-
Gebiet der Erfindung
-
Das Gebiet der Erfindung betrifft allgemein optische Displays und deren Herstellung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung optische Vorrichtungen, die Licht intern leiten und das Licht durch eine Anordnung interner reflektierender Flächen nach außen lenken. Derartige reflektierende Lichtleitvorrichtungen können für Head-Mounted-Displays verwendet werden. Ein solches Display kann dazu verwendet werden, dem für den Benutzer sichtbaren Umgebungsbild Bildinformationen eines Projektors zu überlagern. Selbstverständlich können auch andere Displays als Head-Mounted-Displays eine solche optische Vorrichtung und Überlagerung verschiedener Bild- oder Informationsquellen verwenden.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Head-Mounted-Displays mit einer reflektierenden Lichtleitvorrichtung können dazu verwendet werden, in den Lichtleiter eingekoppelte Informationen anzuzeigen, die entlang diesem geleitet und dann zum Auge eines Benutzers reflektiert werden. Da der Lichtleiter transparent ist, kann der Benutzer auch seine Umgebung durch den Lichtleiter beobachten. Somit können die in den Lichtleiter eingekoppelten Informationen für Augmented-Reality-Anwendungen dem Bild der Umgebung überlagert werden.
-
Für diese oder ähnliche Anwendungen geeignete reflektierende Lichtleitvorrichtungen sind aus einer Vielzahl von verklebten Glaselementen mit reflektierenden oder teilreflektierenden Schichten gebildet. Die Lichtleitvorrichtungen weisen somit eine komplexe Strukturierung auf und sind teuer in der Herstellung. Typischerweise wird ein plattenförmiges Zwischenprodukt mit den verklebten Glaselementen hergestellt, und anschließend wird der Lichtleiter entlang einer vordefinierten Konturlinie entsprechend der gewünschten Form, z.B. der Form einer Brillenlinse, daraus ausgeschnitten.
-
Das Schneiden ist jedoch schwierig, da die verklebten Verbindungen und das Glas sehr unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen und die Verbindungen beim Schneidprozess zur Delamination neigen. Somit kann der Schneidprozess eine gewisse Menge an Ausschuss produzieren, was besonders nachteilig ist, da das Schneiden einer der letzten Produktionsschritte ist, bei dem die meisten Produktionskosten bereits angefallen sind. Ferner kann auch eine geringe Delamination am Rand oder innerhalb der reflektierenden Lichtleitvorrichtung die Festigkeit des Lichtleiters und dessen optische Eigenschaften erheblich beeinträchtigen.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen zuverlässigeren Schneidprozess bereitzustellen und die mechanischen und optischen Eigenschaften des Rands einer reflektierenden Lichtleitvorrichtung zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Zur Lösung der vorgenannten Probleme wird ein Verfahren zum Ausschneiden einer reflektierenden Lichtleitvorrichtung aus einer Lichtleitplatte bereitgestellt, wobei
- - die Lichtleitplatte zwei Hauptflächen hat, und
- - eine Vielzahl von Glaselementen mit Klebeflächen umfasst, wobei die Glaselemente an ihren Klebeflächen durch Bindeschichten miteinander verklebt sind;
- - wobei die Lichtleitplatte ferner lichtreflektierende Schichten umfasst, die sich entlang den Klebeflächen der miteinander verklebten Glaselemente erstrecken, wobei
- - mindestens innerhalb eines Teils der Lichtleitplatte die Klebeflächen der Glaselemente und damit die lichtreflektierenden Schichten schräg zu den Hauptflächen ausgerichtet sind, und wobei eine reflektierende Lichtleitvorrichtung entlang einer vordefinierten Kontur aus der Lichtleitplatte ausgeschnitten wird, indem der Laserstrahl eines Ultrakurzpulslasers auf die Lichtleitplatte fokussiert und gerichtet wird, so dass der Laserstrahl auf einer der Hauptflächen in die Lichtleitplatte eintritt und einen länglichen Fokus aufweist, so dass eine filamentförmige Schädigung entlang dem länglichen Fokus innerhalb der Lichtleitplatte gebildet wird, und wobei
- - der Laserstrahl relativ zur Lichtleitplatte entlang der vordefinierten Kontur weiterbewegt wird, so dass eine Vielzahl von filamentförmigen Schädigungen nebeneinander in die Lichtleitplatte eingebracht werden, so dass die filamentförmigen Schädigungen die vordefinierte Kontur wiedergeben, wobei
- - sich mindestens ein Abschnitt der vordefinierten Kontur innerhalb des Teils der Lichtleitplatte erstreckt, in dem die verklebten Klebeflächen der Glaselemente und der lichtreflektierenden Schichten schräg zu den Hauptflächen ausgerichtet sind, so dass der Laserstrahl die schräg zum Laserstrahl ausgerichtete lichtreflektierende Schicht durchdringt, wobei sich die filamentförmigen Schädigungen beidseitig der lichtreflektierenden Schicht erstrecken, und wobei
- - die reflektierende Lichtleitvorrichtung an der durch die filamentförmigen Schädigungen geschwächten vordefinierten Kontur durch Abspalten von der Lichtleiterplatte getrennt wird.
-
Die Trennung unter Verwendung des Verfahrens gemäß dieser Offenbarung bietet eine höhere Qualität der Ränder im Vergleich zu CNC-bearbeiteten Lichtleitern. Im Vergleich zu CNC-bearbeiteten Rändern wird ein sehr geringer Absplitterungsgrad beobachtet. Ferner tritt keine oder zumindest nahezu keine Delamination an den Klebeschichten zwischen den Glaselementen auf. Dementsprechend wird gemäß einem zweiten Aspekt eine reflektierende Lichtleitvorrichtung bereitgestellt, die vorzugsweise mit dem Verfahren gemäß dieser Offenbarung herstellbar ist, wobei die reflektierende Lichtleitvorrichtung plattenförmig ist und zwei Hauptflächen und eine Randfläche, die die Außenkontur der reflektierenden Lichtleitvorrichtung bildet und sich zwischen den Hauptflächen erstreckt, aufweist, wobei die reflektierende Lichtleitvorrichtung
- - eine Vielzahl von Glaselementen mit Klebeflächen umfasst, wobei die Glaselemente an ihren Klebeflächen durch Bindeschichten miteinander verklebt sind; wobei
- - die reflektierende Lichtleitvorrichtung ferner lichtreflektierende Schichten umfasst, die sich entlang den Klebeflächen der Glaselemente erstrecken, wobei
- - mindestens innerhalb eines Teils der reflektierenden Lichtleitvorrichtung die Klebeflächen der Glaselemente und damit die lichtreflektierenden Schichten schräg zu den Hauptflächen ausgerichtet sind, und wobei zumindest einige der lichtreflektierenden Schichten, die schräg zu den Hauptflächen ausgerichtet sind, an der Randfläche der reflektierenden Lichtleitvorrichtung enden. Die Verklebung kann mit organischem Klebstoff oder anorganischem Klebstoff, vorzugsweise mit organischem Klebstoff, erfolgen. Dementsprechend werden die Glaselemente vorzugsweise durch organische Bindeschichten miteinander verklebt. Die Randfläche wird durch den oben beschriebenen Laserfilamentierungsprozess hergestellt. Typischerweise weist die Randfläche aufgrund des Prozesses eine Oberflächenstruktur mit mindestens einem der folgenden Merkmale auf:
- - Die Oberflächenstruktur hat ein anisotropes Raumfrequenzspektrum, wobei die Raumfrequenzen in der Richtung senkrecht zu den Hauptflächen einen niedrigeren Medianwert aufweisen als die Raumfrequenzen in einer Richtung senkrecht dazu entlang der Randfläche,
- - Die Randfläche hat ein Muster von regelmäßig beabstandeten länglichen kanalartigen Strukturen, die sich senkrecht zu den Hauptflächen erstrecken und eine laterale Abmessung von weniger als 2 µm aufweisen.
-
Das Verfahren zur Herstellung einer reflektierenden Lichtleitvorrichtung gemäß dieser Offenbarung erzeugt im Allgemeinen auch Ränder an der reflektierenden Lichtleitvorrichtung, die gegebenenfalls nur geringe Absplitterungen und/oder keine oder nahezu keine Delamination der Bindeschichten aufweisen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird somit unabhängig davon, ob die Merkmale von beabstandeten Kanälen oder einer anisotropen Textur vorhanden sind, eine reflektierende Lichtleitvorrichtung bereitgestellt, wobei die reflektierende Lichtleitvorrichtung plattenförmig ist und zwei Hauptflächen und eine die Außenkontur der reflektierenden Lichtleitvorrichtung bildende Randfläche aufweist, die sich zwischen den Hauptflächen erstreckt, wobei die reflektierende Lichtleitvorrichtung
- - eine Vielzahl von Glaselementen mit Klebeflächen umfasst, wobei die Glaselemente an ihren Klebeflächen durch Bindeschichten miteinander verklebt sind; wobei
- - die reflektierende Lichtleitvorrichtung ferner lichtreflektierende Schichten umfasst, die sich entlang den Klebeflächen der Glaselemente erstrecken, wobei
- - mindestens innerhalb eines Teils der reflektierenden Lichtleitvorrichtung die Klebeflächen der Glaselemente und damit die lichtreflektierenden Schichten schräg zu den Hauptflächen ausgerichtet sind, d. h. zu den Hauptflächen schief oder geneigt bzw. in einem Winkel ausgerichtet sind, und wobei zumindest einige der lichtreflektierenden Schichten, die schräg zu den Hauptflächen ausgerichtet sind, an der Randfläche der reflektierenden Lichtleitvorrichtung enden, wobei die reflektierende Lichtleitvorrichtung mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist:
- - Absplitterungen am Rand zwischen der Randfläche und einer Hauptfläche innerhalb des Teils des reflektierenden Lichtleiters, in dem die Klebeflächen der Glaselemente und damit die lichtreflektierenden Schichten schräg zu den Hauptflächen ausgerichtet sind, erstrecken sich im Mittel um weniger als 30 µm, vorzugsweise weniger als 10 µm, in die Hauptfläche,
- - Absplitterungen am Rand zwischen der Randfläche und einer Hauptfläche innerhalb des Teils des reflektierenden Lichtleiters, in dem die Klebeflächen der Glaselemente und damit die lichtreflektierenden Schichten schräg zu den Hauptflächen ausgerichtet sind, erstrecken sich im Mittel um weniger als 30 µm, vorzugsweise weniger als 10 µm, entlang der Randfläche,
- - Absplitterungen am Rand zwischen der Randfläche und einer Hauptfläche haben eine Länge entlang dem Rand von im Mittel weniger als 50 µm.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die erfindungsgemäße Lichtleitvorrichtung ein Okular.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Lichtleitplatte.
- 2 zeigt ein Glaselement.
- 3 zeigt eine Lichtleitplatte, die auf einem Träger montiert ist.
- 4 zeigt eine aus der in 1 gezeigten Lichtleitplatte ausgeschnittene reflektierende Lichtleitvorrichtung.
- 5 zeigt eine Oberflächenstruktur der Randfläche einer reflektierenden Lichtleitvorrichtung.
- 6 zeigt eine Mikrofotoaufnahme einer Randfläche.
- 7 zeigt einen Konturverlauf des Raumfrequenzspektrums der Mikrofotoaufnahme von 6.
- 8 und 9 zeigen Mikrofotoaufnahmen von CNC-bearbeiteten Rändern.
- 10 und 11 zeigen Mikrofotoaufnahmen eines laserbearbeiteten Rands.
- 11, 12 und 13 zeigen Mikrofotoaufnahmen von Randflächen mit verklebten Glaselementen.
- 14 zeigt eine reflektierende Lichtleitvorrichtung, die unter Verwendung eines variierenden Abstandes der filamentförmigen Schädigungen hergestellt ist.
-
Ausführliche Beschreibung
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Lichtleitplatte 3. Die Lichtleitplatte 3 weist zwei zueinander parallele Hauptflächen 30, 31 auf. Die Lichtleitplatte 3 ist aus einer Vielzahl von Glaselementen 5 gebildet, die über organische Bindeschichten 7 an Klebeflächen 50 miteinander verklebt sind. Für die Bindeschichten 7 kann beispielsweise ein UV-härtender Klebstoff verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform, und wie auch in 1 gezeigt ist, ist die Lichtleitplatte 3 sowie die aus der Lichtleitplatte 3 ausgeschnittene Lichtleitvorrichtung in mindestens zwei Teile 32, 36, 38, 40 unterteilt, wobei benachbarte Teile unterschiedlich geformte und/oder ausgerichtete Glaselemente 5 aufweisen. In dem Teil 32 sind die Klebeflächen 50 der Glaselemente 5 schräg zu den Hauptflächen 30, 31 der Lichtleitplatte 3 ausgerichtet. Es können im Allgemeinen andere Teile der Lichtleitplatte 3 vorhanden sein, bei denen die Klebeflächen 50 parallel oder vertikal zu den Hauptflächen ausgerichtet sind. Zum Beispiel sind die Klebeflächen in dem Teil 36 senkrecht zu den Hauptflächen 30, 31 ausgerichtet. Der Teil 36 weist auch ein Paar Glaselemente 5 auf, die mit einer Bindeschicht 7 und jeweils parallel zu den Hauptflächen 30, 31 ausgerichteten Klebeflächen 50 verklebt sind. Zum Beispiel kann eine solche Klebefläche mit einer reflektierenden Schicht dazu verwendet werden, bestimmte Reflexionen zu unterdrücken, die Geisterbilder erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann die Lichtleitplatte 3 ein oder mehrere weitere optische Elemente, vorzugsweise ein Retarderelement, vorzugsweise ein doppelbrechendes Material, z.B. Quarz, umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst die Lichtleitplatte 3 ein Retarderelement, das von der vordefinierten Kontur 11 gekreuzt wird.
-
2 zeigt eine Ausführungsform eines Glaselements 5, nämlich eines Glaselements 5, wie es im Teil 32 verwendet wird. Das Glaselement 5 weist einen parallelogrammförmigen Querschnitt auf, so dass seine Klebeflächen 50 bezüglich der Flächen 51 schräg oder geneigt sind. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist eine der Klebeflächen 50 mit einer lichtreflektierenden Schicht 9 versehen. Innerhalb des Teils 32 der Lichtleitplatte 3 erstrecken sich somit die lichtreflektierenden Schichten 9 entlang den Klebeflächen 50 der miteinander verklebten Glaselemente 5 und sind geneigt oder schräg zu den Hauptflächen 30, 31 ausgerichtet. Auf diese Weise wird in einer bevorzugten Ausführungsform entlang der Lichtleitplatte 3 bzw. der daraus ausgeschnittenen reflektierenden Lichtleitvorrichtung geleitetes Licht aus einer der Hauptflächen 30, 31 zum Auge eines Benutzers hin reflektiert. Die lichtreflektierende Schicht 9 ist vorzugsweise teilweise reflektierend, so dass nachfolgende lichtreflektierende Schichten 9 entlang dem Lichtweg jeweils nur einen Bruchteil des geleiteten Lichts reflektieren. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die lichtreflektierenden Schichten 9 als dielektrische Reflexionsbeschichtung bzw. dielektrische Spiegel ausgebildet, die typischerweise aus einer Folge dielektrischer Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes gebildet sind.
-
Wie in 1 zu sehen ist, kann die Lichtleitplatte 3 weitere Teile 36, 38, 40 umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Teil 36 vorgesehen, das Glaselemente 5 mit senkrecht zu den Hauptflächen 30, 31, jedoch schräg zur Richtung der Klebeflächen 50 der Glaselemente 5 des Teils 32 entlang den Hauptflächen 30, 31 ausgerichteten Klebeflächen aufweist. Auf diese Weise kann entlang der Platte 3 geleitetes Licht durch die lichtreflektierenden Schichten der Glaselemente 5 des Teils 36 zum Teil 32 abgelenkt werden. Da die lichtreflektierenden Schichten 9 des Teils 36 vorzugsweise teilweise reflektierend sind, ähnlich wie die des Teils 32, wird der Lichtstrahl zu einer Vielzahl von räumlich verteilten Strahlen erweitert. Ein weiterer Teil 38 kann eine Spiegelschicht umfassen, die schräg bzw. schief zu den Hauptflächen 30, 31 ausgerichtet ist, um einen Lichtstrahl, der über eine der Hauptflächen in die Lichtleitplatte 3 eintritt, in eine Richtung entlang der Platte 3 zu den lichtreflektierenden Schichten des Teils 36 abzulenken.
-
Schließlich können ein oder mehrere Teile 40 vorgesehen sein, die durch einzelne Glaselemente 5 oder massive Glasblöcke gebildet werden.
-
Wie in 1 gezeigt ist, wird die Lichtleitplatte 3 entlang einer gestrichelt dargestellten vordefinierten Kontur 11 ausgeschnitten, um eine reflektierende Lichtleitvorrichtung zu erzeugen. Das Schneiden erfolgt durch Fokussieren und Richten des Laserstrahls 13 eines Ultrakurzpulslasers 15 auf die Lichtleitplatte 3, derart, dass der Laserstrahl 13 zu einem länglichen Fokus 17 gebildet wird und auf einer der Hauptflächen 30, 31 in die Lichtleitplatte 3 eintritt. Wie dargestellt und bevorzugt, beginnt der längliche Fokus 17 bereits oberhalb der Lichtleitplatte 3 und verläuft in diese hinein. In diesem Zusammenhang wird der längliche Fokus 17 als der Abschnitt entlang dem Laserstrahl bezeichnet, innerhalb dessen die Lichtintensität 75% der maximalen Intensität überschreitet, die durch das Fokussieren des Strahls erreicht wird. Gemäß einem Beispiel ist das optische System so eingestellt, dass der Fokus einen Versatz von -1,95 mm aufweist, d. h. 1,95 mm unter der Hauptfläche 30 der Lichtleitplatte 3 beginnt. Ein solcher Versatz im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm eignet sich in der Regel für eine Dicke der Lichtleitplatte 3 im Bereich von 1 mm bis 3 mm, z.B. für eine Dicke von 1,55 mm. In einer anderen Ausführungsform kann das optische System so eingestellt sein, dass die Brennlinie oberhalb der Hauptfläche beginnt. Auf diese Weise kann sich die Brennlinie über die gesamte Dicke der Lichtleitplatte 3 erstrecken.
-
Aufgrund der hohen Intensität des gepulsten und fokussierten Laserstrahls treten nichtlineare optische Prozesse, wie z.B. optischer Durchbruch, auf, was zur Bildung einer filamentförmigen Schädigung 19 entlang dem länglichen Fokus 17 innerhalb der Lichtleitplatte 3 führt. Typischerweise sind die filamentförmigen Schädigungen 19 als dünne Kanäle innerhalb des Glases ausgebildet. Wie gezeigt ist, wird der Laserstrahl 13 relativ zur Lichtleitplatte 3 entlang der vordefinierten Kontur 11 weiterbewegt, so dass eine Vielzahl von filamentförmigen Schädigungen 19 nebeneinander in die Lichtleitplatte 3 eingebracht werden. In dem gezeigten Beispiel wird der Laserstrahl 13 im Uhrzeigersinn entlang der Kontur 11 bewegt, wie durch einen Pfeil angedeutet ist. Auf diese Weise reproduzieren die filamentförmigen Schädigungen 19 nach dem Durchlaufen der gesamten Kontur 11 die vordefinierte Kontur 11 und definieren eine Bruchlinie. In einer anderen Ausführungsform kann der Laserstrahl entgegen dem Uhrzeigersinn entlang der Kontur 11 bewegt werden. Die Bewegung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn kann einen Einfluss auf die Oberflächeneigenschaften des geschnittenen Elements entlang dem Teil mit den schräg ausgerichteten Klebeflächen 50 haben.
-
Um die Relativbewegung entlang der Kontur 11 zu ermöglichen, kann bzw. können die Laseroptik bzw. die Lichtleitplatte 3 oder beide mit entsprechenden Mitteln, wie einem x-y-Tisch, bewegt werden. Die Lichtleitplatte 3 ist vorzugsweise auf einem Träger 4 montiert, der beispielsweise eine Vakuumspannvorrichtung sein kann.
-
Ein länglicher Fokus 17 kann auf verschiedene Weisen erzeugt werden. Es ist bekannt, ein sogenanntes Axicon zu verwenden, das im Wesentlichen ein konisches Prisma ist und das einen Bessel-ähnlichen Strahl bildet. Für das Verfahren gemäß dieser Offenbarung wird jedoch eine Linse 16 mit hoher sphärischer Aberration bevorzugt, da die Linse leichter eingestellt werden kann. Ferner kann eine asphärische Linse mit länglichem Fokus aufgrund der homogeneren Intensitätsverteilung bevorzugter sein. Der längliche Fokus 17 hat vorzugsweise eine Länge von mindestens 0,5 mm, vorzugsweise eine Länge zwischen 0,75 mm und 6 mm. Diese Länge kennzeichnet auch die sphärische Aberration der Linse 16. Vorzugsweise ist das optische System dazu ausgelegt, einen länglichen Fokus 17 bereitzustellen, der eine Länge aufweist, die die Dicke der Lichtleitplatte 3 oder der reflektierenden Lichtleitvorrichtung 1 übersteigt. Typischerweise weist die reflektierende Lichtleitvorrichtung 1 eine Dicke in einem Bereich von 0,5 mm bis 5,5 mm, vorzugsweise von 0,75 mm bis 2,5 mm, auf, wobei die Dicke in einem Beispiel 1,2 mm beträgt.
-
Die vordefinierte Kontur 11 kreuzt ebenfalls den Teil 32. Somit erstreckt sich ein Abschnitt der vordefinierten Kontur 11 innerhalb des Teils 32 der Lichtleitplatte 3, in dem die verklebten Klebeflächen 50 der Glaselemente 5 und die lichtreflektierenden Schichten 9 schief oder schräg zu den Hauptflächen 30, 31 ausgerichtet sind. Der Laserstrahl 13 durchdringt jedoch die lichtreflektierenden Schichten 9, ohne dass er erheblich abgelenkt wird, so dass sich die filamentförmigen Schädigungen 19 auf beiden Seiten der jeweiligen lichtreflektierenden Schicht 9 erstrecken.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform kann dies durch Bereitstellung von lichtreflektierenden Schichten erreicht werden, die im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 750 nm und 450 nm eine höhere Reflexion aufweisen als die Wellenlänge des Laserstrahls, wobei die Wellenlänge des Laserstrahls 13 im infraroten Wellenlängenbereich von 900 nm bis 1200 nm liegt. Dies kann durch Bereitstellung von lichtreflektierenden Schichten 9 erreicht werden, die als dielektrische Mehrschichtbeschichtungen ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind die lichtreflektierenden Schichten dichroitisch, haben eine hohe Reflektivität im sichtbaren Bereich und sind im infraroten Wellenlängenbereich hochtransparent. Auf diese Weise lenken die lichtreflektierenden Schichten 9 den Laserstrahl nicht wesentlich ab.
-
Andernfalls würde der Laserstrahl 13 in eine Richtung entlang den Hauptflächen 30, 31 abgelenkt werden, so dass das Filament die Lichtleiterplatte 3 nicht mit voller Intensität vollständig durchdringen könnte. In einer alternativen oder zusätzlichen Definition dieses Merkmals kann das Verfahren die Verwendung eines Laserstrahls 13 mit einer Wellenlänge umfassen, für die der Reflexionsgrad an der Grenzfläche zwischen benachbarten Glaselementen 5 weniger als 5% beträgt, wobei die Grenzfläche durch die Klebeflächen 50 mit der organischen Zwischenhaftschicht 7 und der lichtreflektierenden Schicht 9 gebildet wird. Vorzugsweise wird der Ultrakurzpulslaser 15 bei einer Wellenlänge in einem Bereich von 1000 nm bis 1200 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 1050 nm bis 1070 nm, betrieben.
-
Nach dem Einbringen der filamentförmigen Schädigungen entlang der durch die filamentförmigen Schädigungen 19 geschwächten vordefinierten Kontur 11 kann die reflektierende Lichtleitvorrichtung 1 durch Abspalten von der Platte 3 getrennt werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass an der geschwächten Kontur 11 eine thermomechanische Beanspruchung eingeleitet wird, z.B. unter Verwendung eines Lasers oder von Heißluft oder Gas als Wärmequelle. Oder die Trennung kann durch mechanische Beanspruchung, wie etwa eine Biegekraft, erfolgen. Diese Ausführungsform ist dahingehend vorteilhaft, eine Beeinträchtigung der organischen Bindeschichten 7 durch zugeführte Wärme zu vermeiden. Zur Erleichterung des Abspaltens können auch zusätzliche Linien filamentförmiger Schädigungen eingebracht werden, die sich von der Kontur 11 zum Rand der Lichtleitplatte 3 erstrecken.
-
Der Ultrakurzpulslaser 15 kann auch zum Aufbringen einer oder mehrerer Referenzmarken 8 verwendet werden. Diese Referenzmarken 8 können später dazu verwendet werden, die Position der reflektierenden Lichtleitvorrichtung, z. B. die Ausrichtung der als Okular verwendeten Lichtleitvorrichtung bezüglich des Auges des Benutzers, einzustellen. Gemäß einer Ausführungsform werden eine oder mehrere Referenzmarken 8 durch Ablation unter Verwendung des Ultrakurzpulslasers 15 graviert. Beispielsweise kann eine weitere Linse 16 mit einer kürzeren Brennweite verwendet werden, so dass die Pulsenergie auf der Hauptfläche 30 aufgebracht wird.
-
Allgemein kann die Ausrichtung der vordefinierten Kontur 11 und/oder der einen oder der mehreren zusätzlichen Referenzmarken 8 gemäß internen oder externen Merkmalen der Lichtleitplatte bestimmt werden. Diese Merkmale können die Grenzflächen zwischen Glaselementen 5 bzw. den organischen Bindeschichten 7 bzw. lichtreflektierenden Schichten 9 beinhalten. Auch die Außenkontur oder Abschnitte davon können Merkmale definieren, die dazu geeignet sind, die Ausrichtung der vordefinierten Kontur auf der Lichtleitplatte 3 zu bestimmen.
-
Dementsprechend werden gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens die folgenden Schritte ausgeführt:
- - eine Lichtleitplatte 3 wird bereitgestellt und auf einem Träger 4 fixiert,
- - die auf dem Träger 4 fixierte Lichtleitplatte 3 wird basierend auf mindestens einem Merkmal der Lichtleitplatte 3 relativ zu dem Ultrakurzpulslaser 15 ausgerichtet, wobei das Merkmal mindestens eines von Folgendem beinhaltet: die Grenzfläche zwischen zwei miteinander verklebten Glaselementen 5, eine lichtreflektierende Schicht 9, einen Rand der Lichtleitplatte,
- - die Lichtleitplatte 3 wird relativ zum Ultrakurzpulslaser 15 bewegt, bis eine vordefinierte Position für eine Referenzmarke 8 erreicht ist und die Referenzmarke 8 unter Verwendung des Ultrakurzpulslasers 15 durch Ablation eingebracht wird,
- - die Lichtleitplatte 3 und der Ultrakurzpulslaser 15 werden relativ zueinander bewegt, so dass sich der Laserstrahl 13 entlang der vordefinierten Kontur 11 bewegt und eine Reihe von filamentförmigen Schädigungen 19 an der Kontur 11 einbringt,
- - die Lichtleitplatte 3 wird an der durch die filamentförmigen Schädigungen 19 geschwächten vordefinierten Kontur 11 abgespalten, um die reflektierende Lichtleitvorrichtung mit der gewünschten Form zu erhalten.
-
Da der Fokus 17 vorzugsweise länger ist als die Dicke der Lichtleitplatte 3, kann der Laserstrahl nicht nur eine filamentförmige Schädigung der Platte 3 einbringen, sondern auch den die Lichtleitplatte haltenden Träger beschädigen oder ablatieren. Dies wiederum kann auch die Lichtleitplatte 3 beschädigen oder verunreinigen. Um dies zu vermeiden, kann ein Träger 4 zum Fixieren der Lichtleitplatte 3 verwendet werden, der einen sich entlang der vordefinierten Kontur 11 erstreckenden Freiraum aufweist. Ein schematisches Beispiel ist in 3 gezeigt. Der Träger dieses Beispiels ist als Vakuumspannvorrichtung mit einer Vakuumpumpe 40 ausgebildet, die mit Kanälen 41 verbunden ist, die in der Trägerfläche 43 münden, so dass die Lichtleitplatte 3 auf den Träger 4 angesaugt wird. Wie ersichtlich ist, ist in der Trägerfläche 43 ein ringförmiger Freiraum 42 eingebracht. Dieser Freiraum ist entsprechend der vordefinierten Kontur 11 geformt. Auf diese Weise kann die Lichtleitplatte 3 auf den Träger 4 platziert und etwa so ausgerichtet werden, dass die vordefinierte Kontur 11 über dem Freiraum liegt. Anschließend kann die Lichtleitplatte 3 durch Anlegen von Vakuum an dem Träger fixiert werden. Der aus der Lichtleitplatte austretende Laserstrahl 13 tritt dann in den Freiraum 42 ein. Um Ablation oder andere Schädigungen zu vermeiden, kann der Boden des Freiraums 42 mit einem geeigneten absorbierenden Material versehen sein. Anders als dargestellt kann der Freiraum 42 auch durch den Außenrand des Trägers 4 vorgesehen sein. In diesem Fall fixiert der Träger 4 die Lichtleitplatte 3 nur in dem von der vordefinierten Kontur 11 umschlossenen Bereich.
-
4 zeigt eine unter Verwendung des Ultrakurzpulslasers 15 und der Perforation entlang der Kontur 11 durch die eingebrachten filamentförmigen Fäden 19 aus der in 1 gezeigten Lichtleitplatte ausgeschnittene reflektierende Lichtleitvorrichtung. Die reflektierende Lichtleitvorrichtung 1 ist plattenförmig ausgebildet und weist ebenso wie die Lichtleitplatte 3 zwei Hauptflächen 30, 31 auf. Insbesondere kann die reflektierende Lichtleitvorrichtung 1 eine zur Bildung eines Okulars 2 geeignete Kontur aufweisen. Die Randfläche 12 bildet die Außenkontur der reflektierenden Lichtleitvorrichtung 1. Da die Randfläche 12 durch Perforieren der Lichtleitplatte 3 entlang der vordefinierten Kontur 11 und Trennen der reflektierenden Lichtleitvorrichtung 1 von der Lichtleitplatte 3 an den filamentförmigen Schädigungen erzeugt wird, ergibt sich eine bestimmte Textur der Randfläche 12. Gemäß einer Ausführungsform weist die Randfläche 12 ein Muster regelmäßig beabstandeter länglicher kanal- oder rillenartiger Strukturen 20 auf, die sich mit einer lateralen Abmessung von weniger als 2 µm senkrecht zu den Hauptflächen 30, 31 erstrecken. Eine solche Oberflächentextur ist in 5 schematisch gezeigt. Der in 5 gezeigte Abschnitt der Randfläche 12 erstreckt sich entlang dem Teil 32, wobei sich die organischen Bindeschichten 7 zwischen den Glaselementen 5 schräg zu den Hauptflächen 30, 31 der reflektierenden Lichtleitvorrichtung 1 erstrecken. Ferner kreuzen die kanalartigen Strukturen 20, die die Überbleibsel der filamentförmigen Schädigungen sind, die organischen Bindeschichten 7, obgleich mindestens eine der Klebeflächen 50 mit einer lichtreflektierenden Schicht versehen ist.
-
Die Darstellung von 5 ist dadurch idealisiert, dass die kanalartigen Strukturen 20 entlang dem gesamten Abstand zwischen den Hauptflächen 30, 31 typischerweise nicht sichtbar sind. Ferner sind je nach Abstand der filamentförmigen Schädigungen 19 die kanalartigen Strukturen 20 möglicherweise nicht einmal an der Randfläche 12 sichtbar. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn ein kleiner Abstand gewählt wird. Eine Mikrofotoaufnahme einer solchen Randfläche 12 ist in 6 gezeigt. Die Ausrichtung der Randfläche 12 ist die gleiche wie in der Skizze von 5. Obgleich keine oder kaum kanalartige Strukturen sichtbar sind, weist die Oberflächenstruktur dennoch eine Anisotropie auf. Insbesondere weist die Oberflächenstruktur ein anisotropes Raumfrequenzspektrum auf, wobei die Raumfrequenzen in der Richtung vertikal zu den Hauptflächen 30, 31 (welche die vertikale Richtung der Mikrofotoaufnahme ist) einen niedrigeren Medianwert als die Raumfrequenzen in einer dazu senkrechten Richtung entlang der Randfläche 12 (d. h. in horizontaler Richtung der Mikrofotoaufnahme bzw. parallel zu den Hauptflächen) aufweisen. Dies kann durch Anwendung eines FFT-Filters auf das Bild visualisiert werden. In einigen Fällen können die Filamente am Rand sichtbar sein. In diesem Fall ergibt sich eine noch größere Anisotropie.
-
7 zeigt einen Konturverlauf des Raumfrequenzspektrums der Mikrofotoaufnahme von 6. Dieser Konturverlauf wird durch Berechnung der Fourier-Transformierten der Mikrofotoaufnahme und Anwendung eines Schwellenwerts auf die Grauwerte erhalten. Dieser Konturverlauf stellt eine Kontur gleicher Raumfrequenzen dar und wird aufgrund der Transformation um 90° gedreht. Wie deutlich zu erkennen ist, ist die Kontur länglich mit einem Aspektverhältnis von etwa 1,7 / 1, was bedeutet, dass sich die räumlichen Abmessungen von Strukturen in vertikaler und horizontaler Richtung mit derselben Frequenz in ihrer Länge um einen Faktor von etwa 1,7 unterscheiden. Ein anisotropes Spektrum von Raumfrequenzen lässt sich insbesondere in einem Bereich von Raumfrequenzen von 10 µm bis 100 µm finden.
-
Im Unterschied dazu weist ein CNC-bearbeiteter Rand eine Oberflächenstruktur mit parallel zu den Hauptflächen 30, 31 verlaufenden Strukturen auf. Ein Beispiel ist in 8 gezeigt. Die Randfläche 12 zeigt durch das rotierende Schleifwerkzeug erzeugte horizontale Spuren auf. Ferner sind an den Rändern zwischen den Hauptflächen 30, 31 und der Randfläche 12 größere Absplitterungen 21 als helle Flecken sichtbar. Die Absplitterungen 21 können die mechanische Festigkeit der reflektierenden Lichtleitvorrichtung 1 verringern und auch Ablenkungen von Lichtstrahlen verursachen, die für einen Benutzer der reflektierenden Lichtleitvorrichtung 1 sichtbar sein könnten, z. B. als störende Lichtblitze.
-
9 zeigt ein Mikroskopbild eines CNC-bearbeiteten Rands in Draufsicht auf eine Hauptfläche 30. Die Kontur der reflektierenden Lichtleitvorrichtung zeigt eine kontinuierliche Schädigung mit in die Hauptfläche 31 hineinragenden Absplitterungen 21 am Rand 120 zwischen der Hauptfläche 30 und der Randfläche. Der Bereich mit den Absplitterungen 21 endet etwa 50 µm vom Rand 120 entfernt, größere Absplitterungen bis zu einer Größe von etwa 150 µm sind sporadisch zu finden.
-
Zum Vergleich zeigt 10 eine Mikrofotoaufnahme eines laserbearbeiteten Rands, der mit dem Verfahren gemäß dieser Offenbarung hergestellt wurde. Die Mikrofotoaufnahme weist eine Vergrößerung ähnlich 9 auf. Wie ersichtlich, sind nahezu keine Absplitterungen 21 sichtbar. Insbesondere sind kleine Absplitterungen 21, die mit einem Abstand von etwa 10 µm gleichmäßig beabstandet sind, auf die Oberseite der rillenartigen Strukturen 20 zurückzuführen, die die Überbleibsel der durch den Ultrakurzpulslaser eingebrachten filamentförmigen Schädigungen sind.
-
Bei Absplitterungen sind die den organischen Bindeschichten nahen oder benachbarten Bereiche besonders empfindlich. 11 zeigt ein Beispiel für Absplitterungen, die an dem an die organische Bindeschicht 7 angrenzenden Glas auftraten. 11 ist eine Mikrofotoaufnahme einer Draufsicht auf die Hauptfläche 30. Wie ersichtlich, erstreckt sich die größere Absplitterung 21 um etwa 4,3 µm, d.h. um weniger als 10 µm, oder sogar um weniger als 5 µm in die Hauptfläche 30 hinein. Die Absplitterung 21 beginnt direkt am Rand eines der Glaselemente 5 und an der organischen Bindeschicht 7. Im Gegensatz zu dem CNC-bearbeiteten Rand, wie in 9 gezeigt, ist auch zu erkennen, dass die verbleibenden Absplitterungen 21 entlang dem Rand 120 vereinzelt oder verstreut sind, während der CNC-bearbeitete Rand durchgehende und überlagerte Absplitterungen 21 aufweist.
-
Dabei hat sich herausgestellt, dass die Anzahl der Absplitterungen mit geeigneten Laserparametern weiter reduziert werden kann. Um Absplitterungen 21 an der Grenzfläche zwischen den Glaselementen 5 zu vermeiden oder zu reduzieren, ist es allgemein vorteilhaft, Laserpulse mit einer Pulslänge von weniger als 50 ps, vorzugsweise weniger als 20 ps, zum Einbringen der filamentförmigen Schädigungen zu verwenden. Es können auch Pulslängen im Femtosekundenbereich, d.h. unter 1 ps, verwendet werden. Allgemein liegt ein bevorzugter Bereich von Pulslängen zwischen 50 fs und 50 ps. Diese kurzen Pulslängen reduzieren thermomechanische Spannungen während des Filamentierungsprozesses, die ansonsten zur weiteren Schwächung der Bruchlinie nützlich sein könnten. Durch die kurzen Pulse werden jedoch nicht nur Absplitterungen nahe der Grenzflächen zwischen den Glaselementen 5 vermieden, sondern es wird auch eine Beeinträchtigung oder Delamination der organischen Bindeschichten 7 vermieden.
-
Thermomechanische Spannungen und Mikrorisse können auch durch eine angelegte zu hohe Pulsenergie oder eine zu große Anzahl von Pulsen innerhalb eines Bursts verursacht werden, wenn der Laser in einem sogenannten Burst-Modus betrieben wird. Es ist daher allgemein bevorzugt, dass die Anzahl von Pulsen innerhalb eines Bursts kleiner als 8 ist. Daher wird gemäß einer Ausführungsform der Ultrakurzpulslaser 15 im Einzelpulsmodus oder im Burst-Modus mit weniger als acht Pulsen pro Burst betrieben Gemäß einem Beispiel wird der Laser 15 mit den folgenden Parametern betrieben:
- - Pulsdauer: 10 ps;
- - Durchschnittsleistung: 30 W;
- - Wellenlänge: 1064 nm
- - Pulsfrequenz: 100 kHz;
- - Pulse pro Burst: 3.
-
Die durchschnittliche Laserleistung und die Pulsfrequenz sind Prozessparameter, die voneinander abhängig sind und über die gewünschte und zulässige Pulsenergie, die Verfahrgeschwindigkeit des Achsensystems und den Abstand miteinander verknüpft sind. Sie können sich für unterschiedliche Pulsdauern unterscheiden und sind weitgehend von dem Substrat bzw. dem Bindeschichtsystem abhängig. Bei der Herstellung von Freiformkonturlinien wird typischerweise die Verfahrgeschwindigkeit des Achsensystems variiert, wodurch kleinere Radien der Konturlinie mit einer geringeren Geschwindigkeit erzeugt werden. Das Beibehalten eines lokal gewünschten Abstandes führt zu einer geringeren durchschnittlichen Leistung und einer geringeren Pulswiederholfrequenz. Die durchschnittliche Laserleistung liegt typischerweise in einem Bereich von 1 W bis 200 W, bevorzugt von 5 W bis 100 W, besonders bevorzugt in einem Bereich von 10 W bis 50 W, während die Pulswiederholfrequenz üblicherweise in einem Bereich von 1 kHz bis 300 kHz, bevorzugt in einem Bereich von 2 kHz bis 100 kHz liegt, während der Abstand typischerweise in einem Bereich von 3 µm bis 15 µm, bevorzugt in einem Bereich von 5 µm bis 10 µm liegt.
-
Die Laserwellenlänge liegt typischerweise in einem Bereich von 800 nm bis 1200 nm, vorzugsweise von 1000 nm und 1100 nm und typischerweise etwa 1030 nm oder 1064 nm.
-
12 und 13 zeigen Mikrofotoaufnahmen einer Randfläche mit verklebten Glaselementen. Diese Bilder zeigen, dass die Einwirkung hoher Lichtintensitäten auch die Grenzflächen der verklebten Glaselemente beeinflussen kann. Insbesondere zeigt 12 eine Randfläche 12, an der an den Grenzflächen 52 der verklebten Glaselemente 5 Absplitterungen auftreten. Wie gesagt, beinhalten die Grenzflächen 52 die Klebeflächen 50, die organische Bindeschicht 7 und die lichtreflektierende Schicht 9. In dem Beispiel von 12 ist der Laserstrahl 13 auf der Hauptfläche 30 eingetreten und auf der Hauptfläche 31 ausgetreten. Wie ersichtlich ist, erstreckt sich von der Grenzfläche 52 ein Bereich von Absplitterungen 21 in Richtung auf die Hauptfläche 31. Die Absplitterungen 21 liegen somit an der bezüglich der Richtung des Laserstrahls abgewandten Seite der Grenzfläche 52 vor. Ferner wächst die Zone der Absplitterungen mit zunehmendem Abstand von der Hauptfläche 30, wo der Laserstrahl eintritt, d.h. wächst mit zunehmender Laufstrecke des Laserstrahls in dem Glas. In dem Beispiel erstrecken sich die Absplitterungen 21 etwa 38 µm entlang der Randfläche 12.
-
Mit den oben erläuterten Laserparametern, insbesondere unter Verwendung von Laserpulsen mit einer Dauer von weniger als 50 ps, vorzugsweise weniger als 20 ps, kann dieser Effekt jedoch weitgehend oder vollständig vermieden werden. 13 zeigt eine ebenfalls an einem Teil 32 mit schrägen Grenzflächen 52 aufgenommene Mikrofotoaufnahme einer Randfläche 12, die nach Filamentierung mit Ultrakurzlaserpulsen mit einer Dauer von 10 ps abgespalten wurde. Absplitterungen sind weder an den Grenzflächen 52 noch an den Rändern zu den Hauptflächen 30, 31 sichtbar.
-
Allgemein kann die Rauigkeit der Randfläche 12 durch den Abstand zwischen den filamentförmigen Schädigungen 19, die Pulsenergie, die Pulsdauer und den Burst der verwendeten Ultrakurzlaserquelle 15 sowie durch den Fokusversatz des länglichen Fokus 17 beeinflusst werden. So können auch einer oder mehrere dieser Parameter entlang der Kontur variiert werden. Eine unterschiedliche Rauigkeit kann sogar angestrebt werden, um die Randzähigkeit und/oder die lichtreflektierenden Eigenschaften der Randfläche anzupassen.
-
14 zeigt schematisch eine reflektierende Lichtleitvorrichtung 1. Der Einfachheit halber sind die Glaselemente 5 und die organischen Bindeschichten 7 nicht gezeigt. Allgemein und bevorzugt weist die Kontur 11 bzw. die Randfläche 12 der reflektierenden Lichtleitvorrichtung 1 eine variierende Krümmung auf. Dies gilt auch für das in 4 gezeigte Beispiel. Außerdem kann die Kontur 11 bzw. die Randfläche 12 auch einen nach innen gekrümmten bzw. konkav gekrümmten Abschnitt der Kontur 11 bzw. der Randfläche 12 aufweisen. Ferner kann die Kontur 11 einen oder mehrere Abschnitte mit sehr geringer Krümmung oder sogar einen oder mehrere gerade Abschnitte 111 umfassen, wie gezeigt.
-
Der Abstand der filamentförmigen Schädigungen 19 bzw. der daraus resultierenden rillenartigen Strukturen 20 kann variiert werden, was auch die Rauigkeit der Randfläche 12 beeinflussen kann. Beispielsweise kann eine geringe Rauigkeit mit einem geringen Abstand erreicht werden. Andererseits kann ein größerer Abstand zu zum Abspalten erforderlichen höheren Bruchkräften führen. In dem Beispiel wurde für die Abschnitte mit stärkerer Krümmung ein größerer Abstand verwendet, während in den weniger gekrümmten Abschnitten, wie dem geraden Abschnitt 111, ein kleiner Abstand verwendet wird. Dies erleichtert das Abspalten in den stark gekrümmten und nach innen gekrümmten Abschnitten und führt zu einer geringen Rauigkeitsfläche in dem geraden Abschnitt 111. Der Abstand zeigt typischerweise ein lokales Minimum für die Spaltkraft. Ist der Abstand zu klein, kann es zu einer Abschattung des fokussierten Strahls durch den vorhandenen Filamentvorhang kommen. Ist der Abstand zu groß, wird der Abstand zwischen Filamenten zu groß, was ebenfalls zu einer höheren Bruchkraft führt. In einem Pitch-Regime, in dem eine Abschattung vernachlässigbar ist, verringert das Vergrößern des Abstandes typischerweise die Oberflächenrauigkeit. Burst hat größere Auswirkungen auf die Oberflächenrauigkeit (höherer Burst, höhere Oberflächenrauigkeit, geringere Spaltkraft). Der Abstand kann jedoch in Abhängigkeit von der Struktur und der Form der reflektierenden Lichtleitvorrichtung 1 und dem Brechungsindex der Glaselemente unterschiedlich variiert werden. Zum Beispiel kann es vorteilhaft sein, ein Abstand entlang dem Teil 32 zu verwenden, das sich aufgrund von Reflexionen an den Grenzflächen zwischen den Glaselementen 5 von dem Abstand in benachbarten Teilen unterscheidet. Somit wird in einer Weiterbildung des Verfahrens und der daraus resultierenden, von der Lichtleitplatte 3 abgespaltenen reflektierenden Lichtleitvorrichtung 1, ohne Beschränkung auf das gezeigte Beispiel, der Abstand der filamentförmigen Schädigungen 19 bzw. der kanal- oder rillenartigen Strukturen 20 allgemein entlang der Kontur 11 bzw. Randfläche 12 variiert, insbesondere in Abhängigkeit von der Krümmung und Funktionalität des Abschnitts. Ebenso kann, wie erläutert, die Oberflächenrauigkeit entlang der Randfläche 12 variieren, insbesondere in Abhängigkeit von der Krümmung.
-
Wird dagegen der Abstand konstant gehalten, erweist sich die Rauigkeit auch bei variierender Krümmung als nahezu konstant. Die folgende Tabelle zeigt Sa-Werte an Messpositionen M1, M2,...M5 entlang einer Kontur innerhalb eines Teils 32 mit variierender Krümmung und variierendem Winkel der lichtreflektierenden Schichten 9 zur Randfläche. Die Rauigkeit wurde an vier Randflächen gemessen. Probe 1 wurde mit der Hauptfläche 30 nach oben weisend bzw. Probe 2 mit der Hauptfläche 31 nach oben weisend hergestellt. Das Schneiden entlang der vordefinierten Kontur 11 wurde variiert. Tabelle 1
| | | Sa (µm) | |
| | | Messposition | Statistiken |
| | Schnittrichtung | M1 | M2 | M3 | M4 | M5 | Mittel | Standardabw. |
| Probe 1 | links-rechts | 0,60 | 0,68 | 0,64 | 0,62 | 0,64 | 0,64 | 0,03 |
| Probe 1 | rechts-links | 0,67 | 0,60 | 0,67 | 0,61 | 0,57 | 0,62 | 0,05 |
| Probe 2 | links-rechts | 0,72 | 0,65 | 0,66 | 0,63 | 0,62 | 0,66 | 0,04 |
| Probe 2 | rechts-links | 0,59 | 0,57 | 0,63 | 0,74 | 0,66 | 0,64 | 0,07 |
| Statistiken | Mittel | 0,65 | 0,63 | 0,65 | 0,65 | 0,62 | | |
| | Standardabw | 0,06 | 0,05 | 0,02 | 0,06 | 0,04 | | |
-
Wie ersichtlich ist, gibt es keinen wesentlichen Einfluss der Krümmung oder der Ausrichtung der Glaselemente 5 auf die resultierende Rauheit. Auch die Rauigkeit an der Oberseite, wo der Laserstrahl eintritt, ähnelt der Rauigkeit nahe dem Rand zur anderen Hauptfläche, wo der Laserstrahl austritt. Ferner geht aus den Daten hervor, dass ein mittlerer Oberflächenrauheitswert von weniger als Sa=1,0 µm oder sogar weniger als Sa=0,75 µm selbst in einem Teil 32 erreicht werden kann, in dem der Laserstrahl Grenzflächen zwischen Glaselementen, einschließlich einer organischen Bindeschicht und einer lichtreflektierenden Schicht 9, kreuzt.
-
Tabelle 2 zeigt die Oberflächenrauigkeit SA entlang einer Kontur innerhalb des Teils 32 an den Messpositionen M1, M2, M3. Die Rauigkeit wurde an den Grenzflächen T01, T02,... T06 an beiden Teilen, die sich aus dem Schnitt ergeben, gemessen. Jeder Parametersatz ergibt eine Grenzfläche an zwei Teilen. Aus den Daten ist ersichtlich, dass der Mittelwert der Oberflächenrauigkeit der Randfläche 12 steuerbar ist und durch lokale Anpassung der Laserparameter entlang der vordefinierten Kontur 11 gezielt verändert werden kann.
-
Im Vergleich zur CNC-Bearbeitung ist der Prozess gemäß dieser Offenbarung schneller und erfordert weniger Schritte. Eine typische Bearbeitungszeit für die CNC-Bearbeitung und anschließende Reinigung beträgt etwa 6 Minuten, wobei verschiedene Maschinen involviert sind, was mit der Laserfilamentierung und Abspaltung gemäß dieser Offenbarung auf weniger als 3 Minuten reduziert werden kann. Ferner kann der Laserprozess an einen Reinraum angepasst werden. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Genauigkeit bei der Ausrichtung der Kontur auf die Merkmale wie die verschiedenen lichtreflektierenden Schichten. Es ist schwierig, Genauigkeiten besser als ±55 µm durch CNC-Bearbeitung zu erzielen. Die folgende Tabelle enthält Abweichungen zu der Idealkontur in mm, die mit dem Verfahren gemäß dieser Offenbarung erreicht werden. Die verwendeten Substrate sind Testproben, die nicht die gleichen Merkmale wie die reflektierende Lichtleitvorrichtung aufweisen, sondern zur Kalibrierung verwendet werden können.
| | Glas 1 | Glas 1 | Glas 1 | Glas 2 | Glas 2 | Glas 2 |
| | Probe 1 | Probe 2 | Probe 3 | Probe 1 | Probe 2 | Probe 3 |
| Brechungsindex nd | 1,517 | 1,517 | 1,517 | 1,606 | 1,606 | 1,606 |
| Bezugslinien | 0,026 | 0,030 | 0,032 | 0,027 | 0,027 | 0,028 |
| Kein Basissystem | 0,026 | 0,026 | 0,030 | 0,021 | 0,025 | 0,026 |
| AlleReferenzmarkierungen | 0,032 | 0,040 | 0,035 | 0,029 | 0,031 | 0,028 |
| Referenzmarkierung 1 | 0,027 | 0,027 | 0,031 | 0,024 | 0,026 | 0,025 |
| Referenzmarkierung 2 | 0,029 | 0,028 | 0,033 | 0,027 | 0,028 | 0,027 |
| Referenzmarkierung 3 | N/A | 0,031 | 0,036 | 0,031 | 0,032 | 0,030 |
-
Die Proben sind aus Glas 1 oder Glas 2 hergestellt. Die Abweichungen wurden hinsichtlich der interne Merkmale verbindenden Bezugslinien (Zeile bezeichnet als „Bezugslinien“), bezüglich der idealen Außenkontur (Zeile bezeichnet als „kein Basissystem“) und bezüglich drei Referenzmarken (untere vier Zeilen) gemessen. Wie ersichtlich ist, betragen die Gesamtabweichungen 36 µm (entsprechend +-18 µm) oder weniger. Damit ist die Genauigkeit im Vergleich zur CNC-Bearbeitung wesentlich höher. Allgemein, ohne Einschränkung auf die Beispiele in der Tabelle, weist die Ausrichtung und Position der Kontur der reflektierenden Lichtleitvorrichtung bei einer Ausführungsform eine Genauigkeit von besser als ±55 µm in Bezug auf einen Referenzpunkt oder eine Bezugslinie der Lichtleitvorrichtung auf. Dieses Merkmal kann auch durch Vergleich der Ausrichtung und Position der Kontur mit einem Bezugspunkt oder einer Bezugslinie einer Vielzahl von reflektierenden Lichtleitvorrichtungen 1 verifiziert werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Reflektierende Lichtleitvorrichtung
- 2
- Okular
- 3
- Lichtleitplatte
- 4
- Träger
- 5
- Glaselement
- 7
- organische Bondschicht
- 8
- Referenzmarke
- 9
- lichtreflektierende Schicht
- 11
- vordefinierte Kontur
- 12
- Randfläche der Lichtleitvorrichtung 1
- 13
- Laserstrahl
- 15
- Ultrakurzpulslaser
- 16
- Linse
- 17
- Fokus des Laserstrahls 13
- 19
- Filamentförmige Schädigungen
- 20
- längliche kanal- oder rillenartige Strukturen
- 21
- Absplitterungen
- 30, 31
- Hauptfläche der Lichtleitplatte 3
- 32, 36, 38, 40
- Teil der Lichtleitplatte 3, reflektierende Lichtleitvorrichtung 1
- 35
- Rand zwischen Hauptfläche 30, 31 und Randfläche 12
- 40
- Vakuumpumpe
- 41
- Kanal
- 42
- Freiraum
- 43
- Trägerfläche
- 50
- Klebefläche des Glaselements 5
- 51
- Fläche des Glaselements 5
- 52
- Grenzfläche zwischen verklebten Glaselementen 5
- 110
- nach innen gekrümmter Abschnitt der Kontur 11 bzw. Randfläche 12
- 111
- gerader Abschnitt
- 120
- Rand zwischen Hauptfläche 30, 31 und Randfläche 12