CN115552300A - 用于将折射光学器件与衍射目镜波导显示器集成的方法和系统 - Google Patents

用于将折射光学器件与衍射目镜波导显示器集成的方法和系统 Download PDF

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CN115552300A CN202180034835.7A CN202180034835A CN115552300A CN 115552300 A CN115552300 A CN 115552300A CN 202180034835 A CN202180034835 A CN 202180034835A CN 115552300 A CN115552300 A CN 115552300A
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Abstract

目镜波导包括具有世界侧和用户侧的一组波导层。目镜波导还包括：第一盖板，其具有第一屈光力并且与一组波导层的世界侧相邻地设置；以及第二盖板，其具有第二屈光力并且与一组波导层的用户侧邻近地设置。

Description

用于将折射光学器件与衍射目镜波导显示器集成的方法和 系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年5月14日提交的题为“Method and System for Integrationof Refractive Optics with a Diffractive Eyepiece Waveguide Display(用于将折射光学器件与衍射目镜波导显示器集成的方法和系统)”的美国临时专利申请No.63/025,069的优先权，其公开以其整体内容通过引用并入本文用于所有目的。
背景技术
现代计算和显示技术已经有助于用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中，数字再现的图像或其部分以其看起来是真实的或可以被感知为真实的方式呈现给观察者。虚拟现实或者“VR“场景典型地涉及数字或者虚拟图像信息的呈现，而对于其他实际现实世界视觉输入不透明；增强现实或者“AR”场景典型地涉及将数字或者虚拟图像信息呈现为对观察者周围的实际世界的可视化的增强。
不管在这些显示技术中取得的进步，在本领域中需要涉及增强现实系统，特别是显示系统，的经改进的方法和系统。
发明内容
本发明一般涉及用于波导显示器的方法和系统。更特别地，本发明的实施例提供了将折射光学器件与衍射目镜波导显示器(也称为波导显示器)集成的方法和系统。本发明适用于计算机视觉和图像显示系统中的各种应用。
如本文所描述的，本发明的实施例涉及用于制造具有屈光力的层压透镜和光学元件的方法和系统，其可与形成增强现实显示设备的一部分的衍射目镜波导一起使用。如本文所描述的，提供了用于混合现实显示器的透镜与波导光学组合器集成的方法。在特定实施例中，利用一对透镜来创建虚拟图像深度平面，同时保留现实世界对象的深度平面。该对透镜与波导层集成，以提供非常薄且紧凑的可穿戴形状因子，并通过减少该对透镜中透镜之间的距离，同时补偿世界观的透镜效果，改善用户体验，包括高光传输。
根据本发明的实施例，提供了一种制造光学元件的方法。该方法包括：提供衬底；形成耦接到衬底的可浇铸材料，以及使用模具浇铸可浇铸材料。该方法还包括固化可浇铸材料和移除模具。
根据本发明的另一实施例，提供了一种制造光学元件的方法。该方法包括提供具有模板的模具组，并且在模板之间放置可模制材料。该方法还包括连接模板，固化可模制材料以形成光学元件，以及从模具组移除光学元件。
根据本发明的特定实施例，提供了一种目镜波导。该目镜波导包括具有世界侧和用户侧的一组波导层。所述目镜波导还包括：第一盖板，其具有第一屈光力并且与所述一组波导层的所述世界侧邻近地设置；以及第二盖板，其具有第二屈光力并且与所述一组波导的所述用户侧邻近地设置。
本发明通过常规技术实现了许多益处。例如，本发明的实施例提供了提供紧凑目镜波导系统的方法和系统，该目镜波导系统具有用作盖板和透镜两者的集成层压透镜或光学元件。而且，由于本发明的实施例使得与目镜波导集成的成对地透镜能够彼此靠近地定位，因此与常规技术相比，减少了光学像差。结合下文和附图更详细地描述本发明的这些和其他实施例及其许多优点和特征。
附图说明
图1A是示出根据本发明的实施例的包括目镜波导和层压透镜对的观察光学组件的简化截面图。
图1B是示出根据本发明的实施例的包括目镜波导和一组具有屈光力的盖板的观察光学组件的简化截面图。
图2A至图2C是示出根据本发明的实施例的用于制造层压透镜的过程的简化截面图。
图2D是示出根据本发明的另一实施例的用于制造层压透镜的过程的简化截面图。
图3A至图3D是示出根据本发明的实施例的用于使用母版制造层压透镜的过程的简化截面图。
图4是根据本发明的实施例的层压透镜的简化截面图。
图5是根据本发明的实施例的覆盖目镜波导的元件的层压透镜的简化平面图。
图6A至图6C是示出根据本发明的实施例的用于制造具有正屈光力的层压透镜的过程的简化截面图。
图7A至图7C是示出根据本发明的另一实施例的用于制造具有正屈光力的层压透镜的过程的简化截面图。
图8是根据本发明的实施例的用于形成多个层压透镜的系统的简化透视图。
图9A至图9D是示出根据本发明的实施例的用于制造光学元件的过程的简化截面图。
图10是示出根据本发明的实施例的具有抗粘附涂层的模具的简化截面图。
图11A是示出根据本发明的实施例的在光学元件的平面侧上制造的具有纳米特征的光学元件的简化截面图。
图11B是示出根据本发明的实施例的在光学元件的弯曲侧上制造的具有纳米特征的光学元件的简化截面图。
图11C是示出根据本发明的实施例的在光学元件的平面侧和弯曲侧上制造的具有纳米特征的光学元件的简化截面图。
图12是示出根据本发明的实施例的包括目镜波导和一组光学元件的VOA的简化截面图。
图13A是示出根据本发明的实施例的双凸层压透镜的简化截面图。
图13B是示出根据本发明的实施例的凸弯月形透镜的简化截面图。
图13C是示出根据本发明的实施例的消色差层压透镜的简化截面图。
图13D是示出根据本发明的实施例的复消色差层压透镜的简化截面图。
图14A是示出根据本发明的实施例的第一模具的简化透视图。
图14B是示出根据本发明的实施例的第一模制件的简化透视图。
图14C是根据本发明的实施例的释放(release)层涂覆过程之前和之后的模制件的一部分的简化侧视图。
图14D是示出根据本发明的实施例的涂覆的第一模制件的透视图。
图14E是示出根据本发明的实施例的第二模制件的简化透视图。
图14F是示出根据本发明的实施例的涂覆的第二模制件的透视图。
具体实施方式
本发明一般涉及用于波导显示器的方法和系统。更特别地，本发明的实施例提供了将折射光学器件与衍射目镜波导显示器(也被称为波导显示器)集成的方法和系统。本发明适用于计算机视觉和图像显示系统中的各种应用。
图1A是示出根据本发明的实施例的包括目镜波导和层压透镜对的观察光学组件的简化截面图。如图1A所示，观察光学组件(VOA)100包括目镜波导110、第一层压透镜112和第二层压透镜114。在实施例中，目镜波导被设计为生成看起来源于无限距离的虚拟图像。为了使得用户能够感知虚拟图像源于非无限深度平面，利用具有负屈光力的第一层压透镜112来发散由目镜波导110生成的光线，这导致由目镜波导110生成的虚拟图像看起来源自距用户预定距离(例如，1米或0.3米)的深度平面。在一些实施方式中，第一层压透镜112被称为内透镜或用户侧透镜，因为它位于目镜波导的面向用户的一侧。
为了使得从VOA的世界侧入射在VOA 100上的光能够出现在与世界上的各种对象相关联的特定距离处，利用第二层压透镜114来补偿第一层压透镜112的屈光力。因此，如图1A所示，第二层压透镜114具有与第一层压透镜112的负屈光力相等且相反的正屈光力。在一些实施方式中，第二层压透镜114被称为外侧透镜或世界侧透镜，因为它位于目镜波导的面向世界的一侧。如对于本领域技术人员显而易见的，将第一层压透镜112和第二层压透镜114更靠近地定位在一起的能力使能对这些透镜形成补偿对的能力的改进。通过将透镜制造为层压透镜，由于折射元件被形成在盖板上，因此消除了折射元件与盖板之间的间距。此外，与常规透镜相比，减少层压透镜的厚度，这对于AR可穿戴设备是有利的。
图1B是示出根据本发明的实施例的包括目镜波导和一组光学元件的观察光学组件的简化截面图。如本文更充分地描述的，光学元件可以被称为具有屈光力的盖板或盖玻璃。这些光学元件或盖板可以由各种材料制造，包括玻璃或有机材料，例如聚合物，诸如但不限于聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃聚合物等。
参考图1B，VOA 150包括目镜波导160、第一光学元件162和第二光学元件164。因为光学元件提供机械功能(即保护波导层)和光学功能(即聚焦或散焦入射光)，所以光学元件可以被称为具有屈光力的盖板。在实施例中，目镜波导被设计为生成看起来源于无限距离的虚拟图像。为了使得用户能够感知虚拟图像源于非无限深度平面，利用具有负屈光力的第一光学元件162来发散由目镜波导160生成的光线，这导致由目镜波导160生成的虚拟图像看起来源自距用户预定距离(例如，1米或0.3米)的深度平面。在一些实施方式中，第一光学元件162被称为内盖板或用户侧盖板，因为它位于目镜波导的面向用户的一侧。
为了使得从VOA的世界侧入射在VOA 150上的光能够出现在与世界上的各种对象相关联的特定距离处，利用第二光学元件164来补偿第一光学元件162的屈光力。因此，如图1B所示，第二光学元件164具有与第一光学元件162的负屈光力相等且相反的正屈光力。在一些实施方式中，第二光学元件164被称为外盖板或世界侧盖板，因为它位于目镜波导的面向世界的一侧。如对于本领域技术人员显而易见的，将第一光学元件162和第二光学元件164更靠近地定位在一起的能力使能对这些具有屈光力的盖板形成补偿对的能力的改进。
与利用单独且独立的内透镜和外透镜的常规设计(其通常具有约～2mm-3mm的最小厚度以保持其机械刚度，从而产生约7mm厚的VOA)相比，本文所描述的具有屈光力的层压透镜和盖板可以具有非常小的厚度，例如，约<1mm，例如，～600μm，减少了VOA的厚度，在一些情况下从7mm减小到<3mm，因此导致比使用常规方法可实现的更轻和更小的VOA。而且，由于光学元件彼此靠近地定位，如沿着正交于VOA的纵轴所测量的，本发明的实施例的特征在于用户的较高光学质量，因为相对于使用常规方法的系统，由具有屈光力的透镜组或盖板提供的补偿得以改进。
图2A至图2C是示出根据本发明的实施例的用于制造层压透镜的过程的简化截面图。参考图2A，衬底210连同模具220一起提供。在一些实施例中，玻璃衬底用作衬底210，但这对于本发明不是必需的。在其他实施例中，具有适合的机械刚性、光学透明度等的其他衬底用作衬底210，包括塑料衬底、聚合物衬底、模制光致抗蚀剂衬底及其组合等。衬底210是平面衬底，适合于形成具有至少一个平坦表面的模制膜，但是，如关于图2D所描述的，根据本发明的一些实施例，可以使用弯曲衬底。衬底210可以用衬底清洁过程(诸如酸性或碱性食人鱼(piranha)、碱性或酸性或中性水基超声波过程、水旋漂洗干燥方法或类似过程)清洁。具有模具复制品将被浇铸/固化的清洁表面的衬底210可以用薄的粘合剂中间交联层(例如，<10nm)处理，该中间交联层可以使用诸如但不限于蒸汽处理、槽模、喷涂、旋涂、喷墨、丝网涂覆等涂覆过程进行涂覆。这样的粘合剂涂层使得模制材料能够与中间粘合层形成化学、氢键或物理键，使得模制透镜在复制后不具有断裂或剥离缺陷，并确保模制部件随着时间的推移和使用磨损的可靠性。
衬底210也可以被机械地约束到真空卡盘上的平面上，例如，以便在透镜模制过程期间不赋予曲率的机械变化。作为示例，模具220可以被制造为具有预定曲率，其可以具有内置的偏置以考虑例如约～10％的材料体积收缩，以便制造具有匹配的或期望的预定曲率的模制膜，即，曲率半径为R＝0.5665m的模具和曲率半径为R＝-0.515m的模制膜。因此，在n＝1.53的折射率处，模制透镜将具有-1000mm的焦点深度。在图2A所示的实施例中，模具220是用于形成平凹模制膜的凸模具，但是在其他实施方式中，利用其他曲率。可浇铸材料或可固化树脂212以未反应或半反应的形式沉积，例如，作为从低到高粘度(10cP～1000cP)的液体分配在衬底210上或模具上(如稍后所描述的)。可浇铸材料212可以是使用紫外线(UV)辐射固化以提供具有固定几何形状和高光学透明度的模制膜的树脂，即UV可固化树脂、UV可固化光致抗蚀剂等。分配可浇铸材料或可固化树脂212的沉积过程可包括但不限于微喷射、正排量型系统，诸如注射泵、移液管等。
如图2B所示，使模具220接近衬底210，并且可浇铸材料212被压缩在模具和衬底之间，从而将面向模具的可浇铸材料的表面成形为匹配的预定曲率。在所示示例中，模具220具有凸曲率，从而针对面向模具220的可浇铸材料212的表面产生凹曲率。因为在图2A至图2C所示的实施例中衬底210是平面的，所以面向衬底210的可浇铸材料的表面是平面的。如对于本领域技术人员显而易见的，可浇铸材料的成形以某种方式执行，使得在固化之后，可浇铸材料的表面具有适合于层压透镜期望的光学效果(例如，预定焦距)的曲率。
将设置在模具220与衬底210之间的成形的可浇铸材料212暴露于UV辐射230，以便将可浇铸材料固化成由模具和衬底压制在可浇铸材料上的形状。对于在不同UV-Vis波长范围下曝光的各种UV可固化材料，UV固化可以例如在几十秒的时间，例如从几分钟到小于一分钟，例如30秒内执行。可以使用固化灯，包括金属卤化物灯、汞灯或具有期望波长光谱的LED组。
图2C示出了一旦可浇铸材料已经固化，模具220与模制膜214的分离。因此，使用图2A至图2C所示的过程，提供了附接到衬底并由衬底支持的模制膜214。模制膜214的曲率可以对于特定应用酌情制造，例如，制造为非球面光学元件，尽管这不是必需的，并且也可以制造球面。通常，在平凹透镜的示例中，沿着光轴(也称为纵轴，其与图2A中的z轴对准)测量的模制膜214的厚度在x-y平面中测量的范围从零或接近零(例如，在纳米到几微米的尺度上，在模制膜214的中心处)到最大横向范围处的～300μm范围内。因此，利用本发明的实施例，可以生产由衬底210机械支撑的极薄的模制膜，使得能够生产比可使用常规注射模制过程生产的透镜结构更薄的透镜结构。这应该与常规的自支撑透镜形成对比。作为示例，如果利用平凹透镜，则平凹透镜中心的厚度以及与厚度的函数相关的平凹透镜的机械刚性将限制减小透镜厚度的能力。相反，本发明的实施例可以利用低至零的模制膜的厚度，包括在模制膜的中心处的几纳米至几微米的厚度，其可以被认为是约零，因为模制膜由衬底支撑。因此，层压透镜的厚度由衬底的厚度(例如，约1mm或更低)和屈光力确定，屈光力影响平凹透镜边缘和平凸透镜中心处的模制膜的厚度(例如600μm)。
与以适合于机械支撑透镜以及提供屈光力的尺寸制造的常规透镜相反，本发明的实施例利用衬底提供机械刚性和支撑，同时利用模制膜提供屈光力。因此，通过将这两种功能分离成两种结构/材料，本发明的实施例能够在封装中提供类似的机械和光学功能，该封装是常规透镜尺寸的一部分，特别是沿着光轴或纵轴的厚度。作为示例，使用刚性玻璃衬底，可以在刚性玻璃衬底上形成刚性小得多且不自支撑的模制膜，实现约300μm-600μm的模制膜的厚度，如果透镜将由用作模制膜的材料制造，则这将是不可能的。
应当理解，尽管使用图2A至图2C所示的过程制造单个透镜，但是本发明的实施例不限于使用本文所描述的方法和系统制造单个透镜。相反，模具220可以由多个凸曲率区域表征，从而使用多透镜模具并发或同时形成多个透镜。因此，例如，在图2A至图2C中，而且在其他附图中，示出了使用单个透镜模具制造单个透镜的图示，仅为了便于说明而提供，并且不旨在限制本发明的实施例。
发明人已经确定，在树脂材料固化期间，浇铸材料发生机械和体积材料收缩作为透镜几何形状。然而，该机械收缩是可预测的，并且可以在透镜设计过程中考虑，消除了衬底中的不期望的弯曲/翘曲(如果有的话)，机械地约束衬底以避免不期望的衬底或模具运动，其中模具的曲率相对于透镜的期望曲率修改，导致在模制和机械收缩已经发生之后，透镜用期望的曲率表征。而且，因为由不同折射率表征不同可浇铸材料可以与本文所描述的过程结合使用，所以可以使用单个模具来生产具有不同焦距的层压透镜。发明人已经确定，通过利用其折射率从约1.5到1.75变化的可浇铸材料，可以产生从～0.85F到～1.1F变化的焦距，其中F是焦距(例如，1/3.5屈光度)。
图2D是示出根据本发明的另一实施例的用于制造层压透镜的过程的简化截面图。图2D与图2A共享一些相似性，并且关于图2A提供的描述适当地应用于图2D。如图2D所示，衬底240以弯曲的几何形状表征，使能制造具有两个弯曲表面的模制膜，在这种情况下，凸下表面242和凹上表面244，从而取决于模具220和衬底240的曲率形成正或负透镜。
参考图2D，示出了在柔性塑料衬底(例如，由比如说PC、PET、PEN等组成的有机材料)上模制折射透镜的过程。这样的塑料衬底具有低于10GPa的弹性模量，这与例如薄玻璃衬底(例如，碱石灰、熔融石英等)不同，它具有更高的弹性模量。塑料衬底也可以成卷出现，用于在使用这样的衬底的幅材或片材过程中使用，并且塑料衬底可以具有均匀厚度的预定曲率，其中图2D是出于说明性目的而提供的示例截面。
参考图2D，衬底240连同模具220一起提供。在一些实施例中，玻璃衬底用作衬底240，但这对于本发明不是必需的。在其他实施例中，具有适合的机械刚性、光学透明度等的其他衬底用作衬底240，包括塑料衬底、聚合物衬底、模制光致抗蚀剂衬底及其组合等。作为示例，模具220可以被制造为具有预定曲率，其可以具有内置的偏置以考虑例如约～10％的材料体积收缩，以便制造具有匹配的或期望的预定曲率的模制膜，即，曲率半径为R＝0.5665m的模具和曲率半径为R＝-0.515m的模制膜。因此在n＝1.53的折射率处，模制透镜将具有-1000mm的焦点深度。在图2D所示的实施例中，模具220是用于形成凹凸模制膜的凸模具，但是在其他实施方式中，利用其他曲率。可浇铸材料或可固化树脂212以未反应或半反应的形式沉积，例如，作为从低到高粘度(10cP～1000cP)的液体分配在衬底210上或模具上(如稍后所描述的)。可浇铸材料212可以是使用紫外线(UV)辐射固化以提供具有固定几何形状和高光学透明度的模制膜的树脂，即UV可固化树脂、UV可固化光致抗蚀剂等。分配可浇铸材料或可固化树脂212的沉积过程可包括但不限于微喷射、正排量型系统，诸如注射泵、移液管等。
如关于图2B和2C所讨论的，使模具220接近衬底240，并且可浇铸材料212被压缩在模具和衬底之间，从而将面向模具的可浇铸材料的表面成形为匹配的预定曲率。然后将设置在模具220和衬底240之间的成形的可浇铸材料212暴露于UV辐射，以便将可浇铸材料固化成由模具和衬底压制在可浇铸材料上的形状。对于各种UV可固化材料，UV固化可以例如在几十秒的时间内，例如从几分钟到小于一分钟，例如30秒执行。
在固化之后，将模具220与模制膜分离以产生具有弯曲衬底的层压透镜。
图3A至图3D是示出根据本发明的实施例的用于使用母版制造层压透镜的过程的简化截面图。在该过程中，创建与母版模具相反色调的中间子母版。如下文所描述的，图3C所示的具有模制膜314的衬底310可以被认为是中间模具或子母版，它用于产生与用作母版的模具320相同的透镜色调。换句话说，从模具320开始，提供了一个过程，其中通过使用子母版将图3D所示的可浇铸材料334模制以提供模制膜，该子母版是模具320的厚度的一部分。例如，参考图3D，与通常具有超过2mm厚度的模具320的厚度相比，模制膜314和抗粘附涂层316可具有小于1mm的组合厚度。
参考图3A，衬底310连同模具320一起提供。在一些实施例中，玻璃衬底用作衬底310，但这对于本发明不是要求的。在其他实施例中，具有适合的机械刚性、光学透明度等的其他衬底用作衬底310，包括塑料衬底、聚合物衬底、模制光致抗蚀剂衬底及其组合等。衬底310是平面衬底，适合于形成具有至少一个平坦表面的模制膜，但是根据本发明的一些实施例，可以使用弯曲衬底。模具320被制造为具有预定曲率，以便制造具有匹配的预定曲率的模制膜，即，曲率半径为R＝1m的模具和曲率半径为R＝-1m的模制膜。在图3A所示的实施例中，模具320是用于形成平凹模制膜的凸模具，但是在其他实施方式中，利用其他曲率。可浇铸材料312被沉积在衬底310上，例如作为液体分配。可浇铸材料312可以是使用紫外线(UV)辐射固化以提供具有固定几何形状和高光学透明度的模制膜的树脂，即UV可固化树脂、UV可固化光致抗蚀剂等。
如图3B所示，使模具320接近衬底310，并且可浇铸材料312被压缩在模具和衬底之间，从而将面向模具的可浇铸材料的表面成形为匹配的预定曲率。在所示示例中，模具320具有凸曲率，从而为面向模具320的可浇铸材料312的表面产生凹曲率。因为在图3A至图3C所示的实施例中衬底310是平面的，所以面向衬底310的可浇铸材料的表面是平面的。如对于本领域技术人员显而易见的，可浇铸材料的成形以某种方式执行，使得在固化之后，可浇铸材料的表面具有适合于层压透镜期望的光学效果(例如，预定焦距)的曲率。
将设置在模具320和衬底310之间的成形的可浇铸材料312暴露于UV辐射330，以便将可浇铸材料固化成由模具和衬底压制在可浇铸材料上的形状。对于各种UV可固化材料，UV固化可以例如在几十秒的时间内，例如从几分钟到小于一分钟，例如30秒执行。
图3C示出了一旦可浇铸材料已经固化，模具320与模制膜314的分离。因此，使用图3A至图3C所示的过程，提供了附接到衬底并由衬底支持的模制膜。
图3D示出了在它已经涂覆有抗粘附涂层316之后从而形成子母版的模制膜31。作为示例，可以使用无机层(诸如氧化物或氮化物，例如氧化硅或氮化硅)来制造抗粘附涂层316，该无机层例如使用大气压力等离子体增强化学气相沉积(APPECVD)过程来沉积。此外，可以使用适合作为脱模表面的金属层或其他有机含氟聚合物或硅烷基聚合物材料来制造抗粘附涂层316。无机涂层材料可包括但不限于SiO2、SiC、Al2O3、Si3N4、TiN、Cr、Ag、Au、Cu、Ir、Pt、Pd等。基于半导体的处理，诸如CVD或PVD过程，例如等离子体增强低压CVD、原子层沉积、蒸发、溅射等，可用于沉积这样的抗粘附涂层。诸如喷涂(雾化)、喷墨、刀口涂层、低压或大气蒸汽涂层的涂层方法可用于涂覆含氟聚合物、硅氧烷(硅树脂)或其他聚合物基涂层。因此，本发明的实施例可以利用各种各样的抗粘附材料，也称为释放层材料，包括无机材料；包括金属，诸如Au、Al等；或介电材料，诸如SiO2、Al2O3、TiN等。而且，本发明的实施例可以利用化学处理过程，诸如氟化表面释放化学处理，例如使用三氯(1H、1H、2H、2H-全氟辛基)硅烷等。
抗粘附涂层316的厚度可以是约几纳米，例如1nm、2nm、3nm等，或其也可以是几十纳米，例如10nm、20nm、30nm等，或其可以是几百纳米，例如100nm、200nm、300nm等，即足够厚以防止针孔并提供模具释放但足够薄以不影响模制膜314的曲率半径的厚度。
使用抗粘附涂层316对模制膜314的涂层提供了具有预定曲率的母版，以及用于模制使用与模制膜316相同的材料制成的附加模制膜的能力。如对于本领域技术人员显而易见的，如果使模制膜314与可浇铸材料334直接接触，假设它们由相同的材料制成，则可浇铸材料334在UV固化之后将结合到模制膜314。因此，使用抗粘附涂层316使得模制膜314能够在制造多个模制膜(例如，由可浇铸材料334制成的模制膜)期间用作母版。而且，在一些实施例中，UV固化可能导致可浇铸材料的收缩。在这种情况下，抗粘附涂层的存在可以提供疏水表面，该疏水表面使得可浇铸材料能够更容易地流动，从而改善了使用UV浇铸过程获得的结果。而且，抗粘附材料的使用促进在固化之后固化的模制膜从模具上剥离。尽管关于母版和图3D的制造讨论了抗粘附涂层316，但是应当理解，抗粘附涂层可用于本文所描述的模具上，例如，图2A所示的模具220和图3A所示的模具320。本领域普通技术人员将认识到许多变型、修改和替代。
再次参考图3D，模制膜314和抗粘附涂层316形成凹形母版，该凹形母版可用于形成由衬底340支持的平凸模制膜334。因此，在该实施例中，使用图3A至图3C所示的过程形成的模制膜可以涂覆并且然后用作母版以形成具有互补曲率的附加透镜。
图4是根据本发明的实施例的层压透镜的简化截面图。如图4所示，层压透镜400包括盖板405和模制膜410。在一些示例性实施例中，沿着z轴测量的层压透镜400的厚度是<1mm，其中盖板405的厚度是～0.3μm-0.4μm，并且模制膜410的厚度在模制膜的最厚部分处约300μm-500μm。如关于图11A至图11C更充分地讨论的，除了由表面411的曲率产生的折射特性之外，纳米特征可以压制在表面411上，例如在区域412中。
图5是根据本发明的实施例的覆盖目镜波导的元件的层压透镜的简化平面图。参考图5，层压透镜包括区域510，区域510覆盖实现通常由正交光瞳扩展器(OPE)和出射光瞳扩展器(EPE)执行的功能的组合光瞳扩展器(CPE)(未示出)。区域510可以与图9D中的部分915或图12中的部分1212或部分1222进行比较。层压透镜可以或可以不包括区域505，该区域505覆盖耦入光栅(ICG)502。
图6A至图6C是示出根据本发明的实施例的用于制造具有正屈光力的层压透镜的过程的简化截面图。参考图6A，衬底610连同模具620一起提供。在一些实施例中，玻璃衬底用作衬底610，但这对于本发明不是必需的。在其他实施例中，具有适合的机械刚性、光学透明度等的其他衬底用作衬底610，包括塑料衬底、聚合物衬底、模制光致抗蚀剂衬底及其组合等。衬底610是平坦衬底，适合于形成具有至少一个平坦表面的模制膜，但是根据本发明的一些实施例，可以使用弯曲衬底。模具620被制造为具有预定曲率，以便制造具有匹配的预定曲率的模制膜，即，曲率半径为R＝1m的模具和曲率半径为R＝1m的模制膜。在图6A所示的实施例中，模具620是用于形成平凸模制膜的凹模具，但是在其他实施方式中，利用其他曲率。可浇铸材料612被沉积在衬底610上，例如作为液体分配。可浇铸材料612可以是使用紫外线(UV)辐射固化以提供具有固定几何形状和高光学透明度的模制膜的树脂，即UV可固化树脂、UV可固化光致抗蚀剂等。
如图6B所示，使模具620接近衬底610，并且可浇铸材料612被压缩在在模具和衬底之间，从而将面向模具的可浇铸材料的表面成形为匹配的预定曲率。在所示示例中，模具620具有凹曲率，从而为面向模具620的可浇铸材料612的表面产生凸曲率。因为在图6A至图6C所示的实施例中衬底610是平坦的，所以面向衬底610的可浇铸材料的表面是平坦的。如对于本领域技术人员显而易见的，可浇铸材料的成形以某种方式执行，使得在固化之后，可浇铸材料的表面具有适合于层压透镜期望的光学效果(例如，预定焦距)的曲率。
将设置在模具620和衬底610之间的成形的可浇铸材料612暴露于UV辐射630，以便将可浇铸材料固化成由模具和衬底压制在可浇铸材料上的形状。对于各种UV可固化材料，UV固化可以例如在几十秒的时间，例如从几分钟到小于一分钟，例如30秒内执行。
图6C示出了一旦可浇铸材料已经固化，模具620与模制膜214的分离。因此，使用图6A至图6C所示的过程，提供了附接到衬底并由衬底支持的模制膜。模制膜614的曲率可以对于特定应用酌情制造，例如，制造成非球面光学元件，尽管这不是必需的，并且也可以制造球面。
图7A至图7C是示出根据本发明的另一实施例的用于制造具有正屈光力的层压透镜的过程的简化截面图。参考图7A，模具710连同衬底720一起提供。在一些实施例中，玻璃衬底用作衬底720，但这对于本发明不是必需的。在其他实施例中，具有适合的机械刚性、光学透明度等的其他衬底用作衬底720，包括塑料衬底、聚合物衬底、模制光致抗蚀剂衬底及组合等。衬底720是平坦衬底，适合于形成具有至少一个平坦表面的模制膜，但是根据本发明的一些实施例，可以使用弯曲衬底。
模具710被制造为具有预定曲率，以便制造具有匹配的预定曲率的模制膜，即，曲率半径为R＝-1m的模具和曲率半径为R＝1m的模制膜。在图7A所示的实施例中，模具710是用于形成平凸模制膜的凹模具，但是在其他实施方式中，利用其他曲率。可浇铸材料712被沉积在模具710上，例如作为液体分配。可浇铸材料712可以是使用紫外线(UV)辐射固化以提供具有固定几何形状和高光学透明度的模制膜的树脂，即UV可固化树脂、UV可固化光致抗蚀剂等。
如图7B所示，使衬底720接近模具710，并且可浇铸材料712被压缩在衬底和模具之间，从而将面向衬底的可浇铸材料的表面成形为具有无限曲率的平坦表面。在所示示例中，模具710具有凹曲率，从而为设置在模具710中的可浇铸材料712的表面产生凹曲率。因为在图7A至图7C所示的实施例中衬底720是平坦的，所以面向衬底710的可浇铸材料的表面是平坦的。如对于本领域技术人员显而易见的，可浇铸材料的成形以某种方式执行，使得在固化之后，可浇铸材料的表面具有适合于层压透镜期望的光学效果(例如，预定焦距)的曲率。
将设置在模具710和衬底720之间的成形的可浇铸材料712暴露于UV辐射730，以便将可浇铸材料固化成由模具和衬底压制在可浇铸材料上的形状。对于各种UV可固化材料，UV固化可以例如在几十秒的时间内执行，例如从几分钟到小于一分钟，例如30秒执行。
图7C示出了一旦可浇铸材料已经固化，模具710与模制膜714的分离。因此，使用图7A至图7C所示的过程，提供了附接到衬底并由衬底支持的模制膜。
图8是根据本发明的实施例的用于形成多个层压透镜的系统的简化透视图。如图8所示，将形成盖板的盖板材料的片材或幅材从右向左馈送。树脂分配器被定位以将可浇铸材料分配到片材或幅材上。分配的体积以及几何形状可以对于特定应用酌情选择。在图8所示的实施例中顶部和底部模具，尽管在一些实施例中，仅使用顶部模具，用于提供施加到片材或幅材的底部的机械支撑。利用UV固化，利用可选的加热，可浇铸材料被形成为具有期望形状的模具膜。在UV固化之后，模具膜可以与片材或幅材分离，用于组装成VOA。
图9A至图9D是示出根据本发明的实施例的用于制造光学元件的过程的简化截面图。在图9A至图9D所示的实施例中，不是将膜模制/浇铸沉积在衬底上，与目镜波导一起利用的盖玻璃被制造为包括屈光力。参考图9A，示出了第一模具910和第二模具920。在图9A所示的实施例中，第一模具910被制造为提供平坦模制表面，并且第二模具920被制造为在模制表面的第一部分上具有预定曲率，并且在模制表面的第二部分上具有平坦模制表面。因此，第二模具920包括具有有限曲率(例如非球面曲率)的第一部分922和平坦的第二部分924。
如图9B所示，可浇铸材料912被沉积在模具910上，例如作为液体分配。可浇铸材料912可以是使用UV辐射固化的树脂，即UV可固化树脂等。
如图9C所示，使第一模具910接近第二模具920，并且可浇铸材料912被压缩在第一模具和第二模具之间，从而将面向模具的可浇铸材料的表面酌情成形为匹配的预定表面曲率和平坦特征。在所示示例中，第二模具920的第一部分922具有凸曲率，从而为面向第二模具910的第一部分922的可浇铸材料912的表面产生凹曲率。在图9A至图9D所示的实施例中，因为第一模具910和第二模具920的第二部分924是平坦的，所以面向第一模具910和第二模具920的第二部分924的可浇铸材料912的表面是平坦的。如对于本领域技术人员显而易见的，可浇铸材料的成形以某种方式执行，使得在固化之后，可浇铸材料的表面具有适合于光学元件期望的光学效果(例如，预定焦距或平坦性)的曲率。
将设置在第一模具910与第二模具之间的成形的可浇铸材料912暴露于UV辐射930，以便将可浇铸材料固化成由模具压制在可浇铸材料上的形状。对于各种UV可固化材料，例如可以在约30秒的时间内执行UV固化。
如图9D所示，一旦可浇铸材料已经固化，第一模具910与第二模具920的分离导致光学元件914从模具中释放。因此，使用图9A至图9D所示的过程，产生具有平坦和弯曲表面的光学元件。在一些实施例中，平面区域916用于提供机械附接区域，使得光学元件914可以机械结合到目镜波导，如图12所示。弯曲区域915用于提供如本文所描述的折射效果。参考图5，在一些实施方式中，没有屈光力的平坦区域916可以被定位为使得入射在ICG 502上的光在其穿过光学元件914时不被聚焦。因此，除了用于机械附接之外，平坦区域916也可用于实现光学效果。
光学元件914还包括弯曲区域915，其可以用于在图9D所示的平凹设计中发散光线，以便在与用户预定距离处创建虚拟深度平面，如关于图1B所讨论的。因此，弯曲区域915的曲率可以对于特定应用酌情制造，例如，制造为非球面光学元件，尽管这不是必需的，并且也可以制造球面。通常，沿着光轴(其与图9A中的z轴对齐)测量的光学元件914的厚度，在该平凹弯曲区域915的示例中，在从弯曲区域914的中心处的300μm的基底厚度上的几微米到在x-y平面中测量的包括基底厚度的～600μm的最大横向范围处的～300μm范围内。
作为示例，一些目镜波导包括使用聚合物材料制造的波导层。该类型的目镜波导适合与使用聚合物材料制造的覆盖层一起使用，并直接模制/铸造以形成可提供覆盖层和透镜功能的光学元件。因此，利用聚合物目镜波导和聚合物光学元件两者，可以制造紧凑且机械刚性的夹层结构(例如，具有一致的热特性)，其中波导层为光学元件提供机械支撑，其强度可能不足以独立于波导层机械地支撑自身。面向光学元件的目镜波导的表面与光学元件之间的间隙可以是约100μm或更小。
而且，因为有不同折射率表征的不同可浇铸材料可以与本文所描述的过程结合使用，所以可以使用单个模具来生产具有不同焦距的层压透镜。发明人已经确定，对于0.515m的示例曲率半径，通过利用其折射率从约1.5到1.75变化的可浇铸材料，可以产生从+/-1m到0.690m变化的焦距。
图10是示出根据本发明的实施例的具有抗粘附涂层的模具的简化截面图。如图10所示，处于倒置位置的模具920已涂覆有抗粘附涂层1012。如关于图3D所讨论的，可以单独或组合地利用各种材料来形成抗粘附涂层1012。例如，抗粘附涂层1012可包括SiO2、Si3N4、TiN、Al2O3、Al、Ag、Ni或其组合，或者可以使用基于氟或基于硅氧烷的聚合物等。如对于本领域技术人员显而易见的，图10所示的抗粘附涂层也适合于用作图3D中的抗粘附涂层316。
在一些实施例中，纳米特征，包括使用纳米级压制技术形成的纳米特征，可以被形成在本文所描述的层压透镜或光学元件的表面上，以提供除了与材料表面的曲率相关联的折射特性之外的附加光学功能(即衍射光学效应)。作为示例，除了与平凹或平凸透镜轮廓相关联的折射之外，还可以使用在材料表面上形成的纳米特征来产生抗反射效果。除了抗反射效果之外，还可以实现其他衍射光学效果。本领域普通技术人员将认识到许多变型、修改和替代。
图11A是示出根据本发明的实施例的在光学元件的平坦表面上制造的具有纳米特征的光学元件的简化截面图。如图11A所示，例如衍射光栅、超表面等的纳米特征1116可以被形成在光学元件1110的平坦表面1114上。因此，当光入射在光学元件1110上时，如由光束1120所示，光在其穿过凹表面1112时散焦(即，折射效应)，并且经历由纳米特征1116的存在产生的平坦表面1114处的反射减少(即，由衍射效应产生的抗反射效应)。因此，除了作为表征凹表面1112的曲率的结果的折射聚焦之外，光在穿过包括纳米特征1116的平坦表面1114时经历衍射效应。
取决于所使用的纳米特征的特定设计，纳米特征可以是双折射的或非双折射的。作为示例，非双折射的并在透镜界面处提供反射减少的纳米结构可以使用以100nm-140nm的节距并且在高度上约100nm设置的柱来制造。替代地，可以在光学元件中以类似的节距和深度形成孔。
再次参考图9A-9D，本发明的实施例利用包括表面曲率和纳米图案化的模具以分别形成如由光学元件914的弯曲区域915所示的弯曲表面(对应于图11A中的凹表面1112)以及如图11A中的纳米特征1116所示的纳米特征。因此，尽管图9A所示的第二模具920的第一部分922仅示出为具有凸曲率，但是应当理解，第一部分922也可包括能够形成例如图11A至图11C所示的纳米特征的纳米图案化。因此，在图9A至图9D所示的单个制造过程中，可以在单个过程流程中制造产生折射和衍射光学效应的光学元件。这也可以应用于模制到衬底(例如，玻璃或塑料)上的弯曲表面，如图2C、图3C、图3D、图4、图6C、图7C、图13A、图13B、图13C、图13D、图14A、图14B、图14D、图14E和图14F所示。作为示例，具有屈光力和抗反射特性的盖板可以在单个过程流程中制造，而不需要后续涂覆以实现抗反射特性。
图11B是示出根据本发明的实施例的在光学元件的弯曲表面上制造的具有纳米特征的光学元件的简化截面图。除了在平坦表面上形成纳米特征之外，根据本发明的实施例，纳米特征可以在弯曲表面上形成。如图11B所示，纳米特征1134，例如超表面，可以被形成在光学元件的弯曲表面上。因此，当光入射在光学元件1130上时，如由光束1140所示，光在其穿过凹表面1132时散焦(即，折射效应)并且经历由纳米特征1134的存在产生的凹表面1132处的反射减少(即，由衍射效应产生的抗反射效应)。因此，可以通过在光学元件1130的一个表面上形成纳米特征来实现折射和衍射效应。
图11C是示出根据本发明的实施例的在光学元件的平坦表面和弯曲表面上制造的具有纳米特征的光学元件的简化截面图。作为图11A和图11B所示的设计的扩展，纳米特征1156和1158，例如超表面，可以形成在光学元件的弯曲表面以及平坦表面上。因此，当光入射在光学元件1150上时，如由光束1160所示，光在其穿过凹表面1152时散焦(即，折射效应)，并且经历由纳米特征1156的存在产生的凹表面1152处的反射减少(即，由衍射效应产生的抗反射效应)。而且，光可以经历相同的或附加的衍射效应，例如，由于在光学元件1150的平坦表面1154上制造的纳米特征1158而导致的反射的附加减少。
图12是示出根据本发明的实施例的包括目镜波导和一组光学元件的VOA的简化截面图。在图12中，VOA 1200包括目镜波导1230和一对光学元件，即世界侧光学元件1220和用户侧光学元件1210。如关于图1B所描述的，因为光学元件提供机械功能(即保护波导层)和光学功能(即聚焦或散焦入射光)，所以光学元件可以被称为具有屈光力的盖板。
如关于图1B所讨论的，目镜波导1200可以被设计为生成看起来源于无限距离的虚拟图像。为了使得用户能够感知虚拟图像源于非无限深度平面，利用部分1212具有负屈光力的第一光学元件1210来发散由目镜波导1230生成的光线，这导致由目镜波导1230生成的虚拟图像看起来源自距用户预定距离(例如，1米或0.3米)的深度平面。在一些实施方式中，第一光学元件1210被称为内盖板或用户侧盖板，因为它位于目镜波导的面向用户的一侧。除了具有负屈光力的部分1212之外，第一光学元件1210还包括平面部分1214。在典型的实施方式中，部分1214将在用户的观看区域之外，并且尽管部分1212和1214的横向尺寸在图12中示出为类似，但这不是本发明所必需的，并且部分1214可以具有部分1212的横向大小的一部分的横向大小。因此，部分1214被提供以使得能够将第一光学元件1210机械安装到目镜波导1230，而不影响与用户的观看区域相关联的清晰场。此外，取决于目镜波导的光学设计，ICG可以定位在目镜波导1230上以与部分1214横向重叠，从而使得来自投影仪入射在ICG上的光不能够由部分1212中的弯曲表面聚焦。因此，参考图5，部分1214可以与目镜波导1230的ICG 502横向重叠，并且部分1212可以与目镜波导123的CPE横向重叠。尽管在该设计中部分1214被示出为平坦的，但是这不是本发明所必需的，并且部分1214可包括用于机械对准的凹陷和/或突起等。本领域普通技术人员将认识到许多变型、修改和替代。
为了使得从VOA的世界侧入射在VOA 1200上的光能够出现在与世界上的各种对象相关联的特定距离处，利用第二光学元件1220来补偿第一光学元件1210的屈光力。因此，如图12所示，第二光学元件1220具有与第一光学元件1210的负屈光力相等且相反的正屈光力。在一些实施方式中，第二光学元件1220被称为外盖板或世界侧盖板，因为它位于目镜波导的面向世界的一侧。如对于本领域技术人员将显而易见的，将第一光学元件1210和第二光学元件1220更靠近地定位在一起的能力使能这些对具有屈光力的盖板形成补偿对的能力的改进。
除了具有正屈光力的部分1222之外，第二光学元件1220还包括平坦部分1224。在典型的实施方式中，部分1224将在用户的观看区域之外，并且尽管部分1222和1224的横向尺寸在图12中示出为类似，但这不是本发明所必需的，并且部分1224可以具有部分1222的横向大小的一部分的横向大小。因此，部分1224被提供以使得能够将第二光学元件1220机械安装到目镜波导1230，而不影响与用户的观看区域相关联的清晰场。尽管在该设计中部分1224被示出为平坦的，但是这不是本发明所必需的，并且部分1224可包括用于机械对准的凹陷和/或突起等。本领域普通技术人员将认识到许多变型、修改和替代。
再次参考图12，示出了VOA 1200的各个元件的尺寸。如图12所示，光学元件和目镜波导之间的间隔D可以是约几十微米，例如从～100μm到～1μm，从而提供非常小的间隙，同时仍然在目镜波导与具有屈光力的盖板之间提供空气间隙。如对于本领域技术人员将显而易见的，空气间隙的保留使得光能够在波导层内的通过全内反射(TIR)传播。可以利用各种技术来保持光学元件与目镜波导之间的间距D，包括粘合剂、微球或其他合适的间隔物、具有预定厚度的胶带等。利用具有屈光力的厚度(沿着纵向尺寸测量的)小于1mm(例如，～600μm)的盖板和具有约2mm的厚度的目镜波导，VOA的总厚度可以是约3mm，其是约使用常规设计制造的VOA的厚度的一半。
图13A是示出根据本发明的实施例的双凸层压透镜的简化截面图。如图13A所示，盖板1310向盖板的第一侧上的模制膜1312和盖板的相对侧上的模制膜1314提供机械支撑。因此，除了如图3C所示的平凹层压透镜之外，本发明的实施例还可以用于制造双凸层压透镜。应当注意，除了双凸层压透镜之外，可以通过在盖板1310上形成凹模制膜来提供双凹层压透镜。
图13B是示出根据本发明的实施例的凸弯月形透镜的简化截面图。如图13B所示，盖板1320向盖板的第一侧上的模制膜1322以及覆盖模制膜1322的模制膜1324提供机械支撑。通过利用具有不同折射率的两个不同模制膜，以形成层压透镜式的凸弯月形透镜。模制膜1322和1324的材料和厚度可以取决于特定应用来选择。应当注意，除了层压透镜式的凸弯月形透镜之外，还可以通过在盖板1320上形成凹模制膜来提供凹弯月形透镜。
图13C是示出根据本发明的实施例的消色差层压透镜的简化截面图。如图13C所示，盖板1340向盖板的第一侧上的模制膜1342以及覆盖模制膜1342的模制膜1344提供机械支撑。在该实施例中，模制膜1342是低折射率材料，并且模制膜1344是高折射率材料(与模制膜1342相比较)，从而形成消色差透镜。因此，通过利用具有不同折射率的两个不同模制膜，以形成层压透镜式的消色差透镜。模制膜1342和1344的材料和厚度可以取决于特定应用来选择。应当注意，除了层压透镜式的凸消色差透镜之外，还可以通过在盖板1340上形成凹模制膜来提供凹消色差透镜。
图13D是示出根据本发明的实施例的复消色差层压透镜的简化截面图。如图13D所示，盖板1350向盖板的第一侧上的模制膜1352、覆盖模制膜1352的模制膜1354和覆盖模制膜1354的模制膜1356提供机械支撑。在该实施例中，与模制膜1352和模制膜1356相比，模制膜135是低折射率材料，从而形成三重态。因此，通过利用在具有较低折射率的模制膜的任一侧上具有较高折射率模制膜的三种不同模制膜，以形成层压透镜式的复消色差透镜。模制膜1352、1354和1356的材料和厚度可以取决于特定应用来选择。应当注意，除了层压透镜式的凸复消色差透镜之外，还可以通过在盖板1350上形成凹模制膜来提供凹复消色差透镜。
图14A是示出根据本发明的实施例的第一模具的简化透视图。如图14A所示，第一模具1410是多透镜模具，并且适合于并行或同时制造多个透镜。应当理解，本文所描述的其他模具可以实现为多透镜模具，并且示出使用单个透镜模具制造单个透镜的图示仅仅是为了便于说明而提供的，并且不旨在限制本发明的实施例。在其他实施例中，第一模具1410被实现为单个透镜模具。本领域普通技术人员将认识到许多变型、修改和替代。如图14A所示，第一模具1410包括分布在第一模具1410的表面上的多个平凹凹部1412。尽管在图14A中示出了平凹凹部1412，但是本发明的实施例不限于该特定光学格式，并且在其他实施例中，可以在第一模具1410的顶部表面上形成凸特征。而且，一个或多个平凹凹部和一个或多个凸特征的组合可以对于特定应用酌情使用第一模具1410实现。
在第一模具1410中可以使用各种材料，包括玻璃、塑料、金属等。可以利用以机械刚性和抗UV辐射降解来表征的适合材料，包括材料的组合。
图14B是示出根据本发明的实施例的第一模制件的简化透视图。图14B所示的第一模制件1420由类似于图2A至图2C所讨论的过程类似的过程形成，但是利用凹的第一模具1410而不是关于图2A至图2C所讨论的凸模具。因此，使用可浇铸材料或可固化树脂形成第一模制件1420，该可浇铸材料或可固化树脂以未反应或半反应的形式沉积到第一模具1410中，与衬底(未示出)接近以形成期望的透镜形状，并且UV固化以形成第一模制件1420。
第一模制件1420可以用作如本文所描述的平凸透镜，例如，在观察光学组件中，或者可以用作柔性模具，其适合于在模制附加模制件期间用作模具。关于图14D示出了该后者用途。
如图14B所示，第一模制件1420具有与图14A所示的平凹凹部1412基本上匹配的平凸特征1422。如上文所讨论的，浇铸材料的机械和体积材料收缩可以在UV固化期间发生，然而，该机械收缩是可预测的，并且可以在透镜设计过程期间加以考虑，其中由于机械和体积材料收缩，平凸特征1422的曲率相对于平凹凹部1412的曲率被修改。因此，平凸特征1422的由在模制和机械和体积收缩已经发生之后的期望的曲率表征。
图14C是根据本发明的实施例的释放层涂覆过程之前和之后的模制件的一部分的简化侧视图。图14C所示的释放层涂覆过程适用于形成抗粘附涂层，如贯穿本说明书中更充分地描述的。参考图14C，提供了模制件1430，并且利用沉积过程在模制件1420上形成抗粘附涂层1432，也称为释放层涂层。参考图14B，可以在第一模制件1420上沉积抗粘附涂层，以形成涂覆有抗粘附涂层的多个凸特征，这使得后续材料能够在将涂覆的模制件用作模具之后被释放。
可以使用无机层(诸如氧化物或氮化物，例如氧化硅、氮化硅或其他电介质)来制造抗粘附涂层1432，该无机层例如使用大气压力等离子体增强化学气相沉积(APPECVD)过程沉积。此外，可以使用适合作为脱模表面的金属层或其他有机含氟聚合物或硅烷基聚合物材料来制造抗粘附涂层1432。可以使用有机处理过程，包括氟化表面释放化学处理，例如使用三氯(1H、1H、2H、2H-全氟辛基)硅烷等。无机涂层材料可包括但不限于SiO2、SiC、Al2O3、Si3N4、TiN、Cr、Ag、Au、Al、Cu、Ir、Pt、Pd等。基于半导体的处理，诸如CVD或PVD过程，例如等离子体增强低压CVD、原子层沉积、物理气相沉积、蒸发、溅射等，可用于沉积这样的抗粘附涂层。诸如喷涂(雾化)、喷墨、刀口涂层、低压或大气蒸汽涂层的涂层方法可用于涂覆含氟聚合物、硅氧烷(硅树脂)或其他聚合物基涂层。
抗粘附涂层1432的厚度可以是约几纳米，例如1nm、2nm、3nm等，或其也可以是几十纳米，例如10nm、20nm、30nm等，或其可以是几百纳米，例如100nm、200nm、300nm等，即足够厚以防止针孔并提供模具释放但足够薄以不影响产生的模制膜的曲率半径的厚度。
图14D是示出根据本发明的实施例的涂覆的第一模制件的透视图。因此，关于图14C所讨论的材料和过程已经被用于涂覆第一模制件1420，这导致涂覆的第一模制件1440的制造。涂覆的第一模制件1440可以用作模具，例如柔性模具，并且可以称为第一子模具，因为模具特征基于第一模具1410上存在的模具特征。如图14D所示，涂覆的第一模制件1440具有与图14B所示的平凸特征1422基本上匹配的平凸特征1442，并且涂覆有抗粘附或释放层涂层。
图14E是示出根据本发明的实施例的第二模制件的简化透视图。第二模制件1450以与关于图14B所示的第一模制件1420所讨论的方式类似的方式制造。因此，图14E中所示的第二模制件1450使用可浇铸材料或可固化树脂形成，该材料以未反应或半反应的形式沉积在衬底(未示出)上，接近涂覆的第一模制件1440以形成期望的透镜形状，并且以与图2A至图2C中所示的方式类似的方式进行UV固化以形成第二模制件1450。在涂覆的第一模制件1440上的抗粘附涂层的存在使得第二模制件1450能够在制造之后从涂覆的第一模制件1440分离。
第二模制件1450可以用作如本文所描述的平凹透镜，例如，在观察光学组件中，或者可以用作柔性模具，其适合于在模制附加模制件期间用作模具。关于图14F示出了该后者用途。
如上文关于平凸特征1422的曲率所讨论的，第二模制件1450具有与图14D所示的平凸特征1442基本上匹配的平凹凹部1452。如上文所讨论的，浇铸材料的机械和体积材料收缩可以在UV固化期间发生，然而，该机械收缩是可预测的，并且可以在透镜设计过程期间加以考虑，其中由于机械和体积材料收缩，平凹凹部1452的曲率相对于平凸特征1442的曲率被修改。因此，平凹凹部1452的由在模制和机械和体积收缩已经发生之后具有期望的曲率表征。
考虑到图14B和14E，本发明的实施例提供了两组互补模制件，其具有分别可用作正或负透镜的光学元件。可以控制与模制件的表面相关联的表面特征，以提供具有预定曲率的球面或非球面透镜。而且，这些互补模制件中的每一个可用于制造如上文关于图14D或下文关于图14F所讨论的附加模具。
图14F是示出根据本发明的实施例的涂覆的第二模制件的透视图。参考图14F，关于图14C所讨论的材料和过程已经被用于涂覆第二模制件1450，这导致涂覆的第二模制件1460的制造。涂覆的第二模制件1460可以用作模具，例如柔性模具，并且可以称为第二子模具，因为模具特征基于第二模制件1450上存在的模具特征。如图14F所示，涂覆的第二模制件1460具有与图14E所示的平凹特征1452基本上匹配的平凹特征1462，并且涂覆有抗粘附或释放层涂层。
考虑到图14D和14F，本发明的实施例提供了两个互补模具，即，涂覆的模制件，其具有分别可以在负或正透镜的制造期间使用的模具特征。可以控制与模具的表面相关联的表面特征，以提供用于具有预定曲率的球面或非球面透镜的模具。有效地复制表征第一模具1410的表面特征，考虑到伴随涂覆的第一模制件1430和涂覆的第二模制件1460的制造的机械和体积材料收缩，可以在透镜的制造过程期间使用具有相反曲率特征的两个互补模具，从而延长第一模具1411的寿命。
还应理解，本文所描述的示例和实施例仅用于说明目的，并且将向本领域技术人员建议根据其进行的各种修改或改变，并且将包括在本申请的精神和范围内以及所附权利要求书的范围内。

Claims (32)

1.一种目镜波导，包括：
一组波导层，其具有世界侧和用户侧；
第一盖板，其具有第一屈光力，并且与所述一组波导层的所述世界侧相邻地设置；以及
第二盖板，其具有第二屈光力，并且与所述一组波导层的所述用户侧相邻地设置。
2.根据权利要求1所述的目镜波导，其中，所述一组波导层包括三个波导层，所述三个波导层中的每一个波导层与红色、绿色、或蓝色波长相关联。
3.根据权利要求1所述的目镜波导，其中，所述第一屈光力是正的，并且所述第二屈光力是负的。
4.根据权利要求3所述的目镜波导，其中，所述第一屈光力与所述第二屈光力的绝对值相等。
5.根据权利要求1所述的目镜波导，其中，所述第一盖板或所述第二盖板中的至少一个包括纳米特征。
6.根据权利要求5所述的目镜波导，其中，所述纳米特征包括抗反射结构。
7.根据权利要求6所述的目镜波导，其中，所述抗反射结构被设置在所述第一盖板或所述第二盖板的平坦表面上。
8.根据权利要求1所述的目镜波导，其中，所述第一屈光力与通光孔相关联，并且所述第一盖板包括邻近所述通光孔的平面区域。
9.根据权利要求8所述的目镜波导，其中，所述第二屈光力与通光孔相关联，并且所述第二盖板包括邻近所述通光孔的平面区域。
10.根据权利要求1所述的目镜波导，其中，所述第一盖板与所述一组波导层的所述世界侧分离的距离在1μm与1mm之间，并且所述第二盖板与所述一组波导层的所述用户侧分离的距离在1μm与1mm之间。
11.根据权利要求1所述的目镜波导，其中，所述第一盖板的最大厚度小于1mm，并且所述第二盖板的最大厚度小于1mm。
12.根据权利要求11所述的目镜波导，其中，所述第一盖板包括第一衬底和被耦接到所述第一衬底的第一模制膜，并且其特征在于最小厚度在5nm与600nm之间；以及所述第二盖板包括第二衬底和被耦接到所述第二衬底的第二模制膜，并且其特征在于最小厚度在5nm与600nm之间。
13.一种制造光学元件的方法，所述方法包括：
提供衬底；
形成被耦接到所述衬底的可浇铸材料；
使用模具浇铸所述可浇铸材料；
固化所述可浇铸材料；以及
移除所述模具。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述衬底包括盖玻璃。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述盖玻璃是平面的。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述衬底包括平面聚合物结构。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述可浇铸材料包括UV固化树脂。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述模具包括抗粘附涂层。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述抗粘附涂层是疏水的。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述抗粘附涂层包括氧化硅或氮化硅。
21.根据权利要求13所述的方法，其中，浇铸所述可浇铸材料包括：在所述可浇铸材料中形成纳米特征。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述纳米特征是减少在所述可浇铸材料的界面处的反射的衍射特征。
23.一种制造光学元件的方法，所述方法包括：
提供具有模板的模具组；
在所述模板之间放置可模制材料；
接合所述模板；
固化所述可模制材料以形成所述光学元件；以及
从所述模具组移除所述光学元件。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述光学元件的特征在于负屈光力。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述光学元件的特征在于正屈光力。
26.根据权利要求23所述的方法，其中，所述模板中的一者的特征在于平面。
27.根据权利要求23所述的方法，其中，所述可模制材料包括UV固化树脂。
28.根据权利要求23所述的方法，其中，所述模板中的至少一个模板包括纳米特征。
29.根据权利要求23所述的方法，其中，所述光学元件包括平面区域和邻近所述平面区域的通光孔，并且其特征在于屈光力。
30.根据权利要求23所述的方法，其中，所述模具包括抗粘附涂层。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述抗粘附涂层是疏水的。
32.根据权利要求30所述的方法，其中，所述抗粘附涂层包括氧化硅或氮化硅。
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