DE102004038727A1

DE102004038727A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Hybridlinsen

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Publication number: DE102004038727A1
Application number: DE102004038727A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. Biertümpfel; Piotr Dipl.-Ing. Rosanka; Ulrike Dr. Stöhr; Bernd Dr. Wölfing; Wolfgang Dr. Semar; Jürgen Dr. Leib
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2006-02-23
Also published as: JP2008509440A; WO2006018158A1; US20100130246A1

Abstract

Die Erfindung betrifft allgemein optische Systeme und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbindne von mindestens einem ersten und einem zweiten optischen Element zu einem optischen Verbundelement sowie ein optisches Verbundelement. DOLLAR A Um optische Systeme mit zumindest zwei optischen Elementen einfacher und kostengünstiger herzustellen, sieht die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden von mindestens einem ersten und einem zweiten optischen Element vor, bei welchem das erste optische Element ein erstes Glas oder ein kristallines Material enthält, das zweite optische Element ein zweites Glas enthält, und das erste Glas bzw. das kristalline Material eine Transformationstemperatur Tg1 bzw. eine Schmelztemperatur aufweist, welche sich von der Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases unterscheidet, und zumindest das Glas des zweiten optischen Elementes erwärmt wird und in Kontakt mit dem Glas bzw. dem kristallinen Material des ersten optischen Elements gebracht wird. DOLLAR A Weiterhin sieht die Erfindung eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens sowie ein mit dem Verfahren herstellbares optisches Verbundelement vor.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein optische Systeme und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von mindestens einem ersten und einem zweiten optischen Element zu einem optischen Verbundelement.

In vielen technischen Anwendungsbereichen entwickelt sich zunehmender Bedarf an leistungsfähigen optischen Systemen. Das Spektrum umfasst dabei beispielsweise Lasertechnik, Drucktechnik, Solartechnik, Biochemie, Sensorik, adaptive optische Systeme, optische Computer, optische Speichersysteme, Digitalkameras, zwei- und dreidimensionale Bildwiedergabe, Lithographie und Messtechnik.

Um optische Fehler auszugleichen oder um bestimmte Strahlenverläufe oder komplizierte Geometrien zu realisieren, werden häufig optische Systeme mit mehreren optischen Bauteilen benötigt.

Das Herstellen einzelner optischer Bauteile durch Formen von Glasmaterial ist beispielsweise aus US 4,734,118 , US 4,854,958 oder US 4,969,944 bekannt. Zum Zusammenfügen zweier optischer Bauteile zu einem optischen System werden diese typischerweise miteinander durch eine geeignete Klebeschicht verklebt oder in eine gemeinsame Fassung. montiert.

Aus der JP 60205402 A ist zum Beispiel bekannt, ein optisches Bauteil aus Glas mit einem optischen Bauteil aus Harz mittels einer Klebeschicht zu verbinden. Ferner ist beispielsweise aus der JP 07056006 A bekannt, eine farbige Harzschicht auf ein optisches Bauteil aus Glas aufzubringen.

Das Verkleben zweier optischer Bauteile aus Glas und das Aufbringen von Harz auf Glas erfordert in der Regel eine kostenintensive Nachbearbeitung in Form von beispielsweise Feinpolieren oder Kantenschleifen.

Es ist ferner aus der DE 43 38 969 C2 bekannt, komplexe diffraktive Strukturen auf die Oberfläche eines optischen Bauteils durch Ätzen aufzubringen. Dieses Verfahren erfordert jedoch aufwendige Prozessschritte und verursacht dadurch hohe Kosten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, optische Systeme mit zumindest zwei optischen Elementen einfacher und kostengünstiger herzustellen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen umschrieben.

Dementsprechend löst die Erfindung das technische Problem zum einen durch ein Verfahren zum Verbinden von mindestens einem ersten und einem zweiten optischen Element, bei welchem das erste optische Element ein erstes Glas enthält, das zweite optische Element ein zweites Glas enthält, und das erste Glas eine andere Transformationstemperatur Tg1 aufweist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases, und zumindest das Glas des zweiten optischen Elementes erwärmt wird und in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird.

Nachfolgend werden zunächst einige Begriffe definiert oder klargestellt, die für die gesamte Beschreibung und die Patentansprüche gültig sind.

Unter einem optischen Element wird ein zumindest teilweise transparenter Körper verstanden, welcher auf hindurchtretendes Licht wirkt, beispielsweise durch einen parallelen Versatz bei einer planparallelen Platte oder Filterplatte, durch sammelnde oder streuende Wirkung bei einer Sammel- oder Streulinse, durch Verteilung des Lichts auf bestimmte Zielgebiete in Winkelbereichen oder in bestimmten, entfernt gelegenen Flächen bei Freiformflächen oder facettierten Oberflächen, unabhängig davon, ob diese Wirkung refraktiv oder diffraktiv oder refraktiv und diffraktiv erreicht wird. Die optische Wirkung kann insbesondere auf Brechung, Beugung und/oder Phasenverschiebungen von Wellenfronten von Lichtwellen beruhen.

Unter einem optischen Verbundelement, im Folgenden auch als Hybridelement bezeichnet, wird ein optisches Element verstanden, welches zumindest zwei Volumenbereiche aufweist, welche jeweils Materialien, insbesondere Gläser, aufweisen, die sich in zumindest einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft unterscheiden.

Die Transformationstemperatur Tg bezeichnet die Transformationstemperatur gemäß ISO 7884-8.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht bevorzugt vor, dass die Transformationstemperatur Tg1 des ersten Glases höher ist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases.

Vorteilhaft wird das zweite Glas zumindest in dem Bereich, welcher mit dem ersten Glas in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte zweite optische Element auf eine Temperatur erwärmt, welche höher oder gleich der Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases ist, so dass ein Verformen des zweiten Glases ermöglicht wird.

Besonders bevorzugt wird das zweite Glas zumindest in dem Bereich, welcher mit dem ersten Glas in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte zweite optische Element auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher die Viskosität des zweiten Glases zumindest in diesem Bereich niedriger oder gleich einer Viskosität von etwa η < 10¹⁰ dPa s, insbesondere von η < 10⁹ dPa s, ist. Bei einer solchen Viskosität des zweiten Glases geht dieses mit dem ersten Glas eine bleibende Verbindung ein, die auch nach dem Abkühlen stabil ist. Kunststoffe beispielsweise zeigen ein solches Verhalten nicht, weshalb die Verwendung von Glas besonders vorteilhaft ist.

Mit Vorteil sieht das Verfahren vor, dass der erwärmte Bereich des zweiten Glases, welcher mit dem ersten Glas in Kontakt gebracht wird, diejenige Oberfläche des Glases des zweiten optischen Elements umfasst, welche bei dem in-Kontakt-Bringen das Glas des ersten optischen Elements berührt.

Um zu vermeiden, dass bei Verbinden der optischen Elemente Spannungen im Glas entstehen, sieht das Verfahren vorteilhaft vor, dass auch das Glas des ersten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem das Glas des zweiten optischen Elements in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte erste optische Element auf eine Temperatur erwärmt wird, welche höher oder gleich der Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases ist.

Besonders bevorzugt wird das Glas des ersten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem das Glas des zweiten optischen Elements in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte erste optische Element auf eine Temperatur erwärmt, welche höher oder gleich der Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases, aber niedriger als die Transformationstemperatur Tg1 des ersten Glases ist. Dadurch wird erreicht, dass sich das Glas des zweiten optischen Elements bereits verformen lässt, während das Glas des ersten optischen Elements im wesentlichen seine Form beibehält.

Das Glas des ersten und/oder zweiten optischen Elements kann erwärmt werden bevor oder während die Gläser in Kontakt gebracht werden bzw. während die Gläser in Kontakt sind. Eine Erwärmung während die Gläser in Kontakt sind kann vorzugsweise mittels Strahlungswärme erfolgen, beispielsweise durch Mikrowellenerwärmung oder durch das kIR-Verfahren (kurzwelliges Infrarot).

Ferner ist es sehr vorteilhaft, während und/oder nach dem in-Kontakt-bringen das zweite optische Element zu verformen, indem auf zumindest das zweite optische Element ein Druck auf geübt wird. Vorzugsweise liegt der ausgeübte Druck zwischen 0,01 und 20 N/mm².

Durch das in-Kontakt-bringen, gegebenenfalls in Verbindung mit dem ausgeübten Druck, nimmt das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, vorteilhaft zumindest in einem Teil dieses Bereichs im wesentlichen die Form des ersten optischen Elements an.

Das erste optische Element kann für unterschiedliche Anwendungszwecke unterschiedliche Geometrien aufweisen. Dementsprechend sieht das Verfahren vorteilhaft vor, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine im wesentlichen plane, konvexe, konkave sphärische, asphärische oder facettierte Form, eine Freiform oder eine Kombination hiervon annimmt.

Durch die Verwendung eines geeigneten Presswerkzeuges kann das Glas des zweiten optischen Elements außerdem zumindest in einem Teil eines weiteren Bereichs verformt werden, welcher dem Bereich, in welchem das Glas des zweiten optischen Elements in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, im wesentlichen gegenüber liegt.

Somit kann das Verfahren vorteilhaft vorsehen, dass das Glas des zweiten optischen Elements in diesem weiteren Bereich eine im wesentlichen plane, konvexe, konkave sphärische, asphärische oder facettierte Form, eine Freiform oder eine Kombination hiervon annimmt.

Weiterhin sieht das Verfahren vorteilhaft vor, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Form annimmt, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer sammelnden, streuenden, sphärischen oder asphärischen Linse aufweisen.

Mit besonderem Vorteil sieht das Verfahren vor, ein drittes optisches Element, welches ein drittes Glas mit einer Transformationstemperatur Tg3 umfasst, die niedriger ist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases, mit dem ersten und/oder zweiten optischen Element auf die gleiche Weise zu verbinden, wie dies oben für das Verbinden des zweiten optischen Elements mit dem ersten optischen Element beschrieben wurde.

Das Verfahren sieht auch mit Vorteil vor, weitere optische Elemente mit jeweils absteigenden Transformationstemperaturen auf die gleiche Weise mit den restlichen optischen Elementen zu verbinden.

Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn sich die Transformationstemperaturen zweier zu verbindender Gläser möglichst stark unterscheiden. Um keine Spannungen in den Gläsern zu erzeugen, werden beide Gläser bevorzugt auf die gleiche Temperatur erwärmt. Bei stark unterschiedlichen Transformationstemperaturen der Gläser unterscheiden sich bei der Erwärmung in der Regel auch die Viskositäten der Gläser stark. Das Glas mit der höheren Transformationstemperatur wird vorzugsweise bei Ausführen des Verfahrens nicht verformt und weist eine Viskosität von über 10¹³ dPa s auf. Dementsprechend liegt für dieses Glas die Erwärmungstemperatur vorzugsweise unterhalb der oberen Kühltemperatur. Bei geringer Druckeinwirkung kann die Viskosität des Glases mit der höheren Transformationstemperatur auch unter 10¹³ dPa s liegen, ohne dass dieses Glas wesentlich verformt wird. Das Glas mit der niedrigeren Transformationstemperatur, welches verformt werden soll, weist bei der Erwärmungstemperatur vorzugsweise eine möglichst geringe Viskosität auf, die besonders bevorzugt maximal 10¹⁰ dPa s, insbesondere maximal 10⁹ dPa s, beträgt, da bei einer höheren Viskosität in der Regel keine ausreichend haltbare Verbindung zwischen den Gläsern erreicht wird.

Als Glas mit der höheren Transformationstemperatur können beispielsweise die Gläser Borofloat, B270, F2, LAF33, LASF43, BASF2, SF57, LASF46, LAK21, LAF32, LAF3, LASF45, LAF2, LASF44, BAF10, LAF21, LAK34, LASF41, LAK33a, LAK22, LASF31, SF2, N-FK5, SF4, LAK10, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFS11, SF1, SF19, SF10, F2, SF8, LAF7, SF4, SF64, SF5, LAF36, BAF4, SF15, BASF64, BAF3, LASF40, BAF51, LAF35, SF56, BAF52, SF6, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFK60, CSK12, CSK120, PSFn1, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89 oder VC80 verwendet werden.

Als Glas mit der niedrigeren Transformationstemperatur können beispielsweise die Gläser N-SK56, N-PK52, N-PK53, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFS11, SF1, SF19, SF10, F2, PG325, PG375, PSK50, PSK100, PSK11, CaFK95, PFK85, PFK80, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFK60, CSK12, CSK120, PSFn1, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89, VC80 und Bal42 verwendet werden.

Die Erfindung ist nicht auf Kombinationen der genannten Gläser beschränkt, sondern umfasst im wesentlichen alle Kombinationen von Gläsern, welche sich in deren Transformationstemperaturen unterscheiden.

Beispielsweise zum Minimieren chromatischer Fehler sieht das Verfahren vorteilhaft vor, dass mindestens zwei der Gläser, welche durch das Verfahren verbunden werden, sich in deren Dispersionseigenschaften unterscheiden.

Für Anwendungen der optischen Elemente in Verbindung mit elektronischen Schaltungen, beispielsweise als Mikrolinsen-Array in optischen Bildsensoren, sieht das Verfahren vorteilhaft vor, dass mindestens zwei der Gläser sich in deren thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterscheiden, wobei insbesondere das erste Glas einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, welcher vorzugsweise auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines Silizium-Wafers abgestimmt ist.

Dementsprechend sieht das Verfahren besonders vorteilhaft vor, eine Vielzahl zweiter optischer Elemente, insbesondere in einem geordneten Feld (Array) mit dem ersten optischen Element in Kontakt zu bringen, wobei das Glas der Vielzahl zweiter optischer Elemente jeweils die gleiche Transformationstemperatur Tg2 aufweist.

Somit kann beispielsweise ein Linsen-Array hergestellt werden, bei welchem das erste optische Element als Trägerglas mit einem geringen, auf den eines Silizium-Wafers abgestimmten thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist und sich somit sehr gut für die Wafer-Level-Montage eignet, da sich bei Temperaturänderungen nur geringe Spannungen zwischen Wafer und Trägerglas aufbauen. Gläser mit geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten sind häufig nicht oder nur schlecht blankverpressbar. Daher wird vorteilhaft für die Vielzahl zweiter optischer Elemente ein Glas mit einem höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten gewählt, welches über seine blankgepresste Kontur die optische Funktion erzeugt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Linsen-Arrays, insbesondere Mikrolinsen-Arrays für die Wafer-Level-Montage, besonders kostengünstig hergestellt werden.

Für bestimmte Anwendungsbereiche ist es ferner vorteilhaft, dass mindestens eines der Gläser ein fluoreszierendes Glas ist, mindestens zwei der Gläser sich in ihrer chemischen Beständigkeit gegen Laugen oder Säuren unterscheiden oder mindestens eines der Gläser eine spektrale Transmission oder Färbung aufweist, welche von der spektralen Transmission oder Färbung der anderen Gläser verschieden ist.

Vorteilhaft wird das Formen der Gläser durch Pressen, Präzisions- oder Blankpressen bewirkt. Für das Einkoppeln von Strahlungswärme während des Pressvorgangs wird vorteilhaft zumindest eine für diese Strahlung transparente Pressform verwendet.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sehen vor, auf dem Glas des ersten und/oder des zweiten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem ein oder mehrere weitere Gläser in Kontakt gebracht werden, eine Schicht aufzubringen, welche das Haftvermögen erhöht, oder eine oder mehrere Schichten aufzubringen, welche einen Brechungsindex aufweisen, der das Reflexionsvermögen vermindert.

Mit besonderem Vorteil sieht das Verfahren außerdem vor, zumindest einen Teilbereich des Glases des zweiten, dritten und/oder eines weiteren optischen Elements in Kontakt mit zumindest einem Halterungsteil zu bringen und gegebenenfalls einen Druck auf das oder die optischen Elemente oder das Halterungsteil auszuüben, so dass zumindest eines der optischen Elemente zumindest teilweise die Form des Halterungsteils annimmt. Das Halterungsteil ist vorzugsweise als Montagering ausgebildet, welcher vorteilhaft ein Metall umfasst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können optische Hybrid- oder Verbundelemente hergestellt werden, bei denen zwei Gläser direkt miteinander verbunden sind, ohne dass eine Klebeschicht oder ähnliches benötigt wird. Dies vereinfacht erheblich den Herstellungsprozess, da auf eine Nachbearbeitung in der Regel verzichtet werden kann.

Die Erfindung löst das technische Problem weiterhin durch eine Vorrichtung zum Verbinden zumindest eines ersten und eines zweiten optischen Elements, welche insbesondere zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens verwendbar ist, umfassend

– eine Einrichtung zum Aufnehmen des ersten optischen Elementes,
– eine Einrichtung zum Zusammenführen, welche dazu ausgebildet ist, zumindest das zweite optische Element mit dem ersten optischen Element in Kontakt zu bringen, und
– eine Einrichtung zum Erwärmen wenigstens eines Teilbereiches zumindest des zweiten optischen Elements.

Bevorzugt umfasst die Vorrichtung außerdem eine Einrichtung zum Erzeugen eines Druckes auf zumindest das zweite optische Element. Diese Einrichtung kann beispielsweise als Presse, insbesondere als Präzisions- oder Blankpresse ausgebildet sein.

Um zumindest dem zweiten optischen Element eine bestimmte äußere Form zu geben, umfasst die Vorrichtung besonders vorteilhaft ein Presswerkzeug, welches zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine entsprechende Negativform des zu formenden optischen Elementes aufweist.

So kann das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche beispielsweise eine plane, konvexe oder konkave Form aufweisen. Weitere Beispiele für Formen, die das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche vorteilhaft aufweist, sind Negativformen einer im wesentlichen sphärischen, asphärischen oder facettierten Form.

Zur Erzielung eines vorbestimmten Strahlenverlaufs für spezielle Anwendungszwecke innerhalb des zu formenden optischen Elements kann das Presswerkzeug auch vorteilhaft eine definierte Freiform aufweisen.

Ferner kann das Presswerkzeug mit besonderem Vorteil zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform zumindest eines diffraktiven Elementes aufweisen, welches die Wirkung einer sammelnden, streuenden, sphärischen oder asphärischen Linse aufweist.

Vorteilhaft umfasst die Einrichtung zum Erwärmen eine Einrichtung zum Einkoppeln von Strahlungswärme. In dieser Ausführungsform ist das Presswerkzeug zweckmäßigerweise zumindest teilweise transparent ausgebildet.

Ein besonders wichtiger Anwendungsbereich ist die Herstellung von Arrays optischer Elemente, insbesondere optischer Mikro-Elemente. Dementsprechend ist die Vorrichtung besonders vorteilhaft dazu ausgebildet, mehr als ein zweites optisches Element, vorzugsweise in einem geordneten Feld (Array) mit dem ersten optischen Element in Kontakt zu bringen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zum Beschichten des Glases zumindest des ersten und/oder des zweiten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem ein oder mehrere weitere Gläser in Kontakt gebracht werden.

Diese Einrichtung zum Beschichten kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, eine Haftvermittlungsschicht auf zumindest ein optisches Element aufzubringen, zum Beispiel durch Aufsprühen eines Epoxidharzes. Auch kann die Einrichtung dazu ausgebildet sein, eine Schicht oder mehrere Schichten aufzubringen, welche einen Brechungsindex aufweisen, der das Reflexionsvermögen vermindert.

Das technische Problem wird auch gelöst durch ein optisches Verbundelement, welches zumindest

– ein erstes optisches Element, welches ein erstes Glas mit einer Transformationstemperatur Tg1 enthält, und
– ein zweites optisches Element, welches ein zweites Glas mit einer Transformationstemperatur Tg2 enthält, umfasst, wobei
– die Transformationstemperatur Tg1 einen höheren Wert als die Transformationstemperatur Tg2 aufweist und
– das zweite Glas mit dem ersten Glas entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar unter Bildung einer bleibenden Verbindung miteinander verbunden ist, insbesondere mittels des oben beschriebenen Verfahrens.

Vorteilhaft weist das Glas des zweiten optischen Elements des optischen Verbundelement zumindest in einem Teil des Flächenbereichs, entlang welchem dieses mit dem Glas des ersten optischen Elements verbunden ist, im wesentlichen die Negativform des ersten optischen Elements auf.

Für komplexere Anwendungszwecke kann das optische Verbundelement vorteilhaft weitere optische Elemente aufweisen, wobei das Glas des dritten optischen Elements eine Transformationstemperatur Tg3 aufweist, welche unterhalb Tg2 liegt und weitere optische Elemente jeweils Gläser mit nochmals niedrigeren Transformationstemperaturen aufweisen, und das Glas des jeweiligen weiteren optischen Elements mit zumindest einem anderen Glas mit höherer Transformationstemperatur entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar unter Bildung einer bleibenden Verbindung verbunden ist.

Je nach Anwendungszweck kann zumindest ein optisches Element des optischen Verbundelements zumindest in einem Teilbereich eine im wesentlichen plane, konvexe, konkave sphärische, asphärische oder facettierte Form, eine Freiform oder eine Kombination hiervon aufweisen.

Die Oberfläche zumindest eines optischen Elements des optischen Verbundelements enthält besonders vorteilhaft diffraktive Elemente, welche die Wirkung einer sammelnden, streuenden, sphärischen oder asphärischen Linse aufweisen, oder welche strahlteilend, strahlformend, Strahlprofil verändernd, athermal, achromat wirken oder eine sonstige optische Wirkung und/oder Funktion haben.

Zweckmäßigerweise umfasst das optische Verbundelement zumindest zwei Gläser, wobei das erste Glas aus der Gruppe der Gläser Borofloat, B270, F2, LAF33, LASF43, BASF2, SF57, LASF46, LAK21, LAF32, LAF3, LASF45, LAF2, LASF44, BAF10, LAF21, LAK34, LASF41, LAK33a, LAK22, LASF31, SF2, N-FK5, SF4, LAK10, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFS11, SF1, SF19, SF10, F2, SF8, LAF7, SF4, SF64, SF5, LAF36, BAF4, SF15, BASF64, BAF3, LASF40, BAF51, LAF35, SF56, BAF52, SF6, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFK60, CSK12, CSK120, PSFn1, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89 und VC80 und das zweite Glas aus der Gruppe der Gläser N-SK56, N-PK52, N-PK53, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFS11, SF1, SF19, SF10, F2, PG325, PG375, PSK50, PSK100, PSK11, CaFK95, PFK85, PFK80, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFK60, CSK12, CSK120, PSFn1, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89, VC80 und Bal42 gewählt ist.

Vorteilhaft umfasst das optische Verbundelement zumindest zwei Gläser mit unterschiedlichen Dispersionseigenschaften, wobei das Verbundelement vorzugsweise dazu ausgelegt ist, chromatische Fehler zu minimieren.

Besonders vorteilhaft umfasst das optische Verbundelement ferner ein Linsensystem oder eine Linsenabfolge, welche dazu geeignet ist, sphärische Aberrationen, Astigmatismus und/oder Koma zu korrigieren, oder zu deren Korrektur im Gesamtsystem beitragen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das optische Verbundelement zumindest zwei Gläser mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, von denen einer vorzugsweise im wesentlichen dem eines Halbleiter-Wafers, beispielsweise eines Si-, GaAs- oder GaN-Wafers, entspricht. Das optische Verbundelement eignet sich in dieser Ausgestaltung besonders gut für das Wafer-Level-Packaging.

Vorteilhaft umfasst das optische Verbundelement ferner zumindest ein fluoreszierendes Glas, zumindest zwei Gläser, welche sich in ihrer chemischen Beständigkeit gegen Laugen oder Säuren unterscheiden, oder zumindest ein Glas, welches eine spektrale Transmission oder Färbung auf weist, welche von der spektralen Transmission oder Färbung der anderen Gläser verschieden ist. Beispielsweise kann das optische Verbundelement ein Filterglas zur Filterung von infraroter, ultravioletter oder sichtbar elektromagnetischer Strahlung umfassen.

Besonders vorteilhaft sind optische Verbundelemente, welche ein erstes Glas mit einer vorbestimmten, besonderen Materialeigenschaft und ein zweites Glas, welches eine komplizierte Geometrie aufweist, umfassen.

Mit besonderem Vorteil umfasst das optische Verbundelement zumindest ein gepresstes, insbesondere blankgepresstes Glas.

Wie bereits oben erwähnt, ist das optische Verbundelement besonders bevorzugt als Array ausgebildet und umfasst dementsprechend eine Vielzahl optischer Elemente, welche in einem geordnetem Feld mit dem ersten, vorzugsweise als Trägerelement ausgebildeten, optischen Element verbunden sind.

Auch können vorteilhaft weitere optische Elemente mit einem optischen Verbundelement mittels einer Haftvermittlungs- bzw. Klebeschicht verbunden sein.

Zum Schutz gegen äußere Einflüsse kann zumindest ein optisches Element des optischen Verbundelements vorteilhaft eine Antikratz-Beschichtung aufweisen. Ferner kann eine Antibeschlag-Beschichtung vorgesehen sein.

Vorteilhaft weist das optische Verbundelement eine oder mehrere Schichten auf, welche auf einem optischen Element oder zwischen zwei optischen Elementen angeordnet sind und einen Brechungsindex aufweisen, der das Reflexionsvermögen vermindert.

Die Erfindung löst das technische Problem ferner durch ein Verfahren zum Verbinden von mindestens einem ersten und einem zweiten optischen Element, bei welchem das erste optische Element ein kristallines Material enthält, das zweite optische Element ein Glas enthält, und das kristalline Material eine Schmelztemperatur aufweist, welche über der Transformationstemperatur des Glases liegt, und zumindest das Glas des zweiten optischen Elementes erwärmt wird und in Kontakt mit dem kristallinen Material des ersten optischen Elements gebracht wird.

Das kristalline Material kann beispielsweise eine Vielzahl kleiner, unregelmäßig gelagerter Kristallite umfassen. Aufgrund der eindeutig definierten Eigenschaften eines Kristalls umfasst das kristalline Material jedoch vorteilhaft zumindest einen Kristall. Vorteilhaft kann das kristalline Material auch insgesamt im wesentlichen als Einkristall ausgebildet sein, wodurch die Ausnutzung von Anisotropien, d.h. die Richtungsabhängigkeit bestimmter physikalischer, chemischer oder mechanischer Eigenschaften, ermöglicht wird. Zum Beispiel können gezielt die Doppelbrechungseigenschaften eines Einkristalls ausgenutzt werden.

Bevorzugte kristalline Materialien weisen beispielsweise Kalziumfluorid und/oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) auf. Diese Materialien sind besonders geeignet für den Einsatz in der Spektroskopie und der Lasertechnik.

Vorteilhaft sieht das Verfahren vor, dass das Glas des zweiten optischen Elements zumindest in dem Bereich, welcher mit dem kristallinen Material in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte zweite optische Element auf eine Temperatur erwärmt wird, bei welcher die Viskosität des Glases zumindest in diesem Bereich niedriger oder gleich der Viskosität ist, bei der das zweite Glas mit dem kristallinen Material eine dauerhafte, klebende Verbindung eingeht, insbesondere niedriger oder gleich einer Viskosität von etwa η < 10¹⁰ dPa s, insbesondere niedriger oder gleich einer Viskosität von etwa η < 10⁹ dPa s.

Besonders vorteilhaft sieht das Verfahren vor, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem kristallinen Material des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs im wesentlichen die Form des ersten optischen Elements annimmt.

Vorteilhaft kann das Verfahren auch alle oben beschriebenen Ausgestaltungen des Verfahrens zum Verbinden von mindestens einem ersten und einem zweiten optischen Element, bei welchem das erste optische Element ein erstes Glas enthält, das zweite optische Element ein zweites Glas enthält, und das erste Glas eine andere Transformationstemperatur Tg1 aufweist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases, und zumindest das Glas des zweiten optischen Elementes erwärmt wird und in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, aufweisen, wobei das kristalline Material des ersten optischen Elements im wesentlichen die Funktion des ersten Glases übernimmt.

Im Rahmen der Erfindung liegt außerdem ein optisches Verbundelement mit zumindest einem ersten optischen Element, welches ein kristallines Material enthält, und einem zweiten optischen Element, welches ein Glas enthält, wobei die Schmelztemperatur des kristallinen Materials einen höheren Wert als die Transformationstemperatur des Glases aufweist und das Glas mit dem kristallinen Material entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar unter Bildung einer bleibenden Verbindung miteinander verbunden ist, insbesondere durch ein Verfahren wie oben beschrieben.

Bevorzugt umfasst das kristalline Material des ersten optischen Elements zumindest einen Kristall.

Besonders vorteilhaft weist das kristalline Material des optischen Verbundelementes Kalziumfluorid, insbesondere CaF₂, und/oder Yttrium-Aluminium-Granat, insbesondere Y₃Al₅O₁₂, auf.

Für optische Einsatzzwecke umfasst das optische Verbundelement bevorzugt zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine im wesentlichen plane, konvexe, oder konkave Form aufweist.

Besonders bevorzugt weist zumindest ein optisches Element des optischen Verbundelementes zumindest in einem Teilbereich

– eine im wesentlichen sphärische Form,
– eine im wesentlichen asphärische Form,
– eine im wesentlichen facettierte Form,
– im wesentlichen eine Freiform, welche weder sphärisch noch asphärisch ist, oder
– eine Form, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, auf

Mit besonderem Vorteil umfasst das optische Verbundelement zumindest ein gepresstes, insbesondere blankgepresstes. Glas.

Ferner ist das optische Verbundelement besonders bevorzugt als Array ausgebildet und umfasst dementsprechend eine Vielzahl optischer Elemente, welche in einem geordnetem Feld mit dem ersten, vorzugsweise als Trägerelement ausgebildeten, optischen. Element verbunden sind.

Vorteilhaft kann das optische Verbundelement auch alle vorteilhaften Ausgestaltungen des oben beschriebenen optischen Verbundelementes, welches zumindest

– ein erstes optisches Element, welches ein erstes Glas mit einer Transformationstemperatur Tg1 enthält, und
– ein zweites optisches Element, welches ein zweites Glas mit einer Transformationstemperatur Tg2 enthält, umfasst, wobei
– die Transformationstemperatur Tg1 einen höheren Wert als die Transformationstemperatur Tg2 aufweist und
– das zweite Glas mit dem ersten Glas entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar unter Bildung einer bleibenden Verbindung miteinander verbunden ist, wobei das erste optische Element statt des ersten Glases ein kristallines Material aufweist.

Die Erfindung löst das technische Problem außerdem durch ein optisches System, welches zumindest ein optisches Element, insbesondere als Bestandteil eines Verbundelementes wie oben beschrieben, und ein Halterungsteil, insbesondere einen Montagering, umfasst, wobei das optische Element entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar mit dem Halterungsteil unter Bildung einer bleibenden Verbindung verbunden ist.

Vorteilhaft ist die bleibende Verbindung durch ein Verfahren hergestellt, bei welchem das Glas des zumindest einen optischen Elementes zumindest in dem Bereich der Verbindungsfläche mit dem Halterungsteil auf eine Temperatur erwärmt wird, bei welcher das Glas eine Viskosität von η < 10¹⁰ dPa s, insbesondere von η < 10⁹ dPa s, aufweist.

Ferner liegen im Rahmen der Erfindung ein optischer Bildsensor, eine abbildende oder beleuchtende Optik, ein bildgebendes System, ein Kommunikationsendgerät, insbesondere ein Mobilfunktelefon, ein PDA oder ein MDA, und ein Wafer-level Package, insbesondere umfassend eine Vielzahl optischer Bildsensoren, welche ein optisches Verbundelement aufweisen, wie es oben beschrieben ist.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendungen beschränkt, sondern umfasst außerdem die Verwendung eines erfindungsgemäßen optischen Verbundelements in jeglicher, auch zukünftiger, technischen Vorrichtung, welche ein optisches System mit zumindest zwei optischen Elementen erfordert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen gleiche oder ähnliche Teile.

Es zeigen jeweils schematisch:

1 ein optisches Verbundelement mit einer plankonvexen Linse,

2 ein optisches Verbundelement mit einer plankonkaven Linse,

3 ein optisches Verbundelement mit einer asphärischen Linse,

4 ein optisches Verbundelement mit einer Fresnel-Linse,

5 ein optisches Verbundelement mit einer plankonvexen und einer Fresnel-Linse,

6 ein optisches Verbundelement mit einer beidseitigen plankonvexen Linse,

7 ein optisches Verbundelement mit einer beidseitigen asphärischen Linse,

8 ein optisches Verbundelement mit einer beidseitigen Fresnel-Linse,

9 ein optisches Verbundelement mit einer plan parallelen Platte und einer plankonvexen Linse,

10 ein optisches Verbundelement mit einer plan parallelen Platte und einer plankonkaven Linse,

11 ein optisches Verbundelement mit einer plan parallelen Platte und einer asphärischen Linse,

12 ein optisches Verbundelement mit einer plan parallelen Platte und einer Fresnel-Linse,

13 ein optisches Verbundelement mit einer plan parallelen Platte, einer plankonvexen Linse und einer Fresnel-Linse,

14 ein Mikrolinsen-Array mit sphärischen, plan konvexen Mikrolinsen,

15 Pressformen für ein Mikrolinsen-Array,

16 eine Draufsicht einer vereinzelten sphärischen, plankonvexen Mikrolinse,

17 eine perspektivische Ansicht einer vereinzelten sphärischen, plankonvexen Mikrolinse,

18 ein Mikrolinsen-Array mit plankonkaven Mikrolinsen,

19 ein Mikrolinsen-Array mit Systemen aus plankonkaven und konvexen Mikrolinsen,

20 ein Mikrolinsen-Array mit Systemen aus plankonvexen, konkaven und konvexen Mikrolinsen,

21 ein Mikrolinsen-Array mit beidseitig vom Träger angeordneten plankonvexen Mikrolinsen,

22 ein Mikrolinsen-Array mit Fresnel-Mikrolinsen,

23 ein Mikrolinsen-Array mit Systemen aus plan konvexen und Fresnel-Mikrolinsen,

24 eine Draufsicht einer vereinzelten Fresnel-Mikrolinse,

25 eine perspektivische Ansicht einer vereinzelten Fresnel-Mikrolinse,

26 ein Mikrolinsen-Array mit asphärischen Mikrolinsen,

27 ein Mikrolinsen-Array mit beidseitig vom Träger angeordneten asphärischen Mikrolinsen,

28 eine Draufsicht auf ein Mikrolinsen-Array mit in Reihe angeordneten Mikrolinsen,

29 eine Draufsicht auf ein Mikrolinsen-Array mit versetzt angeordneten Mikrolinsen,

30 eine Draufsicht auf ein Mikrolinsen-Array mit hexagonalen Mikrolinsen,

31 eine Draufsicht auf ein Mikrolinsen-Array mit Fresnel-Mikrolinsen,

32 eine perspektivische Darstellung eines Mikrolinsen-Arrays mit versetzt angeordneten Fresnel-Linsen,

33 eine perspektivische Darstellung eines Mikro linsen-Arrays mit zylindrischen Mikrolinsen,

34 eine perspektivische Darstellung eines Mikro linsen-Arrays mit asymmetrischen Mikrolinsen,

35 ein optisches System mit einem Montagering und einem optischen Verbundelement,

36 einen optischen Bildsensor,

37 einen Teil einer Anzeigeeinrichtung,

38 ein optisches Verbundelement zum Einkoppeln eines Laserstrahls in eine optische Faser.

Die 1 bis 4 zeigen Beispiele eines erfindungsgemäß hergestellten optischen Verbundelements, welches als Hybridlinse ausgebildet ist und jeweils ein Glas-Substrat 100 umfasst, dessen Glas eine erste Transformationstemperatur Tg1 aufweist. Mit dem Glas-Substrat ist jeweils ein zweites optisches Element unter Erwärmung verpresst, welches ein zweites Glas mit einer Transformationstemperatur Tg2 mit Tg2 < Tg1 aufweist. Das optische Verbundelement weist jeweils ein zweites optisches Element auf, welches beim Verpressen auf der einen Seite die plane Form des Substrats und auf der anderen Seite die Form des Presswerkzeugs angenommen hat. Das Glas des zweiten optischen Elements wurde vor oder während des Verpressens auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher es eine Viskosität unterhalb 10¹⁰ dPa s, insbesondere unterhalb 10⁹ dPa s, aufweist, und ist dadurch eine bleibende Verbindung mit dem Glas des Substrats eingegangen.
Bei der in 1 gezeigten Hybridlinse ist das zweite optische Element als plankonvexe Linse 110 ausgebildet. Die Hybridlinsen der 2, 3 und 4 umfassen jeweils ein als plankonkave Linse 120, als asphärische Linse 125 beziehungsweise als Fresnel-Linse 160 ausgebildetes zweites optisches Element.
5 zeigt ein optisches Verbundelement mit einem ersten optischen Element in Form eines Substrats 100 und einem zweiten optischen Element in Form einer plankonvexen Linse 170, mit welchem zusätzlich ein drittes optisches Element 172 verpresst wurde, welches ein drittes Glas mit einer Transformationstemperatur Tg3 mit Tg3 < Tg2 aufweist. Das Glas des dritten optischen Elements 172 wurde vor oder während des Verpressens auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher es eine Viskosität unterhalb 10¹⁰ dPa s, insbesondere unterhalb 10⁹ dPa s, aufweist, und ist dadurch eine bleibende Verbindung mit dem Glas des zweiten optischen Elements 170 eingegangen. In diesem Ausführungsbeispiel weist das dritte optische Element 172 die Form einer Fresnel-Linse auf.
Die 6 bis 8 zeigen jeweils ein optisches Verbundelement, bei welchem ein planparalleles Glas-Substrat 100, welches ein erstes Glas mit einer Transformationstemperatur Tg1 enthält, beidseitig mit jeweils einem optischen Element verpresst ist, welches ein zweites Glas mit einer Transformationstemperatur Tg2 enthält, wobei wiederum Tg2 einen niedrigeren Wert hat als Tg1. Das Verpressen kann dabei vorzugsweise unter Verwendung geeigneter Presswerkzeuge beidseitig in einem Arbeitsschritt erfolgen.
Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform weisen die beidseitig verpressten optischen Elemente 150 und 152 eine im wesentlichen sphärische, plankonvexe Form auf. Die optischen Elemente 154 und 156 der in 7 dargestellten Ausführungsform haben asphärische Form. Bei der in 8 gezeigten Ausführungsform haben die beidseitig verpressten optischen Elemente 180 und 182 die Form einer Fresnel-Linse.
In den 9 bis 13 sind Hybridlinsen mit mehreren optischen Elementen dargestellt. Das erste optische Element wird jeweils gebildet durch ein Glas-Substrat 100. Mit dem Glas-Substrat 100 ist jeweils eine planparallele Platte 190 verpresst. Die Ausführungsform in 9 umfasst ein drittes optisches Element 110 mit plankonvexer Form, welcher mit der planparallelen Platte 190 verpresst ist. Die 10 bis 12 zeigen jeweils Ausführungsformen, bei denen als drittes optisches Element jeweils eine plankonkave Linse 120, eine asphärische Linse 125 beziehungsweise eine Fresnel-Linse 160 verpresst wurden.
Die in 13 dargestellte Hybridlinse umfasst ein drittes optisches Element 170 mit plankonvexer Form und ein viertes optisches Element in Form einer Fresnel-Linse.
Die Gläser der optischen Elemente weisen vom ersten zum dritten bzw. vierten optischen Element jeweils absteigende Transformationstemperaturen auf, so dass beim Verpressen jeweils eine Erwärmungstemperatur und ein Druck derart eingestellt werden kann, dass sich jeweils nur ein Glas verformt.
14 zeigt ein Mikrolinsen-Array, welches durch erfindungsgemäßes Verbinden eines Trägerglases 100 mit hoher Transformationstemperatur Tg1 mit einer Vielzahl optischer Elemente 110, welche ein zweites Glas mit niedriger Transformationstemperatur Tg2 aufweisen, hergestellt ist.
Das Prinzip des Herstellungsverfahrens ist in 15 dargestellt. Das Herstellungsverfahren sieht vor, das Trägerglas 100 mit den optischen Elementen 110 mittels einer ersten, in diesem Ausführungsbeispiel planen Pressform, und einer zweiten Pressform 220 zu verpressen. Die zweite Pressform weist dabei eine Vielzahl von Negativformen 230 auf, innerhalb derer vor dem Verpressen jeweils ein Glasposten des zweiten Glases positioniert wird. Zumindest die zweite Pressform und die darin enthaltenen Glasposten des zweiten Glases werden mittels einer nicht dargestellten Heizeinrichtung auf eine Temperatur erwärmt, welche oberhalb der Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases, aber unterhalb der Transformationstemperatur Tg1 des Trägerglases liegt.
Die 16 und 17 zeigen jeweils eine Draufsicht und eine perspektivische Darstellung einer durch Vereinzelung erhaltenen Mikrolinse des in 14 dargestellten Mikrolinsen-Arrays.
Die 18 bis 23, sowie 26 und 27 zeigen weitere vorteilhafte Ausführungsformen erfindungsgemäß. hergestellter Mikrolinsen-Arrays, bei welchen jeweils eine Vielzahl von Mikrolinsen auf einem Trägerglas 100 angeordnet sind.
Bei der in 18 dargestellten Ausführungsform haben die Mikrolinsen 120 eine plankonkave Form. Die Ausführungsformen der 19 und 20 umfassen jeweils Mikrolinsensysteme bestehend aus plankonkaven 130 und konvexen 132 Mikrolinsen beziehungsweise aus plankonvexen 140, konkaven 142 und konvexen 144 Mikrolinsen.
Bei der in 21 gezeigten Ausführungsform weist das Trägerglas beidseitig eine Vielzahl im wesentlichen sphärischer, plankonvexer Mikrolinsen 150 und 152 auf.
Bei der Auführungsform der 22 sind die Mikrolinsen als Fresnel-Linsen 160 ausgebildet. Das in 23 dargestellte Mikrolinsen-Array umfasst ein Mikrolinsensystem bestehend aus plankonvexen Mikrolinsen 170 und Fresnel-Linsen 172.
Die 24 und 25 zeigen jeweils eine Draufsicht und eine perspektivische Darstellung einer durch Vereinzelung erhaltenen Mikrolinse des in 22 dargestellten Mikrolinsen-Arrays.
Die 26 und 27 zeigen Mikrolinsen-Arrays mit einseitig angeordneten asphärischen Mikrolinsen 125 beziehungsweise mit beidseitig angeordneten asphärischen Mikrolinsen 154 und 156.
Die 28 bis 31 zeigen verschiedene Anordnungen von Mikrolinsen eines Mikrolinsen-Arrays.
Bei der in 28 dargestellten Anordnung sind die im wesentlichen spärischen Mikrolinsen 110 in Reihe auf dem Trägerglas 100 angeordnet. Zwischen den einzelnen Mikrolinsen ist ein Zwischenraum vorgesehen, wodurch eine Vereinzelung der Mikrolinsen des Arrays vereinfacht wird.
29 zeigt eine andere Anordnung sphärischer Mikrolinsen 320, bei der die Mikrolinsen 320 versetzt auf einem Trägerglas 100 angeordnet sind. Eine derartige Anordnung kann aufgrund der effizienten Raumausnutzung vorteilhaft für die Verwendung des Mikrolinsen-Arrays in optischen Bildsensoren oder Displays sein.
Die in 30 gezeigte Anordnung weist eine nahezu maximale Raumausnutzung durch hexagonale Mikrolinsen 330 auf.
31 zeigt ein Mikrolinsen-Array mit in Reihe auf einem Trägerglas 100 angeordneten Fresnel-Mikrolinsen 340, während in 32 ein Ausschnitt eines Mikrolinsen-Arrays dargestellt ist, bei welchem Fresnel-Mikrolinsen 340 versetzt auf einem Trägerglas 100 angeordnet sind.
Die 33 und 34 zeigen erfindungsgemäß hergestellte diffraktive optische Elemente (DOE).
Bei der in 33 dargestellten Ausführungsform sind auf einem Trägerglas 100 zylindrische Mikrolinsen 410 mit angeordnet, durch deren räumliche Abmessungen diffraktive Effekte im sichtbaren Spektrum auftreten.
Die in 34 dargestellte Ausführungsform weist auf einem Trägerglas 100 angeordnete asymmetrische Mikrolinsen 420 auf, die ein optisches Gitter bilden.
Das Glas-Substrat 100 kann selbstverständlich auch bereits selbst als Linse geformt sein. Auch können die räumlichen Abmessungen einer erfindungsgemäßen Hybridlinse selbstverständlich auch in einem anderen Bereich als dem Mikrometerbereich von Mikrolinsen liegen, beispielsweise können sie für den Einsatz in der Fotografie im Bereich von einigen Zentimetern liegen.
35 zeigt ein optisches System als Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem ein als asphärische Linse geformtes erstes optisches Element 100 mit einem zweiten optischen Element 810 verpresst wurde, wobei das zweite optische Element durch das Verpressen ebenfalls ein asphärische Form angenommen hat. Das zweite optische Element wurde gleichzeitig mit einem Halterungsteil 820 verpresst, welches in diesem Ausführungsbeispiel als Metallring zur Montage beispielsweise in einer Fotokamera ausgebildet ist.
Die 36 bis 38 zeigen verschiedene Einsatzmöglichkeiten für erfindungsgemäß hergestellte optische Verbund- oder Hybridelemente, insbesondere in der Form von Mikrolinsen oder Mikrolinsen-Arrays..
In 36 ist ein optischer Bildsensor dargestellt, welcher einen auf einem Substrat 500 angeordneten CMOS-Sensor 510 aufweist. Eine Mikrolinse 110, welche auf einem über Abstands- und Abschirmelemente 520 mit dem Substrat 500 verbundenen Trägerglas 100 angeordnet ist, dient dazu, einfallendes Licht in Richtung des CMOS-Sensors zu brechen, um so die Lichtausbeute zu erhöhen.
37 zeigt einen Ausschnitt aus einer Anzeigeeinrichtung, bei welcher eine Farbtrennung in blaues 610, rotes 620 und grünes 630 Licht mittels nicht dargestellter dichroitischer Spiegel erfolgt. Auf einem Trägerglas 100 angeordnete Mikrolinsen 110 dienen in diesem Ausführungsbeispiel zur Fokussierung der Lichtbündel, die als RGB-Pixel 640, 650 und 660 von der Anzeigeeinrichtung dargestellt werden.
In 38 ist ein erfindungsgemäßes optisches Verbundelement dargestellt, welches ein Trägerglas 100 umfasst, welches auf gegenüberliegenden Seiten jeweils Fresnel-Mikrolinsen 162 aufweist. Die erste Fresnel-Mikrolinse dient in diesem Ausführungsbeispiel dazu, das Licht eines Lasers 710 zu kollimieren, während die zweite Fresnel-Mikrolinse zur Fokussierung und Einkopplung des Lichts in eine Glasfaser 720 dient.

100: Glas-Substrat
110: Konvexe Mikrolinse
120: Konkave Mikrolinse
125: Asphärische Mikrolinse

130, 132: Mikrolinsen-System
140-144: Mikrolinsen-System

150, 152: Beidseitig angeordnete konvexe Mikrolinsen
154, 156: Beidseitig angeordnete asphärische
: Mikrolinsen
160, 162: Fresnel-Mikrolinse
170, 172: Fresnel-Mikrolinsen-System
180, 182: Beidseitig angeordnete Fresnel-Mikrolinsen
190: Planparallele Platte
210: Untere Pressform
220: Obere Pressform
230: Aussparung für Mikrolinse
310: In Reihe angeordnete Mikrolinsen
320: Versetzt angeordnete Mikrolinsen
330: Hexagonale Mikrolinse
340: In Reihe angeordnete Fresnel-Mikrolinsen
410: Zylindrische Mikrolinse
420: Asymmetrische Mikrolinse
500: Silikon-Substrat
510: CMOS-Sensor
520: Abstands- und Abschirmelement
610: Blaues Licht von dichroitischem Spiegel
620: Rotes Licht von dichroitischem Spiegel
630: Grünes Licht von dichroitischem Spiegel

640-660: RGB-Pixel
710: Laser
720: Glasfaser
810: Asphärische Linse

820: Halterungsteil

Claims

Verfahren zum Verbinden von mindestens einem ersten und einem zweiten optischen Element, bei welchem das erste optische Element ein erstes Glas enthält, das zweite optische Element ein zweites Glas enthält, und das erste Glas eine andere Transformationstemperatur Tg1 aufweist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases, und zumindest das Glas des zweiten optischen Elementes erwärmt wird und in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationstemperatur Tg1 des ersten Glases höher ist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Glas zumindest in dem Bereich, welcher mit dem ersten Glas in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte zweite optische Element auf eine Temperatur erwärmt wird, welche höher oder gleich der Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Glas zumindest in dem Bereich, welcher mit dem ersten Glas in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte zweite optische Element auf eine Temperatur erwärmt wird, bei welcher die Viskosität des zweiten Glases zumindest in diesem Bereich niedriger oder gleich der Viskosität ist, bei der das zweite Glas mit dem ersten Glas eine dauerhafte, klebende Verbindung eingeht, insbesondere niedriger oder gleich einer Viskosität von etwa η < 10¹⁰ dPa s, insbesondere niedriger oder gleich einer Viskosität von etwa η < 10⁹ dPa s.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erwärmte Bereich des zweiten Glases, welcher mit dem ersten Glas in Kontakt gebracht wird, diejenige Oberfläche des Glases des zweiten optischen Elements umfasst, welche bei dem in-Kontakt-bringen das Glas des ersten optischen Elements berührt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des ersten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem das Glas des zweiten optischen Elements in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte erste optische Element auf eine Temperatur erwärmt wird, welche höher oder gleich der Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des ersten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem das Glas des zweiten optischen Elements in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte erste optische Element auf eine Temperatur erwärmt wird, welche höher oder gleich der Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases aber niedriger als die Transformationstemperatur Tg1 des ersten Glases ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des ersten und des zweiten optischen Elements vor dem in-Kontakt-bringen erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des ersten und des zweiten optischen Elements während dem in-Kontakt-bringen, vorzugsweise mittels Strahlungswärme, erwärmt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während und/oder nach dem in-Kontakt-bringen ein Druck auf zumindest das zweite optische Element ausgeübt wird, mittels welchem eine Verformung zumindest von Teilen des zweiten optischen Elements bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der auf zumindest das zweite optische Element ausgeübte Druck zwischen 0,01 und 20 N/mm² liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs im wesentlichen die Form des ersten optischen Elements annimmt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine im wesentlichen plane, konvexe, oder konkave Form annimmt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine im wesentlichen sphärische Form annimmt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine im wesentlichen asphärische Form annimmt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine Freiform annimmt, welche weder sphärisch noch asphärisch ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine facettierte Form annimmt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in einem weiteren Bereich, welcher dem Bereich in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird gegenüber liegt, zumindest in einem Teil dieses weiteren Bereichs verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine im wesentlichen plane, konvexe, oder konkave Form annimmt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine im wesentlichen sphärische Form annimmt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine im wesentlichen asphärische Form annimmt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Freiform annimmt, welche weder sphärisch noch asphärisch ist.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine facettierte Form annimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche von 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Form annimmt, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer sammelnden oder streuenden Linse aufweisen, oder welche strahlteilend, strahlformend, Strahlprofil verändernd, athermal, achromat wirken oder eine sonstige optische Wirkung und/oder Funktion haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche von 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Form annimmt, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer sphärischen Linse aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche von 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Form annimmt, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer asphärischen Linse aufweisen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes optisches Element, welches ein drittes Glas umfasst, mit dem ersten und/oder dem zweiten optischen Element in Kontakt gebracht wird und die Transformationstemperatur Tg3 des dritten Glases niedriger ist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des zweiten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs im wesentlichen die Form des zweiten optischen Elements annimmt.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des zweiten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine im wesentlichen plane, konvexe, oder konkave Form annimmt.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des zweiten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine im wesentlichen sphärische Form annimmt.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des zweiten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine im wesentlichen asphärische Form annimmt.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des zweiten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine Freiform annimmt, welche weder sphärisch noch asphärisch ist.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des zweiten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine facettierte Form annimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche von 28 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in einem weiteren Bereich, welcher dem Bereich in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des zweiten optischen Elements gebracht wird gegenüber liegt, zumindest in einem Teil dieses weiteren Bereichs verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine im wesentlichen plane, konvexe, oder konkave Form annimmt.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine im wesentlichen sphärische Form annimmt.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine im wesentlichen asphärische Form annimmt.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Freiform annimmt, welche weder sphärisch noch asphärisch ist.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine facettierte Form annimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche von 34 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Form annimmt, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer sammelnden oder streuenden Linse aufweisen, oder welche strahlteilend, strahlformend, Strahlprofil verändernd, athermal, achromat wirken oder eine sonstige optische Wirkung und/oder Funktion haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche von 34 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Form annimmt, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer sphärischen Linse aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche von 34 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Form annimmt, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer asphärischen Linse aufweisen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Glas aus der Gruppe gewählt ist, welche die Gläser Borofloat, B270, F2, LAF33, LASF43, BASF2, SF57, LASF46, LAK21, LAF32, LAF3, LASF45, LAF2, LASF44, BAF10, LAF21, LAK34, LASF41, LAK33a, LAK22, LASF31, SF2, N-FK5, SF4, LAK10, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFS11, SF1, SF19, SF10, F2, SF8, LAF7, SF4, SF64, SF5, LAF36, BAF4, SF15, BASF64, BAF3, LASF40, BAF51, LAF35, SF56, BAF52, SF6, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFK60, CSK12, CSK120, PSFn1, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89 und VC80 umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Glas aus der Gruppe gewählt ist, welche die Gläser N-SK56, N-PK52, N-PK53, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFS11, SF1, SF19, SF10, F2, PG325, PG375, PSK50, PSK100, PSK11, CaFK95, PFK85, PFK80, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFK60, CSK12, CSK120, PSFn1, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89, VC80 und Bal42 umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Glas aus der Gruppe gewählt ist, welche die Gläser N-SK56, N-PK52, N-PK53, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFS11, SF1, SF19, SF10, F2, PG325, PG375, PSK50, PSK100, PSK11, CaFK95, PFK85, PFK80, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFK60, CSK12, CSK120, PSFn1, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89, VC80 und Bal42 umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Gläser sich in deren Dispersionseigenschaften unterscheiden, vorzugsweise so dass chromatische Fehler minimiert werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Gläser sich in deren thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterscheiden, wobei insbesondere das erste Glas einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, welcher vorzugsweise auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines Halbleiter-Wafers, insbesondere eines Si-, GaAs- oder GaN-Wafers, abgestimmt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Gläser ein fluoreszierendes Glas ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Gläser sich in ihrer chemischen Beständigkeit gegen Laugen oder Säuren unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Gläser eine spektrale Transmission oder Färbung aufweist, welche von der spektralen Transmission oder Färbung der anderen Gläser verschieden ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formen der Gläser durch Pressen, Präzisions- oder Blankpressen bewirkt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein zweites optisches Element, vorzugsweise in einem geordneten Feld (Array) mit dem ersten optischen Element in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Glas des ersten und/oder des zweiten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem ein oder mehrere weitere Gläser in Kontakt gebracht werden eine Schicht aufgebracht wird, welche das Haftvermögen des ein oder mehreren weiteren Glases erhöht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Glas des ersten und/oder des zweiten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem ein oder mehrere weitere Gläser in Kontakt gebracht werden eine Schicht oder mehrere Schichten aufgebracht werden, welche einen Brechungsindex aufweisen, der das Reflexionsvermögen vermindert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich des Glases des zweiten und/oder dritten optischen Elements in Kontakt mit zumindest einem Halterungsteil gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass während und/oder nach dem in-Kontakt-bringen ein Druck auf zumindest das zweite und/oder dritte optische Element und/oder das Halterungsteil ausgeübt wird, mittels welchem eine Verformung zumindest von Teilen des zweiten und/oder dritten optischen Elements bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 55 oder 56, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas zumindest des zweiten und/oder dritten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem zumindest einen Halterungsteil gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs im wesentlichen die Form des zumindest einen Halterungsteils annimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 55 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest ein Halterungsteil ein Metall umfasst.
Vorrichtung zum Verbinden zumindest eines ersten und eines zweiten optischen Elements, insbesondere zum Ausführen eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 58, umfassend – eine Einrichtung zum Aufnehmen des ersten optischen Elementes, – eine Einrichtung zum Zusammenführen, welche dazu ausgebildet ist, zumindest das zweite optische Element mit dem ersten optischen Element in Kontakt zu bringen, und – eine Einrichtung zum Erwärmen wenigstens eines Teilbereiches zumindest des zweiten optischen Elements, wobei das erste optische Element ein erstes Glas enthält, das zweite optische Element ein zweites Glas enthält, und die Transformationstemperatur Tg1 des ersten Glases höher ist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases.
Vorrichtung nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erwärmen eine Einrichtung zum Einkoppeln von Strahlungswärme umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Druckes auf zumindest das zweite optische Element.
Vorrichtung nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Druckes eine Presse, eine Präzisions- oder eine Blankpresse umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Presswerkzeug, welches zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform eines zu formenden optischen Elementes aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine plane, konvexe oder konkave Form aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform eines zu formenden optischen Elementes mit im wesentlichen sphärischer Form aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform eines zu formenden optischen Elementes mit im wesentlichen asphärischer Form aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform eines zu formenden optischen Elementes mit einer Freiform, welche weder sphärisch noch asphärisch ist, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform eines zu formenden optischen Elementes mit einer facettierten Form aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform zumindest eines diffraktiven Elementes aufweist, welches die Wirkung einer sammelnden oder streuenden Linse aufweist, oder welche strahlteilend, strahlformend, Strahlprofil verändernd, athermal, achromat wirken oder eine sonstige optische Wirkung und/oder Funktion haben.
Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform zumindest eines diffraktiven Elementes aufweist, welches die Wirkung einer sphärischen Linse aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform zumindest eines diffraktiven Elementes aufweist, welches die Wirkung einer asphärischen Linse aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 63 bis 71, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich und/oder zumindest für einen Teil der Strahlung transparent ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, mehr als ein zweites optisches Element, vorzugsweise in einem geordneten Feld (Array) mit dem ersten optischen Element in Kontakt zu bringen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Beschichten des Glases zumindest des ersten und/oder des zweiten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem ein oder mehrere weitere Gläser in Kontakt gebracht werden.
Vorrichtung nach Anspruch 74, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Beschichten dazu ausgebildet ist, eine Schicht aufzubringen, welche das Haftvermögen des ein oder mehreren weiteren Glases erhöht.
Vorrichtung nach Anspruch 74, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Beschichten dazu ausgebildet ist, eine Schicht oder mehrere Schichten aufzubringen, welche einen Brechungsindex aufweisen, der das Reflexionsvermögen vermindert.
Optisches Verbundelement, zumindest umfassend – ein erstes optisches Element, welches ein erstes Glas mit einer Transformationstemperatur Tg1 enthält, – ein zweites optisches Element, welches ein zweites Glas mit einer Transformationstemperatur Tg2 enthält, wobei – die Transformationstemperatur Tg1 einen höheren Wert als die Transformationstemperatur Tg2 aufweist und – das zweite Glas mit dem ersten Glas entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar unter Bildung einer bleibenden Verbindung miteinander verbunden ist, insbesondere durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 58.
Optisches Verbundelement nach Anspruch 77, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Flächenbereich, entlang welchem dieses mit dem Glas des ersten optischen Elements verbunden ist, zumindest in einem Teil dieses Flächenbereichs im wesentlichen die Negativform des ersten optischen Elements aufweist.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein drittes optisches Element, welches ein drittes Glas mit einer Transformationstemperatur Tg3 umfasst, wobei die Transformationstemperatur Tg3 des dritten Glases niedriger ist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases und das dritte Glas mit dem ersten und/oder zweiten Glas entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar unter Bildung einer bleibenden Verbindung miteinander verbunden ist, insbesondere durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 58.
Optisches Verbundelement nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem Flächenbereich, entlang welchem dieses mit dem Glas des ersten und/oder zweiten optischen Elements verbunden ist, zumindest in einem Teil dieses Flächenbereichs im wesentlichen die Negativform des jeweiligen optischen Elements aufweist.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine im wesentlichen plane, konvexe, oder konkave Form aufweist.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine im wesentlichen sphärische Form aufweist.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine im wesentlichen asphärische Form aufweist.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich im wesentlichen eine Freiform aufweist, welche weder sphärisch noch asphärisch ist.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine im wesentlichen facettierte Form aufweist.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine Form aufweist, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer sammelnden oder streuenden Linse aufweisen, oder welche strahlteilend, strahlformend, Strahlprofil verändernd, athermal, achromat wirken oder eine sonstige optische Wirkung und/oder Funktion haben.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine Form aufweist, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer sphärischen Linse aufweisen.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine Form aufweist, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer asphärischen Linse aufweisen.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches zumindest ein Glas aus der Gruppe der Gläaser Borofloat, B270, F2, LAF33, LASF43, BASF2, SF57, LASF46, LAK21, LAF32, LAF3, LASF45, LAF2, LASF44, BAF10, LAF21, LAK34, LASF41, LAK33a, LAK22, LASF31, SF2, N-FK5, SF4, LAK10, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFS11, SF1, SF19, SF10, F2, SF8, LAF7, SF4, SF64, SF5, LAF36, BAF4, SF15, BASF64, BAF3, LASF40, BAF51, LAF35, SF56, BAF52, SF6, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFK60, CSK12, CSK120, PSFn1, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89 und VC80 aufweist.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches zumindest ein Glas aus der Gruppe der Gläser N-SK56, N-PK52, N-PK53, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFS11, SF1, SF19, SF10, F2, PG325, PG375, PSK50, PSK100, PSK11, CaFK95, PFK85, PFK80, CD45, PSFn3, PBK50; GFK70, LaFK60, CSK12, CSK120, PSFn1, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89, VC80 und Bal42 aufweist.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest zwei Gläser mit unterschiedlichen Dispersionseigenschaften, wobei das Verbundelement vorzugsweise dazu ausgelegt ist, chromatische Fehler zu minimieren.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest zwei Gläser mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten.
Optisches Verbundelement nach Anspruch 92, welches zumindest ein Glas umfasst, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient im wesentlichen dem eines Halbleiter-Wafers, insbesondere eines Si-, GaAs- oder GaN-Wafers, entspricht.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches zumindest ein fluoreszierendes Glas umfasst.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest zwei Gläser, welche sich in ihrer chemischen Beständigkeit gegen Laugen oder Säuren unterscheiden.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein Glas, welches eine spektrale Transmission oder Färbung aufweist, welche von der spektralen Transmission oder Färbung der anderen Gläser verschieden ist.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein gepresstes oder blankgepresstes Glas.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine Vielzahl mit dem ersten optischen Element verbundene optische Elemente, welche in einem geordnetem Feld (Array) angeordnet sind.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwischen zumindest zwei Gläsern eine Schicht angeordnet ist, welche das Haftvermögen der Gläser erhöht.
Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf einem Glas oder zwischen zwei Gläsern eine oder mehrere Schichten angeordnet sind, welche einen Brechungsindex aufweisen, der das Reflexionsvermögen vermindert.
Verfahren zum Verbinden von mindestens einem ersten und einem zweiten optischen Element, bei welchem das erste optische Element ein kristallines Material enthält, das zweite optische Element ein Glas enthält, und das kristalline Material eine Schmelztemperatur aufweist, welche über der Transformationstemperatur des Glases liegt, und zumindest das Glas des zweiten optischen Elementes erwärmt wird und in Kontakt mit dem kristallinen Material des ersten optischen Elements gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 101, dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline Material zumindest einen Kristall umfasst.
Verfahren nach Anspruch 101 oder 102, dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline Material Kalziumfluorid und/oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 101 bis 103, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas zumindest in dem Bereich, welcher mit dem kristallinen Material in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte zweite optische Element auf eine Temperatur erwärmt wird, bei welcher die Viskosität des Glases zumindest in diesem Bereich niedriger oder gleich der Viskosität ist, bei der das zweite Glas mit dem kristallinen Material eine dauerhafte, klebende Verbindung eingeht, insbesondere niedriger oder gleich einer Viskosität von etwa η < 10¹⁰ dPa s, insbesondere niedriger oder gleich einer Viskosität von etwa η < 10⁹ dPa s.
Verfahren nach einem der Ansprüche 101 bis 104, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem kristallinen Material des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs im wesentlichen die Form des ersten optischen Elements annimmt.
Optisches Verbundelement, zumindest umfassend – ein erstes optisches Element, welches ein kristallines Material enthält, – ein zweites optisches Element, welches ein Glas enthält, wobei – die Schmelztemperatur des kristallinen Materials einen höheren Wert als die Transformationstemperatur des Glases aufweist und – das Glas mit dem kristallinen Material entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar unter Bildung einer bleibenden Verbindung miteinander verbunden ist, insbesondere durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 101 bis 105.
Optisches Verbundelement nach Anspruch 106, dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline Material zumindest einen Kristall umfasst.
Optisches Verbundelement nach einem der Ansprüche 106 oder 107, dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline Material Kalziumfluorid und/oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) aufweist.
Optisches Verbundelement nach einem der Ansprüche 106 bis 108, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine im wesentlichen plane, konvexe, oder konkave Form aufweist.
Optisches Verbundelement nach einem der Ansprüche 106 bis 109, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich – eine im wesentlichen sphärische Form, – eine im wesentlichen asphärische Form, – eine im wesentlichen facettierte Form, – im wesentlichen eine Freiform, welche weder sphärisch noch asphärisch ist, oder – eine Form, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, aufweist.
Optisches Verbundelement nach einem der Ansprüche 106 bis 110, umfassend zumindest ein gepresstes oder blankgepresstes Glas.
Optisches Verbundelement nach einem der Ansprüche 106 bis 111, umfassend eine Vielzahl mit dem ersten optischen Element verbundene optische Elemente, welche in einem geordnetem Feld (Array) angeordnet sind.
Optisches System, umfassend – zumindest ein optisches Element, insbesondere als Bestandteil eines Verbundelementes nach einem der vorstehenden Ansprüche, und – zumindest ein Halterungsteil, insbesondere einen Montagering, wobei das zumindest eine optische Element entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar mit dem Halterungsteil unter Bildung einer bleibenden Verbindung verbunden ist.
Optischer Bildsensor, gekennzeichnet durch zumindest ein optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Abbildende oder beleuchtende Optik, gekennzeichnet durch zumindest ein optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Bildgebendes System, gekennzeichnet durch zumindest ein optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Kommunikationsendgerät, insbesondere Mobilfunktelefon, PDA oder MDA, gekennzeichnet durch zumindest ein optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Wafer-level Package, insbesondere umfassend eine Vielzahl elektronischer Bildsensoren, gekennzeichnet durch zumindest ein optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche.