JP2023531478A - 頭部搭載型ディスプレイのための接眼レンズおよびそれを作製するための方法 - Google Patents

Abstract

方法は、ウエハを提供することであって、ウエハは、ウエハの表面の第１の面積にわたって延在する、第１の表面格子と、ウエハの表面の第２の面積にわたって延在する、第２の表面格子とを含む、ことと、第１の表面格子面積および第２の表面格子面積のうちの少なくとも１つ内の表面格子の一部を非機能化することと、接眼レンズをウエハから単体化することであって、接眼レンズは、第１の表面格子面積の一部と、第２の表面格子面積の一部とを含む、こととを含む。接眼レンズ内の第１の表面格子は、頭部搭載型ディスプレイのための入力結合格子に対応し、第２の表面格子は、頭部搭載型ディスプレイのための瞳エクスパンダ格子に対応する。

Description

（優先権の主張）
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）下、その全内容が、参照することによって本明細書に組み込まれる、２０２０年６月２５日に出願された、米国特許出願第６３／０４４，１２４号の優先権を主張する。

（開示の分野）
本開示は、頭部搭載型ディスプレイに関し、より具体的には、頭部搭載型ディスプレイのための接眼レンズおよび接眼レンズを作製するための方法に関する。

（背景）
ウェアラブルディスプレイシステム（例えば、ウェアラブルディスプレイヘッドセット）等の光学結像システムは、投影された画像をユーザに提示する、１つ以上の接眼レンズを含むことができる。接眼レンズは、１つ以上の高度に屈折性の材料の薄い層を使用して、構築されることができる。実施例として、接眼レンズは、高度に屈折性のガラス、シリコン、金属、またはポリマー基板の１つ以上の層から構築されることができる。

複数の接眼レンズが、シミュレートされた３次元画像を投影するために併用されることができる。例えば、それぞれ、異なるパターンを有する、複数の接眼レンズが、重ねて層化されることができ、各接眼レンズは、立体画像の異なる深度層を投影することができる。したがって、接眼レンズは、集合的に、３次元を横断して、立体画像をユーザに提示することができる。これは、例えば、ユーザに「仮想現実」環境を提示する際に有用であり得る。

ある場合には、接眼レンズは、その個別の表面上に形成される、表面格子を含む、材料の薄い層を含む。層は、鋳造プロセスの間、材料を鋳造し、表面格子を成型することによって形成されることができる。複数の接眼レンズのための格子は、単一フィルム内に鋳造され、個々の接眼レンズは、鋳造されたフィルムから単体化されることができる。

（要約）
ある実装では、ウェアラブルディスプレイヘッドセット内で使用される接眼レンズは、２つの表面格子を使用する、すなわち、１つは、投影された光を導波管の中に投入するためのもの（例えば、入力結合格子）であって、もう１つは、ディスプレイの射出瞳のサイズを増加させるためのもの（例えば、瞳エクスパンダ格子）である。これらの接眼レンズは、概して、その中に表面格子が成型される、マスタポリマーウエハから単体化（例えば、切断）される。これらのウエハは、概して、金型によって固化され、２つの表面格子によって被覆される面積、各格子の形状、ピッチ、および配向、ならびに２つの格子面積間の間隔を確立する、格子配列を伴って鋳造される。

接眼レンズ表面格子面積は、ユーザ瞳孔間の広範囲の距離が適応され得るように鋳造および配向されてもよい。本適応は、入力結合格子および瞳エクスパンダ格子面積の一方または両方のための過大面積を含む、マスタポリマー層の鋳造を通して達成される。過大面積は、次いで、適応する異なる瞳孔距離を伴う接眼レンズが単一ウエハ金型を使用して適応され得るように、部分的に非機能化され、格子の面積を低減させる。

本発明の種々の側面は、以下のように要約される。

一般に、第１の側面では、本発明は、ウエハを提供することであって、ウエハは、ウエハの表面の第１の面積にわたって延在する、第１の表面格子と、ウエハの表面の第２の面積にわたって延在する、第２の表面格子とを含む、ことと、第１の表面格子面積および第２の表面格子面積のうちの少なくとも１つ内の表面格子の一部を非機能化することと、接眼レンズをウエハから単体化することであって、接眼レンズは、第１の表面格子面積の一部と、第２の表面格子面積の一部とを備える、こととを含む、方法を特徴とする。接眼レンズ内の第１の表面格子は、頭部搭載型ディスプレイのための入力結合格子に対応し、第２の表面格子は、頭部搭載型ディスプレイのための瞳エクスパンダ格子に対応する。

本方法の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。第１または第２の表面格子の一部を非機能化することは、対応する表面格子の一部を平面化することを含むことができる。第１または第２の表面格子の一部を平面化することは、表面格子の対応する部分にわたって材料を鋳造することを含むことができる。鋳造される材料は、表面格子を形成する材料と同一材料であることができる。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、反射性材料を第１の表面格子の一部上に堆積させることを含むことができる。反射性材料は、金属であることができる。

第１または第２の表面格子面積の非機能化された部分は、表面の上方に、第１または第２の表面格子特徴の高さを上回る、高さを有することができる。第１または第２の表面格子面積の非機能化された部分に関して、非機能化された部分の高さは、対応する表面格子特徴の高さを１００ｎｍ以下だけ上回ることができる。

ウエハを提供することは、第１および第２の格子をウエハの表面上にインプリントすることを含むことができる。代替として、ウエハを提供することは、第１および第２の格子を伴うウエハを鋳造することを含むことができる。

第２の面積は、３０ｍｍを上回る最小側方寸法を有することができる。

瞳エクスパンダ格子は、３０ｍｍまたはそれ未満の最大側方寸法を有する。

入力結合格子は、５ｍｍまたはそれ未満の最大側方寸法を有する。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、接眼レンズを頭部搭載型ディスプレイ内に組み立てることを含むことができる。

第２の側面では、本発明は、ポリマー材料から形成される、平面導波管を含む、物品を特徴とし、平面導波管は、第１の表面を含み、第１の表面は、第１の表面格子と、第１の表面格子から離間される、第２の表面格子と、第１の表面格子と第２の表面格子との間の平滑部分とを含む。平滑部分は、第１の表面高さにおける第１の領域を含み、第１および第２の格子はそれぞれ、第１の表面高さの上方に延在し、平滑部分は、第１または第２の表面格子のいずれかに隣接する、第２の領域を含み、第２の領域は、隣接する表面格子の上方の高さまで延在する。

物品の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。物品はさらに、第１の表面格子によって支持される、反射性層を含むことができる。第１の表面格子および反射性層は、光入射を平面導波管の中に結合し、第２の表面格子に向かって伝搬させるように構成されることができる。

第２の表面格子は、導波管によって誘導される光を導波管から外に指向するように構成されることができる。

第２の領域は、隣接する表面格子の上方に１００ｎｍまたはそれ未満延在することができる。

第１の表面格子は、５ｍｍまたはそれ未満の最大側方寸法を有することができ、第２の表面格子は、３０ｍｍまたはそれ未満の最大側方寸法を有することができる。

第１および第２の格子は、１０ｍｍまたはそれを上回って分離されることができる。

第３の側面では、本発明はさらに、本発明の物品を含む、接眼レンズを含む、頭部搭載型ディスプレイを特徴とする。ディスプレイは、仮想網膜ディスプレイであることができる。

利点の中でもとりわけ、実装は、異なる瞳孔距離のための接眼レンズが単一金型幾何学形状を使用して作製されることを可能にすることによって、製造効率を提供することができる。

他の利点は、説明、図面、および請求項から明白となるであろう。

図１Ａおよび１Ｂは、頭部搭載型ディスプレイの一部およびディスプレイの接眼レンズとユーザの眼の整合を描写する、概略図である。 図１Ａおよび１Ｂは、頭部搭載型ディスプレイの一部およびディスプレイの接眼レンズとユーザの眼の整合を描写する、概略図である。

図２は、複数の表面格子面積および複数のレンズのための例示的単体化線を伴う、マスタポリマーウエハを示す、概略図の実施例である。

図３は、複数の表面格子面積および複数のレンズのための例示的単体化線を伴う、マスタポリマーウエハの実施例を示す、第２の概略図である。

図４Ａおよび４Ｂは、入力結合格子に対応する、表面格子面積を非機能化するための例示的方法を示す、概略図である。

図５Ａおよび５Ｂは、外部結合エクスパンダに対応する、表面格子面積を非機能化するための例示的方法を示す、概略図である。

図６Ａ－６Ｅは、ポリマー液滴を使用して、表面格子面積を非機能化するための例示的方法におけるステップを示す、概略図である。

図７Ａ－７Ｃは、加熱段および空所を伴う型枠を使用して、表面格子面積を非機能化するための例示的方法におけるステップを示す、概略図である。

図８Ａ－８Ｃは、加熱段および差込格子を伴う型枠を使用して、表面格子面積を非機能化するための例示的方法におけるステップを示す、概略図である。

図９は、複数の接眼レンズをマスタポリマーウエハから単体化するための例示的方法を示す、フローチャートである。

図中では、同様の記号は、同様の要素を示す。

（詳細な説明）
図１Ａを参照すると、頭部搭載型ディスプレイシステムの接眼レンズ１００が、プロジェクタ１２０からの光をユーザの眼１１０に指向する。プロジェクタ１２０および接眼レンズ１００は、フレームまたは筐体（図示せず）によって、相互およびユーザの眼１１０に対して位置付けられる。プロジェクタ１２０は、ユーザのこめかみの傍に位置し、光を、ユーザのこめかみを過ぎて延在する、接眼レンズ１００の端部に指向する。接眼レンズ１００は、平面導波管１４０と、入力結合格子（ＩＣＧ）１３０と、外部結合要素（ＯＣＥ）１５０とを含む。

ＩＣＧ１３０は、プロジェクタ１２０からの光を受光し、接眼レンズ１００の中へのプロジェクタ１２０からの光の内部結合を促進するように位置付けられる、表面格子である。ＩＣＧ１３０は、プロジェクタ１２０に最も近い接眼レンズ１００の縁またはそれに近接して位置する。ＩＣＧ１３０は、プロジェクタ１２０からの光を接眼レンズ１００の平面導波管基板１４０内の誘導モードの中に指向する。

ＩＣＧ１３０は、プロジェクタからの光を受信するために十分な任意のサイズであってもよい。いくつかの実施形態では、側方寸法は、０．５ｍｍ～５．０ｍｍ（例えば、１．０ｍｍまたはそれを上回る、１．５ｍｍまたはそれを上回る、２．０ｍｍまたはそれを上回る、２．５ｍｍまたはそれを上回る、例えば、４．０ｍｍまたはそれ未満、３．０ｍｍまたはそれ未満）の範囲内であることができる。

平面導波管基板１４０は、その表面における全内部反射を通して、内部結合された光を、接眼レンズ１００に沿って、外部結合要素（ＯＣＥ）１５０に誘導する。ＯＣＥ１５０は、光を平面導波管基板１４０から外に抽出し、それをユーザの眼１１０に向かって再指向するように構成される、第２の表面格子である。ＯＣＥ１５０は、射出瞳エクスパンダ（ＥＰＥ）または直交瞳エクスパンダ（ＯＰＥ）もしくは両方を含むことができる。理想的には、ＯＣＥ１５０は、ユーザの眼１１０の正面に位置し、したがって、光は、プロジェクタから、下記に説明される、アイボックス１６０に送達されることができる。ＯＣＥ１５０はさらに、アイボックス１６０の側方位置の範囲に適応するための側方寸法１５１を有することができる。例えば、ＯＣＥ１５０の側方寸法１５１の非限定的範囲は、３０ｍｍまたはそれ未満（例えば、２５ｍｍまたはそれ未満、２０ｍｍまたはそれ未満、１５ｍｍまたはそれ未満）であることができる。

アイボックス１６０は、その中にユーザの瞳孔１１２が位置付けられ、ＯＣＥ１５０から出力された光を受光し得る、領域であると見なされる。アイボックス１６０は、限定ではないが、５ｍｍ～２５ｍｍ（例えば、５～１０ｍｍ、５～１５ｍｍ、５～２０ｍｍ、１０～２５ｍｍ、１５～２５ｍｍ、２０～２５ｍｍ）を含む、平面導波管基板からある範囲の逃がし１６２を含むことができる。

図１Ｂを参照すると、頭部搭載型ディスプレイシステム内に位置付けられると、一対の接眼レンズ１００が、側方接眼レンズ間隔１８０が、瞳孔間距離（ＩＰＤ）１９０と称される、ユーザの瞳孔１１２間の中心間距離に適応するように位置付けられる。概して、ＩＰＤ１９０は、個人のグループを横断して変動し得る。平均して、成人は、約６２ｍｍのＩＰＤを有するが、これは、約５０ｍｍ～約８０ｍｍで変動し得る

一般に、接眼レンズ１００は、接眼レンズがある範囲のＩＰＤ１９０に適応し得るように、ＩＣＧ１３０とＯＣＥ１５０との間の単一中心間距離１７０を伴うが、過大ＯＣＥ１５０（例えば、３６ｍｍまたはそれを上回る側方寸法を有する）を伴って作製されることができる。

いくつかの実施形態では、複数の接眼レンズ１００が、単一マスタポリマーウエハから単体化されることができる。マスタポリマーウエハは、ウエハの表面の第１の面積にわたって延在する、第１の表面格子と、ウエハの表面の第２の面積にわたって延在する、第２の表面格子とを含むことができる。第１および第２の表面格子面積は、成型時に、マスタポリマーウエハの中に鋳造されることができる。代替として、第１および第２の表面格子面積は、成型後、マスタポリマーウエハの中にインプリントされることができる。接眼レンズ１００は、ように、それらが、ＯＣＥ表面格子面積と、ＩＣＧ表面格子面積と、２つの表面格子面積間の平滑部分とを含むように、マスタポリマーウエハから単体化されることができる。

下記に説明される方法は、単一マスタポリマーウエハ金型を使用して、１つ以上の異なる構成および配向における、１つ以上の異なるＯＣＥ１５０およびＩＣＧ１３０表面格子面積を有する、接眼レンズを生産するために使用されることができる。このように、複数の接眼レンズは、異なる表面格子中心間距離をそれぞれの上に伴って、マスタポリマーウエハから単体化されることができる。

例えば、いくつかの実装では、マスタポリマーウエハは、ある範囲の中心間距離における接眼レンズ単体化を可能にする、過大表面格子面積を含むことができる。図２を参照すると、例示的マスタポリマーウエハ２１０は、そこから３つの異なる接眼レンズが単体化され得る、表面格子面積を含む。マスタポリマーウエハ２１０は、３つのＯＣＥに対応する、３つの表面格子面積２２０を伴って鋳造される。さらに、マスタポリマーウエハ２１０は、３つのＩＣＧ２３０に対応する、３つの過大表面格子面積２２２を有する。表面格子面積２２０および過大表面格子面積２２２は、平滑部分２４０によって分離される。典型的には、表面格子面積２２０および過大表面格子面積２２２は、マスタポリマーウエハ２１０の表面上にインプリントされる。

表面格子面積２２２は、過大化される（すなわち、ＩＣＧ２３０のために必要とされる面積より大きい）ため、接眼レンズは、過大格子面積の異なる部分を包含し、依然として、格子面積２２２の一部を接眼レンズの縁に対するＩＣＧ２３０のための好適な場所に提供するように単体化されることができる。これは、図２に図示され、接眼レンズ２００ａ、２００ｂ、および２００ｃは、３つの異なる間隔を接眼レンズのＯＣＥ間に提供するように単体化される。具体的には、接眼レンズ２００ａに関して、接眼レンズは、格子面積２２２の比較的に大部分を包含し、大間隔１７０ａをＩＣＧ２３０と格子面積２２０の中心との間にもたらすように単体化される。接眼レンズ２００ｂに関して、単体化は、格子面積２２２の中間部分を包含し、中間隔１７０ｂをＩＣＧと格子面積２２０の中心との間に提供する。接眼レンズ２００ｃに関して、単体化は、ＩＣＧと格子面積２２０の中心との間の小間隔１７０ｃに対応する、格子面積２２２の小面積を包含する。いずれの場合も、ＩＣＧ２３０は、接眼レンズの縁に対して同一場所にあることに留意されたい。下記により詳細に説明されるであろうように、単体化の前または後のいずれかにおいて、ＩＣＧ２３０の外側にある、格子面積２２２の一部は、非機能化され、格子をＩＣＧに対応する面積内にのみ残すことができる。

一般に、格子面積２２０および２２２の寸法ならびにそれら間の間隔２４０は、必要に応じて、接眼レンズ、ＩＣＧ、およびＯＣＥのサイズおよび形状に応じて、変動し得る。いくつかの実施形態では、平滑部分に対応する、空間２４０は、１０ｍｍまたはそれを上回る（例えば、１５ｍｍまたはそれを上回る、２０ｍｍまたはそれを上回る）ことができる。ＯＣＥに対応する、第１の表面格子面積２２０は、２０ｍｍ～４０ｍｍの範囲内の直径（例えば、２２ｍｍまたはそれを上回る、２５ｍｍまたはそれを上回る、２８ｍｍまたはそれを上回る、例えば、３５ｍｍまたはそれ未満、３０ｍｍまたはそれ未満）を有することができる。

表面格子面積２２２は、ＩＣＧが複数の異なる場所に提供されることを可能にするために、十分に大きくあるべきである。故に、面積２２２は、ＩＣＧの最大寸法の少なくとも２倍の（例えば、３倍またはそれを上回る、４倍またはそれを上回る、５倍またはそれを上回る）大きさである、少なくとも１つの寸法（例えば、直径）を有することができる。いくつかの実施形態では、表面格子面積２２２は、５ｍｍ～５０ｍｍの範囲内の直径（例えば、８ｍｍまたはそれを上回る、１０ｍｍまたはそれを上回る、１５ｍｍまたはそれを上回る、２０ｍｍまたはそれを上回る、等の４０ｍｍまたはそれ未満、３０ｍｍまたはそれ未満）を有する。

マスタポリマーウエハ２１０は、適切な表面格子を伴うレンズの生産のために適合される、任意のポリマー材料から作製されることができる。

図２は、表面格子面積２２０および表面格子面積２２２を円形として描写するが、より一般的には、表面格子面積２２０および２２２は、任意の形状（例えば、円形、正方形、三角形）であることができる。さらに、図２は、３つの接眼レンズがポリマーウエハ２１０から単体化されるように描写するが、ウエハは、３つより少ないまたはより多い接眼レンズ（例えば、２つ、４つ、５つ、６つ、またはそれを上回る）を提供するように定寸されることができる。

マスタポリマーウエハ２１０からの接眼レンズ２００の単体化後、接眼レンズ２００は、次いで、必要に応じて、さらに処理され、最後に、頭部搭載型ディスプレイ内に組み立てられる。

前述の実施例は、ＩＣＧ１３０のための過大格子面積を特徴とするが、他の実装も、可能性として考えられる。例えば、図３は、複数の表面格子面積を伴う、マスタポリマーウエハ３１０の第２の実施例を示す。ここでは、マスタポリマーウエハ３１０は、平滑面積３４０によって分離される、単一過大表面格子面積３２４と、ＩＣＧ３３０に対応する、３つのさらなる表面格子とを伴って鋳造される。

本実施例では、接眼レンズ３００ａ－３００ｃは、マスタポリマーウエハ３１０から単体化され、それぞれ、ＯＣＥ３５０ａ、３５０ｂ、および３５０ｃを提供し、それぞれ、異なるサイズであって、それぞれ、ＩＣＧから異なる量（それぞれ、３７０ａ、３７０ｂ、および３７０ｃ）で離間される。過大表面格子面積３２４は、ＯＣＥをＩＣＧに対する所望の場所内に伴う、所望の数の接眼レンズを提供するように定寸および成形されることができる。本面積は、１００ｍｍまたはそれを上回る（例えば、３５０ｍｍまたはそれを上回る、２００ｍｍまたはそれを上回る）側方寸法を有することができる。いくつかの実施形態では、格子面積３２４は、ウエハ３１０の直径に及ぶことができる。

過大表面格子面積３２４は、非機能化され、異なる側方寸法を伴う、３つのＯＣＥ３５０を作成する。故に、ＩＣＧ３３０とＯＣＥ３５０との間の中心間距離３７０は、制御されることができる。図３は、３つの例示的中心間距離３７０ａ、３７０ｂ、および３７０ｃを描写し、これは、それぞれ、例示的短、中、および長ＩＰＤ１９０に対応し得る。

２つの前述の実施例は、ＩＣＧまたはＯＣＥのいずれかのための過大格子を形成することを描写するが、いくつかの実装では、過大格子は、両方のために形成されることができることに留意されたい。

ここで格子非機能化のプロセスに目を向けると、これは、概して、格子面積の非機能化された部分が格子として機能することを中止するように、表面格子構造を平面化することを伴う。図４Ａおよび４Ｂは、上記に議論されるように、図１Ａに示されるＩＣＧ１３０に対応する、過大表面積４２２の金属化および非機能化の例示的プロセスを描写する。

図４Ａは、ＯＣＥに対応する、表面格子面積４２０と、ＩＣＧ１３０を提供するための過大表面格子面積４２２とを伴う、基板部分４１２を含む、マスタポリマーウエハ４１０の断面図を示す。

図４Ｂに示されるように、表面格子面積４２２の一部を非機能化する前に、反射性材料４２６（例えば、金属）が、ＩＣＧに対応する、格子面積４２２の部分４２３内に堆積される。

ポリマー層４４０が、次いで、残りの格子面積４２２にわたって鋳造され、面積全体を平面化する。概して、格子面積４２２を平面化するために使用されるポリマーは、格子面積４２２を形成する材料と同一またはほぼ同一屈折率を有し、それによって、格子を非機能化する。いくつかの実施形態では、同一材料は、格子および平面化ポリマーの両方のために使用される。

ポリマー層４４０は、金属化ＩＣＧ面積４２３の高さを上回る高さまで鋳造されてもよい。いくつかの実施形態では、ポリマー層４４０は、例えば、１０ｎｍ～１００ｎｍ（例えば、１０ｎｍまたはそれを上回る、２０ｎｍまたはそれを上回る、３０ｎｍまたはそれを上回る、４０ｎｍまたはそれを上回る、５０ｎｍまたはそれを上回る、例えば、９０ｎｍまたはそれ未満、８０ｎｍまたはそれ未満、７０ｎｍまたはそれ未満、６０ｎｍまたはそれ未満）に及ぶ深度４３０によって、金属化ＩＣＧ面積４２３を被覆することができる。

格子非機能化の付加的実装も、検討され得る。例えば、図５Ａおよび５Ｂは、ＯＣＥと対応するための過大表面格子面積５２４の非機能化の例示的プロセスを描写する。図５Ａは、図３に示されるように、第１の過大表面格子面積５２４およびＩＣＧ５３０を伴う、第１の材料５１２から作製されるマスタポリマーウエハ５１０の横断面図を示す。

図５Ｂは、平面化を通した、望ましくないＯＣＥ表面格子面積の非機能化を実証する。過大表面格子面積５２４は、別のポリマー層を鋳造し、選択された機能的ＯＣＥ面積の外側を平面化することによって、非機能化されることができる。概して、格子面積５２４を平面化するために使用されるポリマーは、格子面積５２４を形成する材料と同一またはほぼ同一屈折率を有し、それによって、格子を非機能化する。いくつかの実施形態では、同一材料が、格子および平面化ポリマーの両方のために使用される。

図５Ｂに示されるように、過大表面格子面積５２４の平面化後、選択されたＯＣＥ格子面積５５０のみが、残ることができる。ポリマー層５４０は、過大表面格子面積５２４の高さを上回る高さまで鋳造されてもよい。いくつかの実施形態では、ポリマー層５４０は、前述の深度５３０範囲によって、過大表面格子面積５２４を被覆することができる。

平面化を通して、マスタポリマーウエハ上の格子面積の非機能化を遂行するために、いくつかの方法が存在し得る。いくつかの実施形態では、平面化は、ポリマー樹脂液滴の堆積と、続いて、液滴を均一層の中に圧入し、下層格子を非機能化することを通して、遂行されてもよい。本非機能化方法は、図６に描写される。

図６Ａは、その上に複数の樹脂液滴６３５が、あるパターンおよび体積で堆積され、面積を非機能化されるために十分に充填し得る、表面格子面積６２０を伴う、マスタポリマーウエハ６１０の横断面図を示す。図６Ｂは、樹脂液滴６３５が堆積されている、同一マスタポリマーウエハ６１０の上下図を描写する。表面格子面積６２０は、上記に説明されるように、過大ＩＣＧまたはＯＣＥ表面格子面積に対応し得る。樹脂液滴６３５は、表面格子面積６２０を形成する材料と同一またはほぼ同一屈折率を有する。

描写されるプロセスは、図６Ｃの横断面図に継続する。樹脂液滴６３５は、次いで、平坦表面６４５と接触され、樹脂液滴６３５が、拡散し、非機能化された面積６５５を作成し、表面格子面積６２０の一部を不変のまま残すように、圧力６７０が、印加される。非機能化された面積６５５は、次いで、超紫色（ＵＶ）光６６０で硬化される。

図６Ｄに示されるように、平坦表面６４５は、次いで、除去され、非機能化された面積６５５の外側の選択された格子面積６２０を不変のまま残す。図６Ｅは、樹脂液滴６３５が、拡散および硬化され、非機能化された面積６５５を作成した後の、非機能化された面積６５５の上下実施例を示す。いくつかの実施形態では、非機能化された面積６５５は、格子面積６２０の総表面未満であることができる。

マスタポリマーウエハ上の格子面積を非機能化するための代替手段は、図７Ａ－７Ｃに描写される。示される非機能化は、選択された格子を押圧し、マスタポリマーウエハの高さまで平面化するために、型枠、熱、および圧力の使用を通して遂行されることができる。

図７Ａは、非機能化されるべき過大表面格子面積７２０を伴う、マスタポリマーウエハ７１０の横断面図を示す。いくつかの実施形態では、マスタポリマーウエハ７１０は、材料が依然として容易に変形され得るように、選定される材料に関する架橋閾値（例えば、好適なチオレンベースのポリマーに関して７０％）を下回って硬化されることができる。

図７Ｂを参照すると、マスタポリマーウエハ７１０は、熱段７８０と接触される。いくつかの実施形態では、段７８０は、６０℃～１２０℃（例えば、６０℃～１００℃、６０℃～８０℃、８０℃～１００℃、８０℃～１２０℃）の範囲まで加熱されることができる。段７８０は、マスタポリマーウエハ７１０材料が、圧力下、過大表面格子面積７２０を溶融させずに、変形し得る、温度まで加熱される。

空所７５０を伴う、型枠７９０が、マスタポリマーウエハ７１０の上方に位置付けられ、空所７５０と過大表面格子面積７２０の選択された面積を整合させる。型枠７９０は、過大表面格子面積７２０を上回るサイズの側方寸法を有するように示される。概して、型枠は、それ自体を変形させずに、過大表面格子面積７２０を平面化するために十分な硬度の材料（例えば、金属）から作製されることができる。

図７Ｂの空所７５０の深度は、過大表面格子面積７２０を上回る。このように、空所７５０下の過大表面格子面積７２０は、圧力が印加された後、不変のままである。型枠７９０は、１つの空所７５０を有するように示されるが、所望される離散格子面積の数に応じて、より多く存在し得る（例えば、２つ、３つ、４つ、またはそれを上回る）。

型枠７９０は、ウエハが熱段加熱段７８０によって加熱されている間、マスタポリマーウエハ７１０と接触される。十分な圧力７７０が、型枠７９０と接触する（すなわち、空所７５０と整合されない）過大表面格子面積７２０の一部を平面化し、それらの面積を非機能化するために印加される。

図７Ｃに示されるように、型枠７９０は、マスタポリマーウエハ７１０から除去され、マスタポリマーウエハ７１０は、段７８０から除去され、選択された表面格子面積７２１のみを残す。

図７Ａ－７Ｃは、空所と整合される、格子の一部が、変形されないように、均一深度の単一空所７５０を伴う、型枠７９０を描写するが、いくつかの実施形態では、空所７５０は、マスタポリマーウエハ７１０の中に元々鋳造されるものと異なるパターンを過大表面格子面積７２０の中にインプリントするように設計されることができる。

例えば、型枠内に差し込まれた格子が、マスタポリマーウエハの過大表面格子面積の一部を修正または置換するために使用されることができる。差込格子は、マスタポリマーウエハの中に元々鋳造された過大表面格子面積と異なるピッチ、深度、デューティサイクル、または配向を有することができる。いくつかの実施形態では、差込格子は、修正の組み合わせを含むことができる。差込格子を伴う、型枠の使用は、残りの部分を再機能化しながら、過大表面格子面積の一部を非機能化することができる。図８Ａ－８Ｃは、マスタポリマーウエハの過大表面格子面積を修正するための差込格子を伴う、型枠を描写する。

図８Ａは、修正されるべき過大表面格子面積８２０を伴う、マスタポリマーウエハ８１０の横断面図を描写する。図８Ｂは、差込格子８５２が再機能化されるべき過大表面格子面積８２０の選択された部分と整合するように、差込格子８５２をマスタポリマーウエハ８１０の上方に伴う、型枠８９０の位置付けを描写する。型枠８９０は、１つの差込格子８５２とともに示されるが、一般に、型枠８９０は、１つを上回る差込格子８５２（例えば、２つ、３つ、または４つ、もしくはそれを上回る）を有することができる。いくつかの実施形態では、型枠８９０は、差込格子と均一空所の組み合わせを有することができる。

型枠８９０は、次いで、段８８０上で加熱されている、マスタポリマーウエハ８１０に接触される。圧力８７０が、型枠８９０に印加され、差込格子８５２の真下に位置付けられていない、過大表面格子面積８２０を非機能化し、残りの表面格子面積８２１を再機能化する。

図８Ｃに示されるように、型枠８９０は、次いで、マスタポリマーウエハ８１０から除去され、マスタポリマーウエハ８１０は、段８８０から除去され、再機能化された表面格子面積８２１を伴うマスタポリマーウエハ８１０のみを残す。

上記に説明されるプロセスは、複数の接眼レンズをマスタポリマーウエハから生産するための例示的単体化プロセス９００のフローチャートを示す、図９において要約される。単体化プロセス９００は、ＩＣＧまたはＯＣＥのために必要な格子に対応する、１つ以上の過大表面格子面積（９０２）を伴う、マスタポリマーウエハを鋳造することから開始する。過大ＩＣＧ格子を含む、マスタポリマーウエハの実施例は、図２に示され、過大ＯＣＧ格子を含む、実施例は、図３に示される。これらの過大表面格子面積は、可変ＩＰＤ長、ＯＣＧ直径、または中心間距離を含む、最終接眼レンズにおける１つ以上の設計パラメータの制御を提供することができる。

マスタポリマーウエハ２１０上の１つ以上の表面格子面積は、次いで、非機能化される（９０４）。過大ＩＣＧ表面格子面積を伴う、マスタポリマーウエハのための非機能化のプロセスは、選択された表面格子面積の金属化と、表面格子面積を被覆するための新しいポリマー材料の鋳造とを通して行われる。過大ＯＣＥ表面格子面積を伴う、マスタポリマーウエハの非機能化のプロセスは、新しいポリマー材料の鋳造を通して、または代替として、加熱されたスタンドおよび型枠の使用を通して、行われることができる。

過大ＩＣＧ表面格子面積を伴う、マスタポリマーウエハは、最初に、その面積の一部をプロジェクタからの光入力と対応するように金属化させる（９０６）。金属化面積はさらに、単体化後、ＩＣＧとＯＣＥとの間の中心間距離を制御するように位置付けられる。

過大ＩＣＧ表面格子面積の一部の金属化に続いて、残りの面積は、新しいポリマー材料（９０７）を金属化面積を被覆し、残りの表面格子を平面化するために十分な深度まで鋳造することによって、非機能化される。

ここで１つ以上の過大ＯＣＥ表面格子面積を伴って鋳造される、マスタポリマーウエハに目を向けると、格子面積の一部が、平面化を通して非機能化される（９０８）。平面化は、熱および圧力の組み合わせまたは選択された面積にわたる新しいポリマー材料の鋳造を通して、遂行されることができる。

図６Ａ－６Ｅに描写されるように、過大ＯＣＥ表面格子面積の一部を平面化する第１の実施例は、樹脂液滴の堆積を通して遂行される。樹脂液滴のあるパターンが、選択された部分上に堆積され、平坦表面を伴う平面層の中に圧入される。樹脂は、次いで、ＵＶ光で硬化され、平坦表面は、除去され、それによって、過大ＯＣＥ表面格子面積の選択された面積を非機能化する。

代替として、過大ＯＣＥ表面格子面積の一部を平面化することは、図７Ａ－７Ｃおよび図８Ａ－８Ｃに示されるように、型枠の使用を通して遂行される。両方の実施例では、非機能化されるべき過大ＯＣＥ表面格子面積を伴う、マスタポリマーウエハが、熱段上に設置され、ウエハのポリマー材料が可鍛性となる、温度まで加熱される。型枠が、次いで、非機能化されるべき表面格子面積にわたって位置付けられる。図７Ａ－７Ｃの実施例では、型枠は、過大表面格子面積を上回る深度の空所を含み、格子面積の選択された部分を未修正のまま残す。図８Ａ－８Ｃの実施例は、１つ以上の差込格子パターンを含み、一部を非機能化することと、残りの表面格子面積を再機能化することとの両方を行う。

型枠は、次いで、マスタポリマーウエハと接触するようにもたらされ、圧力が、適用され、空所の下に位置付けられていない、選択された表面格子面積を非機能化する、または随意に、差込格子の真下の面積を再機能化する。型枠は、次いで、除去され、選択された表面格子面積または新しく再機能化された表面格子面積を残す。

１つ以上の過大表面格子面積の非機能化に続いて、１つ以上の接眼レンズは、次いで、マスタポリマーウエハから単体化される（９１０）。概して、接眼レンズは、単体化され、ＩＣＧとＯＣＥとの間の間隔および接眼レンズ面積内のＯＣＥの位置付けを制御し、具体的ＩＰＤを考慮することができる。接眼レンズは、次いで、必要に応じて、さらに処理され、頭部搭載型ディスプレイの中に組み立てられることができる。

いくつかの実施形態が、説明されている。他の実施形態は、以下の請求項にある。

Claims (24)

1. 方法であって、
   ウエハを提供することであって、前記ウエハは、前記ウエハの表面の第１の面積にわたって延在する、第１の表面格子と、前記ウエハの表面の第２の面積にわたって延在する、第２の表面格子とを備える、ことと、
   前記第１の表面格子面積および前記第２の表面格子面積のうちの少なくとも１つ内の前記表面格子の一部を非機能化することと、
   接眼レンズを前記ウエハから単体化することであって、前記接眼レンズは、前記第１の表面格子面積の一部と、前記第２の表面格子面積の一部とを備える、ことと
   を含み、
   前記接眼レンズ内の前記第１の表面格子は、頭部搭載型ディスプレイのための入力結合格子に対応し、前記第２の表面格子は、前記頭部搭載型ディスプレイのための瞳エクスパンダ格子に対応する、方法。
2. 前記第１または第２の表面格子の一部を非機能化することは、前記対応する表面格子の一部を平面化することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１または第２の表面格子の一部を平面化することは、前記表面格子の対応する部分にわたって材料を鋳造することを含む、請求項２に記載の方法。
4. 鋳造される前記材料は、前記表面格子を形成する材料と同一材料である、請求項３に記載の方法。
5. 前記材料は、ポリマー材料である、請求項４に記載の方法。
6. 反射性材料を前記第１の表面格子の一部上に堆積させることをさらに含む、請求項１－５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記反射性材料は、金属である、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１または第２の表面格子面積の前記非機能化された部分は、前記表面の上方に、前記第１または第２の表面格子特徴の高さを上回る、高さを有する、請求項１－７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記第１または第２の表面格子面積の非機能化された部分に関して、前記非機能化された部分の高さは、前記対応する表面格子特徴の高さを１００ｎｍ以下だけ上回る、請求項８に記載の方法。
10. 前記ウエハを提供することは、前記第１および第２の格子を前記ウエハの表面上にインプリントすることを含む、請求項１－９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記ウエハを提供することは、前記第１および第２の格子を伴うウエハを鋳造することを含む、請求項１－１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記第２の面積は、３０ｍｍを上回る最小側方寸法を有する、請求項１－１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記瞳エクスパンダ格子は、３０ｍｍまたはそれ未満の最大側方寸法を有する、請求項１－１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記入力結合格子は、５ｍｍまたはそれ未満の最大側方寸法を有する、請求項１－１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記接眼レンズを頭部搭載型ディスプレイ内に組み立てることをさらに含む、請求項１－１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 物品であって、
    ポリマー材料から形成される、平面導波管を備え、前記平面導波管は、第１の表面を備え、前記第１の表面は、
    第１の表面格子と、
    前記第１の表面格子から離間される、第２の表面格子と、
    前記第１の表面格子と第２の表面格子との間の平滑部分と
    を備え、
    前記平滑部分は、第１の表面高さにおける第１の領域を備え、前記第１および第２の格子はそれぞれ、前記第１の表面高さの上方に延在し、前記平滑部分は、前記第１または第２の表面格子のいずれかに隣接する、第２の領域を備え、前記第２の領域は、前記隣接する表面格子の上方の高さまで延在する、物品。
17. 前記第１の表面格子によって支持される、反射性層をさらに備える、請求項１６に記載の物品。
18. 前記第１の表面格子および前記反射性層は、光入射を前記平面導波管の中に結合し、前記第２の表面格子に向かって伝搬させるように構成される、請求項１７に記載の物品。
19. 前記第２の表面格子は、前記導波管によって誘導される光を前記導波管から外に指向するように構成される、請求項１６－１８のいずれか１項に記載の物品。
20. 前記第２の領域は、前記隣接する表面格子の上方に１００ｎｍまたはそれ未満延在する、請求項１６－１９のいずれか１項に記載の物品。
21. 前記第１の表面格子は、５ｍｍまたはそれ未満の最大側方寸法を有し、前記第２の表面格子は、３０ｍｍまたはそれ未満の最大側方寸法を有する、請求項１６－２０のいずれか１項に記載の物品。
22. 前記第１および第２の格子は、１０ｍｍまたはそれを上回って分離される、請求項１６－２１のいずれか１項に記載の物品。
23. 請求項１６に記載の物品を備える、接眼レンズを備える、頭部搭載型ディスプレイ。
24. 前記ディスプレイは、仮想網膜ディスプレイである、請求項２３に記載の頭部搭載型ディスプレイ。

Images