CN103029246B - 光学元件的制造装置以及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学元件的制造装置以及制造方法、控制程序和记录介质。在将树脂夹在成形模（10、11）之间来制造光学元件时，在使成形模（11）与上述树脂接触的状态下，进行固化直到上述树脂的温度到达凝胶化点。在此期间，由测力传感器（16）监视作用于成形模（11）的压力，在检测到该压力变为负压的时间点，一边控制成形模（11）的位置，一边使上述树脂固化，使得将作用于成形模（11）的压力增加到规定的正压，之后维持上述正压。

Description

光学元件的制造装置以及制造方法

技术领域

本发明涉及包含被转印了期望的光学功能面的树脂部分的光学元件的制造装置以及制造方法。

背景技术

以往，存在对将树脂夹在成形模间进行成形的装置进行成形模的位移控制的技术。在这样的技术中，利用驱动轴的位置或速度的控制、定时器（timer）的时间控制、或者温度控制等来控制作用于成形模的驱动力。

此外，在专利文献1中公开了以下方法：由伺服电机（servomotor）进行成形模的驱动，进行该伺服电机的转矩控制，以成为成形模的自重被消除了的伪浮动状态的方式进行控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国公开专利公报“特开2009-190250号公报（2009年8月27日公开）”；

专利文献2：日本国公开专利公报“特开2008-183827号公报（2008年8月14日公开）”。

发明要解决的问题

可是，在利用驱动轴的位置或速度的控制、定时器的时间控制、或者温度控制等来控制作用于成形模的驱动力的方法中，若欲缩短生产节拍（tact）来提高生产率，则难以提取成形条件。此外，成形条件的提取的困难性越是在像晶片级透镜（wafer-levellens）那样对大面积进行成形的情况下越变得显著。在未适当地提取成形条件并且成形模不能完全对树脂的固化收缩进行追随的情况下，在树脂表面产生微小的气孔。

此外，在专利文献1的控制方法中，也由于固化单元的制约而不得不在远离成形模的位置设置重量控制单元，因此若提高生产率，则缺乏响应性、成形不合格的可能性高。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够提高生产率并且防止气孔的产生、使光学功能面的面精度提高的光学元件的制造装置以及制造方法。

用于解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明的光学元件的制造装置是将树脂夹在一对成形模之间进行成形的光学元件的制造装置，其特征在于，具备：驱动部，定位所述成形模的位置；压力检测部，检测从所述树脂作用于所述成形模的压力；以及控制部，在由所述压力检测部检测到作用于所述成形模的压力变为负压的时间点使所述驱动部驱动来控制所述成形模的位置，使得在将作用于所述成形模的压力增加到规定的正压之后，维持所述正压。

根据上述结构，在作用于上述成形模的压力变为负压的时间点，开始控制，使得在将作用于上述成形模的压力增加到规定的正压之后，维持上述正压。在此，作用于成形模的压力变为负压的时间点是树脂的温度到达凝胶化点的时间点，通过从树脂的温度到达凝胶化点起开始对成形模的压力控制，从而能够在树脂为软质固体的适当的期间对树脂施加压力，即使与以往的控制方法相比提高升温速率，也容易提取在进行上述控制的期间的设定条件。由此，本发明的制造方法能够兼顾制造时间的缩短和光学功能面的面精度的提高。

为了解决上述问题，本发明的光学元件的制造方法是将树脂夹在一对成形模之间进行成形的光学元件的制造方法，其特征在于，包含：第一工序，对所述成形模的一个涂敷树脂；第二工序，使另一个成形模与所述树脂接触，使所述树脂固化直到所述树脂的温度到达凝胶化点；以及第三工序，在所述树脂的温度到达了凝胶化点的时间点，一边控制所述成形模的位置，一边使所述树脂固化，以使进行固化收缩的树脂作用于所述成形模的压力维持规定值。

根据上述结构，由于在上述树脂温度到达了凝胶化点之后，一边控制上述成形模的位置，一边使上述树脂固化，以使进行固化收缩的树脂作用于上述成形模的压力维持规定值，所以能够在树脂为软质固体的适当的期间施加压力，即使与以往的控制方法相比提高升温速率，也容易提取在进行上述控制的期间的设定条件。由此，本发明的制造方法能够兼顾制造时间的缩短和光学功能面的面精度的提高。

发明效果

本发明从树脂的温度到达了凝胶化点的时间点起，开始成形模的位置控制，以使作用于上述成形模的压力维持固定的正压，由此能够在树脂为软质固体的适当的期间施加压力，即使与以往的控制方法相比提高升温速率，也容易提取在进行上述控制的期间的设定条件。由此，本发明的制造方法起到能够兼顾制造时间的缩短和光学功能面的面精度的提高等的效果。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的图，是表示光学元件的制造装置的概略的图。

图2是表示本发明的一个实施方式的图，是表示光学元件的制造方法的流程图。

图3是表示本实施方式的光学元件的制造方法中的在检测负压的前后的压力波形的图。

图4是表示本实施方式的光学元件的制造方法中的被加热的树脂的PVT特性的图。

图5是表示对于升温速率的从升温开始起的时间与金属模温度的关系的图表。

图6是表示对于升温速率的工艺窗口（processwindow）的图。

具体实施方式

〔光学元件的制造装置〕

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本实施方式的光学元件的制造装置的概略结构的图。

如图1所示，制造装置1是将树脂夹在一对相向的成形模10、11之间进行成形的装置。成形模10、11安装在未图示的框架上，并且沿着成形模10、11的框架以能移动的方式进行定位，使得成形模10、11之间的距离能够相对地变化。在此，固定下侧的成形模10，利用由伺服电机13以及滚珠螺杆（ballscrew）14构成的驱动部能对上侧的成形模11进行位移驱动。由此，成形模11能够相对于成形模10接近和背离。当然，也可以与此相反地为将上侧的成形模11固定、使下侧的成形模10相对于成形模11接近或背离的结构，还可以采用能移动成形模10、11双方的结构。此外，将成形模11或成形模10的移动方向设定为铅垂方向。

此外，本发明的光学元件的制造装置也能应用于复合光学元件的制造。复合光学元件是将由玻璃或塑料材料构成的成为基材的光学元件（以下，仅称为基材）和被转印了期望的光学功能面的合成树脂层一体形成的光学元件。在用制造装置1形成这样的复合光学元件的情况下，对形成为期望的形状的上述基材涂敷树脂，向该树脂推压成形模并使其固化，形成合成树脂层。因此，在该情况下，作为成形模10来使用的是安装于制造装置1的成为复合光学元件的一部分的上述基材，对该基材的上表面涂敷规定量的树脂，向该树脂推压成形模11。在以下的说明中，例示制造复合光学元件的情况并进行说明。

利用由伺服控制器12控制的伺服电机13以及滚珠螺杆14驱动成形模11。制造装置1还具有：编码器15，检测伺服电机13的位置和速度；以及测力传感器（loadcell）（压力检测部）16，检测作用于成形模11的压力。

制造装置1为了执行进行成形模11的驱动控制的控制程序，还具有：运算部（控制部）17、存储部18、以及设定部19。从编码器15向运算部17输入伺服电机13的位置和速度信息，从测力传感器16向运算部17输入作用于成形模11的压力信息。在存储部18中记录有用于进行成形模的驱动控制的程序以及设定信息。设定部19是用于输入向存储部18写入的上述设定信息的单元。

〔光学元件的制造方法〕

参照图2的流程图对光学元件的制造方法进行说明。

在由制造装置1制造复合光学元件时，首先，作为第一工序，将涂敷了规定量的树脂的基材作为成形模10安装于制造装置1。再有，在制造的光学元件不是复合光学元件的情况下，对制造装置1所具备的成形模10涂敷树脂。此时，树脂的涂敷面为与成形模11相向的一侧。关于上述树脂，能够使用热固性或光固化性的树脂，但是在此，以使用热固性的树脂的情况为例进行说明。

在第二工序中，从上述的状态起，为了使成形模11与树脂接触，运算部17向伺服控制器12输出金属模下降指令（S1）。在成形模11下降的期间，测力传感器16检测作用于成形模11的压力，并将该压力信息输入至运算部17。运算部17基于从测力传感器16输入的压力信息，监视作用于成形模11的压力，在该压力变为正压的时间点向伺服控制器12输出金属模下降停止指令（S2），使成形模11停止。在成形模11最初与树脂接触的时间点，该树脂为液体状态，因此不能作用大的压力。因此，优选在使成形模11停止时的压力为尽可能地接近于0的压力，例如，考虑在由测力传感器16检测到能检测出的最小限度的正压的时间点使成形模11停止。此外，当利用上述金属模下降停止指令使成形模11停止时，由编码器15检测在该时间点的伺服电机13的位置，并将检测到的位置信息经由运算部17存储到存储部18中。

像这样，当成形模11暂时停止时，开始用于使树脂固化的加热（在S3为“是”）。此外，在第二工序的期间，测力传感器16检测作用于成形模11的压力，并将该压力信息输入至运算部17。运算部17基于该压力信息，监视作用于成形模11的压力，在该压力变为负压的时间点（在S4为“是”）切换对成形模11的压力控制（S5）。即，在检测到上述负压之前，成形模11处于停止状态、或者对其进行不伴随将作用于成形模11的压力维持在固定压力那样的压力控制的位置控制。作为这样的位置控制，例如，存在使成形模11以固定速度下降的那样的控制。

当检测到上述负压时，转移至第三工序。在第三工序中，伺服控制器12一边进行压力控制，一边驱动成形模11，以使如图3所示那样将作用于成形模11的压力增加到规定的正压并且在树脂的固化完成之前维持该正压。由此，对成形模11以追随于上述树脂的固化收缩并且对树脂施加规定的压力的方式进行驱动控制。再有，在检测到上述负压之后，用于将作用于成形模11的压力维持在规定的正压的压力控制能通过进行向运算部17输入测力传感器16的输出并将该输出维持在规定的值的那样的反馈控制来实现。

或者，用于将作用于成形模11的压力维持在规定的正压的压力控制也可以通过基于预先存储在存储部18中的设定信息来控制伺服电机的位置或速度而进行。即，将从加热开始后经过规定时间的伺服电机的位移或速度作为设定信息存储到存储部18中并基于该设定信息来控制伺服电机的位置或速度即可。关于在该情况下的伺服电机的一种控制，只要对加热开始前的成形模11的初始位置加上作为设定信息而存储的伺服电机的位移来计算出从加热开始后经过规定时间的伺服电机的位置即可。此外，关于上述设定条件，只要预先在多个不同的条件下进行试制，使用在得到成为合格品的光学元件时的条件即可。

当完成树脂的固化并停止加热时（在S6为“是”），运算部17对冷却单元（未图示）输出金属模冷却指令（S7）。像这样，当成形模11冷却到规定的温度时，运算部17对伺服控制器12输出金属模上升指令（S8）。之后，将由基材和合成树脂层构成的复合光学元件从成形模11脱模，完成复合光学元件，该合成树脂层由固化后的树脂构成。

〔上述制造方法的效果〕

被加热的树脂的状态按照图4所示的PVT特性进行转变。PVT特性是表示压力（P）-比容（V）-温度（T）的相互关系的特性。当通过加热进行树脂的反应时，树脂的状态按照液体→不稳定固体→软质固体→硬质固体进行变化。

在图4所示的成形工艺中，从初始状态（L）到凝胶化点（G），与由升温引起的热膨胀一起，产生伴随着凝胶化前的固化反应的固化收缩。从凝胶化点（G）到固化工艺点（P），树脂与成形模紧贴，面内方向的尺寸变化被限制。在固化工艺点（P），根据固化时间而产生应力松弛。从固化工艺点（P）到脱模点（R），尺寸变化被金属模限制。从脱模点（R）到成形完成点（S），在释放残存的应力的形态下产生尺寸变化（由冷却引起的收缩）。在上述成形工艺中，金属模尺寸与在成形完成点的尺寸的差异为收缩效应。

为了对上述树脂进行利用成形模11的形状转印，需要在软质固体时施加压力。此时，在以往的驱动力控制方法中，若提高升温速率，则难以适当地设定对树脂开始施加压力的定时。这是由于在以往的控制方法中从对树脂的加热开始时起开始控制，若对树脂开始施加压力的定时过早，则由于在树脂变为软质固体之前压力进行作用，所以树脂的变形量过大，若对树脂开始施加压力的定时过迟，则在开始施加压力的时间点树脂的固化进展得过多，容易发生成形不合格（转印不合格）。因此，在以往的控制方法中，需要抑制升温速率来进行成形。

例如，如图5所示，假设金属模温度为130℃～140℃的时间点是应该对树脂作用压力的期间，在升温速率是2℃/s的情况下，该期间仅为5秒，与此相对地，在升温速率是0.5℃/s的情况下，该期间变为20秒。由此可知，虽然升温速率高的一方生产率提高，但应该对树脂作用压力的期间变短，难以适当地设定对树脂开始施加压力的定时。此外，图6是表示对于升温速率的工艺窗口的图。从该图可知，在从升温开始到对树脂开始施加压力的时间中，升温速率越高，用于得到合格的余裕（margin）越少，升温速率越低，余裕越多。

在本实施方式的制造方法中，监视作用于成形模11的压力，在该压力变为负压的时间点开始伺服电机13的驱动控制（对成形模11的压力控制）。作用于成形模11的压力变为负压的时间点是图4所示的凝胶化点（G），通过从该凝胶化点（G）开始驱动控制，从而能够在树脂是软质固体的适当的期间施加规定的压力，即使与以往的控制方法相比提高升温速率，也容易提取在进行上述驱动控制的期间的设定条件。由此，本实施方式的制造方法能够兼顾制造时间的缩短和光学功能面的面精度的提高。此次，即使是热固性树脂所使用的加热器的升温速率为2℃/s的结构，也能够确保生产率并防止在光学功能面中的气孔、使光学功能面的面精度提高。

再有，虽然在上述说明中，说明了使用热固性树脂的情况，但是在使用光固化性树脂的情况下，通过加大为了使树脂固化而照射的光的强度，从而能够加快树脂的固化，提高生产率。在本实施方式的光学元件的制造方法中，即使是在使用光固化性树脂的情况下，也能够确保生产率并防止在光学功能面中的气孔、使光学功能面的面精度提高。

再有，上述实施方式的光学元件的制造装置的各部分、各处理步骤能够通过以下方式来实现，即，CPU等的运算单元执行在ROM（ReadOnlyMemory：只读存储器）、RAM等的存储单元中存储的程序来控制键盘等的输入单元、显示器等的输出单元、或者接口电路等的通信单元。因此，具有这些单元的计算机仅通过读取记录有上述程序的记录介质并执行该程序，从而能够实现本实施方式的制造装置的各种功能以及各种处理。此外，通过将上述程序记录在可移动的记录介质中，从而能够在任意的计算机上实现上述的各种功能以及各种处理。

作为该记录介质，用于由微型计算机进行处理的未图示的存储器、例如像ROM那样的存储器是程序介质也可，此外，虽然未图示但作为外部存储装置，是通过设置程序读取装置并在此处插入记录介质而能进行读取的程序介质也可。

此外，在所有的情况下，优选储存的程序是微处理器访问并执行的结构。进而，优选为以下方式，即，读出程序，将读出的程序下载到微型计算机的程序存储区域中，执行该程序。再有，将该下载用的程序预先储存到主体装置中。

此外，作为上述程序介质，是以能与主体分离的方式构成的记录介质，有包含以下类型的固定地担载程序的记录介质等：磁带、盒式磁带等磁带类；软盘、硬盘等磁盘、CD/MO/MD/DVD等盘的盘类；IC卡（包含存储卡）等卡类；或者掩模ROM、EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory：可擦可编程只读存储器）、EEPROM（ElectricallyErasableProgrammableReadOnlyMemory：电可擦可编程只读存储器）、闪速ROM等的半导体存储器。

此外，如果是能够连接包含因特网的通信网络的系统结构，那么优选是以从通信网络下载程序的方式流动地担载程序的记录介质。

进而，在像这样从通信网络下载程序的情况下，优选该下载用的程序是预先储存在主体装置中、或从另外的记录介质安装的程序。

本发明不被上述的各实施方式限定，在权利要求书所示出的范围内能进行各种变更，对于适当地组合在不同的实施方式中分别公开的技术手段而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。

本发明的实施方式的制造装置采用以下结构也可：上述光学元件是在具有光学功能的基材上形成被转印了期望的光学功能面的合成树脂层而成的复合光学元件，上述成形模的一个是上述基材。

在本发明的实施方式的光学元件的制造方法中，在上述第二工序的期间，监视从上述树脂作用于上述成形模的压力，在检测到作用于上述成形模的压力变为负压的时间点，从上述第二工序切换成上述第三工序，在上述第三工序中，控制上述成形模的位置使得在将作用于上述成形模的压力增加到规定的正压之后，维持上述正压也可。

在本发明的实施方式的光学元件的制造方法中，上述光学元件是在具有光学功能的基材上形成被转印了期望的光学功能面的合成树脂层而成的复合光学元件，上述成形模中的涂敷有上述树脂的成形模是上述基材也可。

本发明的实施方式的控制程序是将树脂夹在一对成形模之间进行成形的光学元件的制造装置的控制程序，上述制造装置具备：驱动部，定位上述成形模的位置；压力检测部，检测作用于上述成形模的压力；以及计算机，控制上述驱动部，上述控制程序使上述计算机实现以下功能：在由上述压力检测部检测到从上述树脂作用于上述成形模的压力变为负压的时间点使上述驱动部驱动来控制上述成形模的位置使得在将作用于上述成形模的压力增加到规定的正压之后，维持上述正压。

本发明的实施方式的记录介质是记录有该控制程序的计算机能读取的记录介质。

产业上的可利用性

本发明能够在由被转印了期望的光学功能面的树脂构成的光学元件、在由玻璃或塑料材料构成的成为基材的光学元件上形成被转印了期望的光学功能面的合成树脂层而成的复合光学元件的制造中利用。

附图标记的说明：

10成形模（基材）；

11成形模；

12伺服控制器；

13伺服电机（驱动部）；

14滚珠螺杆（驱动部）；

15编码器；

16测力传感器（压力检测部）；

17运算部（控制部）；

18存储部（控制部）；

19设定部。

Claims (4)

1.一种光学元件的制造装置，在所述制造装置中，将树脂夹在一对成形模之间进行成形，其特征在于，具备：

驱动部，定位所述成形模的位置；

压力检测部，检测从所述树脂作用于所述成形模的压力；以及

控制部，在由所述压力检测部检测到作用于所述成形模的压力变为负压的时间点使所述驱动部驱动来控制所述成形模的位置，使得在将作用于所述成形模的压力增加到规定的正压之后，维持所述正压，

在检测到所述负压之前，所述成形模处于停止状态、或者对所述成形模进行不伴随将作用于该成形模的压力维持在固定压力那样的压力控制的位置控制。

2.根据权利要求1所述的制造装置，其特征在于，

所述光学元件是在具有光学功能的基材上形成被转印了期望的光学功能面的合成树脂层而成的复合光学元件，

所述成形模的一个是所述基材。

3.一种光学元件的制造方法，在所述制造方法中，将树脂夹在一对成形模之间进行成形，其特征在于，包含：

第一工序，对所述成形模的一个涂敷树脂；

第二工序，使另一个成形模与所述树脂接触，使所述树脂固化直到所述树脂的温度到达凝胶化点；以及

第三工序，在所述树脂的温度到达了凝胶化点的时间点，一边控制所述成形模的位置，一边使所述树脂固化，以使进行固化收缩的树脂作用于所述成形模的压力维持规定值，

在所述第二工序的期间，监视从所述树脂作用于所述成形模的压力，

在检测到作用于所述成形模的压力变为负压的时间点，从所述第二工序切换成所述第三工序，

在所述第三工序中，控制所述成形模的位置，使得在将作用于所述成形模的压力增加到规定的正压之后，维持所述正压，

在检测到所述负压之前，所述成形模处于停止状态、或者对所述成形模进行不伴随将作用于该成形模的压力维持在固定压力那样的压力控制的位置控制。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，

所述光学元件是在具有光学功能的基材上形成被转印了期望的光学功能面的合成树脂层而成的复合光学元件，

所述成形模中的涂敷有所述树脂的成形模是所述基材。