ES2275101T3 - Metodo para fabricacion de un dispositivo optico mediante un procedimiento de replicacion. - Google Patents
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Abstract
Método para fabricación de un dispositivo óptico mediante un procedimiento de replicación que incluye las siguientes etapas: - rellenar el hueco entre un sustrato y un molde con un material polimérico líquido transmisor de luz, - curado del material polimérico para obtener una capa de réplica, - retirar el molde, en el que dicho procedimiento de replicación se repite al menos dos veces utilizando el mismo molde o moldes diferentes y en el que el sustrato, junto con una o más capas de réplica obtenidas durante una o más etapas anteriores del procedimiento de replicación, se utiliza como sustrato para la siguiente etapa del procedimiento de replicación, caracterizado porque en una primera etapa del procedimiento de replicación se obtiene en el sustrato una capa de réplica plana que constituye un capa tampón.
Description
Método para fabricación de un dispositivo óptico
mediante un procedimiento de replicación.
La invención se refiere a un método para
fabricación de un dispositivo óptico de acuerdo con la
reivindicación 1. La invención también se refiere a un dispositivo
óptico como el definido en la reivindicación 5 fabricado mediante
un método acorde con la invención.
Dicho procedimiento de replicación y un aparato
para la fabricación de una lente con una superficie esférica
centrada con precisión se describen en detalle en US 4.615.847. La
tecnología de replicación es una tecnología bien conocida para la
fabricación de lentes de alto rendimiento, con difracción limitada.
Se utilizan como componentes básicos esferas y sustratos planos,
normalmente vidrio, sobre los cuales se aplica una capa delgada de
polímero, preferiblemente en la gama de las decenas de micras, es
decir, la
réplica.
réplica.
Con frecuencia se prefieren los sustratos planos
por motivos de coste y comodidad. Esto resulta especialmente
correcto en el caso de las matrices de lentes. No obstante, una de
las limitaciones de la replicación sobre superficies planas es la
abertura numérica obtenible (NA) de las lentes obtenidas. Con una
sola etapa de replicación, la NA máxima alcanzable se encuentra en
la actualidad como mucho en 0,2. Unos valores de NA más elevados
implican unas capas de réplica más gruesas con un mayor gradiente
de espesor con lo que se mostrará una deformación de la capa de la
réplica con una forma inaceptablemente grande después de la
replicación debido a un encogimiento no definido.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención
consiste en facilitar un método y un aparato para la fabricación de
un dispositivo óptico, así como dicho dispositivo óptico con un
valor NA más elevado.
De acuerdo con la presente invención, esto se
consigue mediante un método de acuerdo con lo definido en la
reivindicación 1 en el que, en una primera etapa del procedimiento
de replicación, se obtiene en el sustrato una capa de réplica plana
que forma una capa tampón.
La invención se basa en la idea de aplicar al
menos dos, y preferiblemente varias, capas de réplica relativamente
delgadas en la parte superior del mismo sustrato, es decir que cada
capa de réplica posterior se forma sobre la capa de réplica
obtenida durante la etapa anterior del procedimiento de replicación,
mientras que el sustrato básico es siempre el mismo. De este modo,
el NA alcanzable puede aumentar significativamente hasta un valor
de NA de aproximadamente 0,5. Debido a que cada capa de réplica
obtenida actúa como componente base para la siguiente etapa de
replicación, la deformación que se produce por cada capa de réplica
es mucho menor que en el caso de aplicar la capa de réplica total
de una vez durante una sola etapa del procedimiento de
replicación.
En las reivindicaciones dependientes se definen
las realizaciones preferidas de la invención. De acuerdo con una
primera realización preferida, los moldes utilizados durante las
posteriores etapas del procedimiento de replicación están adaptados
de tal forma que las capas de replicación obtenidas durante dichas
etapas tienen diferentes espesores o formas.
De acuerdo con otra realización preferida, el
sustrato tiene una superficie plana o convexa sobre la cual se
replican las capas de réplica. La invención resulta preferiblemente
adecuada para su utilización con una superficie plana debido a que
el valor NA es limitado en el caso de una sola capa de replicación.
No obstante, el sustrato no tiene por qué ser necesariamente plano
y son posibles todos los tipos de superficies convexas, es decir
superficies esféricas.
La invención puede aplicarse en distintos campos
para la fabricación de un dispositivo óptico. Los campos de
aplicación preferidos son las lentes, en especial, las microlentes,
lentes de colimadores o lentes de objetivo, matrices de lentes,
colimadores de fibra, conmutadores ópticos, amplificadores ópticos,
transmisores por diodo láser ajustable y/o láseres de bombeo de
alta energía.
Cabe señalar que la patente US 5.178.800 enseña
un método de adaptación de lentes de anteojos multifocales en los
que se permite una transición entre componentes multifocales
incorporando múltiples capas con un espesor más reducido. El
documento DE 1930291 describe un método similar para proporcionar
elementos ópticos que utilicen un múltiplo de etapas de moldeo para
impedir que el moldeo encoja de forma irregular y no definida.
A continuación se explicará la invención en
mayor detalle haciendo referencia a las figuras, en las cuales:
La figura 1 es una vista lateral de una matriz
de lentes fabricada de acuerdo con la presente invención, y
La figura 2 es una vista en planta de dicha
matriz de lentes.
La matriz de lentes mostrada en la figura 1
incluye un sustrato plano 1 fabricado en vidrio, una capa de réplica
tampón 2 y una serie de microlentes 3 en la parte superior de la
capa tampón 2, habiéndose fabricado dichas microlentes 3 de acuerdo
con la presente invención. En la parte izquierda de la figura 1 se
muestra a escala mayor una de dichas microlentes 3 junto con una
porción de la capa tampón 2 y del sustrato 1. Como puede apreciarse
fácilmente, la microlente 3 incluye tres capas de réplica 31, 32, 33
fabricadas a lo largo de diferentes etapas del procedimiento de
replicación. Durante una primera etapa, la capa de réplica 31 se
replica directamente en la parte superior de la superficie 20 de la
capa tampón 2 que, conjuntamente con el sustrato 1, forma una
especie de sustrato diferente para replicación de la lente 3. La
propia capa tampón 2 puede también fabricarse mediante dicho
procedimiento de replicación.
Después de que la primera capa de réplica
estable y endurecida 31 se ha replicado en la capa tampón 2, se
fabrica una segunda capa de réplica 32 durante una segunda etapa del
procedimiento de replicación en la parte superior de la primera
capa de réplica 31, la cual conjuntamente con la capa tampón 2 y el
sustrato 1 forma el "sustrato" de dicha segunda capa de
réplica 32. En una tercera etapa del procedimiento de replicación,
se fabrica posteriormente una tercera capa de réplica 33 sobre la
segunda capa de réplica 32.
Como puede observarse, el espesor y las formas
de las capas de réplica 31, 32, 33 son diferentes, lo que se logra
utilizando distintos tipos de molde durante la fabricación de las
capas. No obstante, también pueden utilizarse los mismos moldes,
con lo que se obtendrán unas capas de réplica similares o idénticas.
En lo que respecta al propio procedimiento de replicación, debe
hacerse nuevamente referencia a la patente US 4.615.847 que queda
incorporada al presente documento por referencia. En esta patente,
las etapas del procedimiento de replicación se describen en
detalle, así como un aparato de fabricación que utiliza dicho
procedimiento de replicación.
La figura 2 es una vista en planta de la matriz
de lentes mostrada en la figura 1, que incluye cuatro microlentes 3
sobre la capa tampón 2.
Los valores típicos de los parámetros de dicha
matriz de lentes son la altura de las microlentes 3 y el espesor de
la capa tampón 2 que está situado entre 50 y 200 \mum. El espesor
del sustrato 1 varía entre 1 y 5 mm. El diámetro de la microlente 3
varía entre 0,1 y 2 mm. La distancia entre microlentes varía entre
0,01 y 5 mm. La longitud, así como la anchura de todo el conjunto,
varían entre 1 y 10 mm. El valor de refracción de una capa de
réplica es 1,57. El índice de refracción del sustrato es de 1,517
(Bk7). No obstante, cabe señalar que estos valores de parámetros
constituyen meros ejemplos.
El número de etapas de replicación será
diferente en función del valor NA a obtener. Los materiales a
utilizar, preferiblemente polímeros y vidrio, pueden ser diferentes
en función de la aplicación y del diseño resultante utilizado. El
número de lentes situadas en la matriz puede también diferir en
función de la aplicación y del diseño resultante utilizado. En
resumen, pueden fabricarse dispositivos ópticos de semiconductor con
un valor NA superior mediante el método de acuerdo con la presente
invención y la deformación que se produce por cada capa de réplica
es mucho menor que en el caso de aplicar una sola capa de réplica
con un espesor superior.
Claims (5)
1. Método para fabricación de un dispositivo
óptico mediante un procedimiento de replicación que incluye las
siguientes etapas:
- rellenar el hueco entre un sustrato y un molde
con un material polimérico líquido transmisor de luz,
- curado del material polimérico para obtener
una capa de réplica,
- retirar el molde,
en el que dicho procedimiento de replicación se
repite al menos dos veces utilizando el mismo molde o moldes
diferentes y en el que el sustrato, junto con una o más capas de
réplica obtenidas durante una o más etapas anteriores del
procedimiento de replicación, se utiliza como sustrato para la
siguiente etapa del procedimiento de replicación,
caracterizado porque en una primera etapa
del procedimiento de replicación se obtiene en el sustrato una capa
de réplica plana que constituye un capa tampón.
2. Método de acuerdo con lo reivindicado en la
reivindicación 1 en el que los moldes utilizados durante
posteriores etapas del procedimiento de replicación están adaptados
de tal forma que las capas de réplica obtenidas durante dichas
etapas tienen diferentes espesores y/o formas.
3. Método de acuerdo con lo reivindicado en la
reivindicación 1 en el que dicho sustrato tiene una superficie
plana o convexa sobre la cual se replican las capas de réplica.
4. Método de acuerdo con lo reivindicado en la
reivindicación 1 utilizándose dicho método para la fabricación de
lentes, en particular microlentes, lentes de colimadores o lentes de
objetivo, matrices de lentes, colimadores de fibra, conmutadores
ópticos, amplificadores ópticos, transmisores por diodo láser
ajustable y/o láseres.
5. Dispositivo óptico, en particular una lente,
una microlente, una lente de colimador o lente de objetivo, una
matriz de lente, un colimador de fibra, un conmutador óptico, un
amplificador óptico, un transmisor por diodo láser ajustable y/o un
láser, que incluye:
- un sustrato,
- una capa plana de réplica que forma una capa
tampón sobre el sustrato, y
- al menos dos capas de réplica líquidas
transmisoras de luz formadas en dicha capa tampón.
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