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1、(10)申请公布号 CN 102385097 A (43)申请公布日 2012.03.21 CN 102385097 A *CN102385097A* (21)申请号 201110322411.9 (22)申请日 2011.10.21 12/909684 2010.10.21 US G02B 6/00(2006.01) B32B 37/10(2006.01) B32B 37/12(2006.01) B32B 38/10(2006.01) B32B 38/16(2006.01) (71)申请人 微软公司 地址 美国华盛顿州 (72)发明人 K. A. 詹金斯 T. 拉奇 R. M. 迪德 (74。
2、)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 谢建云 刘鹏 (54) 发明名称 制作层压光楔 (57) 摘要 公开了涉及层压光楔的制作的实施例。一个 实施例提供了一种方法 （200） ， 其包括将楔坯件 插入 （202） 真空成型工具， 应用 （204） 真空到真空 成型工具， 以及从楔坯件的顶表面移除一层以露 出 （206） 楔坯件的机加工表面。该方法还包括 ： 经 由粘合剂将成品工件层压 （208） 到机加工表面， 其中成品工件包括比机加工表面平整的表面 ； 以 及固化 （214） 粘合剂以形成成品光楔。该方法还 包括从真空成型工具移除 （218） 成品光楔。 (30。
3、)优先权数据 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 7 页 CN 102385116 A1/1 页 2 1. 一种制作光楔的方法 （200） ， 该方法包括 ： 将楔坯件插入 （202） 真空成型工具 ； 应用 （204） 真空到真空成型工具 ； 从楔坯件的顶表面移除一层以露出 （206） 楔坯件的机加工表面 ； 经由粘合剂将成品工件层压 （208） 到机加工表面， 该成品工件包括比机加工表面平整 的表面 ； 固化 （214） 粘合剂以形成成品光楔 ； 以及 从真空成型工具移除 （218） 成品光楔。 2.。
4、 权利要求 1 的方法， 其中粘合剂具有在楔坯件折射率的 +/-0.02 内的折射率。 3. 权利要求 1 的方法， 其中将成品工件层压到机加工表面包括经由辊应用成品工件。 4. 权利要求 1 的方法， 其中固化粘合剂包括应用紫外光。 5. 权利要求 1 的方法， 其中固化粘合剂包括应用压力。 6. 权利要求 1 的方法， 其中固化粘合剂包括应用热量。 7. 权利要求 1 的方法， 其中将成品工件层压到机加工表面包括印刷热熔化的可固化的 粘合剂到机加工表面上。 8. 权利要求 7 的方法， 其中固化粘合剂还包括应用热量以熔化粘合剂。 9. 权利要求 1 的方法， 其中楔坯件和成品工件分别由 P。
5、MMA（聚甲基丙烯酸甲酯） 形成， 以及其中粘合剂为 PMMA 粘合剂。 10. 一种楔形光学光导 （700） ， 包括 ： 单片楔形本体， 该本体包括 ： 第一部分 （150） ， 其具有机加工表面 （406） ； 以及 第二部分 （502） ， 其具有经由粘合剂 （504） 结合到第一部分 （150） 的机加工表面 （406） 的底面 （508） ， 第二部分 （502）具有在底面 （508）的相对面上比机加工表面平整的表面 （506） 。 权 利 要 求 书 CN 102385097 A CN 102385116 A1/5 页 3 制作层压光楔 背景技术 0001 光楔是一种配置成经由全。
6、内反射在位于光导端部处的第一光界面和位于光导主 表面处的第二光界面之间传输光的楔形光导。 在合适输入角度范围内输入第一光界面的光 传播通过光楔， 直至达到内反射的临界角， 由此允许光通过第二界面传输离开光楔。 取决于 具体光楔的设计， 第一光界面可以在光楔的薄端部处或者在厚端部处。 在任一情形下， 光在 光楔内的内反射允许光扇出到比较小空间体积内的期望光束大小， 并且因此可以容许构造 与没有光楔的类似系统相比较为紧凑的光学系统。 0002 表面粗糙度会负面地影响光楔的性能， 因为这种粗糙度会导致光泄漏并且会影响 图像质量。2nm RA（粗糙度平均值， 定义为与平均表面水平的绝对偏差的算术平均值。
7、） 或更 小的表面粗糙度在一些应用中会是期望的以避免这种问题。另外， 光楔的不良尺寸精确度 会引起图像的剪切、 分裂或鬼影。 发明内容 0003 此处公开了涉及层压光楔的制作的各种实施例。例如， 一个公开实施例提供了一 种方法， 其包括 ： 将楔坯件插入真空成型工具， 应用真空到真空成型工具， 以及从楔坯件的 顶表面移除一层从而露出楔坯件的机加工表面。该方法还包括 ： 经由粘合剂将成品工件 （finish piece） 层压到机加工表面， 其中成品工件包括比机加工表面更平整的表面 ； 以及 固化粘合剂以形成成品光楔。该方法还包括从真空成型工具移除成品光楔。 0004 此发明内容被提供从而以简化。
8、形式介绍概念选择， 所述概念在具体实施方式中予 以进一步描述。此发明内容不是旨在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征， 也不 是旨在限制所要求保护的主题的范围。再者， 所要求保护的主题不限于解决此公开内容任 何部分中指出的任何或全部缺点的实施方式。 附图说明 0005 图 1 为真空成型工具和置于真空成型工具上方的楔坯件的实施例的示意性截面 视图。 0006 图 2 为描述制作光楔的方法的实施例的流程图。 0007 图 3 为图 1 的实施例的示意性截面视图， 示出了被插入真空成型工具的楔坯件。 0008 图 4 为图 1 的实施例的示意性截面视图， 示出了被露出的楔坯件的机加工表面。 0。
9、009 图 5 为图 1 的实施例的示意性截面视图， 示出了层压在楔坯件的机加工表面顶部 上的成品层。 0010 图6为图1的实施例的示意性截面视图， 示出了层压工艺中固化粘合剂的实施例。 0011 图 7 为依据本公开内容的实施例的成品光楔的示意性截面视图。 具体实施方式 0012 如上所述， 表面粗糙度和尺寸精确度可以是制作光楔中的目标。 在一些应用中， 会 说 明 书 CN 102385097 A CN 102385116 A2/5 页 4 期望楔最大厚度的大约 1% 的厚度公差以避免光从楔的错误表面损失。另外， 具有接近投影 光束直径的大小的周期的表面波纹会导致图像焦点的退化， 在从波。
10、纹表面多次反射过程中 该退化会被放大。作为非限制实例， 在一些实施例中会期望实现 1 微米 /20mm 的表面波纹 的目标水平。另外， 在一些实施例中会期望实现 2nm RA 的表面粗糙度以避免散射光和图像 对比度损失。 0013 然而， 制造具有这种属性的光楔会带来各种挑战。例如， PMMA（聚甲基丙烯酸甲 酯） 挤压的光楔会具有源于挤压孔的10nm RA量级的表面粗糙度， 该表面粗糙度远远高于某 些应用会期望的 2nm RA。在两个浮法玻璃板之间铸造的光楔可具有可接受的平整度。然 而， 在固化其间 PMMA 会收缩大约 12-24%。由于光楔的不均匀厚度， 这种收缩会导致不良厚 度廓形公差。
11、， 引起功能损失。 0014 因此， 此处提供了涉及以可以帮助避免这种问题的方式制造光楔的各种实施例。 将理解， 此处给出的示意性视图出于说明目的而大幅夸大。 0015 图 1 为用于从楔坯件 150 成型光楔的真空成型工具 102 的实施例的示意性视图， 其中楔坯件 150 为用于成型光楔的开始材料。楔坯件 150 可以由任何合适光学材料制成， 该光学材料包括但不限于诸如丙烯酸 PMMA、 聚碳酸酯、 聚苯乙烯等的光学级材料。例如， 在 一些实施例中， 楔坯件 150 可以是通过固化倾注在由垫片分隔的两个浮法玻璃形式之间的 单体而形成的铸造丙烯酸板。 所得到的铸造板可以呈现与浮法玻璃形式的平。
12、均表面粗糙度 值大约相似的平均表面粗糙度值， 在一些实施例中该平均表面粗糙度值可以是2nm RA或更 小。因而， 与将机加工的表面相对的楔坯件 150 的表面可具有大约 2nm RA 或更小并且在一 些实施例中 1nm RA 或更小的平均表面粗糙度。将理解， 描述这种形成楔坯件的方法是出于 实例的目的， 并且楔坯件可以按照任何其它合适方式形成。 0016 楔坯件 150 可具有任何合适尺寸。例如， 在一些实施例中， 楔坯件 150 可具有大约 1mm-20mm的预处理厚度。 由于某些丙烯酸聚合工艺导致在聚合反应进行时丙烯酸材料收缩 大约 12%-24%， 将理解， 在一些实施例中可以使用更厚的。
13、单体初始进料以实现楔坯件 150 的 这种最后厚度。 0017 真空成型工具 102 包含一个或多个真空端口 106， 其流体连接到真空泵 （未示出） 并且配置成将空气和/或其它气体从真空成型工具102引导朝向真空泵。 在一些实施例中， 真空成型工具 102 可以安装在诸如光学安装平台的稳定表面上， 从而提供用于更详细描述 的成型和铸造操作的水平表面。 0018 真空成型工具 102 还包含真空形成表面 104， 其配置成提供一种形式以将光楔的 表面成形为期望廓形。例如， 在图 1 中， 真空形成表面 104 呈现一光学表面廓形， 该光学表 面廓形沿着从真空成型工具 102 的端部 A 到相对。
14、端部 B 行进的方向 L 改变厚度。端部 A 和 B分别对应于所得到的光楔的厚边缘和薄边缘。 因而， 在图1的真空成型工具102中制作的 光楔将呈现一光学表面廓形， 该光学表面廓形匹配真空形成表面 104 的光学表面廓形。将 理解， 真空形成表面 104 的光学表面廓形可以具有沿着真空形成表面 104 的其长度和宽度 的任何合适廓形， 从而实现用于具体终端用户应用的光学和 / 或结构特性。 0019 在一些实施例中， 真空形成表面 104 可包括一个或多个局部形貌特性 108， 其配置 成将相应形貌特征传递到成品光楔。例如， 在图 1 所示场景中， 局部形貌特性 108 被示为厚 度最大值， 。
15、其配置成将非球面光学特征传递到成品光楔。将理解， 真空形成表面 104 可以通 说 明 书 CN 102385097 A CN 102385116 A3/5 页 5 过任何合适工艺， 诸如通过使用球头铣刀 （milling cutter） 进行切割而形成。还将理解， 成型表面可包括任何其它合适形状， 其包括但不限于平坦的。 0020 图 2 示出一流程图， 该流程图示出用于制作光楔的方法 200 的实施例。将理解， 方 法 200 中的一个或多个工艺可以由用于制作光楔的任何合适真空成型工具执行， 并且不限 于此处描述的实施例。 0021 方法200包括， 在202， 将楔坯件插入真空成型工具。。
16、 为了说明这一点， 图3示出被 插入真空成型工具 102 的楔坯件 150 的实施例的截面视图。方法 200 接着包括， 在 204， 应 用真空到成型工具。在图 3 中示出的实例中， 真空经由真空端口 106 已经应用到真空成型 工具 102。真空的应用造成楔坯件 150 被压抵真空形成表面 104， 使得真空形成表面 104 的 光学表面廓形被传递到楔坯件150的成型表面152。 因而， 在铸造丙烯酸坯件被插入楔成型 工具 102 的场景中， 铸造丙烯酸成型表面在机加工相对表面期间可以保留铸造丙烯酸坯件 原生的表面粗糙度。 0022 接着， 方法 200 包括， 在 206， 在真空成型工。
17、具仍处于真空时， 除移楔坯件的顶表面 的一部分。例如， 图 4 示出被插入真空成型工具 102 的楔坯件 150 的截面视图。楔坯件 150 的顶表面404由铣机402机加工以产生机加工表面406。 将理解， 任何合适机加工工艺可以 被采用以形成机加工表面 406。例如， 尽管图 4 描述了单个位 （single bit） ， 但是可以使用 配备有宽的多头铣刀的CNC铣机， 从而以比单个位更高效的方式产生机加工表面406。 机加 工工艺的结果为， 楔坯件的 A 端部厚于 B 端部。在一些实施例中， 通过机加工可以移除多达 50 百分比的楔坯件， 而在其它实施例中可以移除更多或更少的材料。 00。
18、23 楔坯件的机加工表面可具有小于100nm RA的表面粗糙度。 然而， 如上所述， 在一些 应用中会期望具有 2nm RA 或更小的粗糙度的表面。因而， 方法 200 包括， 在 208， 经由粘合 剂将成品工件层压到机加工表面， 其中成品工件包括比机加工表面平整的期望光学平整度 的表面。将成品工件层压到楔坯件可包括各种子步骤。例如， 在图 2 的实施例中， 在 210 将 粘合剂应用到机加工表面和 / 或成品工件， 在 212 将成品工件应用到楔坯件上， 并且在 214 固化粘合剂以将成品工件结合到楔坯件。 使用光学匹配的粘合剂将成品工件层压到楔坯件 上帮助防止在机加工表面和成品工件之间边。
19、界处的反射， 由此产生具有期望内反射特性的 光楔。 0024 图 5 说明层压工艺， 该图示出楔坯件 150 的机加工表面 406 的截面视图， 粘合剂 504 已经应用到该机加工表面 406 上。图 5 还说明将放置在粘合剂上的成品工件 502。如 上所述， 成品工件包括与靠近粘合剂 504 的表面 508 相对的表面 506， 该表面比该机加工表 面平整。将理解， 在各种实施例中， 粘合剂也可以应用到成品工件， 或者应用到成品工件和 楔坯件二者。 0025 图 5 中说明， 在楔坯件保持到处于真空的真空成型工具时， 成品工件正被应用到 楔坯件的机加工表面。 在其它实施例中， 可以在将楔坯件。
20、保持就位的真空移除之后， 执行层 压工艺。因此， 在这种实施例中， 方法 200 可以可选地包括， 在 216， 在执行层压之前从真空 成型工具移除楔坯件。 0026 可以使用任何合适粘合剂将成品工件层压到楔坯件。 合适粘合剂包括这样的粘合 剂， 其具有充分地接近楔坯件和 （多种） 成品工件材料的折射率， 并且/或者具有合适粘度和 润湿特性以填充机加工表面中的间隙， 使得在成品工件和机加工表面之间形成的界面不造 说 明 书 CN 102385097 A CN 102385116 A4/5 页 6 成不期望数量的内反射和 / 或光散射。在一些实施例中， 粘合剂可具有在楔和 （多种） 成品 工件材。
21、料的折射率的 +/-0.02 内， 并且在其它实施例中在 +/-0.01 内的折射率。另外， 粘合 剂可以选择为在期望波长范围内是光学透明的。 作为实例， 在光楔将用于可见光投影时， 粘 合剂可以是可见地 （visibly） 透明的， 并且 / 或者在机器视觉系统中对红外波长是透明的 以用于收集和传输红外光。 0027 粘合剂 504 可具有任何合适物理属性。例如， 粘合剂可以是液态的， 压力敏感的， 可熔化的等。另外， 粘合剂 504 可包括任何合适的一种材料或多种材料。作为非限制实例， 粘合剂可以是PMMA粘合剂， 其中楔坯件150和/或成品工件506包括PMMA。 将理解， 在210 使。
22、用的粘合剂的类型会影响如参考 214 所更详细描述的合适固化工艺的选择。 0028 粘合剂可以按照任何合适方式被应用。例如， 可以在卷到卷 （roll-to-roll） 工艺 中应用湿粘合剂， 而可以通过将粘合剂印刷到机加工表面上来应用压力敏感粘合剂。 0029 在另外其它实施例中， 可以使用热熔化紫外 （UV） 可固化粘合剂。这种粘合剂具有 高于室温的熔化温度， 并且是 UV 可固化的。为了使用这种粘合剂， 通过印刷来应用溶解在 溶剂中的粘合剂的薄层， 并且随后将成品工件置于粘合剂上。接着， 熔化粘合剂， 允许它流 动以填充间隙并且赶出气泡。在熔化之后， 通过使用 UV 光照射粘合剂来固化粘。
23、合剂。 0030 楔坯件 150 和成品工件 502 可由任何合适一种材料或多种材料形成。如上所述， 使楔坯件 150、 成品工件 502 和粘合剂 504 的折射率匹配可帮助减小在这些结构之间界面 处的不期望反射和散射。作为非限制实例， 楔坯件 150 和成品工件 502 可以由 PMMA 形成， PMMA 具有 1.492 的折射率， 并且粘合剂可具有在此值的 +/-0.02 内的折射率。 0031 成品工件在应用到楔坯件时可具有任何合适尺寸。 例如， 在一些实施例中， 成品工 件可以最初大小设置为机加工表面 406 量级的尺寸， 而在其它实施例中， 成品工件可以在 结合之后被切割以匹配机。
24、加工表面 406 的尺寸。 0032 另外， 成品工件可具有任何合适厚度。 在一些实施例中， 成品工件的厚度可以与楔 坯件 150 的厚度基本上相同， 并且如上所述可以由另一楔坯件形成。在这种情形中， 靠近粘 合剂的成品工件 502 的表面 508 可以是与机加工表面 406 相似地形成的机加工表面。可替 换地， 成品工件可包括材料的膜， 其显著薄于楔坯件 150。这种膜可以按照任何合适方式形 成， 其包括但不限于挤出工艺。在这种情形中， 靠近粘合剂 504 的成品工件 502 的表面 508 可以比机加工表面 406 平整。 0033 在212， 可以按照任何合适方式应用成品工件。 例如， 。
25、当成品工件为薄板时， 成品工 件可以经由辊从上方或者从下方 （例如通过将楔坯件的机加工表面取向为面向上或向下） 被应用， 从而从成品工件和粘合剂之间的界面推挤空气。这种技术可以减少气泡的形成和 / 或减少粘合剂层内已有的气泡， 所述气泡会影响界面处的光学属性。在其它实施例中， 可 以使用气鳔 （air bladder） 应用压力到成品工件以移除气泡。薄膜成品工件也可以经由卷 轴到卷轴工艺被应用。 0034 粘合剂 504 可以按照任何合适方式固化， 包括但不限于经由 UV 光、 热量、 电子束 等。图 6 说明使用 UV 光 600 固化粘合剂 504。 0035 简要地往回参考图 2， 在 。
26、218， 方法 200 包括将真空成型工具返回到大气压力并且 从真空成型工具移除成品光楔 （在层压之前不从成型工具移除光楔的情形下） 。 0036 图7示出沿着与图1和图3-6的截面相同的平面截取的实例成品光楔700的截面。 说 明 书 CN 102385097 A CN 102385116 A5/5 页 7 成品光楔700包括单片楔形本体， 其具有第一部分 （例如楔坯件150） 和经由粘合剂504结合 到第一部分的第二部分 （例如成品工件 502） 。第二部分还具有在与底面 （例如表面 508） 相 对的表面上的光学平整表面 506。成品光楔可具有任何合适尺寸。例如， 在一个实施例中， 楔厚。
27、度可以在800mm的距离上从其20mm的最高点渐变 （taper） 至2mm， 并且楔可具有600mm 的宽度。在上述实施例中， 光楔包含非球面特征。然而， 在其它实施例中， 光楔可以配置成 具有与渐变部分的轴垂直的在几个百分比均匀性内的截面。 0037 应理解， 此处描述的配置和 / 或方法在本质上是示例性的， 并且这些特定实施例 或实例不应在限制含义上被解读， 因为许多变化是有可能的。此处描述的特定路线或方法 可以代表任意数目的处理策略的一个或多个。因此， 所说明的各种动作可以按照所说明的 顺序、 其它顺序、 并行地执行， 或者在一些情形中略去。类似地， 上述工艺的顺序可以改变。 0038。
28、 本公开内容的主题包含此处公开的各种工艺、 系统和配置以及其它特征、 功能、 动 作和 / 或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合， 以及任何及所有其等价物。 说 明 书 CN 102385097 A CN 102385116 A1/7 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102385097 A CN 102385116 A2/7 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 102385097 A CN 102385116 A3/7 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 102385097 A CN 102385116 A4/7 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 102385097 A CN 102385116 A5/7 页 12 图 5 说 明 书 附 图 CN 102385097 A CN 102385116 A6/7 页 13 图 6 说 明 书 附 图 CN 102385097 A CN 102385116 A7/7 页 14 图 7 说 明 书 附 图 CN 102385097 A 。