(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】2022-05-06
(54)【発明の名称】整合面を有するモールド対
(51)【国際特許分類】
C03B 11/08 20060101AFI20220425BHJP
C03B 11/00 20060101ALI20220425BHJP
B29D 11/00 20060101ALI20220425BHJP
B29C 45/36 20060101ALI20220425BHJP
【ＦＩ】
C03B11/08
C03B11/00 E
B29D11/00
B29C45/36
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021539641
(86)(22)【出願日】2020-03-19
(85)【翻訳文提出日】2021-09-03
(86)【国際出願番号】 US2020023505
(87)【国際公開番号】W WO2020197912
(87)【国際公開日】2020-10-01
(31)【優先権主張番号】62/922,234
(32)【優先日】2019-03-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/712,805
(32)【優先日】2019-12-12
(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】515046968
【氏名又は名称】フェイスブック・テクノロジーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー
【氏名又は名称原語表記】ＦＡＣＥＢＯＯＫ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＬＬＣ
(74)【代理人】
【識別番号】110002974
【氏名又は名称】特許業務法人Ｗｏｒｌｄ ＩＰ
(72)【発明者】
【氏名】ジェンキンス， カート
(72)【発明者】
【氏名】シャウブ， マイケル パトリック
(72)【発明者】
【氏名】テイラー， バイロン
【テーマコード（参考）】
4F202
4F213
【Ｆターム（参考）】
4F202AH74
4F202AR07
4F202CA09
4F202CB01
4F202CD25
4F202CK90
4F213AH74
4F213AR07
4F213WA04
4F213WB01
4F213WC01
4F213WF01
(57)【要約】
光学構成要素（１５０）を成形するためのモールドの対（１０１、１０２）が開示される。モールドの対（１０１、１０２）は、第１の面（１１１）を有する第１のモールド（１０１）と、第２の面（１２１）を有する第２のモールド（１０２）とを含む。第１の面（１１１）は、光学構成要素（１５０）の第１の光学面（１５１）を成形するための成形部分（１２２）と、第２のモールド（１０２）との整合のための整合部分（１１３）とを含む。整合部分（１１３）は、成形部分（１１２）の周りに延在する。第２の面（１２１）は、光学構成要素（１５０）の第２の反対側の光学面（１５２）を成形するための成形部分（１２２）と、第１の面（１１１）の整合部分（１１３）との接触を介した第１のモールド（１０１）との整合のための整合部分（１２３）とを含む。モールド（１０１、１０２）が互いに合わせられるとき、それらは自己整合する。対応する成形装置および方法が、様々な光学構成要素を製造するためにモールド対を使用し得る。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学構成要素を成形するためのモールドの対であって、モールドの前記対が、第１の面を備える第１のモールドと、
第２の面を備える第２のモールドと
を備え、
前記第１の面が、前記光学構成要素の第１の光学面を成形するための成形部分と、前記第２のモールドとの整合のための整合部分とを備え、前記整合部分が、前記成形部分の周りに延在し、
前記第２の面が、前記光学構成要素の前記第１の光学面の反対にある前記光学構成要素の第２の光学面を成形するための成形部分と、前記第１の面の前記整合部分との接触を介した前記第１のモールドとの整合のための整合部分とを備える、
モールドの対。
【請求項2】
前記第１の面の前記整合部分および前記第２の面の前記整合部分が、回転面を備える、請求項１に記載のモールドの対。
【請求項3】
前記第１の面の前記整合部分が、凹切頭円錐面を備え、前記第２の面の前記整合部分が、前記第１の面の前記整合部分の前記凹切頭円錐面に適合された凸切頭円錐面を備える、請求項２に記載のモールドの対。
【請求項4】
前記第１の面の前記成形部分を囲む前記第１の面の前記整合部分が、第１の軸を中心として軸対称であり、前記第２の面の前記成形部分を囲む前記第２の面の前記整合部分が、前記第１の軸を中心として軸対称である、請求項１に記載のモールドの対。
【請求項5】
前記第１の面の前記成形部分および前記第２の面の前記成形部分が、凹回転面を備える、請求項１に記載のモールドの対。
【請求項6】
前記第１の面の前記成形部分および前記第２の面の前記成形部分が、非球面を備える、請求項１に記載のモールドの対。
【請求項7】
前記第１の面の前記整合部分および前記第２の面の前記整合部分が、ダイヤモンド旋削された面を備える、請求項１に記載のモールドの対。
【請求項8】
前記ダイヤモンド旋削された面が、回転面を備える、請求項７に記載のモールドの対。
【請求項9】
光学構成要素を成形するための成形装置であって、前記成形装置が、第１の面を備える第１のモールドと、
第２の面を備える第２のモールドと、
前記第１の面と前記第２の面とが互いに面するように、前記第１のモールドと前記第２のモールドとを支持するためのモールド支持体と、
前記第１のモールドと前記第２のモールドとを互いに対して押圧するための押圧装置と
を備え、
前記第１の面が、前記光学構成要素の第１の光学面を成形するための成形部分と、前記第２のモールドとの整合のための整合部分とを備え、前記整合部分が、前記成形部分の周りに延在し、
前記第２の面が、前記第１の光学面の反対にある前記光学構成要素の第２の光学面を成形するための成形部分と、前記第１のモールドの前記第１の面の前記整合部分との接触を介した前記第１のモールドとの整合のための整合部分とを備える、
成形装置。
【請求項10】
前記第１の面の前記整合部分および前記第２の面の前記整合部分が、回転面を備える、請求項９に記載の成形装置。
【請求項11】
前記第１の面の前記整合部分が、凹切頭円錐面を備え、前記第２の面の前記整合部分が、前記第１の面の前記整合部分の前記凹切頭円錐面に適合された凸切頭円錐面を備える、請求項１０に記載の成形装置。
【請求項12】
前記第１の面の前記成形部分を囲む前記第１の面の前記整合部分が、第１の軸を中心として軸対称であり、前記第２の面の前記成形部分を囲む前記第２の面の前記整合部分が、前記第１の軸を中心として軸対称である、請求項９に記載の成形装置。
【請求項13】
前記第１の面の前記成形部分および前記第２の面の前記成形部分が、凹回転面を備える、請求項９に記載の成形装置。
【請求項14】
前記第１の面の前記成形部分および前記第２の面の前記成形部分が、非球面を備える、請求項９に記載の成形装置。
【請求項15】
前記非球面が回転面を備える、請求項１４に記載の成形装置。
【請求項16】
光学構成要素を製造するための方法であって、前記方法は、第１のモールドの第１の面の成形部分と第２のモールドの第２の面の成形部分との間に光学構成要素材料を配置することであって、前記第１の面が、前記第２のモールドとの整合のための整合部分を備え、前記整合部分が、前記成形部分の周りに延在し、前記第２の面が、前記第１のモールドとの整合のための整合部分を備える、光学構成要素材料を配置することと、
前記第１の面の前記整合部分と前記第２の面の前記整合部分とが互いに係合するように、前記第１のモールドと前記第２のモールドとを互いに対して押圧し、それにより、前記第１のモールドの前記成形部分と前記第２のモールドの前記成形部分とを互いに整合させることと
を含む、方法。
【請求項17】
前記光学構成要素材料が、溶融ガラスまたはプラスチックを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記光学構成要素材料が、加熱された固体ガラスプリフォームを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項19】
前記第１のモールドまたは前記第２のモールドのうちの少なくとも一方が、ニッケルめっきされる、請求項１６に記載の方法。
【請求項20】
前記第１の面の前記整合部分が、凹切頭円錐面を備え、前記第２の面の前記整合部分が、前記凹切頭円錐面に適合された凸切頭円錐面を備え、前記第１のモールドと前記第２のモールドとが、互いに対して押圧されるとき、前記凸切頭円錐面が、前記凹切頭円錐面と係合し、それにより、前記凸切頭円錐面と前記凹切頭円錐面とが同軸であるように、前記第１のモールドと前記第２のモールドとを自己位置合わせする、
請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光学製造に関し、詳細には、たとえば、レンズなど、様々な光学構成要素を成形することに関する。
【背景技術】
【0002】
最初のレンズおよびミラーは、研削および研磨のプロセスを使用して製造された。２つの基板を互いに対してこすることは、当然、両方の基板の平坦面または球面を生じ、なぜなら、平坦面および球面のみが、研削および研磨アクション中に、回され、互いに対して押圧されるとき、完全に接触したままであり得るからである。研削および研磨／ラッピングは、今日まで、依然として、光学用途のためのレンズおよびミラーを製造するための最も頻繁に使用される方法である。
【0003】
従来のレンズ研削および研磨プロセスは、それらの固有の限定を有する。第１に、それらは時間がかかり、第２に、それらは大部分が球面に限定される。放物面、楕円面、および双曲面など、他の重要な光学面は、研削および研磨を使用して作り出すことがはるかに困難であり、なぜなら、これらの面は、研削／ラッピングの円状の動きで回され、シフトされるとき、同じことを再現しないからである。そのような複雑な面は、通常、製造の特殊技法、たとえば、レンズまたはミラーの異なる半径方向部分について異なる量の研磨を提供することができる、コンピュータ化された研磨／研削盤を使用した局所研削／研磨を必要とする。局所研削および研磨により、非球面レンズおよびミラーは、製造に時間および費用がかかるものとなる。
【0004】
光学要素の成形は、レンズおよびミラーの光学面を製造するための時間およびコストを低減するための試みにおいて提案された。成形材料は、たとえば、ガラスまたはプラスチックを含み得る。一般的な精密ガラス成形プロセスでは、「ゴブ」と呼ばれるガラスプリフォームが、２つのモールド（ｍｏｕｌｄ）の間に配置され、それらのモールドは、成形されるべき光学構成要素の所望の厳密な光学面形状に適合する精密に機械加工されたモールド面を有する剛体である。ゴブは、柔軟になるまで加熱され、モールドは、制御可能な量の変位で互いに合わせられ、それらのモールド面は、ゴブを所望の形状にするようにゴブに対して押圧する。
【0005】
精密ガラス成形プロセスおよび工具が開発されると、成形は、研削および研磨などの従来の製作技法に勝る大きい利点を有する。成形されたレンズ品質特性の大部分は工具依存（ｔｏｏｌ－ｂｏｕｎｄ）であり、これは、成形された光学要素が、通常、光学要素ごとにわずかに小さい偏差を有するにすぎないことを意味する。たとえば、レンズの重要な特性は、その光学面の形状、すなわち、面サグである。成形されたレンズは、極めて再現可能な面サグを有する。一方、成形されたレンズ面の互いに対するセントレーションなど、他のレンズパラメータは、プロセス変動を受けやすいままであり得る。
【発明の概要】
【0006】
本開示によれば、光学構成要素を成形するためのモールドの対が提供される。本モールドの対は、第１の面を備える第１のモールドと、第２の面を備える第２のモールドとを含む。第２の面は、光学構成要素の第１の光学面の反対にある光学構成要素の第２の光学面を成形するための成形部分と、第１の面の整合部分との接触を介した第１のモールドとの整合のための整合部分とを含む。整合部分は、成形部分の周りに延在する。
【0007】
いくつかの実施形態では、第１の面の整合部分および第２の面の整合部分は、回転面を含む。たとえば、第１の面の整合部分は、凹切頭円錐面を含み得、第２の面の整合部分は、第１の面の整合部分の凹切頭円錐面に適合された凸切頭円錐面を含み得る。
【0008】
第１の面の整合部分および第２の面の整合部分は、回転面に限定されない。高速および／または低速工具サーボを用いたダイヤモンド旋削を使用して、アナモルフィックおよびフリーフォーム面を含む、ほとんどどんな形状でも、作製され得る。これらはまた、所望される場合、単一のセットアップにおいて旋削されるので、それらは、モールドの整合フィーチャに対して極めてうまくセンタリングされ得る。
【0009】
第１の面の成形部分および第２の面の成形部分は、それぞれの整合部分によってすべておよび連続的に囲まれ得る。第１の面の成形部分を囲む第１の面の整合部分は、第１の軸を中心として軸対称であり得、第２の面の成形部分を囲む第２の面の整合部分は、第１の軸を中心として軸対称であり得る。
【0010】
いくつかの実施形態では、第１の面および第２の面の各々は、それぞれの整合部分を囲む直線部分を含み得る。第１の面の成形部分および第２の面の成形部分は、凹面、および／または非球面を含み得る。第１の面の整合部分および第２の面の整合部分は、ダイヤモンド旋削された面を含み得る。第１の面および第２の面の全体が、より良い精度のためにダイヤモンド旋削され得る。
【0011】
本開示によれば、光学構成要素を成形するための成形装置が提供される。本成形装置は、第１の面を備える第１のモールドと、第２の面を備える第２のモールドと、第１の面と第２の面とが互いに面するように、第１のモールドと第２のモールドとを支持するためのモールド支持体と、整合のために第１のモールドと第２のモールドとを互いに対して押圧するための押圧装置とを含む。第１の面は、光学構成要素の第１の光学面を成形するための成形部分と、第２のモールドとの整合のための整合部分とを含む。第２の面は、第１の光学面の反対にある光学構成要素の第２の光学面を成形するための成形部分と、第１の面の整合部分との接触を介した第１のモールドとの整合のための整合部分とを含む。整合部分は、成形部分の周りに延在する。
【0012】
本成形装置のいくつかの実施形態では、第１の面の整合部分および第２の面の整合部分は、回転面を含む。たとえば、第１の面の整合部分は、凹切頭円錐面を含み得、第２の面の整合部分は、第１の面の整合部分の凹切頭円錐面に適合された凸切頭円錐面を含み得る。いくつかの実施形態では、第１の面の成形部分および第２の面の成形部分は、それぞれの整合部分によって完全に囲まれる。
【0013】
第１の面および第２の面の各々は、それぞれの整合部分を囲む直線部分を含み得る。第１の面の成形部分および第２の面の成形部分は、凹面、フリーフォーム面、アナモルフィック面、非球面などを含み得る。第１の面の整合部分および第２の面の整合部分は、ダイヤモンド旋削された面を含み得る。
【0014】
本開示によれば、光学構成要素を製造するための方法がさらに提供される。本方法は、第１のモールドの第１の面の成形部分と第２のモールドの第２の面の成形部分との間に光学構成要素プリフォームを配置することを含み得る。第１の面は、第２のモールドとの整合のための整合部分を含み、第２の面は、第１のモールドとの整合のための整合部分を含む。整合部分は、対応する成形部分の周りに延在する。本方法は、第１の面の整合部分と第２の面の整合部分とが互いに係合し、それにより、第１のモールドと第２のモールドとを互いに整合させるように、第１のモールドと第２のモールドとを互いに対して押圧することをさらに含み得る。押圧は、制御可能な量の圧力で実施され得る。
【0015】
いくつかの実施形態では、第１の面の整合部分は、凹切頭円錐面を含み、第２の面の整合部分は、凹切頭円錐面に適合された凸切頭円錐面を含む。第１のモールドと第２のモールドとが、互いに対して押圧されるとき、凸切頭円錐面は、凹切頭円錐面と係合し、それにより、凸切頭円錐面と凹切頭円錐面とが同軸であるように、第１のモールドと第２のモールドとを自己位置合わせする。第１の面および第２の面は、さらなる精度のためにダイヤモンド旋削によって製造され得る。本方法は、押圧の前に、光学構成要素プリフォームのガラス転移温度を上回って光学構成要素プリフォームを加熱することをさらに含み得る。
【0016】
いくつかの実施形態では、光学構成要素材料は、溶融ガラスまたはプラスチックを含む。いくつかの実施形態では、光学構成要素材料は、加熱された固体ガラスプリフォームを含む。第１のモールドまたは第２のモールドのうちの少なくとも一方は、ニッケルめっきされ得る。
【0017】
次に、図面に関して例示的な実施形態が説明される。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本開示のモールドの対の側面断面図である。
【図6】本開示による、光学構成要素を成形するための成形装置の側面図である。
【図7A】ゴブに対して押圧する本開示のモールドの対を使用して光学構成要素を製造するための方法のフローチャートである。
【図7B】本開示のモールドの対を使用して射出成形によって光学構成要素を製造するための方法のフローチャートである。
【図8】本開示のモールドを使用して製造された光学要素を含むヘッドマウントディスプレイの等角図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本教示は、様々な実施形態および例に関して説明されるが、本教示は、そのような実施形態に限定されるものではない。見方を変えれば、本教示は、当業者によって諒解されるように、様々な代替形態および等価物を包含する。本開示の原理、態様、および実施形態、ならびにそれらの特定の例を具陳する、本明細書のすべての記述は、それらの構造的等価物と機能的等価物の両方を包含するものとする。加えて、そのような等価物は、現在知られている等価物、ならびに将来において開発される等価物、すなわち、構造にかかわらず、同じ機能を実施する開発された要素の両方を含むものとする。
【0020】
本明細書で使用される、「第１の」、「第２の」などの用語は、明示的に述べられていない限り、順序を暗示するものではなく、むしろ、ある要素を別の要素と区別するものである。同様に、方法ステップの順序は、明示的に述べられていない限り、方法ステップの実行の順番を暗示しない。図１～図６では、同様の参照番号は、同様の要素を指す。
【0021】
２つの湾曲した光学面を有する光学要素の１つの重要な特性は、光学面の相互セントレーションである。たとえば、レンズの２つの屈折面は、レンズの光学収差を増加させることを回避するために、互いに精密に整合される必要がある。成形されたレンズ面のセントレーションは、モールド自体のセントレーションに依存する。モールドは、精密ピンと適合ホールとのセットでセンタリングされ得る。しかしながら、大きく湾曲した面をもつ光学要素、たとえば、小さい高開口数レンズの場合、ピンベースのセンタリングは、不十分なレベルの精度を提供し得る。
【0022】
本開示によれば、モールドの対が、各々、整合部分と成形部分とを有する面を含み得る。面は、たとえば、ダイヤモンド旋削によって得られ得る。たとえば、ダイヤモンド旋削機械の単一のセットアップにおいて、面を整形する性質により、整合部分と成形部分とは、高度の精度で互いに整合される。対のモールドの面の整合部分は、互いに適合され得る。たとえば、面の整合部分は、適合された切頭円錐面、すなわち、凸切頭円錐面および凹切頭円錐面を含み得る。互いの中に挿入されるとき、円錐面は自己整合し、それぞれの成形部分の精密セントレーションを確実にする。回転面が選好され得るが、他の整合形状が可能である。面の整合部分は、面の成形部分の周りに延在し、すなわち、対応する成形部分の周りに連続的に延在し得る。
【0023】
図１を参照すると、レンズなどの光学構成要素１５０を成形するためのモールドの対が、第１の面１１１を有する第１のモールド１０１と、第２の面１２１を有する第２のモールド１０２とを含む。第１の面１１１は、光学構成要素１５０の第１の光学面１５１を成形するための成形部分１１２と、第２のモールド１０２との整合のための整合部分１１３とを含む。第２の面１２１は、光学構成要素１５０の第２の反対の光学面１５２を成形するための成形部分１２２と、第１の面１１１の整合部分１１３との接触を介した第１のモールド１０１との整合のための整合部分１２３とを備える。
【0024】
いくつかの実施形態では、第１の面１１１および第２の面１２１は、回転面である。本明細書では、「回転面」という用語は、回転軸を中心として任意の曲線を回転することによって得られ得る面を意味する。たとえば、図１に示されている実施形態では、第１の面１１１のための曲線は、軸１００を中心として回転される第１のモールド１０１の輪郭であり得、したがって、第２の面１２１のための曲線は、同じ軸１００を中心として回転される第２のモールド１０２の輪郭であり得、すなわち、第１の面１１１と第２の面１２１とは、整合されたときに同軸である。第１の面１１１の成形部分１１２および第２の面１２１の成形部分１２２は、球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズ、回折レンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、凹凸レンズ、円錐光学要素、または２つの同軸回転面を有する任意の他の光学要素を形成するための、凹回転面または凸回転面を含み得る。第１の面１１１の成形部分および第２の面１２１の成形部分は、回転面である必要がない。高速および／または低速工具サーボを用いたダイヤモンド旋削を使用することによって、ほとんどどんな形状でも作製され得る。
【0025】
図１に示されているように、第１の面１１１の成形部分および第２の面１１２の成形部分は、それぞれの整合部分１１３、１２３によって囲まれ、整合部分１１３、１２３は、成形部分１１２、１２２の周りに、連続的に、すなわちギャップなしに延在する。第１の面１１１および第２の面１２１の各々は、それぞれの整合部分を囲む直線部分を含み得る。例示的な例として、第１の面１１１は、整合部分１１３を囲む直線部分１１４を含み得、第２の面１２１は、それぞれの整合部分１２３を囲む直線部分１２４を含み得る。
【0026】
図１をさらに参照しながら図２を参照すると、第１のモールド１０１の第１の面１１１の整合部分１１３は、凹切頭円錐面２１３を含み得、第２のモールド１０２の第２の面１２１の整合部分１２３は、第１の面１１１の整合部分１１３の凹切頭円錐面２１３に適合された凸切頭円錐面２２３を含み得る。自己整合のプロセス中に、第１のモールド１０１の第１の面１１１の凹切頭円錐面２１３は、図２に示されているように、第２のモールド１０２の第２の面１２１の凸切頭円錐面２２３中に挿入される。２つの円錐面２１３と２２３とが物理的な接触において互いに係合するとき、第１の面１１１と第２の面１２１とは、互いに自己整合し、共通軸１００と同軸になり、それにより、それぞれの成形部分１１２と１２２とを整合させる。面全体が、ダイヤモンド旋削機械のダイヤモンド工具、あるいは精密旋盤の切断工具または整形工具の、同じパス中に製造され得るので、それぞれ、第１のモールド１０１の第１の面１１１と第２のモールド１０２の第２の面１２１との、それぞれの成形部分１１２と１２２との極めて精密な整合が達成され得る。
【0027】
光学構成要素１５０、たとえば、レンズの製造のための成形アクションは、図３にさらに示されている。ガラスまたはプラスチックゴブ３５０が、第１のモールド１０１と第２のモールド１０２との間に配置され、随意に、そのガラス転移温度Ｔｇを上回って加熱される。第１のモールド１０１と第２のモールド１０２とが互いに合わせられるので、ゴブ３５０は、第１のモールド１０１の第１の面１１１の成形部分１１２と、第２のモールド１０２の第２の面１２１の成形部分１２２とによって、圧搾される。第１のモールド１０１と第２のモールド１０２とは、第１の面１１１の整合部分１１３と第２の面１２１の整合部分１２３とが物理的な接触において互いに係合するとき、自己整合される。
【0028】
第１の面１１１の整合部分１１３と第２の面１２１の整合部分１２３とが互いに係合するとき、第１の面１１１の中心厚さの成形部分１１２と、第２の面１２１の中心厚さの成形部分１２２との間の距離が、最小のあらかじめ定められた距離に達し、それにより、圧搾されたゴブ３５０の中心厚さを定める。次いで、ガラスゴブ３５０は、冷やされ、モールド１０１、１０２のグリップから取り外され得る。圧搾されたゴブ３５０の厚さは、第１の面１１１および第２の面１２１の形状によって明確に定められるので、製造された光学構成要素１５０の中心厚さは、明確に定められる。製造された光学構成要素１５０の中心厚さと面形状の両方が、工具依存であり、すなわち、モールド１０１、１０２の対によって定められる。モールド１０１とモールド１０２とが自己整合しているので、第１の光学面１５１と第２の光学面１５２とのセントレーション誤差も工具依存である。
【0029】
第１のモールド１０１および第２のモールド１０２はまた、射出成形または鋳造プロセスのために適応され得、第１のモールド１０１と第２のモールド１０２とは互いに合わせられ、低温ガラスまたはプラスチックなどの成形材料が、成形部分１１２と成形部分１２２との間のキャビティ中に射出される。成形材料は、たとえば、熱硬化性またはＵＶ硬化性であり得る。
【0030】
第１のモールド１０１および第２のモールド１０２は、回転面を含む、所望の形状の精密面を形成するための好適な技法を使用して製造され得る。たとえば、旋盤またはダイヤモンド旋削機械が、それぞれ、第１のモールド１０１の第１の面１１１および第２のモールド１０２の第２の面１２１を製造するために使用され得る。面１１１および面１２１の全体が、ダイヤモンド旋削され得るか、または、少なくとも、第１の面１１１の整合部分１１３および第２の面１２１の整合部分１２３が、ダイヤモンド旋削され得る。しかしながら、成形されるべき光学構成要素は、回転面以外の面、たとえば、マイクロレンズアレイ、または任意の他の配列された要素、回折格子などを含み得ることを理解されたい。アナモルフィックおよびフリーフォーム面が、高速／低速サーボを用いたダイヤモンド旋削によって作製され得る。これらはまた、所望される場合、単一のセットアップにおいて旋削されるので、それらは、モールドの整合フィーチャに対して極めてうまくセンタリングされ得る。
【0031】
いくつかの実施形態では、成形面部分は平坦にされ得、その場合、必要とされる形状、たとえば、マイクロレンズアレイのものは、精密ミリングされて平坦な成形面部分になり得る。マイクロレンズアレイは、直線、矩形、六角形などであり得る。任意の非回転対称光学面が、このようにして成形され得る。一例として、図４は、マイクロレンズアレイを成形するためのモールド４０１、４０２の成形部分４１２、４２２を示す。成形部分４１２、４２２は、示されているように、個々の凸マイクロレンズを成形するための凹リセスのアレイを含み得る。リセスの代わりに突起が使用されて、マイクロレンズの対応する凹面を作成し得る。
【0032】
レンズ面間の優れたセントレーションが、たいていの場合、望ましいが、整合フィーチャに対する制御された量の偏心で光学面を機械加工することによって、面間の必要とされるオフセットを達成することも可能である。これは、いくつかの光学構成のために有用であり得る。レンズ中に一体に成形され得る、光学面と機械的整合フィーチャとの間の定められたオフセットを得ることもある。
【0033】
モールド面の整合部分は、図１および図２の切頭円錐面に限定されない。たとえば、図５を参照すると、第１のモールド５０１および第２のモールド５０２が、それぞれ、第１の回転面５１１および第２の回転面５２１を有する。回転面５１１と回転面５２１の両方は、軸５００を中心として対称である。第１の回転面５１１は、凹成形部分５１２と、凹成形部分５１２の周りに連続的に、すなわちギャップなしに延在する溝付き整合部分５１３とを含む。溝付き整合部分５１３は、軸５００を中心として対称のおよび三角断面を有する、円形溝の対を含む。第２の回転面５２１は、別の凹成形部分５２２と、別の凹成形部分５２２の周りに連続的に延在する隆起した整合部分５２３とを含む。隆起した整合部分５２３は、軸５００を中心として対称のおよび三角断面を有する、円形隆起の対を含む。第１のモールド５０１と第２のモールド５０２とが互いに合わせられるとき、第１の回転面５１１と第２の回転面５２１とは互いに係合し、それにより、第１の５０１の回転面５１１と第２の５０２の回転面５１２とが同軸になること、すなわち、同じ軸５００を中心として対称になることを引き起こす。
【0034】
いくつかの実施形態では、溝付き整合部分５１３は、平坦であるかまたは湾曲し得る、傾斜壁を有する溝を含み得る。溝は、製造の容易さのために、中心スロットまたはカットアウト（ギャップ）を有し得る。同様に、適合する隆起した整合部分５２３は、平坦であるかまたは湾曲し得る、傾斜壁を有する隆起を含み得、隆起壁の製造の容易さのために、および対応する溝付き整合部分５１３に対するより良い整合のために、平坦化されたまたは丸められた隆起の先端を有し得る。成形部分５１２、５２２は、凹、凸、球面、非球面、円錐などであり得る。
【0035】
図６を参照すると、光学構成要素を成形するための成形装置６００が、図１のモールド１０１、１０２の対と同様の、第１のモールド６０１と第２のモールド６０２とを含む。図６の第１のモールド６０１および第２のモールド６０２は、モールド支持体６６２によって支持される。第１のモールド６０１は、第１の面６１１、たとえば、回転面を有し、第２のモールド６０２は、第２の面６２１、たとえば、回転面を有する。モールド支持体６６２は、ロック可能なホルダー、すなわち、第１の面６１１と第２の面６２１とが、示されているように、同軸であり、互いに面しているように、第１のモールド６０１と第２のモールド６０２とを支持するチャックを含み得る。第１のモールド６０１の第１の面６１１は、光学構成要素の第１の光学面を成形するための成形部分６１２と、第２のモールド６０２との整合のための、成形部分６１２の周りに広がる整合部分６１３とを含む。同様に、第２の面６２１は、光学構成要素の第１の光学面の反対にある光学構成要素の第２の光学面を成形するための成形部分６２２と、第１のモールド６０１の第１の面６１１の整合部分６１３との接触を介した第１のモールド６０１との整合のための、成形部分６２２の周りに広がる整合部分６２３とを含む。
【0036】
押圧装置６６４が、第１のモールド６０１と第２のモールド６０２とを互いに対して押圧するために、矢印６６５によって指示された方向に力を加えるために構成され得る。第１のモールド６０１と第２のモールド６０２とが、互いに対して押圧されるとき、第１の面６１１の整合部分６１３と第２の面６２１の整合部分６２３とは、直接の物理的な接触において互いに係合し、それにより、第１の面６１１と第２の面６２１とをセンタリングし、すなわち、（軸対称面について）それらの面を同軸にする。第１の面６１１と第２の面６２１とが、センタリングされる／同軸になるにつれて、それらのそれぞれの成形部分６１２と６２２とは、同じく、センタリングされる／同軸になる。これは、成形された光学構成要素の光学面が、モールド６０１とモールド６０２とのセンタリングの精度でセンタリングされることを引き起こす。したがって、成形された光学構成要素の面の形が工具依存になるだけでなく、成形された光学構成要素の面のセンタリングも工具依存になり、これは、モールド６０１、６０２の同じ対を使用して、次々に、成形された光学構成要素が作られるので、再現性を確実にする。さらに、面６１１および面６２１の各々が、旋盤またはダイヤモンド旋削機械（成形されるべき光学構成要素に依存する）の単一のセットアップで得られ得るので、モールドの達成可能なセントレーションは極めて高くなり得ることに留意されたい。
【0037】
図６に示されている実施形態では、第１の面６１１の整合部分６１３は、凹切頭円錐面を含み、第２の面６２１の整合部分６２３は、第１の面６１１の整合部分６１３の凹切頭円錐面に適合された凸切頭円錐面を含む。整合部分６１３、６２３は、同心三角隆起に適合される同心三角溝、同心台形隆起に適合される同心台形溝などを含む、他の形状を有し得る。
【0038】
第１の面６１１の成形部分および第２の面６２１の成形部分は、それぞれの整合部分によって囲まれ得る。たとえば、整合面部分は、面の中心に配設され得、光学構成要素のための複数のモールドは、面の周辺上に配設され得る。第１の面６１１および第２の面６２１の各々の整合部分は、対応する成形部分に関するあらかじめ定められたオフセットを含み得る。
【0039】
図６の実施形態では、第１の面６１１の成形部分６１２および第２の面６２１の成形部分６２２は、それぞれ、凹回転面、たとえば、非球面両凸レンズを作るための非球面を含む。成形部分６１２、６２２の一方または両方はまた、凸球面、非球面、円錐、アナモルフィック、フリーフォームなどであり得ることを理解されたい。成形部分６１２、６２２はまた、フレネルレンズおよび回折光学要素、たとえば回折レンズの、同心溝または隆起を含み得る。
【0040】
第１のモールド６０１および／または第２のモールド６０２は、鋼、真鍮、アルミニウムなど、様々な材料から作られ得る。モールドの全部または部分がニッケルめっきされるか、あるいはさもなければ、機械加工または性能を支援するために処置され得る。たとえば、成形部分６１２および／または成形部分６２２にニッケルを適用することは、光学面に関するより良い仕上げを可能にし得、整合部分、たとえば円錐を、めっきされていない鋼にしておくことは、モールド寿命を改善することができる。
【0041】
図７Ａを参照すると、光学構成要素を製造するための方法７００が、たとえば、図６の成形装置６００を使用して、実施され得る。方法７００は、第１のモールドの第１の面の成形部分と第２のモールドの第２の面の成形部分との間に、たとえば、図６の第１のモールド６０１の第１の面６１１の成形部分６１２と第２のモールド６０２の第２の面６２１の成形部分６２２との間に、光学構成要素プリフォームを配置すること（７０２）を含む。第１の面６１１は、第２のモールド６０２との整合のための整合部分６１３をさらに含み、第２の面６２１は、第１のモールド６０１との整合のための整合部分６２３をさらに含む。次いで、光学構成要素プリフォームまたはゴブは、光学構成要素プリフォームまたはゴブを、押圧によって整形されるのに十分に柔軟にするために、たとえば、そのガラス転移温度Ｔｇを上回って、加熱され得る（図７Ａ、７０４）。次いで、第１のモールド６０１と第２のモールド６０２とは、第１の面６１１の整合部分６１３と第２の面６２１の整合部分６２３とが互いに接触するように、押圧装置（たとえば、図６中の押圧装置６６４）によって互いに対して押圧または圧搾される（７０６）。このアクションによって、第１のモールド６０１と第２のモールド６０２とは、互いに整合するようになり、すなわち、同軸になり、成形されている光学構成要素の面がセンタリングされることを確実にする。次いで、光学構成要素プリフォームまたはゴブは冷やされ得る（７０８）。次いで、モールドは、作られた光学素子（ｏｐｔｉｃ）を解放するために分離され得る。
【0042】
成形部分６１２と成形部分６２２との間の距離は、モールドジオメトリによって、すなわち、第１の面６１１および第２の面６１２の形状によって、定められる。したがって、押圧アクションは圧力制御され得、すなわち、制御可能な量の圧力が加えられて、第１の面６１１の第１の整合部分６１３と第２の面６１２の第２の整合部分６２３との間の良好な機械的接触を確実にして、適切なセンタリングを確実にし得る。押圧アクションはまた、変位制御され得るが、これは必要でない。
【0043】
図７Ａの方法７００を用いた光学構成要素の製造の精度は工具依存であるので、モールドは、面サグ、中心厚さ、およびセントレーションなど、光学構成要素の必要とされる仕様に対応するレベルの精度で製造される必要があり得る。製造の高い公差を達成するために、第１の面６１１および第２の面６１２は、ダイヤモンド旋削され、すなわち、ダイヤモンド切削工具を使用する機械的機械加工プロセスである、ダイヤモンド旋削プロセスによって製造され得る（７０１）。ダイヤモンド旋削の後に、好適な方法を使用する、第１の面６１１および第２の面６１２またはそれらのそれぞれの成形／整合部分の、研磨、硬化、および／またはコーティング、たとえば、めっきが続き得る。コーティングプロセスステップでは、摩耗、腐食、摩擦、ガラスの付着、および／またはプリフォームのガラス材料との化学反応に対してモールドを保護するために、第１の面６１１および第２の面６１２に保護層が適用され得る。
【0044】
図７Ｂを参照すると、光学構成要素を製造するための方法７１０が、たとえば、射出成形に好適な図６の成形装置６００の一実施形態を使用して、実施され得る。方法７１０は、２つのモールドを、モールドのそれぞれの整合部分間の物理的な接触まで、互いに合わせること（７１２）を含む。次いで、たとえば、低温ガラスまたはプラスチックなど、液体成形材料が、２つのモールドのモールド部分によって形成されたモールドキャビティ中に射出され得る（７１４）。次いで、アセンブリを冷やして、成形材料を固化させることが可能である（７１６）。次いで、モールドは、作られた光学素子を解放するために分離され得る。
【0045】
図７Ｂの方法７１０を用いた光学構成要素の製造の精度は工具依存であるので、モールドは、面サグ、中心厚さ、およびセントレーションなど、光学構成要素の必要とされる仕様に対応するレベルの精度で製造される必要があり得る。製造の高い公差を達成するために、第１の面６１１および第２の面６１２は、ダイヤモンド旋削され、すなわち、ダイヤモンド切削工具を使用する機械的機械加工プロセスである、ダイヤモンド旋削プロセスによって製造され得る（７１１）。ダイヤモンド旋削の後に、好適な方法を使用する、第１の面６１１および第２の面６１２またはそれらのそれぞれの成形／整合部分の、研磨、硬化、および／またはコーティング、たとえば、めっきが続き得る。コーティングプロセスステップでは、摩耗、腐食、摩擦、ガラスの付着、および／またはプリフォームのガラス材料との化学反応に対してモールドを保護するために、第１の面６１１および第２の面６１２に保護層が適用され得る。
【0046】
本開示の実施形態は、人工現実システムを含むか、または人工現実システムとともに実装され得る。人工現実システムは、視覚情報、オーディオ、タッチ（体性感覚）情報、加速度、平衡など、感覚を通して得られる外界に関する感覚情報を、ユーザへの提示の前に何らかの様式で調整する。非限定的な例として、人工現実は、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、複合現実（ＭＲ）、ハイブリッド現実、あるいはそれらの何らかの組合せおよび／または派生物を含み得る。人工現実コンテンツは、完全に生成されたコンテンツ、またはキャプチャされた（たとえば、現実世界の）コンテンツと組み合わせられた生成されたコンテンツを含み得る。人工現実コンテンツは、ビデオ、オーディオ、体性またはハプティックフィードバック、あるいはそれらの何らかの組合せを含み得る。このコンテンツのいずれも、観察者に３次元効果をもたらすステレオビデオにおいてなど、単一のチャネルまたは複数のチャネルにおいて提示され得る。さらに、いくつかの実施形態では、人工現実は、たとえば、人工現実におけるコンテンツを作成するために使用される、および／または人工現実において別様に使用される（たとえば、人工現実におけるアクティビティを実施する）アプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、またはそれらの何らかの組合せにも関連し得る。人工現実コンテンツを提供する人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続されたヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などのウェアラブルディスプレイ、スタンドアロンＨＭＤ、眼鏡のフォームファクタを有するニアアイディスプレイ、モバイルデバイスまたはコンピューティングシステム、あるいは、１人または複数の観察者に人工現実コンテンツを提供することが可能な任意の他のハードウェアプラットフォームを含む、様々なプラットフォーム上に実装され得る。
【0047】
図８を参照すると、ＨＭＤ８００は、ＡＲ／ＶＲ環境へのより大きい程度の没入のためのユーザの顔を囲むＡＲ／ＶＲウェアラブルディスプレイシステムの一例である。ＨＭＤ８００の機能は、コンピュータ生成された像で物理的現実世界の環境のビューを拡張すること、および／または、完全に仮想３Ｄ像を生成することである。ＨＭＤ８００は、前面本体８０２と、バンド８０４とを含み得る。前面本体８０２は、信頼できるおよび快適な様式でのユーザの眼の前への配置のために構成され、バンド８０４は、ユーザの頭部上で前面本体８０２を固定するために伸張され得る。ディスプレイシステム８８０は、ユーザにＡＲ／ＶＲ像を提示するために、前面本体８０２中に配設され得る。ディスプレイシステム８８０およびＨＭＤ８００の他のモジュールは、本明細書で説明される技法および工具を使用して製造された光学構成要素を含み得る。前面本体８０２の側面８０６は、不透明であるか、または透明であり得る。
【0048】
いくつかの実施形態では、前面本体８０２は、ロケータ８０８と、ＨＭＤ８００の加速度を追跡するための慣性測定ユニット（ＩＭＵ）８１０と、ＨＭＤ８００の位置を追跡するための位置センサー８１２とを含む。ＩＭＵ８１０は、ＨＭＤ８００の動きに応答して１つまたは複数の測定信号を生成する位置センサー８１２のうちの１つまたは複数から受信された測定信号に基づいて、ＨＭＤ８００の位置を指示するデータを生成する電子デバイスである。位置センサー８１２の例は、１つまたは複数の加速度計、１つまたは複数のジャイロスコープ、１つまたは複数の磁力計、動きを検出する別の好適なタイプのセンサー、ＩＭＵ８１０の誤差補正のために使用されるタイプのセンサー、またはそれらの何らかの組合せを含む。位置センサー８１２は、ＩＭＵ８１０の外部に、ＩＭＵ８１０の内部に、またはそれらの何らかの組合せで位置し得る。
【0049】
ロケータ８０８は、仮想現実システムが、ＨＭＤ８００全体のロケーションおよび配向を追跡することができるように、仮想現実システムの外部撮像デバイスによって追跡される。ＩＭＵ８１０および位置センサー８１２によって生成された情報は、ＨＭＤ８００の位置および配向の追跡正確さ改善のために、ロケータ８０８を追跡することによって取得された位置および配向と比較され得る。正確な位置および配向は、ユーザが、３Ｄ空間において移動し、回転するので、適切な仮想風景をユーザに提示するために重要である。
【0050】
ＨＭＤ８００は、ＨＭＤ８００の一部または全部の周囲のローカルエリアの深度情報を記述するデータをキャプチャする、深度カメラアセンブリ（ＤＣＡ）８１１をさらに含み得る。そのために、ＤＣＡ８１１は、レーザーレーダー（ＬＩＤＡＲ）、または同様のデバイスを含み得る。ＤＣＡ８１１は、本明細書で説明される技法および工具を使用して製造された光学構成要素を含み得る。深度情報は、３Ｄ空間におけるＨＭＤ８００の位置および配向の決定のより良好な正確さのために、ＩＭＵ８１０からの情報と比較され得る。
【0051】
ＨＭＤ８００は、リアルタイムでユーザの眼の配向および位置を決定するための視標追跡システム８１４をさらに含み得る。視標追跡システム８１４は、本明細書で説明される技法および工具を使用して製造された光学構成要素を含み得る。眼の取得された位置および配向はまた、ＨＭＤ８００が、ユーザの視線方向を決定することと、それに応じてディスプレイシステム８８０によって生成された画像を調整することとを可能にする。一実施形態では、輻輳、すなわち、ユーザの眼視線の収束角が決定される。決定された、視線方向および輻輳角はまた、画角および眼の位置に応じて、視覚的アーティファクトのリアルタイム補償のために使用され得る。さらに、決定された、輻輳および視線角は、ユーザとの対話、オブジェクトをハイライトすること、オブジェクトを前景に持ってくること、追加のオブジェクトまたはポインタを作成することなどのために使用され得る。たとえば、前面本体８０２に組み込まれた小さいスピーカーのセットを含む、オーディオシステムも提供され得る。
【0052】
本明細書で開示する態様に関して説明される、様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュール、および回路を実装するために使用されるハードウェアは、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、あるいは本明細書で説明される機能を実施するように設計されたそれらの任意の組合せで実装または実施され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連携した１つまたは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装され得る。代替的に、いくつかのステップまたは方法は、所与の機能に固有である回路によって実施され得る。
【0053】
本開示は、本明細書で説明される特定の実施形態によって、範囲が限定されるべきではない。実際は、上記の説明および添付の図面から、本明細書で説明されるものに加えて、他の様々な実施形態および修正が当業者に明らかになろう。したがって、そのような他の実施形態および修正は、本開示の範囲内に入るものとする。さらに、本開示は、特定の目的のための特定の環境における特定の実装形態のコンテキストにおいて、本明細書で説明されたが、本開示の有用性がそれに限定されないこと、および、本開示が、任意の数の目的のための任意の数の環境において有益に実装され得ることを、当業者は認識されよう。したがって、以下に記載する特許請求の範囲は、本明細書で説明される本開示の全幅および全趣旨に鑑みて解釈されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【国際調査報告】