化された表面１２２２’を備えることを理解されたい。図１８ａ－１８ｄに図示される方法は、金型１２００が、コア層内に特徴をパターン化するための突出部１２２２’のパターンを有する金型１２０４’と置換されることを除いて、図１６ａ－１６ｄに関して上記に説明されるものと同一の様式で進む。その結果、金型１２０２、１２０４’が、材料１２３０、１２１０の塊を圧縮するようにともにまとめられるとき、金型１２０４は、コア層１０１０’の中にナノフォトニック構造１０２２’をインプリントする。材料１２３０、１２１０の塊は、コア層１０１０’および補助層１０３０を形成するように硬化される。金型１２０２、１２０４’は、続いて、離れて移動され、ハイブリッド導波管が、解放される。ハイブリッド導波管は、補助層１０３０と、ナノフォトニック構造１０２２’を有するコア層１０１０’とを備える。

いくつかの他の実施形態では、補助層１０３０を形成するための材料１２３０の塊は、金型１２００（図示せず）等の平坦な金型を使用して圧縮され、補助層１０３０上に材料１２１０の塊を堆積させる前に硬化されてもよい。重なる金型は、続いて、材料１２１０の塊の中にナノフォトニック構造１０２２’をプリントするように金型１２０４’と置換されてもよい。

図１９ａ－１９ｄは、一体型スペーサを伴うハイブリッド導波管を形成する方法を図示する。図１９ａ－１９ｄに図示される方法は、金型１２０２’が、金型１２０２に取って代わり、形成されるべき補助層１０３１内に開放容積１０３４を画定するための垂直に突出する特徴を含むことを除いて、図１７ａ－１７ｄに関して本明細書に議論されるものに類似する。開放容積は、別の導波管からの垂直に延在するスペーサを収容するように定寸され、成形され、位置することを理解されたい。図１９ｅを参照すると、金型１２００、１２０２’は、分離され、金型１２００は、重なる補助層内にスペーサを画定するための開口部１２７４のパターンを含み得る、別の金型１２０６と置換される。重なる補助層を形成するための材料１２２０の付加的塊が、コア層１２１０上に堆積される。図１７ｆを参照すると、金型１２０６、１２０２は、ともにより接近して移動され、材料１２２０の塊を圧縮し、補助層１０２１を形成する。続いて、結果として生じる構造が、補助層１０２１を硬質化するように硬化される。図１９ｇを参照すると、金型１２０６、１２０２は、離れて移動され、コア層１２１０と、補助層１０７１、１０３１とを備える、ハイブリッド導波管が、金型から解放され、それによって、スペーサ１０７４と、他の導波管からのスペーサを受容するための開口部１０３４とを有する、ハイブリッド導波管を形成する。

概して、図１５ａ－１９ｇを参照すると、他の補助またはコア層を形成する、材料上に堆積される堆積材料は、好ましくは、堆積材料が、接触を維持し、可能性として、材料の下層にわたって拡散することを可能にするために十分な湿潤性を有することを理解されたい。加えて、材料の付加的層が、材料の塊を堆積させ、その材料を圧縮し、その材料を硬化することによって、図示される材料の層上に形成され得ることを理解されたい。加えて、ナノフォトニック構造が、それらの層を硬化する前に、層の中にナノフォトニック構造をインプリントするように、適切なモードを使用してこれらの付加的層内に形成されてもよい。

前述の明細書では、本発明は、その具体的実施形態を参照して説明された。しかしながら、種々の修正および変更が、本発明のより広義の精神および範囲から逸脱することなくそこに行われ得ることが明白となるであろう。明細書および図面は、故に、限定的意味ではなく、例証と見なされるべきである。

実際、本開示のシステムおよび方法は、それぞれ、いくつかの革新的側面を有し、そのうちのいかなるものも、本明細書に開示される望ましい属性に単独で関与しない、またはそのために要求されないことを理解されたい。上記に説明される種々の特徴およびプロセスは、相互に独立して使用され得る、または種々の方法で組み合わせられ得る。全ての可能性として考えられる組み合わせおよび副次的組み合わせが、本開示の範囲内に該当することが意図される。

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

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

故に、請求項は、本明細書に示される実施形態に限定されることを意図しておらず、本明細書に開示される本開示、原理、および新規の特徴と一貫する最も広い範囲を与えられるべきである。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
光学デバイスであって、前記光学デバイスは、
導波管を備え、前記導波管は、
他方の主要表面の反対側に主要表面を有する光学的透過型コア層と、
前記主要表面上の光学的透過型補助層であって、前記補助層は、ナノフォトニック構造を有する、補助層と
を備え、
前記補助層は、前記コア層よりも薄く、前記コア層を形成する材料と異なる材料から形成される、光学デバイス。
（項目２）
前記ナノフォトニック構造は、光学格子を備える、項目１に記載の光学デバイス。
（項目３）
前記コア層および前記補助層はそれぞれ、ポリマーまたは樹脂から形成される、項目１に記載の光学デバイス。
（項目４）
前記補助層を形成する材料は、前記コア層を形成する材料の屈折率と約０．０５以上異なる屈折率を有する、項目１に記載の光学デバイス。
（項目５）
前記コア層は、１００～５，０００μｍの厚さを有し、前記補助層は、０．０１～５μｍの厚さを有する、項目１に記載の光学デバイス。
（項目６）
前記コア層よりも薄く、前記他方の主要表面に直接隣接する付加的補助層をさらに備える、項目１に記載の光学デバイス。
（項目７）
前記付加的補助層は、光学格子を備える、項目６に記載の光学デバイス。
（項目８）
前記コア層から見て前記補助層の反対側に配置される付加的コア層をさらに備える、項目１に記載の導波管。
（項目９）
前記コア層よりも薄い補助層と交互になる複数のコア層をさらに備え、前記補助層は、前記コア層と異なる材料から形成される、項目１に記載の光学デバイス。
（項目１０）
前記コア層は、同一の材料から形成される、項目９に記載の光学デバイス。
（項目１１）
前記補助層は、同一の材料から形成される、項目１０に記載の光学デバイス。
（項目１２）
前記補助層のうちの１つ以上のものは、１つ以上の他の補助層と異なる光学格子を備える、項目９に記載の光学デバイス。
（項目１３）
光学システムであって、前記光学システムは、
スタックされる離間された導波管のセットを備え、前記導波管のうちの少なくとも１つは、
他方の主要表面の反対側に主要表面を有する光学的透過型コア層と、
前記主要表面上の光学的透過型補助層であって、前記補助層は、ナノフォトニック構造を有する、補助層と
を備え、
前記補助層は、前記コア層よりも薄く、前記コア層を形成する材料と異なる材料から形成される、光学システム。
（項目１４）
各導波管は、空隙によって分離される、項目１３に記載の光学システム。
（項目１５）
各導波管は、前記導波管の間に配置される１つ以上のスペーサによって離間される、項目１３に記載の光学システム。
（項目１６）
前記導波管はそれぞれ、コア層と、補助層とを備え、前記１つ以上のスペーサは、前記コア層または補助層のうちの１つと一体的である、項目１５に記載の光学システム。
（項目１７）
前記導波管はそれぞれ、コア層と、補助層とを備え、各導波管のコア層は、前記スタックされる離間された導波管のセットのうちの他の導波管のコア層と異なる材料から形成される、項目１３に記載の光学システム。
（項目１８）
前記光学システムは、拡張現実システムであり、
画像情報を含有する変調光を前記導波管に提供するように構成される空間光変調器をさらに備え、
各導波管は、複数のナノフォトニック構造を備え、前記ナノフォトニック構造は、
前記変調光を前記導波管の中に指向するように構成される内部結合回折光学要素と、
前記導波管から内部結合された変調光を抽出するように構成される外部結合回折光学要素と
を備える、項目１３に記載の光学システム。
（項目１９）
前記空間光変調器は、前記内部結合回折光学要素上に画像を投影するように構成される光投影システムの一部である、項目１８に記載の光学システム。
（項目２０）
前記空間光変調器は、走査ファイバディスプレイのために光を変調させる、項目１８に記載の光学システム。
（項目２１）
スタックされる離間された導波管の複数のセットをさらに備え、各導波管は、
他方の主要表面の反対側に主要表面を有する光学的透過型コア層と、
前記主要表面上の光学的透過型補助層であって、前記補助層は、ナノフォトニック構造を有する、補助層と
を備え、
前記補助層は、前記コア層よりも薄く、前記コア層を形成する材料と異なる材料から形成される、項目１３に記載の光学システム。
（項目２２）
光学デバイスを作製するための方法であって、前記方法は、
導波管を形成することを含み、前記導波管を形成することは、
上側および下側インプリント金型を提供することであって、前記インプリント金型は、相互に面する、ことと、
前記インプリント金型の間に第１のポリマー材料を提供することと、
前記第１のポリマー材料にわたって、前記インプリント金型の間に第２のポリマー材料を提供することであって、前記第２のポリマー材料は、液体状態である、ことと、
前記第２のポリマー材料を前記上側インプリント金型と接触させることと、
前記第１のポリマー材料および前記第２のポリマー材料を硬質化プロセスに暴露することであって、前記第１のポリマー材料は、第１の層を形成し、前記第２のポリマー材料は、第２の層を形成する、ことと、
前記上側インプリント金型を除去することと
を含む、方法。
（項目２３）
前記上側インプリント金型は、突出部およびくぼみのパターンを備え、前記第２のポリマー材料を前記上側インプリント金型と接触させることは、突出部およびくぼみの対応するパターンを前記第２のポリマー材料の中に転写する、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記下側インプリント金型は、突出部およびくぼみのパターンを備え、前記第１の層は、突出部およびくぼみの合致するパターンを備える、項目２２に記載の方法。
（項目２５）
前記第１のポリマー材料は、液体状態である、項目２２に記載の方法。
（項目２６）
前記第１のポリマー材料を提供することは、
前記下側インプリント金型と付加的インプリント金型との間に前記第１のポリマー材料を提供することと、
前記下側インプリント金型と前記付加的インプリント金型との間で前記第１のポリマー材料を圧縮することと、
前記下側インプリント金型と前記付加的インプリント金型との間で前記第１のポリマー材料を硬質化することと
を含み、
上側および下側インプリント金型を提供することは、
前記付加的インプリント金型を除去することと、
前記第１のポリマー材料にわたって前記上側インプリント金型を配置することと
を含む、項目２２に記載の方法。
（項目２７）
前記第１および第２のポリマー材料を硬質化プロセスに暴露することは、前記第１および第２のポリマー材料を紫外線光に暴露することを含む、項目２２に記載の方法。
（項目２８）
前記第２のポリマー材料の第２の層上に第３のポリマー材料を堆積させることと、
前記第３のポリマー材料を第３のポリマー材料金型と接触させることと、
前記第３のポリマー材料を硬質化し、前記第３のポリマー材料の第３の層を形成することと、
前記第３のポリマー材料金型を除去することと
をさらに含む、項目２２に記載の方法。
（項目２９）
前記第３の層上に第４のポリマー材料を堆積させることと、
前記第４のポリマー材料を第４のポリマー材料金型と接触させることと、
前記第４のポリマー材料を硬質化し、前記第４のポリマー材料から形成される第４の層を形成することと、
前記第４のポリマー材料金型を除去することと
をさらに含む、項目２８に記載の方法。
（項目３０）
前記第４の層上に第５のポリマー材料を堆積させることと、
前記第５のポリマー材料を第５のポリマー材料金型と接触させることと、
前記第５のポリマー材料を硬質化し、前記第５のポリマー材料から形成される第５の層を形成することと、
前記第５のポリマー材料金型を除去することと
をさらに含む、項目２９に記載の方法。
（項目３１）
前記第１、第３、および第５のポリマー材料は、同一の材料である、項目３０に記載の方法。
（項目３２）
前記第２および第４のポリマー材料は、同一の材料である、項目３１に記載の方法。
（項目３３）
前記第１、第３、および第５の層は、回折光学要素を形成する突出部およびくぼみのパターンを備える、項目３１に記載の方法。
（項目３４）
ポリマー材料の交互層を備える導波管を形成することであって、前記交互層のうちの１つおきの層は、突出部およびくぼみのパターンを備える、ことと、
前記付加的導波管を前記導波管に添着することであって、前記付加的導波管および前記導波管は、間隙によって分離される、ことと
をさらに含む、項目２２に記載の方法。

Claims (36)

1. 光学デバイスであって、前記光学デバイスは、
   導波管を備え、前記導波管は、
   他方の主要表面の反対側に主要表面を有する光学的透過型コア層であって、前記コア層は、第１の屈折率を有する第１の材料から形成される、コア層と、
   前記主要表面上の光学的透過型補助層であって、前記補助層は、複数のナノフォトニック構造を備え、前記補助層は、第２の屈折率を有する第２の材料から形成される、補助層と
   を備え、
   前記第２の材料は、前記第１の材料と異なり、
   前記第１の屈折率は、前記第２の屈折率と異なり、
   前記第１の屈折率および前記第２の屈折率は両方とも、少なくとも１．６５であり、
   前記補助層は、前記コア層よりも薄い、光学デバイス。
2. 前記複数のナノフォトニック構造は、光学格子を備える、請求項１に記載の光学デバイス。
3. 前記コア層および前記補助層はそれぞれ、ポリマーまたは樹脂から形成される、請求項１に記載の光学デバイス。
4. 前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率と０．０５以上異なる、請求項１に記載の光学デバイス。
5. 前記コア層は、１００～５，０００μｍの厚さを有し、前記補助層は、０．０１～５μｍの厚さを有する、請求項１に記載の光学デバイス。
6. 前記コア層よりも薄く、前記他方の主要表面に直接隣接する付加的補助層をさらに備える、請求項１に記載の光学デバイス。
7. 前記付加的補助層は、光学格子を備える、請求項６に記載の光学デバイス。
8. 前記コア層から見て前記補助層の反対側に配置される付加的コア層をさらに備える、請求項１に記載の導波管。
9. 前記コア層よりも薄い補助層と交互になる複数のコア層をさらに備え、前記補助層は、前記コア層と異なる材料から形成される、請求項１に記載の光学デバイス。
10. 前記コア層は、同一の材料から形成される、請求項９に記載の光学デバイス。
11. 前記補助層は、同一の材料から形成される、請求項１０に記載の光学デバイス。
12. 前記補助層のうちの１つ以上のものは、１つ以上の他の補助層と異なる光学格子を備える、請求項９に記載の光学デバイス。
13. 光学システムであって、前記光学システムは、
    スタックされる離間された導波管のセットを備え、前記導波管のうちの少なくとも１つは、
    他方の主要表面の反対側に主要表面を有する光学的透過型コア層であって、前記コア層は、第１の屈折率を有する第１の材料から形成される、コア層と、
    前記主要表面上の光学的透過型補助層であって、前記補助層は、複数のナノフォトニック構造を備え、前記補助層は、第２の屈折率を有する第２の材料から形成される、補助層と
    を備え、
    前記第２の材料は、前記第１の材料と異なり、
    前記第１の屈折率は、前記第２の屈折率と異なり、
    前記第１の屈折率および前記第２の屈折率は両方とも、少なくとも１．６５であり、
    前記補助層は、前記コア層よりも薄い、光学システム。
14. 各導波管は、空隙によって分離される、請求項１３に記載の光学システム。
15. 各導波管は、前記導波管の間に配置される１つ以上のスペーサによって離間される、請求項１３に記載の光学システム。
16. 前記導波管はそれぞれ、コア層と、補助層とを備え、前記１つ以上のスペーサは、前記コア層または補助層のうちの１つと一体的である、請求項１５に記載の光学システム。
17. 光学システムであって、前記光学システムは、
    スタックされる離間された導波管のセットを備え、前記導波管のうちの少なくとも１つは、
    他方の主要表面の反対側に主要表面を有する光学的透過型コア層と、
    前記主要表面上の光学的透過型補助層であって、前記補助層は、ナノフォトニック構造を備える、補助層と
    を備え、
    前記補助層は、前記コア層よりも薄く、前記コア層を形成する材料と異なる材料から形成され、
    前記導波管はそれぞれ、コア層と、補助層とを備え、各導波管のコア層は、前記スタックされる離間された導波管のセットのうちの他の導波管のコア層と異なる材料から形成される、光学システム。
18. 前記光学システムは、拡張現実システムであり、
    画像情報を含有する変調光を前記導波管に提供するように構成される空間光変調器をさらに備え、
    各導波管は、複数のナノフォトニック構造を備え、前記ナノフォトニック構造は、
    前記変調光を前記導波管の中に指向するように構成される内部結合回折光学要素と、
    前記導波管から内部結合された変調光を抽出するように構成される外部結合回折光学要素と
    を備える、請求項１３に記載の光学システム。
19. 前記空間光変調器は、前記内部結合回折光学要素上に画像を投影するように構成される光投影システムの一部である、請求項１８に記載の光学システム。
20. 前記空間光変調器は、走査ファイバディスプレイのために光を変調させる、請求項１８に記載の光学システム。
21. スタックされる離間された導波管の複数のセットをさらに備え、各導波管は、
    他方の主要表面の反対側に主要表面を有する光学的透過型コア層と、
    前記主要表面上の光学的透過型補助層であって、前記補助層は、ナノフォトニック構造を備える、補助層と
    を備え、
    前記補助層は、前記コア層よりも薄く、前記コア層を形成する材料と異なる材料から形成される、請求項１３に記載の光学システム。
22. 光学デバイスを作製するための方法であって、前記方法は、
    導波管を形成することを含み、前記導波管を形成することは、
    上側および下側インプリント金型を提供することであって、前記インプリント金型は、相互に面する、ことと、
    前記インプリント金型の間に第１のポリマー材料を提供することと、
    前記第１のポリマー材料にわたって、前記インプリント金型の間に第２のポリマー材料を提供することであって、前記第２のポリマー材料は、液体状態である、ことと、
    前記第２のポリマー材料を前記上側インプリント金型と接触させることと、
    前記第１のポリマー材料および前記第２のポリマー材料を硬質化プロセスに暴露することであって、前記第１のポリマー材料は、第１の層を形成し、前記第２のポリマー材料は、第２の層を形成する、ことと、
    前記上側インプリント金型を除去することと
    を含む、方法。
23. 前記上側インプリント金型は、突出部およびくぼみのパターンを備え、前記第２のポリマー材料を前記上側インプリント金型と接触させることは、突出部およびくぼみの対応するパターンを前記第２のポリマー材料の中に転写する、請求項２２に記載の方法。
24. 前記下側インプリント金型は、突出部およびくぼみのパターンを備え、前記第１の層は、突出部およびくぼみの合致するパターンを備える、請求項２２に記載の方法。
25. 前記インプリント金型の間に前記第１のポリマー材料を提供することは、
    前記インプリント金型の間に液体状態で前記第１のポリマー材料を提供することを含む、請求項２２に記載の方法。
26. 前記第１のポリマー材料を提供することは、
    前記下側インプリント金型と付加的インプリント金型との間に前記第１のポリマー材料を提供することと、
    前記下側インプリント金型と前記付加的インプリント金型との間で前記第１のポリマー材料を圧縮することと、
    前記下側インプリント金型と前記付加的インプリント金型との間で前記第１のポリマー材料を硬質化することと
    を含み、
    上側および下側インプリント金型を提供することは、
    前記付加的インプリント金型を除去することと、
    前記第１のポリマー材料にわたって前記上側インプリント金型を配置することと
    を含む、請求項２２に記載の方法。
27. 前記第１および第２のポリマー材料を硬質化プロセスに暴露することは、前記第１および第２のポリマー材料を紫外線光に暴露することを含む、請求項２２に記載の方法。
28. 前記第２のポリマー材料の第２の層上に第３のポリマー材料を堆積させることと、
    前記第３のポリマー材料を第３のポリマー材料金型と接触させることと、
    前記第３のポリマー材料を硬質化し、前記第３のポリマー材料の第３の層を形成することと、
    前記第３のポリマー材料金型を除去することと
    をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
29. 前記第３の層上に第４のポリマー材料を堆積させることと、
    前記第４のポリマー材料を第４のポリマー材料金型と接触させることと、
    前記第４のポリマー材料を硬質化し、前記第４のポリマー材料から形成される第４の層を形成することと、
    前記第４のポリマー材料金型を除去することと
    をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
30. 前記第４の層上に第５のポリマー材料を堆積させることと、
    前記第５のポリマー材料を第５のポリマー材料金型と接触させることと、
    前記第５のポリマー材料を硬質化し、前記第５のポリマー材料から形成される第５の層を形成することと、
    前記第５のポリマー材料金型を除去することと
    をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
31. 前記第１、第３、および第５のポリマー材料は、同一の材料である、請求項３０に記載の方法。
32. 前記第２および第４のポリマー材料は、同一の材料である、請求項３１に記載の方法。
33. 前記第１、第３、および第５の層は、回折光学要素を形成する突出部およびくぼみのパターンを備える、請求項３１に記載の方法。
34. ポリマー材料の交互層を備える付加的導波管を形成することであって、前記交互層のうちの１つおきの層は、突出部およびくぼみのパターンを備える、ことと、
    前記付加的導波管を前記導波管に添着することであって、前記付加的導波管および前記導波管は、間隙によって分離される、ことと
    をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
35. 前記複数のナノフォトニック構造は、前記コア層の中に延在する１つ以上のくぼみを含む、請求項１に記載の光学デバイス。
36. 前記複数のナノフォトニック構造は、前記コア層の中に延在する１つ以上のくぼみを含む、請求項１３に記載の光学システム。
    

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