專(zhuān)利名稱(chēng)：三維光學(xué)元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造三維光學(xué)元件的方法，最好通過(guò)注射模制來(lái)制造。
背景技術(shù)：
目前，在三維光學(xué)元件的表面插入微型光學(xué)件、衍射光學(xué)件或薄膜的大批量生產(chǎn)方法是不經(jīng)濟(jì)的。如果三維物體需要微型光學(xué)件、衍射光學(xué)件或薄膜結(jié)構(gòu)件，制造將是復(fù)雜、昂貴和費(fèi)時(shí)的。這種三維光學(xué)元件一般制造成多個(gè)部件，然后可通過(guò)粘合等安裝起來(lái)。例如，制造投影系統(tǒng)使用的交叉分光棱鏡(如x-立方)需要價(jià)格昂貴的精密玻璃切削加工。附加光學(xué)功能件，如光聚集菲涅耳透鏡，必需通過(guò)手工施加到三維光學(xué)元件的表面。各附加制造工序和組裝工序增加了制造成本和缺陷率。
特別是在消費(fèi)電子市場(chǎng)，消費(fèi)者要求低成本的日益復(fù)雜的光電器件。帶有微型光學(xué)件、衍射光學(xué)件或薄膜的低成本元件能夠產(chǎn)生許多新的光電應(yīng)用，特別是如果這些元件能像移動(dòng)電話中的數(shù)據(jù)發(fā)射器那樣做得既小又高效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)提出一種三維光學(xué)元件的制造方法，解決了上述有關(guān)復(fù)雜性和成本的問(wèn)題。
在一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種制造三維光學(xué)元件的方法。該方法包括提供具有鄰接剛性板的基體，剛性板設(shè)置成，各個(gè)剛性板的表面大體上位于一個(gè)平面。至少一個(gè)所述表面的特征是具有本文中所確定的微型光學(xué)結(jié)構(gòu)。而且在該方法中，對(duì)基體進(jìn)行折疊，使得至少一個(gè)具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的表面和上述表面中至少另外一個(gè)相互設(shè)置成一定角度。如本文中所指出的，剛性意味著剛性板的邊緣固定時(shí)其長(zhǎng)度上可自支承不變形?；w最好包括至少三塊剛性板，根據(jù)本方法進(jìn)行剛性板折疊，使得至少一個(gè)具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的表面和至少二個(gè)其它表面相互形成一定角度。最好有五個(gè)剛性板，各剛性板分別形成微型光學(xué)結(jié)構(gòu)，五塊剛性板折疊成臺(tái)面結(jié)構(gòu)。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提出一種制造三維光學(xué)元件的方法。該方法通過(guò)將柔性薄膜粘接在多塊隔開(kāi)的剛性板上，形成分層基體。分層基體在剛性板的平面表面的至少一個(gè)區(qū)域形成微型光學(xué)結(jié)構(gòu)。微型光學(xué)結(jié)構(gòu)可以在剛性板的表面，或可以柔性薄膜區(qū)域形成，柔性薄膜直接位于剛性板上面或下面。在這種方法中，分層基體在剛性板之間折疊，使得各個(gè)微型光學(xué)結(jié)構(gòu)沿著穿過(guò)完成的光學(xué)元件的希望光學(xué)路徑設(shè)置。光學(xué)路徑是希望的光學(xué)路徑，不是偶然的光學(xué)路徑，其取決于最終元件。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提出了用上述方法中任一個(gè)制造的三維光學(xué)元件。
在另外一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種可有效地制造光學(xué)元件基體的模具。該模具包括第一和第二模體，以及在第一和第二模體形成的空腔形成剛性基體的彈出裝置。第一模體具有內(nèi)表面，內(nèi)表面構(gòu)成主平面區(qū)；和沿著主平面區(qū)設(shè)置的微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的鏡像。第二模體可與第一模體配合，與第一模體一起形成腔體，而該腔體部分由主平面區(qū)限定。第一和第二模體其中至少一個(gè)形成向該腔體注入液體的小孔。


圖1A是基本為平面的塑料基體的截面圖，顯示出多塊剛性板。
圖1B是折疊成三維臺(tái)面結(jié)構(gòu)的圖1A基體的截面圖。
圖1C是支撐在安裝模具上的圖1B結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖1D是經(jīng)過(guò)圖1A-1C完成制造的光學(xué)元件的截面圖。
圖2是圖1A的塑料基體的平面圖，顯示出板表面和無(wú)用部分。
圖3是模具鑄造部分中的圖1A基體的分解截面圖。
圖4顯示了三塊示例板及其二組配合邊的連接。
圖5A顯示了圖4的邊通過(guò)粘合進(jìn)行接合。
圖5B顯示了圖4的邊通過(guò)局部熔化進(jìn)行接合。
圖5C顯示了形成光學(xué)元件的交叉構(gòu)件的支撐結(jié)構(gòu)的二個(gè)接合邊。
圖6是平面基體的平面圖，基體具有用于制造立方體光學(xué)元件的板表面。
圖7是用圖6基體制造的交叉分光鏡的透視圖。
圖8是用圖6基體制造的偏振分光鏡的透視圖。
圖9是平面基體的平面圖，基體具有用于制造矩形光學(xué)元件的板表面。
圖10是用圖9基體制造的組合交叉分光鏡和偏振分光鏡的透視圖。
圖11與圖3相似，但使用圖6或圖9的基體，進(jìn)一步顯示了支撐結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)所使用的“微型光學(xué)結(jié)構(gòu)”一詞是指，利用長(zhǎng)度小于1mm，一般小于250μm，的結(jié)構(gòu)有目的地控制光的各種光學(xué)結(jié)構(gòu)。示例包括折射或反射微型棱鏡、折射微型透鏡、反射微型反射鏡、菲涅耳透鏡或菲涅耳反射鏡、各種形式的衍射光柵、光學(xué)薄膜疊層(包括反反射涂層、分光濾光鏡和偏振分光鏡)以及其它的這類(lèi)物理結(jié)構(gòu)或其陣列。這些物理結(jié)構(gòu)經(jīng)受激光加工、腐蝕、拋光、沖壓、模壓、沉積、蒸發(fā)、機(jī)械加工、模制或其它在主結(jié)構(gòu)上的物理成型加工。微型光學(xué)結(jié)構(gòu)通常僅在平面基體(主結(jié)構(gòu))上制造，這代表了制造這些微型光學(xué)結(jié)構(gòu)最有效的方式。這些微型光學(xué)結(jié)構(gòu)還可在薄膜上制造，可定義為其整個(gè)長(zhǎng)度上不能自支承(如沒(méi)有剛性)的基體。最好將這些薄膜設(shè)置在平面支撐基體上以確保光學(xué)結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)直性，不管這些薄膜是否具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)圖案。本發(fā)明方法使得在基體的表面部分制造具有這種微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜的三維部件成為可能。用剛性板形成這些表面部分，然后剛性板可折疊成各種形狀和取向，這樣剛性板的各個(gè)表面相對(duì)其它各表面可處于適當(dāng)位置。
本發(fā)明最好利用塑料材料的注射模制來(lái)形成制造三維光學(xué)元件所用的平面基體。在一優(yōu)選實(shí)施例中，基體是單件，光學(xué)元件的全部剛性板從同一基體得到而不分離。折疊某些剛性板，其配合邊(當(dāng)基體具有平面形狀時(shí)，至少這些配合邊不連續(xù))通過(guò)粘合、局部熔化或與可連接鄰近表面的薄粘結(jié)片進(jìn)行連接。在另一個(gè)實(shí)施例中，基體是二塊或多塊單獨(dú)的剛性板，如玻璃或塑料，將剛性板相對(duì)固定，各剛性板的表面施加柔性薄膜形成分層基體。然后分層基體在剛性板之間折疊，形成單一光學(xué)元件。
在優(yōu)選實(shí)施例中，用單塊基體制造光學(xué)元件類(lèi)似于制造紙板箱，可沿著各條線彎曲基體制造出三維光學(xué)元件。本發(fā)明使得在單塊基體上能夠制造出多個(gè)微型結(jié)構(gòu)，可使整體安裝不必分離具有不同的微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的剛性板。元件的帶有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的全部剛性板最好是用單塊基體制造，制造過(guò)程中剛性板最好不與基體的其余部分分開(kāi)。這樣就能在一塊或幾塊平面基體上制造具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的全部表面。微型光學(xué)結(jié)構(gòu)結(jié)合到基體可通過(guò)，例如，模壓、腐蝕、雕刻、激光加工、切削加工、蒸發(fā)和濺射沉積。微型光學(xué)結(jié)構(gòu)可以與形成基體本身同時(shí)形成，如基體進(jìn)行注射模制，同時(shí)模具在基體表面形成微型光學(xué)結(jié)構(gòu)。在上述的方法中，微型光學(xué)結(jié)構(gòu)在基體的表面形成。還可選擇，微型光學(xué)結(jié)構(gòu)可以在薄膜上形成，然后將薄膜粘合到支撐基體上，形成具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的粘合平面基體。
另外，安裝的光學(xué)元件可以用包括支撐機(jī)械結(jié)構(gòu)或曲面的薄片或基片制造。這些支撐結(jié)構(gòu)可以固定其它元件，或在機(jī)械加強(qiáng)所形成的元件。曲面板可形成透鏡。
在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，安裝的光學(xué)元件填入光學(xué)材料，例如塑料、液體或凝膠。如果使用透明的填充材料，光學(xué)材料最好有適當(dāng)?shù)恼凵渎?預(yù)先確定或希望的)以在安裝的元件中產(chǎn)生希望的光學(xué)功能。填充材料的折射率最好與基體的折射率相匹配。
設(shè)置有用于注射模制的模具的機(jī)器可以是普通的機(jī)器，或最好是微型注射模制機(jī)，這種機(jī)器可更精確地控制工藝參量。有許多種塑料適用于注射模制法。其中許多能用于本發(fā)明方法。塑料可以是透明的或不透明的，取決于元件的功能。已知的可用于光學(xué)應(yīng)用的透明塑料包括聚碳酸酯PC、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚苯乙烯PS、苯乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚物NAS、苯乙烯—丙烯腈SAN和環(huán)烯共聚物COC。反射件能用非透明塑料，如聚氧化甲撐POM，模制。
本發(fā)明將參照附圖和示例性元件通過(guò)非限制性示例進(jìn)行介紹。
圖1-3所顯示的是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中梁狀光學(xué)元件34(見(jiàn)圖1D)用具有在單個(gè)平面形成的微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的基體制造，并充有折射率通常與基體的相匹配的光學(xué)充填材料。
圖1A是基本為平面的塑料基體20的截面圖，顯示了不同的剛性板22a-c、24a-c。由圖1-3的元件34包括折射部分和反射部分。為了避免混淆，具有透光面的剛性板的標(biāo)記為24，而給具有反光面的剛性板的標(biāo)記為22(應(yīng)指出，光穿過(guò)剛性板的一個(gè)表面但被其相對(duì)表面反射的情況下，這個(gè)表面仍被稱(chēng)為反射面)。透光面或反光面都有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)?；w20形成直線的凹槽26，使表面22、24相互分開(kāi)。凹槽26能使基體20彎折，使處于平面的剛性板22、24成為三維結(jié)構(gòu)。凹槽26最好從基體的共用面(如圖1A所示的下表面)延伸，不穿過(guò)基體和不在凹槽26的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸。只要某些基體材料聯(lián)接著相鄰的剛性板，各剛性板是連續(xù)的，制造時(shí)就能夠容易地實(shí)現(xiàn)具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的各表面的平齊。凹槽26沿著其長(zhǎng)度完全穿透到相對(duì)表面(如圖1A所示的上表面)，不同的剛性板會(huì)相互分離，某些制造效率將失去。這樣代表了可供選擇的實(shí)施例，在該實(shí)施例中，柔性薄膜將保持在相對(duì)的剛性板上。在這兩種情況下，至少一個(gè)具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的表面與其它剛性板表面大體上位于相同平面。在另一可供選擇的基體分層并且單獨(dú)剛性板用薄膜聯(lián)接的實(shí)施例中，或薄膜設(shè)置在被凹槽分開(kāi)的剛性板上的實(shí)施例，剛性板的表面被認(rèn)為是薄膜直接施加到剛性板的部分。在折疊前，剛性板的所有表面大體上位于同一平面。在基體折疊前，完成的器件或元件上具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的所有表面最好位于一個(gè)平面(除了設(shè)置在折疊基體形成腔體內(nèi)的單獨(dú)剛性板之外)?；蛘?，所有這些具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的表面既可位于上述一個(gè)平面，也可位于和該平面平行的并由剛性板的相對(duì)表面確定的平面上。
再回到優(yōu)選實(shí)施例，在圖1B中，圖1A基體沿著凹槽26折疊。三個(gè)透光面24a-c形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，而在三維空間中該臺(tái)面結(jié)構(gòu)由五個(gè)透光面形成。具有反射面30a-b的二塊剛性板22a-b位于具有透光面28a-c的剛性板24a-c的兩側(cè)(在三維空間中具有反射面的剛性板為四塊)。在所有折射面28a-c位于單一平面(圖1A基體上表面)的情況下，這些折射面形成圖1B臺(tái)面的外部(側(cè)壁和頂部)。在反射面30a-b同樣位于上述同一平面的情況下，這些反射面將面對(duì)成為臺(tái)面結(jié)構(gòu)側(cè)壁的折射面28b、28c。應(yīng)指出的是，在反射面22a-b的材料本身是反射的(相對(duì)施加到剛性板表面的涂層)的情況下，反射板22a-b的的兩個(gè)表面都是反射面。本文中使用的“表面”這個(gè)詞指的是板的具有最高表面區(qū)的相對(duì)表面，板邊表面稱(chēng)為邊。
圖1C是支撐在安裝模具32上的圖1B臺(tái)面結(jié)構(gòu)件的截面圖。安裝模具32最好用于，在剛性板的配合邊粘合的情況下，保持折疊剛性板于適當(dāng)?shù)南鄬?duì)位置，如下面參照?qǐng)D5A-C所作詳細(xì)介紹。安裝模具32還可以用作剛性板可壓接的物體(可通過(guò)真空取出)，以得到精確的平直性。
圖1D是經(jīng)過(guò)圖1A-1C完成制造的光學(xué)元件34的截面圖。折疊的板22、24設(shè)置在支架36上，支架上最好固定一光源38，光源位于由臺(tái)面結(jié)構(gòu)和支架36限定的腔體40中。通道42穿過(guò)支架36的底部，腔體40充有光學(xué)材料，其折射率與基體的相匹配(至少形成透光面24的部分基體)。環(huán)繞臺(tái)面結(jié)構(gòu)的空間44如同溝道，橫向邊界是面對(duì)的板22a-b、24b-c的反射面30a-b和折射面28b-c?？臻g44還可充有光學(xué)材料，其折射率與腔體40中光學(xué)材料的相同或不同。反射板22的尺寸制造成，其最上面的邊延伸超出臺(tái)面結(jié)構(gòu)上板24a形成的平面，使得填充入面對(duì)的表面28b-c、30a-b所形成空間的材料可以覆蓋上折射板24a的水平折射面28a(如果需要的話)。組裝的元件34的尺寸是，例如寬度為10mm到30mm，而高度為4mm到10mm。
圖2是圖1A塑料基體的平面圖，顯示了板22、24的表面和無(wú)用部分46。在圖1D的完成元件中是水平的透光板24a位于中心，前面介紹的板顯示出與中心板24a鄰接。另外還顯示了透光板24d-e和反光板22c-d。在除去無(wú)用部分46時(shí)，顯然圖2的基體可以如圖1A-C所示，折疊成三維臺(tái)面結(jié)構(gòu)，該三維臺(tái)面結(jié)構(gòu)具有位于兩側(cè)的反射剛性板22a-d，其面對(duì)形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)側(cè)壁的折射板24b-e。
圖3是圖1A基體的分解的截面圖?；w并排放置在第一上模體48和第二下模體50之間，兩模體一起形成模具。模體48、50配合成腔體，腔體內(nèi)注入材料形成基體20。在腔體中，第一上模體48的表面形成平面表面48a或區(qū)域，具有將要形成的基體20微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的鏡像。第二下模體50內(nèi)表面的凸出部52a可形成凹槽26。邊緣凸出部52b形成配合邊，能夠以相互配合方式形成緊湊的光學(xué)元件的陣列。另一種方法是，第二下模體50不形成凹槽26，而是在注射模制后通過(guò)銑磨、激光加工、腐蝕或其他方式從基體20去除材料，在基體20形成這些凹槽26。最好在基體20注射模制的同時(shí)第一上模體48直接在基體20的一表面形成微型光學(xué)結(jié)構(gòu)，而不是在制造基體20后，或制造粘接到剛性板的柔性薄膜所在支撐基體之后，除去這些材料形成光學(xué)結(jié)構(gòu)。第二下模體50也可包括微型光學(xué)結(jié)構(gòu)。最好，完成的光學(xué)元件34的各個(gè)具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的表面大體上位于第一上模體48主平面區(qū)48a形成的同一平面上。使用多個(gè)模體而不是所示的僅有的二塊模體來(lái)實(shí)現(xiàn)所介紹的相同功能是很重要的。在一個(gè)模體上，或在二塊或多塊模體的配合邊，形成一個(gè)或多個(gè)小孔，用于注入形成基體的材料。微型注射模制最好形成多個(gè)小孔，以增加制造精密部件的成品率。
模具還包括彈出基體20的機(jī)構(gòu)。在注射模制技術(shù)領(lǐng)域這些機(jī)構(gòu)是公知的，一般稱(chēng)為彈射銷(xiāo)或彈射板。通常，注入材料固化后，彈射銷(xiāo)/彈射板從一塊模體彈出模制件。因?yàn)閳D3的第二下模體50設(shè)有大凸出部，在模體48、50分開(kāi)時(shí)基體可能會(huì)粘在模體上，所以彈射銷(xiāo)從第二下模體50延伸。在注射模制技術(shù)領(lǐng)域中可選擇的但通常不采用的方法是，利用真空來(lái)取出固化基體，突然的沖擊施加到第二下模體50的四周，或基體可能形成凸出部，專(zhuān)門(mén)用于從第二下模體50升起基體。在后一種情況，凸出部通常沿著基體的非功能部分，并將從完成的產(chǎn)品除去。
圖4顯示了圖2平面圖中的三塊示例性折射板24a、24c、24d，并顯示了沒(méi)有共用凹槽的配合邊54如何連接到一起。這些邊稱(chēng)為不連續(xù)配合邊，因?yàn)椴煌倪叡旧聿粫?huì)直接互相配合，除非進(jìn)行了下面介紹的連接后。圖示接縫56表示折疊基體時(shí)所依據(jù)的直線，共用接縫的板實(shí)際上不分離，所以接縫沒(méi)有必要進(jìn)行連接。這些板可以如不連續(xù)配合邊那樣進(jìn)行連接，以使接縫更牢固。
圖5A-B分別顯示了使配合邊54永久連接的示例性的方法。在圖5A，配合邊54通過(guò)單獨(dú)施加到連接處的粘合劑58進(jìn)行連接。在圖5B，配合邊54通過(guò)對(duì)連接處局部加熱使得邊緣材料熔化熔合。實(shí)現(xiàn)這種連接可通過(guò)，在配合邊之間插入線60，施加電壓使得線加熱，在緣54熔合后剪去多余的線?；蛘撸€可以直接傳導(dǎo)施加到端部的熱量。
圖5C顯示了二個(gè)配合邊，配合邊放到一起時(shí)形成支撐結(jié)構(gòu)62，作為完成的光學(xué)元件的單獨(dú)構(gòu)件，單獨(dú)的光學(xué)構(gòu)件不是從原基體20折疊而成。例如，單獨(dú)構(gòu)件可以是濾光鏡或半鍍銀板，如下面參考圖7-8所作的介紹。支撐結(jié)構(gòu)62可以利用凸出部(沒(méi)有顯示)在模具中形成，該凸出部類(lèi)似圖3的形成凹槽的凸出部。在制造中，單獨(dú)構(gòu)件可以與基體一起制造，然后與其分開(kāi)，或通過(guò)單獨(dú)工序形成。
圖6是類(lèi)似圖2的平面基體20的平面圖，但是該平面基體20具有各個(gè)板64可形成正方形，用于制造立方形光學(xué)元件。各個(gè)板64可全部有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)，也可能不是全有，具體取決于最終元件的用途，各個(gè)板在圖6-10被總稱(chēng)為板64。上板64a和下板64b形成完成元件的頂部和底部，完成元件將形成封閉的立方體。側(cè)板64c-e將形成光可透過(guò)的側(cè)壁，以對(duì)光進(jìn)行控制。在立方體完全封閉前，在立方體中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)交叉構(gòu)件66以區(qū)分立方體，最好用上面詳述的支撐構(gòu)件支撐交叉構(gòu)件66。交叉構(gòu)件最好是平面的，可以是玻璃、塑料或其它與基體20不相同的材料。例如，為使點(diǎn)光源產(chǎn)生的光準(zhǔn)直，立方體的各側(cè)面可包含微型光學(xué)結(jié)構(gòu)。在圖7中，二個(gè)這樣的構(gòu)件按照與平行于立方體四個(gè)面的軸線68交叉的方式設(shè)置，部完成的元件是交叉分光鏡，通常被稱(chēng)為x-立方。在圖8中，設(shè)置了一個(gè)這樣的構(gòu)件66，即偏振光鏡，形成偏振分光鏡。圖7-8的各個(gè)封閉體使用圖6的基體20，各個(gè)封閉體充入指數(shù)匹配的材料，以得到附加的性能。安裝的立方體的寬度范圍可為5mm到40mm。
圖11與圖3類(lèi)似，用于制造圖6的基體。圖11顯示出第二下模體50形成的支撐結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)(與圖3相比)。如圖3的詳細(xì)介紹，在使用注射模制時(shí)第一上模體48可在基體20形成微型光學(xué)結(jié)構(gòu)。第二下模體50包括附加凸出部70，凸出部70形成光學(xué)元件(如玻璃或塑料薄片)的垂直安裝支撐結(jié)構(gòu)63，這些玻璃或塑料薄片垂直地安裝到封閉體的相對(duì)板，而不是如前面介紹的區(qū)分封閉體。在功能上，這些垂直安裝的支撐結(jié)構(gòu)63與前面介紹的板配合邊上的支撐結(jié)構(gòu)相同，但是在本示例中，支撐結(jié)構(gòu)是沿著板的表面，而不是沿著板邊或接縫。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明可應(yīng)用于制造各種光學(xué)元件。雖然已參照示例性的優(yōu)選實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但是本發(fā)明可以用其它特定形式來(lái)實(shí)施例，而不背離本發(fā)明的精神。因此，應(yīng)該知道，本文所描述和顯示的實(shí)施例僅僅是示例性的，而不應(yīng)被認(rèn)作是本發(fā)明的限定范圍。根據(jù)本發(fā)明的精神和范圍可以進(jìn)行其他改變和改進(jìn)，其不脫離所附權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種制造三維光學(xué)元件的方法，包括提供具有鄰接剛性板的基體，設(shè)置成各剛性板的表面大體上位于同一平面，其中，至少一個(gè)所述表面的特征是具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)；折疊基體，使得至少一個(gè)具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的表面和至少一個(gè)其它表面相互成一定角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基體包括至少三塊剛性板，折疊所述基體使得至少一個(gè)具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的表面和至少二個(gè)其它表面相互成一定角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述微型光學(xué)結(jié)可選自折射微型光學(xué)結(jié)構(gòu)、反射微型光學(xué)結(jié)構(gòu)、微型棱鏡、微型反射鏡、微型透鏡、菲涅耳透鏡、菲涅耳發(fā)射鏡、衍射光柵和光學(xué)薄膜疊層其中至少一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基體包括連接在所述剛性板的柔性薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述微型光學(xué)結(jié)構(gòu)位于所述柔性薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述微型光學(xué)結(jié)構(gòu)沿著剛性板的表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，提供基體，其包括在注射模制工藝形成基體的同時(shí)形成的微型光學(xué)結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，提供基體，其包括注射模制的基體和單獨(dú)在基體形成的微型光學(xué)結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，單獨(dú)形成微型光學(xué)結(jié)構(gòu)可通過(guò)熱模壓或紫外線模壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，提供的基體包括在表面施加的一層或多層光學(xué)涂層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基體在各剛性板之間形成凹槽。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，折疊包括沿著所述凹槽折疊基體。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括折疊后，通過(guò)粘合和局部熔化其中一種方式至少將一些配合板邊相互固定。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，完成的光學(xué)元件的具有微型光學(xué)特征的全部表面，折疊前大體上位于所述平面，或者在折疊前位于與所述平面平行的另一平面。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少二塊所述剛性板在所述表面和相對(duì)表面分別形成凸部和凹部中的一種，折疊時(shí)，凸部和凹部形成單獨(dú)光學(xué)板的支撐結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包括折疊后插入單獨(dú)的光學(xué)板，以便支撐于支撐結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，折疊基體包括形成容積，所述方法還包括用具有希望折射率的材料至少部分充填容積。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，充填容積包括在安裝模具上設(shè)置折疊的基體，在壓力下注入具有希望折射率的材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，壓力注入通過(guò)安裝模具的通道。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述具有希望折射率的材料是塑料、液體或膠體。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少五個(gè)表面具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)，折疊包括使得所述至少五個(gè)表面相互形成一定角度。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述至少五個(gè)表面在折疊后形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，還包括在所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)形成的腔體中設(shè)置光源；和用具有希望折射率的光學(xué)材料基本填充所述腔體。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，還包括圍繞臺(tái)面結(jié)構(gòu)設(shè)置多個(gè)附加板，各附加板具有反射面，使得形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)側(cè)壁的各表面面對(duì)反射面。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述附加板是基體的附加剛性板，設(shè)置附加板包括相對(duì)所述五個(gè)表面折疊所述附加板。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，還包括用具有希望折射率的光學(xué)材料充填容積，所述容積至少部分被互相面對(duì)的反射面和臺(tái)面結(jié)構(gòu)側(cè)壁限定。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，折疊包括將所述基體折疊成中空的封閉結(jié)構(gòu)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)大體上是矩形。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，折疊還包括在封閉所述結(jié)構(gòu)前，在結(jié)構(gòu)中設(shè)置大體為平面的交叉構(gòu)件，交叉構(gòu)件沿對(duì)角線區(qū)分所述封閉的矩形結(jié)構(gòu)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，折疊還包括在封閉所述結(jié)構(gòu)前，在結(jié)構(gòu)中設(shè)置二個(gè)大體為平面的交叉構(gòu)件，各所述交叉構(gòu)件沿對(duì)角線區(qū)分所述封閉矩形結(jié)構(gòu)并互相相交。
31.一種用權(quán)利要求1所述方法制造的光學(xué)元件。
32.一種制造三維光學(xué)元件的方法，包括通過(guò)粘接柔性薄膜于多塊隔開(kāi)的剛性板，形成分層的基體，所述分層的基體在剛性板平面表面的至少一個(gè)區(qū)域有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)；在所述剛性板之間折疊所述分層基體，使得所述各微型光學(xué)結(jié)構(gòu)沿著穿過(guò)完成的光學(xué)元件的希望光學(xué)路徑放置。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述微型光學(xué)結(jié)構(gòu)在所述柔性薄膜中形成。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，設(shè)置所述微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的區(qū)域是透光的。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，設(shè)置所述微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的區(qū)域是反光的。
36.一種用權(quán)利要求32所述方法制造的光學(xué)元件。
37.一種有效地制造光學(xué)元件的可折疊基體的模具，所述模具包括具有內(nèi)表面的第一模體，所述內(nèi)表面的特征是具有主平面區(qū)和沿著所述主平面區(qū)設(shè)置的希望微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的鏡像；第二模體，用于與第一模體配合形成腔體，所述腔體部分由所述主平面區(qū)限定，所述第二模體形成多個(gè)大體為線性的凸出部，用于在所述腔體模制的基體中形成凹槽；以及從所述第一或第二模體彈出模制的剛性基體的機(jī)構(gòu)，其中，第一和第二模體其中至少一個(gè)形成向所述腔體注入液體材料的小孔。
全文摘要
公開(kāi)了一種制造三維光學(xué)元件的方法。一方面，該方法包括提供具有鄰接剛性板(22，24)的基體，設(shè)置成各剛性板的表面大體上位于單個(gè)平面上。至少一個(gè)表面的特征是具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)。在該方法中，基體進(jìn)行折疊，使得至少一個(gè)具有微型光學(xué)結(jié)構(gòu)的表面和至少一個(gè)其它的上述表面相互形成一定角度。還公開(kāi)了第二種方法。公開(kāi)的這種方法制造的結(jié)構(gòu)包括臺(tái)面結(jié)構(gòu)，具有頂板和四塊側(cè)板，側(cè)板分別面對(duì)反射板；以及封閉結(jié)構(gòu)，如單獨(dú)板可設(shè)置其中的立方和線性箱結(jié)構(gòu)。還詳細(xì)介紹了如通過(guò)注射模制制造基體的模具。
文檔編號(hào)G02B3/00GK1942303SQ200580011988
公開(kāi)日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月9日
發(fā)明者M·P·阿拉薩雷拉, I·A·阿拉薩雷拉 申請(qǐng)人:逆流工程公司