CN104837611B

CN104837611B - 生产透镜晶片的方法和设备

Info

Publication number: CN104837611B
Application number: CN201280077634.6A
Authority: CN
Inventors: M.卡斯特
Original assignee: EV Group E Thallner GmbH
Current assignee: EV Group E Thallner GmbH
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2018-08-28
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: EP2931502A1; TW201441021A; AT516095B1; CN104837611A; EP2931502B1; JP6177347B2; JP2016506317A; TWI577538B; KR20150093653A; US20150293269A1; US9995855B2; DE112012007214A5; AT516095A5; WO2014090281A1; DE112012007214B4

Abstract

本发明涉及一种用于生产具有多个微透镜（15）的透镜晶片（6）的设备，具有：用于从流体模压化合物（9）模压透镜晶片（6）的上压模（4）和下压模（2），所述流体模压化合物被引入到所述压模（2、4）之间，用于使所述被模压的透镜晶片（6）固化的固化装置，其特征在于，用于移走固化后的透镜晶片（6）的至少一个释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）在固化之前被定位在下压模（2）和上压模（4）之间。而且，本发明还公开了对应的方法。

Description

生产透镜晶片的方法和设备

说明书

本发明涉及用于生产，特别是模压，透镜晶片的方法和设备，该透镜晶片具有如权利要求1和5所要求的多个微透镜。

微透镜首先被用于要求光学聚焦装置的设备，例如，蜂窝电话的摄像机。由于微型化的压力，功能区域将变得越来越小。微透镜越要被微型化，微透镜的光学正确生产就变得越困难，因为对于要被理想地大量生产的微透镜来说，同时还存在巨大的成本压力。

光学系统可由静态和/或动态凸透镜或凹透镜组成。微透镜可被一个个地模压在对应的载体基板上或中或者是一大块晶片的一部分。因此，这些大块的晶片构成了无载体透镜场。在这方面，无载体意味着透镜不需要被成形在它们自己的载体上。相反，通过上和/或下压模沿着对应的表面使透镜材料变形成透镜场，该透镜场是自我支撑的。通过使用这些无载体透镜场加速了不断前进的微型化。无载体透镜场在一方面提供了在更薄的透镜的光学设计方面的更大灵活性，并且在另一方面提供了生产中的高精度。另外，它们被生产在一片中、将透镜和载体彼此结合、能被容易地拿起、运输和彼此连接。将透镜晶片从对应的模压模具或从模压压模分离是主要技术问题。

本发明的目标是发明一种设备和方法，通过该设备和方法改善透镜晶片的分离，尤其是在全自动过程中。

该目标是通过权利要求1和5的特征实现的。在从属权利要求给出了本发明的有利的发展。在说明书、权利要求书和/或附图中给出的至少两个特征的全部组合也落在本发明的范围内。在给定的值范围内，所指出的极限内的值也被认为是像边界值一样被公开并且可以任何组合的方式被要求保护。

本发明基于的想法是：在透镜晶片的固化之前在第一和第二模压压模之间布置至少一个释放元件，该释放元件用于使固化的透镜晶片从该第一和/或第二模压压模分离。通过在本发明的权利要求中的这种措施，在第一和第二模压压模之间放置模压团的时间和/或将第一和第二模压压模彼此对准的时间和/或对模压团进行模压或者模压压模相对彼此移动的时间被用于定位/布置至少一个释放元件。如本发明中的权利要求所述，这使得可以在模压团的固化之后立即开始透镜晶片的分离。因此，在本发明的权利要求中所述的设备和本发明的权利要求中所述的方法尤其适合于大块透镜晶片。

换句话说，本发明由以下组成：在如本发明的权利要求中所述的透镜晶片的原始成形之前，将工具，尤其是释放元件，安装在上和下模压压模之间，使得在尤其是大块的透镜晶片的原始成形中，在原始成形后的透镜晶片和所述工具之间形成牢固的连接。借助这种牢固的连接，尤其有利的是可以将透镜晶片从下和/或上模压压模分离。

因此本发明尤其适合于用在无载体透镜晶片中。

本发明的一个重要的优点是，将尤其是无载体透镜晶片从上和/或下模压压模上释放可被至少很大程度上无损伤地执行并且对于适合于大量生产的生产设计来说这种释放可被自动执行。

根据本发明的一个有利的实施例，规定了释放元件具有作用部分，该作用部分具有一个面侧，该面侧的外轮廓被成形为使得该作用部分可被定位在非结构化的区域中，该非结构化的区域尤其被定位在用于微透镜的原始成形的下和/或上透镜模具外侧的下和/或上压模的边缘上。以这种方式，用于分离的释放元件所要求的该动作区域可被布置成使得不减少在透镜晶片上的微透镜产量。

这里，尤其有利的是，至少在作用部分中的该面侧上的释放元件具有的（尤其是标准的）厚度d小于透镜晶片的模压厚度。透镜晶片的模压厚度尤其小于2000，优选地小于1500，更优选地是小于1000，最优选地是小于500。这里，优选的是，厚度d大于1/5，优选地大于1/3，优选地大于1/2的模压厚度，最优选地大于透镜晶片的3/4。

在至少一个下释放元件被设计成与下压模的一个边缘部分接触并且一个上释放元件被设计成与边缘部分接触以将透镜晶片从上和下压模分离的程度上，其中所述边缘部分尤其是间隔开的，优选是相对的，一次可以有至少一个单独的释放元件，使得每个释放元件可被理想地定位成与相应的压模相对。

下面提供本发明权利要求中所述的方法步骤，尤其是按照下面的顺序：

-将模压团应用到下压模或晶片（用于透镜晶片和微透镜的载体晶片），尤其是借助本设备的应用装置，尤其是可精确控制的分配装置，

-将至少一个释放元件放置在下和上压模之间，该至少一个释放元件尤其与下压模对准，

-通过上压模对模压团进行模压（因此，通过朝着彼此移动下和上压模），

-使模压团固化，释放元件在固化之前就被放置就位。

如本发明权利要求所述的，有利的是，释放元件的作用部分被定位在上压模的非结构化区域中。

而且，如本发明权利要求所述，有利的是，借助该释放元件在固化后将透镜晶片从下和/或上压模分离。

固化以热的方式和/或通过电磁辐射和/或以化学的方式发生。

在热固化中，有利的是，下和/或上压模具有对应的高热导率。热导率是在0.01和500之间，更有利的是在1和500之间，最优选的是在10和500之间，最最优选的是在100和500之间。

在借助电磁辐射的固化中，上和/或下压模对引起固化的全部波长是透明的。因为大部分材料优选地通过UV辐射固化，所以优选的透明性区域是10nm和400nm之间。借助电磁辐射的实施例是本发明权利要求所述的优选的实施例。

在化学固化中，上和/或下压模被制造成使得对应的化学品获得达到模压团的通路。或者通过多孔压模或者通过被特别加工在压模中的微米通道和/或纳米通道。

释放元件优选地由耐腐蚀、经济的、轻的、高强度的材料组成。释放工具可由下列材料中的至少一种组成：

-金属

-陶瓷

-玻璃

-石墨

-聚合物

-复合材料

而且，如本发明权利要求所述的，有利的是，释放元件具有对透镜材料的低粘附性。释放元件要么由于它们材料特有的性质而具有对透镜材料的低粘附性，要么被照此涂敷防粘层。大多数有机分子尤其适合于这种涂敷。含氟和/或含硫的有机分子，例如诸如PFPE的塑料，尤其适合。也能想到的是，利用特殊的防粘层涂敷释放工具，这些防粘层可以多个单层的形式被沉积。

如果释放元件由非常导热的材料组成，那么也能想到通过释放元件添加热量以实现热固化，如本发明的权利要求所述。

每侧的释放元件的数量是一个，优选是两个，更优选是三个，最优选是四个，最最优选是多于四个。所使用的释放元件越多，在一个个邻近的释放元件之间的作用部分和/或距离可能就越小；这在释放期间对弯曲强度有益。

在如本发明权利要求所述的一个特殊实施例中，上和下释放元件沿着边缘交替，并且如本发明权利要求所述可以有至少部分的重叠。

在本发明权利要求所述的另一实施例中，每个释放元件具有对应的释放元件，该对应的释放元件与所述释放元件是全等的，尤其是在相应的相对侧上与所述释放元件平齐地相对。

在本发明权利要求所述的一个实施例中，有多个释放元件，这些释放元件至少部分地、优选是很大程度上彼此层叠，或者它们平齐地相对，透镜晶片的外侧轮廓可在边缘处被改动以改善稳定性和稳定的释放。因此，如本发明权利要求所述，根据一个有利的实施例，在要使用释放工具的全部位置上，利用释放凹部改变上和/或下压模。以这种方式，透镜晶片，尤其是在其平均厚度没有减小的情况下，被借助释放工具延展并且可在模压过程之后被稳定地分离。

通过隔离从该透镜晶片生产的一个（尤其是若干个）微透镜能被认为是独立的发明。

通过如本发明权利要求所述的设备和/或通过如本发明权利要求所述的方法生产的透镜晶片能被认为是独立的发明。

本发明的其它优点、特征和细节将从下面使用附图对优选的示例性实施例的描述而变得显而易见。

图1a示出了在本发明第一实施例中的根据图1b的交叉线A-A的如本发明权利要求所述的带释放元件的上压模的示意平面图，

图1b示出了在该第一实施例中的根据图1c的交叉线C-C的如本发明权利要求所述的设备的示意截面图，

图1c示出了根据图1b的交叉线B-B的如本发明权利要求所述的下压模和释放元件的示意平面图，

图2a示出了本发明权利要求所述的第一方法步骤，确切地说是下释放元件的布置，

图2b示出了第二方法步骤，确切地说是模压团的应用，

图2c示出了第三方法步骤，确切地说是上释放元件的布置和上压模到下压模的布置和对准，

图2d示出了第四方法步骤，确切地说是模压团的模压，

图2e示出了第五方法步骤，确切地说是模压团的固化，尤其是通过上压模，

图2f示出了第六方法步骤，确切地说是从固化的透镜晶片释放上压模，

图2g示出了第七方法步骤，确切地说是从固化的透镜晶片释放下模压压模。

图2h示出了第七方法步骤，确切地说是从固化的透镜晶片移除下模压压模，利用本发明权利要求所述的压模的第二实施例，

图3a示出了带有两个释放元件的本发明的第二实施例的示意图，

图3b示出了带有三个释放元件的本发明的第三实施例的示意图；以及

图3c示出了带有四个释放元件的第四实施例的示意图。

在附图中，按照本发明的实施例的这些指示性参考数字来标记本发明的优点和特征，具有相同功能或者具有相同动作的功能的部件或特征用同样的参考数字标记。

在本发明的实施例中，这些实施例在图1a-1c中示出，示出了设备的重要部件，但没有示出该设备的其它部件，因为这些部件的构造对于本领域技术人员是显而易见的或者很明显是按照下面对功能的描述。

因此，该设备具有下模压元件11和上模压元件10以及释放元件5、5'，所述释放元件被尤其分配给相应的模压元件10、11。下模压元件11被用于在保持设备1上容纳下压模2，而上模压元件10用于在保持设备3上容纳上压模4。下模压元件11和上模压元件10可被相对于彼此移动并且有将上模压元件10和下模压元件11对准的装置，所述装置尤其由没有示出的控制装置控制。保持设备1和/或3可以是用于压模2和/或4的任何类型的固定装置。在一个特别的情况中，保持设备1和/或3是所谓的“底板”，而压模2和/或4被不可分离地连接到所述底板。

下压模2在其面对上压模4的一侧上具有多个下透镜模具7以对一个透镜晶片6的多个微透镜15的一个功能表面（光学）进行成形/模压。上压模4在其面对下压模2的一侧上具有上透镜模具8，以对多个微透镜15的第二功能表面（光学）进行成形/模压。因此下压模2和上压模4具有相同数量的透镜模具7、8，所述透镜模具被对应地布置。

因此，下压模2和上压模4在下和/或上透镜模具7、8的外侧每一个都具有非结构化区域13、14，所述非结构化区域每一个都基本上形成一个平面，所述平面彼此平行地延伸。

释放元件5、5'尤其被制造成可模块化地互换，释放元件5、5'可被相对于下压模2和上压模4移动并对齐。释放元件5、5'具有保持部分5h、5h'和作用部分12、12'，所述作用部分被模制在保持部分5h、5h'上并且被定位在释放元件5、5'的面侧5s、5s'上。保持部分5h、5h'被未示出的定位装置使用来保持并移动释放元件5、5'，所述定位装置尤其是机器人手臂。释放元件5、5'每一个也能由对应的设备控制，或者优选地，能通过简单的电和/或机械机器元件彼此联接。纯电的、机械的、气动的或液压的驱动装置也可行，这些驱动装置执行位置控制和/或应用对应的力以执行释放。所有的释放元件可具有传感器，这些传感器通过控制电路被连接到对应的驱动装置，以能够进行硬件控制的和/或软件控制的释放。

面侧5s、5s'被尤其成形为使作用部分12、12'作用在透镜晶片6的非结构化区域上。优选地，被分配给上压模4的一个释放元件5'紧挨其边缘，尤其是在非结构化区域14中。尤其是，被分配给下压模2的另一释放元件5在非结构化区域13中紧挨其边缘。

释放元件5、5'至少在作用部分12、12'中具有厚度d，该厚度小于模压厚度D（即平坦的非结构化区域13、14的间距）。

优选地，面侧5s、5s'在压模2、4的一个边缘部分上延伸，优选地小于压模2、4的边缘的1/4。尤其是，使面侧5s、5s'与压模2、4同心地延伸。

本发明的释放元件5、5'的功能在于在模压/固化之前、期间和之后固定、稳定化和/或分离至少一个模压成的大块透镜晶片6。

在图2a中示出的第一过程步骤中，被分配给下压模2的释放元件5通过其底部5u尤其被排他地定位在下压模2的非结构化区域13的上方，尤其与其接触。

在图2b中示出的另一过程步骤中，未固化的模压团9被应用到下压模2。这种应用通过未示出的分配器系统完成。

在图2c中示出的另一第三过程步骤中，定位上压模4。可通过对应的对准技术、对准系统或纯粹机械地将两个压模2、4相对彼此定位。在利用上压模4对模压团9进行模压（因此，压模2、4与模压团9接触）之前，被分配给上压模4的释放元件5'利用其顶部5o'被定位在非结构化区域14的下方，尤其与其接触。

在图2d示出的第四过程步骤中，两个压模2、4朝着彼此相对接近并且因此接着发生模压（透镜晶片6的原始成形，尤其包括固化）。

在图2e中示出的另一过程步骤中，通过硬化过程固化大块透镜晶片6。可通过所有已知的方法完成固化。化学地、通过电磁辐射或通过热。在图示的情况中，通过穿过上压模4的电磁辐射完成固化；这构成了优选的实施例。

在图2f中示出的另一过程步骤中，上压模4被从大块透镜晶片6移走以从大块透镜晶片6释放压模，通过被分配给上压模4的释放元件5'并通过在作用部分12'的区域中向透镜晶片6应用被定向为与上压模4移动相反的力，在分离期间防止了对透镜晶片6的破坏。以这种方式促进了分离。

类似地，在图2g中示出的另一过程步骤中，通过被分配给下压模2的释放元件5从大块透镜晶片6释放下压模2。

为了在尽可能好的释放元件5、5'重叠时最小化透镜晶片6的厚度，同时在图2h中示出的优选实施例中规定了，压模2、4中的至少一个具有释放凹部16，该释放凹部16对应释放元件5、5'的面侧5s、5s'的形状。优选地，上压模4和下压模2两者都具有用于所有的释放元件5、5'的释放凹部16，它们分布在边缘上。以这种方式，透镜晶片6的厚度保持被均匀地分布在边缘上，使得可避免对透镜晶片6的损伤。

通过该设备的尤其是软件支持的控制装置来控制上述过程。

图3a-3c示出了另外的带有两个、三个或四个释放元件5、5'、5"、5'"和5^IV的实施例，这些释放元件被彼此对称地定位分布在压模2、4的边缘上。优选地，每个模具2、4使用至少两个释放工具，更优选的是至少三个、最优选的是至少四个、最最优选的是多于四个。

释放元件5、5'、5"、5'"和5^IV与上述的释放元件5、5'类似地工作。释放元件5至5^IV可尤其被相对于相应地设计的保持设备1、3或压模2、4固定。

优选地，被分配给上压模4的释放元件以与被分配到下压模2的释放元件互补的方式被布置分配到压模2、4的边缘上。

在释放期间，如本发明权利要求所述，可优选地想到通过额外的支撑工具来支撑释放元件5、5'、5"、5'"和5^IV，和/或通过夹紧在分布在透镜晶片6的非结构化区域中的该透镜晶片6的边缘上支持透镜晶片从下压模2和/或上压模4的分离。

参考数字列表

1 保持设备

2 下压模

3 保持设备

4 上压模

5, 5', 5", 5'", 5^IV 释放元件

5u 底部

5s, 5s' 面侧

5h, 5h' 保持部分

6 透镜晶片

7 下透镜模具

8 上透镜模具

9 模压团

10 上模压元件

11 下模压元件

12, 12' 作用部分

13 非结构化区域

14 非结构化区域

15 微透镜

16 释放凹部

D 厚度

D 模压厚度

Claims

1.一种用于生产具有多个微透镜（15）的透镜晶片（6）的设备，具有：

-用于从流体模压团（9）模压透镜晶片（6）的上压模（4）和下压模（2），所述流体模压团已经被传送到所述压模（2、4）之间，

-用于使所述被模压的透镜晶片（6）固化的固化装置，

其特征在于，用于分离固化后的透镜晶片（6）的至少一个释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）在固化之前被定位在下压模（2）和上压模（4）之间，其中所述至少一个释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）接触所述下压模（2）和/或所述上压模的表面，其中所述至少一个释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）能够被布置在侧面，其中所述至少一个释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）具有带有一个面侧（5s、5s'）的作用部分（12、12'），其中所述作用部分（12、12'）被成形为使得所述作用部分（12、12'）能够在下和/或上透镜模具（7、8）的外侧被定位在非结构化区域中以用于所述微透镜（15）的成形，其中所述至少一个释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）的所述面侧（5s、5s'）在所述下压模（2）和/或所述上压模（4）的边缘部分上延伸并且被制造成与所述下压模（2）和/或所述上压模（4）同心地延伸。

2.如权利要求1所述的设备，其中：所述释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）具有带有一个面侧（5s、5s'）的作用部分（12、12'），所述面侧的外部轮廓被成形为使得该作用部分（12、12'）可在下和/或上透镜模具（7、8）的外侧被定位在非结构化区域中，所述非结构化区域被定位在用于所述微透镜（15）的成形的下压模（2）和/或上压模（4）的边缘上。

3.如权利要求2所述的设备，其中：在所述面侧（5s、5s'）的所述释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）至少在所述作用部分（12、12'）中具有小于2000的厚度（d）。

4.如前述权利要求中至少一个所述的设备，具有至少一个下释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）以接触下压模（2）的边缘部分和一个上释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）以接触上压模的边缘部分。

5.如前述权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述下压模（2）和/或所述上压模（4）具有释放凹部（16），所述释放凹部（16）对应所述至少一个释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）的所述面侧（5s、5s'）的形状。

6.如前述权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述至少一个释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）接触所述下压模（2）和/或所述上压模（4）的非结构化区域（13，14）。

7.一种用于生产具有多个微透镜（15）的透镜晶片（6）的方法，具有以下步骤：

-向下压模（2）应用模压团（9），

-在下压模（2）和上压模（4）之间放置至少一个释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV），所述上压模（4）与下压模（2）相对地对准，

-利用上压模（4）对模压团（9）进行模压，

-使模压团（9）固化，

其特征在于，所述放置发生在固化之前，其中所述至少一个释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）具有带有一个面侧（5s、5s'）的作用部分（12、12'），其中所述作用部分（12、12'）接触所述下压模（2）和/或所述上压模（4）的表面并且被定位到在所述下压模（2）和/或所述上压模（4）外侧的非结构化区域（13，14）中，其中所述至少一个释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）的所述面侧（5s、5s'）在所述下压模（2）和/或所述上压模（4）的边缘部分上延伸并且被制造成与所述下压模（2）和/或所述上压模（4）同心地延伸。

8.如权利要求7所述的方法，其中：所述释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）的一个作用部分（12、12'）被定位在所述上压模（4）的非结构化区域（14）中。

9.如权利要求7或8所述的方法，其中：在固化之后透镜晶片（6）借助释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）从下压模（2）和/或上压模（4）分离。

10.如权利要求7所述的方法，其中：在所述透镜晶片（6）和所述释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）形成牢固连接。

11.如权利要求7、8或10所述的方法，其中所述下压模（2）和/或所述上压模（4）具有释放凹部（16），所述释放凹部（16）对应所述至少一个释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）的所述面侧（5s、5s'）的形状。

12.如前述权利要求7、8或10所述的方法，其中所述至少一个释放元件（5、5'、5"、5'"、5^IV）接触所述下压模（2）和/或所述上压模（4）的非结构化区域（13，14）。