JP2005320232A - 光学素子の成形方法及び装置、基板及び成形型 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ダイ1の表面は凹状の窪み3に成形され、基板(例えばガラスプレフォーム)10は凸状に湾曲した突き出し部分16に成形されており、凹状窪み3の湾曲半径は凸状湾曲部分16の湾曲半径より長い。熱成形において、ダイ1及び基板10は互いに対して押しつけられるが、このとき、基板、ダイ、及びプロセスガス間の界面は、熱成形処理中に前記中心部分11からダイ1及び基板10へ向かって徐々に移動するので、すべてのプロセスガスがダイ1と基板10との間の輪状隙間から排出される。これにより、熱成形処理中のガスの封入に帰因するクレーター様構造物は光学素子20の凸状湾曲面21上には存在しない。
【選択図】図1(a)
Description
熱成形処理中にプロセスガスは成形あるいは熱型押部分から外へ滑らかにかつ持続的に移動あるいは追い出されるので、本発明によれば熱成形処理において真空処理を用いる必要はない。それゆえ、処理工程を削減し、装置をより低コストで提供することが可能である。本発明によれば、成形型及び基板を互いに対してプレスするために要する圧力は所定期間一度だけ加える必要があるだけであり、全処理工程期間に亘って圧力を好ましくは一定に維持することが可能である。処理圧の周期的増減を行う必要はない。
独立した請求項となり得、また特に光学素子表面上において光学効果を有する凸状あるいは凹状に湾曲した構造体の成形に使用できる本発明の別の態様に従った方法は、前記各成形あるいは熱型押部分の中心部分が前記対応する予備成形部分の中心部分と接触するように成形型及び基板が設けられ、前記各予備成形部分と前記各成形あるいは熱型押部分が、隙間が前記各予備成形部分表面と前記各対応する成形あるいは熱型押部分との間に成形されるように、関係式r1<r2が維持されるように設けられることで特徴付けられる。上記関係式において、r1は前記各成形あるいは熱型押部分の湾曲半径であり、この半径は前記各成形あるいは熱型押部分表面の湾曲中心が、成形型が配置されているその一方の半域内にあるならば正となり、また前記各成形あるいは熱型押部分表面の湾曲中心が他方の半域内にあるならば負となる。r2は前記対応する予備成形部分の湾曲半径であり、この半径は、前記各予備成形部分表面の湾曲中心が基板が配置されているその一方の半域内にあれば正となり、また前記各予備成形部分表面の湾曲中心が他方の半域内にあれば負となる。
d>10μm、及び
d<(200μm+D/10)
なお、上記式中、Dは成形型上の構造体の成形あるいは熱型押部分の直径を表わす。このように形状許容差が小さい結果として、本発明によって有利な低変形率を達成することが可能である。
ダイ1を持ち上げて取り外した後、平面状の表面22へと変形された光学素子20が得られ、この素子上には多数の鋸歯形状の断面をもつ線状構造物23が等間隔で設けられている。図2cでは、この線状構造物23はy軸方向に延びている。熱成形処理中、当初y軸方向へ凸状に湾曲していた基板10の表面16も変形され前記隙間6は前記中心部分11から徐々に減少し、該隙間6中に含まれていたプロセスガスは基板材料によって図2aの矢印で示すように外側へ向けてy軸方向へ追い出され隙間6外へ排出される。
ダイ1を持ち上げて取り外すと、光学素子表面上に成形された複数の凸マイクロレンズ25及び複数の平面部分24をもつ光学素子が得られる。
この実施例においては、上記パラメータは以下のように選択され、
c=1/36.409
k=−1
α2=1.08E−06
α4=2.16E−10
α6=−5.19E−15
また、ガラスにはB270を使用した。
φ(r)=−6.75r2+0.001045r4
式中、φ[rad]及びrは0〜35mmの範囲内である。
Claims (19)
- 基板(10)上へ光学効果を有する構造体を成形あるいは熱型押するための複数の成形あるいは熱型押部分(2、3、4)が表面上に成形された成形型(1)を準備する工程と、
前記成形型(1)に面する前記基板(10)の表面上において少なくとも1つの予備成形部分(16、17)が成形されるように前記基板(10)を準備する工程と、
前記基板(10)を、前記基板(10)材料の転移温度以上の温度まで加熱する工程と、
前記成形型(1)と前記基板(10)を互いにプレスして、対応するそれぞれの成形あるいは熱型押部分(2、3、4)によって形状が与えられ、かつ光学効果を有する複数の構造体(21、23、25)を備えた光学素子(20)を成形する工程から構成される光学素子の成形方法であって、
前記成形型(1)と前記基板(10)は互いに対してプレスされる時、各予備成形部分(16,17)表面と、対応する成形あるいは熱型押部分(2,3,4)表面あるいは前記成形型(1)表面との間に形成される隙間(6)が前記中心部分(11)から各予備成形部分(16,17)あるいは前記基板(10)の縁部(2,14)へ向かって延びかつ広くなるように、前記基板(10)の各予備成形部分(16,17)を最初に前記対応する成形あるいは熱型押部分(2,3,4)あるいは成形型(1)へその中心部分において接触させ、前記基板及び前記成形型には実質的に同一の基部が設けられることを特徴とする前記成形方法。 - 前記基板(10)の各予備成形部分(16,17)及び前記成形型(1)の前記対応する成形あるいは熱型押部分(2,3,4)によって2つの半空間が限定され、関係式r1<r2、式中r1は各成形あるいは熱型押部分(2,3,4)の湾曲半径を表し及びr2は前記対応する予備成形部分(16,17)の湾曲半径を表す、を満たし、r1は前記成形あるいは熱型押部分の表面の湾曲中心が前記成形型(1)が配置される一方の半空間内にあるならば正となり、あるいは前記各成形あるいは熱型押部分の表面の湾曲中心が他方の半空間内にある場合は負となり、及び
r2は前記各予備成形部分表面の湾曲中心が前記基板(10)が配置される前記半空間内にある場合は負となり、前記各予備成形部分表面の湾曲中心が前記他方の半空間内にある場合は正となるように前記成形型(1)及び前記基板(10)が設けられ、
光学効果を有する構造体を成形するため、前記成形型(1)と前記基板(10)は互いに対してプレスされ、前記各予備成形部分(16,17)が前記対応する成形あるいは熱型押部分(2,3,4)の表面へ接触し、前記各予備成形部分(16,17)の前記湾曲半径が前記対応する成形あるいは熱型押部分(2,3,4)の湾曲半径と一致するまで変形されることを特徴とする請求項1項記載の方法。 - 前記成形型(1)及び前記基板(10)が、前記隙間(6)が前記中心部分(11)から各予備成形部分(16、17)へ向かって連続的に広くなるように設けられることを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載の方法。
- 前記成形型(1)及び前記基板(10)が、ガスが前記隙間(6)から各予備成形部分(16,17)の縁部(2,14)へ向かって漏出できるように設けられることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 前記成形型(1)及び前記基板(10)が、少なくとも1つの縦方向のチャネル(5)が各成形あるいは熱型押部分の外側の前記成形型(1)及び前記基板(10)の一方の表面上に成形されるように設けられることを特徴とする請求項4項記載の方法。
- 前記成形型(1)及び前記基板(10)が、各縦方向のチャネル(5)が前記予備成形部分(16,17)の表面と前記成形あるいは熱型押部分(2,3,4)の表面との間の少なくとも1つの隙間(6)と連絡するように設けられることを特徴とする請求項5項記載の方法。
- 前記成形型(1)及び前記基板(10)が、前記隙間(6)が前記成形型(1)の表面に対して平行な方向へ広くなるように設けられることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- 前記成形型(1)及び前記基板(10)が、前記隙間(6)が前記成形型(1)の表面に対して直交及び平行な2方向へ広くなるように設けられることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- 前記成形型(1)及び前記基板(10)が、前記隙間(6)が前記中心部分(11)から外側へ半径方向に広くなる環状隙間として形成されるように設けられることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- 前記光学素子(20)が前記成形型と前記基板を互いに対してプレスすることによって成形される場合、前記基板(10)が、圧力が加えられる方向に対して横方向には本質的に広くならないことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- 前記成形型(1)及び前記基板(10)が、前記少なくとも1つの成形あるいは熱型押部分(2,3,4)及び対応する予備成形部分(16,17)が成形型(1)表面上及び前記基板(10)表面上の突出部分あるいは窪みとしてそれぞれ成形されるように設けられることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
- 前記成形型(1)及び前記基板(10)が、前記少なくとも1つの成形あるいは熱型押部分(2,3,4)及び前記対応する予備成形部分(16,17)が前記成形型(1)表面上及び前記基板(10)表面上の凸状湾曲部分あるいは凹状湾曲部分となるように設けられることを特徴とする請求項11項記載の方法。
- 前記成形型(1)及び前記基板(10)が、前記成形あるいは熱型押部分(2,3,4)の全容積が対応する予備成形部分(16,17)の容積あるいは対応する予備成形部分(16,17)の全容積に一致するように設けられることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の方法。
- 前記各予備成形部分(16,17)を光学効果を有する構造体へ変形した後、前記基板(10)表面と前記成形型(1)表面との間の隙間が縁部(2,14)に残ることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の方法。
- 前記成形型(1)及び前記基板(10)が、光学効果を有する前記構造体及び前記光学素子(20)が回析性及び/または屈折性となるように設けられることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも1つの予備成形部分(16,17)が球面状に湾曲され、及び少なくとも1つの成形あるいは熱型押部分(2,3,4)が、少なくとも1つの予備成形部分(2,3,4)が非球面状に湾曲された光学構造体あるいは自由形状面のように形成された光学構造体へ変形されるように、非球面状に湾曲されるか、あるいは自由形状面として成形されることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の方法。
- 各予備成形部分(16,17)表面の変形後、少なくとも1つの光学構造体を有する前記基板(20)の下位部分を分離することによって複数の光学素子が分離されることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の方法。
- 前記成形型(1)及び前記基板(20)が、前記成形型(1)と前記基板(20)との間の形状ずれdが下記関係式;
d>10μm、及び
d<(200μm+D/10)、
式中、Dは前記成形型(1)の成形あるいは熱型押部分(2,3,4)の単位μmでの直径を表す、によって与えられることを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載の方法。 - 表面上に少なくとも1つの予備成形部分(16,17)が成形された基板(10)であって、前記基板は、
基板上へ光学効果を有する構造体を成形あるいは熱型押しするための複数の成形あるいは熱型押部分(2,3,4)が表面上に成形された成形型を準備し、
少なくとも1つの予備成形部分が前記成形型に面する前記基板(10)表面上において成形されるように前記基板(10)を準備し、
前記基板は前記基板材料の転移温度以上の温度まで加熱され、及び
前記成形型(1)及び前記基板(10)は、光学効果をもち、かつ各対応する成形あるいは熱型押部分(2,3,4)によって与えられる形状をもつ複数の構造体(21,13,25)を備えた光学素子(20)を成形するために、互いに対してプレスされることから構成される光学素子の成形方法であって、
前記成形型(1)と前記基板(10)は互いに対してプレスされ、各予備成形部分(16,17)表面と、対応する成形あるいは熱型押部分(2,3,4)表面あるいは前記成形型(1)表面との間に形成される隙間(6)が前記中心部分(11)から各予備成形部分(16,17)あるいは前記基板(10)の縁部(2,14)へ向かって延びかつ広くなるように、前記基板(10)の各予備成形部分(16,17)が最初に前記対応する成形あるいは熱型押部分(2,3,4)あるいは成形型(1)へその中心部分において接触し、前記基板及び前記成形型には実質的に同一の基部が設けられることを特徴とする前記成形方法において用いられる前記基板。
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