光學組件的質量評估的制作方法

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背景

光學組件可被用于光學系統(tǒng)以便以可預測和期望的方式來改變可見光的狀態(tài)，例如用于顯示系統(tǒng)以使得期望的圖像對用戶可見。光學組件還可被用作例如用于制造其他光學組件的模具。光學組件可通過反射、折射、衍射等方式來與光交互。衍射在傳播的波與諸如障礙物或狹縫之類的結構交互時發(fā)生。衍射可被描述成波的干涉，并且當該結構在大小上與波的波長相當時最顯著。可見光的光學衍射歸因于光的波的性質并且可被描述成光波的干涉。可見光具有在大約390和700納米(nm)之間的波長，并且可見光的衍射在傳播的光遇到類似尺度(例如，在尺度上具有100或1000nm尺度)的結構時是最顯著的。衍射結構的一個示例是周期性衍射結構。周期性結構可引起光的衍射，光的衍射通常在周期性結構具有與光的波長大小類似的空間周期時最顯著。周期性結構的類型包括，例如，光學組件的表面上的表面調制、折射率調制、全息圖等。這里，“衍射光柵”(或簡稱“光柵”)是指具有衍射周期性結構的任何光學組件(的一部分)。衍射光柵具有光柵周期，該光柵周期為衍射光柵的結構在其上重復的距離。當傳播的光遇到周期性結構時，衍射使得光被分成不同方向上的多個光束。這些方向取決于光的波長，因此衍射光柵引起多色(例如，白)光的色散，由此，多色光被分成在不同方向上行進的不同顏色的光束。

當周期結構在光學組件的表面上時，其被稱為表面光柵。當周期性結構歸因于表面本身的調制時，其被稱為表面起伏光柵(srg)。srg的一個示例是在光學組件的表面中的被均勻直槽間隔區(qū)域分隔開的均勻直槽。槽間隔區(qū)域在此被稱為“線”、“光柵線”和“填充區(qū)域”。srg的衍射的性質取決于入射在光柵上的光的波長和srg的各種光學特性(諸如線間隔、槽深度和槽傾斜角)這兩者。srg具有許多有用的應用。一個示例是srg光導應用。光導(在此也被稱為“波導”)是一種被用來通過內部反射(例如全內反射(tir))的方式在光導內傳送光的光學組件。光導可被用于例如基于光導的顯示系統(tǒng)，以將期望的圖像的光從光引擎?zhèn)魉偷饺搜垡允沟迷搱D像對眼睛可見。

在基于波導的顯示系統(tǒng)的情形中，形成相同波導的一部分的不同光柵可提供各種功能?；诓▽У娘@示系統(tǒng)通常包括光引擎，該光引擎將圖像的光準直成經(jīng)準直的輸入光束，這些經(jīng)準直的輸入光束形成該圖像在無限遠處的虛擬版本。輸入光束可被引導朝向波導的輸入耦合光柵，其被布置成以足夠陡峭的角度將輸入光束耦合到波導中，以在波導內引起經(jīng)輸入耦合的光束的tir。波導上的輸出耦合(出射)光柵可在內部接收經(jīng)輸入耦合的光束，并在與輸入光束匹配的方向上向外衍射它們(使得它們形成圖像的相同虛擬版本)。用戶的眼睛可接著在看著出射光柵時重構圖像。通常，出射光柵還被布置成提供經(jīng)輸出的光束的擴束，以便提供與直接查看光引擎相比增加了的大小的眼框。相同波導的(諸)中間光柵可提供附加的擴束以進一步增加眼框的大小。

對于一些這樣的波導光柵布置，(諸)輸入耦合光柵、輸出耦合光柵以及(在適用的情況下)中間光柵將僅當它們的各種光柵相對于彼此以特定的方式定向時如預期地操縱圖像光。與該預期定向的偏差可導致由用戶感知到的最終圖像的降級。當這樣的波導被批量制造以供納入不同的波導顯示系統(tǒng)中時，每個波導都應該保留這些特定關系以避免使最終顯示系統(tǒng)的質量降級。具有各種應用的其他類型的光學組件還可包括不同的光柵，其中這些光柵的相對定向盡可能接近地匹配期望值是合乎需要的。

概述

提供本概述以便以簡化的形式介紹以下在詳細描述中進一步描述的一些概念。本概述并不旨在標識所要求保護主題的關鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保護主題的范圍。所要求保護的主題也不限于解決背景部分中指出的任何或所有缺點的實現(xiàn)。

本公開考慮了包括具有分量相對定向角的第一和第二分量光柵的布置的光學組件。光學組件的質量根據(jù)分量相對定向角與期望的相對定向角的偏差來被評估。質量評估是通過將光學組件與包括具有期望的相對定向角的第一和第二光學透射主光柵的基本上匹配的布置的主組件進行比較來作出的。

當光學組件和主組件由第一和第二主光柵附近的第一和第二分量光柵支持時，第一條紋圖案由第一光柵形成，因為第一光柵的相對定向角(第一相對定向角)朝向零變化，第一條紋圖案的條紋間隔隨第一相對定向角減小而增加。類似地，第二條紋圖案由第二光柵形成，因為第二光柵的相對定向角(第二相對定向角)朝向零變化，第二條紋圖案的條紋間隔同樣隨第二相對定向角減小而增加。本公開認識到，當?shù)谝粭l紋圖案的條紋間隔基本上最大時(第一相對定向角因此基本上為零)，第二條紋圖案的條紋間隔(其通常指示第二相對定向角)還指示分量相對定向角與期望的相對定向角的偏差(因為該偏差在第一相對定向角基本上為零時基本上等于第二相對定向角)，并因此指示光學組件的質量。

第一方面涉及用于評估這樣的光學組件的質量的質量評估裝置。該裝置包括可配置的支持系統(tǒng)、光傳感器、驅動機構和控制器。支持系統(tǒng)被配置成用主組件的第一和第二主光柵附近的光學組件的第一和第二分量光柵來支持這樣的光學及這樣的主組件。光傳感器被配置成接收已經(jīng)與兩個第一光柵交互的光以及已經(jīng)與兩個第二光柵交互的光，并且根據(jù)接收到的光生成傳感器數(shù)據(jù)。驅動機構被耦合到支持系統(tǒng)?？刂破鞅慌渲贸苫趥鞲衅鲾?shù)據(jù)來控制驅動機構，以將支持系統(tǒng)從當前配置重新配置成新的配置，在新的配置中由第一光柵形成的第一條紋圖案的條紋間隔基本上是最大的。此外，控制器被配置成從傳感器數(shù)據(jù)測量由新的配置中的第二光柵形成的第二條紋圖案的條紋間隔，并且基于測得的條紋間隔(其指示分量相對定向角與期望的相對定向角的偏差)來輸出質量評估。

第二和第三方面涉及質量評估過程以及計算機程序產(chǎn)品，該計算機程序產(chǎn)品包括被配置成當被執(zhí)行時實現(xiàn)該過程的代碼。這樣的光學組件和這樣的主組件由可配置的支持系統(tǒng)用主組件的第一和第二主光柵附近的光學組件的第一和第二分量光柵來支持。該過程包括以下步驟。傳感器數(shù)據(jù)被接受到，該傳感器數(shù)據(jù)根據(jù)已經(jīng)與兩個第一光柵交互的光以及已經(jīng)與兩個第二光柵交互的光生成。支持系統(tǒng)基于傳感器數(shù)據(jù)從當前配置被重新配置成新的配置，在新的配置中由第一光柵形成的第一條紋圖案的條紋間隔基本上是最大的。由新的配置中的第二光柵形成的第二條紋圖案的條紋間隔是從傳感器數(shù)據(jù)測得的。質量評估基于測得的條紋間隔(其指示分量相對定向角與期望的相對定向角的偏差)來被輸出。

附圖簡述

圖1a是光學組件的正視圖；

圖1b是光學組件的示意性說明，該光學組件被示為與入射光交互并且是從側面查看的；

圖2a是直二元光柵的示意性說明，該直二元光柵被示為與入射光交互并且是從側面查看的；

圖2b是斜二元光柵的示意性說明，該斜二元光柵被示為與入射光交互并且是從側面查看的；

圖2c是突出的三角形光柵的示意性說明，該突出的三角形光柵被示為與入射光交互并且是從側面查看的；

圖3a是包括光柵布置的光學組件的正視圖；

圖3b是包括基本上匹配的光柵布置的主組件的正視圖；

圖4a是在質量評估過程期間的光學組件和主組件的透視圖；

圖4b示出了在質量評估過程期間的不同時間處觀察到的條紋圖案；

圖5是質量評估裝置的框圖。

詳細描述

圖1a和1b分別從頂部和側面示出了具有外表面s的光學組件2，諸如用于制造其他光學組件的波導或模具。在該實施例中，光學組件是光學透射的，但在其他實施例中可能不是光學透射的。光學組件4包括由表面s上的構成表面光柵(具體而言，srg)的表面調制形成的光柵4(即，其周期性結構作為表面調制的結果而產(chǎn)生)。這些調制包括基本上平行和細長(比它們的寬度長得多)的光柵線，并且在該示例中基本上是直的(盡管它們一般不需要是直的)。

圖1b示出了光學組件2，并且具體而言是與傳入照明光束i交互的光柵4，該照明光束向內入射到光柵4上。光i在該示例中是白光，并因此具有多種色彩分量。光i與光柵4交互，光柵4將光分成向內引導到光學組件2中的若干光束。光i中的一些也可作為反射光束r0從表面s反射回來。零階模式向內光束t0和任何反射r0以及其他非零階(±n階)模式(其可被解釋成波干涉)是根據(jù)衍射的一般原理來被創(chuàng)建的。圖1b示出了一階向內光束t1、t-1；應當理解，可以或者也可以不取決于光學組件2的配置來創(chuàng)建更高階的光束。由于衍射的性質取決于波長，所以對于更高階的模式而言，入射光i的不同色彩分量(即波長分量)當存在時以相對于彼此而言不同的傳播角度被分成不同顏色的光束，如圖1b所例示的。

圖2a-2c是由光學組件2(其在這些附圖中是從側面查看的)的表面s的調制形成的不同的示例性光柵4a-4c(在此統(tǒng)稱為4)的特寫示意性截面圖。光束被標記成箭頭，這些箭頭的厚度標識大致相對的強度(其中更高強度的光束被示作更厚的箭頭)。

圖2a示出了直二元光柵4a的示例。直二元光柵4a由在表面s上被突出槽間隔區(qū)域9a隔開的一系列槽7a形成，這些槽間隔區(qū)域在此也被稱為“填充區(qū)域”、“光柵線”或簡稱為“線”。光柵4a具有d的空間周期(稱為“光柵周期”)，該空間周期為調制的形狀在其上重復的距離。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，在圖2a中，填充區(qū)域具有高度h和在填充區(qū)域的高度h上基本上均勻的標記為“w”的寬度(其中w是一定比例f的周期：w＝f*d)。

對于直二元光柵，壁基本上垂直于表面s。出于這個原因，光柵4a導致垂直進入表面的入射光i的對稱衍射，其中由光柵4a創(chuàng)建的每個+n階模式光束(例如t1)具有與對應的-n階模式光束(例如t-1)基本上相同的強度，通常小于入射光束i的強度的約五分之一(0.2)。

圖2b示出了斜二元光柵4b的示例。斜光柵4b也是由表面s上標記為7b的槽形成的，這些槽具有由寬度w的線9b隔開的基本上直的壁和基本上平的底。然而，相比于直光柵4a，這些壁相對于法線傾斜了一定量，在圖2b中由角度α標記。當沿法線測量時，槽7b具有深度h。由于非零傾斜所引入的不對稱性，行進離開傾斜方向的±n階模式向內光束具有相比它們的階模式副本更高的強度(例如在圖2b的示例中，t1光束被引導離開傾斜的方向，并且通常具有相比t-1光束更大的強度，雖然這取決于例如光柵周期d)；通過將傾斜增加足夠的量，那些副本可基本上被消除(即具有基本上為零的強度)。t0光束的強度通常還通過斜二元光柵來被非常大地減少，這樣，在圖2b的示例中，一階光束t1通常具有至多約入射光束i的強度的五分之四(0.8)的強度。

二元光柵4a和4b可以被看作是由嵌入到表面s中的具有基本上為方波的形狀(具有周期d)的空間波形形成的。在光柵4b的情況下，該形狀是傾斜達α的傾斜方波形狀。

圖2c示出了突出的三角形光柵4c的示例，其是突出的梯形光柵的特殊情況。三角形4c由表面s上的槽7c形成，這些槽的形狀是三角形(并因此其具有可辨別的尖端)并且當沿法線測量時其具有深度h。填充區(qū)域9c采用了三角形、齒狀突起(齒形)的具有與法線成角度α(α是光柵4c的傾斜角)的中線的形狀。齒形具有隔開了d(其是光柵4c的光柵周期)的尖端、在齒形底部處為w并且在齒形的尖端處變窄到基本上為零的寬度。對于圖4c的光柵，w≈d，但通?？梢允莣<d。該光柵是突出的，其中齒形的尖端在槽的尖端上延伸。構建基本上消除傳輸模式t0光束和模式光束兩者從而僅留下±n階模式光束(例如僅t1)的突出的三角形格柵光柵是可能的。槽具有與中線成角度γ(壁角)的壁。光柵4c可以被看作是由嵌入在s中的空間波形形成的，該空間波形具有傾斜了α的基本上三角形的波形。

形成光柵4a-4c的槽和間隔區(qū)域構成表面調制。

其他類型的光柵也是可能的，例如，其他類型的梯形光柵圖案(其在寬度上可能不會一直變窄到零)、正弦光柵圖案等，并具有可以以適合的方式來容易地定義的調制寬度。這樣的其他圖案也呈現(xiàn)可以以類似于圖2a-c的方式定義的深度h、線寬w、傾斜角α和壁角γ。

光柵4具有光柵向量(通常表示成d)，其大小(量級)為2π/d,，并且其在與形成該光柵的光柵線垂直的方向上——參見圖1a。

在基于光導的顯示應用(例如，其中srg被用于進入顯示系統(tǒng)的光導和從顯示系統(tǒng)的光導出來的光的耦合，和/或用于提供被耦合到波導中的光束的擴束)中，d通常在約250和500nm之間，并且h在約30和400nm之間。傾斜角α通常在約-45和45度之間且在光柵向量的方向上被測得。

圖3a示出了光學組件2c的正視圖。光學組件2c是上述的一般類型，并且包括可以是上述任何一般類型的第一和第二分量光柵4ic、4iic的固定布置。這里，光柵的固定布置是指至少這些光柵相對于彼此的定向是固定的。光柵4ic、4iic是光學組件2c的光學透射部分；也就是說，至少這些部分是由光學透射材料形成的，該光學透射材料允許至少一些光在大致垂直于光柵(平行于圖3a所示的z軸)的方向上穿過分量光柵4ic、4iic(一直穿過光學組件2c)。在該示例中，光柵4ic、4iic基本上平行于同一平面(xy平面)。光柵4ic、4iic由光學組件的表面的相應部分上的表面調制(具體而言，線和槽)形成，每個光柵基本上平行于xy平面。從圖3的視角來看，表面調制在光學組件2c的前表面部分上(在替代的光學組件2c中，光柵之一可替代地通過后表面部分上的補償表面調制來被形成)。

光學組件2c可以是批量生產(chǎn)的光學組件(即，大量的例如在工廠裝配中整批生產(chǎn)出的光學組件之一)，其中光學組件2c例如是由聚合物模制而成的。

如上所述，在各種應用中，對于同一光學組件的不同光柵而言，具有盡可能接近地匹配期望的定向(例如，一些理想化的關系，在該期望的定向上，光學組件的性能就其預期的功能而言得到優(yōu)化，這可以通過適當?shù)臄?shù)學分析來揭示)的相對于彼此的定向是合乎需要的。

例如，在一種類型的已知的顯示系統(tǒng)中(其中光學組件(其充當波導)的輸入耦合、中間和出射光柵聯(lián)合地起作用，以促使在輸入耦合光柵處的經(jīng)輸入耦合的光束的二維擴展版本在出射光柵處被輸出)，輸入耦合光柵和出射光柵應當具有相對定向角2ρ(即相對于彼此)，該角度是輸入耦合光柵和中間光柵的相對定向角(本身為ρ)的兩倍。此外，該輸入耦合光柵和中間光柵(即相對于彼此)的相對定向角ρ應當同輸入耦合光柵和中間光柵的光柵周期d1、d2具有特定的關系，即ρ＝arccos(d1/(2d2))。與這些關系的偏差可導致由用戶感知到的最終圖像的質量方面的降級。因此，這些關系應當盡可能接近地被保留，以確保波導不會顯著地降級圖像。

然而，在實踐中且尤其是在批量制造的上下文中，可能難以確保所有這樣的光學組件都被制造成同一質量標準。各種不準確度和不精確性可能會在制造裝配中出現(xiàn)，這可能導致最終產(chǎn)品的降級。這樣的不準確度和不精確性可能難以檢測，并且隨著制造操作的規(guī)模的增加而變得越來越難以檢測。在本公開的上下文中尤其關注的是不同光柵在同一光學組件上的未對準形式的降級。

在下文中，提出了促進快速且可靠的自動質量評估的技術，其中包括至少兩個光柵(例如，4ic、4iic)的光學組件(例如2c)的質量根據(jù)這些光柵的實際的(相對于彼此的)相對定向與期望的相對定向(例如，在該期望的相對定向上，光學組件4c的性能就其預期的功能而言得到優(yōu)化)的偏差來被評估。

為此，在光學組件2c和高質量主組件2m之間進行了比較，該主組件2m本身是高質量光學組件，但其性質可能使其不適合在批量制造的終端產(chǎn)品中使用(例如，由于這么做將會是很昂貴和/或耗時的)。主組件2m在圖3b中示出。

如圖3b所示，主組件2m包括光柵的固定布置，這些光柵是第一和第二主光柵4im、4iim(也是以上討論的一般類型)，并且這些光柵是以與分量光柵4ic、4iic相同的方式光學透射的(盡管在其他實施例中它們可能不是光學透射的)。主組件2m的光柵布置基本上與光學組件2c的光柵布置匹配；即，主光柵布置使得主光柵4im、4iim具有與分量光柵4ic、4iic大致相同(但不必精確)的相對于彼此的定向，第一主光柵4im(相應地，第二主光柵4iim)基本上匹配第一分量光柵4ic(相應地，第二分量光柵4iic)，并且此外，當主組件2m被置于光學組件2c的前方的通過第一主光柵4im可觀察到第一分量光柵4ic的至少一部分的某個位置時，通過第二主光柵4iim同時可觀察到第二分量光柵4iic的至少一部分。需要注意，在該上下文中，“可觀察到”簡單地是指在一般的±z方向上存在與兩個第一光柵4ic、4im(相應地，兩個第二光柵4iic，4iim)交互的視線，光可沿該視線傳播通過兩個組件2c、2m，以便與兩個第一光柵4ic、4im(相應地，兩個第二光柵4iic、4iim)交互，這些光在離開已由此進行了交互的組件2c、2m時是可檢測的。在這種情況下，當光學組件和主組件2c、2m適當?shù)叵鄬τ诒舜藢蕰r，圖3a的主組件2m、主光柵4im、4iim也基本上平行于xy平面。

主組件2m可具有與光學組件2c基本上相同的總體形狀和/或基本上相同的總體光學特性，盡管這不是必需的。

主組件2m可例如由熔融的二氧化硅或已經(jīng)經(jīng)受了微制造工藝(其中主光柵4im、4iim通過材料表面的蝕刻和/或沉積在材料表面上來被形成)的一些其他合適的材料形成。使用這樣的微制造工藝，可以將具有期望的相對定向的主光柵4im、4iim創(chuàng)建成非常高的準確度(即，如本文所使用的術語，具有非常高的質量)，這可以通過以下方式來驗證：對主光柵執(zhí)行適當?shù)臏y試以測量主光柵的相對定向，從而確保其的確精確地為期望的定向，和/或測試主光柵的光學特性，以確保主組件以與待測試的光學組件旨在起作用的方式相同的方式起作用。盡管這樣的測試通常是準確的，但是往往是昂貴且耗時的，并因此就其本身而言不適合應用到批量生產(chǎn)的光學組件。然而，一旦已經(jīng)證實主組件2m具有如所指示的必需的高質量，則這樣的批量制造的光學組件(例如2c)的質量可以按以下闡述的方式通過與主組件2m的比較來被快速且可靠地評估。

返回到圖3a，第一分量光柵具有光柵向量dic(第一分量光柵向量)，而第二分量光柵具有第二光柵向量diic(第二分量光柵向量)，每個向量平行于相關光柵的相應光柵線并且位于該光柵的平面中。示出了角δφc，其為xy平面內測得的分量光柵向量dic、diic之間的角度，并且其在本文中被稱為第一和第二分量光柵4ic、4iic的相對定向角，或者簡稱為“分量相對定向角”——這個角旨在精確地匹配期望的相對定向角，并且本文所描述的過程提供了對該匹配在實踐中已被實現(xiàn)的程度的自動評估。

返回到圖3b，第一主光柵具有光柵向量dim(第一主光柵向量)，而第二分量具有第二光柵向量diim(第二主光柵向量)，每個向量垂直于相關光柵的相應光柵線并且位于該光柵的平面中。示出了角δφm，其為xy平面內測得的主光柵向量dim、diim之間的角度，并且其在本文中被稱為第一和第二主光柵4im、4iim的相對定向角——已知該角度是高精確度的期望的相對定向角，并且(例如，批量生產(chǎn)的)光學組件4c的質量根據(jù)δφc與δφm的偏差的大小(即，根據(jù)|δφc-δφm|)來被評估。當該偏差基本上為零時，光學組件2c的質量被認為是最佳的。

光學組件和主組件各自包括分別如圖3a和3b所示的相應的對準標記12c、12m。對準標記被布置成使得當主組件2m在光學組件2c的前方移動以使主標記的12c同分量標記12m對準(當在z方向上查看)時，第一主光柵4im與第一分量光柵4ic至少大致(根據(jù)角度)對準。這將在下面討論。

現(xiàn)在將參考圖4a和4b描述質量評估過程。

圖4a是過程期間的主組件和光學組件2m、2c的透視圖，其中示出了xy平面3。主組件12m被支持在光學組件12c的前方并且基本上平行于xy平面，其中第一分量光柵4ic與第一主光柵4im相對，并且第二分量光柵4iic與第二主光柵4iim相對。在該配置中，第一光柵4ic、4im基本上彼此平行于同一平面(其為xy平面3)，并且第二光柵4iic、4iim也基本上彼此平行于同一平面(其同樣為xy平面3)。

示出了分量光柵向量dic、diic和主光柵向量dim、diim在xy平面3中的相應的幾何投影。這里(包括附圖中)需要注意，符號dic、diic、dim、diim可互換使用，以表示光柵向量本身和光柵向量在xy平面中的幾何投影，并且其所指代的含意將從上下文中變得清晰。為了清楚起見，在圖4a中，主投影dim、diim由相比分量投影dic、diic更粗的箭頭表示。

除了第一和第二分量光柵4ic、4iic的相對定向角δφc(其為光學組件2c的固有屬性)以及第一和第二主光柵4im、4im的相對定向角δφm(其為主組件2m的固有屬性)以外，示出了角δφi，其為xy平面3內測得的第一主光柵向量dim和第一分量光柵向量dic之間的角度，并且其在本文中被稱為第一光柵4im、4ic的相對定向角，或簡稱為“第一相對定向角”。示出了另一個角δφii，其為xy平面中測得的第二主光柵向量diim和第二分量光柵向量diic之間的角度，并且其在本文中被稱為第二光柵4iim、4iic之間的相對定向角，或簡稱為“第二相對定向角”。角δφi、δφii是光學組件2c相對于主組件2m的當前定向的屬性，并且隨著該定向的變化而變化。

示出了第一視線(los1)，其基本上平行于z軸并且其分別與光學組件和主組件2c、2m的第一光柵4ic、4im相交。示出了第二視線(los2)，其也基本上平行于z軸，但是其分別與光學組件和主組件2c、2m的第二光柵4iic、4iim相交。

在改變兩個組件2c、2m的相對xy定向時，分量光柵4ic、4iic相對于彼此的定向δφc同主光柵4im、4iim相對于彼此的定向δφm一樣沒有變化(這些是各個組件的固有屬性)。相反，改變的是分量光柵相對于主光柵的定向，具體而言是第一分量光柵4ic相對于第一主光柵4im的定向δφi以及第二分量光柵4ic相對于第二主光柵4im的定向δφii，當組件2c、2m的xy定向從當前的xy定向改變?yōu)樾碌膞y定向時，它們各自改變基本上相同的量。

本公開還認識到，當?shù)谝还鈻盘幱诮咏昝赖峭昝赖膶?例如，約(5/100)°≤δφi≤約(1/1000)°(接近對準的范圍))時，第一條紋圖案將沿著第一視線los1可見，該圖案由已傳播通過兩個第一光柵4ic、4im或已從兩個第一光柵4ic、4im反射并因此與之交互的光形成，當沿第一視線los1查看時，這兩個第一光柵4ic、4im有效地彼此重疊。第一條紋圖案呈現(xiàn)隨δφi減小而增加的條紋間隔，當δφi＝0時，間隔變?yōu)樽畲?理論上無窮大)。當δφi大致在上述的近似接近對準的范圍內時，條紋間隔將是可測量的，即，使得條紋既不太小也不太大以致于無法被檢測到。例如，當δφi≈(5/1000)°時，條紋圖案將通常具有2mm左右的條紋間隔，其可容易地被觀察到。條紋圖案的周期為≈d/δφ(該近似對小角度而言非常準確)，其中d為光柵周期，并且δφ用弧度表示。條紋表現(xiàn)為垂直于光柵線。

最終，當δφi趨于零時，其將變得足夠小以使得條紋變得大于第一光柵的表面積(或者如果僅觀察該面積的一部分時，至少大于該部分)。通常，這將在δφi≈(1/1000)°附近發(fā)生，此時條紋間隔被認為是基本上最大的，并且δφi基本上為零——通過將光學組件和主組件2c、2m的相對xy定向對準從初始配置調整到實現(xiàn)該基本上最大條紋間隔的點(新的配置)，由此可以將第一光柵4ic、4im對準到該準確度。此外，當?shù)谝还鈻?ic、4im因此以δφi基本上為零的方式按新的配置來被對準時，假設|δφii|δφi＝0本身具有上述近似接近對準的范圍，第二條紋圖案也將沿著第二視線los2可見，該第二圖案以同等方式由已傳播通過兩個第二光柵4iic、4iim或已從兩個第二光柵4iic、4iim反射并因此與之交互的光形成，當沿第二視線los2查看時，這兩個第二光柵4iic、4iim有效地彼此重疊。新的配置中第二條紋圖案的條紋間隔越大，則|δφii|δφi＝0＝|δφc-δφm|越小。也就是說，新的配置中的第二條紋圖案的條紋間隔越大，則光學組件2c的質量越高，即，兩個分量光柵4ic、4iic之間的分量相對定向角φc與對應的主光柵4im、4iim之間的期望的相對定向角φm的偏差越小。

這在圖4b中被例示出，其示出了通常沿視線los1、los2查看的在區(qū)域7(也在圖4a中示出)上可見的示例性第一和第二條紋圖案。圖7b示出了在質量評估過程期間的各個時間點的條紋圖案。

圖4b的最左側示出了當組件2c、2m處于初始配置時的區(qū)域7的視圖，其中光學組件和主組件2c、2m的第一光柵4ic、4im處于近似對準。在該示例中，初始配置通過將光學組件2c的對準標記12c與主組件2m的對應的對準標記12m對準(如在大致平行于z軸(中間配置)的方向上查看)來實現(xiàn)，其中對準標記12c、12m使得當按中間配置來對準時，δφi在上述近似接近對準的范圍內。光學組件2c可以在其制造過程中被提供對準12m標記(例如，對于模制的光學組件，對準標記結構可被包括在從其賦予光柵結構的同一模具上)。通常，所討論的制造過程的性質意味著盡管存在本過程正測試的這一類型的潛在的不精確性/不準確度，但是可以提供可被用來在接近對準的范圍內實現(xiàn)這種接近對準的合適的對準標記。

替代地，可以在沒有對準標記的情況下執(zhí)行該過程，并且可以簡單地從任何任意起始點掃描兩個組件2c、2m的xy定向，直到第一條紋圖案變得可見(這種掃描也可被使用，如果由于某些原因(例如，由于意料外的大的制造誤差)δφi實際上不在近似接近對準的范圍內，即使當這樣的對準標記被對準)。通常，對準標記的使用減少了作出質量評估所花費的時間，當存在大量的待評估的光學組件時，這在過程的整體效率方面尤其顯著。

一旦第一光柵4ic、4im的接近對準已被實現(xiàn)，則組件2c、2m的xy定向被微調到新的配置，其中第一條紋圖案的條紋間隔(由圖4b的標記為d的距離指示)基本上是最大的，并因此其中δφi≈0——這在圖4b的最右側示出。圖4b的中間視圖表示當移動組件2m、2c以將它們的xy定向從最左側的初始配置改變到最右側的新的配置時的變化的視圖。然后，新的配置中的第二條紋圖案的條紋間隔(由圖4b中標記為d’的距離指示)可被測得，并且測得的條紋間隔被用來輸出質量評估，其中測得的條紋間隔越小(相應地，越大)，則該質量評估指示質量越低(相應地，越高)。

如果新的配置中的第二條紋圖案的條紋間隔基本上為零(即，如果第一條紋圖案的條紋間隔和第二條紋圖案的條紋間隔基本上同時為零)，則這表明基本上不存在φc與φm的偏差，并且表明光學組件2c因此具有基本上最佳的質量。

雖然圖4a示出了已通過作為示例穿過兩個光柵的光而被創(chuàng)建的條紋圖案，但是不要求光穿過兩個板(因此光學組件不必是光學透射的)以使條紋圖案出現(xiàn)，使得光柵圖案可由反射光(例如反射衍射模式的光)形成。實際上，與光穿過兩個光柵的情況相比，當光從光柵的表面反射時，條紋圖案通常是最可見的。

圖5是質量評估裝置1的框圖，其包括控制器20、驅動機構22、可配置支持系統(tǒng)24和傳感器6(其在圖4a中示出，沿視線los1、los2放置)。

可配置支持系統(tǒng)24按可配置的配置來支持光學組件和主組件2c、2m。系統(tǒng)24可被配置成產(chǎn)生兩個組件2c、2m之間的相對運動以將對準標記12c、12m對準，并且此外影響隨后的微調，即，至少改變主和分量的xy定向以按上述方式改變δφi和δφii。驅動機構22被耦合到支持系統(tǒng)24，并且是可控制的，以按受控的方式改變系統(tǒng)24的配置。

光傳感器22接收(感測)來自第一光柵2im、2ic和第二光柵2iim、2iic的光，并且尤其接收(感測)來自上述第二條紋圖案的光，光傳感器22根據(jù)該第二條紋圖案的光生成由控制器20接收到的傳感器數(shù)據(jù)。

基于接收到的傳感器數(shù)據(jù)，控制器20控制驅動機構22重新配置組件2c、2m的配置，直到傳感器數(shù)據(jù)指示第一條紋圖案的基本上最大的條紋間隔d已被獲得。控制器20還從傳感器數(shù)據(jù)測量該時間點處的條紋間隔d’?；谠摐y得的條紋間隔，控制器20輸出適當?shù)馁|量評估，例如經(jīng)由控制器20的用戶界面輸出給裝置1的操作員，或者輸出到裝置1的一些其他組件(未示出)，例如其中儲存該評估以供稍候使用的計算機存儲。

傳感器6還可捕捉(即，感測)對準標記12c、12m的光，并且控制器20可在執(zhí)行微調重新配置之前基于關于從傳感器6接收到的對準標記的傳感器數(shù)據(jù)來執(zhí)行初始配置以實現(xiàn)對準標記12c、12m的對準。例如，傳感器6可捕捉標記12c、12m的圖像，對這些圖像執(zhí)行圖像識別以檢測這些標記并標識檢測到的標記何時被對準。

控制器20可被實現(xiàn)成在處理器上執(zhí)行的代碼。

實際上，可通過裝置的合適照明來增加條紋圖案的可見性。例如，為了增強條紋圖案的可見性，激光器(未示出)可被用來提供被引導朝向光柵4ic、4im、4iic、4iim的光束，使得部分光束穿過兩個第一光柵4ic、4im，而另外的部分穿過兩個第二光柵4iic、4iim。光束擴展器(未示出)可被用來在光束到達光柵4ic、4im、4iic、4iim之前擴展光束，以便增加可見性在其上被增強的區(qū)域(例如，7)的大小。例如，光束可被擴展來涵蓋光柵4ic、4im、4iic、4iim，以在光柵4ic、4im、4iic、4iim的全部范圍內提供條紋圖案的增強的可見性。

在第一實施例中，傳感器6包括相機形式的圖像感測組件，其將至少區(qū)域7的圖像提供給控制器20(此類圖像捕捉圖4b所示的視圖)。該控制器包括圖像識別模塊，其對接收到的圖像執(zhí)行自動圖像識別過程，以當在圖像中捕獲條紋圖案時檢測條紋圖案的條紋。控制器調整δφi直到圖像識別過程的結果指示第一條紋圖案的條紋間隔d基本上是最大的，然后在該時間點再次基于圖像識別程序的結果來測量第二條紋圖案的條紋間隔d’。

條紋間隔可以以各種不同的方式來測量，例如根據(jù)空間周期型度量(其為圖4b中的d’)或空間頻率型度量(例如通過對預先確定的距離內的可見條紋數(shù)量進行計數(shù)(較低的頻率指示較大的條紋，因此指示更高的質量))。

在第二實施例中，傳感器6包括第一和第二光電二極管(或其他合適的第一或第二傳感器組件)，這些光電二極管屏蔽除相應的小針孔(例如，具有～1mm(數(shù)量級)的直徑)以外的周圍的光，穿過該小針孔分別僅有一小部分的第一和第二條紋圖案是可觀察的。也就是說，這樣，由第一(相應地，第二)光電二極管接收到的唯一的光來自相應的針孔大小的第一(相應地，第二)條紋圖案的一小部分，使得一旦相關的光柵處于接近對準，條紋就大于針孔。控制器20接著(例如，以均勻的速率)改變組件2c、2m的xy定向。由于光柵(4ic、4im/4iic、4iim)被對準，所以相關的條紋圖案的條紋間隔增加，這有效地導致了這些條紋的移動(這在圖4d中是明顯的)。因此，隨著組件2c、2m的xy定向變化，由光電二極管接收到的光的強度在高(這時通過針孔僅可觀察到亮條紋的一部分)和低(這時通過針孔僅可感知到暗條紋的一部分)之間震蕩。隨著條紋間隔增加，這種振蕩的速率將會由于亮和黑條紋逐漸變大而降低，使得由第一光電二極管通過第一針孔觀察到的振蕩速率最小，因為δφi基本上為零——在第二實施例中，控制器調整xy定向直到實現(xiàn)最小振蕩速率，并且在實現(xiàn)由第一光電二極管通過第一針孔觀察到的最小振蕩速率的時間點處根據(jù)由第二光電二極管通過第二針孔觀察到的振蕩速率來測量第二條紋圖案的條紋間隔d’。

振蕩速率可以以各種不同的方式來測量，例如根據(jù)時間周期型度量(例如，通過定時各個個體振蕩來被獲得)或者時間頻率型度量(例如，通過對在預先確定的長度的間隔上發(fā)生的振蕩的數(shù)量進行計數(shù)來被獲得)。

如所提到的，光學組件可以是用于制造其他光學組件的模具。模具被大量需要，因為終端產(chǎn)品具有非常高的數(shù)量的需求。因此，擁有用于分析模具的快速方法也是很有用的。

由控制器輸出的質量評估可采用多種形式。例如，控制器可簡單地輸出如在第一圖案的條紋間隔d基本上為零的時間點處測得的第二圖案條紋間隔d’的值(例如，被表示成測得的空間周期、空間頻率、時間周期、時間頻率等)，因為這直接指示組件的質量。替代地，控制器可基于測得的條紋間隔來計算一些合適的質量度量(例如在最簡單的情況下，可取兩個值之一的二元度量，其中一個值指示可接受的質量(這時測得的條紋間隔高于預先確定的閾值)而另一個值指示不可接受的質量(這時測得的條紋間隔低于該閾值時))，盡管可以替代地使用更復雜的質量度量來提供更豐富的信息。

盡管在上文中，示例性第一光柵4ic、4im(相應地，第二光柵4iic、4iim)由于它們都由基本上直的光柵線形成的事實而匹配，但是通常被認為“基本上匹配”的光柵不一定必需由直的光柵線形成，也不必由完全相同形狀的彎曲光柵線形成。通常，兩個光柵“基本上匹配”提供了它們各自結構的一些部分足夠相似，以便可以通過交疊這些部分來創(chuàng)建呈現(xiàn)出可辨別的條紋間隔的可觀察的條紋圖案(即使它們的結構的其他部分可能是明顯不同的)。匹配的光柵可以具有或者可以不具有相同的光柵周期。

盡管在上文中，分量光柵4ic、4iic(以及對應地，主光柵4im、4iim，這些光柵基本上成匹配的布置)是通過在基本上平行的表面部分上的調制來形成的，但是通常不必非得是這種情況(對于非平行光柵，例如圖4a中所示的各種角度可以通過幾何投影到合適的平面(例如其法線在非平行光柵的法線的向量和的方向上，這是這些方向的平均的方向)上而被同等地限定)。此外，盡管在上文中，表面調制在基本上平坦的表面部分之上，但是所公開的技術也可被應用于彎曲的光柵(例如，通過在彎曲的表面部分上的調制來被形成)。

此外，通常術語“相對的光柵”(或類似)涵蓋不平行的光柵。當存在與兩個光柵相交的視線(例如，在與這些光柵的法線基本上匹配的方向上)時，兩個光柵被認為是相對的，當這些光柵處于接近對準時，沿該視線可觀察到所得到的條紋圖案。雖然上文已關于相對的光柵進行了描述，但是這些技術可被應用于非相對的光柵，由此條紋圖案例如通過由反射而已被引導到兩個光柵上的光束來被形成。

各種光柵4ic、4iic、4im、4iim可以是二元的(傾斜/非傾斜)、正弦、梯形(例如三角形)的形狀(等)，并且彼此不需要具有相同的形狀、斜率α、寬度w、深度h等等(盡管這不被排除)。

盡管以上考慮了基本上軟件實現(xiàn)的控制器20，但是控制器的功能可以使用軟件、固件、硬件(例如，固定邏輯電路)或這些實現(xiàn)的組合來實現(xiàn)。本文所使用的術語“模塊”、“功能”、“組件”和“邏輯”(在適用時)一般表示軟件、固件、硬件或其組合。在軟件實現(xiàn)的情況下，模塊、功能或邏輯表示當在處理器(例如，一個或多個cpu)上執(zhí)行時執(zhí)行指定任務的程序代碼。程序代碼可被儲存在一個或多個計算機可讀存儲器設備中。下面所描述的技術的特征是平臺無關的，意味著所述技術可以在具有各種處理器的各種商用計算平臺上實現(xiàn)。

例如，裝置還可包括促使該裝置的計算機的硬件(例如處理器、功能塊，等)執(zhí)行操作的實體(例如軟件)。例如，計算機可包括計算機可讀介質，其可被配置用于維護使得計算機(且尤其是計算機的操作系統(tǒng)和相關聯(lián)的硬件)執(zhí)行操作的指令。因此，這些指令用于配置操作系統(tǒng)和相關聯(lián)的硬件來執(zhí)行這些操作，并以此方式致使操作系統(tǒng)和相關聯(lián)的硬件變換以執(zhí)行各功能?？捎捎嬎銠C可讀介質通過各種不同配置將指令提供給計算機。

一種這樣的計算機可讀介質配置是信號承載介質，并因此被配置來將指令(例如，作為載波)諸如經(jīng)由網(wǎng)絡等傳送到計算設備。計算機可讀介質還可被配置為計算機可讀存儲介質并且因而不是信號承載介質。計算機可讀存儲介質的示例包括隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、光板、閃存、硬板存儲器、和其他可使用磁、光以及用于儲存指令和其他數(shù)據(jù)的其他技術的存儲器設備。

在概述部分中提出的各個方面的實施例中，光學組件和主組件可包括定點的對準標記，使得當標記被對準時，第一條紋圖案是可觀察的，其中傳感器感測標記，并且其中控制器基于與標記有關的傳感器數(shù)據(jù)來被配置成將支持系統(tǒng)從當前配置重新配置成中間配置，其中對準標記基本上被對準，并且支持系統(tǒng)然后從該中間配置被重新配置成新的配置。

光傳感器可包括相機，該相機在支持系統(tǒng)被重新配置時捕捉第一條紋圖案的圖像，并且其中控制器包括執(zhí)行自動圖像識別過程以檢測圖像中的第一條紋圖案的圖像識別模塊，其中控制器基于圖像識別過程的結果來重新配置支持系統(tǒng)。

圖像也可以是第二條紋圖案的，自動圖像識別過程檢測第二條紋圖案，并且控制器基于圖像識別過程的結果來測量第二條紋圖案的條紋間隔。

光傳感器可以包括傳感器組件，該傳感器組件在支持系統(tǒng)被重新配置時接收僅第一條紋圖案的一小部分的光，并且控制器可基于該光的強度改變的速率來重新配置支持系統(tǒng)。

光傳感器可包括接收僅第二條紋圖案的一小部分的光的另一傳感器組件，并且控制器可基于該光的強度改變的速率來測量第二條紋圖案的條紋間隔。

裝置可包括提供光束和光束擴展器的激光器，該光束擴展器擴展光束以用基本上涵蓋光柵的經(jīng)擴展的光束來照明光柵，以便增強條紋圖案的可見性。

光學組件和主組件可包括定點的對準標記，使得當標記被對準時，第一條紋圖案是可觀察的，并且過程可包括將支持系統(tǒng)從當前配置重新配置成中間配置，其中對準標記基本上被對準，并且支持系統(tǒng)然后從該中間配置被重新配置成新的配置。

分量光柵可由光學組件的表面上的表面調制形成。表面調制可以在光學組件的表面的基本上平行的部分上。

兩個分量光柵均可由光學組件的表面的正面部分上的表面調制形成。

分量光柵中的一個可由光學組件的表面的正面部分上的表面調制形成，而另一個由光學組件的表面的背面部分上的表面調制形成。

光學組件可包括聚合物，或者可以是用于模制這樣的光學組件的模具。

微制造工藝可以在執(zhí)行第二方面的步驟之前在主組件上被執(zhí)行以制造主光柵。

主組件光柵可被測試以在執(zhí)行第二方面的步驟之前評估主組件的質量。