[发明专利]制造光学元件

说明书

技术领域

本发明属于借助于包括压印步骤的复制过程优选地在晶片规模制造例如折射光学透镜或衍射微光学透镜的多个光学元件的领域。更具体而言，其涉及复制多个光学元件的方法。

背景技术

复制的光学元件包括用于以任何预定义方式影响光学射束的透明衍射和/或折射光学元件，诸如透镜的折射元件，可能至少部分地反射的元件等。

当通过复制来制造光学元件时，常常存在包括衬底的基本结构——复制工具，复制材料被设置为与衬底和/或复制工具接触。该复制工具包括作为要复制的(多个)元件的表面结构的负版(negative)的复制结构。在复制工艺的过程中，对复制材料进行硬化，然后去除复制工具，复制材料保持与衬底接触。

特别有趣的是晶片规模制造工艺，其中，在例如盘状(“晶片”)结构的大规模制造光学元件阵列，该盘状结构在复制之后被分离(“切割”)成单个元件，或者堆叠在其它类似晶片的元件上并在堆叠之后被分离成单个元件，如在例如WO 2005/083789中所述。‘晶片规模’指的是与半导体晶片相当的尺寸的盘状或板状衬底的尺寸，诸如具有在2in与12in之间的直径的圆盘。

在以下正文中，有时将衬底称为“晶片”。不应将其解释为在衬底的尺寸或形状方面是限制性的，相反，该术语表示适合于在复制过程之后的某一阶段被切割成多个组件的光学元件阵列的任何衬底。

由复制过程制造的光学元件常常包括在晶片的两侧的复制结构，这两侧一起例如组成具有两个表面的透镜。此类透镜可以具有两个凹面、两个凸面、凹面和凸面、在至少一个表面上的混合凸出/凹入结构、在至少一个表面上的衍射结构等。

在许多光学系统中，轨道长度(穿过透镜的光的路径)是透镜设计的关键参数。然而，晶片规模的两侧的透镜制造具有某些限制：

-衬底厚度需要具有最小厚度以便提供要求的机械稳定性，通常为400μ或更大；

-出于成本原因，常常将衬底选择为具有标准厚度的现成项目。可用标准厚度的范围受到约束，并且此约束导致光学设计上的限制。

在图13中描绘了根据现有技术的凸凹透镜的示例。该透镜由在例如玻璃板的透明衬底1的两侧的两个复制(部分)元件101、102构成。沿衬底表面的法线方向z的厚度dz是重要的设计参数，并且设计师希望能够改变该参数。根据所描绘的现有技术解决方案，这是不可能的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于在没有关于现有技术方法的设计约束的情况下复制多个光学元件(即，晶片规模复制)的方法。本发明的另一目的是提供一种复制将由衬底承载的至少一个光学元件的方法，其中，衬底的物理性质对光学元件的光学形状的影响降低。

根据本发明的第一方面，提供了一种复制多个光学元件的方法，该方法包括步骤

-提供具有两个大侧面的衬底和由衬底的两个大侧面上的相应位置处的通孔或成对盲孔限定的多个预定义复制点；

-通过复制将复制结构添加到衬底，该复制结构粘附于衬底并在所述复制点处包括分别在所述通孔或在所述成对盲孔中的复制材料及第一复制表面和第二复制表面，第一和第二复制表面面向相对侧。

本发明的特征在于一个重要的优点，即不存在关于光学元件的设计的厚度约束，除其本身必须是机械稳定的这一要求之外(这不是严格的约束，因为透镜、尤其是其可能薄的部分具有非常小的横向尺度)。另外，在通孔的情况下，衬底不需要具有光学性质，因为没有光通过衬底。衬底在材料和表面质量方面(划痕等)变得不重要并且因此比现有技术衬底便宜得多。并且，在不同的晶片规模组件或不同光学元件的堆叠中，可以节省空间并可以潜在地减少组件的数目，因为可以将衬底直接相互上下堆叠，或者可以使用具有减小的厚度的隔离物。

如果复制点包括由通孔限制的点，则根据第一选项通过复制来添加复制结构的步骤可以包括子步骤

-彼此相对地移动包括第一复制部的第一复制工具和衬底的第一大侧面，直至第一复制工具与衬底处于预定义的位置关系，并且复制材料在所述孔中且与第一复制部接触；

-对复制材料进行硬化以提供粘附于衬底的硬化复制材料；

-彼此相对地移动包括第二复制部的第二复制工具和衬底的第二大侧面，直至第二复制工具与衬底处于预定义的位置关系，并且另外的复制材料与所述第二复制部和所述硬化复制材料接触；以及

-对所述另外的复制材料进行硬化。