CN108025461B - 光学部件及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有小体积区段(11)和大体积区段(9)的光学部件(1)，其中所述光学部件是除去该大体积区段(9)中的一个区域(5)的单件式注塑模制的部件(3)，所述部件在该大体积区段(9)中的该区域(5)中被添加物(13)填充以形成该光学部件(1)。

Description

光学部件及其生产方法

本发明涉及一种具有导光区域的光学部件，所述光学部件尤其能够是用于智能眼镜的光学部件。额外地，本发明涉及一种用于生产此类光学部件的方法。

例如可用于生产智能眼镜的光学部件通常具有体积极其不同且几何形状不同的部分。其目的在于使用注塑模制来批量生产此类光学部件。然而，由于注塑模制不支持或仅用非常高的费用来支持大的体积差异和极其不同的几何形状(正是此类光学部件的光学面和导光区域所需要的)，因此在这个过程中出现困难。

因此，本发明的一个目的是提供一种生产光学部件的方法，该方法第一次在生产光学部件时简化了或利于注塑模制的应用。此外，本发明的另一个目的是提供一种可以使用注塑模制来批量生产的光学部件。

第一个目的通过如权利要求1所述的用于制造光学部件的方法来实现的，第二个目的是通过如权利要求9所述的光学部件来实现的。从属权利要求包含本发明的有利构型。

该用于生产包括小体积部分和大体积部分的光学部件的方法包括以下步骤：

a)通过注塑模制来生产初步部件，其中，相对于该光学部件，在该初步部件中省去了区域，所述被省去的区域位于该初步部件的、与该光学部件中的该大体积部分相对应的部分中；

b)在该注塑模制的初步部件已经凝固之后，通过填补注塑模制期间被省去的该区域补全该初步部件来完成该光学部件。

该初步部件中的、在该注塑模制期间被省去的该区域是凹陷，该凹陷在该初步部件的、与该光学部件中的该大体积部分相对应的所述部分中。呈凝固或固化黏性填料形式的填充物可用于补全该初步部件。在此，该填料可以以未凝固或未固化状态填入该凹陷中、并且随后可以凝固或固化。作为凝固或固化黏性填料的替代方案，可以将尺寸稳定的填充件插入该凹陷中以补全该初步部件。该填充件可以像该初步部件一样通过注塑模制工艺来生产。可以通过粘性粘接来完成连结。

在该凹陷的几何形状具有一个或多个开放侧的情况下，该凹陷的开放侧可以通过用于以填料界定有待填充的凹陷的形式来关闭。

在本发明的范围内，术语“大体积”和“小体积”不应反映这些部分的绝对体积。而是，在小体积部分中，从距对应部分的表面最远的体积元素到最近的表面的距离应最多等于，在大体积部分中，具有距这部分的表面的最远距离的体积元素到最近表面的距离的一半。在这个意义上，如果小体积部分与大体积部分相比具有显著更平坦的几何形状，则该小体积部分甚至可以具有比该大体积部分更大的绝对体积。

如果完成的光学部件在该大体积部分(9)中具有仅引导光的区域，则在该初步部件的注塑模制期间被省去的该区域可以例如位于所述完成的光学部件中存在的所述仅引导光的区域之处。在此，光束路径所穿过的区域(在该区域的体积中不存在对光束路径的反射、折射、或衍射影响)应被认为是仅引导光的区域。然而，在注塑模制材料与补充材料之间的界面处，对光束路径的反射、折射或衍射影响可以是可能的。

由于与光学部件相比在注塑模制期间在初步部件中省去的区域，因此还能够使用注塑模制工艺来生产以下光学部件：所述光学部件具有体积极其不同的或部件几何形状极其不同的区域并且因此具有大体积区域和小体积区域。在这种情况下，通过在有待由注塑模制工艺生产的初步部件中省去所述区域，减少了体积或部件几何形状的差异，由此减少了在注塑模制期间由于大体积差异或者显著不同的几何形状而产生的困难。尤其是，初步部件的各个区域的体积可以由于该凹陷而按以下方式相互匹配：使得该注塑模制材料中的热量可以在冷却和凝固过程中以很大程度上同一速度从各个区域消散，从而可以可靠地避免在该注塑模制材料内形成热区。由此能够使得，该注塑模制材料更均匀地凝固成初始部件，这样能够很大程度地避免经冷却的材料中可能影响光学特性的应力，并且体积收缩变得更均匀。由于体积收缩变得更均匀，同样能够减少能够影响光学特性的应力的出现。总之，这使得能够很大程度上避免在注射模制的光学部件中形成导致双折射产生的机械应力。

在根据本发明的方法的范围内，可能有利的是，使得用于在注塑模制期间所省去的区域补全初步部件的材料具有与该注塑模制材料相对应的光学特性。举例而言，在一个波长上，所述补充材料的折射率可以至少到小数点后第三位、优选至少到小数点后第四位都与注塑模制材料的折射率相等。额外地或替代性地，这两种材料可以选择成使得，补充物的阿贝数至少到个位(Einerstelle)、优选到小数点后第一位都与注塑模制材料的阿贝数相等。这使得能够实现的是，注塑模制材料与补充材料之间的过渡仅略微地影响光学部件的光学特性，并且尤其将该影响减小到使完成的光学部件被视为由光学均质材料构成的部件的程度。

另一方面，还能够鉴于初步部件的光学特性来选择补充材料的光学特性，其方式为使得它们将初始部件的光学像差最小化。以此方式，在设计光学部件时能够获得更多的自由度。举例而言，能够接受部件的光学像差以简化用于生产初步部件的注塑模制方法，随后通过适合地选择补充材料来补偿所述光学像差。

具体地，可以作为光学部件生产用于将成像光束路径耦合到智能眼镜的眼镜镜片内的管(有时也称为棱镜)。此类管典型地包括大体积管部分和平坦的小体积管部分，使得在生产该管时可以实现上述优点。然而，使该管是眼镜镜片本身的“大体积”部分的构造也是可能的。

根据本发明的光学部件包括小体积部分和大体积部分，其中该光学部件是除去该大体积部分中的区域的一体注射模制的部件。在该大体积部分的区域中，通过补充物来完成该一体注塑模制的部件以形成光学部件。该补充物可以是凝固的填料、或预制的以及例如粘性粘接的填充件。通过该补充物来完成的该区域是该光学部件的该大体积部分中的凹陷，并且该补充物是填入该凹陷中的经凝固或固化的填料、或是被插入该凹陷中的尺寸稳定的预制的填充件。

如果该光学部件在该大体积部分中具有仅引导光的区域，则配备有补充物的凹陷存在于该仅引导光的区域所在之处。

具体地，该光学部件可以被实施为用于将成像光束路径耦合到智能眼镜的眼镜镜片内的管，该管可以具有大体积管部分以及平坦的小体积管部分。然而，该光学部件还可以是具有管的眼镜镜片，其中该管是眼镜镜片的“大体积”部分。

根据本发明的光学部件可以通过根据本发明的方法、使用注塑模制工艺来批量生产，其中可以实现关于该方法所描述的优点。具体地，可以减少形成成形应力和由此而来的双折射、以及收缩的产生。

从以下示例性实施例的描述并参考附图，即可明白本发明的其他特征、特性和优点。

图1基于流程图示出了根据本发明的用于生产光学部件的方法的第一示例性实施例。

图2示出了注塑模制的初步部件，该初步部件的生产构成了根据本发明的方法的中间步骤。

图3示出了通过根据本发明的方法而生产的光学部件。

图4基于流程图示出了根据本发明的用于生产光学部件的方法的第二示例性实施例。

图5与注塑模制的填充件一起示出了注塑模制的初步部件。

图6示出了用于智能眼镜的眼镜镜片。

以下将参照图1至3来描述根据本发明的用于生产光学部件的方法的示例性实施例。在此，图1以流程图的形式示出了示例性实施例，并且图2和3示出了光学部件的各个生产阶段。

在根据本发明的用于生产光学部件1的方法的示例性实施例(图3所示)中，首先在步骤S1中生产初步部件，如图2所示。使用注塑模制工具、通过注塑模制方法来完成初步部件3的生产，该初步部件的模制面以一种方式被实施成使得在初步部件3的一部分中形成凹陷5。在凹陷5的区域，初步部件3不具有光学部件1的最终表面7。相比之下，初步部件3的其余部分的表面对应于光学部件1的最终表面7。在当前的示例性实施例中，用于生产该初步部件的注塑模制材料是双酚A。然而，还可以使用适合于对光学部件进行注塑模制的不同聚碳酸酯。

在初步部件3中，在初步部件3的区域9中形成凹陷5，该初步部件的区域在所完成的光学部件1中形成该部件的大体积部分9(参见图2)。额外地，所完成的光学部件1具有小体积部分11，在当前的示例性实施例中该小体积部分的体积仅显著小于大体积部分9的体积，并且其几何形状被实施为比大体积部分9的几何形状显著更平坦。以下提供了关于这点的更详细解释。

在注塑模制的初步部件3已经冷却之后，在步骤S2中将凹陷5填充以填料13，所述填料在当前的示例性实施例中是反应性粘合剂、例如具有两种或更多种组分的粘合剂。在此，构成初步部件3的反应性粘合剂和聚碳酸酯以一种方式彼此匹配，使得它们的折射率到小数点后第四位都彼此相等。因此，能够在很大程度上避免初步部件3的聚碳酸酯与双组分粘合剂之间的过渡处的折射，其程度为使得所述折射在小到光学部件1所设想的用途不受减损的程度上影响部件1的光学特性。此外，当前的示例性实施例中，聚碳酸酯和反应性粘合剂的阿贝数彼此匹配的程度为它们到小数点后第一位都彼此相等。此外，通过适配聚碳酸酯和反应性粘合剂的阿贝数可以实现的是，最新产生的部件的色散不发生显著偏离。

然而，还可以使用填料13的光学特性来以有针对性的方式调整光学部件1的光学特性。具体地，在此能够借助于填料13来补偿初步部件3的光学或几何像差。这在设计光学部件1时提供了额外的自由度、并且提供了以下选项：即，以接受光学像差的方式、使用成本有效且基本上不复杂的方法来生产初步部件3、并且在填充凹陷5时借助于灌封化合物13来补偿该光学像差。

在步骤S2中将填料填入凹陷5中之后，在步骤S3中填料13固化。于是，在可选的步骤S4中可以对光学部件1进行后处理。举例而言，后处理可以包括向光学部件1的表面施加涂层。例如，可以作为涂层施加减反射层或硬层。此外，后处理还可以包含一个或多个机械后处理步骤，例如研磨、铣削、抛光等。

在光学部件1中，大体积部分9具有多个内部区域，这些内部区域距光学部件1的表面的距离与小体积部分11的所有内部区域相比都更大。具有类似于图3所示的光学部件1的几何形状的光学部件仅可以用注塑模制方法以增大的技术费用来生产。如果光学部件1要用注塑模制工艺来完全一体地生产，则在材料冷却的某些情况下将产生内部应力，所述内部应力可能导致极其不同的收缩以及双折射的情况。其原因在于，来自平坦小体积部分11内部的热量可以比来自较厚的大体积部分9内部的热量更快且更均匀地消散。如果光学部件1要用注塑模制方法来生产，则可能的结果是，不同的冷却速率将导致注塑模制材料在大体积部分9的内部中以及小体积部分11的内部中发生时间上偏离极大的凝固。进而，由此产生机械应力，所述应力导致应力双折射。

因此，在根据本发明的方法的范围内通过注塑模制产生的不是整个光学部件1、而是初步部件3，这构成了光学部件1的生产的中间步骤。由于位于大体积部分9中的凹陷5，在初步部件3中大体积部分9的体积相对于最终光学部件1被减小。此外，大体积部分9的几何形状通过凹陷5而改变，其方式为使得该大体积部分中的内部区域距大体积部分9的表面的距离减小。因此，初步部件3不具有体积和几何形状彼此不同到使得出现显著不同的冷却速率的任何部分。由此，使大体积部分9和小体积部分11的冷却速度更接近，从而可以实现整个初步部件3很大程度上同时的凝固。以此方式，可以显著地减少或者甚至完全避免材料中的机械应力。伴随着这一点，显著地减少或者甚至完全避免了双折射以及几何形状偏离。

下面参照图4来描述根据本发明的方法的第二示例性实施例，该图示出了表示该第二示例性实施例的流程图。在该第二示例性实施例中，如图2所示，在步骤S10中首先通过注塑模制方法来生产初步部件3。在此，步骤S10对应于根据本发明的方法的第一示例性实施例的步骤S1。

与步骤S10并行地，在步骤S11中通过注塑模制工艺来生产填充件15(参见图5)。在此，在当前的示例性实施例中，用于生产填充件15的注塑模制化合物与用于生产初步部件3的注塑模制化合物相同。如同在第一示例性实施例中，可以将双酚A或适合于对光学部件进行注塑模制的任何其它聚碳酸酯用作注塑模制化合物。

在步骤S12中，接着将该填充件插入初步部件3中的接收座5中。在此过程中，在相对于注塑模制的初步部件3的界面对准之后，可以借助适合的粘合剂将该填充件粘性地粘接至该初步部件上。对于用于将填充件15粘性地粘接至初步部件3上的粘合剂适用的是，有利的是所述粘合剂具有的折射率与注塑模制材料的折射率相匹配、和/或具有的阿贝数与注塑模制材料的阿贝数相匹配。然而，粘合剂间隙的尺寸越均匀，折射率和/或阿贝数的匹配就越不重要。

在将填充件15插入初步部件3的接收座5中之后，可以在可选的步骤S13中对光学部件1进行后处理。具体地，该步骤可以对应于第一示例性实施例的步骤S4。

虽然参照图4描述的示例性实施例提供了初步部件3和填充件15的并行生产，但它们也可以是相继地生产的。还能够由不同的材料、例如不同的热塑性材料来生产初步部件3和填充件15，以例如获得希望的光学效果。举例而言，环烯烃共聚物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等是适合的热塑性材料。

通过根据本发明的方法生产的光学部件1尤其可以是例如用作用于耦合到成像光束路径内的输入耦合元件的管。通常，智能眼镜尤其包括眼镜镜片，初始地从显示设备发出的透过该眼镜镜片的成像光束路径，典型地以眼镜镜片表面处的多次反射而被引导到输出耦合结构，该成像光束路径通过该输出耦合结构从眼镜镜片沿使用者眼睛的方向耦合输出。图6展示了此类眼镜镜片100的实例。如图6所示，眼镜镜片100可具有边缘增厚区域106，在该边缘增厚区域中增大了眼镜镜片100的厚度以实现成像光束路径到输出耦合结构104的理想引导。成像光束路径102借助于用作输入耦合元件的管108耦合到眼镜镜片100内。通过偶尔也被称为棱镜的管108，从显示器(未示出)发出的成像光束路径102以某个角度耦合到眼镜镜片100内，该角度为使得成像光束路径可以通过在眼镜镜片100的外表面101和内表面103处的多次反射而到达输出耦合结构104。

为了更好地理解本发明，基于多个示例性实施例详细解释了本发明。然而，应理解的是，可以脱离各个示例性实施例，并且各个示例性实施例的特征可以彼此组合。举例而言，还可以使用凝固黏性填料来代替固化黏性填料以用于填充凹陷，只要凝固过程几乎没有收缩地实现即可。因此，示例性实施例不应被解释为限制性的。代替地，本发明应仅受所附权利要求书的限制。本发明的各个可能的实施例变体无需实现上文所指明的所有优点，只要其包括在权利要求书中限定的主题内即可。

参考号清单

1 光学部件

3 初步部件

5 凹陷

7 光学部件的最终表面

9 大体积部分

11 小体积部分

13 填料

15 填充件

100 眼镜镜片

101 外表面

102 成像光束路径

103 内表面

104 输出耦合结构

106 边缘增厚区域

108 管

S1 生产初步部件

S2 用填料填充凹陷

S3 使填料固化

S4 后处理

S10 生产初步部件

S11 生产填充件

S12 将填充件插入凹陷中并且粘性地粘接

S13 后处理

Claims (7)

1.一种用于生产包括小体积部分(11)和大体积部分(9)的光学部件(1)的方法，包括以下步骤：

a)通过注塑模制来生产初步部件(3)，其中，相对于该光学部件(1)，在该初步部件中省去了区域，其中被省去的区域位于该初步部件(3)的、与该光学部件(1)中的该大体积部分(9)相对应的部分中；

b)在该注塑模制的初步部件(3)已经凝固之后，通过填补注塑模制期间被省去的该区域补全该初步部件(3)来完成该光学部件(1)，其中，

-该初步部件(3)中的、在该注塑模制期间被省去的该区域形成凹陷(5)，该凹陷在该初步部件(3)的、与该光学部件(1)中的该大体积部分(9)相对应的所述部分中，

-通过填充物(13，15)来完成补全，该填充物被引入该凹陷中，并且

-将呈凝固或固化黏性填料(13)形式的该填充物(13，15)填入该凹陷(5)中，所述填料随后凝固或固化，或者将呈尺寸稳定的填充件(15)形式的该填充物(13，15)插入该凹陷(5)中，

其中，完成的光学部件(1)在该大体积部分(9)中具有仅引导光的区域，并且在该初步部件的注塑模制期间被省去的该区域位于所述完成的光学部件(1)中存在的所述仅引导光的区域之处，

其中，初步部件(3)在凹陷(5)的区域不具有光学部件(1)的最终表面(7)，初步部件(3)的其余部分的表面对应于光学部件(1)的最终表面(7)，

其中，作为光学部件(1)生产用于将成像光束路径耦合到智能眼镜的眼镜镜片(100)内的管(108)，

其中，所述小体积部分是平坦的，并且所述大体积部分厚于所述小体积部分。

2.如权利要求1所述的方法，其中，通过填充物(13，15)来完成补全，构成该填充物的材料所具有的光学特性与注塑模制期间所使用的注塑模制材料的光学特性相对应。

3.如权利要求2所述的方法，其中，该填充物(13，15)的材料的折射率至少到小数点后第三位都与该注塑模制材料的折射率相等。

4.如权利要求2或3所述的方法，其中，该填充物(13，15)的材料的阿贝数至少到个位都与该注塑模制材料的阿贝数相等。

5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，通过由具有光学特性的材料构成的填充物(13，15)来完成补全，鉴于该初步部件(3)的光学特性，所述光学特性被选择成该填充物(13，15)使得该初步部件(3)的光学像差和几何像差最小化。

6.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，通过注塑模制工艺来生产该填充件(15)。

7.一种包括小体积部分(11)和大体积部分(9)的光学部件(1)，其中该光学部件是除去该大体积部分(9)中的区域的一体注塑模制的初步部件(3)，所述一体注塑模制的初步部件在该大体积部分(9)的该区域中被补充物(13，15)补完整以形成该光学部件(1)，其中通过该补充物来补全的该区域是该光学部件(1)的该大体积部分(9)中的凹陷(5)，并且该补充物是填入该凹陷(5)中的经凝固或固化的填料、或是被插入该凹陷(5)中的尺寸稳定的预制的填充件(15)，在该大体积部分(9)中具有仅引导光的区域，其中，该填充物(13，15)存在于该仅引导光的区域所在之处，其中，初步部件(3)在凹陷(5)的区域不具有光学部件(1)的最终表面(7)，初步部件(3)的其余部分的表面对应于光学部件(1)的最终表面(7)，其中，该光学部件被实施为用于将成像光束路径耦合到智能眼镜的眼镜镜片(100)内的管(108)，其中，所述小体积部分是平坦的，并且所述大体积部分厚于所述小体积部分。

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