CN101426638A - 使用具有溢流体积的工具模制光学元件 - Google Patents

Abstract

一种通过复制工具制造元件的方法，包括以下步骤：制备限定元件的形状的复制工具；制备基体；将工具压向基体，其中复制材料位于工具和基体之间；将复制材料限制在基体上预定的区域内，预定的区域沿着基体表面的至少一个方向超过元件覆盖基体所需的区域小于预定距离；硬化(例如，固化)复制材料成形元件。

Description

使用具有溢流体积的工具模制光学元件

技术领域

本发明属于制造微型光学元件或机械元件的领域，尤其是折射光学元件或衍射微型光学元件的领域，其通过包括轧花或模制步骤的复制过程制造。更为具体的，涉及一种复制光学元件的方法及其使用的复制工具。

背景技术

复制的光学元件包括用于影响任何预定形式的光束的衍射和/或折射微型光学元件，折射元件例如透镜，有可能至少部分反射的元件等。

当通过复制制造光学元件时，通常有一个含有一种基体和一种在该基体上的复制材料的基本结构，该复制材料在复制过程中成一定形状并且硬化。通常，垂直于所谓的基体表面的方向的尺寸--复制结构的厚度或高度，也称为z-尺寸——是重要的并且必须精确限定和控制。因为元件的其它方向是被复制工具所限定了的——这在复制过程中是很自然的——同时也很好地限定了复制元件的体积。然而，分配小体积液体或粘性材料一般比较困难而且控制起来费用比较高。因为仅有部分充满的元件是有缺陷和损伤的，因此最好分配多余的复制材料。这样就保证了在不同元件之间波动的复制材料的体积，没有或仅有少量元件缺失。

特殊之处在于薄片级产品制造过程，其在类光盘(薄片型)结构上制造一系列的光学元件，这些随后被复制的光学元件被分开(“切为小方块”)成单独的元件或堆积到其它的薄片元件上，并且在堆积后再分离成各自独立的元件，具体例子在WO2005/083789中有描述。“薄片级”指光盘似的尺寸，或者可与半导体薄片相比拟的片状基体，例如具有直径在2in和12in之间的光盘。传统的薄片级复制过程，复制材料是整体的，薄片级复制品成单独的一块放置在基体上。然而，在元件一侧的区域，在随后的复制步骤中不需要复制材料。在某些申请中，制造的元件必须例如与其它的元件联合使用，并且残余材料会削弱组合结构的功能。在与本申请同一发明人基于同一领域在同一天共同申请的“制造光学元件的方法和工具”中，公开了一系列制造每个光学元件或光学元件子群的方法，复制材料块以组列的方式分布在基体和工具上。

在这样一个复制过程中，残余材料从元件体积流到边侧。例如，微型光学透镜可以在承载半导体芯片的薄片上复制，每个芯片含有一个CCD或CMOS-成像阵列传感器。如果残留材料覆盖临界部分，就可能会影响包括半导体薄片和透镜的下一步的堆积处理过程，例如接合。

在此参考由同一申请人申请的WO2004/068198的全文，其描述了一个制造微型光学元件的复制过程。结构(或者微型结构)元件是在原始产品上利用复制工具经过复制/成形(模制或轧花或类似工序)制造成3D结构。复制工具包括从复制表面凸出的间隔件部分。复制的微型光学元件被称为复制品。

间隔件部分有利于自动和准确的控制基体上可变形材料的厚度。它们可以包括建造于工具内的“腿状”结构。另外，这些间隔件阻止了微型光学器件构造的变形，因为凸出的间隔件远高于工具上的最高处。

间隔件部分优选在复制工具至少一个必须的部分“分配”的方式下使用，例如在整个复制工具或者在边缘。这意味着间隔件部分的特征存在于复制工具的必要部分，例如，间隔件部分包括多个分布在复制工具的复制表面的间隔件。间隔件有助于自动化以及精确控制复制材料层的厚度。

复制过程也可以是一个轧花过程，其中制造产品要模制的塑性变形或粘性或液体复制材料被置于基体表面，其可以是任何尺寸。在轧花步骤中，间隔件部分紧靠基体的上部表面。所述的表面因此做为轧花的停止表面。

基于该原因，WO2004/068198中描述的复制过程尤其有利于控制复制元件的厚度(高度，z-尺寸)。其它控制z-尺寸的方法包括测量工具板和基体板之间的距离，并且通过机器人在不同的位置主动调整这个距离。

基于上面所述的理由，轧花步骤导致残留材料停留在元件之间的区域，以及例如每个元件的周边。如果复制工具包含一个间隔件部分，这也存在于围绕元件的间隔件区域。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种复制元件的方法和最初提到的类型的复制工具，以克服上述缺点。

根据本发明的第一个方面，提供了一种通过复制工具制造元件的方法，该方法包括以下步骤：

提供一个限定了元件形状的复制工具；

提供一个基体；

使工具和基体相互压制，呈液态或粘性或塑性变形状态的复制材料位于工具和基体之间；

将复制材料限定在基体的一个预定区域，该预定区域超过基体上元件要求的区域，在沿着基体表面的至少一个方向小于预定的距离；

硬化复制资料以模制元件。

复制材料被限定在工具和基体表面之间。通过将复制材料仅限定在基体表面的一部分，最终元件将在硬化，例如固化后，仅覆盖基体的一部分。元件将不会延伸至预定区域覆盖基体，而是空出用于例如连接。

优选的，复制工具包含多个部分，每个部分限定了(底版)将会与其它结构分离的结构的形状(例如光学元件，像透镜)，这些形状之后通过分割基体或包括基体的单元为小的独立元件。然后，限定复制材料到基体上一个预定的区域，例如包括限定复制材料到多个区域，每个区域围绕一个复制部分，该区域最好不重叠。例如，复制部分可以是一系列同样的复制部分，其中围绕每个复制部分复制材料被限定在一个区域内。

复制工具可以包含一个间隔件部分。在这种工具里，工具的至少一个空腔以底版结构特征限定一个复制表面，做为要制造的元件的至少一些结构特征的底版。空腔包括元件体积并且可以另外含有至少一个缓冲和/或溢流体积。间隔件或间隔件部分从复制表面凸出。在复制过程中，间隔件或间隔件部分紧对基体和/或漂浮在复制材料的一个薄的基体上。

可以根据具体需要来选择工具和基体相互压合的压力。例如，压力可以仅仅是放置的复制工具模具的自身重量，其通过邻近基体表面和/或漂浮在复制材料一个细薄基体上的间隔件部分施加在基体上。

另外，该基体还可以置于在复制工具上。压力可以根据另一个选择而比该重量低或者高，并且可以例如由掩模对准器或类似的装置实施，该装置控制着复制过程中基体和复制工具的距离。

在复制工具和基体在复制过程中结合在一起之前，液态或粘性或可塑性变形状态的复制材料被放置到复制工具和/或基体上。如前面所述，复制工具可以包含多个部分，每部分限定了一个要复制的元件。然后，优选该方法含有在将工具挤压向基层之前，将一定体积(可能事先预定的)的复制材料局部和单独在侧向放置的位置施加于至少一个工具和基体，每个位置与一个部分相对应。这允许提供多个空腔，每个空腔以最佳量的复制材料对应一个光学元件。这样，与用一块复制材料模制多个元件的情况相比较，必须从临界区移走或转走的剩余的复制材料体积就减少或消除了。

当复制工具和基体在复制位置——此时复制工具和基体是结合在一起的，例如复制工具位于基体上——复制材料硬化。根据选择的复制材料，也可通过辐照硬化，例如UV辐照。另外，其也可以通过冷却硬化。根据所选择的复制材料，也可以选择其它的硬化方法。随后，复制工具和复制材料相互分离。对于多数申请，复制材料保留在基体上。典型的光学元件有折射或衍射元件，但也可以是例如在至少一部分具有微机械功能。

元件体积覆盖基体的一部分，并且形成元件的功能部分。其余的硬化复制材料可以充满元件侧面的体积，即，连接元件的基体和功能部分的空间区域，且不影响元件的功能。本发明可以控制复制材料在元件体积的每一侧沿着基体移动的距离。

在本发明的一个优选的实施例中，复制材料的流动由毛细管作用力和/或表面张力控制和/或限制。这进一步增加了其几何特征，或者促进或阻碍复制材料在工具和基体之间的流动。

做为一个实施例，可以选择包含多个空腔的复制工具，每个空腔限定了一个或一组元件的形状，每个空腔都是由一个平坦区段在至少一个侧面方向限制。在空腔和平坦区段之间形成一个内部边缘。复制工具在空腔之间还包含多个溢流体积或者一个相邻的溢流体积。并且在平坦区段和溢流体积之间形成一个外部边缘。分配的复制材料(每个空腔)要选择大于空腔的体积。平坦区段然后做为移动(非接触)空间，其优选环绕空腔。外部边缘形成一个阻止复制材料流动的间断部。如果没有这种间断部，毛细管作用力就会使得元件体积内的复制材料最终排出。

本实施例中的空腔，可以例如只由元件体积形成。它可以是圆顶形，从而元件是一个凸形折射透镜，邻接该透镜模制一个薄的的基体层，漂浮间隔件下的复制材料停留在该基体层。

如果是对称的圆筒形光学元件，当从垂直于基体表面的方向看去，例如，沿着元件的中心轴，平坦区段的形状可能是不对称的，因此，沿着溢流体积的外部边缘形成的凸出的复制材料块朝着元件的一侧比另一侧更加远离复制元件。

在此以及下文中，为方便起见，垂直于包括大致平的表面的基体表面表示为“高度”。在实际中，整个设置也可以采用颠倒的设置，或也可以采用基体表面是竖直的或相对于水平呈一定角度的设置。相应的垂直于该表面的方向表示为z向。术语“周向”、“横向”、“侧向”是涉及垂直于z向的方向。

在另一个实施例中，由限定元件形状的工具中的空腔来控制流动，空腔包括沿着元件的至少一个侧面的缓冲容积，内部边缘将缓冲容积与元件体积分开。另外，分别施加到空腔元件体积的复制材料的预定用量比空腔的体积要小。这使得内部边缘由于发生在内部边缘上的毛细管作用力和表面张力限制了复制材料流到缓冲体积中去。

特别是，预定量的复制材料可以大约是元件体积的量(或者稍少或稍多)。元件体积是功能元件的体积，从由工具限定的元件的外部形状的一侧到另一侧基体延伸出来。然后，作用在内部边缘上的流动压力阻止复制材料流到缓冲体积。

在本发明的另一个优选实施例中，当将工具压向基体，倾斜的间隔件将复制材料推移向元件体积，尤其是与元件体积相邻接的缓冲体积。倾斜的间隔件有一个与基体表面相接触的倾斜面。当不施加压力时，倾斜面在外围接触基体，且在接近元件体积的区域逐渐远离基体。在轧花或模制过程中，压力施加在工具上，有少量弹性的工具发生变形，并且倾斜面使复制材料从倾斜的间隔件下面移出。

在本发明一个优选的实施例中，该方法进一步包含以下步骤：通过紧邻基体的接触间隔件限制复制材料流向工具的至少一侧，并且使复制材料能够通过一个溢流通道流向工具的另一侧。

这使得复制材料移离临界区域并且被引导到位于非临界区域的溢流体积。

同时根据本发明，提供了一种用复制材料复制元件的复制工具，复制工具包括复制侧，复制侧上的多个空腔，每个空腔限定了一个或一组元件的形状，复制工具进一步包含至少一个间隔件部分，其在复制侧从空腔凸出，复制工具还包括限定复制材料到一个工具的预定区域的方式，当工具被压向基体，预定区域超过元件所需要的体积，元件需要的体积在沿着基体表面至少一个方向小于预定的距离。

这种限制复制材料的方式或流动限制特征是由内部边缘、缓冲容积、外部边缘、间隔件和倾斜间隔件之一或几个共同形成的。它们可以联合形成一个“多排”流动限制，根据实际存在的复制材料的量，在早期或后期限制流动。这可以在当将复制材料分配到每个空腔或基体的每个相应的单独的位置上时，不精确的控制流动。

换言之，空腔包括一个元件体积和一个另一体积，在元件体积的周向，另一体积的边界含有复制材料在中间，在将工具压向基体时，用于选择性的禁止和/或通过复制材料的细微流动的间断部点。

不连续例如，对于圆形光学元件，外形也是圆的且同心。对于其它形状的光学元件，例如，矩形或者圆角矩形，持续的间断部点的增长距离可以根据光学元件的形状而定。

在本发明一个优选的实施例中，间断部点存在于复制工具中形成的凹陷和凸起之间。因此，间断部点由例如圆的(或者长方形的等，参见上文)凸出和形成在限定光学元件的复制工具截面周围的通道边缘形成。因此一系列连贯的凸出和通道给多余的复制材料限定了一定量的延伸，因为复制材料的外流是在每个边缘都是被禁止或停止或间断部的，除非与元件体积有关的复制材料的体积超过一定的极限。

为了减小由非功能复制材料覆盖的光学元件周围的区域，例如使一个围绕元件体积且限定了其外部轮廓的移动间隔件尽量的薄些，但仍具有间隔件功能，也就是说，对工具具有充分的支持作用。另外，移动间隔件外侧或元件体积(当没有移动间隔件时)外部边缘外面的凹陷或者几个凸起首选做的尽量深，例如直到元件体积的深度。接着，由凹陷限定的体积增大，其可以在材料溢出到下一个凹陷前吸收的复制材料的体积也增大。

每个圆周凹陷或通道的体积首选与精密度有关，根据这个精密度，可以控制逐滴聚积的复制材料的体积。例如，如果可以控制后一个体积到一个较高的精度，则众所周知的剩余材料的尺寸或体积就只在很小的范围内改变。因此，最好存在凹陷并且其大小最好覆盖剩余的大小或体积的变化范围。即，对于最小预期的剩余尺寸，根据沉积精确度，凹陷一点儿都不被填充，对于最大剩余的尺寸，凹陷被填充到其最大限度。换言之，限制复制材料(例如，不连续或边缘和相关的凹陷及它们的体积的大小)流动的方式的尺度是根据所施加的复制材料的体积的预计值设计的。

对于其它条件，通过选择凹陷的深度和宽度来调整凹陷的体积。深度是例如由制造复制工具的过程限制，凹陷的宽度根据限制光学元件和剩余材料的总尺寸的设计条件限定的。因此，根据来源于各产品的最佳标准，凹陷和下降积累的总体设计形成了下降积累精确度和凹陷几何学相关特征的最佳选择。

在另一个优选的实施例中，复制工具包含一个通过在空腔一侧接触基体的用来阻止复制材料流动的间隔件，并且溢流通道使复制材料能够流向空腔的另一侧。

在另一个优选的实施例中，复制工具由空腔限定的元件体积的至少一侧包含一个缓冲体积，缓冲体积和元件体积在它们共同的边缘限定了一个内部边缘，该内部边缘阻止复制材料流入缓冲体积。

在另一个优选的实施例中，复制工具包括缓冲体积表面的另一个边缘从而阻止复制材料流入缓冲体积。另一个边缘与内部边缘的形状至少保持大致平行的曲线。

工具包含多个空腔，因此首选允许在一个共同的基体上同时制造一系列元件。这个共同的基体首选是包括光的和电子元件的光电学或微型光电学器件的一部分，其在一个薄片上制造，然后被分割成独立的单元。

另一个优选的实施例与从从属权利要求中得到证实，方法权利要求的特征可以结合装置权利要求的特征，反之亦然。

复制品(例如微型光学元件或微型光学元件组件或光学微型系统)可以由环氧树脂制成。复制工具仍然在原位时就进行的硬化过程可以随后采用UV辐照过程。UV光辐照比较快，并且有利于很好的控制硬化过程。本领域技术人员也知道其它材料和其它硬化过程。

“光学”元件包括不仅能在可见光内影响电磁辐射的元件，尤其是，光学元件包括影响可见光的元件。红外辐射，以及有可能的UV辐射。名称“薄片”在本文中不是对基体形状的限制。

附图说明

根据典型的实施例，下文中根据附图进一步详细描述了本发明的内容，附图显示如下：

图1和2是放置在基体上的工具的剖面图；

图3是图2中结构的正视图；

图4是在缓冲体积和溢流体积之间移动的可选的几何形状例；

图5-9是其它工具的剖面图；

图10是图9中结构的正视图；

图11-13是其它工具的剖面图；以及

图14是根据本发明的方法的流程图。

附图标记参考表中总体列出了本附图中的附图标记以及它们所代表的意义。原则上，相同的部件在图中用相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1示出了放置在基体12上的工具10的剖面图。工具10形成一个限定由元件体积1模制的元件的形状的空腔8。在示出的例子中，光学元件只是折射透镜。元件体积1位于工具10和基体12之间。在此标记为移动间隔件14的部分被工具10上凸出的元件包围。间隔件的平表面17与基体12的表面基本平行并且相距大约5μm到15μm。在移动间隔件14的下面，在平表面17和基体12之间形成一个小的缓冲体积3。在元件体积1和缓冲体积3之间，工具10含有一个内部边缘2。在缓冲体积3和溢流体积5之间，工具10具有一个外部边缘4。

移动间隔件14的主要功能是通过毛细管作用力吸出剩余材料。流动在外部边缘4停止并且形成一个凸起18，并因此阻止元件体积1由于毛细管力被抽空。这样，移动间隔件14的宽度和形状以及溢流体积5的形状和大小限制剩余材料的去向。因此，通过保持复制材料体积在一定的最大体积之下，复制材料就被限制住了。

内部边缘2包括一个阻止复制材料13的外部边缘流动的第一间断部，如下面的图中所示。外部边缘4形成了一个阻止复制材料13流向紧邻缓冲体积3的溢流体积5的第二间断部。没有这些间断部，毛细管作用力将会使复制材料13连续的沿着缓冲体积3形成的通道流动，最后将复制材料13从元件体积1消耗尽。

图2示出了上述操作的一些变化。在这个变化中，环绕元件体积1的移动间隔件14是不对称的。这样，剩余的材料可以移动到不干扰其它过程的区域。图3示出了图2中设置的俯视图。围绕外部边缘4伸出的复制材料的凸起(如图1和2所示，图3中未示出，因为后者只示出了没有复制材料的工具10)可以例如在其截面上近似不变。对于移动间隔件的不对称的形状，外部边缘4的长度是增长的。因为这些，不对称的液体被复制材料较好的限制在一个需要的与延伸的构造的左下角一致方向，在带有偏心的光学元件的结构中尤其需要。

正如可能在图1的实施例和今后所述的实施例中，工具优选包括，与要复制的元件对应的多个截面。这些截面排成近似一列，例如带有隔栅11的格子，根据后面的载有模制光学元件的基体12分离的切割或分割线排列，或根据其它元件以后会连接到的连接区域排列。

如图2和3所示，在不同方向的材料流的不对称可以基于不同的距离而运行。然而，也可以以其它方式影响复制材料流，例如不同位置的不同的表面性质或者几何形状。为了使不同的表面张力可以用于控制剩余材料，形成间隔件14的外部，图4中示出了一个例子。在一侧的间隔件14形成一个几何特征20，其使流向这一侧的流动与向另一侧的流动不同。

图5是带有复制材料13刚好填充满元件体积1的工具10的剖视图，复制材料被元件体积1和缓冲体积3之间不连续的内部边缘2所包围。缓冲体积3的长度优选在100到300或500或800微米的范围内。

在图5中，缓冲体积3是在空腔8内部。同时，z-尺寸以及因此元件高度和最终体积都由环绕空腔8的接触间隔件9限定。接触间隔件9可以例如是WO2004/068198中所述的类型。图5由此给出一个例子，其中复制材料由复制材料体积根据元件体积1(或根据一个稍小或稍大的体积)精确分配的结果限定的，也受表面张力和边缘2的冲击力的限制。

该实施例基于基本精确分配复制材料，以及通过表面张力和/或毛细管作用力限制复制材料在至少一个方向流动的几何元件(例如边缘)，因此与围绕空腔的接触间隔件无关。如图6中所示。图6示出了工具10的部分剖面，在其一侧，示出了一个(任意的)升高的间隔件部分14。在本例中，用另一种方法通过实时距离调节器和/或控制器，或其它方式定义z向，例如在另一侧(未示出)或其它的接触间隔件，例如周向侧面位置。

图7示出了在缓冲体积3的表面有其它外缘21的工具10的剖面图。这些外缘21限制了复制材料13的流动，并且根据复制材料13的总体积起作用，其变化可以依据于计量器、例如定量给料注射器，分别供应复制材料13到空腔8，到正对空腔8的基体12，或通常情况下，如果在要复制的元件的侧面不存在间隔件和空腔，则到基体或到复制工具或到全部。

图8示出了在被压向基体12前带有倾斜间隔件15的工具10剖面的一部分。箭头代表复制材料13在受压缩时在倾斜间隔件15下流动的方向。通常，带有可选的附加重量的复制工具的重量足够产生所需要的压力。缓冲体积3从倾斜间隔件15的下面接收复制材料13。在本例中，是倾斜间隔件限制了流动。

图9示意性的示出了放置在基体12上的工具10的剖面。图10示出了相应的高度图。工具10包括一个限定将由元件体积1形成的元件的空腔8。元件体积1位于工具10和基体12之间，由缓冲体积3包围。在元件体积1和缓冲体积3之间，工具10包括一个内部边缘2。在缓冲体积3和溢流体积5之间，以及缓冲体积3和空隙体积6之间，工具10包括一个外部边缘4、4′。当复制材料13超过元件体积1的容积时，缓冲体积3为剩余材料形成一个出口或溢流通道16

如果需要大的体积公差，则空腔8在元件体积1的一侧具有一个溢流体积5。在另一侧，外部边缘4，或空隙体积6或间隔件9形成对复制材料13流动的限制，保持复制材料13离开基体的临界区域。这个外部边缘4，与溢流体积5的外部限制一起，形成一个预定区域7，该预定区域使可被复制材料13覆盖的基体12具有最大区域。

在一侧从缓冲体积3到空隙体积6的移动4，以及在从另一侧缓冲体积3到溢流体积5的移动4’中，边缘4、4′的形状是不同的，从而表面张力和/或毛细管作用力会使剩余的复制材料流到溢流体积5中而不是空隙体积6中。例如，外部边缘4、4′可以在移动4到空隙体积6时是尖的，而在移动4′到溢流体积5时是圆的。

工具10这里位于(任意的)与基体12正对的接触间隔件9上。不被复制材料填满的空隙体积6的作用是，与外部边缘4一起，阻止复制材料的流动，以及阻止其在接触间隔件9下流动。由于复制材料的粘性、表面张力和毛细管作用力，这可能不是必须的，并且流动可能被接触间隔件本身所阻挡。那时，接触间隔件可能会马上与元件体积1相接，而不需要缓冲体积和空隙体积6。

因为溢流体积5比缓冲体积3高，随着外部边缘4的在高度上的间断部或落差，毛细管作用力不再适应(为方便起见，垂直于基体12表面的尺寸表示为“高度”。在实际中，整个布置也可以反过来)。溢流体积5仅根据剩余的复制材料13的体积填充。

在本发明的一个具体实施例中，元件体积1的直径在1到2毫米之间，高大约为250微米，缓冲体积3的高度，即在缓冲体积3的区域上空腔8到基体12的距离是大约10微米，缓冲体积3的长度，即从内部边缘2到外部边缘4的距离是大约50到200微米。

图11到13示出了通过包括带有与复制材料分别下降的预期大小或体积相适应的缓冲体积的深层工具的剖面。图11示出了与图7中类似的工具10，即没有外部边缘21在凸起23和凹陷19′、19″之间形成边界的移动间隔件。凸起23和凹陷19′、19″，如在其它图中一样，围绕在元件体积1周围，就像同心圆或跟随一个非圆形的光学元件。在后面的例子中，每个圆脊或通道的宽度和深度都以这种方式形成，其最好保持环绕圆周。在图11中，第一个内部凹陷19′的体积比较大，因为它的宽度和/或深度比第二个外部凹陷19″要大。内部凹陷19′可以接收相对大体积的剩余复制材料，并且首选其位置和形状如下：

——复制材料的体积要达到第一个，内部凹陷19′的内部边缘21′对应预期的最小体积，该最小体积由下降沉积装置(具有一定的随机性)沉积而成；和

——复制材料的体积要达到第二个，内部凹陷19′的内部边缘21′对应预期的最大体积，该最大体积由下降沉积装置(具有一定的随机性)沉积而成；

对于复制材料超出预期的最大体积(小概率，但不能完全排除)的情况，第二，外部凹陷19″可以被设置为根据其边缘形成一个限制。这种凸出的设置可以与溢流体积5一起结合在一起，由虚线表示，或不用。

图12示出了具有凹陷19′、19″、19″′和凸起23的工具10，其取向及样式和图11中类似，但与元件体积1由升高的(移动)间隔件14隔开，如图1所示。做为图11中凹陷/凸起设置的一个变形，在较大凹陷19′的内部设置一个深凹陷19″′，从而计算剩余材料少于沉积材料的预定的最小体积的低概率事件，并且为复制材料提供预定的轮廓。另外，凸出的这种设置也可以与溢流体积5结合在一起，由虚线表示，或不用。

图13示出了带有一个从以渐进的高度从升高的间隔件14中伸出的倾斜或梯度表面22的工具10。结果是，元件体积1到在倾斜表面22到这个距离要填充到空腔的复制材料的体积的距离关系是非线性的。这种非线性不止是因为覆盖的区域随着半径的范围而增加，还进一步因为倾斜表面的高度随着半径增大。根据复制材料的粘性和其它流动特性(尤其是粘着力对凝聚力)，这种几何特征是有利的。这种几何特征可以与规则或无规则尺寸的凹陷和凸起相结合，如图11和12所示，含有或没有溢流体积5。有倾斜面的几何特征也可以用于不含有接触间隔件9的结构，例如，它可以做为一个剩余体积5的表面用于像图1中所示的装置。

图14示出了本方法所述的流程图。

虽然本发明中描述了一些本发明的优选实施例，但很显然本发明并不仅限于此，还可以在权利要求范围内改变其它的例子及实施。

Claims (24)

1.一种通过复制工具制造元件的方法，包括以下步骤：

提供限定元件形状的复制工具；

提供基体；

将复制工具压向基体，呈液态或粘性或塑性变形状态的复制材料位于工具和基体之间；

将复制材料限制在基体的预定区域，其中预定区域沿着基体表面的至少一个方向超过基体上的元件的所需区域小于预定距离；

硬化复制材料以模制元件。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，复制工具包括多个部分，每部分限定要复制的元件，将复制材料限制在基体的预定区域的步骤包括将复制材料限制在多个区域，每个区域分布在至少一个所述部分周围。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在将工具压向基体之前，在每个部分的侧向位置，将一定体积的复制材料局部并单独施加到工具和基体中的至少一个上。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，复制工具被选作用来包含多个空腔，每个空腔限定一个元件或一组元件的形状，每个空腔在至少一个侧向上由平坦区段限定，在空腔和平坦区段之间形成内部边缘，复制工具还包括至少一个溢流体积以及位于平坦区段和溢流体积之间的外部边缘，其中所述的复制材料的体积比空腔的体积大。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，平坦区段相对于元件或一组元件的中心轴不对称。

6.如权利要求3-5的至少一项所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

通过接触基体的间隔件限制复制材料流向工具的至少一侧；以及

通过溢流通道使复制材料能够流向工具的另一侧。

7.如权利要求2-6任一项所述的方法，其特征在于，复制工具被选作包含多个空腔，每个空腔限定一个元件或一组元件的形状，还包括以下步骤：

当将工具压向基体时，倾斜的间隔件使复制材料移向所述的空腔之一。

8.如权利要求2-7任一项所述的方法，其特征在于，复制材料硬化后，将复制工具移开，基体或包括基体的部件的部分沿着分格线各自分开，每个部分带有至少一个所述的光学元件。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的分格线沿着基体没有复制材料的侧向位置。

10.如前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

由毛细管作用力和表面张力中的至少一个控制复制材料的流动。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

施加预定体积的复制材料，以及

由作用在复制工具上的不连续毛细管作用力和表面张力中的至少一个限制复制材料的流动。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，工具的空腔限定了元件的形状，并且沿着元件的至少一侧包括缓冲体积，缓冲体积通过内部边缘与元件体积分开，其中复制材料预定的体积比空腔体积小，并且该方法还还包括以下步骤：

由作用在内部边缘上的毛细管作用力和表面张力中的至少一个限制复制材料进入缓冲体积的流动。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，包括按照施加复制材料的所需体积值设计限制复制材料流动的结构的尺寸的步骤。

14.一种用复制材料复制元件的复制工具，该复制工具包括复制侧、复制侧的多个空腔，每个空腔限定了一个元件或一组元件的形状，复制工具还包括至少一个间隔件部分，该间隔件部分在复制侧从空腔伸出，还包括将复制材料限制在工具的预定区域的结构，当工具被压向基体时，预定的区域沿着基体表面至少一个方向超过元件所需体积小于预定距离。

15.如权利要求14所述的复制工具，其特征在于，空腔包括元件体积以及元件体积周围的另一体积，另一体积的边界含有用于通过毛细管作用力和表面张力中的至少一个选择性控制复制材料流动的间断部。

16.如权利要求15所述的复制工具，其特征在于，包括：

设置尺寸以便阻止复制材料在空腔一侧上流动的边缘；以及

溢流通道，使复制材料能够流向空腔的另一侧。

17.如权利要求14-16任一项所述的复制工具，其特征在于，通过作为间隔件部分的平坦区段、空腔和平坦区段之间的内部边缘、溢流体积以及平坦区段和溢流体积之间的外部边缘，每个空腔在至少一个侧向受到限制。

18.如权利要求14-17任一项所述的复制工具，其特征在于，在由至少一个所述空腔限定的元件体积的至少一侧包括缓冲体积，缓冲体积和元件体积在它们的共同边界限定内部边缘，以阻挡复制材料流到缓冲体积。

19.如权利要求18所述的复制工具，其特征在于，在缓冲体积的表面包括另一边缘，阻挡复合材料流到缓冲体积。

20.如权利要求19所述的复制工具，其特征在于，另一边缘限定了周围凸起和凹陷之间的边界。

21.如权利要求20所述的复制工具，其特征在于，凹陷具有不同的深度和/或宽度。

22.如权利要求14-21任一项所述的复制工具，其特征在于，在至少一个所述空腔的至少一侧包括倾斜间隔件。

23.一种通过复制制造的透明光学元件，该光学元件包括基体以及其上的硬化的复制材料，硬化的复制材料包括复制的光学功能部分，光学元件还包括围绕复制材料的区域，在该区域中，基体上没有复制材料。

24.如权利要求23所述的光学元件，其特征在于，复制材料包括围绕光学功能部分的平坦区段，并且还包含至少一个围绕平坦区段的剩余部分和凸起部分。

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