一种带转折光路的导光元件的制作方法

本发明涉及wlo晶圆级光学领域，具体涉及一种带转折光路的光学导光元件。

背景技术：

传统光学透镜对器件的体积要求不高，器件尺寸大。而采用wlo工艺，可以有效缩减体积空间，同时器件的一致性好，光束质量高，采用半导体工艺在大规模量产之后具有性价比高的优势。

wlo晶圆级光学元件，是指晶元级镜头制造技术和工艺。与传统光学元件的加工技术不同，wlo工艺在整片玻璃晶元上，用半导体工艺批量复制加工镜头，多个镜头晶元压合在一起，然后切割成单颗镜头，具有尺寸小、重量轻、高度低、一致性好等特点。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种能在晶圆平面上制成的带转折光路的导光元件，用于晶圆级镜头的光引导，该带转折光路的导光元件包括基板，基板至少部分地由非透明介电材料构成，基板表面为平面，基板两侧分别交错设置有第一棱镜与第二棱镜，两棱镜截面均为三角形。

各棱镜包括第一侧面、第二侧面和第三侧面，第一侧面顶部与第二侧面顶部连接，各棱镜的第三侧面分别附接至基板的上、下表面，用于连接各棱镜的第一侧面底部和第二侧面底部；各棱镜的第三侧面与基板平行。

可选的，第一棱镜、第二棱镜在基板两侧空间垂直设置。

可选的，各棱镜的第一侧面和第二侧面的表面分别设有反射层。

可选的，基板上包括透明区域，透明区域与非透明介电材料邻接，光源发出的光进入及离开导光元件的区域由透明区域界定。

可选的，透明区域由透明固体材料制成，例如玻璃或透明聚合物。

可选的，带转折光路的导光元件还包括至少两个光学元件，各光学元件分别附接至透明区域或透明区域附近。

可选的，带转折光路的导光元件还包括若干个附接件，各附接件分别附接在透明区域或透明区域附近，各附接件至少部分是透明的，各附接件上分别设置有至少一个光学元件。

可选的，光学元件与透明区域同轴。

可选的，透明区域部分或全部由开口部分代替。

可选的，光学元件包括但不限于透镜、衍射光学元件。

可选的，由梯形棱镜替代第一棱镜和第二棱镜，或者替代其中一个棱镜。

本发明所提供的带转折光路的导光元件，可用于晶圆级光学镜头中，使产品具有更小的尺寸，更优异的光学特性，更有助于提高性价比。

附图说明

图1为本发明实施例一所描述的带转折光路的导光元件截面结构示意图；

图2为本发明实施例二所描述的带转折光路的导光元件截面结构示意图；

图3为本发明实施例三所描述的带转折光路的导光元件截面结构示意图；

图4a、4b为本发明实施例四所描述的带转折光路的导光元件中两棱镜布置结构示意图；

结合附图，对附图标记做以下说明：

1，2，3—带转折光路的导光元件；10—基板；11—非透明介电材料；12—透明区域；13—开口部分；20—第一棱镜；21—第一棱镜第一侧面；22—第一棱镜第二侧面；23—第一棱镜第三侧面；211—第一反射层；221—第二反射层；30—第二棱镜；31—第二棱镜第一侧面；32—第二棱镜第二侧面；33—第二棱镜第三侧面；311—第三反射层；321—第四反射层；40—透镜晶圆一；50—透镜晶圆二；60—第一附接件；70—第二附接件；80—第三附接件；90—透镜元件；100—衍射光学元件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，一种带转折光路的导光元件1，包括基板10，基板10包括非透明介电材料11和透明区域12，非透明介电材料11与透明区域12邻接，基板10表面为平面，基板10两侧分别交错设置有第一棱镜20和第二棱镜30，第一棱镜20、第二棱镜30的截面均为三角形；透镜晶圆一40、透镜晶圆二50分别附接至基板10的透明区域12，并且透镜晶圆一40、透镜晶圆二50与对应附接的透明区域12同轴，光进入及离开带转折光路的导光元件1的区域由透明区域12界定。

第一棱镜20包括第一侧面21、第二侧面22、第三侧面23，第一侧面21顶部与第二侧面22顶部连接，第三侧面23附接至基板10的上表面，用于连接第一侧面21底部和第二侧面22底部；第一棱镜20的第三侧面23与基板10的上表面平行。

第二棱镜30包括第一侧面31、第二侧面32、第三侧面33，第一侧面31顶部与第二侧面32顶部连接，第三侧面33附接至基板10的下表面，用于连接第一侧面31底部和第二侧面32底部；第二棱镜30的第三侧面33与基板10的下表面平行。

进入、通过和离开带转折光路的导光元件1的光路如虚线所示：光经由基板10上的透镜晶圆一40进入带转折光路的导光元件1中，沿着入射方向传播，光入射方向为第一方向，当光进入该导光元件时沿着该方向传播；第一反射层211存在于第一棱镜20第一侧面21的表面上，用于重定向在第一棱镜20中沿着第一方向传播的光，以沿着第二方向传播，第二反射层221存在于第一棱镜20第二侧面22的表面上，用于重定向在第一棱镜20中沿着第二方向传播的光，以沿着第三方向传播，第三反射层311存在于第二棱镜30第一侧面31的表面上，用于重定向在第二棱镜30中沿着第三方向传播的光，以沿着第四方向传播，第四反射层321存在于第二棱镜30第二侧面32的表面上，用于重定向在第二棱镜30中沿着第四方向传播的光，以沿着第五方向传播；第五方向为光离开方向，当光离开该导光元件时沿着该方向传播。

透明区域12由透明固体材料制成，例如玻璃。

实施例二

如图2所示，一种带转折光路的导光元件2，包括基板10，基板10包括非透明介电材料11、透明区域12和开口部分13，透明区域12由透明聚合物制成。透明区域12、开口部分13分别与非透明介电材料11邻接，基板10表面为平面，基板10两侧分别交错设置有第一棱镜20和第二棱镜30，第一棱镜20、第二棱镜30的截面均为三角形。

在临近第一棱镜20的基板开口部分13上，附接有第一附接件60，第一附接件60的端面上设置有透镜晶圆一40；在临近第二棱镜30的基板开口部分13上，附接有第二附接件70，第二附接件70的端面上设置有透镜晶圆二50。透镜晶圆一40、透镜晶圆二50与其所在附接件对应附接的开口部分13同轴，光进入及离开带转折光路的导光元件2的区域由开口部分13界定。第一附接件60的端面、第二附接件70的端面均由透明材质构成。

带转折光路的导光元件2中，第一棱镜20包括第一侧面21、第二侧面22、第三侧面23，第一侧面21顶部与第二侧面22顶部连接，第三侧面23附接至基板10表面，用于连接第一侧面21底部和第二侧面22底部；第一棱镜20的第三侧面23与基板10的上表面平行。

第二棱镜30包括第一侧面31、第二侧面32、第三侧面33，第一侧面31顶部与第二侧面32顶部连接，第三侧面33附接至基板10的下表面，用于连接第一侧面31底部和第二侧面32底部；第二棱镜30的第三侧面33与基板10的下表面平行。

进入、通过和离开带转折光路的导光元件2的光路如虚线所示：光经由第一附接件60上的透镜晶圆一40进入带转折光路的导光元件1中，沿着入射方向传播，光入射方向为第一方向，当光进入该导光元件时沿着该方向传播；第一反射层211存在于第一棱镜20第一侧面21的表面上，用于重定向在第一棱镜20中沿着第一方向传播的光，以沿着第二方向传播，第二反射层221存在于第一棱镜20第二侧面22的表面上，用于重定向在第一棱镜20中沿着第二方向传播的光，以沿着第三方向传播，第三反射层311存在于第二棱镜30第一侧面31的表面上，用于重定向在第二棱镜30中沿着第三方向传播的光，以沿着第四方向传播，第四反射层321存在于第二棱镜30第二侧面32的表面上，用于重定向在第二棱镜30中沿着第四方向传播的光，以沿着第五方向传播；第五方向为光离开方向，当光离开该导光元件时经由第二附接件70上的透镜晶圆二50，沿着该方向传播。

实施例三

如图3所示，一种带转折光路的导光元件3，包括基板10，基板10包括非透明介电材料11和开口部分13，开口部分13与非透明介电材料11邻接，基板10表面为平面，基板10两侧分别交错设置有第一棱镜20和第二棱镜30，第一棱镜20、第二棱镜30的截面均为三角形。

在临近第一棱镜20的基板开口部分13上，附接有第一附接件60，第一附接件60的端面上设置有透镜晶圆一40；在临近第二棱镜30的基板开口部分13上，附接有第三附接件80，第三附接件80的中部和端面上分别设置有透镜元件90和衍射光学元件100。透镜晶圆一40与透镜元件90、衍射光学元件100与其所在附接件对应附接的开口部分13同轴，光进入及离开带转折光路的导光元件3的区域由开口部分13界定。第一附接件60的端面、第三附接件80的端面均由透明材质构成。

带转折光路的导光元件3中，第一棱镜20包括第一侧面21、第二侧面22、第三侧面23，第一侧面21顶部与第二侧面22顶部连接，第三侧面23附接至基板10表面，用于连接第一侧面21底部和第二侧面22底部；第一棱镜20的第三侧面23与基板10的上表面平行。

第二棱镜30包括第一侧面31、第二侧面32、第三侧面33，第一侧面31顶部与第二侧面32顶部连接，第三侧面33附接至基板10的下表面，用于连接第一侧面31底部和第二侧面32底部；第二棱镜30的第三侧面33与基板10的下表面平行。

进入、通过和离开带转折光路的导光元件3的光路如虚线所示：光经由第一附接件60上的透镜晶圆一40进入带转折光路的导光元件1中，沿着入射方向传播，光入射方向为第一方向，当光进入该导光元件时沿着该方向传播；第一反射层211存在于第一棱镜20第一侧面21的表面上，用于重定向在第一棱镜20中沿着第一方向传播的光，以沿着第二方向传播，第二反射层221存在于第一棱镜20第二侧面22的表面上，用于重定向在第一棱镜20中沿着第二方向传播的光，以沿着第三方向传播，第三反射层311存在于第二棱镜30第一侧面31的表面上，用于重定向在第二棱镜30中沿着第三方向传播的光，以沿着第四方向传播，第四反射层321存在于第二棱镜30第二侧面32的表面上，用于重定向在第二棱镜30中沿着第四方向传播的光，以沿着第五方向传播；第五方向为光离开方向，当光离开该导光元件时经由第三附接件80上的透镜元件90和衍射光学元件100，沿着该方向传播。

实施例四

图4a为一种带转折光路的导光元件结构主视图，图4b为图4a逆时针旋转一定角度后的结构示意图。

该实施例中，第一棱镜与第二棱镜在空间中互相垂直设置，如图4a、4b所示，各棱镜包括第一侧面、第二侧面和第三侧面，第一侧面顶部与第二侧面顶部连接，各棱镜的第三侧面分别附接至一基板的上、下表面，用于连接第一侧面底部和第二侧面底部；第一棱镜与第二棱镜在基板上下两侧垂直交错设置，第一棱镜、第二棱镜的截面均为三角形；各棱镜的第三侧面平行于基板。

基板及附接至基板上的光学元件和/或附接件的结构与实施例一至实施例三任一实施例或其组合所述的结构相同。

与实施例一至三不同之处在于，本实施例中，第一棱镜的第三侧面沿长度方向的中心线与第二棱镜第三侧面沿长度方向的中心线空间互相垂直；通过将第一棱镜与第二棱镜在空间中垂直设置，能够显著减小导光元件的体积，更利于光学产品的小型化。

上述实施例一至四中，导光元件中的第一棱镜和第二棱镜可以由梯形棱镜替代，或者仅替代其中一个棱镜；其它部件结构与实施例一至四中对应部件结构相同。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。