CN113977998A - 处方镜片制造 - Google Patents

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optical
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罗宾·夏尔马
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Abstract

本申请涉及处方镜片制造。一种制造定制镜片的方法包括提供具有第一表面的第一衬底，第一表面是非平坦表面；将光学膜放置成与第一表面接触；使第一材料层与光学膜接触；以及固化第一材料层以形成镜片。光学膜具有比第一表面更低的表面粗糙度。

Description

处方镜片制造
技术领域
本申请总体上涉及光学部件，且更具体地说，涉及头戴式显示设备中使用的光学部件。
背景
头戴式显示设备(本文也称为头戴式显示器)作为向用户提供视觉信息的手段越来越受欢迎。
对于通常佩戴视力矫正处方镜片(prescription lens)的用户来说，如果可以针对每个用户的处方配置头戴式显示设备，这可以是方便的。然而，制作高质量的定制镜片可能既昂贵又耗时。
概述
因此，需要快速制造定制处方镜片，其可以容易地结合到头戴式显示设备中。这种处方镜片可以使头戴式显示器更加紧凑和轻便。具有定制的内置处方镜片的紧凑型头戴式显示设备也将提高用户对这种设备的满意度。
本文公开的方法和系统允许为增强现实(AR)或虚拟现实(VR)眼镜快速制造定制处方镜片。本文还描述了允许其他光学部件(例如，照明元件)和涂层与定制处方镜片一起制造以形成光学堆叠(optical stack)的方法和系统。
虽然增材制造(additive manufacturing)技术(例如，立体光刻(SLA)、选择性激光烧结(SLS)等)用于所公开的系统和方法中，但这些技术不用于直接打印处方镜片。更确切地，增材制造生成具有对应于特定处方的表面轮廓的模具。在一些实施例中，处方包括球体、圆柱体和轴中的一个或更多个。在一些构造中，模具不具有光学镜面表面。
根据一些实施例，制造定制镜片的方法包括提供具有第一表面的第一衬底，第一表面是非平坦表面。在一些实施例中，第一衬底是模具，并且第一表面是自由形式表面。该方法包括将光学膜放置成与第一表面接触。在一些实施例中，非平坦表面的相当一部分(例如，超过50％、70％、90％、95％或99％的部分)与光学膜接触。在一些实施例中，光学膜是弹性的(或弹性体的)，使得当光学膜被放置在第一表面上时(例如，在真空形成期间)，光学膜可以拉伸。该方法包括使第一材料层与光学膜接触；以及固化第一材料层以形成镜片。光学膜具有比第一表面更低的表面粗糙度。在一些实施例中，光学膜是塑料膜，并且塑料膜的表面粗糙度优于20nm均方根(RMS)。
根据一些实施例，一种方法包括提供第一光学元件；以及在第一材料与第一光学元件接触时根据本文描述的任何方法形成镜片，使得所形成的镜片与第一光学元件集成。
根据一些实施例，镜片包括限定镜片的第一表面的光学膜，第一表面是非平坦表面；以及固化材料，该固化材料与第一表面接触并限定镜片的与第一表面相对的第二表面。
附图简述
为了更好地理解所描述的各个实施例，应当结合以下附图来参考下面的实施例的描述，在所有附图中，相同的附图标记指示相应的部件。
图1是根据一些实施例的显示设备的透视图。
图2是根据一些实施例的包括显示设备的系统的框图。
图3是根据一些实施例的显示设备的等轴视图(isometric view)。
图4A是根据一些实施例的限定模具的第一衬底的透视图。
图4B是示出了根据一些实施例的在制造第一衬底的第一时间点第一衬底的横截面图的示意图。
图4C是示出了根据一些实施例的在制造第一衬底的第二时间点第一衬底的横截面图的示意图，该第二时间点晚于第一时间点。
图4D是示出了根据一些实施例的在制造第一衬底的第三时间点第一衬底的横截面图的示意图，该第三时间点晚于第二时间点。
图4E是示出了根据一些实施例的被放置在图4D的第一衬底之上的塑料膜的横截面图的示意图。
图4F是示出了根据一些实施例的当对塑料膜施加真空时图4E中塑料膜的横截面图的示意图。
图4G是根据一些实施例的设置在图4F的塑料膜之上的树脂材料的示意图，该树脂材料填充了第一衬底的凹入部分。
图4H是示出根据一些实施例的对图4G的树脂材料的照射的示意图。
图4I是示出根据一些实施例的，在照射之前，顶盖被放置成与图4G的树脂材料接触的示意图。
图4J是根据一些实施例的由图4G的树脂形成的定制镜片的示意图。
图5A示出了根据一些实施例的具有多个(a plurality of)通道的模具的透视图。
图5B示出了图5A所示模具的剖视图。
图5C是示出根据一些实施例的多孔模具的横截面图的示意图。
图5D示出了根据一些实施例的具有凸面轮廓的模具的透视图和横截面图。
图6A示出了根据一些实施例的模具的横截面图以及模具的曲率半径和与模具一起使用的塑料膜的厚度之间的关系。
图6B示出了根据一些实施例的设置在弹性光学塑料膜之上的光学涂层的横截面图。
图7A示出了根据一些实施例的凸模的示意图。
图7B示出了根据一些实施例的设置在图7A的凸模上的薄光学塑料膜的示意图。
图7C示出了根据一些实施例的附接到具有多个通道的衬底的图7A的凸模的示意图。
图7D示出了根据一些实施例的邻近树脂层放置的图7C的凸模的示意图。
图7E示出了根据一些实施例的图7D的凸模在照射期间与树脂层接触的示意图。
图7F示出了根据一些实施例的由参考图7A-7E描述的工艺形成的定制镜片。
图8A示出了根据一些实施例的通过波导注入用于固化树脂的辐射的示意图。
图8B示出了根据一些实施例的使用光片(light sheet)固化树脂的示意图。
图9示出了根据一些实施例的具有集成眼睛跟踪器/光学元件和定制处方镜片的系统。
图10示出了根据一些实施例的制造定制镜片的方法。
除非另有说明，否则这些图不是按比例绘制的。
详细描述
现在将参考实施例，其示例在附图中示出。在以下描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对各种所描述的实施例的理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施各种所描述的实施例。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、部件、电路和网络，以免不必要地模糊实施例的各个方面。
还应当理解，尽管在某些情况下，术语第一、第二等在本文用于描述各种元素，但这些元素不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。例如，第一衬底可以被称为第二衬底，并且类似地，第二衬底可以被称为第一衬底，而不脱离各种所描述实施例的范围。第一衬底和第二衬底都是衬底，但它们不是同一个衬底。
在本文各种所描述的实施例的描述中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不旨在是限制性的。如在各种所描述的实施例和所附权利要求的描述中所使用的，除非上下文清楚地另有指示，否则单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式。还应当理解，本文使用的术语“和/或”指的是并包括一个或更多个相关列出项目的任何和所有可能的组合。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(includes)”、“包括(including)”、“包含(comprises)”和/或“包含(comprises)”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。术语“示例性的”在本文中是在“用作示例、实例或说明”的意义上使用的，而不是在“代表同类中最好”的意义上使用的。
本文描述的实施例可以包括人工现实系统或结合人工现实系统来实现。人工现实是一种在呈现给用户之前已经以某种方式进行了调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(mixed reality，MR)、混杂现实(hybrid reality)或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与捕获的(例如，真实世界的)内容相结合的生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈、或其某种组合，且其中任何一个都可以在单个通道中或在多个通道中被呈现(例如向观众产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联，这些应用、产品、附件、服务或其某种组合用于例如在人工现实中创建内容和/或在人工现实中以其他方式使用(例如在人工现实中执行活动)。可以在各种平台(包括连接到主计算机系统的头戴式显示器(HMD)、独立的HMD、移动设备或计算系统、或者能够向一个或更多个观众提供人工现实内容的任何其他硬件平台)上实现提供人工现实内容的人工现实系统。
图1示出了根据一些实施例的显示设备100。在一些实施例中，显示设备100被配置成佩戴在用户的头上(例如，通过具有如图1所示的眼镜(spectacles或eyeglasses)的形式)，或者作为用户要佩戴的头盔的一部分被包括。当显示设备100被配置成佩戴在用户的头上或者作为头盔或头戴式装置(headset)的一部分被包括时，显示设备100被称为头戴式显示器。替代地，显示设备100被配置用于在固定位置处放置在用户的一只或两只眼睛附近，而不是头戴式的(例如，显示设备100被安装在诸如汽车或飞机的交通工具中，用于放置在用户的一只或两只眼睛前面)。如图1所示，显示设备100包括显示器110。显示器110被配置用于向用户呈现视觉内容(例如，增强现实内容、虚拟现实内容、混合现实内容或其任意组合)。
在一些实施例中，显示设备100包括下面参考图2描述的一个或更多个部件。在一些实施例中，显示设备100包括图2中未示出的附加部件。
图2是根据一些实施例的系统200的框图。图2所示的系统200包括显示设备205(其对应于图1所示的显示设备100)、成像设备235和输入接口240，它们各自耦合到控制台210。虽然图2示出了包括一个显示设备205、成像设备235和输入接口240的系统200的示例，但在其他实施例中，系统200中可以包括任何数量的这些部件。例如，可以有多个显示设备205，每个显示设备205具有相关联的输入接口240，并且由一个或更多个成像设备235监控，其中每个显示设备205、输入接口240和成像设备235都与控制台210通信。在替代配置中，不同部件和/或附加部件可以被包括在系统200中。例如，在一些实施例中，控制台210经由网络(例如，互联网)连接到系统200，或者作为显示设备205的一部分是独立的(self-contained)(例如，物理上位于显示设备205内部)。在一些实施例中，显示设备205用于通过添加现实环境的视图来创建混合现实。因此，这里描述的显示设备205和系统200可以传递虚拟现实、混合现实和增强现实。
在一些实施例中，如图1所示，显示设备205是向用户呈现媒体的头戴式显示器。由显示设备205呈现的媒体的示例包括一个或更多个图像、视频、音频、触觉、或它们的某种组合。在一些实施例中，经由外部设备(例如，扬声器和/或耳机)来呈现音频，该外部设备从显示设备205、控制台210或两者接收音频信息并基于该音频信息来呈现音频数据。在一些实施例中，显示设备205使用户沉浸在虚拟环境中。
在一些实施例中，显示设备205还充当增强现实(AR)头戴式装置。在这些实施例中，显示设备205可以用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音、触觉等)来增强物理现实世界环境的视图。此外，在一些实施例中，显示设备205能够在不同类型的操作之间循环。因此，基于来自应用引擎255的指令，显示设备205作为虚拟现实(VR)设备、AR设备、眼镜或其某种组合(例如，没有光学校正的眼镜、为用户光学校正的眼镜、太阳镜或其某种组合)来操作。
显示设备205包括电子显示器215、一个或更多个处理器216、眼睛跟踪模块217、调整模块218、一个或更多个定位器220、一个或更多个位置传感器225、一个或更多个位置照相机222、存储器228、惯性测量单元(IMU)230或其子集或超集(例如，具有电子显示器215、一个或更多个处理器216和存储器228而没有任何其他列出的部件的显示设备205)。显示设备205的一些实施例具有不同于这里描述的那些模块的模块。类似地，功能可以以不同于这里描述的方式分布在模块中。
一个或更多个处理器216(例如，处理单元或核心)执行存储在存储器228中的指令。存储器228包括高速随机存取存储器，例如DRAM、SRAM、DDR RAM或其他随机存取固态存储器设备；并且可以包括非易失性存储器，例如一个或更多个磁盘存储设备、光盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备。存储器228或者替代地在存储器228内的非易失性存储器设备包括非暂时性计算机可读存储介质。在一些实施例中，存储器228或存储器228的计算机可读存储介质存储用于在电子显示器215上显示一个或更多个图像的程序、模块和数据结构、和/或指令。
电子显示器215根据从控制台210和/或处理器216接收的数据来向用户显示图像。在各种实施例中，电子显示器215可以包括单个可调整电子显示器元件或多个可调整电子显示器元件(例如，用户的每只眼睛对应一个显示器)。
在一些实施例中，显示元件包括一个或更多个发光器件和相应的发射强度阵列。发射强度阵列是电光像素阵列、光电像素阵列、动态调节每个设备发射的光量的某个其他设备的阵列或它们的某种组合。这些像素被放置在一个或更多个透镜的后面。在一些实施例中，发射强度阵列是LCD(液晶显示器)中基于液晶的像素的阵列。发光器件的示例包括：有机发光二极管、有源矩阵有机发光二极管、发光二极管、能够放置在柔性显示器中的某种类型的器件、或它们的某种组合。发光器件包括能够生成用于图像生成的可见光(例如，红色、绿色、蓝色等)的器件。发射强度阵列被配置成选择性地衰减单独的发光器件、发光器件组或它们的某种组合。替代地，当发光器件被配置成选择性地衰减单个发射器件和/或发光器件组时，显示元件包括这种发光器件的阵列，而没有单独的发射强度阵列(emissionintensity array)。
一个或更多个透镜将来自发光器件阵列的光(可选地通过发射强度阵列)引导到每个视窗(eyebox)内的位置，并最终到达用户视网膜的背面。视窗(eyebox)是位于显示设备205附近的用户(例如，佩戴显示设备205的用户)的眼睛所占据的区域，用于观看来自显示设备205的图像。在某些情况下，视窗被表示为10mm×10mm的正方形。在一些实施例中，一个或更多个透镜包括一个或更多个涂层，例如抗反射涂层。
在一些实施例中，显示元件包括红外(IR)检测器阵列，该IR检测器阵列检测从观看用户的视网膜、从角膜的表面、眼睛的晶状体或它们的某种组合逆反射(retro-reflect)的IR光。IR检测器阵列包括一个IR传感器或多个IR传感器，该多个IR传感器中的每一个对应于观看用户的眼睛瞳孔的不同位置。在替代实施例中，也可以采用其他眼睛跟踪系统。
眼睛跟踪模块217确定用户眼睛的每个瞳孔的位置。在一些实施例中，眼睛跟踪模块217指示电子显示器215用IR光(例如，经由显示元件中的IR发射器件)照亮视窗。
发射的IR光的一部分将穿过观看用户的瞳孔，并从视网膜朝向IR检测器阵列逆反射，该IR检测器阵列用于确定瞳孔的位置。替代地，离开眼睛表面的反射光也被用于确定瞳孔的位置。IR检测器阵列扫描逆反射，并在检测到逆反射时识别出哪些IR发射器件处于活动状态。眼睛跟踪模块217可以使用跟踪查找表和所识别的IR发射器件来确定每只眼睛的瞳孔位置。跟踪查找表将IR检测器阵列上接收到的信号映射到每个视窗中的位置(对应于瞳孔位置)。在一些实施例中，跟踪查找表是经由校准过程生成的(例如，用户看图像中的各个已知参考点，并且眼睛跟踪模块217将在看参考点时用户的瞳孔的位置映射到在IR跟踪阵列上接收到的相应信号)。如上所述，在一些实施例中，系统200可以使用除了上述嵌入式IR跟踪系统之外的其他眼睛跟踪系统。
调整模块218基于所确定的瞳孔位置生成图像帧。在一些实施例中，这将离散图像发送到显示器，使得显示器将子图像平铺在一起，因此连贯的拼接图像将出现在视网膜的背面。调整模块218基于检测到的瞳孔位置调整电子显示器215的输出(即，生成的图像帧)。调整模块218指示电子显示器215的一些部分将图像光传递到所确定的瞳孔位置。在一些实施例中，调整模块218还指示电子显示器不要将图像光传递到除了确定的瞳孔位置之外的位置。调整模块218可以例如，阻挡和/或停止其图像光落在所确定的瞳孔位置之外的发光器件、允许其他发光器件发射落入所确定的瞳孔位置内的图像光、平移和/或旋转一个或更多个显示元件、动态调整透镜(例如，微透镜)阵列中的一个或更多个有源透镜的曲率和/或屈光力(refractive power)、或者这些操作的某种组合。
可选的定位器220是相对于彼此并且相对于显示设备205上的特定参考点位于显示设备205上特定位置的对象。定位器220可以是发光二极管(LED)、锥体棱镜(comer cubereflector)、反射标记(reflective marker)、与显示设备205的操作环境形成对比的一种类型的光源、或它们的某种组合。在定位器220是有源的(即，LED或其他类型的发光器件)的实施例中，定位器220可以发射在可见光波段(例如，约400nm至750nm)中、在红外波段(例如，约750nm至1mm)中、在紫外波段(约100nm至400nm)中、电磁波谱的某个其他部分或其某种组合中的光。
在一些实施例中，定位器220位于显示设备205的外表面下面，该外表面对于由定位器220发射或反射的光的波长是透光的，或者足够薄而基本上不减弱由定位器220发射或反射的光的波长。此外，在一些实施例中，显示设备205的外表面或其他部分在光的波长的可见光波段中是不透光的。因此，定位器220可以在外表面下发射在IR波段中的光，该外表面在IR波段中是透光的，但在可见光波段中是不透光的。
IMU 230是基于从一个或更多个位置传感器225接收的测量信号来生成校准数据的电子设备。位置传感器225响应于显示设备205的运动而生成一个或更多个测量信号。位置传感器225的示例包括：一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、检测运动的另一合适类型的传感器、用于IMU 230的误差校正的一种类型的传感器、或者它们的某种组合。位置传感器225可以位于IMU 230的外部、IMU 230的内部或者其某种组合。
基于来自一个或更多个位置传感器225的一个或更多个测量信号，IMU 230生成第一校准数据，该第一校准数据指示相对于显示设备205的初始位置的显示设备205的估计位置。例如，位置传感器225包括测量平移运动(向前/向后、向上/向下、向左/向右)的多个加速度计和测量旋转运动(例如，俯仰、偏航、横滚)的多个陀螺仪。在一些实施例中，IMU 230对测量信号进行快速采样，并从采样的数据计算显示设备205的估计位置。例如，IMU 230在时间上对从加速度计接收的测量信号进行积分以估计速度向量，并在时间上对速度向量进行积分以确定显示设备205上参考点的估计位置。替代地，IMU 230向控制台210提供所采样的测量信号，控制台210确定第一校准数据。参考点是可以用来描述显示设备205的位置的点。尽管参考点通常可以被定义为空间中的点；但是，在实践中，参考点被定义为显示设备205内的点(例如，IMU 230的中心)。
在一些实施例中，IMU 230从控制台210接收一个或更多个校准参数。如下面进一步讨论的，一个或更多个校准参数用于保持对显示设备205的跟踪。基于接收到的校准参数，IMU 230可以调整一个或更多个IMU参数(例如，采样率)。在一些实施例中，某些校准参数使得IMU 230更新参考点的初始位置，使得其对应于参考点的下一个校准位置。将参考点的初始位置更新为参考点的下一个校准位置有助于减少与所确定的估计位置相关联的累积误差。累积误差(也称为漂移误差(drift error))导致参考点的估计位置随着时间的推移偏离参考点的实际位置。
成像设备235根据从控制台210接收的校准参数来生成校准数据。校准数据包括显示定位器220的所观察的位置的一个或更多个图像，这些位置由成像设备235可检测。在一些实施例中，成像设备235包括一个或更多个静止照相机、一个或更多个摄像机、能够捕获包括一个或更多个定位器220的图像的任何其他设备、或它们的某种组合。此外，成像设备235可以包括一个或更多个滤波器(例如，用于增加信噪比)。可选地，成像设备235被配置为在成像设备235的视场中检测从定位器220发射或反射的光。在定位器220包括无源元件(例如，逆反射器(retroreflector))的实施例中，成像设备235可以包括照亮一些或所有定位器220的光源，这些定位器朝着成像设备235中的光源逆反射光。第二校准数据从成像设备235被传递到控制台210，并且成像设备235从控制台210接收一个或更多个校准参数以调整一个或更多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧速率、ISO、传感器温度、快门速度、光圈等)。
输入接口240是允许用户向控制台210发送动作请求的设备。动作请求是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。输入接口240可以包括一个或更多个输入设备。示例输入设备包括：键盘、鼠标、游戏控制器、来自大脑信号的数据、来自人体其他部位的数据、或者用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送到控制台210的任何其他合适的设备。由输入接口240接收到的动作请求可以被传送到控制台210，控制台210执行对应于动作请求的动作。在一些实施例中，输入接口240可以根据从控制台210接收到的指令来向用户提供触觉反馈。例如，当接收到动作请求时，提供触觉反馈，或者控制台210向输入接口240传送指令，使输入接口240在控制台210执行动作时生成触觉反馈。
控制台210根据从成像设备235、显示设备205和输入接口240中的一个或更多个接收的信息来向显示设备205提供媒体以呈现给用户。在图2所示的示例中，控制台210包括应用储存器245、跟踪模块250和应用引擎255。控制台210的一些实施例具有与结合图2描述的模块不同的模块。类似地，下面进一步描述的功能可以以与这里描述的不同的方式在控制台210的部件之间分配。
当应用储存器245被包括在控制台210中时，应用储存器245存储由控制台210执行的一个或更多个应用。应用是一组指令，该组指令当由处理器执行时被用来生成用于呈现给用户的内容。由处理器基于应用生成的内容可以响应于经由显示设备205的移动或输入接口240而从用户接收的输入。应用的示例包括：游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。
当跟踪模块250被包括在控制台210中时，跟踪模块250使用一个或更多个校准参数来校准系统200，并且可以调整一个或更多个校准参数以降低显示设备205位置确定中的误差。例如，跟踪模块250调整成像设备235的焦点以获得在显示设备205上的被观察到的定位器的更准确的位置。此外，由跟踪模块250执行的校准还考虑从IMU 230接收到的信息。此外，如果失去对显示设备205的跟踪(例如，成像设备235失去至少阈值数量的定位器220的视线)，则跟踪模块250重新校准部分或全部系统200。
在一些实施例中，跟踪模块250使用来自成像设备235的第二校准数据来跟踪显示设备205的移动。例如，跟踪模块250使用被观察的定位器根据第二校准数据和显示设备205的模型来确定显示设备205的参考点的位置。在一些实施例中，跟踪模块250还使用来自第一校准数据的位置信息来确定显示设备205的参考点的位置。此外，在一些实施例中，跟踪模块250可以使用第一校准数据、第二校准数据或其某种组合的部分来预测显示设备205的未来位置。跟踪模块250向应用引擎255提供显示设备205的估计位置或预测的未来位置。
应用引擎255执行在系统200内的应用，并从跟踪模块250接收显示设备205的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或其某种组合。基于接收到的信息，应用引擎255确定要提供给显示设备205用于呈现给用户的内容。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则应用引擎255生成用于显示设备205的内容，该内容反映用户在虚拟环境中的移动。另外，应用引擎255响应于从输入接口240接收到的动作请求来在控制台210上执行的应用内执行动作，并且向用户提供动作被执行的反馈。所提供的反馈可以是经由显示设备205的视觉或听觉反馈或者经由输入接口240的触觉反馈。
图3是根据一些实施例的显示设备300的等轴视图。在一些其他实施例中，显示设备300是某个其他电子显示器(例如，数字显微镜等)的一部分。在一些实施例中，显示设备300包括发光器件阵列310和一个或更多个透镜330。在一些实施例中，显示设备300还包括发射强度阵列和IR检测器阵列。
发光器件阵列310朝向观看用户发射图像光和可选的IR光。发光器件阵列310可以是例如，LED阵列、微LED阵列、OLED阵列或它们的某种组合。发光器件阵列310包括发射在可见光中的光的发光器件320(并且可选地包括发射在IR中的光的器件)。在一些实施例中，微LED包括LED，该LED具有由100μm或更小(例如，50μm、20μm等)的代表性尺寸(例如，直径、宽度、高度等)表征的发射区域。在一些实施例中，微LED具有圆形或矩形的发射区域。
发射强度阵列配置成选择性地衰减从发光阵列310发射的光。在一些实施例中，发射强度阵列由多个液晶单元或像素、发光器件组、或它们的某种组合组成。每个液晶单元(或者在一些实施例中，液晶单元组)是可寻址的，以具有特定的衰减水平。例如，在给定时间，一些液晶单元可以被设置为无衰减，而其他液晶单元可以被设置为最大衰减。以这种方式，发射强度阵列能够控制从发光器件阵列310发射的图像光的哪一部分被传递到一个或更多个透镜330。在一些实施例中，显示设备300使用发射强度阵列来促进向用户的眼睛340的瞳孔350的位置提供图像光，并且最小化向视窗中的其他区域提供的图像光的量。
一个或更多个透镜330从发射强度阵列(或直接从发光器件阵列310)接收经修改的图像光(例如，衰减光)，并被一个或更多个光束移位器360移位，并将移位的图像光导向瞳孔350的位置。
可选的IR检测器阵列检测已经从眼睛340的视网膜、眼睛340的角膜、眼睛340的晶状体或其某种组合逆反射的IR光。IR检测器阵列包括单个IR传感器或多个IR敏感检测器(例如光电二极管)。在一些实施例中，IR检测器阵列与发光器件阵列310分离。在一些实施例中，IR检测器阵列被集成到发光器件阵列310中。
在一些实施例中，发光器件阵列310和发射强度阵列构成显示元件。替代地，显示元件包括发光器件阵列310(例如，当发光器件阵列310包括可单独调整的像素时)，而不包括发射强度阵列。在一些实施例中，显示元件另外包括IR阵列。在一些实施例中，响应于所确定的瞳孔350位置，显示元件调整发射的图像光，使得显示元件输出的光被一个或更多个透镜330朝向所确定的瞳孔350位置(而不是朝向视窗中的其他位置)折射。
图4A是具有凹面402的模具400的示意图。虚线404表示凹面402的弯曲部分。模具400用于产生具有与模具400的表面402互补的表面轮廓的镜片。例如，模具400的凹面402产生具有互补凸面的镜片。这种镜片可用于校正和/或补偿镜片的用户眼睛中的光学像差。例如，具有凸面的镜片可以是具有正屈光度值(dioptric value)的会聚镜片，并且通常校正远视(hyperopia或farsightedness)或允许患有老花眼的人近距离阅读。
在一些实施例中，凹面402包括用于形成定制镜片以用于校正/补偿用户眼睛中的特定光学像差的表面。在一些实施例中，凹面402是凹球面。在一些实施例中，凹面402是非球面凹面。在一些实施例中，凹面402是自由形式表面。自由形式表面可能没有关于垂直于表面的平均平面(mean plane)的任何轴的平移或旋转对称。在一些实施例中，凹面402具有使柱镜度(cylindrical power)沿着特定轴定向的表面轮廓。用这种表面轮廓制成的镜片可用于矫正散光。在一些实施例中，凹面402具有校正近视和散光的表面轮廓。
图4B至图4D示出了使用增材制造工艺(例如，3D印刷)形成的模具。图4B示出了在y-z平面中延伸的平板(planar slab)410a，平板410a沿着x方向递增地构建(例如，一层接一层，每层在y-z平面中延伸)。图4C示出了由平板410a构建的较厚的平板410b。与平板410a相比，平板410b沿x方向具有更大的厚度。在一些实施例中，平板410b由与平板410a相同的材料组成。在一些实施例中，与平板410a相比，平板410b包括一种或更多种附加材料，或者与平板410a相比，平板410b包括更少的材料。在一些实施例中，附加材料导致模具孔隙率(porosity)的空间变化。在一些实施例中，具有较大厚度(例如，具有更多材料)的模具区域也具有较高的孔隙率。在一些实施例中，在模具中引入附加的间隙(例如，通道、间隔、孔)以促进空气流过模具。
图4D示出了具有曲面轮廓412的模具410c。在一些实施例中，曲面412通过在模具平板410b上选择性沉积材料而形成(例如，在模具410b上的某些区域沉积较少的材料或不沉积材料，而在模具410b上的某些其他区域沉积材料)。弯曲轮廓412用于产生镜片，该镜片补偿和/或校正镜片的用户眼睛中的光学像差。
图4E示出了设置在模具410c上的薄膜414的示意图。在一些实施例中，薄膜414具有一定的结构刚性，使得在对模具410c和薄膜414施加真空之前，薄膜414不接触曲面412(或至少不接触曲面412的相当一部分，例如曲面412的至少50％、60％、70％、80％、90％、95％、99％或100％，或曲面412的中心部分)。在一些实施例中，薄膜414的厚度在100-500微米之间。在一些实施例中，薄膜414由聚碳酸酯(polycarbonate)、环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。在一些实施例中，使用250-300微米厚的PMMA膜。该厚度范围内的PMMA膜非常平坦。在某些情况下，PMMA膜可以在没有显著内部应变的情况下形成。结果，在一些实施例中使用了甚至更薄的PMMA膜。在一些实施例中，通道被限定在模具410c内，这允许向曲面412和薄膜414之间的空腔提供真空，使得薄膜414可以与曲面412接触。在一些实施例中，模具410c是多孔的，并且其中没有限定附加的通道。
在图4F中，在对薄膜414和模具410c之间的空腔施加真空之后，薄膜414被拉向曲面412并与之接触。在一些实施例中，曲面412的相当一部分(例如，超过50％、70％、90％、95％或99％的部分)与薄膜414接触。在一些实施例中，曲面412的中心部分(例如，顶点)与薄膜414接触。在一些实施例中，薄膜414是弹性的(或弹性体的)，使得当薄膜被放置在曲面412上时(例如，在真空形成期间)，薄膜伸展。在一些实施例中，薄膜414是塑料膜，并且塑料膜的表面粗糙度优于20nm RMS。
如本文所用，真空是指气体压力(例如，空气压力)小于大气压(通常小于760托)的条件。在一些实施例中，真空的压力小于700、600、500、400、300、200、100、10、1、0.1、0.01、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8、10-9、10-10、10-11、10-12或者10-13托。
图4G-4J示出了形成定制镜片的方法430。在图4G中，树脂材料432被引入图4F中所示的模具410c的凹腔中。树脂材料432与设置在模具410c的凹面412之上的薄膜414接触。树脂材料432可以包括聚碳酸酯、PMMA、COC、COP或其任意组合。在一些实施例中，镜片着色化学品被混合到树脂材料432中。这种镜片着色化学品允许镜片具有不同的颜色，或者改变透过镜片的光量(例如，在暴露于高强度光(例如，阳光)时)。
图4H示出了在一些实施例中固化树脂材料432的示例操作，从而形成定制镜片。辐射源424(例如，发射UV光的UV光源、发出热照射的热源等)用于固化树脂432，产生固化材料434。替代地，加热具有树脂材料432的模具410c以固化树脂材料432。
图4I示出了在一些实施例中用于固化树脂材料432的另一示例操作，从而形成定制镜片。顶盖436被放置成与图4G中的树脂材料432接触。在一些实施例中，顶盖436用于通过将多余的树脂432挤出模具410c的凹腔来设置镜片的厚度。当顶盖436的底表面438具有光学质量时，树脂432的与底表面438接触的第二表面440将被固化以形成具有第二表面(例如，背面/平面)的定制镜片，该第二表面具有光学质量。在一些实施例中，顶盖436是具有互补表面轮廓442的玻璃块，其允许与模具410c紧密配合(snug fit)。顶盖436对UV辐射是透明的，允许UV辐射穿过顶盖436并到达树脂432。在一些实施例中，顶盖436的表面438包括释放剂层，以便于在树脂固化后树脂432从顶盖436释放(例如，脱模)。在顶盖436与树脂432接触后，源424(例如，UV光源、热辐射源等)用于固化树脂432。在一些实施例中，UV辐射被引导穿过顶盖436。替代地，加热具有树脂材料432的模具410c以固化树脂材料432。
图4J示出了在模具410c的凹腔中的树脂432已经固化之后形成的定制镜片444。在一些实施例中，薄膜层414化学结合到定制镜片444的曲面(例如，与该曲面融合)。在一些实施例中，薄膜层414具有一定的刚度，使得模具410c的凹面412上的微小特征(minorfeature)不会转移到薄膜层414，同时薄膜层414符合凹面412的曲率。在一些实施例中，定制镜片444的曲面不包括薄膜层414。例如，在将树脂432放置在薄膜层414上方之前，可以在薄膜层414上施加一层释放剂，以促进固化材料434从薄膜层414的释放。在一些构造中，薄膜层414具有足够的厚度，使得凹面412上的微小特征不会改变树脂432的表面轮廓，这允许定制镜片444的曲面具有光学质量。在一些实施例中，代替如图4G所示将树脂432引入到衬有薄膜414的凹腔中，如参考图6B所述将树脂432引入到模具410c的具有硬光学涂层的凹腔中。在这种情况下，定制镜片444的曲面将不包括任何融合的光学膜或硬光学涂层。
在一些实施例中，定制镜片444的一个或更多个表面被加工(例如，抛光、切割、车削等)以获得某种表面轮廓。在一些实施例中，定制镜片444的表面没有被加工。
图5A示出了根据一些实施例的模具500的透视图。模具500包括具有定制表面轮廓的区域504。在一些实施例中，区域504被具有高度512的侧壁502包围。高度512可以显著小于模具500的厚度514。在区域504内是延伸穿过模具的多个通道(例如，多个通道限定通孔)。在一些构造中，多个通道延伸穿过模具500的区域504的厚度。在一些实施例中，通道沿着径向线506和/或以同心圆508形成。图5B中示出了模具500沿着标记为“5B”的线的横截面切割。
图5B示出了根据一些实施例的图5A所示的模具500的剖视图。通道延伸穿过模具500的区域504的厚度516。在图5B中，厚度516小于模具500的厚度514。在一些实施例中，模具500被增材地制造(例如，3D印刷)，并且区域504限定定制表面轮廓。在一些实施例中，薄膜被放置在区域504上方，并且(例如，沿着径向线506或以圆形508布置的)通道允许从模具500的侧面518施加真空，以将薄膜拉向模具500(拉向区域504的定制表面轮廓)。模具500具有足够的结构强度来承受真空产生的力。在一些实施例中，树脂设置在区域504上方，在薄膜之上。在一些实施例中，区域504中树脂的高度等于或小于侧壁502的高度512。
图5C示出了根据一些实施例的多孔模具520的示意图。在一些实施例中，多孔模具520包括具有不同尺寸的组成件(constituents)。例如，增材制造工艺产生具有不同尺寸的组成件522、524和526。替代地，多孔模具520由具有基本均匀尺寸的组成件形成。在一些实施例中，组成件具有不均匀的形状。在一些实施例中，组成件具有相似的形状，但是组成件不允许镶嵌(或平铺)，使得组成件的封装产生间隙。这允许当在多孔模具520的侧面530上施加真空时拉动薄膜。例如，在图5C中，通过从多孔模具520的侧面530施加真空，空气沿着路径528和路径532被抽出。在一些实施例中，使用多孔模具520代替具有多个通道的模具500。在一些实施例中，使用具有多孔区域和多个通道的模具。在一些实施例中，多孔区域与多个通道分开(例如，没有通道限定在多孔区域中)。在一些实施例中，至少一个通道被限定在多孔区域中。
图5D示出了根据一些实施例的凸模540的透视图(顶部)和横截面图(底部)。在一些实施例中，凸模540具有沿x方向突出的曲面542。横截面图从包括曲面542的顶点的平面截取。在一些实施例中，曲面542被侧壁544包围。在一些情况下，曲面542的最顶部部分的高度等于或小于侧壁544的高度(例如，沿着x方向)。结果，侧壁544保留了引入到凸模540中的树脂。曲面542用于生产镜片，该镜片具有校正和/或补偿镜片的用户眼睛中的光学像差的表面轮廓。镜片的表面轮廓与模具540的曲面542互补。例如，具有凸面的模具产生具有互补凹面的镜片(例如，镜片是具有负屈光度值并且通常矫正近视(myopia或nearsightedness)的发散镜片或者是具有凹面和相对凸面的弯月形镜片)。
图6A示出了示意图，其示出了根据一些实施例的模具600的横截面。模具600的表面602具有曲率半径604，并支撑与表面602接触的薄膜606。薄膜606具有足够的厚度608，使得薄膜606的内表面(与薄膜的接触模具600的表面602的表面相对)具有小于表面602的表面粗糙度的表面粗糙度。因此，模具600和薄膜606的组合可以用作具有较高质量表面的模具(其特征在于较低表面粗糙度)。具有高的光焦度(例如，较高屈光度)的镜片可以具有较小的曲率半径。为了获得特定水平的表面粗糙度，可以在具有较小半径的表面上使用较厚的膜，并且可以在具有较大曲率半径的表面上使用较薄的膜。
图6B示出了包括附加硬光学涂层的实施例的示例。图6B示出了限定在模具620的主体内的多个通道622。模具620具有凹面轮廓623。在一些实施例中，通道622以规则的间隔隔开。在一些实施例中，通道622不对称地分布在模具620上。
在一些实施例中，凹面轮廓623包括使表面粗糙的特征624(例如，特征624在凹面轮廓623上产生不同程度的表面粗糙度)。光学膜626(例如，塑料光学膜)设置在模具620之上。在一些实施例中，光学膜626由介电弹性体形成。在一些情况下，由于导致高表面粗糙度的特征624的存在，特征628(例如，凸起或皱折)形成在光学膜626上。在一些实施例中，在树脂被引入模具之前，硬光学涂层630被添加到光学膜626之上，以平滑与模具620相关联的光学表面634。
在一些实施例中，光学涂层630是热固化硬涂层。在一些实施例中，光学涂层630是UV固化的硬涂层。在一些实施例中，光学涂层630沉积在光学膜626上或形成在光学膜626上。硬光学涂层的示例包括金刚石、蓝宝石、氟化镁、二氧化钛、硫化锌等。
图7A是根据一些实施例的模具702的示意图。在一些实施例中，模具702以增材方式制造(例如，模具702是3D印刷的)。与图4D中的模具410c不同，模具702具有凸面轮廓704。在一些实施例中，凸面轮廓704由泽尼克多项式(Zemike polynomial)表征。在一些实施例中，泽尼克多项式包括低阶多项式。在一些实施例中，低阶多项式允许校正一阶和二阶像差，例如散光和散焦。在一些实施例中，凸面轮廓704由自由形式表面表征。自由形式表面可用于校正低阶像差和较高阶像差。
图7B示出了与模具702接触的薄膜706的示意图。在一些实施例中，施加真空以将薄膜706拉到模具702的凸面轮廓704上。在一些实施例中，薄膜706包括薄塑料膜。在一些实施例中，薄塑料膜的表面粗糙度小于20nm RMS。在一些实施例中，在薄膜706的外表面上施加脱模剂(mold release)。脱模剂有助于将薄膜706与固化材料(例如，固化树脂)分离。
图7C示出了模具708和凸模712的组合。在一些构造中，模具708用作凸模712的背板。模具708包括多个通道710或穿孔。在一些实施例中，模具708可与凸模712分离。在一些实施例中，凸模712是增材制造的。在一些实施例中，模具708是非增材制造的(例如，使用传统的加工操作，例如车削、铣削和钻孔)。在一些实施例中，增材地制造模具708以限定通道710。
在一些实施例中，模具708和凸模712被增材地制造为整体单元。在一些实施例中，通道710仅延伸穿过模具708，并且凸模712由多孔材料形成，类似于图5C所示的多孔模具520。在这种情况下，从模具708的侧面714施加真空，通过凸模712的多孔通道抽吸空气，并拉动薄膜706以接触凸模712的凸表面705。在一些实施例中，通道710从模具708延伸到凸模712中(图7C中未示出到凸模712中的延伸)。在一些实施例中，通道710延伸至凸模712的凸面轮廓704，限定通孔。
在一些实施例中，通道710(例如，沿z方向)的宽度在0.01mm至2mm之间。在一些实施例中，模具708中的通道710的密度在10-1000个通道/mm2之间。在一些实施例中，在模具708的侧面714上施加真空。
图7D示出了设置在支撑件722上的树脂720的层。在一些实施例中，支撑件722是平坦的平面衬底。在一些实施例中，衬底具有侧壁以限定容纳树脂720的层的贮存器。在一些实施例中，树脂720包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯、聚苯乙烯或聚氨酯。
图7E示出了根据一些实施例的浸入树脂720中的凸模712。薄膜706与树脂720直接接触，树脂720呈现与薄膜706的凸面轮廓互补的表面轮廓(例如，树脂720具有凹面724)。在一些实施例中，树脂720在与凸模712接触(直接接触或通过至少薄膜706间接接触)时被固化。在一些实施例中，薄膜706涂覆有释放剂，该释放剂有助于从树脂中释放薄膜706。
在一些实施例中，发射辐射(例如，光、热)的光源或热源726位于模具708上方以固化树脂720。在这样的实施例中，模具708、凸模712和薄膜706对于固化辐射是至少部分透明的(例如，透射固化辐射，例如紫外光)。在一些实施例中，发射固化树脂的辐射的一个或更多个源728(例如，光源、热源)位于树脂720的一个或更多个侧面(例如，左侧、右侧等)上。在一些实施例中，发射固化树脂的辐射的源730(例如，光源、热源)位于支撑件722下方。在这样的实施例中，支撑件722对于辐射是至少部分透明的(例如，透射辐射)。
在一些实施例中，使用光源或热源726、728和730的任何组合。在一些实施例中，同时使用光源或热源726、728和/或730中的一个或更多个来固化树脂720。
图7F示出了固化工艺后的定制镜片732。在一些情况下，定制镜片732的凹面724的表面质量至少与薄膜706的表面粗糙度一样好。定制镜片732被从支撑件722上移除。在一些实施例中，支撑件722具有足够低的表面粗糙度，以确保定制镜片732的表面734具有光学质量。在一些实施例中，薄膜(例如，类似于薄膜706)被放置在支撑件722上，与树脂720(以及随后固化的定制镜片732)接触，以提供具有低表面粗糙度的表面734(例如，具有光学质量的表面)。
图8A示出了根据一些实施例的系统800的横截面图，其中用于固化树脂的辐射(例如，UV辐射)从模具的周边耦合进来。
系统800包括光源802和波导806。光源802发射耦合到波导806中的辐射804。辐射804从波导806的下表面808a反射离开，并被导向波导806的上表面808b，上表面808b又将辐射804朝向下表面808a反射，使得辐射804在波导806内传播。提取特征810设置在波导806的表面上(例如，在上表面808b上的区域中)。在照射到提取特征810上之前，辐射804在波导806内被内部反射(例如，辐射804相对于下表面808a和上表面808b中每一个的入射角等于或大于临界角)。
提取特征810改变辐射804的方向，结果，辐射在波导806的下表面808a的位置812处从波导806耦合出去。例如，辐射804以大于临界角的角度照射到波导806的下表面808a上，使得辐射从波导806耦合出去。从波导806耦合出去的辐射然后被导向包含在模具814的凹腔内的树脂820。树脂820设置在光学薄膜层818之上，光学薄膜层818衬在模具814的凹面816上。
在一些实施例中，系统800与位于树脂820上方(例如，沿x方向)的图4H中的源424(例如，UV辐射源、热源)结合使用。通过在选定位置设计提取特征810，系统800允许更均匀的辐射强度分布到达树脂820。例如，模具814的凹面轮廓816导致在模具814的中间有较厚的树脂820层。通过在波导806上的适当位置放置提取特征，附加的固化辐射被导向树脂820的中间部分。
例如，在一些实施例中，当固化辐射源位于树脂820的中间部分的正上方，并且模具814周边附近的树脂没有足够的辐射时，提取特征被设计成增大模具814的边缘(例如，周边)周围的(来自源802的)辐射804的提取。
在一些实施例中，波导806具有圆盘形状。在一些实施例中，多个辐射源802围绕波导的圆盘的周边布置。通过用于固化树脂的UV辐射的这种“侧面照明(side-illumination)”允许定制镜片从镜片的周边进行固化(例如，向内进行固化)。
在一些实施例中，波导806保持与树脂820分离(例如，波导806不与树脂820接触)。在一些实施例中，波导806与树脂820接触(例如，类似于图4I所示的顶盖436)。
图8B示出了根据一些实施例的系统840的透视图，其中用于固化树脂的UV辐射以光片的形式传送。系统840包括辐射源802和光学元件842。光学元件842仅沿着一个轴(例如，y轴)聚焦由源802发射的辐射。在一些实施例中，光学元件842是柱面镜片(cylindricallens)。
在一些实施例中，由柱面镜片842产生光片844，柱面镜片842仅沿着y轴聚焦由源802发射的辐射，产生光片844的束腰(beam waist)846。在一些实施例中，束腰846跨越树脂820所处的位置。为了清楚地示出光片844，其中沉积有树脂820的模具814(例如，如图8A所示)没有在图8B中示出。在一些实施例中，柱面镜片842不沿着x轴聚焦光。
在一些实施例中，辐射源802匹配树脂820的高度(例如，沿着x方向)。例如，由辐射源802发射的光可以具有对应于树脂820的高度的高度。在一些实施例中，柱面镜片842具有给出聚焦深度的焦距，其涵盖树脂820的宽度(例如，沿z方向的直径)。以这种方式，系统840将柱面镜片842的聚焦区域中的较高强度的光传递到树脂820。在一些实施例中，较高强度的光减少了固化树脂820所需的持续时间，提高了系统的制造产量。
图9示出了具有集成眼睛跟踪器和定制处方镜片的头戴式显示系统900。系统900包括显示阵列902和眼睛跟踪器904。在一些实施例中，显示阵列902是透射光学元件，例如，适用于AR应用。在一些实施例中，显示阵列902是适用于VR应用的发射显示阵列902。系统900包括眼睛跟踪器904和用于保持定制镜片(例如，参考图4J描述的定制镜片444)的安装系统906。在一些实施例中，用于形成定制镜片444的树脂被固化，同时作为定制镜片444的前体(precursor)的树脂被直接定位在包含眼睛跟踪器904的衬底上。在一些实施例中，除了定制镜片444之外，其他光学部件(例如照明元件和各种涂层)与定制处方镜片一起被原位制造，以产生易于并入头戴式显示系统900的光学堆叠。在一些实施例中，系统900提供了具有眼睛跟踪功能的集成显示系统，该系统另外包括用于用户的眼睛340的定制处方镜片。
图10描绘了根据一些实施例的用于制造定制处方镜片的示例过程。出于解释的目的，本文参考图1-图9以及本文描述的部件和/或工艺来描述示例过程1000的各个块。在一些实现中，一个或更多个块与其他块分开实现，并且由一个或更多个不同的设备来实现。进一步为了解释的目的，示例过程1000的块被描述为串行或线性地发生。然而，在一些实施例中，示例过程1000的多个块并行发生。此外，示例过程1000的块不需要以所示的顺序执行，和/或示例过程1000的一个或更多个块不需要执行。
示例过程1000的步骤1004包括提供具有第一表面的第一衬底，第一表面是非平坦表面。在一些实施例中，过程1000包括增材地制造第一衬底的步骤1002。在一些实施例中，过程1000包括在步骤1006在第一衬底上沉积光学涂层的步骤1006。示例过程艺1000的步骤1008包括将光学膜放置成与第一表面接触。示例过程1000的步骤1010包括使第一材料层与光学膜接触。在一些实施例中，过程1000包括放置第二衬底的步骤1012，该第二衬底具有与第一材料层接触的第二表面。示例过程1000的步骤1014包括固化第一材料层以形成镜片。在一些实施例中，过程1000包括经由全内反射在第二衬底内传播紫外光的步骤1016。
根据这些原理，我们转向某些实施例。
根据一些实施例，制造定制镜片的方法包括提供具有第一表面的第一衬底，第一表面是非平坦表面(例如，图4D)。在一些实施例中，第一衬底是模具，并且第一表面是自由形式的表面。该方法包括将光学膜放置成与第一表面接触(例如，图4F)。在一些实施例中，非平坦表面的相当一部分(例如，超过50％、70％、90％、95％或99％的部分)与光学膜接触。在一些实施例中，光学膜是弹性的(或弹性体的)，使得当光学膜被放置在第一表面上时(例如，在真空形成期间)，光学膜可以拉伸。该方法包括使第一材料层与光学膜接触(例如，图4G)；以及固化第一材料层以形成镜片(例如，图4H、图4I)。光学膜具有比第一表面更低的表面粗糙度。在一些实施例中，光学膜是塑料膜，并且塑料膜的表面粗糙度优于20nm RMS。
在一些实施例中，定制镜片被配置成校正镜片的用户的光学像差。在一些实施例中，该方法包括增材地制造具有第一表面的第一衬底。在一些实施例中，增材地制造第一衬底包括3D印刷第一衬底。在一些实施例中，第一衬底是多孔的(例如，图5C)。例如，在一些实施例中，第一衬底是塑料。在一些实施例中，通道被限定在第一衬底中(例如，图5A-图5B)。
在一些实施例中，该方法包括通过第一衬底施加真空。在一些实施例中，第一材料包括一种或更多种单体。在一些实施例中，光学膜由第二材料制成，并且固化后的第一材料和第二材料具有匹配的折射率。在一些实施例中，两种材料的折射率相差小于例如+/-5％、+/-2％或+/-0.5％。
在一些实施例中，光学膜包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)或聚碳酸酯中的至少一种。在一些实施例中，第一材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯、聚苯乙烯或聚氨酯中的至少一种。在一些实施例中，光学膜包括光学镜面表面。在一些实施例中，光学膜的厚度是100微米或更大(在100-500微米之间，例如，小于1mm)。在一些实施例中，光学膜的厚度是第一表面的曲率的函数。
在一些实施例中，该方法还包括将具有第二表面的第二衬底放置成与第一材料层接触(例如，图4I)。在一些实施例中，第二表面是平坦表面(例如，图4I)。在一些实施例中，将具有第二表面的第二衬底放置成与第一材料层接触包括将第二表面放置在第一材料层上。在一些实施例中，第二表面与第一材料层接触。在一些实施例中，具有第一表面的第一衬底被压入第一材料层中，以在第一材料中形成第一表面的印记(imprint)。
在一些实施例中，当具有第一表面的第一衬底与第一材料接触时，第一材料被固化。在一些实施例中，镜片具有与第一表面互补的轮廓。
在一些实施例中，第二表面形成镜片的光学镜面平坦表面。
在一些实施例中，固化包括经由全内反射在第二衬底内传播紫外光。在一些实施例中，第二衬底包括在与第二表面相对的表面上的一个或更多个特征，以输出在第二衬底内传播的紫外光的至少一部分。在一些实施例中，固化包括加热第一材料。
在一些实施例中，该方法包括在光学膜上沉积光学(例如，硬)涂层。
在一些实施例中，该方法包括向树脂中添加镜片着色化学品。在一些实施例中，第一表面是凹面。在一些实施例中，第一表面是凸面。
在另一方面，一种方法包括提供第一光学元件；以及当第一材料与第一光学元件接触时形成镜片，使得形成的镜片与第一光学元件集成。在一些实施例中，第一光学元件包括眼睛跟踪设备的光学元件。
在另一方面，镜片包括限定镜片的第一表面的光学膜，第一表面是非平坦表面；以及与第一表面接触并限定镜片的与第一表面相对的第二表面的固化材料。
在一些实施例中，第二表面是平坦表面。在一些实施例中，光学膜的厚度是100微米或更大。在一些实施例中，光学膜的厚度在100-500微米之间。在一些实施例中，固化材料和光学膜具有匹配的折射率。
为了解释的目的，已经参考具体实施例描述了前面的描述。然而，上述说明性讨论并不旨在是穷举的或将权利要求的范围限制到所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。选择实施例是为了最好地解释权利要求书的基本原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最佳地使用具有各种修改的实施例，以适合预期的特定用途。

Claims (20)

1.一种制造定制镜片的方法，所述方法包括：
提供具有第一表面的第一衬底，所述第一表面是非平坦表面；
将光学膜放置成与所述第一表面接触；
使第一材料层与所述光学膜接触；以及
固化所述第一材料层以形成镜片，
其中所述光学膜具有比所述第一表面更低的表面粗糙度。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括增材地制造具有所述第一表面的所述第一衬底。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一衬底是多孔的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一衬底中限定通道。
5.根据权利要求1所述的方法，包括通过所述第一衬底施加真空。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一材料包括一种或更多种单体。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学膜由第二材料制成，并且固化后的所述第一材料和所述第二材料具有匹配的折射率。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述光学膜包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)或聚碳酸酯中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯、聚苯乙烯或聚氨酯中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学膜包括光学镜面表面。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学膜的厚度是100微米或更大。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述光学膜的厚度是所述第一表面的曲率的函数。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括将具有第二表面的第二衬底放置成与所述第一材料层接触。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二表面形成所述镜片的光学镜面平坦表面。
15.根据权利要求13所述的方法，其中固化包括经由全内反射在所述第二衬底内传播紫外光。
16.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述光学膜上沉积光学涂层。
17.一种方法，包括：
提供第一光学元件；以及
在第一材料与所述第一光学元件接触时根据权利要求1所述的方法形成镜片，使得所形成的镜片与所述第一光学元件集成。
18.一种镜片，包括：
光学膜，所述光学膜限定所述镜片的第一表面，所述第一表面是非平坦表面；以及
固化材料，所述固化材料与所述第一表面接触并限定所述镜片的与所述第一表面相对的第二表面。
19.根据权利要求18所述的镜片，其中所述光学膜的厚度是100微米或更大。
20.根据权利要求18所述的镜片，其中所述固化材料和所述光学膜具有匹配的折射率。
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