JP2015040910A - 対向する壁面への選択的蒸着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】透明な板状光学材内に一定間隔で平行配置された平面光反射部を形成するのに最適に用いられる対向する壁面への選択的蒸着方法を提供する。
【解決手段】透明な板状光学材の片側に一定の幅を有する断面四角形の角溝４０を、所定ピッチで形成する第１工程と、隣り合う角溝４０を形成する土手部４２の表面４３、及び各角溝４０の底面４１を、紫外線照射剥離樹脂４５、４６で覆う第２工程と、紫外線照射剥離樹脂４５、４６で土手部４２の表面４３及び角溝４０の底面４１が覆われた加工光学材３７の表面に金属蒸着する第３工程と、加工光学材３７の裏面から紫外線を照射して、表面に金属蒸着された紫外線照射剥離樹脂４５、４６を除去する第４工程とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、帯状の平面光反射部（鏡面要素）を一定ピッチで並べて形成した第１、第２の光制御パネルを用いた光学結像装置に関し、前記した第１、第２の光制御パネルを安価に製造する方法に関する。

物体表面から発する光（散乱光）を用いて立体像を形成する光学結像装置として、相互に直交する２つの鏡面要素を備えた単位光学素子を複数平面上に形成した反射型面対称結像素子からなる光線屈曲面と、この光線屈曲面に向けて配置された鏡面とを具備し、光線屈曲面を挟んで、鏡面とは反対側である観察側に配置した像を、被投影物から発せられる光が光線屈曲面を透過して鏡面に反射し、更に光線屈曲面を透過することによって、鏡面の光線屈曲面に対する面対称位置に移動させた実体のない仮想鏡に映した位置に結像させる光学システムが提案されている（特許文献１参照）。

ところが、特許文献１記載の光学システムにおいては、反射型面対称結像素子からなる光線屈曲面の製造が極めて難しく、実用化に障害があった。
そこで、本発明者は、特許文献２に記載のような光学結像方法（装置）を完成した。この光学結像装置６０を図６、図７に示すが、この光学結像装置６０は透明平板６１、６２の内部に、透明平板６１、６２の一方側の面に垂直に多数かつ帯状の平面光反射部６３、６４を並べて形成した第１及び第２の光制御パネル６５、６６を用い、第１及び第２の光制御パネル６５、６６のそれぞれの一面側を、それぞれの平面光反射部６３、６４を直交させた状態で向かい合わせて構成されている。

そして、第１の光制御パネル６５の平面光反射部６３に物体Ｎからの光ｈ１、ｈ２を入射させ、この平面光反射部６３で反射した反射光ｋ１、ｋ２を第２の光制御パネル６６の平面光反射部６４で再度反射させた反射光ｊ１、ｊ２によって、物体Ｎの像をこの光学結像装置６０の反対側に実像Ｎ’として結像させることができる。

特開２００８−１５８１１４号公報 特許第４８６５０８８号公報

この特許文献２に記載されている光学結像方法には、平面光反射部６３、６４を一定ピッチで備えた第１、第２の光制御パネル６５、６６を用意することが必要である。この第１、第２の光制御パネル６５、６６の製造方法においては、特許文献２に記載のように、両面又は片面に鏡面処理を行った透明物質板（例えば、ガラス板、透明プラスチック板）を積層し、この積層体を薄幅で切断したものが使用されている。

しかしながら、第１、第２の光制御パネル６５、６６の切り出し幅にバラツキが生じ易く、これによって、形成された実像Ｎ’が歪む場合があるという問題があった。
また、積層体をスライスして製造するので、切断面を再度研磨する必要があり、大量に製造することは困難であった。本発明者は所定ピッチで特定寸法の溝を有するモールド型を用いて成形すれば、光制御パネルを安価に製造できると考えた。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、透明平板（透明な板状光学材）内に一定間隔で平行配置された平面光反射部を形成するのに最適に用いられる対向する壁面への選択的蒸着方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る対向する壁面への選択的蒸着方法は、例えば、モールド型を用いて、透明な板状光学材の片側に一定の幅を有する断面四角形の角溝（即ち、凹部）を、所定ピッチで複数形成する第１工程と、
隣り合う前記角溝を形成する土手部（即ち、凸部）の表面（即ち、上面）、及び前記角溝の底面を、紫外線照射剥離樹脂で覆う第２工程と、
前記紫外線照射剥離樹脂で前記土手部の表面及び前記角溝の底面が覆われた加工光学材の表面に金属蒸着する第３工程と、
前記加工光学材の裏面から紫外線を照射して、表面に金属蒸着された前記紫外線照射剥離樹脂を除去する第４工程とを有し、
前記角溝の対向する側面を鏡面（金属反射面）とする。

また、本発明に係る対向する壁面への選択的蒸着方法において、前記角溝内に透明の樹脂を充填するのが好ましいが、開放又は閉鎖空間であってもよい。

本発明に係る対向する壁面への選択的蒸着方法は、前記加工光学材の裏面には透明な補強板（例えば、ガラス板）が設けられていのが好ましい。

本発明に係る対向する壁面への選択的蒸着方法において、前記第１工程で形成される、前記各角溝の対向する側面並びに底面及び前記土手部の表面は、表面粗度Ｒａが３０ｎｍ以下の超平面であるのが好ましい。

そして、本発明に係る壁面への選択的蒸着方法において、前記第２工程で前記紫外線照射剥離樹脂はインクジェットプリンター法によって、前記土手部の表面及び前記角溝の底面のみに選択的に塗布されているのが好ましい。

なお、本発明に係る対向する壁面への選択的蒸着方法において、板状光学材の一面に断面四角形の角溝を形成する方法としては、以下の方法で製造したモールド型を使用するのがよい。即ち、両面が鏡面（超平面）となった所定寸法の透明板を複数枚用意し、該透明板をダイシングシート又は加温すると溶けるワックスを用いて仮接合して積層体を製造するａ工程と、前記積層体を積層方向に所定幅で切断してスライス材を形成するｂ工程と、前記スライス材の少なくとも片側の切断端を鏡面研磨するｃ工程と、前記ダイシングシート又はワックスによる仮接合を解いて複数枚の短冊板を作るｄ工程と、前記短冊板を鏡面研磨された端面を交互に一致させて重ね、積み重ねた前記短冊板の端部に一定ピッチで凹凸部を形成するｅ工程とを有し、しかも、前記第ｅ工程の前に、前記短冊板の重ね合う部分を接合する接着剤を塗布しておく。

この製造方法において、透明対象物に凹凸部を形成するモールド型は、凹凸部を形成する角溝の側面及び底面並びに角溝を形成する土手部の表面が鏡面状態となっているので、光学結像装置を構成する第１、第２の光制御パネルの製造にこのモールド型を適用すれば、転写された凹凸面は超平面となる。
従って、このモールド型の製造においては、使用する透明板の両面を鏡面とする必要があり、手間ではあるが、一旦モールド型が製造されれば、光制御パネルの安価な大量生産が可能となる。

また、以上の発明において、一定の幅を有する断面四角形の角溝は、断面長方形であることが最も好ましいが、対向する壁面が平行であれば、平行四辺形であってもよい。
蒸着する金属は反射率の高い銀を使用するのがよいが、他の金属（例えば、アルミニウム、クロム、ニッケル、チタン等）であってもよい。
また、透明な板状光学材には、透明液状物を用いて、硬化させて板状となった場合も含まれる。

本発明に係る対向する壁面への選択的蒸着方法は、第１工程で透明な板状光学材に断面四角形の角溝を形成し、第２工程で土手部の表面及び角溝の底面を紫外線照射剥離樹脂を使用して、カバーし、第３工程で金属蒸着を行っている。従って、加工光学材の片面全部に鏡面処理が行われる。

次に、加工光学材の裏面から紫外線照射を行うので、角溝の底面及び土手部の表面に付着した紫外線照射剥離樹脂が剥離し、結局は角溝の側面のみに鏡面が残る。
これによって、前記した光学結像装置に使用する片側の光制御パネルが製造される。勿論、角溝内に透明の樹脂を充填することによって、更に強度が増し、より薄い底面を有する光制御パネルを構成できる。

（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る対向する壁面への選択的蒸着方法に使用するモールド型の製造方法の説明図である。 （Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）はそれぞれ同モールド型の製造方法の説明図である。 （Ｇ）、（Ｈ）、（Ｉ）、（Ｊ）はそれぞれ同モールド型を使用した光制御パネルの製造方法の説明図である。 （Ｋ）、（Ｌ）は同モールド型を使用した光制御パネルの製造方法の説明図である。 同モールド型の説明図である。 従来例に係る光学結像装置の説明図である。 同光学結像装置の説明図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る対向する壁面への選択的蒸着方法に使用するモールド型の製造方法の一例について説明する。
まず、図５を参照しながら、モールド型１０について説明する。
モールド型１０は、同一ピッチで複数の断面矩形の角溝１１が平行に形成されている。角溝１１の幅ｗ１と、隣り合う角溝１１を連結する土手部１２の幅ｗ２は、例えば１００μｍ〜２ｍｍの範囲にあって同一となっている。ここで、角溝１１の深さｄ１は、例えばｗ１の１〜４倍程度となっている。

角溝１１及び土手部１２を形成する短冊板１４、１５は同一材料（この実施の形態ではガラス）から形成され、当接部分は接着剤１６によって接合されている。角溝１１の側面１７、１８、底面１９及び隣接する角溝１１を連結する土手部１２の表面である土手面２０は、表面粗度Ｒａが光の波長の０．１倍より小さい、５０ｎｍ以下（より好ましくは３０ｎｍ以下、更に好ましくは２０ｎｍ以下）の超平面となっている。このような構造となったモールド型１０は前記した第１、第２の光制御パネル６５、６６（図６、図７参照）の製造に使用される。

次に、このモールド型１０の製造方法について説明する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）、図２（Ｄ）〜（Ｆ）に示すように、モールド型１０の製造方法は、両面２１、２２が鏡面となった、例えば、縦が３００〜７００ｍｍ、横が３００〜７００ｍｍ、厚みが１００μｍ〜４ｍｍ（より好ましくは、１００μｍ〜２ｍｍ）の透明板の一例であるガラス板２３を複数枚（例えば、１００〜１０００枚）使用する。そして、これらのガラス板２３をダイシングシート２４を用いて仮接合して重ねて立法体又は直方体形状の積層体２５を製造する（以上、第１工程）。

ここで、ダイシングシート２４としては、ＵＶ剥離型ダイシングシート（紫外線照射剥離シート、又はテープ、フィルム）を使用する。ダイシングシート２４の代わりに、加温（例えば、５０〜１００℃）すると溶けるワックス等を用いてもよいが、ワックスを使用する場合は、最終的には完全にガラス板２３から剥離するものを使用する。

ガラス板２３の代わりに、光透光性のよい透明合成樹脂板、例えば、アクリル板等であってもよい。ガラス板２３は表面の粗度が５０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下、更に好ましくは２０ｎｍ以下のものを使用する。ガラス板２３の表面の素地が粗い又は僅少のうねり等がある場合には、鏡面加工（具体的には研磨加工）を行ってもよい。また、積層体２５の厚みは特定されないが、２０〜１００ｍｍ又は４００ｍｍ程度とする。

次に、図１（Ｃ）に示すように、積層体２５を積層方向に、例えば、５〜３０ｍｍ幅でスライスし、板状のスライス材２７を作る（以上、第２工程）。そして、このスライス材２７の端面（切断端）の鏡面加工を行う（以上、第３工程）。鏡面加工された端面は、各ガラス板２３の面２１、２２に対して正確に直角（例えば、９０度±０．２度以内の範囲）とする。端面加工は実際にモールド型１０として作用するスライス材２７の片側のみであってもよい。

この後、図２（Ｄ）に示すように、スライス材２７に紫外線（ＵＶＲ）を照射して、ダイシングシート２４の剥離を行って複数枚の短冊板１４、１５を作る。この場合、紫外線はダイシングシート２４に直接当たるのが好ましいので、紫外線投光性の高いダイシングシート２４を使用するのがよい。勿論、スライス材２７の端部から紫外線を照射してもよい、スライス材２７の表面から紫外線を照射し、短冊板１４、１５を一枚又は複数枚分離する毎に紫外線を照射してもよい。なお、スライス材２７を製造する過程においては、表裏面、一側面が鏡面状となっている短冊板１４、１５の区別はない（以上、第４工程）。

ここで、加温すると溶けるワックスによって各ガラス板２３を接合した場合、各短冊板１４、１５はワックスにより接合されている。従って、加温してワックスを溶かし、個々の短冊板１４、１５を分離する。ここで、ワックス（又はダイシングシート）の一部が短冊板１４、１５の表面に付着していると光学的性質が悪くなるので、短冊板１４、１５を溶剤で洗浄して、完全に付着物を除去する。
個々の短冊板１４、１５の積み重ね（搬送）には図示しないアームの先に吸着パッド３２が設けられた搬送ロボットのアーム（ＮＣ搬送装置）を使用する。この場合、吸着パッド３２が角溝１１の側面１７、１８を形成する面に当接すると、角溝１１内が汚れるので、各短冊板１４、１５に対して角溝１１が形成されない位置に吸着パッド３２が当接するようにする。短冊板１４、１５の重合部分には接着剤１６を印刷法によって塗布する。この場合の接着剤１６は通常のガラス接合用又はプラスチック接合用のものであってもよいが、紫外線硬化型の樹脂を用いるのが好ましい。なお、搬送ロボットは特定位置に配置された短冊板１４、１５を予め指定された位置に正確に搬送することができる。

図２（Ｅ）、（Ｆ）に示すように、短冊板１４、１５の鏡面加工された一方側の端面の位置を、角溝１１の深さ分（ｄ１）だけ変えて（交互に一致させて）積層する。なお、角溝１１の側面１７、１８、底面１９及び土手面２０には、接着剤を塗布しない。これによって、所定間隔で配置された角溝１１を有する凹凸部３０を備えたモールド型１０が形成される（以上、第５工程）。なお、以上の搬送ロボットを使用すると共に、位置を変えて配置される短冊板１４、１５の位置決めを、特定の位置に配置された２種類の部材（ストッパー）を用いて行いながら積層してもよい。

次に、このモールド型１０を使用して（第１、第２の）光制御パネルの製造方法（特に、対向する壁面への選択的蒸着方法）について、図３（Ｇ）〜（Ｊ）、図４（Ｋ）、（Ｌ）を参照しながら説明する。
図３（Ｇ）に示すように、内底が鏡面状態となった容器３５を用意する。この場合の容器３５は、第１、第２の光制御パネル６５、６６の大きさ（広さ）と同一とする。深さは、例えば第１、第２の光制御パネル６５、６６の厚みの４０〜１５０％とする。この容器３５は角形形状となって底部は表面粗度Ｒａが３０ｎｍ以下の超平面となっている。

そして、容器３５の中に透明な紫外線硬化型樹脂３６を入れる。注入量は、容器３５の深さの１／２程度でよいが、角溝１１の深さｄ１より大きくするのが好ましい。
容器３５を水平に保った状態で、モールド型１０の角溝１１の側面１７、１８を垂直状態に保って、図３（Ｈ）に示すように、角溝１１の底面１９が完全に紫外線硬化型樹脂３６に漬かるまで、即ち、所定位置まで入れる。この後、紫外線硬化型樹脂３６に紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂３６を硬化させて全体を透明な加工光学材３７とする。以下に説明する角溝４０が未形成の透明な一定厚みの板材を「透明な板状光学材」と称する。

これによって、図３（Ｉ）に示すように、角溝１１が転写された透明な加工光学材３７が形成される。この加工光学材３７には平行な側面３８、３９を有する断面矩形の角溝４０が所定ピッチ（ａ＋ｂ）で形成される。一定の幅ａを有する角溝４０の対向をする側面３８、３９、底面４１、隣り合う各角溝４０を形成する幅ｂの土手部４２の表面４３の表面粗度Ｒａが、例えば、３０ｎｍ以下の鏡面（超平面）となる。これはモールド型１０の凹凸部３０の表面粗度がそのままコピーされるからである。なお加工光学材３７の底部（裏面）に、例えば図４（Ｋ）に示すような硬質の透明平板（例えば、ガラス板、透明な補強板の一例）３７ａを設けることもできる。この場合は、容器３５の底にこの透明平板３７ａを配置しておくことになる。以上の処理に加工光学材３７の片側に複数の各溝４０が平行に形成される（以上、第１工程）。

次に、図３（Ｉ）に示すように、加工光学材３７の角溝４０の底面４１、土手部４２の表面４３に紫外線照射剥離樹脂４５、４６を塗布する。この場合、インクジェットがＮＣ制御されるインクジェットプリンター法を用いて両者の塗装（表面印刷）を行うのが好ましい。なお、角溝４０の側面３８、３９にはインク（紫外線照射剥離樹脂）が付着しないようにする（以上、第２工程）。

この後、図３（Ｊ）に示すように、加工光学材３７の凹凸部４８に金属蒸着処理（鏡面処理）を行って鏡面とする。これによって、この角溝４０の側面３８、３９、紫外線照射剥離樹脂４６で覆われた底面４１、隣り合う各角溝４０を形成する土手部４２の紫外線照射剥離樹脂４５で覆われた表面４３に蒸着層４８ａが形成される（以上、第３工程）。
次に、加工光学材３７の裏面から紫外線を照射し、紫外線照射剥離樹脂４５、４６をその上に形成された蒸着層４８ａと同時に除去する（以上、第４工程）。この状態を、図４（Ｋ）に示す。

図４（Ｋ）に示す加工光学材３７においては、角溝４０の側面３８、３９に蒸着によって形成された金属反射面（鏡面）４９、５０が残る。角溝４０の部分は空間となっているので、必要な場合は、内部に加工光学材３７と同一又は近似した屈折率を有する透明樹脂を充填する。なお、充填した透明樹脂の露出面に凹凸がある場合には、再度研磨加工を行ってもよい。これによって図４（Ｌ）に示すような第１、第２の光制御パネル６５、６６が形成できる。なお、図４（Ｌ）において、６３ａ、６３ｂは平面光反射部を示す。これによって、図６、図７に示すように光学結像装置が形成され、物体の立体像が再生できる。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。
前記実施の形態において、容器３５の中には、板状光学材の原料として、紫外線硬化型樹脂の代わりに熱によって溶解する透明の熱可塑性樹脂を入れることもできる。この場合、モールド型１０の材質はこの熱可塑性樹脂より融点が高い樹脂、又はガラス材、場合によってはセラミック、金属材によって形成しておく必要がある。
また、投入する熱可塑性樹脂の熱膨張係数もモールド型１０の熱膨張係数に合わせておく、又は近似させておくのが好ましい。
なお、板状光学材はモールド型によって加工できる固形状又はゲル状物であってもよい。

１０：モールド型、１１：角溝、１２：土手部、１４、１５：短冊板、１６：接着剤、１７、１８：側面、１９：底面、２０：土手面、２１、２２：面、２３：ガラス板、２４：ダイシングシート、２５：積層体、２７：スライス材、３０：凹凸部、３２：吸着パッド、３５：容器、３６：紫外線硬化型樹脂、３７：加工光学材、３７ａ：透明平板、３８、３９：側面、４０：角溝、４１：底面、４２：土手部、４３：表面、４５、４６：紫外線照射剥離樹脂、４８：凹凸部、４８ａ：蒸着層、４９、５０：金属反射面、６３ａ、６３ｂ：平面光反射部、６５：第１の光制御パネル、６６：第２の光制御パネル

Claims (5)

1. 透明な板状光学材の片側に一定の幅を有する断面四角形の角溝を、所定ピッチで複数形成する第１工程と、
   隣り合う前記角溝を形成する土手部の表面、及び前記角溝の底面を、紫外線照射剥離樹脂で覆う第２工程と、
   前記紫外線照射剥離樹脂で前記土手部の表面及び前記角溝の底面が覆われた加工光学材の表面に金属蒸着する第３工程と、
   前記加工光学材の裏面から紫外線を照射して、表面に金属蒸着された前記紫外線照射剥離樹脂を除去する第４工程とを有し、
   前記角溝の対向する側面を鏡面とすることを特徴とする対向する壁面への選択的蒸着方法。
2. 請求項１記載の対向する壁面への選択的蒸着方法において、前記角溝内に透明の樹脂を充填することを特徴とする対向する壁面への選択的蒸着方法。
3. 請求項１又は２記載の対向する壁面への選択的蒸着方法において、前記加工光学材の裏面には透明な補強板が設けられていることを特徴とする対向する壁面への選択的蒸着方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の対向する壁面への選択的蒸着方法において、前記第１工程で形成される、前記各角溝の対向する側面並びに底面及び前記土手部の表面は、表面粗度Ｒａが３０ｎｍ以下の超平面であることを特徴とする対向する壁面への選択的蒸着方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の対向する壁面への選択的蒸着方法において、前記第２工程で前記紫外線照射剥離樹脂はインクジェットプリンター法によって、前記土手部の表面及び前記角溝の底面のみに選択的に塗布されていることを特徴とする対向する壁面への選択的蒸着方法。

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