CN116391118A - 用于光学装置的透视计量系统、设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开案的实施方式关于用于增强、虚拟及/或混合现实应用的光学装置。在一或多个实施方式中，光学装置计量系统经配置以测量光学装置的多个透视指标。

Description

用于光学装置的透视计量系统、设备及方法
技术领域
本公开案的实施方式涉及用于增强、虚拟及/或混合现实应用的光学装置。在一或多个实施方式中，光学装置计量系统经配置以测量光学装置的多个透视指标。
现有技术的描述
虚拟现实大体被视为计算机所产生的仿真环境，其中用户具有表观的实体存在。虚拟现实体验可以3D形式产生，并用头戴式显示器(head-mounted display；HMD)观看，诸如，眼镜或其他可穿戴的显示设备，所述显示设备具有近眼显示面板作为透镜以显示替代实际环境的虚拟现实环境。
然而，增强现实实现了一种体验，使用者在其中仍可透视眼镜或其他HMD装置的显示透镜以检视周围环境，还亦可看到为显示而产生的虚拟对象的图像，并作为环境的一部分出现。增强现实可包括任何类型的输入，诸如，音频及触觉输入，以及强化或增强使用者所体验的环境的虚拟图像、图形及视频。作为新兴技术，增强现实面临许多挑战及设计限制。
一个此种挑战为显示叠加在周围环境上的虚拟图像。增强型波导组合器用以辅助叠加图像。已产生的光输入耦合至增强型波导组合器中，经由增强型波导组合器传播，自增强型波导组合器输出耦合，并叠加在周围环境上。使用表面浮雕光栅使光耦合至增强型波导组合器中及耦合出增强型波导组合器。可能无法充分控制输出耦合的光的强度。
因此，此项技术中需要光学装置计量系统及方法。
发明内容
本公开案的实施方式关于用于增强、虚拟及/或混合现实应用的光学装置。在一或多个实施方式中，光学装置计量系统经配置以测量光学装置的多个透视指标。
在一个实施中，一种光学装置计量系统包括经配置以沿载物台路径移动托盘的载物台、安装在载物台路径上方且经配置以将上部光束导向载物台路径的第一光引擎，及安装在载物台路径下方且经配置以将下部光束导向载物台路径的第二光引擎。所述光学装置计量系统包括安装在载物台路径上方且经配置以接收自载物台路径投射的投射光束的检测器，及与载物台、第一光引擎、第二光引擎及所述检测器通讯的控制器。所述控制器包括指令，当被执行时，所述指令导致载物台将光学装置定位在第二光引擎上方以使光学装置与第二光引擎对准，且第二光引擎自第二光引擎引导第一光束并导向光学装置。所述指令亦导致检测器撷取自光学装置投射作为第一投射光束的第一光束的多个第一图像，且载物台将光学装置定位成远离第二光引擎以使光学装置不与第二光引擎对准。所述指令亦导致第二光引擎自第二光引擎引导第二光束并导向检测器，检测器撷取第二光束的多个第二图像，且比较多个第二图像与多个第一图像以确定光学装置的透视穿透率指标。
在一个实施中，一种光学装置计量系统包括经配置以沿载物台路径移动托盘的载物台，及安装在载物台路径上方且经配置以将上部光束导向载物台路径的第一光引擎。所述光学装置计量系统包括安装在载物台路径下方且经配置以将下部光束导向载物台路径的第二光引擎，及安装在载物台路径上方且经配置以接收自载物台路径投射的投射光束的检测器。检测器与第二光引擎对准且未对准第一光引擎。
在一个实施中，一种分析光学装置的方法包括将光学装置定位在光引擎上方以使所述光学装置与所述光引擎对准，及自光引擎引导第一光束并导向光学装置。所述方法包括使用检测器撷取自光学装置投射作为第一投射光束的第一光束的多个第一图像，及将光学装置定位成远离光引擎以使光学装置不与光引擎对准。所述方法包括自光引擎引导第二光束并导向检测器，撷取第二光束的多个第二图像，及比较多个第二图像与多个第一图像以确定光学装置的透视穿透率指标。
附图说明
因此，可详细地理解本公开案的上述特征的方式，可通过参考实施方式来获得以上简要概述的本公开案的更特定描述，一些实施方式在附图中绘示。然而，应注意，附图仅绘示例示性实施方式，且因此不应视为对本公开案的范围的限制，且可允许其他同等有效的实施方式。
图1A为根据一个实施的基板的透视正面图。
图1B为根据一个实施的光学装置的透视正面图。
图2为根据一个实施的光学装置计量系统的示意图。
图3A为根据一个实施的图2中所示的第一子系统的示意性局部横截面图。
图3B为根据一个实施的图2中所示的第二子系统的示意性局部横截面图。
图3C为根据一个实施的图2中所示的第三子系统的示意性局部横截面图。
图4A为根据一个实施的图2及图3A中所示的第一子系统的配置的示意图。
图4B为根据一个实施的图2及图3A中所示的第一子系统的配置的示意图。
图4C为根据一个实施的图2及图3A中所示的第一子系统的配置的示意图。
图4D为根据一个实施的图2及图3A中所示的第一子系统的配置的示意图。
图4E为根据一个实施的图2及图3B中所示的第二子系统的配置的示意图。
图4F为根据一个实施的图2及图3C中所示的第三子系统的配置的示意图。
图4G为根据一个实施的图2及图3C中所示的第三子系统的配置的示意图。
图5为根据一个实施的图像的示意图。
图6A至图6C为根据一个实施的图像的示意图。
图7A至图7C为根据一个实施的图像的示意图。
图8为根据一个实施的图像的示意图。
图9A至图9C为根据一个实施的图像的示意图。
图10为根据一个实施的分析光学装置的方法的示意性方块图。
图11为根据一个实施的分析光学装置的方法的示意性方块图。
图12为根据一个实施的分析光学装置的方法的示意性方块图。
为了便于理解，在可能的情况下，已使用相同元件符号来表示诸图中共同的相同元件。预期一个实施方式的元件及特征可有益地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
本公开案的实施方式关于用于增强、虚拟及/或混合现实应用的光学装置。在一或多个实施方式中，光学装置计量系统经配置以测量光学装置的多个透视指标。
图1A为根据一个实施的基板101的透视正面图。基板包括设置在基板101的表面103上的多个光学装置100。光学装置100为用于虚拟、增强及/或混合现实的波导组合器。光学装置100可为基板101的一部分，使得光学装置100可被切割以与基板101分离。
图1B为根据一个实施的光学装置100的透视正面图。应理解，本文所述的光学装置100为例示性光学装置，且其他光学装置(诸如，除了波导组合器以外的光学装置)可与本公开案的方面一起使用或经修改以实现本公开案的方面。
光学装置100包括设置在基板101的表面103上的多个光学装置结构102。光学装置结构102可为具有亚微米尺寸(例如，纳米大小的尺寸)的纳米结构。光学装置结构102的区域对应于一或多个光栅104，诸如，第一光栅104a、第二光栅104b及第三光栅104c。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，光学装置100至少包括对应于输入耦合光栅的第一光栅104a及对应于输出耦合光栅的第三光栅104c。在可与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，光学装置100亦包括对应于中间光栅的第二光栅104b。光学装置结构102可为有角度的或二元的。光学装置结构102为矩形的。光学装置结构102可具有其他形状，包括但不限于圆形、三角形、椭圆形、规则多边形、不规则多边形及/或不规则形状的横截面。
在操作中(诸如，用于增强现实眼镜)，输入耦合光栅104a自微显示器接收具有强度的入射光束(虚拟图像)。入射光束由光学装置结构102分成具有所有入射光束强度的T1个光束，以便将虚拟图像导向中间光栅104b(若使用)或输出耦合光栅104c。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，T1个光束经由光学装置100经历全内反射(total-internal-reflection；TIR)，直至T1个光束开始与中间光栅104b的光学装置结构102接触为止。中间光栅104b的光学装置结构102将T1个光束衍射成T-1个光束，所述T-1个光束经由光学装置100经历TIR，到达输出耦合光栅104c的光学装置结构102。输出耦合光栅104c的光学装置结构102将T-1个光束输出耦合至使用者的眼睛，以自使用者的角度调制微显示器所产生的虚拟图像的视场，并进一步增加使用者可检视虚拟图像的视角。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，T1个光束经由光学装置100经历全内反射(TIR)直至T1个光束开始与输出耦合光栅的光学装置结构102接触为止，并经输出耦合以调制微显示器所产生的虚拟图像的视场。
为了便于确保光学装置100符合图像质量标准，在使用光学装置100之前获得所制造的光学装置100的计量指标。
图2为根据一个实施的光学装置计量系统200的示意图。本文所述的光学装置计量系统200的实施方式提供了在增大处理量的情况下获得多个计量指标的能力。计量指标包括角度均匀性指标、对比度指标、效率指标、颜色均匀性指标、调制传递函数(modulationtransfer function；MTF)指标、视场(field of view；FOV)指标、重影指标、眼框指标、显示泄漏指标、透视失真指标、透视眩光指标、透视重影指标，及透视穿透率指标。经由利用耦合至光学装置计量系统200的一或多个子系统中的每一个的馈送系统来增大处理量。
光学装置计量系统200包括第一子系统202、第二子系统204及第三子系统206。第一子系统202、第二子系统204及第三子系统206中的每一个包括具有第一开口203及第二开口205的相应主体201A～201C以允许载物台207沿平行于X-Y平面及/或在X-Y平面中的载物台路径211移动穿过相应主体201A～201C中。载物台207可操作以在X方向上、Y方向上及Z方向上在第一子系统202、第二子系统204及第三子系统206的主体201A～201C中移动。载物台207包括托盘209，托盘209可操作以固定光学装置100(如本文所示)或一或多个基板101。载物台207及托盘209可为透明的，以使得由第一子系统202、第二子系统204及第三子系统206获得的计量指标不会受到托盘209的载物台207的半透明性影响。第一子系统202、第二子系统204及第三子系统206与控制器208通讯，所述控制器208可操作以控制第一子系统202、第二子系统204及第三子系统206的操作。控制器208包括储存在非暂时性计算机可读媒体(诸如，存储器)中的指令。当由控制器208的处理器执行时，所述指令导致进行本文所述的操作。当由控制器208的处理器执行时，所述指令导致进行方法1000、1100及/或1200中的一或多个的一或多个操作。
控制器208的指令包括机器学习算法及/或人工智能算法以优化操作。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，控制器208的指令包括机器学习(machine learning；ML)模型，所述机器学习(ML)模型为回归模型且对数据(诸如，本文所确定的指标及/或使用对准模块494收集的图像数据)取平均。在可与其他实例组合的一个实例中，ML模型用以对数据取平均及合并以确定投射结构、透镜及照相机的优化间距及倾斜度。在可与其他实例组合的一个实例中，ML模型用以对数据取平均及合并以确定施加至光源及激光源以产生光束及激光束的优化功率。
第一子系统202可操作以获得一或多个计量指标，包括角度均匀性指标、对比度指标、效率指标、颜色均匀性指标、MTF指标、FOV指标、重影指标或眼框指标。第二子系统204可操作以获得显示泄漏指标。第三子系统206可操作以获得一或多个透视计量指标，包括透视失真指标、透视眩光指标、透视重影指标，或透视穿透率指标。
光学装置计量系统200经配置以使用单个载物台路径211为单个系统上的多个光学装置(诸如，波导组合器)确定显示泄漏指标、一或多个透视指标及一或多个其他计量指标。
图3A为根据一个实施的图2中所示的第一子系统202的示意性局部横截面图。第一子系统202可包括图4A至图4D中所示的配置400A、400B、400C、400D中的一或多个。
如图3A中所示，第一子系统202包括定向成朝向光学装置100的顶侧的上部部分304及定向成朝向光学装置100的底侧的下部部分306。
第一子系统202包括第一主体201A，具有第一开口203及第二开口205以允许载物台207移动经过第一开口203及第二开口205。载物台207经配置以沿载物台路径211移动托盘209。第一子系统202包括定位在第一主体201A内且安装在载物台路径211上方的第一光引擎310。第一光引擎310为上部光引擎。第一光引擎310经配置以将第一光束导向载物台路径211。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，第一光束在光图案设计中导向载物台路径211且导向光学装置100中的一个以用于确定计量指标。第一子系统202包括第一检测器312，第一检测器312定位在第一主体201A内且安装在载物台路径211上方以接收自载物台路径211向上投射的第一投射光束。本公开案预期投射光可为自光学装置反射或透射穿过光学装置的光。第一检测器312为反射检测器。第一子系统202包括第二检测器316，第二检测器316定位在第一主体201A内且安装在载物台路径211下方以接收自载物台路径211向下投射的第二投射光束。第二检测器316为透射检测器。第一投射光束及第二投射光束系自光学装置100投射。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，第一光引擎310经配置以将第一光束导向光学装置100的输入耦合光栅，且第一检测器312及第二检测器316经配置以接收自光学装置100的输出耦合光栅投射的投射光束。
第一子系统202的上部部分304包括对准检测器308。对准检测器308包括照相机。对准检测器308可操作以确定载物台207及光学装置100的位置。第一子系统202的下部部分306包括安装在载物台路径211下方的代码读取器314。代码读取器314可操作以读取光学装置100的代码，诸如，光学装置100的快速响应(quick response；QR)码或条形码。由代码读取器314读取的代码可包括用于获得各种光学装置100的一或多个计量指标的指令。
图3B为根据一个实施的图2中所示的第二子系统204的示意性局部横截面图。第二子系统204可包括如图4E中所示的至少一个配置400E。
如图3B中所示，第二子系统204包括定向成朝向光学装置100的顶侧的上部部分304及定向成朝向光学装置100的底侧的下部部分。
第二子系统204包括第二主体201B及定位在第二主体201B内且安装在载物台路径211上方的第二光引擎360。第二光引擎360经配置以将第二光束导向载物台路径211。第一子系统202的上部部分304包括对准检测器308。
第二子系统204包括面部照明检测器318，面部照明检测器318经配置以接收自载物台路径211向上投射的第三投射光束。第三投射光束系自光学装置100投射。第二子系统204的下部部分306包括代码读取器314。
面部照明检测器318可操作以撷取图像以获得光学装置100的显示泄漏指标。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，光图案设计自第二光引擎360引导并导向光学装置100，且获得并处理在用户眼睛位置以外的光图像以获得眼框指标。
图3C为根据一个实施的图2中所示的第三子系统206的示意性局部横截面图。第三子系统206可包括如图4F及图4G中所示的一或多个配置400F及/或400G。
如图3C中所示，第三子系统206包括定向成朝向光学装置100的顶侧的上部部分304及定向成朝向光学装置100的底侧的下部部分306。第三子系统206包括安装在载物台路径211上方且经配置以将上部光束导向载物台路径211的第一光引擎370、安装在载物台路径211下方且经配置以将下部光束导向载物台路径211的第二光引擎380，及安装在载物台路径上方且经配置以接收自载物台路径211投射的投射光束的检测器390。第三子系统206的上部部分304包括对准检测器308。检测器390为反射检测器。检测器390检测自来自于光学装置100的顶侧的输出耦合光栅投射(例如，反射)的投射(例如，反射)光束。第三子系统206的下部部分306包括代码读取器314。第一光引擎370、第二光引擎380及检测器390中的每一个定位在第三子系统206的第三主体201C内。
图4A为根据一个实施的图2及图3A中所示的第一子系统202的配置400A的示意图。配置400A包括第一光引擎310、第一检测器312及第二检测器316。
第一光引擎310包括第一照明器401，且第一照明器401包括第一光源402及第一投射结构404。第一光引擎310包括定位在第一照明器401与载物台路径211之间的第一透镜406。第一光引擎310包括定位在第一透镜406与载物台路径211之间的一或多个装置413(在图4A中示出一个)。所述一或多个装置413包括四分之一波片或线性偏振器中的一或多个。在可与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，第一光引擎310经配置以发射(例如，投射)在红色光谱、绿色光谱及蓝色光谱中的光束。在可与其他实例组合的一个实例中，第一光引擎310经配置以在红色光谱、绿色光谱及蓝色光谱之间调制或脉冲化光束。在可与其他实例组合的一个实例中，第一光引擎310包括三个光源，所述三个光源各自经配置以分别发射红色光谱中的光、绿色光谱中的光及蓝色光谱中的光。
第一投射结构404包括显示器及/或掩模版中的一或多个。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，第一投射结构404包括微显示器、空间光调制器(spatial lightmodulator；SLM)及/或掩模版中的一或多个。在可与其他实例组合的一个实例中，SLM包括数字微镜装置(digital micromirror device；DMD)及/或硅基液晶(liquid crystal onsilicon；LCOS)发射器中的一或多个。
第一检测器312包括第一照相机412及定位在第一照相机412与载物台路径211之间的第二透镜410。第二检测器316包括第二照相机416及定位在第二照相机416与载物台路径211之间的第三透镜414。在图4A中所示的实施中，第一投射结构404及第一透镜406定向成平行于载物台路径211。
光学装置100经定位以使光学装置100的输入耦合器121与第一光引擎310对准，且使光学装置100的输出耦合器122与第一检测器312及第二检测器316对准。第一光束B1自第一光引擎310引导并导向光学装置100的输入耦合器121。第一检测器312撷取自输出耦合器122投射的在红色光谱、绿色光谱及蓝色光谱中的第一投射光束BP1的多个第一图像。第二检测器315撷取自输出耦合器122投射的在红色光谱、绿色光谱及蓝色光谱中的第二投射光束BP2的多个第二图像。
第一图像及第二图像为全场图像。第一图像及/或第二图像中的一或多个经处理(诸如，通过使用控制器208)以确定光学装置100的多个第一指标。
多个第一指标包括角度均匀性指标。角度均匀性指标可表示跨光场部分的光强度的比率。对于角度均匀性指标而言，对多个第一图像或多个第二图像中的一或多个的处理包括在单个图像内比较光图案设计的一或多个第一部分与光图案设计的一或多个第二部分。对于角度均匀性指标而言，输入耦合至输入耦合器121中的第一光束B1经历TIR，直至输入耦合的第一光束B1输出耦合(例如，投射，诸如，反射)至第一检测器312为止。
多个第一指标包括对比度指标。对比度指标可表示图像内被撷取的最亮光与图像内被撷取的最暗光之间的对比度。对于对比度指标而言，对多个第一图像或多个第二图像中的一或多个的处理包括在单个图像内比较光图案设计的一或多个明亮部分与光图案设计的一或多个黑暗部分。对于对比度指标而言，输入耦合至输入耦合器121中的第一光束B1经历TIR，直至输入耦合的第一光束B1输出耦合(例如，投射，诸如，反射)至第一检测器312为止。
多个第一指标包括颜色均匀性指标。颜色均匀性指标可表示场中红光、绿光及蓝光之间的一或多个比率。多个第一图像、多个第二图像及/或多个第三图像(以下关于图4E描述)中的一或多个撷取红色光谱、绿色光谱及蓝色光谱。对于颜色均匀性指标而言，对多个第一图像或多个第二图像中的一或多个的处理包括使用同一场区域比较红色光谱图像与绿色光谱图像及蓝色光谱图像。对于颜色均匀性指标而言，输入耦合至输入耦合器121中的第一光束B1经历TIR，直至输入耦合的第一光束B1输出耦合(例如，投射，诸如，反射)至第一检测器312为止。
多个第一指标包括效率指标。对于效率指标而言，在撷取多个第一图像及撷取多个第二图像之前，第二检测器316经定位以在校准位置处(对于图4A中的第二检测器316而言，以重影示出)与光学装置100的输入耦合器121对准。当第二检测器316处在校准位置时，第一光引擎310将校准光束导向光学装置100的输入耦合器121，且第二检测器316撷取自光学装置100的输入耦合器121投射的校准投射光束CP1的一或多个校准图像。所述一或多个校准图像为全场图像。第二检测器316接着经定位以与光学装置100的输出耦合器122对准。对于效率指标而言，输入耦合至输入耦合器121中的第一光束B1经历TIR，直至输入耦合的第一光束B1输出耦合(例如，投射，诸如，反射)至第一检测器312并输出耦合(例如，投射，诸如，透射)至第二检测器316为止。第一图像为反射图像，且第二图像为透射图像。
对于效率指标而言，对多个第一图像或多个第二图像中的一或多个的处理包括比较一或多个校准图像与多个第一图像及多个第二图像。
一或多个第一指标包括调制传递函数(MTF)指标。对于MTF指标而言，在撷取多个第一图像及撷取多个第二图像之前，自第一光引擎301引导校准光束并导向第二检测器316。第二检测器316撷取校准光束的一或多个校准图像，而同时第二检测器316未对准光学装置100。第二检测器316可处在图4A中以重影所示的校准位置并与第一光引擎310对准，而光学装置100可定位成远离第二检测器316以在第二检测器316及第一光引擎310的视场(如图4A中针对光学装置100以重影所示)以外。第二检测器316可接着经定位以与第一检测器312对准。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，在撷取第一图像之前撷取第二图像。对于MTF指标而言，输入耦合至输入耦合器121中的第一光束B1经历TIR，直至输入耦合的第一光束B1输出耦合(例如，投射，诸如，反射或透射)至第一检测器312或第二检测器316为止。
对于MTF指标而言，对多个第一图像或多个第二图像中的一或多个的处理包括比较一或多个校准图像的一或多个部分的外边缘与多个第一图像或多个第二图像中的一或多个的相同一或多个部分的相同外边缘。
多个第一指标包括眼框指标。对于眼框指标而言，在撷取多个第一图像或撷取多个第二图像期间，移动第一检测器312或第二检测器316以扫描沿着光学装置100的输出耦合器122的多个位置。对多个第一图像或多个第二图像中的一或多个的处理包括比较对应于输出耦合器122的不同场区域的不同图像。对于眼框指标而言，输入耦合至输入耦合器121中的第一光束B1经历TIR，直至输入耦合的第一光束B1输出耦合(例如，投射，诸如，反射或透射)至第一检测器312或第二检测器316为止。
多个第一指标包括重影指标。对于重影指标而言，在撷取多个第一图像及撷取多个第二图像之前，自第一光引擎310引导校准光束并导向第二检测器316。第二检测器316撷取校准光束的一或多个校准图像，而同时第二检测器316未对准光学装置100。第二检测器316可处在图4A中以重影所示的校准位置并与第一光引擎310对准，而光学装置100可定位成远离第二检测器316以在第二检测器316及第一光引擎310的视场(如图4A中针对光学装置100以重影所示)以外。第二检测器316可接着经定位以与第一检测器312对准。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，在撷取第一图像之前撷取第二图像。
对于重影指标而言，对多个第一图像或多个第二图像中的一或多个的处理包括比较一或多个校准图像与多个第一图像或多个第二图像中的一或多个以确定一或多个校准图像与多个第一图像或多个第二图像中的一或多个之间的偏移量。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，所述偏移量为一或多个校准图像的光图案设计(诸如，掩模版)与第一图像或第二图像中的光图案设计(诸如，掩模版)之间的偏移量。
图4B为根据一个实施的图2及图3A中所示的第一子系统202的配置400B的示意图。配置400B包括第一光引擎310、第一检测器312及第二检测器316。第一光引擎310包括第一光源402、第一投射结构404及第一透镜406。配置400B中的第一光引擎310包括一或多个二维电镜408(诸如，二维电镜的阵列)，所述一或多个二维电镜408经配置以使第一投射结构404所发射的第一光束沿90度拐弯转向载物台路径211。在图4B中所示的实施中，第一投射结构404及第一透镜406定向成垂直于载物台路径211。
第一检测器312包括第二透镜410及第一照相机412。第二检测器316包括第三透镜414及第二照相机416。第一光引擎310使用一或多个二维电镜408使第一光束B1沿90度拐弯转向载物台路径211并转向光学装置100的输入耦合器121。
在图4B中所示的实施中，第一透镜406沿自第一照明器且至载物台路径211的光学路径定位在第一照明器401与载物台路径211之间。一或多个二维电镜408沿所述光学路径定位在第一透镜406与载物台路径211之间。所述光学路径包括90度拐弯。
图4C为根据一个实施的图2及图3A中所示的第一子系统的配置400C的示意图。配置400C类似于图4A中所示的配置400A，且包括配置400C的方面、特征、部件及/或性质中的一或多个。
配置400C包括对准模块494。对准模块494被示为与第一光引擎310有关，以对准第一投射结构404及第一透镜406。对准模块494包括激光源495、分束器496及对准检测器497。对准模块494包括形成于板499中的针孔498。对准检测器497可包括照相机。除了对准检测器308以外，还可使用对准模块494。
对准模块494用以进行对准操作。在对准操作中，使第一光源402、第一投射结构404及第一透镜406移动以不再对准光学装置100的输入耦合器121。对准模块494使用激光源495经由针孔498引导第一激光L1并导向光学装置100。使用对准检测器497确定第一反射激光RL1的光强度。第一反射激光RL1是反射离开光学装置100的第一激光L1。使用分束器496将第一反射激光RL1导向对准检测器497。调整激光源495的倾斜度及间距以将光强度增大至增大的光强度。在增大的光强度下确定由对准检测器497所接收的第一反射激光RL1的第一位置。第一位置为第一反射激光RL1在对准检测器497撷取的第一反射激光RL1的图像内的位置。
在对准操作中，移动第一透镜406以与光学装置100的输入耦合器121对准(如图4C中以重影所示)，且第二激光被引导穿过针孔498并导向第一透镜406。调整第一透镜406的倾斜度及间距，直至由对准检测器所接收的第二反射激光的第二位置匹配第一反射激光RL1的第一位置为止。第二反射激光为反射离开第一透镜406并返回朝向分束器496的第二激光。
在对准操作中，移动第一投射结构404以与光学装置100的输入耦合器121对准(如图4C中以重影所示)，且第三激光被引导穿过针孔498并导向第一投射结构404。调整第一投射结构404的倾斜度及间距，直至由对准检测器所接收的第三反射激光的第三位置匹配第一反射激光RL1的第一位置为止。第三反射激光为反射离开第一投射结构404并返回朝向分束器496的第三激光。
可接着使对准模块494移动以偏离与光学装置100的输入耦合器121的对准，且可使第一光源402移动至与光学装置100的输入耦合器121对准。可使用对准模块494及对准操作来对准透镜、投射结构及照相机，以促成准确的操作，诸如，准确确定光学装置100的指标。针对对准操作描述的操作可与以下所述的方法1000、1100、1200相组合。
图4D为根据一个实施的图2及图3A中所示的第一子系统202的配置400D的示意图。配置400D包括第一光引擎310、第一检测器312及第二检测器316。第一光引擎310包括第一光源402、第一投射结构404、定位在第一照明器401之间的第一透镜406a，及定位在第一透镜406a与载物台路径211之间的透镜406b。第一光引擎310包括定位在透镜406b与第一透镜406a之间的可调孔隙407。可调孔隙407可形成在板415中。可通过使可调孔隙407向上及向下移动(诸如，通过移动板415)及/或通过打开及关闭可调孔隙407来调整可调孔隙407。
第一光引擎310可包括图4A中所示的定位在透镜406b与载物台路径211之间的一或多个装置413。第一检测器312包括第二透镜410及第一照相机412。第二检测器316包括第三透镜414及第二照相机416。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，第一透镜406、第一透镜406a、透镜406b、第二透镜410及/或第三透镜414中的每一个由具有相同曲率半径的相同凸透镜结构形成。第一透镜406、第一透镜406a、透镜406b、第二透镜410及/或第三透镜414中的每一个具有相同的透镜结构。将相同透镜结构用于透镜促进了补偿光学像差，诸如，光的反射及/或透射中的像差。
图4E为根据一个实施的图2及图3B中所示的第二子系统204的配置400E的示意图。配置400E包括第二光引擎360及面部照明检测器318。第二光引擎360包括第二照明器461及定位在第二照明器461与载物台路径211之间的第四透镜466。第二照明器461包括第二光源462及第二投射结构464。第二投射结构464及第四透镜466定向成平行于载物台路径211。
第二投射结构464包括显示器及/或掩模版中的一或多个。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，第二投射结构464包括微显示器、空间光调制器(SLM)及/或掩模版中的一或多个。在可与其他实例组合的一个实例中，SLM包括数字微镜装置(DMD)及/或硅基液晶(LCOS)发射器中的一或多个。
面部照明检测器318包括第三照相机426、定位在第三照相机426与载物台路径211之间的第五透镜424，及定位在第五透镜424与载物台路径211之间的眼框阻挡器420。眼眶阻挡器420与面部水平(face level)422相邻。
光学装置100经定位以使输入耦合器121与第二光引擎360对准，且使输出耦合器122与面部照明检测器318对准。第二光束B2自第二光引擎360引导并导向光学装置100的输入耦合器121。面部照明检测器318撷取自光学装置100的输出耦合器122投射的第三投射光束BP3的多个第三图像(除了关于图4A所述的第一图像及第二图像以外)。
多个第三图像包括第三投射光束BP3，第三投射光束BP3自光学装置100的输出耦合器122投射并经过面部照明检测器318的眼框阻挡器420。处理多个第三图像(诸如，通过使用控制器208)以确定光学装置的一或多个第二指标。所述一或多个第二指标包括显示泄漏指标。
图4F为根据一个实施的图2及图3C中所示的第三子系统206的配置400F的示意图。第三子系统206包括第一光引擎310和第二光引擎322，所述第一光引擎310安装在载物台路径211上方且经配置以将上部光束导向载物台路径211，所述第二光引擎322安装在载物台路径211下方且经配置以将下部光束导向载物台路径211。
配置400F包括检测器320，所述检测器320安装在载物台路径211上方且经配置以接收自载物台路径211投射的投射光束。所述投射光束自光学装置100投射。第一光引擎310包括第一照明器401及第一透镜406。检测器320包括第二透镜410及第一照相机412。第二光引擎322包括装置及第三透镜。
第二光引擎322包括第二照明器471及定位在第二照明器471与载物台路径211之间的第二透镜476。第二照明器471包括第二光源472及第二投射结构474。第二投射结构474为显示器或掩模版。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，使用配置400F通过用由第二光引擎322所发射的下部光束来照射光学装置100的输出耦合光栅而获得光学装置100的透视穿透率指标。
如图4F中所示，光学装置100的输入耦合器121与第一光引擎310对准，且输出耦合器122与第二光引擎322对准。检测器320与第二光引擎322(例如，垂直地)对准且未对准第一光引擎310。第二光引擎322将第一光束LB1导向输出耦合器122。上部光束LB2可自第一光引擎310导向光学装置100的输入耦合器121。使用检测器320，撷取第一光束LB1的多个第一图像，所述第一光束LB1透射穿过输出耦合器122，并自输出耦合器322投射，作为第一投射光束PB1。光学装置100经定位远离第二光引擎322，以使光学装置100不与第二光引擎322对准(如图4F针对光学装置100以重影所示)，并将光学装置100定位在第二光引擎322及检测器320的视场以外。第二光束自第二光引擎322引导并导向检测器320。检测器撷取第二光束的多个第二图像，所述第二光束自波导组合器投射，作为第二投射光束。第一图像及第二图像为全场图像。第一光束及第二光束自光引擎在红色光谱、绿色光谱及蓝色光谱中发射(例如，依序)。多个第一图像及多个第二图像分别在红色光谱、绿色光谱及蓝色光谱中撷取第一光束及第二光束。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，在第一图像之前撷取第二图像。
比较第二图像与第一图像(诸如，通过使用控制器208)以确定光学装置100的透视穿透率指标。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，所述比较包括比较多个第二图像的第二光强度与多个第一图像的第一光强度。
图4G为根据一个实施的图2及图3C中所示的第三子系统206的配置400G的示意图。配置400G包括检测器320及第一光引擎310。配置400G包括定位在载物台路径211下方的经图案化基板490。经图案化基板490包括形成于经图案化基板490上的图案设计。第一光引擎310、经图案化基板490及检测器320中的每一个定位在第三子系统206的第三主体201C内。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，经图案化基板490包括形成图案设计的多个突起493及/或多个凹槽489(图4G中以重影所示)中的一或多个。
在图4G中所示的对准位置处，经图案化基板490至少部分地在检测器320下方对准，且经图案化基板490至少部分地未对准第一光引擎310。光学装置100位于检测器320下方以使光学装置100与检测器320对准，且光学装置100以距经图案化基板490的距离D1定位在经图案化基板490上方。
经图案化基板490将下部光束491导向光学装置100。下部光束491朝向光学装置100反射离开经图案化基板490的上部表面。下部光束491透射穿过光学装置100并使用检测器322将下部光束491撷取。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，经图案化基板490反射环境光作为下部光束491。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，经图案化基板490反射来自光引擎(诸如，第二光引擎322)的光。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，配置400G包括经配置以将光束导向经图案化基板490的第二光引擎322，且经图案化基板490反射来自第二光引擎322的光束作为下部光束491。第一光引擎310包括第一光源402、第一投射结构404及第一透镜406。检测器320包括第二透镜410及第一照相机412。
检测器320撷取自光学装置100的输出耦合器122投射的投射光束492的多个第一图像，而经图案化基板490部分地与检测器320对准且部分地未对准检测器320(如图4G中所示)。多个第一图像撷取投射光束492的红色光谱、绿色光谱及蓝色光谱。处理多个第一图像(诸如，通过控制器208)以确定光学装置100的一或多个透视指标。
所述一或多个透视指标包括透视眩光指标。对于透视眩光指标而言，光学装置100定位在第一光引擎310下方以使光学装置100的输入耦合器121与第一光引擎310对准。第一光束LB3自第一光引擎310引导并导向光学装置100的输入耦合器121。在此实施方式中，投射光束492包括来自第一光引擎310的第一光束LB3及自经图案化基板490反射的下部光束491。第一光束LB3以不同于经图案化基板490的图案设计的光图案设计自第一光引擎310发射。
一或多个透视指标包括透视失真指标及/或透视穿透率指标中的一或多个。对于透视失真指标及/或透视穿透率指标而言，投射光束492包括自经图案化基板490反射的光束491。光学装置100经定位远离检测器320，以使光学装置100不与检测器320及经图案化基板490对准(如图4G针对光学装置100以重影所示)，并将光学装置100定位在经图案化基板490及检测器320的视场以外。检测器320撷取自经图案化基板490反射并朝向检测器320的反射光束的多个第二图像。多个第二图像在红色光谱、绿色光谱及蓝色光谱中撷取反射光束。对多个第一图像的处理包括比较多个第二图像与多个第一图像以确定透视失真指标及/或透视穿透率指标。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，在撷取第一图像之前撷取第二图像。
所述一或多个透视指标包括透视重影指标。对于透视重影指标而言，光学装置100经定位远离检测器320以使光学装置100不与检测器320及经图案化基板490对准。检测器320使用检测器320撷取自经图案化基板490反射的反射光束的多个第二图像。多个第二图像在红色光谱、绿色光谱及蓝色光谱中撷取反射光束。对多个第一图像的处理包括确定多个第二图像与多个第一图像之间的偏移量。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，所述偏移量为第一图像中的图案设计(诸如，掩模版)与第二图像中的图案设计(诸如，掩模版)之间的偏移量。
图5为根据一个实施的图像500的示意图。图像500包括具有黑暗部分501及明亮部分502的光图案设计(诸如，掩模版)。图像500可用以确定对比度指标及/或角度均匀性指标。
对于角度均匀性指标而言，处理包括在图像500内比较光图案设计的一或多个第一部分502a与光图案设计的一或多个第二部分502b、502c。第一部分502a及第二部分502b、502c对应于明亮部分502。处理包括比较一或多个第一部分502a的光强度与一或多个第二部分502b、502c的光强度。部分502a、502b、502c相对于图像500的中心设置在不同半径处。
对于对比度指标而言，处理包括在图像500内比较光图案设计的一或多个明亮部分502a的光强度与光图案设计的一或多个黑暗部分501a的光强度。明亮部分502a具有光强度I1，且黑暗部分501a具有光强度I2。对比度指标可由如下方程序1确定及表示为“C”：
Figure BDA0004178971990000181
图6A至图6C为根据一个实施的图像610、620、630的示意图。图6A标出红色图像610，图6B标出绿色图像620，且图6C标出蓝色图像630。图像610、620、630用以确定颜色均匀性指标。处理包括使用每一相应图像610、620、630中的同一场区域来比较图像610、620、630。所述同一场区域包括在每一图像610、620、630中的同一位置处的一或多个明亮部分602a～602c、603a～603c。颜色均匀性指标可表示每一图像610、620、630中的一或多个明亮部分602a～602c、603a～603c的光强度比率。
图7A至图7C为根据一个实施的图像710、720、730的示意图。图7A标出校准图像710，图7B标出第一图像(例如，反射图像)，且图7C标出第二图像(例如，透射图像)。图像710、720、730可用以确定效率指标。
处理包括使用每一相应图像710、720、730中的同一场区域比较校准图像710与第一图像720及第二图像730。所述同一场区域包括在每一图像710、720、730中的同一位置处的一或多个明亮部分702a～702c。处理包括比较图像710、720、730中的一或多个明亮部分702a～702c的光强度。校准图像710包括明亮部分702a的光强度IC1，第一图像720包括明亮部分702b的光强度IR1，且第二图像730包括明亮部分702c的光强度IT1。
效率指标可由如下方程式2确定并表示为“E”：
Figure BDA0004178971990000182
图8为根据一个实施的图像800的示意图。图像800包括具有黑暗部分及明亮部分的光图案设计(诸如，掩模版)。图像800可用以确定MTF指标。处理包括比较一或多个校准图像的边缘区域832与多个第一图像或多个第二图像中的一或多个的相同一或多个部分的相同边缘区域(例如，图像内的相同位置)。边缘区域832至少部分地涵盖一或多个部分(诸如，明亮部分)的外边缘831。
图9A至图9C为根据一个实施的图像910、920、930的示意图。图像910、920、930中的每一个示出光图案设计，所述光图案设计可用于由第一光引擎310、第一光引擎370、第二光引擎360、第一光引擎370、第二光引擎380、第二光引擎322及/或经图案化基板490所引导的光。图像910、920、930中的每一个可用以确定重影指标及/或其他指标(诸如，其他第一指标)。图像910、920、930中的每一个分别包括多个黑暗部分901a～901c及多个明亮部分902a～902c。
图10为根据一个实施的分析光学装置的方法1000的示意性方块图。
方法1000的操作1002包括将光学装置定位在第一子系统内以使光学装置与第一子系统的第一检测器及第二检测器对准。
操作1004包括自第一子系统的第一光引擎引导第一光束并导向光学装置。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，所述导向包括使第一光束沿90度拐弯转向载物台路径。
操作1006包括使用第一子系统的第一检测器撷取自光学装置投射的第一投射光束的多个第一图像。
操作1008包括使用第一子系统的第二检测器撷取自光学装置投射的第二投射光束的多个第二图像。
操作1010包括处理多个第一图像或多个第二图像中的一或多个以确定光学装置的多个第一指标。第一指标包括角度均匀性指标、对比度指标、效率指标、颜色均匀性指标、调制传递函数(MTF)指标、视场(FOV)指标、重影指标及/或眼框指标。
操作1012包括将光学装置定位在第二子系统内以使光学装置与第二子系统的面部照明检测器对准。
操作1014包括自第二子系统的第二光引擎引导第二光束并导向光学装置。
操作1016包括使用第二子系统的面部照明检测器撷取自光学装置投射的第三投射光束的多个第三图像。
操作1018包括处理多个第三图像以确定光学装置的一或多个第二指标。所述一或多个第二指标包括显示泄漏指标。
图11为根据一个实施的分析光学装置的方法1100的示意性方块图。
方法1100的操作1102包括将光学装置定位在光引擎上方以使光学装置与光引擎对准。
操作1104包括自光引擎引导第一光束并导向光学装置。
操作1106包括使用检测器撷取自光学装置投射作为第一投射光束的第一光束的多个第一图像。
操作1108包括将光学装置定位成远离光引擎以使光学装置不与光引擎对准。
操作1110包括自光引擎引导第二光束并导向检测器。
操作1112包括撷取第二光束的多个第二图像。
操作1114包括比较多个第二图像与多个第一图像以确定光学装置的透视穿透率指标。
图12为根据一个实施的分析光学装置的方法1200的示意性方块图。
方法1200的操作1202包括将光学装置定位在检测器下方以使光学装置与检测器对准。
操作1204包括将光学装置以距经图案化基板的一距离定位在经图案化基板上方。经图案化基板包括形成于经图案化基板上的图案设计。
操作1206包括在经图案化基板至少部分地与检测器对准时使用检测器撷取自光学装置投射的投射光束的多个第一图像。
操作1208包括处理多个第一图像以确定光学装置的一或多个透视指标。所述一或多个透视指标包括透视穿透率指标、透视失真指标、透视眩光指标及/或透视重影指标中的一或多个。
本公开案的益处包括使用单个光学装置计量系统200以使用单个载物台路径211确定单个系统上的多个光学装置(诸如，波导组合器)的多个计量指标(诸如，显示泄漏指标、一或多个透视指标及一或多个其他计量指标)。在可与其他实施方式组合的一个实施方式中，使用单个载物台路径211的单个系统可用以确定显示泄漏指标、角度均匀性指标、对比度指标、效率指标、颜色均匀性指标、调制传递函数(MTF)指标、视场(FOV)指标、重影指标、眼框指标、透视失真指标、透视眩光指标、透视重影指标，及透视穿透率指标。益处亦包括增大的处理量、减小的延迟及成本，及增强的效率。经由利用耦合至光学装置计量系统的每一子系统的馈送系统来增大处理量。
预期可组合本文所公开的一或多个方面。作为实例，可组合光学装置计量系统200、第一子系统202、第二子系统204、第三子系统206、配置400A、配置400B、配置400C、配置400D、配置400E、配置400F、配置400G、图像500、图像610～630、图像710～730、图像800、图像910～930、方法1000、方法1100及/或方法1200的一或多个方面、特征、部件及/或性质。作为实例，关于光学装置计量系统200、子系统202、204、206及/或配置400A～400G所述的操作中的一或多个可与关于方法1000、方法1100及/或方法1200所述的操作中的一或多个组合。此外，预期本文所公开的一或多个方面可包括前述益处中的一些或全部。
虽然前文针对本公开案的实施方式，但可在不脱离本公开案的基本范围的情况下设计本公开案的其他及另外实施方式，且本公开案的范围由以下权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种光学装置计量系统，包括：
载物台，经配置以沿载物台路径移动托盘；
第一光引擎，安装在所述载物台路径上方且经配置以将上部光束导向所述载物台路径；
第二光引擎，安装在所述载物台路径下方且经配置以将下部光束导向所述载物台路径；
检测器，安装在所述载物台路径上方且经配置以接收自所述载物台路径投射的投射光束；以及
控制器，与所述载物台、所述第一光引擎、所述第二光引擎及所述检测器通讯，所述控制器包括指令，当被执行时，所述指令导致：
所述载物台将光学装置定位在所述第二光引擎上方以使所述光学装置与所述第二光引擎对准；
所述第二光引擎自所述第二光引擎引导第一光束并导向所述光学装置；
所述检测器撷取自所述光学装置投射作为第一投射光束的所述第一光束的多个第一图像；
所述载物台将所述光学装置定位成远离所述第二光引擎以使所述光学装置不与所述第二光引擎对准；
所述第二光引擎自所述第二光引擎引导第二光束并导向所述检测器；
所述检测器撷取所述第二光束的多个第二图像；以及
比较所述多个第二图像与所述多个第一图像以确定所述光学装置的透视穿透率指标。
2.如权利要求1所述的光学装置计量系统，其中所述上部光束及所述下部光束在红色光谱、绿色光谱及蓝色光谱中自所述第一光引擎及所述第二光引擎发射，且所述多个第一图像及所述多个第二图像分别在所述红色光谱、所述绿色光谱及所述蓝色光谱中撷取所述第一光束及所述第二光束。
3.如权利要求2所述的光学装置计量系统，其中所述第二光引擎包括照明器及定位在所述照明器与所述载物台路径之间的透镜，所述照明器包括光源及投射结构，所述投射结构包括微显示器、空间光调制器(SLM)或掩模版中的一或多个。
4.如权利要求3所述的光学装置计量系统，其中所述检测器包括照相机及定位在所述照相机与所述载物台路径之间的透镜。
5.一种光学装置计量系统，包括：
载物台，经配置以沿载物台路径移动托盘；
第一光引擎，安装在所述载物台路径上方且经配置以将上部光束导向所述载物台路径；
第二光引擎，安装在所述载物台路径下方且经配置以将下部光束导向所述载物台路径；以及
检测器，安装在所述载物台路径上方且经配置以接收自所述载物台路径投射的投射光束，所述检测器与所述第二光引擎对准且未对准所述第一光引擎。
6.如权利要求5所述的光学装置计量系统，所述光学装置计量系统进一步包括具有第一开口及第二开口的主体以允许所述载物台移动经过所述第一开口及所述第二开口。
7.如权利要求6所述的光学装置计量系统，其中所述第一光引擎、所述第二光引擎及所述检测器中的每一个定位在所述主体内。
8.如权利要求7所述的光学装置计量系统，其中所述第一光引擎包括第一照明器及定位在所述第一照明器与所述载物台路径之间的第一透镜，所述第一照明器包括第一光源及第一投射结构。
9.如权利要求8所述的光学装置计量系统，其中所述第一投射结构包括微显示器、空间光调制器(SLM)或掩模版中的一或多个。
10.如权利要求8所述的光学装置计量系统，其中所述第二光引擎包括第二照明器及定位在所述第二照明器与所述载物台路径之间的第二透镜，所述第二照明器包括第二光源及第二投射结构。
11.如权利要求10所述的光学装置计量系统，其中所述第二投射结构包括微显示器、空间光调制器(SLM)或掩模版中的一或多个。
12.如权利要求10所述的光学装置计量系统，其中所述检测器包括照相机及定位在所述照相机与所述载物台路径之间的第三透镜。
13.如权利要求5所述的光学装置计量系统，所述光学装置计量系统进一步包括与所述第一光引擎、所述第二光引擎及所述检测器通讯的控制器，所述控制器包括指令，当被执行时，所述指令确定被支撑在所述托盘上的光学装置的透视穿透率指标。
14.一种分析光学装置的方法，包括：
将光学装置定位在光引擎上方以使所述光学装置与所述光引擎对准；
自所述光引擎引导第一光束并导向所述光学装置；
使用检测器撷取自所述光学装置投射作为第一投射光束的所述第一光束的多个第一图像；
将所述光学装置定位成远离所述光引擎以使所述光学装置不与所述光引擎对准；
自所述光引擎引导第二光束并导向所述检测器；
撷取所述第二光束的多个第二图像；以及
比较所述多个第二图像与所述多个第一图像以确定所述光学装置的透视穿透率指标。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述第一光束及所述第二光束自所述光引擎在红色光谱、绿色光谱及蓝色光谱中发射。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述多个第一图像及所述多个第二图像分别在所述红色光谱、所述绿色光谱及所述蓝色光谱中撷取所述第一光束及所述第二光束。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述光学装置的输出耦合器定位在所述光引擎上方以使所述输出耦合器与所述光引擎对准。
18.如权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括：自上部光引擎引导上部光束并导向所述光学装置的输入耦合器，其中所述上部光引擎定位在所述光学装置上方。
19.如权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括：在引导所述第一光束之前使所述检测器与所述光引擎对准。
20.如权利要求14所述的方法，其中所述比较包括：比较所述多个第二图像的第二光强度与所述多个第一图像的第一光强度。
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