CN117529675A - 三维光学结构、制造三维光学结构的方法 - Google Patents

三维光学结构、制造三维光学结构的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三维光学结构(100)，特别是透镜，其中，该光学结构(100)包括第一半(1)、印刷的第二半(2)以及布置在该第一半(1)与该第二半(2)之间的封闭结构(3)，其中，气隙(4)布置在该封闭结构(3)与该第一半(1)之间和/或布置在该封闭结构(3)与该第二半(2)之间。此外，本发明还涉及一种制造三维光学结构(100)的方法。

Description

三维光学结构、制造三维光学结构的方法
背景技术
本发明涉及一种三维光学结构和制造三维光学结构的方法。
印刷三维光学结构(例如，眼镜片(ophthalmic lens))在现有技术中是已知的。印刷三维光学结构的主要优点是它们的可变性和多功能性，特别是关于个性化定制和特殊用途的可能性方面。在制造期间，不仅容易定制光学结构的光学功能，而且还可以对光学结构进行特殊改变，以用于集成功能部件。例如，可以设想将三维光学结构作为一副眼镜(例如，作为增强现实眼镜)的镜片佩戴，通过该眼镜向佩戴者显示信息。
为此，三维光学结构通常需要包括能够显示待叠加的信息的功能结构。为了保护功能结构并且改善光学质量，可以将该功能结构作为封闭结构封闭在光学结构中。
此处的一个技术难点是通过光学结构传输信息。对于最高的光学质量，需要降低由于散射、不希望的反射或来自光学结构的不希望的泄漏而导致的信息传输损失。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种三维光学结构，特别地，该三维光学结构为透镜，该三维光学结构未表现出所描述的现有技术的缺点，而是允许通过光学结构在封闭结构中用于以光的形式良好地传输信息。
根据本发明，该目的通过三维光学结构(特别是透镜)来实现，其中，该光学结构包括第一半、印刷的第二半、以及布置在该第一半与该第二半之间的封闭结构，其中，气隙布置在该封闭结构与该第一半之间和/或布置在该封闭结构与该第二半之间。
气隙的优势在于，允许光学结构中的全反射用于以光的形式传输信息。该传输机制效率极高，并且提供非常低的损失。
优选地，第一半是印刷的或模造的。
本发明意义上的光学结构包括透镜。透镜可以包括眼镜片。眼镜片包括凹透镜、凸透镜、双凹透镜、双凸透镜和弯月透镜。本发明意义上的眼镜片还包括多焦透镜以及梯度折射率透镜。特别地，眼镜片包括眼镜镜片(spectacle lens)或其他未植入眼睛的镜片。
在本发明的意义上，光学结构的印刷包括由油墨层构建该结构。这些是有针对性地通过至少部分并排放置印刷油墨的液滴来获得的。印刷油墨的液滴从印刷头的喷嘴喷出，通常喷向衬底。构成第二层和后续层的各层的液滴至少部分地朝向先前沉积的层喷射，使得三维结构逐层构建。
优选地，印刷油墨包括半透明成分或透明成分。优选地，印刷油墨包括至少一种光聚合成分。优选地，该至少一种光聚合成分是一种单体，当该单体暴露于辐射(例如，紫外(ultra-violet，UV)光)时会聚合。优选地，沉积的液滴在沉积之后被针固化(pin cured)，即，部分固化。优选地，提高印刷油墨的至少一种成分的粘度。优选地，针固化在相应的液滴沉积之后执行，或在整个层或仅部分层沉积之后执行。替代地，以一定的间隔执行针固化，例如，在印刷每个第二层之后执行。
根据本发明的优选实施例，分隔件布置在该第一半与该封闭结构之间和/或布置在该第二半与该封闭结构之间，以将该封闭结构与该第一半分隔开和/或将该封闭结构与该第二半分隔开，由此提供该气隙，优选地，该分隔件是印刷的。这优势在于包括稳定且明确的气隙。可以设想，分隔件平行于第一半的外边缘和/或第二半的外边缘至少部分周向地布置。
根据本发明的另一个优选实施例，该封闭结构结合到该分隔件。这优势在于，使得紧密封装的支柱(strut)固化物能够牢固且稳定地锚固在光学结构中。
根据本发明的另一个优选实施例，该气隙布置在该第一半与该封闭结构之间，另一个气隙布置在该第二半与该封闭结构之间，其中，优选地，另一个分隔件布置在该第二半与该封闭结构之间，以将该第二半与该封闭结构分隔开，由此提供该另一个气隙，其中，特别优选地，该另一个分隔件是印刷的。这优势在于，为通过全反射进行有效的信息传输提供了进一步的可能性。另一个分隔件确保了具有明确尺寸的稳定的另一个气隙。优选地，另一个分隔件结合到该封闭结构。
根据本发明的另一个优选实施例，封闭件布置在该第一半与该第二半之间，该封闭件至少部分地包围该封闭结构和该气隙，该封闭件沿着该光学结构的外边缘布置，优选地，该封闭件是印刷的。封闭件的优势在于实现了用于安装光学结构的稳定保持以及针对由侧向力造成的机械损伤的有效保护，并且有助于防止水分进入封闭结构。
根据本发明的另一个优选实施例，该封闭结构是导光结构。这有利地开启了使用光学结构来叠加信息的技术可能性，例如，用于增强现实领域中的应用。
根据本发明的另一个优选实施例，该第一半和/或该第二半包括通向该气隙的开口。该孔有利地允许将光引导或耦合至光学结构中。可以设想，该开口包括导光元件的入口。可以设想，该开口包括光学部件，以将光耦入至导光元件中。
用于解决以上呈现的问题的另一个目的是一种制造三维光学结构(优选地是透镜，特别是根据本发明的光学结构)的方法，其中，
-在第一步骤中，提供第一半，优选地，该第一半是印刷的或模造的，
-在第二步骤中，在该第一半的表面上印刷分隔件，
-在第三步骤中，在该分隔件上布置封闭结构，使得该封闭结构通过气隙与该第一半分隔开，
-在第四步骤中，印刷第二半，使得将该封闭结构布置在该第一半与该第二半之间。
根据本发明的方法优势在于允许生产高度个性化和功能化的光学结构，这通过光在光学结构内的全反射提供高效和极低损失的信息传输的可能性。
根据本发明的另一个优选的实施例，提供保持器，优选地，该保持器是印刷的，其中，在该第一步骤与该第二步骤之间，该第一半布置在该保持器上。这优势在于，可以确保光学结构的精确组装。优选地，第一半在放置于保持器中之前被旋转，使得第一半的包括最后印刷的层的侧面向保持器。
根据本发明的另一个优选实施例，该保持器在内侧上至少部分周向地设置有(优选地印刷有)凹部，其中，该第一半印刷有凸耳，该凸耳部被提供用于接合在该凹部中。这进一步提高了制造工艺的精度，由此提高了光学结构的光学质量。这防止了各个部件(特别是第一半)在组装光学结构期间滑动。
根据本发明的另一优选实施例，该分隔件在该第三步骤之前保持至少部分未固化，其中，该分隔件在该第三步骤之后完全固化。这优势在于将封闭结构结合到分隔件的方式无需使用附加的粘合剂。
根据本发明的另一个优选实施例，在该第三步骤之后，在该封闭结构上布置(优选地，印刷)另一个分隔件，该另一个分隔件用于将该第二半与该封闭结构分隔开，由此提供另一个气隙。这优势在于开启全反射的另一种可能性，由此可以通过另一个分隔件非常精确地调整另一个气隙的尺寸。优选地，提供了另一个分隔件，该另一个分隔件至少部分地平行于第二半的外边缘周向地布置。
根据本发明的另一个优选实施例，在该第一步骤与该第三步骤之间，优选地在该第一步骤与该第二步骤之间，布置(优选地印刷)沿着该第一半的外边缘布置的封闭件，其中，该封闭件的高度至少对应于该封闭结构加上该气隙的高度(优选地，正好是该封闭结构加上该气隙的高度)，或者，该封闭件的高度至少对应于该封闭结构加上该气隙和另一个气隙的高度(优选地，正好对应于该封闭结构加上该气隙和该另一个气隙的高度)。这优势在于，进一步增强了光学结构组装期间的稳定性，这直接使得光学结构的光学质量得到改善。
根据本发明的另一个优选实施例，在该第三步骤与该第四步骤之间，用印刷油墨填充该封闭结构与该封闭件之间的间隙，其中，该印刷油墨未固化或仅部分地固化。这优势在于，进一步增加了光学结构的稳定性。替代地，保持间隙未填充，使得该间隙是侧向气隙。
根据本发明的另一个优选实施例，在该第三步骤中，布置或印刷该封闭件，以迫使该封闭结构至预期位置中，优选地，布置或印刷该封闭件使得该封闭件的外边缘与该第一半的该外边缘端接，优选地，印刷该第二半以使该第二半的外边缘与该封闭件的该外边缘端接。特别地，通过将封闭结构支撑在封闭件的侧壁上，由此可以极其精确地布置封闭结构。通过支撑，极其精确地布置了封装结构。此外，齐平的封闭件避免了边缘，这给予光学结构更美观和高质量的形状，并且使其对机械冲击(例如，由于横向碰撞)的敏感度也更低。
附图说明
图1(a)至图1(g)示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的方法和根据本发明的示例性实施例的三维光学结构。
图2(a)至图2(c)示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的三维光学结构的细节。
图3示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的三维光学结构的细节。
具体实施方式
本发明将关于特定实施例并且针对某些附图进行描述，但是本发明不限于此，而仅受限于权利要求。所描述的附图仅是示意性的，并不是限制性的。在附图中，一些元件的尺寸可能被夸大，并且出于说明的目的，可能未按比例绘制。
在提及单数名词时，如使用不定冠词或定冠词，例如“一”、“一个”、“该”，则包括该名词的复数，除非另有特别说明。
此外，除方法步骤外，说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“还”等用于区分相似的元件，而不一定用于描述顺序或时间次序。应当理解的是，如此使用的术语在适当的情况下是可以互换的，本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文描述或示出的其他顺序来操作。
在图1(a)至图1(g)中，示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的方法和根据本发明的示例性实施例的三维光学结构100。图1(a)示出了在光学结构100制造期间用于支撑光学结构的保持器8。明显可见的是凹部8'，该凹部将第一半1(见图1(b))保持在合适位置。优选地，保持器8是印刷的。
图1(b)示出了第一半1。在第一步骤中，在衬底(未示出)上印刷第一半1。
印刷第一半1以及印刷保持器8、第二半2(图1(g))、封闭件6(图1(d))和分隔件5(图1(e))包括从印刷油墨层构建部件。这些是通过有针对性地至少部分并排放置印刷油墨液滴而获得的。印刷油墨的液滴从印刷头的喷嘴喷出，通常喷向衬底。构成第二层和后续层的各层的液滴至少部分地朝向先前沉积的层喷射，使得结构逐层构建。
该印刷油墨包括半透明成分或透明成分以及至少一种光聚合成分。该至少一种光聚合成分是一种单体，当该单体暴露于辐射(例如，紫外(UV)光)时会聚合。优选地，沉积的液滴在沉积之后被针固化，即，部分固化。优选地，提高印刷油墨的至少一种成分的粘度。优选地，针固化在相应的液滴沉积之后执行，或在整个层或仅部分层沉积之后执行。替代地，以一定的间隔执行针固化，例如，在每印刷完第二层之后执行。第一半1以及保持器8、第二半2和封闭件6在印刷后固化。
为了确保将第一半1牢固地保持在保持器8中，第一半设置有凸耳1'。在第一步骤之后，旋转第一半1以精确组装光学结构100，并且将第一半插入保持器8中(图1(c))。
然后，在插入的第一半1上印刷封闭件6(图1(d))。封闭件6沿着第一半1的外边缘布置。在第二步骤中，沿着封闭件6的内部在第一半1上印刷分隔件5(图1(e))。至少分隔件5的最后几层印刷油墨在最初未固化。
随后，在第三步骤中，将为导光结构的封闭结构3放置在分隔件5上(图1(f))。然后，固化分隔件5，将分隔件结合到封闭结构3。分隔件5将封闭结构3与第一半1分隔开，创建一气隙(见图2)。该气隙允许传播的光沿着气隙通过光学结构100进行全反射。
然后，在第四步骤中，在封闭结构3上印刷第二半2(图1(g))。在第二半2已经固化之后，可以将光学结构100从保持器8移出。
图2(a)至图2(c)示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的三维光学结构100的细节。
图2(a)示出了贯穿光学结构100的横截面的细节，该图示出了具有凹部8'的保持器8和第一半1，第一半用凸耳1'牢固地布置在在凹部8'中。在第一半1的外边缘结束处印刷有封闭件6，该封闭件从侧面保护封闭结构3不受损坏。可以清楚地看到分隔件5，该分隔件使封装结构3与第一半1分开，从而创建气隙4。气隙4的优势在于使光能够通过全反射被引导通过光学结构100。
封闭件6与封闭结构3之间的楔形间隙9填充有空气或印刷油墨。
未示出第二半2(见图2(b))。
图2(b)示出了图2(a)的光学结构100上印刷有第二半2。此处可以很容易地看到，第一半1是凹透镜，而第二半2是凸透镜。使用封闭结构3，光学结构100可以用作例如一副增强现实眼镜的眼镜片。
图2(c)示出了图2(b)的光学结构100的细节。可以清楚地看到开口7，该开口提供通往封闭结构3与第一半1之间的气隙4的入口。例如，光可以通过开口7被耦合或引入。
图3示出了贯穿光学结构100的横截面的细节，该图示出了具有凹部8'的保持器8和第一半1，该第一半用凸耳1'牢固地布置在凹部8'中。在第一半1的外边缘结束处印刷有封闭件6，该封闭件从侧面保护封闭结构3不受损坏。可以清楚地看到分隔件5，该分隔件使封装结构3与第一半1分开，从而创建气隙4。气隙4的优势在于使光能够通过全反射被引导通过光学结构100。
封闭件6与封闭结构3之间的楔形间隙9填充有空气或印刷油墨。
除了图2(a)所示的实施例之外，此处还可以看到另一个分隔件5'，该另一个分隔件在第二半2与封闭结构3之间提供另一个气隙4'。另一个分隔件5'是印刷的，优选地，被结合到封闭结构3。可以清楚地看到，封闭件6与第二半2齐平。
术语气隙4和另一个气隙4'是可以互换的。这意味着如此处所示的另一个气隙4'也可以是气隙4。因此，可以设想，气隙4布置在另一个气隙4'的位置，即，布置在第二半2与封闭结构3之间。为此，可以设想，封闭结构3不与第一半1分隔开，而是布置为直接放置在该第一半上。
术语分隔件5和另一个分隔件5'是可以互换的。即，如此处所示的另一个分隔件5'也可以是分隔件5。
标记说明
1第一半
1'凸耳
2 第二半
3 封闭结构
4 气隙
4'另一个气隙
5分隔件
5'另一个分隔件
6 封闭件
7 开口
8 保持器
8'凹部
9 间隙
100 光学结构。

Claims (15)

1.一种三维光学结构(100)，特别是透镜，其中，所述光学结构(100)包括第一半(1)、印刷的第二半(2)以及布置在所述第一半(1)与所述第二半(2)之间的封闭结构(3)，其中，气隙(4)布置在所述封闭结构(3)与所述第一半(1)之间和/或布置在所述封闭结构(3)与所述第二半(2)之间。
2.根据权利要求1所述的三维光学结构(100)，其特征在于，分隔件(5)布置在所述第一半(1)与所述封闭结构(3)之间和/或布置在所述第二半(2)与所述封闭结构(3)之间，以将所述封闭结构(3)与所述第一半(1)分隔开和/或将所述封闭结构与所述第二半(2)分隔开，由此提供所述气隙(4)，优选地，所述分隔件(5)是印刷的。
3.根据前述权利要求中任一项所述的三维光学结构(100)，其特征在于，所述封闭结构(3)结合到所述分隔件(5)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的三维光学结构(100)，其特征在于，所述气隙(4)布置在所述第一半(1)与所述封闭结构(3)之间，并且另一个气隙(4')布置在所述第二半(2)与所述封闭结构(3)之间，其中，优选地，另一个分隔件(5')布置在所述第二半(2)与所述封闭结构(3)之间，以将所述第二半(2)与所述封闭结构(3)分隔开，由此提供所述另一个气隙(4')，其中，特别优选地，所述另一个分隔件(5')是印刷的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的三维光学结构(100)，其特征在于，封闭件(6)布置在所述第一半(1)与所述第二半(2)之间，所述封闭件至少部分地包围所述封闭结构(3)和所述气隙(4)，所述封闭件(6)沿着所述光学结构(100)的外边缘布置，优选地，所述封闭件(6)是印刷的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的三维光学结构(100)，其特征在于，所述封闭结构(3)是导光结构。
7.根据前述权利要求中任一项所述的三维光学结构(100)，其特征在于，所述第一半(1)和/或所述第二半(2)包括通向所述气隙(4)的开口(7)。
8.一种制造三维光学结构(100)的方法，优选地，所述三维光学结构是透镜，所述三维光学结构特别是根据前述权利要求中一项所述的光学结构(100)，其中
-在第一步骤中，提供第一半(1)，优选地，所述第一半是印刷的或模造的，
-在第二步骤中，在所述第一半(1)的表面上印刷分隔件(5)，
-在第三步骤中，在所述分隔件上布置封闭结构(3)，使得所述封闭结构(3)通过气隙(4)与所述第一半(1)分隔开，
-在第四步骤中，印刷第二半(2)，使得将所述封闭结构布置在所述第一半(1)与所述第二半(2)之间。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，提供保持器(8)，优选地，所述保持器是印刷的，其中，在所述第一步骤与所述第二步骤之间，所述第一半(1)布置在所述保持器(8)上。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述保持器(8)在内侧至少部分周向地设置有凹部(8')，优选地印刷有所述凹部，其中，所述第一半(1)印刷有凸耳(1')，所述凸耳被提供用于接合在所述凹部(8')中。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述分隔件(5)在所述第三步骤之前保持至少部分未固化，其中，所述分隔件(5)在所述第三步骤之后完全固化。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第三步骤之后，在所述封闭结构(3)上布置另一个分隔件(5')，优选地印刷所述另一个分隔件，所述另一个分隔件用于将所述第二半(2)与所述封闭结构(3)分隔开，由此提供另一个气隙(4')。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第一步骤与所述第三步骤之间，优选地在所述第一步骤与所述第二步骤之间，布置、优选地印刷沿着所述第一半(1)的所述外边缘布置的封闭件(6)，其中，所述封闭件(6)的高度至少对应于所述封闭结构(3)加上所述气隙(4)的高度，优选地，正好为所述封闭结构(3)加上所述气隙(4)的高度，或者，所述封闭件(6)的所述高度至少对应于封闭结构(3)加上所述气隙(4)和所述另一个气隙(4')的高度，优选地，正好为所述封闭结构(3)加上所述气隙(4)和所述另一个气隙(4')的所述高度。
14.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述第三步骤与所述第四步骤之间，用印刷油墨填充所述封闭结构(3)与所述封闭件(6)之间的间隙(9)，其中，所述印刷油墨未固化或仅部分固化。
15.根据权利要求13至14中一项所述的方法，其特征在于，在所述第三步骤中，布置或印刷所述封闭件(6)，以迫使所述封闭结构(3)至预期位置中，优选地，布置或印刷所述封闭件(6)使得所述封闭件的外边缘与所述第一半(1)的所述外边缘端接，优选地，印刷所述第二半(2)以使所述第二半的外边缘与所述封闭件(6)的所述外边缘端接。
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