特表 2024-533986 導波管コンバイナおよびメタ表面のための全視野計測ツール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-18

(54)【発明の名称】導波管コンバイナおよびメタ表面のための全視野計測ツール

(51)【国際特許分類】

   G01M 11/00 20060101AFI20240910BHJP

【ＦＩ】

G01M11/00 T

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024507946

(86)(22)【出願日】2022-07-28

(85)【翻訳文提出日】2024-03-21

(86)【国際出願番号】 US2022038694

(87)【国際公開番号】W WO2023018554

(87)【国際公開日】2023-02-16

(31)【優先権主張番号】63/233,126

(32)【優先日】2021-08-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】スン， ヤンヤン

(72)【発明者】

【氏名】フー， ジンシン

(72)【発明者】

【氏名】ゴデット， ルドヴィーク

【テーマコード（参考）】

2G086

【Ｆターム（参考）】

2G086EE12

(57)【要約】

本明細書に記載の実施形態が、光学装置の複数の計測メトリックを決定するために光学装置の全視野光学場を取得する、計測ツールおよび方法を提供する。計測ツールは、光線を第１の光経路と第２の光経路とに分割するために利用される。第１の光経路と第２の光経路とは、重ね合わせられた光線に重ね合わされ、検出器に送出される。検出器は、重ね合わせられた光線の強度を測定する。第１の式および第２の式が、強度測定値と組み合わせて利用されて、少なくとも１つの光学装置の第２の表面に直接隣接する基準点における振幅および位相ｉｐを決定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

計測ツールであって、
光線を投射するように動作可能な光エンジンと、
前記光線の経路中に配設された第１のビームスプリッタであって、前記第１のビームスプリッタが、前記光線を第１の光経路と第２の光経路とに分割するように動作可能であり、前記第１の光経路が、光学装置に入射するように動作可能である、第１のビームスプリッタと、
前記第２の光経路中に配設された位相変調器と、
前記第１の光経路および前記第２の光経路中に配設された第２のビームスプリッタであって、前記第２のビームスプリッタが、重ね合わせられた光経路を形成するために、前記第１の光経路と前記第２の光経路とを重ね合わせるように動作可能である、第２のビームスプリッタと、
前記重ね合わせられた光経路中に配設された検出器であって、前記検出器が、前記重ね合わせられた光経路の強度を記録するように動作可能である、検出器と
を備える、計測ツール。

【請求項2】

前記光学装置が導波管コンバイナであり、前記導波管コンバイナは、前記第１の光経路が前記導波管コンバイナの入力結合領域に入射するように動作可能であるように、配置される、請求項１に記載の計測ツール。

【請求項3】

前記光学装置がメタ表面であり、前記メタ表面は、前記第１の光経路が前記メタ表面の中心点に入射するように動作可能であるように、配置される、請求項１に記載の計測ツール。

【請求項4】

前記位相変調器が、空間光変調器、圧電駆動ミラー、または傾斜ミラーのうちの１つである、請求項１に記載の計測ツール。

【請求項5】

前記光エンジンがレーザを投射する、請求項１に記載の計測ツール。

【請求項6】

前記位相変調器が、前記第２の光経路の位相を変化させるように動作可能である、請求項１に記載の計測ツール。

【請求項7】

前記第１の光経路中に配設された第１のレンズであって、前記第１のレンズが、前記第１の光経路をリレーするように動作可能である、第１のレンズと、
前記第２の光経路中に配設された第２のレンズであって、前記第２のレンズが、前記第２の光経路をリレーするように動作可能である、第２のレンズと、
前記第２の光経路中に配設された第３のレンズであって、前記第３のレンズが、前記第２の光経路をリレーするように動作可能である、第３のレンズと、
前記第２の光経路中に配設された第４のレンズであって、前記第４のレンズが、前記第２の光経路をリレーするように動作可能である、第４のレンズと
をさらに備える、請求項１に記載の計測ツール。

【請求項8】

前記光線を偏光させるように動作可能な直線偏光子をさらに備える、請求項１に記載の計測ツール。

【請求項9】

前記第１の光経路中に配設された補助レンズであって、前記補助レンズが、前記第１の光経路をリレーするように動作可能である、補助レンズをさらに備える、請求項１に記載の計測ツール。

【請求項10】

計測ツールであって、
光線を投射するように動作可能な光エンジンと、
前記光線の経路中に配設された第１のビームスプリッタであって、前記第１のビームスプリッタが、前記光線を第１の光経路と第２の光経路とに分割するように動作可能であり、前記第１の光経路が、光学装置に入射するように動作可能である、第１のビームスプリッタと、
前記第１の光経路中に配設された変調モジュールであって、前記変調モジュールが、前記第１の光経路の位相、振幅、または入射角度を変化させるように動作可能である、変調モジュールと、
前記第２の光経路中に配設された傾斜ミラーと、
前記第１の光経路および前記第２の光経路中に配設された第２のビームスプリッタであって、前記第２のビームスプリッタが、重ね合わせられた光経路を形成するために、前記第１の光経路と前記第２の光経路とを重ね合わせるように動作可能である、第２のビームスプリッタと、
前記重ね合わせられた光経路中に配設された検出器であって、前記検出器が、前記重ね合わせられた光経路の強度を記録するように動作可能である、検出器と
を備える、計測ツール。

【請求項11】

前記光学装置が導波管コンバイナであり、前記導波管コンバイナは、前記第１の光経路が前記導波管コンバイナの入力結合領域に入射するように動作可能であるように、配置される、請求項１０に記載の計測ツール。

【請求項12】

前記光学装置がメタ表面であり、前記メタ表面は、前記第１の光経路が前記メタ表面の中心点に入射するように動作可能であるように、配置される、請求項１０に記載の計測ツール。

【請求項13】

前記第２の光経路中に配設された第１のレンズであって、前記第１のレンズが、前記第２の光経路をリレーするように動作可能である、第１のレンズと、
前記第２の光経路中に配設された第２のレンズであって、前記第２のレンズが、前記重ね合わせられた光経路をリレーするように動作可能である、第２のレンズと、
前記第２の光経路中に配設された補助レンズであって、前記第２のレンズが、前記第２の光経路をリレーするように動作可能である、補助レンズと
をさらに備える、請求項１０に記載の計測ツール。

【請求項14】

光線を第１のビームスプリッタに投射することであって、前記第１のビームスプリッタが、前記光線を第１の光経路と第２の光経路とに分割する、光線を第１のビームスプリッタに投射することと、
前記第１の光経路を光学装置に投射することであって、前記第１の光経路が前記光学装置を通って進み、前記光学装置が、メタ表面または導波管コンバイナである、前記第１の光経路を光学装置に投射することと、
前記第２の光経路を位相変調器に投射することであって、前記位相変調器が、前記第２の光経路の１つまたは複数の位相遅延イメージを生成するように動作可能である、前記第２の光経路を位相変調器に投射することと、
重ね合わせられた光経路を形成するために、第２のビームスプリッタにより前記第１の光経路と前記第２の光経路とを重ね合わせることと、
前記重ね合わせられた光経路を検出器に向けることであって、前記検出器が、前記第１の光経路と前記第２の光経路との強度測定値を記録するように動作可能である、前記重ね合わせられた光経路を検出器に向けることと、
前記第１の光経路が前記光学装置から出射する、前記光学装置の表面に隣接して位置する基準点において、前記光学装置の全視野光学場を決定することであって、前記全視野光学場が、前記基準点における前記第１の光経路の振幅および位相を再構築するために、前記強度測定値に対してフーリエ変換を実行することによって決定される、前記光学装置の全視野光学場を決定することと
を含む、方法。

【請求項15】

計測メトリックを決定することであって、前記計測メトリックが、後処理中に前記全視野光学場から決定される、計測メトリックを決定することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記計測メトリックが、角度均一性メトリック、コントラストメトリック、効率性メトリック、色均一性メトリック、変調伝達関数（ＭＴＦ）メトリック、視界（ＦＯＶ）メトリック、ゴーストイメージメトリック、またはアイボックスメトリックのうちの１つまたは複数を含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記全視野光学場が、高い周波数領域において決定される、請求項１４に記載の方法。

【請求項18】

前記１つまたは複数の位相遅延イメージの各々が、前記検出器上の前記重ね合わせられた光経路の前記強度測定値を変更する、請求項１４に記載の方法。

【請求項19】

前記光学装置が前記導波管コンバイナであり、前記第１の光経路が前記光学装置の入力結合領域に入射するように動作可能であるように、前記光学装置を配置することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項20】

前記光学装置が前記メタ表面であり、前記第１の光経路が前記光学装置の中心点に入射するように、前記光学装置を配置することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、一般に計測（ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）ツールに関する。より詳細には、本明細書で説明される実施形態は、光学 装置の複数の計測メトリックを決定するために光学装置の全視野光学場（ｆｕｌｌ－ｆｉｅｌｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ）を取得する、計測ツールおよび方法を提供する。

【背景技術】

【0002】

仮想現実は、概して、ユーザがその中で見掛けの物理的存在を有する、コンピュータ生成されたシミュレートされた環境であると考えられる。仮想現実体験が、３Ｄにおいて生成され、実際の環境を置き換える仮想現実環境を表示するためのレンズとしてニアアイディスプレイパネルを有する、グラスまたは他のウェアラブルディスプレイ装置など、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）により視聴され得る。

【0003】

しかしながら、拡張現実は、ユーザが、依然として、周囲環境を視聴するためにグラスまたは他のＨＭＤ装置のディスプレイレンズを通して見ることができ、また、表示のために生成され、その環境の一部として見える、仮想オブジェクトのイメージをも見ることができる、体験を可能にする。拡張現実は、ユーザが体験する環境を強化または拡張する、オーディオおよびハプティック入力、ならびに仮想イメージ、グラフィック、およびビデオなど、任意のタイプの入力を含むことができる。新技術として、拡張現実に対する多くの課題および設計制約がある。

【0004】

１つのそのような課題が、仮想現実および拡張現実のために使用される光学装置の完全な特徴づけを取得することである。光学装置設計が検証され、光学装置計測メトリックがモニタされることを保証するために、計測メトリックは測定される必要がある。計測メトリックを取得するために、複数の計測ツールが、異なるメトリックを決定するために利用され、これは、時間がかかり、非効率的であり、コストがかかり得る。計測メトリックを取得するとき、全体を通して高く、低いコストであり、低い帯域幅要件を有する、測定方法を有することが望ましい。したがって、光学装置の完全な特徴づけを取得することができる、単一の計測ツールおよび方法が望ましい。したがって、当技術分野において必要なものは、光学装置の複数の計測メトリックを決定するために光学装置の全視野光学場を取得する、計測ツールおよび方法である。

【発明の概要】

【0005】

一実施形態では、計測ツールが提供される。計測ツールは、光線を投射するように動作可能な光エンジンを含む。計測ツールは、光線の経路中に配設された第１のビームスプリッタをさらに含む。第１のビームスプリッタは、光線を第１の光経路と第２の光経路とに分割するように動作可能であり、第１の光経路は、光学装置に入射するように動作可能である。計測ツールは、第２の光経路中に配設された位相変調器をさらに含む。計測ツールは、第１の光経路および第２の光経路中に配設された第２のビームスプリッタをさらに含む。第２のビームスプリッタは、重ね合わせられた光経路を形成するために、第１の光経路と第２の光経路とを重ね合わせるように動作可能である。計測ツールは、重ね合わせられた光経路中に配設された検出器をさらに含む。検出器は、重ね合わせられた光経路の強度を記録するように動作可能である。

【0006】

別の実施形態では、計測ツールが提供される。計測ツールは、光線を投射するように動作可能な光エンジンを含む。計測ツールは、光線の経路中に配設された第１のビームスプリッタをさらに含む。第１のビームスプリッタは、光線を第１の光経路と第２の光経路とに分割するように動作可能である。第１の光経路は、光学装置に入射するように動作可能である。計測ツールは、第１の光経路中に配設された変調モジュールをさらに含む。変調モジュールは、第１の光経路の位相、振幅、または入射角度を変化させるように動作可能である。計測ツールは、第２の光経路中に配設された傾斜ミラーと、第１の光経路および第２の光経路中に配設された第２のビームスプリッタとをさらに含む。第２のビームスプリッタは、重ね合わせられた光経路を形成するために、第１の光経路と第２の光経路とを重ね合わせるように動作可能である。計測ツールは、重ね合わせられた光経路中に配設された検出器をさらに含む。検出器は、重ね合わせられた光経路の強度を記録するように動作可能である。

【0007】

また別の実施形態では、方法が提供される。本方法は、光線を第１のビームスプリッタに投射することを含む。第１のビームスプリッタは、光線を第１の光経路と第２の光経路とに分割する。本方法は、第１の光経路を光学装置に投射することをさらに含む。第１の光経路は光学装置を通って進む。光学装置は、メタ表面または導波管コンバイナ（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｃｏｍｂｉｎｅｒ）である。本方法は、第２の光経路を位相変調器に投射することをさらに含む。位相変調器は、第２の光経路の１つまたは複数の位相遅延イメージを生成するように動作可能である。本方法は、重ね合わせられた光経路を形成するために、第２のビームスプリッタにより第１の光経路と第２の光経路とを重ね合わせることをさらに含む。本方法は、重ね合わせられた光経路を検出器に向けることをさらに含む。検出器は、第１の光経路と第２の光経路との強度測定値を記録するように動作可能である。本方法は、第１の光経路が光学装置から出射する、光学装置の表面に隣接して位置する基準点において、光学装置の全視野光学場を決定することをさらに含む。全視野光学場は、基準点における第１の光経路の振幅および位相を再構築するために、強度測定値に対してフーリエ変換を実行することによって決定される。

【0008】

本開示の上記で具陳された特徴が詳細に理解され得るように、上記で手短に要約された本開示のより詳細な説明は、添付の図面にその一部が示されている実施形態を参照することによってなされ得る。しかしながら、添付の図面は、例示的な実施形態を示すにすぎず、したがって、その範囲の限定と見なされるべきでなく、他の等しく有効な実施形態を認め得ることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本明細書で説明される実施形態による、計測ツールの概略断面図である。

【図2】本明細書で説明される実施形態による、計測ツールの概略断面図である。

【図3】本明細書で説明される実施形態による、少なくとも１つの光学装置の全視野光学場を決定するための方法の流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

理解を容易にするために、可能な場合、図に共通である同じ要素を指定するために同じ参照番号が使用されている。一実施形態の要素および特徴が、さらなる具陳なしに他の実施形態に有益に組み込まれ得ることが企図される。

【0011】

本開示の実施形態は、一般に計測ツールに関する。より詳細には、本明細書で説明される実施形態は、光学装置の複数の計測メトリックを決定するために光学装置の全視野光学場を取得する、計測ツールおよび方法を提供する。計測ツールは、光線を投射するように動作可能な光エンジンを含む。計測ツールは、光線の経路中に配設された第１のビームスプリッタをさらに含む。第１のビームスプリッタは、光線を第１の光経路と第２の光経路とに分割するように動作可能であり、第１の光経路は、光学装置に入射するように動作可能である。計測ツールは、第２の光経路中に配設された位相変調器をさらに含む。計測ツールは、第１の光経路および第２の光経路中に配設された第２のビームスプリッタをさらに含む。第２のビームスプリッタは、重ね合わせられた光経路を形成するために、第１の光経路と第２の光経路とを重ね合わせるように動作可能である。計測ツールは、重ね合わせられた光経路中に配設された検出器をさらに含む。重ね合わせられた光経路の強度を記録するように動作可能な検出器。

【0012】

図１は、計測ツール１００の概略断面図である。計測ツール１００の第１の実施形態では、計測ツール１００は、第３のレンズ１２２Ａと第４のレンズ１２２Ｂとを含む。計測ツール１００の第２の実施形態では、計測ツール１００は、第５のレンズ１２４を含む。計測ツール１００は、位相変調器１２０を含む。位相変調器１２０の第１の構成では、位相変調器１２０は、空間光変調器（ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）である。位相変調器１２０の第２の構成では、位相変調器１２０は、圧電駆動（ｐｉｅｚｏ ｄｒｉｖｅｎ）ミラーである。位相変調器１２０の第３の構成では、位相変調器１２０は、傾斜ミラーである。計測ツール１００の第１または第２の実施形態のいずれも、第１、第２、または第３の構成のうちの少なくとも１つの位相変調器１２０を含む。

【0013】

計測ツール１００は、基板１０８を保持するように動作可能である。基板１０８は、基板１０８上に配設された少なくとも１つの光学装置１０２を含む。基板１０８は、当技術分野で使用される任意の基板であり得、基板１０８の使用に応じて、選定された波長に対して不透明であるかまたは透明であるかのいずれかであり得る。さらに、基板１０８は、様々な形状、厚さ、および直径であり得る。基板１０８は、円形、矩形、または正方形形状を有し得る。基板１０８は、基板１０８上に配設され得る光学装置１０２の数において限定されない。各光学装置１０２は、基板１０８上に配設された複数の光学装置構造を含み得る。光学装置構造は、サブミクロン寸法、たとえば、ナノサイズの寸法を有する、ナノ構造であり得る。

【0014】

本明細書で説明される少なくとも１つの光学装置１０２は例示的な光学装置であり、本開示の態様を達成するために、他の光学装置が、ともに使用されるかまたは修正され得ることを理解されたい。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、一実施形態では、光学装置１０２は、導波管コンバイナである。導波管コンバイナは、仮想現実、拡張現実、または複合現実のために利用され得る。光学装置１０２が導波管コンバイナである実施形態では、入力結合領域が、光学装置１０２の第１の表面１０４上に配設され得る。出力結合領域が、光学装置１０２の第２の表面１０６上に配設され得る。第２の表面１０６は、第１の表面１０４の反対側の表面上にある。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、別の実施形態では、導波管コンバイナは、同じ表面、たとえば、第１の表面１０４または第２の表面１０６のうちの１つ上に、入力結合領域と出力結合領域とを含む。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、また別の実施形態では、光学装置１０２は、メタ表面など、平坦な光学装置である。メタ表面は、限定はしないが、レンズ、ディフューザー、ドットマトリックスプロジェクタ、またはセンサのうちの１つを含む。

【0015】

計測ツール１００は、少なくとも１つの光学装置１０２の全視野光学場を測定するように動作可能である。本明細書で説明される方法は、スループットを改善し、ストレージおよび帯域幅要件を低減し、光学装置の分析に関連するコストを低減する。全視野光学場は、光線の振幅および位相を含む。全視野光学場は、全視野光学場を並行して測定することによって、光学装置１０２の直接情報を提供する。光学装置１０２の設計が検証され、光学装置計測メトリックがモニタされることを保証するために、計測メトリックが、全視野光学場から取得され得る。本明細書で説明される計測ツール１００の実施形態は、増加されたスループットで複数の計測メトリックを取得する能力を提供する。計測メトリックは、導波管コンバイナについての、角度均一性メトリック、コントラストメトリック、効率性メトリック、色均一性メトリック、変調伝達関数（ＭＴＦ）メトリック、視界（ＦＯＶ）メトリック、ゴーストイメージメトリック、またはアイボックスメトリックのうちの１つまたは複数を含む。計測メトリックは、メタ表面についての、効率性メトリック、点広がり関数（ＰＳＦ）メトリック、または位相誤差メトリックのうちの１つまたは複数を含む。

【0016】

計測ツール１００は、光エンジン１１０と、第１のビームスプリッタ１１２と、第２のビームスプリッタ１１４と、ミラー１１６と、第３のビームスプリッタ１１８と、位相変調器１２０と、第１のレンズ１２６と、検出器１２８とを含む。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、いくつかの実施形態では、計測ツール１００は、直線偏光子（ｌｉｎｅａｒ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）１３０と、第２のレンズ１３２と、ピンホール１３４と、補助レンズ１４２とのうちの１つまたは複数を含む。計測ツール１００の第１の実施形態では、計測ツール１００は、第３のレンズ１２２Ａと第４のレンズ１２２Ｂとを含む。計測ツール１００の第２の実施形態では、計測ツール１００は、第５のレンズ１２４を含む。

【0017】

光エンジン１１０は、光線を第１のビームスプリッタ１１２に投射するように動作可能である。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、一実施形態では、光エンジン１１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザである。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、別の実施形態では、光エンジン１１０は、ディスプレイモジュールを含む。ディスプレイモジュールは、パターンを光学装置１０２に投射するように動作可能である。ディスプレイモジュールは、マイクロＬＥＤモジュール、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）モジュール、デジタル光処理（ＤＬＰ）モジュール、またはレーザ投射モジュールを含み得る。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、また別の実施形態では、光線は、第１のビームスプリッタ１１２に接触するより前に、直線偏光子１３０に入射する。直線偏光子１３０は、入って来る光線を直線的に偏光させるように動作可能である。直線偏光子１３０は、１／２波長板であり得る。

【0018】

第１のビームスプリッタ１１２は、光線を第１の光経路１３６Ａと第２の光経路１３６Ｂとに分割する。光学装置１０２は、第１の光経路１３６Ａ中に配設される。光学装置１０２は、導波管コンバイナまたはメタ表面など、任意の好適な光学装置であり得る。第１の光経路１３６Ａは、測定されるべき光学装置１０２に向けられる。第１の光経路１３６Ａは、光学装置１０２の第１の表面１０４に入射する。いくつかの実施形態では、変調モジュール１１３が、第１の表面１０４に隣接して配置される。変調モジュール１１３は、第１の光経路１３６Ａの位相、振幅、または入射角度を変化させるように動作可能である。

【0019】

図１に示されているような、光学装置１０２が導波管コンバイナである実施形態では、第１の光経路１３６Ａは、入力結合領域に入射する。第１の光経路１３６Ａは、導波管コンバイナを通過する。第１の光経路１３６Ａは、導波管コンバイナの出力結合領域から出射する。図１は光学装置１０２を導波管コンバイナとして示しているが、光学装置１０２は、メタ表面など、任意の好適な光学装置であり得る。光学装置１０２がメタ表面である実施形態では、第１の光経路１３６Ａは、メタ表面の第１の表面１０４に入射する。第１の光経路１３６Ａは、メタ表面の中心点１４４に向けられる。第１の光経路１３６Ａは、メタ表面を通過し、メタ表面の中心点１４４から出射する。

【0020】

第１の光経路１３６Ａは、ミラー１１６に入射するように動作可能である。ミラー１１６は、第１の光経路１３６Ａに沿って、光学装置１０２の第２の表面１０６に隣接して配置される。ミラー１１６は、第１の光経路１３６Ａを第１のレンズ１２６に向けるように動作可能である。第１のレンズ１２６は、第１の光経路１３６Ａを第３のビームスプリッタ１１８に向けるように動作可能である。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、一実施形態では、第１のレンズ１２６は、第２の表面１０６とミラー１１６との間に配置され得る。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、別の実施形態では、第１のレンズ１２６は、図１に示されているように、ミラー１１６と第３のビームスプリッタ１１８との間に配置され得る。第１のレンズ１２６は、リレーレンズである。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、また別の実施形態では、補助レンズ１４２は、光学装置１０２とミラー１１６との間に配置される。補助レンズ１４２は、リレーレンズである。

【0021】

第２の光経路１３６Ｂは、第２のビームスプリッタ１１４に入射する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、一実施形態では、第２のレンズ１３２とピンホール１３４の一方または両方が、第２の光経路１３６Ｂ中で、第１のビームスプリッタ１１２と第２のビームスプリッタ１１４との間に配置される。第２の光経路１３６Ｂは、第２のレンズ１３２とピンホール１３４の一方または両方を通過し得る。第２のレンズ１３２は、リレーレンズである。ピンホール１３４は、第２の光経路１３６Ｂのためのローパスフィルタとして働くように動作可能である。第２のビームスプリッタ１１４は、位相変調器１２０に隣接して配置される。第２のビームスプリッタ１１４は、第２の光経路１３６Ｂを位相変調器１２０に向けるように動作可能である。

【0022】

位相変調器１２０は、第２の光経路１３６Ｂの位相を変化させるように動作可能である。位相変調器１２０の第１の構成では、位相変調器１２０は、空間光変調器である。位相変調器１２０の第２の構成では、位相変調器１２０は、圧電駆動ミラーである。位相変調器１２０の第３の構成では、位相変調器１２０は、傾斜ミラーである。位相変調器１２０は、第２の光経路１３６Ｂの位相を変化させる。第２の光経路１３６Ｂは、第３のビームスプリッタ１１８に向けられる。位相変調器１２０は、第２の光経路１３６Ｂの１つまたは複数の位相変調されたイメージを生成する。第１の構成または第２の構成をもつ実施形態では、１つまたは複数の位相遅延イメージが作り出され得る。第３の構成をもつ実施形態では、１つまたは複数の線形位相（ｌｉｎｅａｒ ｐｈａｓｅ）遅延イメージが作り出され得る。

【0023】

第１の実施形態では、第３のレンズ１２２Ａおよび第４のレンズ１２２Ｂが、第２の光経路１３６Ｂに沿って配置される。第３のレンズ１２２Ａは、位相変調器１２０に隣接する。第４のレンズ１２２Ｂは、検出器１２８に隣接する。第２の実施形態では、第５のレンズ１２４が、第２の光経路１３６Ｂに沿って配置される。計測ツール１００内に第２の光経路１３６Ｂを向けるために、第１の実施形態は第３のレンズ１２２Ａと第４のレンズ１２２Ｂとを利用し、第２の実施形態は第５のレンズ１２４を利用する。第３のレンズ１２２Ａ、第４のレンズ１２２Ｂ、および第５のレンズ１２４は、リレーレンズである。

【0024】

第３のビームスプリッタ１１８は、第１の光経路１３６Ａと第２の光経路１３６Ｂとを検出器１２８のほうへ向けるように動作可能である。第３のビームスプリッタ１１８は、第１の光経路１３６Ａと第２の光経路１３６Ｂとを、重ね合わせられた光経路に重ね合わせる。検出器１２８は、重ね合わせられた光経路の強度測定値を取得するように動作可能である。検出器１２８は、基準点１３８における全視野光学場を再構築するために、強度測定値を利用するように動作可能である。基準点１３８は、第２の表面１０６に直接隣接して位置する。基準点１３８は、第１の光経路１３６Ａが光学装置から出射する、光学装置１０２の表面に隣接して位置する。光学装置１０２の計測メトリックは、後処理中に全視野光学場から導出される。計測ツール１００は、計測ツール１００の動作を制御するように動作可能なコントローラ１４０と通信している。

【0025】

図２は、計測ツール２００の概略断面図である。計測ツール２００は、基板１０８を保持するように動作可能である。基板１０８は、基板１０８上に配設された少なくとも１つの光学装置１０２を含む。

【0026】

本明細書で説明される少なくとも１つの光学装置１０２は例示的な光学装置であり、本開示の態様を達成するために、他の光学装置が、ともに使用されるかまたは修正され得ることを理解されたい。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、一実施形態では、光学装置１０２は、導波管コンバイナである。導波管コンバイナは、仮想現実、拡張現実、または複合現実のために利用され得る。光学装置１０２が導波管コンバイナである実施形態では、入力結合領域が、光学装置１０２の第１の表面１０４上に配設され得る。出力結合領域が、光学装置１０２の第２の表面１０６上に配設され得る。第２の表面１０６は、第１の表面１０４の反対側の表面上にある。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、別の実施形態では、導波管コンバイナは、同じ表面、たとえば、第１の表面１０４または第２の表面１０６のうちの１つ上に、入力結合領域と出力結合領域とを含む。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、また別の実施形態では、光学装置１０２は、メタ表面など、平坦な光学装置である。

【0027】

計測ツール２００は、少なくとも１つの光学装置１０２の全視野光学場を測定するように動作可能である。光学装置１０２の全視野光学場は、光学装置１０２の完全な特徴づけを提供する。全視野光学場は、光線の振幅および位相を含む。全視野光学場は、全視野光学場を並行して測定することによって、光学装置１０２の直接情報を提供する。光学装置１０２の設計が検証され、光学装置計測メトリックがモニタされることを保証するために、計測メトリックが、全視野光学場から取得され得る。本明細書で説明される計測ツール２００の実施形態は、増加されたスループットで複数の計測メトリックを取得する能力を提供する。計測メトリックは、導波管コンバイナについての、角度均一性メトリック、コントラストメトリック、効率性メトリック、色均一性メトリック、変調伝達関数（ＭＴＦ）メトリック、視界（ＦＯＶ）メトリック、ゴーストイメージメトリック、またはアイボックスメトリック、および、メタ表面についての、効率性メトリック、点広がり関数（ＰＳＦ）メトリック、変調伝達ＭＴＦメトリック、または位相誤差メトリックのうちの１つまたは複数を含む。

【0028】

計測ツール２００は、光エンジン２１０と、第１のビームスプリッタ２１２と、第２のビームスプリッタ２１８と、ミラー２１６と、傾斜ミラー２２０と、第１のレンズ２２２Ａと、第２のレンズ２２２Ｂと、補助レンズ２４２と、検出器２２８とを含む。光エンジン２１０は、光線を第１のビームスプリッタ２１２に投射するように動作可能である。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、一実施形態では、光エンジン２１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザである。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、別の実施形態では、光エンジン２１０は、ディスプレイモジュールを含む。ディスプレイモジュールは、パターンを光学装置１０２に投射するように動作可能である。ディスプレイモジュールは、マイクロＬＥＤモジュール、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）モジュール、デジタル光処理（ＤＬＰ）モジュール、またはレーザ投射モジュールを含み得る。

【0029】

第１のビームスプリッタ２１２は、光線を第１の光経路２３６Ａと第２の光経路２３６Ｂとに分割する。光学装置１０２は、第１の光経路２３６Ａ中に配設される。光学装置１０２は、導波管コンバイナまたはメタ表面など、任意の好適な光学装置であり得る。第１の光経路２３６Ａは、測定されるべき光学装置１０２に向けられる。第１の光経路２３６Ａは、光学装置１０２の第１の表面１０４に入射する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、いくつかの実施形態では、第１の変調モジュール２１３および第２の変調モジュール２１４が、光学装置１０２の第１の表面１０４に隣接して配置される。第１の変調モジュール２１３と第２の変調モジュール２１４とは、光学装置１０２のいずれかの側に配置される。第１の変調モジュール２１３および第２の変調モジュール２１４は、第１の光経路２３６Ａの位相、振幅、または入射角度を変化させるように動作可能である。

【0030】

図２に示されているような、光学装置１０２がメタ表面である実施形態では、第１の光経路２３６Ａは、メタ表面の第１の表面１０４に入射する。第１の光経路２３６Ａは、メタ表面の中心点１４４に向けられる。第１の光経路２３６Ａは、メタ表面を通過し、メタ表面の中心点１４４から出射する。図２は光学装置１０２をメタ表面として示しているが、光学装置１０２は、導波管コンバイナなど、任意の好適な光学装置であり得る。

【0031】

図１に示されているような、光学装置１０２が導波管コンバイナである実施形態では、第１の光経路２３６Ａは、入力結合領域に入射する。第１の光経路２３６Ａは、導波管コンバイナを通過する。第１の光経路２３６Ａは、導波管コンバイナの出力結合領域から出射する。

【0032】

第１の光経路２３６Ａは、ミラー２１６に入射するように動作可能である。補助レンズ２４２は、光学装置１０２とミラー２１６との間に配置される。補助レンズ２４２は、リレーレンズである。ミラー２１６は、第１の光経路２３６Ａに沿って、光学装置１０２の第２の表面１０６に隣接して配置される。ミラー２１６は、第１の光経路２３６Ａを第２のビームスプリッタ２１８に向けるように動作可能である。

【0033】

第２の光経路２３６Ｂは、傾斜ミラー２２０に入射する。傾斜ミラー２２０は、第２の光経路２３６Ｂの位相を変化させるように動作可能である。傾斜ミラー２２０は、第２の光経路２３６Ｂの位相を変化させる。第２の光経路２３６Ｂは、第２のビームスプリッタ２１８に向けられる。傾斜ミラー２２０は、第２の光経路２３６Ｂの１つまたは複数の線形位相遅延イメージを生成する。第１のレンズ２２２Ａおよび第２のレンズ２２２Ｂは、第２の光経路２３６Ｂに沿って配置される。第１のレンズ２２２Ａは、傾斜ミラー２２０に隣接する。第２のレンズ２２２Ｂは、検出器２２８に隣接する。第１のレンズ２２２Ａおよび第２のレンズ２２２ｂは、リレーレンズである。

【0034】

第２のビームスプリッタ２１８は、第１の光経路２３６Ａと第２の光経路２３６Ｂとを検出器２２８のほうへ向けるように動作可能である。第２のビームスプリッタ２１８は、第１の光経路２３６Ａと第２の光経路２３６Ｂとを、重ね合わせられた光経路に重ね合わせる。検出器２２８は、重ね合わせられた光経路の強度測定値を取得するように動作可能である。検出器２２８は、基準点２３８における全視野光学場を再構築するために、強度測定値を利用するように動作可能である。基準点２３８は、第２の表面１０６に直接隣接して位置する。基準点２３８は、第１の光経路２３６Ａが光学装置１０２から出射する、光学装置１０２の表面に隣接して位置する。光学装置１０２の計測メトリックは、後処理中に全視野光学場から導出される。計測ツール２００は、計測ツール２００の動作を制御するように動作可能なコントローラ１４０と通信している。

【0035】

図３は、少なくとも１つの光学装置１０２の全視野光学場を決定するための方法３００の流れ図である。少なくとも１つの光学装置１０２は、計測ツール１００中に配設された基板１０８上に配設される。説明を容易にするために、方法３００は、図１に示されているような、計測ツール１００に関して説明される。計測ツール１００のコントローラ１４０が、方法３００の動作を容易にするように動作可能である。方法３００は、計測ツール２００とともに実施されるように動作可能である。

【0036】

動作３０１において、光線が投射される。光線は、光エンジン１１０から第１のビームスプリッタ１１２に投射される。第１のビームスプリッタ１１２は、光線を第１の光経路１３６Ａと第２の光経路１３６Ｂとに分割する。

【0037】

動作３０２において、第１の光経路１３６Ａは、光学装置１０２に入射するように投射される。光学装置１０２が導波管コンバイナである実施形態では、第１の光経路１３６Ａは、第１の表面１０４に対応する、入力結合領域に入射する。第１の光経路１３６Ａは、光学装置１０２を通過する。第１の光経路１３６Ａは、光学装置１０２の出力結合領域から出射する。導波管コンバイナは、第１の光経路１３６Ａが導波管コンバイナの入力結合領域に入射するように動作可能であるように、配置される。光学装置１０２がメタ表面である実施形態では、第１の光経路１３６Ａは、メタ表面の第１の表面１０４に入射する。第１の光経路１３６Ａは、メタ表面の中心点１４４に向けられる。第１の光経路１３６Ａは、メタ表面を通過し、メタ表面の中心点１４４を介して第２の表面１０６を通って出射する。メタ表面は、第１の光経路１３６Ａがメタ表面の中心点１４４に入射するように動作可能であるように、配置される。第１の光経路１３６Ａは、検出器１２８に向けられる。

【0038】

動作３０３において、１つまたは複数の位相変調されたイメージが作り出される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、一実施形態では、１つまたは複数の位相変調されたイメージは、位相遅延イメージである。第２の光経路１３６Ｂは、１つまたは複数の位相遅延イメージを作り出すために位相変調器１２０に入射する。位相変調器１２０の第１の構成および第２の構成では、位相変調器１２０は、空間光変調器または圧電駆動ミラーである。位相変調器１２０が第１の構成または第２の構成におけるものであるとき、位相変調器１２０は、第２の光経路１３６Ｂの１つまたは複数の位相遅延を生成するように動作可能である。たとえば、第２の光経路１３６Ｂの４つの位相遅延イメージ（すなわち、０．５π、π、１．５π、２π）が、検出器１２８に提供されて、記録される。各位相遅延イメージは、検出器１２８上の第１の光経路１３６Ａおよび第２の光経路１３６Ｂの強度を変更することになる。さらに、３つまたはそれ以上の位相遅延イメージが、検出器１２８への雑音の影響を低減する。位相変調器１２０の第３の構成では、位相変調器１２０は、傾斜ミラーである。

【0039】

本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、別の実施形態では、１つまたは複数の位相変調されたイメージは、線形位相遅延イメージである。位相変調器１２０が第３の構成におけるものであるとき、傾斜ミラーが利用される。傾斜ミラーは、線形位相変化を伴う１つまたは複数の線形位相遅延イメージを形成する。傾斜ミラーは、１つまたは複数の線形位相遅延イメージがエイリアシングなしに形成され得るように、あらかじめ定義された角度において角度付けされる。第２の光経路１３６Ｂの線形位相遅延イメージは、検出器１２８に提供される。

【0040】

動作３０４において、第１の光経路１３６Ａと第２の光経路１３６Ｂとは重ね合わせられる。第１の光経路１３６Ａと第２の光経路１３６Ｂとは、第３のビームスプリッタ１１８によって重ね合わせられる。第１の光経路１３６Ａと第２の光経路１３６Ｂとは、重ね合わせられた光経路を形成するために重ね合わせられる。重ね合わせられた光経路は、検出器１２８に入射する。第１のレンズ１２６が、第１の光経路１３６Ａを検出器１２８にリレーする。いくつかの実施形態では、第４のレンズ１２２Ｂが、同じく、基準場を検出器１２８にリレーする。第２のレンズ１３２が、１つまたは複数の位相遅延イメージの光場を位相変調器１２０から検出器１２８にリレーする。いくつかの実施形態では、第３のレンズ１２２Ａまたは第５のレンズ１２４が、同じく、１つまたは複数の位相遅延イメージの光場を検出器１２８にリレーする。

【0041】

動作３０５において、基準点１３８における光学装置１０２の全視野光学場が決定される。基準点１３８は、第２の表面１０６に直接隣接して位置する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、一実施形態では、基準点１３８は、光学装置１０２の出力結合領域に位置する。全視野光学場は、光学装置１０２の完全な特徴づけを提供する。基準点１３８における全視野光学場は、基準点１３８における振幅および位相を決定することを含む。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、一実施形態では、位相のプロファイルが、光学装置１０２の設計と直接比較され、したがって、製造プロセスにフィードバックを提供することができる。検出器１２８は、振幅および位相を決定するために、重ね合わせられた光経路の強度測定値を記録する。位相変調器１２０が第１の構成または第２の構成におけるものであるとき、第１の式が、重ね合わせられた光線の強度測定値Ｉ（ｘ，ｙ；Φ）を決定するために利用され得る。
Ｉ（ｘ，ｙ；Φ）＝Ｉ_１（ｘ，ｙ）＋Ｉ_２（ｘ，ｙ）ｃｏｓ（Ψ（ｘ，ｙ）＋Φ）
ここで、Ｉ_１は第１の光経路１３６Ａの強度測定値であり、Ｉ_２は第２の光経路１３６Ｂの強度測定値であり、Φは、位相変調器１２０によってもたらされる１つまたは複数の位相遅延イメージの位相であり、Ψは、基準点１３８における第１の光経路１３６Ａの位相である。Ｉ_１およびＩ_２は、基準点１３８における振幅情報を含んでいる。位相変調器１２０により位相遅延イメージの位相Φを変化させることによって、複数の異なるイメージが、基準点１３８における振幅および位相Ψについて解くために利用される。たとえば、（ｘ，；Φ）のフーリエ変換が、基準点１３８における振幅および位相Ψを再構築することになる。基準点１３８における振幅および位相Ψは、全視野光学場に対応する。

【0042】

位相変調器１２０が第３の構成におけるものであるとき、第２の式が、重ね合わせられた光線の強度測定値Ｉ（ｘ，ｙ；Φ_ｘ，ｙ）を決定するために利用され得る。
Ｉ（ｘ，ｙ；Φ）＝Ｉ_１（ｘ，ｙ）＋Ｉ_２（ｘ，ｙ）ｃｏｓ（Ψ（ｘ，ｙ）＋Φ_ｘ，ｙ）
ここで、Ｉ_１は第１の光経路１３６Ａの強度測定値であり、Ｉ_２は第２の光経路１３６Ｂの強度測定値であり、Φは、位相変調器１２０によってもたらされる線形位相遅延イメージの位相であり、Ψは、基準点１３８における第１の光経路１３６Ａの位相である。Ｉ_１およびＩ_２は、基準点１３８における振幅情報を含んでいる。傾斜ミラーは、位相遅延イメージΦを高い周波数領域上にもっていく。そのイメージは、基準点１３８における振幅および位相Ψについて解くために利用される。たとえば、（ｘ，；Φ）のフーリエ変換が、基準点１３８における振幅および位相Ψを再構築することになる。基準点１３８における振幅および位相Ψは、全視野光学場に対応する。

【0043】

本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせられ得る、一実施形態では、光学装置１０２が導波管コンバイナであるとき、基準点１３８における全視野光学場は、導波管コンバイナのイメージ品質との相関を決定するために検査され得る。さらに、全視野光学は、導波管コンバイナにわたる光学装置構造の均一性をモニタするために利用され得る。光学装置構造の限界寸法、深さ、トレンチ充填、オーバーコーティングなどを含む、導波管コンバイナにわたる光学装置構造の均一性をモニタするために、各導波管コンバイナ間のばらつきは、収集され、経験的データのライブラリに編成される。

【0044】

動作３０６において、計測メトリックが決定される。基準点１３８における全視野光学場は、動作３０５において決定される。光学装置１０２の計測メトリックは、後処理中に全視野光学場から導出される。計測メトリックは、遠距離場における光学装置の性能を予測するために利用され得る。計測メトリックは、光学装置設計を検証し、光学装置性能をモニタするために、利用され得る。光学装置１０２が導波管コンバイナである実施形態では、計測メトリックは、限定はしないが、角度均一性メトリック、コントラストメトリック、効率性メトリック、色均一性メトリック、変調伝達関数（ＭＴＦ）メトリック、視界（ＦＯＶ）メトリック、ゴーストイメージメトリック、またはアイボックスメトリックのうちの１つまたは複数を含む。光学装置１０２がメタ表面である実施形態では、計測メトリックは、限定はしないが、効率性メトリック、点広がり関数（ＰＳＦ）メトリック、ＭＴＦメトリック、または位相誤差メトリックのうちの１つまたは複数を含む。単一の物理的測定値から任意の所望の計測メトリックを導出する能力は、スループットを改善し、ストレージおよび帯域幅要件を低減し、光学装置１０２の分析に関連するコストを低減する。

【0045】

要約すると、光学装置の複数の計測メトリックを決定するために光学装置の全視野光学場を取得する、計測ツールおよび方法が、本明細書で提供される。計測ツールは、光線を第１の光経路と第２の光経路とに分割するために利用される。第１の光経路は、メタ表面または導波管コンバイナなど、少なくとも１つの光学装置を通って進み、検出器に向けられる。第２の光経路は、位相変調器に向けられる。第２の光経路の１つまたは複数の位相変調されたイメージが、検出器によってキャプチャされる。第１の光経路と第２の光経路とは、重ね合わせられた光線に重ね合わされ、検出器に送出される。検出器は、重ね合わせられた光線の強度を測定する。第１の式および第２の式が、強度測定値と組み合わせて利用されて、少なくとも１つの光学装置の第２の表面に直接隣接する基準点における振幅および位相Ψを決定する。振幅および位相Ψは、光学装置の全視野光学場に対応する。計測メトリックは、全視野光学場から導出され得る。本明細書で説明される方法は、スループットを改善し、ストレージおよび帯域幅要件を低減し、光学装置の分析に関連するコストを低減する。

【0046】

上記は本開示の実施形態を対象とするが、本開示の他の実施形態がその基本的範囲から逸脱することなく考案され得、その範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】