JP5885394B2 - 複合型回折光学素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、カメラやビデオ等の光学機器に使用される複合型回折光学素子を製造するための製造方法に関するものである。
従来、複合型回折光学素子のレプリカ成形において、基板と樹脂層を一体化したのち型から離型する際、樹脂層と型との界面密着力が大きく、型に樹脂層が残留する問題があった。この問題に対しては、基板表面に、基板と樹脂層の界面の密着力を増加させる表面処理を事前に施すことで、基板と樹脂層の界面の密着力を増加させて、型への樹脂層の残留を防止できることが知られている。その他としては、基板の非成形面を冷却することにより、基板を反らせることで離型力を低減し、型への樹脂層の残留を防ぐことが知られている。
しかし、フレネルレンズや複合型回折光学素子を成形するための型のように、型表面に回折格子が設けられている場合には、回折格子がないときよりも離型力が増加し、樹脂層が割れて型に残留しやすい。さらに、型表面に回折格子を設けている場合は、離型途中の樹脂層と型表面の回折格子が引っ掛かり、格子破損を発生させることになり、特に離型が難しくなる。
特許文献１に記載された同心円状に複数の格子を有する型から樹脂成形品を離型する方法は、基板の非成形面を外周から中心へ向けて冷却する工程と、離型ピンによって引き離す工程を併用している。冷却の目的は、基板の非成形面を冷却することで、厚み方向に温度差を発生し、基板表面付近の収縮を利用して、型から剥離させる方向に曲げモーメントを発生させるためである。
しかしながら、特許文献１に記載の従来例では、基板を外周から中心に向かって冷却する場合、中心部分は冷却のみでは離型できない。その理由は、冷却による基板の中心部の変形量が小さく、さらに基板の中心を支点とした曲げ変形によって、型方向に圧縮力がかかるためである。そのため、離型ピンを用いて中心部の未離型部を持ち上げて離型させる必要がある。同心円状に複数の回折格子を有している回折格子型から離型を行う場合では、外周部は冷却工程により収縮作用が加味されるため、格子破損なく離型ができる。しかし、中心部の回折格子に関しては、中心部は冷却による収縮作用が小さいため、離型ピンで無理に持ち上げて離型すると、樹脂層の回折格子が回折格子型の回折格子に引っかかり、破損してしまうといった解決すべき課題があった。
本発明は、複合型回折光学素子の製造方法において、同心円状に複数の回折格子を有している回折格子型から樹脂層の回折格子を破損なく離型できるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る複合型回折光学素子の製造方法は、同心円状に複数の回折格子を有している回折格子型と基板との間に硬化性樹脂を吐出して挟み込んで充填し、充填した前記硬化性樹脂を硬化させて樹脂層が前記基板に積層された複合型回折光学素子を成形する成形工程と、前記成形工程で成形した前記複合型回折光学素子を前記回折格子型から離型する離型工程と、を有する複合型回折光学素子の製造方法において、前記離型工程で、前記基板の外周から中心を通って反対側の外周部に向かう一方向に温度勾配を設けるように前記基板の非成形面の冷却を開始し、さらに前記一方向に冷却範囲を広げて前記基板を冷却する工程を経ることで、前記複合型回折光学素子と前記回折格子型との離型を前記基板の外周部から前記回折格子の中心を通って反対側の外周部まで前記一方向に進ませた後、離型ピンを用いて前記基板を前記回折格子型から離れる方向に押し上げて前記回折格子型から前記樹脂層を離型することを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る複合型回折光学素子の製造方法は、同心円状に複数の回折格子を有している回折格子型と基板との間に硬化性樹脂を吐出して挟み込んで充填し、充填した前記硬化性樹脂を硬化させて樹脂層が前記基板に積層された複合型回折光学素子を成形する成形工程と、前記成形工程で成形した前記複合型回折光学素子を前記回折格子型から離型する離型工程と、を有する複合型回折光学素子の製造方法において、前記離型工程で、前記基板の外周から中心を通って反対側の外周部に向かう一方向に温度勾配を設けるように前記基板の非成形面の冷却を開始し、さらに前記一方向に冷却範囲を広げて行き、前記複合型回折光学素子と前記回折格子型との離型が外周部から中心部の回折格子を超えた位置で冷却を停止し、前記中心よりも前記一方向の側における未離型部に対して離型ピンを用いて前記基板を前記回折格子型から離れる方向に押し上げて前記回折格子型から前記樹脂層を離型することを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る複合型回折光学素子の製造方法は、同心円状に複数の回折格子を有している回折格子型と基板との間に硬化性樹脂を吐出して挟み込んで充填し、充填した前記硬化性樹脂を硬化させて樹脂層が前記基板に積層された複合型回折光学素子を成形する成形工程と、前記成形工程で成形した前記複合型回折光学素子を前記回折格子型から離型する離型工程と、を有する複合型回折光学素子の製造方法において、前記離型工程で、前記基板の外周から中心を通って反対側の外周部に向かう一方向に温度勾配を設けるように前記基板の非成形面の冷却を開始し、さらに前記一方向に冷却範囲を広げて行き、前記複合型回折光学素子と前記回折格子型との離型が外周部から中心部の回折格子を超えた位置で冷却を停止し、前記中心よりも前記一方向の側における未離型部に対して離型ピンを用いて前記基板を前記回折格子型から離れる方向に押し上げて前記回折格子型から前記樹脂層を離型することを特徴とする。
本発明によれば、基板の非成形面を温度勾配が生じるように冷却することによって一方向の離型を行うことで、中心部の回折格子も外側の回折格子と同様に基板の収縮作用による曲げモーメントを有効に利用することが可能になる。その結果、中心部の回折格子も破損なく離型できるため、光学性能を向上させることができる。
本発明の一実施の形態に係る複合型回折光学素子の製造方法について、図１を参照して説明する。図１（ａ）に示すように、同心円状に複数の回折格子を有している回折格子型５と基板２との間に光硬化性樹脂３を吐出して挟み込んで充填する。その際、光硬化性樹脂３に気泡の混入を防止するためには、光硬化性樹脂３の粘度や基板２と回折格子型５の濡れ性を考慮し、充填時の速度を調整する必要がある。さらに、周方向に互いに間隔をおいて配置した離型ピン４、９の上端に基板２の外周部を乗せて、基板２の非成形面を押圧しつつ、離型ピン４，９を用いて樹脂層の傾き、絶対厚みを調整することが必要である。
その後図１（ｂ）に示すように、紫外線１を基板２の非成形面側から照射し、充填された光硬化性樹脂３を硬化させて、樹脂層３Ａを成形し、基板２に樹脂層３Ａが積層された複合型回折光学素子を成形する。
回折格子型５に設けられた回折格子の高さは３．４μｍ〜１５μｍであり、基板２の外径はφ３２．５ｍｍ〜１００．５ｍｍである。紫外線１における光源は、発振波長が３６５ｎｍにピークを持つ高圧水銀ランプを使用する。光硬化性樹脂３への照射量は、０．１ｍＷ／ｃｍ２〜１００ｍＷ／ｃｍ２を５Ｊ〜３０Ｊ行う。照射量が５Ｊよりも少ない場合は、光硬化された樹脂層３Ａの形状が不安定でバラツキが生じ、かつ経時変化を伴うため、安定領域まで照射する必要がある。照射量が３０Ｊ以上ではタクトが長く、生産性を悪化してしまう。
次に図１（ｃ）に示すように、基板２の中心を基準にした図示右半面の冷却を行う。この冷却は、冷却噴射ノズル１５により基板２の非成形面の右半面を−１０〜−１００℃まで冷却する。このとき、冷却噴射ノズル１５を図３（ａ）に示す移動方向１８のように蛇行しながら移動させる。これにより、図１（ｃ）に示すように樹脂層３Ａを冷却側から一方向に離型を進ませることが可能になる。基板２の左半面の非冷却側外周部は＋２４〜−５℃として、基板２に温度勾配を設け、基板２の冷却部に近い外周部から反り変形１３と収縮１４を発生させる。これにより基板２が変形し、基板２に積層された樹脂層３Ａの外周の初期離型位置１６から離型が開始される。
基板２の中心を基準にした右半面および左半面に温度勾配を設けているため、冷却側から非冷却側に向けて一方向に冷却範囲を広げて離型を行うことができる。外周の一部から離型が生じれば、冷却によって離型域を一方向に拡大することができる。しかし、離型が発生しないまま、長時間同一個所を冷却すると、基板２の熱伝導によって非冷却側の温度が低下し、非冷却側からも離型が発生し、外周に離型が発生する可能性がある。同様に、非成形面を一様に冷却する場合も、外周に離型が発生し、最終的に中心部分の未剥離部が残って樹脂層３Ａの回折格子が破損してしまう。つまり、一方向に離型が進むように、温度勾配を与えることが重要である。
しかしこれに限らず、図３（ｂ）に示すように、複数直列冷却噴射ノズル１９を白抜き矢印２０の方向に直進移動させて冷却してもよい。また、図３（ｃ）に示すように、基板２と相対する複数冷却噴射ノズル２１を矢印２２に示す順序で噴射させてもよい。
次に図１（ｄ）に示すように、冷却噴射ノズル１５を基板２の外周側から中心に向けて移動させて冷却範囲を広げることにより、基板２の反り変形１３と収縮１４を増加させる。これにより、初期離型側外周部の回折格子６、初期離型側中帯部の回折格子７を順に一方向に離型し、初期離型側中心部の回折格子８を越えて、反対側の最終離型側中心部の回折格子１２へ離型を進める。
次に図１（ｅ）に示すように、最後の離型位置が必ず最外周の最終離型位置１７になるように冷却噴射ノズル１５をさらに移動させ、最終離型側中帯部の回折格子１１、最終離型側外周部の回折格子１０の順に一方向に離型を進める。なお、図１（ｃ）の位置で冷却噴射ノズル１５を固定して、基板２の熱伝導を利用して、離型を進める方法をとっても良い。
次に図１（ｆ）に示すように、初期離型側の離型ピン４と最終離型側の離型ピン９を上昇させ、基板２の変形を保持しつつ、一方向の離型を損なわないよう回折格子型５から樹脂層３Ａを引き離す。これにより、反り変形１３が回折格子型５側へ戻って回折格子型５と接触し、樹脂層３Ａの格子が破損してしまうことを防止している。さらに、初期離型側の離型ピン４の方を最終離型側の離型ピン９よりも多（高）く持ち上げて、基板２と樹脂層３Ａを一体化した状態で引き離して離型することが重要である。これは、初期離型側の離型ピン４の方が最終離型側の離型ピン９よりも持ち上げ量が少ない（低い）場合、離型方向が逆になる恐れがあるからである。
このように、本実施の形態によれば、初期離型位置１６から発生した離型が、初期離型側中心部の回折格子８を通って、反対側外周部の最終離型位置１７へ一方向に離型することができる。これにより、初期離型側中心部の回折格子８も初期離型側外周部の回折格子６と同様に、基板２による収縮を利用して、樹脂層３Ａの回折格子を破損することなく離型することができる。
図２は、本発明の他の実施の形態に係る回折光学素子の製造方法の各工程を示す説明図である。
本実施の形態において、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す各工程は、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す各工程と同様であるので説明は省略し、異なる部分について説明する。
図２の（ｄ）に示すように、初期離型側中心部の回折格子８が離型した時点で冷却噴射ノズル１５による冷却を停止する。これは、基板２の中心を越えて最終離型位置１７の方向に冷却すると、基板２が最終離型位置１７の方向へ収縮するため、樹脂層３Ａの回折格子が最終離型側の回折格子１２、１１、１０に対して密着し、離型しづらくなることを防止するためである。
そののち、図２（ｅ）に示すように、未離型部に対し、初期離型側の離型ピン４の方を最終離型側の離型ピン９よりも多（高）く持ち上げ、一方向に離型を進める。
さらに、図２（ｆ）に示すように、離型を最終離型位置１７へ一方向に進め、初期離型側の離型ピン４と最終離型側の離型ピン９を用いて回折格子型５から樹脂層３Ａを引き離す。
なお、図２（ｃ）に示す工程以降の工程においては、回折格子型５を加熱することで膨張させ、その回折格子が外側へ広がるようにすれば、離型時に回折格子が干渉する許容幅が増加する。
本実施の形態によれば、樹脂層３Ａを回折格子型５の外周部から初期離型側中心部の回折格子８までの冷却で一方向に離型することで、初期離型側中心部の回折格子８も初期離型側外周部の回折格子６と同様に、基板２による収縮を利用して離型できる。さらに、最終離型側中心部の回折格子１２から最終離型位置１７までの離型は、冷却によって基板２が収縮することで回折格子に密着する作用が発生するため、冷却を止めた後に、初期離型側の離型ピン４を持ち上げて離型する。これにより、最終離型側中心部の回折格子１２以降の離型は、冷却による密着を防ぎ、歩留まりよく離型することが可能になる。
なお、上記実施の形態に示した光硬化性樹脂に限らず、他の公知の硬化性樹脂を用いることができる。
紫外線硬化性樹脂を吐出し、複数の回折格子を切削した回折格子型と基板との間に紫外線硬化性樹脂を挟み込んで充填を行った。その後、高圧水銀ランプを使用して紫外線を基板の非成形面側から照射し、充填された紫外線硬化性樹脂の光硬化を行った。回折格子の高さは１０μｍであり、基板は外径φ３７ｍｍである。紫外線硬化性樹脂への紫外線の照射量は、３０Ｊ（３０ｍＷ／ｃｍ２×１０００ｓｅｃ）である。
冷却噴射ノズルで基板の非成形面の右半面を−２３℃まで冷却し、基板の中心を基準にした左半面の非冷却側外周部を＋２０℃として、基板に温度勾配を設けた。これにより、基板の変形によって、基板に積層した樹脂層の外周部の初期離型位置から一方向に離型が開始された。
冷却噴射ノズルを基板の中心に向かう方向へ移動し、冷却範囲を広げた。これにより、基板の反り変形と収縮を増加させ、初期離型側中心部の回折格子を越えて、反対側の最終離型側の回折格子へ離型を進めた。さらに冷却噴射ノズルを未離型方向へ移動し、一方向に離型を進めた。
初期離型側の離型ピンの方を最終離型側の離型ピンよりも多（高）く持ち上げることにより、基板と紫外線硬化樹脂を一体化した状態で一方向に離型ができた。
このように、本実施例によれば、初期離型位置から発生した離型が、初期離型側中心部の回折格子を通って、反対側外周部の最終離型位置へ一方向に離型することができる。これにより、中心部の回折格子も外周部の回折格子と同様に、基板による収縮を利用して曲げモーメントを発生させ、樹脂層の回折格子を破損することなく、離型をすることができる。
紫外線硬化樹脂を吐出して基板と回折格子型で挟み込み、紫外線を照射することによって硬化させる。
冷却噴射ノズルで基板における非成形面の右半面を−５５℃まで冷却した。このときの基板の中心を基準にした左半面の非冷却側外周部は＋２℃であり、基板に温度勾配が発生した。これにより、冷却側の基板の変形によって、基板に積層された樹脂層の外周部の初期離型位置から一方向に離型が開始された。
初期離型側中心部の回折格子が離型した時点で冷却噴射ノズルの冷却を停止し、未離型部に対して、初期離型側の離型ピンの方を最終離型側の離型ピンよりも多く持ち上げて基板を変形させ、離型を一方向に進めた。
さらに、初期離型側の離型ピンと最終離型側の離型ピンを垂直方向に持ち上げるようにし、離型を最終離型位置へ一方向に進めて最終離型まで行った。
このように、本実施例によれば、樹脂層を回折格子型の外周部から初期離型側中心部の回折格子までの冷却で一方向に離型することで、中心部の回折格子も初期離型側外周部の回折格子と同様に、基板による収縮を利用して離型できる。さらに、最終離型側中心部の回折格子から最終離型位置までの離型は、冷却によって基板が収縮することで回折格子に密着する作用が発生するため、冷却を止めた後に、初期離型側の離型ピンを持ち上げて離型する。
１ 光源
２ 基板
３ 光硬化性樹脂
３Ａ 樹脂層
４ 初期離型側の離型ピン
５ 回折格子型
６ 初期離型側外周部の回折格子
７ 初期離型側中帯部の回折格子
８ 初期離型側中心部の回折格子
９ 最終離型側の離型ピン
１０ 最終離型側外周部の回折格子
１１ 最終離型側中帯部の回折格子
１２ 最終離型側中心部の回折格子
１３ 反り変形
１４ 収縮
１５ 冷却噴射ノズル
１６ 初期離型位置
１７ 最終離型位置
２ 基板
３ 光硬化性樹脂
３Ａ 樹脂層
４ 初期離型側の離型ピン
５ 回折格子型
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７ 初期離型側中帯部の回折格子
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９ 最終離型側の離型ピン
１０ 最終離型側外周部の回折格子
１１ 最終離型側中帯部の回折格子
１２ 最終離型側中心部の回折格子
１３ 反り変形
１４ 収縮
１５ 冷却噴射ノズル
１６ 初期離型位置
１７ 最終離型位置
Claims (3)
- 同心円状に複数の回折格子を有している回折格子型と基板との間に硬化性樹脂を吐出して挟み込んで充填し、充填した前記硬化性樹脂を硬化させて樹脂層が前記基板に積層された複合型回折光学素子を成形する成形工程と、前記成形工程で成形した前記複合型回折光学素子を前記回折格子型から離型する離型工程と、を有する複合型回折光学素子の製造方法において、
前記離型工程で、前記基板の外周から中心を通って反対側の外周部に向かう一方向に温度勾配を設けるように前記基板の非成形面の冷却を開始し、さらに前記一方向に冷却範囲を広げて前記基板を冷却する工程を経ることで、前記複合型回折光学素子と前記回折格子型との離型を前記基板の外周部から前記回折格子の中心を通って反対側の外周部まで前記一方向に進ませた後、離型ピンを用いて前記基板を前記回折格子型から離れる方向に押し上げて前記回折格子型から前記樹脂層を離型することを特徴とする複合型回折光学素子の製造方法。 - 同心円状に複数の回折格子を有している回折格子型と基板との間に硬化性樹脂を吐出して挟み込んで充填し、充填した前記硬化性樹脂を硬化させて樹脂層が前記基板に積層された複合型回折光学素子を成形する成形工程と、前記成形工程で成形した前記複合型回折光学素子を前記回折格子型から離型する離型工程と、を有する複合型回折光学素子の製造方法において、
前記離型工程で、前記基板の外周から中心を通って反対側の外周部に向かう一方向に温度勾配を設けるように前記基板の非成形面の冷却を開始し、さらに前記一方向に冷却範囲を広げて行き、前記複合型回折光学素子と前記回折格子型との離型が外周部から中心部の回折格子を超えた位置で冷却を停止し、前記中心よりも前記一方向の側における未離型部に対して離型ピンを用いて前記基板を前記回折格子型から離れる方向に押し上げて前記回折格子型から前記樹脂層を離型することを特徴とする複合型回折光学素子の製造方法。 - 前記離型工程で、前記複合型回折光学素子と前記回折格子型とを離型するときに、前記樹脂層よりも前記回折格子型が膨張するように前記回折格子型を加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の複合型回折光学素子の製造方法。
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