CN115552294A - 制造光学棱镜的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于生产多个光学棱镜的方法包括：提供至少一个制造中间体；以及将至少一个制造中间体分成多个单独的三棱镜。制造中间体包括具有三个矩形表面和两个三角形表面的三棱镜形式的主体。主体由透光材料形成。不透明材料层设置在主体的三个矩形表面中的两个上，不透明材料层在三个矩形表面中的两个中的每一个上具有多个轴向间隔开的孔，两个表面中的一个上的孔中的每一个设置在与两个表面中的另一个上的孔中的一个实质上相同的轴向位置处。至少一个制造中间体被分成多个单独的三棱镜，使得每个单独的三棱镜在其两侧中的每一侧上具有孔中的一个。

Description

制造光学棱镜的方法

技术领域

本公开涉及一种用于制造多个光学元件，特别是多个棱镜的方法。棱镜可以例如具有光功率，并且可以在一个或多个表面处设置有透镜。

背景技术

本公开涉及一种用于制造多个棱镜的方法。棱镜可以例如具有光功率，并且可以在一个或多个表面处设置有透镜。在使用中，光可以通过第一表面在第一方向上进入这种棱镜，并且可以被引导以通过第二表面在第二方向上离开棱镜。第一方向和第二方向可以相互正交。可选地，棱镜可以具有光功率，并且可以例如可操作以聚焦进入第一表面的光。

这种棱镜可以应用于多种不同的应用中。例如，这种类型的棱镜可以形成紧凑的可调变焦透镜布置(例如远摄透镜)的一部分。这种布置可以在蜂窝电话(也称为移动电话)的手持机中应用。

一种用于制造这种具有光功率的棱镜的现有方法涉及制造玻璃棱镜和分开的玻璃透镜。然后将透镜粘附到棱镜的一个表面(例如使用环氧树脂粘合剂)。一旦形成棱镜，除了第一表面和第二表面(其在使用中形成棱镜的入口和出口)之外的棱镜的表面可以涂覆有不透明材料。

因此，本公开的目的是提供一种用于制造玻璃棱镜的方法，该方法解决了与现有技术方法相关联的一个或多个问题，无论是上述还是其他方面。具体地，本公开的目的可以是提供一种用于制造玻璃棱镜的方法，该方法增加了生产的产量和/或降低了生产成本。

发明内容

通常，本公开提出通过形成一个或多个制造中间体并随后将每个制造中间体分成多个棱镜来克服现有问题。制造中间体是细长棱镜的形式，其在第一和第二表面上设置有不透明涂层，该不透明涂层具有多个孔。随后，将一个或多个细长棱镜中的每一个分成多个分离的单独的三棱镜。这种布置是有利的，因为它允许大量精确地制造多个棱镜，如下面进一步讨论的。

根据本公开的第一方面，提供了一种用于生产多个光学棱镜的方法，该方法包括：提供至少一个制造中间体，该制造中间体包括：具有三个矩形表面和两个三角形表面的三棱镜形式的主体，该主体由透光材料形成；以及设置在主体的三个矩形表面中的两个上的不透明材料层，不透明材料层包括在三个矩形表面中的两个中的每一个上的多个轴向间隔开的孔，两个表面中的一个上的孔中的每一个设置在与两个表面中的另一个上的孔中的一个实质上相同的轴向位置处；以及将至少一个制造中间体分成多个单独的三棱镜，使得每个单独的三棱镜在其两侧中的每一侧上具有孔中的一个。

有利地，根据第一方面的方法允许以高容量和高产量生产多个棱镜，同时保持高质量并且在高制造公差内，如现在所讨论的。

用于制造光学棱镜的现有技术方法涉及分开制造每个单独的棱镜。例如，为了确保足够的光学质量，可以通过注射成型来形成每个单独的棱镜。然而，一旦已经形成棱镜的主透光体，每个这样的单独棱镜通常经受进一步的处理步骤。例如，透镜可以粘附到棱镜的一个表面以向光学组件提供光功率。另外，可能期望用不透明材料涂覆至少一些表面(除了一个表面上的入口部分和另一表面上的出口部分之外)，例如以防止任何光从除了入口部分和出口部分之外的位置进入或离开棱镜。不利的是，该方法是耗时且昂贵的，因为每个单独的棱镜经受一个或多个这样的后续处理步骤。

与这些已知方法相比，这里公开的用于生产多个光学棱镜的本方法具有以下优点。首先，形成在两侧上具有不透明材料层的至少一个制造中间体、然后将其分成分离的单独的棱镜，比模制多个单独的棱镜、然后提供在两侧中的每一侧上具有孔的不透明层明显更快且更具成本效益。制造中间体的主体可以在单个操作(例如注射成型)中形成，并且不透明材料层可以使用已知技术容易地形成，例如使用物理气相沉积(PVD)。

第二，在两侧上具有不透明材料层的至少一个制造中间体允许部分的阵列的受控定位、间距和高度，这些部分最终将各自对应于单独的三棱镜。单个制造中间体允许非常容易地形成这些部分的一维阵列；多个制造中间体允许非常容易地形成这些部分的二维阵列。这是特别有利的，因为它允许用于后续处理步骤(例如，向每个部分提供透镜和/或经由切割过程划分这些部分)的时间阵列布局使用晶圆级光学技术。这进一步增加了制造的产量，同时仍然提供足够的精度以满足严格的尺寸公差控制。

第三，通过在任何其他处理步骤之前在至少一个制造中间体的两侧上提供不透明材料层，该层可以有利地帮助制造中间体和/或单独的三棱镜的对准，以允许通过使用晶圆级光学技术的批量处理的高产量。例如，每个孔可以用作对准特征(或基准)，以允许其上提供的部分与一些其他组件的快速且准确的对准(例如使用晶圆级光学技术或光刻技术)。

因此，根据第一方面的方法，通过使用制造中间体，允许大量制造棱镜(其可以设置有透镜)。

应当理解，提供至少一个制造中间体的步骤可以包括采购(source)预成型的制造中间体(例如经由第三方供应商)，而不是直接形成它。还应当理解，替代地，提供至少一个制造中间体的步骤可以包括形成制造中间体的任何子步骤，例如由透光材料形成至少一个制造中间体的主体和/或将不透明材料层施加到主体的三个矩形表面中的两个。

制造中间体的主体是具有三个矩形表面和两个三角形表面的三棱镜的形式。应当理解，这意味着制造中间体的主体的形状由两个平行的、全等的三角形表面限定，一个三角形表面是另一个三角形表面的副本，但是在垂直于另一个三角形表面的方向上平移，其中一个矩形表面在两个三角形表面的每对对应边之间延伸。

应当理解，术语“轴向”旨在指大致平行于三棱镜的轴线的方向。还应当理解，这种轴线垂直于每个三角形表面。

透光材料可以包括任何合适形式的玻璃。

孔可以是圆形的。

应当理解，在使用中，两个孔(每个孔在每个单独的三棱镜的两侧中的不同一侧上)将形成单独的三棱镜的入口和出口。在使用中，第三侧将提供用于例如通过全内反射将通过一个孔(入口)进入棱镜的光朝向另一孔(出口)重定向的表面。

制造中间体的主体的三角形横截面可以是等腰直角三角形。也就是说，三角形可以具有长度相等的两个相互垂直的较短边和一个较长边(其与每个较短边成45度设置)。不透明材料层可以设置在两个较短边上。

应当理解，将至少一个制造中间体分成多个单独的三棱镜可以意味着将至少一个制造中间体分离、切割、切片或切块成多个单独的三棱镜。

由于不透明材料层包括多个轴向间隔开的孔，因此它可以被称为图案化的不透明材料层。

应当理解，不透明材料层可以是从主体的矩形表面中的一个延伸到主体的矩形表面中的另一个的连续层。可替换地，不透明材料层可以设置在多个分离的部分中。例如，不透明材料层可以包括在主体的矩形表面中的一个上的第一部分和在主体的矩形表面中的另一个上的第二部分。

在一些实施例中，可以提供多个制造中间体，每个制造中间体可以随后被分成多个单独的三棱镜。

有利地，通过提供多个制造中间体，可以形成最终将各自对应于单独的三棱镜的部分的二维阵列(具有精确可控的阵列的定位、间距和高度)。这允许从晶圆级光学技术的使用获得更大的产量增益。

将多个制造中间体中的每一个分成多个单独的三棱镜可以包括：布置多个制造中间体，使得它们相互平行且轴向对准以形成制造中间体的阵列；以及将制造中间体的阵列切割至少一次。

这种轴向对准的制造中间体的阵列允许在单个切割操作(或多个这种切割操作)中将所有制造中间体一起分开。

布置多个制造中间体，使得它们相互平行且轴向对准以形成制造中间体的阵列可涉及将多个制造中间体布置在粘性支撑件上。

粘性支撑件可以包括光刻过程中使用的类型的切割带。

将制造中间体的阵列切割至少一次可涉及使用切割工具在大致垂直于轴向方向的方向上切穿制造中间体的阵列中的每个制造中间体。

切割工具可以是旋转锯，例如在光刻过程中使用的类型的切割锯。

在一些实施例中，在该制造中间体或每个制造中间体被分成多个单独的三棱镜之前，该方法还可以包括：支撑至少一个制造中间体，使得其上提供有不透明材料层的矩形表面中的一个是能接近的(accessible)；以及在能接近的表面上的不透明材料层中的每个孔处，在该制造中间体或每个制造中间体的主体上提供透镜。

有利地，通过在将制造中间体分成单独的三棱镜之前在孔处提供透镜，制造中间体的刚度提供了附加的支撑，这可以减少或甚至防止透光材料的翘曲。

可以支撑多个制造中间体，使得来自每个制造中间体的其上设置有不透明材料层的矩形表面中的一个实质上位于平面中。

通过将透镜直接模制到主体上，可以在能接近的表面上的不透明材料层中的每个孔处在该制造中间体或每个制造中间体的主体上提供透镜。

例如，透镜可以通过晶圆级压印过程形成。该过程可以使用PDMS模具。透镜可以由环氧树脂模制而成。模制可以包括固化过程(例如UV暴露)，或者之后可以是固化过程(例如UV暴露)。

有利地，制造中间体的使用允许使用晶圆级光学技术对孔阵列执行这种模制。这可以被称为到制造中间体上的晶圆级透镜复制。由制造中间体促进的精确控制使得能够直接在制造中间体上同时进行透镜结构模制。粘附可以通过将聚合物直接交联到透光材料的(例如玻璃)表面上来实现。

将透镜直接模制到透光材料上的另一个优点是它可以提高成品的光学效率，因为形成透镜的材料可以直接结合(bond)到棱镜的透光材料上。与之相对比，在现有技术方法中，透镜通常是分开形成的，并且使用附加的粘合剂层将它们结合到各个棱镜上。

在一些实施例中，在该制造中间体或每个制造中间体被分成多个单独的三棱镜之前，可以为制造中间体的一个或多个表面提供抗反射涂层。

这种抗反射涂层可以施加在制造中间体和透镜周围，以提高光学效率。

在一些实施例中，在该制造中间体或每个制造中间体被分成多个单独的三棱镜之后，该方法还可以包括：支撑单独的三棱镜，使得来自每个单独的三棱镜的具有带有孔的不透明材料层的一部分的矩形表面中的一个实质上位于平面中；以及在位于所述平面中的矩形表面上的不透明材料层中的每个孔处，在每个单独的三棱镜的主体上提供透镜。

有利地，通过在将制造中间体分成单独的三棱镜之后提供透镜，避免了由于划分过程对透镜造成损坏或污染的风险。这可以允许使用更高质量的玻璃透镜，而不必随后向透镜提供任何保护涂层等。

尽管制造中间体已经被分成单独的三棱镜，但是因为制造中间体在两侧上设置有不透明材料层，并且因为每个单独的三棱镜在其两侧中的每一侧上具有孔中的一个，所以孔可以用于辅助与单独的三棱镜的对准，以允许高产量批量处理晶圆级光学技术。例如，每个孔可以用作对准特征(或基准)，以允许其上设置有对应透镜的单独的三棱镜的快速且准确的对准。

透镜可以使用玻璃注射成型过程分开制造。在与单独的三棱镜组装之前，透镜可以可选地单独地涂覆有抗反射涂层。

在每个单独的三棱镜的主体上提供透镜可以包括：在位于平面中的矩形表面上的不透明材料层中的每个孔处提供一定量的粘合剂；以及经由所述一定量的粘合剂将每个透镜粘附到孔中的对应一个孔。

粘合剂可以是光学胶(optically clear adhesive)，并且可以例如包括环氧树脂粘合剂。经由所述一定量的粘合剂将每个透镜粘附到孔中的对应一个孔的步骤可以包括压力和/或升高的温度的任何施加。经由所述一定量的粘合剂将每个透镜粘附到孔中的对应一个孔的步骤包括固化过程，该固化过程可以涉及暴露于辐射(例如紫外线辐射)。

在一些实施例中，可以使用不透明材料层中的孔的边缘作为对准特征来实现每个单独的三棱镜和对应的透镜的对准。

可以使用物理气相沉积在每个制造中间体的主体的三个矩形表面中的两个上设置不透明材料层。

不透明材料层可以包括铬。铬是一种可以使用标准技术容易地涂覆到玻璃上的材料。

在一些实施例中，在该制造中间体或每个制造中间体被分成多个单独的三棱镜之后，可以在单独的三棱镜的一个或两个三角形表面上设置第二不透明材料层。

第二不透明材料层可以通过喷涂或丝网印刷(screen printing)来提供。

第二不透明材料层可以具有2-3μm量级的厚度。

第二不透明材料可以具有低光学透射率。例如，第二不透明材料层可以具有约4OD的透射光密度(即，具有约0.01％的透射率)。

根据本公开的第二方面，提供了一种用于在本公开的第一方面的方法中使用的制造中间体。

根据本发明的第二方面的制造中间体是新颖的，并且促进了根据本发明的第一方面的方法的许多优点，如上所述。

根据本公开的第三方面，提供了一种制造中间体，包括：具有三个矩形表面和两个三角形表面的三棱镜形式的主体，主体由透光材料形成；以及设置在主体的三个矩形表面中的两个上的不透明材料层，不透明材料层包括在三个矩形表面中的两个中的每一个上的多个轴向间隔开的孔，两个表面中的一个上的孔中的每一个设置在与两个表面中的另一个上的孔中的一个实质上相同的轴向位置处。

制造中间体的主体是具有三个矩形表面和两个三角形表面的三棱镜的形式。应当理解，这意味着制造中间体的主体的形状由两个平行的、全等的三角形表面限定，一个三角形表面是另一个三角形表面的副本，但是在垂直于另一个三角形表面的方向上平移，其中一个矩形表面在两个三角形表面的每对对应边之间延伸。

应当理解，术语“轴向”旨在指大致平行于三棱镜的轴线的方向。还应当理解，这种轴线垂直于每个三角形表面。

透光材料可以包括任何合适形式的玻璃。

孔可以是圆形的。

应当理解，在使用中，两个孔(每个孔在每个单独的三棱镜的两侧中的不同一侧上)将形成单独的三棱镜的入口和出口。在使用中，第三侧将提供用于例如通过全内反射将通过一个孔(入口)进入棱镜的光朝向另一孔(出口)重定向的表面。

制造中间体的主体的三角形横截面可以是等腰直角三角形。也就是说，三角形可以具有长度相等的两个相互垂直的较短边和一个较长边(其与每个较短边成45度设置)。不透明材料层可以设置在两个较短边上。

由于不透明材料层包括多个轴向间隔开的孔，因此它可以被称为图案化的不透明材料层。

应当理解，不透明材料层可以是从主体的矩形表面中的一个延伸到主体的矩形表面中的另一个的连续层。可替换地，不透明材料层可以设置在多个分离的部分中。例如，不透明材料层可以包括在主体的矩形表面中的一个上的第一部分和在主体的矩形表面中的另一个上的第二部分。

制造中间体还可以包括在主体的矩形表面中的一个上的每个孔处的制造中间体的主体上的透镜。

该制造中间体可以进一步包括在该制造中间体和/或透镜的一个或多个表面上的抗反射涂层。

不透明材料层可以包括铬。铬是一种可以使用标准技术容易地涂覆到玻璃上的材料。

根据本公开的第四方面，提供了一种支撑件，用于支撑多个根据本公开的第三方面的制造中间体，使得来自每个制造中间体的其上设置有不透明材料层的矩形表面中的一个实质上位于平面中。

支撑件可以包括支撑表面，该支撑表面被成形为与制造中间体互补。例如，可以在支撑件的支撑表面中提供多个特征或凹槽，每个特征或凹槽用于与制造中间体中的一个制造中间体配合。每个凹槽可以包括两个表面，这两个表面一起形成大致三角形的凹槽。两个表面可以布置成使得它们可以各自接触制造中间体的两个表面中的一个的至少一部分。

根据本公开的第五方面，提供了一种支撑件，用于支撑多个单独的三棱镜，使得来自每个单独的三棱镜的矩形表面中的一个实质上位于平面中。

支撑件可以包括支撑表面，该支撑表面被成形为与多个单独的三棱镜互补。例如，可以在支撑件的支撑表面中设置多个凹部，每个凹部用于与多个单独的三棱镜中的一个配合。每个凹部可以包括两个表面，这两个表面一起形成大致三角形的凹槽。两个表面可以布置成使得它们可以各自接触单独的三棱镜的两个表面中的一个的至少一部分。

附图说明

现在将仅通过示例并参考附图来描述本公开的一些实施例，附图中：

图1示出了根据本公开的制造中间体的透视图；

图2是图1所示的制造中间体的横截面图；

图3是根据本公开的用于生产多个光学棱镜的第一方法的示意图；

图4是根据本公开的用于生产多个光学棱镜的第二方法的示意图。

图5A以横截面示意性地示出了由支撑件支撑的制造中间体的阵列；

图5B是由支撑件支撑的制造中间体的阵列的平面图；

图6以横截面示意性地示出了由如图5A所示的支撑件支撑的制造中间体的阵列，并且另外示出了用于在每个制造中间体上形成多个透镜的模具；

图7是多个制造中间体的示意表示，每个制造中间体具有多个透镜，提供有抗反射涂层；

图8A是被支撑的制造中间体的阵列的示意表示，每个制造中间体使用切割工具被分成多个单独的三棱镜；

图8B示出了在被切割工具分割之前在粘性支撑件上的制造中间体的一维阵列的平面图；

图8C示出了在被切割工具分割之后在粘性支撑件上的单独的三棱镜的二维阵列的平面图；

图9是根据本公开的用于生产多个光学棱镜的第三方法的示意图。

图10以横截面示意性地示出了由支撑件支撑的单独的三棱镜的阵列；以及

图11示出了可以使用如图4和图9所示的第二方法或第三方法中的任一种形成的单独的三棱镜。

具体实施方式

一般而言，本公开提供了用于制造多个光学元件，特别是多个棱镜的方法。棱镜可以例如具有光功率，并且可以在一个或多个表面处设置有透镜。具体地，本公开中的方法适于使用晶圆级光学技术来同时制造多个此类棱镜。

这些方法的一些示例在附图中示出。

图1和图2示出了根据本公开的制造中间体100。图1示出了制造中间体100的透视图，并且图2示出了制造中间体100的横截面图。

制造中间体100包括：主体110和不透明材料层120。

主体110呈具有三个矩形表面112、114、116(参见图2)和两个三角形表面的三棱镜的形式。应当理解，这意味着制造中间体100的主体110的形状由两个平行的、全等的三角形表面限定，一个三角形表面是另一个三角形表面的副本，但是在垂直于另一个三角形表面的方向(图1中的z方向)上平移，其中一个矩形表面在两个三角形表面的每对对应边之间延伸。

主体110由透光材料(例如玻璃)形成。三个矩形表面112、114、116可以被抛光。

如本文所用，术语“轴向”旨在指代大致平行于三棱镜的轴线的方向(图1中的z方向)。该轴线垂直于主体110的每个三角形表面。

制造中间体100的主体110的三角形横截面(参见图2)是等腰直角三角形。也就是说，该三角形具有长度相等的两个相互垂直的较短边112、114和一个较长边116(其与较短边112、114中的每一个成45度设置)。不透明材料层120设置在两个较短边112、114上。

除非另有说明，否则在整个附图中，平行于制造中间体100(或平行制造中间体100的阵列)的轴线的方向通常将被标记为z方向。类似地，平行于主体的两个相互垂直的较短边112、114的方向通常标记为x和y方向。平行于主体的较长边116的方向(其与较短边112、114中的每一个成45度设置)通常标记为x'(并且垂直于x'和z的方向通常标记为y')。

不透明材料层120设置在主体110的矩形表面112、114中的两个上。不透明材料层120包括在两个矩形表面112、114中的每一个上的多个轴向间隔开的孔130。两个表面中的一个表面112上的孔130中的每一个设置在与两个表面中的另一个表面114上的孔130中的一个实质上相同的轴向位置处(参见图1)。孔130是圆形的，但是在其他实施例中，孔130可以具有另一种形状。

由于不透明材料层120包括多个轴向间隔开的孔130，因此它可以被称为图案化的不透明材料层。

不透明材料层120可以包括铬。铬是一种可以使用标准技术容易地涂覆到玻璃上的材料。例如，可以使用物理气相沉积(PVD)来施加不透明材料层120。

应当理解，可以使用各种已知技术来施加不透明材料层120。可以选择性地施加不透明材料，使得其不施加到主体110的一些部分(这些部分然后形成孔130)。这可以使用例如掩模等(其可以例如使用光刻法施加)来实现。可替换地，不透明材料可以被施加到每个表面112、114的整体上，然后被选择性地移除以形成孔130。

在该实施例中，不透明材料层120是从主体110的矩形表面中的一个矩形表面112延伸到主体110的矩形表面中的另一个矩形表面114的连续层。应当理解，在替代实施例中，不透明材料层可以设置在多个分开的部分中。例如，不透明材料层可以包括在主体的矩形表面中的一个矩形表面112上的第一部分和在主体的矩形表面中的另一个矩形表面114上的第二部分(在第一部分和第二部分之间具有间隙或间断)。

如下面进一步讨论的，在一些实施例中，制造中间体100可以包括在矩形表面112、114中的一个上的每个孔130处的制造中间体110的主体110上的透镜。

如下文进一步讨论的，在一些实施例中，制造中间体100可进一步包括在制造中间体100和/或透镜的一个或多个表面上的抗反射涂层。

图3是根据本公开的用于生产多个光学棱镜的方法300的示意图。

方法300的第一步骤310包括提供至少一个制造中间体。制造中间体具有图1和2中所示和上文所描述的制造中间体100的形式。

方法300的第二步骤320包括将至少一个制造中间体100分成多个单独的三棱镜，使得每个单独的三棱镜在其两侧中的每一侧上具有孔130中的一个。

有利地，该方法300允许以高容量和高产量生产多个棱镜，同时保持高质量并且在高制造公差内，如现在所讨论的。

用于制造光学棱镜的现有技术方法涉及分开制造每个单独的棱镜。例如，为了确保足够的光学质量，可以通过注射成型来形成每个单独的棱镜。然而，一旦已经形成棱镜的主透光体，每个这样的单独棱镜通常经受进一步的处理步骤。例如，透镜可以粘附到棱镜的一个表面以向光学组件提供光功率。另外，可能期望用不透明材料涂覆至少一些表面(除了一个表面上的入口部分和另一表面上的出口部分之外)，例如以防止任何光分别从除了入口部分和出口部分之外的位置进入或离开棱镜。不利的是，该方法是耗时且昂贵的，因为每个单独的棱镜经受一个或多个这样的后续处理步骤。

与这些已知方法相比，图3所示的用于生产多个光学棱镜的方法300具有以下优点。首先，形成在主体110的两侧上具有不透明材料层120的至少一个制造中间体100、然后将其分成分离的单独的棱镜，比模制多个单独的棱镜、然后在两侧中的每一侧上提供具有孔的不透明层显著更快且更具成本效益。制造中间体100的主体110可以在单个操作(例如注射成型)中形成，并且不透明材料层120可以使用已知技术容易地形成，例如使用物理气相沉积(PVD)。

其次，在主体110的两侧上具有不透明材料层120的至少一个制造中间体100允许部分的阵列的受控定位、间距和高度，这些部分最终将各自对应于单独的三棱镜。单个制造中间体100允许非常容易地形成这些部分的一维阵列；多个制造中间体允许非常容易地形成这些部分的二维阵列。这是特别有利的，因为它允许用于后续处理步骤(例如，向每个部分提供透镜和/或经由切割过程划分这些部分)的时间阵列布局使用晶圆级光学技术。这进一步增加了制造的产量，同时仍然提供足够的精度以满足严格的尺寸公差控制。

第三，通过在任何其他处理步骤之前在至少一个制造中间体100的主体110的两侧上提供不透明材料层120，该层120可以有利地帮助制造中间体100和/或单独的三棱镜的对准，以允许通过使用晶圆级光学技术的批量处理的高产量。例如，每个孔130可以用作对准特征(或基准)，以允许其上提供的部分与一些其他组件的快速且准确的对准(例如使用晶圆级光学技术或光刻技术)。

因此，通过使用制造中间体100，图3所示的方法300允许大量制造棱镜(其可以设置有透镜)。

提供至少一个制造中间体100的步骤310可以包括采购预成型的制造中间体100(例如经由第三方供应商)，而不是直接形成它。可替换地，提供至少一个制造中间体100的步骤310可以包括形成制造中间体100的任何子步骤，例如，由透光材料形成至少一个制造中间体100的主体110和/或将不透明材料层120施加到主体110的三个矩形表面中的两个。

对于其中提供至少一个制造中间体100的步骤310包括形成制造中间体100的至少一部分的实施例，步骤310可以包括使用物理气相沉积在每个制造中间体100的主体110的三个矩形表面中的两个上提供不透明材料层120。不透明材料层120可以包括铬，其可以使用标准技术容易地涂覆到玻璃上。

在使用中，具有不透明材料层120的一部分(和孔130)的每个单独的三棱镜的每个侧面将在使用中形成单独的三棱镜的入口和出口。在使用中，第三侧将提供用于例如通过全内反射将通过一个孔130(入口)进入棱镜的光朝向另一孔130(出口)重定向的表面。

将至少一个制造中间体100分成多个单独的三棱镜的步骤320可以意味着将至少一个制造中间体100分离、切割、切片或切块成多个单独的三棱镜。

在一些实施例中，第一步骤310涉及提供多个制造中间体100，并且第二步骤涉及将每个制造中间体100分成多个单独的三棱镜。

有利地，通过提供多个制造中间体100，可以容易地形成最终将各自对应于单独的三棱镜的部分的二维阵列(具有精确可控的阵列的定位、间距和高度)。这允许从晶圆级光学技术的使用获得更大的产量增益。

在一些实施例中，第二步骤320包括：布置多个制造中间体100，使得它们相互平行且轴向对准以形成制造中间体100的阵列；以及将制造中间体100的阵列切割至少一次。这种轴向对准的制造中间体100的阵列允许在单个切割操作(或多个这种切割操作)中将所有制造中间体100一起分开。

在一些实施例中，第二步骤320可包括将制造中间体100布置在粘性支撑件上。粘性支撑件可以包括光刻过程中使用的类型的切割带。

在一些实施例中，第二步骤320可包括通过使用切割工具在大致垂直于制造中间体100的轴向方向的方向上切穿制造中间体的阵列中的每个制造中间体100来切割制造中间体100的阵列至少一次。切割工具可以是旋转锯，例如在光刻过程中使用的类型的切割锯。

在一些实施例中，方法300还可包括在单独的三棱镜的一个或两个三角形表面上提供第二不透明材料层的可选步骤(在该制造中间体或每个制造中间体100被分成多个单独的三棱镜之后)。第二不透明材料层可以通过喷涂或丝网印刷来提供。第二不透明材料层可以具有2-3μm量级的厚度。第二不透明材料可以具有低光学透射率。例如，第二不透明材料层可以具有约4OD的透射光密度(即，具有约0.01％的透射率)。

图4是根据本公开的用于生产多个光学棱镜的第二方法400的示意图。根据本公开的用于生产多个光学棱镜的第二方法400是如图3所示的用于生产多个光学棱镜的第一方法300的具体示例。

第二方法400的第一步骤410(其等同于第一方法300的第一步骤310)包括提供多个图1和2中所示和上述形式的制造中间体100。

第二方法400的第二步骤420包括支撑多个制造中间体100，使得其上设置有不透明材料层120的矩形表面中的一个表面112是能接近的。具体地，多个制造中间体100被支撑，使得来自每个制造中间体100的其上设置有不透明材料层120的矩形表面中的一个表面112实质上位于平面中。

参考图5A解释了如何实现这一点的示例。提供支撑件500，其具有支撑表面(其在使用中可以是支撑件的上表面)，该支撑表面成形为支撑制造中间体100。具体地，多个特征或凹槽510设置在支撑件500的支撑表面中，每个特征或凹槽510用于与制造中间体100中的一个制造中间体100配合。每个凹槽510包括两个表面512、514，这两个表面512、514一起形成大致三角形的凹槽510。两个表面512、514被布置成使得它们各自可以分别接触制造中间体100的两个表面114、116中的一个的至少一部分。凹槽510布置成使得当制造中间体100设置在每个凹槽中时，来自每个制造中间体的表面112实质上位于平面520中。支撑件500可以被称为卡盘或平台。

制造中间体100可夹持到支撑件500。例如，制造中间体100可以机械地夹持或真空夹持(也称为抽吸夹持)到支撑件500。应当理解，可以替代地使用其他类型的夹持。为了便于真空夹持，除了由接触制造中间体100的表面114、116的两个表面512、514限定的凹槽510的大致三角形部分之外，凹槽510还可以包括当由支撑件500支撑时不被制造中间体100占据的通道516。在使用中，一旦制造中间体100与支撑件500接触，这些通道516就可以保持在比环境压力更低的压力下，以产生将制造中间体夹持到支撑件500的抽吸力。

以这种方式，如图5B所示，可以容易且准确地形成孔130的二维阵列530。应当理解，图5B中所示的每个孔130对应于将形成不同的单独三棱镜的制造中间体100的一部分。因此，图5B中所示的阵列530可替代地被描述为对应于不同的单独三棱镜的制造中间体100的部分的二维阵列。

再次参考图4，第二方法400的第三步骤430包括在能接近的表面112上的不透明材料层120中的每个孔130处在每个制造中间体100的主体110上提供透镜。也就是说，在图5B所示的孔的二维阵列530中的每个孔130处提供透镜。通过在将制造中间体100分成单独的三棱镜之前在孔130处提供透镜，制造中间体100的刚度提供了附加的支撑。有利地，该附加的支撑可以减少或甚至防止(主体110和/或透镜的)透光材料的翘曲。

具体地，第二方法400的步骤430可以包括在每个孔130处在主体110上形成透镜。例如，通过将透镜直接模制到制造中间体100的主体110上，可以在每个孔130处将透镜设置在主体110上。

参考图6解释了如何实现这一点的示例。提供了包括单独的模具部分610的二维阵列的模具600。每个单独的模具部分包括在模具600上的大致凹形的凹部。单独的模具部分610的二维阵列的配置实质上匹配在平面520中形成的二维阵列530孔130(参见图5B)。模具与形成在平面520中的二维阵列530孔130对准，使得每个单独的模具部分610位于平行于平面520(即，图中的x-z平面)的平面中与形成在平面520中的二维阵列530孔130中的孔130之一实质上相同的位置处。然后使模具600与多个制造中间体100接触。例如，围绕每个单独的模具部分610的模具600的一部分可以接触围绕对应孔130的不透明材料层120的一部分。

透镜620可以通过使用单独的模具部分610模制来在每个孔130处形成在每个主体110上。例如，透镜620可以通过晶圆级压印过程由环氧树脂形成。模具600可以是PDMS模具。也就是说，模具600可以由PDMS(聚二甲基硅氧烷)形成。模制过程可以包括固化过程(例如UV暴露)，或者之后可以是固化过程(例如UV暴露)。

有利地，制造中间体100的使用允许使用晶圆级光学技术对孔130的阵列执行该模制。这可以被称为到制造中间体100上的晶圆级透镜复制。由制造中间体100促进的精确控制使得能够直接在制造中间体100上同时进行透镜结构模制。粘附可以通过将聚合物直接交联到主体的透光材料(例如玻璃)的表面112上来实现。

将透镜620直接模制到主体110的透光材料上的另一个优点是它可以提高成品的光学效率，因为形成透镜620的材料可以直接结合到棱镜的透光材料。与之相对比，在现有技术方法中，透镜通常是分开形成的，并且使用附加的粘合剂层将它们结合到各个棱镜上。

再次参考图4，第二方法400的第四步骤440包括为制造中间体100的一个或多个表面提供抗反射涂层。这在图7中示意性地示出。具体地，在每个制造中间体100(以及在步骤430中已经设置在其上的多个透镜620)周围施加抗反射涂层700。可以覆盖实质上所有的表面(但是应当理解，可以从该涂覆过程中省略主体110的两个三角形表面)。在制造中间体100和透镜620周围施加的这种抗反射涂层可以提供光学效率改进。

应当理解，在施加抗反射涂层700之前，从支撑件500移除制造中间体。

再次参考图4，第二方法400的第五步骤450包括：布置多个制造中间体100，使得它们相互平行且轴向对准以形成制造中间体100的阵列。如本文所用，轴向对准意味着制造中间体100在平行于其(平行)轴的方向(图8A-图8C中的z方向)上设置在实质上相同的位置处。这种轴向对准的制造中间体100的阵列允许在单个切割操作(或多个这种切割操作)中将所有制造中间体100一起分开。

第二方法400的第六步骤460包括通过使用切割工具在大致垂直于制造中间体100的轴向方向的方向上切穿制造中间体的阵列中的每个制造中间体100来切割制造中间体100的阵列至少一次。

应当理解，第二方法400的第五步骤450和第六步骤460等同于第一方法300的第二步骤320。

现在参考图8A至图8C更详细地描述第二方法400的第五步骤450和第六步骤460。

第五步骤450包括将制造中间体100布置在粘性支撑件800(参见图8A)上，使得它们相互平行且轴向对准以形成制造中间体100的阵列810。粘附支撑件800可以包括在光刻过程中使用的类型的切割带。具体地，制造中间体100被布置成使得对应于主体110的三角形横截面的较长边的每个主体110的矩形表面116与粘性支撑件接触。

图8B示出了粘性支撑件800上的制造中间体的(一维)阵列810的平面图。

图8A中还示出了切割工具820。切割工具可以是旋转锯，例如在光刻过程中使用的类型的切割锯。

在第二方法400的第六步骤460期间，切削工具可用于在大致垂直于制造中间体100的轴向方向的方向830上穿过制造中间体100的阵列810中的每个制造中间体100进行多次切割。具体地，在相邻的成对的孔130之间进行切割。作为通过切割工具820进行的穿过制造中间体100的阵列810中的每个制造中间体100的每次切割的结果，在制造中间体100的阵列810中(在x'方向上)形成间隙840(参见图8C)。在穿过制造中间体100的阵列810中的每个制造中间体100的所有切割之后，形成单独的三棱镜860的(二维)阵列850。图8C示出了粘性支撑件800上的单独的三棱镜860的二维阵列850的平面图。

再次参考图4，第二方法400的第七步骤470包括在单独的三棱镜860的两个三角形表面上提供第二不透明材料层。第二不透明材料层可以通过任何方便的方法提供，例如喷涂或丝网印刷。第二不透明材料层可以具有2-3μm量级的厚度。第二不透明材料可以是黑色的。第二不透明材料可以具有低光学透射率。例如，第二不透明材料层可以具有约4OD的透射光密度(即，具有约0.01％的透射率)。

图9是根据本公开的用于生产多个光学棱镜的第三方法900的示意图。根据本公开的用于生产多个光学棱镜的第三方法900是如图3所示的用于生产多个光学棱镜的第一方法300的替代具体示例。

第三方法900的第一步骤910包括提供多个图1和图2所示和上述形式的制造中间体100。第三方法900的第一步骤910等同于第二方法400的第一步骤410(以及第一方法300的第一步骤310)，因此这里将不再进一步讨论。

第三方法900的第二步骤920包括布置多个制造中间体100，使得它们相互平行且轴向对准以形成制造中间体100的阵列。第三方法900的第二步骤920等同于第二方法400的第五步骤450，因此这里不再进一步讨论。

第三方法900的第三步骤930包括通过使用切割工具在大致垂直于制造中间体100的轴向方向的方向上切穿制造中间体的阵列中的每个制造中间体100来切割制造中间体100的阵列至少一次。第三方法900的第三步骤930等同于第二方法400的第六步骤460，因此这里不再进一步讨论。

第三方法900的第四步骤940包括在单独的三棱镜860的两个三角形表面上提供第二不透明材料层。第三方法900的第四步骤940等同于第二方法400的第七步骤470，因此这里不再进一步讨论。

第三方法900的第五步骤950包括：支撑单独的三棱镜860，使得来自每个单独的三棱镜860的具有带有孔130的不透明材料层120的一部分的矩形表面中的一个实质上位于平面中。第三方法900的第五步骤950大致等同于第二方法400的第二步骤420，尽管它是在制造中间体100已被分成多个单独的三棱镜860之后执行的。它可以以与上面参考图5A描述的方法类似的方式实现，如现在参考图10所描述。

提供支撑件1000，其具有支撑表面(其在使用中可以是支撑件1000的上表面)，该支撑表面成形为支撑单独的三棱镜860。具体地，多个特征或凹部1010设置在支撑件1000的支撑表面中，每个特征或凹部1010用于与单独的三棱镜860中的一个配合。每个凹部1010包括两个表面1012、1014，这两个表面1012、1014一起形成横截面为大致三角形的凹部1010。可选地，另外，可以提供两个附加表面以提供单独的三棱镜860在z方向上的容易对准。两个表面1012、1014被布置成使得它们可以各自接触单独的三棱镜860的两个表面(分别对应于制造中间体100的两个表面114、116)中的一个的至少一部分。凹部1010被布置成使得当单独的三棱镜设置在每一个中时，来自单独的三棱镜860中的每一个的表面实质上位于平面1020中。支撑件1000可以被称为卡盘或平台。

单独的三棱镜860可以被夹持到支撑件1000。例如，单独的三棱镜860可以被真空或抽吸夹持到支撑件1000。应当理解，可以替代地使用其他类型的夹持。为了便于真空夹持，除了由接触单独的三棱镜860的表面的两个表面1012、1014限定的凹部1010的大致三角形部分之外，凹部1010还可以包括当由支撑件1000支撑时不被单独的三棱镜860占据的通道1016。在使用中，一旦单独的三棱镜860与支撑件1000接触，这些通道1016就可以保持在比环境压力更低的压力下，以产生将单独的三棱镜860夹持到支撑件1000的抽吸力。

以这种方式，如图5B所示，可以容易且准确地形成孔130的二维阵列530。应当理解，图5B中所示的每个孔130对应于将形成不同的单独三棱镜的制造中间体100的一部分。因此，图5B中所示的阵列530可替代地被描述为对应于不同的单独三棱镜的制造中间体100的部分的二维阵列。

第三方法900的第六步骤960包括：在位于平面1020中的矩形表面上的不透明材料层120中的每个孔130处，在每个单独的三棱镜的主体上提供透镜。第三方法900的第六步骤960大致等同于第二方法400的第三步骤430，尽管以不同的方式实现透镜的提供。

有利地，通过在将制造中间体100分成单独的三棱镜860之后提供透镜，避免了由于划分过程对透镜造成损坏或污染的风险。这可以允许使用更高质量的玻璃透镜，而不必随后向透镜提供任何保护涂层等。

尽管制造中间体100已经被分成单独的三棱镜860，但是因为制造中间体100在两侧112、114上设置有不透明材料层120，并且因为每个单独的三棱镜在其两侧中的每一侧上具有孔130中的一个，所以孔130可以用于帮助对准单独的三棱镜，以允许高产量批量处理晶圆级光学技术。例如，每个孔130可以用作对准特征(或基准)，以允许其上设置有对应透镜的单独的三棱镜860的快速且准确的对准。

透镜可以通过玻璃注射成型过程分开制造。在与单独的三棱镜组装之前，透镜可以可选地单独地涂覆有抗反射涂层。

在每个单独的三棱镜860的主体上提供透镜的步骤960可以包括：在位于平面1020中的矩形表面上的不透明材料层120中的每个孔130处提供一定量的粘合剂；以及经由所述一定量的粘合剂将每个透镜粘附到孔中的对应一个孔。

粘合剂可以是光学胶，并且可以例如包括环氧树脂粘合剂。经由所述一定量的粘合剂将每个透镜粘附到孔中的对应一个孔的步骤可以包括压力和/或升高的温度的任何施加。经由所述一定量的粘合剂将每个透镜粘附到孔中的对应一个孔的步骤包括固化过程，该固化过程可以涉及暴露于辐射(例如紫外线辐射)。

可以使用不透明材料层中的孔的边缘作为对准特征来实现每个单独的三棱镜860和对应的透镜的对准。

图11示出了可以使用第二方法400或第三方法900中的任一种形成的单独的三棱镜860。

本公开的实施例可以用于许多不同的应用中，包括任何光学系统或成像系统，例如，在蜂窝电话(移动电话)和其他行业中。

附图标记列表：

100制造中间体

110主体

120不透明材料层

112、114主体的两个相互垂直的较短边

116主体的较长边

130不透明材料层中的多个轴向间隔开的孔

300用于生产多个光学棱镜的第一方法

310第一方法300的第一步骤

320第一方法300的第二步骤

400用于生产多个光学棱镜的第二方法

410第二方法400的第一步骤

420第二方法400的第二步骤

430第二方法400的第三步骤

440第二方法400的第四步骤

450第二方法400的第五步骤

460第二方法400的第六步骤

470第二方法400的第七步骤

500支撑件

510多个凹槽

512、514每个凹槽的两个表面

516通道

520平面

530孔的二维阵列

600模具

610单独的模具部分

620透镜

700抗反射涂层

800粘性支撑件

810制造中间体的阵列

820切割工具

830切割方向

840间隙

850单独的三棱镜的二维阵列

860单独的三棱镜

900用于生产多个光学棱镜的第三方法

910第三方法900的第一步骤

920第三方法900的第二步骤

930第三方法900的第三步骤

940第三方法900的第四步骤

950第三方法900的第五步骤

960第三方法900的第六步骤

1000支撑件

1010多个凹部

1012、1014每个凹部的两个表面

1016通道

1020平面

本领域技术人员将理解，在前述说明书和所附权利要求中，诸如“上方”、“沿着”、“侧面”等的位置术语是参考诸如附图中所示的概念性图示而做出的。使用这些术语是为了便于参考，但不旨在具有限制性质。因此，这些术语应被理解为是指当处于如附图中所示的取向时的对象。

尽管已经根据如上所述的优选实施例描述了本公开，但是应当理解，这些实施例仅是说明性的，并且权利要求不限于那些实施例。鉴于本公开内容，本领域技术人员将能够进行修改和替代，这些修改和替代被认为落入所附权利要求的范围内。本说明书中公开或示出的每个特征可以结合在任何实施例中，无论是单独地还是以与本文公开或示出的任何其他特征的任何适当组合。

Claims (23)

1.一种用于生产多个光学棱镜的方法，所述方法包括：

提供至少一个制造中间体，所述制造中间体包括：具有三个矩形表面和两个三角形表面的三棱镜形式的主体，所述主体由透光材料形成；以及设置在所述主体的所述三个矩形表面中的两个上的不透明材料层，所述不透明材料层包括在所述三个矩形表面中的所述两个中的每一个上的多个轴向间隔开的孔，所述两个表面中的一个上的所述孔中的每一个设置在与所述两个表面中的另一个上的所述孔中的一个实质上相同的轴向位置处；以及

将所述至少一个制造中间体分成多个单独的三棱镜，使得每个单独的三棱镜在其两侧中的每一侧上具有所述孔中的一个。

2.根据权利要求1所述的方法，其中提供多个制造中间体，每个制造中间体随后被分成多个单独的三棱镜。

3.根据权利要求2所述的方法，其中将所述多个制造中间体中的每一个分成多个单独的三棱镜包括：

布置所述多个制造中间体，使得它们相互平行且轴向对准以形成制造中间体的阵列；以及

将所述制造中间体的阵列切割至少一次。

4.根据权利要求3所述的方法，其中布置所述多个制造中间体，使得它们相互平行且轴向对准以形成制造中间体的阵列涉及将所述多个制造中间体布置在粘性支撑件上。

5.根据权利要求3所述的方法，其中将所述制造中间体的阵列切割至少一次涉及使用切割工具在大致垂直于轴向方向的方向上切穿所述制造中间体的阵列中的每个制造中间体。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在所述制造中间体或每个制造中间体被分成多个单独的三棱镜之前，所述方法还包括：

支撑所述至少一个制造中间体，使得其上设置有所述不透明材料层的所述矩形表面中的一个是能接近的；以及

在能接近的所述表面上的所述不透明材料层中的每个所述孔处，在所述制造中间体或每个制造中间体的所述主体上提供透镜。

7.根据权利要求6所述的方法，其中提供多个制造中间体，每个制造中间体随后被分成多个单独的三棱镜，并且其中支撑所述多个制造中间体，使得来自每个所述制造中间体的其上设置有所述不透明材料层的所述矩形表面中的一个实质上位于平面中。

8.根据权利要求6所述的方法，其中通过将所述透镜直接模制到所述主体上，在能接近的所述表面上的所述不透明材料层中的每个所述孔处在所述制造中间体或每个制造中间体的所述主体上提供所述透镜。

9.根据权利要求6所述的方法，其中在所述制造中间体或每个制造中间体被分成多个单独的三棱镜之前，为所述制造中间体的一个或多个表面提供抗反射涂层。

10.根据权利要求1所述的方法，其中在所述制造中间体或每个制造中间体被分成多个单独的三棱镜之后，所述方法还包括：

支撑所述单独的三棱镜，使得来自每个所述单独的三棱镜的具有带有孔的所述不透明材料层的一部分的所述矩形表面中的一个实质上位于平面中；以及

在位于所述平面中的所述矩形表面上的所述不透明材料层中的每个所述孔处，在每个单独的三棱镜的主体上提供透镜。

11.根据权利要求10所述的方法，其中在每个单独的三棱镜的主体上提供透镜包括：

在位于所述平面中的所述矩形表面上的所述不透明材料层中的每个所述孔处提供一定量的粘合剂；

以及经由所述一定量的粘合剂将每个透镜粘附到所述孔中的对应一个孔。

12.根据权利要求10所述的方法，其中使用所述不透明材料层中的孔的边缘作为对准特征来实现每个单独的三棱镜和对应的透镜的对准。

13.根据权利要求1所述的方法，其中使用物理气相沉积在每个制造中间体的所述主体的所述三个矩形表面中的两个上设置所述不透明材料层。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述不透明材料层包括铬。

15.根据权利要求1所述的方法，其中在所述制造中间体或每个制造中间体被分成多个单独的三棱镜之后，在所述单独的三棱镜的一个或两个三角形表面上设置第二不透明材料层。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二不透明材料层通过喷涂或丝网印刷来设置。

17.一种用于在根据权利要求1所述的方法中使用的制造中间体。

18.一种制造中间体，包括：

具有三个矩形表面和两个三角形表面的三棱镜形式的主体，所述主体由透光材料形成；以及

设置在所述主体的所述三个矩形表面中的两个上的不透明材料层，所述不透明材料层包括在所述三个矩形表面中的所述两个中的每一个上的多个轴向间隔开的孔，所述两个表面中的一个上的所述孔中的每一个设置在与所述两个表面中的另一个上的所述孔中的一个实质上相同的轴向位置处。

19.根据权利要求18所述的制造中间体，还包括在所述主体的所述矩形表面中的一个上的每个所述孔处的在所述制造中间体的所述主体上的透镜。

20.根据权利要求19所述的制造中间体，还包括在所述制造中间体和/或透镜的一个或多个表面上的抗反射涂层。

21.根据权利要求18所述的制造中间体，其中所述不透明材料层包括铬。

22.一种支撑件，用于支撑多个根据权利要求18所述的制造中间体，使得来自每个所述制造中间体的其上设置有所述不透明材料层的所述矩形表面中的一个实质上位于平面中。

23.一种支撑件，用于支撑多个单独的三棱镜，使得来自每个所述单独的三棱镜的所述矩形表面中的一个实质上位于平面中。

Images