JP7057399B2 - ウェハレンズを成型するための金型及びウェハレンズを成型するための方法 - Google Patents

Description

本願は、レンズ製造の技術分野に関し、特にウェハレンズを成型するための金型及びウェハレンズを成型するための方法に関する。

レンズの製造の基本プロセスは、通常、ガラス又は樹脂などの材料を下型の表面に配分し、上型パーツを下型パーツの上に置き、その凹面と凸面を互いに対向させてレンズ形状のレンズキャビティを形成し、レンズキャビティ内に形成されたレンズは、個々のレンズにカットされるか、又は直接適用される。

少なくとも１つの凸面を有するレンズについては、金型の設計に際して、上型又は下型の少なくとも一方には、凹キャビティが設けられ、当該凹キャビティ内には雰囲気に満たされ、レンズ材料が加えられると、気体が凹キャビティ内に閉じ込められ、これによって、凹キャビティが真空にされ、レンズに気泡などが生じてしまう。

本発明は、レンズに気泡が生じる可能性を低下させるために、ウェハレンズを成型するための金型を提供する。

本発明の第１態様は、ウェハレンズを成型するための金型を提供し、前記レンズの少なくとも一方側は凸面であり、
前記ウェハレンズを成型するための金型は、前記凸面に合わせて対応して前記凸面を成型する下型と、前記下型に対応する上型とを備え、
前記下型は、前記上型に正対する第１レンズ成型表面を備え、前記第１レンズ成型表面と前記上型とは、間隔を隔ててキャビティを形成し、
前記第１レンズ成型表面は、前記上型から離れる方向に向かって凹んで複数の窪み部及び前記窪み部を取り囲む凹溝が形成され、且つ前記凹溝と前記窪み部とは連通し、隣り合う２つの前記凹溝は互いに連通し、
前記第１レンズ成型表面は、さらに排気通路が形成され、前記排気通路は、前記凹溝に連通するとともに、前記下型の外縁まで延在し、
前記レンズが成型される過程で、前記窪み部の空気は、前記凹溝及び前記排気通路を順次介して前記金型外に排出される。

１種の可能な設計では、前記排気通路は、前記第１レンズ成型表面から凹んで形成される。

１種の可能な設計では、前記第１レンズ成型表面は、さらに、前記窪み部と前記窪み部に隣り合う前記凹溝との間に設けられる接続部を備え、前記凹溝は、前記接続部を介して前記窪み部に連通する。

１種の可能な設計では、前記接続部は、前記第１レンズ成型表面から、前記上型から離れる方向に向かって凹んで形成される面である。

１種の可能な設計では、前記接続部の窪み深さｔは、条件式（１）を満たす。
１０μｍ＜ｔ＜３０μｍ （１）

１種の可能な設計では、前記接続部の窪み深さは、２０μｍである。

１種の可能な設計では、前記凹溝は、連続したリング状をなす。

１種の可能な設計では、前記凹溝の内面は、滑らかな曲面である。

１種の可能な設計では、前記窪み部の内面は、球状面をなす。

１種の可能な設計では、複数の前記窪み部は、マトリクス状に配列されている。

１種の可能な設計では、前記排気通路は、複数設けられ、且つ複数の前記排気通路は、前記金型の中心線に対して対称に設けられている。

本発明第２方面は、ウェハレンズを成型する方法を提供し、前記方法は、
前記ガラス基材を提供することと、
前記ガラス基材を上述のいずれ１項に記載の下型の第１レンズ成型表面に載置することと、
前記上型を前記下型に位置合わせてキャビティを形成し、前記ガラス基材を前記キャビティ内に固定することと、
前記ガラス基材を加熱することと、
前記ガラス基材を加圧して前記ガラス基材を成型し、前記窪み部内に生じる気体を、前記凹溝及び前記排気通路を介して前記金型外に排出することと、
離型することと、を含む。

本願による技術案は、以下の有益な効果を奏することができる。
本願によるウェハレンズを成型するための金型は、第１レンズ成型表面を含む下型を備え、第１レンズ成型表面は、複数の窪み部及び複数の凹溝が設けられ、且つ凹溝は、窪み部を取り囲む、凹溝と窪み部とは連通し、隣り合う２つの凹溝は互いに連通し、第１レンズ成型表面は、さらに排気通路が形成され、排気通路は、凹溝に連通するとともに、下型の外縁まで延在する。レンズが成型される過程で、窪み部の空気は、凹溝及び排気通路を順次介して金型外に排出され、レンズに気泡が生じる可能性を低下させることができる。

本願に提供される上記の一般的な説明および以下の詳細な説明は例示にすぎず、本願を限定するものではないと理解されたい。

本願の実施形態の技術案をより明確に説明するために、以下は、実施例に必要な図面を簡単に紹介するが、以下の説明における図面は、本願のいくつかの実施例に過ぎないことは明らかである。当業者は、創造的な作業なしにこれらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。

本願の実施例に係るウェハレンズを成型する金型の下型の構成概略図である。 図１に示すＡ－Ａ向きの断面図である。 図１に示すＢ－Ｂ向きの断面図である。 図３に示すａ箇所における局所拡大図である。 本願の実施例に係るウェハレンズを成型するための金型の断面図である。

ここでの図面は、本明細書に組み込まれ、その一部を構成し、本願と一致する実施例を示し、本願の原理を説明するために本明細書と一緒に使用される。

本願の技術案をよりよく理解するために、以下は、図面を参照して本願の実施例を詳細に説明する。

説明した実施例は、本願の実施例の一部にすぎず、すべての実施形態ではないことは明らかである。本願の実施例に基づいて、創造的な作業なしに当業者によって得られる他のすべての実施例は、本願の保護範囲に含まれる。

本願の実施例で使用される用語は、特定の実施例を説明することのみを目的としており、本願を限定することを意図していない。本願の実施例および添付の特許請求の範囲で使用される単数形「１種」、および「当該」は、文脈が他の意味を明確に示さない限り、複数の形を含むことも意図される。

本明細書で使用される「および／または」という用語は、関連するオブジェクトを説明する単なる関連関係であり、例えば、Ａおよび／またはＢは、Ａが単独で存在し、ＡおよびＢが同時に存在し、Ｂが単独で存在するという３つの関係があり得ることを示すと理解されるべきである。また、本明細書の「／」という符号は一般的に、前後の関連オブジェクトが「または」の関係にあることを示す。

なお、本願の実施例に記載の「上」、「下」、「左」、「右」等の向きを示す用語は、図面の示す角度から記載したものであり、本願実施例を限定するものとして解釈されるべきではない。さらに、この文脈では、ある要素が別の要素に「上」または「下」に接続されていると記載される場合、他の要素に「上」または「下」に直接接続できるだけでなく、中間要素を介して、別の要素の「上」または「下」に間接的に接続されてもよいと理解されたい。

図１、図２、図３、図４及び図５に示すように、本発明の実施例に係るウェハレンズを成型するための金型では、レンズの少なくとも一方側は、凸面であり、金型は、凸面に合わせて対応して凸面を成型する下型１と、下型１に対応する上型３とを備え、下型１は、上型３に正対する第１レンズ成型表面１１を備え、第１レンズ成型表面と上型３との間には、間隔を隔ててキャビティが形成され、当該キャビティは、真空キャビティ体であることが好ましく、第１レンズ成型表面１１は、上型３から離れる方向に向かって凹んで複数の窪み部１１１及び窪み部１１１を取り囲む凹溝１１２が形成され、凹溝１１２と窪み部１１１とは連通し、隣り合う２つの凹溝１１２は互いに連通し、第１レンズ成型表面１１は、さらに排気通路１２が形成され、排気通路１２は、凹溝１１２と連通するとともに、下型１の外縁まで延在する。

レンズが成型される過程で、窪み部１１１の空気は、凹溝１１２及び排気通路１２を順次介して金型外に排出され、レンズ２に気泡が生じる可能性を低下させる。

窪み部１１１の外周に凹溝１１２を設けることで、金型キャビティの体積を適切に補償して、下型１のキャビティの体積を上型３における凸起の体積に近づき、上型３と下型１との体積差を低下させ、多量の材料が窪み部１１１の中心へ流れることを防止することができ、即ち、径方向の材料の流れを低減させ、径方向の流れをゼロに近づくことができる。これによって、レンズ２に気泡や割れが発生したり、充填物が欠けたりするなどによってレンズ２の品質が影響されるという技術問題を低減させることができる。

また、径方向の材料の流れが小さくなるため、さらにレンズ２にウェハの厚さの変化が発生すること、レンズ２に非点収差及び形状の間違いが発生すること、レンズ２に流線が現れること、キャビティ内に充填物が欠けることなどの技術問題の確率を低下させ、レンズ２の表面及び塗り層の摩耗も低減させることができる。

１つの具体的な実施形態では、排気通路１２は、第１レンズ成型表面１１から凹んで形成される。窪み部１１１の空気は、凹溝１１２及び排気通路１２を順次介して金型外に排出され、レンズ２に気泡が生じる可能性を低下させ、且つ、排気通路１２は第１レンズ成型表面１１から凹んで形成されるため、加工しやすい。

１つの具体的な実施形態では、第１レンズ成型表面１１は、さらに、窪み部１１１と窪み部１１１に隣り合う凹溝１１２との間に設けられる接続部１１３が形成され、凹溝１１２は、接続部１１３を介して窪み部１１１に連通し、窪み部１１１の空気は、凹溝１１２及び排気通路１２を順次介して金型外に排出される。

接続部１１３は、第１レンズ成型表面１１から、上型３から離れる方向に向かって凹んで形成される面であり、加工しやすい。

図４に示すように、接続部１１３の窪み深さｔは、１０μｍ＜ｔ＜３０μｍを満たす。

気体の放出について、接続部１１３の窪み深さは、気体が排気通路１２を通って放出できるように十分に大きくする必要がある。接続部１１３の窪みの深さが小さすぎると、気体の放出には長時間が掛かり、成型の周期が長くなってしまう恐れがある。

具体的に、気体の放出時間は１分間である。Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅｓの法則（Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅｓ ｌａｗ）及び理想気体方程を用いることにより、適切な接続部１１３の窪みの深さを推定することができる。通常、接続部１１３の窪みの深さは、２０μｍである。より速く放出する必要があれば、より大きな断面を有する凹溝１１２と大きな接続部１１３の窪みの深さを設計すればよい。

接続部１１３は、底面１１３ａを備え、高さ方向Ｈに沿って、底面１１３ａは、第１レンズ成型表面１１の高さよりも低く、排気通路１２は、下型１に設けられ、排気通路１２は、凹溝１１２に連通する。窪み部１１１内の気体は、凹溝１１２を通って、そして、排気通路１２を通って金型の外部に排出されることができ、レンズ２に気泡が生じる可能性を低下させる。

１つの具体的な実施形態では、底面１１３ａと第１レンズ成型表面１１との高さの差が２０μｍである。窪み部１１１内の気体は、凹溝１１２を通って、そして、排気通路１２を通ってウェハレンズを成型する金型の外部に排出されることができ、レンズ２に気泡が生じる可能性を低下させる。

１つの具体的な実施形態では、隣り合う２つの凹溝１１２は、互いに連通する。窪み部１１１内の気体は、凹溝１１２を通って、そして排気通路１２を通って金型の外部に排出されることができ、レンズ２に気泡が生じる可能性を低下させる。

１つの具体的な実施形態では、凹溝１１２は、連続したリング状をなし、これにより、多量の材料が第１凹溝１１２の中心へ流れることを防止し、即ち、径方向の材料の流れを低減させ、径方向の流れをゼロに近づくことができる。これによって、レンズ２に気泡や割れが発生したり、充填物が欠けたりするなどによってレンズ２の品質が影響されるという技術問題を低減させることができる。

１つの具体的な実施形態では、凹溝１１２の内面は、滑らかな曲面であり、これにより、レンズ２にウェハの厚さの変化が発生すること、レンズ２に非点収差及び形状の間違いが発生すること、レンズ２に流線が現れることの確率を低減させることができる。

図２及び図３に示すように、凹溝１１２の断面は、弧状をなし、これにより、レンズ２にウェハの厚さの変化が発生すること、レンズ２に非点収差及び形状の間違いが発生すること、レンズ２に流線が現れることの確率を低減させることができる。

１つの具体的な実施形態では、窪み部１１１の内面は、球状面をなし、これにより、加工しやすくなり、レンズ２の加工効率を向上させる。

図１に示すように、複数の窪み部１１１は、マトリクス状に配列され、これにより、複数のレンズ２を同時に製造することができ、製造完成後に、カットすることで、複数のレンズ２が得られる。なお、キャビティの配列は、方形のパターンであってもよく、多角形の密集したパターンであってもよい。

１つの具体的な実施形態では、排気通路１２は、複数設けられ、且つ複数の排気通路１２は、金型の中心線に対して対称に設けられ、これにより、窪み部１１１内の気体が速く放出され、排気通路１２を通って金型の外部に排出され、レンズ２に気泡が生じる可能性を低下させる。

本発明の実施例に係る金型は、例示に過ぎず、金型は、凹光学表面又は凸光学表面を含む任意に組み合わせたレンズ２を製造することが可能である。

本発明の実施例は、さらにウェハレンズを成型するための方法を提供し、当該方法は、
ガラス基材を提供することと、
ガラス基材を上述のいずれかの技術案に係る下型の第１レンズ成型表面に載置することと、
上型３を下型に位置合わせてキャビティを形成し、ガラス基材をキャビティ内に固定することと、
ガラス基材を加熱することと、
ガラス基材を加圧してガラス基材を成型し、窪み部内に生じる気体を、凹溝及び排気通路を介して前記金型外に排出することと、
離型することと、を含む。
レンズが成型される過程で、窪み部１１１の空気は、凹溝１１２及び排気通路１２を順次介して金型外に排出され、レンズ２に気泡が生じる可能性を低下させる。

窪み部１１１の外周に凹溝１１２を設けることで、金型キャビティの体積を適切に補償して、下型１のキャビティの体積を上型３における凸起の体積に近づき、上型３と下型１との体積差を低下させ、多量の材料が窪み部１１１の中心へ流れることを防止し、即ち、径方向の材料の流れを低減させ、径方向の流れをゼロに近づくことができるので、レンズ２に気泡や割れが発生したり、充填物が欠けたりするなどによってレンズ２の品質が影響されるという技術問題を低減させることができる。

また、径方向の材料の流れが小さくなるため、レンズ２にウェハの厚さの変化が発生すること、レンズ２に非点収差及び形状の間違いが発生すること、レンズ２に流線が現れること、キャビティ内に充填物が欠けることなどの技術問題の確率を低下させることもでき、レンズ２の表面及び塗り層の摩耗を低減させることもできる。

上記は、本願の好ましい実施例にすぎず、本願を限定することを意図するものではなく、当業者にとって、本願は、様々な修正および変更を有し得る。本願の精神と原則の範囲内での変更、同等の交換、改善などは、すべて本願の保護範囲に含まれる。

１ 下型
１１ 第１レンズ成型表面
１１１ 窪み部
１１２ 凹溝
１１３ 接続部
１１３ａ 底面
１２ 排気通路
２ レンズ
３ 上型

Claims (10)

1. ウェハレンズを成型するための金型であって、
   前記レンズの少なくとも一方側は凸面であり、
   前記ウェハレンズを成型するための金型は、前記凸面に合わせて対応して前記凸面を成型する下型と、前記下型に対応する上型とを備え、
   前記下型は、前記上型に正対する第１レンズ成型表面を備え、前記第１レンズ成型表面と前記上型とは、間隔を隔ててキャビティを形成し、
   前記第１レンズ成型表面は、前記上型から離れる方向に向かって凹んで複数の窪み部及び前記窪み部を取り囲む凹溝が形成され、且つ前記凹溝と前記窪み部とは連通し、隣り合う２つの前記凹溝は互いに連通し、
   前記第１レンズ成型表面は、さらに排気通路が形成され、前記排気通路は、前記凹溝に連通するとともに、前記下型の外縁まで延在し、
   前記レンズが成型される過程で、前記窪み部の空気は、前記凹溝及び前記排気通路を順次介して前記金型外に排出され、
   前記第１レンズ成型表面は、さらに、前記窪み部と前記窪み部に隣り合う前記凹溝との間に設けられる接続部を備え、前記接続部の窪み深さｔは、条件式（１）を満たすことを特徴とするウェハレンズを成型するための金型。
   １０μｍ＜ｔ＜３０μｍ （１）
2. 前記排気通路は、前記第１レンズ成型表面から凹んで形成されることを特徴とする請求項１に記載のウェハレンズを成型するための金型。
3. 前記凹溝は、前記接続部を介して前記窪み部に連通することを特徴とする請求項１に記載のウェハレンズを成型するための金型。
4. 前記接続部は、前記第１レンズ成型表面から、前記上型から離れる方向に向かって凹んで形成される面であることを特徴とする請求項３に記載のウェハレンズを成型するための金型。
5. 前記接続部の窪み深さは、２０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のウェハレンズを成型するための金型。
6. 前記凹溝は、連続したリング状をなすことを特徴とする請求項１に記載のウェハレンズを成型するための金型。
7. 前記凹溝の内面は、滑らかな曲面であることを特徴とする請求項１に記載のウェハレンズを成型するための金型。
8. 前記窪み部の内面は、球状面をなすことを特徴とする請求項１に記載のウェハレンズを成型するための金型。
9. 複数の前記窪み部は、マトリクス状に配列されていることを特徴とする請求項１に記載のウェハレンズを成型するための金型。
10. 前記排気通路は、複数設けられ、且つ複数の前記排気通路は、前記金型の中心線に対して対称に設けられていることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載のウェハレンズを成型するための金型。

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