JP2006337985A - ハイサグレンズの製作方法及びこれを利用し製作されたレンズ - Google Patents

ハイサグレンズの製作方法及びこれを利用し製作されたレンズ Download PDF

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Abstract

【課題】ポリマー収縮によるレンズ面の補償が不必要なためレンズの品質を向上させ、レプリカ法を繰り返すことなく製作が可能なため作業生産性を画期的に高める。
【解決手段】ハイサグ(High sag)を有するレンズ制作方法及びこれを利用し製作されたレンズが提供される。本発明は基板上に紫外線(UV)硬化樹脂からなるポリマーレンズ部を形成したレンズの製作方法において、a)多数の溝が形成されたモールドにポリマーを注入し、紫外線で硬化させ多数のレンズ部を形成する段階、b)上記レンズ部の背面に基板を接着させ一体化する段階、及び、c)上記モールドをレンズ部から分離させレンズアレイを製造する段階を含むハイサグレンズの製作方法及びこれを利用し製作されたレンズを提供する。
【選択図】図8

Description

本発明はハイサグ(High sag)を有するレンズ制作方法及びこれを利用し製作されたレンズに関することとして、より詳細にはポリマー収縮によるレンズ面の補償が不必要なためレンズ品質を向上させ、レプリカ法を繰り返すことなく製作が可能なため作業生産性を画期的に高めることが可能なハイサグレンズの製作方法及びこれを利用し製作されたレンズに関する。
従来にはレンズアレイはレーザー(laser)ビーム等を通じ直接製作するか、パターンを利用しエッチング工程またはリフロー(reflow)法によりレンズアレイを形成し、このようなレンズアレイを使用しNiメッキ(electro-plating)法を通じNiマスターモールドを製作した後、このNiマスターモールドにレプリカ法やモールディング法等を使用しレンズアレイを製作して来た。
そして、他の方式としてはダイヤモンドターニングマシン(DTM)を利用しレンズモールドを製作し、これをアレイに拡張した後、レプリカ法やモールディング法などを適用しレンズアレイを製作して来た。しかし、このような従来の方法らを使用する場合下記のような制約がある。
すなわち、レーザービームによるモールドの加工時、製作可能なレンズのサグ(sag)がスピンコーティング後形成されるフォトレジスト(PR)層の厚さに比例することにより、ハイサグ、すなわち数百μmの高いサグ(sag)を有するレンズを製作し難い。
そして、レーザービームによるモールド加工時、非球面形成が難しく製作可能な非球面には限界がある。
また、従来には図1に図示された通り、ハイサグレンズ200を形成するため多数回レプリカ法を繰り返し成形しなければならず、このようにレプリカ法を2回以上繰り返し基板205上にレンズ部210を製作する場合、全体工程、例えば、ポリマードロップ(polymer drop)、圧着(compress)、紫外線養生(UV curing)、脱型(release)等のレプリカ工程の繰り返しにより作業時間が多く所要される。
それに、このようなレプリカ法においてはそれぞれのレンズの成形層210a、210b、210cごとに適用されるNA(Numeric Aperture)値が異なる追加的なモールド(未図示)らが必要である。
一方、これとは違って図2には金属板にフォトポリマーを1回塗布し基板で覆った後、すぐ硬化させレンズアレイを製造する工程300が従来に提示されている。
このような従来の技術は先ず、MLAモールド302上にフォトポリマー310を滴下する段階が行われ、上記フォトポリマー310上に透明基板315を接着させレンズ部を形成する段階が行われ、上記基板315を通じ紫外線(UV)を照射しフォトポリマー310を硬化させる段階が行われ、その後上記MLAモールド302をレンズ部320から分離させレンズアレイを製造する段階からなる。
そして、これとは異なる一つの形態のレンズアレイの製造工程400が図3に提示されている。
このような従来の技術は凸レンズに相応する一つの溝405aを形成した金型405を準備する段階が成され、上記金型405の溝にUV硬化樹脂を塗布しレンズ部410を形成し、その背面に基板412を密着させる段階が行われ、上記基板412を通じ紫外線を照射しUV硬化樹脂を硬化させる段階が行われた後、上記金型405を除去しUV硬化樹脂からなるレンズ部410と基板412を得、これを繰り返し隣するよう並列配置することによりレンズアレイ(MLA)420を製造する段階が行われる。
しかし、このような従来の技術らはその製造過程において、図4に図示された通り、ポリマーの硬化が基板315、420側から始まり基板315、420から最も遠いレンズ面P側へと進行されるため、硬化終了時には丸い球面のレンズ面P側でポリマー収縮が集中されその曲率及び形態などが不良になる問題点を有する。
また、レンズ部を成すポリマーの硬化中に気泡Bが発生することもあり得、もしこのような気泡が発生されると上記透明基板315、412により外部へ排出されず、レンズ部320、410内に残留することとなりレンズ品質上の問題点を引き起こすこともあり得る。
したがって、ハイサグ(High Sag)レンズを製作する過程において、ポリマー収縮がレンズ面ではない所で生じるようにしてレンズ面の補償が不必要で、気泡がレンズの内部に残留しないようにしてレンズの品質を大きく向上させることが課題となる。
また、Replica法を繰り返さなくても、レンズアレイの製作が可能なため作業生産性を画期的に高めることが課題となる。
上記課題を解決するために、本発明の第1の形態においては、基板上に紫外線(UV)硬化樹脂を含むポリマーレンズ部を形成したレンズの製作方法において、a)モールドの溝にポリマーを注入し、紫外線で硬化させレンズ部を形成する段階、b)上記レンズ部の背面に基板を接着させ一体化する段階、及び、c)上記モールドをレンズ部から分離させレンズを製造する段階を含むことを特徴とするハイサグレンズの製作方法を提供する。
また、好ましくは、上記レンズ部を形成する段階はレンズ部の硬化が空気中でまたは酸素雰囲気下で成されることを特徴とするハイサグレンズの製作方法を提供する。
そして、好ましくは、上記レンズ部を形成する段階は上記モールドの溝にポリマーを分けて注入し、紫外線で反復硬化させる過程を含むことを特徴とするハイサグレンズの製作方法を提供する。
また、好ましくは、上記レンズ部と基板を一体化する段階は使用される接着剤がレンズ部を成すポリマーと同一な組成物であることを特徴とするハイサグレンズの製作方法を提供する。
そして、好ましくは、上記レンズ部と基板を一体化する段階は使用される接着剤がレンズ部を成すポリマーと類似な光学的特性を有する組成物であることを特徴とするハイサグレンズの製作方法を提供する。
また、好ましくは、上記レンズ部と基板を一体化する段階は接着剤を成すポリマーが上記基板を通じ照射される紫外線により硬化されることを特徴とするハイサグレンズの製作方法を提供する。
上記課題を解決するために、本発明の第2の形態においては、上記ハイサグレンズの製作方法により生成されたレンズを提供する。
本発明によると、ハイサグ(High Sag)レンズを製作する過程においてDTMを利用した金型を使用しハイサグレンズを一時に成形することが可能で、大気中に露出された状態でレンズ部の養生が成されるため酸素によるラジカル反応抑制現象によりポリマー収縮がレンズ面ではない所から起きるようにしレンズ面の補償が不必要である。
それに、ポリマーの硬化中に発生し得る気泡がレンズ部の内部に残留しないようにし結果的にはレンズの品質を大きく向上させることが可能である。
そして、本発明によるとレプリカ法を繰り返さないため、多数のポリマードロップ(polymer drop)、圧着(compress)、紫外線養生(UV curing)、脱型(release)等が不必要で、様々な形状の追加的なモールドが不必要で、簡単な工程でレンズアレイの製作が可能なためハイサグレンズの製作生産性を画期的に高めることが可能な効果が得られるのである。
それに、本発明は上記のように得られたレンズアレイ上にNiメッキ(electro-plating)法を適用すると容易にハイサグレンズ製作用Niマスターモールドを得ることが可能な効果もある。
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照により詳細に説明する。本発明に伴うハイサグレンズの製作方法1は図5a、図5b及び図5cに図示された通り、先ずa)多数の溝10aが形成されたモールド10にポリマー15を注入し、紫外線で硬化させ多数のレンズ部20を形成する段階が行われる。
上記モールド10はDTMで加工されることとして非球面レンズの製作が容易で、サグ(Sag)が大きいレンズ製作が可能である。すなわち、上記モールド10に形成される溝10aらは数百μmの高さを備え一度のモールディング作業で一時にハイサグレンズの深さを有することが可能である。
そして、上記モールド10にポリマー15が注入されると、そのポリマー15の面が大気中に露出された状態で紫外線により養生処理される。このような場合、上記モールド10の溝10a内に位置されたポリマー15らは空気との界面で空気中の酸素(O)によるラジカル反応(Radical Reaction)抑制で硬化現象が抑制されポリマー15硬化が最も遅く行われる。
すなわち、上記レンズ部20はその硬化される過程において大気と露出された境界面で酸素(O)との作用で硬化が最も遅く行われることによりポリマー15の収縮がレンズ面Pではなく露出面P'上から行われる。
すなわち、図6に図示された通り、モールド10の溝10aに接触されたレンズ面P部分から硬化が成され、徐々にレンズ部20の露出面P'へと硬化が進行されることにより、このような硬化過程から発生されたポリマー収縮部分は硬化がまだ成されていないレンズ部20の露出面P'へ集まるようになる。従って、最終的なレンズ部20では露出面P'が全てのポリマー15収縮を反映した形態で硬化される。
また、このような過程から上記レンズ部20の内部で発生され得る気泡らは露出面P'を通じ外部に自由に排出されることが可能である。従って、レンズ部20の硬化過程から発生された気泡は内部に残留されない。
一方、上記ではレンズ部20の露出面P'が空気中に露出されたことと説明されたが、これに限定されず、空気と同等な効果を得ることが可能な任意の酸素(O)雰囲気下で行われることが可能である。
また、本実施例は上記ではたった一回の成形でモールド10の溝10a内でレンズ部20を成形することと説明されたが、これに限定されることではなく、必要な場合には上記モールド10の溝10aにポリマーを分けて注入し、紫外線で反復硬化させる過程を通じレンズ部20を形成することが可能である。
そして、本実施例は次にb)上記レンズ部20の背面に基板25を接着させ一体化する段階が行われる。
このため、本実施例は上記モールド10のレンズ部20上に接着ポリマー30を塗布する。このような接着ポリマー30はレンズ部20を形成したポリマー15と同一組成を有するか、または類似な光学的特性を有する組成物からなる。
上記類似な光学的特性の例としては屈折率またはアッベ数(Abbe's number;逆分散率)等が類似なものを含むことが可能である。上記接着ポリマー30はレンズ部20の露出面P'から形成されたポリマー15収縮に起因する不均一な形態に液体状態で塗布されて層を形成し露出面P'の不均一を均一に補償する。
このような状態で上記接着ポリマー30には透明基板25が付着され、そしてこのような透明基板25を通じ紫外線が照射されることにより上記接着ポリマー30は硬化され、上記基板25に一体で付着される。
このような過程からも上記接着ポリマー30は硬化途中収縮し、残留気泡の発生が引き起こされることがあり得るが、上記接着ポリマー30は少量で、その厚さも数μmに過ぎないためこのような硬化中のポリマー収縮と気泡発生はレンズ部20の品質にいかなる影響も与えることが不可能である。
次に、本実施例はc)上記モールド10をレンズ部20から分離させレンズアレイ40を製造する段階を含む。
この段階では、モールド10をレンズ部20から脱型させ基板25の側面に多数個のレンズ部20らが配列されたレンズアレイ40を製作することである。
上記のように本発明に伴うハイサグレンズの製作方法1はDTMを利用し深い溝10aを加工したモールド(金型)10でレンズを成形するため、一時にハイサグ(High Sag)レンズを成形することが可能である。従って、ハイサグレンズを作るため2重及び3重で成形層を重畳形成するレプリカ法を繰り返す必要がなく、それに伴い様々な形状の追加的なモールド10が不必要である。
そして、ポリマー15収縮による変形がレンズ面Pではない他の部分から、すなわち露出面P'から行われるため、レンズ面Pの形状歪曲に対する補償が不必要で、それに伴い、レンズ部20の品質が優秀になり、作業生産性が非常に高いのである。
図7a、図7bおよび図7cには本発明の他の実施例に伴うハイサグレンズの製作方法100が図示されている。このような製作方法100は先ず、a)モールド110の溝110aにポリマー115を注入し、紫外線で硬化させレンズ部120を形成する段階が行われる。
このような段階では図5a、図5及び図5cに関連し説明された通り、モールド110はDTMで加工されることとして非球面レンズの製作が容易で、深さを大きくしサグ(Sag)が大きいレンズ製作が行われることが可能である。
そして、上記モールド110の溝110aへポリマー115が注入された後、そのポリマー115の面が空気中に露出された状態で紫外線により養生処理され、この過程から上記モールド110の溝110a内のポリマー115らは空気との界面で酸素によるラジカル反応(Radical Reaction)抑制で硬化現象が抑制されポリマー115硬化が最も遅く成される。
従って、ポリマー115が硬化されながら発生される収縮作用は未だ硬化していない状態の露出面P'側に伝達され、最終的に硬化されたレンズ部120はその露出面P'が全てのポリマー115硬化収縮を反映した形態で硬化される。従って、このような露出面P'はその形状が歪曲される。また、このような過程から上記レンズ部120の内部から発生し得る気泡らは露出面P'を通じ自由に空気中に排出され内部に全く残留されない。
本実施例は上記でたった一度の成形でモールド110の溝110a内でレンズ部120を成形することと説明されたが、これに限定されず、ハイサグが非常に大きい場合には上記モールド110の溝110aにポリマーを分けて注入し、紫外線で反復硬化させる過程を通じレンズ部120を形成することが可能である。
そして、本実施例は次にb)上記レンズ部120の背面に基板125を接着させ一体化する段階が行われる。この段階では図5a、図5b及び図5cに関連し説明した通り、上記モールド110のレンズ部120上に上記レンズ部120のポリマー115と同一組成を有する接着ポリマー130を塗布し、これを基板125の定められた位置に接着する。このような過程から上記接着ポリマー130は液状で塗布されるため、上記露出面P'の歪曲された形態を補償し平坦化することとなる。
このように、接着ポリマー130が塗布されたレンズ部120は基板125の一側面に形成された整列基準層(Alignment Layer)135を中心に定められた位置に配置される。
上記整列基準層135は薄膜で上記基板125に予め形成されたこととして、上記モールド110部のレンズ部120らが定められた位置に配置されるようにする表示線を提供することとなる。上記整列基準層135はその厚さが非常に薄いため上記レンズ部120を具備したモールド110が接着ポリマー130を通じ上記基板125に付着される場合、接着ポリマー130の接着量に対しいかなる変動または影響を与えることが不可能であり、整列基準のみを提示する。
このような工程を通じ上記接着ポリマー130には透明基板125が付着され、このような透明基板125を通じ紫外線が照射されることにより上記接着ポリマー130は硬化され、上記基板125に一体で付着される。
このような硬化過程にも上記接着ポリマー130は収縮し、残留気泡の発生が引き起こされることもあり得るが、上記接着ポリマー130は少量で、その厚さも数μmに過ぎないため、このような収縮の影響と気泡発生はレンズ部120の品質にいかなる影響も与えなくなる。
次に、c)上記モールド110をレンズ部120から分離させレンズを製造する段階が行われる。すなわち、上記モールド110をレンズ部120から脱型させ基板125の側面にレンズ部120が形成されるようにすることである。
また、次にはd)上記a)ないしc)段階らを繰り返し多数個のレンズ部120を上記基板125に接着させ一体化し、レンズアレイ140を製造する段階が行われる。すなわち、上記モールド110の溝110aにポリマー115を注入し、紫外線で硬化させレンズ部120を形成し、上記レンズ部120の背面に基板125を接着させ一体化し、上記モールド110をレンズ部120から分離させる一連の段階らを繰り返し多数個のレンズ部120らを上記基板125の整列基準層135に合わせて付着させ、整列された状態のレンズアレイ140を形成することである。
このような過程を通じ本実施例によれば、ポリマー115の収縮によるレンズ面Pの補償が不必要で、レプリカ法を繰り返す必要がなく、様々な形状の追加的なモールドが不必要なため作業生産性が非常に高く、品質が優秀なハイサグレンズを生産することが可能である。
図8には上記のような本実施例のハイサグレンズの製作方法1、100を通じ得られたハイサグレンズ150が図示されている。
このようなレンズ150はモールド10、110にポリマー15、115を注入し、紫外線で硬化させ形成されたレンズ部20、120と、上記レンズ部20、120が側面に配置される基板25、125及び上記レンズ部20、120を基板25、125に一体化する接着ポリマー30、130を含む。
図8において上記レンズ部20、120は基板25、125上に多数個が配置されレンズアレイの形態を有する構造が図示されているが、これに限定されず、一つのレンズ部が基板上に形成された単一レンズからなることも可能である。
このような本発明のハイサグレンズ150は図8に図示された通り、少なくともレンズ部20、120のサグ高さhが数百μmを有するもので、上記レンズ部20、120を成すポリマー15、115と接着ポリマー30、130を成すポリマーは同一組成からなり硬化後には、上記接着ポリマー30、130とレンズ部20、120の間でいかなる境界面も形成されず、一体で形成されることである。
また、上記レンズ部20、120がモールド10、110の溝10a、110a内でたった一度の成形で、または必要な場合上記モールドの溝にポリマーを分けて注入し、紫外線で反復硬化させる過程から形成されたこととして、硬化過程中に発生されたレンズ部20、120の露出面P'の不均一は接着ポリマー30、130の形成過程から全て均一に補償される。
従って、ポリマー15、115の収縮によるいかなる変形もレンズ面Pでは起こらないだけではなく、レンズ部20、120内には気泡が存在しないこととなりその品質が非常に優秀である。
そして、本実施例によれば、上記のような本発明のハイサグレンズの製作方法から得られたレンズアレイ上にNiメッキ(electro-plating)法を適用しNiマスターモールドを得ることが可能である。
すなわち、従来にはレーザー(laser)ビーム等を通じ直接製作するか、パターンを利用しエッチング工程またはリフロー(reflow)法によりレンズアレイを形成し、このようなレンズアレイを使用しNiメッキ(electro-plating)法を通じNiマスターモールドを製作したが、本発明のハイサグレンズの製作方法から得られたレンズアレイ上にNiメッキ(electro-plating)法を適用すると容易にハイサグレンズ製作用Niマスターモールドを得ることが可能である。
上記から本発明は特定の実施例に関して図示され説明されたが、これはただ例示的に本発明を説明するため記載されたことであり、本発明をこのような特定構造で制限しようとすることではない。当業界から通常の知識を有している者であれば以下の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることが可能である。しかし、このような修正及び変形構造らは全て本発明の権利範囲内に含まれることを明らかにする。
従来の技術に伴うハイサグレンズを図示した詳細断面図である。 従来の技術に伴うレンズ製作方法を段階的に図示した説明図である。 従来の技術に伴う他の工程のレンズ製作方法を段階的に図示した説明図である。 従来の技術に伴うレンズ製作方法においてレンズ部の硬化手順を順番に図示した説明図である。 本実施例の一実施例に伴うハイサグレンズの製作方法を段階的に図示した説明図である。 本実施例の一実施例に伴うハイサグレンズの製作方法を段階的に図示した説明図である。 本実施例の一実施例に伴うハイサグレンズの製作方法を段階的に図示した説明図である。 本実施例のレンズ製作方法においてレンズ部の硬化手順を順番に図示した説明図である。 本実施例の他の実施例に伴うハイサグレンズの製作方法を段階的に図示した説明図である。 本実施例の他の実施例に伴うハイサグレンズの製作方法を段階的に図示した説明図である。 本実施例の他の実施例に伴うハイサグレンズの製作方法を段階的に図示した説明図である。 本実施例のレンズ製作方法から得られたハイサグレンズを図示した詳細断面図である。
符号の説明
1 本発明に伴うハイサグレンズの製作方法
100 本発明に伴うハイサグレンズの製作方法
10 モールド
110 モールド
10a 溝
110a 溝
15 ポリマー
115 ポリマー
20 レンズ部
120 レンズ部
25 基板
125 基板
30 接着ポリマー
130 接着ポリマー
135 整列基準層(Alignment Layer)
40 レンズアレイ
140 レンズアレイ
150 本発明のハイサグレンズ
200 従来のハイサグレンズ
205 基板
210 レンズ部
210a 成形層
210b 成形層
210c 成形層
300 従来のレンズアレイの製造工程
400 従来のレンズアレイの製造工程
302 MLAモールド
310 フォトポリマー
315 透明基板
405 金型
405a 溝
410 レンズ部
412 基板
420 レンズアレイ
P レンズ面
P' 露出面

Claims (7)

  1. 基板上に紫外線(UV)硬化樹脂を含むポリマーレンズ部を形成したレンズの製作方法において、a)モールドの溝にポリマーを注入し、紫外線で硬化させレンズ部を形成する段階、b)上記レンズ部の背面に基板を接着させ一体化する段階、及び、c)上記モールドをレンズ部から分離させレンズを製造する段階を含むことを特徴とするハイサグレンズの製作方法。
  2. 上記レンズ部を形成する段階はレンズ部の硬化が空気中でまたは酸素雰囲気下で行われることを特徴とする請求項1に記載のハイサグレンズの製作方法。
  3. 上記レンズ部を形成する段階は上記モールドの溝にポリマーを分けて注入し、紫外線で反復硬化させる過程を含むことを特徴とする請求項1に記載のハイサグレンズの製作方法。
  4. 上記レンズ部と基板を一体化する段階は使用される接着剤がレンズ部を成すポリマーと同一組成物であることを特徴とする請求項1に記載のハイサグレンズの製作方法。
  5. 上記レンズ部と基板を一体化する段階は使用される接着剤がレンズ部を成すポリマーと類似な光学的特性を有した組成物であることを特徴とする請求項1に記載のハイサグレンズの製作方法。
  6. 上記レンズ部と基板を一体化する段階は上記基板を通じ照射される紫外線によりポリマーを硬化させることを特徴とする請求項1に記載のハイサグレンズの製作方法。
  7. 請求項1に記載されたハイサグレンズの製作方法から製作されたレンズ。
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