JP2002144348A - 精密モールド型を製造する方法 - Google Patents

精密モールド型を製造する方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微小寸法光学製品のための精密モールド型を
製造する方法を提供する。 【解決手段】 マイクロレンズ用モールド型及びマイク
ロレンズアレー用モールド型を製造する方法は、光学表
面を回転可能なダイヤモンド材料で切削するためのフラ
イス盤と同様の技術でもって、突き出し切削で操作され
る回転式半半径ダイヤモンド切削部材を利用する。この
方法は、高い球欠高さのレンズ用モールド型を高精度で
製造するのに用いることができる。マイクロレンズアレ
ー用モールド型を、高い均一性とほぼ100%の充填率
とでもって製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、改良
されたマイクロレンズ用モールド型及びマイクロレンズ
に関するものである。より詳しくは、本発明は、マイク
ロレンズやマイクロレンズアレーなどの高品質で微小サ
イズの光学製品の形成に適した精密モールド型を製造す
る方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】射出モールド成形用や圧縮モールド成形
用のモールド型における回転対称形光学面は、典型的に
は、研削法又はダイヤモンド旋削法で形成される。光学
面が大きければこのような技法も充分なものであるが、
光学面が高品質であったり、微小であったり、それがア
レーをなしているような場合は、このような技法が適し
ているとはいえない。小型単一レンズやアレーの製造法
は、この他にも種々あるが、いずれも充填率、光学精
度、及び/又は、レンズの幾何学的構成の高さないし球
欠高さが、充分には実現されないといった問題点があ
る。
【0003】研削法の場合、傷を付けないで精密光学面
を形成するには、研削面の軌道運動が重要である。しか
しながら、この軌道運動と研削面とは、寸法が数ミリメ
ートル以下の光学面を形成するには、実用上適していな
い。また、レンズアレー用の複合面を研削するには、互
いにはめ合わせた複数の研削片を利用して光学面を1つ
ずつ研削している。
【0004】ダイヤモンド旋削法は、2ミリメートルま
での光学面を形成するのに利用できるが、機構設定が困
難である。つまり、機構設定が複数あり、複数の光学面
を精密に位置決めするのは無理である。そればかりでは
なくて、機構設定が複数あれば、アレーの研削時間も増
加し、コストの観点からダイヤモンド旋削法が利用でき
なくなることもある。
【0005】2ミリメートル以下のマイクロレンズの形
成に適した方法として、ポリマーリフロー(polymer re
flow)法がある。このポリマーリフロー法では、ポリマ
ーの液滴を表面に落とし、その後加熱して溶融させるこ
とにより、溶融ポリマーが表面張力の影響の下で球面状
へと還流するようになっている。歪みのない球面状の光
学面を得るには、リフローによるレンズを互いに分離し
て、円形パターンとなって支持面に接触するようにす
る。各レンズを支持面で円形パターンの状態に維持する
ためには、レンズを互いに分離する必要があり、そのた
めにアレーでの充填率(fill factor)がほぼ限られて
くる。1996年7月16日に発行された、発明の名称
を「Method Of Manufacturing Lens Array(レンズアレー
の製造方法)」とする、アオヤマらによる米国特許第5,
536,455号は、高充填率でリフローによるレンズ
を製造する二段製造法を開示している。この方法を利用
することにより、第1群のレンズの間にできる隙間に第
2群のレンズが置けるようになっている。この方法によ
れば、100%に近い充填率を達成することができる
が、第2群のレンズは支持面に対して円形状接触をなす
ようにはなっていないので、それに最終的に形成される
光学面は球面状ではない。また、一般にリフロー法で
は、重力作用の影響もあって球欠高さ(sag)が100
ミクロン未満に限られている。このポリマーリフロー法
では非球面を形成することはできない。
【0006】2ミリメートル以下のマイクロレンズを製
造するには、グレースケールリソグラフィ(grayscale
lithography)も利用できる。グレースケールリソグラ
フィでは、ほとんど、どのような形状にでもすることも
でき、レンズアレーにおいて高充填率を達成することが
できる。しかし、このグレースケールリソグラフィで使
われている反応性イオンビームエッチング法やその他の
エッチング法では、光学面に正確に形成できる深さが限
られており、一般に球欠高さは30ミクロン以下に限ら
れている。
【0007】球欠高さの大きいレンズとは、高倍率ない
し高パワー屈折レンズのことであって、一般に撮像用に
使われている。高パワー屈折レンズは、内包角(include
d angle)と、大球欠高さに関わりのある集光能ないし光
拡散能を最大化するために曲率がしっかりしている(tig
ht curvature)とともに、急勾配の側面を有している。
画像形成の場合では、屈折レンズとしては像の等位相面
(wave front of the image)を保つことのできるものが
望まれている。等位相面を保つ必要のない照明のような
他の場合では、レンズ全体としての球欠高さを小さくす
るために光学カーブが輪状断片にカットされているフレ
ネルレンズないし回折レンズが使われている。マイクロ
レンズの場合では、球欠高さの小さい、高パワーのマイ
クロレンズを製造するのに要するエッジでの輪状断片の
勾配がきつく、また、その間の間隔が小さいので、高パ
ワー回折レンズは望ましくない。
【0008】発明の名称を「Microlens Arrays With Mic
rolenses Having Modified PolygonPerimeters(変形ポ
リゴン周回を有するマイクロレンズによるマイクロレン
ズアレー)」とし、1996年5月21日にフープマン
(Hoopman)らに付与された米国特許第5,519,53
9号や、発明の名称を「Method of Making A MicrolensA
rray and Mold(マイクロレンズアレーの製法と成形型)」
とし、1994年4月5日にフープマン(Hoopman)ら
に付与された米国特許第5,300,263号は、表面張
力によりポリマーの表面をほぼ球状に形成するようにし
た一群の小型容器にポリマーを流し込んでレンズアレー
を製造する方法を開示している。表面をもっと球状にす
るには形状矯正ができるようになっているが、これでは
フットボール状交差パターン(football-shaped interse
ctions)になってしまって、有効充填率が限られてい
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】したがって、この技術
分野では、マイクロレンズやマイクロレンズアレーなど
といった高品質で、微小寸法の光学製品の形成に適した
精密マイクロレンズ用モールド型が望まれている。
【0010】それゆえ、本発明の1つの目的は、微小寸
法(microsized)の光学製品のための精密モールド型
(precision mold)を製造する方法を提供することであ
る。本発明のもう1つの目的は、モールド型(モールド
品)表面に損傷を与えない精密モールド型を製造する方
法を提供することである。本発明のさらなる1つの目的
は、貫通(penetration)の深さが制限されない切削部
材を利用するモールド型を製造する方法を提供すること
である。本発明のさらにもう1つの目的は、微小寸法の
光学製品のアレー(array)を形成するのに用いること
ができる精密モールド型を製造する方法を提供すること
である。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、高速回転可能
な半半径ダイヤモンド切削部材(half radius diamondcu
tting member)を備えた成形要素(forming element)
が、所定の切削パターンで基板(substrate)と回転的
に係合して、該基板に精密モールド型表面を形成するよ
うにしている点に特徴がある。
【0012】本発明の1つの態様にかかる、微小寸法の
光学製品のための精密モールド型を製造する方法は、
(a)基板を準備するステップと、(b)上記基板内に
微小寸法のモールドキャビティを形成するための、予め
設定された形状を有する回転可能な硬化された切削部材
を有する成形要素を準備するステップと、(c)上記の
回転可能な硬化された切削部材を、上記基板と関連する
回転切削機内に配置するステップと、(d)上記の回転
可能な硬化された切削部材で上記基板を回転切削して、
微小寸法の光学製品をモールド成形するための、予め設
定された形状を有する微小寸法のモールドキャビティを
形成するステップとを含んでいる。
【0013】本発明のもう1つの態様においては、本発
明にかかる方法により製造されたマイクロレンズ及びマ
イクロレンズアレーは、球形の表面、非球面形(aspher
ic shaped)の表面又はアナモルフィック形(anamorphi
c shaped)の表面を有している。
【0014】本発明は、次のような利点を有している。
精密マイクロレンズ用モールド型が用いられることがで
き、急勾配の側部(steep side)を伴った対称表面と高
い球欠高さ(sag)とを有する、高品質で微小寸法のマ
イクロレンズなどの光学製品をモールド成形することが
できる。成形要素(forming element)が輪郭を定め(c
ontour)、単一のマイクロレンズ又はアレー内に非常に
高精度の光学面を形成することができる。アレーの場
合、モールド成形された製品は、ほぼ100%の充填率
(fill factor)を実現することができる。
【0015】本発明の、上記の及びその他の目的、特徴
及び利点は、以下の記述と添付の図面とを参照すれば、
より明確なものとなるであろう。添付の図面において、
同一の特徴を有する部材ないしは共通な部材について
は、可能な限り、同一の参照番号が用いられている。
【0016】
【発明の実施の形態】添付の図面、とくに図1から図3
には、本発明にかかる方法により製造された改良マイク
ロレンズ用モールド型10、16、20が示されてい
る。図1に示すように、マイクロレンズ用モールド型1
0は、詳細については後述する基板14(substrate)
内に、複数の微小寸法のモールドキャビティ12(mold
cavity)が互いに隣接して四角交差パターンないし碁
盤目パターン(interconnecting square intersectio
n)で配置された状態で形成されている。図2において
は、マイクロレンズ用モールド型16は、詳細について
は後述する基板14内に、複数の微小寸法のモールドキ
ャビティ18が、互いに隣接して六角交差パターンない
し蜂巣状パターン(interconnecting hexagonal shaped
intersection)に配置された状態で形成されている。
さらに、図3に示したマイクロレンズ用モールド型20
は、詳細については後述する基板14内に、複数の微小
寸法のモールドキャビティ22がランダム配置パターン
に配置された状態で形成されている。
【0017】本発明にかかる精密マイクロレンズ用モー
ルド型10、16、20が形成されている基板14は、
ダイヤモンド切削具などの非常に硬質の切削工具に適合
する材料で作られている。本発明の好ましい実施の形態
では、基板14は、銅、ニッケル、ニッケル合金、ニッ
ケル鍍金、黄銅、シリコンの群から選ばれる材料で構成
されているのが望ましく、ことに硬化ニッケル鍍金が最
も望ましい。
【0018】図4と図5とに示すように、マイクロレン
ズ用モールド型10、16、20は、本発明にかかる新
規なダイヤモンド切削法で実現されたものである。図4
に示すように、半半径(half-radius)ダイヤモンド切削
部材26を有する球面成形要素24(spherical formin
g element)を利用して、マイクロレンズ用モールド型
10、16、20のそれぞれの基板14をダイヤモンド
掘削することによりモールドキャビティ12、18、2
2(mold cavity)を形成している。このダイヤモンド
切削部材26は、ほぼ平坦な第1面28と、該第1面2
8に対して直交して交差するほぼ平坦な第2面30と、
第1面及び第2面28、30と交差する球面状切削面3
2とを備えている。第1面28は、ダイヤモンド切削部
材26を後述のように基板14の研削に備えて制御部材
36に連結すると、当該ダイヤモンド切削部材26の回
転軸心34を規定するようになっている。前述の成形要
素24は、図1から図3に示す基板14に球面状マイク
ロレンズ用モールド型10、16、20を形成するのに
利用できる。球面状マイクロレンズ用モールド型10、
16、20は、球面マイクロレンズ製品の製造に利用す
ることができる。
【0019】図5は、非球面成形要素40(aspheric f
orming element)を示している。この非球面成形要素4
0は、非球面状ダイヤモンド切削部材41を備えてい
る。このダイヤモンド切削部材41は、ほぼ平坦な第1
面42と、該第1面42に直交して交差するほぼ平坦な
第2面46と、前記第1面及び第2面42、46の両方
に対接する非球面状切削面44とを備えている。第1面
42は、ダイヤモンド切削部材41を後述のように基板
14の研削に備えて制御部材48に連結すると、当該ダ
イヤモンド切削部材41の回転軸心49を規定するよう
になっている。制御部材48を備えた前述の成形要素4
0は、図1から図3に示す基板14に球面状マイクロレ
ンズ用モールド型10、16、20を形成するのに利用
できる。非球面マイクロレンズ用モールド型10、1
6、20は、非球面マイクロレンズ製品の製造に利用す
ることができる。
【0020】図6に、本発明の別の態様における、微小
寸法の光学製品の製造に利用することができる、図1か
ら図3に示したそれぞれの精密単一マイクロレンズ用モ
ールド型を形成する装置50を示す。この装置50は、
ホルダー56に取り付けた成形要素24又は40と回転
制御部材58とを備えている。成形要素24又は40に
は、図4と図5とにそれぞれ示した、好ましくはダイヤ
モンドからなる回転自在硬化切削部材26又は41を備
えており、この切削部材26は、矢印方向Zに沿って直
線変移自在な基板14に対して調芯状態でホルダー56
に固定されている。制御部材64に連結された基板14
は、硬化切削部材26又は40に対して近づいたり、遠
ざかったりできるように配置されている。成形要素24
又は40を構成する制御部材36又は48と制御部材6
4とは、ニューハンプシャー州キーン所在のPrecitech
社から入手できる、高精密部品のダイヤモンド旋削に特
に構成されている精密空気ベアリング式旋盤の構成部品
となっているのが望ましい。本実施の形態では、装置5
0で基板14に所定形状の単一マイクロレンズ用モール
ド型52を研削するようにしている。プラットホーム5
4(platform)は、モールド成形プロセス時に成形要素
24又は40と基板14とを載置した装置50を支持す
るものにして、当該装置50に振動が伝わらない無振動
型強固支持台となっている。
【0021】図6と図7とに示すように、基板14は、
固定した成形要素24又は40に対して前後進自在の装
着するのが望ましい。図6に示したものでは、装置50
は前述したように基板14に単一マイクロレンズ用モー
ルド型52を形成するようになっている。しかし、図7
においては、装置60に装着した基板14は、単一マイ
クロレンズ用モールド型のアレー(鋳型アレー)62が形
成されるようになっているので、3次元方向X、Y、Z
に変移自在となっている。このように3次元方向に移動
自在にされている基板14は、該基板14の移動を制御
する制御部材64に取り付けられている。この場合、制
御部材64は、図7においてX、Y、Zで示した方向に
基板14を精密制御移動させることができるようになっ
ているのが望ましい。精密X-Y-Z移動テーブルを備え
た精密空気ベアリング式旋盤は、前掲のニューハンプシ
ャー州キーン所在のPreciteck社から入手できる。
【0022】制御部材64のX-Y-Z移動テーブル移動
は、基板14を成形要素24又は40に対してフレキシ
ブルに移動させるのに利用できる。前出した如くの回転
自在制御部材58に固定してあって、前述したダイヤモ
ンド切削部材26又は41が取り付けられている工具ホ
ルダー56は、基板14にアレーモールド型62(arra
y mold)を研削形成するように位置決めされている。こ
のように基板14を変移自在とすることにより、単一マ
イクロレンズ用モールド型のキャビティアレーが基板1
4に形成されるのである。変移自在基板14は、先ず、
複数のモールドキャビティ内の62aで示した1つのキ
ャビティを研削するように位置決めする。このモールド
キャビティ62aを形成した後、成形要素24又は40
をモールドキャビティ62aから離間させ、その後基板
14を制御部材64により側方(X-Y)に変移させて、
別のモールドキャビティ62bを形成する位置へと位置
決めする。この手順を、基板14に所望数のモールドキ
ャビティが形成され、かくてアレーモールド型62が完
成するまで繰り返す。よって、前記のステップを繰り返
すことにより、変移自在な基板14を備えた装置60
で、図1から図3に示した如くの高品質の単一マイクロ
レンズ用モールド型アレー62を製造することができ
る。
【0023】なお、当業者には、マイクロレンズ面の如
くの回転対称形光学面が前述の方法で作成できるのは容
易に理解されよう。球状面は、円形セグメント型ダイヤ
モンドのある半半径ダイヤモンド(a half radius diamo
nd with a circular segmentdiamond)を利用することに
より作製することができる。非球面の場合は、非球面切
削エッジを有するダイヤモンドを用いることにより作製
することができる。
【0024】また、アナモルフィック面(anamorphic s
urface)の如くの一部の回転非対称形レンズ面も、前述
の技法の変形を利用することにより形成することができ
る。この場合では、ダイヤモンド切削工具を切削時に側
方へ移動させて、球面ないし非球面を半径方向に伸ばす
ことにより形成することができる。
【0025】高品質レンズ面を得るためには、機械加工
についての基本的な考え方に従うのが重要であること
は、当業者には理解されているところである。作製され
るレンズ面での中心欠陥(center defect)を最小限にす
るには、図4と図5にそれぞれ示したダイヤモンド切削
部材26又は41の調芯が重要である。つまり、ダイヤ
モンド切削部材26、41の回転軸心34、49を回転
制御部材58(図6と図7)における工具ホルダー56の
回転軸心(図示せず)に対して5ミクロンよりも良好に、
即ち、5ミクロン以下の許容範囲で調芯しておけば、マ
イクロレンズ用モールド型10、16、20の品質を最
大化にすることができる。また、工具ホルダー56の回
転にバランスを持たせ、振動しないようにすれば、チャ
ッタリング(chatter)を最小限にすることができる。
強固なプラットホーム54は、操作時に装置50、60
の安定をよくする上で役立っている。更に、ダイヤモン
ド切削部材26、41の回転速度、送り速度(即ち、ダ
イヤモンド切削部材26、41が基板14に斬り込む速
度)、潤滑などを適当に組み合わせて選択すれば、最も
クリーンなカットを得ることができる。
【0026】また、図8に示したように、前述した如く
のダイヤモンド切削部材26又は41を備える成形要素
24又は40は、基板14に引きずり痕(drag mark)
ができるのを避けるためにダイヤモンド切削部材26又
は41の後面72に充分なクリアランス70が形成され
るように作製するのが望ましい。一般に引きずり痕は、
図示していないが、マイクロレンズ用モールド型76の
作製時におけるダイヤモンド切削部材26、41の後面
72と基板14との干渉により生ずる。
【0027】本発明の方法を利用することにより、直径
が30ミクロン以下にして、表面粗さが0.50ウエー
ブ(0.25ミクロン)よりも良好な球面マイクロレンズ
用モールド型を作製することができるのが判明してい
る。また、マイクロレンズ用モールド型アレーも、直交
レイアウトにおいて250ミクロンピッチおきに100
%に近い充填率で、80×80個のマイクロレンズ用モ
ールド型を備えたものとすることができる。
【0028】さらに、本発明(図7)にかかる繰り返し
式のフライスプロセス(repeated milling process)
は、高精度のマイクロレンズアレーを製造するのに非常
に適しているといったことが理解されるべきである。こ
のアレー中の各マイクロレンズを製造するためのプロセ
スは該アレー中の他のレンズとは無関係であるので、該
アレーにおいてはほぼ100%の充填率を実現すること
ができる。
【0029】さらに、本発明の技法を利用することで非
球面状レンズ面も形成できる。この場合、回転対称型非
球面状レンズ面を形成するのに必要なのは、図5に示し
た非球面ダイヤモンド切削部材41だけである。アナモ
ルフィックレンズ面の場合では、本発明の方法の変形を
利用することによって形成できる。この場合、符号41
で示したのと同一、又は、類似のダイヤモンド切削部材
41を、切削時に側方に変移させて側方の延びたレンズ
面を形成すればよい。
【0030】本発明の方法と装置50又は60を利用し
て作製する精密モールド型10、16、20(それぞれ
図1から図3に示す)は、マイクロレンズの如くの光学
製品を大量製造することができる。一般に、一般にガラ
ス製又はプラスチック製マイクロレンズを形成するに
は、一般に射出生成法または圧縮成形法が望ましい。一
部の場合では、鋳込み法が望ましいこともある。
【0031】前述したマイクロレンズ用モールド型をモ
ールドベースに組み込んで、プラスチック製マイクロレ
ンズを成形するための射出成形装置ないし圧縮成形装置
について、図9から図11を参照しながら説明する。と
くに図9と図11に示した成形装置80は、両凸面マイ
クロレンズアレーの作製を意図しているもので、その場
合、それぞれが分割面83を有する2個の比較的大型の
ブロックないしモールドベース82を備えている。各モ
ールドベース82は、一般に鋼材又はその他の金属材料
で構成されている。アラインメント部材として、案内ピ
ン88と位置決め用テーパー状ブッシュ88とが一方の
分割面83に、それぞれと協働する案内ピン受承孔と位
置決め用テーパー状ブッシュ受承孔とが他方の分割面8
3に設けられている。マイクロレンズ用モールド型84
とモールドキャビティ85とは、前述の本発明の方法に
より本発明の装置を用いて作製されたものである。
【0032】図11において、操作時にあっては、成形
装置80のモールドベース82は、油圧式、空圧式、又
は電動式のプレス108が備える2個のプラテン10
4、106(platen)のそれぞれに配置する。成形装置
80の一方側はプレス108のプラテン104に、ま
た、他方側はプラテン106に連結されている。そこ
で、プレスが閉塞すると、即ち、プラテン104、10
6が互いに接近して成形位置に設定されると、案内ピン
88は案内ピン受承孔に係入して両モールドベース82
を整合させる。この閉塞過程の最終段階では、位置決め
用テーパー状ブッシュ86も対応するブッシュ受承孔に
係入し、かくて、両モールドベース82、ひいては、マ
イクロレンズ用モールド型84が所定通りに調芯された
状態で合体する。図示の実施の形態におけるが如く両凸
面マイクロレンズアレーの製造の場合では、両側のレン
ズ面が共に正確に調芯した状態で形成されているのが重
要である。マイクロレンズの両面を形成する両方のモー
ルドベース82におけるレンズ面形成表面が互いに調芯
されるのを促進するために、マイクロレンズ用モールド
型84を図10に示すように矩形基板100に形成し
て、対応するモールドベース82において回転しないよ
うにするのが通常である。
【0033】射出成形の場合では、プレスを閉塞し、モ
ールドベースを合体した後、モールドキャビティに溶融
状態のプラスチック材を加圧射出する。射出したプラス
チック材が凝固するところまで冷却すると、プレスを開
放して、モールドベースを離間させ、その後形成された
マイクロレンズアレーを取り出す。
【0034】圧縮成形の場合では、プレスを閉塞するに
先立ち、加熱されているモールドキャビティに加熱した
プラスチックプリフォームを挿入する。その後、プレス
を閉塞してモールドベースを合体させることで、プラス
チックプリフォームを圧縮してモールドキャビティとマ
イクロレンズアレー用モールド型の形状になじませる。
その状態でモールド型とプラスチック材とを冷却した
後、プレスを開放しモールド型を離間させて、形成され
たマイクロレンズアレーをモールド型から取り出す。
【0035】平凸面マイクロレンズアレーないし平凸面
単一マイクロレンズを射出成形ないし圧縮成形する場合
では、マイクロレンズ用モールド型の互いに対峙する成
形面は一方は平坦状で、他方は凸面状にしておくととも
に、面同士の回転アラインメントはそれ程重要ではない
ので、マイクロレンズ用モールド型としては円形基板に
形成しておくこともできる。
【0036】図10は、マイクロレンズアレー用モール
ド型96(図9にも示す)を示すものであって、基板10
0は、そのモールド型96の鋳型面98が装置80のモ
ールドベース82において回転するのを阻止するために
矩形になっている。この鋳型面98と、モールドキャビ
ティ85の深さと、成形されるマイクロレンズアレー製
品の厚みなどについては、基板100の全高と、基板1
00の底部にあるより大きい円形基板102の高さとを
調節することにより、正確に定めることができる。
【0037】鋳込み法が望ましい製法である場合では、
材料を成形空洞に流し込むだけでよく、後は冷却より
は、化学反応で凝固されるようにすればよい。部品が凝
固した後は、モールド型から取り出す。
【0038】本発明者らは、本発明によるマイクロレン
ズ用モールド型を射出成形に用いたところ、球欠高さ
が、後で説明するように限られないマイクロレンズ表面
を得ることができた。また、側面が急激に傾斜するほぼ
半球形レンズを得ることもできた。さらに、ニッケルや
銅、アルミ、黄銅、ニッケル鍍金、シリコンの如くのモ
ールド型材料に直接、光学面を研削することができるこ
とも判明している。
【0039】ダイヤモンド切削部材26、41を有する
成形24、40を備えた装置50、60は非常に精密
で、正確なものであるから、球欠高さが2ミクロンで直
径が10ミクロンか、それ以下までのレンズ面を作製す
ることができることも判明している。直径25ミリメー
トルまでのレンズも、球欠高さを12.5ミリメートル
以上として作製することもできる。以下、実施例を以て
本発明を示す。
【0040】(実施例1)80×80個のマイクロレンズ
からなるマイクロレンズアレー用モールド型をアルミニ
ウムで作製した。ノースカロリナ州オーデン所在のST&F
Precision Technologies and Tools社から半半径ダイ
ヤモンド工具を入手した。マイクロレンズ表面は碁盤目
パターンに0.250ミリメートルおきに位置決めされ
ていた。これらのマイクロレンズ面は曲率半径を0.5
00ミリメートルとする球形状で、球欠高さは33ミク
ロンであった。図4において、制御部材36でのダイヤ
モンド切削部脚26のセンターリングは、試験的な切削
結果を顕微鏡で調べ、中心ズレ(center defect)の大き
さに基づいてダイヤモンド切削部材26の位置を調整す
るインターラクティブ方法を利用して行った。使用した
ダイヤモンド切削部材26の回転速度は約1000rp
mであった。切削液としては精製鉱油を利用した。この
方法による結果は、研削したモールド型の中心ズレは2
ミクロンで、表面粗さは1ウェーブ(0.5ミクロン)で
あった。その後、研削鋳型面を利用して射出成形により
ポリメツルメタクリレート製のマイクロレンズアレーを
製造した。
【0041】(実施例2)研削鋳型面に硬化ニッケル鍍金
基板を利用したこと以外は、上記実施例1の場合と同様
である。
【0042】(実施例3)13×13個のマイクロレンズ
からなるマイクロレンズアレー用モールド型を硬化ニッ
ケル鍍金基板で作製した。マイクロレンズ表面は、碁盤
目パターンに1.30ミリメートルおきに位置決めされ
ていた。ノースカロリナ州オーデン所在のST&F Precisi
on Technologies and Tools社から半半径ダイヤモンド
工具を得た。マイクロレンズ面は曲率半径を3.20ミ
リとする球形状で、球欠高さは213ミクロンであっ
た。ダイヤモンド切削部脚26のセンターリングは、実
施例1と同様に行った。この方法による結果は、研削し
たモールド型の中心ズレは1.5ミクロンで、表面粗さ
は0.30ウエーブ(0.15ミクロン)であった。
【0043】(実施例4)一群の単一マイクロレンズ面を
715ニッケル合金性基板で作製した。作製したマイク
ロレンズ面は全て0.500ミリメートルの半径ダイヤ
モンド工具を利用して作製した。直径は0.062から
0.568ミリメートルの間で変えた。研削法は実施例
1で説明したのと同一であった。
【0044】(実施例5)63.5×88.9ミリのより大
きいマイクロレンズアレーを、125×175個の碁盤
目パターンで合計21760個のマイクロレンズで作製
した。オハイオ州シャードン所在のChardon Tool社から
入手した、半径を0.5008ミリメートルとするダイ
ヤモンド半半径工具を利用した。アレーは0.5093
2ピッチを有し、球欠高さは0.16609であった。
基板はニッケル鍍金鋼製であった。研削法は実施例1で
説明したのと同一であった。
【0045】(実施例6)モールド型用の合わせ光学面(m
atched optical surfaces)を研削することにより、大量
の両面型マイクロレンズアレーが成形できるようにする
ことも本発明の範囲内である。図9によれば、2つの合
わせマイクロレンズアレー面は硬化ニッケル鍍金基板に
形成した。半半径ダイヤモンド工具ないしダイヤモンド
切削部材26(図4)をニューハンプシャー州マルボロー
所在のContour Fine Tooling社から入手した。マイクロ
レンズ面は半径が1.475ミリメートルで、0.750
ミリメートルのピッチの碁盤目パターンに、球欠高さを
99ミクロンとして作製した。研削法は実施例1と同様
に実施した。中心ズレは2ミクロンで、表面粗さが0.
3ウエーブ(0.15ミクロン)のが得られた。この場
合、2つの合わせマイクロレンズアレー面を、両者が対
峙するようにモールドベースに装着した。各側のマイク
ロレンズ面を芯合わせするために、モールドベースに装
着するに先立ってマイクロレンズ面を矩形基板に研削し
て、回転によるミスアラインメントをなくした。テーパ
ー所のロックブッシュを利用して横ズレを防いだ。この
プロセスに続いて、両面型マイクロレンズアレーをポリ
メチルメタクリレートで射出成形した。両面型アレーに
おける成形されたマイクロレンズは、30ミクロンの誤
差範囲で互いに芯合わせできた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 複数の四角配置のマイクロレンズモールドキ
ャビティを有する、本発明にかかる基板の斜視図であ
る。
【図2】 本発明にかかる方法により形成された複数の
六角配置のモールドキャビティを有する基板の斜視図で
ある。
【図3】 本発明にかかる方法により形成された複数の
ランダム配置のモールドキャビティを有する基板の斜視
図である。
【図4】 精密マイクロレンズ用モールド型を形成する
ための、直立した球面切削部材の斜視図である。
【図5】 本発明にかかる非球面切削部材の斜視図であ
る。
【図6】 単一マイクロレンズ用モールド型を形成する
ための、本発明にかかる装置の斜視図である。
【図7】 マイクロレンズアレー用モールド型を形成す
るための、本発明にかかる装置の斜視図である。
【図8】 モールドキャビティ内のクリアランス示す、
本発明にかかる成形要素の拡大された斜視図である。
【図9】 本発明にかかる方法で製造された両面型マイ
クロレンズ用モールド型の斜視図である。
【図10】 射出モールド成形用又は圧縮モールド成形
用のモールドベースに取り付けられるマイクロレンズア
レイ用モールド型の拡大された斜視図である。
【図11】 両面型マイクロレンズを製造するための装
置の斜視図である。
【符号の説明】
10…四角交差配置のマイクロレンズ用モールド型、1
2…四角周辺配置のモールドキャビティ、14…基板、
16…六角交差配置のマイクロレンズ用モールド型、1
8…六角周辺配置のモールドキャビティ、20…ランダ
ム配置のマイクロレンズ用モールド型、22…ランダム
配置のモールドキャビティ、24…球面成形要素、26
…球面ダイヤモンド切削部材、28…ダイヤモンド切削
部材26の第1面、30…ダイヤモンド切削部材26の
第2面、32…ダイヤモンド切削部材26の球形切削
面、34…ダイヤモンド切削部材26の回転軸芯、36
…ダイヤモンド切削部材26の制御部材、40…非球面
成形要素、41…非球面ダイヤモンド切削部材、42…
非球面ダイヤモンド切削部材41の実質的に平坦な第1
面、44…非球面ダイヤモンド切削部材41の非球面切
削面、46…非球面ダイヤモンド切削部材41の実質的
に平坦な第2面、48…ダイヤモンド切削部材41の制
御部材、50…精密単一マイクロレンズ用モールド型を
形成するための装置、52…単一マイクロレンズ用モー
ルド型、54…プラットホーム、56…成形要素24又
は40の工具ホルダー、58…回転制御部材、60…マ
イクロレンズアレー用モールド型を製造するための装置
の代替的な実施の形態、62…マイクロレンズアレー用
モールド型、62a…単一マイクロレンズモールドキャ
ビティ、62b…もう1つの単一マイクロレンズモール
ドキャビティ、64…制御部材、70…クリアランス、
72…ダイヤモンド切削部材の後側、76…マイクロレ
ンズ用モールド型、80…両面型マイクロレンズアレー
をモールド成形するための装置、82…モールドベー
ス、84…マイクロレンズ用モールド型、85…モール
ドキャビティ、86…テーパ状の位置決め用ブッシュ、
88…案内ピン、96…マイクロレンズアレー用モール
ド型、100…矩形基板、102…円形基板、104…
プラテン、106…プラテン、108…プレス。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // B29L 11:00 B29L 11:00 (72)発明者 クレイグ・エイ・サドリク アメリカ合衆国14502ニューヨーク州マセ ドン、ビルズ・ロード506番 Fターム(参考) 4F202 AH74 AH75 AJ02 CA09 CA11 CB01 CD18 CK11

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)基板を準備するステップと、 (b)上記基板内に微小寸法のモールドキャビティを形
    成するための、予め設定された形状を有する回転可能な
    硬化された切削部材を有する成形要素を準備するステッ
    プと、 (c)上記の回転可能な硬化された切削部材を、上記基
    板と関連する回転切削機内に配置するステップと、 (d)上記の回転可能な硬化された切削部材で上記基板
    を回転切削して、微小寸法の光学製品をモールド成形す
    るための、予め設定された形状を有する微小寸法のモー
    ルドキャビティを形成するステップとを含んでいる、微
    小寸法の光学製品のための精密モールド型を製造する方
    法。
  2. 【請求項2】 上記の微小寸法の光学製品がマイクロレ
    ンズである、請求項1に記載の精密モールド型を製造す
    る方法。
  3. 【請求項3】 上記の硬化された切削部材が、上記基板
    内に一般的に球形のモールドキャビティを形成するため
    の一般的な輪郭を有する切削面を備えている、請求項1
    に記載の精密モールド型を製造する方法。
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