JP2023531376A - 光学素子の製造方法、光学素子、及び光学素子を製造するための装置 - Google Patents

Abstract

拡張現実アイウェアの光学素子１０の製造方法。材料２００の少なくとも１つの層３００が、導波路１０６から非ゼロ距離Ｄにあるプレート２０２の孔２０４を通じて導波路１０６上に堆積させられる。少なくとも１つの層３００の高さは、孔２０４の断面積に応じて変化するように形成され、孔の断面積は、少なくとも１つの層３００から導波路１０６上に少なくとも１つの回折格子１００，１０２，１０４を形成するためにプレート２０２における孔２０４の位置に基づいて変化し、少なくとも１つの回折格子１００，１０２，１０４は導波路１０６と周囲状況との間で可視光の入力結合及び／又は出力結合を行う。

Description

本発明は、光学素子の製造方法、光学素子及び光学素子を製造するための装置に関する。

回折格子に基づく拡張現実（ＡＲ：ａｕｇｍｅｎｔｅｄ ｒｅａｌｉｔｙ）アイウェアの光学結合器（コンバイナ）が、しばしば、ライトガイドとして働く透明基板の上側に配置され且つ回折光学素子（ＤＯＥ：ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）を形成するようにパターン付けされた高屈折率フィルムを備えて製造される。

アイウェアの動作は、可視範囲の光が回折格子を介して導波路に結合され、光が導波路内で分配された後、光は別の回折格子を介して出力結合されることを意味し、それによりユーザは、導波路を介して見ることができる周囲環境に加えてデジタル画像を見る。より良い画質を達成するために、回折格子配列の散乱強度はしばしば、回折格子配列にわたる散乱強度の大きな差、例えば２～１０以上のファクタを有する低い値と高い値との間で制御可能な形式で変調されるべきである。

格子パターン自体の変化又は格子フィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ）の高さの変化（すなわち、格子リッジ高さ又は格子溝深さ）のいずれかを含む回折格子配列にわたる散乱強度を変調するための標準的な方式が存在する。格子パターンの変化は、本来、利用される製造プロセスによって制限され、しばしば、回折格子配列にわたる散乱強度の強い十分な変調（例えば、１０以上のファクタ）を提供することができない。その結果、多くの場合、格子フィーチャの高さの制御可能な変化が必要とされる。しかしながら、このタイプの変調は、回折格子配列の製造をより複雑にし、追加層の堆積、複数のエッチングステップの導入、グレースケールリソグラフィの使用などの追加的な処理ステップの使用を要求する。また、このような複雑な製造シーケンスでは、製造工程の歩留まりが低下し、製造コストが増大する。したがって、改良の基本的な必要性が存在する。

本発明は、ＡＲアイウェアの製造可能性の改良を提供しようとするものである。

本発明は、独立請求項によって定義される。実施例は従属請求項に定義されている。

本発明の実例実施例は、添付の図面を参照して、例としてのみ以下に説明される。

ＡＲアイウェアの実例を示す。 ＡＲアイウェアの実例を示す。 堆積プロセスの実例を示す。 孔を有するプレートの実例を示す。 孔を有するプレートを介して導波路上に堆積された固体材料の層の実例を示す。 層の上のパターン付けされたレジスト又はエッチングマスクの実例を示す。 回折格子のリッジの高さの分配の実例を示し、リッジは、導波路上の固体材料から形成されている。 固体材料から形成されたリッジの高さの分布及びプレートの孔の断面積の実例を示す。 リッジの高さの分配及びプレートの孔の断面積の別の実例を示す。 湾曲したプレートの実例を示す。 回折格子を備える導波路を有するＤＯＥの実例を示す。 製造方法のフローチャートの実例を示す。

以下の実施例は単なる実例である。明細書が複数の場所で「１つの」実施例に言及している場合があるが、これは、それぞれのこのような言及が同じ実施例に対するものであること、又は構成（ｆｅａｔｕｒｅ）が単一の実施例のみに適用されることを必ずしも意味しない。異なる実施例の単一の構成が、その他の実施例を提供するために組み合わされてもよい。さらに、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」及び「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」という単語は、記載された実施例が、言及された構成のみからなることに制限しないと理解されるべきであり、このような実施例は、具体的に言及されてない構成／構造を含んでもよい。実施例の全ての組合せは、それらの組合せが構造的又は論理的矛盾につながらないかぎり可能であると考えられる。

図面は様々な実施例を示しているが、幾つかの構造及び／又は機能的エンティティのみを示す簡略化された図であることに留意すべきである。図示された接続は、論理的又は物理的接続を表す場合がある。記載された装置は、図面及びテキストに記載されたもの以外の機能及び構造を含んでもよいことが当業者に明らかである。動作のために使用される幾つかの機能、構造及び信号伝達の詳細は、実際の発明に無関係であることが認められるべきである。したがって、それらは、本明細書ではより詳細に説明する必要はない。

以下に、高屈折率を有する固体材料から形成された回折格子のフィーチャの局所的厚さを制御するための技術が提示される。周期的なフィーチャは、回折格子のリッジ及び溝、例えば、あらゆる２つの直接に隣接するリッジの間に位置する溝及びその逆を含んでもよい。厚さは、一次元又は二次元で制御することができる。このようなアプローチの基本的利点は、高屈折率を有する固体材料のフィーチャの厚さプロフィルをカスタム形状にすることができるということである。次いで、形成されたプロフィルは、堆積されたフィルム厚さプロフィルに続いて散乱効率変調を有するＤＯＥの製造のために使用される。次いで、ＤＯＥは、例えば、複数のエッチングステップを有するアプローチとは異なり、１つのエッチングステップのみで形成することができる。

図１Ａ及び図１Ｂは、ＡＲ（拡張現実）アイウェアの実例を示している。アイウェアは、例えば、眼鏡、スペクタクル又はゴーグルのような見た目であってよい。実施例において、アイウェアは、例えば、キャップ、ハット又はヘルメットなどのヘッドウェアと関連していてよい。図１Ａにおいて、アイウェアは、光学素子１０及び画像生成ユニット１２を含み、画像生成ユニット１２自体は、画像ソース１４及び光学部品構成１６を有してよい。画像生成ユニット１２は、画像（静止画又はビデオ）の可視光を生成し、この可視光は、光学部品構成１６と、導波路１０６の表面にある回折格子１０２とを介して可視光の導波路１０６に結合される。図１Ｂでは、アイウェアは、それぞれ一方の目１５０，１５２のための、２つの部分Ａ及びＢを含む。画像生成ユニット１２は、画像の可視光を光学部品構成１６へ方向付け、光学部品構成１６は、光を２つの部分Ａ及びＢのために分割してよい。光学的分割の代わりに、アイウェアは、それぞれ１つの部分Ａ及びＢのための、２つの画像生成ユニット１２を有してもよい。

導波路１０６は、可視光が入力結合領域から全反射によって伝播することを可能にし、入力結合領域において、可視光は、回折格子１０２によって導波路１０６内へ、第１の出力結合回折素子１００及び第２の出力結合回折格子１０４を有する１つ又は複数の所望の領域へ入力結合される。導波路１０６は、例えば、ガラス、サファイア及び／又はポリマーなどの透明材料から形成されてもよい。ガラスは、例えば、高屈折率フリントガラス族を含んでもよい。導波路１０６は、ライトガイドと呼ばれてもよい。導波路１０６の屈折率は、約１．７～２以上であってよい。

これにより、可視光は、導波路１０６内を横方向にガイドされ、第１及び第２の出力結合回折格子１００，１０４のうちの１つ又は２つは、画像を表示するために可視光をユーザの１つ又は２つの目１５０，１５２に方向付けるために、導波路１０６から可視光を結合する。出力結合回折格子１００，１０４は、ＡＲアイウェアにおける光学結合器として使用される。ユーザは、すなわち、光学部品１０を介した周囲状況（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）と、第１及び第２の回折格子１００，１０４から散乱させられた画像とを見ることができる。

実施例において、第１の出力結合回折格子１００と第２の出力結合回折格子１０４との間の距離ＤＤは、瞳孔間距離（ＩＰＤ）と呼ばれる人間の目１５０，１５２の間の距離ＤＥと少なくともほぼ同じであってよい。距離ＤＤは、例えば、約６３ｍｍであってよい。しかしながら、第１の出力結合回折格子１００、入力結合回折格子１０２及び第２の出力結合回折格子１０４は、別の実施例において導波路１０６上の連続的な回折素子構造を形成していてもよい。

更なる詳細として、距離ＤＤは、例えば、ＩＰＤの平均又は推定値と同じであってもよい。ＩＰＤ、すなわち距離ＤＥは、例えば、男性の場合は約６４ｍｍ、女性の場合は６２ｍｍであってもよい。したがって、距離ＤＤは、第１の出力結合回折格子１０の中心と、第２の出力結合回折格子１０４の中心との間の間隔として決定されてよい。

その実例が図１Ａに示されている実施例において、アイウェアは、両方の目１５０，１５２に対して１つの光学部品１０及び１つの画像生成ユニット１２を有する。

実施例において、アイウェアは、１つの目１５０，１５２ごとに１つの光学部品１０及び１つの画像生成ユニット１２を有してもよい。

回折格子１００～１０４は、実施例において導波路１０６のどちらの側にあってもよい。実施例において、回折格子１００～１０４のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの他の回折格子とは反対の導波路１０６の側にあってもよい。

図２は、堆積プロセスの実例を示す。少なくとも１つの回折格子１００，１０２，１０４を形成するために使用される材料２００は、プレート２０２の孔２０４を介して導波路１０６又は導波路１０６のプリフォーム上に堆積させられる。製造プロセスの間、「導波路」という用語は、導波路１０６のプリフォームも含むと考えられる。プレート２０２は、導波路１０６から非ゼロ距離Ｄにある。距離Ｄは、例えば、スペーサ構造２０６を使用して設定されてよい。プレート２０２は、スペーサ構造２０６によって支持されてよい。導波路１０６の形状が円形である場合、スペーサ構造２０６は、導波路１０６の外側輪郭を取り囲むリングであってよい。スペーサ構造２０６を含む構造の合計厚さは、距離Ｄよりも大きな厚さを有してよい。スペーサ構造２０６は、円形の外周を備える形状と、円形の開口、矩形の開口及び／又はその他のカスタム形状の開口を備える内側とを有してよく、導波路１０６の上方でのプレートの位置決めを支援し、材料２００が堆積させられないようにその他の領域を遮蔽する。これにより、スペーサ構造２０６は、距離Ｄと等しい厚さを有してよい。スペーサ構造２０６の材料は、例えば、金属、ガラス、セラミックなどを含んでよい。実施例において、スペーサ構造２０６は、例えば、陽極酸化アルミを含んでよい。

実施例において、スペーサ構造２０６は、少なくとも１つの調整機構２１０を有してもよい。調整機構２１０は、例えば、機械式、電気機械式、液圧式及び／又は空圧式であってよい。機械式の調整機構は、例えば、ねじを有してもよい。電気機械式の調整機構は、例えば、電気モータと、電気モータによって回転させられるねじとを有してもよい。

距離Ｄは、以下のａ）堆積反応器のタイプ、堆積プロセスの性質及びパラメータ、ｂ）プレート２０２の厚さ、ｃ）孔２０４の高さ及び／又は幅並びにプレート２０２における孔２０４の構造を含むフィーチャサイズ、ｄ）特定のＤＯＥレイアウト、ｅ）ウェハ上のＤＯＥの配列に応じて考慮されてよい重要なパラメータである。ここでＤＯＥレイアウトは、異なる格子形状が可能であり、特定の形状（例えば、矩形、ボウタイ、三角形など）に応じてプレート２０２における孔２０４が異なる配列を有することを意味する。ＤＯＥの配列は、層３００の高さプロフィルを調整又は制御するために、例えば、可変高さを有する複数のＤＯＥが互いに関してどのように位置決めされるかに応じて異なるオプションが存在することを暗示する。

プレート２０２と導波路１０６との間の距離Ｄは、特定の最適な値に設定されてよい。実施例において、距離Ｄは、例えば、約５ｍｍであってよい。距離Ｄが小さすぎると、孔２０４のフィーチャが十分に均一化されないことがあり、層３００の構造が、十分に等角でなくなることがある。距離Ｄが長すぎると、局所的なフィルム厚さ制御の精度が低下することがある。実施例において、プレート２０２は、導波路１０６に対して傾斜していてもよい。

実施例において、スペーサ構造２０６は、ケース固有の、図示されていない追加的要素も含んでよい。これらの要素は、ａ）シャドウマスクを支持する追加的フィーチャ、ｂ）高屈折率材料が堆積させられるべきでない製造されたＤＯＥ（又はＤＯＥの周囲の）領域、すなわち、堆積された高屈折率層が存在しないままであるべきである領域をスクリーニングするために使用される追加的フィーチャであってよい。

プレート２０２の材料は、例えば、金属、ガラス、セラミックなどを含んでよい。実施例において、金属は、例えば、高純度であってよいステンレス鋼であってよい。実施例において、プレート２０２の厚さは、例えば、約０．００１ｍｍ～約１ｍｍであってよい。実施例において、典型的な厚さは、例えば、約０．０１ｍｍ～約０．１ｍｍであってよい。実例において、厚さは、約０．０５ｍｍであってよい。

実施例において、導波路１０６及びプレート２０２の直径は、例えば、数十ミリメートル～４５ｍｍで変化してよい。大きな導波路１０６は、アイウェアに適した部片に切断されてよい。実施例において、導波路１０６及びプレート２０２の直径は、例えば、約１００ｍｍであってよい。堆積システム２０８は、より小さな／より大きな直径の導波路１０６のためにスケール／修正されてよい又はスケール可能であってよい。

図２のセクションＥを示す図３Ａの実例に示したように、孔２０４の断面積は、プレート２０２における位置に応じて、決定された形式で変化する（全ての孔に番号を付すことはできないので、幾つかの孔のみが図３Ａにおいて参照番号を有する）。図３Ａの実例において、孔２０４の断面積は、Ｘ軸の方向で変化しているが、Ｙ軸の方向では一定のままである。

実施例において、孔２０４の断面積の変化は、プレート２０２の表面上で一次元であってもよいが、孔２０４の断面積は、別の次元では一定のままであってよい（孔は、二次元においてのみ空間的に分配されることができる）。そのそれぞれが別の次元に対して直交し且つ／又は別の次元から独立していると考えることができる次元は、デカルト座標系又は極座標系のものであってよい。実施例において、孔２０４の断面積は、両次元の値の関数として変化してもよい。

図３Ａは、実例としての六角形タイプの孔と、Ｘ方向におけるマスク開放領域の変調とを示している。孔２０４の形状は、例えば、六角形、円形、矩形、線形、星形、これらのあらゆる組合せであってよい。孔２０４の形状は、カスタムメイドであってもよい。

孔２０４を有するプレート２０２は、ｘ方向、ｘ及びｙ方向における所望の開口対固体面積比又は格子充填係数、又はプレート２０２を横切るカスタムパターンを満たすように形成することができる。

実施例において、固体材料２００は、プレート２０２の孔２０４を通過させるために、気体状態又は蒸気状態であってよい流動可能状態に変化させられてよい。次いで、流動状態の材料２００は、導波路１０６において固化する。

実施例において、導波路への堆積のための材料移動は、例えば、蒸気化状態で行われてよい。次いで、固体材料２００は、蒸気状態に変化させられてよく、蒸気は、例えば、蒸着プロセスにおいて導波路１０６に層状又はフィルム構造として凝縮させられる。蒸着は、例えば、それらに限定されることなく、スパッタリング、化学蒸着又は物理蒸着を使用して実現されてよい。

当業者は、堆積システム２０８として使用することができる様々な堆積システム及びプロセスを知っている。固体材料２００は、例えば、光の可視範囲において導波路１０６の屈折率と等しい又はそれよりも高い屈折率を有してよい。材料２００の屈折率は、幾つかの場合、導波路１０６の屈折率よりも低くてもよい。固体材料２００の屈折率は、例えば、約１．８～約２．７の範囲又はさらには最大で３．５であってよい。しかしながら、屈折率は、約１．８未満であってもよい。高い屈折率は、光の有効散乱を生じ、典型的には入力結合及び出力結合の広い範囲にわたってより良いＤＯＥ性能を生じ、それは、ひいてはユーザにとってより良い画質を生じる。

図３Ｂは、プレート２０２の有孔パターンが、どのように導波路１０６上の材料２００の層３００の特定の高さプロフィルに変換されてよいかの実例を示す。材料２００の分配は、この実例のように線形であってよく、又は非線形関数のものなどのあらゆる形状に従ってもよい。

プレート２０２におけるフィーチャのユニットセルは、局所的厚さの高い制御及び層３００の良好な均一性を提供するために十分に小さい。最小フィーチャサイズは、他の要因の中でもプレート２０２の厚さ及び孔技術によって制限されるので、０．１ｍｍ以下などの薄いマスクが一般的に好ましい場合がある。プレート２０２のフィーチャの所要の解像度及びプレート２０２の厚さは、製造されるＤＯＥの特定のレイアウトに依存する。

実施例において、プレート２０２と導波路１０６との間の距離Ｄは、プレート２０２の孔２０４の断面積に依存してもよい。実施例において、プレート２０２と導波路１０６との間の距離Ｄは、プレート２０２の孔２０４の最小断面積に依存してもよい。

実施例において、距離Ｄは、プレート２０２の孔２０４の断面積が小さくなるほど、短くてよい。対応して、距離Ｄは、プレート２０２の孔２０４の断面積が大きくなるほど、長くてよい。この形式において、材料２００は、孔２０４に直接重なっていない又は孔２０４に面していない導波路１０６の領域にも広がってよい。このような広がり自体は、導波路１０６上に材料２００の平坦な又は少なくともかなり／適度に平坦な層３００を生じる。

図３Ｃは、材料２００の層３００におけるパターン付けされたレジスト又はエッチングマスク層３０２の実例を示す。材料２００の層３００は、次いで、格子のリッジ３０４及び溝３０６を含むフィーチャ（図４参照）を形成するようにエッチングされてよい。実施例において、エッチングは、ドライエッチングを含んでもよい。エッチングの代わりに、回折格子（１００～１０４）のフィーチャは、例えば、あらゆるその他の適切な従来技術のパターニング方法によって形成されてよい。

図４の実例に示されるように、少なくとも１つの回折格子１００～１０４は、堆積システム２０８において導波路１０６へ移動させられた固体材料２００の層３００から形成されている。上記で説明したようにエッチング装置又はあらゆるその他の適切な従来技術の材料除去装置を含んでもよい材料除去装置は、少なくとも１つの回折格子１００～１０４の溝３０６の位置から層３００の固体材料２００を除去し、少なくとも１つの回折格子１００～１０４のリッジ３０４の位置において層３００の固体材料２００を保持してよい。横軸Ｘは、１つの方向における位置を示し、縦軸は、高さＨを示す。両軸は、任意のスケールである。

導波路１０６上の格子１００～１０４の各リッジ３０４の固体材料２００の量は、孔２０４の断面積に応じて変化する。そのため、導波路１０６上に固体材料２００から形成された各リッジ３０４の高さは、孔２０４の断面積に応じて変化する。位置に応じた孔２０４の断面積の変化の結果、リッジ３０４の高さもプレート２０２における位置に関して変化する。孔の断面積が大きくなるほど、固体材料２００のリッジ３０４の厚さは、導波路１０６上の対応する位置において大きくなる。異なる固体材料２００が、孔の同じ断面積を通じて異なる長さに堆積させられてもよいが、当業者は、所望の固体材料のための適切な断面積を容易に見つけることができる。

回折格子１００～１０４の格子周期、すなわちリッジ３０４及び／又は溝３０６の間の距離は、例えば、約２００ｎｍ～約５００ｎｍであってよい。回折格子１００～１０４のリッジ３０４の高さは、例えば、約１０ｎｍ～約３００ｎｍ、幾つかの場合には、約１０ｎｍ～約１０００ｎｍの間で変化してよい。

プレート２０２と導波路１０６との間の非ゼロ距離Ｄは、固体材料２００の流動可能状態を、導波路１０６上の孔２０４の断面積よりも大きな面積にわたって分配させる（図３Ｂ参照）。固体材料２００は、すなわち、孔２０４の側方においてプレート２０２の下にも堆積する。このような漏れは一般的に望ましくないと考えられるが、ＤＯＥの場合、漏れは、固体材料２００の層３００及び回折格子１００，１０２，１０４の所望の厚さプロフィルを形成させるので有利である。漏れのため、孔２０４に面した層３００の高さ及びその孔２０４のすぐ側方におけるプレートの固体面に面した層３００の高さは、無視できる差を有するか又は差を有さない。すなわち、層３００は、プレート２０２の孔２０４の位置を露出させないように滑らかに形成されてよい。層３００のプロフィルは、例えば、複数のより高い及びより低い厚さ領域を有するようにカスタマイズされてよい。

厚さプロフィルの形状は、導波路１０６とプレート２０２との間の距離Ｄを変化させることによって変化させることができる。実施例において、距離Ｄは、プレート２０２／導波路１０６の反対側の端部において異なってもよい。したがって、高さプロフィルは、距離がより小さな側において、有孔フィーチャにより従ったものとなり、高さプロフィルは、距離がより大きな側においてより均一である。

図５Ａは、図３Ａ～図４の実例に基づく、Ｘ軸の方向における、導波路１０６上の回折格子の層３００及び対応するリッジ３０４の高さの分布４００と、プレート２０２における孔２０４の断面積の分布４０２との実例を示す。分布４００及び４０２はこの実例では線形である。左側におけるＺ軸は高さＨを表し、右の領域Ａにおいて、Ｘ軸は位置（起点からの距離）を表す。全ての軸は任意のスケールである。

図５Ｂは、層３００、例えば導波路１０６上のリッジ３０４の高さの分布４００、及びＸ軸の方向におけるプレート２０２における孔２０４の断面積の分布４０２の実例を示す。分布はこの実例では似ていないが、分布は似ていてもよい。図５Ｂにおける結果は、孔２０４が中央においてより大きいがそれらの密度はより低いという特徴に基づいてよい。この実例において、分布４００，４０２は、ベル曲線の形状に似ている。左のＺ軸は高さＨを表し、右の領域Ａにおいて、Ｘ軸は、位置（起点からの距離）を表す。全ての軸は任意のスケールである。

図６に示された実施例及び実例において、プレート２０２は湾曲していてよく、プレート２０２の長手方向プロフィルは、例えば、湾曲していてよい。湾曲したプロフィルは、例えば、波形であってよい。実施例において、プレートは、一次元においてのみ湾曲していてよい。実施例において、プレート２０２は、二次元において湾曲していてよい。実施例において、プレート２０２の湾曲は、二次元において同様であってよい。実施例において、プレート２０２の湾曲は、二次元において異なってよい。これらの形式において、孔２０４の側方のプレートの下の漏れは、プレート２０２／導波路１０６の異なる位置において制御可能且つ望ましい形式でなされてよい。湾曲は、プレート２０２の孔２０４の断面積のばらつきと組み合わされてよく、これにより、層３００の高さのばらつきは所望の形式で制御されてよい。

実施例において、反射防止コーティングが回折格子１００～１０４に適用されてよい。

図４及び図５に見られるように、実施例において、以下の３つの定義を同時に満たす回折格子１００，１０２，１０４を形成することが可能である：
１）以下の構成を満たす直接的に連続的なリッジ３０４の複数の対が存在する
２）前記対のいずれかは、それらの間に固体材料２００を有さず、前記対のいずれかのリッジ３０４は、それらの間に固体材料２００を有さない
３）前記対のいずれかの対のリッジ３０４は、リッジ３０４の高さが増大又は減少している方向において異なる高さを有する。

例えば、図５Ｂにおける分布４００のベル曲線の上部において、同じ高さを有する互いに直接的に隣接する一対のリッジ３０４が存在してよい。しかしながら、対が同じ高さを有するように、上昇部分分布４００において互いに直接的に隣接するリッジ３０４の対が存在しない実施例において、分布を形成することが可能であり得る。同じことが、実施例における分布４００の降下部分に当てはまり得る。

１つのＤＯＥの横方向サイズは、実例の場合約１０ｍｍ～約２０ｍｍであることができ、回折格子の周期は、例えば、約４００ｎｍであってよく、例えば、約０ｎｍ～約５０ｎｍの、回折格子を横切る格子高さの線形の増大／減少を有する。

固体材料２００は、少なくとも２つの元素の化合物であってよい。実施例において、固体材料は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）であってよい。酸化チタンは、非晶質であってよい。酸化チタンの屈折率は、可視範囲内の波長において約２．４であってよい。材料２００は、ＤＯＥの特定のタイプ及び適用に応じて層３００の厚さを通過する可視光のために光学的に十分に透明であるべきである。

図７は、入力結合回折格子１０２がリッジ３０４の変化する高さを有してよく、出力結合回折格子１００がリッジ３０４の一定の高さを有してよい実例を示す。

代替的な実施例において、出力結合回折格子１００はリッジ３０４の変化する高さを有してよく、入力結合回折格子１０２はリッジ３０４の一定の高さを有してよいことも可能である。さらに、実施例において、出力結合回折格子１００及び入力結合回折格子１０２の両方は、リッジ３０４の変化する高さを有してもよい。

実施例において、出力結合回折格子１００及び入力結合回折格子１０２は、リッジ３０４の高さの異なる変化を有してよい。

実施例において、出力結合回折格子１００のリッジ３０４の高さの変化及び入力結合回折格子１０２のリッジ３０４の高さの変化は、鏡面対称性を有してもよい。

実施例において、出力結合回折格子１００及び入力結合回折格子１０２は、リッジ３０４の高さの同じ変化を有してもよい。

異なる回折格子１００，１０２，１０４の間の同様の又は異なる高さ分布の適切な組合せは、用途に依存してよいが、画像生成ユニット１２からユーザの目１５０，１５２へ伝送される画像の質を高め得、より良い画像均一性、より良い色分布及び／又はより深い紺トラスを可能にする。このようにして、全体的なユーザの経験が改良されてよい。明るさを増大する可能性を有することにより、アイウェアは、明るい屋外照明条件下などの異なる環境において使用されることができる。加えて、アイウェア装置が高い光学効率を有する場合、愛ウェハ装置は、より少ない電力を消費し、それにより、バッテリを節約し且つ／又はより長い動作時間を可能にする。

上記で説明したように、堆積方法は、孔２０４を有するプレート２０２を含み、プレート２０２と導波路１０６との間で非ゼロ距離が使用される。非ゼロ距離は、スペーサ構造２０６によって実現されてよい。材料２００は、各位置において孔２０４の断面積として測定可能なサイズに依存する速度で気体状態において孔２０４を通過する。プレート２０２は、導波路１０６を横切って所望の厚さ変調を達成し、且つ同様に層３００及びリッジ３０４の等角性を維持するために、導波路１０６からの特定の距離に維持される。

上記で教示されたことは、一般的に使用される方法との比較において少なくとも２つの顕著な利点を有するＤＯＥにおける散乱効率変調の問題を解決する。第１に、格子フィーチャの変化する高さを有するＤＯＥの性能を改良することができる。これは、格子パターンの面内変化のみによって達成不能なＤＯＥ散乱強度の高められた変調を生じる、格子高さの制御可能な変化による。第２に、このようなＤＯＥ部品の製造可能性は、代替的な広く使用される方法のうちの１つよりも実質的にパフォーマンスが優れていることができる。特に、提案されたソリューションは、可変高さの周期的フィーチャを有するＤＯＥの製造において、追加的な堆積ステップ、追加的なエッチングステップ、追加的なリソグラフィステップ、グレースケールリソグラフィの使用などを回避することができる。

図８は、拡張現実アイウェアの光学素子１０の製造方法のフローチャートであり、光学素子１０は、可視光のための導波路１０６と、導波路１０６と周囲状況との間で可視光を結合するように構成された少なくとも１つの回折格子１００，１０２，１０４との組合せを有する。ステップ８００において、導波路１０６から非ゼロ距離におけるプレート２０２の孔２０４を通る固体材料２００の少なくとも１つの層３００は、導波路１０６に堆積させられる。ステップ８０２において、少なくとも１つの層３００の高さは、孔２０４の断面積に応じて変化させられ、孔２０４の断面積は、少なくとも１つの層３００から導波路１０６上に少なくとも１つの回折格子１００，１０２，１０４を形成するためにプレート２０２における孔の位置に基づいて変化し、少なくとも１つの回折格子１００，１０２，１０４は、導波路１０６と周囲状況との間の可視光の入力結合及び／又は出力結合を行うように構成されている。

選択的に行われてよいステップ８０４において、少なくとも１つの回折格子１００，１０２，１０４のリッジ３０４が、リッジ３０４の間の周期的な溝３０６の位置において導波路１０６から固体材料２００を除去することによって形成される。

技術が進歩するにつれて発明の概念を様々な方式で実施することができることが当業者に明らかになるであろう。発明及びその実施例は、上記に説明された実例実施例に限定されず、請求項の範囲内で変化してよい。

Claims (15)

1. 拡張現実アイウェアの光学素子（１０）の製造方法であって、
   導波路（１０６）上に、前記導波路（１０６）から非ゼロ距離（Ｄ）にあるプレート（２０２）の複数の孔（２０４）を通して、材料（２００）の少なくとも１つの層（３００）を堆積させるステップ（８００）と、
   前記少なくとも１つの層（３００）の高さを前記孔（２０４）の断面積に応じて変化させるステップ（８０２）であって、前記孔の断面積は、前記少なくとも１つの層（３００）から前記導波路（１０６）上に少なくとも１つの回折格子（１００，１０２，１０４）を形成するために、前記プレート（２０２）における前記孔（２０４）の位置に基づいて変化するように構成され、前記少なくとも１つの回折格子（１００，１０２，１０４）は、前記導波路（１０６）と周囲状況との間で可視光の入力結合及び／又は出力結合を行うように構成される、ステップと
   を特徴とする、製造方法。
2. 前記プレート（２０２）と前記導波路（１０６）との間の前記非ゼロ距離（Ｄ）を変化させるステップを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記材料（２００）が、光の可視範囲において前記導波路（１０６）の屈折率と等しい又はそれよりも高い屈折率を有することを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
4. スパッタリング、化学蒸着、及び物理蒸着のうちの少なくとも１つによって堆積を行うステップを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
5. 前記少なくとも１つの回折格子（１００，１０２，１０４）のリッジ（３０４）を形成するステップ（８０４）であって、前記リッジ（３０４）の間の溝（３０６）の位置において前記導波路（１０６）から前記固体材料（２００）を除去することによって前記リッジ（３０４）を形成するステップ（８０４）を特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
6. 前記導波路（１０６）に対して前記プレート（２０２）を傾斜させるステップを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
7. 前記固体材料の屈折率が、１．８よりも高いことを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
8. 前記孔（２０４）の断面積が、前記堆積物（３００）の高さを二次元で変化させるために二次元で変化するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
9. 湾曲した前記プレート（２０２）を使用するステップを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
10. 請求項１に記載の製造方法に従って製造された少なくとも１つの回折格子（１００～１０４）を有することを特徴とする、光学部品（１０）。
11. 光学部品（１０）を製造するための装置であって、
    前記装置が、複数の孔（２０４）を備えるプレート（２０２）を有し、前記孔（２０４）のそれぞれが、前記プレート（２０２）におけるその位置に応じた断面積を有し、前記プレート（２０２）と、前記光学部品（１０）の導波路（１０６）とは、それらの間に非ゼロ距離を有するように構成されていること、及び
    前記装置が、前記プレート（２０２）の前記孔（２０４）を通して固体材料（２００）の少なくとも１つの層を前記導波路（１０６）上に堆積させるように構成され、前記孔（２０４）の断面積に応じて前記導波路（１０６）上の前記層（３００）の高さを変化させていること
    を特徴とする、装置。
12. 前記装置は、前記プレート（２０２）と前記導波路（１０６）との間の距離（Ｄ）が変化することを可能にするように構成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 前記プレート（２０２）が、前記導波路（１０６）に対して傾斜及び／又は湾曲していることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
14. 前記装置が、前記孔（２０４）の断面積に基づいて前記プレート（２０２）と前記導波路（１０６）との間の距離（Ｄ）を調整するように構成された調整手段（２１０）を有することを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
15. 前記装置が、前記少なくとも１つの回折格子（１００，１０２，１０４）のリッジ（３０４）の間の間隙（３０６）のための位置から前記固体材料（２００）を除去し、且つ前記少なくとも１つの回折格子（１００，１０２，１０４）の前記リッジ（３０４）の位置において前記固体材料（２００）を保持するように構成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。

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