JP2016118665A - Method for manufacturing optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溝部を研磨する工程を備えた光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical element including a step of polishing a groove.
下記の特許文献1〜3に開示されているように、マイクロミラーアレイなどの光学素子を製造する際には、板材(たとえば樹脂製の基板)の表面に、複数の溝部が形成される。複数の溝部は、たとえば機械加工または成形によって形成可能であるが、機械加工または成形のみで溝部の内壁面を鏡面状態に仕上げることは難しい。 As disclosed in Patent Documents 1 to 3 below, when an optical element such as a micromirror array is manufactured, a plurality of grooves are formed on the surface of a plate material (for example, a resin substrate). The plurality of grooves can be formed by, for example, machining or molding, but it is difficult to finish the inner wall surface of the groove to a mirror surface state only by machining or molding.
たとえばダイシング加工により溝部を形成した場合には、溝部の内壁面にツールマーク(ダイサーによる加工痕)が残存する。光学素子としての品質や性能(たとえば反射光率)を考えると、溝部の内壁面は、研磨処理を実施することによって十分な鏡面状態に仕上げられることが求められる。 For example, when a groove portion is formed by dicing, a tool mark (processing trace by a dicer) remains on the inner wall surface of the groove portion. Considering the quality and performance as an optical element (for example, reflected light rate), the inner wall surface of the groove is required to be finished in a sufficient mirror surface state by performing a polishing process.
特開2000−127021号公報(特許文献4)には、ダイヤモンドブレードを用いた溝加工によって石英ガラスロッドに溝部を形成し、溝部を研磨ブラシによって鏡面研磨することが記載されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-127021 (Patent Document 4) describes that a groove portion is formed in a quartz glass rod by groove processing using a diamond blade, and the groove portion is mirror-polished with a polishing brush.
特開2000−127021号公報(特許文献4)に開示された手法を採用した場合、すなわち、研磨ブラシを用いて鏡面研磨を実施した場合、研磨ブラシの形状によっては、研磨ブラシの形状が溝部の形状に十分に対応していないことに起因して研磨ブラシと溝部との接触効率が低くなり、溝部を適切に(たとえば均一に)研磨できないことがある。 When the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-127021 (Patent Document 4) is adopted, that is, when mirror polishing is performed using a polishing brush, the shape of the polishing brush may be the groove portion depending on the shape of the polishing brush. The contact efficiency between the polishing brush and the groove portion is lowered due to the fact that the shape does not correspond sufficiently, and the groove portion may not be properly polished (for example, uniformly).
本発明は、上述のような実情に鑑みて為されたものであって、溝部の形状に対応した適切な鏡面研磨を実施することが可能な光学素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method for manufacturing an optical element capable of performing appropriate mirror polishing corresponding to the shape of a groove. .
本発明に基づく光学素子の製造方法は、溝部が表面に形成された板材を準備する工程と、上記板材の上記溝部の形状、または、上記板材の上記溝部に対応する形状を有する型取り用母材の形状を転写させることにより、被転写材から研磨工具を作製する工程と、上記研磨工具と上記板材との間に研磨剤を供給する工程と、上記研磨工具と上記板材とを接触させた状態でこれらを相対移動させることで、上記溝部を研磨する工程と、を備える。 An optical element manufacturing method according to the present invention includes a step of preparing a plate member having a groove portion formed on a surface thereof, a shape forming mother having a shape of the groove portion of the plate member, or a shape corresponding to the groove portion of the plate member. By transferring the shape of the material, a step of producing a polishing tool from the material to be transferred, a step of supplying an abrasive between the polishing tool and the plate material, and the polishing tool and the plate material were brought into contact with each other. And polishing the groove by moving these relative to each other in a state.
好ましくは、上記研磨剤は、酸化セリウム、コロイダルシリカまたはアルミナを含む。
好ましくは、上記板材は、樹脂製の部材から形成されている。
Preferably, the abrasive includes cerium oxide, colloidal silica, or alumina.
Preferably, the plate material is formed of a resin member.
好ましくは、上記被転写材は、シリコーンから形成されている。
好ましくは、上記シリコーンから形成された上記研磨工具は、デュロメータA硬度が12以上88以下である。
Preferably, the transfer material is made of silicone.
Preferably, the polishing tool formed of the silicone has a durometer A hardness of 12 or more and 88 or less.
好ましくは、上記溝部の研磨を開始する時点において上記研磨工具を上記板材に接触させた状態では、上記研磨工具と上記溝部の内壁面との間には、5μm以上20μm以下のクリアランスが設けられている。 Preferably, a clearance of 5 μm or more and 20 μm or less is provided between the polishing tool and the inner wall surface of the groove when the polishing tool is in contact with the plate at the start of polishing the groove. Yes.
上記の製造方法にて用いられる研磨工具は、研磨対象となる板材そのものから、あるいはそれと同等の形状を有するものから転写により作製されたものである。このような研磨工具は、研磨ブラシを用いる場合に比べて研磨対象である板材の形状に精度よく対応した形状を有しているため、このような研磨工具を用いることによって、高い接触効率を有する、溝部の形状に対応した適切な鏡面研磨を実施することが可能となる。 The polishing tool used in the above manufacturing method is manufactured by transfer from a plate material itself to be polished or from a material having the same shape. Since such a polishing tool has a shape that accurately corresponds to the shape of the plate material to be polished as compared with the case of using a polishing brush, it has high contact efficiency by using such a polishing tool. Thus, it is possible to perform appropriate mirror polishing corresponding to the shape of the groove.
実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。以下の実施の形態は、光学素子を備えたマイクロミラーアレイに基づいてその説明が為されるが、以下に開示される光学素子およびその製造方法としての技術思想は、マイクロミラーアレイ以外にも適用され得るものである。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. The same parts and corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description may not be repeated. The following embodiments will be described based on a micromirror array provided with an optical element. However, the optical element disclosed below and the technical idea as a manufacturing method thereof are applicable to other than the micromirror array. It can be done.
(光学素子)
実施の形態における光学素子の製造方法を実施することにより、光学素子10,20(図1,図2等参照)が得られる。図1は、光学素子10,20を備えたマイクロミラーアレイ100を示す斜視図であり、図2は、マイクロミラーアレイ100の分解した状態を示す斜視図である。図3は、図2中のIII−III線に沿った矢視断面図である。
(Optical element)
The
図1に示すように、マイクロミラーアレイ100は、マイクロミラーアレイ100の一方の面側に配置された被投影物の鏡映像を、マイクロミラーアレイ100に対して面対称となる他方の面側の空間位置に結像させることができる。すなわちマイクロミラーアレイ100は、3次元または2次元の物体および画像などを空間に結像するための結像光学素子として機能することができる。
As shown in FIG. 1, the
図1および図2に示すように、マイクロミラーアレイ100を構成する光学素子10,20は、互いに略同一の構成を有する。光学素子10,20は、板状の部材(板材)から形成されており、表面31Aおよび裏面31Bを有している。光学素子10,20の材質は、アクリルまたはポリカーボネートなどの樹脂である。光学素子10,20の材質は、ガラスであっても構わない。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
光学素子10,20の表面31Aには、表面31Aから裏面31Bに向かって所定の深さで延びる複数の溝部34が形成されている。複数の溝部34は、光学素子10,20の端面31Cから端面31Dに到達する長さで、互いに平行に延在している。詳細は後述されるが、複数の溝部34は、ダイサー50(図5参照)を用いたダイシング加工により形成される。複数の溝部34は、成形(たとえば射出成形)によって形成されたものであっても構わない。
A plurality of
図3に示すように、各々の溝部34は、内壁面34aと、底面34bと、内壁面34cとを有している。内壁面34a,34cは、互いに対向する位置関係を有し、光学素子の表面31Aに対して直交するように形成されている。光学素子の表面31Aと溝部34の内壁面34aとの間には、コーナーエッジ部分35aが形成されており、光学素子の表面31Aと溝部34の内壁面34cとの間には、コーナーエッジ部分35bが形成されている。コーナーエッジ部分35a,35bとは、光学素子10,20の表面31Aと、表面31Aに形成された溝部34との間の境界線に相当する部位である。
As shown in FIG. 3, each
図1および図2を再び参照して、2枚の光学素子10,20は、各々の溝部34の延びる方向が平面視で互いに直交するように配置される。溝部34が形成された光学素子10の表面31Aと、溝部34が形成された光学素子20の表面31Aとが互いに当接するようにして、マイクロミラーアレイ100が構成されている。光学素子10,20は、たとえば光硬化性を有する樹脂によって互いに接合される。
Referring to FIGS. 1 and 2 again, the two
(光学素子の製造方法)
図4〜図10を参照して、光学素子10,20の製造方法について説明する。光学素子20は、光学素子10と同一の製造方法を使用して作製可能であるため、ここでは光学素子10に着目してその製造方法について説明する。
(Optical element manufacturing method)
With reference to FIGS. 4-10, the manufacturing method of the
図4を参照して、まず、表面31Aおよび裏面31Bを有する板材10M(素板)が準備される。板材10Mは、直方体状の形状を有し、たとえばアクリルやポリカーボネートなどの樹脂製の部材から形成されている。板材10Mの材質は、ガラスであっても構わない。板材10Mの大きさは、たとえば60mm×60mm×厚み3.0mmである。
Referring to FIG. 4, first, a
板材10Mは、加工テーブル40の上に載置される。加工テーブル40には、複数の吸引孔41が設けられている。複数の吸引孔41を通して吸気することで、板材10Mの裏面31Bが加工テーブル40の表面に真空吸着し、板材10Mは加工テーブル40の表面に固定される。
The
(ダイシング加工工程)
図5を参照して、ダイサー50(回転刃)を用いて、板材10Mの表面31Aにダイシング加工が施される。例示すると、加工機としては、株式会社ディスコ社製のダイシング加工機(DAD522)を使用することができる。ダイサー50としては、#5000、φ52×厚み0.5mmを有するダイヤモンドブレードを使用できる。ダイサー50の回転数は30000rpmに設定可能であり、ダイサー50の送り速度は1.0mm/sに設定可能である。
(Dicing process)
Referring to FIG. 5, dicing is performed on surface 31 </ b> A of
ダイシング加工により、表面31Aから裏面31Bに向かって延びる複数の(たとえば13本の)溝部34が板材10Mの表面31Aに形成される。溝部34が延びる方向に対して直交する方向を幅方向とすると、たとえば、溝部34の幅は0.5mmであり、溝深さは0.9mmである。
By dicing, a plurality of (for example, 13)
ダイシング加工によって形成された溝部34は、内壁面34aと、底面34bと、内壁面34cとを有する。内壁面34a,34cは、互いに対向する位置関係を有し、板材10Mの表面31Aに対して直交している。溝部34の幅とは、内壁面34aと内壁面34cとの間の距離に相当する。
The
図5に示すように、光学素子(樹脂基板)の表面31Aと溝部34の内壁面34aとの間にはコーナーエッジ部分35aが形成され、光学素子(樹脂基板)の表面31Aと溝部34の内壁面34cとの間にはコーナーエッジ部分35bが形成される。板材10Mに複数の溝部34が形成されることで、光学素子の素板(前躯体)である板材10N(図6参照)が得られる。板材10Nの溝部34の内壁面34a,34cには、ツールマーク(ダイサー50による加工痕)が残存している。
As shown in FIG. 5, a
(研磨工具を作製する工程)
図6を参照して、溝部34が表面31Aに形成された板材10Nが準備できた後、プラスチック製の容器64を準備し、液状から固体へ変化可能なシリコーン63(被転写材)を容器64の中に流し込む。例示すると、シリコーン63としては、信越化学工業株式会社製の型取り用シリコーンRTVゴム「KE−17」を使用することができる。板材10Nについては、固定具61とともに、高さ規制板60に取り付けられる。
(Process for making polishing tools)
Referring to FIG. 6, after the
図7を参照して、板材10Nの表面31Aの側から、シリコーン63の中に板材10Nを浸漬する。シリコーン63は、所定時間が経過することで硬化(固化)する。板材10Nの溝部34の形状をシリコーン63に転写させることにより、シリコーン63から研磨工具65(図9参照)が作製される。
Referring to FIG. 7,
図8を参照して、板材10Nを用いる代わりに、型取り用母材10Sを用いてもよい。型取り用母材10Sは、板材10Nの溝部34に対応する形状を有している。換言すると、型取り用母材10Sは、板材10Nの溝部34と略同一の形状を有する溝部を複数本(たとえば17本)有している。例示すると、型取り用母材10Sの大きさは80mm×80mm×厚み3.0mmであり、溝部の幅は0.5mmであり、溝深さは0.9mmである。型取り用母材10Sを用いた場合であっても、型取り用母材10Sの形状をシリコーン63に転写させることにより、シリコーン63(被転写材)から研磨工具65(図9参照)が作製されることになる。
Referring to FIG. 8, instead of using
シリコーンから形成された研磨工具65は、デュロメータA硬度が12以上88以下であることが好ましい。研磨工具65が研磨中に型崩れを起こしてしまうことがなく、アクリルなどの樹脂製の板材10Nに対してもキズを付けたりすることがほとんどない、適切な研磨を実施することが可能となる。なお、被転写材の材料としては、シリコーンを用いた型取りで研磨工具65を作製することに限定されず、シリコーン以外の材料を用いて研磨工具65を作製しても構わない。
The polishing
図9を参照して、被転写材(シリコーン63)から研磨工具65を作製した後、プラスチック製の容器67の中の所定位置に、研磨工具65を配置する。次いで、研磨工具65の高さを超える量を有する研磨剤66を容器67の中に供給する。研磨剤66は、酸化セリウム、コロイダルシリカまたはアルミナを含んでいることが好ましい。酸化セリウムは、板材10Nの素材がガラスである場合に好適である。コロイダルシリカまたはアルミナは、板材10Nの素材がアクリルまたはポリカーボネートなどの樹脂である場合に好適である。
Referring to FIG. 9, after producing
例示すると、研磨剤66としては、株式会社フジミインコーポレーテッド製のポリッシング材「POLIPLA203H」(「POLIPLA」は登録商標)を使用することができる。研磨剤66を容器67の中に供給した後、板材10Nを研磨剤66の中に浸漬させ、板材10Nの溝部34と研磨工具65の対応箇所とを嵌合させる。この状態で、研磨工具65と板材10Nとの間に、研磨剤66が供給される(研磨剤66がこれらの間に入り込む)。
For example, as the abrasive 66, a polishing material “POLIPLA203H” (“POLIPLA” is a registered trademark) manufactured by Fujimi Incorporated can be used. After supplying the abrasive 66 into the
(鏡面研磨工程)
図10を参照して、板材10Nと研磨工具65とを互いに接触させ、板材10Nに対して5kgの押圧力を加えた状態でこれらを相対移動させる。
(Mirror polishing process)
Referring to FIG. 10,
図11に示すように、溝部34の研磨を開始する時点において、板材10Nを研磨工具65に接触させた状態では、研磨工具65と溝部34の内壁面34a,34cとの間には、5μm以上20μm以下のクリアランスCLが設けられていてもよい。クリアランスCLは、研磨剤66の種類や研磨レートなどに応じて、最適な値が設定される。クリアランスCLは、研磨工具65を作製する際の材料の被転写材(シリコーン63)の収縮量や、型取り用母材10Sが有する溝部の幅などを変更することにより、所望の値に容易に設定することが可能である。
As shown in FIG. 11, when the polishing of the
図10(図11)の紙面に対して垂直な方向に板材10Nが繰り返し往復移動することで、板材10Nの溝部34が研磨される。たとえば5分間の研磨(摺動)を経ることで、鏡面研磨処理が完了する。溝部34の内壁面34a,34cに残存していたツールマーク(微細キズ)は、研磨によってほとんど除去される。たとえば0.1μm以下の表面粗さ(Ra)を有する鏡面を、内壁面34a,34cに形成することが可能となる。
As the
(作用および効果)
上記の製造方法にて用いられる研磨工具65は、研磨対象となる板材10Nそのものから、あるいはそれと同等の形状を有する型取り用母材10Sから転写により作製されたものである。このような研磨工具65は、研磨ブラシを用いる場合に比べて研磨対象である板材10Nの形状に精度よく対応した形状を有しているため、このような研磨工具65を用いることによって、溝部34のコーナーエッジ部分35a,35bが変形してしまうこともほとんどない。換言すると、いわゆる「ダレ」と呼ばれる形状変化が溝部34のコーナーエッジ部分35a,35bに発現することもほとんどない。
(Function and effect)
The polishing
特開2000−127021号公報(特許文献4)には、溝部を研磨ブラシで研磨することが記載されているが、溝部34の幅が狭い場合(たとえば溝幅が0.5mm以下の場合)や溝部34の深さが深い場合(たとえば溝深さが1.0mm以下の場合)には、研磨ブラシで適切な研磨処理を行なうことは難しい。溝部の幅、深さ、ピッチなどに合わせた特殊な研磨ブラシを準備するのにも費用がかかる。
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-127021 (Patent Document 4) describes that the groove portion is polished with a polishing brush. However, when the width of the
これに対して、シリコーンなどの被転写材から型取りにより研磨工具65を作製し、研磨工具65を用いて溝部34を研磨するという手法によれば、作業時間も短くて済み、光学素子の製造に係る費用も低減可能である。型取りという手法によれば、溝部34の寸法や形状に柔軟に対応することが可能であり、高い形状精度を有する研磨工具65を得ることも可能である。したがって、上述の実施の形態における光学素子の製造方法によれば、高価な研磨ブラシ等を製作することなく、溝部34の表面に残存する不純物(微粉末など)を適切に除去しつつ、高い接触効率を有する、溝部34の形状に対応した適切な鏡面研磨を実施することが可能となる。その結果、板材10Nの表面形状が変化すること、たとえば板材10Nが反ったり、溝部34の凹凸形状が崩れたり、コーナーエッジ部分35a,35bの形状が崩れたりすることを抑制可能となり、以上のようにして作製された光学素子10,20(図1〜図3参照)によれば、明るく輝度の高い結像を結ぶことが可能なマイクロミラーアレイ100を実現できる。
On the other hand, according to the technique in which the
(実験例)
上述の実施の形態の製造方法に基づいて光学素子を作製した後、光学素子の裏面31Bの側から溝部34の中心に向かって切り込みを入れ、光学素子を割断した。マイクロスコープ(×100)を用いて溝部34の表面状態を観察したところ、ツールマークがほぼ完全に除去できていることがわかった。
(Experimental example)
After producing the optical element based on the manufacturing method of the above-mentioned embodiment, the optical element was cleaved by cutting from the
さらに、Veeco社製の非接触光学測定機「Wyko NT9100」にて溝部34の内壁面の面粗さを測定したところ、研磨処理前のRt値が200nmであったのに対して、研磨処理後のRt値は100nmであった。いわゆる「ダレ」と呼ばれる形状変化が溝部34のコーナーエッジ部分35a,35bに発現していることもなかった。これらの結果から、上述の実施の形態における光学素子の製造方法によれば、溝部34の表面に残存する不純物(微粉末など)を適切に除去しつつ、高い接触効率を有する、溝部34の形状に対応した適切な鏡面研磨を実施することが可能であることがわかる。
Furthermore, when the surface roughness of the inner wall surface of the
以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiment has been described above, the above disclosure is illustrative in all respects and is not restrictive. The technical scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10,20 光学素子、10M,10N 板材、10S 型取り用母材、31A 表面、31B 裏面、31C,31D 端面、34 溝部、34a,34c 内壁面、34b 底面、35a,35b コーナーエッジ部分、40 加工テーブル、41 吸引孔、50 ダイサー、60 高さ規制板、61 固定具、63 シリコーン、64,67 容器、65 研磨工具、66 研磨剤、100 マイクロミラーアレイ、CL クリアランス。 10, 20 optical element, 10M, 10N plate material, 10S mold base material, 31A surface, 31B back surface, 31C, 31D end surface, 34 groove, 34a, 34c inner wall surface, 34b bottom surface, 35a, 35b corner edge portion, 40 processing Table, 41 Suction hole, 50 Dicer, 60 Height restriction plate, 61 Fixing tool, 63 Silicone, 64, 67 Container, 65 Abrasive tool, 66 Abrasive, 100 Micromirror array, CL clearance.
Claims (6)
前記板材の前記溝部の形状、または、前記板材の前記溝部に対応する形状を有する型取り用母材の形状を転写させることにより、被転写材から研磨工具を作製する工程と、
前記研磨工具と前記板材との間に研磨剤を供給する工程と、
前記研磨工具と前記板材とを接触させた状態でこれらを相対移動させることで、前記溝部を研磨する工程と、を備える、
光学素子の製造方法。 Preparing a plate having a groove formed on the surface;
Producing a polishing tool from the material to be transferred by transferring the shape of the groove portion of the plate material, or the shape of a mold base material having a shape corresponding to the groove portion of the plate material;
Supplying an abrasive between the polishing tool and the plate material;
Polishing the groove part by relatively moving the polishing tool and the plate in contact with each other.
A method for manufacturing an optical element.
請求項1に記載の光学素子の製造方法。 The abrasive includes cerium oxide, colloidal silica, or alumina.
The manufacturing method of the optical element of Claim 1.
請求項1または2に記載の光学素子の製造方法。 The plate material is formed from a resin member,
The manufacturing method of the optical element of Claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれかに記載の光学素子の製造方法。 The transfer material is formed from silicone,
The manufacturing method of the optical element in any one of Claim 1 to 3.
請求項4に記載の光学素子の製造方法。 The polishing tool formed from the silicone has a durometer A hardness of 12 or more and 88 or less.
The manufacturing method of the optical element of Claim 4.
請求項1から5のいずれかに記載の光学素子の製造方法。 In a state where the polishing tool is in contact with the plate material at the time of starting the polishing of the groove portion, a clearance of 5 μm or more and 20 μm or less is provided between the polishing tool and the inner wall surface of the groove portion.
The manufacturing method of the optical element in any one of Claim 1 to 5.
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