将材料施加到载体上的方法和装置与流程

将材料施加到载体上的方法和装置
1.本技术涉及将材料安装在载体上的方法和装置，特别是将光敏材料安装在载体上的方法和装置，其中，可以在载体上写入光学结构，例如，全息图和光栅。
2.在光学领域的各种应用中，必须将一种材料，例如薄膜，安装在透明的载体上。一个示例是由光敏材料制成的薄膜，在该薄膜中写入全息结构。然后将这些薄膜安装在透明载体上。例如，这种透明载体可以是眼镜片，并且全息结构用于数据叠加。在其他此类应用中，载体可以是机动车的挡风玻璃。在这里，全息结构也可用于数据覆盖。在其他应用中，使用反射载体，例如，抛物面镜，或非透明载体，例如，机动车的配件。
3.在这种情况下，薄膜通常必须安装在载体的弯曲表面上。然而，通常情况下，薄膜只能在一个方向上弯曲而没有任何问题，因此，只有圆柱形或圆锥形才能以无扭结的方式毫无问题地弯曲。
4.因此，本发明的目的是提供使材料更容易地安装在载体上的方法和装置，特别是即使在载体的弯曲表面的情况下。
5.提供了如权利要求1所述的方法和如权利要求17所述的装置。从属权利要求定义了进一步的实施例。
6.根据一个实施例，提供了一种将材料安装在载体上的方法，包括：
7.将材料放置在空气轴承装置的多孔层的表面上，其中，所述多孔层的表面被设计成与所述载体的表面互补，所述材料将被安装在所述载体上，和
8.将所述载体布置在所述多孔层的表面的所述材料上，
9.其中，所述方法还包括：
10.在将所述载体布置在所述材料上之前，对所述空气轴承装置施加负压，以抽吸材料，和/或
11.对所述空气轴承装置施加超压，以便从所述空气轴承装置释放所述载体，所述载体带有安装在其上的所述材料。
12.通过使用具有与所述载体互补的形状(即基本上是一个负的形状(anegative shape))的空气轴承，可以将要安装的材料制成合适的形状和/或使安装有材料的载体更容易分离。由于使用了多孔材料，可以准确地适应所述载体的形状，同时提供多个空气出口。
13.相对于所述载体而言，所述空气轴承可以是全孔结构，使得所述空气轴承的表面至少与所述材料安装在其上的所述载体的表面一样大，或者可以只是部分或子孔结构，例如，材料只安装在所述载体的部分表面上。
14.由于施加了超压，可以更容易地分离安装有材料的载体。
15.应该注意的是，这里的术语“空气轴承”应以一般意义来理解，并且包括使用空气以外的气体。例如，在一些实施例中可以使用惰性气体，或者如果对于相应的应用有必要或有帮助的话，也可以使用特别纯化的气体。
16.所述材料可包括薄膜。然后，所述方法还可以包括在所述载体被布置在所述材料上之前将粘合剂涂在所述薄膜上。
17.在这种情况下，所述薄膜通常被理解为是可弯曲的薄材料，因此可以通过所示的
方法使其达到适当的形状。这种薄膜可以由塑料制成，但也可以是其他薄的基板材料，例如薄玻璃基板。
18.术语“薄膜”也包括使用薄膜叠层或多个可能具有不同功能的已连接的薄膜叠层。
19.另外，所述材料也可以包括液体材料。
20.在这种情况下，所述方法可以包括在将所述材料放置在所述多孔层的表面以及在布置所述载体时，关闭所述空气轴承装置的空气连接。通过这种方式，可以减少所述材料渗透到所述多孔层中。
21.所述方法还可以包括对放置在所述多孔层的表面的所述材料进行热处理。
22.所述热处理可以提高所述材料对所述空气轴承形状的适应性，从而提高对所述载体的形状适应性。
23.所述方法还可以包括处理所述材料，例如曝光以产生全息结构和/或光栅结构，雕刻或激光处理。
24.例如，可以通过所述曝光或其他机械加工在所述材料中形成全息结构。由于这是在所述材料被所述空气轴承带入适当的形状后进行的，因此可以确保所述曝光与所述载体上所述材料的最终形状相匹配。
25.在所述处理过程中，所述材料可以安装在所述多孔层的表面上。
26.此外，在所述处理期间中，所述材料可以与所述载体连接，并从所述多孔层中移除。
27.所述方法还可以包括从所述载体上去除多余的材料。
28.所述方法还可以包括在所述材料上背离所述载体的一侧安装另一个载体，这样就可以用嵌入的所述材料制造光学部件。
29.所述载体可以是透明的载体，例如由玻璃、透明塑料或另一种在光学元件的生产中常用的材料制成。
30.所述材料可包括光学材料或光学元件。示例包括透明材料或具有光学结构的材料，例如具有衍射或折射结构的薄膜，例如全息图。
31.因此，所述方法可以用于制造光学部件。
32.所述载体和/或所述材料可以包括玻璃板。
33.所述方法还可以包括：
34.将所述载体放置在另一空气轴承装置的另一多孔层的表面上，其中，所述另一多孔层的表面被设计成与所述载体的所需表面相对应，所述材料将被安装所述载体上，以及
35.在所述载体被布置在所述材料上之前，对所述另一空气轴承装置施加负压，以抽吸所述载体。
36.通过这种方式，也可以将所述载体制成所需的形状，例如，可以用于连接两块玻璃板。
37.根据另一个实施例，提供了一种用于将材料固定在载体上的装置，包括：
38.空气轴承装置，所述空气轴承装置具有布置在空气轴承上的多孔层，其中，所述多孔层具有用于接收所述材料的表面，以及
39.泵，所述泵用于向所述空气轴承施加超压和/或负压。
40.所述多孔层的表面可以具有曲面。在这种情况下，曲率可以存在于一个或多个空
间方向(一维或多维的曲率)。曲率可以是旋转对称的，但也可以以所谓的自由形式存在。
41.所述装置还可以包括加热装置，所述加热装置被布置用于加热安装在所述多孔层表面的材料。
42.所述装置还可以包括支架，所述支架用于在多孔材料表面的边缘处保持所述材料。
43.所述装置还可以包括切割装置，所述切割装置用于从所述载体上去除多余的材料。
44.所述多孔层的表面可以具有涂层，以改变所述多孔层的特性。
45.在这种情况下，所述涂层可以具有直径小于所述多孔层的表面中孔隙的平均直径的开口。通过这种方式，可以设定所需的空气入口/出口的尺寸。
46.所述多孔层的表面与对应于所述载体表面的所需形状的偏差可以小于100μm，最好小于50μm，例如100μm或更小。这样就可以制造出需要高度精确的光学元件。
47.所述装置还可以包括：
48.另一空气轴承装置，所述另一空气轴承装置具有布置在另一空气轴承上的另一多孔层，其中，所述另一多孔层具有用于接收所述载体(50)的表面。通过这种方式，在柔性或可成形载体的情况下，可以确保所述载体的所需形状。
49.所述装置可被设置为执行上述方法之一。
附图说明
50.下面将在实施例的基础上，参照附图对本发明进行更详细的解释。在附图中：
51.图1示出了用于说明根据一个实施例的方法的流程图，
52.图2a至图2f示出了使用根据本发明的装置进行图1的各种方法步骤的说明，
53.图3示出了通过图1的方法生产的光学部件的示例，
54.图4a和图4b示出了使用根据本发明的装置的一个实施例，当使用液体材料时，用于说明图1方法的变化的图，以及
55.图5示出了在图1的方法的变体的情况下，根据一个实施例的装置的剖视图。
56.图6示出了根据另一个实施例的装置的剖视图。
57.图7示出用于说明连接两块玻璃板时出现的问题的示意图。
58.图8和图9示出了用于说明根据另一个实施例的方法和装置的图。
59.图10a和图10b示出了通过图8和图9的方法和装置生产的组件的示例。
60.现在将详细解释实施例。这些实施例涉及将材料安装在载体上，特别是在具有曲面的透明载体上。首先说明一个实施例，该实施例中材料为薄膜形式。稍后将说明该实施例的变化，其中，材料也可以是液体形式。
61.图1示出了用于说明根据一个实施例的方法的流程图。需要说明的是，图中的一些方法步骤也可以省略，也就是说，是可选的。此外，并非所有的方法步骤都必须按照图示的顺序进行。图1的方法的一些变化和修改也将在后面参照图4a、图4b和图5进行更详细的解释。
62.根据一个实施例的装置用于执行该方法。将参照图2a至图2f来解释用于执行图1的方法的装置的使用以及装置本身。
63.在该方法的步骤100中，根据一个实施例，将薄膜放置在装置的空气轴承装置上。如图2a所示。在图2a中示出了，在这种情况下，布置在根据本发明的装置上的薄膜1的横截面图。在这种情况下，该装置的空气轴承装置包括空气轴承3，空气轴承3包括壳体，在壳体的一侧布置有空气入口/出口，以及布置空气轴承3上的多孔层2，多孔层2由多孔材料制成。该多孔材料可以包括，例如，多孔石墨、多孔烧结陶瓷和/或烧结黄铜。这种多孔材料可用于在多孔层2的表面上实现非常高密度的空气出口/入口，上述的表面远离空气轴承3。在这种情况下，薄膜1尤其可以被拉伸到层2的边缘。
64.多孔层2远离空气轴承3的表面(以下简称层2的表面)具有与安装薄膜1的载体的表面形状互补的表面形状，也就是说，是载体表面形状的反面。这一点在后面的图中会变得更加明显。层2的表面形状可以通过超精密加工来生产，从而实现几微米的形状偏差(例如，形状偏差小于100μm，小于50μm或小于10μm)。这可能包括车削、铣削或磨削工艺，或者其他制造过程，例如激光加工。
65.如果层2具有光学功能(例如，曝光期间的反射，如稍后将在图5中所示)，则可以根据所使用的材料对层2进行抛光。
66.在一些实施例中，层2的表面可以具有附加涂层，其根据设计实现某些功能。图6中示出了相应的实施例，其中，涂层20布置在多孔层2放置薄膜1的表面上。
67.例如，这种涂层可以限制空气流经层2或阻止液体的渗透，例如，在疏水涂层的情况下。通过这种涂层，也可以对层2的表面进行精加工。
68.也可以使用微结构或纳米结构的涂层，以获得亚微米范围内的喷嘴横截面，并且尽量减少多孔层2的不均匀性，或以其他方式改变多孔层2的特性。例如，图6的层20具有直径d2的开口，该直径小于层2表面的孔的平均直径d1。例如，d1可以是约13μm，而d1可以是约1μm。
69.为了生产这样的层，该层20可以，例如，作为硅层涂在层2上，然后用传统的光刻方法进行结构化。例如，可以将光刻胶涂在层20上，并根据要产生的开口进行相应的曝光和显影，然后蚀刻硅并去除其余的光刻胶。
70.空气轴承3具有与泵15相连接的空气入口/出口4。在图2a的实施例中，泵15是抽吸泵，它可以在空气轴承3中产生负压，从而可以通过层2的孔吸入空气。泵15可以是可逆的，也就是说，在一些实施例中也可以作为压力泵运行。在其他实施例中，也可以只提供压力泵。泵15由控制器16控制。
71.在步骤101中，然后通过对空气轴承3施加负压，将薄膜抽吸到空气轴承装置上，并且在步骤102中，可选地对薄膜进行热处理。如图2b中所示。对于抽吸薄膜1，通过泵15在空气轴承3中产生负压δp，结果是薄膜1被抽吸到层2的表面上。可选地，支架，例如图2b中的环19，在这种情况下可以将薄膜固定在层2的边缘。根据薄膜的情况，层2的表面可以在一定程度上多维弯曲，这是由薄膜的材料和适应性预先决定的，例如，球形、旋转对称、非球形或自由形式。原则上，平面形状也是可能的，特别是在弯曲形状的情况下，使用空气轴承装置的优势会显现出来。需要说明的是，层2的曲率可以是正的或负的，也就是说可以是凹的或凸的，也就是说可以适应载体的不同形状。在这种情况下，凹形的曲率半径可以在60mm及以上的范围内，但不限于此。
72.可以根据层2表面的曲率半径和/或薄膜1的刚度来选择薄膜被抽吸时的负压。
73.在这种情况下，热处理可以降低薄膜1的应力，并在必要时提高薄膜1对层2表面形状的适应性。为此，可以提供加热器18，例如，红外灯或多个红外灯的布置，其向薄膜1发射热辐射17。根据薄膜1的类型，也可以使用其他类型的加热器，例如，热空气鼓风机。这种供热是有利的，特别是在层2的表面曲率半径较小的情况下，否则在抽吸过程中薄膜1中的应力可能更大。
74.在一些实施例中，薄膜1的形状可以通过具有越来越大的曲率的多个空气轴承装置来逐步适应，其中，最后使用的空气轴承装置的层2的表面然后适应这种情况下的载体的形状。在这里，没有必要在两个工具半部之间夹紧来塑造薄膜。
75.在步骤103中，然后将载体固定在薄膜上。如图2c中所示。
76.在图2c的示例中，光学透镜元件6作为透明载体的示例。在其他实施例中，也可以使用其他载体，特别是其他透明载体，例如用于平视显示器(hud)、车窗、车辆配件、显示器等的弧形板。根据应用，也可以使用非透明载体，例如用于机动车的配件，或反射载体，例如呈抛物面镜的形式。透镜元件6可以用于各种目的，例如作为眼镜片或作为另一种光学装置的透镜元件。
77.为了将薄膜1固定在透镜元件6上，在薄膜1上涂抹粘合剂，例如光学胶合剂，然后将透镜元件6压在薄膜1上。粘合剂5优选的具有与薄膜1相适应的折射率，使得在这里仍然可以补偿薄膜1的不平整。在粘合剂5硬化或凝固后，薄膜1就被固定在透镜元件6上。可以看出，层2的表面与要固定薄膜1的透镜元件6的表面互补，使得薄膜1具有安装在透镜元件6上的正确形状。
78.由于层2的多孔性，薄膜1的尤其可以在没有空气夹杂的情况下成型。通过将薄膜安装在载体上，例如透镜元件6上，在所述薄膜被空气轴承装置抽吸并保持形状的状态下，在释放(和粘合剂5硬化)之后，形状保持不变。
79.接下来，在步骤104中，将其中安装有薄膜的载体从空气轴承装置移除。这可以通过抓臂以自动的方式或手动的方式完成。在一些实施例中，由于泵15作为压力泵操作，因此可以辅助这种移除，因此会产生超压，这可以使得更容易从空气轴承装置移除其上安装有膜的载体。
80.如果有必要，可以在步骤105中去除多余的薄膜。为说明起见，图2d示出了透镜元件6，其从空气轴承装置移除并且通过粘合剂5将膜1安装在其上。应该指出的是，薄膜和粘合剂的直径不应被视为按比例缩放。特别是，粘合剂5的层的直径可以比薄膜1小。多余的薄膜，即超出透镜元件6边缘的薄膜，可以通过合适的切割工具20来去除。这也可以以自动化的方式进行。
81.如果将薄膜嵌入到部件中，例如光学部件中，则可以在图1的步骤106中将另一个载体固定在薄膜上。一个示例显示在图2e中，作为另一个载体的示例，另一个透镜元件7被固定在薄膜1上，同样可以使用合适的粘合剂5，特别是与步骤103中相同的粘合剂。这样，可以制造出嵌入薄膜1的光学部件。
82.如果薄膜1是由光敏材料制成的薄膜，例如用于生成全息图，则可以在步骤107中对薄膜进行曝光，以便将光栅结构或其他全息结构写入薄膜中。这在图2f中得到了说明。这里，薄膜1暴露在两个波阵(wavefro nt)9、10中，以便通过干涉在薄膜1中产生相应的光栅，例如体积全息图。在制作全息图的过程中，波阵9、10中的一个可以对应于物体光，另一个对
应于参考光。也可以根据薄膜1的材料进行其他类型的加工，例如雕刻或激光书写，来代替这种曝光。
83.图3示出了可以通过上述方法制造的光学部件。它包括已经描述过的透镜元件6、7，其中嵌入了薄膜1，全息结构已被写入薄膜中。通过这种方式，可以制造具有通过透镜元件6、7处的折射产生的折射焦点11和由全息图的特性产生的衍射焦点12的装置。然而，这只是可以使用实施例制造的光学部件的一个示例。
84.除了薄膜，也就是薄而柔韧的基材外，还可以使用该方法的变体将其他材料安装在载体上。这方面的示例如图4a和图4b中所示。在这里，代替了薄膜，液体材料8被施加到载体上，这里还是以透镜元件6为例。这种材料的示例包括液体形式的光聚合物或oca(光学透明粘合剂)。将一定量的这种材料涂在多孔层2上。在这种情况下，空气入气/出口用封闭件13封闭，可能在空气轴承3被设置为轻微超压之后。这可以防止或至少减少液体材料8渗透到层2的孔隙中。当透镜元件6被压在层2上时，液体材料8被分布并粘附在透镜元件6上。
85.一旦材料8已经变硬，这在一些实施例中可以通过用加热器供热来加速，如图2b所示，根据步骤104，将具有材料8的载体从空气轴承装置中移除。这里，如图4b所示，优选地向空气轴承3提供空气，以产生超压，从而能够容易地将具有材料8的透镜元件6分离出来。进一步的处理可以以与薄膜相同的方式进行，也就是说，在必要时，可以将另一个载体，例如另一个透镜元件7，固定在材料8上，和/或材料8可以被曝光或以其他方式处理。
86.在上述实施例中，在具有材料的载体已经从空气轴承装置中移除后，材料(例如薄膜)被机械加工，特别是被曝光。然而，加工，如曝光，也可以在生产过程中的不同时间点进行。例如，图5示出了在通过空气轴承装置将薄膜1被吸到层2上之后，即在图1的步骤101或步骤102之后，薄膜1被暴露在波阵9、10中。为此，如前所述，多孔层2的表面可以具有反射特性，例如通过相应的涂层或机械加工，例如抛光。随后，如上所述，然后可以通过粘合剂来安装载体。在这里，除了曝光以外的加工也是可能的。
87.在上述实施例中，要施加在载体上的材料已经通过空气轴承2、3成型，然后固定在载体上，例如通过粘合剂5的方式。在其他实施例中，载体还可以通过另一个空气轴承来成型。此外或可替代地，材料和载体最终可以由相同的材料组成。然而，这两个变体的共同实施例也可以彼此独立地实施，现在将参考图7至图10来解释。
88.该示例中的任务是将两块板，特别是两块透明的板，例如玻璃板，彼此粘合在一起。为了说明这个问题，图7示出了第一玻璃板50和第二玻璃板51，它们将通过粘合剂5粘合在一起。在这种情况下，玻璃板50、51与它们的厚度相比具有相对较大的面积。例如，厚度可以在小于1mm(例如薄膜或防护玻璃)到10mm基板厚度的范围内，以及边缘长度在50mm到1000mm范围内的区域。更大的尺寸(例如窗玻璃、挡风玻璃)也是可能的。除了玻璃板之外，也可以使用其他这样的平面基材，例如薄膜等。如图所示，这样的玻璃板50、51通常具有曲率。如果玻璃板50、51在没有进一步措施的情况下彼此粘合，就会产生整体上不是平面平行(plane
‑
parallel)的组件52。如果组件52被用于，例如波导应用或光束扩展应用，这可能会导致成像错误。在光垂直通过的情况下，组件52具有焦距，并且在这种情况下会有一个不理想的成像功能。
89.根据一个实施例的一种解决方案包括通过相应的空气轴承装置将两个基板50、51带制成所需的形状，例如平面形状，然后将它们粘合在一起。这将参照图8至图10进行解释。
90.在图8中，通过负压使第二玻璃板在空气轴承装置2、3上形成平面形状，如对于前述实施例的材料，例如薄膜1的描述。空气轴承装置2、3可以按如上所述设计；上述变化和细节也可以在此应用。此外，如图9所示，第一玻璃板50也通过另一个空气轴承装置2
′
、3
′
被制成所需的形状，这里是平面形状。这里使用的另一个空气轴承装置2'、3'可以设计为类似于已经描述过的空气轴承装置2、3。它可以和其共用一个泵(例如已经描述过的泵15)，也可以具有自己的泵。
91.然后，将两个空气轴承装置2、3和2
′
、3
′
放在一起，玻璃板50，51通过粘合剂5被粘合在一起。此后，可以选择地对空气轴承2、3和2'、3'分别施加超压，以使玻璃板50、51从空气轴承上释放出来。
92.如图10a所示，这导致了具有恒定厚度的组件53a，这可能比图7的组件52更适合光学应用。如果出现曲率，在这种情况下，这就是图10b的组件53b所示的两组的共同曲率，在许多应用中，这比图7的组件52中可变厚度的问题要小。应该指出的是，图10b所示的弧形组件也可以通过具有相应的形状的空气轴承装置，特别是多孔层2、2'，有意地产生。
93.在这里，可以这样说，第一玻璃板50可以被看作是载体，而第二玻璃板51则作为要施加到载体的材料(或反之亦然)。应该注意的是，在这个示例中，两个相似的元件(玻璃板50、51)是相互粘合在一起的，但图8至图10的程序也可以用来将不同的元素连接起来。但图8至图10的流程也可用于将不同的元件相互耦合，例如，将大面积的薄膜应用于大面积的玻璃板。
94.在所示的方法和装置中，在这种情况下，材料和/或载体通过空气轴承装置成型的精度基本上对应于相应多孔材料2、2'的表面的精度。正如所解释的，这个精度可以在微米范围内。
95.因此，从上面的陈述中可以看出，存在着各种变化的可能性。