JP7709209B2 - 複合現実感コンバイナ - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年２月２４日に出願された米国仮出願６２／９８０，４６９および２０２０年３月３０日に出願された米国仮出願６３／００１，５６７の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張する。

本開示の実施形態は、相対的に小さな入力開口部でレーザ表示エンジンから画像を受信し、その画像を送出して拡張された出力結合領域で導波路から出して、ユーザが視聴するための拡大アイモーションボックスを満たすように構成された光導波路システムに関する。

ユーザに様々な新しい趣向の現実感－拡張現実感（ＡＲ）、複合現実感（ＭＲ）、並列現実感－のいずれかを提供し、ユーザが、ユーザの視野（ＦＯＶ）における現実環境のユーザが見る「実画像」上にコンピュータが生成した「仮想画像」を重ねるために使用される、増殖ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）およびスマートアイウェア。仮想画像は、例として、ユーザに、娯楽および／または実画像に関連する情報材料、ユーザによって実施される職務および／または明示的または暗黙的なユーザ要求を提供してもよい。実画像および仮想画像を含むユーザに提示された画像は、拡張現実感（ＸＲ）画像と称されてもよく、ユーザにＸＲ画像を提供するように構成された様々なハードウェアのうちのいずれかは、一般的にＸＲディスプレイと称されてもよい。

ＸＲディスプレイの光学システムでは、シリコン基板上液晶（ＬＣｏｓ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）またはレーザ光走査（ＬＢＳ）マイクロディスプレイなどのコンピュータ制御表示エンジンが、仮想画像を提供する。コンバイナと称される光学素子は、周囲光に対して透明であり、これを通してユーザは現実の環境を見ることができるが、表示エンジンによって提供された仮想画像を受信しそれを実画像上に重ねて、ユーザにＸＲ画像を提供する。

一般に、表示エンジンによって提供される仮想画像は、約５ミリメートル以下の特性寸法を有して相対的に小さい。コンバイナは、相対的に小さい入力開口部で小さい仮想画像を受信し、その画像を出力カプラに伝播し、出力カプラは、コンバイナの出口開口部を通して仮想画像を出力し、アイモーションボックス（ＥＭＢ）内に入れる。ユーザの目がＥＭＢ内に位置している場合、仮想画像は、ユーザの開口部を通ってユーザの網膜上に入り、ユーザがコンバイナを通して見る実画像のフィーチャとしてＸＲ画像に現れる。ユーザが目をコンバイナと位置合わせするのに必要以上に苦労することなく仮想画像を快適に見ることができるようにＥＭＢを満たすため、コンバイナは、一般に、相対的に大きい拡張された開口部を有するように構成され、その開口部を通してコンバイナは仮想画像の多くの複製をＥＭＢ内に送信する。

実用的なＸＲディスプレイの光学システムは、一般に、人間工学的、技術的、および経済的制約が複合的に入り混じったものを満足する必要がある。光学システムは、快適に大型のＥＭＢを有し、有利に小型軽量かつ省エネであり、画像ゴーストなどの過度に目障りなアーチファクトのないクリアな仮想画像を提供するように構成されるのが都合がよい。

本開示の一実施形態の態様は、レーザ表示エンジンによって生成される仮想任意カラー画像をユーザＥＭＢ内に拡張および結合するための埋込誘電体部分反射ミラー（以下、ファセットとも称される）の配列を含む出力カプラを有する光導波路コンバイナを提供することに関する。エンジンが仮想画像を生成するために使用するレーザによって提供される波長帯域の光に対して、ファセットは、第１の範囲の入射角の入射光を相対的に大きな反射率でユーザＥＭＢ内に反射するように構成される。第１の範囲とは異なる第２の範囲の入射角において、ファセットは、相対的に低い反射率を有し、実質的に同一のレーザ波長帯域の光を相対的に大きな透過率で送信するように構成される。透過率および反射率は、第１および第２の角度範囲でレーザ波長帯域の範囲の波長の範囲にわたって、比較的小さな変動性を示す。ファセットは、環境からの自然光とも称される可視光に対して実質的に無色透過性を有するように形成される。任意に、表示エンジンは、赤、緑、および青（ＲＧＢ）帯域幅の光を表示エンジンに提供し、その光を処理して仮想ＲＧＢカラー画像を生成する、少なくとも１つのレーザを含む。一実施形態では、コンバイナは、相対的に高いＲＧＢ画像解像度および相対的に低い画像アーチファクトによる混入でカラー仮想画像をＥＭＢに導入する。

一実施形態では、導波路コンバイナは、第１および第２の平行内部全反射（ＴＩＲ）面を有する導波路を備える。表示エンジンからの光は、導波路に入射し、ＴＩＲ面から反射されＴＩＲ面間を行ったり来たりしながら跳ね返り、導波路に沿って減少された導波路ＦＯＶ（ｗＦＯＶ）内を伝播し、ファセットに到達して入射する。一実施形態では、ファセットは、均等に間隔を置いて平行であり、ＴＩＲ面に対する法線とファセットに対する法線との間で測定される傾斜角で傾斜している。ＴＩＲ法線に対して平行であるｗＦＯＶ内の光線の成分は、光線が第１のＴＩＲ面から跳ね返るたびに方向を反転し、光が第２のＴＩＲ面から跳ね返るたびに方向を反転する。所与のファセットに入射する前の偶数回または奇数回の跳ね返り（任意の最初の跳ね返りからカウントされる）を起こしたｗＦＯＶ内の光線は、それぞれ、入射角の第１の範囲または第２の範囲の入射角で所与のファセットに入射する。本開示の一実施形態によれば、入射角の第１の範囲および第２の範囲のうちのただ１つのファセットに入射した光線が選択され、導波路から出て結合されてＥＭＢに入射し、ユーザに表示エンジンによって生成された仮想画像を提供する。

提示の便宜上、仮想画像を提供するためにｗＦＯＶ内の光線が選択される入射角度の範囲は、「画像入射範囲」と称されてもよい。画像入射範囲内で角度方向に伝播する光線を含むように導波路内でＴＩＲ反射によって配向される場合、「画像ｗＦＯＶ」と称されてもよい。入射角の非選択範囲は、「共役入射範囲」と称されてもよく、ｗＦＯＶは、共役入射範囲内の角度方向に伝播する光線を含むように導波路内でＴＩＲ反射によって配向される場合、「共役ｗＦＯＶ」と称されてもよい。

一実施形態によれば、ファセットの傾斜角は、画像入射範囲と共役入射範囲との間の有利な角度分離を提供するように決定される。ファセットは、反射率角度範囲、透過率角度範囲、およびファセット波長帯域を有するように構成される。反射率角度範囲の入射角でファセットに入射するファセット波長帯域の波長を有する光に対して、ファセットは、波長および入射角の変化に対して相対的に高い反射率および相対的に低い分散を示す。同様に、透過率角度範囲の入射角でファセットに入射するファセット波長帯域の波長を有する光に対して、ファセットは、波長および入射角の変化に対して相対的に低い反射率および対応する高い透過率を示す。ファセット波長帯域は、表示エンジンが処理して仮想画像を生成する光を提供するレーザのレーザ発振帯域幅を含む波長の範囲、およびレーザ発振帯域幅が、例えば、動作条件および／または製造公差によるドリフトの結果として変化する場合もある波長の範囲にわたる。

この発明の概要は、概念の選択を簡略な形式で紹介するために提供され、以下の発明を実施するための形態でさらに説明される。この発明の概要は、特許請求の範囲の主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図せず、特許請求の範囲の主題の範囲を制限するために使用されることも意図しない。

本開示の実施形態の非限定的な例は、この段落の後に列挙される添付の図面を参照しながら以下に記載される。２つ以上の図面に現れる同一のフィーチャは、それらが現れる複数の図面において同一のラベルでラベル付けされ得る。図面における本開示の一実施形態の所与のフィーチャを表すアイコンをラベル付けするラベルは、所与のフィーチャを参照するために使用され得る。図面に示されるフィーチャの寸法は、提示の便宜および明確さのために選択され、必ずしもスケーリングして示されるわけではない。

本開示の一実施形態による、１方向にコンバイナの入力開口部を拡張し、拡張された出力を提供する、ファセットの配列を含む出力カプラを有する導波路を備える導波路コンバイナを模式的に示す図であり、コンバイナは、入力開口部を介して受信した仮想画像をＥＭＢ内に送信する。 本開示の一実施形態による、レーザ表示エンジンからユーザＥＭＢ内に光を反射する、図１Ａに示されるコンバイナの断面を模式的に示す。 本開示の実施形態による、レーザ表示エンジンからの光がコンバイナに入る、図１Ｂに示されるコンバイナの拡大部分を模式的に示す。 本開示の実施形態による、レーザ表示エンジンからの光がコンバイナから出てＥＭＢ内に入る、図１Ｂに示されるコンバイナの拡大部分を模式的に示す。 本開示の実施形態による、図１Ａおよび図１Ｃに示されるファセット上のレーザ表示エンジンからの光の入射角および自然光に対するファセットの反射率の関数として反射率の模式的グラフを示す。 本開示の実施形態による、図１Ａおよび図１Ｂに示される表示エンジン内のレーザについての任意のレーザ発振帯域幅、および図に示されるファセットの一致するファセット波長帯域を模式的に示す。 本開示の一実施形態による、青色光のファセット波長帯域について、図１Ａおよび図１Ｂに示されるファセットの波長の関数として反射率のグラフを示す。 本開示の一実施形態による、図１Ａに示されるコンバイナに類似する導波路コンバイナの断面を模式的に示す図であり、レーザ表示エンジンからユーザＥＭＢ内に光を反射する中間傾斜角で傾斜したファセットを含む。 本開示の一実施形態による、図２Ａに示されるファセット上の光の入射角の関数として反射率の模式的グラフを示す。 本開示の一実施形態による、図１Ａに示されるコンバイナに類似する導波路コンバイナの断面を模式的に示す図であり、レーザ表示エンジンからユーザＥＭＢ内へ光を反射する相対的に大きな傾斜角で傾斜したファセットを含む。 本開示の一実施形態による、図２Ａに示されるファセット上の光の入射角の関数として反射率の模式的グラフを示す。 本開示の実施形態による、二次元開口部拡張を提供する導波路のシステムを備える導波路コンバイナの斜視図を模式的に示す。

本説明において、別段の記載がない限り、本開示の一実施形態の１つまたは複数の特徴の条件または関係特性を変更する「実質的に」および「約」などの形容詞は、条件または特性が、それが意図される用途のための実施形態の動作に対して許容される許容範囲内に定義されることを意味すると理解される。本開示の一般用語が、例としてのインスタンスまたは例としてのインスタンスのリストを参照することによって説明される場合、参照される１つまたは複数のインスタンスは、一般用語の非限定的な例としてのインスタンスによってあり、一般用語は、参照される特定の例としての１つまたは複数のインスタンスに限定されることを意図しない。別段の指示がない限り、本明細書および特許請求の範囲における単語「または」は、排他的「または」ではなく包括的な「または」であるとみなされ、それが結合する項目のうちの少なくとも１つ、または２つ以上の項目の任意の組み合わせを示す。

図１Ａは、本開示の一実施形態による、２つの相対的に大きい平行フェース面３１および３２と、端面３４と、導波路に埋め込まれた平行任意等間隔のファセット４２の配列を含む出力カプラ４０と、を有する導波路３０を任意に備える導波路コンバイナ２０を模式的に示す。提示の便宜上、導波路コンバイナ２０のフィーチャの位置は、デカルト座標系１００のｘ、ｙ、およびｚ軸に対して参照されてもよい。

内部全反射（ＴＩＲ）面３１および３２とも称されるフェース面３１および３２は、任意に、座標系１００のｘｙ平面に平行であると仮定される。ファセット４２は、ｘ軸に対して平行であり、ｘ軸に沿ってｙｚ平面に向かって見た場合、反時計回りの方向に傾斜角βだけｘ軸の周りに回転されている。導波路３０の破線矩形３５によって模式的に表される入力開口部は、任意に、ｘｚ平面に平行であり、破線矩形３６によって模式的に表される導波路の出力結合領域は、任意に、フェース面３２上に位置する。任意に、導波路コンバイナ２０は、表示エンジン７０によって生成され入力開口部３５を介して導波路３０に入る仮想画像からの光を結合するためのプリズム入力カプラ５０を備える。出力カプラ４０は、本開示の一実施形態に従って、ｙ方向に入力開口部３５を拡張し、入力開口部３５を通して受信され、導波路３０内で出力カプラに伝播されて拡張された出力結合領域３６を介してＥＭＢ６０内に入りユーザ１０２が視聴する仮想画像からの光を反射するように動作する。以下の図面では、ユーザ１０２は、ユーザの目によってのみ表されてもよい。例として、図１では、破線矩形７２によって模式的に表される仮想画像を生成する導波路コンバイナ２０が示される。ユーザ１０２が導波路３０を通して見る環境からの自然光は、ブロック矢印７４によって模式的に表される。

図１Ｂは、本開示の一実施形態による、図１Ａに示される平面Ａ－Ａに沿った導波路コンバイナ２０の略断面図、およびコンバイナによって支持されるｗＦＯＶに対する導波路３０内の仮想画像７２からの光の伝播を示す。

図１Ｂは、本開示の一実施形態による、入力カプラ５０のフェース面５１を照射する表示エンジン７０のｄＦＯＶ内の仮想画像７２（図１Ａ）からの光を模式的に示し、入力カプラは、その光を結合して入力開口部３５を介して導波路３０内に入れる。円２０２内に位置する、入力カプラ５０、入力開口部３５、および導波路３０の一部は、図１Ｃにおいて、見やすく参照しやすいように拡大されて示されている。平面Ａ－Ａにおいて、ｄＦＯＶは、それぞれ正の角度および負の角度α’₊およびα’_-によって定義され、ｄＦＯＶの角度範囲Φ’＝（α’₊－α’_-）＝（｜α’₊｜＋｜α’_-｜）を定義する。角度α’₊およびα’_-は、ｄＦＯＶの角度範囲を限定する光線８１および８２（図１Ｃ）が、ｄＦＯＶの矢印８３で表される主光線に対して成す角度である。導波路コンバイナ２０内の光線８１および８２ならびにそれらのそれぞれの反射および屈折は、それぞれ実線および破線によって表され、正および負の跳ね返り光線と称されてもよい。

主光線８３に対して、平面Ａ－Ａの仮想画像７２（図１Ａ）からの光線の角度は、光線が図１Ｂの主光線に対して時計回りに回転される場合には、正であるとみなされ、または反時計回りに回転される場合には、負であるとみなされる。主光線８３は、入力カプラ５０のフェース面５１に垂直であると仮定され、入力カプラおよび導波路３０が作製される材料の空気に対する屈折率は、同じ屈折率ｎ_gに等しいと仮定される。

入力カプラ５０に入ると、図１Ｃで拡大された入力カプラの領域２０２によってより明確に示されるように、光の屈折は、屈折率ｎ_gの関数である要因によって、角度α’₊およびα’_-ならびにｄＦＯＶの付随する角度範囲Φ’を減少させる。導波路コンバイナ２０において、α’₊およびα’_-に対応する縮小角は、それぞれα₊およびα_-によって表され、導波路コンバイナ２０に入った後の表示エンジン７０からの光のｗＦＯＶの視野を特徴付ける縮小角度範囲は、Φによって表される。角度α₊およびα_-は、屈折して入力カプラ５０に入った後、導波路３０内の主光線８３に対して跳ね返り光線８１および８２が成す角度である。跳ね返り光線は、導波路コンバイナ２０内のｗＦＯＶの範囲を定め、角度は、ｗＦＯＶの角度範囲Φ＝（｜α₊｜＋｜α_-｜）を定義する。視野ｗＦＯＶは、図１Ｂおよび図１Ｃ、ならびにそれに続く図面で影を付けて示される。

α’₊およびα’_-は、それぞれ正の角度および負の角度として定義され、入力カプラ５０に入ると、対応する角度α₊およびα_-もまた、それぞれ正の角度および負の角度として定義されることに留意されたい。しかしながら、ＴＩＲ面３１または３２からの各反射により、跳ね返り線８１および８２は、主光線８３に対するそれぞれの回転を逆転させる。結果として、時計回りの回転が正であり、反時計回りの回転が負であるという採用慣例に従って、跳ね返り線８１および８２は、フェース面３１からの反射後、それぞれ角度α₊およびα_-だけ主光線８３に対して時計回りに回転される。しかしながら、ＴＩＲフェース面３２からの反射後、跳ね返り線８１および８２は、それぞれ、主光線８３に対して角度－α₊および－α_-だけ反時計回りに回転される。

導波路３０では、図１Ｂに模式的に示されるように、ｗＦＯＶ内の光線は、ＴＩＲフェース面３１および３２によって完全に反射され、ＴＩＲフェース面３１と３２との間で行ったり来たりして跳ね返され、出力カプラ４０のファセット４２に到達して入射する。それぞれの跳ね返りで、導波路に対する法線「ｎ_w」に沿ったｗＦＯＶ内の光線の成分（図示せず）は、方向を反転する。結果として、反射され、フェース面３１から跳ね返された後のｗＦＯＶ内の光線は、正のｚ方向にｚ成分を有し、図では、フェース面３１からフェース面３２に向かって下向きに伝播する「下向き」光線とみなされてもよい。下向きの光線を含む場合、ｗＦＯＶは正のｚ方向に下向きに配向される。同様に、反射され、フェース面３２から跳ね返された後の光線は、負のｚ方向にｚ成分を有し、フェース面３２からフェース面３１に向かって上向きに伝播する「上向き」光線とみなされてもよい。下向きの場合、ｗＦＯＶは、ｗＦＯＶ－Ｄｏｗｎとして区別され、参照されてもよく、図１Ｂおよび後続の図では、ｗＦＯＶ－Ｄとしてラベル付けされる。同様に、上向きの場合、ｗＦＯＶは、ｗＦＯＶ－Ｕｐとして区別され、参照されてもよく、図１Ｂおよび後続の図では、ｗＦＯＶ－Ｕとしてラベル付けされる。ラベル「ｗＦＯＶ」は、ｗＦＯＶ－ＵおよびｗＦＯＶ－Ｄを一般的に参照する。

出力カプラ４０に到達すると、ｗＦＯＶ－Ｕ内の上向き光線は、ファセットに対する法線「ｎ_f」に対する入射角度の第１の範囲（以下、アップレンジとも称される）のファセット４２に入射され、ｗＦＯＶ－Ｄ内の下向き光線は、ファセット上の入射角度の第２の範囲（ダウンレンジとも称される）に入射される。本開示の実施形態によれば、ｗＦＯＶ－ＵまたはｗＦＯＶ－Ｄのうちの１つにおける光線が選択され、出力結合領域３６を通してファセット４２によって導波路３０から反射され、表示エンジン７０によって生成される仮想画像７２（図１Ａ）などの仮想画像のユーザ視聴のためのＥＭＢ６０内に入る。選択されたｗＦＯＶ－ＵまたはｗＦＯＶ－Ｄ内の光線について、ファセット４２は、対応するアップレンジまたはダウンレンジの入射角に対して相対的に高められた反射率を有するように構成される。選択されていないｗＦＯＶ内の光波について、ファセット４２は、相対的に高められた透過率を有するように構成される。選択されたｗＦＯＶは、画像ｗＦＯＶと称されてもよく、選択されていないｗＦＯＶは、共役ｗＦＯＶと称されてもよい。

例として、導波路３０では、ファセット４２が相対的に小さい傾斜角βで配向され、ｗＦＯＶ－ＵおよびｗＦＯＶ－Ｄの光線がファセットの反対側からファセットに入射する。本開示の一実施形態によれば、ｗＦＯＶ－Ｕは、画像ｗＦＯＶとして選択され、ｗＦＯＶ－Ｕ内の光線が選択されて、出力結合領域３６を通して導波路３０から反射され、表示エンジン７０によって生成された仮想画像の視聴のためのＥＭＢ６０内に出力視野Ｏ－ＦＯＶを提供する。提示および参照の便宜上、円２０４によって示される図１Ｂの領域は、図１Ｄに拡大されて示されている。

図１Ｄの拡大領域２０４は、ユーザ１０２によって見られる、ファセット４２、ＥＭＢ６０、およびＯ－ＦＯＶを含む導波路３０、本開示の実施形態に関連する角度、およびユーザが見る、表示エンジン７０によって提供される仮想画像７２などの仮想画像の拡大部分を示す。図は、出力カプラ４０（図２Ａ）内の所与のファセット４２によって、正および負の跳ね返り出力光線９１および９２として反射されＥＭＢ６０に入る上向きの正および負の跳ね返り光線８１および８２からの光を模式的に示す。光線９１および９２は、ユーザ１０２によって見られる出力視野Ｏ－ＦＯＶの範囲を定める。例として、Ｏ－ＦＯＶは、視野ｄＦＯＶ（図１Ｃ）と同じ角度の範囲Φ’を有すると仮定され、入力カプラによって入力開口部３５を介して導波路３０に導入されるプリズム入力カプラ５０によって受信された光を含む。導波路３０内の跳ね返り出力線９１および９２は、それぞれ、主光線８３からファセット４２によって反射されるＯ－ＦＯＶの出力主光線９３に対して、角度α₊およびα_-を成す。任意に、出力線９１および９２は、また、フェース面３１および３２の法線ｎ_wに対して、角度α₊およびα_-を成す。跳ね返り出力線９１および９２は、ＥＭＢ６０に入る際に屈折され、出力主線９３の光に対して、それぞれ角度α’₊およびα’_-を成す。

ファセット４２に入射し、ファセットが光を反射して負の跳ね返り出力光線９２とする負の跳ね返り光線８２は、法線ｎ_wに対して角度γ_-を成す。同様に、ファセット４２に入射し、ファセットが光を反射して正の跳ね返り出力光線９１とする正の跳ね返り光線８１は、法線ｎ_wに対して角度γ₊を成す。角度γ_-およびγ₊は、それぞれ傾斜角βおよび角度α_-および角度α₊の関数であり、次のように記述されてもよい。
１）γ_-＝（２β－α_-）および
２）γ₊＝（２β－α₊）
ここで、定義により、「反時計回り」角度α_-は負の値を有し、「時計回り」角度α₊は正の値を有することに留意されたい。式１）および２）によって提供される関係は、ｗＦＯＶ内の任意の光線に対して有効であり、αが、ｗＦＯＶ内の任意の光線が主光線８３に対して成す角度を表す場合、任意のαに対して、角度γが以下のように記述されてもよい。
３）γ＝（２β－α）
したがって、ｗＦＯＶ－Ｕにおける光線は、ファセットに対する法線ｎ_fに対して入射角φ_uでファセット４２に入射され、以下の式によって与えられてもよい。
４）φ_u＝（γ－β）＝（β－α）
画像の入射範囲として選択される入射角の関連するアップレンジは、（β－α₊）と（β－α_-）との間のすべての入射角を含み、以下の式によって与えられてもよい。
５）アップレンジ＝｛∀φ_u｜（β－α₊）≦φ_u≦（β－α_-）｝
同様に、ｗＦＯＶ－Ｄの光線は、法線ｎ_fに対して入射角φ_dでファセットに入射し、以下の式によって与えられてもよい。
６）φ_d＝（γ＋β）＝（３β－α）
共役入射範囲として選択される、関連するダウンレンジは、以下のように記述されてもよい。
７）ダウンレンジ＝｛∀φ_d｜（３β－α₊）≦φ_d≦（３β－α_-）｝

ＥＭＢ６０における仮想画像と関連付けられたアーチファクトの外観を適度にするための本開示の実施形態によれば、ｗＦＯＶ－Ｕにおける全ての光線がファセット４２の同じ側に入射し、ｗＦＯＶ－Ｄにおける全ての光線がファセット４２の同じ側に入射することが有利である。ｗＦＯＶ－Ｕにおける光線がファセット４２に入射する側は、一実施形態によれば、ｗＦＯＶ－Ｄにおける光線がファセットに入射するファセットの同じ側または異なる側であってもよい。

例として、導波路コンバイナ２０および視野ｗＦＯＶは、ｗＦＯＶ－Ｕにおける全ての光線が、フェース面３２方向に面するファセット４２の側に入射し、ｗＦＯＶ－Ｄにおける全ての光線が、ファセットの反対側、すなわちフェース面３１に面する側に入射するように構成される。反対側の入射を提供するために、導波路コンバイナ２０は、導波路コンバイナが支持するｗＦＯＶ内の任意の光線について、γの余角がファセット４２の傾斜角βよりも大きくなるように構成される。記号では、以下のようになる。
８）（９０－γ）＞β
γを代替する場合、α₊＞α_-がコンバイナ２０内の傾斜角βが、以下の式によって与えられる、本開示の一実施形態による第１の制約を満たす必要があることに留意する。
９）β＜（３０°＋α_-／３）
フェース面３１および３２からのｗＦＯＶ内の光の内部全反射を提供するために、ｗＦＯＶ内の任意の光線について、角度γは、導波路３０の臨界角度θ_cよりも大きい必要があり、これがコンバイナ２０内の傾斜角βが以下を満たす第２の制約となる。
１０）γ₊＝（２β－α₊）＞θ_c⇒β＞（θ_c＋α₊）／２
式９）および１０）によって与えられる制約は、コンバイナ２０の傾斜角βに制限を提供する以下の単一の式に組み合わされてもよい。
１１）（θ_c＋α₊）／２＜β＜（３０°＋α_-／３）
例として、｜α₊｜＝｜α_-｜＝Φ／２と仮定すると、コンバイナ２０内の傾斜角βに対する制約は、視野ｗＦＯＶの関数として以下のように表されてもよい。
１２）（θ_c＋Φ／２）／２＜β＜（３０°＋Φ／６）
ユーザ１０２がＥＭＢ６０内で見る出力視野Ｏ－ＦＯＶの角度範囲Φ’に関して、βに関する制約は、式１１）によって以下のように近似されてもよい。
１３）（θ_c＋Φ’／２ｎ_g）／２＜β＜（３０°＋Φ’／６ｎ_g）
ここで、ｎ_gは、導波路コンバイナ２０が形成される材料の屈折率である。

数値例として、約５５０ナノメートルの波長を有する緑色光について、ｎ_gが１．５１に等しく、絶対値｜α₊｜および｜α_-｜が共に約１３°に等しく、Φ’が約３０°の対角度範囲および１６：９のアスペクト比を有すると仮定する。約２６°に等しいβについて、アップレンジ、入射角の反射率角度範囲は、約１７°～３５°に有利に延びており、ダウンレンジ透過率角度範囲は、約６６°～約８４°に有利に延びている。有利には、アップレンジ内の光線の反射率は、約９％～約１１％であり、任意に、約１０％より大きく、ダウンレンジ内の光線の反射率は、約１．５％未満であり、任意に、約１％未満である。ファセットに入射する環境自然光７４（図１Ａ）のための角度「シースルー」範囲は、有利に約５°～約４５°に延び、約８５％以上の実質的に無色の透過率を示す。

図１Ｅは、上で説明された数値仕様と実質的に一致するように製造されてもよいファセット４２の反射率のグラフ２１０を示す。グラフは、導波路３０内のファセット４２の反射率を、ファセット上の光の入射角の関数として与える反射率曲線２１２を含む。反射率（パーセント）は、グラフ２１０の縦軸に沿って示され、ファセット４２への光の入射角は、横軸に沿って示される。画像ｗＦＯＶであるように選択された入射角のアップレンジおよび反射率角度範囲は、影付き領域２１８によって模式的に表される。透過率角度範囲および共役ｗＦＯＶであるように選択された入射角のダウンレンジは、影付き領域２１６によって模式的に表される。破線ハット関数２１４は、本開示の実施形態による、自然光７４（図１Ａ）のファセットの「シースルー」角度範囲を示す。

表示エンジン７０が、仮想画像を生成するために表示エンジンが処理するＲ、Ｇ、およびＢ光を提供するレーザダイオード（ＬＤ）を含むと仮定すると、ファセット４２は、ファセットの反射率が、ＬＤがレーザ発振することが予想される各Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ発振帯域幅について、入射角のアップレンジおよびダウンレンジの波長の関数として相対的に一定となるように設計される。任意に、それぞれのＲ、Ｇ、およびＢファセット波長帯域における波長に対するファセットの反射率の分散は、５％未満である。一実施形態では、分散は２％未満である。

ＬＤは、典型的には、１～２ｎｍ（ナノメートル）ＦＷＨＭ（半値全幅値）の間の相対的に狭い波長帯域幅の波長でレーザ発振する。しかしながら、ＬＤレーザ発振帯域幅は、ＬＤ動作温度の摂氏度（℃）変化ごとに、例えば、０．１ナノメートル～０．３５ナノメートルもシフトする可能性があり、動作温度は、２０℃も容易に変化する可能性がある。さらに、製造公差は、同じタイプのＬＤがレーザ発振する中心レーザ発振波長で５ナノメートルもの分散を可能にする場合もある。一実施形態によれば、ファセット４２は、約２０ナノメートル以上のアップレンジおよびダウンレンジの入射角に対して、ＬＤによって生成されたＲ、Ｇ、およびＢ光のそれぞれについてファセット波長帯域を有するように有利に構成される。有利なことに、各ファセット波長帯域について、帯域内の波長に対する反射率の変化は、平均反射率の３％未満であり、約０．０２以下のＣＩＥ １９３１ｘｙ色度空間における色域色度差半径「ΔＣＧ」を提供する。

例として、図１Ｆは、本開示の一実施形態による、表示エンジン７０内のＬＤのＲ、Ｇ、およびＢのレーザ発振帯域幅に関するレーザ発振帯域幅１２０Ｒ、１２０Ｇ、および１２０Ｂ、ならびにファセット４２の対応するファセット波長帯域１２１ＲＷ、１２１ＧＷ、１２１ＢＷを模式的に示す。図１Ｇは、可視スペクトル内の青色波長の範囲に対する波長の関数としてファセット４２の反射率を与える曲線２３２のグラフ２３０を示す。挿入図２３４において、曲線２３２の一部は、挿入図２３４において拡大され、ファセット波長帯域１２１ＢＷにおける波長の関数として反射率をグラフ化する、約４４５ナノメートル～約４５５ナノメートルの間の約４５０ナノメートルの青色波長を中心とする曲線の領域を示すようにマーキングされる。ファセット波長帯域１２１ＢＷの波長に対するファセット４２の反射率は、約４．８％に等しく、この波長帯域の波長に対する変化は、約５％未満である。

図１Ｅに示される入射角度シースルー範囲、アップレンジ、およびダウンレンジの反射率を有するファセット４２、ならびに図１Ｆに示されるＲ、Ｇ、Ｂファセット波長帯域は、部分的に反射する誘電体ミラーを備えてもよい。部分反射誘電体ミラーは、部分反射皮膜を予め形成されたプリズムの表面に堆積させ、プリズム同士を結合することによって製造されてもよい。プリズムは、ＢＫ－７などのケイ酸塩材料を所望の形状に研削および研磨することによって、または好適なポリマーもしくはゾルゲルを射出成形することによって製造されてもよい。皮膜は、例えば、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）および／または五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）などの様々な好適な材料のいずれかから形成されてよい。

図２Ａは、本開示の実施形態による別の導波路コンバイナ３２０を模式的に示す。導波路コンバイナ３２０は、導波路コンバイナ２０に類似しており、画像ｗＦＯＶおよび共役ｗＦＯＶに対してそれぞれ選択されたｗＦＯＶ－ＵおよびｗＦＯＶ－Ｄを有する。しかしながら、導波路コンバイナ３２０は、導波路コンバイナ２０内のファセット４２の傾斜角よりも大きい傾斜角βで傾斜するファセット３４２を有する導波路３３０を備える。さらに、導波路コンバイナ２０とは異なり、導波路コンバイナ３２０は、ｗＦＯＶ－ＤおよびｗＦＯＶ－Ｕの両方の光線がファセット２４２の同じ側、すなわちＴＩＲフェース面３２に面する側に入射するように構成される。

導波路コンバイナ３２０によって示される同一側入射を提供するために、導波路コンバイナ２０を形成するために実施されるものに類似する計算の結果、導波路コンバイナ３２０に対する以下の制約が得られる。すべてのγに対して、
１４）β＞９０－γ⇒β＞３０°＋α₊／３
１５）γ＝（２β－α_-）＜９０°⇒β＜（９０°＋α_-）／２
１６）（３０°＋α₊／３）＜β＜（４５°＋α_-／２）または（３０°＋Φ／６）＜β＜（４５°－Φ／４）
導波路コンバイナ３２についての角度アップレンジおよびダウンレンジは以下のようになる。
１７）アップレンジ＝｛∀φ_u｜（β－α₊）≦φ_u≦（β－α_-）｝および
１８）ダウンレンジ＝｛∀φ_d｜（１８０°－３β＋α_-）≦φ_d≦（１８０°－３β＋α₊）｝
ここで、φ_uおよびφ_dは、それぞれｗＦＯＶ－ＵおよびｗＦＯＶ－Ｄにおける光波の入射角である。

約５５０ナノメートルの波長で約１．５に等しいｎ_g、約１３°に等しい絶対値｜α₊｜および｜α_-｜、および約３０°の対角線範囲および１６：９のアスペクト比を有するΦ’の導波路３３０の数値例として、βは、約３５°に等しくてもよい。画像ｗＦＯＶとして選択される入射角のアップレンジ、反射率角度範囲は、有利には、約２６°～約４４°に延び、任意に、約９％～１１％の間、任意に、１０％以上の平均反射率を特徴とする。共役ｗＦＯＶのために選択されるダウンレンジ、透過率角度範囲は、約６６°～約８４°まで有利に延在し、約５％以下、任意に、２％以下である平均反射率を特徴とする。シースルー範囲は、有利には、約１５°～約５５°まで延び、約８５％以上の透過率を特徴とする。

図２Ｂは、上で説明された数値仕様と実質的に一致するように、ファセット４２の製造方法と任意に同様に製造されてもよいファセット２４２の反射率のグラフ３５０を示す。グラフは、ファセット上の光の入射角の関数として、導波路３３０内のファセット２４２の反射率を与える反射率曲線３１２を含む。反射率（パーセント）は、グラフ３５１の縦軸に沿って示され、ファセット２４２への光の入射角は、横軸に沿って示される。画像ｗＦＯＶであるように選択された入射角のアップレンジおよび反射率角度範囲は、影付き領域３５１によって模式的に表される。透過率角度範囲および共役ｗＦＯＶであるように選択された入射角のダウンレンジは、影付き領域３５２によって模式的に表される。破線ハット関数３５３は、本開示の実施形態による、自然光７４（図１Ａ）のファセットの「シースルー」角度範囲を示す。

図３Ａは、本開示の実施形態による別の導波路コンバイナ４２０を模式的に示す。導波路コンバイナ４２０は、図２Ａに示される導波路コンバイナ３２０に類似しているが、導波路コンバイナ３３０内のファセット３４２の傾斜角よりも大きい傾斜角βで傾斜するファセット４４２を有する導波路４３０を含む。さらに、導波路コンバイナ４２０は、導波路コンバイナ３２０と同様に、ｗＦＯＶ－ＤおよびｗＦＯＶ－Ｕの両方における光線がファセット３４２の同じ側（フェース面３２に面する側）に入射するように構成されるが、導波路コンバイナ４２０では、導波路コンバイナ３２０とは異なり、ｗＦＯＶ－Ｄは画像ｗＦＯＶであり、ｗＦＯＶ－Ｕは共役ｗＦＯＶである。

導波路コンバイナ４２０について、
１９）γ_±＝１８０°－２β－α_±またはγ＝１８０°－２β－αであり、コンバイナ４２０についてγ_-＞γ₊であり、ｗＦＯＶ－ＵではなくｗＦＯＶ－Ｄが画像ｗＦＯＶである導波路コンバイナ４２０の構成を提供するために、以下の制約が満たされることに留意されたい。
２０）（９０°－γ_-）＞０⇒
２１）β＞４５°－α_-／２および
２２）γ_+>θ_c⇒
２３）β＜９０°－（α₊＋θ_c）／２
式２１および２３を組み合わせると、βに関する制約について以下の式が得られる。
２４）４５°－α_-／２＜β＜９０°－（α₊＋θ_c）／２
透過率範囲である角度アップレンジ、および導波路コンバイナ４２０の反射率範囲であるダウンレンジは、以下のように記述されてもよい。
２５）アップレンジ＝｛∀φ_u｜（１８０°－３β－α₊）≦φ_u≦（１８０°－３β－α_-）｝および
２６）ダウンレンジ＝｛∀φ_d｜（β＋α_-）≦φ_d≦（β＋α₊）｝

図３Ｂは、導波路コンバイナ４３０内のファセット４４２についてのアップレンジ（透過率範囲）４５１、ダウンレンジ（反射率範囲）４５２およびシースルー範囲４５３の角度位置および範囲を示すグラフ４５０を提供する。

導波路４３０の数値例として、５５０ナノメートルの波長について、ｎ_gが約１．５１に等しく、絶対値｜α₊｜および｜α_-｜が約１３°に等しく、Φ’が、約３０°の対角線の範囲および１６：９のアスペクト比を有すると仮定すると、βは６３．５°に等しくてもよい。入射角のアップレンジ、透過率角度範囲は、有利には約２°～約２０°に延び、有利には約５％未満、および任意に約２．０％以下の相対的に低い平均反射率を有する。反射角度範囲および画像ｗＦＯＶのために選択されるダウンレンジは、有利には、約５５°～約７５°まで延び、約９％～約１１％の間、任意に、１０％以上の相対的に高い平均反射率を有する。シースルー範囲は、有利には、約４０°～約８０°まで延び、約８５％以上の透過率を特徴とする。

図３Ｂは、上で説明された数値仕様と実質的に一致するように、ファセット４２の製造方法と任意に同様に製造されてもよいファセット３４２の反射率のグラフ４５０を示す。グラフは、ファセットへの光の入射角の関数として、導波路４３０内のファセット３４２の反射率を与える反射率曲線４１２を含む。反射率（パーセント）は、グラフ３５１の縦軸に沿って示され、ファセット３４２への光の入射角は、横軸に沿って示される。共役ｗＦＯＶであるように選択された入射角のアップレンジおよび透過率角度範囲は、影付き領域４５１によって模式的に表される。反射角度範囲および画像ｗＦＯＶであるように選択された入射角のダウンレンジは、影付き領域４５２によって模式的に表される。破線ハット関数４５３は、本開示の実施形態による、自然光７４（図１Ａ）に対するファセットのシースルー角度範囲を示す。

より一般的に、ｖ_uは、導波路コンバイナ２０、３２０、または４２０の導波路３０、３３０、または４３０内のｗＦＯＶ－Ｕに含まれる上向き光線の伝播方向における正規化されたベクトルを表すものとするが、図１Ｂ、図２Ｂ、または図３Ｂの導波路コンバイナについてそれぞれ示される平面Ａ－Ａには必ずしも含まれない。次に、ファセットに対する法線に対する導波路のファセット上の上向き光線の入射角φ_uは、以下の式によって与えられてもよい。
２７）φ_u＝ｃｏｓ^-1（ｖ_u．ｎ_f）
ここで、ｎ_fは、ファセットに垂直なベクトルである。同様に、ｖ_dが、ｗＦＯＶ－Ｄに含まれる下向き光線の伝播方向を表すが、平面Ａ－Ａには必ずしも含まれない場合、導波路のファセットへの光線の入射角φ_dは、以下のように記述されてもよい。
２８）φ_d＝ｃｏｓ^-1（ｖ_d．ｎ_f）＝ｃｏｓ^-1（（ｖ_u－２ｖ_u．ｎ_w）．ｎ_f）
ここで、ｎ_wは、導波路のＴＩＲフェース面に垂直なベクトルである。

本開示の一実施形態による、導波路コンバイナ上の平面Ａ－Ａを参照して上述した制約は、ｖ_uおよび／またはｖ_dの関数として一般化されてもよい。例えば、導波路コンバイナ４２０について、式２４）および２５）は、以下のように書き換えられてもよい。
２９）アップレンジ＝｛∀φ_u｜（－１８０°＋３β＋α_-）≦ｃｏｓ^-1（ｖ_u．ｎ_f）≦（－１８０°＋３β＋α₊）｝および
３０）ダウンレンジ＝｛∀φ_u｜（β＋α_-）≦ｃｏｓ^-1（（ｖ_u－２ｖ_u．ｎ_w）．ｎ_f）≦（β＋α₊）｝

上記の説明では、一実施形態によるコンバイナ導波路内の各ファセットは、Ｒ、Ｇ、およびＢ光の各々について反射率および透過率角度範囲を有するように設計されていることに留意されたい。しかしながら、本開示の一実施形態の実践は、Ｒ、Ｇ、およびＢ光のそれぞれについて角度範囲を有するファセットに限定されない。一実施形態によるファセットは、Ｒ、Ｇ、およびＢとは異なる色に対して機能するように設計されてもよく、４つ以上または２つ以下の色に対して機能するように構成されてもよい。例えば、各ファセットは、Ｒ、Ｇ、またはＢのうちの１つのみ、または２つのみに対して機能するように設計されてもよい。

さらに、ファセットピッチ「Ｐ」と称されるファセット間の間隔は、式Ｐ＝ηＬｃｏｓβによって定義されてもよく、ここで、Ｌは、ＴＩＲフェース面間のファセットの長さであり、ηは係数であり、典型的には、１未満であり、例えば、有利には、図１Ｂ、図２Ａ、または図３Ａに示されるものとは異なる場合があることに留意されたい。図１Ｂおよび図２Ａにおいて、ηは、実質的に１に等しく、ピッチＰは、Ｐ＝Ｌｃｏｓβに実質的に等しく示される。図３Ａにおいて、ηは、実質的に０．７に等しく、Ｐ＝０．７Ｌｃｏｓβである。より小さいピッチＰは、一実施形態に従って、導波路コンバイナによって提供される仮想画像に空間的整合性を提供するのに有利であり得る。

例によって上述した導波路コンバイナは、本開示の実施形態によるｙ軸に沿った１つの方向（例えば図１Ａに示すように）に入力開口部３５を拡張する。本開示の一実施形態による、２つの方向、例えば、ｘ方向およびｙ方向に沿って入力開口部を拡張する導波路コンバイナは、図１Ａに示す導波路コンバイナ内の入力カプラ５０を、ｘ方向に入力開口部を拡張する導波路コンバイナに置き換えることによって提供されてもよい。

図４は、本開示の一実施形態による、入力開口部５３５を２つの任意に直交する方向に拡張して、導波路コンバイナが光をＥＭＢ５６０内に導く拡張された出力結合領域５３６を提供する導波路コンバイナ５００を模式的に示す。

本開示の一実施形態による、導波路コンバイナ５００は、任意に、プリズム入力カプラ５５０と、第１の導波路５３０と、第２の導波路６３０とを備える。入力カプラ５５０は、入力開口部５３５を通してレーザ表示エンジン５７０によって生成された仮想画像から光を受信し、その光を導波路５３０内に入力する。導波路５３０は、それぞれ座標系１００のｘｙ平面に任意に平行である第１のＴＩＲフェース面５３１および第２のＴＩＲフェース面５３２、ならびに上面および底面５３２および５３４を備える。導波路は、本開示の実施形態による、複数の平行ファセット５４２を含む出力カプラ５４０を有する。任意で、ファセットが、フェース面５３１および５３２に垂直であり、傾斜角β^*だけｚ軸の周りに回転される。任意に、ファセットは、均等に離間している。入力カプラ５５０から受信した光における光線は、ＴＩＲフェース面５３１と５３２との間で、繰り返し全反射され、行ったり来たりしながら跳ね返され、出力カプラ５４０のファセット５４２に到達して入射する。ファセット５４２は、ｘ軸方向に相対的に延長された距離にわたって配置され、導波路５３０からの光線をマイナスｙ軸の一般的方向に反射し、ｘ方向に入力開口部５３５を拡張する延長された出力開口部５４５を介して導波路６３０内に入射させる。導波路６３０は、入力開口部５３５などの入力開口部を介して表示エンジンによって生成された画像から光を受信し、単一方向に実質的に拡張された出力結合領域５４５などの出力結合領域を介して導波路から受信した光を投影するように構成された任意の導波路であってもよい。

導波路６３０は、例として、導波路３０に類似していると仮定され、ｘｙ平面に平行であり、任意に、それぞれフェース面５３１および５３２に連続するファセット４２およびＴＩＲフェース面３１および３２を備える。導波路６３０は、導波路５３０の５４５内の画像をマイナスｙ方向に拡張し、ｘ方向およびｙ方向の両方に延長された出力結合領域５３６を通して導波路５３０から受ける光をＥＭＢ５６０内に反射する。導波路６３０は、図１Ａに示される導波路３０に類似すると仮定されるが、導波路６３０は、様々な導波路、例えば、ファセットを含み、本開示の一実施形態に従って構成される導波路３３０（図２Ａ）または導波路４３０（図３Ａ）のいずれかに類似してもよいことに留意されたい。

式２５）および２６）は、導波路コンバイナ５００がＥＭＢ５６０に提供する出力視野上の所望の制約に関連するように連鎖されてもよい。フェース面５３１および５３２に対して導波路５３０内で伝播する上向きおよび下向きの光線を、ベクトルｖ_u（５３０）およびｖ_d（５３０）によって表すとすると、以下のようになる。
３１）ｖ_d（６３０）＝（ｖ_u（６３０）－（２ｖ_u（６３０）．ｎ_w）ｎ_w，
ここで、ｎ_wは、導波路コンバイナ５００内のフェース面５３１、５３２、３１および３２に対する法線であり、上向きおよび下向きの光線は、任意に、それぞれマイナスおよびプラスｚ方向に移動しているとみなされる。導波路５３０内で伝播する光線の上向きおよび下向きのグループの１つは、ファセット５４２によって導波路６３０内に反射される。例として、ｖ_u（５３０）光線が導波路６３０内に反射されると仮定する。次に、ファセット５４２による反射は、ｚ方向の光線伝播の成分を変化させないため、ファセット５４２による反射後のｖ_u（５３０）光線は、フェース面３１および３２に対して上向きの光線として導波路６３０に入る。導波路６３０に入った後の上向きの光線をｖ_u（６３０）で表すようにする。次に、導波路５３０内のファセット５４２による導波路６３０への反射の結果として、導波路６３０への入射時に、光線ｖ_u（６３０）は、以下の式によって与えられる方向を有する。
３２）ｖ_u（６３０）＝ｖ_u（５３０）－２（ｖ_u（５３０）．ｎ_f（５４２）ｎ_f
フェース面３２による反射の後、上向きのｖ_u（６３０）は、下向きの光線ｖ_d（６３０）と「なる」。ここで、
３３）ｖ_d（６３０）＝ｖ_u（６３０）－２（ｖ_u（６３０）．ｎ_w）ｎ_w

導波路６３０内の上向きおよび下向きの光線は、それぞれ、図１Ａ、図２Ａおよび図３Ａに模式的に示されるように、上向き視野ｗＦＯＶ－Ｕおよび下向き視野ｗＦＯＶ－Ｄに含まれる。さらに、一実施形態によれば、導波路６３０内のｗＦＯＶ－ＵおよびｗＦＯＶ－Ｄのうちの１つにおける光線は、出力視野Ｏ－ＦＯＶ内の出力結合領域５３６を通るファセット４２によるＥＭＢ５６０内への反射のために選択される。Ｏ－ＦＯＶ内の光線に対する所望の制約は、導波路３０および５３０内のファセット４２および５４２を特徴付ける傾斜角βおよびβ^*を一致させるように後方に伝播されてもよい。

本出願の説明および特許請求の範囲では、動詞「含む」、「含む」、および「有する」、およびそれらの共役体の各々は、動詞の１つまたは複数の目的が、必ずしも、動詞の１つまたは複数の主語の構成要素、要素または部分の完全な一覧ではないことを示すために使用される。

本出願における本開示の実施形態の説明は、例として提供され、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。記載される実施形態は異なる特徴を含み、そのすべてがすべての実施形態で必要とされるわけではない。いくつかの実施形態は、特徴または特徴の可能な組み合わせの一部のみを利用する。記載された本開示の実施形態、および記載された実施形態で言及された特徴の異なる組み合わせを含む実施形態の変化形は、当業者が想到するであろう。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (12)

1. 導波路コンバイナであって、
   法線「ｎ_w」を有する、第１および第２の平行内部全反射フェース面を含む第１の導波路と、
   光が通って前記第１の導波路に入る入力開口部と、
   出力結合領域に関連し、前記入力開口部を少なくとも１つの方向に拡張し、前記第１の導波路に入った光が通って前記第１の導波路から出る出力結合構成と、
   前記第１の導波路に埋め込まれ、ｎ_wとファセットに対する法線「ｎ_f」との間のファセット傾斜角βを有する複数の平行ファセットを含む出力カプラであって、前記ファセットは、前記第１の導波路に沿って伝播し、前記ファセットに入射した光を前記出力結合領域を通じて外側に反射する、出力カプラと、を備え、
   前記ファセットが、
   レーザ発振帯域、および前記レーザ発振帯域が変化すると予想される波長の範囲の光の波長を含むレーザによって提供される光の少なくとも１つのレーザ発振帯域の各レーザ発振帯域のファセット波長帯域と、
   前記第１の導波路内を伝播し、第１の範囲の入射角で前記ファセットに入射する前記ファセット波長帯域の波長を有する光に対して第１の反射率を示す反射率角度範囲と、
   前記第１の導波路内を伝播し、第２の範囲の入射角で前記ファセットに入射する前記ファセット波長帯域の波長を有する光に対して前記第１の反射率よりも低い第２の反射率を示す透過率角度範囲と、
   第３の範囲の入射角で、前記ファセットに入射する自然光に対して高い透過率を有するシースルー角度透過率範囲と、を有し、前記第３の範囲は、前記第１の範囲に重畳し、かつ前記第１の範囲よりも広く、
   （９０°－γ）＞β、γ＞θ_cであって、γは、ｎ_wと、前記第１の導波路内を伝播し、前記出力カプラが前記第１の導波路から前記出力結合領域を通じて光を外側に反射させる光線の前記フェース面への入射方向との間の角度を表し、θ_cは、前記ファセット波長帯域内の波長を有する光に対する前記第１の導波路の臨界角度を表し、
   傾斜角度βは、制約（θ_c＋α₊）／２＜β＜（３０°＋α_-／３）を満たし、ここで、α₊およびα_-は、フェース面および前記ファセットに垂直な平面内の角度であって、前記フェース面に対する法線が、前記ファセットが入射光を前記第１の導波路から外側に反射する方向に一致し、α₊は、α_-より大きく、前記法線に対して時計回りに回転した場合には正であり、反時計回りに回転した場合には負であり、α₊およびα_-が、それぞれ、前記第１の導波路内を伝播する光の視野ｗＦＯＶを画定するγの最小値および最大値を決定し、
   前記反射率角度範囲が、（β－α₊）≦φ≦（β－α_-）の入射角φの範囲にわたり、
   前記透過率角度範囲が、（３β－α₊）≦φ≦（３β－α_-）の入射角φの範囲にわたる、導波路コンバイナ。
2. 前記反射率角度範囲の入射角および前記ファセット波長帯域の波長に対する平均反射率が、９％～１１％の間である、請求項１に記載の導波路コンバイナ。
3. 前記反射率角度範囲の角度幅が、１８°に等しい、請求項１又は２に記載の導波路コンバイナ。
4. 前記反射率角度範囲が、２６°の下限を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の導波路コンバイナ。
5. 前記透過率角度範囲における入射角および前記ファセット波長帯域における波長に対する平均反射率が、５％以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の導波路コンバイナ。
6. 前記透過率角度範囲の角度幅が、１８°に等しい、請求項１～５のいずれか一項に記載の導波路コンバイナ。
7. 前記透過率角度範囲が、６６°の下限を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の導波路コンバイナ。
8. 前記少なくとも１つのレーザ発振帯域が、赤色、緑色、および青色のレーザ発振帯域のうちの少なくとも１つまたは任意の組み合わせを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の導波路コンバイナ。
9. 前記シースルー角度透過率範囲の前記透過率の最大値が、８５％以上である、請求項１～８のいずれか一項に記載の導波路コンバイナ。
10. 前記シースルー角度透過率範囲の角度幅が、４０°に等しい、請求項１～９のいずれか一項に記載の導波路コンバイナ。
11. 前記シースルー角度透過率範囲が、１５°の下限を有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の導波路コンバイナ。
12. 第２の入力開口部を有する第２の導波路と、前記第２の入力開口部を通じて受信した光が、前記第２の導波路を出て前記第１の導波路に入る第２の出力結合領域とを備え、前記第２の出力結合領域が、前記第１の導波路の出力開口部が拡張される少なくとも１つの方向と異なる方向に、前記第２の入力開口部に対して拡張される、請求項１～１１のいずれか一項に記載の導波路コンバイナ。