JP7406622B2 - 高屈折率材料を使用した平坦スペクトル応答格子 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、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、２０１９年８月２１日に出願された、米国仮出願第６２／８８９，６５０号の利益を主張する。

本開示は、格子構造を有する、光学要素と、それを生産するための方法とに関する。

ウェアラブルディスプレイシステム（例えば、ウェアラブルディスプレイヘッドセット）等の光学結像システムは、投影された画像をユーザに提示する、１つまたはそれを上回る接眼レンズを含むことができる。接眼レンズは、１つまたはそれを上回る高度に屈折性の材料の薄い層を使用して、構築されることができる。実施例として、接眼レンズは、高度に屈折性のガラス、シリコン、金属、またはポリマー基板の１つまたはそれを上回る層から構築されることができる。

ある場合には、接眼レンズは、特定の焦点深度に従って画像を投影するように、パターン化されることができる（例えば、１つまたはそれを上回る光回折ナノ構造を伴う）。例えば、パターン化された接眼レンズを視認するユーザには、投影された画像は、ユーザから特定の距離だけ離れるように現れ得る。

さらに、複数の接眼レンズが、シミュレートされた３次元画像を投影するように併用されることができる。例えば、複数の接眼レンズ（それぞれ、異なるパターンを有する）が、重ねて層化されることができ、各接眼レンズは、立体画像の異なる深度層を投影することができる。したがって、接眼レンズは、集合的に、３次元を横断して、立体画像をユーザに提示することができる。これは、例えば、ユーザに「仮想現実」環境を提示する際に有用であり得る。

本開示は、ある格子構造を有する、光学要素と、それを生産するための方法とを説明する。説明される実装のうちの１つまたはそれを上回るものは、特定のスペクトル（例えば、可視スペクトル）を横断して実質的に一定回折効率性を呈する、光学要素を生産するために使用されることができる。いくつかの実装では、光学要素は、ウェアラブルディスプレイヘッドセット内の接眼レンズとしての使用のために好適であり得る。

ある例示的実装では、光学要素は、その周縁に沿って（例えば、光学要素と別の光学要素との間の界面に沿って、または光学要素と空気との間の界面に沿って）画定される、１つまたはそれを上回る格子構造を含む。格子構造は、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、および／またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）等の１つまたはそれを上回る高屈折率材料から形成される。特に、これらの材料の示差分散は、可視スペクトルを横断して均一回折効率性を達成するために使用されることができる。これは、例えば、広視野にわたって高色均一性を有する、高品質マルチカラー画像（例えば、赤色－緑色－青色画像）を表示し得る、（例えば、ウェアラブルディスプレイヘッドセットにおいて使用するための）単一導波管層接眼レンズの加工において有益であり得る。

ある側面では、頭部搭載型ディスプレイデバイスは、光学連通する、複数の光学要素を含む。複数の光学要素は、頭部搭載型ディスプレイデバイスの動作の間、画像を頭部搭載型ディスプレイデバイスを装着しているユーザの視野内に投影するように構成される。複数の光学要素の第１の光学要素は、複数の光学要素の第２の光学要素からの光を受け取るように構成される。第１の光学要素は、第１の光学要素の周縁に沿って格子を画定する。格子は、第１の光学要素の基部部分から延在する、複数の突出部を含む。突出部は、光の可視波長に関する第１の光学分散プロファイルを有する、第１の材料を含む。格子はまた、第１の光学要素の基部部分に沿って、複数の突出部のうちの少なくともいくつかの間に配置される、第２の材料を含む。第２の材料は、光の可視波長に関する第２の光学分散プロファイルを有する。

本側面の実装は、以下の特徴のうちの１つまたはそれを上回るものを含むことができる。

いくつかの実装では、第２の材料は、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）であることができる。

いくつかの実装では、第１の材料は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）であることができる。

いくつかの実装では、第１の材料は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）であることができる。

いくつかの実装では、第１の光学要素の基部部分は、第１の材料を含むことができる。

いくつかの実装では、第１の光学要素の基部部分は、複数の突出部と同一材料から成ることができる。

いくつかの実装では、第１の光学要素の基部部分は、複数の突出部と一体的に形成されることができる。

いくつかの実装では、各突出部は、略矩形断面を有することができる。

いくつかの実装では、各突出部は、第１の光学要素の基部部分の表面の上方の第１の高さまで延在することができる。第２の材料は、第１の光学要素の基部部分の表面の上方の第２の高さまで延在することができ、第２の高さは、第１の高さと異なる。

いくつかの実装では、第１の高さは、第２の高さを上回ることができる。

いくつかの実装では、第１の高さは、約９０ｎｍであることができる。

いくつかの実装では、第２の高さは、約８０ｎｍであることができる。

いくつかの実装では、格子は、第１の光学要素の基部部分の長さに沿って、周期に従って繰り返されることができる。

いくつかの実装では、周期は、約２０８ｎｍの長さに対応することができる。

いくつかの実装では、各突出部は、実質的に等しい幅を有することができる。

いくつかの実装では、各突出部は、約１４０ｎｍの幅を有することができる。

いくつかの実装では、第１および第２の光学分散プロファイルは、第１の材料のみから成る格子と比較して、入射角の範囲に関して、入射光の第１の波長に対する格子の第１の回折効率性と、入射光の第２の波長に対する格子の第２の回折効率性と、入射光の第３の波長に対する格子の第３の回折効率性との間の変動を低減させることができる。

いくつかの実装では、第１の波長は、可視スペクトル内の第１の色に対応することができ、第２の波長は、可視スペクトル内の第２の色に対応することができ、第３の波長は、可視スペクトル内の第３の色に対応することができ、第１の色、第２の色、および第３の色は、相互に異なる。

いくつかの実装では、第１の色は、赤色であることができ、第２の色は、緑色であることができ、第３の色は、青色であることができる。

いくつかの実装では、入射角の範囲は、約－２０°～２０°であることができる。

別の側面では、頭部搭載型ディスプレイデバイスを構築する方法は、第１の光学要素の第１の表面に沿って形成される格子を含む、第１の光学要素を提供することを含む。格子は、複数の突出部であって、光の可視波長に関する第１の光学分散プロファイルを有する第１の材料を含む、複数の突出部と、第１の光学要素の第１の表面に沿って複数の突出部のうちの少なくともいくつかの間に堆積される第２の材料とを含む。第２の材料は、光の可視波長に関する第２の光学分散プロファイルを有する。本方法はまた、第１の光学要素を頭部搭載型ディスプレイデバイス内で第２の光学要素と光学連通するように位置付けることを含む。

本側面の実装は、以下の特徴のうちの１つまたはそれを上回るものを含むことができる。

いくつかの実装では、第２の材料は、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）であることができる。

いくつかの実装では、第１の材料は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）であることができる。

いくつかの実装では、第１の材料は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）であることができる。

いくつかの実装では、格子は、第１の表面に沿って、複数のチャネルを第１の光学要素上にエッチングすることであって、各チャネルは、第１の深度を有する、ことと、第１の表面に沿って、第２の材料を複数の突出部のうちの少なくともいくつかの間に堆積させることとによって形成されることができる。

いくつかの実装では、各チャネルは、略矩形断面を有することができる。

いくつかの実装では、各チャネルは、実質的に等しい幅を有することができる。

いくつかの実装では、各チャネルは、約６８ｎｍの幅を有することができる。

いくつかの実装では、第２の材料を堆積させることは、第２の材料をチャネルのうちの少なくともいくつかの中に堆積させることを含むことができる。

いくつかの実装では、第２の材料を堆積させることは、第２の材料をチャネルのうちの少なくともいくつかの中にスパッタリングすることを含むことができる。

いくつかの実装では、第２の材料は、チャネル内で第１の高さまで延在するように堆積されることができる。

いくつかの実装では、第１の深度は、第１の高さを上回ることができる。

いくつかの実装では、第１の深度は、約９０ｎｍであることができる。

いくつかの実装では、第１の高さは、約８０ｎｍであることができる。

いくつかの実装では、格子は、第１の表面の長さに沿って、周期に従って形成されることができる。

いくつかの実装では、周期は、約２０８ｎｍの長さに対応することができる。

１つまたはそれを上回る実施形態の詳細は、付随の図面および下記の説明に記載される。他の特徴および利点は、説明および図面から、ならびに請求項から明白となるであろう。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
頭部搭載型ディスプレイデバイスであって、
光学連通する複数の光学要素であって、前記複数の光学要素は、前記頭部搭載型ディスプレイデバイスの動作の間、画像を前記頭部搭載型ディスプレイデバイスを装着しているユーザの視野内に投影するように構成される、複数の光学要素
を備え、
前記複数の光学要素の第１の光学要素は、前記複数の光学要素の第２の光学要素からの光を受け取るように構成され、
前記第１の光学要素は、前記第１の光学要素の周縁に沿って格子を画定し、前記格子は、
前記第１の光学要素の基部部分から延在する複数の突出部であって、前記複数の突出部は、光の可視波長に関する第１の光学分散プロファイルを有する第１の材料を含む、突出部と、
前記第１の光学要素の基部部分に沿って、前記複数の突出部のうちの少なくともいくつかの間に配置される第２の材料であって、前記第２の材料は、光の可視波長に関する第２の光学分散プロファイルを有する、第２の材料と
を備える、頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目２）
前記第２の材料は、二酸化チタン（ＴｉＯ _２ ）である、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目３）
前記第１の材料は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）である、項目２に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目４）
前記第１の材料は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ _３ ）である、項目２に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目５）
前記第１の光学要素の基部部分は、前記第１の材料を含む、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目６）
前記第１の光学要素の基部部分は、前記複数の突出部と同一材料から成る、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目７）
前記第１の光学要素の基部部分は、前記複数の突出部と一体的に形成される、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目８）
各突出部は、略矩形断面を有する、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目９）
各突出部は、前記第１の光学要素の基部部分の表面の上方の第１の高さまで延在し、
前記第２の材料は、前記第１の光学要素の基部部分の表面の上方の第２の高さまで延在し、前記第２の高さは、前記第１の高さと異なる、
項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目１０）
前記第１の高さは、前記第２の高さを上回る、項目９に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目１１）
前記第１の高さは、約９０ｎｍである、項目１０に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目１２）
前記第２の高さは、約８０ｎｍである、項目１１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目１３）
前記格子は、前記第１の光学要素の基部部分の長さに沿って、周期に従って繰り返される、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目１４）
前記周期は、約２０８ｎｍの長さに対応する、項目１３に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目１５）
各突出部は、実質的に等しい幅を有する、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目１６）
各突出部は、約１４０ｎｍの幅を有する、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目１７）
前記第１および第２の光学分散プロファイルは、前記第１の材料のみから成る格子と比較して、入射角の範囲に関して、入射光の第１の波長に対する前記格子の第１の回折効率性と、入射光の第２の波長に対する前記格子の第２の回折効率性と、入射光の第３の波長に対する前記格子の第３の回折効率性との間の変動を低減させる、項目１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目１８）
前記第１の波長は、前記可視スペクトル内の第１の色に対応し、前記第２の波長は、前記可視スペクトル内の第２の色に対応し、前記第３の波長は、前記可視スペクトル内の第３の色に対応し、前記第１の色、前記第２の色、および第３の色は、相互に異なる、項目１７に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目１９）
前記第１の色は、赤色であり、前記第２の色は、緑色であり、前記第３の色は、青色である、項目１８に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目２０）
前記入射角の範囲は、約－２０°～２０°である、項目１７に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
（項目２１）
頭部搭載型ディスプレイデバイスを構築する方法であって、前記方法は、
前記第１の光学要素の第１の表面に沿って形成される格子を備える第１の光学要素を提供することであって、前記格子は、複数の突出部であって、前記複数の突出部は、光の可視波長に関する第１の光学分散プロファイルを有する第１の材料を含む、複数の突出部と、前記第１の光学要素の第１の表面に沿って複数の突出部のうちの少なくともいくつかの間に堆積される第２の材料であって、前記第２の材料は、光の可視波長に関する第２の光学分散プロファイルを有する、第２の材料とを備える、ことと、
前記第１の光学要素を前記頭部搭載型ディスプレイデバイス内で第２の光学要素と光学連通するように位置付けることと
を含む、方法。
（項目２２）
前記第２の材料は、二酸化チタン（ＴｉＯ _２ ）である、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
前記第１の材料は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）である、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記第１の材料は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ _３ ）である、項目２２に記載の方法。
（項目２５）
前記格子は、前記第１の表面に沿って、複数のチャネルを前記第１の光学要素上にエッチングすることであって、各チャネルは、第１の深度を有する、ことと、前記第１の表面に沿って、前記第２の材料を前記複数の突出部のうちの少なくともいくつかの間に堆積させることとによって形成される、項目２１に記載の方法。
（項目２６）
各チャネルは、略矩形断面を有する、項目２５に記載の方法。
（項目２７）
各チャネルは、実質的に等しい幅を有する、項目２５に記載の方法。
（項目２８）
各チャネルは、約６８ｎｍの幅を有する、項目２５に記載の方法。
（項目２９）
前記第２の材料を堆積させることは、前記第２の材料を前記チャネルのうちの少なくともいくつかの中に堆積させることを含む、項目２５に記載の方法。
（項目３０）
前記第２の材料を堆積させることは、前記第２の材料を前記チャネルのうちの少なくともいくつかの中にスパッタリングすることを含む、項目２５に記載の方法。
（項目３１）
前記第２の材料は、前記チャネル内で第１の高さまで延在するように堆積される、項目２９に記載の方法。
（項目３２）
前記第１の深度は、前記第１の高さを上回る、項目３１に記載の方法。
（項目３３）
前記第１の深度は、約９０ｎｍである、項目３２に記載の方法。
（項目３４）
前記第１の高さは、約８０ｎｍである、項目３３に記載の方法。
（項目３５）
前記格子は、前記第１の表面の長さに沿って、周期に従って形成される、項目２１に記載の方法。
（項目３６）
前記周期は、約２０８ｎｍの長さに対応する、項目３５に記載の方法。

図１は、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を示す。

図２Ａ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示す。

図２Ｂは、複数の深度面を使用して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示す。

図３Ａ－３Ｃは、曲率半径と焦点半径との間の関係を示す。

図４は、ＡＲ接眼レンズ内で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示す。

図５および６は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を示す。 図５および６は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を示す。

図７は、断面図において、例示的格子構造を示す。

図８Ａは、断面図において、格子構造の例示的繰り返しユニットを示す。

図８Ｂおよび８Ｃは、断面図において、図５Ａに示される繰り返しユニットを有する、例示的光学要素を示す。 図８Ｂおよび８Ｃは、断面図において、図５Ａに示される繰り返しユニットを有する、例示的光学要素を示す。

図９Ａおよび９Ｂは、例示的格子構造の角度応答を示す。 図９Ａおよび９Ｂは、例示的格子構造の角度応答を示す。

図１０Ａおよび１０Ｂは、例示的格子構造を有する例示的接眼レンズによって放出される、光の強度マップを示す。

図１１は、本明細書に説明される格子構造を形成するために使用される、例示的材料の屈折率を示す。

図１２Ａおよび１２Ｂは、格子構造の例示的繰り返しユニットを示す。

図１３は、本明細書に説明される光学要素および格子構造を使用して頭部搭載型ディスプレイデバイスを構築するための例示的プロセスのフローチャート図である。

図１４は、例示的コンピュータシステムの略図である。

詳細な説明
図１は、高屈折率材料格子を組み込む、例示的ウェアラブルディスプレイシステム６０を図示する。ディスプレイシステム６０は、ディスプレイまたは接眼レンズ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モジュールならびにシステムとを含む。ディスプレイ７０は、フレーム８０に結合されてもよく、これは、ディスプレイシステムユーザ９０によって装着可能であって、ディスプレイ７０をユーザ９０の眼の正面に位置付けるように構成される。ディスプレイ７０は、いくつかの実施形態では、アイウェアと見なされてもよい。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。ディスプレイシステムはまた、１つまたはそれを上回るマイクロホン１１０を含み、音を検出してもよい。マイクロホン１１０は、ユーザが、入力またはコマンドをシステム６０に提供することを可能にすることができ（例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等）、および／または他の人物（例えば、類似ディスプレイシステムの他のユーザ）とのオーディオ通信を可能にすることができる。マイクロホン１１０はまた、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）をユーザの周囲から収集することができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムはまた、周辺センサ１２０ａを含んでもよく、これは、フレーム８０と別個であって、ユーザ９０の身体（例えば、頭部、胴体、四肢等上）に取り付けられてもよい。周辺センサ１２０ａは、いくつかの実施形態では、ユーザ９０の生理学的状態を特徴付けるデータを取得してもよい。

ディスプレイ７０は、有線導線または無線コネクティビティ等の通信リンク１３０によって、ローカルデータ処理モジュール１４０に動作可能に結合され、これは、フレーム８０に固定して取り付けられる、ユーザによって装着されるヘルメットもしく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、またはベルト結合式構成において）等、種々の構成において搭載されてもよい。同様に、センサ１２０ａは、通信リンク１２０ｂ（例えば、有線導線または無線コネクティビティ）によって、ローカルプロセッサおよびデータモジュール１４０に動作可能に結合されてもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、ハードウェアプロセッサならびに不揮発性メモリ（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含んでもよく、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。データは、１）画像捕捉デバイス（例えば、カメラ）、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２）可能性として、処理もしくは読出後にディスプレイ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）を使用して取得および／または処理されたデータを含んでもよい。ローカル処理およびデータモジュール１４０は、これらの遠隔モジュール１５０、１６０が相互に動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール１４０に対するリソースとして利用可能であるように、有線または無線通信リンク等を介して、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つまたはそれを上回るものを含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、これらのセンサのうちの１つまたはそれを上回るものは、フレーム８０に取り付けられてもよい、または有線もしく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、独立デバイスであってもよい。

遠隔処理モジュール１５０は、画像およびオーディオ情報等のデータを分析ならびに処理するための１つまたはそれを上回るプロセッサを含んでもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ１６０は、デジタルデータ記憶設備であり得、これは、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して利用可能であってもよい。いくつかの実施形態では、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生成するための情報）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に提供する、１つまたはそれを上回る遠隔サーバを含んでもよい。他の実施形態では、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において実施され、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。

「３次元」または「３－Ｄ」としての画像の知覚は、ユーザの各眼への画像の若干異なる提示を提供することによって達成され得る。図２Ａは、ユーザに関する３次元画像データ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。眼２１０、２２０毎に１つの２つの明確に異なる画像１９０、２００が、ユーザに出力される。画像１９０、２００は、ユーザの視線と平行な光学軸またはｚ－軸に沿って距離２３０だけ眼２１０、２２０から離間される。画像１９０、２００は、平坦であって、眼２１０、２２０は、単一の遠近調節された状態をとることによって、画像上に合焦し得る。そのような３－Ｄディスプレイシステムは、ヒト視覚系に依拠し、画像１９０、２００を組み合わせ、組み合わせられた画像の深度および／または尺度の知覚を提供する。

しかしながら、ヒト視覚系は、複雑であって、深度の現実的知覚を提供することは、困難である。例えば、従来の「３－Ｄ」ディスプレイシステムの多くのユーザは、そのようなシステムが不快であることを見出す、または深度の感覚を全く知覚しない場合がある。オブジェクトは、輻輳・開散運動と遠近調節の組み合わせに起因して、「３次元」として知覚され得る。相互に対する２つの眼の輻輳・開散運動の移動（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、眼の個別の視線を収束させ、オブジェクトを固視するような眼の回転）は、眼の水晶体の合焦（または「遠近調節」）と緊密に関連付けられる。正常条件下、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ための眼の水晶体の焦点の変化または眼の遠近調節は、「遠近調節－輻輳・開散運動反射」ならびに散瞳または縮瞳として知られる関係下、輻輳・開散運動の整合変化を自動的に同一距離に生じさせるであろう。同様に、正常条件下、輻輳・開散運動の変化は、水晶体形状および瞳孔サイズの遠近調節の整合変化を誘起するであろう。本明細書に記載されるように、多くの立体視または「３－Ｄ」ディスプレイシステムは、３次元視点がヒト視覚系によって知覚されるように、各眼への若干異なる提示（したがって、若干異なる画像）を使用して、場面を表示する。しかしながら、そのようなシステムは、単に、画像情報を単一の遠近調節された状態において提供し、「遠近調節－輻輳・開散運動反射」に対抗して機能するため、多くのユーザにとって不快であり得る。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が、３次元画像データ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。

図２Ｂは、複数の深度面を使用して３次元画像データ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２Ｂを参照すると、眼２１０、２２０は、異なる遠近調節された状態をとり、オブジェクトをｚ－軸に沿って種々の距離に合焦させる。その結果、特定の遠近調節された状態は、特定の深度面におけるオブジェクトまたはオブジェクトの一部が、眼がその深度面に対して遠近調節された状態にあるときに合焦するように、関連付けられた焦点距離を有する、図示される深度面２４０のうちの特定の１つと関連付けられると言え得る。いくつかの実施形態では、３次元画像データが、眼２１０、２２０毎に、画像の異なる提示を提供することによって、また、複数の深度面に対応する画像の異なる提示を提供することによってシミュレートされてもよい。眼２１０、２２０の個別の視野は、例証を明確にするために別個であるものとして示されるが、それらは、例えば、ｚ－軸に沿った距離が増加するにつれて、重複し得る。加えて、例証を容易にするために、深度面は、平坦であるものとして示されるが、深度面の輪郭は、深度面内の全ての特徴が特定の遠近調節された状態における眼と合焦するように、物理的空間内で湾曲され得ることを理解されたい。

オブジェクトと眼２１０または２２０との間の距離はまた、その眼によって視認されるようなそのオブジェクトからの光の発散の量を変化させ得る。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。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との間の距離の減少に伴って増加する。その結果、異なる深度面では、光線の発散度もまた、異なり、発散度は、深度面とユーザの眼２１０との間の距離の減少に伴って増加する。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、ユーザの両眼２１０および２２０に適用され得ることを理解されたい。

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、眼に限定数の深度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。異なる提示は、ユーザの眼によって別個に集束され、それによって、異なる深度面上に位置する場面のための異なる画像特徴に合焦させるために要求される眼の遠近調節の量に基づいて、および／または焦点がずれている異なる深度面上の異なる画像特徴の観察に基づいて、ユーザに深度キューを提供することに役立ててもよい。

図４は、ＡＲ接眼レンズ内で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。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム２５０は、図１のシステム６０であって、図４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、導波管アセンブリ２６０は、図１のディスプレイ７０の一部であってもよい。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てもよいことを理解されたい。

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つまたはそれを上回る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、特定の深度面と関連付けられてもよく、その深度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、画像情報を導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に投入するために利用されてもよく、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てもよい。光は、各個別の画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００の出力表面４１０、４２０、４３０、４４０、４５０から出射し、個別の導波管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またはユーザの眼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。いくつかの実施形態では、光のビーム（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てもよく、導波管内の屈折によって、ビームレットにサンプリングすること等によって複製され、次いで、その特定の導波管と関連付けられる深度面に対応する屈折力の量を伴って、眼２１０に向かって指向されてもよい。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１つは、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、１つまたはそれを上回る光学導管（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のそれぞれに透過させ得る、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の光を含んでもよい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、光プロジェクタシステム５２０によって提供され、これは、光モジュール５３０を含み、これは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源または光エミッタを含んでもよい。光モジュール５３０からの光は、ビームスプリッタ（ＢＳ）５５０を介して、光変調器５４０（例えば、空間光変調器）によって指向および変調されてもよい。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空間的および／または時間的に変化させてもよい。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）およびデジタル光処理（ＤＬＰ）ディスプレイを含む。

いくつかの実施形態では、光プロジェクタシステム５２０もしくはその１つまたはそれを上回るコンポーネントは、フレーム８０（図１）に取り付けられてもよい。例えば、光プロジェクタシステム５２０は、フレーム８０のつる部分（例えば、耳掛け部８２）の一部である、またはディスプレイ７０の縁に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、光モジュール５３０は、ＢＳ５５０および／または光変調器５４０と別個であってもよい。

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つまたはそれを上回る導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に、最終的には、ユーザの眼２１０の中に投影するための１つまたはそれを上回る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、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、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１つの中に投入するように構成される。１つまたはそれを上回る光ファイバは、光を光モジュール５３０から１つまたはそれを上回る導波管２７０、２８０、２９０、３００、および３１０に透過させてもよい。加えて、１つまたはそれを上回る介在光学構造が、走査ファイバまたは複数のファイバと、１つまたはそれを上回る導波管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つまたはそれを上回る導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の中に再指向してもよい。

コントローラ５６０は、画像投入デバイス３６０、３７０、３８０、３９０、４００、光源５３０、および光変調器５４０の動作を含む、スタックされた導波管アセンブリ２６０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、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、単一一体型デバイスまたは有線もしく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１）の一部であってもよい。

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、主要上部および底部表面ならびにそれらの主要上部表面と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し、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、光を外部結合する光学要素はまた、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格子を含む、回折光学特徴であってもよい。外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、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、それらは、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く、ならびに／もしくは導波管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、材料のモノリシック片であってもよく、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、その材料片の表面上および／または内部に形成されてもよい。

各導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０は、光を出力し、特定の深度面に対応する画像を形成してもよい。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のビームを送達してもよい。コリメートされた光のビームは、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に到達する前に、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のビームを出力してもよい。第１のレンズ３５０は、眼／脳が、その導波管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コリメートされたビームに追加してもよい。同様に、第３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３４０レンズの組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の導波管２９０から生じる光が第２の導波管２８０からの光であったよりも光学無限遠から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追加してもよい。

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の集約屈折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の両方とも、静的であってもよい（すなわち、動的または電気活性ではない）。いくつかの代替実施形態では、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つまたはそれを上回るものは、同一の関連付けられる深度面を有してもよい。例えば、複数の導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０が、同一深度面に設定される画像を出力してもよい、または導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０の複数のサブセットが、深度面毎に１つのセットを伴う、同一の複数の深度面に設定される画像を出力してもよい。これは、それらの深度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利点を提供し得る。

外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、導波管と関連付けられる特定の深度面のために、光をその個別の導波管から再指向し、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る深度面を有する導波管は、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く、これは、関連付けられる深度面に応じて、異なる量の発散を伴う光を出力する。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０は、立体または表面特徴であってもよく、これは、具体的角度において光を出力するように構成されてもよい。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、スペーサであってもよい（例えば、空隙を形成するためのクラッディング層および／または構造）。

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、ビーム内の光の屈折力の一部のみが、各相互作用を伴って、眼２１０に向かって再指向される一方、残りが、ＴＩＲを介して、導波管を通して移動し続けるように、十分に低い回折効率を伴う、回折特徴である。故に、光モジュール５３０の射出瞳は、導波管を横断して複製され、光源５３０からの画像情報を搬送する複数の出力ビームを作成し、眼２１０が複製された光源射出瞳を捉え得る場所の数を効果的に拡張させる。これらの回折特徴はまた、その幾何学形状を横断して可変回折効率を有し、導波管によって出力される光の均一性を改良してもよい。

いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回る回折特徴は、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り得る。例えば、切替可能な回折特徴は、微小液滴がホスト媒体中に回折パターンを形成するポリマー分散液晶の層を含んでもよく、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的に整合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ＩＲ光カメラを含む、デジタルカメラ）が、提供され、眼２１０、眼２１０の一部、または眼２１０を囲繞する組織の少なくとも一部の画像を捕捉し、例えば、ユーザ入力を検出し、バイオメトリック情報を眼から抽出し、眼の視線方向を推定および追跡し、ユーザの生理学的状態を監視すること等を行ってもよい。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、ＩＲまたは近ＩＲ光）を眼に投影する（これは、次いで、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）ための光源とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、光源は、ＩＲまたは近ＩＲを放出する、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）を含む。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１）に取り付けられてもよく、処理モジュール１４０または１５０と電気通信してもよく、これは、カメラアセンブリ６３０からの画像情報を処理し、例えば、ユーザの生理学的状態、装着者の視線方向、虹彩識別等に関する、種々の決定を行い得る。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。

図５は、導波管によって出力される出射ビームの実施例を図示する。１つの導波管が、図示される（斜視図を用いて）が、導波管アセンブリ２６０（図４）内の他の導波管も、同様に機能し得る。光６４０は、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。回折特徴との相互作用を通して、光は、出射ビーム６５０として、導波管から出射する。出射ビーム６５０は、画像を導波管の中に投影する、プロジェクタデバイスからの射出瞳を複製する。出射ビーム６５０のうちの任意の１つは、入力光６４０の総エネルギーのサブ部分を含む。また、完璧に効率的システムでは、全ての出射ビーム６５０内のエネルギーの和は、入力光６４０のエネルギーに等しくなるであろう。出射ビーム６５０は、図６では、略平行であるように図示されるが、本明細書に議論されるように、ある屈折力の量が、導波管２７０と関連付けられる深度面に応じて、付与されてもよい。平行出射ビームは、光を外部結合し、眼２１０から長距離（例えば、光学無限遠）における深度面上に設定されるように現れる、画像を形成する、外部結合光学要素を伴う導波管を示し得る。他の導波管または他の外部結合光学要素のセットは、図６に示されるように、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、網膜上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。

ウェアラブルディスプレイシステム（例えば、ウェアラブルディスプレイシステム内で使用される光学要素を含む）に関する付加的情報は、２０１８年１２月１４日に出願され、「ＥＹＥＰＩＥＣＥＳ ＦＯＲ ＡＵＧＭＥＮＴＥＤ ＲＥＡＬＩＴＹ ＤＩＳＰＬＡＹ ＳＹＳＴＥＭ」と題された、米国特許出願第１６／２２１，３５９号（その内容は、参照することによってその全体として組み込まれる）に見出されることができる。

上記に述べられたように、ウェアラブルディスプレイシステム６０は、ウェアラブルディスプレイシステムの光学性能を向上させる、１つまたはそれを上回る格子構造を有する、１つまたはそれを上回る光学要素を含む。実施例として、図４に示される導波管スタック等のウェアラブルディスプレイシステム６０の接眼レンズを形成する、１つまたはそれを上回る光学要素は、その周縁に沿って（例えば、光学要素と別の光学要素との間の界面に沿って、または外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０等の光学要素と空気との間の界面に沿って）画定され、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、および／またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）等の１つまたはそれを上回る高屈折率材料から形成される、格子構造を含むことができる。特に、これらの材料の示差分散は、可視スペクトルを横断して均一回折効率性を達成するために使用されることができる。これは、例えば、広視野にわたって高色均一性を有する高品質マルチカラー画像（例えば、赤色－緑色－青色画像）を表示し得る、（例えば、ウェアラブルディスプレイシステムにおいて使用するための）単層接眼レンズの加工において有益であり得る。例えば、図４を参照すると、導波管２７０、２８０、２９０、３００、３１０はそれぞれ、光の複数の波長（例えば、赤色－緑色－青色画像に対応する）に従って、画像情報を眼に送信するように構成されることができる。

一般に、高屈折率基板（ＬｉＮｂＯ_３またはＳｉＣ等）は、完全赤色－緑色－青色（ＲＧＢ）スペクトルを単層基板上に多重化する可能性をもたらす。しかしながら、バイナリまたはブレーズド構造等のあるタイプの格子構造の使用は、不良接眼レンズ性能をもたらし得、したがって、格子構造は、色選択的性質を接眼レンズ上に付与してもよい。例えば、格子構造は、光のより短い波長を、光のより長い波長と比較して、より効率的に回折させ得る。本効果は、いくつかの状況では、望ましくない可能性がある。例えば、本効果は、容認可能接眼レンズ効率性を維持しながら、良好な色平衡または均一性を単層ＲＧＢ接眼レンズにおいて取得することを困難にし得る。

しかしながら、本明細書に説明されるように、ある高屈折率材料の示差分散が、可視スペクトルを横断して均一回折効率性を達成するために使用されることができる。これは、他の技法を通して達成不可能であり得る、良好な色平衡および／または均一性を呈する、効率的単層ＲＧＢ接眼レンズの加工を有効にする。例えば、ある場合には、接眼レンズは、波長選択的体積ホログラフィック材料から形成されることができる（例えば、本明細書に説明される技法を使用する代わりに）が、それらは、そのより低い屈折率（例えば、約１．５）に由来する、視野限界を有し得る。

一般に、いくつかの材料は、具体的波長λ_０において類似屈折率を有する一方、異なる分散（例えば、波長に対する屈折率）を呈し得る。結果として、これらの材料間の界面を交差する光は、その具体的波長λ_０において影響されない一方、他の波長において影響されるであろう。界面が、格子構造を含む場合、その格子構造の回折効率性は、位相変調が存在しないであろうため、波長λ_０の周囲においてゼロに近いであろう。しかしながら、光は、他の波長では、材料間の屈折率差に比例する回折効率性を伴って回折されるであろう。

実施例として、図７は、断面図において、第１の光学要素７０２ａ（ｎ_１の屈折率を有する）と第２の光学要素７０２ｂ（異なる屈折率ｎ_２を有する）との間の界面に画定される、例示的格子構造７００を示す。その格子構造７００の回折効率性が、波長λ_０またはその周囲においてゼロに近いため、波長λ_０を有する、光７０４ａは、殆どまたは全く回折を伴わずに、格子構造７００を通して通過する。しかしながら、異なる波長λ_１を有する、光７０４ａは、格子構造７００を通して通過するにつれて、２つの材料間の屈折率における差異（例えば、ｎ_１とｎ_２との間の差異）に比例する回折効率性を伴って回折される。

格子構造のスペクトル応答は、少なくとも部分的に、格子構造を形成するために使用される材料の屈折率および分散性質によって決定付けられる。故に、格子構造の特定のスペクトル応答は、格子構造を形成するためにある材料（例えば、ある屈折率および分散性質を有する）を選択することによって、達成されることができる。

さらに、格子構造のスペクトル応答は、少なくとも部分的に、格子の物理的寸法（例えば、その高さ、幅、周期性、デューティサイクル等）によって決定付けられる。故に、格子構造の特定のスペクトル応答は、選択された材料を使用して、ある寸法を有する格子をさらに形成することによって達成されることができる。

実施例として、図８Ａは、断面図において、格子構造８００の単一ユニット８０２を示す。ユニット８０２は、光学要素の周縁に沿って（例えば、光学要素と別の光学要素との間の界面において、または光学要素と空気との間の界面に沿って）、周期的に、１回またはそれを上回って繰り返されることができる。ユニット８０２は、第１の材料から成る、基部部分８０４と、第１の材料から成り、基部部分８０４から延在する、突出部８０６とを含む。ユニット８０２はまた、第１の材料と異なる、第２の材料から成り、突出部８０６の対向側に沿って、基部部分５０４上に配置される、充填部分８０８を含む。図８Ｂおよび８Ｃに示されるように、ユニット８０２は、光学要素８１０の周縁に沿って周期的に繰り返され、格子構造８００（例えば、各突出部間に配置される、充填部分内の「バイナリ」格子）を形成する。図８Ｂに示される実施例では、光学要素８１０は、格子構造８００を通して、光を受け取り（例えば、光源８１２から）、格子構造８００上に入射する光８１４は、光学要素８１０に入射するにつれて回折される。図８Ｃに示される実施例では、光学要素８１０は、格子構造８００を通して、光８１６を放出し（例えば、別の光学要素に向かって、空気の中に、および／またはユーザの眼に向かって）、格子構造８００上に入射する光は、光学要素８１０から出射するにつれて回折される。いくつかの実装では、（例えば、図４に示されるような）外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０のうちの１つまたはそれを上回るものは、個別の格子構造８００を含むことができる。導波管ディスプレイ内で使用されるもの等のある他のインスタンス化では、外部結合されるべき光は、全内部反射（ＴＩＲ）によって、基板を通して伝搬し、格子構造によって、導波管から抽出される。

図８Ａに戻って参照すると、ユニット８０２は、断面幅ｗ_ｔ（例えば、ユニット８０２の周期性に対応する）と、断面高さｈ_ｔ（例えば、ユニット８０２の最大高さに対応する）とを有する。さらに、突出部５０６は、断面幅ｗ_１と、断面高さｈ_１（例えば、突出部８０６の上部表面と基部部分５０４の上部表面との間の高さにおける差異）とを有する。基部部分８０４は、断面幅ｗ_ｔと、断面高さｈ_３とを有する。各充填材部分８０８は、断面幅ｗ_２と、断面高さｈ_２とを有する。

パラメータｗ_ｔ、ｗ_１、ｗ_２、ｈ_ｔ、ｈ_１、ｈ_２およびｈ_３はそれぞれ、格子構造に対してある光学性質を付与するように選択されることができる。さらに、基部部分８０４、突出部８０６、および充填部分８０８の材料もまた、格子構造に対してある光学性質を付与するように選択されることができる（例えば、少なくとも部分的に、その個別の屈折率および分散性質に基づいて）。特に、格子構造の繰り返される周期が、十分に小さい（例えば、２５０ｎｍ～４００ｎｍ）場合、基板内を全内部反射（ＴＩＲ）によって伝搬する光の抽出効率性は、波長に対して制御されることができる。

いくつかの実装では、これらのパラメータは、格子構造が、光の特定の入射角の範囲にわたって、かつ光の特定の波長に対して、均一またはより均一である（例えば、本明細書に説明されるものと異なる技法を使用して設計される格子構造と比較して）、回折効率性を呈するように選択されることができる。実施例として、基部部分５０４および突出部５０６は、ＳｉＣから形成されることができ（例えば、堆積およびエッチングプロセスを通して）、充填部分５０８は、ＴｉＯ_２から形成されることができる（例えば、スパッタリング等の堆積プロセスを通して）。ある場合には、ＳｉＣ部分の屈折率は、２．６５～２．８であることができ、ＴｉＯ２部分の屈折率は、２．２～２．６であることができる。さらに、格子構造は、ｗ_１が、１４０ｎｍに等しくまたはほぼ等しく（例えば、８０ｎｍ～２００ｎｍ）、ｗ_２が、３４ｎｍに等しくまたはほぼ等しく（例えば、３０ｎｍ～２００ｎｍ）、ｈ_１が、９０ｎｍに等しくまたはほぼ等しく（例えば、４０ｎｍ～１５０ｎｍ）、ｈ_２が、８０ｎｍに等しくまたはほぼ等しく（例えば、４０ｎｍ～１５０ｎｍ）、ｗ_ｔが、２０８ｎｍに等しくまたはほぼ等しい（例えば、１５０ｎｍ～４００ｎｍ）ように形成されることができる。上記の実施例に与えられる数字は、基板内でＴＩＲ誘導される光の外部結合に対応することに留意されたい。

図９Ａは、光の３つの異なる波長（赤色、緑色、および青色）に対する、ＳｉＣ内にエッチングされるバイナリ格子構造（例えば、格子構造の突出部間に堆積されるＴｉＯ_２の任意の充填部分を伴わない）の角度応答を示す。図９Ｂは、光の同一の３つの波長（赤色、緑色、および青色）に対する、ＳｉＣ内にエッチングされるが、また、（例えば、図５Ａ－５Ｃに示されるように）格子構造の突出部間に堆積されるＴｉＯ_２の充填部分を有する、類似バイナリ格子構造の角度応答を示す。図９Ａおよび９Ｂに示されるように、ＴｉＯ_２の充填部分の追加は、光の異なる波長のそれぞれに対して、光の入射角の範囲（例えば、－２０°～２０°）を横断して、格子構造の回折効率性を増加させる。故に、本明細書に説明される格子構造上に入射する光は、色依存または入射角依存回折特性を呈する可能性が低い。

本明細書に説明されるように、本明細書に説明される格子構造を有する、光学要素は、特に、ウェアラブルディスプレイヘッドセット内の接眼レンズとしての使用のために好適であり得る。例えば、ウェアラブルディスプレイヘッドセットは、マルチカラー画像（例えば、ＲＧＢ画像）を表示するように構成されてもよい。故に、ウェアラブルディスプレイヘッドセットの１つまたはそれを上回る光学要素（例えば、接眼レンズおよび／または任意の他の光学要素）は、それらが色依存または入射角依存回折特性を呈する可能性が低いように、本明細書に説明される格子構造を有するように形成されることができる。これは、広視野にわたって（例えば、光強度に対する）改良された均一性を伴う、マルチカラー画像のディスプレイを促進することができる。例えば、図４を参照すると、外部結合光学要素５７０、５８０、５９０、６００、６１０のうちの１つは、本明細書に説明される回折格子を含む、回折光学特徴であってもよい。

実施例として、図１０Ａは、ＳｉＣ内にエッチングされるバイナリ格子構造を含む、接眼レンズ（例えば、図６Ａに関して説明されるような格子構造の突出部間に堆積されるＴｉＯ_２の任意の充填部分を伴わない）によって放出される、光の強度マップを示す。図１０Ｂは、ＳｉＣ内にエッチングされるが、また、（例えば、図８Ａ－８Ｃおよび９Ｂに関して説明されるように）格子構造の突出部間に堆積されるＴｉＯ_２の充填部分を有する、類似バイナリ格子構造によって放出される、光の強度マップを示す。図１０Ａおよび１０Ｂに示されるように、ＴｉＯ_２の充填部分の追加は、投影された光の均一性を増加させる。例えば、図１０Ａの接眼レンズは、高強度光の局在された帯域（例えば、より低強度光の領域によって囲繞されるより高い強度の光のＣ形状のアーチファクト）を呈する。対照的に、図１０Ｂの接眼レンズは、より均一な光強度パターンを呈する。

例示的パラメータおよび材料が、本明細書に説明されるが、これらは、単に、例証的実施例である。実践では、１つまたはそれを上回るパラメータは、実装に応じて、異なり得る。

さらに、図８Ａ－８Ｃ、９Ａ、９Ｂ、１０Ａ、および１０００Ｂに関して上記に説明されるもの以外の異なる材料も、使用されることができる。実施例として、いくつかの実装では、格子構造の基部部分および突出部は、ＳｉＣ、ＬｉＮｂＯ_３、またはそれらの組み合わせから成ることができる。さらに、充填部分は、ＴｉＯ_２から成ることができる。いくつかの実装では、本明細書に説明される原理は、その中で導波管基板が、コーティング材料より高い屈折率およびより低い分散を呈する、材料の他の組み合わせにも適用されることができる。実施例は、ダイヤモンド／ＬｉＮｂＯ_３およびダイヤモンド／ＳｒＴｉＯ_３システムを含む。

いくつかの実装では、材料の屈折率は、材料が（例えば、下層基板上に）堆積される様式に応じて、変動し得る。実施例として、二酸化チタンのスパッタリングされた層の屈折率は、材料が下層材料上にスパッタリングされる、温度および／または圧力等の堆積パラメータを変化させることによって、２．２５～２．６５で変動されることができる。故に、格子構造のスペクトル応答は、格子構造を画定するために使用される１つまたはそれを上回る材料の堆積条件を変化させることによって、「調整」されることができる。

実施例として、図１１は、原子堆積（ＡＬＤ）技法に従って堆積される、結晶性ＳｉＣおよびＴｉＯ_２の屈折率曲線を示す。これらの材料はそれぞれ、光の入射波長に対して変動する（例えば、特定の屈折率曲線を定義する）、屈折率を呈する。これらの屈折率曲線は、少なくとも部分的に、材料のそれぞれの堆積パラメータ（例えば、材料が基板または他の構造上にスパッタリングされるときの温度および／または圧力）を変動させることによって、修正されることができる。

図８Ａ－８Ｃに示される実施例では、格子の各繰り返しユニットは、断面が矩形である（例えば、バイナリ格子を形成する）、突出部を含む。しかしながら、これは、該当する必要はない。例えば、いくつかの実装では、格子の各ユニットは、異なるように成形された突出部を含むことができる。実施例として、図１２Ａおよび１２Ｂに示されるように、格子の各ユニットは、断面が矩形（例えば、図１２Ａに示されるような二等辺三角形、図１２Ｂに示されるような直角三角形等）である、突出部を含むことができる。実践では、任意の他の格子構成もまた、実装に応じて、使用されることができる。本技法はまた、ロッド、正方形、または角錐の２次元アレイ等の２次元回折格子模様にも適用可能であることに留意されたい。

図１３は、本明細書に説明される光学要素および格子構造を使用して頭部搭載型ディスプレイデバイスを構築するための例示的プロセス１３００を示す。

プロセス１３００によると、第１の光学要素が、提供される（ステップ１３０２）。第１の光学要素は、第１の光学要素の第１の表面に沿って形成される、格子を含む。格子は、複数の突出部であって、該複数の突出部は、光の可視波長に関する第１の光学分散プロファイルを有する第１の材料を含む、複数の突出部と、第１の光学要素の第１の表面に沿って、複数の突出部のうちの少なくともいくつかの間に堆積される第２の材料とを含む。第２の材料は、光の可視波長に関する第２の光学分散プロファイルを有する。例示的第１の光学要素は、図８Ａ－８Ｃに関して図示および説明される。

いくつかの実装では、第２の材料は、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）であることができる。いくつかの実装では、第１の材料は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）であることができる。

いくつかの実装では、格子は、第１の表面に沿って、複数のチャネルを第１の光学要素上にエッチングすることによって形成されることができる。各チャネルは、第１の深度を有することができる。さらに、第２の材料は、第１の表面に沿って、複数の突出部のうちの少なくともいくつかの間に堆積されることができる。本構成の実施例は、例えば、図８Ａ－８Ｃに示される。

いくつかの実装では、各チャネルは、略矩形断面を有することができる。いくつかの実装では、各チャネルは、実質的に等しい幅（例えば、約６８ｎｍ）を有することができる。

いくつかの実装では、第２の材料を堆積させることは、第２の材料をチャネルのうちの少なくともいくつかの中に堆積させることを含むことができる。

いくつかの実装では、第２の材料を堆積させることは、第２の材料をチャネルのうちの少なくともいくつかの中にスパッタリングすることを含むことができる。第２の材料は、異なる温度および／または圧力でスパッタリングされ、材料の光学性質（例えば、屈折率）を変動させることができる。

いくつかの実装では、第２の材料は、チャネル内で第１の高さまで延在するように堆積されることができる。

いくつかの実装では、第１の深度は、第１の高さを上回ることができる。実施例として、第１の深度は、約９０ｎｍであることができ、第１の高さは、約８０ｎｍであることができる。

いくつかの実装では、格子は、第１の表面の長さに沿って、周期に従って形成されることができる。実施例として、周期は、約２０８ｎｍの長さに対応することができる。

さらに、第１の光学要素は、頭部搭載型ディスプレイデバイス内の第２の光学要素と光学連通するように位置付けられる（ステップ１３０４）。頭部搭載型ディスプレイデバイス内の第１の光学要素および第２の光学要素の例示的構成は、図１および４－６に関して図示および説明される。

本明細書に説明される主題および動作のいくつかの実装は、デジタル電子回路網内に、または本明細書に開示される構造およびその構造均等物を含む、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェア内に、またはそれらのうちの１つまたはそれを上回るものの組み合わせ内に実装されることができる。例えば、いくつかの実装では、ローカル処理およびデータモジュール１４０、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は、デジタル電子回路網を使用して、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェア内に、またはそれらのうちの１つまたはそれを上回るものの組み合わせ内に実装されることができる。別の実施例では、図１３００に示されるプロセス１３００は、少なくとも部分的に、デジタル電子回路網を使用して、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェア内に、またはそれらのうちの１つまたはそれを上回るものの組み合わせ（例えば、自動化またはコンピュータ支援製造プロセスの一部として）内に実装されることができる。

本明細書に説明されるいくつかの実装は、デジタル電子回路網、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェアの１つまたはそれを上回るグループもしくはモジュールとして、またはそれらのうちの１つまたはそれを上回るものの組み合わせ内に実装されることができる。異なるモジュールが、使用されることができるが、各モジュールは、明確に異なる必要はなく、複数のモジュールが、同一デジタル電子回路網、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェア、もしくはそれらの組み合わせ上に実装されることができる。

本明細書に説明されるいくつかの実装は、１つまたはそれを上回るコンピュータプログラム、すなわち、データ処理装置による実行のために、またはその動作を制御するために、コンピュータ記憶媒体上にエンコーディングされたコンピュータプログラム命令の１つまたはそれを上回るモジュールとして実装されることができる。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読記憶デバイス、コンピュータ可読記憶装置基板、ランダムまたはシリアルアクセスメモリアレイまたはデバイス、もしくはそれらのうちの１つまたはそれを上回るものの組み合わせであることができる、もしくはその中に含まれることができる。さらに、コンピュータ記憶媒体は、伝搬信号ではないが、コンピュータ記憶媒体は、人工的に生成された伝搬信号内にエンコーディングされたコンピュータプログラム命令のソースまたは宛先であることができる。コンピュータ記憶媒体はまた、１つまたはそれを上回る別個の物理的コンポーネントもしくは媒体（例えば、複数のＣＤ、ディスク、または他の記憶デバイス）である、もしくはその中に含まれることができる。

用語「データ処理装置」は、データを処理するためのあらゆる種類の装置、デバイス、および機械を包含し、一例として、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、システムオンチップ、または前述の複数のもの、もしくは組み合わせを含む。装置は、特殊目的論理回路網、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を含むことができる。装置はまた、ハードウェアに加え、当該コンピュータプログラムのための実行環境を作成する、コード、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、クロスプラットフォームランタイム環境、仮想機械、またはそれらのうちの１つまたはそれを上回るものの組み合わせを構成する、コードを含むことができる。装置および実行環境は、ウェブサービス、分散型コンピューティング、およびグリッドコンピューティングインフラストラクチャ等の種々の異なるコンピューティングモデルインフラストラクチャを実現することができる。

コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプト、またはコードとしても知られる）は、コンパイルまたはインタープリタ型言語、宣言型、または手続型言語を含む、任意の形態のプログラミング言語で書き込まれることができる。コンピュータプログラムは、ファイルシステム内のファイルに対応してもよいが、そうである必要はない。プログラムは、他のプログラムまたはデータを保持する、ファイルの一部内に（例えば、マークアップ言語ドキュメント内に記憶される、１つまたはそれを上回るスクリプト）、当該プログラムに専用の単一ファイル内に、または複数の協調ファイル（例えば、１つまたはそれを上回るモジュール、サブプログラム、もしくはコードの一部を記憶する、ファイル）内に記憶されることができる。コンピュータプログラムは、１つの施設に位置する、または複数の施設を横断して分散され、通信ネットワークによって相互に接続される、１つのコンピュータ上もしくは複数のコンピュータ上で実行されるように展開されることができる。

本明細書に説明されるプロセスおよび論理フローのうちのいくつかは、入力データに作用し、出力を生成することによって、１つまたはそれを上回るコンピュータプログラムを実行し、アクションを実施する、１つまたはそれを上回るプログラマブルプロセッサによって実施されることができる。プロセスおよび論理フローはまた、特殊目的論理回路網、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって実施されることができ、装置はまた、そのようなものとして実装されることができる。

コンピュータプログラムの実行のために好適なプロセッサは、一例として、汎用および特殊目的マイクロプロセッサの両方ならびに任意の種類のデジタルコンピュータのプロセッサを含む。概して、プロセッサは、命令およびデータを読取専用メモリまたはランダムアクセスメモリもしくは両方から受信するであろう。コンピュータは、命令に従ってアクションを実施するためのプロセッサと、命令およびデータを記憶するための１つまたはそれを上回るメモリデバイスとを含む。コンピュータはまた、データを記憶するための１つまたはそれを上回る大容量記憶デバイス、例えば、磁気、光磁気ディスク、もしくは光ディスクを含む、またはそこからデータを受信する、もしくはそこにデータを転送する、または両方を行うために、そこに動作可能に結合されてもよい。しかしながら、コンピュータは、そのようなデバイスを有する必要はない。コンピュータプログラム命令およびデータを記憶するために好適なデバイスは、あらゆる形態の不揮発性メモリ、媒体、およびメモリデバイスを含み、一例として、半導体メモリデバイス（例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリデバイス、およびその他）、磁気ディスク（例えば、内部ハードディスク、リムーバブルディスク、およびその他）、光磁気ディスク、ならびにＣＤ ＲＯＭおよびＤＶＤ－ＲＯＭディスクを含む。プロセッサおよびメモリは、特殊目的論理回路網によって補完される、またはその中に組み込まれることができる。

ユーザとの相互作用を提供するために、動作は、情報をユーザに表示するためのディスプレイデバイス（例えば、モニタまたは別のタイプのディスプレイデバイス）と、それによってユーザがコンピュータへの入力を提供し得る、キーボードおよびポインティングデバイス（例えば、マウス、トラックボール、タブレット、タッチセンサ式画面、または別のタイプのポインティングデバイス）とを有する、コンピュータ上で実装されることができる。他の種類のデバイスも同様に、ユーザとの相互作用を提供するために使用されることができ、例えば、ユーザに提供されるフィードバックは、任意の形態の感覚フィードバック、例えば、視覚的フィードバック、聴覚的フィードバック、または触覚フィードバックであることができ、ユーザからの入力は、音響、発話、または触覚入力を含む、任意の形態で受信されることができる。加えて、コンピュータは、ユーザによって使用されるデバイスに、ドキュメントを送信し、そこからドキュメントを受信することによって、例えば、ウェブブラウザから受信された要求に応答して、ウェブページをユーザのクライアントデバイス上のウェブブラウザに送信することによって、ユーザと相互作用することができる。

コンピュータシステムは、単一コンピューティングデバイス、または相互に近接して、または概して、遠隔で、動作し、典型的には、通信ネットワークを通して相互作用する、複数のコンピュータを含んでもよい。通信ネットワークの実施例は、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）および広域ネットワーク（「ＷＡＮ」）、インターネットワーク（例えば、インターネット）、衛星リンクを備えるネットワーク、ならびにピアツーピアネットワーク（例えば、アドホックピアツーピアネットワーク）を含む。クライアントおよびサーバの関係は、個別のコンピュータ上で起動し、相互にクライアント－サーバ関係を有する、コンピュータプログラムによって生じ得る。

図１４は、プロセッサ１４１０と、メモリ１４２０と、記憶デバイス１４３０と、入／出力デバイス１４４０とを含む、例示的コンピュータシステム１４００を示す。コンポーネント１４１０、１４２０、１４３０、および１４４０はそれぞれ、例えば、システムバス１４５０によって、相互接続されることができる。プロセッサ１４１０は、システム１４００内での実行のための命令を処理することが可能である。いくつかの実装では、プロセッサ１４１０は、シングルスレッド式プロセッサ、マルチスレッド式プロセッサ、または別のタイプのプロセッサである。プロセッサ１４１０は、メモリ１４２０内または記憶デバイス１４３０上に記憶される命令を処理することが可能である。メモリ１４２０および記憶デバイス１４３０は、情報をシステム１４００内に記憶することができる。

入／出力デバイス１４４０は、システム１４００のための入／出力動作を提供する。いくつかの実装では、入／出力デバイス１４４０は、ネットワークインターフェースデバイス、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）カード、シリアル通信デバイス、例えば、ＲＳ－２３２ポート、および／または無線インターフェースデバイス、例えば、８０２．１１カード、３Ｇ無線モデム、４Ｇ無線モデム等のうちの１つまたはそれを上回るものを含むことができる。いくつかの実装では、入／出力デバイスは、入力データを受信し、出力データを他の入／出力デバイス、例えば、キーボード、プリンタ、およびディスプレイデバイス１４６０に送信するように構成される、ドライバデバイスを含むことができる。いくつかの実装では、モバイルコンピューティングデバイス、モバイル通信デバイス、および他のデバイスも、使用されることができる。

本明細書は、多くの詳細を含有するが、これらは、請求され得る内容の範囲に関する限界としてではなく、むしろ、特定の実施例に特有の特徴の説明として解釈されるべきである。別個の実装のコンテキストにおいて本明細書に説明されるある特徴はまた、組み合わせられることができる。逆に言えば、単一実装のコンテキストに説明される種々の特徴はまた、複数の実施形態内に別個に、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ることができる。

いくつかの実装が、説明されている。但し、種々の修正が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、行われてもよいことを理解されたい。故に、他の実装も、以下の請求項の範囲内である。

Claims (21)

1. 頭部搭載型ディスプレイデバイスであって、
   前記頭部搭載型ディスプレイデバイスは、光学連通する複数の光学要素を備え、
   前記複数の光学要素は、前記頭部搭載型ディスプレイデバイスの動作の間、前記頭部搭載型ディスプレイデバイスを装着しているユーザの視野内に画像を投影するように構成されており、
   前記複数の光学要素のうちの第１の光学要素は、前記複数の光学要素のうちの第２の光学要素からの光を受け取るように構成されており、
   前記第１の光学要素は、前記第１の光学要素の周縁に沿って格子を画定し、
   前記格子は、
   前記第１の光学要素の基部部分から延在する複数の突出部であって、前記複数の突出部は、光の可視波長に関する第１の光学分散プロファイルを有する第１の材料を含み、前記第１の材料は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含み、前記複数の突出部のそれぞれは、前記第１の光学要素の前記基部部分に対向する第１の表面を備える、複数の突出部と、
   前記第１の光学要素の前記基部部分に沿って、前記複数の突出部のうちの少なくともいくつかの間に配置されている第２の材料であって、前記第２の材料は、光の可視波長に関する第２の光学分散プロファイルを有し、前記第２の材料は、二酸化チタン（ＴｉＯ _２ ）を含む、第２の材料と
   を備え、
   前記複数の突出部の前記第１の表面上には、前記第２の材料が存在せず、
   各突出部は、前記第１の光学要素の前記基部部分の表面の上方の第１の高さまで延在し、前記第１の高さは、４０ｎｍ～１５０ｎｍの間であり、
   前記第２の材料は、前記第１の光学要素の前記基部部分の前記表面の上方の第２の高さまで延在し、前記第１の高さは、前記第２の高さより大きく、
   前記格子は、前記第１の光学要素の前記基部部分の長さに沿って、周期に従って繰り返えし、前記周期は、１５０ｎｍ～４００ｎｍの間であり、
   各突出部は、８０ｎｍ～２００ｎｍの間の幅を有する、頭部搭載型ディスプレイデバイス。
2. 前記第１の光学要素の前記基部部分は、前記第１の材料を含む、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
3. 前記第１の光学要素の前記基部部分は、前記複数の突出部と同一材料から成る、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
4. 前記第１の光学要素の前記基部部分は、前記複数の突出部と一体的に形成されている、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
5. 各突出部は、矩形断面を有する、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
6. 前記第１の高さは、９０ｎｍである、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
7. 前記第２の高さは、８０ｎｍである、請求項６に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
8. 前記周期は、２０８ｎｍの長さに対応する、請求項６に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
9. 各突出部は、１４０ｎｍの幅を有する、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
10. 前記第１の光学分散プロファイルおよび前記第２の光学分散プロファイルは、前記第１の材料のみから成る格子と比較して、前記格子に対する入射角の所定の範囲に関して、前記格子に入射する光の第１の波長に対する前記格子の第１の回折効率性と、前記格子に入射する光の第２の波長に対する前記格子の第２の回折効率性と、前記格子に入射する光の第３の波長に対する前記格子の第３の回折効率性との間の変動を低減させる、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
11. 前記第１の波長は、可視スペクトル内の第１の色に対応し、前記第２の波長は、前記可視スペクトル内の第２の色に対応し、前記第３の波長は、前記可視スペクトル内の第３の色に対応し、前記第１の色および前記第２の色および前記第３の色は、相互に異なる、請求項１０に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
12. 前記第１の色は、赤色であり、前記第２の色は、緑色であり、前記第３の色は、青色である、請求項１１に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
13. 前記格子に対する入射角の前記所定の範囲は、－２０°～２０°である、請求項１０に記載の頭部搭載型ディスプレイデバイス。
14. 頭部搭載型ディスプレイデバイスを構築する方法であって、前記方法は、
    前記第１の光学要素の第１の表面に沿って形成される格子を備える第１の光学要素を提供することであって、前記格子は、
    複数の突出部であって、前記複数の突出部は、光の可視波長に関する第１の光学分散プロファイルを有する第１の材料を含み、前記第１の材料は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含み、前記複数の突出部のそれぞれは、前記第１の光学要素の基部部分に対向する第１の表面を備える、複数の突出部と、
    前記第１の光学要素の前記第１の表面に沿って前記複数の突出部のうちの少なくともいくつかの間に堆積される第２の材料であって、前記第２の材料は、光の可視波長に関する第２の光学分散プロファイルを有し、前記第２の材料は、二酸化チタン（ＴｉＯ _２ ）を含む、第２の材料と
    を備え、前記複数の突出部の前記第１の表面上には、前記第２の材料が存在しない、ことと、
    前記第１の光学要素を前記頭部搭載型ディスプレイデバイス内で第２の光学要素と光学連通するように位置付けることと
    を含み、
    前記格子は、前記第１の表面に沿って、複数のチャネルを前記第１の光学要素上にエッチングすることと、前記第１の表面に沿って、前記第２の材料を前記複数の突出部のうちの少なくともいくつかの間に堆積させることとによって形成され、各チャネルは、第１の深度を有し、
    前記第１の深度は、４０ｎｍ～１５０ｎｍの間であり、
    前記第１の深度は、前記第２の材料の高さよりも大きく、
    前記格子は、前記第１の光学要素の前記基部部分の長さに沿って、周期に従って繰り返えし、前記周期は、１５０ｎｍ～４００ｎｍの間であり、
    各突出部は、８０ｎｍ～２００ｎｍの間の幅を有する、方法。
15. 各チャネルは、矩形断面を有する、請求項１４に記載の方法。
16. 各チャネルは、等しい幅を有する、請求項１４に記載の方法。
17. 各チャネルは、６８ｎｍの幅を有する、請求項１４に記載の方法。
18. 前記第２の材料を堆積させることは、前記第２の材料を前記チャネルのうちの少なくともいくつかの中に堆積させることを含む、請求項１４に記載の方法。
19. 前記第２の材料を堆積させることは、前記第２の材料を前記チャネルのうちの少なくともいくつかの中にスパッタリングすることを含む、請求項１４に記載の方法。
20. 前記第１の深度は、９０ｎｍである、請求項１４に記載の方法。
21. 前記第２の材料の高さは、８０ｎｍである、請求項２０に記載の方法。

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