用于光束整形和照明的光学元件制造技术

示例装置可以包括光源、光学元件以及可选的密封剂层。由光源生成的光束可以由光学元件接收，并朝向照明目标(诸如用户眼睛)重定向。光学元件可以包括材料，例如，在光束的波长处折射率至少大约为2的材料。光源可以是半导体光源，诸如发光二极管或激光器。光学元件可由光源的发射表面支撑。在光学元件的出射表面处和/或超材料层内的折射可以有利地修改光束性质，例如，与照亮目标有关的光束性质。在一些示例中，光源和光学元件可以集成到单片式光源模块中。块中。块中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光束整形和照明的光学元件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求提交于2019年2月8日的美国申请号62/802,995、提交于2019年5月1日的美国申请号62/841,728和提交于2020年1月23日的美国申请号16/750,777的权益，这些申请中的每个申请的公开内容均通过本引用以其全部内容并入本文。
[0003]概述
[0004]根据本公开，提供了一种装置，包括：被配置为通过光发射表面发射光束的光源；以及光学元件，该光学元件由光发射表面支撑并且被配置为沿第一方向接收光束并沿第二方向重定向光束。第二方向与第一方向不同，并且光学元件包括在光束的波长处折射率大于2的材料。
[0005]光源和光学元件可以集成到单片式发光模块中。材料可包括半导体。材料可包括砷化物半导体、磷化物半导体或氮化物半导体中的至少一种。
[0006]光源可以包括激光器。激光器可以是垂直腔表面发射激光器。光学元件可以形成在激光器的光发射表面上。
[0007]装置可以是头戴式装置，并且该装置可以被配置为在用户佩戴该头戴式装置时照亮用户眼睛。装置还可以包括被配置为检测光束从眼睛的反射的光传感器。装置可以是增强现实装置或虚拟现实装置。
[0008]光学元件可以包括超材料层(metamaterial layer)。超材料层可以包括纳米结构的布置。纳米结构可以各自具有纳米结构参数，其中该纳米结构参数具有根据在超材料层内的位置变化的空间变化，该空间变化被配置为改善由光束照亮的目标的照明均匀性。纳米结构参数可包括以下中的至少一项：横向尺寸、横截面积、长度尺寸、组成(composition)、纳米结构间距、横截面形状、横截面形状各向异性、横截面均匀性、锥度、折射率、折射率各向异性、涂层厚度、空芯厚度(hollow core thickness)、至少一个成分(component)的体积分数、或取向。纳米结构可以包括纳米柱，并且纳米结构参数可以是纳米柱直径。纳米结构可以包括偏振敏感的纳米结构。
[0009]根据本公开，还提供了一种方法，包括：制造具有发射表面的激光器；在激光器的发射表面上形成层；在该层上形成抗蚀剂层，该抗蚀剂层具有由抗蚀剂层的空间非均匀厚度确定的形状；以及将抗蚀剂层的形状蚀刻到该层中以形成具有整形出射表面的光学元件。该光学元件由激光器的发射表面支撑，接收来自激光器的光，并被配置为借助通过整形出射表面的折射而将光重定向以照亮远程目标。
[0010]整形出射表面可以是斜面，并且光学元件可以包括棱镜。整形出射表面可以包括弯曲的出射表面。在激光器的发射表面上形成该层可以包括在发射表面上形成钝化层，并然后在钝化层上形成该层。
[0011]附图简述
[0012]附图示出了多个示例性实施例并且是本说明书的一部分。这些附图与以下描述一起展示并解释了本公开的各种原理。
[0013]图1是包括光源和光学元件的装置的示意图。
[0014]图2A至图2F示出了具有多种出射表面配置的光学元件。
[0015]图3A至图3B定性地示出了目标的照明均匀性。
[0016]图4A至图4G示出了与光学元件集成的光源的制造。
[0017]图5示出了光源和相关联光学元件在半导体晶片上的阵列状布置。
[0018]图6示出了光源和光学元件在单独的半导体晶片上的制造。
[0019]图7A示出了包括光源、光学元件和密封剂(encapsulant)层的装置，并且图7B定性地示出了光束均匀性。
[0020]图8A至图8C和图9A至图9B示出了包括光源和具有弯曲出射表面的光学元件的示例装置，以及对目标的照明。
[0021]图10A至图10D进一步示出了使用包括光源和具有弯曲出射表面的光学元件的装置对目标的照明。
[0022]图11示出了支撑光源和相关联光学元件的布置的基底。
[0023]图12示出了使用布置在距透镜光学中心不同的径向距离处的多个光源/光学元件组合对视窗(eyebox)的照明。
[0024]图13A至图13B示出了包括光源、光学元件和密封剂层的示例装置，并且图13C示出了光学元件的自由形状出射表面，其性质在一些示例中可由超材料层和楔形元件至少近似地复制。
[0025]图14示出了使用包括超材料层的光学元件对激光光源进行光束整形。
[0026]图15示出了基底表面上纳米柱的示例布置。
[0027]图16示出了被配置作为超材料层的纳米柱的阵列。
[0028]图17示出了被配置作为超材料层的纳米柱的随机布置。
[0029]图18示出了包括超材料层和光学元件的示例装置。
[0030]图19示出了与楔形元件组合的示例超材料层的示例相位轮廓(phase profile)。
[0031]图20A和图20B分别示出了被配置作为超材料层的纳米柱的大体周期性和随机布置。
[0032]图21A和图21B分别示出了单独的楔形元件和与超材料层组合的楔形元件的光束轮廓。
[0033]图22示出了示例方法。
[0034]图23示出了根据一些实施例的可用于示例性装置的示例控制系统。
[0035]图24是可结合本公开的实施例使用的示例性增强现实眼镜的图示。
[0036]图25是可结合本公开的实施例使用的示例性虚拟现实头戴式耳机(headset)的图示。
[0037]图26是示例性装置的图示，该装置结合了能够跟踪用户的一只或两只眼睛的眼跟踪子系统。
[0038]图27A至图27B示出了图26所示的眼跟踪子系统的多个方面的更详细图示。
[0039]在整个附图中，相同的附图标记和描述指示类似但不一定相同的要素。尽管本文中描述的示例性实施例容易受到各种修改和替代形式的影响，但具体实施例已在附图中以示例方式示出，并在本文中详细描述。然而，本文中描述的示例性实施例并不旨在限于所公开的特别形式。相反，本公开涵盖了属于本公开的所有修改、等同形式和替代形式。
[0040]示例性实施例的详细描述
[0041]光源，诸如激光器，可以发射具有各种性质(诸如光束方向和光束轮廓)的光束。正如下文更详细地描述的，本公开描述了用于修改光束性质(例如，以改善目标的照明均匀性)的方法和设备。
[0042]本公开的示例包括光学装置，诸如包括密封的光学元件(例如，密封的透镜)的装置，以及与修改由光源发射的光束的性质有关的装置和方法。在一些示例中，装置可以包括由光学介质密封、邻近或基本上邻近光学介质的光学元件。光学元件的折射率可以大于光学介质(或包括光学介质的周围的密封剂层)的折射率。本文中描述的示例光学装置还可包括一个或更多个光源和/或光学元件，诸如用于光束整形和照明的光学元件，和/或包括光学元件的装置、系统和方法。在一些示例中，装置包括被配置为发射光束的光源，诸如激光器。光束(light beam)(其可更简洁地称为束(beam))可具有各种光束性质，诸如光束方向和光束轮廓。本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，包括：光源，其被配置为通过光发射表面发射光束；以及光学元件，其由所述光发射表面支撑并且被配置为沿第一方向接收所述光束并沿第二方向重定向所述光束，其中：所述第二方向与所述第一方向不同；以及所述光学元件包括在所述光束的波长处折射率大于2的材料。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源和所述光学元件集成到单片式发光模块中。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述材料包括半导体。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述材料包括砷化物半导体、磷化物半导体或氮化物半导体中的至少一种。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源包括激光器；并且可选地，其中所述激光器是垂直腔表面发射激光器；并且进一步可选地，其中所述光学元件形成在所述激光器的光发射表面上。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置是头戴式装置，并且所述装置被配置为当用户佩戴所述头戴式装置时照亮用户的眼睛。7.根据权利要求6所述的装置，其中所述装置还包括被配置为检测所述光束从眼睛的反射的光传感器；并且可选地，其中所述装置是增强现实装置或虚拟现实装置。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学元件包括超材料层。9.根据权利要求8所述的装置，其中所述超材料层包括纳米结构的布置。10.根据权利要求9所述的装置，其中所述纳米结构各自具有纳米结构参数，其中所述纳米结构参数具有根据在所述超材料层内的位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗宾，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：