CN102744813A - 复合型衍射光学元件的制造方法，和复合型衍射光学元件 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了复合型衍射光学元件的制造方法，和复合型衍射光学元件。使具有层叠在透明基板上的树脂层的复合型衍射光学元件成型。随后，利用冷却喷嘴开始透明基板的非成型面的冷却，以便沿着从外周向着中心的一个方向形成温度梯度，并且沿着所述一个方向扩大冷却范围，以冷却透明基板。这样，从所述外周部分越过衍射光栅的中心到相对的外周部分，沿着一个方向进行脱模，从而使树脂层从衍射光栅模具脱除。
Description
技术领域
本发明涉及用于诸如照相机或摄像机之类的光学设备的复合型衍射光学元件的制造方法。
背景技术
常规地，在包括形成于由玻璃等制成的透明基板上的衍射光栅状树脂层的复合型衍射光学元件的复制品的成型中，存在如下这样的问题，即当透明基板和树脂层在被一体化之后被从模具脱除时，由于树脂层和模具之间的附着力大，树脂层残留在模具上。为了处理该问题，已知通过预先进行表面处理，以增大透明基板和树脂层之间的附着力，能够防止树脂层在模具上的残留。另外，已知通过冷却透明基板的非成型面，使透明基板翘曲，以降低脱模(mold releasing)力，结果防止树脂层残留在模具上。
不过，就在其表面上包括衍射光栅的模具(诸如用于成型菲涅尔透镜或衍射光学元件的模具)来说，脱模力大于不包括衍射光栅的模具的脱模力。结果，树脂层往往会断裂，从而残留在模具上。此外，当在模具的表面上设置衍射光栅的情况下时，脱模尤其困难，这是因为在脱模期间，树脂层被挂在模具表面上的衍射光栅上，从而导致树脂层上的光栅损坏。
日本专利申请公开No.H01-152015公开一种从具有多个同心光栅的模具脱除树脂成型产品的方法，该方法包括从外周向着中心冷却透明基板的非成型面的步骤和利用脱模销分离产品的步骤的组合。从外周向着中心冷却透明基板会在树脂层的厚度方向上形成温差。这样，在树脂层和透明基板之间的界面产生收缩差，结果沿着从模具剥离树脂层的成型面(光栅面)的方向产生弯曲力矩。
不过，在日本专利申请公开No.H01-152015中描述的常规例子中，在从外周向着中心冷却透明基板的情况下，仅仅借助冷却不能从模具脱除中心部分。这是因为冷却引起的透明基板的中心部分的变形量小，另外，从作为支点的透明基板的中心产生的弯曲变形沿着模具方向施加压缩力。于是，为了从模具脱除树脂层，需要通过利用脱模销抬起中心部分的未脱除部分。在从具有多个同心衍射光栅的衍射光栅模具脱除树脂层的情况下，由于利用冷却步骤增加了收缩效应，因此能够在不破坏外周部分的光栅的情况下进行脱模。不过，位于中心部分的衍射光栅具有小的冷却导致的收缩效应，从而当通过利用脱模销用力抬起树脂以进行脱模时，树脂层中的衍射光栅被挂在衍射光栅模具中的衍射光栅上，从而导致损坏，这是一个待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，按照本发明，提供一种复合型衍射光学元件的制造方法，包括：使可固化树脂落到具有多个同心衍射光栅的衍射光栅模具和透明基板之间的空间中，以便通过插入所述树脂而填充所述空间；固化填充在所述空间中的可固化树脂，从而使包括层叠在透明基板上的树脂层的复合型衍射光学元件成型；以及从衍射光栅模具脱除复合型衍射光学元件，其中通过开始透明基板的非成型面的冷却以便沿着从外周向着中心的一个方向形成温度梯度，并通过扩大冷却范围进一步冷却透明基板，沿从透明基板的一个外周部分穿过衍射光栅的中心到相对的外周部分的一个方向进行脱模。
按照本发明，当通过冷却透明基板的非成型面以形成温度梯度以沿着一个方向进行脱模时，可按照与外部衍射光栅相同的方式在中心部分的衍射光栅中有效地利用由透明基板的收缩效应提供的弯曲力矩。结果，由于可在不损坏位于中心部分的衍射光栅的情况下从模具脱除中心部分的衍射光栅，因此能够改善光学性能。
从参考附图对示例实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1A、1B、1C、1D、1E和1F是示出根据本发明的复合型衍射光学元件的制造方法的截面图。
图2A、2B、2C、2D、2E和2F是示出根据本发明的复合型衍射光学元件的另一种制造方法的截面图。
图3A、3B和3C是示出根据本发明的冷却步骤的示意图。
图4是示出根据本发明的复合型衍射光学元件的例子的截面图。
具体实施方式
参考图1A-1F，描述根据本发明的实施例的复合型衍射光学元件的制造方法。如图1A中图解所示，使光固化树脂3落到具有多个同心衍射光栅的衍射光栅模具5和透明基板2之间的空间中并置于其间，从而填充该空间。此时，为了防止气泡混入光固化树脂3中，需要在考虑了光固化树脂3的粘度以及透明基板2和衍射光栅模具5中的每一个的可湿性的情况下，调整填充速率。此外，透明基板2的外周部分必须被放在沿着圆周方向相隔特定间隔布置的脱模销4和9的顶部以挤压透明基板2的非成型面，同时利用脱模销4和9调整树脂层的倾斜度和绝对厚度。
之后，如图1B中图解所示，从非成型面侧利用紫外光1照射透明基板2，以固化填充在所述空间中的光固化树脂3，从而使树脂层3A成型。结果，使包括层叠在透明基板2上的树脂层3A的复合型衍射光学元件成型。
设置在衍射光栅模具5上的衍射光栅中的每一个均具有3.4μm～15μm的高度，透明基板2具有
的外径.振荡波长峰值在365nm的高压汞灯用作紫外光1的光源。在0.1mW/cm2～100mW/cm2的情况下以5J～30J的照射水平照射光固化树脂3。当照射水平小于5J时，利用光而固化的树脂层3A的形状不稳定，从而引起分散，并且随着时间变化。于是，必须照射树脂层，直到稳定区域。如果照射水平为30J以上，那么由于生产节拍时间长，生产率劣化。
之后，如图1C中图解所示，冷却从透明基板2的中心起的图中的右半部。在所述冷却中，利用冷却喷嘴15把透明基板2的非成型面的右半部冷却到-10～-100℃。此时，如图3A的移动方向18所示，蜿蜒地移动冷却喷嘴15。这样，能够从冷却侧起沿着一个方向脱除树脂层3A，如图1C中图解所示。透明基板2的左半部的未冷却侧的外周部分的温度被调整到+24～-5℃，以在透明基板2中形成温度梯度，结果从在透明基板2的冷却部分附近的外周部分起产生翘曲变形13和收缩14。这样，使透明基板2变形，从而从在树脂层的外周处的初始脱模位置16，开始脱除层叠在透明基板2上的树脂层3A。
以透明基板2的中心为基准，在右半部和左半部之间形成温度梯度，从而可通过从冷却侧朝着未冷却侧沿着一个方向扩大冷却范围进行脱模。当从外周的一部分开始脱模时，可通过冷却以沿着一个方向扩大脱模范围。不过，如果长时间在相同位置进行冷却而不开始脱模，那么脱模可能开始于外周，这是因为透明基板2中的热传导会降低未冷却侧的温度，从而从未冷却侧开始脱模。类似地，在均匀冷却非成型面的情况下，脱模开始于外周，由于未剥离部分最后残留在中心部分，因此损坏树脂层3A中的衍射光栅。即，重要的是产生温度梯度以使得沿着一个方向进行脱模。
不过，冷却方法并不局限于此，如图3B中图解所示，可通过朝着白色箭头20移动成直线地串行排列的多个冷却喷嘴19进行冷却。如图3C中图解所示，位于透明基板2的相对侧的多个冷却喷嘴21可按照箭头22所示的顺序喷射。
之后，如图1D中图解所示，使冷却喷嘴15从透明基板2的外周侧朝着中心移动，以扩大冷却范围，从而增大透明基板2中的翘曲变形13和收缩14。这样，沿着一个方向，顺序从模具脱除位于初始脱模侧的外周部分的衍射光栅6和位于初始脱模侧的中间部分的衍射光栅7，然后越过位于初始脱模侧的中心部分的衍射光栅8，朝着位于相对的最终脱模侧的中心部分的衍射光栅12进行脱模。
之后，如图1E中图解所示，进一步移动冷却喷嘴15，以致最终脱模位置总是变成位于最外周的最终脱模位置17，然后按照从位于最终脱模侧的中间部分的衍射光栅11到位于最终脱模侧的外周部分的衍射光栅10的顺序沿着一个方向进行脱模。应注意，冷却喷嘴15可被固定在图1C中图解所示的位置，以利用透明基板2中的热传导进行脱模。
之后，如图1F中图解所示，抬起位于初始脱模侧的脱模销4和位于最终脱模侧的脱模销9，以使树脂层3A和衍射光栅模具5分离，同时保持透明基板2的变形以便不损害该沿一个方向的脱模。这样，防止了因翘曲变形13返回到衍射光栅模具5侧而导致与衍射光栅模具5接触所造成的树脂层3A中的光栅的损坏。此外，重要的是，通过与位于最终脱模侧的脱模销9相比，更多(更高)地抬起位于初始脱模侧的脱模销4，使包括透明基板2和树脂层3A的一体化产品从模具脱除。这是因为在与位于最终脱模侧的脱模销9相比较少(较低)地抬起位于初始脱模侧的脱模销4的情况下，可沿着相反方向进行脱模。
如上所述，按照本实施例，可从初始脱模位置16越过位于初始脱模侧的中心部分的衍射光栅8到在相对的外周部分的最终脱模位置17，沿着一个方向进行脱模。这样，可按照与位于外周部分的衍射光栅6相同的方式，使位于中心部分的衍射光栅8从模具脱除，而不因透明基板2的收缩而损坏树脂层3A中的衍射光栅。
图2A-2F是示出根据本发明的另一个实施例的衍射光学元件的制造方法的步骤的说明图。
在本实施例中，省略了与图1A、1B和1C中的步骤相同的在图2A、2B和2C中所示步骤的描述，从而只描述不同的步骤。
如在图2D中图解所示，当从模具脱除位于初始脱模侧的中心部分的衍射光栅8时，利用冷却喷嘴15的冷却被停止。这样做是为了防止由于越过中心朝着最终脱模位置17的方向冷却透明基板2使得透明基板2朝着最终脱模位置17的方向收缩，树脂层3A中的衍射光栅紧密附着于位于最终脱模侧的衍射光栅12、11和10，从而导致难以脱模。
之后，如图2E中图解所示，通过与位于最终脱模侧的脱模销9相比更多(更高)地抬起位于初始脱模侧的脱模销4，沿着一个方向在未脱除部分中进行脱模。
此外，如图2F中图解所示，利用位于初始脱模侧的脱模销4和位于最终脱模侧的脱模销9，朝着最终脱模位置17沿着一个方向进行脱模，以使树脂层3A和衍射光栅模具5分离。
应注意，在图2C中图解所示的步骤之后的步骤中，如果通过加热使衍射光栅模具5膨胀从而向外扩展衍射光栅，那么脱模时受到衍射光栅干涉的容许宽度被增大。
按照本实施例，当通过从衍射光栅模具5的外周部分到位于初始脱模侧的中心部分的衍射光栅8的冷却，沿着一个方向从模具脱除树脂层3A时，按照与位于初始脱模侧的外周部分的衍射光栅6相同的方式，可通过利用透明基板2的收缩使位于初始脱模侧的中心部分的衍射光栅8从模具脱除。此外，通过在停止冷却之后抬起位于初始脱模侧的脱模销4，进行从位于最终脱模侧的中心部分的衍射光栅12到最终脱模位置17的脱模，这是因为由冷却引起的透明基板2的收缩产生衍射光栅紧密附着于透明基板的作用。这样，在防止因冷却引起的牢固附着的同时，能够高产率地进行从位于在最终脱模侧的中心部分的衍射光栅12到最终脱模位置17的脱模。
应注意，不仅可以使用在上述实施例中举例说明的光固化树脂，而且还可以使用已知的可固化树脂。
此时，在图1B和2B中图解所示的包括透明基板2和树脂层3A的复合型衍射光学元件的树脂层3A的衍射光栅面上布置不同于树脂层3A的可固化树脂，然后在其上进一步布置第二透明基板2A。这样，用布置的可固化树脂填充树脂层3A和第二透明基板2A之间的空间。此外，固化该可固化树脂以形成树脂层3B。结果，能够形成如图4中图解所示的多层衍射光学元件。
(例1)
使可紫外光固化的树脂落下以通过将该树脂置于具有通过切削形成的多个衍射光栅的衍射光栅模具和透明基板之间的空间而填充该空间。之后，利用高压汞灯用紫外光从非成型面侧照射透明基板，从而光固化可紫外光固化的树脂。衍射光栅的高度为10μm，透明基板的外径为
以30J(30mW/cm2×1000秒)的照射水平用紫外光照射可紫外光固化的树脂。
利用冷却喷嘴，把透明基板的非成型面的右半部冷却到-23℃，将以透明基板的中心作为基准的位于左半部的未冷却侧的外周部分的温度调整为+20℃，使得透明基板具有温度梯度。这样，借助透明基板的变形，从在层叠在透明基板上的树脂层的外周部分中的初始脱模位置起沿着一个方向开始脱模。
朝着透明基板的中心的方向移动冷却喷嘴，以扩大冷却范围。这样，透明基板的翘曲变形和收缩增大，从而越过位于初始脱模侧的中心部分的衍射光栅朝着位于相对侧、即最终脱模侧的衍射光栅进行脱模。此外，朝着未脱除方向移动冷却喷嘴，并沿着一个方向进行脱模。
当与在最终脱模侧的脱模销相比，在初始脱模侧的脱模销被更多(更高)地抬起时，沿着一个方向从模具脱除包括透明基板和可紫外光固化的树脂的一体化产品。
如上所述，按照本例子，可从初始脱模位置越过位于初始脱模侧的中心部分的衍射光栅到在相对的外周部分中的最终脱模位置，沿着一个方向进行脱模。这样，可按照与位于外周部分的衍射光栅相同的方式，使位于中心部分的衍射光栅从模具脱除，而不会因由于透明基板的收缩产生的弯曲力矩而损坏树脂层中的衍射光栅。
(例2)
可紫外光固化的树脂落下、置于透明基板和衍射光栅模具之间，然后被用紫外光照射，以固化所述树脂。
利用冷却喷嘴把透明基板的非成型面的右半部冷却到-55℃。此时，从透明基板的中心起的左半部的未冷却侧的外周部分的温度为+2℃，从而在透明基板中存在温度梯度。这样，借助冷却侧的透明基板的变形，从层叠在透明基板上的树脂层的外周部分中的初始脱模位置起沿着一个方向开始脱模。
当使位于初始脱模侧的中心部分的衍射光栅从模具脱除时，停止利用冷却喷嘴的冷却，然后与在最终脱模侧的脱模销相比，在初始脱模侧的脱模销被更多地抬起，以使透明基板变形，并且沿着一个方向进行脱模。
此外，沿着垂直方向抬起在初始脱模侧的脱模销和在最终脱模侧的脱模销，从而朝着最终脱模位置沿着一个方向进行脱模，直到最终脱模为止。
如上所述，按照本例子，当通过从衍射光栅模具的外周部分到位于初始脱模侧的中心部分的衍射光栅的冷却沿着一个方向使树脂层从模具脱除时，可按照与在初始脱模侧的外周部分的衍射光栅相同的方式，利用透明基板的收缩使位于中心部分的衍射光栅从模具脱除。此外，通过在停止冷却之后抬起在初始脱模侧的脱模销，进行从位于最终脱模侧的中心部分的衍射光栅到最终脱模位置的脱模，这是因为由冷却引起的透明基板的收缩会产生衍射光栅牢固附着于透明基板的作用。
虽然参考示例性实施例已描述了本发明，不过显然本发明并不局限于公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改，以及等同的结构和功能。
Claims (7)
1.一种包括树脂层的复合型衍射光学元件的制造方法，所述树脂层形成于透明基板上并且具有多个同心的衍射光栅，所述制造方法包括：
通过把可固化树脂置于衍射光栅模具和透明基板之间，用所述可固化树脂填充衍射光栅模具和透明基板之间的空间；
固化所述空间中的可固化树脂，使包括层叠在透明基板上的树脂层的复合型衍射光学元件成型；
开始透明基板的非成型面的冷却，以便沿着从外周向着中心的一个方向提供温度梯度；
通过沿着所述一个方向扩大冷却范围来冷却整个透明基板；以及
沿着所述一个方向从透明基板的外周部分越过衍射光栅的中心到相对的外周部分，使成型的复合型衍射光学元件从衍射光栅模具脱除。
2.一种包括树脂层的复合型衍射光学元件的制造方法，所述树脂层形成于透明基板上并且具有多个同心的衍射光栅，所述制造方法包括：
通过把可固化树脂置于衍射光栅模具和透明基板之间，用所述可固化树脂填充所述衍射光栅模具和透明基板之间的空间；
固化填充在所述空间中的可固化树脂，使包括层叠在透明基板上的树脂层的复合型衍射光学元件成型；
开始透明基板的非成型面的冷却，以便沿着从外周向着其中心的一个方向提供温度梯度；
沿着所述一个方向扩大冷却范围，并在超过衍射光栅的中心部分的位置停止冷却；以及
沿着所述一个方向从透明基板的外周部分越过衍射光栅的中心到相对的外周部分，使成型的复合型衍射光学元件从衍射光栅模具脱除。
3.按照权利要求1或2所述的制造方法，还包括当从衍射光栅模具脱除该元件时，加热衍射光栅模具。
4.一种利用根据权利要求1或2所述的制造方法制造的复合型衍射光学元件。
5.一种多层衍射光学元件的制造方法，包括：
通过把第一可固化树脂置于衍射光栅模具和第一透明基板之间，用所述第一可固化树脂填充所述衍射光栅模具和第一透明基板之间的空间；
固化填充在所述空间中的第一可固化树脂，使包括层叠在第一透明基板上的第一树脂层的复合型衍射光学元件成型；
开始第一透明基板的非成型面的冷却，以便沿着从外周向着其中心的一个方向提供温度梯度；
通过沿着所述一个方向扩大冷却范围，冷却整个第一透明基板；
沿着所述一个方向从第一透明基板的外周部分越过衍射光栅的中心到相对的外周部分，使成型的复合型衍射光学元件的第一树脂层从衍射光栅模具脱除；
在复合型衍射光学元件的衍射光栅面上，布置不同于该第一树脂层的第二可固化树脂；
把第二透明基板布置在第二树脂层上，以用第二可固化树脂填充第一树脂层和第二透明基板之间的空间；以及
固化第二树脂层。
6.一种多层衍射光学元件的制造方法，所述制造方法包括：
通过把第一可固化树脂置于衍射光栅模具和第一透明基板之间，用所述第一可固化树脂填充所述衍射光栅模具和第一透明基板之间的空间；
固化填充在所述空间中的可固化树脂，使包括层叠在第一透明基板上的第一树脂层的复合型衍射光学元件成型；
开始第一透明基板的非成型面的冷却，以便沿着从外周向着其中心的一个方向提供温度梯度；
沿着所述一个方向扩大冷却范围，并在超过衍射光栅的中心部分的位置，停止冷却；
沿着所述一个方向从第一透明基板的所述外周部分越过衍射光栅的中心到相对的外周部分，使成型的复合型衍射光学元件从衍射光栅模具脱除；
在复合型衍射光学元件的衍射光栅面上，布置不同于所述第一树脂层的第二可固化树脂；
把第二透明基板布置在第二树脂层上，用第二可固化树脂填充第一树脂层和第二透明基板之间的空间；以及
固化第二树脂层。
7.一种利用根据权利要求5或6所述的制造方法制造的多层衍射光学元件。
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