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Info
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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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
置の斜視図である。
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。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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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