DE102022122987B3 - Process for producing micro-optics - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Mikrooptik mit den Schritten: Erzeugen mindestens eines optischen Elementes mittels 3D-Laserschreibens und Erzeugen mindestens eines absorptiven Elements mittels 3D-Laserschreibens, wobei das mindestens eine optische Element und das mindesten eine absorptiven Element aus demselben Fotolack erzeugt werden.Method for producing micro-optics with the steps: generating at least one optical element using 3D laser writing and generating at least one absorptive element using 3D laser writing, the at least one optical element and the at least one absorptive element being produced from the same photoresist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrooptik sowie eine solche Mikrooptik.The present invention relates to a method for producing micro-optics and such micro-optics.

Bekannte Mikrooptiken werden mittels 3D-Laserschreibens und insbesondere der Zwei-Photonen-Lithographie aus hochtransparentem Fotolack erzeugt. Mit diesen hochtransparenten Fotolacken ist jedoch eine Erzeugung von Blenden oder anderen absorbierenden Strukturen und Elementen nicht möglich. Solche absorbierenden Strukturen sind jedoch für die Optiken unerlässlich, z.B. zur Reduktion von seitlich eintretendem Streulicht oder der Kontrastverbesserung bei Abbildungen. Bei bekannten Verfahren zur Herstellung von Mikrooptiken müssen solche absorbierenden Strukturen in einem zusätzlichen Prozessschritt hinzugefügt werden. Diese absorbierenden Strukturen können dabei beispielsweise aus einem hochabsorptiven Kunststoff bestehen als makroskopische Bauteile oder beispielsweise erzeugt werden durch das Aufdampfen metallischer Schichten oder durch Einfüllen einer absorptiven Tinte in einen Hohlraum.Known micro-optics are produced from highly transparent photoresist using 3D laser writing and in particular two-photon lithography. However, it is not possible to create apertures or other absorbing structures and elements with these highly transparent photoresists. However, such absorbing structures are essential for optics, e.g. to reduce stray light entering from the side or to improve the contrast in images. In known methods for producing micro-optics, such absorbing structures must be added in an additional process step. These absorbing structures can, for example, consist of a highly absorptive plastic as macroscopic components or can be produced, for example, by vapor deposition of metallic layers or by filling an absorptive ink into a cavity.

Da es sich bei der Erzeugung der optischen Elemente und der absorptiven Strukturen um zwei separate Schritte handelt ist es erforderlich, eine exakte Ausrichtung zwischen den optischen Elementen und den absorbierenden Strukturen zu erreichen. Dies ist jedoch nicht immer möglich und erfordert beispielsweise das Erzeugen von Markern, welche sodann im nachfolgenden Prozessschritt zur Ausrichtung genutzt werden. Die hierbei erreichten Genauigkeiten liegen oft über 2 µm Genauigkeit und in jedem Fall über 1 µm Genauigkeit, wobei jedoch eine große Streuung besteht und dies vom Können des jeweiligen Anwenders abhängt. Dies ist insbesondere nachteilig, sofern Arrays bzw. Felder aus optischen Elementen und Arrays beispielsweise von Blenden miteinander kombiniert werden sollen, sodass bereits eine kleine Ungenauigkeit zu einer Unbrauchbarkeit dieser Mikrooptik führt.Since the creation of the optical elements and the absorptive structures are two separate steps, it is necessary to achieve an exact alignment between the optical elements and the absorbent structures. However, this is not always possible and requires, for example, the creation of markers, which are then used for alignment in the subsequent process step. The accuracies achieved here are often over 2 µm accuracy and in any case over 1 µm accuracy, although there is a large variation and this depends on the skill of the respective user. This is particularly disadvantageous if arrays or fields of optical elements and arrays, for example of apertures, are to be combined with one another, so that even a small inaccuracy leads to the unusability of these micro-optics.

DE 10 2017 128 824 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungemittierenden Bauteils einen Schritt, in dem ein Laser mit einem optischen Resonator und einem Auskoppelspiegel bereitgestellt wird, wobei über den Auskoppelspiegel im bestimmungsgemäßen Betrieb Laserstrahlung aus dem optischen Resonator austritt. In einem weiteren Schritt wird eine Fotolackschicht auf den Auskoppelspiegel aufgebracht. In einem weiteren Schritt wird eine optische Struktur aus der Fotolackschicht mittels eines 3D-Lithographieverfahrens erzeugt, wobei die optische Struktur zur Beeinflussung des Strahlengangs der Laserstrahlung durch Brechung und/oder Reflexion eingerichtet ist. DE 10 2017 128 824 A1 A method for producing a radiation-emitting component describes a step in which a laser with an optical resonator and an outcoupling mirror is provided, with laser radiation emerging from the optical resonator via the outcoupling mirror during normal operation. In a further step, a photoresist layer is applied to the output mirror. In a further step, an optical structure is produced from the photoresist layer using a 3D lithography process, the optical structure being set up to influence the beam path of the laser radiation through refraction and/or reflection.

DE 10 2021 110 860 B3 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen einer dreidimensionalen Zielstruktur in einem Lithographiematerial mittels einer Laserlithographie-Vorrichtung, wobei eine die Zielstruktur annähernde Struktur auf Basis eines Belichtungsdatensatzes definiert wird, wobei diese Struktur analysiert wird und wenigstens ein Abweichungsdatensatz, welcher Abweichungen der bereits definierten Struktur von der Zielstruktur repräsentiert, ermittelt wird, wobei wenigstens ein Korrektur-Belichtungsdatensatz ermittelt wird und wobei eine Korrekturstruktur auf Basis des wenigstens einen Korrektur-Belichtungsdatensatzes definiert wird. DE 10 2021 110 860 B3 describes a method for generating a three-dimensional target structure in a lithography material using a laser lithography device, wherein a structure approximating the target structure is defined on the basis of an exposure data set, this structure being analyzed and at least one deviation data set which represents deviations of the already defined structure from the target structure , is determined, wherein at least one correction exposure data set is determined and a correction structure is defined based on the at least one correction exposure data set.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen zur vereinfachten Herstellung einer Mikrooptik.The object of the present invention is to create a method for the simplified production of micro-optics.

Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren des Anspruch 1 sowie die Mikrooptik gemäß Anspruch 15.The task is solved by the method of claim 1 and the micro-optics according to claim 15.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Mikrooptik weist die folgenden Schritte auf:

  • - Erzeugen mindestens eines optischen Elements mittels 3D-Laserschreibens und
  • - Erzeugen mindestens eines absorptiven Elements mittels 3D-Laserschreibens.
The method according to the invention for producing micro-optics has the following steps:
  • - Generate at least one optical element using 3D laser writing and
  • - Creating at least one absorptive element using 3D laser writing.

Dabei wird das mindestens eine optische Element und das mindestens eine absorptive Element aus demselben Fotolack erzeugt. Insbesondere erfolgt die Erzeugung des mindestens einen optischen Elements und des mindestens einen absorptiven Elements in einem einzigen Prozessschritt. Somit wird in diesem einen Prozessschritt des 3D-Laserschreibens sowohl das optische Element als auch das absorptive Element erzeugt. Es ist somit nicht mehr erforderlich, das optische Element und das absorptive Element in zwei getrennten Prozessschritten zu erzeugen. Insbesondere ist es nicht erforderlich, unterschiedliche Fotolacke oder Materialien für das optische Element und das absorptive Element heranzuziehen. Bei dem Fotolack kann es sich beispielsweise um einen UVhärtenden Fotolack handeln, welcher sodann insbesondere mittels 2-Photonen-Lithographie in dem 3D-Laserschreiben lokal ausgehärtet wird zur Erzeugung der Mikrooptik. Da das optische Element und das absorptive Element in einem Prozessschritt erzeugt werden, ist gleichzeitig eine erneute Ausrichtung zueinander nicht mehr erforderlich. Hierdurch sind das optische Element und das absorptive Element mit einer hohen Genauigkeit zueinander ausgerichtet. Die Ausrichtgenauigkeit hängt dabei ab von der Bewegungsgenauigkeit des 3D-Laserschreibgeräts und liegt in jedem Fall unter 1 µm. Durch die hohe Ausrichtgenauigkeit können qualitativ hochwertige Mikrooptiken erzeugt werden auf besonders einfache und effiziente Weise. Dabei kann in dem Verfahren zunächst das optische Element und sodann unmittelbar anschließend das mindestens eine absorptive Element erzeugt werden. Alternativ hierzu kann zunächst das mindestens eine absorptive Element und sodann unmittelbar anschließend das mindestens eine optische Element erzeugt werden. Alternativ hierzu werden sowohl das mindestens eine optische Element als auch das mindestens eine absorptive Element gemeinsam in einem einheitlichen Verfahrensschritt insbesondere schichtweise und somit zeitgleich erzeugt.The at least one optical element and the at least one absorptive element are produced from the same photoresist. In particular, the production of the at least one optical element and the at least one absorptive element takes place in a single process step. Thus, in this one process step of 3D laser writing, both the optical element and the absorptive element are created. It is therefore no longer necessary to produce the optical element and the absorptive element in two separate process steps. In particular, it is not necessary to use different photoresists or materials for the optical element and the absorptive element. The photoresist can be, for example, a UV-curing photoresist, which is then locally cured in particular using 2-photon lithography in 3D laser writing to produce the micro-optics. Since the optical element and the absorptive element are produced in one process step, re-alignment with one another is no longer necessary. As a result, the optical element and the absorptive element are aligned with one another with a high degree of accuracy. The alignment accuracy depends on the movement accuracy of the 3D laser writing device and is always less than 1 µm. Due to the high alignment accuracy, high quality can be achieved Micro-optics are created in a particularly simple and efficient way. In the process, the optical element can first be produced and then immediately afterwards the at least one absorptive element can be produced. Alternatively, the at least one absorptive element and then immediately afterwards the at least one optical element can be produced. Alternatively, both the at least one optical element and the at least one absorptive element are produced together in a uniform process step, in particular in layers and thus at the same time.

Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem mindestens einen absorptiven Element um eine Blende oder ein Array aus Blenden. Die Blende kann dabei auch bezeichnet werden bzw. umfasst ebenfalls Aperturblenden, Lochblenden („pinhole“) oder dergleichen, insbesondere dann, wenn es sich bei der erzeugten Mikrooptik um ein telezentrisches Objektiv handelt. Insbesondere sofern das mindestens eine absorptive Element ausgebildet ist als Blende oder Array aus Blenden, ist das absorptive Element ausgebildet weniger als 10% des Lichtes und bevorzugt weniger als 5% zu transmittieren.According to the invention, the at least one absorptive element is a diaphragm or an array of diaphragms. The diaphragm can also be referred to or also includes aperture diaphragms, pinholes or the like, especially if the micro-optics produced is a telecentric lens. In particular, if the at least one absorptive element is designed as a diaphragm or array of diaphragms, the absorptive element is designed to transmit less than 10% of the light and preferably less than 5%.

Vorzugsweise weist die Mikrooptik mehr als ein optisches Element und/oder mehr als ein absorptives Element auf.The micro-optics preferably has more than one optical element and/or more than one absorptive element.

Vorzugsweise wird vor Erzeugen des mindestens einen optischen Elements und des mindestens einen absorptiven Elements ein Fotolack aufgetragen auf ein Substrat. Weiterhin kann es sich bei dem Substrat beispielsweise um ein Bulk-Substrat oder Volumensubstrat insbesondere aus Glas, einen optischen Chip oder um eine optische Faser handeln, wobei die Mikrooptik auf der Facette der optischen Faser erzeugt wird.Preferably, before producing the at least one optical element and the at least one absorptive element, a photoresist is applied to a substrate. Furthermore, the substrate can be, for example, a bulk substrate or volume substrate, in particular made of glass, an optical chip or an optical fiber, with the micro-optics being generated on the facet of the optical fiber.

Vorzugsweise findet zwischen dem Erzeugen des mindesten einen optischen Elements und dem Erzeugen des mindestens einen absorptiven Elements, unabhängig von der gewählten Reihenfolge der Erzeugung, kein weiteres Auftragen eines Fotolacks statt. Da sowohl das optische Element als auch das absorptive Element aus demselben Fotolack erzeugt werden, ist es ausreichend, vor dem gemeinsamen Prozessschritt des 3D-Laserschreibens den entsprechenden Fotolack insbesondere auf ein Substrat aufzutragen. Ein zusätzlicher Schritt zum Auftragen weiteren Fotolacks zwischen dem Erzeugen des mindestens einen optischen Elements und dem Erzeugen des mindestens einen absorptiven Elements kann somit entfallen.Preferably, no further application of a photoresist takes place between the production of the at least one optical element and the production of the at least one absorptive element, regardless of the selected order of production. Since both the optical element and the absorptive element are produced from the same photoresist, it is sufficient to apply the corresponding photoresist, in particular to a substrate, before the common process step of 3D laser writing. An additional step for applying further photoresist between producing the at least one optical element and producing the at least one absorptive element can therefore be omitted.

Vorzugsweise weist das absorptive Element eine Absorption von Licht im sichtbaren Spektralbereich und / oder im nahen UV-Bereich auf, sodass im Wesentlichen das Licht nicht durch das Material des absorptiven Elements hindurchtreten kann. Im Wesentlichen bedeutet in diesem Zusammenhang weniger als 50% des Lichts tritt durch das absorptive Element, vorzugsweise weniger als 75%, weiter bevorzugt weniger als 90% und besonders bevorzugt weniger als 95%. Die Transmission kann durch die Dicke des absorbtiven Elements angepasst werden.Preferably, the absorptive element has an absorption of light in the visible spectral range and/or in the near UV range, so that essentially the light cannot pass through the material of the absorptive element. In this context, essentially means less than 50% of the light passes through the absorptive element, preferably less than 75%, more preferably less than 90% and particularly preferably less than 95%. The transmission can be adjusted by the thickness of the absorbent element.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem mindestens einen absorptiven Element um einen Streuschutz, welcher das mindestens eine optische Element zumindest teilweise umgibt. Dabei verhindert der Streuschutz insbesondere seitliches Eintreten von Streulicht zur Verbesserung der Abbildungsqualität. Der Streuschutz kann hierzu beispielsweise als Hülse ausgebildet sein. Vorzugsweise umgibt der Streuschutz das optische Element vollständig, wobei selbstverständlich Eintritts- und Austrittsfacetten des optischen Elements freibleiben. Insbesondere kann der Streuschutz die Außenseite der Mikrooptik bilden und hierdurch nicht nur seitliches Eintreten von Streulicht verhindern, sondern auch die Mikrooptik vor physischen Einflüssen schützen und die Stabilität der Mikrooptik erhöhen. Insbesondere sofern das absorptive Element ausgebildet ist als Streuschutz, so ist das absorptive Element ausgebildet weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 25%, weiter bevorzugt weniger als 10% und besonders bevorzugt weniger als 5% des Lichts zu transmittieren.Preferably, the at least one absorptive element is a scatter protection which at least partially surrounds the at least one optical element. The scatter protection prevents stray light from entering from the side in particular to improve the image quality. For this purpose, the scatter protection can be designed, for example, as a sleeve. Preferably, the scatter protection completely surrounds the optical element, with the entrance and exit facets of the optical element naturally remaining free. In particular, the scatter protection can form the outside of the micro-optics and thereby not only prevent stray light from entering from the side, but also protect the micro-optics from physical influences and increase the stability of the micro-optics. In particular, if the absorptive element is designed as a scatter protection, the absorptive element is designed to transmit less than 50%, preferably less than 25%, more preferably less than 10% and particularly preferably less than 5% of the light.

Vorzugsweise weist das absorptive Element eine Dicke auf von mehr als 50 µm, insbesondere 200 µm oder mehr und besonders bevorzugt 500 µm oder mehr. Durch die so gewählte Dicke des mindestens einen absorptiven Elements ist die Absorption ausreichend hoch, um den Einfluss von Streulicht zu reduzieren oder die Funktion einer Blende zu erfüllen.The absorptive element preferably has a thickness of more than 50 μm, in particular 200 μm or more and particularly preferably 500 μm or more. Due to the selected thickness of the at least one absorptive element, the absorption is sufficiently high to reduce the influence of scattered light or to fulfill the function of a diaphragm.

Vorzugsweise weist das absorptive Element eine Änderung der Absorption auf, wobei insbesondere eine radiale Änderung der Absorption vorliegen kann. So kann in radialer Richtung des jeweiligen absorptiven Elements die Absorption zunehmen oder abnehmen. Hierdurch ist z.B. eine Anpassung des Strahlprofils bei Fasern möglich, sodass der äußere Bereich des Gauß-Strahls durch eine radial zunehmende Absorption abgeschwächt wird und somit nicht das Intensitätsprofil, welches in die Faser eingekoppelt wird, beeinflusst.Preferably, the absorptive element has a change in absorption, and in particular there may be a radial change in absorption. The absorption can increase or decrease in the radial direction of the respective absorptive element. This makes it possible, for example, to adapt the beam profile of fibers so that the outer region of the Gaussian beam is attenuated by a radially increasing absorption and therefore does not influence the intensity profile that is coupled into the fiber.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem mindestens einen optischen Element um eine Transmissionsoptik. Insbesondere ist das optische Element für Licht im nahen Infrarotbereich, im sichtbaren Spektralbereich und / oder im nahen UV-Bereich im Wesentlichen transparent. Im Wesentlichen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass mehr als 50% des Lichts durch das optische Element, vorzugsweise mehr als 75% des optischen Lichts, weiter bevorzugt mehr als 90% des Lichts hindurchtritt. Somit entstehen lediglich kleine absorptive Verluste beim Durchtritt durch das optische Element. Dabei kann das optische Element transparent sein für den gesamten Bereich vom nahen Infrarotbereich über den sichtbaren Spektralbereich bis zum nahen UV-Bereich. Alternativ hierzu weist das optische Element lediglich eine Transparenz in einem Wellenlängenbereich auf. Dieser Bereich kann insbesondere kleiner als 300 nm, vorzugsweise kleiner als 200 nm, bevorzugt kleiner als 100 nm und besonders bevorzugt kleiner als 50 nm breit sein. Das optische Element dient somit gleichzeitig als Farbfilter, sodass nur ausgewählte Wellenlängen durch das optische Element hindurchtreten können. Die Transmission kann dabei durch die Schichtdicke angepasst werden.The at least one optical element is preferably a transmission optics. In particular, the optical element is essentially transparent to light in the near infrared range, in the visible spectral range and/or in the near UV range. Essentially meaning In this context, more than 50% of the light passes through the optical element, preferably more than 75% of the optical light, more preferably more than 90% of the light. This means that only small absorptive losses occur when passing through the optical element. The optical element can be transparent for the entire range from the near infrared range through the visible spectral range to the near UV range. Alternatively, the optical element only has transparency in one wavelength range. This region can in particular be smaller than 300 nm, preferably smaller than 200 nm, preferably smaller than 100 nm and particularly preferably smaller than 50 nm wide. The optical element therefore also serves as a color filter, so that only selected wavelengths can pass through the optical element. The transmission can be adjusted by the layer thickness.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem einen optischen Element um eine Linse, ein Array aus Linsen, ein Prisma, ein Array aus Prismen, ein Transmissionsgitter, ein Array aus Transmissionsgittern oder eine Kombination hiervon.Preferably, the one optical element is a lens, an array of lenses, a prism, an array of prisms, a transmission grating, an array of transmission gratings or a combination thereof.

Vorzugsweise weist das optische Element eine Dicke auf von weniger als 50 µm und insbesondere weniger als 25 µm. Hier bei bezieht sich die Dicke auf die Richtung des hindurchtretenden Lichtes und fällt somit insbesondere mit der Dimension des optischen Elements entlang der optischen Achse zusammen. Auf Grund der geringen Dicke des optischen Elementes ist die Absorption des verwendeten Fotolacks gering und hat nur einen kleinen oder keinen Einfluss auf die Abbildung durch das optische Element. Insbesondere kann dabei beispielsweise eine Transmission von 75% erreicht werden bei einer Dicke von 25 µm und 90% bei einer Dicke von 10 µm.The optical element preferably has a thickness of less than 50 μm and in particular less than 25 μm. Here, the thickness refers to the direction of the light passing through and therefore coincides in particular with the dimension of the optical element along the optical axis. Due to the small thickness of the optical element, the absorption of the photoresist used is low and has little or no influence on the imaging by the optical element. In particular, for example, a transmission of 75% can be achieved with a thickness of 25 µm and 90% with a thickness of 10 µm.

Vorzugsweise weist der Fotolack bei der Wellenlänge des 3D-Laserschreibens eine Transmission von mehr als 50% und insbesondere mehr als 80% auf. Insbesondere hängt dabei die Transmission von dem Arbeitsabstand des Objektivs des 3D-Laserschreibgerätes ab, mit dem das Laserlicht fokussiert wird. Insbesondere, sofern das 3D-Laserschreiben als 2-Photonen-Lithographie-Prozess ausgebildet ist, ist es möglich, eine hohe Transmission des Fotolacks bei der Wellenlänge des 3D-Laserschreibens zu erreichen und gleichzeitig ein lokales Aushärten des Fotolacks zu ermöglichen.Preferably, the photoresist has a transmission of more than 50% and in particular more than 80% at the wavelength of 3D laser writing. In particular, the transmission depends on the working distance of the lens of the 3D laser writing device with which the laser light is focused. In particular, if 3D laser writing is designed as a 2-photon lithography process, it is possible to achieve high transmission of the photoresist at the wavelength of 3D laser writing and at the same time to enable local curing of the photoresist.

Vorzugsweise weist der Fotolack bei der Wellenlänge des 3D-Laserschreibens einen Lambert-Beer-Koeffizienten von 2 mm-1 oder weniger und insbesondere 1 mm-1 oder weniger auf. Der Lambert-Beer-Koeffizient wird auch als Absorptionskoeffizient α bezeichnet, welcher sich aus der Intensitätsabschwächung nach der Gleichung I(z) = I0e-α×z ergibt. I ist dabei die erhaltende Intensitätsabhängigkeit von der zurückgelegten Strecke z in dem Material und I0 die Anfangsintensität.Preferably, the photoresist has a Lambert-Beer coefficient of 2 mm -1 or less and in particular 1 mm -1 or less at the wavelength of 3D laser writing. The Lambert-Beer coefficient is also referred to as the absorption coefficient α, which results from the intensity attenuation according to the equation I(z) = I 0 e -α×z . I is the maintained intensity dependence on the distance z traveled in the material and I 0 is the initial intensity.

Vorzugsweise beträgt der Lambert-Beer-Koeffizient α des Fotolacks zwischen 3 und 20 mm-1 und insbesondere zwischen 5 und 15 mm-1. Dies betrifft besonders den Lambert-Beer-Koeffizienten für die Wellenlängen, für die die Mikrooptik genutzt werden soll. Dies kann beispielsweise den sichtbaren Spektralbereich umfassen, sodass der Lambert-Beer-Koeffizient für den sichtbaren Spektralbereich des Fotolacks zwischen 3 und 20 mm-1 und insbesondere zwischen 5 und 15 mm-1 liegt. Soll die Mikrooptik für andere Wellenlängenbereiche (beispielsweise als Farbfilter) genutzt werden, so gelten für diese Wellenlängenbereiche die bevorzugten Lambert-Beer-Koeffizienten. Aufgrund der Wahl der Lambert-Beer-Koeffizienten für den Fotolack ist es möglich, einerseits eine ausreichende Absorption des absorptiven Elements zu erreichen, insbesondere sofern das absorptive Element eine Dicke aufweist von mehr als 50 µm, insbesondere 200 µm oder mehr und besonders bevorzugt 500 µm oder mehr. Gleichzeitig wird eine ausreichende Transmission des optischen Elements erreicht, sodass eine im Wesentlichen ungehinderte Transmission des Lichts durch das optische Element ermöglicht wird. Dies gilt insbesondere, sofern die Dicke des optischen Elements kleiner als 25 µm ist.The Lambert-Beer coefficient α of the photoresist is preferably between 3 and 20 mm -1 and in particular between 5 and 15 mm -1 . This particularly concerns the Lambert-Beer coefficient for the wavelengths for which the micro-optics is to be used. This can, for example, include the visible spectral range, so that the Lambert-Beer coefficient for the visible spectral range of the photoresist is between 3 and 20 mm -1 and in particular between 5 and 15 mm -1 . If the micro-optics is to be used for other wavelength ranges (for example as a color filter), the preferred Lambert-Beer coefficients apply to these wavelength ranges. Due to the choice of the Lambert-Beer coefficients for the photoresist, it is possible, on the one hand, to achieve sufficient absorption of the absorptive element, in particular if the absorptive element has a thickness of more than 50 μm, in particular 200 μm or more and particularly preferably 500 μm or more. At the same time, sufficient transmission of the optical element is achieved, so that a substantially unhindered transmission of light through the optical element is possible. This applies in particular if the thickness of the optical element is less than 25 µm.

Vorzugsweise beträgt der Berechnungsindex des Fotolacks zwischen 1,4 und 1,6 und insbesondere zwischen 1,5 und 1,53. Hierbei handelt es sich insbesondere um einen Berechnungsindex, welcher gut mit dem Berechnungsindex von hochtransparenten Fotolacken, welche bereits beim 3D-Laserschreiben verwendet werden, übereinstimmt. Eine Kombination dieser Fotolacke ist somit auf einfache Weise möglich. So kann beispielsweise ein hochtransparenter Fotolack verwendet werden zur Erzeugung weiterer Elemente der Mikrooptik und diese dann kombiniert werden mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.Preferably, the calculation index of the photoresist is between 1.4 and 1.6 and in particular between 1.5 and 1.53. This is in particular a calculation index that corresponds well with the calculation index of highly transparent photoresists, which are already used in 3D laser writing. A combination of these photoresists is therefore possible in a simple manner. For example, a highly transparent photoresist can be used to produce further elements of micro-optics and these can then be combined with the method of the present invention.

Vorzugsweise werden beim 3D-Laserschreiben zwei aufeinanderfolgende Schichten um mehr als 30 Grad zueinander verdreht und insbesondere um 90 Grad zueinander verdreht. Beim 3D-Laserschreiben werden üblicherweise Strukturen schichtweise aufgebaut. Dabei hat sich gezeigt, dass eine geänderte Ausrichtung aufeinanderfolgender Schichten vorteilhaft sein kann. Üblicherweise werden beim 3D-Laserschreiben und insbesondere in der 2-Photonen-Lithographie Winkel von 30 Grad zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schichten verwendet. Hierbei wird der Winkel in der Literatur auch als „Hatching Angle“ bezeichnet. Es hat sich jedoch in der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass sich bei der vorliegenden Mikrooptik bei einem Winkel von 30 Grad spiralförmige Strukturen auf der Oberfläche des optischen Elements ausbilden. Diese können verhindert werden durch die spezielle Wahl von einem Winkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schichten von mehr als 30 Grad und insbesondere 90 Grad, sodass eine glatte Oberfläche des mindestens einen optischen Elements erreicht wird.During 3D laser writing, two successive layers are preferably rotated by more than 30 degrees to each other and in particular rotated by 90 degrees to each other. In 3D laser writing, structures are usually built up in layers. It has been shown that changing the alignment of successive layers can be advantageous. Typically in 3D laser writing and especially in 2-photon lithography, angles of 30 degrees are used between two consecutive layers. The angle is also referred to in the literature as the “hatching angle”. However, it has been shown in the present invention that The present micro-optics form spiral-shaped structures on the surface of the optical element at an angle of 30 degrees. These can be prevented by specifically choosing an angle between two successive layers of more than 30 degrees and in particular 90 degrees, so that a smooth surface of the at least one optical element is achieved.

Vorzugsweise wird zwischen dem Schreiben zwei aufeinanderfolgender Schichten eine vorgegebene Zeitdauer abgewartet. Bei zu kurzen Wartezeiten zwischen aufeinanderfolgenden Schichten erhöht sich die effektive Schreibleistung, was die Form, speziell die Oberfläche der geschriebenen Struktur beeinflussen kann. Daher wird nach dem Schreiben jeder Schicht und dem Fahren in z-Richtung der Piezo Stage die vorgegebene Zeitdauer als Wartezeit eingehalten (sogenannte „piezo settling time“). Insbesondere beträgt dabei die vorgegebene Zeitdauer 1s bis 5s.Preferably, a predetermined period of time is waited between writing two successive layers. If the waiting times between successive layers are too short, the effective writing performance increases, which can influence the shape, especially the surface, of the written structure. Therefore, after writing each layer and moving the piezo stage in the z direction, the specified waiting time is maintained (so-called “piezo settling time”). In particular, the specified time period is 1s to 5s.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Mikrooptik hergestellt nach dem Verfahren wie vorstehend beschrieben.The present invention further relates to micro-optics produced by the method as described above.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Mikrooptik um ein Linsen-Singlet, welches somit eine Kombination aus einer einzelnen Linse und einer Blende darstellt. Dieses Linsen-Singlet wird dabei in einem Prozessschritt erzeugt wie vorstehend beschrieben.The micro-optics is preferably a lens singlet, which therefore represents a combination of a single lens and an aperture. This lens singlet is created in one process step as described above.

Vorzugsweise handelt es sich bei der hergestellten Mikrooptik um ein telezentrisches Objektiv, bestehend aus einer Apertur und einer davon axial beabstandeten Linse. Hierbei ist eine genaue transversale Ausrichtung, also eine Ausrichtung in einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung der Apertur und der Linse erforderlich. Gleichzeitig ist jedoch auch der axiale Abstand zwischen der Apertur und der Linse genau zu erzeugen, wobei der axiale Abstand üblicherweise der Brennweite der Linse entspricht. Nach den Verfahren aus dem Stand der Technik würde die Herstellung eines solchen telezentrischen Objektivs eine hohe Anforderung an die Ausrichtungsgenauigkeit zwischen Linse und Apertur erfordern, welche unter Umständen nicht erreicht werden kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine exakte Ausrichtung beider Elemente auf einfache Weise möglich, da die Apertur und die Linsen in einem Prozessschritt erzeugt werden, sodass qualitativ hochwertige telezentrische Objektive als Mikrooptiken erzeugt werden können.The micro-optics produced is preferably a telecentric lens, consisting of an aperture and a lens axially spaced therefrom. This requires a precise transversal alignment, i.e. an alignment in a plane perpendicular to the axial direction of the aperture and the lens. At the same time, however, the axial distance between the aperture and the lens must also be created precisely, with the axial distance usually corresponding to the focal length of the lens. According to the methods from the prior art, the production of such a telecentric lens would require a high level of alignment accuracy between the lens and the aperture, which under certain circumstances cannot be achieved. According to the present invention, an exact alignment of both elements is possible in a simple manner because the aperture and the lenses are produced in one process step, so that high-quality telecentric lenses can be produced as micro-optics.

Somit wurde bei der vorliegenden Erfindung überraschend gefunden, dass die Verwendung eines absorptiven Fotolacks für das Erzeugen von Mikrooptiken vorteilhaft sein kann. Auf Grund der geringen Abmessungen der Strukturen in einer Mikrooptik kann bei dünnen Strukturen die Absorption, beispielsweise für die optischen Elemente, vernachlässigt werden. Werden jedoch aus demselben absorptiven Fotolack dicke Strukturen erzeugt, weisen diese eine ausreichend hohe Absorption auf, um in der Mikrooptik als absorptive Elemente, wie beispielsweise Blenden oder dergleichen, verwendet zu werden. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit optische Elemente und absorptive Elemente in unterschiedlichen Prozessschritten zu erzeugen und insbesondere aus unterschiedlichen Materialien. Überraschenderweise hat sich zusätzlich gezeigt, dass die Verwendung eines solchen absorptiven Fotolacks in einem 3D-Laserschreibprozess und insbesondere bei einem 2-Photonen-Lithographieverfahren möglich ist und der Fotolack zusätzlich zu seinen optischen Eigenschaften bei der fertigen Mikrooptik gleichzeitig eine ausreichend hohe Transmission für das 3D-Laserschreiben aufweisen kann, so dass thermische Einflüsse beim 3D-Laserschreiben gering bleiben.Thus, in the present invention, it was surprisingly found that the use of an absorptive photoresist can be advantageous for producing micro-optics. Due to the small dimensions of the structures in micro-optics, the absorption, for example for the optical elements, can be neglected in thin structures. However, if thick structures are produced from the same absorptive photoresist, these have a sufficiently high absorption to be used in micro-optics as absorptive elements, such as apertures or the like. This eliminates the need to produce optical elements and absorptive elements in different process steps and in particular from different materials. Surprisingly, it has also been shown that the use of such an absorptive photoresist in a 3D laser writing process and in particular in a 2-photon lithography process is possible and that, in addition to its optical properties in the finished micro-optics, the photoresist simultaneously has a sufficiently high transmission for the 3D Laser writing can have so that thermal influences during 3D laser writing remain low.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:

  • 1A - 1C Ablaufdiagramme für das erfindungsgemäße Verfahren,
  • 2A - 2F ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
  • 3 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 4A - 4C eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
  • 5 und B exemplarische Transmissionsspektren gemäß der vorliegenden Erfindung.
Show it:
  • 1A - 1C Flow charts for the method according to the invention,
  • 2A - 2F a first embodiment of the present invention,
  • 3 another embodiment of the present invention,
  • 4A - 4C another embodiment of the present invention and
  • 5 and B exemplary transmission spectra according to the present invention.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zur Herstellung einer Mikrooptik wie dargestellt in der 1A. Das Verfahren weist die Schritte auf:

  • S01: Erzeugen mindestens eines optischen Elements mittels 3D-Laserschreiben und
  • S02: Erzeugen mindestens eines absorptiven Elements mittels 3D-Laserschreibens, dabei wird das mindestens eine optische Element und das mindestens eine absorptive Element aus demselben Fotolack erzeugt.
According to the present invention, a method is provided for producing micro-optics as shown in the 1A . The procedure has the steps:
  • S01: Creating at least one optical element using 3D laser writing and
  • S02: Generating at least one absorptive element using 3D laser writing, in which the at least one optical element and the at least one absorptive element are produced from the same photoresist.

Alternativ hierzu wird die Reihenfolge der Schritte umgekehrt wie gezeigt in der 1B, sodass in einem Schritt S01' zunächst mindestens ein absorptives Element mittels 3D-Laserschreibens erzeugt wird und in einem zweiten Schritt S02' mindestens ein optisches Element mittels 3D-Laserschreibens erzeugt wird.Alternatively, the order of steps is reversed as shown in the 1B , so that in a step S01' at least one absorptive element is first generated using 3D laser writing and in a second step S02' at least one optical element is generated using 3D laser writing.

Alternativ, wie gezeigt in der 1C, findet das Erzeugen des mindestens einen optischen Elements und des mindestens einen absorptiven Elements mittels 3D-Laserschreibens in einem gemeinsamen Schritt S01" statt. Insbesondere wird die Mikrooptik schichtweise durch das 3D-Laserschreiben erzeugt, sodass das optische Element gemeinsam mit dem absorptiven Element schichtweise erzeugt wird aus demselben Fotolack.Alternatively, as shown in the 1C , the generation of the at least one optical element and the at least one absorptive element by means of 3D laser writing takes place in a common step S01". In particular, the micro-optics is generated layer by layer by 3D laser writing, so that the optical element is generated in layers together with the absorptive element is made from the same photoresist.

Es hat sich gezeigt, dass durch die Erzeugung des mindestens einen optischen Elements und des mindestens einen absorptiven Elements in einem Prozessschritt die erforderliche Ausrichtung zwischen dem optischen Element und dem absorptiven Element deutlich verbessert werden kann gegenüber konventionellen zweischrittigen Verfahren, bei denen ein absorptives Element als makroskopisches Element nachträglich aufgebracht wird oder beispielsweise als Metallschicht aufgedampft wird. Hierdurch ist es möglich auch Arrays von optischen Elementen und Arrays von absorptiven Elementen mit hoher Genauigkeit zueinander auszurichten.It has been shown that by producing the at least one optical element and the at least one absorptive element in one process step, the required alignment between the optical element and the absorptive element can be significantly improved compared to conventional two-step processes in which an absorptive element is formed as a macroscopic one Element is subsequently applied or, for example, vapor-deposited as a metal layer. This makes it possible to align arrays of optical elements and arrays of absorptive elements with one another with high precision.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Verwendung desselben Fotolacks für die optischen Elemente als auch für die absorptiven Elemente möglich ist. Hierzu wird die Absorption des Fotolacks derart gewählt, dass für geeignete Dicken eine ausreichende optische Transmission der optischen Elemente erreicht werden kann. Hierbei beträgt die Transmission insbesondere mehr als 75 % und bevorzugt insbesondere mehr als 90 %. Hierzu können die optischen Elemente beispielsweise eine Dicke von weniger als 25 µm und insbesondere weniger als 10 µm aufweisen. Gleichzeitig wird für die absorptiven Elemente eine ausreichende Dicke gewählt, sodass die Absorption des Fotolacks ausreicht, um eine genügende Absorption der absorptiven Elemente zu erreichen. Hierbei kann die Absorption der absorptiven Elemente mehr als 50 % betragen, insbesondere mehr als 75 %, weiter bevorzugt mehr als 90 % und besonders bevorzugt mehr als 95 %. Hierdurch wird eine ausreichende Abschirmung für die relevanten Wellenlängen erreicht. Hierbei ist das absorptive Element ausgebildet als Blende bzw. wird durch das absorptive Element eine Apertur ausgebildet. Zusätzlich hierzu kann es sich bei dem absorptiven Element um einen Streuschutz handeln, welcher das optische Element zumindest teilweise umgibt und so das seitliche Eindringen von Streulicht in das optische Element verhindert. Surprisingly, it has been shown that it is possible to use the same photoresist for the optical elements as well as for the absorptive elements. For this purpose, the absorption of the photoresist is selected such that sufficient optical transmission of the optical elements can be achieved for suitable thicknesses. The transmission is in particular more than 75% and preferably in particular more than 90%. For this purpose, the optical elements can, for example, have a thickness of less than 25 μm and in particular less than 10 μm. At the same time, a sufficient thickness is selected for the absorptive elements so that the absorption of the photoresist is sufficient to achieve sufficient absorption of the absorptive elements. The absorption of the absorptive elements can be more than 50%, in particular more than 75%, more preferably more than 90% and particularly preferably more than 95%. This achieves sufficient shielding for the relevant wavelengths. Here, the absorptive element is designed as a diaphragm or an aperture is formed by the absorptive element. In addition to this, the absorptive element can be a scatter protection, which at least partially surrounds the optical element and thus prevents the lateral penetration of scattered light into the optical element.

Hierdurch werden die Abbildungseigenschaften des optischen Elements deutlich verbessert.This significantly improves the imaging properties of the optical element.

5A und 5B zeigen exemplarische Transmissionen eines Fotolacks gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei sind in der 5A Beispiele des verwendeten Fotolacks mit unterschiedlichen Dicken dargestellt von oben links nach unten rechts mit einer Dicke von 50 µm, 100 µm, 150 µm und 200 µm. Somit kann je nach Wahl der Dicke des optischen Elements bzw. des absorptiven Elements die Absorption angepasst werden. 5B zeigt Messwerte für die Transmission für unterschiedliche Dicken des Materials. 5A and 5B show exemplary transmissions of a photoresist according to the present invention. There are in the 5A Examples of the photoresist used with different thicknesses shown from top left to bottom right with a thickness of 50 µm, 100 µm, 150 µm and 200 µm. The absorption can therefore be adjusted depending on the choice of thickness of the optical element or the absorptive element. 5B shows measured values for transmission for different thicknesses of the material.

Insbesondere weist der Fotolack einen Lambert-Beer-Koeffizienten bzw. Absorptionskoeffizienten zwischen 3 und 20 mm-1 und insbesondere zwischen 5 und 15 mm-1 auf. Diese Absorptionskoeffizienten werden insbesondere in einem Wellenlängenbereich erreicht, für den die Mikrooptik verwendet werden soll. Wird die Mikrooptik beispielsweise mit weißem Licht verwendet, so ergibt sich der Lambert-Beer Koeffizient im Wesentlichen für den gesamten Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes. Wird hingeben die Mikrooptik lediglich verwendet für einen schmalen Wellenlängenbereich (beispielsweise als Farbfilter), so ist es ausreichend, dass in diesem schmaleren Wellenlängenbereich die entsprechende Absorption vorliegt. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Fotolack bei der Wellenlänge des 3D-Laserschreibens einen Lambert-Beer-Koeffizienten von 2 mm-1 oder weniger und insbesondere 1 mm-1 oder weniger aufweist. Somit erfolgt lediglich eine geringe Absorption des Laserlichts beim 3D-Laserschreiben, sodass am Ort des Laserfokus eine ausreichend hohe Intensität erreicht werden kann, wobei eine thermische Überbelastung des Fotolacks verhindert werden kann.In particular, the photoresist has a Lambert-Beer coefficient or absorption coefficient between 3 and 20 mm -1 and in particular between 5 and 15 mm -1 . These absorption coefficients are achieved in particular in a wavelength range for which the micro-optics is to be used. If micro-optics is used with white light, for example, the Lambert-Beer coefficient results essentially for the entire wavelength range of visible light. If the micro-optics is only used for a narrow wavelength range (for example as a color filter), it is sufficient that the corresponding absorption is present in this narrower wavelength range. Furthermore, it is preferred that the photoresist has a Lambert-Beer coefficient of 2 mm -1 or less, and in particular 1 mm -1 or less, at the wavelength of 3D laser writing. This means that only a small absorption of the laser light occurs during 3D laser writing, so that a sufficiently high intensity can be achieved at the location of the laser focus, whereby thermal overloading of the photoresist can be prevented.

Insbesondere, wenn es sich bei dem 3D-Laserschreiben um einen 2-Photonen-Lithographie-Prozess handelt, können die vorstehend genannten Absorptionswerte gleichzeitig erreicht werden. So wird durch die Absorption des Fotolacks es einerseits möglich transparente oder nahezu transparente optische Elemente zu erzeugen und gleichzeitig absorptive Elemente aus demselben Fotolack zu erzeugen. Weiterhin ist es möglich aufgrund der gewählten Absorption des Fotolacks diesen für einen 2-Photonen-Lithographie-Prozess zu verwenden, um hierdurch die Mikrooptik zu erzeugen. Hierbei hat sich überraschend gezeigt, dass mit den vorstehend genannten Absorptionswerten alle drei Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden können. So würde anderenfalls eine zu hohe Absorption es zwar ermöglichen absorptive Elemente zu erzeugen, jedoch gleichzeitig optische Elemente nicht mehr möglich machen. Auch das Schreiben mit hohen Lichtintensitäten im Rahmen des 2-Photonen-Lithographie-Prozesses wären nicht mehr möglich. Eine zu große Transparenz hingegen würde es nicht mehr möglich machen absorptive Elemente zu erzeugen.In particular, when the 3D laser writing is a 2-photon lithography process, the above-mentioned absorption values can be achieved simultaneously. The absorption of the photoresist makes it possible on the one hand to produce transparent or almost transparent optical elements and at the same time to produce absorptive elements from the same photoresist. Furthermore, due to the selected absorption of the photoresist, it is possible to use it for a 2-photon lithography process in order to create the micro-optics. It has surprisingly been shown that all three requirements can be met at the same time with the absorption values mentioned above. Otherwise, excessive absorption would make it possible to produce absorptive elements, but at the same time would no longer make optical elements possible. Writing with high light intensities as part of the 2-photon lithography process would also no longer be possible. However, too much transparency would no longer make it possible to create absorptive elements.

Im Folgenden wird Bezug genommen auf die 2A - 2F. 2A und B zeigt eine Ausführungsform der Mikrooptik 10 als Linsen-Singlet mit einem optischen Element 12 ausgebildet als einzelne Linse und einer umgebenden Blende 14. Optisches Element 12 und Blende 14 sind dabei gleichzeitig und aus demselben Fotolack mittels 3D-Laserschreiben erzeugt. Dabei weist die Linse 12 eine Dicke von weniger als 50 µm und insbesondere weniger als 25 µm in Axialrichtung, also entlang des Strahlengangs, auf. Hierdurch wird eine ausreichende Transparenz des optischen Elements 12 erreicht. Gleichzeitig weist die Blende 14 eine ausreichende Dicke auf, sodass eine Absorption des absorptiven Elements 14 erreicht wird, welche mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 90 % und besonders bevorzugt mehr als 95 % erreicht. 2C bis 2F zeigt dabei einen exemplarischen Vergleich zwischen dem Abbildungsvermögen (2D) einer Linse (2C), welche aus einem hochtransparenten Fotolack gemäß dem Stand der Technik hergestellt wird, im Vergleich mit dem Abbildungsvermögen (2F) einer Mikrooptik (2E), welche gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellt wurde mit dem absorptiven Fotolack. Wie aus den 2D und 2F klar ersichtlich, ist die Abbildungsqualität deutlich verbessert durch Hinzufügung der Blende, insbesondere der Kontrast. Gleichzeitig ist keine Verschlechterung der Abbildungsqualität durch Verwendung eines absorptiven Fotolacks erkennbar.Reference is made below to the 2A - 2F . 2A and B shows an embodiment of the micro-optics 10 as a lens singlet with an optical element 12 designed as a single lens and a surrounding aperture 14. Optical element 12 and aperture 14 are produced simultaneously and from the same photoresist using 3D laser writing. The lens 12 has a thickness of less than 50 μm and in particular less than 25 μm in the axial direction, i.e. along the beam path. This ensures sufficient transparency of the optical element 12. At the same time, the aperture 14 has a sufficient thickness so that an absorption of the absorptive element 14 is achieved, which reaches more than 50%, preferably more than 90% and particularly preferably more than 95%. 2C until 2F shows an exemplary comparison between the imaging ability ( 2D ) a lens ( 2C ), which is made from a highly transparent photoresist according to the state of the art, in comparison with the imaging ability ( 2F) a micro-optics ( 2E) , which was produced according to the present process with the absorptive photoresist. Like from the 2D and 2F Clearly visible, the image quality is significantly improved by adding the aperture, especially the contrast. At the same time, there is no noticeable deterioration in imaging quality due to the use of an absorptive photoresist.

Im Folgenden wird Bezug genommen auf die 3, welche eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In der Ausführungsform der 3 ist die Mikrooptik ausgebildet als telezentrisches Objektiv 16. Das telezentrische Objektiv 16 weist eine Apertur 18 auf, sowie eine Linse 20. Der Strahlengang 22 tritt durch die Apertur 18 hindurch und wird von der Linse 20 kollimiert (oder andersherum). Hierbei ist der axiale Abstand entlang der Achse 24 zwischen der Aperturöffnung 26 und der Linse 20, sowie die transversale Ausrichtung zwischen Aperturöffnung 26 und Linse 20 entscheidend für die Abbildungsqualität des telezentrischen Objektivs 16. Da das telezentrische Objektiv 16 in einem Prozessschritt hergestellt wird, kann eine hohe Ausrichtungsgenauigkeit zwischen der Apertur 18 und der Linse 20 erreicht werden, wodurch eine verbesserte Abbildungsqualität erreicht wird. Gleichzeitig hat sich gezeigt, dass im Vergleich mit einer Linse ohne Apertur 18, welche beispielsweise aus einem hochtransparenten Fotolack gemäß dem Stand der Technik erzeugt wird, eine bis zu dreimal so lange Fokustiefe erreicht werden kann und eine konstante Bildgröße unabhängig vom Objektabstand. Gleichzeitig hat sich in Experimenten keine Verschlechterung der Abbildungsqualität ergeben durch die Verwendung eines absorptiven Fotolacks.Reference is made below to the 3 , which represents another embodiment of the present invention. In the embodiment of 3 The micro-optics is designed as a telecentric lens 16. The telecentric lens 16 has an aperture 18 and a lens 20. The beam path 22 passes through the aperture 18 and is collimated by the lens 20 (or vice versa). Here, the axial distance along the axis 24 between the aperture opening 26 and the lens 20, as well as the transverse alignment between the aperture opening 26 and lens 20, are crucial for the imaging quality of the telecentric lens 16. Since the telecentric lens 16 is manufactured in one process step, a high alignment accuracy between the aperture 18 and the lens 20 can be achieved, thereby achieving improved imaging quality. At the same time, it has been shown that, in comparison with a lens without an aperture 18, which is produced, for example, from a highly transparent photoresist according to the prior art, a focus depth that is up to three times as long can be achieved and a constant image size regardless of the object distance. At the same time, experiments have shown no deterioration in imaging quality due to the use of an absorptive photoresist.

Im Folgenden wird Bezug genommen auf die Ausführungsform der 4A, welche ein Linsen-Singlet 11 gemäß der 2 darstellt. Hierbei weist jedoch die Blende 14 eine gekrümmte Oberfläche 28 auf, welche im Beispiel der 4A zur Linse hin abfällt. Gemäß der 4B entsteht somit ein geänderter Absorptionsverlauf A, wobei die Absorption zur Linse 12 hin abfällt. Durch die angepasste Absorption kann der Intensitätsverlauf I, gezeigt in der 4C, geeignet geändert werden, um somit beispielsweise ein Gauß-Profil so anzupassen, dass die abfallenden Seitenbereiche stärker gedämpft werden. Alternativ zu der Ausführungsform der 4A - 4C kann die Absorption auch in beliebiger Form angepasst werden und beispielsweise nach außen hin abnehmen.Reference is made below to the embodiment of 4A , which is a lens singlet 11 according to 2 represents. However, the aperture 14 has a curved surface 28, which in the example 4A slopes towards the lens. According to the 4B This creates a changed absorption curve A, with the absorption falling towards the lens 12. The adjusted absorption allows the intensity curve I, shown in the 4C , can be changed appropriately, for example to adapt a Gaussian profile so that the sloping side areas are damped more strongly. Alternative to the embodiment of 4A - 4C The absorption can also be adjusted in any way and, for example, decrease towards the outside.

Somit ist ein Verfahren geschaffen zur vereinfachten Herstellung einer Mikrooptik. Hierbei hat sich gezeigt, dass die Verwendung eines absorptiven Fotolacks das Herstellungsverfahren vereinfacht und insbesondere die Herstellung von absorptiven Elementen und optischen Element in einem Schritt ermöglicht ohne Qualitätsverlust. Hierdurch kann die Ausrichtung der optischen Elemente zu den absorptiven Elementen deutlich verbessert werden. Dabei hat die Erfindung überraschend gezeigt, dass die Anforderungen hinsichtlich Absorption und Transmission für das Licht, für das die Mikrooptik verwendet wird, sowie für das Laserlicht des 3D-Laserschreibens, gleichzeitig erfüllbar ist.A method is thus created for the simplified production of micro-optics. It has been shown that the use of an absorptive photoresist simplifies the manufacturing process and in particular enables the production of absorptive elements and optical elements in one step without loss of quality. This allows the alignment of the optical elements to the absorptive elements to be significantly improved. The invention has surprisingly shown that the requirements regarding absorption and transmission for the light for which the micro-optics is used and for the laser light from 3D laser writing can be met at the same time.

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung einer Mikrooptik, bei welchem mindestens ein optisches Element mittels 3D-Laserschreibens erzeugt wird und mindestens ein absorptives Element mittels 3D-Laserschreibens erzeugt wird, wobei das mindestens eine optische Element und das mindesten eine absorptiven Element aus demselben Fotolack erzeugt werden dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen absorptiven Element um eine Blende oder ein Array aus Blenden handelt.Method for producing micro-optics, in which at least one optical element is produced by means of 3D laser writing and at least one absorptive element is produced by means of 3D laser writing, the at least one optical element and the at least one absorptive element being produced from the same photoresist, characterized in that that the at least one absorptive element is a diaphragm or an array of diaphragms. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Erzeugung des mindestens einen optischen Elements und des mindestens einen absorptiven Elements in einem Prozessschritt erfolgt.Procedure according to Claim 1 , in which the production of the at least one optical element and the at least one absorptive element takes place in one process step. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem vor Erzeugen des mindestens einen optischen Elements und/oder des mindestens einen absorptiven Elements, das Auftragen des Fotolacks insbesondere auf ein Substrat stattfindet.Procedure according to Claim 1 or 2 , in which the photoresist is applied, in particular to a substrate, before producing the at least one optical element and/or the at least one absorptive element. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem zwischen dem Erzeugen des mindestens einen optischen Elements und dem Erzeugen des mindestens einen absorptiven Elements kein weiterer Fotolack aufgetragen wird.Procedure according to one of the Claims 1 until 3 , in which between the creation of the mind At least one optical element and the production of the at least one absorptive element no further photoresist is applied. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem es sich bei dem mindestens einen absorptiven Element um einen Streuschutz handelt, welcher das mindestens eine optische Element zumindest teilweise umgibt.Procedure according to one of the Claims 1 until 4 , in which the at least one absorptive element is a scatter protection which at least partially surrounds the at least one optical element. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem das absorptive Element eine Änderung der Absorption, insbesondere eine radiale Änderung, aufweistProcedure according to one of the Claims 1 until 5 , in which the absorptive element has a change in absorption, in particular a radial change Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem es sich bei dem mindestens einen optischen Element um eine Transmissionsoptik handelt.Procedure according to one of the Claims 1 until 6 , in which the at least one optical element is a transmission optics. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem es sich bei mindestens einem optischen Element um eine Linse, ein Array aus Linsen, ein Prisma, ein Array aus Prismen, ein Transmissionsgitter, ein Array aus Transmissionsgittern oder eine Kombination hiervon handelt.Procedure according to one of the Claims 1 until 7 , in which at least one optical element is a lens, an array of lenses, a prism, an array of prisms, a transmission grating, an array of transmission gratings or a combination thereof. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem der Fotolack bei der Wellenlänge des 3D-Laserschreibens einen Lambert-Beer Koeffizienten von 2 mm-1 oder weniger und insbesondere 1 mm-1 oder weniger aufweist.Procedure according to one of the Claims 1 until 8th , in which the photoresist has a Lambert-Beer coefficient of 2 mm -1 or less and in particular 1 mm -1 or less at the wavelength of 3D laser writing. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem das mindestens eine absorptive Element eine Absorption aufweist von mehr als 50%, bevorzugt mehr als 90% und besonders bevorzugt mehr als 95%.Procedure according to one of the Claims 1 until 9 , in which the at least one absorptive element has an absorption of more than 50%, preferably more than 90% and particularly preferably more than 95%. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem das mindestens eine optische Element eine Transmission aufweist von mehr als 75%.Procedure according to one of the Claims 1 until 10 , in which the at least one optical element has a transmission of more than 75%. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem der Lambert-Beer-Koeffizient des Fotolacks im Spektralbereich der Mikrooptik zwischen 3 und 20 mm-1 und insbesondere zwischen 5 und 15 mm-1 liegt.Procedure according to one of the Claims 1 until 11 , in which the Lambert-Beer coefficient of the photoresist in the spectral range of the micro-optics is between 3 and 20 mm -1 and in particular between 5 and 15 mm -1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem der Brechungsindex des Fotolacks zwischen 1,4 und 1,6 und insbesondere zwischen 1,5 und 1,53 liegt.Procedure according to one of the Claims 1 until 12 , in which the refractive index of the photoresist is between 1.4 and 1.6 and in particular between 1.5 and 1.53. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welchem beim 3D-Laserschreiben zwei aufeinanderfolgende Schichten um mehr als 30° zueinander verdreht sind und insbesondere um 90° zueinander verdreht sind.Procedure according to one of the Claims 1 until 13 , in which during 3D laser writing two successive layers are twisted by more than 30° to each other and in particular are twisted by 90° to each other. Mikro-Optik hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14.Micro-optics manufactured using the method according to one of the Claims 1 until 14 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102017128824A1 (en) 2017-12-05 2019-06-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method for producing a radiation-emitting component and radiation-emitting component
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017128824A1 (en) 2017-12-05 2019-06-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method for producing a radiation-emitting component and radiation-emitting component
DE102021110860B3 (en) 2021-04-28 2022-03-17 Nanoscribe Holding Gmbh Method for producing a three-dimensional structure in a lithographic material using a laser lithography device and laser lithography device

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