波导的制作方法
背景
显示系统可被用来使所需图像对用户(查看者)可见。可穿戴显示系统可被实现在可穿戴头戴式耳机中，被布置成在人眼的近距离内显示图像。这样的可穿戴头戴式耳机有时被称为头戴式显示器，并且配置有框架，该框架具有适合放在用户(穿戴者)鼻梁上的中央部分以及适合放在用户的耳朵上的左和右支撑延伸部。各光学组件被布置在框架中以在用户眼睛的几厘米内显示图像。图像可以是在显示器(诸如微显示器)上的计算机生成的图像。光学组件被布置成将在显示器上生成的所需图像的光传输到用户的眼睛以使图像对用户可见。在其上生成图像的显示器可以形成光引擎的一部分，使得图像本身生成可由光学组件引导以提供用户可见的图像的经准直光束。
不同种类的光学组件已被用来将图像从显示器传递到人眼。这些可包括例如透镜、反射镜、光学波导、全息图以及衍射光栅。在一些显示系统中，光学组件是使用如下光学器件来制造的：该光学器件允许用户看到图像但不能透过这一光学器件看到“现实世界”。其他类型的显示系统提供透过这一光学器件的视图，以使得显示给用户的所生成的图像被覆盖在现实世界视图上。这有时称为增强现实。
基于波导的显示系统通常经由波导(光导)中的tir(全内反射)机构将光从光引擎传输到眼睛。这样的系统可包括衍射光栅，衍射光栅造成有效光束扩张以输出由光引擎提供的光束的经扩张版本。这意味着与直接查看光引擎相比，在查看波导的输出时图像在更宽的区域上可见：假定眼睛处于一区域内使得它可接收来自基本上全部经扩张光束的一些光，整个图像将对用户是可见的。这样的区域被称为眼框。
为了维持图像质量，波导的结构可按各种方式配置以减轻所传送的光的失真。
概述
提供本概述以便以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题也不限于解决
背景技术：
部分中指出的任何或所有缺点的实现。
根据第一方面，一种波导具有前和后表面。该波导用于显示系统且被布置成将来自光引擎的光引导到用户眼睛上以使图像对用户可见。光通过在前和后表面处的反射而被引导通过波导。所述前表面或后表面的第一部分具有使得光在从所述第一部分反射之际将相位改变第一量的结构。同一表面的第二部分具有不同结构，该不同结构使得光在从所述第二部分反射之际将相位改变不同于所述第一量的第二量。所述第一部分从所述第二部分偏移开一距离，所述距离基本上匹配所述第二量与所述第一量之间的差异。
根据第二方面，一种图像显示系统包括配置成生成图像的光引擎和具有前和后表面的波导。波导被布置成将来自光引擎的光引导到用户的眼睛上以使图像对用户可见，光通过在前和后表面处的反射被引导通过波导。所述前表面或后表面的第一部分具有使得光在从所述第一部分反射之际将相位改变第一量的结构。同一表面的第二部分具有不同结构，该不同结构使得光在从所述第二部分反射之际将相位改变不同于所述第一量的第二量。所述第一部分从所述第二部分偏移开一距离，所述距离基本上匹配所述第二量与所述第一量之间的差异。
根据第三方面，一种可穿戴图像显示系统包括：头部部件；安装在头部部件上且被配置成生成图像的光引擎；以及在使用时位于穿戴者眼睛前方的波导。波导具有前和后表面且被布置成将来自显示器的光引导到穿戴者的眼睛上以使图像对穿戴者可见，光通过在前和后表面处的反射被引导通过波导。所述前表面或后表面的第一部分具有使得光在从所述第一部分反射之际将相位改变第一量的结构。同一表面的第二部分具有不同结构，该不同结构使得光在从所述第二部分反射之际将相位改变不同于所述第一量的第二量。所述第一部分从所述第二部分偏移开一距离，所述距离基本上匹配所述第二量与所述第一量之间的差异。
附图说明
图1示出了可穿戴显示系统；
图2示出了该显示系统的一部分的平面图；
图3a和3b示出了光学组件的透视图和正视图；
图4a示出了其表面上形成有表面浮雕光栅的光学组件的示意平面图；
图4b示出了图4a的光学组件的示意性说明，该光学组件被示为与入射光交互并且是从侧面查看的；
图5a示出了直二元表面浮雕光栅的示意说明，该直二元表面浮雕光栅被示为与入射光交互并且是从侧面查看的；
图5b示出了斜二元表面浮雕光栅的示意说明，该斜二元表面浮雕光栅被示为与入射光交互并且是从侧面查看的；
图5c示出了突出三角表面浮雕光栅的示意说明，该突出三角表面浮雕光栅被示为与入射光交互并且是从侧面查看的；
图6示出了光学组件的入射耦合(incoupling)区的一部分的特写图；
图7a示出了显示系统的一部分的透视图；
图7b示出了显示器的各单独像素的平面图；
图7c和7d示出了与光学组件交互的光束的平面图和正视图；
图7e示出了执行光束扩张的光学组件的正视图；
图7f示出了执行光束扩张的光学组件的平面图；
图7g是弯曲光学组件的平面图；
图8a和8b是光学组件的一部分的平面图和正视图；
图9a示出了波导的折叠区内的光束反射的透视图；
图9b解说了光束扩张机构；
图10a和10b示出具有没有彼此偏移的光学元件的波导的一部分的平面图和侧视图，且图10c示出了图10a和10b的波导的相位分布；
图11a示出具有没有彼此偏移且展现出变迹的光学元件的波导的一部分的侧视图，且图11b示出了图11a的波导的相位分布。
图12a示出了具有偏移光学组件的第一光学组件的一部分的侧视图，且图12b示出了图12a的第二波导的相位分布；
图13a和13b示出了具有偏移光学元件的第二波导的一部分的平面图和侧视图，且图13c示出了图13a和13b的第二波导的相位分布；
图14示出了图11a和11b的波导的仿真性能数据的图表；
图15示出了图12a的第一波导的仿真性能数据的图表；
图16示出了用于制造光学组件或母版的微制造工艺的流程图；
图17a示出了具有可影响图像质量的某些特性的示例性光学组件；
图17b示出了可被用于制作图17a的光学组件的曝光装置；
图18示出了作为示例性波导的间隙宽度的函数的mtf的图表。
详细描述
通常，基于波导的显示系统包括图像源(例如投影仪)、波导以及压印在波导表面上的各种光学元件(例如，衍射光栅)。
图10a和10b示出了在波导表面的顶部上压印有衍射光学元件o1、o2(它们是衍射光栅)的光学波导10a的一部分的侧视图和平面图。第一光栅o1具有深度h1且第二光栅o2具有深度h2。在图10a的顶部示出了光学元件o1、o2的扩大侧视图。每一光学元件由波导10a的表面中的深度分别为h1、h2≠h1的一系列凹槽来形成，深度是垂直于波导来测得的。在这一示例中，深度h1、h2跨整个光栅o1、o2是恒定的。
第一和第二元件o1、o2被用于例如将由图像源发出的光耦合进入和退出波导，和/或用于操纵其在波导内的空间分布。尽管对于显示系统的操作而言是必需的，在光场穿过波导时，光学元件o1、o2也可在光场的相前上造成不想要的失真。具体而言，在波前遇到光学元件o1、o2的边缘时，可造成相位失真。各元件也可不同地改变该场的振幅，即也将存在振幅变化。然而，在图像质量方面，相位失真严重得多，且不需要各场部分的振幅的匹配来达到可接受的图像质量。
光学元件o1和o2由空白表面区b分开，这基本上是非衍射性的(即，它基本上根据snell定律和反射定律来与光交互)。从光导的空白表面区b全内反射的波前的各部分体验到与从光学元件o1、o2反射的各部分不同的相位延迟。光线r0在从该(或任何其它)空白表面区b全内反射之际按量φ0来改变相位，这取决于入射光的偏振。光线r1在从第一光学元件o1反射之际按量φ1＝φ0-δφ1来改变相位。光线r2在从第二光学元件o2反射之际按量φ2＝φ0-δφ2来改变相位。这在图10c的相位分布中解说，它示出了在分别从第一光学元件o1、空白表面b以及第二光学元件o2反射之后光线r1、r0、r2的相位。
一般而言，光栅和tir不同地改变偏振分量的相位，即也存在偏振旋转。如将明显的，前述段落的描述是用于辅助解说失真机制的简化。
注意，本文所使用的术语“反射”包括反射性衍射的光，例如由反射或部分反射衍射光栅所造成的。零和更高阶模式两者都能体验到相位延迟。一般而言，经反射的更高阶模式以及第零阶模式的偏振可被旋转或转入/转出椭圆偏振等。
这样的相位跳跃导致衍射光束分散并从而丢失图像锐度。降低边缘衍射的效果的一种方法将是使用变迹。一般而言，这意味着使用某种形式的平滑来将尖锐边缘转成更连续变化的形状。该平滑可通过各种手段来完成。在光栅的情形中，光栅结构的深度(或更一般地，任何其他轮廓参数)可在两个区域之间平滑地变化。展现出变迹的示例性波导10b在图11a中示出。波导10b具有第一和第二光学元件o1’、o2’，它们与波导10a的光学元件o1、o2相同，除了以下事实之外：o1’、o2’的深度分别在与将光学元件o1’和o2’分开的空白区b相邻的第一和第二变迹区a1、a2上渐进地降至零。这造成经变迹的区域中渐变的相位，如在图11b的相位分布中所示。如可在图11b中看到的，光线的相位由于变迹区a1、a2中的反射所改变的量根据跨变迹区a1、a2的位置而变化，其中所反射的光线越接近空白区b，展现出越接近由空白区b中本身反射的光线所展现出的变化的相位变化。尽管在一些情形中这可导致降低的强度边缘衍射和衍射光束分散，但变迹可具有其他不想要的效果，例如它可降低靠近其边缘的光栅的效率。
本公开提供了一种用于降低由压印在光导的表面上的衍射光学元件造成的相位失真的装置。具体而言，通过将合适的高度偏移添加到光栅和/或它旁边的空白表面(或其他光栅)来移除光栅边缘对波前的影响。偏移被选择成使得从偏移光栅反射的光线的总相位延迟等于从波导的空白表面全内反射(或从其他光栅反射)的光线的相位延迟。
与使用变迹的方法相比，本公开的方法允许相比于变迹而言经改进的相位失真降低。这在维持光栅的其他所需属性的同时被达到，例如，可通过例如维持所需深度轮廓直至光栅的边缘，针对光栅的整个表面积(包括在光栅的边缘处)上的效率来优化光栅。
这在以下详细描述。首先，将描述可在其中使用本公开的波导的上下文。
图1是头戴式显示器的透视图。头戴式显示器包括头部部件，该头部部件包括框架2，该框架2具有旨在适合放在穿戴者的鼻梁上的中央部分4以及旨在适合放在用户的耳朵上的左右支撑延伸部6、8。虽然支撑延伸部被示为基本笔直，它们可以以弯曲的部分终止，以按传统眼镜的方式更舒适地适合放在耳朵上。
框架2支撑标记为10l和10r的左和右光学组件，左和右光学组件为波导。为了便于本文中的参考，光学组件10(它是波导)将被认为是左或右组件，因为这些组件除了是彼此的镜像外本质上相同。因此，涉及左手组件的所有描述也涉及右手组件。稍后将参考图3更详细地描述光学组件。中央部分4容纳光引擎，该光引擎在图1中未被示出，但在图2中被示出。
图2示出图1的框架的顶部部分的一部分的俯视图。由此，图2示出包括微型显示器15和准直透镜20的形式的成像光学器件17的光引擎13。光引擎还包括能够生成微型显示器的图像的处理器。微型显示器可以是任何类型的图像源的光，诸如硅上液晶(lcos)显示器(lcd的)、透射液晶显示器(lcd)、led的矩阵阵列(有机或无机)和任何其他合适的显示器。该显示器由图2中不可见的电路系统驱动，该电路系统激活显示器的各个体像素以生成图像。从每一像素充分准直的光落在光引擎13的出射光瞳22上。在出射光瞳22处，经准直光束被耦合到每一光学组件10l、10r中在每一组件上提供的相应入射耦合区12l、12r中。这些入射耦合区在图1中被清楚地示出，但在图2中不是容易可见的。入射耦合光随后被引导通过涉及衍射和tir的机制(该机制在相应的中间(折叠)区14l、14r中的光学组件的横向)，并且还向下到相应的出射区16l、16r中，光在该出射区16l、16r朝向用户的眼睛离开组件10。图1中示出了区14l、14r、16l和16r。以下详细描述这些技术。图2示出接收来自出射区(16l或16r)的经衍射的光的用户的眼睛(右或左)。到用户的眼睛的输出光束ob与入射光束ir平行。例如参考在图2中被标记为ib的光束以及在图2中被标记为ob的两个平行输出光束。光学组件10位于光引擎13和眼睛之间，即显示系统配置具有所谓的透射类型。
其他头部部件也在本主题的范围之内。例如，显示光学器件可同样使用头带、头部部件或其他适配系统被附连到用户的头部。适配系统的目的在于支撑显示器，并向显示器和其他头部承受系统(诸如，跟踪系统和相机)提供稳定性。适配系统还将被设计成在人体测量范围和头部形态学方面满足用户群体，并提供对显示系统的舒适支撑。
来自同一显示器15的光束可被耦合到组件10l、10r两者中，以使得图像由两个眼睛从单个显示器感知，或者分开的显示器可被用于为每一眼睛生成不同的图像，例如以提供立体图像。在替换头部装置中，(诸)光引擎可被安装在框架的左部和右部之一或两者处—其中入射耦合区12、折叠区14和出射区16的布置被相应地翻转。
光学组件10是基本透明的，以使得用户可不仅查看来自光引擎13的图像，还可透过这些光学组件查看现实世界视图。
光学组件10具有折射率n，该折射率n为使得发生全内反射，从而从入射耦合区开始沿着中间扩束区14并朝着出射区16向下引导光束。
图3a和3b更详细地示出光学组件。
图3a示出光学组件10的透视图。光学组件是平的，因为其表面的前部和后部是基本平的(前和后根据如由图3a中眼睛的位置指示的穿戴者的视点定义)。该表面的前部和后部彼此平行。光学组件10基本位于一平面(xy平面)中，其中z轴(被称为“法线”)被定向为从光学组件10朝向观看者。入射耦合区12、折叠区14和出射区16被示出，每一区通过相应的表面调制52、46和56被定义在光学组件的表面上，表面调制52、46和56从观看者的视角来看位于在波导的后面。表面调制52、46、56中的每一者形成相应的表面浮雕光栅(srg)，其性质将被简短地描述。取代srg，可使用全息图来提供与srg相同的光学功能。
如在图3b的平面图中示出的，折叠区具有在横向(x)方向上的水平展度w2(在本文中被称为扩宽区的“宽度”)和y方向上的展度h2(在本文中被称为扩宽区的“长度”)，该折叠区在横向方向上沿着其宽度w2从光学组件的内边缘增加到其外边缘。出射区具有定义眼框的尺寸的水平展度w3(出射区的长度)和y方向展度h3(出射区的宽度)，该尺寸与光引擎中的成像光学器件无关。入射耦合和折叠srg52、54具有相对定向角a，如折叠和出射srg54、56一样(注意，叠加在srg52、54、56上的各种点线表示与这些srg的光栅线相垂直的方向)。
入射耦合区和折叠区12、14基本连续，因为它们最多相隔窄边界区18，该窄边界区具有如沿着(即，垂直于)隔开该边界区18的公共边界19测得的宽度w。公共边界19是拱形的(在本示例中基本上为半圆)，入射耦合区和折叠区12、14具有沿着公共边界19的拱形(基本上为半圆)的边缘。入射耦合区12的边缘在整体上为基本上圆形的。
现在将参考图4a和4b描述构成本文中描述的头戴式显示器的操作的基础的衍射机制的原理。
本文中描述的光学组件通过反射、折射、衍射的方式与光交互。衍射在传播的波与例如障碍或狭缝之类的结构交互时发生。衍射可以被描述为波的干涉，并且在该结构在大小上与波的波长相当时最显著。可见光的光学衍射归因于光的波性质并且可被描述为光波的干涉。可见光具有在大约390到700纳米(nm)之间的波长，并且当传播的光遇到100或1000nm范围级别的类似规模的结构时可见光的衍射是最显著的。
衍射结构的一个示例是周期性(基本反复的)衍射结构。在本文中，“衍射光栅”意指具有周期性衍射结构的光学组件的任何(部分)。周期性结构可造成光的衍射，该光的衍射通常在周期性结构具有与光的波长类似大小的空间周期时最显著。周期性结构的类型包括例如光学组件的表面上的表面调制、折射率调制、全息图等。当传播的光遇到周期性结构时，衍射使得光被拆分成处于不同方向的多个光束。这些方向取决于所述光的波长，这样衍射光栅引起多色(例如白色)光的色散，由此，多色光被分成在不同的方向上行进的不同颜色的光束。
当周期性结构是在光学组件的表面上时，其被称为表面光栅。当周期性结构归因于表面本身的调制时，其被称为表面浮雕光栅(srg)。srg的一个示例是在光学组件的表面中的被均匀直槽间隔区域分隔开的均匀直槽。槽间隔区域在此被称为“线”、“光栅线”和“填充区”。srg的衍射的性质取决于入射在光栅上的光的波长和srg的各种光学特性(例如线间隔、槽深度和槽倾斜角)这两者。srg可通过合适的微制造工艺来制造，这可涉及蚀刻基板和/或在基板上沉积以在基板上制造所需周期性微结构以形成光学组件，这随后被用作生产母版，诸如用于制造进一步光学组件的模具。
srg是衍射光学元件(doe)的示例。当表面上存在doe时(例如，当doe是srg时)，该表面的由doe横跨的部分被称为doe区。
图4a和4b分别从顶部和侧面示出具有外表面s的基本透明的光学组件10的一部分。表面s的至少一部分展示构成作为微结构的srg44(例如，52、54、56)的表面调制。这样的部分被称为“光栅区”。这些调制包括基本平行和细长(比它们的宽度长得多)的光栅线，并且在此示例中基本是直的(但它们一般不必是直的)。
图4b示出光学组件10，并且具体而言是与传入照明光束i交互的srg44，该传入照明光束向内入射到srg44上。光i在该示例中是白光，并且因而具有多种颜色分量。光i与srg44交互，srg44将该光拆分成向内定向到光学组件10中的几个光束。光i的一些也可作为反射光束r0被从表面s反射回来。零阶模式向内光束t0和任何反射r0是根据衍射的一般原理以及其它非零阶(±n阶)模式(其可被解释为波干涉)被创建的。图4b示出第一阶向内光束t1，t-1；将理解，取决于光学组件10的配置，更高阶的光束可以或可以不被创建。由于衍射的性质取决于波长，因此，对于更高阶的模式而言，入射光i的不同颜色分量(即波长分量)当存在时以相对于彼此而言不同的传播角度被分成不同颜色的光束，如图4b所示。
图5a-5c是不同的示例性srg44a-44c(在此统称为44)的特写示意截面图，srg44a-44c可由(在这些图中是从侧面查看的)光学组件10的表面s的调制来形成。光束用箭头标注，其粗度指示大致相对的强度(越高强度的光束以越粗的箭头示出)。
图5a示出直二元srg44a的示例。直二元srg44a由在表面s中通过突出槽间隔区9a分隔开的一系列槽7a形成，该突出槽间隔区9a在此也被称为“填充区”、“光栅线”或简称为“线”。srg44a具有为d的空间周期(称为“光栅周期”)，其是调制形状在其上重复的距离，并且由此为毗邻线/槽之间的距离。槽7a具有深度h，且具有基本直的壁和基本平的基底。在图2a中填充区具有高度h和在填充区的高度h上基本均匀的标记为“w”的宽度(其中w是周期的某一分数f：w＝f*d)。
对于直二元srg，这些壁基本垂直于表面s。srg44a引起垂直地进入到表面的入射光i的对称衍射，其中由srg4a所创建的每个+n阶模式光束(例如t1)具有与对应的-n阶模式光束(例如t-1)基本相同的强度，通常小于约入射光束i的强度的五分之一(0.2)。
图5b示出斜二元srg44b的示例。斜二元srg44b也由表面s中通过宽度w的线9b分隔开的槽(被标记为7b)形成，这些槽具有基本直的壁和基本平的基底。然而，与直srg44a相对比，所述壁相对于法线倾斜了一定量，在图25b中由角度β标注。槽7b当沿法线测量时具有深度h。归因于非零倾斜所引起的非对称性，行进离开倾斜方向的±n阶模式向内光束具有比它们的
二元srg44a和4b可以被看作是嵌入到表面s中的空间波形，该空间波形具有基本为方波的形状(具有周期d)。在srg44b的情况下，该形状是倾斜达β的倾斜方波形状。
图5c示出了突出三角srg44c的示例，其是突出梯形srg的特殊情况。三角srg44c是由表面s中的槽7c形成，所述槽是三角形状的(且因此具有可分辨的尖端)并且当沿法线测量时具有深度h。填充区9c采用了三角形、齿状突起(齿形)的形式，具有与法线成角度β(β是srg44c的倾斜角)的中部。这些齿具有分隔d(其是srg44c的光栅周期)的各尖端，即在齿形底部处为w并且在齿形的尖端处变窄到基本为零的宽度。对于图44c的srg，w≈d，但一般可以为w<d。srg是突出的，因为齿的尖端延伸超过槽的尖端。构建突起的三角形srg是可能的，该图案基本上消除了传输模式t0光束和
srg44c可以被看作是嵌入在s中的空间波形，所述空间波形具有基本三角的波形，其倾斜了β。
其他srg也是可能的，例如其他类型的梯形srg(其在宽度上可能不是一直变窄到零)、正弦srg等。这样的其他srg也展示高度h、线宽w、倾斜角β和壁角γ，其可按与图5a-c相似的方式定义。
在本显示系统中，d通常在约250和500nm之间，并且h在约30和400nm之间。倾斜角β通常在约0和45度之间(以使得倾斜方向通常被提高为超过表面s约45和90度之间的量)。
srg具有依据期望的被衍射的光束(例如t1)的强度相对于照明光束i的强度而被定义的衍射效率，并且可以由那些强度的比η来表示。如从上将显而易见的，斜二元srg(例如4b-在t1是期望的光束的情况高达η≈0.8)可以实现比非斜srg(例如44a-在t1是期望的光束的情况下仅高达约η≈0.2)更高的效率。通过突出三角srg，有可能实现近于最佳的效率η≈1。
图6更清楚地示出入射耦合srg52，包括示出光束如何与其交互的经扩张的版本。图6示出了光学组件10的俯视图。光引擎13提供经准直光的光束，这些光束之一被示出(对应于显示像素)。该光束落在入射耦合srg52上并由此在组件10中造成该光束的全内反射。中间光栅14将光束的各版本向下引导到出射光栅16，出射光栅16使得将该图像衍射到用户的眼睛上。光栅12的操作在经扩张的部分中被更详细地示出，该经扩张的部分示出从左边进入并被表示为i的入射光束的光线，并且这些光线被衍射以便在光学组件10中经历tir。图6中的光栅具有图5b中示出的类型，但也可具有图5c中示出的类型或者某种其他倾斜的光栅形状。
现将参考图7a-9b描述作为某些实施例的基础的光学原理。
显示系统的准直光学器件被布置成将显示系统的显示器上的图像基本上准直到多个输入光束。通过准直来自相应图像点的光来形成每一光束，该光束在唯一的向内方向(这取决于该点在图像中的位置)上被定向到入射耦合光栅。多个输入光束因而形成图像的虚拟版本。中间光栅和出射光栅具有显著大于该光束的直径的宽度。入射耦合光栅被布置成将每一光束耦合到中间光栅中，在中间光栅中，该光束以沿着所述中间光栅的宽度的方向被引导到所述中间光栅的多个拆分区上。中间光栅被布置成在拆分区将该光束拆分以提供该光束的多个基本上平行的版本。那些多个版本被耦合到出射光栅中，在该出射光栅中，该多个版本被引导到出射光栅的多个出射区上。出射区位于沿出射光栅的宽度的方向上。出射光栅被布置成将该光束的多个版本基本上平行且在向外方向上向外衍射，该向外方向基本上匹配该光束被入射耦合的所述唯一向内方向。该多个输入光束由此使得多个出射光束离开该波导，所述多个出射光束形成图像的基本上同一个虚拟版本。
图7a示出显示器15、成像光学器件17和入射耦合srg52的透视图。显示器15的显示图像的区域上的不同几何点在本文中被称为像点，这些像点可以是活跃的(当前正在发射光)或不活跃的(当前没有发射光)。在实践中，各个体像素可被近似为像点。
成像光学器件17可通常被近似为一主平面(薄透镜近似)，或者在一些情况下，更准确地被近似为一对主平面(厚透镜近似)，其位置依据其构成透镜的性质和布置来确定。在这些近似中，由成像光学器件17引起的任何折射被近似为在主平面处发生。为了避免不必要的复杂化，各实施例的原理将结合成像光学器件17的薄透镜近似来描述，并由此结合图7a中被标记为31的单个主平面来描述，但将显而易见的是不适配该近似的更复杂的成像光学器件仍可被利用来实现所期望的效果。
成像光学器件17具有光轴30和正焦点，并且相对于光学组件10被定位成使得光轴30在入射srg52的几何中心处或附近与入射srg52相交，且正焦点基本位于显示器上的像点x0处(即，位于与显示器的正面相同的平面中)。示出了显示器上的另一任意像点x，并且现在将结合x描述作为各实施例的基础的原理，而不失一般性。在以下，术语“对于每一x”或类似物被用作用于意指“对于每一像点(包括x)”或类似物的方便速记，如在上下文中将显而易见的。
当活跃时，像点—包括被标记为x和x0的像点——充当个体照明点源，光从这些个体照明电源按基本各向同性的方式传播通过在显示器15前向的半个空间。图像中被感知为较亮的区域中的像点相对于该图像中被感知为较暗的区域而言发射较强的光。被感知为黑色的区域中的像点不发射光或仅发射非常小强度的光(不活跃的像点)。特定像点所发射的光的强度可随图像改变(例如当视频被显示在显示器15上时)而改变。
每一活跃像点提供对成像光学器件17的准直区a的基本一致的照明，该准直区a基本是圆形的并具有直径d，该直径d取决于诸如构成透镜的直径之类的因素(通常d是1-10mm的量级)。这在图7a中针对像点x来解说，图7a示出来自x的圆锥体32(x)内的任何传播光如何入射在准直区a上。成像光学器件准直入射在准直区a上的任何光32(x)以形成为直径d的经准直光束34(x)(输入光束)，该光束被定向为朝向光学组件10的入射耦合光栅52。光束34(x)由此入射在入射耦合光栅52上。屏蔽组件(未示出)可被布置成防止从x发射的在圆锥体32(x)外部的任何未经准直的光到达光学组件10。
对应于像点x的光束34(x)以向内传播方向被朝向入射srg52定向，其可通过传播向量
成像光学器件具有主点p，该主点p是光轴30与主平面31相交处的点，并且通常位于准直区a的中心处或附近。向内方向
如将显而易见的，以上适用于每一活跃的像点，并且成像光学器件由此被布置成基本将当前在显示器15上的图像准直成多个输入光束，每一输入光束对应于依据相应活跃像点(在实践中为活跃像素)的位置确定的唯一方向，并且以该唯一方向传播。即，成像光学器件17高效地将每一活跃点源x转换成处于唯一向内方向
对应于像点x0(未示出)的输入光束将与光轴30平行地朝向入射耦合srg52的几何中心或在该几何中心附近传播。
如所提到的，在实践中，显示器15的各个体像素可被近似为单个像点。这在图7b中解说，图7b是示出显示器15的主平面31和两个毗邻像素xa、xb的示意俯视图，这两个毗邻像素xa、xb的中心从主点p起包住角度δβ。在活跃时发射像素xa、xb的光被高效地转换成具有等于δβ的角距的经准直光束34(xa)、34(xb)。如将显而易见的，出于解说的目的，像素xa、xb的范围已被极大地扩大。
光栅被高度准直，具有不大于由一单独像素从p包住的角(～δβ)的角范围，例如，通常具有不大于约1/2毫弧度的角范围。如在以下的示图中将变得显而易见的，这增加了穿戴者感知到的最终图像的图像质量。
图7c和7d分别示出了光学组件的一部分的示意俯视图(xz)和正视图(yz)。如这些附图中所指示的，入射耦合光栅52引起光束34(x)的衍射，由此引起第一阶(±1)模式光束在光学组件10内以大致朝向折叠srg54的新方向
光学组件具有折射率n，并且被配置成使得极坐标角θ(x)满足由下式给出的全内发射准则：
(1):sinθ(x)＞1/n对于每一x。
如将显而易见的是，来自成像光学器件17的每一光束输入由此通过全内反射(tir)以大致水平的(+x)方向(与x轴偏离φ(x)<φin(x))传播通过光学组件10。通过这种方式，光束34(x)被从入射区12耦合到折叠区14，在折叠区14中，光束34(x)沿着折叠区14的宽度传播。
图7e从与穿戴者的视点相似的视点示出10完整的光学组件10的正面(xy)视图。如以下更详细解释的，光学组件10内的衍射光束拆分和全内反射的组合导致每一输入光束34(x)的多个版本沿着出射区16的长度和宽度两者从出射srg向外衍射，成为处于基本匹配对应输入光束34(x)的相应向内方向
在图7e中，在光学组件10外部的光束被使用阴影来表示，并且点线被用来表示光学组件10内的光束。透视被用来指示z方向中的传播，其中图7e中的光束的变宽(或者变窄)表示正(或者负)z方向中的传播；即朝向(或者远离)佩戴者。由此，发散的点线表示光学组件10内的光束朝向光学组件10的前壁传播；最宽的部分表示那些光束撞到了光学组件10的前壁，那些光束被从光学组件10的前壁全内反射回去朝向后壁(各个srg被形成在该后壁上)，该全内反射由从最宽的点到最窄的点(在这些最窄的点处，光束入射在后壁上)收缩的虚线表示。各光束入射在折叠srg和出射srg上的区域被标记为s和e，并且出于将变得显而易见的理由，被分别称为拆分区和出射区。
如所解说的，输入光束34(x)被入射srg52通过前述衍射耦合到波导中，并且通过tir以方向φ(x)、±θ(x)(每当该光束被反射时，极坐标角的符号而非幅值改变)沿着入射区12的宽度传播。如将显而易见的，这导致光束34(x)最终在最左边的拆分区s撞击折叠srg。
当光束34(x)入射在拆分区s处时，那个入射光束34(x)通过衍射的方式被高效地拆分成两个光束，以除了零阶反射模式光束(镜面反射光束)外，还创建那个光束的新版本42(x)(具体为-1反射模式光束)，归因于具有特定配置(其将在适当的时候被描述)的折叠srg54，该新版本以特定并且大致向下(-y)的方向φ'(x)，±θ'(x)被定向为朝向出射区16，而零阶反射模式光束继续以相同的方向φ(x)，±θ(x)沿着该光束34(x)的宽度传播，就好像光束34(x)将处在没有折叠srg的地方(但是以降低的强度传播)一样。由此，光束34(x)基本沿着折叠区14的整个宽度高效地继续传播，在各拆分区s撞击折叠srg，并在每一拆分区s创建该光束的另一新版本(处于相同的基本向下的方向φ'(x)，±θ'(x))。如图7e所示，这导致光束34(x)的多个版本被耦合到出射区16，这多个版本在水平上分隔开以共同跨越出射区16的基本整个宽度。
还如图7e所示，该光束的在拆分区s处创建的新版本42(x)本身在其向下传播期间撞击折叠srg。这将导致零阶模式被创建，该零阶模式一般以方向φ'(x)，±θ'(x)向下继续传播，并且其可被看作该光束的继续传播，但可导致非零阶模式光束40(x)(进一步的新版本)通过衍射的方式被创建。然而，通过这样的双重衍射在同一srg处创建的任何这样的光束40(x)将以与耦合在光学组件10中的原始光束34(x)基本相同的方向φ(x)，±θ(x)沿着折叠区14的宽度传播(参见以下)。由此，尽管有被折叠srg多次衍射的可能性，但光束34(x)(对应于像点x)的各版本在光学组件10内的传播被高效地限制于两个xy方向：大致水平的方向(φ(x)，±θ(x))和特定且大致向下的方向(φ'(x)，±θ'(x))，这将在以下被简短地讨论。
折叠区14内的传播由此高度规则，其中对应于特定像点x的所有光束版本基本按所解说的方式被约束于格状结构。
出射区16位于折叠区14下方，并且由此该光束的各向下传播版本42(x)被耦合到出射区16中，在出射区16中，这些向下传播版本被引导到输出srg的各出射区e上。出射srg56被配置成使得当光束的某版本撞击输出srg时，那个光束被衍射以创建以向外的方向从该出射srg56向外定向的一阶模式光束，该向外的方向基本匹配其中对应于像点x的原始光束34(x)被输入的唯一向内方向。由于存在该光束的多个版本向下传播，此多个版本基本跨越出射区16的宽度，因此生成了跨出射区16的宽度的多个输出光束(如图7e所示)以提供高效的水平光束扩张。
此外，出射srg56被配置成使得除了向外衍射的光束38(x)在各出射区域e处从入射光束中被创建外，零阶衍射模式光束继续按与该入射光束相同的特定方向向下传播。该零阶衍射模式光束进而在较低的出射区16s以图7e所示的方式撞击出射srg，从而导致继续的零阶光束和向外的第一阶光束两者。由此，还生成了基本跨出射区16的整个宽度的多个输出光束38(x)以提供高效的垂直光束扩张。
输出光束38(x)以基本匹配原始光束34(x)被输入的唯一输入方向的向外方向被向外地定向。在该上下文中，基本匹配意味着该向外方向按使得穿戴者的眼睛能够将输出光束38(x)的任何组合聚焦到视网膜上的单个点由此重构像点x(参见以下)的方式与输入方向相关。
对于平光学组件(即，其前和后表面在其整体上基本平行于xy平面)，输出光束基本彼此平行(至少在被两个毗邻显示像素包住的角度δβ内)，并且按与相应的输入光束34(x)被定向到入射耦合srg52的唯一向内方向
如将参考图7f描述的，这使得观看者的眼睛在看着出射区16时能够重构图像。图7f示出光学组件10的俯视图(xz)。输入光束34(x)被入射耦合到光学组件10，从而导致多个平行的输出光束38(x)按以上讨论的方式在各出射区e处被创建。在对应于所有像点的各输出光束(在无穷远处)形成与对应的输入光束相同的虚拟图像时，这可被等效地表达。
由于对应于像点x的光束38(x)全部基本平行，被眼睛37接收的光束38(x)中的一者或多者的任何光被聚焦为好像眼睛37正在感知处于无穷远处的图像(即，远距图像)。眼睛37由此将这样的接收光聚焦在单个视网膜点上，就好像该光是直接从成像光学器件17处接收到的一样，由此在视网膜上重构像点x(例如，像素)。如将显而易见的，上述情况适用于每一活跃像点(例如，像素)，使得眼睛37重构当前在显示器15上的整个图像。
然而，与直接从光学器件17接收图像(从该光学器件17，仅为直径d的相应单个光束34(x)被为每一x发射)形成对照，输出光束39(x)在显著更宽的区域(即，基本为出射区16的区域)上被发射，该显著更宽的区域比输入光束的区域(～d2)显著更大。眼睛全部接收的光束38(x)的哪些(部分)被聚焦在相同的视网膜点上(例如，在图7f中，眼睛37是否将水平地(±x)移动)并不重要，因为显然该图像仍将被感知。由此，不需要针对例如在远处的具有不同瞳距的观看者对显示系统进行适配，这使得出射区16宽到足以预测合理范围的瞳距：尽管其眼睛较靠近在一起的观看者与其眼睛较远离的观看者相比将一般接收来自出射区16的较靠近入射耦合区12的一侧的光，但是两者将感知到相同的图像。此外，在眼睛27转动时，(随着光束相对于眼睛的光轴的角度改变)该图像的不同部分被引向观看者的视野的中心，且该图像仍保持可见，由此允许观看者按需将其注意力聚焦于图像的不同部分。
对应于任何两个毗邻像素xa、xb的输入光束所展示出的相同相对角距δβ也由输出光束38(xa)、38(xb)的相应集合展示出—由此毗邻像素被眼睛聚焦与毗邻的视网膜点。光束的所有各个版本在其传播通过光学组件10时保持被高度准直，从而防止聚焦在视网膜上的各像素图像的显著重叠，由此保持图像锐度。
应当注意，图7a-7g不是按比例的，并且尤其地，为了清楚起见，光束直径一般相对于诸如显示器15之类的实践中通常将预期的组件被减小。
现将参考图8a和8b描述入射耦合srg52的配置，图8a和8b示出了折叠光栅52的一部分的示意俯视图和正视图。注意，在图8a和8b中，为了清楚起见，光束通过箭头来表示(即，其区域没有被表示出)。
图8a示出分别位于显示器15的最左边和最右边的两个像点xl、xr，来自这两个像点的光被光学器件17准直以便以向内的方向(θin(xl)，φin(xl))、(θin(xr)，φin(xr))生成相应的输入光束34(xl)、34(xr)。如所示出的，这些光束被入射耦合srg52耦合到光学组件10中—所示的在入射耦合srg52处创建的入射耦合光栅是通过衍射入射在srg52上的光束的方式来创建的第一阶(+1)模式光束。耦合在波导中的光束34(xl)、34(xr)在由极坐标角θ(xl)、θ(xr)定义的方向上传播。
图8b示出在显示器15的最右上方和最右下方处的两个像点xr1和xr2。注意，在该图中，点划线表示在光学组件10后面(-z)的各方面。相应的光束34(xl)、34(xr)在光学组件10内处于具有极坐标角φ(xl)、φ(xr)的方向中。
这样的角度θ(x)、φ(x)由以下(传输)光栅等式给出：
nsinθ(x)sinφ(x)＝sinθin(x)sinφin(x)(2)
其中srg52具有光栅周期d1，光束光具有波长λ，并且n为光学组件的折射率。
从(2)、(3)中明确示出θ(xl)＝θmax且θ(xr)＝θmin，即耦合到组件10中的任何光束以在范围[θ(xr),θ(xl)]中的初始极坐标角传播；并且φ(xr2)＝φmax且φ(xr1)＝φmin(在该示例中≈–φmax)，即耦合到该组件中的任何光束最初以在范围[φ(xr1),φ(xr2)](≈[–φ(xr2),φ(xr2)])中的方位角传播。
现将参考图9a-9b描述折叠srg54的配置。注意，在图9a和9b中，为了清楚起见，光束再次通过箭头来表示，而没有其区域的任何表示。在这些附图中，点线表示垂直于折叠srg光栅线的各方向，虚线是垂直于入射耦合srg光栅线的各定向，且点划线是垂直于出射srg光栅线的各定向。
图9a示出耦合到光学组件10的折叠区14中、已从光学组件10的前壁反射出并由此以朝向折叠srg54的方向(φ(x),-θ(x))行进的光束34(x)的透视图。虚线(其垂直于折叠srg光栅线)被示为表示折叠srg的方向。
折叠srg54和入射耦合srg52具有相对定向角a(该相对定向角a是其相应光栅线之间的角度)。该光束由此与在xy平面中测得的折叠srg光栅线成角度α+φ(x)(参见图9b)。光束34入射在折叠srg54上，折叠srg54将光束34衍射到不同的组件中。零阶反射模式(镜面反射)光束被创建，该零阶反射模式光束继续以方向(φ(x),+θ(x))传播，就好像光束34(x)将由在没有折叠srg54的情况下的反射造成(但是以降低的强度传播)。该镜面反射光束实际上可被看作光束34(x)的延续，并且出于该原因也被标记为34(x)。还创建第一阶(-1)反射模式光束42(x)，其实际上可被看作光束的新版本。
如所指示的，光束的新版本42(x)以特定方向(φ'(x),θ'(x))传播，该方向由以下已知的(反射)光栅等式给出：
nsinθ′(x)sin(a+φ′(x))＝nsinθ(x)sin(a+φ(x))(4)
其中折叠srg具有光栅周期d2，光束光具有波长λ，并且n为光学组件10的折射率。
如示出光学组件10的示意正视图的图9b所示，光束34(x)以方位角φ(x)被耦合到入射耦合区12中，并且由此与折叠srg54成xy角φ(x)+α。
光束34(x)的第一新版本42a(x)(-1模式)在该光束首次被折叠srg54衍射时被创建，并且第二新版本42b(x)(-1模式)在该光束接着被折叠srg54衍射时被创建(并且以此类推)，第一新版本42a(x)和第二新版本42b(x)两者都在xy方向φ'(x)上传播。通过这种方式，光束34(x)被高效地拆分成多个版本，这些版本(跨折叠区14的宽度)被水平地分隔开。这些版本被引导向下朝向出射区16，并由此(由于该水平分隔，基本跨出射区16的宽度)被耦合到出射区16中。如可看出的，多个版本由此入射在出射srg56的各出射区域(被标记为e)上，出射srg56沿着出射区16的宽度定位。
这些新的向下(-y)传播的版本本身可再次遇到折叠srg，如所解说的。然而，从(4)、(5)中可示出通过入射光束(例如，42a(x)，-1模式)在srg处的衍射创建的任何第一阶反射模式光束(例如，40a(x)，+1模式)将回复到原始光束的方向(例如，φ(x)，±θ(x)，其是40a(x)的传播方向)，入射光束本身由原始光束(例如，34(x))在同一srg处的早期衍射创建的第一阶反射模式光束。由此，折叠区14内的传播限于菱状格，如可从图9b的几何结构中看出的。被标记为42ab(x)的光束是在42b(x)遇到折叠srg54时创建的镜面反射光束和在40a(x)在基本相同的位置处遇到该折叠srg时创建的-1模式光束的叠加；被标记为42ab(x)的光束是在40a(x)遇到折叠srg54时创建的镜面反射光束和在42b(x)在基本相同的位置遇到这些srg时创建的+1模式光束的叠加(并以此类推)。
出射srg和入射耦合srg52、56以相对定向角α'(该相对定向角α'是其相应光栅线之间的角度)定向。在出射区域中的每一者处，遇到该区域的版本被衍射，以使得除了以方向φ'(x)，±θ'(x)向下传播的零阶反射模式光束外，还有以由以下给出的向外的方向φout(x)，θout(x)远离光学组件10传播的第一阶(+1)传输模式光束38(x)：
sinθout(x)sin(a′+φout(x))＝nsinθ′(x)sin(a′+φ′(x))(6)
输出方向θout(x)，φout(x)是波导之外的输出光束(在空气中传播)的方向。对于平波导，当出射光栅在该波导的正面时，等式(6)、(7)两者都成立——在该情形中下，输出光束是第一阶传输模式光束(如可看见的，等式(6)、(7)对应于已知的传输光栅等式——但同样当出射光栅在波导的后部时(如在图7f中)——在该情况下，输出光束对应于第一阶反射模式光束，其在来自后出射光栅的初始反射之际，在光学组件10内以由以下给出的方向θ′out(x)，φ′out(x)传播：
nsinθ′out(x)sin(a′+φ′out(x))＝nsinθ′(x)sin(a′+φ′(x))(6′)
这些光束随后在光学组件的前表面处被折射，并由此以由以下snell定律给出的方向θin(x)，φin(x)离开光学组件：
sinθout(x)＝nsinθ′out(x)(8)
φ′out(x)＝φout(x)(9)
如将显而易见的，等式(6)、(7)的条件直接由(6’)、(7’)、(8)和(9)产生。注意，前表面处的这样的折射尽管在图7f中不是容易可见的，但在图7f的布置中将会发生。
根据等式(2-7)可示出，当
d＝d1＝d3(10)
(即，当入射耦合srg52和出射srg56的周期基本匹配时)；
d2＝d/(2cosa)；(11)
并且
a′＝2a；(12)
则(θout(x)，φout(x))＝(θin(x)，φin(x))。
此外，当条件
被满足时，折叠srg54处的衍射并没有创建除上述第一阶和零阶反射模式以外的模式。即，当该准则被满足时，在折叠区中并没有创建附加的不期望的光束。对于大的范围a(从约0到70度)，条件(13)被满足。
换言之，当这些准则被满足时，出射srg56实际上充当入射耦合srg52的反转，从而反转入射耦合srg衍射对与其交互的光束的每一版本的效果，由此以与原始光束被输出到组件10相同的方向输出实际上是光束34(x)的二维经扩张的版本的事物(该二维经扩张的版本具有基本是出射srg56的面积(>>d2，并且如上所述，其与成像光学器件17无关)的面积)，以便向外衍射的光束形成与向内输入的光束基本形成相同的虚拟图像，但其可在更大的区域上感知。
在图9b的示例中，a≈45°，即使得折叠srg54和出射srg56被定向为分别与入射耦合srg52成基本45和90度，并且折叠区域的光栅周期为
以上考虑了平光学组件，但适当弯曲(即，具有基本沿着z轴延伸的曲率半径)的光学组件可被配置成用作有效透镜，使得各输出光束30(x)不再同样被高度准直并且不是平行的，而具有特定的相对方向和角距，使得各自追溯到公共收敛点——这在图7g中被示出，其中该公共收敛点被标记为q。此外，当每一像点被考虑时，所有不同的活跃像点的各收敛点位于基本相同的平面中(被标记为50)，该平面被定位成距眼睛37距离l，以使得眼睛37可据此来聚集以将整个图像感知为好像该图像在距离l远处。这可被等效地表述为各输出光束形成与相应的输入光束基本相同的当前显示图像的虚拟版本，但在距眼睛37距离l处，而不是在无穷远处。弯曲的光学组件可特别适合于无法适当地聚焦远距图像的近视眼。
注意，一般来说，折叠区和出射区的“宽度”不一定是其水平延伸——一般来说，折叠区14或出射区16的宽度是该区在光从入射耦合区12耦合到折叠区14中的大致方向上的延伸(在以上示例中，其是水平的，但更一般地其是基本垂直于入射耦合区12的光栅线的方向)。
如所示的，压印在波导的表面上的衍射光学元件——诸如srg52、54、56——所造成的相位失真可使所述类型的显示系统中的图像质量降级。根据本公开，这可通过引入光学元件的相对于彼此以及相对于波导的空白表面的合适高度的偏移(即，在基本上垂直于它们存在于其上的表面的方向上)来被减轻。
图12a示出了一个实施例的第一波导10的一部分的侧视图，它适于用在上述种类的显示系统中。波导10c具有压印在其表面上(例如，从观看者的观点来看,在波导10c的后部)的第一衍射光学元件o1(例如，入射耦合、折叠或出射srg52、54、56之一)和第二衍射光学元件(例如，入射耦合、折叠或出射srg52、54、56中的另一个)。光栅o1、o2由空白表面区b分开，这——如在图10a和10b的波导中一样——使得光在从空白表面区b反射之际按φ0改变相位。空白区b可例如是图3b的处于入射耦合和折叠srg52、54之间的区域w或者处于折叠和出射srg54、56之间的未标记区域。
光学元件具有与图10a和10b中的那些相同的结构(具体而言，相同的深度h1，h2≠h1)，其中第一光学元件o1使得光在从中反射之际按φ1＝φ0-δφ1改变相位，且第二光学元件o2使得光在从中反射之际按φ2＝φ0-δφ2改变相位。
与图11a的经变迹的光栅相对比，深度h1、h2≠h1分别在光栅o1、o2的整个区域上直至光栅o1、o2的边缘基本上恒定。另选地，深度可根据位置(x,y)而变化，即作为函数h1(x,y)、h2(x,y)，但在光栅的边缘仍然急降至零，即具有比图11a的区域a1、a2的经变迹的边缘显著更陡的梯度。
此外，与图10a、10b以及图11a的波导10a、10b相反，光学元件o1、o2光栅相关于空白tir表面而言处于偏移高度。每一高度偏移被选择成使得该偏移所引入的附加光路长度基本上匹配来自相应光栅区和tir的反射之间的相位差。该附加光路长度是波导10c的折射率n与作为偏移的结果由光所经历的附加距离的乘积。
光栅o1、o2在z方向上(即，在基本上垂直于在其上压印它们的表面的方向上)分别偏移距离δh1和δh2。图12a的顶部的放大视图详细地示出了这一偏移：与图10a相反，o1和o2的填充区域的顶部不与空白表面部分b齐平，而是分别从b偏移δh1和δh2。
偏移δh1和δh2分别基本上匹配δφ1和δφ2。即，每一偏移δh1、δh2相对于在空白表面区处反射的光线r0增加在相应光栅o1、o2处反射的光线r1、r2所经历的光路的长度，达补偿由o1、b、o2处的反射所造成的相位变化的差异的量。对于光栅o1(或o2)，偏移δh1(或δh2)相对于在空白表面b处反射的光线r0增加在第一光栅o1处反射的光线r1(或在第二光栅o2处反射的光线r2)所经历的光路长度，达光线r1(或r2)的相位基本上改变δφ1(或≈δφ2)的量。从第一光栅o1反射的光线r1所经历的光路长度从而相对于从第二光栅o2反射的光线r2所经历的光路长度而言被增加，达光线r1的相位基本上改变δφ1-δφ2的量。相位匹配不必完全精确就能达到可接受的图像质量：来自光栅和tir的相位变化将是角和波长相关的，这意味着‘完全’最优性能只针对一种情形获得；对于其他情形，它较不最优，但在最终图像质量方面仍然是可接受的。具体而言，该系统将被设计成根据正常设计实践来满足相冲突的各要求。
平面90被示出，它垂直于波导10c的平面。如将明显的，假定光线r1、r0、r2分别在o1、o2以及b处(分别在点p1、p0、p2处)反射之前在它们达到平面90时彼此同相，在偏移δh1、δh2以上述方式分别基本上匹配δφ1、δφ2时，光线r1、r0、r2在被反射后在它们再次到达平面90时(分别在点q1、q0、q2处)还将基本上彼此同相。对于位于光栅q1、o2之下且在与光栅相对的表面之上的任何这样的平面(在这一情形中，波导10c的前方)而言，这将是真的。
所得的在波导10c内经反射光束的相位分布因而将是平的(如图12b所示)，没有将造成不想要的衍射光束分散的任何相位跳跃。
高度偏移可在制造期间被实现，由此从中制造波导10c的基板被处理以使得光栅o1、o2具有所需高度偏移δh1、δh2。光栅偏移可通过例如蚀刻工艺来实现，使得空白区与光栅区偏移所需量。
图13a和13b示出另一实施例中的第二波导10d的一部分的侧视图和平面图。在这一示例中，第一和第二光学元件o1基本上是连续的，例如由不超过wmax≈100μm且在一些情形中不超过50μm的空白区分开。例如，光学元件o1、o2可以是图3b的入射耦合和折叠srg52、54，其中w≤wmax。第一光学元件10d相对于第二光学元件10d偏移达量δh'，这基本上匹配δφ1-δφ2(这也等于基本上等于δh1-δh2)，即偏移δh'相对于在第二光栅o2处反射的光线r2增加在第一光栅o1处反射的光线r1所经历的光路长度达光线r1的相位基本上改变δφ1-δφ2的量。
在图13a顶部处的放大视图示出了将光栅o1、o2分开的小空白区b(例如，≤wmax)。在分开光栅o1、o2的空白区足够小时，一般可只通过使δh'匹配到δφ1-δφ2就能实现图像质量的改进，而无需关注相对于小空白区b的偏移，因为b的影响可以是可忽略的。
图13a中也示出了平面90，这与图12a的相同。对于任何这样的平面90，在δh'因而被配置时，在o1、o2处反射之前(在点p1、p2处)彼此同相地到达平面90处的光线r1、r2在它们在反射之后再次到达平面90处(在点q1、q2处)时也将基本上同相。
图14和15示出了具有(图15)和不具有(图14)偏移高度的示例光栅设计的仿真结果。图14对应于图10a和10b的波导10a，而图15对应于图12a的第一波导10c。标记为a)的图表示出了每一波导的仿真相位分布；标记为b)的图表示出了对应的点散布函数(psf)且c)是对应的调制传递函数(mtf)。
psf描述了成像系统对点源或点目标的响应。在这一情形中，响应是以表示在波导内发生的光束解准直程度(即，归因于衍射的光束分散)的角度为单位来测量的。如将明显的，较窄的psf意味着较少的解准直，并且因而意味着较锐利的图像。
mtf是光学系统将来自目标的各种细节水平传递到图像的能力的测量。理论mtf1.0(或即100％)表示完美对比度保留(在实践中，归因于衍射限制而不能达到)，而比这越小的值意味着越来越多的对比度被丢失——直至实际的mtf约为0.1(或即10％)，此时不能区分出分隔线、各个峰归并在一起，等等。
如可从图14和15看到的，使用高度偏移，波导具有更大范围上的更窄的psf以及良好mtf，这指示经改进的图像质量。
应当注意，从光学元件反射的光可体验到零相位改变，即光学元件可以在反射之际使光改变相位的量为零。为避免疑惑，应当注意，在下文中，在结构被描述为使得光在反射之际将相位改变某一量时，该量可以或可以不是零。
注意，光引擎13的以上布置只是一个示例。例如，基于所谓的扫描的替换光引擎可提供单个光束，该单个光束的定向被快速调制，且同时调制其强度和/或颜色。如将显而易见的，虚拟图像可按与将通过用准直光学器件来准直显示器上的(现实)图像的光来创建的虚拟图像等效的方式来仿真。
制作包括srg的光学组件通常涉及使用微制造技术。微制造是指微米规模和更小规模的期望结构的制造。微制造可涉及蚀刻基板和/或在基板上沉积以在基板上创建所需微结构。
湿蚀刻涉及使用液体蚀刻剂来选择性地移除基板的各部分，例如沉积在板的表面上的膜的各部分和/或板表面本身的各部分。蚀刻剂与基板(例如，板/膜)化学地起反应以移除基板(例如，板/膜)的暴露给蚀刻剂的各部分。选择性蚀刻可以通过在基板/膜上沉积合适的保护性层来实现，所述保护性层仅仅将基板(例如，板/膜)的部分暴露给蚀刻剂的化学反应并保护了剩余部分免受蚀刻剂的化学反应。保护性层可以由光致抗蚀剂或其它保护性掩模层来形成。
干蚀刻涉及选择性地(例如使用类似的光致抗蚀剂掩模)将基板(例如，板/膜)暴露给高能粒子的轰击以移除基板(例如，板/膜)的暴露给所述粒子的各部分(有时称为“溅射”)。一种示例是在其中各部分被暴露给离子束的离子束蚀刻。作为与那些暴露的部分的离子化学反应以移除它们(有时称为“化学溅射”)和/或取决于它们的动能物理移除那些部分(有时称为“物理溅射”)的结果可以移除那些部分。
与蚀刻相反，沉积-例如离子束沉积或基于沉浸的沉积-涉及将材料施加到基板/膜，而不是从基板(例如，板/膜)移除材料。如本文所使用的，术语“将基板的表面图案化”或类似用语涵盖板或膜上的所有这样的蚀刻/沉积，并且板或膜上的这样的蚀刻/沉积要在基板的表面上施加结构。
用于制造光学组件的常规技术涉及例如首先在铬层或其他保护性掩模层(例如，另一金属层)中涂敷母板表面的要被图案化的区域(所需表面区域)。母板和膜构成基板。掩模层被正性光致抗蚀剂覆盖。正性光致抗蚀剂意指在被暴露到光时变得可显影的光致抗蚀剂，即具有使得已经被暴露到光的那些部分(并且仅有那些部分)可溶解在被用来在曝光之后显影光致抗蚀剂的显影液中的成分的光致抗蚀剂。形成所需光栅图案(光栅结构)的光——例如使用二束激光干涉以生成形成干涉图案形式的光栅结构的光来创建——随后被投影到光致抗蚀剂上，以使得只有在光带的位置处的光致抗蚀剂被曝光。光致抗蚀剂随后被显影以移除经曝光的部分，从而留下掩模层的选择性部分是可见的(即，只露出选择性部分)并且保留由在暗条纹的位置处的未被曝光的光致抗蚀剂覆盖的其余部分。随后可以使用常规蚀刻技术(例如初始湿法蚀刻或离子束蚀刻工艺)来移除掩模层的未被覆盖部分，所述蚀刻技术移除了掩模的未被覆盖部分而不是被光致抗蚀剂覆盖的部分，并且所述蚀刻技术基本上不影响板本身。板本身的蚀刻——诸如进一步湿法蚀刻或进一步离子束蚀刻——随后被执行，以将图案从经蚀刻掩模层传递到基板本身。
图17a示出了在一些方面与图3a和3b的光学组件10相似但有一些重要差异(现在将讨论)的另一光学组件10’。如所示的，该另一光学组件10’具有类似于光学组件10的那些的srg52’(入射耦合)、54’(折叠)、56’(出射)，它们之间具有大间隙(>>100μm)，包括入射耦合srg52’和折叠srg54’之间。因为这一大间隔，在制造该另一光学组件10’时，使用正性光致抗蚀剂技术，连同以上概括的线，简单地通过在激光干涉曝光期间在母板(基板)前方应用不同形状的阴影掩模，可完成激光干涉曝光。
这在图17b中解说，它从侧面示出了在二束激光干涉曝光过程期间的母板70’。板70’在铬层72’中被涂敷，铬层本身涂敷了光致抗蚀剂74’，这是正性光致抗蚀剂。板70’和膜72’构成基板。干涉图案通过两个激光束67i、67ii的干涉来创建。阴影掩模69’被用来防止图案落在基板的表面的所需部分之外(例如，由入射耦合srg52’横跨)，以使得被曝光的唯一光致抗蚀剂是覆盖干涉图案的光带落在其上的所需部分的各部分(在图17b中被曝光的光致抗蚀剂以黑色示出且标记为74’e)。这随后可针对要被图案化的任何其他部分重复(例如，针对由54’和56’横跨的那些部分)。正性光致抗蚀剂随后可被显影以移除经曝光部分74’e，并且基板以上述方式被图案化。
然而，阴影掩模造成doe区的边缘附近的失真。该失真归因于光溅射、阴影掩模的非完美接触以及阴影掩模的有限厚度(这实际上在其边缘附近模糊了图案)。在此，在其边缘附近展现出的光栅结构的非均匀性(由制造期间这样的阴影造成的那一类型，或类似的)被称为“边缘失真”。边缘失真在图17b中由标记d来指示。
在光致抗蚀剂被显影时，边缘失真变得连同光栅结构一起实现在经显影的光致抗蚀剂中，并且作为结果，被传递到板70’(在它被蚀刻时)的表面。结果，最终光学组件10’(其包括图案化板或从图案化板制成)也展现出对应的边缘失真，如图17a中标记为d的围绕各doe区的边缘的虚线所指示的。
此外，也创建边缘失真，在以此方式使基板曝光时，难以将阴影掩模69’准确地定位，并且因此将难以在没有srg52’、54’之间的交叠的风险下降低srg52’、54’之间的间隙的大小。
返回图3b，与图17a的该另一光学组件10’相反，光学组件10的入射耦合区和折叠区12、14基本连续，因为它们最多相隔窄边界区18，该窄边界区具有如沿着(即，垂直于)隔开该边界区18的公共边界19测得的宽度w。即，入射耦合区和折叠区在宽度上沿公共边界18由小距离w隔开。此外，光学组件10的入射耦合、折叠以及出射srg52、54、56没有上述类型的边缘失真。已经观察到，这一配置产生了比另一光学组件10’的图像质量高级的图像质量。
实际上，已经观察到，在入射耦合区12与折叠区14之间的沿公共边界19的间隔w(间隙)沿公共边界19的长度被降至w≤wmax时(即，假定入射耦合区和折叠区在宽度上沿公共边界19的长度隔开不超过wmax)——其中wmax≈50μm(微米)，可获得图像质量的改进。在实践中，观察到改进的间隙大小可具有对波导厚度的某种依存关系。例如，对于具有约0.6mm或更小厚度(在z方向上的尺度，如在附图中所示)的波导，在wmax是约50μm或更小时观察到极大的图像质量改进。这一特定情形在图10中解说，它示出了在包括用于图18的一种情形中mtf(模块化传递函数)曲线根据间隙宽度下降。mtf随间隙从50μm下降而增加在图18中是立即明显的。如本领域的技术人员公知的，模块化传递函数(mtf)是对光学系统将来自对象的各细节水平传递到图像的能力的测量。1.0(或100％)的mtf表示完美的对比度保留，而小于此的值意味着越来越多的对比度被丢失—直到为0(或0％)的mtf，其中线对(线对是一根黑色线和一根白色线的序列)可能根本不再被区分。对于较厚的波导——例如约1mm厚，对于高达100μm的间隙大小，仍然预期有改进。
图3b的公共边界19是拱形的(在本示例中基本上为半圆)，其中入射耦合区和折叠区12、14具有沿着公共边界19的拱形(在这一情形中，基本上为半圆)的边缘。入射耦合区12的边缘在整体上为基本上圆形的。
本公开认识到常规微制造技术不适于制造图3b的光学组件。具体而言，现有技术不适于制造展现出必需的入射耦合-折叠区间隔w≤wmax且免于边缘失真同时仍然准确地维持以上参考图9b描述的各srg52、54和56之间的所需角定向关系的光学组件。
现在将参考图16描述用于制造光学组件的微制造工艺。图16的工艺可被使用。
如将鉴于下文变得明显的，图16的工艺能被用来制造图3b中所示的类型的具有入射耦合区和折叠区之间必需的小间隔的光学组件，它们免于边缘失真且此外展现出对高准确度水平的所需角定向。
即，本公开提供了一种新颖的干涉光刻方法，它使得能够在光学组件的表面上制造彼此隔开100微米或更少的光栅。这通常不能使用传统干涉光刻方法来达到。
图16在左手侧示出了该工艺的流程图，且在右手侧在适当时示出了对于该工艺的每一步骤，示例性母板70的平面图和/或侧视图，以解说在该步骤操纵板70的方式。每一侧视图是沿对应的平面图中示出的虚点线取得的截面图。
板表面的上半部被涂敷有铬膜72。板70和膜72构成基板，在执行该工艺时，它的所需表面区域(具体而言，在该示例中，是由铬层72限定的表面区域)被选择性地蚀刻以创建入射耦合srg52和折叠srg54。入射耦合srg52被制造在所需表面区域的第一部分62上(入射耦合部分)，且折叠srg54在所需表面区域的第二不同(即，非交叠)且基本上连续的部分64上(折叠部分)上，具有沿(预期)公共边界19的经降低间隔w≤wmax。对于图3a和3b中示出的光学组件10，从穿戴者的观点来看，所需区域对应于该组件的表面的后部。
最终经蚀刻的基板构成光学组件，它可被合并到显示系统(例如，图1的显示系统2)中或者它可被用作用于制造进一步光学组件的生产母版，例如用于从聚合物模制这样的组件的模具(或者甚至它可被用于制造这样的模具)，在这一情形中，制造在基板的表面上的srg52、54被通过制造(例如，模制工艺)传递到这些组件(的后部)。
在图16的步骤s4，铬层72被涂敷在负性光致抗蚀剂膜74中——即，在被曝露到光时变得不可显影的光致抗蚀剂，即具有使得已被暴露到光的那些部分(以及仅有那些部分)变得基本上不可溶解在用于一旦被曝光就显影光致抗蚀剂的显影液中以使得经曝光部分(以及仅有这些部分)保持后显影的成分的光致抗蚀剂。这包括涂敷入射耦合部分62(它最终旨在用入射耦合srg52来图案化)以及折叠部分64(最终旨在用折叠srg54来图案化)。
在步骤s6，基本上大于并涵盖入射耦合部分62的区域被曝露(在这一示例中被示为包含所需圆形区域62的矩形)到光，这形成所需入射耦合光栅结构(即，srg52的结构)。通过定向两个激光束67i、67ii以在干涉布置中重合，创建了形成当入射在光致抗蚀剂74上时具有光栅周期d的所需入射耦合光栅结构的干涉图案。干涉图案包括交替的光带和暗带，由此只有光带落在其上的光致抗蚀剂部分被曝光(经曝光的光致抗蚀剂在图16中被示为黑色且标记为70e)；然而，与正性光致抗蚀剂相反，这些经曝光的部分70e变得不可显影，而暗带的位置中的未曝光部分保持是可显影的。
阴影掩模69被用来将干涉图案约束到该较大区域。该较大区域足够大，不仅涵盖入射耦合表面部分62还使得由阴影掩模造成的所有边缘失真d位于入射耦合部分62之外(一般而言，较宽区域足以使得预期公共边界19附近基本上不存在边缘失真，即使在入射耦合部分62的边缘周围某处存在某种边缘失真)。
出于稍后将讨论的原因，哑光栅部分63也在同时被暴露给相同(或相似)的干涉图案。
经曝光的部分62、63可实际上具有任何形状或大小，但得自可能的其他曝光的过度曝光一定不能到达所需曝光部分的任何“活跃部分”(即，在s6旁边的图解中，其他曝光一定不能与圆形入射耦合部分62交叠)。
作为使用掩模的替换方案，干涉图案可被投影在整个所需表面区域上，以使得根本没有阴影效果存在于所需表面区域上。
在曝光步骤s6期间，在图16中未示出的激光干涉曝光装置(曝光系统)中，板70由机械夹或其他紧固方法来支撑以使它在发生曝光时相对于该曝光系统(具体而言，相对于光束67i、67ii)保持稳定。在步骤s6之后，从激光干涉曝光装置卸下母板70。
在步骤s8，经卸下的板70被暴露到基本上均匀强度的光65，但光掩模80就位以暴露光致抗蚀剂并且因而避免来自入射耦合和哑光栅区62、63外部的区域的光致抗蚀剂显影。即，入射耦合部分62和哑区域63上的光掩模80被用来防止部分62、63暴露到均匀光65。因而，均匀光65被投影在整个所需表面区域上，除了入射耦合和哑部分之外(因为这些部分由光掩模80覆盖)，使得除了覆盖入射耦合和哑部分62、63以外的所有光致抗蚀剂变得彻底不可显影。因而，在步骤s6中使用了限定部分62、63的光掩模(即，部分62、63具有与用来保护这些部分的对应光掩模80相同的大小和形状)而非阴影掩模。掩模对齐器被用来将光掩模80准确地定位在基板上的正确位置上。掩模对齐器具有用于生成用于曝光的均匀光的组件(例如，紫外灯、光学器件，等等)以及用于将光掩模80定位到正确位置的机构。
如将明显的，保留如在s6投影的光栅结构的任何记录的仅有光致抗蚀剂是覆盖入射耦合部分和哑部分的光致抗蚀剂——在这些部分之外，光栅结构的所有记录被有意地毁掉。入射耦合部分和哑部分62、63外部的完全曝光的光致抗蚀剂包括经受边缘失真d的光致抗蚀剂的所有部分，从而从光致抗蚀剂完全移除边缘失真的任何记录。归因于该工艺的性质，实际上对光栅图案而言没有失真。
在步骤s10，通过使用显影液只移除光致抗蚀剂的没有被暴露到光的那些部分，来使光致抗蚀剂被显影以实现入射耦合srg光栅结构。通过步骤s10的显影，所有经曝光的不可显影的光致抗蚀剂74e被留下基本上未改变。如在图16中步骤s10的右侧图中所示，部分62、63外部基本上没有光致抗蚀剂在步骤s10中被移除；仅有的被移除的光致抗蚀剂是入射耦合和哑部分62、63中与如在s6投影在光致抗蚀剂上的干涉图案的暗带的位置相对应的各个未被曝光光致抗蚀剂线。
在步骤s11，执行铬蚀刻规程以使用入射耦合srg图案蚀刻铬层72(但不是板70本身)，诸如铬硬掩模72的干法蚀刻。在蚀刻步骤s11，光致抗蚀剂充当用于将铬层72的蚀刻约束到仅限入射耦合和哑光栅结构部分的蚀刻掩模，藉此从光致抗蚀剂向入射耦合和哑部分62、63施加了结构。然而，部分62、63外部的经曝光的未被显影的光致抗蚀剂74e抑制这些部分62、63外部的蚀刻，以使得没有结构被施加在这些部分9外部的铬72上(即，在这些部分外部，铬基本上不变)。
一旦铬72已被蚀刻，因而经曝光的光致抗蚀剂74e就被移除(s12)且铬72被重新涂敷新的未被曝光的负性光致抗蚀剂74(s13)。
如上所示，入射耦合srg和折叠srg之间的相对定向角旨在是在以上式(11)中定义且在图9b中示出的a(其中入射耦合srg和出射srg具有相对定向角2a，根据式(12))。这可通过如下来达到：将板70重加载在再次由相同的机械夹或其他紧固方法来支撑的同一曝光系统(先前在s6处使用)中，并且将板70相对于曝光系统旋转与a匹配的量，以使得任何后续投影的图案按a被定向到原始入射耦合srg图案(s14)。通过使用合适的驱动机构，可能达到板70的高度准确的旋转。
然而，归因于机械止动器的不精确性，板70的位置没有与步骤s6完全相同。这在图16的步骤s14旁边的平面图中示出，其中示出了角α以表示由被70的卸下/重加载造成的相对于在先前曝光步骤s6的板的初始定向的轻微旋转。
出于这一原因，在s14旋转板70之前，首先测量s6和s4中的板位置之间的偏移α。该测量是使用云纹图案81来完成的。在板被旋转时云纹图案81变化，并且这可被用来以好于0.001度分辨率来测量板的角度。
为创建云纹图案81，哑光栅部分被重曝光到与在步骤s6曝光到的相同干涉图案(或至少具有相同的角定向的干涉图案)，如在图16的右手侧上所示。云纹图案是明显的，尽管光致抗蚀剂存在于哑光栅顶上。作为干涉图案与哑光栅之间的交互的结果来创建云纹图案，并且在角对齐好于例如0.01度时，具有条纹间隔——通常是几毫米量级——并且因此在偏移α是约千分之五度时清楚可见，并且它随α朝零降低而增加，从而在α到达零之际变得最大(实际上无限大)。条纹间隔由偏移α确定，且相反地，能被用来测量α。
这留下哑光栅顶上的光致抗蚀剂被部分地曝光；如将变得明显的，这是不重要的。值得注意的是，哑光栅部分63从折叠光栅部分64足够地偏移，以使折叠光栅部分顶上的光致抗蚀剂在创建云纹图案81时保持未被曝光。
一旦已测量了α，在步骤s16，就将板70从该原始定向旋转量＝a-α(从而在旋转中考虑α)，以使得板70现在以高准确度水平具有相对于其在s6的初始位置的定向a。
在步骤s18，再次通过定向两个激光束67i、67ii以在干涉布置中重合，基本上大于且涵盖折叠部分64的区域被曝光(在这一示例中示为包含所需区域64的矩形)，从而以与s6相同的方式留下光致抗蚀剂的光带落在其上的部分不可显影(但没有任何附加哑光栅区域被曝光)。在s18，在入射在光致抗蚀剂上时，干涉图案具有周期d/(2cosa)。阴影掩模69再次被用来将干涉图案约束到这一区域，它足够大以不仅涵盖折叠表面部分64还使得由阴影掩模创建的所有边缘失真d位于入射耦合部分62外部(或至少从公共边界16清除)。
入射耦合光栅顶上的光致抗蚀剂的一些或全部将可能在s18被曝光，这是不重要的，因为它对已被蚀刻入底层铬72的入射耦合图案没有影响。
除折叠部分64以外的所有其他区域随后被曝露(s19)到均匀光65，其中合适的光掩模80就位以按与步骤s8相同的方式防止折叠部分64(且仅有该部分)的曝光。这留下覆盖入射耦合部分62(且还覆盖最终旨在被蚀刻以形成出射光栅56的出射部分)的所有光致抗蚀剂被曝光并且因此不可显影。光致抗蚀剂随后按与步骤s10相同的方式被显影以只移除未曝光部分(s20)，铬再次被蚀刻以将折叠srg图案从光致抗蚀剂传递到铬，并且在蚀刻之后移除光致抗蚀剂(与s11-s12相同)。入射耦合部分受已曝光且因此不可显影的光致抗蚀剂70e保护，从而保留已被蚀刻入铬的入射耦合光栅图案。
使用光掩模80来限定入射耦合和折叠部分使得doe区域的位置能够比在简单地使用阴影掩模来限定这些区域(如在上述正性光致抗蚀剂技术中)时更准确得多地被控制。因而，将这些部分之间的间隔降低到w≤wmax变得可能，同时依然保持这些部分的隔开(即，没有蚀刻图案交叠)。
虽然未在图16中显式地示出，但将明显的是，覆盖最终旨在用于出射srg56的光栅区域(入射耦合和折叠srg52、54垂直下方)的铬不受s11和s22两者的蚀刻的影响，因为在这两个步骤中，它被未显影的光致抗蚀剂保护。
类似工艺可被重复以将所需折叠光栅结构蚀刻入铬，同样使用云纹图案来达到入射耦合和出射光栅结构之间的高度准确的角定向2a。在本结构中的出射光栅相对远离输入光栅。因而，输入光栅和出射光栅可被暴露到具有足够大阴影掩模的相同的光致抗蚀剂层以避免边缘失真。
一旦所有三个结构已被蚀刻入铬，则板70本身经受蚀刻规程(例如，离子束蚀刻)，其中铬现在充当蚀刻掩模，藉此光栅结构从经蚀刻铬72传递到板70本身以在板本身上形成所需入射耦合、出射、以及折叠srg52、54、56，具有非常良好的角准确度，srg52、54之间的窄间隙w≤wmax，以及免于边缘失真的良好质量边缘。
注意，哑光栅图案没有被蚀刻到板本身，因为它在最终光学组件上是不需要的。
一旦板本身已被蚀刻，则铬被移除且板70可例如被用在图1中所示的类型的显示系统中，以模制进一步光学组件，或甚至制造这样的模具。
已经展示了使用图16的工艺，基板可被图案化，免于边缘失真，入射耦合和折叠区14、16之间的实际相对定向角一致地为arccos(d1/(2d2))(参见上式11、12)和/或入射耦合与出射srg12、16之间的相对定向角的一半(参见上式13)在±千分之一度内(如从使用本技术制造的基板的代表性统计群体的表面测量的)。然而，在一些实际上下文中，千分之二度仍然是可接受的角误差。应当注意，本主题不需要特定出射光瞳扩张结构或光栅结构，而是也适用于其他结构。此外，尽管参考srg形式的衍射光栅描述了以上内容，但本主题不需要衍射光栅且涵盖造成不同相位变化的任何结构。
在
技术实现要素：
部分中阐述的各方面的实施例中，第一部分的结构可构成第一衍射光栅。第二部分的结构也可以是第二衍射光栅。
第一光栅可具有与第二光栅不同的深度。
第一光栅可具有在整个第一部分上直至第一光栅的边缘的基本上恒定的深度。第一光栅可具有在整个第一部分上直至第一光栅的边缘的基本上恒定的深度，以及第二光栅具有在整个第二部分上直至第二光栅的边缘的基本上恒定的深度。
第一部分的结构可构成第一衍射光栅且第二部分的结构可基本上是非衍射的。第一光栅可具有在整个第一部分上直至第一光栅的边缘的基本上恒定的深度。
第一和第二部分可基本上是连续的。
第一和第二部分可沿公共边界在宽度上隔开不超过100微米，且可任选地沿公共边界在宽度上隔开不超过50微米。
同一表面的第三部分具有使得光在从所述第三部分反射之际将相位改变不同于所述第一量的第三量的结构，其中所述第一和第三部分相邻于所述第二部分，以使得所述第二部分将所述第一和第三部分隔开，并且其中所述第三部分从所述第二部分偏移开一距离，所述距离基本上匹配所述第二量与所述第三量之间的差异。
所述第一部分的结构可构成第一衍射光栅，所述第三部分的结构可构成第二衍射光栅，且所述第二部分的结构可以是基本上非衍射的。
第一部分的结构可构成入射耦合光栅，所述光经由所述入射耦合光栅从显示系统的显示器耦合进入所述波导。所述第二部分的结构可构成出射光栅，所述光经由所述出射光栅从所述波导出射到用户的眼睛上。所述第二部分的结构可构成被配置成操纵光在所述波导内的空间分布的中间光栅。
尽管用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本发明主题，但可以理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。更确切而言，上述具体特征和动作是作为实现权利要求的示例形式公开的。
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