JP4009750B2 - フレネルレンズダイ上に拡散ライザーを提供する方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、フレネルレンズダイ上に拡散ライザーを提供する方法に関する。
背景技術
フレネルレンズは、各光学ファセットがライザーによって分離されている一連の光学ファセットを含む。この構成は、多数の異なる用途で有用となる実質上平面レンズを規定する。
フレネルレンズが特に有用となる１つの用途は、これらのフレネルレンズがステージの下からの光をそのステージ上の高い位置のミラー上に集束させ易くするオーバーヘッド投影器においてである。但し、この用途では、フレネルレンズ内のライザーを通って屈折した光が通常「ステージグレア」と呼ばれるものを引き起こす。ステージグレアは、典型的に投影器のステージ上での対象物の眺めを乱すことで投影器を操作する人に影響を及ぼす。
ステージグレアを低減する試みは、これらのライザー上に拡散表面を提供してこれらの表面を通って屈折した光を拡散させ、それによってグレアを低減させることを含む。これらの拡散ライザーは、これらの完成したレンズまたはこれらのレンズを形成するために使用されたダイを化学的にエッチングまたは冒すことによって提供された。典型的に、これらのライザーだけでなく光学ファセットを含む全レンズ/ダイが処理される。エッチング後に、これらの光学ファセットは、再カットされるか、処理されてそれらを滑らかで鏡面仕上げにまで復元するが、これらのライザーは食刻されたまま残されて所望の拡散表面となる。
拡散ライザーを提供するためにこれらのレンズ自体をエッチングすることは、個々のレンズを別々に処理しなければならないので、レンズのコストがかなり増加する。型押しされたフレネルレンズを形成するために使用されるダイをエッチングするときの試みは、ある程度までステージグレアを低減したが、このアプローチはレンズを形成するために使用されるダイの全ての種類に適合するものではない。これは、ダイを形成するために使用される材料がエッチングし難い、または食刻時に、所望の粗さまたは拡散特性を有する表面を提供しない場合では特に真実となる。
故に、フレネルレンズダイ上に拡散ライザーを提供する方法が必要性である。
発明の開示
本発明は、隣接光学ファセットがライザーによって分離された複数の光学ファセットを有するフレネルレンズダイ上に拡散ライザーを提供する方法を含む。この方法は、複数の光学ファセットおよびライザー上に拡散層を付着させ、この拡散層がこれらのライザー上に実質的に無傷のまま残るように、複数の光学ファセットからその拡散層を選択的に除去する工程を含む。
好適方法では、拡散層を付着させる工程は、銅、ニッケル、亜鉛、コバルト、スズ、およびそれらの組合せから成るグループから選択された金属の層を電着する工程をさらに含む。
拡散層を電着するために使用される浴は、実質的に結晶粒微細化剤が無いことも好ましい。結晶粒微細化剤および他の不純物は、濾過する、典型的に活性炭に通すことによって、および浴の温度を約３０℃以上、より好ましくは約３５℃以上、およびさらに好ましくは約４０℃以上まで上昇させることによってその浴から除去できる。
電着工程で使用される電流密度を制御することによって拡散層が付着される速度を制御することも有用となる。約０．０２２アンペア/cm²（２０アンペア/ft²）以下、より好ましくは０．０１６アンペア/cm²（１５アンペア/ft²）以下、さらにより好ましくは約０．０１１アンペア/cm²（１０アンペア/ft²）以下に電流密度を制御することが好ましい。
本発明による方法は、拡散層を付着する工程中にライザーの選択された部分をマスキングする工程を含んでも良い。このマスキングは、付着工程の全体を通じて維持される、またはその全工程の一部分のみで行われても良い。
【図面の簡単な説明】
第１図は、光学ファセットおよびライザーを示すフレネルレンズの概略断面図である。
第２図は、本発明による一工程の概略図である。
発明を実施するための最良の形態
第１図は、ライザー１４によって分離された光学ファセット１２を含む典型的フレネルレンズダイ１０の断面図である。これらのライザー１４は、光学ファセット１２間の垂直変位を提供し、これはダイ１０から実質的平面レンズを製造するために必要とされる。このダイ１０は、典型的に真鍮、銅、ニッケルなどの金属から製造される。
このダイ１０は所望のフレネルレンズの「陰」である場合、それはフレネルレンズを製造するのに直接使用できる、または代わりに、「母型」がそのダイ１０から電鋳され、押型（所望レンズの陰）が次に母型から電鋳されてフレネルレンズを製造することができることは理解されよう。このダイ１０が所望フレネルレンズの「陽」である場合、電鋳された複製は、レンズの陰となり、所望のフレネルレンズを形成するために使用できる。
このダイ１０が形成された後、本発明による方法が使用されて所望の拡散ライザー１４を製造できる。この方法の基本的な工程は、第２図のブロック図に示される。最初に、光学ファセット１２およびライザーを含む拡散層がダイ１０の全表面上に付着される。次に、これらの光学ファセット１２は、拡散層を除去し、それらの鏡面仕上げを復元するように処理されるが、それらのライザー１４上には拡散層を残したままにする。この処理工程は、典型的に、これらのライザー１４上に拡散層を残したまま、光学ファセット１２から拡散層を除去するためにこれらを機械加工および再カットすることを含む。
この拡散層は、銅、ニッケル、亜鉛、スズ、コバルトなどの金属を電着することによって形成されるのが好ましい。１種類以上の金属の組合せが拡散層のために使用されても良い。拡散層を付着させる好適方法は、電解質溶液の層内で電気メッキすることである。拡散層の拡散特性を高めるために実質的に結晶粒微細化剤の無い浴であることが好ましい。結晶粒微細化剤が混入した電解質溶液が使用された場合、その浴は活性炭で濾過して結晶粒微細化剤を除去することができる。
さらに、この浴は、処理中に加熱されるまたは加熱することができ、溶液内のいかなる結晶粒微細化剤も変質させる。この結晶粒微細化剤は、典型的に有機物であり、故に熱変質し易いので、上昇温度で変質する。本発明との関連で有用な浴の温度は、約３０℃以上、より好ましくは約３５℃以上、さらに好ましくは約４０℃以上である。
メッキ工程の電流密度（すなわち、アンペア/メッキ面積）は、ダイ表面上の拡散層の均一性にも影響し得る。この電流密度は好ましくは約０．０２２アンペア/cm²（２０アンペア/ft²）以下、より好ましくは約０．０１６アンペア/cm²（１５アンペア/ft²）以下、さらに好ましくは約０．０１１アンペア/cm²（１０アンペア/ft²）以下であるのが好ましい。メッキ速度、すなわち付着速度に求められることは、典型的にメッキの均一性との均衡であることは理解されよう。これらの光学ファセット１２が処理された後、ダイ１０は、次に電鋳される、または複製されて、必要ならば母型または押型を形成する。代わりに、このダイ１０それ自体がフレネルレンズを形成するために使用されることもある。
ある好適工程では、ダイ１０上に付着される拡散層は艶消銅である。この艶消銅を電着させるために使用される工程は、次の例１で説明される。この艶消仕上げは、実質的に結晶粒微細化剤の無い浴内でダイ１０を電気メッキすることによって提供される。この工程は、典型的に電着された銅層に見られるよりも粒状となる艶消銅仕上げとなる。
例
本発明による方法の特徴や利点は、例でさらに説明される。但し、これらの例はこの目的のためのものであるが、使用される特定の含有物および量は、他の条件および詳細と同様、本発明の範囲を不当に制限することになり得るようには解釈されるものではないことは理解されよう。
例１
ニッケルから製造された約０．２平方メートルの表面積を有するフレネルレンズダイマスターが、次の工程に従って艶消銅の拡散層で電気メッキされた。硫酸銅（溶液の０．２１kg/リットル）（テキサス、エルパソのPhelps Dodge Refining Corporation社のTriangle Brandとして市販の硫酸銅ペンタ水和物）、硫酸（溶液の０．０６１kg/リットル）（９６％純度、試薬用）、塩化物（５０PPM）、および表面活性剤（Dupont社から入手可能な、溶液７５７リットルあたり１リットルの１０％Duponal ME）を含む電気メッキ溶液が作成された。溶液の残りは蒸留水であった。この溶液は、１マイクロメートルのフィルターおよび活性炭を通して濾過されてメッキ工程の前に不純物を除去した。
電気メッキ工程の前に、このダイはMEK/アセトン溶剤浴内に浸されて、ダイ表面上のオイルや他の汚染物質を除去した。このダイは、次に２０％のAdvantage^TM洗浄液（Advantage^TMはイリノイ州、ハーベイのAustin Diversified Products, Inc.社から入手できる）で加圧洗浄された。加圧洗浄後、このダイは２０％のH₂SO₄と５％のAdvantage^TM（残りの蒸留水）との溶液で湿った状態を維持しつつ、電気メッキ設備に設置された。
艶消銅拡散層の付着を確実にするために、ニッケル製ダイは、最初に、ダイを陽極にして２５アンペアで１分間逆メッキされた。メッキは、次に、極性を反転した（すなわち、このダイを陰極にした）後に開始され、メッキが２０アンペアで約２時間、合計４２amp-時間行われた。メッキ中、電気メッキ溶液は、３５℃の温度に保たれ、ダイは毎分３０回転で溶液内で回転され、電気メッキ溶液は混合機で撹拌され、その溶液は毎分１１４リットルの流量で１マイクロメートルフィルタを通して再循環された。
その結果得られたダイは、艶消銅の層で均一に被覆されているようであった。
例２
例１で使用されたダイと実質的に同一の第２のニッケル製ダイは、電気メッキが４２アンペアで合計４２amp-時間行われたことを除いて、例１で設定されたものと同一条件下で電気メッキされた。
仕上がったダイは、例１に従って生成されたダイと同じほど均一にはメッキされなかったようである。
例３
例１および２で使用されたニッケル製ダイと同一のパターンおよびサイズの銅製ダイは、メッキ中の浴温度が４０℃で、このメッキが１３〜１５アンペアで約４０分の、合計１１amp-時間行われたことを除いて、例１で説明された工程に従って艶消銅でメッキされた。
その結果得られたダイは均一な梨地状となった。ニッケル電鋳がこのダイを使用して造られる場合、実質的に艶消銅は電鋳された複製によって少しも除去されなかった。
例４
銅製ダイは、メッキ中、Minnesota Mining and Manufacturing Company（「3M」）のロゴのマスクが合計メッキ時間の約２分の１の時間、ダイ上に配置されたことを除いて、例３に従って電鋳された。このロゴは、銅表面がその上に搭載されるニッケル基材に接着する磁気材料のものが提供された。そのロゴ設置後にマスクの下にある部分にはさらなるメッキが施されないので、そのメッキの厚みが、マスクによって覆われた部分で低減され、ダイに転写されたロゴとなった。このダイから最終的に製造されたレンズは、斜めから見た場合、すなわちレンズ面に対して垂直とならないように見た場合、このロゴが表示された。
ここで引用されたいかなる特許、特許文書、および公開も、それぞれが個々に引用により含められるかのように、ことごとく引用により含める。本発明の様々な修正および変形は、本発明の範囲から逸脱することなく当業者には明白であり、本発明はここで詳述された実施例に不当に限定されるものではないことに理解されよう。

Claims (3)

1. 隣接する光学ファセットがライザーによって分離された複数の光学ファセットを有するフレネルレンズダイ上に拡散ライザーを提供する方法であって、
   ａ）前記複数の光学ファセットおよびライザー上に拡散層を付着させる工程、及び
   ｂ）前記ライザー上の前記拡散層を実質的に無傷のままにして、前記複数の光学ファセットから前記拡散層を選択的に除去する工程、を含み、拡散層を付着させる前記工程が銅、ニッケル、亜鉛、コバルト、スズ、およびそれらの組合せから成るグループから選ばれた金属の層を電着させることを含むこと、さらに、前記電着が実質的に結晶粒微細化剤の無い浴内で行われることを特徴とする方法。
2. フレネルレンズダイ上の隣接する光学ファセットがライザーによって分離された複数の光学ファセットを有する前記ダイ上に拡散ライザーを提供する方法であって、
   ａ）電解質浴を準備する工程と、
   ｂ）活性炭に前記浴を通過させる工程と、
   ｃ）３０℃以上の温度まで前記浴を加熱する工程と、
   ｄ）前記複数の光学ファセットおよびライザー上に拡散層を電着させる工程であって、前記拡散層が銅、ニッケル、亜鉛、コバルト、スズ、およびそれらの組合せから成るグループから選ばれ、さらに前記電着が、前記浴内に前記ダイを配置し、０．０１６アンペア/cm ² 以下の電流密度で前記ダイに電気エネルギーを印加することによって行われる、工程と、
   ｅ）前記拡散層を前記ライザー上に実質的に無傷のまま残し、前記複数の光学ファセットから前記拡散層を選択的に除去する工程と、を含む方法。
3. フレネルレンズダイ上の隣接する光学ファセットがライザーによって分離された複数の光学ファセットを有する前記ダイ上に拡散ライザーを提供する方法であって、
   ａ）実質的に結晶粒微細化剤の無い電解質浴を準備する工程と、
   ｂ）前記複数の光学ファセットおよびライザー上に拡散層を電着する工程であって、前記拡散層が銅、ニッケル、亜鉛、コバルト、スズ、およびそれらの組合せから成るグループから選ばれ、さらに前記電着が、前記浴内に前記ダイを配置し、０．０１６アンペア/cm ² 以下の電流密度で前記ダイに電気エネルギーを印加することによって行われる、工程と、
   ｃ）前記拡散層を前記ライザー上に実質的に無傷のまま残し、前記複数の光学ファセットから前記拡散層を選択的に除去する工程と、を含む方法。

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