光学组件的质量评估的制作方法
背景
光学组件可被用于光学系统以便以可预测和期望的方式来改变可见光的状态，例如用于显示系统以使得期望的图像对用户可见。光学组件还可被用作例如用于制造其他光学组件的模具。光学组件可通过反射、折射、衍射等方式来与光交互。衍射在传播的波与诸如障碍物或狭缝之类的结构交互时发生。衍射可被描述成波的干涉，并且当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的性质并且可被描述成光波的干涉。可见光具有在大约390和700纳米(nm)之间的波长，并且可见光的衍射在传播的光遇到类似尺度(例如，在尺度上具有100或1000nm尺度)的结构时是最显著的。衍射结构的一个示例是周期性衍射结构。周期性结构可引起光的衍射，光的衍射通常在周期性结构具有与光的波长大小类似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。这里，“衍射光栅”(或简称“光栅”)是指具有衍射周期性结构的任何光学组件(的一部分)。衍射光栅具有光栅周期，该光栅周期为衍射光栅的结构在其上重复的距离。当传播的光遇到周期性结构时，衍射使得光被分成不同方向上的多个光束。这些方向取决于光的波长，因此衍射光栅引起多色(例如，白)光的色散，由此，多色光被分成在不同方向上行进的不同颜色的光束。
当周期结构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，其被称为表面起伏光栅(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“填充区域”。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(诸如线间隔、槽深度和槽倾斜角)这两者。srg具有许多有用的应用。一个示例是srg光导应用。光导(在此也被称为“波导”)是一种被用来通过内部反射(例如全内反射(tir))的方式在光导内传送光的光学组件。光导可被用于例如基于光导的显示系统，以将期望的图像的光从光引擎传送到人眼以使得该图像对眼睛可见。
在基于波导的显示系统的情形中，形成相同波导的一部分的不同光栅可提供各种功能。基于波导的显示系统通常包括光引擎，该光引擎将图像的光准直成经准直的输入光束，这些经准直的输入光束形成该图像在无限远处的虚拟版本。输入光束可被引导朝向波导的输入耦合光栅，其被布置成以足够陡峭的角度将输入光束耦合到波导中，以在波导内引起经输入耦合的光束的tir。波导上的输出耦合(出射)光栅可在内部接收经输入耦合的光束，并在与输入光束匹配的方向上向外衍射它们(使得它们形成图像的相同虚拟版本)。用户的眼睛可接着在看着出射光栅时重构图像。通常，出射光栅还被布置成提供经输出的光束的扩束，以便提供与直接查看光引擎相比增加了的大小的眼框。相同波导的(诸)中间光栅可提供附加的扩束以进一步增加眼框的大小。
对于一些这样的波导光栅布置，(诸)输入耦合光栅、输出耦合光栅以及(在适用的情况下)中间光栅将仅当它们的各种光栅相对于彼此以特定的方式定向时如预期地操纵图像光。与该预期定向的偏差可导致由用户感知到的最终图像的降级。当这样的波导被批量制造以供纳入不同的波导显示系统中时，每个波导都应该保留这些特定关系以避免使最终显示系统的质量降级。具有各种应用的其他类型的光学组件还可包括不同的光栅，其中这些光栅的相对定向尽可能接近地匹配期望值是合乎需要的。
概述
提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。所要求保护的主题也不限于解决背景部分中指出的任何或所有缺点的实现。
本公开考虑了包括具有分量相对定向角的第一和第二分量光栅的布置的光学组件。光学组件的质量根据分量相对定向角与期望的相对定向角的偏差来被评估。质量评估是通过将光学组件与包括具有期望的相对定向角的第一和第二光学透射主光栅的基本上匹配的布置的主组件进行比较来作出的。
当光学组件和主组件由第一和第二主光栅附近的第一和第二分量光栅支持时，第一条纹图案由第一光栅形成，因为第一光栅的相对定向角(第一相对定向角)朝向零变化，第一条纹图案的条纹间隔随第一相对定向角减小而增加。类似地，第二条纹图案由第二光栅形成，因为第二光栅的相对定向角(第二相对定向角)朝向零变化，第二条纹图案的条纹间隔同样随第二相对定向角减小而增加。本公开认识到，当第一条纹图案的条纹间隔基本上最大时(第一相对定向角因此基本上为零)，第二条纹图案的条纹间隔(其通常指示第二相对定向角)还指示分量相对定向角与期望的相对定向角的偏差(因为该偏差在第一相对定向角基本上为零时基本上等于第二相对定向角)，并因此指示光学组件的质量。
第一方面涉及用于评估这样的光学组件的质量的质量评估装置。该装置包括可配置的支持系统、光传感器、驱动机构和控制器。支持系统被配置成用主组件的第一和第二主光栅附近的光学组件的第一和第二分量光栅来支持这样的光学及这样的主组件。光传感器被配置成接收已经与两个第一光栅交互的光以及已经与两个第二光栅交互的光，并且根据接收到的光生成传感器数据。驱动机构被耦合到支持系统。控制器被配置成基于传感器数据来控制驱动机构，以将支持系统从当前配置重新配置成新的配置，在新的配置中由第一光栅形成的第一条纹图案的条纹间隔基本上是最大的。此外，控制器被配置成从传感器数据测量由新的配置中的第二光栅形成的第二条纹图案的条纹间隔，并且基于测得的条纹间隔(其指示分量相对定向角与期望的相对定向角的偏差)来输出质量评估。
第二和第三方面涉及质量评估过程以及计算机程序产品，该计算机程序产品包括被配置成当被执行时实现该过程的代码。这样的光学组件和这样的主组件由可配置的支持系统用主组件的第一和第二主光栅附近的光学组件的第一和第二分量光栅来支持。该过程包括以下步骤。传感器数据被接受到，该传感器数据根据已经与两个第一光栅交互的光以及已经与两个第二光栅交互的光生成。支持系统基于传感器数据从当前配置被重新配置成新的配置，在新的配置中由第一光栅形成的第一条纹图案的条纹间隔基本上是最大的。由新的配置中的第二光栅形成的第二条纹图案的条纹间隔是从传感器数据测得的。质量评估基于测得的条纹间隔(其指示分量相对定向角与期望的相对定向角的偏差)来被输出。
附图简述
图1a是光学组件的正视图；
图1b是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2a是直二元光栅的示意性说明，该直二元光栅被示为与入射光交互并且是从侧面查看的；
图2b是斜二元光栅的示意性说明，该斜二元光栅被示为与入射光交互并且是从侧面查看的；
图2c是突出的三角形光栅的示意性说明，该突出的三角形光栅被示为与入射光交互并且是从侧面查看的；
图3a是包括光栅布置的光学组件的正视图；
图3b是包括基本上匹配的光栅布置的主组件的正视图；
图4a是在质量评估过程期间的光学组件和主组件的透视图；
图4b示出了在质量评估过程期间的不同时间处观察到的条纹图案；
图5是质量评估装置的框图。
详细描述
图1a和1b分别从顶部和侧面示出了具有外表面s的光学组件2，诸如用于制造其他光学组件的波导或模具。在该实施例中，光学组件是光学透射的，但在其他实施例中可能不是光学透射的。光学组件4包括由表面s上的构成表面光栅(具体而言，srg)的表面调制形成的光栅4(即，其周期性结构作为表面调制的结果而产生)。这些调制包括基本上平行和细长(比它们的宽度长得多)的光栅线，并且在该示例中基本上是直的(尽管它们一般不需要是直的)。
图1b示出了光学组件2，并且具体而言是与传入照明光束i交互的光栅4，该照明光束向内入射到光栅4上。光i在该示例中是白光，并因此具有多种色彩分量。光i与光栅4交互，光栅4将光分成向内引导到光学组件2中的若干光束。光i中的一些也可作为反射光束r0从表面s反射回来。零阶模式向内光束t0和任何反射r0以及其他非零阶(±n阶)模式(其可被解释成波干涉)是根据衍射的一般原理来被创建的。图1b示出了一阶向内光束t1、t-1；应当理解，可以或者也可以不取决于光学组件2的配置来创建更高阶的光束。由于衍射的性质取决于波长，所以对于更高阶的模式而言，入射光i的不同色彩分量(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1b所例示的。
图2a-2c是由光学组件2(其在这些附图中是从侧面查看的)的表面s的调制形成的不同的示例性光栅4a-4c(在此统称为4)的特写示意性截面图。光束被标记成箭头，这些箭头的厚度标识大致相对的强度(其中更高强度的光束被示作更厚的箭头)。
图2a示出了直二元光栅4a的示例。直二元光栅4a由在表面s上被突出槽间隔区域9a隔开的一系列槽7a形成，这些槽间隔区域在此也被称为“填充区域”、“光栅线”或简称为“线”。光栅4a具有d的空间周期(称为“光栅周期”)，该空间周期为调制的形状在其上重复的距离。槽7a具有深度h，并且具有基本上直的壁和基本上平的底。由此，在图2a中，填充区域具有高度h和在填充区域的高度h上基本上均匀的标记为“w”的宽度(其中w是一定比例f的周期：w＝f*d)。
对于直二元光栅，壁基本上垂直于表面s。出于这个原因，光栅4a导致垂直进入表面的入射光i的对称衍射，其中由光栅4a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)基本上相同的强度，通常小于入射光束i的强度的约五分之一(0.2)。
图2b示出了斜二元光栅4b的示例。斜光栅4b也是由表面s上标记为7b的槽形成的，这些槽具有由宽度w的线9b隔开的基本上直的壁和基本上平的底。然而，相比于直光栅4a，这些壁相对于法线倾斜了一定量，在图2b中由角度α标记。当沿法线测量时，槽7b具有深度h。由于非零倾斜所引入的不对称性，行进离开倾斜方向的±n阶模式向内光束具有相比它们的
二元光栅4a和4b可以被看作是由嵌入到表面s中的具有基本上为方波的形状(具有周期d)的空间波形形成的。在光栅4b的情况下，该形状是倾斜达α的倾斜方波形状。
图2c示出了突出的三角形光栅4c的示例，其是突出的梯形光栅的特殊情况。三角形4c由表面s上的槽7c形成，这些槽的形状是三角形(并因此其具有可辨别的尖端)并且当沿法线测量时其具有深度h。填充区域9c采用了三角形、齿状突起(齿形)的具有与法线成角度α(α是光栅4c的倾斜角)的中线的形状。齿形具有隔开了d(其是光栅4c的光栅周期)的尖端、在齿形底部处为w并且在齿形的尖端处变窄到基本上为零的宽度。对于图4c的光栅，w≈d，但通常可以是w<d。该光栅是突出的，其中齿形的尖端在槽的尖端上延伸。构建基本上消除传输模式t0光束和
形成光栅4a-4c的槽和间隔区域构成表面调制。
其他类型的光栅也是可能的，例如，其他类型的梯形光栅图案(其在宽度上可能不会一直变窄到零)、正弦光栅图案等，并具有可以以适合的方式来容易地定义的调制宽度。这样的其他图案也呈现可以以类似于图2a-c的方式定义的深度h、线宽w、倾斜角α和壁角γ。
光栅4具有光栅向量(通常表示成d)，其大小(量级)为2π/d,，并且其在与形成该光栅的光栅线垂直的方向上——参见图1a。
在基于光导的显示应用(例如，其中srg被用于进入显示系统的光导和从显示系统的光导出来的光的耦合，和/或用于提供被耦合到波导中的光束的扩束)中，d通常在约250和500nm之间，并且h在约30和400nm之间。倾斜角α通常在约-45和45度之间且在光栅向量的方向上被测得。
图3a示出了光学组件2c的正视图。光学组件2c是上述的一般类型，并且包括可以是上述任何一般类型的第一和第二分量光栅4ic、4iic的固定布置。这里，光栅的固定布置是指至少这些光栅相对于彼此的定向是固定的。光栅4ic、4iic是光学组件2c的光学透射部分；也就是说，至少这些部分是由光学透射材料形成的，该光学透射材料允许至少一些光在大致垂直于光栅(平行于图3a所示的z轴)的方向上穿过分量光栅4ic、4iic(一直穿过光学组件2c)。在该示例中，光栅4ic、4iic基本上平行于同一平面(xy平面)。光栅4ic、4iic由光学组件的表面的相应部分上的表面调制(具体而言，线和槽)形成，每个光栅基本上平行于xy平面。从图3的视角来看，表面调制在光学组件2c的前表面部分上(在替代的光学组件2c中，光栅之一可替代地通过后表面部分上的补偿表面调制来被形成)。
光学组件2c可以是批量生产的光学组件(即，大量的例如在工厂装配中整批生产出的光学组件之一)，其中光学组件2c例如是由聚合物模制而成的。
如上所述，在各种应用中，对于同一光学组件的不同光栅而言，具有尽可能接近地匹配期望的定向(例如，一些理想化的关系，在该期望的定向上，光学组件的性能就其预期的功能而言得到优化，这可以通过适当的数学分析来揭示)的相对于彼此的定向是合乎需要的。
例如，在一种类型的已知的显示系统中(其中光学组件(其充当波导)的输入耦合、中间和出射光栅联合地起作用，以促使在输入耦合光栅处的经输入耦合的光束的二维扩展版本在出射光栅处被输出)，输入耦合光栅和出射光栅应当具有相对定向角2ρ(即相对于彼此)，该角度是输入耦合光栅和中间光栅的相对定向角(本身为ρ)的两倍。此外，该输入耦合光栅和中间光栅(即相对于彼此)的相对定向角ρ应当同输入耦合光栅和中间光栅的光栅周期d1、d2具有特定的关系，即ρ＝arccos(d1/(2d2))。与这些关系的偏差可导致由用户感知到的最终图像的质量方面的降级。因此，这些关系应当尽可能接近地被保留，以确保波导不会显著地降级图像。
然而，在实践中且尤其是在批量制造的上下文中，可能难以确保所有这样的光学组件都被制造成同一质量标准。各种不准确度和不精确性可能会在制造装配中出现，这可能导致最终产品的降级。这样的不准确度和不精确性可能难以检测，并且随着制造操作的规模的增加而变得越来越难以检测。在本公开的上下文中尤其关注的是不同光栅在同一光学组件上的未对准形式的降级。
在下文中，提出了促进快速且可靠的自动质量评估的技术，其中包括至少两个光栅(例如，4ic、4iic)的光学组件(例如2c)的质量根据这些光栅的实际的(相对于彼此的)相对定向与期望的相对定向(例如，在该期望的相对定向上，光学组件4c的性能就其预期的功能而言得到优化)的偏差来被评估。
为此，在光学组件2c和高质量主组件2m之间进行了比较，该主组件2m本身是高质量光学组件，但其性质可能使其不适合在批量制造的终端产品中使用(例如，由于这么做将会是很昂贵和/或耗时的)。主组件2m在图3b中示出。
如图3b所示，主组件2m包括光栅的固定布置，这些光栅是第一和第二主光栅4im、4iim(也是以上讨论的一般类型)，并且这些光栅是以与分量光栅4ic、4iic相同的方式光学透射的(尽管在其他实施例中它们可能不是光学透射的)。主组件2m的光栅布置基本上与光学组件2c的光栅布置匹配；即，主光栅布置使得主光栅4im、4iim具有与分量光栅4ic、4iic大致相同(但不必精确)的相对于彼此的定向，第一主光栅4im(相应地，第二主光栅4iim)基本上匹配第一分量光栅4ic(相应地，第二分量光栅4iic)，并且此外，当主组件2m被置于光学组件2c的前方的通过第一主光栅4im可观察到第一分量光栅4ic的至少一部分的某个位置时，通过第二主光栅4iim同时可观察到第二分量光栅4iic的至少一部分。需要注意，在该上下文中，“可观察到”简单地是指在一般的±z方向上存在与两个第一光栅4ic、4im(相应地，两个第二光栅4iic，4iim)交互的视线，光可沿该视线传播通过两个组件2c、2m，以便与两个第一光栅4ic、4im(相应地，两个第二光栅4iic、4iim)交互，这些光在离开已由此进行了交互的组件2c、2m时是可检测的。在这种情况下，当光学组件和主组件2c、2m适当地相对于彼此对准时，图3a的主组件2m、主光栅4im、4iim也基本上平行于xy平面。
主组件2m可具有与光学组件2c基本上相同的总体形状和/或基本上相同的总体光学特性，尽管这不是必需的。
主组件2m可例如由熔融的二氧化硅或已经经受了微制造工艺(其中主光栅4im、4iim通过材料表面的蚀刻和/或沉积在材料表面上来被形成)的一些其他合适的材料形成。使用这样的微制造工艺，可以将具有期望的相对定向的主光栅4im、4iim创建成非常高的准确度(即，如本文所使用的术语，具有非常高的质量)，这可以通过以下方式来验证：对主光栅执行适当的测试以测量主光栅的相对定向，从而确保其的确精确地为期望的定向，和/或测试主光栅的光学特性，以确保主组件以与待测试的光学组件旨在起作用的方式相同的方式起作用。尽管这样的测试通常是准确的，但是往往是昂贵且耗时的，并因此就其本身而言不适合应用到批量生产的光学组件。然而，一旦已经证实主组件2m具有如所指示的必需的高质量，则这样的批量制造的光学组件(例如2c)的质量可以按以下阐述的方式通过与主组件2m的比较来被快速且可靠地评估。
返回到图3a，第一分量光栅具有光栅向量dic(第一分量光栅向量)，而第二分量光栅具有第二光栅向量diic(第二分量光栅向量)，每个向量平行于相关光栅的相应光栅线并且位于该光栅的平面中。示出了角δφc，其为xy平面内测得的分量光栅向量dic、diic之间的角度，并且其在本文中被称为第一和第二分量光栅4ic、4iic的相对定向角，或者简称为“分量相对定向角”——这个角旨在精确地匹配期望的相对定向角，并且本文所描述的过程提供了对该匹配在实践中已被实现的程度的自动评估。
返回到图3b，第一主光栅具有光栅向量dim(第一主光栅向量)，而第二分量具有第二光栅向量diim(第二主光栅向量)，每个向量垂直于相关光栅的相应光栅线并且位于该光栅的平面中。示出了角δφm，其为xy平面内测得的主光栅向量dim、diim之间的角度，并且其在本文中被称为第一和第二主光栅4im、4iim的相对定向角——已知该角度是高精确度的期望的相对定向角，并且(例如，批量生产的)光学组件4c的质量根据δφc与δφm的偏差的大小(即，根据|δφc-δφm|)来被评估。当该偏差基本上为零时，光学组件2c的质量被认为是最佳的。
光学组件和主组件各自包括分别如图3a和3b所示的相应的对准标记12c、12m。对准标记被布置成使得当主组件2m在光学组件2c的前方移动以使主标记的12c同分量标记12m对准(当在z方向上查看)时，第一主光栅4im与第一分量光栅4ic至少大致(根据角度)对准。这将在下面讨论。
现在将参考图4a和4b描述质量评估过程。
图4a是过程期间的主组件和光学组件2m、2c的透视图，其中示出了xy平面3。主组件12m被支持在光学组件12c的前方并且基本上平行于xy平面，其中第一分量光栅4ic与第一主光栅4im相对，并且第二分量光栅4iic与第二主光栅4iim相对。在该配置中，第一光栅4ic、4im基本上彼此平行于同一平面(其为xy平面3)，并且第二光栅4iic、4iim也基本上彼此平行于同一平面(其同样为xy平面3)。
示出了分量光栅向量dic、diic和主光栅向量dim、diim在xy平面3中的相应的几何投影。这里(包括附图中)需要注意，符号dic、diic、dim、diim可互换使用，以表示光栅向量本身和光栅向量在xy平面中的几何投影，并且其所指代的含意将从上下文中变得清晰。为了清楚起见，在图4a中，主投影dim、diim由相比分量投影dic、diic更粗的箭头表示。
除了第一和第二分量光栅4ic、4iic的相对定向角δφc(其为光学组件2c的固有属性)以及第一和第二主光栅4im、4im的相对定向角δφm(其为主组件2m的固有属性)以外，示出了角δφi，其为xy平面3内测得的第一主光栅向量dim和第一分量光栅向量dic之间的角度，并且其在本文中被称为第一光栅4im、4ic的相对定向角，或简称为“第一相对定向角”。示出了另一个角δφii，其为xy平面中测得的第二主光栅向量diim和第二分量光栅向量diic之间的角度，并且其在本文中被称为第二光栅4iim、4iic之间的相对定向角，或简称为“第二相对定向角”。角δφi、δφii是光学组件2c相对于主组件2m的当前定向的属性，并且随着该定向的变化而变化。
示出了第一视线(los1)，其基本上平行于z轴并且其分别与光学组件和主组件2c、2m的第一光栅4ic、4im相交。示出了第二视线(los2)，其也基本上平行于z轴，但是其分别与光学组件和主组件2c、2m的第二光栅4iic、4iim相交。
本公开认识到，当光学组件2c和主组件2m被保持在相对xy定向中使得第一光栅4ic、4im的第一相对定向角δφi基本上为零(基本上完美的对准)时(这可以通过产生主组件和光学组件2m、2c中的一者或两者的xy旋转来实现)，第二光栅4iic、4iim的第二相对定向角的大小|δφii|将基本上等于|δφc-δφm|(即，分量光栅4ic、4iic的分量相对定向角δφc与隔开主光栅4im、4iim的期望的相对定向角δφm的偏差的大小)，其恰好是如上讨论的指示光学组件2c的质量的量。第二相对定向角在当δφi＝0的时间点处的大小被表示成|δφii|δφi＝0＝|δφc-δφm|。当|δφii|δφi＝0＝|δφc-δφm|＝0时，光学组件2c被认为具有最佳的质量，而较大的|δφii|δφi＝0＝|δφc-δφm|则被认为是较低的质量。
在改变两个组件2c、2m的相对xy定向时，分量光栅4ic、4iic相对于彼此的定向δφc同主光栅4im、4iim相对于彼此的定向δφm一样没有变化(这些是各个组件的固有属性)。相反，改变的是分量光栅相对于主光栅的定向，具体而言是第一分量光栅4ic相对于第一主光栅4im的定向δφi以及第二分量光栅4ic相对于第二主光栅4im的定向δφii，当组件2c、2m的xy定向从当前的xy定向改变为新的xy定向时，它们各自改变基本上相同的量。
本公开还认识到，当第一光栅处于接近完美但非完美的对准(例如，约(5/100)°≤δφi≤约(1/1000)°(接近对准的范围))时，第一条纹图案将沿着第一视线los1可见，该图案由已传播通过两个第一光栅4ic、4im或已从两个第一光栅4ic、4im反射并因此与之交互的光形成，当沿第一视线los1查看时，这两个第一光栅4ic、4im有效地彼此重叠。第一条纹图案呈现随δφi减小而增加的条纹间隔，当δφi＝0时，间隔变为最大(理论上无穷大)。当δφi大致在上述的近似接近对准的范围内时，条纹间隔将是可测量的，即，使得条纹既不太小也不太大以致于无法被检测到。例如，当δφi≈(5/1000)°时，条纹图案将通常具有2mm左右的条纹间隔，其可容易地被观察到。条纹图案的周期为≈d/δφ(该近似对小角度而言非常准确)，其中d为光栅周期，并且δφ用弧度表示。条纹表现为垂直于光栅线。
最终，当δφi趋于零时，其将变得足够小以使得条纹变得大于第一光栅的表面积(或者如果仅观察该面积的一部分时，至少大于该部分)。通常，这将在δφi≈(1/1000)°附近发生，此时条纹间隔被认为是基本上最大的，并且δφi基本上为零——通过将光学组件和主组件2c、2m的相对xy定向对准从初始配置调整到实现该基本上最大条纹间隔的点(新的配置)，由此可以将第一光栅4ic、4im对准到该准确度。此外，当第一光栅4ic、4im因此以δφi基本上为零的方式按新的配置来被对准时，假设|δφii|δφi＝0本身具有上述近似接近对准的范围，第二条纹图案也将沿着第二视线los2可见，该第二图案以同等方式由已传播通过两个第二光栅4iic、4iim或已从两个第二光栅4iic、4iim反射并因此与之交互的光形成，当沿第二视线los2查看时，这两个第二光栅4iic、4iim有效地彼此重叠。新的配置中第二条纹图案的条纹间隔越大，则|δφii|δφi＝0＝|δφc-δφm|越小。也就是说，新的配置中的第二条纹图案的条纹间隔越大，则光学组件2c的质量越高，即，两个分量光栅4ic、4iic之间的分量相对定向角φc与对应的主光栅4im、4iim之间的期望的相对定向角φm的偏差越小。
这在图4b中被例示出，其示出了通常沿视线los1、los2查看的在区域7(也在图4a中示出)上可见的示例性第一和第二条纹图案。图7b示出了在质量评估过程期间的各个时间点的条纹图案。
图4b的最左侧示出了当组件2c、2m处于初始配置时的区域7的视图，其中光学组件和主组件2c、2m的第一光栅4ic、4im处于近似对准。在该示例中，初始配置通过将光学组件2c的对准标记12c与主组件2m的对应的对准标记12m对准(如在大致平行于z轴(中间配置)的方向上查看)来实现，其中对准标记12c、12m使得当按中间配置来对准时，δφi在上述近似接近对准的范围内。光学组件2c可以在其制造过程中被提供对准12m标记(例如，对于模制的光学组件，对准标记结构可被包括在从其赋予光栅结构的同一模具上)。通常，所讨论的制造过程的性质意味着尽管存在本过程正测试的这一类型的潜在的不精确性/不准确度，但是可以提供可被用来在接近对准的范围内实现这种接近对准的合适的对准标记。
替代地，可以在没有对准标记的情况下执行该过程，并且可以简单地从任何任意起始点扫描两个组件2c、2m的xy定向，直到第一条纹图案变得可见(这种扫描也可被使用，如果由于某些原因(例如，由于意料外的大的制造误差)δφi实际上不在近似接近对准的范围内，即使当这样的对准标记被对准)。通常，对准标记的使用减少了作出质量评估所花费的时间，当存在大量的待评估的光学组件时，这在过程的整体效率方面尤其显著。
一旦第一光栅4ic、4im的接近对准已被实现，则组件2c、2m的xy定向被微调到新的配置，其中第一条纹图案的条纹间隔(由图4b的标记为d的距离指示)基本上是最大的，并因此其中δφi≈0——这在图4b的最右侧示出。图4b的中间视图表示当移动组件2m、2c以将它们的xy定向从最左侧的初始配置改变到最右侧的新的配置时的变化的视图。然后，新的配置中的第二条纹图案的条纹间隔(由图4b中标记为d’的距离指示)可被测得，并且测得的条纹间隔被用来输出质量评估，其中测得的条纹间隔越小(相应地，越大)，则该质量评估指示质量越低(相应地，越高)。
如果新的配置中的第二条纹图案的条纹间隔基本上为零(即，如果第一条纹图案的条纹间隔和第二条纹图案的条纹间隔基本上同时为零)，则这表明基本上不存在φc与φm的偏差，并且表明光学组件2c因此具有基本上最佳的质量。
虽然图4a示出了已通过作为示例穿过两个光栅的光而被创建的条纹图案，但是不要求光穿过两个板(因此光学组件不必是光学透射的)以使条纹图案出现，使得光栅图案可由反射光(例如反射衍射模式的光)形成。实际上，与光穿过两个光栅的情况相比，当光从光栅的表面反射时，条纹图案通常是最可见的。
图5是质量评估装置1的框图，其包括控制器20、驱动机构22、可配置支持系统24和传感器6(其在图4a中示出，沿视线los1、los2放置)。
可配置支持系统24按可配置的配置来支持光学组件和主组件2c、2m。系统24可被配置成产生两个组件2c、2m之间的相对运动以将对准标记12c、12m对准，并且此外影响随后的微调，即，至少改变主和分量的xy定向以按上述方式改变δφi和δφii。驱动机构22被耦合到支持系统24，并且是可控制的，以按受控的方式改变系统24的配置。
光传感器22接收(感测)来自第一光栅2im、2ic和第二光栅2iim、2iic的光，并且尤其接收(感测)来自上述第二条纹图案的光，光传感器22根据该第二条纹图案的光生成由控制器20接收到的传感器数据。
基于接收到的传感器数据，控制器20控制驱动机构22重新配置组件2c、2m的配置，直到传感器数据指示第一条纹图案的基本上最大的条纹间隔d已被获得。控制器20还从传感器数据测量该时间点处的条纹间隔d’。基于该测得的条纹间隔，控制器20输出适当的质量评估，例如经由控制器20的用户界面输出给装置1的操作员，或者输出到装置1的一些其他组件(未示出)，例如其中储存该评估以供稍候使用的计算机存储。
传感器6还可捕捉(即，感测)对准标记12c、12m的光，并且控制器20可在执行微调重新配置之前基于关于从传感器6接收到的对准标记的传感器数据来执行初始配置以实现对准标记12c、12m的对准。例如，传感器6可捕捉标记12c、12m的图像，对这些图像执行图像识别以检测这些标记并标识检测到的标记何时被对准。
控制器20可被实现成在处理器上执行的代码。
实际上，可通过装置的合适照明来增加条纹图案的可见性。例如，为了增强条纹图案的可见性，激光器(未示出)可被用来提供被引导朝向光栅4ic、4im、4iic、4iim的光束，使得部分光束穿过两个第一光栅4ic、4im，而另外的部分穿过两个第二光栅4iic、4iim。光束扩展器(未示出)可被用来在光束到达光栅4ic、4im、4iic、4iim之前扩展光束，以便增加可见性在其上被增强的区域(例如，7)的大小。例如，光束可被扩展来涵盖光栅4ic、4im、4iic、4iim，以在光栅4ic、4im、4iic、4iim的全部范围内提供条纹图案的增强的可见性。
在第一实施例中，传感器6包括相机形式的图像感测组件，其将至少区域7的图像提供给控制器20(此类图像捕捉图4b所示的视图)。该控制器包括图像识别模块，其对接收到的图像执行自动图像识别过程，以当在图像中捕获条纹图案时检测条纹图案的条纹。控制器调整δφi直到图像识别过程的结果指示第一条纹图案的条纹间隔d基本上是最大的，然后在该时间点再次基于图像识别程序的结果来测量第二条纹图案的条纹间隔d’。
条纹间隔可以以各种不同的方式来测量，例如根据空间周期型度量(其为图4b中的d’)或空间频率型度量(例如通过对预先确定的距离内的可见条纹数量进行计数(较低的频率指示较大的条纹，因此指示更高的质量))。
在第二实施例中，传感器6包括第一和第二光电二极管(或其他合适的第一或第二传感器组件)，这些光电二极管屏蔽除相应的小针孔(例如，具有～1mm(数量级)的直径)以外的周围的光，穿过该小针孔分别仅有一小部分的第一和第二条纹图案是可观察的。也就是说，这样，由第一(相应地，第二)光电二极管接收到的唯一的光来自相应的针孔大小的第一(相应地，第二)条纹图案的一小部分，使得一旦相关的光栅处于接近对准，条纹就大于针孔。控制器20接着(例如，以均匀的速率)改变组件2c、2m的xy定向。由于光栅(4ic、4im/4iic、4iim)被对准，所以相关的条纹图案的条纹间隔增加，这有效地导致了这些条纹的移动(这在图4d中是明显的)。因此，随着组件2c、2m的xy定向变化，由光电二极管接收到的光的强度在高(这时通过针孔仅可观察到亮条纹的一部分)和低(这时通过针孔仅可感知到暗条纹的一部分)之间震荡。随着条纹间隔增加，这种振荡的速率将会由于亮和黑条纹逐渐变大而降低，使得由第一光电二极管通过第一针孔观察到的振荡速率最小，因为δφi基本上为零——在第二实施例中，控制器调整xy定向直到实现最小振荡速率，并且在实现由第一光电二极管通过第一针孔观察到的最小振荡速率的时间点处根据由第二光电二极管通过第二针孔观察到的振荡速率来测量第二条纹图案的条纹间隔d’。
振荡速率可以以各种不同的方式来测量，例如根据时间周期型度量(例如，通过定时各个个体振荡来被获得)或者时间频率型度量(例如，通过对在预先确定的长度的间隔上发生的振荡的数量进行计数来被获得)。
如所提到的，光学组件可以是用于制造其他光学组件的模具。模具被大量需要，因为终端产品具有非常高的数量的需求。因此，拥有用于分析模具的快速方法也是很有用的。
由控制器输出的质量评估可采用多种形式。例如，控制器可简单地输出如在第一图案的条纹间隔d基本上为零的时间点处测得的第二图案条纹间隔d’的值(例如，被表示成测得的空间周期、空间频率、时间周期、时间频率等)，因为这直接指示组件的质量。替代地，控制器可基于测得的条纹间隔来计算一些合适的质量度量(例如在最简单的情况下，可取两个值之一的二元度量，其中一个值指示可接受的质量(这时测得的条纹间隔高于预先确定的阈值)而另一个值指示不可接受的质量(这时测得的条纹间隔低于该阈值时))，尽管可以替代地使用更复杂的质量度量来提供更丰富的信息。
尽管在上文中，示例性第一光栅4ic、4im(相应地，第二光栅4iic、4iim)由于它们都由基本上直的光栅线形成的事实而匹配，但是通常被认为“基本上匹配”的光栅不一定必需由直的光栅线形成，也不必由完全相同形状的弯曲光栅线形成。通常，两个光栅“基本上匹配”提供了它们各自结构的一些部分足够相似，以便可以通过交叠这些部分来创建呈现出可辨别的条纹间隔的可观察的条纹图案(即使它们的结构的其他部分可能是明显不同的)。匹配的光栅可以具有或者可以不具有相同的光栅周期。
尽管在上文中，分量光栅4ic、4iic(以及对应地，主光栅4im、4iim，这些光栅基本上成匹配的布置)是通过在基本上平行的表面部分上的调制来形成的，但是通常不必非得是这种情况(对于非平行光栅，例如图4a中所示的各种角度可以通过几何投影到合适的平面(例如其法线在非平行光栅的法线的向量和的方向上，这是这些方向的平均的方向)上而被同等地限定)。此外，尽管在上文中，表面调制在基本上平坦的表面部分之上，但是所公开的技术也可被应用于弯曲的光栅(例如，通过在弯曲的表面部分上的调制来被形成)。
此外，通常术语“相对的光栅”(或类似)涵盖不平行的光栅。当存在与两个光栅相交的视线(例如，在与这些光栅的法线基本上匹配的方向上)时，两个光栅被认为是相对的，当这些光栅处于接近对准时，沿该视线可观察到所得到的条纹图案。虽然上文已关于相对的光栅进行了描述，但是这些技术可被应用于非相对的光栅，由此条纹图案例如通过由反射而已被引导到两个光栅上的光束来被形成。
各种光栅4ic、4iic、4im、4iim可以是二元的(倾斜/非倾斜)、正弦、梯形(例如三角形)的形状(等)，并且彼此不需要具有相同的形状、斜率α、宽度w、深度h等等(尽管这不被排除)。
尽管以上考虑了基本上软件实现的控制器20，但是控制器的功能可以使用软件、固件、硬件(例如，固定逻辑电路)或这些实现的组合来实现。本文所使用的术语“模块”、“功能”、“组件”和“逻辑”(在适用时)一般表示软件、固件、硬件或其组合。在软件实现的情况下，模块、功能或逻辑表示当在处理器(例如，一个或多个cpu)上执行时执行指定任务的程序代码。程序代码可被储存在一个或多个计算机可读存储器设备中。下面所描述的技术的特征是平台无关的，意味着所述技术可以在具有各种处理器的各种商用计算平台上实现。
例如，装置还可包括促使该装置的计算机的硬件(例如处理器、功能块，等)执行操作的实体(例如软件)。例如，计算机可包括计算机可读介质，其可被配置用于维护使得计算机(且尤其是计算机的操作系统和相关联的硬件)执行操作的指令。因此，这些指令用于配置操作系统和相关联的硬件来执行这些操作，并以此方式致使操作系统和相关联的硬件变换以执行各功能。可由计算机可读介质通过各种不同配置将指令提供给计算机。
一种这样的计算机可读介质配置是信号承载介质，并因此被配置来将指令(例如，作为载波)诸如经由网络等传送到计算设备。计算机可读介质还可被配置为计算机可读存储介质并且因而不是信号承载介质。计算机可读存储介质的示例包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、光板、闪存、硬板存储器、和其他可使用磁、光以及用于储存指令和其他数据的其他技术的存储器设备。
在概述部分中提出的各个方面的实施例中，光学组件和主组件可包括定点的对准标记，使得当标记被对准时，第一条纹图案是可观察的，其中传感器感测标记，并且其中控制器基于与标记有关的传感器数据来被配置成将支持系统从当前配置重新配置成中间配置，其中对准标记基本上被对准，并且支持系统然后从该中间配置被重新配置成新的配置。
光传感器可包括相机，该相机在支持系统被重新配置时捕捉第一条纹图案的图像，并且其中控制器包括执行自动图像识别过程以检测图像中的第一条纹图案的图像识别模块，其中控制器基于图像识别过程的结果来重新配置支持系统。
图像也可以是第二条纹图案的，自动图像识别过程检测第二条纹图案，并且控制器基于图像识别过程的结果来测量第二条纹图案的条纹间隔。
光传感器可以包括传感器组件，该传感器组件在支持系统被重新配置时接收仅第一条纹图案的一小部分的光，并且控制器可基于该光的强度改变的速率来重新配置支持系统。
光传感器可包括接收仅第二条纹图案的一小部分的光的另一传感器组件，并且控制器可基于该光的强度改变的速率来测量第二条纹图案的条纹间隔。
装置可包括提供光束和光束扩展器的激光器，该光束扩展器扩展光束以用基本上涵盖光栅的经扩展的光束来照明光栅，以便增强条纹图案的可见性。
光学组件和主组件可包括定点的对准标记，使得当标记被对准时，第一条纹图案是可观察的，并且过程可包括将支持系统从当前配置重新配置成中间配置，其中对准标记基本上被对准，并且支持系统然后从该中间配置被重新配置成新的配置。
分量光栅可由光学组件的表面上的表面调制形成。表面调制可以在光学组件的表面的基本上平行的部分上。
两个分量光栅均可由光学组件的表面的正面部分上的表面调制形成。
分量光栅中的一个可由光学组件的表面的正面部分上的表面调制形成，而另一个由光学组件的表面的背面部分上的表面调制形成。
光学组件可包括聚合物，或者可以是用于模制这样的光学组件的模具。
微制造工艺可以在执行第二方面的步骤之前在主组件上被执行以制造主光栅。
主组件光栅可被测试以在执行第二方面的步骤之前评估主组件的质量。
第一分量光栅可具有周期d1，而第二分量光栅可以具有周期d2，并且主光栅的期望的定向角可以基本上为arccos(d1/(2d2))。
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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