專利名稱：用于制造透鏡晶片的沖模工具、設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1、6和10的用于制造、尤其是沖壓具有多個(gè)微透鏡的單片透鏡晶片的沖模工具、設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
微透鏡首先應(yīng)用于需要光學(xué)聚焦裝置的設(shè)備，例如應(yīng)用于移動(dòng)電話的相機(jī)。由于微型化壓力，功能區(qū)域應(yīng)該變得越來越小。微透鏡越應(yīng)該微型化，其光學(xué)正確的制造越困難，因?yàn)橥瑫r(shí)對(duì)于理想地在大量生產(chǎn)中要制造的微透鏡存在巨大成本壓力。在現(xiàn)有技術(shù)中，在載體襯底上通過不同的制造方法來產(chǎn)生微透鏡，如例如在US 6,846, 137 BK US5，324，623,US 5，853，960和US 5，871，888中所示的那樣。所有前述方法共同的是，原理決定地需要一定的厚度并且穿過微透鏡的光不僅必須通過透鏡，而且必須通過載體襯底。由于同時(shí)所需要的高質(zhì)量和在同時(shí)尤其是取決于沿著光軸、也即光路的光學(xué)系統(tǒng)的厚度和數(shù)量的較高亮度情況下對(duì)較高分辨率的要求，對(duì)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的微透鏡的進(jìn)一步優(yōu)化是值得期望的。此外，需要盡可能高的光產(chǎn)量，其尤其是對(duì)于微光學(xué)系統(tǒng)是決定性的，因?yàn)閳D像傳感器占用大多非常小的光能射到上面的面。在EP 2 168 746 Al中公開了無載體式的微透鏡陣列的制造方法。在制造無載體式的微透鏡陣列時(shí)有問題的是在制造透鏡陣列時(shí)、尤其是在沖壓和硬化時(shí)透鏡陣列材料的收縮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務(wù)是，說明一種沖模工作或者此類設(shè)備或此類方法，利用它們尤其是在大量生產(chǎn)中可以制造具有高的光產(chǎn)量以及高亮度和同時(shí)高生產(chǎn)精度的微透鏡的透鏡晶片。該任務(wù)利用權(quán)利要求1、6和10的特征來解決。本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中說明。所有由至少兩個(gè)在說明書、權(quán)利要求書和/或圖中所說明的特征組成的組合均落入本發(fā)明的范圍中。在所說明的值域情況下，處于所述極限內(nèi)的值也應(yīng)該作為極限值認(rèn)為是公開的并且可以任意的組合要求保護(hù)。本發(fā)明所基于的思想是，這樣設(shè)計(jì)用于制造透鏡晶片的沖模工具，使得沖模限定用于接納可硬化的流體的沖壓空間地構(gòu)造用于制造透鏡陣列，使得在沖壓或制造透鏡陣列時(shí)自動(dòng)地構(gòu)造透鏡陣列的側(cè)周邊邊緣。通過這種方式明顯地簡(jiǎn)化透鏡陣列的進(jìn)一步處理，因?yàn)闉榇丝梢允褂靡呀?jīng)存在的載體系統(tǒng)和處理設(shè)備。同時(shí)使得能夠以高精度制造非常均質(zhì)的、最佳硬化的透鏡陣列。此外，通過本發(fā)明的構(gòu)型可以作為具有大量微透鏡的單片透鏡晶片利用唯一的沖壓步驟制造實(shí)際上任意的透鏡形狀，尤其是球面的和/或非球面的、凸?fàn)畹暮?或凹狀的以及菲涅耳透鏡。根據(jù)本發(fā)明，通過沖模工具的該構(gòu)型可制造無載體式的微透鏡陣列，其中微透鏡由于放棄載體而具有比帶有載體的微透鏡小的厚度。根據(jù)沖模工具的一種有利的實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，凸出部被構(gòu)造為尤其是環(huán)形的、優(yōu)選圓形的壩，所述壩尤其是具有200mm、300mm或450mm的內(nèi)徑Di。由此進(jìn)一步簡(jiǎn)化透鏡晶片的處理。此外有利地規(guī)定，沖壓空間在沖壓時(shí)部分地、尤其是在上面由第二沖壓側(cè)限制。根據(jù)本發(fā)明的另一有利的實(shí)施方式規(guī)定，沖模中的至少一個(gè)、尤其是第一沖模對(duì)于電磁輻射是可穿透的。通過這種方式，不僅可以通過穿過沖模照射進(jìn)行硬化，而且也可以在制造透鏡晶片時(shí)檢測(cè)用于定向和楔誤差補(bǔ)償?shù)目赡艿亩ㄏ驑?biāo)記。本發(fā)明通過以下方式來改進(jìn)，即第一沖模具有相對(duì)于第二沖模的第二定向標(biāo)記來定向第一沖模的第一定向標(biāo)記。由此并且尤其是通過將定向標(biāo)記集成到?jīng)_模中、優(yōu)選凸出部中，能夠?qū)崿F(xiàn)沖模的高度精確的定向，并且通過具有凸出部的沖模工具的本發(fā)明構(gòu)型最小化或甚至排除在進(jìn)一步加工和進(jìn)一步處理時(shí)的后續(xù)誤差。從利用本發(fā)明沖模工具制造的透鏡晶片的邊緣可以精確地推斷出每個(gè)單個(gè)的在透鏡晶片中所設(shè)置的微透鏡的位置，甚至當(dāng)發(fā)生了透鏡晶片材料的收縮時(shí)也是如此。利用本發(fā)明，具有小于3 μ m、尤其是小于I μ m、優(yōu)選小于0.5 μ m、更優(yōu)選小于
0.1ym定向精度偏差的可再現(xiàn)精度的在X和Y方向上的定向精度是可能的。本發(fā)明設(shè)備除了前述沖模工具之外具有以下特征:
-用于在背離第一沖壓側(cè)的接納側(cè)處尤其是靜態(tài)固定地接納第一沖模的第一接納裝置。該接納裝置可以是卡盤，其安裝在固定的或靜態(tài)的支架處。例如可以通過真空槽來固定第一沖模。-用于在其背離第二載體側(cè)的接納側(cè)接納第二沖模的第二接納裝置。接納裝置尤其是同樣可以被構(gòu)造為卡盤，所述卡盤優(yōu)選具有通過真空槽實(shí)施的固定裝置。所述設(shè)備被構(gòu)造為使得所述設(shè)備可以實(shí)施第二沖模在X-Y層面中和與之正交地伸展的Z方向上的受控制的運(yùn)動(dòng)以及圍繞平行于Z方向伸展的旋轉(zhuǎn)軸的受控制的旋轉(zhuǎn)以用于使第一沖模與第二沖模定向。X-Y層面基本上平行于在沖壓時(shí)沖模的沖壓側(cè)。此外，所述設(shè)備可被控制為使得定向根據(jù)沖模的位置、尤其是定向標(biāo)記的位置來進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的一種有利的實(shí)施方式，設(shè)置行程驅(qū)動(dòng)裝置，通過所述行程驅(qū)動(dòng)裝置可實(shí)施第二接納裝置在Z方向上的運(yùn)動(dòng)。行程驅(qū)動(dòng)裝置尤其是由三個(gè)機(jī)動(dòng)化的、彼此無關(guān)的、優(yōu)選旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地在周邊處彼此以120度的角度間隔地在軸向上平行地定位的螺桿傳動(dòng)裝置組成。由此一方面能夠?qū)崿F(xiàn)第二沖模在接納裝置上在Z方向上的平行運(yùn)動(dòng)。另一方面行程驅(qū)動(dòng)裝置同時(shí)可以引起第二沖模傾斜。只要本發(fā)明設(shè)備包括楔誤差均衡裝置，利用其可以均衡沖模之間的楔誤差，則沖?？梢詼?zhǔn)確地彼此平行地被定向，由此可以制造具有最佳光軸的均質(zhì)透鏡。這尤其是在多個(gè)透鏡稍后被堆疊時(shí)是重要的。楔誤差均衡裝置有利地被設(shè)置為均衡臺(tái)或均衡卡盤，其固定在行程驅(qū)動(dòng)裝置上。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中規(guī)定，設(shè)置尤其是在Z方向上可運(yùn)動(dòng)的光學(xué)系統(tǒng)以用于檢測(cè)所述定向標(biāo)記中的每一個(gè)在X、Y和Z方向上的位置。本發(fā)明方法在使用前述沖模工具和/或前述設(shè)備的情況下通過以下方法步驟來表征:
-將沖模相對(duì)地布置和固定在相對(duì)應(yīng)的接納裝置上，
-只要需要，尤其是以小于100 μ m、優(yōu)選小于50 μ m、更優(yōu)選小于10 μ m的精度進(jìn)行沖模彼此在X和Y方向上以及在圍繞旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向上的至少粗略的定向(所謂的預(yù)對(duì)齊)，
-通過楔誤差均衡裝置進(jìn)行楔誤差均衡，以便尤其是以小于5 μ m、優(yōu)選小于3 μ m、更優(yōu)選小于I μ m的精度平行地定向沖壓側(cè)，
-接著將可硬化的流體、尤其是聚合物以流體形式施加到平面沖壓側(cè)之一上，尤其是第二沖壓側(cè)上，所述第二沖壓側(cè)優(yōu)選地布置在下面并且通過凸出部形成沖壓空間，所述沖壓空間的底部形成第二沖壓側(cè)，
-通過可硬化的流體的成型并且接著硬化來沖壓透鏡晶片，其中成型通過沖模的朝向彼此運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的一種有利的實(shí)施方式規(guī)定，沖壓在沖模之間無接觸的情況下進(jìn)行。由此，在沖壓空間的側(cè)邊緣處形成開放的環(huán)縫隙，所述環(huán)縫隙被構(gòu)造允許可硬化的流體在成型透鏡晶片時(shí)或在沖壓透鏡晶片時(shí)從側(cè)向溢出。只要沖壓在Z方向上以經(jīng)過力調(diào)節(jié)和/或位置調(diào)節(jié)的方式來進(jìn)行，則可以以小于10 μ m、優(yōu)選小于5 μ m、優(yōu)選小于3 μ m、更優(yōu)選小于I μ m定向精度偏差的可再現(xiàn)精度精確地定義和均質(zhì)地制造透鏡晶片。第一和第二沖模被設(shè)計(jì)為透鏡沖模，該透鏡沖模具有構(gòu)造微透鏡的負(fù)片(Negativ)、也即凹狀/凸?fàn)畹臎_壓結(jié)構(gòu)，其中也可設(shè)想球面的/非球面的和/或菲涅耳透鏡。在透鏡沖模的直徑約為200mm的情況下，例如可以在一個(gè)沖壓步驟中沖壓大約2000個(gè)微透鏡。根據(jù)本發(fā)明可以由可UV硬化的或者可熱硬化的材料形成可硬化的流體，其中透鏡材料根據(jù)本發(fā)明至少主要地、優(yōu)選完全地是無溶劑的并且適用于完全交聯(lián)。通過根據(jù)本發(fā)明單片地制造透鏡晶片，該透鏡晶片具有均質(zhì)的熱膨脹系數(shù)，使得每個(gè)從該透鏡晶片制造的微透鏡在不同的溫度狀態(tài)下是自相似的并且其光學(xué)特性在一定程度上不改變。


本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)從優(yōu)選實(shí)施例的隨后描述中以及根據(jù)附圖得出。這些附圖:
圖1示出用于制造具有大量微透鏡的透鏡晶片的本發(fā)明設(shè)備的示意性剖面?zhèn)纫晥D，
圖2a在第一實(shí)施方式中示出用于制造具有大量微透鏡的透鏡晶片的本發(fā)明沖模工具的示意性剖面?zhèn)纫晥D，
圖2b在第二實(shí)施方式中示出本發(fā)明沖模工具的示意性剖面?zhèn)纫晥D，
圖2c示出利用根據(jù)圖2a或圖2b的沖模工具或根據(jù)圖1的設(shè)備所制造的透鏡晶片的示意性剖面?zhèn)纫晥D，
圖3a至3c示出利用根據(jù)圖2a的沖模工具沖壓透鏡晶片的方法流程的示意圖，
圖4a至4c示出利用根據(jù)圖2b的沖模工具沖壓透鏡晶片的方法流程的示意圖，
圖5a至5c在第三實(shí)施方式中示出本發(fā)明沖模工具的示意性剖面?zhèn)纫晥D和沖壓透鏡晶片的相應(yīng)的方法流程，和
圖6示出根據(jù)圖5的沖模工具的第二沖模的示意性俯視圖。
具體實(shí)施例方式在圖中，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征用對(duì)其分別進(jìn)行標(biāo)識(shí)的附圖標(biāo)記根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式來表示，其中具有相同的或起相同作用的功能的部件或特征用相同的附圖標(biāo)記來表
/Jn ο在圖1中示出由具有本發(fā)明沖模工具的本發(fā)明設(shè)備組成的系統(tǒng)。沖模工具由第一沖模I和第二沖模2組成并且沖模工具在根據(jù)圖2a和2b的第一和第二實(shí)施方式中詳細(xì)地被示出并且進(jìn)一步在下面予以描述。在圖1中，根據(jù)在圖2a中所示的實(shí)施方式的沖模工具被使用在設(shè)備中。第一沖模I在其第一接納側(cè)23尤其是水平地通過至少一個(gè)真空軌道25被固定在第一接納裝置21上。第一接納裝置21通過尤其是環(huán)形的、優(yōu)選圓環(huán)形的支承裝置27剛性地和盡可能無震動(dòng)地固定，尤其是固定在在圖中未示出的堅(jiān)固的支架處。第一接納裝置21被構(gòu)造為尤其是對(duì)于電磁輻射至少部分地可穿透的卡盤。電磁輻射尤其是可見光或UV光。第一沖模I對(duì)于電磁輻射、尤其是可見光也是可穿透的。第一沖模I尤其是在其與第一接納側(cè)23相對(duì)的第一沖壓側(cè)6處具有尤其是嵌入式的第一定向標(biāo)記4a、4i。第一定向標(biāo)記4a、4i在圖1中處于水平的X方向和與X方向正交的Y方向上以及在與之垂直地伸展的Z方向上的位置可以通過這里由顯微鏡32、33組成的、尤其是光學(xué)的探測(cè)裝置檢測(cè)。探測(cè)裝置、尤其是顯微鏡32、33可在X、Y和/或Z方向上活動(dòng)并且分別可被固定，以便能夠檢測(cè)定向標(biāo)記4a、4i的位置。探測(cè)裝置如此起作用，使得所述探測(cè)裝置在定向標(biāo)記4a、4i的方向上發(fā)送電磁輻射并且由此探測(cè)定向標(biāo)記4a、4i的位置。探測(cè)裝置布置在第一接納裝置21的背離第一接納側(cè)23的側(cè)、也即第一沖模I和第一接納裝置21的上部并且支承在支架處。在第一接納裝置21和第一沖模I之下布置第二接納裝置22并且相對(duì)于第一接納裝置可在X、Y和/或Z方向上定向。此外，通過旋轉(zhuǎn)裝置28可以圍繞在Z方向上伸展的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)第二接納裝置22。在X方向上的運(yùn)動(dòng)通過X驅(qū)動(dòng)裝置29實(shí)施，所述X驅(qū)動(dòng)裝置由非示出的控制裝置控制。在Y方向上的運(yùn)動(dòng)通過與X驅(qū)動(dòng)裝置29相鄰地布置的Y驅(qū)動(dòng)裝置30實(shí)施，所述Y驅(qū)動(dòng)裝置30同樣由控制裝置控制?？刂蒲b置此外控制旋轉(zhuǎn)裝置28和探測(cè)裝置或各個(gè)顯微鏡32、33的活動(dòng)。第二接納裝置22在Z方向上的運(yùn)動(dòng)通過行程驅(qū)動(dòng)裝置31進(jìn)行，所述行程驅(qū)動(dòng)裝置尤其是由執(zhí)行器34、35、36組成。執(zhí)行器34、35、36尤其是在Z方向上起作用地被定向。作為執(zhí)行器34、35、36例如可考慮螺桿。執(zhí)行器34、35、36分別可以單獨(dú)地通過控制裝置被控制。執(zhí)行器34、35、36優(yōu)選地在X驅(qū)動(dòng)裝置29、Y驅(qū)動(dòng)裝置30或旋轉(zhuǎn)裝置28之下分布式地布置在側(cè)周邊處，以便布置在行程驅(qū)動(dòng)裝置31上的部件安全地位于行程驅(qū)動(dòng)裝置上并且可以通過執(zhí)行器34、35、36的彼此無關(guān)地可控制的內(nèi)縮和外伸運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)第二接納裝置22的精確地可控制的運(yùn)動(dòng)、尤其是楔誤差均衡。在第二接納裝置22上，在與第一接納側(cè)23相對(duì)的第二接納側(cè)24處可接納第二沖模2。通過至少一個(gè)優(yōu)選地布置在第二沖模2的側(cè)周邊處的真空軌道26進(jìn)行固定。第二沖模2尤其是具有其背離第一接納側(cè)23的第二沖壓側(cè)7、尤其是嵌入式的第二定向標(biāo)記5a、5i。第二定向標(biāo)記5a、5i的位置可以通過布置在第一接納裝置21之上的探測(cè)裝置檢測(cè)，使得通過檢測(cè)分別相對(duì)地布置的相對(duì)應(yīng)的定向標(biāo)記4a、41、5a、5i的位置能夠?qū)崿F(xiàn)第一沖模I相對(duì)于第二沖模2的運(yùn)動(dòng)的精確控制。第一沖壓側(cè)6因此可以與第二沖壓側(cè)7平行地和相對(duì)地布置和定向，而且在整個(gè)沖壓過程期間。第一沖壓側(cè)6具有第一沖壓結(jié)構(gòu)8并且第二沖壓側(cè)7具有第二沖壓結(jié)構(gòu)9。沖壓結(jié)構(gòu)8、9對(duì)應(yīng)于利用沖模工具或本發(fā)明設(shè)備所制造的透鏡晶片10的上側(cè)11和下側(cè)12的負(fù)片，第一和第二沖壓結(jié)構(gòu)8、9的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的、相對(duì)的單結(jié)構(gòu)從而對(duì)應(yīng)于相對(duì)應(yīng)的微透鏡20的第一光學(xué)有效面13和第二光學(xué)有效面14的負(fù)片。微透鏡20可以在制造透鏡晶片10之后被分離，例如通過切割。在由沖壓結(jié)構(gòu)8、9所構(gòu)成的面之外，根據(jù)本發(fā)明至少在兩個(gè)沖模1、2之一處、尤其是至少在第二沖模2處設(shè)置尤其是環(huán)形的、優(yōu)選圓環(huán)形的凸出部。該凸出部尤其是被構(gòu)造為壩3、3’。在圖2a中所示的本發(fā)明實(shí)施方式情況下，僅僅第二沖模2具有壩3，所述壩從第二沖壓側(cè)7突出并且高出第二沖壓結(jié)構(gòu)9。凸出部利用其指向第二沖壓結(jié)構(gòu)9的方向的壁3w與第二沖壓側(cè)7 —起形成池狀空間，該池狀空間是沖壓空間19的一部分。沖壓空間19此外在根據(jù)圖3c和4c的沖壓位置中由第一沖壓側(cè)6構(gòu)成。沖壓空間19在其尤其是圓環(huán)形的壁3w處具有內(nèi)徑Di，該內(nèi)徑基本上對(duì)應(yīng)于根據(jù)圖2d的待制造的透鏡晶片10的直徑。在此“基本上”意味著，可考慮透鏡晶片10在沖壓或硬化時(shí)的可能的收縮。在圖2b中所示的實(shí)施方式中，第一沖模I同樣具有作為壩3’所構(gòu)造的凸出部，該凸出部以其對(duì)應(yīng)于壁3w的壁3w’限定沖壓空間19。在圖2a中所示的本發(fā)明實(shí)施方式中，作為第一定向標(biāo)記4a、4i設(shè)置至少兩個(gè)布置在第一沖壓結(jié)構(gòu)8的區(qū)域中的內(nèi)部定向標(biāo)記4i。此外，在第一沖壓結(jié)構(gòu)8之外、尤其是在凸出部之外設(shè)置至少兩個(gè)外部定向標(biāo)記4a。在圖2b中所示的本發(fā)明實(shí)施方式中，在凸出部中、尤其是在壩3中設(shè)置外部定向標(biāo)記4a。壩3與壩3’相對(duì)地布置并且與所述壩3’相對(duì)應(yīng)地構(gòu)造。壩3、3’具有環(huán)寬度B和高度H，其中高度H或者在根據(jù)圖2b的實(shí)施方式情況下用
3、3’表示的壩的高度H1、H2大約與第一和第二沖壓結(jié)構(gòu)8、9的高度相對(duì)應(yīng)。通過將外部定向標(biāo)記4a、5a集成到壩3、3’中，不僅可以檢測(cè)定向標(biāo)記4a、5a的位置而且同時(shí)也可以檢測(cè)在Z方向上壩3、3’的位置，而在根據(jù)圖2a的實(shí)施方式情況下高度H被存儲(chǔ)。通過根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以如此控制沖模1、2，使得在沖壓位置中至少在壩3的端側(cè)37和第一沖壓側(cè)6或壩3’的可相對(duì)地布置的端側(cè)38之間設(shè)置間距R，該間距小于或等于壩3或壩3、3’的高度H、Hl或H2。在圖3a和4a中，沖模1、2如此寬地相間隔，使得可硬化的流體15尤其是作為水洼被施加到第二沖壓側(cè)7上。水洼由于可硬化的流體15的表面張力形成。該可硬化的流體15優(yōu)選居中地、也即例如與壁3w等距地或同中心地被施加。根據(jù)3b和4b，通過行程驅(qū)動(dòng)裝置31使第二沖模2在Z方向上朝向第一沖模I運(yùn)動(dòng)，使得仍以流體形式存在的可硬化的流體15逐漸地在壁3w的方向上推進(jìn)，直至達(dá)到在圖3c和4c中所示的沖壓位置為止?？捎不牧黧w15的量精確地如此被定劑量，使得沖壓空間19在沖壓位置中幾乎完全由可硬化的流體15填滿。有利地，如此測(cè)定該量，使得在透鏡晶片10的上側(cè)周邊邊緣18處形成圓的周邊邊緣，從而透鏡晶片10的定向毫無問題地可確定。在相對(duì)的側(cè)周邊邊緣處，透鏡晶片10制造決定地具有有棱角的邊緣。在沖模1、2朝向彼此的通過控制裝置控制的運(yùn)動(dòng)期間，持續(xù)地由探測(cè)裝置檢測(cè)定向標(biāo)記4a、41、5a、5i的位置并且轉(zhuǎn)發(fā)給控制裝置，所述控制裝置根據(jù)相對(duì)應(yīng)的定向標(biāo)記4a、41、5a、5i的相對(duì)位置轉(zhuǎn)發(fā)用于旋轉(zhuǎn)裝置28、X驅(qū)動(dòng)裝置29、Y驅(qū)動(dòng)裝置30和行程驅(qū)動(dòng)裝置31或各個(gè)執(zhí)行器34、35和36的所需要的控制指令。通過執(zhí)行器34、35和36可以同時(shí)進(jìn)行楔誤差補(bǔ)償。通過在沖壓位置中在第一沖模I和第二沖模2之間設(shè)置最小間距R，可以保證透鏡晶片10的均質(zhì)的和完美的形狀，其中也可以考慮可硬化的流體在沖壓或硬化成成品透鏡晶片時(shí)的收縮。通過根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備或根據(jù)本發(fā)明的方法或根據(jù)本發(fā)明的沖模工具所制造的透鏡晶片10可直接地和無進(jìn)一步加工步驟地在沖壓之后由于其預(yù)先給定的外輪廓通過標(biāo)準(zhǔn)化的晶片加工工具來處理。本發(fā)明的另一特殊優(yōu)點(diǎn)在于，根據(jù)本發(fā)明可制造單片透鏡晶片10，其中可以放棄載體襯底，使得可以減小由這樣的透鏡晶片10或由此獲得的微透鏡20所制造的晶片級(jí)相機(jī)的形狀因子并且同時(shí)降低生產(chǎn)成本，因?yàn)榭梢院翢o問題地大量生產(chǎn)。使用聚合物作為可硬化的流體進(jìn)一步積極地影響微透鏡20的成本?？捎不牧黧w在沖壓或硬化時(shí)的收縮可以通過以下方式得到優(yōu)化，即對(duì)行程驅(qū)動(dòng)裝置31進(jìn)行力調(diào)節(jié)。對(duì)于單片透鏡晶片的進(jìn)一步加工，可以通過沖模工具和本發(fā)明設(shè)備同時(shí)地考慮透鏡晶片的以下特性，即外徑、厚度和自動(dòng)地將對(duì)齊配合標(biāo)記壓印到透鏡晶片10上用于稍后的加工過程，例如切割透鏡晶片10用于分離單個(gè)微透鏡20。執(zhí)行器34、35、36尤其是被構(gòu)造為三個(gè)機(jī)動(dòng)化的、彼此無關(guān)地運(yùn)行地、尤其是以120°的間距旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地彼此平行地定位的螺桿。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)由X驅(qū)動(dòng)裝置29和Y驅(qū)動(dòng)裝置30和旋轉(zhuǎn)裝置28組成的定向臺(tái)連同工具夾持裝置、也即第二接納裝置22在Z方向上的平行運(yùn)動(dòng)以及同時(shí)地在任意方向上的傾斜，該傾斜對(duì)于楔誤差均衡是需要的。在此可以看出根據(jù)本發(fā)明的楔誤差均衡裝置。在沖壓過程期間，沖壓力可以通過集成到行程驅(qū)動(dòng)裝置31中、尤其是每個(gè)執(zhí)行器34、35、36中的壓力測(cè)量單元連續(xù)地被測(cè)量并且同時(shí)被調(diào)節(jié)。壓力測(cè)量單元例如可以實(shí)現(xiàn)在螺桿和定向臺(tái)的下側(cè)上的放置點(diǎn)之間。根據(jù)本發(fā)明的一種替換的實(shí)施方式，第一接納裝置21不是靜態(tài)地、而是可在至少一個(gè)規(guī)定的方向上、也即X、Y和/或Z方向上和/或在旋轉(zhuǎn)方向上被驅(qū)動(dòng)。沖模1、2的定向也可以在將可硬化的流體15施加到第二沖模2上之前進(jìn)行。
可硬化的流體15的硬化尤其是通過UV輻射和/或熱硬化進(jìn)行。關(guān)于沖模1、2的定向(對(duì)齊)，微透鏡沖壓的本發(fā)明方法被分配給厚層處理。由于單片透鏡晶片10在0.2_和2_之間的厚度和光學(xué)探測(cè)裝置的有限的景深范圍，探測(cè)裝置在Z方向上如此被定位，使得沖模1、2的定向標(biāo)記4a、41、5a、5i在定向過程期間在探測(cè)裝置的景深內(nèi)可清晰地被映射。替換于此地，根據(jù)本發(fā)明可設(shè)想，探測(cè)裝置在Z方向上靜態(tài)地固定并且在Z方向上進(jìn)行沖模的同步活動(dòng)。就此而言，根據(jù)圖2b的實(shí)施方式是特別有利的，因?yàn)槎ㄏ驑?biāo)記4a和5a彼此具有盡可能小的間距。根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式，只有在持續(xù)的沖壓過程期間、尤其是沖壓過程快結(jié)束時(shí)、優(yōu)選地在基本上達(dá)到?jīng)_壓位置的最終的間距R時(shí)或者在透鏡晶片10被成型，但是還未被硬化時(shí)，以小于3 μ m、尤其是小于I μ m、優(yōu)選地小于0.5 μ m、更優(yōu)選地小于0.1ym偏差的可再現(xiàn)精度進(jìn)行沖模在X和Y方向上以及在旋轉(zhuǎn)方向上的精確定向。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，路徑控制地、也即尤其是經(jīng)由用于檢測(cè)間距R的測(cè)量設(shè)備來控制沖模朝向彼此的運(yùn)動(dòng)，所述間距R連續(xù)地至少在沖模工具的周邊處的位置處被測(cè)量。為了獲得透鏡晶片10的均質(zhì)的表面，根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式至少朝向彼此地運(yùn)動(dòng)直至真空中的沖壓位置為止，以便在通過可硬化的流體15填滿沖壓空間19時(shí)避免氣泡或空腔的形成。根據(jù)本發(fā)明的一種有利的實(shí)施方式規(guī)定，使用透氣的聚合物作為可硬化的流體15。根據(jù)本發(fā)明的另一有利的實(shí)施方式規(guī)定，沖模1、2中的至少一個(gè)由具有開放孔隙度的材料制成，其中孔隙度這樣被定尺寸，使得可硬化的流體15不能滲入孔中，但是氣體分子可以暢通無阻地通過多孔的沖模逸出。在沖壓過程和硬化過程之后的脫模過程于是通過對(duì)多孔的沖模的與透鏡晶片10相對(duì)的側(cè)施加過壓來進(jìn)行，在所述脫模過程時(shí)透鏡晶片10被脫模。在圖5a至5c中所示的實(shí)施方式中，除了在圖2b中所示的實(shí)施方式之外，設(shè)置至少一個(gè)作為平臺(tái)39所構(gòu)造的凸出部，在這里所示的實(shí)施方式情況下是大量平臺(tái)39。平臺(tái)39的高度為壩3的高度H、H1或H2的至少一半高，尤其是至少3/4，并且最大與壩3的高度H、H1或H2完全一樣高。平臺(tái)39的寬度為壩3的寬度B的至少一半寬，尤其是至少3/4并且最大與壩3的寬度B完全一樣寬。平臺(tái)39總是分別與第二沖模2的兩個(gè)相鄰的第二沖模結(jié)構(gòu)9等距(參見圖6)。平臺(tái)39優(yōu)選地與第二沖模2是單片的。平臺(tái)39可以尤其是錐形地、從第二沖模2的沖壓側(cè)逐漸變細(xì)地伸出。特別有利的是，將內(nèi)部定向標(biāo)記51嵌入到平臺(tái)39中，尤其是在其背離第二接納裝置22的側(cè)處。通過這種方式，在相對(duì)應(yīng)的定向標(biāo)記4i之間的間距被最小化，使得能夠?qū)崿F(xiàn)通過探測(cè)裝置的較精確的檢測(cè)和沖模1、2的更精確的定向。在根據(jù)圖2a和2b的兩個(gè)實(shí)施方式中，平臺(tái)39是可設(shè)想的。此外，根據(jù)本發(fā)明在一種實(shí)施方式中規(guī)定，壩3和/或壩3’彈性可變形地被構(gòu)造，使得在沖壓時(shí)通過端面37和38的接觸進(jìn)行沖壓空間19的密封。
第一沖模I例如可以由玻璃組成，而第二沖模2由聚合物組成，其中壩3和/或壩3’的聚合物可以由比第二沖模2的聚合物軟的聚合物組成。在圖6中示出第二沖模2的俯視圖并且在那里設(shè)置從壩3和/或壩3’向內(nèi)指向沖壓空間19的方向的凸出部40，所述凸出部負(fù)責(zé)在透鏡晶片10處構(gòu)造缺口。該缺口優(yōu)選地對(duì)應(yīng)于在晶片情況下已知的缺口(凹口)。由此顯著地簡(jiǎn)化透鏡晶片10的進(jìn)一步處理。只要定向標(biāo)記4a、5a集成在壩3和/或3’中地被構(gòu)造，則壩3、3’不僅履行限定沖壓空間19的功能，而且一并帶來改善的定向精度，因?yàn)槎ㄏ驑?biāo)記移動(dòng)得彼此更近并且可以更清楚地在探測(cè)裝置中被檢測(cè)。這也適用于定向標(biāo)記41、5i,只要這些定向標(biāo)記集成到平臺(tái)39中地被構(gòu)造。附圖標(biāo)記列表 I第一沖模
2第二沖模 3，3，壩 3w,3w’ 壁
4a, 4i第一定向標(biāo)記 5a, 5i第二定向標(biāo)記 6第一沖壓側(cè) 7第二沖壓側(cè) 8第一沖壓結(jié)構(gòu) 9第二沖壓結(jié)構(gòu) 10透鏡晶片 11上側(cè) 12下側(cè)
13第一光學(xué)有效面 14第二光學(xué)有效面 15可硬化的流體 18邊緣 19沖壓空間 20微透鏡 21第一接納裝置 22第二接納裝置 23第一接納側(cè) 24第二接納側(cè) 25真空軌道 26真空軌道 27支承裝置 28旋轉(zhuǎn)裝置
29X驅(qū)動(dòng)裝置
30Y驅(qū)動(dòng)裝置31行程驅(qū)動(dòng)裝置32顯微鏡33顯微鏡34執(zhí)行器35執(zhí)行器36執(zhí)行器37端面38端面39平臺(tái)40凸出部Di內(nèi)徑H, HI, H2 高度B環(huán)寬度R間距。
權(quán)利要求
1.用于制造、尤其是沖壓具有大量微透鏡(20)的單片透鏡晶片(10)的沖模工具，由以下組成: -帶有具有第一沖壓結(jié)構(gòu)(8)的第一沖壓側(cè)(6)的第一沖模(1)，和 -帶有具有第二沖壓結(jié)構(gòu)(9)的第二沖壓側(cè)(7)的第二沖模(2)，其中 沖模(1，2)中的至少一個(gè)在其沖壓側(cè)(6，7)處具有在周邊至少部分地限定沖壓空間(19)的凸出部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖模工具，其中凸出部構(gòu)造為尤其是環(huán)形的、優(yōu)選圓環(huán)形的壩(3)，所述壩(3)尤其是具有200mm、300mm或450mm的內(nèi)徑Di。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的沖模工具，其中沖壓空間(19)在沖壓時(shí)部分地、尤其是在上面由第二沖壓側(cè)(9)限定。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的沖模工具，其特征在于，沖模(1，2)中的至少一個(gè)、尤其是第一沖模(I)對(duì)于電磁輻射是能穿透的。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的沖模工具，其中第一沖模(I)具有用于相對(duì)于第二沖模(2)的第二定向 標(biāo)記(5a, 5i)定向第一沖模(I)的第一定向標(biāo)記(4a, 4i)。
6.用于制造具有大量微透鏡(20)的單片透鏡晶片(10)的設(shè)備，具有: -根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的沖模工具， -用于尤其是牢固地固定地在背離第一沖壓側(cè)(6)的第一接納側(cè)(23)處接納第一沖模(I)的第一接納裝置(21)，和 -用于在其背離第二沖壓側(cè)(7)的第二接納側(cè)(24)處接納第二沖模(2)的第二接納裝置(22)，其中 能實(shí)施第二沖模(2)在X-Y層面中和與此正交地伸展的Z方向上的受控制的運(yùn)動(dòng)以及圍繞平行于Z方向伸展的旋轉(zhuǎn)軸的受控制的旋轉(zhuǎn)以用于使第一沖模(I)與第二沖模(2)定向，并且其中定向能根據(jù)沖模(1，2)的位置、尤其是定向標(biāo)記(4a，4i，5a，5i)的位置來控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中設(shè)置行程驅(qū)動(dòng)裝置(31)，通過所述行程驅(qū)動(dòng)裝置能實(shí)施第二接納裝置(22)在Z方向上的運(yùn)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的設(shè)備，所述設(shè)備包括楔誤差均衡裝置(34，35，36)，利用所述楔誤差均衡裝置能均衡在沖模(1，2)之間的楔誤差。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8之一所述的設(shè)備，其中設(shè)置尤其是能在Z方向上運(yùn)動(dòng)的光學(xué)系統(tǒng)(32，33)以用于檢測(cè)定向標(biāo)記(4a，4i，5a，5i)在X、Y和Z方向上的位置。
10.用于利用根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的沖模工具和/或根據(jù)權(quán)利要求6至9之一所述的設(shè)備制造具有大量微透鏡(20)的單片透鏡晶片(10)的方法，具有以下步驟，尤其是具有以下流程: -在接納裝置(21，22 )上相對(duì)地布置和固定沖模(I，2 )， -在X和Y方向上以及圍繞旋轉(zhuǎn)軸至少粗略地彼此定向沖模(1，2)， -將可硬化的流體(15)、尤其是聚合物以流體的形式施加到?jīng)_壓側(cè)(6，7)之一、尤其是第二沖壓側(cè)(7)上，和 -通過楔誤差均衡裝置(34，35，36)執(zhí)行楔誤差均衡以用于平行地定向沖壓側(cè)(6，7)， -沖壓透鏡晶片(10)以用于使可硬化的流體(15)成型并且接著硬化，其中成型通過沖模(1，2)的朝向彼此的運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中沖壓在沖模(1，2)之間無接觸的情況下進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 0或11所述的方法，其中沖壓以經(jīng)過力調(diào)節(jié)和/或位置調(diào)節(jié)的方式來進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造、尤其是沖壓具有多個(gè)微透鏡(20)的單片透鏡晶片(10)的沖模工具、設(shè)備和方法。
文檔編號(hào)B29D11/00GK103080779SQ201080068891
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者M.卡斯特, M.溫普林格 申請(qǐng)人:Ev 集團(tuán)有限責(zé)任公司