DE112021006415T5

DE112021006415T5 - Bildung eines optischen systems

Info

Publication number: DE112021006415T5
Application number: DE112021006415.0T
Authority: DE
Inventors: Ilias BOSDAS; Martin Gamble-Salt; Nicola Spring
Original assignee: Ams Osram Asia Pacific Pte Ltd
Current assignee: Ams Osram Asia Pacific Pte Ltd
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2023-09-21
Also published as: CN116848438A; WO2022124983A1; KR20230107370A; GB202019552D0; US20240019609A1

Abstract

Verfahren zum Ausbilden eines optischen Systems, das eine Linse und ein anderes optisches Element umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden eines Master-Werkzeugs unter Verwendung einer lithographischen Vorrichtung; Verwenden des Master-Werkzeugs, um ein Substrat auszubilden, das eine Vielzahl von Linsen und zugehörige Linsenausrichtungsmerkmale umfasst; Zerteilen des Substrats, um einzelne Substrate auszubilden, die jeweils eine Linse mit einem integrierten Linsenausrichtungsmerkmal aufweisen; Anordnen des anderen optischen Elements in einer Spannvorrichtung; und Anordnen einer Linse der Vielzahl von Linsen in der Spannvorrichtung, so dass das integrierte Ausrichtungsmerkmal für die Linse an Oberflächen der Spannvorrichtung anliegt, wodurch die Linse in einer gewünschten Position relativ zu dem anderen optischen Element angeordnet ist.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft die Bildung eines optischen Systems, das eine Linse und ein weiteres optisches Element umfasst.
HINTERGRUND
Verschiedene Arten von optischen Systemen werden in eine Vielzahl von Konsum- und Industrieprodukten und -systemen eingebaut. Ein solches optisches System besteht aus einem optischen Element in Form eines Prismas und einer Linse. Die Linse wird in der Regel mit einem Klebstoff auf dem optischen Element befestigt, und die Linse wird mit einer Bestückungsmaschine auf einer Oberfläche des optischen Elements positioniert. Das optische System kann dann z. B. in ein Mobiltelefon integriert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung haben festgestellt, dass für bestimmte Anwendungen eine sehr genaue Positionierung zwischen einem optischen Element und einer Linse erforderlich ist. Das optische Element kann ein Prisma, ein Strahlteiler, eine optische Baugruppe, ein Beugungsgitter, eine Faseroptik, ein Element mit einer oder mehreren Öffnungen usw. sein. Die herkömmliche Technik, bei der eine Bestückungsmaschine zum Einsatz kommt, kann nicht das erforderliche Maß an Genauigkeit bieten.
Eine solche Anwendung findet sich in einem Verbrauchergerät wie einem Mobiltelefon. Das Mobiltelefon verfügt über eine Öffnung für den Lichteinfall. Das Licht fällt auf eine Linse, die an einem optischen Element in Form eines Prismas befestigt ist, das das einfallende Licht auf einen Bildsensor lenkt, der ein Bild der Umgebung des Mobiltelefons aufnehmen kann. Die genaue Positionierung der Linse ist wichtig für die optischen Aberrationen und damit für die endgültige Bildqualität. Insbesondere würde eine schlechte Ausrichtung zwischen der Linse und der optischen Komponente zu Astigmatismus erster Ordnung und Koma zweiter Ordnung führen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems bereitgestellt, das eine Linse und ein anderes optisches Element umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bilden eines Master-Werkzeugs unter Verwendung einer lithographischen Vorrichtung; Verwenden des Master-Werkzeugs, um ein Substrat zu bilden, das eine Vielzahl von Linsen und zugehörige Linsenausrichtungsmerkmale umfasst; Zerteilen des Substrats, um einzelne Substrate zu bilden, die jeweils eine Linse mit einem integrierten Linsenausrichtungsmerkmal aufweisen; Anordnen des anderen optischen Elements in einer Spannvorrichtung; und Platzieren einer Linse der Vielzahl von Linsen in der Spannvorrichtung, so dass das integrierte Ausrichtungsmerkmal für die Linse an Oberflächen der Spannvorrichtung anliegt, wodurch die Linse in einer gewünschten Position relativ zu dem anderen optischen Element platziert wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ermöglichen eine genaue Platzierung der Linse im Verhältnis zum optischen Element, und dies auf eine Weise, die für die Massenproduktion effizient ist (hohe Stückzahlen und hohe UPH, Einheiten pro Stunde).
Da die Linsen und Ausrichtungsmerkmale mit demselben lithografischen Gerät hergestellt werden, sind sie präzise zueinander ausgerichtet. Insbesondere werden die Linse und das Ausrichtungsmerkmal mit demselben Master-Werkzeug hergestellt, wodurch die bestmögliche Fertigungstoleranz gewährleistet wird.
In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erfolgt die Ausrichtung der Linse relativ zum optischen Element mechanisch (z. B. unter Ausnutzung der Schwerkraft), so dass die Ausrichtungsgenauigkeit nicht durch Maschinenfähigkeiten (wie die Positioniergenauigkeit einer Bestückungsmaschine) begrenzt ist.
Die Linse kann so in die Spannvorrichtung eingesetzt werden, dass eine erste Fläche des integrierten Ausrichtungsmerkmals, die sich in eine erste Richtung erstreckt, an einer ersten Fläche der Spannvorrichtung anliegt, und eine zweite Fläche des integrierten Ausrichtungsmerkmals, die sich in eine zweite Richtung senkrecht zur ersten Richtung erstreckt, an einer zweiten Fläche der Spannvorrichtung anliegt.
In einigen Ausführungsformen befindet sich die erste Oberfläche des integrierten Ausrichtungsmerkmals in der gewünschten Position in derselben Ebene wie eine erste Oberfläche des optischen Elements, und die zweite Oberfläche des integrierten Ausrichtungsmerkmals befindet sich in derselben Ebene wie eine zweite Oberfläche des optischen Elements.
In einigen Ausführungsformen erstrecken sich die erste Fläche des integrierten Ausrichtungsmerkmals und die zweite Fläche in einer dritten Richtung, die parallel zu einer optischen Achse des Objektivs verläuft.
Die Spannvorrichtung kann einen Hohlraum aufweisen, und sobald die Linse in die Spannvorrichtung eingesetzt ist, können Teile des einzelnen Substrats, auf dem die Linse geformt wurde, in den Hohlraum hineinragen.
In einigen Ausführungsformen ist das andere optische Element in der Vorrichtung so angeordnet, dass die Linse während des Einsetzens durch die Schwerkraft in die gewünschte Position geführt wird.
Das Master-Tool kann so geformt werden, dass die einzelnen Substrate nach dem Zerschneiden des Substrats jeweils eine Linse mit einem einzigen integrierten Linsenausrichtungsmerkmal aufweisen.
Das Master-Werkzeug kann so geformt sein, dass die einzelnen Substrate nach dem Zerteilen des Substrats jeweils eine Linse mit einer Vielzahl von integrierten Linsenausrichtungsmerkmalen aufweisen.
In einigen Ausführungsformen ist das Master-Tool so geformt, dass die einzelnen Substrate, wenn das Substrat gewürfelt wird, jeweils eine Linse mit einem integrierten Linsenausrichtungsmerlanal an jeder Ecke des einzelnen Substrats aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass die Linse flexibel in die Vorrichtung eingesetzt werden kann.
Die Herstellung des Master-Werkzeugs unter Verwendung der lithografischen Vorrichtung kann Folgendes umfassen: Auftragen von Replikationsmaterial auf ein Substrat, das ein Master-Werkzeug bildet; Härten des Replikationsmaterials, um gehärtetes Replikationsmaterial zu bilden, das entsprechend den Linsen geformt ist; Auftragen von flüssigem Fotolack auf das Substrat, das ein Master-Werkzeug bildet; Belichten nur ausgewählter Abschnitte des flüssigen Fotolacks, um gehärteten Fotolack zu bilden, der entsprechend den Linsenausrichtungsmerkmalen geformt ist; Entfernen des verbleibenden unbelichteten flüssigen Fotolacks; Auftragen eines flüssigen Materials auf das Substrat, das gehärtete Replikationsmaterial und den gehärteten Fotolack; Härten des flüssigen Materials, um das Master-Werkzeug zu bilden.
Die Belichtung nur ausgewählter Teile des flüssigen Photoresists kann Folgendes umfassen: Positionieren einer transparenten Maskierungsstruktur über dem Substrat, das das Master-Werkzeug bildet, wobei die Maskierungsstruktur eine Maskierungsschicht umfasst; und Emittieren des Lichts durch die Maskierungsstruktur.
Die Verwendung des Master-Werkzeugs zur Bildung des Substrats mit einer Vielzahl von Linsen und zugehörigen Linsenausrichtungsmerkmalen kann Folgendes umfassen: Ausrichten des Master-Werkzeugs und des Substrats in Bezug aufeinander und Zusammenbringen des Master-Werkzeugs und einer ersten Seite des Substrats, wobei sich Replikationsmaterial zwischen dem Master-Werkzeug und dem Substrat befindet; Härten des Replikationsmaterials; und Trennen des Werkzeugs vom Substrat, wobei das gehärtete Replikationsmaterial am Substrat haftet und die Vielzahl von Linsen und zugehörigen Linsenausrichtungsmerkmalen bildet.
Das andere optische Element kann ein Prisma sein, z. B. ein rechtwinkliges Prisma.
Diese und andere Aspekte werden aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung soll durch diese Zusammenfassung nicht eingeschränkt werden, auch nicht auf Implementierungen, die notwendigerweise einige oder alle der genannten Nachteile lösen.
KURZE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Einige Ausführungsformen der Offenbarung werden jetzt nur beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems;
veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung eines Masterwerkzeugs;
zeigt eine Seitenansicht einer Linse, die auf einem Substrat mit mehreren Ausrichtungsmerkmalen ausgebildet ist;
zeigt eine perspektivische Ansicht einer Linse, die auf einem Substrat mit mehreren Ausrichtungsmerkmalen ausgebildet ist;
Die und zeigen Beispiele für Ausrichtungsmerkmale;
Die und zeigen, wie eine Linse ausgerichtet werden kann, wenn sie in eine Spannvorrichtung eingesetzt wird;
Die und veranschaulichen die Positionierung einer Linse auf einem optischen Element, das in eine Vorrichtung eingesetzt ist;
Die bis zeigen perspektivische Ansichten einer Linse, die auf ein optisches Element aufgesetzt ist, das in eine Spannvorrichtung eingesetzt ist;
zeigt ein optisches System, das gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hergestellt wurde; und
zeigt ein Beispiel für ein Computergerät mit einem optischen System.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Allgemeinen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf die Herstellung eines optischen Systems, das eine Linse und ein anderes optisches Element umfasst. Ein lithografisches Gerät wird verwendet, um ein Master-Werkzeug herzustellen, das Replikationsflächen für die Herstellung von Linsen und zugehörigen Ausrichtungsmerkmalen enthält. Das Master-Werkzeug wird dann verwendet, um Linsen und ihre integrierten Ausrichtungsmerkmale zu formen, z. B. in einer Platte mit Hunderten oder Tausenden von Linsen. Da die Linsen und ihre integrierten Ausrichtungsmerkmale mit dem Master-Werkzeug geformt werden, sind sie präzise zueinander ausgerichtet. Die Platte wird dann in Würfel geschnitten. Jede Linse wird auf ein optisches Element aufgesetzt, wobei eine Vorrichtung mit genau positionierten Oberflächen verwendet wird, die ein Ausrichtungsmerkmal der Linse aufnimmt. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ermöglichen somit eine präzise Positionierung der Linse relativ zum optischen Element.
Einige Beispiele für die Lösung sind in den beigefügten Abbildungen dargestellt.
veranschaulicht ein Verfahren 100 zur Herstellung eines optischen Systems gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
In Schritt S102 wird ein lithografisches Gerät verwendet, um ein Urwerkzeug herzustellen. Der Schritt S102 ist in näher dargestellt.
Wie in dargestellt, werden in Schritt S202 ein Dosierwerkzeug 250 mit einem Replikationsmaterial 251 (z. B. Epoxidharz) auf seinen Replikationsflächen und ein das Masterwerkzeug bildendes Substrat 252 zusammengebracht. Das Substrat 252 kann ein „Wafer“ oder ein anderes Basiselement sein. Daher kann das Verfahren 100 als ein optisches Verarbeitungsverfahren auf Waferebene angesehen werden. Das Substrat 252 kann zum Beispiel aus Glas bestehen. Indem das Dosierwerkzeug 250 und das Substrat 252 zusammengebracht werden (z. B. durch Absenken des Dosierwerkzeugs 250 auf das Substrat 252), wird das Replikationsmaterial 251 auf eine Oberseite des Substrats 252 aufgebracht. Das Replikationsmaterial 251 wird dann durch Bestrahlung mit Licht, z. B. mit ultraviolettem Licht, ausgehärtet. Durch den Aushärtungsprozess wird das Replikationsmaterial gehärtet, so dass auf der Oberseite des Substrats 252 ein gehärtetes Replikationsmaterial entsteht. Das gehärtete Replikationsmaterial 253 ist entsprechend den Linsen geformt, die im optischen System verwendet werden sollen.
In Schritt S204 wird flüssiger Photoresist 254 auf das Substrat 252, das das Master-Werkzeug bildet, aufgetragen. Der flüssige Photoresist 254 kann beispielsweise ein UV-härtbares Hybridpolymer sein; Beispiele für Materialien für den flüssigen Photoresist 254 sind Fachleuten bekannt.
In Schritt S206 wird eine Lichtquelle verwendet, um Licht 255 auf das Substrat 252, das das Master-Werkzeug bildet, zu richten und nur ausgewählte Teile des flüssigen Fotolacks 254 zu belichten, um gehärteten Fotolack 257 zu bilden, der entsprechend den Linsenausrichtungsmerkmalen geformt ist, die in dem optischen System verwendet werden sollen. Bei dem Licht 255 kann es sich um ultraviolettes (UV) Licht handeln.
Schritt S206 kann durch Positionierung einer transparenten Maskierungsstruktur in der Nähe des das Masterwerkzeug bildenden Substrats 252 durchgeführt werden. Die Maskierungsstruktur umfasst ein geeignetes transparentes Material (z. B. Glas), durch das Licht hindurchtreten kann und auf dem eine Maskierungsschicht 256 angeordnet ist. Die Maskierungsschicht 256 kann aus Metall (z. B. Chrom), schwarzer Tinte oder Farbe oder einem anderen geeigneten undurchsichtigen Material bestehen. Die Lichtquelle wird so positioniert, dass das emittierte Licht 255 auf die Maskierungsstruktur fällt. Das Licht 255 hat Wellenlänge(n), die geeignet sind, den flüssigen Fotolack 254 auszuhärten, und die geeignet sind, von der Maskierungsstruktur durchgelassen und von der Maskierungsschicht 256 absorbiert, reflektiert und/oder anderweitig blockiert zu werden. Die Ausführungsformen sind nicht darauf beschränkt, dass das Licht 255 UV-Licht ist, und es kann auch anderes Licht mit anderen Wellenlängen verwendet werden. Zum Beispiel ist auch die Aushärtung mit sichtbarem Licht möglich. Bei Verwendung von sichtbarem Licht können die gleichen (auszuhärtenden) Materialien wie bei UV-Licht verwendet werden, jedoch mit anderen Photoinitiatoren.
In Schritt S208 wird der verbleibende nicht belichtete flüssige Fotolack entfernt. Insbesondere wird der verbleibende nicht belichtete flüssige Fotolack abgewaschen.
In Schritt S210 wird ein flüssiges Material auf das Substrat 252, das das Master-Werkzeug bildet, das gehärtete Replikationsmaterial 253 und den gehärteten Fotolack 257 aufgebracht und ausgehärtet, um das Master-Werkzeug 260 zu bilden. Das flüssige Material kann thermisch oder optisch gehärtet werden. Ein Beispiel für das Material des Master-Werkzeugs 260 ist Silizium, es können jedoch auch andere Materialtypen zur Herstellung des Master-Werkzeugs 260 verwendet werden.
Wie in dargestellt, hat das Master-Werkzeug 260 eine Replikationsfläche, die eine Vielzahl von Replikationsabschnitten 258 umfasst, deren Oberfläche jeweils eine (negative) Kopie einer Oberflächenform einer herzustellenden Linse ist, wobei die Replikationsfläche zusätzlich für jede Linse einen oder mehrere Replikationsabschnitte 259 aufweist, deren Oberfläche jeweils eine (negative) Kopie einer Oberflächenform eines herzustellenden Ausrichtungsmerlanals ist. Der Replikationsabschnitt 258 für eine Linse und der/die Replikationsabschnitt(e) 259 für das/die Ausrichtungsmerlanal(e) befinden sich in demselben Master-Werkzeug 260, wodurch die bestmögliche Genauigkeit bei der Positionierung der Linse und eines optischen Elements gewährleistet wird, das im Folgenden näher beschrieben wird.
Wir kehren nun zu dem in dargestellten Prozess 100 zurück.
In Schritt S104 wird das Master-Werkzeug 260 verwendet, um ein Substrat zu bilden, das eine Vielzahl von Linsen und zugehörige Linsenausrichtungsmerkmale umfasst. Insbesondere wird ein Replikationsmaterial (z. B. Epoxidharz) auf die Replikationsflächen 258, 259 des Master-Werkzeugs 260 aufgebracht, und ein Substrat (das sich von dem oben erwähnten, das Master-Werkzeug bildenden Substrat 252 unterscheidet) und das Master-Werkzeug 260 werden dann zusammengebracht. Das Substrat, auf dem die mehreren Linsen und die zugehörigen Linsenausrichtungsmerkmale gebildet werden, besteht aus einem geeigneten transparenten Material (z. B. Glas), durch das Licht hindurchtreten kann.
Indem das Masterwerkzeug 260 und das Substrat zusammengebracht werden (z. B. durch Absenken des Masterwerkzeugs 260 auf das Substrat), wird das Replikationsmaterial auf die Oberseite des Substrats aufgebracht. Anschließend wird das Replikationsmaterial durch thermische oder optische Aushärtung ausgehärtet. Durch den Aushärtungsprozess wird das Replikationsmaterial gehärtet, so dass auf der Oberseite des Substrats ein gehärtetes Replikationsmaterial entsteht. Das gehärtete Replikationsmaterial wird entsprechend den Linsen und den dazugehörigen integrierten Ausrichtungsmerkmalen geformt. Eine Linse und die zugehörige(n) integrierte(n) Ausrichtungsfunktion(en) werden aus demselben Material hergestellt, wie man sich vorstellen kann.
Das Master-Werkzeug 260 kann verwendet werden, um eine Vielzahl von Linsen und die dazugehörigen integrierten Ausrichtungsmerkmale auf dem Substrat zu bilden. Das heißt, das Substrat kann Dutzende, Hunderte oder Tausende von Linsen und die dazugehörigen integrierten Ausrichtungsmerkmale aufweisen.
In Schritt S106 wird das Substrat, auf dem die Linsen und das/die zugehörige(n) integrierte(n) Ausrichtungsmerkmal(e) gebildet wurden, gewürfelt. Das Zerschneiden des Substrats führt zu einer Vielzahl von Strukturen 300, die jeweils ein einzelnes Substrat 306 mit einer einzelnen Linse 302 und dem/den darauf ausgebildeten integrierten Ausrichtungsmerkmal(en) 304 umfassen.
Die Linse 302 kann ein einziges integriertes Ausrichtungsmerkmal oder auch mehrere integrierte Ausrichtungsmerkmale aufweisen. zeigt eine Seitenansicht einer Beispiellinse 302, die auf einem Einzelsubstrat 306 (nach dem Zerschneiden) gebildet ist und vier Ausrichtungsmerkmale 304 an jeder Ecke des Einzelsubstrats aufweist. Wie in dargestellt, ist die Linse 302 mit einer optischen Achse verbunden, die sich in z-Richtung (hier auch als dritte Richtung bezeichnet) durch die Mitte der Linse 302 erstreckt. Jedes der Ausrichtungsmerkmale kann Oberflächen aufweisen, die sich in einer Richtung erstrecken, die parallel zur optischen Achse der Linse ist.
zeigt eine perspektivische Ansicht einer Beispiellinse, die auf einem Substrat mit mehreren Ausrichtungsmerkmalen ausgebildet ist. Wie in Bezug auf das in gezeigte Ausrichtungsmerkmal 304a dargestellt, hat jedes der mehreren Ausrichtungsmerkmale eine erste Oberfläche 308, die sich in x-Richtung (hier auch als erste Richtung bezeichnet) erstreckt, und eine zweite Oberfläche 310, die sich in y-Richtung (hier auch als zweite Richtung bezeichnet) erstreckt und orthogonal zur x-Richtung verläuft.
Der Abstand D zwischen einer Ebene, die sich durch die Mitte der Linse erstreckt, und einer parallelen Ebene, die sich entlang der zweiten Oberfläche 310 des Ausrichtungsmerkmals 304a erstreckt, kann genau gesteuert werden, da sich der Replikationsabschnitt 258 für die Linse und der Replikationsabschnitt 259 für das Ausrichtungsmerkmal 304a in demselben Masterwerkzeug 260 befinden.
Wie in den und dargestellt, befindet sich das Ausrichtungsmerkmal 304a an einer Ecke des einzelnen Substrats. Als Ergebnis des Dicing-Prozesses kann sich ein Teil des einzelnen Substrats 306 in x-Richtung über die zweite Oberfläche 310 des Ausrichtungsmerkmals 304a hinaus erstrecken. In ähnlicher Weise kann sich ein Teil des einzelnen Substrats 306 infolge des Zerschneidens in y-Richtung über die erste Oberfläche 308 des Ausrichtungsmerkmals 304a hinaus erstrecken. Das heißt, das Ausrichtungsmerkmal 304a (und die anderen Ausrichtungsmerkmale 304b-c) können sowohl in x- als auch in y-Richtung von einer Ecke des einzelnen Substrats 306 zurückgesetzt sein.
Wie weiter unten noch näher erläutert wird, liegt die erste Oberfläche 308 des Ausrichtungsmerkmals 304a an einer Oberfläche der Vorrichtung an, wenn die Linse 302 in eine Vorrichtung eingesetzt wird, und die zweite Oberfläche 310 des Ausrichtungsmerkmals 304a liegt an einer anderen Oberfläche der Vorrichtung an, um sicherzustellen, dass sich die Linse in einer gewünschten Position in Bezug auf das optische Element befindet.
In der gewünschten Position wird die Struktur 300 um die y-Achse gedreht, so dass eine der Seiten des einzelnen Substrats in einem Winkel θ zur Horizontalen angehoben wird. Dieser Anhebungswinkel θ aus der Blickrichtung V1 ist in dargestellt. In der gewünschten Position wird die Struktur 300 so um die x-Achse gedreht, dass eine andere der Seiten des einzelnen Substrats in einem Winkel φ zur Horizontalen angehoben wird. Dieser Anhebungswinkel φ aus der Blickrichtung V2 ist in dargestellt. In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist es die Schwerkraft, die die Linse 302 so führt, dass sie sich selbst mit dem optischen Element ausrichtet.
Die und zeigen ein Beispiel für eine Linse 302, die auf einem Einzelsubstrat 306 mit vier Ausrichtungsmerkmalen 304 an jeder Ecke des Einzelsubstrats 306 ausgebildet ist. Die in den und dargestellte Form und Anzahl der integrierten Ausrichtungsmerkmale 304 ist jedoch nur ein Beispiel, und viele andere Varianten sind möglich. In einer Variante kann die Linse zum Beispiel nur ein einziges Ausrichtungsmerkmal 304a an einer Ecke des Einzelsubstrats 306 aufweisen.
zeigt ein weiteres Beispiel für eine Linse 302, die auf einem einzelnen Substrat 306 mit einem einzigen integrierten Ausrichtungsmerkmal 304 ausgebildet ist, das die Linse vollständig umschließt. Das in gezeigte Ausrichtungsmerkmal 304 hat eine erste Fläche 308, die sich in x-Richtung erstreckt und an einer Oberfläche der Spannvorrichtung anliegt, und eine zweite Fläche 310, die sich in y-Richtung erstreckt und an einer anderen Oberfläche der Spannvorrichtung anliegt, um sicherzustellen, dass sich die Linse in einer gewünschten Position in Bezug auf das optische Element befindet.
zeigt ein weiteres Beispiel für eine Linse 302, die auf einem einzelnen Substrat 306 mit einem einzigen integrierten Ausrichtungsmerkmal 304 ausgebildet ist, das aus zwei Teilen besteht. Das in gezeigte Ausrichtungsmerkmal 304 hat einen ersten Teil, der eine erste Fläche 308 umfasst, die sich in x-Richtung erstreckt, um an einer Oberfläche der Spannvorrichtung anzuliegen, und einen zweiten Teil, der eine zweite Fläche 310 umfasst, die sich in y-Richtung erstreckt, um an einer anderen Oberfläche der Spannvorrichtung anzuliegen, um sicherzustellen, dass sich die Linse in einer gewünschten Position in Bezug auf das optische Element befindet. In dem in gezeigten Beispiel ist der erste Teil des Ausrichtungsmerkmals 304 mechanisch von dem zweiten Teil des Ausrichtungsmerkmals 304 getrennt.
In Schritt S108 wird ein optisches Element in einer Spannvorrichtung 400 angeordnet. Das optische Element 402 kann ein Prisma (z. B. ein rechtwinkliges Prisma), ein Strahlteiler, eine optische Baugruppe, ein Beugungsgitter, eine Faseroptik, ein Element mit einer oder mehreren Öffnungen usw. sein. Die Spannvorrichtung 400 ist eine Vorrichtung, die eine Aussparung aufweist, um das optische Element in einer vorgegebenen Ausrichtung zu halten. Die Spannvorrichtung kann eine einzelne Aussparung zum Halten nur eines optischen Elements oder eine Vielzahl von Aussparungen aufweisen, so dass die Spannvorrichtung zum Halten einer Vielzahl optischer Elemente angeordnet ist.
In Schritt S 110 wird die Struktur 300 auf dem optischen Element platziert, das in der Schablone 400 gehalten wird. Vor diesem Aufsetzen wird ein geeigneter Klebstoff auf eine Oberfläche des optischen Elements aufgetragen, die mit der Unterseite des einzelnen Substrats 306 in Kontakt kommt, und/oder der Klebstoff wird auf die Unterseite des einzelnen Substrats 306 aufgetragen, die mit dem optischen Element in Kontakt kommt.
zeigt ein optisches Element 402 in Form eines rechtwinkligen Prismas, das in die Schablone eingesetzt wurde. Dies ist nur ein Beispiel für ein optisches Element, das in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
zeigt, wie die Struktur 300 auf ihrem Gegenstück, dem optischen Element 402, positioniert wird. Die Spannvorrichtung 400 hält das optische Element in einer solchen Ausrichtung, dass die Schwerkraft die Linse in eine gewünschte Position relativ zum optischen Element führt. Wenn die Linse in die Spannvorrichtung eingesetzt wird, liegt die erste Fläche 308 des integrierten Ausrichtungsmerkmals, die sich in x-Richtung erstreckt, an einer ersten Fläche 408 der Spannvorrichtung an, und die zweite Fläche 310 des integrierten Ausrichtungsmerkmals, die sich in y-Richtung erstreckt, liegt an einer zweiten Fläche 410 der Spannvorrichtung an. Es wird deutlich, dass eine zweidimensionale Darstellung ist und daher nur Letzteres zeigen kann.
Die erste Fläche 408 der Spannvorrichtung und die zweite Fläche 410 der Spannvorrichtung gewährleisten eine präzise Positionierung der Linse in Bezug auf das optische Element 402 sowohl in der x-Richtung als auch in der orthogonalen y-Richtung.
In der gewünschten Position befindet sich die erste Fläche 308 des integrierten Ausrichtungsmerkmals 304a in derselben Ebene wie eine erste Fläche 412 des optischen Elements 402 (dies ist in dargestellt), und die zweite Fläche 310 des integrierten Ausrichtungsmerkmals 304a befindet sich in derselben Ebene wie eine zweite Fläche 414 des optischen Elements 402 (dies ist in den und dargestellt).
In Ausführungsformen, bei denen sich als Ergebnis des Zerteilungsverfahrens ein Teil des einzelnen Substrats 306 in x-Richtung über die zweite Oberfläche 310 des Ausrichtungsmerkmals 304a hinaus erstreckt und ein Teil des einzelnen Substrats 306 sich in y-Richtung über die erste Oberfläche 308 des Ausrichtungsmerkmals 304a hinaus erstreckt, umfasst die Spannvorrichtung 400 einen Hohlraum 406 zur Aufnahme dieser Teile des einzelnen Substrats 306. Es wird deutlich, dass eine zweidimensionale Darstellung ist und daher nur den Hohlraum 406 zeigt, der den Teil des einzelnen Substrats 306 aufnimmt, der sich in x-Richtung über die zweite Oberfläche 310 des Ausrichtungsmerlanals 304a hinaus erstreckt.
Die sind dreidimensionale Darstellungen der Linse 302, die auf einem optischen Element 402 positioniert ist, das in einer Vorrichtung 400 angeordnet ist. Während in den das optische Element 402 in Form eines rechtwinkligen Prismas dargestellt ist, ist dies nur ein Beispiel für ein optisches Element, das in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
zeigt, dass die Spannvorrichtung 400 das optische Element 402 in einer solchen Ausrichtung hält, dass die Linse 302 durch die Schwerkraft in eine gewünschte Position relativ zum optischen Element gebracht wird, wenn die Linse in die Spannvorrichtung eingesetzt wird.
veranschaulicht, dass, wenn sich die Linse in der gewünschten Position relativ zum optischen Element befindet, die erste Oberfläche 308 des integrierten Ausrichtungsmerkmals 304a in derselben Ebene liegt wie die erste Oberfläche 412 des optischen Elements 402 (dies ist in dargestellt), und die zweite Oberfläche 310 des integrierten Ausrichtungsmerkmals 304a in derselben Ebene liegt wie die zweite Oberfläche 414 des optischen Elements 402.
veranschaulicht, dass, wenn sich die Linse in der gewünschten Position relativ zum optischen Element befindet, die erste Fläche 308 des integrierten Ausrichtungsmerkmals 304a, die sich in x-Richtung erstreckt, an einer ersten Fläche 408 der Spannvorrichtung anliegt und die zweite Fläche 310 des integrierten Ausrichtungsmerkmals 304a, die sich in y-Richtung erstreckt, an einer zweiten Fläche 410 der Spannvorrichtung anliegt.
Sobald der Klebstoff ausgehärtet ist, kann das optische System 600, das die am optischen Element 402 befestigte Linse 302 umfasst, von der Vorrichtung 400 entfernt werden. zeigt das optische System 600, das gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hergestellt wurde. Ein solches optisches System 600 hat eine präzise Positionierung der Linse 302 in Bezug auf das optische Element 402 mit einer erreichbaren Genauigkeit von weniger als +/-5 um sowohl in der x-Richtung als auch in der y-Richtung.
Das optische System 600 kann in ein Computergerät 700 eingebaut werden, wie in dargestellt. Das Computergerät kann ein Mobiltelefon, ein Tablet, ein Personal Computer, ein Spielgerät, ein tragbares Gerät (z. B. eine Smartwatch) oder ein anderes Computergerät sein.
zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das optische Element 402 ein rechtwinkliges Prisma ist, das in ein Mobiltelefon 700 eingebaut ist. Das Mobiltelefon 700 umfasst eine Öffnung zum Empfang von Licht. Das Licht fällt auf die Linse 302, die gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung an dem optischen Element 402 befestigt ist. Das optische Element 402 lenkt das einfallende Licht auf einen Bildsensor 702, der in der Lage ist, ein Bild der Umgebung des Mobiltelefons 700 zu erfassen. Es versteht sich, dass eine oder mehrere Linsen (eine Mikrolinsenanordnung) zwischen dem optischen Element 402 und dem Bildsensor 702 vorgesehen sein können.
Obwohl die Offenbarung in Form von bevorzugten Ausführungsformen, wie oben dargelegt, beschrieben wurde, ist es zu verstehen, dass diese Ausführungsformen nur illustrativ sind und dass die Ansprüche nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sind. Fachleute können im Hinblick auf die Offenbarung Änderungen und Alternativen vornehmen, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. Jedes Merkmal, das in der vorliegenden Beschreibung offenbart oder dargestellt ist, kann in jede beliebige Ausführungsform eingebaut werden, sei es allein oder in einer geeigneten Kombination mit einem anderen hier offengelegten oder dargestellten Merkmal.
LISTE DER REFERENZNUMMERN

100: Prozess
250: Dosierwerkzeug
251: Replikationsmaterial
252: Master werkzeugbildendes Substrat
253: gehärtetes Replikationsmaterial
254: Flüssigphotoresist
255: Licht
256: Maskierungsebene
258: Replikationsabschnitt für ein Objektiv
259: Replikationsabschnitt für ein Ausrichtungsmerkmal
260: Hauptwerkzeug
300: Struktur
302: Linsen
304: Ausrichtungsfunktion
306: individuelles Substrat
308: erste Oberfläche eines Ausrichtungsmerkmals
310: zweite Oberfläche eines Ausrichtungsmerkmals
400: Jig
402: optisches Element
406: Hohlraum
408: erste Oberfläche einer Spannvorrichtung
410: Zweite Oberfläche einer Spannvorrichtung
412: erste Oberfläche eines optischen Elements
414: zweite Oberfläche eines optischen Elements
600: optisches System
700: Rechenanlage
702: Bildsensor

Claims

Verfahren (100) zum Bilden eines optischen Systems, das eine Linse (302) und ein anderes optisches Element (402) umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Bilden (S102) eines Master-Werkzeugs (260) unter Verwendung einer lithographischen Vorrichtung; Verwenden (S 104) des Master-Werkzeugs, um ein Substrat zu bilden, das eine Vielzahl von Linsen und zugehörige Linsenausrichtungsmerkmale umfasst; Zerteilen (S106) des Substrats, um einzelne Substrate (306) zu bilden, die jeweils eine Linse mit einem integrierten Linsenausrichtungsmerkmal aufweisen; Anordnen (S108) des anderen optischen Elements in einer Spannvorrichtung (400); und Platzieren (S110) einer Linse (302) der Vielzahl von Linsen in der Spannvorrichtung, so dass das integrierte Ausrichtungsmerkmal (304) für die Linse an Oberflächen der Spannvorrichtung anliegt, wodurch die Linse in einer gewünschten Position relativ zu dem anderen optischen Element platziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Linse so in die Spannvorrichtung eingesetzt wird, dass eine erste Fläche (308) des integrierten Ausrichtungsmerkmals, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, an einer ersten Fläche (408) der Spannvorrichtung anliegt, und eine zweite Fläche (310) des integrierten Ausrichtungsmerkmals, die sich in einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung erstreckt, an einer zweiten Fläche (410) der Spannvorrichtung anliegt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei in der gewünschten Position die erste Oberfläche (308) des integrierten Ausrichtungsmerkmals in der gleichen Ebene wie eine erste Oberfläche (412) des optischen Elements liegt und die zweite Oberfläche (310) des integrierten Ausrichtungsmerkmals in der gleichen Ebene wie eine zweite Oberfläche (414) des optischen Elements liegt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei sich die erste Fläche des integrierten Ausrichtungsmerkmals und die zweite Fläche des integrierten Ausrichtungsmerkmals in einer dritten Richtung erstrecken, die parallel zu einer optischen Achse der Linse verläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung einen Hohlraum (406) aufweist und sich, sobald die Linse in der Vorrichtung platziert ist, Teile des einzelnen Substrats, auf dem die Linse gebildet wurde, in den Hohlraum erstrecken.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das andere optische Element so in der Vorrichtung angeordnet ist, dass die Linse während des Anbringens durch die Schwerkraft in die gewünschte Position geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Master-Werkzeug so geformt ist, dass die einzelnen Substrate, wenn das Substrat gewürfelt wird, jeweils eine Linse mit einem einzigen integrierten Linsenausrichtungsmerkmnal aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Master-Werkzeug so geformt ist, dass die einzelnen Substrate, wenn das Substrat gewürfelt wird, jeweils eine Linse mit mehreren integrierten Linsenausrichtungsmerkmalen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Masterwerkzeug so geformt ist, dass die einzelnen Substrate, wenn das Substrat gewürfelt wird, jeweils eine Linse mit einem integrierten Linsenausrichtungsmerkmal aufweisen, das an jeder Ecke des einzelnen Substrats vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausbilden des Master-Werkzeugs unter Verwendung der lithografischen Vorrichtung Folgendes umfasst: Aufbringen (S202) von Replikationsmaterial (251) auf ein Substrat (252), das ein Master-Werkzeug bildet; Härten (S202) des Replikationsmaterials, um gehärtetes Replikationsmaterial (253) zu bilden, das entsprechend den Linsen geformt ist; Verteilen (S204) von flüssigem Fotolack (254) auf das Substrat, das ein Master-Werkzeug bildet; Belichten (S206) nur ausgewählter Abschnitte des flüssigen Fotolacks, um gehärteten Fotolack zu bilden, der entsprechend den Linsenausrichtungsmerkmalen geformt ist; Entfernen (S208) des verbleibenden unbelichteten flüssigen Fotolacks; Aufbringen (S210) eines flüssigen Materials über dem Substrat, dem gehärteten Replikationsmaterial und dem gehärteten Fotolack; Aushärten (S210) des flüssigen Materials, um das Urwerkzeug zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Belichten nur ausgewählter Abschnitte des flüssigen Photoresists umfasst: Positionieren einer transparenten Maskierungsstruktur über dem ein Master-Werkzeug bildenden Substrat, wobei die Maskierungsstruktur eine Maskierungsschicht (256) umfasst; und Emittieren des Lichts durch die Maskierungsstruktur.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verwendung des Master-Werkzeugs zum Ausbilden des Substrats mit einer Vielzahl von Linsen und zugehörigen Linsenausrichtungsmerkmalen Folgendes umfasst: Ausrichten des Master-Werkzeugs und des Substrats zueinander und Zusammenbringen des Master-Werkzeugs und einer ersten Seite des Substrats, wobei sich Replikationsmaterial zwischen dem Master-Werkzeug und dem Substrat befindet; Härten des Replikationsmaterials; und Trennen des Werkzeugs vom Substrat, wobei das gehärtete Replikationsmaterial am Substrat haftet und die Vielzahl von Linsen und zugehörigen Linsenausrichtungsmerkmalen bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das andere optische Element ein Prisma ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das andere optische Element ein rechtwinkliges Prisma ist.
Optisches System (600), hergestellt nach dem Verfahren eines der vorhergehenden Ansprüche.
Optisches System (600) mit einer Linse (302), die an einem anderen optischen Element befestigt ist, wobei die Linse mit einem integrierten Ausrichtungsmerkmal (304) versehen ist.
Optisches System nach Anspruch 16, bei dem die Linse und das integrierte Ausrichtungsmerkmal durch optische Bearbeitung auf Waferebene gebildet werden.