CN115803686A - 用于头戴式显示器的目镜及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种方法包括：提供晶片，晶片包括在晶片的表面的第一区域上方延伸的第一表面光栅和在晶片的表面的第二区域上方延伸的第二表面光栅；对第一表面光栅区域和第二表面光栅区域中的至少一个中的表面光栅的一部分进行去功能化；以及从晶片分割目镜，目镜包括第一表面光栅区域的一部分和第二表面光栅区域的一部分。目镜中的第一表面光栅对应于用于头戴式显示器的输入耦合光栅，以及第二表面光栅对应于用于头戴式显示器的光瞳扩展器光栅。

Description

用于头戴式显示器的目镜及其制造方法

优先权声明

本申请根据35 USC§119(e)要求2020年6月25日提交的美国专利申请序列号63/044,124的优先权益，该申请的全部内容通过引用的方式在此纳入本文。

技术领域

本公开涉及头戴式显示器，更具体地说，涉及用于头戴式显示器的目镜以及制造目镜的方法。

背景技术

诸如可穿戴显示器系统(例如，可穿戴显示器头戴式装置)的光学成像系统可以包括向用户呈现投射图像的一个或多个目镜。目镜可以使用一种或多种高折射材料的薄层来构造。作为示例，目镜可以由一层或多层高折射玻璃、硅、金属或聚合物基板构成。

可以结合使用多个目镜来投射模拟三维图像。例如，各自具有不同图案的多个目镜可以彼此层叠，并且每个目镜可以投射不同深度层的体积图像。因此，目镜可以共同地在三个维度向用户呈现体积图像。例如，这在向用户呈现“虚拟现实”环境时是有用的。

在一些情况下，目镜包括薄材料层，薄材料层包括在其相应的表面上形成的表面光栅。这些层可以通过在浇铸过程期间浇铸材料并模制表面光栅来形成。用于多个目镜的光栅可以在单个薄膜中浇铸，并且各个目镜被从浇铸膜中分割出来。

发明内容

在某些实现方式中，可穿戴显示器头戴式装置中使用的目镜使用两个表面光栅：一个用于将投射光注入到波导中(例如，输入耦合光栅)，另一个用于增加显示器出射光瞳的尺寸(例如，光瞳扩展器光栅)。这些目镜通常是从其中模制有表面光栅的主聚合物晶片分割(例如，切割)出来。这些晶片通常以由模具设定的光栅布置来浇铸，从而建立被两个表面光栅覆盖的区域、每个光栅的形状、节距(pitch)和取向，以及两个光栅区域之间的间距。

目镜表面光栅区域可以被浇铸和定向成使得可以适应(accommodate)用户瞳孔之间的宽范围距离。这种适应通过主聚合物层的浇铸来实现，主聚合物层包括用于输入耦合光栅区域和光瞳扩展器光栅区域中的一者或两者的超大尺寸的区域。然后对该超大尺寸的区域进行部分地去功能化，以减小光栅的区域，使得具有适应的不同瞳孔距离的目镜可使用单个晶片模具来适应。

本发明的各个方面概括如下。

通常，在第一方面，本发明的特征在于一种方法，包括：提供晶片，所述晶片包括在所述晶片的表面的第一区域上方延伸的第一表面光栅和在所述晶片的所述表面的第二区域上方延伸的第二表面光栅；对所述第一表面光栅区域和所述第二表面光栅区域中的至少一个中的所述表面光栅的一部分进行去功能化；以及从所述晶片分割目镜，所述目镜包括所述第一表面光栅区域的一部分和所述第二表面光栅区域的一部分。所述目镜中的所述第一表面光栅对应于用于头戴式显示器的输入耦合光栅，以及所述第二表面光栅对应于用于所述头戴式显示器的光瞳扩展器光栅。

所述方法的实施例可以包括以下特征中的一个或多个。对所述第一表面光栅或所述第二表面光栅的所述部分进行去功能化可以包括：对对应的表面光栅的所述部分进行平坦化。对所述第一表面光栅或所述第二表面光栅的所述部分进行平坦化可以包括：在所述表面光栅的对应部分上方浇铸材料。被浇铸的所述材料可以是与形成所述表面光栅的材料相同的材料。

在一些实施例中，所述方法还可以包括：在所述第一表面光栅的一部分上沉积反射材料。所述反射材料可以是金属。

所述第一表面光栅区域或所述第二表面光栅区域中的被去功能化的部分在所述表面上方的高度可以大于所述第一表面光栅特征或所述第二表面光栅特征的高度。对于所述第一表面光栅区域或所述第二表面光栅区域中的被去功能化的部分，所述被去功能化的部分的所述高度比对应的表面光栅特征的所述高度可以高出不超过100nm。

提供所述晶片可以包括：将所述第一光栅和所述第二光栅压印到所述晶片的所述表面上。替代地，提供所述晶片可以包括：浇铸具有所述第一光栅和所述第二光栅的晶片。

所述第二区域可以具有大于30mm的最小横向尺寸。

所述光瞳扩展器光栅具有30mm或更小的最大横向尺寸。

所述输入耦合光栅具有5mm或更小的最大横向尺寸。

在一些实施例中，所述方法还可以包括将所述目镜组装在头戴式显示器中。

在第二方面，本发明的特征在于一种制品，包括：由聚合物材料形成的平面波导，所述平面波导包括第一表面，所述第一表面包括：第一表面光栅；与所述第一表面光栅间隔开的第二表面光栅；以及所述第一表面光栅和所述第二表面光栅之间的平滑部分。所述平滑部分包括在第一表面高度的第一区域，所述第一光栅和所述第二光栅各自延伸到所述第一表面高度上方，并且所述平滑部分包括与所述第一表面光栅或所述第二表面光栅相邻的第二区域，所述第二区域延伸到高于所述相邻表面光栅的高度。

所述制品的实施例可以包括以下特征中的一个或多个。所述制品还可以包括由所述第一表面光栅支撑的反射层。所述第一表面光栅和所述反射层可以被配置为将入射光耦合到所述平面波导中，从而朝向所述第二表面光栅传播。

所述第二表面光栅可以被配置为将由所述波导引导的光从所述波导导出。

所述第二区域可以延伸高于所述相邻表面光栅100nm或更小。

所述第一表面光栅可以具有5mm或更小的最大横向尺寸，以及所述第二表面光栅可以具有30mm或更小的最大横向尺寸。

所述第一光栅和所述第二光栅可以间隔10mm或更大。

在第三方面，本发明的特征还在于一种包括目镜的头戴式显示器，所述目镜包括本发明的制品。所述显示器可以是虚拟视网膜显示器。

除了其他优点之外，这些实现方式可以通过允许使用单个模具几何形状制造用于不同瞳孔距离的目镜来提供制造效率。

其他优点将从说明书、附图和权利要求中显而易见。

附图说明

图1A和1B是示出了头戴式显示器的部分以及显示器的目镜与用户眼睛的对准的示意图。

图2是示出了具有多个表面光栅区域的主聚合物晶片的示例和用于多个透镜的示例分割线的示意图。

图3是示出了具有多个表面光栅区域的主聚合物晶片的示例和用于多个透镜的示例分割线的第二示意图。

图4A和4B是示出了用于对与输入耦合光栅对应的表面光栅区域进行去功能化的示例方法的示意图。

图5A和5B是示出了用于对与耦出扩展器对应的表面光栅区域进行去功能化的示例方法的示意图。

图6A-6E是示出了用于使用聚合物液滴对表面光栅区域进行去功能化的示例方法中的步骤的示意图。

图7A-7C是示出了使用加热台和具有空隙的压模(stamp)对表面光栅区域进行去功能化的示例方法中的步骤的示意图。

图8A-8C是示出了使用加热台和具有嵌入光栅的压模对表面光栅区域进行去功能化的示例方法中的步骤的示意图。

图9是示出了用于从主聚合物晶片分割多个目镜的示例方法的流程图。

在图中，相同的参考标号表示相同的元件。

具体实施方式

参考图1A，头戴式显示器系统的目镜100将来自投射器120的光引导到用户的眼睛110。投射器120和目镜100通过框架或外壳(未示出)相对于彼此以及相对于用户的眼睛110来定位。投射器120位于用户颞部旁边，并将光引导到目镜100的延伸经过用户颞部的一端。目镜100包括平面波导140、输入耦合光栅(ICG)130和耦出元件(OCE)150。

ICG 130是表面光栅，其被定位成接收来自投射器120的光，并有利于将来自投射器120的光耦入到目镜100中。ICG 130位于目镜100的最靠近投射器120的边缘处或其附近。ICG 130将来自投射器120的光引导到目镜100的平面波导基板140中的导模(guided mode)中。

ICG 130可以具有足以接收来自投射器的光的任何尺寸。在一些实施例中，横向尺寸可以在0.5mm至5.0mm的范围内(例如，1.0mm或更大、1.5mm或更大、2.0mm或更大、2.5mm或更大，例如4.0mm或更小、3.0mm或更小)。

平面波导基板140沿着目镜100在其表面通过全内反射将耦入的光引导到耦出元件(OCE)150。OCE 150是第二表面光栅，其被配置为将光从平面波导基板140中提取出来并将其重定向朝向用户的眼睛110。OCE150可以包括出射光瞳扩展器(EPE)或正交光瞳扩展器(OPE)或两者。理想地，OCE 150位于用户眼睛110的前方，因此光可以从投射器传送到眼动范围(eyebox)160，如下所述。OCE 150还可以具有横向尺寸151以适应眼动范围160的横向位置的范围。例如，OCE 150的横向尺寸151的非限制性范围可以是30mm或更小(例如，25mm或更小、20mm或更小、15mm或更小)。

眼动范围160被认为是其中可以定位用户的瞳孔112以接收从OCE150输出的光的区域。眼动范围160可以包括距平面波导基板的眼距162范围，包括但不限于5mm至25mm(例如，5至10mm、5至15mm、5至20mm、10至25mm、15至25mm、20至25mm)。

参考图1B，当被放置在头戴式显示器系统中时，一对目镜100被定位成使得横向目镜间距180适应用户瞳孔112之间的中心到中心距离，称为瞳孔间距离(IPD)190。通常，跨一组个体的IPD 190可以变化。平均而言，成年人的IPD约为62mm，但可以从约50mm至约80mm变化。

通常，目镜100可以被制造成具有在ICG 130和OCE 150之间的单个中心到中心距离170，但是具有超大尺寸的OCE 150(例如，具有36mm或更大的横向尺寸)，使得目镜可以适应IPD 190的范围。

在一些实施例中，多个目镜100可以从单个主聚合物晶片分割出来。主聚合物晶片可以包括在晶片的表面的第一区域上方延伸的第一表面光栅和在晶片的表面的第二区域上方延伸第二表面光栅。第一表面光栅区域和第二表面光栅区域可以在模制时被浇铸到主聚合物晶片中。替代地，第一表面光栅区域和第二表面光栅区域可以在模制之后被压印到主聚合物晶片中。目镜100可以从主聚合物晶片分割出来，使得它们包括OCE表面光栅区域、ICG表面光栅区域和这两个表面光栅区域之间的平滑部分。

以下描述的方法可用于使用单个主聚合物晶片模具生产具有以一个或多个不同配置和取向的一个或多个不同的OCE 150和ICG 130表面光栅区域的目镜。以此方式，可以从主聚合物晶片分割多个目镜，每个目镜上具有不同的表面光栅中心到中心距离。

例如，在一些实现方式中，主聚合物晶片可以包括超大尺寸的表面光栅区域，该超大尺寸的表面光栅区域允许在中心到中心距离的范围内的目镜分割。参考图2，示例主聚合物晶片210包括表面光栅区域，从其可以分割三个不同的目镜。主聚合物晶片210被浇铸以具有与三个OCE对应的三个表面光栅区域220。此外，主聚合物晶片210具有与三个ICG 230对应的三个超大尺寸的表面光栅区域222。表面光栅区域220和超大尺寸的表面光栅区域222由平滑部分240间隔开。通常，表面光栅区域220和超大尺寸的表面光栅区域222被压印在主聚合物晶片210的表面上。

由于表面光栅区域222是超大尺寸的(即，大于ICG 230所需的区域)，可以分割目镜以包括超大尺寸的光栅区域的不同部分，并且目镜仍在相对于目镜边缘的ICG 230的合适位置处提供光栅区域222的一部分。这在图2中示出，其中目镜200a、200b和200c被分割以在目镜的OCE之间提供三个不同的间距。具体而言，对于目镜200a，目镜被分割以包括光栅区域222的相对大的部分，从而在ICG 230和光栅区域220的中心之间产生较大间距170a。对于目镜200b，分割包括光栅区域222的中部部分，从而在ICG和光栅区域220的中心之间提供中间距170b。对于目镜200c，分割包括光栅区域222的小区域，从而对应于ICG和光栅区域220的中心之间的小间距17-c。需要注意，在每种情况下，ICG 230相对于目镜的边缘处于同一位置。如下面将更详细地描述的，在分割之前或之后，可以对位于ICG 230外部的光栅区域222的部分进行去功能化，仅留下与ICG对应的区域中的光栅。

通常，光栅区域220和222的尺寸以及它们之间的间距240可以根据目镜、ICG和OCE的尺寸和形状而适当地变化。在一些实施例中，对应于平滑部分的间距240可以是10mm或更大(例如，15mm或更大、20mm或更大)。对应于OCE的第一表面光栅区域220的直径可以在20mm至40mm的范围内(例如，22mm或更大、25mm或更大，28mm或更大，例如35mm或更小、30mm或更小)。

表面光栅区域222应足够大，以允许在多个不同位置提供ICG。因此，区域222可以具有至少一个尺寸(例如，直径)，该尺寸是ICG的最大尺寸的至少两倍(例如，3倍或更大、4倍或更大、5倍或更大)。在一些实施例中，表面光栅区域222的直径在5mm至50mm的范围内(例如，8mm或更大、10mm或更大，15mm或更大、20mm或更大，例如40mm或更小、30mm或更小)。

主聚合物晶片210可以由适合于生产具有适当表面光栅的透镜的任何聚合物材料制成。

虽然图2将表面光栅区域220和表面光栅区域222描绘为圆形，但更通常地，表面光栅区域220和222可以是任何形状(例如，圆形、正方形、三角形)。此外，虽然图2示出了从聚合物晶片210分割的三个目镜，但是晶片的尺寸可以被设置为提供少于或多于三个目镜(例如，两个、四个、五个、六个或更多)。

在从主聚合物晶片210分割目镜200之后，然后可以根据需要进一步处理目镜200，并最终将目镜200组装到头戴式显示器中。

虽然上述示例的特征在于用于ICG 130的超大尺寸的光栅区域，但其他实现方式也是可能的。例如，图3示出了具有多个表面光栅区域的主聚合物晶片310的第二示例。这里，主聚合物晶片310被浇铸以具有由平滑区域340间隔开的单个超大尺寸的表面光栅区域324和对应于ICG 330的三个另外的表面光栅。

在该示例中，目镜300a-300c被从主聚合物晶片310分割出来，以分别提供OCE350a、350b和350c，每个OCE具有不同的尺寸，并且每个OCE与ICG间隔不同的量(分别为370a、370b和370c)。超大尺寸的表面光栅区域324的尺寸和形状可以被设置为在相对于ICG的期望位置提供期望数量的具有OCE的目镜。该区域可以具有100mm或更大(例如，350mm或更大、200mm或更大)的横向尺寸。在一些实施例中，光栅区域324可以横跨晶片310的直径。

超大尺寸的表面光栅区域324被去功能化以产生具有不同横向尺寸的三个OCE350。因此，可以控制ICG 330和OCE 350之间的中心到中心距离370。图3示出了三个示例性中心到中心距离370a、370b和370c，它们可以分别对应于示例性短IPD 190、中IPD 190和长IPD 190。

应该注意，虽然前述两个示例描述了用于针对ICG或OCE形成超大尺寸的光栅，但在一些实现方式中，可以同时针对两者形成超大尺寸的光栅。

现在转到光栅去功能化的过程，这通常涉及对表面光栅结构进行平坦化，使得光栅区域的被去功能化的部分不再用作光栅。图4A和4B示出了与如上所述的图1A中所示的ICG 130对应的超大尺寸的表面区域422的金属化和去功能化的示例过程。

图4A示出了包括基板部分412的主聚合物晶片410的截面图，该基板部分412具有对应于OCE的表面光栅区域420和用于提供ICG 130的超大尺寸的表面光栅区域422。

如图4B所示，在对表面光栅区域422的部分进行去功能化之前，在对应于ICG的光栅区域422的部分423中沉积反射材料426(例如，金属)。

然后在剩余的光栅区域422上方浇铸聚合物层440，从而平坦化整个区域。通常，用于平坦化光栅区域422的聚合物具有与形成光栅区域422的材料相同或接近相同的折射率，从而对光栅进行去功能化。在一些实施例中，针对光栅和平坦化的聚合物两者使用相同的材料。

聚合物层440可以被浇铸到比金属化ICG区域423的高度更高的高度。在一些实施例中，聚合物层440可覆盖金属化ICG区域423到一深度430，该深度430在10nm至100nm的范围内，例如(例如10nm或更大、20nm或更大、30nm或更大、40nm或更大、50nm或更大，例如90nm或更小、80nm或更小、70nm或更小，60nm或更小)。

可以考虑光栅去功能化的其他实现方式。例如，图5A和5B示出了对应于OCE的超大尺寸的表面光栅区域524的去功能化的示例过程。图5A示出了由第一材料512制成的主聚合物晶片510的截面图，该主聚合物晶片510具有第一超大尺寸的表面光栅区域524和ICG530，如图3所示。

图5B示出了通过平坦化来对不需要的OCE表面光栅区域进行去功能化。超大尺寸的表面光栅区域524可以通过浇铸另一聚合物层以在选定的功能OCE区域之外进行平坦化来进行去功能化。通常，用于平坦化光栅区域524的聚合物具有与形成光栅区域524的材料相同或接近相同的折射率，从而对光栅进行去功能化。在一些实施例中，针对光栅和平坦化的聚合物两者使用相同的材料。

如图5B所示，在对超大尺寸的表面光栅区域524进行平坦化之后，可能只保留选定的OCE光栅区域550。聚合物层540可以被浇铸到比超大尺寸的表面光栅区域524的高度更高的高度。在一些实施例中，聚合物层540可覆盖超大尺寸的表面光栅区域528到如之前所述的深度530。

可能存在几种方法以通过平坦化来实现对主聚合物晶片上的光栅区域的去功能化。在一些实施例中，平坦化可以通过沉积聚合物树脂液滴并随后将液滴压入到均匀层中以对下面的光栅进行去功能化来完成。图6示出了这种去功能化方法。

图6A示出了具有表面光栅区域620的主聚合物晶片610的截面图，在表面光栅区域620上已经通过以足以填充待去功能化的区域的图案和体积沉积了多个树脂液滴635。图6B示出了具有沉积的树脂液滴635的同一主聚合物晶片610的俯视图。表面光栅区域620可以对应于如上所述的超大尺寸的ICG或OCE表面光栅区域。树脂液滴635具有与形成表面光栅区域620的材料相同或接近相同的折射率。

所描绘的过程在图6C的截面图中继续。然后使树脂液滴635与平坦表面645接触，并施加压力670，使得树脂液滴634扩散以形成被去功能化的区域655，使表面光栅区域620的一部分保持不变。然后用紫外(UV)光660固化被去功能化的区域655。

如图6D所示，然后去除平坦表面645，使被去功能化的区域655之外的选定的光栅区域620保持不变。图6E示出了在树脂液滴635已经扩散和固化以产生被去功能化的区域655之后的被去功能化的区域655的俯视示例。在一些实施例中，被去功能化的区域655可以小于总表面光栅区域620。

图7A至7C示出了对主聚合物晶片上的光栅区域进行去功能化的替代方法。所示的去功能化可以通过使用压模、加热和压力来将选定的光栅压下并平坦化到主聚合物晶片的高度来实现。

图7A示出了具有待去功能化的超大尺寸的表面光栅区域720的主聚合物晶片710的截面图。在一些实施例中，主聚合物晶片710可以在所选材料的交联阈值(例如，对于合适的基于噻吩的聚合物为70％)以下而被固化，使得材料仍然可以容易地变形。

参考图7B，主聚合物晶片710与加热台780接触。在一些实施例中，台780可以被加热到60℃至120℃之间(例如，60℃至100℃之间、60℃至80℃之间、80℃至100℃之间、80℃至120℃之间)的范围。台780被加热到使得主聚合物晶片710材料可以在压力下变形而不使超大尺寸的表面光栅区域720熔化的温度。

具有空隙750的压模790被定位在主聚合物晶片710上方，以使空隙750与超大尺寸的表面光栅区域720的选定区域对准。压模790被示出具有比超大尺寸的表面光栅区域720更大的横向尺寸。通常，压模可以由足够硬度的材料制成，以便平坦化超大尺寸的表面光栅区域720而其自身不会变形(例如，金属)。

图7B的空隙750的深度大于超大尺寸的表面光栅区域720。以此方式，在施加压力之后，空隙750下方的超大尺寸的表面光栅区域710保持不变。压模790被示出为具有一个空隙750，但是可以存在更多个(例如，两个、三个、四个或更多个)，具体取决于需要多少离散的光栅区域。

压模790与主聚合物晶片710接触，同时晶片被加热台780加热。施加足够的压力770以使得与压模790接触的超大尺寸的表面光栅区域720(即，未与空隙750对准)的一部分平坦化，以对这些区域进行去功能化。

如图7C所示，从主聚合物晶片710上去除压模790，并且从台780上去除主聚合物晶片710，仅留下选定的表面光栅区域721。

尽管图7A-7C示出了具有均匀深度的单个空隙750的压模790，使得与空隙对准的光栅的部分不变形，但是在一些实施例中，空隙750可以被设计成将与最初浇铸到主聚合物晶片710中的图案不同的图案压印到超大尺寸的表面光栅区域720中。

例如，压模中的光栅嵌入可用于修改或代替主聚合物晶片的超大尺寸的表面光栅区域的一部分。嵌入光栅可以具有不同于最初浇铸到主聚合物晶片中的超大尺寸的表面光栅区域的节距、深度、占空比或取向。在一些实施例中，嵌入光栅可以包括这些修改的组合。使用带有嵌入光栅的压模可以对超大尺寸的表面光栅区域的一部分进行去功能化，同时使剩余部分重新功能化。图8A-8C示出了具有用于修改主聚合物晶片的超大尺寸的表面光栅区域的嵌入光栅的压模。

图8A示出了具有待修改的超大尺寸的表面光栅区域820的主聚合物晶片810的截面图。图8B示出了具有嵌入光栅852的压模890被定位在主聚合物晶片810上方，使得嵌入光栅852与待重新功能化的超大尺寸的表面光栅区域820的选定部分对准。压模890被示出为具有一个嵌入光栅852，尽管通常是这种情况，但是压模890可以具有多于一个的嵌入光栅852(例如，两个、三个或四个或更多个)。在一些实施例中，压模890可以具有嵌入光栅和均匀空隙的组合。

然后使压模890接触在台880上被加热的主聚合物晶片810。向压模890施加压力870，以对未位于嵌入光栅852下方的超大尺寸的表面光栅区域820进行去功能化，并使剩余的表面光栅区域821重新功能化。

如图8C所示，然后从主聚合物晶片810上去除压模890，并且从台880上去除主聚合物晶片810，仅留下具有被重新功能化的表面光栅区域821的主聚合物晶片810。

图9概括了上述过程，其示出了用于从主聚合物晶片产生多个目镜的示例分割过程900的流程图。分割过程900开始于浇铸具有与ICG或OCE所需的光栅对应的一个或多个超大尺寸的表面光栅区域的主聚合物晶片(902)。包括超大尺寸的ICG光栅的主聚合物晶片的示例在图2中示出，包括超大尺寸的OCG光栅的示例在图3中示出。这些超大尺寸的表面光栅区域可提供对最终目镜中的一个或多个设计参数的控制，该一个或多个设计参数包括变化的IPD长度、OCG直径或中心到中心距离。

然后对主聚合物晶片210上的一个或多个表面光栅区域进行去功能化(904)。对具有超大尺寸的ICG表面光栅区域的主聚合物晶片的去功能化过程通过对选定的表面光栅区域进行金属化并浇铸新的聚合物材料以覆盖该表面光栅区域来完成。对具有超大尺寸的OCE表面光栅区域的主聚合物晶片的去功能化过程可以通过浇铸新的聚合物材料或者通过使用加热支架和压模来完成。

具有超大尺寸的ICG表面光栅区域的主聚合物晶片首先使得其区域的一部分被金属化(906)，该部分对应于来自投射器的光输入。金属化区域被进一步定位以在分割之后控制ICG和OCE之间的中心到中心距离。

在对超大尺寸的ICG表面光栅区域的一部分进行金属化之后，通过将新的聚合物材料浇铸到足以覆盖金属化区域并平坦化剩余表面光栅的深度来对剩余区域进行去功能化(907)。

现在转到被浇铸以具有一个或多个超大尺寸的OCE表面光栅区域的主聚合物晶片，通过平坦化来对光栅区域的部分进行去功能化(908)。平坦化可以通过加热和压力的组合或在选定的区域上方浇铸新的聚合物材料来完成。

如图6A-6E所示，对超大尺寸的OCE表面光栅区域的一部分进行平坦化的第一示例通过沉积树脂液滴来实现。树脂液滴的图案被沉积在选定的部分上，并被压制成具有平坦表面的平面层。然后用UV光固化树脂并去除平坦表面，从而对超大尺寸的OCE表面光栅区域的选定区域进行去功能化。

替代地，对超大尺寸的OCE表面光栅区域的一部分进行平坦化通过使用压模来完成，如图7A-7C和图8A-8C所示。在两个示例中，将具有待去功能化的超大尺寸的OCE表面光栅区域的主聚合物晶片放置在加热台上，并对其加热到晶片的聚合物材料可延展的温度。然后将压模放置在待去功能化的表面光栅区域上方。在图7A-7C的示例中，压模包括深度大于超大尺寸的表面光栅区域的空隙，以使光栅区域的选定部分保持不被修改。图8A-8C的示例包括一个或多个嵌入光栅图案，以对部分进行去功能化并使剩余的表面光栅区域重新功能化。

然后使压模与主聚合物晶片接触，并施加压力以对未位于空隙下方的选定的表面光栅区域进行去功能化，或者可选地，对嵌入光栅下方的区域进行重新功能化。然后去除压模，留下选定的表面光栅区域或者被新重新功能化的表面光栅区域。

在一个或多个超大尺寸的表面光栅区域的去功能化之后，然后从主聚合物晶片分割一个或多个目镜(910)。通常，可以分割目镜以控制ICG和OCE之间的间距以及OCE在目镜区域内的定位以考虑特定IPD。然后，可以根据需要进一步处理目镜，并将目镜组装到头戴式显示器中。

已经描述了许多实施例。其他实施例在以下权利要求中。

Claims (24)

1.一种方法，包括：

提供晶片，所述晶片包括在所述晶片的表面的第一区域上方延伸的第一表面光栅和在所述晶片的所述表面的第二区域上方延伸的第二表面光栅；

对所述第一表面光栅区域和所述第二表面光栅区域中的至少一个中的所述表面光栅的一部分进行去功能化；以及

从所述晶片分割目镜，所述目镜包括所述第一表面光栅区域的一部分和所述第二表面光栅区域的一部分，

其中，所述目镜中的所述第一表面光栅对应于用于头戴式显示器的输入耦合光栅，以及所述第二表面光栅对应于用于所述头戴式显示器的光瞳扩展器光栅。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述第一表面光栅或所述第二表面光栅的所述部分进行去功能化包括：对对应的表面光栅的所述部分进行平坦化。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，对所述第一表面光栅或所述第二表面光栅的所述部分进行平坦化包括：在所述表面光栅的对应部分上方浇铸材料。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，被浇铸的所述材料是与形成所述表面光栅的材料相同的材料。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述材料是聚合物材料。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，还包括：在所述第一表面光栅的一部分上沉积反射材料。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述反射材料是金属。

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的方法，其中，所述第一表面光栅区域或所述第二表面光栅区域中的被去功能化的部分在所述表面上方的高度大于所述第一表面光栅特征或所述第二表面光栅特征的高度。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，对于所述第一表面光栅区域或所述第二表面光栅区域中的被去功能化的部分，所述被去功能化的部分的所述高度比对应的表面光栅特征的所述高度高出不超过100nm。

10.根据权利要求1-9中的任一项所述的方法，其中，提供所述晶片包括：将所述第一光栅和所述第二光栅压印到所述晶片的所述表面上。

11.根据权利要求1-10中的任一项所述的方法，其中，提供所述晶片包括：浇铸具有所述第一光栅和所述第二光栅的晶片。

12.根据权利要求1-11中的任一项所述的方法，其中，所述第二区域具有大于30mm的最小横向尺寸。

13.根据权利要求1-12中的任一项所述的方法，其中，所述光瞳扩展器光栅具有30mm或更小的最大横向尺寸。

14.根据权利要求1-13中的任一项所述的方法，其中，所述输入耦合光栅具有5mm或更小的最大横向尺寸。

15.根据权利要求1-14中的任一项所述的方法，还包括：将所述目镜组装在头戴式显示器中。

16.一种制品，包括：

由聚合物材料形成的平面波导，所述平面波导包括第一表面，所述第一表面包括：

第一表面光栅；

与所述第一表面光栅间隔开的第二表面光栅；以及

所述第一表面光栅和所述第二表面光栅之间的平滑部分，

其中，所述平滑部分包括在第一表面高度的第一区域，所述第一光栅和所述第二光栅各自延伸到所述第一表面高度上方，并且所述平滑部分包括与所述第一表面光栅或所述第二表面光栅相邻的第二区域，所述第二区域延伸到高于所述相邻表面光栅的高度。

17.根据权利要求16所述的制品，还包括：由所述第一表面光栅支撑的反射层。

18.根据权利要求17所述的制品，其中，所述第一表面光栅和所述反射层被配置为将入射光耦合到所述平面波导中，从而朝向所述第二表面光栅传播。

19.根据权利要求16-18中的任一项所述的制品，其中，所述第二表面光栅被配置为将由所述波导引导的光从所述波导导出。

20.根据权利要求16-19中的任一项所述的制品，其中，所述第二区域延伸高于所述相邻表面光栅100nm或更小。

21.根据权利要求16-20中的任一项所述的制品，其中，所述第一表面光栅具有5mm或更小的最大横向尺寸，以及所述第二表面光栅具有30mm或更小的最大横向尺寸。

22.根据权利要求16-21中的任一项所述的制品，其中，所述第一光栅和所述第二光栅间隔10mm或更大。

23.一种包括目镜的头戴式显示器，所述目镜包括根据权利要求16所述的制品。

24.根据权利要求23所述的头戴式显示器，其中，所述显示器是虚拟视网膜显示器。

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