JP2007500632A - 光学部品での使用のためのウェハー形成方法及びそのようなウェハーを組み込んだ光学部品 - Google Patents

Abstract

光学部品での用途のための、複雑な湾曲した形状にウェハーを形成するための、改善された方法が開示される。この方法は、ウェハーを対応する形状に形成するために、ウェハーを移動させて予め定められた非円筒、非球状の湾曲した形状を有するモールド面に接触させるステップを含んでいる。この移動のステップは、追加の形成ステップを必要とすることなく、それ自体で充分ウェハーを所望の非円筒、非球状の湾曲した形状に形成する。

Description

本発明は、一般に光学部品の製造に関し、より詳細には、形成されたウェハーがその内部に組み込まれる光学部品の湾曲を補完する複雑な形状にウェハーを形成する方法に関する。

良好な光学的性能は、高品質の、処方が必要な眼鏡に対しても処方が不必要な眼鏡に対しても不可欠であるが、しばしば他のいくつかの因子が、レンズのデザイン及び材料の選択に影響することがある。例えば軽量な材料が、装着者の快適さと利便性に重要である。ファッションへの考慮が、例えば極度に湾曲した「ラップアラウンド」デザインなどのレンズの形状や、レンズの色を決定することがある。同様に、特定の光学的属性を有するレンズが望ましいこともある。例えば、反射されたまぶしさを効果的に減衰させるために、偏光されたレンズが特にデザインされる。これは、まぶしい時、雪の時、霞んでいる時又は雨の時のより優れた視認性にとって特に重要である。したがって、高品質の眼鏡を設計及び製造する場合には、多くの因子が考慮されるべきである。

軽量の偏光レンズ製造のための一手法は、保護層とポリカーボネートなどの熱可塑性材料の間に、挟み込まれた偏光材料を有する偏光ウェハーを組み合せることである。一代表的製造技術は、インジェクションモールディング工程で、熱可塑性のポリカーボネートをウェハーに溶融又は溶解させるというものである。良好な視界に必要な倍率を歪みなく提供するために、レンズは精密に湾曲した形状を有さなければならない。従って、製造されたレンズが、所望のモールドの形状を正確に複製していることが不可欠である。

正確な複製はいかなるレンズの製造に対しても生産的な挑戦であるが、制御された複雑な形状を前提としなければならないウェハーをレンズが組み込んでいる場合には、その挑戦はさらに困難になる。過去におけるこの困難を回避する一手法は、外側表面が正確な光学的機能に必要とされる複雑な湾曲を有する一方で、ウェハーが平坦又は単純な曲線となることができるように、複雑に湾曲した外側表面の下の、光学部品の奥深くにウェハーを埋め込むことであった。しかしながらこの手法は、部品を如何に薄く作ることができるかを制限し、従ってその重さを増加すると同時にその表面的な外観を損なうことがある。さらに、埋め込まれたウェハーの光学的性能は、その光学部品の外側表面に配置されたウェハーの性能ほど効率的でも効果的でもないことがある。例えば、ウェハーが特定の反射率特性を有する場合、光学的屈折の差異により、光学部品に埋め込まれていることによって悪影響を及ぼすことがある。

別の手法は、平面のウェハーを光学部品のモールド面に直接配置することであった。しかしながら、このモールド面がその平面のウェハーの曲線とは著しく異なる曲線を有する場合には、ウェハーはその平面に適正に適合する又はその平面を適正に複製することができず、光学的歪みや不正確な光学倍率に帰着する。さらに形状の不適合は、しわ、折れ、又は不均一な熱的接触による燃焼などの修復不能なウェハーの損傷を起こし、これも最終的な光学部品の光学的及び表面上の欠陥を生じさせることがある。

所望のモールド形状により近い近似形にウェハーを予め形成しておくことは、この複製の助けになることがある。一定の球面（ｓｔｒａｉｇｈｔｆｏｒｗａｒｄ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ）のレンズに対して、ウェハーを球面形状に湾曲させるために、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，４３４，７０７号に記載されているような、（１）オープンキャビティ内への加熱真空変形、及び（２）適合するモールド面との加熱加圧成形を含むいくつかの技術が使用されてきた。開口内への真空変形は、高度に変形する湾曲を有する形状ではなく、滑らかなカテナリ形状のみを生成する。しかしながら、球形又は単純なカテナリ曲線を有するウェハーが、平面であるウェハーより複雑な形状をよりよく近似する一方で、しわ、折れ、又は他の変形に帰着する不適合や、最終的な光学部品の光学的歪みや異常を助長する損傷を避けるのに充分な程度には湾曲しないことがある。そのような不適合は、偏心したラップデザイン及び段階的又は漸進的な多焦点のデザインを含む高度に非対称な形状を複製しようとする場合に特に問題となることがある。

さらに、ウェハーを用いることの一利点は、それが保護された、安定な構造を有することであるが、この保護する形状に関わる材料の割り増しの厚みは、さらなる再成形において問題を引き起こすことがある。これらの困難さは、より複雑な形状が企てられるにつれて増大する。湾曲した花瓶を進物用に包装することの困難さと比べて靴箱を進物用に包装することが比較的容易であることに似ている。包装材料が段ボールである場合には、正確にその花瓶の形状に沿って包装することは明らかに極度に困難であろう。

従って、相補的な形状を有する光学部品に後で組み込むために、ウェハーを複雑に湾曲した形状に形成するための改善された方法の必要性があることが理解されるべきである。本発明は、これを達成し、更に関連する利点も提供する。

本発明は、光学部品に組み込むための、全体的に平らなウェハーを、複雑な非対称の形状に形成するための改善された方法に属する。この方法は、予め定められた非円筒、非球状の湾曲した形状を有するモールド面を用意するステップと、全体的に平らなウェハーを所望の非円筒、非球状に湾曲した形状に形成するために、ウェハーを移動させてモールド面に接触させるステップとを含む。この移動のステップは、追加の形成ステップを必要とすることなく、ウェハーを所望の非円筒、非球状の湾曲した形状に形成するために充分である。形成されたウェハーの、所望の非円筒、非球状の湾曲した形状は、形成されたウェハーが組み込まれる、光学部品の表面の形状を補完する。

本発明のより詳細な特徴では、モールド面の予め定められた非円筒、非球状の湾曲した形状が、例えば漸進的な多焦点形状、段階的な（頂が平らな）多焦点形状、又は偏心した非対称形状である多焦点の形状を含む。

本発明のより詳細な別の特徴では、モールド面がプラスチック材料により画定され得る。さらに、移動のステップは、ウェハーを軟化させるが、溶融はさせないようにウェハーの温度を上昇させるステップを含むことができる。

本発明のより詳細なまた別の特徴では、移動のステップが、モールド面に対して全体的に平らなウェハーを回転して配向するステップを含むことができる。このステップは、ウェハーが方向性の光学特性、例えば偏光の特性を有する場合に有用である。この場合、用意のステップは、モールド面に対して全体的に平らなウェハーを回転して配向するステップを容易にするために、モールド面の周囲に少なくとも１つのガイドピンを配置することを含むことができる。

本発明のより詳細なさらにまた別の特徴では、用意のステップが、モールド面内に開口する１つ又は複数のガス出口通路を用意することを含むことができ、移動のステップが、１つ又は複数のガス出口通路を経由して、モールド面とウェハーの間の空間からガスを排出することを含むことができ、従ってウェハーを移動させてモールド面と密接に接触させられる。この移動のステップはさらに、モールド面と反対のウェハーの表面に圧力を加えるための柔らかい後方支持板を用いることを含むことができる。

別個で独立な本発明の一態様は、光学部品に組み込むために、ウェハーを複雑な非対象の形状に形成するための、改善された方法に属し、この場合、ウェハーは当初、全体的に平ら又は単純に湾曲、例えば球状に湾曲している。この方法は予め定められた多焦点の湾曲した形状、又は偏心した非円筒、非球状の湾曲した形状を有するモールド面を用意するステップと、ウェハーを所望の形状に形成するために、ウェハーを移動してモールド面と接触させるステップとを含む。この移動のステップは、追加の形成ステップを必要とすることなく、ウェハーを所望の多焦点又は偏心した湾曲した形状に形成するために充分である。形成されたウェハーの所望の多焦点又は偏心した湾曲した形状は、形成されたウェハーがその内部に組み込まれる光学部品の表面の形状に全体的に対応している。

本発明の他の特徴と利点は、本発明の原理を一例として示す添付図面と共に、以下の望ましい方法の説明から明らかになるであろう。

以下に記述され、且つ例としての図面に示されるように、本発明は、光学部品での使用のために、全体的に平面のウェハーを、円筒形でない、非球面の（即ち球面でない）湾曲した形状に形成するための簡便化された方法に属する。ウェハーは、互いに接着された少なくとも２つの高分子の層を有する構造として定義される。１つ又は複数の層は、例えば選択的な光透過性、反射率又は吸収率、偏光特性、色、フォトクロミズム、通電変色性等の特定の所望の光学的属性を有する。少なくとも１つの外層が、例えば光学的属性の保護、光学層の機械的支持、耐摩耗性、耐衝撃性、耐薬品性等の所望の物理的属性を有する。各層は、光学用品質の接着剤、機械的結合、化学的結合、又はこれら手段の組合せにより、互いに接着されることができる。

好ましい一形態では、このウェハーは互いに接着された３つの高分子層を含み、内層の光学的属性を２つの外層が保護している。この好ましい形態では、内層は、ヨウ素又は他の無機物又は有機物の２色性の染料を含んでもよい、例えばポリビニルアルコールをベースとする偏光性材料である偏光フィルムである。他の偏光フィルムは、例えばポリビニレン（ポラロイド社からのＫ及びＫＥ偏光材料など）、及び米国特許第５，８８２，７７４号と６，１１３，８１１号、及びそれら２つの特許に引用された文献に記述されたような多層フィルムを含んでいる。外層は、熱的劣化及び物理的損傷から偏光フィルムを保護し、それらは光学用品質の接着材を用いて偏光フィルムに接着される。ウェハーデザインの好ましい一形態の記述は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，０５１，３０９号に提供されている。この場合、外層は、内側の偏光層を保護するためばかりではなく、ウェハーの光学的性能を強化するように構成されている。

ウェハー構造はしばしば、当該の光学部品のために必要とされるサイズより大きい、平らな一片で用意されている。各層がどのように互いに接着されているかに依存して、これらの平らな一片は、ウェハー材料の長いロール又はシートとして保存されることができる。好ましくはウェハー形成工程は、これらの平らな一片をそれらが製造された大きさで使用するためか、又はウェハーの使用の最適な効率のためにより小さい平らな片を提供するための切断ステップを含むためのどちらかで設計される。例えば直径が７６ｍｍの円形のレンズ素材に対しては、形成工程を続ける前に約７６から８０ｍｍの直径の円形に、平らなウェハー片を切断することが好ましい。代替案として形成工程は、始めの切断工程の必要性をなくすために、複数の形成モールドに適したスペースを有する、より大きい平らな片を使用するように適合されることができる。

ウェハーを複雑な形状に形成するための、２つの方法が以下に記述される。第１の方法では、モールドに対するウェハーの回転又は方向性の配向は不必要である一方で、第２の方法では、特定の回転の配列がこの方法の本質的な要素である。

本発明の方法は、当該の光学部品の最終的な形状と相補的な、複雑な湾曲したモールド表面を有するモールドと共に用いられる。例えば、漸進的な多焦点のレンズ又はレンズ素材が最終的な光学部品である場合には、このモールドは同様の漸進的な多焦点の形状を有するべきである。当該の最終の光学部品の輪郭を複製するために、このモールドで形成されるウェハーが最小限度の歪みしか受けないという顕著な利点をこの方法は提供し、それ故、有利なことに物理的及び光学的劣化が最小限にされる。

漸進的な多焦点のレンズデザインの前面の輪郭を有する、モールド１１の例としての実施形態を、図１は示す。ｘとｙの座標はモールド表面のベース面をｍｍの長さで表わし、一方ｚ目盛りはこのベース面からの高さの差異を光学倍率、即ちジオプターの単位で示す。

この例の方法では、「６−２００ａｄｄ」として共通して表わされる、標準的なデザインが示されている。名目的にはこれは、当該の最終的なレンズの遠方視野部に相当するモールドのその領域の部分において、モールドが倍率の６ジオプターに対応する約８８ｍｍの曲線の半径を有することを意味する。図１が示すように、定数ｘ、ｙ、ｚの関係がこの複雑な表面上のどの部分でも短い距離のみに対して維持されるので、半径についてこの表面を記述することは極めて緩慢な近似である。その代わりに、この表面は連続的且つ大幅に変化し、任意の与えられた位置からの変化は、この表面に沿って異なる方向で異なる方程式により定義されるように思われる。

それにもかかわらず光学産業では、漸進的なレンズのデザインの遠方視及び近方視領域それぞれでの湾曲の半径に、言及することが一般的である。これらの領域は、一般的に光学倍率の増加する通り道によって接続され、且つ「２００ａｄｄ」に対しては、これは、遠方視領域における、約８８ｍｍの湾曲の局所的半径により近似された領域から、近方視領域の約６６ｍｍの値に、表面の湾曲を先鋭化することに対応する。この湾曲の先鋭化は、その遠方視領域に対して定義されたものより２ジオプター大きい光学倍率を有する近方視領域を生成する。それ故そのようなデザインは、「６−２００」漸進デザインとして、一般的に言及される。この通り道領域を超えて、無関係な光学倍率効果を最少化する方法で、連続的に表面の湾曲を変化させることが標準である。このようにして、図１に示されるモールド面は、標準的な球形状からは際だって差のある歪みを追従している。

モールド１１は望ましくは、ウェハーとモールド面１３の間に仕掛けられた、空気を放出させる１つ又は複数の通路（図示せず）を組み込んでいる。この出口は、モールド面上のウェハーを直接吸引するための、通路を通るアクティブな真空の吸引により強化されることができる。これらの通路は、モールド面内の細孔又は経路の形態をとることができる。そのような孔は、当該ウェハー面の歪みを最少化するために、現実的な限り小さく保たれるべきである。漸進的な多焦点のモールド面に対しては、モールド面内の中心の１つの細孔で充分である。より効率的な空気の出口については、モールドの遠方視領域に単一の細孔を、及び近方視領域にもう１つを配置し、湾曲の半径が顕著に異なる領域に付け加えることが望ましい。代替案として、これはモールドの機械加工コストを増加させるが、多数の細孔をモールド面全体に配置することができる。他の代替案の手法は、当該の材料の全体にわたって、無数の細孔を経由して空気を放出させる焼結金属又はセラミック面などの多孔質のモールドを用いることができる。

モールド１１は好ましくは、温度及び圧力のサイクルを通して良好な構造的一貫性を維持し、且つその道具の寿命期間中の良好な表面仕上げ性を維持することができる材料で作られている。望ましい材料は、金属、セラミック、プラスチック及び複合構造を含む。ステンレススチール及びアルミニウムは、一般的なモールド材料であるが、ナイロン、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）及びデルリン（登録商標）（双方ともイー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー社の登録商標）及び、ガラス又は金属と高分子の複合材を同様に用いることができる。プラスチック及び複合材が、材料の互換性、安価なコスト及び複雑な形状への機械加工の容易性などの理由から特に望ましい。

ウェハーシートは、適宜の大きさに切断され、最終的な光学部品と同様に輪郭づけられる。例えば、内直径７６ｍｍの円形レンズのモールドでの使用に対しては、ウェハーは直径７８〜８０ｍｍの円形に近似させて切断されることができる。大きめのサイズが、平らな片の複雑な湾曲形状への収縮と変形に対応している。同様にそのシートは、例えばゴーグル、バイザー及び顔面保護面に適切なような公称の円形以外の形状に切断されることもできる。従ってモールドも望ましくは、同様の円形でない形状を有する。

この第１の例の方法では、ウェハーの、モールドとの回転の配列は必要とされない。これは、ウェハーの特性が均一で、且つ方向依存性を有さない場合である。１つの例は、均一な色染めと引っ掻き抵抗外層を有するウェハーである。この場合は、当該のウェハーをモールド上に、人手で又はロボットを用いて戴置する任意の適切な方法が、追加の配列手続を必要とすることなく用いられることができる。

形成過程ではモールドは、ウェハーの高分子層が軟化はするが溶融しない、高められた温度に維持される。軽い加圧がウェハーをモールドに押しつけ、且つウェハーをその場所に確保するため及び元のウェハーの面とモールドの間に取り込まれた空気を取り除くために、真空が加えられる。

興味深いことに、平面のウェハーを複雑な形状に成功裡に形成することは、１つのステップの工程で達成されることができることが見いだされた。これは、複雑な曲線が形成される場合には、予期されなかった。本明細書に組み込まれる米国特許第５，９９７，１３９に記載されている方法のような以前の方法は、２軸の曲線さえも正確に実行するためには、中間の曲線化を用いる２つのステップの工程が必要であることを教示している。対称的に本発明の方法は、多重ステップの連続的な形成工程の追加の時間と費用を必要とすることなく、複雑に湾曲したモールド面を用いて、平らなウェハーを成形することができる。

さらに、ウェハー構造の厚みには無関係に、対になるモールド面を必要とすることなく、ウェハーが複雑な曲線に形成されうることが、見いだされた。これは、複雑な曲線が形成される時に、予期されることなく与えられた。同様に、モールドの過程でウェハーに穏やか且つ均一な圧力を適用するためには、特別な形状に保持しない、柔らかい後方支持板の使用で充分であることが、見いだされた。

さらに、６−２００又は６−２５０の漸進的デザインなどの複雑な形状の良好な複製が、中心に配置された単一の空気出口通路によってさえ本発明により達成され得ることが見いだされた。遠方視領域と付加領域の表面曲線において顕著な差異を考えると、遠方視領域に少なくとも１つ、及び近方視領域に少なくとももう１つのような複数の細孔が、ウェハーとモールドの間に取り込まれた空気の充分な除去と、歪みやしわを与えることなくウェハーを複雑な面に対して吸引することの双方を必要とすることが予期されたので、この結果は驚異的であった。複数の通路を用いることには、生産上の利点がまだ存在する一方で、この付加的な洗練化は本発明の必要事項ではないことが予期せずに見いだされた。

本発明による第２の例の方法では、最終的な光学部品の正確な光学特性を達成するために、ウェハーは球形でないモールドと回転して配列されなければならない。例えばそのような回転する配列は、ウェハーがメガネに用いられる直線偏光である場合に必要とされる。国際的な製品の性能基準に適合し、且つ最も効率的であるためには、そのような偏光ウェハーは最終的なレンズの水平軸の、３から５度以内に配列されなければならない。周知で且つ矛盾のない回転の配列を必要とする他の例は、レンズ、バイザー又は顔面保護面に用いられる、勾配のある濃淡又は勾配のある反射材を有するウェハーを含んでいる。

回転の配列が必要である場合でも、必要とされる位置決めを保証するためには、精密なロボットによる取り扱いで充分である。他の手法は、基本的な配向軸を決定するために、光学的又は物理的な測定、或いは注意深い目視の調整を用いることができる。次いでこれら及び付加的な方法が、形成工程全体にわたって、この配列を維持するために用いられることができる。例えば、自動的な光学濃度又は偏光測定、或いは認識システムが、モールド上の正確な配向に、切断されたウェハーを配置するための自動化された位置決め装置を制御するために用いられることができる。

回転する配列のための別の手法は、モールド構造の配列機構に適合されることができる、刻み、突起又はその他のエッジの特徴により、ウェハーの周辺形状を変更することである。例えば図３に示されるように、偏光ウェハー上の所定の位置、例えばウェハーの吸収軸に正確に垂直である位置に、突出したキー１５が備えられている。このキーは、モールド上の必要な位置と適合されることができる。図４は、偏光ウェハー１７の吸収軸と一致して２つの刻み１９が直接刻まれた別の手法を示す。図５は、ウェハーの吸収軸と並行な平らな辺２１が備えられた、さらに別の手法を示す。

次に、ウェハー配列機構をモールドと組合せることが不可欠である。１つの手法は、ウェハー上に存在する配列の特徴を正確に捕捉するために、モールド構造に相補的な特徴を備えることである。これは、いくつかの配列の特徴に対して、適切である。しかしながら先に言及したように、平らなウェハーのサイズは、起こるに違いない複雑な湾曲に適応させるために、完成されたモールドのサイズよりわずかに大きくてもよい。従ってウェハーがモールド形状に適合された後では、正確な組合せは精密な配列を充分に維持しないことがある。さらに、自動化された取り扱い装置を介しての、そのような精密な初期配列の手続の組み込みにおいては、困難や遅延が生じることがある。

図６は、図３に示されたようなウェハー１７を、複雑なモールド面２５を有するモールド２３と配列するための代替案としての手法の例を示す。ウェハーのキー１５に対する相補的な刻みを有するよりむしろ、モールドに対して適切な回転の配列に当該のキーをガイドするために機能する配列ピン２７を、このモールドは含んでいる。この例では、モールド面の辺に位置する、２つの配列ピンのベースは、当該のキーの幅で隔てられ、ウェハーの必要とされる偏光吸収軸から、９０度±１度で精密に配置されている。しかしながら、キー付きのウェハーを容易に搭載するために、そのピンは互いから離れて広がる角度で、且つわずかにモールド面から外側に、モールド面から上方に突出している。このピンの構成は、ピンによりウェハーキーが受け入れの範囲より、顕著に広い範囲で捕捉されることを可能にし、直ぐにモールド面との適切な回転の配列に、ウェハーがガイドされる。１つのピンがウェハーキーに対向するように、又は複数のピンがモールド面２５の周囲に等距離に隔てられるように、補助のガイドピンをその表面の周囲に付加することにより、さらなる洗練化がなされうる。

しかしながらこれは、適切で望ましい配列機構の一例である。例えば、図４に示される刻みと共に使用する他の方法は、より大きい平らなウェハーの直径と適合する、大きな直径の円形又は長円形のピンを含むが、ウェハーがそのモールド面の複雑な曲線に形成されているので接触を維持する。同様に、モールドの構造内にオプションとして凹まされた、刻みを有する線形の平らな表面が、図５のウェハー上に示される、平らな辺と配列されることができる。そのような平らな部分は、多様な配列の保証に対して先に概説されたキー又は刻み機構と組合せられてもよい。

図は、複雑な形状の例として、漸進的な多焦点のモールド面を示す。しかしながら本発明は、この特定の形状に限定されない。他の形状は、非円環形で多軸の球状湾曲を伴う偏心したデザイン、ラップアラウンドフレーム用非球面／非円環デザイン、表面の湾曲が不連続に異なる平頂多焦点、及びその他の複雑なデザインを含んでいることがある。

本発明の種々の特徴が、これらの種々の複雑な形状の改善された複製を保証するために、最適化される。例えば頂が平らな多焦点のデザインに対しては、ウェハーの元々の平らなシートからの大きく且つ突然の変形をその領域が組み込んでいるので、その小さくて平らな頂の領域内に多数の細孔を伴う平らな頂のモールド面を必要とする。

同様にいくつかの複雑なデザインは、左と右のレンズに対して、単一の回転の軸を有してもよい。１つの例は、中心のある漸進的多焦点デザインであり、これはまだ高度に非球面であるが、近方視領域を正確な配向内に位置させるために、ある固定軸の周りに右又は左に回転させることができる。そのような場合に本発明の方法は、右又は左のどちらかの複雑な湾曲に対してウェハーを索引付ける手段により、単一のモールドを用いることができる。例えば１つの索引付ける方法は、図６に示されたような２セットの配列ピンを用いているが、右又は左のどちらかの配向を伴って形成される試料に適応させるために、これらのピンを回転の軸から右又は左にオフセットさせている。

別の場合にはウェハーの配列は、回転する配向の代わりに、又はそれに加えて、横方向のオフセットを必要とする。例えば、製品ロゴや見栄えのためにデザインされた装飾のような、埋め込まれたシンボルを、例えば結果の光学部品の右側の隅に、そのウェハーが含んでいる場合は、このシンボルをモールド上の特定の位置に対してオフセットさせる必要がある。同様の配列機構が、回転の配向に対して先に示唆されたように、オフセットされた位置に配向させるために用いられることができる。

ある場合には、最終的な複雑な光学形状の湾曲を正確に複製するよりむしろ、近似するのみであることが受け入れられる。そのような場合には、モールドされたウェハーの輪郭は、当該の光学部品に対して期待される、最終的な複雑な湾曲を密接に補完する。この相補的な形状は、例えそのウェハーがモールド加工の過程でわずかに変形したとしてさえ、光学的な歪みを伴うことなく最終的な部品の輪郭を追求するには、それ自身で充分である。

同様に、ウェハー材料の弾性や弛緩に適応させるために、最終的な光学部品に対して計画された形状よりも、それ以上に誇張された複雑な形状を有する、モールドを用いることが望ましい。例えば、６−２００の漸進的な多焦点のデザインが必要であり、且つそのウェハーが形成された形状からその元々の平らな構造に戻るように、弛緩する傾向を有する場合には、６−２５０ａｄｄのような、近方視領域において半径をより明白な変化を有するようにウェハーを形成することが望ましい。

全体的に平らなウェハーを複雑な形状に形成することに付け加えて、本発明は単純に湾曲したウェハーをより複雑な曲線に効率的に再形状加工することに用いることができる。例えば「８−３００」のような、漸進的な多焦点のデザインは、平らなウェハーからの再形状加工、及び図２に示された表面変形以上の、より明白な局所的表面変化を必要とする。しかしながらそのように極端な形状は、例えば商業的に入手可能な球状に湾曲したウェハーを、記述された形成工程の対象にすることにより、容易に達成することができる。これは、製造の自由度において、顕著で革新的な利点を提供する。

本発明は、以下の非限定的な実施例を参照しつつ、より特定的な詳細で記述される。

６−２５０のデザインの、複雑な形状を有するステンレススチールのモールドが用意されたが、そのデザインはさらに、右のレンズの視覚的要請により良好に適用されるように、中心のモールド軸からさらに２．５ｍｍ偏心されたデザインであった。空気を放出するために、直径が約１ｍｍである１つの出口穴が、モールド面の幾何学的な中心に配置されていた。モールドを保持するベースフィクスチュアはさらに穴を開けられ、図４に示されるウェハーのようなキー付きのウェハーのための配列ピン、及びこの位置から±１２０度の位置の、モールド面の周囲に配置された、２つの追加の周辺配列ピンを備えていた。

次にこのモールドは、標準的な球状のウェハーのモールディングのために用いられる、商業的に入手可能な機械に配置され、セ氏１４０度の温度に加熱された。

この実施例のウェハーは、２つのポリカーボネート層の間に挟まれた偏光フィルムを含み、このフィルムは２つのポリカーボネート層に接着されていた。偏光ウェハーの厚みの公称値は、０．６ｍｍであった。このウェハー構成物は、モールド面との偏光吸収軸の配列を維持するための、図４に示されるようなキー突起を有する、公称直径７９ｍｍの円形部品に切断された。

平らな円形に切断されたウェハーは８０°Ｃに加熱され、配列ピンが平らなウェハーを必要な配向にガイドするようにしてモールド上に戴置された。柔らかいシリコンの後方支持板が、ウェハーをモールド面上に付勢するために、軽く圧力をかけた。この圧力は、約４０から８０ｐｓｉの範囲であった。次に、ウェハーを所定の位置に保持するために、真空が追加で加えられた。標準的な形状ウェハーの形成温度及び形成サイクルが用いられた。

形成後にウェハーの複雑な湾曲が、ロトレックス（イスラエル国オメール）ＯＭＳ−４０１装置を用いて、モアレ撓み計測定により評価された。この測定（単位をＤとするジオプター）は、形成されたウェハーが漸進的な形状である湾曲を有することを確認した。実際、遠方視領域では、このモールドされたウェハーは、そのモールドの湾曲に０．０３Ｄ以内で適合し、最終的な加工前の光学レンズに対する産業規格（ＩＳＯ１０３２２−２は公差が±０．０９Ｄ以内と規定する）の範囲内であった。近方視領域では、正確には２．５Ｄであるものよりわずかに低い、２．３Ｄの倍率が得られたが、この測定は、複雑な湾曲における顕著な変化が達成されたことを明らかに示した。

次に、形成されたウェハーは、インジェクションモールド機械の６−２５０モールドキャビティ内に戴置された。形成されたウェハーが、自由な遊びやギャップなく、モールド面に対してぴったりと適合することが確認された。半完成品の６−２５０の加工前のレンズを形成するために、標準的なポリカーボネートのモールド条件が用いられた。この加工前のレンズは、ＯＭＳ−４０１装置で光学的特性が評価され、公称倍率、付加倍率、及び最少シリンダ歪みに対して、産業規格（ＩＳＯ１０３２２−２）の受容範囲内であることが見いだされた。

この実施例は、高度に複雑な形状の、高いａｄｄ（６−２５０）漸進的レンズ形状ですら、本発明で達成されることができることを示す。さらにこれは、徐々に連続して湾曲させる従来の多段階処理ではなく、単一の工程で達成されている。驚いたことに、複数の通路を有するより複雑なモールドではなく、単一の中央の小さい出口通路のみを用いて、これが達成されている。さらに、この結果を達成するために、適合モールドや表面の加圧を用いることなく、単一の複雑なモールド面のみが必要とされている。

光学部品での用途のための、複雑な湾曲した形状に平らなウェハーを形成するための、改善された方法を本発明が提供することが、以上の記述から認識されるべきである。この方法は、ウェハーを対応する形状に形成するために、予め定められた非円筒、非球状の湾曲した形状を有するモールド面に、平らなウェハーを移動させて接触させるステップを含んでいる。この移動のステップは、追加の形成ステップを必要とすることなく、それ自体で充分ウェハーを所望の非円筒、非球状の湾曲した形状に形成する。

本発明が好ましい方法のみを参照して詳細に記述されているが、本発明の概念と範囲内で多くの変形が可能である。そのような変形は、本明細書の参照後に当業者には明らかとなる。従って本発明は、添付の請求項の精神と範囲以外には限定されない。

全体的に平らなウェハーを複雑な形状に形成するために用いられる、漸進的な多焦点形状を有する、例としてのモールドを示す図である。 図１のモールドを用いて形成された、複雑な形状で形成されたウェハーを示す図である。 形成前の、図１のモールドと平らに切断されたウェハーを配列させるための、オプションを示す図である。 形成前の、図１のモールドと平らに切断されたウェハーを配列させるための、オプションを示す図である。 形成前の、図１のモールドと平らに切断されたウェハーを配列させるための、オプションを示す図である。 モールド面に対して特定の配向にウェハーを配列する好ましい一方法を示す図である。

Claims (37)

1. 予め定められた非円筒、非球状の湾曲した形状を有するモールド面を用意すること、及び
   全体的に平らなウェハーを、前記所望の非円筒、非球状の湾曲した形状に形成するために、前記ウェハーを移動させて前記モールド面に接触させることを含む、
   光学部品での使用のための、全体的に平らなウェハーの、所望の非円筒、非球状の湾曲した形状への形成方法。
2. 移動することが、追加の形成ステップを必要とすることなく、前記ウェハーを前記所望の非円筒、非球状の湾曲した形状に形成するために充分である、請求項１に記載の形成方法。
3. 前記ウェハーが偏光材料を含む、請求項１に記載の形成方法。
4. 前記モールド面の前記予め定められた非円筒、非球状の湾曲した形状が、多焦点の形状である、請求項１に記載の形成方法。
5. 前記モールド面の前記多焦点の形状が漸進的な多焦点の形状である、請求項４に記載の形成方法。
6. 前記モールド面の前記予め定められた非円筒、非球状の湾曲した形状が、偏心した非対称の形状である、請求項１に記載の形成方法。
7. 前記モールド面が、プラスチック材料により画定されている、請求項１に記載の形成方法。
8. 移動することが、前記モールド面に対して前記全体的に平らなウェハーを回転して配向することを含む、請求項１に記載の形成方法。
9. 用意することが、前記モールド面に対して前記全体的に平らなウェハーを回転して配向することを容易にするために、前記モールド面の周囲に少なくとも１つのガイドピンを配置することを含む、請求項８に記載の形成方法。
10. 移動することが、前記モールド面に対して前記全体的に平らなウェハーを横方向にオフセットすることを含む、請求項１に記載の形成方法。
11. 用意することが、前記モールド面内に開口する、１つ又は複数のガス出口通路を形成することを含み、
    移動することが、前記１つ又は複数のガス出口通路を経由して、前記モールド面と前記ウェハーの間の空間からガスを排出して、前記ウェハーを移動させて前記モールド面と密接に接触させ得ることを含む、請求項１に記載の形成方法。
12. 移動することがさらに、前記モールド面と反対の前記ウェハーの表面に、圧力を加えるための柔らかい後方支持板を用いることを含む、請求項１１に記載の形成方法。
13. 用意することが、前記モールド面内に開口する、単一のガス出口通路を形成することを含み、
    移動することが、前記単一のガス出口通路を経由して、前記モールド面と前記ウェハーの間の空間からガスを排出して、前記ウェハーを移動させて前記モールド面と密接に接触させ得ることを含む、請求項１１に記載の形成方法。
14. 移動することが、前記ウェハーを軟化させるが溶融はさせないように、前記ウェハーの温度を高めることを含む、請求項１に記載の形成方法。
15. 前記形成されたウェハーの前記所望の非円筒、非球状の湾曲した形状が、光学部品の表面の形状を補完する、請求項１に記載の方法。
16. 予め定められた非円筒、非球状の湾曲した形状を有するモールド面を伴い、前記モールド面内に開口する１つ又は複数の空気出口通路を組み込んだモールドを用意すること、及び
    ウェハーを対応する非円筒、非球状の湾曲した形状に形成するために、前記モールド面と反対の前記ウェハーの表面に圧力を加えるための柔らかい後方支持板を用いて、全体的に平らなウェハーを移動させて前記モールド面と密接に接触させることを含む、
    光学部品の形状を補完するための、全体的に平らなウェハーの、所望の非円筒、非球状の湾曲した形状への形成方法。
17. 前記モールド面の前記予め定められた非円筒、非球状の湾曲した形状が、多焦点の形状である、請求項１６に記載の形成方法。
18. 前記モールド面の前記予め定められた非円筒、非球状の湾曲した形状が、偏心した非対称の形状である、請求項１６に記載の形成方法。
19. 前記モールド面が、プラスチック材料により画定されている、請求項１６に記載の形成方法。
20. 移動することが、前記モールド面に対して前記ウェハーを回転して配向することを含む、請求項１６に記載の形成方法。
21. 用意することが、前記モールド面に対して前記全体的に平らなウェハーを回転して配向することを容易にするために、前記モールド面の周囲に少なくとも１つのガイドピンを配置することを含む、請求項２０に記載の形成方法。
22. 前記ウェハーが偏光材料を含む、請求項２０に記載の形成方法。
23. 全体的に平らな又は単純に湾曲したウェハーを用意すること、
    予め定められた多焦点の湾曲した形状を有するモールド面を用意すること、及び
    前記ウェハーを前記所望の多焦点の湾曲した形状に形成するために、前記ウェハーを移動させて前記モールド面と接触させることを含む、
    光学部品での使用のための、ウェハーの、所望の多焦点に湾曲した形状への形成方法。
24. 前記単純に湾曲したウェハーがほぼ球状の湾曲を有する、請求項２３に記載の形成方法。
25. 前記モールド面の前記予め定められた多焦点の形状が、漸進的な多焦点形状である、請求項２３に記載の形成方法。
26. 前記モールド面の前記予め定められた多焦点の形状が、段階的な多焦点形状である、請求項２３に記載の形成方法。
27. 前記ウェハーが偏光材料を含む、請求項２３に記載の形成方法。
28. 移動することが、前記モールド面に対して前記ウェハーを回転して配向することを含む、請求項２３に記載の形成方法。
29. 全体的に平らな又は単純に湾曲したウェハーを用意すること、
    予め定められた非円筒、非球状の湾曲した形状を有するモールド面を用意すること、及び
    前記ウェハーを所望の偏心した、非円筒、非球状の湾曲した形状に形成するために、前記ウェハーを移動させて前記モールド面と接触させることを含む、
    光学部品での使用のための、ウェハーの、所望の偏心した非円筒、非球状の湾曲した形状への形成方法。
30. 前記単純に湾曲したウェハーがほぼ球状の湾曲を有する、請求項２９に記載の形成方法。
31. 前記ウェハーが偏光材料を含む、請求項２９に記載の形成方法。
32. 移動することが、前記モールド面に対して前記ウェハーを回転して配向することを含む、請求項２９に記載の形成方法。
33. 移動することが、前記モールド面に対して前記全体的に平らな、又は単純に湾曲したウェハーを横方向にオフセットさせることを含む、請求項２９に記載の形成方法。
34. 請求項１に定義された方法を用いて形成されたウェハーを含む光学部品。
35. 請求項１６に定義された方法を用いて形成されたウェハーを含む光学部品。
36. 請求項２３に定義された方法を用いて形成されたウェハーを含む光学部品。
37. 請求項２９に定義された方法を用いて形成されたウェハーを含む光学部品。

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