(57)【要約】  ポリマー光学部材と光学機構を作る、射出成形ではない注型成形方法が供与される。この注型工程は、収縮と歪みを制御し、かくして、ポリマーフィルムを前記金型に組み込んで全体が高い均一性と高品質、精度に優れた表面のものにする。前記フィルム類は、前記部品に残るか、または、前記部品を離型した後前記部品からオプショナルとして除去する。さらに加えて、別個に製造された部材類を前記成形部品内に組み込こともでき、これによって、後成形されるアッセンブリー製造工程を省くことができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
突出した光学要素を有し、この光学要素は、光学パワーを付与する硬質光学機構を製造する方法であって、以下を備えるもの：
金型キャビティを有する金型アッセンブリーを提供し、この金型アッセンブリーは、一方の面に突出した光学要素を受ける凹部を含んでおり；
光学マテリアルを前記金型キャビティに導入し、この光学マテリアルの少なくとも一部は、重合可能な光学成形コンパウンドと、さらに前記凹部に配置されて突出した光学要素を形成するものである前記光学マテリアルの別の部分を備えるものであり；そして
前記重合可能な成形コンパウンドをキュアさせて光学部材を提供し；そして
前記光学部材を前記金型アッセンブリーから取り除くものである。
【請求項２】
前記突出光学要素を形成する前記光学マテリアルの別の部分は、前記光学マテリアルを前記金型キャビティ内へ導入する工程に先立ち形成されたレンズを備えている請求項１の方法。
【請求項３】
前記突出光学要素は、真空吸引、重力または一時的な接着剤で前記凹部に保持されている請求項２の方法。
【請求項４】
前記突出光学要素の外面は、保護マテリアルの層で保護されている請求項２の方法。
【請求項５】
前記保護マテリアルは、テープとして施されるものである請求項４の方法。
【請求項６】
前記保護マテリアルの層は、液体として施されるものである請求項４の方法。
【請求項７】
前記保護マテリアルの層は、液体として施されるものである請求項４の方法。
【請求項８】
前記金型アッセンブリーは、磨かれたポリカーボネートの複数のプレートからなる複数の面を備える請求項１の方法。
【請求項９】
前記磨かれたポリカーボネートの複数のプレートは、対向する面を備える請求項８の方法。
【請求項１０】
前記金型の少なくとも一部は、光学的に磨かれた平坦面になっている請求項１の方法。
【請求項１１】
前記金型アッセンブリーは、下位要素、上位要素および前記下位要素と上位要素との間のスペーサー要素を備えている請求項１の方法。
【請求項１２】
前記スペーサー要素は、導光路に光を通す入光面を作る形状になっている面と前記入光面に対向する前記導光路の端部に折り曲げられた鏡面を作る形状になっている別の面を含んでいる請求項１の方法。
【請求項１３】
前記凹部は、面仕上げ磨きされている請求項１の方法。
【請求項１４】
前記凹部は、ポジティブな形状をもつ面に対してポリカーボネートのシートを形成することで前記金型アッセンブリー内に形成されている請求項１の方法。
【請求項１５】
ポリカーボネートシートを加熱して前記ポジティブな形状にポリカーボネートのシートを形成する請求項１４の方法。
【請求項１６】
ポリカーボネートシートを加圧して前記ポジティブな形状にポリカーボネートのシートを形成する請求項１４の方法。
【請求項１７】
ポリカーボネートシートを真空成形して前記ポジティブな形状にポリカーボネートのシートを形成する請求項１４の方法。
【請求項１８】
前記ポジティブな形状を金属面またはガラス面に形成する請求項１４の方法。
【請求項１９】
前記金型アッセンブリーを所望の仕上げ部品に相当する形状をもつポジティブ金属形状のものからポリマー圧縮成形で形成する請求項１の方法。
【請求項２０】
前記金型アッセンブリーが射出成形または注型成形されたポリカーボネートからなる請求項１の方法。
【請求項２１】
前記金型アッセンブリーの前記凹部の少なくとも一部がフィルムマテリアルでライニングされている請求項１の方法。
【請求項２２】
前記フィルムは、前記金型キャビティ内へ注型コンパウンドを導入する前に前記金型凹部に設けられている請求項２１の方法。
【請求項２３】
前記フィルムは、前記金型キャビティ内へ注型コンパウンドを導入する間に前記金型凹部に設けられている請求項２１の方法。
【請求項２４】
前記フィルムは、前記光学要素が前記金型から取り外された後に前記光学要素から取り外されるようになっている請求項２１の方法。
【請求項２５】
前記フィルムは、前記光学要素が前記金型から取り外された時点では、前記金型に残されている請求項２１の方法。
【請求項２６】
前記注型コンパウンドを前記光学要素の全体の機械的および光学的特性が最適状態になるように選択し、前記フィルムを前記光学要素の面の機械的および光学的特性が最適状態になるように選択する請求項２１の方法。
【請求項２７】
前記注型マテリアルは、歪みが少なく、高い光学均一性をもつように最適化されている請求項２６の方法。
【請求項２８】
前記注型コンパウンドは、キュアしたとき、硬質状態になる請求項２１の方法。
【請求項２９】
前記注型コンパウンドは、キュアした時ゲルまたは液体で、前記フォイルムは、十分にしっかりした状態で前記ゲルまたは液体を保持する請求項２１の方法。
【請求項３０】
前記注型コンパウンドは、キュアリングした後、前記フィルムよりもやわらかなものである請求項２１の方法。
【請求項３１】
前記フィルムの屈折率は、キュアした時の前記注型コンパウンドの屈折率と等しいか、または、低いものである請求項２１の方法。
【請求項３２】
カップリング剤が前記フィルムと前記注型コンパウンドとの間に設けられている請求項２１の方法。
【請求項３３】
前記フィルムは光学的に透明である請求項２１の方法。
【請求項３４】
前記フィルムは耐摩耗性を付与する請求項２１の方法。
【請求項３５】
前記フィルムは耐湿性を付与する請求項２１の方法。
【請求項３６】
前記フィルムは耐化学性を付与する請求項２１の方法。
【請求項３７】
前記フィルムは耐反射コーティングを付与する請求項２１の方法。
【請求項３８】
前記フィルムはハードコーティングを付与する請求項２１の方法。
【請求項３９】
前記フィルムは防汚性を付与する請求項２１の方法。
【請求項４０】
前記フィルムは偏光依存特性を付与する請求項２１の方法。
【請求項４１】
前記フィルムと前記金型面との間に圧力差をもたせ、前記フィルムを前記金型面にぴったり合わせるようにする請求項２１の方法。
【請求項４２】
前記金型面に少なくとも近接している前記金型アッセンブリーが多孔性になっている請求項２１の方法。
【請求項４３】
前記フィルムが空気またはガスの圧力で前記金型面に見合った形状にされる請求項４２の方法。
【請求項４４】
前記フィルムが補助成形工具で前記金型面に見合った形状にされる請求項２１の方法。
【請求項４５】
前記フィルムは、開口を有する小袋を備え、前記フィルムを前記金型キャビティ内におき、前記注型コンパウンドを前記小袋内へ導入する請求項２１の方法。
【請求項４６】
前記フィルムは、注型コンパウンドが充填された小袋を備え、前記小袋を前記金型キャビティ内におき、前記金型キャビティ内で形を作るようにする請求項２１の方法。
【請求項４７】
前記フィルムを真空成形で金型面に形成する請求項２１の方法。
【請求項４８】
前記フィルムをブロー成形で金型面に形成する請求項２１の方法。
【請求項４９】
前記フィルムを前記金型面に合致するインサートものに合うように加熱して金型面に形成する請求項２１の方法。
【請求項５０】
前記フィルムを蒸着で金型面に形成する請求項２１の方法。
【請求項５１】
前記フィルムを浸漬して金型面に形成する請求項２１の方法。
【請求項５２】
前記フィルムをスピンコーティングして金型面に形成する請求項２１の方法。
【請求項５３】
前記フィルムを、表面張力をもつ液体で施し、前記金型アッセンブリーの金型面の粗面を補うようにする請求項２１の方法。
【請求項５４】
前記フィルムは、前記光学部材を前記金型アッセンブリーから取り外した後も前記光学部材に残るようにされる請求項２１の方法。
【請求項５５】
前記フィルムは、前記光学部材を前記金型アッセンブリーから取り外した後も前記金型アッセンブリー内に残るようにされる請求項２１の方法。
【請求項５６】
前記フィルムは、前記光学部材を前記金型アッセンブリーから取り外した後に前記光学部材から除去される請求項２１の方法。
【請求項５７】
前記フィルムは、前記金型アッセンブリーの面よりも平滑になっている請求項２１の方法。
【請求項５８】
前記金型アッセンブリーは、ガラス、アクリル樹脂、スチール、またはニッケル鍍金のスチールからなる請求項１の方法。
【請求項５９】
前記金型アッセンブリーは、迅速なフォトタイピング方法により作られている請求項１の方法。
【請求項６０】
前記金型アッセンブリーは、焼結金属からなる請求項１の方法。
【請求項６１】
前記金型アッセンブリーは、ポリカーボネートからなる請求項１の方法。
【請求項６２】
前記金型アッセンブリーは、廃棄可能である請求項６１の方法。
【請求項６３】
前記金型アッセンブリーは、限定されたサイクル回数で再使用できる請求項６１の方法。
【請求項６４】
均一なバルク光学特性と高度に研磨された光学面を有し、請求項１により作られた突出光学要素を組み入れた光学部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願に関する相互参照］
この出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．SS１１９（ｅ）に基づいて２００５年２月２５日出願の米国仮特許出願第６０／６５６，２１９号の利益を要求するものであって、当該出願の記載は、ここに参考文献として組み入れるものである。
【０００２】
この出願は、２００５年２月２５日出願の米国特許出願第１１／０６５，８４７号に関するものであって、当該出願の記載は、ここに参考文献として組み入れるものである。
【０００３】
［連邦支援の研究または開発に関する記載］
無し
【０００４】
［発明の背景］
前世紀においては、ポリマー類は、特に、光学条件がきびしくない多くの用途の面で、低コストで軽量の光学機器の製造に多用されていたものである。より通例のガラスについてのプラスチック要素の付加的利点は、非球形面（非球面）を作ることが容易なことであり、これによって、光学機構を単純化でき、必要な部品点数を減らし、さらにはまた、機構の機能を改善できる。しかしながら要求される用途が増えるプラスチックの使用は、主に、その光学機能が表面の品質の低さ、不均一な多種多様な特性または両者が重なっての点でガラスの機能にあまり合致しない理由で制限を受けている。成形されたプラスチック光学構成部についての典型的な問題は、成形工程において発生するストレスによる複屈折の点である。一つの代替策は、ガラスとプラスチックを同じ光学機構において組合せ、高機能の部品類に対するガラスの特性に利点をいかす方法である。これは、ある用途には使用されているが、ガラスをプラスチックに接合しなければならない構造の点で製造に難点があり、重さを十分に軽くすることができない。かくて、プラスチックの利点を維持しながらガラスの機能に匹敵するポリマー光学部品の製造に対する新しい試みを発展させることが要求されている。
【０００５】
低コストの光学構成部材の製造する一つの一般的な試みは、射出成形でアクリルを成形することである。アクリルポリマーは、成形しやすく、表面の品質が比較的良好である。しかしながら、この成形工程にあっては、複数のフローラインとストレス勾配が生じ、その結果、複屈折と光学指数不均一が発生し、影像を駄目にしてしまう。このことは、ポリカーボネートのような複屈折がさらに高い率のマテリアルにとってはごく普通に知られている問題であるが、アクリルにも同様にみられるもの、特に大形または複雑な部品類、さらにはまた要求がきわめて厳しい光学機構における問題になっている。アクリルにおける複屈折は、大方のプラスチックスそれよりも低いものであるが、大方の光学ガラスのそれよりも未だ高い率になっている。歪みの結果、前記機構の解像度は、均等のガラス部材のそれよりも低下してしまう。
【０００６】
例えば、平面パネルのマイクロディスプレイを照明する小形バックライト、例えばＬＣＤと光路が長い単純な拡大光学機構からなる、図１におけるようなディスプレイにクリップ掛けする眼鏡のための光学機構を考慮してみる。図２は、ポリマーまたはガラスの硬質プリズムからなり、このプリズムは、最も通常には４５°に折られた鏡と屈折力を付与する湾曲表面、これはもっとも単純には前記プリズムの焦点距離よりに相当するが、わずかにそれよりも長い焦点距離をもつ平凸レンズである、光学機構の簡単な状態を示す。光学的には、この機構は、簡単な拡大レンズを使用して見やすい視界距離と位置に前記ディスプレイに拡大された虚像を映す。別のもっと複雑な光学機構を用いることもできる。光路は、前記プリズム（埋め込みの場合は、眼鏡レンズ）を横方向に通過し、前記眼鏡テンプル近くに入り、前記マテリアルを通り、最終的には、見る人の目の前で見る人に向かい折れ曲がる。主たる光学パワー（屈折力）要素は、前記目の近くに配置されているが、この機構は、視野レンズまたは他の補助光学要素を同様に組み込むことができる。この試みは、前記ポリマーの光学的均一性に厳しい条件が課せられる。
【０００７】
これらの条件を理解するために、代表的な前記ディスプレイに対する画素サイズが１２μｍであり、前記ポリマーを通過する光路が前記機構の光学構造の詳細に応じて２０〜３０μｍとする例を考えるとする。かくして、前記ポリマー部分を通る前記光路の長さは、必要な解像度に対し長くなっている。例えば、前記ポリマー部分におけるストレスによる前記プリズム内の異なる発生する光路における屈折率の変動の結果、前記複数の光路における有効な光路の長さに相違が生じることになる。そして、これが前記機構のフォーカスを低下させる。射出成形技術の高温度と高い圧力が特に前記部品類のコーナー部分、エッジ部分および表面部分にストレスを与え、フローラインを生じさせてしまう。いくつかの射出成形業者による標準的な射出成形における試みは、屈折率の必要な均一化を達成することに失敗している。前記射出成形条件を変えることで、均一性を改善し、ストレスをコントロールすることは可能であっても。しかしながら、前記バルク全体の特性を最適にすることは、インターフェース面につながる金型インターフェースに付加的な収縮を生じさせる結果になってしまう。クリップ掛け眼鏡ディスプレイの場合、光を導くパイプの平坦な平行側面における平坦さから外れることで、前記パイプを通る外部情景の見え方の質を損なわせ、装着者の周辺の視界が効果的に閉塞されてしまう結果になる。
【０００８】
公知の技術を使用して、必要な解像度をもつポリマー光学機構を作ることが可能である。図３は、入力面、反射コーティングが施された４５°の面、前記入力面に対し９０°であって、使用者の目と対面している出力面をもつ光を導く硬質プリズムまたはライトパイプを備える機構を示している。前記出力面と前記出力面に対し平行で、それからオフセットされている前記パイプの後面は、透明で、極めて平坦であり、使用者が前記ライトパイプを介して阻害されていない視界を得ることができるようになっている。互いに平行で、前記入力面と出力面に対し９０°になっている前記パイプの他方の二つの面は透明な面、拡散面または不透明にしてもよい。前記プリズムまたはライトパイプは、大きなポリマー塊から機械的に作ることができ、沢山の公知の方法で作られて、均質性が高く、歪みが少ないマテリアルを作る。射出成形を用いて、より大きなポリマーのブランクを作ることができ、これは、この製造工程において成形面とエッジ部分近くの強い歪みをなくしたり、または、さもなければ、ひずみが入ったマテリアルを除くことができるからである。前記プリズムは、機械で作られ、機械研磨または化学研磨のいずれかで研磨され、おおまかな部分の形状および面の品質は、問題にされない。光学的パワーは、前記ディスプレイと、別途製造された折り曲げられた鏡に近接のプリズムの出力面に接着または別の手段で取り付けられた対向の平らな側からの光を屈折する曲面を備える別個の光学レンズ要素により付与される。このレンズ要素は、射出成形または他の公知の工程で作ることができる。前記レンズマテリアルを通る光路は、短く、したがって、不均質な部分が多くてもさほど問題にならず、確立された工程で容認できる品質をもつ正確な面を作ることができる。
【０００９】
しかしながら、昨今業界で知られている工程では、複屈折がない大きな部分の均一な屈折率、４５°に曲げられた面および配置的に正確で、良好な機械特性をもつ高品質の光学面をもつ光学部品を同時に作ることができない。平らな部材（眼鏡レンズまたはパイプ）であったものの製造において、非球面のレンズを導入することは、平らな面の品質に一層の拘束を課してしまうことになる。突出レンズを付加することで、研磨及び／またはラミネーションを困難にしてしまい、前記表面が後処理すること無く平坦条件に合致させなければならなくなる。
【００１０】
［発明の概要］
しかしながら、成形光学機器のさらなる約束事は、突起または表面の連続性をかく複雑な形状のものを作ることができるようにする点である。拡大レンズ面を作る突起のためのものを除いては、ほぼ平行な面になっている構造からなるモノリシックな機構を成型できる工程を開発することが望ましい。このモノリシックの工程は、品質とコストの面での改良を図るものである。
【００１１】
本発明は、成型されたポリマー類または要素類を埋め込んだ成型ポリマー類のいずれから光学機構を作る方法に関するものである。本発明は、内部歪みが少なく、高品質の光学面が同時に得られる複雑な形状の部品類を作る条件に対処するものである。
【００１２】
本発明は、正確な位置配置、機械的硬さおよび光学的研磨のような高度の面の品質を保ちながら、全体が良好な均質性を得る必要性に対処する。本発明は、突起がある部材の製造の複雑さに対処する一方、全体の指数均一性を仕上げられた部品の面の品質とは関係無しにする必要性に対処するものである。
【００１３】
本発明は、ポリマー類を成型することで、プリズムを作り、光学機構を完成させる方法に関するものである。代表的な成型工程は、射出成形よりも低い圧力と低い温度を使用して、射出成形よりも歪みが少なく、収縮も少ないようにするものである。ここに記載の方法は、全体の光学特性が極めて均一なものであると共に光学構造による要求に応じての高度に研磨された平らな面または曲面及び／または突起をもつ部品を製造するものである。さらに加えて、前記部品類は、成型、切断、成形または他の方法により前もって製造された他の光学要素を組み込んでもよい。ここに記載の方法は、全体の屈折率が極めて均一であると共に高度に研磨された位置的に正確な面をもち、場合により突起した要素を含む部品類の革新的な試みを提供するものである。この方法は、米国特許第６，０２３，３７２；５，８６６，８２２号に記載されているようなクリップ掛けのライトパイプまたは埋め込まれた光学機構を製造することに使用されることができる。ここに、さらに複雑な形状のものが成型できると同時に経費のかかる後処理または組立工程を減らしたり、なくしたりできる成型の試みに対する変形を記載する。
【００１４】
［発明の詳細な記述］
本発明においては、とりわけ平らな面に突き出たレンズをもつ光学機構を作り出す困難さを打破するものである。三つの方法の例を示す。その第１の実施例は、レンズ類、鏡類等を含む光学要素を充填する前に金型に組み込むものである。第２の実施例は、研削加工されていない成形プレートからロウユース（low use ）の金型を作るものである。第３の実施例は、フィルムを金型に導入するものである。
【００１５】
本発明による方法の第１の実施例においては、光学要素は、金型内に置かれる。このように、前記金型は、鏡類または前もって作られたレンズ類のような一つまたは複数の外部におかれていた光学要素を保持できる構造になっている。この金型とは別になっている光学要素は、前記金型に配置され、成型媒体を注入する前に射出成形され、研磨され、または、公知の他の態様で作られているものである。この金型とは別になっている光学要素は、例えば、射出成型されたアクリルレンズであり、これは、前記金型内の凹部に配置されるもので、この凹部は、別体の前記要素の一部にぴったり合う形状になっている。前記要素を成型金型に入れる目的は、これら要素を成型部の外面に取り付ける一方、後工程でそれらを接着する必要性をなくす点にある。これによって、コストが安く、より正確で、さらにより耐久性に富む光学機構にすることができる結果になる。
【００１６】
図４は、底部要素または底部プレート１４、入光面１８と４５°に傾いた面２０を形成するスペーサー要素１６により区画された金型キャビティ１２および導光路の入光面２４を形成する上位要素２２をもつ金型アッセンブリー１０を示す。この上位要素には、例えばレンズといった光学パワー（屈折力）を付与する既に作られている別個の要素２８を受け入れる凹部またはへこみ２６が含まれている。重合によって、前記底部要素、スペーサー要素および上位要素が前記光学要素の露出面に永久的に接合することになる。
【００１７】
前記別体になっている光学要素２８は、重力、真空吸引または一時的な（剥がすことができる）接着剤を含む特に限定されない種々の方法で前記金型内に配置、保持される。この取り付け方法は、成型媒体が例えば毛管作用または真空作用で前記レンズの外側へ流れ出るのを防ぐように考えられている。また別途、前記別体の要素のセンシティブな面を例えばテープまたは液体または気体として施す他の保護層で保護し、前記金型に入れる前に、または、前記金型に配置してから硬化するようにしてもよい。ついで前記成型媒体は、前記金型内で硬化して前記レンズの露出面にのみ接合することになる。保護フィルムは、業界で知られているｋａｐｔｏｎ（商標）テープ（耐熱性接着テープ）または他の保護接着テープでよい。保護コーティングは、例えば、眼疾用レンズのコーティングに市場で用いられているようなテフロン（登録商標）をベースとしたコーティングでよく、蒸着または浸漬コーティングで施される。液体ポリマー媒体に対し接合度が低い他の蒸着および／または液体コーティング組成物も公知である。これらのコーティングで前記成型媒体が前記別体の光学部材に接合するのを防いだり、汚染されるのを永久的に防ぐようになっている。液体保護コーティングまたは蒸着保護コーティングの場合、前記コーティング媒体に近接の部分の側をコーティングできれいに保ち、前記機構の成型部分に接合されないようにすることが重要なことである。
【００１８】
別の実施例においては、別の注型マテリアルが使用される。平らな平行な面を作るための２００５年２月２５日に出願の米国特許出願第１１／０６５，８４７号に記載の本発明者の成型工程は、前記金型の面に研磨されたポリカーボネートのプレートを利用している。これは、適当に仕上げされたポリカーボネートのシート類が簡単に市場から入手でき、多くの場合、付加的な離型剤を必要とせずに前記成型されたポリマーから簡単に剥がすことができる点で好都合なものである。また、ポリカーボネートに対する成型工程には、大部分のポリマー類のＴｇ（ガラス遷移温度）より高い温度を使用する必要がない。
【００１９】
図５Ａは、平らな面の導光路を作る金型アッセンブリー３０を示す。この金型は、下位要素３２、導光路の入光面と傾いた鏡面３６，３８を形成するスペーサー要素３４および上位要素４０を有している。前記上位金型要素と下位金型要素は、光学的に研磨された平らな面４２を有している。これら研磨された面は、仕上げ処理された部分が模写された状態になっていて、導光路の出光面と対向する面を作るようになっている。光学部分に突き出た部分を付加するために、対応する凹部または凹み４４を前記金型アッセンブリーに形成するもので、図５Ａに相当する部分には同じ符号を付して図５Ｂに示す。前記金型は、研磨された平らな面４２をもつ下位要素３２、導光路の入光面と傾けられた鏡面３６，３８を作る形状のスペーサ３４および上位要素４０を有している。前記上位要素は、前記導光路のシースルー部分に相当する研磨された平らな面４２と前記導光路アッセンブリーの光学パワー（屈折力）要素に相当する成形された凹部または凹みを有している。理想的には、この凹みは、最終仕上げ部品における表面に仕上げられることが望ましい。この点は、ポリカーボネート金型要素における一つの挑戦であって、何故ならば、ダイアモンド回転を含む切断作業は、通常、表面仕上げが粗雑なものになり、ポリカーボネートの研磨は難しいからである。したがって、前記へこみを切断する別の手段は、図６に示すように、所望の形状の雄型５０に金型部４０を形成することである。これによって、例えば、ポリカーボネートのシートを加熱、加圧または真空吸引などを含む、これらに限定されない方法の一つまたは組合せで所望の形状の金属面またはガラス面５２に形成されることになる。前記雄型５０は、研磨が容易なマテリアルで作られることが可能である。また、所望の仕上げ形状の金属雄型を作り、ついでそれから圧縮金型またはポリカーボネートその他のポリマー金型を作ることもできる。しかしながら形作られたポリカーボネート金型部分は、一般的には、従来の金型よりも耐久寿命が短い。したがって、新しい金型部分は、摩耗した金型部分を規則的に交換できるようにされなければならない。
【００２０】
本発明のさらに別の実施例においては、フィルムを成形工程に組み込むようになっている。光学部材の好ましい成形マテリアルの多くのものは、収縮度合いが低く、良好な接合性をもつが、この理由だけでは、ガラス、アクリル樹脂、スチール、ニッケルめっきスチールその他のような金型製造に選ばれる多くのマテリアルから簡単に剥離することができない。したがって、本発明は、前記表面特性を前記部分の多くの特性から切り離すことで金型の選択肢を広げようとするものである。
【００２１】
一つの方法は、成形マテリアルと前記金型との間にバリヤーフィルムをおいて成形するようにするものである。図７Ａは、一方の成形面６４にフィルム６２をライニングした金型アッセンブリー６０を示す。このフィルムは、成形媒体の導入または成形工程中のいずれかにおいて前記金型に合わせられる。成形工程が開始され、硬化状態になっても、前記フィルムは、前記金型に付着せず、前記金型から前記部分を取り出した後、その部分に残る。図７Ｂは、製造され、金型から取り出された部分６６の二つの面に付着していて、一方の面から剥がされているフィルム６２を示す。一般的には、この工程は、全体のマテリアルの光学特性と機械特性の間の妥協点がより少ない部品類の製造に用いられる。仕上げ部品にフィルムを一体化することは、別の望ましい効果をもたらす。前記面の機械特性と光学特性は、前記フィルムにより与えられる一方成形マテリアルを工夫してマテリアル全体の特性を最適なものにすることができる。特に、成形された面が意図する用途に柔らか過ぎたり、金型面とおりに適切に成形されないとかで、前記マテリアルが適当な面にならないものであっても、マテリアル全体を歪みが少なく、光学的に高い均一性が得られるように最適なものにすることができる。
【００２２】
この努力のために使用されるフィルムまたは膜状体は、これを金型に配置するのに必要な取り扱いに十分耐えられるように、折り曲げられたりせず、破れたりせず、皺がよったりせず、さらには前記所望の形状にぴったり合うように十分伸びる柔軟性をもつ強靭なものでなければならない。離型するとき、マテリアル全体に歪みを生じさせてはならない。さらに、前記マテリアル全体の流れを遅らせたり、流れを誘導したり、マテリアル全体から剥離するような傾向は、避けなければならない。好ましい方法においては、前記フィルムをストレッチして前記金型に合わせる。このストレッチングにより、引っ張られたり、複屈折が生じたりするが、前記部品の全体の光学解像度に対するインパクトは、前記フィルムの厚み、したがって、該フィルムを通過する光路が短いことで、最小なものである。
【００２３】
前記フィルムは、光学的にクリアなものでなければならない。さらに望ましい点は、前記フィルムの屈折率がバルクマテリアルのそれと合致しているか、または、僅かに低く、反射しない特性をもつようになることが好ましい。
【００２４】
前記フィルムが仕上げられた部品に一体になって残ってしまったら、このフィルムと成形コンパウンドの間のインターフェースは、光学的にクリアなものでなければならず、剥離に耐えるものでなければならない。このフィルムをカップリング剤で前処理し、接合性を高め、剥離をなくすようにすることができる。いくつかのカップリング剤には、以下のものが含まれる：
【００２５】
３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン
３−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン
ビニルトリエトキシシラン
３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン
ホウ酸トリフェニル
トリメトキシボロキシン
チタン酸テトラクリシル
チタン酸テトラ−２−エチルヘキシル
テトラ−２−エチルヘキサン酸ジルコニウム
ジルコン酸テトラフェノキシ、および
テトラ−２−エチルヘキシルジルコン酸
【００２６】
前記フィルムに使用されるマテリアルは、達成される以上の顕著な機械特性と化学特性をもっている。これらの特性には、摩耗抵抗、耐湿性や耐化学品性が含まれる。これは、光学機器をあまりにも過激な環境や用途に使用できるようにする点で望ましい。さらに加えて、前記フィルムには、反射しないコーティン、防汚コーティング及び／または偏光依存特性を施すことができる。例えば、コーティングは、Ｌｅｘａｎ（商標）フィルムのようなポリカーボネート類、注型および押し出しポリウレタンフィルム、およびテフロン（登録商標）ＡＦ１１およびＣｙｔｏｐ１２のようなフッ化ポリマーフィルムを含む基板フィルムに施すのが一般的である。このようなコーティングを効果的なものにするには、前記成形工程において誘導される歪みで裂け目が生じないようにしなければならない；これには、薄い複数の層や低い温度を用いるようなことを行ってスタンダードなコーティング工程を修正する必要がある。
【００２７】
図８に示すように、液体光学ポリマーを導入する前に、バリヤフィルム７２を前記金型アッセンブリー７０内に、また前記金型アッセンブリー７０へ定置する。液体ポリマー注型コンパウンドをついで圧力に差をもたせて前記レンズ凹部７４に導入し、前記フィルムをストレッチし、前記金型に完全に充填する。適当な開口（図示せず）を例えば前記金型アッセンブリー７０内の前記スペーサー要素７６を通過するようにあけ、前記注型コンパウンドの導入口とする。前記フィルムまたは膜状物を前記金型内に挿入、取り付けまたは定置するには、種々の方法が可能である。続いて、圧力差を前記フィルムと前記金型との間に生じさせて、前記フィルムを完全に前記金型にぴったり合わせるようにする。上位の金型要素７８には、多くの細い孔が空いていて、圧力差が生じやすくなっている。前記圧力差を生じさせるために使用の複数の孔または開口は、適切な手段で形成されて前記光学部品に致命的に重要な面に痕跡を与えないようにする。このような定置方法は、注型マテリアルが前記フィルムと前記金型との間にしみこんでゆかないようにしなければならず、さもなければ、前記部品を変形させ、前記金型を永久的に損ねてしまう。また別途、前記フィルム７２は、例えば、空気圧力またはガス圧力または補助加工具を用いて、前記金型充填前に前記金型アセンブリーにぴったり適合するようにされることができる。図９を参照されたい。図１０に示された別の試みは、前記フィルム膜から小袋８２を作るものである。この小袋は、開口８４を除いてシールされており、前記小袋が前記金型アッセンブリー８０内へ挿入された後、前記開口を介して成形樹脂が導入される。前記小袋は、ブロー成形のような加圧ガス成形工程を用いて前記金型に合うように作れている。前記ガスは、前記成形樹脂のための前記開口を経るか、または、別個に設けた開口を経て導入されることができるようになっている。また別途、前記小袋は、前記液体ポリマー樹脂の充填工程の間に膨らますことができる。ついで成形コンパウンドの圧力が前記フィルムをブロー成形と同じように前記金型に合わせる。図１１に示すさらに別の手段では、シールされた小袋９２に予め成形樹脂を充填しておき、圧縮成形と同様に、前記金型アッセンブリーに挿入し、最終形態にして硬化させる。この試みの利点は、前記成形樹脂を極めてきれいな環境で、汚染または混入を減らして取り扱うことができる点である。この試みのために、成形樹脂を選択しなければならず、これによって、重合が、例えば、紫外線輻射または熱エネルギーの使用で適切な時間で開始できるようになる。
【００２８】
前記フィルム類は、また、真空成形、ブロー成形または追加挿入に適した加熱により前記金型面にプリフォームし、前記金型面に適合させることができる。硬質フィルムに対する別の方法は、蒸着、ディッピングまたはスピンコーティングにより前記金型にフィルムを形成することである。このコーティングは、薄いものであるから、その組成を選んで、全体の光学特性に関して、さほど考慮の対象に入れずに表面品質を最適なものにすることができる。さらに、この層における歪みは、さらにもっと拘束されたシステムにおけるほどには強くない。
【００２９】
前記フィルムは、前記所望の表面特徴、例えば上記した拡大光学部材の非球面形状や前記レンズと前記導光路の平坦面との間の接合部における小さな半径のコーナーに十分ぴったり合うように前記金型に適合していなければならない。しかしかしながら、前記金型の面の粗い面さを再現することは望ましくないことである。硬質フィルムにおけるテンションによって、よりスムーズな光学面になる平滑化作用が与えられる。また別途、粗い面の金型に成形部分に残留しない（金型に付着するか、又は、剥ぎ取る）液体フィルムをコーティングすると、前記液体コーティングのない面のテンションによって、必要な平滑化が行われる。これにより、前記金型の面を粗いものにしりことができ、したがって、コストが安くなり、面仕上げの仕様をグレードアップしなくてもすむ。例えば、ダイアモンドターニングよりも通常のＣＮＣ研磨具を用いてスチール金型を研磨できたり、前記金型の調製における一つの工程またはいくつかの工程を省略することもできる。前記フィルムの平滑な面作用が十分に発揮されれば、ＳＬＡのような迅速なフォトタイピング方法により作られた金型を用いて光学品質の部品類を成形することも可能である。さらに、前記フィルムの平滑化作用により、例えばフィルムの真空成形のために多孔質の金型部材が使用できるようになる。前記部材に複数のダクトを穿孔したり、または、切削したり、あるいは、他の公知手段で多孔質にすることができる。小さな面のディテールの正確な再現と望ましい面の平滑作用のいずれかを選ぶことで前記フィルムを作る仕様を異なる部品類について異なるものにすることができる。
【００３０】
好ましいフィルム特性の最善なものは、業界に知られている有限要素・計算法成形または数値計算法成形の既知の方法を用いてきめられる。これらの計算は、前記フィルムの厚み、前記フィルムに対する圧力差、孔の最大寸法または他の金型面における欠陥、および予め定めた表面状態からの最も大きな偏向を得るコンプライアンスのような機械的特性にそった前記フィルムにおける機械的テンションを用いる。最大限容認される表面の偏向（不規則性）は、ＳＥＭＡＸ、ＯＳＬＯ、Ｃｏｄｅ  Ｖ  または他の適当なソフトウエアのようなオプチカルモデリングコンピュータプログラムを用いて計算できる。ついで、この情報は、前記金型キャビティのライニングのためのフィルムの選択を最高なものにするために使用される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明は、添付の図面を参照しながら詳細な記載をからさらに完全に理解されるものである。
【図１】バックライト、ＬＣＤディスプレイ、導光路、折り曲げられた鏡および接着されたレンズを備えるクリップ掛けされる眼鏡型ディスプレイのための従来技術の光学エンジンの図解図。
【図２】導光路とレンズを組み合わせたものの図解図。
【図３】光学導光路、別個になった成形レンズおよび光学セメントから作られた従来技術の導光路アッセンルイーの図解図。
【図４】本発明による上位金型部と下位金型部の展開図。
【図５Ａ】本発明による平行な上部光学面と下部光学面とが平行な導光路のための成形金型の図解図。
【図５Ｂ】本発明による上部光学面における光学要素のための相当するキャビティをもつ導光路アッセンブリーのモノリシックな製造のための成形金型の図解図。
【図６】本発明による積極的に成形を行う要素に対して上部金型部を加熱、加圧して形成することにより上部金型部にキャビティを形成する方法の図解図。
【図７Ａ】本発明によるバリヤフィルムでライニングされた成形金型の図解図。
【図７Ｂ】最終仕上げされた成形部品を光学的に剥がせるフィルムをもつ成形部品の図解図。
【図８】前記金型にいまだ合っていない挿入されたフィルムをもつ準備された金型の図解図。
【図９】成形樹脂を導入する前の前記金型に合った形状のフィルムをもつ準備された金型の図解図。
【図１０】本発明による成形樹脂の導入に先立ち前記金型に挿入されるフィルム小袋の図解図。
【図１１】本発明による前記金型に前記小袋を挿入する前に、成形樹脂を予め充填し、シールした小袋を用いての成形部品の製造の図解図。
【符号の説明】
【００３２】
１０        金型アッセンブリー
１２        金型キャビティ
１４        底部要素または底部プレート
１６        スペーサー要素
１８        入光面
２０        傾いた面
２２        上位要素
２４        導光路の入光面
２６        凹部またはへこみ
２８        別体になっている光学要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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