CN113728260B - 平行板波导 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于将载像光从入耦合光学器件传送到出耦合光学器件的平行板波导组件，其中波导组件至少包括波导坯件，该波导坯件具有第一表面和处于距第一表面一定距离的第二表面，以产生一定厚度的坯件。波导组件进一步包括第一涂层，其被施加到第一表面，从而形成第三表面；以及第二涂层，其被施加到第二表面，从而形成第四表面。第三表面和第四表面在平坦度上小于载像光束的波长的四分之一。

Description

平行板波导
技术领域
本公开大体上涉及用于传送虚像的平行板波导，并且更具体地涉及平行板波导的制造。
背景技术
头戴式显示器(HMD)正被开发来用于一系列不同用途，包括军事应用、商业应用、工业应用、消防应用以及娱乐应用。对于这些应用中的许多来说，形成能够在视觉上叠加在位于HMD用户视场中的真实世界图像上的虚拟彩色图像是特别有价值的。光学透明的平坦平行板波导(也被称为平面波导)将由彩色投影仪系统生成的载像光传送到HMD用户。平面波导在狭窄空间中传送载像光，以将虚像引导到HMD用户的瞳孔，并且使得能够将虚像叠加在位于HMD用户视场中的真实世界图像上。
在这样的常规成像光导中，来自彩色图像投影仪源的经准直的、相对地角度编码的光束通过输入耦合光学器件(诸如，入耦合衍射光学器件)来耦合到光学透明的平面波导中，该输入耦合光学器件能够安装或形成于平行板平面波导的表面上或设置于波导内。这样的衍射光学器件能够被形成为衍射光栅、全息摄影光学元件，或以其它已知的方式形成。例如，衍射光栅能够被形成为表面浮雕光栅。在沿着平面波导传播之后，经衍射的彩色载像光能够由类似的输出光栅引导返回离开平面波导，所述类似的输出光栅可布置成沿着虚像的一个或多个维度提供光瞳扩展。另外，一个或多个衍射转向光栅可沿着波导在光学上定位在输入光栅与输出光栅之间，以在虚像的一个或多个维度上提供光瞳扩展。来自平行板平面波导的载像光的输出为观看者提供扩展的适眼区(eyebox)。
HMD系统可由用于将虚像编码光传送到观看者的左眼的至少一个图像传送平面波导和用于将虚像编码光传送到观看者的右眼的至少一个图像传送平面波导组成，因而使得能够对于观看者实现立体图像。
所感知的虚像的虚像重建和虚像质量取决于平面波导表面平坦的程度以及该平面波导的相对的表面彼此平行的程度。因而，需要构建具有非常高的程度的平坦度和相对的表面的平行度的平面波导。
发明内容
本公开提供波导组件和制作波导组件的方法。在制造波导组件的领域中，当使用紧凑头戴式装置和类似的成像设备时尤其可在虚像传送和展示中利用该进步。
在第一示例性实施例中，用于将载像光从入耦合光学器件传送到出耦合光学器件的波导组件至少包括波导坯件，该波导坯件具有第一表面和位于距第一表面一定距离的第二表面，以产生一定厚度的坯件。该波导组件进一步包括：第一涂层，其施加到第一表面，从而形成第三表面；以及第二涂层，其施加到第二表面，从而形成第四表面。第三表面和第四表面在平坦度上小于载像光束的波长的四分之一。
在第二示例性实施例中，产生波导组件的方法包括：提供具有第一表面和第二表面的坯件；以及提供平坦表面。该方法进一步包括：将分离剂(release agent)施加到平坦表面，以及将涂层施加于分离剂之上。另外，该方法包括：将坯件的第一表面施加到涂层，其中该第一表面定位成距平坦表面预定的距离；以及使涂层固化，由此涂层与第一表面耦合。
在第三示例性实施例中，产生波导组件的方法包括：提供具有第一表面和第二表面的坯件，以及提供平坦表面。该方法进一步包括：将分离剂施加到平坦表面，以及将涂层施加到坯件的第一表面。另外，该方法包括：将平坦表面下降到涂层中，其中坯件的第一表面定位成距平坦表面预定的距离，并且其中坯件经由涂层悬挂于平坦表面。该方法还包括：使涂层固化，由此涂层与坯件的第一表面耦合。
附图说明
附图作为本说明书的部分并入在本文中。在本文中所描述的附图示出了当前所公开的主题的实施例，并且说明了本公开的所选择的原理和教导。然而，附图没有示出当前所公开的主题的所有的可能的实施方式，并且不意图以任何方式限制本公开的范围。
图1示出根据本公开的实施例的提供一维光瞳扩展的图像光导的截面视图；
图2示出根据本公开的实施例的提供二维光瞳扩展的图像光导的透视图；
图3A示出具有非平坦的面表面的波导坯件的侧视图；
图3B示出根据本公开的实施例的具有经涂覆的一个面表面的波导坯件的侧视图；
图3C示出根据本公开的实施例的具有经涂覆的两个面表面和在外表面中的一个上的衍射光学器件的波导坯件的侧视图；
图4A-C示出根据本公开的实施例的具有经涂覆的表面的波导坯件的侧视图；
图4D示出根据本公开的实施例的具有经涂覆的表面的波导坯件的侧视图；
图5A-5B示出根据本公开的实施例的具有经涂覆的表面的波导坯件的截面视图；以及
图6A-C示出根据本公开的实施例的具有经涂覆的两个表面的波导坯件的侧视图。
具体实施方式
将理解的是，除了明确地指出为相反的情况之外，本发明可采取各种备选的取向和步骤顺序。还将理解的是，在附图中示出并且在以下的说明书中描述的具体的组件和系统仅仅是在本文中所限定的发明构思的示例性实施例。因此，与所公开的实施例相关的具体的尺寸、方向或其它物理特性将不被视为限制性的，除非明确地另有陈述。而且，在本文中所描述的多种实施例中的相似元件可通常在本申请的这一部分内利用相似的参考标号标记(尽管可能并非如此)。
用语“图像光导”、“波导”、“平行板波导”以及“平面波导”被视为同义的，并且在本文中可互换地使用。
作为实像投影的备选方案，光学系统能够产生虚像显示。相比于用于形成实像的方法，虚像不在显示表面上形成。即，如果显示表面定位于所感知的虚像位置处，将不会在该表面上形成图像。对于增强现实展示来说，虚像显示具有许多固有优点。例如，虚像的表观尺寸不受显示表面的尺寸或位置限制。另外，用于虚像的来源物体可为小型的；例如，放大镜提供物体的虚像。相比于投影实像的系统，能够通过形成显得离开一定距离的虚像来提供更真实的观看体验。提供虚像还消除了补偿屏幕伪影(如在对实像进行投影时可能必需的那样)的需要。
如在图1中所示出的那样，单眼型图像光导10可包括平面波导组件22，该平面波导组件22具有透明基底S、成平行面的内表面12和外表面14、入耦合衍射光学器件IDO以及出耦合衍射光学器件ODO。在该示例中，入耦合衍射光学器件IDO被示出为布置于平面波导组件22的内表面12上的反射型衍射光栅，该平面波导组件22的内表面12与平面波导组件22的外表面14相对，载像光WI通过该反射型衍射光栅接近平面波导组件22。然而，入耦合衍射光学器件IDO能够备选地为透射衍射光栅、体积全息图(volume hologram)或其它全息衍射元件，或者为入射的载像光WI提供衍射的其它类型的光学构件。入耦合衍射光学器件IDO能够位于平面波导组件22的内表面12或外表面14上，并且能够具有成组合的透射或反射类型，其取决于方向(载像光WI从该方向接近平面波导组件22)。
在用作虚拟显示系统的部分时，入耦合衍射光学器件IDO使来自实像源、虚像源或混合图像源(未示出)的载像光WI耦合到平面波导组件22的基底S中。任何实像或像维度首先被转换(例如，朝向焦点会聚)成交叠的角度相关射束阵列，其与用于展示到入耦合衍射光学器件IDO的虚像的不同像素对应。典型地，形成一个角度相关射束中的每束内的光线平行地延伸，但角度相关射束通过通过角度彼此相对地倾斜，所述角度可限定在对应于图像线性尺寸的两个角度维度中。
载像光WI被衍射(大体上通过第一衍射级)，并且由此由入耦合衍射光学器件IDO重新定向到平面波导组件22中作为载像光WG，以用于通过全内反射(TIR)来沿着平面波导组件22进一步传播。尽管根据由TIR设定的边界被衍射成角度相关光束的不同组合，载像光WG以编码形式保留图像信息，该编码形式可从入耦合衍射光学器件IDO的参数导出。出耦合衍射光学器件ODO接收经编码的载像光WG，并且将载像光WG从平面波导组件22向外朝向观看者的眼睛的意图位置衍射(也大体上通过第一衍射级)为载像光WO。大体上，出耦合衍射光学器件ODO被设计成关于入耦合衍射光学器件IDO对称，以在所输出的载像光WO的角度相关射束之间恢复载像光WI的原始角度关系。另外，出耦合衍射光学器件ODO能够改变原始场点的位置角度关系，从而产生聚焦于有限距离处的输出虚像。
出耦合衍射光学器件ODO被示出为布置于平面波导组件22的内表面12上的透射型衍射光栅。然而，类似于入耦合衍射光学器件IDO，出耦合衍射光学器件ODO能够位于平面波导组件22的内表面12或外表面14上，并且能够具有成组合的透射或反射类型，其支持所意图的方向(载像光WO通过该方向离开平面波导组件22)。
为了增加在所谓的适眼区E(在适眼区E内能够看到虚像)中的角度相关射束之间的一个交叠维度，出耦合衍射光学器件ODO被布置成与载像光WG多次相遇并且在每次相遇时仅衍射载像光WG的部分。沿着出耦合衍射光学器件ODO的长度的多次相遇具有如下的效果：扩大载像光WO的每个角度相关射束中的一个维度，由此扩展适眼区E(射束在该适眼区E内交叠)的一个维度。经扩展的适眼区E降低对观看者观看虚像的眼睛的位置的敏感性。
如在图2中所示出的那样，在实施例中，图像光导20布置成用于使适眼区74在两个维度上(即，沿着所意图的图像的x轴线和y轴线两者)扩展。为了实现第二维度的射束扩展，入耦合衍射光学器件IDO取向成围绕光栅矢量k1朝向中间衍射光学器件衍射载像光WI。在实施例中，中间衍射光学器件可为转向光学器件TO，该转向光学器件TO的光栅矢量k2取向成以反射模式朝向出耦合衍射光学器件ODO衍射载像光WG。与转向光学器件TO的多次相遇中的每一次仅衍射部分载像光WG，由此横向地扩展接近出耦合衍射光学器件ODO的载像光WG的角度相关射束中的每个。转向光学器件TO将载像光WG重新定向成朝向出耦合衍射光学器件ODO(该出耦合衍射光学器件ODO具有光栅矢量k3)的方向，以用于在载像光WG离开平面波导22作为载像光WO之前，在第二维度中纵向地扩展该载像光WG的角度相关射束。光栅矢量(诸如，所描绘的光栅矢量k1、k2以及k3)在与平面波导22平行的平面上，并且指向正交于衍射光学器件的衍射特征(例如，槽、线或划线)的方向，并且具有与衍射光学器件IDO、TO以及ODO的周期或节距d(即，槽之间的在中心上的距离)成反比的大小。
在实施例中，如在图2中所示出的那样，图像光导20的入耦合衍射光学器件IDO接收入射的载像光WI，其包含成组的角度相关射束，所述成组的角度相关射束对应于由图像源16生成的图像内的各个像素或等效位置。用于产生虚像的角度编码射束的全范围能够由真实显示器连同聚焦光学器件生成、由用于更直接地设定射束的角度的射束扫描仪生成，或由组合(诸如与一维扫描仪一起使用的一维真实显示器)生成。图像光导20通过提供载像光WG与转向光学器件TO和出耦合衍射光学器件ODO两者在不同取向上的多次相遇来在图像的两个维度中输出经横向地扩展的成组的角度相关射束。在平面波导组件22的原始取向上，转向光学器件TO在y轴线方向上提供射束扩展，并且出耦合衍射光学器件ODO在x轴线方向上提供类似的射束扩展。两个衍射光学器件IDO和ODO以及转向光学器件TO的反射率特性和相应的周期d连同它们的相应光栅矢量的取向在两个维度中提供射束扩展，同时基本上保留载像光WI的角度相关射束之间的意图关系，该载像光WI从图像光导20输出为载像光WO。
当输入到图像光导20中的载像光WI由入耦合衍射光学器件IDO编码成不同的成组的角度相关射束时，能够通过解释(account for)入耦合衍射光学器件IDO的系统效应来基本上保留重建图像所需要的信息。位于入耦合衍射光学器件IDO与出耦合衍射光学器件ODO之间的中间位置处的转向光学器件TO能够被布置成使得它不会引起对载像光WG的编码的显著改变。照此，出耦合衍射光学器件ODO能够以关于入耦合衍射光学器件IDO对称的方式布置。在实施例中，出耦合衍射光学器件ODO可包括衍射特征，该衍射特征与入耦合衍射光学器件IDO的衍射特征共享相同的周期。类似地，在实施例中，转向光学器件TO的周期也能够匹配入耦合衍射光学器件IDO和出耦合衍射光学器件ODO的公共周期。
在实施例中，如在图2中所示出的那样，转向光学器件TO的光栅矢量k2可以以45度相对于其它光栅矢量取向。在另一实施例中，转向光学器件光栅矢量k2能够对于入耦合衍射光学器件IDO和出耦合衍射光学器件ODO的光栅矢量k1和k3以60度取向，使得载像光WG转动120度。通过使转向光学器件光栅矢量k2相对于入耦合衍射光学器件IDO和出耦合衍射光学器件ODO的光栅矢量k1和k3以60度取向，光栅矢量k1和k3也相对于彼此以60度取向。通过使光栅矢量大小基于由转向光学器件TO以及入耦合衍射光学器件IDO和出耦合衍射光学器件ODO共享的公共节距，三个光栅矢量k1、k2以及k3(作为有向线段)形成等边三角形，并且总和为零矢量大小，这避免了不对称效应(不对称效应可入射有害的像差，包括色散)。
衍射到平面波导组件22中的载像光WI由入耦合光学器件有效地编码。在其它实施例中，入耦合光学器件可包括但不限于光栅、全息图、棱镜或反射镜。发生在输入处的光的任何反射、折射和/或衍射必须由出耦合光学器件对应地解码，以重新形成表现给观看者的虚像。放置于入耦合衍射光学器件IDO与出耦合衍射光学器件ODO之间的中间位置处的转向光学器件TO能够被设计成并且取向成使得它不会在经编码的光上引起任何实质性改变。出耦合衍射光学器件ODO将载像光WG解码成其角度相关射束的原始或期望形式(所述角度相关射束已被扩展，以填充适眼区74)。无论是否在转向光学器件TO与入耦合衍射光学器件IDO和出耦合衍射光学器件ODO之间维持了任何对称性，或无论是否沿着平面波导22发生了对载像光WI的角度相关射束的编码的任何改变，转向光学器件TO与入耦合衍射光学器件IDO和出耦合衍射光学器件ODO都可为相关的，使得从平面波导组件22输出的载像光WO保留或以其它方式维持载像光WI的原始或期望的形式，以用于利用交叠的载像光束WO来产生所意图的虚像。
继续参考图2，字母“R”呈现对观看者(该观看者的眼睛在适眼区74中)可见的虚像的取向。如所示出的那样，字母“R”在所呈现的虚像中的取向匹配如由载像光WI编码的那样的字母“R”的取向。入射的载像光WI相对于x-y平面围绕z轴线的旋转或角取向中的改变引起来自出耦合衍射光学器件ODO的出射光WO的旋转或角取向中的对应的对称改变。从图像取向的方面来看，转向光学器件TO能够作为某种类型的光学中继起作用，进而提供载像光WG的角度编码射束沿着图像的一个轴线(例如，沿着y轴线)的扩展。出耦合衍射光学器件ODO进一步使载像光WG的角度编码射束沿着图像的另一个轴线(例如，沿着x轴线)扩展，同时维持由载像光WI编码的虚像的原始取向。类似于入耦合衍射光学器件IDO和出耦合衍射光学器件ODO，转向光学器件TO可采取若干种形式。在实施例中，转向光学器件TO可为倾斜光栅。在另一实施例中，转向光学器件TO可为正方形光栅。在另一实施例中，转向光学器件TO可为闪耀光栅。在转向光学器件TO的任何实施例中，转向光学器件TO可布置于平面波导22的内表面或外表面上。
在图2中所描绘的图像光导20可为在HMD中使用的类型，其用于向观看者提供图像内容。图像光导20也特别良好地适合于增强现实应用，在所述增强现实应用中，虚像内容能够叠加于真实世界视图(如通过透明平面波导组件22所看到的那样)上。
如以上所描述的那样，载像光WI由入耦合光学器件IDO编码为载像光WG，该载像光WG进一步通过全内反射(TIR)来沿着平面波导组件22传播。如果平面波导组件22的表面非平坦和/或彼此不平行，则经编码的载像光WG在表面12、14处每次TIR时劣化。在出耦合光学器件ODO解码载像光WG并且载像光WG通过出耦合光学器件ODO离开平面波导组件22以成为载像光WO时，经编码的载像光WG的劣化可引起作为结果的虚像的图像质量显著地劣化。为了减少虚像质量的该种劣化，平面波导组件22可由若干层构成。
如在图3A中所示出的那样，在实施例中，波导坯件52可包括第一表面54和第二表面56。在实施例中，波导坯件52是经抛光的光学透明的基底。如在图3A中所示出的那样，第一表面54和第二表面56可非平坦，并且可彼此不平行。在实施例中，波导坯件52的厚度可在0.5至2.5mm厚的范围内。波导坯件52可由诸如玻璃或聚合物的材料形成，但不限于所述材料。在实施例中，波导坯件52的折射率可在1.5至2.0的范围内。由于在连续TIR的通过平面波导组件22传送所编码的图像WG中积聚的角度误差，将潜在地非平坦、不平行的波导坯件52用作平面波导组件将导致所产生的虚像的显著劣化。即，在载像光WG与波导的表面54、56的每次TIR相互作用时，波导22的非平坦和/或不平行的表面54、56将使载像光WG的编码劣化。
随着波导坯件52变薄，对于波导坯件表面54、56来说，倾向是变得平行或平坦中的一者，而非两者。可利用高压压印方法以用于产生入耦合光学器件IDO和出耦合光学器件ODO。然而，在尝试在第一表面54上生产平坦压印层时，高压压印方法使波导坯件52变形。另外，常规高压压印方法将薄的、均匀的压印层施加到波导坯件52的仅一个表面54、56，从而允许波导坯件52恢复其原始的——不均匀的——形状。
如在图4A-6C中所示出的那样，低压压印方法可替代用来在一个或两个波导坯件表面54、56上产生入耦合光学器件IDO和出耦合光学器件ODO。低压压印层58可施加到波导坯件52的第一表面54，以填充空洞并且移除第一表面54的光功率(optical power)。然后，具有压印层58的波导坯件52可接纳施加到波导坯件表面56的低压压印层64(还参见图3C)，以产生具有平坦且平行的表面的波导组件22。衍射光栅能够被包括在压印层58、64中的任一者中、两者中，或不被包括在压印层58、64中的任一者中。
如在图3B中所示出的那样，在实施例中，低压压印层58可为率匹配涂层，并且可施加到波导坯件52的第一表面54。率匹配涂层58近似地匹配波导坯件52的折射率。在实施例中，率匹配涂层58的折射率可在波导坯件52的折射率的5%内。率匹配涂层58的面表面14是平坦的，以致于在通过波导透射的载像光的波长的四分之一(¼)内。在实施例中，率匹配涂层面表面14可为平坦的，以致于在532nm内。在实施例中，率匹配涂层面表面14可在入耦合衍射光学器件IDO与出耦合衍射光学器件ODO之间具有0.15微米或小于0.15微米的表面偏差。另外，在实施例中，率匹配涂层面表面14可具有在450nm/4至650nm/4之间的平坦度规格。进一步，在实施例中，率匹配涂层58可为经紫外光(“UV”)固化的环氧树脂或其它的透明材料。例如，率匹配涂层58可为但不限于诺兰光学粘附剂(Norland Optical Adhesive,NOA)、LumipluS®透明树脂、聚合物层或类似的产品。
如在图3C中所示出的那样，在低压压印方法的实施例中，波导坯件52可具有施加到第一表面54的率匹配涂层58，并且低压压印层64可施加到第二表面56。低压压印层64可为率匹配涂层64。在实施例中，率匹配涂层58、64的折射率可在波导坯件52的折射率的1%内。在另一实施例中，率匹配涂层58、64的折射率可在波导坯件52的折射率的0.5%内。率匹配涂层64的面表面12可为平坦的，以致于在与波导一起使用的波长的¼内。在实施例中，率匹配涂层面表面12可为平坦的，以致于在532nm内。在另一实施例中，率匹配涂层表面12可在入耦合衍射光学器件IDO与出耦合衍射光学器件ODO之间包括小于0.15微米的表面偏差。率匹配涂层64也可为经UV固化的环氧树脂。例如，率匹配涂层64可为但不限于诺兰光学粘附剂(Norland Optical Adhesive, NOA)、聚合物层或LumipluS®透明树脂。在实施例中，面表面12与平行于面表面14的偏差可小于6弧秒。
在实施例中，衍射光学元件IDO、ODO、TO可压印到率匹配涂层58上或压印到率匹配涂层58中。在实施例中，如在图3C中所示出的那样，衍射光学元件IDO、ODO、TO可压印到率匹配涂层64上或压印到率匹配涂层64中。在另一实施例中，不将衍射光学元件压印到率匹配涂层58、64上或压印到率匹配涂层58、64中。
在实施例中，率匹配涂层64可为适合于记录全息图的乳剂。因此，入耦合光学器件IDO可为适合于对入射的载像光WI进行入耦合的嵌入式全息摄影光学元件。
波导坯件52可为组件，其包括嵌入式衍射光学元件和/或一个或多个分束器，或一个或多个体积全息图，和/或全息地形成的聚合物分散液晶(HPDLC)或用于对入射的载像光WI进行入耦合并且对载像光WG进行出耦合的其它已知的结构。在这样的构造中，率匹配涂层58、64可不具有形成于其中或其上的任何额外的衍射元件。
在实施例中，如在图4A-4D中所示出的那样，制造波导组件22的低压压印方法可包括(1)将分离剂70施加到表面板74的面向下方的平坦表面72。表面板74被悬挂或取向成使得平坦表面72被设置成与地面平行。换而言之，平坦表面72被设置成垂直于作用在表面板74上的重力矢量G。在实施例中，分离剂70是氟硅烷材料。在实施例中，表面板74包括比波导坯件52更厚的块状物，使得表面板74的尺寸在波导组件22的制造期间提供稳定性。在实施例中，表面板的平坦表面72在532nm下可具有λ/4的平坦度。
波导组件22的制造还可包括(2)将一定量的率匹配涂层58施加到波导坯件的第一表面54。波导坯件的第一表面54处于面向上方的状态，并且大体上与地面平行地设置。在实施例中，波导坯件52可最初位于工作台或工作表面上。表面板74(其具有被施加到其的分离剂70)然后(3)下降到被施加到波导坯件的第一表面54的率匹配涂层58中，(4)并且波导坯件的第一表面54可定位成距平坦表面72预定的距离。在实施例中，将波导坯件的第一表面54定位成距平坦表面72预定的距离可另外包括(5)测量波导坯件的第一表面54到平坦表面72的距离。表面板74(该表面板74使波导坯件52与该表面板74经由指数匹配涂层58耦合)然后升高，使得波导坯件52仅经由率匹配涂层58支承于表面板74。毛细管力将率匹配涂层58吸引到波导坯件的第一表面54的周边边缘。(6)率匹配涂层58然后可固化。在实施例中，率匹配涂层58经由UV光固化。波导组件22的制造可进一步包括(7)从平坦表面72移除波导坯件52(现在该波导坯件52具有附接到其的率匹配涂层58)。
在实施例中，在率匹配涂层58固化之前，经由率匹配涂层58与表面板74耦合的波导坯件52可(8)下降到具有预定的粘度和浮力的液体80中，以进一步使波导坯件52相对于表面板的平坦表面72水平。在实施例中，液体80可为水。
在实施例中，如在图5A和图5B中所示出的那样，制造波导组件22的方法可包括提供表面板78的面向上方的平坦表面76。表面板78定位成或取向成使得平坦表面76设置成与地面和平坦表面72平行。在实施例中，表面板的面向上方的平坦表面76可包括一个或多个衍射光栅图案82、84。
(9)将更多的分离剂70施加到平坦表面76，并且将一定量的率匹配涂层64施加在分离剂70之上。波导坯件的第二表面56可施加到率匹配涂层64，或反之亦然，并且波导坯件的第二表面56可定位成距平坦表面76一定距离。可选地，可测量波导坯件的第二表面56到平坦表面76的距离，以确保期望厚度的率匹配涂层64被施加到波导坯件52。然后可将率匹配涂层64固化。波导组件22的制造可进一步包括将波导坯件52从平坦表面72、76移除(现在其中率匹配涂层58、64附接到波导坯件52的第一面表面54和第二面表面56)。
在另一实施例中，如在图6A和图6C中所示出的那样，制造波导组件22的方法可包括提供具有面向上方的平坦表面76的表面板78。分离剂70被施加到平坦表面76，并且一定量的率匹配涂层58被施加在分离剂70之上。波导坯件的第一表面54可施加到率匹配涂层58，或反之亦然，并且波导坯件的第一表面54可定位成距平坦表面76一定距离。可选地，可测量波导坯件的第一表面54到平坦表面76的距离，以确保期望厚度的率匹配涂层58被施加到波导坯件52。
在实施例中，在率匹配涂层58固化之前，经由率匹配涂层58与表面板76耦合的波导坯件52可位于真空室86内，并且承受真空或部分真空，以进一步使波导坯件52相对于表面板的平坦表面76水平。然后可例如经由暴露于紫外光来使率匹配涂层58固化。如在图6C中所示出的那样，然后可释放真空室86内的真空或部分真空，可使波导坯件52翻转，并且可以以相同方式执行将率匹配涂层64施加到第二表面56的过程。
在实施例中，表面板74、78中的一个或多个可包括可操作以使波导坯件52旋动的旋转装置。在使波导坯件的第一表面54或波导坯件的第二表面56经由率匹配涂层58、64耦合到表面板的平坦表面72、76中的一个之后，波导坯件52可经由表面板74、78旋动，使得所沉积的率匹配涂层58、64均匀地散布于第一表面54,56之上。如以上所描述的那样，率匹配涂层58、64然后可被测量(例如，为了期望的厚度)和/或固化，并且然后，率匹配涂层58、64可类似地施加到波导坯件52的相对的第一表面54,56。
有利地，本公开提供光学平面波导，其具有平坦并且彼此平行的相对的面表面，所述平坦和平行的程度比先前利用平面波导的常规制造获得的程度更高。这允许将更高质量的虚像展示给观看者。
可对在本文中所描述的实施例的一个或多个特征进行组合以产生未被描绘的额外的实施例。虽然已在上文中详细地描述了多种实施例，但应当理解的是，它们已通过示例而非限制的方式展示。将对相关领域中的技术人员显而易见的是，在不脱离所公开的本主题的范围、精神或实质特性的情况下，所公开的主题可以以其它具体的形式、变型以及改型体现。以上所描述的实施例因此将在所有方面都被视为说明性而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求书指示，并且意图将进入本发明的等价物的含义和范围内的所有改变都包含在其中。

Claims (21)

1.一种产生波导组件的方法，包括：
提供具有第一表面和第二表面的坯件，其中所述第一表面和所述第二表面不平坦或彼此不平行；
提供平坦表面；
将分离剂施加到所述平坦表面；
将涂层施加于所述分离剂之上；
将所述坯件的所述第一表面施加到所述涂层，其中所述第一表面定位成距所述平坦表面预定的距离；
测量所述坯件与所述平坦表面之间的所述距离，以确定所述涂层的厚度，以及使所述涂层固化，由此所述涂层与所述第一表面耦合。
2.根据权利要求1所述的产生波导组件的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
将所述坯件从所述平坦表面移除；
将所述分离剂施加到所述平坦表面；
将第二涂层施加于所述分离剂之上；
将所述坯件的所述第二表面施加到所述第二涂层，其中所述第二表面定位成距所述平坦表面预定的距离；以及
使所述第二涂层固化，由此所述第二涂层与所述第二表面耦合。
3.根据权利要求2所述的产生波导组件的方法，其特征在于，所述涂层是第一涂层，其中所述第一涂层包括第一折射率，并且所述第二涂层包括第二折射率。
4.根据权利要求3所述的产生波导组件的方法，其特征在于，所述第一折射率等于所述第二折射率。
5.根据权利要求2所述的产生波导组件的方法，其特征在于，所述涂层是第一涂层，并且其中所述第一涂层和所述第二涂层包括光学粘附剂。
6.根据权利要求2所述的产生波导组件的方法，其特征在于，一个或多个衍射光学器件设置于所述第二表面中。
7.根据权利要求1所述的产生波导组件的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：使所述平坦表面旋转，由此在使所述涂层固化之前，使所述涂层均匀地分散于所述坯件的所述第一表面之上。
8.根据权利要求1所述的产生波导组件的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使所述坯件承受至少部分真空，由此在使所述涂层固化之前，将所述坯件的第一表面定位成更接近与所述平坦表面平行。
9.一种产生波导组件的方法，包括：
提供具有第一表面和第二表面的坯件；
提供平坦表面；
将分离剂施加到所述平坦表面；
将涂层施加到所述坯件的第一表面；
将所述平坦表面下降到所述涂层中，其中所述坯件的第一表面定位成距所述平坦表面预定的距离；
其中，所述坯件经由所述涂层悬挂于所述平坦表面；以及
使所述涂层固化，由此所述涂层与所述坯件的第一表面耦合。
10.根据权利要求9所述的产生波导组件的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在使所述涂层固化之前，将所述坯件至少部分地下降到液体中。
11.根据权利要求9所述的产生波导组件的方法，其特征在于，毛细管力将所述涂层吸引到所述坯件的所述第一表面的周边边缘。
12.根据权利要求9所述的产生波导组件的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
提供面向所述坯件的第二表面的第二平坦表面；
将所述分离剂施加到所述第二平坦表面；
将第二涂层施加于所述分离剂之上；
将所述坯件的第二表面施加到所述第二涂层，其中所述坯件的第二表面定位成距所述第二平坦表面预定的距离；以及
使所述第二涂层固化，由此所述第二涂层与所述坯件的第二表面耦合。
13.一种根据权利要求1-12中任一项所述的方法制造的波导组件，包括：
坯件，其具有第一表面和第二表面，其中所述第二表面位于距所述第一表面一定距离处，以产生一定厚度的所述坯件；
第一涂层，其与所述第一表面耦合，其中所述第一涂层形成第三表面；
第二涂层，其与所述第二表面耦合，其中所述第二涂层形成第四表面；
其中，一个或多个衍射光学器件布置于所述第三表面或所述第四表面中的至少一者中，以及其中，所述第三表面和所述第四表面是平坦的，以致于在可操作地透射通过所述坯件的载像光束的波长的四分之一内，并且其中，所述第三表面和所述第四表面能够操作以通过全内反射来传播所述载像光束。
14.根据权利要求13所述的波导组件，其特征在于，所述第三表面与平行于所述第四表面的偏差小于六弧秒。
15.根据权利要求13所述的波导组件，其特征在于，所述第一涂层和所述第二涂层包括光学粘附剂。
16.根据权利要求15所述的波导组件，其特征在于，所述光学粘附剂包括率匹配光学环氧树脂，所述率匹配光学环氧树脂具有在所述坯件的折射率的5％内的折射率。
17.根据权利要求13所述的波导组件，其特征在于，所述一个或多个衍射光学器件包括：入耦合衍射光学器件，其布置在所述第一涂层和所述第二涂层中的至少一者中，其中，所述入耦合衍射光学器件被构造成使载像光束以角度编码形式衍射进入所波导组件；以及
出耦合衍射光学器件，其布置在所述第一涂层和所述第二涂层中的至少一者中，其中，所述出耦合衍射光学器件被构造成以角度编码形式从所述波导组件衍射所述载像光束。
18.根据权利要求13所述的波导组件，其特征在于，一个或多个衍射光学器件包括表面浮雕光栅。
19.根据权利要求13所述的波导组件，其特征在于，所述一个或多个衍射光学器件包括位于所述第二涂层与所述坯件之间的子层。
20.根据权利要求13所述的波导组件，其特征在于，所述一个或多个衍射光学器件包括体积全息图。
21.根据权利要求13所述的波导组件，其特征在于，所述一个或多个衍射光学器件包括全息地形成的聚合物分散液晶。
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