WO2006018158A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines optischen verbundelements sowie das verbundelement selbst - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines optischen verbundelements sowie das verbundelement selbst Download PDF

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WO2006018158A1 PCT/EP2005/008507 EP2005008507W WO2006018158A1 WO 2006018158 A1 WO2006018158 A1 WO 2006018158A1 EP 2005008507 W EP2005008507 W EP 2005008507W WO 2006018158 A1 WO2006018158 A1 WO 2006018158A1
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Ralf BIERTÜMPFEL
Piotr Rosanka
Ulrike Stöhr
Bernd WÖLFING
Wolfgang Semar
Jürgen LEIB
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Schott Ag
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    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Definitions

  • the invention relates generally to optical systems, and more particularly to a method and apparatus for
  • optical systems In many technical applications, there is an increasing demand for powerful optical systems.
  • the spectrum encompasses, for example, laser technology, printing technology, solar technology, biochemistry, sensor technology, adaptive optical systems, optical computers, optical storage systems, digital cameras, two-dimensional and three-dimensional image reproduction, lithography and measurement technology.
  • JP 60205402 A for example, it is known to connect a glass optical component to a resin optical component by means of an adhesive layer. Further is for example, from JP 07056006 A known to apply a colored resin layer on an optical component made of glass.
  • the invention is therefore based on the object to show a way to produce optical systems with at least two optical elements easier and cheaper.
  • the invention solves the technical problem by a method for connecting at least a first and a second optical element, in which the first optical element contains a first glass, the second optical element contains a second glass, and the first glass another Transformation temperature TgI has as the transformation temperature Tg2 of the second glass, and at least the glass of the second optical element is heated and brought into contact with the glass of the first optical element.
  • TgI transformation temperature
  • an optical element an at least partially transparent body, which acts on passing light, for example by a parallel offset in a plane-parallel plate or filter plate, by collecting or scattering effect at a collecting or scattering lens, by distribution of the light to certain Target areas in angled areas or in certain, remote areas of free-form surfaces or faceted surfaces, regardless of whether this effect is achieved refractive or diffractive or refractive and diffractive.
  • the optical effect may in particular be based on refraction, diffraction and / or phase shifts of wavefronts of light waves.
  • An optical composite element also referred to below as a hybrid element, is understood to mean an optical element which has at least two volume regions which each have materials, in particular glasses, which differ in at least one physical and / or chemical property.
  • the transformation temperature Tg denotes the transformation temperature according to ISO 7884-8.
  • the inventive method preferably provides that the transformation temperature TgI of the first glass is higher than the transformation temperature Tg2 of the second glass.
  • the second glass at least in the region which is brought into contact with the first glass, or the entire second optical element is heated to a temperature which is higher or equal to the transformation temperature Tg 2 of the second glass, so that deformation of the second glass second glass is possible.
  • the second glass is heated at least in the region which is brought into contact with the first glass, or the entire second optical element to a temperature at which the viscosity of the second glass at least in this region is less than or equal to a viscosity of about ⁇ ⁇ 10 10 dPa ⁇ s, in particular of ⁇ ⁇ 10 9 dPa ⁇ s.
  • a viscosity of the second glass With such a viscosity of the second glass, this forms a permanent compound with the first glass, which is stable even after cooling. Plastics, for example, do not show such behavior, which is why the use of glass is particularly advantageous.
  • the method provides that the heated region of the second glass, which is brought into contact with the first glass, comprises that surface of the glass of the second optical element, which contacts the glass of the first optical element in the contacting ,
  • the method advantageously provides that the glass of the first optical element is also at least in the region, with which the glass of the second optical element is brought into contact, or the entire first optical element to a temperature is heated, which is higher than or equal to the transformation temperature Tg2 of the second glass.
  • the glass of the first optical element is heated to a temperature at least in the region, with which the glass of the second optical element is brought into contact, or the entire first optical element, which is higher than or equal to the transformation temperature Tg2 of the second glass but lower than the transforation temperature TgI of the first glass. This ensures that the glass of the second optical element can already be deformed, while the glass of the first optical element essentially retains its shape.
  • the glass of the first and / or second optical element may be heated before or while the glasses are brought into contact or while the glasses are in contact.
  • a heating while the glasses are in contact can preferably be effected by means of radiant heat, for example by microwave heating or by the kIR method (short-wave infrared).
  • the second optical element it is very advantageous to deform the second optical element during and / or after bringing into contact by applying pressure to at least the second optical element.
  • the pressure applied is between 0.01 and 20 N / mm 2 .
  • the glass of the second optical element in the region in which it is brought into contact with the glass of the first optical element advantageously at least in a part of this range in essentially the shape of the first optical element.
  • the first optical element may have different geometries for different applications. Accordingly, the method advantageously provides that the glass of the second optical element in the region in which it is brought into contact with the glass of the first optical element, at least in a part of this region has a substantially planar, convex, concave spherical, aspherical or faceted shape, a freeform or a combination thereof.
  • the glass of the second optical element may be deformed at least in a part of a wider area substantially surrounding the area in which the glass of the second optical element is brought into contact with the glass of the first optical element is opposite.
  • the method can advantageously provide that the glass of the second optical element in this further region assumes a substantially planar, convex, concave spherical, aspherical or faceted shape, a freeform or a combination thereof.
  • the method advantageously provides that the glass of the second optical element in the further region assumes a shape whose surface contains diffractive elements which have the effect of a collecting, scattering, spherical or aspherical lens.
  • the method provides a third optical element which comprises a third glass with a transformation temperature Tg3 which is lower than the transformation temperature Tg2 of the second glass, to connect to the first and / or second optical element in the same manner as described above for connecting the second optical element to the first optical element.
  • the method also advantageously provides for connecting further optical elements, each with decreasing transformation temperatures, to the remaining optical elements in the same way.
  • both glasses are preferably heated to the same temperature.
  • the glass transition temperatures of the glasses also differ greatly in the viscosities of the glasses.
  • the glass with the higher transformation temperature is preferably not deformed when carrying out the process and has a viscosity of more than 10 13 dPa ⁇ s. Accordingly, for this glass, the heating temperature is preferably below the upper cooling temperature. At low pressure, the viscosity of the glass with the higher transformation temperature can also be below 10 13 dPa-s without this
  • the glass with the lower transformation temperature, which is to be deformed preferably has the lowest possible viscosity at the heating temperature, which is particularly preferably not more than 10 10 dPa-s, in particular not more than 10 9 dPa-s, since at a higher viscosity in the Usually no sufficiently durable connection between the glasses is achieved.
  • the glasses Borofloat B270, F2, LAF33, LASF43, BASF2, SF57, LASF46, LAK21, LAF32, LAF3, LASF45, LAF2, LASF44, BAF10, LAF21, LAK34, LASF41, LAK33a, LAK22, LASF31, SF2, N-FK5, SF4, LAK10, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFSII, SF1, SF19, SF10, F2, SF8, LAF7, SF4, SF64, SF5, LAF36, BAF4, SF15, BASF64, BAF3, LASF40, BAF51, LAF35, SF5 ⁇ , BAF52, SF ⁇ , CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFK ⁇ O, CSK12, CSK120, PSFnI, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55
  • the invention is not limited to combinations of the glasses mentioned, but essentially comprises all combinations of glasses which differ in their transformation temperatures.
  • the method advantageously provides that at least two of the glasses joined by the method differ in their dispersion properties.
  • the method advantageously provides that at least two of the glasses differ in their thermal expansion coefficients, wherein in particular the first glass a small has thermal expansion coefficient, which is preferably matched to the thermal expansion coefficient of a silicon wafer.
  • the method provides particularly advantageous to bring a plurality of second optical elements, in particular in an ordered array with the first optical element into contact, wherein the glass of the plurality of second optical elements each having the same transformation temperature Tg2.
  • a lens array can be produced, in which the first optical element is designed as a carrier glass with a small, matched to a silicon wafer thermal expansion coefficient and thus very well suited for the wafer level assembly, as in Temperature changes only build up low voltages between wafer and carrier glass. Glasses with a low coefficient of thermal expansion are often not or only bad blankverpressbar. Therefore, a glass having a higher coefficient of thermal expansion is advantageously selected for the plurality of second optical elements, which generates the optical function via its bright-pressed contour.
  • lens arrays in particular microlens arrays for wafer level mounting, can be produced in a particularly cost-effective manner.
  • At least one of the glasses is a fluorescent glass
  • at least two of the glasses differ in their chemical resistance to alkalis or acids or at least one of the glasses has a spectral transmission or coloration, which differs from the spectral Transmission or staining of the other glasses is different.
  • the shaping of the glasses is effected by pressing, precision or blank pressing.
  • at least one pressing mold transparent to this radiation is used.
  • Further advantageous embodiments of the method provide, on the glass of the first and / or the second optical element at least in the region with which one or more further glasses are brought into contact, to apply a layer which increases the adhesion, or one or more Laying layers, which have a refractive index, which reduces the reflectivity.
  • the method also provides to bring at least a portion of the glass of the second, third and / or another optical element in contact with at least one support member and, if appropriate, to exert pressure on the one or more optical elements or the support member, so that at least one of the optical elements at least partially the shape of the
  • the mounting part is preferably designed as a mounting ring, which advantageously comprises a metal.
  • the method according to the invention makes it possible to produce hybrid or composite optical elements in which two glasses are directly connected to each other without the need for an adhesive layer or the like. This considerably simplifies the production process, as reworking can generally be dispensed with.
  • the invention further solves the technical problem by a device for connecting at least a first and a second optical element, which is particularly suitable for carrying out the method described above, comprising
  • Means for merging which is adapted to bring at least the second optical element in contact with the first optical element
  • a device for heating at least a portion of at least the second optical element A device for heating at least a portion of at least the second optical element.
  • the device preferably also comprises a device for generating a pressure on at least the second optical element.
  • This device can be designed, for example, as a press, in particular as a precision or blank press.
  • the device particularly advantageously comprises a pressing tool which has a corresponding negative shape of the optical element to be formed at least in a partial region of its surface.
  • the pressing tool can have a plane, convex or concave shape at least in a partial area of its surface. Further examples of forms that the pressing tool at least in a portion of its
  • negative molds are a substantially spherical, aspherical or faceted form.
  • the pressing tool can also advantageously have a defined free-form.
  • the pressing tool can particularly advantageously have, at least in a partial region of its surface, a negative mold of at least one diffractive element which has the effect of a collecting, scattering, spherical or aspherical lens.
  • the device for heating comprises a device for coupling radiant heat.
  • the pressing tool is expediently formed at least partially transparent.
  • the device is particularly advantageously designed to bring more than one second optical element, preferably in an ordered field (array), into contact with the first optical element.
  • the device comprises a device for coating the glass of at least the first and / or the second optical element at least in the region with which one or more further glasses are brought into contact.
  • This device for coating can be designed, for example, to apply an adhesion-promoting layer to at least one optical element, for example by spraying on an epoxy resin. Also, the device may be configured to a layer or to apply multiple layers which have a refractive index which reduces the reflectivity.
  • optical composite element which at least
  • a second optical element comprising a second glass with a transformation temperature Tg2, wherein
  • the transformation temperature TgI has a higher value than the transformation temperature Tg2, and
  • the second glass is connected to the first glass along a common surface area directly to form a permanent connection with each other, in particular by means of the method described above.
  • the glass of the second optical element of the composite optical element at least in a part of the surface area along which it is connected to the glass of the first optical element, substantially the negative shape of the first optical element.
  • the composite optical element may advantageously further optical elements, said the glass of the third optical element has a transformation temperature Tg 3, which is below Tg2 is located, and additional optical elements each having ⁇ glasses with even lower transformation temperatures, and the glass of the respective further optical element is connected to at least one other glass of higher transformation temperature along a common surface area immediately to form a permanent connection.
  • at least one optical element of the composite optical element can comprise thereof at least in a partial region a substantially planar, convex, concave, spherical, aspherical or faceted shape, a free-form • or a combination.
  • the surface of at least one optical element of the optical composite element contains particularly advantageous diffractive elements which have the effect of a collecting, scattering, spherical or aspherical lens, or which beam-splitting, beam-shaping, beam profile changing, athermal, achromat act or any other optical effect and / or Have function.
  • the optical composite element comprises at least two glasses, the first .Glas from the group of glasses Borofloat, B270, F2, LAF33, LASF43, BASF2, SF57, LASF46, LAK21, LAF32, LAF3, LASF45, L ⁇ F2, LASF44, BAFlO, LAF21 , LAK34, LASF41, LAK33a, LAK22, LASF31, SF2, N-FK5,
  • SF4 LAK10, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFS1, SF1, SF19, SF10, F2, SF8, LAF7, SF4, SF64, SF5, LAF36, BAF4, SF15, BASF64, BAF3, LASF40, BAF51, LA35, SF56, BAF52, SF6, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFK ⁇ O, CSK12, CSK120, PSFnI, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89 and VC80 and the second glass from the group of glasses N-SK56, N-PK52, N-PK53, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFSII, SFI, SF19, SF10, F2, PG325, PG375, PSK50, PSK100, PSKIII, CaFK95, PFK85
  • the optical composite element comprises at least two glasses with different dispersion properties, wherein the composite element is preferably adapted to minimize chromatic errors.
  • the optical composite element further comprises a lens system or a lens sequence, which is suitable for correcting spherical aberrations, astigmatism and / or coma, or contribute to their correction in the overall system.
  • the optical includes
  • Composite element at least two glasses with different coefficients of thermal expansion, one of which substantially corresponds to that of a semiconductor wafer, for example, a Si, GaAs or GaN wafer corresponds.
  • the optical composite element is particularly well suited for wafer-level packaging in this embodiment.
  • the optical composite element further comprises at least one fluorescent glass, at least two glasses which differ in their chemical resistance to alkalis or acids, or at least one glass which exhibits a spectral transmission or coloration which depends on the spectral transmission or coloration of the other glasses is different.
  • the optical composite element further comprises at least one fluorescent glass, at least two glasses which differ in their chemical resistance to alkalis or acids, or at least one glass which exhibits a spectral transmission or coloration which depends on the spectral transmission or coloration of the other glasses is different.
  • the optical composite element further comprises at least one fluorescent glass, at least two glasses which differ in their chemical resistance to alkalis or acids, or at least one glass which exhibits a spectral transmission or coloration which depends on the spectral transmission or coloration of the other glasses is different.
  • Composite comprise a filter glass for filtering infrared, ultraviolet or visible electromagnetic radiation.
  • composite optical elements which comprise a first glass with a predetermined, special material property and a second glass, which has a complicated geometry.
  • the optical composite element comprises at least one pressed, in particular bright-pressed glass.
  • the optical composite element is particularly preferably designed as an array and accordingly comprises a plurality of optical elements, which are connected in an ordered field with the first, preferably designed as a carrier element, optical element.
  • optical elements it is also advantageous for further optical elements to be connected to an optical composite element by means of an adhesion-promoting or adhesive layer.
  • At least one optical element of the optical composite element may advantageously have an anti-scratch coating. Furthermore, an anti-fog coating may be provided.
  • the composite optical element has one or more layers which are arranged on an optical element or between two optical elements and have a refractive index which reduces the reflectivity.
  • the invention solves the technical problem further by a method for joining at least a first and a second optical element, wherein the first optical element contains a crystalline material, the second optical element contains a glass, and the crystalline material has a melting temperature, which is above the transformation temperature of the glass, and at least the glass of the second optical element is heated and brought into contact with the crystalline material of the first optical element.
  • the crystalline material may comprise a plurality of small, irregularly-stored crystallites.
  • the crystalline material advantageously comprises at least one crystal.
  • the crystalline material may also be formed substantially wholly as a single crystal, whereby the utilization of anisotropies, i. the directionality of certain physical, chemical or mechanical properties, is made possible. For example, the birefringence properties of a single crystal can be specifically exploited.
  • Preferred crystalline materials include, for example, calcium fluoride and / or yttrium aluminum garnet (YAG). These materials are particularly suitable for use in spectroscopy and laser technology.
  • YAG yttrium aluminum garnet
  • the method provides that the glass of the second optical element at least in the area which is brought into contact with the crystalline material, or the entire second optical element is heated to a temperature at which the viscosity of the glass at least in this area is lower than or equal to the viscosity at which the second glass forms a permanent adhesive bond with the crystalline material, in particular less than or equal to one
  • the method provides that the glass of the second optical element in the region in which it is brought into contact with the crystalline material of the first optical element, at least in a part of this area substantially assumes the shape of the first optical element.
  • the method may also include all of the above-described embodiments of the method for connecting at least a first and a second optical element, in which the first optical element contains a first glass, the second optical element contains a second glass, and the first glass has a different one Transformation temperature TgI ' than the transformation temperature Tg2 of the second glass, and at least the glass of the second optical
  • Element is heated and brought into contact with the glass of the first optical element, wherein the crystalline material of the first optical element substantially takes over the function of the first glass.
  • the invention also provides an optical composite element comprising at least a first optical element containing a crystalline material and a second optical element containing a glass, wherein the melting temperature of the crystalline material has a value higher than the transformation temperature of the glass and Glass is connected to the crystalline material along a common surface area immediately to form a permanent connection, in particular by a method as described above.
  • the crystalline material of the first optical element comprises at least one crystal.
  • the crystalline material of the composite optical element calcium fluoride, in particular CaF 2 , and / or yttrium-aluminum garnet, in particular Y 3 Al 5 O 12 , on.
  • the optical composite element preferably comprises at least one optical element which has a substantially planar, convex, or concave shape at least in a partial region.
  • At least one optical element of the composite optical element has at least one subregion - a substantially spherical shape
  • the optical composite element comprises at least one pressed, in particular bright-pressed glass.
  • optical composite element is particularly preferably designed as an array and accordingly comprises a
  • optical elements which are connected in an ordered field with the first, preferably designed as a carrier element, optical element.
  • the optical composite element can also all advantageous embodiments of the optical composite element described above, which at least a first optical element containing a first glass having a transformation temperature TgI, and
  • a second optical element which contains a second glass with a transformation temperature Tg2
  • the transformation temperature TgI has a higher value than the transformation temperature Tg2, and
  • the first optical element instead of the first glass comprises a crystalline material.
  • the invention also solves the technical problem by an optical system which comprises at least one optical element, in particular as part of a composite element as described above, and a mounting part, in particular a mounting ring, wherein the optical element along a common surface area directly with the Holder part is connected to form a permanent connection.
  • the permanent compound is produced by a method in which the glass of the at least one optical element is heated to a temperature at least in the area of the connection surface with the holding part at which the glass has a viscosity of ⁇ ⁇ 10 10 dPa ⁇ s, in particular of ⁇ ⁇ 10 9 dPa ⁇ s. ⁇ 30
  • an optical image sensor an imaging or illuminating optics, an imaging system, a communication terminal, in particular a mobile phone, a PDA or an MDA, and a wafer level package, in particular comprising a plurality of optical image sensors having a composite optical element as described above.
  • the invention is not limited to these applications, but also includes the use of an optical composite element according to the invention in any future technical device requiring an optical system with at least two optical elements.
  • FIG. 1 shows an optical composite element with a plano-convex lens
  • FIG. 2 shows an optical composite element with a plano-concave lens
  • FIG. 5 an optical composite element with a plano-convex and a Fresnel lens
  • FIG. 6 an optical composite element with a bilateral plano-convex lens
  • FIG. 7 an optical composite element with a two-sided aspherical lens
  • FIG. 8 an optical composite element with a bilateral one Fresnel lens
  • 9 shows an optical composite element with a plane-parallel plate and a plano-convex lens
  • FIG. 10 shows an optical composite element with a plane-parallel plate and a plano-concave lens
  • FIG. 11 shows an optical composite element with a plane-parallel plate and an aspherical lens
  • FIG. 13 shows a composite optical element with a plane-parallel plate, a plano-convex lens, and a Fresnel lens.
  • FIG. 14 shows a microlens array with spherical plano-convex microlenses.
  • FIG. 16 shows a plan view of a singular spherical plano-convex microlens
  • FIG. 17 shows a perspective view of an isolated spherical plano-convex microlens
  • FIG. 18 shows a microlens array with plano-concave microlenses
  • FIG. 16 shows a plan view of a singular spherical plano-convex microlens
  • FIG. 17 shows a perspective view of an isolated spherical plano-convex microlens
  • FIG. 18 shows a microlens array with plano-concave microlenses
  • FIG. 19 a microlens array with systems of plano-concave and convex microlenses
  • FIG. 20 a microlens array with systems of plano-convex, concave and convex microlenses
  • FIG. 21 a microlens array with plano-convex microlenses arranged on both sides of the support
  • FIG. 22 shows a microlens array with Fresnel microlenses
  • FIG. 23 shows a microlens array with systems of plano-convex and Fresnel microlenses
  • FIG. 24 shows a top view of a singular Fresnel microlens.
  • Microlens, Fig. 25 is a perspective view of a scattered
  • FIG. 26 shows a microlens array with aspherical microlenses
  • FIG. FIG. 27 shows a microlens array with aspherical microlenses arranged on both sides of the support
  • FIG. 28 shows a plan view of a microlens array with FIG
  • FIG. 29 shows a plan view of a microlens array with staggered microlenses
  • FIG. 30 shows a plan view of a microlens array with hexagonal microlenses
  • FIG. 29 shows a plan view of a microlens array with staggered microlenses
  • FIG. 30 shows a plan view of a microlens array with hexagonal microlenses
  • 31 is a plan view of a microlens array with Fresnel microlenses
  • Fig. 32 is a perspective view of a
  • Fig. 33 is a perspective view of a micro "lens arrays with cylindrical microlenses
  • FIG. 34 shows a perspective view of a micro-lens array with asymmetrical microlenses
  • FIG. 35 shows an optical system with a mounting ring and an optical composite element
  • FIG. 36 shows an optical image sensor
  • Fig. 38 is an optical composite element for coupling a
  • FIGS. 1 to 4 show examples of an optical composite element produced according to the invention, which is designed as a hybrid lens and in each case comprises a glass substrate 100 whose glass has a first transformation temperature TgI.
  • a second optical element which has a second glass with a transformation temperature Tg2 with Tg2 ⁇ TgI, is pressed together with the glass substrate while heating.
  • the optical composite element has in each case a second optical element, which on pressing on one side the planar shape of the substrate and on the other side the shape of the Pressing tool has accepted.
  • the glass of the second optical element was heated before or during the pressing to a temperature at which it has a viscosity below 10 10 dPa ⁇ s, in particular below 10 9 dPa ⁇ s, and thereby remains in permanent contact with the glass of the substrate received.
  • the second optical element is formed as a plano-convex lens 110.
  • the hybrid lenses of FIGS. 2, 3 and 4 each include a second optical element configured as a plano-concave lens 120, an aspherical lens 125 and a Fresnel lens 160, respectively.
  • FIG. 5 shows a composite optical element having a first optical element in the form of a substrate 100 and a second optical element in the form of a plano-convex lens 170, with which in addition a third optical element 172 has been pressed, which comprises a third glass with a transformation temperature Tg3 with Tg3 ⁇ Tg2.
  • the glass of the third optical element 172 was heated before or during the pressing to a temperature at which it has a viscosity below 10 10 dPa-s, in particular below 10 9 dPa-s, and is thereby a permanent connection with the glass of the second optical element 170 received.
  • the third optical element 172 is in the form of a Fresnel lens.
  • FIGS. 6 to 8 shows an optical composite element in which a plane-parallel glass substrate 100, which contains a first glass with a transformation temperature TgI, is pressed on both sides with an optical element which has a second glass with a trans-. formation temperature Tg2, again Tg2 a lower value than Tgl.
  • the pressing can be done preferably on both sides in one step using suitable pressing tools.
  • the double-sided pressed optical elements 150 and 152 have a substantially spherical, plano-convex shape.
  • the optical elements 154 and 156 of the embodiment shown in Fig. 7 have aspherical shape.
  • the double-sided optical elements 180 and 182 are in the form of a Fresnel lens.
  • FIGS. 9 to 13 show hybrid lenses with a plurality of optical elements.
  • the first optical element is in each case formed by a glass substrate 100.
  • a plane-parallel plate 190 is pressed in each case with the glass substrate 100.
  • the embodiment in FIG. 9 comprises a third optical element 110 with a plano-convex shape, which is pressed with the plane-parallel plate 190.
  • FIGS. 10 to 12 shows embodiments in which a plano-concave lens 120, an aspherical lens 125 and a Fresnel lens 160 were respectively pressed as the third optical element.
  • the hybrid lens shown in Fig. 13 comprises a third optical element 170 having a plano-convex shape and a fourth optical element in the form of a Fresnel lens.
  • the glasses of the optical elements have from the first to the third and fourth optical element respectively decreasing transformation temperatures, so that during pressing in each case a heating temperature and a pressure can be adjusted so that only one glass deformed.
  • Fig. 14 shows a microlens array fabricated by bonding a high-TgI substrate glass 100 according to the present invention to a plurality of optical elements 110 having a second low-Tg2 glass.
  • the principle of the manufacturing process is shown in FIG.
  • the production method provides to press the carrier glass 100 with the optical elements 110 by means of a first, in this embodiment planned, and a second press mold 220.
  • the second mold has a multiplicity of negative molds 230, within which a glass gob of the second glass is respectively positioned before the pressing.
  • At least the second mold and the glass gobs of the second glass contained therein are heated by means of a heating device, not shown, to a temperature which is above the transformation temperature Tg2 of the second glass but below the transformation temperature TgI of the support glass.
  • FIGS. 16 and 17 each show a plan view and a perspective view of a microlens obtained by singulation of the microlens array shown in FIG.
  • FIGS. 18 to 23 and also FIGS. 26 and 27 show further advantageous embodiments of microlens arrays produced according to the invention, in each of which a plurality of microlenses are arranged on a carrier glass 100.
  • the microlenses 120 have a plano-concave shape.
  • the embodiments of FIGS. 19 and 20 each comprise microlens systems consisting of plano-concave 130 and convex 132 microlenses or of plano-convex 140, concave 142 and convex 144 microlenses.
  • the microlenses are formed as Fresnel lenses 160.
  • the microlens array shown in FIG. 23 comprises a microlens system consisting of plano-convex microlenses 170 and Fresnel lenses 172.
  • FIGS. 24 and 25 each show a plan view and a perspective view of a microlens obtained by singulation of the microlens array shown in FIG.
  • FIGS. 26 and 27 show microlens arrays with aspherical microlenses 125 arranged on one side or with aspherical microlenses 154 and 156 arranged on both sides.
  • Figures 28 to 31 show various arrangements of microlenses of a microlens array.
  • FIG. 28 shows another arrangement of spherical microlenses 320, in which the microlenses 320 are arranged offset on a carrier glass 100. Such an arrangement may be advantageous for use of the microlens array in optical image sensors or displays because of efficient space utilization.
  • the arrangement shown in FIG. 30 has almost maximum space utilization by hexagonal microlenses 330.
  • FIG. 31 shows a microlens array with Fresnel microlenses 340 arranged in series on a carrier glass 100
  • FIG. 32 shows a section of a microlens array in which Fresnel microlenses 340 are arranged offset on a carrier glass 100.
  • FIGS. 33 and 34 show diffractive optical elements (DOE) produced according to the invention.
  • cylindrical microlenses 410 are arranged on a carrier glass 100, through the spatial dimensions of which diffractive effects occur in the visible spectrum.
  • the embodiment shown in FIG. 34 has asymmetric microlenses 420 arranged on a carrier glass 100, which form an optical grating.
  • the glass substrate 100 may also already be shaped itself as a lens.
  • the spatial dimensions of a hybrid lens according to the invention may of course also be in a range other than the micrometer range of microlenses, for example they can be in the range of a few centimeters for use in photography.
  • Fig. 35 shows an optical system embodying the invention in which a first optical element 100 shaped as an aspherical lens has been pressed with a second optical element 810, the second optical element also assuming an aspherical shape by the pressing.
  • the second optical element was pressed simultaneously with a support member 820, which is formed in this embodiment as a metal ring for mounting, for example in a camera.
  • Figures 36 to 38 show various possibilities for ⁇ inventively produced composite or hybrid optical elements, in particular in the form of 'microlenses or microlens array ..
  • FIG. 36 shows an optical image sensor which has a CMOS sensor 510 arranged on a substrate 500.
  • a microlens 110 disposed on a carrier glass 100 connected to the substrate 500 via spacer and shield members 520 serves to refract incident light toward the CMOS sensor so as to increase the light output.
  • FIG. 37 shows a section of a display device in which a color separation into blue 610, red 620 and green 630 light takes place by means of dichroic mirrors (not shown).
  • microlenses 110 arranged on a carrier glass 100 serve to focus the light bundles, which are displayed as RGB pixels 640, 650 and 660 by the display device.
  • FIG. 38 shows an optical composite element according to the invention which comprises a carrier glass 100 which has Fresnel microlenses 162 on opposite sides.
  • the first Fresnel microlens serves in this embodiment to collimate the light of a laser 710, while the second Fresnel microlens serves to focus and couple the light into a glass fiber 720.

Abstract

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

Description

VERFAHREN UNDVORRICHTUNGZUM HERSTELLEN EINES OPTISCHENVERBUNDELEMENTS SOWIE DASVERBUNDELEMENTSELBST
Beschreibung
Die Erfindung betrifft allgemein optische Systeme und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Verbinden von mindestens einem ersten und einem zweiten optischen Element zu einem optischen Verbundelement.
In vielen technischen Anwendungsbereichen entwickelt sich zunehmender Bedarf an leistungsfähigen optischen Systemen. Das Spektrum umfasst dabei beispielsweise Lasertechnik, Drucktechnik, Solartechnik, Biochemie, Sensorik, adaptive optische Systeme, optische Computer, optische Speicher¬ systeme, Digitalkameras, zwei- und dreidimensionale BiId- Wiedergabe, Lithographie und Messtechnik.
Um optische Fehler auszugleichen oder um bestimmte Strahlenverläufe oder komplizierte Geometrien zu realisieren, werden häufig optische Systeme mit mehreren optischen Bauteilen benötigt.
Das Herstellen einzelner optischer Bauteile durch Formen von Glasmaterial ist beispielsweise aus US 4,734,118, US 4,854,958 oder US 4,969,944 bekannt. Zum Zusammenfügen zweier optischer Bauteile zu einem optischen System werden diese typischerweise miteinander durch eine geeignete Klebeschicht verklebt oder in eine gemeinsame Fassung montiert.
Aus der JP 60205402 A ist zum Beispiel bekannt, ein optisches Bauteil aus Glas mit einem optischen Bauteil aus Harz mittels einer Klebeschicht zu verbinden. Ferner ist beispielsweise aus der JP 07056006 A bekannt, eine farbige Harzschicht auf ein optisches Bauteil aus Glas aufzubringen.
Das Verkleben zweier optischer Bauteile aus Glas und das Aufbringen von Harz auf Glas erfordert in der Regel eine kostenintensive Nachbearbeitung in Form von beispielsweise Feinpolieren oder Kantenschleifen.
Es ist ferner aus der DE 43 38 969 C2 bekannt, komplexe diffraktive Strukturen auf die Oberfläche eines optischen Bauteils durch Ätzen aufzubringen. Dieses Verfahren erfordert jedoch aufwendige Pro'zessschritte und verursacht dadurch hohe Kosten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, optische Systeme mit zumindest zwei optischen Elementen einfacher und kostengünstiger herzustellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen umschrieben.
Dementsprechend löst die Erfindung das technische Problem zum einen durch ein Verfahren zum Verbinden von mindestens einem ersten und einem zweiten optischen Element, bei welchem das erste optische Element ein erstes Glas enthält, das zweite optische Element ein zweites Glas enthält, und das erste Glas eine andere Transformationstemperatur TgI aufweist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases, und zumindest das Glas des zweiten optischen Elementes erwärmt wird und in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird. Nachfolgend werden zunächst einige Begriffe definiert oder klargestellt, die für die gesamte Beschreibung und die Patentansprüche gültig sind.
Unter einem optischen Element wird ein zumindest teilweise transparenter Körper verstanden, welcher auf hindurch¬ tretendes Licht wirkt, beispielsweise durch einen parallelen Versatz bei einer planparallelen Platte oder Filterplatte, durch sammelnde oder streuende Wirkung bei einer Sammel- oder Streulinse, durch Verteilung des Lichts auf bestimmte Zielgebiete in Winkelbereichen oder in bestimmten, entfernt gelegenen Flächen bei Freiformflächen oder facettierten Oberflächen, unabhängig davon, ob diese Wirkung refraktiv oder diffraktiv oder refraktiv und diffraktiv erreicht wird. Die optische Wirkung kann insbesondere auf Brechung, Beugung und/oder Phasenverschiebungen von Wellenfronten von Lichtwellen beruhen.
Unter einem optischen Verbundelement, im Folgenden auch als Hybridelement bezeichnet, wird ein optisches Element verstanden, welches zumindest zwei Volumenbereiche aufweist, welche jeweils Materialien, insbesondere Gläser, aufweisen, die sich in zumindest einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft unterscheiden.
Die Transformationstemperatur Tg bezeichnet die Transformationstemperatur gemäß ISO 7884-8.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht bevorzugt vor, dass die Transformationstemperatur TgI des ersten Glases höher ist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases . Vorteilhaft wird das zweite Glas zumindest in dem Bereich, welcher mit dem ersten Glas in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte zweite optische Element auf eine Temperatur erwärmt, welche höher oder gleich der Transformations¬ temperatur Tg2 des zweiten Glases ist, so dass ein Verformen des zweiten Glases ermöglicht wird.
Besonders bevorzugt wird das zweite Glas zumindest in dem Bereich, welcher mit dem ersten Glas in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte zweite optische Element auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher die Viskosität des zweiten Glases zumindest in diesem Bereich niedriger oder gleich einer Viskosität von etwa η < 1010 dPa-s, insbesondere von η < 109 dPa-s, ist. Bei einer solchen Viskosität des zweiten Glases geht dieses mit dem ersten Glas eine bleibende Verbindung ein, die auch nach dem Abkühlen stabil ist. Kunststoffe beispielsweise zeigen ein solches Verhalten nicht, weshalb die Verwendung von Glas besonders vorteilhaft ist.
Mit Vorteil sieht das Verfahren vor, dass der erwärmte Bereich des zweiten Glases, welcher mit dem ersten Glas in Kontakt gebracht wird, diejenige Oberfläche des Glases des zweiten optischen Elements umfasst, welche bei dem in- Kontakt-Bringen das Glas des ersten optischen Elements berührt.
Um zu vermeiden, dass bei Verbinden der optischen Elemente Spannungen im Glas entstehen, sieht das Verfahren vorteilhaft vor, dass auch das Glas des ersten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem das Glas des zweiten optischen Elements in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte erste optische Element auf eine Temperatur erwärmt wird, welche höher oder gleich der Transformations- temperatur Tg2 des zweiten Glases ist.
Besonders bevorzugt wird das Glas des ersten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem das Glas des zweiten optischen Elements in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte erste optische Element auf eine Temperatur erwärmt, welche höher oder gleich der Transformations¬ temperatur Tg2 des zweiten Glases, aber niedriger als die Transforinationstemperatur TgI des ersten Glases ist. Dadurch wird erreicht, dass sich das Glas des zweiten optischen Elements bereits verformen lässt, während das Glas des ersten optischen Elements im wesentlichen seine Form beibehält .
Das Glas des ersten und/oder zweiten optischen Elements kann erwärmt werden bevor oder während die Gläser in Kontakt gebracht werden bzw. während die Gläser in Kontakt sind. Eine Erwärmung während die Gläser in Kontakt sind kann vorzugsweise mittels Strahlungswärme erfolgen, beispielsweise durch Mikrowellenerwärmung oder durch das kIR-Verfahren (kurzwelliges Infrarot) .
Ferner ist es sehr vorteilhaft, während und/oder nach dem in-Kontakt-bringen das zweite optische Element zu verformen, indem auf zumindest das zweite optische Element ein Druck aufgeübt wird. Vorzugsweise liegt der ausgeübte Druck zwischen 0,01 und 20 N/mm2.
Durch das in-Kontakt-bringen, gegebenenfalls in Verbindung mit dem ausgeübten Druck, nimmt das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, vorteilhaft zumindest in einem Teil dieses Bereichs im wesentlichen die Form des ersten optischen Elements an. Das erste optische Element kann für unterschiedliche Anwendungszwecke unterschiedliche Geometrien aufweisen. Dementsprechend sieht das Verfahren vorteilhaft vor, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine im wesentlichen plane, konvexe, konkave sphärische, asphärische oder facettierte Form, eine Freiform oder eine Kombination hiervon annimmt.
Durch die Verwendung eines geeigneten Presswerkzeuges kann das Glas des zweiten optischen Elements außerdem zumindest in einem Teil eines weiteren Bereichs verformt werden, welcher dem Bereich, in welchem das Glas des zweiten optischen Elements in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, im wesentlichen gegenüber liegt.
Somit kann das Verfahren vorteilhaft vorsehen, dass das Glas des zweiten optischen Elements in diesem weiteren Bereich eine im wesentlichen plane, konvexe, konkave sphärische, asphärische oder facettierte Form, eine Freiform oder eine Kombination hiervon annimmt.
Weiterhin sieht das Verfahren vorteilhaft vor, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Form annimmt, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer sammelnden, streuenden, sphärischen oder asphärischen Linse aufweisen.
Mit besonderem Vorteil sieht das Verfahren vor, ein drittes optisches Element, welches ein drittes Glas mit einer Transformationstemperatur Tg3 umfasst, die niedriger ist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases, mit dem ersten und/oder zweiten optischen Element auf die gleiche Weise zu verbinden, wie dies oben für das Verbinden des zweiten optischen Elements mit dem ersten optischen Element beschrieben wurde.
Das Verfahren sieht auch mit Vorteil vor, weitere optische Elemente mit jeweils absteigenden Transformations¬ temperaturen auf die gleiche Weise mit den restlichen optischen Elementen zu verbinden.
Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn sich die Transformationstemperaturen zweier zu verbindender Gläser möglichst stark unterscheiden. Um keine Spannungen in den Gläsern zu erzeugen, werden beide Gläser bevorzugt auf die gleiche Temperatur erwärmt. Bei stark unterschiedlichen
Transformationstemperaturen der Gläser unterscheiden sich bei der Erwärmung in der Regel auch die Viskositäten der Gläser stark. Das Glas mit der höheren Transformationstemperatur wird vorzugsweise bei Ausführen des Verfahrens nicht verformt und weist eine Viskosität von über 1013 dPa-s auf. Dementsprechend liegt für dieses Glas die Erwärmungstemperatur vorzugsweise unterhalb der oberen Kühltemperatur. Bei geringer Druckeinwirkung kann die Viskosität des Glases mit der höheren Transformations- temperatur auch unter 1013 dPa-s liegen, ohne dass dieses
Glas wesentlich verformt wird. Das Glas mit der niedrigeren Transformationstemperatur, welches verformt werden soll, weist bei der Erwärmungstemperatur vorzugsweise eine möglichst geringe Viskosität auf, die besonders bevorzugt maximal 1010 dPa-s, insbesondere maximal 109 dPa-s, beträgt, da bei einer höheren Viskosität in der Regel keine ausreichend haltbare Verbindung zwischen den Gläsern erreicht wird. Als Glas mit der höheren Transformationstemperatur können beispielsweise die Gläser Borofloat, B270, F2, LAF33, LASF43, BASF2, SF57, LASF46, LAK21, LAF32, LAF3, LASF45, LAF2, LASF44, BAFlO, LAF21, LAK34, LASF41, LAK33a, LAK22, LASF31, SF2, N-FK5, SF4, LAKlO, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFSIl, SFl, SF19, SFlO, F2, SF8, LAF7, SF4, SF64, SF5, LAF36, BAF4, SF15, BASF64, BAF3, LASF40, BAF51, LAF35, SF5β, BAF52, SFβ, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFKβO, CSK12, CSK120, PSFnI, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89 oder VC80 verwendet werden.
Als Glas mit der niedrigeren Transformationstemperatur können beispielsweise die Gläser N-SK56, N-PK52, N-PK53, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFSIl, SFl, SF19, SFlO, F2, PG325, PG375, PSK50, PSK100, PSKIl, CaFK95, PFK85, PFK80, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFKβO, CSK12, CSK120, PSFnI, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89, VC80 und Bal42 verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf Kombinationen der genannten Gläser beschränkt, sondern umfasst im wesentlichen alle Kombinationen von Gläsern, welche sich in deren Transformationstemperaturen unterscheiden.
Beispielsweise zum Minimieren chromatischer Fehler sieht das Verfahren vorteilhaft vor, dass mindestens zwei der Gläser, welche durch das Verfahren verbunden werden, sich in deren Dispersionseigenschaften unterscheiden.
Für Anwendungen der optischen Elemente in Verbindung mit elektronischen Schaltungen, beispielsweise als Mikrolinsen- Array in optischen Bildsensoren, sieht das Verfahren vorteilhaft vor, dass mindestens zwei der Gläser sich in deren thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterscheiden, wobei insbesondere das erste Glas einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, welcher vorzugsweise auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines Silizium-Wafers abgestimmt ist.
Dementsprechend sieht das Verfahren besonders vorteilhaft vor, eine Vielzahl zweiter optischer Elemente, insbesondere in einem geordneten Feld (Array) mit dem ersten optischen Element in Kontakt zu bringen, wobei das Glas der Vielzahl zweiter optischer Elemente jeweils die gleiche Transformationstemperatur Tg2 aufweist.
Somit kann beispielsweise ein Linsen-Array hergestellt werden, bei welchem das erste optische Element als Trägerglas mit einem geringen, auf den eines Silizium- Wafers abgestimmten thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist und sich somit sehr gut für die Wafer- Level-Montage eignet, da sich bei Temperaturänderungen nur geringe Spannungen zwischen Wafer und Trägerglas aufbauen. Gläser mit geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten sind häufig nicht oder nur schlecht blankverpressbar. Daher wird vorteilhaft für die Vielzahl zweiter optischer Elemente ein Glas mit einem höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten gewählt, welches über seine blankgepresste Kontur die optische Funktion erzeugt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Linsen-Arrays, insbesondere Mikrolinsen-Arrays für die Wafer-Level- Montage, besonders kostengünstig hergestellt werden.
Für bestimmte Anwendungsbereiche ist es ferner vorteilhaft, dass mindestens eines der Gläser ein fluoreszierendes Glas ist, mindestens zwei der Gläser sich in ihrer chemischen Beständigkeit gegen Laugen oder Säuren unterscheiden oder mindestens eines der Gläser eine spektrale Transmission oder Färbung aufweist, welche von der spektralen Transmission oder Färbung der anderen Gläser verschieden ist.
Vorteilhaft wird das Formen der Gläser durch Pressen, Präzisions- oder Blankpressen bewirkt. Für das Einkoppeln von Strahlungswärme während des Pressvorgangs wird vorteil¬ haft zumindest eine für diese Strahlung transparente Pressform verwendet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sehen vor, auf dem Glas des ersten und/oder des zweiten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem ein oder mehrere weitere Gläser in Kontakt gebracht werden, eine Schicht aufzubringen, welche das Haftvermögen erhöht, oder eine oder mehrere Schichten aufzubringen, welche einen Brechungsindex aufweisen, der das Reflexionsvermögen vermindert .
Mit besonderem Vorteil sieht das Verfahren außerdem vor, zumindest einen Teilbereich des Glases des zweiten, dritten und/oder eines weiteren optischen Elements in Kontakt mit zumindest einem Halterungsteil zu bringen und gegebenen¬ falls einen Druck auf das oder die optischen Elemente oder das Halterungsteil auszuüben, so dass zumindest eines der optischen Elemente zumindest teilweise die Form des
Halterungsteils annimmt. Das Halterungsteil ist vorzugs¬ weise als Montagering ausgebildet, welcher vorteilhaft ein Metall umfasst.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können optische Hybrid¬ oder Verbundelemente hergestellt werden, bei denen zwei Gläser direkt miteinander verbunden sind, ohne dass eine Klebeschicht oder ähnliches benötigt wird. Dies vereinfacht erheblich den Herstellungsprozess, da auf eine Nach- bearbeitung in der Regel verzichtet werden kann. Die Erfindung löst das technische Problem weiterhin durch eine Vorrichtung zum Verbinden zumindest eines ersten und eines zweiten optischen Elements, welche insbesondere zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens verwendbar ist, umfassend
- eine Einrichtung zum Aufnehmen des ersten optischen Elementes,
- eine Einrichtung zum Zusammenführen, welche dazu ausgebildet ist, zumindest das zweite optische Element mit dem ersten optischen Element in Kontakt zu bringen, und
- eine Einrichtung zum Erwärmen wenigstens eines Teilbereiches zumindest des zweiten optischen Elements.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung außerdem eine Einrichtung zum Erzeugen eines Druckes auf zumindest das zweite optische Element. Diese Einrichtung kann beispielsweise als Presse, insbesondere als Präzisions- oder Blankpresse ausgebildet sein.
Um zumindest dem zweiten optischen Element eine bestimmte äußere Form zu geben, umfasst die Vorrichtung besonders vorteilhaft ein Presswerkzeug, welches zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine entsprechende Negativ- form des zu formenden optischen Elementes aufweist.
So kann das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche beispielsweise eine plane, konvexe oder konkave Form aufweisen. Weitere Beispiele für Formen, die das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner
Oberfläche vorteilhaft aufweist, sind Negativformen einer im wesentlichen sphärischen, asphärischen oder facettierten Form. Zur Erzielung eines vorbestimmten Strahlenverlaufs für spezielle Anwendungszwecke innerhalb des zu formenden optischen Elements kann das Presswerkzeug auch vorteilhaft eine definierte Freiform aufweisen.
Ferner kann das Presswerkzeug mit besonderem Vorteil zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform zumindest eines diffraktiven Elementes aufweisen, welches die Wirkung einer sammelnden, streuenden, sphärischen oder asphärischen Linse aufweist.
Vorteilhaft umfasst die Einrichtung zum Erwärmen eine Einrichtung zum Einkoppeln von Strahlungswärme. In dieser Ausführungsform ist das Presswerkzeug zweckmäßigerweise zumindest teilweise transparent ausgebildet.
Ein besonders wichtiger Anwendungsbereich ist die Herstellung von Arrays optischer Elemente, insbesondere optischer Mikro-Elemente. Dementsprechend ist die Vorrichtung besonders vorteilhaft dazu ausgebildet, mehr als ein zweites optisches Element, vorzugsweise in einem geordneten Feld (Array) mit dem ersten optischen Element in Kontakt zu bringen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zum Beschichten des Glases zumindest des ersten und/oder des zweiten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem ein oder mehrere weitere Gläser in Kontakt gebracht werden.
Diese Einrichtung zum Beschichten kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, eine Haftvermittlungsschicht auf zumindest ein optisches Element aufzubringen, zum Beispiel durch Aufsprühen eines Epoxidharzes. Auch kann die Einrichtung dazu ausgebildet sein, eine Schicht oder mehrere Schichten aufzubringen, welche einen Brechungsindex aufweisen, der das Reflexionsvermögen vermindert.
Das technische Problem wird auch gelöst durch ein optisches Verbundelement, welches zumindest
- ein erstes optisches Element, welches ein erstes Glas mit einer Transformationstemperatur TgI enthält, und
- ein zweites optisches Element, welches ein zweites Glas mit einer Transformationstemperatur Tg2 enthält, umfasst, wobei
- die Transformationstemperatur TgI einen höheren Wert als die Transformationstemperatur Tg2 aufweist und
- das zweite Glas mit dem ersten Glas entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar unter Bildung einer bleibenden Verbindung miteinander verbunden ist, insbesondere mittels des oben beschriebenen Verfahrens .
Vorteilhaft weist das Glas des zweiten optischen Elements des optischen Verbundelement zumindest in einem Teil des Flächenbereichs, entlang welchem dieses mit dem Glas des ersten optischen Elements verbunden ist, im wesentlichen die Negativform des ersten optischen Elements auf.
Für komplexere Anwendungszwecke kann das optische Verbundelement vorteilhaft weitere optische Elemente aufweisen, wobei das Glas des dritten optischen Elements eine Transformationstemperatur Tg3 aufweist, welche unterhalb Tg2 liegt und weitere optische Elemente jeweils ■ Gläser mit nochmals niedrigeren Transformationstemperaturen aufweisen, und das Glas des jeweiligen weiteren optischen Elements mit zumindest einem anderen Glas mit höherer Transformationstemperatur entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar unter Bildung einer bleibenden Verbindung verbunden ist . Je nach Anwendungszweck kann zumindest ein optisches Element des optischen Verbundelements zumindest in einem Teilbereich eine im wesentlichen plane, konvexe, konkave sphärische, asphärische oder facettierte Form, eine • Freiform oder eine Kombination hiervon aufweisen.
Die Oberfläche zumindest eines optischen Elements des optischen Verbundelements enthält besonders vorteilhaft diffraktive Elemente, welche die Wirkung einer sammelnden, streuenden, sphärischen oder asphärischen Linse aufweisen, oder welche strahlteilend, strahlformend, Strahlprofil verändernd, athermal, achromat wirken oder eine sonstige optische Wirkung und/oder Funktion haben.
Zweckmäßigerweise umfasst das optische Verbundelement zumindest zwei Gläser, wobei das erste .Glas aus der Gruppe der Gläser Borofloat, B270, F2, LAF33, LASF43, BASF2, SF57, LASF46, LAK21, LAF32, LAF3, LASF45, LÄF2, LASF44, BAFlO, LAF21, LAK34, LASF41, LAK33a, LAK22, LASF31, SF2, N-FK5,
SF4, LAK10, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFSlI, SFl, SF19, SFlO, F2, SF8, LAF7, SF4, SF64, SF5, LAF36, BAF4, SF15, BASF64, BAF3, LASF40, BAF51, LÄF35, SF56, BAF52, SF6, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFKβO, CSK12, CSK120, PSFnI, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89 und VC80 und das zweite Glas aus der Gruppe der Gläser N-SK56, N-PK52, N- PK53, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFSIl, SFl, SF19, SFlO, F2, PG325, PG375, PSK50, PSK100, PSKIl, CaFK95, PFK85, PFK80, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFKβO, CSK12, CSK120, PSFnI, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89, VC80 und Bal42 gewählt ist.
Vorteilhaft umfasst das optische Verbundelement zumindest zwei Gläser mit unterschiedlichen Dispersionseigenschaften, wobei das Verbundelement vorzugsweise dazu ausgelegt ist, chromatische Fehler zu minimieren.
Besonders vorteilhaft umfasst das optische Verbundelement ferner ein Linsensystem oder eine Linsenabfolge, welche dazu geeignet ist, sphärische Aberrationen, Astigmatismus und/oder Koma zu korrigieren, oder zu deren Korrektur im Gesamtsystem beitragen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das optische
Verbundelement zumindest zwei Gläser mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, von denen einer vorzugsweise im wesentlichen dem eines Halbleiter-Wafers, beispielsweise eines Si-, GaAs- oder GaN-Wafers, entspricht. Das optische Verbundelement eignet sich in dieser Ausgestaltung besonders gut für das Wafer-Level- Packaging.
Vorteilhaft umfasst das optische Verbundelement ferner zumindest ein fluoreszierendes Glas, zumindest zwei Gläser, welche sich in ihrer chemischen Beständigkeit gegen Laugen ■ oder Säuren unterscheiden, oder zumindest ein Glas, welches eine spektrale Transmission oder Färbung .aufweist, welche von der spektralen Transmission oder Färbung der anderen Gläser verschieden ist. Beispielsweise kann das optische
Verbundelement ein Filterglas zur Filterung von infraroter, ultravioletter oder sichtbar elektromagnetischer Strahlung umfassen.
Besonders vorteilhaft sind optische Verbundelemente, welche ein erstes Glas mit einer vorbestimmten, besonderen Materialeigenschaft und ein zweites Glas, welches eine komplizierte Geometrie aufweist, umfassen. Mit besonderem Vorteil umfasst das optische Verbundelement zumindest ein gepresstes, insbesondere blankgepresstes Glas.
Wie bereits oben erwähnt, ist das optische Verbundelement besonders bevorzugt als Array ausgebildet und umfasst dementsprechend eine Vielzahl optischer Elemente, welche in einem geordnetem Feld mit dem ersten, vorzugsweise als Trägerelement ausgebildeten, optischen Element verbunden sind.
Auch können vorteilhaft weitere optische Elemente mit einem optischen Verbundelement mittels einer Haftvermittlungs¬ bzw. Klebeschicht verbunden- sein.
Zum Schutz gegen äußere Einflüsse kann zumindest ein optisches Element des optischen Verbundelements vorteilhaft eine Antikratz-Beschichtung aufweisen. Ferner kann eine Antibeschlag-Beschichtung vorgesehen sein.
Vorteilhaft weist das optische Verbundelement eine oder mehrere Schichten auf, welche auf einem optischen Element oder zwischen zwei optischen Elementen angeordnet sind und einen Brechungsindex aufweisen, der das Reflexionsvermögen vermindert.
Die Erfindung löst das technische Problem ferner durch ein Verfahren zum Verbinden von mindestens einem ersten und einem zweiten optischen Element, bei welchem das erste optische Element ein kristallines Material enthält, das zweite optische Element ein Glas enthält, und das kristalline Material eine Schmelztemperatur aufweist, welche über der Transformationstemperatur des Glases liegt, und zumindest das Glas des zweiten optischen Elementes erwärmt wird und in Kontakt mit dem kristallinen Material des ersten optischen Elements gebracht wird.
Das kristalline Material kann beispielsweise eine Vielzahl kleiner, unregelmäßig gelagerter Kristallite umfassen. Aufgrund der eindeutig definierten Eigenschaften eines Kristalls umfasst das kristalline Material jedoch vorteilhaft zumindest einen Kristall. Vorteilhaft kann das kristalline Material auch insgesamt im wesentlichen als Einkristall ausgebildet sein, wodurch die Ausnutzung von Anisotropien, d.h. die Richtungsabhängigkeit bestimmter physikalischer, chemischer oder mechanischer Eigenschaften, ermöglicht wird. Zum Beispiel können gezielt die Doppelbrechungseigenschaften eines Einkristalls ausgenutzt werden.
Bevorzugte kristalline Materialien weisen beispielsweise Kalziumfluorid und/oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) auf. Diese Materialien sind besonders geeignet für den Einsatz in der Spektroskopie und der Lasertechnik.
Vorteilhaft sieht das Verfahren vor, dass das Glas des zweiten optischen Elements zumindest in dem Bereich, welcher mit dem kristallinen Material in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte zweite optische Element auf eine Temperatur erwärmt wird, bei welcher die Viskosität des Glases zumindest in diesem Bereich niedriger oder gleich der Viskosität ist, bei der das zweite Glas mit dem kristallinen Material eine dauerhafte, klebende Verbindung eingeht, insbesondere niedriger oder gleich einer
Viskosität von etwa η < 1010 dPa-s, insbesondere niedriger oder gleich einer Viskosität von etwa η < 109 dPa*s.- Besonders vorteilhaft sieht das Verfahren vor, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem kristallinen Material des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs im wesentlichen die Form des ersten optischen Elements annimmt.
Vorteilhaft kann das Verfahren auch alle oben beschriebenen Ausgestaltungen des Verfahrens zum Verbinden von mindestens einem ersten und einem zweiten optischen Element, bei welchem das erste optische Element ein erstes Glas enthält, das zweite optische Element ein zweites Glas .enthält, und das erste Glas eine andere Transformationstemperatur TgI ' aufweist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases, und zumindest das Glas des zweiten optischen
Elementes erwärmt wird und in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, aufweisen, wobei das kristalline Material des ersten optischen Elements im wesentlichen die Funktion des ersten Glases übernimmt.
Im Rahmen der Erfindung liegt außerdem ein optisches Verbundelement mit zumindest einem ersten optischen Element, welches ein kristallines Material enthält, und einem zweiten optischen Element, welches ein Glas enthält, wobei die Schmelztemperatur des kristallinen Materials einen höheren Wert als die Transformationstemperatur des Glases aufweist und das Glas mit dem kristallinen Material entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar unter Bildung einer bleibenden Verbindung miteinander verbunden ist, insbesondere durch ein Verfahren wie oben beschrieben.
Bevorzugt umfasst das kristalline Material des ersten optischen Elements zumindest einen Kristall. Besonders vorteilhaft weist das kristalline Material des optischen Verbundelementes Kalziumfluorid, insbesondere CaF2, und/oder Yttrium-Aluminium-Granat, insbesondere Y3Al5O12, auf.
Für optische Einsatzzwecke umfasst das optische Verbundelement bevorzugt zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine im wesentlichen plane, konvexe, oder konkave Form aufweist.
Besonders bevorzugt weist zumindest ein optisches Element des optischen Verbundelementes zumindest in einem Teilbereich - eine im wesentlichen sphärische Form,
- eine im wesentlichen asphärische Form,
- eine im wesentlichen facettierte Form,
- im wesentlichen eine Freiform, welche weder sphärisch noch asphärisch ist, oder ^ - eine Form, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, auf
Mit besonderem Vorteil umfasst das optische Verbundelement zumindest ein gepresstes, insbesondere blankgepresstes Glas.
Ferner ist das optische Verbundelement besonders bevorzugt • als Array ausgebildet und umfasst dementsprechend eine
Vielzahl optischer Elemente, welche in einem geordnetem Feld mit dem ersten, vorzugsweise als Trägerelement ausgebildeten, optischen Element verbunden sind.
Vorteilhaft kann das optische Verbundelement auch alle vorteilhaften Ausgestaltungen des oben beschriebenen optischen Verbundelementes, welches zumindest - ein erstes optisches Element, welches ein erstes Glas mit einer Transformationstemperatur TgI enthält, und
- ein zweites optisches Element, welches ein zweites Glas mit einer Transformationstemperatur Tg2 enthält, umfasst,
5 wobei
- die Transformationstemperatur TgI einen höheren Wert als die Transformationstemperatur Tg2 aufweist und
- das zweite Glas mit dem ersten Glas entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar unter Bildung
10 einer bleibenden Verbindung miteinander verbunden ist, wobei das erste optische Element statt des ersten Glases ein kristallines Material aufweist.
Die Erfindung löst das technische Problem außerdem durch 15 ein optisches System, welches zumindest ein optisches Element, insbesondere als Bestandteil eines Verbundelementes wie oben beschrieben, und ein Halterungsteil, insbesondere einen Montagering, umfasst, wobei das optische Element entlang eines gemeinsamen 20 Flächenbereiches unmittelbar mit dem Halterungsteil unter Bildung einer bleibenden Verbindung verbunden ist.
Vorteilhaft ist die bleibende Verbindung durch ein Verfahren hergestellt, bei welchem das Glas des zumindest 25 einen optischen Elementes zumindest in dem Bereich der Verbindungsfläche mit dem Halterungsteil auf eine Temperatur erwärmt wird, bei welcher das Glas eine Viskosität von η < 1010 dPa-s, insbesondere von η < 109 dPa-s, aufweist. ■30
Ferner liegen im Rahmen der Erfindung ein optischer Bildsensor, eine abbildende oder beleuchtende Optik, ein bildgebendes System, ein Kommunikationsendgerät, insbesondere ein Mobilfunktelefon, ein PDA oder ein MDA, und ein Wafer-level Package, insbesondere umfassend eine Vielzahl optischer Bildsensoren, welche ein optisches Verbundelement aufweisen, wie es oben beschrieben ist.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendungen beschränkt, sondern umfasst außerdem die Verwendung eines erfindungsgemäßen optischen Verbundelements in jeglicher, auch zukünftiger, technischen Vorrichtung, welche ein optisches System mit zumindest zwei optischen Elementen erfordert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen gleiche oder ähnliche Teile.
Es zeigen jeweils schematisch:
Fig. 1 ein optisches Verbundelement mit einer plankonvexen Linse, Fig. 2 ein optisches Verbundelement mit einer plankonkaven Linse,
Fig. 3 ein optisches Verbundelement mit einer asphärischen Linse,
Fig. 4 ein optisches Verbundelement mit einer Fresnel-
Linse, Fig. 5 ein optisches Verbundelement mit einer plankonvexen und einer Fresnel-Linse, Fig. 6 ein optisches Verbundelement mit einer beidseitigen plankonvexen Linse, Fig. 7 ein optisches Verbundelement mit einer beidseitigen asphärischen Linse, Fig. 8 ein optisches Verbundelement mit einer beidseitigen Fresnel-Linse, Fig. 9 ein optisches Verbundelement mit einer plan parallelen Platte und einer plankonvexen Linse, Fig. 10 ein optisches Verbundelement mit einer plan parallelen Platte und einer plankonkaven Linse, Fig. 11 ein optisches Verbundelement mit einer plan parallelen Platte und einer asphärischen Linse, Fig. 12 ein optisches Verbundelement mit einer plan parallelen Platte und einer Fresnel-Linse, Fig. 13 ein optisches Verbundelement mit einer plan parallelen Platte, einer plankonvexen Linse und einer Fresnel-Linse, Fig. 14 ein Mikrolinsen-Array mit sphärischen, plan konvexen Mikrolinsen,
Fig. 15 Pressformen für ein Mikrolinsen-Array, Fig. 16 eine Draufsicht einer vereinzelten sphärischen, plankonvexen Mikrolinse, Fig. 17 eine perspektivische Ansicht einer vereinzelten sphärischen, plankonvexen Mikrolinse, Fig. 18 ein Mikrolinsen-Array mit plankonkaven Mikrolinsen,
Fig. 19 ein Mikrolinsen-Array mit Systemen aus plankonkaven und konvexen Mikrolinsen, Fig. 20 ein Mikrolinsen-Array mit Systemen aus plankonvexen, konkaven und konvexen Mikrolinsen, Fig. 21 ein Mikrolinsen-Array mit beidseitig vom Träger angeordneten plankonvexen Mikrolinsen,
Fig. 22 ein Mikrolinsen-Array mit Fresnel-Mikrolinsen, Fig. 23 ein Mikrolinsen-Array mit Systemen aus plan konvexen und Fresnel-Mikrolinsen, Fig. 24 eine Draufsicht einer vereinzelten Fresnel-
Mikrolinse, Fig. 25 eine perspektivische Ansicht einer vereinzelten
Fresnel-Mikrolinse,
Fig. 26 ein Mikrolinsen-Array mit asphärischen Mikrolinsen, Fig. 27 ein Mikrolinsen-Array mit beidseitig vom Träger angeordneten asphärischen Mikrolinsen, Fig. 28 eine Draufsicht auf ein Mikrolinsen-Array mit in
Reihe angeordneten Mikrolinsen, Fig. 29 eine Draufsicht auf ein Mikrolinsen-Array mit versetzt angeordneten Mikrolinsen, Fig. 30 eine Draufsicht auf ein Mikrolinsen-Array mit hexagonalen Mikrolinsen,
Fig. 31 eine Draufsicht auf ein Mikrolinsen-Array mit Fresnel-Mikrolinsen,
Fig. 32 eine perspektivische Darstellung eines
Mikrolinsen-Arrays mit versetzt angeordneten
Fresnel-Linsen,
Fig. 33 eine perspektivische Darstellung eines Mikro " linsen-Arrays mit zylindrischen Mikrolinsen,
Fig. 34 eine perspektivische Darstellung eines Mikro linsen-Arrays mit asymmetrischen Mikrolinsen, Fig. 35 ein optisches System mit einem Montagering und einem optischen Verbundelement, Fig. 36 einen optischen Bildsensor,
Fig. 37 einen Teil einer Anzeigeeinrichtung,
Fig. 38 ein optisches Verbundelement zum Einkoppeln eines
Laserstrahls in eine optische Faser.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen Beispiele eines erfindungsgemäß hergestellten optischen Verbundelements, welches als Hybridlinse ausgebildet ist und jeweils ein Glas-Substrat 100 umfasst, dessen Glas eine erste Transformations¬ temperatur TgI aufweist. Mit dem Glas-Substrat ist jeweils ein zweites optisches Element unter Erwärmung verpresst, welches ein zweites Glas mit einer Transformations¬ temperatur Tg2 mit Tg2 < TgI aufweist. Das optische Verbundelement weist jeweils ein zweites optisches Element auf, welches beim Verpressen auf der einen Seite die plane Form des Substrats und auf der anderen Seite die Form des Presswerkzeugs angenommen hat. Das Glas des zweiten optischen Elements wurde vor oder während des Verpressens auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher es eine Viskosität unterhalb 1010 dPa-s, insbesondere unterhalb 109 dPa-s, aufweist, und ist dadurch eine bleibende Verbindung mit dem Glas des Substrats eingegangen.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Hybridlinse ist das zweite optische Element als plankonvexe Linse 110 ausgebildet. Die Hybridlinsen der Figuren 2, 3 und 4 umfassen jeweils ein als plankonkave Linse 120, als asphärische Linse 125 beziehungsweise als Fresnel-Linse 160 ausgebildetes zweites optisches Element.
Fig. 5 zeigt ein optisches Verbundelement mit einem ersten optischen Element in Form eines Substrats 100 und einem zweiten optischen Element in Form einer plankonvexen Linse 170, mit welchem zusätzlich ein drittes optisches Element 172 verpresst wurde, welches ein drittes Glas mit einer Transformationstemperatur Tg3 mit Tg3 < Tg2 aufweist. Das Glas des dritten optischen Elements 172 wurde vor oder während des Verpressens auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher es eine Viskosität unterhalb 1010 dPa-s, insbesondere unterhalb 109 dPa-s, aufweist, und ist dadurch eine bleibende Verbindung mit dem Glas des zweiten optischen Elements 170 eingegangen. In diesem Ausführungsbeispiel weist das dritte optische Element 172 die Form einer Fresnel-Linse auf.
Die Figuren 6 bis 8 zeigen jeweils ein optisches Verbund- element, bei welchem ein planparalleles Glas-Substrat 100, welches ein erstes Glas mit einer Transformationstemperatur TgI enthält, beidseitig mit jeweils einem optischen Element verpresst ist, welches ein zweites Glas mit einer Trans- . formationstemperatur Tg2 enthält, wobei wiederum Tg2 einen niedrigeren Wert hat als Tgl. Das Verpressen kann dabei vorzugsweise unter Verwendung geeigneter Presswerkzeuge beidseitig in einem Arbeitsschritt erfolgen.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform weisen die beidseitig verpressten optischen Elemente 150 und 152 eine im wesentlichen sphärische, plankonvexe Form auf. Die optischen Elemente 154 und 156 der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform haben asphärische Form. Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform haben die beidseitig verpressten optischen Elemente 180 und 182 die Form einer Fresnel- Linse.
In den Figuren 9 bis 13 sind H-ybridlinsen mit mehreren optischen Elementen dargestellt. Das erste optische Element wird jeweils gebildet durch ein Glas-Substrat 100. Mit dem Glas-Substrat 100 ist jeweils eine planparallele Platte 190 verpresst. Die Ausführungsform in Fig. 9 umfasst ein drittes optisches Element 110 mit plankonvexer Form, welcher mit der planparallelen Platte 190 verpresst ist.
Die Figuren 10 bis 12 zeigen jeweils Ausführungsformen, bei denen als drittes optisches Element jeweils eine plankonkave Linse 120, eine asphärische Linse 125 beziehungsweise eine Fresnel-Linse 160 verpresst wurden.
Die in Fig. 13 dargestellte Hybridlinse umfasst ein drittes optisches Element 170 mit plankonvexer Form und ein viertes optisches Element in Form einer Fresnel-Linse.
Die Gläser der optischen Elemente weisen vom ersten zum dritten bzw. vierten optischen Element jeweils absteigende Transformationstemperaturen auf, so dass beim Verpressen jeweils eine Erwärmungstemperatur und ein Druck derart eingestellt werden kann, dass sich jeweils nur ein Glas verformt. Fig. 14 zeigt ein Mikrolinsen-Array, welches durch erfindungsgemäßes Verbinden eines Trägerglases 100 mit hoher Transformationstemperatur TgI mit einer Vielzahl optischer Elemente 110, welche ein zweites Glas mit niedriger Transformationstemperatur Tg2 aufweisen, hergestellt ist..
Das Prinzip des Herstellungsverfahrens ist in Fig. 15 dargestellt. Das Herstellungsverfahren sieht vor, das Trägerglas 100 mit den optischen Elementen 110 mittels einer ersten, in diesem Ausführungsbeispiel planen Pressform, und einer zweiten Pressform 220 zu verpressen. Die zweite Pressform weist dabei eine Vielzahl von Negativformen 230 auf, innerhalb derer vor dem Verpressen jeweils ein Glasposten des zweiten Glases positioniert wird. Zumindest die zweite Pressform und die darin enthaltenen Glasposten des zweiten Glases werden mittels einer nicht dargestellten Heizeinrichtung auf eine Temperatur erwärmt, welche oberhalb der Transformations¬ temperatur Tg2 des zweiten Glases, aber unterhalb der Transformationstemperatur TgI des Trägerglases liegt.
Die Figuren 16 und 17 zeigen jeweils eine Draufsicht und eine perspektivische Darstellung einer durch Vereinzelung erhaltenen Mikrolinse des in Fig. 14 dargestellten Mikrolinsen-Arrays .
Die Figuren 18 bis 23, sowie 26 und 27 zeigen weitere vorteilhafte Ausführungsformen erfindungsgemäß hergestellter Mikrolinsen-Arrays, bei welchen jeweils eine Vielzahl von Mikrolinsen auf einem Trägerglas 100 angeordnet sind. Bei der in Fig. 18 dargestellten Ausführungsform haben die Mikrolinsen 120 eine plankonkave Form. Die Ausführungs¬ formen der Figuren 19 und 20 umfassen jeweils Mikrolinsen- systeme bestehend aus plankonkaven 130 und konvexen 132 Mikrolinsen beziehungsweise aus plankonvexen 140, konkaven 142 und konvexen 144 Mikrolinsen.
Bei der in Fig. 21 gezeigten Ausführungsform weist das Trägergla.s beidseitig eine Vielzahl im wesentlichen sphärischer, plankonvexer Mikrolinsen 150 und 152 auf.
Bei der Auführungsform der Fig. 22 sind die Mikrolinsen als Fresnel-Linsen 160 ausgebildet. Das in Fig. 23 dargestellte Mikrolinsen-Array umfasst ein Mikrolinsensystem bestehend aus plankonvexen Mikrolinsen 170 und Fresnel-Linsen 172.
Die Figuren 24 und 25 zeigen jeweils eine Draufsicht und eine perspektivische Darstellung einer durch Vereinzelung erhaltenen Mikrolinse des in Fig. 22 dargestellten Mikrolinsen-Arrays .
Die Figuren 26 und 27 zeigen Mikrolinsen-Arrays mit einseitig angeordneten asphärischen Mikrolinsen 125 beziehungsweise mit beidseitig angeordneten asphärischen Mikrolinsen 154 und 156.
Die Figuren 28 bis 31 zeigen verschiedene Anordnungen, von Mikrolinsen eines Mikrolinsen-Arrays.
Bei der in Fig. 28 dargestellten Anordnung sind die im wesentlichen spärischen Mikrolinsen 110 in Reihe auf dem Trägerglas 100 angeordnet. Zwischen den einzelnen Mikrolinsen ist ein Zwischenraum vorgesehen, wodurch eine Vereinzelung der Mikrolinsen des Arrays vereinfacht wird. Fig. 29 zeigt eine andere Anordnung sphärischer Mikrolinsen 320, bei der die Mikrolinsen 320 versetzt auf einem Trägerglas 100 angeordnet sind. Eine derartige Anordnung kann aufgrund der effizienten Raumausnutzung vorteilhaft für die Verwendung des Mikrolinsen-Arrays in optischen Bildsensoren oder Displays sein.
Die in Fig. 30 gezeigte Anordnung weist eine nahezu maximale Raumausnutzung durch hexagonale Mikrolinsen 330 auf.
Fig. 31 zeigt ein Mikrolinsen-Array mit in Reihe auf einem Trägerglas 100 angeordneten Fresnel-Mikrolinsen 340, während in Fig. 32 ein Ausschnitt eines Mikrolinsen-Arrays dargestellt ist, bei welchem Fresnel-Mikrolinsen 340 versetzt auf einem Trägerglas 100 angeordnet sind.
Die Figuren 33 und 34 zeigen erfindungsgemäß hergestellte diffraktive optische Elemente (DOE) .
Bei der in Fig. 33 dargestellten Ausführungsform sind auf einem Trägerglas 100 zylindrische Mikrolinsen 410 mit angeordnet, durch deren räumliche Abmessungen diffraktive Effekte im sichtbaren Spektrum auftreten.
Die in Fig. 34 dargestellte Ausführungsform weist auf einem Trägerglas 100 angeordnete asymmetrische Mikrolinsen 420 auf, die ein optisches Gitter bilden.
Das Glas-Substrat 100 kann selbstverständlich auch bereits selbst als Linse geformt sein. Auch können die räumlichen Abmessungen einer erfindungsgemäßen Hybridlinse selbst¬ verständlich auch in einem anderen Bereich als dem Mikrometerbereich von Mikrolinsen liegen, beispielsweise können sie für den Einsatz in der Fotografie im Bereich von einigen Zentimetern liegen.
Fig. 35 zeigt ein optisches System als Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem ein als asphärische Linse geformtes erstes optisches Element 100 mit einem zweiten optischen Element 810 verpresst wurde, wobei das zweite optische Element durch das Verpressen ebenfalls ein asphärische Form angenommen hat. Das zweite optische Element wurde gleichzeitig mit einem Halterungsteil 820 verpresst, welches in diesem Ausführungsbeispiel als Metallring zur Montage beispielsweise in einer Fotokamera ausgebildet ist.
Die Figuren 36 bis 38 zeigen verschiedene Einsatz¬ möglichkeiten für erfindungsgemäß hergestellte optische Verbund- oder Hybridelemente, insbesondere in der Form von 'Mikrolinsen oder Mikrolinsen-Arrays ..
In Fig. 36 ist ein optischer Bildsensor dargestellt, welcher einen auf einem Substrat 500 angeordneten CMOS- Sensor 510 aufweist. Eine Mikrolinse 110, welche auf einem über Abstands- und Abschirmelemente 520 mit dem Substrat 500 verbundenen Trägerglas 100 angeordnet ist, dient dazu, einfallendes Licht in Richtung des CMOS-Sensors zu brechen, um so die Lichtausbeute zu erhöhen.
Fig. 37 zeigt einen Ausschnitt aus einer Anzeige¬ einrichtung, bei welcher eine Farbtrennung in blaues 610, rotes 620 und grünes 630 Licht mittels nicht dargestellter dichroitischer Spiegel erfolgt. Auf einem Trägerglas 100 angeordnete Mikrolinsen 110 dienen in diesem Ausführungs¬ beispiel zur Fokussierung der Lichtbündel, die als RGB- Pixel 640, 650 und 660 von der Anzeigeeinrichtung dargestellt werden. In Fig. 38 ist ein erfindungsgemäßes optisches Verbundelement dargestellt, welches ein Trägerglas 100 umfasst, welches auf gegenüberliegenden Seiten jeweils Fresnel-Mikrolinsen 162 aufweist. Die erste Fresnel- Mikrolinse dient in diesem Ausführungsbeispiel dazu, das Licht eines Lasers 710 zu kollimieren, während die zweite Fresnel-Mikrolinse zur Fokussierung und Einkopplung des Lichts in eine Glasfaser 720 dient.
Bezugszeichenliste
100 Glas-Substrat
110 Konvexe Mikrolinse
120 Konkave Mikrolinse
125 Asphärische Mikrolinse
130, 132 Mikrolinsen-Systera
140 - 144 Mikrolinsen-System
150, 152 Beidseitig angeordnete konvexe Mikrolinsen
154, 156 Beidseitig angeordnete asphärische Mikrolinsen
160, 162 Fresnel-Mikrolinse
170, 172 Fresnel-Mikrolinsen-System
180, 182 Beidseitig angeordnete Fresnel-Mikrolinsen
190 Planparallele Platte 2 21100 Untere Pressform
220 Obere Pressform
230 Aussparung für Mikrolinse
310 In Reihe angeordnete Mikrolinsen
320 Versetzt angeordnete Mikrolinsen 3 33300 Hexagonale Mikrolinse
340 In Reihe angeordnete Fresnel-Mikrolinsen
410 Zylindrische Mikrolinse
420 Asymmetrische Mikrolinse
500 Silikon-Substrat 5 51100 CMOS-Sensor
520 Abstands- und Abschirmelement
610 Blaues Licht von dichroitischem Spiegel
620 Rotes Licht von dichroitischem Spiegel
630 Grünes Licht von dichroitischem Spiegel 6 64400 -- 6 66600 RGB-Pixel
710 Laser
720 Glasfaser
810 Asphärische Linse
820 HaIterungsteil

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Verbinden von mindestens einem ersten und einem zweiten optischen Element, bei welchem das erste optische Element ein erstes Glas enthält, das zweite optische Element ein zweites Glas enthält, und das erste Glas eine andere Transformationstemperatur TgI aufweist als 'die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases, und zumindest das Glas des zweiten optischen Elementes erwärmt wird und in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationstemperatur TgI des ersten Glases höher ist .als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Glas zumindest in dem . Bereich, welcher mit dem ersten Glas in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte zweite optische Element auf eine ■ Temperatur erwärmt wird, welche höher oder gleich der Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Glas zumindest in dem Bereich, welcher mit dem ersten Glas in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte zweite optische Element auf eine Temperatur erwärmt wird, bei welcher die Viskosität des zweiten Glases zumindest in diesem Bereich niedriger oder gleich der Viskosität ist, bei der das zweite Glas mit dem ersten Glas eine dauerhafte, klebende Verbindung eingeht, insbesondere niedriger oder gleich einer Viskosität von etwa η < 1010 dPa-s, insbesondere niedriger oder gleich einer Viskosität von etwa η < 109 dPa-s.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erwärmte Bereich des zweiten Glases, welcher mit dem ersten Glas in Kontakt gebracht wird, diejenige Oberfläche des Glases des zweiten optischen Elements umfasst, welche bei dem in-Kontakt-bringen das Glas des ersten optischen Elements berührt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des ersten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem das Glas des zweiten optischen Elements in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte erste optische Element auf eine Temperatur erwärmt wird, welche höher oder gleich der Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des ersten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem das Glas des zweiten optischen Elements in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte erste optische Element auf eine Temperatur erwärmt wird, welche höher oder gleich der Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases aber niedriger als die Transformationstemperatur TgI des ersten Glases ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des ersten und des zweiten optischen Elements vor dem in-Kontakt-bringen erwärmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch • gekennzeichnet, dass das Glas des ersten und des zweiten optischen Elements während dem in-Kontakt-bringen, vorzugsweise mittels Strahlungswärme, erwärmt werden.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während und/oder nach dem in- Kontakt-bringen ein Druck auf zumindest das zweite optische Element ausgeübt wird, mittels welchem eine Verformung zumindest von Teilen des zweiten optischen Elements bewirkt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der auf zumindest das zweite optische Element ausgeübte Druck zwischen 0,01 und 20 N/mm2 liegt.
12.' Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs im wesentlichen die Form des ersten optischen Elements annimmt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine im wesentlichen plane, konvexe, oder konkave Form annimmt.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das. Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine im wesentlichen sphärische Form annimmt.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine im wesentlichen asphärische Form annimmt.
16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem
Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine Freiform annimmt, welche weder sphärisch noch asphärisch ist. . ■
17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine facettierte Form annimmt.
18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, . insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in einem weiteren Bereich, welcher dem Bereich in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des ersten optischen Elements gebracht wird gegenüber liegt, zumindest in einem Teil dieses weiteren Bereichs verformt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch -gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine im wesentlichen plane, konvexe, oder konkave Form annimmt.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine im wesentlichen sphärische Form annimmt.
21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine im wesentlichen asphärische Form annimmt.
22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Freiform annimmt, welche weder sphärisch noch asphärisch ist.
23. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine facettierte Form annimmt.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche von 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Form annimmt, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer sammelnden oder streuenden Linse aufweisen, oder welche strahlteilend, strahlformend, Strahlprofil verändernd, athermal, achromat wirken oder eine sonstige optische Wirkung und/oder Funktion haben.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche von 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Form annimmt, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer sphärischen Linse aufweisen.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche von 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Form annimmt, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer asphärischen Linse aufweisen.
27. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes optisches Element, welches ein drittes Glas umfasst, mit dem ersten und/oder dem zweiten optischen Element in Kontakt gebracht wird und die Transformationstemperatur Tg3 des dritten Glases niedriger ist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases.
28. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des zweiten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs im wesentlichen die Form des zweiten optischen Elements annimmt.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des, dritten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des zweiten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine im wesentlichen plane, konvexe, oder konkave Form annimmt.
30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem Bereich, in welchem .dieses in Kontakt mit dem Glas des zweiten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine im wesentlichen sphärische Form annimmt.
31. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des zweiten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine im wesentlichen asphärische Form annimmt.
32. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem
Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des zweiten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine Freiform annimmt, welche weder sphärisch noch asphärisch ist.
33. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des zweiten optischen Elements gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs eine facettierte Form annimmt.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche von 28 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in einem weiteren Bereich, welcher dem Bereich in welchem dieses in Kontakt mit dem Glas des zweiten optischen Elements gebracht wird gegenüber liegt, zumindest in einem Teil dieses weiteren Bereichs verformt wird.
35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine im wesentlichen plane, konvexe, oder konkave Form annimmt.
36. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine im wesentlichen sphärische Form annimmt.
37. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine im wesentlichen asphärische Form annimmt.
38. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Freiform annimmt, welche weder sphärisch noch asphärisch ist.
39. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine facettierte Form annimmt.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche von 34 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Form annimmt, deren
Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer sammelnden oder streuenden Linse aufweisen, oder welche strahlteilend, strahlformend, Strahlprofil verändernd, athermal, achromat wirken oder eine sonstige optische Wirkung und/oder Funktion haben.
41. Verfahren nach einem der Ansprüche von 34 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Form annimmt, deren ' Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer sphärischen Linse aufweisen.
42. Verfahren nach einem der Ansprüche von 34 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem weiteren Bereich eine Form annimmt, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer asphärischen Linse aufweisen.
43. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Glas aus der Gruppe gewählt ist, welche die Gläser Borofloat, B270, F2, LAF33, LASF43, BASF2, SF57, LASF46, LAK21, LAF32, LAF3, LASF45, LAF2, LASF44, BAFlO, LAF21, LAK34, LASF41, LAK33a, LAK22, LASF31, SF2, N-FK5, SF4, LAK10, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFSlI, SFl, SF19, SFlO, F2, SF8, LAF7, SF4, SF64, SF5, LAF36, BAF4, SF15, BASF64, BAF3, LASF40, BAF51, LAF35, SF56, BAF52, SF6, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFKβO, CSK12, CSK120, PSFnI, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89 und VC80 umfasst.
44. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Glas aus der Gruppe gewählt ist, welche die Gläser N-SK56, N-PK52, N-PK53,
KF9, KZFS2, KFFS4, KZFSIl, SFl, SF19, SFlO, F2, PG325, PG375, PSK50, PSK100, PSKIl, CaFK95, PFK85, PFK80, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFKβO, CSK12, CSK120, PSFnI, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89, VC80 und Bal42 umfasst.
45. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Glas aus der Gruppe gewählt ist, welche die Gläser N-SK56, N-PK52, N-PK53, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFSIl, SFl, SF19, SFlO, F2, PG325, PG375, PSK50, PSK100, PSKIl, CaFK95, PFK85, PFK80, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFKβO, CSK12, CSK120, PSFnI, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89, VC80 und Bal42 umfasst.
46. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Gläser sich in deren Dispersionseigenschaften unterscheiden, vorzugsweise so dass chromatische Fehler minimiert werden.
47. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Gläser sich in deren thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterscheiden, wobei insbesondere das erste Glas einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, welcher vorzugsweise auf den thermischen Ausdehnungs- koeffizienten eines Halbleiter-Wafers, insbesondere eines Si-, GaAs- oder GaN-Wafers, abgestimmt ist.
48. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Gläser ein fluoreszierendes Glas ist.
49. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Gläser sich in ihrer chemischen Beständigkeit gegen Laugen oder Säuren unterscheiden.
50. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Gläser eine spektrale Transmission oder Färbung aufweist, welche von der spektralen Transmission oder Färbung der anderen Gläser verschieden ist.
51. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formen der Gläser durch Pressen, Präzisions- oder Blankpressen bewirkt wird.
52. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein zweites optisches Element, vorzugsweise in einem geordneten Feld (Array) mit dem ersten optischen Element in Kontakt gebracht wird.
53. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Glas des ersten und/oder des zweiten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem ein oder mehrere weitere Gläser in Kontakt gebracht werden eine Schicht aufgebracht wird, welche das Haftvermögen des ein oder mehreren weiteren Glases erhöht.
54. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Glas des ersten und/oder des zweiten optischen Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem ein oder mehrere weitere Gläser in Kontakt gebracht werden eine Schicht oder mehrere Schichten aufgebracht werden, welche einen Brechungsindex aufweisen, der das Reflexionsvermögen vermindert.
55. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest- ein Teilbereich des • Glases des zweiten und/oder dritten optischen Elements in Kontakt mit zumindest einem Halterungsteil gebracht wird.
56. Verfahren nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass während und/oder nach dem in-Kontakt-bringen ein Druck- auf zumindest das zweite und/oder dritte optische Element und/oder das Halterungsteil ausgeübt wird, mittels welchem eine Verformung zumindest von Teilen des zweiten und/oder dritten optischen Elements bewirkt wird.
57. Verfahren nach einem der Ansprüche 55 oder 56, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas zumindest des zweiten .und/oder dritten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem zumindest einen Halterungsteil gebracht wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs im wesentlichen die Form des zumindest einen Halterungsteils annimmt.
58. Verfahren nach einem der Ansprüche 55 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest ein Halterungsteil ein
Metall umfasst.
59. Vorrichtung zum Verbinden zumindest eines ersten und eines zweiten optischen Elements, insbesondere zum Aus- führen eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 58, umfassend
- eine Einrichtung zum Aufnehmen des ersten optischen Elementes,
- eine Einrichtung zum Zusammenführen, welche dazu ausgebildet ist, zumindest das zweite optische Element mit dem ersten optischen Element in Kontakt zu bringen, und
- eine Einrichtung zum Erwärmen wenigstens eines Teilbereiches zumindest des zweiten optischen Elements, wobei das erste optische Element ein erstes Glas enthält, das zweite optische Element ein zweites Glas enthält, und die Transformationstemperatur- TgI des ersten Glases höher ist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases . - . ■
60. Vorrichtung nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erwärmen eine Einrichtung zum Einkoppeln von Strahlungswärme umfasst.
61. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Druckes auf zumindest das zweite optische Element.
62. Vorrichtung nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Druckes eine Presse, eine Präzisions- oder eine Blankpresse umfasst.
63. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Presswerkzeug, welches zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform eines zu formenden optischen Elementes aufweist.
64. Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine plane, konvexe oder konkave Form aufweist.
65. Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform eines zu formenden optischen Elementes mit im wesentlichen sphärischer Form aufweist.
66. Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform eines zu formenden optischen Elementes mit im wesentlichen asphärischer Form aufweist.
67. Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform eines zu formenden optischen Elementes mit einer Freiform, welche weder sphärisch noch asphärisch ist, aufweist.
68. Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform eines zu formenden optischen Elementes mit einer facettierten Form aufweist.
69. Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform zumindest eines diffraktiven Elementes aufweist, welches die Wirkung einer sammelnden oder streuenden Linse aufweist, oder welche strahlteilend, strahlformend, Strahlprofil verändernd, athermal, achromat wirken oder eine sonstige optische Wirkung und/oder Funktion haben.
70. Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform zumindest eines diffraktiven Elementes aufweist, welches die Wirkung einer sphärischen Linse aufweist.
71. Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich seiner Oberfläche eine Negativform zumindest eines diffraktiven Elementes aufweist, welches die Wirkung einer asphärischen Linse aufweist.
72. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 63 bis 71, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug zumindest in einem Teilbereich und/oder zumindest für einen Teil der Strahlung transparent ist.
73. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, mehr als ein zweites optisches Element, vorzugsweise in einem geordneten Feld (Array) mit dem ersten optischen Element in Kontakt zu bringen.
74. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Beschichten des Glases zumindest des ersten und/oder des zweiten optischen
' 5 Elements zumindest in dem Bereich, mit welchem ein oder mehrere weitere Gläser in Kontakt gebracht werden.
75. Vorrichtung nach Anspruch 74, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Beschichten dazu ausgebildet ist,
10 eine Schicht aufzubringen, welche das Haftvermögen des ein oder mehreren weiteren Glases erhöht.
76. Vorrichtung nach Anspruch 74, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Beschichten dazu ausgebildet ist, 5 eine Schicht oder mehrere Schichten aufzubringen, welche einen Brechungsindex aufweisen, der das Reflexionsvermögen vermindert.
77. Optisches Verbundelement, zumindest umfassend 0 - ein erstes optisches Element, welches ein erstes Glas mit einer Transformationstemperatur TgI enthält,
- ein zweites optisches Element, welches ein zweites Glas mit einer Transformationstemperatur Tg2 enthält, wobei 5 - die Transformationstemperatur TgI einen höheren Wert als die Transformationstemperatur Tg2 aufweist und
- das zweite Glas mit dem ersten Glas entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar unter Bildung einer bleibenden Verbindung miteinander verbunden ist, 0 insbesondere durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 58.
78. Optisches Verbundelement nach Anspruch 77, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen 5 Elements in dem Flächenbereich, entlang welchem dieses mit dem Glas des ersten optischen Elements verbunden ist, zumindest in einem Teil dieses Flächenbereichs im wesentlichen die Negativform des ersten optischen Elements aufweist.
79. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein drittes optisches Element, welches ein drittes Glas mit einer Transformationstemperatur Tg3 umfasst, wobei die Transformationstemperatur Tg3 des dritten Glases niedriger ist als die Transformationstemperatur Tg2 des zweiten Glases und das dritte Glas mit dem ersten und/oder zweiten Glas entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar unter Bildung einer bleibenden Verbindung miteinander verbunden ist, insbesondere durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 58.
80. Optisches Verbundelement nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des dritten optischen Elements in dem Flächenbereich, entlang welchem dieses mit dem Glas des ersten und/oder zweiten optischen Elements verbunden ist, zumindest in einem Teil dieses Flächenbereichs im wesentlichen die Negativform des jeweiligen optischen Elements aufweist..
81. Optisches Verbuhdelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine im wesentlichen plane, konvexe, oder konkave Form aufweist. ■
82. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden . Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine im wesentlichen sphärische Form aufweist.
83. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine im wesentlichen asphärische Form aufweist.
84. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich im wesentlichen eine Freiform aufweist, welche weder sphärisch noch asphärisch ist.
85. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine im wesentlichen facettierte Form aufweist.
86. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine Form aufweist, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer sammelnden oder streuenden Linse aufweisen, oder welche strahlteilend, strahlformend, Strahlprofil • . verändernd, athermal, achromat wirken oder eine sonstige optische Wirkung und/oder Funktion haben.
87. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine' Form aufweist, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer sphärischen Linse aufweisen.
88. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine Form aufweist, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, welche die Wirkung einer asphärischen Linse aufweisen.
89. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches zumindest ein Glas aus der Gruppe der Gläaser Borofloat, B270, F2, LAF33, LASF43, BASF2, SF57, LASF46, LAK21, LAF32, LAF3, LASF45, LAF2, LASF44, BAFlO, LAF21, LAK34, LASF41, LAK33a, LAK22, LASF31, SF2, N-FK5, SF4, LAKlO, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFSIl, SFl, SF19, SFlO, F2, SF8, LAF7, SF4, SF64, SF5, LAF36, BAF4, SF15, BASF64, BAF3, LASF40, BAF51, LAF35, SF56, BAF52, SFβ, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFKβO, CSK12, CSK120, PSFnI, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89 und VC80 aufweist.
90. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches zumindest ein Glas aus der Gruppe der Gläser N-SK56, N-PK52, N-PK53, KF9, KZFS2, KFFS4, KZFSIl, SFl, SF19, SFlO, F2, PG325, PG375, PSK50, PSK100, PSKIl, CaFK95, PFK85, PFK80, CD45, PSFn3, PBK50, GFK70, LaFKβO, CSK12, CSK120, PSFnI, PBK40, CD120, VC81, GFK68, LaFK55, VC79, ZnSF8, VC78, VC89, VC80 und Bal42 aufweist.
91. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest zwei Gläser mit unterschied- liehen Dispersionseigenschaften, wobei das Verbundelement vorzugsweise dazu ausgelegt ist, chromatische Fehler zu minimieren.
92. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest zwei Gläser mit unterschied¬ lichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten.
93. Optisches Verbundelement nach Anspruch 92, welches zumindest ein Glas umfasst, dessen thermischer Ausdehnungs- koeffizient im wesentlichen dem eines Halbleiter-Wafers, insbesondere eines Si-, GaAs- oder GaN-Wafers, entspricht.
94. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches zumindest ein fluoreszierendes Glas umfasst.
95. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest zwei Gläser, welche sich in ihrer chemischen Beständigkeit gegen Laugen oder Säuren unterscheiden.
96. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein Glas, welches eine spektrale Transmission oder Färbung aufweist, welche von der spektralen Transmission oder Färbung der anderen Gläser verschieden ist.
97. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein gepresstes oder blankgepresstes Glas.
98. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine Vielzahl mit dem ersten optischen Element verbundene optische Elemente, welche in einem geordnetem Feld (Array) angeordnet sind."
99. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwischen zumindest zwei Gläsern eine Schicht angeordnet ist, welche das Haftvermögen der Gläser erhöht.
100. Optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf einem Glas oder zwischen zwei Gläsern eine oder mehrere Schichten angeordnet sind, welche einen Brechungsindex aufweisen, der das Reflexionsvermögen vermindert.
101. Verfahren zum Verbinden von mindestens einem ersten und einem zweiten optischen Element, bei welchem das erste optische Element ein kristallines Material enthält, das zweite optische Element ein Glas enthält, und das kristalline Material eine Schmelztemperatur aufweist, welche über der Transformationstemperatur des Glases liegt, und zumindest das Glas des zweiten optischen Elementes erwärmt wird und in Kontakt mit dem kristallinen Material des ersten optischen Elements gebracht wird.
102. Verfahren nach Anspruch 101, dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline Material zumindest einen Kristall umfasst.
103. Verfahren nach Anspruch 101 oder 102, dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline Material Kalziumfluorid und/oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) aufweist. •
104. Verfahren nach einem der Ansprüche 101 bis 103, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas zumindest in dem Bereich, welcher mit dem kristallinen Material in Kontakt gebracht wird, oder das gesamte zweite optische Element auf eine Temperatur erwärmt wird, bei welcher die Viskosität des Glases zumindest in diesem Bereich niedriger oder gleich der Viskosität ist, bei der das zweite Glas mit- dem kristallinen Material eine dauerhafte, klebende Verbindung eingeht, insbesondere niedriger oder gleich einer Viskosität von etwa η < 1010 dPa-s, insbesondere niedriger oder gleich einer Viskosität von etwa η < 109 dPa•s .
105. Verfahren nach einem der Ansprüche 101 bis 104, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des zweiten optischen Elements in dem Bereich, in welchem dieses in Kontakt mit dem kristallinen Material des ersten optischen Elements gebracht 'wird, zumindest in einem Teil dieses Bereichs im wesentlichen die Form des ersten optischen Elements annimmt.
106. Optisches Verbundelement, zumindest umfassend
- ein erstes optisches Element, welches ein kristallines Material enthält, - ein zweites optisches Element, welches ein Glas enthält, " wobei
- die Schmelztemperatur des kristallinen Materials einen höheren Wert als die Transformationstemperatur des Glases aufweist und - das Glas mit dem kristallinen Material entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar unter Bildung einer bleibenden Verbindung miteinander verbunden ist, insbesondere durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 101 bis 105.
107. Optisches Verbundelement nach Anspruch 106, dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline Material zumindest einen Kristall umfasst.
108. Optisches Verbundelement nach einem der Ansprüche 106 oder 107, dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline Material Kalziumfluorid und/oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) aufweist.
109. Optisches Verbundelement nach einem der Ansprüche 106 bis 108, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich eine im wesentlichen plane, konvexe, oder konkave Form aufweist.
110. Optisches Verbundelement nach einem der Ansprüche 106 bis 109, umfassend zumindest ein optisches Element, welches zumindest in einem Teilbereich
- eine im wesentlichen sphärische Form, - eine im wesentlichen asphärische Form,
- eine im wesentlichen facettierte Form,
- im wesentlichen eine Freiform, welche weder sphärisch noch asphärisch ist, oder
- eine Form, deren Oberfläche diffraktive Elemente enthält, aufweist.
111. Optisches Verbundelement nach einem der Ansprüche 106 bis 110, umfassend zumindest ein gepresstes oder blankgepresstes Glas.
112. Optisches Verbundelement nach einem der Ansprüche 106 bis 111, umfassend eine' Vielzahl mit dem ersten optischen Element verbundene optische Elemente, welche in einem geordnetem Feld (Array) angeordnet sind.
113. Optisches System, umfassend
- zumindest ein optisches Element, insbesondere als • Bestandteil eines Verbundelementes nach einem der vorstehenden Ansprüche, und - zumindest ein Halterungsteil, insbesondere einen Montagering, wobei das zumindest eine optische Element entlang eines gemeinsamen Flächenbereiches unmittelbar mit dem Halterungsteil unter Bildung einer bleibenden Verbindung verbunden ist.
114. Optischer Bildsensor, gekennzeichnet durch zumindest ein optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche.
115. Abbildende oder beleuchtende Optik, gekennzeichnet durch zumindest ein optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche.
116. Bildgebendes System, gekennzeichnet durch zumindest ein optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche.
117. Kommunikationsendgerät, insbesondere Mobilfunktelefon, PDA oder MDA, gekennzeichnet durch zumindest ein optisches
Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche.
118. Wafer-level Package, insbesondere umfassend eine Vielzahl elektronischer Bildsensoren, gekennzeichnet durch zumindest ein optisches Verbundelement nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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