CN113853537A - 具有内部光圈的透镜 - Google Patents

Abstract

一种具有内部光圈的透镜，包括光学透射材料的第一区域、光学透射材料的第二区域和内部光圈元件。光学透射材料的第一区域限定透镜的第一表面，第二区域限定透镜的第二表面，该第二表面与第一表面相反。内部光圈元件一体地设置在第一区域和第二区域之间，并限定透镜的光圈。

Description

具有内部光圈的透镜

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年6月18日提交的美国申请第62/862,888号和2019年11月20日提交的美国申请第16/689,558号的优先权。美国申请第62/862,888号和美国申请第16/689,558号的内容为了所有目的通过引用被全部并入本文。

公开领域

本公开的方面总体上涉及透镜，并且尤其但不排他地，涉及包括内部光圈(internal aperture)的透镜。

背景

智能设备是一种通常与其他设备或网络通信的电子设备。在某些情况下，智能设备可以被配置为与用户交互式地操作。智能设备可以被设计成支持各种形状因素，仅举几个示例，诸如头戴式设备、头戴式显示器(HMD)或智能显示器。

智能设备可以包括在各种应用(诸如游戏、航空、工程、医学、娱乐、视频/音频聊天、活动跟踪等)中使用的一个或更多个电子部件。例如，智能设备可以包括用于产生图像光的电子显示器、用于捕获用户和/或环境的图像的照相机、和/或用于照亮用户和/或环境的发光设备。因此，智能设备还可以包括一个或更多个与电子部件结合使用的光学组件。这种光学组件可以包括各种光学元件，例如透镜、偏振器、波导、反射器、波片等，这些光学元件被配置为传递、引导、过滤和/或聚焦来往于电子部件的光。

各种光学组件的尺寸要求可能取决于特定的应用。因此，随着对智能设备的小型化和/或精度的需求增加，对各种光学组件的小型化和精度的需求也增加。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了一种透镜，包括：光学透射材料的第一区域，其被配置为限定透镜的第一表面；光学透射材料的第二区域，其被配置为限定透镜的与第一表面相反的第二表面；以及一体地设置在第一区域和第二区域之间的内部光圈元件，其中内部光圈元件被配置成限定透镜的光圈。

在一些实施例中，光学透射材料优选包括玻璃，并且其中第一区域和第二区域形成玻璃的单一整体结构。

在一些实施例中，光学透射材料优选包括聚合物或树脂，并且其中第一区域和第二区域形成聚合物或树脂的单一整体结构。

在一些实施例中，内部光圈元件优选包括悬在光学透射材料内的不透明标签或贴纸。

在一些实施例中，内部光圈元件优选包括悬在光学透射材料内的墨水、黑变铝或铜黑涂层中的至少一种。

根据本发明的第二方面，提供了一种制造透镜的方法，该方法包括：当内部光圈元件设置在模腔内时，将液态光学透射材料分配到模腔中，其中内部光圈元件被配置成限定透镜的光圈；以及固化液态光学透射材料以形成具有第一表面、与第一表面相反的第二表面以及设置在透镜的第一表面和第二表面之间的内部光圈元件的透镜。

在一些实施例中，该方法优选地进一步包括：将第一模具与第二模具配合以限定第一模腔；将液态光学透射材料分配到第一模腔中；固化第一模腔中的液态光学透射材料，以形成限定透镜的第一表面的第一区域；移除第二模具以暴露透镜的第一区域；将内部光圈元件放置在透镜的第一区域上；将第三模具与第一模具配合以提供第二模腔；将液态光学透射材料分配到在内部光圈元件上方的第二模腔中；以及固化第二模腔中的液态光学透射材料以形成限定透镜第二表面的第二区域。

在一些实施例中，第一模具优选包括限定透镜第一表面的第一透镜形成表面，第二模具包括当第二模具与第一模具配合以提供第一模腔时与第一透镜形成表面相对的第二表面，第三模具包括限定透镜第二表面的第三透镜形成表面。

在一些实施例中，固化液态光学透射材料优选地包括紫外线(UV)固化过程，该过程包括用UV光照射液态光学透射材料。

在一些实施例中，第一模具、第二模具或第三模具中的至少一个优选地对UV光透明。

在一些实施例中，分配和固化液态光学透射材料优选地包括热固化过程，该过程包括加热第一模具、第二模具或第三模具中的至少一个。

在一些实施例中，液态光学透射材料优选地包括聚合物或树脂。

在一些实施例中，该方法优选地进一步包括：在第二模腔中的液态光学透射材料固化之后移除内部光圈元件，以暴露透镜中围绕透镜的***延伸的凹槽。

在一些实施例中，该方法优选地进一步包括：在凹槽中放置不透明材料以限定透镜的光圈。

在一些实施例中，将不透明材料放置在凹槽中优选包括在凹槽中施加墨水、黑变铝或铜黑涂层。

在一些实施例中，该方法优选地进一步包括：将第一模具与第二模具配合，以限定包括内部光圈元件的模腔，其中第一模具包括限定透镜的第一表面的第一透镜形成表面，第二模具包括限定透镜的第二表面的第二透镜形成表面，并且其中内部光圈元件悬在第一透镜形成表面和第二透镜形成表面之间的模腔内；当内部光圈元件悬在模腔内时，将液态光学透射材料分配到模腔中；固化模腔中的液态光学透射材料以形成透镜；以及在液态光学透射材料固化之后移除内部光圈元件，以暴露透镜中围绕透镜的***延伸的凹槽。

在一些实施例中，该方法优选地进一步包括：在凹槽中放置不透明材料以限定透镜的光圈。

根据本发明的第三方面，提供了一种制造玻璃透镜的内部光圈的方法，该方法包括：提供玻璃透镜，该玻璃透镜包括：第一表面；与第一表面相反的第二表面；和围绕玻璃透镜的***的侧边缘；在侧边缘上在玻璃透镜中蚀刻凹槽，其中凹槽相对于玻璃透镜的***延伸；以及在凹槽中放置不透明材料以限定玻璃透镜的内部光圈。

在一些实施例中，将不透明材料放置在凹槽中优选包括在凹槽中施加墨水、黑变铝或铜黑涂层。

在一些实施例中，在侧边缘上在玻璃透镜中蚀刻凹槽优选地包括激光辅助金刚石车削过程，以在侧边缘上形成凹槽。

应当理解，本文中描述的适于结合到第一方面、第二方面或第三方面的任何特征都旨在可推广到本公开的任何和所有方面和实施例。

附图简述

参考以下附图描述了本公开的非限制性和非穷尽性方面，其中除非另有说明，否则在各个视图中相同的附图标记指代相同的部件。

图1示出了根据本公开的方面的头戴式显示器(HMD)。

图2A-图2D示出了根据本公开的方面的具有内部光圈的示例透镜。

图3是示出根据本公开的方面制造具有内部光圈的透镜的示例过程的流程图。

图4是示出根据本公开的方面制造具有内部光圈元件的透镜的示例性两步法过程的流程图。

图5(a)-图5(f)示出了图4的两步法过程的示例实现。

图6是示出根据本公开的方面，利用可移除的内部光圈元件制造透镜的示例性一步法过程的流程图。

图7(a)-图7(f)示出了图6的一步法过程的示例实现。

图8是示出根据本公开的方面，利用可移除的内部光圈元件制造透镜的示例性两步法过程的流程图。

图9(a)-图9(f)示出了图8的两步法过程的示例实现。

图10是示出根据本公开的方面制造玻璃透镜的内部光圈的示例过程的流程图。

图11(a)-图11(d)示出了图10的过程的示例实现。

详细描述

在以下描述和相关附图中公开了各个方面和实施例，以示出与具有内部光圈的透镜相关的具体示例。在阅读本公开后，替代方面和实施例对于相关领域的技术人员来说将是明显的，并且可以在不脱离权利要求的范围的情况下被构造和实践。另外，众所周知的元素将不被详细描述或者可以被省略，以便不模糊本文公开的方面和实施例的相关细节。

图1示出了根据本公开各方面的头戴式显示器(HMD)100。HMD，例如HMD 100，是一种类型的智能设备，通常佩戴在用户的头上，以向用户提供人工现实内容。人工现实是在呈现给用户之前已经以某种方式被调整的现实形式，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)、或它们的某种组合和/或衍生物。所示的HMD 100的例子显示为包括观看结构140、顶部固定结构141、侧部固定结构142、后部固定结构143和前刚性主体144。在一些示例中，HMD 100被配置成佩戴在HMD100的用户的头部，其中顶部固定结构141、侧部固定结构142和/或后部固定结构143可以包括织物带，该织物带包括弹性结构以及一个或更多个刚性结构(例如，塑料)，用于将HMD100固定到用户的头部。HMD 100还可以可选地包括一个或更多个耳机120，用于将音频传送到HMD 100的用户的耳朵。

所示的HMD 100的例子还包括用于接触HMD 100的用户面部的界面膜118，其中界面膜118用于阻挡至少一些环境光到达HMD 100的用户的眼睛。

示例HMD 100还可以包括用于支撑HMD 100的观看结构140的硬件的机架(机架和硬件未在图1中明确示出)。观看结构140的硬件可以包括以下中的任何一个：处理逻辑、用于发送和接收数据的有线和/或无线数据接口、图形处理器以及用于存储数据和计算机可执行指令的一个或更多个存储器。在一个示例中，观看结构140可以被配置成接收有线电力和/或可以被配置成由一个或更多个电池供电。此外，观看结构140可以被配置成接收包括视频数据的有线和/或无线数据。

观看结构140可以包括显示***，该显示***具有一个或更多个电子显示器，用于将光引导到HMD 100的用户的眼睛。显示***可以包括液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、微型LED显示器等中的一个或更多个，用于向HMD 100的用户发送光(例如，内容、图像、视频等)。观看结构140还可以包括光学组件，该光学组件被配置为接收来自显示***的图像光并生成虚拟图像(例如，通过准直图像光)以供HMD 100的佩戴者的眼睛观看。在一些实施例中，包括在观看结构140中的光学组件可以包括各种近眼光学元件，例如透镜、偏振器、波导、反射器、波片等中的一个或更多个。在本公开的一些实施方式中，术语“近眼(near-eye)”可以被定义为包括被配置为在使用近眼设备时被放置在用户眼睛50mm内的元件。因此，“近眼光学元件”或“近眼***”将包括被配置为放置在用户眼睛50mm内的一个或更多个元件。

在一些示例中，电子部件145可以包括被在观看结构140中。在一些方面，电子部件145是照相机或图像传感器，用于捕获HMD 100的用户的眼睛的图像以进行眼睛跟踪操作。在其他方面，电子部件145是同时定位和测绘(SLAM)传感器，例如光学传感器、测距仪、LiDAR传感器、声纳传感器等，用于测绘HMD 100周围的用户和/或环境。在其他示例中，电子部件145可以是激光器或其他发光设备。

在一些方面，电子部件145可以与光学组件配合，该光学组件包括一个或更多个小直径光学元件，例如透镜、偏振器、波导、反射器、波片等。在一些方面，“小直径”光学元件是指直径(例如孔径)为3毫米或更小的光学元件。

如上所述，随着对HMD的各种***(例如，眼睛跟踪***或观看结构)的小型化的要求增加，减小可以使用的光学组件和/或光学元件的尺寸的需求也增加。

传统的光学组件安装技术包括将各种光学元件配合在一起，例如在镜筒、外壳或框架中，这又提供了各种光学元件相对于彼此的对准。传统的光学组件可以包括透镜和分离的光圈或孔径光阑。光圈(aperture)是光通过其行进的孔或开口，并且可以在光学组件内用于控制锥角、景深、光学像差、杂散光等。然而，包括在传统光学组件中的孔径光阑和透镜通常被提供为分离的和分立的光学元件。将光学组件中的透镜和分离的光圈匹配可能需要精确对准，这可能会使组装过程变得复杂。此外，提供透镜和光圈，每个都作为分立的光学元件，增加了光学组件的整体尺寸。

因此，本公开的方面提供了一种被制造成包括内部光圈的透镜。如下文将更详细描述的，具有内部光圈的透镜可以被制造为单个整体结构。与以上所描述的包括光圈和透镜是分离的分立光学元件的传统结构相比，具有内部光圈的透镜可以增加公差精度。此外，具有内部光圈的透镜可以消除要在光学组件中包括分离的光圈的需要，从而减小整体尺寸。

举例来说，根据本公开的方面，图2A-图2C示出了被制造成包括内部光圈元件206A的透镜200A的各种视图。图2D示出了包括内部光圈元件206B的另一示例透镜200B。透镜200A的图示示例被示为包括第一区域202A、第二区域204A和内部光圈元件206A。图2D的透镜200B显示为包括第一区域202B、第二区域204B和内部光圈元件206B。透镜200A和200B是可以结合到图1的观看结构140的光学组件中的近眼光学元件的可能例子。透镜200A和200B也可以是小直径光学元件的可能例子，该小直径光学元件可以结合到与图1的电子部件145一起使用的光学组件中。

参考图2A，透镜200A的第一区域202A和第二区域204A由例如聚合物、树脂或玻璃(例如二氧化硅)的光学透射材料形成。如下文将更详细描述的，第一区域202A和第二区域204A可以被制造为光学透射材料的单一整体结构，使得内部光圈元件206A被一体地设置在第一区域202A和第二区域204A之间。在一些实施例中，第一区域202A和第二区域204A具有相同的折射率(例如，1.4至1.6)。在其他示例中，第一区域202A可以被配置为具有不同于第二区域204A的折射率的折射率。

在一些实施例中，第一区域202A和第二区域204A都由聚合物或树脂形成。在另一个实施例中，第一区域202A和第二区域204A都由玻璃形成。在又一个实施例中，区域之一是玻璃，其中另一个区域由聚合物或树脂形成(例如，第一区域202A可以是玻璃，其中第二区域204A是在玻璃第一区域202A上形成的聚合物或树脂)。

如图2A所示，内部光圈元件206A被配置成限定透镜200A的光圈(aperture)208。内部光圈元件206A可以是不透明的标签或贴纸，其悬在用于形成透镜200A的光学透射材料内。在另一个例子中，内部光圈元件206A是在透镜200A的制造过程中施加的墨水、黑变铝、铜黑或其他涂层，使得涂层悬在光学透射材料内。如图2B所示，内部光圈元件206A可以具有环形或环状形状。在其他示例中，内部光圈元件206A可以具有被配置为符合透镜200A的***形状的形状(例如，透镜200A可以是圆形、非圆形、方形、椭圆形等)。在一些方面，由内部光圈元件206A提供的光圈208不符合透镜200A的***形状。举例来说，透镜200A可以是方形透镜，而内部光圈元件206A可以提供圆形光圈208A。

现在参考图2C，第一区域202A被示出为被配置成限定透镜200A的第一表面209，第二区域204A被配置成限定与第一表面209相反的第二表面210。在一些示例中，第一表面209和第二表面210是透镜200A的最外表面。尽管图2C示出第一表面209基本上是平坦的，第二表面210具有曲率，但是在其他实施例中，第一和第二表面都可以具有曲率。在其他示例中，第一和第二表面209/210都可以是基本平坦的。在一些示例中，第一表面209的曲率不同于第二表面210的曲率。在一些实施例中，第一表面209和第二表面210中的一个或更多个具有对应于用户规格的曲率。换句话说，透镜200A可以是处方透镜。在一些方面，第一表面209和/或第二表面210的曲率在整个表面上是恒定的，使得透镜200A可以被称为球面透镜。在其他实施例中，透镜200A可以是非球面透镜，其中曲率在第一表面209上变化和/或在第二表面210上变化。

如图2C所示，透镜200A包括延伸到透镜200A的侧边缘214的内部光圈元件206A。在一些方面，使内部光圈元件206A一直延伸到侧边缘214允许透镜200A与另一光学元件(例如，另一透镜)直接接触，同时使用一个或更多个互锁特征。举例来说，在一些实施方式中，第一区域202A和/或第二区域204A可以包括互锁特征(图2C中未示出)，用于将透镜200A与另一光学元件配合。这种互锁特征可以包括机械对准特征(例如，突起和/或凹槽)，用于与连续光学元件的另一对准特征配合，以将两个元件光学对准在一起。在一些光学组件中，要求光圈延伸到外壳/镜筒的内径，以防止杂散光。然而，如上所述，包括在传统光学组件中的传统孔径光阑通常被提供为分离的和分立的光学元件。将孔径光阑作为一直延伸至壳体/镜筒内径的分离的和分立的元件可能阻碍或干扰这种互锁特征。因此，具有内部光圈元件，例如图2C的内部光圈元件206A，允许包括一个或更多个互锁特征以结合在第一区域202A和/或第二区域204A中，用于透镜到透镜的接触，同时阻挡侧边缘214处的杂散光。

然而，在一些实施例中，透镜可以被制造成包括不延伸到侧边缘214的内部光圈元件。举例来说，图2D示出了包括内部光圈元件206B的透镜200B，该内部光圈元件206B未达到侧边缘214。特别地，内部光圈元件206B被示出为具有小于透镜200B的宽度220的宽度218。在一些实施方式中，透镜200B可以由多个光学***同时使用。举例来说，透镜200B可以被配置成将光通过由内部光圈元件206B提供的光圈208引导到第一光学***(例如，第一图像传感器)。此外，穿过区域216(即，在内部光圈元件206B和侧边缘214之间)的光可以被不同的光学***(例如另一个图像传感器、深度传感器、光检测器或其他反馈设备)利用。

图3是示出根据本公开的方面制造具有内部光圈的透镜的示例过程300的流程图。过程300是制造图2A-图2D的透镜200A和/或200B的一种可能的过程。在过程块302中，液态光学透射材料被分配到模腔中。在内部光圈元件(例如，图2A-图2C的内部光圈元件206A)被设置在模腔内时，液态光学透射材料被分配到模腔中。在一些示例中，液态光学透射材料是可固化材料，例如塑料、树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯酸或聚合物。在一些实施例中，分配液态光学透射材料是铸造过程的一部分，该铸造过程包括将液态光学透射材料倒入模腔中。在另一个实施例中，分配液态光学透射材料是注射成型过程的一部分，该注射成型过程包括将液态光学透射材料注射到模腔中。

在过程块304中，液态光学透射材料然后被固化以形成具有第一表面(例如，第一表面209)、第二表面(例如，第二表面210)的透镜(例如，透镜200A)，其中内部光圈元件206A被设置(即，悬)在第一和第二表面之间。固化液态光学透射材料包括将该材料转变成固态以形成透镜。在一些示例中，过程块304包括热固化过程，例如快速固化或急速固化过程，其包括直接或经由模腔向液态光学透射材料施加热量。在其他示例中，该过程包括循环模腔的温度。例如，当热聚合物熔体被注入模腔时，模腔可以被预热，然后在模腔被填充后，模腔被主动冷却。只有这样，零件温度才会降低到固化所需的水平。在一些方面，这种循环模腔的温度的过程可能需要更小的注射压力和/或夹紧力，并且还可能降低注射过程中的内应力。在又一个例子中，过程块304包括紫外线(UV)固化过程，该过程包括照射液态光学透射材料以引发光化学反应。

图4是示出根据本公开的各方面制造具有内部光圈元件的透镜的示例性两步法过程400的流程图。两步法过程400是一个可能的示例，其示出了图3的过程300的附加制造细节，而图5(a)-图5(f)示出了图4的两步法过程400的示例实现。将参考图4和图5(a)-图5(f)来描述过程400，但是在一些示例中，过程400可以在没有图5(a)-图5(f)中提供的一个或更多个具体实现细节的情况下执行。

在过程块402中，第一模具502与第二模具504配合以限定模腔506。如图5(a)所示，第一模具502包括第一透镜形成表面508，第二模具504包括第二表面510。在一些示例中，第二表面510基本上是平坦的。然而，在其他示例中，第二表面510可以是具有曲率的第二透镜形成(例如，光学)表面。接下来，在过程块404中，液态光学透射材料512被分配到模腔506中(见图5(b))。如上所述，分配液态光学透射材料512可以包括将液态光学透射材料512倒入模腔506中(例如，铸造)，或者可以包括注射液态光学透射材料512(例如，注射成型)。在一些实施方式中，第一模具502和/或第二模具504可以在将液态光学透射材料512分配到模腔506中之前被加热。

过程块406然后包括固化模腔506中的液态光学透射材料512，以形成透镜的第一区域514。如上所述，固化液态光学透射材料512可以包括热固化过程，该过程包括主动冷却第一和第二模具502/504中的一个或更多个。在其他示例中，固化液态光学透射材料512可以包括UV固化过程，其中第一和第二模具502/504中的一个或更多个可以透射UV光(例如，第二模具504可以是玻璃或其他UV透明材料)。

如图5(b)所示，第一区域514被配置成限定透镜的第一表面532，该第一表面532与第一模具502的第一透镜形成表面508相符合。接下来，在过程块408中，移除第二模具504以暴露透镜的第一区域514。如图5(c)所示，然后将内部光圈元件516放置在暴露的第一区域514上(即，过程块410)。如上所述，内部光圈元件516可以是施加到第一区域514(例如，在液态光学透射材料512固化之后)的不透明标签或贴纸。在另一个例子中，内部光圈元件516是在第一区域514暴露时施加到第一区域514的墨水、黑变铝、铜黑或其他涂层。如图5(c)所示，内部光圈元件516可以具有环形或环状形状，其包括限定透镜光圈的孔518。

过程块412包括将第三模具520与第一模具502配合以提供模腔522。如图5(d)所示，第三模具520包括第三透镜形成表面524。如图5(e)所示，液态光学透射材料526然后被分配到内部光圈元件516上方的模腔522中(例如，过程块414)。液态光学透射材料526可以是与如上面参考图5(b)所讨论的液态光学透射材料512相同的材料。可选地，液态光学透射材料526可以具有不同的光学特性，例如不同的折射率、用于固化的不同的对应光波长或对应温度或其他差异。例如，液态光学透射材料512的硬化/固化过程和液态光学透射材料526的硬化/固化过程可以不同(例如，一种可以是通过冷却凝固的注射成型塑料，而另一种可以是通过暴露于UV光和/或热环境而硬化的UV可固化材料)。

过程块416然后包括固化模腔522中的液态光学透射材料526，以形成透镜的第二区域528。固化液态光学透射材料526可以包括热固化过程，该过程包括主动冷却第一和第三模具502/520中的一个或更多个。在其他示例中，固化液态光学透射材料526可以包括UV固化过程，其中第一和第三模具502/520中的一个或更多个可以透射UV光(例如，第三模具520可以是玻璃或其他UV透明材料)。

如图5(e)所示，第二区域528被配置成限定透镜的第二表面534,该第二表面534与第三模具520的第三透镜形成表面524相符合。图5(f)示出了在第二区域528已经固化之后从第一模具502移除的透镜530。如图5(f)所示，透镜530包括由第一区域514提供的第一表面532、由第二区域528提供的第二表面534，其中内部光圈元件516设置(例如，悬)在第一和第二区域514/528之间。图5(f)还示出了由内部光圈元件516提供的透镜530的光圈(aperture)536。

图6是示出根据本公开的方面，利用可移除的内部光圈元件制造透镜的示例性一步法过程600的流程图。一步法过程600是一个可能的示例，其示出了图3的过程300的附加制造细节，而图7(a)-图7(f)示出了图6的一步法过程600的示例实现。将参考图6和图7(a)-图7(f)来描述过程600，但是在一些示例中，过程600可以在没有图7(a)-图7(f)中提供的一个或更多个具体实现细节的情况下执行。

首先，图7(a)示出了两个可移除的挡板(slide)706A和706B，这里统称为内部光圈元件706。内部光圈元件706被配置为放置(例如，悬)在模腔内，同时液态光学透射材料被分配在模腔内。内部光圈元件706还被配置成一旦液态光学透射材料固化就被移除，以暴露透镜中的凹槽，该凹槽随后可以用不透明材料填充以形成透镜的光圈。尽管图7(a)示出内部光圈元件706包括两个挡板706A和706B，但是任何数量(包括两个或更多个)的挡板都可以用于形成内部光圈元件706。当配合在一起时，挡板706A和706B形成孔707，孔707将限定透镜的所得光圈。挡板706A和706B可以是金属、玻璃或其他薄的刚性结构。

现在转到图6的过程600，过程块602包括将第一模具702与第二模具708配合，以限定包括内部光圈元件706的模腔710。如图7(b)所示，包括挡板706A和706B的内部光圈元件706设置在模腔710内。图7(b)还示出了包括第一透镜形成表面704的第一模具702和包括第二透镜形成表面705的第二模具708。

接下来，在过程块604中，液态光学透射材料712被分配到模腔710中(见图7(c))。分配液态光学透射材料712可以包括将液态光学透射材料712倒入模腔710中(例如，铸造)，或者可以包括注射液态光学透射材料712(例如，注射成型)。在一些实施方式中，第一模具702和/或第二模具708可以在将液态光学透射材料712分配到模腔710中之前被加热。

过程块606然后包括固化模腔506中的液态光学透射材料712，以形成透镜的第一区域714和第二区域716。固化液态光学透射材料712可以包括热固化过程和/或UV固化过程。

如图7(c)所示，第一区域714被配置成限定透镜的第一表面724，该第一表面724与第一模具702的第一透镜形成表面704相符合。类似地，第二区域716被配置成限定透镜的第二表面726，该第二表面726与第二模具708的第二透镜形成表面705相符合。接下来，在过程块608中，移除第二模具708以暴露固化的透镜720，并且移除内部光圈元件706以暴露凹槽722(例如，参见图7(d))。在一些示例中，凹槽722围绕透镜720的***延伸，并且具有对应于挡板706A/706B的厚度的厚度。图7(e)示出了从第一模具702移除的透镜720。

接下来，在可选的过程块610中，如图7(f)所示，凹槽722可以用不透明材料728填充，以限定透镜720的光圈730。不透明材料可以包括放置在凹槽722内的墨水、黑变铝、铜黑或其他涂层。

图8是示出根据本公开的方面，利用可移除的内部光圈元件制造透镜的示例性两步法过程800的流程图。两步法过程800是一个可能的示例，其示出了图3的过程300的附加制造细节，而图9(a)-图9(f)示出了图8的两步法过程800的示例实现。将参考图8和图9(a)-图9(f)来描述过程800，但是在一些示例中，过程800可以在没有图9(a)-图9(f)中提供的一个或更多个具体实现细节的情况下执行。

在过程块802中，第一模具902与第二模具904配合以限定模腔906。如图9(a)所示，第一模具902包括第一透镜形成表面908，第二模具904包括第二表面910。在一些示例中，第二表面910基本上是平坦的。然而，在其他示例中，第二表面910可以是具有曲率的第二透镜形成(例如，光学)表面。接下来，在过程块804中，液态光学透射材料912被分配到模腔906中(见图9(b))。如上所述，分配液态光学透射材料912可以包括将液态光学透射材料912倒入模腔906中(例如，铸造)，或者可以包括注射液态光学透射材料912(例如，注射成型)。在一些实施方式中，第一模具902和/或第二模具904可以在将液态光学透射材料912分配到模腔906中之前被加热。

过程块806然后包括固化模腔906中的液态光学透射材料912，以形成透镜的第一区域914。如上所述，固化液态光学透射材料912可以包括热固化过程，该过程包括主动冷却第一和第二模具902/904中的一个或更多个。在其他示例中，固化液态光学透射材料912可以包括UV固化过程，其中第一和第二模具902/904中的一个或更多个可以透射UV光(例如，第二模具904可以是玻璃或其他UV透明材料)。

如图9(b)所示，第一区域914被配置成限定透镜的第一表面932，该第一表面932与第一模具902的第一透镜形成表面908相符合。接下来，在过程块808中，移除第二模具904以暴露透镜的第一区域914。如图9(c)所示，挡板916A和916B(在此统称为内部光圈元件916)然后被放置在暴露的第一区域914上(即，过程块810)。如上所述，内部光圈元件916可以是刚性结构，其提供对应于透镜所需光圈的孔918。

过程块812包括将第三模具920与第一模具902配合以提供模腔922。如图9(d)所示，第三模具920包括第三透镜形成表面924。如图9(e)所示，液态光学透射材料926然后被分配到内部光圈元件916上方的模腔922中(例如，过程块814)。液态光学透射材料926可以是与参照图9(b)讨论的液态光学透射材料912相同的材料。可选地，液态光学透射材料926可以具有不同的光学特性，例如不同的折射率、用于固化的不同的对应光波长或对应温度或其他差异。

过程块816然后包括固化模腔922中的液态光学透射材料926，以形成透镜的第二区域928。固化液态光学透射材料926可以包括热固化过程，该过程包括主动冷却第一和第三模具902/920中的一个或更多个。在其他示例中，固化液态光学透射材料926可以包括UV固化过程，其中第一和第三模具902/920中的一个或更多个可以透射UV光(例如，第三模具920可以是玻璃或其他UV透明材料)。

如图9(e)所示，第二区域928被配置成限定透镜的第二表面934，该第二表面934与第三模具920的第三透镜形成表面924相符合。图9(f)示出了在第二区域928已经固化之后移除内部光圈元件916(即，过程块818)以及从第一模具902移除透镜930。如图9(f)所示，移除内部光圈元件916暴露出形成在透镜930中的凹槽936。在可选的过程块820中，凹槽936可以用不透明材料940填充，以限定透镜930的光圈938。不透明材料可以包括放置在凹槽936内的墨水、黑变铝、铜黑或其他涂层。

上述过程300、400、600和800提供了形成包括内部光圈的透镜(例如图2A-图2C的透镜200A)的示例过程。过程300、400、600和800描述了使用液态光学透射材料(例如树脂或聚合物)形成这种透镜。然而，如上所述，透镜200A也可以是玻璃透镜。因此，图10提供了示出根据本公开的方面制造玻璃透镜的内部光圈的示例过程1000的流程图。过程1000是制造图2A的透镜200A的一个可能的示例过程，而图11(a)-图11(d)示出了过程1000的示例实现。将参考图10和图11(a)-图11(d)来描述过程1000，但是在一些示例中，过程1000可以在没有图11(a)-图11(d)中提供的一个或更多个具体实现细节的情况下执行。

在过程块1002中，提供玻璃透镜1102。如图11(a)所示，玻璃透镜1102包括第一表面1103(例如，如图11(a)所示的顶面)和与第一表面1103相反的第二表面1104(例如，如图11(a)所示的底面)。玻璃透镜1102还显示为包括围绕玻璃透镜1102的***1108的侧边缘1106。在一些示例中，玻璃透镜1102是熔融石英、熔融二氧化硅或其他高性能光学材料。

在一些方面，第一表面1103和/或第二表面1104可以具有曲率。在一些实施例中，第一表面1103的曲率不同于第二表面1104的曲率。在一些实施例中，第一表面1103和第二表面1104中的一个或更多个具有对应于用户规格的曲率。换句话说，玻璃透镜1102可以是处方透镜。

现在回到图10，过程块1004包括在侧边缘上在玻璃透镜中蚀刻凹槽。例如，图11(b)示出了在侧边缘1106上在玻璃透镜1102中蚀刻的凹槽1110。在一些实施方式中，蚀刻凹槽1110可以包括激光辅助金刚石车削过程以形成凹槽1110。举例来说，图11(b)示出了利用激光器1112和切割工具1114的激光辅助金刚石车削过程。如图11(b)所示，激光器1112可以将光束发射到侧边缘1106上，以加热和软化侧边缘1106的区域，然后切割工具1114移除软化的材料以形成凹槽1110。然而，在其他实施例中，凹槽1110可以通过激光烧蚀过程形成，以削弱/损坏玻璃透镜1102的***1108，随后通过化学或其他蚀刻过程移除损坏的材料以产生凹槽1110。在一些方面，凹槽1110被形成为相对于玻璃透镜1102的整个***1108延伸。

图11(c)示出了已经形成凹槽1110之后的玻璃透镜1102的侧视图。如图11(c)所示，在凹槽1110被蚀刻后，一部分材料保留在透镜的中心区域，这将用作玻璃透镜1102的光圈1118。

参考图10，过程块1006包括在凹槽中放置不透明材料以限定玻璃透镜的内部光圈。例如，图11(d)示出了放置(例如施加)在凹槽1110内的不透明材料1116，以限定玻璃透镜1102的内部光圈1118。在一些示例中，不透明材料1116是施加到凹槽1110的墨水、黑变铝或铜黑涂层。

上面描述的出现在每个过程300、400、600、800和1000中的一些或所有过程块的顺序不应被认为是限制性的。更确切地，受益于本公开的本领域中的普通技术人员将理解，一些过程块可以以未示出的各种顺序被执行。

本发明的实施例可以包括人工现实***的制造或结合人工现实***的制造来实现。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(hybridreality)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(例如向观看者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)。提供人工现实内容的人工现实***可以在各种平台上实现，这些平台包括连接到主计算机***的头戴式显示器(HMD)、独立的HMD、移动设备或计算***、或者能够向一个或更多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台。

包括摘要中描述的内容在内的本发明的所示实施例的上述描述并不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。虽然本文出于说明的目的描述了本发明的具体实施例和示例，但是相关领域的技术人员将会认识到，在本发明的范围内各种修改是可能的。

根据以上详细描述，可以对本发明进行这些修改。在所附权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中公开的特定实施例。更确切地，本发明的范围完全由所附权利要求确定，这些权利要求将根据权利要求解释的既定原则来解释。

Claims (15)

1.一种透镜，包括：

光学透射材料的第一区域，其被配置成限定所述透镜的第一表面；

光学透射材料的第二区域，其被配置成限定所述透镜的与所述第一表面相反的第二表面；和

内部光圈元件，其一体地设置在所述第一区域和所述第二区域之间，其中，所述内部光圈元件被配置成限定所述透镜的光圈。

2.根据权利要求1所述的透镜，其中，所述光学透射材料包括玻璃，并且其中，所述第一区域和所述第二区域形成玻璃的单一整体结构。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的透镜，其中，所述光学透射材料包括聚合物或树脂，并且其中，所述第一区域和所述第二区域形成所述聚合物或所述树脂的单一整体结构。

4.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的透镜，其中，所述内部光圈元件包括悬在所述光学透射材料内的不透明标签或贴纸。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的透镜，其中，所述内部光圈元件包括悬在所述光学透射材料内的墨水、黑变铝或铜黑涂层中的至少一种。

6.一种制造透镜的方法，所述方法包括：

在内部光圈元件设置在模腔内时将液态光学透射材料分配到所述模腔中，其中，所述内部光圈元件被配置成限定所述透镜的光圈；和

固化所述液态光学透射材料以形成所述透镜，所述透镜具有第一表面、与所述第一表面相反的第二表面以及设置在所述透镜的第一表面和第二表面之间的所述内部光圈元件。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：

将第一模具与第二模具配合以限定第一模腔；

将所述液态光学透射材料分配到所述第一模腔中；

固化所述第一模腔中的液态光学透射材料，以形成限定所述透镜的第一表面的第一区域；

移除所述第二模具以暴露所述透镜的第一区域；

将所述内部光圈元件放置在所述透镜的第一区域上；

将第三模具与所述第一模具配合以提供第二模腔；

将所述液态光学透射材料分配到在所述内部光圈元件上方的所述第二模腔中；和

固化所述第二模腔中的液态光学透射材料，以形成限定所述透镜的第二表面的第二区域。

8.根据权利要求7所述的方法，其中：

所述第一模具包括限定所述透镜的第一表面的第一透镜形成表面，

所述第二模具包括当所述第二模具与所述第一模具配合以提供所述第一模腔时与所述第一透镜形成表面相对的第二表面，并且

所述第三模具包括限定所述透镜的第二表面的第三透镜形成表面。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，固化所述液态光学透射材料包括紫外线(UV)固化过程，所述紫外线(UV)固化过程包括用UV光照射所述液态光学透射材料；并且优选地，其中，所述第一模具、所述第二模具或所述第三模具中的至少一个对于UV光是透明的。

10.根据权利要求7、权利要求8或权利要求9所述的方法，其中，分配和固化所述液态光学透射材料包括热固化过程，所述热固化过程包括加热所述第一模具、所述第二模具或所述第三模具中的至少一个；和/或优选地，其中，所述液态光学透射材料包括聚合物或树脂。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，还包括：

在所述第二模腔中的液态光学透射材料固化之后，移除所述内部光圈元件，以暴露所述透镜中围绕所述透镜的***延伸的凹槽。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

在所述凹槽中放置不透明材料以限定所述透镜的光圈；并且优选地，其中，将所述不透明材料放置在所述凹槽中包括在所述凹槽中施加墨水、黑变铝或铜黑涂层。

13.根据权利要求6所述的方法，还包括：

将第一模具与第二模具配合以限定包括所述内部光圈元件的所述模腔，其中，所述第一模具包括限定所述透镜的第一表面的第一透镜形成表面，所述第二模具包括限定所述透镜的第二表面的第二透镜形成表面，并且其中，所述内部光圈元件悬在在所述第一透镜形成表面和所述第二透镜形成表面之间的所述模腔内；

当所述内部光圈元件悬在所述模腔内时，将所述液态光学透射材料分配到所述模腔中；

固化所述模腔中的液态光学透射材料以形成所述透镜；和

在所述液态光学透射材料固化之后移除所述内部光圈元件，以暴露所述透镜中围绕所述透镜的***延伸的凹槽；并且优选地还包括：

在所述凹槽中放置不透明材料以限定所述透镜的光圈。

14.一种制造玻璃透镜的内部光圈的方法，所述方法包括：

提供所述玻璃透镜，所述玻璃透镜包括：

第一表面；

与所述第一表面相反的第二表面；和

围绕所述玻璃透镜的***的侧边缘；

在所述侧边缘上在所述玻璃透镜中蚀刻凹槽，其中，所述凹槽相对于所述玻璃透镜的***延伸；和

在所述凹槽中放置不透明材料以限定所述玻璃透镜的内部光圈。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述凹槽中放置所述不透明材料包括在所述凹槽中施加墨水、黑变铝或铜黑涂层；和/或优选地，其中，在所述侧边缘上在所述玻璃透镜中蚀刻所述凹槽包括激光辅助金刚石车削过程，以在所述侧边缘上形成所述凹槽。

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