光学器件制作方法与流程

1.本发明涉及光学器件领域，具体地，涉及光学器件制作方法。


背景技术：

2.在当今的社会中，随着科技的逐渐发展，光学透镜的出现，在vr、数码相机、光学机器等各个领域都有着广泛的应用；
3.传统光学透镜在胶合时多余的胶水一般从镜片侧面的非工作面溢出，即使不处理也不会影响最终的成像质量。但器件工作面上存在所胶合的部件的交界线或面时，将会产生胶水溢出，造成表面不平整从而影响光线透过，对成像产生不良影响；
4.专利文献cn211838918u公开了一种用于光学透镜胶合的紫外线照射灯箱，通过紫外线对光学透镜在胶合后照射曝光，进而光学透镜对接口的胶水进行凝固，使光学透镜胶合成功，但胶水凝固后可能出现溢出在光学透镜表面附着的现象，对光学透镜的成像产生不良影响。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明提出了一种结合光学掩膜精确曝光胶合区域的方法，可将需要曝光区域的胶水或填充材料固化，而交界线或面之外的溢出胶水或材料由于未被曝光固化，将可以被后续工序清晰去除。
6.根据本发明提供的一种光学器件制作方法，其特征在于：所述至少一个第一光学器件和至少一个第二光学器件，通过胶合或填充的方式制作成整体。所述制作方法包括曝光第二光学器件区域或部分第二光学器件区域，遮蔽第一光学器件区域或部分第一光学器件区域；
7.优选的，所述制作方法，所述第二光学器件通过使用液态材料填充物填充第一光学器件部分区域，固化填充材料后制成包含第二光学器件的完整器件；
8.优选地，所述制作方法，被遮蔽的所述区域通过光学掩膜实现；
9.优选地，所述制作方法还包括曝光过程中在光学器件上施加作用力，使得表面平整；
10.优选地，施加作用力的所述方法包括将掩膜体一个表面制作成与成型后光学器件一个表面面型一致，将所述掩膜施加一定的力贴合在所述表面上进行曝光；
11.优选地，所述掩膜体采用不会被胶材或固化的材料粘贴的材料制成；
12.优选地，施加作用力的所述方法包括将掩膜体一个表面制作成与成型后光学器件一个表面面型一致，在所述掩膜体和所述第一光学器件和/或第二光学器件之间还有一层不会被胶材或固化后的材料粘贴的材料，将所述掩膜体施加一定的力贴合在所述不会被胶材或固化后的材料粘贴的材料上，所述材料贴合在器件表面上进行曝光；
13.优选地，所述制作方法还包括，曝光后清洗第一光学器件和/或第二光学器件或清洗未曝光区域；
14.优选地，曝光之后再抛光或研磨第一光学器件和/或第二光学器件表面；
15.优选地，对于所述第一光学器件和/或第二光学器件进行再次固化；
16.优选地，所述第一光学器件和/或第二光学器件表面制作有对位标志，通过对位标志对位掩膜和/或第一光学器件和/或第二光学器件后在对器件进行曝光和固化；
17.优选地，所述第一光学器件和/或第二光学器件具有多层结构；
18.优选地，所述第一光学器件和/或第二光学器件制作有导流槽，所述导流槽可以制作在第一和/或第二光学器件内部，其出口在器件边缘(不需要透过环境或图像光的表面上)；
19.优选地，分多次曝光第一光学器件和/或第二光学器件不同区域；
20.优选地，所述第一光学器件和/或第二光学器件至少部分交界面上镀有反射或部分反射性质的膜层，例如第一光学器件与第二光学器件交界的表面或部分表面镀上s光反射，p光透射的膜层，而第二光学器件与之对应的表面或部分表面上镀上s光吸收，p光透射的膜层，使得环境光中的s光不会在透过交界面时不受控的反射到光路内而产生杂光；
21.优选地，所述第二光学器件或部分第二光学器件与第一光学器件装配时各自温度不同；
22.根据本发明提供一种光学器件制造方法，至少一个第一光学器件和形状与第二光学器件吻合的制具或模具，先制作出第一光学器件，将其固定在所述制具或模具之中，填充液态光学材料形成第二光学器件。
23.优选地，固化所述液态光学材料，然后去除所述模具，制成器件整体。
24.优选地，将所述制具的灌注所述液态光学材料的灌注口封闭，制成完整器件。
25.根据本发明提供的一种光学器件制造方法，包含第一光学器件以及至少一个第二光学器件，包含至少一个透光和/或反光的工作表面，装配第一光学器件和第二光学器件时，在工作表面上第一和第二光学器件的交界部分，使用与两个表面对应部分面型互补的制具贴合相应交界部分。所述制具可以后续去除，或者所述制具本身也可以是器件的一部分，胶合后制成器件整体。
26.优选地，通过光固化和/或热固化所述胶水或光学液体。
27.优选地，胶水或光学液体无法从所述工作表面上溢出,所述制具不会被胶水或光学液体粘附，能够从固化后的器件上去除。
28.优选地，第一或第二光学器件上包含注入和/或导出胶水或光学液体的开口或导流通道，所述开口或导流通道位于非工作面的其它表面上。
29.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
30.1、本发明通过掩膜板和掩膜体在第一光学器件的上方安装，使第二光学器件能够满足曝光要求，进而第二光学器件与第一光学器件之间的胶水凝固，同时第二光学器件与第一光学器件交界面上的胶水溢出流至第一光学器件的表面，由此利用第一光学器件上的掩膜体将溢出的胶水遮挡，避免出现胶水在第一光学器件的表面曝光凝固后影响整体的成像清晰度；
31.2、本发明通过掩膜体与掩膜板的组合将溢出的胶水遮挡，而溢出的胶水不会应为曝光导致凝固，而流体在胶水相对于固体的胶水在第一光学器件的表面能够做到快速清洁，提高了此设备的清洁性；
32.3、本发明通过导流槽的设计，当第二光学器件的底部是平面时，将第二光学器件与第一光学器件对接后，对于的胶水从导流槽流出，并不会在第一表面停留凝固，导致影响第一光学器件人的成像，由此导流槽的设计，使此设备的适用性增强；
附图说明
33.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
34.图1为本发明主体立体对接结构示意图；
35.图2为本发明平面主体结构示意图；
36.图3为本发明主体侧视剖面结构示意图；
37.图4为本发明掩膜板对掩膜体压力施加结构示意图；
38.图5为本发明主体内部导流槽结构示意图；
39.图6为本发明面主体下方器件对接结构示意图；
40.图7为本发明曲面侧视剖面结构示意图；
41.图8为本发明第一光学器件与第二光学器件对接面为平面结构示意图；
42.图9为本发明第一光学器件与第二光学器件放置装配机台结构示意图；
43.图10a为实施例四的剖面的侧视图；
44.图10b为实施例四的结构示意图；
45.图11为上下工作面使用制具夹持的示意图。
46.图中示出：1、第一光学器件；2、第二光学器件；3、掩膜体；4、掩模板；5、导流槽；6、导流通道。
具体实施方式
47.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
48.实施例一：
49.第一光学器件1与第二光学器件2交界的部分表面上镀有反射性膜层，图中第一光学器件1与右侧第二光学器件2交界的曲面上镀有偏振反射膜，可以将从外部传来的偏振图像光耦入第一光学器件1内部，第一光学器件1与左侧第二光学器件2交界的曲面上也镀有偏振反射膜，可以将第一光学器件1内部传来的图像光线反射后从第一光学器件1下表面耦合出第一光学器件1；
50.第二光学器件2与第一光学器件1面型互补，材料的折射率与第一光学器件1相同或相近，在第一和第二光学器件2的多个交界面上涂覆折射率与器件相同或相近的uv胶后将第二光学器件2嵌入第一光学器件1。之后将掩膜板4设置在器件待曝光表面之上(例如掩膜板4与器件表面距离5um)。掩膜板4本体为透明材料(至少对曝光所用紫外波段透明)，在与器件相对的表面上制作有可遮挡光线的掩膜体3，掩膜体3上制作有精度为2um的图形结构，图形结构使得需曝光区域的光线能够透过，而其它区域的光线将被遮挡。如图2所示。掩
膜体3设置完毕后可使用平行光从掩膜板4的另一侧对器件进行曝光固化(或预固化)，第二光学器件2区域内的胶水将被固化，而边缘溢出部分的胶水由于被掩膜体3遮挡，将不会被曝光固化。曝光完成后可将交界面边缘区域未被曝光的胶水去除(例如擦除或使用超声波清洗去除)；
51.完成上述残余胶水去除的步骤后，还可以再次固化胶水使得胶合更牢固。再次固化可以使用再次曝光(可以继续使用掩膜体3，或者也可以不使用掩膜体3整个器件一起曝光)，或者也可以采用在温箱中加温烘干的方式(热固化)；
52.完成上述步骤后，还可以增加打磨/抛光的步骤，例如使用5000目以上的研磨剂对包含交界面的表面进行抛光，从而去除可能的残留胶水，以及获得更好的表面质量；
53.在此实施例中，考虑到器件本身的制造公差等因素，在将第二光学器件2嵌入第一光学器件1这一步骤时还可以使两器件温度不同，利用热胀冷缩原理来更容易的实现嵌合工艺(此例中第二光学器件2全部或部分嵌入第一光学器件1。若其它实施例采用非嵌入式设计，则一般无需采用此种工艺)，嵌入式的第二光学器件2的温度低于第一光学器件1的温度(例如第一光学器件50
°
，第二光学器件20
°
)，将第一光学器件1与第二光学器件2交界面上点上适量光学胶，待第二光学器件2嵌入到合适位置后，再使两器件达到同一温度(例如实际使用时的温度)，之后再进行曝光固化等后续步骤；
54.在此实施例的一个变形例中，掩膜板4/掩膜体3可以是使用无法被光学胶粘合的材料制作的，掩膜板4的表面质量可以做的很高，曝光前将掩膜板4压在器件上，并施加一定的压力，力的作用区域可以设置在需要被曝光的区域上(可以使胶水更偏向溢出到非曝光区域，防止胶水溢出到需曝光的区域)，采用接触式曝光的方法曝光。曝光完毕后溢出的胶水即未被曝光也很难粘附住掩膜板4，将掩膜体3移走后可以被轻易去除。这么做的好处是容易获得更高的曝光精度，且曝光机台的设置也较为简单(不用考虑掩膜板4与器件之间存在倾斜角度的问题)。在这一实施例中，第一光学器件1的下表面需要放置在平整的表面上，保证掩膜板4压合时器件不会因为下部接触面不平整产生位移及倾斜等问题；
55.在此实施例的一个变形例中，第二光学器件2底部为一个平面(如图8)，则在掩膜板4压合时，部分由于器件2底部将会从器件1中穿出，因而器件底部也必须固定在与器件底部面型一致的平整表面上，从而保证器件2底部与器件1底部位于同一平面上；
56.在此实施例的一个变形例中，还可以在装配机台底部器件1和器件2的交界线位置预留可导流槽5(如图9所示，一些实施例中也可设置在顶部)，从底部溢出的胶水会流入导流槽5而不会残留在器件表面。此外，还可以在导流槽5外加装真空泵，通过对导流槽5吸真空的方式进一步减少或消除胶水残留；
57.在此实施例的一个变形例中，掩膜板4/掩膜体3体3与器件之间还可以增加一层无法被光学胶粘合的薄膜(例如5um厚度)，掩膜板4和薄膜的表面质量可以做的很高，曝光前将掩膜板4压在薄膜上，薄膜再压在器件上，并施加一定的压力，力的作用区域可以设置在需要被曝光的区域上(可以使胶水更偏向溢出到非曝光区域，防止胶水溢出到需曝光的区域)，采用接触式曝光的方法曝光。曝光完毕后溢出的胶水即未被曝光也很难粘附住薄膜，将掩膜板4和薄膜移走后可以被轻易去除。这么做的好处是容易获得更高的曝光精度，且曝光机台的设置也较为简单(不用考虑掩膜板4与器件之间存在倾斜角度的问题)。薄膜可以重复使用或者有损坏后也可以轻易更换，而不必考虑由于接触对掩膜板4的损耗；
58.在此实施例中，还可以在待加工器件表面制作定位标志(如图1中的“十”字标志)，定位标志可以是在模具中加入上述标志(器件与标志通过同一套模具一体制造精度较高)，或者定位标志也可以是模具成型后再加工上去。掩膜板4上也可以制作相类似的定位标志，使用掩膜体3时可以通过电子放大镜显微镜等设备通过定位标志使用高精度的机台将掩膜板4与器件调节到预定的相对位置，可以是器件上的定位标志与掩膜体3的定位标志对齐，也可以是器件上的定位标志与掩膜体3的边缘对齐。从而实现高精度的曝光；
59.在此实施例的一个变形例中，所述第一光学器件1表面还可以是曲面的，如图3和图4所示，所述掩膜板4的基板也制作成和所要曝光表面一致的曲面面型，贴合在器件表面上并施加一定的压力(如图4所示)，这样可以对如眼镜镜片之类的表面面型为曲面的器件进行加工制造。
60.实施例二：
61.此实施例中第一光学器件1与上一实施例相同，第二光学器件2的制造方法与上一实施例不同，在第一光学器件1预留的插入第二光学器件2的凹槽内填入固化后折射率与第一光学器件1相同或相近的液态材料，控制填入材料的量，使其刚刚充满第二光学器件2的空间，填满后将掩膜板4(掩膜体3表面上可附有一层不与上述液态材料黏连的薄膜)对位第一光学器件1并施加一定的压力覆盖在第一光学器件1上，然后曝光固化(预固化)。之后将掩膜板4移除，由于掩膜体3表面质量很好，所以曝光后形成的表面也将有很高的质量。清洗去除溢出曝光区(第二光学器件2区域)未被曝光的材料。从而将第二光学器件2制作出来(第一光学器件1相当于模具)；
62.在上述步骤之后还可以再次固化(如曝光，加温烘烤等)器件。还可以将表面抛光获得更高的光学质量；
63.在上述实施例的一个变形例中，第一光学器件1侧边的非光学工作面上开有通向第二光学器件2区域的导流通道6(如图5所示)，先将第一光学器件1与掩膜板4对位后施加作用力压合成一个整体，再将液态材料哦通过导流通道注入第二光学器件2区域，与先前不同的是，掩膜板4上导流通道所在区域也是未遮蔽的可通光区域。曝光后第二光学器件2区域与导流通道都被材料填充并固化形成器件整体，清洗光学工作表面溢出的未固化材料即可获得完整器件。
64.实施例三：
65.在本发明的变形例中，也可以包含多层结构，一层层分别胶合制作。如图6和图7所示的实施例，第一光学器件1下表面与部分第二光学器件2交界面上镀有特殊功能的薄膜(例如起1/4玻片作用，起偏振片作用等)，镀膜完成后需要将第二光学器件2胶合在上述表面上。制造相关器件时，可以先将其中的第一光学器件1与下表面的第二光学器件2贴合在一起，如图6所示，使用前述掩膜体3压合曝光的方式固化后，再如图7所示将经过第一次装配的第一光学器件1与上层的第二光学器件2贴合在一起，采用压合曝光的方式固化；
66.此实施例的一个变形例中，由于与第一光学器件1下表面交界的第二光学器件2面积很大，制作成整体后表面的交界线已处于光学工作区域的边缘或外侧，胶水的溢出残留对器件工作影响较小，此处也可不采用掩膜体3曝光的方式而直接曝光固化即可；
67.此实施例的一个变形例中，还可以存在第三器件，定义是不与第一光学器件1交界，与第二光学器件2交界(还可以存在第四，第五或更多器件，定义类推)。加工制造时可以
采取先将第一和第二光学器件2制作在一起，再将第三器件制作在完成的第一第二光学器件2上的工序，或者也可以采取先将第二和第三器件制作在一起，然后再与第一光学器件1制备在一起的工序。
68.实施例四：
69.本发明提供一种光学器件制造方法，包含所述至少一个第一光学器件(例如图10a、图10b中的1)以及形状与第二光学器件吻合的制具或模具。先制作出第一光学器件，将其固定在所述模具之中，填充液态光学材料形成第二光学器件。这么做的好处是无需后续的胶合工序，通过光学液体或胶水直接成型第二光学器件及器件整体。第一光学器件可以是通过模具一体制造的，也可以是多个光学器件拼接而成的。第一光学器件表面或部分表面镀有特殊薄膜(例如偏振反射膜或半透半反膜)。第一光学器件可以是通过胶水粘贴在所述制具特定位置上的，或者也可以是所述制具与第一光学器件某些表面对应部分开有孔洞，孔洞外部有抽气用的通道，通过抽气泵抽真空将第一光学器件固定在所述模具或制具的特定位置上。所述模具或制具的灌注孔(用于灌注胶水或光学液体)可以位于器件的非透光表面上。
70.固化所述液态光学材料，然后去除所述模具，制成器件整体。固化后的材料折射率可以与第一光学器件相同或相近。所述固化可以是光固化，例如使用uv光曝光。或者也可以是热固化，加热或降温器件，例如将器件整体加热到能够是光学胶或液体固化但不会使第一光学器件融化或不可逆变形的温度，从而使光学液体固化。之后在脱去所述模具，完成器件的制作。这种方法的好处在于不存在胶合工序，也就不存在溢胶等问题，表面质量更好。
71.将所述制具的灌注所述液态光学材料的灌注口封闭，制成完整器件。采用这种方法，所述制具本身就是器件的一部分，制具至少部分区域可以是透明的。可以将器件中对于精度要求较高的部分通过模具一体制作成第一光学器件，而精度要求较低的其它部分通过制具制作外形，只要将第一光学器件以较低的精度固定在制具中(例如通过胶水胶合)，然后填入光学液体，再封闭不位于透光的工作面上的灌注口即可制作成器件整体。这么做的好处是没有胶合工序，表面质量高，同时可以省去脱模的工序，设计也更为灵活。
72.实施例五：
73.一种光学器件制造方法，包含第一光学器件(图11中的1)和至少一个第二光学器件(图11中的2)，包含至少一个透光和/或反光的工作表面，装配第一光学器件和第二光学器件时，在工作表面上第一和第二光学器件的交界部分，使用与两个表面对应部分面型互补的制具贴合相应交界部分(图11中第一和第二光学器件互补的面型为两个独立的单一曲面，其它实施例中也可以是多个连续曲面/平面/菲涅尔面等)，使胶水或光学液体无法从所述工作表面上溢出。光学器件一般包含透光或反光的工作表面以及非透光或反光的工作表面，如图11所示，完整器件包含两个透光及反光的工作表面。装配时，使用与整个工作面或工作面上第一第二光学器件交界部分面型互补的制具夹持第一光学器件和第二光学器件在工作表面的交界位置(或整个工作面)，使得整个交界区域除了灌注口外形成一个封闭区域，灌入的液体无法从工作面上任何区域溢出。
74.通过光固化和/或热固化所述胶水或光学液体。可以通过uv曝光或加热固化胶水。使用光固化时，所述制具也可以采用透明材料制作，能够使得曝光用的uv光透过。
75.所述制具不会被胶水或光学液体粘附，能够从固化后的器件上去除。所述制具采
用不会被所使用胶水粘附的材料制成，或者在制具表面贴合有一层不会被所使用胶水粘附的薄膜，固化后可以轻易的将制具移除。
76.第一或第二光学器件上包含注入和/或导出胶水或光学液体的开口或导流通道，所述开口或导流通道位于非工作面的其它表面上。注入胶水的开口作为灌注口可以在第一光学器件任一个非工作表面上，或者也可以在第二光学器件的任一个非工作表面上，或者也可以同时存在多个灌注口。灌注口通过导流通道将光学液体或胶水引导至第一第二光学器件的各个交界面上。导流通道一般设置在器件边缘区域，对实际光的传播影响较小。此外，固化后由于胶水或光学液体的折射率与器件本身相同或相近，导流通道固化后被胶水充满，也不会对光的传播构成大的影响。导出口可以引导多余的胶水从导出口排出，所述导出接口还可以连接真空泵之类的设备，使得胶水或光学液体能够更容易的从注入口流遍整个胶合区域后从导出口排出多余部分。或者所述注入和导出的开口还可以是同一开口，同时起到灌注和排出多余液体的。
77.在此实施例的一个变化例中，上述制具本身也可以是完整器件的一部分，通过将制具，第一器件及第二器件胶合在一起，可以使得第一器件和第二器件交界的工作面被包裹在完整器件内部，由于胶水或光学液体的填充，交界线将不会产生明显的痕迹。此变形例中，贴合制具及第一第二光学器件的交界面上也需要填充胶水或光学液体(可以固化或保持液态亦可，保持液态的话则需将非工作面的交界线封闭)，此外制具上也可以包含至少一个完整的工作面，而其与第一器件第二器件的交界面的交界线则在器件的非工作面上，不会影响光学成像。
78.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
79.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。