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DE102015121691A1 - Process for producing a microlens array - Google Patents

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DE102015121691A1
DE102015121691A1 DE102015121691.4A DE102015121691A DE102015121691A1 DE 102015121691 A1 DE102015121691 A1 DE 102015121691A1 DE 102015121691 A DE102015121691 A DE 102015121691A DE 102015121691 A1 DE102015121691 A1 DE 102015121691A1
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microlens
microlens array
mask
produced
Prior art date
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DE102015121691.4A
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Inventor
Franziska Kley
Martin Mügge
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Hella GmbH and Co KGaA
Original Assignee
Hella KGaA Huek and Co
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrolinsenarrays (1), aufweisend wenigstens einen lichtdurchlässigen Grundkörper (10) mit einer flächigen Erstreckung, wobei der Grundkörper (10) auf wenigstens einer Grundfläche eine Mikrolinsenstruktur (11) aufweist. Erfindungsgemäß ist der wenigstens eine Grundkörper (10) mit einem Spritzgusswerkzeug in einem Spritzgussverfahren hergestellt, sodass die Mikrolinsenstruktur (11) von einer Negativstruktur im Spritzgusswerkzeug abgeformt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein mit diesem Verfahren hergestelltes Mikrolinsenarray (1).The invention relates to a method for producing a microlens array (1), comprising at least one translucent base body (10) with a planar extension, wherein the base body (10) has a microlens structure (11) on at least one base surface. According to the invention, the at least one base body (10) is produced with an injection molding tool in an injection molding process, so that the microlens structure (11) is shaped by a negative structure in the injection molding tool. Furthermore, the invention relates to a microlens array (1) produced by this method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrolinsenarrays, aufweisend wenigstens einen lichtdurchlässigen Grundkörper mit einer flächigen Erstreckung, wobei der Grundkörper auf wenigstens einer Grundfläche eine Mikrolinsenstruktur aufweist. The invention relates to a method for producing a microlens array comprising at least one light-transmissive base body with a planar extension, wherein the base body has a microlens structure on at least one base surface.

Verfahren zur Herstellung von Mikrolinsenarrays sind aufgrund der sehr feinen Konturen mit hohen Genauigkeitsanforderungen aufwändig in der Herstellung. Mikrolinsenarrays weisen eine Vielzahl kleiner Linsenelemente in kompakter Form auf, und die Linsenelemente erstrecken sich auf einer zweidimensionalen Basisfläche in dichter Anordnung zueinander. Mikrolinsenarrays dienen als optische Elemente in der Bildverarbeitung und Kommunikationstechnik, zum Beispiel bei Beamern und Pico-Beamern oder für Head-Up-Displays in Fahrzeugen oder andere Display- und Projektionsanwendungen. Processes for the production of microlens arrays are complicated to manufacture because of the very fine contours with high accuracy requirements. Microlens arrays have a plurality of small lens elements in a compact form, and the lens elements extend on a two-dimensional base surface in close alignment with one another. Microlens arrays serve as optical elements in image processing and communication technology, for example in the case of beamers and pico beamers, or for head-up displays in vehicles or other display and projection applications.

Die Mikrolinsenarrays werden von einer oder mehreren Lichtquellen auf einer ersten Lichteintrittsseite bestrahlt, und das aufgestrahlte Licht durchwandert das flächig erstreckte Mikrolinsenarray und tritt auf einer Austrittsseite wieder aus, die der Einstrahlseite des Mikrolinsenarrays gegenüberliegt. Der Vorteil für das austretende Licht ist eine sehr homogene Lichtintensität über einer definierten Fläche, und werden Masken unter die jeweiligen Mikrolinsen angeordnet, so kann die Maskenkontur entsprechend abgebildet werden. Die Lichteintrittsseite kann als eine Planfläche ausgeführt sein oder bereits erste optische Mittel tragen, beispielsweise ein erstes Mikrolinsenarray. The microlens arrays are irradiated by one or more light sources on a first light entrance side, and the radiated light travels through the areal extended microlens array and exits on an exit side, which faces the irradiation side of the microlens array. The advantage for the exiting light is a very homogeneous light intensity over a defined area, and if masks are arranged under the respective microlenses, then the mask contour can be imaged accordingly. The light entry side can be designed as a planar surface or already carry first optical means, for example a first microlens array.

Beispielsweise beschreibt die DE 10 2010 030 138 A1 ein Mikrolinsenarray mit möglichen Verwendungen. For example, this describes DE 10 2010 030 138 A1 a microlens array with possible uses.

Die DE 10 2009 024 894 A1 beschreibt ein Mikrolinsenarray und dessen Verwendung, wobei die Baugröße des gesamten Mikrolinsenarrays von 0,5 mm bis 10 mm angegeben wird, was ebenfalls in Richtung kleiner, bauraumoptimierter Display- und Projektionsanwendungen zielt. Weiterhin ist beschrieben, wie RGB-Darstellungen oder Filme mit Hilfe von LCD-Displays oder OLED-Displays damit abgebildet werden können. Die offenbarten Mikrolinsenarrays werden in sehr aufwändigen Herstellungsprozessen gefertigt. Beispielsweise zeigt die DE 103 13 889 B3 ein Herstellungsverfahren auf Basis von Siliziumwafern mit eingebrachten Vertiefungen und es wird ein Glasfließverfahren zur Bildung der Linsen beschrieben. Dieses Verfahren ist technisch aufwändig und entsprechend kostspielig. The DE 10 2009 024 894 A1 describes a microlens array and its use, wherein the size of the entire microlens array of 0.5 mm to 10 mm is given, which also aims towards small, space-optimized display and projection applications. It also describes how RGB representations or films can be imaged using LCD displays or OLED displays. The disclosed microlens arrays are manufactured in very complex manufacturing processes. For example, the shows DE 103 13 889 B3 a production method based on silicon wafers with introduced recesses and a glass flow method for forming the lenses is described. This process is technically complex and correspondingly expensive.

Die WO 2001/51220 A2 beschreibt einen Herstellungsprozess, bei dem auf ein Substrat, in der Regel gebildet durch eine Glasscheibe, eine thixotrope Beschichtung aufgebracht wird, die anschließend mit einem Prägestempel in Form der gewünschten Mikrolinsenfläche geformt und dann durch UV-Licht ausgehärtet wird. Auch dieses Verfahren stellt einen teuren, technisch sehr aufwändigen Prozess dar. The WO 2001/51220 A2 describes a manufacturing process in which a thixotropic coating is applied to a substrate, usually formed by a glass pane, which is subsequently formed with an embossing stamp in the form of the desired microlens surface and then cured by UV light. This process also represents an expensive, technically very complex process.

In der DE 602 00 225 T2 ist ein weiteres Herstellungsverfahren beschrieben, das die Mikrolinsen durch ein Eintröpfeln eines Materials in mit Durchgangslöchern versehene Substrate beschreibt. In the DE 602 00 225 T2 Another method of preparation is described which describes the microlenses by injecting a material into through-hole substrates.

Den beschriebenen Verfahren insbesondere zur Herstellung der Mikrolinsen des Mikrolinsenarrays gemeinsam ist ein kostspieliger und aufwändiger Herstellungsprozess, so dass sich die Forderung nach einer einfacheren, weniger aufwändigen Herstellung von Mikrolinsenarrays ergibt. The described method, in particular for the production of the microlenses of the microlens array, is a costly and complicated production process, so that there is the demand for a simpler, less complicated production of microlens arrays.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION

Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung eines Verfahrens zur Herstellung eines Mikrolinsenarrays mit einem geringeren Herstellungsaufwand. Überdies soll das Verfahren zur Herstellung der Mikrolinsenarrays weitere Merkmale der Mikrolinsenarrays ermöglichen, insbesondere hinsichtlich der Mikrolinsenstruktur oder weiterer optischer Ausgestaltungen des lichtdurchlässigen Grundkörpers des Mikrolinsenarrays oder hinsichtlich einer größeren, flächigen und/oder gekrümmten Ausführung des Mikrolinsenarrays. The object of the invention is the improvement of a method for producing a microlens array with a lower production cost. Moreover, the method for producing the microlens arrays should enable further features of the microlens arrays, in particular with regard to the microlens structure or further optical configurations of the translucent base body of the microlens array or with regard to a larger, planar and / or curved design of the microlens array.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ausgehend von einem Mikrolinsenarray gemäß Anspruch 8 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved starting from a method according to the preamble of claim 1 and starting from a microlens array according to claim 8 with the respective characterizing features. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der wenigstens eine Grundkörper mit einem Spritzgusswerkzeug in einem Spritzgussverfahren hergestellt wird, so dass die Mikrolinsenstruktur von einer Negativstruktur im Spritzgusswerkzeug abgeformt wird. Die Mikrolinsenstruktur weist vorzugsweise asphärische Linsen oder Freiformlinsen oder pyramidalen Linsen oder Kegellinsen oder prismatischen Optiken oder einer Kombination davon auf. The invention includes the technical teaching that the at least one base body is produced with an injection molding tool in an injection molding process, so that the microlens structure is molded by a negative structure in the injection molding tool. The microlens structure preferably comprises aspheric lenses or free-form lenses or pyramidal lenses or conical lenses or prismatic optics or a combination thereof.

Spritzgussverfahren oder Spritzgießverfahren sind im Allgemeinen als preiswerte Herstellungsverfahren für eine Vielzahl von Erzeugnissen bekannt. Durch neuere sehr genaue Verfahren zur Herstellung der Spritzgusswerkzeuge wurden die Voraussetzungen geschaffen, sehr maßgenaue Bauteile im Spritzgussverfahren herzustellen. Mit der erfindungsgemäßen Anwendung des Spritzgussverfahrens zur Herstellung von Mikrolinsenarrays wird der Nachteil eines sehr aufwändigen, kostspieligen Herstellungsverfahrens überwunden, und durch eine geeignete Prozessführung zum Abguss der Mikrolinsenarrays in Spritzgusswerkzeugen können sehr genaue, mikroskopische Strukturen mit einer entsprechenden Oberflächenqualität hergestellt werden. Aufwändige Prägeverfahren mit thixotropen Beschichtungen auf Glassubstraten können damit entfallen, und die im Spritzgussverfahren verwendbaren Werkstoffe sind äußerst vielfältig. Injection molding or injection molding methods are generally known as low cost manufacturing methods for a variety of products. More recent, very precise processes for the production of the injection molding tools have created the prerequisites for producing very dimensionally accurate components by injection molding. With the application according to the invention of the injection molding process for the production of microlens arrays overcome the disadvantage of a very complex, costly manufacturing process, and by a suitable process management for casting the microlens arrays in injection molding tools very accurate, microscopic structures can be produced with a corresponding surface quality. Elaborate embossing processes with thixotropic coatings on glass substrates can thus be dispensed with and the materials that can be used by injection molding are extremely diverse.

Durch ein Herstellungsverfahren der Mikrolinsenarrays im Spritzgussverfahren wird vorteilhafterweise zusätzlich der Vorteil erreicht, dass die Mikrolinsenarrays mit weiteren Strukturmerkmalen ausgestattet werden können, die im einfachsten Fall mit einem einzigen Spritzgussschritt zur Herstellung des eigentlichen Mikrolinsenarrays mit hergestellt werden können. Beispielsweise wird im Spritzgussverfahren wenigstens eine Halteanformung am Grundkörper ausgebildet, die in einem gemeinsamen Spritzgussschritt materialeinheitlich mit dem Grundkörper hergestellt wird. Die am Grundkörper ausgebildeten Halteanformungen können randseitig vorgesehen sein, und beispielsweise zwei-, drei- oder vierfach auf dem Umfang des Grundkörpers verteilt angeordnet werden. Die Halteanformungen können laschenartig oder domartig ausgeführt sein, und die Halteanformungen können beispielsweise zum Warmverbügeln oder zur Herstellung einer umlaufenden Schweißgeometrie zum Ultraschallschweißen oder Laserstrahlschweißen vorgesehen werden. Durch die Verwendung eines Spritzgussverfahrens ergeben sich folglich vorteilhafte Möglichkeiten, das Mikrolinsenarray mit zusätzlichen Merkmalen auszustatten. Insbesondere kann dabei das Mikrolinsenarray unverändert einteilig hergestellt werden. By a manufacturing method of the microlens arrays by injection molding, the advantage is advantageously additionally achieved that the microlens arrays can be equipped with further structural features that can be produced in the simplest case with a single injection molding step for producing the actual microlens array. For example, in the injection molding process, at least one holding formation is formed on the base body, which is produced in a common injection molding step in the same material as the base body. The holding projections formed on the base body may be provided on the edge side, and for example distributed twice, three or four times on the circumference of the base body. The holding formations can be designed in the form of tabs or domes, and the holding formations can be provided, for example, for hot-setting or for producing a circumferential welding geometry for ultrasonic welding or laser beam welding. The use of an injection molding process thus results in advantageous possibilities for equipping the microlens array with additional features. In particular, the microlens array can be produced in one piece as it is.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Mikrolinsenarray eine Prismenstruktur aufweist, die ebenfalls im Spritzgussverfahren hergestellt wird. Die Prismenstruktur kann dabei auf einer der Mikrolinsenstruktur gegenüberliegenden Grundfläche des Grundkörpers ebenfalls durch eine Abformung von einer Negativstruktur im Spritzgusswerkzeug hergestellt werden. Der Vorteil liegt insbesondere darin, dass durch das verwendete Spritzgussverfahren die Prismenstruktur in ihrer optischen Geometrie beliebig ausgeführt werden kann, und durch die applizierte Prismenstruktur auf der gegenüberliegenden Seite der Mikrolinsenstruktur wird erreicht, dass bei einer Beleuchtung des Mikrolinsenarrays keine Kollimationsoptik mehr notwendig ist, um das Mikrolinsenarray mit einem kollimierten Licht zu beleuchten. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, einen Grundkörper im Spritzgussverfahren herzustellen, der auf beiden sich gegenüberliegenden Planflächen eine Mikrolinsenstruktur aufweist. Ein Vorteil wird insbesondere bezüglich einer sich über der flächigen Erstreckung des Grundkörpers ändernden jeweiligen Struktur der Mikrolinsen erreicht, da diese nicht grundsätzlich zueinander geometrisch gleich ausgebildet sein müssen. Insbesondere ist auch hinsichtlich der Mikrolinsenstruktur dieser Vorteil umsetzbar, da die Prismenstruktur abhängig von der Position der Prismen auf dem Grundkörper unterschiedlich ausgestaltet ist. According to an advantageous development of the method, it is provided that the microlens array has a prism structure, which is also produced by injection molding. The prism structure can also be produced on a base surface of the base body opposite the microlens structure by means of an impression of a negative structure in the injection molding tool. The advantage lies in particular in the fact that the prism structure in its optical geometry can be carried out arbitrarily by the injection molding method used, and it is achieved by the applied prism structure on the opposite side of the microlens structure that, when the microlens array is illuminated, collimation optics are no longer necessary to achieve this To illuminate the microlens array with a collimated light. Of course, it is also possible to produce a base body by injection molding, which has a microlens structure on both opposite planar surfaces. An advantage is achieved, in particular, with respect to a respective structure of the microlenses which changes over the areal extent of the base body, since these do not generally have to have the same geometrical configuration as one another. In particular, this advantage can also be implemented with regard to the microlens structure, since the prism structure is configured differently depending on the position of the prisms on the base body.

Gemäß einer noch weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann das Mikrolinsenarray mit einer Maske hergestellt werden, wobei neben der Herstellung wenigstens eines Grundkörpers des Mikrolinsenarrays auch die Maske im Spritzgussverfahren hergestellt wird. Das Verfahren weist dabei beispielsweise folgende Schritte auf: Herstellung eines Grundkörpers im Spritzgussverfahren; Anspritzen der Maske an den Grundkörper mit einem weiteren Spritzgussschritt. Alternativ weist das Verfahren die Schritte auf: Herstellen einer Maske im Spritzgussverfahren; Anspritzen eines Grundkörpers an die Maske in einem weiteren Spritzgussschritt. According to yet another embodiment of the method, the microlens array can be produced with a mask, wherein, in addition to the production of at least one main body of the microlens array and the mask is produced by injection molding. The method has, for example, the following steps: Production of a base by injection molding; Injection of the mask to the base body with a further injection molding step. Alternatively, the method comprises the steps of: producing a mask by injection molding; Injection of a base body to the mask in a further injection molding step.

Insbesondere ist mit noch weiterem Vorteil vorgesehen, dass das Mikrolinsenarray mit dem Grundkörper und mit der Maske im Mehrkomponentenspritzgussverfahren oder im In-Mould-Verfahren hergestellt wird, so dass wenigstens ein Grundkörper an die Maske angespritzt wird oder so dass die Maske an den Grundkörper angespritzt wird. Das Herstellen der ersten Komponente und das Anspritzen der zweiten Komponente kann dabei mit besonderem Vorteil in einem einzigen Spritzgusswerkzeug erfolgen, das beispielsweise mit Schiebern zur Schaffung nachfolgender Kavitäten ausgestattet ist. In particular, it is provided with an even further advantage that the microlens array is produced with the base body and with the mask in the multicomponent injection molding process or in the in-mold process, so that at least one base body is molded onto the mask or so that the mask is molded onto the base body , The production of the first component and the injection of the second component can be carried out with particular advantage in a single injection molding tool, which is equipped for example with slides to create subsequent cavities.

Beispielsweise weist das Mikrolinsenarray einen Grundkörper aus Glas auf, so dass der Grundkörper in einem Glas-Spritzgussverfahren hergestellt wird, so dass die Mikrolinsenstruktur von einer Negativstruktur im Glas-Spritzgusswerkzeug abgeformt wird. Insbesondere sind niedrigschmelzende Gläser bekannt, die sich auf besondere Weise für das erfindungsgemäße Verfahren eignen. Der Vorteil ist insbesondere eine sehr hohe Oberflächenqualität des spritzgegossenen Glas-Erzeugnisses, die keine Nacharbeit erfordert. For example, the microlens array comprises a base body made of glass, so that the base body is produced in a glass injection molding process, so that the microlens structure is shaped from a negative structure in the glass injection molding tool. In particular, low-melting glasses are known, which are particularly suitable for the inventive method. The advantage is in particular a very high surface quality of the injection-molded glass product, which requires no reworking.

Das Verfahren umfasst weiterhin das Einbringen der Negativstruktur in das Spritzgusswerkzeug zur Abformung der Mikrolinsenstruktur und/oder der Prismenstruktur und/oder einer Halteanformung, wobei erfindungsgemäß die Negativstruktur im Spritzgusswerkzeug mittels einer Hochgeschwindigkeits-Diamantwerkzeugbearbeitung oder mittels einer Laser-Schicht-Aufbautechnik hergestellt wird. Als weitere Einbringungsmethode der Negativstruktur in das Spritzgusswerkzeug besteht die Möglichkeit, die Mikrolinsenstruktur im Stereolithographieverfahren zu erstellen. Bekannt sind dabei Verfahren zum exakten Geometrieaufbau im Nanometerbereich oder Mikrometerbereich. Diese sogenannten Rapid-Prototyping-Verfahren kommen oft auch für Endprodukte zur Anwendung. Von dem derart hergestellten Mikrolinsenarray kann dann ein Galvano abgeformt werden, der dann als Werkzeugeinsatz in ein Spritzgusswerkzeug eingesetzt wird. Alternative Werkstoffe sind beispielsweise Kunststoffe, wie PMMA, PC oder dergleichen, auch ist es möglich, ein optisches Silikon zu verwenden, um den Grundkörper des Mikrolinsenarrays im Spritzgussverfahren herzustellen. The method further comprises introducing the negative structure into the injection molding tool for molding the microlens structure and / or the prism structure and / or a holding application, wherein according to the invention the negative structure is produced in the injection molding tool by means of high-speed diamond tool machining or by means of a laser-layer build-up technique. As a further method of introducing the negative structure into the injection molding tool, it is possible to create the microlens structure using the stereolithography method. Known methods are the exact geometry in the nanometer range or Micrometer range. These so-called rapid prototyping methods are often also used for end products. From the microlens array thus produced, a galvano can then be molded, which is then used as a tool insert in an injection molding tool. Alternative materials are, for example, plastics, such as PMMA, PC or the like, and it is also possible to use an optical silicone in order to produce the basic body of the microlens array by injection molding.

Die Erfindung richtet sich weiterhin auf ein Mikrolinsenarray, das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wird. Insbesondere kann das Mikrolinsenarray zwei Grundkörper aufweisen, zwischen denen eine Maske angeordnet ist, wobei die Verbindung zwischen den Grundkörpern und der Maske mittels eines Mehrkomponentenspritzgussverfahrens oder mittels eines In-Mould-Verfahrens gebildet wird. Mit besonderem Vorteil weist der wenigstens eine Grundkörper ein Glas oder ein optisches Silikon auf. Bei der Verwendung von zwei Grundkörpern können beide aus demselben Material mit identischer Brechzahl ausgebildet werden oder es ist vorgesehen, dass beide Grundkörper aus unterschiedlichem Material mit unterschiedlicher Brechzahl gefertigt sind. The invention further relates to a microlens array which is produced by the method according to the invention. In particular, the microlens array may comprise two main bodies, between which a mask is arranged, wherein the connection between the basic bodies and the mask is formed by means of a multi-component injection molding process or by means of an in-mold process. With particular advantage, the at least one base body to a glass or an optical silicone. When using two basic bodies, both can be formed from the same material with the same refractive index, or it is provided that both basic bodies are made of different materials with different refractive indices.

BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt: Further, measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to FIGS. It shows:

1 eine perspektivische Ansicht eines Mikrolinsenarrays mit einem einteiligen Grundkörper und mit an diesem angeformten Halteanformungen, 1 a perspective view of a microlens array with a one-piece body and molded with this holding formations,

2 ein Mikrolinsenarray mit zwei Grundkörpern, zwischen denen eine Maske angeordnet ist, 2 a microlens array with two basic bodies, between which a mask is arranged,

3 ein Mikrolinsenarray mit einem Grundkörper, der eine freie, von einer mathematischen Grundform abweichende Kontur aufweist, 3 a microlens array having a base body which has a free contour deviating from a mathematical basic shape,

4 eine perspektivische Ansicht eines Grundkörpers eines Mikrolinsenarrays mit einer Mikrolinsenstruktur, die eine Wabenform aufweist, 4 a perspective view of a main body of a microlens array with a microlens structure having a honeycomb shape,

5 eine perspektivische Ansicht eines Mikrolinsenarrays mit einer Mikrolinsenstruktur, die eine streifenförmige Mikrolinsenstruktur aufweist, 5 a perspective view of a microlens array with a microlens structure having a strip-shaped microlens structure,

6 eine perspektivische Ansicht eines Grundkörpers eines Mikrolinsenarrays mit auf der vorderen Planseite des Grundkörpers aufgebrachten Prismenstruktur, 6 a perspective view of a main body of a microlens array with applied on the front plan side of the body prism structure,

7 eine abgewandelte Ausführungsform eines Mikrolinsenarrays mit zwei Grundkörpern und einer zwischen den Grundkörpern vorhandenen Maske, wobei ein erster Grundkörper eine Mikrolinsenstruktur auf einer konkaven Oberfläche aufweist, und der weitere Grundkörper weist eine Mikrolinsenstruktur auf einer konvexen Oberfläche auf, 7 3 shows a modified embodiment of a microlens array having two base bodies and a mask present between the base bodies, a first base body having a microlens structure on a concave surface, and the further base body having a microlens structure on a convex surface,

8 eine Ansicht eines Mikrolinsenarrays mit zwei Grundkörpern und mit einer zwischen den Grundkörpern angeordneten Maske, wobei die Grundkörper konkave Flächen aufweisen, auf denen die Mikrolinsenstruktur aufgebracht ist, 8th 3 a view of a microlens array with two basic bodies and with a mask arranged between the basic bodies, the basic bodies having concave surfaces on which the microlens structure is applied,

9 die Ansicht eines Grundkörpers mit einer Maske vor dem Zusammenfügen des Grundkörpers mit der Maske und 9 the view of a body with a mask before joining the body with the mask and

10 eine Ansicht eines Mikrolinsenarrays mit einem Grundkörper und der Maske auf einer ersten Seite des Grundkörpers, die einer zweiten Seite des Grundkörpers mit einer eingebrachten Mikrolinsenstruktur gegenüberliegend ausgebildet ist. 10 a view of a microlens array with a base body and the mask on a first side of the base body, which is opposite to a second side of the base body with an introduced microlens structure formed.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Mikrolinsenarrays 1 mit einem etwa quadratischen Grundkörper, und der quadratische Grundkörper besitzt eine flächige Erstreckung, und auf den Seitenflächen befinden sich Mikrolinsenstrukturen 11. Die Mikrolinsen der Mikrolinsenstruktur 11 sind quadratisch ausgeführt, und jeder Mikrolinse der sich gegenüberliegenden Mikrolinsenstrukturen 11 ist eine jeweils gegenüberliegende Mikrolinse zugeordnet. Wird Licht von einer ersten Seite in den Grundkörper 10 des Mikrolinsenarrays 1 eingestrahlt, so ergibt sich für jedes Mikrolinsenpaar ein Strahlengang, und auf der der Lichtquelle zur Beleuchtung des Mikrolinsenarrays 1 gegenüberliegenden Seite ergibt sich eine beleuchtete Fläche mit einer im wesentlichen gleichen Lichtintensität und einer entsprechend scharfen Berandung. 1 shows an embodiment of a microlens array 1 with an approximately square base body, and the square base body has a planar extension, and on the side surfaces are micro lens structures 11 , The microlenses of the microlens structure 11 are square, and each microlens of the opposing microlens structures 11 is associated with a respective opposite microlens. Will light from a first page in the body 10 of the microlens array 1 irradiated, it results for each pair of microlenses a beam path, and on the light source for illumination of the microlens array 1 opposite side results in an illuminated area with a substantially same light intensity and a correspondingly sharp boundary.

Das Ausführungsbeispiel zeigt ein Mikrolinsenarray 1 mit einem Grundkörper 10, der mit einem Spritzgusswerkzeug in einem Spritzgussverfahren hergestellt wird, so dass die Mikrolinsenstruktur 11 von einer Negativstruktur im Spritzgusswerkzeug abgeformt wird. Zusätzlich weist das Mikrolinsenarray 1 Halteanformungen 12 am Grundkörper 10 auf, die in einem gemeinsamen Spritzgussschritt materialeinheitlich mit dem Grundkörper 10 hergestellt sind. Durch das erfindungsgemäße Spritzgussverfahren zur Herstellung des Grundkörpers ergeben sich die Vorteile weiterer möglicher Strukturmerkmale am Grundkörper 10, die beispielhaft als Haltanfomungen 12 ausgebildet sind, und die auch weitere Anformungen darstellen können, um insbesondere auch andere Funktionen zu erfüllen. The exemplary embodiment shows a microlens array 1 with a basic body 10 , which is manufactured with an injection molding tool in an injection molding process, so that the microlens structure 11 is molded by a negative structure in the injection mold. In addition, the microlens array points 1 retaining projections 12 at the base body 10 on, in a common injection molding step of the same material with the main body 10 are made. The injection molding process according to the invention for the production of the main body affords the advantages of further possible structural features on the main body 10 , the example as Haltanfomungen 12 are formed, and which may also represent other forms, in particular to fulfill other functions.

2 zeigt eine weiterführende Ausgestaltung eines Mikrolinsenarrays 1 mit zwei Grundkörpern 10, die über zwei Planflächen gegeneinander zur Anlage gebracht sind. Zwischen den beiden Grundkörpern 10 befindet sich eine Maske 14, und auf den äußeren Seitenflächen der beiden Grundkörper 10 sind Mikrolinsenstrukturen 11 eingebracht. Die Maske 10 kann in an sich bekannter Weise Mikrodias umfassen, die bei einer Durchleuchtung des Mikrolinsenarrays 1 beispielsweise das entstehende Lichtfeld konturieren. Die Lage des Mikrodias muss nicht zwingend mittig sein, diese ist vielmehr von der optischen Ausführung abhängig und somit variabel. 2 shows a further embodiment of a microlens array 1 with two basic bodies 10 , which are brought against each other over two plane surfaces to each other. Between the two basic bodies 10 there is a mask 14 , and on the outer side surfaces of the two main body 10 are microlens structures 11 brought in. The mask 10 may comprise in a conventional manner microdia, which in a fluoroscopy of the microlens array 1 For example, contour the resulting light field. The position of the micro-slide does not necessarily have to be centered, but rather depends on the optical design and is therefore variable.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mikrolinsenarrays 1 mit beispielhaft auf einer Seitenfläche des Grundkörpers 10 eingebrachter Mikrolinsenstruktur 11, und der Grundkörper 10 besitzt eine freie Kontur 15, die beispielsweise nicht an eine mathematische Grundform angepasst ist. Das Ausführungsbeispiel zeigt, dass bei einer Herstellung des Mikrolinsenarrays mittels eines Spritzgussverfahrens mit einem Spritzgusswerkzeug freie Konturen 15 möglich sind, ohne dass beispielsweise bei einem Substrat-Auftragsverfahren die Herstellung der Mikrolinsenarrays an vorgegebene Substratformate gebunden ist, insbesondere können mittels des Spritzgussverfahrens auch gebogene oder frei gekrümmte Flächen als Trägerflächen für ein Mikrolinsenarray 1 genutzt werden. 3 shows a further embodiment of a microlens array 1 with exemplary on a side surface of the body 10 introduced microlens structure 11 , and the main body 10 has a free contour 15 which, for example, is not adapted to a basic mathematical form. The exemplary embodiment shows that in a production of the microlens array by means of an injection molding process with an injection molding tool free contours 15 are possible without, for example, in a substrate application method, the production of microlens arrays is bound to predetermined substrate formats, in particular by means of injection molding and curved or free curved surfaces as support surfaces for a microlens array 1 be used.

4 stellt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines Mikrolinsenarrays 1 mit einem Grundkörper 10 dar, und auf den Seitenflächen des flächig ausgebildeten Grundkörpers 10 sind Mikrolinsenstrukturen 11 eingebracht, die eine Wabenstruktur aufweisen. 4 shows in a perspective view an embodiment of a microlens array 1 with a basic body 10 represents, and on the side surfaces of the flat body formed 10 are microlens structures 11 introduced, which have a honeycomb structure.

5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Mikrolinsenarrays 1 in einer perspektivischen Ansicht, in der die Mikrolinsenstruktur nach Art einer Streifenoptik ausgebildet ist, und die Mikrolinsen bilden beispielsweise halbkreisförmige Zylinderlinsen. 5 shows an embodiment of a microlens array 1 in a perspective view, in which the microlens structure is formed in the manner of a stripe optical system, and the microlenses form semicircular cylindrical lenses, for example.

Die Ausführungsbeispiele in den 4 und 5 zeigen die Flexibilität bei der Herstellung von Mikrolinsenarrays 1 mittels eines Spritzgussverfahrens, da das Spritzgusswerkzeug mit einer entsprechenden Bearbeitung mit beliebigen Formen herstellbar ist. Beispielsweise müssen die Mikrolinsen der Mikrolinsenstruktur 11 über der flächigen Erstreckung des Grundkörpers 10 nicht alle zueinander gleiche geometrische Ausgestaltungen aufweisen, und beispielsweise können Mikrolinsen im Randbereich der Mikrolinsenstruktur 11 eine andere sphärische Ausgestaltung aufweisen als im Mittenbereich. Auch die Streifenoptik kann so ausgestaltet sein, dass sich die geometrische Gestalt der Zylinderlinsen über der Höhe des Grundkörpers 10 ändert. The embodiments in the 4 and 5 show the flexibility in the production of microlens arrays 1 by means of an injection molding process, since the injection molding tool can be produced with a corresponding machining with any shapes. For example, the microlenses must be the microlens structure 11 over the planar extension of the body 10 not all have the same geometric configurations, and for example, microlenses in the edge region of the microlens structure 11 have a different spherical configuration than in the middle area. The strip optics can also be designed such that the geometric shape of the cylindrical lenses is above the height of the main body 10 changes.

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mikrolinsenarrays 1 mit einer Prismenstruktur 13 auf einer ersten Seite und mit einer Mikrolinsenstruktur 11 auf einer gegenüberliegenden Seite des Grundkörpers 10. Die Prismenstruktur 13 befindet sich auf einer Lichteinstrahlseite 16, und die Prismenstruktur 13 kann eine Kollimationsoptik zwischen einer Lichtquelle und dem Mikrolinsenarray 1 ersetzen. Auch dieses Ausführungsbeispiel zeigt die Flexibilität bei der Herstellung des Mikrolinsenarrays 1, da das Werkzeug zum Spritzguss mit einer Negativstruktur hergestellt werden kann, an der die Prismenstruktur 13 abgeformt werden kann. 6 shows a further embodiment of a microlens array 1 with a prism structure 13 on a first page and with a microlens structure 11 on an opposite side of the main body 10 , The prism structure 13 is located on a light beam side 16 , and the prism structure 13 can a collimation optics between a light source and the microlens array 1 replace. This embodiment also shows the flexibility in the production of the microlens array 1 because the injection molding tool can be made with a negative structure on which the prism structure 13 can be molded.

7 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Mikrolinsenarrays 1 aus 2, und ein erster Grundkörper 10 weist auf einer Seitenfläche eine Mikrolinsenstruktur 11 auf, wobei die Seitenfläche konkav ausgebildet ist. Die gegenüberliegende Seitenfläche weist eine konvexe Form auf, auf der die Mikrolinsenstruktur 11 aufgebracht ist. 7 shows a modified embodiment of the microlens array 1 out 2 , and a first body 10 has a microlens structure on a side surface 11 on, wherein the side surface is concave. The opposite side surface has a convex shape on which the microlens structure 11 is applied.

8 zeigt ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Mikrolinsenarrays 1 gemäß 2, wobei beide Seitenflächen der Grundkörper 10 konkav ausgebildet sind, auf denen die Mikrolinsenstrukturen 11 aufgebracht sind. 8th shows a further modified embodiment of the microlens array 1 according to 2 , where both side surfaces of the main body 10 are concave, on which the microlens structures 11 are applied.

Die weiteren Ausführungsbeispiele der 7 und 8 zeigen, dass eine hohe Flexibilität bei der Herstellung eines Mikrolinsenarrays 1 mittels eines Spritzgussverfahrens gegeben ist. Die Negativstrukturen in den Spritzgusswerkzeugen können mit Hochgeschwindigkeits-Zerspanungswerkzeugen hergestellt werden, wodurch sehr hohe Oberflächengüten erzeugt werden können, und wobei sehr feine Strukturen bis in den unteren Mikrometerbereich erzeugt werden können. The other embodiments of the 7 and 8th show that a high flexibility in the production of a microlens array 1 is given by means of an injection molding process. The negative structures in the injection molds can be made with high speed cutting tools, which can produce very high surface finishes, and can produce very fine structures down to the micrometer level.

9 zeigt einen Grundkörper 10 und eine Maske 14, und die Maske 14 mit in die Maske 14 eingebrachten Abbildungskonturen 17 wird auf eine Planfläche des Grundkörpers 10 aufgebracht, die einer Fläche mit einer Mikrolinsenstruktur 11 gegenüberliegend ausgebildet ist. 9 shows a main body 10 and a mask 14 , and the mask 14 with in the mask 14 introduced picture contours 17 is on a plane surface of the body 10 applied to a surface with a microlens structure 11 is formed opposite.

10 zeigt schließlich das Mikrolinsenarray 1 mit einem einzigen Grundkörper 10 und der auf eine Planfläche aufgebrachten Maske 14 mit der Abbildungskontur 17, und gegenüberliegend zur Anordnung der Maske 14 weist der Grundkörper 10 die Mikrolinsenstruktur 11 auf. Wird das Mikrolinsenarray 1 eingesetzt, so wird dieses von der Seite der Maske 14 bestrahlt, und das aufgestrahlte Licht durchtritt die Maske 14 durch die Öffnungen der Abbildungskonturen 17. Die gezeigten beispielhaft sechseckigen Abbildungskonturen 17 sind jeweiligen Mikrolinsen der Mikrolinsenstruktur 11 zugeordnet, und die Abbildung, die mit dem Mikrolinsenarray 1 erreicht werden kann, weist ebenfalls die Sechseckform der Abbildungskontur 17 auf. 10 finally shows the microlens array 1 with a single body 10 and the mask applied to a plane surface 14 with the picture contour 17 , and opposite to the arrangement of the mask 14 indicates the basic body 10 the microlens structure 11 on. Will the microlens array 1 used, this is from the side of the mask 14 irradiated, and the radiated light passes through the mask 14 through the openings of the imaging contours 17 , The exemplary hexagonal imaging contours shown 17 are respective microlenses of the microlens structure 11 assigned, and the figure with the microlens array 1 reached also has the hexagon shape of the imaging contour 17 on.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. The invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiment. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use. Any features and / or advantages resulting from the claims, the description or the drawings, including constructive details, spatial arrangements and method steps, can be essential to the invention, both individually and in the most diverse combinations.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Mikrolinsenarray Microlens array
10 10
Grundkörper body
11 11
Mikrolinsenstruktur Microlens structure
12 12
Halteanformung Halteanformung
13 13
Prismenstruktur prismatic structure
14 14
Maske mask
15 15
freie Kontur free contour
16 16
Lichteinstrahlseite Lichteinstrahlseite
17 17
Abbildungskontur illustration Silhouette

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines Mikrolinsenarrays (1), aufweisend wenigstens einen lichtdurchlässigen Grundkörper (10) mit einer flächigen Erstreckung, wobei der Grundkörper (10) auf wenigstens einer Grundfläche eine Mikrolinsenstruktur (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Grundkörper (10) mit einem Spritzgusswerkzeug in einem Spritzgussverfahren hergestellt wird, sodass die Mikrolinsenstruktur (11) von einer Negativstruktur im Spritzgusswerkzeug abgeformt wird. Method for producing a microlens array ( 1 ), comprising at least one light-transmissive body ( 10 ) with a planar extension, wherein the main body ( 10 ) on at least one base a microlens structure ( 11 ), characterized in that the at least one base body ( 10 ) is produced with an injection molding tool in an injection molding process, so that the microlens structure ( 11 ) is molded by a negative structure in the injection mold. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Spritzgussverfahren wenigstens eine Halteanformung (12) am Grundkörper (10) ausgebildet wird, die in einem gemeinsamen Spritzgussschritt materialeinheitlich mit dem Grundkörper (10) hergestellt wird. A method according to claim 1, characterized in that in the injection molding at least one holding Anformung ( 12 ) on the base body ( 10 ) is formed, the material in a common injection molding step with the base body ( 10 ) will be produced. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrolinsenarray (1) eine Prismenstruktur (13) aufweist, die im Spritzgussverfahren auf einer der Mikrolinsenstruktur (11) gegenüberliegenden Grundfläche des Grundkörpers (10) durch eine Abformung von einer Negativstruktur im Spritzgusswerkzeug hergestellt wird. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the microlens array ( 1 ) a prism structure ( 13 ), which by injection molding on one of the microlens structure ( 11 ) opposite base surface of the base body ( 10 ) is produced by an impression of a negative structure in the injection molding tool. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrolinsenarray (1) eine Maske (14) aufweist, die im Spritzgussverfahren hergestellt wird. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the microlens array ( 1 ) a mask ( 14 ), which is produced by injection molding. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrolinsenarray (1) mit dem Grundkörper (10) und mit der Maske (14) im Mehrkomponentenspritzgussverfahren oder im In-Mould-Verfahren hergestellt wird, sodass wenigstens ein Grundkörper (10) an die Maske (14) angespritzt wird oder sodass die Maske (14) an den Grundkörper (10) angespritzt wird. Method according to claim 4, characterized in that the microlens array ( 1 ) with the basic body ( 10 ) and with the mask ( 14 ) is produced in the multi-component injection molding process or in the in-mold process, so that at least one main body ( 10 ) to the mask ( 14 ) or so that the mask ( 14 ) to the main body ( 10 ) is injected. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrolinsenarray (1) einen Grundkörper (10) aus Glas aufweist, wobei der Grundkörper (10) in einem Glas-Spritzgussverfahren hergestellt wird, sodass die Mikrolinsenstruktur (11) von einer Negativstruktur im Glas-Spritzgusswerkzeug abgeformt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the microlens array ( 1 ) a basic body ( 10 ) made of glass, wherein the main body ( 10 ) is produced in a glass injection molding process, so that the microlens structure ( 11 ) is molded by a negative structure in the glass injection mold. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Negativstruktur zur Abformung der Mikrolinsenstruktur (11) und/oder der Prismenstruktur (13) in das Spritzgusswerkzeug mittels einer Hochgeschwindigkeits-Diamantwerkzeugbearbeitung oder mittels einer Laser-Schicht-Aufbautechnik oder durch eine Stereolithographie eingebracht wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the negative structure for the impression of the microlens structure ( 11 ) and / or the prism structure ( 13 ) is introduced into the injection molding tool by means of high-speed diamond tool machining or by means of a laser-layer build-up technique or by stereolithography. Mikrolinsenarray (1), hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche. Microlens array ( 1 ), produced by a method according to any one of the preceding claims. Mikrolinsenarray (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Grundkörper (10) vorgesehen sind, zwischen denen eine Maske (14) angeordnet ist, wobei die Verbindung zwischen den Grundkörpern (10) und der Maske (14) mittels eines Mehrkomponentenspritzgussverfahrens oder einem In-Mould-Verfahren gebildet ist. Microlens array ( 1 ) according to claim 8, characterized in that two basic bodies ( 10 ) between which a mask ( 14 ), the connection between the basic bodies ( 10 ) and the mask ( 14 ) is formed by means of a multi-component injection molding process or an in-mold process. Mikrolinsenarray (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Grundkörper (10) ein Glas, ein optisches Silikon oder ein Kunststoffmaterial aufweist. Microlens array ( 1 ) according to claim 8 or 9, characterized in that the at least one base body ( 10 ) comprises a glass, an optical silicone or a plastic material.
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