JP7353465B2

JP7353465B2 - 導波路

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Publication number: JP7353465B2
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Description

背景
導波路は、内部全反射（ＴＩＲ）によって、導波路の内部を進むように光を方向付けるための光学素子である。すなわち、導波路内の光は、一定の角度範囲内の角度で導波路の界面に入射すると、導波路に反射され、導波路の内部に留まる。導波路は、典型的には、光源からの光を受光し、内部全反射に必要とされた角度範囲内の角度で導波路の内部に入射するように、受光した光を方向変換するためのインカプラを含む。

導波路は、アウトカプラをさらに含むことができる。アウトカプラは、導波路から光を受光して、内部全反射に必要とされる角度の範囲外の角度で光が進むように、光を方向変換する。したがって、導波路内を進む光は、アウトカプラに入射すると、導波路の内部から出射するように方向変換される。

導波路を透明担体材料と組み合わせるまたはそれに組み込むことによって、光コンバイナを形成することができる。この光コンバイナは、導波路の外部環境からの光を導波路に入射させ、導波路内を進む光と「結合」させることができる。ウェアラブルヘッドアップディスプレイ装置（ＷＨＵＤ）は、光コンバイナがユーザの眼の前に位置するように、ユーザによって装着されるものである。このＷＨＵＤは、導波路内の光によって表される画像を、ユーザがＷＨＵＤを介して見ている環境と重なる画像として、ユーザのＷＨＵＤに投影することができる。結果として得られた複合視界は、拡張現実（ＡＲ）としても知られている。

当業者は、添付の図面を参照することによって、本開示をよりよく理解し、その多数の特徴および利点を分かるであろう。異なる図面において、同一の参照符号を用いて、類似または同一の要素を表す。

いくつかの実施形態に従って、導波路を収容する光コンバイナを含むウェアラブルヘッドアップディスプレイを示す上面切断概略図である。いくつかの実施形態に従って、透過型ホログラフィックインカプラと透過型ホログラフィックアウトカプラとを含む導波路システムを示す直交断面図である。いくつかの実施形態に従って、反射型ホログラフィックインカプラと反射型ホログラフィックアウトカプラとを含む図２のホログラフィック導波路システムを示す直交断面図である。いくつかの実施形態に従って、同じフォトポリマ層に設けられた複数のホログラフィックインカプラとホログラフィックアウトカプラとを含む図２のホログラフィック導波路システムを示す直交側面図である。いくつかの実施形態に従って、ホログラフィックインカプラとホログラフィックアウトカプラとを含む別のホログラフィック導波路システムを示す直交断面図である。いくつかの実施形態に従って、複数のインカプラおよびアウトカプラを含むエキスパンダ領域を実装する導波路を示す直交正面図である。いくつかの実施形態に従って、透明担体によって担持された導波路を含む光コンバイナを示す上面切断図である。いくつかの実施形態に従って、透明担体によって担持された導波路を含む光コンバイナを示す上面切断図である。いくつかの実施形態に従って、透明担体によって担持された導波路を含む光コンバイナを示す上面切断図である。いくつかの実施形態に従って、透明担体によって担持された導波路を含む光コンバイナを示す上面切断図である。いくつかの実施形態に従って、透明担体によって担持された導波路を含む光コンバイナを示す上面切断図である。いくつかの実施形態に従って、透明担体によって担持された導波路を含む光コンバイナを示す上面切断図である。いくつかの実施形態に従って、透明担体によって担持された導波路を含む光コンバイナを示す上面切断図である。

詳細な説明
導波路は、接合された複数のフォトポリマ層から形成されてもよい。複数のフォトポリマ層は、導波路内の光の伝播を促進する光学特性を有する積層体を形成するために、他の材料からなる層にさらに接合されてもよい。あるフォトポリマが特定の波長及び角度の光で露光することによって、当該フォトポリマ内に干渉パターンを形成することができる。これらの干渉パターンは、「ホログラム」と呼ばれ、フォトポリマ層内に波長感受性回折格子を形成することができる。導波路内に形成されたホログラムは、狭い波長帯内の波長を有する光を選択的に透過、反射、または方向変換することができる。このようなホログラムは、高い効率で光を単一の回折次数に向けることができるため、およびマルチレンズシステムと同様に機能すると共に平面に実装することができ、導波路の大きさを減少することができるため、導波路のインカプラまたはアウトカプラとして使用される。

図１から図１３は、特定の波長帯内の光を導波路の内部に選択的に案内するためのホログラフィックインカプラと、光を導波路の外部に案内するためのホログラフィックアウトカプラとを利用する導波路の例示的な実装形態を示す。ホログラフィックインカプラおよびホログラフィックアウトカプラは、反射型または透過型であるように構成されてもよい。これによって、導波路内の光は、導波路の外部に、典型的にはユーザの眼に向かって方向付けられる前に、導波路内の異なる光路に沿って方向付けられる。本明細書に記載された導波路をＷＨＵＤの一部として利用するために、導波路を透明担体材料に結合するまたは組み込むことによって、光コンバイナを形成する。この光コンバイナは、フレームによってユーザの眼の前に保持されるレンズ型構造として実装することができる。この光コンバイナは、画像とユーザが光コンバイナを通して見ている環境とが重なるように見えるように、画像をユーザに表示することができる。

図１は、導波路１１６と導波路１１８とを利用するＷＨＵＤ１００を示す上面切断概略図である。ＷＨＵＤ１００は、ユーザの頭部の第１側に配置される第１のアーム１０２と、ユーザの頭部の第２側に配置される第２のアーム１０４と、ユーザの頭部の前側（すなわち、ユーザの眼の前）に配置される前面フレーム１０６とを含む。前面フレーム１０６は、例えばヒンジを介して、第１のアーム１０２および第２のアーム１０４に各々連結される。図１に示されているフレーム１０６は、眼鏡に類似する形状を有するように構成されてもよい。したがって、導波路は、図示されたフレーム１０６の一部の下方に支持される。ＷＨＵＤ１００において、導波路１１６および１１８の各々は、透明光学担体によって担持され、光コンバイナまたは「レンズ」を形成することができる。このようなレンズは、平面であってもよく、または曲面であってもよい。また、光コンバイナは、処方の光補正（すなわち、光コンバイナを通過する光に屈折力を与えること）または非処方の光補正（すなわち、光コンバイナを通過する光に屈折力を与えないこと）をユーザに提供するように構成されてもよい。

第１のアーム１０２は、第１の光エンジン１０８を含み、第２のアーム１０４は、第２の光エンジン１１０を含む。第１の光エンジン１０８および第２の光エンジン１１０は各々、第１のアーム１０２および第２のアーム１０４の内部に収容されてもよく、またはそれに結合されてもよい。前面フレーム１０６は、第１の導波路１１６および第２の導波路１１８を支持するように構成される。第１の導波路１１６および第２の導波路１１８は、前面フレーム１０６の内部に収容されてもよく、またはそれに結合されてもよい。

第１の光エンジン１０８は、ユーザに見せる表示コンテンツ（例えば、画像またはビデオコンテンツ）を表す第１の表示光１２２を出力するように構成される。第１の表示光１２２は、ユーザが表示コンテンツを見えるように、第１の導波路１１６によってユーザの第１の眼１２０に向かって方向変換される。ＷＨＵＤ１００の場合、第１の導波路１１６は、インカプラ１３０とアウトカプラ１３２とを含む導波路コンバイナを備える。第１の光エンジン１０８からの第１の表示光１２２は、インカプラ１３０に入射し、第１の導波路１１６内に方向変換される。その場合、第１の導波路１１６内の第１の表示光１２２は、ＴＩＲによって導波路を通るように案内される。その後、導波路１１６内の第１の表示光１２２は、アウトカプラ１３２に入射し、アウトカプラ１３２は、第１の表示光１２２を導波路１１６からユーザの第１の眼１２０に向かって方向変換する。

同様に、第２の導波路１１８は、インカプラ１３４と、アウトカプラ１３６とを含む。第２の光エンジン１１０からの第２の表示光１２４は、インカプラ１３４に入射し、第２の導波路１１８内に方向変換される。第２の導波路１１８内の第２の表示光１２４は、内部全反射によって導波路１１８を通るように案内される。その後、第２の導波路１１８内の第２の表示光１２４は、アウトカプラ１３６に入射し、アウトカプラ１３６は、第２の表示光１２４を導波路１１８からユーザの第２の眼１２６に向かって方向変換する。

さらに、図１に示されているＷＨＵＤ１００は、双眼式ディスプレイである。この場合、第１の光エンジン１０８および第１の導波路１１６は、第１の表示光１２２を第１の眼１２０に提示するように設けられ、第２の光エンジン１１０および第２の導波路１１８は、第２の表示光１２４を第２の眼１２６に提示するように設けられる。しかしながら、第１の光エンジン１０８と第１の導波路１１６のセット、または第２の光エンジン１１０と第２の導波路１１８のセットのいずれかを取り除くことによって、単眼式ディスプレイを実装することができる。

図２は、導波路２０２の内部に設けられた透過型ホログラフィックインカプラ２０４、２０６と透過型ホログラフィックアウトカプラ２０８、２３０とを含むホログラフィック導波路システム２００を示す直交断面である。本明細書に記載されたホログラフィック導波路の文脈において、「インカプラ」は、入射光を受光し、導波路の内部全反射条件を満たすように入射光を方向変換する要素を指す。すなわち、入射光は、界面を通過せず、導波路の界面によって反射される角度範囲内の角度になるように、インカプラによって方向変換される。本明細書に記載されたホログラフィック導波路の文脈において、「アウトカプラ」は、導波路内を進む光を受光し、導波路の内部全反射条件を満たさないように受光した光を方向変換する要素を指す。すなわち、受光した光は、導波路の界面によって反射される角度の範囲外の角度になるように、アウトカプラによって方向変換される。これによって、光は、導波路の界面を通過する。以上に照らして、「インカプラ」は、実質的に、外部光を導波路内を進むように方向変換し、「アウトカプラ」は、実質的に、導波路内の光を導波路から出射するように方向変換する。

導波路２０２は、第１のフォトポリマ層２１０と、第２のフォトポリマ層２２０と、第１のフォトポリマ層２１０と第２のフォトポリマ層２２０との間に設けられたバリア層２４０とを含む。また、導波路２０２は、第１の透明層２６０と、第２の透明層２７０とを含む。第１のフォトポリマ層２１０、第２のフォトポリマ層２２０、およびバリア層２４０は、第１の透明層２６０と第２の透明層２７０との間に設けられる。好ましくは、導波路２０２を進む光の望ましくない屈折を最小限に抑えるために、第１のフォトポリマ層２１０、第２のフォトポリマ層２２０、バリア層２４０、第１の透明層２６０、および第２の透明層２７０の各々は、同じまたは類似の屈折率を有する。したがって、導波路２０２の内部で内部全反射される光は、第１の透明層２６０の最外表面２６２または第２の透明層２７０の最外表面２７２から反射される。さらに、第１のフォトポリマ層２１０、第２のフォトポリマ層２２０、バリア層２４０、第１の透明層２６０、および第２の透明層２７０の各々は、平面であってもよく、または曲面であってもよい。

図５を参照して以下の実施形態で説明されるように、導波路２０２は、追加の層を含んでもよい。図２に示されている導波路２０２の層は、第１のフォトポリマ層２１０が第１の透明層２６０によって担持され、バリア層２４０が第１のフォトポリマ層２１０によって担持され、第２のフォトポリマ層２２０がバリア層２４０によって担持され、第２の透明層２７０が第２のフォトポリマ層２２０によって担持されるように、互いに積層されてもよい。

導波路システム２００は、第１の波長帯内の波長を有する光３１２と、第１の波長帯とは異なる第２の波長帯内の波長を有する光３１４とを出力する光源３１０を含む。図示を容易にするために、光３１２の別々の波長帯は、対応する図示および以下で説明される動作において単一の光線として示される。好ましくは、第１の波長帯と第２の波長帯とは、重ならない。インカプラ２０４およびアウトカプラ２０８は、第１の波長帯内の光に応答し、第１の波長帯外の光に応答しない。インカプラ２０６およびアウトカプラ２３０は、第２の波長帯内の光に応答し、第２の波長帯外の光に応答しない。

したがって、インカプラ２０４は、光３１２を受光し、導波路２０２内を進むように光３１２を方向変換することができる。その後、アウトカプラ２０８は、導波路２０２内を進む光３１２を受光し、導波路２０２から出射するように光３１２を方向変換することができる。同様に、インカプラ２０６は、光３１４を受光し、導波路２０２内を進むように光３１４を方向変換するができる。その後、アウトカプラ２３０は、導波路２０２内を進む光３１４を受光し、導波路２０２から出射するように光３１４を方向変換することができる。インカプラ２０４が第１の波長帯外の波長を有する光に応答しないため、光３１４は、影響を受けることなく、インカプラ２０４を通過することができる。このことによって、狭い波長帯光源の選択されたセットのあたりに導波路を設計することが可能になり、光の各狭い波長帯は、導波路において、インカップリングホログラムおよびアウトカップリングホログラムの対応するセットを有する。

図２に示されているインカプラの各々は、フォトポリマ層に直交する第１の軸２８０に沿って互いに横方向に整列されてもよい。例えば、図２に示されているように、第１のフォトポリマ層２１０および第２のフォトポリマ層２２０は、互いに平行であり、第１のインカプラ２０４および第２のインカプラ２０６は、第１のフォトポリマ層２１０および第２のフォトポリマ層２２０に直交する第１の軸２８０に沿って互いに整列されている。これにより、光源３１０は、光３１２および光３１４を導波路２０２の同じ領域に出力することができる。よって、光３１２および光３１４の両方は、第１のインカプラ２０４に入射する。しかしながら、光３１２は、第１のインカプラ２０４によって屈折されるが、光３１４は、影響を受けることなく、第１のインカプラ２０４を通過して第２のインカプラ２０６に入射する。

同様に、図２に示されているアウトカプラの各々は、フォトポリマ層に直交する第２の軸２８２に沿って互いに横方向に整列されてもよい。図２に示されているように、第１のアウトカプラ２０８および第２のアウトカプラ２３０の各々は、第１のフォトポリマ層２１０および第２のフォトポリマ層２２０に直交する第２の軸２８２に沿って互いに整列されている。これによって、導波路２０２内を進む光３１２および光３１４は、ディスプレイ領域にアウトカップリングされ得る。上記で詳述したように、インカプラの各々は、概ね互いに整列されてもよいが、必ずしも導波路２０２の異なる層内の同一の領域を占有する必要はない。例えば、光源３１０は、導波路２０２に対して斜めの角度で設けられてもよい。これによって、各インカプラは、たとえ概ね整列されていても、わずかに異なる領域を占めるように設けられている。

図２に示されているインカプラおよびアウトカプラの各々は、透過型ホログラムである。透過型ホログラムの場合、特定の波長の光は、その波長に応答するように構成された特定のインカプラまたはアウトカプラに入射すると、インカプラまたはアウトカプラを通過するが、異なる角度で進むように屈折される。しかしながら、図３を参照して後述するように、反射型ホログラムを導波路２０２の層に記録することも可能である。

以下の図２の説明において、光路の「第１の区域」は、第１の光３１２または第２の光３１４のいずれかが導波路２０２に入射する地点から反射領域２８４まで第１の光３１２または第２の光３１４が進む経路を指す。「第２の区域」は、反射領域２８４から反射領域２８６まで光の表現が進む経路に対応する。「第３の区域」は、反射領域２８６から反射領域２８８まで光の表現が進む経路を指す。「第４の区域」は、反射領域２８８から光の表現が導波路２０２から出射する地点まで光の表現が進む経路に対応する。光路の第１区域から第４区域の詳細は、後述する。本明細書に記載の反射領域は、導波路の他の部分と比較して特有の性質を有していない。むしろ、「反射領域」という用語は、光が導波路の界面で内部全反射される導波路の領域を画定することを意味し、導波路に入射する光の入射角およびホログラフィックインカプラの方向変換角に応じて、導波路の界面上の任意の領域であってもよい。なお、光源３１０からの光は、導波路の内部に入射した後、導波路２０２の層および表面を通過するときに、および／またはそれらによって屈折されるときに、および／またはそれらによって反射されるときに、当該光の性質、例えば偏光方向が変更され得るため、光の「表現」として記載される。

導波路２０２の第１のホログラフィックインカプラ２０４および第１のホログラフィックアウトカプラ２０８は、第１の波長帯内の波長を有する第１の光３１２が導波路２０２に入射する第１の光路を画定する。第１の光路は、第１の区域を含み、第１の区域において、第１の光３１２は、第１の透明層２６０を通過し、第１のホログラフィックインカプラ２０４によって方向変換され、第１のバリア層２４０を通過し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第２の透明層２７０に入射し、反射領域２８４に設けられた第２の透明層２７０の最外表面２７２によって内部全反射される。第１の光路は、第２の区域を含み、第２の区域において、（反射領域２８４に設けられた）第２の透明層２７０の最外表面によって反射された第１の光３１２の表現は、第２の透明層２７０から出射し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１の透明層２６０に入射し、反射領域２８６に設けられた第１の透明層２６０の最外表面２６２によって内部全反射される。第１の光路は、第３の区域を含み、第３の区域において、第１の透明層２６０の最外表面２６２によって反射された第１の光３１２の表現は、第１の透明層２６０から出射し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第２の透明層２７０に入射し、反射領域２８８に設けられた第２の透明層２７０の最外表面２７２によって内部全反射される。また、第１の光路は、第４の区域を含み、第４の区域において、第２の透明層２７０の最外表面２７２によって反射された第１の光３１２の表現は、第２の透明層２７０から出射し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第１のホログラフィックアウトカプラ２０８によって方向変換され、第１の透明層２６０を通過することによって、導波路２０２から出射する。

また、図２は、第２の波長帯内の波長を有する第２の光３１４が導波路２０２に入射する第２の光路を示す。第２の光路は、第１の区域を含み、第１の区域において、第２の光３１４は、第１の透明層２６０を通過し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第２のホログラフィックインカプラ２０６によって方向変換され、第２の透明層２７０に入射し、反射領域２８４に設けられた第２の透明層２７０の最外表面２７２によって内部全反射される。第２の光路は、第２の区域を含み、第２の区域において、第２の透明層２７０の最外表面によって反射された第２の光３１４の表現は、第２の透明層２７０から出射し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１の透明層２６０に入射し、反射領域２８６に設けられた第１の透明層２６０の最外表面２６２によって内部全反射される。第２の光路は、第３の区域を含み、第３の区域において、第１の透明層２６０の最外表面２６２によって反射された第２の光３１４の表現は、第１の透明層２６０から出射し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第２の透明層２７０に入射し、第２の透明層２７０の最外表面２７２によって内部全反射される。また、第２の光路は、第４の区域を含み、第４の区域において、第２の透明層２７０の最外表面によって反射された第２の光３１４の表現は、第２の透明層２７０から出射し、第２のホログラフィックアウトカプラ２３０によって方向変換され、第１のバリア層２４０を通過し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１の透明層２６０を通過することによって、導波路２０２から出射する。

図３は、光源３１０と、図２を参照して上述した同様の層を有する導波路３０２とを含む導波路システム３００を示す直交断面図である。導波路３０２は、第１のフォトポリマ層２１０に記録された第１のホログラフィックインカプラ３２０と、第１のフォトポリマ層２１０に記録された第１のホログラフィックアウトカプラ３２２とを含む。また、導波路３０２は、第２のフォトポリマ層２２０に記録された第２のホログラフィックインカプラ３２４と、第２のフォトポリマ層２２０に記録された第２のホログラフィックアウトカプラ３２６とを含む。図２に示されている透過型ホログラムインカプラ２０４および２０６とは対照的に、図３に示されているインカプラおよびアウトカプラの各々は、反射型ホログラムである。すなわち、図３に示されている特定のインカプラまたはアウトカプラに入射する光は、対応するインカプラまたはアウトカプラから反射され、概ね光がやって来た方向ではあるが異なる角度で戻る。反射型ホログラムのインカプラおよびアウトカプラを使用することによって、光が導波路３０２内を進む光路（後述する）を形成する。

導波路システム３００は、第１の波長帯内の波長を有する第１の光３１２と、第１の波長帯とは異なる第２の波長帯内の波長を有する第２の光３１４とを出力する光源３１０を含む。好ましくは、第１の波長帯と第２の波長帯とは、重ならない。インカプラ３２０およびアウトカプラ３２２は、第１の波長帯内の光に応答し、第１の波長帯外の光に応答しない。インカプラ３２４およびアウトカプラ３２６は、第２の波長帯内の光に応答し、第２の波長帯外の光に応答しない。

したがって、インカプラ３２０は、光３１２を受光し、光３１２を導波路３０２内を進むように方向変換する。その後、アウトカプラ３２２は、導波路３０２内を進む光３１２を受光し、光３１２を導波路３０２から出射するように方向変換する。同様に、インカプラ３２４は、光３１４を受光し、光３１４を導波路３０２内を進むように方向変換する。

その後、アウトカプラ３２６は、導波路３０２内を進む光３１４を受光し、導波路３０２から出射するように光３１４を方向変換する。インカプラ３２０が第１の波長帯外の波長を有する光に応答しないため、光３１４は、影響を受けることなく、インカプラ３２０を通過することができる。これによって、選択セットの狭い波長帯光源の周囲に導波路３０２を設けることができる。各狭い波長帯光は、導波路３０２において、対応するセットのインカップリングホログラムおよびアウトカップリングホログラムを有する。

以下の図３の説明において、「第１の区域」は、光３１２，３１４のいずれかが導波路３０２に入射する地点から反射領域３３０まで第１の光３１２または第２の光３１４が進む経路に対応する。「第２の区域」は、反射領域３３０から反射領域３３２まで第１の光３１２または第２の光３１４の表現が進む経路に対応する。「第３の区域」は、反射領域３３２から反射領域３３４まで第１の光３１２または第２の光３１４の表現が進む経路に対応する。「第４の区域」は、反射領域３３４から第１の光３１２または第２の光３１４の表現が導波路３０２を出射する地点まで第１の光３１２または第２の光３１４の表現が進む経路に対応する。

第１のホログラフィックインカプラ３２０および第１のホログラフィックアウトカプラ３２２は、第１の波長帯内の波長を有する第１の光３１２が導波路３０２に入射する第１の光路を画定する。第１の光路は、第１の区域を含み、第１の区域において、第１の光３１２は、第１の透明層２６０を通過し、第１のホログラフィックインカプラ３２０によって反射されて第１の透明層２６０に戻り、反射領域３３０に設けられた第１の透明層２６０の最外表面２６２によって内部全反射される。第１の光路は、第２の区域を含み、第２の区域において、反射領域３３０に設けられた第１の透明層２６０の最外表面２６２によって反射された第１の光３１２の表現は、第１の透明層２６０から出射し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第２の透明層２７０に入射し、反射領域３３２に設けられた第２の透明層２７０の最外面２７２によって内部全反射される。第１の光路は、第３の区域を含み、第３の区域において、反射領域３３２に設けられた第２の透明層２７０の最外表面２７２によって反射された第１の光３１２の表現は、第２の透明層２７０から出射し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１の透明層２６０に入射し、反射領域３３４に設けられた第１の透明層２６０の最外表面２６２によって内部全反射される。また、第１の光路は、第４の区域を含み、第４の区域において、第１の透明層２６０の最外表面２６２によって反射された第１の光３１２の表現は、第１の透明層２６０から出射し、第１のホログラフィックアウトカプラ３２２によって反射されて第１の透明層２６０に戻り、第１の透明層２６０を通過することによって、導波路３０２から出射する。

また、図３は、第２の波長帯内の波長を有する第２の光３１４が導波路３０２に入射する第２の光路を示す。第２の光路は、第１の区域を含み、第１の区域において、第２の光３１４は、第１の透明層２６０を通過し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第２のホログラフィックインカプラ３２２によって反射されて第１のバリア層２４０に戻り、第１のバリア層２４０を通過し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１の透明層２６０に入射し、反射領域３３０に設けられた第１の透明層２６０の最外表面２６２によって内部全反射される。第２の光路は、第２の区域を含み、第２の区域において、反射領域３３０に設けられた第１の透明層２６０の最外表面２６２によって反射された第２の光３１４の表現は、第１の透明層２６０から出射し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第２の透明層２７０に入射し、反射領域３３２に設けられた第２の透明層２７０の最外表面２７２によって内部全反射される。第２の光路は、第３の区域を含み、第３の区域において、第２の透明層２７０の最外表面２７２によって反射された第２の光３１４の表現は、第２の透明層２７０から出射し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１の透明層２６０に入射し、反射領域３３４に設けられた第１の透明層２６０の最外表面２６２によって内部全反射される。第２の光路は、第４の区域を含み、第４の区域において、第１の透明層２６０の最外表面によって反射された第２の光３１４の表現は、第１の透明層２６０から出射し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第２のホログラフィックアウトカプラ３２６によって反射されて第１のバリア層２４０に戻り、第１のバリア層２４０を通過し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１の透明層２６０を通過することによって、導波路３０２から出射する。

インカプラ３２０およびインカプラ３２４の各々は、横方向に沿って、例えば第１のフォトポリマ層２１０および第２のフォトポリマ層２２０に直交する第１の軸に沿って互いに整列されてもよい。また、アウトカプラ３２２およびアウトカプラ３２６の各々は、横方向に沿って、例えば第１のフォトポリマ層２１０および第２のフォトポリマ層２２０に直交する第２の軸に沿って互いに整列されてもよい。

図２および３は各々、第１の光３１２および第２の光３１４が各々導波路２０２または導波路３０２内に３回で内部全反射されることを示す。反射の回数は、単なる例示であり、より少なくてもよく、または多くてもよい。例えば、導波路２０２または導波路３０２に結合された光は、特定の用途に応じて、１回、２回、５回、１０回、２０回、またはそれ以上の回数で内部全反射されてもよい。

また、図２および３は各々、第１の波長帯内の波長を有する第１の光３１２と、第１の波長帯とは異なる第２の波長帯内の波長を有する第２の光３１４とを出力する光源３１０を示す。しかしながら、光源は、より多くの波長帯において光を出射することができ、導波路は、他の波長帯においてそのような光を方向付けることができる。

図４は、図２を参照して上述した同様の層と、同じフォトポリマ層内に設けられた複数のインカプラおよびアウトカプラとを有する導波路４０２を含む導波路システム４００を示す直交断面図である。導波路システム４００は、第１の波長帯内の波長を有する第１の光４１２と、第２の波長帯内の波長を有する第２の光４１４と、第３の波長帯内の波長を有する第３の光４１６とを出力する光源４１０を含む。第１の波長帯、第２の波長帯、および第３の波長帯は、互いに異なり、好ましくは互いに重ならない。

第１のフォトポリマ層２１０は、第１の光４１２を導波路４０２内に方向変換する第１のホログラフィックインカプラ２０４と、第１のホログラフィックアウトカプラ２０８とを含む。第２のフォトポリマ層２２０は、第２の光４１４を導波路４０２内に方向変換する第２のホログラフィックインカプラ２０６と、第２のホログラフィックアウトカプラ２３０とを含む。また、導波路４０２内の第１のフォトポリマ層２１０は、第３の光４１６を導波路４０２内に方向変換する第３のホログラフィックインカプラ２１４と、第３のホログラフィックアウトカプラ２１８とを含む。

図４に示されている第３の光路の以下の説明において、「第１の区域」とは、第３の光４１６が導波路４０２に入射する地点から反射領域４２０まで第３の光４１６が進む経路に相当する。「第２の区域」は、反射領域４２０から反射領域４２２まで第３の光４１６の表現が進む経路に対応する。「第３の区域」は、反射領域４２２から反射領域４２４まで第３の光４１６の表現が進む経路に対応する。「第４の区域」は、反射領域４２４から導波路４０２出射する地点まで第３の光４１６の表現が進む経路に対応する。

第３のホログラフィックインカプラ２１４および第３のホログラフィックアウトカプラ２１８は、第３の波長帯内の波長を有する第３の光４１６が導波路４０２に入射する第３の光路を画定する。第３の光路は、第１の区域を含み、第１の区域において、第３の光４１６は、第１の透明層２６０を通過し、第３のホログラフィックインカプラ２１４によって方向変換され、第１のバリア層２４０を通過し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第２の透明層２７０に入射し、反射領域４２０に設けられた第２の透明層２７０の最外表面２７２によって内部全反射される。第３の光路は、第２の区域を含み、第２の区域において、第２の透明層２７０の最外表面２７２によって反射された第３の光４１６の表現は、第２の透明層２７０から出射し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１の透明層２６０に入射し、反射領域４２２に設けられた第１の透明層２６０の最外表面２６２によって内部全反射される。第３の光路は、第３の区域を含み、第３の区域において、第１の透明層２６０の最外表面２６２によって反射された第３の光４１６の表現は、第１の透明層２６０から出射し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第２の透明層２７０に入射し、反射領域４２４に設けられた第２の透明層２７０の最外表面２７２によって内部全反射される。また、第３の光路は、第４の区域を含み、第４の区域において、第２の透明層２７０の最外表面２７２によって反射された第３の光４１６の表現は、第２の透明層２７０から出射し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第３のホログラフィックアウトカプラ２１８によって方向変換され、第１の透明層２６０を通過することによって、導波路４０２から出射する。

図４は、ホログラフィックインカプラおよびホログラフィックアウトカプラの各々を透過型ホログラムとして示す。しかしながら、ホログラフィックインカプラおよびアウトカプラのいずれかは、図２を参照して上述した反射型ホログラムであってもよい。特に、第１のホログラフィックインカプラ２０４および第１のホログラフィックアウトカプラ２０８は、例えば図３に示され、上記で説明された第１の光路に従って、導波路３０２を通過するように第１の光３１２を方向変換する第１のホログラフィックインカプラ３２０および第１のホログラフィックアウトカプラ３２２と同様に、導波路４０２を通過するように第１の光４１２を方向変換する反射型ホログラムであってもよい。第２のホログラフィックインカプラ２０６および第２のホログラフィックアウトカプラ２３０は、例えば図３に示され、上記で説明された第１の光路に従って、導波路３０２を通過するように第２の光３１４を方向変換する第２のホログラフィックインカプラ３２４および第２のホログラフィックアウトカプラ３２６と同様に、導波路４０２を通過するように第２の光４１４を方向変換する反射型ホログラムであってもよい。

また、第３のホログラフィックインカプラ２１４および第３のホログラフィックアウトカプラ２１８は、第３の波長帯内の波長を有し、導波路４０２に入射する第３の光４１６の代替的な第３の光路を画定する反射型ホログラムであってもよい。代替的な第３の光路は、第１の区域を含むことができ、第１の区域において、第３の光４１６は、第１の透明層２６０を通過し、第３のホログラフィックインカプラ２１４によって反射されて第１の透明層２６０に戻り、第１の透明層２６０の最外面によって内部全反射される。代替的な第３の光路は、第２の区域を含むことができ、第２の区域において、第１の透明層２６０の最外表面によって反射された第３の光４１６の表現は、第１の透明層２６０から出射し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第２の透明層２７０に入射し、第２の透明層２７０の最外表面２７２によって内部全反射される。代替的な第３の光路は、第３の区域を含むことができ、第３の区域において、第２の透明層２７０の最外表面２７２によって反射された第３の光４１６の表現は、第２の透明層２７０から出射し、第２のフォトポリマ層２２０を通過し、第１のバリア層２４０を通過し、第１のフォトポリマ層２１０を通過し、第１の透明層２６０に入射し、第１の透明層２６０の最外表面２６２によって内部全反射される。代替的な第３の光路は、第４の区域を含むことができ、第４の区域において、第１の透明層２６０の最外表面２６２によって反射された第３の光４１６の表現は、第１の透明層２６０から出射し、第３のホログラフィックアウトカプラ２１８によって反射されて第１の透明層２６０に戻り、第１の透明層２６０を通過することによって、導波路４０２から出射する。

図４は、第１の光４１２、第２の光４１４および第３の光４１６の各々が導波路４０２内に３回で内部全反射されることを示す。反射の回数は、単なる例示であり、より少なくてもよく、または多くてもよい。例えば、導波路４０２に結合された光は、特定の用途に応じて、１回、２回、５回、１０回、２０回、またはそれ以上の回数で内部全反射されてもよい。

図４において、第１のインカプラ２０４は、第１のフォトポリマ層２１０内の第３のインカプラ２１４から空間的にオフセットされているものとして示されている。しかしながら、実際には、第１のインカプラ２０４および第３のインカプラ２１４は、フォトポリマ層２１０内の同様の空間を占めるように記録されてもよい。同様に、図４において、第１のアウトカプラ２０８は、第１のフォトポリマ層２１０内の第３のアウトカプラ２１８から空間的にオフセットされているものとして示されている。しかしながら、実際には、第１のアウトカプラ２０８および第３のアウトカプラ２１８は、第１のフォトポリマ層２１０内の同様の空間を占めるように記録されてもよい。

導波路４０２の第１のフォトポリマ層２１０は、第１のフォトポリマ層２１０に記録された２つのホログラフィックインカプラと２つのホログラフィックアウトカプラとを含む。同様の特徴は、第２のフォトポリマ層２２０に設けられてもよい。したがって、第２のフォトポリマ層２２０は、異なる波長帯にそれぞれ応答する２つのホログラフィックインカプラと、異なる波長帯にそれぞれ応答する２つのアウトカプラとを含む。例示的な実装形態では、第１のフォトポリマ層２１０は、単一のホログラフィックインカプラと、単一のホログラフィックアウトカプラとを含んでもよく、第２のフォトポリマ層２２０は、２つのホログラフィックインカプラと、２つのホログラフィックアウトカプラとを含んでもよい。別の例示的な実装形態では、第１のフォトポリマ層２１０は、２つ以上のホログラフィックインカプラと、２つ以上のホログラフィックアウトカプラとを含んでもよく、第２のフォトポリマ層２２０は、２つ以上のホログラフィックインカプラと、２つ以上のホログラフィックアウトカプラとを含んでもよい。

図２および図３を参照して上述したように、インカプラ２０４、インカプラ２１４およびインカプラ２０６は、横方向に沿って、例えば第１のフォトポリマ層２１０および第２のフォトポリマ層２２０に直交する第１の軸に沿って互いに整列されてもよい。また、アウトカプラ２０８、アウトカプラ２１８およびアウトカプラ２３０は、横方向に沿って、例えば第１のフォトポリマ層２１０および第２のフォトポリマ層２２０に直交する第２の軸に沿って互いに整列されてもよい。

図５は、別の導波路システム５００の直交側面図を示す。図５の導波路システム５００は、図２の導波路システム２００と類似しているが、導波路５０２は、追加の層を含む。導波路５０２は、第１のフォトポリマ層５１０と、第２のフォトポリマ層５２０と、第３のフォトポリマ層５３０と、第１のフォトポリマ層５１０と第２のフォトポリマ層５２０との間に設けられた第１のバリア層５４０と、第２のフォトポリマ層５２０と第３のフォトポリマ層５３０との間に設けられた第２のバリア層５５０とを含む。また、導波路５０２は、第１の透明層５６０と、第２の透明層５７０とを含む。第１のフォトポリマ層５１０、第２のフォトポリマ層５２０、第３のフォトポリマ層５３０、バリア層５４およびバリア層５５０は、第１の透明層５６０と第２の透明層５７０との間に設けられる。好ましくは、第１のフォトポリマ層５１０、第２のフォトポリマ層５２０、第３のフォトポリマ層５３０、第１のバリア層５４０、第２のバリア層５５０、第１の透明層５６０および第２の透明層５７０の各々は、導波路５０２を進む光がこれらの層を横切る時の当該光の望ましくない屈折を最小限に抑えるために、同じまたは類似の屈折率を有する。さらに、第１のフォトポリマ層５１０、第２のフォトポリマ層５２０、第３のフォトポリマ層５３０、第１のバリア層５４０、第２のバリア層５５０、第１の透明層５６０、および第２の透明層５７０の各々は、平面であってもよく、または曲面であってもよい。

導波路５０２は、第１のフォトポリマ層５１０に記録された第１のホログラフィックインカプラ５１２と、第１のフォトポリマ層５１０に記録された第１のホログラフィックアウトカプラ５１６とを含む。また、導波路は、第２のフォトポリマ層５２０に記録された第２のホログラフィックインカプラ５２２と、第２のフォトポリマ層５２０に記録された第２のホログラフィックアウトカプラ５２６と、第３のフォトポリマ層５３０に記録された第３のホログラフィックインカプラ５３２と、第３のフォトポリマ層５３０に記録された第３のホログラフィックアウトカプラ５３６とを含む。

導波路システム５００は、第１の波長帯内の波長を有する第１の光６１２と、第２の波長帯内の波長を有する第２の光６１４と、第３の波長帯内の波長を有する第３の光６１６とを出力する光源６１０をさらに含む。第１の波長帯と第２の波長帯と第３の波長帯とは、互いに異なり、好ましくは重ならない。第１のホログラフィックインカプラ５１２および第１のホログラフィックアウトカプラ５１６は、第１の波長帯内の光に応答し、第１の波長帯外の光に応答しない。第２のホログラフィックインカプラ５２２および第２のホログラフィックアウトカプラ５２６は、第２の波長帯内の光に応答し、第２の波長帯外の光に応答しない。第３のホログラフィックインカプラ５３２および第３のホログラフィックアウトカプラ５３６は、第３の波長帯内の光に応答し、第３の波長帯外の光に応答しない。したがって、第１のホログラフィックインカプラ５１２は、第１の光６１２を受光し、導波路５０２内を進むように第１の光６１２を方向変換する。その後、第１のホログラフィックアウトカプラ５１６は、導波路５０２内を進む第１の光６１２の表現を受信し、第１の光６１２の表現を導波路５０２から出射するように方向変換する。同様に、第２のホログラフィックインカプラ５２２は、第２の光６１４を受光し、導波路５０２内を進むように第２の光６１４を方向変換する。その後、第２のホログラフィックアウトカプラ５２６は、導波路５０２内を進む第２の光６１４を受光し、第２の光６１４の表現を導波路５０２から出射するように方向変換する。第１のホログラフィックインカプラ５１２は、第１の波長帯外の波長を有する光に応答しないため、第２の光６１４は、影響を受けることなく、第１のホログラフィックインカプラ５１２を通過する。同様に、第３のホログラフィックインカプラ５３２は、第３の光６１６を受光し、導波路５０２内を進むように第３の光６１６を方向変換する。その後、第３のホログラフィックアウトカプラ５３６は、導波路５０２内を進む第３の光６１６の表現を受信し、第３の光６１６の表現を導波路５０２から出射するように方向変換する。第１のホログラフィックインカプラ５１２は、第１の波長帯外の波長を有する光に応答せず、第２のホログラフィックインカプラ５２２は、第２の波長帯外の波長を有する光に応答しないため、第３の光６１６は、影響を受けることなく、第１のホログラフィックインカプラ５１２および第２のホログラフィックインカプラ５２２を通過することができる。これによって、選択セットの狭い波長帯光源の周囲に導波路を設けることができる。光の各狭い波長帯は、導波路において、対応するセットのインカップリングホログラムおよびアウトカップリングホログラムによって方向付けられる。

図５に示されている光路の以下の説明において、「第１の区域」は、光６１２、６１４、６１６のいずれかが導波路５０２に入射する地点から反射領域６２０まで第１の光６１２、第２の光６１４または第３の光６１６が進む経路に対応する。「第２の区域」は、反射領域６２０から反射領域６２２まで光６１２、６１４、６１６のいずれかが進む経路に対応する。「第３の区域」は、反射領域６２２から反射領域６２４まで光６１２、６１４、６１６のいずれかが進む経路に対応し、「第４の区域」は、反射領域６２４から光６１２、６１４、６１６のいずれかが導波路５０２から出射する地点まで光６１２、６１４、６１６のいずれかが進む経路に対応する。

第１のホログラフィックインカプラ５１２および第１のホログラフィックアウトカプラ５１６は、第１の波長帯内の波長を有する第１の光６１２が導波路５０２に入射する第１の光路を画定する。第１の光路は、第１の区域を含み、第１の区域において、第１の光６１２は、第１の透明層５６０を通過し、第１のホログラフィックインカプラ５１２によって方向変換され、第１のバリア層５４０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２の透明層５７０に入射し、反射領域６２０に設けられた第２の透明層５７０の最外表面５７２によって内部全反射される。第１の光路は、第２の区域を含み、第２の区域において、第２の透明層５７０の最外表面５７２によって反射された第１の光６１２の表現は、第２の透明層５７０から出射し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１の透明層５６０に入射し、反射領域６２２に設けられた第１の透明層５６０の最外表面５６２によって内部全反射される。第１の光路は、第３の区域を含み、第３の区域において、第１の透明層５６０の最外表面５６２によって反射された第１の光６１２の表現は、第１の透明層５６０から出射し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２の透明層５７０に入射し、反射領域６２４に設けられた第２の透明層５７０の最外表面５７２によって内部全反射される。第１の光路は、第４の区域を含み、第４の区域において、第２の透明層５７０の最外表面５７２によって反射された第１の光６１２の表現は、第２の透明層５７０から出射し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第１のホログラフィックアウトカプラ５１６によって方向変換され、第１の透明層５６０を通過し、それによってホログラフィック導波路５０２から出射する。

また、図５は、第２の波長帯内の波長を有する第２の光６１４が導波路５０２に入射する第２の光路を示す。第２の光路は、第１の区域を含み、第１の区域において、第２の光６１４は、第１の透明層５６０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第２のホログラフィックインカプラ５２２によって方向変換され、第２のバリア層５５０を通過し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２の透明層５７０に入射し、反射領域６２０に設けられた第２の透明層５７０の最外表面５７２によって内部全反射される。第２の光路は、第２の区域を含み、第２の区域において、第２の透明層５７０の最外表面５７２によって反射された第２の光６１４の表現は、第２の透明層５７０から出射し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１の透明層５６０に入射し、反射領域６２２に設けられた第１の透明層５６０の最外表面５６２によって内部全反射される。第２の光路は、第３の区域を含み、第３の区域において、第１の透明層５６０の最外表面５６２によって反射された第２の光６１４の表現は、第１の透明層５６０から出射し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２の透明層５７０に入射し、反射領域６２４に設けられた第２の透明層５７０の最外表面５７２によって内部全反射される。第２の光路は、第４の区域を含み、第４の区域において、第２の透明層５７０の最外表面５７２によって反射された第２の光６１４の表現は、第２の透明層５７０から出射し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第２のホログラフィックアウトカプラ５２６によって方向変換され、第１のバリア層５４０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１の透明層５６０を通過することによって、導波路５０２から出射する。

また、導波路５０２の第３のホログラフィックインカプラ５３２および第３のホログラフィックアウトカプラ５３６は、第３の波長帯内の波長を有する第３の光６１６が導波路５０２に入射する第３の光路を画定することができる。第３の光路は、第１の区域を含み、第１の区域において、第３の光６１６は、第１の透明層５６０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第３のホログラフィックインカプラ５３２によって方向変換され、第２の透明層５７０に入射し、反射領域６２０に設けられた第２の透明層５７０の最外表面５７２によって内部全反射される。第３の光路は、第２の区域を含み、第２の区域において、第２の透明層の最外表面５７２によって反射された第３の光６１６は、第２の透明層５７０から出射し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１の透明層５６０に入射し、反射領域６２２に設けられた第１の透明層５６０の最外表面５６２によって内部全反射される。第３の光路は、第３の区域を含み、第３の区域において、第１の透明層５６０の最外表面によって反射された第３の光６１６の表現は、第１の透明層５６０から出射し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２の透明層５７０に入射し、反射領域６２４に設けられた第２の透明層５７０の最外表面５７２によって内部全反射される。また、第３の光路は、第４の区域を含み、第４の区域において、第２の透明層５７０の最外表面５７２によって反射された第３の光６１６の表現は、第２の透明層５７０から出射し、第３のホログラフィックアウトカプラ５３６によって方向変換され、第２のバリア層５５０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１の透明層５６０を通過することによって、導波路５０２から出射する。

図５に示されているホログラフィックインカプラおよびホログラフィックアウトカプラの各々は、透過型ホログラムである。しかしながら、ホログラフィックインカプラおよびホログラフィックアウトカプラのいずれかは、図３に示されている反射型ホログラムであってもよい。以下、第１のホログラフィックインカプラ５１２および第１のホログラフィックアウトカプラ５１６が反射型ホログラムである場合に、第１の光６１２の例示的な第１の光路を説明する。以下、第２のホログラフィックインカプラ５２２および第２のホログラフィックアウトカプラ５２６が反射型ホログラムである場合に、第２の光６１４の例示的な第２の光路を説明する。以下、第３のホログラフィックインカプラ５３２および第３のホログラフィックアウトカプラ５３６が反射型ホログラムである場合に、第３の光６１６の例示的な第３の光路を説明する。

反射型第１のホログラフィックインカプラ５１２および反射型第１のホログラフィックアウトカプラ５１６は、第１の波長帯内の波長を有する第１の光６１２が導波路５０２に入射する第１の光路を画定することができる。第１の光路は、第１の区域を含むことができ、第１の区域において、第１の光６１２は、第１の透明層５６０を通過し、第１のホログラフィックインカプラ５１２によって反射されて第１の透明層５６０に戻り、第１の透明層５６０の最外表面５６２によって内部全反射される。第１の光路は、第２の区域を含むことができ、第２の区域において、第１の透明層５６０の最外表面５６２によって反射された第１の光６１２の表現は、第１の透明層５６０から出射し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２の透明層５７０に入射し、第２の透明層５７０の最外面５７２によって内部全反射される。第１の光路は、第３の区域を含むことができ、第３の区域において、第２の透明層５７０の最外表面５７２によって反射された第１の光６１２の表現は、第２の透明層５７０から出射し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１の透明層５６０に入射し、第１の透明層５６０の最表面によって内部全反射される。第１の光路は、第４の区域を含むことができ、第４の区域において、第１の透明層５６０の最外表面５６２によって反射された第１の光６１２の表現は、第１の透明層５６０から出射し、第１のホログラフィックアウトカプラ５１６によって反射されて第１の透明層５６０に入射し、第１の透明層５６０を通過することによって、導波路５０２から出射する。

反射型第２のホログラフィックインカプラ５２２および反射型第２のホログラフィックアウトカプラ５２６は、第２の波長帯内の波長を有する第２の光６１４が導波路５０２に入射する第２の光路を画定することができる。第２の光路は、第１の区域を含むことができ、第１の区域において、第２の光６１４は、第１の透明層５６０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第２のホログラフィックインカプラ５２２によって反射されて第１のバリア層５４０に戻り、第１のバリア層５４０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１の透明層５６０に入射し、第１の透明層５６０の最外表面５６２によって内部全反射される。第２の光路は、第２の区域を含むことができ、第２の区域において、第１の透明層５６０の最外表面５６２によって反射された第２の光６１４の表現は、第１の透明層５６０から出射し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２の透明層５７０に入射し、第２の透明層５７０の最外面５７２によって内部全反射される。第２の光路は、第３の区域を含むことができ、第３の区域において、第２の透明層５７０の最外表面５７２によって反射された第２の光６１４の表現は、第２の透明層５７０から出射し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１の透明層５６０に入射し、第１の透明層５６０の最外表面５６２によって内部全反射される。第２の光路は、第４の区域を含むことができ、第４の区域において、第１の透明層５６０の最外表面５６２によって反射された第２の光６１４の表現は、第１の透明層５６０から出射し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第２のホログラフィックアウトカプラ５２６によって反射されて第１のバリア層５４０に入射し、第１のバリア層５４０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１の透明層５６０を通過することによって、導波路５０２から出射する。

反射型の第３のホログラフィックインカプラ５３２および反射型の第３のホログラフィックアウトカプラ５３６は、第３の波長帯内の波長を有する第３の光６１６が導波路５０２に入射する第３の光路を画定することができる。第３の光路は、第１の区域を含むことができ、第１の区域において、第３の光６１６は、第１の透明層６６０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第３のホログラフィックインカプラ５３２によって反射されて第２のバリア層５５０に戻り、第２のバリア層５５０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１の透明層５６０に入射し、第１の透明層５６０の最外表面５６２によって内部全反射される。第３の光路は、第２の区域を含むことができ、第２の区域において、第１の透明層６６０の最外表面によって反射された第３の光６１６は、第１の透明層６６０から出射し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２の透明層５７０に入射し、第２の透明層５７０の最外面５７２によって内部全反射される。第３の光路は、第３の区域を含むことができ、第３の区域において、第２の透明層５７０の最外表面によって反射された第３の光６１６は、第２の透明層５７０から出射し、第３のフォトポリマ層５３０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１の透明層５６０に入射し、第１の透明層５６０の最外面５６２によって内部全反射される。第３の光路は、第４の区域を含むことができ、第４の区域において、第１の透明層５６０の最外表面５６２によって反射された第３の光６１６は、第１の透明層５６０から出射し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第２のバリア層５５０を通過し、第３のホログラフィックアウトカプラ５３６によって反射されて第２のバリア層５５０に戻り、第２のバリア層５５０を通過し、第２のフォトポリマ層５２０を通過し、第１のバリア層５４０を通過し、第１のフォトポリマ層５１０を通過し、第１の透明層５６０を通過することによって、導波路５０２から出射する。

また、図５は、第１の光６１２、第２の光６１４および第３の光６１６がそれぞれ、導波路５０２内に３回で内部全反射されることを示す。反射の回数は、単なる例示であり、より少なくてもよく、または多くてもよい。例えば、導波路５０２に結合された光は、特定の用途に応じて、１回、２回、５回、１０回、２０回、またはそれ以上の回数で内部全反射されてもよい。

図５に示されている実装形態では、光源によって提供された光の各波長帯に対するホログラフィックインカプラおよびホログラフィックアウトカプラを含むフォトポリマ層がそれぞれ設けられている。このような実装形態では、各フォトポリマ層によって方向変換される光の所望の波長帯に対して性能、効率、および応答性を最適化するために、各フォトポリマ層の化学的性質（chemistry）を選択することができる。

インカプラ５１２、インカプラ５２２、およびインカプラ５３２の各々は、横方向に沿って、例えば第１のフォトポリマ層５１０、第２のフォトポリマ層５２０、および第３のフォトポリマ層５３０に直交する第１の軸に沿って互いに整列されてもよい。また、アウトカプラ２１６、アウトカプラ２２６、およびアウトカプラ２３６の各々は、横方向に沿って、例えば第１のフォトポリマ層５１０、第２のフォトポリマ層５２０、および第３のフォトポリマ層５３０に直交する第２の軸に沿って互いに整列されてもよい。

ホログラフィックインカプラおよびホログラフィックアウトカプラが反射型ホログラムまたは透過型ホログラムである場合、図２、３、４および５の各々は、光源から入射光を受光し、導波路のホログラフィック要素を取り囲む透明層の外側界面から内部全反射するように入射光を方向変換するホログラフィックインカプラを示す。特に、本明細書に記載された導波路内の内部全反射は、ホログラフィック要素を取り囲む透明層の界面による内部全反射を包含することができ、ホログラフィック要素自体による内部全反射を必要としない。これを達成するために、透明層、フォトポリマ層、およびバリア層の各々は、同じ屈折率を有することができる。

図６は、射出瞳複製によってアイボックス拡張を達成するためのエキスパンダを実装する例示的導波路６０２を示す直交正面図である。導波路６０２は、走査レーザプロジェクタなどの光源から入射光６３２を受信するためのインカプラ領域６３０を含む。インカプラ領域６３０は、少なくとも１つの方向に沿って、導波路６０２を進むように入射光６３２を方向変換する。インカプラ領域６３０は、頂上に互いに整列されているた複数のホログラフィックインカプラ、例えば、上述したホログラフィックインカプラ２０４、２０６、２１２、２１４、２２２、３２０、３２４、５１２、５２２、または５３２を含む。図６の例において、少なくとも１つのホログラフィックインカプラの第１のセットは、第１のエキスパンダ領域６３４に向かって進むように入射光６３２の第１のサブセット６３２－１を方向変換する。ホログラフィックインカプラの第２のセットは、第２のエキスパンダ領域６３６に向かって進むように入射光６３２の第２のサブセット６３２－２を方向変換する。一例として、入射光６３２は、赤成分と、緑成分と、青成分とを含むことができる。インカプラ領域６３０は、赤色光のみに応答し、入射光６３２の赤成分を第１のエキスパンダ領域６３４に向かって方向変換するためのホログラフィックインカプラを含むことができる。また、インカプラ領域６３０は、緑色光のみに応答し、入射光６３２の緑成分を第２のエキスパンダ領域６３６に向かって方向変換するためのホログラフィックインカプラを含むことができる。インカプラ領域６３０は、青色光のみに応答し、入射光６３２の青成分を第２のエキスパンダ領域６３６に向けて方向変換するためのホログラフィックインカプラを含むこともできる。この例において、入射光６３２の第１のサブセット６３２－１は、入射光６３２の赤成分を含み、入射光６３２の第２のサブセット６３２－２は、入射光６３２の緑成分および青成分を含む。

エキスパンダ領域６３４およびエキスパンダ領域６３６は、射出瞳複製のために、入射光６３２の複製を形成する。図６の例において、光６３２－１は、内部全反射によって導波路６０２を通過して、エキスパンダ領域６３４に到達する。エキスパンダ領域６３４は、表面レリーフ格子またはホログラフィック格子のようなリダイレクタ領域を含む。光６３２－１がリダイレクタ領域に入射すると、リダイレクタ領域は、光６３２－１をアウトカプラ領域６４０に向かって方向変換する。エキスパンダ領域６３４は、入射光の１００％未満を方向変換するように構成される。このようにして、光６３２－１は、導波路６０２の界面表面による内部全反射によって、導波路６０２を進み続けることができる。光６３２－１がエキスパンダ領域６３４に入射する度に、光６３２－１の一部は、アウトカプラ領域６４０に向かって方向変換される。このようにして、光６３２－１のいくつかの複製は、アウトカプラ領域６４０に向かって空間的に別々に進むように形成される。同様のことは、エキスパンダ領域６３６に適用される。光６３２－２のいくつかの複製は、アウトカプラ領域６４０に向かって空間的に別々に伝播するように形成される。

アウトカプラ領域６４０は、頂上に互いに整列されている複数のホログラフィックアウトカプラ６５０、例えば、上述したホログラフィックアウトカプラ２０８、２１６、２１８、２２６、２３０、３２２、３２６、５１６、５２６、または５３６を含む。図６の例において、アウトカプラ領域６４０は、赤色光に応答するホログラフィックアウトカプラと、緑色光に応答するホログラフィックアウトカプラと、青色光に応答するホログラフィックアウトカプラとを含む。エキスパンダ領域６３４および６３６の両方からの光は、ホログラフィック領域６４０に入射し、ホログラフィック領域６４０は、エキスパンダ領域からの光を導波路６０２の外に方向変換する。エキスパンダ領域６３４およびエキスパンダ６３６と同様に、アウトカプラ領域６４０は、入射光の１００％未満を方向変換するように構成される。このようにして、アウトカップリングされていない残りの光は、内部全反射によってアウトカプラ領域６４０に進み続ける。その後、この残りの光が再びアウトカプラ領域６４０内のホログラフィックアウトカプラに入射すると、光の別の部分は、アウトカップリングされる。このようにして、表示光のいくつかの複製は、空間的に別個の場所において、導波路６０２からアウトカップリングされ得る。これによって、複数の空間的に分離された射出瞳複製を含む表示を形成し、したがって、単一射出瞳よりも大きいアイボックスを形成する。

図６は、異なるサブセットの表示光６３２を各々受光する別個のエキスパンダ領域６３４およびエキスパンダ領域６３６を示しているが、いくつかの実装形態において、単一のエキスパンダ領域を利用することができる。この場合、全ての表示光６３２は、単一のエキスパンダ領域に向けて方向付けられる。別個のエキスパンダ領域を設けることは、有利には、各エキスパンダ領域に向けて方向付けられる表示光の波長に各エキスパンダ領域を特定的に合わせることを可能にし、単一のエキスパンダ領域を設けることは、有利には、必要とされる導波路のサイズを低減することができる。

図７から図１３は、ユーザの視野に配置される導波路を担持する透明担体またはレンズ構造を含む光コンバイナの実施形態を示す。図７から図１３は、図１に詳しく示されている導波路１１６または１１８に対応している導波路１００２を示しているが、この導波路１００２は、例えば、図２に示されている導波路２０２、図３に示されている導波路３０２、図４に示されている導波路４０２、図５に示されている導波路５０２、または図６に示されている導波路６０２のような、本明細書に記載された導波路のいずれかに対応してもよい。また、図７から図１３に示されている各透明担体は、各担体の一方の表面が凸状であり、各担体の反対側の表面が凹状である湾曲担体である。透明担体を２つの構成要素に分割する場合、一方の構成要素は、凸面を有し、他方の構成要素は、凹面を有する。しかしながら、図１３に示されている例のように、記載された透明担体のいずれかは、平面であってもよい。

図７は、透明担体７０２に埋め込まれた導波路１００２を含む光コンバイナ７００を示す上面切断図である。透明担体７０２は、導波路１００２を透明担体７０２内に完全に包むように導波路１００２の周囲に形成されてもよい。例えば、透明担体７０２は、導波路１００２の周囲のレンズとして成形されてもよい。また、透明担体７０２は、湾曲した凸面７０４と、湾曲した凸面７０４に対して光コンバイナ７００の反対側にある湾曲した凹面７０６とを有するものとして示されている。同様の凸面および凹面は、以下で説明する他の光コンバイナの実装形態に含まれる。

図８は、透明担体８０４の第１の構成要素８０２と透明担体８０４の第２の構成要素８０６との間に埋め込まれた導波路１００２を含む光コンバイナ８００を示す上面切断図である。第１の構成要素８０２および第２の構成要素８０６は、別個に形成され、例えば接着剤または機械的な締結具を用いて導波路１００２の周囲に固定されてもよい。また、第１の構成要素８０２は、湾曲した凸面８０８を含み、第２の構成要素８０６は、湾曲した凸面８０８に対して光コンバイナ８００の反対側にある湾曲した凹面８１０を含む。

図７および８の両方は、導波路１００２を周囲の透明担体７０２、８０４に直接に接触するものとして示している。しかしながら、導波路１００２の界面によるＴＩＲを維持するために、導波路１００２の外側の材料の屈折率を、導波路１００２の界面材料の屈折率よりも低くする必要がある。これは、導波路１００２の最外層よりも低い屈折率の材料で、透明担体７０２または透明担体８０４を形成することによって達成される。

図９は、透明担体９０２に埋め込まれた導波路１００２を含む光コンバイナ９００を示す上面切断図である。透明担体９０２は、導波路１００２と透明担体９０２を形成する材料との間に空隙を含むように構成されてもよい。空気が低い屈折率を有するため、導波路１００２と透明担体９０２との間の空隙は、導波路１００２内のＴＩＲを改善することによって、導波路１００２の効率を改善することができる。透明担体９０２の第１の構成要素９０４は、導波路１００２に接触する少なくとも１つの支持領域９０６を含む。支持領域９０６と接触していない第１の構成要素９０４の残りの部分は、導波路１００２から空間的に離間され、空隙９０８を形成する。同様に、透明担体９０２の第２の構成要素９１０は、導波路１００２に接触する少なくとも１つの支持体９１２を含む。第２の構成要素９１０の残りの部分は、導波路１００２から空間的に離間され、空隙９１４を形成する。

図９において、支持領域９０６、９１２は、導波路１００２の外縁に接触しているものとして示されている。これは、導波路１００２の垂直外縁９２０、９２２を部分的に取り込むように各支持領域９０６、９１２を形成することによって、または導波路１００２の異なる領域に接触する複数の別個の支持体を有するように各支持領域９０６、９１２を形成することによって達成されてもよい。このような支持領域は、導波路１００２の垂直外縁９２０、９２２に設けられなくてもよい。例えば、１つ以上の支持領域（図示せず）を導波路１００２の中心により近接して設けることによって、空隙９０８および９１４を維持するためのより大きな安定性および強度を提供することができる。

図１０は、透明担体１００４に埋め込まれた導波路１００２を含む光コンバイナ１０００を示す上面切断図である。透明担体１００４は、導波路１００２を取り囲む第１の構成要素１００６と第２の構成要素１００８とを含む。第１の構成要素１００６と導波路１００２との間に複数のビーズ１０１０を配置することによって、その間の空隙１０１２を維持することができる。同様に、第２の構成要素１００８と導波路１００２との間に複数のビーズ１０１０を配置することによって、その間の空隙１０１４を維持することができる。ビーズ１０１０は、例えば、ガラスまたはプラスチックから作製されてもよく、または第１の構成要素１００６または第２の構成要素１００８を形成する材料と同じ材料から作製されてもよい。

図１１は、透明担体１１０２に埋め込まれた導波路１００２を含む光コンバイナ１１００を示す上面切断図である。透明担体１１０２は、導波路１００２を取り囲む第１の構成要素１１０４と第２の構成要素１１０６とを含む。光コンバイナ１１００は、第１の分離層１１０８と、第２の分離層１１１０とを含む。第１の分離層１１０８は、第１の構成要素１１０４と導波路１００２との間に設けられ、導波路１００２のＴＩＲを最適化するように、導波路１００２の最外層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料から作製される。同様に、低屈折率材料から作製された第２の分離層１１１０は、導波路１００２のＴＩＲを最適化するように、第２の構成要素１１０６と導波路１００２との間に設けられる。

図１２は、透明担体１２０２に埋め込まれた導波路コンバイナ１００２を含む光コンバイナ１２００を示す上面切断図である。光コンバイナ１２００は、図７から図１１を参照して上記で説明した光コンバイナ７００、８００、９００、１０００、または１１００の特徴のうちのいずれかを含むことができるが、導波路１００２のサイズは、前述した光コンバイナ内の導波路に比べて、透明担体１２０２よりも大きい。例えば、図１２に示されている導波路１００２は、透明担体１２０２の第１の外縁１２０４と同一平面から開始し、透明担体１２０２の第２の外縁１２０６を越えて延在するように、透明担体１２０２の全長にわたって延在する。透明担体１２０２の外縁１２０６を越えて延在する導波路１００２の部分１２０８にインカプラ領域を形成することによって、表示光をより直接に導波路１００２の内部にインカップリングすることができる。

図１３は、透明担体１３０２によって担持された導波路１００２を含む光コンバイナ１３００を示す上面切断図である。図１３に示されているように、透明担体１３０２は、平面であってもよく、導波路１００２は、透明担体１３０２の表面１３０４に固定されてもよい。第１の透明層または第２の透明層、例えば、図２に示されている導波路２０２の第１の透明層２６０および第２の透明層２７０は、接着剤または機械的な締結具を用いて透明担体１３０２の表面１３０４に固定される。図１３は、導波路１００２を透明担体１３０２の表面１３０４の一部の区域のみを覆うものとして示しているが、代替的に、導波路１００２は、図１２に図示されている導波路１００２と同様に、表面１３０４の全体を覆うことができ、または表面１３０４を越えて延在することができる。

いくつかの実施形態において、上述した技術のいくつかの態様は、ソフトウェアを実行する処理システムの１つ以上のプロセッサによって実装されてもよい。ソフトウェアは、非一時的コンピュータ可読記憶媒体上に記憶されたまたはそうでなければ有形に具現化された１つ以上のセットの実行可能命令を含む。ソフトウェアは、１つ以上のプロセッサによって実行されると、上記で説明した技術の１つ以上の態様を実行するように１つ以上のプロセッサを操作する命令と特定のデータとを含むことができる。非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、磁気または光ディスク記憶装置、フラッシュメモリなどのソリッドステート記憶装置、キャッシュ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、または他の不揮発性メモリ装置を含むことができる。非一時的コンピュータ可読記憶媒体上に記憶された実行可能命令は、ソースコード、アセンブリ言語コード、オブジェクトコード、または１つ以上のプロセッサによって解釈されるまたは実行可能である他のフォーマットの命令であってもよい。

コンピュータ可読記憶媒体は、命令および／またはデータをコンピュータシステムに提供するために、使用中にコンピュータシステムによってアクセス可能な任意の記憶媒体または記憶媒体の組み合わせを含んでもよい。このような記憶媒体は、光学媒体（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、Blu-ray（登録商標）ディスク）、磁気媒体（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気テープ、または磁気ハードドライブ）、揮発性メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）またはキャッシュ）、不揮発性メモリ（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）またはフラッシュメモリ）、または微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースの記憶媒体を含むことができるが、これらに限定されない。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピューティングシステムに埋め込まれるもの（例えば、システムＲＡＭまたはＲＯＭ）であってもよく、コンピューティングシステムに固定されるもの（例えば、磁気ハードドライブ）であってもよく、コンピューティングシステムに取り外し可能に取り付けられもの（例えば、光ディスクまたはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ベースのフラッシュメモリ）であってもよく、または有線ネットワークもしくは無線ネットワークを介してコンピュータシステムに結合されるもの（例えば、ネットワークアクセス可能ストレージ（ＮＡＳ））であってもよい。

なお、全般的な説明において上述した動作または要素の全てが必要とされるわけではない。特定の動作または装置の一部は、必要とされなくてもよい。上述したものに加えて、１つ以上のさらなる動作を実行してもよく、または１つ以上の要素を含んでもよい。さらに、動作を列挙する順序は、必ずしもこれらの動作を実行する順序ではない。また、特定の実施形態を参照して概念を説明している。しかしながら、当業者は、以下の特許請求の範囲に記載される本開示の範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更を行うことができることを理解する。したがって、明細書および図面は、限定的なものではなく、例示的なもので見なされるべきであり、全ての修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。

特定の実施形態を参照して、上記で利益、他の利点、および問題に対する解決策を説明している。しかしながら、利益、利点、問題に対する解決策、および任意の利益、利点、または解決策を生じさせ得るまたはより顕著にさせ得る任意の特徴は、いずれかの請求項または全ての請求項の重要な特徴、必要な特徴、または本質的な特徴として解釈されるべきではない。さらに、上記で開示された特定の実施形態は、例証にすぎない。開示された主題は、本明細書の教示の利益を有する当業者に明白であり、異なるが同等の方法で修正されてもよく、実行されてもよい。以下の特許請求の範囲に記載されるもの以外に、本明細書に示された構造または設計の詳細への限定は、意図されていない。したがって、上記で開示された特定の実施形態は、変更または修正されてもよく、全ての変形例は、開示された主題の範囲に含まれると見なされることが明らかである。したがって、本明細書で求められる保護は、以下の特許請求の範囲に記載される。

Claims

導波路であって、
第１のフォトポリマ層と、
第２のフォトポリマ層と、
前記第１のフォトポリマ層と前記第２のフォトポリマ層との間に配置されている第１のバリア層と、
第１の透明層と、
第２の透明層とを含み、
前記第１のフォトポリマ層、前記第１のバリア層、および前記第２のフォトポリマ層は、前記第１の透明層と前記第２の透明層との間に配置されており、
前記第１のフォトポリマ層は、前記第１のフォトポリマ層の内部に記録された第１の透過型ホログラフィックインカプラと第１の透過型ホログラフィックアウトカプラとを有し、
前記第１の透過型ホログラフィックインカプラおよび前記第１の透過型ホログラフィックアウトカプラは、第１の波長帯内の波長を有する光に応答し、前記第１の波長帯外の波長を有する光に応答せず、
前記第２のフォトポリマ層は、前記第２のフォトポリマ層の内部に記録された第２の透過型ホログラフィックインカプラと第２の透過型ホログラフィックアウトカプラとを有し、
前記第２の透過型ホログラフィックインカプラおよび前記第２の透過型ホログラフィックアウトカプラは、第２の波長帯内の波長を有する光に応答し、前記第２の波長帯外の波長を有する光に応答せず、
前記第２の波長帯は、前記第１の波長帯とは異なる、導波路。
前記第１の透過型ホログラフィックインカプラは、前記導波路の内部で内部全反射するように、前記第１の波長帯内の波長を有する第１の光を前記第１の透過型ホログラフィックアウトカプラに向かって方向変換するように配置および配向され、
前記第１の透過型ホログラフィックアウトカプラは、前記第１の透過型ホログラフィックインカプラから前記第１の光を受光し、前記導波路の内部から出射するように前記第１の光を方向変換するように配置および配向され、
前記第２の透過型ホログラフィックインカプラは、前記導波路の内部で内部全反射するように、前記第２の波長帯内の波長を有する第２の光を前記第２の透過型ホログラフィックアウトカプラに向かって方向変換するように配置および配向され、
前記第２の透過型ホログラフィックアウトカプラは、前記第２の透過型ホログラフィックインカプラから前記第２の光を受光し、前記導波路の内部から出射するように前記第２の光を方向変換するように配置および配向される、請求項１に記載の導波路。
前記第１のフォトポリマ層は、前記第１のフォトポリマ層の内部に記録された第３の透過型ホログラフィックインカプラと第３の透過型ホログラフィックアウトカプラとを有し、
前記第３の透過型ホログラフィックインカプラおよび前記第３の透過型ホログラフィックアウトカプラは、第３の波長帯内の波長を有する光に応答し、前記第３の波長帯外の波長を有する光に応答せず、
前記第３の波長帯は、前記第１の波長帯および前記第２の波長帯とは異なり、
前記第３の透過型ホログラフィックインカプラは、前記導波路の内部で内部全反射するように、前記第３の波長帯内の波長を有する第３の光を前記第３の透過型ホログラフィックアウトカプラに向かって方向変換するように配置および配向され、
前記第３の透過型ホログラフィックアウトカプラは、前記第３の透過型ホログラフィックインカプラから前記第３の光を受光し、前記導波路の内部から出射するように前記第３の光を方向変換するように配置および配向される、請求項１または請求項２に記載の導波路。
前記第１の波長帯と前記第２の波長帯と前記第３の波長帯とは、重ならない、請求項３に記載の導波路。
前記第１のフォトポリマ層および前記第２のフォトポリマ層は、互いに平行であり、
前記第１の透過型ホログラフィックインカプラ、前記第２の透過型ホログラフィックインカプラおよび前記第３の透過型ホログラフィックインカプラは、前記第１のフォトポリマ層および前記第２のフォトポリマ層に直交する第１の軸に沿って互いに整列されており、
前記第１の透過型ホログラフィックアウトカプラ、前記第２の透過型ホログラフィックアウトカプラおよび前記第３の透過型ホログラフィックアウトカプラは、前記第１のフォトポリマ層および前記第２のフォトポリマ層に直交する第２の軸に沿って互いに整列されている、請求項３または請求項４に記載の導波路。
前記第１のフォトポリマ層、前記第２のフォトポリマ層、前記第１のバリア層、前記第１の透明層、および前記第２の透明層の各々は、同じ屈折率を有し、
前記導波路の内部で内部全反射する光は、前記第１の透明層の最外表面および前記第２の透明層の最外表面から反射される、請求項１から請求項５のいずれかに記載の導波路。
第３のフォトポリマ層と、
前記第２のフォトポリマ層と前記第３のフォトポリマ層との間に設けられた第２のバリア層とを含み、
前記第２のバリア層および前記第３のフォトポリマ層は、前記第１の透明層と前記第２の透明層との間に設けられ、
前記第３のフォトポリマ層は、前記第３のフォトポリマ層の内部に記録された第３の透過型ホログラフィックインカプラと第３の透過型ホログラフィックアウトカプラとを有し、
前記第３の透過型ホログラフィックインカプラおよび前記第３の透過型ホログラフィックアウトカプラは、第３の波長帯内の波長を有する光に応答し、前記第３の波長帯外の波長を有する光に応答せず、
前記第３の波長帯は、前記第１の波長帯および前記第２の波長帯とは異なる、請求項１に記載の導波路。
前記第１の透過型ホログラフィックインカプラは、前記導波路の内部で内部全反射するように、前記第１の波長帯内の波長を有する第１の光を前記第１の透過型ホログラフィックアウトカプラに向かって方向変換するように配置および配向され、
前記第１の透過型ホログラフィックアウトカプラは、前記第１の透過型ホログラフィックインカプラから前記第１の光を受光し、前記導波路の内部から出射するように前記第１の光を方向変換するように配置および配向され、
前記第２の透過型ホログラフィックインカプラは、前記導波路の内部で内部全反射するように、前記第２の波長帯内の波長を有する第２の光を前記第２の透過型ホログラフィックアウトカプラに向かって方向変換するように配置および配向され、
前記第２の透過型ホログラフィックアウトカプラは、前記第２の透過型ホログラフィックインカプラから前記第２の光を受光し、前記導波路の内部から出射するように前記第２の光を方向変換するように配置および配向され、
前記第３の透過型ホログラフィックインカプラは、前記導波路の内部で内部全反射するように、前記第３の波長帯内の波長を有する第３の光を前記第３の透過型ホログラフィックアウトカプラに向かって方向変換するように配置および配向され、
前記第３の透過型ホログラフィックアウトカプラは、前記第３の透過型ホログラフィックインカプラから前記第３の光を受光し、前記導波路の内部から出射するように前記第３の光を方向変換するように配置および配向される、請求項７に記載の導波路。
前記第１のフォトポリマ層、前記第２のフォトポリマ層、前記第１のバリア層、前記第１の透明層、および前記第２の透明層の各々は、平面である、請求項１から請求項８のいずれかに記載の導波路。
導波路であって、
第１の透明層と、
前記第１の透明層によって担持された第１のフォトポリマ層と、
前記第１のフォトポリマ層によって担持されたバリア層と、
前記バリア層によって担持された第２のフォトポリマ層と、
前記第２のフォトポリマ層によって担持された第２の透明層とを含み、
前記第１のフォトポリマ層は、前記第１のフォトポリマ層の内部に記録された第１の透過型ホログラフィックインカプラと第１の透過型ホログラフィックアウトカプラとを有し、
前記第１の透過型ホログラフィックインカプラおよび前記第１の透過型ホログラフィックアウトカプラは、第１の波長帯内の波長を有する光に応答し、前記第１の波長帯外の波長を有する光に応答せず、
前記第２のフォトポリマ層は、前記第２のフォトポリマ層の内部に記録された第２の透過型ホログラフィックインカプラと第２の透過型ホログラフィックアウトカプラとを有し、
前記第２の透過型ホログラフィックインカプラおよび前記第２の透過型ホログラフィックアウトカプラは、第２の波長帯内の波長を有する光に応答し、前記第２の波長帯外の波長を有する光に応答せず、
前記第２の波長帯は、前記第１の波長帯とは異なる、導波路。
前記第１の透過型ホログラフィックインカプラは、前記導波路の内部で内部全反射するように、前記第１の波長帯内の波長を有する第１の光を前記第１の透過型ホログラフィックアウトカプラに向かって方向変換するように配置および配向され、
前記第１の透過型ホログラフィックアウトカプラは、前記第１の透過型ホログラフィックインカプラから前記第１の光を受光し、前記導波路の内部から出射するように前記第１の光を方向変換するように配置および配向され、
前記第２の透過型ホログラフィックインカプラは、前記導波路の内部で内部全反射するように、前記第２の波長帯内の波長を有する第２の光を前記第２の透過型ホログラフィックアウトカプラに向かって方向変換するように配置および配向され、
前記第２の透過型ホログラフィックアウトカプラは、前記第２の透過型ホログラフィックインカプラから前記第２の光を受光し、前記導波路の内部から出射するように前記第２の光を方向変換するように配置および配向される、請求項１０に記載の導波路。
前記第１のフォトポリマ層は、前記第１のフォトポリマ層の内部に記録された第３の透過型ホログラフィックインカプラと第３の透過型ホログラフィックアウトカプラとを有し、
前記第３の透過型ホログラフィックインカプラおよび前記第３の透過型ホログラフィックアウトカプラは、第３の波長帯内の波長を有する光に応答し、前記第３の波長帯外の波長を有する光に応答せず、
前記第３の波長帯は、前記第１の波長帯および前記第２の波長帯とは異なり、
前記第３の透過型ホログラフィックインカプラは、前記導波路の内部で内部全反射するように、前記第３の波長帯内の波長を有する第３の光を前記第３の透過型ホログラフィックアウトカプラに向かって方向変換するように配置および配向され、
前記第３の透過型ホログラフィックアウトカプラは、前記第３の透過型ホログラフィックインカプラから前記第３の光を受光し、前記導波路の内部から出射するように前記第３の光を方向変換するように配置および配向される、請求項１０または請求項１１に記載の導波路。
前記第１の波長帯と前記第２の波長帯と前記第３の波長帯とは、重ならない、請求項１２に記載の導波路。
前記第１のフォトポリマ層および前記第２のフォトポリマ層は、互いに平行であり、
前記第１の透過型ホログラフィックインカプラ、前記第２の透過型ホログラフィックインカプラおよび前記第３の透過型ホログラフィックインカプラは、横方向に沿って互いに整列されており、
前記第１の透過型ホログラフィックアウトカプラ、前記第２の透過型ホログラフィックアウトカプラおよび前記第３の透過型ホログラフィックアウトカプラは、横方向に沿って互いに整列されている、請求項１２または請求項１３に記載の導波路。
前記第１のフォトポリマ層、前記第２のフォトポリマ層、前記バリア層、前記第１の透明層、および前記第２の透明層の各々は、同じ屈折率を有し、
前記導波路の内部で内部全反射する光は、前記第１の透明層の最外表面および前記第２の透明層の最外表面から反射される、請求項１０から請求項１４のいずれかに記載の導波路。
前記第１のフォトポリマ層、前記第２のフォトポリマ層、前記バリア層、前記第１の透明層および前記第２の透明層の各々は、平面である、請求項１０から請求項１５のいずれかに記載の導波路。
前記導波路は、透明担体材料からなる第１の湾曲面と第２の湾曲面との間に設けられ、光コンバイナを形成する、請求項１から請求項１６のいずれかに記載の導波路。