專利名稱：用于形成一光學元件的方法及其中所用襯底的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體而言涉及通過對光學襯底進行熱成形、尤其是通過對一光學襯底進行擠壓或熱壓或模壓，來生產光學元件。更具體而言，本發(fā)明涉及一種通過一熱成形工藝形成一光學元件的方法，以及用于此一方法的一種襯底及一種成形刀具。
背景技術：
衍射光學元件(DOE)、透鏡陣列以及折射微光學元件作為現(xiàn)代光學中的元件正變得越來越重要。當今許多用于消費市場應用的電子裝置經常也含有光學元件，這些光學元件對所述電子裝置的主要功能發(fā)揮決定性作用。作為一實例，帶有集成式數(shù)字照相機的移動電話當今正在日益流行。另外，在光學記錄裝置中，用于精確成像和在讀取及/或寫入的過程中形成光線的光學元件也必不可少。特別是對于消費市場應用，開發(fā)用于制造具有一足夠精度的光學元件的低成本制造方法非常重要。
一般而言，在光學表面的熱成形方面，“擠壓”工藝與“熱壓”或“模壓”工藝有所區(qū)別。當采用“擠壓”工藝時，擬制造的光學元件的襯底或半成品的表面形狀會完全改變。作為一實例，一球形表面或平面表面可變形為一特定的非球形表面。但時，當采用“熱壓”或“模壓”工藝時，為形成所述光學元件，襯底或半成品的表面外形只作局部性改變。這樣，當生產衍射光學元件或微光學元件(也即相對較小的結構)時，可以保持表面(該表面在大多數(shù)情況下為平面或相對于將要制造的微型結構來說只是局部微量彎曲)不變，而只是在表面上熱壓或模壓出局部的凹陷或凸起。與擠壓工藝相比，熱壓或模壓所造成的變形比率明顯較低。
如果不再需要對已發(fā)生變形的光學元件表面上具有光學效應的結構(即衍射或折射結構)進行精加工，則光學元件的熱成形具有特別的經濟優(yōu)勢。眾所周知，這需要用于熱成形的成形工具具有一高的精度。衍射光學元件(例如微透鏡)要求表面質量處于光線波長的四分之一數(shù)量級。衍射微光學的制造精度甚至應更高。在采用熱成形來制造光學元件時遇到的一個問題是在熱成形過程中，會在光學元件的表面中夾含工藝氣體，因為這會導致干擾光學元件表面上的凹坑狀凹陷。根據(jù)當前技術，已知有各種措施可用于在一熱壓成形工藝中避免在光學元件的表面上夾進工藝氣體。
根據(jù)一第一方法，在一真空腔室中實施熱成形。作為一實例，市場上可購得一種由美國東芝機器有限公司生產的GMP-211V型商用高精度玻璃成形擠壓設備，其可以在高于6×10-1Pa的真空條件下為最大外徑高達110mm的壓模提供19.6kN的最大擠壓壓力。但是，本方法耗時而且要求配備真空泵。
根據(jù)第2002-293 553 A號日本公開專利申請案所揭示的另一種方法，采用一預成形步驟制造一玻璃預成形件，所述玻璃預成形件的表面上已經形成結構，且所述結構在一后續(xù)的主要模壓步驟中經變形制成所需要的結構。由于變形比率較小，夾含在壓模與所述玻璃預成形件之間的工藝氣體的總量也較小。但是，這種方法不能可靠地避免工藝氣體的夾含。另外，還需要一額外的模壓工具和一額外的工藝步驟，從而降低了效率。
EP 648 712 A2揭示光學元件的一種模壓成形工藝，其中將一坯料放置在一模壓模具內，周期性地加大或減小用于擠壓的力。在壓力增大時，與模具表面相接觸的坯料表面發(fā)生變形，直至一工藝氣體泡形成于由變形表面所包圍的一體積內。當壓力降低時，夾含在所述體積內并處于某種過壓狀態(tài)的工藝氣體可沿模具的表面橫向逸出。由于所述壓力中間性降低，總擠壓時間較長。另外，由于難于對夾含氣體進行預測和建模分析，所以事先難于規(guī)定將要生產的光學元件的精度。即使周期性地多次加大或減少壓力，仍會留有殘留夾含氣體，這會損害所述光學元件的表面質量。
US 6,305,194 B1揭示了一種用于模壓成形一光學元件陣列的工藝和裝置。一相對較小的光學材料球被放置在一壓模的殼形中心穴窩。當兩個壓?；ハ鄶D壓在一起時，球體被逐漸壓平。在此過程中，所述光學材料向外徑向流動，將殘余工藝氣體趕出壓模的體積。在此過程中，所述光學元件的材料發(fā)生劇烈變形，導致相對較長的處理時間和較高的制造費用。如果在所述模具的表面上形成相對較小的結構(例如，用于形成微透鏡或衍射結構)，則在此過程中無法控制材料流入所述結構(例如凹窩)。因此，在所述熱成形過程中無法避免殘余工藝氣體夾含在所述光學元件的表面內。
US 6,305,194 B1還揭示了一種方法，其中一成形工具的上半部分包括一呈凸曲形的模壓或熱壓部分；及其中一成形工具的一下半部分包括一呈凹曲形的模壓或熱壓部分。一平凸預成形件被放置在所述成形工具的所述兩半之間，從而所述預成形件被變形為一凹凸透鏡。所述凹曲模壓或熱壓部分的曲率半徑小于所述凸曲模壓或熱壓部分的曲率半徑，從而在所述成形工具的兩半互相擠壓在一起時，各模壓或熱壓部分均在一中心區(qū)附近與所述預成形件接觸，從而在所述預成形件的熔化或軟化材料徑向外流時，不會有氣體被捕捉于各模壓或熱壓部分內。
US 6,305,194 B1還揭示了一種工藝，其中一模壓工具的一上半部分包括一凸曲的模壓或熱壓部分，而一下半部分包括一凹曲的模壓或熱壓部分。一平凸預成形件被放置在所述成形工具的所述兩半之間，所述預成形件被變形為一凹凸透鏡。所述凸曲模壓或熱壓部分的曲率半徑小于所述凹曲模壓或熱壓部分的曲率半徑，從而在所述成形工具的兩半互相擠壓在一起時，各模壓或熱壓部分首先在一中心部分附近與所述預成形件接觸，從而在所述預成形件的熔化或軟化材料徑向外流時，不會有氣體被捕捉于各模壓或熱壓部分內。
但是，在上述工藝中所述預成形件的變形量較高，導致總處理時間相對較長，而較長的總處理時間是不經濟的。另外，所述預成形件的較高變形率要求處理溫度也相對較高，導致變形后的光學元件內存有應力。此一應力或張力可導致所述光學元件產生一不希望的雙折射現(xiàn)象。在所需的較高處理溫度下，所述預成形件的軟化或熔化材料會粘到各模壓或熱壓部分上，這會損害所述光學元件的表面質量。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于以熱成形方式形成一光學元件的工藝和裝置，其中可更有效地避免在所述熱成形工藝中夾含氣體，且其中可更精確和成本高效地制造所述光學元件。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供一種利用本發(fā)明的所述工藝和裝置制造一光學元件的襯底和玻璃預成形件以及形成所述光學元件的成形工具。
根據(jù)本發(fā)明的方法包括下列步驟提供一成形工具，在其表面上形成有至少一模壓或熱壓部分，以在一襯底上模壓或熱壓一具有一光學效應的結構；提供所述襯底，其中在所述襯底的一個面向所述成形工具的表面上，形成一個與所述模壓或熱壓部分相應地相關聯(lián)的預成形部分；將所述襯底加熱至高于所述襯底材料的轉變或軟化溫度的溫度；以及將所述成形工具和襯底互相擠壓，以使相應預成形部分發(fā)生變形而接觸相關聯(lián)的模壓或熱壓部分的一表面，從而形成一具有至少一個具有一光學效應的結構的光學元件，所述結構的形狀取決于相關聯(lián)模壓或熱壓部分的形狀。
根據(jù)第一方面，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于所述成形工具和所述襯底的設置方式使相應模壓或熱壓部分的中心區(qū)與相關聯(lián)的預成形部分的中心區(qū)相接觸，其中相應預成形部分與模壓或熱壓部分形成為使得一形成于相應預成形部分的一個表面與相關聯(lián)模壓或熱壓部分的一個表面之間的壓區(qū)(nip)從所述中心部分向相應預成形部分的邊緣展寬。
當在熱成形工藝中，因襯底朝向所述光學元件變形而使所述成形工具與襯底互相擠壓，并彼此越來越靠近，相應預成形部分內的襯底的表面材料逐漸變形，從而越來越多地接觸所述成形工具的相關聯(lián)模壓或熱壓部分的表面。在熱成形工藝開始時，所述預成形部分的平滑形中心區(qū)已與所述相關聯(lián)模壓或熱壓部分的具有對應形狀的平滑形中心區(qū)相接觸(在相關聯(lián)模壓或熱壓部分的具有對應形狀的中心區(qū)內不夾含任何工藝氣體)，從所述預成形部分的平滑形中心區(qū)開始，首先是預成形部分內緊鄰所述中心區(qū)的部分接觸相關聯(lián)模壓或熱壓部分的表面。在后續(xù)的熱成形工藝中，襯底、成形工具和氣體之間的相界面從所述預成形部分的中心區(qū)越來越移向相應預成形部分的邊緣。所述壓區(qū)中存留的任何工藝氣體逐漸移至預成形部分外，直到所述襯底最后在預成形部分內完全接觸相關聯(lián)模壓或熱壓部分的表面。這樣，根據(jù)本發(fā)明，在所述襯底和所述成形工具之間不會夾含任何工藝氣體。
由于在所述熱成形工藝中，工藝氣體被平穩(wěn)而連續(xù)地移位或擠出所述模壓或熱壓壓部分，根據(jù)本發(fā)明，在所述熱成形工藝中沒有必要使用真空，因而可以節(jié)省一個工藝步驟，并能以更低的總成本提供該裝置。根據(jù)本發(fā)明，只需要在預定的時間段內施加一次用于使所述成形工具和襯底相互擠壓的壓力，可在整個工藝步驟中保持所述壓力且最好保持恒定。由此，不必要對工藝壓力進行周期性的加大或減小。
根據(jù)本發(fā)明，在熱成形過程中，所述襯底的變形比率較低。更具體地說，所述襯底的基材，或者在一單個襯底上同時形成復數(shù)個光學元件(例如形成一個微透鏡陣列或事后分割的復數(shù)個光學元件)的情況下，各個預成形部分的基材基本上與相關的模壓或熱壓部分的基材相同，或者在同時形成復數(shù)個光學元件的情況下，與各個相關模壓或熱壓部分的基材相同。這樣，根據(jù)本發(fā)明，可以迅速完成熱成形。根據(jù)本發(fā)明，可以避免(例如)對所述光學元件的邊緣進行精處理。由于本發(fā)明相對較小的變形率，襯底的預成形部分僅發(fā)生很小距離的變形，這相對于襯底的總厚度來說基本上較小，或者換言之，根據(jù)本發(fā)明，所述襯底僅發(fā)生很小距離的變形，該變形相對于襯底的總厚度來講基本上較小。
較佳的情況是，預成形部分的外形與相關聯(lián)的模壓或熱壓部分的外形匹配，從而使所述預成形部分表面與相關聯(lián)模壓或熱壓部分表面之間的壓區(qū)在整個熱成形工藝中朝向各預成形部分的邊緣連續(xù)地逐漸展寬。這樣可以保證即使在所述熱成形工藝結束時，當所述模壓或熱壓部分的幾乎整個表面完全接觸襯底時，工藝氣體仍然可以朝向各相關預成形部分的邊緣選出?？梢酝ㄟ^模擬所述襯底材料在熱成形工藝過程中的流動特性來計算所述預成形部分的合適輪廓。
根據(jù)本發(fā)明另一個方面的一種方法(其也可以獨立申請專利且可專門用于在所述光學元件的表面上形成具有一光學效應的凸曲或凹曲結構)具有如下特征所述成形工具和襯底經設置以使各模壓或熱壓部分的一中心區(qū)與相關的預成形部分的一中心區(qū)相接觸，其中各預成形部分與各模壓或熱壓部分形成為保持下述關系r1＜r2，其中r1是各模壓或熱壓部分的曲率半徑；如果各模壓或熱壓部分的一表面曲率中心位于成形工具所在的半空間內，則r1為正數(shù)，而如果各模壓或熱壓部分的一表面曲率中心位于另一(相對)半空間內，則r1為負數(shù)；其中r2是相關聯(lián)預成形部分的曲率半徑，如果各相關預成形部分的一表面曲率中心位于襯底所在的半空間內，則r2為正數(shù)，而如果各相應預成形部分的一表面曲率中心位于另一半空間內，則r2為負數(shù)，從而在相應的預成形部分表面與相關聯(lián)的模壓或熱壓部分的表面之間形成一壓區(qū)。
較佳的情況是，所述成形工具的模壓或熱壓部分的外形與襯底的各相關聯(lián)預成形部分的外形匹配，從而使所述壓區(qū)從中心區(qū)朝向各預成形部分或模壓或熱壓部分的邊緣連續(xù)逐漸展寬。此一壓區(qū)使襯底材料在整個熱成形工藝中具有連續(xù)而平滑的流動特性，從而所述襯底材料可從中心區(qū)開始，逐漸向外流動，直至最后填滿整個模壓或熱壓部分。當襯底材料向外流動時，壓區(qū)中留存的任何殘留工藝氣體被向外排出并完全移至模壓或熱壓部分之外。
較佳的情況是，在從中心區(qū)至預成形部分或模壓或熱壓部分邊緣的路徑上沒有可能阻擋排出工藝氣體的障礙物，從而所述工藝氣體得以從壓區(qū)中無阻擋地向邊緣排出。
為進一步支持將工藝氣體從所述成形工具與襯底之間的壓區(qū)排出，可在各模壓或熱壓部分外的成形工具及/或襯底的表面上形成一縱向凹陷(例如一溝道或凹槽)，所述凹陷通往所述成形工具或襯底的邊緣。這樣，所述的相應凹陷被布置在不形成具有一光學效應的結構的區(qū)域中，從而使該些光學結構(即衍射或折射結構)的光學功能不致受到影響。
各縱向凹陷也可與所述預成形部分的表面與相關聯(lián)模壓或熱壓部分的表面之間的至少一壓區(qū)相連通，從而可以在熱成形工藝中更高效地排出工藝氣體。
根據(jù)本發(fā)明的一第一實施例，所述預成形部分的表面與相關聯(lián)模壓或熱壓部分的表面之間的壓區(qū)只可沿一個與所述成形工具的一表面相平行的方向展寬。例如，如果想要形成用于制造一光學衍射光柵的線狀突出部分(例如，一炫耀衍射光柵的帶有一鋸齒形狀的線狀結構)，襯底的表面可以一凸起方式并沿與所述成形工具的線形結構的縱向方向相平行的方向稍微彎離所述成形工具的表面。這樣，在熱成形工藝中，所述凸曲襯底的中心區(qū)首先接觸成形工具的表面。在所述熱成形工藝中，光學襯底被壓平成為一平面襯底，在其表面上模壓或熱壓印出線狀結構，以使其形狀與在所述成形工具的表面上形成的結構一致。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，預成形部分的表面與相關聯(lián)模壓或熱壓部分的表面之間的壓區(qū)可以在兩個彼此正交并與所述成形工具的一個表面平行的方向上展寬。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例(其對于形成具有一光學效應的凸曲或凹曲結構具有特別的用處)，預成形部分的表面與相關聯(lián)模壓或熱壓部分的表面之間的壓區(qū)被形成為一環(huán)形壓區(qū)，其從中心區(qū)開始向外徑向展寬。
根據(jù)本發(fā)明，所述至少一個模壓或熱壓部分(其被提供在所述成形工具的表面上)被形成為一突起(突出)部分或一凹窩，其具有一與將要在光學元件表面上形成的光學結構所執(zhí)行的光學功能相匹配的外形。此種外形的例子有凸曲或凹曲外形、非球曲面突起(突出)或凹陷部分、矩形或多角結構以及具有傾斜部分的結構。可以采用合適的工藝技術，特別是，可以采用(例如)激光燒蝕、離子束或電子束刻寫、離子束蝕刻或離子束研磨、反應性離子蝕刻、化學輔助離子束蝕刻以及濕法或干法蝕刻通過直接機加工所述成形工具的表面而在所述成形工具的表面上形成具有合適形狀的模壓或熱壓部分。
根據(jù)本發(fā)明，提供所述襯底作為一預成形件，在其一表面上，即在大致上對應于擠壓或模壓裝置內的所述成形工具的相關聯(lián)模壓或熱壓部分的位置處至少形成一個具有一突起(或突出)部分或凹陷形狀的預成形部分?？刹捎萌魏魏线m的制造工藝(例如，通過機加工一相應襯底的表面)提供此種預成形件。然而，較佳的情況是，也可采用本發(fā)明的一熱成形工藝，例如采用擠壓或模壓或熱壓成形工藝形成所述預成形件。
為獲得光學元件的較高的表面質量，很重要的一點是將所述預成形件制造成具有一合適的高表面質量。然而，根據(jù)本發(fā)明，此一表面質量可以低于將要制造的光學元件的表面質量，因為所述預成形部分在熱成形過程中會進一步變形。因而，具有一光學效應的結構的表面質量實質上取決于所述成形工具的模壓或熱壓部分的表面質量、襯底材料的規(guī)格以及所述熱成形工藝中的工藝參數(shù)。
較佳的情況是，相應模壓或熱壓部分的體積與相關預成形部分的體積相對應。由此，可以保證在熱成形工藝中，任何工藝氣體被完全移出所述成形工具的模壓或熱壓部分，以及所述成形工具的模壓或熱壓部分可被襯底材料完全充滿。在熱成形工藝后，所述光學元件的表面是所述成形工具表面的一倒模形式。具更體而言，所述模壓或熱壓部分的總體積可以對應于相關預成形部分的體積，或者對應于采用合適的工藝參數(shù)(特別是用于加熱襯底以使相關預成形部分可發(fā)生變形的能源)將相關預成形部分加熱至襯底材料的一轉變或軟化溫度以上時相關預成形部分的總體積。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述預成形件也可構造為在所述熱成形工藝后，在所述模壓或熱壓部分的一邊緣處，襯底的表面與所述成形工具的表面之間仍留用一較小間隙。此一間隙有助于稍后從光學元件的表面上提離所述成形工具，并且更可靠地確保在熱成形工藝中，所有工藝氣體被排出所述成形工具的模壓元件或熱壓部分。此一方法特別適用于人們希望利用熱成形工藝在一單個襯底上形成復數(shù)個光學元件以使光學結構之間的區(qū)域無光學效應的情況。在熱成形工藝結束后，可以在此種區(qū)域中切割或分割襯底，將所述復數(shù)個光學元件分開。
當然，所述成形工具的表面也設置一涂層，其可在所述熱成形工藝中降低所述成形工具與襯底材料之間的潤濕性。合適的涂層在現(xiàn)有技術中已為所屬領域的技術人員所知曉，并特別包括薄金屬層，較佳為一貴金屬或一貴金屬合金。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供所述成形工具和所述襯底，使得所述成形工具與所述襯底之間的形狀公差d由下列公式得出d＞10μm且d＜(200μm+D/10)；其中，D代表一模壓或熱壓部分或所述成形工具中一結構的一直徑(單位為微米)。由于此一較小的形狀公差，根據(jù)本發(fā)明可以實現(xiàn)一甚為有益的低變形比率。
本發(fā)明的工藝適合于各種不同衍射及/或折射的光學元件的熱成形，例如微透鏡、微透鏡陣列、平凸透鏡、平凹透鏡、凸凸透鏡、凹凸透鏡、凹凹透鏡、非球面透鏡、諸如衍射光柵和炫耀衍射光柵的變形及衍射光學結構、以及菲涅耳波帶片。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，可以利用根據(jù)本發(fā)明制造的復數(shù)個光學元件組裝任意的光學系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，所述光學元件或系統(tǒng)可以用于任意光學應用中，例如在數(shù)字光學投影中；在模擬或數(shù)字照相機中，特別是移動電話和攝像機上的照相機；在顯微術中用作透鏡或透鏡陣列、用作光束均勻器、用作成像光學元件；在汽車行業(yè)應用中，例如用于LED前燈；平視顯示器；用于光學微反射鏡；用于激光成像(特別是RGB激光)；用作光學存儲領域中用于以光學方式從一光學存儲媒體(包括藍光盤)讀取數(shù)據(jù)及/或向一光學存儲媒體(包括藍光盤)寫入數(shù)據(jù)的光學元件。
為本申請案的目的，光學元件(例如透鏡)應在直徑方面與對應的微光學元件區(qū)別開來。更具體而言，諸如透鏡等光學元件具有一至少為1mm的直徑，而微光學元件具有一小于1mm的直徑。
本發(fā)明的工藝不僅限于制造微光學結構，而且通過一熱成形工藝還可用于制造任意的折射及/或衍射結構。
本發(fā)明的工藝可應用于可藉助于一熱成形工藝變形的任何光學材料，特別適用于任何類型的玻璃，尤其是低轉變溫度玻璃、鈉鈣玻璃、硼玻璃、硼硅玻璃、磷酸鹽玻璃、氟化玻璃、氟磷酸鹽玻璃、鹵化物玻璃、光學玻璃，或應用于光學應用的任何合適的塑料材料，特別是PMMI、COC、TOP、PMMA、聚亞胺酯、TOPAS和PC(聚碳酸酯)。襯底可用前述材料中的任何一種整體形成。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述襯底也可被形成為具有一覆蓋層的兩層或多層復合材料，所述覆蓋層內形成有預成形部分，所述預成形部分以前述方式被變形為光學元件或結構。較合適的情況是，所述覆蓋層的軟化溫度低于其下面設置的復合材料層的軟化溫度，從而在變形過程中，只有所述覆蓋層材料(而非其下層的材料)軟化，從而使所述復合材料保持穩(wěn)定。
本發(fā)明的再一個方面是關于一相應形成的襯底、一相應形成的成形工具、一用于使用前述工藝形成一光學元件的裝置、一光學元件以及一包括至少一個此種光學元件的光學成像系統(tǒng)。


下文將結合較佳的實例性實施例和附圖來介紹本發(fā)明，從附圖中可以得出其他的特點、優(yōu)勢和目的，附圖包括圖1a-1c以一橫截面示意圖形式圖解說明一本發(fā)明用于模壓或擠壓一平凸透鏡的過程；圖2a-2c以一橫截面示意圖形式圖解說明一本發(fā)明用于模壓或擠壓一具有一平面且平面上形成有衍射結構的光學元件的過程；圖3a-3d以一橫截面示意圖形式圖解說明一本發(fā)明用于在一平面襯底上模壓或擠壓一凸微透鏡陣列的較佳方法；
圖4a-4c以一橫截面示意圖形式圖解說明圖3a-3d所示用于在一平面襯底上模壓或擠壓一凸微透鏡陣列的工藝的修改；圖5以一橫截面示意圖形式圖解說明圖3a-3d所示用于在一平面襯底上模壓或擠壓一凹鏡陣列的工藝的另一修改；圖6以一橫截面示意圖形式圖解說明圖3a-3d所示用于在一平面襯底上模壓或擠壓一凸曲微透鏡陣列的工藝的另一修改；圖7以一局部示意圖形式圖解說明一成形工具以及一用于在襯底的一表面形成棱形突起光學結構的光學襯底；及圖8以一示意圖形式解釋一用于表征一襯底的一預成形部分的曲率半徑以及一成形工具的一模壓或熱壓部分的曲率半徑的符號規(guī)約，其可用于表征本發(fā)明。
具體實施例方式
在所有附圖中，相同的參考編號指代相同的或基本等效的元件或元件群組。
參照圖1a-1c，下文介紹一用于模壓或熱壓或擠壓一平凸透鏡的過程。參照圖1a，一模具1和一襯底10(例如一玻璃預成形件)被放置在一裝置內，其中所述模具1和所述襯底10被垂直箭頭所代表的一個力互相擠壓。如圖1a所示，所述模具1和所述襯底10具有在所述熱成形工藝中互相平行對準的平坦背側。在所述模具1的表面上形成有一凹窩3。在所述襯底10的表面上形成有一凸曲突起部分16。一凹窩3的曲率半徑大于所述凸曲部分16的曲率半徑。
所述凹窩3用作一模壓或熱壓部分。采用下文所述的一熱成形工藝，所述凹窩3的外形被模壓或熱壓在所述襯底10的表面上。所述凸曲部分16以本發(fā)明申請的意義預成形，例如采用另一熱成形工藝。當然，所述襯底10也可以是經過適當研磨或預成形(例如擠壓成形)的一坯件。如圖1a所示，凸出部分的基材與所述凹窩3的基材基本上對應。
在所述熱成形開始時，所述模具1和所述襯底10互相逐漸靠近，以使凹窩3及凸曲部分16的中心區(qū)11互相接觸。在此種情況下，在凹窩3的邊緣3和襯底10的邊緣14處仍留有一間隙WO，與凹窩3及凸曲部分16的橫向尺寸分別相比，所述間隙較小。
為了實施熱成形，將所述襯底10加熱至超過所述襯底10材料的一轉變溫度的一溫度，以便可使所述襯底10的表面變形。由于所述模具1與所述襯底10之間存有壓力，所述凸曲部分16從中心區(qū)11開始不斷變形。在此過程中，所述襯底的材料從所述中心區(qū)11向外側移位，即移位至襯底10的邊緣14。圖1b中用參考編號12標注并用粗線勾劃的部分是一變形部分，其中襯底10的材料仍可變形，即其中襯底10的材料被加熱至超過其轉變溫度的一個溫度。在此熱成形工藝中，所述模具1和襯底10越來越互相靠近，從而使所述模具1或襯底10邊緣的間隙w變小。如箭頭所示，當襯底材料被移位時，位于所述模具1的凹窩3與所述襯底10的凸曲部分16之間的環(huán)形壓區(qū)中的工藝氣體被逐漸排出或擠出。所述熱成形工藝一直延續(xù)至所述模具1與所述襯底10之間的壓區(qū)消失為止。那時，襯底10的整個表面會與模具1的凹窩3的表面相接觸。這樣，襯底10的外形與模具1用作一模壓或熱壓部分的凹窩3的外形準確對應起來。從已變形的襯底10提離模具1后，即可獲得圖1c所示的具有一凸曲表面21的一光學元件20。所述凸曲表面21的形狀準確對應于所述模具1的凹窩3的形狀。
在熱成形工藝中，隨著襯底、模具和工藝氣體之間的界面逐漸從中心區(qū)11移向模具1或襯底10的邊緣2或14，所有工藝氣體均被排出所述模具1與所述襯底10之間的環(huán)形壓區(qū)。因此，在光學元件20的凸曲表面21上不再存在凹坑狀結構，而根據(jù)現(xiàn)有技術，在熱成形工藝中會因夾含氣體而形成這種凹坑狀結構。
盡管在圖1a中沒有顯示，但所屬領域的技術人員易知，襯底10另外還可在執(zhí)行熱成形工藝之前垂直于圖1a的圖紙平面凸曲，從而還可在熱成形工藝中，沿與圖1a-1c的圖紙平面垂直的方向排出工藝氣體。所屬領域的技術人員易知，本發(fā)明的基本原理已在上文參照圖1a-1c加以說明，根據(jù)此，工藝氣體在熱成形工藝中逐漸向外排出。在熱成形工藝結束后，光學元件20較佳地形成一柱面透鏡，其沿與圖1c的圖紙平面垂直的方向延伸。但是，一般而言，本發(fā)明并不僅限于形成柱面透鏡，而是，根據(jù)本發(fā)明的另一較佳方面，圖1c的光學元件20還可形成一平凸光學透鏡。
參照圖2a-2c，下文將介紹一種用于在一平面襯底10上形成一炫耀衍射光柵的方法。為此目的，假設所述襯底10跨越一由相互正交的坐標軸x和y所形成的平面。如圖2a所示，提供的襯底10(例如一玻璃襯底)是一預成形件，其具有一沿y方向凸曲的部分16。這樣，在整個熱成形工藝期間，在所述模具1的表面與襯底10的表面之間存在一壓區(qū)，所述壓區(qū)向外連續(xù)展寬，其中所述壓區(qū)的一個表面為平面并由模具1的表面界定，且其中所述壓區(qū)的另一個表面凸曲并由襯底10的表面界定。這樣，在襯底10的邊緣14處即存在一間隙WO，其相對于襯底10的橫向尺寸來說較小。作為一實例，凸曲部分16的曲率半徑可在介于大約100mm與400mm之間的范圍內。
圖2b顯示熱成形工藝剛好結束之前的模具1和襯底10，此時所述襯底10的整個表面與所述模具1的表面相接觸。
在所述模具1提離后，即可獲得一光學元件20，其具有一變形的平面22，在所述平面22上形成有復數(shù)個具有鋸齒形外形的等距線狀結構23。根據(jù)圖2c，所述線狀結構23沿y向延伸。也是在所述熱成形工藝中，襯底10的表面16(其在最初時沿y方向凸曲)亦出現(xiàn)變形，從而使壓區(qū)6從中心區(qū)11開始逐漸變小，并且使夾于壓區(qū)6中的工藝氣體被襯底材料沿y向向外排出，從而使全部工藝氣體逐漸排出壓區(qū)6，如圖2a的箭頭所示。
參照圖3a-3d，下文將介紹另一用于在一平面襯底上模壓或擠壓一凸微透鏡陣列的本發(fā)明較佳工藝。如圖3a所示，固定于一底模30上的襯底10向外凸曲，與圖1a相仿。在模具1中形成有兩個相同或者亦可不同的凹窩3。當所述模具1和所述襯底10相互靠近時，所述的兩個凹窩3之間模具1的平面部分將首先觸及襯底10的凸鼓部分16的中心區(qū)11。
當所述模具1和所述襯底10被進一步互相擠壓時，所述中心區(qū)最終會變形，如圖3b中參考編號12所示。當所述模具1和所述襯底10被繼續(xù)互相擠壓時，襯底材料被逐漸壓入所述模具1的所述凹窩3。同時，存在于所述凹窩3中的工藝氣體被逐漸向外排出所述凹窩3之外。
當所述模具1和所述襯底10被進一步互相擠壓時，最后所述凹窩3幾乎完全充滿襯底材料，所述襯底材料仍然可以變形，從而在所述襯底10的表面上形成凸球26。當所述模具1和所述襯底10被進一步互相擠壓時，最后襯底材料將完全充滿所述模具1的凹窩3。在此種條件下，所述襯底材料完全接觸所述模具1的凹窩的內表面，從而如圖3d所示，在襯底10上形成兩個凸微透鏡25。在模具提離后，亦可在一后續(xù)的工藝步驟中將所述兩個微透鏡25分開。
在圖3a中，假定虛線代表凹窩3所形成的空間V1。另外，假定襯底10的中心區(qū)11附近用陰影線表示的區(qū)域40代表體積為V2的襯底材料，其在熱成形工藝中將被變形和移位。在體積V2內，襯底溫度高于襯底材料的軟化溫度，這可以通過合適的加熱條件容易地實現(xiàn)。為使包含于模具1與襯底10之間的工藝氣體在變形的襯底完全接觸模具之前被完全排出，根據(jù)本發(fā)明，假定為圖3a-3d所圖示的情形(其中在襯底10上要形成兩個微透鏡)，則所述體積V2大于或等于一由2×V1表示的體積。一般而言，所述預成形部分全部包含的、溫度高于襯底材料軟化點溫度的總體積大于或等于所述模壓或熱壓部分所包含的體積。
參照圖4a-4c，下文將介紹對圖3a-3d所示用于在一平面襯底上模壓或擠壓形成一凸微透境陣列的工藝所作的另一修改。如圖4a所示，模具1表面上形成有復數(shù)個凹窩3，所述凹窩3用作模壓或熱壓部分，并用于確定擬形成的光學結構的外形。參照圖4a，設置一襯底10(例如一玻璃預制坯)，在其一表面上對應于模具1的凹窩3的位置處形成有復數(shù)個凸曲的突起部分16。所述凸曲部分16的曲率半徑小于模具1的凹窩3的曲率半徑。這樣，當凸曲部分16的中心區(qū)11接觸模具1的凹窩3的中心區(qū)11時，所述凹窩3的表面與所述凸曲部分16的表面之間的一壓區(qū)或間隙仍然保持存在，所述壓區(qū)沿橫向連續(xù)展寬。在各凹窩3之間的區(qū)域中，模具1的表面和襯底10的表面均是平面。
圖4b顯示熱成形工藝結束時的模具1和襯底10，這時實際上整個曲部16已出現(xiàn)變形，且只在各凹窩3邊緣處以及各凹窩3之間的區(qū)域中，在模具1的表面與襯底10的表面之間仍留有一窄的壓區(qū)。
在提離模具1后即可獲得一光學元件20，在該光學元件20的一表面上形成有復數(shù)個凸微透鏡25和平面部分24。
如圖5所示，本發(fā)明的工藝亦可用于在一襯底10上形成凹窩17。為此目的，在模具1的表面上形成復數(shù)個凸曲的突起部分4。在熱成形后，可在凹窩17上設置一反射涂層，從而形成一凹面鏡。
如圖6所示，可在圖4a所示的模具1中設置另一縱向溝道，例如楔形槽5，其可與模具1中一相應凹窩3的邊緣部分連通，從而放出用作一模壓或熱壓部分的凹窩3中的殘留工藝氣體。
所屬領域的技術人員易知，根據(jù)圖4a、圖5或圖6中任何一個圖所示的襯底，不論其是具有凸曲部還是凹窩，均可通過適當?shù)匮心ヒr底來提供?；蛘?，根據(jù)圖4a、圖5或圖6所示的襯底可以通過一額外的工藝步驟通過熱成形(例如對一襯底進行模壓)來適當?shù)靥峁Ｓ捎诖艘活~外工藝步驟一般會導致額外費用，所以一般根據(jù)本發(fā)明，是在一單個工藝步驟中實施所述熱成形來同時制成如圖3a-3d所示的具有一光學效應的復數(shù)個結構。
所屬領域的技術人員易知，采用本發(fā)明工藝，亦可形成具有至少一個非球形曲面或一形成為一自由形狀的表面的光學元件。在此一工藝中，襯底的相應預成形部分可在變形成非球形曲面或變形成一形成為一自由形狀表面的表面之前，進行球形彎曲。就本申請案而言，自由形狀表面是指在一x-y平面中延展的表面，其可采用下列關系式來描述phase(x,y)=Σm=0nΣn=0nC(m+n)2+m+3nxm·ynL]]>其中，L＝常數(shù)，N＝10。
如圖7所示，本發(fā)明工藝亦適用于并非彎曲的光學結構的熱成形。如圖7所示，在模具1的表面上形成有復數(shù)個傾斜部分8，用以在模具1的表面上形成楔形溝道。在襯底10(例如一玻璃預成形件)表面的對應位置處，形成有傾斜部分18，以便在襯底10的表面上形成楔形突出部分。根據(jù)圖7，傾斜部分18的傾角大于傾斜部分8的傾角，從而使模具1的表面與襯底10的表面之間的壓區(qū)6從中心區(qū)11連續(xù)展寬，在中心區(qū)11處，所述楔形凹窩或突起部分的頂點互相接觸。在所述熱成形工藝中，所述壓區(qū)6逐漸變窄，直到最后模具1和襯底10的表面完全互相接觸。
盡管在圖4a-圖7中未顯示，然而所述襯底亦可在執(zhí)行一熱成形工藝之前，沿與圖4a-圖7的圖紙平面相垂直的方向凸曲。
當然，根據(jù)圖7所示的襯底10亦可沿一與圖紙平面垂直的方向在較小程度上凸曲(例如如圖2a所示)，從而在熱成形工藝中更有效地排出所述壓區(qū)中所包含的工藝氣體。
參照圖8，下文將介紹一種用以分別表征本發(fā)明模具和本發(fā)明襯底的凸曲或凹曲模壓部分或預成形部分的符號規(guī)約。參照圖8，假定中心軸9垂直于襯底10的凸曲面的一條切線，并經由中心區(qū)11延伸，在中心區(qū)11處，襯底10的凸曲部分與模具1的凹窩在熱成形剛好開始之前會互相接觸。在此種構造中，模具1的凹窩3的曲率半徑M1和襯底10的凸鼓部分16的曲率半徑M2將分別位于所述中心軸9上。在圖8中，箭頭r1指示模具1表面中凹窩3的曲率半徑，而箭頭r2指示襯底10表面上凸鼓部分16的曲率半徑。為進行表征的目的，假定曲率半徑r1和r2是帶符號的實數(shù)。用于表征所述表面的符號規(guī)約類似于光學中在旁軸光學近似法中用于表征球形曲面狀界面的折射率的符號規(guī)約。
根據(jù)圖8，所述凹窩3的表面將圖紙平面劃分為一其中布置有所述模具1的上半空間以及一其中沒有布置所述模具1的下半空間。同樣，所述凸曲表面16將圖8的圖紙平面劃分為一其中未布置有襯底10的上半空間以及一其中布置有所述襯底10的下半空間。為表征模壓部分3和預成形部分16的表面，假定在模具1的模壓部分3的表面的曲率中心位于布置有模具1的那個半空間內時，所述模壓部分的曲率半徑r1為正數(shù)，且假定在模壓部分3的表面的曲率中心位于另一半空間內時，曲率半徑r1為負數(shù)。另外，假定在襯底10的預成形部分16的表面曲率中心位于其中布置有襯底10的那個半空間內時，襯底10的相關聯(lián)預成形部分16的曲率半徑r2為負數(shù)，且當所述預成形部分16的表面曲率中心位于另一半空間內時，所述曲率半徑r2為正數(shù)。
采用本符號規(guī)約，在圖8所給出的例子中，曲率半徑r1為負數(shù)，曲率半徑r2同樣如此。從圖8可以得出，r1的絕對值大于r2的絕對值。因此，下列關系式成立r1＜r2＜0。
在擬模壓或熱壓一凹曲表面的對應情形中，應使模具1的模壓部分凸曲，從而得到一對應的正曲率半徑r1。另外，應使襯底表面的相關聯(lián)預成形部分凹曲，從而對應的曲率半徑r2亦應為正。因此，r2的絕對值應大于r1的絕對值，即0＜r1＜r2。
采用本規(guī)約，一平面的曲率半徑將是無窮大。例如，如果要從一平面玻璃預成形件來制造一凹曲透鏡表面，則模具1的模壓部分應凸曲，亦即對應的曲率半徑r1為正，而所述平面玻璃預成形件的曲率半徑將是無窮大。因此，下列關系式成立r1＜r2。
當然，上文所解釋的所述符號規(guī)約要服從一次要條件，即在剛好開始執(zhí)行熱成形工藝之前所述模壓部分的中心區(qū)必須接觸所述預成形部分的中心區(qū)。這樣，就排除了自一平面玻璃預成形件形成一在一平面的所有方向上均凸曲的透鏡。
實施例1為擠壓出一帶有非球形柱面透鏡的柱面透鏡(直徑30mm)平面陣列，擠壓一具有相同直徑、一平面和一曲率半徑為300mm的凸面的玻璃預成形件。所述凸面朝向帶有所述柱面透鏡陣列的模具。
所述柱面透鏡的高度為0.3mm。由于所述玻璃預成形件的曲率，須通過約0.4mm的一額外擠壓距離。所述熱成形是在一氮氣氣氛下實施，以避免腐蝕所述成形工具。
據(jù)觀察，可制成不會因夾含氮氣而變得粗糙的所述柱面透鏡的非球形面。
實施例2為擠壓出一非球面成像透鏡，擠壓一具有相同直徑(70mm)、一平面和一曲率半徑為45mm的凸面的玻璃預成形件。所述凸側朝向帶有所述柱面透鏡陣列的模具。由于所述玻璃預成形件的曲率，須通過約0.3mm的額外擠壓距離。據(jù)觀察，可制成不會因夾含氮氣而變得粗糙的所述非球形面。一般而言，所述結構的高度可表示為z(r)=cr21+1-(1+k)c2r2+α1r2+α2r4+............αnr2n]]>其中，Z透鏡高度，C曲率，K錐度參數(shù)在所述實施例中，所選參數(shù)如下c＝1/36.409；k＝-1；a2＝1.08E-06a4＝2.16E-10a6＝-5.19E-15其中B270用作玻璃。
實施例3為在一非球形成像透鏡上模壓衍射光學元件(DOE)，采用一非球形透鏡(按實施例2設計)。將平面部分涂以塑性材料，然后利用一上述模壓工藝通過一DOE模具對其進行結構化。所述平面朝向帶有DOE的模具。因為所述玻璃預成形件的曲率，須通過大約0.05mm的額外模壓距離。據(jù)觀察，可制造出不因夾含氮氣而變得粗糙的DOE。DOE的相位函數(shù)表示為(r)＝-6.75r2+0.001045r4其中，f[弧度]和r0-35mm。
所屬領域的技術人員在研究上文說明后易知，本發(fā)明的另一方面涉及一種光學引擎，其具有至少一個上文所述的成像光學器件或成像光學系統(tǒng)用以進行光成像，特別是光線成像。某些例子(但其不應視為限定本發(fā)明的范圍)如下數(shù)字光學投影；模擬或數(shù)字照相機，特別是移動電話和攝像機上的照相機；顯微裝置；帶有透鏡或透鏡陣列的成像裝置；用于均化包括激光束在內的光束的均化器；成像光學元件；汽車行業(yè)中的光學成像裝置，例如LED前燈；平視顯示器；光學微反射鏡；用于以光學方式自及/或向一光學記錄媒體(包括藍光盤)讀取及/或寫入數(shù)據(jù)的光學存儲驅動器。
所述領域的技術人員通過閱讀以上說明可以知道，本發(fā)明工藝既可用于球面和非球面透鏡體的熱成形，又可用于具有一不同外形且具有一光學效應的任意結構的熱成形。更佳地，本發(fā)明工藝可用于沿一第一方向彎曲并沿一與所述第一方向正交的第二方向縱向延伸的柱面透鏡(亦為透鏡體)的熱成形，或用于衍射光學元件(DOE)的熱成形。較佳地，在實施所述熱成形工藝后，所述光學元件包括復數(shù)個衍射或折射結構。這些結構亦可在所述熱成形工藝后予以分離。一般而言，在所述熱成形工藝后，具有一光學效應的這些結構亦可用于一或多個光束的成形或均化。
權利要求
1.一種用于形成一光學元件的方法，其包括如下步驟提供一成形工具(1)，在所述成形工具(1)的一表面上形成有復數(shù)個模壓或熱壓部分(2；3；4)，以在一襯底(10)上模壓或熱壓多個具有一光學效應的結構；提供所述襯底(10)，以在所述襯底(10)中一個面向所述成形工具(1)的表面上形成至少一個預成形部分(16；17)；將所述襯底(10)加熱至一高于所述襯底(10)的材料的轉變溫度的溫度；及使所述成形工具(1)和所述襯底(10)互相擠壓，從而形成一具有復數(shù)個具有一光學效應的結構(21；23；25)的光學元件(20)，其中所述具有一光學效應的結構的形狀是由所述相應的相關聯(lián)模壓或熱壓部分(2；3；4)給定；在所述方法中當所述成形工具(1)和所述襯底(10)互相擠壓時，所述襯底(10)的所述相應預成形部分(16；17)首先在其一中心區(qū)(11)處接觸所述相關聯(lián)的模壓或熱壓部分(2；3；4)或接觸所述成形工具(1)，從而使一形成于所述相應預成形部分(16；17)的一表面與所述相關聯(lián)的模壓或熱壓部分(2；3；4)的一表面或所述成形工具(1)的一表面之間的壓區(qū)(6)從所述中心區(qū)(11)朝所述相應預成形部分(16；17)或所述襯底(10)的一邊緣(2，14)延伸和展寬，所述襯底和所述成形工具(1)具有基本上相同的基材。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述成形工具和所述襯底(10)的設置方式使得所述襯底(10)的所述相應預成形部分(16；17)和所述成形工具(10)的所述相關聯(lián)的模壓或熱壓部分(2；3；4)界定兩個相應的半空間，并且使得r1＜r2，其中r1是所述相應的模壓或熱壓部分(2；3；4)的曲率半徑，若所述相應模壓或熱壓部分的所述表面的曲率中心位于其中布置有所述成形工具(1)的那個半空間內，則其為正，而若所述相應模壓或熱壓部分的所述表面的所述曲率中心位于另一半空間內，則其為負，且r2是所述相關聯(lián)預成形部分(16；17)的曲率半徑，若所述相應預成形部分的所述表面的曲率中心位于其中布置有所述襯底(10)的那個半空間內，則其為負，而若所述相應預成形部分的所述表面的所述曲率中心位于另一半空間內，則其為正，其中，當所述成形工具(1)和所述襯底(10)互相擠壓時，所述相應預成形部分(16；17)發(fā)生變形而接觸所述相關聯(lián)的模壓或熱壓部分(2；3；4)的一表面，直至所述相應預成形部分(16；17)的所述曲率半徑(r2)等于所述相關聯(lián)的模壓或熱壓部分(2；3；4)的所述曲率半徑，以形成一具有一光學效應的結構。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述成形工具(1)和所述襯底(10)的設置方式使所述壓區(qū)(6)自所述中心區(qū)(11)朝所述相應預成形部分(16；17)的一邊緣(2，14)連續(xù)展寬。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述成形工具(1)和所述襯底(10)的設置方式使一氣體可朝所述相應預成形部分(16；17)的所述邊緣(2，14)逸出所述壓區(qū)(6)。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所述成形工具(1)和所述襯底(10)的設置方式使至少一縱向溝道(5)形成于所述成形工具(1)和所述襯底(10)之一中一位于所述相應的模壓或熱壓部分以外的表面上。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中所述成形工具(1)和所述襯底(10)的設置方式使一相應縱向溝道(5)與位于所述預成形部分(16；17)的所述表面與所述相關聯(lián)的模壓或熱壓部分(2；3；4)的所述表面之間的至少一個壓區(qū)(6)連通。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述成形工具(1)和所述襯底(10)的設置方式使所述壓區(qū)(6)沿一與所述成形工具(1)的一表面相平行的方向展寬。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述成形工具(1)和所述襯底(10)的設置方式使所述壓區(qū)(6)沿兩個相互正交且與所述成形工具(1)的一表面相平行的方向展寬。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述成形工具(1)和所述襯底(10)的設置方式使所述壓區(qū)(6)形成為一環(huán)形壓區(qū)，所述環(huán)形壓區(qū)從所述中心區(qū)(11)沿徑向向外展寬。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中當通過使所述成形工具(1)和所述襯底(10)互相擠壓而形成所述光學元件(20)時，所述襯底(10)基本上不沿一壓力施加方向的橫向方向展寬。
11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述成形工具(1)和所述襯底(10)的設置方式使所述至少一個模壓或熱壓部分(2；3；4)和所述相關聯(lián)的預成形部分(16；17)分別形成為所述成形工具(1)和所述襯底(10)的一表面上的一凸起部分或一凹窩。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述成形工具(1)和所述襯底(10)的設置方式使所述至少一個模壓或熱壓部分(2；3；4)和所述相關聯(lián)的預成形部分(16；17)分別成為所述成形工具(1)和所述襯底(10)的所述表面上的凸曲或凹曲部分。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述成形工具(1)和所述襯底(10)的設置方式使所述模壓或熱壓部分(2；3；4)的總體積等于所述相關聯(lián)的預成形部分的體積或等于所述相關聯(lián)的預成形部分(16；17)的總體積。
14.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在將所述相應預成形部分(16；17)變形為一具有一光學效應的結構之后，所述襯底(10)的一表面與所述成形工具(1)的一表面之間在一邊緣(2，14)處仍保留一間隙。
15.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述成形工具(1)和所述襯底(10)的設置方式使所述具有一光學效應的結構和所述光學元件(20)具有衍射性及/或折射性。
16.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中至少一個預成形部分(16；17)發(fā)生球面彎曲，且其中至少一個模壓或熱壓部分(2；3；4)非球面彎曲或形成為一自由形狀表面，以使至少一個預成形部分(16；17)變形為一非球面彎曲的光學結構或一形同一自由形狀表面的光學結構。
17.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在所述相應預成形部分(16；17)的所述表面發(fā)生變形后，通過分離其中形成有至少一個光學結構的所述襯底(20)的子部分而分離復數(shù)個光學元件。
18.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述成形工具(1)和所述襯底(20)的設置方式使所述成形工具(1)與所述襯底(20)之間的形狀偏差d表示為d＞10μm且d＜(200μm+D/10)；其中D是所述成形工具(1)的一模壓或熱壓部分(2；3；4)的直徑，其單位為微米。
19.一種在一用于形成一光學元件的方法中使用的襯底，其中在所述襯底(10)的一表面上形成有至少一個預成形部分(16；17)，在所述方法中設置一成形工具(1)，在所述成形工具(1)的一表面上形成有復數(shù)個模壓或熱壓部分(2；3；4)，以在一襯底上模壓或熱壓多個具有一光學效應的結構；所述襯底(10)的設置方式使在所述襯底(10)中一個面向所述成形工具的表面上形成有至少一個預成形部分；將所述襯底(10)加熱至一高于所述襯底的材料的轉變溫度的溫度；及使所述成形工具(1)和所述襯底(10)互相擠壓，以形成一具有復數(shù)個具有一光學效應的結構(21；23；25)的光學元件(20)，其中所述具有一光學效應的結構的形狀是由所述相應的相關聯(lián)模壓或熱壓部分(2；3；4)給出；其中當所述成形工具(1)和所述襯底(10)互相擠壓時，所述襯底(10)的所述相應預成形部分(16；17)首先在其一中心區(qū)(11)處接觸所述相關聯(lián)的模壓或熱壓部分(2；3；4)或接觸所述成形工具(1)，以使一形成于所述相應預成形部分(16；17)的一表面與所述相關聯(lián)的模壓或熱壓部分(2；3；4)或所述成形工具(1)的一表面之間的壓區(qū)(6)從所述中心區(qū)(11)朝所述相應的預成形部分(16；17)或所述襯底(10)的一邊緣(2，14)延伸和展寬，所述襯底(10)和所述成形工具(1)具有基本上相同的基材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用以形成一光學元件的方法。使用一成形工具，在該成形工具的表面上形成有復數(shù)個模壓或熱壓部分，以在一襯底上模壓或熱壓光學結構。在所述襯底的表面上，形成有至少一個預成形部分。將所述襯底加熱至高于轉變溫度的溫度，并使所述成形工具和所述襯底互相擠壓，以形成一具有復數(shù)個具有一光學效應的結構的光學元件，其中所述具有一光學效應的結構的形狀是由相應的相關聯(lián)模壓或熱壓部分給定。根據(jù)本發(fā)明，在所述成形工具和所述襯底互相擠壓時，所述襯底的相應預成形部分首先在中心區(qū)接觸相關聯(lián)模壓或熱壓部分或接觸所述成形工具，從而使一形成于所述相應預成形部分的表面與相關聯(lián)模壓或熱壓部分或所述成形工具的表面之間的壓區(qū)從所述中心區(qū)朝所述相應預成形部分或所述襯底的邊緣延伸并展寬。根據(jù)本發(fā)明，所述襯底以及所述成形工具具有基本上相同的基材，從而使所述襯底的變形比率有利地較低。
文檔編號C03B11/00GK1715224SQ20051006902
公開日2006年1月4日 申請日期2005年4月29日 優(yōu)先權日2004年4月29日
發(fā)明者貝恩德·韋爾夫因, 埃德加·帕夫洛夫斯基, 烏爾麗克·施特爾, 拉爾夫·比耶通帕費爾 申請人:史考特公司