使用光栅耦合器的单侧图案化的光学目镜制造技术

本发明专利技术涉及使用光栅耦合器的单侧图案化的光学目镜。目镜包括基板和在基板的单侧上图案化的耦入光栅。第一光栅耦合器被图案化在基板的单侧上并且具有第一光栅图案。第一光栅耦合器被光学耦合到耦入光栅。第二光栅耦合器邻近第一光栅耦合器被图案化在基板的单侧上。第二光栅耦合器具有不同于第一光栅图案的第二光栅图案。第二光栅耦合器被光学耦合到耦入光栅。栅。栅。

【技术实现步骤摘要】
使用光栅耦合器的单侧图案化的光学目镜
[0001]本申请是申请号为202080043479.0、申请日为2020年6月11日、专利技术名称为“使用光栅耦合器的单侧图案化的光学目镜”的申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请主张2019年6月14日提交的美国临时专利申请62/861,646的优先权益，该申请的全部内容在此通过引用并入此文。


[0004]本公开涉及使用光栅耦合器的单侧图案化的光学目镜。

技术介绍

[0005]压印光刻可用于在晶圆上制造纳米级图案。压印光刻通过压印抗蚀剂的机械变形以及后续工艺来创建图案。然而，使用压印光刻制造的目镜可能具有有限的视场。光通常必须行进很长的距离才能到达目镜的出射光瞳扩展器。在光沿着长距离行进时，会加重相干伪影。此外，传统上用于制造目镜的双面光刻增加了制造复杂性，并可能降低制造良率和产量。

技术实现思路

[0006]本说明书中描述的主题的创新方面包括一种使用图案化的光栅耦合器的光学目镜。目镜包括基板和被图案化在所述基板的单侧上的耦入光栅。第一光栅耦合器被图案化在所述基板的所述单侧上并且具有第一光栅图案。所述第一光栅耦合器被光学耦合到所述耦入光栅。第二光栅耦合器被图案化在所述基板的所述单侧上并且与所述第一光栅耦合器相邻。所述第二光栅耦合器具有不同于所述第一光栅图案的第二光栅图案。所述第二光栅耦合器被光学耦合到所述耦入光栅。
[0007]本说明书中描述的主题的创新方面还包括一种目镜，所述目镜包括被图案化在基板的单侧上的耦入光栅。所述耦入光栅被配置为将从投影仪接收的光衍射成所述光的第一部分和所述光的第二部分。所述第一部分相对于从所述投影仪接收的所述光具有第一取向。所述第二部分相对于从所述投影仪接收的所述光具有第二取向。所述第二取向不同于所述第一取向。一种衍射光栅被图案化在所述基板的所述单侧上。所述衍射光栅被配置为从所述耦入光栅接收所述光的所述第一部分和所述光的所述第二部分。衍射所述光的所述第一部分和所述光的所述第二部分中的每一者。组合所述光的经衍射的第一部分和所述光的经衍射的第二部分。
[0008]本说明书中描述的主题的创新方面包括还包括一种目镜，所述目镜包括被压印在基板的单侧上的耦入光栅。一种光栅耦合器被压印在所述基板的所述单侧上。所述光栅耦合器被光学耦合到所述耦入光栅。所述光栅耦合器包括限定所述目镜的出射光瞳扩展器(EPE)的多个瓦片。所述多个瓦片中的每个瓦片具有第一光栅图案。光栅区域散布在所述瓦片之间。所述光栅区域具有不同于所述第一光栅图案的第二光栅图案。所述光栅区域限定
所述目镜的正交光瞳扩展器(OPE)。
[0009]本说明书中描述的主题的创新方面还包括一种目镜，所述目镜包括具有大于阈值的折射率的基板。一种耦入光栅被图案化在所述基板的单侧上。三个或更多个光栅耦合器被图案化在所述基板的所述单侧上。所述三个或更多个光栅耦合器被光学耦合到所述耦入光栅。所述三个或更多个光栅耦合器中的每个光栅耦合器具有不同的光栅图案。
[0010]本说明书中描述的主题的创新方面还包括一种目镜，所述目镜包括被图案化在具有大于阈值的折射率的基板的第一侧上或在所述基板的第二侧上的耦入光栅。第一光栅耦合器被图案化在所述基板的所述第一侧上。所述第一光栅耦合器具有第一光栅图案。所述第一光栅耦合器被光学耦合到所述耦入光栅。第二光栅耦合器被图案化在所述基板的所述第二侧上。所述第二光栅耦合器具有不同于所述第一光栅图案的第二光栅图案。所述第二光栅耦合器光学被耦合到所述耦入光栅。
[0011]除了其他益处和优点之外，本文公开的实施例还增加了用于虚拟现实和增强现实应用的光学目镜的视场、效率、和均匀性。每个目镜可以包括被图案化在基板的同一侧上的两个或更多个衍射光栅。两个或多个衍射光栅可以被平铺布局。可以选择瓦片的形状、尺寸、密度、和分布以实现更高的光学性能。此外，实施例减少了马赫曾德干涉量。因为瓦片可以小到几百微米，所以远场虚像的质量不受影响。目镜的单面制造增加了目镜的用户与世界的比。由于纳米光栅是闪耀的或由高折射率材料制成，诸如由折射率大于1.6的聚合物制成，因此更多的光被朝向用户的眼球引导。在一些实施例中，在包括TiO2、ZrO2、或ZnO的高折射率玻璃中蚀刻光栅。在一些实施例中，在诸如LiNbO3、LiTaO3、或SiC之类的合成高折射率基板中蚀刻光栅。在一些实施例中，在TiO2薄膜涂层或其他无机材料中蚀刻光栅以提供进一步的光学益处。可以改变光栅耦合器内瓦片的布局，以实现远场虚像的更高均匀性。所得图像的锐度也被增加了。在一些实施例中，每个瓦片的尺寸可以保持相同，而瓦片密度从更密集降低到更稀疏。由此可以设计具有优选衍射方向的目镜。直接耦合到目镜的用户的眼球的衍射光被减少，同时增加其他方向的衍射效率。光栅的衍射特性可以使用突起的倾斜和闪耀、或多阶突起、或凹陷来进一步改进。因此，本文公开的实施例提供的不同设计选择提供了更高的光学效率和质量。
[0012]本说明书中描述的主题的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。根据描述、附图和权利要求，本主题的其他潜在特征、方面和优点将变得显而易见。
附图说明
[0013]图1A示出了在基板上形成表面起伏图案的压印光刻系统100的侧视图。
[0014]图1B示出了具有定位在其上的图案化层的基板的侧视图。
[0015]图2示出了用于在基板上制造光波导的系统。
[0016]图3A示出了光学目镜的操作环境。
[0017]图3B示出了光学目镜中的耦入光栅和光栅耦合器的图案化。
[0018]图4示出了光学目镜中的耦入光栅和光栅耦合器的图案化。
[0019]图5A示出了光学目镜中的叉指光栅图案。
[0020]图5B示出了光学目镜中的锯齿光栅图案。
[0021]图5C示出了光学目镜中的人字形光栅图案。
[0022]图5D示出了在光学目镜中使用的模版。
[0023]图6A示出了光学目镜中的光栅耦合器中的菱形图案化的突起。
[0024]图6B示出了光栅耦合器中的立方体图案化的突起。
[0025]图6C示出了光学目镜中的光栅耦合器中的突起。
[0026]图6D示出了光学目镜中的光栅耦合器中的锯齿图案化的突起。
[0027]图7A示出了光学目镜中的光栅耦合器的图案化。
[0028]图7B示出了光学目镜中的光栅耦合器的图案化。
[0029]图8A示出了光学目镜中的光栅耦合器的图案化。
[0030]图8B示出了光学目镜中的光栅耦合器的图案化。
[0031]图9A示出了光学目镜中的光栅耦合器的图案化。
[0032]图9B示出了光学目镜中的光栅耦合器的图案化。
[0033]图10示出了光学目镜中的光栅耦合器的图案化。
[0034]图11A示出了光学目镜中的光栅耦合器的图案化。
[0035]图11B示出了光学目镜中的光栅耦合器的混合图案化。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种目镜，包括：耦入光栅，其被图案化在基板的单侧上，并被配置为将从投影仪接收的光衍射成所述光的第一部分和所述光的第二部分，其中，所述第一部分相对于从所述投影仪接收的所述光具有第一取向，并且所述第二部分相对于从所述投影仪接收的所述光具有第二取向，并且其中，所述第二取向不同于所述第一取向；以及衍射光栅，其被图案化在所述基板的所述单侧上并被配置为执行以下操作：从所述耦入光栅接收所述光的所述第一部分和所述光的所述第二部分；衍射所述光的所述第一部分和所述光的所述第二部分；以及组合所述光的经衍射的第一部分和所述光的经衍射的第二部分，其中，所述衍射光栅包括：第一光栅耦合器；以及第二光栅耦合器，其中，所述第一光栅耦合器被配置为将所述光的经衍射的第一部分引导到所述第二光栅耦合器，并且其中，所述第二光栅耦合器被配置为将所述光的经衍射的第二部分引导到所述第一光栅耦合器。2.根据权利要求1所述的目镜，其中，所述第一光栅耦合器定义所述目镜的正交光瞳扩展器OPE，并且其中，所述第二光栅耦合器定义所述目镜的出射光瞳扩展器EPE。3.根据权利要求1所述的目镜，其中，所述第一光栅耦合器包括在第一方向上被取向的多个第一脊，并且其中，所述第二光栅耦合器包括在第二方向上被取向的多个第二脊。4.根据权利要求3所述的目镜，其中，所述第一方向与所述第二方向之间的角度在从55度到65度的范围内。5.根据权利要求1所述的目镜，其中，所述第一光栅耦合器包括多个突起，所述多个突起中的每个突起具有一个或多个侧壁，并且其中，所述一个或多个侧壁中的每个侧壁以与所述基板的不同角度被取向。6.根据权利要求1所述的目镜，其中，所述第一光栅耦合器包括多个凹陷，所述多个凹陷中的每个凹陷具有一个或多个侧壁，并且其中，所述一个或多个侧壁中的每个侧壁以与所述基板的不同角度被取向。7.一种目镜，包括：基板；耦入光栅，其被图案化在所述基板的单侧上，并被配置为将从投影仪接收的光衍射成所述光的第一部分和所述光的第二部分，其中，所述第一部分相对于从所述投影仪接收的所述光具有第一取向，并且所述第二部分相对于从所述投影仪接收的所述光具有第二取向，并且其中，所述第二取向不同于所述第一取向；以及第一光栅耦合器，其被图案化在所述基板的所述单侧上并且具有第一光栅图案，其中所述第一光栅耦合器被光学耦合到所述耦入光栅；和第二光栅耦合器，其被图案化在所述基板的所述单侧上并且与所述第一光栅耦合器相邻，所述第二光栅耦合器具有不同于所述第一光栅图案的第二光栅图案，其中所述第二光
栅耦合器被光学耦合到所述耦入光栅其中，所述耦入光栅被配置为将所述光的所述第一部分引导到所述第一光栅耦合器中以及将所述光的所述第二部分引导到所述第二光栅耦合器中。8.根据权利要求7所述的目镜，其中，所述第一光栅耦合器和所述第二光栅耦合器被配置为组合所述光的...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：