DE112021002775T5

DE112021002775T5 - Rapid Prototyping von optischen Komponenten, insbesondere von Linsen, zur Herstellung kundenspezifischer optischer Oberflächenformen

Info

Publication number: DE112021002775T5
Application number: DE112021002775.1T
Authority: DE
Inventors: Manuel Aschwanden; David Andreas NIEDERER; Roman PATSCHEIDER; Michael Zihlmann; Christopher LANING; Marta Vidiella del Blanco
Original assignee: Optotune Switzerland AG
Current assignee: Optotune Switzerland AG
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2023-05-04
Also published as: US20230347604A1; EP4171925A1; WO2021228976A1; JP2023525151A; CN115551694A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines optischen Bauteils (1), das die folgenden Schritte umfasst:a) Bereitstellen mindestens eines Hohlraums (2), wobei der mindestens eine Hohlraum (2) auf einer ersten Seite durch eine Oberfläche (3a) eines ersten Membranbereichs (3) begrenzt ist, wobei eine Form des ersten Membranbereichs (3) einstellbar ist;b) Einfüllen eines Materials (4) in den mindestens einen Hohlraum (2) zur Bildung mindestens eines optischen Komponente (1), so dass das Material (4) eine Oberfläche (3a) des ersten Membranbereichs (3) berührt;c) Anpassen der Form des ersten Membranbereichs (3);d) Aushärten des in den mindestens einen Hohlraum (2) eingefüllten Materials (4), so dass das Material (4) eine erste Grenzfläche (z.B. eine erste optische Oberfläche) (1a) der mindestens einen optischen Komponente (1) bildet, wobei die erste Grenzfläche (1a) eine Form aufweist, die durch eine Form der Oberfläche (3a) des ersten Membranbereichs (3) definiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mindestens einer optischen Komponente. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine optische Vorrichtung mit mindestens einer optischen Komponente, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine optische Vorrichtung mit einer kundenspezifischen optischen Oberfläche sowie eine Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann.
Bei der Herstellung von optischen Komponenten, insbesondere von Linsen, stellt sich häufig die Schwierigkeit, die jeweilige Komponente effizient und ausreichend schnell zu formen und gleichzeitig eine hohe optische Qualität zu gewährleisten. Insbesondere die Verwendung herkömmlicher Formen ist relativ langsam, da solche Formen eine lange Vorlaufzeit haben, die der Zeitspanne zwischen der Festlegung der Form des Bauteils und der Fertigstellung des Bauteils entspricht. Außerdem sind etablierte Verfahren wie das Schleifen/3D-Fräsen relativ teuer und zeitaufwändig. Rapid Prototyping auf der Grundlage des 3D-Drucks ist zwar schnell und kosteneffizient, aber in der Regel von minderer Qualität, insbesondere bei Linsen.
Hiervon ausgehend besteht die durch die vorliegende Erfindung zu lösende Aufgabe darin, ein Verfahren bereitzustellen, das eine relativ schnelle und kosteneffiziente Herstellung von optischen Komponenten, wie z.B. Linsen, ermöglicht und gleichzeitig eine ausreichende optische Qualität gewährleistet.
Das Verfahren zur Herstellung mindestens einer optischen Komponente umfasst die folgenden Schritte:

a1) Bereitstellung mindestens eines Hohlraums (2)
b1) Einfüllen eines flüssigen Materials (4) in den mindestens einen Hohlraum (2)
c1) Einstellen einer Form einer ersten Oberfläche (4a) des flüssigen Materials (4),
d1) Aushärten des in den mindestens einen Hohlraum (2) eingefüllten flüssigen Materials (4), so dass das flüssige Material (4) zu einem starren Material (40) und die erste Oberfläche (4a) zu einer ersten Grenzfläche (40a) wird, wobei eine Form der ersten Grenzfläche (40a) durch die Form der ersten Oberfläche (4a) definiert wird, und entweder
e1) Formen der mindestens einen optischen Komponente mittels eines Formgebungsverfahrens, wobei die erste Grenzfläche (40a) mindestens eine Oberfläche eines Formgebungswerkzeugs bereitstellt und die Form einer optischen Oberfläche der optischen Komponente (1) mittels der ersten Grenzfläche (40a) gebildet wird, oder
e2) das optische Bauteil das starre Material (40) umfasst und die erste Grenzfläche (40a) eine optische Fläche der optischen Komponente (1) bildet.

In Verfahrensschritt a1) wird der mindestens eine Hohlraum bereitgestellt. Hier und im Folgenden ist der Hohlraum ein begrenzter Raum, der von einer oder mehreren Festkörperstrukturen begrenzt wird. Die Festkörperstrukturen können elastisch verformbar sein, wobei die Verformung der Festkörperstrukturen steuerbar ist. So kann die Form des Hohlraums einstellbar sein. Der Hohlraum ist so angeordnet, dass er eine Flüssigkeit aufnehmen kann. Der Hohlraum kann so ausgebildet sein, dass er die Flüssigkeit an allen Seiten vollständig abgrenzt. Insbesondere ist der Hohlraum flüssigkeitsdicht verschlossen. Alternativ kann der Hohlraum offen sein, um einen Durchfluss der Flüssigkeit durch den Hohlraum zu ermöglichen. Beispielsweise umfasst der Hohlraum ein Ventil, das so angeordnet ist, dass es den Fluss der Flüssigkeit in den und aus dem Hohlraum steuert. Der Hohlraum kann so beschaffen sein, dass die Flüssigkeit durch Pumpen, Konvektion oder durch Kippen oder Drehen des Hohlraums in einer vordefinierten Weise im Hohlraum bewegt wird.
In Verfahrensschritt b1) wird das flüssige Material in den mindestens einen Hohlraum eingefüllt. Hier und im Folgenden hat das flüssige Material eine maximale Viskosität von 100000 mPa s, vorzugsweise eine maximale Viskosität von 1000 mPa s, und ganz besonders bevorzugt eine maximale Viskosität von 100 mPa s. Der Hohlraum ist so angeordnet, dass er das flüssige Material auf mindestens einer Seite begrenzt. Gemäß einer ersten Alternative kann der Hohlraum vollständig mit dem flüssigen Material gefüllt sein. Nach einer zweiten Alternative ist der Hohlraum teilweise mit dem flüssigen Material gefüllt und zusätzlich ist der Hohlraum mit einem Fluid (gasförmig oder flüssig) gefüllt, wobei das Fluid und das flüssige Material nicht mischbar sind oder unterschiedliche Dichten haben. Somit sind das flüssige Material und das Fluid innerhalb des Hohlraums getrennt.
Gemäß einer Ausführungsform kann das flüssige Material auf einem Träger bereitgestellt werden, wobei in Verfahrensschritt b1) der Träger in dem Hohlraum angeordnet ist oder die den Hohlraum begrenzenden Festkörperstrukturen den Träger aufweisen. Insbesondere ist das flüssige Material auf einer Fläche des Trägers angeordnet, wobei die Fläche gewölbt ist, Nanostrukturen aufweist, Vorsprünge aufweist und/oder Vertiefungen aufweist. Der Träger ist insbesondere ein Wafer, vorzugsweise aus Silizium, Keramik oder Glas.
Insbesondere ist der Hohlraum an einer weiteren Seite offen, und an der weiteren Seite grenzt das flüssige Material an ein fluides (gasförmiges oder flüssiges) Material. Insbesondere kann das fluide Material unter Umgebungsdruck stehen.
Ein Reservoir mit dem flüssigen Material kann mit dem Hohlraum verbunden sein. Der Hohlraum kann eine Öffnung aufweisen, durch die das flüssige Material in den und aus dem Hohlraum fließt. Insbesondere kann der Fluss des flüssigen Materials in dem Hohlraum kontinuierlich gesteuert werden. Insbesondere wird das flüssige Material gepumpt, um das flüssige Material innerhalb des Hohlraums umzuwälzen oder das flüssige Material durch den Hohlraum fließen zu lassen, wobei die Bewegung des flüssigen Materials über die Konvektionsströmung hinausgeht.
In einem Verfahrensschritt b2), der nach Verfahrensschritt b1) durchgeführt wird, kann der Hohlraum verschlossen werden. So kann eine Öffnung, durch die das flüssige Material in den Hohlraum eingefüllt wird, verschlossen werden. Insbesondere wird der Hohlraum verschlossen, indem eine flexible Membran auf einer von dem flüssigen Material gebildeten ersten Oberfläche angeordnet wird, wobei die flexible Membran an das flüssige Material angrenzt. Beispielsweise kann der Hohlraum verschlossen werden, indem ein Teilbereich des flüssigen Materials ausgehärtet wird, wodurch das flüssige Material in diesem Teilbereich starr wird.
In dem Verfahrensschritt c1) wird die Form einer ersten Oberfläche des flüssigen Materials angepasst. Die erste Oberfläche kann an ein flüssiges Material angrenzen. Die Form der ersten Oberfläche kann durch die Steuerung eines Kontaktwinkels des flüssigen Materials in Bezug auf Strukturen, die den Hohlraum begrenzen, eingestellt werden. Die Form der ersten Oberfläche kann mit Hilfe eines kontinuierlichen Luftstroms gesteuert werden, der lokal Druck auf die erste Oberfläche ausübt. Insbesondere wird das Volumen des Hohlraums im Verfahrensschritt c1) eingestellt. Der Hohlraum ist beispielsweise mit einem Reservoir verbunden, das das flüssige Material enthält. Beim Einstellen der Form der ersten Oberfläche kann das flüssige Material zwischen dem Reservoir und dem Hohlraum fließen. Die Form der ersten Oberfläche kann durch Einstellen des relativen Drucks zwischen dem flüssigen Material und einem fluiden Material, das an die erste Oberfläche angrenzt, eingestellt werden. Die Form der ersten Oberfläche kann durch Einstellen des Volumens des Hohlraums eingestellt werden. Insbesondere kann der erste/zweite Membranbereich eine ungleichmäßige Steifigkeit aufweisen. Insbesondere wird der erste/zweite Membranbereich asphärisch geformt, wenn die Form des ersten/zweiten Membranbereichs durch einen unterschiedlichen Druck an gegenüberliegenden Seiten der Membran verändert wird. Die Steifigkeit des ersten/zweiten Membranbereichs kann anisotrop sein. Insbesondere kann der erste/zweite Membranbereich eine ungleichmäßige Dicke aufweisen, was zu der ungleichmäßigen Steifigkeit des ersten/zweiten Membranbereichs führt.
In einem Verfahrensschritt d1) wird das flüssige Material ausgehärtet, so dass das flüssige Material zu einem starren Material wird und die erste Oberfläche zu einer ersten Grenzfläche wird, wobei die erste Grenzfläche im Wesentlichen die gleiche Form aufweist wie die erste Oberfläche, die in Verfahrensschritt c1) definiert ist. Hier und im Folgenden weist das starre Material eine Mindestviskosität von 100000 mPa s, vorzugsweise eine Mindestviskosität von 1000000 mPa s und besonders bevorzugt eine Mindestviskosität von 10000000 mPa s auf.
Die Aushärtung des flüssigen Materials erfolgt z. B. durch UV-Strahlung, wobei die UV-Strahlung auf Teilbereiche des flüssigen Materials aufgebracht wird. Das flüssige Material kann thermisch härtbar sein, zum Beispiel durch Abkühlen des flüssigen Materials unter eine Schmelztemperatur oder durch Erhitzen des flüssigen Materials über eine Härtungstemperatur.
Insbesondere werden die Teilregionen nacheinander der UV-Strahlung ausgesetzt.
Insbesondere wird die UV-Strahlung so appliziert, dass während der Aushärtung ein Einschluss von flüssigem Material in bereits ausgehärtetem starrem Material vermieden wird. Beispielsweise wird zunächst ein zentraler Teilbereich des flüssigen Materials belichtet und Teilbereiche, die den zentralen Teilbereich umgeben, werden nacheinander belichtet. Vorteilhaft ist, dass mechanische Spannungen, Risse und Blasen im starren Material reduziert werden. Beispielsweise wird die UV-Strahlung ausgehend von einem zentralen Teilbereich appliziert, wobei die nachfolgend zu belichtenden Teilbereiche radial um den zentralen Teilbereich angeordnet sind. Die UV-Strahlung wird z. B. in Punktform aufgebracht, wobei der Durchmesser des Punktes sukzessive vergrößert wird. Die Punktform, deren Lage und Größe kann mit Hilfe einer abstimmbaren optischen Komponente, wie einer abstimmbaren Linse, einem abstimmbaren Spiegel oder einem abstimmbaren Prisma, gesteuert werden.
Das flüssige Material kann schichtweise ausgehärtet werden, wobei Schichten des flüssigen Materials nacheinander ausgehärtet werden. Insbesondere weisen die Schichten eine Haupterstreckungsrichtung auf, die senkrecht zur optischen Achse der optischen Komponente verläuft. Insbesondere wird die Schicht, die die erste Oberfläche und/oder die zweite Oberfläche aufweist, als letzte Schicht ausgehärtet.
Insbesondere umfasst der Hohlraum einen Kompensationsbereich oder es schließt sich ein Kompensationsbereich an den Hohlraum an. Der Kompensationsbereich steht in Flüssigkeitsverbindung mit dem Teil des flüssigen Materials, der bei Verfahrensschritt d1) ausgehärtet wird. Der Kompensationsbereich hat ein variables Volumen, so dass Volumenänderungen während des Aushärtens des flüssigen Materials in dem Hohlraum durch Volumenänderungen des Kompensationsbereichs kompensiert werden. Insbesondere kann der Kompensationsbereich zur Umgebung hin offen gestaltet sein, so dass Volumenänderungen im Kompensationsbereich durch in den Kompensationsbereich einströmende Umgebungsluft kompensiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Form der ersten Oberfläche verändert, während das flüssige Material aushärtet. Beispielsweise wird ein erster Teilbereich des flüssigen Materials ausgehärtet, um zu einem starren Material zu werden, während in anderen Teilbereichen des Hohlraums das flüssige Material nicht ausgehärtet wird. Eine Position des starren Materials in der Kavität wird manipuliert, um die Form der ersten Oberfläche zu verändern, bevor die weiteren Teilbereiche des flüssigen Materials ausgehärtet werden. Nachdem der erste Teilbereich der UV-Strahlung ausgesetzt wurde, drückt beispielsweise ein Stift gegen das starre Material, um die Position des starren Materials zu verändern, wodurch die Form der ersten Oberfläche verändert wird.
Insbesondere wird die Temperatur der festen Strukturen, die den Hohlraum einschließen, und/oder des flüssigen Materials im Hohlraum gesteuert. Insbesondere kann die Aushärtung des flüssigen Materials durch Steuerung der Temperatur des flüssigen Materials in dem Hohlraum lokal initialisiert, verzögert oder beschleunigt werden. Insbesondere wird während des Aushärtens des flüssigen Materials im Verfahrensschritt d1) eine Temperaturverteilung im flüssigen Material überwacht.
Gemäß einer ersten Alternative wird in einem Verfahrensschritt e1) die optische Komponente mittels eines Abformverfahrens hergestellt, wobei ein Abformwerkzeug das starre Material umfasst. Insbesondere definiert das Abformwerkzeug die Form der optischen Komponente, wobei die erste Grenzfläche die Form einer optischen Oberfläche der optischen Komponente definiert. Während des Formgebungsprozesses liegt die erste Grenzfläche an der hergestellten optischen Komponente an. Die erste Grenzfläche stellt ein Gegenstück zu einer optischen Oberfläche der optischen Komponente dar.
Das starre Material kann für elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich undurchlässig sein. Vorteilhafterweise kann das starre Material im Hinblick auf Klebeeigenschaften und mechanische Eigenschaften optimiert werden, wobei die optischen Eigenschaften des starren Materials vernachlässigt werden können. Somit impliziert der Verfahrensschritt e1) weniger Einschränkungen bei der Materialwahl für das starre Material.
Nach einer zweiten Alternative in einem Verfahrensschritt e2) besteht die optische Komponente aus dem starren Material. Insbesondere besteht die optische Komponente aus dem starren Material. Die erste Grenzfläche umfasst eine optische Oberfläche der optischen Komponente. Die optische Komponente kann eine refraktive optische Komponente sein, wobei die optische Komponente dazu eingerichtet ist, mit Licht zu interagieren, indem es die optische Oberfläche mit einer bestimmten Form und einer bestimmten Änderung des Brechungsindexes versieht. Insbesondere ist das starre Material im Wesentlichen transparent für das Licht.
Alternativ kann das optische Bauteil ein reflektierendes optisches Bauteil sein, bei dem die optische Oberfläche so angeordnet ist, dass sie elektromagnetische Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs reflektiert. Insbesondere kann eine Metallisierung auf die erste Grenzfläche aufgebracht werden, um die Reflektivität der optischen Oberfläche zu gewährleisten. Die Metallisierung und die Form der ersten Grenzfläche können die optischen Eigenschaften der optischen Oberfläche bestimmen. Insbesondere kann das starre Material für die elektromagnetische Strahlung, die mit dem optischen Bauteil wechselwirken soll, undurchsichtig sein.
Gemäß einer Ausführungsform wird in einem Verfahrensschritt f2), der nach dem Verfahrensschritt d1) durchgeführt wird, das starre Material aus dem Hohlraum gelöst. Insbesondere wird das starre Material aus dem Hohlraum herausgedrückt, indem der Druck in dem Hohlraum erhöht und/oder der Druck in einem an den Hohlraum angrenzenden Bereich verringert wird.
Insbesondere kann die Aushärtung des flüssigen Materials so gesteuert werden, dass nach Verfahrensschritt d1) eine Schicht aus flüssigem Material an das starre Material angrenzt. Insbesondere kann eine solche Schicht aus flüssigem Material zwischen festen Strukturen, die den Hohlraum begrenzen, und dem starren Material angeordnet sein, was das Lösen des starren Materials aus dem Hohlraum vereinfacht. Insbesondere wird das flüssige Material nach dem Aushärten in Verfahrensschritt d1) aus dem Hohlraum entfernt, vorzugsweise bevor das starre Material aus dem Hohlraum gelöst wird.
Der Hohlraum kann eine Antihaftschicht oder eine Opferschicht enthalten, um die Freisetzung des starren Materials zu erleichtern. Falls der Hohlraum durch einen Membranbereich begrenzt ist, kann der Membranbereich entfernt, aufgelöst oder zerrissen werden, wenn das starre Material aus dem Hohlraum gelöst wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird das starre Material in einem Verfahrensschritt f3) nach dem Verfahrensschritt d1) nachbearbeitet. Die Nachbearbeitung umfasst zum Beispiel mindestens eines der folgenden Verfahren:

- Das starre Material wird einer UV-Strahlung ausgesetzt;
- Härten des starren Materials;
- Beschichtung des starren Materials mit einer kratzfesten Beschichtung, einer optischen Filterbeschichtung, einer Antireflexionsbeschichtung oder einer reflektierenden Beschichtung;
- Das starre Material wird einem Vakuum ausgesetzt.

Die Nachbearbeitung kann insbesondere die Bearbeitung des Randbereichs des starren Materials umfassen. Der Randbereich ist der Teil des starren Materials, der die Außenkontur des starren Materials in der Draufsicht auf die erste Grenzfläche definiert. Die Bearbeitung des Randbereichs kann additive Verfahren wie Beschichtung oder Schwärzung des Randbereichs umfassen. Die Bearbeitung des Randbereichs kann Konversionsprozesse umfassen, bei denen der Randbereich oxidiert oder plasmabehandelt wird. Die Bearbeitung des Randbereichs kann subtraktive Verfahren umfassen, bei denen Teile des starren Materials entfernt werden, zum Beispiel durch Ätzen, Fräsen, Stanzen oder Schneiden.
Gemäß einer Ausführungsform
wird in Verfahrensschritt a1) der mindestens eine Hohlraum (2) auf einer ersten Seite durch eine Oberfläche (3a) eines ersten Membranbereichs (3) begrenzt, wobei eine Form des ersten Membranbereichs (3) einstellbar ist;
wird in Verfahrensschritt b1) das flüssige Material (4) in den mindestens einen Hohlraum (2) eingefüllt, so dass das flüssige Material (4) die Oberfläche (3a) des ersten Membranbereichs (3) berührt;
in Verfahrensschritt c1) wird die Form der ersten Oberfläche (4a) des flüssigen Materials durch Anpassen der Form des ersten Membranbereichs (3) eingestellt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung mindestens einer optischen Komponente die folgenden Schritte:

a1) Bereitstellen mindestens eines Hohlraums, wobei der mindestens eine Hohlraum auf mindestens einer ersten Seite durch eine Oberfläche eines ersten Membranbereichs begrenzt ist, wobei eine Form (und/oder eine Position) des ersten Membranbereichs einstellbar ist (zum Beispiel durch Formen der ersten Membran in eine gewünschte Form);
b1) Einfüllen eines flüssigen Materials in den mindestens einen Hohlraum zur Bildung mindestens einer optischen Komponente, wobei das flüssige Material eine erste Oberfläche des ersten Membranbereichs berührt;
c1) Anpassen der Form des ersten Membranbereichs;
d1) Aushärten des in den mindestens einen Hohlraum eingefüllten flüssigen Materials, so dass das ausgehärtete flüssige Material eine erste Grenzfläche der mindestens einen optischen Komponente bildet, wobei die erste Grenzfläche eine Form aufweist, die durch eine Form der ersten Oberfläche des ersten Membranbereichs definiert ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine optische Komponente eine Linse und die optische Oberfläche ist eine brechende Oberfläche der Linse. Insbesondere kann die erste Grenzfläche eine erste optische Oberfläche der mindestens einen optischen Komponente bilden. Die eigentliche erste optische Oberfläche der mindestens einen optischen Komponente kann aber auch durch eine Beschichtung oder eine auf der ersten Grenzfläche angeordnete Schicht gebildet werden. Insbesondere kann der erste Membranbereich auf dem starren Material verbleiben. In diesem Fall hat der erste Membranbereich vorzugsweise den gleichen Brechungsindex wie das ausgehärtete starre Material.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das starre Material vorzugsweise transparent, wenn es ausgehärtet ist. Ferner ist das flüssige Material vorzugsweise zunächst in einem flüssigen Zustand, wenn es in den mindestens einen Hohlraum gefüllt wird.
Ferner wird gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens in Schritt a) der mindestens eine Hohlraum durch eine in einer Maske ausgebildete Öffnung gebildet, wobei der erste Membranbereich mit der Maske verbunden ist und die Öffnung abdeckt, um den mindestens einen Hohlraum auf der ersten Seite zu begrenzen.
In einer Ausführungsform umfasst die Öffnung der Maske eines der folgenden Elemente: eine kreisförmige Kontur, eine nicht-kreisförmige Kontur, eine elliptische Kontur, eine polygonale Kontur.
In einer Ausführungsform definiert die Kontur der Öffnung eine Kontur der mindestens einen optischen Komponente (z. B. der Linse). Insbesondere kann der Durchmesser der Öffnung weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm, betragen.
Außerdem bildet die Maske bei einer Ausführungsform eine Seitenwand des mindestens einen Hohlraums.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Maske mindestens einen Kanal (oder eine Vielzahl von Kanälen), durch den/die der mindestens eine Hohlraum in Schritt b1) mit dem flüssigen Material gefüllt wird.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Anmeldung trägt die Maske nach dem Aushärten des flüssigen Materials die mindestens eine optische Komponente.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Verfahrensschritt e1), wobei die Adhäsion der optischen Komponente an der ersten Grenzfläche durch eine auf die erste Grenzfläche aufgebrachte Beschichtung oder die zwischen der ersten Grenzfläche und der optischen Komponente angeordnete Membran oder durch eine mittels der ersten Grenzfläche gebildete Nanostruktur reduziert wird. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Verfahrensschritt e2), wobei die Reflexion von Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich an der ersten Grenzfläche mittels einer auf die erste Grenzfläche oder die Membran aufgebrachten Beschichtung oder mittels einer mittels der ersten Grenzfläche gebildeten Nanostruktur reduziert wird.
Darüber hinaus wird in einer Ausführungsform nach dem Aushärten des flüssigen Materials in Schritt d1) der erste Membranbereich zumindest teilweise oder vollständig von der Maske entfernt und die erste Grenzfläche wird beschichtet und/oder bildet eine erste optische Oberfläche der mindestens einen optischen Komponente. In einer alternativen Ausführungsform verbleibt der erste Membranbereich nach dem Aushärten des flüssigen Materials auf dem ausgehärteten Material (d. h. auf der ersten Grenzfläche) und wird beschichtet und/oder bildet eine erste optische Oberfläche der mindestens einen optischen Komponente.
Dies bedeutet, dass die erste Grenzfläche die endgültige erste optische Grenzfläche bilden kann oder dass die endgültige erste optische Oberfläche durch eine auf der ersten Grenzfläche angeordnete Schicht (z. B. Beschichtung) gebildet wird.
Insbesondere kann die erste optische Oberfläche durch den ersten Membranbereich oder eine darauf angeordnete Schicht (z. B. Beschichtung) gebildet werden.
Insbesondere kann eine teilweise Entfernung des ersten Membranbereichs bedeuten, dass nur eine Schicht (z. B. eine Trägerschicht, siehe z. B. unten) des ersten Membranbereichs entfernt wird und eine andere Schicht (z. B. Schicht) des ersten Membranbereichs auf der ersten Grenzfläche verbleibt.
Ferner umfasst die Maske, insbesondere zur Bereitstellung des mindestens einen Kanals (oder einer Vielzahl von Kanälen) zum Einfüllen des flüssigen Materials in den mindestens einen Hohlraum, einen ersten und einen zweiten Teil, wobei der mindestens eine Kanal zwischen dem ersten und dem zweiten Teil ausgebildet ist. Insbesondere können der erste und der zweite Teil der Maske jeweils als Platte ausgebildet sein, die zur Bildung des jeweiligen Kanals in direkten Kontakt miteinander gebracht werden oder in enge Nähe zueinander gebracht werden. Insbesondere weisen der erste und der zweite Teil eine Haupterstreckungsrichtung auf, die im Wesentlichen parallel zur ersten Membran verläuft. Insbesondere zur Abtrennung der mindestens einen optischen Komponente in Schritt d) können die beiden Teile (z.B. Platten) voneinander entfernt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Maske außerdem flexibel. Da die Maske flexibel ist, kann sie leicht verformt werden, um den ersten Membranbereich in eine gewünschte Form zu bringen, um die Oberfläche des ersten Membranbereichs und damit die erste Grenzfläche (insbesondere die erste optische Grenzfläche) des mindestens einen optischen Bauteils, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden soll, anzupassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist die Öffnung der Maske von einem transparenten Umfangsteil der Maske umgeben, insbesondere um eine seitliche Oberfläche der mindestens einen optischen Komponente (z.B. Linse) zu definieren, wenn das flüssige Material gehärtet wurde (z.B. in Schritt d)).
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Verfahrensschritt e2) und ein optisches Element wird in Schritt a) auf einer von der ersten Oberfläche abgewandten Seite der Maske vorgesehen. Insbesondere wird das optische Element in Schritt a) auf einer von dem ersten Membranbereich abgewandten Seite der Maske vorgesehen, so dass insbesondere der mindestens eine Hohlraum zwischen dem ersten Membranbereich und dem optischen Element angeordnet ist.
Insbesondere weist das optische Element in einer Ausführungsform einen Brechungsindex auf, der gleich dem Brechungsindex des starren Materials ist. In einer Ausführungsform bestehen das optische Element und das starre Material vorzugsweise aus demselben Material. Vorzugsweise wird das optische Element mit dem starren Material verbunden, wenn das flüssige Material ausgehärtet wird (z. B. in Schritt d1)).
In einer Ausführungsform weist das optische Element eine gekrümmte optische Oberfläche auf, die von dem in den mindestens einen Hohlraum eingefüllten flüssigen Material abgewandt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens, die den Verfahrensschritt e2) umfasst, wird in Verfahrensschritt a1) der mindestens eine Hohlraum auf einer zweiten Seite, die der ersten Seite gegenüberliegt, durch eine Oberfläche eines zweiten Membranbereichs begrenzt, wobei eine Form (und/oder Position) des zweiten Membranbereichs einstellbar ist (zum Beispiel durch Formen des zweiten Membranbereichs in eine gewünschte Form). Somit ermöglicht der zweite Membranbereich die Einstellung der Form einer zweiten Grenzfläche (z. B. der optischen Oberfläche) der mindestens einen optischen Komponente.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt b1) ferner das Einfüllen des flüssigen Materials in den mindestens einen Hohlraum, so dass das flüssige Material auch die Oberfläche des zweiten Membranbereichs berührt.
Gemäß der genannten Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt c1) ferner die Anpassung der Form des zweiten Membranbereichs.
Gemäß der genannten Ausführungsform umfasst Schritt d1) ferner das Aushärten des in den mindestens einen Hohlraum eingefüllten flüssigen Materials, so dass das flüssige Material eine zweite Grenzfläche (z. B. optische Oberfläche) der mindestens einen optischen Komponente bildet, wobei die zweite Grenzfläche eine Form aufweist, die durch die angepasste Form der Oberfläche des zweiten Membranbereichs definiert ist.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens mit Verfahrensschritt e2) umfasst Schritt a1) ferner die Bereitstellung eines Trägers. Der Träger kann Teil der Festkörperstruktur sein, die den Hohlraum einschließt.
Insbesondere umfasst der Verfahrensschritt d1) ferner das Entfernen des Trägers von der mindestens einen optischen Komponente nach dem Aushärten des flüssigen Materials.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens bildet der Träger nach dem Aushärten des flüssigen Materials in Schritt d1) eine Halterung für die mindestens eine optische Komponente.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Träger eine Leiterplatte. Dies ist vorteilhaft, da die optische Komponente direkt in Bezug auf eine weitere Komponente auf der Leiterplatte positioniert werden kann, die mit der optischen Komponente zusammenwirkt.
Vorzugsweise umfasst der Träger gemäß einer weiteren Ausführungsform mindestens eine Öffnung, die mit der ersten Oberfläche, insbesondere mit dem ersten Membranbereich, und dem mindestens einen Hohlraum ausgerichtet sein kann, wobei in Schritt b1) das flüssige Material vorzugsweise auch in die mindestens eine Öffnung eingefüllt wird, um die mindestens eine optische Komponente formschlüssig mit dem Träger zu verbinden, wenn das flüssige Material ausgehärtet ist. Insbesondere umfasst Schritt d1) ferner das Aushärten des in den mindestens einen Hohlraum und die mindestens eine Öffnung des Trägers eingefüllten flüssigen Materials zum formschlüssigen Verbinden der mindestens einen optischen Komponente mit dem Träger.
Vorteilhafterweise wird gemäß einer weiteren Ausführungsform die mindestens eine Öffnung des Trägers als Apertur der mindestens einen optischen Komponente verwendet.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Träger anstelle einer Öffnung im Träger auch ein transparenter Träger sein. Der transparente Träger kann aus Glas oder einem Polymer bestehen; vorzugsweise besteht der transparente Träger aus demselben Material wie das starre Material. Der Träger weist eine erste Seite auf, die dem flüssigen Material zugewandt ist, das in Verfahrensschritt b1) in den Hohlraum gefüllt wird, und eine zweite Seite, die von der ersten Seite des Trägers abgewandt ist. Insbesondere ist die zweite Seite des Trägers dem zweiten Membranbereich zugewandt (siehe auch unten).
Insbesondere ist der transparente Träger durchgehend, und der transparente Träger trennt den mindestens einen Hohlraum in einen ersten Bereich, der sich von der ersten Seite des Trägers weg erstreckt, und einen zweiten Bereich, der sich von der zweiten Seite des Trägers weg erstreckt. Insbesondere ist der erste Bereich zwischen dem ersten Membranbereich und der ersten Seite des Trägers angeordnet und der zweite Bereich ist zwischen dem zweiten Membranbereich und der zweiten Seite des Trägers angeordnet.
Darüber hinaus umfasst Schritt b1) das Einfüllen des flüssigen Materials in den ersten Bereich des mindestens einen Hohlraums, so dass das flüssige Material auch die erste Seite des Trägers berührt.
Insbesondere umfasst Schritt d1) gemäß der genannten Ausführungsform ferner das Aushärten des in den ersten Bereich des mindestens einen Hohlraums eingefüllten flüssigen Materials, so dass das starre Material mit der ersten Seite des Trägers verbunden wird.
Insbesondere das Aufbringen des flüssigen Materials auf beiden Seiten des Trägers und das Anpassen der Form der ersten und zweiten Oberfläche, insbesondere das Anpassen der ersten und zweiten Membranbereiche, sowie das Aushärten des flüssigen Materials auf beiden Seiten des Trägers kann in unabhängigen Prozessschritten erfolgen, d.h., in den Schritten b1), c1) und d1) wird das flüssige Material auf der ersten Seite des Trägers verarbeitet, während das flüssige Material auf der zweiten Seite des Trägers in den weiteren Schritten b2), c2) und d2) verarbeitet werden kann, d.h., in einer entsprechenden Ausführungsform umfasst das Verfahren die weiteren Schritte:

b2) Einfüllen des flüssigen Materials in den zweiten Bereich des mindestens einen Hohlraums, so dass das flüssige Material die zweite Seite des Trägers, insbesondere eine Oberfläche des zweiten Membranbereichs, berührt,
c2) Anpassen der Form der zweiten Oberfläche des flüssigen Materials in der zweiten Region;
d2) Aushärten des in den zweiten Bereich des mindestens einen Hohlraums eingefüllten Materials, so dass das flüssige Material zu einem starren Material wird und die zweite Oberfläche zu einer zweiten Grenzfläche wird, wobei eine Form der zweiten Grenzfläche durch die Form der zweiten Oberfläche definiert wird, und so dass das starre Material mit der zweiten Seite des Trägers verbunden wird. Insbesondere bildet die zweite Grenzfläche eine optische Oberfläche der mindestens einen optischen Komponente. Die zweite Grenzfläche kann eine Form aufweisen, die durch die angepasste Form der Oberfläche des zweiten Membranbereichs definiert ist.

Darüber hinaus umfasst der erste Membranbereich gemäß einer Ausführungsform eine Antireflexionsoberfläche (AR-Oberfläche). Gemäß einer Ausführungsform ist die AR-Oberfläche auf einer Seite des ersten Membranbereichs angeordnet, die von dem starren Material der mindestens einen optischen Komponente abgewandt ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst der erste Membranbereich eine Oberflächenstruktur, insbesondere eine Nanostruktur, die auf einer Seite des ersten Membranbereichs angeordnet ist, die dem starren Material der mindestens einen optischen Komponente zugewandt ist. Insbesondere bewirkt die Oberflächenstruktur, dass die erste optische Oberfläche eine erste optische Antireflexionsoberfläche ist, wenn der erste Membranbereich aus dem gehärteten flüssigen Material entfernt wird.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst der erste Membranbereich eine Antireflexionsschicht (AR-Schicht), die auf einer Seite einer Trägerschicht des ersten Membranbereichs angeordnet ist, die dem flüssigen/starren Material der mindestens einen optischen Komponente zugewandt ist, wobei die AR-Schicht einen Brechungsindex zwischen dem Brechungsindex des starren Materials und dem Brechungsindex von Luft aufweist, wobei nach dem Aushärten des flüssigen Materials die Trägerschicht des ersten Membranbereichs entfernt wird und die AR-Schicht auf dem ausgehärteten Material, insbesondere auf der mindestens einen optischen Komponente, verbleibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die AR-Schicht eine Nanostruktur. Bei der jeweiligen Nanostruktur kann es sich um eine antireflektierende Mottenaugenstruktur handeln, d. h. eine Anordnung, die eine Vielzahl von Vorsprüngen umfasst, wobei jeder Vorsprung eine Abmessung aufweist, die kleiner ist als die Wellenlänge des auf ihn einfallenden Lichts. Die Vorsprünge bilden einen Bereich mit abgestuftem Brechungsindex an der Grenzfläche zwischen zwei Medien, wodurch die Menge des von der Grenzfläche reflektierten Lichts erheblich reduziert wird.
Insbesondere kann der zweite Membranbereich in gleicher Weise eine AR-Schicht umfassen, die analog zu den für den ersten Membranbereich beschriebenen Ausführungsformen gebildet werden kann.
Weiterhin kann gemäß einer Ausführungsform der erste Membranbereich auf einer dem starren Material der mindestens einen optischen Komponente abgewandten Seite eine kratzfeste Schicht aufweisen. Dabei verbleibt der erste Membranbereich insbesondere an der ersten Grenzfläche und bildet insbesondere die erste optische Oberfläche.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann der erste Membranbereich ferner eine kratzfeste Schicht aufweisen, die auf einer dem ausgehärteten Material zugewandten Seite einer Trägerschicht des ersten Membranbereichs angeordnet ist. Hier wird insbesondere nach dem Aushärten des flüssigen Materials die Trägerschicht des ersten Membranbereichs entfernt und die kratzfeste Schicht verbleibt an der ersten Grenzfläche und bildet insbesondere die erste optische Oberfläche.
Der zweite Membranbereich kann in analoger Weise verwendet werden, um eine kratzfeste Schicht auf der zweiten optischen Oberfläche zu erzeugen.
Insbesondere wird in allen Ausführungsformen das flüssige Material in den mindestens einen Hohlraum (insbesondere in den ersten und/oder zweiten Bereich des mindestens einen Hohlraums) in flüssigem Zustand eingefüllt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst Schritt b) des Verfahrens ferner die Entgasung des flüssigen Materials nach dem Einfüllen des flüssigen Materials in den mindestens einen Hohlraum (insbesondere nach dem Einfüllen des flüssigen Materials in den ersten und/oder zweiten Bereich des mindestens einen Hohlraums).
Das flüssige Material kann entgast werden, insbesondere nach dem Einfüllen des flüssigen Materials in den Hohlraum. Die Entgasung des flüssigen Materials kann durch Verringerung des Drucks des flüssigen Materials erfolgen, beispielsweise durch Verringerung des Drucks des angrenzenden flüssigen Materials. Insbesondere ist ein Hohlraum so angeordnet, dass das flüssige Material zur Entgasung mit Ultraschall beaufschlagt wird. Das Gas, das sich während der Entgasung des flüssigen Materials vom flüssigen Material trennt, kann in einem bestimmten Bereich des Hohlraums eingeschlossen werden. Insbesondere können Schwerkraft- und/oder Zentrifugalkräfte genutzt werden, um das Gas in den dafür vorgesehenen Bereich zu bewegen. Das sich vom flüssigen Material abscheidende Gas kann durch eine kontinuierliche Strömung des flüssigen Materials im Hohlraum in den dafür vorgesehenen Bereich bewegt werden. Alternativ kann das Gas, das sich während der Entgasung vom flüssigen Material ablöst, aus dem Hohlraum entfernt werden. Beispielsweise kann das von der Flüssigkeit abgetrennte Gas den Hohlraum an der weiteren, offenen Seite verlassen.
Hinsichtlich der Anpassung der Form des jeweiligen Membranbereichs, der verwendet wird, um die Form der jeweiligen Grenzfläche / optischen Oberfläche der mindestens einen optischen Komponente zu definieren, können gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedene Techniken verwendet werden. Insbesondere umfasst der Verfahrensschritt c1) und/oder c2) mindestens eine der folgenden Maßnahmen:

- Verformung der Maske (insbesondere ermöglicht die Verformung der Maske die Einstellung des Astigmatismus und des Prismas der mindestens einen optischen Komponente);
- Anwendung von Druck auf die Maske an mehreren Stellen der Maske gleichzeitig;
- Einstellen eines Drucks des flüssigen Materials und/oder eines Umgebungsdrucks außerhalb des mindestens einen Hohlraums;
- Saugen oder Drücken des ersten Membranbereichs in ein Formwerkzeug und/oder Saugen oder Drücken des zweiten Membranbereichs in ein Formwerkzeug;
- Schieben eines Masters gegen den ersten Membranbereich und/oder Schieben eines Masters gegen den zweiten Membranbereich (der Master kann durch ein Glaselement gebildet werden, insbesondere wird ein flacher Master (z. B. ein flaches Glaselement) gegen den ersten Membranbereich geschoben, um den ersten Membranbereich zu kippen, um das mindestens eine optische Bauteil zu einem Prisma zu formen);
- Änderung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Maske;
- Ändern des Abstands zwischen dem ersten Membranbereich und dem zweiten Membranbereich
- Rotieren des flüssigen Materials, so dass die Form der ersten und/oder zweiten (4b) Oberfläche zumindest teilweise durch eine auf das flüssige Material ausgeübte Zentrifugalkraft bestimmt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Verfahrensschritt c1), c2), d1) und/oder d2) eine Form der ersten und/oder zweiten Oberfläche gemessen. Insbesondere wird eine Form des ersten Membranbereichs gemessen (z.B. im Reflexionsmodus oder im Transmissionsmodus), nachdem die Form der Oberfläche des ersten Membranbereichs eingestellt wurde. Dementsprechend kann auch die Form des zweiten Membranbereichs gemessen werden (z. B. im Reflexionsmodus oder im Transmissionsmodus).
Eine Messeinheit kann zur Messung der Form der ersten und/oder zweiten Oberfläche eingerichtet sein. Insbesondere wird die Form der ersten/zweiten Oberfläche durch einen geschlossenen Regelkreis eingestellt. Die Messeinheit kann einen Shack-Hartmann-Sensor umfassen. Insbesondere kann der Shack-Hartmann-Sensor eine abstimmbare optisches Komponente, wie eine abstimmbare Linse oder ein abstimmbares Prisma zur Beleuchtung oder Abbildung, umfassen.
Insbesondere ist die Messeinheit so angeordnet, dass sie eine relative Abweichung der Form der ersten/zweiten Oberfläche gegenüber der Form einer Referenzlinse misst. Die Messeinheit kann ein Einzelpunktsystem umfassen, das so angeordnet ist, dass es die Ablenkung eines einzelnen Punktes der ersten/zweiten Oberfläche misst. Insbesondere kann die Messeinheit so eingerichtet sein, dass sie eine Punktwolke der Ablenkung der ersten/zweiten Oberfläche erzeugt. Zum Beispiel umfasst die Messeinheit einen Projektor, der so angeordnet ist, dass er ein Gittermuster auf die erste/zweite Oberfläche projiziert, wobei die Messeinheit so angeordnet ist, dass sie die Form der ersten/zweiten Oberfläche durch Abbildung des projizierten Gittermusters bestimmt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Form der ersten Oberfläche (4a) und/oder der zweiten Oberfläche (4b) iterativ eingestellt. Insbesondere wird die Form der ersten und der zweiten Oberfläche gleichzeitig oder abwechselnd gemessen und eingestellt. Ferner wird gemäß einer Ausführungsform die Form des ersten und des zweiten Membranbereichs iterativ eingestellt, wobei die Form des ersten und des zweiten Membranbereichs gleichzeitig oder abwechselnd gemessen und eingestellt wird.
Insbesondere kann gemäß einer Ausführungsform die erste und/oder zweite Grenzfläche (z. B. die optische Oberfläche) der mindestens einen optischen Komponente vor dem Aushärten des flüssigen Materials gemessen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das flüssige Material außerdem mit UV-Licht bestrahlt (z. B. in Schritt d1) oder d2)), um das flüssige Material zu härten.
Insbesondere kann in einer Ausführungsform die Maske so gestaltet sein, dass sie einen Teil des UV-Lichts blockiert, wobei die Maske eine Kontur der mindestens einen optischen Komponente definiert. Insbesondere kann die Maske eine nicht kreisförmige Kontur der mindestens einen optischen Komponente definieren. Darüber hinaus können mehrere optische Komponenten gleichzeitig in dem Hohlraum hergestellt werden, wobei die Maske so angeordnet sein kann, dass sie Bereiche zwischen benachbarten optischen Komponenten vor UV-Strahlung abschirmt. Eine solche Struktur der Maske vereinfacht die Trennung der mehreren optischen Komponenten, da das flüssige Material zwischen benachbarten optischen Komponenten flüssig bleibt. So sind die optischen Komponenten (z. B. Linsen) nach dem Aushärten nicht durch starres Material miteinander verbunden. Zur Trennung der optischen Komponenten kann das überschüssige flüssige Material zum Beispiel abgespült werden.
Außerdem wird das UV-Licht gemäß einer Ausführungsform so abgestrahlt, dass es gleichmäßig (insbesondere kollimiert) auf das in den mindestens einen Hohlraum eingefüllte flüssige Material auftrifft.
Insbesondere wird in einer Ausführungsform zur Vermeidung einer inhomogenen Aushärtung, die durch eine Krümmung der ersten Oberfläche, insbesondere des ersten Membranbereichs, verursacht wird, eine Übergangsflüssigkeit auf dem ersten Membranbereich angeordnet, wobei die Übergangsflüssigkeit einen Brechungsindex aufweist, der gleich dem Brechungsindex des flüssigen Materials, insbesondere des starren Materials der mindestens einen optischen Komponente, ist. Dadurch wird eine Brechung des UV-Lichts vermieden, wenn es von der Übergangsflüssigkeit auf das flüssige Material übertragen wird.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens werden Teilbereiche des flüssigen Materials der mindestens einen optischen Komponente nacheinander ausgehärtet.
In einer Ausführungsform kann das flüssige Material nacheinander von gegenüberliegenden Seiten des mindestens einen Hohlraums ausgehärtet werden.
Insbesondere, gemäß einer Ausführungsform, umfasst das flüssige Material erste und zweite Teilbereiche, wobei die ersten Teilbereiche zuerst ausgehärtet werden, um zu Fixpunkten zu werden, und wobei die zweiten Teilbereiche danach ausgehärtet werden, wobei die zweiten Teilbereiche an die ersten Teilbereiche angrenzen.
In einer Ausführungsform ist die mindestens eine optische Komponente beispielsweise ein Linsenarray, das eine Vielzahl von Linsen umfasst, wobei zuerst die Kanten (die die ersten Teilbereiche bilden) des Linsenarrays gehärtet werden und anschließend die Linsen (die die zweiten Teilbereiche bilden) des Linsenarrays gehärtet werden.
Ferner wird gemäß einer Ausführungsform das UV-Licht durch eine Apertur gestrahlt, wobei sich ein Durchmesser der Apertur während der Aushärtung des flüssigen Materials der mindestens einen optischen Komponente ändert.
Ferner kann gemäß einer Ausführungsform die Form der ersten Oberfläche, insbesondere des ersten Membranbereichs, und/oder der zweiten Oberfläche, insbesondere des zweiten Membranbereichs, während des Aushärtungsprozesses verändert werden, wobei verschiedene Teilbereiche des flüssigen Materials der mindestens einen optischen Komponente nacheinander ausgehärtet werden Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das flüssige Material mittels eines Lichtstrahls (insbesondere eines Laserstrahls) ausgehärtet, der einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser der mindestens einen optischen Komponente, wobei der Lichtstrahl die erste Oberfläche abtastet, um das flüssige Material auszuhärten. Ebenso kann in einer Ausführungsform ein solcher Lichtstrahl die zweite Oberfläche abtasten.
In einer Ausführungsform ist das UV-Licht zur Aushärtung des flüssigen Materials der mindestens einen optischen Komponente ein strukturiertes UV-Licht. Insbesondere, in einer Ausführungsform, wird das UV-Licht von einem Flüssigkristallanzeigeprojektor (LCD) oder einem Projektor für digitale Lichtverarbeitung (DLP) erzeugt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird zum Aushärten des flüssigen Materials (z. B. in Schritt d1) oder d2)) das flüssige Material der mindestens einen optischen Komponente erhitzt.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Maske nach dem Aushärten des flüssigen Materials der mindestens einen optischen Komponente entfernt.
Insbesondere wird/werden in einer Ausführungsform der erste und/oder zweite Membranbereich von dem starren Material entfernt. Insbesondere kann der erste und/oder zweite Membranbereich durch Schälen entfernt werden.
Ferner wird in einer Ausführungsform nach dem Aushärten des flüssigen Materials des mindestens einen optischen Bauteils der erste Membranbereich zumindest teilweise oder vollständig entfernt und die erste Grenzfläche beschichtet und/oder bildet eine erste optische Oberfläche der mindestens einen optischen Komponente. Alternativ kann der erste Membranbereich nach dem Aushärten des flüssigen Materials auf dem starren Material verbleiben und beschichtet werden und/oder eine erste optische Oberfläche der mindestens einen optischen Komponente bilden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Aushärten des flüssigen Materials der mindestens einen optischen Komponente der zweite Membranbereich zumindest teilweise oder vollständig entfernt und die zweite Grenzfläche wird beschichtet und/oder bildet eine zweite optische Oberfläche der mindestens einen optischen Komponente. Alternativ verbleibt der zweite Membranbereich nach dem Aushärten des flüssigen Materials der mindestens einen optischen Komponente auf dem ausgehärteten flüssigen Material und wird beschichtet und/oder bildet eine zweite optische Oberfläche der mindestens einen optischen Komponente.
Insbesondere kann in diesem Zusammenhang mit einer teilweisen Entfernung des jeweiligen Membranbereichs gemeint sein, dass nur eine Schicht (z.B. eine Trägerschicht, siehe z.B. unten) der jeweiligen Membran entfernt wird und eine andere Schicht (z.B. Lage) des jeweiligen Membranbereichs an der ersten Grenzfläche verbleibt.
Weiterhin kann in einer Ausführungsform eine AR-Schicht, z.B. Beschichtung (siehe auch oben), die zwischen einer Trägerschicht des ersten Membranbereichs und dem starren Material angeordnet ist, auf der ersten Grenzfläche verbleiben. Ebenso kann eine AR-Schicht, z. B. eine Beschichtung (siehe auch oben), die zwischen einer Trägerschicht des zweiten Membranbereichs und dem starren Material angeordnet ist, auf der zweiten Grenzfläche der mindestens einen optischen Komponente verbleiben.
In einer weiteren Ausführungsform dient das Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl optischer Komponenten.
Zu diesem Zweck wird in Verfahrensschritt a1) eine Vielzahl von Hohlräumen bereitgestellt. Jeder Hohlraum der Vielzahl von Hohlräumen kann auf mindestens einer Seite durch eine Oberfläche eines (z.B. flexiblen) ersten Membranbereichs begrenzt sein, wobei eine Form des jeweiligen ersten Membranbereichs einstellbar ist (z.B. durch Verformung des jeweiligen ersten Membranbereichs in eine gewünschte Form).
In Verfahrensschritt b1) wird jeder Hohlraum der Vielzahl von Hohlräumen mit dem flüssigen Material gefüllt, wobei das flüssige Material für jeden der Vielzahl von Hohlräumen jeweils eine erste Oberfläche bildet. Insbesondere wird in jedem Hohlraum eine optische Komponente gebildet. Das flüssige Material berührt zum Beispiel eine Oberfläche des jeweiligen ersten Membranbereichs.
In Verfahrensschritt c1) wird die Form der ersten Oberflächen angepasst, insbesondere durch Anpassung der Form des ersten Membranbereichs.
In Verfahrensschritt d1) wird das flüssige Material ausgehärtet, so dass das flüssige Material zu festem Material wird und die ersten Oberflächen zu ersten Grenzflächen (z.B. optische Oberfläche) werden, wobei die Form der ersten Grenzflächen durch die jeweils eingestellte Form der ersten Oberflächen definiert wird.
Insbesondere können alle hierin beschriebenen Ausführungsformen die Bildung einer Vielzahl von optischen Komponenten anstelle von mindestens einer optischen Komponente umfassen. Die Maske kann eine entsprechende Anzahl von Öffnungen sowie erste Membranbereiche und insbesondere auch zweite Membranbereiche aufweisen.
Insbesondere wird gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der jeweilige Hohlraum der Vielzahl von Hohlräumen durch eine in der Maske ausgebildete Öffnung gebildet, wobei der jeweilige erste Membranbereich mit der Maske verbunden ist und die jeweilige Öffnung abdeckt, um den jeweiligen Hohlraum auf der mindestens einen Seite zu begrenzen.
Falls mehr als ein Hohlraum vorhanden ist, kann jeder erste Membranbereich durch eine separate (z. B. flexible) erste Membran gebildet werden. Die ersten Membranbereiche können jedoch auch aus integralen Teilen einer einzigen (z. B. flexiblen) ersten Membran bestehen. Dasselbe gilt für die zweiten Membranbereiche, d. h. die zweiten Membranbereiche können jeweils durch eine separate (z. B. flexible) zweite Membran gebildet werden oder alternativ integrale Teile einer einzigen (z. B. flexiblen) zweiten Membran bilden.
Gemäß einer Ausführungsform, die Schritt a1) betrifft, ist der jeweilige Hohlraum auf einer zweiten Seite, die der ersten Seite gegenüberliegt, durch einen zweiten Membranbereich begrenzt, wobei eine Form (und/oder Position) des jeweiligen zweiten Membranbereichs einstellbar ist (beispielsweise durch Formen des jeweiligen zweiten Membranbereichs in eine gewünschte Form).
Insbesondere in einer Ausführungsform umfasst Schritt b1) ferner das Einfüllen des flüssigen Materials in den jeweiligen Hohlraum, so dass das flüssige Material auch die Oberfläche des jeweiligen zweiten Membranbereichs berührt;
In einer Ausführungsform umfasst Schritt c1) ferner die Anpassung der Form des jeweiligen zweiten Membranbereichs.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst Schritt d1) ferner das Aushärten des in den jeweiligen Hohlraum eingefüllten flüssigen Materials, so dass das flüssige Material eine zweite Grenzfläche (z. B. eine optische Oberfläche) bildet, wobei die jeweilige zweite Grenzfläche eine Form aufweist, die durch die angepasste Form der Oberfläche des jeweiligen zweiten Membranbereichs definiert ist.
Auch bei mehreren Hohlräumen und/oder mehreren ersten und insbesondere zweiten Membranbereichen kann der jeweilige Membranbereich nach dem Aushärten des flüssigen Materials entfernt werden oder wie oben beschrieben auf der jeweiligen Grenzfläche verbleiben, so dass die jeweilige optische Oberfläche entweder durch die Grenzfläche (oder durch eine darauf angeordnete Schicht/Beschichtung) oder durch den jeweiligen Membranbereich (oder durch eine darauf angeordnete Schicht/Beschichtung) wie oben in Bezug auf den ersten/zweiten Membranbereich beschrieben gebildet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die optischen Komponenten miteinander verbunden und bilden ein Array optischer Komponenten, wobei insbesondere jede der optischen Komponenten eine Linse ist (d. h. das Array optischer Komponenten ist ein Linsenarray).
Insbesondere wird überschüssiges flüssiges Material zwischen benachbarten optischen Komponenten nach dem Aushärten des flüssigen Materials entfernt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in einem Verfahrensschritt f1) die einzelnen optischen Komponenten (insbesondere Linsen) aus dem Array ausgeschnitten, insbesondere durch mindestens eines der folgenden Verfahren: Fräsen, Laserschneiden, Stanzen, Schneiden, Lochstanzen. Der Verfahrensschritt f1) wird nach dem Verfahrensschritt d1) durchgeführt. Insbesondere umfasst der Verfahrensschritt fl) die Verfahrensschritte f2) und/oder den Verfahrensschritt f3).
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Verfahrensschritt e2) und weitere Verfahrensschritte b2), c2) und d2), wobei eine zusätzliche Grenzfläche hergestellt wird, die eine zusätzliche optische Oberfläche der optischen Komponente bildet. Insbesondere können die Verfahrensschritte b2), c2) und d2) mehrfach wiederholt werden, um mehrere zusätzliche Oberflächen zu bilden, wobei jede zusätzliche Oberfläche eine individuelle Form aufweisen kann. Die starren Materialien, die anschließend geformt werden, liegen nebeneinander und haben unterschiedliche Brechungsindizes. Dabei werden die zusätzlichen Grenzflächen jeweils von brechenden Oberflächen auf der optischen Komponente gebildet.
Im Verfahrensschritt b2) wird ein zusätzliches flüssiges Material in den mindestens einen Hohlraum eingefüllt, wobei das zusätzliche flüssige Material an die Grenzfläche angrenzt, die im vorangegangenen Verfahrensschritt d1) oder d2) hergestellt wurde. Werden mehrere Iterationen der Verfahrensschritte b2), c2) und d2) durchgeführt, so liegt das zusätzliche flüssige Material an der Grenzfläche an, die in der jeweils vorangegangenen Iteration hergestellt wurde.
Im Verfahrensschritt c2) wird eine Form der zusätzlichen Oberfläche eingestellt, wobei die zusätzliche Oberfläche (4c) auf einer der im vorhergehenden Verfahrensschritt d1) oder d2) hergestellten Grenzfläche (40a) gegenüberliegenden Seite des zusätzlichen flüssigen Materials angeordnet ist.
Im Verfahrensschritt d2) wird das zusätzliche flüssige Material ausgehärtet, so dass das zusätzliche flüssige Material zu einem zusätzlichen starren Material wird und die zusätzliche Oberfläche (4c) zu der zusätzlichen Grenzfläche (40c) wird, wobei eine Form der zusätzlichen Grenzfläche (40c) durch die Form der zusätzlichen Oberfläche (4c) definiert wird. Die Verfahrensschritte b2), c2) und d2) werden nach dem Verfahrensschritt d1) durchgeführt.
Das starre Material und das (die) zusätzliche(n) starre(n) Material(en) können aus einer brechenden optischen Komponente bestehen, die ein Achromat, ein Apochromat oder ein Superachromat sein kann. Insbesondere haben das starre Material und das zusätzliche starre Material unterschiedliche Abbe-Zahlen und unterschiedliche Brechungsindizes. Insbesondere sind das starre Material und das (die) zusätzliche(n) starre(n) Material(en) an der Grenzfläche oder zusätzlichen Grenzfläche formschlüssig fest miteinander verbunden. Somit besteht die optische Komponente aus dem starren Material und dem zusätzlichen starren Material, die einteilig ausgebildet sind.
Vorteilhafterweise kann die vorliegende Erfindung zur Herstellung von Rohlingen für Brillen, Augmented- und Virtual-Reality-Headsets, Endoskope, Kameralinsen und beliebige sphärische und nicht sphärische Linsen, Prismen und andere optische Komponenten verwendet werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung, die mindestens eine optische Komponente (oder mehrere optische Komponenten) aufweist, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung, die Folgendes aufweist:

- ein starres Material,
- eine zumindest teilweise in das starre Material eingebettete Komponente

Insbesondere kann auch der Membranbereich eine solche Schicht oder eine andere Beschichtung aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser optischen Vorrichtung ist die besagte Komponente vollständig in das starre Material eingebettet, so dass dieses die Komponente auf allen Seiten der Komponente bedeckt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die eingebettete Komponente eine der folgenden: eine elektronische Komponente, eine optische Komponente, ein Beugungsgitter, eine optische Apertur, ein Filter, eine optoelektronische Komponente, ein Schmuckstück, ein Sensor, eine Lichtquelle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der optischen Vorrichtung wird die mindestens eine optische Oberfläche in einem flüssigen Zustand aus dem starren Material gebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung mindestens einer optischen Komponente offenbart, wobei die Vorrichtung umfasst:

- mindestens einen Hohlraum (2) zur Aufnahme eines flüssigen härtbaren Materials (4),
- eine Aktuatoreinheit zum Definieren einer Form einer ersten Oberfläche (4a) des flüssigen härtbaren Materials (4) in dem Hohlraum (2), und
- eine Aushärtungseinheit (102) zum Aushärten des flüssigen Materials (4), während sich das flüssige Material in dem mindestens einen Hohlraum (2) befindet.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur Herstellung mindestens einer optischen Komponente

- eine Maske mit einer Öffnung,
- einen ersten Membranbereich, der mit der Maske verbunden ist und die Öffnung abdeckt, um den mindestens einen Hohlraum zumindest auf einer ersten Seite zu begrenzen, wobei der erste Membranbereich eine Oberfläche zum Definieren einer Form einer ersten Grenzfläche (z.B. optische Oberfläche) der mindestens einen herzustellenden optischen Komponente umfasst, wenn das flüssige Material in den mindestens einen Hohlraum gefüllt wird und die Oberfläche des ersten Membranbereichs berührt,
- eine Aktuatoreinheit, die dazu konfiguriert ist, die Form des ersten Membranbereichs einzustellen, um die Form der Grenzfläche der mindestens einen optischen Komponente einzustellen, und
- eine Aushärtungseinheit zum Aushärten des flüssigen Materials, nachdem dieses in den mindestens einen Hohlraum eingefüllt wurde.

Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung kann die Aushärtungseinheit eine UV-Lichtquelle sein, die dazu konfiguriert ist, UV-Licht zu emittieren, oder ein Heizelement, das dazu konfiguriert ist, dass flüssige Material im Hohlraum zu erhitzen, oder eine Kühleinheit, die dazu konfiguriert ist, dass flüssige Material zu kühlen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann die Vorrichtung eine Halterung umfassen, die dazu konfiguriert ist, den mindestens einen Hohlraum zu tragen, der auf mindestens einer Seite durch den ersten Membranbereich begrenzt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung eine Fülleinheit, die dazu konfiguriert ist, den mindestens einen Hohlraum mit dem flüssigen Material zu füllen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindungen sowie Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, wobei

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines optischen Bauteils mit einer kundenspezifischen optischen Oberfläche zeigt;
2 eine Ausführungsform der Einstellung des Membranbereichs zur Formung der optischen Oberfläche zeigt;
3 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung einer Maske mit einem Kanal zum Auftragen des flüssigen Materials zur Bildung der optischen Komponente(n) zeigt;
4 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines Trägers zur Begrenzung der Hohlräume zeigt, die zur Formung der optischen Komponenten in einem zweistufigen Aushärtungsprozess verwendet werden;
5 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines optischen Elements zeigt, an das das starre Material beim Aushärten geklebt wird;
6 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines optischen Elements zeigt, an das das starre Material beim Aushärten geklebt wird;
7 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, bei dem die optischen Oberflächen der optischen Komponenten durch Einstellen eines Drucks P1 des flüssigen Materials in Bezug auf einen Umgebungsdruck P2, P3 geformt werden;
8 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, bei dem die optischen Oberflächen der optischen Komponenten mit Hilfe von Formgebungsflüssigkeiten L1, L2 unter Einwirkung der Schwerkraft geformt werden;
9 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines Trägers zeigt, auf den das starre Material beim Aushärten aufgeklebt wird, wobei der Träger eine Apertur der optischen Komponente bildet;
10 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer optischen Komponente zeigt, die ein Prisma bildet;
11-12 eine Draufsicht (11) und eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen;
13 eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung mindestens einer optischen Komponente in einer schematischen Schnittdarstellung zeigt, wobei eine Form einer ersten Oberfläche mittels eines Kolbens definiert wird;
14a und 14b eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung mindestens einer optischen Komponente in einer schematischen Schnittdarstellung zeigen, bei der zusätzliche Grenzflächen hergestellt werden;
15 eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung mindestens einer optischen Komponente in einer schematischen Schnittdarstellung zeigt, wobei die Form einer ersten und/oder zweiten Oberfläche mittels einer Messeinheit vermessen wird;
16 eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung mindestens einer optischen Komponente in einer schematischen Schnittdarstellung zeigt, bei der eine Form einer zweiten Oberfläche mittels einer Aktuatoreinheit definiert wird.

1 zeigt das allgemeine Konzept des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren verwendet einen Hohlraum 2, der auf einer Seite von einem ersten Membranbereich 3 begrenzt wird. Der erste Membranbereich 3 umfasst eine Oberfläche 3a, die mit dem in den Hohlraum 2 eingefüllten flüssigen Material 4 in Kontakt kommt. Da sich das Material in einem flüssigen Zustand befindet, wird die Membran 3 so eingestellt, dass sie z. B. eine konvexe Linsenoberfläche bildet. Das in den Hohlraum 2 eingefüllte flüssige Material 4 kann dann je nach flüssigem Material 4 entweder durch Wärme 8 oder UV-Licht 8 ausgehärtet werden. Die optische Komponente 1 umfasst dann eine Grenzfläche 1 a, hier in Form einer optischen Oberfläche 1a, die eine Form aufweist, die der Form der Oberfläche 3a des ersten Membranbereichs 3 entspricht. Grundsätzlich kann die eigentliche optische Oberfläche durch die Grenzfläche 1a gebildet werden, sie kann aber auch durch eine auf der Grenzfläche 1a angeordnete Schicht (z.B. Beschichtung) gebildet werden. Insbesondere kann der erste Membranbereich 3 auf dem ausgehärteten Material 4 / der Grenzfläche 1 a verbleiben und dann die eigentliche optische Oberfläche bilden. Auch hier kann der erste Membranbereich 3 zur Bildung einer optischen Oberfläche weiterverarbeitet werden, wobei der erste Membranbereich 3 als Grundlage dient.
Insbesondere kann das härtbare flüssige Material im Allgemeinen ein UV-härtbares Polymer sein, das vorzugsweise für sichtbares Licht transparent ist.
Insbesondere kann der Hohlraum 2 durch eine in eine Maske 5 geformte Öffnung 5a gebildet werden, die eine Seitenwand 5b des Hohlraums 2 bildet und damit eine Seitenkontur der herzustellenden optischen Komponente 1 definiert. Die Öffnung 5a wird durch den vorzugsweise flexiblen ersten Membranbereich 3 abgedeckt, um den Hohlraum 2 zu begrenzen und das flüssige/starre Material 4 im Hohlraum 2 zurückzuhalten.
Zur Anpassung der Form der Oberfläche 3a und damit der optischen Fläche 1a können Kräfte 10 auf die flexible Maske 5 aufgebracht werden, wobei sich diese Kräfte insbesondere entlang einer optischen Achse erstrecken, die senkrecht zur Maske 5 verläuft. 2 zeigt ein Beispiel, bei dem die optische Oberfläche 1a durch Aufbringen von Kräften 10 auf beiden Seiten der Öffnung 5a der Maske 5 eine konvexe Form erhält. Die Kräfte können unterschiedlich sein, z. B. um die optische Komponente auch zu einem Prisma zu formen.
3 zeigt eine Modifikation der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform, wobei hier die Maske 5 mindestens einen Kanal 7 zum Befüllen des Hohlraums 2 der Maske mit dem flüssigen Material aufweist.
Insbesondere kann die Maske 5 aus einem ersten und einem zweiten Teil 51, 52 bestehen, die übereinandergestapelt sind und zusammen den mindestens einen Kanal 7 in der in 3 gezeigten gestapelten Konfiguration der Teile 51, 52 bilden. Der Kanal 7 kann jedoch auch auf andere Weise gebildet werden.
Auch hier kann der Hohlraum 2 durch eine Öffnung 5a der Maske 5 gebildet werden, wobei die Öffnung 5a hier an zwei gegenüberliegenden Seiten durch einen flexiblen ersten Membranbereich 3 und einen flexiblen zweiten Membranbereich 6 begrenzt ist.
Die Verwendung einer solchen Konfiguration der Maske 5 ermöglicht es, eine optisches Bauteil 1 zu erzeugen, das zwei gegenüberliegende optische Oberflächen 1a, 1b aufweist, die in Abhängigkeit von der Form der Oberfläche 3a, 6a des jeweiligen Membranbereichs 3, 6 geformt werden können, der mit dem flüssigen Material 4 in Kontakt kommt, wenn dieses durch den mindestens einen Kanal 7 in den Hohlraum 2 gefüllt wird.
Sobald die Oberflächen 3a, 6a wie gewünscht geformt sind, kann das flüssige Material im Hohlraum 2 ausgehärtet werden, um das optische Bauteil 1 (hier z. B. eine bikonvexe Linse 1) zu bilden.
In den 1 bis 3 ist nur ein einziger Hohlraum 2 dargestellt. Das Verfahren umfasst jedoch auch Ausführungsformen, bei denen mehrere solcher Hohlräume 2 nebeneinander angeordnet sind, so dass mehrere optische Komponenten 1 parallel gebildet werden können. Schließlich können die optischen Komponenten 1 voneinander getrennt werden, um einzelne optische Geräte 1 zu bilden. Alternativ können die optischen Komponenten 1 auch in einer miteinander verbundenen Konfiguration beibehalten werden, um eine optische Vorrichtung in Form eines Arrays verbundener optischer Vorrichtungen 1, z. B. ein Linsenarray, zu bilden.
Die Herstellung eines solchen Linsenarrays aus mehreren optischen Komponenten 1 in einem zweistufigen Verfahren ist z. B. in 4 dargestellt.
Hier umfasst die Maske 5 mehrere Öffnungen 5a, wobei jede Öffnung 5a einen flexiblen ersten Membranbereich 3 einrahmt. Die ersten Membranbereiche 3 können sich durchgehend zwischen der Maske 5 und den Hohlräumen 2 erstrecken. Alternativ kann jede Öffnung 5a durch einen separaten ersten Membranbereich 3 verschlossen werden.
Insbesondere können die miteinander verbundenen optischen Komponenten 1 in zwei Schritten ausgehärtet werden. In einem ersten Schritt werden die Hohlräume 2 durch die Maske 5 und die Membranbereiche 3 auf einer Seite und durch einen gegenüber der Maske 5 und den Membranbereichen 3 angeordneten Träger 9 begrenzt, wie im oberen Teil von 4 dargestellt. Nachdem die Oberflächen 3a wie gewünscht geformt worden sind, werden die miteinander verbundenen Hohlräume 2 mit dem flüssigen Material 4 gefüllt. Nach einem ersten Aushärtungsschritt, der zu einer ersten Hälfte der endgültigen Anordnung der optischen Komponenten 1 führt, wird diese ausgehärtete Hälfte umgedreht und der Träger 9 entfernt. In einem zweiten Schritt begrenzt nun die ausgehärtete Hälfte anstelle des Trägers die Hohlräume 2. Die Hohlräume 2, die von der ausgehärteten Hälfte der Anordnung optischer Komponenten 1 und einer Maske 5 mit Membranbereichen 3 begrenzt werden, werden nacheinander mit dem flüssigen Material 4 gefüllt, das sich dann beim Aushärten des Materials 4 mit der bereits ausgehärteten Hälfte verbindet. So entsteht ein Array optischer Komponenten 1, hier in Form von bikonvexen Linsen. Es können aber auch Anordnungen anderer optischer Komponenten 1 auf diese Weise gebildet werden.
5 zeigt eine weitere Variante des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Hier ist ein z.B. unbearbeitetes optisches Element 11 dargestellt, das den Hohlraum (oder die Hohlräume) 2 auf einer dem ersten Membranbereich 3 gegenüberliegenden Seite abgrenzt. Das optische Element 11 wird während des Aushärtens mit dem starren Material 4 verklebt. Insbesondere können das starre Material 4 und das optische Element 11 denselben Brechungsindex haben. Außerdem kann das optische Element 11 eine konkave oder konvexe Oberfläche 11 a haben, die von dem starren Material 4 abgewandt ist.
Insbesondere ist nach dem Aushärten des flüssigen Materials 4 die Dicke in z-Richtung des starren Materials 40 geringer als die Dicke in z-Richtung des optischen Elements. Das optische Element ist beispielsweise so gewählt, dass eine Abweichung zwischen der Form der ersten Oberfläche 4a und der dem starren Material 40 zugewandten Oberfläche des optischen Elements 11 minimiert wird. Insbesondere hat das starre Material 40 eine ungleichmäßige Dicke, wobei die Dicke entlang der z-Richtung gemessen wird. Beispielsweise beträgt die minimale Dicke des starren Materials entlang der z-Richtung höchstens 0,5 mm, vorzugsweise höchstens 0,1 mm, besonders bevorzugt höchstens 0,05 mm.
Gemäß einer weiteren in 6 gezeigten Ausführungsform kann die Maske 5 aus einem undurchsichtigen Material hergestellt werden. Somit definiert die Maske 5 die Kontur des Teils des flüssigen Materials, der mittels UV-Licht 8 oder Wärme 8 ausgehärtet wird, wie in 6 dargestellt.
7 zeigt eine weitere Möglichkeit, die Oberflächen 3a, 6a der Membranbereiche 3, 6 zu formen, um die endgültigen optischen Oberflächen 1a, 1b der mit dem Verfahren hergestellten optischen Komponenten 1 zu formen. Insbesondere die in 7 gezeigte Ausführungsform verwendet die in 3 gezeigte Konfiguration, allerdings mit mehreren miteinander verbundenen Hohlräumen 2, die in seitlicher Richtung nebeneinander angeordnet sind.
Um die Formen des ersten und zweiten Membranbereichs 3, 6 einzustellen, wird der Druck P1 des in die Hohlräume 2 eingefüllten flüssigen Materials 4 im Verhältnis zu den Umgebungsdrücken P1, P2 auf beiden Seiten der Maske 5 so eingestellt, dass die Formen des ersten und zweiten Membranbereichs 3, 6 konvexe und konkave optische Komponenten / Linsen 1 ergeben. Je nach den Drücken P1, P2, P3 können aber auch andere Oberflächenformen 1a, 1b leicht erzeugt werden.
Weiterhin zeigt 8 eine Ausführungsform, bei der die Form des/der ersten Membranbereichs/e 3 mit Hilfe von zwei formgebenden Flüssigkeiten L1, L2 eingestellt wird. Das Verhältnis der Dichten der formgebenden Flüssigkeiten L1, L2 zueinander und zu dem flüssigen Material 4 sowie der Füllstand der Flüssigkeiten L1, L2 wird so gewählt, dass sich eine gewünschte Form des oder der ersten Membranbereiche ergibt, wie in 8 dargestellt.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Hier ist ein Träger 9 in der Kavität 2 angeordnet. Bei dem Träger 9 kann es sich insbesondere um eine Leiterplatte (PCB) handeln. Der Träger 9 weist eine Öffnung 9a auf, die mit zwei gegenüberliegenden Membranbereichen 3, 6, d.h. erstem Membranbereich 3 und zweitem Membranbereich 6, fluchtet, so dass die Öffnung 9a schließlich eine Apertur der herzustellenden optischen Komponente 1 bildet.
Insbesondere wird das flüssige Material 4 in der Öffnung 9a sowie oberhalb und unterhalb des Trägers 9 (oberer Teil von 9) angeordnet, nachdem die Formen der Membranbereiche 3, 6 wie gewünscht eingestellt wurden. Zum Aushärten des flüssigen Materials 4 wird das flüssige Material 4 vorzugsweise von beiden Seiten dem UV-Licht 8 ausgesetzt, um eine Abschattung des flüssigen Materials 4 durch den Träger 9 zu vermeiden.
Nachdem das flüssige Material 4 ausgehärtet ist (mittlerer Teil von 9), werden die Maske 5 und das nicht ausgehärtete flüssige Material 4 entfernt. Insbesondere werden die Membranbereiche 3, 6 entfernt. Durch die mit dem Material 4 gefüllte Öffnung 9a kann die optische Komponente 1 formschlüssig mit dem Träger verbunden werden (vgl. unterer Teil von 9). Der Träger 9 kann insbesondere lichtemittierende und/oder detektierende Elemente aufweisen. Die lichtemittierenden und/oder detektierenden Elemente können von dem ausgehärteten Material 4 eingebettet sein. Insbesondere kann die optische Komponente 1 Teil eines Gassensors sein.
Anstelle einer Öffnung 9a kann der Träger 9 auch durchgehend, aber transparent sein. Der Träger 9 unterteilt dann den Hohlraum 2 in einen ersten und einen zweiten Bereich 2a, 2b. Hier kann das flüssige Material unabhängig auf beiden Seiten des Trägers 2 verarbeitet werden. So kann beispielsweise nach der Formanpassung des ersten Membranbereichs 3 flüssiges Material 4 in den ersten Bereich 2a des Hohlraums 2 zwischen dem ersten Membranbereich 3 und der ersten Seite 91 des Trägers 9 eingefüllt und anschließend ausgehärtet werden, um die erste optische Oberfläche 1 a des optischen Bauteils 1 zu bilden. In einem weiteren Schritt kann, nachdem die Form des zweiten Membranbereichs 6 angepasst wurde, flüssiges Material 4 in den zweiten Bereich 2b des Hohlraums 2 zwischen dem zweiten Membranbereich 6 und der zweiten Seite 92 des Trägers 9 eingefüllt und anschließend ausgehärtet werden, um die zweite optische Oberfläche 1b des optischen Bauteils 1 zu bilden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch eine optische Komponente in Form eines Prismas oder mit einem Prisma erzeugt werden, wie in 10 gezeigt.
Dabei kann der erste Membranbereich 3 auch aus einem steifen Material bestehen. Die Neigung des ersten Membranbereichs 3 kann durch Aufbringen einer Kraft auf die Maske 5 und insbesondere durch Einstellen des Drucks des flüssigen Materials gegenüber der Umgebung eingestellt werden. Das flüssige Material kann mit Hilfe von UV-Licht 8, das durch den ersten Membranbereich 3 scheint, ausgehärtet werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Schrägstellung des ersten Membranbereichs 3 auch als Form des ersten Membranbereichs 3 betrachtet.
Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung einer Vorrichtung 100 der in den 11 und 12 beispielhaft dargestellten Art durchgeführt werden. Diese Vorrichtung 100 lässt sich leicht an die oben bereits beschriebenen individuellen Ausführungsformen anpassen.
Insbesondere umfasst die Vorrichtung 100 eine Maske 5 (siehe auch oben), die mindestens eine Öffnung 5a mit einem ersten Membranbereich 3 umfasst, der die Öffnung 5a abdeckt. Die Maske 5 und der erste Membranbereich 3 begrenzen zumindest auf einer Seite einen Hohlraum 2. Eine Fülleinheit ist so angeordnet, dass der Hohlraum 2 mit dem flüssigen Material 4 gefüllt wird.
Insbesondere umfasst die Vorrichtung eine Aktuatoreinheit 101, die mehrere Aktuatoren 103 umfassen kann, die in Umfangsrichtung um den ersten Membranbereich 3 angeordnet sein können. Die Aktuatoren 103 sind insbesondere dazu ausgebildet, eine Kraft entlang der z-Achse (z. B. optische Achse) auf die Maske 5 auszuüben. Hierdurch wird die Position der Maske 5 entlang der z-Achse eingestellt. Die Vorrichtung 100 umfasst beispielsweise mindestens vier Aktuatoren 103, vorzugsweise mindestens acht Aktuatoren 103. Vorzugsweise sind die Aktuatoren 103 entlang des Umfangs des ersten Membranbereichs 3 (oder entlang der Öffnung 5a) äquidistant beabstandet. Durch Einstellen der Position der Maske 5 entlang der z-Achse wird die Form des ersten Membranbereichs eingestellt, was wiederum die endgültige Form einer optischen Oberfläche 1a eines optischen Bauteils 1 bestimmt, das von der Vorrichtung 100 aufgrund der Tatsache hergestellt wird, dass das flüssige Material 4 die Oberfläche 3a des ersten Membranbereichs 3 berührt und daher die Form der Oberfläche 3a des ersten Membranbereichs 3 annimmt.
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung vorzugsweise eine Aushärtungseinheit 102, wie z. B. eine UV-Lampe zur Erzeugung von UV-Licht 8 (oder alternativ einen Heizer zur Erwärmung des flüssigen Materials 4). Die Aushärtungseinheit 102 ist so angeordnet, dass sie das flüssige Material 4 aushärtet, wie z. B. in 12 gezeigt, nachdem die Form des ersten Membranbereichs 3 mit Hilfe der Aktuatoren 103 eingestellt wurde.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine kosteneffiziente und schnelle Herstellung von kundenspezifischen optischen Oberflächen mit hoher optischer Qualität.
13 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung mindestens einer optischen Komponente in einer schematischen Schnittdarstellung, wobei eine Form einer ersten Oberfläche 4a mittels eines Kolbens 71 definiert wird. Der Kolben 71 und der erste Membranbereich 3 begrenzen den Hohlraum 2, der im Verfahrensschritt a1) bereitgestellt wird, an zwei gegenüberliegenden Seiten. Die Maske 5 grenzt den Hohlraum 2 seitlich ab.
In Verfahrensschritt b1) kann das flüssige Material 4 durch eine Einspritzöffnung 72 in den Hohlraum 2 eingefüllt werden. Die Einspritzöffnung 72 ist einstückig im Kolben ausgebildet.
Die erste Oberfläche 4a des flüssigen Materials 4 grenzt an den ersten Membranbereich. In Verfahrensschritt c1) wird die Form der ersten Oberfläche 4a des flüssigen Materials 4 durch Änderung des Drucks in der Kavität 2 eingestellt. Der Druck kann geändert werden, indem der Kolben auf den ersten Membranbereich 3 zu oder von ihm wegbewegt wird und/oder indem mehr oder weniger flüssiges Material 4 durch die Einspritzöffnung 72 in den Hohlraum gefüllt wird.
Insbesondere wird die Form der zweiten Fläche 4b durch die Form des Kolbens 71 bestimmt. Der Kolben 71 kann eine starre Linse mit einer Form aufweisen, die ein Gegenstück zu der gewünschten Form der zweiten Fläche 4b bildet. Insbesondere kann die starre Linse des Kolbens 71 gemäß den Verfahrensschritten a1), b1), c1), d1) und e1) hergestellt werden.
In Verfahrensschritt d1) wird das flüssige Material 4 ausgehärtet, so dass das flüssige Material 4 zu einem starren Material 40 wird und die erste Oberfläche 4a zu einer ersten Grenzfläche 40a wird, wobei eine Form der ersten Grenzfläche 40a durch die Form der ersten Oberfläche 4a definiert ist. Die Aushärtung des flüssigen Materials erfolgt mittels UV-Strahlung 8, die von einer Aushärtungseinheit 102 emittiert wird und durch die für UV-Strahlung 8 transparente Maske 5 in den Hohlraum eintritt.
In einem anschließenden Verfahrensschritt kann die mindestens eine optische Komponente mittels eines Formgebungsverfahrens geformt werden, wobei die erste Grenzfläche 40a mindestens eine Oberfläche eines Formgebungswerkzeugs bereitstellt und die Form einer optischen Oberfläche der optischen Komponente 1 mittels der ersten Grenzfläche 40a geformt wird.
Alternativ zum Verfahrensschritt e1) umfasst das optische Bauteil in einem Verfahrensschritt e2) das starre Material 40 und die erste Grenzfläche 40a ist eine optische Oberfläche des optischen Bauteils 1.
14a und 14b zeigen eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung mindestens einer optischen Komponente in einer schematischen Schnittdarstellung, bei der zusätzliche Grenzflächen 4c hergestellt werden.
Wie in 14a gezeigt, wird im Verfahrensschritt a1) der Hohlraum 2 bereitgestellt. Der Hohlraum 2 wird durch den ersten Membranbereich 3 und durch den Träger 9 auf gegenüberliegenden Seiten begrenzt. Der Träger 9 kann insbesondere ein optisches Element 11, wie eine Linse, sein, das eine gekrümmte Oberfläche aufweist. Alternativ kann der Träger 9 auch ein flacher, transparenter Träger sein. Die Maske 5 grenzt den Hohlraum 2 seitlich ab. Die Maske 5 umfasst einen Faltenbalg 53, der den Hohlraum seitlich abgrenzt. Die Maske 5 kann entlang einer z-Richtung bewegt werden, um die Form des ersten Membranbereichs 3 anzupassen. Die Maske 5, insbesondere der Faltenbalg 53, stellt eine flexible und insbesondere flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen der Seitenwand 54 und dem ersten Membranbereich 3a her.
Die Seitenwand 54 umgibt den Träger 9 in seitlichen Richtungen (Richtung entlang der x-y-Ebene) in Umfangsrichtung. Der Träger ist in der z-Richtung beweglich. Insbesondere ist der Träger an einer Positioniereinheit 93 befestigt, die dazu eingerichtet ist, den Träger 9 entlang der z-Achse zu bewegen. Die Positionierungseinheit kann einen Faden umfassen, mit dem die Position des Trägers 9 eingestellt werden kann.
In einem Verfahrensschritt b1) wird das flüssige Material 4 in den Hohlraum 2 eingefüllt. In einem Verfahrensschritt c1) wird die Form der ersten Oberfläche 4a des flüssigen Materials 4 eingestellt. In dieser besonderen Ausführungsform ist die erste Oberfläche 4a konkav geformt. Die Form kann durch Änderung des relativen Drucks zwischen dem Hohlraum 2 und dem Bereich an einer dem Hohlraum gegenüberliegenden Seite in Bezug auf die erste Membran 3 eingestellt werden. Alternativ kann die Form auch durch Verschieben der Maske 5 in z-Richtung eingestellt werden. Außerdem kann die Form des ersten Membranbereichs 3a durch Verschieben des Trägers 9 in z-Richtung angepasst werden.
In einem Verfahrensschritt d1) wird das flüssige Material 4 ausgehärtet, so dass das flüssige Material 4 zu einem starren Material 40 wird und die erste Oberfläche 4a zu einer ersten Grenzfläche 40a wird, wobei die Form der ersten Grenzfläche 40a durch die Form der ersten Oberfläche 4a definiert ist.
Nach dem Verfahrensschritt d1) wird die Position des Trägers 9 entlang der z-Richtung verstellt, wobei das starre Material in Kontakt mit dem Träger 9 bleibt. Dadurch wird in dem Hohlraum 2 ein zusätzlicher Bereich 21 erzeugt, der auf einer Seite durch die erste Grenzfläche 40a begrenzt ist.
Wie in 14b dargestellt, wird in den nachfolgenden Verfahrensschritten b2), c2) und d2) eine zusätzliche Grenzfläche 40c hergestellt. Wie in 14b dargestellt, wird in einem Verfahrensschritt b2) ein zusätzliches flüssiges Material 41 in den mindestens einen Hohlraum, insbesondere in den zusätzlichen Bereich 21, eingefüllt, wobei die zusätzliche Flüssigkeit 41 an die im vorangegangenen Verfahrensschritt d1) hergestellte Grenzfläche 40a angrenzt. Insbesondere kann die zusätzliche Flüssigkeit 41 an die in einem vorangehenden Verfahrensschritt d2) hergestellte zusätzliche Grenzfläche 40c angrenzen, wenn mehrere zusätzliche Grenzflächen 40c hergestellt werden.
In einem Verfahrensschritt c2) wird die Form einer zusätzlichen Oberfläche 4c des zusätzlichen flüssigen Materials angepasst. Die zusätzliche Oberfläche 4c ist auf einer der im vorangegangenen Verfahrensschritt d1) oder d2) hergestellten Grenzfläche 40a, 40c gegenüberliegenden Seite des zusätzlichen flüssigen Materials 41 angeordnet. Die Form der zusätzlichen Oberfläche kann mit den gleichen Mitteln wie in Verfahrensschritt c1) eingestellt werden.
In einem Verfahrensschritt d2) wird das zusätzliche flüssige Material ausgehärtet, so dass das zusätzliche flüssige Material 41 zu einem zusätzlichen starren Material 410 wird und die zusätzliche Oberfläche 4c zu der zusätzlichen Grenzfläche 40c wird, wobei eine Form der zusätzlichen Grenzfläche 40c durch die Form der zusätzlichen Oberfläche 4c definiert ist.
Nach Durchführung mindestens einer Iteration der Verfahrensschritte b2), c2) und d2) umfasst die optische Komponente das starre Material 40 und das zusätzliche starre Material 410. Die erste Grenzfläche 40a und die zusätzliche(n) Grenzfläche(n) 40c sind optische Flächen der optischen Komponente. Insbesondere haben das starre Material und das zusätzliche starre Material unterschiedliche Brechungsindizes. Die (zusätzlichen) starren Materialien 40a, 40c, die benachbart zueinander angeordnet sind, weisen unterschiedliche Brechungsindizes auf, wobei die zusätzliche(n) Grenzfläche(n) 40c brechende Grenzflächen bilden. Insbesondere ist das optische Bauteil ein Achromat oder ein Apochromat.
15 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung mindestens einer optischen Komponente in einer schematischen Schnittdarstellung, wobei die Form einer ersten 4a und/oder zweiten 4b Oberfläche mittels einer Messeinheit 120 gemessen wird.
In einem Verfahrensschritt a1) wird der Hohlraum 2 bereitgestellt, wobei der Hohlraum durch einen ersten Membranbereich 3 und einen zweiten Membranbereich 6 auf gegenüberliegenden Seiten des Hohlraums abgegrenzt ist. Die Maske 5 begrenzt den Hohlraum 2 seitlich (entlang der X-Y-Ebene).
In einem Verfahrensschritt b1) wird das flüssige Material 4 durch einen Kanal 7 in den Hohlraum 2 eingefüllt. Der Kanal 7 verbindet den Hohlraum 2 mit einem Reservoir 55, das das flüssige Material 4 enthält.
In einem Verfahrensschritt c1) wird eine Form der ersten Oberfläche 4a und der zweiten Oberfläche 4b eingestellt. Die Form der ersten Oberfläche 4a und der zweiten Oberfläche 4b wird angepasst, indem die relativen Druckwerte zwischen dem Hohlraum 2 und den an den ersten Membranbereich 3 (Druck P2) und den zweiten Membranbereich 6 (Druck P3) angrenzenden Bereichen angepasst werden. Der Kanal 7 kann während des Verfahrensschritts c1) offen bleiben, so dass flüssiges Material 4 zwischen dem Hohlraum 2 und dem Reservoir 55 fließen kann. Insbesondere herrscht im Reservoir 55 und im Hohlraum 55 der gleiche Druckwert P1. Das Reservoir 55 kann offen sein, so dass er unter Umgebungsdruck steht. Das Verhältnis von P1 und P2 kann unabhängig von dem Verhältnis von P1 und P3 festgelegt werden. Die Form der ersten Oberfläche kann unabhängig von der Form der zweiten Oberfläche durch Einstellung der Druckwerte P2 und P3 gesteuert werden, da der Hohlraum 2 auf einem konstanten Druckwert P 1 bleibt. Eine Änderung der Form der ersten oder zweiten Oberfläche bewirkt also einen Fluss des flüssigen Materials durch den Kanal 7. Vorteilhafterweise hat die Veränderung der Form der ersten Oberfläche keinen Einfluss auf die Form der zweiten Oberfläche und umgekehrt.
Die Messeinheit ist so angeordnet, dass sie die Form der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche mit Hilfe eines Messstrahls 123 misst, der durch die erste Oberfläche 4a und die zweite Oberfläche 4b gesendet wird. Alternativ kann die Messeinheit so eingerichtet sein, dass sie die Form der ersten/zweiten Oberfläche (4a, 4b) mittels Reflexion an der ersten und/oder der zweiten Oberfläche misst. Insbesondere umfasst die Messeinheit 120 einen Shack-Hartmann Sensor.
In einem Verfahrensschritt d1) wird das flüssige Material 4 mittels UV-Strahlung 8 ausgehärtet, so dass das flüssige Material 4 zu einem festen Material 40 wird und die erste Oberfläche 4a zu einer ersten Grenzfläche 40a und die zweite Oberfläche 4b zu einer zweiten Grenzfläche 40b wird. Die UV-Strahlung wird mit Hilfe von Umlenkspiegeln 81, die für den Messstrahl transparent sein können, auf den Hohlraum gerichtet. Insbesondere verlaufen der Messstrahl 120 und die UV-Strahlung 8 entlang eines gemeinsamen optischen Weges. 16 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung mindestens einer optischen Komponente in einer schematischen Schnittdarstellung, wobei eine Form der zweiten Oberfläche 4b mittels einer Aktuatoreinheit 101 definiert wird. Insbesondere ist die Aktuatoreinheit 101 dazu eingerichtet, eine Position entlang der z-Achse von diskreten Punkten der zweiten Oberfläche 4b zu definieren. Die Aktuatoreinheit 101 umfasst mehrere Aktuatoren 103, die so angeordnet sind, dass sie gegen den zweiten Membranbereich 6 drücken. Insbesondere umfassen die Aktuatoren Stifte, die in Kontakt mit dem zweiten Membranbereich sind, wobei die Position der Stifte entlang der z-Achse einstellbar ist. Bei den Aktuatoren 103 zur Einstellung der Position der Stifte entlang der z-Achse kann es sich um Piezoaktuatoren, Schwingspulenaktuatoren, Elektropermanentmagnetaktuatoren, Schrittmotoren oder Hydraulikaktuatoren handeln.
Der Druck P1 des flüssigen Materials 4 bleibt während des Verfahrensschritts c1) konstant. Insbesondere entspricht der Druck P1 dem Umgebungsdruck. Eine Änderung der Form der zweiten Oberfläche hat somit keinen Einfluss auf die Form der ersten Oberfläche 4a. Die Form der ersten Oberfläche 4a wird durch Einstellen des relativen Drucks zwischen P1 und P2 angepasst.

Claims

Verfahren zur Herstellung mindestens einer optischen Komponente (1), das die folgenden Schritte umfasst: a1) Bereitstellung mindestens eines Hohlraums (2) b1) Einfüllen eines flüssigen Materials (4) in den mindestens einen Hohlraum (2) c1) Einstellen einer Form einer ersten Oberfläche (4a) des flüssigen Materials (4), d1) Aushärten des in den mindestens einen Hohlraum (2) eingefüllten flüssigen Materials (4), so dass das flüssige Material (4) zu einem starren Material (40) und die erste Oberfläche (4a) zu einer ersten Grenzfläche (40a) wird, wobei eine Form der ersten Grenzfläche (40a) durch die Form der ersten Oberfläche (4a) definiert ist, und entweder e1) Formen der mindestens einen optischen Komponente mittels eines Formgebungsverfahrens, wobei die erste Grenzfläche (40a) mindestens eine Oberfläche eines Formgebungswerkzeugs bereitstellt und die Form einer optischen Oberfläche der optischen Komponente (1) mittels der ersten Grenzfläche (40a) gebildet wird, oder e2) die optische Komponente das starre Material (40) umfasst und die erste Grenzfläche (40a) eine optische Oberfläche der optischen Komponente (1) ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Verfahrensschritt a1) der mindestens eine Hohlraum (2) auf einer ersten Seite durch eine Oberfläche (3a) eines ersten Membranbereichs (3) begrenzt wird, wobei eine Form des ersten Membranbereichs (3) einstellbar ist; in Verfahrensschritt b1) das flüssige Material (4) in den mindestens einen Hohlraum (2) eingefüllt wird, so dass das flüssige Material (4) die Oberfläche (3a) des ersten Membranbereichs (3) berührt; in Verfahrensschritt c1) die Form der ersten Oberfläche (4a) des flüssigen Materials durch Anpassen der Form des ersten Membranbereichs (3) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine optische Komponente (1) eine Linse ist und die optische Oberfläche eine brechende Oberfläche der Linse ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mindestens eine Hohlraum (2) durch eine in einer Maske (5) ausgebildete Öffnung (5a) gebildet ist, wobei der erste Membranbereich (3) mit der Maske (5) verbunden ist und die Öffnung (5a) abdeckt, um den mindestens einen Hohlraum (2) auf der ersten Seite zu begrenzen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Maske (5) mindestens einen Kanal (7) aufweist, durch den der mindestens eine Hohlraum (2) mit dem flüssigen Material (4) befüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei nach Verfahrensschritt d1) die Maske (5) das starre Material (40) trägt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren den Verfahrensschritt e1) umfasst, wobei die Haftung der optischen Komponente an der ersten Grenzfläche (40a) durch eine auf die erste Grenzfläche (40a) aufgebrachte Beschichtung oder die zwischen der ersten Grenzfläche (40a) und der optischen Komponente (1) angeordnete Membran (3) oder eine mittels der ersten Grenzfläche (40a) gebildete Nanostruktur reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verfahren den Verfahrensschritt e2) umfasst, bei dem die Reflexion von Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich an der ersten Grenzfläche (40a) mittels einer auf die erste Grenzfläche (40a) oder die Membran (3) aufgebrachten Beschichtung oder einer mittels der ersten Grenzfläche gebildeten Nanostruktur reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das Verfahren den Verfahrensschritt e2) umfasst und ein optisches Element (11) auf einer von der ersten Oberfläche (4a) abgewandten Seite der Maske (5) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das optische Element (11) einen Brechungsindex aufweist, der im Wesentlichen gleich dem Brechungsindex des starren Materials (40) ist, und/oder wobei das optische Element (11) das gleiche Material wie das starre Material (40) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das optische Element (11) in Verfahrensschritt d1) mit dem starren Material (40) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das optische Element (11) eine gekrümmte optische Oberfläche (11a) aufweist und die gekrümmte optische Oberfläche (11a) von dem in den mindestens einen Hohlraum (2) eingefüllten starren Material (40) weg weist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren den Verfahrensschritt e2) umfasst, und wobei der mindestens eine Hohlraum (2) auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite durch eine Oberfläche (6a) eines zweiten Membranbereichs (6) begrenzt wird, wobei eine Form des zweiten Membranbereichs (6) einstellbar ist, wobei Schritt b1) ferner das Einfüllen des flüssigen Materials (4) in den mindestens einen Hohlraum (2) umfasst, so dass das flüssige Material (4) auch die Oberfläche (6a) des zweiten Membranbereichs (6) berührt, wobei Schritt c1) ferner die Anpassung der Form des zweiten Membranbereichs (6) umfasst, wobei Schritt d1) ferner das Aushärten des in den mindestens einen Hohlraum (2) eingefüllten flüssigen Materials (4) umfasst, so dass das flüssige Material eine zweite Grenzfläche (40b) der mindestens einen optischen Komponente (1) bildet, wobei die zweite Grenzfläche (40b) eine Form aufweist, die durch eine Form der Oberfläche (6a) des zweiten Membranbereichs (6) definiert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren den Verfahrensschritt e2) umfasst, der Schritt a1) ferner das Bereitstellen eines Trägers (9) umfasst, insbesondere zum Tragen der mindestens einen optischen Komponente (1), und der Verfahrensschritt d1) ferner das Entfernen des Trägers (9) von dem starren Material (40) umfasst, oder der Träger (9) fest mit dem starren Material (40) verbunden wird und der Träger (90) eine Halterung für die mindestens eine optische Komponente (1) bildet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Träger (9) eine gedruckte Leiterplatte ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei der Träger (9) mindestens eine Öffnung (9a) aufweist, wobei das flüssige Material (4) auch in die mindestens eine Öffnung (9a) des Trägers (9) zum formschlüssigen Verbinden der mindestens einen optischen Komponente (1) mit dem Träger (9) im Verfahrensschritt d1) eingefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die mindestens eine Öffnung (9a) des Trägers (9) eine Apertur der mindestens einen optischen Komponente (1) bildet.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 16, wobei der Träger (9) ein transparenter Träger ist, der eine erste Seite (91), die dem flüssigen Material (4) zugewandt ist, das in Verfahrensschritt b1) in den Hohlraum gefüllt wird, und eine zweite Seite (92) aufweist, die von der ersten Seite des Trägers (9) abgewandt ist, wobei der Träger (9) den mindestens einen Hohlraum (2) in einen ersten Bereich (2a), der sich ausgehend von der ersten Seite (91) von dem Träger (9) weg erstreckt, und einen zweiten Bereich (2b), der sich ausgehend von der zweiten Seite (92) von dem Träger (9) weg erstreckt, unterteilt, wobei Schritt b1) ferner das Einfüllen des flüssigen Materials (4) in den mindestens einen Hohlraum (2) umfasst, so dass das flüssige Material (4) die erste Seite (91) des Trägers (9) berührt, und wobei Schritt d1) ferner das Aushärten des flüssigen Materials (4) in dem ersten Bereich (2a) umfasst, so dass das starre Material (40) mit der ersten Seite (91) des Trägers (9) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Verfahren die folgenden weiteren Schritte umfasst: b2) Einfüllen des flüssigen Materials (4) in den zweiten Bereich (2b) des mindestens einen Hohlraums (2), so dass das flüssige Material die zweite Seite (92) des Trägers (9) berührt; c2) Einstellen der Form einer zweiten Oberfläche (4b) des flüssigen Materials (4) in dem zweiten Bereich (2b); d2) Aushärten des in den zweiten Bereich (2b) eingefüllten flüssigen Materials (4), so dass das flüssige Material (4) zu einem starren Material (40) wird und die zweite Oberfläche (4b) zu einer zweiten Grenzfläche (40b) wird, wobei eine Form der zweiten Grenzfläche (40b) durch die Form der zweiten Oberfläche (4b) definiert wird, und so dass das starre Material (4) mit der zweiten Seite (92) des Trägers (9) verbunden wird, wobei die Verfahrensschritte b2), c2) und d2) nach dem Verfahrensschritt d1) in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Verfahrensschritt c1) und/oder Verfahrensschritt c2) mindestens einen der folgenden Schritte umfasst: - Verformung der Maske (5); - Anwendung von Druck auf die Maske (5) an mehreren Stellen der Maske gleichzeitig; - Einstellung eines Drucks (P1) des flüssigen Materials (4) und/oder eines Umgebungsdrucks (P2, P3) außerhalb des mindestens einen Hohlraums (2); - Saugen oder Drücken des ersten Membranbereichs (3) in ein Formwerkzeug und/oder Saugen oder Drücken des zweiten Membranbereichs (6) in ein Formwerkzeug; - Drücken eines Masters gegen den ersten Membranbereich (3) und/oder Drücken eines Masters gegen den zweiten Membranbereich (6); - Veränderung des Abstands zwischen einem ersten und einem zweiten Teil (51, 52) der Maske (5); - Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Membranbereich (3) und dem zweiten Membranbereich (6); - Rotieren des flüssigen Materials, so dass die Form der ersten (4a) und/oder zweiten (4b) Oberfläche zumindest teilweise durch eine auf das flüssige Material (4) ausgeübte Zentrifugalkraft bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Verfahrensschritt c1), c2), d1) und/oder d2) eine Form der ersten (4a) und/oder zweiten (4b) Oberfläche gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Form der ersten Oberfläche (4a) und/oder der zweiten Oberfläche (4b) iterativ angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Verfahrensschritt d1) und / oder Verfahrensschritt d2) das flüssige Material (4) zur Aushärtung mit UV-Licht (8) bestrahlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Verfahrensschritt d1) und/oder Verfahrensschritt d2) Teilbereiche des flüssigen Materials (4) der mindestens einen optischen Komponente (1) nacheinander ausgehärtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei in Verfahrensschritt d1) und/oder d2) das flüssige Material (4) zum Aushärten erhitzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 25, wobei die Maske (5) nach dem Aushärten des flüssigen Materials (4) der mindestens einen optischen Komponente (1) entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Verfahrensschritt a1) eine Mehrzahl von Hohlräumen (2) bereitgestellt wird, in Verfahrensschritt b1) die Mehrzahl von Hohlräumen (2) mit dem flüssigen Material (4) gefüllt wird, wobei für jeden der Mehrzahl von Hohlräumen (2) das flüssige Material (4) jeweils eine erste Oberfläche (4a) bildet; in Verfahrensschritt c1) die Form der ersten Oberflächen (4a) angepasst wird; und in Schritt d1) das flüssige Material (4) ausgehärtet wird, so dass das flüssige Material (4) zu einem starren Material (40) wird und die ersten Oberflächen (4a) zu den ersten Grenzflächen (40a) werden, wobei eine Form der ersten Grenzflächen (40a) jeweils durch die Form der ersten Oberflächen (4a) definiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 27 oder 28, wobei das optische Bauteil (1) ein Linsenarray ist, das eine Vielzahl von Linsen umfasst, wobei jede erste Grenzfläche (40a) jeweils die Form einer brechenden Oberfläche der Linsen definiert.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei überschüssiges Material, insbesondere nicht ausgehärtetes flüssiges Material (4), zwischen benachbarten Linsen nach dem Aushärten des flüssigen Materials (4) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei in einem Verfahrensschritt f1) die Linsen des Linsenarrays durch mindestens eines der folgenden Verfahren getrennt werden: Fräsen, Laserschneiden, Stanzen, Schneiden, Lochstanzen, wobei der Verfahrensschritt f1) nach dem Verfahrensschritt d1) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Verfahrensschritt e2), wobei nach dem Verfahrensschritt d1) in einem Verfahrensschritt b2) ein zusätzliches flüssiges Material in den mindestens einen Hohlraum eingefüllt wird, wobei die zusätzliche Flüssigkeit an die im vorhergehenden Verfahrensschritt d1) oder d2) hergestellte Grenzfläche angrenzt, in einem Verfahrensschritt c2) eine Form einer zusätzlichen Oberfläche (4c) eingestellt wird, wobei die zusätzliche Oberfläche (4c) auf einer der im vorangegangenen Verfahrensschritt d1) oder d2) hergestellten Grenzfläche (40a) gegenüberliegenden Seite des zusätzlichen flüssigen Materials angeordnet ist, und in einem Verfahrensschritt d2) das zusätzliche flüssige Material ausgehärtet wird, so dass das zusätzliche flüssige Material zu einem zusätzlichen starren Material wird und die zusätzliche Oberfläche (4c) zu der zusätzlichen Grenzfläche (40c) wird, wobei eine Form der zusätzlichen Grenzfläche (40c) durch die Form der zusätzlichen Oberfläche (4c) definiert wird.
Optische Vorrichtung mit mindestens einer optischen Komponente (1), die nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt wurde.
Eine optische Vorrichtung, die Folgendes umfasst: - ein starres Material (40), - eine zumindest teilweise in das starre Material (40) eingebettete Komponente, wobei die optische Vorrichtung mindestens eine optische Oberfläche (1a, 1b) aufweist, die dazu konfiguriert ist, eine Wechselwirkung von Licht mit der Komponente in einer vordefinierten Weise zu beeinflussen, wobei die mindestens eine optische Oberfläche (1a, 1b) durch eines der folgenden Elemente gebildet wird: das starre Material (40), eine auf dem starren Material (40) angeordnete Schicht, ein auf dem starren Material (40) angeordneter Membranbereich.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die Komponente vollständig in das starre Material (4) eingebettet ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, wobei das eingebettete Bauteil eines der folgenden ist: ein elektronisches Bauteil, ein optisches Bauteil, ein Beugungsgitter, eine optische Apertur, ein Filter, ein optoelektronisches Bauteil, ein Schmuckstück, ein Sensor, eine Lichtquelle.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 35, wobei die mindestens eine optische Fläche (1a, 1b) in einem flüssigem Zustand des starren Materials (4) gebildet wird.
Vorrichtung (100) zur Herstellung mindestens eines optischen Bauteils (1), umfassend: - mindestens einen Hohlraum (2) zur Aufnahme eines flüssigen härtbaren Materials (4), - eine Aktuatoreinheit zum Definieren einer Form einer ersten Oberfläche (4a) des flüssigen härtbaren Materials (4) in dem Hohlraum (2), und - eine Aushärtungseinheit (102) zum Aushärten des flüssigen Materials (4), während sich das flüssige Material in dem mindestens einen Hohlraum (2) befindet.
Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, umfassend - eine Maske (5) mit einer Öffnung (5a), - einen ersten Membranbereich (3), der mit der Maske (5) verbunden ist und die Öffnung (5a) abdeckt, um den mindestens einen Hohlraum (2) zumindest auf einer ersten Seite zu begrenzen, wobei der erste Membranbereich (3) eine Oberfläche (3a) zum Definieren einer Form einer ersten Grenzfläche (1a) der mindestens einen herzustellenden optischen Komponente (1) aufweist, wenn das flüssige Material (4) in den mindestens einen Hohlraum (2) gefüllt wird und die Oberfläche (3a) des ersten Membranbereichs (3) berührt, - eine Aktuatoreinheit (101), die dazu konfiguriert ist, die Form des ersten Membranbereichs (3) einzustellen, um die Form der Grenzfläche (1a) der mindestens einen optischen Komponente (1) einzustellen, und - eine Aushärtungseinheit (102) zum Aushärten des flüssigen Materials (4), wenn dieses in den mindestens einen Hohlraum (2) eingefüllt wurde.