JP2017530406A - 光学エレメントを製造する方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、光学有効構造が埋め込まれる、所定の波長範囲で透明な物体を有する光学エレメントを製造する方法に関する。本発明に係る方法は、：ａ）所定の波長範囲で透明であると共にその上面上に構造化セクションを有する、第１の部分体を提供するステップと；ｂ）構造化セクション上に所定の波長範囲で光学的に有効なコーティングを施すステップと；ｃ）熱可塑性材料及び／又はデュロプラスチック材料を成形することによって透明な第１の部分体の上面上に所定の波長範囲で透明なカバー層を施すステップとを含む。
Description
本発明は、光学有効構造が埋め込まれる、所定の波長範囲で透明な物体を含む光学エレメントを製造する方法に関する。
そのような光学エレメントは、例えば、ユーザの頭部に取付け可能であると共にイメージを生成する表示デバイス用の眼鏡レンズとして使用可能である。この場合、光学エレメントは、表示デバイスのイメージング光学システムの一部であることができ、このイメージング光学システムは、表示デバイスがユーザの頭部に取り付けられると、ユーザがバーチャルイメージとして知覚できるように生成イメージを映し出す。
埋込み光学有効構造を有するそのような光学エレメントを大量にかつ高精度で製造可能とする必要性が高まりつつある。
したがって、本発明の目的は、光学有効構造が埋め込まれる、透明体を含む光学エレメントを製造する方法であって、高品質の光学エレメントを大量に製造することを可能にする方法を提供することである。
この目的は、光学有効構造が埋め込まれる、所定の波長範囲で透明な物体を含む光学エレメントを製造する方法によって、本発明に従って達成される。この方法は、
ａ）所定の波長範囲で透明であると共にその上面上に構造化セクションを含む、第１の部分体を提供するステップと、
ｂ）光学有効構造を形成するために、構造化セクション上に所定の波長範囲で光学的に有効なコーティングを施すステップと、
ｃ）熱可塑性材料及び／又は熱硬化性材料をキャストすることによって、第１の部分体の上面上に所定の波長範囲で透明な保護層を施すステップと
を含む。
ａ）所定の波長範囲で透明であると共にその上面上に構造化セクションを含む、第１の部分体を提供するステップと、
ｂ）光学有効構造を形成するために、構造化セクション上に所定の波長範囲で光学的に有効なコーティングを施すステップと、
ｃ）熱可塑性材料及び／又は熱硬化性材料をキャストすることによって、第１の部分体の上面上に所定の波長範囲で透明な保護層を施すステップと
を含む。
第１のポリマー材料及び第２のポリマー材料は、いずれの場合も、熱可塑性材料及び／又はデュロプラスチック材料とすることができる。熱可塑性材料としては、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート、例えばＰｌｅｘｉｇｌａｓ）、ＰＡ（ポリアミド、例えばＴｒｏｇａｍｉｄ ＣＸ）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー、例えばＺｅｏｎｅｘ）、ＰＣ（ポリカーボネート、ポリ（ビスフェノールＡカーボネート）、例えばＭａｋｒｏｌｏｎ）、ＬＳＲ（液状シリコーンゴム、例えばＳｉｌｏｐｒｅｎ、Ｅｌａｓｔｏｓｉｌ）、ＰＳＵ（ポリスルホン、例えばＵｌｔｒａｓｏｎ）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、及び／又は、ＰＡＳ（ポリ（アリーレンスルホン））を使用可能である。デュロプラスチック材料としては、例えば、ＡＤＣ（アリルジグリコールカーボネート、例えばＣＲ−３９）、アクリレート（例えばＳｐｅｃｔｒａｌｉｔｅ）、ＰＵＲ（ポリウレタン、例えばＲＡＶｏｌｕｔｉｏｎ）、ＰＵ／ＰＵＲ（ポリウレア、ポリウレタン、例えばＴｒｉｖｅｘ）、ＰＴＵ（ポリチオウレタン、例えばＭＲ−８、ＭＲ−７）、及び／又は、エピスルフィド／ポリチオールベースのポリマー（例えばＭＲ−１７４）を使用可能である。
特に、光学有効構造は、透明体の外側境界表面に延在しないように透明体内に完全に埋込み可能である。光学有効構造は、好ましくはその寸法が透明体の寸法よりも小さい。光学有効構造は、単に透明体の一部に形成されるにすぎないとも言える。埋込み光学有効構造は、透明体の最大横方向寸法未満の最大横方向寸法を有することができる。特に、透明体の横方向寸法の５０％未満、又はさらに透明体の横方向寸法の４０％未満、３０％未満、若しくは２０％未満であることができる。したがって、光学有効構造は、好ましくは透明体内に埋め込まれるが、単に部分的に提供されるにすぎない。
キャスティングによってステップｃ）を行うことにより、製造時の所望の精度及び再現性は大量でも保証可能である。
本発明に係る方法では、ステップｂ）の後で、かつステップｃ）の前に、デュロプラスチック材料で作製された保護層が、キャスティングによって光学有効コーティング上に施されてもよい。このために、特に、ＲＩＭプロセス（反応射出成形プロセス）を使用可能である。この場合、例えば、成分が互いに反応して所望の化学架橋ポリマーを形成できるように、２つの成分を成形型内への射出直前に混合することができる。第１の透明部分体は、好ましくは、所望の保護層を形成できるように対応する成形型内に位置決めされる。
カバー層は、好ましくは、第１の透明部分体（存在する場合は保護層を含む）の上面全体上に形成される。カバー層を形成するステップは、例えば、射出成形プロセスによって実施可能である。ＲＩＭプロセスを利用したカバー層を形成するステップを行うことも可能である。
本発明に係る方法では、第１の部分体は第１のポリマー材料から形成されてもよく、ステップｃ）において、カバー層を施すために、第２のポリマー材料が第１の部分体の上面上に施されて、第１のポリマー材料への第２のポリマー材料の化学結合が行われてもよい。
ステップｃ）では第１のポリマー材料への第２のポリマー材料の化学結合が行われるため、例えば第１の部分体の軟化温度未満の温度でステップｃ）を行うことが可能である。したがって、高品質の光学エレメントを大量に製造することが可能である。第１の透明体を提供するステップは、例えば、射出成形プロセス又は射出圧縮成形プロセスによって行うことが可能である。そのようなプロセスは、高精度によって特徴付けられる。
特に、第１の透明部分体及びカバー層は、同一の材料から、及び／又は、同一のプロセスによって形成可能である。
さらに、第１の透明部分体を、ＲＩＭプロセスによって形成することも可能である。
光学有効構造は、例えば、反射構造及び／又は回折構造として形成可能である。特に、光学有効構造は、部分反射構造及び／又は波長依存性反射構造として形成されることもできる。
第１の部分体の形成及び／又はカバー層の適用は、特に、いずれの場合も、少なくとも２つの連続的な部分プロセスで行うことができる。このため、第１の部分体及び／又は、カバー層の製造時の収縮が低減される。
本発明に係る方法では、少なくとも所定の波長範囲の波長で屈折率差が０．００５以下又は０．００１以下である材料が、第１及び第２のポリマー材料として使用されることができる。特に、屈折率差は０．０００５以下とすることができる。そのように屈折率差が小さいと、２つのポリマー材料間の境界表面は、所定の波長範囲で光学的にほとんど消失する。特に、ポリマー材料は、所定の波長範囲で同一の分散を有するように選択可能である。
所定の波長範囲は、可視波長範囲、近赤外範囲、赤外範囲、及び／又は、ＵＶ範囲であることができる。
ステップａ）によって第１の部分体を提供するために、成形プロセス（例えば、射出成形、ＲＩＭ、キャスティングなど）、フォーミングプロセス（例えば、サーモフォーミング、ホットエンボシングなど）、除去及び／又は分離プロセス（例えば、ダイヤモンドターニング、イオン衝撃、エッチングなど）を使用することが可能である。当然ながら、これらのプロセスは、第１の部分体を提供するために互いに組み合わせることも可能である。特に、第１の部分体は、幾つかのパーツで形成することも可能であり、この場合、示されたプロセスは、第１の部分体の各パーツで使用することが可能である。さらに、構造化セクションにおいて、既知の構造化プロセスを使用することも可能である。第１の部分体を提供するために、挙げられたプロセスを構造化に使用することも可能である。
プロセスｂ）による光活性コーティングの適用は、例えば、気相堆積、スパッタリング、ＣＶＤ（化学気相堆積）、湿式被覆などによって行うことが可能である。コーティングは単層であることができる。しかしながら、幾つかの層を施すことも可能である。特に、干渉層システムを施すことも可能である。さらに、少なくとも１つの接着層、１つの機械的補償層、及び保護層（拡散／マイグレーション、熱保護、化学保護、ＵＶ保護など）を追加的に施すことも可能である。光学有効コーティングは、特定の波長又はスペクトル範囲に対して設計可能である。さらに、その機能は、追加的又は代替的に、入射角、偏光性、及び／又はさらなる光学的性質に依存する。光学有効構造は、反射性、特に高反射性（たとえばミラー様）、部分透明性／部分反射性、及び／又はフィルター効果付与性であることができる。さらに、光学有効コーティングは、回折光学エレメントであることができる。
加えて、光学有効コーティングは、光学有効構造領域内で第１のポリマー材料への第２のポリマー材料の化学結合を防止して局所離型を引き起こすことにより、エアギャップをもたらす分離層であることもできる。この場合、例えば、ポリマー材料からエアギャップへの変換の結果として、全内部反射が起こり得る。
光学有効コーティングは、構造化セクション上にのみ施すこともできる。代替的に、全表面にわたって光学有効コーティングを施してから、必要とされない表面セクションでそれを除去することも可能である。そのような除去のために、例えば、化学エッチング又はイオンエッチングを使用することが可能である。
少なくとも１種の金属、少なくとも１種の金属酸化物、又は少なくとも１種の金属窒化物を、光学有効コーティングに使用することが可能である。有機材料及び／又はポリマー材料を使用することも可能である。さらに、いわゆるハイブリッド材料、例えば、有機−無機ハイブリッドシステム又は有機変性シラン／ポリシロキサンなどを使用することも可能である。分離層として、化学的不活性物質又は界面活性物質を使用することも可能である。その例としては、例えば、脂肪酸誘導体、ホスフェート、フッ素化シランが挙げられる。
第２のポリマー材料として、例えば、反応性樹脂又は反応性システムを使用することが可能である。特に、眼鏡レンズの製造から公知であるように、従来から公知の反応性システムを使用することが可能である。例えば、ＡＤＣ（アリルジグリコールカーボネート、例えばＣＲ−３９）、アクリレート（例えばＳｐｅｃｔｒａｌｉｔｅ）、ＰＵＲ（ポリウレタン、例えばＲＡＶｏｌｕｔｉｏｎ）、チオール−エンシステム（例えばＦｉｎａｌｉｔｅ）、ＰＵ／ＰＵＲ（ポリウレア、ポリウレタン、例えばＴｒｉｖｅｘ）、ＰＴＵ（ポリチオウレタン、例えばＭＲ−８、ＭＲ−７）、及び／又は、エピスルフィド／ポリチオールベースのポリマー（例えばＭＲ−７４）を使用することが可能である。エポキシドを使用することも可能である。
本発明に係る方法では、ステップａ）〜ｃ）は、光学有効構造が透明体内に完全に埋め込まれるように行われることができる。したがって、光学有効構造は、透明体の材料境界表面に延在しない。
さらに、ステップａ）〜ｃ）は、所望の光学機能を提供する互いに離間した表面ピースが光学有効構造に含まれるように行われることができる。表面ピースは、例えば、反射表面ピースであることができる。反射表面ピースは、完全反射（ほぼ１００％）を引き起こすことができるか、又はさらには部分反射のみを引き起こすことができる（部分反射表面ピース）。特に、反射表面ピースは、共通平面内に位置しない。それらは互いに平行状態でオフセットすることができる。
全体として、反射表面ピースは偏向効果を提供することができると共に、任意選択的に、さらにイメージング効果も提供することができる。
表面ピースは、いずれの場合も、フラット表面ピースとして又はさらには湾曲状態に形成された表面ピースとして個別に、形成可能である。
本発明に係る方法では、光学エレメントは、ステップｃ）を行った後に仕上げされることができる。しかしながら、例えば、第１の部分体から離れる方向を向くカバー層の境界表面を機械加工又は彫刻するために、少なくとも１つの材料除去処理ステップを行うことも可能である。カバー層から離れる方向を向く第１の部分体の境界表面についても、同じことが当てはまる。
当然ながら、少なくとももう１つの表面仕上げ方法ステップ、例えば、反射防止コーティング、ハードコーティングなどの適用などを行うことも可能である。特に、眼鏡レンズの製造から公知の仕上げプロセスを行うことが可能である。
したがって、本発明に係る方法を用いて仕上げ光学エレメントを提供することが可能である。しかしながら、意図される用途に使用できるように光学エレメントを仕上げるために、さらに多くの方法ステップが必要になることもあり得る。
さらに、光学有効構造が埋め込まれる透明体を含む光学エレメントが提供される。この場合、光学エレメントは、本発明に係る方法のステップ（そのさらなる進歩を含む）によって製造される。
特に、光学エレメントは、表示デバイス用の眼鏡レンズとして形成可能であり、この表示デバイスは、ユーザの頭部に取付け可能であると共にイメージを生成し、フロント面及びリア面と、結合入射セクション及び当該結合入射セクションから離間した結合出射セクションと、光学エレメントの結合入射セクションを介して光学エレメントに結合入射する生成像のピクセルの光束を、光学エレメント内において、眼鏡レンズから結合出射する結合出射セクションに導く導光チャネルとを含み、この結合出射セクションは、光束の偏向を引き起こして結合出射する光学有効構造を含む。
さらに、ユーザの頭部に取付け可能なホルダーと、ホルダーに固定されてイメージを生成するイメージ生成モジュールと、本発明に係る光学エレメントを含み、ホルダーがユーザの頭部に取り付けられると、ユーザがバーチャルイメージとして知覚できるように生成イメージを映し出す、ホルダーに固定されたイメージング光学システムと、を備える表示デバイスが提供される。
イメージング光学システムは、唯一の光学エレメントとして光学エレメントを含むことができる。しかしながら、イメージング光学システムは、この光学エレメントに加えて、少なくとも１つのさらなる光学エレメントを含むことも可能である。
表示デバイスは、イメージ生成モジュールを制御する制御ユニットを含むこともできる
イメージ生成モジュールは、特に、２次元イメージングシステム、例えば、ＬＣＤモジュール、ＬＣｏＳモジュール、ＯＬＥＤモジュール、又はチルトミラーマトリックスを含むことができる。イメージングシステムは、例えば、行及び列に配置可能な複数のピクセルを含むことができる。イメージングシステムは、自発光のもの又は自発光でないものであってもよい。
イメージ生成モジュールは、特に、単色像又はマルチ像を生成するように形成可能である。
本発明に係る表示デバイスは、その操作に必要な当業者に公知のさらなるエレメントを含むこともできる。
上述した特徴及びこれから以下に説明される特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、明記された組合せだけでなく他の組合せでも単独でも使用可能であるものと理解されたい。
例として添付の図面を参照しながら以下に本発明をさらにより詳細に説明し、これらの図面も本発明に不可欠な特徴を開示する。
図１に示される実施形態では、本発明に係る光学エレメント１は、ユーザの頭部に取付け可能な表示デバイス２の眼鏡レンズ（この場合は右側眼鏡レンズ）として形成される。
表示デバイス２は、ユーザの頭部に取付け可能であると共に例えば従来の眼鏡フレームのように形成可能なホルダー３と、さらには右側眼鏡レンズ及び第２の眼鏡レンズ４としてホルダー３に固定される本発明に係る光学エレメント１とを含む。眼鏡レンズ１及び４を有するホルダー３は、例えば、スポーツグラス、サングラス、及び／又は、視力異常矯正用眼鏡として形成可能である。この場合、以下に記載されるように、光学エレメント１を通して、ユーザの視野内にバーチャルイメージを映し出すことができる。
この目的では、表示デバイス２は、図１に概略的に示されるように、ホルダー３の右側テンプルステムの領域内に配置可能なイメージ生成モジュール５を含む。イメージ生成モジュール５は、例えば列及び行に配置された複数のピクセルを有する２次元イメージ生成エレメント６、例えば、ＯＬＥＤチップ、ＬＣＤチップ、ＬＣｏＳチップ、チルトミラーマトリックスなどを含むことができる。
眼鏡レンズ１及び４、特に第１の眼鏡レンズ１は、例示として本発明に係る表示デバイス１と共に記載されているにすぎない。眼鏡レンズ１、４、又は少なくとも第１の眼鏡レンズ１は、いずれの場合も、本発明に係る眼鏡レンズ１、４として、又は本発明に係る光学エレメントとして、個別に形成可能である。本発明に係る光学エレメントは、本明細書に記載の表示デバイス２以外に関しても使用可能である。さらに、光学エレメント１は、眼鏡レンズとして形成される場合、当然ながら第２の眼鏡レンズ４としても形成可能である。
図２の拡大部分断面図から最もよく分かるように、表示デバイス２は、イメージ生成エレメント６又はイメージングシステム６と第１の眼鏡レンズ１との間に配置されたレンズ８を含有するイメージング光学システム７を備えている。加えて、第１の眼鏡レンズ１は、それ自体がイメージング光学システム７の一部としても機能する。
光束９は、イメージングシステム６の各ピクセルから出現可能である。それに対応してイメージ生成モジュール５の一部であり得る制御ユニット１９によってイメージングシステム６のピクセルを制御することにより、所望のイメージを生成可能である。図２では、光ビームのビーム経路は光束９を表すように描かれているため、以下では光ビーム９についても考察される。
イメージングシステム６から出現する光ビーム９は、レンズ８を通り抜け、第１の眼鏡レンズ１の端面１０を介して第１の眼鏡レンズ１に入射する。次いで、光ビーム９は、第１の眼鏡レンズ１のフロント面１１に当たる。この場合、入射角は、全内部反射が起こるように予め定められている。第１の眼鏡レンズ１のリア面１２でのさらなる全内部反射の後、光ビーム９は、第１の眼鏡レンズ１の結合出射セクション１４の幾つかの反射偏向表面１３の１つに当たり、光ビームがリア面１２を介して第１の眼鏡レンズ１から出射するように、反射偏向表面１３によってリア面１２の方向に反射される。
したがって、意図されるようにユーザが自らの頭部に本発明に係る表示デバイス２を着用した場合、ユーザは結合出射セクション１４を見た際に、イメージングシステム６によって生成されたイメージをバーチャルイメージとして知覚することができる。ここに記載の実施形態では、ユーザは、前方視野の視野方向Ｇに対して、わずかに右を見なければならない。図２では、明確にするために、ユーザの眼の回旋点１５、さらにはアイボックス１８又はイメージング光学システム７の出射瞳１８が描かれている。アイボックス１８は、表示デバイス２によって提供されると共にユーザの眼が移動可能である領域であり、ユーザは、依然として常に生成されるイメージをバーチャルイメージとして見ることができる。
光ビーム９が眼鏡レンズ１に結合入射する第１の眼鏡レンズ１のセクションは、結合入射セクション１６として参照可能である。ここに記載の実施形態では、端面１０を介する結合入射が記載されているが、第１の眼鏡レンズ１のリア面１２を介する結合入射を行うことも可能である。
全内部反射によって光ビーム９を結合入射セクション１６から結合出射セクション１４まで導く第１の眼鏡レンズ１のフロント面１１及びリア面１２の領域は、光束９を結合入射セクション１６から結合出射セクション１４まで導く導光チャネル１７を形成する。
図２の表示では、フロント面１１及びリア面１２に、１回の全内部反射のみが示されている。しかしながら、これは単なる概略図であると理解するべきである。当然ながら、数回の全内部反射が起こり得る。さらに、反射又は部分反射コーティングを有するフロント面及び／又はリア面を導光チャネル１７の領域に提供することも可能であり、その結果、導光チャネル１７内の導光は、対応する反射表面での従来の反射によって引き起こされる。さらに、いずれの場合にも、フロント面１１及びリア面１２から離間して光を導くように機能する、すなわち（少なくとも部分的には）導光チャネル１７を形成する、１つ又は２つの反射層を第１の眼鏡レンズ１に配置することも可能である。
図３に示されるフロント面１１を参照すると、結合入射セクション１６と、導光チャネル１７と、さらには反射偏向表面１３（又は反射ファセット１３）を有する結合出射セクション１４とが概略的に示されている。
本発明に係る光学エレメント１を製造する方法を以下に記載する。
第１のステップＳ１（図４）では、所定の波長範囲で透明な図５に示される第１の部分体２０を、射出成形によって熱可塑性材料から製造する。第１の部分体２０は、フロント境界表面２１とリア境界表面２２とを含んでいる。リア境界表面２２は、例えば、仕上げ光学エレメント１でリア面１２を形成可能である。この場合、所定の波長範囲は、約３８０ｎｍ〜７８０ｎｍにわたる可視波長範囲である。
フロント境界表面２１において、第１の透明部分体２０は、図４に示される第１の透明部分体２０の一部の拡大断面図で明確に見ることができる構造化部２３を含んでいる。構造化部は、いずれの場合も横方向エッジ２５に接続される湾曲状態に形成された主エッジ２４を有するジグザグ構造である。ここでは、主エッジ２４は湾曲状態で示されている。しかしながら、それらはフラット状態に形成することも可能である。図４に示される第１の透明部分体２０は、中間射出成形品としても参照可能である。
図４に記載の第１の透明部分体２０は、必要に応じて及び／又は所望により、ステップＳ２で清浄化可能であると共に後続の被覆ステップＳ３で活性化可能である。活性化は、被覆される主エッジ２４に限定することも可能である。清浄化及び活性化のために、第１の部分体２０を超音波浴中に配置することも可能である。活性化は、例えば、塩基性条件下で又はグロー放電によって行うことも可能である。活性化のために、２〜１０μｍの範囲内の厚さで薄いラッカー層をさらに施すことも可能である。１０ｎｍ未満の厚さでＳｅＯ２コーティングを施すことも可能である。これは、例えば、プラズマ、ＣＶＤ（化学気相堆積）、又はＰＶＤ（物理気相堆積）によって行うことが可能である。
被覆ステップＳ３では、構造化部２３のみ（ここでは主エッジ２４のみ）に、反射コーティング２６を提供する（図６）。これは例えば、フロント境界表面２１の対応するマスキング及び後続のスパッタリング、バーニッシング若しくはラッカー層の適用、及び／又は、気相堆積（例えば、化学気相堆積若しくは物理気相堆積）によって行うことが可能である。
ステップＳ３の後、ステップＳ４として清浄化及び活性化ステップを行うことも可能である。ステップＳ４は、ステップＳ２と同一又は類似のものであり得る。
次いで、ステップＳ５で、構造化部２３、特に反射コーティング２６を、保護層２７で覆う（図７）。このために、化学架橋ポリマーが施される。これは、可能であれば、第１の透明部分体２０の材料と同一の光学的性質を有する。化学架橋ポリマーの適用は、好ましくは、いわゆるＲＩＭプロセス（反応射出成形プロセス）によって行われる。このプロセスでは、２つの成分、例えばポリオール及びイソシアネートなどを互いに混合し、次いで成形型内に注入する。この成形型内には、保護層２７の所望の形成が行われるように第１の透明部分体２０が圧力下で位置決めされる。２つの成分は、所望の化学架橋ポリマー（ここでは例えばポリウレタン）が生成されるように互いに反応する。
ここで、ＲＩＭプロセスを使用する利点は、熱可塑性材料の従来の射出成形と比較して所要の圧力がかなり低いため、反射コーティング２６を有する構造化部２３が保護層２７の適用時に損傷を受けないことを保証できるという事実にある。
保護層２７の適用後、仕上層又はカバー層２８を施して光学エレメントを仕上げるために、第１の透明部分体と同一の材料を用いてさらなる射出成形ステップＳ６（オーバーモールド成形としても参照可能である）を行う（図８）。仕上層２８は、カバー層２８としても参照可能である。図８では、２つのエレメント２８及び２０を識別するために、仕上層２８と第１の透明部分体２０との間に、破線の分離ラインが描かれている。そのような分離ラインは、実際には存在しない。
第１の透明部分体２０の射出成形時及び光学エレメント１を仕上げるための仕上層２８の適用時に同一の材料が使用されるため、記載の方法ステップを通して、特に、光学エレメント１は、構造化部２３が追加されて、１つの材料から均一に作製され、同一又は実質的に同一の性質（特に、機械的、光学的、化学的、及び／又は、物理的性質）を有することが達成される。
第１の透明部分体２０及び仕上層又はカバー層２８の材料は、好ましくは、２つの材料の屈折率差が少なくとも所定の波長範囲の波長で０．００１以下、特に０．０００５以下になるように選択される。特に、材料は、所定の波長範囲での分散が同一であるか又は意図されるように本発明に係る光学エレメント１を使用した時に有害な光学効果をもたらさない範囲内で互いにごくわずかに異なるように選択される。
ステップＳ６の後、応力を解放するために、ステップＳ７として、任意選択的にアニーリングを行うことが可能である。
さらに、第１の部分体２０から離れる方向を向くカバー層２８の材料境界表面によって形成されたフロント面１１の仕上げを、ステップＳ８として任意選択的に追加して行うことが可能である。このために、例えば、ハードコーティング（ポリシロキサン）、反射防止層、又は他の層を施すことが可能である。
ここに記載の手順を用いることによって、本発明に係る仕上げ光学エレメント１の体積内に結合出射セクション１４を自由に配置することが可能であり、したがって、外部環境の影響から保護することも可能である。
図９は、図７に記載のステップＳ５の変更形態を示している。この変更形態では、主エッジ及び横方向エッジ２４、２５によって形成された凹部が完全に満たされないように、ＲＩＭプロセスが行われる。対応する仕上げ光学エレメントは、図１０に示されている。しかしながら、この場合にも、実際には存在しない破線の分離ラインが図８と同じように描かれている。
図１１は、全フロント境界表面２１が被覆されるようにＲＩＭプロセスによる被覆が行われる、図７に記載のステップＳ５の変更形態を示している。次いで、図１２に示されるように、本発明に係る光学エレメント１を仕上げるために、ステップＳ６で熱可塑性材料が施される。
さらなる変更形態では、ＲＩＭステップＳ７は、このステップによって同時に追加的に構造化部２３を満たすと共に、特に反射コーティング２６を覆う仕上層２８が形成されるように、図６に記載のステップＳ３の後又はステップＳ４の後に行うことが可能である。仕上げ光学エレメント１は、図１３に概略的に示されている。第１の透明部分体２０と仕上層２８との間の分離ラインは、単に２つの層が連続的に作製されることを例示することが意図されものにすぎない。仕上層２８はＲＩＭプロセスによって作製されるため、材料の化学結合が起こり、その結果、目に見える分離層は存在しない。描かれた分離層は、単にこれらの方法ステップが行われることを例示する役割を果たすにすぎない。
図４〜１３に関連して記載されたプロセスの変更形態では、第１の透明部分体２０は、射出成形によって形成することはできないが、圧縮成形又はプレスフォーミングによって形成することができる。さらに、ＲＩＭプロセスによって、第１の透明部分体２０を作製することも可能である。
プロセスステップのすべてにおいて、ここに記載の層は、１つ又は複数のステップで形成可能である。したがって、第１の透明部分体２０は、２つ以上のステップでも形成可能である。同じことが仕上層２８に当てはまる。このことは、特に、層の作製時に収縮が避けられないという点で有利である。なぜなら、収縮は体積に依存するからである。複数のサブ層から層を形成する場合、層全体を１ステップで形成する場合と比較して、全収縮がより少ない。特にＲＩＭプロセスを使用する場合、２つ以上の連続ステップで複数のサブ層から第１の透明部分体２０及び／又は仕上層２８を形成することが有利である。なぜなら、後者は、通例、確実に５〜１５％の範囲内であり得る比較的大きい体積収縮を含み得るからである。
ＲＩＭプロセスでは、ポリマーの架橋は、２つの成分を混合することによって誘導可能であるだけでなく、例えば、熱的にも、及び／又は、ＵＶへの暴露によっても、誘導可能である。
Claims (15)
- 光学有効構造が埋め込まれる、所定の波長範囲で透明な物体を含む光学エレメントを製造する方法であって、
ａ）前記所定の波長範囲で透明であると共にその上面上に構造化セクションを含む、第１の部分体を提供するステップと、
ｂ）前記光学有効構造を形成するために、前記構造化セクション上に前記所定の波長範囲で光学的に有効なコーティングを施すステップと、
ｃ）熱可塑性材料及び／又はデュロプラスチック材料をキャストすることによって、前記第１の部分体の上面上に、前記所定の波長範囲で透明なカバー層を施すステップと
を含む、光学エレメントを製造する方法。 - ステップｂ）の後で、かつステップｃ）の前に、デュロプラスチック材料で作製された保護層が、キャスティングによって前記光学的に有効なコーティングに施される、請求項１に記載の方法。
- ステップｃ）において、前記保護層を含む前記第１の部分体の上面全体上に、前記カバー層が形成される、請求項２に記載の方法。
- 前記第１の部分体は第１のポリマー材料から形成され、
ステップｃ）において、前記カバー層を施すために、第２のポリマー材料が前記第１の部分体の上面上に施され、前記第１のポリマー材料への前記第２のポリマー材料の化学結合が行われる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。 - ステップｃ）において、前記熱可塑性材料が射出成形プロセスによって施される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- ステップｃ）において、前記デュロプラスチック材料がＲＩＭプロセスによって施される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
- ステップａ）において、前記第１の部分体を提供するために、前記第１の部分体がＲＩＭプロセスによってデュロプラスチック材料から形成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記デュロプラスチック材料の適用は、少なくとも２つの連続的な部分ステップにおいて、前記ＲＩＭプロセスによって行われる、請求項６又は７に記載の方法。
- 少なくとも前記所定の波長範囲の波長での屈折率差が０．００５以下である材料が、第１及び第２のポリマー材料として使用される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第１の部分体から離れる方向を向く前記カバー層の境界表面が前記光学エレメントの境界表面を形成するように、ステップｃ）の前記カバー層が形成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光学有効構造が前記透明体内に完全に埋め込まれるように、ステップａ）〜ｃ）が行われる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光学有効構造が互いに離間した反射表面ピースを含むように、ステップａ）〜ｃ）が行われる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
- 透明体（２０、２８）を含む光学エレメントであって、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のステップによって作製される光学有効構造（１４）が埋め込まれる、光学エレメント。
- 請求項１３に記載の光学エレメントであって、
前記光学エレメントは、表示デバイス（２）用の眼鏡レンズとして形成され、
前記表示デバイス（２）は、
ユーザの頭部に取付け可能であると共にイメージを生成し、
フロント面（１１）及びリア面（１２）と、
結合入射セクション（１６）及び該結合入射セクション（１６）から離間した結合出射セクション（１４）と、
前記光学エレメント（１）の前記結合入射セクション（１６）を介して前記光学エレメント（１）に結合入射する前記生成イメージのピクセルの光束（９）を、前記光学エレメント（１）内において、前記光学エレメント（１）から結合出射する前記結合出射セクション（１４）に導くのに好適な導光チャネル（１７）と
を備え、
前記結合出射セクション（１４）は、前記光束（９）の偏向を引き起こして結合出射する前記光学有効構造を含む、光学エレメント。 - ユーザの頭部に取付け可能なホルダー（３）と、
前記ホルダー（３）に固定されると共にイメージを生成するイメージ生成モジュール（５）と、
前記ホルダー（３）に固定されたイメージング光学システムであって、請求項１４に記載の光学エレメント（１）を含み、前記ホルダー（３）が前記ユーザの頭部に取り付けられると、前記ユーザがバーチャルイメージとして知覚できるように前記生成イメージを映し出す、イメージング光学システムと
を備える、表示デバイス。
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